(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の高負荷時に排気通路の排ガスを積極的に排出して、燃焼室への給気充填効率を向上させる。【解決手段】排気マニホールド１３内の排ガスを排出する排気タービン２２と、給気マニホールド１２に介装され、排気タービン２２と同軸に配設されて、内燃機関１に過給圧を供給するコンプレッサ２１と、排気タービン２２とコンプレッサ２１との回転を断接するクラッチ装置２３と、コンプレッサ２１を駆動するモータ２４と、制御装置３と、を備え、制御装置３は、コンプレッサ２１が作動し、且つ内燃機関１の出力ＰＶが第１閾値を超えた場合にクラッチ装置２３を接続して排気タービン２２を作動させることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装され、該排気通路の排ガスを外部へ排出する排ガス排出手段と、
前記内燃機関の給気通路に介装されて、前記内燃機関に過給圧を供給する過給手段と、
前記排ガス排出手段と前記過給手段との回転を断接するクラッチ手段と、
前記過給手段に連結して、前記過給手段を回転駆動する駆動手段と、
前記クラッチ手段、及び前記駆動手段の作動を制御する制御手段と、を備え
前記制御手段は、前記過給手段が作動し、且つ前記内燃機関の出力が第１閾値を超えた場合に前記クラッチ手段を接続して前記排ガス排出手段を作動させることを特徴とする内燃機関の過給機装置。
【請求項２】
前記排ガス排出手段の前記排気通路上流側に前記排ガス排出手段を排ガスがバイパスするバイパス開口部と、該バイパス開口部を開閉する蓋部材とを有するバイパス手段を設け、
前記制御手段は、前記過給手段を作動し、前記クラッチ手段を接続すると共に、前記バイパス手段が前記バイパス開口部を前記蓋部材にて閉塞するように制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の過給機装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１閾値より小さい第２閾値未満の場合には、過給手段を停止し、クラッチ手段を断操作すると共に、前記バイパス開口部を開操作することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の過給機装置。
【請求項４】
前記駆動手段と前記排ガス排出手段との間に介装され、前記排ガス排出手段の回転を増速する増速手段を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかかに記載の内燃機関の過給機装置。
【請求項５】
前記排ガス排出手段は、排ガスを前記排ガス排出手段の回転軸線方向に吸引して、前記排ガス排出手段の径方向に排出する構造としたことを特徴とする請求項１、２又は４のいずれかに記載の内燃機関の過給機装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路の排ガスを掃気して、燃焼室への給気充填率向上を図る内燃機関の過給機装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の出力向上、燃費改善を図るため排ガスを利用したターボチャージャ等の過給機が多用されている。
ターボチャージャは、排気通路を流れる排ガスによって排気タービンを駆動し、排気タービンと同軸的に連結されたコンプレッサによって、空気を過給し、内燃機関の出力を上げている。
排気タービンの排ガス流路下流側には、排ガスを浄化する排気浄化装置が配置されている。
【０００３】
このように、内燃機関の排気通路側には排気タービン、排気浄化装置等が配設されているため、燃焼室からの排ガスの流動抵抗が上昇する傾向にある。
その結果、燃焼室への給気の充填効率が低下して、出力向上の障害になる場合がある。
特に、内燃機関の稼働が高負荷領域においては、過給機にて加圧した給気を燃焼室に導入するため、燃焼室内及び排気通路内の排ガス量が多くなり、排気通路内での流動抵抗は大きくなる。
そのような、排気通路の流動抵抗を軽減する技術が特許文献１にて知られている。
【０００４】
特許文献１によると、エンジンの排気通路に配設され、モータによって駆動可能な排気タービンと、エンジンの始動時又は暖機中に、排気タービンが燃焼室内のガスを吸いだす方向に、モータを駆動するエンジンの制御装置が開示されている。
このように、エンジンの始動時又は暖気中に、排気タービンが燃焼室内のガスを吸いだす方向にモータを駆動してやることにより、スロットル弁下流の給気管圧力を早期に低くして、始動時やエンジン暖気中のＨＣ排出量を低下させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１６５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１によると、エンジンの始動時又はエンジンの暖機中に、排気通路に配設された排気タービンをモータで回転させて、燃焼室のガスを吸引する。
そして一般のエンジン稼働時には、排気タービンと給気コンプレッサとの回転軸をクラッチにて結合する。
排気通路に配設された排気タービンが排ガスによって駆動され、給気コンプレッサを駆動して、燃焼室への過給を実施する。
このため、燃焼室への過給が増加する高負荷運転時には、排気通路における排ガス圧力が高くなり、燃焼室の残留燃焼ガス量が多くなり、燃焼室温度が高くなると共に、新しい給気の充填量も低くなり、エンジンが十分な出力を出し難くなる。
更には、燃焼室温度が高くなると、混合されている燃料の異常着火（ノッキング）が発生し易くなる不具合を有している。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、内燃機関の高負荷時に排気通路の排ガスを積極的に排出して、燃焼室への給気充填効率を向上させる内燃機関の過給機装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため本発明によれば、内燃機関の排気通路に介装され、該排気通路の排ガスを外部へ排出する排ガス排出手段と、
前記内燃機関の給気通路に介装されて、前記内燃機関に過給圧を供給する過給手段と、
前記排ガス排出手段と前記過給手段との回転を断接するクラッチ手段と、
前記過給手段に連結して、前記過給手段を回転駆動する駆動手段と、
前記クラッチ手段、及び前記駆動手段の作動を制御する制御手段と、を備え
前記制御手段は、前記過給手段が作動し、且つ前記内燃機関の出力が第１閾値を超えた場合に前記クラッチ手段を接続して前記排ガス排出手段を作動させることを特徴とする内燃機関の過給機装置が提供される。
【０００９】
本発明によると、内燃機関の燃焼室及び排気通路の排ガスを外部に強制的に排出して、該燃焼室及び排気通路内の排ガス圧力を低下させることにより、内燃機関の燃焼室内の燃焼ガスの残留量を少なくして燃焼室への給気充填率を向上させて、燃焼効率の向上を図ることができる。
更に、燃焼室に燃焼ガスが多く残留すると、燃焼室内の温度が高くなり、ノッキングを誘発し易くなるのを防止できる。
【００１０】
また、本発明において好ましくは、前記排ガス排出手段の前記排気通路上流側に前記排ガス排出手段を排ガスがバイパスするバイパス開口部と、該バイパス開口部を開閉する蓋部材とを有するバイパス手段を設け、
前記制御手段は、前記過給手段を作動し、前記クラッチ手段を接続すると、前記バイパス手段が前記バイパス開口部を前記蓋部材にて閉塞するように制御するとよい。
【００１１】
このような構成にすることにより、過給手段を作動させることは、内燃機関の出力が高負荷稼働を要求されており、バイパス手段を閉塞することにより、排ガス排出手段による燃焼室及び排気通路内の排ガス吸引力を高めて、排ガス排出効率を向上させることにより、燃焼室への給気充填率が向上され、内燃機関の出力向上が図れる。
【００１２】
また、本発明において好ましくは、前記制御手段は、前記第１閾値より小さい第２閾値未満の場合には、過給手段を停止し、クラッチ手段を断操作すると共に、前記バイパス開口部を開操作するとよい。
【００１３】
このような構成にすることにより、第１閾値より小さい第２閾値未満の場合、即ち、内燃機関の始動又は暖気運転時の場合は、排ガスは、バイパスを通過することにより、排ガス温度の低下を防止して、排気ガス浄化装置の昇温を促進させて、排ガス浄化の促進を図ると共に、排ガス排出手段の駆動停止することでエネルギー損失を抑制する。
【００１４】
また、本発明において好ましくは、前記駆動手段と前記排ガス排出手段との間に介装され、前記排ガス排出手段の回転を増速する増速手段を設けるとよい。
【００１５】
このような構成にすることにより、排ガス排出手段の回転を増速させることにより、排気通路の排ガス圧力を更に、低下させることが可能となり、燃焼室内の燃焼ガスを少なくして、燃焼室への給気充填率を向上させて、内燃機関の効率向上を図る。
【００１６】
また、本発明において好ましくは、前記排ガス排出手段は、排ガスを前記排ガス排出手段の回転軸線方向に吸引して、前記排ガス排出手段の径方向に排出するとよい。
【００１７】
このような構成にすることにより、排ガス排出手段は、排ガスを前記排ガス排出手段の回転軸線方向に吸引して、吸引した排ガスを加圧して、径方向に放出する構造としたので、排ガス排出手段内の排ガスは、回転しながら慣性力が生起され、慣性力を有した状態で排気管側に放出されるので、排気通路内の排ガス排出が効果的に行われる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内燃機関の高負荷時に排気通路の排ガスを積極的に排出して、燃焼室への給気充填効率を向上させる内燃機関の過給機装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態における全体概略説明図を示す。
【図２】本発明の実施形態における制御フロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は本発明の実施形態における全体概略構成図を示す。
１は内燃機関を示す。内燃機関１は、エンジン本体１１と、エンジン本体１１の内部に図示省略のピストンとシリンダヘッド及びシリンダとによって囲まれた空間にて燃料を爆発的に燃焼させる燃焼室１１ａと、該燃焼室１１ａに過圧された空気を導入する給気マニホールド１２と、燃焼室で燃焼した燃焼ガスを内燃機関１の外部に導出する排気マニホールド１３とを有している。
更に、内燃機関１の運転を制御するため、内燃機関１の回転数を検出する回転数センサ１５、内燃機関１の冷却水温度を検出する水温センサ１７、燃焼室１１ａに供給される給気圧を検出する給気圧センサ１６等を備えている。
【００２２】
２は過給機を示す。過給機２は、給気マニホールド１２に配設され、エアクリーナ８で吸引した空気を加圧する過給手段であるコンプレッサ２１と、該コンプレッサ２１に連結してコンプレッサ２１を回転駆動させる駆動手段であるモータ２４と、排気マニホールド１３に配設され、該排気マニホールド１３内の排ガスを排出すると共に、コンプレッサ２１と同軸に配設された排ガス排出手段である排気タービン２２と、該排気タービン２２とコンプレッサ２１との回転を断接するクラッチ手段であるクラッチ装置２３と、を備えている。
尚、モータ２４には、排気タービン２２とコンプレッサ２１とを連結した際に、排気タービン２２の回転が増速する増速手段である増速機が一体的に備わっている。
排気タービン２２の回転を増速することにより、排気通路（排気マニホールド）内の排気圧力を更に低下させるものである。
また、モータ２４は内燃機関１の稼働に対する負荷要求に対応して回転数Ｎを制御装置３によって制御されるようになっている。
【００２３】
また、本実施形態においては、排気マニホールド１３から排気タービン２２への排ガスの流れ構造を次のようにした。
即ち、排ガスは、排気タービン２２の回転中心部に回転軸線方向に排気タービン２２内に吸引されて、排気タービン２２の回転方向（ラジアル方向）に排出する構造に配置した。
排気タービン２２内にて吸引した排ガスを加圧して、放出する方向が排気タービン２２の回転方向としたので、排気タービン２２内で排ガスに回転方向の慣性力が発生し、慣性力を有した状態で排気管７１側に放出されるので、排気マニホールド１３内の排ガス排出が効果的に行われる。
また、本実施形態では、排ガス排出手段を排気タービン２２として説明したが、排気タービンに換えて軸流ポンプ形式の装置でもよい。
この場合は、排ガスの排気マニホールド１３からの排出量が多くなり、排ガス圧力に対しても安定的な排出が可能となる。
【００２４】
排気マニホールド１３の排気タービン２２が配設されている排気通路上流側には、排気タービン２２をバイパスするバイパス手段６が設けられている。
バイパス手段６は、排気タービン２２の上流側から排気タービン２２の下流側に連結したバイパス通路６１に設けられたバイパス開口部６５を開閉弁である蓋部材６６にて開閉操作される。
開閉弁の開閉操作は、後述する制御装置３にて開閉制御される。
【００２５】
制御手段である制御装置３は、内燃機関１を稼働させる制御装置３である。
制御装置３には、内燃機関１のエンジン回転数を検知するエンジン回転数センサ１５、エンジン冷却水温度を検知する水温センサ１７、給気マニホールド１２内の給気圧を検知する給気圧センサ１６、運転者による内燃機関１の出力意志（要求出力）を検知するアクセルペダル５１の踏込み量を検知するアクセルセンサ５等の情報が入力される。
尚、制御装置３には、その他多数の信号が入力されるが、本発明に直接関係しないセンサ及び信号については説明を省略する。
更に、制御装置３は、各センサからの情報に基づいて、モータ２４の駆動又は停止、クラッチ装置２３の排気タービンとコンプレッサ２１との回転力伝達の断接および、バイパス手段６の開閉を制御する。
９はバッテリィで、制御装置３の作動と共に、クラッチ装置２３、モータ２４、バイパス手段６等の動力電源である。
【００２６】
図２に基づいて、制御装置３の作動について説明する。
内燃機関１が始動されるとステップＳ１で制御が開始される。
ステップＳ２において、内燃機関１は燃焼室１１ａへの過給を行う稼働状況であるか否かが判断される。
即ち、内燃機関出力ＰＶは始動又は暖気運転中か又は、第２閾値Ｐ２を超えた（内燃機関ＰＶ≧第２閾値）負荷運転中かを判断する。
判断基準は、予めきめられたマップにより、エンジン回転数Ｎ、給気マニホールド１２内の給気圧Ｐａ、冷却水温度Ｔ及び、アクセルペダル５１の踏込み量Ｎ等が規定値に達しているかを比較して判断される。
ステップＳ２において、内燃機関出力ＰＶが第１閾値を超えた出力状態、即ち過給領域であると判断されるとＹｅｓを選択してステップＳ３に進む。
【００２７】
ステップＳ３において、過給の状況、即ち内燃機関１の出力状況を判断される。要求される出力状況によってコンプレッサ２１の過圧状況が変化してくる。
内燃機関出力ＰＶは、中負荷状態（一般の走行負荷運転）以上、即ち内燃機関出力ＰＶ≧第１閾値で運転されているかの判断を行う。
第１閾値は、第２閾値より内燃機関出力が大きい値になっている。
ステップＳ３において、内燃機関出力ＰＶ≧第１閾値Ｐ１と判断された場合はＹｅｓが選択されステップＳ４に進む。
この場合、所定出力値は、内燃機関によって異なるが、本実施形態では、内燃機関１の最大出力Ｐｍａｘに対し、第２閾値を６０％、第１閾値を８０％としている。
【００２８】
ステップＳ４において、制御装置３は、モータ２４を介してコンプレッサ（ＣＯＰ）２１を駆動し、エアクリーナ８からの空気を加圧して、燃焼室１１ａに過給する。
ステップＳ５に進み、ステップＳ５では、制御装置３がクラッチ装置（Ｃ／Ｌ）２３を接続させて、排気タービン２２を駆動する。
更に、ステップＳ６において、バイパス通路６１はバイパス手段（Ｂ／Ｐｓ）６によって閉塞される。ステップＳ１３にて終了する。
【００２９】
ステップＳ４からステップＳ６の制御において、ステップＳ４で過圧された給気が燃焼室１１ａにて燃料を燃焼させ、燃焼ガスは高温、高圧になり、排気マニホールド１３に流出する。
クラッチ装置（Ｃ／Ｌ）２３を接続することで、モータ２４の回転が増速装置によって増速されて排気タービン２２を回転させる。
バイパス手段（Ｂ／Ｐｓ）６を閉塞することで、排気タービン２２の排気マニホールド１３内の排ガス吸引力が高くなり、燃焼室１１ａ内の残留燃焼ガス量を減少させることができる。
【００３０】
燃焼室１１ａ内の残留燃焼ガス量を減少させることで、新しい給気の燃焼室１１ａ内充填効率が向上して、内燃機関出力を向上させることが可能になると共に、燃焼室内が冷却され、ノッキングの発生が抑制される。
【００３１】
ステップＳ２において、内燃機関出力ＰＶ＜第２閾値Ｐ２でＮｏが選択された場合、即ち過給領域でないと判断された場合は、ステップＳ１０に進む。
既述の通り、ステップＳ２においてＮｏが選択された時の内燃機関１の状態は、始動、暖気運転中か又はアイドル運転（無負荷運転）である。
従って、ステップＳ１０においてコンプレッサ（ＣＭＰ）１０は停止、ステップＳ１１にてクラッチ手段（Ｃ／Ｌ）２３は接続を断状態にし、ステップＳ１２にてバイパス手段（Ｂ／Ｐｓ）６はバイパス通路６１を開放状態に維持する。ステップＳ１３にて終了する。
【００３２】
ステップＳ１０からステップＳ１２の制御において、コンプレッサ（ＣＭＰ）１０にて過給が実施されないので、燃焼室１１ａに供給される空気はノーマル状態となり、燃焼室１１内に残留する燃焼ガスは多くなる。
一方、ステップＳ１１においてクラッチ装置２３は接続断の状態になっているので、排気タービン２２による排気マニホールド１３からの排ガス吸引が行われない。
従って、燃焼室１１ａ内の燃焼ガスは、ピストンの排気工程によって、排気マニホールド１３に送出され、バイパス通路６１から排気浄化装置７に流出していく。
この排ガスは、排気タービン２２を通過しないので、周囲の部材による冷却進行が遅く、排気浄化装置７の触媒温度上昇を促進させる効果を有している。更に、排ガス排出手段の駆動を停止することでエネルギー損失を抑制する。
更に、燃焼室内の残留燃焼ガスが増加することにより、内燃機関１の暖気促進効果を有する。
【００３３】
更に、ステップＳ３において、内燃機関出力ＰＶ＜第１閾値Ｐ１の状態の場合は、Ｎｏが選択される。
即ち、内燃機関出力ＰＶが第２閾値以上の出力で運転されているかを判断する。ステップＳ３において、内燃機関出力ＰＶ＜第１閾値Ｐ１と判断された場合はＮｏが選択されステップＳ７に進む。
従って、ステップＳ７において、コンプレッサ（ＣＭＰ）１０は駆動、ステップＳ８においてクラッチ装置（Ｃ／Ｌ）２３は接続断の状態になっているので、排気タービン２２による排気マニホールド１３からの排ガス吸引が行われない。
更に、ステップＳ９において、バイパス手段（Ｂ／Ｐｓ）６はバイパス通路６１を開放状態に維持する。
ステップＳ１３にて終了する。
この場合、内燃機関１の負荷が大きくないので、燃焼室１１ａで発生する燃焼ガス量は比較的少ない。
従って、排気マニホールド１３からの排ガス導出は、バイパス手段（Ｂ／Ｐｓ）６からの自然放出している。
排気タービン２２の駆動を停止することで、エネルギー損失の抑制を図っている。
【００３４】
このようにすることによって、内燃機関１の排気マニホールド１３の排ガスを外部に強制的に排出して、該排気マニホールド１３内の排ガス圧力を低下させることにより、内燃機関１の燃焼室１１ａ内の燃焼ガスの残留量を少なくして燃焼室１１ａへの給気充填率を向上させて、燃焼効率の向上を図ることができる。
更に、燃焼室に燃焼ガスが多く残留すると、燃焼室内の温度が高くなり、ノッキングを誘発し易くなるのを防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
過給装置を装着した内燃機関の燃焼室への給気充填率を向上させる内燃機関に利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１        内燃機関
２        過給装置
３        制御装置
５        アクセルペダルセンサ
６        バイパス手段
７        排気浄化装置
１１      エンジン本体
１１ａ    燃焼室
１２      給気マニホールド
１３      排気マニホールド
１５      回転数センサ
１６      圧力センサ
１７      水温センサ
２１      コンプレッサ（過給手段）
２２      排気タービン（排ガス排出手段）
２３      クラッチ装置（クラッチ手段）
２４      モータ（駆動手段）
【図１】
2014092110.tif 000003
【図２】
2014092110.tif 000004