(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気を過給するコンプレッサと、
このコンプレッサの上流側に設けられ、その内周面が下流側へ向かうに従って徐々に縮径するテーパ状をなす吸気管部と、
上記吸気管部の内部に設けられる吸気ガイドユニットと、を有し、
このガイドユニットは、上記吸気管部と同心状に配置された外筒部と、この外筒部の内部を流れる吸気に旋回成分を付与するガイドベーンと、を備え、
更に、上記吸気ガイドユニットの外筒部の外周面と吸気管部の内周面との隙間が増減するように、上記吸気ガイドユニットを通路長手方向に沿って駆動するアクチュエータを有することを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項２】
所定の低速域では、上記吸気管部のテーパ状をなす内周面と、その内側に配置される吸気ガイドユニットと、の隙間が小さくなるように、上記アクチュエータにより吸気ガイドユニットを下流側に配置させる一方、
この低速域よりも機関回転速度が高い所定の中・高速域では、上記隙間が大きくなるように、上記アクチュエータにより吸気ガイドユニットを上流側に配置させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項３】
上記吸気ガイドユニットは、上記外筒部の中心軸線上に沿って配置されるノズルコーンを有し、このノズルコーンは、その外周面が下流側へ向かうに従って徐々に拡径するテーパ状をなしており、
上記ガイドベーンは、上記ノズルコーンと外筒部とに掛け渡されるとともに、上流側から下流側へ向けて螺旋状に湾曲しつつ延在する帯状をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機の吸気効率を高める技術として、特許文献１には、吸気を過給するコンプレッサの上流側に案内羽根（ガイドベーン）を設ける技術が記載されている。この案内羽根は、吸気通路の中心部に設けたギヤケース内の歯車によって、その傾き角が調整可能とされており、機関負荷や機関回転速度に応じて案内羽根の傾き角度を制御するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１６７８２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
案内羽根により遠心式のコンプレッサへ流入する吸気を整流するとともに旋回成分を付与することにより、特に吸気流量の少ない低速域において、吸気効率を高めて、機関出力・トルクの立ち上がりを早くすることができるものの、吸気流量が多い中・高速域では、案内羽根による通気抵抗が増加して、逆に機関出力・トルクを低下させることが懸念される。
【０００５】
また、上記特許文献１のように、機関回転速度等に応じて案内羽根の傾き角を調整するものでは、個々の案内羽根を可動式とした上で、その傾き角を変更・保持するための複雑なギヤ機構が必要となり、装置の大型化，コストの増加や、耐久性・信頼性の低下などが懸念される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構造でありながら、低速域における旋回成分の付与と、中・高速域における通気抵抗の低下と、を両立することができる新規な内燃機関の過給装置を提供することを目的としている。
【０００７】
すなわち、本発明に係る内燃機関の過給装置は、吸気を過給するコンプレッサと、このコンプレッサの上流側に設けられ、その内周面が下流側へ向かうに従って徐々に縮径するテーパ状をなす吸気管部と、吸気に旋回成分を付与するガイドベーンを備え、上記吸気管部の内部に設けられる吸気ガイドユニットと、上記吸気ガイドユニットと吸気管部との隙間が増減するように、上記吸気ガイドユニットを通路長手方向に沿って駆動するアクチュエータと、を有することを特徴としている。
【０００８】
上記の構成により、所定の低速域では、アクチュエータにより吸気ガイドユニットを下流側に駆動・配置することで、下流側へ向けて徐々に縮径するテーパ状の吸気管部と、その内側に配置される吸気ガイドユニットと、の隙間が小さくなる。従って、吸気の多くが、ガイドベーンを備えた吸気ガイドユニット内を通過することとなり、ガイドベーンによる吸気の整流及び旋回成分の付与が促進される。この結果、コンプレッサの回転上昇が速まり、ブーストの発達が促進されるために、低速トルクの立ち上げるを早めて、ターボラグを抑制・解消することができる。
【０００９】
一方、この低速域よりも機関回転速度が高い所定の中・高速域では、アクチュエータにより吸気ガイドユニットを上流側に駆動・配置する。これにより、上流側へ向けて広がる吸気管部の内周面と、その内側に配置される吸気ガイドユニットと、の隙間が大きくなって、通気抵抗が低下し、機関出力・トルクの低下を抑制することができる。
【００１０】
また、吸気管部を下流側へ向けて徐々に縮径するテーパ形状とすることで、吸気の流れを乱すことなく流速を高めることができる。つまり、このようなテーパ形状の吸気管部を利用して、吸気ガイドユニットを通路長手方向に駆動することで、吸気管部を通過する吸気の全量のうち、吸気ガイドユニット内を通過する流量と、吸気ガイドユニットの外側の隙間を流れる流量と、の比率を調整可能としている。
【００１１】
更に、吸気ガイドユニット全体をアクチュエータにより通路長手方向に沿って直線的に駆動するものであるために、アクチュエータや吸気ガイドユニットの構造が簡素なものとなる。特に、ガイドベーンを含む吸気ガイドユニットが、可動部分を必要としないことから、例えば複数のガイドベーンとノーズコーンとを合成樹脂材料により一体的に成形することが可能となり、上記特許文献１のように個々のガイドベーンを可動式の構造とする場合に比して、大幅な部品点数の削減，簡素化，軽量化を図ることができるとともに、耐久性や信頼性も向上する。
【発明の効果】
【００１２】
このように本発明によれば、簡素な構造でありながら、低速域でのガイドベーンによる整流・旋回成分の付与と、中・高速域での通気抵抗の低減と、の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関の過給装置の吸気管部を示す斜視図。
【図２】上記実施例の過給装置の要部を示し、（Ａ）が吸気ガイドユニットを最も上流側に配置した状態での断面図、（Ｂ）が吸気ガイドユニットを最も下流側に配置した状態での断面図。
【図３】吸気ガイドユニットを単体で示す斜視図。
【図４】吸気ガイドユニットの一体成形されたノーズコーン及びガイドベーンを示す斜視図。
【図５】上記吸気管部が取り付けられるターボ過給機を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図示実施例により本発明を説明する。図５を参照して、この内燃機関にはターボ過給機１が設けられている。このターボ過給機１は、周知のように、排気エネルギーにより駆動される排気タービン２と、排気タービン２と同軸上に固定されて、この排気タービン２と一体的に回転し、吸気を圧縮・過給する遠心スクロール式のコンプレッサ３と、を有している。排気タービン２の上流側には、内燃機関の排気側の側壁に取り付けられる排気マニホールド４が設けられている。コンプレッサ３の上流側の取付フランジ５には、後述する吸気管部１０が取り付けられる（図１，図２参照）。吸気は、図示せぬエアクリーナ等から吸気管部１０を通過した後、コンプレッサ３に供給され、このコンプレッサ３の出口管部６に取り付けられる吸気出口管あるいは吸気マニホールド（図示省略）を経て、内燃機関の各気筒の燃焼室へと供給される。
【００１５】
図１及び図２に示すように、吸気管部１０は、両端が開放する筒状をなし、かつ、吸気の流れ方向Ｆの上流側から下流側へ向かうに従って、内周面が徐々に縮径する傾斜面・テーパ面となっており、これによって、吸気の流れを乱すことなく、吸気の流速を早める形状となっている。この吸気管部１０の上流側端部には、吸気ダクト（図示省略）が取り付けられる上流側の取付フランジ１１が設けられるとともに、下流側端部には、上記コンプレッサ３の上流側の取付フランジ５（図５）に取り付けられる下流側の取付フランジ１２が設けられている。これらの取付フランジ１１，１２には、それぞれ固定用のボルトが挿通するボルト孔１１Ａ，１２Ａが形成されている。
【００１６】
そして、このテーパ状をなす吸気管部１０の内部に、本実施例の要部をなす吸気ガイドユニット２０が配設されている。図３は、吸気ガイドユニット２０を単体で示す斜視図であり、図４は、吸気ガイドユニット２０の外筒部２１を省略し、その内側に設けられるノーズコーン２２及びガイドベーン２３を示す斜視図である。この吸気ガイドユニット２０は、筒状をなす外筒部２１と、この外筒部２１の中心軸線（Ｌ０）に沿って同心状に配置されるノーズコーン２２と、このノーズコーン２２と外筒部２１とに掛け渡される複数のガイドベーン２３と、により大略構成されており、外筒部２１の中心軸線が通路長手方向（通路中心線）Ｌ０に沿う姿勢で、吸気管部１０の内部に配置されている。
【００１７】
ノーズコーン２２とガイドベーン２３とは合成樹脂材料により一体的に形成され、ガイドベーン２３の外周縁が、合成樹脂材料（あるいはアルミ合金等の金属材料）により形成される外筒部２１の内周面と一体的に接合されている。このように、吸気ガイドユニット２０が２部品により構成されており、大幅な部品点数の削減化・軽量化・低コスト化が図られている。
【００１８】
ノーズコーン２２は、吸気流れ方向Ｆの下流側（図２の右側）へ向かうに従って徐々に拡径する中実円錐形状をなしており、これによって、吸気の流れを整流しつつ、下流側へ向かうに従って吸気通路断面積を徐々に縮小させて、吸気流速を上昇させる機能を有している。なお、ノーズコーン２２の後端部２２Ａは、流れを乱すことのないように、下流側へ向かって凸に湾曲する滑らかな湾曲面に形成されている。
【００１９】
ガイドベーン２３は、吸気に旋回成分を付与し、旋回流速度を強化するように、外筒部２１の上流端から下流端にわたって、螺旋状に湾曲しつつ延在する帯状をなしている。このガイドベーン２３により付与される吸気の旋回方向は、下流側に配置される遠心スクロール式のコンプレッサ３のインペラー形状等に応じて適宜に設定されている。
【００２０】
このような吸気ガイドユニット２０は、支持機構によって、通路長手方向Ｌ０に沿って移動可能に吸気管部１０に支持されており、かつ、電動式あるいは油圧駆動式のアクチュエータ２５によって、通路長手方向Ｌ０に沿って駆動・保持される。このアクチュエータ２５の動作は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有する制御部２４（図１参照）により制御される。
【００２１】
上記の支持機構は、外筒部２１の前端外周から直径方向に沿って径方向外方へ突出する一対のアーム部２６と、各アーム部２６に固定され、通路長手方向Ｌ０に沿って延在する一対のガイドプレート２７と、を有しており、一方のアーム部２６の先端が、アクチュエータ２５の出力軸２５Ａの先端と連結されている。吸気管部１０の外周には、通路長手方向Ｌ０と平行なガイド面２９を有するガイド部２８が膨出形成されており、このガイド面２９上を、上記のガイドプレート２７が通路長手方向Ｆに沿ってスライド可能に配置されている。このガイド部２８には、アーム部２６が貫通するスリット３０が形成されている。
【００２２】
図２（Ａ）は、吸気ガイドユニット２０を最も上流側（図の左側）に配置した状態を示しており、図２（Ｂ）は、吸気ガイドユニット２０を最も下流側（図の右側）に配置した状態を示している。
【００２３】
同図に示すように、吸気管部１０の内周面が下流側へ向かうに従って徐々に縮径するテーパ面をなしているために、アクチュエータ２５により吸気ガイドユニット２０を通路長手方向Ｌ０に沿って駆動することに伴って、この吸気管部１０と吸気ガイドユニット２０との最小の隙間ΔＤ１，ΔＤ２、より詳しくは、吸気管部１０の内周面と、これに対向する吸気ガイドユニット２０の外筒部２１の下流側端部の外周面と、の隙間ΔＤ１，ΔＤ２が増減する。具体的には、図２（Ａ）に示すように、吸気ガイドユニット２０が上流側に移動するほど隙間ΔＤ１が大きくなり、吸気ガイドユニット２０が下流側に移動するほど隙間ΔＤ２が小さくなる。
【００２４】
そして本実施例においては、機関回転速度が所定値よりも低い所定の低速域、より具体的には、全負荷時に過給圧のコントロールを開始するエンジン回転速度であるインターセプトポイントよりも低速側のインターセプト前の領域では、図２（Ｂ）に示すように、アクチュエータ２５により吸気ガイドユニット２０を（最）下流側に駆動・配置して、上記の隙間ΔＤ２を小さくする。これによって、吸気管部１０を流れる吸気の全量のうち、外側の隙間ΔＤ２を流れる吸気の割合・流量を抑制し、その多くを吸気ガイドユニット２０の外筒部２１内に流れるようにすることで、コンプレッサ３に流入する吸気の旋回成分を強化して、旋回流速度を高めることができる。これによって、コンプレッサ３の回転上昇を促進し、ブースト圧の上昇・立ち上がりを早めて、低速トルクの立ち上がりを向上し、ターボラグを抑制・解消することができる。
【００２５】
一方、機関回転速度が所定値以上の中・高速域、より具体的には、インターセプトポイントよりも高速側のインターセプト後の領域では、過給圧が既に上昇しているために、旋回成分の強化はあまり要求されず、むしろ、外筒部２１内の複数のガイドベーン２３を通過する際の通気抵抗の増加により、機関出力（最高出力）・トルクの低下が懸念される。そこで本実施例では、このようなインターセプト後の中・高速域では、図２（Ａ）に示すように、アクチュエータ２５により吸気ガイドユニット２０を（最）上流側に駆動・配置して、上記の隙間ΔＤ１を小さくする。これによって、吸気管部１０を流れる吸気の全量のうち、外周側の隙間ΔＤ１を流れる吸気の割合・流量が多くなる一方、吸気ガイドユニット２０の外筒部２１内を流れる吸気の流量が抑制される。このように、外周側の隙間Ｄ１を大きくして、通路面積を十分に確保するとともに、外筒部２１内を流れる流量を抑制することで、通気抵抗を抑制し、最高出力・トルクの向上を図ることができる。
【００２６】
また、吸気ガイドユニット２０全体をアクチュエータ２５により通路長手方向に沿って直線的に駆動する構造であるために、アクチュエータ２５や吸気ガイドユニット２０の構造が簡素なものとなり、応答性にも優れている。特に、ガイドベーンを含む吸気ガイドユニットが、可動部分を必要としないことから、上記実施例のように、複数のガイドベーン２３とノーズコーン２２とを合成樹脂材料により一体的に成形することが可能となり、個々のガイドベーンを可動式の構造とする場合に比して、大幅な部品点数の削減，簡素化，軽量化を図ることができるとともに、耐久性や信頼性も大幅に向上する。
【００２７】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。
【００２８】
例えば、上記実施例では、外筒部２１を同一外径のストレート形状としているが、吸気管部１０と同様に、下流側へ向かうに従って徐々に縮径するテーパ形状としても良い。このようなテーパ形状とした場合、上記実施例のようなストレート形状とした場合に比して、より多くの吸気が外筒部２１内に案内・供給されることとなるために、図２（Ｂ）に示すように吸気ガイドベーン２３を下流側に駆動・配置する低速域では、通気抵抗が抑制されるとともに、旋回成分も更に強化されるものの、図２（Ａ）に示す吸気ガイドベーン２３を上流側に駆動・配置する中・高速域では、入口側からみた吸気ガイドベーン２３の外筒部２１の投影断面積が拡大して、通気抵抗が悪化し、最大出力・トルクが低下する。従って、主に低速域での旋回成分の付与による低速トルクの向上を狙う場合には、外筒部をテーパ形状とすることが好ましく、主に中・高速域での通気抵抗の低下を狙う場合には、上記実施例のように外筒部をストレート形状とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００２９】
１…ターボ過給機
３…コンプレッサ
１０…吸気管部
２０…吸気ガイドユニット
２１…外筒部
２２…ノーズコーン
２３…ガイドベーン
２５…アクチュエータ
【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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