(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンとコンプレッサとを一体化させてなるターボチャージャをエンジンに装備させ、該エンジンの排ガスの一部を上記コンプレッサから吐出されてエンジンに給気される吸気系に循環通路により戻すようにしてある排気再循環装置において、上記コンプレッサのディフューザの１側面を形成するシールプレート壁中にチャンバ形成して、該チャンバに上記循環通路の出口部を接続し、かつ、上記シールプレートに上記チャンバとディフューザの内周側とを連通させるための円弧状のスリットを設けてなり、スクロールの舌部に対応して、ディフューザ内に発生する低圧領域内に円弧状のスリットが延在するように、円弧の中心角を決めるとともに、円弧状のスリットは、半径方向に並んで２条設けられていることを特徴とするターボチャージャの排気再循環装置。
【請求項２】
タービンとコンプレッサとを一体化させてなるターボチャージャをエンジンに装備させ、該エンジンの排ガスの一部を上記コンプレッサから吐出されてエンジンに給気される吸気系に循環通路により戻すようにしてある排気再循環装置において、上記コンプレッサのディフューザの１側面を形成するシールプレート壁中にチャンバ形成して、該チャンバに上記循環通路の出口部を接続し、かつ、上記シールプレートに上記チャンバとディフューザの内周側とを連通させるための円弧状のスリットを設けてなり、スクロールの舌部に対応して、ディフューザ内に発生する低圧領域内に円弧状のスリットが延在するように、円弧の中心角を決めるとともに、円弧状のスリットは、幅が中央部で広く、両端部に向かって狭くなっている弦月形状であることを特徴とするターボチャージャの排気再循環装置。
【請求項３】
上記円弧状のスリットの中心角は、始点と終点がそれぞれ舌部位置のインペラ回転方向上流側に０〜３０°、下流側に９０〜１５０°の範囲にある請求項１または請求項２記載のターボチャージャの排気再循環装置。
【請求項４】
上記円弧状のスリットのディフューザ内半径方向の位置は、インペラの半径の１．１〜１．６倍の範囲にある請求項１または請求項２記載のターボチャージャの排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャ付エンジンにおいて、エンジンから排出された排ガスの一部をエンジン吸気側に供給して排気中のＮＯX 低下を図るためのターボチャージャの排気再循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のエンジンの排ガスを浄化させる方式の１つとして、排気再循環（ＥＧＲと称す）方式がある。かかる排気再循環方式は、排ガスの一部を排気系から取り出し、再びエンジンの吸気系に戻して燃焼混合気に加えるものであり、これにより、燃焼混合気中の不活性ガス（Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 、ＣＯ2 等）の割合が増加し、燃焼温度が下がることによってＮＯX の発生が抑えられることになる。しかしながら、あまり多量の排ガスを再循環させると、燃焼が不安定になり、ＨＣレベルが増大して燃費も悪くなるので、達成目標ＮＯX レベルとエンジンの安定度が両立する範囲内で排気再循環量を制御することが必要となる。
【０００３】
上記排気再循環方式をターボチャージ付きのエンジンに採用した場合の例としては、図６に示す如きものがある（実開平１−１７３４４５号）。すなわち、タービン２とコンプレッサ３とを軸受ケーシング４を介して一体化させてなるターボチャージャ１における上記タービン２を、エンジン５の排気通路となる排気マニホールド６に接続し、エンジン５の排気によってタービン２を駆動することによりコンプレッサ３を駆動し、圧縮した吸気を吸気通路７を通してエンジン５に給気するようにしてある構成において、上記排気マニホールド６と吸気通路７の下流段部との間に循環通路８を設けて、エンジン５の排ガスＧの一部を循環通路８を通すことにより、吸気通路７に導いて再循環させられるようにし、かつ、上記循環通路８の入口部と出口部に、制御器９にて開閉制御される制御弁１０と１１を設けた構成としてある。
【０００４】
ところが、上記従来方式の場合、コンプレッサ３により圧力が高められた吸気通路７に循環通路８の出口部が接続してあるので、圧力関係によっては、排気が逆流してしまうことがあり、排気を適正に合流させることができないという問題がある。
【０００５】
そのため循環通路８をコンプレッサ３の上流側に接続させたり、コンプレッサ３のインペラの背面側であって負圧域に導入するようにしたものもある（特開平４−１１２９５７号）。しかし、この場合、コンプレッサインペラが汚れ、ターボチャージャ１の性能が低下してしまうし、さらに、排気に脈動があると、圧力波がコンプレッサインペラに伝わって、共振を惹き起すおそれがある。
【０００６】
かかる問題を解決するため特開平６−７４１０１号には図７に示す排気再循環装置が開示されている。図７において、図６に示したと同様に、タービン２とコンプレッサ３とを軸受ケーシング４を介して一体化させてなるターボチャージャ１をエンジン５に装備させ、該エンジン５の排ガスＧの一部を、上記コンプレッサ３から吐出されてエンジン５に給気される吸気系に、循環通路８によって戻すようにしてある排気再循環装置において、上記コンプレッサ３を構成するコンプレッサインペラ１２と該コンプレッサインペラ１２の外周部に位置するコンプレッサハウジング１３内のスクロール１４との間に形成されたディフューザ１５の部分に、上記循環通路８からの排ガスＧを導入させられるようにする。
【０００７】
上記コンプレッサハウジング１３の一部であって、ディフューザ１５を形成するために対向配置されたディフューザ形成壁１６と１７のうち、軸受ケーシング４側のディフューザ形成壁１６中に、環状のチャンバ１８を形成し、かつ、該チャンバ１８と連通するように、上記循環通路８の出口部をディフューザ形成壁１６の外側壁部に接続し、さらに、上記ディフューザ形成壁１６の内側壁部に、上記チャンバ１８の内周部とディフューザ１５とを連通させるためのスリット１９を設けて、上記循環通路８からチャンバ１８内に入れられた排ガスＧが、スリット１９を通ってディフューザ１５の部分に導入させられるようにした構成とする。
【０００８】
上記ディフューザ形成壁１６は、軸受ケーシング４とは別体としてあり、かつ、スリット１９の幅を調整できるように、ディフューザ１５を直接的に形成する内側面板部１６ａを、ボルト２０の着脱によって取替可能に構成してある。なお、２１はディフューザ形成壁１６の内周部に一体連設したシールプレートを示す。
【０００９】
エンジン５の排気マニホールド６（図６参照）から排出された排気ガスＧの一部は、循環通路８を通ってコンプレッサ３側に導かれ、ディフューザ形成壁１６中のチャンバ１８内に一旦入れられた後、内周部のスリット１９を通りディフューザ１５に導入される。
【００１０】
エンジン５の排ガスが比較的圧力の低いコンプレッサ３のディフューザ１５部分に導入されるため、コンプレッサ３の圧力により妨げられることなく吸気系に戻される。この際、上記ディフューザ１５は、コンプレッサインペラ１２の後流に位置するため、コンプレッサインペラ１２が汚されることはない。さらに、上記ディフューザ１５部に導入される排ガスは、その前に、ディフューザ形成壁１６中のチャンバ１８内に入れられるため、脈動があっても、チャンバ１８にて脈動圧が緩衝されることにより、コンプレッサインペラ１２の共振現象が防止される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
還流する排ガス量を多くするように制御するためには、吸気より排ガスの圧力を十分高くする必要がある。また、コンプレッサ３のスクロール１４は、巻き始め点である舌部を０として、周方向に直線状に滑らかに面積が拡大するように設計することが望ましいが、設計上の制約があるため必ずしもそのようになっていない。その影響を受けて、ディフューザ１５内のインペラ１２出口近傍の周方向の静圧分布は一様でないため、上述のように還状のスリット１９を設けた構造では、還流する排ガス量を制限する要因になっている。さらに、コンプレッサ３の設計点では、ディフューザ１５内の周方向の圧力分布は一様に近くなっているが、設計点から離れた使用範囲では、圧力分布の不均一性は著しくなる。
【００１２】
本発明は、上記特開平６−７４１０１号に開示された発明の改良に係り、スクロール１４の舌部に対応して、ディフューザ１５内に低圧の領域が存在していることに鑑み案出されたもので、エンジンの全使用範囲にわたって十分な量の排気再循環が可能なターボチャージャの排気再循環装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のターボチャージャの排気再循環装置は、タービンとコンプレッサとを一体化させてなるターボチャージャをエンジンに装備させ、該エンジンの排ガスの一部を上記コンプレッサから吐出されてエンジンに給気される吸気系に循環通路により戻すようにしてある排気再循環装置において、上記コンプレッサのディフューザの１側面を形成するシールプレート壁中にチャンバを形成して該チャンバに上記循環通路の出口部を接続し、かつ、上記シールプレートに上記チャンバとディフューザの内周側とを連通させるための円弧状のスリットを設けてなり、スクロールの舌部に対応して、ディフューザ内に発生する低圧領域内に円弧状のスリットが延在するように、円弧の中心角を決めたものである。なお、舌部とは、スクロールの巻き始め点をいう。
【００１４】
上記円弧状スリットの中心角は、始点と終点とがそれぞれ舌部位置のインペラ回転方向上流側に０〜３０゜、下流側に９０〜１５０゜の範囲にあるのが好ましい。
【００１５】
上記円弧状スリットは、半径方向に並んで２条設けられていてもよい。
【００１６】
上記円弧状スリットは、幅が中央部で広く両端部に向って狭くなっている弦月形状であってもよい。
【００１７】
上記円弧状スリットのディフューザ内半径方向の位置は、インペラの半径の１．１〜１．６倍の範囲にあるのが好ましい。
【００１８】
次に本発明の作用を説明する。
一般にターボチャージャ付エンジンにおいて、エンジンの低速高負荷（トルク）領域では、エンジンの給気圧力が排気圧力を上回るため、ＥＧＲが不可能になる。そのため先に述べたようにエンジン排気を環状のスリットを通して静圧の低いディフューザに戻すようにすることが行われている。しかし、その場合でも極端な低速高負荷領域では、圧力差がほとんど無いか逆にディフューザ側の方がわずかに高圧になり、その領域ではＥＧＲができなくなる。
【００１９】
一方ディフューザからスクロールに流出する空気の流速は、周方向で一様ではなく、上記流速の速い部分では、ディフューザ内の静圧が低く上記流速の遅い部分ではディフューザ内の静圧が高い。図８はディフューザ内の静圧の圧力分布の測定結果を示している。縦軸は、ディフューザ内の静圧とスクロール出口の静圧（Ｐｂ２）との比、横軸は周方向の角度である。そして実線でインペラ外周に近い部分、点線でインペラの外周から離れた部分の圧力比を示している。ここで、Ｐｄ１はディフューザ内の半径方向の位置がインペラの半径の１．１５倍の位置の圧力であり、Ｐｄ２は同じく１．６３倍の位置の圧力である。実線および点線の４角印はサージ直前の低流量、３角印は効率最大の流量（設計流量）、丸印はチョーク直前の大流量のときの測定値を示している。なお、ターボチャージャの回転数は、１００．０００rpm 、舌部の位置は周方向の角度が３９゜である。図からわかるように、舌部の略３５゜下流測（グラフ上で７５゜の位置）を中心に上、下流側にそれぞれ６０゜の範囲が低圧になっている。また、実線は点線より低圧になっている。
【００２０】
本発明では、スクロール舌部の影響によるディフューザ内の圧力の不均一を利用して、ディフューザ内の低圧の領域に排ガスを再循環するようにしたので、従来の環状のスリットで行うＥＧＲでは実現できなかったようなエンジンの低速・高負荷領域でもＥＧＲを行うことができ、したがって、エンジンの全使用範囲にわたって十分な量のＥＧＲを行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の排気再循環装置を付けたターボチャージャの断面図である。図２は、シールプレートＡをコンプレッサ入口側から見た図である。図３ないし図５は、シールプレートＢのコンプレッサ入口側から見た図である。これらの図において、従来技術として説明したものと同様の部分については、同じ付号を付しており重複した説明は省略する。
【００２２】
図１において３０はディフューザ１５の１側面（タービン２側）を形成するシールプレートである。シールプレート３０はタービン２側のシールプレートＡ３０ａとスクロール１４側のシールプレートＢ３０ｂとからなり、シールプレートＡ３０ａにシールプレートＢ３０ｂが嵌め込まれている。シールプレートＡには偃月刀状の溝３２ａが設けられており、シールプレートＡ３０ａにシールプレートＢ５０ｂを嵌め込むと溝３２ａの部分がチャンバ３２になる。チャンバ３２には、循環通路出口８ａを介して循環通路８が連通している。図３に示すようにシールプレートＢ３０ｂには、円弧状のスリット３３が穿設されており、チャンバ３２とディフューザ１５の内周側とを連通している。図３ではスリット３３は、舌部位置３４から始まり、コンプレッサ３中心の真下の位置まで延在している。なお、このスリットは、図４に示すように半径方向に並んで２条設けてもよいし、図５に示すように幅が中央部で広く両端部に向って狭くなっている弦月形状であってもよい。また、これらの例では、スリット３３の始点は舌部の上流側３０°の位置になっている。スリットを図４、図５に示す形状にしたのは、ディフューザ１５内の圧力が最も低くなる位置で通路幅を大きくすることにより再循環がスムーズに行われることが期待できるからである。
【００２３】
次に本実施形態の作用を説明する。舌部の影響を受けて、ディフューザ１５内は、インペラ回転方向上流側に０〜３０゜、下流側に９０〜１５０゜範囲で低圧になっており、特にインペラ１２の外周に近い部分で圧力が低くなっている。その部分にスリット３３を開口させて、チャンバ３２から排気ガスＧを流入させているので、エンジン５の使用全範囲にわたってＥＲＧをスムーズに行うことが可能になる。
【００２４】
本発明は以上述べた実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のターボチャージャの排気再循環装置は、ディフューザ内でスクロール舌部の影響を受けて、周方向に低圧になる領域に排気を再循環させるようにしたので、エンジンの全使用範囲にわたって十分なＥＲＧを行うことができるなど優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＧＲ装置を設けた、ターボチャージャの断面図である。
【図２】シールプレートＡの側面図である。
【図３】シールプレートＢの側面図である。
【図４】シールプレートＢの側面図である。
【図５】シールプレートＢの側面図である。
【図６】従来のＥＧＲ装置の説明図である。
【図７】従来のＥＧＲ装置付ターボチャージャ部分断面図である。
【図８】ディフューザ内の圧力分布測定結果のグラフである。
【符号の説明】
１    ターボチャージャ
２    タービン
３    コンプレッサ
５    エンジン
１２  インペラ
１４  スクロール
１５  ディフューザ
３０  シールプレート
３２  チャンバ
３３  スリット
【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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【図８】
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