JP2007255381A - Centrifugal compressor and system and method of controlling intake of engine using the compressor - Google Patents

Centrifugal compressor and system and method of controlling intake of engine using the compressor Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a conventional centrifugal compressor wherein a surging occurring area is not largely reduced to the low air flow side. <P>SOLUTION: This compressor 16 comprises a return flow passage 31 so formed in a compressor housing 21 that allows the upstream side of a compression flow passage 24 for a fluid to communicate with the downstream side thereof and returning a part of the intake flowing in the compression flow passage 24 to the upstream side of the compression flow passage 24 and opening/closing mechanisms 33, 35, 36 for opening and closing the return flow passage 31. The compressor housing 21 comprises a cylindrical partition tube 27 for partitioning the compression flow passage 24 from the return flow passage 31. The return flow passage 31 comprises annular gaps 32, 34 communicating with the compression flow passage 24 at both ends of the partition tube 27. The opening/closing mechanisms 33, 35, 36 comprise a plurality of movable vanes 33 disposed at equal intervals in the gap 32 of the return flow passage 31 communicating with the upstream side of the compression flow passage 24. These movable vanes 33 are displaceable between the opened position where the gap 32 is opened and the closed position where the gap 32 is closed by the overlapping thereof with each other. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、遠心圧縮機およびこれを用いたエンジンの吸気制御システムならびに吸気制御方法に関する。   The present invention relates to a centrifugal compressor, an engine intake control system using the same, and an intake control method.

排気ターボ過給機は、エンジンから排出される排気ガスの運動エネルギーをエンジンに供給される吸入空気量の質量増大という形で回収することにより、エンジンの特性を向上させることが可能である。しかしながら、このような排気ターボ過給機においては、排気ターボ過給機の一方を構成する圧縮機から送り出される空気流量が少なくなると、サージングが発生して排気ターボ過給機が回復できない損傷を受けてしまう可能性がある。このため、排気ターボ過給機がサージングの発生領域にあると判断した場合、エンジンから排出される排気ガスを排気ターボ過給機の一方を構成するタービンに供給せず、その下流側の排気通路にバイパスさせることが一般的に行われている。なお、サージングの発生領域は、寸法形状などが異なる排気ターボ過給機毎に相違する。   The exhaust turbocharger can improve engine characteristics by collecting the kinetic energy of exhaust gas discharged from the engine in the form of an increase in the amount of intake air supplied to the engine. However, in such an exhaust turbocharger, if the flow rate of air sent from the compressor constituting one of the exhaust turbochargers decreases, surging occurs and the exhaust turbocharger is damaged so that it cannot be recovered. There is a possibility that. For this reason, when it is determined that the exhaust turbocharger is in the surging region, the exhaust gas discharged from the engine is not supplied to the turbine constituting one of the exhaust turbochargers, and the exhaust passage on the downstream side thereof It is generally performed to bypass. It should be noted that the surging occurrence region is different for each exhaust turbocharger having a different size and shape.

近年、上述したサージング領域を狭めて排気ターボ過給機の運転可能領域を拡げる目的で、ケーシングトリートメントなどと称される技術が例えば特許文献１にて提案されている。これは、圧縮機ハウジングとこの圧縮機ハウジング内に収容されたインペラとの間に形成される圧縮流路内を流れる空気の一部を圧縮流路の上流側に戻すための戻し流路を圧縮機ハウジングに形成したものである。これによると、圧縮流路内を流れる空気の一部が戻し流路から再び圧縮流路内に戻されることとなり、サージングが発生する空気流量をより低流量側にシフトさせることが可能となる。   In recent years, for example, Patent Literature 1 proposes a technique called casing treatment or the like for the purpose of narrowing the above-described surging region and expanding the operable region of the exhaust turbocharger. This compresses the return flow path for returning a part of the air flowing in the compression flow path formed between the compressor housing and the impeller accommodated in the compressor housing to the upstream side of the compression flow path. It is formed in the machine housing. According to this, a part of the air flowing in the compression flow path is returned again from the return flow path into the compression flow path, and it becomes possible to shift the air flow rate at which surging occurs to the lower flow rate side.

また、上述した戻し流路を開閉し得る技術が特許文献２にて提案されている。これは、遠心圧縮機に形成された圧縮流路と戻し流路とを連通する孔を放射状に形成し、戻し流路内に配された回動可能なリング状の部材にてこれらの連通孔を開閉し得るようにしたものである。   Further, Patent Document 2 proposes a technique that can open and close the return channel described above. This is because the hole that communicates the compression flow path and the return flow path formed in the centrifugal compressor is formed radially, and these communication holes are formed by a rotatable ring-shaped member disposed in the return flow path. Can be opened and closed.

特開２００３−７４３６０号公報JP 2003-74360 A 特開平９−１３３０９８号公報JP 9-1333098 A

特許文献１に開示された従来の排気ターボ過給機の場合、ケーシングトリートメントによる戻し流路の存在によって、圧縮流路内を流れる空気の一部が常に戻し流路から圧縮流路内に戻されるため、すべての運転領域において圧縮機の効率が必然的に低下してしまうという問題がある。   In the case of the conventional exhaust turbocharger disclosed in Patent Document 1, due to the presence of the return flow path due to the casing treatment, part of the air flowing in the compression flow path is always returned from the return flow path into the compression flow path. Therefore, there is a problem that the efficiency of the compressor inevitably decreases in all operation regions.

この点に関し、特許文献２に開示された遠心圧縮機は、リング状の部材を用いて連通孔を開閉する構造を採用しているため、サージングが発生しない領域で連通孔を閉じておくことにより、圧縮機の効率低下を防ぐことが可能である。しかしながら、この特許文献２では連通孔の通路断面積がそれほど大きくなく、しかも戻し流路内に占めるリング状の部材の容積が戻し流路の通路断面積を著しく狭める状態となっているため、戻し流路から圧縮流路に戻すことができる空気量に制約がある。このため、連通孔を開いた状態にしても、スワールを形成した状態で空気を戻し流路内で円滑に流動させることが困難であり、サージングの発生領域を圧縮機の低空気流量側にそれほどシフトさせることができなかった。   In this regard, since the centrifugal compressor disclosed in Patent Document 2 employs a structure that uses a ring-shaped member to open and close the communication hole, by closing the communication hole in a region where surging does not occur. It is possible to prevent a reduction in the efficiency of the compressor. However, in Patent Document 2, the passage cross-sectional area of the communication hole is not so large, and the volume of the ring-shaped member in the return flow path is in a state of remarkably narrowing the cross-sectional area of the return flow path. There is a restriction on the amount of air that can be returned from the flow path to the compression flow path. For this reason, even if the communication hole is opened, it is difficult to smoothly flow the air in the return flow path in the state where the swirl is formed, and the surging occurrence region is not much on the low air flow rate side of the compressor. Could not shift.

本発明の第１の目的は、圧縮効率の低下を回避しつつ、より広い運転領域にてサージングを発生することなく使用可能な遠心圧縮機を提供することにある。   A first object of the present invention is to provide a centrifugal compressor that can be used without generating surging in a wider operating region while avoiding a decrease in compression efficiency.

本発明の第２の目的は、このような遠心圧縮機を有する排気ターボ過給機を用いたエンジンの吸気制御システムおよびその制御方法を提供することにある。   A second object of the present invention is to provide an intake control system for an engine using an exhaust turbocharger having such a centrifugal compressor and a control method therefor.

本発明の第３の目的は、このようなエンジンの吸気制御システムに関する制御方法を提供することにある。   A third object of the present invention is to provide a control method relating to such an intake control system for an engine.

本発明の第１の目的を達成し得る本発明の第１の形態は、圧縮機ハウジングとこの圧縮機ハウジング内に回転自在に収容されたインペラとの間に形成される流体の圧縮流路と、この圧縮流路の上流側と下流側とに連通するように前記圧縮機ハウジングに形成されて当該圧縮流路を流れる流体の一部を該圧縮流路の上流側に戻すための戻し流路と、この戻し流路を開閉するための開閉機構とを具えた遠心圧縮機において、前記圧縮機ハウジングは、前記圧縮流路と前記戻し流路とを仕切る筒状の仕切り壁部を有し、前記戻し流路は、前記仕切り壁部の両端にて前記圧縮流路にそれぞれ連通する環状の開口部を有し、前記開閉機構は、前記圧縮流路の上流側に連通する前記戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、これら可動ベーンは、前記開口部を開く開位置と、相互に重なり合って前記開口部を閉じる閉位置との間で変位し得ることを特徴とするものである。   A first aspect of the present invention that can achieve the first object of the present invention is a fluid compression passage formed between a compressor housing and an impeller rotatably accommodated in the compressor housing. A return flow path formed in the compressor housing so as to communicate with the upstream side and the downstream side of the compression flow path and for returning a part of the fluid flowing through the compression flow path to the upstream side of the compression flow path And in the centrifugal compressor provided with an opening and closing mechanism for opening and closing the return flow path, the compressor housing has a cylindrical partition wall portion that partitions the compression flow path and the return flow path, The return flow path has an annular opening that communicates with the compression flow path at both ends of the partition wall, and the open / close mechanism is connected to the upstream side of the compression flow path. It has a plurality of movable vanes arranged at equal intervals in the opening. Vanes, and an open position for opening the opening, and is characterized in that overlap each other may be displaced between the closing closed position the opening.

本発明においては、インペラの回転によって圧縮機ハウジングの流体導入口から導入される流体が圧縮流路内を通過する間に圧縮された状態となって圧縮機ハウジングの流体送出口から送出される。ここで、開閉機構の可動ベーンが開位置にあって戻し流路の開口部を開いた状態においては、圧縮流路内を流れる流体の一部が戻し流路から圧縮流路の上流側に還流される結果、流体送出口から送出される流体の送出量および圧力が共に低下して遠心圧縮機のサージング特性が改善される。これに対し、開閉機構の可動ベーンが閉位置に変位して戻し流路の開口部を閉じた状態においては、圧縮流路内を流れる流体は戻し流路には流入せず、流体送出口からそのまま送出されることとなる。   In the present invention, the fluid introduced from the fluid inlet of the compressor housing by the rotation of the impeller is compressed while passing through the compression flow path, and is sent out from the fluid outlet of the compressor housing. Here, when the movable vane of the opening / closing mechanism is in the open position and the opening of the return channel is opened, a part of the fluid flowing in the compression channel returns to the upstream side of the compression channel from the return channel. As a result, the delivery amount and pressure of the fluid delivered from the fluid delivery port both decrease, and the surging characteristics of the centrifugal compressor are improved. In contrast, when the movable vane of the opening / closing mechanism is displaced to the closed position and the opening of the return flow path is closed, the fluid flowing in the compression flow path does not flow into the return flow path, but from the fluid delivery port. It will be sent as it is.

本発明の第１の形態による遠心圧縮機において、開閉機構が圧縮流路の上流側に連通する戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、これら可動ベーンは、開口部を開く開位置と、相互に重なり合って開口部を閉じる閉位置との間で変位し得るものであってよい。この場合、圧縮流路の上流側にて圧縮機ハウジングに連結される環状のハウジングカバーをさらに具え、圧縮流路の上流側に連通する戻し流路の開口部がこのハウジングカバーと仕切り壁部との間に画成され、可動ベーンはこのハウジングカバーに支持されるものであってよい。   In the centrifugal compressor according to the first aspect of the present invention, the open / close mechanism has a plurality of movable vanes arranged at equal intervals in the opening of the return flow path communicating with the upstream side of the compression flow path. It may be possible to displace between an open position where the opening is opened and a closed position where they overlap each other and close the opening. In this case, an annular housing cover connected to the compressor housing is further provided on the upstream side of the compression flow path, and the opening portion of the return flow path communicating with the upstream side of the compression flow path includes the housing cover and the partition wall portion. The movable vane may be supported by the housing cover.

圧縮機ハウジングは、仕切り壁部から戻し流路内に放射状をなして等間隔に突出する複数の固定ベーンをさらに有することができる。この場合、複数の固定ベーンは、開位置にある可動ベーンに対して整列状態となることが好ましい。   The compressor housing may further include a plurality of fixed vanes that project radially from the partition wall portion into the return flow path at equal intervals. In this case, the plurality of fixed vanes are preferably aligned with the movable vane in the open position.

インペラの回転中心から開位置にある可動ベーンの内周端までの距離を、インペラの回転中心から仕切り壁部の内周面までの距離と等しく設定することも有効である。   It is also effective to set the distance from the rotation center of the impeller to the inner peripheral end of the movable vane in the open position equal to the distance from the rotation center of the impeller to the inner peripheral surface of the partition wall portion.

可動ベーンを固定ベーンの整数倍配することも可能である。これは、固定ベーンの数が少なく、同じ数の可動ベーンを閉位置に移動した場合に戻し流路の開口部を塞ぐことができない場合に有効である。   It is also possible to arrange the movable vanes by an integer multiple of the fixed vanes. This is effective when the number of fixed vanes is small and the opening of the return flow path cannot be closed when the same number of movable vanes are moved to the closed position.

開閉機構は、可動ベーンの開度を制御することにより、戻し流路から圧縮流路に戻る流体の流量を変更可能であってよい。   The opening / closing mechanism may be capable of changing the flow rate of the fluid returning from the return flow path to the compression flow path by controlling the opening degree of the movable vane.

本発明の第２の目的を達成し得る本発明の第２の形態は、排気ターボ過給機を用いたエンジンの吸気制御システムであって、前記排気ターボ過給機の圧縮機は、圧縮機ハウジングとこの圧縮機ハウジング内に回転自在に収容されたインペラとの間に形成された吸気の圧縮流路と、この圧縮流路の上流側と下流側とに連通するように前記圧縮機ハウジングに形成されて当該圧縮流路を流れる吸気の一部を該圧縮流路の上流側に戻すための戻し流路と、この戻し流路を開閉するための開閉手段とを具え、前記圧縮機ハウジングは、前記圧縮流路と前記戻し流路とを仕切る筒状の仕切り壁部を有し、前記戻し流路は、前記仕切り壁部の両端にて前記圧縮流路にそれぞれ連通する環状の開口部を有し、前記開閉機構は、前記圧縮流路の上流側に連通する前記戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、これら可動ベーンは、前記開口部を開く開位置と、相互に重なり合って前記開口部を閉じる閉位置との間で変位可能であり、前記圧縮流路から圧縮された空気が供給される前記エンジンの作動状態を検出する作動状態検出手段と、この作動状態検出手段により検出された前記エンジンの作動状態に基づいて前記開閉手段の作動を制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。   A second aspect of the present invention that can achieve the second object of the present invention is an intake control system for an engine using an exhaust turbocharger, wherein the compressor of the exhaust turbocharger is a compressor. An intake air compression passage formed between a housing and an impeller rotatably accommodated in the compressor housing, and the compressor housing so as to communicate with an upstream side and a downstream side of the compression passage. A return flow path for returning a part of the intake air that is formed and flows through the compression flow path to the upstream side of the compression flow path, and an opening / closing means for opening and closing the return flow path. A cylindrical partition wall that partitions the compression channel and the return channel, and the return channel has annular openings that communicate with the compression channel at both ends of the partition wall, respectively. And the opening / closing mechanism communicates with the upstream side of the compression flow path. There are a plurality of movable vanes arranged at equal intervals in the opening of the return channel, and these movable vanes are between an open position that opens the opening and a closed position that overlaps each other and closes the opening. Based on the operating state of the engine detected by the operating state detecting means and the operating state detecting means for detecting the operating state of the engine to which the compressed air is supplied from the compression flow path. Control means for controlling the operation of the opening / closing means is provided.

本発明においては、エンジンからの排気によって排気ターボ過給機の圧縮機が作動し、圧縮された吸気がエンジンに供給される。エンジンの作動状態が排気ターボ過給機のサージング発生領域に近づいたことを作動状態検出手段が検出した場合、制御手段は戻し流路が開かれるように開閉手段の可動ベーンを開位置に制御する。これにより、圧縮流路内を流れる流体の一部が戻し流路から圧縮流路の上流側に還流され、流体送出口から送出される流体の送出量および圧力が共に低下し、遠心圧縮機のサージングが抑制される。これに対し、エンジンの作動状態が排気ターボ過給機のサージング発生領域から離れている場合、制御手段は戻し流路が閉じられるように開閉手段の開閉ベーンを閉位置へと制御する。これにより、圧縮流路内を流れる流体は戻し流路には流入せず、流体送出口からそのまま送出され、圧縮機の効率が最大限に高められることとなる。   In the present invention, the compressor of the exhaust turbocharger is operated by the exhaust from the engine, and the compressed intake air is supplied to the engine. When the operating state detecting means detects that the engine operating state has approached the surging generation region of the exhaust turbocharger, the control means controls the movable vane of the opening / closing means to the open position so that the return flow path is opened. . As a result, a part of the fluid flowing in the compression flow path is recirculated from the return flow path to the upstream side of the compression flow path, and both the delivery amount and pressure of the fluid delivered from the fluid delivery port are reduced. Surging is suppressed. On the other hand, when the operating state of the engine is away from the surging generation region of the exhaust turbocharger, the control means controls the open / close vanes of the open / close means to the closed position so that the return flow path is closed. Thereby, the fluid flowing in the compression flow path does not flow into the return flow path, but is sent as it is from the fluid delivery port, so that the efficiency of the compressor is maximized.

本発明の第２の形態による吸気制御システムにおいて、作動状態検出手段は、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転数センサを有することができる。この場合、作動状態検出手段は、スロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサか、またはスロットル弁よりも下流側の吸気通路内の圧力を検出する吸気圧センサをさらに有することができる。   In the intake air control system according to the second aspect of the present invention, the operating state detecting means may have an engine speed sensor for detecting the engine speed. In this case, the operating state detection means can further include a throttle opening sensor that detects the opening of the throttle valve, or an intake pressure sensor that detects the pressure in the intake passage on the downstream side of the throttle valve.

本発明の第３の目的を達成し得る本発明の第３の形態は、圧縮機ハウジングとこの圧縮機ハウジング内に回転自在に収容されたインペラとの間に形成された吸気の圧縮流路と、この圧縮流路の上流側と下流側とに連通するように前記圧縮機ハウジングに形成されて当該圧縮流路を流れる吸気の一部を該圧縮流路の上流側に戻すための戻し流路とを圧縮機が具え、前記圧縮機ハウジングは、前記圧縮流路と前記戻し流路とを仕切る筒状の仕切り壁部を有し、前記戻し流路は、前記仕切り壁部の両端にて前記圧縮流路にそれぞれ連通する環状の開口部を有し、前記開閉機構は、前記圧縮流路の上流側に連通する前記戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、これら可動ベーンは、前記開口部を開く開位置と、相互に重なり合って前記開口部を閉じる閉位置との間で変位し得る排気ターボ過給機を用い、エンジンの運転状態に応じて前記圧縮機の前記戻し流路を開いた開運転領域および前記戻し流路を閉じた閉運転領域の何れかの運転領域を選択するようにしたエンジンの吸気制御方法であって、前記エンジンの回転加速度を算出するステップと、算出された前記エンジンの回転加速度に応じて前記開運転領域と前記閉運転領域との境界をシフトするステップとを具えたことを特徴とするものである。   A third aspect of the present invention that can achieve the third object of the present invention is an intake air compression passage formed between a compressor housing and an impeller rotatably accommodated in the compressor housing. A return flow path formed in the compressor housing so as to communicate with the upstream side and the downstream side of the compression flow path and for returning a part of the intake air flowing through the compression flow path to the upstream side of the compression flow path And the compressor housing has a cylindrical partition wall portion that partitions the compression flow path and the return flow path, and the return flow path is formed at both ends of the partition wall section. The opening / closing mechanism has a plurality of movable vanes arranged at equal intervals in the opening of the return channel communicating with the upstream side of the compression channel. These movable vanes overlap each other with the open position where the opening is opened. An open turbocharger that can be displaced between a closed position that closes the opening and an open operation region in which the return flow path of the compressor is opened according to an operating state of the engine, and the return flow path. An intake control method for an engine that selects any one of the closed closed operation regions, the step of calculating the rotational acceleration of the engine, and the opening according to the calculated rotational acceleration of the engine. And a step of shifting the boundary between the operation region and the closed operation region.

本発明の第３の形態による吸気制御方法において、開運転領域と閉運転領域との境界をシフトするステップは、エンジンの回転加速度が予め設定された基準値以上の場合、開運転領域が狭くなるように境界を開運転領域側にシフトすることが好ましい。   In the intake air control method according to the third aspect of the present invention, the step of shifting the boundary between the open operation region and the closed operation region is such that the open operation region is narrowed when the rotational acceleration of the engine is greater than or equal to a preset reference value. Thus, it is preferable to shift the boundary to the open operation region side.

本発明の遠心圧縮機によると、圧縮機ハウジングが圧縮流路と戻し流路とを仕切る筒状の仕切り壁部を有し、戻し流路が仕切り壁部の両端にて前記圧縮流路にそれぞれ連通する環状の開口部を有し、開閉機構が圧縮流路の上流側に連通する戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、これら可動ベーンが開口部を開く開位置と相互に重なり合って開口部を閉じる閉位置との間で変位し得るようにしたので、圧縮効率の低下を回避しつつ、より広い運転領域にてサージングを発生することなく遠心圧縮機を使用することが可能となった。また、開位置にある可動ベーンを通過する流体に旋回流を形成させることができ、これによって流体を戻し流路から圧縮流路内へ円滑に流入させることができる。   According to the centrifugal compressor of the present invention, the compressor housing has a cylindrical partition wall part that partitions the compression flow path and the return flow path, and the return flow path is respectively connected to the compression flow path at both ends of the partition wall part. A plurality of movable vanes having an annular opening communicating with each other, and an opening / closing mechanism arranged at equal intervals in the opening of the return flow path communicating with the upstream side of the compression flow path; Since it can be displaced between the open position that opens and the closed position that closes the opening, the centrifugal compressor avoids a decrease in compression efficiency and does not generate surging in a wider operating range. It became possible to use. In addition, a swirl flow can be formed in the fluid passing through the movable vane in the open position, whereby the fluid can smoothly flow from the return channel into the compression channel.

圧縮流路の上流側にて圧縮機ハウジングに連結される環状のハウジングカバーをさらに具え、圧縮流路の上流側に連通する戻し流路の開口部がハウジングカバーと仕切り壁部との間に画成され、可動ベーンがハウジングカバーに支持されている場合、開閉機構をハウジングカバー側に組み込むことが可能となり、圧縮機ハウジングの構造を簡略化させることができる。   An annular housing cover connected to the compressor housing on the upstream side of the compression flow path is further provided, and an opening of the return flow path communicating with the upstream side of the compression flow path is defined between the housing cover and the partition wall. When the movable vane is supported by the housing cover, the opening / closing mechanism can be incorporated on the housing cover side, and the structure of the compressor housing can be simplified.

仕切り壁部から戻し流路内に放射状をなして等間隔に突出する複数の固定ベーンを圧縮機ハウジングが有する場合、戻し流路内を通る流体に旋回流を形成させることができ、これによって流体を戻し流路から圧縮流路内へ円滑に流入させることが可能となる。   When the compressor housing has a plurality of stationary vanes that radiate from the partition wall portion into the return flow path and protrude at equal intervals, a swirling flow can be formed in the fluid passing through the return flow path. Can be smoothly introduced from the return channel into the compression channel.

複数の固定ベーンが開位置にある可動ベーンに対して整列状態となる場合、戻し流路内にて流体を固定ベーンから可動ベーン側へと円滑に流動させることができる。   When the plurality of fixed vanes are aligned with respect to the movable vane in the open position, the fluid can smoothly flow from the fixed vane to the movable vane in the return channel.

インペラの回転中心から開位置にある可動ベーンの内周端までの距離をインペラの回転中心から仕切り壁部の内周面までの距離と等しく設定した場合、圧縮流路内にて流体を円滑に流動させることができる。   If the distance from the center of rotation of the impeller to the inner peripheral edge of the movable vane in the open position is set equal to the distance from the center of rotation of the impeller to the inner peripheral surface of the partition wall, fluid will flow smoothly in the compression flow path. It can be made to flow.

開閉機構の可動ベーンの開度を制御することによって、戻し流路から圧縮流路に戻る流体の流量を調整できるようにした場合、遠心圧縮機の効率とサージング特性とのバランスを微妙に変更することができる。   When the flow rate of the fluid returning from the return flow path to the compression flow path can be adjusted by controlling the opening degree of the movable vane of the open / close mechanism, the balance between the efficiency and surging characteristics of the centrifugal compressor is slightly changed. be able to.

本発明の第２の形態の吸気制御システムによると、排気ターボ過給機の圧縮機の圧縮流路から圧縮された空気が供給されるエンジンの作動状態を検出する作動状態検出手段と、この作動状態検出手段により検出されたエンジンの作動状態に基づいて圧縮機の開閉手段の作動を制御する制御手段とを具えているので、エンジンの特定の作動領域における排気ターボ過給機のサージング特性を改善しつつ、これ以外のエンジンの作動領域における排気ターボ過給機の圧縮機の効率の低下を未然に防ぐことができる。   According to the intake control system of the second aspect of the present invention, the operating state detecting means for detecting the operating state of the engine supplied with the compressed air from the compression flow path of the compressor of the exhaust turbocharger, and this operation Control means for controlling the operation of the compressor opening and closing means based on the engine operating state detected by the state detecting means, improving the surging characteristics of the exhaust turbocharger in a specific operating region of the engine However, it is possible to prevent a reduction in the efficiency of the compressor of the exhaust turbocharger in other engine operating regions.

本発明の第３の形態の吸気制御方法によると、エンジンの運転状態に応じて排気ターボ過給機の圧縮機の戻し流路を開いた開運転領域および戻し流路を閉じた閉運転領域の何れかの運転領域を選択する際、エンジンの回転加速度を算出し、この算出されたエンジンの回転加速度に応じて開運転領域と閉運転領域との境界をシフトするようにしたので、エンジンの回転加速度に応じて圧縮機のサージング特性を変更することができる。   According to the intake control method of the third aspect of the present invention, the open operation region in which the return passage of the compressor of the exhaust turbocharger is opened and the closed operation region in which the return passage is closed according to the operating state of the engine. When selecting one of the operating regions, the engine rotational acceleration is calculated, and the boundary between the open operating region and the closed operating region is shifted in accordance with the calculated engine rotational acceleration. The surging characteristic of the compressor can be changed according to the acceleration.

エンジンの回転加速度が予め設定された基準値以上の場合、開運転領域が狭くなるように開運転領域と閉運転領域との境界を開運転領域側にシフトすることにより、サージングを発生させず、しかも圧縮機の効率の低下をもたらすことなく排気ターボ過給機の作動領域を広げることができる。   When the rotational acceleration of the engine is equal to or greater than a preset reference value, by shifting the boundary between the open operation region and the closed operation region so that the open operation region becomes narrow, surging does not occur, In addition, the operating range of the exhaust turbocharger can be expanded without reducing the efficiency of the compressor.

本発明による吸気制御システムを排気ターボ過給機が組み込まれた車両用エンジンに応用した実施形態について、図１〜図８を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限らず、これらをさらに組み合わせたり、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。   Embodiments in which an intake control system according to the present invention is applied to a vehicle engine in which an exhaust turbocharger is incorporated will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8. The present invention is not limited to the above, and any combination of these and any changes and modifications included in the concept of the present invention described in the claims are possible, and therefore, it is obvious to any other technology belonging to the spirit of the present invention. Can be applied.

本実施形態のシステムの概念を図１に示す。本実施形態におけるエンジン１０は、図示しない燃焼室内に空気と共に供給される燃料を図示しない点火プラグにて着火する、いわゆる火花点火式内燃機関であるが、ディーゼルエンジンなどの圧縮点火式内燃機関であっても同様に適用できることは言うまでもない。このエンジン１０の燃焼室には、吸気マニホルド１１を介して吸気管１２が接続し、同様に排気マニホルド１３を介して排気管１４が接続している。吸気管１２の上流端側には、吸気管１２内に流入する外気中の塵埃を捕捉するための図示しないエアフィルタが設けられ、排気管１４の下流端側には排気ガス中の有害成分を無害化するための図示しない触媒装置が組み込まれている。   The concept of the system of this embodiment is shown in FIG. The engine 10 in this embodiment is a so-called spark ignition type internal combustion engine in which fuel supplied together with air in a combustion chamber (not shown) is ignited by an ignition plug (not shown), but is a compression ignition type internal combustion engine such as a diesel engine. However, it goes without saying that the same applies. An intake pipe 12 is connected to the combustion chamber of the engine 10 via an intake manifold 11, and similarly, an exhaust pipe 14 is connected via an exhaust manifold 13. An air filter (not shown) for capturing dust in the outside air flowing into the intake pipe 12 is provided on the upstream end side of the intake pipe 12, and harmful components in the exhaust gas are removed on the downstream end side of the exhaust pipe 14. A catalyst device (not shown) for detoxification is incorporated.

前記吸気管１２と排気管１４とに跨がって配される排気ターボ過給機１５は、吸気管１２側に位置する遠心式の圧縮機１６と、排気管１４側に位置するタービン１７とを具えている。これら圧縮機１６のインペラ１８とタービン１７とは共通の回転軸１９を介して一体的に連結されている。   An exhaust turbocharger 15 arranged across the intake pipe 12 and the exhaust pipe 14 includes a centrifugal compressor 16 located on the intake pipe 12 side, and a turbine 17 located on the exhaust pipe 14 side. It has. The impeller 18 and the turbine 17 of the compressor 16 are integrally connected via a common rotating shaft 19.

排気ターボ過給機１５よりも下流側の吸気管１２内には、エンジン１０の燃焼室に供給される吸気量を調整するためのスロットル弁２０が組み込まれており、このスロットル弁２０の開度は図示しないアクセルペダルの踏み込み量などに基づいて調整されるようになっている。   A throttle valve 20 for adjusting the amount of intake air supplied to the combustion chamber of the engine 10 is incorporated in the intake pipe 12 downstream of the exhaust turbocharger 15. Is adjusted based on the amount of depression of an accelerator pedal (not shown).

本実施形態における圧縮機１６の部分を抽出拡大して図２に示し、そのIII−III矢視断面構造を図３に示す。すなわち、本実施形態における圧縮機１６は、タービン１７と一体の回転軸１９が形成されたインペラ１８と、このインペラ１８を図示しない軸受を介して回転自在に収容する圧縮機ハウジング２１と、一端が吸気管１２に対して同軸状に連結されると共に他端がインペラ１８と同軸状をなすように圧縮機ハウジング２１に対して一体的に嵌着される環状のハウジングカバー２２とを具えている。   The portion of the compressor 16 in the present embodiment is extracted and enlarged and shown in FIG. 2, and the sectional structure taken along the line III-III is shown in FIG. That is, the compressor 16 in the present embodiment includes an impeller 18 in which a rotating shaft 19 that is integral with the turbine 17 is formed, a compressor housing 21 that rotatably accommodates the impeller 18 via a bearing (not shown), and one end thereof. An annular housing cover 22 is integrally connected to the compressor housing 21 so as to be coaxially connected to the intake pipe 12 and the other end being coaxial with the impeller 18.

インペラ１８には、ここを通過する吸気に旋回流を形成するための複数枚のブレード２３が放射状に形成されており、これら隣接するブレード２３と圧縮機ハウジング２１との間に吸気の圧縮流路２４が形成される。この圧縮流路２４は、上流側、つまりハウジングカバー２２側ほど通路断面積が広くなるように設定され、ここで吸気の圧縮が行われるようになっている。   The impeller 18 is formed with a plurality of blades 23 for forming a swirl flow in the intake air passing therethrough, and a compression flow path for intake air between the adjacent blades 23 and the compressor housing 21. 24 is formed. The compression flow path 24 is set so that the passage cross-sectional area becomes wider toward the upstream side, that is, the housing cover 22 side, and the intake air is compressed here.

圧縮機ハウジング２１は、吸気管１２が接線方向に連通する環状のスクロール室２５を外周部に画成したハウジング本体２６と、本発明における仕切り壁部としての円筒状をなす仕切り筒２７と、この仕切り筒２７の外周面に放射状に形成された複数枚の固定ベーン２８とを有する。なお、ハウジング本体２６には、スクロール室２５と先の圧縮流路２４の下流端、つまりインペラ１８におけるブレード２３の最大外周端部とを連通する偏平な環状のディフューザ２９も画成され、ここで遠心力を利用して吸気の圧縮を促進させることができるようになっている。周方向に沿って等間隔に配された各固定ベーン２８の内周端は、仕切り筒２７の外周面に対して一体的に接合され、固定ベーン２８の外周端は、ハウジング本体２６に形成されたカバー取り付け部３０の内周面に対して一体的に嵌着された状態となっている。これにより、内部に固定ベーン２８が配された環状の戻し流路３１が仕切り筒２７の外周面とハウジング本体２６のカバー取り付け部３０の内周面との間に画成される。圧縮流路２４の上流側に位置する仕切り筒２７の端部とハウジングカバー２２との間には、圧縮流路２４と戻し流路３１とを連通する環状の隙間（以下、これを出口と呼称する）３２が本発明の開口部として形成され、ここに後述する複数枚の可動ベーン３３が収容されるようになっている。同様に、圧縮流路２４の下流側に位置する仕切り筒２７の端部とハウジング本体２６との間にも、圧縮流路２４と戻し流路３１とを連通する本発明の開口部としての環状をなす隙間（以下、これを入口と呼称する）３４が形成されている。   The compressor housing 21 includes a housing body 26 that defines an annular scroll chamber 25 that communicates with the intake pipe 12 in the tangential direction on the outer peripheral portion, a partition cylinder 27 that forms a cylindrical shape as a partition wall portion in the present invention, A plurality of stationary vanes 28 are formed radially on the outer peripheral surface of the partition tube 27. The housing body 26 also defines a flat annular diffuser 29 that communicates the scroll chamber 25 with the downstream end of the previous compression flow path 24, that is, the maximum outer peripheral end of the blade 23 of the impeller 18. The compression of intake air can be promoted using centrifugal force. The inner peripheral ends of the fixed vanes 28 arranged at equal intervals along the circumferential direction are integrally joined to the outer peripheral surface of the partition tube 27, and the outer peripheral ends of the fixed vanes 28 are formed on the housing body 26. The cover mounting portion 30 is integrally fitted to the inner peripheral surface. As a result, an annular return channel 31 in which the fixed vane 28 is disposed is defined between the outer peripheral surface of the partition tube 27 and the inner peripheral surface of the cover mounting portion 30 of the housing body 26. An annular gap (hereinafter referred to as an outlet) that connects the compression flow path 24 and the return flow path 31 between the end of the partition tube 27 located on the upstream side of the compression flow path 24 and the housing cover 22. 32) is formed as an opening of the present invention, and a plurality of movable vanes 33 described later are accommodated therein. Similarly, between the end of the partition tube 27 located on the downstream side of the compression flow path 24 and the housing body 26, an annular as an opening of the present invention that communicates the compression flow path 24 and the return flow path 31. A gap 34 (hereinafter referred to as an inlet) is formed.

固定ベーン２８と同じ数だけ配される本実施形態における可動ベーン３３は、インペラ１８の回転軸線に沿ってこれを見た場合、固定ベーン２８に対して同じ位相状態で整列する図３中、二点鎖線で示す開位置と、隣接する可動ベーン３３が相互に重なり合う図３中、実線で示す閉位置との間を揺動可能となっている。周方向に沿って等間隔で配列する各可動ベーン３３には、ハウジングカバー２２に旋回可能に保持された環状に配列するリンクレバー３５がそれぞれ連結され、このリンクレバー３５を操作するアクチュエータ３６がハウジングカバー２２に取り付けられている。つまり、アクチュエータ３６を作動させることにより、リンクレバー３５を介して各可動ベーン３３を同時に同じ方向に同じ回動量だけ起倒させることができるようになっている。アクチュエータ３６を介した可動ベーン３３の回動量は、エンジン１０の作動状態に応じて開位置と閉位置の間の任意の位置に保持することが可能であり、アクチュエータ３６は後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）３７からの指令に基づいて作動が制御される。本実施形態では、上述した可動ベーン３３，リンクレバー３５，アクチュエータ３６などが本発明における開閉機構を構成している。   The movable vanes 33 in the present embodiment arranged in the same number as the fixed vanes 28 are aligned in the same phase state with respect to the fixed vanes 28 when viewed along the rotational axis of the impeller 18 in FIG. It can swing between an open position indicated by a chain line and a closed position indicated by a solid line in FIG. 3 where adjacent movable vanes 33 overlap each other. Each movable vane 33 arranged at equal intervals along the circumferential direction is connected to an annular link lever 35 that is rotatably held by the housing cover 22, and an actuator 36 that operates the link lever 35 is provided in the housing. A cover 22 is attached. That is, by actuating the actuator 36, the movable vanes 33 can be simultaneously tilted in the same direction by the same rotation amount via the link lever 35. The amount of rotation of the movable vane 33 via the actuator 36 can be held at an arbitrary position between the open position and the closed position according to the operating state of the engine 10, and the actuator 36 is an ECU (Electronic Control) described later. The operation is controlled on the basis of a command from the (Unit: electronic control unit) 37. In the present embodiment, the movable vane 33, the link lever 35, the actuator 36, and the like described above constitute the opening / closing mechanism in the present invention.

従って、排気ガスが排気ターボ過給機１５のタービン１７を通過する際にタービン１７が駆動され、これと一体のインペラ１８も同時に駆動される。これにより、吸気が図２中、左側に位置するハウジングカバー２２から回転軸線と平行な方向（図中、左右方向）に沿って圧縮機ハウジング２１内に導かれ、圧縮流路２４を通過する間に次第に圧縮される。さらに、ディフューザ２９を通過してスクロール室２５に導かれる間に遠心力によって圧縮され、スクロール室２５の内周面に沿って螺旋状に旋回しながら吸気マニホルド１１側に向けて吸気管１２内に送り出される。   Therefore, when the exhaust gas passes through the turbine 17 of the exhaust turbocharger 15, the turbine 17 is driven, and the impeller 18 integrated therewith is also driven. As a result, the intake air is guided into the compressor housing 21 from the housing cover 22 located on the left side in FIG. 2 along the direction parallel to the rotation axis (the left-right direction in the figure) and passes through the compression flow path 24. Gradually compressed. Further, while being passed through the diffuser 29 and being guided to the scroll chamber 25, it is compressed by centrifugal force and spirally turns along the inner peripheral surface of the scroll chamber 25 and enters the intake pipe 12 toward the intake manifold 11. Sent out.

ここで可動ベーン３３が開位置にある場合、圧縮流路２４を流れる吸気の一部が出口３２よりも高圧の入口３４から戻し流路３１内に流入し、固定ベーン２８が組み込まれた戻し流路３１を通って可動ベーン３３が配された出口３２側から再び圧縮流路２４に戻される。これにより、エンジン１０側に供給される吸気量が少なくなり、サージングの発生限界をより低吸気量側にずらすことが可能となり、サージングの発生を抑制することができる。吸気の一部が入口３４から戻し流路３１を通って出口３２から再び圧縮流路２４に戻る場合、固定ベーン２８および可動ベーン３３に案内されて旋回流が形成された状態となる。この旋回流は、圧縮流路２４に形成される旋回流と逆方向に旋回するように設定すべきであり、これによってサージ改善効果を向上させることができる。同様な観点から、インペラ１８の回転中心から開状態における可動ベーン３３の内周端まで距離は、インペラ１８の回転中心から仕切り筒２７の内周面までの距離と同じか、あるいはそれ以上に設定することが好ましい。これによって、可動ベーン３３の内周端が圧縮流路２４内に突出し、ここを通過する吸気に乱流を発生させるような不具合を未然に防止することができる。   Here, when the movable vane 33 is in the open position, a part of the intake air flowing through the compression flow path 24 flows into the return flow path 31 from the inlet 34 having a higher pressure than the outlet 32 and the return flow in which the fixed vane 28 is incorporated. It returns to the compression flow path 24 again from the exit 32 side where the movable vane 33 was arranged through the path 31. As a result, the amount of intake air supplied to the engine 10 side is reduced, the surging limit can be shifted to the lower intake amount side, and the occurrence of surging can be suppressed. When a part of the intake air returns from the inlet 34 through the return channel 31 and returns from the outlet 32 to the compression channel 24 again, the intake vane 28 is guided to the fixed vane 28 and the movable vane 33 to form a swirling flow. This swirl flow should be set so as to swirl in the opposite direction to the swirl flow formed in the compression flow path 24, thereby improving the surge improvement effect. From the same point of view, the distance from the rotation center of the impeller 18 to the inner peripheral end of the movable vane 33 in the open state is set to be equal to or more than the distance from the rotation center of the impeller 18 to the inner peripheral surface of the partition cylinder 27. It is preferable to do. As a result, the inner peripheral end of the movable vane 33 protrudes into the compression flow path 24, and it is possible to prevent a problem that turbulence is generated in the intake air passing therethrough.

一方、可動ベーン３３が閉位置にある場合、出口３２が可動ベーン３３によって塞がれた状態となるため、戻し流路３１には吸気が流れず、圧縮流路２４を通る吸気はそのままディフューザ２９からスクロール室２５を通って吸気管１２の下流側へ圧送されることとなる。これにより、圧縮機１６の効率の低下を未然に防止することができる。   On the other hand, when the movable vane 33 is in the closed position, the outlet 32 is blocked by the movable vane 33, so that intake air does not flow through the return flow path 31, and the intake air passing through the compression flow path 24 remains as it is. Then, the pressure is fed to the downstream side of the intake pipe 12 through the scroll chamber 25. Thereby, the fall of the efficiency of the compressor 16 can be prevented beforehand.

なお、戻し流路３１の高さに対して固定ベーン２８の配列間隔が広く設定されている（固定ベーン２８の数が少ない）場合、可動ベーン３３を固定ベーン２８と同じ数だけ配置しても隣接する可動ベーン３３を相互に重ね合わせることができなくなることが予想される。この場合、例えば図４に示すように戻し流路３１の高さと固定ベーン２８の配列間隔とに応じて可動ベーン３３を固定ベーン２８の整数倍（図示例では２倍）だけ多く配置することにより、このような不具合を回避することができる。   When the arrangement interval of the fixed vanes 28 is set wide with respect to the height of the return flow path 31 (the number of the fixed vanes 28 is small), the same number of movable vanes 33 as the fixed vanes 28 may be arranged. It is expected that the adjacent movable vanes 33 cannot be overlapped with each other. In this case, for example, as shown in FIG. 4, the movable vanes 33 are arranged by an integer multiple (twice in the illustrated example) of the fixed vanes 28 according to the height of the return flow path 31 and the arrangement interval of the fixed vanes 28. Such a problem can be avoided.

本実施形態における可動ベーン３３の開閉動作および開度は、エンジン回転数と吸気マニホルド１１内の吸気圧とに基づき、ＥＣＵ３７内に予め設定された図５に示す如きマップから読み出されるようになっている。つまり、エンジン回転数の変化率が所定の割合を越えた場合、加速状態にあると見なし、実線で示すそれ以外の非加速状態における可動ベーン３３の開閉境界線を破線で示す加速時の開閉境界線にシフトする。このシフト量は、加速の大きさに応じて連続的に変化させることも可能であり、開閉境界線はサージングの発生領域の目安となるものである。   The opening / closing operation and the opening degree of the movable vane 33 in this embodiment are read from a map as shown in FIG. 5 preset in the ECU 37 based on the engine speed and the intake pressure in the intake manifold 11. Yes. That is, when the rate of change of the engine speed exceeds a predetermined ratio, it is considered that the engine is in an accelerated state, and the open / close boundary of the movable vane 33 in the non-accelerated state indicated by the solid line is the open / close boundary during acceleration indicated by the broken line Shift to line. This shift amount can be continuously changed according to the magnitude of acceleration, and the open / close boundary is a measure of the surging area.

このような制御を実行するため、本実施形態においてはエンジン１０の作動状態に基づいてアクチュエータ３６の作動を制御するＥＣＵ３７が搭載されている。また、吸気管１２には、スロットル弁２０の開度を検出するスロットル開度センサ３８が組み付けられ、吸気マニホルド１１には吸気マニホルド１１内の圧力を検出する吸気圧センサ３９が組み付けられている。また、エンジン１０には図示しないクランク軸の回転速度を検出するエンジン回転数センサ４０が組み付けられ、この他、図示しない各種検出手段も組み込まれている。   In order to execute such control, in this embodiment, an ECU 37 that controls the operation of the actuator 36 based on the operating state of the engine 10 is mounted. In addition, a throttle opening sensor 38 that detects the opening of the throttle valve 20 is assembled in the intake pipe 12, and an intake pressure sensor 39 that detects the pressure in the intake manifold 11 is assembled in the intake manifold 11. Further, the engine 10 is assembled with an engine speed sensor 40 for detecting the rotational speed of a crankshaft (not shown), and various detection means (not shown) are also incorporated.

本実施形態におけるＥＣＵ３７は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，バックアップＲＡＭ，カウンタ・タイマ群およびＩ/Ｏインタフェースなどがバスラインを介して接続するマイクロコンピュータを中心として構成され、各部に安定化電源を供給する定電圧回路，Ｉ/Ｏインタフェースに接続される駆動回路，Ａ/Ｄ変換器などの周辺回路を内蔵している。そして、上述したセンサ３８〜４０や他の図示しないセンサなどからの検出情報に基づき、エンジン１０の作動状態を把握して燃料噴射制御，点火時期制御，アイドル回転数制御，過給圧制御などを行うように設定されている。このＥＣＵ３７のＩ/Ｏインタフェースの入力ポートには、上述のセンサ３８〜４０が接続し、出力ポートには上述のアクチュエータ３６が接続している。   The ECU 37 in the present embodiment is mainly configured by a microcomputer to which a CPU, ROM, RAM, backup RAM, counter / timer group, I / O interface, etc. (not shown) are connected via a bus line, and a stabilized power source is provided to each part. Peripheral circuits such as a constant voltage circuit to be supplied, a drive circuit connected to the I / O interface, and an A / D converter are incorporated. Based on detection information from the sensors 38 to 40 described above and other sensors (not shown), the operating state of the engine 10 is grasped and fuel injection control, ignition timing control, idle speed control, supercharging pressure control, etc. are performed. Is set to do. The sensors 37 to 40 are connected to the input port of the I / O interface of the ECU 37, and the actuator 36 is connected to the output port.

本実施形態における吸気制御方法を図６に示したフローチャートを用いて説明すると、まずＳ１のステップにてエンジン回転数センサ４０からの情報に基づき、エンジン１０の回転加速度αnを算出し、これが予め設定された基準値αR以上であるか否かを判定する。 The intake air control method in the present embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 6. First, in step S1, the rotational acceleration α n of the engine 10 is calculated based on the information from the engine speed sensor 40, and this is calculated in advance. It is determined whether or not the set reference value α R or more.

Ｓ２のステップにて現在のエンジン１０の回転加速度αnが基準値αR以上である、つまり加速中であると判断した場合には、Ｓ３のステップに移行してエンジン回転数と吸気圧との情報に基づき、現在のエンジン１０の作動状況が図５中、破線で示す開閉境界線に関して閉領域にあるか否かを判定する。 If it is determined in step S2 that the current rotational acceleration α n of the engine 10 is greater than or equal to the reference value α R , that is, acceleration is being performed, the process proceeds to step S3 and the engine speed and the intake pressure are reduced. Based on the information, it is determined whether or not the current operating state of the engine 10 is in the closed region with respect to the opening / closing boundary shown by a broken line in FIG.

Ｓ３のステップにて現在のエンジン１０の作動状況が図５中、破線で示す開閉境界線に関して閉領域にあると判断した場合、Ｓ４のステップに移行して可動ベーン３３が閉位置となるようにアクチュエータ３６の作動を制御し、圧縮機１６の効率の低下を防ぐ。これに対し、現在のエンジン１０の作動状況が図５中、破線で示す開閉境界線に関して開領域にあると判断した場合、Ｓ５のステップに移行して可動ベーン３３が開位置となるようにアクチュエータ３６の作動を制御し、サージングの発生を抑制する。   If it is determined in step S3 that the current operating state of the engine 10 is in the closed region with respect to the opening / closing boundary shown by the broken line in FIG. 5, the process proceeds to step S4 so that the movable vane 33 is in the closed position. The operation of the actuator 36 is controlled to prevent a reduction in the efficiency of the compressor 16. On the other hand, when it is determined that the current operating state of the engine 10 is in the open region with respect to the opening / closing boundary shown by the broken line in FIG. 5, the operation proceeds to step S5 so that the movable vane 33 is in the open position. The operation of 36 is controlled to suppress the occurrence of surging.

一方、上述したＳ２のステップにて現在のエンジン１０の回転加速度αnが基準値αR未満である、つまり加速中ではないと判断した場合には、Ｓ６のステップに移行してエンジン回転数と吸気圧との情報に基づき、現在のエンジン１０の作動状況が図５中、実線で示す開閉境界線に関して閉領域にあるか否かを判定する。 On the other hand, if it is determined in step S2 described above that the current rotational acceleration α n of the engine 10 is less than the reference value α R , that is, it is not accelerating, the process proceeds to step S6 and the engine rotational speed is determined. Based on the information on the intake pressure, it is determined whether or not the current operating state of the engine 10 is in the closed region with respect to the open / close boundary shown by the solid line in FIG.

Ｓ６のステップにて現在のエンジン１０の作動状況が図５中、実線で示す開閉境界線に関して閉領域にあると判断した場合、Ｓ７のステップに移行して可動ベーン３３が閉位置となるようにアクチュエータ３６の作動を制御し、圧縮機１６の効率の低下を防ぐ。これに対し、現在のエンジン１０の作動状況が図５中、実線で示す開閉境界線に関して開領域にあると判断した場合、Ｓ８のステップに移行して可動ベーン３３が開位置となるようにアクチュエータ３６の作動を制御し、サージングの発生を抑制する。   If it is determined in step S6 that the current operating state of the engine 10 is in the closed region with respect to the open / close boundary shown by the solid line in FIG. 5, the process proceeds to step S7 so that the movable vane 33 is in the closed position. The operation of the actuator 36 is controlled to prevent a reduction in the efficiency of the compressor 16. On the other hand, if it is determined that the current operating state of the engine 10 is in the open region with respect to the open / close boundary shown by the solid line in FIG. 5, the process proceeds to step S <b> 8 so that the movable vane 33 is in the open position. The operation of 36 is controlled to suppress the occurrence of surging.

上述した実施形態では、エンジン回転数センサ４０および吸気圧センサ３９の情報に基づいてエンジン１０の作動状況を判定したが、吸気圧センサ３９に代えてスロットル開度センサ３８からの情報を利用することも可能である。この場合における可動ベーン３３の開閉動作および開度のマップの一例を図７に示す。この場合においても、エンジン１０の回転加速度が基準値以上となる加速中においては、サージングが発生しにくくなるため、破線で囲まれた加速中における可動ベーン３３の開位置の領域は、実線で囲まれた非加速中における可動ベーン３３の開位置の領域よりも狭くなる。つまり、加速中においては、これらの差の部分の領域において排気ターボ過給機１５を有効に作動させることが可能となる。   In the embodiment described above, the operating state of the engine 10 is determined based on the information of the engine speed sensor 40 and the intake pressure sensor 39, but information from the throttle opening sensor 38 is used instead of the intake pressure sensor 39. Is also possible. An example of the map of the opening / closing operation and the opening degree of the movable vane 33 in this case is shown in FIG. In this case as well, surging is less likely to occur during acceleration when the rotational acceleration of the engine 10 is equal to or greater than the reference value. Therefore, the open position area of the movable vane 33 surrounded by a broken line is surrounded by a solid line. This is narrower than the open position region of the movable vane 33 during non-acceleration. That is, during acceleration, the exhaust turbocharger 15 can be effectively operated in the region of the difference between these.

この圧縮機１６における空気流量と圧力比との関係を図８に示す。図中、二点鎖線はスロットル弁２０を全開状態に保持した場合であり、破線は可動ベーン３３を全閉状態に保持した場合のサージングの発生境界を示し、この破線よりも左側の領域がサージング発生領域である。一方、太い破線は可動ベーン３３を全開状態に保持した場合のサージングの発生境界を示し、この太い実線よりも左側の領域がサージング発生領域となる。従って、エンジン１０の作動状態が二点鎖線と破線とで囲まれた斜線の領域にある場合、可動ベーン３３を開いてエネルギーを積極的に有効利用するというのが本発明の基本となる発想である。つまり、空気流量，圧力比，エンジン回転数が斜線領域にある場合、可動ベーン３３を開位置に保持することが有効となる。この場合、空気流量は吸気管１２内にエアフローセンサを設けることで検出可能であり、圧力比は吸気圧センサ３９を利用して検出することができる。エンジン回転数Ｎ1〜Ｎ3（Ｎ1＜Ｎ2＜Ｎ3）は、図中、細い実線で模式的に表され、エンジン回転数センサ４０によって検出することが可能である。このような方法でも本発明による吸気制御方法を実施することができる。 FIG. 8 shows the relationship between the air flow rate and the pressure ratio in the compressor 16. In the figure, a two-dot chain line indicates a case where the throttle valve 20 is held in a fully open state, and a broken line indicates a surging boundary when the movable vane 33 is held in a fully closed state. It is a generation area. On the other hand, a thick broken line indicates a surging occurrence boundary when the movable vane 33 is held in a fully open state, and a region on the left side of the thick solid line is a surging occurrence region. Therefore, when the operating state of the engine 10 is in the hatched region surrounded by the two-dot chain line and the broken line, the idea that the movable vane 33 is opened and the energy is actively used is the basic idea of the present invention. is there. That is, when the air flow rate, the pressure ratio, and the engine speed are in the hatched region, it is effective to hold the movable vane 33 in the open position. In this case, the air flow rate can be detected by providing an air flow sensor in the intake pipe 12, and the pressure ratio can be detected using the intake pressure sensor 39. The engine speeds N 1 to N 3 (N 1 <N 2 <N 3 ) are schematically represented by thin solid lines in the figure, and can be detected by the engine speed sensor 40. Even with such a method, the intake control method according to the present invention can be implemented.

本発明による吸気制御システムを排気ターボ過給機が組み込まれた車両用エンジンに応用した一実施形態の概念図である。1 is a conceptual diagram of an embodiment in which an intake control system according to the present invention is applied to a vehicle engine in which an exhaust turbocharger is incorporated. 図１に示した排気ターボ過給機の圧縮機の内部構造を表す断面図である。It is sectional drawing showing the internal structure of the compressor of the exhaust turbo supercharger shown in FIG. 図２中のIII−III矢視断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along arrow III-III in FIG. 2. 本発明の他の実施形態における可動ベーンと固定ベーンとの位置関係を模式的に表す正面図である。It is a front view which represents typically the positional relationship of the movable vane and fixed vane in other embodiment of this invention. エンジン回転速度と吸気圧と可動ベーンの開運転領域および閉運転領域との関係を模式的に表すマップである。3 is a map schematically showing a relationship among an engine rotation speed, an intake pressure, and an open operation region and a closed operation region of a movable vane. 図１に示した実施形態における可動ベーンの動作制御に関するフローチャートである。It is a flowchart regarding operation | movement control of the movable vane in embodiment shown in FIG. エンジン回転速度とスロットル開度と可動ベーンの開運転領域および閉運転領域との関係を模式的に表すマップである。3 is a map schematically showing a relationship among an engine speed, a throttle opening, and an open operation region and a closed operation region of a movable vane. 図２に示した遠心圧縮機の特性とエンジン回転速度との関係を模式的に表すマップである。3 is a map schematically showing the relationship between the characteristics of the centrifugal compressor shown in FIG. 2 and the engine rotation speed.

符号の説明Explanation of symbols

１０ エンジン
１１ 吸気マニホルド
１２ 吸気管
１３ 排気マニホルド
１４ 排気管
１５ 排気ターボ過給機
１６ 圧縮機
１７ タービン
１８ インペラ
１９ 回転軸
２０ スロットル弁
２１ 圧縮機ハウジング
２２ ハウジングカバー
２３ ブレード
２４ 圧縮流路
２５ スクロール室
２６ ハウジング本体
２７ 仕切り筒
２８ 固定ベーン
２９ ディフューザ
３０ カバー取り付け部
３１ 戻し流路
３２ 隙間（出口）
３３ 可動ベーン
３４ 隙間（入口）
３５ リンクレバー
３６ アクチュエータ
３７ ＥＣＵ
３８ スロットル開度センサ
３９ 吸気圧センサ
４０ エンジン回転数センサ
αn 回転加速度
αR 基準値
αn エンジンの回転加速度
Ｎ1〜Ｎ3 エンジン回転数 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 11 Intake manifold 12 Intake pipe 13 Exhaust manifold 14 Exhaust pipe 15 Exhaust turbo supercharger 16 Compressor 17 Turbine 18 Impeller 19 Rotating shaft 20 Throttle valve 21 Compressor housing 22 Housing cover 23 Blade 24 Compression flow path 25 Scroll chamber 26 Housing body 27 Partition tube 28 Fixed vane 29 Diffuser 30 Cover attachment part 31 Return flow path 32 Clearance (exit)
33 Movable vane 34 Clearance (entrance)
35 Link lever 36 Actuator 37 ECU
38 Throttle opening sensor 39 Intake pressure sensor 40 Engine speed sensor α n rotational acceleration α R reference value α n engine rotational acceleration N 1 to N 3 engine speed

Claims (9)

圧縮機ハウジングとこの圧縮機ハウジング内に回転自在に収容されたインペラとの間に形成される流体の圧縮流路と、この圧縮流路の上流側と下流側とに連通するように前記圧縮機ハウジングに形成されて当該圧縮流路を流れる流体の一部を該圧縮流路の上流側に戻すための戻し流路と、この戻し流路を開閉するための開閉機構とを具えた遠心圧縮機において、
前記圧縮機ハウジングは、前記圧縮流路と前記戻し流路とを仕切る筒状の仕切り壁部を有し、
前記戻し流路は、前記仕切り壁部の両端にて前記圧縮流路にそれぞれ連通する環状の開口部を有し、
前記開閉機構は、前記圧縮流路の上流側に連通する前記戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、
これら可動ベーンは、前記開口部を開く開位置と、相互に重なり合って前記開口部を閉じる閉位置との間で変位し得ることを特徴とする遠心圧縮機。 A compressor compression passage for fluid formed between the compressor housing and an impeller rotatably accommodated in the compressor housing, and the compressor so as to communicate with an upstream side and a downstream side of the compression passage Centrifugal compressor provided with a return channel for returning a part of the fluid flowing in the compression channel formed in the housing to the upstream side of the compression channel, and an opening / closing mechanism for opening and closing the return channel In
The compressor housing has a cylindrical partition wall that partitions the compression flow path and the return flow path,
The return channel has an annular opening that communicates with the compression channel at both ends of the partition wall,
The opening / closing mechanism has a plurality of movable vanes arranged at equal intervals in the opening of the return channel communicating with the upstream side of the compression channel,
These movable vanes can be displaced between an open position for opening the opening and a closed position for overlapping each other to close the opening. 前記圧縮流路の上流側にて前記圧縮機ハウジングに連結される環状のハウジングカバーをさらに具え、前記圧縮流路の上流側に連通する前記戻し流路の開口部は、このハウジングカバーと前記仕切り壁部との間に画成され、前記可動ベーンはこのハウジングカバーに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。   An annular housing cover connected to the compressor housing on the upstream side of the compression flow path is further provided, and the opening of the return flow path communicating with the upstream side of the compression flow path has the housing cover and the partition. The centrifugal compressor according to claim 1, wherein the centrifugal vane is defined between the wall portion and the movable vane is supported by the housing cover. 前記圧縮機ハウジングは、前記仕切り壁部から前記戻し流路内に放射状をなして等間隔に突出する複数の固定ベーンをさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to claim 1 or 2, wherein the compressor housing further includes a plurality of fixed vanes that project radially from the partition wall portion into the return flow path at equal intervals. Machine. 前記複数の固定ベーンは、前記開位置にある可動ベーンに対して整列状態となることを特徴とする請求項３に記載の遠心圧縮機。   The centrifugal compressor according to claim 3, wherein the plurality of fixed vanes are aligned with the movable vane in the open position. 前記インペラの回転中心から前記開位置にある前記可動ベーンの内周端までの距離は、前記インペラの回転中心から前記仕切り壁部の内周面までの距離と等しく設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の遠心圧縮機。   The distance from the rotation center of the impeller to the inner peripheral end of the movable vane in the open position is set equal to the distance from the rotation center of the impeller to the inner peripheral surface of the partition wall portion. The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 4. 前記開閉機構は、前記可動ベーンの開度を制御することにより、前記戻し流路から前記圧縮流路に戻る流体の流量を変更可能であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の遠心圧縮機。   6. The opening / closing mechanism is capable of changing a flow rate of fluid returning from the return flow path to the compression flow path by controlling an opening degree of the movable vane. A centrifugal compressor according to claim 1. 排気ターボ過給機を用いたエンジンの吸気制御システムであって、
前記排気ターボ過給機の圧縮機は、圧縮機ハウジングとこの圧縮機ハウジング内に回転自在に収容されたインペラとの間に形成された吸気の圧縮流路と、この圧縮流路の上流側と下流側とに連通するように前記圧縮機ハウジングに形成されて当該圧縮流路を流れる吸気の一部を該圧縮流路の上流側に戻すための戻し流路と、この戻し流路を開閉するための開閉手段とを具え、前記圧縮機ハウジングは、前記圧縮流路と前記戻し流路とを仕切る筒状の仕切り壁部を有し、前記戻し流路は、前記仕切り壁部の両端にて前記圧縮流路にそれぞれ連通する環状の開口部を有し、前記開閉機構は、前記圧縮流路の上流側に連通する前記戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、これら可動ベーンは、前記開口部を開く開位置と、相互に重なり合って前記開口部を閉じる閉位置との間で変位可能であり、
前記圧縮流路から圧縮された空気が供給される前記エンジンの作動状態を検出する作動状態検出手段と、
この作動状態検出手段により検出された前記エンジンの作動状態に基づいて前記開閉手段の作動を制御する制御手段と
を具えたことを特徴とする吸気制御システム。 An engine intake control system using an exhaust turbocharger,
The compressor of the exhaust turbocharger includes an intake compression passage formed between a compressor housing and an impeller rotatably accommodated in the compressor housing, and an upstream side of the compression passage. A return passage formed in the compressor housing so as to communicate with the downstream side and returning a part of the intake air flowing through the compression passage to the upstream side of the compression passage, and opening and closing the return passage And the compressor housing has a cylindrical partition wall that partitions the compression channel and the return channel, and the return channel is at both ends of the partition wall. The opening and closing mechanism has a plurality of movable vanes arranged at equal intervals in the opening of the return channel communicating with the upstream side of the compression channel. These movable vanes have an open position for opening the opening, The overlap is displaceable between a closed closed position the opening,
An operating state detecting means for detecting an operating state of the engine to which compressed air is supplied from the compression flow path;
An intake control system comprising: control means for controlling the operation of the opening / closing means based on the operating state of the engine detected by the operating state detecting means. 圧縮機ハウジングとこの圧縮機ハウジング内に回転自在に収容されたインペラとの間に形成された吸気の圧縮流路と、この圧縮流路の上流側と下流側とに連通するように前記圧縮機ハウジングに形成されて当該圧縮流路を流れる吸気の一部を該圧縮流路の上流側に戻すための戻し流路とを圧縮機が具え、前記圧縮機ハウジングは、前記圧縮流路と前記戻し流路とを仕切る筒状の仕切り壁部を有し、前記戻し流路は、前記仕切り壁部の両端にて前記圧縮流路にそれぞれ連通する環状の開口部を有し、前記開閉機構は、前記圧縮流路の上流側に連通する前記戻し流路の開口部に等間隔に配された複数の可動ベーンを有し、これら可動ベーンが前記開口部を開く開位置と相互に重なり合って前記開口部を閉じる閉位置との間で変位し得る排気ターボ過給機を用い、エンジンの運転状態に応じて前記圧縮機の前記戻し流路を開いた開運転領域および前記戻し流路を閉じた閉運転領域の何れかの運転領域を選択するようにしたエンジンの吸気制御方法であって、
前記エンジンの回転加速度を算出するステップと、
算出された前記エンジンの回転加速度に応じて前記開運転領域と前記閉運転領域との境界をシフトするステップと
を具えたことを特徴とする吸気制御方法。 The compressor is configured to communicate with an intake compression passage formed between the compressor housing and an impeller rotatably accommodated in the compressor housing, and an upstream side and a downstream side of the compression passage. A compressor having a return passage formed in the housing for returning a part of the intake air flowing through the compression passage to the upstream side of the compression passage, and the compressor housing includes the compression passage and the return passage. A cylindrical partition wall that partitions the flow path, the return flow path has annular openings that communicate with the compression flow path at both ends of the partition wall, and the opening and closing mechanism includes: A plurality of movable vanes arranged at equal intervals in the opening of the return flow channel communicating with the upstream side of the compression flow channel, and the movable vanes overlap each other with an open position where the opening is opened; Exhaust turbo that can be displaced between a closed position and a closed position An engine that uses a feeder and selects either one of an open operation area in which the return flow path of the compressor is opened and a closed operation area in which the return flow path is closed according to the operating state of the compressor. Intake control method for
Calculating the rotational acceleration of the engine;
And a step of shifting a boundary between the open operation region and the closed operation region in accordance with the calculated rotational acceleration of the engine. 前記開運転領域と前記閉運転領域との境界をシフトするステップは、前記エンジンの回転加速度が予め設定された基準値以上の場合、前記開運転領域が狭くなるように前記境界を前記開運転領域側にシフトすることを特徴とする請求項８に記載の吸気制御方法。   The step of shifting the boundary between the open operation region and the closed operation region includes the step of shifting the boundary so that the open operation region is narrowed when the rotational acceleration of the engine is equal to or greater than a preset reference value. 9. The intake control method according to claim 8, wherein the intake control method shifts to a side.
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