(57)【要約】【課題】低速域におけるコンプレッサのサージングの発生を大幅に抑制し且つその効率を著しく高めて従来以上の燃費低減を実現し得る過給システムを提供する。【解決手段】ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの入口に回転ファン１２を設け、該回転ファン１２の回転駆動により前記コンプレッサ２ａの入口に入る吸気３に対し該コンプレッサ２ａの翼車の回転方向と同じ向きに予旋回流を形成し且つ事前の圧力上昇を図り得るように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャのコンプレッサの入口に回転ファンを設け、該回転ファンの回転駆動により前記コンプレッサの入口に入る吸気に対し該コンプレッサの翼車の回転方向と同じ向きに予旋回流を形成し且つ事前の圧力上昇を図り得るように構成したことを特徴とする過給システム。
【請求項２】
必要な出力に応じエンジンの着火気筒を減らす減筒運転を行い得るようにしたエンジンに適用したことを特徴とする請求項１に記載の過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気の流量が少なくなる低速域でも効率の良い過給を行い得る過給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、自動車等のエンジンにおける燃費率は、７０〜８０％負荷運転最高回転速度の４０〜６０％回転の付近で最良となるように設計されているため、普通走行時には負荷が設計値より低い燃費率の悪い条件で運転されることになる。
【０００３】
この対策として、必要な出力に応じてエンジンの着火気筒を減らし、その減らした気筒だけで負荷条件を上げてエンジンを駆動することにより燃費の向上を図る減筒運転が以前から知られており、例えば、高速道路走行時等の定常走行時に減筒運転を実施すれば、その走行燃費の大幅な向上を図ることができる。
【０００４】
また、近年においては、排気管途中に排気ガスを浄化するための触媒が装備されるようになってきているため、この種の触媒が低負荷時に活性温度に達し難いことへの対策として、減筒運転を低負荷時に実行することで排気温度を高温に維持できるようにすることが提案されている。
【０００５】
ここで、前述の如き減筒運転を実行するにあたっては、各気筒の吸・排気バルブの開閉タイミング及びリフトを調節し得るようにした可変バルブ機構を備え、該可変バルブ機構により一部の気筒における吸・排気バルブの開弁動作を不作動として気筒内に作動ガスを封止した状態とし、休止気筒におけるポンピングロスが生じないようにして減筒運転を行うことが好ましい。
【０００６】
尚、この種の減筒運転に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１や特許文献２等が既に存在している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１３７９３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３６０５７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、これら特許文献１や特許文献２では特に問題提起されていないものの、前述の減筒運転をターボチャージャ付きのエンジンに採用した場合には、その減筒運転時に排気流量の急激な低下によりエンジン側の吸い込み特性が著しく低下し、特に低速域においてコンプレッサ性能曲線図上のサージライン付近でコンプレッサが運転されることになり、ターボチャージャがサージング（コンプレッサの吐出圧力と吸込風量の関係がサージング領域に入った時に圧力と風量が大きく脈動して振動や異常音が発生する現象；コンプレッサを所要の回転数で回転している時に所定限度以下の流量又は所定限度以上の吐出圧力になるとサージングに陥る）に陥り易くなるという問題があり、更には、サージングに陥り易くなるが故に低速域での減筒運転領域を制限しなければならず、しかも、サージライン付近は効率の悪い運転領域でもあるため、低速域で十分な燃費低減効果が得られないという問題もあった。
【０００９】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、低速域におけるコンプレッサのサージングの発生を大幅に抑制し且つその効率を著しく高めて従来以上の燃費低減を実現し得る過給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、ターボチャージャのコンプレッサの入口に回転ファンを設け、該回転ファンの回転駆動により前記コンプレッサの入口に入る吸気に対し該コンプレッサの翼車の回転方向と同じ向きに予旋回流を形成し且つ事前の圧力上昇を図り得るように構成したことを特徴とする過給システム、に係るものである。
【００１１】
而して、低速域で吸気の流量が少なくなって流入速度が低下した場合に、ターボチャージャのコンプレッサの入口で回転ファンを回転駆動し、前記コンプレッサの翼車の回転方向と同じ向きに予旋回流を形成すると、吸気の流入速度が遅くても予旋回流の旋回速度が加わることで相対流線と翼の傾きとの乖離が減少して前記コンプレッサへの吸気の導入が円滑になり、これによりコンプレッサ性能曲線上でのサージラインが低流量側へ移動し、コンプレッサの作動点がサージング領域から遠ざけられてコンプレッサがサージングに陥り難くなり、また、コンプレッサの回転駆動により事前の圧力上昇が図られると、コンプレッサの圧力比が低下してコンプレッサの作動点が効率の良い領域へと移動し、コンプレッサの効率が著しく高められて従来以上の燃費低減が実現されることになる。
【００１２】
尚、コンプレッサの入口で吸気に予旋回流を与えるという観点だけからすれば、コンプレッサの入口に角度可変の固定フィンを設置する手段も考えられるが、このような固定フィンでは、吸気の流れ方向に対し傾斜角を付けた時の流量の絞り込みにより圧力損失が大きくなってしまう不具合があり、回転ファンの回転駆動により予旋回流を与えた方が圧力損失を招かなくて済む点で優れている。
【００１３】
更に、本発明をより具体的に実施するにあたっては、必要な出力に応じエンジンの着火気筒を減らす減筒運転を行い得るようにしたエンジンに適用することが好ましく、このようなエンジンに適用すれば、低速域で減筒運転してもサージングの発生を著しく抑制することが可能となるので、低速域における減筒運転領域を従来より拡張することが可能となり、低速域での減筒運転による燃費低減効果を更に高めることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
上記した本発明の過給システムによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１５】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、吸気の流量が少なくなる低速域で回転ファンを回転駆動してコンプレッサの入口に予旋回流を形成することにより、低速域におけるコンプレッサのサージングの発生を大幅に抑制することができ、また、コンプレッサに入る吸気の圧力を上昇させることにより、コンプレッサの圧力比を低下して該コンプレッサの効率を大幅に向上することができるので、従来以上の燃費低減を実現することができる。
【００１６】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、低速域で減筒運転してもサージングの発生を著しく抑制することができるので、低速域における減筒運転領域を従来より拡張することができ、低速域での減筒運転による燃費低減効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【図３】図１のコンプレッサの性能曲線図である。
【図４】通常運転時における速度三角形について説明する図である。
【図５】低速域で流入速度が低下した時の速度三角形を示す図である。
【図６】翼に対する吸気の流れの剥離を示す図である。
【図７】予旋回流を与えた時の速度三角形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中１はターボチャージャ２を搭載したエンジンを示し、図示しないエアクリーナから導かれた吸気３が吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３がインタークーラ５へと送られて冷却され、該インタークーラ５から更に吸気マニホールド６へと吸気３が導かれてエンジン１の各気筒７に分配されるようになっている。
【００２０】
また、このエンジン１の各気筒７から排出された排気ガス８は、排気マニホールド９を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８が排気管１０及びマフラ１１を介し車外へ排出されるようになっており、このマフラ１１内には、選択還元型触媒やＮＯx吸蔵還元触媒等の触媒やパティキュレートフィルタといった後処理装置が装備されている。
【００２１】
そして、このようなターボチャージャ２を備えて成る過給システムに関し、本形態例においては、図２に要部を拡大して示す如く、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの入口に回転ファン１２を設け、該回転ファン１２の羽根１３を電動機１４で回転駆動することにより前記コンプレッサ２ａの入口に入る吸気３に対し該コンプレッサ２ａの翼車の回転方向と同じ向きに予旋回流を形成し且つ事前の圧力上昇を図り得るように構成してある。
【００２２】
また、ここに図示しているエンジン１は、その回転数に応じた最適な熱効率を実現して燃費の向上を図ること等を目的として、エンジン１が所定の運転領域で運転されていると判定された時に通常モードから減筒モードに切り替わり、この減筒モードに切り替わった際には、一部の気筒７の燃料噴射がカットされるようになっている。
【００２３】
ここで、前記エンジン１には、バルブの開閉タイミング及びリフトを変化させ得るようにした可変バルブ機構が採用されており、減筒モードで燃料噴射をカットされるグループの気筒７について、そのバルブの開弁動作を減筒モードの間だけ不作動として気筒７内に作動ガスを封止した状態とし、休止気筒におけるポンピングロスが生じないようにしてある。
【００２４】
尚、図中１５は排気ガス８の一部を排気マニホールド９から吸気管４へ再循環するＥＧＲパイプ、１６は該ＥＧＲパイプ１５の途中に装備されたＥＧＲバルブ、１７は再循環される排気ガス８を水冷するＥＧＲクーラを示す。
【００２５】
而して、低速域で吸気３の流量が少なくなって流入速度が低下した場合に、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの入口で回転ファン１２を回転駆動し、前記コンプレッサ２ａの翼車の回転方向と同じ向きに予旋回流を形成すると、吸気３の流入速度が遅くても予旋回流の旋回速度が加わることで相対流線と翼の傾きとの乖離が減少して前記コンプレッサ２ａへの吸気３の導入が円滑になり、図３のコンプレッサ２ａの性能曲線図上でのサージラインが従来よりも低流量側へ移動し、コンプレッサ２ａの作動点がサージング領域から遠ざけられてコンプレッサ２ａがサージングに陥り難くなり、また、コンプレッサ２ａの回転駆動により事前の圧力上昇が図られると、コンプレッサ２ａの圧力比が低下してコンプレッサ２ａの作動点が効率の良い領域へと移動し、コンプレッサ２ａの効率が著しく高められて従来以上の燃費低減が実現されることになる（図３中の１０００ｒｐｍ減筒運転の従来と本形態例との比較を参照）。
【００２６】
ここで、予旋回流によりコンプレッサ２ａへの吸気３の導入が円滑になる作用につき補足して説明すると、コンプレッサ２ａの翼車に入る吸気３の流入速度ｖ1と、コンプレッサ２ａの翼１８の回転速度ｕと、該翼１８に対する吸気３の相対流入速度ｗ1とは、図４に示す如き夫々の速度ベクトルで描かれた速度三角形として図示することができ、最も効率を上げたい運転領域で描かれる速度三角形で翼１８の回転速度ｕのベクトルと吸気３の相対流入速度ｗ1のベクトルとが成す角度θに合わせて翼１８の傾きが決められている。
【００２７】
ただし、コンプレッサ２ａの翼１８の傾きは、最も効率を上げたい運転領域での翼１８に対する吸気３の相対流線と沿うように決められているため、低速域で吸気３の流量が少なくなって、図５に示す如く、吸気３の流入速度がｖ1’に低下すると、速度三角形の角度がθ’まで小さくなって相対流線と翼１８の傾きとの乖離が大きくなり、図６に示す如く、吸気３の流れが翼１８から剥離してサージングを招いてしまうことになる。
【００２８】
そこで、このような低速域で回転ファン１２を回転駆動して予旋回流を形成すれば、図７に示す如く、予旋回している吸気３から見た翼１８の相対的な回転速度が予旋回流速度ｕfの分だけ小さくなり、吸気３の流入速度ｖ1’が小さくても、その速度三角形における角度θを吸気３の流入速度ｖ1の時と同様に保つことが可能となり、吸気３の相対流線を翼１８の傾きに沿わせて該翼１８に対する吸気３の流れの剥離を防止してサージングの発生を抑制することが可能となる。
【００２９】
また、このように予旋回流を与えてサージングを抑制するにあたっては、下記の数１の関係が成り立つように（若しくは可能な限り近い値となるように）予旋回流速度ｕfを制御すれば良い。
［数１］
ｕf＝ｕ−ｖ1’÷tanθ
ｕf：予旋回流速度
ｕ：翼の回転速度
ｖ1’：吸気の流入速度
【００３０】
尚、コンプレッサ２ａの入口で吸気３に予旋回流を与えるという観点だけからすれば、コンプレッサ２ａの入口に角度可変の固定フィンを設置する手段も考えられるが、このような固定フィンでは、吸気３の流れ方向に対し傾斜角を付けた時の流量の絞り込みにより圧力損失が大きくなってしまう不具合があり、回転ファン１２の回転駆動により予旋回流を与えた方が圧力損失を招かなくて済む点で優れている。
【００３１】
従って、上記形態例によれば、吸気３の流量が少なくなる低速域で回転ファン１２を回転駆動してコンプレッサ２ａの入口に予旋回流を形成することにより、低速域におけるコンプレッサ２ａのサージングの発生を大幅に抑制することができ、また、コンプレッサ２ａに入る吸気３の圧力を上昇させることにより、コンプレッサ２ａの圧力比を低下して該コンプレッサ２ａの効率を大幅に向上することができるので、従来以上の燃費低減を実現することができる。
【００３２】
また、特に本形態例においては、必要な出力に応じエンジン１の着火気筒を減らす減筒運転を行い得るようにしたエンジン１に適用しているが、このようなエンジン１に適用すれば、低速域で減筒運転してもサージングの発生を著しく抑制することができるので、低速域における減筒運転領域を従来より拡張することができ、低速域での減筒運転による燃費低減効果を更に高めることができる。
【００３３】
尚、本発明の過給システムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３４】
１ エンジン
２ ターボチャージャ
２ａ コンプレッサ
３ 吸気
１２ 回転ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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