(57)【特許請求の範囲】
【請求項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の一箇所に接続され、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り、
前記ＥＧＲ通路の接続面と前記ＥＧＲ通路の中心軸線との交点から前記インペラの中心軸までの距離は、当該交点から前記吸気通路の中心軸までの距離より長く、
前記交点から前記インペラの中心軸に対して垂線を設定し、前記交点から前記垂線と前記インペラの中心軸とが直交する第２の交点までの区間に直線を設定した場合に、該直線上の前記区間に障壁がないコンプレッサ構造。
【請求項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の一箇所に接続され、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ており、
前記ＥＧＲ通路の接続面と前記ＥＧＲ通路の中心軸線との交点から前記インペラの中心軸までの距離は、当該交点から前記吸気通路の中心軸までの距離より長く、
前記交点から前記インペラの中心軸に対して垂線を設定し、前記交点から前記垂線と前記インペラの中心軸とが直交する第２の交点までの区間に直線を設定した場合に、該直線上の前記区間に障壁がないコンプレッサ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−５０９４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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。
【図２】上記実施形態に係るコンプレッサ構造の正面図である。
【図３】上記実施形態に係るコンプレッサ構造の平面図である。
【図４】上記実施形態に係るコンプレッサ構造の底面図である。
【図５】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６】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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）。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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