JP2016011648A - 内燃機関の過給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バイパス通路15と加圧前流路11との接続部16が加圧前流路11の流路断面における最下面部111を避けて配置される。ターボチャージャ5の吸気流れ上流側の吸気管3からブリーザにて回収されたオイル成分や結露による凝縮水などの液状物がバイパス通路15に流入することを抑制できる。よって、液状物がバイパス通路15に流入し難くなり、バイパス通路15の途中に設けられた調節弁15cの手前に溜まり難くなる。その結果、バイパス通路15内で液状物が凍結せず吸気の還流が良好に実施できる。また、調節弁15cの開弁作動時に液状物が吹き返さず、エアーフローメーター31などのセンシングが良好に行える。
【選択図】図4
Description
ところで、過給装置は、ターボラグを解消するために小型化かつハイレスポンス化が進行している。この現状においては、インペラが駆動力を得て回転しても吸気を加圧できずに空転し、サージングが発生する。バイパス通路は、過給装置にて加圧した吸気を還流して加圧前の吸入される吸気に流入させることで、サージングを解消する。
また、上記湾曲構造がインペラの回転方向とバイパス通路を流通して還流する吸気の流れ方向とのなす角度が小さくなる方向に滑らかに湾曲する。これにより、インペラの回転に抗わずにスムーズに加圧した吸気が還流でき、インペラに流入する吸気とバイパス通路を流通して還流する吸気との合流時の圧力損失が低下でき、合流した高圧の吸気が回転するインペラに流入し、インペラが空転するサージングを解消できる。
内燃機関1は、燃料噴射弁と電気的に接続された不図示の電子制御ユニット(以下、ECU)を備える。ECUは、燃料噴射弁の開弁時間および閉弁時間を制御する。
エアーフローメーター31は、吸気管3を流通する吸気量をセンシングする。
エアーフローメーター31は、ECUに電気的に接続され、吸気管3を流通する吸気量の検出信号をECUに送信する。
PCV通路7は、内燃機関1のブリーザにて回収されたオイル成分を吸気管3に流入させる。吸気管3に流入させたオイル成分は、内燃機関1にて燃焼除去される。
ターボチャージャ5は、排気のエネルギーを用いて吸気を圧送する。
ターボチャージャ5は、タービン51と、タービン51から同軸上のシャフト53にて接続されたコンプレッサ52と、を有する。
ターボチャージャ5は、車両に配置された内燃機関1の図2(b)に示す正面側において、タービン51を右側に配置し、コンプレッサ52を左側に配置する。また、ターボチャージャ5には、吸気流れ上流側の吸気管3が右上側からターボチャージャ5の上方を回り込んでコンプレッサ52に左側から接続される。そして、吸気流れ下流側の吸気管3がコンプレッサ52から下向きに延出される。さらに、排気流れ下流側の排気管4がタービン51の右側から延出される。
タービン51は、凹曲の外周斜面を有する円錐台状のタービンホイール511と、タービンホイール511を収容するタービンハウジング512と、を有する。タービンハウジング512は、円筒形状であり、その中心軸がシャフト53の軸線と同軸となるように、筒状のベアリングハウジング531の一端に連結される。タービンホイール511には、複数のタービンブレード511aが配列される。
タービン51は、タービンブレード511a間の開口面積を変化させて排気の流通量を調整する可変ノズル(VNT)を有する。可変ノズルは、リンク機構を介してアクチュエータに連結され、アクチュエータにて開閉駆動される。アクチュエータは、タービンハウジング512の外部に形成された取付座に取り付けられ、ECUにて制御される。
コンプレッサ52は、シャフト63にてタービンホイール511と同軸かつ一体回転するようにタービンホイール511と向きを逆にして連結されて凹曲の外周テーパ面を有する円錐台状のインペラ521と、インペラ521を収納するコンプレッサハウジング522と、を有する。インペラ521には、複数のコンプレッサブレード521aが配列される。
コンプレッサハウジング522は、円筒形状であり、その中心軸がシャフト53の軸線と同軸となるように、筒状のベアリングハウジング531の他端に連結される。コンプレッサハウジング522は、タービンハウジング512に比して径方向に大きく容量が大きい。
酸化触媒91は、例えば、触媒として作用する白金(Pt)を、アルミナ(Al2O3)担体に担持させたものに、HCの吸着作用に優れたゼオライトと、HCの水蒸気改質作用に優れたロジウム(Rh)を加えて構成されたものを用いる。
DPF92は、捕集能力の限界すなわち堆積限界までPMを捕集すると排気管4の圧力損失が大きくなるため、DPF92に捕集したPMを燃焼除去させるDPF再生制御が実行される。または、DPF92は、連続的にPMを捕集しながらDPF92に捕集したPMを燃焼除去させてもよい。
DPF92の排気流れ方向下流側の排気管4には、尿素水の添加を受けて排気中のNOxを還元浄化するSCR触媒を有してもよい。
図4は、本実施形態に係るコンプレッサ52を示す概略構成図であり、(a)が一部透過側面図であり、(b)が(a)のBB断面図である。
コンプレッサ52は、コンプレッサハウジング522に、加圧前流路11と、インペラ収納室12と、スクロール流路13と、加圧後流路14と、バイパス通路15と、が一体に構成される。
バイパス通路15は、このバイパス通路15と一体に構成されたコンプレッサハウジング522の加圧後流路14と加圧前流路11とを接続する。具体的には、図3に示すように、バイパス通路15は、加圧後流路14をインペラ521の軸線方向と等しい水平方向に分岐させてコンプレッサハウジング522の側端面522aに開口した第1流路15aと、側端面522aにおける第1流路15aの開口の上側に隣接した開口から加圧前流路11に連続する第2流路15bと、から構成される。
調節弁15cには、リンク機構を介して負圧アクチュエータに連結されてこの負圧アクチュエータに負圧が供給されることで弁体を調節する負圧式や、リンク機構を介して電動モータに連結されて弁体を調節する電動式などを用いる。調節弁15cは、コンプレッサハウジング522の側端面522aに取り付けられ、ECUにて制御される。
第2流路15bは、断面矩形の流路形状であって、加圧前流路11との接続部16と調節弁15cとの間を接続する。第2流路15bは、図5に示すインペラ521の回転方向aとこの第2流路15bを流通して還流する図5に示す吸気流れ方向bとのなす角度θが小さくなる方向に滑らかに湾曲した湾曲構造である。第2流路15bの湾曲構造は、スクロール流路13のスクロールエンド13aから大きな曲率にて中心の加圧前流路11の斜下側壁に接続される。図5に示すインペラ521の回転方向aとこの第2流路15bを流通して還流する図5に示す吸気流れ方向bとのなす角度θは、加圧前流路11の外周に接続された円周方向幅の両端にて、180°以下に設定される。
第2流路15bと加圧前流路11との接続部16は、インペラ521の軸線方向垂直断面では、加圧前流路11の内周面(流路断面)における最下面部111を避けて配置される。
図6に示すように、最下面部111は、インペラ521の軸線方向垂直断面において、加圧前流路11の流路中心に対して加圧前流路11の内周面(流路断面)における最上端を0°としたときに165°から195°までの範囲である。言い換えると、最下面部111は、車両搭載時の加圧前流路11の流路断面において、加圧前流路11の中心を通る鉛直線を挟んで中心回りに左右にそれぞれ15°振った位置を左右の端部とする。
接続部16は、インペラ521の軸線方向垂直断面において、加圧前流路11の側方位置から最下面部111の鋭角側165°未満の隣接する位置までの間に所定幅Xにて設けられる。
接続部16は、第2流路15bを流通して還流する吸気の流れを、インペラ521の回転方向に対して図5のように交差させる。このため、接続部16を介して加圧前流路11に還流した吸気は、吸気管3から流入する吸気よりも高圧な状態でこの吸気に合流し、加圧された吸気が回転するインペラ521に流入してターボチャージャ5の運転中のサージングを解消する。
また、湾曲構造がインペラ521の回転方向aとバイパス通路15を流通して還流する吸気の流れ方向bとのなす角度θが小さくなる方向に滑らかに湾曲する。これにより、インペラ521の回転に抗わずにスムーズに加圧した吸気を還流でき、インペラ521に流入する吸気とバイパス通路15を流通して還流する吸気との合流時の圧力損失を低下でき、還流する吸気が吸気をインペラ521に流入するように補助し、サージングを解消できる。
本発明の過給装置は、上記実施形態に係るコンプレッサハウジング522に一体に構成された加圧後流路14と加圧前流路11とを接続するバイパス通路15に限られない。例えば、加圧後流路と加圧前流路とを接続するバイパス通路はコンプレッサハウジング内部だけでなく隣接および離間して加圧前流路に構成されてもよい。
本発明の過給装置は、上記実施形態に係るインペラ521の軸線方向垂直断面において、加圧前流路11の流路中心に対して加圧前流路11の内周面(流路断面)における最上端を0°としたときに165°から195°までの範囲である最下面部111を有する。例えば、最下面部は、インペラの軸線方向垂直断面において、加圧前流路の流路中心に対して加圧前流路の内周面(流路断面)における最上端を0°としたときに少なくとも165°以上195°以下の範囲である。
本発明の過給装置は、上記実施形態に係るターボチャージャ5のコンプレッサ52に限られない。例えば、電動モータを用いるスパーチャージャなどに用いるコンプレッサでもよい。
3…吸気管(吸気通路)
11…加圧前流路
111…最下面部
14…加圧後流路
15…バイパス通路
15c…調節弁
16…接続部
52…コンプレッサ
522…コンプレッサハウジング
521…インペラ
Claims (4)
- 内燃機関の吸気通路に配置され、インペラが回転して得られる放射方向の遠心力にて流入した吸気を加圧して吐出させる遠心式のコンプレッサと、
前記インペラに流入する吸気が流通する加圧前流路と、
車両搭載時に前記加圧前流路に対して下方に配置され、前記インペラで加圧されて流出した吸気が流通する加圧後流路と、
前記加圧後流路の吸気を前記加圧前流路に還流させるバイパス通路と、
前記バイパス通路の途中に配置され、吸気の還流量を調節する調節弁と、を備え、
前記バイパス通路と前記加圧前流路との接続部は、車両搭載時の前記加圧前流路の流路断面における最下面部を避けて配置されることを特徴とする内燃機関の過給装置。 - 前記最下面部は、車両搭載時の前記加圧前流路の流路断面において、前記加圧前流路の中心を通る鉛直線を挟んで前記中心回りに左右にそれぞれ15°振った位置を左右の端部とすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の過給装置。
- 前記バイパス通路における前記接続部と前記調節弁との間の流路は、前記インペラの回転方向と前記バイパス通路を流通して還流する吸気の流れ方向とのなす角度が小さくなる方向に湾曲していることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の過給装置。
- 前記インペラが収納されたコンプレッサハウジングは、前記バイパス通路と一体に構成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の内燃機関の過給装置。
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