JP2019519720A - 圧縮機段egr噴射 - Google Patents
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Abstract
製品は、シャフトが軸受によって支持されて回転し得る軸受ハウジングを含み得る。圧縮機ホイールは、シャフト上に配置され得る。圧縮機カバーは、軸受ハウジングと接続されることができ、圧縮機ホイールが回転し得るチャンバを画定し得る圧縮機本体を形成し得る。ディフューザは、チャンバから半径方向外側に延びることができ、圧縮機ホイールからガスを受け取ることができる。入口は、排気ガスの供給を受け取ることができる圧縮機本体に設けられることができる。EGR分配空洞部は、圧縮機本体内に画定されることができ、シャフトの周りに延びることができる。EGR入口チャネルは、入口からEGR分配空洞部まで軸受ハウジング内に延びることができる。EGR通路は、EGR分配空洞部からディフューザまで延びることができる。【選択図】図2
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関連出願の相互参照
本出願は、2016年6月30日付で出願された米国特許出願第15/197,921号の利益を主張する。
本出願は、2016年6月30日付で出願された米国特許出願第15/197,921号の利益を主張する。
本開示が一般的に係わる分野は、内燃機関用ターボチャージャシステム、より詳細には、排気ガス駆動ターボチャージャシステムを含む。
エンジン吸気システムは、一般的に、燃料の燃焼によって発生された排気ガスが圧縮機を駆動するタービンを通過する充電システムを含み得る。エンジン吸気空気は、再循環排気ガスと混合することができ、混合ガスは、エンジンの吸気システムを充電する圧縮機に導かれることができる。
いくつかの例示的な変形例は、シャフトが軸受によって支持されて回転し得る軸受ハウジングを含み得る製品を含み得る。圧縮機ホイールは、シャフト上に配置され得る。圧縮機カバーは、軸受ハウジングと接続されることができ、前記軸受ハウジングは、圧縮機本体を形成することができ、圧縮機ホイールが回転し得るチャンバを画定し得る。ディフューザは、チャンバから半径方向外側に延びることができ、圧縮機ホイールからガスを受け取ることができる。入口は、排気ガスの供給を受け取ることができる圧縮機本体に設けられることができる。EGR分配空洞部は、圧縮機本体内に画定されることができ、シャフトの周りに延びることができる。EGR入口チャネルは、入口からEGR分配空洞部まで軸受ハウジング内に延びることができる。EGR通路は、EGR分配空洞部からディフューザまで延びることができる。
本発明の範囲内の他の例示的な変形例は、本明細書で提供される詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の範囲内にて変形例を開示するにおいて、詳細な説明および特定の実施例は、単に例示の用途のために意図されており、本発明の範囲を限定することが意図されていないということが理解されるべきである。
本発明の範囲内の変形例の選択的な実施例は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
いくつかの変形例によるエンジンブリージングシステムの概路図である。
いくつかの変形例による製品の断面図である。
圧縮機カバーが除去された、いくつかの変形例による製品の斜視断面図である。
いくつかの変形例による製品の断面図である。
いくつかの変形例による製品の断面図である。
いくつかの変形例による製品の断面図である。
後続の変形例の説明は、本来例示的にすぎないもので、本発明の範囲、その適用、または使用を限定することは一切目的としていない。
図1に示したようないくつかの変形例において、エンジンブリージングシステム12は、内燃機関14を含むことができ、内燃機関は、動力を生成する制御された燃料燃焼用の多数のシリンダを有し得る。燃焼中に発生される排気ガスは、排気通路18に接続され得る排気マニホルド16でエンジン14を出ることができる。排気通路18は、タービン20につながることができる。排気ガスは、エネルギーを放出してタービンホイール22を回転させることができるタービン20内で膨脹され得る。排気ガスは、タービン20から排気通路24を通って排気排出部26まで続くことができる。
いくつかの変形例において、タービンホイール22は、例えばシャフト30によって圧縮機ホイール28に接続され得る。圧縮機ホイール28は、圧縮機32内に配置され得る。排気ガスをタービンホイール22に送る動作を通して、圧縮機ホイール28はシャフト30を通して回転され得る。回転圧縮機ホイール28は、それが圧縮する吸気通路34を介して空気を吸入し得る。これによって、通路38、給気冷却器40、通路42及び吸気マニホルド44を介してエンジン14の吸気システム36が充電される。吸気絞り弁45は、必要に応じて通路42を選択的に絞るために設けることができ、いくつかの変形例によれば省略され得る。
いくつかの変形例において、圧縮機32は、排気ガス再循環(EGR; exhaust gas recirculation)ルーフを介して排気ガスを吸入し得る。EGRルーフは、熱交換器48に通じるEGR通路46を含むことができ、EGRルーフを通る排気ガスの流量を調節するための弁50を通って延びることができる。EGR通路46は、熱交換器48及び弁50を通過した後、入口52で圧縮機32に直接導かれることができる。EGR通路46は、排気通路18または排気マニホルド16を含むが、これに限定されない多数の場所のいずれかで排気システムに接続され得る。タービン20の上流側に接続されると、タービンサイジング(sizing)はEGR通路46に供給するための所望の圧力を提供するように選択され得る。弁を備えたウエィストゲートダクト(図示せず)は、タービンホイール22の周りにバイパスを提供し得る。前記システムから出る排気ガスは、後処理装置54及び排気絞り弁56を通って進行し得る。排気絞り弁56は、EGRルーフを通る排気ガスの流量を増加させるように、必要に応じて流量を選択的に絞ることができる。いくつかの変形例において、タービン20のサイジングによってEGR通路46を供給するために生成された圧力は、前記排気絞り弁を排除することを可能にし得る。
排気ガス再循環の供給は、内燃機関14内で燃焼プロセスの間に不必要な化合物の形成を抑制するために提供され得る。排気ガスの流れを排気通路24から吸気システムに駆動するために圧力差が要求される。このような圧力要求は、排気絞り弁56が排気ガス流量を絞るように閉鎖されるように循環するように、低い効率及びより高いブレーキ固有の燃料消費をもたらすことができる。例えば、吸気マニホルド44と排気マニホルド16との間の圧力差は、より高くなると、エンジンからより多くの作業を必要とする。いくつかの変形例において、圧縮機32段内の流れ場(flow field)は、排気マニホルド16及び排気通路18の要求される圧力を低減するために使用されることができ、したがって全体のパワートレイン効率を増加させる。これは、吸気マニホルド44から排気マニホルド16への圧力上昇がより低いためである。これは、吸気システムが低静圧である場合にEGRストリームを噴射することによって達成されることができ、したがって、排気システムからEGR通路46を供給するための静圧要求が低減される。システムレベルにおいて、排気圧力の低減は、エンジン14のシリンダヘッドにわたってより有利な圧力デルタをもたらすことができるので、より低い放出は、より良好な燃料経済性を提供し得る。圧力が圧縮機ホイール28に対する入口で最も低いことができるが、排気ガスをこの領域に噴射することは、圧縮機32からの追加的な作業を必要としてガスを再圧縮することが必要であることが分かった。入口後の最低圧ゾーンは、流速が最も高い圧縮機ホイール出口にあることが分かった。入口52での排気圧力における静圧と、圧縮機ホイール28の出口における静圧との差は、ガススタンド(gas stand)で測定するとき、回転速度に応じて150kPaを超えることができる。EGRを圧縮機32の高速領域に供給することにより、EGRを駆動するために利用可能な圧力差は著しく増加し、これにより、排気絞り弁56を絞る必要性(少なくとも部分的に閉鎖されたサイクル)を低減または排除し、及び/またはより高い流動タービン20の使用を可能にする。
図2及び図3を参照すると、製品内のEGRルーティングが詳細に示されている。説明は、軸方向または軸と平行であるものに対する言及を含むことができ、これは、符号61で示され、シャフト30の軸に沿った方向(符号61で示される)を意味する。説明は、半径方向または放射状への言及を含むことができ、これは、符号63で示され、シャフト30の周りの360度のいずれにおいて、シャフト30の軸に向かう方向またはその軸から遠離れる方向を意味する。シャフト30は、圧縮機32とタービン20との間に配置され得る軸受ハウジング60内に支持され得る。シャフト30は、軸受31によって支持され得る。圧縮機ホイール28は、軸受ハウジング60及び圧縮機カバー64によって画定され得るチャンバ62内に配置され得る。チャンバ62への入口68は、圧縮機カバー64によって画定されることができ、これによって空気が圧縮機ホイール28によって吸入さることができる。空気は、ディフューザ70を通って圧縮機ホイール28から伝達されることができ、通路38に連通するためのボリュート72で収集され得る。ディフューザ70は、ディフューザ面74の軸受ハウジング60と圧縮機カバー64との間に画定され得る。ディフューザ70は、圧縮機ホイールチップ76において、チャンバ62から半径方向外側にボリュート72に延びる環状通路を形成し得る。入口68から吸入された空気は、圧縮機ホイール28によってチャンバ62内で作用されることができ、ディフューザ70を通ってボリュート72に送達され得る。圧縮機ホイールチップ76から出る空気の流量は、ディフューザ70の隣接するセグメントに入り、これは、新鮮な空気ポート78と呼ぶことができる。新鮮な空気ポート78は、圧縮機ホイール28に最も近接したディフューザ70のセグメントであり、これはディフューザ70の断面積が半径方向内側により小さく、半径方向外側により大きく移動するため、最も高いガス流速を有する。
いくつかの変形例において、EGR入口52は、EGR分配空洞部82に対して半径方向内側に軸受ハウジング60内に延びるEGR入口チャネル80と接続され得る。EGR入口チャネル80は、シャフト30の軸61に向かって延びることができ、それに対して所定の角度で配置され得る。EGR入口チャネル80は、軸61に直接指向されるようになることができる。EGR入口チャネル80は、EGRの供給のためのEGR分配空洞部82に対する単独の開口を含み得る単一ボアであり得る。EGR入口52を含むEGR入口チャネル80は、軸61に対して垂直ではない軸61に対して所定の角度で形成され得る。そのように、軸61に対するEGR入口チャネル80の角度は傾斜し得る。これは、EGR入口チャネル80のために利用可能なスペースが利用され得る既存の圧縮機設計を含めて、形成の容易さを提供し得る。EGR分配空洞部82は、軸受ハウジング60内に完全に画定されることができ、シャフト30を取り囲むように延びることができる。EGR分配空洞部82は、シャフト30の周りの円形の長さに沿って完全に一定のサイズを有し得る。すなわち、EGR分配空洞部82の開口断面は、その円周の周りの全点で一定の断面開口面積を有し得る。断面は、形成の単純化のために矩形であることができ、全体のEGR分配空洞部82は、容易に形成される空洞部に各々寄与する環状形状を有し得る。EGR通路84は、EGR分配空洞部82を新鮮な空気ポート78と接続することができ、開口部79でディフューザ面74を通って開口され得る。開口部79は、環状ランプ86が圧縮機ホイール先端76の周りの軸受ハウジング60によって画定され得るように、圧縮機ホイールチップ76から離間され得る。EGR通路84は、半径方向外側に傾斜しているので、そこを通るEGRガスの流れが新鮮な空気ポート78を通る空気の流れと同様に半径方向外側に指向されるようになる。ディフューザ70のこの高速セグメントにおける低圧は、吸気マニホルド44にEGRガスを供給するように排気通路24において必要とされる圧力レベルを低減させることが有利である。環状ランプ86は、ディフューザ面74に隣接した軸方向に延びる壁83を含み得る軸受ハウジング60からの突出部81上に画定されることができ、これは、圧縮機ホイールチップ76の一部分の半径方向外側に直接配置された位置に延び、ディフューザ面74の半径方向内端を画定する。ディフューザ面74の部分85は、軸方向に延びる壁83の縁から開口部79まで半径方向外側に延びる。部分85の半径方向最外縁から、環状ランプ86は、シャフト30に向かって一定の角度で後方に延びているので、突出部81は、シャフト30から離れて半径方向外側に指向されるつま先87を有する足の形状を形成する。いくつかの変形例において、EGR分配空洞部82は、ディフューザ面74を画定することができ、前記軸受ハウジング60の残りの部分に接続されることができ、前記軸受ハウジング60の一部を形成し得る別個のバックプレートの構成要素内に形成され得る。そのように、軸受ハウジング60に対する言及は、別個のバックプレートを有する軸受ハウジング60を含み得る。圧縮機32は、圧縮機カバー64及び軸受ハウジング60及び/またはその別個のバックプレートを含み得る圧縮機本体61を含み得る。
図4に示したようないくつかの変形例では、環状ランプ86(突出部81)を形成する軸受ハウジング60の一部が省略され得る。EGR入口チャネル80は、軸受ハウジング60を通ってEGR分配空洞部82まで延びることができる。EGR分配空洞部82は、新鮮な空気ポート78及び圧縮機ホイールチップ76に隣接した圧縮機ホイール28の裏側92まで開口部90を含むEGR通路88と接続され得る。EGR分配空洞部82を画定する軸受ハウジング60上の半径方向最内壁89は、軸方向に延びることができ、圧縮機ホイールチップ76の半径方向内側の圧縮機ホイール28の裏側92に指向されるようになることができる。
図5に示したようないくつかの変形例において、EGR入口チャネル80は、軸受ハウジング60を通ってEGR分配空洞部82まで延びることができる。EGR分配空洞部82は、半径方向内側に指向されるようになることができ、圧縮機ホイール28の裏側92のポケット98への開口部96を含むEGR通路94と接続され得る。ポケット98は、圧縮機ホイール28及び軸受ハウジング60によってその軸方向側に、また圧縮機ホイールチップ76及びシャフト30、またはシャフト30と共に回転し得るリング97によってその半径方向側に取り囲まれた領域として画定され得る。EGR通路94は、EGR分配空洞部82から半径方向内側に延びることができ、圧縮機側軸受ハウジングシール組立体99に向かって配置され得る。この時点でEGRガスを投入すると、圧縮機ホイールポケット98内の圧力が上昇し、シール組立体99にかけて圧力を均等にすることができる。これは、軸受ハウジング60内に潤滑剤を維持することを助けることができる。ポケット98内に流れた後、EGRガスの流れは、新鮮な空気ポート78を通って圧縮機ホイール28の出口で空気と同伴される。
図6に示したようないくつかの変形例において、EGR分配空洞部101は、圧縮機カバー64内に形成され得る。EGR分配空洞部101は、圧縮機カバー64内に完全に形成されることができ、環状形状を形成するシャフト30の周りに一定の開口断面積を有する矩形断面を有し得る。EGR分配空洞部101は、ボリュート72に対して完全に半径方向内側に配置され得る。EGR通路102は、EGR分配空洞部101を新鮮な空気ポート78と接続し、新鮮な空気ポート78内への開口部104でディフューザ70に開口され得る。EGR入口チャネル(図示せず)は、圧縮機カバー64内に延びてEGRガスをEGR分配空洞部101に供給し得る。
本明細書に記載された変形例を通じて、排気マニホルド16の圧力は、一定の吸気マニホルド44の圧力を維持しながら減少されることができ、エンジン14のシリンダヘッドを横切ってより有利な圧力差を生成し得る。その結果、空気を移動させるためにエンジン14からより少ない作業が必要とされるか、またはガス交換プロセス中にエンジン14によってより多い作業が行われ得る。エンジンブレーキ平均有効圧力(BMEP)と比較して平均有効圧力(MEPポンピング)側面でポンピング作業は、効率上の利点を提供する。
変形例に対する以下の説明は、本発明の範囲内に属するものとして見なされる構成部分、要素、動作、製品及び方法を単に例示するものであり、具体的に開示または明示的に記載されていないものによってそのような範囲を限定することを意図しない。構成要素、要素、動作、製品および方法は本明細書で明示的に説明されたもの以外のものと組み合わされかつ再配置されることができ、そうしても本発明の範囲内にあると見なされる。
変形例1は、製品を含むことができ、シャフトが軸受によって支持されて回転し得る軸受ハウジングを含み得る。圧縮機ホイールは、シャフト上に配置され得る。圧縮機カバーは、軸受ハウジングと接続されることができ、圧縮機ホイールが回転し得るチャンバを画定し得る圧縮機本体を形成し得る。ディフューザは、チャンバから半径方向外側に延びることができ、圧縮機ホイールからガスを受け取ることができる。入口は、排気ガスの供給を受け取ることができる圧縮機本体に設けられることができる。EGR分配空洞部は、圧縮機本体内に画定されることができ、シャフトの周りに延びることができる。EGR入口チャネルは、入口からEGR分配空洞部まで軸受ハウジング内に延びることができる。EGR通路は、EGR分配空洞部からディフューザまで延びることができる。
変形例2は、前記シャフトが軸を中心に回転することができ、前記EGR入口チャネルが軸に向かって一定方向に延びることができる変形例1による製品を含み得る。
変形例3は、前記EGR分配空洞がシャフトの周りに円形に延びることができ、円に沿った任意の点で一定の断面を有し得る変形例1による製品を含み得る。
変形例4は、前記圧縮機ホイールがその半径方向最外周部に圧縮機ホイールチップを含み得る変形例1による製品を含み得る。前記軸受ハウジングは、シャフトに向かって半径方向に延びるディフューザの側面を画定することができ、圧縮機ホイールチップに指向されることができるディフューザ面を含み得る。
変形例5は、圧縮機ホイール及び軸受ハウジングが圧縮機ホイールの半径方向最外端から半径方向内側に延びることができるポケットをそれらの間に画定し得る変形例1による製品を含み得る。EGR通路は、ポケットに直接開口し得る。
変形例6は、前記シャフトが軸を中心に回転することができ、前記EGR入口チャネルが傾斜角であり得る軸方向に指向されるように延びることができる変形例1による製品を含み得る。
変形例7は、変形例1による製品を含むことができ、エンジンと、エンジンから排気を排出する排気通路と、排気通路をEGR入口チャネルと接続させるEGR通路と、を含み得る。
変形例8は、変形例7の製品を動作させる方法を含むことができ、前記排気通路に排気絞り弁を設けることを含み得る。排気ガスは、排気絞り弁を絞らずに、EGR入口チャネルに送達され得る。
変形例9は、変形例8による方法を含むことができ、圧縮機ホイールの半径方向最外端から半径方向内側に延びることができる圧縮機ホイールと軸受ハウジングとの間にポケットを設けるステップを含み得る。EGR通路の少なくとも一部は、ポケットに直接排気ガスを供給するように指向されることができる。
変形例10は、シャフトが軸受によって支持されて回転し得る軸受ハウジングを含み得る製品を含み得る。圧縮機ホイールは、シャフト上に配置され得る。圧縮機カバーは、軸受ハウジングと接続されることができ、圧縮機ホイールが回転し空気がチャンバ内に指向されるような空気入口を画定するチャンバを画定し得る圧縮機本体を形成し得る。ディフューザは、チャンバから半径方向外側に延びることができ、圧縮機ホイールからガスを受け取ることができる。前記圧縮機本体内のEGR入口は、排気ガスの供給を受け取ることができる。EGR分配空洞部は、圧縮機本体に画定されることができ、シャフトの周りに延びることができる。EGR入口チャネルは、EGR入口からEGR分配空洞部まで圧縮機本体内に延びることができる。EGR通路は、EGR分配空洞部からディフューザまで延びることができる。
変形例11は、前記EGR分配空洞部がシャフトの周りに円形に延びることができ、円に沿った任意の点で一定の断面を有し得る変形例10による製品を含み得る。
変形例12は、前記圧縮機ホイールがその半径方向最外周部に圧縮機ホイールチップを含み得る変形例10による製品を含み得る。軸受ハウジングは、シャフトに向かって半径方向に延びるディフューザの側面を画定するディフューザ面を含むことができ、圧縮機ホイールチップに指向されることができる。
変形例13は、前記圧縮機ホイールと軸受ハウジングが圧縮機ホイールの半径方向最外端から半径方向内側に延びることができるポケットをそれらの間に画定し得る変形例10による製品を含み得る。EGR通路は、ポケットに直接開口し得る。
変形例14は、前記シャフトが軸を中心に回転することができ、前記EGR入口チャネルが軸に向かって指向することができる変形例10による製品を含み得る。
変形例15は、前記EGR分配空洞部が環状形状であることができ、矩形断面を有し得る変形例10による製品を含み得る。
本発明の範囲内の選択的な変形例に対する前記説明は、本質的に単に例示するものであり、したがって、その変形または変形例は、本発明の思想及び範囲から逸脱するものと見なされるべきではない。
Claims (15)
- シャフトが軸受によって支持されて回転する軸受ハウジングと、シャフト上に配置された圧縮機ホイールと、前記軸受ハウジングと接続され、圧縮機ホイールが回転するチャンバを画定する圧縮機本体を生成する圧縮機カバーと、前記チャンバから半径方向外側に延び、圧縮機ホイールからガスを受け取るディフューザと、排気ガスの供給を受け取る圧縮機本体上の入口と、圧縮機本体内に完全に画定され、シャフトの周りに延びるEGR分配空洞部と、入口からEGR分配空洞部まで軸受ハウジング内に延びるEGR入口チャネルと、前記EGR分配空洞部からディフューザまで延びるEGR通路と、を含む製品。
- 前記シャフトが軸を中心に回転し、前記EGR入口チャネルが軸に向かって一定方向に延びる、請求項1に記載の製品。
- 前記EGR分配空洞部が、シャフトの周りに円形に延び、円に沿った任意の点で一定の断面を有する、請求項1に記載の製品。
- 前記圧縮機ホイールが、その半径方向最外周部に圧縮機ホイールチップを含み、前記軸受ハウジングがシャフトに向かって半径方向に延びるディフューザの側面を画定し、圧縮機ホイールチップに指向されるディフューザ面を含む、請求項1に記載の製品。
- 前記圧縮機ホイール及び軸受ハウジングが、圧縮機ホイールの半径方向最外端から半径方向内側に延びるポケットをそれらの間に画定し、前記EGR通路がポケットに直接開口する、請求項1に記載の製品。
- 前記シャフトが軸を中心に回転し、前記EGR入口チャネルが傾斜角で軸方向に指向されるように延びる、請求項1に記載の製品。
- エンジンと、エンジンから排気を排出する排気通路と、排気通路をEGR入口チャネルと接続させるEGR通路と、を含む、請求項1に記載の製品。
- 前記排気通路に排気絞り弁を設け、前記排気絞り弁を絞らずにEGR入口チャネルに排気ガスを送達するステップを含む請求項7に記載の製品を操作する、方法。
- 前記圧縮機ホイールの半径方向最外端から半径方向内側に延びることができる圧縮機ホイールと軸受ハウジングとの間にポケットを設けるステップと、EGR通路の少なくとも一部がポケットに直接排気ガスを供給するように指向するステップと、を含む、請求項8に記載の方法。
- シャフトが軸受によって支持されて回転する軸受ハウジングと、シャフト上に配置された圧縮機ホイールと、軸受ハウジングと接続され、圧縮機ホイールが回転し空気がチャンバ内に指向されるような空気入口を形成するチャンバを画定する圧縮機本体を形成する圧縮機カバーと、前記チャンバから半径方向外側に延び、圧縮機ホイールからガスを受け取るディフューザと、排気ガスの供給を受け取る圧縮機本体内のEGR入口と、圧縮機本体内に画定され、シャフトの周りに延びるEGR分配空洞部と、EGR入口からEGR分配空洞部まで圧縮機本体内に延びるEGR入口チャネルと、前記EGR分配空洞部からディフューザまで延びるEGR通路と、を含む製品。
- 前記EGR分配空洞部が、シャフトの周りに円形に延び、円に沿った任意の点で一定の断面を有する、請求項10に記載の製品。
- 前記圧縮機ホイールが、その半径方向最外周部に圧縮機ホイールチップを含み、前記軸受ハウジングがシャフトに向かって半径方向に延びるディフューザの側面を画定し、圧縮機ホイールチップに指向されるディフューザ面を含む、請求項10に記載の製品。
- 前記圧縮機ホイール及び軸受ハウジングが圧縮機ホイールの半径方向最外端から半径方向内側に延びるポケットをそれらの間に画定し、前記EGR通路がポケットに直接開口する、請求項10に記載の製品。
- 前記シャフトが軸を中心に回転し、前記EGR入口チャネルが軸に向かって指向する、請求項10に記載の製品。
- 前記EGR分配空洞部が、環状形状であり、矩形断面を有する、請求項10に記載の製品。
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