JP2008025402A - Turbocharger for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気エネルギを利用して過給する内燃機関用ターボ過給機に関する。 The present invention relates to a turbocharger for an internal combustion engine that supercharges using exhaust energy of the internal combustion engine.
ターボ過給機と並列に又は直列に接続された補助的コンプレッサを備える過給型内燃機関が知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜5が存在する。
There is known a supercharged internal combustion engine that includes an auxiliary compressor connected in parallel or in series with a turbocharger (see Patent Document 1). In addition,
ターボ過給機のコンプレッサに設けられるコンプレッサホイールには圧送可能な吸気量の上限値、いわゆるチョーク流量が存在する。このチョーク流量は、コンプレッサホイールに設けられた複数のブレード間に形成される流路の流路断面積によって規定される。流路断面積を増加させることによってチョーク流量を増加させることができるが、この場合はサージングが発生し易くなる。上述した従来の内燃機関においては、過渡応答性の向上やサージングの発生抑制を目的としており、ターボ過給機のコンプレッサにて圧送可能な吸気量を増加させることは考慮されていない。 The compressor wheel provided in the compressor of the turbocharger has an upper limit value of the intake amount that can be pumped, that is, a so-called choke flow rate. This choke flow rate is defined by the channel cross-sectional area of the channel formed between a plurality of blades provided in the compressor wheel. Although the choke flow rate can be increased by increasing the flow path cross-sectional area, surging is likely to occur in this case. The above-described conventional internal combustion engine is intended to improve transient response and suppress the occurrence of surging, and does not consider increasing the amount of intake air that can be pumped by the compressor of the turbocharger.
そこで、本発明は、サージングを抑制しつつコンプレッサにて圧送可能な吸気量を増加させることが可能な内燃機関用ターボ過給機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a turbocharger for an internal combustion engine that can increase the intake amount that can be pumped by a compressor while suppressing surging.
本発明の内燃機関用ターボ過給機は、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内に設けられ、複数のブレードを有するコンプレッサホイールと、を備えた内燃機関用ターボ過給機において、圧縮空気を供給する圧縮機と、前記コンプレッサホイールの各ブレード間に形成された複数の吸気流路に前記圧縮機から供給された圧縮空気が各吸気流路の途中からそれぞれ供給されるように前記コンプレッサハウジングに設けられた空気導入口と前記圧縮機とを連通する空気導入通路と、を備えていることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 A turbocharger for an internal combustion engine according to the present invention supplies compressed air in a turbocharger for an internal combustion engine comprising a compressor housing and a compressor wheel provided in the compressor housing and having a plurality of blades. The compressor housing is provided with compressed air supplied from the compressor to a plurality of intake passages formed between the compressor and each blade of the compressor wheel from the middle of each intake passage. The above-described problem is solved by providing an air introduction passage that communicates the air introduction port and the compressor.
本発明のターボ過給機によれば、吸気流路内に直接圧縮空気を供給することができるので、吸気流路の流路断面積にて規定されるチョーク流量よりも多くの吸気流量を圧送することができる。また、吸気流路内に直接圧縮空気を供給するので、吸気流路の流路断面積を小さくしてコンプレッサホイールを小型化できる。これにより、サージ限界を改善できるので、サージングの発生を抑制できる。さらにターボ過給機の容量を小さくできるので、搭載性を向上させることができる。 According to the turbocharger of the present invention, since compressed air can be supplied directly into the intake flow path, a larger intake flow rate than the choke flow rate defined by the cross-sectional area of the intake flow path is pumped. can do. Further, since the compressed air is directly supplied into the intake passage, the compressor wheel can be downsized by reducing the cross-sectional area of the intake passage. Thereby, since the surge limit can be improved, the occurrence of surging can be suppressed. Furthermore, since the capacity of the turbocharger can be reduced, the mountability can be improved.
本発明のターボ過給機の一形態において、前記空気導入口は、各吸気流路にそれぞれ設定され、各吸気流路の入口のスロート部を通過した吸気が次に流入する所定領域に圧縮空気が供給されるように前記コンプレッサハウジングに設けられていてもよい(請求項2)。コンプレッサに流入する吸気量が増加して各吸気流路を流れる吸気量が増加すると、スロート部において衝撃波が発生し、所定領域における圧力がその前後の圧力よりも低下する。この形態では、この所定領域に圧縮空気が供給されるように空気導入口が設けられるので、所定領域の圧力が低下した時に圧縮空気を導入することにより、圧縮機の仕事を低減でき、圧縮機にて消費されるエネルギを低減できる。 In one form of the turbocharger of the present invention, the air introduction port is set in each intake passage, and the compressed air enters a predetermined region where the intake air that has passed through the throat portion at the inlet of each intake passage flows next. May be provided in the compressor housing (claim 2). When the amount of intake air flowing into the compressor increases and the amount of intake air flowing through each intake passage increases, a shock wave is generated in the throat portion, and the pressure in a predetermined region is lower than the pressure before and after that. In this embodiment, since the air introduction port is provided so that the compressed air is supplied to the predetermined region, the work of the compressor can be reduced by introducing the compressed air when the pressure in the predetermined region is reduced. Can reduce the energy consumed.
本発明のターボ過給機の一形態においては、前記内燃機関の吸気量を取得する吸気量取得手段と、前記吸気量取得手段により取得された吸気量が予め設定した所定値より大きい場合に前記複数の吸気流路に圧縮空気が供給されるように前記圧縮機の動作を制御する動作制御手段と、をさらに備えていてもよい(請求項3)。このように圧縮機の動作を制御することにより、圧縮機による無駄な圧縮空気の供給を防止できる。そのため、圧縮機の仕事をさらに低減し、圧縮機にて消費されるエネルギをさらに低減できる。 In one form of the turbocharger of the present invention, when the intake air amount acquisition means for acquiring the intake air amount of the internal combustion engine and the intake air amount acquired by the intake air amount acquisition means are larger than a predetermined value set in advance, Operation control means for controlling the operation of the compressor so that compressed air is supplied to a plurality of intake passages may be further provided. By controlling the operation of the compressor in this way, it is possible to prevent useless supply of compressed air by the compressor. Therefore, the work of the compressor can be further reduced, and the energy consumed by the compressor can be further reduced.
本発明のターボ過給機の一形態において、前記圧縮機は電動式圧縮機であってもよい(請求項4)。この場合、内燃機関の運転状態に拘わらず圧縮機を動作させて適切な量の圧縮空気をターボ過給機に供給することができる。 In one form of the turbocharger of the present invention, the compressor may be an electric compressor. In this case, an appropriate amount of compressed air can be supplied to the turbocharger by operating the compressor regardless of the operating state of the internal combustion engine.
以上に説明したように、本発明の内燃機関用ターボ過給機によれば、コンプレッサホイールに形成された複数の吸気流路に直接圧縮空気を供給するので、吸気流路の流路断面積にて規定されるチョーク流量よりも多くの吸気流量を圧送できる。また、各吸気流路の流路断面積を小さくしてコンプレッサホイールを小型化できるので、サージ限界を改善してサージングの発生を抑制できる。 As described above, according to the turbocharger for an internal combustion engine of the present invention, the compressed air is directly supplied to the plurality of intake passages formed in the compressor wheel. Therefore, it is possible to pump a larger intake flow rate than the choke flow rate specified. Moreover, since the compressor wheel can be downsized by reducing the cross-sectional area of each intake flow path, the surge limit can be improved and the occurrence of surging can be suppressed.
図1は、本発明の一形態に係るターボ過給機が組み込まれた内燃機関を示す概略図である。図1の内燃機関(以下、エンジンと呼ぶこともある。)1は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、機関本体2と吸気通路3と排気通路4とを備えている。吸気通路3には、ターボ過給機10のコンプレッサ10aと圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ5が設けられ、排気通路4にはターボ過給機10のタービン10bが設けられている。
FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine in which a turbocharger according to one embodiment of the present invention is incorporated. An internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) 1 in FIG. 1 is mounted on a vehicle as a driving power source, and includes an
また、エンジン1は、ターボ過給機10とは別に空気を圧縮する圧縮機20を備えている。圧縮機20は、その駆動軸20aに連結された電動モータ21によって駆動される。また、圧縮機20は、吸気通路3から分岐する分岐通路22を介して吸気を吸い込み、空気導入通路23を介してターボ過給機10のコンプレッサ10a内に直接圧縮空気を供給する。空気導入通路23には、空気導入通路23を開閉するバルブ24が設けられている。
The
図2はターボ過給機10のコンプレッサ10aの一部を拡大した図である。図2に示したようにコンプレッサ10aは、コンプレッサハウジング11と、コンプレッサハウジング11内に回転軸12を中心として回転自在に設けられるコンプレッサホイール13とを備えている。図3に吸気の流れ方向上流側、すなわち図2の左側から見たコンプレッサホイール13の一部を示す。図3に示したようにコンプレッサホイール13には複数のブレード14が設けられ、各ブレード14の間には吸気流路15がそれぞれ形成される。図2に示したように、コンプレッサハウジング11には空気導入口11aが設けられており、空気導入口11aは空気導入通路23によって圧縮機20と連通されている。また、図2に示したように空気導入口11aは、各吸気流路15の入口のスロート部15aの直ぐ下流に設定された負圧領域15b、言い換えるとスロート部15aを通過した吸気が次に流入する負圧領域15bに圧縮空気が供給されるように設けられている。すなわち、負圧領域15bが本発明の所定領域に相当する。
FIG. 2 is an enlarged view of a part of the
圧縮機20及びバルブ24の動作は、エンジンコントロールユニット(ECU)30によってそれぞれ制御される。ECU30は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、各種センサから入力される信号に基づいてエンジン1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ECU30には、例えば吸気量に対応した信号を出力する吸気量取得手段としての吸気量センサ31などが接続される。なお、ECU30にはこの他にも種々のセンサが接続されるが図示を省略した。
The operations of the
図4は、ECU30がエンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行する圧縮機制御ルーチンを示している。図4の制御ルーチンにおいてECU30は、まずステップS11で吸気量などのエンジン1の運転状態を取得する。次のステップS12においてECU30は、エンジン1の吸気量が所定の閾値より大きいか否か判断する。所定の閾値としては、例えばコンプレッサホイール13の形状にて規定されるチョーク流量が設定される。なお、チョーク流量は、ターボ過給機10の特性及びエンジン1の特性によって変化するので、所定の閾値は本発明を適用するエンジン1及びターボ過給機10に応じて適宜設定される。また、チョーク流量はターボ過給機10の回転数に応じて変化するため、所定の閾値をターボ過給機10の回転数に応じて適宜変更してもよい。
FIG. 4 shows a compressor control routine that the
吸気量が所定の閾値より大きいと判断した場合はステップS13に進み、ECU30は圧縮機20を起動するとともにバルブ24を開ける。なお、既に圧縮機20が起動され、バルブ24が開けられていた場合はその状態を維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、吸気量が閾値以下と判断した場合はステップS14に進み、ECU30は圧縮機20を停止させるとともにバルブ24を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
When it is determined that the intake air amount is larger than the predetermined threshold value, the process proceeds to step S13, where the
図5は、コンプレッサ10aの特性曲線の一例を示している。なお、図5の実線A〜Cは、圧縮機20にて圧縮空気を供給しているときの流量と圧力比との関係の一例を示し、点線D〜Fは、圧縮機20にて圧縮空気を供給していないときの流量と圧力比との関係の一例を示している。また、図5の実線Sはサージングラインを示している。図5に示したように圧縮機20から圧縮空気を供給することにより流量と圧力比との関係を点線D〜Fから実線A〜Cに変化させることができるので、コンプレッサホイール13の形状によって規定されるチョーク流量よりも多くの量の吸気を圧送することができる。
FIG. 5 shows an example of the characteristic curve of the compressor 10a. 5 indicate an example of the relationship between the flow rate and the pressure ratio when compressed air is supplied by the
本発明のターボ過給機10では、吸気流路15内に直接圧縮空気を供給するので、吸気流路15の流路断面積を小さくできる。そのため、コンプレッサホイール13を小型化して図5のサージングラインSを図5の左上方向に移動させることができる。これにより、コンプレッサ10aのサージ限界を改善してサージングの発生を抑制することができる。
In the
コンプレッサ10aに流入する吸気量が多くなり、各吸気流路15を流れる吸気量が増加するとスロート部15aで衝撃波が発生し、スロート部15aの直ぐ下流に設定された負圧領域15bの圧力はその前後の圧力よりも低くなる。本発明のターボ過給機10では、その負圧領域15bに圧縮空気を供給するので、圧縮機20の仕事を低減し、圧縮機20にて消費されるエネルギを低減できる。
When the amount of intake air flowing into the
コンプレッサ10aの効率はコンプレッサ10aを通過した後の吸気の温度及び圧力比とそれぞれ相関を有しており、コンプレッサ10aを通過後の吸気の温度が低いほど、また圧力比が高いほど効率が改善される。本発明では、圧縮機20にて圧縮空気を供給することにより図5に示したように大流量側での圧力比を改善してコンプレッサ10aの効率を改善できるので、コンプレッサ10a内における吸気の温度の上昇を抑えてコンプレッサ10a通過後の吸気の温度を低下させることができる。そのため、例えば吸気通路3にブローバイガスが戻されている場合は、このブローバイガスに含まれるオイルがコンプレッサハウジング11内に付着してデポジットとなるオイルコーキングを抑制できる。
The efficiency of the
本発明では、エンジン1が最高出力付近で運転されている場合に圧縮機20からの圧縮空気の供給が必要なようにコンプレッサホイール13の形状及び所定の閾値を設定してもよい。このようにコンプレッサホイール13の形状及び所定の閾値を設定することにより圧縮機20の動作頻度を低下させることができる。これにより、圧縮機20の耐久性及び信頼性を改善できる。
In the present invention, the shape of the
なお、図4の制御ルーチンを実行して圧縮機20の動作を制御することにより、ECU30は本発明の動作制御手段として機能する。
The
図6は、本発明のターボ過給機10の変形例を示している。なお、図6において図1と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図6に示した変形例では、エンジン1のクランク軸2aによって圧縮機20が駆動される。圧縮機20の駆動軸20aとエンジン1のクランク軸2aとは電磁クラッチ40を介して連結されている。電磁クラッチ40の動作はECU30によって制御される。ECU30は、吸気量が所定の閾値より大きい場合に電磁クラッチ40をオン状態に切り替えてエンジン1のクランク軸2aと圧縮機20の駆動軸20aとを連結し、圧縮機20を起動させる。一方、吸気量が所定の閾値以下の場合は電磁クラッチ40をオフ状態に切り替えてエンジン1のクランク軸2aと圧縮機20の駆動軸20aとを切り離し、圧縮機20を停止させる。なお、バルブ24は図4の制御ルーチンと同様に制御される。このように電磁クラッチ40の動作を制御することにより、この変形例においても図1に示したターボ過給機10と同様の作用効果を得られる。
FIG. 6 shows a modification of the
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、空気導入口11aを設ける位置は図2に示した位置に限定されない。コンプレッサホイールに形成された各吸気流路に圧縮空気を吸気流路の途中からそれぞれ供給できる位置に設けられていればよい。
This invention is not limited to the form mentioned above, It can implement with a various form. For example, the position where the
1 内燃機関
10 ターボ過給機
11 コンプレッサハウジング
11a 空気導入口
13 コンプレッサホイール
14 ブレード
15 吸気流路
15a スロート部
15b 負圧領域(所定領域)
20 圧縮機
23 空気導入通路
30 エンジンコントロールユニット(動作制御手段)
31 吸気量センサ(吸気量取得手段)
DESCRIPTION OF
20
31 Intake amount sensor (intake amount acquisition means)
Claims (4)
圧縮空気を供給する圧縮機と、前記コンプレッサホイールの各ブレード間に形成された複数の吸気流路に前記圧縮機から供給された圧縮空気が各吸気流路の途中からそれぞれ供給されるように前記コンプレッサハウジングに設けられた空気導入口と前記圧縮機とを連通する空気導入通路と、を備えていることを特徴とする内燃機関用ターボ過給機。 In a turbocharger for an internal combustion engine comprising a compressor housing and a compressor wheel provided in the compressor housing and having a plurality of blades,
The compressor for supplying compressed air, and the compressed air supplied from the compressor to a plurality of intake passages formed between the blades of the compressor wheel so that the compressed air is supplied from the middle of each intake passage. A turbocharger for an internal combustion engine, comprising: an air introduction port provided in a compressor housing; and an air introduction passage communicating the compressor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2006197040A JP2008025402A (en) | 2006-07-19 | 2006-07-19 | Turbocharger for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2682592A2 (en) | 2012-07-06 | 2014-01-08 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Intake air supply structures of turbo superchargers |
-
2006
- 2006-07-19 JP JP2006197040A patent/JP2008025402A/en active Pending
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