(57)【要約】【課題】コンプレッサインペラの温度分布を均一にすることができる内燃機関の配管構造を提供する。【解決手段】ターボ式過給システム２は、コンプレッサ５が、コンプレッサインペラ１０の回転軸方向に吸気通路８から吸気を導入する吸気導入管１３を有する。また、ＥＧＲシステム３は、複数のＥＧＲ導入管１５とそれらのＥＧＲ導入管１５のそれぞれに少なくとも一つ形成されるＥＧＲ導入孔１６とを有する。ＥＧＲ導入管１５は、吸気導入管１３の管軸方向に視て、吸気導入管１３の内筒面からその管径方向に突出し、少なくとも吸気導入管１３の管径方向中央部まで延在する。ＥＧＲ導入孔１６は、その開口方向が、ＥＧＲ導入管１５の延在方向に交差する方向で、且つ吸気導入管１３を流れる吸気の流れ方向に交差する方向である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサを有するターボ式過給システムと、前記吸気通路及び前記内燃機関の排気通路を連通するＥＧＲ通路を有するＥＧＲシステムとを備える内燃機関の配管構造において、
前記ターボ式過給システムは、前記コンプレッサが、コンプレッサインペラの回転軸方向に前記吸気通路から吸気を導入する吸気導入管を有し、
前記ＥＧＲシステムは、複数のＥＧＲ導入管とそれらのＥＧＲ導入管のそれぞれに少なくとも一つ形成されるＥＧＲ導入孔とを有し、
前記ＥＧＲ導入管は、前記吸気導入管の管軸方向に視て、前記吸気導入管の内筒面からその管径方向に突出し、少なくとも前記吸気導入管の管径方向中央部まで延在し、
前記ＥＧＲ導入孔は、その開口方向が、前記ＥＧＲ導入管の延在方向に交差する方向で、且つ前記吸気導入管を流れる吸気の流れ方向に交差する方向であることを特徴とする内燃機関の配管構造。
【請求項２】
複数の前記ＥＧＲ導入管が、前記吸気導入管の管周方向に等間隔に配置される請求項１に記載の内燃機関の配管構造。
【請求項３】
複数の前記ＥＧＲ導入管を連結する連結部材を有し、
複数の前記ＥＧＲ導入管が、前記吸気導入管の管軸方向に視て、前記吸気導入管の内筒面からその管径方向に突出し、前記吸気導入管の管径方向中央部まで延在し、複数の前記ＥＧＲ導入管の管径方向中央部の端部どうしが前記連結部材により連結される請求項１又は２に記載の内燃機関の配管構造。
【請求項４】
一つの前記ＥＧＲ導入管に形成される複数の前記ＥＧＲ導入孔が、前記ＥＧＲ導入管の延在方向に互いに間隔を空けて配置され、
一つの前記ＥＧＲ導入管の延在方向で隣り合う前記ＥＧＲ導入孔どうしは、それぞれの開口方向が反対方向である請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の配管構造。
【請求項５】
前記吸気導入管は、二重管の内管で構成され、その二重管の外管が前記ＥＧＲ通路に連通すると共に、前記ＥＧＲ導入管に連通する請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の配管構造。
【請求項６】
吸気の流れに関して前記吸気導入管の上流側に前記ＥＧＲ導入管が配置され、
吸気の流れに関して前記吸気導入管の下流側が、二重管の内管で構成され、その二重管の外管に冷却媒体が流れる構成である請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の配管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の配管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサの入口の近傍における、ＥＧＲ通路と吸気通路の接続部に、この吸気通路を取り巻くように円筒状に形成されたミキサーを設けるとともに、このミキサーの内周側の複数個所に吸気通路と連通するＥＧＲガスの導入口を設けた過給エンジンのＥＧＲシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１２１１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に開示される技術は、ＥＧＲガスをインペラの中心部に向かうように制御するものである。それ故、吸気通路の管径方向でのＥＧＲガスと新気の混合気の温度分布がばらつくこととなる。これにより、混合気が通過するコンプレッサインペラの温度分布もばらつくため、この温度分布に起因してインペラの耐久性が劣化する虞があった。また、コンプレッサハウジングとインペラのクリアランスがインペラの管周方向でばらつき、コンプレッサハウジングとインペラが干渉する虞があった。
【０００５】
本開示の目的は、コンプレッサインペラの温度分布のばらつきを抑制することできる内燃機関の配管構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の態様の内燃機関の配管構造は、内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサを有するターボ式過給システムと、前記吸気通路及び前記内燃機関の排気通路を連通するＥＧＲ通路を有するＥＧＲシステムとを備える内燃機関の配管構造において、前記ターボ式過給システムは、前記コンプレッサが、コンプレッサインペラの回転軸方向に前記吸気通路から吸気を導入する吸気導入管を有し、前記ＥＧＲシステムは、複数のＥＧＲ導入管とそれらのＥＧＲ導入管のそれぞれに少なくとも一つ形成されるＥＧＲ導入孔とを有し、前記ＥＧＲ導入管は、前記吸気導入管の管軸方向に視て、前記吸気導入管の内筒面からその管径方向に突出し、少なくとも前記吸気導入管の管径方向中央部まで延在し、前記ＥＧＲ導入孔は、その開口方向が、前記ＥＧＲ導入管の延在方向に交差する方向で、且つ前記吸気導入管を流れる吸気の流れ方向に交差する方向であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、コンプレッサインペラの温度分布のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】内燃機関の配管構造の実施形態を例示する側面図である。
【図２】図１の内燃機関の配管構造をＸ断面視で例示する正面図である。
【図３】ＥＧＲ導入管の第１変形例を示す正面図である。
【図４】ＥＧＲ導入管の第２変形例を示す正面図である。
【図５】ＥＧＲ導入管の第３変形例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態の内燃機関の配管構造１について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の配管構造１は、ターボ式過給システム２とＥＧＲシステム３とを備える内燃機関における配管構造である。
【００１０】
ターボ式過給システム２は、タービン４と、コンプレッサ５と、シャフト６と、で構成されるシステムである。タービン４は、エンジン（内燃機関）の排気通路７に配置されて、エンジンの排気ガスのエネルギーにより回転駆動する装置である。コンプレッサ５は、エンジンの吸気通路８に配置されて、吸気通路８からコンプレッサ５に流入する吸気Ａを圧縮（過給）する装置である。シャフト６は、タービン４とコンプレッサ５を連結して、エンジンの排気ガスのエネルギーによるタービン４の回転動力をコンプレッサ５側に伝達する部材である。
【００１１】
コンプレッサ５について、より詳細には、コンプレッサハウジング９と、コンプレッサインペラ１０とを備える。コンプレッサハウジング９は、コンプレッサ５の外形を構成して、その内部にコンプレッサインペラ１０等を備える部材（筐体）である。コンプレッサインペラ１０は、シャフト６を回転軸とする複数の翼型形状の羽根で構成されて、シャフト６の外周に取り付けられる部材である。吸気通路８からコンプレッサハウジング９の内部に流入した吸気（新気＋ＥＧＲガス）Ａは、回転状態の各羽根の間や、コンプレッサハウジング９の内壁とコンプレッサインペラ１０の間の空間を通過するときに圧縮される。
【００１２】
ＥＧＲシステム３は、エンジンの吸気通路８及び排気通路７を連通するＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲバルブ１２と、ＥＧＲクーラと、で構成されるシステムである。ＥＧＲ通路１１は、エンジンの吸気通路８及び排気通路７を連通する装置である。ＥＧＲバルブ１２は、ＥＧＲ通路１１に配置される開閉弁である。ＥＧＲクーラは、排気通路７から吸気通路８に流れる排気ガスの一部であるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスＧｅをエンジン冷却水等の冷却媒体により冷却する装置である。
【００１３】
本実施形態では、図１、図２に示すように、ターボ式過給システム２のコンプレッサ５が、コンプレッサインペラ１０の回転軸方向にコンプレッサ５に属していない吸気通路８から吸気Ａを導入する吸気導入管１３を有する。吸気導入管１３は、二重管の内管で構成され、その二重管の外管１４がＥＧＲ通路１１に連通すると共に、後述するＥＧＲ導入管１５に連通する装置である。吸気導入管１３は、吸気通路８の一部でもある。
【００１４】
本実施形態では、ＥＧＲシステム３は、複数のＥＧＲ導入管１５と、一つのＥＧＲ導入管１５に対して少なくとも一つ形成されるＥＧＲ導入孔１６とを有する。ＥＧＲ導入管１５は、吸気導入管１３の管軸方向に視て、吸気導入管１３の内筒面から吸気導入管１３の管径方向に突出し、少なくとも吸気導入管１３の管径方向中央部まで延在して、その内部をＥＧＲガスＧｅが流通する装置である。本実施形態では、ＥＧＲ導入管１５は、吸気導入管１３の管周方向に４つ等間隔に配置されているが、この数に限定されない。ただし、ＥＧＲ導入管１５を複数配置する場合は、各々を吸気導入管１３の管周方向に等間隔に配置する方が好ましい。また、本実施形態では、複数のＥＧＲ導入管１５が、吸気導入管１３の内筒面から吸気導入管１３の管径方向中央部まで延在し、複数のＥＧＲ導入管１５の管径方向中央部の端部どうしを連結部材１７により連結して、ＥＧＲ導入管１５及び連結部材１７により十字構造を形成している。
【００１５】
ＥＧＲ導入孔１６は、ＥＧＲ導入管１５にその延在方向に互いに間隔を空けて複数配置される孔で、ＥＧＲガスＧｅはＥＧＲバルブ１２が開状態のときにＥＧＲ通路１１からＥＧＲ導入孔１６を経由して吸気導入管１３に導入される。本実施形態では、ＥＧＲ導入孔１６は、吸気Ａの流れ方向から視て（Ｘ断面視で）、その開口方向が、ＥＧＲ導入管１５の延在方向に交差する方向に形成される。また、ＥＧＲ導入孔１６は、コンプレッサ５の側面方向から視て、その開口方向が、吸気導入管１３を流れる吸気Ａの流れ方向に交差する方向に形成される。つまり、ＥＧＲ導入孔１６は、吸気導入管１３の管軸方向に視て、管周方向に向いて開口する。本実施形態では、さらに、ＥＧＲ導入管１５の延在方向で隣り合うＥＧＲ導入孔１６どうしは、吸気Ａの流れ方向から視て、それぞれの開口方向が反対方向に形成される。なお、ＥＧＲ導入孔１６は、各ＥＧＲ導入管１５に少なくとも１個形成されていればよく、本実施形態の個数（２個）に限定されない。また、ＥＧＲ導入孔１６は、一つのＥＧＲ導入管１５に対して２個形成される場合に、吸気導入管１３の半径（内径）をｄとして、管径方向中心（連結部材１７の中心）から管径方向に距離ｄ／２離間した位置までの間の中央領域に対して少なくとも１個、この距離ｄ／２離間した位置から吸気導入管１３の内筒面までの間の外側領域に対して少なくとも１個形成すると好ましい。このように一つのＥＧＲ導入管１５に対して複数のＥＧＲ導入孔１６を形成する場合は、一つのＥＧＲ導入管１５をその延在方向に形成されるＥＧＲ導入孔１６の個数分で均等に区分された領域ごとにＥＧＲ導入孔１６を配置するとよい。
【００１６】
配管構造１における全てのＥＧＲ導入孔１６は、吸気導入管１３をその管軸方向に視た場合の吸気導入管１３の内部全域を平面分布範囲として均等に分布する。本明細書では、平面分布範囲は、吸気導入管１３を管軸方向に視た場合の平面的な分布範囲であり、吸気導入管１３における管径方向及び管周方向のみを考慮した分布範囲である。すなわち、ＥＧＲ導入孔１６は吸気導入管１３の内部に均等に分布する。
【００１７】
本実施形態は、配管構造１における全てのＥＧＲ導入孔１６は、吸気導入管１３の管軸方向に視て、同心円状に配置される。また、同一円状に配置された複数のＥＧＲ導入孔１６は、吸気導入管１３の管周方向において開口方向が対向しないように配置される。具体的に、配管構造１における複数のＥＧＲ導入孔１６は中央領域に存在する同一円状と外側領域に存在する同一円状とのそれぞれに四つずつ配置される。また、中央領域に配置された四つのＥＧＲ導入孔１６は、その開口方向が吸気導入管１３の管周方向の一方向（図中の右回りの方向）に揃えられる。外側領域に配置された四つのＥＧＲ導入孔１６は、その開口方向が吸気導入管１３の管周方向の一方向の反対側の方向（図中の左回りの方向）に揃えられる。なお、中央領域に配置された四つのＥＧＲ導入孔１６の径よりも、外側領域に配置された四つのＥＧＲ導入孔１６の径を小さくしてもよい。
【００１８】
また、本実施形態では、吸気Ａの流れに関して吸気導入管１３の上流側にＥＧＲ導入管１５が配置されるとともに、吸気Ａの流れに関して吸気導入管１３の下流側で、その外管１４にエンジン冷却水等の冷却媒体が流れる冷却水通路１８が配置される。なお、吸気導入管１３の全体を二重管の内管で構成する必要はなく、冷却水通路１８が形成される部位のみ二重管の内管として構成してもよい。この場合、ＥＧＲ通路１１は吸気導入管１３に直接接続される。
【００１９】
エンジンの運転状態に基づいてＥＧＲバルブ１２を閉状態から開状態に切り替えると、ＥＧＲ通路１１から二重管の外管１４と吸気導入管１３の間の空間にＥＧＲガスＧｅが流入し、この空間内でＥＧＲガスＧｅは拡散する。拡散したＥＧＲガスＧｅは、各ＥＧＲ導入管１５の内部に流れて、各ＥＧＲ導入管１５に形成された各ＥＧＲ導入孔１６を介して吸気導入管１３の内部に流れる。
【００２０】
そして、エンジンの運転状態に基づいてＥＧＲバルブ１２を開状態から閉状態に切り替えると、ＥＧＲ通路１１から二重管の外管１４と吸気導入管１３の間の空間へのＥＧＲガスＧｅの流入がなくなり、各ＥＧＲ導入孔１６から吸気導入管１３の内部にＥＧＲガスＧｅが流れなくなる。
【００２１】
なお、ＥＧＲバルブ１２の制御は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）等の制御装置により行う。制御装置は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。制御装置は、エンジン回転数センサ及び燃料噴射量センサ等の各種センサや、ＥＧＲバルブ１２等の各種装置に信号線を介して電気的に接続されている。また、エンジンの運転状態は、エンジン回転数センサの取得値と燃料噴射量センサの取得値の両方に基づいて制御装置により判定する。
【００２２】
以上より、本発明の実施形態の内燃機関の配管構造１では、吸気導入管１３の管径方向中央部にまで延在したＥＧＲ導入管１５に形成した複数のＥＧＲ導入孔１６より吸気導入管１３の内部にＥＧＲガスＧｅが導入される。そして、配管構造１では、ＥＧＲ導入孔１６の開口方向を、ＥＧＲ導入管１５の延在方向に交差する方向で、且つ、吸気導入管１３を流れる吸気Ａの流れ方向に交差する方向に向ける。それ故、吸気通路８から流入した新気にＥＧＲ導入孔１６を通過したＥＧＲガスＧｅを混合させやすくなると共に、開口方向を吸気導入管１３の管軸方向に向けたものに比して、ＥＧＲガスＧｅを均一に拡散させることができる。これにより、吸気導入管１３の内部でＥＧＲガスＧｅと吸気通路８から流入した吸気Ａが均一に混合されて、この混合気がコンプレッサインペラ１０の全域に拡散して流入するので、コンプレッサインペラ１０の温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００２３】
配管構造１における全てのＥＧＲ導入孔１６を、吸気導入管１３を管軸方向に視て均等に分布させることで、それらのＥＧＲ導入孔１６から導入されるＥＧＲガスＧｅを、吸気導入管１３の内部全域に拡散させることができる。これにより、混合気がコンプレッサインペラ１０の全域に拡散して流入するので、コンプレッサインペラ１０の温度分布のばらつきを抑制することができる。
【００２４】
ＥＧＲ導入管１５については、吸気導入管１３の管周方向に複数等間隔に配置すると、吸気Ａの流れ方向から視て、吸気導入管１３の内部に均一に拡散させやすくなるので好ましい。また、ＥＧＲ導入管１５により生じる吸気抵抗の偏りを解消するには有利になる。
【００２５】
複数のＥＧＲ導入管１５の管径方向中央部の端部どうしを連結部材１７で連結して、吸気Ａの流れ方向から視て、ＥＧＲ導入管１５及び連結部材１７により十字構造を形成すると、吸気導入管１３の内部に均一に拡散させやすくなるだけでなく、ＥＧＲ導入管１５による吸気抵抗を均等化することができるので、ＥＧＲ導入管１５による吸気Ａの運動エネルギーの低下を最小限にすることができる。
【００２６】
ＥＧＲ導入管１５の延在方向で隣り合うＥＧＲ導入孔１６どうしの開口方向を反対方向とすると、吸気Ａの流れ方向から視て、吸気導入管１３の内部で時計回りのＥＧＲガスＧｅと反時計回りのＥＧＲガスＧｅが衝突してＥＧＲガスＧｅの滞留化を促進するので、吸気導入管１３の内部におけるＥＧＲガスＧｅと吸気通路８から流入した新気の均一混合をさらに促進することができる。
【００２７】
吸気導入管１３を二重管の内管で構成し、その二重管の外管１４がＥＧＲ通路１１に連通すると共に、ＥＧＲ導入管１５に連通するようにすると、ＥＧＲ導入孔１６から吸気導入管１３の内部にＥＧＲガスＧｅが流入する前に、二重管の内管と外管の間の空間でＥＧＲガスＧｅが滞留するので、吸気導入管１３の内部でＥＧＲガスＧｅと新気を均一混合させやすくなる。
【００２８】
吸気Ａの流れに関して吸気導入管１３の上流側にＥＧＲ導入管１５を配置して、吸気Ａの流れに関して吸気導入管１３の下流側を二重管の内管で構成して、その二重管の外管１４に冷却媒体が流れる構成とすると、ＥＧＲガスＧｅと新気が均一混合された混合気を冷却媒体により冷却するので、コンプレッサインペラ１０全体の温度分布を低下させることが可能となる。
【００２９】
なお、吸気導入管１３の内部にＥＧＲガスＧｅが均一に拡散することを前提として、ＥＧＲ通路１１から吸気導入管１３の内部にＥＧＲガスＧｅを導入する構成は、種々の変形が可能である。例えば、図３に示すように、ＥＧＲ通路１１を吸気導入管１３の周方向に均等の位置となるように外管１４に２つ接続するとともに、各ＥＧＲ通路１１に連通する接続管１９を、吸気導入管１３と外管１４の間の空間及びＥＧＲ導入管１５の内部空間に延在して形成する。この構成では、ＥＧＲ導入管１５ではなく、接続管１９に複数のＥＧＲ導入孔１６が管径方向に離間して形成される。これにより、ＥＧＲガスＧｅが吸気導入管１３と外管１４の間の空間に滞留しないので、この空間により吸気導入管１３が保温されない。したがって、吸気導入管１３を二重管の内管とする場合に、吸気Ａの流れ方向から視て、吸気導入管１３の内部を通過するＥＧＲガスＧｅと新気の混合気の温度分布を均等にしやすくすることができる。
【００３０】
また、吸気導入管１３を二重管構造とせずに、図４、図５に示すように、吸気導入管１３を単管構造として、ＥＧＲ通路１１を吸気導入管１３の周方向に均等の位置となるように吸気導入管１３に複数（図４では４つ、図５では２つ）接続して、これらの接続箇所からＥＧＲ導入孔１６付きのＥＧＲ導入管１５を管径方向中央部に延在する構成としてもよい。これらの構成でも、吸気導入管１３の内部でＥＧＲガスＧｅと吸気通路８から流入した新気が均一に混合されて、この混合気がコンプレッサインペラ１０に流入するので、コンプレッサインペラ１０の温度分布を均一にすることができる。
【００３１】
なお、ＥＧＲ導入管１５を吸気導入管１３の内部に突出させることで吸気抵抗が過大に増加する場合は、ＥＧＲ導入管１５が設置される部位の吸気導入管１３の管径を長くして、ＥＧＲ導入管１５が設置される部位の前後で吸気Ａの通過可能な面積を変化させないようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  内燃機関の配管構造
２  ターボ式過給システム
３  ＥＧＲシステム
４  タービン
５  コンプレッサ
６  シャフト
７  排気通路
８  吸気通路
９  コンプレッサハウジング
１０  コンプレッサインペラ
１１  ＥＧＲ通路
１２  ＥＧＲバルブ
１３  吸気導入管
１４  外管
１５  ＥＧＲ導入管
１６  ＥＧＲ導入孔
１７  連結部材
１８  冷却水通路
１９  接続管
【図１】
2019173686.tif 000003
【図２】
2019173686.tif 000004
【図３】
2019173686.tif 000005
【図４】
2019173686.tif 000006
【図５】
2019173686.tif 000007