(57)【要約】【課題】  タービン羽根車の羽根部内と同タービン羽根車の下流側とをバイパスするバイパス通路の開口面積が、排ガスのチョーク現象の発生の抑制のために調整される可変容量型過給機において、そのバイパス通路の開口面積を適切に調整すること。【解決手段】  この可変容量型過給機は、タービン羽根車２３のスロート部Ｔ近傍の排気通路から排ガスの一部をタービン羽根車２３の下流側へバイパスする連通路２１ｅと、連通路２１ｅの開口面積を調整する第３制御弁２９を備えている。この第３制御弁２９の開度は、チョーク現象の発生の有無に大きく依存する吸入空気流量が大きいほどより大きくなるように調整される。これにより、タービン羽根車２３より上流側の排ガスの圧力と下流側の排ガスの圧力との圧力比が臨界圧力比より大きくなることが抑制され得、チョーク現象の発生が抑制され得る。【選択図】  図１
2008169767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン羽根車と、
内部に形成された収容室内に内燃機関から排出された全ての排ガスの前記収容室内への流入により回転可能に前記タービン羽根車を収容するハウジングと、
前記タービン羽根車の回転により回転する前記内燃機関の吸気通路内の空気を圧縮するためのコンプレッサ羽根車と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記タービン羽根車に向けて流入する排ガスの流入口の開口面積である第１開口面積を調整する第１調整手段を備えた可変容量型過給機であって、
前記収容室の内壁における前記タービン羽根車の羽根部を径方向外側から囲う部分に一端が設けられ、前記羽根部内の排ガスの一部を前記タービン羽根車の下流側にバイパスする第１バイパス通路と、
前記第１バイパス通路に介装されて前記第１バイパス通路の開口面積である第２開口面積を調整する第２調整手段と、
を備えていて、
前記第２調整手段は、
前記第２開口面積を、前記吸気通路内の空気の流量が大きいほどより大きくなるように調整するように構成された可変容量型過給機。
【請求項２】
請求項１に記載の可変容量型過給機において、
前記第２調整手段は、
前記吸気通路内の空気の流量が前記羽根部内の排ガスのチョーク現象が発生しない範囲内にある場合、前記第２開口面積を「０」に設定するように構成された可変容量型過給機。
【請求項３】
タービン羽根車と、
内部に形成された収容室内に内燃機関から排出された全ての排ガスの前記収容室内への流入により回転可能に前記タービン羽根車を収容するハウジングと、
前記タービン羽根車の回転により回転する前記内燃機関の吸気通路内の空気を圧縮するためのコンプレッサ羽根車と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記タービン羽根車に向けて流入する排ガスの流入口の開口面積である第１開口面積を調整する第１調整手段を備えた可変容量型過給機であって、
前記収容室の内壁における前記タービン羽根車の羽根部を径方向外側から囲う部分に一端が設けられ、前記羽根部内の排ガスの一部を前記タービン羽根車の下流側にバイパスする第１バイパス通路と、
前記第１バイパス通路に介装されて前記第１バイパス通路の開口面積である第２開口面積を調整する第２調整手段と、
を備えていて、
前記第２調整手段は、
前記第２開口面積を、前記羽根部の下流側の端部より上流側の排ガスの圧力と前記タービン羽根車の下流側の排ガスの圧力との相違の程度が大きいほどより大きくなるように調整するように構成された可変容量型過給機。
【請求項４】
請求項３に記載の可変容量型過給機において、
前記第２調整手段は、
前記相違の程度が前記羽根部内の排ガスのチョーク現象が発生しない範囲内にある場合、前記第２開口面積を「０」に設定するように構成された可変容量型過給機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の可変容量型過給機であって、
前記タービン羽根車の上流側の排ガスの一部を同タービン羽根車の下流側にバイパスする第２バイパス通路と、
前記第２バイパス通路に介装されて前記第２バイパス通路を前記コンプレッサ羽根車により圧縮された空気の圧力が所定の圧力以下の場合遮断し、同空気の圧力が同所定の圧力より大きい場合連通する手段と、
を備えた可変容量型過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量型過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関（以下、単に「機関」と称呼することもある。）の過給機においては、タービン羽根車の上流側の排ガスの圧力（以下、「上流側圧力」と称呼する。）は、タービン羽根車へ向けて流入する排ガス（以下、「タービン流入排ガス」と称呼する。）の質量流量の増大に伴って大きくなる。一方、タービン羽根車の下流側の排ガスの圧力（以下、「下流側圧力」と称呼する。）は、タービン流入排ガスの質量流量の大きさにかかわらず略一定であるため、上流側圧力の下流側圧力に対する割合（以下、「圧力比」と称呼する。）は、タービン流入排ガスの質量流量の増大に伴って大きくなる。また、タービン流入排ガスの体積流量、及びタービン羽根車の羽根部内（特に、羽根部内における排ガスの通路の開口面積が最も小さい部分）から流出する排ガス（以下、「タービン流出排ガス」と称呼する。）の体積流量も、タービン流入排ガスの質量流量の増大に伴って大きくなる。
【０００３】
上記タービン流入排ガスの質量流量の増大により、上記圧力比が所定の値（臨界圧力比）に達すると、タービン流出排ガスの流速が音速に達する。この結果、上記タービン流入排ガスの質量流量が更に増大すると、タービン流出排ガスの流速が音速に維持されて、同タービン流出排ガスの体積流量が増大しなくなる（即ち、タービン流入排ガスの体積流量も増大しなくなる）現象である所謂「チョーク現象」が発生する。
【０００４】
上記チョーク現象が発生している場合、上記タービン流入排ガスの質量流量の増大に対する上記上流側圧力の増加勾配が非常に大きい。このため、上記タービン流入排ガスの質量流量が増大すると、上記上流側圧力が大きく増大し得る。この場合、高温の排ガスが機関の気筒内に残留しやすくなることに起因して、気筒内での混合気の燃焼温度が過度に高くなりノッキングが発生する場合がある。また、新気が気筒に吸入されにくくなり機関の出力が低下する。以上のことから、上記チョーク現象の発生を抑制することが要求される。
【０００５】
係る観点から、過給機として、例えば、タービン羽根車と、内部に形成された収容室内に機関から排出された全ての排ガスの前記収容室内への流入により回転可能に前記タービン羽根車を収容するハウジングと、前記タービン羽根車の回転により回転する前記内燃機関の吸気通路内の空気を圧縮するためのコンプレッサ羽根車と、前記収容室の内壁における前記タービン羽根車の羽根部を径方向外側から囲う部分に一端が設けられ前記羽根部内の排ガスの一部を前記タービン羽根車の下流側にバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に介装されて前記バイパス通路の開口面積を調整する制御弁とを備えたものがあり、下記特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開平８−６１０７６
【０００６】
上記特許文献１に記載されている過給機に係る構成によれば、バイパス通路に介装された制御弁が開かれてバイパス通路が連通されることで、タービン羽根車の羽根部内における排ガスの通路の開口面積が実質的に拡大され、上記上流側圧力が低下する。この結果、上記チョーク現象の発生が抑制され得る。加えて、機関の排ガスが全て前記タービン羽根車へ向けて流入させられる。従って、上記チョーク現象の発生を抑制するためにタービン羽根車の上流側の排ガスの一部をタービン羽根車の下流側にバイパスする場合に比して、排ガスのエネルギーが有効に利用され得る。
【０００７】
ところで、この過給機においては、前記コンプレッサ羽根車により圧縮された空気の圧力（以下、「過給圧」と称呼する。）が所定の圧力Pc以下の範囲内にある場合、前記バイパス通路の開口面積が「０」になり、過給圧が同所定の圧力Pcより大きい場合、前記バイパス通路の開口面積が過給圧が大きいほどより大きくなるように、前記制御弁が制御されるようになっている。このように過給圧に応じて前記バイパス通路の開口面積を調整すると、上述したチョーク現象の発生を抑制する上で、以下に述べる問題が発生する。係る問題について、図７を参照しながら説明する。
【０００８】
図７は、機関の運転速度、上記過給圧、及び吸気通路における空気の質量流量と、上記チョーク現象の発生の有無との関係を示すグラフである。図７から明らかなように、上記過給圧が上記所定の圧力Pcより大きくても、機関の運転速度が小さい場合、上記チョーク現象が発生しない場合がある（例えば、図７の点Ａを参照）。
【０００９】
この場合、上記文献に記載の過給機においては、上記チョーク現象が不発生であるにもかかわらず前記バイパス通路が連通されるため、前記タービン羽根車の羽根内の排ガスの一部がタービン羽根車の下流側へバイパスされてしまう。従って、排ガスのエネルギーが有効に利用され得ないという問題が発生する。
【００１０】
他方、上記過給圧が上記所定の圧力Pc以下であっても、機関の運転速度が大きい場合、上記チョーク現象が発生する場合がある（例えば、図７の点Ｂを参照）。この場合、上記文献に記載の過給機においては、前記バイパス通路が遮断されるため、上記チョーク現象の発生を抑制することができないという問題が発生する。このように、上記文献に記載の過給機においては、上記過給圧のみに応じて前記バイパス通路の開口面積が調整されるため、上記チョーク現象の発生を抑制するために前記バイパス通路の開口面積が適切に調整され得ないという問題があった。
【発明の開示】
【００１１】
従って、本発明の目的は、チョーク現象の発生を抑制するためにバイパス通路の開口面積を適切に調整し得る可変容量型過給機を提供することにある。
【００１２】
本発明に係る第１の可変容量型過給機は、前記タービン羽根車と、前記ハウジングと、前記コンプレッサ羽根車と、前記機関の運転状態に応じて前記タービン羽根車へ向けて流入する排ガス（上記タービン流入排ガス）の流入口の開口面積である第１開口面積を調整する第１調整手段と、前記収容室の内壁における前記タービン羽根車の羽根部を径方向外側から囲う部分に一端が設けられ前記羽根部内の排ガスの一部を前記タービン羽根車の下流側にバイパスする第１バイパス通路と、前記第１バイパス通路に介装されて前記第１バイパス通路の開口面積である第２開口面積を調整する第２調整手段とを備えている。
【００１３】
ここにおいて、「前記第１調整手段」は、例えば、前記第１開口面積を、機関の運転速度が小さいほどより小さくなるように調整する。これにより、機関の運転速度が小さい場合、上記タービン流入排ガスの流速が大きくされ得、上記タービン羽根車の回転速度（即ち、過給圧）が大きくされ得る。従って、機関の低速時のトルク特性を向上することができる。
【００１４】
本発明に係る第１の可変容量型過給機の特徴は、前記第２調整手段が、前記第２開口面積を、前記機関の吸気通路内の空気の流量が大きいほどより大きくなるように調整するように構成されたことにある。ここにおいて、「空気の流量」は、空気の質量流量、空気の体積流量等であってこれらに限定されない。
【００１５】
図７に示すように、上記チョーク現象の発生の有無は、上記空気流量に大きく依存する。従って、上記構成によれば、羽根部内における排ガスの通路の開口面積が、上記チョーク現象の発生の有無に大きく依存する空気の流量（従って、空気の体積流量）に応じて設定される。この結果、チョーク現象の発生を抑制するために前記第２開口面積が適切に調整され得る。
【００１６】
上記本発明に係る第１の可変容量型過給機においては、前記第２調整手段は、前記空気流量が前記羽根部内の排ガスのチョーク現象が発生しない範囲内にある場合、前記第２開口面積を「０」に設定するように構成されることが好適である。これによれば、上記チョーク現象が不発生であるにもかかわらず前記第１バイパス通路が連通されるという問題の発生が回避され得る。
【００１７】
本発明に係る第２の可変容量型過給機は、上記本発明に係る第１の可変容量型過給機が有するものと同じ前記タービン羽根車、前記ハウジング、前記コンプレッサ羽根車、前記第１調整手段、前記第１バイパス通路、及び上記本発明に係る第１の可変容量型過給機とは異なる第２調整手段とを備える。
【００１８】
本発明に係る第２の可変容量型過給機の特徴は、前記第２調整手段が、前記第２開口面積を、前記羽根部の下流側の端部より上流側の排ガスの圧力と前記タービン羽根車の下流側の圧力（上記下流側圧力）との相違の程度が大きいほどより大きくなるように調整するように構成されたことにある。
【００１９】
ここにおいて、「前記羽根部の下流側の端部より上流側の排ガスの圧力」は、例えば、隣り合う羽根とハウジングの収容室の内壁とから形成される排ガスの通路における排ガスの圧力、前記タービン羽根車より上流側の排ガスの圧力（上記上流側圧力）等であって、これらに限定されない。また、「前記相違の程度」は、例えば、前記羽根部の下流側の端部より上流側の排ガスの圧力と上記下流側圧力との差圧、前記羽根部の下流側の端部より上流側の排ガスの圧力の上記下流側圧力に対する割合等であって、これらに限定されない。
【００２０】
上述のように、上記チョーク現象の発生の有無は、前記圧力の相違の程度に大きく依存する。従って、上記構成によれば、羽根部内における排ガスの通路の開口面積が、上記チョーク現象の発生の有無に大きく依存する前記圧力の相違の程度に応じて設定される。従って、これによっても、チョーク現象の発生を抑制するために前記第２開口面積が適切に調整され得る。
【００２１】
上記本発明に係る第２の可変容量型過給機においては、前記第２調整手段が、前記圧力の相違の程度が前記羽根部内の排ガスのチョーク現象が発生しない範囲内にある場合、前記第２開口面積を「０」に設定するように構成されることが好適である。これによっても、上記チョーク現象が不発生であるにもかかわらず前記バイパス通路が連通されるという問題の発生が回避され得る。
【００２２】
上記本発明に係る第１、第２の可変容量型過給機においては、前記タービン羽根車の上流側の排ガスの一部を同タービン羽根車の下流側にバイパスする第２バイパス通路と、前記第２バイパス通路に介装されて前記第２バイパス通路を前記コンプレッサ羽根車により圧縮された空気の圧力（上記過給圧）が所定の圧力以下の場合遮断し同過給圧が同所定の圧力より大きい場合連通する手段とを備えることが好適である。
【００２３】
これにより、上記過給圧が所定の圧力より大きくなった場合、前記タービン羽根車の上流側の排ガスの一部が同タービン羽根車の下流側にバイパスされる。この結果、上記過給圧の過度の増大が抑制され得る。なお、この場合、前記第２バイパス通路の開口面積は、上記過給圧に応じて調整される。一方、上述のように、前記第１バイパス通路における第２開口面積は、上記過給圧とは異なり前記空気の流量、又は、前記圧力の相違の程度に応じて調整される。換言すれば、前記第２バイパス通路の連通・遮断は、前記第１バイパス通路における第２開口面積の調整とは独立して実行される。
【００２４】
従って、前記第２バイパス通路の開口面積、及び前記第２開口面積が共に前記空気の流量に応じて調整される場合に比して、過給圧の過度の増大を抑制するために前記第２バイパス通路の開口面積がより適切に調整され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明による可変容量型過給機の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る可変容量型過給機の概略構成を示している。この可変容量型過給機は、連結部１０を介して互いに連結されたタービン部２０とコンプレッサ部３０にて構成されている。
【００２７】
連結部１０は、ベアリングハウジング１１と、ベアリングハウジング１１内にて軸受１３を介して回転可能に支持されたシャフト１５とを備えていて、シャフト１５は左右の各端部をベアリングハウジング１１から突出させている。シャフト１５の一端側はタービン部２０を構成するタービンハウジング２１内に臨み、かつ、シャフト１５の他端側はコンプレッサ部３０を構成するコンプレッサハウジング３１内に臨んでいる。シャフト１５の一端側には、タービン部２０を構成するタービン羽根車２３が一体回転可能かつ同軸的に固着され、かつ、シャフト１５の他端側には、コンプレッサ部３０を構成するコンプレッサ羽根車３３が一体回転可能かつ同軸的に組付けられている。
【００２８】
タービン部２０は、タービンハウジング２１と、タービンハウジング２１の収容室内に収容されるタービン羽根車２３と、タービン羽根車２３をバイパスするウェストゲート通路（第２バイパス通路）２５とを備えているもので、タービンハウジング２１は連結部１０を構成するベアリングハウジング１１の一側に取付けられている。タービン羽根車２３は、ベアリングハウジング１１の一側を貫通してタービンハウジング２１内に臨むシャフト１５の一端側に一体回転可能かつ同軸的に固着されていて、タービンハウジング２１内に形成されている排気通路に配設されている。また、タービン羽根車２３は、複数のタービン羽根２３ａを備え、隣り合うタービン羽根２３ａの間に排気通路が形成されている。この排気通路の開口面積は、排ガスの流れる方向に沿って順次縮小され、タービン羽根２３ａの下流側端部（即ち、タービン羽根２３ａ内の排気通路の出口）であるスロート部Ｔで最小となるように形成されている。ウェストゲート通路２５は、タービン羽根車２３より上流側の排気通路とタービン羽根車２３より下流側の排気通路とを連通するように配設されている。
【００２９】
タービンハウジング２１は、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂとを備え、排気導入口２１ａと排気排出口２１ｂ間が排気通路に形成されており、同排気通路におけるタービン羽根車２３より上流側が渦巻状のスクロール部２１ｃに形成されている。スクロール部２１ｃは、スクロール部２１ｃ内の排気通路の容積を等分する区画壁２１ｃ１を備え、スクロール部２１ｃ内の排気通路が、区画壁２１ｃ１により第１スクロール排気通路２１ｃ２、及び第２スクロール排気通路２１ｃ３に区画されている。
【００３０】
更に、タービンハウジング２１は、収容室の内壁におけるタービン羽根車２３を径方向外側から囲う部分にタービン羽根車２３と同軸的に形成されたリング状の溝部２１ｄと、溝部２１ｄの下流側の端面の一部とタービン羽根車２３より下流側の排気通路とを連通する連通路２１ｅとを備えている。溝部２１ｄと連通路２１ｅは、前記第１バイパス通路を構成している。溝部２１ｄの下流側の端面は、スロート部Ｔ近傍であって、スロート部Ｔよりも上流側に対応する収容室の内壁の位置に形成されている。即ち、前記第１バイパス通路の一端は、タービンハウジング２１の収容室の内壁におけるタービン羽根２３ａの下流側端部に対応する位置に形成されている。
【００３１】
また、タービン部２０は、第２スクロール排気通路２１ｃ３に介装されるバタフライ式の第１制御弁２７（前記第１調整手段の一部）と、ウェストゲート通路２５に介装されるバタフライ式の第２制御弁２８と、連通路２１ｅに介装される、バタフライ式の第３制御弁２９（前記第２調整手段の一部）とを備えている。
【００３２】
第１制御弁２７、第２制御弁２８、及び第３制御弁２９は、第２スクロール排気通路２１ｃ３、ウェストゲート通路２５、及び連通路２１ｅにそれぞれ回転可能に支持され、第１制御弁２７、第２制御弁２８、及び第３制御弁２９のアクチュエータ２７ａ,２８ａ,２９ａにより駆動されることで、図１の実線で示される位置（通路遮断）から図１の２点鎖線で示される位置（最大開度での通路連通）までの間で開度が調整されるようになっている。即ち、第２スクロール排気通路２１ｃ３の開口面積（従って、スクロール部２１ｃ内の排気通路の開口面積（前記第１開口面積））、ウェストゲート通路２５の開口面積、及び連通路２１ｅの開口面積（前記第２開口面積）を可変とするようになっている。
【００３３】
コンプレッサ部３０は、コンプレッサハウジング３１と、コンプレッサハウジング３１内に収容されるコンプレッサ羽根車３３を備えているもので、コンプレッサハウジング３１は連結部１０を構成するベアリングハウジング１１の他側に取付けられている。コンプレッサ羽根車３３は、ベアリングハウジング１１の他側を貫通してコンプレッサハウジング３１内に臨むシャフト１５の他端側に一体回転可能かつ同軸的に組付けられていて、コンプレッサハウジング３１内に形成されている吸気通路に収容されている。
【００３４】
コンプレッサハウジング３１は、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂを備え、コンプレッサ導入口３１ａとコンプレッサ排出口３１ｂ間が吸気通路に形成されており、同吸気通路におけるコンプレッサ羽根車３３の配設位置より下流側が渦巻状のスクロール部３１ｃに形成されている。
【００３５】
一方、この可変容量型過給機は、コンプレッサ羽根車３３より上流側の吸気通路に配設されたエアフローメータ４１、コンプレッサ羽根車３３より下流側の吸気通路に配設された圧力センサ４３、第１制御弁の開度を検出する第１制御弁開度センサ４５、第２制御弁の開度を検出する第２制御弁開度センサ４７、及び第３制御弁の開度を検出する第３制御弁開度センサ４９を備えている。
【００３６】
エアフローメータ４１は、周知の熱線式エアフローメータにより構成されており、吸気通路を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量（吸入空気流量Ga）に応じた電圧を出力するようになっている。圧力センサ４３は、コンプレッサ羽根車３３により圧縮された吸気通路内における空気の圧力（過給圧P）を検出し、過給圧Pを表す信号を出力するようになっている。第１制御弁開度センサ４５、第２制御弁開度センサ４７、及び第３制御弁開度センサ４９は、第１制御弁２７の開度TA1、第２制御弁２８の開度TA2、及び第３制御弁２９の開度TA3をそれぞれ検出し、TA1,TA2,TA3を表す信号をそれぞれ出力するようになっている。センサ４１〜４９、及び図示しない機関の運転速度NEを検出し運転速度NEを表す信号を出力するクランクポジションセンサ５１からの信号は、電気制御装置ＥＣＵに送信され、電気制御装置ＥＣＵは駆動信号を第１制御弁２７、第２制御弁２８、及び第３制御弁２９のアクチュエータ２７ａ,２８ａ,２９ａに送出するようになっている。
【００３７】
上記のように構成された可変容量型過給機は、図示しない機関から排出された全ての排ガスを、タービン部２０を構成するタービンハウジング２１の排気導入口２１ａを通して排気通路に導入することにより作動し、コンプレッサ部３０において設定された過給圧Pを発生させ、この過給圧Pの空気を機関の吸入口に供給する。
【００３８】
この際、第１制御弁２７の開度の目標値TA1tは、機関の運転速度NEが小さいほどより小さくなるように決定され、第１制御弁２７は、開度TA1が目標値TA1tに一致するようにＰＩＤ制御されるようになっている。これにより、運転速度NEが小さい場合、第２スクロール排気通路２１ｃ３（即ち、スクロール部２１ｃ内における排気通路）の開口面積が小さく設定され、タービン羽根車２３に向けて流入する排ガスの流速が大きくされ得、タービン羽根車２３の回転速度（即ち、過給圧P）が大きくされ得る。従って、機関の低速時のトルク特性を向上することができる。
【００３９】
第２制御弁２８の開度の目標値TA2tは、過給圧Pが大きいほどより大きくなるように決定され、第２制御弁２８は、開度TA2が目標値TA2tに一致するようにＰＩＤ制御されるようになっている。これにより、過給圧Pが大きいほど、タービン羽根車２３の上流側の排ガスの一部が同タービン羽根車２３の下流側にバイパスされる程度が大きくなる。この結果、過給圧Pの過度の増大が抑制され得る。
【００４０】
第３制御弁２９の開度の目標値TA3tは、吸入空気流量Gaと、図２によりグラフにより示した吸入空気流量Gaと第３制御弁２９の開度の目標値TA3tとの関係を規定するテーブルMapTA3t(Ga)とに基づいて決定され、第３制御弁２９は、開度TA3が目標値TA3tに一致するようにＰＩＤ制御されるようになっている。以下、第３制御弁２９の吸入空気流量Gaに応じた調整に係る作用・効果について詳述する。
【００４１】
タービン羽根２３ａの上流側端部よりも上流側であって、スクロール部２１ｃの所定の位置における排ガスの圧力（以下、「上流側圧力」と称呼する。）のスロート部Ｔより下流側の所定の位置における排ガスの圧力（以下、「下流側圧力」と称呼する。）に対する割合である圧力比が臨界圧力比に達すると、排気通路のうち最も開口面積が小さいスロート部Ｔにおいて上述したチョーク現象が発生する。上流側圧力は、吸入空気流量Gaの増大に伴って大きくなる一方、下流側圧力は、吸入空気流量Gaにかかわらず略一定である。
【００４２】
このため、上記圧力比は、吸入空気流量Gaの増大に伴って大きくなる。従って、連通路２９ｅが遮断されている場合、吸入空気流量Gaが臨界圧力比に対応する値Ga1に達すると、スロート部Ｔにおけるチョーク現象が発生する（図７を参照）。即ち、スロート部Ｔにおけるチョーク現象の発生の有無は、吸入空気流量Gaに大きく依存する。
【００４３】
ここで、連通路２９ｅが連通されると、タービン羽根２３ａ内の排気通路を流れる排ガスの一部が、スロート部Ｔ近傍から溝部２１ｄ、及び連通路２１ｅを介してタービン羽根車２３の下流側へバイパスされる。即ち、スロート部Ｔ近傍の排気通路の実質的な開口面積（即ち、スロート部Ｔにおける排気通路の開口面積と連通路２１ｅの開口面積の和）が拡大されて、上記圧力比が小さくなる。このように、連通路２１ｅが連通されることで、上記圧力比が上記臨界圧力比以下に抑制され得る。
【００４４】
ここで、できる限り過給圧P（即ち、タービン羽根車２３の回転速度）を大きくするという観点から、上記圧力比が上記臨界圧力比より大きい値とならない範囲でできるだけ大きい値に維持されることが好ましい。即ち、吸入空気流量Gaが上記値Ga1より大きい値である範囲内では、圧力比の低下する程度が小さくされることが好ましい。そこで、前記第２調整手段は、前記吸気通路内の空気の流量が前記羽根部内の排ガスのチョーク現象が発生する範囲内にある場合、前記第２開口面積を、前記圧力の相違の程度が臨界圧力比に相当する値に維持されるように調整する。
【００４５】
より具体的には、この装置においては、上記テーブルMapTA3t(Ga)により、吸入空気流量Gaが上記値Ga1より大きい値である範囲内では、第３制御弁２９の開度の目標値TA3tが、吸入空気流量Gaが大きいほどより大きい値であって、且つ、上記圧力比が臨界圧力比に維持されるように設定される（図２を参照）。これにより、吸入空気流量Gaが上記値Ga1より大きい場合において、スロート部Ｔにおけるチョーク現象の発生が抑制されつつ、上記圧力比が臨界圧力比に維持されることで過給圧Pが大きくされ得る。
【００４６】
以上、説明したように、本発明による可変容量型過給機の第１実施形態によれば、タービン羽根２３ａ内の排気通路を流れる排ガスの一部をタービン羽根車２３の下流側にバイパスする連通路２１ｅの開口面積が、スロート部Ｔにおけるチョーク現象の発生の有無に大きく依存する吸入空気流量Gaに応じて調整される。これにより、スロート部Ｔにおけるチョーク現象の発生を抑制するために連通路２１ｅの開口面積が適切に調整され得る。
【００４７】
また、本実施形態の構成に代えて、例えば、溝部２１ｄがタービン羽根２３ａの上流側の端部近傍に形成される構成が考えられる。一方、排ガスのエネルギーからタービン羽根車２３の回転のためのエネルギーへの変換の大部分は、タービン羽根２３ａの上流側の端部近傍にて実行される。従って、上記構成において、連通路２１ｅが連通されると、上述したエネルギーの変換が十分に実行される前にタービン羽根２３ａの排気通路を流れる排ガスの一部がバイパスされる。このため、過給圧P（即ち、タービン羽根車２３の回転速度）を大きくすることが困難となる。これに対し、本実施形態の構成のように溝部２１ｄがスロート部Ｔ近傍に形成されることで、上述したエネルギーの変換が十分に実行された後に、上記排ガスの一部がバイパスされる。これにより、スロート部Ｔにおけるチョーク現象の発生が抑制されつつ、過給圧Pが大きくされ得る。
【００４８】
また、吸入空気流量Gaが上記値Ga1以下である場合、スロート部Ｔにおけるチョーク現象が不発生であるので、排ガスのエネルギーを有効に利用する観点から、連通路２１ｅが遮断されることが好ましい。このことから、上記テーブルMapTA3t(Ga)により、吸入空気流量Gaが上記値Ga1以下である範囲内では、第３制御弁２９の開度の目標値TA3tが、吸入空気流量Gaの大きさにかかわらず「０」に維持される（図２を参照）。この結果、スロート部Ｔにおけるチョーク現象が不発生であるにもかかわらず連通路２１ｅが連通されることが回避され得る。従って、排ガスのエネルギーが有効に利用され得ないという問題の発生が回避され得る。
【００４９】
加えて、上述のように、ウェストゲート通路２５の開口面積は、過給圧Pに応じて調整される。換言すれば、ウェストゲート通路２５の開口面積の調整は、連通路２１ｅの開口面積の調整とは独立して実行される。従って、ウェストゲート通路２５の開口面積、及び連通路２１ｅの開口面積が共に吸入空気流量Gaに応じて調整される場合に比して、過給圧Pの過度の増大を抑制するためにウェストゲート通路２５の開口面積がより適切に調整され得る。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る可変容量型過給機について説明する。この第２実施形態は、連通路２１ｅの開口面積を、スクロール部２１ｃの所定の位置における排ガスの圧力（上記上流側圧力）とスロート部Ｔより下流側の所定の位置における排ガスの圧力（上記下流側圧力）との差圧ΔPに応じて調整する点においてのみ、吸入空気流量Gaに応じて調整していた上記第１実施形態と異なる。以下、係る相違点のみについて、タービン部２０の拡大図である図３、及び上記差圧ΔPと連通路２１ｅの開口面積との関係を示す図である図４を参照しながら説明する。図３において、上述した図１に示した部材、部位と同じ部材、部位、或いは等価な部材、部位については、図１に示した符号と同じ符号を付してそれらの説明に代える。
【００５１】
この可変容量型過給機は、タービンハウジング２１に固着された差圧アクチュエータ６０を備える。この差圧アクチュエータ６０は、ケーシング６１と、ケーシング６１の内部空間を第１圧力室６１ａ、第２圧力室６１ｂの２つの空間に画成するダイヤフラム６３と、一端がダイヤフラム６３に連結されケーシング６１と相対移動可能に組み付けられた弁体６５と、第２圧力室６１ｂにおいてケーシング６１とダイヤフラム６３との間に介装され弁体６５をダイヤフラム６３を介して閉弁方向に付勢するスプリング６７（付勢手段）と、第１スクロール排気通路２１ｃ２と第１圧力室６１ａとを連通する第１連通管６１ａ１と、タービン羽根２３ａのスロート部Ｔよりも下流側の排気通路と第２圧力室６１ｂとを連通する第２連通管６１ｂ１とを備えている。
【００５２】
特に、スプリング６７は、その初期荷重（図５の実線で示した状態であって、差圧ΔPが「０」の状態での荷重）が、圧力比が上記臨界圧力比と等しい場合（以下、「チョーク発生開始状態」と称呼する。）における差圧ΔPである値ΔP1とダイヤフラム６３の受圧面積との積で表される力と等しい値となるように設計されている。
【００５３】
従って、差圧ΔPが上記値ΔP1より大きい値である場合、弁体６５が開弁される。この場合、連通路２１ｅの開口面積が、差圧ΔPが大きいほど大きくなる（図４を参照）。これにより、上述したように、弁体６５が閉弁している場合より上記圧力比が小さくされ得、差圧ΔPが上記値ΔP1から乖離する程度が小さくされ得る。
【００５４】
一方、差圧ΔPが上記値ΔP1以下である場合、弁体６５は閉弁され連通路２１ｅは遮断される（図４を参照）。これにより、スロート部Ｔにおけるチョーク現象が不発生であるにもかかわらず連通路２１ｅが連通されることが回避され得、排ガスのエネルギーが有効に利用され得ないという問題の発生が回避され得る。
【００５５】
以上、説明したように、本発明による可変容量型過給機の第２実施形態によれば、差圧ΔPが、上記チョーク発生開始状態における差圧ΔPである値ΔP1以上の範囲内では、連通路２１ｅの開口面積が、上記差圧ΔPが大きいほどより大きい値になるように調整される。これにより、差圧ΔPが上記値ΔP1以上である場合、差圧ΔPが同値ΔP1から乖離する程度が小さくされ得る。この結果、上記上流側圧力が非常に大きくなることが抑制され得、上述したチョーク現象の発生に起因するノッキングの発生や、機関の出力低下が抑制され得る。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る可変容量型過給機について説明する。この第３実施形態は、後に詳述するように、差圧ΔPにおける上流側圧力として溝部２１ｄの排ガスの圧力が用いられる点において、上記第２実施形態と異なる。以下、係る相違点のみについて、タービン部２０の拡大図である図５、及び上記差圧ΔPと連通路２１ｅの開口面積との関係を示す図である図６を参照しながら説明する。図５において、上述した図３に示した部材、部位と同じ部材、部位、或いは等価な部材、部位については、図３に示した符号と同じ符号を付してそれらの説明に代える。
【００５７】
上記第２実施形態においては、第１連通管６１ａ１が、第１スクロール排気通路２１ｃ２と第１圧力室６１ａとを連通するように構成されていたが、これに代えて、溝部２１ｄと第１圧力室６１ａとを連通する（即ち、差圧ΔPにおける上流側圧力として溝部２１ｄの排ガスの圧力が用いられる）ように構成されることも考えられる（以下、この構成を「変形構成」と称呼する。）。この場合、溝部２１ｄの下流側端面がスロート部Ｔの近傍に形成されているから、上記チョーク発生開始状態における差圧が微小となる。このため、スプリング６７の初期荷重も微小とする必要がある。
【００５８】
ところで、差圧ΔPは、吸入空気流量Gaが大きいほど大きくなる。一方、吸入空気流量Gaは、機関の運転状態に応じて変動したり、外乱により変動する。このため、上記差圧ΔPも、この吸入空気流量Gaの変動に応じて所定の変動幅をもって変動する。上述した構成においては、吸入空気流量Gaの変動による差圧ΔPの変動の変動幅が、上記微小なチョーク発生開始状態における差圧ΔPよりも大きくなる場合が発生し得る。この場合、上記差圧ΔPの変動に起因して、チョーク現象が発生していないにもかかわらず、弁体６５が開弁してしまうという問題が発生する。
【００５９】
このことを回避するためには、上記チョーク発生開始状態における差圧ΔPが吸入空気流量Gaの変動による差圧ΔPの変動の変動幅より十分に大きい必要がある。換言すれば、溝部２１ｄの下流側端面から下流側圧力を導入する位置までの距離が大きい必要がある。係る知見に基づき、この第３実施形態においては、溝部２１ｄが、上記第２実施形態における溝部２１ｄよりも上流側に形成され、第１連通管６１ａ１が、その溝部２１ｄと第１圧力室６１ａとを連通するようになっている。
【００６０】
これにより、チョーク発生開始状態における差圧ΔPが、上記変動幅よりも十分に大きい値ΔP2（＜上記値ΔP1）となり、スプリング６７の初期荷重を同値ΔP2に対応する荷重に設定することができる。従って、図４に対応する図６にグラフにより示した連通路２１ｅの開口面積と差圧ΔPとの関係のように、差圧ΔPが上記値ΔP2より小さい場合、連通路２１ｅの開口面積は「０」に維持される。この結果、上記差圧ΔPの変動に起因して、チョーク現象が発生していないにもかかわらず、弁体６５が開弁してしまうという問題を回避することができる。
【００６１】
以上、説明したように、本発明による可変容量型過給機の第３実施形態によれば、上記第２実施形態と同様、差圧ΔPが、上記チョーク発生開始状態における差圧ΔPである値ΔP2以上の範囲内では、連通路２１ｅの開口面積が、上記差圧ΔPが大きいほどより大きい値になるように調整される。これにより、差圧ΔPが上記値ΔP2以上である場合、差圧ΔPが同値ΔP2から乖離する程度が小さくされ得る。この結果、上記上流側圧力が非常に大きくなることが抑制され得、上述したチョーク現象の発生に起因するノッキングの発生や、機関の出力低下が抑制され得る。加えて、上記変形構成に比して、吸入空気流量Gaの変動による差圧ΔPの変動に起因する不必要な弁体６５の開弁をより確実に回避することができる。
【００６２】
本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第２、３実施形態においては、第１連通管６１ａ１、及び第２連通管６１ｂ１から導入される圧力の差圧ΔPに応じて、差圧アクチュエータ６０により連通路２１ｅの開口面積を機械的に調整していたが、これに代えて、第１実施形態と同じ連通路２１ｅの開口面積を調整するバタフライ式の制御弁と、そのアクチュエータを備え、タービン羽根２３ａの下流側の端部であるスロート部Ｔよりも上流側の排気通路の所定の位置と、スロート部Ｔよりも下流側の排気通路の所定の位置とに排ガスの圧力を検出する圧力センサを配設し、それらの検出値から取得される差圧ΔPに応じて、同制御弁の開度を電気的に調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変容量型過給機を示す概略図である。
【図２】図１に示した可変容量型過給機が備える電気制御装置のＣＰＵが参照する第３制御弁の開度の目標値と、吸入空気流量との関係を規定するテーブルを示したグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る可変容量型過給機が備えるタービン部の拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る可変容量型過給機が備える連通路の開口面積と、第１スクロール排気通路における排ガスの圧力とタービン羽根車より下流側の排ガスの圧力の差圧との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る可変容量型過給機が備えるタービン部の拡大図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る可変容量型過給機が備える連通路の開口面積と、溝部における排ガスの圧力とタービン羽根車より下流側の排ガスの圧力の差圧との関係を示したグラフである。
【図７】従来技術に係る過給機における、機関の吸気通路における空気の圧力、機関の運転速度、及び機関の吸気通路における空気の質量流量の関係と、チョーク現象の発生の有無を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６４】
２０…タービン部、２１…タービンハウジング、２１ｃ２…第１スクロール排気通路、２１ｃ３…第２スクロール排気通路、２１ｄ…溝部、２１ｅ…連通路、２３…タービン羽根車、２３ａ…タービン羽根、２５…ウェストゲート通路、２７…第１制御弁、２７ａ…第１制御弁アクチュエータ、２８…第２制御弁、２８ａ…第２制御弁アクチュエータ、２９…第３制御弁、２９ａ…第３制御弁アクチュエータ、３０…コンプレッサ部、３３…コンプレッサ羽根車、４１…エアフローメータ、４３…圧力センサ、４５…第１制御弁開度センサ、４７…第２制御弁開度センサ、４９…第３制御弁開度センサ、５１…クランクポジションセンサ、６０…差圧アクチュエータ、６１…ケーシング、６１ａ…第１圧力室、６１ｂ…第２圧力室、６１ａ１…第１連通管、６１ｂ１…第２連通管、６３…ダイヤフラム、６５…弁体、６７…スプリング、ＥＣＵ…電気制御装置
【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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