JP6583018B2

JP6583018B2 - エンジンの過給装置

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Publication number: JP6583018B2
Application number: JP2016014580A
Authority: JP
Inventors: 谷　俊宏; 俊宏谷
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2036-01-28
Also published as: JP2017133436A

Description

本発明は、エンジンの過給装置に関するものである。

タービンとコンプレッサを備える過給装置において、例えば、特許文献１においては、タービン下流の排気通路にパワータービンを設け、排気でパワータービンを駆動してパワータービンの回転力をエンジンのクランク軸に伝達して出力向上や燃費向上を図っている。

特開平１−１１７９４０号公報

ところで、過給の応答性を上げたいという要求がある。例えば、特許文献１においては、過給機自体を制御できないため加速開始直後の過給遅れが発生する。
本発明の目的は、過給の応答性を上げることができるエンジンの過給機を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、エンジンの排気通路に設けられたタービンと、前記エンジンの吸気通路に設けられ、前記タービンにより吸気を圧縮するコンプレッサと、を備えるエンジンの過給装置であって、前記エンジンのクランク軸の回転力により駆動して空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された空気を蓄える蓄圧タンクと、前記タービンの補助が必要な際に前記蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を前記排気通路における前記タービンの上流側に供給する圧縮空気供給手段と、を備えることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、エンジンのクランク軸の回転力により圧縮機が駆動されて空気が圧縮され、圧縮機により圧縮された空気が蓄圧タンクに蓄えられる。タービンの補助が必要な際に、圧縮空気供給手段により蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気が排気通路におけるタービンの上流側に供給される。これにより、過給の応答性を上げることができる。

請求項２に記載のように、請求項１に記載のエンジンの過給装置において、前記エンジンのクランク軸と前記圧縮機とはクラッチを介して機械的に接続され、エンジン減速時に前記クラッチを繋ぐクラッチ制御手段を更に備えるとよい。

請求項３に記載のように、請求項１または２に記載のエンジンの過給装置において、前記圧縮空気供給手段は、車速定常状態から加速状態に移行する前の車速定常状態時に、前記蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を前記排気通路における前記タービンの上流側に供給して予め過給圧を上げておくとよい。

本発明によれば、過給の応答性を上げることができる。

実施形態におけるエンジンの過給装置を模式的に示す構成図。（ａ）は燃料噴射量の推移を示すタイムチャート、（ｂ）は車速の推移を示すタイムチャート、（ｃ）は過給圧の推移を示すタイムチャート、（ｄ）はタンク内圧の推移を示すタイムチャート、（ｅ）はバルブの開閉状況を示すタイムチャート、（ｆ）はクラッチのオン・オフ状況を示すタイムチャート。（ａ）はアクセル開度の推移を示すタイムチャート、（ｂ）は車速の推移を示すタイムチャート、（ｃ）は過給圧の推移を示すタイムチャート、（ｄ）はタンク内圧の推移を示すタイムチャート、（ｅ）はバルブの開閉状況を示すタイムチャート、（ｆ）はクラッチのオン・オフ状況を示すタイムチャート。（ａ）はアクセル開度の推移を示すタイムチャート、（ｂ）は車速の推移を示すタイムチャート、（ｃ）は過給圧の推移を示すタイムチャート、（ｄ）はタンク内圧の推移を示すタイムチャート、（ｅ）はバルブの開閉状況を示すタイムチャート、（ｆ）はクラッチのオン・オフ状況を示すタイムチャート。作用を説明するためのフローチャート。作用を説明するためのフローチャート。作用を説明するためのフローチャート。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態におけるエンジンの過給装置１０は、排気タービン過給機２０と、タービン補助機構３０と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４０を備えている。

車両にエンジン１１が搭載されており、本実施形態ではエンジン１１はディーゼルエンジンである。エンジン１１の各気筒にはインジェクタ１２がそれぞれ設けられ、各インジェクタ１２はコモンレール１３と接続されている。各インジェクタ１２からエンジン運転に必要な量の燃料が噴射される。エンジン１１の出力が変速機を介して車輪に伝達される。

エンジン１１には、排気ガスが通る排気通路１４及び吸入空気が通る吸気通路１５が接続されている。排気通路１４には、排気タービン過給機２０のタービン２１が設けられている。タービン２１は、タービンハウジング内に配置されたタービンホイール２１ａを有する。一方、吸気通路１５には排気タービン過給機２０のコンプレッサ２２が設けられている。コンプレッサ２２は、コンプレッサハウジング内に配置されたコンプレッサホイール２２ａを有し、コンプレッサホイール２２ａとタービンホイール２１ａとはセンタコア２３のシャフト２３ａにより連結されている。つまり、排気タービン過給機２０において、コンプレッサ２２とタービン２１とは一体的に接続され、排気ガスの圧力によってタービンホイール２１ａが回転駆動されるとともにコンプレッサホイール２２ａも回転する。即ち、排気タービン過給機２０はエンジン１１の排気ガスのエネルギによって駆動されて吸入空気を圧縮する。また、吸気通路１５において、排気タービン過給機２０のコンプレッサ２２の下流にはインタークーラ１６が設けられている。

タービン補助機構３０は、圧縮機３１と逆流防止弁３２と蓄圧タンク３３とバルブ３４と動力伝達機構３５とクラッチ３６を備え、これらはタービン補助用の機器である。
圧縮機３１は、エンジン１１のクランク軸１７に対し動力伝達機構３５及びクラッチ３６を介して回転動力伝達可能に接続されている。動力伝達機構３５は例えばベルト方式でもチェーン方式でもよい。クラッチ３６がオン状態（接続状態）ではエンジン１１のクランク軸１７の回転力が動力伝達機構３５を介して圧縮機３１に伝達されて圧縮機３１が駆動する。圧縮機３１はその駆動により吸入口から吸入した空気を圧縮して吐出口から吐出する。圧縮機３１の吐出口にはパイプ３７の一端が接続され、パイプ３７の他端は蓄圧タンク３３に接続されている。パイプ３７の途中には逆流防止弁３２が設けられている。蓄圧タンク３３にはパイプ３７を通して圧縮機３１から圧縮空気が供給される。蓄圧タンク３３に圧縮空気が蓄えられる。

蓄圧タンク３３にはパイプ３８の一端が接続され、パイプ３８の他端は排気通路１４におけるタービン２１の上流側に接続されている。パイプ３８の途中にはバルブ３４が設けられている。バルブ３４を開くことにより、蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気が排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給される。排気通路１４におけるタービン２１の上流側への圧縮空気の供給によりタービンホイール２１ａの回転が補助（アシスト）される。

吸気通路１５におけるインタークーラ１６の下流側に過給圧センサ５０が設置されている。過給圧センサ５０は実際の過給圧、即ち、実過給圧を検出する。蓄圧タンク３３に圧力センサ５１が設置されている。圧力センサ５１は蓄圧タンク３３の内部圧力、即ち、タンク内圧を検出する。

ＥＣＵ４０には過給圧センサ５０及び圧力センサ５１が接続されている。ＥＣＵ４０は過給圧センサ５０からの信号により実際の過給圧（実過給圧）を検知するとともに圧力センサ５１からの信号により蓄圧タンク３３の内部圧力（タンク内圧）を検知する。さらに、ＥＣＵ４０は、燃料噴射量、アクセル開度を検知している。

ＥＣＵ４０には電動式のバルブ３４及び電動式のクラッチ３６が接続されている。ＥＣＵ４０は電動式のバルブ３４を開閉制御するとともに電動式のクラッチ３６をオン・オフ制御する（接続状態もしくは遮断状態にする）。ＥＣＵ４０は、燃料噴射量、アクセル開度、実際の過給圧（実過給圧）、蓄圧タンク３３の内部圧力（タンク内圧）等に基づいてバルブ３４やクラッチ３６を制御する。

本実施形態では、バルブ３４及びＥＣＵ４０により圧縮空気供給手段が構成され、圧縮空気供給手段によりタービン２１の補助が必要な際に蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気を排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給する。また、圧縮空気供給手段（バルブ３４及びＥＣＵ４０）により車速定常状態から加速状態に移行する前の車速定常状態時に、蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気を排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給して予め過給圧を上げておく。ＥＣＵ４０によりクラッチ制御手段が構成され、クラッチ制御手段によりエンジン減速時にクラッチ３６を繋ぐ。

次に、作用について説明する。
図２，３，４にはタンク内圧の推移、バルブ３４の開閉状況、クラッチ３６のオン・オフ状況等を示す。図５，６，７にはＥＣＵ４０が実行する処理を示す。

まず、図２及び図５を用いて減速時の蓄圧について説明する。
図２（ａ）に示すように、燃料噴射量がｔ１のタイミングまでは変化がなく、ｔ１〜ｔ２の期間においてアクセルオフで燃料噴射カットされ、ｔ２のタイミングからアイドル状態とされ燃料噴射が有る。また、図２（ｂ）に示すように、車速がｔ１のタイミングまでは変化がなく、ｔ１〜ｔ２の期間において減速（エンジン減速）され、ｔ２のタイミングから変化しなくなっている。図２（ｃ）に示すように、過給圧がｔ１のタイミングまでは変化がなく、ｔ１〜ｔ２の期間においては低下し、ｔ２のタイミングから変化しなくなっている。図２（ｄ）に示すように、タンク内圧がｔ１のタイミングまでは低下した状態であり、ｔ１〜ｔ２の期間においては上昇し、ｔ２のタイミングから変化しなくなっている。図２（ｅ）に示すように、バルブ３４は閉じられたままである。図２（ｆ）に示すように、クラッチ３６はｔ１〜ｔ２の期間はオン（接続状態）にされる。

図５において、ＥＣＵ４０はステップＳ１００において燃料噴射量がゼロか否か判定し、燃料噴射量がゼロならばステップＳ１０１に移行する。ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０１においてタンク内圧が閾値よりも低いか否か判定し、タンク内圧が閾値よりも低いとステップＳ１０２でクラッチ３６をオン（接続状態）にする。その後、ＥＣＵ４０はステップＳ１０３で燃料噴射量がゼロか否か判定し、燃料噴射量がゼロならばステップＳ１０４に移行する。ＥＣＵ４０は、ステップＳ１０４においてタンク内圧が閾値よりも低いか否か判定し、タンク内圧が閾値よりも低いとステップＳ１０３に戻り、タンク内圧が閾値よりも高いとステップＳ１０５でクラッチ３６をオフ（切断状態）にする。

よって、図２のｔ１〜ｔ２の期間での減速（エンジン減速）時においてクラッチ３６をオンして（クラッチを繋いで）圧縮機３１が駆動されて圧縮空気が蓄圧タンク３３に蓄えられる。

このようにして、減速時等の不要な回転エネルギで圧縮機３１を駆動して圧縮空気にして蓄圧タンク３３に蓄えておく。具体的には、クランク回転を動力伝達機構３５及びクラッチ３６を介して圧縮機３１に伝えて圧縮機３１による圧縮空気を蓄圧タンク３３に送る。これにより、蓄圧タンク３３に蓄えた圧縮空気をタービン２１に供給可能となる。具体的には、蓄圧タンク３３からバルブ３４を介してタービン２１の上流側に圧縮空気を送ることが可能となる。

次に、図３及び図６を用いて発進・加速時のアシスト使用について説明する。
図３（ａ）に示すように、アクセル開度についてｔ１０のタイミングまでは開度がゼロであり、ｔ１０〜ｔ１１の期間において変化し、ｔ１１のタイミングから大きい開度で変化しなくなっている。また、図３（ｂ）に示すように、車速についてｔ１０のタイミングまでは車速がゼロであり、ｔ１０〜ｔ１２の期間において変化し、ｔ１２のタイミングから大きい車速で変化しなくなっている。図３（ｃ）に示すように、過給圧についてｔ１０のタイミングまでは低い過給圧で変化がなく、ｔ１０〜ｔ１２の期間において変化し、ｔ１２のタイミングから高い過給圧で変化しなくなっている。よって、図３においては、ｔ１０のタイミングで、アクセルを速く踏み込んでアクセル開度の変化率が閾値を超えている。

図３（ｄ）に示すように、タンク内圧についてｔ１０のタイミングまでは高いタンク内圧となっており、ｔ１０〜ｔ１１の期間において低下している。図３（ｅ）に示すように、バルブ３４についてはｔ１０のタイミングまでは全閉であり、ｔ１０〜ｔ１１の期間において全開となっている。図３（ｆ）に示すように、クラッチ３６についてはオフ（切断状態）のままである。

図６において、ＥＣＵ４０はステップＳ２００においてタンク内圧が閾値よりも高いか否か判定し、タンク内圧が閾値よりも高いとステップＳ２０１に移行する。ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０１において加速を認識すべくアクセル開度の変化率が閾値よりも大きいか否か判定し、アクセル開度の変化率が閾値よりも大きいと（図３のｔ１０のタイミング）、ステップＳ２０２に移行する。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２において過給アシストの要否を判定すべく第１過給圧偏差が閾値よりも大きいか否か判定する。第１過給圧偏差は、目標過給圧（図３（ｃ）参照）と実過給圧との差（＝目標過給圧−実過給圧）である。目標過給圧は、エンジンの運転条件（例えば、燃料噴射量、他にもエンジン回転数等）に応じて決まる目標となる過給圧値である。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０２で第１過給圧偏差が閾値よりも大きいと（図３のｔ１０のタイミング）、ステップＳ２０３に移行し、第１過給圧偏差が閾値よりも小さいとステップＳ２０１に戻る。

バルブ３４はそれまで閉状態であったが、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０３においてバルブ３４を開状態（図３のｔ１０のタイミング）にした後に、ステップＳ２０４に移行する。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０４において第１過給圧偏差が閾値よりも小さいか否か判定する。ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０４で第１過給圧偏差が閾値よりも小さいと（図３のｔ１１のタイミング）、ステップＳ２０５に移行し、第１過給圧偏差が閾値よりも大きいと第１過給圧偏差が閾値よりも小さくなるのを待つ。ステップＳ２０４における閾値はステップＳ２０２における閾値と同じ値である。なお、ステップＳ２０４における閾値とステップＳ２０２における閾値とを異なる値にすることもできる。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ２０５においてバルブ３４を閉状態（図３のｔ１１のタイミング）にする。
よって、図３のｔ１０〜ｔ１１の期間においてタービン２１の補助が必要な際にバルブ３４が開かれて蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気が排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給され、タービンホイール２１ａの回転が補助（アシスト）される。

このような処理の実行により、図３（ｃ）に示すように過給圧についてアシストが無い場合にはｔ１３のタイミングにならないと所望の過給圧に達することができなかったが、アシストが有ることによりｔ１３よりも早期タイミングであるｔ１２のタイミングで所望の過給圧に達することができる。つまり、図３（ｂ）に示すように車速についてアシストが無い場合にはｔ１３のタイミングにならないと所望の車速に達することができなかったが、アシストが有ることによりｔ１３よりも早期タイミングであるｔ１２のタイミングで所望の車速に達することができる。即ち、タービンアシストが無い場合には過給圧（ターボ回転）の立ち上がりが遅かったが、タービンアシストが有ることにより過給圧（ターボ回転）の立ち上がりが早くなり、これにより車速の立ち上がりが早くなり加速性能の向上が図られる。

このように、排気エネルギが十分得られない発進・加速時にタービン２１を補助し、過給圧の追従性や加速性能の向上を図ることができる。
次に、図４及び図７を用いて定常から加速への遷移時のアシスト使用について説明する。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、ｔ２０のタイミングまでは小さなアクセル開度で変化がなく、ｔ２０から変化し、ｔ２２のタイミングで所望の車速に達している。よって、図４においては、ｔ２０のタイミングで、アクセルを速く踏み込んでアクセル開度の変化率が閾値を超えている。

本実施形態では、図４（ｃ）に示すように加速に備え、予めアシストによる過給圧を、アシスト無しの場合に対し所定値ΔＰだけ高くしておく。
図４（ｄ）に示すように、タンク内圧について、２つのパターンを使い分けている。第１のパターン（Ｉ）では、蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気でアシストする。第２のパターン（ＩＩ）では、圧縮機３１の圧縮空気をそのままタービン２１へ供給する。

蓄圧タンク３３の圧縮空気を使用する場合（第１のパターン（Ｉ））においては、ｔ２０のタイミングまでは徐々に低下し、ｔ２０〜ｔ２１の期間においては大きく低下し、ｔ２１のタイミング以降は低いタンク内圧で変化しない。一方、圧縮機３１の圧縮空気をそのままタービン２１に供給する場合（第２のパターン（ＩＩ））においては、タンク内圧が低いままである。図４（ｅ）に示すように、バルブ３４についてｔ２１のタイミングまでは開度可変バルブを用いてタービン２１への圧縮空気の圧送量を調整しており、本実施形態ではバルブ開度を中間開度にしている。そして、ｔ２１のタイミングでバルブ３４が閉じられる。図４（ｆ）に示すように、クラッチ３６について、蓄圧タンク３３の圧縮空気を使用する場合（第１のパターン（Ｉ））においては、オフ（切断状態）のままである。一方、圧縮機３１の圧縮空気をそのままタービン２１に供給する場合（第２のパターン（ＩＩ））においては、ｔ２１のタイミングまではクラッチ３６はオン（接続状態）になり、ｔ２１以降ではクラッチ３６はオフ（切断状態）になる。

図７において、ＥＣＵ４０はステップＳ３００においてタンク内圧が閾値よりも高いか否か判定し、タンク内圧が閾値よりも高いとステップＳ３０１〜Ｓ３０８の処理を実行し、タンク内圧が閾値よりも低いとステップＳ３０９〜Ｓ３１７の処理を実行する。ステップＳ３０１〜Ｓ３０８の処理は、蓄圧タンク３３に蓄えた圧縮空気でタービン２１をアシストする処理（第１のパターン（Ｉ））であり、ステップＳ３０９〜Ｓ３１７の処理は、圧縮機３１による圧縮空気を直接、タービン２１に供給してアシストする処理（第２のパターン（ＩＩ））である。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０１において定常判定すべくアクセル開度の変化率が閾値よりも小さいか否か判定し、アクセル開度の変化率が閾値よりも小さいと（図４のｔ２０のタイミング以前）、ステップＳ３０２に移行する。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０２において第２過給圧偏差が閾値よりも大きいか否か判定する。第２過給圧偏差は、アシスト目標過給圧と実過給圧との差（＝アシスト目標過給圧−実過給圧）であり、アシスト目標過給圧は、エンジンの運転条件（例えば、燃料噴射量、他にもエンジン回転数等）に応じて決まる目標となる過給圧値である。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０２で第２過給圧偏差が閾値よりも大きいと、ステップＳ３０３に移行し、第２過給圧偏差が閾値よりも小さいとステップＳ３０１に戻る。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０３においてバルブ３４の開度を決定した後、ステップＳ３０４においてバルブ３４を開状態にし、ステップＳ３０５に移行する。
ステップＳ３０１〜Ｓ３０４の処理により、図４（ｃ），（ｅ）に示すように、ｔ２０のタイミングまでバルブ３４が中間開度にされ、過給圧がΔＰだけ高く設定される。即ち、車速定常状態から加速状態に移行する前の車速定常状態時に、蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気を排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給して予め過給圧を上げておく。

ＥＣＵ４０は、図７のステップＳ３０５においてアクセル開度の変化率が閾値よりも小さいか否か判定し、アクセル開度の変化率が閾値よりも小さいと、ステップＳ３０８に移行し、アクセル開度の変化率が閾値よりも大きいとステップＳ３０６に移行する。ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０６においてタンク内圧が閾値よりも高いか否か判定し、タンク内圧が閾値よりも高いとステップＳ３０７に移行し、タンク内圧が閾値よりも低いとステップＳ３０８に移行する。ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０７において第２過給圧偏差が閾値よりも小さいか否か判定し、第２過給圧偏差が閾値よりも小さいとステップＳ３０８に移行する。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ３０８においてバルブ３４を閉状態（図４のｔ２１のタイミング）にする。即ち、ステップＳ３０５〜Ｓ３０８の処理により、図４（ｃ），（ｅ）に示すように、過給圧が目標値になるまではバルブ３４が中間開度にされ、過給圧が目標値になるとバルブ３４が閉じられる。よって、圧縮空気が排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給され、タービン２１が補助（アシスト）される。

このような処理の実行により図４（ｃ）に示すように蓄圧タンク３３に蓄えた圧縮空気でタービン２１をアシストする場合（第１のパターン（Ｉ））と、過給圧についてアシストが無い場合とを比較する。アシストが無い場合にはｔ２３のタイミングにならないと所望の過給圧に達することができなかったが、アシストが有ることによりｔ２３よりも早期タイミングであるｔ２１のタイミングで所望の過給圧に達することができる。つまり、図４（ｂ）に示すように車速についてアシストが無い場合にはｔ２３のタイミングにならないと所望の車速に達することができなかったが、アシストが有ることによりｔ２３よりも早期タイミングであるｔ２２のタイミングで所望の車速に達することができる。即ち、タービンアシストが無い場合には過給圧（ターボ回転）の立ち上がりが遅かったが、タービンアシストが有ることにより過給圧（ターボ回転）の立ち上がりが早くなり、これにより車速の立ち上がりが早くなり加速性能の向上が図られる。

一方、図７においてＥＣＵ４０は、ステップＳ３０９においてクラッチ３６をオン（接続状態）にした後、ステップＳ３１０において定常判定すべくアクセル開度の変化率が閾値よりも小さいか否か判定する。ＥＣＵ４０は、アクセル開度の変化率が閾値よりも小さいと（図４のｔ２０のタイミング以前）、ステップＳ３１１に移行し、アクセル開度の変化率が閾値よりも大きいとステップＳ３１６に移行する。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ３１１において第２過給圧偏差が閾値よりも大きいか否か判定する。第２過給圧偏差は、アシスト目標過給圧と実過給圧との差（＝アシスト目標過給圧−実過給圧）であり、アシスト目標過給圧は、エンジンの運転条件（例えば、燃料噴射量、他にもエンジン回転数等）に応じて決まる目標となる過給圧値である。そして、ＥＣＵ４０は、ステップＳ３１１で第２過給圧偏差が閾値よりも大きいと、ステップＳ３１２に移行し、第２過給圧偏差が閾値よりも小さいとステップＳ３１０に戻る。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ３１２においてバルブ３４の開度を決定した後、ステップＳ３１３においてバルブ３４を開状態にし、ステップＳ３１４に移行する。
ステップＳ３０９〜Ｓ３１３の処理により、図４（ｄ）でＩＩで示すように、タンク内圧が閾値より低いと、図４（ｆ）でＩＩで示すように、クラッチ３６をオンにしてクランク軸の回転力で圧縮機３１を駆動して圧縮空気を生成してｔ２０のタイミングまでバルブ３４が中間開度にされ過給圧がΔＰだけ高く設定される。

ＥＣＵ４０は、図７のステップＳ３１４においてアクセル開度の変化率が閾値よりも小さいか否か判定し、アクセル開度の変化率が閾値よりも小さいと、ステップＳ３１６に移行し、アクセル開度の変化率が閾値よりも大きいとステップＳ３１５に移行する。ＥＣＵ４０は、ステップＳ３１５において第２過給圧偏差が閾値よりも小さいか否か判定し、第２過給圧偏差が閾値よりも小さいとステップＳ３１６に移行する。

ＥＣＵ４０は、ステップＳ３１６においてクラッチ３６をオフ（切断状態）にするとともにステップＳ３１７でバルブ３４を閉状態（図４のｔ２１のタイミング）にする。
よって、図４のｔ２０〜ｔ２１の期間においてタービン２１の補助が必要な際に、圧縮空気が排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給され、タービンホイール２１ａの回転が補助（アシスト）される。

ステップＳ３１４〜Ｓ３１７の処理により図４（ｃ），（ｄ），（ｆ）に示すように過給圧が目標値になるまではクラッチ３６をオンにするとともにバルブ３４の開度が調整されて過給圧が目標値になるとクラッチ３６をオフするとともにバルブ３４を閉じる。

このような処理の実行により図４（ｃ）に示すように圧縮機３１による圧縮空気を直接、タービン２１に供給してアシストする場合（第２のパターン（ＩＩ））と、過給圧についてアシストが無い場合とを比較する。アシストが無い場合にはｔ２３のタイミングにならないと所望の過給圧に達することができなかったが、アシストが有ることによりｔ２３よりも早期タイミングであるｔ２２のタイミングで所望の過給圧に達することができる。つまり、図４（ｂ）に示すように車速についてアシストが無い場合にはｔ２３のタイミングにならないと所望の車速に達することができなかったが、アシストが有ることによりｔ２３よりも早期タイミングであるｔ２２のタイミングで所望の車速に達することができる。

以上のごとく、図４を用いて説明したように排気エネルギが十分得られない（タービン回転数が上がらない）主に低速域にて、蓄えておいた圧縮空気にてタービン回転を予め上昇させておくことで、必要な過給圧を早く得ることができ、加速開始直後から良好な過給圧追従性・加速性能が得られる。つまり、加速に備えタービン２１を必要回転数に上昇・維持しておき、燃費悪化なく、加速性の向上を図り、過給遅れによる排気悪化防止ができる。

また、図２を用いて説明したように一時的に蓄圧タンク３３に圧縮空気を蓄えておき、図３を用いて説明したようにタービン駆動の補助が要求される場合にバルブ３４を開き、蓄圧された空気をタービン２１に流入する。特に、図２のごとく高速定常走行時など、燃費影響が少なく、且つ多量の蓄圧が期待できる条件であらかじめ蓄圧しておくことで、図４のごとく低速走行が続く場合でも、加速時の過給圧追従性を向上させることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）エンジンの過給装置１０の構成として、エンジンの排気通路１４に設けられたタービン２１と、エンジンの吸気通路１５に設けられ、タービン２１により吸気を圧縮するコンプレッサ２２を備える。また、エンジンのクランク軸１７の回転力により駆動して空気を圧縮する圧縮機３１と、圧縮機３１により圧縮された空気を蓄える蓄圧タンク３３を備える。さらに、タービン２１の補助が必要な際に蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気を排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給する圧縮空気供給手段としてのバルブ３４及びＥＣＵ４０を備える。よって、クランク回転を利用してタービン補助用の圧縮機３１を駆動し、この圧縮機３１で圧縮された空気はタービン２１に流入しタービン回転を補助する。これにより、エンジンのクランク軸１７の回転を利用して過給をアシストすることによって過給の応答性を上げることができる。

（２）エンジンのクランク軸１７と圧縮機３１とはクラッチ３６を介して機械的に接続され、エンジン減速時にクラッチ３６を繋ぐクラッチ制御手段としてのＥＣＵ４０を更に備える。よって、エンジン減速時に圧縮機３１を駆動して圧縮機３１により圧縮された空気を蓄圧タンク３３に蓄えることができる。

（３）圧縮空気供給手段としてのバルブ３４及びＥＣＵ４０は、車速定常状態から加速状態に移行する前の車速定常状態時に、蓄圧タンク３３に蓄えられた圧縮空気を排気通路１４におけるタービン２１の上流側に供給して予め過給圧を上げておく。よって、さらに過給の応答性を上げることができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・エンジンの種類は問わない。例えば、ディーゼルエンジン以外にも例えばガソリンエンジンでもよい。

・バルブ３４の種類は問わない。少なくとも開閉ができるバルブであればよい。

１０…エンジンの過給装置、１４…排気通路、１５…吸気通路、１７…クランク軸、２１…タービン、２２…コンプレッサ、３１…圧縮機、３３…蓄圧タンク、３４…バルブ、３６…クラッチ、４０…ＥＣＵ。

Claims

エンジンの排気通路に設けられたタービンと、
前記エンジンの吸気通路に設けられ、前記タービンにより吸気を圧縮するコンプレッサと、を備えるエンジンの過給装置であって、
前記エンジンのクランク軸の回転力により駆動して空気を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された空気を蓄える蓄圧タンクと、
前記タービンの補助が必要な際に前記蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を前記排気通路における前記タービンの上流側に供給する圧縮空気供給手段と、を備え、
前記圧縮空気供給手段は、車速定常状態を判定したときに、前記蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を前記排気通路における前記タービンの上流側に供給して前記吸気通路にて検知される実際の過給圧を目標とする過給圧よりも所定値だけ高くしておくことを特徴とするエンジンの過給装置。
前記エンジンのクランク軸と前記圧縮機とはクラッチを介して機械的に接続され、エンジン減速時に前記クラッチを繋ぐクラッチ制御手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの過給装置。
前記圧縮空気供給手段は、前記蓄圧タンクの内圧が所定の閾値よりも低い場合に、前記クラッチを接続状態にして前記圧縮機を駆動し、前記圧縮機により圧縮された空気を前記排気通路における前記タービンの上流側に供給する請求項２に記載のエンジンの過給装置。