JP2013185547A

JP2013185547A - 電動式過給機

Info

Publication number: JP2013185547A
Application number: JP2012053243A
Authority: JP
Inventors: Taiji Kuno; 泰司久野; Takashi Amano; 貴士天野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2012-03-09
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】過給機の効率をより高めることのできる電動式過給機を提供する。
【解決手段】ターボチャージャ６００には、吸気側タービン６２０及び排気側タービン６３０を回転駆動するターボ用モータ６１０が設けられている。このターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間に、駆動力の伝達と切断とを行う吸気側クラッチ６４０を設ける。また、ターボ用モータ６１０と排気側タービン６３０との間にも、駆動力の伝達と切断とを行う排気側クラッチ６５０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータで駆動される過給機に関するものである。

内燃機関の排圧を利用して吸気を過給する過給機に電動モータを設け、同電動モータによるアシストを行うことで、機関運転状態によらず過給圧を制御可能にしたものが知られている（例えば、特許文献１等）。

特開２００５−１９４８８７号公報

一般に、吸気通路に設けられる吸気側タービンと排気通路に設けられる排気側タービンとは同一の回転軸に接続されているため、吸気側タービン及び排気側タービンは同一の速度で回転する。しかし、吸気側タービン及び排気側タービンにとって最適な回転速度は必ずしも同じではなく、各タービンが同一の速度で回転すると、場合によっては過給機の効率が低下するおそれがある。特に、電力を消費する電動モータを有した過給機においては、エネルギー効率の面でも過給機の効率を向上させることが望ましい。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過給機の効率をより高めることのできる電動式過給機を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気通路に設けられる吸気側タービンと、内燃機関の排気通路に設けられる排気側タービンと、前記吸気側タービン及び前記排気側タービンを回転駆動する電動モータとを備える電動式過給機であって、前記吸気側タービンの回転速度と前記排気側タービンの回転速度とを異ならせる回転速度差生成手段を備えることをその要旨とする。

同構成によれば、回転速度差生成手段によって、吸気側タービンの回転速度と排気側タービンの回転速度とを異ならせることが可能になる。従って、吸気側タービン及び排気側タービンをそれぞれ最適な回転速度で回転させることが可能となり、過給機の効率をより高めることができるようになる。

上記回転速度差生成手段としては、請求項２に記載の発明によるように、前記回転速度差生成手段は、駆動力の伝達と切断とを行うクラッチ機構及び入力軸と出力軸との回転速度を変更する変速機機構の少なくとも一方であり、同手段が前記吸気側タービン及び前記排気側タービンの少なくとも一方に設けられている、という構成を採用することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の電動式過給機において、前記吸気通路には、前記吸気側タービンをバイパスするバイパス通路が設けられており、同バイパス通路内には吸気流量を調整するバルブが設けられていることをその要旨とする。

吸気側タービンの回転速度が排気側タービンの回転速度よりも遅い場合には、吸気側タービンによって吸気通路内の吸気抵抗が増大するおそれがある。この点、同構成によれば、上記バイパス通路及びバルブによってそうした吸気抵抗の増大を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動式過給機において、前記排気通路には、前記排気側タービンをバイパスするバイパス通路が設けられており、同バイパス通路内には排気流量を調整するバルブが設けられていることをその要旨とする。

吸気側タービンを電動モータで回転させる場合には、排気側タービンにはそれほど多くの排気を導入する必要はなく、むしろ排気側タービンは排気通路内の排気抵抗を増大させる要因となる。この点、同構成によれば、上記バイパス通路及びバルブによってそうした排気抵抗の増大を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動式過給機において、前記内燃機関は、車両の動力源として内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両用の機関であることをその要旨とする。

車両の動力源として内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両では、エネルギー効率を高めることにより燃料消費量等を好適に抑えることができる。こうしたハイブリッド車両用の内燃機関に設けられる過給機として、同構成では、上記請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動式過給機を備えるようにしている。そのため、電力を消費する電動モータを有した過給機の効率が高められるようになるため、例えば電動モータに投入された電力を更に有効利用することも可能となり、ハイブリッド車両のエネルギー効率を向上させることができるようになる。

本発明にかかる電動式過給機の第１実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成と当該電動式過給機とを示す模式図。同実施形態における吸気側クラッチ及び排気側クラッチの動作態様を示すタイミングチャート。第２実施形態における電動式過給機の構成を示す模式図。同実施形態における吸気側変速機及び排気側変速機の動作態様を示すタイミングチャート。第３実施形態における電動式過給機の構成を示す模式図。同実施形態における吸気側クラッチ、吸気側バルブ及び排気側バルブの動作態様を示すタイミングチャート。第４実施形態における電動式過給機の構成を示す模式図。同実施形態における吸気側クラッチ及び排気側バルブの動作態様を示すタイミングチャート。

（第１実施形態）
以下、この発明にかかる電動式過給機をハイブリッド車両の内燃機関に具体化した第１実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。

図１に示すように、ハイブリッド車両１には、動力源としてエンジン１００と第１モータ３００とを備えている。
エンジン１００は、周知の内燃機関であり、吸気通路１０を介して燃焼室に導入された空気と燃料噴射弁から噴射された機関燃料とが燃焼室で燃焼されて機関出力が発生する。燃焼室内で発生した燃焼ガスは、排気として排気通路２０に導入される。

エンジン１００の出力軸は、動力分割機構２００に接続されている。この動力分割機構２００は、エンジン１００及び第１モータ３００の駆動力を駆動輪５００に伝達する。また、動力分割機構２００には、第２モータ４００が接続されている。この第２モータ４００は、エンジン１００の出力を電力に変換する発電機としての機能とエンジン１００を始動させるスタータモータとしての機能を有している。なお、上記第１モータ３００は、車両の減速時において発電機として機能する。この動力分割機構２００によって、エンジン１００の駆動力は、駆動輪５００への駆動力と第２モータ４００の発電用駆動力とに分割される。

エンジン１００には、電動のターボ用モータ６１０によって駆動がアシストされるターボチャージャ６００が設けられている。
このターボチャージャ６００は、吸気通路１０内に設けられて吸気を過給する吸気側タービン６２０と、排気通路２０内に設けられて排圧により回転する排気側タービン６３０とを備えている。

ターボ用モータ６１０には、回転子を有した１本の駆動軸が設けられており、この駆動軸の一端は吸気側クラッチ６４０に、他端は排気側クラッチ６５０にそれぞれ接続されている。

吸気側クラッチ６４０は、ターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間の駆動力の伝達及び切断を行うクラッチ機構であり、そのクラッチ部の一方はターボ用モータ６１０に、他方は吸気側タービン６２０にそれぞれ接続されている。この吸気側クラッチ６４０が「接続」状態にされると、ターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間の駆動力の伝達が行われ、「解放」状態にされると、ターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間の駆動力の切断が行われる。

排気側クラッチ６５０は、ターボ用モータ６１０と排気側タービン６３０との間の駆動力の伝達及び切断を行うクラッチ機構であり、そのクラッチ部の一方はターボ用モータ６１０に、他方は排気側タービン６３０にそれぞれ接続されている。この排気側クラッチ６５０が「接続」状態にされると、ターボ用モータ６１０と排気側タービン６３０との間の駆動力の伝達が行われ、「解放」状態にされると、ターボ用モータ６１０と排気側タービン６３０との間の駆動力の切断が行われる。

なお、吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０は、上記回転速度差生成手段を構成している。
ハイブリッド車両１には、制御装置５０が設けられている。この制御装置５０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。そして、この制御装置５０により、エンジン１００、第１モータ３００、第２モータ４００、ターボ用モータ６１０、吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０等の各種制御が行われる。

本実施形態では、エンジン１００の機関回転速度ＮＥが所定の判定値Ａを超えた場合、あるいは機関負荷が所定の判定値を超えた場合には、ターボチャージャ６００に対して十分な排圧を供給できる状態にあると判断し、ターボ用モータ６１０への電力供給が徐々に減少されて、最終的にはターボ用モータ６１０による過給アシストが停止される。

次に、図２を併せ参照して、吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０の駆動制御、並びにターボ用モータ６１０への供給電力状態を説明する。
この図２に示すように、吸気側クラッチ６４０は、車両が減速状態になると（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）接続状態から解放状態に切り替えられる。

また、排気側クラッチ６５０は、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間は解放状態にされている。そして、排気による過給を行うときは（例えば機関回転速度ＮＥが上記判定値Ａを超えた以降（図２の時刻ｔ２以降））、接続状態にされる。

そして、上述したように機関回転速度ＮＥが上記判定値Ａに満たない場合、あるいは機関負荷が上記判定値に満たない場合には、ターボ用モータ６１０に電力が供給される（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）。そして、機関回転速度ＮＥが上記判定値Ａを超えた場合、あるいは機関負荷が上記判定値を超えた場合には、ターボ用モータ６１０への供給電力が徐々に減少されて最終的には「０」にされる（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）。一方、車両が減速状態になると（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）、ターボ用モータ６１０が発電機として機能するように電気回路が切り替えられ、これによりターボ用モータ６１０が回転すると電力が発生する。

次に、上記態様で駆動される吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０の作用を説明する。
まず、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間は、排気側クラッチ６５０は解放状態にされている（図２の時刻ｔ１〜時刻ｔ２）。これにより、吸気側タービン６２０の回転速度は排気側タービン６３０の回転速度よりも速くなり、ターボ用モータ６１０の駆動力は全て吸気側タービン６２０に付与される。また、排気側クラッチ６５０が解放状態にされると、排気側クラッチ６５０が接続状態のときに比べてターボ用モータ６１０に対する排気側タービン６３０の回転負荷が小さくなる。つまり排気側クラッチ６５０が解放状態にされると、排気側タービン６３０の回転損失が抑えられるようになる。従って、ターボ用モータ６１０の駆動効率が向上するようになり、これによりターボチャージャ６００の効率が向上するようになる。

また、車両が減速状態になると（時刻ｔ７以降）、吸気側クラッチ６４０は、接続状態から解放状態に切り替えられる。これにより、ターボ用モータ６１０が発電機として機能するときには、ターボ用モータ６１０の回転に対する吸気側タービンの回転抵抗が小さくなり、吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることができる。そのため、吸気側タービン６２０及び排気側タービン６３０がともにターボ用モータ６１０に接続されている場合と比較して、発電時のターボ用モータ６１０の回転速度がより速くなり、発電量が増加するようになる。このようにして吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることにより、ターボチャージャ６００で発電するときの発電効率が向上するようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）ターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間に吸気側クラッチ６４０を設けるとともに、ターボ用モータ６１０と排気側タービン６３０との間には排気側クラッチ６５０を設けるようにしている。従って、それら吸気側クラッチ６４０や排気側クラッチ６５０の作動状態を制御することで、吸気側タービン６２０の回転速度と排気側タービン６３０の回転速度とを異ならせることが可能となり、それら吸気側タービン６２０及び排気側タービン６３０をそれぞれ最適な回転速度で回転させることが可能となる。従って、ターボチャージャ６００の効率を高めることができるようになる。

（２）ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間は、排気側クラッチ６５０を解放状態にしている。従って、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われているときには排気側タービン６３０の回転損失が抑えられるようになる。そのため、ターボチャージャ６００の効率を高めることができるようになる。

（３）車両が減速状態になると、ターボ用モータ６１０を発電機として機能させるとともに、吸気側クラッチ６４０を接続状態から解放状態に切り替えるようにしている。そのため、ターボ用モータ６１０が発電機として機能するときには、吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることができる。従って、ターボチャージャ６００（ターボ用モータ６１０）で発電するときの発電効率を向上させることができる。

（４）車両の動力源として内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両では、エネルギー効率を高めることにより燃料消費量等を好適に抑えることができる。こうしたハイブリッド車両用の内燃機関に設けられる電動式過給機として上記ターボチャージャ６００を備えるようにしている。上述したようにターボチャージャ６００では、同ターボチャージャ６００の効率が高められるようになるため、例えばターボ用モータ６１０に投入された電力を更に有効利用することも可能となり、ハイブリッド車両１のエネルギー効率を向上させることができる。
（第２実施形態）
次に、本発明にかかる電動式過給機をハイブリッド車両の内燃機関に具体化した第２実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。

第１実施形態では、吸気側タービン６２０の回転速度と排気側タービン６３０の回転速度とを異ならせるために、吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０を設けるようにした。一方、本実施形態ではこれらのクラッチに替えて、変速機を設けるようにしており、他の構成については基本的に同一である。そこで以下では、第１実施形態との相異点を中心にして、本実施形態の電動式過給機を説明する。

図３に示すように、ターボチャージャ７００のターボ用モータ６１０には、回転子を備えた１本の駆動軸が設けられており、この駆動軸の一端と吸気側タービン６２０とは吸気側変速機７１０を介して接続されている。また、同駆動軸の他端と排気側タービン６３０とは排気側変速機７２０を介して接続されている。なお、変速機の変速比は、「入力軸の回転速度／出力軸の回転速度」で定義される値であり、変速比が小さくなるほど入力軸の回転速度に対して出力軸の回転速度は速くなり、いわゆるハイギア化される。

吸気側変速機７１０は、ターボ用モータ６１０の回転速度と吸気側タービン６２０の回転速度とを変更する変速機構であって、ハイギア及びローギアを有した２段変速機で構成されている。この吸気側変速機７１０においてハイギアが選択されると、吸気側タービン６２０の回転速度は、ターボ用モータ６１０の回転速度に比して増速され、ローギアが選択されると、吸気側タービン６２０の回転速度は、ターボ用モータ６１０の回転速度に比して減速される。

排気側変速機７２０は、ターボ用モータ６１０の回転速度と排気側タービン６３０の回転速度とを変更する変速機構であって、これもハイギア及びローギアを有した２段変速機で構成されている。この排気側変速機７２０においてハイギアが選択されると、ターボ用モータ６１０の回転速度は、排気側タービン６３０の回転速度に比して増速され、ローギアが選択されると、ターボ用モータ６１０の回転速度は、排気側タービン６３０の回転速度に比して減速される。ちなみに、排気側変速機７２０のハイギアの変速比は、吸気側変速機７１０のハイギアの変速比よりも大きくされている。

なお、本実施形態では、吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０が上記回転速度差生成手段を構成している。
そして、吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０の変速動作は、制御装置５０によって行われる。

次に、図４を併せ参照して、吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０の変速制御、並びにターボ用モータ６１０への供給電力状態を説明する。
この図４に示すように、吸気側変速機７１０は、車両が減速状態になると（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）、ハイギアからローギアに切り替えられる。

また、排気側変速機７２０は、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間はローギアにされている。そして、排気による過給を行うときは（例えば機関回転速度ＮＥが上記判定値Ａを超えた以降（図４の時刻ｔ２以降））、ハイギアに切り替えられる。また、車両が減速状態のときには（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）、ハイギアにされる。

次に、上記態様で切り替えられる吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０の作用を説明する。
まず、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間は、吸気側変速機７１０はハイギアにされる（図４の時刻ｔ１〜時刻ｔ２）。これにより吸気側タービン６２０の回転速度は、ターボ用モータ６１０の回転速度よりも速くなるため、ターボ用モータ６１０の回転速度を速くすることなく過給圧を高めることができるようになる。

また、排気による過給を行うときは（例えば機関回転速度ＮＥが上記判定値Ａを超えた以降（図４の時刻ｔ２以降））、吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０はともにハイギアにされるのであるが、排気側変速機７２０のハイギアの変速比は、吸気側変速機７１０のハイギアの変速比よりも大きくされている。逆にいえば、吸気側変速機７１０のハイギアの変速比は、排気側変速機７２０のハイギアの変速比よりも小さくされている。従って、排気側タービン６３０の回転速度は、排気側変速機７２０及び吸気側変速機７１０を介して増速された状態で吸気側タービン６２０に伝達される。従って、こうした増速により、排気側タービン６３０の回転速度を高めることなく、排気による過給時でも過給圧が高まるようになる。

また、車両が減速状態になると（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）、吸気側変速機７１０はハイギアからローギアに切り替えられる。これによりターボ用モータ６１０が吸気側タービン６２０を回転させるときの回転抵抗が小さくなるため、ターボ用モータ６１０の回転速度の低下が抑えられるようになり、これにより車両減速状態でのターボ用モータ６１０の発電効率が向上するようになる。

そして、車両が減速状態のときには（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）、排気側変速機７２０はハイギアにされる。これにより発電機として機能しているときのターボ用モータ６１０の回転速度は、排気側タービン６３０の回転速度よりも速くなるため、排気側タービン６３０の回転速度を速くすることなく、ターボ用モータ６１０の発電量を増加させることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）ターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間に吸気側変速機７１０を設けるとともに、ターボ用モータ６１０と排気側タービン６３０との間には排気側変速機７２０を設けるようにしている。従って、それら吸気側変速機７１０や排気側変速機７２０の変速状態を制御することで、吸気側タービン６２０の回転速度と排気側タービン６３０の回転速度とを異ならせることが可能となり、それら吸気側タービン６２０及び排気側タービン６３０をそれぞれ最適な回転速度で回転させることが可能となる。従って、ターボチャージャ６００の効率を高めることができるようになる。

（２）ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間は、吸気側変速機７１０をハイギアにしている。従って、ターボ用モータ６１０の回転速度を速くすることなく過給圧を高めることができるようになる。

（３）排気による過給を行うときは、吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０はともにハイギアにされるのであるが、排気側変速機７２０のハイギアの変速比は、吸気側変速機７１０のハイギアの変速比よりも大きくされている。従って、排気による過給時でも排気側タービン６３０の回転速度を高めることなく過給圧を高めることができる。

（４）車両が減速状態になると、ターボ用モータ６１０を発電機として機能させるとともに、吸気側変速機７１０をハイギアからローギアに切り替えるようにしている。そのため、車両減速状態でのターボ用モータ６１０の発電効率が向上するようになる。

（５）車両が減速状態になると、排気側変速機７２０をハイギアにしている。これにより排気側タービン６３０の回転速度を速くすることなく、ターボ用モータ６１０の発電量を増加させることができるようになる。

（６）車両の動力源として内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両では、エネルギー効率を高めることにより燃料消費量等を好適に抑えることができる。こうしたハイブリッド車両用の内燃機関に設けられる電動式過給機として上記ターボチャージャ７００を備えるようにしている。上述したようにターボチャージャ６００では、同ターボチャージャ６００の効率が高められるようになるため、例えばターボ用モータ６１０に投入された電力を更に有効利用することも可能となり、ハイブリッド車両１のエネルギー効率を向上させることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明にかかる電動式過給機をハイブリッド車両の内燃機関に具体化した第３実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。

本実施形態における電動式過給機と、第１実施形態で説明した電動式過給機とは一部が異なっている。そこで以下では、第１実施形態との相異点を中心にして、本実施形態の電動式過給機を説明する。

図５に示すように、本実施形態のターボチャージャ８００では、排気側クラッチ６５０が省略されている。より詳細には、ターボ用モータ６１０の駆動軸の一端には、第１実施形態と同様に吸気側クラッチ６４０が接続されており、同駆動軸の他端には、排気側タービン６３０が接続されている。

また、吸気通路１０には、吸気側タービン６２０をバイパスする吸気側バイパス通路１１が設けられており、この吸気側バイパス通路１１内には、吸気流量を調整する吸気側バルブ１２が設けられている。この吸気側バルブ１２の開度は、上記制御装置５０によって制御され、吸気側バルブ１２の開度が小さくなるにつれて、吸気側バイパス通路１１を流れる吸気の量は減少する一方、吸気側タービン６２０を通過する吸気の量は多くなる。そして、吸気側バルブ１２が全閉状態にされると、吸気通路１０内を流れる吸気の大半が吸気側タービン６２０を通過する。

また、排気通路２０には、排気側タービン６３０をバイパスする排気側バイパス通路２１が設けられており、この排気側バイパス通路２１内には、排気流量を調整する排気側バルブ１３が設けられている。この排気側バルブ１３の開度も、上記制御装置５０によって制御され、排気側バルブ１３の開度が小さくなるにつれて、排気側バイパス通路２１を流れる排気の量は減少する一方、排気側タービン６３０を通過する排気の量は多くなる。そして、排気側バルブ１３が全閉状態にされると、排気通路２０内を流れる排気の大半が排気側タービン６３０を通過する。

次に、図６を併せ参照して、吸気側クラッチ６４０、吸気側バルブ１２及び排気側バルブ１３の駆動制御、並びにターボ用モータ６１０への供給電力状態を説明する。
この図６に示すように、吸気側クラッチ６４０は、車両が減速状態になると（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）接続状態から解放状態に切り替えられる。

また、吸気側バルブ１２は、基本的に全閉状態にされている。ただし、車両１が減速状態のときには（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）、全閉状態から全開状態にされる。
また、排気側バルブ１３は、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）は全開状態にされている。そして、排気による過給を行うときは（例えば機関回転速度ＮＥが上記判定値Ａを超えた以降（図６の時刻ｔ２以降））、徐々に開度が減少されて、最終的には全閉状態にされる。

次に、上記態様で駆動される吸気側クラッチ６４０、吸気側バルブ１２及び排気側バルブ１３の作用を説明する。
まず、車両が減速状態になると（時刻ｔ７以降）、吸気側クラッチ６４０は、接続状態から解放状態に切り替えられる。これにより、ターボ用モータ６１０が発電機として機能するときには、ターボ用モータ６１０の回転に対する吸気側タービンの回転抵抗が小さくなり、吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることができる。そのため、吸気側タービン６２０がターボ用モータ６１０に接続されている場合と比較して、発電時のターボ用モータ６１０の回転速度がより速くなり、発電量が増加するようになる。このようにして吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることにより、ターボチャージャ６００で発電するときの発電効率が向上するようになる。

また、車両が減速状態になると（時刻ｔ７以降）、吸気側クラッチ６４０は、接続状態から解放状態に切り替えられるため、吸気側タービン６２０の回転速度は排気側タービン６３０の回転速度よりも遅くなる。この場合には、吸気側タービン６２０によって吸気通路１０内の吸気抵抗が増大するおそれがある。この点、本実施形態では、車両１が減速状態のときには（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）、吸気側バルブ１２が全開状態にされるため、吸気通路１０内を流れる吸気の大半が吸気側タービン６２０を通過することなく、吸気側バイパス通路１１内に流入するようになる。従って、吸気側タービン６２０による吸気抵抗の増大が抑えられるようになる。

また、吸気側タービン６２０をターボ用モータ６１０で回転させる場合には、排気側タービン６３０にはそれほど多くの排気を導入する必要はなく、むしろ排気側タービン６３０は排気通路２０内の排気抵抗を増大させる要因となる。この点、本実施形態では、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）は、排気側バルブ１３は全開状態にされるため、排気通路２０内を流れる排気の大半が排気側タービン６３０を通過することなく、排気側バイパス通路２１内に流入するようになる。従って、排気側タービン６３０による排気抵抗の増大が抑えられるようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）ターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間に吸気側クラッチ６４０を設けるようにしている。従って、吸気側クラッチ６４０の作動状態を制御することで、吸気側タービン６２０の回転速度と排気側タービン６３０の回転速度とを異ならせることが可能となり、それら吸気側タービン６２０及び排気側タービン６３０をそれぞれ最適な回転速度で回転させることが可能となる。従って、ターボチャージャ８００の効率を高めることができるようになる。

（２）車両が減速状態になると、ターボ用モータ６１０を発電機として機能させるとともに、吸気側クラッチ６４０を接続状態から解放状態に切り替えるようにしている。そのため、ターボ用モータ６１０が発電機として機能するときには、吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることができる。従って、ターボチャージャ８００（ターボ用モータ６１０）で発電するときの発電効率を向上させることができる。

（３）車両１が減速状態のときには、吸気側バルブ１２を全開状態にしている。従って、吸気側タービン６２０による吸気抵抗の増大が抑えられるようになる。
（４）ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間は、排気側バルブ１３を全開状態にしている。従って、排気側タービン６３０による排気抵抗の増大が抑えられるようになる。

（５）車両の動力源として内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両では、エネルギー効率を高めることにより燃料消費量等を好適に抑えることができる。こうしたハイブリッド車両用の内燃機関に設けられる電動式過給機として上記ターボチャージャ８００を備えるようにしている。上述したようにターボチャージャ８００では、同ターボチャージャ８００の効率が高められるようになるため、例えばターボ用モータ６１０に投入された電力を更に有効利用することも可能となり、ハイブリッド車両１のエネルギー効率を向上させることができる。
（第４実施形態）
次に、本発明にかかる電動式過給機をハイブリッド車両の内燃機関に具体化した第４実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。

本実施形態における電動式過給機と、第３実施形態で説明した電動式過給機とは一部が異なっている。そこで以下では、第３実施形態との相異点を中心にして、本実施形態の電動式過給機を説明する。

図７に示すように、本実施形態における電動式過給機は、第３実施形態で説明した電動式過給機から吸気側バイパス通路１１と吸気側バルブ１２とを省略した構造となっており、その他の構造は基本的に同一となっている。

次に、図８を併せ参照して、吸気側クラッチ６４０及び排気側バルブ１３の駆動制御、並びにターボ用モータ６１０への供給電力状態を説明する。
この図８に示すように、吸気側クラッチ６４０は、車両が減速状態になると（時刻ｔ７〜時刻ｔ８）接続状態から解放状態に切り替えられる。

また、排気側バルブ１３は、ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）は全開状態にされている。そして、排気による過給を行うときは（例えば機関回転速度ＮＥが上記判定値Ａを超えた以降（図８の時刻ｔ２以降））、徐々に開度が減少されて、最終的には全閉状態にされる。

次に、上記態様で駆動される吸気側クラッチ６４０及び排気側バルブ１３の作用を説明する。
まず、車両が減速状態になると（時刻ｔ７以降）、吸気側クラッチ６４０は、接続状態から解放状態に切り替えられる。これにより、ターボ用モータ６１０が発電機として機能するときには、ターボ用モータ６１０の回転に対する吸気側タービンの回転抵抗が小さくなり、吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることができる。そのため、吸気側タービン６２０がターボ用モータ６１０に接続されている場合と比較して、発電時のターボ用モータ６１０の回転速度がより速くなり、発電量が増加するようになる。このようにして吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることにより、ターボチャージャ６００で発電するときの発電効率が向上するようになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、次の効果を得ることができる。
（１）ターボ用モータ６１０と吸気側タービン６２０との間に吸気側クラッチ６４０を設けるようにしている。従って、吸気側クラッチ６４０の作動状態を制御することで、吸気側タービン６２０の回転速度と排気側タービン６３０の回転速度とを異ならせることが可能となり、それら吸気側タービン６２０及び排気側タービン６３０をそれぞれ最適な回転速度で回転させることが可能となる。従って、ターボチャージャ９００の効率を高めることができるようになる。

（２）車両が減速状態になると、ターボ用モータ６１０を発電機として機能させるとともに、吸気側クラッチ６４０を接続状態から解放状態に切り替えるようにしている。そのため、ターボ用モータ６１０が発電機として機能するときには、吸気側タービン６２０の回転損失を抑えることができる。従って、ターボチャージャ９００（ターボ用モータ６１０）で発電するときの発電効率を向上させることができる。

（３）ターボ用モータ６１０による過給アシストが行われている間は、排気側バルブ１３を全開状態にしている。従って、排気側タービン６３０による排気抵抗の増大が抑えられるようになる。

（４）車両の動力源として内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両では、エネルギー効率を高めることにより燃料消費量等を好適に抑えることができる。こうしたハイブリッド車両用の内燃機関に設けられる電動式過給機として上記ターボチャージャ９００を備えるようにしている。上述したようにターボチャージャ９００では、同ターボチャージャ９００の効率が高められるようになるため、例えばターボ用モータ６１０に投入された電力を更に有効利用することも可能となり、ハイブリッド車両１のエネルギー効率を向上させることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第２実施形態で説明した吸気側変速機７１０や排気側変速機７２０の変速段数は２段であったが、これよりも多い変速段数を備えるようにしてもよい。また、吸気側変速機７１０や排気側変速機７２０を無段変速機で構成してもよい。また、吸気側タービン６２０と排気側タービン６３０との回転速度が異なるようにするには、必ずしも２段以上の多段変速機にする必要はない。例えば、吸気側タービン６２０及び排気側タービン６３０の少なくとも一方に１段の変速機を設けるようにしても、吸気側タービン６２０と排気側タービン６３０との回転速度を異ならせることが可能である。

・第１実施形態や第３実施形態では、吸気側クラッチ６４０や排気側クラッチ６５０を「接続」状態及び「解放」状態のいずれかで作動させるようにした。この他、それら各クラッチ６４０、６５０のクラッチ部の接続度合を制御して、クラッチ部でのスリップ率をコントロールすることで、各クラッチ６４０、６５０の伝達効率を可変設定するようにしてもよい。この場合には、吸気側タービン６２０や排気側タービン６３０の回転速度をより細かく変更することが可能になる。

・上述したように、吸気側クラッチ６４０を設けることにより、車両減速時における回転損失の低減を図ることができ、これによりターボ用モータ６１０の発電効率が向上するようになる。

また、排気側クラッチ６５０を設けることにより、排気側タービン６３０の回転損失が抑えられるようになり、これによりターボチャージャ６００の効率が向上するようになる。

また、吸気側変速機７１０を設けることにより、ターボ用モータ６１０による過給アシスト時、あるいは排気による過給時において吸気側タービン６２０の回転速度を高めることができ、これにより過給圧を高めることが可能となる。

また、排気側変速機７２０を設けることにより、車両減速時の排気側タービン６３０の回転速度が増速されて、ターボ用モータ６１０の発電量が増加するようになる。
また、吸気側バイパス通路１１及び吸気側バルブ１２を設けることにより、吸気側タービン６２０による吸気抵抗の増大が抑えられるようになる。

そして、排気側バイパス通路２１及び排気側バルブ１３を設けることにより、排気側タービン６３０による排気抵抗の増大が抑えられるようになる。
このように吸気側クラッチ６４０、排気側クラッチ６５０、吸気側変速機７１０、排気側変速機７２０、吸気側バイパス通路１１及び吸気側バルブ１２、排気側バイパス通路２１及び排気側バルブ１３といった各構成は、それぞれ固有の作用効果を奏する。従って、上記各実施形態は、これら各構成の組み合わせの一例に過ぎず、各構成を単独で、あるいは種々組み合わせて実施することができる。

以下、本発明にかかる電動式過給機の実施例であって、上記各構成の組み合わせの一例を（Ａ）〜（Ｒ）に示す。
（Ａ）吸気側クラッチ６４０のみを有する。

（Ｂ）排気側クラッチ６５０のみを有する。
（Ｃ）吸気側変速機７１０のみを有する。
（Ｄ）排気側変速機７２０のみを有する。

（Ｅ）吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０を有する（第１実施形態に相当）。
（Ｆ）吸気側クラッチ６４０及び吸気側変速機７１０を有する。

（Ｇ）吸気側クラッチ６４０及び排気側変速機７２０を有する。
（Ｈ）排気側クラッチ６５０及び吸気側変速機７１０を有する。
（Ｉ）排気側クラッチ６５０及び排気側変速機７２０を有する。

（Ｊ）吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０を有する（第２実施形態に相当）。
（Ｋ）吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０及び吸気側変速機７１０を有する。

（Ｌ）吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０及び排気側変速機７２０を有する。
（Ｍ）排気側クラッチ６５０及び吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０を有する。

（Ｎ）吸気側クラッチ６４０及び吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０を有する。
（０）吸気側クラッチ６４０及び排気側クラッチ６５０及び吸気側変速機７１０及び排気側変速機７２０を有する。

（Ｐ）上記（Ａ）〜（０）のいずれか１つにおいて、吸気側バイパス通路１１及び吸気側バルブ１２を有する。
（Ｑ）上記（Ａ）〜（０）のいずれか１つにおいて、排気側バイパス通路２１及び排気側バルブ１３を有する。

（Ｒ）上記（Ａ）〜（０）のいずれか１つにおいて、吸気側バイパス通路１１及び吸気側バルブ１２、並びに排気側バイパス通路２１及び排気側バルブ１３を有する。
・上記各実施形態では、本発明にかかる電動式過給機を、ハイブリッド車両の内燃機関に適用した場合について説明した。この他、内燃機関のみを備える車両の電動式過給機に、本発明にかかる電動式過給機を適用してもよい。この場合でも、上記説明によるように、電動式過給機の効率を高めることが可能である。

１：ハイブリッド車両、１０：吸気通路、１１：吸気側バイパス通路、１２：吸気側バルブ、１３：排気側バルブ、２０：排気通路、２１：排気側バイパス通路、５０：制御装置、１００：エンジン、２００：動力分割機構、３００：第１モータ、４００：第２モータ、５００：駆動輪、６００、７００、８００、９００：ターボチャージャ、６１０：ターボ用モータ、６２０：吸気側タービン、６３０：排気側タービン、６４０：吸気側クラッチ、６５０：排気側クラッチ、７１０：吸気側変速機、７２０：吸気側変速機。

Claims

内燃機関の吸気通路に設けられる吸気側タービンと、内燃機関の排気通路に設けられる排気側タービンと、前記吸気側タービン及び前記排気側タービンを回転駆動する電動モータとを備える電動式過給機であって、
前記吸気側タービンの回転速度と前記排気側タービンの回転速度とを異ならせる回転速度差生成手段を備える
ことを特徴とする電動式過給機。
前記回転速度差生成手段は、駆動力の伝達と切断とを行うクラッチ機構及び入力軸と出力軸との回転速度を変更する変速機構の少なくとも一方であり、同手段が前記吸気側タービン及び前記排気側タービンの少なくとも一方に設けられている
請求項１に記載の電動式過給機。
前記吸気通路には、前記吸気側タービンをバイパスするバイパス通路が設けられており、同バイパス通路内には吸気流量を調整するバルブが設けられている
請求項１または２に記載の電動式過給機。
前記排気通路には、前記排気側タービンをバイパスするバイパス通路が設けられており、同バイパス通路内には排気流量を調整するバルブが設けられている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動式過給機。
前記内燃機関は、車両の動力源として内燃機関と電動モータとを備えるハイブリッド車両用の機関である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動式過給機。