JP4781056B2 - ターボ過給機付エンジン - Google Patents

Description

本発明は、排ガスのエネルギにより吸気を圧縮してエンジンに供給するターボ過給機を有するエンジンに関するものである。

従来、ディーゼルエンジンには、このディーゼルエンジンの排気通路から所定量のＥＧＲガスをエンジンの吸気通路にＥＧＲパイプを通って還流させる排ガス再循環装置を設けることが知られている。このディーゼルエンジンの排ガス再循環装置では、環流するＥＧＲガスにより燃焼温度の上昇を抑えることができ、これにより有害物質であるＮＯｘの生成量を抑制することができるものとしている。また、このようなディーゼルエンジンには、その出力を上昇させるためにターボ過給機が設けられる。このターボ過給機は、エンジンの排ガスのエネルギにより回転可能なタービンホイールと、そのタービンホイールに連結されかつ吸気を圧縮可能なコンプレッサホイールとを有し、コンプレッサホイールで圧縮された吸気をエンジンに供給することによりエンジンの出力を上昇させている（例えば、特許文献１参照。）。
一方、近年では、排ガスにおける窒素酸化物の排出量を低減するような規制が強化され、排ガスにおける窒素酸化物の排出量を低減するには、エンジンにおける燃焼温度の上昇を更に抑えるために排ガス再循環装置におけるＥＧＲガスの還流量を増加させることが考えられる。
特開２００５−９０２９０号公報（特許請求の範囲、図１）

しかし、排ガス再循環装置におけるＥＧＲガスの還流量を増加させると、エンジンに供給される吸気量が減少し、その吸気量が少ない状態でコンプレッサホイールによりその吸気を圧縮させようとすると、回転するコンプレッサホイールから吸気の剥離が生じてコンプレッサホイールの回転にムラが生じるいわゆるサージング現象を生じる場合がある。このサージング現象が生じるとコンプレッサホイールの回転ムラに起因する振動によりターボ過給機自体が破損するおそれがある。

ここで、図２に示すように、サージング現象を生じるか否かは、コンプレッサホイールによる空気の圧力比とコンプレッサを通過する空気量との関係により定められ、コンプレッサホイールを通過してエンジンに供給される吸気量が、コンプレッサホイールの回転速度により一義的に定められるサージ最小空気量を下回った場合にサージングが生じることが知られている。一方、コンプレッサホイールの回転速度はエンジンの負荷により常に変化するものであることから、従来ではコンプレッサの性能と信頼性を損ねるサージング現象の発生を防止するために、コンプレッサホイールの回転速度が変化してもエンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量を下回ることの無いように、エンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づく以前にその吸気量を増加させて、ターボ過給機がサージ非発生領域からサージ発生領域に移行するようなことをさせなかった。このため、従来ではエンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づいた状態でターボ過給機を使用することはなく、ＥＧＲ率を上昇させることに限界が生じて排ガスにおける窒素酸化物の排出量を十分に低減することができない不具合があった。
本発明の目的は、エンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づいた状態でターボ過給機を使用し得るターボ過給機付エンジンを提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１に示すように、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール１４ａとこのタービンホイール１４ａに連結され吸気を圧縮してエンジン１１に供給するコンプレッサホイール１４ｃとを有するターボ過給機１４と、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度を検出するホイール回転センサ３３と、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度に対応するコンプレッサホイール１４ｃがサージングを生じさせるサージ最小空気量Ｇminが記憶されたメモリ２８と、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを検出する吸気量検出手段３４，３６，３７と、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを増加させてコンプレッサホイール１４ｃのサージングを回避するように構成されたサージング回避手段１７，１６ｂ，３２と、メモリ２８を内蔵しホイール回転センサ３３と吸気量検出手段３４，３６，３７の検出出力に基づいてサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を駆動又は停止するコントローラ２７とを備え、コントローラ２７は、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づくとサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を駆動させ、エンジン１１の吸気量がサージ最小空気量Ｇminから離れるとサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を停止するように構成されたターボ過給機付エンジンであって、吸気量検出手段は、コンプレッサホイール１４ｃより上流側の吸気通路１２に設けられこの吸気通路１２を通過する吸気量Ｇairを検出する上流側吸気量センサ３４と、コンプレッサホイール１４ｃより上流側の吸気通路１２に設けられこの吸気通路１２を通過する吸気温度Ｔairを検出する吸気温度センサ３６と、大気圧Ｐatmを検出する大気圧センサ３７とを備え、コントローラ２７は、上流側吸気量センサ３４の検出出力と吸気温度センサ３６の検出出力と大気圧センサ３７の検出出力を下記の式（１）に当てはめてエンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを求めるように構成されたことを特徴とする。
（Ｇ'air）＝（Ｇair）×Ａ×（√Ｔair／Ｐatm） ………（１）
ここで、Ａは定数である。

この請求項１に記載されたターボ過給機付エンジンでは、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づくと、ホイール回転センサ３３と吸気量検出手段３４，３６，３７の検出出力に基づいて、コントローラ２７はサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を駆動してエンジン１１に供給される吸気量を増加させる。これによりエンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づいた状態でターボ過給機を使用しても、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminを下回る状態は回避され、コンプレッサホイール１４ｃのサージングを防止することができる。
また式（１）からエンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを求めることにより、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを直接的の求めるセンサを独立して設けることを不要にすることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、サージング回避手段がターボ過給機１４に設けられタービンホイール１４ａの排ガス入口のノズル面積を調整可能に構成された静翼回転手段１７を含み、静翼回転手段１７は排ガス入口のノズル面積を調整してエンジン１１に供給される吸気量を増加させるように構成されたことを特徴とする。
請求項３に係る発明は、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール１４ａとこのタービンホイール１４ａに連結され吸気を圧縮してエンジン１１に供給するコンプレッサホイール１４ｃとを有するターボ過給機１４と、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度を検出するホイール回転センサ３３と、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度に対応するコンプレッサホイール１４ｃがサージングを生じさせるサージ最小空気量Ｇminが記憶されたメモリ２８と、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを検出する吸気量検出手段３４，３６，３７と、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを増加させてコンプレッサホイール１４ｃのサージングを回避するように構成されたサージング回避手段１７，１６ｂ，３２と、メモリ２８を内蔵しホイール回転センサ３３と吸気量検出手段３４，３６，３７の検出出力に基づいてサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を駆動又は停止するコントローラ２７とを備え、コントローラ２７は、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づくとサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を駆動させ、エンジン１１の吸気量がサージ最小空気量Ｇminから離れるとサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を停止するように構成されたターボ過給機付エンジンであって、サージング回避手段がターボ過給機１４に設けられタービンホイール１４ａの排ガス入口のノズル面積を調整可能に構成された静翼回転手段１７を含み、静翼回転手段１７は排ガス入口のノズル面積を調整してエンジン１１に供給される吸気量を増加させるように構成され、サージング回避手段が、コンプレッサホイール１４ｃより下流側の吸気通路１２に設けられこの吸気通路１２を拡大可能な吸気スロットル３２を更に含み、吸気スロットル３２は吸気通路１２を拡大することによりエンジン１１に供給される吸気量を増加させるように構成されたことを特徴とする。
この請求項２又は３に記載されたターボ過給機付エンジンでは、静翼回転手段１７が排ガス入口のノズル面積を調整してエンジン１１に供給される吸気量を増加させることにより、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminを下回る状態を回避してコンプレッサホイール１４ｃのサージングを防止する。

請求項４に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、排気通路から所定量のＥＧＲガスをエンジンの吸気通路にＥＧＲパイプ１６ａを通って還流させる排ガス再循環装置１６が設けられ、サージング回避手段がＥＧＲパイプ１６ａに設けられＥＧＲパイプ１６ａを介してエンジン１１に還流するガスの還流量を調整可能なＥＧＲ弁１６ｂを含み、ＥＧＲ弁１６ｂはＥＧＲガスの通過経路を縮小又は閉じることによりエンジン１１に供給される吸気量を増加させるように構成されたことを特徴とする。
この請求項４に記載されたターボ過給機付エンジンでは、ＥＧＲ弁１６ｂがＥＧＲガスの通過経路を縮小又は閉じてエンジン１１に供給される吸気量を増加させることにより、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminを下回る状態を回避してコンプレッサホイール１４ｃのサージングを防止する。

請求項５に係る発明は、請求項１、２又は４いずれか１項に係る発明であって、サージング回避手段が、コンプレッサホイール１４ｃより下流側の吸気通路１２に設けられこの吸気通路１２を拡大可能な吸気スロットル３２を含み、吸気スロットル３２は吸気通路１２を拡大することによりエンジン１１に供給される吸気量を増加させるように構成されたことを特徴とする。
請求項６に係る発明は、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール１４ａとこのタービンホイール１４ａに連結され吸気を圧縮してエンジン１１に供給するコンプレッサホイール１４ｃとを有するターボ過給機１４と、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度を検出するホイール回転センサ３３と、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度に対応するコンプレッサホイール１４ｃがサージングを生じさせるサージ最小空気量Ｇminが記憶されたメモリ２８と、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを検出する吸気量検出手段３４，３６，３７と、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ'airを増加させてコンプレッサホイール１４ｃのサージングを回避するように構成されたサージング回避手段１７，１６ｂ，３２と、メモリ２８を内蔵しホイール回転センサ３３と吸気量検出手段３４，３６，３７の検出出力に基づいてサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を駆動又は停止するコントローラ２７とを備え、コントローラ２７は、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づくとサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を駆動させ、エンジン１１の吸気量がサージ最小空気量Ｇminから離れるとサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を停止するように構成されたターボ過給機付エンジンであって、サージング回避手段が、コンプレッサホイール１４ｃより下流側の吸気通路１２に設けられこの吸気通路１２を拡大可能な吸気スロットル３２を含み、吸気スロットル３２は吸気通路１２を拡大することによりエンジン１１に供給される吸気量を増加させるように構成されたことを特徴とする。
この請求項５又は６に記載されたターボ過給機付エンジンでは、吸気スロットル３２が吸気通路１２を拡大してエンジン１１に供給される吸気量を増加させることにより、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminを下回る状態を回避してコンプレッサホイール１４ｃのサージングを防止する。

本発明のターボ過給機付エンジンでは、エンジンに供給される吸気量を増加させてコンプレッサホイールのサージングを回避するサージング回避手段と、エンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づくとサージング回避手段を駆動させ、エンジンの吸気量がサージ最小空気量から離れるとサージング回避手段を停止するように構成されたコントローラを備えたので、エンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づくと、コントローラはサージング回避手段を駆動してエンジンに供給される吸気量を増加させる。これにより、エンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づいた状態でターボ過給機を使用しても、エンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量を下回る状態は回避され、コンプレッサホイールのサージングを有効に防止することができる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。上記吸気マニホルド１２ａ及び吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、吸気管１２ｂの上流端にはエアクリーナ１９が設けられる。エアクリーナ１９は吸気管１２ｂに流入する吸気から塵埃を除去するように構成される。また、上記排気マニホルド１３ａ及び排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。

エンジン１１には、このエンジン１１から排出される排ガスのエネルギにより吸気を圧縮するターボ過給機１４が設けられる。ターボ過給機１４は、エンジン１１から排出された排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール１４ａと、タービンホイール１４ａに連結軸１４ｂを介して連結され吸気を圧縮してエンジン１１に供給するコンプレッサホイール１４ｃとを有する。タービンホイール１４ａは排気管１３ｂに設けられたタービンハウジング１４ｄに回転可能に収容され、コンプレッサホイール１４ｃは吸気管１２ｂに設けられたコンプレッサハウジング１４ｅに回転可能に収容される。

タービンハウジング１４ｄの外面には静翼回転手段である多段式のエアシリンダ１７が取付けられ、タービンハウジング１４ｄの内部には上記エアシリンダ１７により回転駆動されてノズル面積を変更可能な可変静翼（図示せず）が設けられる。即ち、このターボ過給機１４は、上記エアシリンダ１７にて可変静翼の角度を変更することによりターボ効率を制御できるように構成されたＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。なお、図１の符号１８はコンプレッサハウジング１４ｅと吸気マニホルド１２ａとの間の吸気管１２ｂに設けられたインタクーラであり、このインタクーラ１８によりコンプレッサホイール１４ｃにより圧縮されてその温度が上昇した吸気を冷却するように構成される。

また、このエンジン１１には、排ガスを還流する排ガス再循環装置１６が設けられる。この排ガス再循環装置１６は、エンジン１１に排ガスの一部を還流するＥＧＲパイプ１６ａと、排ガスの還流量を調整するＥＧＲ弁１６ｂとを有する。ＥＧＲパイプ１６ａの一端は排気マニホルド１３ａに接続され、ＥＧＲパイプ１６ａの他端はインタクーラ１８と吸気マニホルド１２ａとの間の吸気管１２ｂに接続される。ＥＧＲ弁１６ｂは、図示しないがモータにより弁体を駆動してバルブ本体の開度を調節する電動弁である。なお、ＥＧＲ弁として電動弁ではなくエア駆動型弁等を用いてもよい。図１の符号１６ｃはＥＧＲパイプ１６ａに設けられたＥＧＲクーラであり、このＥＧＲクーラ１６ｃにより吸気管１２ｂに還流される排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するように構成される。

ＥＧＲパイプ１６ａに設けられたＥＧＲ弁１６ｂは、このＥＧＲパイプ１６ａの通過経路を縮小又は拡大してこのＥＧＲパイプ１６ａを流れるＥＧＲガスの流量をエンジン１１の運転条件に応じて調節するものであり、このエンジン１１の運転条件は、エンジン１１の回転速度を検出するエンジン回転センサ２４と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ２６とにより検出される。このエンジン回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力はコントローラ２７の制御入力に接続され、コントローラ２７の制御出力はＥＧＲ弁１６ｂに接続される。コントローラ２７にはメモリ２８が設けられ、このメモリ２８にはエンジン１１の運転条件に応じたＥＧＲ弁１６ｂの開度を調整することによりエンジン１１に還流されるＥＧＲガスの目標ＥＧＲ率が記憶される。そして、この排ガス再循環装置では、エンジン回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいて、コントローラ２７はエンジン１１の運転条件を把握し、メモリ２８に記憶された目標ＥＧＲ率に沿うようにＥＧＲ弁１６ｂの開度を調整するように構成される。

このエンジン１１には、ターボ過給機１４におけるサージング現象を回避するサージング回避手段が設けられる。この実施の形態におけるサージング回避手段は、エンジン１１に供給される吸気量を増加させてコンプレッサホイール１４ｃのサージングを回避するものであり、前述した静翼回転手段であるエアシリンダ１７と、ＥＧＲ弁１６ｂが含まれる。静翼回転手段であるエアシリンダ１７はターボ過給機１４における排ガス入口のノズル面積を調整してエンジン１１に供給される吸気量を増加させるものであり、ＥＧＲ弁１６ｂはＥＧＲガスの通過経路を縮小又は閉じることによりエンジン１１に供給される吸気量を増加させるものである。更に、この実施の形態におけるサージング回避手段は吸気スロットル３２を含み、この吸気スロットル３２はＥＧＲパイプ１６ａの他端が接続された吸気管１２ｂに設けられる。具体的には、コンプレッサホイール１４ｃより下流側の吸気通路１２に設けられ、この吸気スロットル３２はその吸気経路１２を拡大することによりエンジン１１に供給される吸気量を増加させるように構成される。

前述したコントローラ２７の制御出力は、ＥＧＲ弁１６ｂの他に、エアシリンダ１７と、吸気スロットル３２にも接続され、これらのサージング回避手段１７，１６ｂ，３２はこのコントローラ２７により制御される。また、ターボ過給機１４には、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度を検出するホイール回転センサ３３が設けられ、コントローラ２７に設けられたメモリ２８にはコンプレッサホイール１４ｃの回転速度に対応するコンプレッサホイール１４ｃがサージングを生じさせるサージ最小空気量Gminが記憶される。また、エンジン１１にはこのエンジン１１に供給される吸気量を検出する吸気量検出手段が設けられる。そして、ホイール回転センサ３３と吸気量検出手段における検出出力はコントローラ２７の入力端子に接続され、コントローラ２７はホイール回転センサ３３と吸気量検出手段の検出出力に基づいて前述したサージング回避手段１７，１６ｂ，３２をそれぞれ駆動又は停止するように構成される。

ここで、この実施の形態における吸気量検出手段は、コンプレッサホイール１４ｃより上流側の吸気通路１２に設けられこの吸気通路１２を通過する吸気量Ｇairを検出する上流側吸気量センサ３４と、コンプレッサホイール１４ｃより上流側の吸気通路１２に設けられこの吸気通路１２通過する吸気温度Ｔairを検出する吸気温度センサ３６と、コントローラ２７に設けられて大気圧Ｐatmを検出する大気圧センサ３７とを備える。この上流側吸気量センサ３４と、吸気温度センサ３６と、大気圧センサ３７の検出出力はコントローラ２７の入力端子に接続され、コントローラ２７はこれらの検出出力を下記の式（１）に当てはめてエンジン１１に供給される吸気量Ｇ’airを求めるように構成される。
(Ｇ’air)＝(Ｇair)×Ａ×（√Ｔair／Ｐatm） ………（１）
ここで、Ａは定数であり、この式（１）からエンジン１１に供給される吸気量Ｇ’airを求めることにより、エンジン１１に供給される吸気量Ｇ’airを直接的の求めるセンサを独立して設けることを不要にすることができる。そして、コントローラ２７は、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づくと、静翼回転手段であるエアシリンダ１７とＥＧＲ弁１６ｂと吸気スロットル３２を含むサージング回避手段をそれぞれ駆動させ、エンジン１１の吸気量がサージ最小空気量Ｇminから離れるとそれらを含むサージング回避手段を停止するように構成される。

このように構成されたターボ過給機付エンジンでは、コントローラ２７はエンジン回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲパイプ１６ａを通るＥＧＲガスの環流条件を検出し、メモリ２８に記憶された目標ＥＧＲ率に沿うようにＥＧＲ弁１６ｂの開度を調整する。一方、ＥＧＲ率を上昇させて、比較的多くのＥＧＲガスを排気通路１３からターボ過給機１２より下流側の吸気通路１４ａに還流させると、ターボ過給機１２のコンプレッサホイール１４ｃを通過してエンジンに供給される圧縮エアの量が減少する。ここで、エンジンに供給される圧縮エアの量が減少しても、その量がサージ最小空気量を下回らなければ問題は生じない。

ここで、図２に示すように、このサージ最小空気量はコンプレッサホイール１４ｃの回転速度により一義的に定められ、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度が上昇してそのコンプレッサホイール１４ｃによる空気の圧力比が上昇すると、コンプレッサを通過する空気量も増加してサージ最小空気量も増加し、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度が減少してそのコンプレッサホイール１４ｃによる空気の圧力比が減少すると、コンプレッサを通過する空気量も減少してそれとともにサージ最小空気量も減少するような関係になっている。一方、コンプレッサホイール１４ｃの回転速度はエンジン１１の負荷により常に変化する。このため、エンジン１１に供給される圧縮エアの量がサージ最小空気量を下回っていない状態からエンジン１１の負荷変動によりコンプレッサホイール１４ｃの回転速度が上昇すると、サージ最小空気量も上昇してそのコンプレッサホイール１４ｃを通過する吸気量がそのサージ最小空気量に近づく事態が生じ得る。そしてエンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づくことがホイール回転センサ３３と吸気量検出手段３４，３６，３７の検出出力に基づい検出されたとき、コントローラ２７はサージング回避手段１７，１６ｂ，３２をそれぞれ駆動してエンジン１１に供給される吸気量を増加させる。これによりエンジンに供給される吸気量がサージ最小空気量に近づいた状態でターボ過給機を使用しても、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminを下回る状態は回避され、コンプレッサホイール１４ｃのサージングを有効に防止する。

一方、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づいた状態からエンジン１１の負荷変動によりコンプレッサホイール１４ｃの回転速度が減少し、サージ最小空気量が減少してそのコンプレッサホイール１４ｃを通過する吸気量がそのサージ最小空気量から離れると、ホイール回転センサ３３と吸気量検出手段３４，３６，３７の検出出力に基づいて、コントローラ２７はサージング回避手段１７，１６ｂ，３２を停止させる。そして、コントローラ２７はエンジン回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲパイプ１６ａを通るＥＧＲガスの環流条件を検出し、メモリ２８に記憶された目標ＥＧＲ率に沿うようにＥＧＲ弁１６ｂの開度を調整する。そして、比較的多くのＥＧＲガスを排気通路１３からターボ過給機１２より下流側の吸気通路１４ａに還流させ、環流するＥＧＲガスにより燃焼温度の上昇を抑えて有害物質であるＮＯｘの生成量を十分に抑制する。

なお、上述した実施の形態では、エアシリンダ１７と、ＥＧＲ弁１６ｂ、吸気スロットル３２を含むサージング回避手段を説明し、コントローラ２７がこれらをそれぞれ制御する例を示したが、サージング回避手段は、エアシリンダ１７、ＥＧＲ弁１６ｂ又は吸気スロットル３２のいずれか一つであるか、又はこれらの内の二つの組み合わせでも良い。
また、上述した実施の形態では、静翼回転手段として多段式のエアシリンダ１７を用いて説明したが、静翼回転手段は、図示しない可変静翼を回転駆動してノズル面積を変更可能なＤＣサーボモータであっても良い。この場合のコントローラ２７の制御出力はＤＣサーボモータに接続され、コントローラ２７は、エンジン１１に供給される吸気量がサージ最小空気量Ｇminに近づくと、静翼回転手段であるＤＣサーボモータを含むサージング回避手段を駆動させ、エンジン１１の吸気量がサージ最小空気量Ｇminから離れるとＤＣサーボモータを含むサージング回避手段を停止するように構成される。

本発明のターボ過給機付エンジンの構成図。 サージが発生するコンプレッサを通過する吸気量とコンプレッサによる空気の圧力比の関係を示す図。

符号の説明

１１ エンジン
１２ 吸気通路
１４ ターボ過給機
１４ａ タービンホイール
１４ｃ コンプレッサホイール
１６ 排ガス再循環装置
１６ａ ＥＧＲパイプ
１６ｂ ＥＧＲ弁（サージング回避手段）
１７ 静翼回転手段（サージング回避手段）
２７ コントローラ
２８ メモリ
３２ 吸気スロットル（サージング回避手段）
３３ ホイール回転センサ
３４ 上流側吸気量センサ（吸気量検出手段）
３６ 吸気温度センサ（吸気量検出手段）
３７ 大気圧センサ（吸気量検出手段）
Ｇ'air エンジンに供給される吸気量
Ｇair コンプレッサホイール上流側の吸気通路を通過する吸気量
Ｇmin サージ最小空気量
Ｐatm 大気圧
Ｔair コンプレッサホイール上流側の吸気通路を通過する吸気温度

Claims (6)

1. エンジン(11)から排出される排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール(14a)とこのタービンホイール(14a)に連結され吸気を圧縮して前記エンジン(11)に供給するコンプレッサホイール(14c)とを有するターボ過給機(14)と、
   前記コンプレッサホイール(14c)の回転速度を検出するホイール回転センサ(33)と、
   前記コンプレッサホイール(14c)の回転速度に対応する前記コンプレッサホイール(14c)がサージングを生じさせるサージ最小空気量(Gmin)が記憶されたメモリ(28)と、
   前記エンジン(11)に供給される吸気量(Ｇ’air)を検出する吸気量検出手段(34,36,37)と、
   前記エンジン(11)に供給される吸気量(Ｇ’air)を増加させて前記コンプレッサホイール(14c)のサージングを回避するように構成されたサージング回避手段(17,16b,32)と、
   前記メモリ(28)を内蔵し前記ホイール回転センサ(33)と前記吸気量検出手段(34,36,37)の検出出力に基づいて前記サージング回避手段(17,16b,32)を駆動又は停止するコントローラ(27)と
   を備え、
   前記コントローラ(27)は、前記エンジン(11)に供給される吸気量が前記サージ最小空気量(Gmin)に近づくと前記サージング回避手段(17,16b,32)を駆動させ、前記エンジン(11)の吸気量が前記サージ最小空気量(Gmin)から離れると前記サージング回避手段(17,16b,32)を停止するように構成されたターボ過給機付エンジンであって、
   前記吸気量検出手段は、前記コンプレッサホイール(14c)より上流側の吸気通路(12)に設けられこの吸気通路(12)を通過する吸気量(Ｇair)を検出する上流側吸気量センサ(34)と、前記コンプレッサホイール(14c)より上流側の前記吸気通路(12)に設けられこの吸気通路(12)を通過する吸気温度（Ｔair）を検出する吸気温度センサ(36)と、大気圧(Ｐatm)を検出する大気圧センサ(37)とを備え、
   前記コントローラ(27)は、前記上流側吸気量センサ(34)の検出出力と前記吸気温度センサ(36)の検出出力と前記大気圧センサ(37)の検出出力を下記の式（１）に当てはめてエンジン(11)に供給される吸気量(Ｇ’air)を求めるように構成されたことを特徴とするターボ過給機付エンジン。
   (Ｇ’air)＝(Ｇair)×Ａ×（√Ｔair／Ｐatm） ………（１）
   ここで、Ａは定数である。
2. サージング回避手段がターボ過給機(14)に設けられタービンホイール(14a)の排ガス入口のノズル面積を調整可能に構成された静翼回転手段(17)を含み、前記静翼回転手段(17)は前記排ガス入口のノズル面積を調整してエンジン(11)に供給される吸気量を増加させるように構成された請求項１記載のターボ過給機付エンジン。
3. エンジン(11)から排出される排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール(14a)とこのタービンホイール(14a)に連結され吸気を圧縮して前記エンジン(11)に供給するコンプレッサホイール(14c)とを有するターボ過給機(14)と、
   前記コンプレッサホイール(14c)の回転速度を検出するホイール回転センサ(33)と、
   前記コンプレッサホイール(14c)の回転速度に対応する前記コンプレッサホイール(14c)がサージングを生じさせるサージ最小空気量(Gmin)が記憶されたメモリ(28)と、
   前記エンジン(11)に供給される吸気量(Ｇ’air)を検出する吸気量検出手段(34,36,37)と、
   前記エンジン(11)に供給される吸気量(Ｇ’air)を増加させて前記コンプレッサホイール(14c)のサージングを回避するように構成されたサージング回避手段(17,16b,32)と、
   前記メモリ(28)を内蔵し前記ホイール回転センサ(33)と前記吸気量検出手段(34,36,37)の検出出力に基づいて前記サージング回避手段(17,16b,32)を駆動又は停止するコントローラ(27)と
   を備え、
   前記コントローラ(27)は、前記エンジン(11)に供給される吸気量が前記サージ最小空気量(Gmin)に近づくと前記サージング回避手段(17,16b,32)を駆動させ、前記エンジン(11)の吸気量が前記サージ最小空気量(Gmin)から離れると前記サージング回避手段(17,16b,32)を停止するように構成されたターボ過給機付エンジンであって、
   前記サージング回避手段が前記ターボ過給機(14)に設けられ前記タービンホイール(14a)の排ガス入口のノズル面積を調整可能に構成された静翼回転手段(17)を含み、前記静翼回転手段(17)は前記排ガス入口のノズル面積を調整して前記エンジン(11)に供給される吸気量を増加させるように構成され、
   前記サージング回避手段が、コンプレッサホイール(14c)より下流側の吸気通路(12)に設けられこの吸気通路(12)を拡大可能な吸気スロットル(32)を更に含み、前記吸気スロットル(32)は前記吸気通路(12)を拡大することにより前記エンジン(11)に供給される吸気量を増加させるように構成された
   ことを特徴とするターボ過給機付エンジン。
4. 排気通路から所定量のＥＧＲガスをエンジンの吸気通路にＥＧＲパイプ(16a)を通って還流させる排ガス再循環装置(16)が設けられ、サージング回避手段が前記ＥＧＲパイプ(16a)に設けられ前記ＥＧＲパイプ(16a)を介して前記エンジン(11)に還流するガスの還流量を調整可能なＥＧＲ弁(16b)を含み、前記ＥＧＲ弁(16b)はＥＧＲガスの通過経路を縮小又は閉じることにより前記エンジン(11)に供給される吸気量を増加させるように構成された請求項１又は２記載のターボ過給機付エンジン。
5. サージング回避手段が、コンプレッサホイール(14c)より下流側の吸気通路(12)に設けられこの吸気通路(12)を拡大可能な吸気スロットル(32)を含み、前記吸気スロットル(32)は前記吸気通路(12)を拡大することにより前記エンジン(11)に供給される吸気量を増加させるように構成された請求項１、２又は４いずれか１項に記載のターボ過給機付エンジン。
6. エンジン(11)から排出される排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール(14a)とこのタービンホイール(14a)に連結され吸気を圧縮して前記エンジン(11)に供給するコンプレッサホイール(14c)とを有するターボ過給機(14)と、
   前記コンプレッサホイール(14c)の回転速度を検出するホイール回転センサ(33)と、
   前記コンプレッサホイール(14c)の回転速度に対応する前記コンプレッサホイール(14c)がサージングを生じさせるサージ最小空気量(Gmin)が記憶されたメモリ(28)と、
   前記エンジン(11)に供給される吸気量(Ｇ’air)を検出する吸気量検出手段(34,36,37)と、
   前記エンジン(11)に供給される吸気量(Ｇ’air)を増加させて前記コンプレッサホイール(14c)のサージングを回避するように構成されたサージング回避手段(17,16b,32)と、
   前記メモリ(28)を内蔵し前記ホイール回転センサ(33)と前記吸気量検出手段(34,36,37)の検出出力に基づいて前記サージング回避手段(17,16b,32)を駆動又は停止するコントローラ(27)と
   を備え、
   前記コントローラ(27)は、前記エンジン(11)に供給される吸気量が前記サージ最小空気量(Gmin)に近づくと前記サージング回避手段(17,16b,32)を駆動させ、前記エンジン(11)の吸気量が前記サージ最小空気量(Gmin)から離れると前記サージング回避手段(17,16b,32)を停止するように構成されたターボ過給機付エンジンであって、
   前記サージング回避手段が、前記コンプレッサホイール(14c)より下流側の前記吸気通路(12)に設けられこの吸気通路(12)を拡大可能な吸気スロットル(32)を含み、前記吸気スロットル(32)は前記吸気通路(12)を拡大することにより前記エンジン(11)に供給される吸気量を増加させるように構成されたことを特徴とするターボ過給機付エンジン。

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