CN103534457A - 内燃机的进气构造 - Google Patents

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Abstract

在内燃机1的进气通路（4）中设置有涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的内燃机1的进气构造中，不阻止在进气通路（4）的内壁面上产生冰块15，在进气通路（4）的内壁面产生的冰块15剥离了时，使该冰块15不与压缩机叶轮22特别是不与压缩机叶轮22的叶片22a碰撞。在进气通路（4）上在比压缩机叶轮22靠上游侧的位置设置有捕捉部件30，该捕捉部件30用于在形成于该进气通路（4）的内壁面的冰块15剥离时捕捉该冰块15。

Description

内燃机的进气构造
技术领域
本发明涉及在内燃机的进气通路中设有涡轮式增压器的压缩机叶轮的内燃机的进气构造。
背景技术
例如在搭载于车辆中的内燃机（发动机）中，有时未燃烧的混合气和/或燃烧完的燃烧气体会从燃烧室通过气缸与活塞之间的间隙向曲轴箱内漏出。
如果所述燃烧气体混到曲轴箱内的发动机油中则发动机油劣化，所以为了防止该发动机油的劣化，在发动机中装备有对曲轴箱内进行换气的PCV（Positive Crankcase Ventilation）方式的窜漏气体还原装置。
在具备该窜漏气体还原装置的发动机中，曲轴箱内的窜漏气体在油分离器中通过而被气液分，然后在PCV阀（流量控制阀）以及PCV管（窜漏气体通路）中通过向进气管内回流，PCV管的一端部连接于进气管。
但是，在例如在外部气温较低的状态下发动机怠速运行时等那样的进气温度较低的情况下，有时窜漏气体所含的水分会在进气管的内壁面上在PCV管的连接部附近结冰并成长为较大的冰块。
如果这样的冰块剥离而由进气流将其移送到进气管的下游侧，则恐会与设置于所述进气管的下游侧的涡轮式增压器的压缩机叶轮碰撞。特别是，较大的冰块与在压缩机叶轮中形成得较薄的叶片碰撞的情况不优选。
相对于此，本申请的申请人提出了例如专利文献1所示的技术。在该专利文献1中，通过在进气管的内壁面上划分形成多个凹部，由此阻止在进气管的内壁面上产生较大的冰块。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-281317号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述专利文献1所涉及的以往例是阻止较大的冰块在进气管的内壁面上产生的技术，能够使得较大的冰块不会与增压器的压缩机叶轮、特别是不会与叶片碰撞。
与此相对，本发明的目的在于，在内燃机的进气通路中设置有涡轮式增压器的压缩机叶轮的内燃机的进气构造中，不阻止在所述进气通路的内壁面上产生冰块，在所述进气通路的内壁面上产生的冰块剥离时使该冰块不会与压缩机叶轮碰撞。
解决课题的技术方案
本发明是一种内燃机的进气构造，在内燃机的进气通路中设有涡轮式增压器的压缩机叶轮，其特征在于：在所述进气通路中在比所述压缩机叶轮靠上游侧的位置设置有捕捉部件，该捕捉部件用于在形成于该进气通路的内壁面的冰块剥离了时捕捉该冰块。
在该情况下，即使进气通路内的水分在该进气通路的内壁面上结冰并较大地成长后剥离，该冰块也由捕捉部件捕捉，不能到达在进气通路中设置于比捕捉部件靠进气流方向的下游侧的位置的压缩机叶轮的部位。
由此，能够阻止冰块与在进气通路中设置于比捕捉部件靠进气流方向的下游侧的位置的压缩机叶轮碰撞，所以能够长期避免给所述压缩机叶轮的旋转性能带来负面影响。
优选，能够设为下述的结构：在所述进气通路中在比所述捕捉部件靠上游侧的位置连接有窜漏气体通路，该窜漏气体通路用于使所述内燃机的曲轴箱内的窜漏气体导入。
在这里作为冰块产生的要因确定了窜漏气体。由此，很明显，在进气通路内的进气温度较低的情况下，从曲轴箱经窜漏气体通路而被导入进气通路的窜漏气体所含的水分会在进气通路中在与窜漏气体通路的连接部分附近结冰。
优选，能够设为下述的结构：所述捕捉部件被设为允许被吸入所述进气通路的空气通过而阻止所述冰块通过的过滤器，并且被设置成从所述进气通路的内壁面沿径向向内延伸而设为在所述进气通路的中心部分具有在中心轴线方向上贯通的孔的环状部件，而且所述孔的周缘向进气流方向的上游侧突出。
在该构成中，捕捉部件不是在进气通路的途中设置于整个径向区域的部件，而是从进气通路的内壁面沿径向内向延伸的环状部件。即，捕捉部件的中心部分是开放的，所以若与该中心部分未开放的情况相比，则减轻了进气通路内的进气阻力、降低了进气的压力损失。
而且，即使在捕捉部件的中心部分设有孔，冰块也难以通过该孔。这是因为：在进气通路中设置有涡轮式增压器的压缩机叶轮的情况下，伴随着压缩机叶轮的旋转，会产生沿着进气通路内周面的涡流。即，若剥离了的冰块通过进气流而被移送到捕捉部件的上游侧，则该冰块通过所述涡流沿进气通路的内周面与捕捉部件的一个侧面（进气流方向的上游侧的面）的外周部相顶接从而停止。另一方面，进气流在包括滤清器的捕捉部件的内部通过。
进而，圆形孔的周缘向进气流方向的上游侧突出，所以能够阻止由捕捉部件捕捉到的冰块从捕捉部件的圆形孔越过流向下游侧。由此，冰块在捕捉部件通过的可能性降低。
优选，能够设为下述的结构：所述捕捉部件被设为允许被吸入所述进气通路的空气的通过而阻止所述冰块的通过的滤清器，且被设置成从所述进气通路的内壁面沿径向向内延伸。
在该构成中，捕捉部件不是在进气通路的途中设置于整个径向区域的部件，而是从进气通路的内壁面沿径向向内延伸。即，捕捉部件的中心部分开放，所以若与该中心部分未开放的情况相比，则减轻了进气通路内的进气阻力、降低了进气的压力损失。
而且，即使捕捉部件的中心部分开放，冰块也难以通过该开放部分。这是因为：在进气通路中设有涡轮式增压器的压缩机叶轮的情况下，伴随着压缩机叶轮的旋转，会产生沿着进气通路的内周面的涡流。即，若剥离了的冰块通过进气流而被移送到捕捉部件的上游侧，则该冰块通过所述涡流沿进气通路的内周面与捕捉部件的一个侧面（进气流方向的上游侧的面）的外周部相顶接从而停止。另一方面，进气流在包括滤清器的捕捉部件的内部通过。
发明的效果
本发明能够，在内燃机的进气通路中设置有涡轮式增压器的压缩机叶轮的内燃机的进气构造中，不阻止在所述进气通路的内壁面上产生冰块，在所述进气通路的内壁面产生的冰块剥离了时，使该冰块不与压缩机叶轮特别是不与压缩机叶轮的叶片碰撞。由此，能够保护压缩机叶轮，所以能够使该涡轮式增压器长期稳定发挥其本来的功能。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的内燃机的一个实施方式的概略构成的图。
图2是表示图1的进气构造的一个实施方式的剖视图。
图3是图2的捕捉部件的立体图。
图4是表示本发明所涉及的内燃机的其他实施方式的概略构成的图。
图5是表示图2的捕捉部件的其他实施方式的立体图。
图6是表示图2的捕捉部件的进而其他实施方式的立体图。
图7是表示图2的捕捉部件的进而其他实施方式的立体图。
图8是表示图2的捕捉部件的进而其他实施方式的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的优选实施方式进行详细说明。
图1至图3示出了本发明的一个实施方式。该实施方式中例示的发动机1为例如直列4缸。在该发动机1的未图示的缸盖上安装有用于向各缸分配并供给进气的进气歧管2和用于使从各缸排出的排气气体集合的排气歧管3。
在进气歧管2上连接有用于从大气中获取空气的进气管4。在该进气管4的入口安装有空气滤清器6。该进气歧管2与进气管4构成进气通路。
另外，在进气歧管2上在进气流动方向的上游侧设有用于调整发动机1的进气量的节气门7。该节气门7，虽未图示但通过节气门电机以及电子控制单元（ECU）而工作。
另一方面，在排气歧管3上有连接排气管5。在该排气管5的下游侧设置有用于净化排气气体的催化剂9。该排气歧管3与排气管5构成排气通路的一部分。
在该实施方式的发动机1中装备有涡轮式增压器20。该涡轮式增压器20利用排气压对进气进行增压并向发动机1供给，具备涡轮21和压缩机叶轮22等。
涡轮21设置于涡轮壳24内，所述涡轮壳24设置于排气歧管3与排气管5之间（排气通路的途中）。压缩机叶轮22设置于压缩机壳25内，所述压缩机壳25设置于进气管4的途中。该压缩机叶轮22被安装在与涡轮21一体的涡轮轴23上。由此，涡轮21与压缩机叶轮22一体地旋转。
作为该涡轮式增压器20的工作，涡轮21通过从发动机1排出的排气气体的能量而旋转，压缩机叶轮22与该涡轮21一体地旋转，由此对被吸入进气管4的空气进行增压、将其强制送入发动机1的各缸的燃烧室。由该压缩机叶轮22增压后的空气由中间冷却器8冷却。中间冷却器8在进气管4中设置在比压缩机叶轮22靠进气流动方向的下游侧的位置。
进而，在该发动机1上装备有PCV（Positive Crankcase Ventilation，曲轴箱强制通风）方式的窜漏气体还原装置（符号省略）。该窜漏气体还原装置形成为下述的结构：设置未图示但用于使气缸盖罩内的空气流入曲轴箱内的换气通路（图示省略），经由该换气通路在曲轴箱内产生空气的流动，通过该进气流将曲轴箱内的窜漏气体经由窜漏气体通路（例如PCV管）10导入在进气管4中比空气滤清器6靠下游侧且比涡轮式增压器20的压缩机叶轮22靠上游侧的区域。
而且，该实施方式中的窜漏气体还原装置为了防止混入到曲轴箱内的窜漏气体中的油进入进气管4，而具备：用于将窜漏气体中的油分离出来的油分离器（也称为气液分离室）11；和用于与进气负压相应地调整向进气管4的窜漏气体导入量的流量控制阀（例如PCV阀）12。
油分离器11被安装于未图示的曲轴箱与窜漏气体通路10的连通连结部分，被设置于发动机1的外侧或者内侧。进而流量控制阀12被设置于窜漏气体通路10的途中。
这样，窜漏气体还原装置成为具备所述换气通路（图示省略）、窜漏气体通路10、油分离器11和流量控制阀12等的构成。
但是，在具备这样的窜漏气体还原装置的情况下，有时在进气管4中在窜漏气体通路10的连接部附近会产生冰块15。具体地说，在以往例中也进行了说明，在例如在外部气温较低的状态下在发动机1怠速运行时等那样进气温度较低的情况下，有时窜漏气体所含的水分会在进气管4的内壁面上在窜漏气体通路10的连接部附近结冰而成长为较大的冰块15。如果具这样的较大的冰块15剥离而通过进气流向进气管4的下游侧移送，则恐会与涡轮式增压器20的压缩机叶轮22特别是压缩机叶轮22的叶片22a碰撞。
因此，在该实施方式中，在进气管4中在从空气滤清器6到涡轮式增压器20的压缩机壳25的区域设置有用于捕捉冰块15的捕捉部件30。所述区域在该实施方式中为直线形状且设为横向姿势。
该捕捉部件30该实施方式中设为捕捉预定以上大小的冰块15而使被吸入进气管4的空气通过的滤清器。
包含该滤清器的捕捉部件30设为：例如设为筛网状板或者筛网状片的部件；层叠有多层所述筛网状板或者筛网状片而成的部件；或将纤维织成棉状而成形为板形状所得的部件等。所述片、板以及纤维优选用例如树脂等材料形成。这是考虑到：如果将所述片、板以及纤维设为金属材料，则当冰块15、水分与其接触时容易结冰容易堵塞。即，若将捕捉部件30如所述那样设为树脂制，则与如所述那样设为金属制的情况相比较，热传导率低容易变冷，所以难以产生所述堵塞。
详细地说，对于包含该滤清器的捕捉部件30的过滤能力（或者筛网尺寸）能够如下那样确定。即，优选，确定能够在所述捕捉部件30内部通过的冰块15的大小、即捕捉部件30的过滤能力，使得在捕捉部件30捕捉了所述冰块15的状态下，在假设所述冰块15缓慢变小而在捕捉部件30的内部通过的情况下，即使该通过的冰块15与涡轮式增压器20的压缩机叶轮22特别是与压缩机叶轮22的叶片22a碰撞也不会给该压缩机叶轮22的旋转性能带来负面影响。也就是，作为能够在捕捉部件30内部通过的冰块15的大小的一例，能够确定为小于10mm×10mm。
而且，该捕捉部件30形成为圆形板状，在其中心部设有在中心轴线方向（板厚方向）上贯通的圆形孔31，并且该圆形孔31的周缘向进气流方向的上游侧突出。将该突出部分称为轮状部32。
对这样在捕捉部件30的中心部设有圆形孔31的原因进行说明。首先，为了减轻进气阻力，并且通过防止堵塞而降低进气的压力损失。此外，还要考虑到下面的原因。
即，最初在进气管4中在涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的上游侧通过压缩机叶轮22的旋转，进气流沿着进气管4的内周面旋转地流动。因此，本申请的发明者发现：例如在进气管4中在窜漏气体通路10的连接部附近产生冰块15，在该冰块15剥离了的情况下，该冰块15沿进气管4的内周面上向下游侧被移送。但是，在冰块15较大的情况下，在进气管4的内周面上沿铅垂方向下侧区域传递向下游侧被移送。如果着眼于这样的冰块15的移送形态，则可以认为在可靠地捕捉冰块15时捕捉部件30的中心部分不必一定存在，导致将捕捉部件30确定为所述的环状部件。
因而，具有这样的圆形孔31的捕捉部件30的环状部分的径向尺寸Ｗ（图2参照）优选通过下面的观点来确定。另外，所谓所述径向尺寸Ｗ，详细如图2所示，为从捕捉部件30的圆形孔31的周缘到与进气管4的内周面相对应的位置的尺寸。在这里，如图2所示，能够确定捕捉部件30的环状部分的径方向尺寸Ｗ，使得在进气管4中从比捕捉部件30靠进气流方向的上游侧的位置观察下游侧时，变为捕捉部件30的环状部分覆盖住压缩机叶轮22的叶片22a的状态。如果这样确定，则即使万一冰块15在捕捉部件30的圆形孔31通过了，该冰块15在压缩机叶轮2中2也与比较牢固的旋转中心部分碰撞，不会给压缩机叶轮22的旋转性能带来负面影响。
另外，作为在捕捉部件30上设置轮状部32的原因：在冰块15顶接于捕捉部件30的一个侧面（进气流方向的上游侧的面）而停止时，为了阻止该冰块15从圆形孔31越过流向下游侧。
接下来，对设置了这样的捕捉部件30的情况下的作用进行说明。
有时例如窜漏气体所含的水分在进气管4的内壁面上在窜漏气体通路10的连接部附近结冰而成长为较大的冰块15。若这样的冰块15剥离，则其由被吸入进气管4的空气流向进气管4的下游侧移送。
被这样移送的冰块15，通过伴随着涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的旋转产生的涡流，沿进气管4的内周面的铅垂方向下侧区域朝向捕捉部件30的一个侧面（进气流方向的上游侧的面），最终冰块15抵接于捕捉部件30的所述一个侧面而停止。该状态为冰块15的捕捉状态。通过捕捉部件30的轮状部32阻止这样被捕捉的冰块15从圆形孔31越过流向下游侧。
假如如上所述那样被捕捉的冰块15伴随着时间经过而逐渐变小，在作为滤清器的捕捉部件30的内部通过，则与涡轮式增压器20的压缩机叶轮22特别是与压缩机叶轮22的叶片22a碰撞的可能性升高。然而，如上所述那样冰块15变小，所以即使这样的较小的冰块15与压缩机叶轮22特别是与压缩机叶轮22的叶片22a碰撞也不会给压缩机叶轮22的旋转性能带来负面影响。
如以上所说明的，在应用了本发明的实施方式中，窜漏气体所含的水分在进气管4的内壁面上在窜漏气体通路10的连接部附近结冰而成长为较大的冰块15，即使该冰块15剥离了，也能够阻止该冰块15与涡轮式增压器20的压缩机叶轮22特别是与压缩机叶轮22的叶片22a碰撞。由此，能够保护涡轮式增压器20的压缩机叶轮22，所以能够使该涡轮式增压器20长期稳定地发挥其本来的功能。
另外，本发明并不仅限定于上述实施方式，在技术方案范围内以及与该范围均等的范围内能够适当地变更。
（1）在上述实施方式中，列举冰块15的产生原因为窜漏气体所含的水分的情况为例，但本发明并不限定于此。即使在例如由于窜漏气体以外的要因而在进气管4的内壁面上产生冰块15的情况下，如果是具备本发明的捕捉部件30的进气构造，则也能与上述实施方式基本同样地，阻止在进气管4的内壁面上产生的冰块15与涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的特别是与压缩机叶轮22的叶片22a碰撞。
（2）在图4中示出了本发明所涉及的进气构造的其他实施方式。该实施方式的进气构造中，在进气管4中从空气滤清器6到涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的区域41弯曲成曲柄状，在该区域41中在位于进气流方向的中间的直线部位41a连接有窜漏气体还原装置的窜漏气体通路10。
在该情况下，窜漏气体所含的水分在进气管4的所述区域41的直线部位41a在窜漏气体通路10的连接部分结冰而产生冰块15。在这样的实施方式的情况下也能够得到与上述实施方式基本同样的作用和效果。
（3）在图5中示出了捕捉部件30的其他实施方式。该实施方式的捕捉部件30的外形形成为隔膜状。详细地说，捕捉部件30形成为圆形板状，设置于其中心部分的圆形孔31的周缘向进气流方向的上游侧逐渐突出。将该突出部分设为轮状部32。通过这样的突出形态，捕捉部件30的环状部分变为弯曲的形状。通过这样的捕捉部件30，也能够得到不比图1到图3所示的实施方式逊色的作用和效果。
（4）在图6中示出了捕捉部件30的其他实施方式。该实施方式的捕捉部件30形成为将图3所示的实施方式的捕捉部件30的轮状部32去掉后的形状。通过这样的捕捉部件30，也能够与图1到图3所示的实施方式基本同样地捕捉冰块15。
（5）在图7中示出了捕捉部件30的其他实施方式。该实施方式的捕捉部件30形成为将图3所示的实施方式的捕捉部件30分割为两半后的形状。该捕捉部件30如图7所示，在设为横向姿势的直线形状的进气管4内设置于铅垂方向下半部分区域。
最初在形成于进气管4的冰块15剥离而通过进气流向下游侧被移送时，冰块15在进气管4的内周面上在下落到铅垂方向下侧区域的状态下以被进气流推动的形态向下游侧被移送。进而，通过伴随着涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的旋转而产生的涡流，冰块15在进气管4的内周面上沿着铅垂方向下侧区域朝向捕捉部件30的一个侧面（进气流方向的上游侧的面）。由此，不在进气管4的整个内周上捕捉部件30，而将所述那样的形状的捕捉部件30设置于进气管4内的铅垂方向下半部分区域。通过这样的形状的捕捉部件30，也能够捕捉到在进气管4内产生的冰块15。
（6）在图8中示出了捕捉部件30的其他实施方式。该实施方式的捕捉部件30为将图3所示的实施方式的捕捉部件30缩小到大约2／3后的形状。该捕捉部件30如图8所示，在设为横向姿势的直线形状的进气管4内设置于铅垂方向下侧区域。
最初在形成于进气管4的冰块15剥离的情况下，通过伴随着涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的旋转而产生的涡流，冰块15在进气管4的内周面上沿着铅垂方向下侧区域与捕捉部件30的一个侧面（进气流方向的上游侧的面）顶接从而停止。在冰块15较大的情况下，其大部分通过自重在进气管4的内周面上沿铅垂方向下侧区域被移送。由此，不在进气管4的整个内周上设置捕捉部件30，而将所述那样的形状的捕捉部件30设置于进气管4内的铅垂方向下侧区域。通过这样的形状的捕捉部件30，也能够充分地捕捉到在进气管4内产生的冰块15。
产业上的应用可能性
本发明能够良好地利用于在内燃机1的进气通路（4）中设置有涡轮式增压器20的压缩机叶轮22的内燃机1的进气构造。
附图标记说明
1：发动机
4：进气管（进气通路）
10：窜漏气体通路
15：冰块
20：涡轮式增压器
22：压缩机叶轮
22a：压缩机叶轮的叶片
30：捕捉部件
31：圆形孔
32：轮状部

Claims (4)

1.一种内燃机的进气构造，在内燃机的进气通路中设有涡轮式增压器的压缩机叶轮，其特征在于：
在所述进气通路中在比所述压缩机叶轮靠上游侧的位置，设有捕捉部件，该捕捉部件用于在形成于该进气通路的内壁面的冰块剥离了时捕捉该冰块。
2.根据权利要求1所记载的内燃机的进气构造，其特征在于：
在所述进气通路中在比所述捕捉部件靠上游侧的位置连接有窜漏气体通路，该窜漏气体通路用于使所述内燃机的曲轴箱内的窜漏气体导入。
3.根据权利要求1或者2所记载的内燃机的进气构造，其特征在于：
所述捕捉部件，被设为允许被吸入所述进气通路的空气通过而阻止所述冰块通过的滤清器，且被设为环状部件，该环状部件被设置成从所述进气通路的内壁面向径方向内向延伸而在所述进气通路的中心部分具有在中心轴线方向上贯通的孔，
进而，所述孔的周缘向进气流方向的上游侧突出。
4.根据权利要求1或者2所记载的内燃机的进气构造，其特征在于：
所述捕捉部件，被设为允许被吸入所述进气通路的空气通过而阻止所述冰块通过的滤清器，且被设置成从所述进气通路的内壁面向径方向内向延伸。
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