JP6205994B2 - 過給システム、内燃機関、及び内燃機関の過給方法 - Google Patents

Description

本発明は、過給システム、内燃機関、及び内燃機関の過給方法に関し、より詳細には、内燃機関により駆動され、吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節過給機を、内燃機関の吸気通路に備える内燃機関の過給システム装置、内燃機関、及び内燃機関の過給方法に関する。

増速比を調節する増速比調節過給機としては、ルーツ送風機の過給機の回転軸に歯数の異なる二種の過給機歯車を取付け、過給機歯車の一つをワンウェイクラッチを介して機関のクランク軸に連結し、他の過給機歯車をクラッチを介してワンウェイクラッチの入力軸に接続した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、機関のアイドリングから中速域の場合は、クラッチを接状態にして、過給機を高増速比で駆動し、機関の中速から高速域の場合は、クラッチを断状態にして、過給機を低増速比で駆動している。また、高増速比から低増速比に切り換わる際に、ワンウェイクラッチにより不感帯（ヒステリシス）を設けている。

しかしながら、エンジンの回転数に基づいて過給機の増速比を切り換えるだけでは、内燃機関の吸気を正確に目標過給圧にすることはできない。

実開昭６３−１４３７２７号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、内燃機関の吸気の過給圧を、内燃機関の運転領域の全域に渡って、内燃機関の回転数と内燃機関の出力トルクに基づいた目標過給圧にすることができる過給システム、内燃機関、及び内燃機関の過給方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の過給システムは、内燃機関により駆動され、吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節過給機を、前記内燃機関の吸気通路に備える過給システムにおいて、前記増速比調節過給機を迂回する迂回通路と、該迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁とを備えると共に、前記増速比調節過給機の増速比と、前記流量調整弁の開度とを調節して、前記内燃機関に吸気される過給圧を、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の出力する出力トルクに基づいた目標過給圧にする制御を行う制御装置を備えて構成される。

なお、内燃機関の出力する出力トルクは、内燃機関の回転数と燃料噴射量に基づいて定められるため、出力トルクは、燃料噴射量をモニタリングすることで定めることができる。

また、ここでいう増速比調節過給機とは、ルーツ式、又はリショルム式などの二つのロータが噛み合い送風する過給機のことをいい、内燃機関の回転数に対する、過給機の回転数の比である増速比を調節可能な過給機のことをいう。

この構成によれば、増速比調節過給機の増速比と流量調整弁の開度を調節することで、運転状況に関わらずに、増速比調節過給機の回転数を最適にするように制御することができるので、増速比調節過給機の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、内燃機関の運転領域の全域に渡って過給圧を高めることができ、過給圧を内燃機関の回転数と内燃機関の出力トルクに基づいた目標過給圧にすることができる。

また、上記の過給システムにおいて、前記制御装置が、過給圧が前記目標過給圧よりも低い場合に、前記流量調整弁の開度を閉方向に調節し、一方、過給圧が前記目標過給圧よりも高い場合に、前記流量調整弁の開度を開方向に調節する第一調節手段と、前記第一調節手段が実施された後で過給圧が前記目標過給圧よりも低い場合に、前記増速比調節過給機の増速比を高く調節し、一方、過給圧が前記目標過給圧よりも高い場合に、前記増速比調節過給機の増速比を低く調節する第二調節手段と、前記第二調節手段が実施された場合で、前記増速比調節過給機の増速比が高くなったときに、前記流量調整弁の開度を開方向に調節し、一方、前記増速比調節過給機の増速比が低くなったときに、前記流量調整弁の開度を閉方向に調節する第三調節手段を備えて構成されると、第一調節手段、第二調節手段、及び第三調節手段を実施することで、増速比調節過給機の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、段階的に過給圧を調節することができるので、過給圧を正確に目標過給圧にすることができる。

加えて、上記の過給システムにおいて、前記内燃機関の回転数と出力トルクに基づいた運転領域マップにおける高回転高出力領域と低出力領域の両方を、前記増速比調節過給機の増速比を低増速比とする低増速比領域とし、前記運転領域マップにおける低回転高出力領域を、前記増速比調節過給機の増速比を高増速比とする高増速比領域とすると共に、前記低増速比領域と前記高増速比領域との間に不感帯領域を設けるように構成されることが望ましい。

この構成によれば、内燃機関の運転領域の全域に渡って過給圧を高めると共に、過給圧を高める必要がない低出力領域を低増速比領域とすることで、過給機の回転数を低く維持して駆動損失を低減し、燃費を向上させることができる。また、高増速比と低増速比とを切り換える際に、高増速比領域と低増速比領域の間に不感帯領域を設けることで、過給機の回転数が急に増減することを回避して、制御の不安定性を無くすことができる。

さらに、上記の過給システムにおいて、前記内燃機関の回転数と出力トルクに基づいた運転領域マップにおける高回転高出力領域と低出力領域の両方を、前記増速比調節過給機の増速比を低増速比とする低増速比領域とし、前記運転領域マップにおける低回転高出力領域を、前記増速比調節過給機の増速比を高増速比とする高増速比領域とすると共に、前記低増速比における圧力比を前記運転領域マップの制御用性能線の定格点で最大とし、前記高増速比における圧力比を前記制御用性能線のトルク点で最大とするように構成されると、内燃機関の運転領域の全域に渡って過給圧を制御することができる。また、圧力比が最大の状態で、増速比調節過給機の回転数が上がることを回避して、過給器の破損を防止することができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、上記に記載の過給システムを備えて構成される。この構成によれば、過給機の回転数が許容回転数を超えることを回避しながら、内燃機関の吸気の過給圧を内燃機関の運転域の全域に渡って目標過給圧とすることができる。

あるいは、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、上記に記載の過給システムと、該過給システムの前記増速比調節過給機と前記迂回通路の上流側の前記吸気通路に
、ＥＧＲガスを供給するＥＧＲシステムとを備えて構成される。この構成によれば、内燃機関の吸気の過給圧を内燃機関の運転域の全域に渡って目標過給圧とすることができるので、内燃機関の運転領域の全域に渡ってＥＧＲ導入量を増加することができる。これにより、内燃機関の出力トルクが３０％以上、且つ出力（馬力）が３０％以上に定められるＮＴＥ領域での排気ガスの排出を低減することができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の過給方法は、内燃機関により駆動され、増速比を調節することで動翼の回転数を増減する増速比調節過給機を、前記内燃機関の吸気通路に備えると共に、前記増速比調節過給機を迂回する迂回通路と、該迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁とを備える内燃機関の過給方法において、前記増速比調節過給機の増速比と、前記流量調整弁の開度とを調節して、前記内燃機関に吸気される過給圧を、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の出力する出力トルクに基づいた目標過給圧にすることを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の過給方法において、過給圧が前記目標過給圧よりも低い場合に、前記流量調整弁の開度を閉方向に調節し、一方、過給圧が前記目標過給圧よりも高い場合に、前記流量調整弁の開度を開方向に調節する第一調節工程と、前記第一調節工程が実施された後で過給圧が前記目標過給圧よりも低い場合に、前記増速比調節過給機の増速比を高く調節し、一方、過給圧が前記目標過給圧よりも高い場合に、前記増速比調節過給機の増速比を低く調節する第二調節工程と、前記第二調節工程が実施された場合で、前記増速比調節過給機の増速比が高くなったときに、前記流量調整弁の開度を開方向に調節し、一方、前記増速比調節過給機の増速比が低くなったときに、前記流量調整弁の開度を閉方向に調節する第三調節工程を含むことが望ましい。

本発明の過給システム、内燃機関、及び内燃機関の過給方法によれば、増速比調節過給機の増速比と流量調整弁の開度を調節することで、運転状況に関わらずに、増速比調節過給機の回転数が最適になるように制御することができるので、増速比調節過給機の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、内燃機関の運転領域の全域に渡って過給圧を高めて、過給圧を内燃機関の回転数と内燃機関の出力トルクに基づいた目標過給圧にすることができる。

特に、内燃機関の運転領域の全域に渡って、過給圧を高めて、ＥＧＲガスの導入量を増加することができるので、ＮＴＥ領域での排気ガスの排出を低減することができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関と内燃機関の過給システムの構成を示す図である。 図１の増速比調節過給機の構成を示し、増速比が低増速比の状態を示す図である。 図１の増速比調節過給機の構成を示し、増速比が高増速比の状態を示す図である。 図１の内燃機関の制御マップを示す図である。 図１の増速比調節過給機の低増速比と高増速比を比較した図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給方法を示すフローチャートである。 図６のＡからＢまでを示すフローチャートである。 図６のＣからＤまでを示すフローチャートである。 図４の内燃機関の制御マップにおけるＮＴＥ領域を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の過給システム、内燃機関、及び内燃機関の過給方法について説明する。

なお、図１では、この実施の形態のエンジン（内燃機関）１と、実施の形態の過給システム２は、車両に搭載されているものとして説明するが、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。また、エンジン１は、直列四気筒のディーゼルエンジンとして説明するが、本発明は、ガソリンエンジンでも適用することができ、その気筒の数や配列は特に限定されない。

図１の例に示すように、実施の形態のエンジン１は、エンジン本体３の吸気通路４に吸気スロットル５とターボチャージャー（以下、Ｔ／Ｃ）６のコンプレッサ６ａとインタークーラー７とを備え、排気通路８にＴ／Ｃ６のタービン６ｂと排気ガス浄化装置９とを備える。

そして、実施の形態の過給システム２は、前述の吸気通路４に設けられると共に、コンプレッサ６ａの下流側に配置された増速比調節過給機（以下、Ｓ／Ｃ）１０と、Ｓ／Ｃ１０を迂回するバイパス通路（迂回通路）１１と、バイパス通路１１の流量を調節するバイパスバルブ（流量調整弁）１２と、Ｓ／Ｃ１０の増速比とバイパスバルブ１２の開度を調節する制御を行うＥＣＵ（制御装置）１３とを備えて構成される。

なお、この実施の形態の過給システム２は、エンジン本体から排出される排気ガスにより駆動するＴ／Ｃ６のコンプレッサ６ａと、エンジン本体３のクランク軸１４から動力伝達機構１５を介して駆動されるＳ／Ｃ１０の両方を用いた二段過給システムを例に説明する。

図２に示すように、動力伝達機構１５は、クランク軸１４に第一プーリー１６を設け、増速比切換機構３０の主駆動軸３１に第二プーリー１７を設け、第一プーリー１６と第二プーリー１７との間にはベルト１８が掛けられて構成されており、増速比切換機構３０を介してクランク軸１４からの動力をＳ／Ｃ１０に伝達している。

Ｓ／Ｃ１０は、Ｓ／Ｃ本体２０と増速比切換機構３０とを備える。Ｓ／Ｃ本体２０は、ケーシング２１内に設けられた互いに咬合する雌雄一対のスクリューロータ（動翼）２２を備えて構成され、増速比切換機構３０は、図２に示すＳ／Ｃ本体２０のスクリューロータ２２の雄用スクリューロータ２３をエンジン１の回転数に対して低増速比Ｒ_ＬＯＷで回転させる低増速比伝達経路３２と、図３に示す雌用スクリューロータ２４をエンジン１の回転数に対して高増速比Ｒ_ＨＩＧＨで回転させる高増速比伝達経路３３を備えて構成される。

Ｓ／Ｃ本体２０の一例を説明すると、ケーシング２１は、円筒状に形成された雄用ハウジング２５と、雄用ハウジング２５よりも小さい円筒状に形成された雌用ハウジング２６を備え、その雄用ハウジング２５と雌用ハウジング２６は内部が連通するように形成される。

雄用ハウジング２５内には、ケーシング２１にベアリングを介して回転可能に支持された雄用ロータ軸２７と、その雄用ロータ軸２７に固定された雄用スクリューロータ２３を備える。雌用ハウジング２６内には、ケーシング２１にベアリングを介して回転可能に支持された雌用ロータ軸２８と、その雌用ロータ軸２８に固定された雌用スクリューロータ２４を備える。また、このＳ／Ｃ本体２０は、雄用スクリューロータ２３の歯溝と雄用ハウジング２５との間の空間が密閉され、雌用スクリューロータ２４の歯溝と雌用ハウジング２６との間の空間も密閉されるように構成される。

上記の構成により、このＳ／Ｃ１０は、雄用スクリューロータ２３と雌用スクリューロータ２４が互いに逆向きに回転した状態で、吸気をケーシング２１内に通過させて、雄用スクリューロータ２３と雌用スクリューロータ２４との歯溝内の密閉空間で吸気を圧縮する。

増速比切換機構３０の一例を説明すると、低増速比伝達経路３２は、主駆動軸３１と一体に回転する低増速比駆動軸３４と、低増速比駆動軸３４の回転数よりも雄用ロータ軸２７の回転数の方が大きくなった場合に、低増速比駆動軸３４と雄用ロータ軸２７との間を切断するワンウェイクラッチ（不感帯発生装置）３５を備えて構成される。

この低増速比伝達経路３２は、図２に示すように、クラッチ（増速比切換装置）３６の断接状態に関わらずに、低増速比駆動軸３４が主駆動軸３１と一体となって回転し、ワンウェイクラッチ３５を介してＳ／Ｃ本体２０の雄用ロータ軸２７を主駆動軸３１と同じ回転数で回転しようとする。クラッチ３６が断状態の場合に、雄用スクリューロータ２３を主駆動軸３１と同じ回転数で回転して、雌用スクリューロータ２４を主駆動軸３１と同じ回転数で回転させる。そして、低増速比駆動軸３４の回転数よりも雄用ロータ軸２７の回転数の方が大きくなった場合に、ワンウェイクラッチ３５により低増速比駆動軸３４と雄用ロータ軸２７との間が切断される。

高増速比伝達経路３３は、ＥＣＵ１３により断接を制御され、接状態になると主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７との間の動力伝達を行うクラッチ３６と、クラッチ３６により主駆動軸３１と一体に回転する高増速比駆動軸３７の回転数を増速してＳ／Ｃ本体２０の雌用ロータ軸２８に伝達する高増速比変速段３８及び３９とを備えて構成される。

この高増速比伝達経路３３は、図３に示すように、クラッチ３６が接状態の場合に、高増速比駆動軸３７が主駆動軸３１と一体となって回転し、高増速比変速段３８及び３９を介して、主駆動軸３１の回転数よりも高い回転数で、雌用ロータ軸２８を回転させる。そして、雌用スクリューロータ２４を主駆動軸３１の回転数よりも高い回転数で回転して、雄用スクリューロータ２３を主駆動軸３１の回転数よりも高い回転数で回転させる。このとき、ワンウェイクラッチ３５により低増速比駆動軸３４と雄用ロータ軸２７との間が切断される。

上記の構成により、この増速比切換機構３０は、クラッチ３６を断状態にするとＳ／Ｃ１０の増速比を低増速比Ｒ_ＬＯＷとし、クラッチ３６を接状態にするとＳ／Ｃ１０の増速比を高増速比Ｒ_ＨＩＧＨとすることができる。

また、クラッチ３６を断状態にした場合に、Ｓ／Ｃ１０の増速比が低増速比Ｒ_ＬＯＷとなるように構成することで、クラッチ３６に予期せぬ異常が発生した場合に、Ｓ／Ｃ１０の回転数が許容回転数を超えることを回避することができる。

加えて、低増速比駆動軸３４と高増速比駆動軸３７は、二重管のように構成され、中空上の高増速比駆動軸３７に低増速比駆動軸３４を挿通するように構成されると、増速比切換機構３０を従来技術のものよりも小型化することができる。

ここで、低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨについて、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、エンジン１のトルクカーブＬ１を記憶した制御マップＭＡＰ１を示し、図５は、低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨのそれぞれのエンジン１の回転数に対するＳ／Ｃ１０の圧力比、駆動力、及び回転数を示している。

低増速比Ｒ_ＬＯＷは、図４に示すように、エンジン１の運転領域が高出力高回転領域と低出力領域の両方の領域を含む低増速比領域Ａ１の場合に切り換えられる増速比であり、動力伝達機構１５のプーリー比に基づいて定められる増速比である。よって、クランク軸１４に設けられる第一プーリー１６と主駆動軸３１に設けられる第二プーリー１７のプーリー比を、クランク軸１４の回転数に対して高くする。

この低増速比Ｒ_ＬＯＷは、トルクカーブＬ１の定格点Ｐ_ＰＭＡＸ（エンジン１の出力、つまり馬力が最大となる点）で、Ｓ／Ｃ１０の圧力比が最大となるように設定される。吸気の過給圧は、エンジン回転数と出力トルクに基づいて制御されるため、定格点Ｐ_ＰＭＡＸで圧力比が最大となるように設定すると、図５に示すように、低増速比領域Ａ１の全域で必要な過給圧とすることができる。

また、この低増速比Ｒ_ＬＯＷは、過給圧を高める必要がない低出力領域では、Ｓ／Ｃ１０のスクリューロータ２２の回転数を低く維持して、エンジン１の駆動損失を低減することができる。図５に示すように、低増速比Ｒ_ＬＯＷの場合のＳ／Ｃ１０の駆動力は高増速比Ｒ_ＨＩＧＨの場合の駆動力と比べて低くなるので、燃費を向上することができる。

高増速比Ｒ_ＨＩＧＨは、図４に示すように、エンジン１の運転領域が高出力低回転領域を含む高増速比領域Ａ２の場合に切り換えられる増速比であり、高増速比変速段３８及び３９のギヤ比に基づいて定められる。そのため、高増速比駆動軸３７に設けられるギヤ３８と雌用ロータ軸２８に設けられるギヤ３９のギヤ比を、主駆動軸３１の回転数に対して高くする。

この高増速比Ｒ_ＨＩＧＨは、トルクカーブＬ１のトルク点Ｐ_ＴＭＡＸ（エンジン１の最大トルクとなる点）で、Ｓ／Ｃ１０の圧力比が最大となるように設定される。トルク点Ｐ_ＴＭＡＸで圧力比が最大となるように設定すると、図５に示すように、高増速比領域Ａ２の全域で必要な過給圧とすることができる。

そして、低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨとの間の領域には、不感帯（ヒステリシス）領域Ａ３を設けて構成する。この不感帯領域Ａ３は、低増速比伝達経路３２と高増速比伝達経路３３の切り換え時に、つまりクラッチ３６の断接時に発生する。

例えば、高増速比伝達経路３３から低増速比伝達経路３２に切り換える場合に、クラッチ３６を断状態にする。このとき、スクリューロータ２２は慣性力で回転し続けながら回転数が低下する。そして、スクリューロータ２２、詳しくは雄用ロータ軸２７の回転数の低下に伴って、ワンウェイクラッチ３５が噛み合い始め、低増速比駆動軸３４により雄用ロータ軸２７を回転させる。

この慣性力によりスクリューロータ２２が回転する領域が不感帯領域Ａ３となる。低増速比伝達経路３２から高増速比伝達経路３３に切り換える場合も同様である。

Ｓ／Ｃ１０は、増速比を上記の低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨに切り換えることで、図５に示すように、Ｓ／Ｃ１０の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、エンジン１の運転領域の全域に渡って、過給圧を高めることができる。

また、高増速比Ｒ_ＨＩＧＨから低増速比Ｒ_ＬＯＷに切り換えることで、圧力比が最大となった後に、その圧力比が維持されたままＳ／Ｃ１０のスクリューロータ２２の回転数が上がることを回避することができ、Ｓ／Ｃ１０のスクリューロータ２２が許容回転数を超えることを回避して、Ｓ／Ｃ１０が破損することを防止することができる。

加えて、低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨの間に不感帯領域Ａ３を設けることで、増速比を切り換える制御の不安定性を無くすことができる。

図１に示すように、ＥＣＵ１３は、電気回路によってエンジン１の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラである。本発明では、主にエンジン１の燃料噴射量や、過給システム２の過給圧を制御して、エンジン１の出力を制御しており、エンジン回転数を検知する回転数センサ４１と、過給圧を検知するＭＡＰセンサ４２と、燃料噴射量を定めるアクセルペダルのアクセル開度を検知するアクセル開度センサ４３と接続されている。

また、このＥＣＵ１３は、目標過給圧算出手段Ｍ１と過給圧調節手段Ｍ２とを備えると共に、過給圧調節手段Ｍ２に、第一調節手段Ｍ３と第二調節手段Ｍ４と第三調節手段Ｍ５を備えて構成される。

目標過給圧算出手段Ｍ１は、エンジン回転数とエンジン出力トルクに応じた目標過給圧を算出する手段である。エンジン１の出力トルクは、燃料噴射量に基づいており、燃料噴射量はアクセル開度に基づいて定められている。よって、この目標過給圧算出手段Ｍ１は、エンジン回転数とアクセル開度に基づいて、目標過給圧を算出している。具体的には、図４に示す制御マップＭＡＰ１に基づいた目標過給圧を算出する。

過給圧調節手段Ｍ２は、ＭＡＰセンサ４２で検知される過給圧を目標過給圧にする手段であり、詳しくは、Ｓ／Ｃ１０のスクリューロータ２２の回転数を予め定めた許容回転数を下回る回転数に抑えながら、エンジン１に吸気される過給圧を目標過給圧にするように、Ｓ／Ｃ１０の増速比とバイパスバルブ１２の開度を調節する手段である。

特に、エンジン１の出力が上がるに連れて段階的に増加する目標過給圧に対して、第一調節手段Ｍ３、第二調節手段Ｍ４、及び第三調節手段Ｍ５を実施することで、Ｓ／Ｃ１０の回転数を、許容回転数を下回る回転数に抑えながら、過給圧を段階的に目標過給圧に近づけることができる。

第一調節手段Ｍ３は、バイパスバルブ１２の開度を調節する手段である。詳しくは、ＭＡＰセンサ４２で検知された過給圧と、目標過給圧算出手段Ｍ１で算出された目標過給圧とを比較し、過給圧が目標過給圧よりも低い場合で、且つバイパスバルブ１２の開度が全閉でない場合に、バイパスバルブ１２を所定の開度分、閉方向に閉じる制御を行う手段である。一方、過給圧が目標過給圧よりも高い場合で、且つバイパスバルブ１２の開度が全開でない場合に、バイパスバルブ１２を所定の開度分、開方向に開ける制御を行う手段である。

バイパスバルブ１２の開度は、ＭＡＰセンサ４２で検知された過給圧を入力として、目標過給圧に近づけるように調節され、この閉方向に閉じる、又は開方向に開ける所定の開度は、過給圧と目標過給圧の差分値から算出される開度とする。

第二調節手段Ｍ４は、第一調節手段Ｍ３が実施された後に過給圧が目標過給圧にならない場合に実施される手段であり、Ｓ／Ｃ１０の増速比を調節する手段である。詳しくは、過給圧が目標過給圧よりも高い場合で、且つバイパスバルブ１２の開度が全開の場合に、エンジン１の運転領域が低増速比領域Ａ１内か否かを判断して、エンジン１の運転領域が低増速比領域Ａ１内と判断されたときに、クラッチ３６を断状態にして、Ｓ／Ｃ１０の増速比を低増速比Ｒ_ＬＯＷにする手段である。一方、過給圧が目標過給圧よりも低い場合で、且つバイパスバルブ１２の開度が全閉の場合に、エンジン１の運転領域が高増速比領域Ａ２内か否かを判断して、エンジン１の運転領域が高増速比領域Ａ２内と判断されたときに、クラッチ３６を接状態にして、Ｓ／Ｃ１０の増速比を高増速比Ｒ_ＨＩＧＨにする手段である。

第三調節手段Ｍ５は、第二調節手段Ｍ４が実施された後にＳ／Ｃ１０の増速比が切り換えられた場合に実施される手段であり、増速比が切り換えられたことで急激に増加する、又は減少する過給圧を、バイパスバルブ１２の開度を全開又は全閉にすることで抑制する手段である。詳しくは、第二調節手段Ｍ４が実施され、Ｓ／Ｃ１０の増速比が低増速比Ｒ_ＬＯＷに切り換えられた場合は、バイパスバルブ１２の開度を全閉にする手段である。一方、第二調節手段Ｍ４が実施され、Ｓ／Ｃ１０の増速比が高増速比Ｒ_ＨＩＧＨに切り換えられた場合は、バイパスバルブ１２の開度を全開にする手段である。

また、このエンジン１には、ＥＧＲシステム５０を備え、ＥＧＲシステム５０は、ＥＧＲ通路５１とＥＧＲクーラー５２とＥＧＲバルブ５３を備える。特に、本発明では、エンジン１の運転領域の全域で過給圧を高めることで、吸気のＥＧＲ導入量を増加することができるので、ＥＧＲガスをＳ／Ｃ１０とバイパス通路１１の上流側に環流させるように構成するとよい。

そして、本発明に係る実施の形態のエンジン１の過給方法は、Ｓ／Ｃ１０の増速比と、バイパスバルブ１２の開度とを調節して、エンジン１に吸気される過給圧を、エンジン１の回転数とエンジン１の出力する出力トルクに基づいた目標過給圧ＢＰ’にすることを特徴とする方法である。この過給方法について、図６〜図８のフローチャートを参照しながら説明する。なお、ここでは、過給圧をＢＰとし、目標過給圧をＢＰ’とする。

図６に示すように、まず、回転数センサ４１とアクセル開度センサ４３でエンジン回転数とアクセル開度を検知するステップＳ１０を行う。次に、目標過給圧算出手段Ｍ１を実施して、エンジン回転数とアクセル開度から目標過給圧ＢＰ’を算出するステップＳ２０を行う。次に、ＭＡＰセンサ４２で過給圧ＢＰを検知するステップＳ３０を行う。

次に、第一調節手段Ｍ３を実施して、過給圧ＢＰと目標過給圧ＢＰ’を比較するステップＳ４０を行う。このステップＳ４０で過給圧ＢＰと目標過給圧ＢＰ’が等しい場合は、リターンして、スタートへ戻る。なお、この過給圧ＢＰと目標過給圧ＢＰ’が等しい場合は、値が一致することを含むと共に、過給圧ＢＰが目標過給圧ＢＰ’に対する許容範囲内であることも含む。

ステップＳ４０で過給圧ＢＰが目標過給圧ＢＰ’よりも低い場合は、図７に示すように、バイパスバルブ１２の開度を入力するステップＳ５０を行う。このステップＳ５０は、例えば、前回のバイパスバルブ１２の開度を調節したときの開度を記憶しておき、その開度を用いる。ステップＳ５０の代わりにセンサでバイパスバルブ１２の開度を検知するステップを行ってもよい。

次に、バイパスバルブ１２の開度は全閉か否かを判断するステップＳ６０を行う。このステップＳ６０でバイパスバルブ１２の開度が全閉ではないと判断されると、バイパスバルブ１２の開度を閉方向に制御するステップＳ７０を行う。そして、図６に示すように、ステップＳ３０に戻り、再度ステップＳ３０とステップＳ４０を行う。

ステップＳ４０で過給圧ＢＰが目標過給圧ＢＰ’よりも高い場合は、図８に示すように、バイパスバルブ１２の開度を入力するステップＳ５０を行う。次に、バイパスバルブ１２の開度は全開か否かを判断するステップＳ８０を行う。このステップＳ８０でバイパスバルブ１２の開度が全開ではないと判断されると、バイパスバルブ１２の開度を開方向に制御するステップＳ９０を行う。そして、図６に示すように、ステップＳ３０に戻り、再度ステップＳ３０とステップＳ４０を行う。

次に、図７のステップＳ６０でバイパスバルブ１２の開度が全閉と判断されると、第二調節手段Ｍ４を実施して、エンジン１の運転領域が高増速比領域Ａ２内か否かを判断するステップＳ１００を行う。このステップＳ１００でエンジン１の運転領域が高増速比領域Ａ２の範囲外と判断されると、リターンして、スタートへ戻る。

ステップＳ１００で、エンジン１の運転領域が高増速比領域Ａ２内と判断されると、クラッチ３６を接状態にするステップＳ１１０を行う。このステップＳ１１０によりＳ／Ｃ１０の増速比を高増速比Ｒ_ＨＩＧＨに切り換える。

次に、第三調節手段Ｍ５を実施して、バイパスバルブ１２を全開するステップＳ１２０を行う。そして、図６に示すように、再度ステップＳ３０とステップＳ４０を行う。

一方、図８のステップＳ８０でバイパスバルブ１２の開度が全開と判断されると、第二調節手段Ｍ４を実施して、エンジン１の運転領域が低増速比領域Ａ１内か否かを判断するステップＳ１３０を行う。このステップＳ１３０でエンジン１の運転領域が低増速比領域Ａ１の範囲外と判断されると、リターンして、スタートへ戻る。

ステップＳ１３０で、エンジン１の運転領域が低増速比領域Ａ１内と判断されると、クラッチ３６を断状態にするステップＳ１４０を行う。このステップＳ１４０によりＳ／Ｃ１０の増速比を低増速比Ｒ_ＬＯＷに切り換える。

次に、第三調節手段Ｍ５を実施して、バイパスバルブ１２を全閉するステップＳ１５０を行う。そして、図６に示すように、再度ステップＳ３０とステップＳ４０を行う。

上記の過給方法に、Ｓ／Ｃ１０の回転数、つまりＳ／Ｃ本体２０の雄用ロータ軸２７又は雌用ロータ軸２８の回転数が許容回転数を超えた場合に、高増速比Ｒ_ＨＩＧＨから低増速比Ｒ_ＬＯＷに切り換えるステップ、あるいは、バイパスバルブ１２の開度を開方向に制御するステップを設けてもよい。

本発明の実施の形態の過給システム２、それを備えるエンジン１、及びその過給方法によれば、Ｓ／Ｃ１０の増速比とバイパスバルブ１２の開度を調節することで、エンジン１の運転状況に関わらずに、Ｓ／Ｃ１０の回転数が最適になるように制御することができるので、Ｓ／Ｃ１０の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、エンジン１の運転領域の全域に渡って、過給圧を高めることができる。

これにより、エンジン１の運転領域の全域に渡ってＥＧＲ導入量を増加することができ、特に、図９に示すように、ＮＴＥ領域Ａ_ＮＴＥでの排気ガスの排出を低減することができる。

また、エンジン１の吸気の過給圧を目標過給圧に近づける制御を行う場合に、第一調節手段Ｍ３、第二調節手段Ｍ４、及び第三調節手段Ｍ５を行うことで、段階的に過給圧を調節すると共に、過給圧が急激に変化することを回避して、過給圧を目標過給圧に沿って正確に制御することができる。

なお、上記の実施の形態の過給システム２は、Ｔ／Ｃ６とＳ／Ｃ１０の二段過給システムとして説明したが、本発明はこれに限定されずに、Ｓ／Ｃ１０のみの過給システムとしてもよい。

また、上記の実施の形態のＳ／Ｃ本体２０は、スクリュー式（リショルム式）の過給機として説明したが、本発明はこれに限定されない。但し、上記の実施の形態のＳ／Ｃ本体２０のように回転軸を複数有して、その回転軸毎に異なる増速比とするように構成することが望ましい。

加えて、上記の実施の形態のクラッチ３６は、主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７とを断接する装置であればよく、油圧式又は電磁式のクラッチなどを用いることができる。また、クラッチ３６により主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７との間を断接するように構成したが、主駆動軸３１と低増速比駆動軸３４との間を断接するように構成することもできる。

更に、上記の実施の形態の増速比切換機構３０の低増速比伝達経路３２と高増速比伝達経路３３の構成を逆の構成としてもよい。例えば、低増速比伝達経路にクラッチと低増速比変速段を設け、高増速比伝達経路にワンウェイクラッチを設けて構成する。この場合、低増速比は低増速比変速段のギヤ比により定められ、高増速比は動力伝達機構のプーリー比により定められるため、ギヤ比をエンジン１の回転数に対して低くなるように設定し、プーリー比を上記の実施の形態よりも高く設定する。

但し、クラッチ３６に予期せぬ異常が発生した場合を考慮すると、上記の実施の形態のように、クラッチ３６により主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７との間を断接するように構成することが望ましい。

その上、この実施の形態では、ＥＧＲシステム５０を、Ｔ／Ｃ６のタービン６ｂを通過後の排気ガスをコンプレッサ６ａの上流側に環流させる低圧ＥＧＲシステムとして設けたが、本発明はこれに限定されずに、例えば、Ｔ／Ｃ６のタービン６ｂを通過前に排気ガスを、コンプレッサ６ａの下流側で、且つＳ／Ｃ１０とバイパス通路１１の上流側に環流させるＥＧＲシステムとしてもよい。

本発明の過給システムは、増速比調節過給機の増速比と流量調整弁の開度を調節することで、運転状況に関わらずに、増速比調節過給機の回転数が最適になるように制御することができるので、増速比調節過給機の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、内燃機関の運転領域の全域に渡って過給圧を高めて、過給圧を内燃機関の回転数と内燃機関の出力トルクに基づいた目標過給圧にすることができるので、ディーゼルエンジンに利用することができる。

１ エンジン（内燃機関）
２ 過給システム
３ エンジン本体
４ 吸気通路
５ 吸気スロットル
６ Ｔ／Ｃ（ターボ過給器）
６ａ コンプレッサ
６ｂ タービン
７ インタークーラー
８ 排気通路
９ 排気ガス浄化装置
１０ Ｓ／Ｃ（増速比調節過給機）
１１ バイパス通路（迂回通路）
１２ バイパスバルブ（流量調整弁）
１３ ＥＣＵ（制御装置）
１４ クランク軸
１５ 動力伝達機構
２０ Ｓ／Ｃ本体
２１ ケーシング
２２ スクリューロータ
３０ 増速比切換機構
３１ 主駆動軸
３２ 低増速比伝達経路
３３ 高増速比伝達経路
３４ 低増速比駆動軸
３５ ワンウェイクラッチ（不感帯発生装置）
３６ クラッチ（増速比切換装置）
３７ 高増速比駆動軸
３８、３９ 高増速比変速段
４１ 回転数センサ
４２ ＭＡＰセンサ
４３ アクセル開度センサ
５０ ＥＧＲシステム
Ａ１ 低増速比領域
Ａ２ 高増速比領域
Ａ３ 不感帯領域
Ｍ１ 目標過給圧算出手段
Ｍ２ 過給圧調節手段
Ｍ３ 第一調節手段
Ｍ４ 第二調節手段
Ｍ５ 第三調節手段

Claims (6)

1. 内燃機関により駆動され、吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節過給機を、前記内燃機関の吸気通路に備える過給システムにおいて、
   前記増速比調節過給機を迂回する迂回通路と、該迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁と、制御装置とを備えて、
   前記内燃機関の回転数と出力トルクに基づいた運転領域マップにおける高回転高出力領域と低出力領域の両方を、前記増速比調節過給機の増速比を低増速比とする低増速比領域とし、前記運転領域マップにおける低回転高出力領域を、前記増速比調節過給機の増速比を高増速比とする高増速比領域とすると共に、前記低増速比領域と前記高増速比領域との間に不感帯領域を設けて、
   前記制御装置により、前記増速比調節過給機の増速比と、前記流量調整弁の開度とを調節して、前記内燃機関に吸気される過給圧を、前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の出力する出力トルクに基づいた目標過給圧にする制御を行うことを特徴とする過給システム。
2. 前記低増速比における圧力比を前記運転領域マップの制御用性能線の定格点で最大とし、前記高増速比における圧力比を前記制御用性能線のトルク点で最大とすることを特徴とする請求項１に記載の過給システム。
3. 前記制御装置が、過給圧が前記目標過給圧よりも低い場合に、前記流量調整弁の開度を閉方向に調節し、一方、過給圧が前記目標過給圧よりも高い場合に、前記流量調整弁の開度を開方向に調節する第一調節手段と、
   前記第一調節手段が実施された後で過給圧が前記目標過給圧よりも低い場合に、前記増速比調節過給機の増速比を高く調節し、一方、過給圧が前記目標過給圧よりも高い場合に、前記増速比調節過給機の増速比を低く調節する第二調節手段と、
   前記第二調節手段が実施された場合で、前記増速比調節過給機の増速比が高くなったときに、前記流量調整弁の開度を開方向に調節し、一方、前記増速比調節過給機の増速比が低くなったときに、前記流量調整弁の開度を閉方向に調節する第三調節手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給システムを備えることを特徴とする内燃機関
   。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給システムと、該過給システムの前記増速比調節過給機と前記迂回通路の上流側の前記吸気通路に、ＥＧＲガスを供給するＥＧＲシステムとを備えることを特徴とする内燃機関。
6. 内燃機関により駆動され、増速比を調節することで動翼の回転数を増減する増速比調節過給機を、前記内燃機関の吸気通路に備えると共に、前記増速比調節過給機を迂回する迂回通路と、該迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁とを備える内燃機関の過給方法において、
   前記内燃機関に吸気される過給圧と前記内燃機関の回転数と前記内燃機関の出力する出力トルクとを取得し、
   取得した前記内燃機関の回転数と出力トルクとに基づいて、目標過給圧を算出し、
   取得したその過給圧が算出したその目標過給圧と異なる場合は、前記流量調整弁の開度を調節し、
   その流量調整弁の開度の調節により前記過給圧が前記目標過給圧に等しくならないときに、取得した前記内燃機関の回転数と出力トルクとに基づいて、高回転高出力領域と低出力領域の両方を、前記増速比調節過給機の増速比を低増速比とする低増速比領域とし、前記運転領域マップにおける低回転高出力領域を、前記増速比調節過給機の増速比を高増速比とする高増速比領域とすると共に、前記低増速比領域と前記高増速比領域との間に不感帯領域を設けた運転領域マップを用いて前記増速比調節過給器の増速比を調節することを特徴とする内燃機関の過給方法。

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