JP2015113780A - Supercharging device and internal combustion engine - Google Patents

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末吉 杉山
Suekichi Sugiyama
末吉 杉山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the durability of a compressor by inhibiting an impeller from being damaged by condensed water sucked into the compressor.SOLUTION: An engine 10 includes an EGR passage 17, and a supercharging device 18. A compressor 20 of the supercharging device 18 includes a shroud part 22 having a diameter shrunk portion 24, and an impeller 28 having a plurality of blades 30. In an inner peripheral face 24A of the diameter shrunk portion 24, a plurality of turning grooves 40 are provided which are spirally curved while extending in the axial direction. During the operation of the compressor 20, condensed water produced by EGR gas flows along the turning grooves 40 to cause a velocity component along the rotating direction of the impeller 28 to be added to the condensed water. Thus, the inclination angle of the front end of each blade 30 and the inclination angle of the velocity vector of the condensed water entering into the impeller 28 correspond to each other to inhibit erosion from occurring in the blades 30 when colliding with the condensed water.

Description

本発明は、内燃機関の排気圧を利用して吸入空気を過給する過給装置に関し、特に、コンプレッサの上流側にＥＧＲガスを還流させるシステムに好適に用いられる過給装置及び当該過給装置を用いた内燃機関に関する。   The present invention relates to a supercharging device that supercharges intake air using exhaust pressure of an internal combustion engine, and in particular, a supercharging device suitably used for a system that recirculates EGR gas upstream of a compressor, and the supercharging device. The present invention relates to an internal combustion engine using the engine.

従来技術として、例えば特許文献１（特開２０１２−１０７５５１号公報）に開示されているように、例えばＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲシステムを搭載し、過給装置のコンプレッサの上流側にＥＧＲガスを還流させる構成とした内燃機関が知られている。従来技術では、ＥＧＲガスを吸気通路に導入するときに、インペラ流路等を用いてガスの流速及び導入方向を調整し、吸気通路内でＥＧＲガスが高速で旋回するようにする。これにより、従来技術では、吸気通路内でＥＧＲガスに起因する凝縮水が発生するのを抑制するようにしている。   As a prior art, for example, as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-107551), for example, an LPL (Low Pressure Loop) -EGR system is mounted, and an EGR gas is disposed upstream of the compressor of the supercharging device. An internal combustion engine configured to recirculate the gas is known. In the prior art, when EGR gas is introduced into the intake passage, the flow rate and introduction direction of the gas are adjusted using an impeller passage or the like so that the EGR gas swirls at high speed in the intake passage. As a result, in the prior art, the generation of condensed water due to EGR gas in the intake passage is suppressed.

特開２０１２−１０７５５１号公報JP 2012-107551 A 特許第３８６２１３５号公報Japanese Patent No. 3862135 特開２０１１−１１１９８８号公報JP2011-111988A 特開２０１０−２７０６４１号公報JP 2010-270641 A

上述した従来技術では、吸気通路内に導入したＥＧＲガスを高速で旋回させることにより、凝縮水の発生を抑制しようとしている。この場合には、ＥＧＲガスの旋回流が弱くなると凝縮水が発生し易くなるので、ＥＧＲガスの導入口からコンプレッサまでの距離を短くして、コンプレッサの位置でも旋回流を維持する必要がある。しかしながら、ＥＧＲガスの導入口をコンプレッサに近づけ過ぎると、ＥＧＲガスが吸気通路の外周側を流通し、吸入空気が吸気通路の内周側を流通した状態、即ち、両者が分離した状態でコンプレッサに導入されることになる。この結果、高温のＥＧＲガスによりコンプレッサの内部が局所的に加熱され、加熱された部位にデポジットが発生し易くなるので、ＥＧＲガスの導入口とコンプレッサとの距離を短くするには限界がある。従って、従来技術では、凝縮水を安定的に抑制するのが難しく、コンプレッサのインペラが凝縮水との衝突によって損傷し易いという問題がある。   In the prior art described above, the EGR gas introduced into the intake passage is swirled at a high speed to suppress the generation of condensed water. In this case, if the swirling flow of the EGR gas becomes weak, condensed water is likely to be generated. Therefore, it is necessary to shorten the distance from the EGR gas inlet to the compressor and maintain the swirling flow even at the position of the compressor. However, if the EGR gas inlet is too close to the compressor, the EGR gas will flow through the outer periphery of the intake passage and the intake air will flow through the inner periphery of the intake passage, that is, the two will be separated. Will be introduced. As a result, the inside of the compressor is locally heated by the high-temperature EGR gas, and deposits are likely to be generated in the heated portion, so there is a limit to shortening the distance between the EGR gas inlet and the compressor. Therefore, in the prior art, it is difficult to stably suppress the condensed water, and there is a problem that the impeller of the compressor is easily damaged by the collision with the condensed water.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、コンプレッサに導入されたガスにより凝縮水が発生した場合でも、凝縮水との衝突によってインペラが損傷するのを抑制し、コンプレッサの耐久性を向上させることが可能な過給装置及び内燃機関を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to damage an impeller by collision with condensed water even when condensed water is generated by gas introduced into the compressor. An object of the present invention is to provide a supercharging device and an internal combustion engine that can suppress the above-described problem and improve the durability of a compressor.

第１の発明は、内燃機関の排気圧を受けて回転するタービンと、前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するコンプレッサと、を備え、前記コンプレッサは、筒状に形成されて軸方向の両側が開口し、軸方向の一側から他側に向けて吸入空気が流通するシュラウド部と、前記シュラウド部の軸方向他側に同軸かつ回転可能に設けられ、前記シュラウド部の内径に相当する円筒面に沿って放射状に配置された複数の羽根を有するインペラと、前記シュラウド部の内周面のうち少なくとも前記インペラ寄りに位置する軸方向他側の一部に全周にわたって設けられ、軸方向に延在しつつ前記インペラの回転方向に湾曲する螺旋状の長溝として形成された複数の旋回溝と、を備えている。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a turbine that rotates in response to an exhaust pressure of an internal combustion engine, and a compressor that is driven by the turbine and supercharges intake air. The compressor is formed in a cylindrical shape and has an axial direction. A shroud portion that opens on both sides and through which intake air flows from one side in the axial direction to the other side, and is provided coaxially and rotatably on the other side in the axial direction of the shroud portion, and corresponds to the inner diameter of the shroud portion. An impeller having a plurality of blades arranged radially along a cylindrical surface, and an axial direction provided on a part of the inner peripheral surface of the shroud portion at least on the other side in the axial direction located near the impeller, over the entire circumference. And a plurality of turning grooves formed as spiral long grooves that are curved in the rotation direction of the impeller.

第２の発明によると、前記シュラウド部のうち少なくとも軸方向他側の一部は、内周面が軸方向の一側から他側に向けて縮径すると共に前記他側の内径が前記インペラを収容する部位の内径に相当する寸法に形成された筒状の縮径部として形成し、前記旋回溝は、前記縮径部の内周面に配置している。   According to the second invention, at least a part of the shroud portion on the other side in the axial direction has an inner peripheral surface whose diameter decreases from one side in the axial direction toward the other side, and an inner diameter on the other side reduces the impeller. It forms as a cylindrical reduced diameter part formed in the dimension corresponded to the internal diameter of the site | part to accommodate, and the said turning groove | channel is arrange | positioned at the internal peripheral surface of the said reduced diameter part.

第３の発明によると、前記旋回溝の断面積は、軸方向の一側から他側に向けて小さくなるように形成している。   According to the third invention, the cross-sectional area of the swivel groove is formed so as to decrease from one side in the axial direction toward the other side.

第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかに記載の過給装置と、前記コンプレッサのシュラウド部に流入する吸入空気中に排気ガスを還流させることが可能なＥＧＲ通路と、を備えている。   A fourth invention includes the supercharging device according to any one of the first to third inventions, and an EGR passage capable of recirculating exhaust gas into the intake air flowing into the shroud portion of the compressor. I have.

第１の発明によれば、コンプレッサに導入されたガスにより凝縮水が発生した場合でも、インペラに吸込まれる凝縮水に対して、旋回溝により周方向の速度成分を付加することができる。これにより、インペラの羽根に衝突する凝縮水の量及び衝撃を低減し、エロージョンの発生を抑制することができる。従って、凝縮水の発生によりインペラが損傷するのを抑制し、過給装置の耐久性を向上させることができる。   According to the first invention, even when condensed water is generated by the gas introduced into the compressor, a circumferential speed component can be added to the condensed water sucked into the impeller by the turning groove. Thereby, the quantity and impact of the condensed water which collides with the impeller blade | wing can be reduced, and generation | occurrence | production of erosion can be suppressed. Therefore, the impeller can be prevented from being damaged by the generation of condensed water, and the durability of the supercharging device can be improved.

第２の発明によれば、旋回溝を縮径部に配置することにより、インペラに吸込まれる凝縮水を微粒化し、凝縮水がインペラの羽根に衝突した場合の衝撃を低減することができる。また、凝縮水に付加される旋回力を増大し、インペラに対する凝縮水の進入方向を安定させることができる。   According to the second invention, by disposing the turning groove in the reduced diameter portion, the condensed water sucked into the impeller can be atomized, and the impact when the condensed water collides with the impeller blades can be reduced. Further, the turning force added to the condensed water can be increased, and the direction of the condensed water entering the impeller can be stabilized.

第３の発明によれば、旋回溝の近傍を流れるガスの速度は、下流側に進むにつれて増大し、これに伴って凝縮水の流動速度も加速される。従って、凝縮水に付加される旋回力を増大し、インペラに対する凝縮水の進入方向をより安定させることができる。   According to the third aspect of the invention, the velocity of the gas flowing in the vicinity of the swirling groove increases as it goes downstream, and the flow rate of the condensed water is accelerated accordingly. Therefore, the turning force added to the condensed water can be increased, and the direction of the condensed water entering the impeller can be further stabilized.

第４の発明によれば、過給装置とＥＧＲ通路とを備えた内燃機関において、コンプレッサを保護するためにＥＧＲ制御の可能領域が制限されるのを回避し、内燃機関の実用性を向上させることができる。   According to the fourth aspect of the invention, in the internal combustion engine provided with the supercharging device and the EGR passage, it is avoided that the possible region of EGR control is restricted to protect the compressor, and the practicality of the internal combustion engine is improved. be able to.

本発明の実施の形態１による内燃機関のシステム構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the system configuration | structure of the internal combustion engine by Embodiment 1 of this invention. 図１中のコンプレッサを拡大して示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which expands and shows the compressor in FIG. 図２中のシュラウド部、旋回溝等を矢示Ａ方向からみた正面図である。It is the front view which looked at the shroud part in FIG. 2, a turning groove | channel, etc. from the arrow A direction. シュラウド部の縮径部を単体で示す斜視図である。It is a perspective view which shows the reduced diameter part of a shroud part independently. インペラの羽根の先端部を図３中の円弧面Ｂに沿って破断した断面図を用いて、羽根の先端に対する空気の進入方向を模式的に示す説明図である。It is explanatory drawing which shows typically the approach direction of the air with respect to the front-end | tip of a blade | wing using the sectional view which fractured | ruptured the front-end | tip part of the impeller blade | wing along the circular arc surface B in FIG. 旋回溝が存在しない場合において、羽根の先端に対する凝縮水の進入方向を示す図５と同様の説明図である。It is explanatory drawing similar to FIG. 5 which shows the entrance direction of the condensed water with respect to the front-end | tip of a blade | wing, when a turning groove does not exist. 本発明の実施の形態１において、羽根の先端に対する凝縮水の進入方向が旋回溝により調整された状態を示す図５と同様の説明図である。In Embodiment 1 of this invention, it is explanatory drawing similar to FIG. 5 which shows the state in which the entrance direction of the condensed water with respect to the front-end | tip of a blade | wing was adjusted with the turning groove | channel.

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図７を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１による内燃機関のシステム構成を説明するための構成図である。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、過給装置付きの内燃機関であるエンジン１０を備えている。エンジン１０は、単数または複数の気筒が形成されたエンジン本体１１と、エンジン本体１１の気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１２と、気筒から排気ガスを排出する排気通路１３とを備えている。吸気通路１２は、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１４と、吸入空気を冷却するインタークーラ１５とが配置されている。排気通路１３には、排気ガスを浄化する触媒１６が配置されている。 Embodiment 1 FIG.
[Configuration of Embodiment 1]
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. First, FIG. 1 is a configuration diagram for explaining a system configuration of an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in this figure, the system of the present embodiment includes an engine 10 that is an internal combustion engine with a supercharging device. The engine 10 includes an engine body 11 in which one or a plurality of cylinders are formed, an intake passage 12 that sucks intake air into the cylinders of the engine body 11, and an exhaust passage 13 that discharges exhaust gas from the cylinders. The intake passage 12 is provided with a throttle valve 14 that adjusts the intake air amount and an intercooler 15 that cools the intake air. A catalyst 16 for purifying exhaust gas is disposed in the exhaust passage 13.

また、エンジン１０には、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムを構成するＥＧＲ機構が搭載されている。ＥＧＲ機構は、排気ガスの一部を吸気通路１２に還流させることが可能なＥＧＲ通路１７と、吸気通路１２に還流されるＥＧＲガスの量を調整する１個または複数の弁装置（図示せず）とを備えている。ＥＧＲ通路１７の一端側は、触媒１６の下流側で排気通路１３に接続されている。ＥＧＲ通路１７の他端側は、後述するコンプレッサ２０の上流側で吸気通路１２に接続されている。   The engine 10 is equipped with an EGR mechanism that constitutes an LPL-EGR system. The EGR mechanism includes an EGR passage 17 capable of returning a part of exhaust gas to the intake passage 12, and one or more valve devices (not shown) for adjusting the amount of EGR gas returned to the intake passage 12. ). One end side of the EGR passage 17 is connected to the exhaust passage 13 on the downstream side of the catalyst 16. The other end side of the EGR passage 17 is connected to the intake passage 12 on the upstream side of the compressor 20 described later.

また、エンジン１０には、ターボ式の過給装置１８が搭載されている。過給装置１８は、排気通路１３に設けられたタービン１９と、吸気通路１４に設けられ、タービン１９と連結されたコンプレッサ２０とを備えている。過給装置１８の作動中には、タービン１９が排気圧を受けて回転することによりコンプレッサ２０を駆動し、コンプレッサ２０が吸入空気を過給する。   The engine 10 is equipped with a turbo-type supercharging device 18. The supercharging device 18 includes a turbine 19 provided in the exhaust passage 13 and a compressor 20 provided in the intake passage 14 and connected to the turbine 19. During operation of the supercharger 18, the turbine 19 receives the exhaust pressure and rotates to drive the compressor 20, and the compressor 20 supercharges the intake air.

次に、図２及び図３を参照して、コンプレッサ２０について説明する。図２は、図１中のコンプレッサを拡大して示す縦断面図であり、図３は、図２中のシュラウド部、旋回溝等を矢示Ａ方向からみた正面図である。これらの図に示すように、コンプレッサ２０は、ハウジング２１、シュラウド部２２、インペラ収容部２５、インペラ流路２６、渦巻状通路２７、インペラ２８等を備えている。ハウジング２１は、コンプレッサ２０の外郭を構成するもので、段付きの略円筒状に形成され、シュラウド部２２及びインペラ収容部２５を備えている。なお、以下の説明では、吸入空気を含む主流（図２参照）の流れ方向の上流側がハウジング２１等の軸方向一側に対応し、下流側が軸方向他側に対応している。   Next, the compressor 20 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view showing the compressor in FIG. 1, and FIG. 3 is a front view of the shroud portion, the turning groove, etc. in FIG. As shown in these drawings, the compressor 20 includes a housing 21, a shroud portion 22, an impeller accommodating portion 25, an impeller passage 26, a spiral passage 27, an impeller 28, and the like. The housing 21 constitutes an outline of the compressor 20, is formed in a substantially cylindrical shape with a step, and includes a shroud portion 22 and an impeller accommodating portion 25. In the following description, the upstream side in the flow direction of the main flow including intake air (see FIG. 2) corresponds to one axial side of the housing 21 and the like, and the downstream side corresponds to the other axial side.

シュラウド部２２は、ハウジング２１の軸方向一側を構成するもので、軸方向の両側が開口した筒状体として形成され、等径部２３及び縮径部２４により構成されている。等径部２３、縮径部２４及びインペラ収容部２５は、軸方向の一側から他側に向けて順に連結され、互いに同軸に配置されている。また、等径部２３は、一定の内径を有する円筒状に形成され、縮径部２４の内周面２４Ａは、軸方向の一側から他側に向けて縮径した円錐状に形成されている。そして、内周面２４Ａの軸方向他側の内径は、インペラ収容部２５の内径と等しい寸法に形成されるか、または、インペラ２８の外径に相当する寸法に形成されている。インペラ収容部２５の内周面は、縮径部２４から離れるにつれて徐々に拡径するように形成されている。インペラ収容部２５の内周側には、インペラ２８が収容されている。   The shroud portion 22 constitutes one axial side of the housing 21, is formed as a cylindrical body that is open on both sides in the axial direction, and includes a constant diameter portion 23 and a reduced diameter portion 24. The equal-diameter portion 23, the reduced-diameter portion 24, and the impeller accommodating portion 25 are sequentially connected from one side in the axial direction to the other side, and are arranged coaxially with each other. The equal diameter portion 23 is formed in a cylindrical shape having a constant inner diameter, and the inner peripheral surface 24A of the reduced diameter portion 24 is formed in a conical shape whose diameter is reduced from one side in the axial direction toward the other side. Yes. The inner diameter on the other side in the axial direction of the inner peripheral surface 24 </ b> A is formed to have the same dimension as the inner diameter of the impeller accommodating portion 25, or to a dimension corresponding to the outer diameter of the impeller 28. The inner peripheral surface of the impeller accommodating portion 25 is formed so as to gradually increase in diameter as it moves away from the reduced diameter portion 24. An impeller 28 is accommodated on the inner peripheral side of the impeller accommodating portion 25.

インペラ流路２６は、インペラ収容部２５の内周面と、インペラ２８のハブ２９の外周面との間に形成される環状の通路である。インペラ流路２６には、後述するインペラ２８の各羽根３０が収容されている。渦巻状通路２７は、インペラ流路２６の軸方向他側に接続され、ハウジング２１の軸線を中心として螺旋状に形成されている。コンプレッサ２０を吸気通路１２に接続した状態では、等径部２３が吸気通路１２の上流部に接続され、渦巻状通路２７が吸気通路１２の下流部に接続される。   The impeller channel 26 is an annular passage formed between the inner peripheral surface of the impeller accommodating portion 25 and the outer peripheral surface of the hub 29 of the impeller 28. The impeller flow path 26 accommodates blades 30 of an impeller 28 described later. The spiral passage 27 is connected to the other side in the axial direction of the impeller passage 26 and is formed in a spiral shape with the axis of the housing 21 as the center. In a state where the compressor 20 is connected to the intake passage 12, the equal diameter portion 23 is connected to the upstream portion of the intake passage 12, and the spiral passage 27 is connected to the downstream portion of the intake passage 12.

インペラ２８は、タービン１９により駆動されて回転するもので、インペラ収容部２５の内周側に同軸に配置されている。インペラ２８は、図２及び図３に示すように、ハブ２９及び羽根３０を備えている。ハブ２９は、軸方向の一側から他側に向けて拡径した略円錐状に形成され、シャフト３１に回転を規制した状態で取付けられている。シャフト３１は、図示しない軸受部等により回転可能に支持された状態で、タービン１９と連結されている。一方、ハブ２９の外周面には、複数の羽根３０が全周にわたって放射状に取付けられている。   The impeller 28 is rotated by being driven by the turbine 19, and is disposed coaxially on the inner peripheral side of the impeller accommodating portion 25. As shown in FIGS. 2 and 3, the impeller 28 includes a hub 29 and a blade 30. The hub 29 is formed in a substantially conical shape whose diameter is increased from one side in the axial direction toward the other side, and is attached to the shaft 31 in a state in which the rotation is restricted. The shaft 31 is connected to the turbine 19 while being rotatably supported by a bearing portion (not shown). On the other hand, a plurality of blades 30 are radially attached to the outer peripheral surface of the hub 29 over the entire circumference.

各羽根３０は、インペラ２８の軸方向に延在しつつ湾曲して構成されている。ハブ２９の外周面から径方向に突出した各羽根３０の先端部は、図２及び図３に示すように、一定の円筒面に沿って配置され、この円筒面の直径は、縮径部２４の下流側の開口端部の内径に相当している。また、各羽根３０の先端部は、後述の図５等に示すように、インペラ２８の軸方向に対して一定の角度で傾斜している。また、各羽根３０の先端部と縮径部２４の開口端部とは、軸方向において、予め設定された小さな隙間を介して対向している。   Each blade 30 is configured to bend while extending in the axial direction of the impeller 28. As shown in FIGS. 2 and 3, the tip portion of each blade 30 protruding radially from the outer peripheral surface of the hub 29 is disposed along a certain cylindrical surface, and the diameter of this cylindrical surface is the reduced diameter portion 24. This corresponds to the inner diameter of the opening end on the downstream side. Further, the tip of each blade 30 is inclined at a constant angle with respect to the axial direction of the impeller 28 as shown in FIG. Moreover, the front-end | tip part of each blade | wing 30 and the opening edge part of the reduced diameter part 24 are facing through the preset small clearance gap in the axial direction.

［実施の形態１の特徴］
次に、図２乃至図４を参照して、本実施の形態の特徴事項である旋回溝４０について説明する。図４は、シュラウド部の縮径部を単体で示す斜視図である。これらの図に示すように、縮径部２４の内周面２４Ａには、複数の旋回溝４０が設けられている。旋回溝４０は、シュラウド部２２の内周面に付着した凝縮水がガスと共にインペラ２８に吸込まれるときに、羽根３０の先端部に対する凝縮水の進入角度を調整し、凝縮水との衝突による羽根３０の損傷（エロージョン等の発生）を抑制するものである。 [Features of Embodiment 1]
Next, with reference to FIG. 2 thru | or FIG. 4, the turning groove 40 which is the characteristic matter of this Embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a perspective view showing a reduced diameter portion of the shroud portion alone. As shown in these drawings, a plurality of turning grooves 40 are provided on the inner peripheral surface 24 </ b> A of the reduced diameter portion 24. When the condensed water adhering to the inner peripheral surface of the shroud portion 22 is sucked into the impeller 28 together with the gas, the swirling groove 40 adjusts the entrance angle of the condensed water with respect to the tip portion of the blade 30 and is caused by collision with the condensed water. This prevents damage to the blade 30 (occurrence of erosion or the like).

各旋回溝４０は、縮径部２４の軸方向に延在しつつ、インペラ２８の回転方向に捩じれるように湾曲（旋回）した螺旋状の長溝として形成され、内周面２４Ａの全周にわたって配置されている。また、互いに隣接する２つの旋回溝４０の間には、各旋回溝４０の側壁を構成する細長い突条部４１がそれぞれ設けられている。これらの突条部４１は、縮径部２４の内周面２４Ａから径方向内向きに突出している。また、旋回溝４０の断面積は、軸方向の一側から他側に向けて、即ち、吸入空気の流れ方向において上流側から下流側に向けて、徐々に小さくなるように形成されている。なお、断面積の漸減は、縮径部２４の周方向に対する旋回溝４０の溝幅、及び縮径部２４の径方向に対する旋回溝４０の溝深さのうち少なくとも一方を変更することにより実現されている。   Each turning groove 40 is formed as a spiral long groove that extends in the axial direction of the reduced diameter portion 24 and is curved (turned) so as to be twisted in the rotation direction of the impeller 28, and extends over the entire circumference of the inner peripheral surface 24A. Has been placed. In addition, between the two swiveling grooves 40 adjacent to each other, elongated ridge portions 41 constituting the side walls of the swiveling grooves 40 are respectively provided. These protrusions 41 protrude radially inward from the inner peripheral surface 24 </ b> A of the reduced diameter portion 24. Further, the cross-sectional area of the turning groove 40 is formed so as to gradually decrease from one side in the axial direction to the other side, that is, from the upstream side to the downstream side in the flow direction of the intake air. The gradual reduction of the cross-sectional area is realized by changing at least one of the groove width of the turning groove 40 with respect to the circumferential direction of the reduced diameter portion 24 and the groove depth of the turning groove 40 with respect to the radial direction of the reduced diameter portion 24. ing.

本実施の形態は上述の如き構成を有するもので、次に、エンジン１０及び過給装置１８の作動について説明する。まず、図１において、エンジン１０の運転時には、外部から吸気通路１２に吸入空気が吸込まれ、この吸入空気は筒内に流入する。このとき、エンジン１０に搭載された制御装置は、センサにより検出した吸入空気量に対応する量の燃料を噴射し、両者の混合気を筒内で燃焼させる。筒内での燃焼により生じた排気ガスは、排気通路１３及び触媒１６を介して外部に排出される。また、制御装置は、エンジン１０の運転状態に基いてＥＧＲ制御を実行する。ＥＧＲ制御では、制御装置によりＥＧＲ機構の弁装置が駆動されると、排気ガスの一部であるＥＧＲガスがＥＧＲ通路１７を経由して吸気通路１２に還流される。このＥＧＲガスは、吸入空気と共にコンプレッサ２０を通過し、筒内に流入する。   The present embodiment has the configuration as described above. Next, the operation of the engine 10 and the supercharging device 18 will be described. First, in FIG. 1, when the engine 10 is operated, intake air is sucked into the intake passage 12 from the outside, and the intake air flows into the cylinder. At this time, the control device mounted on the engine 10 injects an amount of fuel corresponding to the intake air amount detected by the sensor, and combusts the mixture of both in the cylinder. Exhaust gas generated by combustion in the cylinder is discharged to the outside through the exhaust passage 13 and the catalyst 16. Further, the control device executes EGR control based on the operating state of the engine 10. In the EGR control, when the valve device of the EGR mechanism is driven by the control device, the EGR gas that is part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage 12 via the EGR passage 17. The EGR gas passes through the compressor 20 together with the intake air and flows into the cylinder.

一方、エンジンの運転時には、過給装置１８のタービン１９が排気圧により駆動され、この駆動力は、図２において、シャフト３１に伝達される。これにより、インペラ２８が回転すると、シュラウド部２２の軸方向一側から吸入空気が吸込まれ、この空気は各羽根３０の回転により軸方向他側に案内されつつ、インペラ流路２６内で高圧に圧縮される。そして、圧縮された空気は、渦巻状通路２７を介して吸気通路１２に供給され、エンジン本体１１の気筒に過給される。   On the other hand, when the engine is operating, the turbine 19 of the supercharging device 18 is driven by the exhaust pressure, and this driving force is transmitted to the shaft 31 in FIG. As a result, when the impeller 28 rotates, intake air is sucked from one axial side of the shroud portion 22, and this air is guided to the other side in the axial direction by the rotation of each blade 30, and becomes high pressure in the impeller flow path 26. Compressed. The compressed air is supplied to the intake passage 12 through the spiral passage 27 and is supercharged to the cylinder of the engine body 11.

次に、インペラ２８に吸込まれるガス及び凝縮水の挙動について説明する。まず、吸気通路１２にＥＧＲガスが流入すると、このＥＧＲガスは、吸入空気と混合されたり、暖機完了前の低温なハウジング２１と接触することにより冷却される。この結果、ＥＧＲガス中の水分は、図２に示すように、凝縮水となってシュラウド部２２の内周面等に付着する。付着した凝縮水は、軸方向に流れる主流により押されて下流側に流動しつつ、水滴同士が集合して大きな水滴を形成する。なお、主流とは、吸入空気とＥＧＲガスとが混合したガスの流れを意味している。そして、凝縮水と吸入空気とは、図５乃至図７に示すように、インペラ２８に吸込まれることになる。   Next, the behavior of the gas and condensed water sucked into the impeller 28 will be described. First, when the EGR gas flows into the intake passage 12, the EGR gas is mixed with the intake air or cooled by coming into contact with the low-temperature housing 21 before the warm-up is completed. As a result, the moisture in the EGR gas becomes condensed water and adheres to the inner peripheral surface of the shroud portion 22 as shown in FIG. The adhering condensed water is pushed by the main stream flowing in the axial direction and flows downstream, while water droplets gather to form a large water droplet. The main flow means a gas flow in which intake air and EGR gas are mixed. The condensed water and the intake air are sucked into the impeller 28 as shown in FIGS.

ここで、図５は、インペラの羽根の先端部を図３中の円弧面Ｂに沿って破断した断面図を用いて、羽根の先端に対する空気の進入方向を模式的に示す説明図である。また、図６は、旋回溝が存在しない場合において、羽根の先端に対する凝縮水の進入方向を示す図５と同様の説明図である。図７は、羽根の先端に対する凝縮水の進入方向が旋回溝により調整された状態を示す図５と同様の説明図である。なお、これらの図において、上下方向はインペラ２８の軸方向に相当し、左右方向はインペラ２８の周方向に相当している。また、図５乃至図７では、周方向に回転するインペラ２８を静止状態とみなす代わりに、インペラ２８の周方向の速度（インペラ周速）が相対的に逆向きの周速となって凝縮水及び吸入空気に作用するものとしている。   Here, FIG. 5 is an explanatory view schematically showing the air ingress direction with respect to the tip of the blade using a cross-sectional view in which the tip of the blade of the impeller is broken along the arc surface B in FIG. FIG. 6 is an explanatory view similar to FIG. 5 showing the direction of the condensed water entering the tip of the blade when there is no swirling groove. FIG. 7 is an explanatory view similar to FIG. 5 showing a state in which the direction in which condensed water enters the tip of the blade is adjusted by the turning groove. In these drawings, the vertical direction corresponds to the axial direction of the impeller 28, and the horizontal direction corresponds to the circumferential direction of the impeller 28. 5 to 7, instead of regarding the impeller 28 rotating in the circumferential direction as a stationary state, the circumferential speed (impeller circumferential speed) of the impeller 28 becomes a relatively opposite circumferential speed, and the condensed water And act on the intake air.

まず、図５を参照して、インペラ２８に進入する主流の相対速度について説明する。主流相対速度は、軸方向に流れる主流の絶対速度と、主流に相対的に作用するインペラ周速とを合成したものであり、軸方向に対して斜めに傾斜した速度ベクトルとなる。このため、従来技術では、例えば羽根３０の傾斜角、インペラ２８の回転数等を予め適切に設定しておくことにより、主流相対速度の方向と羽根３０の先端部の傾斜角とが一致するようにシステムを設計している。これにより、吸入空気は、インペラ２８にスムーズに吸込まれるので、コンプレッサ２０の圧損を低減し、過給を効率よく行うことができる。   First, with reference to FIG. 5, the relative velocity of the mainstream entering the impeller 28 will be described. The main flow relative velocity is a combination of the absolute velocity of the main flow flowing in the axial direction and the impeller peripheral speed acting relatively to the main flow, and becomes a velocity vector inclined obliquely with respect to the axial direction. For this reason, in the prior art, for example, by appropriately setting the inclination angle of the blade 30 and the rotation speed of the impeller 28 in advance, the direction of the mainstream relative speed and the inclination angle of the tip of the blade 30 are made to coincide. The system is being designed. Thereby, since the intake air is smoothly sucked into the impeller 28, the pressure loss of the compressor 20 can be reduced and the supercharging can be performed efficiently.

次に、図６を参照して、旋回溝４０が存在しない場合（従来技術）の凝縮水の挙動について説明する。まず、シュラウド部２２の内周面に付着した凝縮水は、主流により下流側に押動されるが、主流と比較して、内周面上を流動するときの摩擦の分だけ軸方向の速度（水滴絶対速度）が小さくなる。この結果、水滴絶対速度とインペラ周速とを合成した速度である凝縮水の水滴相対速度は、羽根３０の先端部の傾斜角からずれた傾斜角（浅い傾斜角）を有する速度ベクトルとなる。   Next, with reference to FIG. 6, the behavior of the condensed water when the swirling groove 40 is not present (prior art) will be described. First, the condensed water adhering to the inner peripheral surface of the shroud portion 22 is pushed downstream by the main flow, but compared with the main flow, the axial velocity is equal to the amount of friction when flowing on the inner peripheral surface. (Water droplet absolute velocity) decreases. As a result, the water droplet relative velocity of the condensed water, which is a velocity obtained by combining the water droplet absolute velocity and the impeller peripheral velocity, becomes a velocity vector having an inclination angle (shallow inclination angle) deviated from the inclination angle of the tip of the blade 30.

即ち、インペラ２８に吸込まれる凝縮水の水滴は、羽根３０の先端部に衝突することになるので、羽根３０を浸食するエロージョンを発生させる。エロージョンの対策としては、例えば羽根３０の先端部に耐摩耗性被覆を設ける方法や、主流を大きく旋回させる遠心分離によって凝縮水を除去する方法が考えられる。しかし、耐摩耗性被覆は、薄膜であるために耐久性に限界がある。また、遠心分離を実現するための構成は、コンプレッサ２０の大幅なコストアップを招く上に、その圧縮性能を低下させるという問題がある。   That is, the water droplets of the condensed water sucked into the impeller 28 collide with the tip of the blade 30, so that erosion that erodes the blade 30 is generated. As a countermeasure against erosion, for example, a method of providing a wear-resistant coating at the tip of the blade 30 or a method of removing condensed water by centrifugal separation that largely swirls the main flow can be considered. However, since the wear resistant coating is a thin film, its durability is limited. Further, the configuration for realizing the centrifugal separation has a problem that the cost of the compressor 20 is significantly increased and the compression performance is lowered.

次に、図７を参照して、旋回溝４０を設けた場合の作用効果について説明する。まず、シュラウド部２２の内周面に付着した凝縮水は、主流により下流側に押動されて縮径部２４の旋回溝４０に流入し、旋回溝４０内を下流側に向けて流動する。この結果、凝縮水は、旋回溝４０によりインペラ２８の回転方向と同一の旋回力を与えられた状態で、インペラ２８に吸込まれる。即ち、凝縮水の水滴絶対速度には、図７に示すように、軸方向の速度成分だけでなく、旋回溝４０により周方向の速度成分が付加される。   Next, with reference to FIG. 7, the effect at the time of providing the turning groove 40 is demonstrated. First, the condensed water adhering to the inner peripheral surface of the shroud portion 22 is pushed downstream by the main flow and flows into the turning groove 40 of the reduced diameter portion 24 and flows in the turning groove 40 toward the downstream side. As a result, the condensed water is sucked into the impeller 28 in a state where the same turning force as that of the impeller 28 is applied by the turning groove 40. That is, as shown in FIG. 7, not only the axial velocity component but also the circumferential velocity component is added to the absolute water droplet velocity by the swivel groove 40.

これにより、凝縮水の水滴絶対速度とインペラ周速とを合成した水滴相対速度の傾斜角は、羽根３０の先端部の傾斜角と一致した状態に調整される。換言すれば、螺旋状をなす旋回溝４０の傾斜角は、水滴相対速度の傾斜角と羽根３０の先端部の傾斜角とが一致するような角度に予め設定されている。この結果、旋回溝４０の端部から放出された凝縮水は、羽根３０の先端部に対して平行に進みつつ、インペラ２８に吸込まれる。従って、凝縮水の大部分は、羽根３０に衝突することなく、インペラ２８を通過するようになるので、羽根３０の先端部に衝突する凝縮水の量及び衝撃を低減し、エロージョンの発生を抑制することができる。   Thereby, the inclination angle of the water droplet relative velocity obtained by combining the water droplet absolute velocity and the impeller peripheral velocity is adjusted to coincide with the inclination angle of the tip portion of the blade 30. In other words, the inclination angle of the spiral turning groove 40 is set in advance such that the inclination angle of the water droplet relative velocity matches the inclination angle of the tip of the blade 30. As a result, the condensed water discharged from the end portion of the turning groove 40 is sucked into the impeller 28 while proceeding in parallel with the tip portion of the blade 30. Therefore, most of the condensed water passes through the impeller 28 without colliding with the blades 30, so the amount and impact of the condensed water colliding with the tip of the blades 30 are reduced, and the occurrence of erosion is suppressed. can do.

また、縮径部２４内の圧力は、円錐状をなす内周面２４Ａの作用により下流側に進むにつれて上昇する。この結果、凝縮水の水滴は、旋回溝４０の下流側に進むほど、高い圧力により潰されて薄膜化し、旋回溝４０の端部から放出されたときに微粒化し易くなる。また、主流の流速は、縮径部２４の下流側に進むにつれて上昇するので、これに伴って凝縮水の流動速度も上昇し、旋回溝４０の端部から放出される凝縮水には、より強い旋回力が付加される。従って、旋回溝４０を縮径部２４に配置する構成とすれば、インペラ２８に吸込まれる凝縮水を微粒化し、凝縮水が羽根３０に衝突した場合の衝撃を低減することができる。また、凝縮水に付加される旋回力を増大し、インペラ２８に対する凝縮水の進入方向を安定させることができる。   Further, the pressure in the reduced diameter portion 24 increases as it advances downstream due to the action of the conical inner peripheral surface 24A. As a result, the water droplets of the condensed water are crushed and thinned by a higher pressure as they go downstream of the swirling groove 40, and are easily atomized when discharged from the end of the swirling groove 40. Further, since the flow velocity of the main flow increases as it goes downstream of the reduced diameter portion 24, the flow rate of the condensed water increases accordingly, and the condensed water discharged from the end of the swirling groove 40 is more A strong turning force is added. Therefore, if the swivel groove 40 is arranged in the reduced diameter portion 24, the condensed water sucked into the impeller 28 can be atomized, and the impact when the condensed water collides with the blade 30 can be reduced. Further, the turning force added to the condensed water can be increased, and the direction of the condensed water entering the impeller 28 can be stabilized.

さらに、旋回溝４０は、その断面積が上流側から下流側に向けて徐々に小さくなるノズル形状に形成されている。これにより、旋回溝４０の近傍を流れる主流の速度は、下流側に進むにつれて増大し、これに伴って凝縮水の流動速度も加速される。この構成によれば、凝縮水に付加される旋回力を増大し、インペラ２８に対する凝縮水の進入方向をより安定させることができる。   Furthermore, the turning groove 40 is formed in a nozzle shape whose cross-sectional area gradually decreases from the upstream side toward the downstream side. As a result, the speed of the main flow that flows in the vicinity of the swirl groove 40 increases as it goes downstream, and the flow speed of the condensed water is accelerated accordingly. According to this configuration, the turning force added to the condensed water can be increased, and the direction of the condensed water entering the impeller 28 can be further stabilized.

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、コンプレッサ２０に導入されたガスにより凝縮水が発生した場合でも、凝縮水との衝突によってインペラ２８が損傷するのを抑制し、コンプレッサ２０の耐久性を向上させることができる。従って、過給装置１８とＬＰＬ−ＥＧＲシステムとを備えたエンジン１０において、コンプレッサ２０を保護するためにＥＧＲ制御の可能領域が制限されるのを回避し、エンジン１０の実用性を向上させることができる。   As described in detail above, according to the present embodiment, even when condensed water is generated by the gas introduced into the compressor 20, the impeller 28 is prevented from being damaged by collision with the condensed water, and the durability of the compressor 20 is improved. Can be improved. Therefore, in the engine 10 provided with the supercharger 18 and the LPL-EGR system, it is possible to avoid limiting the possible region of EGR control in order to protect the compressor 20 and improve the practicality of the engine 10. it can.

また、本実施の形態によれば、インペラサージを発生させずにコンプレッサ２０を作動させることが可能な運転領域の限界（サージ限界）を高めることができ、コンプレッサ２０の作動領域を拡大することができる。詳しく述べると、まず、コンプレッサ２０に流入した空気は、インペラ２８により圧縮仕事を受けるので、インペラ流路２６を流れる空気の圧力は、インペラ２８の入口側（上流側）よりも出口側（下流側）で高圧となる。この結果、コンプレッサ２０の作動中には、インペラ流路２６の下流側から羽根３０の入口側近傍に向けて圧縮ガスが逆流する現象、即ち、インペラサージが発生することがある。インペラサージが一旦発生すると、圧縮ガスの大きな逆流が誘発され、異音や振動の原因となるので、コンプレッサ２０は、インペラサージが発生しないような運転条件下で使用されることが多い。エンジン１０の低速運転領域では、インペラ２８を通過するガスの軸方向速度が小さくなるので、羽根３０の先端部の片面にガスの剥離による低圧領域が形成され、この低圧領域がインペラサージを誘発することになり易い。   Further, according to the present embodiment, it is possible to increase the limit (surge limit) of the operation region in which the compressor 20 can be operated without generating an impeller surge, and to expand the operation region of the compressor 20. it can. More specifically, since the air that has flowed into the compressor 20 is subjected to compression work by the impeller 28, the pressure of the air flowing through the impeller flow path 26 is greater on the outlet side (downstream side) than on the inlet side (upstream side) of the impeller 28. ) Becomes high pressure. As a result, during the operation of the compressor 20, a phenomenon in which the compressed gas flows backward from the downstream side of the impeller flow path 26 toward the vicinity of the inlet side of the blade 30, that is, an impeller surge may occur. Once an impeller surge is generated, a large backflow of compressed gas is induced, causing abnormal noise and vibration. Therefore, the compressor 20 is often used under operating conditions in which no impeller surge is generated. In the low speed operation region of the engine 10, the axial velocity of the gas passing through the impeller 28 is small, so that a low pressure region due to gas separation is formed on one surface of the tip of the blade 30, and this low pressure region induces an impeller surge. It is easy to happen.

これに対し、本実施の形態では、羽根３０の先端部を流れるガスに対して旋回溝４０により周方向の速度成分を与えるので、当該ガスの流通方向と羽根３０の先端部の傾斜角とを合致し易くすることができる。この結果、羽根３０の先端部では、ガスが剥離し難くなるので、インペラサージの原因となる低圧領域の形成を抑制することができ、低速運転領域においてコンプレッサ２０のサージ限界を高めることができる。   On the other hand, in the present embodiment, the circumferential velocity component is given to the gas flowing through the tip of the blade 30 by the swirl groove 40, so that the flow direction of the gas and the inclination angle of the tip of the blade 30 are set. It can be easily matched. As a result, since it is difficult for the gas to separate at the tip of the blade 30, formation of a low pressure region that causes an impeller surge can be suppressed, and the surge limit of the compressor 20 can be increased in the low speed operation region.

なお、前記実施の形態１では、シュラウド部２２の一部を縮径部２４により構成し、縮径部２４に旋回溝４０を設ける場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、シュラウド部２２全体を等径部２３のみにより構成し、その一部または全部の内周面に旋回溝４０を設けてもよい。これと同様に、本発明では、シュラウド部２２全体を縮径部２４のみにより構成し、その一部または全部の内周面に旋回溝４０を設けてもよい。   In the first embodiment, a case where a part of the shroud portion 22 is configured by the reduced diameter portion 24 and the turning groove 40 is provided in the reduced diameter portion 24 is exemplified. However, the present invention is not limited to this, and the entire shroud portion 22 may be constituted by only the equal-diameter portion 23, and the turning groove 40 may be provided on a part or all of the inner peripheral surface thereof. Similarly, in the present invention, the entire shroud portion 22 may be constituted by only the reduced diameter portion 24, and the turning groove 40 may be provided on a part or all of the inner peripheral surface thereof.

また、実施の形態１では、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムを備えたエンジン１０を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、必ずしもＥＧＲ機構を備えた内燃機関に適用する必要はなく、湿度が高い多いガスをコンプレッサ２０に導入する機構であれば、ＥＧＲ機構以外の各種の機構に広く適用することができる。   In the first embodiment, the engine 10 including the LPL-EGR system has been described as an example. However, the present invention is not necessarily applied to an internal combustion engine having an EGR mechanism, and may be widely applied to various mechanisms other than the EGR mechanism as long as the mechanism introduces a gas having a high humidity into the compressor 20. it can.

１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ スロットルバルブ
１５ インタークーラ
１６ 触媒
１７ ＥＧＲ通路
１８ 過給装置
１９ タービン
２０ コンプレッサ
２１ ハウジング
２２ シュラウド部
２３ 等径部
２４ 縮径部
２４Ａ 内周面
２５ インペラ収容部
２６ インペラ流路
２７ 渦巻状通路
２８ インペラ
２９ ハブ
３０ 羽根
３１ シャフト
４０ 旋回溝
４１ 突条部 10 Engine (Internal combustion engine)
11 Engine body 12 Intake passage 13 Exhaust passage 14 Throttle valve 15 Intercooler 16 Catalyst 17 EGR passage 18 Supercharger 19 Turbine 20 Compressor 21 Housing 22 Shroud portion 23 Equal diameter portion 24 Reduced diameter portion 24A Inner circumferential surface 25 Impeller accommodating portion 26 Impeller passage 27 Spiral passage 28 Impeller 29 Hub 30 Blade 31 Shaft 40 Turning groove 41 Projection

Claims (4)

内燃機関の排気圧を受けて回転するタービンと、
前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するコンプレッサと、を備え、
前記コンプレッサは、
筒状に形成されて軸方向の両側が開口し、軸方向の一側から他側に向けて吸入空気が流通するシュラウド部と、
前記シュラウド部の軸方向他側に同軸かつ回転可能に設けられ、前記シュラウド部の内径に相当する円筒面に沿って放射状に配置された複数の羽根を有するインペラと、
前記シュラウド部の内周面のうち少なくとも前記インペラ寄りに位置する軸方向他側の一部に全周にわたって設けられ、軸方向に延在しつつ前記インペラの回転方向に湾曲する螺旋状の長溝として形成された複数の旋回溝と、
を備えた過給装置。 A turbine that rotates in response to the exhaust pressure of the internal combustion engine;
A compressor driven by the turbine to supercharge intake air,
The compressor is
A shroud portion that is formed in a cylindrical shape and that opens on both sides in the axial direction, through which intake air flows from one side of the axial direction to the other side;
An impeller having a plurality of blades arranged coaxially and rotatably on the other side in the axial direction of the shroud portion and radially arranged along a cylindrical surface corresponding to the inner diameter of the shroud portion;
As a spiral long groove that is provided over the entire circumference on a part of the inner peripheral surface of the shroud portion at least on the other side in the axial direction located near the impeller and that extends in the axial direction and curves in the rotational direction of the impeller. A plurality of swivel grooves formed;
Supercharger with 前記シュラウド部のうち少なくとも軸方向他側の一部は、内周面が軸方向の一側から他側に向けて縮径すると共に前記他側の内径が前記インペラを収容する部位の内径に相当する寸法に形成された筒状の縮径部として形成し、
前記旋回溝は、前記縮径部の内周面に配置してなる請求項１に記載の過給装置。 At least a portion of the shroud portion on the other side in the axial direction has an inner peripheral surface whose diameter decreases from one side in the axial direction toward the other side, and the inner diameter on the other side corresponds to the inner diameter of the portion that houses the impeller. Formed as a cylindrical reduced-diameter part formed in the dimension to
The supercharging device according to claim 1, wherein the turning groove is arranged on an inner peripheral surface of the reduced diameter portion. 前記旋回溝の断面積は、軸方向の一側から他側に向けて小さくなるように形成してなる請求項１または２に記載の過給装置。   The supercharging device according to claim 1 or 2, wherein a cross-sectional area of the turning groove is formed so as to become smaller from one side in the axial direction to the other side. 請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の過給装置と、
前記コンプレッサのシュラウド部に流入する吸入空気中に排気ガスを還流させることが可能なＥＧＲ通路と、
を備えた内燃機関。 A supercharging device according to any one of claims 1 to 3,
An EGR passage capable of recirculating exhaust gas into the intake air flowing into the shroud portion of the compressor;
Internal combustion engine equipped with.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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