JP2006342725A - インタークーラ出口からの吸気還流通路を備えた過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加圧された吸気の一部を廃棄することによる有効エネルギの損失を回避して吸気の過給過剰を回避することのできる過給装置を提供する。
【解決手段】過給コンプレッサにより加圧された吸気を内燃機関への導入に先立ってインタークーラにより冷却する内燃機関の過給装置に於いて、インタークーラの出口より吸気還流通路を経て吸気の一部をコンプレッサの入口へ選択的に戻すようにし、吸気還流通路には気液分離装置を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は吸気を加圧して内燃機関へ供給する過給装置に係る。

吸気を回転インペラ型のコンプレッサにより加圧して内燃機関へ供給する過給装置に於いて、コンプレッサにサージが生じたとき、それをサージセンサにより検出し、加圧された吸気の一部を吸気還流通路によりコンプレッサの入口へ還流させることが下記の特許文献１に記載されている。一方、過給装置により加圧された吸気を内燃機関への導入に先立ってインタークーラにより冷却することも、下記の特許文献２に示されている如くこの技術の分野に於いては既に公知である。
特開平６-３２３１４７ 特開２００３-３４３２９９

内燃機関に過給装置が設けられているとき、内燃機関が自動車の内燃機関である場合の如く負荷変動が大きい場合、吸気コンプレッサが内燃機関の排気タービンにより直に駆動されるような構造では、内燃機関の運転状況に応じて過給が過剰となることが多々ある。特に内燃機関に対する負荷要求が急降下したようなとき、内燃機関からの排気は暫時それ迄の負荷に応じて排出されるが、新たな吸気に対し求められる過給度は大きく低下しているので、過給の過剰度は大きくなる。過給が過剰となることを回避するには、加圧された吸気の一部を廃棄すればよいが、その場合加圧に要したエネルギも廃棄され、その分有効エネルギの損失となる。

本発明は、上記の事情に鑑み、有効エネルギの損失を抑制して吸気の過給過剰を回避することのできる過給装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサと、前記コンプレッサにより加圧された吸気を内燃機関への導入に先立って冷却するインタークーラとを有する内燃機関の過給装置にして、前記インタークーラの出口より吸気の一部を前記コンプレッサの入口へ選択的に戻す吸気還流通路を有し、前記吸気還流通路には気液分離装置が設けられていることを特徴とする過給装置を提案するものである。

上記の如き構成は、前記コンプレッサが回転インペラ型のコンプレッサであるとき、より大きな効果を発揮する。

また、上記の如き構成は、前記コンプレッサが内燃機関の排気により作動される排気タービンにより駆動されるとき、より大きな効果を発揮する。

上記の如く内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサと、前記コンプレッサにより加圧された吸気を内燃機関への導入に先立って冷却するインタークーラとを有する内燃機関の過給装置が、前記インタークーラの出口より吸気の一部を前記コンプレッサの入口へ選択的に戻す吸気還流通路を有し、前記吸気還流通路に気液分離装置が設けられていれば、過給過剰となるときには、インタークーラの出口より吸気の一部を前記コンプレッサの入口へ選択的に戻すことにより、コンプレッサに於いて該一部吸気の加圧に要したエネルギは、該一部吸気を加圧し、その後冷却し、該一部吸気に含まれていた水分を凝縮させて除去するためのエネルギとして使用され、こうして内燃機関へ供給される吸気中より水分が除去され、それに相当して内燃機関の熱効率が向上することにより有効に回収される。また、この場合、還流吸気はインタークーラにて再度冷却されるのでシリンダへ導入される吸気はそれだけよりよく冷却され、ガソリンエンジンでは対ノック性が向上し、ディーゼルエンジンではすすの発生がそれだけ抑制される。

また、前記コンプレッサが回転インペラ型のコンプレッサであれば、サージが発生し或は発生する恐れのあるときには、前記吸気還流通路を利用してコンプレッサにより加圧された吸気の一部をコンプレッサの入口へ還流させ、サージを抑制することができる。この場合、コンプレッサにより加圧され、インタークーラにより冷却されることにより凝縮した液滴を含む吸気がそのままコンプレッサの入口へ還流されると、液滴がコンプレッサのインペラに衝突してインペラが損傷を受ける恐れがあるが、吸気還流通路には気液分離装置が設けられているので、そのような問題は確実に回避される。

また、前記コンプレッサが内燃機関の排気により作動される排気タービンにより駆動されるようになっているときには、上記の通り内燃機関に対する負荷要求が急降下したようなとき過給過剰が生じ易いが、そのときコンプレッサにより加圧され、インタークーラにより冷却された吸気の一部がコンプレッサの入口へ戻されるようになっていれば、負荷要求の急降下に遅れなく追従して過給を抑制し、且つその後内燃機関に対する負荷要求が急上昇したときには、加圧され、冷却され、水分を除去された吸気が直ちに過給されることにより、遅れなく高い加速性能を得ることができる。

添付の図１は、本発明による過給装置が内燃機関に組み付けられた状態を示す概略図である。

図１に於いて、１０は一例として４気筒に構成された内燃機関のシリンダブロックの部分を示している。１２は吸気マニホールドであり、１４は排気マニホールドである。排気マニホールド１４を経て排出された排気は、図示の例では補助電動機を備えたモータアシスト型ターボチャージャとして構成された過給機１６の排気タービン１８へ導入され、ここで図には示されていないタービンロータを駆動した後、排気管２０を経て三元触媒の如き排気浄化装置２２へ導入され、ここで有害成分を浄化されて大気へ排出されるようになっている。

排気タービン１８のタービンロータはコンプレッサ２４の図には示されていない回転インペラを駆動するようになっており、エアクリーナ２６および吸気導管２８を経て吸入された吸気はコンプレッサ２４により加圧され、過給導管３０よりインタークーラ３２を通り、その出口側にある過給道管３４より吸気絞り弁３６を経て吸気マニホールド１２へ送られるようになっている。

インタークーラ出口側の過給道管３４の途中から吸気導管２８へ向けて吸気の一部を還流させる吸気還流通路３８が設けられており、その途中には吸気還流通路３８の開度を制御する吸気還流制御弁４０および還流吸気中よりそこに含まれた液滴を分離して除去する気液分離装置４２が設けられている。図示の如き過給装置を備えた内燃機関は自動車の内燃機関であってよく、吸気還流制御弁４０は図には示されていない自動車のマイクロコンピュータを備えた電気式制御装置（ＥＣＵ）により要求される過給度の変化に応じてその作動を自動制御されるようになっていてよい。

尚、４４は気液分離装置４２により集められた液体（水分）を排出するドレン管である。また、４６は排気ガス再循環（ＥＧＲ）のための導管であり、４８は排気ガス再循環制御弁、５０は排気ガス再循環用のクーラである。

図示の実施の形態に於ける如く、コンプレッサ２４が内燃機関の排気により作動される排気タービン１８により駆動されるようになっているときには、内燃機関の運転状態の変動に伴って吸気の過給が過剰となる状態が生ずるが、そのときには、吸気還流制御弁４０が図には示されていない電気式制御装置により制御され、インタークーラ出口側過給導管３４の途中から吸気の一部がコンプレッサ２４の入口へ向かう吸気導管２８へ還流される。この場合、還流される吸気は、過給機に於いて加圧されており、それにはそれ相当のエネルギが費やされているが、この還流吸気は加圧後にインタークーラ３２により冷却されていることにより、そこに含まれている水分は過飽和の状態にあり、それが吸気還流制御弁４０にて絞られ、減圧されて膨張することにより水分は液滴に凝縮し、気液分離装置４２により除去され、還流された吸気は含有する水分を低減された状態となり、内燃機関へ供給されたとき、それに相当して内燃機関の熱効率を向上させるので、還流吸気の加圧に消費されたエネルギは内燃機関の熱効率の向上による燃費の改善として有効に回収される。

また、コンプレッサ２４が回転インペラ型のものであれば、サージが発生し或は発生する恐れがあるが、そのときには、吸気還流通路３８を利用してコンプレッサにより加圧された吸気の一部をコンプレッサの入口へ還流させ、サージを抑制することができる。このとき、還流される吸気が凝縮した液滴を含んでいるとコンプレッサのインペラに液滴が衝突してインペラが損傷を受ける恐れがあるが、液滴は気液分離装置４２により分離して除去されるので、そのような問題は生じない。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

本発明による過給装置が内燃機関に組み付けられた状態を示す概略図。

符号の説明

１０…内燃機関のシリンダブロックの部分、１２…吸気マニホールド、１４…排気マニホールド、１６…過給機、１８…排気タービン、２０…排気管、２２…排気浄化装置、２４…コンプレッサ、２６…エアクリーナ、２８…吸気導管、３０…過給導管、３２…インタークーラ、３４…過給道管、３６…吸気絞り弁、３８…吸気還流通路、４０…吸気還流制御弁、４２…気液分離装置、４４…ドレン管、４６…排気ガス再循環（ＥＧＲ）導管、４８…排気ガス再循環制御弁、５０…排気ガス再循環用クーラ

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサと、前記コンプレッサにより加圧された吸気を内燃機関への導入に先立って冷却するインタークーラとを有する内燃機関の過給装置にして、前記インタークーラの出口より吸気の一部を前記コンプレッサの入口へ選択的に戻す吸気還流通路を有し、前記吸気還流通路には気液分離装置が設けられていることを特徴とする過給装置。
2. 前記コンプレッサは回転インペラ型のコンプレッサであることを特徴とする請求項１に記載の過給装置。
3. 前記コンプレッサは内燃機関の排気により作動される排気タービンにより駆動されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の過給装置。
   

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