JP2017015026A - コンプレッサ構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】コンプレッサとEGR通路の一体化に伴うコンプレッサ効率の低下を抑制できるコンプレッサ構造を提供すること。
【解決手段】内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサ構造100であって、吸気通路11を構成し且つ該吸気通路11の下流側にコンプレッサインペラ14を格納したコンプレッサハウジング1と、コンプレッサハウジング1内の吸気通路11に接続され、排気の一部をEGRガスとして吸気通路11に還流するEGR通路12と、を備え、コンプレッサハウジング1内におけるEGR通路12は、吸気通路11との接続部12aにおいてその中心軸線X1に直交する断面の形状が、吸気通路11内を流れてコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れ方向F2の径が該吸気の流れ方向F2に直交する方向の径よりも小さい楕円形状であるコンプレッサ構造100である。
【選択図】図7

Description

本発明は、コンプレッサ構造に関する。
従来、内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサに対して、内燃機関の排気の一部をEGRガスとして吸気系に還流するEGR通路を一体化させたコンプレッサ構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1のコンプレッサ構造では、コンプレッサハウジング内でインペラの上流側に形成された吸気通路に対して、EGR通路が接続される。
特開2012−509428号公報
しかしながら、特許文献1のコンプレッサ構造では、EGRガスがインペラ側に向かって導入されるようにEGR通路が吸気通路に接続される。加えて、コンプレッサとEGR通路が一体化されているため、インペラの近傍にEGRガスが導入される。そのため、吸気通路を通ってインペラに流入する吸気の流れがEGRガスによって阻害され、コンプレッサ効率が低下するという問題があった。
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンプレッサとEGR通路の一体化に伴うコンプレッサ効率の低下を抑制できるコンプレッサ構造を提供することにある。
上記目的を達成するため第1の発明として、内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサ構造(例えば、後述のコンプレッサ構造100)であって、前記内燃機関の吸気通路(例えば、後述の吸気通路11)の一部を構成し且つ該吸気通路の下流側にインペラ(例えば、後述のコンプレッサインペラ14)を格納したコンプレッサハウジング(例えば、後述のコンプレッサハウジング1)と、前記コンプレッサハウジング内の前記吸気通路に接続され、前記内燃機関の排気の一部をEGRガスとして前記吸気通路に還流するEGR通路(例えば、後述のEGR通路12)と、を備え、前記コンプレッサハウジング内における前記EGR通路は、前記吸気通路との接続部(例えば、後述の接続部12a)においてその中心軸線(例えば、後述の中心軸線X1)に直交する断面(例えば、後述の接続面12b)の形状が、前記吸気通路内を流れて前記インペラに流入する吸気の流れ方向(例えば、後述の吸気の流れ方向F2)の径が該吸気の流れ方向に直交する方向(例えば、後述の図6及び図7の紙面に直交する方向)の径よりも小さい楕円形状であるコンプレッサ構造を提供する。
第1の発明では、コンプレッサハウジング内におけるEGR通路を、吸気通路との接続部において、その中心軸線に直交する断面が楕円形状となるように形成する。より詳しくは、該吸気通路の断面が、吸気通路内を流れてインペラに流入する吸気の流れ方向の径が吸気の流れ方向に直交する方向の径よりも小さい楕円形状となるように形成する。
これにより、EGR通路の断面積の低下を抑制して必要EGRガス容量を確保しつつ、EGRガスをよりインペラから離隔した位置に導入できる。そのため、吸気通路を通ってインペラに流入する吸気の流れがEGRガスによって阻害されるのを抑制でき、コンプレッサとEGR通路の一体化に伴うコンプレッサ効率の低下を抑制できる。
また、上記目的を達成するため第2の発明として、内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサ構造(例えば、後述のコンプレッサ構造100)であって、前記内燃機関の吸気通路(例えば、後述の吸気通路11)の一部を構成し且つ該吸気通路の下流側にインペラ(例えば、後述のコンプレッサインペラ)を格納したコンプレッサハウジング(例えば、後述のコンプレッサハウジング1)と、前記コンプレッサハウジング内の前記吸気通路に接続され、前記内燃機関の排気の一部をEGRガスとして前記吸気通路に還流するEGR通路(例えば、後述のEGR通路11)と、を備え、前記コンプレッサハウジング内における前記EGR通路は、前記EGRガスが前記吸気通路内を流れて前記インペラに流入する吸気に抗するように、前記吸気通路に対して互いの中心軸線(例えば、後述の中心軸線X1,X2)の成す角のうち前記EGR通路側で且つ前記インペラ側の成す角(例えば、後述の成す角θ)が鋭角に設定されて接続されるコンプレッサ構造を提供する。
第2の発明では、コンプレッサハウジング内におけるEGR通路を、EGRガスが吸気通路内を流れてインペラに流入する吸気に抗するように、吸気通路に接続する。具体的には、互いの中心軸線の成す角のうちEGR通路側で且つインペラ側の成す角が鋭角となるように、EGR通路を吸気通路に接続する。
これにより、EGRガスが直接インペラ側に向かって導入されるのを回避できる。そのため、吸気通路を通ってインペラに流入する吸気の流れがEGRガスによって阻害されるのを抑制でき、コンプレッサとEGR通路の一体化に伴うコンプレッサ効率の低下を抑制できる。
本発明によれば、コンプレッサとEGR通路の一体化に伴うコンプレッサ効率の低下を抑制できるコンプレッサ構造を提供できる。
本発明の一実施形態に係るターボチャージャの正面図である。 上記実施形態に係るコンプレッサ構造の正面図である。 上記実施形態に係るコンプレッサ構造の平面図である。 上記実施形態に係るコンプレッサ構造の底面図である。 上記実施形態に係るコンプレッサ構造の下流側側面図である。 図5のA−A線断面図である。 図5のB−B線断面図である。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係るターボチャージャ9の正面図である。より詳しくは、図1は、ターボチャージャ9を車両前方から見た図である。
本実施形態に係るターボチャージャ9は、いずれも図示しない車両に搭載された内燃機関の車両前方側の側面に取り付けられる。このターボチャージャ9は、吸気通路を流通する吸気を圧送する。
図1に示すように、ターボチャージャ9は、コンプレッサハウジング1と、タービンハウジング2と、センタハウジング3と、アクチュエータ4と、を備える。このターボチャージャ9は、可変ベーン式のターボチャージャである。
コンプレッサハウジング1は、吸気側に設けられたコンプレッサ10の筐体である。コンプレッサハウジング1は、円盤状に形成される。コンプレッサハウジング1の上流側のフランジ1aには、図示しないエアクリーナを途中に備え且つ外気から取り込んだ吸気が流通する吸気管が連結される(後述の図2〜図7における吸気管5a参照)。
コンプレッサハウジング1は、その内部に、後述するシャフトを介してタービンインペラに連結されたコンプレッサインペラを備える(後述の図2〜図7におけるコンプレッサインペラ14参照)。このコンプレッサインペラ14が、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンインペラによりシャフトを介して回転駆動されることで、吸気が圧送される。
コンプレッサハウジング1の下部には、図示しない内燃機関のシリンダまで延びる吸気管5bが設けられている。この吸気管5bには、ターボチャージャ9により加圧されて昇温された吸気が流通するため、かかる吸気を冷却するための図示しないインタークーラがその途中に設けられる。
なお、コンプレッサハウジング1は、本発明のコンプレッサ構造100を構成する。本発明のコンプレッサ構造100の詳細な構成については、後段で詳述する。
タービンハウジング2は、排気側に設けられたタービン20の筐体である。タービンハウジング2は、円盤状に形成される。タービンハウジング2は、その内部に、シャフトを介して上述のコンプレッサインペラ14に連結された図示しないタービンインペラを備える。また、タービンハウジング2の内部には、タービンインペラに向かって流れる排気の流量を調整する図示しない可変ベーン装置が設けられる。
センタハウジング3は、コンプレッサハウジング1とタービンハウジング2の間に設けられる。センタハウジング3は、円盤状に形成される。センタハウジング3は、その内部に、いずれも図示しないベアリングにより回転可能に支持されたシャフトと、を備える。このシャフトは、タービン20のタービンインペラとコンプレッサ10のコンプレッサインペラ14とを同軸に連結する。
アクチュエータ4は、センタハウジング3の上部に配置される。このアクチュエータ4は、上述の可変ベーン装置を駆動してベーン開度を変化させることで、タービンインペラに向かって流れる排気の流量を調整する。
次に、本実施形態に係るコンプレッサ構造100について、図2〜図7を参照して詳しく説明する。
ここで、図2は、本実施形態に係るコンプレッサ構造100の正面図である。図3は、本実施形態に係るコンプレッサ構造100の平面図である。図4は、本実施形態に係るコンプレッサ構造100の底面図である。図5は、本実施形態に係るコンプレッサ構造100の背面図である。なお、これら図2〜図7では、吸気管5aの反対側に配置されるコンプレッサインペラ14の記載を便宜上省略して示している。
図2〜図5に示すように、コンプレッサハウジング1の内部には、吸気管5a,5bに連通する吸気通路11が形成されている。吸気通路11は、その上流側が吸気管5aに接続され、その下流側が吸気管5bに接続される。吸気通路11の下流側には、コンプレッサインペラ14が配置されてコンプレッサハウジング1内に格納されている。また、吸気通路11には、後述するEGR通路12と、ブリーザ通路13が接続される。
図2〜図5から明らかであるように、吸気通路11は、上流側(吸気管5a側)と比べて下流側(吸気管5b及びコンプレッサインペラ14側)の方が、通路径(断面積)が縮径(縮小)して形成されている。即ち、吸気通路11は、流通する吸気を加圧し易い形状となっている。
EGR通路12は、タービン20の下流側から排気の一部を取り出して吸気通路11に還流する低圧EGR(以下、「LP−EGR」という。)通路である。即ち、EGR通路12の一端はタービン20の下流に接続され、他端がコンプレッサハウジング1内の吸気通路11に接続されている。
このEGR通路12により、内燃機関の排気の一部がEGRガスとして吸気通路11に還流される。これにより、吸気(新気)と排気が混合されてシリンダでの燃焼温度が低下することで、排気中のNOxが低減される。
ブリーザ通路13は、図示しない内燃機関のクランク室で発生するブローバイガスを吸気通路11に還流する通路である。そのため、このブリーザ通路13の一端はクランク室に連通する図示しないブリーザ室に接続され、他端は吸気通路11に接続されている。
EGR通路12について、図6及び図7を参照してさらに詳しく説明する。
ここで、図6は、図5のA−A線断面図である。図7は、図5のB−B線断面図である。
図6及び図7に示すように、コンプレッサハウジング1内におけるEGR通路12は、吸気通路11との接続部12a(両通路の接続面12bの近傍)において、吸気通路11側に向かうに従い、吸気通路11内を流れてコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れ方向F2の径が縮径している。これに対して、図5から分かるように、吸気の流れ方向F2に直交する方向(図6及び図7の紙面に直交する方向)の径は略一定である。
即ち、コンプレッサハウジング1内におけるEGR通路12は、吸気通路11との接続部12a(両通路の接続面12bの近傍)において、その中心軸線X1に直交する断面(例えば接続面12b)の形状が楕円形状に設定されている。より詳しくは、吸気通路11内を流れてコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れ方向F2の径が、該吸気の流れ方向F2に直交する方向(図6及び図7の紙面に直交する方向)の径よりも小さい楕円形状に設定されている。これにより、EGRガスはコンプレッサインペラ14からより離隔した位置から導入されるようになっている。
また、コンプレッサハウジング1内におけるEGR通路12は、吸気通路11に対して互いの中心軸線X1,X2の成す角のうち、EGR通路12側で且つコンプレッサインペラ14側の成す角θが鋭角に設定されている。これにより、EGRガスの流れ方向F1が、吸気通路11内を流れてコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れ方向F2に抗するようになっている。
本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、コンプレッサハウジング1内におけるEGR通路12を、吸気通路11との接続部12aにおいて、その中心軸線X1に直交する断面(例えば接続面12b)が楕円形状となるように形成した。より詳しくは、該吸気通路11の断面(例えば接続面12b)が、吸気通路11内を流れてコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れ方向F2の径が吸気の流れ方向F2に直交する方向(図6及び図7の紙面に直交する方向)の径よりも小さい楕円形状となるように形成した。
これにより、EGR通路12の断面積の低下を抑制して必要EGRガス容量を確保しつつ、EGRガスをよりコンプレッサインペラ14から離隔した位置に導入できる。そのため、吸気通路11を通ってコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れF2がEGRガスの流れF1によって阻害されるのを抑制でき、コンプレッサ10とEGR通路12の一体化に伴うコンプレッサ効率の低下を抑制できる。
また本実施形態では、コンプレッサハウジング1内におけるEGR通路12を、EGRガスが吸気通路11内を流れてコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れF2に抗するように、吸気通路11に接続した。具体的には、互いの中心軸線X1,X2の成す角のうちEGR通路12側で且つコンプレッサインペラ14側の成す角θが鋭角となるように、EGR通路12を吸気通路11に接続した。
これにより、EGRガスが直接コンプレッサインペラ14側に向かって導入されるのを回避できる。そのため、吸気通路11を通ってコンプレッサインペラ14に流入する吸気の流れF2がEGRガスの流れF1によって阻害されるのを抑制でき、コンプレッサ10とEGR通路12の一体化に伴うコンプレッサ効率の低下を抑制できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
上記実施形態では、本発明のコンプレッサ構造をターボチャージャのコンプレッサに適用したが、これに限定されない。例えば、機械式過給機や電動式過給機のコンプレッサに適用してもよい。
また上記実施形態では、本発明のEGR通路としてLP−EGR通路を適用したが、これに限定されない。EGR通路として、タービンの上流から排気の一部を取り出して吸気通路に還流する高圧EGR(HP−EGR)通路を適用してもよい。
1…コンプレッサハウジング
2…タービンハウジング
3…センタハウジング
4…アクチュエータ
5a,5b…吸気管
9…ターボチャージャ
10…コンプレッサ
11…吸気通路
12…EGR通路
12a…接続部
13…ブリーザ通路
14…コンプレッサインペラ(インペラ)
20…タービン
100…コンプレッサ構造
X1…EGR通路の中心軸線
X2…吸気通路の中心軸線
F1…EGRガスの流れ(方向)
F2…吸気の流れ(方向)
θ…成す角

Claims (2)

  1. 内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサ構造であって、
    前記内燃機関の吸気通路の一部を構成し且つ該吸気通路の下流側にインペラを格納したコンプレッサハウジングと、
    前記コンプレッサハウジング内の前記吸気通路に接続され、前記内燃機関の排気の一部をEGRガスとして前記吸気通路に還流するEGR通路と、を備え、
    前記コンプレッサハウジング内における前記EGR通路は、前記吸気通路との接続部においてその中心軸線に直交する断面の形状が、前記吸気通路内を流れて前記インペラに流入する吸気の流れ方向の径が該吸気の流れ方向に直交する方向の径よりも小さい楕円形状であるコンプレッサ構造。
  2. 内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサ構造であって、
    前記内燃機関の吸気通路の一部を構成し且つ該吸気通路の下流側にインペラを格納したコンプレッサハウジングと、
    前記コンプレッサハウジング内の前記吸気通路に接続され、前記内燃機関の排気の一部をEGRガスとして前記吸気通路に還流するEGR通路と、を備え、
    前記コンプレッサハウジング内における前記EGR通路は、前記EGRガスが前記吸気通路内を流れて前記インペラに流入する吸気に抗するように、前記吸気通路に対して互いの中心軸線の成す角のうち前記EGR通路側で且つ前記インペラ側の成す角が鋭角に設定されて接続されるコンプレッサ構造。
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