JP2009108680A

JP2009108680A - 内燃機関用過給装置

Info

Publication number: JP2009108680A
Application number: JP2007278576A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Nakao; 秀史中尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】ディフューザ部でコーキングが発生しても過給性能の低下を抑制することが可能な内燃機関用過給装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサホイール１５の周囲に設けられてコンプレッサホイール１５の出口１５ａと連通されるディフューザ部１６と、ディフューザ部１６と連通されるスクロール室１７とを有し、内燃機関１の吸気通路３に設けられるコンプレッサ１１を備えた内燃機関用過給装置１０において、コンプレッサ１１には、コンプレッサホイール１５から排出された吸気をディフューザ部１６を迂回してスクロール室１７に導くバイパス通路１９と、バイパス通路１９に吸気が導かれる開位置Ｐ１とバイパス通路１９への吸気の導入が遮断される閉位置Ｐ２とに移動可能な弁２０とが設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路に設けられ、コンプレッサホイールから排出された吸気がディフューザ部を介してスクロール室に導かれるコンプレッサを備えた内燃機関用過給装置に関する。

内燃機関に設けられる過給装置としてターボ過給機が知られている。一般にターボ過給機は、排気通路に設けられたタービンを排気で回転させ、この回転により吸気通路に設けられたコンプレッサのコンプレッサホイールを回転させて吸気を昇圧する。この際、コンプレッサ内において吸気は、まずコンプレッサホイールにて加速され、次にディフューザ部を通過してスクロール室に送られ、その後コンプレッサハウジングの出口部から排出される。ところで、吸気通路には、排気通路から排気が再循環されたり機関本体からブローバイガスが導入されたりする。周知のように排気やブローバイガスには、オイルや未燃燃料が含まれており、これらオイルや未燃燃料がコンプレッサ内に吸気とともに吸引されてコンプレッサ内で加熱されると加熱されたオイルや未燃燃料がコンプレッサの内側に付着する、いわゆるコーキングが発生する。コンプレッサ内にてコーキングが発生すると吸気が流れ難くなったり吸気の流れが変化したりするため、コンプレッサの効率が低下し、過給性能が低下するおそれがある。コンプレッサ内においては、ディフューザ部において吸気の速度が一旦低下するため、このディフューザ部にオイルや未燃燃料が付着し易い。そこで、コンプレッサのディフューザ部でのコーキングの発生が抑制されるように過給圧を調整する制御装置が知られている（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２〜６が存在する。

特開２００６−２９９８２７号公報特開平８−２５４１２７号公報特表２００３−５２６０３７号公報特開平９−１１９３９６号公報特開平１０−２５２６９６号公報特開平５−７１４９８号公報

特許文献１の装置はコーキングの発生が抑制されるように過給圧を調整するものであるため、実際にディフューザ部にてコーキングが発生した場合はこれに対応できずコンプレッサの効率が低下して過給性能が低下するおそれがある。

そこで、本発明は、ディフューザ部でコーキングが発生しても過給性能の低下を抑制することが可能な内燃機関用過給装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関用過給装置は、コンプレッサホイールの周囲に設けられて前記コンプレッサホイールの出口と連通されるディフューザ部と、前記ディフューザ部と連通されるスクロール室と、を有し、内燃機関の吸気通路に設けられるコンプレッサを備えた内燃機関用過給装置において、前記コンプレッサには、前記コンプレッサホイールから排出された吸気を前記ディフューザ部を迂回して前記スクロール室に導くバイパス通路と、前記バイパス通路に吸気が導かれる開位置と前記バイパス通路への吸気の導入が遮断される閉位置とに移動可能な開閉部材と、が設けられることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の内燃機関用過給装置によれば、ディフューザ部でコーキングが発生し、ディフューザ部の流路面積が減少したりディフューザ部が閉塞したりしても開閉部材を開位置に移動させることにより、バイパス通路を介して吸気をスクロール室に導くことができる。そのため、過給性能の低下を抑制することができる。

本発明の内燃機関用過給装置の一形態においては、前記開閉部材を前記開位置と前記閉位置との間で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサの効率が所定の判定値より低下したと判断した場合、前記開閉部材が前記開位置に駆動されるように前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、を備えてもよい（請求項２）。このように駆動手段を制御することにより、ディフューザ部でコーキングが発生したことよってコンプレッサの効率が低下していた場合はコンプレッサの効率を回復させることができる。

この形態において、前記制御手段は、前記コンプレッサから吐出される吸気の温度が所定温度以上に上昇した場合、又は前記コンプレッサにて昇圧された吸気の圧力が所定圧力以上に上昇した場合に前記開閉部材が前記開位置に駆動されるように前記駆動手段の動作を制御してもよい（請求項３）。吸気の温度が高くなるとコンプレッサ内に付着したオイルや未燃燃料が固化され易くなるので、コーキングが発生し易くなる。また、吸気の圧力が高くなるとコンプレッサ内における吸気の流速が低下するため、オイルや未燃燃料がコンプレッサ内に付着し易くなり、コーキングが発生し易くなる。そこで、このような場合はバイパス通路を介して吸気をスクロール室に導き、ディフューザ部においてコーキングが発生することを抑制する。これにより、過給装置の過給性能の低下を抑制できる。

本発明の内燃機関用過給装置の一形態において、前記ディフューザ部には、吸気が所定の方向に案内されるように配置される複数のベーンが設けられていてもよい（請求項４）。このようにディフューザ部に複数のベーンが設けられるとこれらベーンにもオイルや未燃燃料が付着するので、ディフューザ部においてコーキングが発生し易い。そのため、本発明が好適に適用される。

以上に説明したように、本発明の内燃機関用過給装置によれば、ディフューザ部でコーキングが発生しても開閉部材を開位置に移動させ、バイパス通路を介して吸気をスクロール室に導入することができる。そのため、過給性能の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の一形態に係る過給装置が組み込まれた内燃機関の概略を示している。
図１の内燃機関（以降、エンジンと称することがある。）１は、車両の走行用動力源として搭載されるものであり、機関本体２と、機関本体２に接続される吸気通路３及び排気通路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１１と、吸気を冷却するためのインタークーラ５が設けられている。排気通路４には、ターボ過給機１０のタービン１２が設けられている。タービン１２より下流側の排気通路４とコンプレッサ１１より上流側の吸気通路３とは、排気通路４から排気の一部を吸気通路３に還流するためのＥＧＲ通路６で接続されている。また、図示は省略したが機関本体２とコンプレッサ１１より上流側の吸気通路３とは、機関本体２から吸気通路３にブローバイガスを排出するためのブローバイガス還元通路にて連通されている。

図２は、コンプレッサ１１の内部の一部を拡大して示している。図２に示したようにコンプレッサ１１は、コンプレッサハウジング１３と、コンプレッサハウジング１３内に配置され、回転軸１４にて回転自在に支持されるコンプレッサホイール１５と、コンプレッサホイール１５の周囲に設けられてコンプレッサホイール１５の出口１５ａと連通されるディフューザ部１６と、ディフューザ部１６の外側に設けられてディフューザ部１６と連通されるスクロール室１７とを備えている。コンプレッサホイール１５は、回転軸１４にてタービン１２のタービンホイール（不図示）と一体に回転するように連結されている。図２に示したようにディフューザ部１６には、複数のディフューザベーン１８が設けられている。これら複数のディフューザベーン１８は、コンプレッサホイール１５から排出された吸気を所定の方向に案内すべく隣り合うディフューザベーン１８との間にスロート部が形成されるように周方向に等間隔で配置されている。なお、これらは周知のターボ過給機１０のコンプレッサ１１と同様でよいため、詳細な説明は省略する。

また、図２に示したようにコンプレッサ１１は、コンプレッサホイール１５から排出された吸気をディフューザ部１６を迂回させてスクロール室１７に導くバイパス通路１９と、図２に矢印Ａで示したようにバイパス通路１９に吸気が導かれる開位置Ｐ１とバイパス通路１９への吸気の導入が遮断される閉位置Ｐ２とに移動可能な開閉部材としての弁２０と、弁２０を開位置Ｐ１と閉位置Ｐ２との間で駆動する駆動手段としてのアクチュエータ２１とを備えている。バイパス通路１９は、コンプレッサハウジング１３に全周に亘って設けられる。また、バイパス通路１９は、弁２０が開位置Ｐ１に移動したときにバイパス通路１９内に形成される吸気の流路の断面積がディフューザ部１６の流路断面積とほぼ同じになるように設けられる。図２に示したように弁２０は、閉位置Ｐ２に移動するとバイパス通路１９の入口１９ａと出口１９ｂを塞ぐ部分がディフューザ部１６の壁面と同じ高さになり、ディフューザ部１６を形成する壁面がほぼ滑らかに連続するような形状を有している。

アクチュエータ２１の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。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、各種センサからの出力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。図１に示したようにＥＣＵ３０には、例えばコンプレッサ１１から吐出された吸気の温度に対応する信号を出力する吸気温センサ３１、及び吸気通路３の一部を形成するインテークマニホールド３ａの吸気の圧力、すなわち過給圧に対応する信号を出力する過給圧センサ３２などが接続される。ＥＣＵ３０には、この他にも種々のセンサが接続されるが、それらの図示は省略した。

図３は、ＥＣＵ３０がアクチュエータ２１の動作を制御するためにエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行するアクチュエータ制御ルーチンを示している。図３の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。

図３の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えば吸気温センサ３１及び過給圧センサ３２の出力信号を参照して吸気の温度及び過給圧などが取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、吸気の温度（吸気温度）が所定の判定温度以上か否か判断する。吸気の温度が高くなるとオイルや未燃燃料がコンプレッサ１１内に付着した際に固化し易くなるため、コーキングが発生し易くなる。そこで、所定の判定温度には、例えばディフューザ部１６におけるコーキングの発生を適切に抑制可能な吸気温度が設定される。このような温度は、ディフューザ部１６の流路断面積などに応じて変化するため、例えばディフューザ部１６の形状などに応じて適宜設定される。吸気温度が判定温度以上であると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は弁２０が開位置Ｐ１に駆動されるようにアクチュエータ２１の動作を制御してバイパス通路１９を開ける。なお、既に弁２０が開位置Ｐ１に駆動されていた場合はその状態を維持する。このようにバイパス通路１９を開けることにより、吸気をコンプレッサホイール１５からスクロール室１７にディフューザ部１６を迂回して導くことができる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、吸気の温度が判定温度未満であると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０は過給圧が所定の判定圧力以上か否か判断する。過給圧が高くなるとコンプレッサ１１内における吸気の流速が低下するため、コンプレッサ１１内にオイルや未燃燃料が付着し易くなる。そこで、所定の判定圧力は、例えばディフューザ部１６へのオイルや未燃燃料の付着を十分に抑制可能な過給圧、すなわち過給圧がこの判定圧力未満であればディフューザ部１６における吸気の流速をディフューザ部１６へのオイルや未燃燃料の付着を適切に抑制可能な流速以上に維持することが可能な過給圧が設定される。なお、このように過給圧はディフューザ部１６の流路断面積などに応じて変化するため、例えばディフューザ部１６の形状などに応じて適宜設定される。過給圧が判定圧力以上であると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はバイパス通路１９を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、過給圧が判定圧力未満であると判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０はコンプレッサ１１の効率が所定の判定値未満か否か判断する。コンプレッサ１１の効率は、コンプレッサ１１にて昇圧される吸気を空気と仮定することにより、コンプレッサ１１入口の吸気の温度と圧力、及びコンプレッサ１１出口の吸気の温度と圧力に基づいて求めることができる。コンプレッサ１１入口の吸気の温度及び圧力には、外気の温度及び圧力を用いればよい。また、コンプレッサ１１出口の吸気の温度にはエンジン１の運転状態として取得した吸気の温度を使用し、コンプレッサ１１出口の温度には過給圧を使用すればよい。所定の判定値は、ディフューザ部１６においてコーキングが発生しているか否か判断するための基準として設定される。そのため、所定の判定値としては、例えばディフューザ部１６にてコーキングが発生したことを確実に判断することが可能な値が設定される。コンプレッサ１１の効率が判定値未満と判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はバイパス通路１９を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、コンプレッサ１１の効率が判定値以上と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ３０は弁２０が閉位置Ｐ２に駆動されるようにアクチュエータ２１の動作を制御してバイパス通路１９を閉じる。なお、既に弁２０が閉位置Ｐ２に駆動されていた場合はその状態を維持する。このようにバイパス通路１９を閉じることにより、コンプレッサホイール１５からディフューザ部１６を介してスクロール室１７に吸気を送ることができる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

本発明の過給装置によれば、ディフューザ部１６においてコーキングが発生した場合、バイパス通路１９が開けられるので、このバイパス通路１９を介して吸気をスクロール室１７に導くことができる。そのため、ターボ過給機１０の過給性能の低下を抑制することができる。また、吸気の温度が判定温度以上の場合、又は過給圧が判定圧力以上の場合、すなわちディフューザ部１６においてコーキングが発生すると予測される場合はバイパス通路１９が開けられるので、ディフューザ部１６へのオイルや未燃燃料の付着を抑制することができる。これによりディフューザ部１６にけるコーキングの発生を抑制できるので、ターボ過給機１０の過給性能の低下を抑制することができる。

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、バイパス通路は上述した形態の形状に限定されない。バイパス通路は、コンプレッサホイールから排出された吸気をディフューザ部を迂回させてスクロール室に導くことが可能なように設けられていればよい。また、バイパス通路を開閉する弁も上述した形態のものに限定されない。例えば、バイパス通路の入口又は出口の一方のみを開閉する弁が設けられてもよい。

本発明の一形態に係る過給装置が組み込まれた内燃機関の概略を示す図。コンプレッサの内部の一部を拡大して示す図。ＥＣＵが実行するアクチュエータ制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１内燃機関
３吸気通路
１０ターボ過給機
１１コンプレッサ
１５コンプレッサホイール
１５ａ出口
１６ディフューザ部
１７スクロール室
１８ディフューザベーン
１９バイパス通路
２０弁（開閉部材）
２１アクチュエータ（駆動手段）
３０エンジンコントロールユニット（制御手段）
Ｐ１開位置
Ｐ２閉位置

Claims

コンプレッサホイールの周囲に設けられて前記コンプレッサホイールの出口と連通されるディフューザ部と、前記ディフューザ部と連通されるスクロール室と、を有し、内燃機関の吸気通路に設けられるコンプレッサを備えた内燃機関用過給装置において、
前記コンプレッサには、前記コンプレッサホイールから排出された吸気を前記ディフューザ部を迂回して前記スクロール室に導くバイパス通路と、前記バイパス通路に吸気が導かれる開位置と前記バイパス通路への吸気の導入が遮断される閉位置とに移動可能な開閉部材と、が設けられることを特徴とする内燃機関用過給装置。
前記開閉部材を前記開位置と前記閉位置との間で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサの効率が所定の判定値より低下したと判断した場合、前記開閉部材が前記開位置に駆動されるように前記駆動手段の動作を制御する制御手段と、を備える請求項１に記載の内燃機関用過給装置。
前記制御手段は、前記コンプレッサから吐出される吸気の温度が所定温度以上に上昇した場合、又は前記コンプレッサにて昇圧された吸気の圧力が所定圧力以上に上昇した場合に前記開閉部材が前記開位置に駆動されるように前記駆動手段の動作を制御する請求項２に記載の内燃機関用過給装置。
前記ディフューザ部には、吸気が所定の方向に案内されるように配置される複数のベーンが設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用過給装置。