JP2008175170A - 排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機を有する内燃機関で高ＥＧＲ率の排気ガス再循環を可能とすること。
【解決手段】排気ガスＧ３を排気還流パイプＣ１によりエキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに還流させる排気ガス再循環装置Ｃが取り付けられたエンジンＥ１に、排気ガス再循環装置Ｃを挟んで過給機１が取り付けられている。過給機１の遠心式タービン９と遠心式コンプレッサ７とを連結する回転軸部材５には回転電動機２０が直結されている。この回転電動機２０を発電機として機能させて回転軸部材５に制動力を加えて、タービンハウジング１０とタービンインペラ１５の羽根１７との間を通過する際に排気ガスＧ３が受ける通過抵抗を増加させることで、過給機１よりもエンジンＥ１側において、エキゾーストパイプＢの排気ガスＧ３のガス圧を下回るまで、インテークパイプＡの燃焼用空気Ｇ１のブースト圧を大きく低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャ等の過給機及びその駆動方法に係り、詳しくは、排気ガス再循環装置付きの内燃機関で用いて好適な過給機及びその駆動方法に関するものである。

車両の燃費向上のために用いられる過給機は、コンプレッサにより燃焼用空気を圧縮して内燃機関に供給するものである。このコンプレッサは、コンプレッサと同軸のタービンを内燃機関の排気エネルギにより回転させることで駆動される。

このような過給機では、車両の発進時や内燃機関の低回転領域における車両の走行時に、コンプレッサによる燃焼用空気の圧縮が十分に行われず、内燃機関に供給される燃焼用空気のブースト圧が不足しがちになる。このような燃焼用空気のブースト圧不足は、車両の発進時や内燃機関の低回転領域における車両の走行時には排気ガスの量が少なく、タービン乃至コンプレッサを回転させる排気エネルギが不足することに起因する。

そこで、上述した燃焼用空気のブースト圧不足を動力アシスト方式の採用によって解消することが提案された。この動力アシスト方式は、タービンとコンプレッサを連結する回転軸に直結した回転電動機等の駆動により、コンプレッサを駆動するための動力を排気エネルギの不足分だけ補うものである（例えば特許文献１）。

ところで、上述した車両の燃費向上と同じく重要視されているのが、環境保全の観点から要求の高い窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量削減である。このために、内燃機関においては排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置が用いられる。排気ガス再循環装置は、排気ガスを内燃機関に還流させて燃焼用空気と共に燃焼させるものである。

この排気ガス再循環装置を用いると、内燃機関の燃焼室内の酸素濃度が下がるので、窒素酸化物の発生を抑制することができる。尚、排気ガスをクーラにより冷却して内燃機関に還流させるようにすれば、内燃機関の燃焼室内の燃焼温度が下がることから、窒素酸化物の発生をより一層抑制することができる。

ちなみに、排気ガスを内燃機関に再循環させる方式としては、タービンの上流側（内燃機関側）からコンプレッサの下流側（内燃機関側）に排気ガスを還流させて内燃機関に供給する高圧ループＥＧＲと（例えば特許文献２）、タービンの下流側からコンプレッサの上流側に排気ガスを還流させて内燃機関に供給する低圧ループＥＧＲとがある。

このうち、低圧ループＥＧＲでは、排気ガスの還流先がコンプレッサにより圧縮される前の燃焼用空気の領域となる。そのため、排気ガスの還流に必要な「排気ガスのガス圧＞燃焼用空気の空気圧」の関係を維持する上では、高圧ループＥＧＲよりも低圧ループＥＧＲの方が有利である。

しかし、低圧ループＥＧＲでは、還流させる排気ガスのガス圧が高圧ループＥＧＲよりも低くなることから、排気ガスの還流経路を高圧ループＥＧＲと同条件で構成した場合、内燃機関に還流される排気ガス量が高圧ループＥＧＲよりも少なくなる。そのため、ＥＧＲ率を高める上では、排気ガス再循環装置に高圧ループＥＧＲを採用することが欠かせない。
特許第３２０３８６９号公報 特開平７−１６６８７９号公報

上述した動力アシスト方式を採用した過給機においては、燃焼用空気のブースト圧の不足に伴い、回転電動機等による動力アシストを行うと、排気ガスのガス圧が低いままであるにも拘わらす燃焼用空気のブースト圧だけが上がる。このため、回転電動機等による動力アシストによる排気ガスの流速増加を行っている間、高圧ループＥＧＲの経路においては、タービンの上流側（内燃機関側）における排気ガスのガス圧が、コンプレッサの下流側（内燃機関側）における燃焼用空気の空気圧、即ち、ブースト圧を下回る関係となる。よって、高圧ループＥＧＲの経路においては排気ガスが内燃機関に還流されなくなってしまい、高いＥＧＲ率を維持することが困難になる。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、過給機を有する内燃機関において高ＥＧＲ率での排気ガスの再循環を可能とするのに適した排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機の駆動方法と、この駆動方法を実施する際に用いて好適な排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機とを提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載した本発明の排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機の駆動方法は、燃焼室から外部に排出された排気ガスを前記燃焼室に還流させる排気ガス再循環装置付きの内燃機関に供給される燃焼用空気を、前記排気ガスのエネルギにより回転されるコンプレッサによって圧縮して、前記排気ガス再循環装置により還流された排気ガスと共に前記燃焼室に過給する、排気ガス再循環装置付き内燃機関用の過給機を駆動する方法であって、少なくとも瞬間的に前記排気ガスのガス圧が前記燃焼用空気のブースト圧以下となっている間、前記コンプレッサの回転軸に対して制動力を加えて、前記過給機を通過する際に前記排気ガスが受ける抵抗を増やして前記排気ガスが前記過給機を流れ難くなるようにすると共に、前記ブースト圧を低下させるようにしたことを特徴とする。

また、前記目的を達成するため、請求項３に記載した本発明の排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機は、燃焼室から外部に排出された排気ガスを前記燃焼室に還流させる排気ガス再循環装置付きの内燃機関に供給される燃焼用空気を、前記排気ガスのエネルギにより回転されるコンプレッサによって圧縮して、前記排気ガス再循環装置により還流された排気ガスと共に前記燃焼室に過給する、排気ガス再循環装置付き内燃機関用の過給機であって、前記コンプレッサの回転軸に対して、前記過給機を通過する際に前記排気ガスが受ける抵抗を増やして前記排気ガスが前記過給機を流れ難くなるようにすると共に、前記燃焼用空気のブースト圧を低下させる制動力を加える制動手段を有しており、前記制動手段は、少なくとも瞬間的に前記排気ガスのガス圧が前記ブースト圧以下となっている間、前記回転軸に対して制動力を加えることを特徴とする。

請求項１に記載した本発明の排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機の駆動方法と、請求項３に記載した本発明の排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機とによれば、車両の発進時や内燃機関の低回転領域における車両の走行時に、排気ガスの排気量が少なくなって、排気ガスのガス圧が、排気ガスの還流先であるコンプレッサの内燃機関側に存在する燃焼用空気のブースト圧以下になると、コンプレッサの回転軸に対して制動力が加えられる。この制動力は、燃焼ガスのガス圧が定常的に燃焼用空気のブースト圧以下になった場合だけでなく、エンジンの燃焼工程の影響で脈動する排気ガスのガス圧が瞬間的に燃焼用空気のブースト圧以下となった場合にも、コンプレッサの回転軸に対して加えられる。

コンプレッサの回転軸に対して制動力が加えられると、過給機のタービンを通過する際に排気ガスが受ける抵抗が増えて排気ガスが過給機を流れ難くなり、これにより、タービンにより回転される回転軸部材の回転数が低下する。すると、コンプレッサの回転数が低下して、コンプレッサの出口における燃焼用空気のブースト圧が大きく低下する。燃焼用空気のブースト圧が大きく低下すると、エンジンにおける燃焼動作が減って、エンジンから排出される排気ガスの量が減少するので、タービンの入口における排気ガスのガス圧も、コンプレッサの出口における燃焼用空気のブースト圧と同様に低下する。しかし、排気ガスのガス圧の低下量は、燃焼用空気のブースト圧の低下量に比べれば相対的に少ない。

このため、コンプレッサの回転軸に制動力が加えられると、タービンの入口側における排気ガスのガス圧が、コンプレッサの出口側における燃焼用空気のブースト圧を上回るようになる。これにより、排気ガス再循環装置におけるＥＧＲ率が上昇する。

したがって、車両の発進時や内燃機関の低回転領域における車両の走行時にも、「排気ガスのガス圧＞燃焼用空気のブースト圧」の関係を維持して、高圧ループＥＧＲの経路における排気ガスの内燃機関への還流を、高いＥＧＲ率で行うことができる。

しかも、コンプレッサの回転動作に対する制動で排気ガスのガス圧が上昇することにより、排気ガスのエネルギによって回転される過給機のコンプレッサの回転が上昇するので、燃焼用空気の実ブースト圧を上昇させて目標ブースト圧に近づけ、或いは、到達させることができる。

これにより、車両の発進時や内燃機関の低回転領域における車両の走行時においても、高ＥＧＲ率での内燃機関に対する排気ガスの再循環と過給機による燃焼用空気の内燃機関に対する過給とを両立させて、窒素酸化物の排出量削減と車両の燃費向上とを同時に図ることができる。

以下、本発明に係る排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機の駆動方法を適用した、本発明の一実施形態に係る排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機を、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機と、この過給機が設けられる排気ガス再循環装置付き内燃機関の概略構成を示す説明図である。

図１中引用符号Ｅ１はエンジン（請求項中の内燃機関に相当）であり、インテークパイプＡから不図示のインテークマニホールドを介して供給される燃焼用空気Ｇ１を用いて燃料の燃焼を、燃焼室Ｅ３の内部に行い、これによって発生した排気ガスＧ３を、不図示のエキゾーストマニホールドを介してエキゾーストパイプＢに排出する。

このエンジンＥ１には、排気ガス再循環装置Ｃが取り付けられている。この排気ガス再循環装置Ｃは、エキゾーストパイプＢとインテークパイプＡとをショートカット接続する排気還流パイプＣ１と、排気還流パイプＣ１を通過してエキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに還流される排気ガスＧ３の流量を調整する流量調整バルブＣ３とを有している。流量調整バルブＣ３の開度は、後述する制御装置４１（図２参照）の制御によって調整される。

そして、図１中引用符号１は、上述した排気ガス再循環装置付き内燃機関に取り付けられる過給機を示す。この過給機１は、筐体３と、この筐体３の内部で回転する回転軸部材５（請求項中の回転軸に相当）と、この回転軸部材５の一端部５Ａ側に設けられた遠心式コンプレッサ（請求項中のコンプレッサに相当、以下、「コンプレッサ」と略記する。）７と、回転軸部材５の他端部５Ｂ側に設けられた遠心式タービン（以下、「タービン」と略記する。）９とを備えている。回転軸部材５は、例えば流体軸受（図示せず）を介して筐体３に回転可能に軸支されている。

前記コンプレッサ７は、コンプレッサハウジング８と、このコンプレッサハウジング８の内部に収容されたコンプレッサインペラ１１とを備えている。コンプレッサハウジング８は、インテークパイプＡ中の、排気還流パイプＣ１との合流点よりも燃焼用空気Ｇ１の流れにおける上流側の箇所に介設されている。コンプレッサインペラ１１は、コンプレッサディスク１２及び羽根１３で構成されている。コンプレッサディスク１２の基端側部は、前記回転軸部材５の一方の端側部５Ａに一体的に連結されている。コンプレッサディスク１２の先端部側には前記羽根１３が一体的に設けられている。

前記タービン９は、タービンハウジング１０と、このタービンハウジング１０の内部に収容されたタービンインペラ１５及び複数の可変ベーン１９，１９，…とを備えている。タービンハウジング１０は、エキゾーストパイプＢ中の、排気還流パイプＣ１との分岐点よりも排気ガスＧ３の流れにおける下流側の箇所に介設されている。タービンインペラ１５は、タービンディスク１６及び羽根１７で構成されている。タービンディスク１６の基端側部は、前記回転軸部材５の他方の端側部５Ｂに一体的に連結されている。タービンディスク１６の先端部側には前記羽根１７が一体的に設けられている。

前記各可変ベーン１９は、タービンインペラ１５の外周に一定間隔ずつ周方向に離間して配置されており、それぞれタービンハウジング１０の内壁に角度調整可能に連結されている。また、各可変ベーン１９は、不図示のリンク機構を介して相互に連結されている。各可変ベーン１９のタービンハウジング１０に対する取り付け角度は、リンク機構に接続されたステッピングモータ１９ａの動力によって一括して調整することができる。このステッピングモータ１９ａの動作は、後述する制御装置４１（図２参照）によって制御される。

以上の説明からも明らかなように、図１のエンジンＥ１では、タービン９よりもエンジンＥ１側のエキゾーストパイプＢ部分の排気ガスＧ３が、排気還流パイプＣ１を通って、コンプレッサ７よりもエンジンＥ１側のインテークパイプＡ部分に還流される。つまり、図１の排気ガス再循環装置Ｃは、所謂高圧ループＥＧＲを行うものである。

また、前記過給機１には、回転電動機２０が直結されている。この回転電動機２０は、本実施形態では、この回転電動機２０は三相交流電動機で構成されており、回転軸部材５に取り付けられたロータ２１と、筐体３の内壁に取り付けられてロータ２１に対向する三相のステータ２３とを有している。

この回転電動機２０においては、回転軸部材５と共にロータ２１が回転させられると、ステータ２３の各相に巻回された不図示のコイルに誘導電流が流れる。すると、各相のコイルに流れた誘導電流が車両の駆動ユニット３９（図２参照）において三相交流電流から直流電流に変換されて、車両のバッテリＢａｔｔ（図２参照）に充電される。即ち、この回転電動機２０は、回転軸部材５が回転されることで発電機として機能する。

尚、バッテリＢａｔｔからの直流電流を駆動ユニット３９で三相交流電流に変換して、ステータ２３の各相のコイルに流せば、ロータ２１が回転して回転軸部材５を回転させるので、上述した回転電動機２０は勿論、モータとして機能させることもできる。

さらに、前記過給機１にはウエイストゲート２５が設けられている。このウエイストゲート２５は、エキゾーストパイプＢの途中でタービン９をバイパスするバイパスパイプ２７に形成されている。ウエイストゲート２５及びバイパスパイプ２７を通ってタービン９をバイパスする排気ガスＧ３の流量は、ウエイストゲート２５に設けられたウエイストゲートバルブ２９の開度によって調整される。ウエイストゲートバルブ２９の開度は、不図示の付勢ばねのばね定数と、ウエイストゲートバルブ２９に加わる排気ガスＧ３のガス圧との関係によって定まる。

ちなみに、図１中引用符号３１，３２は、コンプレッサ７よりもエンジンＥ１側のインテークパイプＡ部分に設けられた燃焼用空気Ｇ１のブースト圧センサ及び温度センサ、３３は、タービン９よりもエンジンＥ１側のエキゾーストパイプＢ部分に設けられた排気ガスＧ３のガス圧センサ、３５は、回転電動機２０の回転数センサを構成するホールセンサをそれぞれ示す。

前記制御装置４１は、図２のブロック図に示すように、ＣＰＵ４１ａ、ＲＡＭ４１ｂ、及び、ＲＯＭ４１ｃを有している。

ＣＰＵ４１ａには、ＲＡＭ４１ｂ及びＲＯＭ４１ｃの他、ブースト圧センサ３１、温度センサ３２、ガス圧センサ３３、ホールセンサ３５や、エンジンＥ１の回転数センサ３６、車両の不図示のアクセルの開度を検出するアクセルセンサ３７等が接続されている。また、ＣＰＵ４１ａには、ステッピングモータ１９ａのドライバ１９ｂ、流量調整バルブＣ３の開度を調整するアクチュエータＣａ３のドライバＤｒ１、及び、駆動ユニット３９が接続されている。

前記ＲＡＭ４１ｂは、各種データ記憶用のデータエリア及び各種処理作業に用いるワークエリアを有しており、前記ＲＯＭ４１ｃには、ＣＰＵ４１ａに各種処理動作を行わせるための制御プログラムが格納されている。

そして、ＣＰＵ４１ａは、ＲＯＭ４１ｃに格納された制御プログラムにしたがって、エンジンＥ１の不図示の燃料噴射装置における燃料噴射量や燃料噴射のタイミングの制御を行う。

燃料の噴射量や噴射タイミングは、ブースト圧センサ３１、温度センサ３２、回転数センサ３６、及び、アクセルセンサ３７の各検出値等に基づいて決定される。具体的には、ブースト圧センサ３１の検出値（請求項中の実ブースト圧に対応する値に相当）によって割り出される燃焼用空気Ｇ１のブースト圧、温度センサ３２の検出値によって割り出される燃焼用空気Ｇ１の温度、回転数センサ３６の検出値によって割り出されるエンジンＥ１の回転数、及び、アクセルセンサ３７の検出値によって割り出される不図示のアクセルの開度等に基づいて、従来公知の方法によって決定される。

また、ＣＰＵ４１ａは、ＲＯＭ４１ｃに格納された制御プログラムにしたがって、過給機１の各可変ベーン１９のタービンハウジング１０に対する取り付け角度の制御を行う。

各可変ベーン１９のタービンハウジング１０に対する取り付け角度は、ブースト圧センサ３１とアクセルセンサ３７との各検出値等に基づいて決定される。具体的には、アクセルセンサ３７の検出値から、不揮発性メモリＮＶＭに格納されているテーブル又は換算式を用いて割り出される、コンプレッサ７による燃焼用空気Ｇ１の目標ブースト圧の値（請求項中の目標ブースト圧に対応する値に相当）に対する、ブースト圧センサ３１の検出値から割り出される燃焼用空気Ｇ１のブースト圧の値の不足量等に基づいて、従来公知の方法によって決定される。

さらに、ＣＰＵ４１ａは、ＲＯＭ４１ｃに格納された制御プログラムにしたがって、排気ガス再循環装置Ｃの流量調整バルブＣ３の開度の制御を行う。

流量調整バルブＣ３の開度は、ブースト圧センサ３１及びガス圧センサ３３の各検出値等に基づいて決定される。具体的には、ブースト圧センサ３１の検出値から割り出される燃焼用空気Ｇ１のブースト圧の値と、ガス圧センサ３３の検出値から割り出される排気ガスＧ３のガス圧の値との差分に基づいて、従来公知の方法によって決定される。

このように構成された過給機１では、エンジンＥ１からエキゾーストパイプＢに排出された高温高圧の排気ガスＧ３が、タービンハウジング１０の内部において、各可変ベーン１９，１９，…の隙間を通ってタービンインペラ１５の羽根１７に吹き付けられる。すると、羽根１７に吹き付けられた排気ガスＧ３のエネルギによって、タービンディスク１６が回転軸部材５と共に回転される。

タービンディスク１６と共に回転軸部材５が回転すると、これらと共にコンプレッサ７のコンプレッサディスク１２が回転し、インテークパイプ４を通過する燃焼用空気Ｇ１がコンプレッサハウジング８の内部でコンプレッサインペラ１１の羽根１３により圧縮（ブースト）されて、エンジンＥ１に過給され、前記エンジンＥ１のシリンダ内での燃料の燃焼に供される。

尚、上述した過給機１では、車両の発進時やエンジンＥ１の低回転領域における車両の走行時等のように、エンジンＥ１の回転数が低いと、タービンインペラ１５の羽根１７に吹き付けられる排気ガスＧ３のエネルギが不足して、タービンディスク１６が十分な回転数で回転されない。すると、タービンディスク１６に回転軸部材５を介して連結されたコンプレッサ７のコンプレッサディスク１２の回転数が上がらず、コンプレッサインペラ１１の羽根１３による燃焼用空気Ｇ１の圧縮（ブースト）が十分に行われない。

そこで、エンジンＥ１の回転数が低いときには、制御装置４１がドライバ１９ｂに出力する信号により、ステッピングモータ１９ａが作動されて各可変ベーン１９の角度が調整され、隣り合う可変ベーン１９，１９の間隔が狭められる。すると、隣り合う可変ベーン１９，１９間を通過する排気ガスＧ３の絞り効果が増して、タービンインペラ１５の羽根１７に対する排気ガスＧ３の吹き付け速度が増加する。これにより、タービンディスク１６の回転数が増加して、コンプレッサ７のコンプレッサディスク１２の回転数が上がり、コンプレッサインペラ１１の羽根１３により圧縮される燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が上がる。

また、上述した過給機１では、タービン９に供給される排気ガスＧ３のガス圧が異常に高くなり、タービン９の耐圧を超えそうになると、ウエイストゲートバルブ２９が不図示の付勢ばねの付勢力に抗してウエイストゲート２５を開く。すると、バイパスパイプ２７が連通して、エキゾーストパイプＢ内の排気ガスＧ３の一部がタービン９をバイパスする。したがって、ウエイストゲートバルブ２９がウエイストゲート２５を開くことで、タービン９に供給される排気ガスＧ３のガス圧の上限が調整される。これにより、タービン９に供給される排気ガスＧ３のガス圧が異常に高くなることが防止される。

尚、上述した過給機１では、タービンインペラ１５の羽根１７に吹き付けられた排気ガスＧ３のエネルギによって、タービンディスク１６が回転軸部材５と共に回転されている間、回転電動機２０が発電機として機能する。そして、発電機として機能する回転電動機２０では、回転軸部材５と共にロータ２１が回転されて、ステータ２３の各相に巻回された不図示のコイルに誘導電流が流れ、この誘導電流が駆動ユニット３９において三相交流電流から直流電流に変換されて、バッテリＢａｔｔに充電される。

このとき、回転電動機２０は、ステータ２３の各相に巻回された不図示のコイルに誘導電流を発生させて発電を行うのに際して、タービンディスク１５を回転させるために排気ガスＧ３からタービンインペラ１５の羽根１７に与えられるエネルギ（運動エネルギ）の一部を消費することになるから、その消費した分だけ、タービンディスク１６を回転させるための運動エネルギが減ることになる。

したがって、上述した過給機１では、タービンディスク１６が回転軸部材５と共に回転されて回転電動機２０が発電している間、その発電のために回転電動機２０が消費する運動エネルギに応じた制動力が、タービンディスク１６や回転軸部材５に加わった状態となる。

一方、上述した排気ガス再循環装置Ｃにおいては、エンジンＥ１からエキゾーストパイプＢに排出された高温高圧の排気ガスＧ３が、タービン９よりもエンジンＥ１側のエキゾーストパイプＢ部分から、排気還流パイプＣ１を通って、コンプレッサ７よりもエンジンＥ１側のインテークパイプＡ部分に還流される。尚、排気ガスＧ３の還流量は、流量調整バルブＣ３の開度に応じた量となる。

このとき、車両がエンジンＥ１の高回転領域において走行しており、排気ガスＧ３の排気量が多い状態にあれば、エキゾーストパイプＢ内の排気ガスＧ３のガス圧は相応に高くなる。そのため、排気還流パイプＣ１のエキゾーストパイプＢ側に存在する排気ガスＧ３のガス圧は、排気還流パイプＣ１のインテークパイプＡ側に存在する燃焼用空気Ｇ１のブースト圧を容易に上回る。このため、排気還流パイプＣ１を通ってエキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに、流量調整バルブＣ３の開度に応じた十分な量の排気ガスＧ３が還流される。

これに対して、車両が発進時にあったり、車両がエンジンＥ１の低回転領域において走行していて、排気ガスＧ３の排気量が少ない状態にあると、エキゾーストパイプＢ内の排気ガスＧ３のガス圧はさほど高くないならない。そのため、排気還流パイプＣ１のエキゾーストパイプＢ側に存在する排気ガスＧ３のガス圧は、排気還流パイプＣ１のインテークパイプＡ側に存在する燃焼用空気Ｇ１のブースト圧と同じかそれ以下にとどまる。このため、排気還流パイプＣ１を通ってエキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに、流量調整バルブＣ３の開度に応じた十分な量の排気ガスＧ３が還流されなくなる。

ここで、タービンハウジング１０よりもエンジンＥ１側のエキゾーストパイプＢ部分における排気ガスＧ３のガス圧に応じて、排気ガスＧ３からタービンインペラ１５の羽根１７に与えられるエネルギ（運動エネルギ）によって、タービンディスク１６や回転軸部材５に生じる回転力が、回転電動機２０が発電のために消費する運動エネルギに応じてタービンディスク１６や回転軸部材５に加わる制動力を下回っていると、その制動力によってタービンディスク１６や回転軸部材５の回転数が低下する。

すると、タービンハウジング１０とタービンインペラ１５の羽根１７との間を通過する際に排気ガスＧ３が受ける抵抗が増し、排気ガスＧ３がタービンハウジング１０の内部を流れ難くなる。これにより、タービン９を回転させる排気ガスＧ３のエネルギが低下して、タービン９が連結された回転軸部材５の回転が低下するので、回転軸部材５に連結されたコンプレッサディスク１２の回転も低下して、コンプレッサ７による燃焼用空気Ｇ１の圧縮効率が低下する。このため、コンプレッサハウジング８よりもエンジンＥ１側のインテークパイプＡ部分における燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が大きく低下する。

燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が大きく低下すると、エンジンＥ１における燃焼動作が減って、エンジンＥ１から排出される排気ガスＧ３の量が減少するので、タービンハウジング１０よりもエンジンＥ１側のエキゾーストパイプＢ部分における排気ガスＧ３のガス圧も、コンプレッサハウジング８よりもエンジンＥ１側のインテークパイプＡ部分における燃焼用空気Ｇ１のブースト圧と同様に低下する。しかし、排気ガスＧ３のガス圧の低下量は、燃焼用空気Ｇ１のブースト圧の低下量に比べれば相対的に少ない。

タービンハウジング１０よりもエンジンＥ１側のエキゾーストパイプＢ部分における排気ガスＧ３のガス圧が低下する一方で、それを上回る大きさで、コンプレッサハウジング８よりもエンジンＥ１側のインテークパイプＡ部分における燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が低下すると、やがて、排気還流パイプＣ１のエキゾーストパイプＢ側に存在する排気ガスＧ３のガス圧が、排気還流パイプＣ１のインテークパイプＡ側に存在する燃焼用空気Ｇ１のブースト圧を上回るようになる。このため、排気還流パイプＣ１を通ってエキゾーストパイプＢからインテークパイプＡに、流量調整バルブＣ３の開度に応じた十分な量の排気ガスＧ３が還流されるようになる。これにより、排気ガス再循環装置ＣにおけるＥＧＲ率が上昇する。

このように、本実施形態の過給機１によれば、回転軸部材５に直結された回転電動機２０を発電機として機能させて、その発電によりタービンディスク１６や回転軸部材５に回転力を与えるための排気ガスＧ３の排気エネルギ（運動エネルギ）の一部を、発電の際に消費させ、これにより、排気ガスＧ３からタービンディスク１６や回転軸部材５に与えられる回転力を低下させて、結果的に、タービンディスク１６や回転軸部材５に制動力が加わるようにした。そして、この制動力により、車両が発進時にあったり、車両がエンジンＥ１の低回転領域において走行しているときに、タービンハウジング１０とタービンインペラ１５の羽根１７との間を通過する際に排気ガスＧ３が受ける抵抗が増して、回転軸部材５の回転が大きく低下し、コンプレッサ７による燃焼用空気Ｇ１の圧縮効率が大きく低下して、排気還流パイプＣ１のインテークパイプＡ側に存在する燃焼用空気Ｇ１のブースト圧が大きく低下するようにした。

このため、車両が発進時にあったり、車両がエンジンＥ１の低回転領域において走行していて、排気ガスＧ３の排気量が少なく、そのため、燃焼用空気Ｇ１のブースト圧より排気ガスＧ３のガス圧が低くなる状態にあっても、排気還流パイプＣ１のインテークパイプＡ側に存在する燃焼用空気Ｇ１のブースト圧を大きく低下させ、これにより、燃焼用空気Ｇ１のブースト圧より排気ガスＧ３のガス圧が高い状態にして、排気ガス再循環装置Ｃにおける排気ガスＧ３のインテークパイプＡ側への還流を、高い効率で継続させることができる。

尚、本実施形態では、回転軸部材５に直結されて回転軸部材５の回転中に発電機として機能する回転電動機２０を制動手段として用いたが、例えば、回転電動機２０に代えて、回転軸部材５やコンプレッサディスク１１、タービンディスク１６のいずれか又は複数に物理的に接触して制動力を加えるブレーキ手段を用いて、これを制動手段としても良い。

また、本実施形態では、回転中の回転軸部材５に常に制動力が加えられるようにする構成について説明したが、排気還流パイプＣ１のエキゾーストパイプＢ側に存在する排気ガスＧ３のガス圧が、排気還流パイプＣ１のインテークパイプＡ側に存在する燃焼用空気Ｇ１のブースト圧以下となっている間に限って、回転軸部材５に制動力を加えるように構成しても良い。

尚、排気ガスＧ３のガス圧は、エンジンＥ１の燃焼工程の影響により、ピストンのストロークに応じた周期で脈動する。そのため、一口に排気ガスＧ３のガス圧が燃焼用空気Ｇ１のブースト圧以下となると言っても、脈動の一周期の全体に亘って定常的に排気ガスＧ３のガス圧が燃焼用空気Ｇ１のブースト圧以下となるケースもあれば、脈動の一周期の一部の期間において瞬間的に排気ガスＧ３のガス圧が燃焼用空気Ｇ１のブースト圧以下となるケースもある。

そこで、本発明を実施するに当たり、上述したように、排気ガスＧ３のガス圧が燃焼用空気Ｇ１のブースト圧以下となっている間に限って、回転軸部材５に制動力を加えるように構成する場合は、定常的に排気ガスＧ３のガス圧が燃焼用空気Ｇ１のブースト圧以下となった場合だけでなく、脈動の一周期の一部の期間において瞬間的に排気ガスＧ３のガス圧が燃焼用空気Ｇ１のブースト圧以下となった場合にも、回転軸部材５に制動力を加えることが望ましい。

さらに、本実施形態では、タービン９のタービンハウジング１０の内部のベーンが可変ベーン１９である過給機１を例に取って説明したが、本発明は、タービンハウジングの内部の全て又は一部のベーンが固定ベーンである過給機にも適用可能である。

同様に、本実施形態では、エキゾーストパイプＢの途中にタービン９をバイパスするバイパスパイプ２７を設け、バイパスパイプ２７の途中にウエイストゲート２５やウエイストゲートバルブ２９を設けた過給機１を例に取って説明したが、本発明は、ウエイストゲートを有していない過給機にも適用可能である。

そして、上述した実施形態では、エンジンＥ１に取り付けられた排気ガス再循環装置Ｃが、タービン９のエンジンＥ１側からコンプレッサ７のエンジンＥ１側に排気ガスＧ３を還流させる高圧ループＥＧＲである場合について説明した。しかし、これに限らず本発明は、タービンの下流側からコンプレッサの上流側に排気ガスを還流させて内燃機関に供給する低圧ループＥＧＲが取り付けられたエンジン（内燃機関）用の過給機についても、適用可能である。

本発明の一実施形態に係る排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機と、この過給機が設けられる排気ガス再循環装置付き内燃機関の概略構成を示す説明図である。 図１の制御装置の電気的な概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 過給機
５ 回転軸部材（回転軸）
７ 遠心式コンプレッサ（コンプレッサ）
２０ 回転電動機（制動手段）
Ｃ 排気ガス再循環装置
Ｅ１ エンジン（内燃機関）
Ｅ３ 燃焼室
Ｇ１ 燃焼用空気
Ｇ３ 排気ガス

Claims (4)

1. 燃焼室から外部に排出された排気ガスを前記燃焼室に還流させる排気ガス再循環装置付きの内燃機関に供給される燃焼用空気を、前記排気ガスのエネルギにより回転されるコンプレッサによって圧縮して、前記排気ガス再循環装置により還流された排気ガスと共に前記燃焼室に過給する、排気ガス再循環装置付き内燃機関用の過給機を駆動する方法であって、
   少なくとも瞬間的に前記排気ガスのガス圧が前記燃焼用空気のブースト圧以下となっている間、前記コンプレッサの回転軸に対して制動力を加えて、前記過給機を通過する際に前記排気ガスが受ける抵抗を増やして前記排気ガスが前記過給機を流れ難くなるようにすると共に、前記ブースト圧を低下させるようにした、
   ことを特徴とする排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機の駆動方法。
2. 前記回転軸に直結された回転電動機を発電機として作動させることで、前記回転軸に対して制動力を加えるようにした請求項１記載の排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機の駆動方法。
3. 燃焼室から外部に排出された排気ガスを前記燃焼室に還流させる排気ガス再循環装置付きの内燃機関に供給される燃焼用空気を、前記排気ガスのエネルギにより回転されるコンプレッサによって圧縮して、前記排気ガス再循環装置により還流された排気ガスと共に前記燃焼室に過給する、排気ガス再循環装置付き内燃機関用の過給機であって、
   前記コンプレッサの回転軸に対して、前記過給機を通過する際に前記排気ガスが受ける抵抗を増やして前記排気ガスが前記過給機を流れ難くなるようにすると共に、前記燃焼用空気のブースト圧を低下させる制動力を加える制動手段を有しており、
   前記制動手段は、少なくとも瞬間的に前記排気ガスのガス圧が前記ブースト圧以下となっている間、前記回転軸に対して制動力を加える、
   ことを特徴とする排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機。
4. 前記制動手段は、前記回転軸に直結された回転電動機を有しており、該回転電動機を発電機として作動させることで、前記回転軸に対して制動力を加える請求項３記載の排気ガス再循環装置付き内燃機関用過給機。

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