(57)【要約】【課題】コンプレッサの作動範囲を拡大することが出来るとともに、排気タービンの出力が不足することのない吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを提供すること。【解決手段】吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム（１）において、吸気バイパス装置（２０）は、吸気通路（４）におけるターボチャージャ（１２）のコンプレッサ（１０）の下流と、排気通路（６）におけるターボチャージャ（１２）の排気タービン（８）の上流とを接続するバイパス通路（１４）と、バイパス通路（１４）における圧縮吸気の流れを制御する、バイパス通路に配置されたバイパス弁（１６）と、バイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱するための加熱手段（１８）とからなる。
2015052837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムにおいて、
前記エンジンシステムは、
エンジン本体と、前記エンジン本体に吸気を供給するための吸気通路と、前記エンジン本体から排出される排気ガスを流すための排気通路と、
前記エンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーによって駆動する、前記排気通路に配置された排気タービン、及び該排気タービンと同軸駆動する、前記吸気通路に配置されたコンプレッサ、からなるターボチャージャと、
前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、前記エンジン本体を迂回して前記排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置と、を備え、
前記吸気バイパス装置は、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流と、前記排気通路における前記排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路における前記圧縮吸気の流れを制御する、前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための加熱手段と、からなる、
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項２】
前記加熱手段は、前記エンジン本体から排出される排気ガスを、前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための熱源として利用するように構成される、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項３】
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気タービンのタービンハウジングが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項２に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項４】
前記タービンハウジングの少なくとも一部が、板金製の内側ハウジングと、該内側ハウジングを覆う板金製の外側ハウジングとからなる二重構造をなし、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項３に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項５】
前記エンジンシステムが、前記エンジン本体から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置をさらに備え、該排気ガス浄化装置は、前記排気通路の前記排気タービンよりも下流に配置されるとともに、
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気ガス浄化装置よりも下流の前記排気通路が前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項２に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置よりも下流側の前記排気通路の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管と、該内側排気管を覆う外側排気管とからなる二重構造をなし、前記内側排気管と前記外側排気管とで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項５に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項７】
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記エンジン本体と前記排気通路とを接続する排気マニホールドが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項２に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項８】
前記排気マニホールドの少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールドと、該内側排気マニホールドを覆う外側排気マニホールドからなる二重構造をなし、前記内側排気マニホールドと前記外側排気マニホールドとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項７に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項９】
前記吸気バイパス装置が、前記エンジン本体の運転状態を制御するエンジンコントロールユニットとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントロールユニットを有し、該ターボコントロールユニットが、前記バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部を含む、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項１０】
前記ターボコントロールユニットが、
前記エンジンの運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部と、
前記ターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて前記コンプレッサの作動点を演算する作動点演算部、および前記バイパス弁制御部を含むターボ制御部と、を備え、
前記バイパス弁制御部が、前記作動点演算部で演算される作動点がサージ領域の近傍にある時に、前記バイパス弁の弁開度が大きくなるように制御するよう構成される、
請求項９に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項１１】
前記センサ信号は、前記コンプレッサで圧縮された圧縮空気の過給圧、および前記コンプレッサに流れる吸気流量に関するセンサ信号からなる、
請求項１０に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、エンジン本体を迂回して排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの出力を向上させる技術として、ターボチャージャによって吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給する方法（過給）が知られており、自動車用エンジン等において広く用いられている。特に近年では、排ガス・燃費規制の強化を背景として、低出力域から高出力域までの広範な運転域において過給が行われている。【０００３】
一方、ターボチャージャはその運転状態により過渡的にサージングが発生することがある。ターボチャージャにおけるサージングの発生は、インペラ等の機器類の破損に繋がる恐れがあるため極力防止する必要がある。このため、サージングの発生を回避しながら、コンプレッサの作動範囲を出来るだけ拡大する技術が求められている。【０００４】
サージングの発生を回避しながらコンプレッサの作動範囲を拡大する技術として、例えば特許文献１に示されているように、コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、エンジン本体を迂回して排気タービンの上流に導流する吸気バイパス装置が知られている。
この特許文献１の吸気バイパス装置は、吸気通路におけるコンプレッサの下流と、排気通路における排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、該バイパス通路に設けられた流量調整弁を備えている。この流量調整弁は、コンプレッサの作動点がサージ領域の近傍に入った時に弁開度が大きくなるように制御される。流量調整弁の弁開度が大きくなると、バイパス通路を介して排気タービンの上流に導流される圧縮吸気の流量が増加する。これによりタービン出力が増大し、コンプレッサの作動流量が増大することでサージングが防止されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６４８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の吸気バイパス装置では、エンジンから排出される高温の排気ガスに比較的低温の圧縮吸気が合流し、この圧縮空気が合流した後の排気ガスによって排気タービンが駆動される。このため、排気タービンを駆動する排気ガスのエネルギーが低下し、排気タービンの出力が不足するとの問題があった。【０００７】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、コンプレッサの作動範囲を拡大することが出来るとともに、排気タービンの出力が不足することのない吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムにおいて、
前記エンジンシステムは、
エンジン本体と、前記エンジン本体に吸気を供給するための吸気通路と、前記エンジン本体から排出される排気ガスを流すための排気通路と、
前記エンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーによって駆動する、前記排気通路に配置された排気タービン、及び該排気タービンと同軸駆動する、前記吸気通路に配置されたコンプレッサ、からなるターボチャージャと、
前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、前記エンジン本体を迂回して前記排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置と、を備え、
前記吸気バイパス装置は、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流と、前記排気通路における前記排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路における前記圧縮吸気の流れを制御する、前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための加熱手段と、からなる。【０００９】
上記吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムによれば、吸気バイパス装置がバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱するための加熱手段を備えており、排気タービンの上流に加熱された圧縮吸気が導流されるように構成されている。このため、排気タービンを駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防ぎ、排気タービンの出力が不足するのを防止することが出来る。【００１０】
幾つかの実施形態では、上記加熱手段は、エンジン本体から排出される排気ガスを、バイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱するための熱源として利用するように構成される。【００１１】
このような実施形態によれば、別途ヒーター等の熱源を設けずとも、エンジン本体から排出される排気ガスの熱エネルギーを有効利用することで、バイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。【００１２】
幾つかの実施形態では、上記加熱手段が、バイパス通路の一部区間において、排気タービンのタービンハウジングがバイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。【００１３】
このような実施形態によれば、タービンハウジング内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。しかも、バイパス通路を流れる圧縮吸気によってタービンハウジングを冷却することが出来るため、タービンハウジングに高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来る。【００１４】
上記実施形態において、上記タービンハウジングの少なくとも一部は、板金製の内側ハウジングと、この内側ハウジングを覆う板金製の外側ハウジングとからなる二重構造をなしている。そして、この内側ハウジングと外側ハウジングとで画定される空間が上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間をなしている。【００１５】
このような実施形態によれば、内側ハウジングと外側ハウジングとで画定される空間を上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱とタービンハウジングの冷却とを効率よく行うことが出来る。【００１６】
幾つかの実施形態では、上記エンジンシステムは、エンジン本体から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置をさらに備える。この排気ガス浄化装置は、排気通路の排気タービンよりも下流に配置される。そして上記加熱手段は、バイパス通路の一部区間において、排気ガス浄化装置よりも下流の排気通路がバイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。【００１７】
このような実施形態によれば、排気通路内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。しかも、排気タービンを駆動し、さらには排気ガス浄化装置を通過して触媒を加熱した後の排気ガスの余った熱エネルギーを回収するため、排気タービンの出力や排気ガス浄化装置の浄化性能に影響を与えることなく、圧縮吸気を加熱することが出来る。【００１８】
上記実施形態において、上記排気ガス浄化装置よりも下流側の排気通路の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管と、この内側排気管を覆う外側排気管とからなる二重構造をなしている。そして、上記内側排気管と外側排気管とで画定される空間が上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間をなしている。【００１９】
このような実施形態によれば、内側排気管と外側排気管とで画定される空間を上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、効率よく圧縮吸気を加熱することが出来る。【００２０】
幾つかの実施形態では、上記加熱手段が、バイパス通路の一部区間において、エンジン本体と排気通路とを接続する排気マニホールドがバイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。【００２１】
このような実施形態によれば、排気マニホールド内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路を流れる圧縮吸気を加熱することが出来る。しかも、排気マニホールドを流れる高温の排気ガスと熱交換を行うことで、排気マニホールドおよび排気マニホールドよりも下流の排気通路等に高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来る。【００２２】
上記実施形態において、上記排気マニホールドの少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールドと、この内側排気マニホールドを覆う外側排気マニホールドからなる二重構造をなしている。そして、上記内側排気マニホールドと外側排気マニホールドとで画定される空間が上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間をなしている。【００２３】
このような実施形態によれば、内側排気マニホールドと外側排気マニホールドとで画定される空間を上記実施形態におけるバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱と排気マニホールドの冷却とを効率よく行うことが出来る。【００２４】
幾つかの実施形態では、上記吸気バイパス装置が、エンジン本体の運転状態を制御するエンジンコントロールユニットとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントロールユニットを有する。このターボコントロールユニットは、バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部を含む。【００２５】
昨今のエンジンの高度化に伴って、エンジンコントローラの制御ロジックやハードウェア構成は複雑化の一途をたどっている。このため、バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部をエンジンコントローラに搭載すると、エンジンコントローラの制御ロジックやハードウェア構成がますます複雑となる。また、サージングのような変化の速い過渡現象を複雑な制御ロジックやハードウェア構成を有するエンジンコントローラで制御する場合には、その通信遅れが問題となる可能性がある。
そこで、本実施形態のように、エンジンコントロールユニットとは別体として構成されるターボコントロールユニットにバイパス弁制御部を搭載することで、エンジンコントロールユニットの複雑化を防ぐことが出来る。【００２６】
上記実施形態において、上記ターボコントロールユニットは、過給圧、吸気流量、エンジン回転数、ターボ回転数等の各種エンジンの運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部と、このターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいてコンプレッサの作動点を演算する作動点演算部、および上記バイパス弁制御部を含むターボ制御部と、を備える。そして、上記バイパス弁制御部が、作動点演算部で演算される作動点がサージ領域の近傍にある時に、バイパス弁の弁開度が大きくなるように制御するよう構成される。【００２７】
このような実施形態によれば、ターボコントロールユニット自身がコンプレッサの作動点を演算し、演算した作動点に基づいてバイパス弁の弁開度を制御するため、エンジンコントロールユニットでバイパス弁の弁開度を制御する場合と比べて、通信遅れの影響を回避して迅速にバイパス弁を制御することが出来る。【００２８】
上記実施形態において、上記センサ信号は、コンプレッサで圧縮された圧縮空気の過給圧、およびコンプレッサに流れる吸気流量に関するセンサ信号からなる。【００２９】
このような実施形態によれば、過給圧および吸気流量からコンプレッサの作動点を精度良く演算することが出来る。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、従来よりも効率よくＤＯＣの閉塞を防止し、且つ実際にＤＯＣが閉塞した場合にも確実に閉塞状態から回復させることの出来るＤＰＦ再生制御装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。
【図２】コンプレッサの作動特性を示したコンプレッサマップである。
【図３】ターボＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。
【図５】第２実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。
【図６】第２実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。
【図８】第３実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。
【図９】第３実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。
【図１０】本発明の第４実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。
【図１１】第４実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。
【図１２】第４実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下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、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００３３】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。
図１に示したように、本実施形態のエンジンシステム１は、エンジン本体２と、エンジン本体２の気筒２ａに吸気を供給するための吸気通路４と、エンジン本体２の気筒２ａから排出される排気ガスを流すための排気通路６と、エンジン本体２に供給する吸気を圧縮するためのターボチャージャ１２と、ターボチャージャ１２で圧縮された圧縮吸気の一部を、エンジン本体２を迂回して排気通路６に導流するための吸気バイパス装置２０と、を少なくとも備える。
【００３４】
エンジン本体２は複数の気筒２ａを備えている。エンジン本体２と吸気通路４とは吸気マニホールド５を介して接続されており、この吸気マニホールド５によって吸気通路４を流れる吸気が複数の気筒２ａの各々に分配されるようになっている。また、エンジン本体２と排気通路６とは排気マニホールド７を介して接続されており、この排気マニホールド７によって複数の気筒２ａから排出される排気ガスが排気通路６に集合されるようになっている。
【００３５】
ターボチャージャ１２は、排気通路６に配置された排気タービン８と、排気タービン８とロータによって連結されてこれと同軸駆動する、吸気通路４に配置されたコンプレッサ１０とからなる。そして、エンジン本体２から排出される排気ガスの排気エネルギーによって排気タービン８が駆動し、これによりコンプレッサ１０が同軸駆動することで、吸気通路４を流れる吸気を圧縮するように構成されている。
【００３６】
また、吸気通路４のコンプレッサ１０の上流には、吸気流量を計測するエアフロメータ３１が配置されている。また、吸気通路４のコンプレッサ１０の下流には、圧縮吸気の過給圧を計測する圧力センサ３３が配置されている。
【００３７】
吸気バイパス装置２０は、吸気通路４におけるコンプレッサ１０の下流と、排気通路６における排気タービン８の上流とを接続するバイパス通路１４と、バイパス通路１４に配置されたバイパス弁１６と、バイパス通路１４を流れる圧縮吸気を加熱するための加熱手段１８とからなる。
【００３８】
本実施形態のバイパス弁１６は、吸気通路４から排気通路６に導流する圧縮吸気の流量を制御するための流量制御弁として構成される。このバイパス弁１６の弁開度は、コンプレッサ１０においてサージングが発生しないように、後述するターボＥＣＵ（ターボコントロールユニット）２４によって制御される。なお、本発明においてバイパス弁１６の種類は流量制御弁には限定されない。少なくとも排気通路６から吸気通路４への排気ガスの逆流を防止する事が出来ればよく、例えば逆止弁のようなものであっても構わない。
【００３９】
図２は、コンプレッサの作動特性を示したコンプレッサマップである。同図において、横軸には流量をとり、縦軸にはコンプレッサ１０の流入口と吐出口との圧力比が示されている。図中の符号Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３はコンプレッサ回転数を示している。
図２に示したように、コンプレッサ１０が小流量かつ高圧力比で作動する場合、作動点Ｐ１がサージラインよりも左側に移行してサージ領域に入ってしまうことがある。コンプレッサ１０の作動点（作動ライン）がサージ領域に入ることは、コンプレッサ１０にサージングが発生することを意味する。そこで、コンプレッサ１０の作動点（作動ライン）がサージ領域の近傍にある時にはバイパス弁１６の弁開度を大きくするように制御し、吸気通路４から排気通路６へ導流する圧縮吸気の流量を増加させる。これによりタービン出力が増大し、コンプレッサ１０の作動流量が増大（Ｑ１→Ｑ２）することで作動点Ｐ２がサージ領域から外れる。このようにしてサージングが防止される。
【００４０】
図３は、ターボＥＣＵの機能を説明するためのブロック図である。
ターボＥＣＵ２４は、エンジン本体２の運転状態を制御するエンジンＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２２とは別の独立した制御部２４Ｂおよび信号入力部２４Ａを有する、エンジンＥＣＵ２２とは独立したコントロールユニットである。これらターボＥＣＵ２４およびエンジンＥＣＵ２２は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータとして構成される。
【００４１】
図３に示したように、ターボＥＣＵ２４は、信号入力部２４Ａと、ターボ制御部２４Ｂと、信号出力部２４Ｃとからなる。信号入力部２４Ａには、エアフロメータ３１で計測された吸気流量および圧力センサ３３で計測された過給圧に関する信号が入力される。ターボ制御部２４Ｂは、作動点演算部２４Ｂ１とバイパス弁制御部２４Ｂ２を含む。作動点演算部２４Ｂ１は、信号入力部２４Ａに入力された吸気流量および過給圧より、図２に示したコンプレッサマップからコンプレッサ１０の作動点を演算する。バイパス弁制御部２４Ｂ２は、作動点演算部２４Ｂ１で演算された作動点がサージ領域の近傍にある時に、バイパス弁１６の弁開度が大きくなるようなバイパス弁開度指令値を生成する。この生成されたバイパス弁開度指令値に関する信号は、信号出力部２４Ｃからバイパス弁１６に出力され、これによりバイパス弁１６の弁開度が制御される。
【００４２】
昨今のエンジンの高度化に伴って、エンジンＥＣＵ２２の制御ロジックやハードウェア構成は複雑化の一途をたどっている。このため、バイパス弁１６の弁開度を制御するバイパス弁制御部２４Ｂ２をエンジンＥＣＵ２２に搭載すると、エンジンＥＣＵ２２の制御ロジックやハードウェア構成がますます複雑となる。また、サージングのような変化の速い過渡現象を複雑な制御ロジックやハードウェア構成を有するエンジンＥＣＵで制御する場合には、その通信遅れが問題となる可能性がある。
そこで、本実施形態のように、エンジンＥＣＵ２２とは別体として構成されるターボＥＣＵ２４にバイパス弁制御部２４Ｂ２を搭載することで、エンジンＥＣＵ２２の複雑化を防ぐことが出来る。また、ターボＥＣＵ２４自身がコンプレッサ１０の作動点を演算し、演算した作動点に基づいてバイパス弁１６の弁開度を制御するため、エンジンＥＣＵ２２でバイパス弁１６の弁開度を制御する場合と比べて、通信遅れの影響を回避して迅速にバイパス弁１６を制御することが出来るようになっている。
【００４３】
加熱手段１８は、バイパス通路１４を流れる圧縮吸気を加熱するためのものである。加熱手段１８としては、例えばヒーターなどを設けてこれを熱源として利用してもよく、後述する実施形態のように、エンジン本体２から排出される排気ガスを熱源として利用することも出来る。
【００４４】
このような吸気バイパス装置２０を備えたエンジンシステム１によれば、吸気バイパス装置２０がバイパス通路１４を流れる圧縮吸気を加熱するための加熱手段１８を備えており、排気タービン８の上流に加熱された圧縮吸気が導流されるように構成されている。このため、排気タービン８を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防ぎ、排気タービン８の出力が不足するのを防止することが出来るようになっている。
【００４５】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。本実施形態のエンジンシステム１ａは、上述した加熱手段１８を除いて基本的には上述した実施形態のエンジンシステム１と同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４６】
図５は、第２実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。図５に示す実施形態の加熱手段１８は、バイパス通路１４の一部区間において、排気タービン８のタービンハウジング８Ａがバイパス通路１４の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される。
【００４７】
図５（ａ）に示す実施形態では、タービンハウジング８Ａにおいて、スクロール流路８ｄを形成するスクロール部８ａの外壁面の一部が、バイパス通路１４の内壁面の一部をなしている。この図中の符号１４ａで示すスクロール部８ａの外壁面の一部が、本実施形態の加熱手段１８に相当する。また、図５（ｂ）に示す実施形態では、タービンハウジング８Ａのシュラウド部８ｅの内部に形成された貫通孔によってバイパス通路１４が構成されており、タービンハウジング８Ａのシュラウド部８ｅの内部が、バイパス通路１４の内壁面をなしている。この図中の符号１４ａで示す内壁面の全体が、本実施形態の加熱手段１８に相当する。なお、図中の符号８ｂはハブ、８ｃはインペラ、９はベアリングハウジングである。
【００４８】
このような実施形態によれば、タービンハウジング８Ａ内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路１４を流れる圧縮吸気を加熱することが出来るため、排気タービン８を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防止し、排気タービン８の出力が不足するのを回避することが出来る。しかも、バイパス通路１４を流れる圧縮吸気によってタービンハウジング８Ａを冷却することが出来るため、タービンハウジング８Ａに高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来るようになっている。
【００４９】
図６は、第２実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。図６に示す実施形態では、タービンハウジング８Ａの一部は、スクロール流路８ｄを形成する板金製の内側ハウジング８Ａ１と、この内側ハウジング８Ａ１を覆う板金製の外側ハウジング８Ａ２とからなる二重構造をなしている。そして、この内側ハウジング８Ａ１と外側ハウジング８Ａ２とで画定される空間が上述したバイパス通路１４の一部区間をなしている。すなわち、内側ハウジング８Ａ１の外壁面がバイパス通路１４の内壁面の一部をなしており、この内側ハウジング８Ａ１の外壁面（図中の符号１４ａで示す部分）が、本実施形態の加熱手段１８に相当する。
【００５０】
このような実施形態によれば、内側ハウジング８Ａ１と外側ハウジング８Ａ２とで画定される空間を上述したバイパス通路１４の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱とタービンハウジング８Ａの冷却とを効率よく行うことが出来るようになっている。
【００５１】
＜第３実施形態＞
図７は、本発明の第３実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。本実施形態のエンジンシステム１ｂは、エンジン本体２から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置２６をさらに備えている。この排気ガス浄化装置２６は、排気通路６の排気タービン８よりも下流に配置される。上述した加熱手段１８は、この排気ガス浄化装置２６の下流に配置される。なお、本実施形態のエンジンシステム１ｂは、その他については上述した実施形態と同様な構成を有しており、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５２】
図８は、第３実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。図８に示す実施形態の加熱手段１８は、バイパス通路１４の一部区間において、排気ガス浄化装置２６よりも下流の排気通路６の排気管６ａの外面の一部が、バイパス通路１４の内壁面の一部をなすことで構成される。この図中の符号１４ａで示す排気管６ａの外面の一部が、本実施形態の加熱手段１８に相当する。
【００５３】
このような実施形態によれば、排気通路６内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路１４を流れる圧縮吸気を加熱することが出来るため、排気タービン８を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防止し、排気タービン８の出力が不足するのを回避することが出来る。しかも、排気タービン８を駆動し、さらには排気ガス浄化装置２６を通過して触媒を加熱した後の排気ガスの余った熱エネルギーを回収するため、排気タービン８の出力や排気ガス浄化装置２６の浄化性能に影響を与えることなく、圧縮吸気を加熱することが出来るようになっている。
【００５４】
図９は、第３実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。図９に示す実施形態では、排気ガス浄化装置２６よりも下流側の排気通路６の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管６ｂと、この内側排気管を覆う外側排気管６ｃとからなる二重構造をなしている。そして、これら内側排気管６ｂと外側排気管６ｃとで画定される空間が上述したバイパス通路１４の一部区間をなしている。すなわち、内側排気管６ｂの外面がバイパス通路１４の内壁面の一部をなしており、この内側排気管６ｂの外面（図中の符号１４ａで示す部分）が、本実施形態の加熱手段１８に相当する。
【００５５】
このような実施形態によれば、内側排気管６ｂと外側排気管６ｃとで画定される空間を上述したバイパス通路の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、効率よく圧縮吸気を加熱することが出来るようになっている。
【００５６】
＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の第４実施形態にかかる吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムを示した全体構成図である。本実施形態のエンジンシステム１ｃは、本実施形態のエンジンシステム１ｃは、上述した加熱手段１８を除いて基本的には上述した実施形態のエンジンシステム１と同様な構成を有している。よって、同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
図１１は、第４実施形態の加熱手段の一例を示した概略断面図である。図１１に示す実施形態の加熱手段１８は、バイパス通路１４の一部区間において、排気マニホールド７の外壁面の一部がバイパス通路１４の内壁面の一部をなすことで構成される。この図中の符号１４ａで示す排気マニホールド７の外壁面の一部が、本実施形態の加熱手段１８に相当する。
【００５８】
このような実施形態によれば、排気マニホールド７内を流れる排気ガスの熱エネルギーによってバイパス通路１４を流れる圧縮吸気を加熱することが出来るため、排気タービン８を駆動する排気ガスのエネルギーの低下を防止し、排気タービン８の出力が不足するのを回避することが出来る。しかも、排気マニホールド７を流れる高温の排気ガスと熱交換を行うことで、排気マニホールド７および排気マニホールド７よりも下流の排気通路６等に高価な耐熱材料を用いずとも良くなり、コストダウンを図ることが出来るようになっている。
【００５９】
図１２は、第４実施形態の加熱手段の他の例を示した概略断面図である。図１２に示す実施形態では、排気マニホールド７の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールド７ａと、この内側排気マニホールド７ａを覆う外側排気マニホールド７ｂからなる二重構造をなしている。そして、これら内側排気マニホールド７ａと外側排気マニホールド７ｂとで画定される空間が上述したバイパス通路１４の一部区間をなしている。すなわち、内側排気マニホールド７ａの外面がバイパス通路１４の内壁面の一部をなしており、この内側排気マニホールド７ａの外面（図中の符号１４ａで示す部分）が、本実施形態の加熱手段１８に相当する。
【００６０】
このような実施形態によれば、内側排気マニホールド７ａと外側排気マニホールド７ｂとで画定される空間を上述したバイパス通路１４の一部区間とし、この空間に圧縮吸気を流すことで、圧縮吸気の加熱と排気マニホールド７の冷却とを効率よく行うことが出来るようになっている。
【００６１】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではない。例えば上述した実施形態を組み合わせても良く、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の少なくとも一実施形態は、ターボチャージャを備えるエンジンにおいて、自動車用のみならず、舶用や産業用のエンジンにおいても好適に用いることが出来る。
【符号の説明】
【００６３】
１、１ａ〜１ｃ      エンジンシステム
２                  エンジン本体
２ａ                気筒
４                  吸気通路
５                  吸気マニホールド
６                  排気通路
６ａ                排気管
６ｂ                内側排気管
６ｃ                外側排気管
７                  排気マニホールド
７ａ                内側排気マニホールド
７ｂ                外側排気マニホールド
８                  排気タービン
８Ａ                タービンハウジング
８Ａ１              内側ハウジング
８Ａ２              外側ハウジング
８ａ                スクロール部
８ｂ                ハブ
８ｃ                インペラ
８ｄ                スクロール流路
８ｅ                シュラウド部
９                  ベアリングハウジング
１０                コンプレッサ
１２                ターボチャージャ
１４                バイパス通路
１６                バイパス弁、
１８                加熱手段
２０                吸気バイパス装置
２２                エンジンＥＣＵ
２４                ターボＥＣＵ
２６                排気ガス浄化装置
３１                エアフロメータ
３３                圧力センサ
【図１】
2015052837.tif 000003
【図２】
2015052837.tif 000004
【図３】
2015052837.tif 000005
【図４】
2015052837.tif 000006
【図５】
2015052837.tif 000007
【図６】
2015052837.tif 000008
【図７】
2015052837.tif 000009
【図８】
2015052837.tif 000010
【図９】
2015052837.tif 000011
【図１０】
2015052837.tif 000012
【図１１】
2015052837.tif 000013
【図１２】
2015052837.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月21日(2015.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムにおいて、
前記エンジンシステムは、
エンジン本体と、前記エンジン本体に吸気を供給するための吸気通路と、前記エンジン本体から排出される排気ガスを流すための排気通路と、
前記エンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーによって駆動する、前記排気通路に配置された排気タービン、及び該排気タービンと同軸駆動する、前記吸気通路に配置されたコンプレッサ、からなるターボチャージャと、
前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、前記エンジン本体を迂回して前記排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置と、を備え、
前記吸気バイパス装置は、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流と、前記排気通路における前記排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路における前記圧縮吸気の流れを制御する、前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための、前記バイパス通路における前記バイパス弁の下流側に配置された加熱手段と、からなり、
前記加熱手段は、前記エンジン本体から排出される排気ガスを、前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための熱源として利用するように構成される、
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気タービンのタービンハウジングが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項４】
前記タービンハウジングの少なくとも一部が、板金製の内側ハウジングと、該内側ハウジングを覆う板金製の外側ハウジングとからなる二重構造をなし、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項３に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項５】
前記エンジンシステムが、前記エンジン本体から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置をさらに備え、該排気ガス浄化装置は、前記排気通路の前記排気タービンよりも下流に配置されるとともに、
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気ガス浄化装置よりも下流の前記排気通路が前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置よりも下流側の前記排気通路の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管と、該内側排気管を覆う外側排気管とからなる二重構造をなし、前記内側排気管と前記外側排気管とで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項５に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項７】
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記エンジン本体と前記排気通路とを接続する排気マニホールドが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項８】
前記排気マニホールドの少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールドと、該内側排気マニホールドを覆う外側排気マニホールドからなる二重構造をなし、前記内側排気マニホールドと前記外側排気マニホールドとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項７に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項９】
前記吸気バイパス装置が、前記エンジン本体の運転状態を制御するエンジンコントロールユニットとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントロールユニットを有し、該ターボコントロールユニットが、前記バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部を含む、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項１０】
前記ターボコントロールユニットが、
前記エンジンの運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部と、
前記ターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて前記コンプレッサの作動点を演算する作動点演算部、および前記バイパス弁制御部を含むターボ制御部と、を備え、
前記バイパス弁制御部が、前記作動点演算部で演算される作動点がサージ領域の近傍にある時に、前記バイパス弁の弁開度が大きくなるように制御するよう構成される、
請求項９に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項１１】
前記センサ信号は、前記コンプレッサで圧縮された圧縮空気の過給圧、および前記コンプレッサに流れる吸気流量に関するセンサ信号からなる、
請求項１０に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月6日(2016.9.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステムにおいて、
前記エンジンシステムは、
エンジン本体と、前記エンジン本体に吸気を供給するための吸気通路と、前記エンジン本体から排出される排気ガスを流すための排気通路と、
前記エンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーによって駆動する、前記排気通路に配置された排気タービン、及び該排気タービンと同軸駆動する、前記吸気通路に配置されたコンプレッサ、からなるターボチャージャと、
前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の一部を、前記エンジン本体を迂回して前記排気タービンの上流に導流するための吸気バイパス装置と、を備え、
前記吸気バイパス装置は、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流と、前記排気通路における前記排気タービンの上流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路における前記圧縮吸気の流れを制御する、前記バイパス通路に配置されたバイパス弁と、
前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための、前記バイパス通路における前記バイパス弁の下流側に配置された加熱手段と、からなり、
前記加熱手段は、前記エンジン本体から排出される排気ガスを、前記バイパス通路を流れる前記圧縮吸気を加熱するための熱源として利用するように構成される、
吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項２】
前記熱源として利用される前記排気ガスは、前記エンジン本体から排出された排気ガスを前記エンジン本体に再循環させるためのＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス、以外の排気ガスである
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項３】
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気タービンのタービンハウジングが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項４】
前記タービンハウジングの少なくとも一部が、板金製の内側ハウジングと、該内側ハウジングを覆う板金製の外側ハウジングとからなる二重構造をなし、前記内側ハウジングと前記外側ハウジングとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項３に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項５】
前記エンジンシステムが、前記エンジン本体から排出される排気ガスを浄化するための排気ガス浄化装置をさらに備え、該排気ガス浄化装置は、前記排気通路の前記排気タービンよりも下流に配置されるとともに、
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記排気ガス浄化装置よりも下流の前記排気通路が前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項６】
前記排気ガス浄化装置よりも下流側の前記排気通路の少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気管と、該内側排気管を覆う外側排気管とからなる二重構造をなし、前記内側排気管と前記外側排気管とで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項５に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項７】
前記加熱手段が、前記バイパス通路の一部区間において、前記エンジン本体と前記排気通路とを接続する排気マニホールドが前記バイパス通路の内壁面の少なくとも一部をなすことで構成される、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項８】
前記排気マニホールドの少なくとも一部が、内側に排気ガスが流れる内側排気マニホールドと、該内側排気マニホールドを覆う外側排気マニホールドからなる二重構造をなし、前記内側排気マニホールドと前記外側排気マニホールドとで画定される空間が前記バイパス通路の一部区間をなしている、
請求項７に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項９】
前記吸気バイパス装置が、前記エンジン本体の運転状態を制御するエンジンコントロールユニットとは別に独立した制御部および信号入力部を有するターボコントロールユニットを有し、該ターボコントロールユニットが、前記バイパス弁の弁開度を制御するバイパス弁制御部を含む、
請求項１に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項１０】
前記ターボコントロールユニットが、
前記エンジンの運転状態に関するセンサ信号が入力されるターボ信号入力部と、
前記ターボ信号入力部に入力されるセンサ信号に基づいて前記コンプレッサの作動点を演算する作動点演算部、および前記バイパス弁制御部を含むターボ制御部と、を備え、
前記バイパス弁制御部が、前記作動点演算部で演算される作動点がサージ領域の近傍にある時に、前記バイパス弁の弁開度が大きくなるように制御するよう構成される、
請求項９に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【請求項１１】
前記センサ信号は、前記コンプレッサで圧縮された圧縮吸気の過給圧、および前記コンプレッサに流れる吸気流量に関するセンサ信号からなる、
請求項１０に記載の吸気バイパス装置を備えたエンジンシステム。
【国際調査報告】
2015052837.tif 000015
2015052837.tif 000016
2015052837.tif 000017
2015052837.tif 000018