JP5589892B2

JP5589892B2 - 遠心圧縮機の制御装置

Info

Publication number: JP5589892B2
Application number: JP2011038988A
Authority: JP
Inventors: 有史角田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2031-02-24
Also published as: JP2012172674A

Description

本発明はディフューザ流路に案内羽根を出没させる遠心圧縮機に適用される遠心圧縮機の制御装置に関する。

遠心圧縮機では、インペラとスクロール部との間にディフューザ部が設けられている。ディフューザ部はディフューザ流路を有し、インペラが送り出す流体の運動エネルギーを圧力に変換する。ディフューザ流路には案内羽根を設けることがある。ディフューザ流路に案内羽根を設けることで、圧縮効率を高めることができる。一方、この場合には適用可能な流量範囲が狭くなる。このため、ディフューザ流路に案内羽根を出没させることもある（例えば特許文献１参照）。

本発明と関連性があると考えられる技術として、固着に対処する技術が例えば特許文献２から５で開示されている。

特開２００１−３２９９９６号公報特開２００３−４９６７５号公報特開２００７−１１３４２７号公報特開２０１０−１９６５３７公報特開２００８−２０８７４５号公報

ディフューザ流路に案内羽根を出没させる遠心圧縮機を氷結が起きる環境下で使用する場合、突出した状態の案内羽根への着氷が起きることがある。そして、着氷した氷が成長し、案内羽根を引き込む際に氷塊となって剥がれ落ちると、その後インペラに衝突する結果、インペラが損傷する虞がある。

本発明は上記課題に鑑み、突出した状態の案内羽根に着氷した氷が成長し、案内羽根を引き込む際に氷塊となって剥がれ落ちることを防止でき、以ってインペラが損傷することを防止可能な遠心圧縮機の制御装置を提供することを目的とする。

本発明はディフューザ流路に出没する案内羽根と、前記案内羽根を駆動する駆動装置と、を備える遠心圧縮機に適用され、氷結が起きる環境下で前記案内羽根を前記ディフューザ流路に所定時間突出させた場合に、前記ディフューザ流路から前記案内羽根を一時的に引き込むように前記駆動装置を制御する制御部を備え、前記所定時間は、前記案内羽根への氷の着氷量が許容量を超える時間であり、前記許容量は、前記案内羽根が前記ディフューザ流路から引き込まれる際に前記案内羽根に着氷した氷が氷塊となって前記案内羽根から剥がれ落ちることを防止できる前記着氷量である、遠心圧縮機の制御装置である。

本発明によれば、突出した状態の案内羽根に着氷した氷が成長し、案内羽根を引き込む際に氷塊となって剥がれ落ちることを防止でき、以ってインペラが損傷することを防止できる。

エンジンおよび関連する構成の全体構成図である。コンプレッサの概略構成図である。ＥＣＵの概略構成図である。ＥＣＵの動作をフローチャートで示す図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１はエンジン５０および関連する構成の全体構成図である。吸気系１０は、エアクリーナ１１と、インタークーラ１２と、スロットル弁１３とを備えている。エアクリーナ１１は吸気を濾過する。インタークーラ１２は過給機３０によって圧縮された吸気を冷却する。スロットル弁１３は吸入空気量を調節する。排気系２０は触媒２１を備えている。触媒２１は排気を浄化する。エンジン５０は吸気系１０を介して吸気を吸入し、排気系２０を介して排気を排出する。

過給機３０はコンプレッサ（遠心圧縮機）３１とタービン３２とを備えている。過給機３０は排気駆動式のターボチャージャであり、コンプレッサ３１を吸気系１０に、タービン３２を排気系２０にそれぞれ介在させるようにして設けられている。

ＥＧＲ装置４０はＥＧＲ配管４１とＥＧＲクーラ４２とＥＧＲバルブ４３とを備えている。ＥＧＲ配管４１は排気系２０から吸気系１０に排気を還流させる。ＥＧＲクーラ４２はＥＧＲ配管４１を流通する排気を冷却する。ＥＧＲバルブ４３はＥＧＲ配管４１を流通する排気の流量を調節する。ＥＧＲ配管４１は排気系２０のうち、タービン３２よりも上流側の部分と、吸気系１０のうち、コンプレッサ３１よりも下流側の部分とを連通している。

図２はコンプレッサ３１の概略構成図である。コンプレッサハウジング３１１はコンプレッサ３１の筐体をなしている。コンプレッサハウジング３１１はインペラ収容部３１１ａを備えている。インペラ収容部３１１ａにはインペラ３１２が収容されている。インペラ３１２はシャフト３１３により回転駆動される。シャフト３１３はタービン３２が備える図示しないタービンホイールと連結される。

コンプレッサハウジング３１１内には、吸入口３１１ｂから流体である吸気が吸入される。吸入された吸気はインペラ３１２に向かって流通し、インペラ３１２の回転により外側に向けて送り出される。インペラ３１２の外側にはスクロール部３１４が設けられている。インペラ３１２により外側に向けて送り出された吸気は、スクロール部３１４を介してインタークーラ１２に供給される。

インペラ３１２とスクロール部３１４との間には、環状の流路からなるディユーザ流路を有するディフューザ部３１５が設けられている。ディフューザ部３１５はインペラ３１２の周囲に隣接して設けられている。ディフューザ部３１５は、インペラ３１２が送り出す吸気の運動エネルギーを圧力に変換する。ディフューザ流路を形成するディフューザ部３１５の壁部のうち、インペラ３１２の背後側の壁部には、スリット３１５ａが設けられている。

ディフューザ部３１５には、案内羽根である可動ベーン３１６が設けられている。可動ベーン３１６はディフューザ部３１５に環状の列をなすようにして等間隔で複数設けられている。可動ベーン３１６はスリット３１５ａを介してディフューザ流路に出没する。駆動装置３１７は可動ベーン３１６を駆動する。駆動装置３１７には、適宜の構成および構造で可動ベーン３１６をディフューザ流路に出没させることが可能な駆動装置が適用されていてよい。

図３はＥＣＵ１の概略構成図である。ＥＣＵ１は遠心圧縮機の制御装置に相当する電子制御装置であり、可動ベーン３１６と駆動装置３１７とを備えるコンプレッサ３１はＥＣＵ１の制御のもと、可動ベーン３１６を出没させる。ＥＣＵ１はＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４等からなるマイクロコンピュータと入出力回路５、６とを備えている。これらの構成は互いにバス７を介して接続されている。

ＥＣＵ１には、各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。具体的には例えばエンジン５０のクランク角度や回転数ＮＥを検出するためのクランク角センサ７１や、エンジン５０の冷却水温を検出するための水温センサ７２や、外気温相当の吸気温を検出するための吸気温センサ７３が電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１には駆動装置３１７など各種の制御対象が電気的に接続されている。

ＲＯＭ３はＣＰＵ２が実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵ２がＲＯＭ３に格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭ４の一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の機能部が実現される。例えばＥＣＵ１では以下に示す制御部が実現される。

制御部はエンジン５０の負荷が低負荷である場合（流通する吸気の流量が小さい場合）に可動ベーン３１６をディフューザ流路に突出させるように駆動装置３１７を制御する。また、エンジン５０の負荷が高負荷である場合（流通する吸気の流量が大きい場合）にディフューザ流路から可動ベーン３１６を引き込むように駆動装置３１７を制御する。

制御部はさらに低温環境下で可動ベーン３１６をディフューザ流路に所定時間突出させた場合に、ディフューザ流路から可動ベーン３１６を一時的に引き込むように駆動装置３１７を制御する。低温環境は氷結が起きる環境である。

次にＥＣＵ１の動作を図４に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１はエンジン５０の負荷が低負荷であるか否かを判定する（ステップＳ１）。低負荷であるか否かは例えば回転数ＮＥが所定値以下であり、且つ冷却水温が所定値以下であるか否かで判定することができる。肯定判定であれば、ＥＣＵ１は駆動装置３１７を制御し、可動ベーン３１６をディフューザ流路に突出させる（ステップＳ２）。これにより、過給効率を高めることができる。

続いて、ＥＣＵ１は低温環境であるか否かを判定する（ステップＳ３）。低温環境であるか否かは、例えば吸気温が所定値以下であるか否かで判定できる。肯定判定であれば、ＥＣＵ１は可動ベーン３１６の突出時間を計測中であるか否かを判定する（ステップＳ４）。そして、否定判定であればＥＣＵ１は可動ベーン３１６の突出時間の計測を開始する（ステップＳ５）。一方、肯定判定であればステップＳ６に進む。ステップＳ４の肯定判定またはステップＳ５に続いて、ＥＣＵ１は可動ベーン３１６の突出時間が所定時間を上回ったか否かを判定する（ステップＳ６）。

否定判定であれば、可動ベーン３１６への着氷量が許容量以下であると判断される。このため、否定判定であれば本フローチャートを一旦終了する。一方、肯定判定であれば、可動ベーン３１６への着氷量が許容量を超えたと判断される。このため、肯定判定であればＥＣＵ１は駆動装置３１７を制御し、ディフューザ流路から可動ベーン３１６を一時的に引き込む（ステップＳ７）。具体的には、ＥＣＵ１はディフューザ流路から可動ベーン３１６を引き込むとともに、可動ベーン３１６をディフューザ流路に再び突出させるように駆動装置３１７を制御する。その後、ＥＣＵ１は可動ベーン３１６の突出時間の計測を中止し（ステップＳ８）、本フローチャートを一旦終了する。

ステップＳ１で否定判定であった場合、ＥＣＵ１は駆動装置３１７を制御し、可動ベーン３１６をディフューザ流路から引き込む（ステップＳ９）。これにより、適用可能な流量範囲が狭くなることを防止できる。そして、その後ステップＳ８を経て本フローチャートを一旦終了する。また、ステップＳ３で否定判定であった場合、ＥＣＵ１はステップＳ８を経て本フローチャートを一旦終了する。

次にＥＣＵ１の作用効果について説明する。ＥＣＵ１は低温環境下で可動ベーン３１６をディフューザ流路に所定時間突出させた場合に、ディフューザ流路から可動ベーン３１６を一時的に引き込むように駆動装置３１７を制御する。このため、ディフューザ流路に突出した状態の可動ベーン３１６への着氷量が許容量を超えることを防止できる。結果、可動ベーン３１６に着氷した氷が可動ベーン３１６を引き込む際に氷塊となって剥がれ落ちることを防止できる。そしてこれにより、剥がれ落ちた氷解がインペラ３１２に衝突することで、インペラ３１２が損傷することを防止できる。

また、可動ベーン３１６への着氷は次のようにして起きている。ここで、吸気系１０では吸気を逆流させる吸気脈動が発生することがある。このため、吸気系１０にガス（ここでは排気）を還流させる場合には、還流されるガスが吸気系１０を逆流するとともに、低温環境下においては還流されるガスに含まれる水分が凝縮および氷結する結果、可動ベーン３１６に着氷することがある。

このため、ＥＣＵ１はコンプレッサ３１がエンジン５０の吸気系１０に介在するように設けられるとともに、吸気系１０にガスが還流される場合に好適である。この点、還流されるガスは例えばブローバイガスであってもよい。また、還流されるガスは例えば吸気系１０のうち、コンプレッサ３１よりも上流側の部分に還流されてもよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

ＥＣＵ１
吸気系１０
排気系２０
過給機３０
コンプレッサ３１
インペラ３１２
ディフューザ部３１５
可動ベーン３１６
駆動装置３１７
ＥＧＲ装置４０
エンジン５０

Claims

ディフューザ流路に出没する案内羽根と、
前記案内羽根を駆動する駆動装置と、を備える遠心圧縮機に適用され、
氷結が起きる環境下で前記案内羽根を前記ディフューザ流路に所定時間突出させた場合に、前記ディフューザ流路から前記案内羽根を一時的に引き込むように前記駆動装置を制御する制御部を備え、
前記所定時間は、前記案内羽根への氷の着氷量が許容量を超える時間であり、
前記許容量は、前記案内羽根が前記ディフューザ流路から引き込まれる際に前記案内羽根に着氷した氷が氷塊となって前記案内羽根から剥がれ落ちることを防止できる前記着氷量である遠心圧縮機の制御装置。