JP2011236811A - Internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給器を備えた内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine provided with a supercharger.
ターボチャージャのディフューザ部(コンプレッサインペラ出口部)からEGRガスを供給する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。ターボチャージャのディフューザ部の圧力は比較的低いため、この箇所からEGRガスを供給することによりEGRガスを導入し易くすることができる。このため、EGRガスを導入し易くするためのたとえばスロットル開度を小さくする操作が必要なくなるので、ポンプ損失を低減することができる。 A technique for supplying EGR gas from a diffuser part (compressor impeller outlet part) of a turbocharger is known (see, for example, Patent Document 1). Since the pressure in the diffuser portion of the turbocharger is relatively low, EGR gas can be easily introduced by supplying EGR gas from this location. For this reason, an operation for reducing the throttle opening, for example, for facilitating the introduction of EGR gas is not required, so that the pump loss can be reduced.
しかし、ディフューザ部にEGRガスを導入することにより、該ディフューザ部における吸気の流れに乱れが生じ、該ディフューザによる静圧回復効果が低下する虞がある。そして、静圧回復効果が低下すると、コンプレッサ効率が低下してしまう。 However, by introducing EGR gas into the diffuser part, the flow of intake air in the diffuser part may be disturbed, and the static pressure recovery effect by the diffuser may be reduced. And if static pressure recovery effect falls, compressor efficiency will fall.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ターボチャージャのディフューザ部にEGRガスを供給するときの吸気の流れの乱れを低減することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce disturbance in the flow of intake air when supplying EGR gas to the diffuser portion of the turbocharger.
上記課題を達成するために本発明による過給器を備えた内燃機関は、
コンプレッサハウジングのディフューザ部にディフューザ翼を有する過給器を備えた内燃機関において、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路を有し排気の一部をEGRガスとして吸気通路に供給するEGR装置を備え、
前記EGR通路の一部が、前記ディフューザ翼内に形成されており、
前記ディフューザ翼内に形成されるEGR通路は、ディフューザ翼面において、吸気の流れ方向の下流側に向かって開口することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an internal combustion engine equipped with a supercharger according to the present invention includes:
In an internal combustion engine including a supercharger having a diffuser blade in a diffuser portion of a compressor housing,
An EGR device that has an EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine and supplies a part of the exhaust gas as EGR gas to the intake passage;
A part of the EGR passage is formed in the diffuser blade;
The EGR passage formed in the diffuser blade is characterized by opening toward the downstream side in the intake air flow direction on the diffuser blade surface.
すなわち、排気通路から取り込まれたEGRガスは、EGR通路を流通した後に、ディフューザ翼内から吸気通路内へ供給される。そして、EGR通路が吸気の流れ方向の下流側に向かって開口しているので、吸気通路内に供給されるEGRガスは、ディフューザ翼面に沿って流れるため、吸気の流れが乱れることを抑制することができる。これにより、ディフューザ部における静圧回復効果がより大きくなるため、コンプレッサ効率が低下することを抑制できる。なお、ディフューザ翼は、角度が固定されたものであっても、また、角度を変更可能なものであってもよい。また、ディフューザ翼に開口するEGR通路は、排気の流れ方向に対して直角よりも下流側に向いていればよい。さらに、ディフューザ翼に形成されているEGR通路の入口よりも出口のほうが吸気の流れ方向の下流側に設けられているとしてもよい。 That is, the EGR gas taken in from the exhaust passage is supplied from the diffuser blade into the intake passage after flowing through the EGR passage. Since the EGR passage opens toward the downstream side in the flow direction of the intake air, the EGR gas supplied into the intake passage flows along the diffuser blade surface, thereby suppressing disturbance of the intake air flow. be able to. Thereby, since the static pressure recovery effect in a diffuser part becomes larger, it can suppress that compressor efficiency falls. Note that the diffuser blades may be fixed in angle or changeable in angle. Further, the EGR passage that opens to the diffuser blades only needs to face the downstream side rather than the right angle with respect to the flow direction of the exhaust gas. Further, the outlet of the EGR passage formed in the diffuser blade may be provided on the downstream side in the intake air flow direction.
本発明においては、前記ディフューザ翼内に形成されるEGR通路は、ディフューザ翼の後端側よりも前端側で開口してもよい。 In the present invention, the EGR passage formed in the diffuser blade may be opened on the front end side rather than the rear end side of the diffuser blade.
ディフューザ翼の後端側よりも前端側とは、たとえば吸気の流れ方向でディフューザ翼の長さの中心から上流側と下流側との2つに分けて考えたときの上流側である。すなわち、ディフューザ翼の中心よりも上流側としてもよい。ここで、コンプレッサインペラ出口付近の圧力は、ディフューザ部の出口付近の圧力と比較して低いため、ディフューザ翼の前端側でEGR通路が開口することにより、圧力の低い箇所にEGR通路が開口することになる。これにより、EGRガスを供給し易くすることができるので、EGRガス量を増加させるためにスロットルを閉じるなどの操作が必要なくなるため、ポンプ損失をより低減させることができる。 The front end side with respect to the rear end side of the diffuser blade is, for example, the upstream side when it is divided into the upstream side and the downstream side from the center of the length of the diffuser blade in the flow direction of the intake air. That is, it may be upstream of the center of the diffuser blade. Here, since the pressure near the outlet of the compressor impeller is lower than the pressure near the outlet of the diffuser section, the EGR passage opens on the front end side of the diffuser blade, so that the EGR passage opens at a low pressure portion. become. As a result, it is possible to easily supply the EGR gas, and it is not necessary to perform an operation such as closing the throttle in order to increase the EGR gas amount, so that the pump loss can be further reduced.
本発明においては、前記ディフューザ翼内に形成されるEGR通路は、コンプレッサインペラ側のディフューザ翼面に開口してもよい。 In the present invention, the EGR passage formed in the diffuser blade may open to the diffuser blade surface on the compressor impeller side.
コンプレッサインペラ側のディフューザ翼面(ディフューザ翼の面であってコンプレッサインペラ側を向いている面)からEGRガスを供給することで、静圧がより低い所からEGRガスを供給できる。これにより、EGRガスを供給し易くすることができるので、EGRガス量を増加させるためにスロットルを閉じるなどの操作が必要なくなるため、ポンプ損失をより低減させることができる。 By supplying EGR gas from the diffuser blade surface on the compressor impeller side (the surface of the diffuser blade that faces the compressor impeller side), the EGR gas can be supplied from a place where the static pressure is lower. As a result, it is possible to easily supply the EGR gas, and it is not necessary to perform an operation such as closing the throttle in order to increase the EGR gas amount, so that the pump loss can be further reduced.
本発明によれば、ターボチャージャのディフューザ部にEGRガスを供給するときの吸気の流れの乱れを低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, disturbance of the flow of intake air when supplying EGR gas to the diffuser part of a turbocharger can be reduced.
以下、本発明に係る過給器を備えた内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a specific embodiment of an internal combustion engine provided with a supercharger according to the present invention will be described based on the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関1とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。なお、ガソリン機関などの他の機関であっても本実施例を適用することができる。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 and its intake / exhaust system according to this embodiment. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four
内燃機関1には、吸気通路3及び排気通路4が接続されている。吸気通路3は吸気ポート2Aを介して気筒2と接続されており、排気通路4は排気ポート2Bを介して気筒2と接続されている。
An
また、本実施例による内燃機関1は、ターボチャージャ50を備えている。このターボチャージャ50は、コンプレッサハウジング51、タービンハウジング52、及びセンタハウジング53を備えて構成されている。コンプレッサハウジング51は吸気通路3の途中に設けられ、該コンプレッサハウジング51の内部は吸気通路3の一部を構成している
。また、タービンハウジング52は排気通路4の途中に設けられ、該タービンハウジング52の内部は排気通路4の一部を構成している。そして、コンプレッサハウジング51とタービンハウジング52とは、センタハウジング53を介して連結されている。
Further, the internal combustion engine 1 according to this embodiment includes a
コンプレッサハウジング51内には複数の羽根をもったコンプレッサインペラ54が備えられ、タービンハウジング52内には複数の羽根を持ったタービンインペラ55が備えられている。コンプレッサインペラ54とタービンインペラ55とは、ロータシャフト56を介して連結されている。
A
また、内燃機関1には、排気通路4内を流通する排気の一部をコンプレッサハウジング51内の吸気通路3へ再循環させるディフューザ翼内EGR装置30が備えられている。このディフューザ翼内EGR装置30は、外部EGR通路31、第1EGR弁32、第1EGRクーラ33、及びフィルタ34を備えて構成されている。
Further, the internal combustion engine 1 includes a diffuser
外部EGR通路31は、タービンハウジング52よりも上流側の排気通路4と、コンプレッサハウジング51と、を接続している。コンプレッサハウジング51の内部にもEGRガスの通路が形成されており、この構造については後述する。外部EGR通路31には、吸気通路3側から順に、第1EGR弁32、第1EGRクーラ33、及びフィルタ34が設けられている。
The
第1EGR弁32は、外部EGR通路31の通路断面積を変えることにより、該外部EGR通路31を流れるEGRガスの量を調整する。第1EGRクーラ33は、該第1EGRクーラ33を通過するEGRガスと、内燃機関1の冷却水と、で熱交換をして、該EGRガスの温度を低下させる。フィルタ34は、EGRガス中のPMや異物を捕集する。また、外部EGR通路31には、フィルタ34よりも上流側と下流側との圧力の差を検出する差圧センサ35が取り付けられている。この差圧センサ35により、フィルタ34の詰まりを検出する。
The
また、内燃機関1には、排気通路4内を流通する排気の一部を吸気通路3へ再循環させる第2EGR装置40が備えられている。この第2EGR装置40は、第2EGR通路41、第2EGR弁42、および第2EGRクーラ43を備えて構成されている。
The internal combustion engine 1 is also provided with a
第2EGR通路41は、タービンハウジング52よりも上流側の排気通路4と、コンプレッサハウジング51よりも下流側の吸気通路3と、を接続している。
The second EGR
また、第2EGR弁42は、第2EGR通路41の通路断面積を変えることにより、該第2EGR通路41を流れるEGRガスの量を調整する。さらに、第2EGRクーラ43は、該第2EGRクーラ43を通過するEGRガスと、内燃機関1の冷却水と、で熱交換をして、該EGRガスの温度を低下させる。
Further, the
次に、ターボチャージャ50について説明する。図2は、コンプレッサハウジング51を中心軸A方向に切断したときの断面図である。また、図3は、図2に示す切断線B−Bにより切断したときの断面図である。さらに、図4は、図3においてCで示される部分の拡大図である。図2において、Aは、コンプレッサインペラ54、タービンインペラ55、及びロータシャフト56の中心軸(回転中心)を示している。
Next, the
コンプレッサインペラ54のすぐ下流には、ディフューザ部61が設けられている。ディフューザ部61には、ディフューザ翼62が中心軸Aを中心とし且つ翼面をコンプレッサインペラ54へ向けて等角度に複数配置されている。なお、ディフューザ翼62は、コンプレッサハウジング51に固定されていてもよく、また、アクチュエータなどにより角
度を変更可能であってもよい。ディフューザ翼62の角度を変更可能な場合には、該ディフューザ翼62は、回動軸63を中心として回動する。これらの構造には周知の技術を用いることができる。
A
コンプレッサハウジング51には、EGRガスの通路となるハウジング内EGR通路311が形成されている(図2参照)。また、ディフューザ翼62の内部には、EGRガスの通路となる翼内EGR通路312及び開口部313が形成されている(図4参照)。ハウジング内EGR通路311の一端は、外部EGR通路31に接続されており、ハウジング内EGR通路311の他端は翼内EGR通路312に接続されている。また、翼内EGR通路312は、開口部313に接続され、該開口部313はディフューザ翼面621で開口している。
In the
翼内EGR通路312は、その中心軸がコンプレッサインペラ54の中心軸Aと平行になるように形成される。また、開口部313は、ディフューザ翼62の中心軸A側のディフューザ翼面621において、ディフューザ翼62の前端側(前端付近としてもよい)で開口し、且つ、吸気の流れ方向の下流側(ディフューザ翼62の後端側)に向かって開口している(図3及び図4の矢印の方向)。なお、開口部313は、ディフューザ部61の底面611と平行に形成される。そして、ディフューザ翼62の角度が変更可能な場合には、たとえば、回動軸63を中空管として該回動軸63内に翼内EGR通路312を形成する。そして、翼内EGR通路312と開口部313とを連通するために回動軸63に孔を形成しておく。また、ディフューザ翼62の角度が固定されている場合には、たとえば、ハウジング内EGR通路311の延長線上に中心軸Aと平行にディフューザ翼62に穴を開けることにより翼内EGR通路312を形成し、この翼内EGR通路312に向けてディフューザ翼面621から孔を開けることにより開口部313を形成する。
The in-
ハウジング内EGR通路311、翼内EGR通路312、及び開口部313は、ディフューザ翼内EGR装置30の一部である。そして、EGRガスは、外部EGR通路31、ハウジング内EGR通路311、翼内EGR通路312、開口部313の順に流れて、排気通路4から吸気通路3へ導入される。なお、本実施例においては外部EGR通路31、ハウジング内EGR通路311、翼内EGR通路312、開口部313が、本発明におけるEGR通路に相当する。
The in-
ここで、コンプレッサインペラ54の出口の圧力(すなわち、コンプレッサインペラ54とディフューザ翼62との間の圧力)は、ディフューザ部61の出口の圧力(すなわち、ディフューザ翼62よりも下流側の圧力)よりも低い。このため、ディフューザ翼62の中心軸A側の面上で、且つ、ディフューザ翼62の前端側(前端付近としてもよい)で開口する開口部313は、静圧が比較的低い箇所で開口していることになる。これにより、ディフューザ翼内EGR装置30の排気通路4側の圧力と吸気通路3側の圧力との差が大きくなるため、EGRガスが導入され易くなる。そうすると、EGRガスを供給するために、たとえばスロットルを閉じて吸気の圧力を低下させる必要がなくなるため、ポンプ損失を低減することができる。
Here, the pressure at the outlet of the compressor impeller 54 (that is, the pressure between the
また、開口部313が排気の流れ方向の下流側(すなわち、ディフューザ翼62の後端側)へ向けて開口しているため、ディフューザ翼62の面に沿ってEGRガスを流すことができるので、吸気の流れの乱れを抑制することができる。これにより、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。
In addition, since the
ここで、仮に翼内EGR通路312及び開口部313を備えずに、ハウジング内EGR通路311がディフューザ部61に直角に開口していると、ディフューザ部61における吸気の流れの乱れが大きくなり、ディフューザ部61における静圧回復効果が低下する。
これにより、コンプレッサ効率が低下する虞がある。これに対し本実施例によるディフューザ翼内EGR装置30によれば、EGRガスを供給するときの吸気の流れの乱れを抑制することができるため、静圧回復効果の低下を抑制できる。
Here, if the in-
Thereby, there exists a possibility that compressor efficiency may fall. On the other hand, according to the diffuser
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて該内燃機関1を制御する。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
ECU10には、第1EGR弁32及び第2EGR弁42が電気配線を介して接続され、該第1EGR弁32及び第2EGR弁42は、ECU10により制御される。また、ECU10には、差圧センサ35の出力信号が入力される。
A
ECU10は、主にディフューザ翼内EGR装置30からEGRガスを供給する。そして、たとえばフィルタ34に詰まりが生じた場合やディフューザ翼内EGR装置30が故障した場合には、第2EGR装置40からEGRガスを供給する。
The
図5は、本実施例に係るEGRガスの供給フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ECU10により所定の時間毎に実行される。
FIG. 5 is a flowchart showing an EGR gas supply flow according to this embodiment. This routine is executed every predetermined time by the
ステップS101では、差圧センサ35により得られる差圧dPが、所定値dPCRIよりも小さいか否か判定される。本ステップでは、フィルタ34に詰まりがないか否か判定される。すなわち、所定値dPCRIは、詰まりが発生したときの差圧の下限値である。なお、本ステップでは、ディフューザ翼内EGR装置30が正常であるか否か判定してもよい。ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、否定判定がなされた場合にはステップS103へ進む。
In step S101, it is determined whether or not the differential pressure dP obtained by the
ステップS102では、第2EGR弁42が全閉とし、第1EGR弁32を開いてディフューザ翼内EGR装置30からEGRガスを供給する。なお、たとえば機関回転数及び機関負荷と第1EGR弁32の開度との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに基づいて第1EGR弁32の開度が決定される。また、吸入空気量に基づいて第1EGR弁32の開度をフィードバック制御してもよい。
In step S102, the
ステップS103では、第1EGR弁32を全閉とし、EGR42を開いて第2EGR装置40からEGRガスを供給する。すなわち、フィルタ34に詰まりが発生しており、ディフューザ翼内EGR装置30からのEGRガスの供給が期待できないため、第2EGR装置40からEGRガスを供給する。なお、たとえば機関回転数及び機関負荷と第2EGR弁42の開度との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに基づいて第2EGR弁42の開度が決定される。また、吸入空気量に基づいて第2EGR弁42の開度をフィードバック制御してもよい。
In step S103, the
このように、フィルタ34に詰まりが発生するまでは、ディフューザ翼内EGR装置30のみからEGRガスを供給することにより、ポンプ損失を低減することができる。また、フィルタ34に詰まりが発生しても、代わりに第2EGR装置40からEGRガスを供給することができる。
Thus, until the
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気通路
4 排気通路
10 ECU
30 ディフューザ翼内EGR装置
31 EGR通路
32 第1EGR弁
33 第1EGRクーラ
34 フィルタ
35 差圧センサ
40 第2EGR装置
41 第2EGR通路
42 第2EGR弁
43 第2EGRクーラ
50 ターボチャージャ
51 コンプレッサハウジング
52 タービンハウジング
53 センタハウジング
54 コンプレッサインペラ
55 タービンインペラ
56 ロータシャフト
61 ディフューザ部
62 ディフューザ翼
63 回動軸
310 外部EGR通路
311 ハウジング内EGR通路
312 翼内EGR通路
313 開口部
611 ディフューザ部の底面
621 ディフューザ翼面
1
30
Claims (3)
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路を有し排気の一部をEGRガスとして吸気通路に供給するEGR装置を備え、
前記EGR通路の一部が、前記ディフューザ翼内に形成されており、
前記ディフューザ翼内に形成されるEGR通路は、ディフューザ翼面において、吸気の流れ方向の下流側に向かって開口することを特徴とする過給器を備えた内燃機関。 In an internal combustion engine including a supercharger having a diffuser blade in a diffuser portion of a compressor housing,
An EGR device that has an EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine and supplies a part of the exhaust gas as EGR gas to the intake passage;
A part of the EGR passage is formed in the diffuser blade;
An internal combustion engine having a supercharger, wherein an EGR passage formed in the diffuser blade opens toward a downstream side in a flow direction of intake air on a diffuser blade surface.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010108998A JP2011236811A (en) | 2010-05-11 | 2010-05-11 | Internal combustion engine with supercharger |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6015843B2 (en) * | 2013-02-21 | 2016-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | Cooling device for a supercharger of an internal combustion engine equipped with a blow-by gas recirculation device |
-
2010
- 2010-05-11 JP JP2010108998A patent/JP2011236811A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP6015843B2 (en) * | 2013-02-21 | 2016-10-26 | トヨタ自動車株式会社 | Cooling device for a supercharger of an internal combustion engine equipped with a blow-by gas recirculation device |
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