(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の過渡運転時に、流路切替装置により、空気吸入通路から過給補助通路に切替えて、該過給補助通路から予め圧縮された空気を吸気通路に供給する過給補助を行う内燃機関の過給補助システムにおいて、
前記流路切替装置を、前記空気吸入通路に接続される第１流路と、前記過給補助通路に接続される第２流路と、エンジン本体側の前記吸気通路に接続される第３流路を有するケースと、該ケース内をスライドして、前記第１流路と前記第３流路との間と、前記第２流路と前記第３流路との間を遮断又は連通するシャッター部材を備えて構成すると共に、該シャッター部材を圧縮空気で駆動される空気シリンダによってスライドさせるように構成し、前記空気シリンダに圧縮空気を導入するための第１空気供給通路に流量調整弁を設けて、
過給補助終了時に、前記空気シリンダに導入する圧縮空気量を前記流量調整弁により減少することにより、前記流路切替装置が前記過給補助通路から前記空気吸入通路に切替える際の第２切替速度を、最大切替速度よりも遅くするように構成したことを特徴とする内燃機関の過給補助システム。
【請求項２】
前記第２切替速度を、前記流路切替装置より下流側に配置されたターボチャージャのコンプレッサの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは遅くし、前記圧力比が前記設定圧力比に達したときは最大切替速度にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給補助システム。
【請求項３】
前記流量調整弁の圧縮空気の流路面積を、前記コンプレッサの入口圧力で駆動する入口圧ピストンと前記コンプレッサの出口圧力で駆動する出口圧ピストンとにより変更可能に構成し、過給補助終了の際に、前記流路切替装置より下流側に配置されたターボチャージャのコンプレッサの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは前記流路面積を小さくして前記第２切替速度を遅くし、前記圧力比が前記設定圧力比に達したときは前記流路面積を最大にして前記第２切替速度を最大切替速度にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の過給補助システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の過給補助システムを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
内燃機関の過渡運転時に、流路切替装置により、空気吸入通路から過給補助通路に切替えて、該過給補助通路から予め圧縮された空気を吸気通路に供給する過給補助を行う内燃機関の過給補助方法において、
前記流路切替装置を、前記空気吸入通路に接続される第１流路と、前記過給補助通路に接続される第２流路と、エンジン本体側の前記吸気通路に接続される第３流路を有するケースと、該ケース内をスライドして、前記第１流路と前記第３流路との間と、前記第２流路と前記第３流路との間を遮断又は連通するシャッター部材を備えて構成すると共に、該シャッター部材を圧縮空気で駆動される空気シリンダによってスライドさせるように構成し、前記空気シリンダに圧縮空気を導入するための第１空気供給通路に流量調整弁を設けて、
過給補助終了時に前記流路切替装置が前記過給補助通路から前記空気吸入通路に切替える際の第２切替速度を、前記流路切替装置より下流側に配置されたターボチャージャのコンプレッサの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは、前記空気シリンダに導入する圧縮空気量を前記流量調整弁により減少して最大切替速度よりも遅くし、前記圧力比が前記設定圧力比に達したときは前記空気シリンダに導入する圧縮空気量を前記流量調整弁により最大にして最大切替速度にすることを特徴とする内燃機関の過給補助方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過渡運転時に発生するターボラグによる空気量の不足を補うために予め畜圧した圧縮空気を吸気通路に導入する内燃機関の過給補助システム、内燃機関、及び内燃機関の過給補助方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載される内燃機関（エンジン）には、図１３に示すような過給システム１０Ｘが用いられているが、この過給システム１０Ｘは、エンジン本体１１の吸気マニホールド１１ａに接続された吸気通路１２と、排気マニホールド１１ｂに接続された排気通路１３を有して構成され。更に、エアクリーナー１４の下流側でかつインタークーラー１６の上流側の吸気通路１２にターボチャージャ（ターボ式過給器）１５のコンプレッサ１５ａが設けられ、排気通路１３にターボチャージャ１５のタービン１５ｂが設けられている。
【０００３】
このターボチャージャ１５は筒内に導入される空気量を多くすることができる。従って、このターボチャージャ１５を用いたエンジンでは、より多くの空気を筒内に導入できるため、トルクの向上、排気ガスの低減を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、このターボチャージャによる過給では、要求される空気量を筒内にターボチャージャが導入できるようになるまでの間に時間差が生じ、いわゆるターボラグが発生するという短所がある。このターボラグは、特に過渡運転時に起きる。
【０００５】
過渡運転時では、図１４に示すように、エンジン回転速度の増加にともない、必要となる空気量も増加するが、このターボラグが発生すると、必要となる空気量Ａを確保できなくなる。このとき、推移するエンジン回転速度および負荷（アクセル開度）に応じて必要となる燃料量に対して必要な空気量Ａが増加するが、この空気量Ａに対して実際に供給される空気量Ｂが斜線部分だけ少なくなってしまう。その結果、空気量Ｂが少ないことにより燃焼可能な燃料量が減少して内燃機関の出力が低下し、また、ＥＧＲをかけられないことによりＮＯｘが増加して排気性能が悪化する。
【０００６】
このターボラグによる出力、排気性能の悪化に対する対策として、エンジン回転速度および負荷（アクセル開度）が急激に変化する時に、この変化と同時に、スーパーチャージャ又はコンプレッサ等を用いて、予め圧縮空気タンクに蓄圧した圧縮空気を吸気通路に導入して過渡運転時の空気量の不足を補う過給補助システムがある。
【０００７】
この過給補助システムとしては、例えば、エンジンブレーキ使用時または制動ブレーキ使用時の少なくとも一方においては、クラッチ機構を接続にして車軸に設けたコンプレッサを稼働して補助空気タンクに空気を貯蔵し、車両の発進時においては、補助空気タンクから貯蔵された空気を吸入通路に導入して過給補助を行い、車両を制動する際の制動エネルギーを利用して加圧された空気を補助空気貯蔵タンクに貯蔵することができ、また、車両の発進時において、この貯蔵した高圧の空気を用いることで、ターボチャージャのような時間遅れが発生することなく、発進トルクを大きくできて、車両の発進を迅速に行うことができる内燃機関を搭載した車両及びその制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
この内燃機関の過給補助システムには、図１に示すようなシステムがあり、この内燃機関の過給補助システム１０では、コンプレッサ１７で圧縮された空気を圧縮空気タンク１８で蓄圧し、この予め蓄圧した圧縮空気を過給補助通路１９から流路切替装置２０を経由して吸気通路１２に導入して過渡運転時の空気量の不足を補う。この過給補助システム１０では、過給補助通路１９が、吸気通路１２に流路切替装置（切替えバルブ）２０を介して接続される。
【０００９】
この流路切替装置２０の動作に関しては、過給補助の開始時に、圧縮空気がエアクリーナー１４側へ逆流しないこと、エンジンの気筒内への空気供給が途絶えない（エンジンが窒息しない）ことが求められる。そのため、過給補助の開始時における空気吸入通路１２ａと過給補助通路１９との間の切替動作にかかる時間を著しく短くすることが要求される。
【００１０】
図１５にエンジン回転速度とそのときのエンジンが１回転する時間との関係を示す。４ストロークエンジンでは、吸気→圧縮→膨張→排気→吸気→・・・と４つの行程を２回転で行っている。つまり、各行程は半回転で行われる。そのため、４気筒のエンジンが１回転する際には、２気筒が吸気を行うことになる。
【００１１】
従って、圧縮空気のエアクリーナー１４側への逆流を防止するためには、流路切替装置２０の内部で、圧縮空気タンク１８と吸気マニホールド１１ａの間と、エアクリーナー１４と吸気マニホールド１１ａの間との２つの通路を完全に遮断する必要がある。一方で、これらの通路を完全に遮断した場合は、内燃機関の吸気通路１２の配管内と吸気マニホールド１１ａ内とに残存する空気しか各気筒へ導入できないため、この遮断時間をできるだけ短くする必要がある。エンジンが１回転する時間は図１５に示すように、１０００ｒｐｍ〜３００ｒｐｍでは、６０ｍｓ〜３０ｍｓであるため、気筒数にかかわらず、ｍｅｓｃオーダーでの流路を切り替えることが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１１−９４５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このｍｓｅｃオーダーでの流路の切替えのために、図２及び図３に示すようなシャッター方式の流路切替装置２０を用いることを考えた。この図２及び図３の流路切替装置２０は、空気吸入通路１２ａに接続される第１流路２１と、過給補助通路１９に接続される第２流路２２と、エンジン本体１１側の吸気通路１２に接続される第３流路２３を有するケース２４と、このケース２４内をＸ１−Ｘ２方向にスライドして、第１流路２１と第３流路２３との間と、第２流路２２と第３流路２３との間を遮断したり、連通したりするシャッター部材２５を備えて構成する。
【００１４】
このシャッター部材２５には、連通用貫通穴２５ａを設け、空気シリンダ３０のロッド３１により、シャッター部材２５をＸ１−Ｘ２方向に移動して、Ｘ１方向に移動した場合は、図２に示すように第１流路２１と第３流路２３の間を連通し、第２流路２２と第３流路２３の間を遮蔽する。一方、Ｘ２方向に移動した場合は、図３に示すように第１流路２１と第３流路２３の間を遮蔽し、第２流路２２と第３流路２３の間を連通する。
【００１５】
そして、過給補助システム１０の流路切替装置２０のシャッター部材２５を移動させる空気シリンダ３０は、図１６に示すように構成する。この空気シリンダ３０では、第１空気室３２ａと第２空気室３２ｂの間に、ロッド３１に固定されている受圧部材３３を配置する。また、第１空気室３２ａに連通する第１連通路３４ａと圧縮空気タンク４０を連通する第１空気供給通路４１ａとの間に第１空気供給弁３５ａを配置し、第２空気室３２ｂに連通する第２連通路３４ｂと圧縮空気タンク４０を連通する第２空気供給通路４１ｂとの間に第２エア供給弁３５ｂを配置する。更に、第１連通路３４ａを大気に開放する第１大気開放弁３６ａを配置し、第２連通路３４ｂを大気に開放する第大気開放弁３６ｂを配置する。
【００１６】
この空気シリンダ３０は、図１７〜図２０の操作により、流路切替装置２０の流路を切り替える。図１７は、第１流路２１と第３流路２３の連通時の待機状態を示す。この状態では、第１大気開放弁３６ａのみを開弁する。図１８は、過給補助の開始に際して、第２流路２２と第３流路２３を連通させる途中の状態を示す。この状態では、第１空気供給弁３５ａと第１大気開放弁３６ａを開弁し、他を閉弁して、シャッター部材２５を高速でＸ２方向に移動させる。
【００１７】
図１９は、流路切替装置２０のシャッター部材２５の高速動作完了の後の、即ち、第２流路２２と第３流路２３が連通した後の待機状態を示す。この状態では、次の開始前の状態に復帰できるように、第２大気開放弁３６ｂのみを開弁して空気シリンダ３０内の圧縮空気を大気に開放させる。図２０は、第１流路２１と第３流路２３を連通させる途中の状態を示す。この状態では、過給補助の終了に際して、第１空気供給弁３５ａと第２大気開放弁３６ｂを開弁し、他の弁を閉弁し、流路切替装置２０のシャッター部材２５を高速でＸ１方向に移動させる。
【００１８】
そして、第１流路２１と第３流路２３を連通させた後では、図１７の待機状態に戻る。この図１７〜図２０の一連の空気シリンダ３０のバルブ操作により、迅速にシャッター部材２５をＸ１方向またはＸ２方向に移動して、流路切替装置２０の流路を切り替えることができる。
【００１９】
この過給補助システムを適用した場合の結果を図２１に示す。エンジンの運転条件（アクセル開度、エンジンの回転速度）は図２２に示すように全て同一としている。過給補助により、図２１のＣ（過給補助無し）、Ｄ（タイミング早めの過給補助有り）、Ｅ（タイミング遅めの過給補助有り）で示すように、過渡運転時のターボラグが改善でき、空気量が増加し、ターボチャージャの圧力比の増加割合が急峻になり、トルクが改善される。
【００２０】
しかしながら、条件によっては、例えば、過給補助を行うタイミングが変わると、過給補助終了後のトルクの落ち込みが見られる。これは、過給補助終了後にコンプレッサ入口圧が急落することに起因すると考えられる。この入口圧の急落は、エンジンに導入された圧縮空気は、各気筒内に導入される空気とそこまでの配管通路内に残留する空気に分かれるが、この配管通路内に残留した空気が過給補助を終了した際の流路切替装置の切替時に大気に開放されることにより発生する。
【００２１】
このことから、過給補助を終了させるときの流路切替装置２０の切替速度は内燃機関の運転条件及び過給補助システム１０の配管の形状・容積により異ならせる必要がある。従って、過給補助システム１０を用いる場合には、運転条件に寄らず、過給補助終了後の流路切替装置２０の流路切替速度を任意に調整できる機構が必要となる。
【００２２】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、過給補助終了の際に、ターボチャージャの状況に応じて、過給補助システムの流路切替装置の過給補助通路から空気吸入通路への切り替え動作の切替速度を最大切替速度よりも遅くして、過給補助終了の際に発生するエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる内燃機関の過給補助システム、内燃機関、及び内燃機関の過給補助方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記のような目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助システムは、内燃機関の過渡運転時に、流路切替装置により、空気吸入通路から過給補助通路に切替えて、該過給補助通路から予め圧縮された空気を吸気通路に供給する過給補助を行う内燃機関の過給補助システムにおいて、前記流路切替装置を、前記空気吸入通路に接続される第１流路と、前記過給補助通路に接続される第２流路と、エンジン本体側の前記吸気通路に接続される第３流路を有するケースと、該ケース内をスライドして、前記第１流路と前記第３流路との間と、前記第２流路と前記第３流路との間を遮断又は連通するシャッター部材を備えて構成すると共に、該シャッター部材を圧縮空気で駆動される空気シリンダによってスライドさせるように構成し、前記空気シリンダに圧縮空気を導入するための第１空気供給通路に流量調整弁を設けて、過給補助終了時に、前記空気シリンダに導入する圧縮空気量を前記流量調整弁により減少することにより、前記流路切替装置が前記過給補助通路から前記空気吸入通路に切替える際の第２切替速度を、最大切替速度よりも遅くするように構成する。
【００２４】
この構成によれば、過給補助終了の際に、過給補助システムの流路切替装置の動作の第２切替速度を最大速度よりも遅くして、過給補助終了の際の過給補助からターボチャージャによる過給へ切り替わるときに発生する空気量不足を防止してエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる。
【００２５】
上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、前記第２切替速度を、前記流路切替装置より下流側に配置されたターボチャージャのコンプレッサの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは遅くし、前記圧力比が前記設定圧力比に達したときは最大切替速度にするように構成する。
【００２６】
この構成によれば、過給補助終了時に、ターボチャージャのコンプレッサの圧力比(出口圧力／入口圧力)に応じて、過給補助システムの流路切替装置が通常状態への復帰する際の第２切替速度を変化させて、エンジンのトルクの落ち込みを防止しながら、空気吸入通路側に切り替えることができる。なお、ターボチャージャのコンプレッサの圧力比がさらに上昇し、ターボチャージャが完全に作動するようになれば、トルクの落ち込みなどは起こらなくなる。圧力比はターボチャージャの作動を表す指標として使用できることから、コンプレッサの入口圧力、出口圧力の比率や差圧を利用しターボチャージャの作動状況をとらえ、トルクの落ち込みを防止する。
【００２７】
また、流路切替装置を上記のように構成すると、流路を著しく高速で切り替えることができると共に、第２切替速度を比較的容易に変更できる。
【００２８】
上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、前記流量調整弁の圧縮空気の流路面積を、前記コンプレッサの入口圧力で駆動する入口圧ピストンと前記コンプレッサの出口圧力で駆動する出口圧ピストンとにより変更可能に構成し、過給補助終了の際に、前記流路切替装置より下流側に配置されたターボチャージャのコンプレッサの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは前記流路面積を小さくして前記第２切替速度を遅くし、前記圧力比が前記設定圧力比に達したときは前記流路面積を最大にして前記第２切替速度を最大切替速度にするように構成すると、比較的簡単な構成で、コンプレッサの圧力比に応じて、第２切替速度を変更できる。
【００２９】
そして、上記のような目的を達成するための内燃機関は、上記の内燃機関の過給補助システムを備えて構成される。この構成によれば、過給補助終了の際に、流路切替装置の動作を遅くして、過給補助終了の際に発生するエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる。
【００３０】
また、上記のような目的を達成するための内燃機関の過給方法は、内燃機関の過渡運転時に、流路切替装置により、空気吸入通路から過給補助通路に切替えて、該過給補助通路から予め圧縮された空気を吸気通路に供給する過給補助を行う内燃機関の過給補助方法において、前記流路切替装置を、前記空気吸入通路に接続される第１流路と、前記過給補助通路に接続される第２流路と、エンジン本体側の前記吸気通路に接続される第３流路を有するケースと、該ケース内をスライドして、前記第１流路と前記第３流路との間と、前記第２流路と前記第３流路との間を遮断又は連通するシャッター部材を備えて構成すると共に、該シャッター部材を圧縮空気で駆動される空気シリンダによってスライドさせるように構成し、前記空気シリンダに圧縮空気を導入するための第１空気供給通路に流量調整弁を設けて、過給補助終了時に前記流路切替装置が前記過給補助通路から前記空気吸入通路に切替える際の第２切替速度を、前記流路切替装置より下流側に配置されたターボチャージャのコンプレッサの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは、前記空気シリンダに導入する圧縮空気量を前記流量調整弁により減少して最大切替速度よりも遅くし、前記圧力比が前記設定圧力比に達したときは前記空気シリンダに導入する圧縮空気量を前記流量調整弁により最大にして最大切替速度にすることを特徴とする方法である。
【００３１】
この方法によれば、過給補助終了の際に、過給補助システムの流路切替装置の動作の第２切替速度を最大速度よりも遅くして、過給補助終了の際の過給補助からターボチャージャによる過給へ切り替わるときに発生する空気量不足を防止してエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る内燃機関の過給補助システム、内燃機関、及び内燃機関の過給補助方法によれば、過給補助終了の際に、ターボチャージャの状況に応じて、過給補助システムの流路切替装置の過給補助通路から空気吸入通路への切り替え動作の切替速度を最大切替速度よりも遅くして、過給補助終了の際に発生するエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関の過給補助システムの構成を示す図である。
【図２】流路切替装置の構成を示す図で、第１流路と第３流路が連通している状態を示す図である。
【図３】流路切替装置の構成を示す図で、第２流路と第３流路が連通している状態を示す図である。
【図４】流路切替装置の流路切替を行う空気シリンダの構成を示す図である。
【図５】流路切替装置で第１流路と第３流路が連通している待機状態における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図６】流路切替装置で第１流路と第３流路を遮断し、第２流路と第３流路を連通させる途中における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図７】流路切替装置で第２流路と第３流路が連通している待機状態における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図８】流路切替装置で第２流路と第３流路を遮断し、第１流路と第３流路を連通させる途中における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図９】空気シリンダの流量調整弁の構成を示す図で、閉弁した状態を示す図である。
【図１０】空気シリンダの流量調整弁が半開した状態を示す図である。
【図１１】空気シリンダの流量調整弁が全開した状態を示す図である。
【図１２】空気シリンダの流量調整弁の各状態を重ねて示した図である。
【図１３】従来技術の内燃機関の過給システムの構成を示す図である。
【図１４】過渡運転時のエンジン回転速度と燃料噴射量と空気量の関係を示す図である。
【図１５】エンジン回転速度と１回転に要する時間との関係を示す図である。
【図１６】改良前技術の流路切替装置の流路切替を行う空気シリンダの構成を示す図である。
【図１７】改良前技術の流路切替装置で第１流路と第３流路が連通している待機状態における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図１８】改良前技術の流路切替装置で第１流路と第３流路を遮断し、第２流路と第３流路を連通させる途中における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図１９】改良前技術の流路切替装置で第２流路と第３流路が連通している待機状態における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図２０】改良前技術の流路切替装置で第２流路と第３流路を遮断し、第１流路と第３流路を連通させる途中における空気シリンダの各弁の開閉状態を示す図である。
【図２１】過給補助無しの場合と過給補助ありの場合の燃料噴射量、トルク、コンプレッサ入口圧、コンプレッサ出口圧、圧力比を示す図である。
【図２２】図２１のときのエンジン回転数とアクセル開度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システム、内燃機関、及び内燃機関の過給補助方法について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１に示すように、本発明の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１０を備えた内燃機関（エンジン）は、エンジン本体１１の吸気マニホールド１１ａに接続された吸気通路１２と、排気マニホールド１１ｂに接続された排気通路１３を有して構成され。更に、エアクリーナー１４の下流側でかつインタークーラー１６の上流側の吸気通路１２にターボチャージャ（ターボ式過給器）１５のコンプレッサ１５ａが設けられ、排気通路１３にターボチャージャ１５のタービン１５ｂが設けられている。
【００３６】
この内燃機関の過給補助システム１０では、過渡運転時に、ターボラグによる空気量不足に対応して圧縮空気を吸気通路１２に供給するために、圧縮空気を生成するコンプレッサ１７とこの圧縮空気を蓄圧する圧縮空気タンク１８を設けた過給補助通路１９が、吸気通路１２に流路切替装置（切替えバルブ）２０を介して接続される。この流路切替装置２０により、内燃機関の過渡運転時に、空気吸入通路１２ａから過給補助通路１９に切替えて、この過給補助通路１９から圧縮空気を吸気通路１２に供給する過給補助を行う。
【００３７】
この流路切替装置２０としては、ｍｓｅｃオーダーの極めて短時間で流路を切り替える必要があるために、図２及び図３に示すようなシャッター方式の切替バルブを用いる。この流路切替装置２０は、空気吸入通路１２ａに接続される第１流路２１と、過給補助通路１９に接続される第２流路２２と、エンジン本体１１側の吸気通路１２に接続される第３流路２３を有するケース２４と、このケース２４内をＸ１−Ｘ２方向にスライドして、第１流路２１と第３流路２３との間と、第２流路２２と第３流路２３との間を遮断又は連通するシャッター部材２５を備えて構成する。
【００３８】
このシャッター部材２５には、連通用貫通穴２５ａが設けられており、このシャッター部材２５は空気シリンダ（エアシリンダ）３０のロッド３１の伸縮により、Ｘ１−Ｘ２方向に移動する。つまり、このシャッター部材２５を圧縮空気で駆動される空気シリンダ３０によってスライドさせるように構成する。図２に示すようにＸ１方向に移動した場合は、第１流路２１と第３流路２３の間が連通し、第２流路２２と第３流路２３の間が遮蔽される。一方、図３に示すようにＸ２方向に移動した場合は、第１流路２１と第３流路２３の間が遮蔽され、第２流路２２と第３流路２３の間が連通する。この構成の流路切替装置２０を用いることにより、流路を著しく高速で切り替えることができる。
【００３９】
そして、過給補助システム１０の流路切替装置２０のシャッター部材２５を移動させる空気シリンダ３０は、図４に示すように構成される。つまり、空気シリンダ３０は、第１空気室３２ａと第２空気室３２ｂの間に、ロッド３１に固定されている受圧部材３３が配置されている。また、第１空気室３２ａに連通する第１連通路３４ａと圧縮空気タンク４０を連通する第１空気供給通路４１ａとの間に第１空気供給弁３５ａが配置され、第２空気室３２ｂに連通する第２連通路３４ｂと圧縮空気タンク４０を連通する第２空気供給通路４１ｂとの間に第２空気供給弁３５ｂが配置されている。更に、第１連通路３４ａを大気に開放する第１大気開放弁３６ａが配置され、第２連通路３４ｂを大気に開放する第２大気開放弁３６ｂが配置されている。これらの第１空気供給弁３５ａ、第２空気供給弁３５ｂ、第１大気開放弁３６ａ、及び第２大気開放弁３６ｂは、電磁弁で形成され、開閉制御される。
【００４０】
更に、本発明においては、過給補助終了時に空気シリンダ３０に圧縮空気を導入するための第１空気供給通路４１ａに流量調整弁４２を設けて、この流量調整弁４２により過給補助終了時に空気シリンダ３０の第１空気供給通路４１ａに導入する圧縮空気量を減少できるように構成する。
【００４１】
図９に示すように、この流量調整弁４２は、入口側流路４２ａと出口側流路４２ｂとの間に弁座４２ｃと弁体４２ｄを設け、この入口側流路４２ａと出口側流路４２ｂとの間の流路面積を変更する弁体４２ｄを、コンプレッサ１５ａの入口圧力Ｐｉｎとコンプレッサ１５ａの出口圧力Ｐｏｕｔで作動するように構成する。つまり、入口圧力Ｐｉｎで作動する入口圧ピストン４３のロッド４３ａと出口圧力Ｐｏｕｔで作動する出口圧ピストン４４のロッド４４ａを、弁体４２ｄを回転させるロッド４２ｅに接続して構成する。
【００４２】
また、弁体４２ｄの回転中心とロッド４３ａとの距離Ｌａと弁体４２ｄの回転中心とロッド４４ａとの距離Ｌｂとを、コンプレッサ１５ａの圧力比（＝出口圧力Ｐｏｕｔ／入口圧力Ｐｉｎ）が予め設定した設定圧力比に達すると弁体４２ｄが全開になるように設定する。つまり、流量調整弁４２の圧縮空気の流路面積を、コンプレッサ１５ａの入口圧力Ｐｉｎで駆動する入口圧ピストン４３とコンプレッサ１５ｂの出口圧力Ｐｏｕｔで駆動する出口圧ピストン４４とにより変更可能に構成する。
【００４３】
この流量調整弁４２は、過給補助終了の際に、ターボチャージャ１５が完全に動作するまでにならず、圧力比が設定圧力比に達していないときは、図１０に示すように、弁体４２ｄを少し開いて、図８に示すように、第１空気室３２ａに供給する圧縮空気タンク４０からの圧縮空気量を減少して、シッター部材２５の動きを遅くして、吸気通路１２に圧縮空気タンク１８からの圧縮空気を流し続けて過給補助を続ける。その後、ターボチャージャ１５が完全に動作するようになって、圧力比が設定圧力比に達したときは、図１１に示すように、弁体４２ｄを完全に開いて、高速でシャッター部材２５を移動させる。
【００４４】
この弁体４２ｄの各移動の状態を図１２に示す。つまり、過給補助終了の際に、コンプレッサ１５ａの圧力比が設定圧力比に達していないときは、流量調整弁４２の流路面積を小さくし、圧力比が設定圧力比に達したときは、流量調整弁４２の流路面積を最大にする。この構成により、比較的簡単な構成で、コンプレッサ１５ａの圧力比に応じて、流量調整弁４２の流路面積を変更できる。
【００４５】
次に、この空気シリンダ３０による、シャッター部材２５の移動と第１流路２１と第２流路２２との切り替えに関して説明する。流路切替装置２０の流路を切り替えは図５〜図８に示すような空気シリンダ３０の弁操作により行われる。
【００４６】
図５は、第１流路２１と第３流路２３の間が連通し、空気吸入通路１２ａからの空気を吸気通路１２に供給しているときの待機状態である第１ステップ状態を示す。この待機状態では、第１空気供給弁３５ａ、第２空気供給弁３５ｂ、第２大気開放弁３６ｂを閉弁し、第１大気開放弁３６ａのみを開弁している。これにより、第１空気室３２ａの圧縮空気を大気に開放し、第１空気室３２ａの圧力を大気圧にして、切替時のロッド３１の切り替得動作を円滑して、過給補助開始時に流路切替装置２０が空気吸入通路１２ａ側の第１流路２１から過給補助通路１９側の第２流路２２に切り替える際の第１切替速度を高める。
【００４７】
図６は、過給補助の開始に際して、第１流路２１と第３流路２３の間を遮断し、第２流路２２と第３流路２３との間を連通させるためのシャッター部材２５の移動時の空気シリンダ３０の第２ステップ状態を示す。この第２ステップ状態では、第２空気供給弁３５ｂ、第２大気開放弁３６ｂを閉弁し、第１空気供給弁３５ａ、第１大気開放弁３６ａを開弁して、圧縮空気タンク４０の圧縮空気を第２空気室３２ｂに供給して流路切替装置２０のシャッター部材２５を高速の第１切替速度でＸ２方向に移動させる。
【００４８】
図７は、第１流路２１と第３流路２３の間を遮断し、第２流路２２と第３流路２３との間を連通させた後で、過給補助通路１９から圧縮空気を吸気通路１２に供給している状態における空気シリンダ３０の第３ステップ状態を示す。この第３ステップ状態は、流路切替装置２０のシャッター部材２５の高速移動完了の後であるが、次の開始前の状態への切り替えに迅速に対応できるように、第１空気供給弁３５ａ、第２空気供給弁３５ｂ、第１大気開放弁３６ａを閉弁し、第２大気開放弁３６ｂを開弁して、空気シリンダ３０内の第２空気室３２ｂの圧縮空気を大気に開放し、第２空気室３２ｂの圧力を大気圧にしている。
【００４９】
図８は、過給補助の終了に際して、第２流路２２と第３流路２３の間を遮断し、第１流路２１と第３流路２３との間を連通させるためのシャッター部材２５の移動時の空気シリンダ３０の第４ステップ状態を示す。この第４ステップ状態では、第２空気供給弁３５ｂ、第１大気開放弁３６ａを閉弁し、第１空気供給弁３５ａ、第２大気開放弁３６ｂを開弁して、圧縮空気タンク４０の圧縮空気を第１空気室３２ａに供給して流路切替装置２０のシャッター部材２５を高速の第２切替速度でＸ１方向に移動させる。
【００５０】
本発明では、この第４ステップ状態において、流量調整弁４２を、過給補助終了の際に、コンプレッサ１５ａの圧力比が設定圧力比に達していないときは、図１０に示すように流路面積を小さくし、第１空気室３２ａに供給する圧縮空気の流量を小さくして、第２切替速度を遅くし、圧力比が設定圧力比に達したときは、図１１に示すように流路面積を最大し、第１空気室３２ａに供給する圧縮空気の流量を最大にして、第２切替速度を最大にする。つまり、コンプレッサ１５ａの圧力比に応じて、第２切替速度を変更する。
【００５１】
そして、図８の第４ステップ状態により、シャッター部材２５がＸ１方向への移動を完了すると、図５の第１ステップ状態に戻り、第１流路２１と第３流路２３の間が連通し、空気吸入通路１２ａからの空気を吸気通路１２に供給しているときの空気シリンダ３０の待機状態となる。この図５〜図８の一連の空気シリンダ３０のバルブ操作を繰り返すことで、過給補助を繰り返し行うことができる。
【００５２】
この図５〜図８の一連の空気シリンダ３０のバルブ操作により、迅速にシャッター部材２５をＸ１−Ｘ２方向に移動して、流路切替装置２０の流路を切り替えることができると共に、過給補助終了時に流路切替装置２０が過給補助通路１９から空気吸入通路１２ａに切替える際の第２切替速度を、最大切替速度よりも遅くすることができる。
【００５３】
これにより、過給補助終了の際に、過給補助システム１０の流路切替装置２０の切替動作の第２切替速度を最大速度よりも遅くして、過給補助終了の際の過給補助からターボチャージャ１５による過給へ切り替わるときに発生する空気量不足を防止してエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる。
【００５４】
また、第２切替速度を、流路切替装置２０より下流側に配置されたターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは遅くし、圧力比が設定圧力比に達したときは最大切替速度にすることができるので、過給補助終了時に、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａの圧力比(出口圧力／入口圧力)に応じて、過給補助システム１０の流路切替装置２０が通常状態への復帰する際の第２切替速度を変化させて、エンジンのトルクの落ち込みを防止しながら、空気吸入通路１２ａ側に切り替えることができる。
【００５５】
そして、本発明に係る実施の形態の内燃機関は、上記の内燃機関の過給補助システム１０を備えて構成される。この構成によれば、過給補助終了の際に、流路切替装置２０の動作を遅くして、過給補助終了の際に発生するエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる。
【００５６】
また、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助方法は、内燃機関の過渡運転時に、流路切替装置２０により、空気吸入通路１２ａから過給補助通路１９に切替えて、この過給補助通路１９から予め圧縮された空気を吸気通路１２に供給する過給補助を行う内燃機関の過給補助方法であり、過給補助終了時に流路切替装置２０が過給補助通路１９から空気吸入通路１２ａに切替える際の第２切替速度を、流路切替装置２０より下流側に配置されたターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ａの圧力比が予め設定した設定圧力比に達していないときは、最大切替速度よりも遅くし、圧力比が設定圧力比に達したときは最大切替速度にすることを特徴とする方法である。この方法は、上記の構成の内燃機関の過給補助システム１０、及び上記の構成の内燃機関で実施できる。
【００５７】
この実施の形態の内燃機関の過給補助方法によれば、過給補助終了の際に、過給補助システム１０の流路切替装置２０の切替動作の第２切替速度を最大速度よりも遅くして、過給補助終了の際の過給補助からターボチャージャ１５による過給へ切り替わるときに発生する空気量不足を防止してエンジンのトルクの落ち込みを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の内燃機関の過給補助システム、内燃機関、及び内燃機関の過給補助方法によれば、過給補助終了の際に、ターボチャージャの状況に応じて、過給補助システムの流路切替装置の過給補助通路から空気吸入通路への切り替え動作の切替速度を最大切替速度よりも遅くして、過給補助終了の際に発生するエンジンのトルクの落ち込みを防止することができるので、数多くの車両に搭載する内燃機関等に利用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１０  内燃機関の過給補助システム
１１  エンジン本体
１２  吸気通路
１５  ターボチャージャ（ターボ式過給器）
１５ａ  コンプレッサ
１７  コンプレッサ（圧縮空気用）
１８  圧縮空気タンク
１９  過給補助通路
２０  流路切替装置（切替えバルブ）
２１  第１流路
２２  第２流路
２３  第３流路
２４  ケース
２５  シャッター部材
３０  空気シリンダ（エアシリンダ）
３５ａ  第１空気供給弁
３５ｂ  第２空気供給弁
３６ａ  第１大気開放弁
３６ｂ  第２大気開放弁
４０  圧縮空気タンク
４１ａ  第１空気供給通路
４１ｂ  第２空気供給通路
４２  流量調整弁
４３  入口圧ピストン
４４  出口圧ピストン
Ｐｉｎ  コンプレッサの入口圧力
Ｐｏｕｔ  コンプレッサの出口圧力
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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