ターボ過給機付き内燃機関
【課題】ディフューザ部を通過する吸気の圧力を十分に上昇させることができ、かつコンプレッサの運転範囲を変更可能なターボ過給機付き内燃機関を提供する。
【解決手段】ターボ過給機１０付き内燃機関１において、ディフューザ部１７と並列に設けられ、かつディフューザ部１７よりも吸気の通過抵抗が小さいバイパス通路２０と、コンプレッサホイール１５から吐出された吸気がディフューザ部１７に導かれる第１位置Ｐ１とコンプレッサホイール１５から吐出された吸気がバイパス通路２０に導かれる第２位置Ｐ２との間で移動可能な可動壁２１と、可動壁２１を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間で駆動するアクチュエータ２２とを備え、コンプレッサ１１に流入する吸気の流量及びコンプレッサ１１の入口圧力と出口圧力との比である圧力比によって特定されるコンプレッサ１１の運転状態に応じて可動壁２１の位置を変化させる。
【解決手段】ターボ過給機１０付き内燃機関１において、ディフューザ部１７と並列に設けられ、かつディフューザ部１７よりも吸気の通過抵抗が小さいバイパス通路２０と、コンプレッサホイール１５から吐出された吸気がディフューザ部１７に導かれる第１位置Ｐ１とコンプレッサホイール１５から吐出された吸気がバイパス通路２０に導かれる第２位置Ｐ２との間で移動可能な可動壁２１と、可動壁２１を第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間で駆動するアクチュエータ２２とを備え、コンプレッサ１１に流入する吸気の流量及びコンプレッサ１１の入口圧力と出口圧力との比である圧力比によって特定されるコンプレッサ１１の運転状態に応じて可動壁２１の位置を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサのディフューザ部に複数のベーンが設けられたターボ過給機を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサのディフューザ部に複数のベーンが設けられ、この複数のベーンによってコンプレッサホイールから吐出された吸気の流速を低下させ、これにより吸気の圧力を上昇させるターボ過給機を備えた内燃機関が知られている。このような内燃機関に設けられるターボ過給機として、ディフューザ部に設けられる複数の静止翼（ベーン）の間に回転自在の可動静止翼を部分的に偏在させたり、複数の静止翼のうちの一部の静止翼を他の静止翼とは異なる間隔や角度で配置したりしてコンプレッサの作動範囲（以下、運転領域と称することがある。）を広げるものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１１６２９９号公報
【特許文献２】特開平５−７１４９８号公報
【特許文献３】特開平８−２５４１２７号公報
【特許文献４】特表２００３−５２６０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のターボ過給機のようにベーンを回転自在に設けるためには、ディフューザ部の壁面とベーンとの間に隙間が必要となる。この場合、コンプレッサホイールから吐出された吸気の一部がこの隙間を通ってスクロール室に抜けるので、ディフューザ部のベーンによって吸気の圧力を十分に上昇させることができない。そのため、ベーンを固定したものと比較してコンプレッサの効率が低くなるおそれがある。複数のベーンのうちの一部のベーンを他のベーンとは異なる間隔や角度に設けたターボ過給機では、これら複数のベーンの配置によってコンプレッサの運転範囲が固定される。
【０００５】
そこで、本発明は、ディフューザ部を通過する吸気の圧力を十分に上昇させることができ、かつコンプレッサの運転範囲を変更可能なターボ過給機付き内燃機関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】
【０００６】
本発明のターボ過給機付き内燃機関は、コンプレッサホイールが収容されるホイール室と、前記ホイール室の出口と連通し、複数のベーンが設けられるディフューザ部と、前記ディフューザ部と連通するスクロール室とを有するコンプレッサハウジングを備えたコンプレッサにて吸気を圧縮するターボ過給機付き内燃機関において、前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部を迂回して前記スクロール室に導かれるように前記ディフューザ部と並列に、かつ前記ディフューザ部を介して吸気を前記スクロール室に導く場合とは前記コンプレッサのコンプレッサ効率が異なるように設けられたバイパス通路と、前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部に導かれる第１位置と前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記バイパス通路に導かれる第２位置との間で移動可能な可動部材と、前記可動部材を前記第１位置と前記第２位置との間で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサに流入する吸気の流量及び前記コンプレッサの入口圧力と出口圧力との比である圧力比によって特定される前記コンプレッサの運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明のターボ過給機付き内燃機関によれば、ディフューザ部と並列にバイパス通路を設け、可動部材によってコンプレッサホイールから吐出された吸気をこれらのいずれか一方に選択的に導くことができるので、ディフューザ部に複数のベーンを回転不可に固定しても可動部材でバイパス通路に吸気を導くことにより、コンプレッサの運転領域を変更することができる。この場合、可動部材を第１位置に移動させてコンプレッサホイールから吐出された吸気をディフューザ部に導くことにより、ディフューザ部の複数のベーンによって吸気を十分に減速させ、吸気の圧力を十分上昇させることができる。一方、可動部材を第２位置に移動させた場合は、ディフューザ部を介して吸気をスクロール室に導く場合とはコンプレッサ効率が異なるように設けられたバイパス通路にコンプレッサホイールから吐出された吸気が導かれる。そのため、この場合のコンプレッサの運転領域は、ディフューザ部を介して吸気をスクロール室に導く場合のコンプレッサの運転領域とは異なる。このように本発明の内燃機関によれば、可動部材を第１位置に移動させることによってディフューザ部に設けた複数のベーンにて吸気の圧力を十分に上昇させることができる。また、可動部材の位置を変化させることによりコンプレッサの運転範囲を変更することができる。
【０００８】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、所定の第１運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第１位置に移動するように前記駆動手段を制御し、前記所定の第１運転領域よりも前記コンプレッサに流入する吸気の流量が少ない運転領域である所定の第２運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項２）。ディフューザ部には複数のベーンが設けられているため、このディフューザ部を介して吸気をスクロール室に導く場合はコンプレッサの運転領域が狭くなり、吸気の流量が少ない運転領域ではサージングが発生するおそれがある。そこで、このように可動部材の位置を変化させることにより、サージングを発生させることなくコンプレッサを適切に動作させることができる。
【０００９】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項３）。周知のようにコンプレッサに流入する吸気の流量は内燃機関の運転状態に応じて変化するので、このように可動部材の位置を制御してもコンプレッサを適切に動作させることができる。
【００１０】
この形態において、前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の負荷のうちの少なくともいずれか一つを前記内燃機関の運転状態として取得し、取得した運転状態に基づいて前記駆動手段を制御してもよい（請求項４）。周知のように吸気の流量は、アクセル開度に応じて調整されるので、アクセル開度に基づいて駆動手段を制御することにより、コンプレッサを適切に動作させることができる。また、内燃機関の回転数及び負荷は吸気の流量とそれぞれ相関関係を有しているので、これらに基づいて駆動手段を制御してもコンプレッサを適切に動作させることができる。
【００１１】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度を第１所定量以上の開き側に変化させるべき急加速操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項５）。急加速時は、内燃機関の出力を速やかに上昇させるべく吸気の流量が少ない状態においてコンプレッサの圧力比を高くすることが要求される。そこで、このような場合は、可動部材を第２位置に移動させ、バイパス通路を介して吸気をスクロール室に導く。これにより、コンプレッサの運転領域を広げることができるので、少ない吸気流量で圧力比を高くしてもコンプレッサでサージングが発生することを抑制できる。
【００１２】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記内燃機関のアクセル開度を第２所定量以下の閉じ側に変更するアクセルオフ操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項６）。このように内燃機関の運転中にアクセル開度を閉じ側に変更するアクセルオフ操作が行われると、コンプレッサホイールの回転数が高い状態で吸気の流量が減少するため、コンプレッサでサージングが発生するおそれがある。そこで、このような場合には、可動部材を第２位置に移動させてコンプレッサの運転領域を広げ、これによりコンプレッサでのサージングの発生を抑制する。
【００１３】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記駆動手段は、前記スクロール室内の吸気の圧力を利用して前記可動部材を駆動してもよい（請求項７）。この場合、可動部材を駆動するための動力源を新たに設ける必要がない。そのため、ターボ過給機や内燃機関が大型化することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、本発明のターボ過給機付き内燃機関によれば、ディフューザ部と並列にバイパス通路を設け、可動部材によってコンプレッサホイールから吐出された吸気をこれらのいずれか一方に選択的に導くことができるので、ディフューザ部に複数のベーンを回転不可に固定しても可動部材でバイパス通路に吸気を導くことにより、コンプレッサの運転領域を変更することができる。そのため、固定した複数のベーンによってディフューザ部を通過する吸気の圧力を十分に上昇させることができ、かつコンプレッサの運転範囲を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一形態に係る内燃機関の概略を示す図である。図１に示した内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、機関本体２と、機関本体２に設けられる複数の気筒（不図示）に接続される吸気通路３及び排気通路４とを備えている。吸気通路３には、ターボ過給機１０のコンプレッサ１１と、吸気を冷却するためのインタークーラ５と、吸気の流量を調整するためのスロットル弁６とが設けられている。スロットル弁６は、所定の全閉位置と所定の全開位置との間で開度を調整可能に設けられている。なお、スロットル弁６は、所定の全閉位置においても吸気通路３が全閉にならないように設けられる。排気通路４には、ターボ過給機１０のタービン１２が設けられている。
【００１６】
図２は、コンプレッサ１１の内部の一部を拡大して示している。図２に示したようにコンプレッサ１１は、コンプレッサハウジング１３と、コンプレッサハウジング１３内に設けられて回転軸１４と一体に回転するコンプレッサホイール１５とを備えている。回転軸１４の他端にはタービン１２のタービンホイール（不図示）が一体回転するように取り付けられており、コンプレッサホイール１５はこのタービンホイールと一体に回転するように回転軸１４にて連結されている。コンプレッサハウジング１３は、コンプレッサホイール１５が配置されるホイール室１６と、ホイール室１６の外周に設けられ、ホイール室１６の出口と連通するディフューザ部１７と、ディフューザ部１７の外周に設けられてディフューザ部１７と連通するスクロール室１８とを備えている。ディフューザ部１７には、複数のディフューザベーン（以下、ベーンと略称することがある。）１９が設けられている。これら複数のベーン１９は、コンプレッサホイール１５から吐出された吸気の流速を低下させて吸気の圧力を上昇させるべく周方向に等間隔で配置されている。また、これら複数のベーン１９は、ディフューザ部１７を形成する壁面１７ａ、１７ｂにそれぞれ密着するように、言い換えるとベーン１９と各壁面１７ａ、１７ｂとの間に隙間が形成されないようにこれら壁面１７ａ、１７ｂにそれぞれ固定されている。なお、これらは内燃機関に設けられる周知のターボ過給機のコンプレッサと同様でよいため、詳細な説明は省略する。
【００１７】
図２に示したようにコンプレッサ１１には、コンプレッサホイール１５から吐出された吸気をディフューザ部１７を迂回させてスクロール室１８に導くバイパス通路２０が設けられている。このバイパス通路２０は、ディフューザ部１７と並列に設けられている。図２に示したようにバイパス通路２０は、ベーンが設けられていないベーンレスの通路である。そのため、吸気の通過抵抗は、ディフューザ部１７よりもバイパス通路２０の方が小さい。したがって、バイパス通路２０を介して吸気をスクロール室１８に導く場合と、ディフューザ部１７を介して吸気をスクロール室１８に導く場合とでは、コンプレッサ１１のコンプレッサ効率が異なる。バイパス通路２０は、ホイール室１６、ディフューザ部１７及びスクロール室１８と同様にコンプレッサハウジング１３に全周に亘って設けられる。バイパス通路２０の入口には、バイパス通路２０の入口を塞いでコンプレッサホイール１５から吐出された吸気の全量がディフューザ部１７に導かれる第１位置Ｐ１と、ディフューザ部１７の入口を塞いでコンプレッサホイール１５から吐出された吸気の全量がバイパス通路２０に導かれる第２位置Ｐ２との間で移動可能な可動部材としての可動壁２１が設けられている。図２に示したように可動壁２１は、第１位置Ｐ１においてバイパス通路２０の入口を塞ぐ蓋部２１ａと、第２位置Ｐ２においてコンプレッサホイール１５から吐出された吸気を滑らかにバイパス通路２０に導く通路部２１ｂとを備えている。蓋部２１ａは、可動壁２１が第１位置Ｐ１に移動した際にディフューザ部１７を形成する壁１７ａと滑らかに連続するように設けられる。
【００１８】
可動壁２１は、駆動手段としてのアクチュエータ２２にて駆動される。アクチュエータ２２は、シリンダ２２ａと、シリンダ２２ａに往復動可能に挿入されるピストン２２ｂとを備えている。可動壁２１は、ロッド２２ｃにてピストン２２ｂと一体に往復動するように連結されている。図２に示したようにシリンダ２２ａには、可動壁２１が第１位置Ｐ１に移動するようにピストン２２ｂを図２の右側に付勢するスプリング２２ｄが設けられている。図２に示したようにシリンダ２２ａ内には、スクロール室１８の吸気が導入される吸気導入室２２ｅが形成される。アクチュエータ２２は吸気導入室２２ｅとスクロール室１８とを接続する吸気導入通路２３と、吸気導入通路２３を開閉する開閉弁２４とをさらに備えている。そして、可動壁２１の位置の切り替えは、開閉弁２４を開閉させることによって行われる。例えば、開閉弁２４の開弁時はスクロール室１８の吸気が吸気導入室２２ｅに導入されるので、スプリング２２ｄに抗してピストン２２ｂが図２の左側に押される。そのため、可動壁２１を第２位置Ｐ２に切り替えることができる。一方、開閉弁２４の閉弁時はスプリング２２ｄによってピストン２２ｂが図２の右側に押される。そのため、可動壁２１を第１位置Ｐ１に切り替えることができる。
【００１９】
開閉弁２４の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサから出力された信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態を制御すべく、例えばスロットル弁６の開度などを制御する。図１に示したようにＥＣＵ３０には、例えばエンジン１の回転数に対応する信号を出力する回転数センサ３１、及びアクセル開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３２などが接続される。ＥＣＵ３０には、この他にも種々のセンサが接続されるが、それらの図示は省略した。
【００２０】
図３を参照してＥＣＵ３０による開閉弁２４の制御方法について説明する。図３は、吸気の流量とコンプレッサ１１の圧力比とによって特定されるコンプレッサ１１の性能曲線の一例を示している。なお、コンプレッサ１１の圧力比とは、コンプレッサ１１の入口の圧力と出口の圧力との比である。図３の実線は、可動壁２１が第１位置Ｐ１にある場合、すなわちコンプレッサホイール１５から吐出された吸気がディフューザ部１７に導かれる場合の性能曲線であり、実線Ｌ１、Ｌ２がコンプレッサ１１の等回転ラインを示し、実線Ｓ１がサージラインを示している。図３の破線は、可動壁２１が第２位置Ｐ２にある場合、すなわちコンプレッサホイール１５から吐出された吸気がバイパス通路２０に導かれる場合の性能曲線であり、破線Ｌ３、Ｌ４がコンプレッサ１１の等回転ラインを示し、破線Ｓ２がサージラインを示している。図３に示したように可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させることによってコンプレッサ１１のサージラインを実線Ｓ１から破線Ｓ２に変化させることができるので、より少ない流量でもコンプレッサ１１でサージングが発生することを抑制できる。一方、図３に示したように可動壁２１が第１位置Ｐ１にある場合は可動壁２１が第２位置Ｐ２にある場合と比較して同じ流量でより高い圧力比を得ることができる。
【００２１】
そこで、例えばコンプレッサ１１が図３の実線Ｓ１のサージラインよりも高流量側の第１運転領域Ａ１で運転される場合には可動壁２１が第１位置Ｐ１に移動し、コンプレッサ１１が図３の実線Ｓ１のサージラインよりも低流量側の第２運転領域Ａ２で運転されると推定される場合には可動壁２１が第２位置Ｐ２に移動するように開閉弁２４の動作を制御する。具体的には、例えばエンジン１のアクセル開度を予め設定した第１所定量以上開き側に変化させる急加速操作、すなわちエンジン１の吸気量を迅速に増加させる必要がある操作がエンジン１に対して行われた場合に可動壁２１が第２位置Ｐ２に移動するように開閉弁２４の動作を制御する。また、エンジン１の運転中にエンジン１のアクセル開度を予め設定した第２所定量以下の閉じ側に変化させるアクセルオフ操作、すなわちコンプレッサホイール１５の回転数が高い状態で吸気量を急に減少させる操作が行われた場合に可動壁２１が第２位置Ｐ２に移動するように開閉弁２４の動作を制御する。なお、第１運転領域Ａ１はディフューザ部１７の形状などコンプレッサ１１の特性によって決まるため、第１所定量及び第２所定量はこのコンプレッサ１１の特性に応じて適宜設定される。このようにエンジン１のアクセル開度に応じて可動壁２１の位置を制御することにより、ＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。
【００２２】
エンジン１を急加速させる場合は、エンジン１の出力を速やかに上昇させるべく吸入空気量が少ない状態においてコンプレッサ１１の圧力比を高くすることが要求される。そのため、例えば図３に点Ｘで示した運転状態でコンプレッサ１１を運転する必要がある。図３に示したように点Ｘは、実線Ｓ１のサージラインよりも低流量側であるため、可動壁２１が第１位置Ｐ１にある状態では、コンプレッサ１１でサージングが発生する。そこで、エンジン１に対して急加速が要求された場合は可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させる。これにより、コンプレッサ１１でのサージングの発生を防止することができる。
【００２３】
アクセルオフ時は、エンジン１の運転中にアクセル開度が閉じ側に変化するので、エンジン１の回転数が高い状態で吸気量が急に減少する。エンジン１の回転数が高く、排気の流量が多い状態ではコンプレッサホイール１５の回転数が高くなる。この状態で吸気量が急に減少すると、コンプレッサホイール１５は慣性によって高回転で回転しているがコンプレッサ１１に流入する吸気の流量が減少するため、コンプレッサ１１が第２運転領域Ａ２にて運転されるおそれがある。そこで、アクセルオフ時は可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させ、コンプレッサ１１でのサージングの発生を防止する。
【００２４】
図４は、ＥＣＵ３０が開閉弁２４の動作を制御するためにエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行するアクチュエータ制御ルーチンを示している。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、アクセル開度、及び車速などが取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、可動壁２１を第２位置Ｐ２に切り替える所定の位置切替条件が成立したか否か判断する。所定の位置切替条件は、上述したようにエンジン１に対して急加速操作が行われた場合、又はアクセルオフ操作が行われた場合などコンプレッサ１１が第２運転領域Ａ２で運転されると推定される場合に成立したと判断される。例えば、エンジン１のアクセルペダルが短時間で所定の踏み込み量以上踏み込まれた場合に急加速操作が行われたと判断し、エンジン１の回転数が高い状態でアクセルペダルの踏み込みが解除された場合にアクセルオフ操作が行われたと判断する。
【００２５】
所定の位置切替条件が成立したと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は開閉弁２４を開弁させて可動壁２１を第２位置Ｐ２に駆動する。なお、既に開閉弁２４が開弁していた場合は開閉弁２４をその状態に保持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、所定の位置切替条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０は開閉弁２４を閉弁させて可動壁２１を第１位置Ｐ１に駆動する。なお、既に開閉弁２４が閉弁していた場合は開閉弁２４をその状態に保持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
本発明のエンジン１では、可動壁２１の位置を切り替えることによってコンプレッサホイール１５から吐出された吸気を吸気の通過抵抗の異なるディフューザ部１７又はバイパス通路２０のいずれか一方に導くことができる。そして、可動壁２１の位置を切り替えることによって図３に示したようにコンプレッサ１１の性能曲線を変化させることができる。例えば、可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させることにより、コンプレッサ１１のサージラインを図３の破線Ｓ２に変更できる。そのため、サージングを発生させることなくコンプレッサ１１を動作させることが可能な運転範囲を広げることができる。また、可動壁２１を第１位置Ｐ１に移動させることにより、等回転ラインを実線Ｌ１、Ｌ２に変更できる。そのため、ディフューザ部１７に設けた複数のベーン１９によって吸気の圧力を十分に上昇させることができる。
【００２７】
アクチュエータ２２は、スクロール室１８の吸気の圧力を利用して可動壁２１を駆動するので、可動壁２１を駆動するための動力源を新たに設ける必要がない。そのため、ターボ過給機１０やエンジン１が大型化することを抑制できる。また、本発明のエンジン１では、ディフューザ部１７とバイパス通路２０とを切り替える可動壁２１が一つであるため、リンク機構などが不要である。そのため、アクチュエータ２２によって可動壁２１の位置を速やかに切り替えることができる。
【００２８】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、バイパス通路は上述した形態の形状に限定されない。バイパス通路は、ディフューザ部よりも吸気の通過抵抗が小さく、かつコンプレッサホイールから吐出された吸気をディフューザ部を迂回させてスクロール室に導くことが可能なように設けられていればよい。可動壁は、電磁アクチュエータ、モータ及び油圧シリンダなどで駆動してもよい。
【００２９】
可動壁を第２位置に移動させる位置切替条件は、エンジンに対して急加速操作やアクセルオフ操作が行われた場合に限らず、コンプレッサが図３の第２運転領域で運転されると推定された場合に成立したと判断してよい。この判断は、例えばエンジンのアクセル開度、回転数及び負荷の少なくともいずれか一つに基づいて行ってもよい。これらのパラメータは吸気の流量と相関関係を有しているので、これらのパラメータに基づいて可動壁の動作を制御してもサージングを抑制しつつコンプレッサを適切に動作させることができる。
【００３０】
コンプレッサの運転状態に応じて切り替えるべき可動壁の位置は第１位置と第２位置に限定されない。第１位置と第２位置の間に設定される所定位置に可動壁を移動させてもよい。この場合、コンプレッサホイールから吐出された一部に吸気をディフューザ部に導き、残りの吸気をバイパス通路に導くことができるので、コンプレッサを図３に示した第１運転領域と第２運転領域との間に設定される運転領域にて運転することができる。
【００３１】
上述した形態では、ディフューザ部を高流量、高圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計し、バイパス通路を低流量、低圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計したが、これらディフューザ部及びバイパス通路をこれとは逆に設計してもよい。すなわち、複数のベーンが設けられるディフューザ部を低流量、低圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計し、ベーンのないバイパス通路を高流量、高圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計してもよい。この場合、コンプレッサに流入する吸気の流量が少ない運転領域ではディフューザ部に吸気が流入するように可動壁の位置を切り替え、コンプレッサに流入する吸気の流量が多い運転領域ではバイパス通路に吸気が流入するように可動壁の位置を切り替える。この場合もディフューザ部を通過する吸気の圧力を複数のベーンで十分に上昇させることができ、かつコンプレッサの運転範囲を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一形態に係る内燃機関の概略を示す図。
【図２】図１のコンプレッサの内部の一部を拡大して示す図。
【図３】吸気の流量とコンプレッサの圧力比とによって特定されるコンプレッサの性能曲線の一例を示す図。
【図４】ＥＣＵが実行するアクチュエータ制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１ 内燃機関
３ 吸気通路
６ スロットル弁
１０ ターボ過給機
１１ コンプレッサ
１３ コンプレッサハウジング
１５ コンプレッサホイール
１６ ホイール室
１７ ディフューザ部
１８ スクロール室
１９ ディフューザベーン
２０ バイパス通路
２１ 可動壁（可動部材）
２２ アクチュエータ（駆動手段）
３０ エンジンコントロールユニット（制御手段）
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ａ１ 第１運転領域
Ａ２ 第２運転領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサのディフューザ部に複数のベーンが設けられたターボ過給機を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサのディフューザ部に複数のベーンが設けられ、この複数のベーンによってコンプレッサホイールから吐出された吸気の流速を低下させ、これにより吸気の圧力を上昇させるターボ過給機を備えた内燃機関が知られている。このような内燃機関に設けられるターボ過給機として、ディフューザ部に設けられる複数の静止翼（ベーン）の間に回転自在の可動静止翼を部分的に偏在させたり、複数の静止翼のうちの一部の静止翼を他の静止翼とは異なる間隔や角度で配置したりしてコンプレッサの作動範囲（以下、運転領域と称することがある。）を広げるものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１１６２９９号公報
【特許文献２】特開平５−７１４９８号公報
【特許文献３】特開平８−２５４１２７号公報
【特許文献４】特表２００３−５２６０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のターボ過給機のようにベーンを回転自在に設けるためには、ディフューザ部の壁面とベーンとの間に隙間が必要となる。この場合、コンプレッサホイールから吐出された吸気の一部がこの隙間を通ってスクロール室に抜けるので、ディフューザ部のベーンによって吸気の圧力を十分に上昇させることができない。そのため、ベーンを固定したものと比較してコンプレッサの効率が低くなるおそれがある。複数のベーンのうちの一部のベーンを他のベーンとは異なる間隔や角度に設けたターボ過給機では、これら複数のベーンの配置によってコンプレッサの運転範囲が固定される。
【０００５】
そこで、本発明は、ディフューザ部を通過する吸気の圧力を十分に上昇させることができ、かつコンプレッサの運転範囲を変更可能なターボ過給機付き内燃機関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】
【０００６】
本発明のターボ過給機付き内燃機関は、コンプレッサホイールが収容されるホイール室と、前記ホイール室の出口と連通し、複数のベーンが設けられるディフューザ部と、前記ディフューザ部と連通するスクロール室とを有するコンプレッサハウジングを備えたコンプレッサにて吸気を圧縮するターボ過給機付き内燃機関において、前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部を迂回して前記スクロール室に導かれるように前記ディフューザ部と並列に、かつ前記ディフューザ部を介して吸気を前記スクロール室に導く場合とは前記コンプレッサのコンプレッサ効率が異なるように設けられたバイパス通路と、前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部に導かれる第１位置と前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記バイパス通路に導かれる第２位置との間で移動可能な可動部材と、前記可動部材を前記第１位置と前記第２位置との間で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサに流入する吸気の流量及び前記コンプレッサの入口圧力と出口圧力との比である圧力比によって特定される前記コンプレッサの運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明のターボ過給機付き内燃機関によれば、ディフューザ部と並列にバイパス通路を設け、可動部材によってコンプレッサホイールから吐出された吸気をこれらのいずれか一方に選択的に導くことができるので、ディフューザ部に複数のベーンを回転不可に固定しても可動部材でバイパス通路に吸気を導くことにより、コンプレッサの運転領域を変更することができる。この場合、可動部材を第１位置に移動させてコンプレッサホイールから吐出された吸気をディフューザ部に導くことにより、ディフューザ部の複数のベーンによって吸気を十分に減速させ、吸気の圧力を十分上昇させることができる。一方、可動部材を第２位置に移動させた場合は、ディフューザ部を介して吸気をスクロール室に導く場合とはコンプレッサ効率が異なるように設けられたバイパス通路にコンプレッサホイールから吐出された吸気が導かれる。そのため、この場合のコンプレッサの運転領域は、ディフューザ部を介して吸気をスクロール室に導く場合のコンプレッサの運転領域とは異なる。このように本発明の内燃機関によれば、可動部材を第１位置に移動させることによってディフューザ部に設けた複数のベーンにて吸気の圧力を十分に上昇させることができる。また、可動部材の位置を変化させることによりコンプレッサの運転範囲を変更することができる。
【０００８】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、所定の第１運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第１位置に移動するように前記駆動手段を制御し、前記所定の第１運転領域よりも前記コンプレッサに流入する吸気の流量が少ない運転領域である所定の第２運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項２）。ディフューザ部には複数のベーンが設けられているため、このディフューザ部を介して吸気をスクロール室に導く場合はコンプレッサの運転領域が狭くなり、吸気の流量が少ない運転領域ではサージングが発生するおそれがある。そこで、このように可動部材の位置を変化させることにより、サージングを発生させることなくコンプレッサを適切に動作させることができる。
【０００９】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項３）。周知のようにコンプレッサに流入する吸気の流量は内燃機関の運転状態に応じて変化するので、このように可動部材の位置を制御してもコンプレッサを適切に動作させることができる。
【００１０】
この形態において、前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の負荷のうちの少なくともいずれか一つを前記内燃機関の運転状態として取得し、取得した運転状態に基づいて前記駆動手段を制御してもよい（請求項４）。周知のように吸気の流量は、アクセル開度に応じて調整されるので、アクセル開度に基づいて駆動手段を制御することにより、コンプレッサを適切に動作させることができる。また、内燃機関の回転数及び負荷は吸気の流量とそれぞれ相関関係を有しているので、これらに基づいて駆動手段を制御してもコンプレッサを適切に動作させることができる。
【００１１】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度を第１所定量以上の開き側に変化させるべき急加速操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項５）。急加速時は、内燃機関の出力を速やかに上昇させるべく吸気の流量が少ない状態においてコンプレッサの圧力比を高くすることが要求される。そこで、このような場合は、可動部材を第２位置に移動させ、バイパス通路を介して吸気をスクロール室に導く。これにより、コンプレッサの運転領域を広げることができるので、少ない吸気流量で圧力比を高くしてもコンプレッサでサージングが発生することを抑制できる。
【００１２】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記内燃機関のアクセル開度を第２所定量以下の閉じ側に変更するアクセルオフ操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御してもよい（請求項６）。このように内燃機関の運転中にアクセル開度を閉じ側に変更するアクセルオフ操作が行われると、コンプレッサホイールの回転数が高い状態で吸気の流量が減少するため、コンプレッサでサージングが発生するおそれがある。そこで、このような場合には、可動部材を第２位置に移動させてコンプレッサの運転領域を広げ、これによりコンプレッサでのサージングの発生を抑制する。
【００１３】
本発明のターボ過給機付き内燃機関の一形態において、前記駆動手段は、前記スクロール室内の吸気の圧力を利用して前記可動部材を駆動してもよい（請求項７）。この場合、可動部材を駆動するための動力源を新たに設ける必要がない。そのため、ターボ過給機や内燃機関が大型化することを抑制できる。
【発明の効果】
【００１４】
以上に説明したように、本発明のターボ過給機付き内燃機関によれば、ディフューザ部と並列にバイパス通路を設け、可動部材によってコンプレッサホイールから吐出された吸気をこれらのいずれか一方に選択的に導くことができるので、ディフューザ部に複数のベーンを回転不可に固定しても可動部材でバイパス通路に吸気を導くことにより、コンプレッサの運転領域を変更することができる。そのため、固定した複数のベーンによってディフューザ部を通過する吸気の圧力を十分に上昇させることができ、かつコンプレッサの運転範囲を変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の一形態に係る内燃機関の概略を示す図である。図１に示した内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるものであり、機関本体２と、機関本体２に設けられる複数の気筒（不図示）に接続される吸気通路３及び排気通路４とを備えている。吸気通路３には、ターボ過給機１０のコンプレッサ１１と、吸気を冷却するためのインタークーラ５と、吸気の流量を調整するためのスロットル弁６とが設けられている。スロットル弁６は、所定の全閉位置と所定の全開位置との間で開度を調整可能に設けられている。なお、スロットル弁６は、所定の全閉位置においても吸気通路３が全閉にならないように設けられる。排気通路４には、ターボ過給機１０のタービン１２が設けられている。
【００１６】
図２は、コンプレッサ１１の内部の一部を拡大して示している。図２に示したようにコンプレッサ１１は、コンプレッサハウジング１３と、コンプレッサハウジング１３内に設けられて回転軸１４と一体に回転するコンプレッサホイール１５とを備えている。回転軸１４の他端にはタービン１２のタービンホイール（不図示）が一体回転するように取り付けられており、コンプレッサホイール１５はこのタービンホイールと一体に回転するように回転軸１４にて連結されている。コンプレッサハウジング１３は、コンプレッサホイール１５が配置されるホイール室１６と、ホイール室１６の外周に設けられ、ホイール室１６の出口と連通するディフューザ部１７と、ディフューザ部１７の外周に設けられてディフューザ部１７と連通するスクロール室１８とを備えている。ディフューザ部１７には、複数のディフューザベーン（以下、ベーンと略称することがある。）１９が設けられている。これら複数のベーン１９は、コンプレッサホイール１５から吐出された吸気の流速を低下させて吸気の圧力を上昇させるべく周方向に等間隔で配置されている。また、これら複数のベーン１９は、ディフューザ部１７を形成する壁面１７ａ、１７ｂにそれぞれ密着するように、言い換えるとベーン１９と各壁面１７ａ、１７ｂとの間に隙間が形成されないようにこれら壁面１７ａ、１７ｂにそれぞれ固定されている。なお、これらは内燃機関に設けられる周知のターボ過給機のコンプレッサと同様でよいため、詳細な説明は省略する。
【００１７】
図２に示したようにコンプレッサ１１には、コンプレッサホイール１５から吐出された吸気をディフューザ部１７を迂回させてスクロール室１８に導くバイパス通路２０が設けられている。このバイパス通路２０は、ディフューザ部１７と並列に設けられている。図２に示したようにバイパス通路２０は、ベーンが設けられていないベーンレスの通路である。そのため、吸気の通過抵抗は、ディフューザ部１７よりもバイパス通路２０の方が小さい。したがって、バイパス通路２０を介して吸気をスクロール室１８に導く場合と、ディフューザ部１７を介して吸気をスクロール室１８に導く場合とでは、コンプレッサ１１のコンプレッサ効率が異なる。バイパス通路２０は、ホイール室１６、ディフューザ部１７及びスクロール室１８と同様にコンプレッサハウジング１３に全周に亘って設けられる。バイパス通路２０の入口には、バイパス通路２０の入口を塞いでコンプレッサホイール１５から吐出された吸気の全量がディフューザ部１７に導かれる第１位置Ｐ１と、ディフューザ部１７の入口を塞いでコンプレッサホイール１５から吐出された吸気の全量がバイパス通路２０に導かれる第２位置Ｐ２との間で移動可能な可動部材としての可動壁２１が設けられている。図２に示したように可動壁２１は、第１位置Ｐ１においてバイパス通路２０の入口を塞ぐ蓋部２１ａと、第２位置Ｐ２においてコンプレッサホイール１５から吐出された吸気を滑らかにバイパス通路２０に導く通路部２１ｂとを備えている。蓋部２１ａは、可動壁２１が第１位置Ｐ１に移動した際にディフューザ部１７を形成する壁１７ａと滑らかに連続するように設けられる。
【００１８】
可動壁２１は、駆動手段としてのアクチュエータ２２にて駆動される。アクチュエータ２２は、シリンダ２２ａと、シリンダ２２ａに往復動可能に挿入されるピストン２２ｂとを備えている。可動壁２１は、ロッド２２ｃにてピストン２２ｂと一体に往復動するように連結されている。図２に示したようにシリンダ２２ａには、可動壁２１が第１位置Ｐ１に移動するようにピストン２２ｂを図２の右側に付勢するスプリング２２ｄが設けられている。図２に示したようにシリンダ２２ａ内には、スクロール室１８の吸気が導入される吸気導入室２２ｅが形成される。アクチュエータ２２は吸気導入室２２ｅとスクロール室１８とを接続する吸気導入通路２３と、吸気導入通路２３を開閉する開閉弁２４とをさらに備えている。そして、可動壁２１の位置の切り替えは、開閉弁２４を開閉させることによって行われる。例えば、開閉弁２４の開弁時はスクロール室１８の吸気が吸気導入室２２ｅに導入されるので、スプリング２２ｄに抗してピストン２２ｂが図２の左側に押される。そのため、可動壁２１を第２位置Ｐ２に切り替えることができる。一方、開閉弁２４の閉弁時はスプリング２２ｄによってピストン２２ｂが図２の右側に押される。そのため、可動壁２１を第１位置Ｐ１に切り替えることができる。
【００１９】
開閉弁２４の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサから出力された信号に基づいてエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態を制御すべく、例えばスロットル弁６の開度などを制御する。図１に示したようにＥＣＵ３０には、例えばエンジン１の回転数に対応する信号を出力する回転数センサ３１、及びアクセル開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３２などが接続される。ＥＣＵ３０には、この他にも種々のセンサが接続されるが、それらの図示は省略した。
【００２０】
図３を参照してＥＣＵ３０による開閉弁２４の制御方法について説明する。図３は、吸気の流量とコンプレッサ１１の圧力比とによって特定されるコンプレッサ１１の性能曲線の一例を示している。なお、コンプレッサ１１の圧力比とは、コンプレッサ１１の入口の圧力と出口の圧力との比である。図３の実線は、可動壁２１が第１位置Ｐ１にある場合、すなわちコンプレッサホイール１５から吐出された吸気がディフューザ部１７に導かれる場合の性能曲線であり、実線Ｌ１、Ｌ２がコンプレッサ１１の等回転ラインを示し、実線Ｓ１がサージラインを示している。図３の破線は、可動壁２１が第２位置Ｐ２にある場合、すなわちコンプレッサホイール１５から吐出された吸気がバイパス通路２０に導かれる場合の性能曲線であり、破線Ｌ３、Ｌ４がコンプレッサ１１の等回転ラインを示し、破線Ｓ２がサージラインを示している。図３に示したように可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させることによってコンプレッサ１１のサージラインを実線Ｓ１から破線Ｓ２に変化させることができるので、より少ない流量でもコンプレッサ１１でサージングが発生することを抑制できる。一方、図３に示したように可動壁２１が第１位置Ｐ１にある場合は可動壁２１が第２位置Ｐ２にある場合と比較して同じ流量でより高い圧力比を得ることができる。
【００２１】
そこで、例えばコンプレッサ１１が図３の実線Ｓ１のサージラインよりも高流量側の第１運転領域Ａ１で運転される場合には可動壁２１が第１位置Ｐ１に移動し、コンプレッサ１１が図３の実線Ｓ１のサージラインよりも低流量側の第２運転領域Ａ２で運転されると推定される場合には可動壁２１が第２位置Ｐ２に移動するように開閉弁２４の動作を制御する。具体的には、例えばエンジン１のアクセル開度を予め設定した第１所定量以上開き側に変化させる急加速操作、すなわちエンジン１の吸気量を迅速に増加させる必要がある操作がエンジン１に対して行われた場合に可動壁２１が第２位置Ｐ２に移動するように開閉弁２４の動作を制御する。また、エンジン１の運転中にエンジン１のアクセル開度を予め設定した第２所定量以下の閉じ側に変化させるアクセルオフ操作、すなわちコンプレッサホイール１５の回転数が高い状態で吸気量を急に減少させる操作が行われた場合に可動壁２１が第２位置Ｐ２に移動するように開閉弁２４の動作を制御する。なお、第１運転領域Ａ１はディフューザ部１７の形状などコンプレッサ１１の特性によって決まるため、第１所定量及び第２所定量はこのコンプレッサ１１の特性に応じて適宜設定される。このようにエンジン１のアクセル開度に応じて可動壁２１の位置を制御することにより、ＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。
【００２２】
エンジン１を急加速させる場合は、エンジン１の出力を速やかに上昇させるべく吸入空気量が少ない状態においてコンプレッサ１１の圧力比を高くすることが要求される。そのため、例えば図３に点Ｘで示した運転状態でコンプレッサ１１を運転する必要がある。図３に示したように点Ｘは、実線Ｓ１のサージラインよりも低流量側であるため、可動壁２１が第１位置Ｐ１にある状態では、コンプレッサ１１でサージングが発生する。そこで、エンジン１に対して急加速が要求された場合は可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させる。これにより、コンプレッサ１１でのサージングの発生を防止することができる。
【００２３】
アクセルオフ時は、エンジン１の運転中にアクセル開度が閉じ側に変化するので、エンジン１の回転数が高い状態で吸気量が急に減少する。エンジン１の回転数が高く、排気の流量が多い状態ではコンプレッサホイール１５の回転数が高くなる。この状態で吸気量が急に減少すると、コンプレッサホイール１５は慣性によって高回転で回転しているがコンプレッサ１１に流入する吸気の流量が減少するため、コンプレッサ１１が第２運転領域Ａ２にて運転されるおそれがある。そこで、アクセルオフ時は可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させ、コンプレッサ１１でのサージングの発生を防止する。
【００２４】
図４は、ＥＣＵ３０が開閉弁２４の動作を制御するためにエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行するアクチュエータ制御ルーチンを示している。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、アクセル開度、及び車速などが取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、可動壁２１を第２位置Ｐ２に切り替える所定の位置切替条件が成立したか否か判断する。所定の位置切替条件は、上述したようにエンジン１に対して急加速操作が行われた場合、又はアクセルオフ操作が行われた場合などコンプレッサ１１が第２運転領域Ａ２で運転されると推定される場合に成立したと判断される。例えば、エンジン１のアクセルペダルが短時間で所定の踏み込み量以上踏み込まれた場合に急加速操作が行われたと判断し、エンジン１の回転数が高い状態でアクセルペダルの踏み込みが解除された場合にアクセルオフ操作が行われたと判断する。
【００２５】
所定の位置切替条件が成立したと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は開閉弁２４を開弁させて可動壁２１を第２位置Ｐ２に駆動する。なお、既に開閉弁２４が開弁していた場合は開閉弁２４をその状態に保持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、所定の位置切替条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０は開閉弁２４を閉弁させて可動壁２１を第１位置Ｐ１に駆動する。なお、既に開閉弁２４が閉弁していた場合は開閉弁２４をその状態に保持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
本発明のエンジン１では、可動壁２１の位置を切り替えることによってコンプレッサホイール１５から吐出された吸気を吸気の通過抵抗の異なるディフューザ部１７又はバイパス通路２０のいずれか一方に導くことができる。そして、可動壁２１の位置を切り替えることによって図３に示したようにコンプレッサ１１の性能曲線を変化させることができる。例えば、可動壁２１を第２位置Ｐ２に移動させることにより、コンプレッサ１１のサージラインを図３の破線Ｓ２に変更できる。そのため、サージングを発生させることなくコンプレッサ１１を動作させることが可能な運転範囲を広げることができる。また、可動壁２１を第１位置Ｐ１に移動させることにより、等回転ラインを実線Ｌ１、Ｌ２に変更できる。そのため、ディフューザ部１７に設けた複数のベーン１９によって吸気の圧力を十分に上昇させることができる。
【００２７】
アクチュエータ２２は、スクロール室１８の吸気の圧力を利用して可動壁２１を駆動するので、可動壁２１を駆動するための動力源を新たに設ける必要がない。そのため、ターボ過給機１０やエンジン１が大型化することを抑制できる。また、本発明のエンジン１では、ディフューザ部１７とバイパス通路２０とを切り替える可動壁２１が一つであるため、リンク機構などが不要である。そのため、アクチュエータ２２によって可動壁２１の位置を速やかに切り替えることができる。
【００２８】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、バイパス通路は上述した形態の形状に限定されない。バイパス通路は、ディフューザ部よりも吸気の通過抵抗が小さく、かつコンプレッサホイールから吐出された吸気をディフューザ部を迂回させてスクロール室に導くことが可能なように設けられていればよい。可動壁は、電磁アクチュエータ、モータ及び油圧シリンダなどで駆動してもよい。
【００２９】
可動壁を第２位置に移動させる位置切替条件は、エンジンに対して急加速操作やアクセルオフ操作が行われた場合に限らず、コンプレッサが図３の第２運転領域で運転されると推定された場合に成立したと判断してよい。この判断は、例えばエンジンのアクセル開度、回転数及び負荷の少なくともいずれか一つに基づいて行ってもよい。これらのパラメータは吸気の流量と相関関係を有しているので、これらのパラメータに基づいて可動壁の動作を制御してもサージングを抑制しつつコンプレッサを適切に動作させることができる。
【００３０】
コンプレッサの運転状態に応じて切り替えるべき可動壁の位置は第１位置と第２位置に限定されない。第１位置と第２位置の間に設定される所定位置に可動壁を移動させてもよい。この場合、コンプレッサホイールから吐出された一部に吸気をディフューザ部に導き、残りの吸気をバイパス通路に導くことができるので、コンプレッサを図３に示した第１運転領域と第２運転領域との間に設定される運転領域にて運転することができる。
【００３１】
上述した形態では、ディフューザ部を高流量、高圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計し、バイパス通路を低流量、低圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計したが、これらディフューザ部及びバイパス通路をこれとは逆に設計してもよい。すなわち、複数のベーンが設けられるディフューザ部を低流量、低圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計し、ベーンのないバイパス通路を高流量、高圧力比の運転域においてコンプレッサが最適に運転されるように設計してもよい。この場合、コンプレッサに流入する吸気の流量が少ない運転領域ではディフューザ部に吸気が流入するように可動壁の位置を切り替え、コンプレッサに流入する吸気の流量が多い運転領域ではバイパス通路に吸気が流入するように可動壁の位置を切り替える。この場合もディフューザ部を通過する吸気の圧力を複数のベーンで十分に上昇させることができ、かつコンプレッサの運転範囲を変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一形態に係る内燃機関の概略を示す図。
【図２】図１のコンプレッサの内部の一部を拡大して示す図。
【図３】吸気の流量とコンプレッサの圧力比とによって特定されるコンプレッサの性能曲線の一例を示す図。
【図４】ＥＣＵが実行するアクチュエータ制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３３】
１ 内燃機関
３ 吸気通路
６ スロットル弁
１０ ターボ過給機
１１ コンプレッサ
１３ コンプレッサハウジング
１５ コンプレッサホイール
１６ ホイール室
１７ ディフューザ部
１８ スクロール室
１９ ディフューザベーン
２０ バイパス通路
２１ 可動壁（可動部材）
２２ アクチュエータ（駆動手段）
３０ エンジンコントロールユニット（制御手段）
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置
Ａ１ 第１運転領域
Ａ２ 第２運転領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサホイールが収容されるホイール室と、前記ホイール室の出口と連通し、複数のベーンが設けられるディフューザ部と、前記ディフューザ部と連通するスクロール室とを有するコンプレッサハウジングを備えたコンプレッサにて吸気を圧縮するターボ過給機付き内燃機関において、
前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部を迂回して前記スクロール室に導かれるように前記ディフューザ部と並列に、かつ前記ディフューザ部を介して吸気を前記スクロール室に導く場合とは前記コンプレッサのコンプレッサ効率が異なるように設けられたバイパス通路と、前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部に導かれる第１位置と前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記バイパス通路に導かれる第２位置との間で移動可能な可動部材と、前記可動部材を前記第１位置と前記第２位置との間で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサに流入する吸気の流量及び前記コンプレッサの入口圧力と出口圧力との比である圧力比によって特定される前記コンプレッサの運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とするターボ過給機付き内燃機関。
【請求項２】
前記制御手段は、所定の第１運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第１位置に移動するように前記駆動手段を制御し、前記所定の第１運転領域よりも前記コンプレッサに流入する吸気の流量が少ない運転領域である所定の第２運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御する請求項１に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御する請求項１又は２に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の負荷のうちの少なくともいずれか一つを前記内燃機関の運転状態として取得し、取得した運転状態に基づいて前記駆動手段を制御する請求項３に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項５】
前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度を第１所定量以上の開き側に変化させるべき急加速操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項６】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記内燃機関のアクセル開度を第２所定量以下の閉じ側に変更するアクセルオフ操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記スクロール室内の吸気の圧力を利用して前記可動部材を駆動する請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項１】
コンプレッサホイールが収容されるホイール室と、前記ホイール室の出口と連通し、複数のベーンが設けられるディフューザ部と、前記ディフューザ部と連通するスクロール室とを有するコンプレッサハウジングを備えたコンプレッサにて吸気を圧縮するターボ過給機付き内燃機関において、
前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部を迂回して前記スクロール室に導かれるように前記ディフューザ部と並列に、かつ前記ディフューザ部を介して吸気を前記スクロール室に導く場合とは前記コンプレッサのコンプレッサ効率が異なるように設けられたバイパス通路と、前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記ディフューザ部に導かれる第１位置と前記コンプレッサホイールから吐出された吸気が前記バイパス通路に導かれる第２位置との間で移動可能な可動部材と、前記可動部材を前記第１位置と前記第２位置との間で駆動する駆動手段と、前記コンプレッサに流入する吸気の流量及び前記コンプレッサの入口圧力と出口圧力との比である圧力比によって特定される前記コンプレッサの運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とするターボ過給機付き内燃機関。
【請求項２】
前記制御手段は、所定の第１運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第１位置に移動するように前記駆動手段を制御し、前記所定の第１運転領域よりも前記コンプレッサに流入する吸気の流量が少ない運転領域である所定の第２運転領域内の運転状態で前記コンプレッサが運転されると推定される場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御する請求項１に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記可動部材の位置が変化するように前記駆動手段を制御する請求項１又は２に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の負荷のうちの少なくともいずれか一つを前記内燃機関の運転状態として取得し、取得した運転状態に基づいて前記駆動手段を制御する請求項３に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項５】
前記制御手段は、前記内燃機関のアクセル開度を第１所定量以上の開き側に変化させるべき急加速操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御する請求項１〜４のいずれか一項に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項６】
前記制御手段は、前記内燃機関の運転中に前記内燃機関のアクセル開度を第２所定量以下の閉じ側に変更するアクセルオフ操作が行われた場合に前記可動部材が前記第２位置に移動するように前記駆動手段を制御する請求項１〜５のいずれか一項に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【請求項７】
前記駆動手段は、前記スクロール室内の吸気の圧力を利用して前記可動部材を駆動する請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ過給機付き内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１８５７０５（Ｐ２００９−１８５７０５Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６９２７（Ｐ２００８−２６９２７）
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月６日（２００８．２．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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