(57)【要約】【課題】電動過給機の過回転を効率良く抑制する。【解決手段】電動過給機２００は、エンジンから排出される排気ガスによって駆動されるタービン２０４と、タービン２０４により駆動され、エンジンに吸入される空気を圧縮するコンプレッサ２０２と、コンプレッサ２０２を駆動する回転電機と、シャフト２１０の回転上昇を抑制する単動シリンダ２２６とブレーキシュー２２８とから構成される制動機構を含む。制動機構は、シャフト２１０の回転数の上昇に伴なって上昇するタービン２０４における排気の圧力に基づく制動力を用いて回転上昇を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気によって駆動されるタービンと、
前記タービンにより駆動され、前記内燃機関に吸入される空気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサを駆動する回転電機と、
前記タービン、前記コンプレッサおよび前記回転電機のうちのいずれかの回転軸の回転上昇を抑制するための抑制手段とを含み、
前記抑制手段は、前記回転数の上昇に伴なって上昇する前記コンプレッサにおける空気および前記タービンにおける排気のいずれかの気体の圧力に基づく制動力を用いて前記上昇を抑制するための手段を含む、電動過給機。
【請求項２】
前記電動過給機は、
コンプレッサ室およびタービン室のいずれかから前記抑制手段に前記気体を供給する供給通路と、
前記供給通路に設けられ、前記通路を開閉するための開閉手段とをさらに含む、請求項１に記載の電動過給機。
【請求項３】
前記電動過給機は、
前記電動過給機の作動状態を検知するための検知手段と、
前記検知された作動状態に応じて、前記開閉手段を制御するための制御手段とをさらに含む、請求項２に記載の電動過給機。
【請求項４】
前記検知手段は、前記供給通路に供給される気体の圧力を検知するための圧力検知手段を含み、
前記制御手段は、
前記検知された圧力が予め定められた第１の圧力よりも大きいと、前記通路が閉じるように前記開閉手段を制御するための手段と、
前記検知された圧力が第１の圧力以下の第２の圧力よりも小さいと、前記通路が開くように前記開閉手段を制御するための手段とを含む、請求項３に記載の電動過給機。
【請求項５】
前記電動過給機は、前記供給通路に設けられ、前記気体の圧力を保持するための保持手段をさらに含む、請求項２に記載の電動過給機。
【請求項６】
前記保持手段は、前記開閉手段と前記コンプレッサおよび前記タービンのいずれかとの間に設けられ、前記通路を開閉することにより圧力を保持するための蓄圧手段を含み、
前記電動過給機は、
前記蓄圧手段と前記保持手段との間の空間における気体の圧力を検知するための蓄圧検知手段と、
前記検知された圧力が予め定められた圧力よりも小さいと、前記通路が開くように前記蓄圧手段を制御するための手段と、
前記検知された圧力が予め定められた圧力以上になると、前記通路が閉じるように前記蓄圧手段を制御するための手段とをさらに含む、請求項５に記載の電動過給機。
【請求項７】
前記電動過給機は、
前記電動過給機の作動状態を検知するための検知手段と、
前記検知された作動状態に応じて、前記開閉手段を制御するための制御手段とをさらに含む、請求項５または６に記載の電動過給機。
【請求項８】
前記検知手段は、前記供給通路に供給される気体の圧力を検知するための圧力検知手段を含み、
前記制御手段は、前記検知された圧力が予め定められた圧力よりも大きくなると、前記通路が開くように前記開閉手段を制御するための手段を含む、請求項７に記載の電動過給機。
【請求項９】
前記電動過給機は、
前記コンプレッサおよび前記タービンのいずれかから前記抑制手段に前記気体を供給する供給通路と、
前記抑制手段と前記供給通路とに接続し、気体を前記コンプレッサおよび前記タービンのいずれかの下流側にバイパスするバイパス通路と、
前記供給通路が、前記バイパス通路と前記抑制手段とのうちのいずれかと連通するように切り換えるための切換手段とをさらに含む、請求項１に記載の電動過給機。
【請求項１０】
前記電動過給機は、
前記電動過給機の作動状態を検知するための検知手段と、
前記検知された作動状態に応じて、前記切換手段を制御するための切換制御手段とをさらに含む、請求項９に記載の電動過給機。
【請求項１１】
前記検知手段は、前記コンプレッサ、前記タービンおよび前記回転電機のうちのいずれかの回転数を検知するための手段を含み、
前記切換制御手段は、
前記検知された回転数が予め定められた回転数以上になると、前記供給通路と前記抑制手段とが連通するように前記切換手段を制御するための手段と、
前記検知された回転数が予め定められた回転数よりも小さいと、前記供給通路と前記バイパス通路とが連通するように前記切換手段を制御するための手段とを含む、請求項１０に記載の電動過給機。
【請求項１２】
前記抑制手段は、
前記コンプレッサ、前記タービンおよび前記回転電機の回転軸に対向するように設けられるブレーキシューと、
前記コンプレッサおよび前記タービンのいずれかから供給される気体の圧力に応じて前記ブレーキシューを前記回転軸に押し付けるシリンダとを含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の電動過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動過給機に関し、特に、電動過給機の過回転を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に設けられる過給機として、排気タービン駆動式の過給機が実用化されている。排気タービン駆動式の過給機は、排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、それと直結したコンプレッサで吸入空気を圧縮してエンジンに供給するものである。このような過給機として、内燃機関の低回転域において排気エネルギが小さいことから、回転電機を用いて、低回転域の過給圧を強制的に上昇させる電動過給機が公知である。
【０００３】
たとえば、特開平１１−１８２２５９号公報（特許文献１）は、回転軸の回転数を許容回転数以下に的確に抑える回転電機付ターボチャージャを開示する。この回転電機付ターボチャージャは、ハウジングと、ハウジング内にエンジンの排気エネルギにより回転可能に配設されるタービンロータと、ハウジングに回転可能に支持され、その一端にタービンロータが固定される回転軸と、回転軸の他端に固定され、ハウジング内に回転可能に収容されるコンプレッサロータと、回転軸上に固設される回転子、回転子と所定の小隙間をもってハウジングに固設される固定子及び固定子に巻回されるコイルからなる回転電機とを含む。回転電機付ターボチャージャは、エンジンの運転状態に応じて回転電機を発電作動させて排気エネルギを回収する。回転電機付ターボチャージャは、固定子にその通電により回転子に対して制動作用をなす制動コイルを設け、回転軸の回転数が上限値を超えた時に制動コイルを通電する。
【０００４】
上述した公報に開示された回転電機付ターボチャージャによると、回転軸の回転数が上限値を超えた時には、制動コイルに通電することで、回転子に対して磁気的な制動作用をなすことができる。そのため、発電出力や発電量の制限に影響されることなく、回転軸の回転数が上限値以下に抑制することができる。よって、回転軸の回転数が上限値を超えることにより、回転軸の振幅の増加によるコンプレッサロータとハウジングとの干渉や、回転子を構成する永久磁石の破損等が発生することを防止でき、回転電機付ターボチャージャの信頼性を向上することができる。
【特許文献１】特開平１１−１８２２５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した公報に開示された回転電機付ターボチャージャにおいては、過回転を抑制するために制動コイルに通電する必要がある。制動コイルへの通電により、余分な電力が消費されるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、効率よく過回転を抑制する電動過給機を提供することである。本発明のさらなる目的は、適切な時点で過回転を抑制する電動過給機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係る電動過給機は、内燃機関から排出される排気によって駆動されるタービンと、タービンにより駆動され、内燃機関に吸入される空気を圧縮するコンプレッサと、コンプレッサを駆動する回転電機と、タービン、コンプレッサおよび回転電機のうちのいずれかの回転軸の回転上昇を抑制するための抑制手段とを含む。抑制手段は、回転数の上昇に伴なって上昇するコンプレッサにおける空気およびタービンにおける排気のいずれかの気体の圧力に基づく制動力を用いて上昇を抑制するための手段を含む。
【０００８】
第１の発明によると、内燃機関からの排気ガスの流量が増加すると、タービン内の排気ガスの圧力は上昇する。また、排気ガスの流量の増加によりタービンの回転数が増加すると、コンプレッサの回転数が増加してコンプレッサ内の空気の圧力が上昇する。たとえば、コンプレッサ室およびタービン室のうちのいずれかと一方端が連通する通路を設ける。そして、通路の他方端に、抑制手段（たとえば、単動シリンダと、タービン、コンプレッサおよび回転電機のうちのいずれかの回転軸に対向するように設けられたブレーキシューとから構成される制動機構）を設ける。このようにすると、コンプレッサ内あるいはタービン内の気体の圧力の上昇に応じて、単動シリンダに上昇した圧力が付与される。これにより、単動シリンダによるブレーキシューを回転軸に押し付けるように作動する。そのため、ブレーキシューと回転軸との間に摩擦力（制動力）が発生して、回転軸の回転が抑制される。これにより、回転軸の過回転を抑制することができる。このように、コンプレッサ内およびタービン内の気体の圧力に基づく制動力を用いて回転軸の回転上昇を抑制することにより、新たに電力が消費されることなく、効率良く過回転を抑制する電動過給機を提供することができる。
【０００９】
第２の発明に係る電動過給機は、第１の発明の構成に加えて、コンプレッサ室およびタービン室のいずれかから抑制手段に気体を供給する供給通路と、供給通路に設けられ、通路を開閉するための開閉手段とをさらに含む。
【００１０】
第２の発明によると、電動過給機には、コンプレッサ室およびタービン室のいずれかから抑制手段（たとえば、単動シリンダとブレーキシューとから構成される制動機構）に気体を供給する供給通路を開閉するための開閉手段が設けられる。供給通路に供給される気体の圧力が低いときに、通路が閉じられると、抑制手段に付与される気体の圧力が低いため、通路が閉じられる間は、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。供給通路に供給される気体の圧力が高いときに、通路が閉じられると、抑制手段に付与される気体の圧力が高い状態を維持するため、通路が閉じられる間は、抑制手段手段により回転軸の回転上昇が抑制される。一方、通路が開かれると、供給通路を流通する気体の圧力の上昇に応じて、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇する。そのため、抑制手段により回転軸の回転上昇が抑制される。また、通路が開かれると、供給通路を流通する気体の圧力の下降に応じて、抑制手段に付与される気体の圧力が下降する。そのため、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。すなわち、開閉手段による通路を開く時点および閉じる時点を適切に設定すると、適切な時点で過回転を抑制することができる。したがって、適切な時点で過回転を抑制する電動過給機を提供することができる。
【００１１】
第３の発明に係る電動過給機は、第２の発明の構成に加えて、電動過給機の作動状態を検知するための検知手段と、検知された作動状態に応じて、開閉手段を制御するための制御手段とをさらに含む。
【００１２】
第３の発明によると、検知手段は、電動過給機の作動状態（たとえば、供給通路に供給される気体の圧力）を検知する。制御手段は、検知された作動状態に応じて、開閉手段を制御する。これにより、たとえば、検知された圧力が予め定められた第１の圧力よりも大きいと、通路が閉じるように開閉手段を制御したり、検知された圧力が第１の圧力以下の第２の圧力よりも小さいと、通路が開くように開閉手段を制御したりすると、適切な時点で電動過給機の過回転を抑制することができる。すなわち、供給通路に供給される気体の圧力が予め定められた第１の圧力（たとえば、タービンが過回転になるときの気体の圧力）よりも大きいと、通路が閉じるように開閉手段が制御される。供給通路を流通する気体の圧力が高いときに通路が閉じられると、抑制手段に付与される気体の圧力は高い状態を維持する。そのため、通路が閉じられる間は、抑制手段により回転軸の回転が抑制される。したがって、コンプレッサまたはタービンにおける気体の圧力が低下しても制動力が維持されるため、速やかに回転軸の回転を低下させることができる。一方、供給通路に供給される気体の圧力が第２の圧力（たとえば、タービンが過回転とならないときの気体の圧力）よりも小さいと、通路が開くように開閉手段が制御される。供給通路を流通する気体の圧力が低いときに通路が開かれると、供給通路を流通する気体の圧力の下降に応じて、抑制手段に付与される気体の圧力は下降する。そのため、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。したがって、適切な時点（たとえば、供給通路に供給される気体の圧力に応じて）開閉手段を制御すると、抑制手段により回転軸の回転を抑制して、電動過給機の過回転を抑制することができる。
【００１３】
第４の発明に係る電動過給機においては、第３の発明の構成に加えて、検知手段は、供給通路に供給される気体の圧力を検知するための圧力検知手段を含む。制御手段は、検知された圧力が予め定められた第１の圧力よりも大きいと、通路が閉じるように開閉手段を制御するための手段と、検知された圧力が第１の圧力以下の第２の圧力よりも小さいと、通路が開くように開閉手段を制御するための手段とを含む。
【００１４】
第４の発明によると、供給通路に供給される気体の圧力が予め定められた第１の圧力（たとえば、タービンが過回転になるときの気体の圧力）よりも大きいと、通路が閉じるように開閉手段が制御される。供給通路を流通する気体の圧力が高いときに通路が閉じられると、抑制手段に付与される気体の圧力は高い状態を維持する。そのため、通路が閉じられる間は、抑制手段により回転軸の回転が抑制される。したがって、コンプレッサまたはタービンにおける気体の圧力が低下しても制動力が維持されるため、速やかに回転軸の回転を低下させることができる。一方、供給通路に供給される気体の圧力が第２の圧力（たとえば、タービンが過回転とならないときの気体の圧力）よりも小さいと、通路が開くように開閉手段が制御される。供給通路を流通する気体の圧力が低いときに通路が開かれると、供給通路を流通する気体の圧力の下降に応じて、抑制手段に付与される気体の圧力は下降する。そのため、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。したがって、適切な時点で（すなわち、供給通路に供給される気体の圧力に応じて）、開閉手段を制御することにより、抑制手段により回転軸の回転を抑制して、電動過給機の過回転を抑制することができる。
【００１５】
第５の発明に係る電動過給機は、第２の発明の構成に加えて、供給通路に設けられ、気体の圧力を保持するための保持手段をさらに含む。
【００１６】
第５の発明によると、保持手段は、供給通路の途中の空間において、気体の圧力を保持する。保持した気体の圧力を抑制手段（たとえば、単動シリンダとブレーキシューとから構成される制動機構）に供給すると、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇する。そのため、抑制手段により回転軸の回転上昇が抑制される。たとえば、事前に気体の圧力を保持手段により保持しておき、回転軸の回転数が過回転に対応する回転数より大きくなるときに、保持手段に保持された気体の圧力を抑制手段に付与するようにすると、適切な時点で過回転を抑制することができる。
【００１７】
第６の発明に係る電動過給機においては、第５の発明の構成に加えて、保持手段は、開閉手段とコンプレッサおよびタービンのいずれかとの間に設けられ、通路を開閉することにより圧力を保持するための蓄圧手段を含む。電動過給機は、蓄圧手段と保持手段との間の空間における気体の圧力を検知するための蓄圧検知手段と、検知された圧力が予め定められた圧力よりも小さいと、通路が開くように蓄圧手段を制御するための手段と、検知された圧力が予め定められた圧力以上になると、通路が閉じるように蓄圧手段を制御するための手段とをさらに含む。
【００１８】
第６の発明によると、検知された圧力が予め定められた圧力よりも小さいと、通路が開くように蓄圧手段が制御される。検知された圧力が予め定められた圧力以上になると、通路が閉じるように蓄圧手段が制御される。たとえば、通路が閉じるように開閉手段が制御されているときに、通路が開くように蓄圧手段が制御されると、開閉手段と蓄圧手段との間の空間における気体の圧力は、供給通路に供給される気体の圧力と略同じになる。そして、検知された圧力が予め定められた圧力以上になるときに、通路が閉じるように蓄圧手段が制御されると、切換手段と保持手段との間に形成される空間が密閉されて、空間内に圧力を保持することができる。したがって、適切な時点（たとえば、回転軸の回転が過回転に対応する回転数になるときに）、通路が開くように開閉手段を制御すると、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇して、抑制手段により回転軸の回転上昇を抑制することができる。
【００１９】
第７の発明に係る電動過給機は、第５または６の発明の構成に加えて、電動過給機の作動状態を検知するための検知手段と、検知された作動状態に応じて、開閉手段を制御するための制御手段とをさらに含む。
【００２０】
第７の発明によると、検知手段は、電動過給機の作動状態（たとえば、供給通路に供給される気体の圧力）を検知する。制御手段は、検知された作動状態に応じて、開閉手段を制御する。これにより、たとえば、検知された圧力が予め定められた圧力よりも大きくなると、通路が開くように開閉手段が制御されたり、検知された圧力が予め定められた圧力以下になると、通路が閉じるように開閉手段を制御したりすると、適切な時点で、電動過給機の過回転を抑制することができる。すなわち、通路が開かれると、保持手段に保持された気体が抑制手段に供給される。そのため、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇するため、抑制手段により回転軸の回転上昇を抑制することができる。
【００２１】
第８の発明に係る電動過給機においては、第７の発明の構成に加えて、検知手段は、供給通路に供給される気体の圧力を検知するための圧力検知手段を含む。制御手段は、検知された圧力が予め定められた圧力よりも大きくなると、通路が開くように開閉手段を制御するための手段を含む。
【００２２】
第８の発明によると、検知された圧力が予め定められた圧力よりも大きくなると、通路が開くよう開閉手段が制御されることにより、保持手段に保持された気体が抑制手段に供給される。そのため、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇するため、抑制手段により回転軸の回転上昇を抑制することができる。すなわち、適切な時点で、電動過給機の過回転を抑制することができる。
【００２３】
第９の発明に係る電動過給機は、第１の発明の構成に加えて、コンプレッサおよびタービンのいずれかから抑制手段に前記気体を供給する供給通路と、抑制手段と供給通路とに接続し、気体をコンプレッサおよびタービンのいずれかの下流側にバイパスするバイパス通路と、供給通路が、バイパス通路と抑制手段とのうちのいずれかと連通するように切り換えるための切換手段とをさらに含む。
【００２４】
第９の発明によると、供給通路に供給される気体の圧力が低いとき（抑制手段が作動しない圧力のとき）に、供給通路とバイパス通路とが連通すると、抑制手段（たとえば、単動シリンダとブレーキシューとから構成される制動機構）に付与される気体の圧力は上昇しない。そのため、供給通路とバイパス通路とが連通する間は、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。供給通路に供給される気体の圧力が高いときに（抑制手段が作動する圧力のとき）、供給通路とバイパス通路とが連通して、抑制手段において気体の圧力が保持されると、供給通路とバイパス通路とが連通している間は、抑制手段により回転軸の回転が抑制される。一方、供給通路と抑制手段とが連通すると、供給通路に供給される気体の圧力の上昇に応じて、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇する。そのため、抑制手段により回転軸の回転上昇が抑制される。また、供給通路に供給される気体の圧力が下降すると、抑制手段に付与される気体の圧力が下降する。そのため、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。したがって、適切な時点（たとえば、コンプレッサ、タービンおよび回転電機のうちのいずれかの回転数に応じて）、切換手段を制御すると、抑制手段により回転軸の回転を抑制して、電動過給機の過回転を抑制することができる。
【００２５】
第１０の発明に係る電動過給機は、第９の発明の構成に加えて、電動過給機の作動状態を検知するための検知手段と、検知された作動状態に応じて、切換手段を制御するための切換制御手段とをさらに含む。
【００２６】
第１０の発明によると、検知手段は、電動過給機の作動状態（たとえば、コンプレッサ、タービンおよび回転電機のうちのいずれかの回転数）を検知する。制御手段は、検知された作動状態に応じて、切換手段を制御する。たとえば、制御手段は、検知された回転数が予め定められた回転数以上になると、供給通路と抑制手段とが連通するように切換手段を制御したり、検知された回転数が予め定められた回転数よりも小さいと、供給通路とバイパス通路とが連通状態になるように切換手段を制御したりする。このようにすると、適切な時点で電動過給機の過回転を抑制することができる。すなわち、供給通路に供給される気体の圧力が低いとき（抑制手段が作動しない圧力のとき）に、供給通路とバイパス通路とが連通すると、抑制手段（たとえば、単動シリンダとブレーキシューとから構成される制動機構）に付与される気体の圧力は上昇しない。そのため、供給通路とバイパス通路とが連通する間は、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。供給通路に供給される気体の圧力が高いときに（抑制手段が作動する圧力のとき）、供給通路とバイパス通路とが連通して、抑制手段において気体の圧力が保持されると、供給通路とバイパス通路とが連通している間は、抑制手段により回転軸の回転が抑制される。一方、供給通路と抑制手段とが連通すると、供給通路に供給される気体の圧力の上昇に応じて、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇する。そのため、抑制手段により回転軸の回転上昇が抑制される。また、供給通路に供給される気体の圧力が下降すると、抑制手段に付与される気体の圧力が下降する。そのため、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。したがって、適切な時点（たとえば、コンプレッサ、タービンおよび回転電機のうちのいずれかの回転数に応じて）、切換手段を制御すると、抑制手段により回転軸の回転を抑制して、電動過給機の過回転を抑制することができる。
【００２７】
第１１の発明に係る電動過給機においては、第１０の発明の構成に加えて、検知手段は、コンプレッサ、タービンおよび回転電機のうちのいずれかの回転数を検知するための手段を含む。切換制御手段は、検知された回転数が予め定められた回転数以上になると、供給通路と抑制手段とが連通するように切換手段を制御するための手段と、検知された回転数が予め定められた回転数よりも小さいと、供給通路とバイパス通路とが連通するように切換手段を制御するための手段とを含む。
【００２８】
第１１の発明によると、切換制御手段は、検知された回転数が予め定められた回転数以上になると、供給通路と抑制手段とが連通するように切換手段を制御する。また、切換手段は、検知された回転数が予め定められた回転数よりも小さいと、供給通路とバイパス通路とが連通状態になるように切換手段を制御する。これにより、検知された回転数が予め定められた回転数以上の過回転に対応する回転数になるときに、供給通路と抑制手段とが連通すると、供給通路から抑制手段に対して圧力の高い気体が流通するため、抑制手段に付与される気体の圧力が上昇する。そのため、抑制手段により回転軸の回転上昇が抑制される。また、予め定められた回転よりも小さくなると、供給通路とバイパス通路とが連通するように切換手段が制御される。そのため、抑制手段に付与される気体の圧力が保持されるため、回転軸に対する制動力を保持することができるため、速やかに回転軸の回転数を低下させることができる。また、供給通路に供給される気体の圧力が低下するときに、供給通路と抑制手段とを連通するようにすると、抑制手段に付与される気体の圧力が低下するため、抑制手段により回転軸の回転は抑制されない。
【００２９】
第１２の発明に係る電動過給機においては、第１〜１１のいずれかの発明の構成に加えて、抑制手段は、コンプレッサ、タービンおよび回転電機の回転軸に対向するように設けられるブレーキシューと、コンプレッサおよびタービンのいずれかから供給される気体の圧力に応じてブレーキシューを回転軸に押し付けるシリンダとを含む。
【００３０】
第１２の発明によると、シリンダは気体の圧力を受けると、ブレーキシューを回転軸に押し付ける。そのため、ブレーキシューは、タービンの回転軸に対して制動力（摩擦力）が発生するため、コンプレッサ、タービンおよび回転電機のいずれかの回転軸の回転を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００３２】
＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本実施の形態に係る電動過給機が搭載されたエンジンシステムについて説明する。エンジンシステムは、エンジン１００と、電動過給機２００と、インタークーラ１６２と、エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２５０と、過給機ＥＣＵ３４０とを含む。本実施の形態に係るエンジンシステムは、自動車などの車両に搭載される。なお、エンジンＥＣＵ２５０と過給機ＥＣＵ３４０とは１つのＥＣＵに統合するようにしてもよい。本実施の形態において、エンジンＥＣＵ２５０と過給機ＥＣＵ３４０とは、双方向で通信可能に接続される。
【００３３】
吸入口１５０から吸入される空気は、エアクリーナ１５２によりろ過される。エアクリーナ１５２によりろ過された空気は、吸気通路１５６を介して電動過給機２００に流通する。電動過給機２００に流通した空気はコンプレッサ２０２により圧縮された後、吸気通路１６０を流通して、インタークーラ１６２で冷却される。インタークーラ１６２で冷却された空気は、吸気通路１０２を流通して、エンジン１００に吸入される。
【００３４】
吸気通路１５６の途中には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１５４が設けられる。エアフローメータ１５４は、検出した吸入空気量を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。
【００３５】
インタークーラ１６２は、コンプレッサ２０２により圧縮されて温度が上昇した空気を冷却する。冷却された空気の体積は、冷却前に比べて小さくなるため、より多くの空気がエンジン１００に送り込まれる。
【００３６】
また、吸気通路１５６と吸気通路１６０とをバイパスするバイパス通路１５８が設けられ、バイパス通路１５８の途中には、バイパス通路１５８を流通する空気の流量を調整するエアバイパスバルブ１６４が設けられる。エアバイパスバルブ１６４は、エンジンＥＣＵ２５０から受信する制御信号に応じて作動する。
【００３７】
吸気通路１０２の途中には、吸気通路１０２に流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ１６６が設けられる。スロットルバルブ１６６は、スロットルモータ１６８により駆動される。スロットルモータ１６８は、エンジンＥＣＵ２５０から受信する制御信号に応じて駆動する。
【００３８】
また、吸気通路１０２の途中には、吸気管圧力センサ１７０と吸気温度センサ１７２が設けられる。吸気管圧力センサ１７０は、吸気通路１０２内の空気の圧力を検知する。吸気管圧力センサ１７０は、検知した空気の圧力を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。吸気温度センサ１７２は、吸気通路１０２内の空気の温度を検知する。吸気温度センサ１７２は、検知した空気の温度を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。
【００３９】
エンジン１００は、シリンダヘッド（図示せず）とシリンダブロック１１２とを含む。シリンダブロック１１２には、図１の紙面上下方向に複数の気筒が設けられる。そして、各気筒内には、紙面上下方向に摺動可能にピストン１１４が設けられる。ピストン１１４は、コンロッド１１６を介してクランクシャフト１２０に連結される。ピストン１１４、コンロッド１１６およびクランクシャフト１２０によりクランク機構が形成される。
【００４０】
ピストン１１４の上部においては、燃焼室１０８が形成される。燃焼室１０８には、燃焼室１０８に向けて点火プラグ１１０と燃料噴射インジェクタ１０６とが設けられる。本実施の形態において、エンジン１００は直噴エンジンであるとして説明するが、特に、直噴エンジンに限定されるものではない。たとえば、エンジン１００は、内燃機関であればよく、ポート噴射型のエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。
【００４１】
シリンダヘッドには、吸気通路１０２と排気通路１３０とがそれぞれ燃焼室１０８に接続するように設けられる。吸気通路１０２と燃焼室１０８との間には、吸気バルブ１０４が設けられる。排気通路１３０と燃焼室１０８との間には、排気バルブ１２８が設けられる。吸気バルブ１０４および排気バルブ１２８は、クランクシャフト１２０と連動して回転するカムシャフト（図示せず）により駆動される。
【００４２】
吸気通路１０２を流通する空気は、ピストン１１４が下降するときに、吸気バルブ１０４が開かれて燃焼室１０８に吸引される。燃焼室１０８に流通した空気は、燃料噴射インジェクタ１０６から噴射された燃料と混合される。吸気バルブ１０４が閉じて、ピストン１１４が上死点付近まで上昇したときに点火プラグ１１０において燃料と混合された空気が点火されて燃焼する。燃焼による圧力によりピストン１１４が押し下げられる。このとき、ピストン１１４の上下運動がクランク機構を介してクランクシャフト１２０の回転運動に変換される。そして、ピストン１１４が下死点付近まで下降したときに、排気バルブ１２８が開く。ピストン１１４が再び上昇するときに、燃焼室１０８内で燃焼させられた空気、すなわち、排気ガスは、排気通路１３０を流通する。排気通路１３０を流通した空気は、電動過給機２００のタービン２０４を駆動させた後に、排気管１８０を流通して触媒１８２に導かれる。排気ガスは、触媒１８２により浄化された後、車外に排出される。
【００４３】
クランクシャフト１２０の一方端には、プーリ（図示せず）が設けられる。プーリはベルト１２４を介してオルタネータ１２６の回転軸に設けられたプーリに連結される。クランクシャフト１２０の回転によりオルタネータ１２６が作動して、発電が行なわれる。
【００４４】
タイミングロータ１１８は、クランクシャフト１２０に設けられており、クランクシャフト１２０と共に回転する。タイミングロータ１１８の外周には、予め定められた間隔で複数の突起が設けられている。クランクポジションセンサ１２２はタイミングロータ３０４の突起に対向して設けられている。タイミングロータ１１８が回転すると、タイミングロータ１１８の突起と、クランクポジションセンサ１２２とのエアギャップが変化するため、クランクポジションセンサ１２２のコイル部を通過する磁束が増減し、コイル部に起電力が発生する。クランクポジションセンサ１２２は、起電力を表す信号を、エンジンＥＣＵ２５０に送信する。エンジンＥＣＵ２５０は、クランクポジションセンサ１２２から送信された信号に基づいて、クランク角を検出する。
【００４５】
また、車両には、車速センサ（図示せず）が車輪に設けられ、車輪の回転数（車輪速度）を検知する。車速センサは、検出結果を表す信号をエンジンＥＣＵ２５０に送信する。エンジンＥＣＵ２５０は、車輪の回転数から、車速を算出する。
【００４６】
エンジンＥＣＵ２５０は、吸気圧、吸気温度、吸入空気量、車輪速度など各センサから送信された信号、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、エンジン１００が所望の運転状態となるように、機器類を制御する。
【００４７】
電動過給機２００は、コンプレッサ２０２と、回転電機２１６と、シャフト２１０と、タービン２０４とを含む。
【００４８】
コンプレッサ２０２のハウジング内には、コンプレッサホイール（コンプレッサロータ、コンプレッサブレードなどとも呼ばれる。）２０６が収納される。コンプレッサホイール２０６は、エアクリーナ１５２によりろ過された空気を圧縮（過給）する。
【００４９】
タービン２０４のハウジング内には、タービンホイール（タービンロータ、タービンブレードなどとも呼ばれる。）２０８が収納される。タービンホイール２０８は、排気ガスにより回転させられる。
【００５０】
コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８とは、シャフト２１０の両端にそれぞれ設けられる。すなわち、排気ガスによりタービンホイール２０８が回転させられると、コンプレッサホイール２０６も回転する。
【００５１】
また、コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８との間には、シャフト２１０を回転軸とする回転電機２１６が設けられる。シャフト２１０は、回転電機２１６のハウジングにより回転自在に支持される。
【００５２】
回転電機２１６は、過給機ＥＣＵ３４０の制御信号に応じて過給機ＥＤＵ（Electronic Drive Unit）３３０から供給される電力によりシャフト２１０に回転力を付与する。過給機ＥＤＵ３３０は、高圧バッテリ３２０から供給される電力を用いて、過給機ＥＣＵ３４０から入力される制御信号に応じた電力を回転電機２１６に供給する。
【００５３】
回転電機２１６には、回転子位置センサ（図示せず）が設けられる。回転子位置センサは、回転子（ロータ）の回転位置（回転角）を検知する。回転子位置センサは、検知結果を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。
【００５４】
高圧バッテリ３２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０に電気的に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０は、上述したオルタネータ１２６に電気的に接続される。したがって、オルタネータ１２６において発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３１０にて適切な電圧に昇圧された後に、高圧バッテリ３２０に供給される。これにより、高圧バッテリ３２０が充電される。また、オルタネータ１２６において発電された電力は、低圧バッテリ３００に供給される。これにより、低圧バッテリ３００が充電される。低圧バッテリ３００は、エンジンＥＣＵ２５０や過給機ＥＣＵ３４０などに電力を供給する。
【００５５】
過給機ＥＣＵ３４０は、エンジンＥＣＵ２５０から送信される情報、回転子位置センサから送信された信号、および、メモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行ない、電動過給機２００が所望の作動状態となるように、機器類を制御する。
【００５６】
以上のような構成を有する電動過給機２００においては、エンジン１００で、燃料と混合された空気が燃焼された後、排気ガスは、排気通路１３０からタービン２０４内に導かれる。排気ガスはそこでタービンホイール２０８を回転させ、その回転力がシャフト２１０に伝達される。その後、排気ガスは、排気管１８０を流通して、触媒１８２に導かれる。触媒１８２に導かれた排気ガスは、浄化された状態で車外へ排出される。
【００５７】
一方、エンジン１００に供給するため車外より吸入された空気は、エアクリーナ１５２によってろ過された後、吸気通路１５６を流通して、コンプレッサ２０２内に導かれる。空気はシャフト２１０と一体となって回転するコンプレッサホイール２０６によって圧縮（過給）される。圧縮された空気は、インタークーラ１６２に導かれ、冷却された状態でエンジン１００の吸気通路１０２を介して燃焼室１０８に吸入される。
【００５８】
また、過給機ＥＣＵ３４０は、エンジン１００の低回転域において、コンプレッサ２０２において圧縮される空気が所望の過給圧に到達しない場合（たとえば、エンジン１００の回転数が予め定められた回転数以下である場合）には、回転電機２１６を駆動することにより、コンプレッサ２０２の過給圧が強制的に上昇するように制御する。
【００５９】
このような電動過給機２００において急激な負荷変動が生じると、タービンホイール２０８が過回転になる可能性がある。
【００６０】
そこで、本発明は、電動過給機２００にシャフト２１０の回転上昇を抑制する制動機構が設けられる点に特徴を有する。具体的には、制動機構は、シャフト２１０の回転数の上昇に伴なって上昇するタービン２０４における排気の圧力に基づく制動力を用いて回転数の上昇を抑制する。なお、コンプレッサ２０２における空気の圧力を用いて回転上昇を抑制するようにしてもよい。
【００６１】
図２に示すように、本実施の形態に係る電動過給機２００は、一方端がタービン２０４のハウジングに接続される供給通路２２０と、供給通路２２０の他方端に設けられる単動シリンダ２２６とを含む。単動シリンダ２２６には、シャフト２１０に対向するようにブレーキシュー２２８が設けられる。本実施の形態において、「制動機構」は、単動シリンダ２１６とブレーキシュー２２８とから構成される。また、シャフト２１０にはロータ２１２が設けられる。そして、ロータ２１２を囲うようにステータ２１４が設けられる。
【００６２】
単動シリンダ２２６は、供給通路２２０側から予め定められた作動圧力より大きい圧力が付与されると、内部のシリンダ部（図示せず）がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動する機械的構造を有する。単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動すると、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０とが当接して、摩擦力、すなわち、シャフト２１０の回転を抑制する制動力が発生する。単動シリンダ２２６に付与される圧力が予め定められた作動圧力以下になると、スプリング等の弾性部材により内部のシリンダ部が初期の位置に戻る。このとき、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０とが離隔するため、制動力は発生しない。
【００６３】
なお、「予め定められた作動圧力」は、過回転時のタービン２０４内の圧力に対応する圧力であればよく、特に限定されるものではないが、たとえば、応答遅れ等を考慮して設定されることが望ましい。また、単動シリンダ２２６は、供給通路２２０側から受ける圧力の増加に応じて、ブレーキシュー２２８が回転軸に付与する力が増加するような機械的構造を有していてもよい。
【００６４】
以上のような構造を有する電動過給機２００の動作について説明する。運転者がアクセル開度を増加するなどして、排気ガスの流量が増加すると、タービンホイール２０８の回転数が上昇する。また、排気ガスの流量の増加にともなって、タービン２０４内の圧力が上昇する。このとき、タービン２０４に接続される供給通路２２０内の圧力が上昇する。供給通路２２０内の圧力の上昇に伴なって、単動シリンダ２２６において、供給通路２２０側から受ける圧力が上昇する。供給通路２２０側から受ける圧力が予め定められた作動圧力より大きくなると、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動する。このとき、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０との間に摩擦力が生じて、シャフト２１０の回転数が減少する。これにより、シャフト２１０の過回転が抑制される。
【００６５】
そして、運転者がアクセル開度を減少するなどして、排気ガスの流量が減少すると、タービンホイール２０８の回転数が下降する。また、排気ガスの流量の減少により、タービン２０４内の圧力が下降する。そのため、タービン２０４に接続される供給通路２２０内の圧力が下降する。供給通路２２０内の圧力の下降に伴なって、単動シリンダ２２６が供給通路２２０側から受ける圧力が予め定められた作動圧力以下になると、内部のシリンダ部が初期の位置に戻るため、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０とが離隔して、制動力が発生しない。このとき、シャフト２１０の回転は、ブレーキシュー２２８により抑制されない。
【００６６】
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、アクセル開度が増加して、排気ガスの流量が増加すると、タービンホイールの回転数が増加したり、タービン内の排気ガスの圧力は上昇したりする。タービン内の圧力が上昇すると、供給通路内の圧力も上昇するため、単動シリンダに付与される圧力が上昇する。単動シリンダに付与される圧力が予め定められた作動圧力よりも大きくなると、内部のシリンダ部がブレーキシューをシャフトに押し付けるように移動する。そのため、ブレーキシューと回転軸との間に摩擦力（制動力）が発生して、シャフトの回転が抑制される。これにより、シャフトの過回転を抑制することができる。このように、タービン内の排気ガスの圧力を用いてシャフトの回転上昇を抑制することができるため、新たに電力が消費されることもない。そのため、効率良く過回転を抑制する電動過給機を提供することができる。
【００６７】
なお、本実施の形態において、単動シリンダに付与される圧力が予め定められた作動圧力よりも大きくなると、内部のシリンダ部がブレーキシューをシャフトに押し付けるように移動することにより、電動過給機の過回転を抑制するようにしたが、シャフトを磁性体の材質とし、ブレーキシューに代えて磁石を用いるようにしてもよい。
【００６８】
すなわち、単動シリンダに付与される圧力が予め定められた圧力よりも大きくなると、内部のシリンダが移動して、磁石とシャフトとの距離を小さくするようにしてもよい。好ましくは、磁石とシャフトとは当接しないようにすることが望ましい。磁石とシャフトとの間で発生する磁力は、距離が小さくなるほど大きくなる傾向にある。シャフトの回転中においては、磁石とシャフトとを引き付けあう磁力によりシャフトの回転方向と反対方向に力が発生する。そのため、磁石とシャフトとの距離を単動シリンダにより小さくすることにより、シャフトの回転が抑制される。したがって、新たに電力を消費することなく、効率良く過回転を抑制することができる。また、磁石とシャフトとを当接しないようにすることにより、接触による摩擦などにより磨耗が発生することがない。
【００６９】
＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る電動過給機について説明する。本実施の形態に係る電動過給機は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機２００の構成と比較して、バイパス通路２２２と、切換弁２２４と、回転数センサ２１８とをさらに含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機２００を搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００７０】
図３に示すように、本実施の形態に係る電動過給機２００は、供給通路２２０と排気管１８０とを接続するバイパス通路２２２と、バイパス通路２２２と供給通路２２０との接続部に設けられ、単動シリンダ２２６とタービン２０４とを連通する状態およびバイパス通路２２２とタービン２０４から接続部までの供給通路２２０とを連通する状態のうちのいずれかに切り換える切換弁２２４と、シャフト２１０の回転数を検知する回転数検知センサ２１８とをさらに含む。
【００７１】
切換弁２２４がバイパス通路２２２とタービン２０４から接続部までの供給通路２２０とを接続する状態であるときには、タービン２０４において排気ガスの圧力が上昇しても、供給通路２２０を流通する排気ガスは、バイパス通路２２２から排気管２０８へと排気ガスが流通するため、単動シリンダ２２６に付与される圧力は保持される。したがって、単動シリンダ２２６に付与される圧力が予め定められた作動圧力より大きいときには、ブレーキシュー２２８によりシャフト２１０の回転を抑制する状態を維持し、単動シリンダ２２６に付与される圧力が予め定められた作動圧力以下であるときには、タービン２０４内の圧力が上昇してもブレーキシュー２２８とシャフト２１０とは離隔した状態を維持する。
【００７２】
一方、切換弁２２４が単動シリンダ２２６とタービン２０４とを供給通路２２０を介して接続する状態であるときには、タービン２０４において排気ガスの圧力が上昇すると、単動シリンダ２２６に付与される圧力が上昇する。切換弁２２４は、過給機ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、バイパス通路２２２とタービン２０４から接続部までの供給通路２２０とを接続する状態にしたり、単動シリンダ２２６とタービン２０４とを供給通路２２０を介して接続する状態にしたりする。
【００７３】
回転数検知センサ２１８は、シャフト２１０の回転数を検知する。すなわち、回転数検知センサ２１８は、コンプレッサホイール２０６、タービンホイール２０８および回転電機２１６の回転数を検知する。回転数検知センサ２１８は、検知した回転数を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。
【００７４】
本実施の形態においては、過給機ＥＣＵ３４０がタービン２０４のタービンホイール２０８の回転数に応じて、切換弁２２４を制御する点に特徴を有する。
【００７５】
図４を参照して、本実施の形態に係る電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵ３４０において実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００７６】
ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、過給機ＥＣＵ３４０は、回転数検知センサ２１８によりタービンホイール２０８の回転数を検知する。Ｓ１０２にて、過給機ＥＣＵ３４０は、検知されたタービンホイール２０８の回転数が設定回転数以上であるか否かを検知する。「設定回転数」は、過回転となる回転数以下であれば特に限定される回転数ではなく、たとえば、実験等により応答遅れ等を考慮して適合される。なお、過給機ＥＣＵ３４０は、電動過給機２００の作動状態が過回転の状態であるかを検知できればよく、たとえば、コンプレッサ２０２内またはタービン２０４内の圧力が過回転に対応する圧力より大きいか否かを判断するようにしてもよい。タービンホイール２０８の回転数が設定回転数以上であると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０６に移される。
【００７７】
Ｓ１０４にて、過給機ＥＣＵ３４０は、単動シリンダ２２６とタービン２０４とを供給通路２２０を介して接続する状態になるように切換弁２２４を制御する。Ｓ１０６にて、過給機ＥＣＵ３４０は、バイパス通路２２２とタービン２０４から接続部までの供給通路２２０とを接続する状態になるように切換弁２２４を制御する。
【００７８】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電動過給機２００の動作について説明する。
【００７９】
運転者がアクセル開度を増加するなどして、排気ガスの流量が増加すると、タービンホイール２０８の回転数が上昇する。検知されたタービンホイール２０８の回転数が設定回転数よりも小さいと（Ｓ１０２にてＮＯ）、バイパス通路２２２とタービン２０４から接続部までの供給通路２２０とが接続された状態（連通状態）となる（Ｓ１０６）。そのため、排気ガスの流量が通常の範囲で増加、減少を繰り返して、タービン２０４において排気ガスの圧力が上昇および下降を繰り返しても、供給通路２２０を流通する排気ガスは、バイパス通路２２２から排気管１８０へと流通するため、単動シリンダ２２６において圧力は上昇せず、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０とは離隔した状態が維持されるため、シャフト２１０の回転が抑制されることはない。
【００８０】
一方、検知されたタービンホイール２０８の回転数が設定回転数以上になると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、単動シリンダ２２６とタービン２０４から接続部までの供給通路２２０とが接続された状態となる（Ｓ１０４）。そのため、排気ガスの流量の増加にともなって、タービン２０４において排気ガスの圧力が上昇すると、単動シリンダ２２６において供給通路２２０側から受ける圧力が上昇する。供給通路２２０側から受ける圧力が予め定められた作動圧力よりも大きくなると、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動する。このとき、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０との間に摩擦力が生じて、シャフト２１０の回転数が減少する。これにより、シャフト２１０の過回転が抑制される。
【００８１】
また、シャフト２１０の回転数が減少して、設定回転数以下になると（Ｓ１０２にてＮＯ）、バイパス通路２２２とタービン２０４から接続部までの供給通路２２０とが接続された状態となる（Ｓ１０６）。このとき、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部に付与される気体の圧力が保持されるため、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０との間に生じる摩擦力（制動力）が維持される。
【００８２】
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、タービンホイールの回転数が設定回転数以上になると、単動シリンダとタービンとが供給通路を介して接続する。そのため、供給通路から単動シリンダに付与される気体の圧力が上昇する。その結果、ブレーキシューによりシャフトの回転上昇が抑制される。このように、タービン内の排気ガスの圧力を用いてシャフトの回転上昇を抑制することができるため、新たに電力が消費されることもない。そのため、効率良く過回転を抑制することができる。また、設定回転数より小さくなると、バイパス通路とタービンから接続部までの供給通路とが連通するように切換弁が制御される。そのため、単動シリンダに付与される気体の圧力が保持されるため、回転軸に対する制動力を保持することができる。したがって、速やかに回転軸の回転数を低下させることができる。したがって、適切な時点、すなわち、タービン回転数が設定回転数以上でアであるときに、切換弁を制御することにより、ブレーキシューによりシャフトの回転を抑制して、電動過給機の過回転を抑制することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態において、制動機構は、シャフト２１０の回転数の上昇に伴なって上昇するタービン２０４における排気の圧力に基づく制動力を用いて回転数の上昇を抑制する機構であるとして説明したが、コンプレッサ２０２における空気の圧力を用いて回転上昇を抑制するようにしてもよい。
【００８４】
＜第３の実施の形態＞
以下、本発明の第３の実施の形態に係る電動過給機について説明する。本実施の形態に係る電動過給機は、上述の第２の実施の形態に係る電動過給機２００の構成と比較して、切換弁２２４に代えて開閉弁２３０を含む点およびタービン２０４内の気体の圧力を検知する圧力検知センサ２３２をさらに含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第２の実施の形態に係る電動過給機２００を搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【００８５】
図５に示すように、本実施の形態に係る電動過給機２００は、タービン２０４内の気体の圧力を検知する圧力検知センサ２３２と、バイパス通路２２２の途中に設けられ、バイパス通路２２２を開閉する開閉弁２３０とをさらに含む。なお、開閉弁２３０は、バイパス通路２２２を流通する気体の流量を調整する調整弁を用いるようにしてもよい。
【００８６】
開閉弁２３０がバイパス通路２２２を開くと（開状態になると）、排気管１８０と供給通路２２０とがバイパス通路２２２を介して連通状態になる。このとき、タービン２０４内の圧力が上昇しても、供給通路２２０を流通する気体は、バイパス通路２２２から排気管１８０へと流通するため、単動シリンダ２２６が実質的に駆動される程に圧力が上昇することはない。
【００８７】
一方、開閉弁２３０がバイパス通路２２２を閉じると（閉状態になると）、バイパス通路２２２を経由した排気管１８０と供給通路２２０との間の経路が遮断状態になる。このとき、タービン２０４内の排気ガスの圧力が上昇すると、単動シリンダ２２６に付与される気体の圧力が上昇する。開閉弁２３０は、過給機ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、バイパス通路２２２を開いたり、閉じたりする。
【００８８】
圧力検知センサ２３２は、タービン２０４内の気体の圧力を検知する。圧力検知センサ２３２は、検知したタービン２０４内の圧力を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。なお、タービン２０４内の圧力は、シャフト２１０の回転数に基づいて推定するようにしてもよい。
【００８９】
本実施の形態においては過給機ＥＣＵ３４０がタービン２０４内の圧力およびタービンホイール２０８の回転数に応じて、開閉弁２３０を制御する点に特徴を有する。
【００９０】
図６を参照して、本実施の形態に係る電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵ３４０において実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【００９１】
Ｓ２００にて、過給機ＥＣＵ３４０は、タービン２０４内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（０）より大きいか否かを判断する。なお、予め定められた圧力Ｐ（０）は、単動シリンダ２２６が作動を開始する（内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付ける）作動圧力であってもよいし、過回転に対応するタービン２０４内の圧力であってもよく、特に限定される値ではない。Ｐ（０）は、たとえば、８０ｋＰａである。過給機ＥＣＵ３４０は、圧力検知センサ２３２により検知される圧力に基づいて判断する。なお、過給機ＥＣＵ３４０は、電動過給機２００の作動状態が過回転の状態であるかを検知できればよく、たとえば、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが過回転に対応する回転数より大きいか否かを判断するようにしてもよい。タービン２０４内の圧力が予め定められた圧力Ｐ（０）より大きいと（Ｓ２００にてＹＥＳ）、処理はＳ２０８に移される。もしそうでないと（Ｓ２００にてＮＯ）、処理はＳ２０２に移される。
【００９２】
Ｓ２０２にて、過給機ＥＣＵ３４０は、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが「許容値×９５％」よりも大きいか否かを判断する。「許容値」は、たとえば、タービンホイール２０８の回転数の、予め定められた許容範囲の上限値である。また、「９５％」は、応答遅れ等を考慮して設定される割合であって、特にこれに限定されない。過給機ＥＣＵ３４０は、回転数検知センサ２１８により検知された回転数に基づいて判断する。タービンホイール２０８の回転数が「許容値×９５％」より大きいと（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ２０８に移される。もしそうでないと（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ２０４に移される。
【００９３】
Ｓ２０４にて、過給機ＥＣＵ３４０は、単動シリンダ２２６がオンされているか否かを判断する。すなわち、過給機ＥＣＵ３４０は、単動シリンダ２２６の作動によりシャフト２１０の回転が抑制されている状態であるか否かを判断する。たとえば、過給機ＥＣＵ３４０のメモリに、タービン２０４内の圧力Ｐｔと、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔとの関係を示すマップを記憶しておく。過給機ＥＣＵ３４０は、圧力検知センサ２３２および回転数検知センサ２１８により検知されたタービン２０４内の圧力Ｐｔとタービンホイール２０８の回転数Ｎｔとがマップに対応していない場合（圧力に対して回転数が低い場合）、単動シリンダ２２６によりシャフト２１０の回転が抑制されている状態であると判断する。
【００９４】
あるいは、開閉弁２３０の状態（開状態であるか閉状態であるか）と圧力検知センサ２３２により検知される圧力Ｐｔとに基づいて、単動シリンダ２２６がオンされているか否かを判断するようにしてもよい。たとえば、開閉弁２３０が閉じているときに、検知された圧力Ｐｔが単動シリンダ２２６の作動圧力より大きいと、単動シリンダ２２６がオンされていると判断するようにしてもよい。単動シリンダ２２６がオンされていると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６に移される。もしそうでないと（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ２０８に移される。
【００９５】
Ｓ２０６にて、過給機ＥＣＵ３４０は、開閉弁２３０が開状態になるように制御する。Ｓ２０８にて、過給機ＥＣＵ３４０は、開閉弁２３０を閉状態になるように制御する。
【００９６】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電動過給機２００の動作について図７を参照して説明する。
【００９７】
運転者がアクセル開度を増加するなどして、排気ガスの流量が増加すると、図７に示すように、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが上昇する。なお、図７において、縦軸がタービン２０４の回転数Ｎｔを示し、横軸が時間ｔを示す。
【００９８】
時間Ｔ（０）において、タービン２０４内の圧力ＰｔがＰ（０）以下であって（Ｓ２００にてＮＯ）、タービン２０４の回転数Ｎｔが「許容値×９５％」より大きくなると（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、開閉弁２３０は閉状態になるように制御される（Ｓ２０８）。開閉弁２３０が閉状態になると、供給通路２２０内の排気ガスの圧力は、排気ガスの流量の増加にともなって上昇する。
【００９９】
時間Ｔ（１）において、供給通路２２０側から単動シリンダ２２６に付与される圧力が予め定められた作動圧力より大きくなると、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動する。これにより、時間Ｔ（１）以降、タービン２０４の回転数Ｎｔは減少する。
【０１００】
そして、タービン２０４内の圧力ＰｔがＰ（０）以下であって（Ｓ２００にてＮＯ）、タービン２０４の回転数Ｎｔが「許容値×９５％」以下であって（Ｓ２０２にてＮＯ）、単動シリンダ２２６がオン状態であると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、開閉弁２３０は開状態になるように制御される（Ｓ２０６）。開閉弁２３０が開状態になると、供給通路２２０内の排気ガスがバイパス通路２２２を介して排気管１８０に流通するため、単動シリンダ２２６に付与される圧力が予め定められた作動圧力以下になり、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部が初期の位置に戻るため、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０とが離隔する。
【０１０１】
そして、タービン２０４内の圧力ＰｔがＰ（０）以下であって（Ｓ２００にてＮＯ）、タービン２０４の回転数Ｎｔが「許容値×９５％」以下であって（Ｓ２０２にてＮＯ）、単動シリンダ２２６がオン状態でないため（Ｓ２０４にてＮＯ）、開閉弁２３０が閉状態になる（Ｓ２０８）。そのため、時間Ｔ（２）において、再びタービンホイール２０８の回転数Ｎｔは上昇し始める。
【０１０２】
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、タービン内の圧力ＰｔがＰ（０）より大きい、または、タービンの回転数Ｎｔが「許容値×９５％」よりも大きいと、開閉弁が閉状態になるように制御されるため、単動シリンダに付与される圧力が上昇して、シャフトの回転を低減される。これにより、適切な時点で過回転を抑制することができる。このように、タービン内の排気ガスの圧力を用いてシャフトの回転上昇を抑制することができるため、新たに電力が消費されることもない。そのため、効率良く過回転を抑制することができる。
【０１０３】
また、圧力ＰｔがＰ（０）よりも小さく、回転数Ｎｔが「許容値×９５％」よりも小さくなるときに、単動シリンダがオン状態であると、開閉弁が開状態になるため、単動シリンダによるシャフトの回転抑制が解除される。そして、単動シリンダがオン状態でなくなると、開閉弁が閉状態になるため、再びタービンの回転数Ｎｔが上昇する。そのため、シャフトの回転数を許容値付近の高い状態で維持することができる。そのため、エンジン出力を高負荷に保つことができる。
【０１０４】
なお、本実施の形態においては、過給機ＥＣＵ３４０は、開閉弁２３０をオン−オフ制御（開状態および閉状態のいずれかに制御）することにより、シャフト２１０の回転数を許容値付近の高い状態を維持するようにしたが、たとえば、開閉弁２３０の開度を調整して、バイパス通路２２２に流通する排気ガスの流量を制御するようにしてもよい。
【０１０５】
すなわち、過給機ＥＣＵ３４０により、タービン２０４の回転数Ｎｔが「許容値×９５％」になるように、開閉弁２３０によりバイパス通路２２２を流通する排気ガスの流量をフィードバック制御するようにしてもよい。
【０１０６】
具体的には、過給機ＥＣＵ３４０は、回転数検知センサ２１８により検知される回転数と、回転数の目標値（すなわち、許容値×９５％）との偏差に基づいて、開閉弁２３０における開度（バイパス通路２２２を流通する排気ガスの流量）を算出して、算出された開度になるように開閉弁２３０をフィードバック制御する。フィードバック制御は、たとえば、比例積分微分（ＰＩＤ）制御であるが、特にこれに限定されるものではない。フィードバック制御については、公知の技術を用いればよいため、ここでは特に詳細に説明しない。このようにすると、図８に示すように、シャフト２１０の回転数をフィードバック制御により許容値付近の高い状態を精度よく維持することができる。
【０１０７】
また、本実施の形態において、過給機ＥＣＵ３４０は、タービン２０４内の圧力に応じ開閉弁２３０を制御するようにしたが、コンプレッサ２０２内の圧力に応じて開閉弁２３０を制御するようにしてもよい。
【０１０８】
そして、本実施の形態において、制動機構は、シャフト２１０の回転数の上昇に伴なって上昇するタービン２０４における排気の圧力に基づく制動力を用いて回転数の上昇を抑制する機構であるとして説明したが、コンプレッサ２０２における空気の圧力を用いて回転上昇を抑制するようにしてもよい。
【０１０９】
＜第４の実施の形態＞
以下、本発明の第４の実施の形態に係る電動過給機について説明する。本実施の形態に係る電動過給機は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機２００の構成と比較して、供給通路２２０の途中に開閉弁２３４と、タービン２０４内の気体の圧力を検知する圧力検知センサ２３２とを含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機２００を搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１１０】
図９に示すように、本実施の形態に係る電動過給機２００は、タービン２０４内の気体の圧力を検知する圧力検知センサ２３２と、供給通路２２０の途中に設けられ、供給通路２２０を開閉する開閉弁２３４とを含む。
【０１１１】
開閉弁２３４が供給通路２２０を開くと（開状態になると）、タービン２０４と単動シリンダ２２６とが供給通路２２０を介して連通状態になる。このとき、タービン２０４において排気ガスの圧力が上昇すると、単動シリンダ２２６において供給通路２２０側から受ける圧力が上昇する。
【０１１２】
開閉弁２３４が供給通路２２０を閉じると（閉状態になると）、供給通路２２０を経由するタービン２０４と単動シリンダ２２６との経路が遮断状態になる。このとき、タービン２０４において排気ガスの圧力が上昇したり下降したりしても単動シリンダ２２６に気体が流通しないため、単動シリンダ２２６において圧力が保持される。開閉弁２３４は、過給機ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、供給通路２２０を開状態にしたり、閉状態にしたりする。
【０１１３】
圧力検知センサ２３２は、タービン２０４内の気体の圧力を検知する。圧力検知センサ２３２は、検知したタービン２０４内の圧力を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。なお、タービン２０４内の圧力は、シャフト２１０の回転数に基づいて推定するようにしてもよい。
【０１１４】
本実施の形態においては、過給機ＥＣＵ３４０がタービン２０４内の圧力に応じて、開閉弁２３４を制御する点に特徴を有する。
【０１１５】
図１０を参照して、本実施の形態に係る電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵ３４０において実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【０１１６】
Ｓ３００にて、過給機ＥＣＵ３４０は、供給通路２２０が開状態になるように開閉弁２３４を制御する。Ｓ３０２にて、過給機ＥＣＵ３４０は、圧力検知センサ２３２により検知されたタービン２０４内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（０）よりも大きいか否かを判断する。なお、予め定められた圧力Ｐ（０）は、単動シリンダ２２６が作動を開始する（内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付ける）圧力であってもよいし、過回転に対応するタービン２０４内の圧力であってもよく、特に限定される値ではない。Ｐ（０）は、たとえば、８０ｋＰａである。過給機ＥＣＵ３４０は、圧力検知センサ２３２により検知される圧力に基づいて判断する。なお、過給機ＥＣＵ３４０は、電動過給機２００の作動状態が過回転の状態であるかを検知できればよく、たとえば、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが過回転に対応する回転数より大きいか否かを判断するようにしてもよい。タービン２０４内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（０）よりも大きいと（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、処理はＳ３００に戻される。もしそうでないと（Ｓ３０２にてＮＯ）、処理はＳ３０４に移される。
【０１１７】
Ｓ３０４にて、過給機ＥＣＵ３４０は、供給通路２２０が閉状態になるように開閉弁２３４を制御する。Ｓ３０６にて、過給機ＥＣＵ３４０は、圧力検知センサ２３２により検知されたタービン２０４内の圧力ＰｔがＰ（１）よりも小さいか否かを判断する。なお、予め定められた圧力Ｐ（１）は、Ｐ（０）以下の圧力であれば特に限定されない。Ｐ（１）は、たとえば、７５ｋＰａである。タービン２０４内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（１）よりも小さいと（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、処理はＳ３００に戻される。もしそうでないと（３０６にてＮＯ）、処理はＳ３０４に戻される。なお、Ｓ３０６における、タービン２０４内の圧力がＰ（１）よりも小さいか否かの判断に代えて、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが「許容値×９５％」よりも小さいか否かを判断するようにしてもよい。
【０１１８】
以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る電動過給機２００の動作について図１１を参照して説明する。
【０１１９】
運転者の操作によりアクセル開度が増加するなどして、排気ガスの流量が増加すると、タービンホイール２０８の回転数が上昇する。このとき、開閉弁２３４は開状態である（Ｓ３００）。また、排気ガスの流量が増加すると、タービン２０４内の圧力Ｐｔは上昇する。タービン２０４内の圧力Ｐｔが上昇すると、タービン２０４に接続される供給通路２２０内の圧力が上昇する。供給通路２２０内の圧力が上昇すると、単動シリンダ２２６において供給通路２００側から受ける圧力が上昇する。供給通路２２０側から受ける圧力が予め定められた作動圧力より大きくなると、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付ける。これにより、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０との間に摩擦力が生じる。そして、タービン２０４内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（０）より大きくなると（Ｓ３０２にてＹＥＳ）、開閉弁２３４が閉状態になる（Ｓ３０４）。このとき、運転者の操作によりアクセル開度が減少するなどして、排気ガスの流量が減少すると、タービン２０４内の圧力が下降する。
【０１２０】
そのため、図１１の破線に示すように、開閉弁２３４がない場合には、タービン２０４内の圧力の下降により、ブレーキシュー２２８の押し付け力が減少するため、タービンホイール２０８の慣性によりタービン回転数がＮ（０）まで上昇する。時間Ｔ（２）において回転数が減少に転じる。なお、図１１において、縦軸がタービン２０４の回転数Ｎｔを示し、横軸が時間ｔを示す。
【０１２１】
一方、図１１の実線に示すように、開閉弁２３４により閉状態になると、タービン２０４内の圧力が下降しても、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部は、ブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けた状態を維持する。すなわち、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０との間の摩擦力が維持されるため、シャフト２１０の回転は、Ｎ（０）よりも小さいＮ（１）まで上昇した後、時間Ｔ（２）よりも前の時間Ｔ（１）において、速やかに減少に転じる。
【０１２２】
そして、タービン２０４内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（１）よりも小さくなると（Ｓ３０６にてＹＥＳ）、開閉弁２３４は開状態になる（Ｓ３００）。
【０１２３】
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、タービン内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（０）より大きくなると、開閉弁が閉状態になるため、単動シリンダに付与される気体の圧力を保持することができる。したがって、タービン内の圧力に依存せずに、単動シリンダを作動させることができるため、シャフト２１０の回転を抑制する力を維持させることができる。したがって、過回転状態のシャフト２１０を適切な時点で速やかに低下させることができる。また、タービン内の排気ガスの圧力を用いてシャフトの回転上昇を抑制することができるため、新たに電力が消費されることもない。そのため、効率良く過回転を抑制することができる。
【０１２４】
なお、本実施の形態において、過給機ＥＣＵ３４０は、タービン２０４内の圧力に応じ開閉弁２３４を制御するようにしたが、コンプレッサ２０２内の圧力に応じて開閉弁２３４を制御するようにしてもよい。
【０１２５】
また、本実施の形態において、制動機構は、シャフト２１０の回転数の上昇に伴なって上昇するタービン２０４における排気の圧力に基づく制動力を用いて回転数の上昇を抑制する機構であるとして説明したが、コンプレッサ２０２における空気の圧力を用いて回転上昇を抑制するようにしてもよい。
【０１２６】
＜第５の実施の形態＞
以下、本発明の第５の実施の形態に係る電動過給機について説明する。本実施の形態に係る電動過給機は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機の構成と比較して、蓄圧弁２３６と、蓄圧部２４４と、駆動弁２３８と、リリーフ弁２４０と、バイパス通路２４２と、回転数検知センサ２１８と、圧力検知センサ２３２と、蓄圧検知センサ２４６とをさらに含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機２００を搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１２７】
図１２に示すように、本実施の形態に係る電動過給機２００は、一方端がタービン２０４に接続される供給通路２２０と、供給通路２２０の他方端に設けられる単動シリンダ２２６とを含む。供給通路２２０の途中には、通路の断面積が大きくなるように形成される蓄圧部２４４と、供給通路２２０上であって、蓄圧部２４４とタービン２０４との間に設けられる蓄圧弁２３６と、供給通路２２０上であって、単動シリンダ２２６と蓄圧部２４４との間に設けられる駆動弁２３８とを含む。
【０１２８】
蓄圧弁２３６は、過給機ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、蓄圧部２４４とタービン２０４との間の供給通路２２０を開状態にしたり、閉状態にしたりする。また、駆動弁２３８は、過給機ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、蓄圧部２４４と単動シリンダ２２６との間の供給通路２２０を開状態にしたり、閉状態にしたりする。
【０１２９】
また、供給通路２２０の、単動シリンダ２２６と駆動弁２３８との間には、バイパス通路２４２の一方端が接続される。バイパス通路２４２の他方端は、排気管１８０に接続する。バイパス通路２４２の途中には、通路を開閉するリリーフ弁２４０が設けられる。リリーフ弁は、過給機ＥＣＵ３４０から受信する制御信号に応じて、バイパス通路２４２を経由して単動シリンダ２２６と排気管１８０とを接続する経路を開状態にしたり、閉状態にしたりする。
【０１３０】
回転数検知センサ２１８は、シャフト２１０の回転数を検知する。すなわち、回転数検知センサ２１８は、コンプレッサホイール２０６、タービンホイール２０８および回転電機２１６の回転数を検知する。回転数検知センサ２１８は、検知した回転数を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。
【０１３１】
圧力検知センサ２３２は、タービン２０４内の気体の圧力を検知する。圧力検知センサ２３２は、検知したタービン２０４内の圧力を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。なお、タービン２０４内の圧力は、シャフト２１０の回転数に基づいて推定するようにしてもよい。
【０１３２】
蓄圧検知センサ２４６は、蓄圧部２４４内の気体の圧力を検知する。蓄圧検知センサ２４６は、検知した蓄圧部２４４内の圧力を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。
【０１３３】
本実施の形態においては、過給機ＥＣＵ３４０が蓄圧部２４４に、排気ガスの圧力を保持し、タービンホイール２０８の回転数に応じて、駆動弁２３８およびリリーフ弁２４０を制御する点に特徴を有する。
【０１３４】
図１３を参照して、本実施の形態に係る電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵ３４０において実行される蓄圧部２４４に、排気ガスの圧力を保持するプログラムの制御構造について説明する。
【０１３５】
Ｓ４００にて、過給機ＥＣＵ３４０は、蓄圧部２４４内の気体の圧力ＰｈがＰ（２）よりも小さいか否かを判断する。なお、予め定められた圧力Ｐ（２）は、単動シリンダ２２６が作動を開始する（内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付ける）作動圧力以上であれば、特に限定されるものではない。Ｐ（２）は、たとえば、６０ｋＰａである。過給機ＥＣＵ３４０は、蓄圧検知センサ２４６により検知される圧力に基づいて判断する。タービン２０４内の圧力Ｐｈが予め定められた圧力Ｐ（２）より小さいと（Ｓ４００にてＹＥＳ）、処理はＳ４０２に移される。もしそうでないと（Ｓ４００にてＮＯ）、処理はＳ４０４に移される。
【０１３６】
Ｓ４０２にて、過給機ＥＣＵ３４０は、開状態になるように蓄圧弁２３６を制御する。Ｓ４０４にて、過給機ＥＣＵ３４０は、閉状態になるように蓄圧弁２３６を制御する。
【０１３７】
次に、図１４を参照して、本実施の形態に係る電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵ３４０において実行される駆動弁２３８およびリリーフ弁２４０を制御するプログラムの制御構造について説明する。
【０１３８】
Ｓ５００にて、過給機ＥＣＵ３４０は、タービン２０４内の圧力Ｐｔが予め定められた圧力Ｐ（０）より大きいか否かを判断する。なお、予め定められた圧力Ｐ（０）は、過回転に対応するタービン２０４内の圧力であってもよく、特に限定されるものではないが、たとえば、応答遅れ等を考慮して設定される。Ｐ（０）は、たとえば、８０ｋＰａである。本実施の形態において、Ｐ（０）は、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔの、「許容値×９５％」に対応するタービン２０４内の圧力である。ここで、「許容値」とは、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔの予め定められた許容範囲の上限値である。過給機ＥＣＵ３４０は、圧力検知センサ２３２により検知される圧力に基づいて判断する。なお、過給機ＥＣＵ３４０は、電動過給機２００の作動状態が過回転の状態であるかを検知できればよく、たとえば、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが過回転に対応する回転数より大きいか否かを判断するようにしてもよい。タービン２０４内の圧力Ｐｔが圧力Ｐ（０）より大きいと（Ｓ５００にてＹＥＳ）、処理はＳ５０２に移される。もしそうでないと（Ｓ５００にてＮＯ）、処理はＳ５００に戻され、タービン２０４内の圧力Ｐｔが圧力Ｐ（０）より大きくなるまで待機する。
【０１３９】
Ｓ５０２にて、過給機ＥＣＵ３４０は、開状態になるように駆動弁２３８を制御する。Ｓ５０４にて、過給機ＥＣＵ３４０は、閉状態になるようにリリーフ弁２４０を制御する。なお、Ｓ５０２とＳ５０４とは順序を入れ替えてもよい。
【０１４０】
Ｓ５０６にて、過給機ＥＣＵ３４０は、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが「許容値×７０％」よりも小さいか否かを判断する。ここで、「７０％」は、タービンホイール２０８の回転数の予め定められた制御範囲の下限値であるが、特にこれに限定されない。過給機ＥＣＵ３４０は、回転数検知センサ２１８により検知された回転数に基づいて判断する。タービンホイール２０８の回転数が「許容値×７０％」よりも小さいと（Ｓ５０６にてＹＥＳ）、処理はＳ５０８に移される。もしそうでないと（Ｓ５０６にてＮＯ）、処理はＳ５０６に戻され、タービンホイール２０８の回転数が「許容値×７０％」よりも小さくなるまで待機する。
【０１４１】
Ｓ５０８にて、過給機ＥＣＵ３４０は、閉状態になるように駆動弁２３８を制御する。Ｓ５１０にて、過給機ＥＣＵ３４０は、開状態になるようにリリーフ弁２４０を制御する。なお、Ｓ５０８とＳ５１０とは順序を入れ替えてもよい。
【０１４２】
以上のような構造、フローチャートに基づく、本実施の形態に係る電動過給機２００の動作について図１５を参照して説明する。
【０１４３】
タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが「許容値×７０％」よりも小さいときには、駆動弁２３８は、閉状態である。このとき、運転者の操作によりアクセル開度が増加するなどして、排気ガスの流量が増加すると、タービン２０４内の圧力Ｐｔが増加する。このとき、蓄圧部２４４内の排気ガスの圧力ＰｈがＰ（２）以下であるときには（Ｓ４００にてＹＥＳ）、蓄圧弁２３６が開状態になる（Ｓ４０２）。そして、蓄圧部２４４内の排気ガスの圧力がＰ（２）よりも大きくなると（Ｓ４００にてＮＯ）、蓄圧弁２４４は閉状態になる（Ｓ４０４）。このとき、蓄圧部２４４内において排気ガスの圧力が保持される。
【０１４４】
そして、タービン２０４内の圧力がさらに増加して、タービン２０４内の圧力ＰｔがＰ（０）よりも大きくなると、駆動弁２３８が開状態になり（Ｓ５０２）、リリーフ弁２４０が閉状態になる（Ｓ５０４）。これにより、蓄圧部２４４に保持された排気ガスの圧力が単動シリンダ２２６に付与される。単動シリンダ２２６に付与される圧力が作動圧力以上になると、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動する。そのため、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０との間に生じる摩擦力（制動力）により、図１５の実線に示すように、時間Ｔ（０）において、タービン２０４の回転数Ｎｔが減少に転じる。なお、図１５において、縦軸がタービン２０４の回転数Ｎｔを示し、横軸が時間ｔを示す。
【０１４５】
そして、タービン２０４の回転数Ｎｔが減少して、「許容値×７０％」よりも小さくなると（Ｓ５０６にてＹＥＳ）、駆動弁２３８が閉状態になり（Ｓ５０８）、リリーフ弁２４０が開状態になる（Ｓ５１０）。このとき、単動シリンダ２２６に付与される圧力が低下して、作動圧力よりも小さくなると、単動シリンダ２２６に内部のシリンダ部が初期の位置に戻る。そのため、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０とが離隔する。その結果、ブレーキシュー２２８によりシャフト２１０の回転は抑制されない。そのため、タービン２０４内の圧力の上昇にともなって、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔは時間Ｔ（１）において、再び上昇を開始する。このようにして、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔは、制御範囲内になるように制御される。
【０１４６】
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、事前に排気ガスの圧力を蓄圧部により保持しておき、シャフトの回転数が過回転に対応する回転数より大きくなるときに、蓄圧部に保持された排気ガスの圧力を単動シリンダに付与するようにすると、適切な時点で過回転を抑制することができる。
【０１４７】
すなわち、通路が閉じるように駆動弁が制御されているときに、開状態になるように蓄圧弁が制御されると、蓄圧部における排気ガスの圧力は、供給通路に供給される排気ガスの圧力と略同じになる。そして、蓄圧部における排気ガスの圧力が予め定められた圧力以上になると、閉状態になるように蓄圧弁が制御されると、蓄圧部が密閉されて、蓄圧部に排気ガスの圧力を保持することができる。
【０１４８】
そして、シャフトの回転状態、すなわち、供給通路に供給される気体の圧力ＰｔがＰ（０）よりも大きいと、駆動弁を開状態にして、リリーフ弁を閉状態にすると、蓄圧部に保持された排気ガスの圧力が単動シリンダに付与される。そのため、付与された圧力に応じて単動シリンダが作動して、シャフトの回転上昇を抑制することができる。したがって、適切な時点で、電動過給機の過回転を抑制することができる。さらに、タービン内の排気ガスの圧力を用いてシャフトの回転上昇を抑制することができるため、新たに電力が消費されることもない。そのため、効率良く過回転を抑制することができる。
【０１４９】
なお、本実施の形態において、過給機ＥＣＵ３４０は、タービン２０４内の圧力に応じ駆動弁２３８を制御するようにしたが、コンプレッサ２０２内の圧力に応じて開閉弁２３８を制御するようにしてもよい。
【０１５０】
また、本実施の形態において、制動機構は、シャフト２１０の回転数の上昇に伴なって上昇するタービン２０４における排気の圧力に基づく制動力を用いて回転数の上昇を抑制する機構であるとして説明したが、コンプレッサ２０２における空気の圧力を用いて回転上昇を抑制するようにしてもよい。
【０１５１】
＜第６の実施の形態＞
以下、本発明の第６の実施の形態に係る電動過給機について説明する。本実施の形態に係る電動過給機は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機２００の構成と比較して、供給通路２２０に代えて、単動シリンダ２２６を作動させるアクチュエータ２４８を含む点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る電動過給機２００を搭載する車両の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
【０１５２】
図１６に示すように、本実施の形態に係る電動過給機２００は、単動シリンダ２２６に圧力を供給するアクチュエータ２４８を含む。アクチュエータ２４８は、単動シリンダ２２６に油圧あるいは空気圧を供給するアクチュエータであってもよい。あるいは、アクチュエータは、電動機であってもよい。また、単動シリンダ２２６は、アクチュエータ２４８から供給される油圧および空気圧に応じて内部のシリンダ部を作動させる構造に限定されるものではなく、たとえば、アクチュエータである電動機の回転力により、内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動するような構造を有していてもよい。
【０１５３】
回転数検知センサ２１８は、シャフト２１０の回転数を検知する。すなわち、回転数検知センサは、コンプレッサホイール２０６、タービンホイール２０８および回転電機２１６の回転数を検知する。回転数検知センサ２１８は、検知した回転数を表す信号を過給機ＥＣＵ３４０に送信する。
【０１５４】
本実施の形態においては、過給機ＥＣＵ３４０がタービンホイール２０８の回転数Ｎｔに応じてアクチュエータ２４８を制御する点に特徴を有する。
【０１５５】
図１７を参照して、本実施の形態に係る電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵ３４０において実行されるプログラムの制御構造について説明する。
【０１５６】
Ｓ６００にて、過給機ＥＣＵ３４０は、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが予め定められた回転数Ｎ（２）よりも大きいか否かを判断する。予め定められた回転数Ｎ（２）は、過回転に対応する回転数であれば特に限定される回転数ではない。タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが予め定められた回転数Ｎ（２）よりも大きいと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、処理はＳ６０２に移される。もしそうでないと（Ｓ６００にてＮＯ）、処理はＳ６０４に移される。
【０１５７】
Ｓ６０２にて、過給機ＥＣＵ２４０は、アクチュエータ２４８が作動するように制御する。Ｓ６０４にて、過給機ＥＣＵ２４０は、アクチュエータ２４８の作動が停止するように制御する。
【０１５８】
以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る電動過給機２００の動作について説明する。
【０１５９】
運転者の操作によりアクセル開度が増加するなどして、排気ガスの流量が増加すると、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが上昇する。検知されたタービンホイール２０８の回転数ＮｔがＮ（２）よりも大きいと（Ｓ６００にてＹＥＳ）、アクチュエータ２４８が作動する（Ｓ６０２）。そのため、単動シリンダ２２６に油圧または空気圧が供給されて、単動シリンダ２２６の内部のシリンダ部がブレーキシュー２２８をシャフト２１０に押し付けるように移動する。このとき、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０との間に摩擦力が生じて、シャフト２１０の回転数が減少する。これにより、シャフト２１０の過回転が抑制される。
【０１６０】
そして、タービンホイール２０８の回転数Ｎｔが下降して、Ｎ（２）以下になると（Ｓ６００にてＮＯ）、アクチュエータ２４８の作動が停止される（Ｓ６０２）。そのため、単動シリンダ２２６に油圧または空気圧が供給されなくなるため、単動シリンダの内部のシリンダ部が初期の位置に戻るように移動する。このとき、ブレーキシュー２２８とシャフト２１０とが離隔する。そのため、シャフト２１０の回転が抑制されない。
【０１６１】
以上のようにして、本実施の形態に係る電動過給機によると、タービンホイールの回転数ＮｔがＮ（２）より大きくなると、アクチュエータが作動して、シャフトの回転が抑制されるため、適切な時点で電動過給機の過回転を抑制することができる。
【０１６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１６３】
【図１】第１の実施の形態に係る電動過給機が搭載されるエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電動過給機の構成を示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係る電動過給機の構成を示す図である。
【図４】第２の実施の形態に係る電動過給機を制御する過給機ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図５】第３の実施の形態に係る電動過給機の構成を示す図である。
【図６】第３の実施の形態に係る電動過給機を制御する過給機ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図７】第３の実施の形態に係る電動過給機の動作時の、タービン回転数の変化を示すタイミングチャート（その１）である。
【図８】第３の実施の形態に係る電動過給機の動作時の、タービン回転数の変化を示すタイミングチャート（その２）である。
【図９】第４の実施の形態に係る電動過給機の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施の形態に係る電動過給機を制御する過給機ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【図１１】第４の実施の形態に係る電動過給機の動作時の、タービン回転数の変化を示すタイミングチャートである。
【図１２】第５の実施の形態に係る電動過給機の構成を示す図である。
【図１３】第５の実施の形態に係る電動過給機を制御する過給機ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その１）である。
【図１４】第５の実施の形態に係る電動過給機を制御する過給機ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャート（その２）である。
【図１５】第５の実施の形態に係る電動過給機の動作時の、タービン回転数の変化を示すタイミングチャートである。
【図１６】第６の実施の形態に係る電動過給機の構成を示す図である。
【図１７】第６の実施の形態に係る電動過給機を制御する過給機ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１６４】
１００  エンジン、１０２  吸気通路、１０４  吸気バルブ、１０６  燃料噴射インジェクタ、１０８  燃焼室、１１０  点火プラグ、１１２  シリンダブロック、１１４  ピストン、１１６  コンロッド、１１８  タイミングロータ、１２０  クランクシャフト、１２２  クランクポジションセンサ、１２４  ベルト、１２６  オルタネータ、１２８  排気バルブ、１３０  排気通路、１５０  吸入口、１５２  エアクリーナ、１５４  エアフローメータ、１５６，１６０  吸気通路、１５８  バイパス通路、１６２  インタークーラ、１６４  エアバイパスバルブ、１６６  スロットルバルブ、１６８  スロットルモータ、１７０  吸気管圧力センサ、１７２  吸気温度センサ、１８０  排気管、１８２  触媒、２００  電動過給機、２０２  コンプレッサ、２０４  タービン、２０６  コンプレッサホイール、２０８  タービンホイール、２１０  シャフト、２１２  ロータ、２１４  ステータ、２１６  回転電機、２１８  回転数検知センサ、２２０  供給通路、２２２，２４２  バイパス通路、２２４  切換弁、２２６  単動シリンダ、２２８  ブレーキシュー、２３０，２３４  開閉弁、２３２  圧力検知センサ、２３６  蓄圧弁、２３８  駆動弁、２４０  リリーフ弁、２４４  蓄圧部、２４６  蓄圧検知センサ、２４８  アクチュエータ、２５０  エンジンＥＣＵ、３００  低圧バッテリ、３１０  ＤＣ／ＤＣコンバータ、３２０  高圧バッテリ、３３０  過給機ＥＤＵ、３４０  過給機ＥＣＵ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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