(57)【要約】【課題】電動過給機のモータのための専用の冷却装置を設ける必要なく、内燃機関の性能を低下させることなく、電動過給機のモータを効率的に冷却する。【解決手段】内燃機関５０に接続された吸気通路５と、吸気通路５に配置されたコンプレッサ２１を有するターボチャージャ２０と、モータ１２によって作動されるコンプレッサ１１を有する電動過給機１０と、コンプレッサ２１によって過給された空気を冷却するインタークーラ５６と、吸気通路５のうちのインタークーラ５６の下流側に配置されたスロットルバルブ５３とを備えた内燃機関用過給システムにおいて、吸気通路５のうちのインタークーラ５６とスロットルバルブ５３との間の位置と、コンプレッサ２１の上流側の位置とを接続する還流通路４と、還流通路４に配置された還流バルブ４２とを設け、モータ１２を還流通路４内に配置し、スロットルバルブ５３の閉弁時に還流バルブ４２を開弁する。【選択図】図１
2016205254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
前記内燃機関に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記吸気通路に配置され、モータによって作動されるコンプレッサを有する電動過給機と、
前記吸気通路に配置され、少なくとも前記ターボチャージャのコンプレッサによって過給された空気を冷却するインタークーラと、
前記吸気通路のうちの前記インタークーラの下流側に配置されたスロットルバルブとを具備する内燃機関用過給システムにおいて、
前記吸気通路のうちの前記インタークーラと前記スロットルバルブとの間の位置と、前記吸気通路のうちの前記ターボチャージャのコンプレッサの上流側の位置とを接続する還流通路と、
前記還流通路に配置された還流バルブと、
前記スロットルバルブと前記還流バルブとを制御する制御装置とを設け、
前記モータを前記還流通路内に配置し、
前記スロットルバルブが閉弁されるときに、前記還流バルブが開弁されることを特徴とする内燃機関用過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に接続された吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、吸気通路に配置され、モータによって作動されるコンプレッサを有する電動過給機とを備えた内燃機関用過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関に接続された吸気通路に配置された機械式過給機（スーパーチャージャ）と、機械式過給機の上流側と下流側とを接続するバイパス通路と、バイパス通路に配置されたバイパスエアバルブと、吸気通路のうちの機械式過給機の上流側におけるバイパス通路との接続位置よりも上流側に配置されたスロットルバルブとを有する過給機付きエンジンが知られている。この種の過給機付きエンジンの例としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、エンジン減速時（スロットルバルブの閉弁時）にバイパスエアバルブが開弁される旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２５７４４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された過給機付きエンジンでは、エンジン減速時にスロットルバルブが閉弁されると、機械式過給機の上流側が負圧になり、機械式過給機の下流側が正圧になり、機械式過給機の上流側と下流側との圧力差によって機械式過給機が過熱するおそれがあるため、それを防止すべく、エンジン回転数、機械式過給機の温度等に基づいてバイパスエアバルブが開弁される。
ところで、特許文献１に記載された過給機付きエンジンには、モータによって作動されるコンプレッサを有する電動過給機が設けられていない。従って、特許文献１には、電動過給機のモータを効率的に冷却する手法について記載されていない。
一方、モータによって作動されるコンプレッサを有する電動過給機が内燃機関用過給システムに設けられている場合には、電動過給機のモータを効率的に冷却する必要がある。
【０００５】
前記問題点に鑑み、本発明は、電動過給機のモータのための専用の冷却装置を設ける必要なく、かつ、内燃機関の性能を低下させることなく、電動過給機のモータを効率的に冷却することができる内燃機関用過給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、内燃機関と、
前記内燃機関に接続された吸気通路と、
前記吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記吸気通路に配置され、モータによって作動されるコンプレッサを有する電動過給機と、
前記吸気通路に配置され、少なくとも前記ターボチャージャのコンプレッサによって過給された空気を冷却するインタークーラと、
前記吸気通路のうちの前記インタークーラの下流側に配置されたスロットルバルブとを具備する内燃機関用過給システムにおいて、
前記吸気通路のうちの前記インタークーラと前記スロットルバルブとの間の位置と、前記吸気通路のうちの前記ターボチャージャのコンプレッサの上流側の位置とを接続する還流通路と、
前記還流通路に配置された還流バルブと、
前記スロットルバルブと前記還流バルブとを制御する制御装置とを設け、
前記モータを前記還流通路内に配置し、
前記スロットルバルブが閉弁されるときに、前記還流バルブが開弁されることを特徴とする内燃機関用過給システムが提供される。
【０００７】
つまり、本発明の内燃機関用過給システムでは、少なくともターボチャージャのコンプレッサによって過給された空気を冷却するインタークーラが、吸気通路に配置されている。また、スロットルバルブが、吸気通路のうちのインタークーラの下流側に配置されている。さらに、吸気通路のうちのインタークーラとスロットルバルブとの間の位置と、吸気通路のうちのターボチャージャのコンプレッサの上流側の位置とが、還流通路によって接続されている。
また、還流バルブが還流通路に配置されている。さらに、電動過給機のモータによって作動されるコンプレッサが、吸気通路に配置されている。また、電動過給機のモータが、還流通路内に配置されている。
詳細には、例えば内燃機関の減速運転に伴って、スロットルバルブが閉弁され、スロットルバルブの上流側の吸気通路内の圧力が高くなるときに、還流バルブが開弁される。その結果、ターボチャージャのコンプレッサによって過給され、インタークーラによって冷却された高圧冷却空気が、還流通路に流入し、還流通路内に配置されたモータを冷却する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電動過給機のモータのための専用の冷却装置を設ける必要なく、かつ、内燃機関の性能を低下させることなく、電動過給機のモータを効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の内燃機関用過給システムを示した概略構成図である。
【図２】電動過給機１０のモータ１２と還流通路４との関係を概略的に説明するための図である。
【図３】一般的な内燃機関用過給システムを示した概略構成図である。
【図４】第１の実施形態の内燃機関用過給システムにおける還流バルブ４２の制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】ステップＳ１０５における還流バルブ４２の開度を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の内燃機関用過給システムの第１の実施形態を説明する前に、本発明が適用されていない一般的な内燃機関用過給システムの一例について説明する。図３は一般的な内燃機関用過給システムを示した概略構成図である。
一般的な内燃機関用過給システムでは、図３に示すように、吸気通路５のうちのターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側の位置と下流側の位置とが、還流通路４’によって接続されている。さらに、その還流通路４’に還流バルブ４２’が配置されている。そのため、還流バルブ４２’を開弁することにより、例えば減速時におけるターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側と下流側との圧力差の発生を抑制し、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の過熱を抑制することができる。
ところが、一般的な内燃機関用過給システムでは、電動過給機１０のモータ１２を効率的に冷却しようとすると、電動過給機１０のモータ１２のための専用の冷却装置を設けなければならない。詳細には、モータ１２が昇温してしまうと、モータ１２によって電動過給機１０のコンプレッサ１１を作動できない期間が生じてしまい、その期間中、内燃機関５０の性能が低下する（つまり、十分な過給を実行できない）おそれがある。
後述するように、本発明の内燃機関用過給システムは、このような問題点を解決することができる。
【００１１】
以下、本発明の内燃機関用過給システムの第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態の内燃機関用過給システムを示した概略構成図である。
図１に示す例では、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１と電動過給機１０のコンプレッサ１１とが吸気通路５に直列に配列されると共に、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１が電動過給機１０のコンプレッサ１１の上流側に配置されているが、他の例では、代わりに、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１を電動過給機１０のコンプレッサ１１の下流側に配置することもできる。
さらに他の例では、代わりに、吸気通路５を分岐させると共に、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１と電動過給機１０のコンプレッサ１１とを、分岐した吸気通路５に並列に配列することもできる。
また、本発明の内燃機関用過給システムは例えばガソリンエンジンに対して適用されるが、本発明の内燃機関用過給システムを、例えばディーゼルエンジンのようなガソリンエンジン以外のエンジンに対して適用することもできる。
【００１２】
第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、図１に示すように、排気通路８の一部分を構成する排気マニホールド５２を介して、内燃機関５０が排気通路８に接続されている。さらに、吸気通路５の一部分を構成する吸気マニホールド５１を介して、内燃機関５０が吸気通路５に接続されている。
また、排気通路８に配置されたタービンホイール（図示せず）を備えたタービン２２と、吸気通路５に配置されたコンプレッサインペラ（図示せず）を備えたコンプレッサ２１とを有するターボチャージャ２０が設けられている。ターボチャージャ２０のタービンホイールとコンプレッサインペラとは、回転軸２０’を介して連結されている。
吸気通路５のうちのターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側には、エアクリーナ４０が配置されている。一方、吸気通路５のうちのターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の下流側には、電動過給機１０のコンプレッサ１１が配置されている。
電動過給機１０のコンプレッサ１１はモータ１２によって作動され、モータ１２は、ＥＣＵ（制御装置）からの制御信号に基づき、インバータ１３を介して駆動される。
【００１３】
また、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、図１に示すように、電動過給機１０のモータ１２の温度（詳細には、モータ１２のコイルの温度）Ｔｍを検出する温度センサ１４が設けられており、温度センサ１４からの信号はＥＣＵに入力される。
さらに、吸気通路５のうちの電動過給機１０のコンプレッサ１１が配置された部分に対して並列に配列された吸気バイパス通路６が設けられている。つまり、電動過給機１０のコンプレッサ１１を迂回する吸気バイパス通路６が、吸気通路５に並列に配列されている。その吸気バイパス通路６には、ＥＣＵからの制御信号に基づいて制御される吸気バイパス弁４１が配置されている。吸気バイパス弁４１によって、吸気バイパス通路６への空気の流入と流入遮断とが切り替えられる。
また、吸気通路５のうちの電動過給機１０のコンプレッサ１１の下流側であって、吸気バイパス弁４１の下流側には、過給されて昇温した空気を冷却するためのインタークーラ５６が配置されている。つまり、インタークーラ５６では、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１によって過給され、電動過給機１０のコンプレッサ１１によって過給された空気、あるいは、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１によって過給され、吸気バイパス通路６を通過した空気が、冷却される。
【００１４】
さらに、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、図１に示すように、吸気通路５のうちのインタークーラ５６の下流側であって、吸気マニホールド５１の上流側に、ＥＣＵからの制御信号に基づいて制御されるスロットルバルブ５３が配置されている。
また、吸気通路５のうちのスロットルバルブ５３と吸気マニホールド５１との間の位置と、排気マニホールド５２とが、ＥＧＲ通路５４’によって接続されている。ＥＧＲ通路５４’には、ＥＧＲ通路５４’を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５５と、ＥＣＵからの制御信号に基づいて制御されるＥＧＲバルブ５４とが配置されている。
さらに、排気通路８のうちのターボチャージャ２０のタービン２２が配置された部分に対して並列に配列されたウェイストゲート通路９が設けられている。つまり、ターボチャージャ２０のタービン２２を迂回するウェイストゲート通路９が、排気通路８に並列に配列されている。そのウェイストゲート通路９には、ＥＣＵからの制御信号に基づいて制御されるウェイストゲートバルブ２３が配置されている。
【００１５】
詳細には、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、図１に示すように、吸気通路５のうちのインタークーラ５６とスロットルバルブ５３との間の位置と、吸気通路５のうちのターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側の位置とを接続する還流通路４が設けられている。その還流通路４には、ＥＣＵからの制御信号に基づいて制御される還流バルブ（エアバイパスバルブ（ＡＢＶ））４２が配置されている。
【００１６】
図２は電動過給機１０のモータ１２と還流通路４との関係を概略的に説明するための図である。詳細には、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中の電動過給機１０のモータ１２および還流通路４を図２（Ａ）の左側から見た概略的な断面図である。
第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、還流通路４が、電動過給機１０のハウジング１５内を通されている。さらに、電動過給機１０のモータ１２が、還流通路４内に配置されている。つまり、インタークーラ５６（図１参照）によって冷却され、還流通路４内を流れる空気が、還流通路４内に配置されたモータ１２に当たるように、還流通路４が構成されている。換言すれば、インタークーラ５６によって冷却された空気が、還流通路４内に配置されたモータ１２の外周面に沿って、還流通路４内を流れる。
詳細には、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、図１に示すように、還流バルブ４２が、モータ１２よりも、還流通路４内を流れる還流空気の流れの上流側に配置されている。
【００１７】
図４は第１の実施形態の内燃機関用過給システムにおける還流バルブ４２の制御を説明するためのフローチャートである。
図４に示すように、第１の実施形態の内燃機関用過給システムの還流バルブ４２（図１参照）の制御が開始されると、ステップＳ１０１において、温度センサ１４（図１参照）によって検出された電動過給機１０（図１参照）のモータ１２（図１参照）の温度（詳細には、モータ１２のコイルの温度）ＴｍがＥＣＵによって読み込まれる。また、ステップＳ１０１では、アクセル開度センサ（図示せず）によって検出されたアクセル開度θがＥＣＵによって読み込まれ、アクセル開度変化率α（＝ｄθ／ｄｔ）がＥＣＵによって算出される。さらに、ステップＳ１０１では、例えばエアフローメータ（図示せず）によって検出された空気量Ｇａと、外気温センサ（図示せず）によって検出された外気温Ｔａとが、ＥＣＵによって読み込まれる。
次いで、ステップＳ１０２では、減速時であるか否かが判定される。例えばアクセル開度変化率αがゼロ未満であるときには、減速時であると判断される。詳細には、減速時には、ＥＣＵからの制御信号に基づいてスロットルバルブ５３（図１参照）が閉弁される。
ステップＳ１０２においてＹｅｓと判定されたときにはステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２においてＮｏと判定されたときにはステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０３では、ＥＣＵからの制御信号に基づいて、還流バルブ４２（図１参照）が全開まで開弁される。次いで、所定期間経過後にステップＳ１０１からの処理を再開する。
【００１８】
つまり、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、内燃機関５０（図１参照）の減速運転に伴って、スロットルバルブ５３（図１参照）が閉弁され、スロットルバルブ５３の上流側の吸気通路５（図１参照）内の圧力が高くなるときに、還流バルブ４２（図１参照）が開弁される。その結果、ターボチャージャ２０（図１参照）のコンプレッサ２１（図１参照）によって過給され、インタークーラ５６（図１参照）によって冷却された高圧冷却空気が、還流通路４（図１および図２参照）に流入し、還流通路４内に配置されたモータ１２（図１および図２参照）を冷却する。
そのため、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、電動過給機１０（図１参照）のモータ１２のための専用の冷却装置を設ける必要なく、かつ、内燃機関５０の性能を低下させることなく、電動過給機１０のモータ１２を効率的に冷却することができる。
さらに詳細には、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、電動過給機１０のモータ１２を冷却することにより温まった還流空気がターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側に供給される。そのため、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側での凝縮水の発生に伴ってコンプレッサインペラ（図示せず）が損傷してしまうおそれを低減することができる。
また、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の下流側の過給された空気が還流通路４を介してターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側に戻される。そのため、例えば減速時におけるターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の上流側と下流側との圧力差の発生に伴うターボチャージャ２０のコンプレッサ２１の過熱を抑制することができる。
【００１９】
図４の説明に戻り、ステップＳ１０４では、減速時以外の例えば加速時、定常時などに、電動過給機１０（図１参照）のモータ１２（図１参照）の温度Ｔｍが、「モータ許容温度Ｔ１」の０．９倍より高いか否かが判定される。Ｙｅｓのときには、モータ１２の温度Ｔｍがモータ許容温度Ｔ１に達するおそれがあるため、還流空気によってモータ１２を冷却する必要があると判断し、ステップＳ１０５に進む。一方、Ｎｏのときには、還流空気によってモータ１２を冷却しなくても、モータ１２の温度Ｔｍがモータ許容温度Ｔ１に達するおそれがなく、電動過給機１０のコンプレッサ１１（図１参照）をモータ１２によって作動することができると判断し、ステップＳ１０６に進む。
ステップＳ１０５では、開度が小さい状態で還流バルブ４２（図１参照）が開弁される。その結果、ターボチャージャ２０（図１参照）のコンプレッサ２１（図１参照）によって過給され、インタークーラ５６（図１参照）によって冷却された高圧冷却空気が、還流通路４（図１参照）に流入し、還流通路４内に配置されたモータ１２を冷却する。
次いで、所定期間経過後にステップＳ１０１からの処理を再開する。
【００２０】
図５はステップＳ１０５における還流バルブ４２（図１参照）の開度を説明するための図である。
第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、図５に示すように、例えばエアフローメータ（図示せず）によって検出された空気量Ｇａが増加するに従って還流バルブ４２の開度が増加するように、ステップＳ１０５（図４参照）における還流バルブ４２の開度が設定されている。詳細には、空気量Ｇａが最大値Ｇａｍａｘのときに、還流バルブ４２の開度が１０％に設定されている。
つまり、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、電動過給機１０（図１参照）のモータ１２（図１参照）の温度Ｔｍが「モータ許容温度Ｔ１」に到達しそうになったときに、還流バルブ４２（図１参照）が小さい開度で開弁され、還流空気によってモータ１２が冷却される。そのため、モータ１２の温度Ｔｍが「モータ許容温度Ｔ１」に到達し、電動過給機１０のコンプレッサ１１（図１参照）を作動できなくなってしまう事態を回避することができる。
すなわち、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、モータ１２の昇温に伴って電動過給機１０のコンプレッサ１１を作動できなくなり、加速等の車両の走行性能に悪影響が及んでしまう事態を回避することができる。
詳細には、還流バルブ４２を小さい開度で開弁することにより、過給圧が若干低下するが、通常の過給圧フィードバック制御により、所定の過給圧になるようにウェイストゲートバルブ２３（図１参照）が閉側に制御されるため、過給圧低下の問題は生じない。
【００２１】
図４の説明に戻り、ステップＳ１０６では、還流バルブ４２（図１参照）が閉弁される。次いで、所定期間経過後にステップＳ１０１からの処理を再開する。
つまり、第１の実施形態の内燃機関用過給システムでは、還流バルブ４２が、ステップＳ１０３において全開に制御され、ステップＳ１０６において全閉に制御されるのみならず、ステップＳ１０５において中間開度で制御される。
【００２２】
第２の実施形態では、上述した第１の実施形態および各例を適宜組み合わせることもできる。
【符号の説明】
【００２３】
４、４’  還流通路
５  吸気通路
６  吸気バイパス通路
８  排気通路
９  ウェイストゲート通路
１０  電動過給機
１１  コンプレッサ
１２  モータ
１３  インバータ
１４  温度センサ
１５  ハウジング
２０  ターボチャージャ
２０’  回転軸
２１  コンプレッサ
２２  タービン
２３  ウェイストゲートバルブ
４０  エアクリーナ
４１  吸気バイパス弁
４２、４２’  還流バルブ
５０  内燃機関
５１  吸気マニホールド
５２  排気マニホールド
５３  スロットルバルブ
５４  ＥＧＲバルブ
５４’  ＥＧＲ通路
５５  ＥＧＲクーラ
５６  インタークーラ
【図１】
2016205254.tif 000003
【図２】
2016205254.tif 000004
【図３】
2016205254.tif 000005
【図４】
2016205254.tif 000006
【図５】
2016205254.tif 000007