(57)【要約】【課題】エンジンの低速回転数領域におけるトルクを向上させる。【解決手段】本発明のエンジン過給装置１０は、排気通路２４に設けられたタービン５０と、第一吸気通路２６に設けられた第一インペラ６０と、第二吸気通路２８に設けられた第二インペラ７０と、還流通路３０と、第一吸気通路２６及び還流通路３０を開閉する第一開閉バルブ３４及び第二開閉バルブ３５とを備えている。エンジンが中速以降の回転数領域で運転されている場合には、第一開閉バルブ３４が開放されると共に第二開閉バルブ３５が閉止されることにより、第一インペラ６０及び第二インペラ７０からエンジンへ圧縮空気が導かれてエンジンが過給される。一方、エンジンが低速回転数領域で運転されている場合には、第一開閉バルブ３４が閉止されると共に第二開閉バルブ３５が開放されることにより、第二インペラ７０からエンジンへ圧縮空気が導かれてエンジンが過給される。【選択図】図１
2010216439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
互いに並列に設けられて前記エンジンと接続された第一吸気通路及び第二吸気通路と、
前記第一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第一吸気通路を流れる吸気を圧縮する第一インペラと、
前記第二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第二吸気通路を流れる吸気を圧縮する第二インペラと、
前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する下流側と、前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域とを連通する連結通路と、
前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気を前記連結通路を通じて前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域へ導くと共に、前記第二吸気通路を通じて前記第二インペラから前記エンジンへ圧縮空気を導く第一切替態様と、前記第一吸気通路及び前記第二吸気通路を通じて前記第一インペラ及び前記第二インペラから前記エンジンへ圧縮空気をそれぞれ導く第二切替態様とを取り得る切替部と、
前記エンジンの回転数が上昇されているときに、前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、前記切替部を前記第一切替態様から前記第二切替態様に切り替える制御部と、
を備えたエンジン過給装置。
【請求項２】
前記連結通路は、前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する下流側と、前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域としての前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する上流側とを接続する還流通路とされ、
前記切替部は、
前記第一吸気通路における前記還流通路との下流側の接続部に対する下流側に設けられ、前記第一吸気通路を開閉する第一開閉バルブと、
前記還流通路を開閉する第二開閉バルブと、
を有し、
前記制御部は、
前記切替部の前記第一切替態様として、前記第一開閉バルブを閉止させると共に前記第二開閉バルブを開放させ、
前記切替部の前記第二切替態様として、前記第一開閉バルブを開放させると共に前記第二開閉バルブを閉止させる、
請求項１に記載のエンジン過給装置。
【請求項３】
前記切替部は、
前記第一吸気通路における前記還流通路との上流側の接続部に対する上流側に設けられ、前記第一吸気通路を開閉する第三開閉バルブを有し、
前記制御部は、前記切替部の前記第一切替態様として、前記第一開閉バルブを閉止させると共に前記第二開閉バルブを開放させる前に、前記第一開閉バルブを開放させると共に前記第二開閉バルブ及び前記第三開閉バルブを閉止させる、
請求項２に記載のエンジン過給装置。
【請求項４】
前記連結通路は、前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する下流側と、前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域としての前記排気通路における前記タービンに対する上流側とを接続するバイパス通路とされ、
前記切替部は、
前記第一吸気通路における前記バイパス流路との接続部に対する下流側に設けられ、前記第一吸気通路を開閉する第一開閉バルブと、
前記バイパス通路を開閉する第二開閉バルブと、
を有し、
前記制御部は、
前記切替部の前記第一切替態様として、前記第一開閉バルブを閉止させると共に前記第二開閉バルブを開放させ、
前記切替部の前記第二切替態様として、前記第一開閉バルブを開放させると共に前記第二開閉バルブを閉止させる、
請求項１に記載のエンジン過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン過給装置としては、次のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１には、一つのタービンに対して一つのインペラが設けられたターボチャージャを備えた例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８２８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の例のように、一つのタービンに対して一つのインペラが設けられたターボチャージャでは、エンジンが低速回転数領域にある場合には、過給効率が低いため過給圧を高めることができない。
【０００５】
また、仮に、エンジンが低速回転数領域にある場合にインペラに対する駆動力を十分に得られたとしても、コンプレッサ部の効率特性（吸気の圧力比及び空気流量との関係）において、吸気がサージラインよりも少流量側となる条件ではサージングによりエンジンを運転できない。
【０００６】
つまり、コンプレッサ部の効率特性は、一般に、中流量域で高く、特に低圧力、少流量域では低い。また、コンプレッサ部の最大流量が大きいほどサージ流量も大きくなる傾向にある。
【０００７】
このため、この種のターボチャージャを備えたエンジンシステムでは、低速回転数領域におけるトルクを向上させることができないという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エンジンの低速回転数領域におけるトルクを向上させることができるエンジン過給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の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、互いに並列に設けられて前記エンジンと接続された第一吸気通路及び第二吸気通路と、前記第一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第一吸気通路を流れる吸気を圧縮する第一インペラと、前記第二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第二吸気通路を流れる吸気を圧縮する第二インペラと、前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する下流側と、前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域とを連通する連結通路と、前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気を前記連結通路を通じて前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域へ導くと共に、前記第二吸気通路を通じて前記第二インペラから前記エンジンへ圧縮空気を導く第一切替態様と、前記第一吸気通路及び前記第二吸気通路を通じて前記第一インペラ及び前記第二インペラから前記エンジンへ圧縮空気をそれぞれ導く第二切替態様とを取り得る切替部と、前記エンジンの回転数が上昇されているときに、前記エンジンの回転数が所定の回転数を超えた場合には、前記切替部を前記第一切替態様から前記第二切替態様に切り替える制御部と、を備えている。
【００１０】
請求項１に記載のエンジン過給装置では、エンジンの回転数が上昇されているときに、エンジンが所定の回転数以下（つまり、低速回転数領域）で運転されている場合には、切替部が制御部によって第一切替態様とされる。これにより、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気が連結通路を通じてエンジン及び第二吸気通路以外の領域へ導かれると共に、第二吸気通路を通じて第二インペラからエンジンへ圧縮空気が導かれて、エンジンが過給される。
【００１１】
一方、エンジンの回転数が上昇されているときに、エンジンが所定の回転数を超えた回転数（つまり、中速以降の回転数領域）で運転されている場合には、切替部が制御部によって第二切替態様とされる。これにより、第一吸気通路及び第二吸気通路を通じて第一インペラ及び第二インペラからエンジンへ圧縮空気がそれぞれ導かれて、エンジンが過給される。
【００１２】
このように、請求項１に記載のエンジン過給装置では、エンジンの回転数領域に応じて、第二インペラからエンジンへ圧縮空気を導いてエンジンを過給する状態と、第一インペラ及び第二インペラからエンジンへ圧縮空気をそれぞれ導いてエンジンを過給する状態とに切り替えられる。
【００１３】
ここで、一つのタービンに対して第一インペラ及び第二インペラを組み合わせたものに相当する一つのインペラが設けられたエンジン過給装置と、請求項１に記載のエンジン過給装置とを比較した場合、この一つのインペラに比して第一インペラ及び第二インペラは小さい。
【００１４】
そして、請求項１に記載のエンジン過給装置では、上述のように、エンジンの回転数が上昇されているときに、エンジンが低速回転数領域で運転されている場合には、インペラに比して小さい第二インペラからエンジンへ圧縮空気が導かれる。従って、吸気の少流量域において、過給効率を向上させることができると共にサージ流量も抑えることができる。これにより、吸気の少流量域における過給圧を高めることができるので、エンジンの低速回転数領域におけるトルクを向上させることができる。
【００１５】
しかも、請求項１に記載のエンジン過給装置では、エンジンの回転数が上昇されているときに、エンジンが低速回転数領域で運転されている場合には、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側から下流側に吸気が流れる。従って、第一インペラに作用する負荷を低減させることができる。
【００１６】
さらに、請求項１に記載のエンジン過給装置では、エンジンの回転数が上昇されているときに、エンジンが中速以降の回転数領域で運転されている場合には、第一吸気通路及び第二吸気通路を通じて第一インペラ及び第二インペラからエンジンへ圧縮空気がそれぞれ導かれる。従って、一つのタービンに対して第一インペラ及び第二インペラを組み合わせたものに相当する一つのインペラが設けられたエンジン過給装置と同等の過給圧を得ることができる。
【００１７】
請求項２に記載のエンジン過給装置は、請求項１に記載のエンジン過給装置において、前記連結通路が、前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する下流側と、前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域としての前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する上流側とを接続する還流通路とされ、前記切替部が、前記第一吸気通路における前記還流通路との下流側の接続部に対する下流側に設けられ、前記第一吸気通路を開閉する第一開閉バルブと、前記還流通路を開閉する第二開閉バルブと、を有し、前記制御部が、前記切替部の前記第一切替態様として、前記第一開閉バルブを閉止させると共に前記第二開閉バルブを開放させ、前記切替部の前記第二切替態様として、前記第一開閉バルブを開放させると共に前記第二開閉バルブを閉止させる、構成とされている。
【００１８】
請求項２に記載のエンジン過給装置では、第一吸気通路における第一インペラに対する下流側と、エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域としての第一吸気通路における第一インペラに対する上流側とは、連結通路としての還流通路により接続されている。また、第一吸気通路における還流通路との下流側の接続部に対する下流側には、第一開閉バルブが設けられ、還流通路には、第二開閉バルブが設けられている。
【００１９】
そして、エンジンの回転数が上昇されているときに、エンジンが所定の回転数以下（つまり、低速回転数領域）で運転されている場合には、切替部の第一切替態様として、第一開閉バルブが閉止されると共に第二開閉バルブが開放される。これにより、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気を還流通路を通じてエンジン及び第二吸気通路以外の領域（すなわち、この場合、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側）へ導くことができる。
【００２０】
また、この場合には、第二吸気通路がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路を通じて第二インペラからエンジンへ圧縮空気を導くことができる。
【００２１】
一方、エンジンの回転数が上昇されているときに、エンジンが所定の回転数を超えた回転数域（つまり、中速以降の回転数領域）で運転されている場合には、切替部の第二切替態様として、第一開閉バルブが開放されると共に第二開閉バルブが閉止される。これにより、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気が還流通路を通じてエンジン及び第二吸気通路以外の領域へ導かれることを抑制しつつ、第一吸気通路を通じてこの吸気を圧縮空気としてエンジンに導くことができる。
【００２２】
また、この場合には、第二吸気通路がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路を通じて第二インペラからエンジンへ圧縮空気を導くことができる。
【００２３】
請求項３に記載のエンジン過給装置は、請求項２に記載のエンジン過給装置において、前記切替部が、前記第一吸気通路における前記還流通路との上流側の接続部に対する上流側に設けられ、前記第一吸気通路を開閉する第三開閉バルブをさらに有し、前記制御部が、前記切替部の前記第一切替態様として、前記第一開閉バルブを閉止させると共に前記第二開閉バルブを開放させる前に、前記第一開閉バルブを開放させると共に前記第二開閉バルブ及び前記第三開閉バルブを閉止させる、構成とされている。
【００２４】
請求項３に記載のエンジン過給装置では、第一吸気通路における還流通路との接続部に対する上流側には、第三開閉バルブが設けられている。
【００２５】
そして、切替部の第一切替態様として、第一開閉バルブが閉止されると共に第二開閉バルブが開放される前には、第一開閉バルブが開放されると共に第二開閉バルブ及び前記第三開閉バルブが閉止される。
【００２６】
これにより、第一インペラの周辺の空気密度を下げてから、第一吸気通路において第一インペラに対する上流側から下流側に吸気を流すことができるので、第一インペラに作用する負荷をさらに低減させることができる。
【００２７】
なお、切替部の第一切替態様において、第三開閉バルブは、開放されても良く、また、閉止されても良い。
【００２８】
請求項４に記載のエンジン過給装置は、請求項１に記載のエンジン過給装置において、前記連結通路が、前記第一吸気通路における前記第一インペラに対する下流側と、前記エンジン及び前記第二吸気通路以外の領域としての前記排気通路における前記タービンに対する上流側とを接続するバイパス通路とされ、前記切替部が、前記第一吸気通路における前記バイパス流路との接続部に対する下流側に設けられ、前記第一吸気通路を開閉する第一開閉バルブと、前記バイパス通路を開閉する第二開閉バルブと、を有し、前記制御部が、前記切替部の前記第一切替態様として、前記第一開閉バルブを閉止させると共に前記第二開閉バルブを開放させ、前記切替部の前記第二切替態様として、前記第一開閉バルブを開放させると共に前記第二開閉バルブを閉止させる、構成とされている。
【００２９】
請求項４に記載のエンジン過給装置では、第一吸気通路における第一インペラに対する下流側と、エンジン及び第二吸気通路以外の領域としての排気通路におけるタービンに対する上流側とは、連結通路としてのバイパス通路により接続されている。また、第一吸気通路におけるバイパス流路との接続部に対する下流側には、第一開閉バルブが設けられており、バイパス通路には、第二開閉バルブが設けられている。
【００３０】
そして、エンジンが所定の回転数以下（つまり、低速回転数領域）で運転されている場合には、切替部の第一切替態様として、第一開閉バルブが閉止されると共に第二開閉バルブが開放される。これにより、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気をバイパス通路を通じてエンジン及び第二吸気通路以外の領域（すなわち、この場合、排気通路におけるタービンに対する上流側）へ導くことができる。
【００３１】
また、この場合には、第二吸気通路がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路を通じて第二インペラからエンジンへ圧縮空気を導くことができる。
【００３２】
一方、エンジンが所定の回転数を超えた回転数域（つまり、中速以降の回転数領域）で運転されている場合には、切替部の第二切替態様として、第一開閉バルブが開放されると共に第二開閉バルブが閉止される。これにより、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気がバイパス通路を通じて排気通路におけるタービンに対する上流側へ導かれることを抑制しつつ、第一吸気通路を通じてこの吸気を圧縮空気としてエンジンに導くことができる。
【００３３】
また、この場合には、第二吸気通路がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路を通じて第二インペラからエンジンへ圧縮空気を導くことができる。
【００３４】
また、請求項４に記載のエンジン過給装置では、上述のように、エンジンが低速回転数領域で運転されている場合には、第一吸気通路における第一インペラに対する上流側から下流側に流れた吸気をバイパス通路を通じて排気通路におけるタービンに対する上流側へ導くことができる。これにより、タービンに作用する駆動力を増加させることができるので、吸気の少流量域における過給圧をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上詳述したように、本発明によれば、エンジンの低速回転数領域におけるトルクを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置を備えたエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図２】図１に示される過給機の側面断面図である。
【図３】図１に示されるコントローラの動作を表すフローチャートである。
【図４】図１に示されるエンジンが低速回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置の動作状態を説明する図である。
【図５】図１に示されるエンジンが中速以降の回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置の動作状態を説明する図である。
【図６】図２に示される過給機のコンプレッサ部における効率特性を示す図である。
【図７】図１に示されるエンジンシステムと比較例に係るエンジンシステムとのトルク特性の比較を示す図である。
【図８】本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置を備えたエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図９】図８に示されるコントローラの動作を表すフローチャートである。
【図１０】図８に示されるエンジンが低速回転数領域で運転される前のエンジン過給装置の動作状態を説明する図である。
【図１１】図８に示されるエンジンが低速回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置の動作状態を説明する図である。
【図１２】図８に示されるエンジンが中速以降の回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置の動作状態を説明する図である。
【図１３】本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置を備えたエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図１４】図１３に示されるエンジンが低速回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置の動作状態を説明する図である。
【図１５】図１３に示されるエンジンが中速以降の回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置の動作状態を説明する図である。
【図１６】比較例に係るエンジン過給装置を備えたエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図１７】図１６に示される過給機のコンプレッサ部における効率特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
［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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、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。
【００４１】
エンジン過給装置１０は、第一吸気通路２６と、第二吸気通路２８と、連結通路としての還流通路３０と、過給機３２と、切替部としての第一開閉バルブ３４及び第二開閉バルブ３５と、センサ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。
【００４２】
第一吸気通路２６及び第二吸気通路２８は、互いに並列に設けられており、エンジン１４のインタークーラ１６と接続されている。
【００４３】
還流通路３０は、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する下流側と、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側（エンジン１４及び第二吸気通路２８以外の領域）とを接続している。なお、第一インペラ６０については後述する。
【００４４】
図２には、過給機３２が側面断面図にて示されている。この図に示されるように、過給機３２は、タービン部４２と、第一コンプレッサ部４４と、第二コンプレッサ部４６とを有して構成されている。
【００４５】
タービン部４２は、タービンケーシング４８と、タービン５０とを有して構成されている。タービンケーシング４８には、図示しない吸入口、スクロール通路５２、タービン室５４、排出口５６が形成されている。
【００４６】
タービン５０は、上述のタービンケーシング４８に形成された図示しない吸入口から吸入されて排出口５６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。
【００４７】
第一コンプレッサ部４４は、第一コンプレッサケーシング５８と、第一インペラ６０とを有して構成されている。第一コンプレッサケーシング５８には、第一吸入口６２、第一スクロール通路６４、第一コンプレッサ室６６、図示しない第一排出口が形成されている。
【００４８】
第二コンプレッサ部４６は、第二コンプレッサケーシング６８と、第二インペラ７０とを有して構成されている。第二コンプレッサケーシング６８には、第二吸入口７２、第二スクロール通路７４、第二コンプレッサ室７６、図示しない第二排出口が形成されている。
【００４９】
第一インペラ６０及び第二インペラ７０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。第一インペラ６０は、タービン５０と一体に回転されることで、上述の第一コンプレッサケーシング５８に形成された第一吸入口６２から吸入されて図示しない第一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。
【００５０】
同様に、第二インペラ７０は、タービン５０と一体に回転されることで、上述の第二コンプレッサケーシング６８に形成された第二吸入口７２から吸入されて図示しない第二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。
【００５１】
なお、この過給機３２において、上述のタービンケーシング４８に形成された図示しない吸入口から排出口５６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。
【００５２】
また、上述の第一コンプレッサケーシング５８に形成された第一吸入口６２から図示しない第一排出口までの通路は、図１に示される第一吸気通路２６の一部を構成している。さらに、上述の第二コンプレッサケーシング６８に形成された第二吸入口７２から図示しない第二排出口までの通路は、図１に示される第二吸気通路２８の一部を構成している。
【００５３】
また、この過給機３２には、図１に示されるように、ウェイスト通路８０及びウェイストゲートバルブ８２が設けられている。このウェイスト通路８０及びウェイストゲートバルブ８２は、従来と同様の構成である。
【００５４】
第一開閉バルブ３４は、第一吸気通路２６における還流通路３０との下流側の接続部に対する下流側に設けられており、この第一吸気通路２６を開閉する構成とされている。第二開閉バルブ３５は、還流通路３０に設けられており、この還流通路３０を開閉する構成とされている。この第一開閉バルブ３４及び第二開閉バルブ３５は、例えば、電磁バルブ等により構成されている。
【００５５】
なお、第一開閉バルブ３４及び第二開閉バルブ３５の代わりに、これらの機能を組み合わせた構成からなる三方バルブが用いられても良い。
【００５６】
センサ３８は、例えば、圧力センサにより構成されており、サージタンク１８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。
【００５７】
コントローラ４０は、例えば、ＥＣＵやロジック回路等により構成されており、センサ３８から出力された信号に基づいて、第一開閉バルブ３４及び第二開閉バルブ３５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。
【００５８】
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。
【００５９】
図３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。また、図４には、図１に示されるエンジン１４が低速回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置１０の動作状態が示されており、図５には、図１に示されるエンジン１４が中速以降の回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置１０の動作状態が示されている。
【００６０】
コントローラ４０は、図３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ＳＴ２において、センサ３８の出力信号を検出する。
【００６１】
続いて、コントローラ４０は、ステップＳＴ４において、センサ３８の出力信号に基づいて、エンジン１４の回転数が上昇されているときに、エンジン１４が所定の回転数以下（つまり、低速回転数領域）で運転されているか否かを判断する。
【００６２】
そして、コントローラ４０は、ステップＳＴ４において、エンジン１４が低速回転数領域で運転されていると判断した場合には、ステップＳＴ６において、図４に示されるように、第一開閉バルブ３４を閉止させると共に第二開閉バルブ３５を開放させる（切替部の第一切替態様）。
【００６３】
これにより、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気Ａ１が還流通路３０を通じて第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側へ還流される。
【００６４】
また、この場合には、第二吸気通路２８がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路２８を通じて第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気Ａ２が導かれる。そして、これにより、エンジン１４が過給される。
【００６５】
一方、コントローラ４０は、ステップＳＴ４において、エンジン１４が所定の回転数を超えた回転数（つまり、中速以降の回転数領域）で運転されていると判断した場合には、ステップＳＴ８において、図５に示されるように、第一開閉バルブ３４を開放させると共に第二開閉バルブ３５を閉止させる（切替部の第二切替態様）。
【００６６】
これにより、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気Ａ１が還流通路３０を通じて第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側へ還流されることを抑制しつつ、第一吸気通路２６を通じてこの吸気Ａ１が圧縮空気としてエンジン１４に導かれる。
【００６７】
また、この場合には、第二吸気通路２８がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路２８を通じて第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気Ａ２が導かれる。そして、これにより、エンジン１４が過給される。
【００６８】
このように、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０では、エンジン１４の回転数領域に応じて、第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気を導いてエンジン１４を過給する状態と、第一インペラ６０及び第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気をそれぞれ導いてエンジン１４を過給する状態とに切り替えられる。
【００６９】
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、比較例に係るエンジン過給装置１４０について説明する。
【００７０】
図１６には、比較例に係るエンジン過給装置１４０を備えたエンジンシステムＳ４の全体構成が示されており、図１７には、図１６に示される過給機１３２のコンプレッサ部における効率特性（吸気の圧力比及び空気流量との関係）が示されている。なお、この比較例に係るエンジン過給装置１４０において、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０と同様の構成には、同一符合が付されている。
【００７１】
この比較例に係るエンジン過給装置１４０は、一つのタービン５０に対して一つのインペラ１６０が設けられた構成とされている。また、このインペラ１６０は、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０における第一インペラ６０及び第二インペラ７０を組み合わせたものに相当する。
【００７２】
しかしながら、この比較例に係るエンジン過給装置１４０のように、一つのタービン５０に対して一つのインペラ１６０が設けられた構成では、エンジン１４が低速回転数領域にある場合には、過給効率が低いため過給圧を高めることができない。
【００７３】
また、仮に、エンジン１４が低速回転数領域にある場合にインペラ１６０に対する駆動力を十分に得られたとしても、コンプレッサ部の効率特性（図１７に示される吸気の圧力比及び空気流量との関係）において、吸気がサージラインよりも少流量側となる条件ではサージングによりエンジン１４を運転できない。
【００７４】
つまり、コンプレッサ部の効率特性は、一般に、中流量域で高く、特に低圧力、少流量域では低い。また、コンプレッサ部の最大流量が大きいほどサージ流量も大きくなる傾向にある。
【００７５】
このため、この比較例に係るエンジン過給装置１４０を備えたエンジンシステムＳ４では、低速回転数領域におけるトルクを向上させることができないという課題がある。
【００７６】
これに対し、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０では、上述の比較例に係るエンジン過給装置１４０におけるインペラ１６０に比して、第一インペラ６０及び第二インペラ７０は小さい。
【００７７】
そして、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０では、上述のように、エンジン１４の回転数が上昇されているときに、エンジン１４が低速回転数領域で運転されている場合には、インペラ１６０に比して小さい第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気が導かれる。従って、吸気の少流量域において、過給効率を向上させることができると共にサージ流量も抑えることができる。これにより、吸気の少流量域における過給圧を高めることができるので、エンジン１４の低速回転数領域におけるトルクを向上させることができる。
【００７８】
しかも、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１４の回転数が上昇されているときに、エンジン１４が低速回転数領域で運転されている場合には、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に吸気が流れる。従って、第一インペラ６０に作用する負荷を低減させることができる。
【００７９】
さらに、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１４の回転数が上昇されているときに、エンジン１４が中速以降の回転数領域で運転されている場合には、第一吸気通路２６及び第二吸気通路２８を通じて第一インペラ６０及び第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気がそれぞれ導かれる。従って、比較例に係るエンジン過給装置１４０と同等の過給圧を得ることができる。
【００８０】
なお、図６には、図２に示される過給機３２の第一コンプレッサ部４４及び第二コンプレッサ部４６を組み合わせたコンプレッサ部における効率特性（吸気の圧力比及び空気流量との関係）が示されている。また、図７には、本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムＳ１と比較例に係るエンジンシステムＳ４とのトルク特性の比較が示されている。
【００８１】
図６に示されるように、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、吸気の少流量域における過給圧を高めることができる。また、図７に示されるように、比較例に係るエンジンシステムＳ４に比して、エンジン１４の低速回転数領域におけるトルクを向上させることができる。
【００８２】
また、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置１０では、一つのタービンに対して一つのインペラが設けられた過給機を二つ備えた所謂ツインターボ方式のエンジン過給装置に比して、タービン５０が一つで足りるので、装置の構成を簡素化して小型化することができる。
【００８３】
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、ステップＳＴ６において、図４に示されるように、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気Ａ１が還流通路３０を通じて第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側へ還流される構成とされていたが、次のように構成されていても良い。
【００８４】
すなわち、ステップＳＴ６において、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気が図示しない連結通路を通じてエンジン１４及び第二吸気通路２８以外の領域としてのエンジンシステムＳ１の外部に放出される構成とされていても良い。
【００８５】
［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。
【００８６】
図８には、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置１２０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。
【００８７】
この図に示されるエンジンシステムＳ２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１２０が備えられている。エンジン過給装置１２０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、第三開閉バルブ３６が追加されると共に、コントローラ４０の構成が変更されている。
【００８８】
つまり、第三開閉バルブ３６は、第一吸気通路２６における還流通路３０との接続部に対する上流側に設けられており、この第一吸気通路２６を開閉する構成とされている。この第三開閉バルブ３６は、第一開閉バルブ３４及び第二開閉バルブ３５と同様に、例えば、電磁バルブ等により構成されている。
【００８９】
コントローラ４０は、センサ３８から出力された信号に基づいて、第一開閉バルブ３４、第二開閉バルブ３５、第三開閉バルブ３６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。
【００９０】
次に、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置１２０の動作と併せてその作用及び効果について説明する。
【００９１】
図９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。また、図１０には、図８に示されるエンジン１４が低速回転数領域で運転される前のエンジン過給装置１２０の動作状態が示されている。さらに、図１１には、図８に示されるエンジン１４が低速回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置１２０の動作状態が示されており、図１２には、図８に示されるエンジン１４が中速以降の回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置１２０の動作状態が示されている。
【００９２】
本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置１２０において、コントローラ４０は、ステップＳＴ４において、エンジン１４の回転数が上昇されているときに、エンジン１４が低速回転数領域で運転されていると判断した場合には、ステップＳＴ６に移行する前に、ステップＳＴ５を実行する。
【００９３】
すなわち、コントローラ４０は、ステップＳＴ５において、図１０に示されるように、第一開閉バルブ３４を開放させると共に第二開閉バルブ３５及び第三開閉バルブ３６を閉止させる。これにより、吸気Ａ１が第一インペラ６０に対する下流側に引き込まれて第一インペラ６０の周辺の空気密度が一時的に低下する。
【００９４】
続いて、コントローラ４０は、ステップＳＴ６において、図１１に示されるように、第一開閉バルブ３４を閉止させると共に第二開閉バルブ３５及び第三開閉バルブ３６を開放させる（切替部の第一切替態様）。
【００９５】
これにより、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気Ａ１が還流通路３０を通じて第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側へ還流される。
【００９６】
また、この場合には、第二吸気通路２８がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路２８を通じて第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気Ａ２が導かれる。そして、これにより、エンジン１４が過給される。
【００９７】
なお、ステップＳＴ６において、第三開閉バルブ３６は、開放されていたが、閉止されても良い。
【００９８】
一方、コントローラ４０は、ステップＳＴ４において、エンジン１４が中速以降の回転数領域で運転されていると判断した場合には、ステップＳＴ８において、図１２に示されるように、第一開閉バルブ３４及び第三開閉バルブ３６を開放させると共に第二開閉バルブ３５を閉止させる（切替部の第二切替態様）。
【００９９】
これにより、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気Ａ１が還流通路３０を通じて第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側へ還流されることを抑制しつつ、第一吸気通路２６を通じてこの吸気Ａ１が圧縮空気としてエンジン１４に導かれる。
【０１００】
また、この場合には、第二吸気通路２８がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路２８を通じて第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気Ａ２が導かれる。そして、これにより、エンジン１４が過給される。
【０１０１】
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１２０によっても、エンジン１４の回転数領域に応じて、第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気を導いてエンジン１４を過給する状態と、第一インペラ６０及び第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気をそれぞれ導いてエンジン１４を過給する状態とに切り替えることができる。
【０１０２】
また、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置１２０では、ステップＳＴ６において、第一開閉バルブ３４が閉止されると共に第二開閉バルブ３５及び第三開閉バルブ３６が開放される前には、ステップＳＴ５において、第一開閉バルブ３４が開放されると共に第二開閉バルブ３５及び第三開閉バルブ３６が閉止される。
【０１０３】
これにより、第一インペラ６０の周辺の空気密度を下げてから、第一吸気通路２６において第一インペラ６０に対する上流側から下流側に吸気を流すことができるので、第一インペラ６０に作用する負荷をさらに低減させることができる。
【０１０４】
［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。
【０１０５】
図１３には、本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置１３０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。
【０１０６】
この図に示されるエンジンシステムＳ３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１３０が備えられている。エンジン過給装置１３０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、還流通路３０の代わりに、連結通路としてのバイパス通路３１が備えられると共に、第二開閉バルブ３５の配置位置が変更されている。
【０１０７】
つまり、バイパス通路３１は、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する下流側と、排気通路２４におけるタービン５０に対する上流側（エンジン１４及び第二吸気通路２８以外の領域）とを接続している。
【０１０８】
第二開閉バルブ３５は、バイパス通路３１に設けられ、バイパス通路３１を開閉する構成とされている。
【０１０９】
なお、第一開閉バルブ３４は、第一吸気通路２６におけるバイパス通路３１との接続部に対する下流側に設けられている。
【０１１０】
次に、本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置１３０の動作と併せてその作用及び効果について説明する。
【０１１１】
なお、本発明の第三実施形態において、コントローラ４０の動作は、上述の本発明の第一実施形態と同様であり、その詳細は図３を参照することとする。また、図１４には、図１３に示されるエンジン１４が低速回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置１３０の動作状態が示されており、図１５には、図１３に示されるエンジン１４が中速以降の回転数領域で運転されている場合のエンジン過給装置１３０の動作状態が示されている。
【０１１２】
コントローラ４０は、ステップＳＴ４において、エンジン１４が低速回転数領域で運転されていると判断した場合には、ステップＳＴ６において、図１４に示されるように、第一開閉バルブ３４を閉止させると共に第二開閉バルブ３５を開放させる（切替部の第一切替態様）。
【０１１３】
これにより、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気Ａ１がバイパス通路３１を通じて排気通路２４におけるタービン５０に対する上流側へ導かれる。
【０１１４】
また、この場合には、第二吸気通路２８がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路２８を通じて第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気Ａ２が導かれる。そして、これにより、エンジン１４が過給される。
【０１１５】
一方、コントローラ４０は、ステップＳＴ４において、エンジン１４が中速以降の回転数領域で運転されていると判断した場合には、ステップＳＴ８において、図１５に示されるように、第一開閉バルブ３４を開放させると共に第二開閉バルブ３５を閉止させる（切替部の第二切替態様）。
【０１１６】
これにより、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気Ａ１がバイパス通路３１を通じて排気通路２４におけるタービン５０に対する上流側へ導かれることを抑制しつつ、第一吸気通路２６を通じてこの吸気Ａ１が圧縮空気としてエンジン１４に導かれる。
【０１１７】
また、この場合には、第二吸気通路２８がバルブにより開閉されないので、第二吸気通路２８を通じて第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気Ａ２が導かれる。そして、これにより、エンジン１４が過給される。
【０１１８】
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１３０によっても、エンジン１４の回転数領域に応じて、第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気を導いてエンジン１４を過給する状態と、第一インペラ６０及び第二インペラ７０からエンジン１４へ圧縮空気をそれぞれ導いてエンジン１４を過給する状態とに切り替えることができる。
【０１１９】
また、本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置１３０では、上述のように、エンジン１４が低速回転数領域で運転されている場合には、第一吸気通路２６における第一インペラ６０に対する上流側から下流側に流れた吸気をバイパス通路３１を通じて排気通路２４におけるタービン５０に対する上流側へ導くことができる。これにより、タービン５０に作用する駆動力を増加させることができるので、吸気の少流量域における過給圧をより一層高めることができる。
【０１２０】
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。
【０１２１】
なお、上記各実施形態において、エンジン過給装置１０，１２０，１３０は、インペラを二つ備えた構成とされていたが、インペラを複数備えた構成とされていても良い。また、このインペラの数に合わせて連結通路、切替部、制御部が構成されていても良い。
【符号の説明】
【０１２２】
１０，１２０，１３０  エンジン過給装置
１４  エンジン
２４  排気通路
２６  第一吸気通路
２８  第二吸気通路
３０  還流通路（連結通路）
３１  バイパス通路（連結通路）
３２  過給機
３４  第一開閉バルブ（切替部の一部）
３５  第二開閉バルブ（切替部の一部）
３６  第三開閉バルブ（切替部の一部）
３８  センサ
４０  コントローラ（制御部）
５０  タービン
６０  第一インペラ
７０  第二インペラ
【図１】
2010216439.tif 000003
【図２】
2010216439.tif 000004
【図３】
2010216439.tif 000005
【図４】
2010216439.tif 000006
【図５】
2010216439.tif 000007
【図６】
2010216439.tif 000008
【図７】
2010216439.tif 000009
【図８】
2010216439.tif 000010
【図９】
2010216439.tif 000011
【図１０】
2010216439.tif 000012
【図１１】
2010216439.tif 000013
【図１２】
2010216439.tif 000014
【図１３】
2010216439.tif 000015
【図１４】
2010216439.tif 000016
【図１５】
2010216439.tif 000017
【図１６】
2010216439.tif 000018
【図１７】
2010216439.tif 000019