JP2019152170A - Turbo type supercharger, turbo type supercharging system and method for supercharging turbo type supercharging system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、ターボ式過給機、ターボ式過給システム及びターボ式過給システムの過給方法に関する。 The present disclosure relates to a turbocharger, a turbocharger system, and a supercharge method for a turbocharger system.
コンプレッサハウジングに2つの負圧取り出しポートを別位置に設けて、車両の運転状態に応じて、この2つの負圧取り出しポートのいずれかから負圧タンクに向けて負圧を供給するディーゼルエンジン用負圧供給装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Two negative pressure take-out ports are provided in the compressor housing at different positions, and a negative pressure for a diesel engine that supplies negative pressure from one of the two negative pressure take-out ports to the negative pressure tank according to the operating state of the vehicle. A pressure supply device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記の特許文献1の技術では、2つの負圧取り出しポートを、コンプレッサホイル(コンプレッサインペラ)より上流側に離間した位置と、コンプレッサホイルより下流側のコンプレッサハウジングにより形成される加圧空気通路における加圧空気流通面積が最小になる位置の各々に設けている。すなわち、過給前後の吸気が通過する位置に負圧取り出しポートを設けている。
By the way, in the technique of the above-mentioned
しかしながら、この負圧取り出しポートは、コンプレッサホイルの前後で発生する負圧を取り出して負圧タンクに負圧を安定して供給するための構成であり、コンプレッサの回転制御や過給中の吸気の圧力の制御には使用されていない。 However, the negative pressure take-out port is configured to take out the negative pressure generated before and after the compressor wheel and stably supply the negative pressure to the negative pressure tank. It is not used for pressure control.
本開示の目的は、過給中の吸気の圧力を制御できてコンプレッサの流量特性を向上することができるターボ式過給機、ターボ式過給システム及びターボ式過給システムの過給方法を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a turbocharger, a turbocharger system, and a turbocharging method for a turbocharger system that can control the pressure of intake air during supercharging and improve the flow rate characteristics of the compressor. There is to do.
上記の目的を達成するための本発明の態様のターボ式過給機は、コンプレッサハウジングの内部にコンプレッサインペラを備えたコンプレッサを有するターボ式過給機において、前記コンプレッサハウジングと前記コンプレッサインペラの間に形成される空間に面する、前記コンプレッサハウジングの内壁に、貫通孔である第1ポートを形成して構成される。 To achieve the above object, a turbocharger according to an aspect of the present invention is a turbocharger having a compressor provided with a compressor impeller inside a compressor housing, wherein the turbocharger is provided between the compressor housing and the compressor impeller. A first port which is a through hole is formed on the inner wall of the compressor housing facing the space to be formed.
また、上記の目的を達成するための本発明の態様のターボ式過給システムは、上記のターボ式過給機を備えたターボ式過給システムであって、空気を供給するか空気を吸引するかの少なくとも一方を行うポンプを前記第1ポートに接続して構成される。 In addition, a turbocharging system according to an aspect of the present invention for achieving the above object is a turbocharging system including the above turbocharger, which supplies air or sucks air. A pump that performs at least one of the above is connected to the first port.
また、上記の目的を達成するための本発明の態様のターボ式過給システムの過給方法は、コンプレッサハウジングの内部にコンプレッサインペラを備えたコンプレッサを有し、前記コンプレッサハウジングと回転状態の前記コンプレッサインペラの間に吸気を通過させて過給するターボ式過給システムの過給方法において、前記コンプレッサハウジングと前記コンプレッサインペラの間に形成される空間に面する、前記コンプレッサハウジングの内壁に、貫通孔である第1ポートを形成して、空気を供給するか空気を吸引するかの少なくとも一方を行うポンプを前記第1ポートに接続するとともに、前記コンプレッサより上流側の吸気の圧力と前記コンプレッサより下流側の吸気の圧力とに基づいて、前記ポンプの駆動中の出力及び回転方向を調整する制御を行うことを特徴とする方法である。 In addition, a turbocharging method of a turbocharging system according to an aspect of the present invention for achieving the above object includes a compressor including a compressor impeller inside a compressor housing, and the compressor housing and the compressor in a rotating state In the supercharging method of a turbocharging system in which intake air is passed between impellers and supercharging, a through hole is formed in an inner wall of the compressor housing facing a space formed between the compressor housing and the compressor impeller. And a pump that supplies at least one of supplying air and sucking air is connected to the first port, and the pressure of the intake air upstream of the compressor and the downstream of the compressor Output and rotational direction during driving of the pump based on the pressure of the intake air on the side A method characterized by performing control to adjust.
本開示によれば、コンプレッサ内の圧力に関して加圧と減圧の少なくとも一方をすることで、過給中の吸気の圧力を制御できてコンプレッサの流量特性を向上することができる。 According to the present disclosure, by performing at least one of pressurization and decompression with respect to the pressure in the compressor, the pressure of the intake air during supercharging can be controlled, and the flow rate characteristic of the compressor can be improved.
以下、本開示の実施形態のターボ式過給機1、ターボ式過給システム2及びターボ式過給システムの過給方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の各図面では、ターボ式過給機1のコンプレッサのみを図示し、タービンを省略する。
Hereinafter, a
図1に示すように、本発明の第1実施形態のターボ式過給システム2に備わるターボ式過給機1は、そのコンプレッサに、コンプレッサハウジング3と、シャフト4と、コンプレッサインペラ5と、吸気口6と、圧縮空気口7と、を備えている。
As shown in FIG. 1, a
コンプレッサハウジング3は、コンプレッサの外形を構成して、その内部に各種部材4〜7を備える部材(筐体)である。シャフト4は、タービンとコンプレッサを連結して、エンジン(内燃機関)の排気ガスのエネルギーによるタービンの回転動力をコンプレッサ側に伝達する部材である。コンプレッサインペラ5は、シャフト4を回転軸とする複数の翼型形状の羽根で構成されて、シャフト4の外周に取り付けられる部材である。吸気口6からコンプレッサハウジング3の内部に流入した吸気(新気+EGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス)Aは、回転状態の各羽根の間や、コンプレッサハウジング3の内壁3aとコンプレッサインペラ5の間の空間Sを通過するときに圧縮される。
The
吸気口6は、コンプレッサハウジング3の外部からその内部への吸気Aの通過口である。圧縮空気口7は、コンプレッサハウジング3の内壁3bのみで囲われた、回転状態のコンプレッサインペラ5を通過して圧縮された吸気(圧縮吸気)Aの通過用流路である。
The
本発明の第1実施形態のターボ式過給機1は、図1、図2に示すように、コンプレッサハウジング3とコンプレッサインペラ5の間に形成される空間Sに面する、コンプレッサハウジング3の内壁3a(図1の太線部分)に、貫通孔である第1ポート8を形成して構成する。この内壁3aは、言い換えれば、コンプレッサインペラ5の径方向にて、コンプレッサインペラ5に対向する領域における、コンプレッサハウジング3の内壁である。また、この第1ポート8には、流路9を介して第1バルブ10、蓄圧タンク11、ポンプ12及び第2バルブ13を接続して、本実施形態のターボ式過給システム2を構成する。第1バルブ10は、蓄圧タンク11より上流側の流路9に配置される開閉バルブである。第2バルブ13は、ポンプ12より下流側の流路9に配置される開閉バルブである。これらのバルブ10、13の開度は、ポンプ12の駆動出力に応じて設定される。蓄圧タンク11は、コンプレッサへの吸気Aの一部を蓄圧するタンクである。ポンプ12は、蓄圧タンク11より下流側の流路9に配置されて、空気を供給するか空気を吸引するかの少なくとも一方(ここでは両方)を行うポンプである。図1のように第1ポート8側より順番に各装置10〜13を配置すると、他の順番で装置10〜13を配置する場合と比較して、ターボ式過給システム2の過渡応答性が良くなる。コンプレッサから吸気Aの一部を吸引する時に、この蓄圧タンク11は無くても同様の動作を行うことができるが、蓄圧タンク11に吸引した吸気Aの一部を蓄えておくことにより、次に、コンプレッサ内から空気を吸引する際にこの吸気Aの一部を使用することで、吸引の応答性を改善することができる。また、ここでは、コンプレッサハウジングの内壁3bは、内壁3aより下流側の内壁全体を指すものである。流路9は、例えば、図2に示すように、空間Sからの吸気Aの流出がしやすいように、空間S内の吸気Aの流れ方向(コンプレッサインペラ5の回転方向N)に順じる方向に延在して形成する。また、流路9は、例えば、図3に示すように、空間Sへの吸気Aの流入出をバランス良く行うように、コンプレッサインペラ5の法線方向に順じる方向に延在して形成してもよい。
The
コンプレッサ内に空気を押し込む方を主にする場合には、第1ポート8は、内壁3aにおいて、吸気Aの通過方向(吸気口6からコンプレッサインペラ5に向かう方向)に関して、吸気口6に近い位置、つまり、吸気Aの圧力が比較的低い位置に設けると好ましい。圧縮前の吸気Aがすでにサージング発生の虞のある程度に低流量かつ高圧力である場合でも、第1ポート8を介して迅速に吸気Aの圧力を上昇させる(圧力比を小さくする)ことが可能となるからである。
In the case of mainly pushing air into the compressor, the
また、コンプレッサ内から空気を吸い出す方を主にする場合には、第1ポート8は、内壁3aにおいて、吸気Aの通過方向に関して、吸気口6から遠い位置、つまり、吸気Aの圧力が比較的高い位置に設けると好ましい。また、逆流を防ぐために、電磁弁(図1では第1バルブ10)で流路9を遮断する方がよい。
In the case where air is mainly sucked out from the compressor, the
本実施形態のターボ式過給システム2には、アクセル開度センサ(アクセル開度取得装置)15と、エンジン回転数センサ(回転数取得装置)16と、燃料噴射量センサ(噴射量取得装置)17と、前段吸気圧力センサ(前段圧力取得装置)18と、過給圧力センサ(後段圧力取得装置)19と、を備える。 The turbocharging system 2 of the present embodiment includes an accelerator opening sensor (accelerator opening acquisition device) 15, an engine speed sensor (rotation speed acquisition device) 16, and a fuel injection amount sensor (injection amount acquisition device). 17, a front-stage intake pressure sensor (front-stage pressure acquisition device) 18, and a supercharging pressure sensor (rear-stage pressure acquisition device) 19.
アクセル開度センサ15は、ターボ式過給システム2を備えたエンジンを有する車両のアクセル開度(運転者によるアクセルペダルの踏込量)を取得する装置である。エンジン回転数センサ16は、エンジン本体の回転数を取得する装置である。燃料噴射量センサ17は、エンジンの気筒(シリンダ)への燃料噴射量を取得する装置である。前段吸気圧力センサ18は、コンプレッサを通過前の吸気Aの圧力Pfを取得する装置である。過給圧力センサ19は、コンプレッサを通過後の吸気Aの圧力Paを取得する装置である。過給圧力センサ19の取得値は、ターボ式過給システム2のブースト圧力の値でもある。
The accelerator opening sensor 15 is a device that acquires the accelerator opening (the amount of depression of the accelerator pedal by the driver) of a vehicle having an engine equipped with the turbocharging system 2. The engine speed sensor 16 is a device that acquires the speed of the engine body. The fuel injection amount sensor 17 is a device that acquires the fuel injection amount into the cylinder of the engine. The front intake pressure sensor 18 is a device that acquires the pressure Pf of the intake air A before passing through the compressor. The supercharging
本実施形態のターボ式過給システム2には、制御装置20が備わる。制御装置20は、各種情報処理を行うCPU(Central Processing Unit)、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。制御装置20は、各種センサ15〜19や、ポンプ12等の各種装置に信号線を介して電気的に接続されている。
The turbo-type supercharging system 2 of the present embodiment is provided with a
本実施形態のターボ式過給システム2では、制御装置20が、アクセル開度センサ15の取得値AOの変化量ΔAOに基づいて、ポンプ12の駆動を開始する制御を行うように構成する。例えば、アクセル開度センサ15の取得値AOの単位時間あたりの変化量ΔAOの絶対値│ΔAO│が予め設定された設定開度ΔAO1以上のときに、車両が加速状態(エンジンが過渡状態)、または、車両が減速状態にあるとして、制御装置20からポンプ12に駆動信号を送信して、ポンプ12の駆動を開始する。設定開度ΔAO1は、実験等により予め設定される開度である。そして、ポンプ12の駆動開始と同時に、第1バルブ10を閉状態から開状態に移行する。なお、蓄圧タンク11の内部圧力は予め設定した圧力(設定圧力)に維持されているが、実際の内部圧力と設定圧力に差異が発生する場合は、第2バルブ13を閉状態から開状態に移行し、ポンプ12の再動作により、蓄圧タンク11の内部圧力を設定圧力に維持する。蓄圧タンク11の内部圧力の調整後、第2バルブ13は再び開状態から閉状態に移行する。これにより、蓄圧タンク11に蓄圧した吸気Aの一部を第1ポート8を経由して空間Sに供給するか、または、空間Sに流入する吸気Aの一部を第1ポート8側に吸引するかのいずれかを行う。どちらを行うかについては、すなわち、ポンプ12の回転方向については、前段吸気圧力センサ18の取得値Pfと過給圧力センサ19の取得値Paとに基づいて調整(設定)する。また、第1バルブ10を開状態後のポンプ12の駆動中の出力についても、これらのセンサ18、19の取得値に基づいて調整する。
In the turbocharging system 2 of the present embodiment, the
また、本実施形態のターボ式過給システム2では、制御装置20が、エンジン回転数センサ16の取得値Nと燃料噴射量センサ17の取得値Qとに基づいて、ポンプ12の駆動を開始する制御を行うように構成する。
In the turbocharging system 2 of the present embodiment, the
例えば、エンジン回転数センサ16の取得値Nと燃料噴射量センサ17の取得値Qの組み合わせが、予め設定された設定範囲内にある場合に、エンジンが定常状態であっても、サージングの発生を防止するために、コンプレッサハウジング3の内部における吸気Aの圧力調整が必要であるとして、ポンプ12の駆動を開始する。これにより、従来技術においては、サージングが発生してコンプレッサを使用できなかったエンジン運転領域でも、コンプレッサによる過給を行うことができるようになる。
For example, if the combination of the acquired value N of the engine speed sensor 16 and the acquired value Q of the fuel injection amount sensor 17 is within a preset setting range, surging will occur even if the engine is in a steady state. In order to prevent this, the
なお、ポンプ12の駆動を開始した後における、ポンプ12の駆動中の出力及び回転方向については、上述した方法と同様に、前段吸気圧力センサ18の取得値Pfと過給圧力センサ19の取得値Paとに基づいて調整する。
In addition, about the output and rotation direction during the drive of the
また、前段吸気圧力センサ18の取得値Pfに対する過給圧力センサ19の取得値Paの比Rp(空気圧力比Pa/Pf)を制御装置20により算出して、この空気圧力比Rpに基づいて、ポンプ12の駆動中の出力及び回転方向を調整してもよい。
Further, a ratio Rp (air pressure ratio Pa / Pf) of the acquired value Pa of the supercharging
駆動中のポンプ12は、アクセル開度センサ15の取得値AOの変化量ΔAO、ポンプ12の駆動を開始した時点からの経過時間t、または、過給圧力センサ19の取得値Paに応じて、その駆動を停止する。例えば、アクセル開度センサ15の取得値AOの変化量ΔAOの絶対値│ΔAO│が予め設定された第2設定開度ΔAO2以下となるか、経過時間tが予め設定された設定時間t1以上となるか、または、過給圧力センサ19の取得値Paが予め設定された設定圧力Pa1以上となるか、のいずれかの条件が成立したときに、ポンプ12の駆動を停止(終了)する。第2設定開度ΔAO2、設定時間t1及び設定圧力Pa1は、実験等により予め設定される。また、ポンプ12の駆動停止と同時に、第1バルブ10を開状態から閉状態に移行する。
The
ここで、図4では、縦軸をコンプレッサを通過前後の吸気圧力の比率である空気圧力比、横軸をコンプレッサを通過前の吸気Aの流量(空気流量)に設定した、サージングの発生判定用のマップを示している。このマップは予め作成して制御装置20に記憶される。実際の空気圧力比及び空気流量に応じたこのマップへのプロット点が予め設定されたコンプレッサのサージングの発生の境界線であるサージング閾値ラインSL1より上側(低流量かつ高圧力)となった場合に、サージングが発生する可能性が生じる。本実施形態のように、ポンプ12を制御して、コンプレッサハウジング3とコンプレッサインペラ5の間の空間Sに流入する吸気Aの圧力を調整(加減圧)することで、サージング閾値ラインSL1はこのラインSL1より上側のサージング閾値ラインSL2へと移行する。この移行により、サージングが発生する可能性のある領域は、ラインSL1とラインSL2の間の領域分少なくなる。
Here, in FIG. 4, the vertical axis is the air pressure ratio, which is the ratio of the intake pressure before and after passing through the compressor, and the horizontal axis is the flow rate (air flow rate) of the intake air A before passing through the compressor. Shows the map. This map is created in advance and stored in the
なお、図4に例示するマップに関して、サージング閾値ラインSL1より下方にプレサージング閾値ラインSL3を予め設定しておく。そして、制御装置20が、このマップに関して、実際の空気圧力比及び空気流量のプロット点がこのプレサージング閾値ラインSL3をサージング閾値ラインSL1側に超えた時点で(サージング閾値ラインSL1とプレサージング閾値ラインSL3との間に区画される領域に達した時点で)、ポンプ12の駆動を開始して、ポンプ12側から第1ポート8へと空気を供給する制御を行うようにしてもよい。より詳細には、この超えた時点で、ポンプ12の駆動を開始するとともに、第1バルブ10を閉状態から開状態に移行する。なお、蓄圧タンク11の内部圧力は予め設定した設定圧力に維持されているが、実際の内部圧力と設定圧力に差異が発生する場合は、第2バルブ13を閉状態から開状態に移行し、ポンプ12の再動作により、蓄圧タンク11の内部圧力を設定圧力に維持する。蓄圧タンク11の内部圧力の調整後、第2バルブ13は再び開状態から閉状態に移行する。このとき、制御装置20が、上記したプレッサージング閾値ラインSL3を超える時点の直前に、第2バルブ13を閉状態から開状態に移行して、蓄圧タンク11の内部圧力を予め設定された第2設定圧力に調整しておくと好ましい。この第2設定圧力は、アクセル開度センサ15、エンジン回転数センサ16及び燃料噴射量センサ17の各取得値を用いる場合の設定圧力よりも低い値に設定しておくと、ポンプ12側から第1ポート8へと吸気を過剰に供給することなく、ポンプ12のエネルギー消費量を低減することができるので好ましい。なお、駆動中のポンプ12は、上記と同様に、アクセル開度センサ15の取得値AOの変化量ΔAO、ポンプ12の駆動を開始した時点からの経過時間t、または、過給圧力センサ19の取得値Paに応じて、その駆動を停止する。また、ターボ式過給システム2に蓄圧タンク11を必ずしも設ける必要はないが、蓄圧タンク11を設ける場合はフットブレーキ等に用いられるエアタンクで代用してもよい。
For the map illustrated in FIG. 4, a pre-surging threshold line SL3 is set in advance below the surging threshold line SL1. Then, when the
本実施形態のターボ式過給システム2を基にした制御フローの一例について、図5を参照しながら説明する。図5に示す制御フローは、エンジンの運転中に周期的に行われる制御フローである。 An example of a control flow based on the turbocharging system 2 of the present embodiment will be described with reference to FIG. The control flow shown in FIG. 5 is a control flow that is periodically performed during engine operation.
図5に示す制御フローがスタートすると、ステップS10にて、ポンプ12の駆動開始の条件が成立したか否かを判定する。この判定方法は上述した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。ポンプ12の駆動開始の条件が成立していない場合(NO)は、リターンに進んで、本制御フローを終了する。一方、ポンプ12の駆動開始の条件が成立している場合(YES)は、ステップS20に進み、ステップS20にて、ポンプ12の駆動を開始する。また、ポンプ12の駆動開始と同時に、第1バルブ10を閉状態から開状態に移行する。なお、蓄圧タンク11の内部圧力は予め設定した圧力(設定圧力)に維持されているが、実際の内部圧力と設定圧力に差異が発生する場合は、第2バルブ13を閉状態から開状態に移行し、ポンプ12の再動作により、蓄圧タンク11の内部圧力を設定圧力に維持する。蓄圧タンク11の内部圧力の調整後、第2バルブ13は再び開状態から閉状態に移行する。ステップS20を実施後、ステップS30に進む。
When the control flow shown in FIG. 5 starts, it is determined in step S10 whether or not a condition for starting driving the
ステップS30にて、ポンプ12の駆動停止(駆動終了)の条件が成立したか否かを判定する。この判定方法は上述した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。ポンプ12の駆動停止の条件が成立していない場合(NO)は、予め設定した待機時間を経過後に、再度ステップS30の判定を行う。一方、ポンプ12の駆動終了の条件が成立している場合(YES)は、ステップS40に進み、ステップS40にて、ポンプ12の駆動を停止する。また、ポンプ12の駆動停止と同時に、第1バルブ10を開状態から閉状態に移行する。ステップS40の制御を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
In step S30, it is determined whether or not a condition for stopping driving (driving end) of the
以上より、本発明の第1実施形態のターボ式過給機1では、コンプレッサハウジング3とコンプレッサインペラ5の間に形成される空間Sに面する、コンプレッサハウジング3の内壁3aに、貫通孔である第1ポート8を形成する。これにより、この空間Sに流入する吸気Aの一部を、コンプレッサハウジング3内の圧力によって、第1ポート8側に放出させて、吸気Aを減圧することが可能となる。これにより、過給中の吸気Aに対する減圧が可能となるので、過給中の吸気Aの圧力を制御できて、空気流量が少なく空気圧力比が高い時に発生するサージングを回避することができ、低流量時における過給特性を向上することができる。
As described above, in the
なお、この第1ポート8を内壁3aに複数設けると、過給中の吸気Aに対する減圧幅をより大きくすることが可能となる。また、必要とする空気の流れの方向を切り替えるために、複数の第1ポート8を内壁3aの上流側と下流側にそれぞれ設けてもよい。更に、この第1ポート8を使用する場合としない場合とで使い分けられるように、第1ポート8に接続する配管には開閉弁10を設ける。
If a plurality of the
本発明の第1実施形態のターボ式過給システム2では、空気を供給するか空気を吸引するかの少なくとも一方を行うポンプ12を第1ポート8に接続する。これにより、上記空間Sに流入する吸気Aの一部を第1ポート8側に吸い込むことが可能となるので、第1ポート8のみを設ける場合と比較して、吸気Aの減圧幅を大きくすることができる。また、ポンプ12を、空気を供給するように構成すると、第1ポート8側から空間Sに空気を送り込み、コンプレッサの回転数を増加することが可能となるので、過給中の吸気Aの圧力を制御できて、エンジンを搭載した車両の加速時などにおけるターボラグを改善でき、過渡時における過給特性を向上することができる。
In the turbocharging system 2 of the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第1実施形態のターボ式過給システム2では、アクセル開度センサ15の取得値の変化量ΔAOに基づいて、ポンプ12の駆動を開始する。これにより、車両が急な加速状態または急な減速状態のいずれかが成立した場合に、ポンプ12による吸気Aの加減圧を開始するので、吸気Aの圧力を車両の走行状態に応じた圧力まで迅速に調整することができる。
In the turbocharging system 2 according to the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第1実施形態のターボ式過給システム2では、エンジン回転数センサ16の取得値Nと燃料噴射量センサ17の取得値Qとに基づいて、ポンプ12の駆動を開始する。これにより、エンジンが定常状態にあっても、ターボ式過給システム2でターボラグやサージング等の不具合が生じる虞のあるときに、ポンプ12による吸気Aの加減圧を開始するので、上記不具合の発生する可能性を低減することができる。
In the turbocharging system 2 according to the first embodiment of the present invention, the
また、本発明の第1実施形態のターボ式過給システム2及びその過給方法では、前段吸気圧力センサ18の取得値と過給圧力センサ19の取得値とに基づいて、ポンプ12の駆動中の出力及び回転方向を調整する。これにより、ターボラグやサージングの発生を抑制する方向に、過給中の吸気Aの圧力を正確かつ迅速に調整することができる。
Further, in the turbocharging system 2 and the supercharging method thereof according to the first embodiment of the present invention, the
本発明の第2実施形態のターボ式過給機1では、図6に示すように、コンプレッサインペラ5より上流側のコンプレッサハウジング3の内壁(吸気口6とコンプレッサインペラ5の間の内壁)に、その内部に向けて貫通して形成される貫通孔である第2ポート14を設ける。また、第2ポート14と第1ポート8を連通する還流路9を設けて、さらに、コンプレッサハウジング3より外部に位置する還流路9に空気を移動するポンプ12を設ける。すなわち、ポンプ12はコンプレッサハウジング3より外部に設けられる。また、還流路9におけるコンプレッサハウジング3内の空間と第2ポート14とは円筒状の空間であるため、還流路9に設けられるポンプ12は一つでよい。第2実施形態は、蓄圧タンク11を設けずに、上記のように構成する点で、第1実施形態とは異なる。
In the
このように構成することで、吸気Aの一部がポンプ12により、コンプレッサハウジング3とコンプレッサインペラ5の間に形成される空間Sから第1ポート8、還流路9、第2ポート14の順に経由して、吸気口6とコンプレッサインペラ5の間の空間に積極的に還流されるようになる。したがって、コンプレッサインペラ5に流入する吸気Aの流量を積極的に増加するので、過給中の吸気Aの圧力を高めることができる。
With this configuration, a part of the intake air A passes from the space S formed between the
なお、図6に示すように、第1ポート8、還流路9及び第2ポート14のセットを複数(図6では2つ)設けると、過給中の吸気Aの過剰の高圧化の防止効果をさらに高めることができる。
As shown in FIG. 6, if a plurality of sets (two in FIG. 6) of the
本発明の第3実施形態のターボ式過給機1では、図7に示すように、第1実施形態の第1ポート8、流路9、第1バルブ10、蓄圧タンク11、ポンプ12及び第2バルブ13のセットを2つ設ける点で、第1実施形態とは異なる。このセットは、図7に示すように、できるだけ離れた位置に設けると好ましい。なお、図7では、上側に配置されたセットを用いて吸気Aの一部をA1として第1ポート8側に流出させ、下側に配置されたセットを用いて蓄圧タンク11に蓄圧した吸気A2をコンプレッサインペラ5側に流入しているが、この構成に限定されない。例えば、上側に配置されたセットを用いて吸気A2をコンプレッサインペラ5側に流入させ、下側に配置されたセットを用いて吸気A1を第1ポート8側に流出させてもよい。また、上下のセットを用いて、吸気A1の流出、及び、吸気A2の流入を行うようにしてもよい。
In the
このように構成することで、過給中の吸気Aの圧力を2つのセットにより調整することが可能となるので、この圧力の制御精度をさらに向上させることができる。なお、蓄圧タンク11は、図8に示すように、上下のセット用の蓄圧タンク11として統一(共用)する構成としてもよい。
With this configuration, it is possible to adjust the pressure of the intake air A during supercharging by using two sets, so that the control accuracy of the pressure can be further improved. In addition, as shown in FIG. 8, the
本発明の第4実施形態のターボ式過給システム1では、図9に示すように、吸気口6からコンプレッサインペラ5への吸気Aの流れ方向に関して、第1ポート8及び流路9の2セットを離間して設ける。図9では、吸気口6に近い側の第1ポート8及び流路9を下側に、吸気口6に遠い側の第1ポート8及び流路9を上側に形成している。吸気口6に近い側及び遠い側の第1ポート8は、上記の吸気Aの流れ方向(シャフト4の軸方向)に関して、それぞれ、内壁3aの中央より上流側の内壁3aと下流側の内壁3aに設けるとよい。
In the
そして、図10に示すように、旋回流SFを示す図9のX断面視で、吸気口6に近い側の第1ポート8及び流路9(図10では下側)をコンプレッサインペラ5の径方向内側に形成するとともに、吸気口6に遠い側の第1ポート8及び流路9(図10では上側)を、コンプレッサインペラ5の径方向外側に形成する。ここで、コンプレッサインペラ5の径方向内側とは、例えば、図9のX断面視で、コンプレッサインペラ5の前面5aに対向する領域であり、コンプレッサインペラ5の径方向外側とは、コンプレッサインペラ5の側面5bに対向する領域である。なお、この2つの第1ポート8は、コンプレッサのサージングが発生しやすいインペラ入口部付近に設けることが好ましい。
Then, as shown in FIG. 10, the
また、第1ポート8及び流路9の2セットにはそれぞれ蓄圧タンク11とポンプ12とが接続される。ただし、図9に示すように、蓄圧タンク11は2セットの共用でもよい。吸気口6に近い側の第1ポート8に対応するポンプ12は、制御装置20からの制御信号に応じて、蓄圧タンク11を介して空間Sに吸気(空気)A2を流入(供給)させる。吸気口6に遠い側の第1ポート8に対応するポンプ12は、制御装置20からの制御信号に応じて、空間Sから吸気(空気)A2を流出(吸引)させる。この吸気A2の供給及び吸引の制御は、エンジンの過渡時(ターボ式過給システム2の過給時)に行うと好ましい。
Further, a
このように構成すると、吸気口6に近い側の(図9、図10では下側の)第1ポート8及び流路9から、これに対応するポンプ12の動力により流入した吸気A2が、コンプレッサインペラ5の回転方向に順じて旋回しながら後方に流れる。そして、この流れた吸気A2は、吸気口6に遠い側の第1ポート8及び流路9から、これに対応するポンプ12側へと、これに対応するポンプ12の動力により流出する。これにより、エンジンの過給時に、吸気口6からコンプレッサインペラ5に流入した吸気Aに、第1ポート8側からコンプレッサインペラ5に流入した吸気A2を十分に混合して過給効率を向上させることが可能となるので、ターボ式過給システム2の過給時のタイムラグを改善することができる。
With this configuration, the intake air A2 flowing in from the
特に、本実施形態のように、吸気口6に近い側の第1ポート8を内壁3aの中央より上流側の内壁3aで、かつ、コンプレッサインペラ5の正面視でコンプレッサインペラ5の前面5aに対向する領域に設けると、シャフト4周りに吸気A2の旋回流を発生させることが容易となるので好ましい。また、吸気口6に遠い側の第1ポート8を内壁3aの中央より下流側の内壁3aで、かつ、コンプレッサインペラ5の正面視でコンプレッサインペラ5の側面5bに対向する領域に設けると、吸気口6に遠い側の第1ポート8から、旋回している吸気A2をこれに対応するポンプ12側に流出させることが容易となるので好ましい。
In particular, as in the present embodiment, the
なお、2つの第1ポート8のそれぞれにポンプ12を設けるのではなく、図11に示すように、2つの第1ポート8の両方に接続されるポンプ12を一つだけ設けるようにしてもよい。この場合、制御装置20は、吸気口6に近い側の第1ポート8から吸気口6に遠い側の第1ポート8に向かって、吸気A2が流れるように、ポンプ12を制御する。
Instead of providing the
また、第1ポート8、流路9、蓄圧タンク11及びポンプ12のセットは、図12に示すように、3つ以上(図12では4つ)設けてもよい。このセットを3つ以上設けることで、過給中の吸気Aの圧力をより緻密に制御可能となる。なお、各セットに対して、吸気A1の流出のみ、吸気A2の流入のみ、吸気A1の流出及び吸気A2の流入の両方のいずれの機能を設定するかは、実験等に応じて任意に設定可能である。ただし、コンプレッサインペラ5の各羽根の回転方向背面に対向するポート8からは吸気A2の流入のみを行い、各羽根の回転方向前面に対向するポート8からは吸気A1の流出のみを行うと好ましい。
Further, as shown in FIG. 12, three or more (four in FIG. 12) sets of the
特に、図12に示すように、コンプレッサインペラ5への吸気A1、A2の流入出を行うために、それぞれに対応する第1ポート8及び流路9を2セット設けると(図11では、「左上、右下の第1ポート」のセットと「右上、左下の第1ポート」のセット)、吸気Aの過給効率がさらに向上するので好ましい。
In particular, as shown in FIG. 12, in order to flow in and out the intake air A1 and A2 to and from the
また、ポンプ12側から第1ポート8への空気の供給を、実際の空気圧力比及び空気流量のプロット点がプレサージング閾値ラインSL3をラインSL1側に超えた時点で開始するようにすると、エンジンの通常の運転状態でコンプレッサのサージが発生する虞のある領域で、コンプレッサ内の空気量を増加させることができ、コンプレッササージをより確実に回避することができる。
Further, when the supply of air from the
1 ターボ式過給機
2 ターボ式過給システム
3 コンプレッサハウジング
3a コンプレッサインペラに対向する内壁
3b 圧縮空気口近傍の内壁
4 シャフト
5 コンプレッサインペラ
5a 前面
5b 側面
6 吸気口
7 圧縮空気口
8 第1ポート
9 流路
10 第1バルブ
11 蓄圧タンク
12 ポンプ
13 第2バルブ
14 第2ポート
15 アクセル開度センサ(アクセル開度取得装置)
16 エンジン回転数センサ(回転数取得装置)
17 燃料噴射量センサ(噴射量取得装置)
18 前段吸気圧力センサ(前段圧力取得装置)
19 過給圧力センサ(後段圧力取得装置)
20 制御装置
DESCRIPTION OF
16 Engine speed sensor (rotation speed acquisition device)
17 Fuel injection amount sensor (Injection amount acquisition device)
18 Pre-stage intake pressure sensor (Pre-stage pressure acquisition device)
19 Supercharging pressure sensor (rear pressure acquisition device)
20 Control device
Claims (12)
前記コンプレッサハウジングと前記コンプレッサインペラの間に形成される空間に面する、前記コンプレッサハウジングの内壁に、貫通孔である第1ポートを形成して構成されるターボ式過給機。 In a turbocharger having a compressor with a compressor impeller inside a compressor housing,
A turbocharger configured by forming a first port as a through hole in an inner wall of the compressor housing facing a space formed between the compressor housing and the compressor impeller.
この制御装置が、
前記アクセル開度取得装置の取得値の変化量に基づいて、前記ポンプの駆動を開始する制御を行うように構成される請求項2に記載のターボ式過給システム。 An accelerator opening obtaining device for obtaining an accelerator opening of a vehicle having an internal combustion engine equipped with the turbocharging system, and a control device for controlling the turbocharging system,
This controller is
The turbocharging system according to claim 2, wherein the turbocharging system is configured to perform control to start driving of the pump based on a change amount of an acquired value of the accelerator opening acquisition device.
この制御装置が、
前記回転数取得装置の取得値と前記噴射量取得装置の取得値とに基づいて、前記ポンプの駆動を開始する制御を行うように構成される請求項2または3に記載のターボ式過給システム。 A rotation speed acquisition device for acquiring an engine rotation speed, an injection amount acquisition device for acquiring a fuel injection amount of an internal combustion engine equipped with the turbo charging system, and a control device for controlling the turbo charging system; prepare for,
This controller is
4. The turbocharging system according to claim 2, wherein control for starting driving of the pump is performed based on an acquired value of the rotation speed acquisition device and an acquired value of the injection amount acquisition device. 5. .
この制御装置が、
前記前段圧力取得装置の取得値と前記後段圧力取得装置の取得値とに基づいて、前記ポンプの駆動中の出力及び回転方向を調整する制御を行うように構成される請求項3または4に記載のターボ式過給システム。 A pre-stage pressure acquisition device for acquiring the pressure of the intake air upstream from the compressor; and a post-stage pressure acquisition device for acquiring the pressure of the intake air downstream of the compressor;
This controller is
5. The control device according to claim 3, configured to perform control for adjusting an output and a rotation direction during driving of the pump based on an acquired value of the upstream pressure acquisition device and an acquired value of the downstream pressure acquisition device. Turbo-type supercharging system.
さらに、このターボ式過給機を備えたターボ式過給システムで、空気を供給するか空気を吸引するかの少なくとも一方を行うポンプを2つの前記第1ポートにそれぞれ接続し、
前記ターボ式過給システムを制御する制御装置が、
前記吸気口に近い側の第1ポートに接続されるポンプにより前記空間内への空気の供給を行い、前記吸気口に遠い側の第1ポートに接続されるポンプにより前記空間内の空気の吸引を行うように構成されるターボ式過給システム。 2. The turbocharger according to claim 1, wherein two first ports are provided on an inner wall of the compressor housing facing the space with respect to a flow direction of intake air from an intake port of the compressor to the compressor impeller. The first port on the side close to the intake port is disposed on the radially inner side of the compressor impeller and the first port on the side far from the intake port is disposed in the compressor impeller when viewed from the front of the compressor impeller. Placed radially outside
Further, in the turbocharger system including the turbocharger, pumps that perform at least one of supplying air and sucking air are connected to the two first ports, respectively.
A control device that controls the turbocharger system,
Air is supplied into the space by a pump connected to the first port on the side close to the air inlet, and air in the space is sucked by a pump connected to the first port on the side far from the air inlet. A turbocharged system configured to perform.
さらに、このターボ式過給機を備えたターボ式過給システムで、2つの前記第1ポートの両方に接続されるポンプを配置し、
前記ターボ式過給システムを制御する制御装置が、
前記吸気口に近い側の第1ポートから前記吸気口に遠い側の第1ポートに向かって、空気が流れるように、前記ポンプを制御するように構成されるターボ式過給システム。 2. The turbocharger according to claim 1, wherein two first ports are provided on an inner wall of the compressor housing facing the space with respect to a flow direction of intake air from an intake port of the compressor to the compressor impeller. The first port on the side close to the intake port is disposed on the radially inner side of the compressor impeller and the first port on the side far from the intake port is disposed in the compressor impeller when viewed from the front of the compressor impeller. Placed radially outside
Furthermore, in the turbocharger system equipped with this turbocharger, a pump connected to both of the two first ports is arranged,
A control device that controls the turbocharger system,
A turbocharging system configured to control the pump such that air flows from a first port closer to the intake port toward a first port farther from the intake port.
前記制御装置が、
前記マップに関して、実際の空気圧力比及び空気流量のプロット点が前記プレサージング閾値ラインを前記サージング閾値ライン側に超えた時点で、前記ポンプの駆動を開始して、前記ポンプ側から前記第1ポートへと空気を供給する制御を行うように構成される請求項2に記載のターボ式過給システム。 A map based on the air pressure ratio, which is the ratio of the intake pressure before and after passing through the compressor, and the air flow rate, which is the flow rate of intake air before passing through the compressor, is set in the control device in advance. In addition to presetting a surging threshold line that is a boundary of occurrence of surging of the compressor, presetting a pre-surging threshold line below the surging threshold line,
The control device is
With respect to the map, when the plot points of the actual air pressure ratio and the air flow rate exceed the pre-surging threshold line toward the surging threshold line, the driving of the pump is started, and the first port from the pump side is started. The turbocharging system according to claim 2, wherein the turbocharging system is configured to perform control for supplying air to the vehicle.
前記コンプレッサハウジングと前記コンプレッサインペラの間に形成される空間に面する、前記コンプレッサハウジングの内壁に、貫通孔である第1ポートを形成して、空気を供給するか空気を吸引するかの少なくとも一方を行うポンプを前記第1ポートに接続するとともに、
前記コンプレッサより上流側の吸気の圧力と前記コンプレッサより下流側の吸気の圧力とに基づいて、前記ポンプの駆動中の出力及び回転方向を調整する制御を行うことを特徴とするターボ式過給システムの過給方法。 In a turbocharging method of a turbo-type supercharging system, which has a compressor provided with a compressor impeller inside a compressor housing and supercharges by passing intake air between the compressor housing and the compressor impeller in a rotating state,
A first port which is a through hole is formed in the inner wall of the compressor housing facing a space formed between the compressor housing and the compressor impeller, and at least one of supplying air or sucking air A pump for performing the operation to the first port;
A turbo-charging system that performs control to adjust the output and rotation direction during driving of the pump based on the pressure of intake air upstream of the compressor and the pressure of intake air downstream of the compressor Supercharging method.
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