(57)【要約】【課題】  機関回転数が低回転であるときから過給応答性が高い内燃機関の排気ターボチャージャを提供する。【解決手段】  本発明の排気ターボチャージャは、内燃機関の吸気通路に設けられると共に吸気ガスを加圧するコンプレッサ１７と、内燃機関の排気通路に設けられると共に排気ガスにより回転駆動せしめられる排気タービン２４と、排気ガスとは異なる動力源によりコンプレッサの回転数が少なくとも目標最低回転数となるように該コンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動手段６６とを具備する。さらに、コンプレッサをバイパスするバイパス通路６８と、バイパス通路を開閉するバイパス弁６９とをさらに具備し、機関負荷が低負荷である場合には、バイパス弁を開弁すると共に、コンプレッサ駆動手段がコンプレッサを駆動するようにした。【選択図】      図２
2006090174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられると共に吸気ガスを加圧するコンプレッサと、
上記内燃機関の排気通路に設けられると共に排気ガスにより回転駆動せしめられる排気タービンと、
排気ガスとは異なる動力源により上記コンプレッサの回転数が少なくとも目標最低回転数となるように該コンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動手段とを具備する内燃機関の排気ターボチャージャにおいて、
上記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパス弁とをさらに具備し、機関負荷が低負荷である場合には、上記バイパス弁を開弁すると共に、上記コンプレッサ駆動手段が上記コンプレッサを駆動するようにした内燃機関の排気ターボチャージャ。
【請求項２】
上記機関負荷が高負荷になったときには、上記バイパス弁を閉弁すると共に、排気ガスによって上記排気タービンを介して上記コンプレッサを駆動するだけでは該コンプレッサの回転数が上記目標最低回転数に達しない間は上記コンプレッサ駆動手段が上記コンプレッサを駆動するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気ターボチャージャ。
【請求項３】
上記排気ターボチャージャの排気タービンとコンプレッサとの間にはワンウェイクラッチが設けられ、上記排気タービンの回転は上記コンプレッサに伝達されるが、該コンプレッサの回転は該排気タービンに伝達されない請求項１または２に記載の内燃機関の排気ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ターボチャージャは、内燃機関から排出される排気ガスの圧力を利用して吸気ガスの過給を行っている。機関回転数が低いときには、機関本体から排出される排気ガスの流量が少なく、排気ガスの圧力も低い。したがって、機関回転数が低いときに急加速をする場合等においては、排気ガスの圧力の上昇が遅れ、これに伴って過給圧の上昇も遅れる。特に、排気ターボチャージャを備えた内燃機関では排気ターボチャージャによる過給の分だけ圧縮比が低く設定されているため、このような場合には、過給圧の上昇が遅れている間、内燃機関の出力トルクが低いものとなってしまう。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載の過給装置では、排気ターボチャージャのシャフトに油圧タービンを設け、機関本体に連結される油圧ポンプにより加圧された作動油を油圧タービンに噴射することで、機関回転数が低いうちから排気ターボチャージャに過給を行わせるようにしている。また、油圧タービンにより排気ターボチャージャのコンプレッサが過回転してしまうことを防止するために、吸気通路にコンプレッサをバイパスするためのバイパス通路を設け、コンプレッサの回転数が許容値を超えてしまいそうな場合にバイパス通路を開いてコンプレッサの下流側吸気ガスをコンプレッサの上流側に還流するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３２３１５３号公報
【特許文献２】特開平１−１７７４１３号公報
【特許文献３】特開２００２−１９５０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関がアイドリング運転または低負荷運転を行っている場合には、内燃機関に対して要求される出力トルクは小さく、よって吸気ガスを過給する必要はない。このため、特許文献１に記載の過給装置では、機関負荷が低いときには作動油を加圧するための油圧ポンプを機関本体から切り離し、作動油の加圧を行わないようにしている。
【０００６】
ところが、この場合、例えば内燃機関を搭載している車両の急加速が必要になると、すなわち機関負荷が急に高くなると、まず油圧ポンプを機関本体に連結して作動油の加圧を行わなければならない。機関本体に油圧ポンプを連結してから作動油が実際に加圧されるまでには時間がかかり、よって上記油圧タービンにより排気ターボチャージャのコンプレッサを駆動するまでにも時間がかかる。すなわち、特許文献１に記載の過給装置によっても、過給応答性は高くなく、スロットルペダルが踏み込まれてから実際に出力トルクが大きくなるまでにタイムラグが生じる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、機関回転数が低回転であるときから過給応答性が高い内燃機関の排気ターボチャージャを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、第１の発明では、内燃機関の吸気通路に設けられると共に吸気ガスを加圧するコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に設けられると共に排気ガスにより回転駆動せしめられる排気タービンと、排気ガスとは異なる動力源により上記コンプレッサの回転数が少なくとも目標最低回転数となるように該コンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動手段とを具備する内燃機関の排気ターボチャージャにおいて、上記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパス弁とをさらに具備し、機関負荷が低負荷である場合には、上記バイパス弁を開弁すると共に、上記コンプレッサ駆動手段が上記コンプレッサを駆動するようにした。
第１の発明によれば、機関負荷が低負荷である場合にもコンプレッサ駆動手段によりコンプレッサが回転駆動されている。したがって、機関負荷が急に高くなった直後にもコンプレッサは目標最低回転数で回転せしめられており、吸気ガスの十分な過給を行うことができる。したがって、過給応答性が高く、機関負荷の上昇から過給圧の上昇までのライムラグがほとんどない。
また、機関負荷が低負荷である場合には内燃機関の要求トルクが小さく、よって吸気ガスを過給する必要もない。しかし、機関負荷が低負荷である場合にコンプレッサを回転駆動させると、通常、吸気ガスが過給されると共にコンプレッサの駆動に対する負荷が大きいものとなってしまう。これに対して、第１の発明によれば、機関負荷が低負荷である場合にはバイパス弁が開弁される。バイパス弁が開弁されることにより吸気ガスのほとんどはコンプレッサを介することなく流れるようになり、その結果、吸気ガスが過給されなくなると共にコンプレッサの駆動に対する負荷も小さくなる。これによりコンプレッサの駆動に必要なエネルギが小さくなり、燃費が改善される。
なお、「目標最低回転数」とは、少なくともコンプレッサによって或る程度の吸気ガスを過給することができる程度の回転数であり、機関回転数に応じて変化するものである。また、「コンプレッサ駆動手段」とは、例えば、コンプレッサが回転駆動することができる電気モータや油圧装置である。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、上記機関負荷が高負荷になったときには、上記バイパス弁を閉弁すると共に、排気ガスによって上記排気タービンを介して上記コンプレッサを駆動するだけでは該コンプレッサの回転数が上記目標最低回転数に達しない間は上記コンプレッサ駆動手段が上記コンプレッサを駆動するようにした。
例えば、機関回転数が低い場合、機関負荷が急に高くなっても、機関本体から排出される排気ガスの流量が少なく且つ排気ガスの圧力が低いため、排気タービンの回転数が上昇しにくく、吸気ガスを十分に過給することができるほど排気タービンによってはコンプレッサが回転せしめられない場合がある。第２の発明によれば、機関負荷が高負荷になったときに排気タービンによっては十分にコンプレッサが回転せしめられない場合に、コンプレッサ駆動手段によってコンプレッサの回転数が目標最低回転数に保たれる。このため、機関回転数が低いときに機関負荷が急に高くなった場合であっても十分に吸気ガスの過給を行うことができる。
【００１０】
第３の発明では、第１または第２の発明において、上記排気ターボチャージャの排気タービンとコンプレッサとの間にはワンウェイクラッチが設けられ、上記排気タービンの回転は上記コンプレッサに伝達されるが、該コンプレッサの回転は該排気タービンに伝達されない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機関負荷が急に高くなった直後にもコンプレッサは目標最低回転数で回転せしめられているため、過給応答性が高く、機関負荷の上昇から過給圧の上昇までのライムラグがほとんどない。よって、機関回転数が低回転であるときから過給応答性が高い内燃機関の排気ターボチャージャが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の排気ターボチャージャについて詳細に説明する。図１は、本発明の排気ターボチャージャを備える内燃機関の全体図である。なお、図示した内燃機関は、直噴型火花点火式内燃機関であるが、本発明は、例えば、ポート噴射型火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関といったその他の内燃機関にも適用可能である。
【００１３】
図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示したようにシリンダヘッド４のシリンダ内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリンダヘッド４のシリンダ内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形成されている。
【００１４】
各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介して排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１７の出口に連結される。コンプレッサ１７の入口部は吸気管１８を介してエアクリーナ１９に連結される。サージタンク１４と排気ターボチャージャ１６との間の吸気管１５内には、ステップモータ２０によって駆動されるスロットル弁２１が配置される。また、排気ターボチャージャ１６上流の吸気管１８には、燃焼室５に吸入される空気（吸気ガス）の流量を検出するためのエアフロメータ２２が配置される。一方、排気ポート９は、排気枝管２３を介して排気ターボチャージャ１６の排気タービン２４の入口部に連結される。排気タービン２４の出口部は、排気管２５を介して触媒２６を内蔵したケーシング２７に連結される。
【００１５】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１により互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５、および、出力ポート４６を具備する。エアフロメータ２２の出力信号は、対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００１６】
アクセルペダル５０には、その踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続される。負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが、例えば、３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、およびステップモータ２０に接続され、これらの作動はＥＣＵ４０によって制御される。
【００１７】
図２および図３は、排気ターボチャージャ１６を模式的に示した拡大図である。上述したように排気ターボチャージャ１６は、コンプレッサ１７と排気タービン２４とを有する。コンプレッサ１７は、コンプレッサインペラ６１と吸気管１５、１８に連通されたハウジングとから構成され、排気タービン２４はタービンホイール６２と排気管２３、２５に連通されたハウジングとから構成される。コンプレッサインペラ６１とタービンホイール６２とはシャフト６３により連結される。タービンホイール６２とシャフト６３との連結部にはワンウェイクラッチ６４が配置されており、タービンホイール６２の回転はコンプレッサインペラ６２に伝達されるが、コンプレッサインペラ６１の回転はタービンホイールに伝達されない。したがって、コンプレッサ１７が排気タービン２４よりも高速で回転することはあるが、排気タービン２４がコンプレッサ１７よりも高速で回転することはない。
【００１８】
シャフト６３には、増速ギア６５を介して電動モータ６６が連結されており、電動モータ６６の回転によりシャフト６３が回転せしめられる。電動モータ６６はＥＣＵ４０の出力ポート４６に接続され、ＥＣＵ４０により作動が制御される。上述したようにワンウェイクラッチ６４によりシャフト６３の回転はタービンホイール６２には伝達されないため、電動モータ６６の回転はコンプレッサインペラ６１にのみ伝達される。また、電動モータ６６にもワンウェイクラッチ６７が設けられており、電動モータ６６の回転はコンプレッサインペラ６１に伝達されるが、コンプレッサインペラ６１の回転は電動モータ６６に伝達されない。したがって、コンプレッサ１７が電動モータ６６の回転数に増速ギア６５の増速比を乗算した回転数よりも高速で回転することはあるが、電動モータ６６がコンプレッサ１７の回転数を上記増速比で除算した回転数よりも高速で回転することはない。
【００１９】
すなわち、コンプレッサ１７は、排気タービン２４の回転数または電動モータ６６の回転数に増速ギアの増速比を乗算した回転数（以下、「増速回転数」と称す）のいずれか高い方の回転数で回転せしめられる。
【００２０】
また、排気ターボチャージャ１６上流の吸気管１８と排気ターボチャージャ１６下流の吸気管１５との間には、コンプレッサ１７をバイパスするための吸気バイパス通路６８が設けられており、この吸気バイパス通路６８には吸気バイパス通路６８を開閉するためのバイパス弁６９が配置されている。したがって、バイパス弁６９が開弁されているときには、吸気ガスは排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１７を介することなく吸気バイパス通路６８を通って排気ターボチャージャ１６上流の吸気管１８から排気ターボチャージャ１６下流の吸気管１５へ流れる。したがって、このとき、吸気ガスはコンプレッサ１７により過給されない。一方、バイパス弁６９が閉弁されているときには、吸気ガスはコンプレッサ１７を介して吸気管１８から吸気管１５へ流れる。このとき吸気ガスはコンプレッサ１７の回転に応じて過給される。
【００２１】
一方、排気ターボチャージャ１６上流の排気管２３と排気ターボチャージャ１６下流の排気管２５との間には、排気タービン２４をバイパスするための排気バイパス通路７０が設けられており、この排気バイパス通路７０には排気バイパス通路７０を開閉するためのウェストゲートバルブ７１が設けられている。ウェストゲートバルブ７１は、吸気管１５内の過給圧が一定の圧力になると開かれ、過給圧がそれ以上高くならないように調整する。排気ターボチャージャ１６が高回転で回転するほど過給圧が高くなるが、過給圧が高くなり過ぎると内燃機関の破損を招くため、ウェストゲートバルブ７１により過給圧が一定以上高くならないように制御するものである。
【００２２】
ところで、排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１７の回転数は吸気ガスの過給圧に影響を及ぼし、基本的にコンプレッサ１７の回転数が高いほど燃焼室５に吸入される吸気ガスの過給圧は高くなる。そして、吸気ガスの過給圧は内燃機関の出力トルクに影響を及ぼし、基本的に吸気ガスの過給圧が高いほど内燃機関の出力トルクが大きい。したがって、一般に、排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１７の回転数が高いほど内燃機関の出力トルクが大きくなる。
【００２３】
したがって内燃機関に対して要求されるトルクを出力するためには、内燃機関に対して要求されるトルクが大きいほど、すなわち機関負荷が高いほど、コンプレッサ１７の回転数が高い必要がある。このため、例えば、内燃機関を搭載した車両のドライバがアクセルペダルを強く踏込む等して内燃機関の機関負荷が急に高くなった場合には、コンプレッサ１７の回転数を高いものとする必要がある。
【００２４】
ところが、上記実施形態のような電動モータ６６や吸気バイパス通路６８等のない通常の排気ターボチャージャでは、機関回転数が低く且つ機関負荷が低いと機関本体から排出される排気ガスの圧力が低いため、排気ターボチャージャはあまり回転しておらず、このような状態から、内燃機関の機関負荷が急に高くなっても、機関負荷が高くなってから機関本体から排出される排気ガスの圧力が上昇するまでには時間がかかり、よって排気ターボチャージャの回転数の上昇にも時間がかかる。さらに、このような場合、排気ターボチャージャはほとんど回転していない状態から回転数が上昇せしめられることになるため、排気ターボチャージャの慣性も大きなものとなっており、コンプレッサの回転数を上昇させるのに大きなエネルギが必要となる。
【００２５】
このため、実際には、機関回転数が低い状態で機関負荷が急に高くなったような場合には、機関負荷が高くなってから実際にコンプレッサの回転数が高くなるまで、すなわち機関負荷が高くなってから実際に過給圧が高くなって要求トルクが実際に出力されるまでにはタイムラグが生じていた。
【００２６】
そこで、本発明では、このようなタイムラグを解消するため、機関回転数が低く且つ機関負荷が低負荷であるときから電動モータ６６によってコンプレッサ１７を回転させるようにしている。具体的には、コンプレッサ１７の回転数が目標最低回転数となるように電動モータ６６の回転数がフィードバック制御される。これにより、コンプレッサ１７の回転数は少なくとも目標最低回転数とされる。
【００２７】
目標最低回転数は、任意の機関回転数においてコンプレッサ１７によって或る程度の吸気ガスを過給することができる程度の回転数であり、機関回転数に応じて変化する。特に、機関回転数が高くなると高くなり機関回転数が低くなると低くなるように設定されており、例えば、機関回転数に比例したものとされる。また、目標最低回転数は、機関回転数が低く且つ機関負荷が低い状態にあるときに排気ガスによって排気タービン２４が回転せしめられる場合の回転数よりも高い回転数とされる。目標最低回転数は、機関回転数に応じて予め実験的にまたは計算により求められ、マップとしてＥＣＵ４０のＲＯＭ４２に保存される。
【００２８】
したがって、本実施形態では、機関回転数が如何なる回転数であっても排気ターボチャージャ１６のコンプレッサ１７の回転数はその機関回転数に応じた目標最低回転数以上となる。すなわち、排気タービン２４の回転数が目標最低回転数よりも低い場合にはコンプレッサ１７は電動モータ６６により目標最低回転数で回転せしめられる。このとき、排気タービン２４に配置されたワンウェイクラッチ６４により排気タービン２４のタービンホイール６２の回転はコンプレッサインペラ６１には伝達されない。一方、排気タービン２４の回転数が目標最低回転数よりも高い場合にはコンプレッサ１７は排気タービン２４によって目標最低回転数よりも高い回転数で回転せしめられる。このとき、電動モータ６６に設けられたワンウェイクラッチにより電動モータ６６の回転はコンプレッサインペラ６１には伝達されない。
【００２９】
このように、本発明では、機関回転数が低くて排気ガスの流量が少なく、排気タービン２４が排気ガスによって十分に駆動されず、且つ機関負荷が低負荷であるような場合、電動モータ６６によってコンプレッサ１７が駆動されている。このため、機関負荷が急に高くなっても、その時点で既にコンプレッサ１７の回転数は目標最低回転数にまで高くなっており、よってコンプレッサ１７により或る程度吸気ガスを過給することができる。このため、本発明では、機関負荷が急に高くなってもコンプレッサ１７の回転上昇のために機関本体１から排出される排気ガスの圧力上昇を待つ必要がなく、機関負荷が急に高くなってから過給圧が高くなって要求トルクが実際に出力されるまでのタイムラグが短くなる。
【００３０】
また、一般に、機関回転数が低い状態から機関負荷が急に高くなった場合、機関本体１から排出される排気ガスの流量は少なく且つ排気ガスの圧力は低い。したがって、排気タービン２４の回転数は上昇しにくく、吸気ガスを十分に過給することができるほど排気タービン２４によってはコンプレッサ１７が回転せしめられない。程度の差こそあれ、機関負荷が急に高くなった時にコンプレッサ１７の回転数が目標最低回転数になっている場合についても同様なことが言える。すなわち、このような場合でも、機関負荷が急に高くなった時に排気ガスの圧力は十分なほど高いわけではないため、排気タービン２４の回転数は上昇しにくく、特に機関回転数が低いうちは排気タービン２４の駆動力のみによってはコンプレッサ１７で吸気ガスの十分な過給を行うことができない。
【００３１】
これに対して本発明では、少なくとも機関負荷が急に高くなってから排気タービン２４によって駆動された場合のコンプレッサ１７の回転数が電気モータ６６によって駆動された場合のコンプレッサ１７の回転数よりも高くなるまで、コンプレッサ１７を電気モータ６６によって駆動するようにしている。このため、機関回転数が低い間であってもコンプレッサ１７により吸気ガスの十分な過給を行うことができる。そして、機関回転数が上昇して排気ガスの流量が多くなると共に排気ガスの圧力が上昇し、排気タービン２４が排気ガスによって十分に駆動されるようになると、コンプレッサ１７は電動モータ６６ではなく排気タービン２４によって駆動されるようになる。
【００３２】
なお、排気タービン２４の回転数が目標最適回転数よりも高く、コンプレッサ１７が排気タービン２４によって駆動されているような場合には、電動モータ６６への電力供給を中止するようにしてもよい。このような場合には、コンプレッサ１７は電動モータ６６によっては駆動されていないため、電力供給を中止することにより、消費されるエネルギを小さくすることができ、燃費を改善することができる。
【００３３】
ところで、上述したように電動モータ６６によってコンプレッサ１７を駆動すると、本来、コンプレッサ１７によって吸気ガスを過給する必要のない状態においてもコンプレッサ１７によって過給が行われることとなる。特に、機関負荷が低負荷である場合においては、内燃機関に対する要求トルクが低いため、吸気ガスの過給は不要であり、むしろ吸気ガスを過給することによりコンプレッサ１７および電気モータ６６に負荷がかかり、結果的に燃費の悪化を招いてしまう。
【００３４】
そこで、本発明では、かかる問題解決のため、機関負荷が低い場合には図２に示したようにスロットル弁２１の開度（以下、「スロットル開度」と称す）を小さくすると共に、バイパス弁６９を開弁するようにする。これにより、吸気ガスはコンプレッサ１７を介することなく吸気バイパス通路６８を通って吸気管１８、１５内を流れ、吸気ガスはコンプレッサ１７が回転していてもコンプレッサ１７により過給されない。すなわち、コンプレッサ１７が回転していてもコンプレッサ１７には負荷が加わっていない。
【００３５】
上述したように、機関負荷が低負荷である場合、コンプレッサ１７は電気モータ６６によりその回転数が目標最低回転数となるように駆動されているが、バイパス弁６９が開弁されることによりコンプレッサ１７には負荷が加わっておらず、自由に回転可能である。したがって、この場合、電気モータ６６に対する負荷も小さく、コンプレッサ１７の回転を維持するための消費電力も小さい。このため、機関負荷が低い場合にはバイパス弁６９を開弁することにより、コンプレッサ１７の回転を維持しながらも、消費エネルギを小さく抑えることができ、燃費を改善することができる。
【００３６】
一方、アクセルペダル５０が大きく踏込まれた場合等、機関負荷が急に高くなった場合には、図３に示したようにスロットル開度が大きくされると共にバイパス弁６９が閉弁せしめられる。これにより、吸気ガスは吸気バイパス通路６８を通過せず、すべてコンプレッサ１７を介して吸気管１８、１５内を流れる。このため、コンプレッサ１７による過給が開始され、これに伴ってコンプレッサ１７に対する負荷が増大し、よって電気モータ６６に対する負荷も増大する。上述したように電気モータ６６はコンプレッサ１７の回転数が目標最低回転数となるようにフィードバック制御されているため、電気モータ６６に対する供給電力が大きくなるだけでコンプレッサ１７の回転は維持される。したがって、バイパス弁６９が閉弁されることによりコンプレッサ１７の回転数が少なくなることはなく、よって機関負荷が高くなってから直ぐにコンプレッサ１７により吸気ガスの過給が開始される。
【００３７】
このように、本発明では、機関負荷が低負荷である場合にはバイパス弁６８が開弁されることにより、コンプレッサ１７の回転を維持しながらも電動モータ６６に対する負荷を小さくし、燃費を改善することができると共に、機関負荷が高負荷となった場合にはバイパス弁６８が閉弁されることにより、直ちにコンプレッサ１７により吸気ガスの過給を開始することができる。
【００３８】
なお、上述したように本発明では、機関負荷が低いときから電動モータ６６によりコンプレッサ１７を回転させておいて機関負荷が高くなってもその回転を維持するようにしているが、機関負荷が小さいときにコンプレッサ１７を回転させておかず、機関負荷が高くなってから電動モータによりコンプレッサ１７を回転させることも考えられる。以下、機関負荷が低いときにコンプレッサ１７を回転させておかない場合に対して、コンプレッサ１７を回転させておくメリットについて説明する。
【００３９】
機関負荷が低いときにコンプレッサ１７を電気モータ６６によって回転させておく場合および回転させておかない場合共、機関負荷が急に高くなったときにバイパス弁６８が閉弁されることによりコンプレッサ１７に対する負荷は大きなものとなる。したがって、いずれの場合にも機関負荷が急に高くなったときに電気モータ６６への供給電力を大きくすることでコンプレッサ１７による吸気ガスの過給が行われる。
【００４０】
しかしながら、機関負荷が低いときからコンプレッサ１７を回転させておく場合には、コンプレッサ１７に対する負荷が急に大きくなったときに電気モータ６６へ供給される電力は、コンプレッサ１７に対する負荷の増大に相当する電力分のみ増大せしめられる。これに対して、機関負荷が低いときにはコンプレッサ１７を回転させておかない場合には、コンプレッサ１７に対する負荷が急に大きくなったときに電気モータ６６へ供給される電力は、コンプレッサ１７に対する負荷の増大に相当する電力分に加えて、コンプレッサ１７を例えば目標最低回転数にまで上昇させるのに必要な電力分増大せしめられる。このため、機関負荷が低いときにはコンプレッサ１７を回転させておかない場合には、電気モータ６６へは大きな電力が供給されることになり、出力の大きな電気モータが必要になるので製造コストの増大を招く。さらに、機関負荷が急に高くなってからコンプレッサ１７の回転数を上昇させることになるので、機関負荷が高くなってから実際に過給圧が高くなるまでのタイムラグも大きいものとなる。
【００４１】
したがって、機関負荷が低いときからコンプレッサ１７を回転させておくことにより、電気モータ６６を出力の小さなものにすることができるため製造コストを低く抑えることができると共に、機関負荷が高くなってからコンプレッサ１７の回転数を上昇させる必要がないため、機関負荷が高くなってから実際に過給圧が高くなるまでのタイムラグを短いものとすることができる。
【００４２】
図４は、本発明の排気ターボチャージャの作動制御の制御ルーチンを示す。まず、ステップ１０１において、クランク角センサ５２から機関回転数Ｒｅが検出され、且つ負荷センサ５１からアクセルペダル５０の踏込み量（すなわち機関負荷）Ａｃｃｐが検出される。次いで、ステップ１０２において、ステップ１０１で検出された機関回転数Ｒｅからコンプレッサ１７の目標最低回転数Ｒｍｔが算出される。電気モータ６６は、本制御ルーチンとは別の制御ルーチンにおいて、その増速回転数が目標最低回転数ＲｍｔとなるようにＰＩＤ制御等によりフィードバック制御される。
【００４３】
次いで、ステップ１０３では、ステップ１０１において検出されたアクセルペダル５０の踏込み量Ａｃｃｐが所定量Ａｃｃｐｓ以下であるか否かが判定される。踏込み量Ａｃｃｐが所定量Ａｃｃｐｓ以下であると判定された場合、すなわち機関負荷が低いと判定された場合には、ステップ１０４へと進み、バイパス弁６８が開弁せしめられる。一方、ステップ１０３において、踏込み量Ａｃｃｐが所定量Ａｃｃｐｓよりも大きいと判定された場合、すなわち機関負荷が高いと判定された場合にはステップ１０５へと進み、バイパス弁６８が閉弁せしめられる。
【００４４】
なお、上記実施形態では、バイパス弁５８は開閉弁であるとして説明しているが、バイパス弁は連続的に開度を変更可能な弁であってもよい。この場合、機関負荷に応じてバイパス弁の開度を調整するようにしてもよい。
【００４５】
また、上記実施形態では、電気モータ６６によって排気ターボチャージャ１６、特にコンプレッサ１７が補助的に駆動されているが、コンプレッサ１７を補助的に駆動するのは電気モータでなくてもよく、例えば油圧によって駆動されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の排気ターボチャージャを備える内燃機関の全体図である。
【図２】排気ターボチャージャを模式的に示した拡大図であり、バイパス弁が開かれ、スロットル開度が小さい場合を示している。
【図３】排気ターボチャージャを模式的に示した拡大図であり、バイパス弁が閉じられ、スロットル開度が大きい場合を示している。
【図４】本発明の排気ターボチャージャの作動制御の制御ルーチンを示す。
【符号の説明】
【００４７】
１６    排気ターボチャージャ
１７    コンプレッサ
２４    排気タービン
６１    コンプレッサインペラ
６２    タービンホイール
６３    シャフト
６４、６７    ワンウェイクラッチ
６６    電気モータ
６８    吸気バイパス通路
６９    バイパス弁
７０    ウェストゲートバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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