(57)【要約】【課題】サージング現象の発生を内燃機関の他の構成と協働して無駄なく抑制することのできる内燃機関を提供する。【解決手段】エンジンは、吸気通路４に設けられてインペラにより吸気を圧縮する遠心式のコンプレッサ８３を有するターボチャージャと、排気の一部を吸気通路４に還流させるＥＧＲ装置と、ＥＧＲ装置によって還流される排気をインペラの迎え角が小さくなるように旋回させた状態で吸気通路４のコンプレッサハウジング８４よりも上流部分に導入する旋回流発生機構３とを備える。【選択図】図２
2007154675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に設けられてインペラにより吸気を圧縮する遠心式の過給機と、
排気の一部を吸気通路に還流させる排気還流装置と、
前記排気還流装置によって還流される排気を前記インペラの迎え角が小さくなるように旋回させた状態で前記吸気通路の前記過給機よりも上流部分に導入する旋回流発生機構と
を備える内燃機関。
【請求項２】
前記排気還流装置によって還流される排気を前記旋回流発生機構とは別の経路によって前記吸気通路に導入する導入通路と、同導入通路への排気の導入量を調節する調節弁とを更に備える請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記吸気通路の前記過給機よりも上流部分には、排気性状を向上させるべく機関運転状態に基づいて算出された量の排気が導入される請求項１又は２に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、機関の出力特性を向上させるために過給機を搭載したものがある。こうした過給機としては、排気のエネルギを利用してコンプレッサを駆動する排気駆動式過給機（以下、ターボチャージャと称する）と、機関の動力によりコンプレッサを駆動する機械駆動式過給機（以下、スーパーチャージャと称する）とが知られている。
【０００３】
図４はターボチャージャの構成を示したものである。
図４に示されるように、ターボチャージャ８はエンジンの排気通路６に設けられるタービン８１、タービン８１を内包するタービンハウジング８２を備えている。また、ターボチャージャ８はエンジンの吸気通路４に設けられるコンプレッサ８３、コンプレッサ８３を内包するコンプレッサハウジング８４、及びタービン８１とコンプレッサ８３とを軸連結するためのタービンシャフト８５を備えている。そして、エンジンの排気のエネルギによりタービン８１が回転させられ、これに伴ってコンプレッサ８３が回転させられる。このため、吸気通路４においてコンプレッサハウジング８４内に流入した吸気は、コンプレッサハウジング８４の入口部から出口部に向けて移動する過程でコンプレッサ８３によって圧縮されることとなる。このようにして圧縮した吸気をシリンダ内に供給することにより、圧縮されていない吸気を供給する場合に比べてより多くの酸素を燃焼に供することができるようになるため、機関の出力特性を向上することができる。
【特許文献１】特開平９―３１０６９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、こうしたターボチャージャ８では、コンプレッサハウジング８４の入口部の圧力が出口部の圧力よりも小さくなるといった特性上、流入する吸気の流量が少ない少流量域側では、一旦流入した吸気がコンプレッサハウジング８４内を逆流することにより吸気の圧力や流量が大きく変動する、いわゆるサージング現象が生じる。こうしたサージング現象が生じると、コンプレッサ８３が激しく振動してしまいターボチャージャ８を安定して運転することができない。また、こうした問題はスーパーチャージャを備えた内燃機関においても概ね共通したものとなっている。
【０００５】
なお、こうしたサージング現象の発生を防止するものとしては、例えば特許文献１に記載される技術がある。この特許文献１に記載の技術では、コンプレッサによって圧縮された吸気の一部を取り出し、これを旋回させた状態で吸気通路のコンプレッサハウジングよりも上流部分に導入している。これにより、インペラ（コンプレッサを構成する複数のブレード全体の総称）の迎え角が小さくなるようにしてサージング現象の発生を抑制するようにしている。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、サージング現象の発生を内燃機関の他の構成と協働して無駄なく抑制することのできる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、吸気通路に設けられてインペラにより吸気を圧縮する遠心式の過給機と、排気の一部を吸気通路に還流させる排気還流装置と、前記排気還流装置によって還流される排気を前記インペラの迎え角が小さくなるように旋回させた状態で前記吸気通路の前記過給機よりも上流部分に導入する旋回流発生機構とを備えることをその要旨とする。
【０００８】
上記構成によれば、排気還流装置によって還流される排気をインペラの迎え角が小さくなるように旋回させた状態で吸気通路の過給機よりも上流部分に導入する旋回流発生機構を備えているため、還流される排気を利用してサージング現象の発生を抑制することができる。したがって、サージング現象の発生を内燃機関の排気還流装置と協働して無駄なく抑制することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記排気還流装置によって還流される排気を前記旋回流発生機構とは別の経路によって前記吸気通路に導入する導入通路と、同導入通路への排気の導入量を調節する調節弁とを更に備えることをその要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、排気還流装置によって還流される排気を旋回流発生機構とは別の経路によって吸気通路に導入する導入通路と、同導入通路への排気の導入量を調節する調節弁とを更に備えている。このため、旋回流発生機構を通じて吸気通路に導入される排気だけでは必要な量の排気を導入することができない場合には、導入通路を通じて排気を吸気通路に導入することにより不足する排気を補うことができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記吸気通路の前記過給機よりも上流部分には、排気性状を向上させるべく機関運転状態に基づいて算出された量の排気が導入されることをその要旨とする。
【００１２】
一般的に、吸気の流量が少ない少流量域においてサージング現象は発生し易い。一方、内燃機関の排気性状を向上させるためには、低負荷時に相当する小流量域において排気還流装置によって吸気通路に導入される排気の量を増加させる必要がある。
【００１３】
この点上記構成によれば、吸気通路の過給機よりも上流部分には、排気性状を向上させるべく機関運転状態に基づいて算出された量の排気が導入されるため、排気性状を向上させつつサージング現象の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明にかかる内燃機関の一実施形態について、図１〜図２を参照して説明する。
図１は内燃機関（以下、エンジンと称する。）の概略構成を示した模式図である。なお、本実施形態ではエンジンの一例として４つの気筒が直列に配置された直列４気筒エンジンを採用している。
【００１５】
図１に示されるように、エンジンは第１気筒＃１〜第４気筒＃４の４つの気筒が形成されたエンジン本体２を備えている。エンジン本体２はシリンダヘッド、シリンダブロック、ピストン等を備えて構成されており、シリンダヘッドには各気筒＃１〜＃４の燃焼室に吸気を供給するための吸気通路４及び各気筒＃１〜＃４の燃焼室からの排気を排出するための排気通路６がそれぞれ接続されている。
【００１６】
吸気通路４には各気筒＃１〜＃４の燃焼室に供給される吸気の流量を調節するためのスロットル弁４１が設けられている。吸気通路４とエンジン本体２とは吸気通路４の一部をなす吸気マニホルド４２によって接続されており、スロットル弁４１を通じて供給される吸気は吸気マニホルド４２によって各気筒＃１〜＃４の燃焼室にそれぞれ分配して供給される。
【００１７】
排気通路６とエンジン本体２とは排気通路６の一部をなす排気マニホルド６１によって接続されており、各気筒＃１〜＃４の燃焼室からの排気は排気マニホルド６１を通じて１つの経路に集合させられるとともに、排気下流側に設けられた触媒装置６２に導入される。
【００１８】
エンジンには排気のエネルギを利用してコンプレッサ８３を駆動するターボチャージャ８が設けられている。ターボチャージャ８は排気通路６に設けられるタービン８１、タービン８１を内包するタービンハウジング８２、吸気通路４に設けられるコンプレッサ８３、コンプレッサ８３を内包するコンプレッサハウジング８４、及びタービン８１とコンプレッサ８３とを軸連結するためのタービンシャフト８５を備えて構成されている。
【００１９】
タービン８１は円盤状のタービンホイールと同タービンホイールの一方の面上に形成された複数のタービンブレード（タービンインペラ）とを備えて構成されており、タービンハウジング８２の内部にて回転可能に配設されている。タービンブレードは排気が円滑に流出できるように放射状に湾曲して形成されている。なお、タービン８１は耐熱性のニッケル合金により形成されている。
【００２０】
コンプレッサ８３は円盤状のコンプレッサホイールと同コンプレッサホイールの一方の面上に形成された複数のコンプレッサブレード（コンプレッサインペラ）とを備えて構成されており、コンプレッサハウジング８４の内部にて回転可能に配設されている。コンプレッサブレードは吸気の流れを考慮して放射状に湾曲して形成されている。なお、コンプレッサ８３は軽量化を図るべくアルミニウム合金により形成されている。
【００２１】
ターボチャージャ８では、タービンハウジング８２の入口からその内部に流入した排気によってタービンブレードが押されることによりタービン８１に回転力が与えられる。そしてタービンブレードを押した後の排気はタービンハウジング８２の出口から流出する。こうしてタービン８１が回転すると、タービンシャフト８５を介してコンプレッサ８３に回転力が与えられることによりコンプレッサ８３が回転駆動される。吸気通路４においてコンプレッサハウジング８４内に流入した吸気は、コンプレッサハウジング８４の入口から出口に向けて次第に断面積が小さくなる流路を移動する過程で回転するコンプレッサによって圧縮されることとなる。
【００２２】
吸気通路４において、コンプレッサ８３よりも吸気下流側には吸気を冷却するためのインタークーラ４３が設けられている。コンプレッサ８３により圧縮された吸気はインタークーラ４３を通過する際に冷却されることによって更にその密度が高められる。
【００２３】
エンジンには排気の一部を吸気通路４に還流させる排気還流装置１０（以下、ＥＧＲ（Ex haust Gas Recirculation ）装置と称する。）が設けられている。ＥＧＲ装置１０は排気通路６と吸気通路４とを接続するＥＧＲ通路１１、及びＥＧＲ通路１１内の排気を冷却するためのＥＧＲクーラ１２、吸気通路４に導入される排気の流量を調節するＥＧＲ弁１３を備えて構成されている。
【００２４】
ＥＧＲ通路１１は排気通路６に接続される吐出ポート１１Ａ及び吸気通路４に接続される導入ポート１１Ｂを備えている。吐出ポート１１Ａは、排気通路６において排気マニホルド６１とタービンハウジング８２との間に設けられている。導入ポート１１Ｂは、吸気通路４においてスロットル弁４１とコンプレッサハウジング８４との間に設けられている。これにより、排気マニホルド６１から排出された直後の高圧の排気は吐出ポート１１ＡからＥＧＲ通路１１に引き込まれるとともに導入ポート１１Ｂを通じて吸気通路４に導入される。
【００２５】
ＥＧＲ通路１１には水冷式のＥＧＲクーラ１２が設けられており、排気通路６から引き込まれた高温の排気はＥＧＲクーラ１２を通過する際に冷却される。排気はこのように冷却されることによってその密度が高められた状態で吸気通路４に導入される。
【００２６】
ＥＧＲ通路１１においてＥＧＲクーラ１２の下流側には、ＥＧＲ弁１３が設けられている。ＥＧＲ弁１３の開度は、排気性状を向上させるべく機関運転状態に基づいて算出された量の排気が吸気通路４に導入されるように図示しない電子制御装置によって制御される。
【００２７】
次に、ＥＧＲ装置１０によって還流される排気をコンプレッサインペラの迎え角が小さくなるように旋回させた状態で吸気通路４のコンプレッサ８３よりも上流部分に導入する旋回流発生機構３について説明する。
【００２８】
図２はコンプレッサ８３及びその周辺構成の断面図である。なお、図２（Ａ）は図２（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面構造を示しており、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面構造を示している。
【００２９】
図２（Ａ）に示されるように、吸気通路４においてコンプレッサハウジング８４の上流側には吸気通路４の一部をなす筒状のケーシング４４が設けられている。
ケーシング４４の中心軸Ｃ方向の一部分は、ケーシング本体４４Ａとその外側全周にわたって設けられた外管３２との二重構造となっており、ケーシング本体４４Ａの外周面と外管３２の内周面との間には拡散室３３が形成されている。この外管３２の一部には、外管３２の外部と拡散室３３とを連通する導入孔３４が貫通形成されるとともに、上記導入ポート１１Ｂが接続される筒状の接続ポート３５が延設されている。こうした構成により、ＥＧＲ通路１１からの排気は導入ポート１１Ｂ及び接続ポート３５を通じて拡散室３３に導入されるとともに拡散室３３内に拡散される。
【００３０】
ケーシング４４には、その周方向において所定の間隔毎に複数のスリット３１が形成されている。これらスリット３１は吸気上流側の外側から吸気下流側の内側に向けて所定の角度だけ傾斜している。また図２（Ｂ）に示されるように、スリット３１は、ケーシング４４の径方向に対して所定の角度だけ傾斜している。なお、スリット３１の大きさ、数、及び傾斜角度は、ＥＧＲ装置１０によって還流される排気をインペラの迎え角が小さくなるように旋回させることができるように実験等によって適切に設定されている。このため、拡散室３３内に拡散された排気は複数のスリット３１を通過する際に旋回力を与えられるとともに、旋回した状態で吸気通路４のコンプレッサハウジング８４よりも上流部分に導入されることとなる。なお、本実施形態では、ケーシング４４（スリット３１、外管３２、拡散室３３、導入孔３４、接続ポート３５）によって旋回流発生機構３が構成されている。
【００３１】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）ＥＧＲ装置１０によって還流される排気をコンプレッサインペラの迎え角が小さくなるように旋回させた状態で吸気通路４のコンプレッサハウジング８４よりも上流部分に導入する旋回流発生機構３を備えているため、還流される排気を利用してサージング現象の発生を抑制することができる。したがって、サージング現象の発生をエンジンのＥＧＲ装置１０と協働して無駄なく抑制することができる。
【００３２】
（２）一般的に、吸気の流量が少ない少流量域においてサージング現象は発生し易い。一方、エンジンの排気性状を向上させるためには、低負荷時に相当する小流量域においてＥＧＲ装置１０によって吸気通路４に導入される排気の量を増加させる必要がある。
【００３３】
この点本実施形態によれば、吸気通路４のコンプレッサハウジング８４よりも上流部分には、排気性状を向上させるべく機関運転状態に基づいて算出された量の排気が導入されるため、排気性状を向上させつつサージング現象の発生を抑制することができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、ＥＧＲ装置１０によって還流される排気が全て旋回流発生機構３に導入される構成となっているが、ＥＧＲ装置１０の構成はこれに限られるものではない。例えば、図３に示されるように、ＥＧＲ装置１０によって還流される排気を旋回流発生機構３とは別の経路によって吸気通路４に導入するための第１導入通路１０３，第２導入通路１０４と、同導入通路１０３，１０４への排気の導入量を調節する調節弁１０５とを更に備える構成としてもよい。ここで、第１導入通路１０３は、吸気通路４において旋回流発生機構３よりも吸気上流側に接続されており、排気を旋回させることなく吸気通路４に導入するものである。また第２導入通路１０４は、吸気通路４において吸気マニホルド４２の一部に接続されており、排気を旋回させることなく吸気マニホルド４２内に導入するものである。このため、旋回流発生機構３を通じて吸気通路４に導入される排気だけでは必要な量の排気を導入することができない場合には、第１導入通路１０３或いは第２導入通路１０４を通じて排気を吸気通路４に導入することにより不足する排気を補うことができる。
【００３５】
・上記実施形態では、排気通路６において排気マニホルド６１とタービン８１との間にＥＧＲ通路１１の吐出ポート１１Ａを設けていたが、これに加えて例えば図３に示されるように、タービン８１及び触媒装置６２の下流側に第２吐出ポートを設けるようにしてもよい。この場合、ＥＧＲ通路１１に低圧の排気を吐出するための低圧通路１０１を接続するとともに、切り替え弁１０２によって高圧或いは低圧の排気を切り替えるようにしてもよい。
【００３６】
・上記実施形態では、排気性状を向上させるべく機関運転状態に基づいて算出された量の排気が吸気通路４に導入されるように、すなわち通常のＥＧＲ制御に基づいてＥＧＲ弁１３の開度を制御したが、ターボチャージャ８のサージング現象を抑制する上で最適となるようにＥＧＲ弁１３の開度を制御してもよい。
【００３７】
・上記実施形態では、ターボチャージャ８を備える内燃機関に本発明を適用するようにしたが、吸気通路に設けられてインペラにより吸気を圧縮する遠心式の過給機を備える内燃機関であれば本発明を適用することができる。
【００３８】
・旋回流発生機構３の構成は上記実施形態にて例示されるものに限られるものではなく、要するにＥＧＲ装置１０によって還流される排気をコンプレッサインペラの迎え角が小さくなるように旋回させてコンプレッサハウジング８４の上流に導入するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関の概略構成を示す模式図。
【図２】同実施形態にかかるコンプレッサ及びその周辺構成の断面図。
【図３】本発明の内燃機関における変更例の概略構成を示す模式図。
【図４】従来の内燃機関の概略構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００４０】
２…エンジン本体、３…旋回流発生機構、３１…スリット、３２…外管、３３…拡散室、３４…導入孔、３５…接続ポート、４…吸気通路、４１…スロットル弁、４２…吸気マニホルド、４３…インタークーラ、４４…ケーシング、６…排気通路、６１…排気マニホルド、６２…触媒装置、８…ターボチャージャ、８１…タービン、８２…タービンハウジング、８３…コンプレッサ、８４…コンプレッサハウジング、８５…タービンシャフト、１０…ＥＧＲ装置、１１…ＥＧＲ通路、１１Ａ…吐出ポート、１１Ｂ…導入ポート、１２…ＥＧＲクーラ、１３…ＥＧＲ弁、１０１…低圧通路、１０２…切り替え弁、１０３…第１導入経路、１０４…第２導入通路、１０５…調節弁。
【図１】
2007154675.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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