JP6493333B2 - 内燃機関用過給システム - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された内燃機関用過給システムでは、高圧コンプレッサが、高圧タービンを有する高圧ターボチャージャに設けられており、低圧コンプレッサが、低圧タービンを有する低圧ターボチャージャに設けられている。高圧ターボチャージャには、高圧コンプレッサインペラ(高圧コンプレッサホイール)を収容する高圧コンプレッサハウジングと、高圧タービンインペラ(高圧タービンホイール)を収容する高圧タービンハウジングとが設けられている。低圧ターボチャージャには、低圧コンプレッサインペラ(低圧コンプレッサホイール)を収容する低圧コンプレッサハウジングと、低圧タービンインペラ(低圧タービンホイール)を収容する低圧タービンハウジングとが設けられている。
また、特許文献1に記載された内燃機関用過給システムでは、高圧コンプレッサインペラと高圧タービンインペラとが高圧シャフトを介して連結されており、高圧シャフトを支持する高圧ベアリングが高圧ベアリングハウジングに収容されている。また、低圧コンプレッサインペラと低圧タービンインペラとが低圧シャフトを介して連結されており、低圧シャフトを支持する低圧ベアリングが低圧ベアリングハウジングに収容されている。
前記内燃機関本体に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配置された高圧コンプレッサと、
前記吸気通路のうちの前記高圧コンプレッサよりも上流側に配置された低圧コンプレッサと、
内部に前記吸気通路の一部が形成された高圧コンプレッサハウジングに形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路と、内部に前記吸気通路の一部が形成された低圧コンプレッサハウジングに形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路と、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置とを有する熱交換媒体循環路とを具備し、
前記熱交換媒体が、前記熱交換媒体温度調整装置、前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、前記高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に前記熱交換媒体循環路を循環することを特徴とする内燃機関用過給システムが提供される。
また、本発明の内燃機関用過給システムでは、前記熱交換媒体温度調整装置が、前記冷却媒体の温度を低下させることもできる。
また、本発明の内燃機関用過給システムでは、前記熱交換媒体温度調整装置が、前記加熱媒体の温度を上昇させることもできる。
さらに、本発明者の鋭意研究において、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に熱交換媒体循環路を循環する場合には、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に熱交換媒体循環路を循環する場合よりも、高圧コンプレッサによって過給される吸気および低圧コンプレッサによって過給される吸気を効率的に冷却または加熱できることが見い出された。
この点に鑑み、本発明の内燃機関用過給システムでは、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に熱交換媒体循環路を循環する。
そのため、本発明の内燃機関用過給システムでは、高圧コンプレッサおよび低圧コンプレッサを冷却または加熱するための熱交換媒体通路が設けられていない特許文献1に記載された内燃機関用過給システムよりも効率的に、高圧コンプレッサによって過給される吸気および低圧コンプレッサによって過給される吸気を冷却または加熱することができる。
さらに、本発明の内燃機関用過給システムでは、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に熱交換媒体循環路を循環する場合よりも効率的に、高圧コンプレッサによって過給される吸気および低圧コンプレッサによって過給される吸気を冷却または加熱することができる。
前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路が、前記低圧コンプレッサハウジングのうちの低圧コンプレッサインペラに対向する第2位置、あるいは、前記第2位置よりも上流側の位置に配置されていてもよい。
つまり、この内燃機関用過給システムでは、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路が高圧コンプレッサハウジングの第1位置およびその第1位置よりも上流側の位置のいずれにも配置されていない場合よりも、第1位置にデポジットが堆積してしまうおそれを抑制することができる。
さらに、この内燃機関用過給システムでは、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路が、低圧コンプレッサハウジングのうちの低圧コンプレッサインペラに対向する第2位置に配置されているか、あるいは、その第2位置よりも上流側の位置に配置されているため、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路内の熱交換媒体の温度が低圧コンプレッサ内の吸気の温度よりも低いときに、第2位置あるいはその第2位置よりも上流側の位置において、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路内の熱交換媒体によって、低圧コンプレッサ内の吸気が冷却される。その結果、デポジットが堆積しやすい第2位置にデポジットが堆積してしまうおそれを抑制することができる。
つまり、この内燃機関用過給システムでは、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路が低圧コンプレッサハウジングの第2位置およびその第2位置よりも上流側の位置のいずれにも配置されていない場合よりも、第2位置にデポジットが堆積してしまうおそれを抑制することができる。
さらに、本発明の内燃機関用過給システムでは、前記熱交換媒体が、前記熱交換媒体温度調整装置、前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、前記他の熱交換媒体温度調整装置、前記高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に前記熱交換媒体循環路を循環することもできる。
また、この内燃機関用過給システムでは、熱交換媒体循環路内の熱交換媒体の温度が低圧コンプレッサ内の吸気の温度および高圧コンプレッサ内の吸気の温度よりも高い場合には、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路を流れるときに降温した熱交換媒体が、他の熱交換媒体温度調整装置を流れるときに加熱されて、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路を流れる。
そのため、この内燃機関用過給システムでは、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路を流れた熱交換媒体が他の熱交換媒体温度調整装置を流れることなく高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路を流れる場合よりも、高圧コンプレッサ内の吸気を冷却する必要があるときに高圧コンプレッサ内の吸気を十分に冷却できないおそれ、および、高圧コンプレッサ内の吸気を加熱する必要があるときに高圧コンプレッサ内の吸気を十分に加熱できないおそれを抑制することができる。
本発明の内燃機関用過給システムでは、前記高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路は、前記高圧コンプレッサハウジングのうちの高圧コンプレッサインペラに対向するシュラウド部の表面であるシュラウド面に沿って形成されていてもよい。
また、前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路は、前記低圧コンプレッサハウジングのうちの低圧コンプレッサインペラに対向するシュラウド部の表面であるシュラウド面に沿って形成されていてもよい。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、吸気通路2(図1、図2および図3参照)と、排気通路3(図1参照)とが、内燃機関本体1(図1参照)に接続されている。吸気通路2には、高圧ターボチャージャ4(図1および図2参照)のコンプレッサである高圧コンプレッサ4a(図1および図2参照)が配置されている。高圧コンプレッサ4aのハウジングである高圧コンプレッサハウジング4a1(図2および図4参照)には、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f(図2および図4参照)が形成されている。
また、高圧コンプレッサハウジング4a1には、高圧コンプレッサインペラ4a2(図1および図2参照)が収容されている。高圧コンプレッサインペラ4a2は、シャフト4b(図1および図2参照)を介して、高圧タービン4c(図1参照)の高圧タービンインペラ4c2(図1参照)と連結されている。シャフト4bは、ベアリング(図示せず)によって中心軸線4b1(図2参照)を中心に回転可能に支持されている。高圧コンプレッサハウジング4a1には、シャフト4bの中心軸線4b1の方向に延びているインレット通路4a1a(図2参照)と、シャフト4bの周方向に延びているスクロール通路4a1b(図2参照)とが設けられている。インレット通路4a1aは、吸気通路2のうちの高圧コンプレッサ4aよりも上流側の部分に接続されている。スクロール通路4a1bは、吸気通路2のうちの高圧コンプレッサ4aよりも下流側の部分に接続されている。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図2に示す例では、シュラウド部4a1cの表面であるシュラウド面4a1dが、インレット通路4a1aよりも中心軸線4b1の側に***しており、高圧コンプレッサインペラ4a2に対向している。高圧コンプレッサインペラ4a2とスクロール通路4a1bとの間には、ディフューザ部4a1eが設けられている。高圧コンプレッサインペラ4a2が送り出す吸気の運動エネルギーが、ディフューザ部4a1eによって圧力に変換され、それにより、吸気が圧縮されると共に、吸気の温度が上昇する。
また、低圧コンプレッサハウジング5a1には、低圧コンプレッサインペラ5a2(図1および図3参照)が収容されている。低圧コンプレッサインペラ5a2は、シャフト5b(図1および図3参照)を介して、低圧タービン5c(図1参照)の低圧タービンインペラ5c2(図1参照)と連結されている。シャフト5bは、ベアリング(図示せず)によって中心軸線5b1(図3参照)を中心に回転可能に支持されている。低圧コンプレッサハウジング5a1には、シャフト5bの中心軸線5b1の方向に延びているインレット通路5a1a(図3参照)と、シャフト5bの周方向に延びているスクロール通路5a1b(図3参照)とが設けられている。インレット通路5a1aは、吸気通路2のうちの低圧コンプレッサ5aよりも上流側の部分に接続されている。スクロール通路5a1bは、吸気通路2のうちの低圧コンプレッサ5aよりも下流側の部分に接続されている。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図3に示す例では、シュラウド部5a1cの表面であるシュラウド面5a1dが、インレット通路5a1aよりも中心軸線5b1の側に***しており、低圧コンプレッサインペラ5a2に対向している。低圧コンプレッサインペラ5a2とスクロール通路5a1bとの間には、ディフューザ部5a1eが設けられている。低圧コンプレッサインペラ5a2が送り出す吸気の運動エネルギーが、ディフューザ部5a1eによって圧力に変換され、それにより、吸気が圧縮されると共に、吸気の温度が上昇する。オイルなどを含むブローバイガスは、内燃機関本体1(図1参照)からブローバイガス通路(図示せず)を介して吸気通路2のうちの低圧コンプレッサ5aよりも上流側の部分に導入される。
詳細には、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10aとポンプ10bとが熱交換媒体通路10c1を介して接続され、ポンプ10bと低圧コンプレッサハウジング5a1の低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fとが熱交換媒体通路10c2を介して接続され、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと高圧コンプレッサハウジング4a1の高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fとが熱交換媒体通路10c3を介して接続され、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと熱交換媒体温度調整装置10aとが熱交換媒体通路10c4を介して接続されている。
また、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、例えば、外気温が予め設定された閾値より高いため、高圧コンプレッサ4a(図1および図2参照)によって過給される吸気および低圧コンプレッサ5a(図1および図3参照)によって過給される吸気を冷却する必要があるときに、熱交換媒体温度調整装置10aによって熱交換媒体の温度が低下せしめられる。つまり、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f内の熱交換媒体および低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f内の熱交換媒体が、冷却媒体として機能する。
さらに、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、例えば、外気温が予め設定された閾値より低いため、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を加熱する必要があるときに、熱交換媒体温度調整装置10aによって熱交換媒体の温度が上昇せしめられる。つまり、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f内の熱交換媒体および低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f内の熱交換媒体が、加熱媒体として機能する。
そのため、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、高圧コンプレッサ4aおよび低圧コンプレッサ5aを冷却または加熱するための熱交換媒体通路が設けられていない特許文献1に記載された内燃機関用過給システムよりも効率的に、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を冷却または加熱することができる。
具体的には、高圧コンプレッサハウジング4a1および低圧コンプレッサハウジング5a1のそれぞれに入る吸気の温度Tgin[℃]と、高圧コンプレッサハウジング4a1および低圧コンプレッサハウジング5a1のそれぞれから出る吸気の温度Tgout[℃]と、高圧コンプレッサハウジング4a1および低圧コンプレッサハウジング5a1のそれぞれに入る吸気の絶対圧Pin[kPa]と、コンプレッサ効率ηcompと、吸気の比熱比κと、下記の式2とに基づいて、高圧コンプレッサハウジング4a1および低圧コンプレッサハウジング5a1のそれぞれから出る吸気の絶対圧Pout[kPa]が算出された。
さらに、本発明者の鋭意研究において、第7の前提条件として、高圧コンプレッサ4a(図1および図2参照)によって過給される吸気および低圧コンプレッサ5a(図1および図3参照)によって過給される吸気が熱交換媒体によって冷却されないときに、吸気通路2(図1参照)のうちの低圧コンプレッサ5aの上流側の位置P1a(図1参照)における吸気の絶対圧が100[kPa]に設定され、位置P1aにおける吸気の温度が25[℃]に設定された。また、上記の式2などに基づいて、吸気通路2のうちの低圧コンプレッサ5aと高圧コンプレッサ4aとの間の位置P1b(図1参照)における吸気の絶対圧の値150[kPa]が算出され、位置P1bにおける吸気の温度の値80[℃]が算出された。さらに、上記の式2などに基づいて、吸気通路2のうちの高圧コンプレッサ4aの下流側の位置P1c(図1参照)における吸気の絶対圧の値270[kPa]が算出され、位置P1cにおける吸気の温度の値170[℃]が算出された。
また、本発明者の鋭意研究において、第8の前提条件として、高圧コンプレッサ4aの圧力比が常に一定であると仮定し、低圧コンプレッサ5aの圧力比が常に一定であると仮定した。
つまり、本発明者の鋭意研究においては、図4に実線矢印「第1の実施形態」で示す例における位置P1bの吸気の温度(77[℃])が、吸気が熱交換媒体によって冷却されない場合における位置P1bの吸気の温度(80[℃])と比較して3[℃]低下した。上記第1から第8の前提条件により、吸気の温度の3[℃]の低下分が、熱交換媒体の温度の1.5の[℃]上昇分に相当した。その結果、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fとの間の位置P2b(図4参照)における熱交換媒体の温度が51.5[℃]になった。
さらに、本発明者の鋭意研究において、位置P1bにおける吸気の温度(77[℃])と上記第1から第8の前提条件と上記の式1および式2の演算とにより、位置P1c(図1参照)における吸気の温度が156.8[℃]になった。また、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの下流側の位置P2c(図4参照)における熱交換媒体の温度が58.2[℃]になった。
さらに、本発明者の鋭意研究において、位置P1bにおける吸気の温度(78[℃])と上記第1から第8の前提条件と上記の式1および式2の演算とにより、位置P1c(図1参照)における吸気の温度が157.8[℃]になった。
つまり、本発明者の鋭意研究においては、図4に一点鎖線矢印「比較例」で示す例における位置P1cの吸気の温度(157.8[℃])が、吸気が熱交換媒体によって冷却されない場合における位置P1cの吸気の温度(170[℃])と比較して約12[℃]低下した。上記第1から第8の前提条件により、吸気の温度の約12[℃]の低下分が、熱交換媒体の温度の10.1の[℃]上昇分に相当した。その結果、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fとの間の位置P2b(図4参照)における熱交換媒体の温度が60.1[℃]になった。また、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fの下流側の位置P2a(図4参照)における熱交換媒体の温度が61.1[℃]になった。
同様に、本発明者の鋭意研究において、図4に実線矢印「第1の実施形態」で示すように、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置10a、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの順に熱交換媒体循環路10を循環する場合には、図4に一点鎖線矢印「比較例」で示すように、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置10a、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fの順に熱交換媒体循環路10を循環する場合よりも、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を効率的に加熱できることが見い出された。
この点に鑑み、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、図4に実線矢印「第1の実施形態」で示すように、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置10a、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの順に熱交換媒体循環路10を循環する。
そのため、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、図4に一点鎖線矢印「比較例」で示すように、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置10a、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fの順に熱交換媒体循環路10を循環する場合よりも効率的に、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を冷却または加熱することができる。
詳細には、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を効率的に冷却することにより、体積効率を向上させることができ、それにより、トルクを向上させることができる。
そのため、第1の実施形態の内燃機関用過給システムでは、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f内の熱交換媒体の温度が高圧コンプレッサ4a内の吸気の温度よりも低いときに、高圧コンプレッサインペラ4a2に対向する位置あるいはその位置よりも上流側(図2の左側)の位置において、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f内の熱交換媒体によって、高圧コンプレッサ4a内の吸気が冷却される。その結果、デポジットが堆積しやすい、高圧コンプレッサインペラ4a2に対向する位置にデポジットが堆積してしまうおそれを抑制することができる。
つまり、第1の実施形態の内燃機関用過給システムでは、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fが高圧コンプレッサインペラ4a2に対向する位置およびその位置よりも上流側(図2の左側)の位置のいずれにも配置されていない場合よりも、高圧コンプレッサインペラ4a2に対向する位置にデポジットが堆積してしまうおそれを抑制することができる。
そのため、第1の実施形態の内燃機関用過給システムでは、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f内の熱交換媒体の温度が低圧コンプレッサ5a内の吸気の温度よりも低いときに、低圧コンプレッサインペラ5a2に対向する位置あるいはその位置よりも上流側(図3の左側)の位置において、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f内の熱交換媒体によって、低圧コンプレッサ5a内の吸気が冷却される。その結果、デポジットが堆積しやすい、低圧コンプレッサインペラ5a2に対向する位置にデポジットが堆積してしまうおそれを抑制することができる。
つまり、第1の実施形態の内燃機関用過給システムでは、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fが低圧コンプレッサインペラ5a2に対向する位置およびその位置よりも上流側(図3の左側)の位置のいずれにも配置されていない場合よりも、低圧コンプレッサインペラ5a2に対向する位置にデポジットが堆積してしまうおそれを抑制することができる。
詳細には、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10a(図4参照)として、エンジン冷却水用ラジエータ(図示せず)が用いられるのではなく、例えば、エンジン冷却水用ラジエータとは別個に設けられたラジエータが用いられる。熱交換媒体温度調整装置10aとして用いられるラジエータは、例えば、公知のエンジン冷却水用ラジエータと同様に構成されている。
つまり、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、公知のエンジン冷却水用ラジエータと同様に機能する熱交換媒体温度調整装置10aによって、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体の温度が低下せしめられる。
さらに、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体の温度を上昇させるために、例えば、公知の電気式のヒーターと同様に構成されたヒーター(図示せず)が、熱交換媒体温度調整装置10aに設けられている。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、ヒーターの代わりに、例えば特許第5772652号公報に記載されている内燃機関の排気ガスの熱を回収して利用する排熱回収装置のような任意の公知の装置が、熱交換媒体温度調整装置10aに設けられており、その装置によって、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体の温度を上昇させることができる。
上述したように、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図1〜図4に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10aが、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体の温度を低下させる機能と、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体の温度を上昇させる機能とを有しているが、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、熱交換媒体温度調整装置10aが、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体の温度を低下させる機能のみを有することもできる。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用されたさらに他の例では、熱交換媒体温度調整装置10aが、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体の温度を上昇させる機能のみを有することもできる。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置10a、上述した1つ以上の他のコンプレッサ用の熱交換媒体通路(図示せず)、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの順に熱交換媒体循環路10を循環する。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用されたさらに他の例では、代わりに、高圧コンプレッサハウジング4a1のうちの上述した位置以外の位置に高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fを配置することもできる。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用されたさらに他の例では、代わりに、低圧コンプレッサハウジング5a1のうちの上述した位置以外の位置に低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fを配置することもできる。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、排気バイパス通路7aと排気バイパスバルブ7bとウェイストゲート通路8aとウェイストゲートバルブ8bとを省略することもできる。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、吸気バイパス通路6aと吸気バイパスバルブ6bとウェイストゲート通路8aとウェイストゲートバルブ8bとを省略することもできる。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、吸気バイパス通路6aと吸気バイパスバルブ6bと排気バイパス通路7aと排気バイパスバルブ7bとを省略することもできる。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、吸気バイパス通路6aと吸気バイパスバルブ6bと排気バイパス通路7aと排気バイパスバルブ7bとウェイストゲート通路8aとウェイストゲートバルブ8bとを省略すると共に、高圧ターボチャージャ4の高圧タービン4cに供給される排気ガスの流量を調整するために高圧タービン4cのうちの排気ガスの入口部分に配置された可変ノズル機構(図示せず)を設けることもできる。
あるいは、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、吸気バイパス通路6aと吸気バイパスバルブ6bと排気バイパス通路7aと排気バイパスバルブ7bとウェイストゲート通路8aとウェイストゲートバルブ8bとを省略すると共に、低圧ターボチャージャ5の低圧タービン5cに供給される排気ガスの流量を調整するために低圧タービン5cのうちの排気ガスの入口部分に配置された可変ノズル機構(図示せず)を設けることもできる。
第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の主要部は、後述する点を除き、図1に示す第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の主要部と同様に構成されている。従って、第2の実施形態の内燃機関用過給システムによれば、後述する点を除き、上述した第1の実施形態の内燃機関用過給システムと同様の効果を奏することができる。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4に示す例では、熱交換媒体循環路10に、高圧コンプレッサハウジング4a1に形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと、低圧コンプレッサハウジング5a1に形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置10aと、ポンプ10bとが設けられているが、第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図5に示す例では、熱交換媒体循環路10に、高圧コンプレッサハウジング4a1に形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと、低圧コンプレッサハウジング5a1に形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置10aと、ポンプ10bと、内燃機関本体1(図1および図5参照)に形成された冷却水通路1aとが設けられており、熱交換媒体として、エンジン冷却水が用いられる。
つまり、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4に示す例では、熱交換媒体循環路10が、内燃機関本体1(図1参照)を冷却するためのエンジン冷却水循環路(図示せず)とは別個に設けられているが、第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図5に示す例では、代わりに、熱交換媒体循環路10の一部が、エンジン冷却水循環路を構成している。
すなわち、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10aとして、例えば、エンジン冷却水用ラジエータ(図示せず)とは別個に設けられたラジエータが用いられるが、第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図5に示す例では、代わりに、熱交換媒体温度調整装置10aとして、エンジン冷却水用ラジエータが用いられる。
詳細には、第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図5に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10aとポンプ10bとが熱交換媒体通路10c1を介して接続され、ポンプ10bと低圧コンプレッサハウジング5a1の低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fとが熱交換媒体通路10c2を介して接続され、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと高圧コンプレッサハウジング4a1の高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fとが熱交換媒体通路10c3を介して接続され、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと熱交換媒体温度調整装置10aとが熱交換媒体通路10c4を介して接続され、熱交換媒体通路10c2と内燃機関本体1の冷却水通路1aとが熱交換媒体通路10c5を介して接続され、冷却水通路1aと熱交換媒体通路10c4とが熱交換媒体通路10c6を介して接続されている。
さらに、第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図5に示す例では、例えば、外気温が予め設定された閾値より低いため、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を加熱する必要があるときに、熱交換媒体温度調整装置10aによって熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられると共に、内燃機関本体1の熱によって、内燃機関本体1の冷却水通路1aにおいて熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられる。つまり、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f内の熱交換媒体(エンジン冷却水)および低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f内の熱交換媒体(エンジン冷却水)が、加熱媒体として機能する。
第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図5に示す例では、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4に示す例と同様に、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度を上昇させるために、例えば、公知の電気式のヒーターと同様に構成されたヒーター(図示せず)が、熱交換媒体温度調整装置10aに設けられているが、第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、代わりに、熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度を上昇させるためのヒーターを省略することもできる。第2の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、ヒーターの熱によって熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられるのではなく、内燃機関本体1の熱によって熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられ、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気が加熱される。
第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の主要部は、後述する点を除き、図1に示す第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の主要部と同様に構成されている。従って、第3の実施形態の内燃機関用過給システムによれば、後述する点を除き、上述した第1の実施形態の内燃機関用過給システムと同様の効果を奏することができる。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4に示す例では、熱交換媒体循環路10に、高圧コンプレッサハウジング4a1に形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと、低圧コンプレッサハウジング5a1に形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置10aと、ポンプ10bとが設けられているが、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、熱交換媒体循環路10に、高圧コンプレッサハウジング4a1に形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと、低圧コンプレッサハウジング5a1に形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置10aと、ポンプ10bと、熱交換媒体の温度を調整する他の熱交換媒体温度調整装置10a’とが設けられており、他の熱交換媒体温度調整装置10a’が、高圧コンプレッサハウジング4a1の高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと低圧コンプレッサハウジング5a1の低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fとの間に配置されている。他の熱交換媒体温度調整装置10a’は、例えば、熱交換媒体温度調整装置10aと同様に構成することができる。
詳細には、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10aとポンプ10bとが熱交換媒体通路10c1を介して接続され、ポンプ10bと低圧コンプレッサハウジング5a1の低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fとが熱交換媒体通路10c2を介して接続され、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと他の熱交換媒体温度調整装置10a’とが熱交換媒体通路10c3を介して接続され、他の熱交換媒体温度調整装置10a’と高圧コンプレッサハウジング4a1の高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fとが熱交換媒体通路10c3’を介して接続され、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと熱交換媒体温度調整装置10aとが熱交換媒体通路10c4を介して接続されている。
さらに、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、例えば、外気温が予め設定された閾値より低いため、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を加熱する必要があるときに、熱交換媒体温度調整装置10aおよび他の熱交換媒体温度調整装置10a’によって熱交換媒体の温度が上昇せしめられ、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f内の熱交換媒体および低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f内の熱交換媒体が、加熱媒体として機能する。
第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、矢印で示すように、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置10a、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f、他の熱交換媒体温度調整装置10a’、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの順に熱交換媒体循環路10を循環する。
第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4に示す例では、図7に破線「第1の実施形態」で示すように、熱交換媒体が熱交換媒体温度調整装置10a(図4および図7参照)によって冷却され、熱交換媒体温度調整装置10aの位置において、熱交換媒体の温度が値Tw3から値Tw1に低下する。次いで、熱交換媒体通路10c1(図4および図7参照)、ポンプ10b(図4および図7参照)および熱交換媒体通路10c2(図4および図7参照)の位置において、熱交換媒体の温度が値Tw1に維持される。次いで、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f(図4および図7参照)の位置において、熱交換媒体の温度が値Tw1から値Tw2に上昇する。次いで、熱交換媒体通路10c3(図4および図7参照)の位置において、熱交換媒体の温度が値Tw2に維持される。次いで、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f(図4および図7参照)の位置において、熱交換媒体の温度が値Tw2から値Tw3に上昇する。次いで、熱交換媒体通路10c4(図4および図7参照)の位置において、熱交換媒体の温度が値Tw3に維持される。
つまり、第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図4および図7に示す例では、低圧コンプレッサ5a(図1および図3参照)内の吸気および高圧コンプレッサ4a(図1および図2参照)内の吸気を冷却する必要があるときに、図7に破線「第1の実施形態」で示すように、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの位置において熱交換媒体の温度が値Tw3まで上昇してしまい、その結果、高圧コンプレッサ4a内の吸気を十分に冷却できないおそれがある。
つまり、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6および図7に示す例では、低圧コンプレッサ5a(図1および図3参照)内の吸気および高圧コンプレッサ4a(図1および図2参照)内の吸気を冷却する必要があるときに、図6に実線「第3の実施形態」で示すように、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの位置において熱交換媒体の温度を値Tw2に抑制することができ、その結果、高圧コンプレッサ4a内の吸気を十分に冷却することができる。
そのため、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6および図7に示す例では、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fを流れた熱交換媒体が他の熱交換媒体温度調整装置10a’を流れることなく高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fを流れる場合よりも、高圧コンプレッサ4a内の吸気を冷却する必要があるときに高圧コンプレッサ4a内の吸気を十分に冷却できないおそれを抑制することができる。
さらに、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、上述したように、熱交換媒体が、熱交換媒体温度調整装置10a、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f、他の熱交換媒体温度調整装置10a’、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fの順に熱交換媒体循環路10を循環するため、熱交換媒体循環路10内の熱交換媒体の温度が低圧コンプレッサ5a内の吸気の温度および高圧コンプレッサ4a内の吸気の温度よりも高い場合に、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fを流れるときに降温した熱交換媒体が、他の熱交換媒体温度調整装置10a’を流れるときに加熱されて、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fを流れる。
そのため、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fを流れた熱交換媒体が他の熱交換媒体温度調整装置10a’を流れることなく高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fを流れる場合よりも、高圧コンプレッサ4a内の吸気を加熱する必要があるときに高圧コンプレッサ4a内の吸気を十分に加熱できないおそれを抑制することができる。
第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の主要部は、後述する点を除き、図1に示す第1の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の主要部と同様に構成されており、第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の他の主要部は、後述する点を除き、図6に示す第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された一例の他の主要部と同様に構成されている。従って、第4の実施形態の内燃機関用過給システムによれば、後述する点を除き、上述した第1および第3の実施形態の内燃機関用過給システムと同様の効果を奏することができる。
第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、熱交換媒体循環路10に、高圧コンプレッサハウジング4a1に形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと、低圧コンプレッサハウジング5a1に形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置10aと、ポンプ10bと、熱交換媒体の温度を調整する他の熱交換媒体温度調整装置10a’とが設けられているが、第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図8に示す例では、熱交換媒体循環路10に、高圧コンプレッサハウジング4a1に形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと、低圧コンプレッサハウジング5a1に形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置10aと、ポンプ10bと、熱交換媒体の温度を調整する他の熱交換媒体温度調整装置10a’と、内燃機関本体1(図1および図8参照)に形成された冷却水通路1aとが設けられており、熱交換媒体として、エンジン冷却水が用いられる。
つまり、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、熱交換媒体循環路10が、内燃機関本体1(図1参照)を冷却するためのエンジン冷却水循環路(図示せず)とは別個に設けられているが、第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図8に示す例では、代わりに、熱交換媒体循環路10の一部が、エンジン冷却水循環路を構成している。
すなわち、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10aとして、例えば、エンジン冷却水用ラジエータ(図示せず)とは別個に設けられたラジエータが用いられるが、第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図8に示す例では、代わりに、熱交換媒体温度調整装置10aとして、エンジン冷却水用ラジエータが用いられる。
詳細には、第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図8に示す例では、熱交換媒体温度調整装置10aとポンプ10bとが熱交換媒体通路10c1を介して接続され、ポンプ10bと低圧コンプレッサハウジング5a1の低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fとが熱交換媒体通路10c2を介して接続され、低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1fと他の熱交換媒体温度調整装置10a’とが熱交換媒体通路10c3を介して接続され、他の熱交換媒体温度調整装置10a’と高圧コンプレッサハウジング4a1の高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fとが熱交換媒体通路10c3’を介して接続され、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1fと熱交換媒体温度調整装置10aとが熱交換媒体通路10c4を介して接続され、熱交換媒体通路10c2と内燃機関本体1の冷却水通路1aとが熱交換媒体通路10c5を介して接続され、冷却水通路1aと熱交換媒体通路10c4とが熱交換媒体通路10c6を介して接続されている。
さらに、第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図8に示す例では、例えば、外気温が予め設定された閾値より低いため、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気を加熱する必要があるときに、熱交換媒体温度調整装置10aおよび他の熱交換媒体温度調整装置10a’によって熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられると共に、内燃機関本体1の熱によって、内燃機関本体1の冷却水通路1aにおいて熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられる。つまり、高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路4a1f内の熱交換媒体(エンジン冷却水)および低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路5a1f内の熱交換媒体(エンジン冷却水)が、加熱媒体として機能する。
第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図8に示す例では、第3の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された図6に示す例と同様に、熱交換媒体循環路10を循環する熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度を上昇させるために、例えば、公知の電気式のヒーターと同様に構成されたヒーター(図示せず)が、熱交換媒体温度調整装置10aおよび他の熱交換媒体温度調整装置10a’に設けられているが、第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、代わりに、熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度を上昇させるためのヒーターを省略することもできる。第4の実施形態の内燃機関用過給システムが適用された他の例では、ヒーターの熱によって熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられるのではなく、内燃機関本体1の熱によって熱交換媒体(エンジン冷却水)の温度が上昇せしめられ、高圧コンプレッサ4aによって過給される吸気および低圧コンプレッサ5aによって過給される吸気が加熱される。
1a 冷却水通路
2 吸気通路
3 排気通路
4 高圧ターボチャージャ
4a 高圧コンプレッサ
4a1 高圧コンプレッサハウジング
4a1a インレット通路
4a1b スクロール通路
4a1c シュラウド部
4a1d シュラウド面
4a1e ディフューザ部
4a1f 高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路
4a2 高圧コンプレッサインペラ
4b シャフト
4b1 中心軸線
4c 高圧タービン
4c2 高圧タービンインペラ
5 低圧ターボチャージャ
5a 低圧コンプレッサ
5a1 低圧コンプレッサハウジング
5a1a インレット通路
5a1b スクロール通路
5a1c シュラウド部
5a1d シュラウド面
5a1e ディフューザ部
5a1f 低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路
5a2 低圧コンプレッサインペラ
5b シャフト
5b1 中心軸線
5c 低圧タービン
5c2 低圧タービンインペラ
6a 吸気バイパス通路
6b 吸気バイパスバルブ
7a 排気バイパス通路
7b 排気バイパスバルブ
8a ウェイストゲート通路
8b ウェイストゲートバルブ
10 熱交換媒体循環路
10a、10a’ 熱交換媒体温度調整装置
10b ポンプ
10c1、10c2、10c3、10c3’、10c4 熱交換媒体通路
10c5、10c6 熱交換媒体通路
50 ECU
Claims (7)
- 内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配置された高圧コンプレッサと、
前記吸気通路のうちの前記高圧コンプレッサよりも上流側に配置された低圧コンプレッサと、
内部に前記吸気通路の一部が形成された高圧コンプレッサハウジングに形成された高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路と、内部に前記吸気通路の一部が形成された低圧コンプレッサハウジングに形成された低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路と、熱交換媒体の温度を調整する熱交換媒体温度調整装置とを有する熱交換媒体循環路とを具備し、
前記熱交換媒体が、前記熱交換媒体温度調整装置、前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、前記高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に前記熱交換媒体循環路を循環し、
前記熱交換媒体循環路が、前記熱交換媒体の温度を調整する他の熱交換媒体温度調整装置を有し、
前記熱交換媒体が、前記熱交換媒体温度調整装置、前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路、前記他の熱交換媒体温度調整装置、前記高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路の順に前記熱交換媒体循環路を循環することを特徴とする内燃機関用過給システム。 - 前記熱交換媒体が冷却媒体であり、
前記熱交換媒体温度調整装置が、前記冷却媒体の温度を低下させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用過給システム。 - 前記熱交換媒体が加熱媒体であり、
前記熱交換媒体温度調整装置が、前記加熱媒体の温度を上昇させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用過給システム。 - 前記高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路が、前記高圧コンプレッサハウジングのうちの高圧コンプレッサインペラに対向する第1位置、あるいは、前記第1位置よりも上流側の位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用過給システム。
- 前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路が、前記低圧コンプレッサハウジングのうちの低圧コンプレッサインペラに対向する第2位置、あるいは、前記第2位置よりも上流側の位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用過給システム。
- 前記高圧コンプレッサ用熱交換媒体通路は、前記高圧コンプレッサハウジングのうちの高圧コンプレッサインペラに対向するシュラウド部の表面であるシュラウド面に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用過給システム。
- 前記低圧コンプレッサ用熱交換媒体通路は、前記低圧コンプレッサハウジングのうちの低圧コンプレッサインペラに対向するシュラウド部の表面であるシュラウド面に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用過給システム。
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