(57)【要約】【課題】ケーシングトリートメントが設けられた遠心式圧縮機を含む、内燃機関の過給システムにおいて、低回転・低負荷運転領域における聴感上の騒音レベルを低減する。【解決手段】本発明に係る内燃機関の過給システムは、コンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジング内に回転自在に支持されるコンプレッサホイールと、コンプレッサハウジングのシュラウド部に形成されるケーシングトリートメントと、を備える遠心式圧縮機を含む。そして、該過給システムは、コンプレッサより上流の吸気通路に配置され、該吸気通路の通路断面積を変更する流量調整弁を備え、内燃機関が所定の低回転・低負荷運転領域で運転されるときに、流量調整弁の開度が全開より小さい所定開度に制御されるようにした。【選択図】図３
2020112054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路の途中に配置される、コンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジング内に回転自在に支持される、コンプレッサホイールと、
前記コンプレッサハウジングより上流の前記吸気通路から前記コンプレッサハウジング内へ向けて吸気を流通させるための吸込通路を形成する、シュラウド部と、
前記シュラウド部に設けられる環状の空洞部を有し、前記吸込通路を流れる吸気の一部を前記空洞部に取り込んだ後に前記コンプレッサホイールの回転方向とは逆向きの旋回成分を付与しつつ前記吸込通路へ戻す、ケーシングトリートメントと、
コンプレッサより上流の前記吸気通路に配置され、該吸気通路の通路断面積を変更する流量調整弁と、
前記内燃機関が所定の低回転・低負荷運転領域で運転されるときに、前記流量調整弁の開度が全開より小さい所定開度となるように、前記流量調整弁を制御する、制御手段と、を備える、内燃機関の過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に適用される過給システムとしては、コンプレッサハウジング内で吸気の一部を再循環させるためのケーシングトリートメントが設けられた遠心式圧縮機を含むシステムが知られている。上記したケーシングトリートメントとしては、コンプレッサハウジング内に吸い込まれた吸気の一部を、該ケーシングトリートメントに取り込んだ後に、コンプレッサホイールの回転方向とは逆向きの旋回成分を付与しつつコンプレッサハウジング内に戻すように構成されたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８９１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の機関回転速度が比較的小さく且つ機関負荷が比較的小さくなる低回転・低負荷運転領域では、遠心式圧縮機以外の機器（例えば、内燃機関や内燃機関の補機類等）が発生する騒音（暗騒音）が小さくなるため、遠心式圧縮機で発生する流体騒音が際立ち易い。また、内燃機関の低回転・低負荷運転領域では、コンプレッサハウジング内に吸い込まれる吸気の流速が小さくなることで、コンプレッサホイールの軸方向における吸気の指向性が弱くなり易い。斯様な低回転・低負荷運転領域において、ケーシングトリートメントによってコンプレッサホイールの回転方向と逆向きの旋回成分を付与された再循環ガスが、コンプレッサホイールの軸方向に流れる吸気と干渉すると、吸気の流れがコンプレッサホイールの翼（コンプレッサブレード）から剥離し易くなり、それに伴う流体騒音が大きくなり易い。よって、低回転・低負荷運転領域においては、ケーシングトリートメントに起因する流体騒音の騒音レベルが聴感上で大きくなる虞がある。
【０００５】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ケーシングトリートメントが設けられた遠心式圧縮機を含む、内燃機関の過給システムにおいて、低回転・低負荷運転領域における聴感上の騒音レベルを低減することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る内燃機関の過給システムは、内燃機関の吸気通路の途中に配置される、コンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジング内に回転自在に支持される、コンプレッサホイールと、前記コンプレッサハウジングより上流の前記吸気通路から前記コンプレッサハウジング内へ向けて吸気を流通させるための吸込通路を形成する、シュラウド部と、前記シュラウド部に設けられる環状の空洞部を有し、前記吸込通路を流れる吸気の一部を前記空洞部に取り込んだ後に前記コンプレッサホイールの回転方向とは逆向きの旋回成分を付与しつつ前記吸込通路へ戻す、ケーシングトリートメントと、前記コンプレッサより上流の前記吸気通路に配置され、該吸気通路の通路断面積を変更する流量調整弁と、前記内燃機関が所定の低回転・低負荷運転領域で運転されるときに、前記流量調整弁の開度が全開より小さい所定開度となるように、前記流量調整弁を制御する、制御手段と、を備えるようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ケーシングトリートメントが設けられた遠心式圧縮機を含む、内燃機関の過給システムにおいて、低回転・低負荷運転領域における聴感上の騒音レベルを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を適用する内燃機関の吸気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例における圧縮機の要部の構成を示す断面図である。
【図３】内燃機関の運転領域と、流量調整弁の開閉状態と、バイパス弁の開閉状態と、の相関を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１０】
図１は、本発明を適用する内燃機関の吸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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）、又は火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。
【００１１】
内燃機関１は、気筒内へ吸入される空気（吸気）を流通させるための吸気通路２と接続されている。吸気通路２には、該吸気通路２内の通路断面積を変更するためのスロットル弁２０が配置される。スロットル弁２０より上流の吸気通路２には、吸気を圧縮するための圧縮機２１が配置される。圧縮機２１より上流の吸気通路２には、該吸気通路２を流れる空気の質量（吸入空気量）を検出するためのエアフローメータ２２が取り付けられる。また、スロットル弁２０とエアフローメータ２２との間の吸気通路２には、圧縮機２１より上流の吸気通路２から分岐して、圧縮機２１より下流の吸気通路２に合流する、バイパス通路２３が併設される。バイパス通路２３の途中には、該バイパス通路２３の通路断面積を変更するためのバイパス弁２３０が設けられる。そして、上記バイパス通路２３の分岐部分と圧縮機２１との間の吸気通路２には、該吸気通路２の通路断面積を変更するための流量調整弁２４が設けられる。
【００１２】
上記したように構成される内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３が
併設されている。ＥＣＵ３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成されている。ＥＣＵ３は、上記したエアフローメータ２２に加え、アクセルポジションセンサ４やクランクポジションセンサ５等の各種センサと電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ４は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力する。クランクポジションセンサ５は、図示しないクランクシャフトの回転位置に相関した電気信号を出力する。また、ＥＣＵ３は、上記したスロットル弁２０、バイパス弁２３０、及び流量調整弁２４に加え、内燃機関１の燃料噴射弁や点火プラグ等の各種機器と電気的に接続され、前述した各種センサの出力信号に基づいてそれらの各種機器を制御する。
【００１３】
次に、本実施例における圧縮機２１について述べる。図２は、圧縮機２１の要部の構成を示す断面図である。圧縮機２１は、図２に示すように、コンプレッサハウジング２１０ａと、コンプレッサハウジング２１０ａ内に回転自在に支持されるコンプレッサホイール２１０ｂと、を備える、遠心式の圧縮機である。
【００１４】
コンプレッサホイール２１０ｂは、該コンプレッサホイール２１０ｂの回転シャフトが
駆動装置２１１によって回転せしめられることで回転するように構成される。駆動装置２１１としては、内燃機関１の排気エネルギを利用したタービンや、電動モータ等を利用することができる。
【００１５】
コンプレッサハウジング２１０ａには、コンプレッサホイール２１０ｂの軸方向に沿って、吸気の流れ方向における上流側へ延在する、筒状のシュラウド部２１０ｄが形成される。シュラウド部２１０ｄの内部空間は、圧縮機２１より上流の吸気通路２からコンプレッサホイール２１０ｂへ向けて吸気を流通させるための吸込通路２１０ｃを形成する。
【００１６】
上記したように構成される圧縮機２１は、駆動装置２１１によってコンプレッサホイール２１０ｂが回転せしめられたときに、吸気通路２から吸込通路２１０ｃを介して吸気を吸い込むとともに、吸い込まれた吸気をコンプレッサホイール２１０ｂの回転方向へ旋回させる。コンプレッサホイール２１０ｂによって旋回せしめられた吸気は、その遠心力によってディフューザ２１０ｆへ押し込まれることで圧縮される。斯様にして圧縮された吸気は、スクロール室２１０ｇを介して、圧縮機２１より下流の吸気通路２へ排出される。
【００１７】
ところで、上記した遠心式の圧縮機２１では、吸気流量が比較的少ないときに、コンプレッサホイール２１０ｂを通過する吸気の流れに逆流やコンプレッサブレードからの剥離が生じることで、サージングが発生する可能性がある。そのため、コンプレッサハウジング２１０ａのシュラウド部２１０ｄには、コンプレッサハウジング２１０ａ内で吸気の一部を再循環させるためのケーシングトリートメント２１０ｅが設けられる。
【００１８】
ケーシングトリートメント２１０ｅは、コンプレッサホイール２１０ｂの軸方向と平行に、コンプレッサホイール２１０ｂ側から上流側へ向かってコンプレッサホイール２１０ｂの軸方向と平行に延在する筒状の空洞部２１０１と、空洞部２１０１における下流側端部近傍に設けられて該空洞部２１０１と吸込通路２１０ｃとを連通させる第１連通路２１０２と、空洞部２１０１における上流側端部近傍に設けられて該空洞部２１０１と吸込通路２１０ｃとを連通させる第２連通路２１０３と、を含むように構成される。なお、本例における第２連通路２１０３は、空洞部２１０１側から吸込通路２１０ｃ側へ向かうにつれて、コンプレッサホイール２１０ｂの回転方向とは逆向きに傾斜するように形成される。
【００１９】
上記したケーシングトリートメント２１０ｅによれば、吸気流量が比較的少ないときに、コンプレッサホイール２１０ｂの周囲で局所的に高圧となった吸気の一部が第１連通路２１０２を介して空洞部２１０１に取り込まれる。空洞部２１０１に取り込まれた吸気は、該空洞部２１０１内を下流側から上流側へ逆流し、次いで第２連通路２１０３を介して吸込通路２１０ｃへ戻される。つまり、上記したケーシングトリートメント２１０ｅによれば、吸気流量が比較的少ないときに、吸込通路２１０ｃによってコンプレッサホイール２１０ｂへ導かれた吸気の一部が、吸込通路２１０ｃ内を再循環させられることになる。これにより、吸気流量が比較的少ないときであっても、コンプレッサホイール２１０ｂを通過するガス量を増加させることができるため、サージングの発生を抑制することができる。また、本例のケーシングトリートメント２１０ｅでは、空洞部２１０１側から吸込通路２１０ｃ側へ向かうにつれて、コンプレッサホイール２１０ｂの回転方向とは逆向きに傾斜するように、第２連通路２１０３が形成されるため、空洞部２１０１から吸込通路２１０ｃへ戻される吸気に対して、コンプレッサホイール２１０ｂの回転方向とは逆向きの旋回成分が付与される。これにより、コンプレッサホイール２１０ｂにおけるオイラーヘッドが増加せしめられるため、サージング抑制効果をより低吸気流量側へ広げることができる。
【００２０】
しかしながら、機関回転速度が比較的小さく且つ機関負荷が比較的小さくなる低回転・
低負荷運転領域においては、吸気の流速が小さくなることで、コンプレッサホイール２１０ｂの軸方向における吸気の指向性が弱くなる。そのため、ケーシングトリートメント２１０ｅによってコンプレッサホイール２１０ｂの回転方向と逆向きの旋回成分が付与された吸気（再循環ガス）が、コンプレッサホイール２１０ｂの軸方向に流れる吸気に干渉すると、コンプレッサホイール２１０ｂを通過する際の吸気の流れが却ってコンプレッサブレードから剥離し易くなり、それに伴って流体騒音が大きくなる可能性がある。特に、低回転・低負荷運転領域では、圧縮機２１以外の機器（例えば、内燃機関１や内燃機関１の補機類）が発生する騒音（暗騒音）が小さくなるため、圧縮機２１で発生する流体騒音が際立ち易い。その結果、低回転・低負荷運転領域においては、ケーシングトリートメント２１０ｅに起因する流体騒音の騒音レベルが聴感上で大きくなってしまう可能性がある。
【００２１】
これに対し、本実施例の過給システムでは、前述の図１の説明で述べたように、バイパス通路２３の分岐部分と圧縮機２１との間の吸気通路２に、該吸気通路２の通路断面積を変更するための流量調整弁２４が設けられるようにした。そして、内燃機関１が低回転・低負荷運転領域で運転されるときに、流量調整弁２４の開度が全開より小さい開度に絞られるように、流量調整弁２４がＥＣＵ３によって制御されるようにした。
【００２２】
ここで、内燃機関１の運転領域と、流量調整弁２４の開閉状態と、バイパス弁２３０の開閉状態と、の相関を図３に示す。図３に示すように、機関負荷が比較的大きくなる高負荷運転領域（図３中のＣが示す運転領域）では、圧縮機２１による過給効果を高めるべく、バイパス弁２３０が閉弁（全閉）されるとともに流量調整弁２４が全開とされる。また、機関回転速度が比較的大きく且つ機関負荷が比較的小さくなる高回転・低負荷運転領域（図３中のＢが示す運転領域）では、圧縮機２１による過給効果が要求されないため、圧縮機２１による圧力損失を低減すべく、バイパス弁２３０が開弁されるとともに流量調整弁２４が閉弁（全閉）される。そして、機関回転速度が比較的小さく且つ機関負荷が比較的小さくなる低回転・低負荷運転領域（図３中のＣが示す運転領域）では、バイパス弁２３０が閉弁（全閉）されるとともに流量調整弁２４が全開より小さい所定開度（半開）にされるようにした。
【００２３】
図３に示したように、内燃機関１が低回転・低負荷運転領域で運転されるときに、バイパス弁２３０が閉弁されるとともに流量調整弁２４が全開より小さい所定開度にされると、圧縮機２１より上流における吸気通路２の通路断面積が絞られることで、吸気のベンチュリ効果が得られるため、コンプレッサホイール２１０ｂの軸方向における吸気の指向性を高めることができる。それにより、ケーシングトリートメント２１０ｅによってコンプレッサホイール２１０ｂの回転方向と逆向きの旋回成分が付与された吸気（再循環ガス）が、コンプレッサホイール２１０ｂの軸方向に流れる吸気に干渉しても、コンプレッサホイール２１０ｂを通過する際の吸気の流れがコンプレッサブレードから剥離し難くなり、流体騒音の増加が抑制される。
【００２４】
したがって、本実施例に係る過給システムによれば、圧縮機２１以外の機器が発生する暗騒音が小さくなり易い（圧縮機２１で発生する流体騒音が際立ち易い）低回転・低負荷運転領域において、ケーシングトリートメント２１０ｅに起因する流体騒音の騒音レベルが聴感上で大きくなってしまうことを抑制することができる。
【符号の説明】
【００２５】
３        ＥＣＵ
２４      流量調整弁
２１０ａ  コンプレッサハウジング
２１０ｂ  コンプレッサホイール
２１０ｄ  シュラウド部２１０ｄ
２１０ｅ  ケーシングトリートメント
【図１】
2020112054.tif 000003
【図２】
2020112054.tif 000004
【図３】
2020112054.tif 000005