JP5729112B2 - 内燃機関の過給装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の過給装置に関し、特に内燃機関からの排気再循環経路に組み込まれて還流排気ガスと共に空気を過給する場合に好適な内燃機関の過給装置に関する。

車両用の内燃機関に装備される過給装置として、ターボ式過給装置が知られている。このターボ式過給装置は、内燃機関の排気エネルギを利用してタービンホイールを回転させることで、それに直結された遠心式のコンプレッサホイールを回転させ、内燃機関に空気を過給できるようになっている。

また、車両用の内燃機関においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的な排気再循環を行うＥＧＲ（排気再循環）システムを装着したものが多くなっており、排気後処理装置を通過した後の排気ガスをターボ式過給装置のコンプレッサより上流側に還流させることで低温かつ大量の排気再循環を可能にしたＬＰＬ（低圧ループ）−ＥＧＲ回路を装備するものも普及し始めている。

このような内燃機関では、吸気通路側に還流する排気ガス中の水蒸気がその露点温度未満に冷やされることで酸性の凝縮水が発生し易いことから、その凝縮水による吸気系主要部品の腐食の防止を図る工夫がなされている。

例えば、コンプレッサホイールの周囲で空気の圧力が低下するスロート個所より下流側のシュラウド部分にＥＧＲ通路を開口させるようにして、ＥＧＲ通路の前後差圧を確保するとともに、ＥＧＲガスがコンプレッサホイールのインペラの上流端エッジの液滴浸食や損傷を防止するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、上述と同様にシュラウド部分にＥＧＲ通路を開口させるもので、コンプレッサホイールの周方向に延びる排気ガス還流室と、その排気ガス還流室から径方向に延びてシュラウド部に開口する連通路とが形成された樹脂製のシュラウドピースを備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、吸気通路内の気体に旋回流を発生させる手段として、メイン吸気通路から分岐した後に吸気口側で再び合流するサブ吸気通路を設けるものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

また、異物や液滴をターボ式過給装置のインペラに衝突させないようにＥＧＲガス導入管の開口部を吸気通路の中央部に配置したもの（例えば、特許文献４参照）も知られている。

特開２００８−３０９１２５号公報 特開２０１０−１６８９１５号公報 特開２０１０−０７７８３３号公報 特開２００９−０２４６９２号公報

前述のように過給通路のスロート個所より下流側のシュラウド部分にＥＧＲ通路を開口させるようにした従来の内燃機関の過給装置にあっては、凝縮水によるインペラの上流端エッジの液滴浸食や損傷を防止できるとともに、ＥＧＲ通路の前後差圧を大きくできるので吸気絞り弁や排気絞り弁を閉じなくてもＥＧＲガスを導入でき、機関効率の低下を抑制できるという利点がある。しかしながら、凝縮水がインペラの外縁面（シュラウド面）に向かって流入し、コンプレッサホイールのインペラ部の外縁部分に衝突するため、インペラの浸食や損傷が懸念される。

また、吸気通路内の気体に旋回流を発生させる手段を設ける従来の内燃機関の過給装置にあっては、吸入空気流量が少ないときに旋回流による気液分離性能が十分に発揮できないばかりか、旋回流を発生させるスペースが大きくなるために搭載スペースを抑えることが困難になる。

一方、ＥＧＲガス導入管の開口部を吸気通路の中央部に配置する従来の内燃機関の過給装置にあっては、ＥＧＲガス導入管によって吸気通路内の圧力損失が大きくなり、コンプレッサの過給効率が低下してしまう。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、圧力損失による過給効率の低下を抑えつつ凝縮水のインペラ部への衝突によるコンプレッサホイールの損傷を防止することのできる過給装置を提供するものである。

本発明に係る内燃機関の過給装置は、上記課題を解決するため、（１）内燃機関の吸気通路のうち特定区間を形成す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の内部に配置される複数の羽根を有するコンプレッサホイールと、を備え、前記コンプレッサハウジングが、空気を導入するインレット部と、該インレット部の下流側で前記コンプレッサホイールの前記複数の羽根の外側縁を取り囲むシュラウド部と、前記シュラウド部より下流側に位置するディフューザ部と、を有するとともに、前記インレット部には、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記特定区間内に還流させる排気還流通路が開口している内燃機関の過給装置であって、前記コンプレッサハウジングの内周壁面と該内周壁面に近接する前記コンプレッサホイールの前記羽根の外縁面との間のクリアランスが、前記羽根の下流端部側に位置するその下流側部分に対して前記羽根の上流端部の近傍に位置するその上流側部分で大きくなっており、前記コンプレッサハウジングの前記インレット部には、前記排気還流通路から前記特定区間内に還流する排気ガスを前記クリアランス内に案内するガイド部材が設けられていることを特徴とする。

この構成により、排気還流通路から吸気通路の特定区間内に排気ガスが還流すると、その排気ガスがガイド部材によってコンプレッサハウジングの内周壁面とコンプレッサホイールの羽根の外縁面との間のクリアランスに案内される。このとき、還流排気ガス中の水分から凝縮水が生じてそれが吸気通路の特定区間内に流入したとしても、クリアランスの上流側部分が下流側部分に対して大きくなっていることとガイド部材による案内作用とによって、液滴径の大きな凝縮水がコンプレッサホイールの羽根の上流端部付近に衝突することが防止される。また、クリアランスがコンプレッサホイールの羽根の上流端部付近で大きくなっていることにより、吸気抵抗も抑えられる。したがって、圧力損失による過給効率の低下を抑えつつ凝縮水のインペラ部への衝突によるコンプレッサホイールの損傷を防止することのできる過給装置となる。

本発明の内燃機関の過給装置においては、（２）前記コンプレッサホイールが、前記コンプレッサハウジングの前記インレット部を通し空気を導入するインデューサ部を有し、前記クリアランスが、前記コンプレッサホイールの前記インデューサ部の周囲で、前記羽根の上流端部に近いほど大きくなっていることが好ましい。

この構成により、凝縮水が吸気通路の特定区間内に流入し、クリアランス内に入っても、吸気を導入して加速し始めるコンプレッサホイールのインデューサ部の周囲で凝縮水の液滴径が小さくなり、羽根の下流端部側に達するときには凝縮水の液滴径が十分に小さくなることで、凝縮水の衝突によるコンプレッサホイールの損傷が効果的に防止される。しかも、インデューサ部の上流側付近での吸気抵抗を低減しつつインデューサ部の下流側付近で空気の流速を十分に高めることができる。

本発明の内燃機関の過給装置においては、（３）前記ガイド部材が、下流端側で前記コンプレッサホイールの前記羽根の上流端部に近接する略円筒状の環状ガイド部を有し、前記インレット部の内周壁面と前記環状ガイド部の外周面との間に、前記クリアランスに連通するとともに前記排気還流通路に連通する環状通路が形成されていることが好ましい。

この構成により、排気還流通路から吸気通路の特定区間内に凝縮水が流入しても、略円筒状の環状通路を通る空気と共に凝縮水が周方向に分散され、液滴径が小さくなるとともに、上流側部分のクリアランスがさほど大きくなくても、所要の還流排気ガスの導入通路断面積を確保できる。

上記（３）の構成を有する内燃機関の過給装置においては、（４）前記ガイド部材の前記環状ガイド部の内周面と前記羽根の上流端部の近傍における前記羽根の外縁面との半径方向の離間距離が、前記クリアランスのうち前記羽根の下流端部側に位置する前記下流側部分と略等しく設定されていることが好ましい。この構成により、ガイド部材の環状ガイド部の内方ではインレット部からコンプレッサホイールに空気が確実に導入され、良好な過給効率が得られる。

上記（４）の構成を有する内燃機関の過給装置においては、（５）前記ガイド部材の前記環状ガイド部の外周面と前記羽根の上流端部の近傍における前記シュラウド部または前記インレット部の内周壁面との半径方向の離間距離が、前記クリアランスの前記下流側部分より広く設定されていることが好ましい。この構成により、環状ガイド部の外方で還流排気ガスの導入通路断面積が確保されるだけでなく、環状ガイド部による吸気の圧力の損失も抑えられることになる。

上記（２）の構成を有する内燃機関の過給装置においては、（６）前記排気還流通路から前記吸気通路の特定区間内への前記排気ガスの導入方向が、前記コンプレッサホイールの回転方向に方向付けられていることが好ましい。この構成により、排気還流通路から吸気通路の特定区間内に流入する還流排気ガスがコンプレッサホイールの回転方向に流動しつつインデューサ部の周囲のクリアランス内に案内され、コンプレッサホイール側に効率良く導入される。また、還流排気ガスと共に凝縮水が流入しても、コンプレッサホイールの回転方向に流動する空気により効果的に拡散され、液滴径が小さくなる。

上記（２）または（６）の構成を有する内燃機関の過給装置においては、（７）前記排気還流通路が前記コンプレッサホイールの前記インデューサ部から一定距離を隔てるよう前記インレット部の内周壁面の全周に及ぶ環状に開口していることが好ましい。この構成により、排気還流通路から吸気通路の特定区間内に流入する還流排気ガスがコンプレッサホイールの回転方向の全域に均等に導入されつつインデューサ部の周囲のクリアランス内に案内されるので、コンプレッサホイール側に効率良く導入される。

上記（３）〜（５）のいずれかの構成を有する内燃機関の過給装置においては、（８）前記ガイド部材の前記環状ガイド部は、前記排気還流通路が前記インレット部の内周壁面に開口する開口範囲よりも上流側で、前記インレット部に支持されているのが望ましい。この構成により、排気還流通路から吸気通路の特定区間内に流入する還流排気ガスの流れが環状ガイド部の支持部によって遮られたり妨げられたりすることがなく、コンプレッサホイール側に効率良く導入される。

本発明によれば、排気還流通路から吸気通路の特定区間内に排気ガスが還流すると、その排気ガスがガイド部材によってコンプレッサハウジングの内周壁面とコンプレッサホイールの羽根の外縁面との間のクリアランスに案内される。このとき、還流排気ガス中の水分から凝縮水が生じてそれが吸気通路の特定区間内に流入したとしても、クリアランスの上流側部分が下流側部分に対して大きくなっていることとガイド部材による案内作用とによって、液滴径の大きな凝縮水がコンプレッサホイールの羽根の上流端部付近に衝突することが防止される。また、クリアランスがコンプレッサホイールの羽根の上流端部付近で大きくなっていることにより、吸気抵抗も抑えられる。したがって、圧力損失による過給効率の低下を抑えつつ凝縮水のインペラ部への衝突によるコンプレッサホイールの損傷を防止することのできる過給装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置の要部の片側断面図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置におけるコンプレッサホイールおよびタービンホイールの近傍の局部断面図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略のシステム構成図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置におけるガイド部材の近傍の部分拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置におけるコンプレッサハウジングの内周壁面とコンプレッサホイールの羽根の外縁面との間のクリアランスの設定条件を説明するグラフであり、縦軸はクリアランスの大きさを、横軸は羽根の上流端から下流端までの範囲における通路長さ方向の位置を、それぞれ示している。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１〜図６は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給装置を示す図である。なお、本実施形態は、本発明を車両用の内燃機関、例えば直列４気筒のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）に装備されるターボ式過給装置に適用したものである。

まず、図２および図３を用いて、本実施形態の内燃機関の概略のシステム構成とそのターボ式過給装置の概略構成について説明する。

図３に示すように、本実施形態のエンジン１は、その本体ブロック１Ｍに複数の気筒１ｃを有しており、このエンジン１には、各気筒１ｃ内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射するコモンレール型の燃料噴射装置２が装備されている。また、エンジン１には、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置３と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置４と、排気装置４内の排気エネルギを利用して吸気装置３内で吸入空気を圧縮し燃焼室に空気を過給するターボ式過給装置５と、このターボ式過給装置５より下流側の排気ガスの一部を吸気側に還流させて再循環させるＬＰＬ−ＥＧＲ装置８（低圧ＥＧＲ装置）と、が装備されている。

燃料噴射装置２は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧の燃圧（燃料圧力）に加圧し吐出する不図示のサプライポンプと、そのサプライポンプからの燃料が導入されるコモンレール２１と、このコモンレール２１を通して供給される燃料を図外の電子制御ユニット（制御装置；以下、ＥＣＵという）からの噴射指令信号に対応するタイミングおよび開度（デューティー比）で燃焼室内に噴射する燃料噴射弁２２とを含んで構成されている。なお、サプライポンプは、例えばエンジン１の回転動力を利用して駆動され、コモンレール２１はサプライポンプから供給された高圧燃料を均等な圧力に保ちながら複数の燃料噴射弁２２に分配・供給する。燃料噴射弁２２は、電磁駆動される公知のニードル弁で構成され、噴射指令信号に応じてその開弁時間を制御されることにより噴射指令信号に応じた噴射量の燃料（例えば軽油）を燃焼室内に噴射・供給することができる。

吸気装置３には、吸気マニホールド３１と、それより上流側の吸気管３２と、吸気管３２の最上流部でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ３３と、ターボ式過給装置５による過給・圧縮で昇温した過給空気をターボ式過給装置５より下流側の吸気管部３２ｂ内で冷却するインタークーラ３４（冷却器）とが、装着されている。

排気装置４は、排気マニホールド４１と、それより下流側の排気管４２と、排気マニホールド４１に装着された公知の燃料添加弁４３と、ターボ式過給装置５より下流側の排気管４２に装着された公知の酸化触媒４４ａおよびＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）４４ｂからなる排気浄化ユニット４４と、を含んで構成されている。

ターボ式過給装置５は、互いに回転方向一体に結合された吸入空気コンプレッサ６および排気タービン７を有し、排気エネルギにより排気タービン７を回転させるとともに吸入空気コンプレッサ６を回転させることで、この吸入空気コンプレッサ６により吸入空気を圧縮してエンジン１内に正圧の空気を供給することができるようになっている。

図２に示すように、ターボ式過給装置５は、タービンシャフト５１と、タービンシャフト５１の図２中の左端部に一体的に連結されて回転により遠心圧縮作用をなすコンプレッサホイール６１と、タービンシャフト５１の一端側（図２中の右端側）に一体的に連結され図示しないエンジン１の排気により回転駆動されるタービンホイール７１と、タービンシャフト５１を回転自在に支持するセンターハウジング５６（詳細は図示せず）と、センターハウジング５６に連結されてコンプレッサホイール６１を収納するとともに吸気管３２内の吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔを形成するコンプレッサハウジング６６と、センターハウジング５６に連結されてタービンホイール７１を収納するとともに、ノズル型排気通路７６ｎを形成するタービンハウジング７６と、を備えている。

ここで、センターハウジング５６、コンプレッサハウジング６６およびタービンハウジング７６は、ターボ式過給装置５のハウジングであるターボ本体５Ｍを構成している。また、タービンシャフト５１は、図２に示すノズル型排気通路７６ｎからの排気エネルギによってタービンホイール７１が回転駆動されるとき、タービンホイール７１と一体に回転するようになっており、このタービンシャフト５１の回転によって、コンプレッサホイール６１を回転させ、エンジン１に空気を過給するようになっている。

なお、タービンシャフト５１が貫通するセンターハウジング５６の中心部には、タービンシャフト５１を回転自在に支持するための複数の軸受、例えば一対の浮動ブッシュ軸受等が装着されている。

図１に示すように、コンプレッサハウジング６６は、エンジン１に吸入される空気を導入するインレット部６７と、そのインレット部６７の下流側でコンプレッサホイール６１の複数の羽根６２を外側から取り囲むシュラウド部６８と、シュラウド部６８より下流側に位置するディフューザ部６９と、を有している。

また、コンプレッサホイール６１は、複数の羽根６２の上流端部６２ａ付近でコンプレッサハウジング６６のインレット部６７を通して空気を導入するインデューサ部６１ｉを構成しており、そのインデューサ部６１ｉを構成する複数の羽根６２の上流端部６２ａ付近の外縁面６２ｅは、直線もしくは緩やかに湾曲した曲線を母線としてコンプレッサホイール６１の軸線回りに回転させた仮想の略円筒面上に位置している。

コンプレッサハウジング６６の内部に形成される吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔは、複数の羽根６２の上流端部６２ａより上流側でインレット部６７の内部に位置する上流側通路部分６６ａと、この上流側通路部分６６ａの下流側であって複数の羽根６２の上流端部６２ａから下流端部６２ｂまでの範囲内で、コンプレッサホイール６１およびシュラウド部６８によって上流側通路部分６６ａの中心部から放射外方へと湾曲させられた中間通路部分６６ｂと、その中間通路部分６６ｂより下流側（複数の羽根６２の下流端部６２ｂより下流側）のディフューザ通路部分６６ｃと、によって構成されている。

ここで、コンプレッサホイール６１より下流側のディフューザ通路部分６６ｃは、コンプレッサホイール６１の周りを取り囲むとともに、タービンシャフト５１と所定角度で交差（例えば、直交）する略円環状の板状通路となっている。また、ディフューザ通路部分６６ｃは、その外周部に接続された渦巻状通路６６ｄの下流端で、インタークーラ３４側の吸気管部３２ｂに接続されている。

排気タービン７のノズル型排気通路７６ｎは、図２に示すように、その上流側通路部分７６ａで排気マニホールド４１内の排気通路に連通しており、排気マニホールド４１からの排気ガスが流入する。また、このノズル型排気通路７６ｎは、上流側通路部分７６ａからタービンホイール７１に向かって放射内方へと湾曲させられたノズル通路部分７６ｂを有しており、そのノズル通路部分７６ｂを通り加速された排気ガスによって、タービンホイール７１が駆動されるようになっている。タービンホイール７１より下流側通路部分７６ｃは、排気浄化ユニット４４の酸化触媒４４ａの内部に連通している。

図３に示すように、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置８は、排気管４２および吸気管３２の間に介装されたＬＰＬ−ＥＧＲパイプ８１（低圧側の排気還流管）と、このＬＰＬ−ＥＧＲパイプ８１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができるＬＰＬ−ＥＧＲ弁８２（低圧ＥＧＲ弁）と、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ８１内を通る排気ガスをその途中で冷却水等との熱交換により冷却することができる排気冷却器としてのＬＰＬ−ＥＧＲクーラ８３と、下流側の排気管４２内の排気通路４２ｗのうち排気浄化ユニット４４より下流側の通路部分でその通路断面積を絞るように開度を縮小させることができる不図示の排気絞り弁とを有している。

このＬＰＬ−ＥＧＲ装置８は、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ８１によって排気管４２のうち排気タービン７より下流側の下流側排気管部４２ｂと吸気管３２のうち吸入空気コンプレッサ６より上流側の上流側吸気管部３２ａとを連通可能に接続させ、排気タービン７や排気浄化ユニット４４を抵抗要素としてそれらより下流側で低圧となる低圧側の排気ガスを上流側吸気管部３２ａ内に還流させることができるようになっている。また、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置８は、還流排気ガスを吸入空気コンプレッサ６のインレット側により吸入させるようになっている。

具体的には、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ８１は、そのＬＰＬ−ＥＧＲパイプ８１が吸気管３２に接続される位置Ｊ１より下流側の吸気管３２およびＬＰＬ−ＥＧＲパイプ８１が排気管４２に接続される位置Ｊ２より上流側の排気管４２と共に、エンジン１に低圧側の排気ガスを再循環させる低圧側排気再循環経路を形成するとともに、その内部に低圧側排気再循環経路の主要部をなす低圧側排気還流通路８１ｗを形成している。

ＬＰＬ−ＥＧＲ弁８２は、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ８３と吸気管３２の上流側吸気管部３２ａとの間に配置されて低圧側の排気ガスの還流量を制御する、開閉および開度制御可能な弁であり、低圧側排気還流通路８１ｗを開通させる開弁状態と、この低圧側排気還流通路８１ｗの開通を制限（例えば遮断）する閉弁状態とに切替え可能になっている。

ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ８３は、詳細を図示しないが、低圧側排気還流通路８１ｗの一部を形成するガス管部と、そのガス管部の周囲に冷却用流体通路を形成するハウジング部とを有しており、ハウジング部に導入される冷却用流体（例えば、冷却水）とガス管部内の低圧側排気還流通路８１ｗの一部を通る還流排気ガスとの間における熱交換によって、低圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。

上述のように、エンジン１に装備されたターボ式過給装置５の吸入空気コンプレッサ６においては、エンジン１の吸気通路３２ｗのうち特定区間３２ｔを形成するコンプレッサハウジング６６の内部に、コンプレッサホイール６１が回転可能に配置されており、コンプレッサホイール６１は、その回転に伴って複数の羽根６２の間の空気に対し遠心圧縮作用をなし、吸気通路３２ｗのうち特定区間３２ｔ内の空気に下流側への運動を加速する運動エネルギを与えるようになっている。

このコンプレッサホイール６１は、タービンシャフト５１に一体的に連結されたハブ部６１ｈと、そのハブ部６１ｈの片面側に複数の羽根６２を等角度間隔に装着することでインペラ部６１ｐを構成したものである。

コンプレッサハウジング６６のインレット部６７の壁中には、図４に示すように、エンジン１の排気ガスの一部を低圧側排気還流通路８１ｗから特定区間３２ｔ内に還流させる排気還流通路６３が略円環状に形成されている。

この排気還流通路６３は、図１および図４に示すように、低圧側排気還流通路８１ｗに接続される接続通路部６３ａと、この接続通路部６３ａに連通する略矩形断面の一定半径の環状通路部６３ｂと、この環状通路部６３ｂから放射内方側に延びて環状通路部６３ｂと吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔとを連通させる環状の連通路６３ｃと、によって構成されている。

この排気還流通路６３では、接続通路部６３ａが環状通路部６３ｂの接線方向に延在することで、排気還流通路６３から吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内への排気ガスの導入方向がコンプレッサホイール６１のインデューサ部６１ｉに向かう方向であってコンプレッサホイール６１の回転方向に方向付けられている。また、排気還流通路６３の環状の連通路６３ｃは、コンプレッサホイール６１の複数の羽根６２の上流端部６２ａより上流側で、インレット部６７の内周の全域にわたってインレット部６７の中心部に向かって開口幅ｗを持って開口している。すなわち、排気還流通路６３は、コンプレッサホイール６１のインデューサ部６１ｉから一定の軸方向距離を隔てるようインレット部６７における内周壁面６６ｗの全周に及ぶ環状に開口している。この連通路６３ｃの向きは、図中ではコンプレッサホイール６１の回転中心軸線に対して直交する向きであるが、この向きに対して傾斜してもよい。

コンプレッサハウジング６６の内周壁面６６ｗとその内周壁面６６ｗに近接するコンプレッサホイール６１の複数の羽根６２の外縁面６２ｅとの間の環状のクリアランスＣは、複数の羽根６２の下流端部６２ｂ側に位置するその下流側部分Ｃ２に対して複数の羽根６２の上流端部６２ａの近傍に位置するその上流側部分Ｃ１で大きくなっている。

具体的には、クリアランスＣは、コンプレッサホイール６１の空気導入部分であるインデューサ部６１ｉの周囲、すなわち、インデューサ部６１ｉを構成する複数の羽根６２の上流端部６２ａから中間部６２ｃ付近までの軸方向範囲内において、図６に示すように、複数の羽根６２の上流端部６２ａに近いほど大きくなるように変化する上流側部分Ｃ１となっている。また、クリアランスＣは、複数の羽根６２の中間部６２ｃから下流端部６２ｂ側では、一定の隙間値ｔ２に近い下流側部分Ｃ２となっている。

なお、図６中に仮想線で示すクリアランスＣ´のように、下流側部分Ｃ２の隙間クリアランス値（隙間値）が位置によってわずかに変化し、複数の羽根６２の上流端部６２ａから下流端部６２ｂ付近までの軸方向範囲内でクリアランスＣが連続的に変化するようにしてもよい。ただし、その場合、クリアランスＣの変化率（複数の羽根６２の上流端部６２ａに近いほど大きくなる度合い）が複数の羽根６２の上流端部６２ａから中間部６２ｃ付近までの上流側の軸方向範囲内において下流側の軸方向範囲内での変化率より大きくなる。また、このようなクリアランスＣの変化率の大小関係は、局部的にも成立し、複数の羽根６２の上流端部６２ａに近い上流側部分でのクリアランス変化率が下流側部分でのクリアランス変化率より常に大きくなる。このことは、吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔを構成するコンプレッサハウジング６６の内周壁面６６ｗには、内径が急減するような段差が形成されないことを意味する。

一方、コンプレッサハウジング６６のインレット部６７の内方には、排気還流通路６３から特定区間３２ｔ内に還流する排気ガスをクリアランスＣ内に案内するガイド部材６４が設けられている。

図５に示すように、このガイド部材６４は、その下流端側でコンプレッサホイール６１のインペラ部６１ｐの上流端部６２ａに近接する略円筒状の環状ガイド部６４ａを有しており、インレット部６７における内周壁面６６ｗと環状ガイド部６４ａの外周面Ｓ２との間には、クリアランスＣに連通するとともに排気還流通路６３に連通する環状通路６５が形成されている。

また、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａは、コンプレッサホイール６１のインデューサ部６１ｉの先端部分よりわずかに大径になっており、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａの内周面Ｓ１と複数の羽根６２の上流端部６２ａの近傍における複数の羽根６２の外縁面６２ｅとの半径方向の離間距離ｔ１は、クリアランスＣのうち複数の羽根６２の下流端部６２ｂ側に位置する下流側部分Ｃ２の隙間値ｔ２と略等しく設定されている。

また、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａの外周面Ｓ２と複数の羽根６２の上流端部６２ａの近傍におけるシュラウド部６８またはインレット部６７の内周壁面６６ｗとの半径方向の離間距離ｔ３は、クリアランスＣのうち下流側部分Ｃ２の隙間値ｔ２より大きい値（例えば、隙間値ｔ２が０．３ｍｍである場合に、１ｍｍ程度の値）に設定されており、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａの板厚ｔｇは、クリアランスＣの下流側部分Ｃ２の隙間値ｔ２以下に設定されている。したがって、クリアランスＣは、環状通路６５の下流端部におけるガイド部材６４の環状ガイド部６４ａの周りの離間距離ｔ３分の環状隙間よりも、その上流側部分Ｃ１の入口開口面積が大きくなっている。なお、コンプレッサハウジング６６の内周壁面６６ｗは、コンプレッサハウジング６６の鉛直方向下方側の特定部分における半径方向の離間距離ｔ３が他の部分（上方側）のそれより大きくなるよう、コンプレッサハウジング６６の鉛直方向下方側に広がった形状に設定されていてもよい。

また、ガイド部材６４は、コンプレッサハウジング６６のインレット部６７に嵌着された嵌着部６４ｂおよびその嵌着部６４ｂから放射内方に突出する複数の支柱部６４ｃを有しており、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａは、排気還流通路６３がインレット部６７における内周壁面６６ｗに開口する開口幅ｗ（図５参照）の範囲よりも上流側で、これら嵌着部６４ｂおよび支柱部６４ｃによってインレット部６７に支持されている。

ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａは、このように嵌着部６４ｂおよび支柱部６４ｃを介してインレット部６７に同心的に支持された状態で、その内周面Ｓ１を複数の羽根６２の上流端部６２ａの近傍における複数の羽根６２の外縁面６２ｅに半径方向の離間距離ｔ１を隔てるとともに、その下流側端面６４ｄを実質的にコンプレッサホイール６１の複数の羽根６２の上流端部６２ａの先端面と軸方向同一の位置に位置させている。このガイド部材６４の下流側端面６４ｄの軸方向位置のずれは、環状ガイド部６４ａの内周面Ｓ１と複数の羽根６２の上流端部６２ａの近傍における外縁面６２ｅとの半径方向の離間距離ｔ１より小さい範囲内に制限されることが好ましい。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の過給装置においては、エンジン１の運転中、エンジン１の排気ガスの一部がＬＰＬ−ＥＧＲ装置８によってターボ式過給装置５の吸入空気コンプレッサ６より上流側に還流される。このとき、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置８のＬＰＬ−ＥＧＲクーラ８３の付近で、低圧側排気還流通路８１ｗ中の還流排気ガスが冷却され、還流排気ガス中の水蒸気がその露点温度未満にまで冷却されると、凝縮水が発生し、その凝縮水に排気ガス中の硫黄化合物等が溶け込むことで凝縮水の酸性度が高くなる可能性がある。したがって、低圧側排気還流通路８１ｗから特定区間３２ｔ内に還流させる排気還流通路６３内に酸性の凝縮水を含む還流排気ガスが流入し得ることになる。

しかしながら、本実施形態では、排気還流通路６３から吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内に排気ガスが還流すると、その排気ガスがガイド部材６４によってコンプレッサハウジング６６の内周壁面６６ｗとコンプレッサホイール６１の複数の羽根６２の外縁面６２ｅとの間の環状空間であるクリアランスＣの中に案内される。

したがって、還流排気ガス中の水分から凝縮水が生じ、それが吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内に流入したとしても、クリアランスＣの上流側部分Ｃ１が下流側部分Ｃ２に対して大きくなっていることと、ガイド部材６４による還流排気ガスのクリアランスＣ中への案内作用とによって、液滴径の大きな凝縮水がコンプレッサホイール６１の複数の羽根６２の上流端部６２ａ付近に衝突することが防止される。

しかも、クリアランスＣがコンプレッサホイール６１の複数の羽根６２の上流端部６２ａ付近で大きくなっていることにより、コンプレッサホイール６１のインデューサ部６１ｉにおける吸気の導入抵抗、すなわち、吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔにおける吸気抵抗も十分に抑えられる。したがって、圧力損失によるターボ式過給装置５の過給効率の低下を抑えつつ、複数の羽根６２からなるインペラ部６１ｐへの凝縮水の衝突によるコンプレッサホイール６１の損傷を防止することができる。

また、本実施形態では、クリアランスＣが、コンプレッサホイール６１のインデューサ部６１ｉの周囲で、羽根６２の上流端部６２ａに近いほど大きくなっているので、凝縮水が吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内に流入してクリアランスＣ内に入っても、吸気を導入して加速し始めるコンプレッサホイール６１のインデューサ部６１ｉの周囲で、凝縮水の液滴径は小さくなる。しかも、凝縮水が羽根６２の下流端部６２ｂ側に達するときには凝縮水の液滴径が十分に小さくなるので、凝縮水の衝突によるコンプレッサホイール６１の損傷が効果的に防止されることになる。よって、インデューサ部６１ｉの上流側付近での吸気抵抗を低減しつつ、インデューサ部６１ｉの下流側付近で空気の流速を十分に高めることができる。

加えて、インレット部６７における内周壁面６６ｗと環状ガイド部６４ａの外周面Ｓ２との間に、クリアランスＣに連通するとともに排気還流通路６３に連通する環状通路６５が形成されているので、排気還流通路６３から吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内に凝縮水が流入しても、略円筒状の環状通路６５を通る上流側からの空気と共に凝縮水が軸方向および周方向に分散され、凝縮水の液滴径が小さくなる。また、クリアランスＣの上流側部分Ｃ１がさほど大きくなくても、環状通路６５の下流端部における所要の還流排気ガスの導入通路断面積を確保できることになる。

本実施形態では、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａの内周面Ｓ１と複数の羽根６２の上流端部６２ａの近傍における外縁面６２ｅとの半径方向の離間距離ｔ１が、クリアランスＣのうち羽根６２の下流端部６２ｂ側に位置する下流側部分Ｃ２の隙間値ｔ２と略等しく設定されているので、この点からも、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａの内方ではインレット部６７からコンプレッサホイール６１に空気が確実に導入されることになり、良好な過給効率が得られる。

また、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａの外周面Ｓ２と羽根６２の上流端部６２ａの近傍における内周壁面６６ｗとの間の半径方向の離間距離ｔ３が、クリアランスＣのうち下流側部分Ｃ２の隙間値ｔ２より広く設定されているので、環状ガイド部６４ａの外方で還流排気ガスの導入通路断面積が確保されるだけでなく、環状ガイド部６４ａによる圧力の損失も抑えられることになる。

さらに、排気還流通路６３から吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内への排気ガスの導入方向が、コンプレッサホイール６１の回転方向に方向付けられているので、排気還流通路６３から特定区間３２ｔ内に流入する還流排気ガスがコンプレッサホイール６１の回転方向に流動しつつインデューサ部６１ｉの周囲のクリアランスＣ内に案内され、コンプレッサホイール６１側に効率良く導入され得ることとなる。また、還流排気ガスと共に凝縮水が流入しても、コンプレッサホイール６１の回転方向に流動する空気により効果的に凝縮水滴が拡散され、その液滴径が小さくなる。

また、排気還流通路６３の環状の連通路６３ｃがコンプレッサホイール６１のインデューサ部６１ｉから一定距離を隔てつつ内周壁面６６ｗの全周に及んで環状に開口しているので、排気還流通路６３から吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内に流入する還流排気ガスがコンプレッサホイール６１の回転方向の全域に均等に導入されつつインデューサ部６１ｉの周囲のクリアランスＣ内に案内されることになり、この点からも、還流排気ガスがコンプレッサホイール６１側に効率良く導入される。

加えて、ガイド部材６４の環状ガイド部６４ａは、排気還流通路６３の連通路６３ｃの開口位置よりも上流側で、インレット部６７に支持されているので、排気還流通路６３から特定区間３２ｔ内に流入する還流排気ガスの流れが環状ガイド部６４ａの支持部によって遮られたり妨げられたりすることがなく、コンプレッサホイール６１側により効率良く導入される。

このように、本実施形態の内燃機関の過給装置においては、排気還流通路６３から吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内に排気ガスが還流するとき、その排気ガスがガイド部材６４によってコンプレッサハウジング６６の内周壁面６６ｗとコンプレッサホイール６１の羽根６２の外縁面６２ｅとの間のクリアランスＣに案内されるようにしているので、還流排気ガス中の水分から凝縮水が生じてそれが吸気通路３２ｗの特定区間３２ｔ内に流入したとしても、クリアランスＣのうち上流側部分Ｃ１が下流側部分Ｃ２に対して大きくなっていることと、ガイド部材６４による還流排気ガスのクリアランスＣ中への案内作用とによって、液滴径の大きな凝縮水がコンプレッサホイール６１の複数の羽根６２の上流端部６２ａ付近に衝突することを防止できる。しかも、クリアランスＣがコンプレッサホイール６１の羽根６２の上流端部６２ａ付近で大きくなっていることにより、吸気抵抗も抑えることができる。

その結果、圧力損失による過給効率の低下を抑えつつ凝縮水のインペラ部６１ｐへの衝突によるコンプレッサホイール６１の損傷を防止することのできるターボ式過給装置５を提供することができる。

なお、上述の一実施形態では、コンプレッサホイール６１を排気タービン７側から駆動するターボ式過給装置５として説明したが、本発明の過給装置は、他の回転駆動源を用いる過給装置にも適用可能である。また、本発明は、低圧ＥＧＲ装置であるＬＰＬ−ＥＧＲ装置８のみを有するエンジン１を例示したが、高圧ＥＧＲ装置を併有する内燃機関あるいはＰＣＶシステムを有する内燃機関であってもよいことはいうまでもない。また、上述の一実施形態は、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合であったが、本発明にいう内燃機関はディーゼルエンジンに限定されるものでないことはいうまでもない。さらに、本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に限らず、凝縮水を生じ得るＰＣＶガス等の他のガスを過給用のコンプレッサホイールによって吸入空気と共に圧縮するような場合には、本発明を適用可能である。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の過給装置は、排気還流通路から吸気通路の特定区間内に排気ガスが還流するとき、その排気ガスがガイド部材によってコンプレッサハウジングの内周壁面とコンプレッサホイールの羽根の外縁面との間のクリアランスに案内されるようにしているので、還流排気ガス中の水分から凝縮水が生じてそれが吸気通路の特定区間内に流入したとしても、クリアランスの上流側部分が下流側部分に対して大きくなっていることとガイド部材による還流排気ガスの案内作用とによって、液滴径の大きな凝縮水がコンプレッサホイールの羽根の上流端部付近に衝突することを防止でき、しかも、クリアランスがコンプレッサホイールの羽根の上流端部付近で大きくなっていることにより、吸気抵抗も抑えることができる。その結果、圧力損失による過給効率の低下を抑えつつ凝縮水のインペラ部への衝突によるコンプレッサホイールの損傷を防止することのできる過給装置を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関からの排気再循環経路に組み込まれて還流排気ガスと共に空気を過給する内燃機関の過給装置全般に有用である。

１ エンジン（内燃機関、ディーゼルエンジン）
５ ターボ式過給装置（過給装置）
６ 吸入空気コンプレッサ（遠心圧縮機）
８ ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（低圧ＥＧＲ装置）
３２ｗ 吸気通路
３２ｔ 特定区間
４２ｗ 排気通路
４４ 排気浄化ユニット
６１ コンプレッサホイール
６１ｈ ハブ部
６１ｉ インデューサ部
６１ｐ インペラ部
６２ 羽根（複数の羽根）
６２ａ 上流端部
６２ｂ 下流端部
６２ｅ 外縁面
６３ 排気還流通路
６４ ガイド部材
６４ａ 環状ガイド部
６５ 環状通路
６６ コンプレッサハウジング
６６ｗ 内周壁面
６７ インレット部
６８ シュラウド部
６９ ディフューザ部
８１ｗ 低圧側排気還流通路
Ｃ クリアランス
Ｃ１ 上流側部分（クリアランスの上流側部分）
Ｃ２ 下流側部分（クリアランスの下流側部分）
Ｓ１ 内周面（環状ガイド部の内周面）
Ｓ２ 外周面（環状ガイド部の外周面）
ｔ１ 離間距離
ｔ２ 下流側部分の隙間値
ｔ３ 半径方向の離間距離

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気通路のうち特定区間を形成す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の内部に配置される複数の羽根を有するコンプレッサホイールと、を備え、
   前記コンプレッサハウジングが、空気を導入するインレット部と、該インレット部の下流側で前記コンプレッサホイールの前記複数の羽根の外側縁を取り囲むシュラウド部と、前記シュラウド部より下流側に位置するディフューザ部と、を有するとともに、
   前記インレット部には、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記特定区間内に還流させる排気還流通路が開口している内燃機関の過給装置であって、
   前記コンプレッサハウジングの内周壁面と該内周壁面に近接する前記コンプレッサホイールの前記羽根の外縁面との間のクリアランスが、前記羽根の下流端部側に位置するその下流側部分に対して前記羽根の上流端部の近傍に位置するその上流側部分で大きくなっており、
   前記コンプレッサハウジングの前記インレット部には、前記排気還流通路から前記特定区間内に還流する排気ガスを前記クリアランス内に案内するガイド部材が設けられており、
   前記ガイド部材が、下流端側で前記コンプレッサホイールの前記羽根の上流端部に近接する略円筒状の環状ガイド部を有し、
   前記インレット部の内周壁面と前記環状ガイド部の外周面との間に、前記クリアランスに連通するとともに前記排気還流通路に連通する環状通路が形成されていることを特徴とする内燃機関の過給装置。
2. 前記コンプレッサホイールが、前記コンプレッサハウジングの前記インレット部を通し空気を導入するインデューサ部を有し、
   前記クリアランスが、前記コンプレッサホイールの前記インデューサ部の周囲で、前記羽根の上流端部に近いほど大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給装置。
3. 前記ガイド部材の前記環状ガイド部の内周面と前記羽根の上流端部の近傍における前記羽根の外縁面との半径方向の離間距離が、前記クリアランスのうち前記羽根の下流端部側に位置する前記下流側部分と略等しく設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の過給装置。
4. 前記ガイド部材の前記環状ガイド部の外周面と前記羽根の上流端部の近傍における前記シュラウド部または前記インレット部の内周壁面との半径方向の離間距離が、前記クリアランスの前記下流側部分より広く設定されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の過給装置。
5. 前記排気還流通路から前記吸気通路の特定区間内への前記排気ガスの導入方向が、前記コンプレッサホイールの回転方向に方向付けられていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の過給装置。
6. 前記排気還流通路が前記コンプレッサホイールの前記インデューサ部から一定距離を隔てるよう前記インレット部の内周壁面の全周に及ぶ環状に開口していることを特徴とする請求項２または請求項５に記載の内燃機関の過給装置。
7. 前記ガイド部材の前記環状ガイド部は、前記排気還流通路が前記インレット部の内周壁面に開口する開口範囲よりも上流側で、前記インレット部に支持されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の過給装置。

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