(57)【要約】【課題】ターボチャージャのディフューザ部にＥＧＲガスを供給するときの吸気の流れの乱れを低減する。【解決手段】コンプレッサハウジングのディフューザ部にディフューザ翼６２を有する過給器を備えた内燃機関において、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置を備え、ＥＧＲ通路の一部３１３が、ディフューザ翼６２内に形成されており、ディフューザ翼６２内に形成されるＥＧＲ通路３１３を、ディフューザ翼面において、吸気の流れ方向の下流側に向かって開口させる。【選択図】図４
2011236811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサハウジングのディフューザ部にディフューザ翼を有する過給器を備えた内燃機関において、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置を備え、
前記ＥＧＲ通路の一部が、前記ディフューザ翼内に形成されており、
前記ディフューザ翼内に形成されるＥＧＲ通路は、ディフューザ翼面において、吸気の流れ方向の下流側に向かって開口することを特徴とする過給器を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記ディフューザ翼内に形成されるＥＧＲ通路は、ディフューザ翼の後端側よりも前端側で開口することを特徴とする請求項１に記載の過給器を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記ディフューザ翼内に形成されるＥＧＲ通路は、コンプレッサインペラ側のディフューザ翼面に開口することを特徴とする請求項１または２に記載の過給器を備えた内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給器を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャのディフューザ部（コンプレッサインペラ出口部）からＥＧＲガスを供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ターボチャージャのディフューザ部の圧力は比較的低いため、この箇所からＥＧＲガスを供給することによりＥＧＲガスを導入し易くすることができる。このため、ＥＧＲガスを導入し易くするためのたとえばスロットル開度を小さくする操作が必要なくなるので、ポンプ損失を低減することができる。
【０００３】
しかし、ディフューザ部にＥＧＲガスを導入することにより、該ディフューザ部における吸気の流れに乱れが生じ、該ディフューザによる静圧回復効果が低下する虞がある。そして、静圧回復効果が低下すると、コンプレッサ効率が低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０５−０７１４２７号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５２２０号公報
【特許文献３】特開２００９−２７０４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ターボチャージャのディフューザ部にＥＧＲガスを供給するときの吸気の流れの乱れを低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本発明による過給器を備えた内燃機関は、
コンプレッサハウジングのディフューザ部にディフューザ翼を有する過給器を備えた内燃機関において、
内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を有し排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置を備え、
前記ＥＧＲ通路の一部が、前記ディフューザ翼内に形成されており、
前記ディフューザ翼内に形成されるＥＧＲ通路は、ディフューザ翼面において、吸気の流れ方向の下流側に向かって開口することを特徴とする。
【０００７】
すなわち、排気通路から取り込まれたＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路を流通した後に、ディフューザ翼内から吸気通路内へ供給される。そして、ＥＧＲ通路が吸気の流れ方向の下流側に向かって開口しているので、吸気通路内に供給されるＥＧＲガスは、ディフューザ翼面に沿って流れるため、吸気の流れが乱れることを抑制することができる。これにより、ディフューザ部における静圧回復効果がより大きくなるため、コンプレッサ効率が低下することを抑制できる。なお、ディフューザ翼は、角度が固定されたものであっても、また、角度を変更可能なものであってもよい。また、ディフューザ翼に開口するＥＧＲ通路は、排気の流れ方向に対して直角よりも下流側に向いていればよい。さらに、ディフューザ翼に形成されているＥＧＲ通路の入口よりも出口のほうが吸気の流れ方向の下流側に設けられているとしてもよい。
【０００８】
本発明においては、前記ディフューザ翼内に形成されるＥＧＲ通路は、ディフューザ翼の後端側よりも前端側で開口してもよい。
【０００９】
ディフューザ翼の後端側よりも前端側とは、たとえば吸気の流れ方向でディフューザ翼の長さの中心から上流側と下流側との２つに分けて考えたときの上流側である。すなわち、ディフューザ翼の中心よりも上流側としてもよい。ここで、コンプレッサインペラ出口付近の圧力は、ディフューザ部の出口付近の圧力と比較して低いため、ディフューザ翼の前端側でＥＧＲ通路が開口することにより、圧力の低い箇所にＥＧＲ通路が開口することになる。これにより、ＥＧＲガスを供給し易くすることができるので、ＥＧＲガス量を増加させるためにスロットルを閉じるなどの操作が必要なくなるため、ポンプ損失をより低減させることができる。
【００１０】
本発明においては、前記ディフューザ翼内に形成されるＥＧＲ通路は、コンプレッサインペラ側のディフューザ翼面に開口してもよい。
【００１１】
コンプレッサインペラ側のディフューザ翼面（ディフューザ翼の面であってコンプレッサインペラ側を向いている面）からＥＧＲガスを供給することで、静圧がより低い所からＥＧＲガスを供給できる。これにより、ＥＧＲガスを供給し易くすることができるので、ＥＧＲガス量を増加させるためにスロットルを閉じるなどの操作が必要なくなるため、ポンプ損失をより低減させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ターボチャージャのディフューザ部にＥＧＲガスを供給するときの吸気の流れの乱れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】コンプレッサハウジングを中心軸方向に切断したときの断面図である。
【図３】図２に示す切断線Ｂ−Ｂにより切断したときの断面図である。
【図４】図３においてＣで示される部分の拡大図である。
【図５】実施例に係るＥＧＲガスの供給フローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る過給器を備えた内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施例に係る内燃機関１とその吸・排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、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。なお、ガソリン機関などの他の機関であっても本実施例を適用することができる。
【００１６】
内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３は吸気ポート２Ａを介して気筒２と接続されており、排気通路４は排気ポート２Ｂを介して気筒２と接続されている。
【００１７】
また、本実施例による内燃機関１は、ターボチャージャ５０を備えている。このターボチャージャ５０は、コンプレッサハウジング５１、タービンハウジング５２、及びセンタハウジング５３を備えて構成されている。コンプレッサハウジング５１は吸気通路３の途中に設けられ、該コンプレッサハウジング５１の内部は吸気通路３の一部を構成している
。また、タービンハウジング５２は排気通路４の途中に設けられ、該タービンハウジング５２の内部は排気通路４の一部を構成している。そして、コンプレッサハウジング５１とタービンハウジング５２とは、センタハウジング５３を介して連結されている。
【００１８】
コンプレッサハウジング５１内には複数の羽根をもったコンプレッサインペラ５４が備えられ、タービンハウジング５２内には複数の羽根を持ったタービンインペラ５５が備えられている。コンプレッサインペラ５４とタービンインペラ５５とは、ロータシャフト５６を介して連結されている。
【００１９】
また、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部をコンプレッサハウジング５１内の吸気通路３へ再循環させるディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０が備えられている。このディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０は、外部ＥＧＲ通路３１、第１ＥＧＲ弁３２、第１ＥＧＲクーラ３３、及びフィルタ３４を備えて構成されている。
【００２０】
外部ＥＧＲ通路３１は、タービンハウジング５２よりも上流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５１と、を接続している。コンプレッサハウジング５１の内部にもＥＧＲガスの通路が形成されており、この構造については後述する。外部ＥＧＲ通路３１には、吸気通路３側から順に、第１ＥＧＲ弁３２、第１ＥＧＲクーラ３３、及びフィルタ３４が設けられている。
【００２１】
第１ＥＧＲ弁３２は、外部ＥＧＲ通路３１の通路断面積を変えることにより、該外部ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。第１ＥＧＲクーラ３３は、該第１ＥＧＲクーラ３３を通過するＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水と、で熱交換をして、該ＥＧＲガスの温度を低下させる。フィルタ３４は、ＥＧＲガス中のＰＭや異物を捕集する。また、外部ＥＧＲ通路３１には、フィルタ３４よりも上流側と下流側との圧力の差を検出する差圧センサ３５が取り付けられている。この差圧センサ３５により、フィルタ３４の詰まりを検出する。
【００２２】
また、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を吸気通路３へ再循環させる第２ＥＧＲ装置４０が備えられている。この第２ＥＧＲ装置４０は、第２ＥＧＲ通路４１、第２ＥＧＲ弁４２、および第２ＥＧＲクーラ４３を備えて構成されている。
【００２３】
第２ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５２よりも上流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５１よりも下流側の吸気通路３と、を接続している。
【００２４】
また、第２ＥＧＲ弁４２は、第２ＥＧＲ通路４１の通路断面積を変えることにより、該第２ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。さらに、第２ＥＧＲクーラ４３は、該第２ＥＧＲクーラ４３を通過するＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水と、で熱交換をして、該ＥＧＲガスの温度を低下させる。
【００２５】
次に、ターボチャージャ５０について説明する。図２は、コンプレッサハウジング５１を中心軸Ａ方向に切断したときの断面図である。また、図３は、図２に示す切断線Ｂ−Ｂにより切断したときの断面図である。さらに、図４は、図３においてＣで示される部分の拡大図である。図２において、Ａは、コンプレッサインペラ５４、タービンインペラ５５、及びロータシャフト５６の中心軸（回転中心）を示している。
【００２６】
コンプレッサインペラ５４のすぐ下流には、ディフューザ部６１が設けられている。ディフューザ部６１には、ディフューザ翼６２が中心軸Ａを中心とし且つ翼面をコンプレッサインペラ５４へ向けて等角度に複数配置されている。なお、ディフューザ翼６２は、コンプレッサハウジング５１に固定されていてもよく、また、アクチュエータなどにより角
度を変更可能であってもよい。ディフューザ翼６２の角度を変更可能な場合には、該ディフューザ翼６２は、回動軸６３を中心として回動する。これらの構造には周知の技術を用いることができる。
【００２７】
コンプレッサハウジング５１には、ＥＧＲガスの通路となるハウジング内ＥＧＲ通路３１１が形成されている（図２参照）。また、ディフューザ翼６２の内部には、ＥＧＲガスの通路となる翼内ＥＧＲ通路３１２及び開口部３１３が形成されている（図４参照）。ハウジング内ＥＧＲ通路３１１の一端は、外部ＥＧＲ通路３１に接続されており、ハウジング内ＥＧＲ通路３１１の他端は翼内ＥＧＲ通路３１２に接続されている。また、翼内ＥＧＲ通路３１２は、開口部３１３に接続され、該開口部３１３はディフューザ翼面６２１で開口している。
【００２８】
翼内ＥＧＲ通路３１２は、その中心軸がコンプレッサインペラ５４の中心軸Ａと平行になるように形成される。また、開口部３１３は、ディフューザ翼６２の中心軸Ａ側のディフューザ翼面６２１において、ディフューザ翼６２の前端側（前端付近としてもよい）で開口し、且つ、吸気の流れ方向の下流側（ディフューザ翼６２の後端側）に向かって開口している（図３及び図４の矢印の方向）。なお、開口部３１３は、ディフューザ部６１の底面６１１と平行に形成される。そして、ディフューザ翼６２の角度が変更可能な場合には、たとえば、回動軸６３を中空管として該回動軸６３内に翼内ＥＧＲ通路３１２を形成する。そして、翼内ＥＧＲ通路３１２と開口部３１３とを連通するために回動軸６３に孔を形成しておく。また、ディフューザ翼６２の角度が固定されている場合には、たとえば、ハウジング内ＥＧＲ通路３１１の延長線上に中心軸Ａと平行にディフューザ翼６２に穴を開けることにより翼内ＥＧＲ通路３１２を形成し、この翼内ＥＧＲ通路３１２に向けてディフューザ翼面６２１から孔を開けることにより開口部３１３を形成する。
【００２９】
ハウジング内ＥＧＲ通路３１１、翼内ＥＧＲ通路３１２、及び開口部３１３は、ディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０の一部である。そして、ＥＧＲガスは、外部ＥＧＲ通路３１、ハウジング内ＥＧＲ通路３１１、翼内ＥＧＲ通路３１２、開口部３１３の順に流れて、排気通路４から吸気通路３へ導入される。なお、本実施例においては外部ＥＧＲ通路３１、ハウジング内ＥＧＲ通路３１１、翼内ＥＧＲ通路３１２、開口部３１３が、本発明におけるＥＧＲ通路に相当する。
【００３０】
ここで、コンプレッサインペラ５４の出口の圧力（すなわち、コンプレッサインペラ５４とディフューザ翼６２との間の圧力）は、ディフューザ部６１の出口の圧力（すなわち、ディフューザ翼６２よりも下流側の圧力）よりも低い。このため、ディフューザ翼６２の中心軸Ａ側の面上で、且つ、ディフューザ翼６２の前端側（前端付近としてもよい）で開口する開口部３１３は、静圧が比較的低い箇所で開口していることになる。これにより、ディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０の排気通路４側の圧力と吸気通路３側の圧力との差が大きくなるため、ＥＧＲガスが導入され易くなる。そうすると、ＥＧＲガスを供給するために、たとえばスロットルを閉じて吸気の圧力を低下させる必要がなくなるため、ポンプ損失を低減することができる。
【００３１】
また、開口部３１３が排気の流れ方向の下流側（すなわち、ディフューザ翼６２の後端側）へ向けて開口しているため、ディフューザ翼６２の面に沿ってＥＧＲガスを流すことができるので、吸気の流れの乱れを抑制することができる。これにより、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。
【００３２】
ここで、仮に翼内ＥＧＲ通路３１２及び開口部３１３を備えずに、ハウジング内ＥＧＲ通路３１１がディフューザ部６１に直角に開口していると、ディフューザ部６１における吸気の流れの乱れが大きくなり、ディフューザ部６１における静圧回復効果が低下する。
これにより、コンプレッサ効率が低下する虞がある。これに対し本実施例によるディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０によれば、ＥＧＲガスを供給するときの吸気の流れの乱れを抑制することができるため、静圧回復効果の低下を抑制できる。
【００３３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて該内燃機関１を制御する。
【００３４】
ＥＣＵ１０には、第１ＥＧＲ弁３２及び第２ＥＧＲ弁４２が電気配線を介して接続され、該第１ＥＧＲ弁３２及び第２ＥＧＲ弁４２は、ＥＣＵ１０により制御される。また、ＥＣＵ１０には、差圧センサ３５の出力信号が入力される。
【００３５】
ＥＣＵ１０は、主にディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０からＥＧＲガスを供給する。そして、たとえばフィルタ３４に詰まりが生じた場合やディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０が故障した場合には、第２ＥＧＲ装置４０からＥＧＲガスを供給する。
【００３６】
図５は、本実施例に係るＥＧＲガスの供給フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により所定の時間毎に実行される。
【００３７】
ステップＳ１０１では、差圧センサ３５により得られる差圧ｄＰが、所定値ｄＰＣＲＩよりも小さいか否か判定される。本ステップでは、フィルタ３４に詰まりがないか否か判定される。すなわち、所定値ｄＰＣＲＩは、詰まりが発生したときの差圧の下限値である。なお、本ステップでは、ディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０が正常であるか否か判定してもよい。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進む。
【００３８】
ステップＳ１０２では、第２ＥＧＲ弁４２が全閉とし、第１ＥＧＲ弁３２を開いてディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０からＥＧＲガスを供給する。なお、たとえば機関回転数及び機関負荷と第１ＥＧＲ弁３２の開度との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに基づいて第１ＥＧＲ弁３２の開度が決定される。また、吸入空気量に基づいて第１ＥＧＲ弁３２の開度をフィードバック制御してもよい。
【００３９】
ステップＳ１０３では、第１ＥＧＲ弁３２を全閉とし、ＥＧＲ４２を開いて第２ＥＧＲ装置４０からＥＧＲガスを供給する。すなわち、フィルタ３４に詰まりが発生しており、ディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０からのＥＧＲガスの供給が期待できないため、第２ＥＧＲ装置４０からＥＧＲガスを供給する。なお、たとえば機関回転数及び機関負荷と第２ＥＧＲ弁４２の開度との関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに基づいて第２ＥＧＲ弁４２の開度が決定される。また、吸入空気量に基づいて第２ＥＧＲ弁４２の開度をフィードバック制御してもよい。
【００４０】
このように、フィルタ３４に詰まりが発生するまでは、ディフューザ翼内ＥＧＲ装置３０のみからＥＧＲガスを供給することにより、ポンプ損失を低減することができる。また、フィルタ３４に詰まりが発生しても、代わりに第２ＥＧＲ装置４０からＥＧＲガスを供給することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
１０   ＥＣＵ
３０   ディフューザ翼内ＥＧＲ装置
３１   ＥＧＲ通路
３２   第１ＥＧＲ弁
３３   第１ＥＧＲクーラ
３４   フィルタ
３５   差圧センサ
４０   第２ＥＧＲ装置
４１   第２ＥＧＲ通路
４２   第２ＥＧＲ弁
４３   第２ＥＧＲクーラ
５０   ターボチャージャ
５１   コンプレッサハウジング
５２   タービンハウジング
５３   センタハウジング
５４   コンプレッサインペラ
５５   タービンインペラ
５６   ロータシャフト
６１   ディフューザ部
６２   ディフューザ翼
６３   回動軸
３１０ 外部ＥＧＲ通路
３１１ ハウジング内ＥＧＲ通路
３１２ 翼内ＥＧＲ通路
３１３ 開口部
６１１ ディフューザ部の底面
６２１ ディフューザ翼面
【図１】
2011236811.tif 000003
【図２】
2011236811.tif 000004
【図３】
2011236811.tif 000005
【図４】
2011236811.tif 000006
【図５】
2011236811.tif 000007