JPWO2013132577A1 - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
第2還流通路(46)は、吸気通路(10)において排気タービン過給機(20)のインペラ(30)の上流側である上流側部位(10a)に、ブローバイガスを還流する。第1の通路(61)は吸気通路(10)においてインペラ(30)の下流側である下流側部位(10b)から分岐して延び、第2還流通路(46)の一部を構成する第2の通路(62)は第1の通路(61)と上流側部位(10a)とを接続し、第2の通路(62)とは別に設けられる第3の通路(63)は第1の通路(61)と上流側部位(10a)とを接続する。変更機構(70)は、第2の通路(62)を通じて上流側部位(10a)に還流する圧縮ガスの流量と、第3の通路(63)を通じて上流側部位(10a)に還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する。
Description
本発明は、排気のエネルギにより駆動されるインペラを吸気通路に備えたコンプレッサを有する排気タービン過給機と、インペラよりも上流側の吸気通路の部位にブローバイガスを還流するブローバイガス還流通路とを備える内燃機関に関する。
従来、排気のエネルギによりコンプレッサのインペラを駆動する排気タービン過給機を備える内燃機関が周知である(例えば特許文献1参照)。
また、内燃機関においては、クランクケース内のブローバイガスをブローバイガス還流通路を通じて吸気通路に還流するようにしている。ちなみに、排気タービン過給機を搭載していない自然吸気の内燃機関、所謂「NA」の内燃機関の場合、ブローバイガス還流通路は吸気マニホルドに接続されており、同吸気マニホルドに発生する負圧によってブローバイガスが引き込まれるようになっている。
これに対して、排気タービン過給機を搭載する内燃機関の場合、特に過給時には吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位の圧力が高くなることから、そのままではブローバイガスを吸気通路に還流させることができない。
そこで、特許文献1に記載の技術では、吸気通路の前記下流側部位に同吸気通路を迂回する迂回通路が設けられている。また、迂回通路の途中には負圧を発生させるためのエゼクタ機構が設けられるとともに、同エゼクタ装置に対してブローバイガス還流通路が接続されている。具体的には、吸気通路において迂回通路の上流側の分岐部には、吸気通路への圧縮ガスの流量を調整する弁と迂回通路への圧縮ガスの流量を調整する弁とがそれぞれ設けられている。そして、これら弁の開度を制御し、迂回通路を通じてエゼクタ機構に導入される圧縮ガスの流量を調整することによって同エゼクタ機構において負圧を発生させるようにしている。これにより、過給時においても吸気通路にブローバイガスが還流されるようにしている。
また、排気タービン過給機を搭載する内燃機関は、吸気通路におけるインペラの下流側の部位と上流側の部位とを接続するエアバイパス通路と、同エアバイパス通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を調整するエアバイパス弁とを備えている。そして、この弁の開度を制御し、吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量を調整することによって、スロットル弁を閉じた際にコンプレッサのサージングが発生することを抑制するようにしている。
ところで、排気タービン過給機を搭載する内燃機関にあっては、上述したように吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位の圧力が高くなる。そこで、吸気通路におけるインペラの上流側である上流側部位にブローバイガス還流通路を接続することが考えられる。この場合においても、そのままではブローバイガスを好適に還流させることができない。そのため、吸気通路の下流側部位と上流側部位とを接続する迂回通路を設けるとともに、ブローバイガス還流通路を同迂回通路の途中に接続することが考えられる。
ところが、この場合、コンプレッサ及びその周辺には、上述したようにコンプレッサのサージングが発生することを抑制するためのエアバイパス通路と、ブローバイガス還流通路に接続される迂回通路とが互いに独立して2つ設けられることとなり、構成が複雑なものとなる。
尚、こうした問題に対して、これら目的の異なる2つの迂回通路を共通化することにより構成の簡素化を図ることが考えられる。しかしながら、単に、吸気通路の上流側部位と下流側部位とを接続する迂回通路を1つにして迂回通路全体を共通化してしまうと新たに以下の問題が生じる。すなわち、例えばサージングが発生することを抑制するために、迂回通路に設けられた弁を開弁すると、吸気通路に対して多量のブローバイガスが急激に還流されてしまうといった問題が生じる。
本発明の目的は、吸気通路におけるインペラの下流側の部位から圧縮ガスを導入する通路の部分的な共通化を図りつつ、吸気通路におけるインペラの上流側の部位に還流される圧縮ガスの流量及びブローバイガスの流量の調整の自由度を高めることのできる内燃機関を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関は、排気のエネルギにより駆動されるインペラを吸気通路に備えたコンプレッサを有する排気タービン過給機と、吸気通路におけるインペラの上流側である上流側部位にブローバイガスを還流するブローバイガス還流通路と、吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位から分岐して延びる第1の通路と、前記第1の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記ブローバイガス還流通路の一部を構成する第2の通路と、前記第1の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記第2の通路とは別に設けられる第3の通路と、前記下流側部位から前記第1の通路及び前記第2の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量と、前記下流側部位から前記第1の通路及び前記第3の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構と、を備える。
同構成によれば、圧縮ガスが吸気通路の下流側部位から第1の通路及び第2の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される際に、ブローバイガス還流通路からのブローバイガスが第2の通路に引き込まれるようになる。また、圧縮ガスが吸気通路の下流側部位から第1の通路及び第3の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流されるようになる。ここで、上記構成によれば、第2の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量と、第3の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量とを、変更機構によって互いに異なった態様にて変更することができるようになる。したがって、吸気通路の下流側部位から圧縮ガスを導入する通路の部分的な共通化を図りつつ、吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの流量及びブローバイガスの流量の調整の自由度を高めることができるようになる。
この場合、前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、前記第1の通路、第2の通路、及び第3の通路は共に前記コンプレッサハウジングの内部に形成されるといった態様が好ましい。
同構成によれば、各通路の長さが短くなるため、各通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流される圧縮ガスの応答性を高めることができるようになる。
また、仮にこれら通路がコンプレッサハウジングの外部に設けられる場合にはこれら通路を構成するためのパイプ等が別途必要となる。これに対して、上記構成によれば、こうしたパイプ等が不要となることから部品点数を少なくすることができるようになる。
また、前記変更機構は、前記第2の通路及び前記第3の通路に対して共通の弁体を備えるといった態様が好ましい。
同構成によれば、前記第2の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流する圧縮ガスの流量、すなわちブローバイガスの流量と、前記第3の通路を通じて吸気通路の上流側部位に還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構が共通の弁体を備えるものとされる。このため、第2の通路及び第3の通路に対して弁体が各別に設けられる構成に比べて、変更機構の構成を簡素なものとすることができるようになる。
この場合、前記変更機構は、前記第1の通路と前記第2の通路及び前記第3の通路の双方との接続を遮断した状態とする第1のモードと、前記第1の通路と前記第3の通路との接続を遮断した状態で前記弁体の位置に応じて前記第1の通路と前記第2の通路との接続度合を連続的に変更する第2のモードと、前記第1の通路と前記第2の通路との接続度合を最大とした状態で前記弁体の位置に応じて前記第1の通路と前記第3の通路との接続度合を連続的に変更する第3のモードと、を有しているといった態様が好ましい。
同構成によれば、弁体の位置が第1のモードに対応する領域にあるときには第2の通路及び第3の通路を通じた圧縮ガスの還流が行なわれない。また、弁体の位置が第2のモードに対応する領域にあるときには、第2の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量が弁体の位置に応じて変更されるようになる。また、弁体の位置が第3のモードに対応する領域にあるときには、第3の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量が弁体の位置に応じて変更されるようになる。
ここで、弁体を開弁側に変位させて第2のモードから第3のモードとすると、それまで第1の通路から第2の通路を通じて還流されていた圧縮ガスが第3の通路を通じて還流されるようになる。このため、第2の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量が低減するようになる。これらのことから、第3の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を多くする一方で、第2の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量を少なくすることができるようになる。したがって、コンプレッサのサージングを回避すべく第3の通路を通じて多くの圧縮ガスを吸気通路の上流側部位に還流させる一方で、吸気通路の上流側部位に多くのブローバイガスが還流されることを抑制することができるようになる。
この場合、前記第2の通路及び前記第3の通路の各々は前記第1の通路に接続される接続部を有し、前記第2の通路の接続部と前記第3の通路の接続部とは互いに並んで設けられ、前記弁体は前記第2の通路の接続部及び前記第3の通路の接続部の並び方向に沿って変位可能に設けられ、前記第2の通路の接続部は前記第3の通路の接続部に対して前記弁体の閉じ側に位置しているといった態様が好ましい。
同構成によれば、閉弁状態から弁体を開弁側に変位させると、第1のモードから第2のモードとなり、第2の通路を通じてブローバイガスが吸気通路の上流側部位に還流されるようになる。そして更に弁体を開弁側に変位させると、第2のモードから第3のモードとなり、第3の通路を通じて圧縮ガスが吸気通路の上流側部位に還流されるようになる。
この場合、前記第3の通路は前記第2の通路に比べて流通断面積が大きくされているといった態様が好ましい。
同構成によれば、弁体を開弁側に変位させて第2のモードから第3のモードとすると、第1の通路から第3の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に増大させることができ、第2の通路を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に低減することができるようになる。
これらの場合、前記第2の通路の接続部は前記弁体の変位する方向に沿って延びる長穴形状とされているといった態様が好ましい。
同構成によれば、弁体の位置に応じた第1の通路と第2の通路との接続度合の調整を緻密に行なうことができるようになる。したがって、第2の通路を通じて還流されるブローバイガスの流量を精度よく調整することができるようになる。
また、前記ブローバイガス還流通路は、前記第2の通路が接続された部位よりも上流側である上流側部位を有し、前記変更機構は、前記弁体の位置が前記第3のモードに対応する領域の所定の位置にあるときに、前記第1の通路を通じて導入される圧縮ガスの一部を前記ブローバイガス還流通路の上流側部位に供給する供給機構を備えるといった態様が好ましい。
同構成によれば、第1の通路から導入される圧縮ガスの一部が供給機構を通じてブローバイガス還流通路に供給されるようになる。これにより、ブローバイガス還流通路内に付着しているオイル等を早い段階で除去することができるようになる。
この場合、前記供給機構は、前記ブローバイガス還流通路の上流側部位から分岐して延びる分岐パイプと、前記第1の通路と連通するとともに前記弁体と一体に設けられる可動パイプとを備え、前記弁体が前記所定の位置にあるときに前記可動パイプが前記分岐パイプの先端と連通するといった態様が好ましい。
同構成によれば、弁体が上記所定の位置にあるときには、可動パイプと分岐パイプとが連通状態となる。このため、第1の通路からの圧縮ガスの一部が可動パイプ及び分岐パイプを通じて還流パイプに供給されるようになる。また、弁体の位置に応じて可動パイプと分岐パイプとの接続度合が変更され、これら可動パイプ及び分岐パイプを通じて供給される圧縮ガスの圧力を緻密に調節することができるようになる。
また、前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、前記コンプレッサハウジングは、前記吸気通路に露出するディフューザ面を有するとともに、その内部であってディフューザ面の裏側に冷却室を有し、前記冷却室は前記ブローバイガス還流通路の一部を構成するとともに同ブローバイガス還流通路において前記第2の通路の上流側に位置しているといった構成が好ましい。
機関性能を向上すべく過給圧を上昇させると、これに伴って過給後の吸気温が上昇し、コンプレッサハウジングのディフューザ面の温度が上昇するために同ディフューザ面にオイルデポジットが堆積しやすくなる。その結果、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されることとなる。
この点、上記構成によれば、圧縮ガスが第2の通路を通じて還流される際に、冷却室内のブローバイガスが第2の通路に引き込まれるようになる。このとき、冷却室内は断熱膨張することによって冷却されるようになる。このため、コンプレッサハウジングのディフューザ面の冷却を図ることができ、ディフューザ面にオイルデポジットが堆積することを抑制することができるようになる。したがって、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されるといった問題の発生を抑制することができるようになる。更に、供給通路の上流側部位に還流されるブローバイガスの温度が低くなるため、インペラに流入する空気の温度が低減されるようになる。したがって、過給の効率を向上させることができるようになる。
この場合、前記第2の通路には、前記第1の通路と同第2の通路との接続部から前記冷却室と同第2の通路との接続部に向けて第2の通路を先細状とするノズル部が設けられるといった態様が好ましい。
同構成によれば、圧縮ガスが第2の通路を通じて還流される際に、ノズル部を通過することから、圧縮ガスの流速が上昇するとともにその圧力が低下するようになる。このため、第2通路において冷却室との接続部に負圧を好適に発生させることができるようになる。このため、より多くのブローバイガスが第2の通路に好適に引き込まれるようになる。したがって、冷却室内を的確に冷却してディフューザ面の冷却を好適に図ることがようになる。
これらの場合、前記コンプレッサハウジングは、ハウジング本体と、同ハウジング本体とは別体であって前記ディフューザ面を含むディフューザ部とを有し、前記冷却室は前記ディフューザ部と前記ハウジング本体との間に形成されるといった態様が好ましい。
同構成によれば、コンプレッサハウジングの内部に冷却室を容易に形成することができるようになる。
以下、図1〜図4を参照して、本発明に係る内燃機関を具体化した第1実施形態について説明する。
図1に示すように、内燃機関は、シリンダヘッド2、シリンダブロック4、及びクランクケース6を備えている。また、シリンダヘッド2の上部にはヘッドカバー2aが取り付けられている。
シリンダヘッド2には各気筒に空気を導入する吸気通路10が接続されている。
吸気通路10には上流側から順に、コンプレッサ22、インタークーラ12、スロットル弁14、及び吸気マニホルド16が設けられている。
コンプレッサ22は、吸気通路10内に設けられたインペラ30と、インペラ30を囲繞するコンプレッサハウジング24とを有している。尚、吸気通路10において、インペラ30よりも上流側の部位を上流側部位10aとし、インペラ30よりも下流側の部位を下流側部位10bとする。
インペラ30にはシャフト32を介してタービン34、より詳しくはタービンホイールが連結されている。タービン34、シャフト32、及びコンプレッサ22によって排気タービン過給機20が構成される。排気のエネルギによりタービン34が駆動されると、タービンホイールに軸連結されたインペラ30が回転駆動する。
また、内燃機関にはクランクケース6内のブローバイガスを吸気通路10に還流するためのブローバイガス還流装置40が設けられている。
ブローバイガス還流装置40は、新気導入通路42、第1還流通路44、第2還流通路46、及び上流側還流通路48を備えている。
新気導入通路42は吸気通路10の上流側部位10aとヘッドカバー2aの内部とを接続する。新気導入通路42を通じて上流側部位10aからヘッドカバー2a内に導入された空気はシリンダヘッド2及びシリンダブロック4に形成された通路を通じてクランクケース6内に導入される。
上流側還流通路48は、クランクケース6の内部に開口する基端と、ヘッドカバー2aに設けられたオイルセパレータ49の入口部に接続される先端とを有している。尚、オイルセパレータ49としてはラビリンス式のものが設けられている。
第1還流通路44は、オイルセパレータ49の出口部と吸気マニホルド16とを接続する。また、オイルセパレータ49と第1還流通路44との接続部には、第1還流通路44を通じて吸気マニホルド16に還流されるブローバイガスを調量する電動式の調量弁45が設けられている。
第2還流通路46は、オイルセパレータ49の出口部と吸気通路10の上流側部位10aとを接続する通路である。尚、オイルセパレータ49と第2還流通路46との接続部には調量弁は設けられていない。
また、内燃機関には、吸気通路10の下流側部位10bと上流側部位10aとを接続するエアバイパス通路50が設けられている。
次に、図2及び図3を参照して、コンプレッサハウジング24の構造について説明する。尚、図2はコンプレッサハウジング24の断面図である。また、図3は、図2の矢印A方向から視たコンプレッサハウジング24の平面図である。また、図2において、特に明示しない限り、左側を単に基端側と称し、右側を単に先端側と称する。
図2に示すように、コンプレッサハウジング24は、ハウジング本体25と、同ハウジング本体25とは別体のシュラウドピース26とを有している。
ハウジング本体25は略円筒状をなしており、インペラ30の外周周りに略円環状をなすスクロール通路28を有している。
シュラウドピース26は略円筒状をなしており、インペラ30に径方向に対向するシュラウド面26aと、同シュラウド面26aの基端からインペラ30の径方向外側に延びるディフューザ面26bとを有している。シュラウドピース26はその基端側からハウジング本体25の内周面に取り付けられている。これらシュラウド面26a及びディフューザ面26bは、吸気通路10に露出している。
ハウジング本体25には、スクロール通路28の内壁に開口するとともに先端側に延びて同ハウジング本体25を貫通する第1の通路61が形成されている。すなわち、第1の通路61は吸気通路10の下流側部位10bから分岐して延びる。また、第1の通路61の先端61aは円柱状をなす空間とされ、同第1の通路61の基端側に比べて拡径されている。
また、ハウジング本体25には、第1の通路61の内壁(図2において内壁の上部)に開口するとともに径方向内側に向かって延びて同ハウジング本体25を貫通する、すなわちハウジング本体25の内周面に開口する2つの通路(第2の通路62、第3の通路63)が形成されている。
尚、以降において、第1の通路61の先端61aに接続される第2の通路62の部位を単に、第2の接続部62aと称し、第1の通路61の先端61aに接続される第3の通路63の部位を単に、第3の接続部63aと称することとする。
第2の接続部62aと第3の接続部63aとはインペラ30の軸線方向に沿って互いに並んで設けられており、これらは共に上記軸線方向に沿って延びる長い長穴形状とされている。また、第3の通路63は第2の通路62に比べて流通断面積が大きくされている。
また、第1の通路61の先端61aには、インペラ30の軸線方向に沿って変位可能な弁体72が収容されている。また、弁体72には同弁体72を上記軸線方向に沿って往復動させる電動式のアクチュエータ71が連結されている。すなわち、弁体72は第2の接続部62a及び第3の接続部63aの並び方向に沿って変位可能に設けられている。また、第2の接続部62aは第3の接続部63aに対して基端側(弁体72の閉じ側)に位置している。このアクチュエータ71と弁体72とによって変更機構70が構成される。
図2及び図3に併せ示すように、コンプレッサハウジング24の内部、具体的にはシュラウドピース26とハウジング本体25との間であって同シュラウドピース26のディフューザ面26bの裏側にはインペラ30の回転軸を中心とした環状の空間である冷却室29が形成されている。この冷却室29には第2還流通路46の一部をなす還流パイプ47が接続されている。また、ハウジング本体25において冷却室29と第2の通路62との間には連通孔67が形成されており、同連通孔67にはエゼクタピース65が取り付けられている。すなわち、冷却室29は第2還流通路46の一部を構成するとともに同第2還流通路46において第2の通路62の上流側に位置している。尚、シュラウドピース26のディフューザ面26bには冷却室29に貫通する貫通孔26cが形成されており、同貫通孔26cは栓部材27によって閉塞されている。また、冷却室29における還流パイプ47との接続部、エゼクタピース65、貫通孔26c(栓部材27)は共に、周方向における同一の位置に形成されている。
エゼクタピース65は略円筒状をなしており、インペラ30の径方向に関して外側に位置するエゼクタピース65の部位はノズル部65aを形成している。このノズル部65aは第2の通路62内に配置され、その先端側ほどインペラ30の径方向内側に位置するように湾曲している。このノズル部65aによって、第2の通路62は第2の接続部62aから同第2の通路62と冷却室29との接続部に向けて先細状とされている。尚、エゼクタピース65は冷却室29の側から第2の通路62に向けて連通孔67に嵌挿されている。また、エゼクタピース65の基端部65bには同エゼクタピース65の抜け止めのためにフランジが形成されている。
還流パイプ47、冷却室29、エゼクタピース65、及び第2の通路62は共に第2還流通路46の一部を構成している。また、第1の通路61及び第3の通路63はエアバイパス通路50を構成している。
変更機構70は、上記軸線方向における弁体72の位置によって変更される以下の3つのモードを有している。
図4(a)に示すように、第1のモードでは、弁体72が最も基端側(弁体72の閉じ側)に位置し、第1の通路61の先端61aと第2の接続部62a及び第3の接続部63aの双方との接続を遮断した状態とされる。
図4(b)に示すように、第1のモードから弁体72が先端側(弁体72の基端側)に変位すると第2のモードとなる。第2のモードでは、第1の通路61の先端61aと第3の接続部63aとの接続を遮断した状態で弁体72の位置に応じて第1の通路61に対する第2の接続部62aの接続度合(連通断面積)が連続的に変更される。すなわち、弁体72が先端側に変位するほど第1の通路61の先端61aと第2の接続部62aとの接続度合(連通断面積)が大きくされる。これにより、吸気通路10の下流側部位10bから第1の通路61及び第2の通路62を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流する圧縮ガスの流量が変更される。
図4(c)に示すように、第2のモードから弁体72が先端側(弁体72の基端側)に変位すると第3のモードとなる。第3のモードでは、第1の通路61の先端61aと第2の接続部62aとの接続度合が最大とされた状態で弁体72の位置に応じて第1の通路61に対する第3の接続部63aの接続度合(連通断面積)が連続的に変更される。すなわち、弁体72が先端側に変位するほど第1の通路61の先端61aと第3の接続部63aとの接続度合(連通断面積)が大きくされる。これにより、吸気通路10の下流側部位10bから第1の通路61及び第3の通路63を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流する圧縮ガスの流量が変更される。
次に、図4を参照して、本実施形態の作用について説明する。
図4(a)に示すように、弁体72の位置が第1のモードに対応する領域にあるときには第2の通路62及び第3の通路63を通じた圧縮ガスの還流が行なわれない。
また、図4(b)に示すように、弁体72の位置が第2のモードに対応する領域にあるときには、圧縮ガスが第2の通路62を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流される際に、還流パイプ47及び冷却室29からのブローバイガスが第2の通路62に引き込まれるようになる。具体的には、圧縮ガスが第2の通路62を通じて還流される際に、エゼクタピース65のノズル部65aを通過することから、圧縮ガスの流速が上昇するとともにその圧力が低下するようになる。このため、第2の通路62においてエゼクタピース65との接続部に負圧が生じ、ブローバイガスが第2の通路62に好適に引き込まれるようになる。ここで、第2の通路62を通じて還流されるブローバイガスの流量は弁体72の位置に応じて変更されるようになる。
また、図4(c)に示すように、弁体72の位置が第3のモードに対応する領域にあるときには、第3の通路63を通じて還流される圧縮ガスの流量が弁体72の位置に応じて変更されるようになる。
このように変更機構70により弁体72の位置を調整することによって、第2の通路62を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流される圧縮ガス、すなわちブローバイガスの流量と、第3の通路63を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流される圧縮ガスの流量とが互いに異なった態様にて変更されるようになる。
ここで、弁体72を開弁側に変位させて第2のモードから第3のモードとすると、それまで第1の通路61から第2の通路62を通じて還流されていた圧縮ガスが第3の通路63を通じて還流されるようになる。特に、第3の通路63は第2の通路62に比べて流通断面積が大きくされていることから、第1の通路61から第3の通路63を通じて還流される圧縮ガスの流量が急激に増大するようになり、第1の通路61から第2の通路62を通じて還流される圧縮ガスの流量が急激に低減するようになる。
これらのことから、第3の通路63を通じて還流される圧縮ガスの流量を多くする一方で、第2の通路62を通じて還流されるブローバイガスの流量を急激に少なくすることができるようになる。したがって、コンプレッサ22のサージングを回避すべく第3の通路63を通じて多くの圧縮ガスを吸気通路10の上流側部位10aに還流させる一方で、吸気通路10の上流側部位10aに多くのブローバイガスが還流されることを抑制することができるようになる。
ところで、機関性能を向上すべく過給圧を上昇させると、これに伴って過給後の吸気温が上昇し、コンプレッサハウジングのディフューザ面の温度が上昇するために同ディフューザ面にオイルデポジットが堆積しやすくなる。その結果、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されることとなる。
この点、本実施形態によれば、ブローバイガスが第2の通路62に引き込まれるとき、冷却室29内は断熱膨張することによって冷却されるようになる。このため、コンプレッサハウジング24のディフューザ面26bが冷却されるようになり、ディフューザ面26bへのオイルデポジットの堆積が抑制されるようになる。
またこのとき、吸気通路10の上流側部位10aに還流されるブローバイガスの温度が低くなるため、インペラ30に流入する空気の温度が低減されるようになる。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
(1)内燃機関は、排気のエネルギにより駆動されるインペラ30を吸気通路10に備えたコンプレッサ22を有する排気タービン過給機20と、吸気通路10におけるインペラ30の上流側である上流側部位10aにブローバイガスを還流する第2還流通路46とを備えている。内燃機関は、吸気通路10におけるインペラ30の下流側である下流側部位10bから分岐して延びる第1の通路61と、第1の通路61の先端61aと吸気通路10の上流側部位10aとを接続する通路であって第2還流通路46の一部を構成する第2の通路62と、第1の通路61の先端61aと吸気通路10におけるインペラ30の上流側とを接続する通路であって第2の通路62とは別に設けられる第3の通路63と、を備えている。また、内燃機関は、吸気通路10の下流側部位10bから第1の通路61及び第2の通路62を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流する圧縮ガスの流量と、吸気通路10の下流側部位10bから第1の通路61及び第3の通路63を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構70を備えている。こうした構成によれば、吸気通路10の下流側部位10bから圧縮ガスを導入する通路の部分的な共通化を図りつつ、吸気通路10の上流側部位10aに還流される圧縮ガスの流量及びブローバイガスの流量の調整の自由度を高めることができるようになる。
(2)第1の通路61、第2の通路62、及び第3の通路63は共にコンプレッサハウジング24の内部に形成されている。こうした構成によれば、各通路61,62,63の長さが短くなるため、各通路61,62,63を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流される圧縮ガスの応答性を高めることができるようになる。また、仮にこれら通路がコンプレッサハウジングの外部に設けられる場合にはこれら通路を構成するためのパイプ等が別途必要となる。これに対して、上記構成によれば、こうしたパイプ等が不要となることから部品点数を少なくすることができるようになる。
(3)変更機構70は、第2の通路62及び第3の通路63に対して共通の弁体72を備えている。こうした構成によれば、第2の通路62を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流する圧縮ガスの流量、すなわちブローバイガスの流量と、第3の通路63を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構70が共通の弁体72を備えるものとされる。このため、第2の通路及び第3の通路に対して弁体が各別に設けられる構成に比べて、変更機構70の構成を簡素なものとすることができるようになる。
(4)第1の通路61の先端61aに接続される第2の通路62の接続部62aと第3の通路63の接続部63aとは互いに並んで設けられている。また、弁体72は第2の通路62の接続部62a及び第3の通路63の接続部63aの並び方向に沿って変位可能に設けられている。また、第2の通路62の接続部62aは第3の通路63の接続部63aに対して弁体72の閉じ側に位置している。すなわち、変更機構70は、弁体72の位置によって3つのモードを有している。第1のモードでは、第1の通路61と第2の通路62及び第3の通路63の双方との接続を遮断した状態とされる。第2のモードでは、第1の通路61と第3の通路63との接続を遮断した状態で弁体72の位置に応じて第1の通路61と第2の通路62との接続度合が連続的に変更される。第3のモードでは、第1の通路61と第2の通路62との接続度合を最大とした状態で弁体72の位置に応じて第1の通路61と第3の通路63との接続度合が連続的に変更される。こうした構成によれば、コンプレッサ22のサージングを回避すべく第3の通路63を通じて多くの圧縮ガスを吸気通路10の上流側部位10aに還流させる一方で、吸気通路10の上流側部位10aに多くのブローバイガスが還流されることを抑制することができるようになる。
(5)第3の通路63は第2の通路62に比べて流通断面積が大きくされている。こうした構成によれば、弁体72を開弁側に変位させて第2のモードから第3のモードとすると、第1の通路61から第3の通路63を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に増大させることができ、第2の通路62を通じて還流される圧縮ガスの流量を急激に低減することができるようになる。
(6)第2の通路62の接続部62aは弁体72の変位する方向に沿って延びる長穴形状とされている。こうした構成によれば、弁体72の位置に応じた第1の通路61と第2の通路62との接続度合の調整を緻密に行なうことができるようになる。したがって、第2の通路62を通じて還流されるブローバイガスの流量を精度よく調整することができるようになる。
(7)コンプレッサハウジング24の内部であってディフューザ面26bの裏側には中空状の冷却室29が形成されている。また、冷却室29は第2還流通路46の一部を構成するとともに同第2還流通路46において第2の通路62の上流側に位置している。具体的には、コンプレッサハウジング24はディフューザ面26bを含むシュラウドピース26がハウジング本体25とは別体とされている。冷却室29はシュラウドピース26とハウジング本体25との間に形成されている。こうした構成によれば、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されるといった問題の発生を抑制することができるようになる。更に、吸気通路10の上流側部位10aに還流されるブローバイガスの温度が低くなるため、過給の効率を向上させることができるようになる。またコンプレッサハウジング24の内部に冷却室29を容易に形成することができるようになる。
(8)冷却室29と第2の通路62との間にはノズル部65aを有するエゼクタピース65が設けられている。また、第2の通路62はノズル部65aにより第1の通路61との接続部から冷却室29との接続部に向けて先細状とされている。こうした構成によれば、エゼクタ効果を増大させることができ、より多くのブローバイガスを冷却室29内から第2の通路62に引き込むことができるようになる。したがって、冷却室内を的確に冷却してディフューザ面26bの冷却を好適に図ることがようになる。
以下、図5及び図6を参照して、本発明に係る内燃機関を具体化した第2実施形態について説明する。
本実施形態では、第2還流通路において第2の通路との接続部よりも上流側に第1の通路を通じて導入される圧縮ガスの一部を供給可能な供給機構が設けられている点が先の第1実施形態と相違している。
以下、第1実施形態との相違点を中心に説明する。尚、以降において、第1実施形態と同一又は対応する構成に対しては「100」を加算した符号を付すことにより重複する説明を割愛する。
図5に示すように、本実施形態のコンプレッサハウジング124には冷却室が形成されていない。このため、還流パイプ147は第2の通路162に直接接続されている。
還流パイプ147の途中からは分岐パイプ176が分岐して延びている。すなわち、分岐パイプ176は第2還流通路146において第2の通路162よりも上流側の部位から分岐して延びている。尚、分岐パイプ176の先端は変更機構170の内部に位置している。
弁体172の内部には第1の通路161と連通するとともに同弁体172の変位する方向に沿って延びる可動パイプ173が嵌挿されている。また、可動パイプ173の周面には、弁体172が所定の位置、具体的には第3のモードに対応する領域内の位置にあるときに分岐パイプ176の先端と連通する連通孔174が形成されている。ここで、上記所定の位置は、還流パイプ147を通じて供給される圧縮ガスが所望の圧力となるように実験等を通じて設定されている。すなわち、変更機構170には、弁体172の位置が第3のモードに対応する領域の上記所定の位置にあるときに、第2還流通路146において第2の通路162との接続部よりも上流側に第1の通路161を通じて導入される圧縮ガスの一部を供給する供給機構180を備えている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図6(a)に示すように、弁体172が第2のモードに対応する領域において上記所定の位置よりも閉弁側にあるときには、可動パイプ173と分岐パイプ176との連通が遮断される。このため、第1の通路161からの圧縮ガスは、分岐パイプ176には供給されることはなく、第2の通路162を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流されるようになる。
また、図6(b)に示すように、弁体172が上記所定の位置にあるときには、可動パイプ173と分岐パイプ176とが連通状態となるため、第1の通路161からの圧縮ガスの一部が可動パイプ173及び分岐パイプ176を通じて還流パイプ147に供給されるようになる。これにより、還流パイプ147内に付着しているオイル等が除去されるようになる。
また、図6(c)に示すように、弁体172が第3のモードに対応する領域において上記所定の位置よりも開弁側にあるときには、可動パイプ173と分岐パイプ176との連通が遮断される。このため、第1の通路161からの圧縮ガスは、分岐パイプ176には供給されることはなく、そのほとんどは第3の通路163を通じてインペラ30の上流側に還流されるようになる。
以上説明した本実施形態に係る内燃機関によれば、先の第1実施形態の効果(1)〜(8)に加え、新たに以下に示す効果(9)が得られるようになる。
(9)変更機構170は、弁体172の位置が第3のモードに対応する領域の所定の位置にあるときに、第2還流通路146において第2の通路162との接続部よりも上流側に、第1の通路161を通じて導入される圧縮ガスの一部を供給する供給機構180を備えている。具体的には、供給機構180は、第2還流通路146において第2の通路162よりも上流側の部位から分岐して延びる分岐パイプ176と、第1の通路161と連通するとともに弁体172と一体に設けられる可動パイプ173とを備え、弁体172が上記所定の位置にあるときに可動パイプ173が分岐パイプ176の先端と連通する。こうした構成によれば、第2還流通路146内に付着しているオイル等を早い段階で除去することができるようになる。また、弁体172の位置に応じて可動パイプ173の連通孔174と分岐パイプ176との接続度合が変更され、これら可動パイプ173及び分岐パイプ176を通じて供給される圧縮ガスの圧力を緻密に調節することができるようになる。
尚、本発明に係る内燃機関は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記各実施形態ではコンプレッサハウジング24,124及び第1の通路61,161の先端61a,161aに対する第3の通路63,163の位置関係について特に言及しなかったが、当該位置関係を図7に示すように設定することが望ましい。図7(a)は、コンプレッサの断面構造を示す断面図であり、図7(b)は図7(a)のB−B線に沿った断面構造を示す断面図である。尚、図7において、第2実施形態と同一又は対応する構成については「100」を加算した符号を付すことにより重複した説明を割愛する。すなわち、図7に示すように、第1の通路261の先端261aにおける内周面及びハウジング本体225の内周面は共に円状をなしている。第3の通路263は、これら内周面の共通接線に沿って延びている。こうした構成によれば、同第3の通路263を通じて吸気通路10の上流側部位10aに還流される圧縮ガスはインペラ30の回転方向Cに沿った旋回流となるため、したがって、過給の効率を向上させることができるようになる。
・上記各実施形態では、ヘッドカバー2aにラビリンス式のオイルセパレータ49を設けるようにしたが、オイルセパレータ49の種類及び配設位置はこれに限られるものではない。他に例えば、サイクロン式のオイルセパレータやフィルタ式のオイルセパレータを採用するようにしてもよい。また、これらセパレータを直列或いは並列に複数組み合わせるようにすることもできる。
・上記各実施形態では、電動式のアクチュエータ71によって弁体72を駆動する変更機構70について例示したが、油圧式や空気圧式等の他のアクチュエータによって弁体を駆動するようにしてもよい。また、第1還流通路44に設けられる調量弁45についても同様である。
・上記各実施形態のように、第2の通路62の接続部62aを弁体72の変位する方向に沿って延びる長穴形状とすることが、第2の通路62を通じて還流されるブローバイガスの流量を精度よく調整する上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、第1の通路に接続される第2の通路の接続部の断面形状を円形状等の他の形状にすることもできる。
・上記各実施形態のように、変更機構70が第2の通路62及び第3の通路63に対して共通の弁体72を備えものとすることが、変更機構70の構成を簡素なものとする上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、第2の通路及び第3の通路に対して弁体を各別に設けることもできる。
・上記各実施形態のように、第1の通路61、第2の通路62、及び第3の通路63が共にコンプレッサハウジング24の内部に形成されるものとすることが、各通路61,62,63の長さを短くする上では有効である。また、部品点数を少なくする上でも有効である。ただし、こうした制約が問題にならないのであれば、コンプレッサハウジングの外部に各通路を設けるようにすることもできる。
2…シリンダヘッド、2a…ヘッドカバー4…シリンダブロック、6…クランクケース、10…吸気通路、12…インタークーラ、14…スロットル弁、16…吸気マニホルド、20…排気タービン過給機、22…コンプレッサ、24,124,224…コンプレッサハウジング、25,125,225…ハウジング本体、26…シュラウドピース(ディフューザ部)、26a…シュラウド面、26b…ディフューザ面、26c…貫通孔、27…栓部材、28、128,228…スクロール通路、29…冷却室、30…インペラ、32…シャフト、34…タービン、40…ブローバイガス還流装置、42…新気導入通路、44…第1還流通路、45…調量弁、46…第2還流通路(ブローバイガス還流通路)、47,147,247…還流パイプ、48…上流側還流通路、49…オイルセパレータ、50…エアバイパス通路、61,161,261…第1の通路、61a,161a,261a…先端、62,162,262…第2の通路、62a…第2の接続部、63,163,263…第3の通路、63a…第3の接続部、65…エゼクタピース、65a…ノズル部、67…連通孔、70,170,270…変更機構、71,171,271…アクチュエータ、72,172,272…弁体、173…可動パイプ、174…連通孔、176…分岐パイプ、180…供給機構。
そこで、特許文献1に記載の技術では、吸気通路の前記下流側部位に同吸気通路を迂回する迂回通路が設けられている。また、迂回通路の途中には負圧を発生させるためのエゼクタ機構が設けられるとともに、同エゼクタ機構に対してブローバイガス還流通路が接続されている。具体的には、吸気通路において迂回通路の上流側の分岐部には、吸気通路への圧縮ガスの流量を調整する弁と迂回通路への圧縮ガスの流量を調整する弁とがそれぞれ設けられている。そして、これら弁の開度を制御し、迂回通路を通じてエゼクタ機構に導入される圧縮ガスの流量を調整することによって同エゼクタ機構において負圧を発生させるようにしている。これにより、過給時においても吸気通路にブローバイガスが還流されるようにしている。
同構成によれば、弁体が上記所定の位置にあるときには、可動パイプと分岐パイプとが連通状態となる。このため、第1の通路からの圧縮ガスの一部が可動パイプ及び分岐パイプを通じてブローバイガス還流通路に供給されるようになる。また、弁体の位置に応じて可動パイプと分岐パイプとの接続度合が変更され、これら可動パイプ及び分岐パイプを通じて供給される圧縮ガスの圧力を緻密に調節することができるようになる。
この点、上記構成によれば、圧縮ガスが第2の通路を通じて還流される際に、冷却室内のブローバイガスが第2の通路に引き込まれるようになる。このとき、冷却室内は断熱膨張することによって冷却されるようになる。このため、コンプレッサハウジングのディフューザ面の冷却を図ることができ、ディフューザ面にオイルデポジットが堆積することを抑制することができるようになる。したがって、オイルデポジットの堆積が制約となって過給圧の上限値が低く制限されるといった問題の発生を抑制することができるようになる。更に、吸気通路の上流側部位に還流されるブローバイガスの温度が低くなるため、インペラに流入する空気の温度が低減されるようになる。したがって、過給の効率を向上させることができるようになる。
エゼクタピース65は略円筒状をなしており、インペラ30の径方向に関して外側に位置するエゼクタピース65の部位はノズル部65aを形成している。このノズル部65aは第2の通路62内に配置され、その先端側ほどインペラ30の径方向内側に位置するように湾曲している。このノズル部65aによって、第2の通路62は第2の接続部62aから同第2の通路62と冷却室29との接続部に向けて先細状とされている。尚、エゼクタピース65は冷却室29の側から第2の通路62に向けて連通孔67に嵌挿されている。また、エゼクタピース65の基端部には同エゼクタピース65の抜け止めのためにフランジが形成されている。
(8)冷却室29と第2の通路62との間にはノズル部65aを有するエゼクタピース65が設けられている。また、第2の通路62はノズル部65aにより第1の通路61との接続部から冷却室29との接続部に向けて先細状とされている。こうした構成によれば、エゼクタ効果を増大させることができ、より多くのブローバイガスを冷却室29内から第2の通路62に引き込むことができるようになる。したがって、冷却室29内を的確に冷却してディフューザ面26bの冷却を好適に図ることができるようになる。
Claims (12)
- 排気のエネルギにより駆動されるインペラを吸気通路に備えたコンプレッサを有する排気タービン過給機と、
吸気通路におけるインペラの上流側である上流側部位にブローバイガスを還流するブローバイガス還流通路と、
吸気通路におけるインペラの下流側である下流側部位から分岐して延びる第1の通路と、
前記第1の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記ブローバイガス還流通路の一部を構成する第2の通路と、
前記第1の通路と前記上流側部位とを接続する通路であって前記第2の通路とは別に設けられる第3の通路と、
前記下流側部位から前記第1の通路及び前記第2の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量と、前記下流側部位から前記第1の通路及び前記第3の通路を通じて前記上流側部位に還流する圧縮ガスの流量とを互いに異なった態様にて変更する変更機構と、を備える内燃機関。 - 請求項1に記載の内燃機関において、
前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、
前記第1の通路、第2の通路、及び第3の通路は共に前記コンプレッサハウジングの内部に形成される内燃機関。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関において、
前記変更機構は、前記第2の通路及び前記第3の通路に対して共通の弁体を備える内燃機関。 - 請求項3に記載の内燃機関において、
前記変更機構は、
前記第1の通路と前記第2の通路及び前記第3の通路の双方との接続を遮断した状態とする第1のモードと、
前記第1の通路と前記第3の通路との接続を遮断した状態で前記弁体の位置に応じて前記第1の通路と前記第2の通路との接続度合を連続的に変更する第2のモードと、
前記第1の通路と前記第2の通路との接続度合を最大とした状態で前記弁体の位置に応じて前記第1の通路と前記第3の通路との接続度合を連続的に変更する第3のモードと、を有している内燃機関。 - 請求項4に記載の内燃機関において、
前記第2の通路及び前記第3の通路の各々は前記第1の通路に接続される接続部を有し、
前記第2の通路の接続部と前記第3の通路の接続部とは互いに並んで設けられ、
前記弁体は前記第2の通路の接続部及び前記第3の通路の接続部の並び方向に沿って変位可能に設けられ、
前記第2の通路の接続部は前記第3の通路の接続部に対して前記弁体の閉じ側に位置している内燃機関。 - 請求項5に記載の内燃機関において、
前記第3の通路は前記第2の通路に比べて流通断面積が大きくされている内燃機関。 - 請求項5又は請求項6に記載の内燃機関において、
前記第2の通路の接続部は前記弁体の変位する方向に沿って延びる長穴形状とされている内燃機関。 - 請求項4〜請求項7のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記ブローバイガス還流通路は、前記第2の通路が接続された部位よりも上流側である上流側部位を有し、
前記変更機構は、前記弁体の位置が前記第3のモードに対応する領域の所定の位置にあるときに、前記第1の通路を通じて導入される圧縮ガスの一部を前記ブローバイガス還流通路の上流側部位に供給する供給機構を備える内燃機関。 - 請求項8に記載の内燃機関において、
前記供給機構は、前記ブローバイガス還流通路の上流側部位から分岐して延びる分岐パイプと、前記第1の通路と連通するとともに前記弁体と一体に設けられる可動パイプとを備え、前記弁体が前記所定の位置にあるときに前記可動パイプが前記分岐パイプの先端と連通する内燃機関。 - 請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記コンプレッサは前記インペラを囲繞するコンプレッサハウジングを有し、
前記コンプレッサハウジングは、前記吸気通路に露出するディフューザ面を有するとともに、その内部であってディフューザ面の裏側に冷却室を有し、
前記冷却室は前記ブローバイガス還流通路の一部を構成するとともに同ブローバイガス還流通路において前記第2の通路の上流側に位置している内燃機関。 - 請求項10に記載の内燃機関において、
前記第2の通路には、前記第1の通路と同第2の通路との接続部から前記冷却室と同第2の通路との接続部に向けて第2の通路を先細状とするノズル部が設けられる内燃機関。 - 請求項10及び請求項11に記載の内燃機関において、
前記コンプレッサハウジングは、ハウジング本体と、同ハウジング本体とは別体であって前記ディフューザ面を含むディフューザ部とを有し、
前記冷却室は前記ディフューザ部と前記ハウジング本体との間に形成される内燃機関。
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