JP6213373B2 - 過給器の給気装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給器の給気装置に関する。

過給機の中には、コンプレッサのケーシング壁中に、インペラの上流端よりも上流側及び下流側の２箇所で開口した空洞部が設けられているもの（例えば、特許文献１）が存在している。この構造（以下、インデューサートリートメントと表記する。）は、サージの発生を抑制してコンプレッサの運転範囲を広げるために設けられているものである。すなわち、インデューサートリートメントが設けられたコンプレッサでは、低流量運転時に、インペラの羽根部分を通過する空気の一部が、インデューサートリートメントの下流側の開口部（以下、吸引口と表記する）及びインデューサートリートメントの空洞部を通ってインデューサートリートメントの上流側の開口部（以下、吹出口と表記する）からインペラに向けて流れることになる。

従って、インデューサートリートメントをコンプレッサに設けておけば、サージの発生を抑制する（サージ線を低流量側にシフトさせる）ことが出来る。

特許第３４９４１１８号公報 特開２００９−０４１５５１号公報

上記したように、インデューサートリートメントをコンプレッサに設けておけば、サージの発生を抑制することが出来る。ただし、車両に搭載される場合、過給器のコンプレッサの吸入口には、通常、複数箇所で曲がった曲管が接続される。そのため、コンプレッサには、曲管内を流れることにより旋回流や偏流が生じた空気が流入されることになるが、インデューサートリートメントは、コンプレッサに流入する空気の流れに旋回流や偏流があるとサージ抑制効果が低下してしまうものとなっている。そのため、インデューサートリートメントを備えたコンプレッサは、車両に搭載すると、十分なサージ抑制効果を得られない場合がある。

尚、旋回流や偏流を抑制するための手法として、図６（ａ）、（ｂ）に模式的に示したように、コンプレッサの入口に、空気の流れを整流するための複数のベーンを備えたガイドべーン６０を配設する手法がある。ただし、この手法を採用した場合、ガイドべーン６０によりインペラへの空気の流れが阻害されるため、コンプレッサ性能が低下してしまうことになる。

そこで、本発明の課題は、過給器の、インデューサートリートメントを備えたコンプレッサを、それに流入するガスに旋回流や偏流がある状況下、コンプレッサ性能やサージ抑制効果の低下を抑止できる形で機能させることにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る、インデューサートリートメントを備えたコンプレッサを含む過給器の給気装置は、前記コンプレッサの吸込口に導入すべきガスの一部を、前記コンプレッサの、前記インデューサートリートメントが設けられているケーシ
ングの内面に沿って流れるように、前記吸込口を介して前記コンプレッサ内へ供給する案内路を有する。

すなわち、本発明に係る過給器の給気装置を用いた場合、“コンプレッサの吸込口に導入すべきガスの一部”が、コンプレッサの、インデューサートリートメントが設けられているケーシングの内面（インデューサートリートメントの吹出口が存在している面）に沿って流れるガスとして、コンプレッサ内に供給される。そのため、コンプレッサの、インデューサートリートメントが設けられているケーシングの内面近傍を、旋回流や偏流が流れないことになる。そして、そのようなガスの流れを実現可能な“案内路”は、インペラへの空気の流れを阻害しないもの（例えば、溝や二重管）として簡単に製造することが出来る。従って、本発明の過給器の給気装置を用いておけば、過給器の、インデューサートリートメントを備えたコンプレッサを、旋回流や偏流がある空気の流れが流入する状況下において、コンプレッサ性能やサージ抑制効果を低下させない形で機能させることが出来る。

尚、本発明における“コンプレッサの吸込口に導入すべきガスの一部”は、吸気の一部であっても、吸気＋排気（吸気とＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスの混合物）
であっても、ＥＧＲガスであっても良い。

本発明によれば、過給器の、インデューサートリートメントを備えたコンプレッサを、それに流入するガスに旋回流や偏流がある状況下、コンプレッサ性能やサージ抑制効果の低下を抑止できる形で機能させることが出来る。

本発明の各実施形態に係る過給器の給気装置を適用できる内燃機関システムの構成例の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る過給器の給気装置の説明図である。 本発明の第２実施形態に係る過給器の給気装置の説明図である。 第２実施形態に係る過給器の給気装置の変形例の説明図である。 第１実施形態に係る過給器の給気装置の変形例の説明図である。 旋回流や偏流の抑制手法の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

《第１実施形態》
まず、図１を用いて、本発明の第１実施形態及び後述する第２実施形態に係る過給器の給気装置を適用できる内燃機関システムの構成例を説明する。

図示してあるように、この内燃機関システムは、内燃機関１０、高圧ＥＧＲ装置３１、低圧ＥＧＲ装置３２、過給器３３等を備えている。

内燃機関１０は、４つの気筒１１を有するディーゼルエンジンである。内燃機関１０には、各気筒１１内に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁１２や、図示せぬ吸気弁及び排気弁が取り付けられている。また、内燃機関１０には、機関回転数を検出するためのクランクポジションセンサ２７も取り付けられている。

内燃機関１０には、吸気ポートを介して各気筒１１の燃焼室と連通する吸気マニホールド１３、及び、排気ポートを介して各気筒１１の燃焼室と連通する排気マニホールド１７
が、接続されている。

吸気マニホールド１３には、過給圧を測定するための過給圧センサ２５が取り付けられている。吸気マニホールド１３は、過給器３３のコンプレッサ３３ａからの空気を吸気マニホールド１３に導入するための吸気通路１４′と接続されている。尚、過給器３３のコンプレッサ３３ａは、インデューサートリートメント３４が設けられているものである。ここで、インデューサートリートメント３４とは、既に説明（定義）したように、『インペラの羽根部分を通過する空気の一部を吸引するための、ケーシングの内壁面に設けられた吸引口と、ケーシング壁中に設けられた、吸引口から吸引された空気が流入する空洞部と、空洞部に流入した空気をインペラ側に向けて吹き出すための、ケーシングの内壁面に設けられた吹出口とを含む構造』のことである。

過給器３３のコンプレッサ３３ａの入口には、吸気通路１４が接続されている。吸気通路１４の上流側には、塵や埃を空気（吸気）から除去するためのエアクリーナ１５が設けられている。また、吸気通路１４′には、コンプレッサ３３ａを通過したガスを冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。

吸気通路１４′のインタークーラ１６よりも下流側の部分には、吸気通路１４′内を流通する吸気の流量を調節可能な吸気絞り弁２４が設けられている。また、吸気通路１４の、エアクリーナ１５、コンプレッサ３３ａ間の部分には、吸気の流量を測定するためのエアフローメータ２１、及び、吸気の流量を調節可能な吸気絞り弁２２が設けられている。

排気マニホールド１７には、過給器３３のタービン３３ｂを介して、排気通路１８が接続されている。この排気通路１８の途中には、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するためのフィルタ１９が設けられている。また、排気通路１８のフィルタ１９よりも下流の部分には、排気通路１８内を流通する排気の流量を調節可能な排気絞り弁２６が設けられている。

排気マニホールド１７と吸気マニホールド１３との間には、排気マニホールド１７を通過する排気の一部（以下、“高圧ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス”と表記す
る。）を吸気マニホールド１３に戻すための高圧ＥＧＲ装置３１が設けられている。この高圧ＥＧＲ装置３１は、排気マニホールド１７と吸気マニホールド１３とを連通する高圧ＥＧＲ通路３１ａと、高圧ＥＧＲガスの流量を調節可能な高圧ＥＧＲ弁３１ｂとを、備えている。

また、排気通路１８と吸気通路１４との間には、フィルタ１９通過後の排気の一部（以下、“低圧ＥＧＲガス”と表記する。）を吸気通路１４のコンプレッサ３３ａよりも上流の部分に戻すための低圧ＥＧＲ装置３２が設けられている。この低圧ＥＧＲ装置３２は、“排気通路１８の、フィルタ１９よりも下流側、且つ、排気絞り弁２６よりも上流側の部分”と“吸気通路１４のコンプレッサ３３ａよりも上流側、且つ、第２吸気絞り弁２２よりも下流側の部分”とを連通する低圧ＥＧＲ通路３２ａ、低圧ＥＧＲガスを冷却するための低圧ＥＧＲクーラ３２ｂ、及び、低圧ＥＧＲガスの流量を調節可能な低圧ＥＧＲ弁３２ｃを備えている。

制御装置２０は、内燃機関システム内の各種センサの出力と、アクセル開度センサ２９の出力とに基づき、内燃機関システムの各部を統合的に制御する電子制御ユニット（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるユニット）である。

以下、図２を用いて、第１実施形態に係る過給器の給気装置４０（以下、単に、給気装置４０と表記する）の構成及び機能を説明する。尚、図２（ａ）は、給気装置４０と過給
器３３（コンプレッサ３３ａ）とを接続した部分の、給気装置４０側から見た構成図であり、図２（ｂ）は、当該部分の、図２（ａ）における矢示ＡＡ方向から見た概略断面図である。

本実施形態に係る給気装置４０は、吸気通路１４（図１参照）の一部として機能するものである。図２（ｂ）に示してあるように、給気装置４０は、一方の端部（図２（ｂ）における左側の端部；以下、入口側端部と表記する）が封止され、他方の端部（以下、出口側端部と表記する）が開口した二重管４１を備える。

この二重管４１の入口側端部には、低圧ＥＧＲ通路３２ａ（図１参照）を接続するための接続管４２が配設されていている。また、二重管４１の出口側端部近傍の外管４１ａと内管４１ｂとの間には、複数のベーン４３が配設されている。

二重管４１の入口側端部、出口側端部は、それぞれ、吸気管、過給器３３の吸入口（コンプレッサ３３ａの入口）に接続される。ここで、吸気管とは、給気装置４０と接続されることにより、吸気通路１４として機能する部材のことである。

尚、過給器３３の吸入口と接続されるのは、二重管４１の外管４１ａである。従って、低圧ＥＧＲ通路３２ａから供給される低圧ＥＧＲガス（図２（ｂ）では、“ＬＰＬ−ＥＧＲガス”）は、外管４１ａと内管４１ｂとの間の円筒状通路を通って、コンプレッサ３３ａの内面（内周壁）に沿って流れるガスとしてコンプレッサ３３ａ内に流入する。

また、上記したように、二重管４１の円筒状通路の出口側端部には、複数のベーン４３が配設されているが、各ベーン４３は、円筒状通路を通る低圧ＥＧＲガスに、コンプレッサ３３ａのインペラ３５の回転方向とは逆方向の回転性を与えられる姿勢で二重管４１に対して固定されている。

すなわち、二重管４１内の円筒状通路を通った低圧ＥＧＲガスは、複数のベーン４３により、インペラ３５の入口、出口管の圧力比が大きくなる方向（コンプレッサ３３ａの性能が向上する方向）の流れとされて、コンプレッサ３３ａ内に流入する。

以上の説明から明らかなように、給気装置４０が用いられている場合、コンプレッサ３３ａに流入されるガスの一部（低圧ＥＧＲガス）が、コンプレッサ３３ａの、インデューサートリートメント３４が設けられているケーシングの内面に沿って流れるガスとして、コンプレッサ３３ａ内に供給される。そのため、給気装置４０が用いられている場合、サージ抑制効果を低下させる旋回流や偏流が、コンプレッサ３３ａのケーシングの内面近傍（内面上）を流れないことになる。そして、上記のようなガスの流入を実現している給気装置４０の二重管４１は、インペラ３５への空気の流れを殆ど阻害しないものである。従って、給気装置４０を用いておけば、インデューサートリートメント３４を備えたコンプレッサ３３ａを、それに流入するガスに旋回流や偏流がある状況下、コンプレッサ性能やサージ抑制効果の低下がない又は少ない形で機能させることが出来ることになる。

《第２実施形態》
図３に、本実施形態に係る過給器の給気装置５０（以下、単に、給気装置５０と表記する）の構成を示す。尚、図３（ａ）は、過給器３３（コンプレッサ３３ａ）に接続されている状態にある給気装置５０の概略断面図である。また、図３（ｂ）は、給気装置５０の、図３（ａ）の矢示ＡＡ方向の概略断面図であり、図３（ｃ）は、溝５１の形状の説明図である。

図３（ａ）に示してあるように、本実施形態に係る給気装置５０は、基本的には、過給
器３３（コンプレッサ３３ａ）の吸入口と吸気管との間を接続するエルボ管である。尚、吸気管とは、給気装置５０と接続されることにより、吸気通路１４（図１参照）として機能する部材のことである。

ただし、図３（ｂ）に示してあるように、給気装置５０の、過給器３３側の直線状部分の内壁には、複数の溝５１が設けられている。そして、給気装置５０の各溝５１の向きは、図３（ａ）、（ｃ）に模式的に示してあるように、給気装置５０の内壁面近傍を通る空気にコンプレッサ３３ａのインペラ３５の回転方向とは逆方向の旋回性を付与できるように定められている。

以上の説明から明らかなように、この給気装置５０が用いられている場合、上記した給気装置４０が用いられている場合と同様に、コンプレッサ３３ａに流入されるべきガスの一部が、コンプレッサ３３ａの、インデューサートリートメント３４が設けられているケーシングの内面に沿って流れるガスとして、コンプレッサ３３ａ内に供給される。そのため、サージ抑制効果を低下させる旋回流や偏流が、コンプレッサ３３ａのケーシングの内面近傍を流れないことになる。しかも、給気装置５０の溝５１は、インペラ３５への空気の流れを殆ど阻害しないものである。従って、本実施形態に係る給気装置５０によっても、インデューサートリートメント３４を備えたコンプレッサ３３ａを、それに流入するガスに旋回流や偏流がある状況下、コンプレッサ性能やサージ抑制効果の低下がない又は少ない形で機能させることが出来ることになる。

《変形形態》
上記した各実施形態に係る給気装置に対しては、各種の変形を行うことが出来る。例えば、旋回性を与えていないガスを、コンプレッサ３３ａのケーシングの内面に沿って流しても、サージ抑制効果を低下させないこと（旋回流、偏流を含む主流の影響によりサージ抑制効果が低下するのを防ぐこと）が出来る。従って、給気装置５０を、図４に示したように、給気装置５０の中心軸に平行な溝５１が設けられているものに変形することが出来る。また、給気装置４０は、ＥＧＲガスをコンプレッサ３３ａのケーシングの内面に沿って流す装置であったが、図５に模式的に示してあるように、給気装置４０を、入口側端部も開口した二重管４１を有し、当該二重管４１の円筒状通路を、空気（又は、空気とＥＧＲガスの混合物）が通過する装置に変形することも出来る。

給気装置４０、５０を、吸気通路１４の一部や、過給器３３（コンプレッサ３３ａ）の一部として実現しておいても良いことや、ガソリン車に適用しても良いことなどは、当然のことである。

１０ 内燃機関
１１ 気筒
１２ 燃料噴射弁
１３ 吸気マニホールド
１４、１４′ 吸気通路
１５ エアクリーナ
１６ インタークーラ
１７ 排気マニホールド
１８ 排気通路
１９ フィルタ
２０ 制御装置
２１ エアフローメータ
２２ 吸気絞り弁
２４ 吸気絞り弁
２５ 過給圧センサ
２６ 排気絞り弁
２７ クランクポジションセンサ
２８ 水温センサ
２９ アクセル開度センサ
３１ 高圧ＥＧＲ装置
３１ａ 高圧ＥＧＲ通路
３１ｂ 高圧ＥＧＲ弁
３２ 低圧ＥＧＲ装置
３２ａ 低圧ＥＧＲ通路
３２ｂ 低圧ＥＧＲクーラ
３２ｃ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 過給器
３３ａ コンプレッサ
３３ｂ タービン
３４ インデューサートリートメント
３５ インペラ
４０、５０ 給気装置
４１ 二重管
４１ａ 外管
４１ｂ 内管
５１ 溝

Claims (5)

1. インデューサートリートメントを備えたコンプレッサを含む過給器の給気装置であって、
   前記コンプレッサの吸込口と接続される外管と、
   前記外管内に収容された内管と、を備え、
   前記内管内を流れて前記コンプレッサに供給されるガスよりも整流性の高いガスが、前記外管と前記内管の間を通って、前記コンプレッサの、前記インデューサートリートメントが設けられているケーシングの内面に沿って流れるように構成されている
   ことを特徴とする過給器の給気装置。
2. 過給器の、インデューサートリートメントを備えたコンプレッサの吸込口と接続されて、前記コンプレッサの吸込口にガスを導入する過給器の給気装置であって、
   その内面に、前記コンプレッサの吸込口に導入すべきガスの一部を、整流化して、前記コンプレッサの、前記インデューサートリートメントが設けられているケーシングの内面に沿って流すための複数の溝が設けられている
   ことを特徴とする過給器の給気装置。
3. インデューサートリートメントを備えたコンプレッサを含む過給器の給気装置であって、
   前記コンプレッサの吸込口に導入すべきガスの一部を、前記コンプレッサの、前記インデューサートリートメントが設けられているケーシングの内面に沿って流れるように、前記吸込口を介して前記コンプレッサ内へ供給する案内路であって、前記ガスの前記一部に前記コンプレッサのインペラの回転方向とは逆方向の旋回性を付与して前記コンプレッサ内へ供給する案内路を有する
   ことを特徴とする過給器の給気装置。
4. 前記コンプレッサの吸込口と接続される外管と、
   前記外管内に収容された内管と、
   前記内管の前記吸込口の端部と前記外管の前記吸込口の端部との間に設けられた複数のベーンとを備え、
   前記外管と前記内管との間の空間と前記複数のベーンとが前記案内路として機能する
   ことを特徴とする請求項３に記載の過給器の給気装置。
5. 前記案内路が、前記給気装置の内面に設けられた複数の溝である
   ことを特徴とする請求項３に記載の過給器の給気装置。

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