JP4524653B2 - Engine supercharger - Google Patents

Engine supercharger Download PDF

Info

Publication number
JP4524653B2
JP4524653B2 JP2005199755A JP2005199755A JP4524653B2 JP 4524653 B2 JP4524653 B2 JP 4524653B2 JP 2005199755 A JP2005199755 A JP 2005199755A JP 2005199755 A JP2005199755 A JP 2005199755A JP 4524653 B2 JP4524653 B2 JP 4524653B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
passage
supercharging
engine
downstream
supercharger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005199755A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007016707A (en
Inventor
直之 山形
幹公 藤井
仁寿 中本
真玄 丸本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mazda Motor Corp filed Critical Mazda Motor Corp
Priority to JP2005199755A priority Critical patent/JP4524653B2/en
Publication of JP2007016707A publication Critical patent/JP2007016707A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4524653B2 publication Critical patent/JP4524653B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Description

本発明は、空気を旋回状態で吐出する遠心式過給機を有するエンジンの過給装置に関し、エンジンの吸気システムの技術分野に属する。   The present invention relates to a supercharger for an engine having a centrifugal supercharger that discharges air in a swirling state, and belongs to the technical field of an engine intake system.

従来より、エンジントルクの増大を図る手段として、排気ガスのエネルギやエンジン自体の回転により、或いは電動機によって駆動されて、吸気を燃焼室に過給する過給機を備えた吸気システムがある。例えば、特許文献１には、自然吸気通路に該通路を開閉する制御弁を配設すると共に、該制御弁の上、下流側を連通する過給通路を設けて、該過給通路上に過給機を配設し、所定の運転領域で前記制御弁を閉じた状態で該過給機を作動させるように構成した吸気システムが開示されている。   Conventionally, as means for increasing the engine torque, there is an intake system including a supercharger that supercharges intake air into a combustion chamber driven by energy of exhaust gas, rotation of the engine itself, or driven by an electric motor. For example, in Patent Document 1, a control valve for opening and closing the natural intake passage is provided, and a supercharging passage is provided on the control valve so as to communicate with the downstream side. An intake system is disclosed in which a supercharger is provided and the supercharger is operated with the control valve closed in a predetermined operating range.

ところで、この種の過給機として、空気を下流側通路内に旋回状態で吐出する遠心式過給機が用いられることがある。図１２に示すように、この遠心式過給機２００は、略円錐形のブロア２０１と、該ブロア２０１に対向させて中央に空気入口２０２ａが設けられていると共にブロア２０１の外周面を取り巻くように吐出通路２０２ｂを形成するハウジング２０２とを有している。該ハウジング２０２の空気入口２０２ａは過給通路の上流側に連通し、前記ブロア２０１が回転することにより該過給通路から吸い込まれた空気Ａ１が前記吐出通路２０２ｂの接線方向に送られる。このとき、ブロア２０１側から吐出通路２０２ｂには、該吐出通路内に旋回流Ａ２を形成しつつ円滑に空気が導入されることになる。そして、吐出通路２０２ｂは過給通路の下流側に連通し、吐出通路２０２ｂ内の空気の旋回流Ａ２が過給通路の下流側に旋回状態を維持しながら送出される。
特開２００４−３４６９１０号公報 By the way, as this type of supercharger, a centrifugal supercharger that discharges air in a swirling state into a downstream passage may be used. As shown in FIG. 12, this centrifugal supercharger 200 has a substantially conical blower 201, an air inlet 202 a provided in the center facing the blower 201, and surrounding the outer peripheral surface of the blower 201. And a housing 202 that forms a discharge passage 202b. The air inlet 202a of the housing 202 communicates with the upstream side of the supercharging passage, and when the blower 201 rotates, air A1 sucked from the supercharging passage is sent in the tangential direction of the discharge passage 202b. At this time, air is smoothly introduced into the discharge passage 202b from the blower 201 side while forming the swirling flow A2 in the discharge passage. The discharge passage 202b communicates with the downstream side of the supercharging passage, and the swirling flow A2 of the air in the discharge passage 202b is sent out while maintaining the swirling state downstream of the supercharging passage.
JP 2004-346910 A

ところで、このような遠心式過給機を用いた場合、図１３、１４に示すように、自然吸気通路２１０に対して過給通路２２０が直角方向から接続するように構成されているときに、接続部の通気抵抗が問題になる。即ち、旋回流が過給通路２２０から自然吸気通路２１０に導入した直後に、両通路の接続部近傍において乱流アや自然吸気通路２１０の上流側を指向する空気流イなどが生じて円滑な導入が図れず、この結果、旋回流の運動エネルギが自然吸気通路２１０の下流側方向への空気流の運動エネルギに変換される際に損失が生じ、過給効率が低下する。   By the way, when such a centrifugal supercharger is used, as shown in FIGS. 13 and 14, when the supercharging passage 220 is configured to connect to the natural intake passage 210 from a right angle direction, Ventilation resistance at the connection is a problem. That is, immediately after the swirl flow is introduced from the supercharging passage 220 into the natural intake passage 210, a turbulent flow or an air flow directed toward the upstream side of the natural intake passage 210 is generated in the vicinity of the connection portion between the two passages. As a result, a loss occurs when the kinetic energy of the swirling flow is converted into the kinetic energy of the air flow in the downstream direction of the natural intake passage 210, and the supercharging efficiency is lowered.

これに対して、過給通路の遠心式過給機下流側の通路長を増大させ、旋回流が十分に減衰してから自然吸気通路に導入させるように構成することが考えられるが、通路長の増大は過給応答性の低下や、吸気システムの大型化を招く。   On the other hand, it is conceivable to increase the passage length downstream of the centrifugal supercharger in the supercharging passage so that the swirling flow is sufficiently attenuated and then introduced into the natural intake passage. An increase in the pressure causes a decrease in supercharging response and an increase in the size of the intake system.

そこで、本発明は、遠心式過給機を備えたエンジンの過給装置において、過給の応答性を確保し、吸気システムの大型化を回避しながら、通気抵抗を低減させ、過給効率を向上させることを課題とする。   Therefore, the present invention provides a turbocharger for an engine equipped with a centrifugal supercharger, which ensures supercharging responsiveness, reduces the airflow resistance while avoiding the enlargement of the intake system, and improves the supercharging efficiency. The problem is to improve.

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.

まず、本願の請求項１に記載の発明は、自然吸気通路に該通路を開閉する制御弁が配設されていると共に、該制御弁の上、下流側を連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側通路内に旋回状態で吐出する遠心式過給機が配設され、所定の運転領域で前記制御弁を閉じた状態で該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、前記過給通路の自然吸気通路に接続される下流端部が、過給機から吐出される空気の旋回流が自然吸気通路の下流側を指向するように、その軸線を自然吸気通路の軸線に対してオフセットさせて接続されていることを特徴とする。   First, the invention according to claim 1 of the present application is provided with a control valve for opening and closing the passage in the natural intake passage and a supercharging passage communicating with the downstream side above the control valve, In addition, a centrifugal supercharger that discharges air in a swirling state into the downstream passage is disposed on the supercharge passage, and the supercharger is operated with the control valve closed in a predetermined operation region. An engine supercharging device, wherein a downstream end portion of the supercharging passage connected to the natural intake passage is arranged such that a swirling flow of air discharged from the supercharger is directed downstream of the natural intake passage. The axis is offset with respect to the axis of the natural intake passage.

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンの過給装置において、軸線をオフセットさせて過給通路の下流端部を自然吸気通路に接続することにより生じる両通路のオーバラップ部分に両通路を連通させる連通口を設けると共に、該連通口の開口面積が過給通路の通路断面積とほぼ等しくなるように、前記オフセット量が設定されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a turbocharger for an engine according to the first aspect of the present invention, wherein both the passages generated by offsetting the axis line and connecting the downstream end portion of the supercharging passage to the natural intake passage are provided. A communication port for communicating both the passages is provided in the overlap portion, and the offset amount is set so that the opening area of the communication port is substantially equal to the passage cross-sectional area of the supercharging passage.

そして、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載のエンジンの過給装置において、過給通路の下流端部の端面に、該通路の上流側を指向させて燃料噴射弁が設置されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the supercharging device for an engine according to the first or second aspect, the upstream side of the passage is directed toward the end surface of the downstream end portion of the supercharging passage. An injection valve is installed.

まず、請求項１に記載の発明によれば、所定の運転領域において、制御弁を閉じた状態で遠心式過給機が作動すると、該過給機により吐出された空気の旋回流が過給通路の下流端部で自然吸気通路に導入される。このとき、過給通路の自然吸気通路に接続される下流端部が、過給機から吐出された空気の旋回流が自然吸気通路の下流側を指向するように、その軸線を自然吸気通路の軸線に対してオフセットさせて接続されているので、空気の旋回流は接続部近傍において乱流を生じることなく円滑に自然吸気通路に導入される。この結果、過給通路の通路長を短く設定して過給応答性の確保及び吸気システムの小型化を図ることができると共に、通気抵抗が低減され、過給効率を向上させることができる。   First, according to the first aspect of the present invention, when the centrifugal supercharger operates in a predetermined operating region with the control valve closed, the swirling flow of the air discharged by the supercharger is supercharged. It is introduced into the natural intake passage at the downstream end of the passage. At this time, the downstream end connected to the natural intake passage of the supercharger passage is arranged so that the axis of the natural intake passage is oriented so that the swirling flow of the air discharged from the supercharger is directed downstream of the natural intake passage. Since the connection is made with an offset relative to the axis, the swirling flow of air is smoothly introduced into the natural intake passage without generating turbulent flow in the vicinity of the connecting portion. As a result, it is possible to shorten the length of the supercharging passage to ensure the supercharging response and to reduce the size of the intake system, and to reduce the ventilation resistance and improve the supercharging efficiency.

一方、過給通路の軸線に対して自然吸気通路の軸線をオフセットさせると、両通路の側部同士が重なり合うオーバーラップ部分が生じ、このオーバーラップ部分に連通口が設けられるのであるが、オフセット量に応じて連通口の開口面積は変化する。即ち、オフセット量が大きくなるに従って、連通口の開口面積は減少するが、この開口面積の減少は絞りとなって、過給通路から自然吸気通路へ十分に空気が導入されないことになる。また、逆にオフセット量が小さくなるに従って、前記開口面積は大きくなるが、過給機から吐出された空気の旋回流の指向方向が自然吸気通路の下流側方向からずれることになって、前記請求項１に記載の発明による作用効果が得られない。   On the other hand, when the axis of the natural intake passage is offset with respect to the axis of the supercharging passage, an overlap portion is formed in which the side portions of both passages overlap each other, and a communication port is provided in this overlap portion. The opening area of the communication port changes according to the above. That is, as the offset amount increases, the opening area of the communication port decreases. However, the decrease in the opening area becomes a throttle, and air is not sufficiently introduced from the supercharging passage into the natural intake passage. Conversely, as the offset amount decreases, the opening area increases, but the direction of the swirling flow of the air discharged from the supercharger deviates from the downstream direction of the natural intake passage, and thus the claim. The effect by the invention of claim | item 1 is not acquired.

このような問題に対し、請求項２に記載の発明によれば、連通口の開口面積が過給通路の通路断面積とほぼ等しくなるようにオフセット量が設定されているので、絞りによる通気抵抗の発生が防止されると共に、前記請求項１の発明における過給機から吐出された空気の旋回流が自然吸気通路の下流側を指向することによる通気抵抗の低減作用が確保され、過給効率を効果的に向上させることができる。   With respect to such a problem, according to the second aspect of the present invention, the offset amount is set so that the opening area of the communication port is substantially equal to the cross-sectional area of the supercharging passage. And a reduction in ventilation resistance due to the swirling flow of the air discharged from the supercharger directed to the downstream side of the natural intake passage is ensured, and the supercharging efficiency is ensured. Can be improved effectively.

請求項３に記載の発明によれば、前述のように自然吸気通路と過給通路との軸線がオフセットされているので、過給通路の下流端部の端面に容易に燃料噴射弁を取り付けることができる。そして、遠心式過給機から吐出された空気の旋回流は、壁面に近い部分ほど空気流速が速いので、旋回流の中に噴射された燃料が空気とよく混合して管壁面に付着し難くなる。また、燃料噴射弁は、過給通路の上流側を指向させて設置されているので、噴射された燃料と旋回流との速度差が大きくなって、燃料と空気の混合がより促進される。これらの結果、燃料が早期に気化すると共に、過給空気が効果的に冷却され、燃焼室に対する充填効率が向上する。   According to the third aspect of the present invention, since the axes of the natural intake passage and the supercharging passage are offset as described above, the fuel injection valve is easily attached to the end surface of the downstream end portion of the supercharging passage. Can do. The swirling flow of the air discharged from the centrifugal supercharger has a higher air flow rate as it is closer to the wall surface, so that the fuel injected into the swirling flow is well mixed with air and hardly adheres to the tube wall surface. Become. Further, since the fuel injection valve is installed so as to face the upstream side of the supercharging passage, the speed difference between the injected fuel and the swirling flow is increased, and the mixing of fuel and air is further promoted. As a result, the fuel is vaporized early, the supercharged air is effectively cooled, and the charging efficiency to the combustion chamber is improved.

以下、本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図１に、本実施の形態に係るエンジンの吸気システム１を示す。この吸気システム１は、新気が導入される自然吸気通路１０を有し、該自然吸気通路１０には、上流側からエアクリーナ１１、該通路１０を開閉する制御弁１２、スロットル弁１３、サージタンク１４が設けられ、該サージタンク１４から各気筒＃１〜＃４に連通する複数の独立吸気通路１５…１５が分岐されている。該独立吸気通路１５…１５には、燃料を噴射する下流インジェクタ１６…１６が備えられている。また、自然吸気通路１０における前記制御弁１２の上流、下流を連通する過給通路２０が設けられ、該過給通路２０には遠心式過給機３０が配設されている。   FIG. 1 shows an intake system 1 for an engine according to the present embodiment. The intake system 1 has a natural intake passage 10 through which fresh air is introduced. The natural intake passage 10 includes an air cleaner 11 from the upstream side, a control valve 12 that opens and closes the passage 10, a throttle valve 13, and a surge tank. 14 is provided, and a plurality of independent intake passages 15... 15 communicating from the surge tank 14 to the cylinders # 1 to # 4 are branched. The independent intake passages 15 ... 15 are provided with downstream injectors 16 ... 16 for injecting fuel. Further, a supercharging passage 20 that communicates the upstream and downstream sides of the control valve 12 in the natural intake passage 10 is provided, and a centrifugal supercharger 30 is disposed in the supercharging passage 20.

図２に示すように、前記過給通路２０は、自然吸気通路１０の制御弁１２の上流側から分岐して伸びる上流部２１と、下流端部２２ａで自然吸気通路１０の制御弁１２の下流側に連通する下流部２２とを有している。そして、前記上流部２１と下流部２２との間には前記遠心式過給機３０が配置されている。   As shown in FIG. 2, the supercharging passage 20 is divided into an upstream portion 21 extending from the upstream side of the control valve 12 of the natural intake passage 10 and a downstream end portion 22a downstream of the control valve 12 of the natural intake passage 10. And a downstream portion 22 communicating with the side. The centrifugal supercharger 30 is disposed between the upstream portion 21 and the downstream portion 22.

前記遠心式過給機３０は、略円錐形のブロア３１と、該ブロア３１に対向させて中央に空気入口３２ａが設けられていると共にブロア３１の外周面を取り巻くように吐出通路が形成されたハウジング３２と、前記ブロア３１の回転軸３１ａを回転させる駆動源３３とを有している。前記空気入口３２ａは、過給通路２０の上流部２１の下流端に接続され、吐出通路の下流端部に設けられた吐出口３２ｂは、下流部２２の上流端に接続されている。   The centrifugal supercharger 30 has a substantially conical blower 31, an air inlet 32 a that is opposed to the blower 31 in the center, and a discharge passage that surrounds the outer peripheral surface of the blower 31. A housing 32 and a drive source 33 for rotating the rotating shaft 31a of the blower 31 are provided. The air inlet 32 a is connected to the downstream end of the upstream portion 21 of the supercharging passage 20, and the discharge port 32 b provided at the downstream end of the discharge passage is connected to the upstream end of the downstream portion 22.

前記過給通路２０の下流部２２は、下流端部２２ａにおいて自然吸気通路１０に対して、両通路１０，２２の軸線ｘ、ｙがほぼ直角方向になる状態で、溶接により接続されている。ここで、図３に示すように、過給通路２０の下流部２２は、その軸線ｙが自然吸気通路１０の軸線ｘに対してオフセットして接続されている。つまり、両通路１０，２２の軸線ｘ、ｙは、平行に配置された２つの平面上にそれぞれ位置することになり、この結果、両通路１０，２２の側部同士が重なり合うオーバーラップ部分が生じる。このオーバーラップ部分に対応して両通路１０，２２の壁には開口が設けられ、これらの開口によって両通路１０，２２の連通口２３が形成されている。   The downstream portion 22 of the supercharging passage 20 is connected to the natural intake passage 10 at the downstream end portion 22a by welding so that the axes x and y of the passages 10 and 22 are substantially perpendicular to each other. Here, as shown in FIG. 3, the downstream portion 22 of the supercharging passage 20 is connected with its axis y offset from the axis x of the natural intake passage 10. That is, the axes x and y of the passages 10 and 22 are respectively positioned on two planes arranged in parallel, and as a result, an overlap portion where the side portions of the passages 10 and 22 overlap each other is generated. . Corresponding to this overlap portion, openings are provided in the walls of both passages 10 and 22, and communication openings 23 of both passages 10 and 22 are formed by these openings.

一方、両通路１０，２２のオフセット量ｚに応じて連通口２３の開口面積Ｓ１は変化することになる。即ち、オフセット量ｚが大きいほど開口面積Ｓ１は小さくなり、オフセット量ｚが小さいほど開口面積Ｓ１は大きくなる。ここでは、開口面積Ｓ１が過給通路２０の下流部２２の通路断面積Ｓ２と略同一になるようにオフセット量ｚが設定されている。   On the other hand, the opening area S1 of the communication port 23 changes according to the offset amount z of both the passages 10 and 22. That is, the larger the offset amount z, the smaller the opening area S1, and the smaller the offset amount z, the larger the opening area S1. Here, the offset amount z is set so that the opening area S1 is substantially the same as the passage cross-sectional area S2 of the downstream portion 22 of the supercharging passage 20.

また、このように両通路１０，２２の軸線ｘ、ｙがオフセットして接続されている結果、過給通路２０の下流部２２の下流端部２２ａに端面２２ｂが形成されることになる。この端面２２ｂは、比較的厚みが大きく形成されていると共に、噴射口が下流部２２の上流側を指向するように上流インジェクタ１７が取り付けられている。   In addition, as a result of the axes x and y of the passages 10 and 22 being offset and connected in this way, an end face 22b is formed at the downstream end 22a of the downstream portion 22 of the supercharging passage 20. The end surface 22b is formed with a relatively large thickness, and the upstream injector 17 is attached so that the injection port faces the upstream side of the downstream portion 22.

ところで、図１に示すように、エンジン全体を制御するエンジンコントロールユニット１００に、エンジン負荷を検出するものとしてアクセル４０ａの踏込み量を検出するアクセル開度センサ４０からの信号、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ４１からの信号等が入力されるようになっている。   By the way, as shown in FIG. 1, the engine control unit 100 that controls the entire engine detects a signal from the accelerator opening sensor 40 that detects the amount of depression of the accelerator 40a as an engine load, and detects the engine speed. A signal or the like from the engine speed sensor 41 is input.

そして、エンジンコントロールユニット１００は、これらの入力信号に基いて、スロットル弁１３を開閉駆動するスロットルアクチュエータ４２、下流インジェクタ１６…１６、上流インジェクタ１７、吸気システムコントローラ１０１などに各種の制御信号を出力する。吸気システムコントローラ１０１は、エンジンコントロールユニット１００から入力された制御信号に応じて吸気システム１の各機器を制御するようになっている。   Based on these input signals, the engine control unit 100 outputs various control signals to the throttle actuator 42 that drives the throttle valve 13 to open and close, the downstream injectors 16... 16, the upstream injector 17, the intake system controller 101, and the like. . The intake system controller 101 controls each device of the intake system 1 in accordance with a control signal input from the engine control unit 100.

即ち、吸気システムコントローラ１０１は、制御弁１２を開閉駆動する制御弁アクチュエータ４３、過給機コントローラ１０２などに制御信号を出力する。該過給機コントローラ１０２は、前記遠心式過給機３０の駆動源３３を制御することによりブロア３１の回転数を制御する。また、過給機コントローラ１０２に電力を供給するバッテリ５０とエンジン駆動により発電を行うオルタネータ５１とが備えられ、バッテリ５０はオルタネータ５１で発電した電力を蓄電するようになっている。   That is, the intake system controller 101 outputs a control signal to the control valve actuator 43 that drives the control valve 12 to open and close, the supercharger controller 102, and the like. The supercharger controller 102 controls the rotational speed of the blower 31 by controlling the drive source 33 of the centrifugal supercharger 30. Further, a battery 50 that supplies electric power to the supercharger controller 102 and an alternator 51 that generates electric power by driving the engine are provided, and the battery 50 stores electric power generated by the alternator 51.

ところで、図４に示すように、前記エンジンコントロールユニット１００には、各運転領域が設定された制御マップが記憶されている。このマップには、高回転側及び低負荷低回転側に自然吸気領域が設定され、高負荷低回転側に過給領域が設定されている。   Incidentally, as shown in FIG. 4, the engine control unit 100 stores a control map in which each operation region is set. In this map, a natural intake area is set on the high rotation side and the low load low rotation side, and a supercharging area is set on the high load low rotation side.

自然吸気領域では、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介して制御弁１２を開くための信号と、下流インジェクタ１６…１６に燃料噴射させるための信号とを出力する。   In the natural intake region, the engine control unit 100 outputs a signal for opening the control valve 12 and a signal for injecting fuel to the downstream injectors 16... 16 via the intake system controller 101.

過給領域では、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介して制御弁１２を開くための信号と、該吸気システムコントローラ１０１及び電動過給機コントローラ１０２を介して遠心式過給機３０に電力供給を行わせるための信号と、下流インジェクタ１６…１６及び上流インジェクタ１７に燃料噴射させるための信号とを出力する。   In the supercharging region, the engine control unit 100 sends a signal for opening the control valve 12 via the intake system controller 101 to the centrifugal supercharger 30 via the intake system controller 101 and the electric supercharger controller 102. A signal for supplying power and a signal for injecting fuel to the downstream injectors 16... 16 and the upstream injector 17 are output.

以上のような構成の吸気システム１によれば、自然吸気領域では、エンジンコントロールユニット１００から制御弁１２を開く信号が出力されているので、制御弁１２が開かれ、自然吸気通路１０に導入された空気がスロットル弁１３の開度に応じて各気筒＃１〜＃４の燃焼室に供給される。このとき、図５に示すように、自然吸気のみによって、高回転で大きなエンジントルクを出力する出力特性が得られる。   According to the intake system 1 configured as described above, in the natural intake region, since the signal for opening the control valve 12 is output from the engine control unit 100, the control valve 12 is opened and introduced into the natural intake passage 10. The air is supplied to the combustion chambers of the cylinders # 1 to # 4 according to the opening of the throttle valve 13. At this time, as shown in FIG. 5, output characteristics for outputting a large engine torque at a high rotation speed can be obtained only by natural intake.

また、過給領域では、エンジンコントロールユニット１００から制御弁１２を閉じる信号が出力されているので、制御弁１２が閉じ、自然吸気通路１２に導入された空気が過給通路２０の上流部２１に導入される。また、遠心式過給機３０を作動させる信号が出力されているので、上流部２１に導入された空気はブロア３１の回転により空気入口３２ａを介してハウジング３２内の吐出通路に吸入されることになる。そして、この吐出通路においては、ブロア３１側から接線方向に空気が圧送されるようになっており、該吐出通路内で空気の旋回流が形成される。次に、この吐出通路内の空気の旋回流が吐出口３２ｂを介して下流部２２に送出される。下流部２２に導入された空気の旋回流は、旋回状態を維持しながら下流端部２２ａに至り、連通口２３を介して自然吸気通路１０の制御弁１２の下流側に導入され、各気筒＃１〜＃４の燃焼室に供給される。このとき、図５に示すように、中、低回転において、過給によるエンジントルクの増大作用が得られ、自然吸気のみによる低回転側のトルクが補われることになる。   Further, in the supercharging region, a signal for closing the control valve 12 is output from the engine control unit 100, so that the control valve 12 is closed and the air introduced into the natural intake passage 12 enters the upstream portion 21 of the supercharging passage 20. be introduced. Further, since the signal for operating the centrifugal supercharger 30 is output, the air introduced into the upstream portion 21 is sucked into the discharge passage in the housing 32 through the air inlet 32a by the rotation of the blower 31. become. In this discharge passage, air is pumped in a tangential direction from the blower 31 side, and a swirling flow of air is formed in the discharge passage. Next, the swirling flow of air in the discharge passage is sent to the downstream portion 22 through the discharge port 32b. The swirling flow of the air introduced into the downstream portion 22 reaches the downstream end portion 22a while maintaining the swirling state, and is introduced to the downstream side of the control valve 12 of the natural intake passage 10 through the communication port 23. 1 to # 4 combustion chambers. At this time, as shown in FIG. 5, in the middle and low rotations, an increase in engine torque due to supercharging is obtained, and the torque on the low rotation side due to only natural intake is supplemented.

そして、過給時において、過給通路２０の下流部２２から自然吸気通路１０に空気の旋回流が導入される際の空気の流れ方について図６、７を用いて説明する。   Then, how air flows when a swirling flow of air is introduced from the downstream portion 22 of the supercharging passage 20 into the natural intake passage 10 during supercharging will be described with reference to FIGS.

前述のように、両通路１０，２２の軸線ｘ、ｙがオフセットして接続されているので、遠心式過給機３０から吐出されて下流部２２の下流端部２２ａにある空気の旋回流Ａ２は、連通口２３から自然吸気通路１０の下流側を指向した状態で導入されることになる。この結果、自然吸気通路１０への導入直後に該通路１０の下流側に流れる空気流ウが形成されることになって、旋回流のエネルギから自然吸気通路１０の下流側方向へ流れる空気流のエネルギへの変換の際の損失がなくなり、円滑な導入が実現される。このとき、過給通路２０の下流部２２から自然吸気通路１０への空気の導入の際の乱流の発生が防止され、通気抵抗が低減することにより過給効率の向上が実現される。しかも、空気の旋回流を減衰させる必要がないので、過給通路２０の下流部２２の通路長を短く設定することができ、過給応答性の確保及び吸気システム１の小型化を図ることができる。   As described above, since the axes x and y of the passages 10 and 22 are offset and connected, the swirl flow A2 of the air discharged from the centrifugal supercharger 30 and present at the downstream end 22a of the downstream portion 22 Is introduced in a state of being directed from the communication port 23 toward the downstream side of the natural intake passage 10. As a result, an air flow U flowing downstream of the passage 10 immediately after introduction into the natural intake passage 10 is formed, and the air flow flowing in the downstream direction of the natural intake passage 10 from the energy of the swirling flow is formed. There is no loss in conversion to energy, and smooth introduction is realized. At this time, generation of turbulent flow during the introduction of air from the downstream portion 22 of the supercharging passage 20 to the natural intake passage 10 is prevented, and the supercharging efficiency is improved by reducing the ventilation resistance. In addition, since it is not necessary to attenuate the swirling flow of the air, the passage length of the downstream portion 22 of the supercharging passage 20 can be set short, and the supercharging response can be ensured and the intake system 1 can be downsized. it can.

ところで、過給通路２０の下流部２２の軸線ｙに対する自然吸気通路１０の軸線ｘのオフセット量ｚが大きくなるに従って、両通路１０，２２のオーバーラップ部分に設けられた連通口２３の開口面積Ｓ１は減少することになるが、この開口面積Ｓ１の減少は絞り、つまり通気抵抗となって、下流部２２から自然吸気通路１０へ十分に空気が導入されないことになる。逆にオフセット量ｚが小さくなるに従って、前記開口面積Ｓ１は大きくなるが、遠心式過給機３０から吐出された空気の旋回流の指向方向が自然吸気通路１０の下流側方向からずれることになって、両通路１０，２２の接続部近傍における乱流等による通気抵抗が問題になる。   By the way, as the offset amount z of the axis x of the natural intake passage 10 with respect to the axis y of the downstream portion 22 of the supercharging passage 20 increases, the opening area S1 of the communication port 23 provided in the overlap portion of both the passages 10 and 22 is increased. However, the decrease in the opening area S1 becomes a throttling, that is, a ventilation resistance, and air is not sufficiently introduced from the downstream portion 22 into the natural intake passage 10. Conversely, as the offset amount z decreases, the opening area S1 increases, but the direction of the swirling flow of the air discharged from the centrifugal supercharger 30 deviates from the downstream side of the natural intake passage 10. Thus, ventilation resistance due to turbulence or the like in the vicinity of the connection portion between both passages 10 and 22 becomes a problem.

これに対して、連通口２３の開口面積Ｓ１が過給通路２０の通路断面積Ｓ２とほぼ等しくなるようにオフセット量ｚが設定されているので、絞りによる通気抵抗の発生が防止されると共に、前述のように過給機２１から吐出された空気の旋回流が自然吸気通路１０に導入した際に該通路１０の下流側を指向することによる通気抵抗の低減作用が確保され、過給効率が一層向上することになる。なお、前記開口面積Ｓ１と通路断面積Ｓ２とは、状況に応じて必ずしも同一でなくてもよい。   On the other hand, since the offset amount z is set so that the opening area S1 of the communication port 23 is substantially equal to the passage sectional area S2 of the supercharging passage 20, the occurrence of ventilation resistance due to the restriction is prevented, and As described above, when the swirling flow of the air discharged from the supercharger 21 is introduced into the natural intake passage 10, the effect of reducing the airflow resistance by directing the downstream side of the passage 10 is ensured, and the supercharging efficiency is increased. It will be further improved. The opening area S1 and the passage cross-sectional area S2 are not necessarily the same depending on the situation.

一方、過給時には、エンジンコントロールユニット１００は、下流インジェクタ１６…１６及び上流インジェクタ１７に燃料噴射させる信号を出力するようになっている。このとき、上流インジェクタ１７により噴射された燃料が各気筒＃１〜＃４に分散供給されることになるが、各気筒＃１〜＃４に供給される燃料の量にはばらつきがあり、これを補正するために下流インジェクタ１６から適宜燃料噴射されるようになっている。   On the other hand, at the time of supercharging, the engine control unit 100 outputs signals for injecting fuel to the downstream injectors 16... 16 and the upstream injectors 17. At this time, the fuel injected by the upstream injector 17 is distributed and supplied to the cylinders # 1 to # 4. However, the amount of fuel supplied to the cylinders # 1 to # 4 varies. In order to correct this, fuel is appropriately injected from the downstream injector 16.

このように上流インジェクタ１７により燃料噴射を行うことにより、過給された空気の温度を低下させることができる。しかも、遠心式過給機３０から吐出された空気の旋回流は、壁面に近い部分ほど空気流速が速いので、旋回流の中に噴射された燃料が空気とよく混合して下流部２２の壁面に付着し難い。また、上流インジェクタ１７は、下流部２２の上流側を指向させて設置されているので、噴射された燃料と旋回流との速度差が大きくなって、燃料と空気の混合がより促進される。これらの結果、燃料を早期に気化させることができると共に、過給された空気を効果的に冷却することができ、燃焼室に対する充填効率が向上する。また、上流インジェクタ１７は、過給通路２０の下流部２２の端面２２ｂに容易に取り付けることができる。   Thus, by performing fuel injection by the upstream injector 17, the temperature of the supercharged air can be lowered. In addition, the swirling flow of the air discharged from the centrifugal supercharger 30 has a higher air flow rate as it is closer to the wall surface, so that the fuel injected into the swirling flow is well mixed with the air and the wall surface of the downstream portion 22 It is hard to adhere to. Further, since the upstream injector 17 is installed so as to face the upstream side of the downstream portion 22, the speed difference between the injected fuel and the swirling flow becomes large, and the mixing of the fuel and air is further promoted. As a result, the fuel can be vaporized at an early stage, the supercharged air can be effectively cooled, and the charging efficiency for the combustion chamber is improved. Further, the upstream injector 17 can be easily attached to the end face 22 b of the downstream portion 22 of the supercharging passage 20.

さらに、従来、自然吸気通路１０にインタークーラを設け、過給された空気を冷却することが行われているが、自然吸気通路１０にこのような容積の大きなものが設けられている場合、過給応答性の低下が問題になる。これに対して、前述のように燃料を過給通路２０の下流部２２に噴射し、過給機３０から吐出された空気の熱を燃料の気化熱として作用させることによって、過給の応答性を低下させることなく過給された空気の温度を低下させることができる。   Further, conventionally, an intercooler has been provided in the natural intake passage 10 to cool the supercharged air. However, if the natural intake passage 10 is provided with such a large volume, Declining feed response becomes a problem. On the other hand, as described above, the fuel is injected into the downstream portion 22 of the supercharging passage 20 and the heat of the air discharged from the supercharger 30 is made to act as the heat of vaporization of the fuel, whereby the responsiveness of the supercharging. The temperature of the supercharged air can be lowered without lowering the temperature.

ここで、管内を所定方向に進行する空気の旋回流に対して、該旋回流の進行方向に対向するようにインジェクタから燃料噴射が行われた場合（逆方向噴射）と、旋回流の進行方向と同方向にインジェクタから燃料噴射が行われた場合（正方向噴射）とを比較した実験について説明する。   Here, when the fuel is injected from the injector so as to face the swirling flow of the air traveling in a predetermined direction in the pipe (reverse direction injection), the swirling flow traveling direction An experiment comparing the case where fuel is injected from the injector in the same direction (forward injection) will be described.

まず、図８（ａ）に示すように、逆方向噴射では、燃料噴射直後はインジェクタの噴射口付近で液滴が密集している。そして、図８（ｂ）に示すように、所定時間経過後、液滴は旋回流によって通路の径方向に分散すると共に通路の長手方向に幅Ｌ１で分散する。   First, as shown in FIG. 8A, in reverse injection, droplets are concentrated near the injection port of the injector immediately after fuel injection. Then, as shown in FIG. 8B, after a predetermined time has elapsed, the droplets are dispersed in the radial direction of the passage by the swirling flow, and are dispersed with a width L1 in the longitudinal direction of the passage.

一方、図９（ａ）に示すように、正方向噴射では、燃料噴射直後は逆方向噴射と同様にインジェクタの噴射口付近で液滴が密集している。そして、図９（ｂ）に示すように、所定時間経過後、液滴は通路の径方向に分散すると共に、通路の長手方向に、前記逆方向噴射のときの幅Ｌ１よりも小さな幅Ｌ２で分散する。   On the other hand, as shown in FIG. 9 (a), in the forward direction injection, immediately after the fuel injection, droplets are concentrated near the injection port of the injector as in the reverse direction injection. Then, as shown in FIG. 9B, after a predetermined time has elapsed, the droplets are dispersed in the radial direction of the passage, and in the longitudinal direction of the passage, the width L2 is smaller than the width L1 at the time of the backward injection. scatter.

このような逆方向噴射と正方向噴射において、時間経過に対する液適量、即ち蒸発しないまま残留する燃料の液適量を比較したグラフを図１０に示す。これによると、時間ゼロにおいて燃料噴射が開始され、逆方向、正方向噴射共に燃料噴射が終了するまで液適量が増加し、噴射終了後に液適量が減少することが示されている。ここで、逆方向噴射においては燃料噴射終了時に正方向噴射に比べて液適量の最大値が小さくなっており、より多くの燃料が燃料噴射中に既に蒸発していることがわかる。また、燃料噴射後、逆方向噴射は正方向噴射に比べての液適量の減少率が大きく、燃料が早期に蒸発していることがわかる。   FIG. 10 shows a graph comparing the appropriate amount of liquid over time, that is, the appropriate amount of liquid remaining without evaporating, in such reverse injection and forward injection. According to this, it is shown that the fuel injection is started at time zero, the liquid amount increases until the fuel injection is completed in both the reverse direction and the forward direction injection, and the liquid amount decreases after the injection is completed. Here, in the reverse direction injection, the maximum value of the appropriate liquid amount is smaller than that in the forward direction injection at the end of the fuel injection, and it can be seen that more fuel has already evaporated during the fuel injection. In addition, after fuel injection, reverse injection has a large decrease rate of the appropriate amount of liquid compared to forward injection, and it can be seen that the fuel evaporates early.

また、逆方向噴射と正方向噴射とで、時間経過に対する吸気温度を比較したグラフを図１１に示す。これによると、逆方向噴射は正方向噴射に比べて空気の温度を早期に下降させることが示されている。逆方向噴射においては、過給された空気の熱が燃料の蒸発のためにより多く消費されるので、空気の温度を早期に下降させることができるのである。   Moreover, the graph which compared the intake air temperature with respect to time passage by reverse direction injection and forward direction injection is shown in FIG. According to this, it is shown that the reverse injection lowers the temperature of the air earlier than the normal injection. In the reverse injection, since the heat of the supercharged air is consumed more for the evaporation of the fuel, the temperature of the air can be lowered early.

なお、本実施の形態で示した遠心式過給機３０は電気的にブロア３１が回転する構造の過給機であるが、これに限らず、排気通路に配置されたタービンの動力でブロアが回転するターボチャージャや、クランク軸の動力でブロアが回転するスーパーチャージャであってもよい。   The centrifugal supercharger 30 shown in the present embodiment is a supercharger having a structure in which the blower 31 is electrically rotated. However, the present invention is not limited to this, and the blower is driven by the power of the turbine disposed in the exhaust passage. It may be a turbocharger that rotates, or a supercharger that rotates the blower by the power of the crankshaft.

本発明は、空気を旋回状態で吐出する遠心式過給機を有するエンジンの過給装置に関し、自動車産業に広く好適である。   The present invention relates to an engine supercharger having a centrifugal supercharger that discharges air in a swirling state, and is widely suitable for the automobile industry.

本発明の実施の形態に係る吸気システムの全体図である。1 is an overall view of an intake system according to an embodiment of the present invention. 同吸気システムの正面図である。It is a front view of the intake system. 図２の矢印Ａ−Ａ線による断面図である。It is sectional drawing by the arrow AA line of FIG. エンジンの運転領域を示すマップである。It is a map which shows the driving | operation area | region of an engine. エンジンの出力特性の説明図である。It is explanatory drawing of the output characteristic of an engine. 空気の旋回流が自然吸気通路に導入されるときの空気の流れ方の説明図である。It is explanatory drawing of how the air flows when the swirl flow of air is introduced into the natural intake passage. 図６の矢印Ｂ−Ｂ線による断面図である。It is sectional drawing by the arrow BB line of FIG. 逆方向噴射の説明図である。It is explanatory drawing of reverse direction injection. 正方向噴射の説明図である。It is explanatory drawing of forward direction injection. 逆方向噴射及び正方向噴射の時間に対する液適量のグラフである。It is a graph of the liquid appropriate quantity with respect to the time of reverse direction injection and forward direction injection. 同時間に対する吸気温度のグラフである。It is a graph of the intake temperature with respect to the same time. 遠心式過給機の説明図である。It is explanatory drawing of a centrifugal supercharger. 従来の問題点の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional problem. 図１３の矢印Ｃ−Ｃ線による断面図である。It is sectional drawing by the arrow CC line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１ 吸気システム
１０ 自然吸気通路
１２ 制御弁
１７ 上流インジェクタ
２０ 過給通路
２２ａ 下流端部
２２ｂ 端面
２３ 連通口
３０ 遠心式過給機
Ｓ１ 開口面積
Ｓ２ 通路断面積
ｘ、ｙ 軸線
ｚ オフセット量 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Intake system 10 Natural intake passage 12 Control valve 17 Upstream injector 20 Supercharging passage 22a Downstream end part 22b End surface 23 Communication port 30 Centrifugal supercharger S1 Opening area S2 Passage cross-sectional area x, y Axis z Offset amount

Claims (3)

自然吸気通路に該通路を開閉する制御弁が配設されていると共に、該制御弁の上、下流側を連通する過給通路が設けられ、かつ、該過給通路上に、空気を下流側通路内に旋回状態で吐出する遠心式過給機が配設され、所定の運転領域で前記制御弁を閉じた状態で該過給機を作動させるエンジンの過給装置であって、
前記過給通路の自然吸気通路に接続される下流端部が、過給機から吐出される空気の旋回流が自然吸気通路の下流側を指向するように、その軸線を自然吸気通路の軸線に対してオフセットさせて接続されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 A control valve for opening and closing the passage is disposed in the natural intake passage, and a supercharging passage is provided on the control valve so as to communicate with the downstream side, and the air is provided downstream on the supercharging passage. A turbocharger for an engine, in which a centrifugal supercharger that discharges in a swirling state is disposed in a passage and operates the supercharger with the control valve closed in a predetermined operation region,
The downstream end of the supercharging passage connected to the natural intake passage is arranged so that the swirling flow of the air discharged from the supercharger is directed downstream of the natural intake passage. An engine supercharger characterized by being connected with an offset. 前記請求項１に記載のエンジンの過給装置において、
軸線をオフセットさせて過給通路の下流端部を自然吸気通路に接続することにより生じる両通路のオーバラップ部分に両通路を連通させる連通口を設けると共に、該連通口の開口面積が過給通路の通路断面積とほぼ等しくなるように、前記オフセット量が設定されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to claim 1,
A communication port for communicating both passages is provided at an overlap portion of both passages generated by offsetting the axis line and connecting the downstream end portion of the supercharging passage to the natural intake passage, and the opening area of the communication port is the supercharging passage. The engine supercharging device is characterized in that the offset amount is set so as to be substantially equal to a passage sectional area of the engine. 前記請求項１または請求項２に記載のエンジンの過給装置において、
過給通路の下流端部の端面に、該通路の上流側を指向させて燃料噴射弁が設置されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 In the supercharging device for an engine according to claim 1 or 2,
A supercharging device for an engine, characterized in that a fuel injection valve is installed on the end face of the downstream end portion of the supercharging passage so as to face the upstream side of the passage.
JP2005199755A 2005-07-08 2005-07-08 Engine supercharger Expired - Fee Related JP4524653B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005199755A JP4524653B2 (en) 2005-07-08 2005-07-08 Engine supercharger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005199755A JP4524653B2 (en) 2005-07-08 2005-07-08 Engine supercharger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007016707A JP2007016707A (en) 2007-01-25
JP4524653B2 true JP4524653B2 (en) 2010-08-18

Family

ID=37754083

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005199755A Expired - Fee Related JP4524653B2 (en) 2005-07-08 2005-07-08 Engine supercharger

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4524653B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02125920A (en) * 1988-10-31 1990-05-14 Mazda Motor Corp Suction system for engine with supercharger
JPH0347431U (en) * 1989-09-18 1991-05-02

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02125920A (en) * 1988-10-31 1990-05-14 Mazda Motor Corp Suction system for engine with supercharger
JPH0347431U (en) * 1989-09-18 1991-05-02

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007016707A (en) 2007-01-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6412278B1 (en) Hydraulically powered exhaust gas recirculation system
US6941755B2 (en) Integrated bypass and variable geometry configuration for an exhaust gas turbocharger
US20070074513A1 (en) Turbo charging in a variable displacement engine
JP3692037B2 (en) Twin turbo charger internal combustion engine with EGR and driving method thereof
US20050188693A1 (en) Internal combustion engine comprising a compressor in the induction tract
JP4592108B2 (en) Intake device for internal combustion engine
JP2006097591A (en) Internal combustion engine with supercharger
JP2016104977A (en) Exhaust gas circulation device of internal combustion engine
US10344688B2 (en) Apparatus and method for engine control
CN106401762B (en) Supercharger with exhaust gas recirculation
JP5596709B2 (en) Method and apparatus for controlling turbine efficiency
JP2012149588A (en) Controller for internal combustion engine
JP2010024878A (en) Control device for internal combustion engine
JP2000018108A (en) Intake system of internal combustion engine
JPS59194034A (en) Overfeed internal combustion engine
JP2006299892A (en) Internal combustion engine with supercharger
JP4524653B2 (en) Engine supercharger
JP6772901B2 (en) Internal combustion engine exhaust system
US11028766B2 (en) Method of operating a motor vehicle and motor vehicle
JP2002221036A (en) Intake system for engine
JP2005188359A (en) Internal combustion engine with supercharger
JP4412030B2 (en) Intake device for turbocharged engine
JPH05202820A (en) Intake device for engine
JP4665643B2 (en) Engine supercharger
KR20110129130A (en) Internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080306

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20090618

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100506

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100519

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4524653

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees