(57)【要約】【課題】プレッシャウェーブスーパーチャージャの排気特性、応答特性、耐久性及び効率を最適化すると同時に大量生産が可能なプレッシャウェーブスーパーチャージャの制御方法を提供すること。【解決手段】プレッシャウェーブスーパーチャージャＢに第１〜第４の管路Ｏ，Ｐ，Ｑ，Ｒが接続され、プレッシャウェーブスーパーチャージャＢが、低温側ケーシングと、排ガスバイパスバルブＦと、バイパスバルブＨとを接続するよう構成されている過給圧調整方法において、プレッシャウェーブプロセスを調整するためのコントロールディスクＤを、第３の管路Ｑ及び第４の管路Ｒから第１の管路Ｏ及び第２の管路Ｐへずらすことで配置し、前記過給圧を、コントロールディスク位置、排ガスバイパスバルブ位置、プレッシャウェーブスーパーチャージャＢのロータ回転数及びバイパスバルブ位置のうち少なくともいずれかに応じて制御する。
2013519826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（Ａ）の過給圧調整方法であって、過給圧がプレッシャウェーブスーパーチャージャ（Ｂ）によって増圧され、該プレッシャウェーブスーパーチャージャ（Ｂ）には、外気を導入するための第１の管路（Ｏ）と、圧縮空気を排出するための第２の管路（Ｐ）と、排ガスを供給するための第３の管路（Ｑ）と、排ガスを排出するための第４の管路（Ｒ）とが接続され、前記プレッシャウェーブスーパーチャージャ（Ｂ）が、前記第１の管路（Ｏ）と前記第２の管路（Ｐ）が接続された低温側ケーシングと、前記第３の管路（Ｑ）近傍に配置された排ガスバイパスバルブ（Ｆ）と、前記第２の管路（Ｐ）と前記第３の管路（Ｑ）に接続するバイパスバルブ（Ｈ）とを接続するよう構成されている前記過給圧調整方法において、
プレッシャウェーブプロセスを調整するためのコントロールディスク（Ｄ）を、前記低温側ケーシング内に、前記第３の管路及び第４の管路から前記第１の管路及び前記第２の管路へ幾何学的にずらすことで配置し、
前記過給圧を、前記コントロールディスクの位置（ａ）、前記排ガスバイパスバルブの位置（ｂ）、前記プレッシャウェーブスーパーチャージャ（Ｂ）のロータ回転数（ｃ）及び前記バイパスバルブの位置（ｄ）のうち少なくともいずれかに応じて調整及び／又は制御する
ことを特徴とする過給圧調整方法。
【請求項２】
前記コントロールディスク位置（ａ）を、エンジン回転数（о）、エンジン温度（ｅ）、過給気温度実際値（ｌ）、吸気温度実際値（ｎ）、外気圧（ｐ）、排ガス温度（ｆ）、過給圧目標値（ｇ）、過給圧実際値（ｈ）及び動作目標点（ｉ）のうち少なくともいずれかに応じて調整することを特徴とする請求項１記載の過給圧調整方法。
【請求項３】
前記コントロールディスク位置（ａ）を、前記過給圧目標値（ｇ）と前記過給圧実際値（ｈ）との差に応じて調整することを特徴とする請求項１又は２記載の過給圧調整方法。
【請求項４】
前記コントロールディスク位置（ａ）を、前記第１の管路（Ｏ）における外気の温度（ｎ）及び熱力学的な状態、前記ロータ回転数（ｃ）並びに／又は前記プレッシャウェーブスーパーチャージャの幾何形状に応じて調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項５】
前記第１の管路（Ｏ）から前記第４の管路（Ｒ）への流量を前記コントロールディスク位置（ａ）の調整によって制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項６】
前記第１の管路（Ｏ）から前記第４の管路（Ｒ）への流量を、冷間始動中に前記コントロールディスク位置（ａ）によって調整することを特徴とする請求項５記載の過給圧調整方法。
【請求項７】
前記過給気温度実際値（ｌ）、前記動作目標点（ｉ）、前記エンジン回転数（о）、前記吸気温度（ｎ）及び前記排ガス温度（ｆ）のうち少なくともいずれかに応じて前記コントロールディスク位置を調整することによって、前記第３の管路（Ｑ）から前記第２の管路（Ｐ）の外気導入領域への排ガスの流入を防止することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項８】
前記エンジン回転数（о）、前記エンジン温度（ｅ）、前記排ガス温度（ｆ）、前記過給圧実際値（ｈ）、前記過給圧目標値（ｇ）及び外気圧（ｐ）のうち少なくともいずれかに応じて前記排ガスバイパスバルブ位置（ｂ）を調整することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項９】
前記排ガスバイパスバルブ位置（ｂ）を、前記過給圧目標値（ｇ）と前記過給圧実際値（ｈ）との差に応じて調整することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項１０】
前記ロータ回転数（ｃ）を、前記エンジン回転数（о）及び／又は前記過給圧実際値（ｈ）に応じて調整することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項１１】
前記内燃機関（Ａ）のアイドリング時における負荷変動を、前記排ガスバイパスバルブ位置（ｂ）及び／又は前記コントロールディスク位置（ａ）の調整によって相殺することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項１２】
前記内燃機関の（Ａ）のアイドリング時における負荷変動を、負荷装置を一時的に停止させることにより相殺することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項１３】
ほぼ一定の動作点における前記内燃機関（Ａ）の動作時における負荷変動を、前記排ガスバイパスバルブ位置（ｂ）及び／又は前記コントロールディスク位置（ａ）の調整によって相殺することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項１４】
ほぼ一定の動作点における前記内燃機関（Ａ）の動作時における負荷変動を、前記ロータ回転数（ｃ）の調整によって相殺することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【請求項１５】
前記過給圧実際値（ｈ）、前記過給圧目標値（ｇ）、前記エンジン温度（ｅ）、前記排ガス温度（ｆ）、前記エンジン回転数（о）及び前記動作目標点（ｉ）のうち少なくともいずれかに応じて前記バイパスバルブ位置（ｄ）を調整することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の過給圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載の、過給圧がプレッシャウェーブスーパーチャージャによって増圧される内燃機関の過給圧調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、その出力を高めるために、導入される外気を圧縮し、燃焼過程へ供給するのに適した部材を利用している。この過給システムとして示される機械は、上述のような過程を実行するために様々な圧縮機タイプを利用している。
【０００３】
導入された外気の圧縮により内燃機関に過給する１つの手段は、プレッシャウェーブスーパーチャージャの利用である。このプレッシャウェーブスーパーチャージャの効率は、機械的な部材及びエンジンの動作状態への適合性によって、調整又は制御という形で決定される。
【０００４】
プレッシャウェーブスーパーチャージャは固定部材と回転部材で構成されており、固定部材とは、ケーシングジャケット、高温ガスケーシング及び低温ガスケーシングに分割されたロータケーシング、並びに気体状の流体を案内するための供給管路及び排出管路である。また、回転部材は、ロータ自体及び場合によってはロータを駆動するモータによって形成されている。
【０００５】
特許文献１には内燃機関の動作方法が開示されており、ここでは、外気がプレッシャウェーブスーパーチャージャによって圧縮され、このプレッシャウェーブスーパーチャージャにおける少なくとも１つの動作パラメータが内燃機関における少なくとも１つの動作実際値に応じて調整又は制御されるようになっている。ここに開示された方法は、その時点においては、従来のほぼ調整あるいは制御されていなかったプレッシャウェーブスーパーチャージャの動作コンセプトと異なる方向への意味があった。
【０００６】
プレッシャウェーブスーパーチャージャの動作を内燃機関の実際の動作状態に適合させることで、内燃機関のポンプ損失を最小することが可能である。また、この場合、プレッシャウェーブスーパーチャージャの応答特性も改善できるとともに、排ガス後処理に対する条件も最適化することが可能である。プレッシャウェーブスーパーチャージャにおいて調整又は制御すべき動作パラメータは、ケーシングのずれである。
【０００７】
例えば、原動機付き車両分野における内燃機関におけるプレッシャウェーブスーパーチャージャの量産について、その使用条件及び寿命についての高い要求が課される。ここで、例えば、プレッシャウェーブスーパーチャージャは、外気温−２０〜５０℃の環境下で複数年にわたって欠陥なく機能する必要がある。さらに、９００℃もの排ガス温度は、プレッシャウェーブスーパーチャージャの寿命及び欠陥のない機能に対して悪影響を及ぼすものとなっている。
【０００８】
従来技術によるプレッシャウェーブスーパーチャージャにおいては、ケーシングのずれによるプレッシャウェーブスーパーチャージャの制御について欠点がある。量産に適した確実なケーシングのずれを準備することは、従来において、特にプレッシャウェーブスーパーチャージャの高い充填効率を保証するためにプレッシャウェーブスーパーチャージャにおける回転部材と固定部材の間に隙間を維持する必要があるという理由により、所定の経済規模においては不可能である。
【０００９】
さらに、従来技術によるプレッシャウェーブスーパーチャージャの調整方法及び制御方法では多数のセンサが使用されており、これらセンサは、大量生産において大きなコストがかかるものであるとともに、故障の原因となりやすい。過剰なセンサシステムは、大きなコストを招くことになる。
【００１０】
また、吸気通路と排気通路の間の圧力差により、気体力学的な事象がロータセル内に形成される。ここで、制御装置において実行されるプレッシャウェーブスーパーチャージャの詳細なモデリングは、今日のＣＡｘ（コンピュータ支援による）手法（例えばＣＡＥ、ＣＦＤ、ＢＥＭなど）では不可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０２０５２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明の目的とするところは、プレッシャウェーブスーパーチャージャの排気特性、応答特性、耐久性及び効率を最適化すると同時に外部の影響から独立した大量生産が可能なプレッシャウェーブスーパーチャージャの調整方法及び制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、請求項１記載の方法によって達成される。また、他の好ましい形態は、各従属請求項に記載されている。
【００１４】
本発明は、内燃機関の過給圧調整方法であって、過給圧がプレッシャウェーブスーパーチャージャによって増圧され、該プレッシャウェーブスーパーチャージャには、外気を導入するための第１の管路と、圧縮空気を排出するための第２の管路と、排ガスを供給するための第３の管路と、排ガスを排出するための第４の管路とが接続され、前記プレッシャウェーブスーパーチャージャが、前記第１の管路と前記第２の管路が接続された低温側ケーシングと、前記第３の管路近傍に配置された排ガスバイパスバルブと、前記第２の管路と前記第３の管路に接続するバイパスバルブとを接続するよう構成されている前記過給圧調整方法において、プレッシャウェーブプロセスを調整するためのコントロールディスクを、前記低温側ケーシング内に、前記第３の管路及び第４の管路から前記第１の管路及び前記第２の管路へ幾何学的にずらすことで配置し、前記過給圧を、前記コントロールディスクの位置、前記排ガスバイパスバルブの位置、前記プレッシャウェーブスーパーチャージャのロータ回転数及び前記バイパスバルブの位置のうち少なくともいずれかに応じて調整及び／又は制御することを特徴としている。
【００１５】
本発明においては、動作パラメータを個々に制御することが可能であるとともに、同時に例えばバイパスバルブ位置などの他の動作パラメータも調整することが可能である。
【００１６】
バイパスバルブ位置による制御に代わるものとして、吸気バルブ及び／又は排気バルブの可変のバルブ制御時間を、同時の温度上昇による後反応を生じさせるために、プレッシャウェーブスーパーチャージャの前の排ガスシステムへ空気を流通させることに使用することも可能である。
【００１７】
本発明による方法の利点は、内燃機関におけるプレッシャウェーブスーパーチャージャの調整及び制御を大量生産において安価に実現可能であることである。また、本発明の方法によれば、従来技術に比してより少ないエネルギー消費が達成できる。さらに、プレッシャウェーブスーパーチャージャの動作パラメータを内燃機関の各動作状態にほぼリアルタイムで適合することにより、プレッシャウェーブスーパーチャージャ自身による出力損失の低減も図ることが可能である。そして、内燃機関の効率向上は、プレッシャウェーブスーパーチャージャの効率向上につながるものである。
【００１８】
ところで、「コントロールディスク位置」とは低温ガスケーシングに配置されたコントロールディスクの調整を意味し、このコントロールディスクはその表面にわたって分散された開口部を有しており、この開口部は、一方で、導入された外気の供給開口部あるいは圧縮空気の排出管路又は他方でロータセル入口領域を互いに接続するものとなっている。コントロールディスクの位置に応じて、圧縮すべき気体状の流体に作用するプレッシャウェーブの継続時間が決定される。したがって、第１及び第２の管路と第３及び第４の管路との間にずれが生じる。
【００１９】
これは、プレッシャウェーブスーパーチャージャの調整される気体力学的な効果に対して有効に作用する。このとき、コントロールディスク自体は、コントロールディスク移動用モータによって制御される。なお、このコントロールディスク移動用モータは、コントロールディスクを迅速かつその調整において効果的に回転可能な電動アクチュエータである。本発明の一実施形態は、前記コントロールディスク位置を、エンジン回転数、エンジン温度、過給気温度実際値、吸気温度実際値、外気圧、排ガス温度、過給圧目標値、過給圧実際値及び動作目標点のうち少なくともいずれかに応じて調整することを特徴としている。
【００２０】
さらに、本発明においては、外気圧及び外気温をコントロールディスクの制御に用いている。また、エンジン温度は、この場合、例えばエンジンブロックケーシング内、エンジンオイル、冷却水などの温度である。センサ技術的に検出されたエンジン温度をコントロールディスク調整のためのエンジン温度の必要な動作パラメータへの換算は、制御装置内の計算モデルによってなされる。これにより、すでに設けられているセンサを用いることが可能であり、このことは、特に原動機付き車両における大量生産についてのコストダウンに寄与するものである。
【００２１】
また、本発明における排ガス温度の測定は、例えば組み合わされたラムダセンサによって行われる。これにより、排ガス領域において追加的なセンサを省略することが可能となる。さらに、排気バルブと第３の管路を介したプレッシャウェーブスーパーチャージャへの入口との間の排ガス出口あるいはプレッシャウェーブスーパーチャージャから第４の管路への出口の後ろ又は第４の管路に接続された排気系統あるいは湾曲部において排ガス温度を計測することが考えられる。そして、本発明においては、排ガス温度モデルに基づいて排ガス温度を算出することも可能である。この場合、センサ技術的な測定は行われない。
【００２２】
また、過給圧目標値は、本発明において、内燃機関の各特性曲線における動作点に応じて計算モデルにより決定され、設定される。このとき、過給圧目標値は、エンジン制御装置から直接読み出されるか、又はエンジン制御装置によって提供される。一方、過給圧実際値は、スロットルバルブ手前あるいは燃焼室への入口手前における第２の管路においてセンサ技術的に測定され得るようになっている。また、本発明において、内燃機関が圧縮空気とシリンダへの入口の間にインタクーラを備えるよう構成することが考えられる。これにより、過給圧の圧力状態が再度変更されることになり、過給圧をコンピュータモデルによって所望の動作パラメータへ換算することが可能である。さらに、本発明においては、過給圧実際値を計算モデルによって決定することも可能である。例えば、理想気体によって、温度測定及び／又は例えば流量測定センサ、圧力センサなどの他のパラメータとしてそれぞれ必要な過給圧を決定することも可能である。
【００２３】
また、動作目標点とは、内燃機関の特性曲線における所望の動作点である。この動作目標点は、例えばエンジン回転数や原動機付き車両のアクセルペダル踏込位置によって算出することが可能である。さらに、本発明においては、動作目標点をエンジン制御装置から直接算出することも可能である。ここでは、この動作目標点は、特にアクセルペダル踏込位置によって算出される値である。そして、本発明においては、動作目標点をトルクに基づく負荷検出によって制御装置から直接導出するか、又は読み出すことができる。
【００２４】
ところで、本発明の一実施形態は、前記コントロールディスク位置を、前記過給圧目標値と前記過給圧実際値との差に応じて調整することを特徴としている。
【００２５】
両過給圧の差に応じてコントロールディスクの調整及び制御を行うことによって、過給圧実際値を非常に迅速に減圧又は増圧することが可能である。本発明において、過給圧目標値は、例えば計算モデルによって決定することができる。
【００２６】
本発明の他の実施形態は、前記コントロールディスク位置を、前記第１の管路における外気の温度及び熱力学的な状態、前記ロータ回転数並びに／又は前記プレッシャウェーブスーパーチャージャの幾何形状に応じて調整することを特徴としている。本発明において、外気温及び外気の熱力学的な状態に応じて、調整し、期待される各局所的な音速の決定が実行される。この局所的な音速は、測定技術的に計測することができないため、音速を求めるための、理想気体及び流体力学的な計算式から導かれる計算モデルによって決定される。
【００２７】
例えば、第１の管路におけるロータセルへの入口手前における状態と、熱力学的な状態方程式と、ガス定数、温度指数及び等エントロピー指数の関数としての速度とによって、セル内の局所的な音速を算出することが可能である。また、ロータセル自体の内部では温度測定及び／又は気体組成の測定が不可能であるため、例えばセルの温度上昇に伴う影響などについては、ロータセル内の局所的な音速の算出された値の補正が必要である。また、エンジン回転数は、簡易な実施形態において、特に電動モータであるロータモータから直接計測することが可能である。
【００２８】
しかして、本発明において、プレッシャウェーブスーパーチャージャの形状とは、機械的な構成部材から生じる取付空間状態パラメータと理解することができる。この取付空間状態パラメータは、例えばプレッシャウェーブスーパーチャージャのケーシングの長さ、幅及び高さ、ロータセルの体積又は第１〜第４の管路の流入開口部及び流出開口部によって定義されるものである。さらに、プレッシャウェーブスーパーチャージャの形状とは、力学的な状態量とも理解できる。すなわち、ここでは、例えば流入角度などである。この流入角度は、コントロールディスク位置の調整又は例えばスロットルバルブなどの様々なバルブによって生じるものであるが、バイパスバルブとしてのバイパス開口部又はインタクーラのバイパス流によるものである。ここで、プレッシャウェーブスーパーチャージャにおける調整すべき動作状態の達成すべき精度に応じてプレッシャウェーブスーパーチャージャの形状についての計算モデルの複雑さを選択すべきである。ロータセル自身への流入は、プレッシャウェーブスーパーチャージャの形状と、ケーシングへの管路の固定形状に依存するものである。
【００２９】
本発明の他の実施形態は、前記第１の管路から前記第４の管路への流量を前記コントロールディスク位置の調整によって制御することを特徴としている。ここで、所望の動作状態に応じて、大量の外気を第１の管路の入口から第４の管路へ直接流通させることが可能である。そのため、わずかな残留ガスしかロータセル内に残存しない。また、部分負荷動作状態において、場合によっては、残留ガスの所定割合を新たに供給するのが好ましい。すなわち、窒素酸化物の低減及び排ガスエミッションを低減するために、残留ガスの所定割合を新たに供給するのが望ましい。
【００３０】
また、本発明の一実施形態は、前記第１の管路から前記第４の管路への流量を、冷間始動中に前記コントロールディスク位置によって調整することを特徴としている。ここで、内燃機関の冷間始動状態における所望の動作状態に応じて、高い排ガス循環や高い流量率となる。そして、この調整は、特に外気温が大きく影響する。冷間始動時には、第３の管路内における排ガス温度は限界値であり、この限界値は、例えば、コントロールディスク位置、排ガスバイパスバルブ位置、ロータ回転数及びバイパスバルブ位置のうち少なくともいずれかによって影響を受けるとともに、過給圧にも影響する。
【００３１】
また、本発明の他の実施形態は、前記過給気温度実際値、前記動作目標点、前記エンジン回転数、前記吸気温度及び前記排ガス温度のうち少なくともいずれかに応じて前記コントロールディスク位置を調整することによって、前記第３の管路から前記第２の管路の外気導入領域への排ガスの流入を防止することを特徴としている。
【００３２】
内燃機関の動作においての目標は、第３の管路から第２の管路への排ガスの流出を防止することにある。第２の管路への排ガスの流出により過給気温度が上昇し、これにより過給気体積が大きくなる。そして、この大きくなった体積は、部分負荷動作時において、管路を拡大することによって効率を改善するために使用される。しかしながら、大量の排ガスの循環は、火炎喪失を招くことになる。
【００３３】
本発明の一実施形態は、前記エンジン回転数、前記エンジン温度、前記排ガス温度、前記過給圧実際値、前記過給圧目標値及び外気圧のうち少なくともいずれかに応じて前記排ガスバイパスバルブ位置を調整することを特徴としている。
【００３４】
排ガスバイパスバルブは、第３の管路における、燃焼室から排出される排ガスをプレッシャウェーブスーパーチャージャへ導入する入口の少し手前に配置されている。この排ガスバイパスバルブにより、高温ガスケーシング側において、排ガス用の流入開口部を拡大することが可能である。また、この排ガスバイパスバルブ自体は、排ガスバイパスバルブ用アクチュエータによって制御されている。そして、この排ガスバイパスバルブによって、排ガス流量の一部を制御することが可能である。そのため、この排ガス流量の一部は圧縮されないようになっている。前記排ガスバイパスバルブ用アクチュエータはここでは電動モータであり、この電動モータは、特に迅速な応答で排ガスバイパスバルブの所望の調整をすることができるようになっている。排ガスバイパスバルブの位置を調整又は制御することによって、圧縮出力が決定されるとともに、特に内燃機関の応答特性が改善される。第３の管路から第２の管路への不都合な排ガスの流入及びそれに伴う排ガスの燃焼プロセスへの再度の供給は、排ガスバイパスバルブとコントロールディスク位置の調整及び制御を組み合わせることで回避することが可能である。
【００３５】
また、本発明の一実施形態は、前記排ガスバイパスバルブ位置を、前記過給圧目標値と前記過給圧実際値との差に応じて調整することを特徴としている。ここで、過剰な変動を制御するために、例えばＰ制御装置、Ｉ制御装置、ＰＩＤ制御装置などの制御装置を応用することが可能である。この制御装置は、実際の動作状態において生じる過給圧についての目標値と実際値の間の偏差を制御するものである。したがって、偏差に基づく過剰な制御が回避されることになる。
【００３６】
本発明の他の実施形態は、前記ロータ回転数を、前記エンジン回転数及び／又は前記過給圧実際値に応じて調整することを特徴としている。ここで、ロータ回転数は、プレッシャウェーブスーパーチャージャ内における過給交換に対して決定的な影響を与えるパラメータとなっている。なお、ロータ回転数は、プレッシャウェーブスーパーチャージャのロータをアクティブに駆動する電動モータによって設定される。
【００３７】
また、前記内燃機関のアイドリング時における負荷変動を、前記排ガスバイパスバルブ位置及び／又は前記コントロールディスク位置の調整によって相殺するのが好ましい。これにより、ほぼ一定のロータ回転数を維持することができ、ロータの加速又は減速を防止することが可能である。
【００３８】
このようなことは、好ましい音響的な効果をもたらすものであるとともに、ロータの加速が防止されることにより、エネルギー消費の抑制にもつながるものである。そして、このエネルギー消費の抑制は、プレッシャウェーブスーパーチャージャの効率に対しても都合がよいものである。また、排ガスバイパスバルブ又はコントロールディスクの調整は、それぞれ対応するアクチュエータによって迅速かつ効率的に行われる。そのため、内燃機関の各動作状態に迅速に適合させることができ、これにより、効率の向上が図られることになる。
【００３９】
本発明の一実施形態は、前記内燃機関のアイドリング時における負荷変動を、負荷装置を一時的に停止させることにより相殺することを特徴としている。本発明において、負荷装置とは、例えばエアコン用コンプレッサ、車両用ヒータ、パワーステアリング用コンプレッサ、ウォータポンプ、リヤウィンドウ用ヒータなどの要素をいう。
【００４０】
今日の内燃機関においては、燃料消費率（燃費）を抑えるためにアイドリング回転数ができる限り小さく設定されている。排気量の小さなエンジンへの過給に際しては、アイドリング回転数を一定に維持することが困難であるため、負荷装置がオン及び／又はオフされる場合に、最悪のケースではエンジンが不意に停止することがある。
【００４１】
また、低い外気圧及び低い外気温において全ての負荷装置がオンされると、発進に問題が生じることもある。このような現象は、特に、多数の電気的な負荷装置を備えるとともに重量の大きな原動機付き車両に搭載された小容量のエンジンにおいて生じる。アイドリング時又はほぼアイドリング時におけるプレッシャウェーブスーパーチャージャの電力消費をできる限り抑えるために、負荷装置のオフに伴うロータ用モータによる調整を相殺することが必要である。
【００４２】
コントロールディスク位置あるいは排ガスバイパスバルブ位置についての１つの制御手段に加えてロータ回転数の調整が必要であれば、本発明においては、負荷装置を一時的にオフし、これにより使用可能となる電気エネルギーの一部がロータ用電動モータの制御に転用される。これにより、アイドリング時の負荷変動が抑制されることになる。本発明において、負荷変動とは、例えばドライブトレインによって伝達される機械的な負荷又は電気的なエネルギーの浪費としての電気的な負荷変動である例えばロータ用モータの加速による電気的な負荷により生じる変動である。
【００４３】
本発明の一実施形態は、ほぼ一定の動作点における前記内燃機関の動作時における負荷変動を、前記排ガスバイパスバルブ位置及び／又は前記コントロールディスク位置の調整によって相殺することを特徴としている。本発明においては、ほぼ一定の動作点は、ほぼ一定のエンジン回転数及びほぼ一定の負荷によって決定される内燃機関特性曲線における一点である。なお、実際の使用においては、この動作点は常にミリ秒単位の非常に小さな時間しか存在しないが、本発明による方法によれば、調整及び制御をリアルタイムかつ迅速な応答によって行うことが可能である。そして、内燃機関の動作中に負荷変動を制御するために、負荷装置をオフすることも可能である。
【００４４】
本発明の他の実施形態は、ほぼ一定の動作点における前記内燃機関の動作時における負荷変動を、前記ロータ回転数の調整によって相殺することを特徴としている。これにより、ロータ回転数を調整することで、プレッシャウェーブスーパーチャージャの動作点を内燃機関の実際の動作点に最適に調整することが可能である。内燃機関の動作中における負荷変動を相殺するための排ガスバイパスバルブ位置とコントロールディスク位置の組合せにおいて、このような形態は、好ましい代替手段であるか、又は上述の調整手段の故障における余分なシステムである。
【００４５】
さらに、本発明においては、電気的な負荷変動を相殺するために、ロータ回転数の変動時には電気的な負荷装置をオフすることが考えられる。
【００４６】
本発明の他の実施形態は、前記過給圧実際値、前記過給圧目標値、前記エンジン温度、前記排ガス温度、前記エンジン回転数及び前記動作目標点のうち少なくともいずれかに応じて前記バイパスバルブ位置を調整することを特徴としている。ここで、バイパスバルブは、第２の管路を第３の管路へ接続するバルブである。このバイパスバルブによって、吸気管内の圧縮空気を直接排気管へ供給することができる。これにより、インタクーラ及び内燃エンジンを回路内で外気と排ガスの間を接続するバイパス機能が得られる。これにより、第３の管路内の増圧が迅速に行われるとともに、キャタライザにおける後燃焼によって排ガス温度の上昇が行われることになる。
【００４７】
このようなシステムによって、プレッシャウェーブスーパーチャージャの応答特性の本質的な改善を達成することができる。これに代えて、上記各パラメータの制御のために、吸気バルブ及び排気バルブの可変のバルブ制御時間を使用することも可能である。これにより、理想的な効果が得られるとともに、バイバスバルブを省略することも可能である。そして、これにより、大量生産におけるコストダウンを図ることが可能である。
【００４８】
本発明の他の利点、特徴、特性及び観点については、図面を参照した以下の説明において詳述する。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、プレッシャウェーブスーパーチャージャの排気特性、応答特性、耐久性及び効率を最適化すると同時に外部の影響から独立した大量生産が可能なプレッシャウェーブスーパーチャージャの調整方法及び制御方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】内燃機関を介した吸気から排気までの回路を概略的に示す図である。
【図２】調整パラメータの調整及び制御のためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、図面において、同一又は対応する部材にはそれぞれ同一の符号が付されており、簡略化の観点から再度の説明を省略するものについても、対応する利点が得られるものとなっている。
【００５２】
図１には、本実施の形態においてガソリンエンジンとして構成された内燃機関Ａの一部が示されている。ここではシリンダの断面が示されており、吸気バルブ１、排気バルブ２、ピストン３、点火プラグ４、燃料噴射ノズル５及び燃焼室６が示されている。また、内燃機関ＡにはプレッシャウェーブスーパーチャージャＢが接続されており、このプレッシャウェーブスーパーチャージャＢは、該プレッシャウェーブスーパーチャージャＢに接続された４つの管路Ｏ〜Ｒを備えている。ここで、第１の管路（Ｏ）は外気の吸入領域に配置され、第２の管路（Ｐ）は、外気の圧縮領域において、圧縮空気をインタクーラＪ及び該インタクーラＪにつづくスロットルバルブＫに供給し、その後、圧縮空気を燃焼室６へ供給するものとなっている。
【００５３】
さらに、第３の管路（Ｑ）は、排ガスをプレッシャウェーブスーパーチャージャＢへ供給するために、このプレッシャウェーブスーパーチャージャＢの手前において、排気バルブ２とキャタライザの後に配置されている。ここで、この第３の管路（Ｑ）には、排ガスバイパスバルブ用のアクチュエータＦを備えた排ガスバイパスバルブが設けられている。さらに、排ガス系統Ｓの近傍において、プレッシャウェーブスーパーチャージャＢは、該プレッシャウェーブスーパーチャージャＢにおける圧縮過程後の排ガスを排出するための第４の管路（Ｒ）を備えている。なお、この第４の管路（Ｒ）は、酸化キャタライザＭを備えている。
【００５４】
プレッシャウェーブスーパーチャージャＢは更に低温ガスケーシング側７及び高温ガスケーシング側８を備えており、この低温ガスケーシング側７には、コントロールディスクが配置されている。このコントロールディスクは、コントロールディスク用アクチュエータによって制御されるようになっている。また、プレッシャウェーブスーパーチャージャＢに配置されたロータＣは、ロータ用モータによって制御されるようになっている。
【００５５】
しかして、導入された外気は、第１の管路（Ｏ）を通って該第１の管路（Ｏ）に隣接したロータセル９へ導入され、プレッシャウェーブスーパーチャージャＢ内で圧縮される。そして、この圧縮空気は、第２の管路（Ｐ）の出口近傍において、該第２の管路（Ｐ）を介して吸気バルブ１へと供給される。ここで、パイパス管路を介してインタクーラ及び燃焼室６をう回するために、バイパスバルブがそのアクチュエータＨと共に第２の管路（Ｐ）内に介装されている。また、インタクーラＪにおいては、圧縮されて加熱された空気が冷却され、その体積が縮小される。これにより、燃焼室６におけるシリンダ充填効率が高められることになる。
【００５６】
ところで、ここでは、吸気サイクル、圧縮サイクル、燃焼サイクル及び排気サイクルの４サイクルエンジンを例に説明しているが、本発明において、他のサイクルのエンジンを用いることも可能である。
【００５７】
しかして、排気サイクルにおいて、燃焼室６内で形成された排ガスは、第３の管路（Ｑ）を通してプレッシャウェーブスーパーチャージャＢの高温ガス側へ再び供給される。このとき、第１の排ガス後処理を行うキャタライザＬが第３の管路（Ｑ）に介装されている。同様に、第３の管路（Ｑ）には当該排ガスバイパスバルブ用のアクチュエータＦにより制御される排ガスバイパスバルブが配置されており、この排ガスバイパスバルブは、残留ガスのロータセル９への増加した流入を第３の管路（Ｑ）の導入開口部を介して可能にするとともに、排ガスをロータを通過させて直接第４の管路（Ｒ）へ案内するものとなっている。なお、本発明においては、排ガスを排ガスバイパスバルブを介して第３の管路（Ｑ）から第４の管路（Ｒ）へ直接導入することも可能である。
【００５８】
プレッシャウェーブは、第１の管路１を通って導入される外気を圧縮するとともに、圧縮された外気（圧縮空気）を第２の管路（Ｐ）へ流通させ、この圧縮空気を第４の管路（Ｒ）におけるロータセルの出口開口部を通して排ガス系統Ｓへ案内するものとなっている。そして、排ガスは、場合によっては、例えば酸化キャタライザＭなどの他の排ガス後処理要素を通過するようになっている。
【００５９】
ところで、図１には複数の測定点が記載されており、これら測定点は、必要な動作パラメータを測定するものとなっている。Ｐｏｓ．１は、外気の導入領域の測定データを得る箇所となっている。また、Ｐｏｓ．２−ＵＳは、インタクーラＪ導入前の圧縮空気の領域における測定データを得る箇所となっている。Ｐｏｓ．２−ＤＳは内燃機関Ａの吸気バルブ１のわずか手前でスロットルバルブＫの後における測定箇所であり、Ｐｏｓ．３−ＵＳは第３の管路（Ｑ）における所定の測定箇所であり、Ｐｏｓ．３−ＤＳは第３の管路（Ｑ）内のプレッシャウェーブスーパーチャージャＢの入り口手前における測定箇所である。ここで、Ｐｏｓ．３−ＵＳ及びＰｏｓ．３−ＤＳは、バイパスバルブ位置又は排ガスバイパスバルブ位置ｂに対する測定データを供給するために、それぞれ、バイパスバルブ又は排ガスバイパスバルブの後の総流量が計測されるよう選定されている。
【００６０】
Ｐｏｓ．４は、プレッシャウェーブスーパーチャージャＢの後の排ガス系統Ｓにおける所定の測定点である。ここで示された各測定点は本発明において好ましいことが分かっているが、利用形態に応じて測定点を増減したり、測定点を自由に選択することが可能である。
【００６１】
図２には過給圧の調整のためのブロック図が示されており、データは、該ブロック図の左側における点「ＩＮ」からデータバスシステムを介して供給されるようになっている。また、このデータは、このブロック図の右側において点「ＯＵＴ」からここでもデータバスを介して転送されるようになっている。データバスにおいては、本発明による方法のために必要な動作パラメータが測定可能となっている。そして、ここに示すブロック図は、例えば、制御装置において実行されるようになっている。
【００６２】
この図２の一番上に示された解析・演算モジュール１０においては、コントロールディスク位置ａが算出されるようになっている。このとき、過給圧目標値ｇ、過給圧実際値ｈ、エンジン回転数о、排ガス温度ｆ、過給気温度ｌ、吸気温度ｎ及び外気圧ｐが読み込まれるようになっている。そして、解析・演算モジュール１０は、本発明による方法によって、所望のコントロールディスク目標位置を算出するとともに、このコントロールディスク目標位置をデータバスへ転送するものとなっている。なお、このような転送は、コントロールディスク用のアクチュエータへ直接行うことも可能である。
【００６３】
また、他の１つの解析・演算モジュール１０においては、排ガスバイパスバルブ位置ｂが算出され、このとき、過給圧目標値ｇ、過給圧実際値ｈ、エンジン回転数о、排ガス温度ｆ、エンジン温度ｅ及び外気圧ｐが入力される。少なくとも１つの動作パラメータにより、排ガスバイパスバルブ目標位置（開度位置）が算出されるとともに、ここでも、この排ガスバイパスバルブ目標位置は、データバスシステムへ転送されるか、又は排ガスバイパスバルブ用のアクチュエータＦへ直接転送されるようになっている。
【００６４】
また、他の１つの解析・演算モジュール１０においては、プレッシャウェーブスーパーチャージャＢにおけるロータ回転数ｃが算出され、このとき、データバスからの過給圧目標値ｇ及びエンジン回転数оが解析される。ここでも、データバスへの転送を行うことが可能であり、又はロータ用モータＥの解析・演算モジュール１０を直接制御することも可能である。
【００６５】
さらに、他の１つの解析・演算モジュールは所望のバイパスバルブ位置ｄを算出するものとなっており、このとき、過給圧目標値ｇ、エンジン温度ｅ、排ガス温度ｆ及びエンジン回転数оが解析されるようになっている。バイパスバルブ目標位置は、ここでもバスシステムへ転送されるか、又はバイパスバルブ用のアクチュエータＨへ直接転送されるようになっている。
【００６６】
本発明において、図２に示す各解析・演算モジュール１０を１つの解析・演算モジュールに統合するか、又は解析・演算作業を制御装置へ応用することが考えられる。
【符号の説明】
【００６７】
１            吸気バルブ
２            排気バルブ
３            ピストン
４            点火プラグ
５            燃料噴射ノズル
６            燃焼室
７            低温ガスケーシング側
８            高温ガスケーシング側
９            ロータセル
１０          解析・演算モジュール
Ａ            内燃機関
Ｂ            プレッシャウェーブスーパーチャージャ
Ｃ            ロータ
Ｅ            ロータ用モータ
Ｆ            排ガスバイパスバルブ用アクチュエータ
Ｈ            バイパスバルブ用アクチュエータ
Ｊ            インタクーラ
Ｋ            スロットルバルブ
Ｌ            キャタライザ
Ｍ            酸化キャタライザ
Ｏ〜Ｒ        第１〜第４の管路
Ｓ            排ガス系統
ａ            コントロールディクス位置
ｂ            バイパスバルブ位置又は排ガスバイパスバルブ位置
ｃ            ロータ回転数
ｄ            バイパスバルブ位置
ｅ            エンジン温度
ｆ            排ガス温度
ｇ            過給圧目標値
ｈ            過給圧実際値
ｌ            過給気温度
ｎ            吸気温度
о            エンジン回転数
ｐ            外気圧
【図１】
2013519826.tif 000003
【図２】
2013519826.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年11月2日(2012.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013519826.tif 000005
【国際調査報告】
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2013519826.tif 000007
2013519826.tif 000008
2013519826.tif 000009
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