(57)【要約】【課題】  内燃機関において、低速又は低負荷時の加速性向上及び黒煙低減並びに低温始動性及び低温時の青白煙の低減を図る。【解決手段】給気通路１０に、電動モータ２５によって駆動する容積型圧縮機２１を設けると共に、該容積型圧縮機２１を迂回するバイパス通路１１を設ける。該パイパス通路１１には、機関の給気入口側からの給気の逆流を阻止する逆止弁２２を配置し、該逆止弁２２は、容積型圧縮機２１が作動して給気を昇圧している間はバイパス通路１１を閉じており、容積型圧縮機２１による給気の昇圧が無くなった時、給気上流側から機関の給気入口側へ、バイパス通路１１を開いて給気を流すように構成した。また、排気ターボ過給機１３を備えている場合には、排気ターボ過給機１３の圧縮部１５の給気下流側に前記容積型過給機２１及び逆止弁２２を並列配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
給気通路に、電動モータによって駆動する容積型圧縮機を設けると共に、該容積型圧縮機を迂回するバイパス通路を設け、
該バイパス通路には、機関の給気口側からの給気の逆流を阻止する逆止弁を配置し、
該逆止弁は、容積型圧縮機が作動して給気を昇圧している間はバイパス通路を閉じており、容積型圧縮機による給気の昇圧が無くなった時、逆止弁を開いて機関の給気口側へ給気を流すことができるように構成したことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の過給装置において、
給気通路に排気ターボ過給機の圧縮部を配置し、
該圧縮部より給気下流側の給気通路部分に給気冷却装置を配置し、
該給気冷却装置より給気下流側の給気通路部分に、前記容積型圧縮機を配置すると共に前記逆止弁を有するバイパス通路を設けたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の内燃機関の過給装置において、
機関回転の加速状態を検出する加速状態検出手段を設け、
加速状態を検出した時に前記容積型圧縮機を作動させるようにしたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、
前記逆止弁は、移動可能なボールを弁座に着座させたボール式逆止弁である内燃機関の過給装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、
前記逆止弁は、回動可能な板状弁体を弁座に着座させた逆止弁である内燃機関の過給装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、
前記逆止弁の給気上流側と給気下流側の差圧を検出する差圧検出手段をバイパス通路に配置し、
前記容積型圧縮機が作動中、検出差圧が所定値以下になった時に、容積型圧縮機を停止するようにした内燃機関の過給装置。
【請求項７】
請求項５記載の内燃機関の過給装置において、
前記板状弁体の回動量により逆止弁開度を検出する開度検出手段を設け、
前記容積型圧縮機が作動中、逆止弁開度が所定値以上になった時に、容積型圧縮機を停止するようにした内燃機関の過給装置。
【請求項８】
請求項５記載の内燃機関の過給装置において、
逆止弁の弁座と板状弁体とに、着座時に通電し、非着座時には非通電となる接点を設けると共に、前記通電、非通電を検出する通電検出手段を設け、
前記容積型圧縮機が作動中、非通電状態を検出した時に、容積型圧縮機を停止するようにした内燃機関の過給装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、
容積型圧縮機の空気容量は、内燃機関の定格空気量よりも小さいことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項１０】
請求項１記載の内燃機関の過給装置において、
給気通路に排気ターボ過給機の圧縮部を配置し、
該圧縮部より給気下流側の給気通路部分に前記容積型圧縮機を配置すると共に該容積型圧縮機を迂回するバイパス通路を設け、
前記逆止弁より給気上流側のバイパス通路部分に給気冷却装置を配置したことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の内燃機関の過給装置において、
機関給気温度検出手段を設け、
機関給気温度が所定値以下の時に前記容積型圧縮機を作動させるようにしたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の内燃機関の過給装置において、
機関冷却水温度検出手段を設け、
機関冷却水温度が所定値以下の時に容積型圧縮機を作動させるようにしたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項１３】
請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、
排気弁リフト調節手段を設け、
機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気弁リフトを小さくするようにしたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項１４】
請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、
排気弁開閉時期調節手段を設け、
機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気弁開時期を遅らせるようにしたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項１５】
請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、
前記排気ターボ過給機はタービン容量が可変式となっており、
機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気ターボ過給機のタービン容量を小さくするようにしたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項１６】
請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、
前記排気ターボ過給機のタービン部に、排気出口断面積を可変とする絞り手段を設け、
機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に前記絞り手段により排気出口断面積を絞るようにしたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動モータにより駆動する電動式の圧縮機を備えた内燃機関の過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、低速、低負荷時の加速性能の向上等、機関性能の向上を図るため、従来、可変容量式の排気ターボ過給機を備えたもの（特許文献１参照）や、排気ターボ過給機と共に電動モータで駆動する電動式の圧縮機を備えたもの（特許文献２参照）がある。
【０００３】
図１５は前者の可変容量式排気ターボ過給機を備えた内燃機関を示しており、内燃機関１０１の排気通路１０２に排気ターボ過給機１０３のタービン部１０４を配置し、給気通路１１０に前記排気ターボ過給機１０３の圧縮部１０５を配置しており、タービン部１０４は可変ノズル１０８を備え、運転条件に応じてノズル開度を調節することにより、タービン容量を変更するようになっている。
【０００４】
図１６は、排気ターボ過給機の圧縮部の空気流量と圧力比の関係を示す図であり、Ａ0点は、たとえばアイドリング回転等のように低速、低負荷時の機関作動点である。仮に固定容量式の排気ターボ過給機を備えている場合に、前記Ａ0点の状態から加速すると、空気流量及び圧力比は、ラインＡ0→Ａ1→Ｄ1と変化して負荷を担うことになり、このラインは排気温度制限又は黒煙の制限により決定される。これに対し、図１５に示す可変容量式の排気ターボ過給機１０３を備えている場合には、加速時に可変ノズル１０８を絞ってタービン容量を小さくし、機関加速終了後に可変ノズル１０８を開いてタービン容量を大きくすることにより、圧縮部１０５の空気流量及び圧力比は、ラインＡ0→Ａ1→Ａ2→Ｄ2→Ｄ1と変化する。すなわち、立ち上がりに要する時間を短くでき、低速回転時における加速性能を向上させることができる。
【０００５】
図１７は後者の電動式の圧縮機を付加した内燃機関を示しており、内燃機関２０１の排気通路２０２に排気ターボ過給機２０３のタービン部２０４を配置し、給気通路２１０に前記排気ターボ過給機２０３の圧縮部２０５を配置している。さらに、給気通路２１０には、電動モータ２１１により駆動する電動式の圧縮機（過給機）２１２を配置すると共に、該圧縮機２１２を迂回するバイパス通路２１５を設け、該バイパス通路２１５にバイパス弁２１６を設けている。該バイパス弁２１６はアクチュエータ２１７によって開閉駆動し、該アクチュエータ２１７は機関コントロールユニット２１８に電気的に接続し、該機関コントロールユニット２１８からの指令によって開閉制御されるようになっている。２２０はスロットル弁であり、２２２はエアフローメータである。
【０００６】
図１７の内燃機関の場合、機関回転数が低い領域、いわゆるターボラグが発生する領域のように、排気ターボ過給機２０３が充分に過給を行えない時に、電動式の圧縮機２１２を稼働させ、低速域での加速性能を向上させている。
【特許文献１】特開平９−３２９０３２号公報
【特許文献２】特開２００４−７６６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前者、図１５の内燃機関のように、排気ターボ過給機１０３のタービン部１０４を可変容量式としただけの構成では、低速回転域でタービン容量を絞った場合、図１６のラインＡ0→Ａ1→Ａ2のように短時間で立ち上がり、高圧力比を得ることはできるが、立ち上がり時（Ａ2点）、排気ターボ過給機のサージ線に接近してしまう。したがって、最近の高圧噴射技術により、黒煙の限界をより高圧側に移動できるとしても、サージングにより燃料制限を受けるようになる。これに対し、サージ線を高圧、低流量側に移動して、機関作動範囲の拡大を図ろうとすれば、複雑なサージング対策手段を講じなければならず、構成が複雑になると共にコストも高くなる。
【０００８】
後者、図１７の内燃機関のように、電動式の圧縮機２１２とバイパス弁２１６を備えた内燃機関では、バイパス弁２１６を開閉駆動するためのアクチュエータ２１７を備える必要が生じると共に、機関コントロールユニット２１８にはバイパス弁開閉制御用のプログラム等を組み込まなければならず、さらに、バイパス弁制御条件のパラメータとして空気流量を測定するエアフローメータ２２２を備える必要がある。すなわち、バイパス弁駆動用及び制御用の部品が必要になると共にコストが高くなり、構造も複雑化する。
【０００９】
［発明の目的］
本発明の目的は、特別なサージング対策手段を講じることなく、低速回転域における加速性能を向上させると共に加速時の黒煙発生及び青白煙発生を抑制し、また、給気制御用部材のコストの低減及び構造の簡素化を図ることである。さらに、低温始動性の向上及び始動時の青白煙の低減を図ることも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、給気通路に、電動モータによって駆動する容積型圧縮機を設けると共に、該容積型圧縮機を迂回するバイパス通路を設け、該バイパス通路には、機関の給気口側からの給気の逆流を阻止する逆止弁を配置し、該逆止弁は、容積型圧縮機が作動して給気を昇圧している間はバイパス通路を閉じており、容積型圧縮機による給気の昇圧が無くなった時、逆止弁を開いて機関の給気口側へ給気を流すように構成している。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の過給装置において、給気通路に排気ターボ過給機の圧縮部を配置し、該圧縮部より給気下流側の給気通路部分に給気冷却装置を配置し、該給気冷却装置より給気下流側の給気通路部分に、前記容積型圧縮機を配置すると共に前記逆止弁を有するバイパス通路を設けている。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の内燃機関の過給装置において、
機関回転の加速状態を検出する加速状態検出手段を設け、加速状態を検出した時に前記容積型圧縮機を作動させるようにしている。
【００１３】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、前記逆止弁は、移動可能なボールを弁座に着座させたボール式逆止弁である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、前記逆止弁は、回動可能な板状弁体を弁座に着座させた逆止弁である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、前記逆止弁の給気上流側と給気下流側の差圧を検出する差圧検出手段をバイパス通路に配置し、前記容積型圧縮機が作動中、検出差圧が所定値以下になった時に、容積型圧縮機を停止するようにしている。
【００１６】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の内燃機関の過給装置において、前記板状弁体の回動量により開度を検出する開度検出手段を設け、前記容積型圧縮機が作動中、前記板状弁体の開度が所定値以上になった時に、電動式容積型圧縮機を停止するようにしている。
【００１７】
請求項８記載の発明は、請求項５記載の内燃機関の過給装置において、逆止弁の弁座と板状弁体とに、着座時に通電し、非着座時には非通電となる接点を設けると共に、前記通電、非通電を検出する通電検出手段を設け、前記容積型圧縮機が作動中、非通電状態を検出した時に、容積型圧縮機を停止するようにしている。
【００１８】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の過給装置において、容積型圧縮機の空気容量は、内燃機関の定格空気量よりも小さい。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の過給装置において、給気通路に排気ターボ過給機の圧縮部を配置し、該圧縮部より給気下流側の給気通路部分に前記容積型圧縮機を配置すると共に該容積型圧縮機を迂回するバイパス通路を設け、前記逆止弁より給気上流側のバイパス通路部分に給気冷却装置を配置している。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の内燃機関の過給装置において、機関給気温度検出手段を設け、機関給気温度が所定値以下の時に前記容積型圧縮機を作動させるようにしている。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の内燃機関の過給装置において、機関冷却水温度検出手段を設け、機関冷却水温度が所定値以下の時に容積型圧縮機を作動させるようにしている。
【００２２】
請求項１３記載の発明は、請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、
排気弁リフト調節手段を設け、機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気弁リフトを小さくするようにしている。
【００２３】
請求項１４記載の発明は、請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、
排気弁開閉時期調節手段を設け、機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気弁開時期を遅らせるようにしている。
【００２４】
請求項１５記載の発明は、請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、前記排気ターボ過給機はタービン容量が可変式となっており、機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気ターボ過給機のタービン容量を小さくするようにしている。
【００２５】
請求項１６記載の発明は、請求項１１又は１２記載の内燃機関の過給装置において、前記排気ターボ過給機のタービン部に、排気出口断面積を可変とする絞り手段を設け、機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に前記絞り手段により排気出口断面積を絞るようにしている。
【発明の効果】
【００２６】
（１）排気ガス圧を利用しない電動式の容積型圧縮機を給気通路に設けているので、低速回転時や低負荷時又は低温始動時に、一時的に容積型圧縮機を作動させることにより、低速回転域の加速性能や低温始動時の加速性能を向上させることができると共に、加速時の黒煙の発生を低減し、また、青白煙の発生を低減できる。
【００２７】
（２）容積型圧縮機と並列に逆止弁を配置し、容積型圧縮機による昇圧がほぼなくなった時に、逆止弁の給気上流側の圧力によりバイパス通路を開くようにしていることにより、図１７の従来例のように、バイパス弁駆動用のアクチュエータや制御機構等を特別に備える必要がなくなり、構造が簡素化されると共に、部品コストも低減できる。
【００２８】
（３）逆止弁を、電動式の容積型圧縮機による給気の昇圧が無くなった時に開くようにしていることにより、加速終了後においては、バイパス通路を流れる空気を利用して自動的に通常の給気状態を保つことができる。
【００２９】
（４）排気ターボ過給機を備えた内燃機関において、該排気ターボ過給機の圧縮部の給気下流側に、前記電動式の容積型圧縮機及び逆止弁を並列に設けていることにより、低速回転域において容積型圧縮機を駆動して加速する場合、排気ターボ過給機の圧縮部から出た空気は、容積型圧縮機によってさらに昇圧されることになり、過給システム全体としては、サージング対策を行うことなく、排気ターボ過給機のサージ線よりも高圧で機関に給気することが可能となり、図１７の従来例に比べると多くの燃料を投入でき、大きな加速トルクを得ることができる。
【００３０】
図９により具体的に説明すると、図９の下段は排気ターボ過給機の圧縮部の空気流量と圧力比の関係（マップ）を示し、中段は容積型圧縮機の空気流量と圧力比の関係（マップ）を示し、上段は排気ターボ過給機の圧縮部と容積型圧縮機からなる過給システム全体の空気流量と圧力比の関係（マップ）を示しており、容積型圧縮機を作動させている時の作動点は、下段のマップではＡ点、中段のマップでばＢ点となり、排気ターボ過給機の圧縮部を出た空気は、容積型圧縮機によりさらに昇圧されるため、上段のマップではＣ点となる。そのため、排気ターボ過給機のサージ線Ｓ0よりも高圧で機関に給気することが可能となり、従来例よりもより多くの燃料を投入でき、大きな加速トルクが得られるのである。なお、曲線Ｓ1は、過給システム全体としてのサージ線である。
【００３１】
（５）加速状態検出手段によって加速状態を検出した時に、電動式の容積型圧縮機を作動させるようにすることにより、加速時に自動的に給気圧を上昇させることができる。
【００３２】
（６）前記逆止弁として、ボール式の逆止弁や、板状弁体を回動自在に支持した逆止弁を用いることにより、部品コストを低減できる。
【００３３】
（７）容積型圧縮機の作動を停止させるために、逆止弁の上下流間の差圧を検出する差圧検出手段、回動可能な板状弁体の回動量を検出する逆止弁開度検出手段又は板状弁体と弁座との間の通電、非通電を検出する通電検出手段を備え、それらの検出手段により逆止弁が開いてバイパス通路内を給気が流れている状態を検出した時に、前記電動式の容積型圧縮機を停止するようにしていることにより、容積型圧縮機の作動後、該容積型圧縮機による圧縮作用が不要なった時点で、自動的に速やかに容積型圧縮機を停止でき、エネルギーの節約ができる。
【００３４】
（８）内燃機関の定格空気量よりも小さい容量の電動式の容積型圧縮機を備えることより、過給装置の小型、低コスト化を図れると共に、容積型圧縮機を使用した低速回転域での加速状態から、排気ターボ過給機のみによる高速回転域への移行がスムーズに行える。
【００３５】
（９）排気ターボ過給機の給気下流側に配置された容積型圧縮機を迂回するバイパス通路に、逆止弁と給気冷却装置を配置し、容積型圧縮機を使用している間は、逆止弁を閉じて給気冷却装置を給気が通らないようにしていることにより、容積型圧縮機により昇圧している間は給気を冷却しないことになり、青白煙を低減させることができる。
【００３６】
（１０）給気冷却装置を逆止弁と共にバイパス通路に配置している構成において、機関給気温度が所定値以下の時又は機関冷却水温度が所定値以下の時に容積型圧縮機を作動させるようにしていることにより、低温始動時に、自動的に給気を冷却しないで始動でき、低温始動性能が向上する。
【００３７】
（１１）給気冷却装置を逆止弁と共にバイパス通路に配置している構成において、機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気弁リフトを小さくし、または、排気弁開時期を遅らせるようにしていることにより、排気ガスの排出量を抑制して、排気ガス残留量を増やし、残留排気ガスの熱によりシリンダ周辺を加熱することができ、暖機運転時間を短縮することができる。
【００３８】
（１２）給気冷却装置を逆止弁と共にバイパス通路に配置している構成において、タービン容量が可変式の排気ターボ過給機を備え、機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時にタービン容量を絞るようにしていることにより、排気ガスの排出量を抑制して、残留量を増やし、残留排気ガスの熱によりシリンダ周辺を速く加熱することができ、暖機運転時間が短縮される。
【００３９】
（１３）給気冷却装置を逆止弁と共にバイパス通路に配置している構成において、機関給気温度又は機関冷却水温度が所定値以下の時に排気通路の断面積を絞るようにしていることにより、排気ガスの排出量を抑制して、残留量を増やすことができ、排気ガスの熱によりシリンダ周辺を速く加熱することができ、暖機運転時間が短縮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
［発明の第１の実施の形態］
（構成）
図１は本発明の第１の実施の形態であり、排気ターボ過給機１３を備えた往復動式内燃機関に本発明を適用した例である。内燃機関１の燃焼室１ａには、排気口２及び給気口３が開口すると共に燃料噴射ノズル部６が臨んでいる。排気口２には、排気通路１２が接続すると共に開閉自在な排気弁４が配置され、給気口３には、給気通路１０が接続すると共に開閉自在な給気弁５が配置され、燃料噴射ノズル部６には燃料供給通路８が接続している。
【００４１】
燃料供給通路８にはスロットル弁９が回動自在に配置されると共に、該スロットル弁９の回動位置（スロットル開度）を検出することにより加速状態を検出する加速状態検出手段３０が設けられ、該加速状態検出手段３０は機関コントロールユニット３３に電気的に接続し、スロットル開度が一定値以上になった時、すなわち加速状態を検出した時に、加速状態検出信号を機関コントロールユニット３３に送信するようになっている。
【００４２】
排気通路１２には排気ターボ過給機１３のタービン部１４が配置されている。
【００４３】
給気通路１０には、前記排気ターボ過給機１３の圧縮部１５が配置されると共に該圧縮部１５よりも給気下流側にインタークーラー等の給気冷却装置２０が配置され、さらに該給気冷却装置２０よりも給気下流側の給気通路部分１０ａには、電動式の容積型圧縮機２１が配置されると共に、該容積型圧縮機２１を迂回するバイパス通路１１が設けられ、該バイパス通路１１にはボール式の逆止弁２２が配置されている。
【００４４】
該逆止弁２２の給気上流側の入口には、給気の流れを検出する給気流検出手段３１が設けられ、該給気流検出手段３１は機関コントローラユニット３３に電気的に接続し、バイパス通路１１内を給気が流れた時に給気流検出信号を機関コントロールユニット３３に送信するようになっている。
【００４５】
前記容積型圧縮機２１は直流式の電動モータ２５に連結され、該電動モータ２５により駆動するようになっており、電動モータ２５は機関コントロールユニット３３に電気的に接続し、機関コントロールユニット３３からの駆動信号及び停止信号によりＯＮ、ＯＦＦ制御されるようになっている。前記容積型圧縮機２１は、内燃機関１の定格空気量よりも小さい容量のものが用いられており、これに見合って、駆動モータ２５も小容量のものを使用している。
【００４６】
前記逆止弁２２は、移動可能なボール２７を弁座２６に着座してなるボール式の逆止弁であり、機関１の給気口３側からの給気の逆流を阻止すると共に、給気上流側から給気口３側へのみ、ボール２７を押し開いて給気を流通させることができるようになっている。
【００４７】
（制御内容）
前記給気流検出手段３１は、バイパス通路１１内の給気の動圧を検出することにより給気流の有無を判断するものであり、動圧が所定値以上であれば逆止弁２７が開いて給気が流れていると判断し、前述のように機関コントロールユニット３３に給気流検出信号を送信する。
【００４８】
前記加速状態検出手段３０は、前述のようにスロットル弁９の開度を検出し、所定値以上のスロットル開度であれば加速状態と判断して、機関コントロールユニット３３に加速状態検出信号を送信する。
【００４９】
容積型圧縮機２１の電動モータ２５は、オペレータが任意に駆動することも可能であるが、原則として、前記加速状態検出手段３０が加速状態を検出した時に、機関コントロールユニット３３からの駆動信号により駆動するようになっており、さらに、電動モータ作動中、前記給気流検出手段３１によりバイパス通路１１内の給気流を検出した時に、機関コントロールユニット３３からの停止信号により、停止するようになっている。
【００５０】
（作動）
（１）図１において、アイドリング時等の低速運転時または低負荷運転時、容積型圧縮機２１は停止し、給気通路部分１０ａは容積型圧縮機２１により遮断された状態となっているので、排気ターボ過給機１３の圧縮部１５により若干加圧された空気は、逆止弁２２のボール２７を押し上げてバイパス通路１１を開き、バイパス通路１１を通って機関１の給気口３へ供給される。
【００５１】
（２）前記低速運転等の状態からスロットル弁９を所定値以上に開いて加速した時、加速状態検出手段３０が加速状態を検出して機関コントロールユニット３３に加速状態検出信号を送信し、機関コントロールユニット３３からの駆動信号により電動モータ２５を駆動する。これにより、容積型圧縮機２１は回転し始める。容積型圧縮機２１の作動開始当初、該容積型圧縮機２１を通過しきれない給気は、依然としてバイパス通路１１を通るため、給気通路部分１０ａとバイパス通路１１の両通路を通って給気口３へ給気が供給される状態となる。
【００５２】
（３）容積型圧縮機２１の回転速度が上昇して、容積型圧縮機２１により給気が昇圧されるようになると、逆止弁２２は、給気下流側（給気口３側）が昇圧することによりバイパス通路１１を閉じてしまい、給気通路部分１０ａのみから給気が供給されるようになり、さらに昇圧できるようになる。この時、排気ターボ過給機１３の圧縮部１５の出口圧力は、給気下流側の容積型圧縮機２１が存在しない場合よりも低くなっており、したがって、タービン軸１３ａの加速はより早くなる。
【００５３】
（４）加速が進んで排気ターボ過給機１３の回転速度が上昇し、圧縮部１５から吐出される空気量が容積型圧縮機２１の容量を超えるようになると、容積型圧縮機２１は、排気ターボ過給機１３の圧縮部１５からの給気に対して抵抗となり、容積型圧縮機２１を通過できない余剰の空気は、バイパス通路１１の逆止弁２２を押し開き、バイパス通路１１を流れる。
【００５４】
（５）前記のようにバイパス通路１１に給気が流れ始めると、給気流検出手段３１が給気流を検出することにより、機関コントロールユニット３３から電動モータ２５に停止信号が送られ、電動モータ２５への給電が切断され、容積型圧縮機２１は作動を停止する。これにより、排気ターボ過給機１３の圧縮部１５から吐出される空気は、すべてバイパス通路１１を通って給気口３へ供給される。このように負荷の急増に対し、瞬時に空気量及び燃料量を増やし、大きなトルクを得ることができ、加速時における良好な応答性を得ることができる。
【００５５】
（該実施の形態における効果）
（１）前記のように給気通路１０に配置する圧縮機２１を、機関の定格空気量よりも小さい小容量にすると共に、直流式の電動モータ２５で駆動する容積型圧縮機としていることにより、低速回転から高速回転への移行時、容積型圧縮機２１による加圧作用が加わった過給作用から排気ターボ過給機１３のみによる過給作用へと、スムーズに移行することができる。詳しく説明すると、図１０は、直流式の電動モータ２５において、電流の変化に対する電圧、トルク及び回転速度の変化を示す図であり、供給電圧が一定の時には、回転速度の上昇と共にトルクが低下する関係となっている。したがって、直流式電動モータ２５によって駆動される容積型圧縮機２１の圧力比は、図１１のラインＸ1(Ｂ1→Ｂ2→Ｂ3→Ｂ4)に示すように、回転速度の上昇にしたがって低下する関係となる。このラインＸ1(Ｂ1→Ｂ2→Ｂ3→Ｂ4)を排気ターボ過給機１３のマップ上で示すと、図１２のようなラインＸ1(Ｃ1→Ｃ2→Ｃ3→Ｃ4)となり、容積型圧縮機を備えていない場合の排気ターボ過給機の出力限界線Ｘ0と比べて、斜線で示す領域の圧力比増加が得られ、しかもその圧力増加量が回転速度の増加（空気流量の増加）に伴って次第に減少することにより、低速回転域から、排気ターボ過給機１３のみによる定格回転速度（点Ａ4、Ｃ4）の圧力比へとスムーズに移行することになる。つまり、圧縮機２１の容量を内燃機関の定格回転時の空気容量よりも小さいものとしておき、しかも、圧縮機２１として、停止時には遮断弁としての機能を果たす容積型のものを使用していることにより、低速回転域から高速回転域への移行時、圧縮機２１が停止することにより自動的に逆止弁２２が開き、低速時のみ働くようにしているので、小型で安価な電動式の過給システムを提供できるのである。
【００５６】
（２）バイパス通路１１の開閉を、バイパス通路１１内の圧力変化によって自動的に開閉する逆止弁２２により行うようにしているので、過給制御は、容積型圧縮機２１の電動モータ２５の電圧のみでよく、従来のバイパス弁のように、バイパス弁駆動用のアクチュエータ及び制御用の制御手段は不要となり、構造が簡素化される。
【００５７】
（３）図１のような内燃機関を、非常時発電用ディーゼル機関に適用する場合には、たとえば機関が設置された建物が停電になったのを検知する検知機構を機関コントロールユニットに電気的に接続し、停電を確認した時に、電動モータを駆動するように構成することができる。これにより、停電時における機関の起動時間を短縮することができる。
【００５８】
［発明の第２の実施の形態］
（構成及び作動）
図２は本発明の第２の実施の形態であり、排気ターボ過給機を備えていない内燃機関に適用した例である。排気ターボ過給機及び給気冷却装置を備えていないことを除いては、図１の構造と同じであり、同じ部品及び部分には同じ符号を付しており、詳しい説明は省略する。
【００５９】
図２において、給気通路１０に、電動モータ２５で駆動する容積型圧縮機２１を配置すると共に、容積型圧縮機２１を迂回するバイパス通路１１を設け、該バイパス通路１１に逆止弁２２を設けている。
【００６０】
作動は、排気ターボ過給機による過給作用が加わらないこと以外は、図１と同様であり、加速性の向上並びに構造の簡素化を達成することができる。
【００６１】
［逆止弁及び逆止弁開閉検出手段の変形例］
（１）図３はボール式の逆止弁２２に、図１のような給気流検出手段３１の代わりに差圧検出手段３８を設けた例である。該差圧検出手段３８は、弁座２６よりも給気上流側に設けた圧力センサー３８ａと給気下流側に設けた圧力センサー３８ｂを有し、上下流間の圧力差がほぼ０になったのを検出した時に、逆止弁２２が開いてバイパス通路１１内を給気が流れている状態と判断し、機関コントロールユニット３３に逆止弁開検出信号を送り、機関コントロールユニット３３からの停止信号により、容積型圧縮機２１の電動モータ２５を停止するようになっている。
【００６２】
（２）図４は逆止弁２２の変形例を示しており、板状弁体４１を回動自在に備えると共に該板状弁体４１を弁座４２に着座させており、機関の給気口側からの給気の逆流を阻止すると共に、給気上流側から給気口側へのみ板状弁体４１を押し開いて給気を流通させることができるようになっている。
【００６３】
逆止弁２２の開閉状態（バイパス通路１１の開閉状態）を検出する開度検出手段としては、板状弁体４１の回動量（リフト量）を検出する開度検出手段４４を備え、板状弁体４１の回動量（リフト量）が所定値以上であれば、逆止弁２２が開いていると判断し、機関コントロールユニット３３を介して容積型圧縮機２１の電動モータ２５を停止するようになっている。
【００６４】
（３）図５の逆止弁２２は、図４と同様に弁座４２に着座する回動式の板状弁体４１を備えた構造となっているが、逆止弁２２の開閉状態（バイパス通路１１の開閉状態）を検出する開度検出手段として、通電検出手段４７を備えている。該通電検出手段４７には、板状弁体４１と弁座４２に設けた接点４６ａ、４６ｂが接続しており、着座時には接点４６ａ、４６ｂ同士が接触して通電し、非着座時、すなわち板状弁体４１が開いている時には接点４６ａ、４６ｂ同士が互いに離反し、非通電状態となる。
【００６５】
通電検出手段４７は機関コントロールユニット３３に接続し、前記非通電状態を検出した時に、逆止弁２２が開いていると判断し、機関コントロールユニット３３を介して容積型圧縮機２１の電動モータ２５を停止するようになっている。
【００６６】
［発明の第３の実施の形態］
（構成）
図６は本発明の第３の実施の形態であり、図１と同様に排気ターボ過給機１３を備えた内燃機関に適用した例であるが、図１の構造と比較して、給気冷却装置２０の配置位置と、容積型圧縮機２１の作動を開始する時の条件検出手段が異なると共に、排気系を絞る手段を備えている。その他の構造は図１と同様であり、図１と同じ部品及び部分には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００６７】
給気冷却装置２０は、逆止弁２２より給気上流側のバイパス通路１１内に配置されており、容積型圧縮機２１が作動中は、給気冷却装置２０で冷却された給気が流通しないようになっている。
【００６８】
容積型圧縮機２１の作動を開始するための条件検出手段として、排気ターボ過給機１３の圧縮部１５の給気上流側の給気通路部分１０ｂに機関給気温度検出手段５０を設けると共に、機関１の冷却水ジャケットに機関冷却水温度検出手段５１を設けている。両温度検出手段５０、５１は機関コントロールユニット３３に電気的に接続している。また、機関コントロールユニット３３には機関の起動指令スイッチ４８が電気的に接続している。
【００６９】
前記機関給気温度検出手段５０は、圧縮部１５の給気入口部の給気温度を検出し、給気温度が所定値以下であれば、機関コントロールユニット３３に「給気温度が低温である旨の検出信号」を送信するようになっている。
【００７０】
前記機関冷却水温度検出手段５１は、機関冷却水温度を検出し、機関冷却水温度が所定値以下であれば機関コントロールユニット３３に「冷却水温度が低温である旨の検出信号」を送信するようになっている。
【００７１】
容積型圧縮機２１の電動モータ２５は、機関の起動指令スイッチ４８による起動指令を確認後、前記機関給気温度検出手段５０又は機関冷却水温度検出手段５１により、給気温度又は冷却水温度が所定値以下であることを検出した時に、機関コントロールユニット３３からの駆動信号により駆動するようになっている。また、給気温度及び冷却水温度のいずれもが所定値より大きくなった時、または、電動モータ作動中、前記給気流検出手段３１によりバイパス通路１１内の給気流通状態を検出した時に、機関コントロールユニット３３からの停止信号により、停止するようになっている。
【００７２】
排気系を絞る手段として排気弁リフト調節手段５２を設けており、該排気弁リフト調節手段５２は機関コントロールユニット３３に電気的に接続している。前記機関の起動指令スイッチ４８による起動指令を確認後、前記機関給気温度検出手段５０又は機関冷却水温度検出手段５１により、給気温度又は冷却水温度が所定値以下であることを検出した時に、機関コントロールユニット３３からのリフト調節信号により、排気弁リフトを減らすようになっている。
【００７３】
（作動及び効果）
（１）機関コントロールユニット３３が、機関の起動指令を確認すると共に、給気温度が所定値以下、または冷却水温度が所定値以下である検出信号が、給気温度検出手段５０又は冷却水温度件検出手段５１から入力された時に、機関コントロールユニット３３からの駆動信号により電動モータ２５を駆動する。これにより、容積型圧縮機２１は回転し始める。容積型圧縮機２１による圧力上昇により加熱された空気は、給気通路部分１０ａを通って機関の給気口３へ供給される。この時、容積型圧縮機２１より給気下流側の給気通路部分の給気圧は、バイパス通路１１の内圧（逆止弁２２より給気上流側部分の圧力）よりも高くなっており、逆止弁２２は閉じている。したがって、給気が給気冷却装置２０を通ることはなく、冷却されない給気が給気口３へ供給される。
【００７４】
図１３は、容積型圧縮機２１による給気温度上昇の一具体例を示しており、容積型圧縮機２１として、圧力比が１．４、圧縮効率が５５％のものを使用した場合、気温に対する機関給気口３における給気温度は、約５０°Ｃの温度上昇となっており、氷点下でも温暖時のような給気を機関に供給でき、グロープラグ等による加熱が不要となる。
【００７５】
図１４は、クランク角度に対するシリンダ内空気温度及びシリンダ内空気圧力の変化であり、容積型圧縮機２１を使用している場合をそれぞれ実線Ｔ1、Ｐ1で示し、容積型圧縮機２１を使用していない場合をそれぞれ破線Ｔ0、Ｐ0で示している。圧縮上死点（右端のクランク角０度）において、容積型圧縮機２１を使用している場合のシリンダ内空気温度（Ｔ1）は、容積型圧縮機２１を使用していない場合のシリンダ内空気温度（Ｔ0）と比較して、約１００°Ｃの温度上昇となり、また、容積型圧縮機２１を使用している場合のシリンダ内空気圧力（Ｐ1）は、容積型圧縮機２１を使用していない場合のシリンダ内空気圧力（Ｐ0）と比較して、約１０００kPa以上の圧力上昇となる。このシリンダ内温度及びシリンダ内圧力の上昇により、熱伝達率は約１．６倍に増加し、容積型圧縮機２１の壁面への入熱が大きくなり、前記壁面を早く加熱することができる。
【００７６】
（２）前述のように、図６の給気温度または冷却水温度が所定値以下になって、電動モータ２５を駆動したとき、同時に、排気弁リフト調節手段５２を作動させ、排気弁４のリフト量を減らす。これにより排気行程中のポンピングロスを増加させ、シリンダ圧力及び温度を高く保ち、シリンダの壁面温度を早く上昇させる。
【００７７】
詳しく説明すると、図６の容積型圧縮機２１が作動して空気が圧送されると、容積型圧縮機２１の圧縮仕事（ブロア仕事）がシリンダ内のピストン仕事の一部になり、アイドリング時の燃料流量が、容積型圧縮機２１が無い場合と比べて少なくなり、シリンダ壁面の加熱作用が低下することになる。これに対し、シリンダ壁面を早く加熱するためには、アイドリング時の燃料流量の減少を阻止することが有効であり、その一対策として、前述のように排気弁リフトを小さくすることにより、高温の排気の残留量を増やすと共に、排気行程におけるポンピングロスを増加させ、シリンダ内圧力及び温度を高く保ち、シリンダ壁面への入り熱を大きくし、壁面温度を、より早く上昇させることができる。
【００７８】
（３）機関始動後、一定時間経過して、給気温度又は冷却水温度が所定値を越えた時には、容積型圧縮機２１を停止すると共に、排気弁リフト調節手段５２により、排気弁４のリフト量を元の状態に戻し、低温始動を完了する。
【００７９】
［発明の第４の実施の形態］
図７は、本発明の第４の実施の形態であり、図６の構造と比較して、排気系を絞る手段として、排気弁リフト調節手段の代わりに、排気ターボ過給機１３のタービン部１４の入口に排気絞り弁５４を設けている。その他の構造は図６と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００８０】
作動及び効果も図６の場合と基本的には同様であり、詳しい説明は省略するが、給気温度または冷却水温度が所定値以下になって、電動モータ２５を駆動したとき、同時に、排気絞り弁５４を絞り、これにより排気行程中のポンピングロスを増加させ、シリンダ圧力及び温度を高く保ち、シリンダの壁面温度を早く上昇させる。
【００８１】
［発明の第５の実施の形態］
図８は、本発明の第５の実施の形態であり、図６の変形例であり、排気系を絞る手段として、排気ターボ過給機１３のタービン部１４の出口に排気絞り弁５５を設けている。その他の構造は図６と同様であり、同じ部品及び部分には同じ符号を付し、詳しい説明は省略する。
【００８２】
［その他の実施の形態］
（１）容積型圧縮機の作動開始条件を検出する手段として、図１のように加速状態検出手段３０を備え、加速状態の時に作動開始させる構成と、図６のように機関給気温度又は機関冷却水温度を検出する手段５０、５１を備え、いずれかの温度が所定値以下の時に作動開始させる構成とを併用することも可能である。この場合は、排気系の絞りは作動させない。
【００８３】
（２）容積型圧縮機の作動開始条件を検出する手段として、図６のように機関給気温度と機関冷却水温度を検出する手段を共に備える代わりに、一方の温度の検出手段のみを備える構造とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明を適用した内燃機関の過給装置の第１の実施の形態の配管図である。
【図２】本発明を適用した内燃機関の過給装置の第２の実施の形態の配管図である。
【図３】差圧検出手段を備えた逆止弁の拡大断面図である。
【図４】逆止弁の変形例及びその開度検出手段の拡大断面図である。
【図５】逆止弁の変形例及びその通電状態検出手段の拡大断面図である。
【図６】本発明を適用した内燃機関の過給装置の第３の実施の形態の配管図である。
【図７】本発明を適用した内燃機関の過給装置の第４の実施の形態の配管図である。
【図８】本発明を適用した内燃機関の過給装置の第５の実施の形態の配管図である。
【図９】排気ターボ過給機の圧縮部と容積型圧縮機と過給システム全体のそれぞれにおける空気流量と圧力比の関係を示す図である。
【図１０】容積型圧縮機用電動モータの電流に対する回転速度、電圧及びトルクの関係を示す図である。
【図１１】容積型圧縮機の回転速度と圧力比との関係を示す図である。
【図１２】過給システム全体の空気流量と圧力比との関係を示す図である。
【図１３】容積型圧縮機による給気温度上昇を示す図である。
【図１４】クランク角度に対するシリンダ内空気温度及びシリンダ内空気圧力の関係を示す図である。
【図１５】従来例の配管略図である。
【図１６】図１５の排気ターボ過給機の圧縮部の空気流量と圧力比の関係を示す図である。
【図１７】別の従来例の配管略図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  内燃機関
２  排気口
３  給気口
４  排気弁
５  給気弁
６  燃料噴射ノズル部
８  燃料供給通路
９  スロットル弁
１０  給気通路
１０ａ  給気通路部分
１１  バイパス通路
１２  排気通路
１３  排気ターボ過給機
１４  タービン部
１５  圧縮部
２２  逆止弁
２６  弁座
２７  ボール
３０  加速状態検出手段（スロットル開度検出手段）
３１  給気流検出手段
３３  機関コントロールユニット
３８  差圧検出手段
４４  逆止弁の開度検出手段
４７  逆止弁の通電検出手段
５０  機関給気温度検出手段
５１  機関冷却水温度検出手段
５２  排気弁リフト調節手段
５４  排気絞り弁（排気絞り手段の一例）
５５  排気絞り弁（排気絞り手段の一例）
【図１】
2006170060.tif 000003
【図２】
2006170060.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006170060.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006170060.tif 000009
【図８】
2006170060.tif 000010
【図９】
2006170060.tif 000011
【図１０】
2006170060.tif 000012
【図１１】
2006170060.tif 000013
【図１２】
2006170060.tif 000014
【図１３】
2006170060.tif 000015
【図１４】
2006170060.tif 000016
【図１５】
2006170060.tif 000017
【図１６】
2006170060.tif 000018
【図１７】
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