JP6040727B2

JP6040727B2 - 過給機

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Publication number: JP6040727B2
Application number: JP2012254942A
Authority: JP
Inventors: 祐介磯野; 岩田　和明; 和明岩田; 森　淳; 淳森
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-11-21
Also published as: DE102013223282A1; CN103835998B; US9494163B2; DE102013223282B4; JP2014101827A; CN103835998A; US20140140814A1

Description

本発明は、コンプレッサハウジングに圧縮後の空気の一部を上流側に還流させるための戻り流路が形成される過給機に関する。

従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたタービン軸が、ベアリングハウジングに回転自在に保持された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、タービン軸を介してコンプレッサインペラを回転させる。

このような過給機においては、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出するが、過給機を搭載した車などの減速時にエンジンのスロットルバルブが閉じられると、過給圧が上昇するとともに空気流量が減少するためにサージングが生じ、騒音が発生してしまう場合がある。そこで、例えば、特許文献１のように、コンプレッサハウジングにおいて、コンプレッサインペラの上流と下流を連通する戻り流路を設け、当該戻り流路をエアバイパスバルブによって開閉する構成が普及している。この構成を採用すると、過給圧が上昇するとき、エアバイパスバルブを開いて圧縮後の空気の一部をコンプレッサインペラの上流側に還流させてサージングを回避することができる。

特開平０５−１６３９５４号公報

上記のような戻り流路を設ける構成においては、空気に含まれる水分やブローバイオイルなどの液滴が戻り流路に溜まることがある。すると、寒冷地においては、溜まった液滴が凍結し、戻り流路が狭くなるなど、上流側に十分な空気を還流できなくなる可能性がある。

また、戻り流路に溜まった液滴のうち、水分が蒸発した残渣が粘着性を有する場合があるが、こうした残渣がエアバイパスバルブとシート面の間に固着すると、当該エアバイパスバルブの開閉動作が正常に行えなくなるおそれがある。そこで、戻り流路に液滴が溜まらないような過給機の開発が求められる。

本発明の目的は、コンプレッサハウジングに設けられた戻り流路への液滴の滞留を回避することが可能な過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、コンプレッサインペラが収容される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に設けられ、前記コンプレッサインペラの回転によって、該コンプレッサハウジング外から流体が吸引される吸気流路と、前記コンプレッサハウジングに設けられ、前記コンプレッサインペラによって前記吸気流路から吸引されて圧縮された流体を、該コンプレッサハウジングの外に導く排気流路と、前記コンプレッサハウジングの壁面に形成され、前記排気流路が開口する開口部と、前記開口部を介して前記排気流路と前記吸気流路とを連通し、圧縮された前記流体を該排気流路から該吸気流路へ還流させる戻り流路と、前記開口部を開閉するエアバイパスバルブと、を備え、前記戻り流路のうち、鉛直下側に位置する底面の高さは、前記排気流路から前記吸気流路に向かって、一度も上昇することなく、下降していることを特徴とする。

本発明によれば、コンプレッサハウジングに設けられた戻り流路への液滴の滞留を回避することが可能となる。

過給機の概略断面図である。コンプレッサハウジングにおける戻り流路を説明するための説明図である。変形例における戻り流路を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側とし、矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備えて構成される。この過給機本体１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の左側に締結機構３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の右側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２のタービンハウジング４近傍の外周面には、ベアリングハウジング２の径方向に突出する突起２ａが設けられている。また、タービンハウジング４のベアリングハウジング２近傍の外周面には、タービンハウジング４の径方向に突出する突起４ａが設けられている。ベアリングハウジング２とタービンハウジング４は、突起２ａ、４ａを締結機構３によってバンド締結して固定される。締結機構３は、突起２ａ、４ａを挟持する締結バンド（Ｇカップリング）で構成される。

ベアリングハウジング２には、過給機Ｃの左右方向（タービン軸７の軸方向）に貫通する軸受孔２ｂが形成されており、この軸受孔２ｂに収容された軸受によって、タービン軸７が回転自在に軸支されている。タービン軸７の左端部（一端）にはタービンインペラ８が一体的に固定されており、このタービンインペラ８がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、タービン軸７の右端部（他端）にはコンプレッサインペラ９が一体的に固定されており、このコンプレッサインペラ９がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、過給機Ｃの後側に端部が開口して不図示のエアクリーナに接続される吸気流路１０が形成されている。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面によって、流体（空気）を昇圧するディフューザ流路１１が形成される。このディフューザ流路１１は、タービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ９を介して吸気流路１０に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、ディフューザ流路１１よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１２が設けられている。コンプレッサスクロール流路１２は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１１にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ９が回転すると、コンプレッサハウジング６外から吸気流路１０に流体が吸引される。そして、当該吸引された流体は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で昇圧され、排気流路１３から排気口１４を通ってコンプレッサハウジング６外に導かれて、排気口１４に連設されたエンジンの吸気口に吐出されることとなる。

タービンハウジング４には、過給機Ｃの左側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１５が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１６と、この流路１６よりもタービン軸７（タービンインペラ８）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１７とが設けられている。タービンスクロール流路１７は、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれるガス流入口と連通するとともに、上記の流路１６にも連通している。したがって、ガス流入口からタービンスクロール流路１７に導かれた排気ガスは、流路１６およびタービンインペラ８を介して吐出口１５に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ８を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ８の回転力は、タービン軸７を介してコンプレッサインペラ９に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ９の回転力によって、上記のとおりに、流体が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

ところで、エンジンのスロットルバルブが閉じられると、コンプレッサハウジング６側の過給圧が上昇するとともにサージングが生じ、騒音が発生してしまう場合がある。そこで、コンプレッサハウジング６には、圧縮後の空気の一部を上流側に還流させる機構が設けられている。

具体的に、過給機本体１には、その右側からコンプレッサハウジング６に穴１８が開けられる。この穴１８の底面に位置するコンプレッサハウジング６の壁面６ａには、エンジンの吸気口に連設された排気口１４とは別に、排気流路１３が開口する開口部１９が設けられている。

この開口部１９（穴１８）と吸気流路１０との間には、戻り流路２０が形成されている。戻り流路２０は、開口部１９および穴１８を介して排気流路１３と吸気流路１０とを連通し、圧縮された流体の一部を排気流路１３から吸気流路１０へ還流させる。

エアバイパスバルブ２１は、例えば、過給圧の測定値やエンジンの制御状態等に基づいて、開口部１９を開閉する電動バルブである。エアバイパスバルブ２１の弁体２１ａは、コンプレッサハウジング６の壁面６ａのうち、開口部１９の周囲近傍に位置するシート面に当接可能に配される。アクチュエータ２１ｂは、弁体２１ａを可動して、弁体２１ａをシート面に当接させて開口部１９を閉じたり、弁体２１ａをシート面から離隔させて開口部１９を開いたりする。

ここでは、エアバイパスバルブ２１が電動バルブの場合について説明したが、エアバイパスバルブ２１は、排気流路１３と吸気流路１０の圧力差によってダイアフラムが作動して開閉する機械式のバルブであってもよい。

過給圧が上昇し過ぎる場合、エアバイパスバルブ２１を開いて圧縮後の流体の一部をコンプレッサインペラ９の上流側に還流させてサージングを回避することができる。

しかし、戻り流路２０に圧縮される流体に含まれる水分やブローバイオイルなどの液滴が溜まると、寒冷地においては、溜まった液滴が凍結し、戻り流路２０が狭くなるおそれがある。また、液滴の水分が蒸発した残渣が粘着性を有する場合、当該残渣が、エアバイパスバルブ２１の弁体２１ａとシート面との間に固着して当該エアバイパスバルブ２１の開閉動作が正常に行えなくなるおそれがある。

そこで、本実施形態においては、液滴の滞留を回避するように戻り流路２０を次のように形成している。

図２は、コンプレッサハウジング６における戻り流路２０を説明するための説明図である。図２（ａ）は、コンプレッサハウジング６についての図１のＩＩ（ａ）矢視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩ（ｂ）―ＩＩ（ｂ）線断面図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＩＩ（ｃ）―ＩＩ（ｃ）線断面図である。ただし、図２（ａ）ではエアバイパスバルブは図示せず、図２（ｂ）、（ｃ）では、吸気流路１０の中心よりも排気流路１３側を抽出して示す。

過給機Ｃは、図２（ａ）、（ｃ）における上側が鉛直上側、下側が鉛直下側となる向きに、例えば自動車などに搭載される。図２を参照して理解できるように、自動車等へ搭載された状態、換言すれば、過給機Ｃの使用状態において、開口部１９は、鉛直方向の高さ位置が吸気流路１０よりも上方に位置している。

そして、図２（ｃ）に示すように、戻り流路２０のうち、鉛直下側に位置する底面２０ａの高さは、排気流路１３から吸気流路１０に向かって、一度も上昇することなく、連続的に下降している。ここでは、戻り流路２０の底面２０ａが、戻り流路２０を流れる流体の流れ方向に平行に形成されている。すなわち、底面２０ａは、一つの平面で形成されている。

また、図２（ｃ）に示すように、コンプレッサハウジング６の穴１８の底面に位置する壁面６ａの外形は円となっており、戻り流路２０の底面２０ａは、壁面６ａの外形である円の接線方向に延在している。

このように、戻り流路２０の底面２０ａを連続的に下降させる構成により、戻り流路２０において、液滴が溜まる凹凸がなくなり、液滴の滞留を回避する。液滴は、滞ることなく戻り流路２０によって吸気流路１０に流れ込む。

こうして、戻り流路２０における液滴の滞留が抑制されることで、戻り流路２０が凍結した液滴によって狭くなったり、液滴の水分が蒸発した残渣によってエアバイパスバルブ２１の弁体２１ａが適切に開閉できなくなったりすることがなくなる。

特に、戻り流路２０の底面２０ａを直線形状とすることで、液滴が吸気流路１０に流れ易く滞留しにくくなる上、戻り流路２０を形成する加工も容易となる。

また、戻り流路２０の底面２０ａが、壁面６ａの外形の接線方向に延在するため、液滴は、壁面６ａの外形に隣接する穴１８の側面１８ａから戻り流路２０に導かれ易い。

また、本実施形態においては、戻り流路２０の底面２０ａの水平面に対する傾きは、例えば、当該過給機Ｃを搭載した自動車などの運転時において想定される最大の傾斜角よりも大きく設定される。すなわち、自動車が最も傾斜したとしても、底面２０ａは、吸気流路１０側の方が開口部１９側よりも低くなる向きに傾斜している。そのため、自動車の運転状態にかかわらず、液滴の滞留を回避することができる。

図３は、変形例における戻り流路３０、４０を説明するための説明図であり、変形例における図２（ｃ）に対応する位置の断面図を示す。

図３（ａ）に示す第１変形例においても、上述した実施形態と同様、戻り流路３０のうち、鉛直下側に位置する底面３０ａの高さは、排気流路１３から吸気流路１０に向かって、一度も上昇することはなく連続的に下降している。ただし、上述した実施形態の底面２０ａと異なり、戻り流路３０の底面３０ａは、曲線形状となっている。すなわち、底面３０ａは、曲面で連続的に形成されており、突起や後述する平坦部などが形成されている場合に比べ、液滴は戻り流路３０に滞留し難い。

また、第１変形例のように底面３０ａを曲面とする場合、図３（ａ）に示す底面３０ａの曲線のいずれの位置においても、接線の傾きを、当該過給機Ｃを搭載した自動車などの運転時において想定される最大の傾斜角よりも大きく設計することで、上述した実施形態と同様に、自動車の運転状態にかかわらず、液滴の滞留を回避することができる。

図３（ｂ）に示す第２変形例においても、上述した実施形態と同様、戻り流路４０のうち、鉛直下側に位置する底面４０ａの高さは、排気流路１３から吸気流路１０に向かって、一度も上昇することはない。ただし、上述した実施形態の底面２０ａのように連続的に下降しているのではなく、高さが水平に保たれる平坦部４０ｂが設けられている。すなわち、底面４０ａは、高さが断続的に下降している。

このように、断続的に底面４０ａが下降している場合であっても、突起などが形成されている場合に比べ、底面は一度も上昇することはないため液滴は戻り流路４０に滞留し難い。

ここでは、高さが水平に保たれている平坦部４０ｂが設けられている例を説明したが、平坦部４０ｂは必須の構成ではなく、平坦部４０ｂを設けなくてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、コンプレッサハウジングに圧縮後の空気の一部を上流側に還流させるための戻り流路が形成される過給機に利用することができる。

Ｃ …過給機
６ …コンプレッサハウジング
６ａ …壁面
９ …コンプレッサインペラ
１０ …吸気流路
１３ …排気流路
１９ …開口部
２０、３０、４０ …戻り流路
２０ａ、３０ａ、４０ａ …底面
２１ …エアバイパスバルブ

Claims

コンプレッサインペラが収容される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に設けられ、前記コンプレッサインペラの回転によって、該コンプレッサハウジング外から流体が吸引される吸気流路と、
前記コンプレッサハウジングに設けられ、前記コンプレッサインペラによって前記吸気流路から吸引されて圧縮された流体を、該コンプレッサハウジングの外に導く排気流路と、
前記コンプレッサハウジングの壁面に形成され、前記排気流路を開口させる開口部と、
前記開口部を介して前記排気流路と前記吸気流路とを連通し、圧縮された前記流体を該排気流路から該吸気流路へ還流させる戻り流路と、
前記開口部を開閉するエアバイパスバルブと、
を備え、
前記戻り流路のうち、鉛直下側に位置する底面の高さは、前記排気流路から前記吸気流路に向かって、一度も上昇することなく、下降していることを特徴とする過給機。