JP6252094B2 - エンジン過給装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン過給装置に関する。

従来より、ターボ過給機のコンプレッサ部下流の吸気管に分岐管を並列接続し、分岐管の途中の電動ロータリーバルブを作動させ、上流の吸気管に脈動を発生させる過給制御装置が知られている（特許文献１）。この過給制御装置では、定常の過給状態ではサージングを発生する状況でも、実過給状態が、サージング領域と非サージング領域の境界をサージング周期よりも早い周期で繰り返し跨ぐように制御することにより、サージングの発生を回避する。

特開２０１０−１８５３１４号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、エンジン低速トルク向上のために過給圧を高めようとした場合、速度形の圧縮機ではサージングの発生により過給圧が制限される。

コンプレッサの不安定現象であるサージングは、レシプロエンジン等の間欠燃焼機関の場合に生ずる吸気脈動流がきっかけとなり、定常吸気状態よりも容易に発生する。そのため、吸気脈動を抑制することに、サージングの発生を抑制する効果がある。

圧縮機の下流にロータリーバルブを設置した、上記の特許文献１に記載の技術では、ロータリーバルブによってサージング周期よりも早い周期の吸気脈動流を生成することで、時間平均の過給状態はサージング領域に位置しつつ、実過給状態はサージング領域と非サージング領域との境界を繰り返し跨ぐため、サージングが発生しないとある。

しかし、回転数一定条件における速度形圧縮機の流量と圧力比の関係は上に凸の非線形であることから、サージング境界を繰り返し跨いで動作した場合、定常特性より過給圧力が低下する（図１４参照）。

この場合、定常特性と同等の過給圧力を得るには回転数を上昇させる必要があるが、少流領域の圧縮機効率は高回転側では低下することから、圧縮機の駆動には、より大きなエネルギーが必要となる、という問題がある。

また、圧縮機の下流に設けたロータリーバルブをサージングの周期より早い周期で動作させても空気の圧縮性のため圧縮機の流量が瞬時に変化する事はないため、「サージング領域と非サージング領域との境界を繰り返し跨ぐ」にはサージ周期に近い時間を要すると考えられる。そのため、上記の特許文献１に記載の技術によるサージ抑制効果が得られる運転条件は非常に限定的である。

本発明は、上記事実を考慮して、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができるエンジン過給装置を得ることが目的である。

本発明に係るエンジン過給装置は、エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、前記エンジンと接続された吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記タービンと一体に回転されることで前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する圧縮機と、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整する圧力調整部と、前記圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す予め定められた運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する制御部と、を含んで構成されている。

本発明に係るエンジン過給装置では、前記圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す予め定められた運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して、吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する。

このように、圧縮機にサージングが発生する危険性があるときに、エンジンの吸気弁に同期して、吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。

本発明に係る圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、前記制御部は、前記運転条件を満たさないときに、圧力損失が最も小さくなる予め定められた開度となるように前記制御弁を制御するようにすることができる。

本発明に係る圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、前記制御部は、前記運転条件を満たすときに、前記吸気弁の開閉動作と逆位相となるように、前記制御弁の開閉動作を制御するようにすることができる。

本発明に係るエンジン過給装置は、前記圧縮機より上流の吸気圧力と前記圧縮機より下流の吸気圧力との圧力比、及び前記吸気の流量とを取得する取得部を更に含み、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧力比及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧力比及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。

本発明に係るエンジン過給装置は、前記圧縮機の単位時間あたりの回転数、及び前記吸気の流量を取得する取得部を更に含み、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。

本発明に係るエンジン過給装置は、前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化を取得する取得部を更に含み、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に基づいて、前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。

本発明に係る圧力調整部を、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、前記吸気の吸い込み及び吐き出しが可能な容積型のポンプとすることができる。

本発明に係る取得部は、前記エンジンのクランク角を更に取得し、前記圧力調整部は、前記エンジンの駆動に応じて前記吸気の圧力を調整し、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角、及び予め定められた前記エンジンの気筒数に基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。

本発明に係る取得部は、前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数を更に取得し、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数と、予め定められた前記エンジンの気筒数とに基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。

以上説明したように本発明に係るエンジン過給装置は、圧縮機にサージングが発生する危険性があるときに、エンジンの吸気弁に同期して、吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる、という優れた効果を有する。

本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置のコントローラによる処理ルーチンを示すフローチャートである。 圧縮機特性マップを示す図である。 吸気弁開度の変化と脈動制御弁開度の変化との関係を示すグラフである。 モデル実験の概略構成を示す図である。 ロータリー弁開度の変化を示すグラフである。 サージ限界流量の改善効果を示すグラフである。 脈動制御弁を全開停止した場合の圧力変化を示すグラフである。 脈動制御弁を位相差９０ｄｅｇで作動した場合の圧力変化を示すグラフである。 望ましい吸気弁と脈動制御弁の位相差の範囲を説明するためのグラフである。 本発明の第二実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。 本発明の第三実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。 本発明の第四実施形態に係るエンジンシステムの容積型のポンプを示す図である。 従来技術における流量と圧力との関係を示すグラフである。

［第一実施形態］
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。

図１には、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０を備えたエンジンシステムＳ１の全体構成が示されている。

この図に示されるエンジンシステムＳ１は、例えば、乗用自動車等の車両に搭載されるものであり、エンジン過給装置１０と、エアクリーナ１２と、エンジン１４とを備えている。

エアクリーナ１２及びエンジン１４は、従来と同様の構成とされている。エンジン１４は、インタークーラ１６と、スロットル弁１７と、サージタンク１８と、エンジン本体２０と、排気マニホールド２２とを有して構成されている。排気マニホールド２２には、排気通路２４が接続されている。

エンジン過給装置１０は、吸気通路２６と、圧縮機３２と、脈動制御弁３４と、圧力センサ３６、３７と、流量計３８と、制御部としてのコントローラ４０とを有して構成されている。

吸気通路２６は、エンジン１４のインタークーラ１６と接続されている。

圧縮機３２は、従来既知の圧縮機と同様に、タービン部と、コンプレッサ部とを有して構成されており、タービン部は、タービン５０を有して構成されている。タービン５０は、図示しない吸入口から吸入されて排出口から排出される排気によって回転される構成とされている。コンプレッサ部は、インペラ６０を有して構成されている。

インペラ６０は、回転シャフト７８を介してタービン５０と一体回転可能に連結されている。インペラ６０は、タービン５０と一体に回転されることで、図示しない吸入口から吸入されて図示しない排出口から排出される吸気を圧縮する構成とされている。

なお、この圧縮機３２において、タービン５０の吸入口から排出口までの通路は、図１に示される排気通路２４の一部を構成している。

また、上述のインペラ６０の吸入口から排出口までの通路は、図１に示される吸気通路２６の一部を構成している。

脈動制御弁３４は、吸気通路２６における圧縮機３２の下流側に設けられており、吸気通路２６を開閉する構成とされている。脈動制御弁３４は、例えば、１方向に回転するバタフライ弁等により構成されている。脈動制御弁３４は、クラッチ（図示省略）及び連結部３４Ｃを介して、エンジンの軸（カムシャフト）と連結しており、エンジン回転数に基づいて以下の式に従って算出される脈動制御弁の回転数となるように、エンジンの駆動により直接駆動される。

脈動制御弁の回転数＝ｎ／４×（エンジン回転数）

ただし、ｎは気筒数であり、図１の例では３である。

また、エンジン過給装置１０は、脈動制御弁３４の現時点での位相角を変更するための位相変更機構３４Ａと、脈動制御弁３４の現時点での位相角を検出する脈動制御弁位置センサ３４Ｂとを更に備えている。

圧力センサ３６は、吸気通路２６における圧縮機３２の上流側の内部圧力に応じた信号をコントローラ４０に出力する構成とされている。また、圧力センサ３７は、吸気通路２６における圧縮機３２の下流側の内部圧力に応じた信号をコントローラ４０に出力する構成とされている。

流量計３８は、吸気通路２６における圧縮機３２の上流側の吸気流量に応じた信号をコントローラ４０に出力する構成とされている。

エンジン本体２０内に設けられたセンサ(図示省略)は、エンジンのクランク軸又はカム軸回転よりエンジンクランク角度と共にエンジン回転数を検出し、エンジン回転数に応じた信号、及びエンジンクランク角に応じた信号をコントローラ４０に出力する構成とされている。

コントローラ４０は、ＥＣＵやロジック回路等により構成されており、圧力センサ３６、３７、流量計３８、及びエンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて、脈動制御弁３４を制御する構成とされている。なお、このコントローラ４０の動作については、後述する。

次に、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０の動作と併せてその作用及び効果について説明する。

図２には、コントローラ４０の動作を表すフローチャートが示されている。エンジンの過渡的な運転状態にも追従するように、図２のフローチャートが示すコントローラ４０の動作は、エンジン運転中常時行われる。

コントローラ４０は、図２のフローチャートで示されるプログラム処理を開始すると、先ず、ステップＳ１００において、圧力センサ３６、３７、及び流量計３８の出力信号を検出する。

続いて、コントローラ４０は、ステップＳ１０２において、圧力センサ３６、３７、及び流量計３８の出力信号に基づいて、脈動制御弁３４を作動させるか否かを判定する。例えば、図３に示すような、予め定められた圧縮機特性マップ上でのバルブ制御領域と非制御領域とが表す圧縮機圧力比及び流量の組み合わせの範囲と、圧力センサ３６、３７、及び流量計３８の出力信号に基づいて得られる圧縮機圧力比及び流量の組み合わせとを比較して、圧力センサ３６、３７、及び流量計３８の出力信号に基づいて得られる圧縮機圧力比及び流量の組み合わせが、バルブ制御領域に属する場合には、脈動制御弁３４を作動させると判定し、一方、圧力センサ３６、３７、及び流量計３８の出力信号に基づいて得られる圧縮機圧力比及び流量の組み合わせが、非制御領域に属する場合には、脈動制御弁３４を作動させないと判定する。

バルブ制御領域は、圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す運転条件となる領域であり、サージング境界に隣接する領域として定められている。なお、バルブ制御領域に、サージング領域を含めてもよい。

上記ステップＳ１０２において脈動制御弁３４を作動させないと判定された場合には、コントローラ４０は、ステップＳ１０４において、クラッチによってエンジンの軸との連結部３４Ｃを切り離すように制御すると共に、全開位置で脈動制御弁３４を停止させるように位相変更機構３４Ａを制御する。

一方、上記ステップＳ１０２において脈動制御弁３４を作動させると判定された場合には、コントローラ４０は、ステップＳ１０６において、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、以下のように、目標となる位相角φを算出する。

ただし、ｎは気筒数であり、図１の例では３である。θは、エンジンクランク角（ｄｅｇ）であり、θmaxは、予め定められた最大吸気弁開度となるエンジンクランク角（ｄｅｇ）である。

そして、コントローラ４０は、ステップＳ１０８において、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、脈動制御弁位置センサ３４Ｂから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁３４の位相角とに基づいて、脈動制御弁３４の位相角が、上記ステップＳ１０６で算出した目標となる脈動制御弁の位相角に補正されるように、位相変更機構３４Ａを制御する。これによって、図４に示すような、エンジンクランク角と、脈動制御弁３４の位相角との関係が実現され、脈動制御弁３４の開閉動作が、エンジンの吸気弁の開閉動作（吸気脈動に相当）と逆位相となる。

そして、コントローラ４０は、ステップＳ１１０において、エンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止していないと判定した場合には、上記ステップＳ１００へ戻る。一方、エンジンが停止していると判定した場合には、プログラム処理を終了する。

上記のプログラム処理により、脈動制御弁３４が吸気脈動に同期して開閉動作するように、脈動制御弁３４の作動を制御することにより、圧縮機３２のサージングを誘発する吸気脈動が抑えられる。

ここで、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０が奏する作用及び効果を明確にするために行ったモデル実験について説明する。

図５に本発明の効果を実証するために行ったモデル実験の概略図を示す。エンジン過給装置の圧縮機の出口配管に設置したエンジン吸気流模擬装置で脈動流を発生させた。吸気流模擬装置は、ロータリー弁と流量調整弁とを用いて構成され、ロータリー弁の開口面積を変化させてエンジンと同等の吸気脈動流を発生させた。

図６に、３気筒エンジンの吸気弁タイミングを模擬した例を示す。圧縮機出口とエンジン吸気流模擬装置との間に設置した脈動流制御用の脈動制御弁（バタフライ弁）は、脈動周波数と同一となる回転数で運転し、位相差を変化させて実験した。

図７に３気筒エンジンの回転数１０００ｒｐｍ相当の条件（ロータリー弁７５０ｒｐｍ）で、脈動制御弁を全開で停止した場合と、脈動制御弁を９０ｄｅｇの位相差をつけて回転させた場合とのサージ限界流量の比較を示す。適切な位相差をつけて脈動制御弁を回転させることで１７〜２０％サージ限界流量が低減することが確認された。

図８、９に、サージング条件（図６のＡ、Ｂ点）における圧縮機上流と下流の圧力変化（図１の圧力センサ３６および３７で検出される圧力変化）の計測結果を示す。脈動制御弁を全開位置で固定した場合（図８）、圧縮機下流の圧力変動に同期して圧縮機上流の圧力が変動している。これは圧縮機下流の吸気脈動が圧縮上流まで達していることを示す。脈動制御弁を位相差９０ｄｅｇで回転させた場合（図９）、圧縮機下流の圧力変動振幅は小さくなり、圧縮機上流ではほぼ変動のない定常状態が保持される。これらにより、脈動流制御弁を適切に制御することにより、圧縮機のサージングを誘発する吸気脈動が抑えられることを示している。吸気脈動を低減させるために望ましい位相差は、図１０に示すように、吸気弁の開閉周期を２Ｔとした場合、逆位相±Ｔ／３の範囲である。

以上説明したように、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０によれば、圧縮機の上流下流の圧力比と吸気流量との組み合わせに基づいて、圧縮機にサージングが発生する危険性があると判断されたときに、エンジンの吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させて、吸気通路における圧縮機とエンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。

また、レシプロエンジンの過給に用いられる圧縮機は、吸気弁の開閉により生じる脈動流の下で運転されるが、脈動流の下では定常流と比較して圧縮機のサージングが発生しやすくなる。これは、時間平均値ではサージング領域になくても瞬間的にサージング領域で運転されることにより不安定性が増加するためと考えられる。本実施の形態では、吸気弁の開閉により発生した脈動流であって、圧縮機へ伝わる脈動流を、吸気弁と圧縮機出口との間に配置した脈動制御弁の開閉により減衰させて、定常流に近い状態で圧縮機を運転することで、脈動流の下においてもサージングの発生を抑制できる。

なお、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０では、エンジンと脈動制御弁とを連結して、脈動制御弁を駆動させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、後述する第二実施形態のように、モータにより、エンジンと独立して脈動制御弁を駆動させてもよい。

また、エンジンの気筒数、現在のクランク角、および最大吸気弁開度となるエンジンクランク角から、目標の脈動制御弁の位相角を算出し、位相変更機構によってその時点の位相角に逐次修正する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。圧縮機上流または下流の圧力変動値が最小となるように、目標の脈動制御弁の位相角を決定するようにしてもよい。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。

図１１には、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置２１０を備えたエンジンシステムＳ２の全体構成が示されている。

この図に示されるエンジンシステムＳ２には、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムＳ１に対し、エンジン過給装置１０の代わりに、エンジン過給装置２１０が備えられている。エンジン過給装置２１０は、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０に対し、圧力センサ３６、３７の代わりに、回転数センサ２３６を備え、位相変更機構３４Ａの代わりに、モータ２３４Ａを備えている。

回転数センサ２３６は、圧縮機３２の単位時間あたりの回転数に応じた信号を出力する。

モータ２３４Ａは、脈動制御弁３４を駆動して、脈動制御弁３４を開閉動作させる。

コントローラ４０は、回転数センサ２３６、流量計３８、及びエンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて、脈動制御弁３４を制御する構成とされている。コントローラ４０の動作は、上記図３に示すフローチャートと同様である。

ただし、ステップＳ１００では、コントローラ４０は、回転数センサ２３６、及び流量計３８の出力信号を検出する。

ステップＳ１０２では、回転数センサ２３６、及び流量計３８の出力信号に基づいて、脈動制御弁３４を作動させるか否かを判定する。例えば、上記図３に示すような、予め定められた圧縮機特性マップ上でのバルブ制御領域と非制御領域とが表す、圧縮機３２の回転数（図３のターボチャージャー等回転数線を参照）及び流量の組み合わせの範囲と、回転数センサ２３６及び流量計３８の出力信号に基づいて得られる、圧縮機３２の回転数及び流量の組み合わせとを比較して、回転数センサ２３６及び流量計３８の出力信号に基づいて得られる、圧縮機３２の回転数及び流量の組み合わせが、バルブ制御領域に属する場合には、脈動制御弁３４を作動させると判定し、一方、回転数センサ２３６及び流量計３８の出力信号に基づいて得られる、圧縮機３２の回転数及び流量の組み合わせが、非制御領域に属する場合には、脈動制御弁３４を作動させないと判定する。

ステップＳ１０６では、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジン回転数に基づいて、以下のように、目標となる脈動制御弁３４の単位時間あたりの回転数を算出する。

目標となる脈動制御弁の回転数＝ｎ／４×（エンジン回転数）

また、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、上記の第一実施形態と同様に、目標となる位相角φを算出する。

そして、コントローラ４０は、ステップＳ１０８において、脈動制御弁位置センサ３４Ｂから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁３４の回転数に基づいて、脈動制御弁３４の回転数が、上記ステップＳ１０６で算出した目標となる脈動制御弁の回転数となるように、モータ２３４Ａの駆動速度を修正する。また、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、脈動制御弁位置センサ３４Ｂから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁の位相角とに基づいて、脈動制御弁３４の現在の位相角が、上記ステップＳ１０６で算出した目標となる脈動制御弁の位相角に補正されるように、モータ２３４Ａの駆動を制御する。

なお、第二実施形態に係るエンジン過給装置２１０の他の構成及び作用については、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置２１０によっても、圧縮機３２の回転数及び吸気流量の組み合わせに基づいて、圧縮機にサージングが発生する危険性があると判定されたときに、エンジンの吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させて、吸気通路における圧縮機とエンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。

図１２には、本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置３１０を備えたエンジンシステムＳ３の全体構成が示されている。

この図に示されるエンジンシステムＳ３には、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムＳ１に対し、エンジン過給装置１０の代わりに、エンジン過給装置３１０が備えられている。エンジン過給装置３１０は、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０に対し、圧力センサ３６、３７及び流量計３８の代わりに、圧力センサ３３６を備え、位相変更機構３４Ａの代わりに、モータ２３４Ａを備えている。

圧力センサ３３６は、吸気通路２６における圧縮機３２の入口の内部圧力に応じた信号をコントローラ４０に出力する構成とされている。

コントローラ４０は、圧力センサ３３６及びエンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて、脈動制御弁３４を制御する構成とされている。コントローラ４０の動作は、上記図３に示すフローチャートと同様である。

ただし、ステップＳ１００では、コントローラ４０は、圧力センサ３３６の出力信号を所定時間分だけ検出する。

ステップＳ１０２では、コントローラ４０は、圧力センサ３３６の出力信号の変化に基づいて、脈動制御弁３４を作動させるか否かを判定する。例えば、圧力センサ３３６の出力信号の変化から得られる圧力の最大値Ｐmax、最小値Ｐminが、以下の式に示す条件を満たす場合には、圧縮機３２の入口圧力の最大値Ｐmax、最小値Ｐminの組み合わせが、圧縮機３２にサージングが発生する危険性があるときを示す運転条件を満たすと判断して、脈動制御弁３４を作動させると判定し、一方、以下の式に示す条件を満たさない場合には、脈動制御弁３４を作動させないと判定する。

（Ｐmax−Ｐmin）／（Ｐmax＋Ｐmin）＞ε

ただし、εは、予め定められた閾値である。

ステップＳ１０６では、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジン回転数に基づいて、以下のように、目標となる脈動制御弁３４の単位時間あたりの回転数を算出する。

目標となる脈動制御弁の回転数＝ｎ／４×（エンジン回転数）

また、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、上記の第一実施形態と同様に、目標となる位相角φを算出する。

ステップＳ１０８では、コントローラ４０は、脈動制御弁位置センサ３４Ｂから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁３４の回転数に基づいて、脈動制御弁３４の回転数が、上記ステップＳ１０６で算出した目標となる脈動制御弁の回転数となるように、モータ２３４Ａの駆動速度を修正する。また、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、脈動制御弁位置センサ３４Ｂから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁の位相角とに基づいて、脈動制御弁３４の現在の位相角が、上記ステップＳ１０６で算出した目標となる脈動制御弁の位相角に補正されるように、モータ２３４Ａの駆動を制御する。

なお、第三実施形態に係るエンジン過給装置３１０の他の構成及び作用については、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置３１０によっても、圧縮機入口の圧力変動の大きさが閾値を超えた場合に、圧縮機にサージングが発生する危険性があると判定し、エンジンの吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させて、吸気通路における圧縮機とエンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。

第四実施形態に係るエンジンシステムは、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムＳ１に対し、脈動制御弁３４の代わりに、図１３に示す容積型のポンプ４３２が備えられている。

容積型のポンプ４３２は、吸気通路２６における圧縮機３２の下流側に設けられており、ピストン４３２Ａの作動により、吸気通路２６の吸気流の吸い込み、吐き出しが可能な構成とされている。容積型のポンプ４３２は、クラッチ（図示省略）及び連結部を介して、エンジンの軸（カムシャフト）と連結しており、エンジン回転数に基づいて、以下の式に示すピストン４３２Ａの単位時間あたりの回転数となるように、エンジンの駆動により直接駆動される。

ピストンの回転数＝ｎ／４×（エンジン回転数）

ただし、ｎは気筒数であり、例えば、３である。

また、エンジン過給装置は、容積型のポンプ４３２の現時点でのピストン位置（位相角）を変更するための位相変更機構（図示省略）と、現時点でのピストン位置（位相角）を検出するピストン位置センサ（図示省略）とを更に備えている。

コントローラ４０は、圧力センサ３６、３７、流量計３８、及びエンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて、容積型のポンプ４３２を制御する構成とされている。コントローラ４０の動作は、上記図３に示すフローチャートと同様である。

ただし、ステップＳ１０６では、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、目標となるピストン位置（位相角）φを算出する。

ステップＳ１０８では、コントローラ４０は、エンジン本体２０内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、ピストン位置センサから出力された信号に基づいて得られるピストン位置とに基づいて、容積型のポンプ４３２のピストン４３２Ａの位置（位相角）が、上記ステップＳ１０６で算出した目標となるピストン位置（位相角）に補正されるように、位相変更機構を制御する。

なお、第四実施形態に係るエンジン過給装置の他の構成及び作用については、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

このように、容積型のポンプの吸い込み及び吐き出しを、吸気脈動流の流量変化を相殺するように動作させることで、圧縮機へ伝わる脈動流を減衰させ、サージングの発生を抑制することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

なお、上記の第一実施形態〜第三実施形態において、脈動制御弁として、１方向に回転するバタフライ弁を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、往復式の弁でもよいし、エンジン回転数と同等の応答性をもつ他の流量制御弁でもよい。

また、上記の第一実施形態、第二実施形態、及び第四実施形態において、流量計を用いて、吸気流量を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラにおいて、エンジン側で必要な吸気流量を計算する場合には、コントローラから、吸気流量を取得してもよい。

また、スロットル弁の開度から、吸気流量が減ると判断された場合にも、吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させるように制御してもよい。

１０、２１０、３１０ エンジン過給装置
１４ エンジン
２０ エンジン本体
２４ 排気通路
２６ 吸気通路
３２ 圧縮機
３４ 脈動制御弁
３４Ａ 位相変更機構
３４Ｂ 脈動制御弁位置センサ
３６、３７、３３６ 圧力センサ
３８ 流量計
４０ コントローラ
５０ タービン
６０ インペラ
２３４Ａ モータ
２３６ 回転数センサ
４３２ 容積型のポンプ
４３２Ａ ピストン
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ エンジンシステム

Claims (8)

1. エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、
   前記エンジンと接続された吸気通路と、
   前記吸気通路に設けられ、前記タービンと一体に回転されることで前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する圧縮機と、
   前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整する圧力調整部と、
   前記圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す予め定められた運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する制御部と、
   を含み、
   前記圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、
   前記制御部は、前記運転条件を満たすときに、前記吸気弁の開閉動作と逆位相となるように、前記制御弁の開閉動作を制御するエンジン過給装置。
2. 前記圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、
   前記制御部は、前記運転条件を満たさないときに、圧力損失が最も小さくなる予め定められた開度となるように前記制御弁を制御する請求項１記載のエンジン過給装置。
3. 前記圧縮機より上流の吸気圧力と前記圧縮機より下流の吸気圧力との圧力比、及び前記吸気の流量とを取得する取得部を更に含み、
   前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧力比及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧力比及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項１又は請求項２記載のエンジン過給装置。
4. 前記圧縮機の単位時間あたりの回転数、及び前記吸気の流量を取得する取得部を更に含み、
   前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項１又は請求項２記載のエンジン過給装置。
5. 前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化を取得する取得部を更に含み、
   前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に基づいて、前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項１又は請求項２記載のエンジン過給装置。
6. 前記圧力調整部を、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、前記吸気の吸い込み及び吐き出しが可能な容積型のポンプとした請求項１記載のエンジン過給装置。
7. 前記取得部は、前記エンジンのクランク角を更に取得し、
   前記圧力調整部は、前記エンジンの駆動に応じて前記吸気の圧力を調整し、
   前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角、及び予め定められた前記エンジンの気筒数に基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項３〜請求項５の何れか１項記載のエンジン過給装置。
8. 前記取得部は、前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数を更に取得し、
   前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数と、予め定められた前記エンジンの気筒数とに基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項３〜請求項５の何れか１項記載のエンジン過給装置。

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