JP2019178638A - ターボ式過給システム及びターボ式過給システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンブレーキ力の確保を補助することができるターボ式過給システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】コンプレッサ４の回転軸でありコンプレッサインペラ６が固定される第１シャフト８と、タービン５の回転軸でありタービンインペラ７が固定される第２シャフト９と、第１シャフト８及び第２シャフト９の間の動力を断接するクラッチ１１と、第１シャフト８に駆動力又は制動力を付与する動力付与装置１２とを備える。そして、動力付与装置１２により第１シャフト８に制動力を付与して、クラッチ１１が動力を伝達する状態でタービンインペラ７を該制動力で制動する制御Ｃ１を行う。【選択図】図２

Description

本開示は、ターボ式過給システム及びターボ式過給システムの制御方法に関する。

排気タービンと吸気コンプレッサをつなぐターボ回転軸に設けた油圧タービンに高圧作動油を噴射する自動車用エンジンの過給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置は、高圧作動油を油圧タービンに噴射してターボ回転軸に駆動力を付与することで、加速応答性を高めている。

特開平８−１５８８７５号公報

ところで、従来のターボ式過給システムにおいては、エンジンブレーキのブレーキ力の確保に改善の余地がある。

本開示の目的は、エンジンブレーキ力の確保を補助することができるターボ式過給システム及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の態様のターボ式過給システムは、内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に配置されるタービンとを備えるターボ式過給システムにおいて、前記コンプレッサの回転軸でありコンプレッサインペラが固定される第１シャフトと、前記タービンの回転軸でありタービンインペラが固定される第２シャフトと、前記第１シャフト及び前記第２シャフトの間の動力の伝達を断接するクラッチと、前記第１シャフトに駆動力又は制動力を付与する動力付与装置と、この動力付与装置に接続される制御装置とを備え、前記制御装置は、前記動力付与装置により前記第１シャフトに制動力を付与して、前記クラッチが動力を伝達する状態で前記タービンインペラを該制動力で制動する制御を行う構成にしたことを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明の態様のターボ式過給システムの制御方法は、内燃機関の排気通路に配置されるタービンの回転動力により前記内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサを回転させるターボ式過給システムの制御方法において、クラッチが、前記コンプレッサの回転軸でありコンプレッサインペラが固定される第１シャフト、及び、前記タービンの回転軸でありタービンインペラが固定される第２シャフトの間の動力を伝達する状態で、動力付与装置により、前記第１シャフトに制動力を付与して、前記タービンインペラを該制動力で制動することを特徴とする方法である。

本開示によれば、エンジンブレーキ力の確保を補助することができる。

ターボ式過給システムの実施形態を例示する側面図である。 駆動用噴射経路及び制動用噴射経路を例示する図である。 ターボ式過給システムの制御方法の実施形態における制御フローを例示する図である。

以下、本開示の実施形態のターボ式過給システム１及びターボ式過給システムの制御方法について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施形態のターボ式過給システム１は、エンジン（内燃機関）の吸気通路２に配置されるコンプレッサ４と、エンジンの排気通路３に配置されるタービン５と、を備える。コンプレッサ４は、その筐体となるコンプレッサハウジングの内部にコンプレッサインペラ６を備え、吸気通路２からコンプレッサ４に流入する吸気Ａを回転状態のコンプレッサインペラ６とコンプレッサハウジングの間の空間に通過させることで圧縮（過給）する装置である。タービン５は、その筐体となるタービンハウジングの内部にタービンインペラ７を備え、排気通路３からタービン５に流入する排気ガスＧのエネルギーによりタービンインペラ７を回転駆動する装置である。

本実施形態では、コンプレッサ４とタービン５とを１つのシャフトで連結せずに、ワンウェイクラッチ（クラッチ）１１を介して２つのシャフト（８、９）で連結する。より詳細には、コンプレッサ４の回転軸でありコンプレッサインペラ６が固定される第１シャフト８のタービン５側の端部と、タービン５の回転軸でありタービンインペラ７が固定される第２シャフト９のコンプレッサ４側の端部を、ワンウェイクラッチ１１を介して連結する。ワンウェイクラッチ１１は、第１シャフト８及び第２シャフト９の間の動力の伝達を断接する装置である。なお、第１シャフト８及び第２シャフト９はそれぞれすべり軸受１０により軸支される。

ワンウェイクラッチ１１は、第１シャフト８から相対的に見て、第２シャフト９が排気ガスＧのエネルギーによりタービンインペラ７が回転する方向に回転する場合に、第１シャフト８及び第２シャフト９の間の動力を伝達し、第２シャフト９が逆方向に回転する場合に、第１シャフト８及び第２シャフト９の間の動力の伝達を切断する装置である。本実施形態では、第１シャフト８及び第２シャフト９のそれぞれが一方向にのみ回転可能に構成される。ワンウェイクラッチ１１は、第１シャフト８の一方向の回転速度が第２シャフト９の一方向の回転速度よりも速いときにワンウェイクラッチ１１を切断して第１シャフト８及び第２シャフト９の間の動力の伝達を切断する一方で、第１シャフト８の一方向の回転速度が第２シャフト９の一方向の回転速度以下のときにワンウェイクラッチ１１を接続して第１シャフト８及び第２シャフト９の間の動力を伝達する。

さらに、図２に示すように、第１シャフト８に駆動力又は制動力を付与する動力付与装置１２を備える。本開示において、第１シャフト８は一方向に回転する構成であることから、駆動力は第１シャフト８をその一方向（正方向）に回転させる力であり、第１シャフト８の回転速度を増加させる力である。制動力は第１シャフト８の回転を止めようとする力であり、第１シャフト８の回転速度を減少させる力（一方向の逆方向に回転させる力）である。動力付与装置１２は、受動用インペラ１３と、駆動用噴射経路１４と、制動用噴射経路１５と、支持部材１６と、供給装置１７で構成される装置である。受動用インペラ１３は、第１シャフト８を回転軸として、コンプレッサインペラ６とワンウェイクラッチ１１の間の第１シャフト８に固定される部位である。駆動用噴射経路１４は、受動用インペラ１３に対して第１シャフト８に駆動力を付与する方向に油（作動流体）ＷＦを噴射する部位である。油としては、例えば、タービン軸受１０の潤滑用の油を用いてもよいし、エンジン潤滑用の油を用いてもよい。制動用噴射経路１５は、受動用インペラ１３に対して第１シャフト８に制動力を付与する方向に油ＷＦを噴射する部位である。支持部材１６は、受動用インペラ１３の近傍に駆動用噴射経路１４及び制動用噴射経路１５を支持するための部材である。供給装置１７は、駆動用噴射経路１４及び制動用噴射経路１５のどちらか一方に選択的に油ＷＦを供給する装置である。

供給装置１７は、より詳細には、ポンプ１７ａと、開閉弁１７ｂと、三方弁１７ｃと、を備える。ポンプ１７ａは、油ＷＦを駆動用噴射経路１４または制動用噴射経路１５まで圧送する装置である。開閉弁１７ｂは、ポンプ１７ａと駆動用噴射経路１４または制動用噴射経路１５の間に配置される装置である。開閉弁１７ｂが開状態の時にポンプ１７ａから駆動用噴射経路１４または制動用噴射経路１５に油ＷＦは流通し、閉状態の時にポンプ１７ａから駆動用噴射経路１４または制動用噴射経路１５に油ＷＦは流通しない。三方弁１７ｃは、ポンプ１７ａの供給動力を得た油を第１噴射経路１２ａまたは第２噴射経路１２ｂのいずれか一方に流通させる装置である。

駆動用噴射経路１４は、一つの受動用インペラ１３に対して複数設けられることが好ましく、第１シャフト８の軸方向に見てその第１シャフト８を介して対向配置される二つの駆動用噴射経路１４を一組として、一つの受動用インペラ１３に対して複数組設けられることがより好ましい。なお、制動用噴射経路１５も同様である。但し、駆動用噴射経路１４の数と制動用噴射経路１５の数とは異なっていてもよい。

本実施形態のターボ式過給システム１には、図１に示すように、第２シャフト９の近傍にタービン回転数センサ１８が設けられるとともに、コンプレッサインペラ６の近傍にコンプレッサ回転数センサ１９が設けられる。また、内燃機関を備える車両の運転席のアクセルペダルに接続されるアクセル開度センサ２０が備わる。タービン回転数センサ１８は、第２シャフト９の回転数を取得するセンサである。コンプレッサ回転数センサ１９は、コンプレッサインペラ６の回転数を取得するセンサである。アクセル開度センサ２０は、アクセルペダルに対する運転者の踏込量（アクセル開度）を取得するセンサである。

なお、ワンウェイクラッチ１１は、上述した通り、第１シャフト８の回転速度と第２シャフト９の回転速度の大小に基づいて自動的に接続または切断されるが、ワンウェイクラッチ１１の実際の接続状況については、タービン回転数センサ１８の取得値とコンプレッサ回転数センサ１９の取得値の大小に基づいて制御装置２１により判定される。すなわち、タービン回転数センサ１８の取得値がコンプレッサ回転数センサ１９の取得値以上であればワンウェイクラッチ１１が接続状態にあると判定し、タービン回転数センサ１８の取得値がコンプレッサ回転数センサ１９の取得値未満であればワンウェイクラッチ１１が切断状態にあると判定する。

本実施形態のターボ式過給システム１には、パラメータ取得装置が備わる。パラメータ取得装置は、エンジンが搭載される車両の運転状態に関するパラメータを取得する装置で、アクセル開度センサ２０及び車速センサ２１が例示される。本実施形態では、アクセル開度センサ２０及び車速センサ２１をパラメータ取得装置として説明する。なお、パラメータ取得装置は、アクセル開度センサ２０及び車速センサ２１のみで構成するのではなく、気筒内の燃料噴射量を取得する燃料噴射量センサや、エンジンの回転数を取得するエンジン回転数センサや、ターボ式過給システム１より下流側の吸気通路２を通過する吸気Ａの圧力を取得するブースト圧力センサ等をさらに加えて構成してもよい。

本実施形態のターボ式過給システム１には、図１に示すように、制御装置２２が備わる。制御装置２２は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。制御装置２２は、アクセル開度センサ２０及び車速センサ２１等の各種センサや、ポンプ１７ａ、開閉弁１７ｂ及び三方弁１７ｃ等の各種装置に信号線を介して電気的に接続されている。

本実施形態のターボ式過給システム１では、制御装置２２が、動力付与装置１２により第１シャフト８に制動力を付与して、ワンウェイクラッチ１１が動力を伝達する状態でタービンインペラ７を付与したその制動力で制動する制御Ｃ１を行う。この制御Ｃ１は、以下の制御Ｃ２、Ｃ３と選択される形で行う。この選択は、アクセル開度センサ２０が取得したアクセル開度及び車速センサ２１が取得した車速に基づいて、車両の運転状態を監視し、監視したその運転状態に基づいて、制御装置２２により行われる。そして、制御装置２２が、この選択した制御を行うように動力付与装置１２に指示を出す制御を行う。

制御Ｃ１と選択される制御Ｃ２、Ｃ３について説明する。制御Ｃ２は、動力付与装置１２により第１シャフト８に駆動力を付与して、ワンウェイクラッチ１１が動力の伝達を切断した状態でコンプレッサインペラ６を付与したその駆動力で駆動する制御である。制御Ｃ３は、動力付与装置１２による動力の付与を停止して、ワンウェイクラッチ１１が動力を伝達する状態でコンプレッサインペラ６をタービンインペラ７の回転動力により駆動する制御である。なお、制御Ｃ３は、排気ガスＧのエネルギーによりタービンインペラ７が回転駆動していない場合に、コンプレッサインペラ６が回転駆動していない状態にする制御（コンプレッサインペラ６の回転を停止する制御）を含む。

本実施形態のターボ式過給システム１について、上記の３通りの制御Ｃ１〜Ｃ３を用いた動作の一例を説明する。車両のアイドリング時に、制御装置２２は、制御Ｃ２を行う。具体的に、制御装置２２は、制御Ｃ２により、ポンプ１７ａを駆動し、開閉弁１７ｂを開状態にし、三方弁１７ｃを駆動用噴射経路１４側に開状態にする。このようにして、駆動用噴射経路１４から受動用インペラ１３に対して実験等により予め設定した第１設定圧力Ｐ１で油ＷＦを噴射する（制御Ｃ２を行う）ことで、受動用インペラ１３は、第１シャフト８の回転方向と同じ方向（図２のＮ１方向）に回転して、第１シャフト８の回転速度は、同じ方向に回転する受動用インペラ１３により増加する。このとき、第２シャフト９の回転速度（タービン回転数センサ１８の取得値）が第１シャフト８の回転速度（コンプレッサ回転数センサ１９の取得値）未満であるので、ワンウェイクラッチ１１は切断状態であり、コンプレッサ４とタービン５は分断されている。その結果、ターボ式過給システム１は、車両がアイドリングから走行開始する際にコンプレッサ４による過給を速やかに開始可能な状態となる。なお、制御装置２２による車両のアイドリング状態の判定は、アクセル開度センサ２０の取得値がゼロで、かつ、車速センサ２１の取得値がゼロであるときに車両がアイドリング状態であると判定し、それ以外の場合は、車両がアイドリング状態にないと判定する。ただし、このアイドリング状態の判定は、車両のイグニッションキースイッチがオン状態にあることを前提とする。

アクセル開度センサ２０の取得値が正方向に変化して、ターボ式過給システム１による過給を開始する時（車両の加速時）には、車両のアイドリング時と同様に、制御装置２２は、制御Ｃ２を行う。制御装置２２は、制御Ｃ２により、駆動用噴射経路１４から受動用インペラ１３に対して油ＷＦを噴射することで、コンプレッサ４の過給を促進する。ただし、この過給開始時は、第１設定圧力Ｐ１より高い第２設定圧力Ｐ２で油ＷＦを噴射する。第２設定圧力Ｐ２は実験等により予め設定される。

排気ガスＧのエネルギーにより第２シャフト９の回転速度が上昇して、第１シャフト８の回転速度以上となり、ワンウェイクラッチ１１が接続状態となった時には、コンプレッサ４とタービン５は連結され、タービン５の回転に連動してコンプレッサ４は回転する。この連結状態の場合に、制御装置２２は、制御Ｃ３を行う。制御装置２２は、制御Ｃ３により、ポンプ１７ａを停止し、開閉弁１７ｂを閉状態にする。三方弁１７ｃについては、駆動用噴射経路１４側に開状態のままにしてもよいが、以後の制動を行う場合に備えて、制動用噴射経路１５側に開状態に切り替えておくと好ましい。

第２シャフト９の回転速度が第２シャフト９の許容回転速度以上となる時に、制御装置２２は、制御Ｃ１を行う。制御装置２２は、制御Ｃ１により、ポンプ１７ａを駆動し、開閉弁１７ｂを開状態にし、三方弁１７ｃを制動用噴射経路１５側に開状態にする。許容回転速度は、第２シャフト９の劣化の懸念を考慮して設定される値である。このようにして、制動用噴射経路１５から受動用インペラ１３に対して油ＷＦを噴射する（制御Ｃ１を行う）ことで、受動用インペラ１３は、第１シャフト８の回転方向と逆の方向（図２のＮ２方向）に回転して、第１シャフト８の回転速度は、逆の方向に回転する受動用インペラ１３により減少する。その結果、コンプレッサ４の回転速度は抑制されるとともに、コンプレッサ４に連結されているタービン５の回転速度も抑制される。この制御により、ターボ式過給システム１のオーバーランを防止することができる。なお、第２シャフト９の回転速度が許容回転速度より低い設定回転速度以下となったときに、ポンプ１７ａを停止し、開閉弁１７ｂを閉状態にして、制動用噴射経路１５から受動用インペラ１３への油ＷＦの噴射を停止する。

また、アクセル開度センサ２０の取得値がゼロとなり、車速センサ２１の取得値が減少した時（車両の減速時）に、制御装置２２は、制御Ｃ１を行う。このとき、エンジンブレーキが作動している。このエンジンブレーキの作動時に、第２シャフト９の回転速度は第１シャフト８の回転速度以上であるので、ワンウェイクラッチ１１は接続状態であり、コンプレッサ４とタービン５は連結されている。この連結状態の場合に、制御装置２２は制御Ｃ１により、ポンプ１７ａを駆動し、開閉弁１７ｂを開状態にし、三方弁１７ｃを制動用噴射経路１５側に開状態にする。このようにして、制動用噴射経路１５から受動用インペラ１３に対して油ＷＦを噴射する（制御Ｃ１を行う）ことで、第１シャフト８の回転速度は逆の方向に回転する受動用インペラ１３により減少する。その結果、コンプレッサ４の回転速度は抑制されるとともに、コンプレッサ４に連結されているタービン５の回転速度も抑制される。排気通路３の排気圧力が上昇して、エンジンブレーキ力は増加する。なお、アクセル開度センサ２０の取得値がゼロでなくなったときに、エンジンブレーキの作動が停止したとして、制動用噴射経路１５から受動用インペラ１３への油ＷＦの噴射を停止する。

本実施形態のターボ式過給システム１を基にした制御フローについて、言い換えれば、ターボ式過給システム１の制御方法の一例について、図３を参照しながら説明する。図３に示す制御フローは、エンジンの運転中に周期的に行われる制御フローである。なお、この制御フロー外ではあるが、車両のアイドリング時には、第１設定圧力Ｐ１で駆動用噴射経路１４から受動用インペラ１３に対して油ＷＦを噴射する制御を行う。

図３に示す制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、ターボ式過給システム１による過給を開始するか否かの判定を行う。この判定は、アクセル開度センサ２０の取得値が正方向に変化したか否かにより行う。ステップＳ１０にて、ターボ式過給システム１による過給を開始すると判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２０に進み、ステップＳ２０にて、駆動用噴射経路１４から受動用インペラ１３に対して油ＷＦを噴射する制御を行う。このときの油ＷＦの噴射圧力は、第１設定圧力Ｐ１よりも高い第２設定圧力Ｐ２で行う。ステップＳ２０を実施後、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０にて、ワンウェイクラッチ１１が接続されているか否かを判定する。この判定方法は、上述した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。ステップＳ３０にて、ワンウェイクラッチ１１が切断状態の場合（ＮＯ）には、ステップＳ２０に戻る。一方、ステップＳ３０にて、ワンウェイクラッチ１１が接続状態の場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ４０に進み、ステップＳ４０にて、駆動用噴射経路１４から受動用インペラ１３に対する油ＷＦの噴射を停止する。ステップＳ４０を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

ステップＳ１０にて、ターボ式過給システム１による過給を開始しないと判定した場合（ＮＯ）には、ステップＳ５０に進み、ステップＳ５０にて、車両が減速時で、エンジンブレーキが作動しているか否かの判定を行う。この判定方法は上述した方法と同様であるので、ここでは説明を省略する。ステップＳ５０にて、車両が減速時でないと判定する場合（ＮＯ）には、ステップＳ７０に進む。一方、ステップＳ５０にて、車両が減速時であると判定する場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、制動用噴射経路１５から受動用インペラ１３に対して油ＷＦを噴射する制御を行う。ステップＳ６０を実施後、ステップＳ５０に戻る。

ステップＳ５０からステップＳ７０に進む場合、ステップＳ７０にて、制動用噴射経路１５から受動用インペラ１３への油ＷＦの噴射を停止する制御を行う。ただし、この制御は、ステップＳ７０に至るまでにステップＳ６０の制御を実行している場合のみ行い、その他の場合は、そのままリターンに進んで、本制御フローを終了する。ステップＳ７０を実施した場合は、ステップＳ７０の実施完了後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。

すなわち、本実施形態のターボ式過給システムの制御方法は、動力付与装置１２により第１シャフト８に制動力を付与して、ワンウェイクラッチ１１が動力を伝達する状態でタービンインペラ７を付与したその制動力で制動することを特徴とする方法である。より詳細には、本実施形態のターボ式過給システムの制御方法は、以下の６つの工程を含んで表される。１つ目の工程は、ワンウェイクラッチ１１により、コンプレッサ４の回転軸でありコンプレッサインペラ６が固定される第１シャフト８及びタービン５の回転軸でありタービンインペラ７が固定される第２シャフト９の間の動力が断接される工程である。２つ目の工程は、動力付与装置１２により、第１シャフト８に駆動力又は制動力を付与する工程である。３つ目の工程は、動力付与装置１２により第１シャフト８に駆動力を付与して、ワンウェイクラッチ１１が動力の伝達を切断した状態でコンプレッサインペラ６を付与したその駆動力で駆動する工程（制御Ｃ２の工程）である。４つ目の工程は、動力付与装置１２により第１シャフト８に制動力を付与して、ワンウェイクラッチ１１が動力を伝達する状態でタービンインペラ７を付与したその制動力で制動する工程（制御Ｃ１の工程）である。５つ目の工程は、動力付与装置１２による動力の付与を停止して、ワンウェイクラッチ１１が動力を伝達した状態でコンプレッサインペラ６をタービンインペラ７の回転動力により駆動する工程（制御Ｃ３の工程）である。６つ目の工程は、上記の制御Ｃ１〜Ｃ３の工程のいずれか一つの工程を選択する工程である。

以上より、本発明の実施形態のターボ式過給システム１及びターボ式過給システムの制御方法では、コンプレッサ４とタービン５がワンウェイクラッチ１１により動力が伝達可能に連結されて、コンプレッサ４の回転動力がタービン５に影響を与える状態で、動力付与装置１２により第１シャフト８に制動力を付与して、コンプレッサ４の回転速度を減少させる。車両の減速時等にこの制御Ｃ１を行うことで、コンプレッサ４に連結されているタービン５の回転速度も減少するため、排気圧力が上昇して、エンジンブレーキ力を増加させる（補助する）ことができる。

また、この制御Ｃ１を行うと、エンジンと排気通路３を接続する排気マニホールドの内圧も高まるので、排気マニホールドからエンジンの各気筒の内部に排気バルブを介して戻る排気ガス（内部ＥＧＲガス）の量も大きくなる。この内部ＥＧＲガスの量が大きくなる分だけ、排気通路３から吸気通路２に還流される外部ＥＧＲガスの量が少なくなるので、エンジンの暖機時で外部ＥＧＲガスの温度が低い時には、制御Ｃ１を行うとエンジンの暖機を早期に行うことができる。

また、コンプレッサ４とタービン５がワンウェイクラッチ１１により分断されて、タービン５の慣性力に影響されることのない状態で、動力付与装置１２により第１シャフト８に駆動力を付与して、コンプレッサ４の回転速度を上昇させる。車両のアイドリング時や加速時にこの制御Ｃ２を行うことで、予め過給状態に備えたり、過給の開始速度を上昇させたりすることができるので、ターボ式過給システム１の過給遅れの改善には有利になる。ターボ式過給システム１の過給遅れが改善されると、エンジンの回転速度の上昇と同時にターボ式過給システム１による過給を行うことが可能となるので、エンジンレスポンスの改善と燃費改善が可能となる。なお、車両の加速時は、車両のアイドリング時と比較して、動力付与装置１２による駆動力を大きくすると、ターボ式過給システム１の過給遅れの改善効果は大きくなる。

また、動力付与装置１２により第１シャフト８に駆動力を付与することで、ターボ式過給システム１の通常の過給時にタイムラグとなる領域でコンプレッサ４を強制的に作動させ過給を行うので、ターボ式過給システム１のサージングが懸念される状況に対しても本実施形態は適用可能である。さらに、コンプレッサインペラ６に対向するコンプレッサハウジングの内壁からこの内壁より上流側のコンプレッサハウジングの内壁までの貫通孔であるケーシングトリートメントにより、コンプレッサインペラ６で過給中の吸気を上流側に戻すことも併用すると、ターボ式過給システム１のサージングの抑制には有利になる。

また、コンプレッサ４とタービン５がワンウェイクラッチ１１により連結されている状態で、コンプレッサインペラ６をタービンインペラ７の回転動力により駆動する制御Ｃ３を行うときに、動力付与装置１２の動力を停止することで、動力付与装置１２の消費エネルギーを低減することができる。

さらに、本実施形態のターボ式過給システム１は、第１シャフト８及び第２シャフト９がクラッチ１１を介して連結される。それ故、タービン５の駆動状態によらずにコンプレッサ４を独立して駆動することができる。これにより、制御Ｃ２により過給遅れを改善する際に、コンプレッサ４のみを駆動可能なエネルギーが消費されるので、従来技術のコンプレッサ及びタービンが連動するシステムに比してエネルギー消費を低減することができる。

なお、本実施形態では、クラッチ１１をワンウェイクラッチとしているが、電磁クラッチでもよい。電磁クラッチ１１は、タービン回転数センサ１８の取得値とコンプレッサ回転数センサ１９の取得値との大小関係に基づいて、制御装置２２により第１シャフト８及び第２シャフト９の動力の伝達の断接を切り換える装置である。制御装置２２が、動力付与装置１２により第１シャフト８に駆動力を付与する場合に電磁クラッチ１１による動力の伝達を切断する制御を行い、それ以外の場合に電磁クラッチにより動力を伝達する制御を行う構成にすることでも、ターボ式過給システム１の過給遅れを改善し、かつ、エンジンブレーキ力を増加させることができる。ただし、クラッチ１１をワンウェイクラッチとすることで、制御装置２２によるクラッチ１１の制御が不要となり、制御装置２２の負担低減となるので好ましい。

また、本実施形態では、受動用インペラ１３に噴射する作動流体ＷＦをタービン軸受１０の潤滑用の油としたが、空気としてもよい。この場合、ターボ式過給システム１の外部に作動流体専用のポンプ１７ａを設けて、このポンプ１７ａを用いて空気を駆動用噴射経路１４または制動用噴射経路１５を介して受動用インペラ１３に圧送噴射することとなる。

また、本実施形態は、制御Ｃ１を行わないエンジンブレーキ力と、制御Ｃ１を行ったエンジンブレーキ力とが異なることを利用して、エンジンブレーキ力を段階的に変化させることもできる。

１ ターボ式過給システム
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ コンプレッサ
５ タービン
６ コンプレッサインペラ
７ タービンインペラ
８ 第１シャフト
９ 第２シャフト
１０ タービン軸受
１１ ワンウェイクラッチ（クラッチ）
１２ 動力付与装置
１３ 受動用インペラ
１４ 駆動用噴射経路
１５ 制動用噴射経路
１６ 支持部材
１７ 供給装置
１７ａ ポンプ（供給装置）
１７ｂ 開閉弁
１７ｃ 三方弁
１８ タービン回転数センサ
１９ コンプレッサ回転数センサ
２０ アクセル開度センサ（パラメータ取得装置）
２１ 車速センサ（パラメータ取得装置）
２２ 制御装置

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に配置されるタービンとを備えるターボ式過給システムにおいて、
   前記コンプレッサの回転軸でありコンプレッサインペラが固定される第１シャフトと、前記タービンの回転軸でありタービンインペラが固定される第２シャフトと、前記第１シャフト及び前記第２シャフトの間の動力の伝達を断接するクラッチと、前記第１シャフトに駆動力又は制動力を付与する動力付与装置と、この動力付与装置に接続される制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記動力付与装置により前記第１シャフトに制動力を付与して、前記クラッチが動力を伝達する状態で前記タービンインペラを該制動力で制動する制御を行う構成にしたことを特徴とするターボ式過給システム。
2. 前記クラッチは、前記第１シャフトの回転速度が前記第２シャフトの回転速度よりも速いときに前記第１シャフト及び前記第２シャフトの間の動力の伝達を切断する一方で前記第１シャフトの回転速度が前記第２シャフトの回転速度以下のときに前記第１シャフト及び前記第２シャフトの間の動力を伝達することを特徴とする請求項１に記載のターボ式過給システム。
3. 前記制御装置は、前記動力付与装置により前記第１シャフトに駆動力を付与して、前記クラッチが動力の伝達を切断した状態で前記コンプレッサインペラを該駆動力で駆動する制御と、前記動力付与装置により前記第１シャフトに制動力を付与して、前記クラッチが動力を伝達する状態で前記タービンインペラを該制動力で制動する制御と、前記動力付与装置による動力の付与を停止して、前記クラッチが動力を伝達する状態で前記コンプレッサインペラを前記タービンインペラの回転動力により駆動する制御とを選択することを特徴とする請求項１または２に記載のターボ式過給システム。
4. 前記クラッチが、前記制御装置により前記第１シャフト及び前記第２シャフトの間の動力の伝達の断接を切り換える電磁クラッチで構成され、
   前記制御装置は、前記動力付与装置により前記第１シャフトに駆動力を付与する場合に前記クラッチによる動力の伝達を切断する制御を行い、それ以外の場合に前記クラッチにより動力を伝達する制御を行う構成にしたことを特徴とする請求項１に記載のターボ式過給システム。
5. 前記動力付与装置が、前記第１シャフトに固定された受動用インペラと、前記受動用インペラに対して前記第１シャフトに駆動力を付与する方向に作動流体を噴射する駆動用噴射経路と、前記受動用インペラに対して前記第１シャフトに制動力を付与する方向に作動流体を噴射する制動用噴射経路と、前記駆動用噴射経路及び前記制動用噴射経路のどちらか一方に選択的に作動流体を供給する供給装置と、を有して構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボ式過給システム。
6. 前記制御装置が、前記車両のアイドリング時または加速時に、前記動力付与装置から前記第１シャフトに駆動力を付与し、前記車両の減速時に、前記動力付与装置から前記第１シャフトに制動力を付与する制御を行う構成にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のターボ式過給システム。
7. 内燃機関の排気通路に配置されるタービンの回転動力により前記内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサを回転させるターボ式過給システムの制御方法において、
   クラッチが、前記コンプレッサの回転軸でありコンプレッサインペラが固定される第１シャフト、及び、前記タービンの回転軸でありタービンインペラが固定される第２シャフトの間の動力を伝達する状態で、
   動力付与装置により、前記第１シャフトに制動力を付与して、前記タービンインペラを該制動力で制動することを特徴とするターボ式過給システムの制御方法。

Images