JP2021008859A - コンプレッサの保護構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンプレッサを異物の衝突から保護する。【解決手段】エンジン１０の吸気流路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサ４２の保護構造であって、コンプレッサ４２を収容するコンプレッサ室４６よりも上流側の吸気流路４５に設けられると共に、吸気上流側から下流側に向かって拡径する錐状に形成されており、その錐面７４に沿って吸気を流すことにより、吸気に含まれる異物をコンプレッサ室４６の上流開口縁よりも径方向外側へと導くガイド部材７１を備えた。【選択図】図２

Description

本開示は、コンプレッサの保護構造に関し、特に、エンジンの吸気流路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサの保護構造に関する。

従来、燃焼室からシリンダとピストンとの隙間を通過してクランクケース内に漏れ出たブローバイガスを、コンプレッサよりも上流側の吸気系に還流するブローバイガス処理装置（Positive Crankcase Ventilation：以下、ＰＣＶ装置）が広く実用化されている（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジンから排出されてターボチャージャのタービンを通過した排気を、コンプレッサよりも上流側の吸気系に再循環させる低圧排気再循環装置（Low Pressure-Exhaust Gas Recirculation：以下、低圧ＥＧＲ装置）も広く実用化されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１７−１９３９６３号公報 特開２０１１−０２１５６１号公報

ところで、上述のＰＣＶ装置や低圧ＥＧＲ装置において、コンプレッサよりも上流側の吸気系に還流されるブローバイガスやＥＧＲガス（以下、これらを単に還流ガスともいう）には、当該還流ガスに含まれる凝結水から生成される氷等の異物が含まれる場合がある。また、エアクリーナに破損等が生じた場合にも、外気から異物を含む吸気がコンプレッサに導かれる場合がある。このような異物が高速回転するコンプレッサに直接的に衝突すると、コンプレッサの破損を招く可能性があり、コンプレッサを異物の衝突から効果的に保護することが望まれる。

本開示の技術は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コンプレッサを異物の衝突から保護することを目的とする。

本開示の技術は、エンジンの吸気流路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサの保護構造であって、前記コンプレッサを収容するコンプレッサ室よりも上流側の前記吸気流路に設けられると共に、吸気上流側から下流側に向かって拡径する錐状に形成されており、その錐面に沿って吸気を流すことにより、該吸気に含まれる異物を前記コンプレッサ室の上流開口縁よりも径方向外側へと導くガイド部材を備えることを特徴とする。

また、前記ガイド部材は、前記コンプレッサの回転軸心と同軸上に設けられていることが好ましい。

また、吸気上流側に臨んで開口すると共に、前記コンプレッサ室の周囲に環状に形成されており、前記ガイド部材によって径方向外側へ導かれる異物を捕集する捕集溝部をさらに備えることが好ましい。

また、前記ガイド部材が円錐状に形成されていることが好ましい。

また、前記ガイド部材よりも上流側の前記吸気流路に、前記エンジンの排気を還流させる還流通路が接続されてもよい。

また、前記ガイド部材よりも上流側の前記吸気流路に、前記エンジンのブローバイガスを還流させる還流通路が接続されてもよい。

本開示の技術によれば、コンプレッサを異物の衝突から保護することができる。

本実施形態に係るエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。 本実施形態に係るコンプレッサの保護構造を示す模式的な部分断面図である。 本実施形態に係るコンプレッサの保護構造の作用効果を説明する模式図である。

以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るコンプレッサの保護構造を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

［全体構成］
図１は、本実施形態に係るエンジン１０の吸排気系を示す模式的な全体構成図である。

図１に示すように、エンジン１０の本体部は、主として、シリンダブロックＣＢと、シリンダヘッドＣＨと、オイルパンＯＰとを備えている。

オイルパンＯＰは、エンジンオイルを貯留する。オイルパンＯＰは、シリンダブロックＣＢに設けられたクランクケースＣＡの下部に取り付けられている。

シリンダブロックＣＢには、ピストンＰを往復移動自在に収容するシリンダＣが形成されている。ピストンＰには、コネクティングロッドＣＲを介してクランクシャフトＣＳが連結されている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち１気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。エンジン１０は、複数気筒又は単気筒の何れであってもよい。

シリンダヘッドＣＨは、シリンダブロックＣＢの上部に設けられている。シリンダＣの内壁と、シリンダヘッドＣＨの下面と、ピストンＰの頂面とにより、燃焼室が区画形成されている。シリンダヘッドＣＨの上部には、シリンダヘッドカバーＨＣが設けられている。シリンダヘッドＣＨには、燃焼室へ吸気を導入する吸気ポート１１及び、燃焼室から排気を導出する排気ポート１２が設けられている。さらに、シリンダヘッドＣＨには、吸気バルブ１３、排気バルブ１４、インジェクタ１５等が設けられている。なお、エンジン１０は、図示例の直噴式に限定されず、予混合式エンジンであってもよい。

シリンダヘッドＣＨの吸気側（図の右側）の側部には、吸気を各吸気ポート１１に分配する吸気マニホールド２０が取り付けられている。吸気マニホールド２０には、吸気を導入する吸気通路２１が接続されている。吸気通路２１には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２２、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４２、インタークーラ２３等が設けられている。

シリンダヘッドＣＨの排気側（図の左側）の側部には、各排気ポート１２から排気を集合させる排気マニホールド３０が取り付けられている。排気マニホールド３０には、排気を導出する排気通路３１が接続されている。排気通路３１には、排気上流側から順に、ターボチャージャ４０のタービン４１、不図示の排気後処理装置等が設けられている。

ターボチャージャ４０は、排気により回転駆動するタービン４１と、タービン４１にターボ軸４３を介して連結されて吸気を圧送するコンプレッサ４２とを備えている。なお、ターボチャージャ４０は、図示例のコンベンショナルタイプに限定されず、可変翼を備える可変容量型タイプであってもよい。

低圧ＥＧＲ装置５０は、タービン４１よりも排気下流側の排気通路３１から分岐して、コンプレッサ４２よりも上流側の吸気通路２１に合流する低圧ＥＧＲ通路５１（本開示の還流通路の一例）と、低圧ＥＧＲ通路５１に設けられてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ５２と、ＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ５３とを備えている。なお、低圧ＥＧＲ通路５１は、不図示の排気後処理装置よりも下流側の排気通路３１から分岐してもよい。

ＰＣＶ装置６０は、オイルセパレータ６１と、ブローバイガス導出配管６２と、ブローバイガス還流配管６３（本開示の還流通路の一例）と、オイルリターン配管６５とを備えている。

ブローバイガス導出配管６２は、クランクケースＣＡのブローバイガス出口部とオイルセパレータ６１のブローバイガス入口部とを接続する。ブローバイガス導出配管６２は、燃焼室側からピストンＰとシリンダＣ内壁との隙間を通過してクランクケースＣＡ内に漏出したブローバイガスをオイルセパレータ６１に導入する。

オイルセパレータ６１は、例えば、ブローバイガスを不図示の衝突板等に衝突させて、ブローバイガスに含まれるオイルを衝突板の衝突面に付着させることにより、ブローバイガスとオイルとを気液分離するセパレータとして機能する。

ブローバイガス還流配管６３は、オイルセパレータ６１のブローバイガス出口部とコンプレッサ４２よりも吸気上流側の吸気通路２１とを接続する。ブローバイガス還流配管６３には、好ましくは、ブローバイガスのオイルセパレータ６１側への逆流を阻止する逆止弁６４が設けられている。

オイルリターン配管６５は、オイルセパレータ６１のオイル出口部とクランクケースＣＡのオイル入口部とを接続する。オイルセパレータ６１にてブローバイガスから分離されたオイルの少なくとも一部が、オイルリターン配管６５を経由してオイルパンＯＰに戻されるようになっている。

本実施形態において、吸気を流通させる吸気流路（例えば、コンプレッサ４２を収容するコンプレッサハウジング）には、コンプレッサ４２を異物の衝突から保護する保護構造７０が設けられている。以下、保護構造７０の詳細について説明する。

［保護構造］
図２は、本実施形態に係るコンプレッサ４２の保護構造７０を示す模式的な部分断面図である。なお、図中において、符号４４はコンプレッサ４２を収容したコンプレッサハウジング、符号４９はターボ軸４３を軸支する不図示の軸受部を収容した中間ハウジングをそれぞれ示している。

コンプレッサハウジング４４は、吸気上流側から順に、略円筒状の吸気入口部４５（本開示の吸気流路の一例）と、コンプレッサ４２が回転自在に配置された略円筒状のコンプレッサ室４６と、コンプレッサ室４６を囲む略円環状に形成されたスクロール流路４７と、スクロール流路４７から径方向外側に延びる吸気出口部４８とを備えている。吸気入口部４５の上流端開口部には、低圧ＥＧＲ通路５１やブローバイガス還流配管６３、エアクリーナ２２（図１参照）が接続された吸気通路２１の下流端開口部が不図示のボルトナット等により締結固定されている。

すなわち、エアクリーナ２２を通過した新気（吸気）、低圧ＥＧＲ通路５１から還流されるＥＧＲガス、ブローバイガス還流配管６３から還流されるブローバイガスは、吸気通路２１からターボチャージャ４０の吸気入口部４５に導入される。吸気入口部４５に導入された吸気、ＥＧＲガスやブローバイガス（以下、これらを単に還流ガスともいう）は、コンプレッサ室４６の内部で回転するコンプレッサ４２により加圧されてスクロール流路４７に流れ込み、スクロール流路４７から吸気出口部４８に圧送されるようになっている。

保護構造７０は、吸気上流側から順に、ガイド部材７１と、捕集溝部７５とを備えている。

ガイド部材７１は、略円錐状に形成されており、コンプレッサ室４６よりも吸気上流側の吸気入口部４５内に収容されている。より詳しくは、ガイド部材７１は、頂部７２が底部７３に対して吸気上流側となり、且つ、その軸心がコンプレッサ４２の回転軸心（ターボ軸４３の軸心）と略一致するように、吸気入口部４５内に設けられている。

ガイド部材７１の底部７３の外径は、吸気入口部４５の内径よりも小径に形成されており、底部７３の外周縁と吸気入口部４５の内周面との間には、吸気や還流ガスを円滑に流通させるクリアランスＣが確保されている。すなわち、ガイド部材７１を配置したことによる吸気や還流ガスの圧損が効果的に抑えられるようになっている。

ガイド部材７１の頂角θは、円錐面７４の延長線Ｘがコンプレッサ室４６の上流開口縁４６Ａよりも径方向外側となる角度で設定されている。すなわち、吸気や還流ガスがガイド部材７１の円錐面７４に沿って流されると、これら吸気や還流ガスに含まれる質量の重い異物（例えば、凝縮水が凍結した氷等）は延長線Ｘ方向に向けて半径方向外側へ導かれ、異物よりも質量が軽い気体は円錐面７４を通過した後に異物が分離された状態でコンプレッサ室４６内に導入されるようになっている。これにより、異物のコンプレッサ４２への直接的な衝突が効果的に防止されるようになる。

捕集溝部７５は、例えば、吸気上流側に臨んで開口する凹溝であって、コンプレッサ室４６の周囲に略円環状に形成されている。捕集溝部７５は、その開口が円錐面７４の延長線Ｘ上に位置するように設けられている。すなわち、ガイド部材７１によって半径方向外側へ導かれる異物が、捕集溝部７５の溝内に効果的に捕集されるようになっている。これにより、ガイド部材７１によって分離された異物のコンプレッサ室４６内への侵入が確実に防止されるようになる。

［作用効果］
以上のように構成された本実施形態に係るコンプレッサ４２の保護構造７０による作用効果を、図３に基づいて説明する。なお、図中において、黒点は還流ガスに含まれる氷等の異物や、エアクリーナ２２（図１参照）の破損等により外気から流れ込んだ吸気中の異物を示している。

図３に示すように、低圧ＥＧＲ通路５１やブローバイガス還流配管６３から吸気通路２１に流れ込む異物を含んだ還流ガス、及び、又は、エアクリーナ２２（図１参照）を通過して吸気通路２１を流れる異物を含んだ吸気（新気）は、吸気入口部４５内に配置されたガイド部材７１の円錐面７４に沿って流される。円錐面７４に沿って流される還流ガスや吸気中の異物は、円錐面７４の延長線Ｘ方向に向けてコンプレッサ室４６の上流開口縁４６Ａよりも径方向外側へと導かれる。

すなわち、還流ガスや吸気に含まれる異物のコンプレッサ室４６内への流れ込みが、ガイド部材７１によって効果的に防止できるように構成されている。これにより、異物のコンプレッサ４２への直接的な衝突を抑止できるようになり、異物の衝突を起因としたコンプレッサ４２の破損等を効果的に防止することが可能になる。

また、ガイド部材７１によって径方向外側へと導かれる異物は、コンプレッサ室４６の周囲に形成された捕集溝部７５の内部に導入されて、当該捕集溝部７５の溝内に効果的に保持されるように構成されている。これにより、ガイド部材７１によって分離された異物がコンプレッサ室４６内に流れ込んでコンプレッサ４２に衝突或は付着することを効果的に防止することが可能になる。また、異物が捕集溝部７５内に確実に保持されることで、下流側のインタークーラ２３（図１参照）等に異物が付着して堆積することも効果的に防止することが可能になる。

［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。

例えば、ガイド部材７１は、円錐状を一例に説明したが、異物をコンプレッサ室４６の上流開口縁４６Ａよりも径方向外側へと導くことができる形状であれば、他の形状を適用してもよい。例えば、断面形状が吸気上流側から下流側に向かうに従い拡径し、且つ、吸気上流側から下流側に向かって径方向外側に傾く面（錐面）を有する形状であれば、角錐状等であってもよい。

また、ガイド部材７１は、コンプレッサハウジング４４の吸気入口部４５に設けられるものとして説明したが、吸気入口部４５直上流の吸気通路２１内に設けることもできる。

また、ガイド部材７１の表面（円錐面７４）に、吸気や還流ガスの流通を許容しつつ、異物の流通を阻止する微小な貫通孔を複数形成してもよい。このように構成すれば、吸気や還流ガスの圧損をより効果的に抑えることができる。

また、本開示の保護構造７０は、排気エネルギで駆動するターボチャージャ４０のコンプレッサ４２を一例に説明したが、エンジン１０やモータの動力で駆動するスーパーチャージャ等のコンプレッサにも適用することが可能である。

１０ エンジン
２１ 吸気通路
４０ ターボチャージャ
４１ タービン
４２ コンプレッサ
４３ ターボ軸
４４ コンプレッサハウジング
４５ 吸気入口部（吸気流路）
４６ コンプレッサ室
４７ スクロール流路
４８ 吸気出口部
５１ 低圧ＥＧＲ通路（還流通路）
６３ ブローバイガス還流配管（還流通路）
７０ 保護構造
７１ ガイド部材
７４ 円錐面（錐面）
７５ 捕集溝部

Claims (6)

1. エンジンの吸気流路に設けられて吸気を圧送するコンプレッサの保護構造であって、
   前記コンプレッサを収容するコンプレッサ室よりも上流側の前記吸気流路に設けられると共に、吸気上流側から下流側に向かって拡径する錐状に形成されており、その錐面に沿って吸気を流すことにより、該吸気に含まれる異物を前記コンプレッサ室の上流開口縁よりも径方向外側へと導くガイド部材を備える
   ことを特徴とするコンプレッサの保護構造。
2. 前記ガイド部材は、前記コンプレッサの回転軸心と同軸上に設けられている
   請求項１に記載のコンプレッサの保護構造。
3. 吸気上流側に臨んで開口すると共に、前記コンプレッサ室の周囲に環状に形成されており、前記ガイド部材によって径方向外側へ導かれる異物を捕集する捕集溝部をさらに備える
   請求項１又は２に記載のコンプレッサの保護構造。
4. 前記ガイド部材が円錐状に形成されている
   請求項１から３の何れか一項に記載のコンプレッサの保護構造。
5. 前記ガイド部材よりも上流側の前記吸気流路に、前記エンジンの排気を還流させる還流通路が接続されている
   請求項１から４の何れか一項に記載のコンプレッサの保護構造。
6. 前記ガイド部材よりも上流側の前記吸気流路に、前記エンジンのブローバイガスを還流させる還流通路が接続されている
   請求項１から４の何れか一項に記載のコンプレッサの保護構造。

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