JP5273255B2

JP5273255B2 - 内燃機関の過給システム

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Publication number: JP5273255B2
Application number: JP2011538169A
Authority: JP
Inventors: 啓二四重田; 吉郎加藤; 二三郎高宮; 怜杉山; 成人山根; 寛之菅沼
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-10-30
Also published as: WO2011052071A1; US20120204559A1; JPWO2011052071A1; CN102713194A; EP2495413A1

Description

本発明は、ケース内に設けた複数のセル内に空気と排気とを交互に導入し、セル内に導入した排気の圧力波でそのセル内の空気の圧力を高めて過給を行う圧力波過給機を備えた内燃機関の過給システムに関する。

吸気通路と排気通路とに跨るように設けられ、排気の圧力波を利用して過給を行う圧力波過給機が知られている。この圧力波過給機では、ケース内に設けた複数のセル内に空気と排気とを交互に導入し、セル内に導入した排気の圧力波でそのセル内の空気の圧力を高める。そして、その圧力を高めた空気を吸気通路に吐出して過給を行う。このような圧力波過給機を備えた内燃機関では、圧力波過給機の内部を介して排気通路から吸気通路に排気の一部を再循環することができる。例えば、圧力波過給機よりも上流側の吸気通路にバルブを設け、排気の再循環を行う場合はそのバルブを閉じてセル内の排気を吸気通路に導入する排気再循環装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。

実開昭５８−１０８２５６号公報特開平０４−０１９３２７号公報特開２００８−２８０９７５号公報

特許文献１の装置では、吸気通路に設けたバルブの開度を変更して圧力波過給機から排気通路から吸気通路に再循環する排気（以下、ＥＧＲガスと称することがある。）の量を調整している。しかしながら、セルから吸気通路に吐出されるガスの量は、セルと吸気吐出口とが接続されている時間に応じて決まる。この接続時間はロータの回転数に応じて定まるが、特許文献１の装置ではロータの回転数は内燃機関の回転数にて決定される。そのため、目標量のＥＧＲガスが再循環できないおそれがある。また、特許文献１の装置では、排気導入口に対する吸気吐出口の位置が固定されているので、セルが吸気吐出口と接続する時期はロータの回転数にて決定される。この場合、内燃機関の回転数が変化してロータの回転数が変化した場合に、圧力を十分に高めたガスを吸気通路に吐出できないおそれがある。そのため、吸気の圧力を目標吸気圧まで高めることができないおそれがある。

そこで、本発明は、過給圧を低下させることなく圧力波過給機を介して吸気通路に目標量の排気を再循環することが可能な内燃機関の過給システムを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の過給システムは、軸線回りに回転可能なようにケース内に設けられたロータと、前記ケースの前記軸線方向の一方の端部から他方の端部まで貫通するように前記ケース内に設けられて前記ロータと一体に回転する複数のセルと、前記ケースの前記一方の端部に設けられて内燃機関の吸気通路と接続される吸気吐出部と、前記ケースの前記一方の端部に設けられた吸気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に設けられて前記内燃機関の排気通路と接続される排気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に設けられた排気吐出部と、を有し、セル内のガスの圧力を前記排気導入部からそのセル内に導入した排気の圧力波にて高め、その圧力を高めたガスを前記吸気吐出部から前記吸気通路に吐出して前記内燃機関の過給を行う圧力波過給機を備えた内燃機関の過給システムにおいて、前記ロータの回転数を変更可能な回転数変更手段と、前記排気導入部及び前記吸気吐出部の少なくともいずれか一方を前記軸線回りに回転させて前記排気導入部に対する前記吸気吐出部の位置を変更可能な位相変更機構と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気通路から前記吸気通路に再循環させるべき排気の流量である目標ＥＧＲ量を設定する目標ＥＧＲ量設定手段と、前記目標ＥＧＲ量に基づいて前記ロータの回転数及び前記排気導入部に対する前記吸気吐出部の位置がそれぞれ変更されるように前記回転数変更手段及び前記位相変更機構の動作をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記目標ＥＧＲ量が多いほど前記ロータの回転数が低下するとともに前記排気導入部と前記吸気吐出部とが近付くように前記回転数変更手段及び前記位相変更機構の動作をそれぞれ制御する。

本発明の過給システムによれば、ロータの回転数を変更できるので、セルと吸気吐出部とが接続されている時間を調整することができる。そのため、目標ＥＧＲ量の排気を圧力波過給機を介して吸気通路に再循環することができる。また、本発明の過給システムでは、排気導入部に対する吸気吐出部の位置を変更することができる。そのため、ロータの回転数を変更しても圧力波がセルの吸気端に到達するときにセルと吸気吐出部とが接続されるように排気導入部に対する吸気吐出部の位置を調整できる。従って、セル内における空気の加圧が不十分になって過給圧が低下することを抑制できる。

ＥＧＲガスの流量を増加させるためには、セルと吸気吐出部とが接続されている時間を長くすればよい。そのため、ロータの回転数を低下させることによりＥＧＲ量を増加させることができる。また、このようにロータの回転数を低下させると、圧力波がセルの吸気端に到達するまでにロータが回転する角度が小さくなる。そこで、排気導入部と吸気吐出部とを近付かせる。これにより、排気導入部に対する吸気吐出部の位置を、圧力波がセルの吸気端に到達するときにセルと吸気吐出部とが接続されるように排気導入部に対する吸気吐出部の位置に調整できる。そのため、過給圧を低下させることなく目標ＥＧＲ量の排気を吸気通路に再循環することができる。

本発明の過給システムの一形態において、前記制御手段は、前記排気導入部からセル内に導入された排気の圧力波が前記ロータが回転してそのセルと前記吸気吐出部とが接続したときにそのセルの前記吸気吐出部側の端に到達するように前記回転数変更手段及び前記位相変更機構の動作をそれぞれ制御してもよい。この場合、過給圧の低下を確実に防止できる。

本発明の過給システムの一形態においては、前記回転数変更手段として、前記ロータを回転駆動する電動モータが設けられていてもよい。この場合、容易にロータの回転数を変更できる。

本発明の一形態に係る過給システムが組み込まれた内燃機関の要部を模式的に示す図。図１の圧力波過給機を拡大して示す図。圧力波過給機の吸気側端部を図２の矢印III方向から見た図。圧力波過給機の排気側端部を図２の矢印IV方向から見た図。圧力波過給機のバルブプレートを図２の矢印Ｖ方向から見た図。圧力波過給機の制御系の機能ブロック図。セルから下流側区間に空気のみが吐出されるように圧力波過給機が運転されているときの圧力波過給機の内部をロータの回転方向に沿って展開した図。セルから下流側区間に排気及び空気の両方が吐出されるように圧力波過給機が運転されているときの圧力波過給機の内部をロータの回転方向に沿って展開した図。図７に示した状態からロータの回転速度のみを遅くした状態の圧力波過給機の内部をロータの回転方向に沿って展開した図。目標ＥＧＲ率と目標回転数との関係の一例を示す図。目標回転数と位相角度との関係の一例を示す図。

図１は、本発明の一形態に係る過給システムが組み込まれた内燃機関の要部を模式的に示している。内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数（図１では４つ）の気筒２ａを有する機関本体２を備えている。各気筒２ａには、吸気通路３及び排気通路４がそれぞれ接続されている。

吸気通路３は、共通通路５と、共通通路５から分岐する第１分岐通路６及び第２分岐通路７と、これら分岐通路６、７が合流する合流通路８とを備えている。共通通路５には吸気を濾過するためのエアクリーナ９が設けられている。第１分岐通路６には、圧力波過給機２０の吸気側端部２０ａが設けられている。第２分岐通路７には、ターボ過給機１０のコンプレッサ１０ａと、この第２分岐通路７を開閉可能な第１制御弁１１とが設けられている。合流通路８には、吸気を冷却するためのインタークーラ１２と、合流通路８を開閉可能な第２制御弁１３とが設けられている。

排気通路４には、排気の流れ方向上流側から順にターボ過給機１０のタービン１０ｂと、圧力波過給機２０の排気側端部２０ｂと、排気浄化用の触媒１４とが設けられている。また、排気通路４には、圧力波過給機２０をバイパスして排気を触媒１４に導くためのバイパス通路１５と、バイパス通路１５を開閉可能なバイパス弁１６とが設けられている。

ターボ過給機１０及び圧力波過給機２０について説明する。ターボ過給機１０は、排気通路４に設けられたタービン１０ｂを排気で回転させてコンプレッサ１０ａを回転駆動し、これにより過給を行う周知のものである。圧力波過給機２０は、吸気側端部２０ａから内部に導入した吸気の圧力を排気側端部２０ｂから内部に導入した排気の圧力波で高め、これにより過給を行う過給機である。

図２に拡大して示したように圧力波過給機２０は、吸気側端部２０ａが吸気通路３に接続されるとともに排気側端部２０ｂが排気通路４に接続された円筒状のケース２１を備えている。ケース２１内には、ケース２１に軸線Ａｘ回りに回転自在に支持されたロータ２２が設けられている。なお、図２では便宜上ケース２１とロータ２２との間の隙間を拡大して示している。実際にはこの隙間は殆ど無い。ロータ２２には、その一端から他端まで軸線Ａｘ方向に延びる複数の隔壁２２ａが設けられている。ケース２１内は、これら隔壁２２ａにて軸線Ａｘ方向に貫通する複数のセル２３に区分されている。

図３は、ケース２１の吸気側端部２１ａを図２の矢印III方向から見た図である。この図に示したように吸気側端部２１ａには、２個の吸気導入口２４及び２個の吸気吐出口２５が設けられている。この図に示したように吸気導入口２４と吸気吐出口２５とはケース２１の一方の端面に周方向に交互に並ぶように設けられている。また、２個の吸気導入口２４は、軸線Ａｘを挟んで対称に設けられている。同様に２個の吸気吐出口２５も軸線Ａｘを挟んで対称に設けられている。各吸気導入口２４には、第１分岐通路６のうち圧力波過給機２０よりも吸気の流れ方向上流側の部分（以下、上流側区間と称することがある。）６ａがそれぞれ接続されている。一方、各吸気吐出口２５には、第１分岐通路６のうち圧力波過給機２０よりも吸気の流れ方向下流側の部分（以下、下流側区間と称することがある。）６ｂがそれぞれ接続されている。

図４は、ケース２１の排気側端部２１ｂを図２の矢印IV方向から見た図である。この図に示したように排気側端部２１ｂには、排気導入部としての２個の排気導入口２６及び排気吐出部としての２個の排気吐出口２７が設けられている。この図に示したように排気導入口２６と排気吐出口２７とは周方向に交互に並ぶように設けられている。また、この図に示したように２個の排気導入口２６は、軸線Ａｘを挟んで対称に設けられている。同様に２個の排気吐出口２７も軸線Ａｘを挟んで対称に設けられている。そして、排気導入口２６はセル２３を介して吸気吐出口２５と接続可能な位置に配置され、排気吐出口２７はセル２３を介して吸気導入口２４と接続可能な位置に配置されている。各排気導入口２６には、排気通路４のうち圧力波過給機２０よりも排気の流れ方向上流側の区間４ａがそれぞれ接続されている。一方、各排気吐出口２７には、排気通路４のうち圧力波過給機２０よりも排気の流れ方向下流側の区間４ｂがそれぞれ接続されている。

図２に示したようにケース２１内には、バルブプレート２８が設けられている。この図に示したようにバルブプレート２８は、ケース２１の吸気側端部２１ａとロータ２２との間に挟まれるように設けられている。なお、図２では便宜上バルブプレート２８とケース２１及びロータ２２との間の隙間を拡大して示している。実際にはこれらの隙間は殆ど無い。バルブプレート２８は、軸線Ａｘ回りに回転自在にケース２１に支持されている。図５は、バルブプレート２８を図２の矢印Ｖ方向から見た図である。この図に示したようにバルブプレート２８には、ケース２１の吸気側端部２１ａと同様に２個の吸気導入口２８ａ及び２個の吸気吐出口２８ｂが設けられている。これら吸気導入口２８ａ及び吸気吐出口２８ｂは、周方向に交互に並ぶように設けられている。また、２個の吸気導入口２８ａ及び２個の吸気吐出口２８ｂは、それぞれ軸線Ａｘを挟んで対称に設けられている。バルブプレート２８は、吸気導入口２８ａがケース２１の吸気導入口２４と、吸気吐出口２８ｂがケース２１の吸気吐出口２５とそれぞれ重なるようにケース２１内に設けられている。バルブプレート２８の吸気導入口２８ａは、ケース２１の吸気導入口２４よりも周方向の長さが短い。同様にバルブプレート２８の吸気吐出口２８ｂも、ケース２１の吸気吐出口２５より周方向の長さが短い。そのため、バルブプレート２８が回転しても所定角度以内であれば吸気導入口２４、２８ａ同士、及び吸気吐出口２５、２８ｂ同士はそれぞれ重なった状態に維持される。この圧力波過給機２０では、ケース２１の吸気導入口２４及びバルブプレート２８の吸気導入口２８ａの両方を介してガスがセル２３内に導入される。そのため、これら両方が本発明の吸気導入部に対応する。また、セル２３内のガスは、ケース２１の吸気吐出口２５及びバルブプレート２８の吸気吐出口２８ｂの両方を介して排出される。そのため、これら両方が本発明の吸気吐出部に対応する。

図２に示したように圧力波過給機２０は、ロータ２２を回転駆動する回転数変更手段としての第１モータ２９と、ケース２１の吸気側端部２１ａに対するバルブプレート２８の位置を調整するための第２モータ３０とを備えている。第１モータ２９は公知の電動モータである。この第１モータ２９は、各セル２３が吸気導入口２８ａ、排気導入口２６、吸気吐出口２８ｂ、排気吐出口２７の順に接続されるようにロータ２２を所定方向に回転駆動する。第２モータ３０は、バルブプレート２８を右回り及び左回りにそれぞれ回転駆動し、これにより排気導入口２６に対する吸気吐出口２８ｂの位置を変更する。第２モータ３０としては、例えば公知のステッピングモータが使用される。このように排気導入口２６に対する吸気吐出口２８ｂの位置を変更することにより、バルブプレート２８及び第２モータ３０が本発明の位相変更機構に対応する。

図６は、圧力波過給機２０の制御系の機能ブロック図である。この図に示したように第１モータ２９及び第２モータ３０のそれぞれの動作は、エンジン１の運転状態を制御するコンピュータとして構成された制御手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０にて制御される。図示は省略したが、ＥＣＵ４０はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を備えている。この図に示したようにＥＣＵ４０は、第１ドライバ３１を介して第１モータ２９を、第２ドライバ３２を介して第２モータ３０をそれぞれ制御する。ＥＣＵ４０には、エンジン１の機関回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ５１、アクセルペダルの開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ５２等が接続されている。この他にもＥＣＵ４０には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。

ＥＣＵ４０は、エンジン１の運転状態に応じて適切な量の排気が吸気通路３に再循環され、かつ過給圧が目標過給圧になるように第１モータ２９及び第２モータ３０の各動作を制御する。まず、図７及び図８を参照してこの制御方法について説明する。

図７は、セル２３から下流側区間６ｂに空気のみが吐出されるように圧力波過給機２０が運転されているときの圧力波過給機２０の内部をロータ２２の回転方向に沿って展開した図である。すなわち、図７はＥＧＲガスの量が０になるように運転されている圧力波過給機２０を示している。以下、この運転モードを通常モードと称することがある。なお、各セル２３は、矢印Ｆで示したようにこの図の上から下に向かって移動する。この図において一番上に示したセル２３には空気が充填されている。この状態でセル２３の排気端が排気導入口２６と接続されると、セル２３内に排気及び排気の圧力波がそれぞれ導入される。そして、排気及び圧力波はそれぞれセル２３内を排気端から吸気端に移動する。この図では破線ＰＷが圧力波の移動を示し、破線ＥＧが排気と空気との境界の移動を示している。これらの破線で示したように、圧力波の移動速度は境界の移動速度よりも速い。この図に示したように通常モードでは、圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３が吸気吐出口２８ｂと接続される。圧力波は吸気側に進行しているときにセル２３内の空気を吸気側に押すので、圧力波が吸気端に到達したときにセル２３内の空気が最も加圧される。そのため、このときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとを接続することにより、最も加圧された空気を下流側区間６ｂに送り出すことができる。

その後、この図に示したように通常モードでは境界がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとの接続が遮断される。そのため、吸気通路３への排気の流入を阻止できる。なお、図示は省略したがセル２３は、この後排気吐出口２７と接続される。セル２３内の排気はこのときに排気通路４に排出される。その後、セル２３は吸気導入口２８ａと接続される。そして、これによりセル２３内に吸気が充填される。以降、これらの繰り返しによりエンジン１の過給が行われる。このように通常モードでは、圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにそのセル２３が吸気吐出口２８ｂと接続され、排気と吸気との境界がセル２３の吸気端に到達したときにそのセル２３と吸気吐出口２８ｂとの接続が遮断されるようにロータ２２及びバルブプレート２８が制御される。なお、この際の第１モータ２９の回転数は、公知の圧力波過給機と同様にエンジン１の回転数に応じて設定すればよい。

上述したように通常モードでは、圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３が吸気吐出口２８ｂと接続されるように圧力波過給機２０が運転される。圧力波の伝播速度をｕとし、セル２３の長さをＬとすると、圧力波が排気端から吸気端まで移動するために要する時間はＬ／ｕとなる。圧力波が移動している間もセル２３は図の矢印Ｆ方向に移動している。そのため、セル２３の移動速度すなわちロータ２２の回転速度をｗとすると、圧力波が吸気端に到達する位置はセル２３と排気導入口２６とが接続される位置（以下、基準位置と呼ぶことがある。）Ｘ０からロータ２２の回転方向にｗ×（Ｌ／ｕ）進んだ位置になる。従って、セル２３と吸気吐出口２８ｂとが接続される開位置Ｘ１と基準位置Ｘ０との距離θ１を下記の式（１）で設定すればよい。
θ１＝ｗ×（Ｌ／ｕ）・・・（１）

また、通常モードでは、排気と空気との境界がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとの接続が遮断される。排気と空気との境界が移動する速度をｖとすると、その境界が排気端から吸気端まで移動するために要する時間はＬ／ｖとなる。そのため、セル２３と吸気吐出口２８ｂとの接続が遮断される閉位置Ｘ２と基準位置Ｘ０との距離θ２を下記の式（２）で設定すればよい。
θ２＝ｗ×（Ｌ／ｖ）・・・（２）
そして、このように圧力波過給機２０を運転するために設定されるべき吸気吐出口２８ｂの周方向の長さ（θ２−θ１）は、下記の式（３）で示される。
θ２−θ１＝ｗ×（Ｌ／ｕ−Ｌ／ｖ）・・・（３）

この式（３）から明らかなように、吸気吐出口２８ｂの周方向の長さはセル２３の移動速度ｗに依存する。すなわち、吸気吐出口２８ｂの周方向の長さは、ロータ２２の回転数が所定回転数の場合に圧力波過給機２０が通常モードで適切に運転されるように設定される。そのため、ロータ２２の回転数をこの所定回転数より低くすると、セル２３と吸気吐出口２８ｂとが接続されている時間が長くなる。従って、吸気吐出口２８ｂにセル２３内の排気が吐出される。

図８は、セル２３から下流側区間６ｂに排気及び空気の両方が吐出されるように圧力波過給機２０が運転されているときの圧力波過給機２０の内部をロータ２２の回転方向に沿って展開した図である。すなわち、この図は排気の再循環を行っているときの圧力波過給機２０を示している。以下、この運転モードをＥＧＲモードと称することがある。なお、この図において図７と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に破線ＥＧで示したようにＥＧＲモードでは、セル２３の吸気端と吸気吐出口２８ｂとの接続が遮断されるよりも前に排気と空気との境界がセル２３の吸気端に到達するようにロータ２２の回転速度を遅くする。また、ＥＧＲモードでは、このようにロータ２２の回転速度を遅くしても圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとが接続されるようにバルブプレート２８の位置が調整される。

図９は、通常モードからロータ２２の回転速度のみを遅くした状態の圧力波過給機２０の内部をロータ２２の回転方向に沿って展開した図である。なお、この図において図７と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示したようにロータ２２の回転速度のみを遅くしてもＥＧＲガスは吸気通路３に再循環される。しかしながら、バルブプレート２８の位置が変更されていないため、セル２３が吸気吐出口２８ｂと接続される前に圧力波がセル２３の吸気端に到達する。そのため、加圧が不十分なガスが吸気通路３に吐出される。そこで、ＥＧＲモードでは、圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとが接続されるようにバルブプレート２８の位置を調整する。具体的には、図８に示したように排気導入口２６と吸気吐出口２８ｂとが近付くようにバルブプレート２８を矢印Ｆｖで示したようにロータ２２の回転方向と逆方向に補正角度Δθ分回転させる。なお、通常モードにおけるロータ２２の回転速度とＥＧＲモードにおけるロータ２２の回転速度との差をΔｗとすると、この補正角度Δθは、以下の式（４）にて算出される。
Δθ＝Δｗ×（Ｌ／ｕ）・・・（４）
このようにＥＧＲモードでは、圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとが接続され、セル２３と吸気吐出口２８ｂとの接続が遮断される前に排気と空気との境界がセル２３の吸気端に到達するようにロータ２２及びバルブプレート２８が制御される。そのため、圧力波過給機２０にて過給を行いつつ排気の再循環が行われる。

図６に戻って圧力波過給機２０の制御系の説明を続ける。ＥＣＵ４０は、エンジン１の運転状態に応じて通常モードとＥＧＲモードとを切り替える。また、ＥＣＵ４０は、ＥＧＲモードにおいて再循環すべき量の排気（ＥＧＲガス）が圧力波過給機２０から吸気通路３に導入されるように第１モータ２９及び第２モータ３０の各動作を制御する。この図に示したようにＥＣＵ４０は、ＥＧＲ率算出部４１と、ロータ回転数算出部４２と、位相角度算出部４３とを備えている。ＥＧＲ率算出部４１は、エンジン１の回転数及びアクセル開度に基づいて目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲを算出する。ＥＧＲ率は、ＥＧＲガスの量を吸入空気量で除した値である。そのため、このＥＧＲ率算出部４１が本発明の目標ＥＧＲ量設定手段に対応する。なお、目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲは、エンジン１の回転数及び負荷に応じて求める公知の方法で算出すればよい。

算出された目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲは、ロータ回転数算出部４２に出力される。ロータ回転数算出部４２では、目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲに基づいてロータ２２の目標回転数ＮＲＯＴが算出される。上述したようにＥＧＲガスの量は、ロータ２２の回転数を低下させるほど多くなる。そこで、図１０に示した目標ＥＧＲ率ＥＧＲＲと目標回転数ＮＲＯＴとの関係を予め実験等により求めてマップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭに記憶させておく。ロータ回転数算出部４２は、このマップを参照して目標回転数ＮＲＯＴを算出すればよい。

算出された目標回転数ＮＲＯＴは、第１ドライバ３１及び位相角度算出部４３のそれぞれに出力される。第１ドライバ３１は、第１モータ２９がこの目標回転数ＮＲＯＴで回転するように第１モータ２９を制御する。位相角度算出部４３は、目標回転数ＮＲＯＴに基づいて基準位置Ｘ０と開位置Ｘ１との間の角度である位相角度ＡＮＧ（図８参照）を算出する。この位相角度ＡＮＧは、圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとが接続する角度である。図８及び式（４）から明らかなように、位相角度ＡＮＧはロータ２２の回転数が低いほど小さくする必要がある。位相角度ＡＮＧは、例えば上述した式（４）を使用して算出してもよいし、図１１に示したマップを参照して算出してもよい。図１１は、目標回転数ＮＲＯＴと位相角度ＡＮＧとの関係を示している。この関係は予め実験等により求めてＥＣＵ４０のＲＯＭに記憶させておけばよい。算出された位相角度ＡＮＧは、第２ドライバ３２に出力される。第２ドライバ３２は、基準位置Ｘ０と開位置Ｘ１との間の角度がこの位相角度ＡＮＧになるように第２モータ３０を制御する。

以上に説明したように、本発明の過給システムによれば、ロータ２２の回転数を変更することができるので、エンジン１のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにロータ２２の回転数を調整することができる。また、本発明の過給システムでは、排気導入口２６に対する吸気吐出口２８ｂの位置を変更することが可能である。そのため、ロータ２２の回転数を変更しても圧力波がセル２３の吸気端に到達したときにセル２３と吸気吐出口２８ｂとが接続するように排気導入口２６に対する吸気吐出口２８ｂの位置を調整できる。従って、過給圧を低下させることなく圧力波過給機２０を介して吸気通路３に目標量の排気を再循環することができる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の過給システムが適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限定されない。気筒内に導入した燃料混合気に点火プラグで着火する火花点火式の内燃機関に適用してもよい。また、ターボ過給機は、タービン入口の流路面積を変更するための可変ノズルを備えていてもよいし、タービンへの排気の流入を減少させるためのウェイストゲートバルブを備えていてもよい。さらにターボ過給機は無くてもよい。

上述した形態では、吸気吐出口を軸線回りに回転させて排気導入口に対する吸気吐出口の位置を変更したが、吸気吐出口の代わりに排気導入口を軸線回りに回転させてこれらの相対位置を変更してもよい。この場合は、ケースの排気側端部とロータとの間にバルブプレートを設ければよい。また、吸気吐出口及び排気導入口の両方の位置を軸線回りに回転させてこれらの相対位置を変更可能としてもよい。この場合はロータの両側にバルブプレートを設ければよい。

上述した形態では電動モータでロータを回転駆動したが、内燃機関のクランク軸の回転を利用してロータを回転駆動してもよい。この場合は、クランク軸からロータまでの動力伝達経路中に無段変速機等の変速機構を設け、これにてロータの回転数を変更すればよい。この場合は変速機構が本発明の回転数変更手段に相当する。

Claims

軸線回りに回転可能なようにケース内に設けられたロータと、前記ケースの前記軸線方向の一方の端部から他方の端部まで貫通するように前記ケース内に設けられて前記ロータと一体に回転する複数のセルと、前記ケースの前記一方の端部に設けられて内燃機関の吸気通路と接続される吸気吐出部と、前記ケースの前記一方の端部に設けられた吸気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に設けられて前記内燃機関の排気通路と接続される排気導入部と、前記ケースの前記他方の端部に設けられた排気吐出部と、を有し、セル内のガスの圧力を前記排気導入部からそのセル内に導入した排気の圧力波にて高め、その圧力を高めたガスを前記吸気吐出部から前記吸気通路に吐出して前記内燃機関の過給を行う圧力波過給機を備えた内燃機関の過給システムにおいて、
前記ロータの回転数を変更可能な回転数変更手段と、前記排気導入部及び前記吸気吐出部の少なくともいずれか一方を前記軸線回りに回転させて前記排気導入部に対する前記吸気吐出部の位置を変更可能な位相変更機構と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記排気通路から前記吸気通路に再循環させるべき排気の流量である目標ＥＧＲ量を設定する目標ＥＧＲ量設定手段と、前記目標ＥＧＲ量に基づいて前記ロータの回転数及び前記排気導入部に対する前記吸気吐出部の位置がそれぞれ変更されるように前記回転数変更手段及び前記位相変更機構の動作をそれぞれ制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記目標ＥＧＲ量が多いほど前記ロータの回転数が低下するとともに前記排気導入部と前記吸気吐出部とが近付くように前記回転数変更手段及び前記位相変更機構の動作をそれぞれ制御する内燃機関の過給システム。
前記制御手段は、前記排気導入部からセル内に導入された排気の圧力波が前記ロータが回転してそのセルと前記吸気吐出部とが接続したときにそのセルの前記吸気吐出部側の端に到達するように前記回転数変更手段及び前記位相変更機構の動作をそれぞれ制御する請求項１に記載の内燃機関の過給システム。
前記回転数変更手段として、前記ロータを回転駆動する電動モータが設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関の過給システム。