(57)【要約】【課題】ターボコンパウンドエンジンにおいて、排気エネルギを効率的に活用する。【解決手段】エンジン１のクランクシャフト４の回転によって駆動される補機１０と、排気タービン２０の回転が回転軸２１，４１を介して伝達される排気タービンプーリ２２と、クランクシャフト４の回転が伝達されるクランクシャフトプーリ５と、排気タービンプーリ２２及びクランクシャフトプーリ５の回転を補機１０に伝達する回転伝達部７と、クランクシャフト４とクランクシャフトプーリ５との間に配置されるクラッチ６０と、排気タービン２０の上流側と下流側とを結ぶバイパス通路２４と、バイパス開閉弁３０の開閉を制御する可変機構５０とを備え、可変機構５０は、クラッチ６０の接続の解除又は補機１０の負荷の増大によって回転伝達部７の回転距離が回転伝達部７に入力される回転軸２１，４１の回転距離よりも小さくなった際にバイパス開閉弁３０の開度を小さくして排気タービン２０への排気の流量を増大させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配置した排気タービンと、
前記エンジンのクランクシャフトの回転によって駆動される補機と、
前記排気タービンの回転が回転軸を介して伝達される排気タービンプーリと、
前記クランクシャフトの回転が伝達されるクランクシャフトプーリと、
前記排気タービンプーリ及び前記クランクシャフトプーリの回転を前記補機に伝達する回転伝達部と、
前記クランクシャフトと前記クランクシャフトプーリとの間に配置されるクラッチと、
前記排気通路における前記排気タービンの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス開閉弁と、
前記バイパス開閉弁の開閉を制御する可変機構と、
を備え、
前記可変機構は、前記クラッチの接続の解除又は前記補機の負荷の増大によって、前記回転伝達部の回転距離が前記回転伝達部に入力される前記回転軸の回転距離よりも小さくなった際に前記バイパス開閉弁の開度を小さくして前記排気タービンへ供給される排気の流量を増大させるターボコンパウンドエンジン。
【請求項２】
前記可変機構は、前記回転伝達部の回転距離と前記回転軸の回転距離との差に基づいてシリンダに供給される流体圧を調整し、その流体圧の調整に基づく前記シリンダの動作によって前記バイパス開閉弁の開度を制御する請求項１に記載のターボコンパウンドエンジン。
【請求項３】
前記排気タービンの回転数が所定タービン回転数以上となった際に前記クラッチの接続を解除する請求項１又は２に記載のターボコンパウンドエンジン。
【請求項４】
前記クランクシャフトの回転数が所定クランクシャフト回転数以上となった際に前記クラッチの接続を解除する請求項１又は２に記載のターボコンパウンドエンジン。
【請求項５】
前記クランクシャフトの回転によって駆動されるオイルポンプを備え、
前記クラッチは前記オイルポンプによって供給される油圧によって制御され、
前記クラッチは前記油圧が前記所定クランクシャフト回転数に対応する所定圧未満であれば接続状態であり前記所定圧以上であれば接続が解除される請求項４に記載のターボコンパウンドエンジン。
【請求項６】
前記バイパス開閉弁は前記排気通路における排気温度に応じて開度が制御される第１開閉弁と、前記可変機構によって制御される第２開閉弁とを備える請求項１〜５の何れか１項に記載のターボコンパウンドエンジン。
【請求項７】
前記バイパス開閉弁は前記排気温度が所定温度以上となると閉弁状態となるバイメタル式の第１開閉弁と、前記可変機構によって制御される第２開閉弁とを備える請求項１〜５の何れか１項に記載のターボコンパウンドエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの排気ガスのエネルギを回収する排気タービンを備えたターボコンパウンドエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気系に排気ガスのエネルギを回収する排気タービンを備え、吸気系に排気タービンの回転が伝達されることで吸気の圧力を高めるコンプレッサを備えたターボチャージャ付きのエンジンが広く利用されている。また、同じく排気系に排気タービンを備えたエンジンとして、排気タービンの回転を補機等に対する駆動力として活用するターボコンパウンドエンジンが知られている。
【０００３】
ターボコンパウンドエンジンとして、例えば、特許文献１に示すものがある。特許文献１のターボコンパウンドエンジンは、クランクシャフトに嵌合されたクランクシャフトギアと、クランクシャフトギアに噛合しクランクシャフトの駆動力によって補機を駆動する補機駆動用ギアと、排気系に設けられた排気タービンと、排気タービンの回転を伝達する回転軸と、回転軸の駆動力を補機駆動用ギアに伝達する減速機構とを備えている。補機に対しては、クランクシャフトの回転と排気タービンの回転とが入力可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−８８６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のターボコンパウンドエンジンでは、排気タービンの回転エネルギを補機の駆動力として活用できるのは、単に、エンジンの中高負荷領域に限られる（段落００１９，００２０等参照）とされている。しかしながら、エンジンの運転状態や補機の状態によっては、排気タービンの回転エネルギを効率的に活用できない場合もある。したがって、刻々と変化する運転状態に応じて、排気タービンの回転エネルギをより効率的に活用するためには、さらに改善の余地がある。
【０００６】
そこで、この発明の課題は、ターボコンパウンドエンジンにおいて、運転状態に応じて排気エネルギを効率的に活用することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの排気通路に配置した排気タービンと、前記エンジンのクランクシャフトの回転によって駆動される補機と、前記排気タービンの回転が回転軸を介して伝達される排気タービンプーリと、前記クランクシャフトの回転が伝達されるクランクシャフトプーリと、前記排気タービンプーリ及び前記クランクシャフトプーリの回転を前記補機に伝達する回転伝達部と、前記クランクシャフトと前記クランクシャフトプーリとの間に配置されるクラッチと、前記排気通路における前記排気タービンの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス開閉弁と、前記バイパス開閉弁の開閉を制御する可変機構と、を備え、前記可変機構は、前記クラッチの接続の解除又は前記補機の負荷の増大によって、前記回転伝達部の回転距離が前記回転伝達部に入力される前記回転軸の回転距離よりも小さくなった際に前記バイパス開閉弁の開度を小さくして前記排気タービンへ供給される排気の流量を増大させるターボコンパウンドエンジンを採用した。
【０００８】
ここで、前記可変機構は、前記回転伝達部の回転距離と前記回転軸の回転距離との差に基づいてシリンダに供給される流体圧を調整し、その流体圧の調整に基づく前記シリンダの動作によって前記バイパス開閉弁の開度を制御する構成を採用することができる。
【０００９】
また、前記排気タービンの回転数が所定タービン回転数以上となった際に前記クラッチの接続を解除する構成を採用することができる。
【００１０】
また、前記クランクシャフトの回転数が所定クランクシャフト回転数以上となった際に前記クラッチの接続を解除する構成を採用することができる。
【００１１】
このとき、前記クランクシャフトの回転によって駆動されるオイルポンプを備え、前記クラッチは前記オイルポンプによって供給される油圧によって制御され、前記クラッチは前記油圧が前記所定クランクシャフト回転数に対応する所定圧未満であれば接続状態であり前記所定圧以上であれば接続が解除される構成を採用することができる。
【００１２】
また、前記バイパス開閉弁は前記排気通路における排気温度に応じて開度が制御される第１開閉弁と、前記可変機構によって制御される第２開閉弁とを備える構成を採用することができる。
【００１３】
さらに、前記バイパス開閉弁は前記排気温度が所定温度以上となると閉弁状態となるバイメタル式の第１開閉弁と、前記可変機構によって制御される第２開閉弁とを備える構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、ターボコンパウンドエンジンにおいて、クランクシャフトの回転の回転伝達部への伝達を入断するクラッチの接続の解除又は補機の負荷の増大によって、回転伝達部の回転距離が、回転伝達部に入力される排気タービンの回転軸の回転距離よりも小さくなった際に、バイパス開閉弁の開度を小さくして排気タービンへ供給される排気の流量を増大させる可変機構を備えたので、運転状態に応じて排気エネルギを効率的に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施形態を示すターボコンパウンドエンジンの全体図である。
【図２】（ａ）（ｂ）はそれぞれバイパス開閉弁（第１開閉弁）の構造を示す模式図である。
【図３】（ａ）は減速機の構造を示す模式図、（ｂ）は減速機の他の例の構造を示す模式図である。
【図４】（ａ）（ｂ）はそれぞれ可変機構の構造を示す模式図である。
【図５】（ａ）（ｂ）はそれぞれクラッチの構造を示す模式図である。
【図６】この発明の制御を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。この実施形態は、排気系に排気タービンを備え、その、排気タービンの回転を補機等に対する駆動力として活用するターボコンパウンドエンジン１（以下、単にエンジン１と称する。）である。
【００１７】
エンジン１は、図１に示すように、燃焼室に通じる吸気通路２と、燃焼室から引き出された排気通路３とを備えている。燃焼室には、吸気通路２を通じて空気が導入される。また、吸気通路２や燃焼室に臨んで設けられた燃料噴射弁によって、燃焼室に燃料が導入される。燃焼室内での燃焼に伴う排気ガスは、排気通路３を通じて大気へ排出される。排気通路３には、触媒等の排気浄化装置９や、消音用のマフラ等が配置される。
【００１８】
この実施形態では、燃焼室を一直線上に４つ備えた直列４気筒ガソリンエンジンを示しているが、気筒の数や配置の形態は自由である。また、この発明を適用できるエンジン１は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等のエンジン種別は問わない。
【００１９】
混合気の燃焼によって燃焼室内でピストンが上下動し、これによってクランクシャフト４が軸周りに回転する。クランクシャフト４の回転は、動力伝達経路を通じて駆動輪に伝達されて車両が走行する。
【００２０】
排気通路３には、排気タービン２０が配置されている。排気タービン２０は、排気通路３の途中に設けられたケーシング２３内に配置され、回転軸２１の軸周りに回転自在である。その回転軸２１は、ケーシング２３外に引き出されている。また、排気タービン２０は、排気浄化装置９の上流側に配置されている。
【００２１】
排気通路３には、その排気通路３における排気タービン２０の上流側と下流側とを結ぶバイパス通路２４が備えられている。バイパス通路２４は、排気タービン２０を通らないルートで、燃焼室からの排気ガスを下流側の排気浄化装置９へと導いている。また、そのバイパス通路２４には、流路を開閉するバイパス開閉弁３０が備えられている。この実施形態では、図１及び図２に示すように、バイパス開閉弁３０は、第１開閉弁３１と第２開閉弁３２の二つの弁装置から構成されている。
【００２２】
エンジン１における燃焼室の直列方向一方の端面には、クランクシャフト４の回転が伝達される補機１０が配置されている。補機１０としては、例えば、エアコン用のコンプレッサやオルタネータ等が挙げられる。これらの補機１０は、適宜のブラケットを介してエンジン１に固定され、その補機１０の駆動軸（入力軸）１２に補機プーリ１１が接続されている。補機１０は補機電磁クラッチを内蔵しており、この補機電磁クラッチの接続及び接続の解除によって、補機プーリ１１の回転が、補機１０の駆動軸１２に伝達可能な状態と、伝達不能な状態とに切り替えられる。なお、図１では、代表して一つの補機１０を示しているが、通常は用途の異なる複数の補機１０が配置される。
【００２３】
また、クランクシャフト４には、クラッチ６０を介してクランクプーリ５が接続されている。エンジン１は、クランクシャフト４の回転によって駆動されるオイルポンプ８を備えており、オイルポンプ８によってエンジン１の各部へ潤滑油が供給されるようになっている。クラッチ６０は、このオイルポンプ８によって供給される油圧によって、接続及び接続の解除が制御される。クラッチ６０の接続及び接続の解除によって、クランクシャフト４の回転が、クランクプーリ５に伝達可能な状態と、伝達不能な状態とに切り替えられる。
【００２４】
排気タービン２０の回転軸２１には、減速機４０、可変機構５０を介して排気タービンプーリ２２が接続されている。減速機４０は、排気通路３の排気圧によって回転する排気タービン２０の回転を、排気タービンプーリ２２に対して減速して伝達する機能を有している。また、可変機構５０は、バイパス開閉弁３０のうち第２開閉弁３２の開閉の制御を行う。
【００２５】
このような、排気タービン２０やバイパス開閉弁３０、減速機４０、可変機構５０、クラッチ６０をはじめ、エンジン１全般の制御は、このエンジン１を搭載する車両が備える制御装置（電子制御ユニット）７０が行っている。
【００２６】
補機プーリ１１、クランクプーリ５及び排気タービンプーリ２２には、無端状を成す１本のベルト６が巻回されている。このベルト６によって、クランクシャフト４の回転が補機１０に伝達される回転伝達部７が構成されている。また、回転伝達部７は、排気タービン２０の回転を補機１０に伝達する機能も有している。
【００２７】
図３に減速機４０の構造を示す。排気タービン２０の回転数は、最大で概ね１０〜１５万回転／分であり、また、補機１０に対する駆動力の入力は、燃料カット運転状態における最高回転数に余裕値を加えると、最大で７５００回転／分程度と想定できる。この場合、減速機４０は、減速比として約１５〜２００を満足することが望ましい。この条件を満たす構造として、例えば、図３（ａ）に示すようなウォームギアを用いた減速機構を採用することができる。また、図３（ｂ）に示すような波動歯車装置を用いた減速機構を採用することもできる。
【００２８】
図３（ａ）に示すウォームギアを用いた減速機４０は、ねじ歯車であるウォーム４２，４５と、それに噛み合うはす歯歯車としてウォームホイール４３，４６を組み合わせて構成されている。入力側の回転軸２１の回転は、ウォーム４２、ウォームホイール４３、軸４４と一体のウォーム４５、ウォームホイール４６へと順に伝達されて、減速された状態で出力側の回転軸４１へ伝達される。
【００２９】
図３（ｂ）に示す波動歯車装置を用いた減速機４０は、外径側から内径側へ向かって順に、サーキュラ・スプライン４８、ウェーブ・ジェネレータ４７、フレクスプライン４６を備えた構成であり、楕円と真円の差動を利用した歯車装置である。入力側の回転軸２１の回転に伴ってフレクスプライン４６が軸周り回転し、フレクスプライン４６によって内径側から押圧されたウェーブ・ジェネレータ４７が弾性変形しながら回転する。ウェーブ・ジェネレータ４７の外歯４７ａはサーキュラ・スプライン４８の内歯４８ａと噛み合っているので、ウェーブ・ジェネレータ４７の回転は減速された状態でサーキュラ・スプライン４８へ伝達され、さらに出力側の回転軸４１へ伝達される。減速機４０として波動歯車装置を採用すれば、軽量、コンパクトな構成で高減速比を実現できる。
【００３０】
なお、クラッチ６０が、クランクシャフト４とクランクプーリ５との間に配置されているので、クランクシャフト４の回転のクランクプーリ５及び回転伝達部７に対する伝達は、運転状態に応じて、伝達可能な状態と伝達不能な状態とに切り替えられる。
【００３１】
排気通路３には、排気ガスの温度を検出する排気温度センサが備えられている。バイパス開閉弁３０の一つを構成する第１開閉弁３１は、排気通路３における排気ガスの温度（排気温度）に応じて開度が調整される。具体的には、排気温度が低い場合には排気エネルギが小さく、排気タービン２０への排気エネルギの供給はあまり期待できず、むしろ、下流側の排気浄化部９の温度を早期に活性化温度まで上昇させることを優先したい。そこで、排気温度が低いほど第１開閉弁３１の開度を大きくして、排気タービン２０へ向かう排気の流量を減少させる制御を行う。また、排気温度が高い場合には排気エネルギが大きいので、排気タービン２０に供給される排気ガスの流量を高めたい。このため、排気温度が高いほど第１開閉弁３１の開度を小さくして、排気タービン２０へ向かう排気の流量を増大させる制御を行う。
【００３２】
この実施形態では、第１開閉弁３１として、通常運転時は開弁状態であり、排気温度が所定温度以上となると、弁体が変形して閉弁状態となるバイメタル式の弁装置を採用している。このため、排気温度が上昇してその温度が所定温度以上になれば第１開閉弁３１は自動的に閉弁し（図２（ａ）参照）、排気タービン２０に供給される排気ガスの流量を増大させ、積極的に排気エネルギを活用することができる。これにより、同時に排気温度を低下させることができるので、排気温度が高いために制限していた出力抑制を解除できる効果も期待できる。なお、排気温度が所定温度未満であれば、第１開閉弁３１は自動的に開弁する（図２（ｂ）の開弁隙間ｗ参照）ので、排気タービン２０に供給される排気ガスの流量は最小となる。
【００３３】
また、バイパス開閉弁３０の一つを構成する第２開閉弁３２は、流体圧式又は電動式の弁装置である。この実施形態では、第２開閉弁３２を油圧式の弁装置（オイルコントロールバルブ）としている。
【００３４】
可変機構５０は、排気タービン２０の回転軸４１から回転伝達部７に入力される回転距離と、回転伝達部７の回転距離との差に基づいて、シリンダ５５に供給される流体圧を調整する。この流体圧の調整に基づくシリンダ５５の動作によって、可変機構５０は、第２開閉弁３２の開度を調整する制御を行う。第２開閉弁３２の開度の調整により、排気タービン２０へ供給される排気の流量が増減される。
【００３５】
ここで、一般に回転距離とは、回転体の場合は、その回転体の該当部分（例えば、外周部）における回転中心からの半径と単位時間あたりの回転数から求められる、その回転体の該当部分の単位時間あたりの周方向への移動距離である。また、一般に回転距離とは、プーリに巻回されたベルトの場合は、プーリの回転に伴いベルトが周回する際における、そのベルトの単位時間あたりの周回方向への移動距離である。
【００３６】
具体的には、クラッチ６０の接続が解除された際、又は、補機１０の負荷が増大した際に、回転伝達部７の単位時間あたりの回転距離が、回転伝達部７に入力される回転軸４１の単位時間あたりの回転距離よりも小さくなった際に、第２開閉弁３２の開度を小さくすることで、排気タービン２０による補機１０への回転の入力を増大させる制御を行う。この第２開閉弁３２の開閉は、排気温度に基づく第１開閉弁３１の開弁状態で、バイパス通路２４における排気ガスの流量を制御するのに有効である。
【００３７】
また、回転伝達部７の単位時間あたりの回転距離が、回転軸４１から回転伝達部７に入力される回転距離以上である場合には、クランクシャフト４から回転伝達部７に入力される回転が、補機プーリ１１を通じて補機１０に伝達される。このとき、排気タービンプーリ２２と回転軸４１とが空転するように、排気タービンプーリ２２と回転軸４１との間のいずれかの箇所に、一方向クラッチ等を介在させている。
【００３８】
図４に可変機構５０の構造を示す。可変機構５０は、内径側の回転軸４１とともに軸周り回転するベーン状構造体５１と、排気タービンプーリ２２とともに回転する外輪５２とを備え、ベーン状構造体５１の外周凸部５１ａが外輪５２の内周凹部５２ａ内に入り込んだ形態である。ベーン状構造体５１と外輪５２との間の空間Ｓは、オイルで満たされている。このオイルは、エンジン１のオイルポンプ８から供給されるものではなく、独立した油圧系統を構成する空間に充填されたものとなっている。外周凸部５１ａは周方向に沿って複数設けられ、内周凹部５２ａも外周凸部５１ａと同数設けられている。外周凸部５１ａは、内周凹部５２ａが設けられた軸周り方位α内でのみ移動可能であるので、ベーン状構造体５１と外輪５２との軸周り相対回転は、この方位α内でのみ許容される。
【００３９】
図４に示すように、各内周凹部５２ａ内の空間Ｓは、外周凸部５１ａを挟んで一方側の空間Ｓ１が第１油路５４ａに連通し、他方側の空間Ｓ２が第２油路５４ｂに連通している。また、図１に示すように、第１油路５４ａは、第２開閉弁３２を開閉動作させるシリンダ５５の第１油室５５ａに、第２油路５４ｂは、シリンダ５５の第２油室５５ｂに連通している。第１油室５５ａと第２油室５５ｂとを隔てるピストン５５ｃの動きによって、リンク機構等からなる伝達手段５６を介して、第２開閉弁３２に接続されたガイドピストン３２ａをガイドシリンダ３２ｃ内で移動させる。ガイドピストン３２ａの移動により、ガイドピストン３２ａに接続された弁体３２ｂが弁装置の開閉弁方向へ移動する。
【００４０】
回転軸４１からの回転の入力がない状態、又は、回転軸４１と一体に回転するベーン状構造体５１と外輪５２とが等しい速度で同方向に回転している状態では、図４（ａ）に示す定常状態である。このとき、第２開閉弁３２は開弁状態である。ベーン状構造体５１は、リターンスプリング５３によって図中の時計回り方向へ付勢され、定常状態が維持されているので、第２開閉弁３２も開弁方向に付勢されている。
【００４１】
この定常状態において、回転軸４１からベーン状構造体５１に入力される回転距離の方が、回転伝達部７から外輪５２に入力される回転距離よりも小さい状況（回転軸４１の回転速度が遅い状況）となった場合、排気タービンプーリ２２と回転軸４１との間に一方向クラッチが介在しているので、排気タービンプーリ２２と回転軸４１とは空転する。この場合、可変機構５０は、図４（ａ）に示す定常状態を維持できる。また、回転軸４１からベーン状構造体５１に入力される回転距離の方が、回転伝達部７から外輪５２に入力される回転距離よりも大きい状況（回転軸４１の回転速度が速い状況）となった場合で、クラッチ６０の接続が解除された状態であれば、一方向クラッチが結合して回転軸４１の回転力が回転伝達部７側（補機プーリ１１側）に伝達される。なお、クラッチ６０が接続状態であれば、回転軸４１は、クランクプーリ５、排気タービンプーリ２２、補機プーリ１１等と同じ速度で回転する。このとき、排気タービンプーリ２２と回転軸４１との間に一方向クラッチを介在させずに、排気タービンプーリ２２と回転軸４１が、クランクシャフト４側からの駆動にやや引きずられながら回転するようにしてもよい。
【００４２】
内径側の回転軸４１からベーン状構造体５１に対して、図４（ａ）に示す矢印方向への回転入力があった場合、ベーン状構造体５１と排気タービンプーリ２２と一体の外輪５２との間で軸周り相対回転が生じる。この状況は、クラッチ６０の接続が解除されてクランクシャフト４の回転がベルト６に伝達されなくなった場合、又は、運転状態に応じて補機１０の負荷が増大（エアコンや発電機に対する要求負荷が増大）してベルト６の進行速度が遅くなった場合等であって、ベルト６を介して可変機構５０の外輪５２へ入力される負荷が増大し、外輪５２の回転距離が回転軸４１の回転距離よりも小さくなったときに該当する。また、減速機４０の回転軸４１の回転が、同方向へ回転する排気タービンプーリ２２とともに回転する外輪５２の回転よりも速くなった場合にも、この状況と同様の相対回転が生じる。すなわち、これらの状況は、回転伝達部７のベルト６の回転距離が、回転軸４１から可変機構５０を通じて回転伝達部７のベルト６へ入力される回転距離よりも小さくなった場合に相当する。
【００４３】
これにより、外周凸部５１ａは、図４（ａ）に示す状態から図４（ｂ）に示す状態へと、内周凹部５２ａ内を方位αだけ移動する。このとき、外周凸部５１ａを挟んで他方側の空間Ｓ２が狭まるので、第２油路５４ｂを通じてオイルが第２油室５５ｂへ供給される。ピストン５５ｃは第１油室５５ａを縮小するので、第１油室５５ａ内のオイルは、第１油路５４ａを通じて外周凸部５１ａを挟んで一方側の空間Ｓ１に戻される。ピストン５５ｃが第１油室５５ａを縮小する側へ動くと、伝達手段５６を介してガイドピストン３２ａが移動し、第２開閉弁３２の弁体３２ｂは閉弁方向へ移動し、やがて第２開閉弁３２は全閉する。これにより、バイパス通路２４は閉じられ、排気タービン２０への排気ガスの供給が増大するので、排気エネルギをより効率的に活用することができる。
【００４４】
また、排気タービンプーリ２２から外輪５２に対して、図４（ｂ）に示す矢印方向への回転入力があった場合、外輪５２とベーン状構造体５１との間で、逆方向への軸周り相対回転が生じる。この状況は、接続が解除された状態であったクラッチ６０が接続されてクランクシャフト４の回転がベルト６に伝達されるようになった場合、又は、運転状態に応じて補機１０の負荷が減少（エアコンや発電機に対する要求負荷が減少）してベルト６の進行速度が速くなった場合等であって、ベルト６を介して可変機構５０の外輪５２へ入力される負荷が軽減し、外輪５２の回転距離が回転軸４１の回転距離以上となったときに該当する。また、排気タービンプーリ２２とともに回転する外輪５２の回転が、同方向へ回転する減速機４０の回転軸４１の回転よりも速くなった場合にも、この状況と同様の相対回転が生じる。すなわち、これらの状況は、回転伝達部７のベルト６の回転距離が、回転軸４１から可変機構５０を通じて回転伝達部７のベルト６へ入力される回転距離以上となった場合に相当する。
【００４５】
これにより、外周凸部５１ａは、図４（ｂ）に示す状態から図４（ａ）に示す状態へと、内周凹部５２ａ内を方位αだけ移動する。このとき、外周凸部５１ａを挟んで一方側の空間Ｓ１が狭まるので、第１油路５４ａを通じてオイルが第１油室５５ａへ供給される。ピストン５５ｃは第２油室５５ｂを縮小するので、第２油室５５ｂ内のオイルは、第２油路５４ｂを通じて外周凸部５１ａを挟んで他方側の空間Ｓ２に戻される。ピストン５５ｃが第２油室５５ｂを縮小する側へ動くと、伝達手段５６を介してガイドピストン３２ａが移動し、第２開閉弁３２の弁体３２ｂは開弁方向へ移動し、やがて第２開閉弁３２は全開する。これにより、バイパス通路２４は最大限開放され、排気タービン２０への排気ガスの供給は減少する。
【００４６】
ここで、外輪５２の回転距離とは、例えば、外輪５２とベーン状構造体５１との噛み合い箇所における、外輪５２の可変機構５０の軸心周りに対する周方向への移動距離と考えることができる。また、回転軸４１の回転距離とは、同じく、ベーン状構造体５１と外輪５２との噛み合い箇所における、ベーン状構造体５１の可変機構５０の軸心周りに対する周方向への移動距離と考えることができる。これらの各回転距離は、前者は、排気タービンプーリ２２の回転数と噛み合い箇所の回転半径に依存し、後者は、減速機４０を通過した後における回転軸４１の回転数と噛み合い箇所の回転半径に依存する。
【００４７】
この実施形態では、外輪５２とベーン状構造体５１とは、半径方向に対向する外周凸部５１ａと内周凹部５２ａとで噛み合っており、その噛み合い箇所は１箇所ではなく広い範囲に及ぶ。すなわち、両者の噛み合い箇所は、外輪５２の内周凹部５２ａの底面５２ｂ、ベーン状構造体５１の外周凸部５１ａの外周面５１ｂ、外周凸部５１ａや内周凹部５２ａの側面５１ｃ，５２ｃ等、可変機構５０の軸心からの距離が異なる広い範囲に及ぶ。そこで、噛み合い箇所を、例えば、ベーン状構造体５１の外周凸部５１ａの外周面５１ｂ及び内周凹部５２ａの底面５２ｂ（図４中の半径Ｒで示す部分を参照）と定義したとする。そうすると、この半径Ｒで示す箇所の周方向への移動距離が回転距離となる。なお、噛み合い箇所は、半径Ｒとは別の特定の半径に相当する位置に定義することもできる。
【００４８】
このように、可変機構５０は、クラッチ６０の接続が解除された場合、又は、補機１０の負荷が増大した場合に、ベーン状構造体５１に対する外輪５２の回転に遅れを生じさせ、油圧回路を通じて第２開閉弁３２の弁体３２ｂを閉弁方向へ移動させる制御を行っている。また、逆に、接続が解除されていたクラッチ６０が接続された場合、又は、補機１０の負荷が減少した場合に、外輪５２に対するベーン状構造体５１の回転に遅れを生じさせ、油圧回路を通じて第２開閉弁３２の弁体３２ｂを開弁方向へ移動させる制御を行っている。なお、排気タービン２０の回転は、排気タービンプーリ２２に至る前に、減速機４０において回転変動の大半は吸収されているが、この可変機構５０において回転変動をさらに抑える効果も期待できる。
【００４９】
図５に、クラッチ６０の構造を示す。この実施形態のクラッチ６０は摩擦クラッチであり、エンジン１のオイルポンプ８によって供給される油圧によって、その接続と接続の解除が制御される。具体的には、油圧が所定圧未満であればクラッチ６０は自動的に接続状態となり、油圧が所定圧以上であればクラッチ６０は接続が自動的に解除されるようになっている。この所定圧は、クランクシャフト４の回転数に対して設定された所定クランクシャフト回転数に対応する。所定クランクシャフト回転数は、排気タービン２０から補機１０へ供給できるエネルギが充分に確保できる回転数の下限に設定される。
【００５０】
図５（ａ）は、クラッチ６０の接続状態を示している。クラッチディスク６１は、クラッチカバー６３側から弾性機構６６、プレッシャプレート６７を介して押圧され、フライホイール６２に密着している。また、図５（ｂ）は、クラッチ６０の接続解除状態を示している。図５（ａ）において、油圧が上昇して油圧入力軸６５が図中の左方向へ押圧され、さらにその油圧が所定圧以上になると、図５（ｂ）に示すように、油圧入力軸６５に設けたレリーズベアリング６４が、弾性機構６６による付勢力に抗して、プレッシャプレート６７によるクラッチディスク６１の押圧を解除する。これにより、クラッチディスク６１とフライホイール６２とが離れて、クラッチ６０の接続が解除される。
【００５１】
このクラッチ６０によれば、一般に、オイルポンプ８で発生する油圧は、エンジン１が高回転であるほど高いため、油圧が充分ではない低回転域では、クランクシャフト４とクランクプーリ５との接続は保持されるように設定できる。このため、クランクシャフト４側からの回転の入力により、結果として補機１０の駆動による負荷が減少することとなる。したがって、温度条件や種々の条件によって、バイパス開閉弁３０が開弁方向へ制御された場合であっても、その際の排気タービン２０から補機１０へ供給できるエネルギが少ない点を、クランクシャフト４側からの入力で補完することができる。
【００５２】
また、クラッチ６０の接続状態を、クランクシャフト４の回転数に基づいて制御することもできる。クランクシャフト４の回転数が所定クランクシャフト回転数未満であれば、クラッチ６０を接続状態とし、所定クランクシャフト回転数以上となると、クラッチ６０の接続が解除される。さらに、クラッチ６０の接続状態を、排気タービン２０の回転数に基づいて制御することもできる。排気タービン２０の回転数が所定タービン回転数未満であれば、クラッチ６０を接続状態とし、所定タービン回転数以上となると、クラッチ６０の接続が解除されるようにしてもよい。
【００５３】
これらのクランクシャフト４や排気タービン２０の回転数に基づくクラッチ６０の制御は、回転センサ等によって取得されたクランクシャフト４や排気タービン２０の回転数の情報に基づいて、制御装置７０が、オイルポンプ８からクラッチ６０へ供給される油圧を調整することで行うことができる。ここで、オイルポンプ８からの油圧回路以外に、クランクシャフト４や排気タービン２０の回転数に対応してクラッチ６０の油圧入力軸６５を押圧する別の制御手段を設けてもよい。
【００５４】
また、クラッチ６０として遠心式クラッチを採用することもできる。この遠心式クラッチでは、例えば、クランクシャフト４の回転数が所定クランクシャフト回転数未満の場合は、クランクプーリ５側とクランクシャフト４側の対のクラッチ部材同士が密着してクラッチ６０が接続状態となり、クランクシャフト４の回転数が所定クランクシャフト回転数以上となると、その回転に伴う遠心力の増加でクラッチ部材同士が分離し、クラッチ６０の接続が解除される形態のものを採用できる。
【００５５】
このように、オイルポンプ８によって供給される油圧が所定圧以上、クランクシャフト４の回転数が所定クランクシャフト回転数以上、あるいは、排気タービン２０の回転数が所定タービン回転数以上であれば、排気タービン２０から補機１０へ供給できるエネルギが充分であるので、クランクシャフト４側から補機１０への入力を遮断することで、エンジン１の出力のロスを低減することができる。また、仮に、排気タービン２０が故障した際においても、排気タービン２０から補機１０への入力に代えてクランクシャフト４からの入力に切り替えることができ、あるいは、排気タービン２０の故障がクランクシャフト４の回転を阻害しないようにでき、いわゆるフェイルセーフ機能を発揮できる。
【００５６】
なお、一般に、排気タービン２０の重量は数百グラム程度（例えば、４００グラム程度）であるため、排気タービン２０が概ね１０万回転／分程度回転すれば、補機１０の駆動に充分なエネルギを持っている状態である。このため、排気タービン２０の回転を減速機４０を介して減速して伝達することで、補機１０に対して充分なトルクを供給できる。なお、排気タービン２０の回転数が所定回転数未満で低い場合は、前述のように、クランクシャフト４側からの入力によって補機１０を駆動することとなる。
【００５７】
図６のグラフ図は、この発明の制御が有効な運転領域の例を示している。図中の実線で示すラインが、通常の運転状態におけるエンジン１の回転数と、それに対応する出力の関係を示している。これに対して、例えば、排気ガス中に含まれる有害成分の低減を図るために、全域に亘って理論空燃比を維持した運転状態を設定したとする。そうすると、図中に破線で示すように、特に、図中右寄りのエンジン１の高回転領域での出力の低下が著しくなる。また、排気温度の上昇も著しくなる。このような出力の低下が著しい高回転領域で、この発明における排気タービン２０のエネルギの有効活用を適用すれば、エンジン１の出力低下を補完することができ、また、排気温度を低減する効果も期待できる。
【００５８】
上記の実施形態では、排気ガスの温度に基づく開閉制御を行う第１開閉弁３１を、バイパス通路２４における第２開閉弁の上流側に配置したが、第１開閉弁３１は、この位置には限定されない。例えば、第１開閉弁３１は、バイパス通路２４における第２開閉弁３２の下流側であってもよい。また、第１開閉弁３１は、排気温度に基づいてその開度が制御されるものであればよく、実施形態に示すバイメタル式には限定されない。
【００５９】
また、上記の実施形態では、バイパス開閉弁３０の第２開閉弁３２を流体圧（油圧）によって開閉制御される流体圧式の弁装置としたが、この第２開閉弁３２を、電動式の弁装置としてもよい。また、上記の実施形態では、バイパス開閉弁３０を、第１開閉弁３１と第２開閉弁３２の二つの弁装置で構成したが、このバイパス開閉弁３０を一つの弁装置で構成してもよい。バイパス開閉弁３０を一つの弁装置で構成する場合、その弁装置は、可変機構５０による制御に加えて、排気ガスの温度条件に基づいてその開閉が制御される構成を採用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１  エンジン
２  吸気通路
３  排気通路
４  クランクシャフト
５  クランクプーリ
６  ベルト
７  回転伝達部
８  オイルポンプ
９  排気浄化装置
１０  補機
１１  補機プーリ
１２  補機駆動軸
２０  排気タービン
２１  回転軸
２２  排気タービンプーリ
２３  ケーシング
２４  バイパス通路
３０  バイパス開閉弁
３１  第１開閉弁
３２  第２開閉弁
４０  減速機
４１  回転軸
５０  可変機構
６０  クラッチ
７０  制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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