(57)【要約】  本発明は、自動車用コンプレッサーシステム（１）に関するものであり、前記コンプレッサーシステム（１）は、自動車の内燃機関（９）に対する吸入空気を圧縮するための駆動蓄気曲がる（３）を含むコンプレッサー（２）；空気をコンプレッサーホイール（３）に案内するために第１軸（１１）に沿って延びている吸気部（６）；及び内燃機関（９）からの排気ガスを吸気部（６）内に再循環させるために第２軸（１２）に沿って延びている再循環ライン（８）；を含み、吸気部（６）は、再循環ライン（８）の開口部の領域で第１直径（１０）を有し、再循環ライン（８）は吸気部（６）内に偏心して開口される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用コンプレッサーシステム（１）であって、
前記自動車の内燃機関（９）に対する吸入空気を圧縮するための駆動コンプレッサーホイール（３）を含むコンプレッサー（２）；
前記空気を前記コンプレッサーホイール（３）に案内するために第１軸（１１）に沿って延びている吸気部（６）；及び
前記内燃機関（９）からの排気ガスを前記吸気部（６）内に再循環させるために第２軸（１２）に沿って延びている再循環ライン（８）；
を含み、
前記吸気部（６）は、前記再循環ライン（８）の開口部の領域で第１直径（１０）を有し、
前記再循環ライン（８）は、前記吸気部（６）内に偏心して開口していることを特徴とするコンプレッサーシステム。
【請求項２】
前記第１軸（１１）と前記第２軸（１２）と間の第１距離（１５）は、前記第１直径（１０）の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％、特に好ましくは少なくとも２０％であることを特徴とする請求項１に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項３】
前記第１軸（１１）に垂直である部分で、前記再循環ライン（８）の外壁（１４）は、前記第１軸（１１）に対して第２距離（１６）を有し、前記第２距離（１６）は、前記吸気部（６）の前記第１直径（１０）の少なくとも３０％、好ましくは少なくとも４０％、特に好ましくは少なくとも４５％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項４】
前記コンプレッサーホイール（３）の吸気側端部と前記第２軸（１２）と間の第３距離（２６）は、前記第１直径（１０）の少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％、特に好ましくは少なくとも１００％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項５】
前記吸気部（６）は、前記コンプレッサーホイール（３）の前記吸気側端部で第２直径（２５）を有し、前記第１直径（１０）は、前記第２直径（２５）よりも大きいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項６】
前記吸気部（６）は、前記開口部の領域で湾曲し、前記再循環ライン（８）が前記湾曲した吸気部（６）の凸側面に開口していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項７】
前記再循環ライン（８）は、その開口部で楕円形の断面を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項８】
前記楕円形の断面は、長軸（１７）及び短軸（１８）により規定され、前記長軸（１７）は、前記吸気部（６）内の流れの流れ方向に延びていることを特徴とする請求項７に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項９】
前記長軸（１７）の長さは、前記短軸（１８）の長さの少なくとも１２０％、好ましくは少なくとも１３０％、特に好ましくは少なくとも１５０％であることを特徴とする請求項８に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項１０】
前記再循環ライン（８）は、前記コンプレッサーホイール（３）の回転方向（１３）に偏心して開口しており、前記排気ガスが前記回転方向（１３）に前記吸気部（６）内に伝達されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項１１】
オリフィス（３１）が、前記開口部で前記再循環ライン（８）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項１２】
前記吸気部（６）は、前記コンプレッサーホイール（３）を経て軸方向に通過するように配列されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項１３】
前記内燃機関（９）からの排気ガスによって駆動されるタービンホイールを含み、
前記タービンホイールは、シャフト（５）を介して前記コンプレッサーホイール（３）に駆動連結されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【請求項１４】
前記コンプレッサーホイール（３）を駆動するための電気機械（２４）を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のコンプレッサーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に係る排気ガス再循環装置（ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を含む自動車用コンプレッサーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２０１３１０６Ａ１号明細書には、コンプレッサー及び前記前提部に係る排気ガス再循環装置を含む対応システムが示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、吸入空気と再循環された排気ガスとの良好な混合において、高いコンプレッサー効率を有する請求項１の前提部に係るコンプレッサーシステムを具体化するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような問題点の解決策は、独立請求項の特徴部によって実行される。従属項は、本発明の有利な実施形態をその主題として有している。従属項は、技術的に論理的な方式で互いに組み合わせることができる。これにより、個々の効果の合計を越えて効果が生じることがある。
【０００５】
従って、本発明は、自動車用コンプレッサーシステムによって解決される。前記コンプレッサーシステムは、駆動コンプレッサーホイールを有するコンプレッサーを含む。コンプレッサーホイールは、吸入空気を圧縮する働きをする。圧縮空気は、自動車の内燃機関に供給される。コンプレッサーホイールの駆動は、例えば、排気ガスターボチャージャーと連動してタービンホイールを介して、又は例えば、電気機械によってタービンホイールを介して実行される。
【０００６】
前記コンプレッサーシステムは、吸気部をさらに含んでおり;この吸気部は、周囲空気をコンプレッサーホイールに案内する。再循環ラインも設けられている。この再循環ラインは、内燃機関の排気ガスを吸気部内に案内する。従って、再循環された排気ガスは、吸入空気の圧縮上流で混合される。本発明は、再循環ラインが吸気部内に偏心して開口されることを提供する。
【０００７】
定義によれば、吸気部は、第１軸に沿って延びている。再循環ラインは、第２軸に沿って延びている。前記軸は、吸気部又は再循環ラインの中央にそれぞれ規定され、直線を表す必要がなく、代わりに吸気部又は再循環ラインの曲線構成に従う。本発明の範囲内で、特に、剛性パイプ、可撓性パイプ、ホース、又はチャネルが構成されているセクション及びラインが論じされている。本発明の範囲内では、「直径」は、常に内径として定義される。「距離」は、常に最短距離を定義する。
【０００８】
多くの試行と計算を通じて、再循環排気ガスと吸入新鮮空気との良好な混合が、一方では排気ガス再循環システムの効率を増加させ、他の一方では、コンプレッサーの領域で温度分布を改善させるということが判明された（対応するシミュレーション結果を図７に関連して説明する。）。本発明によれば、コンプレッサーは、非常に均一な温度分布及び均一な速度を有する体積流（ｖｏｌｕｍｅ  ｆｌｏｗ）を生成し、これにより、コンプレッサーの効率が向上する。このコンプレッサーシステムの開発の文脈の中で、再循環ラインの偏心開口部及びこれにより、新鮮な空気流への排気ガスの偏心又は接線方向の導入により乱流を少なくなり、同時に、２つの体積流の混合をさらに良好にするということが判明された。
【０００９】
吸気部は、再循環ラインの開口部領域で第１直径を有する。再循環ラインの偏心連結は、第１直径の関数として定義することができる：従って、第１軸と第２軸と間の第１距離は、第１直径の少なくとも１０％、好ましくは少なくとも１５％、特に好ましくは少なくとも２０％で構成することが好ましい。第１距離を定義するとき、第２軸は、第１距離が２つの軸間の最短距離（垂直）として測定できるように、再循環ラインの開口部を横切って直線状に延びている。第１距離が大きいほど吸気部での開口部配列の偏心が大きくなり、これにより、排気ガス体積流が新鮮な空気体積流内に伝達される効率がさらに高まる。
【００１０】
吸気部及び再循環ラインが、第１軸に垂直なセグメント内の開口部の領域内にあると考えられる場合、再循環ラインの外壁は、第１軸から最も遠い距離に離間される。この外壁と第１軸と間の第２距離は、吸気部の第１直径の少なくとも３０％、好ましくは少なくとも４０％、特に好ましくは少なくとも４５％で構成することが好ましい。前記構造的条件が許容されるとき、これは第１直径の最大５０％の第２距離まで延び、すると、最大偏心配置に到達することになる。
【００１１】
好ましくは、第３距離が、コンプレッサーホイールの吸気側端部と第２軸と間に定義され、開口部での第２軸がここで決定的である。第３距離は、有利には第１直径の少なくとも２５％、好ましくは少なくとも５０％、特に好ましくは少なくとも１００％である。この手段によって、コンプレッサーからの開口部領域の十分な距離が定義され、新鮮な空気流及び排気ガスの流れがコンプレッサーホイールの上流で十分に混合されることが保証される。この手段によって、コンプレッサー内の最も均一な温度分布が達成される。
【００１２】
コンプレッサーホイールの吸気側端部で、第２直径が吸気部内に定義される。（再循環ラインの開口部での）第１直径は、（コンプレッサーホイールでの）第２直径よりも大きい。従って、吸気部は、再循環ラインの開口部からコンプレッサーの方向にテーパー状になる。特に、第２直径は、第１直径の少なくとも９０％で構成される。また、好ましくは、吸気部は、開口部の上流に第３直径を有し、第３直径は、第１直径よりも大きい。
【００１３】
流れ方向へのこのテーパー状によって、流速は、コンプレッサーの方向に増加する。再循環ラインの開口部は、吸気部内の流速及び再循環ライン内の流速を考慮して、２つの体積流の最適混合が生じるように対応する位置に配置される。
【００１４】
好ましくは、吸気部内の流れ及び再循環ライン内の流れとは、９０°未満の角度（＞９０°）で互いに会うように構成される。この手段により、局部的に制限された乱流が２つの流れの間に生じ、その結果、より良好な混合につながる。これは、特に、吸気部が、開口部の領域で湾曲しており、再循環ラインが曲線吸気部の凸側面に開口されることによって達成される。
【００１５】
オリフィスが、流速に影響を及ぼすように開口部の再循環ライン内に配置されることがさらに好ましい。
【００１６】
さらに好ましくは、再循環ラインは、開口部の領域で楕円形の断面を有する。これにより、楕円形の断面は、長軸及びこの長軸に垂直な短軸によって定義される。楕円形の断面の長軸は、吸気部内の流れ方向に沿って、特に平行に配置される。特に、長軸は第１軸にほぼ平行である。本発明の範囲内で、再循環された排気ガスは、半径方向の相対的に遠い外側の吸気部内に導入されることが認識された。これは偏心配置に加えて、楕円形の断面によっても達成される。
【００１７】
楕円形の断面の長軸の長さは、短軸の長さの少なくとも１２０％、好ましくは少なくとも１３０％、特に好ましくは少なくとも１５０％であることが特に好ましい。特に、２つの体積流の混合中の有意な効果は、短軸より実質的にさらに長い長軸を含む楕円形構成の場合に観察される。
【００１８】
再循環ラインは、コンプレッサーホイールの回転方向に偏心して開口するように構成することがさらに好ましい。このように、再循環ラインは、排気ガスがコンプレッサーホイールの回転方向において、吸気部内に伝達されるように偏心して配置される。吸気部内の流れは、コンプレッサーホイールの回転方向にコンプレッサーホイールの上流で回転する。この回転方向をさらに促進し、否定的な影響を回避するために、再循環ラインは回転方向に偏心して開口される。
【００１９】
吸気部は、コンプレッサーホイールを経て軸方向に通過するように配置されることがさらに好ましい。特に、コンプレッサーホイールは、コンプレッサーハウジング内に配置される。吸気部は、流れがコンプレッサーホイールを通過して、軸方向に存在するようにコンプレッサーホイールの軸方向の側面上に取り付けられたフランジである。これにより、コンプレッサーホイールは半径方向外側に圧縮される。コンプレッサーハウジング内の少なくとも一つの流れは、好ましくは、コンプレッサーホイールの半径方向外側に配置される。この流れは、内燃機関に誘導される。
【００２０】
コンプレッサーホイールは、排気ガスターボチャージャーの構成要素であることがさらに好ましい。この排気ガスターボチャージャーは、シャフトを介してコンプレッサーホイールに駆動連結されたタービンホイールを含む。タービンホイールは、内燃機関からの排気ガスによって駆動される。
【００２１】
コンプレッサーホイールは、電気機械によって駆動されるように構成することがさらに好ましい。これにより、電気機械は、タービンホイールの代わりに使用されることができる。しかし、電気機械が排気ガスターボチャージャー内に配置され、コンプレッサーホイールはタービン及び／又は電気機械によって駆動されてもよい。
【００２２】
本発明の追加的な詳細、利点、及び特徴は、図面を参照した実施形態の以下の説明から発生する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】低圧排気ガス再循環装置（ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）及び本発明のすべての実施形態に係るコンプレッサーシステムを有するシステムの概略図を示す。
【図２】低圧排気ガス再循環装置（ｌｏｗ−ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）及び本発明のすべての実施形態に係るコンプレッサーシステムを有するシステムの概略図を示す。
【図３】本発明の第１実施形態に係るコンプレッサーシステムを示す。
【図４】本発明の第１実施形態に係るコンプレッサーシステムの断面図を示す。
【図５】本発明の第２実施形態に係るコンプレッサーシステムの再循環ラインの断面図を示す。
【図６】本発明の全ての実施形態に係るコンプレッサーシステムを示す。
【図７】シミュレーション結果を説明するために、コンプレッサーシステムの選択図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
次に、コンプレッサーシステム１は、２つの実施形態に基づいて説明される。同一又は機能的に同じ構成要素には、２つの実施形態で同じ参照番号が付与される。図面は、コンプレッサーシステム１を概略的に単純化して示している。
【００２５】
図１は、内燃機関９及びコンプレッサーシステム１を含む低圧排気ガス再循環装置を含む配置を概略的に単純化して示している。コンプレッサーシステム１は、コンプレッサー２を含む。コンプレッサー２は、結局、コンプレッサーホイール３を含む。コンプレッサーホイール３は、コンプレッサーハウジング４内に配置されている。吸気部６は、コンプレッサーハウジング４内に軸方向にフランジ取り付けられている。周囲空気は、この吸気部６内に吸入され、コンプレッサーホイール３によって圧縮される。
【００２６】
図１に示されるように、コンプレッサー２は、排気ガスターボチャージャー２０の構成要素である。排気ガスターボチャージャー２０において、コンプレッサーホイール２は、シャフト５に回転可能に連結固定されている。排気ガスターボチャージャー２０のタービンホイール１９は、シャフト５の直径方向の反対側の端部に配置される。
【００２７】
新鮮な空気２１が、コンプレッサー２の方向に吸気部６を介して吸入される。コンプレッサー２の上流では、再循環ライン８は吸気部６内に偏心して開口されている。コンプレッサー２では、新鮮な空気２１が混合された排気ガスと共に圧縮され、選択的な充電空気冷却器２２を介して内燃機関９に供給される。再循環ライン８は、内燃機関９の排気ガス経路２３から分岐されている。
【００２８】
図２は、図１からのシステムの代替構成を示す。図２によれば、コンプレッサーシステム１は、排気ガスターボチャージャーの構成要素ではない。図２によれば、コンプレッサーホイール３は、電気機械２４により駆動される。
【００２９】
図３は、第１実施形態からのコンプレッサーシステム１を斜視図で示している。これにより、車両の内燃機関９は、単に概略的に示されている。このような表現に基づいて、排気ガスは、内燃機関９から再循環ライン８を介して吸気部６内に案内されることが明らかである。また、図３は、コンプレッサー２により圧縮された空気が内燃機関９に再度供給されることを示している。
【００３０】
図３に示されるように、再循環ライン８は、吸気部６内に偏心して開口され、吸気部での排気ガスの接線方向の流れが生じる。正確に、このような開口部の領域が、図４において、Ａ：Ａ断面図で示されている。
【００３１】
開口部において、吸気部６は、第１直径１０（図６参照）を有する。開口部での再循環ライン８の直径は、第１直径よりも実質的に小さい。
【００３２】
第１軸１１は、吸気部６内に定義されている。第２軸１２は、再循環ライン８内に定義されている。第１軸１１は、第２軸１２から第１距離１５だけ離間されている。
【００３３】
図４は、再循環ライン８の外壁１４をさらに示している。第２距離１６が第１軸１１とこの外壁１４と間に定義されている。
【００３４】
再循環ライン８の偏心開口部の前述した肯定的な効果は、開口部の最大偏心配列の場合に最大に大きい。従って、２つの距離１５、１６は、再循環ライン８をできるだけ偏心して配置するために、できるだけ大きくなるように選ばれる。
【００３５】
図４は、コンプレッサーホイール３の回転方向１３をさらに示している。図４の図示に基づいて、再循環ライン８は、再循環された排気ガスが回転方向１３に吸気部６内に伝達されるように偏心して配置されていることが明らかである。
【００３６】
図４は、開口部での再循環ライン８内の選択的なオリフィス３１を示す。オリフィス３１を介して、排気ガス体積流は、例えば、速度増加によって新鮮な空気とのより良好な混合を達成するために、対応して変更される。
【００３７】
図３及び図４による第１実施形態では、再循環ライン８は、円形の断面を有している。第２実施形態によれば、図５に示されるように、再循環ライン８は、楕円形の断面を有している。
【００３８】
楕円形の断面は、長軸１７及び短軸１８を有している。長軸及び短軸１７、１８は互いに垂直である。楕円形の断面の長軸１７は、吸気部６内の流れ方向に配置されている。従って、図５に概略的に示されるように、長軸１７は、第１軸１１にほぼ平行に延びている。長軸及び短軸１７、１８の交差点は、第２軸１２上に位置する。
【００３９】
図６は、両実施形態に対するコンプレッサーシステム１の断面図を示している。これにより、第１軸１１は、断面（ｓｅｃｔｉｏｎａｌ  ｐｌａｎｅ）内に位置する。同様に図示された第２軸１２は、断面の背後に位置する。図６は、コンプレッサーシステム１の異なる寸法がどうように定義されるかを示す。再循環ライン８の開口部では、吸気部６は第１直径１０を有している。コンプレッサーホイール３の吸気側端部で、吸気部６は、第２直径２８を有している。前記直径は、常に第１軸１１に対して垂直に測定される。
【００４０】
２つの流れは、角度αで開口部で互いに会う。相応して、第１軸１１及び第２軸１２は、互いに角度αを有している。角度αは、９０°以上、好ましくは９５°以上である。
【００４１】
開口部での第２軸１２は、第３距離２６だけコンプレッサーホイール３の吸気側端部から離間されている。
【００４２】
第４距離２７は、第２軸１２の上流に定義されている。第３直径２８は、第２軸１２から第４距離だけ２７離間される第１軸１１の位置で測定される。吸気部６のテーパーは、好ましくは以下のように定義される。第２直径２５は、第１直径１０の最大９５％以下である。第３直径２８は、好ましくは第１直径１０の少なくとも１１０％である。
【００４３】
図６は、吸気部６の曲線をさらに示しており、再循環ライン８は、前記曲線の凸側面に開口している。前記曲線は、この場合、オフセット長さ２９により定義される。オフセット長さ２９は、コンプレッサーホイール３の軸に垂直に測定される。第４距離２７において、第１軸１１は、オフセット長さ２９だけコンプレッサーホイール３の軸から離間されている。オフセット長さ２９は、第１直径１０の少なくとも５０％であることが好ましい。
【００４４】
前述したように、吸気部６のテーパー状の構成は、流入する新鮮な空気２１の流速を変更させる。再循環ライン８の開口は、第１直径１０で、そして、これにより、新鮮な空気２１の流速が再循環された排気ガスを混合するのに最適な位置で行われる。これにより、２つの流れ間の角度αは、局部的に制限された乱流によって２つの流れの最適混合を可能にする。図示された実施形態では、角度α＞９０°は、対応して湾曲した吸気部６の構成によって達成される。
【００４５】
シミュレーション結果を図７に基づいて説明する。図７は、コンプレッサーハウジング４と共にコンプレッサーホイール３を示している。流れ部（ｆｌｏｗ）７がコンプレッサーハウジング４内に設計されている。内燃機関９への圧縮された空気の供給は、この流れ部７を介して行われる。シミュレーション計算では、再循環ラインの従来の、即ち、独創的でない配列における表示されたホットスポット領域３０に温度が上昇することが判明した。これにより、シミュレーションは４００Ｋまでのホットスポット領域３０内の温度を示し、前記温度は、ホットスポット領域３０の外側で最大３３０Ｋである。
【００４６】
同様のシミュレーションが、本発明に係る再循環ライン８の偏心配列を使用して行われた。これにより、前記温度は、ホットスポット領域３０で最大３５０Ｋであり、ホットスポット領域３０の外側では最大３３５Ｋであった。従って、このシミュレーションは、本発明に係るコンプレッサーシステム１の構成を使用して顕著にさらに良好な温度分布が生じたことを示すことができた。この手段によって、コンプレッサーの効率が向上し、構成要素負荷が低下する。
【００４７】
前述の本発明の説明に加えて、本発明の補完的な開示として、図１〜図７の本発明の図形表示装置を明示的に参照する。
【符号の説明】
【００４８】
１  コンプレッサーシステム
２  コンプレッサー
３  コンプレッサーホイール
４  コンプレッサーハウジング
５  シャフト
６  吸気部
７  流れ部
８  再循環ライン
９  内燃機関
１０  第１直径
１１  第１軸
１２  第２軸
１３  回転方向
１４  外壁
１５  第１距離
１６  第２距離
１７  長軸
１８  短軸
１９  タービンホイール
２０  排気ガスターボチャージャー
２１  新鮮な空気
２２  充電空気冷却器
２３  排気ガス経路
２４  中央軸（電気機械）
２５  第２直径
２６  第３距離
２７  第４距離
２８  第３直径
２９  オフセット長さ
３０  ホットスポット領域
３１  オリフィス
α  角度
【図１】
2018507350.tif 000003
【図２】
2018507350.tif 000004
【図３】
2018507350.tif 000005
【図４】
2018507350.tif 000006
【図５】
2018507350.tif 000007
【図６】
2018507350.tif 000008
【図７】
2018507350.tif 000009
【国際調査報告】
2018507350.tif 000010
2018507350.tif 000011