(57)【要約】【課題】運転者によるアクセルの踏み込みに対応して、簡便な機構でスムーズに過給作用を発揮させること。【解決手段】エキゾーストマニホールド１３ａと過給機１０とを接続する排気管１４の過給機１０の上流側に設けられる開閉バルブ１７と、運転者によるアクセルの踏み込み量に対応して開閉バルブ１７の開度を減少させて、過給機１０の上流側でエキゾーストマニホールド１３ａからの排気ガスを滞留させて前記排気ガスを加圧する一方で、所定条件を満たした際に開閉バルブ１７を開いて、加圧した前記排気ガスを過給機１０に送り込むように開閉バルブ１７の開閉制御を行なう開閉制御装置２５と、を備えた内燃機関の過給装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキゾーストマニホールドと過給機とを接続する排気管の前記過給機の上流側に設けられる開閉バルブと、
運転者によるアクセルの踏み込み量に対応して前記開閉バルブの開度を減少させて、前記過給機の上流側で前記エキゾーストマニホールドからの排気ガスを滞留させて前記排気ガスを加圧する一方で、所定条件を満たした際に前記開閉バルブを開いて、加圧した前記排気ガスを前記過給機に送り込むように前記開閉バルブの開閉制御を行なう開閉制御装置と、
を備えた内燃機関の過給装置。
【請求項２】
前記過給機が、第一過給機と、前記第一過給機よりも容量が大きい第二過給機とから構成され、前記開閉バルブが、前記第一過給機に排気を送り込む前記排気管に設けられた請求項１に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項３】
前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度以上の場合に、前記所定条件として、前記開閉バルブの開度を減少させてからの経過時間が、予め定めた基準時間以上となることとした請求項１又は２に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項４】
前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度を下回る場合に、前記所定条件として、滞留した前記排気ガスの排圧が、予め定めた基準排圧以上となることとした請求項１又は２に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項５】
前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度以上の場合に、前記所定条件として、前記開閉バルブの開度を減少させてからの経過時間が予め定めた基準時間以上となることとする一方で、前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度を下回る場合に、前記所定条件として、滞留した前記排気ガスの排圧が予め定めた基準排圧以上となることとした請求項１又は２に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項６】
前記基準排圧は、前記アクセルの踏み込み量に対応して定められ、該踏み込み量が小さいほど大きい値に設定されることとした請求項４又は５に記載の内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の過給装置に関し、特に、過給機に送り込む排気ガスの排圧を高めることによって、この過給機のレスポンスを向上させたものに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下において、エンジンと称する。）の過給装置（以下において、単に過給装置と称する。）においては、運転者によるアクセルの踏み込み量に対応して、排気ガスを過給機の排気タービンに送り込み、吸気の過給作用を発揮させることにより、高い出力を得ることができるように構成されている。しかしながら、エンジンの低速回転時には排圧が低く、十分な過給作用が発揮されないため、運転者が満足のいく加速感を得ることができないことがある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に記載の構成においては、燃料カット制御が実行されているときに蓄圧タンクに圧縮された排気ガスを溜めておき、車両の加速時や発進時等のようにターボ過給機の動作をアシストする必要があるときに、蓄圧タンクに溜められた圧縮された排気ガスをタービンに供給して、十分な過給作用が得られるようにしている（本文献の明細書の段落００２３、００２４を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５６２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係る過給装置においては、通常の過給装置に蓄圧タンクを併設する必要があり、レイアウト上の制約を受けるとともに、余分な装置コストを要する問題がある。
【０００６】
そこで、この発明は、運転者によるアクセルの踏み込みに対応して、簡便な機構でスムーズに過給作用を発揮させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明においては、エキゾーストマニホールドと過給機とを接続する排気管の前記過給機の上流側に設けられる開閉バルブと、運転者によるアクセルの踏み込み量に対応して前記開閉バルブの開度を減少させて、前記過給機の上流側で前記エキゾーストマニホールドからの排気ガスを滞留させて前記排気ガスを加圧する一方で、所定条件を満たした際に前記開閉バルブを開いて、加圧した前記排気ガスを前記過給機に送り込むように前記開閉バルブの開閉制御を行なう開閉制御装置と、を備えた内燃機関の過給装置を構成した。
【０００８】
前記構成においては、前記過給機が、第一過給機と、前記第一過給機よりも容量が大きい第二過給機とから構成され、前記開閉バルブが、前記第一過給機に排気を送り込む前記排気管に設けられた構成とするのが好ましい。
【０００９】
前記各構成においては、前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度以上の場合に、前記所定条件として、前記開閉バルブの開度を減少させてからの経過時間が、予め定めた基準時間以上となることとした構成とすることができる。
【００１０】
あるいは、前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度を下回る場合に、前記所定条件として、滞留した前記排気ガスの排圧が、予め定めた基準排圧以上となることとした構成とすることもできる。
【００１１】
又は、前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度以上の場合に、前記所定条件として、前記開閉バルブの開度を減少させてからの経過時間が予め定めた基準時間以上となることとする一方で、前記アクセルの踏み込み量が、予め定めた所定開度を下回る場合に、前記所定条件として、滞留した前記排気ガスの排圧が予め定めた基準排圧以上となることとした構成とすることもできる。
【００１２】
前記基準排圧は、前記アクセルの踏み込み量に対応して定められ、該踏み込み量が小さいほど大きい値に設定されることとした構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によると、開閉バルブの開度を減少させて排気ガスの排圧を高めた上で開閉バルブを開くことにより、この排気ガスで過給機の排気タービンの回転をアシストすることができる。このため、簡便な機構でスムーズに過給作用を発揮することができ、運転者が満足のいく加速感を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明に係る内燃機関の過給装置の一実施形態を示す全体構成図
【図２】図１に示す過給装置における制御のフローの一例を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明に係る内燃機関（以下において、「エンジン」と称する。）の過給装置（以下において、単に「過給装置」と称する。）の一実施形態の全体構成図を図１に示す。この過給装置は、容量の異なる二個の過給機１０（第一過給機１１、第二過給機１２）を備えている。第二過給機１２は、第一過給機１１よりも容量が大きく、第一過給機１１は、エンジン１３の主に低速回転領域において、第二過給機１２は、エンジン１３の主に中高速回転領域において過給作用を発揮する。
【００１６】
エンジン１３のエキゾーストマニホールド１３ａは排気管１４と、インテークマニホールド１３ｂは吸気管１５と、それぞれ接続されている。
【００１７】
排気管１４は、第一過給機１１及び第二過給機１２の排気タービン１１ａ、１２ａ側と接続されている。この排気管１４には、第一過給機１１を迂回する第一バイパス管１６ａ、及び、第二過給機１２を迂回する第二バイパス管１６ｂが、排気管１４のバイパス流路としてそれぞれ接続されている。排気管１４の第一過給機１１よりも上流側で、かつ、第一バイパス管１６ａとの分岐箇所よりも下流側となる箇所には、開閉バルブ１７が設けられている。この開閉バルブ１７の上流側には、排気管１４内の排気ガスの排圧を検知する排圧センサ１８が設けられている。第一バイパス管１６ａにはレギュレートバルブ１９が、第二バイパス管１６ｂにはウェストゲートバルブ２０がそれぞれ設けられている。
【００１８】
なお、この実施形態においては、排圧センサ１８で開閉バルブ１７の上流側の排圧を実測する構成としたが、排圧センサ１８を設けずに、排気ガスの流量、配管径等に基づいて排圧を推定し、この推定値に基づいて、開閉バルブ１７の開閉制御を行なう構成としてもよい。また、開閉バルブ１７の前後の差圧に基づいて、この開閉バルブ１７の開閉制御を行なう構成としてもよい。
【００１９】
レギュレートバルブ１９及び開閉バルブ１７の両方を閉じると、排気ガスは排気管１４を流れることができないため、この排気管１４内に滞留して排圧が上昇する。このように、排圧が上昇した状態で、レギュレートバルブ１９を閉じたままの状態としつつ開閉バルブ１７のみを開くと、排気ガスが、高い排圧のまま第一過給機１１（排気タービン１１ａ）側に一気に流れる。これにより、第一過給機１１の排気タービン１１ａの回転速度を急速に高めることができ、運転者が満足のいく加速感を得ることができる。
【００２０】
この一方で、レギュレートバルブ１９を開きつつ開閉バルブ１７を閉じると、第一バイパス管１６ａを経由して（第一過給機１１を経由することなく）、排気管１４内の排気ガスを、第二過給機１２（排気タービン１２ａ）側に直接流すことができる。
【００２１】
第二バイパス管１６ｂに設けられたウェストゲートバルブ２０は、通常は閉じた状態となっている。このため、排気ガスの全量が、排気管１４を通って第二過給機１２（排気タービン１２ａ）側に流れる。この第二過給機１２を流れる排気ガスの排圧が何らかの原因で異常上昇した際に、その排圧によってウェストゲートバルブ２０が開き、排気ガスの一部が第二バイパス管１６ｂを通って下流側に流れる。これによって、過給圧の異常上昇に伴う第二過給機１２の不具合の発生を防止することができる。
【００２２】
吸気管１５は、第一過給機１１及び第二過給機１２の吸気タービン１１ｂ、１２ｂ側と接続されている。この吸気管１５には、第一過給機１１を迂回する第三バイパス管１６ｃが接続されている。第三バイパス管１６ｃには、コンプレッサーバイパスバルブ２１が設けられている。コンプレッサーバイパスバルブ２１を閉じると、空気を第二過給機１２（吸気タービン１２ｂ）を経由して、第一過給機１１（吸気タービン１１ｂ）側に流すことができる。この一方で、コンプレッサーバイパスバルブ２１を開くと、第三バイパス管１６ｃを経由して、吸気管１５内の空気をエンジン１３のインテークマニホールド１３ｂ側に直接流すことができる。
【００２３】
開閉バルブ１７、レギュレートバルブ１９、及び、コンプレッサーバイパスバルブ２１には、各バルブ１７、１９、２１を開閉するアキュムレータ２２と、このアキュムレータ２２を作動させるソレノイド２３及び負圧ポンプ２４がそれぞれ接続されている。電子制御装置（開閉制御装置）２５からの制御信号がソレノイド２３に伝達され、アキュムレータ２２及び負圧ポンプ２４が駆動することによって、各バルブ１７、１９、２１の開閉操作がなされる。
【００２４】
一般的に、容量の異なる複数の過給機（例えば、本実施形態における第一過給機１１、第二過給機１２）を備えた過給装置においては、容量の小さい第一過給機１１によって、エンジン１３の低速回転状態における過給作用を確保しつつ、容量の大きい第二過給機１２によって、エンジン１３の中高速回転状態における過給作用を確保することができるとされている。その反面、両過給機１１、１２の容量に大きな差があると、エンジン１３の回転数の中間領域において、過給作用が不十分となる「過給作用の谷間」が出現し、この中間領域において、運転者が満足のいく加速感を得ることができないという問題が生じ得る。
【００２５】
この「過給作用の谷間」は、第一過給機１１の容量をできるだけ第二過給機１２に近付けて、過給作用の谷間を小さくすることによって回避し得る。しかしながら、第一過給機１１の容量を大きくすると、低速回転領域におけるタービンのレスポンスが遅れて、この低速回転領域における十分な過給作用を確保できなくなることがある。
【００２６】
そこで、本実施形態に係る過給装置のように、容量が相対的に小さい第一過給機１１に開閉バルブ１７を設けて排圧を高め、排気タービン１１ａの回転をアシストすることによって、第一過給機１１の容量を相対的に大容量の第二過給機１２に近付けてもスムーズに第一過給機１１を作動させることができ、「過給作用の谷間」の緩和を図ることができる。このため、全ての回転領域において、運転者が満足のいく加速感を得ることができる。
【００２７】
図１に示した全体構成図はあくまでも例示であって、この実施形態に他の構成要素を付加し、又は、既存の構成要素を一部削除することもできる。
【００２８】
例えば、吸気管１５に設けた第一過給機１１よりも上流側で、かつ、第三バイパス管１６ｃとの分岐箇所よりも下流側となる箇所に、別途、開閉バルブ（以下において、「第一追加開閉バルブ」と称する。）を設けた構成としてもよい。第二過給機１２の作動時（すなわち、中高速回転状態）において、前記第一追加開閉バルブを閉じつつコンプレッサーバイパスバルブ２１を開くと、第三バイパス管１６ｃを経由して、吸気管１５内の空気をインテークマニホールド１３ｂ側に直接流すことができる。このように、空気が第一過給機１１を経由しないようにすることにより、第一過給機１１の通過に伴う圧力損失を防止することができ、第二過給機１２による過給作用を最大限に発揮させることができる。
【００２９】
また、排気管１４に設けた第二過給機１２よりも上流側で、かつ、第二バイパス管１６ｂとの分岐箇所よりも下流側となる箇所に、別途、開閉バルブ（以下において、「第二追加開閉バルブ」と称する。）を設けた構成としてもよい。この第二追加開閉バルブ及びウェストゲートバルブ２０の両方を閉じると、排気ガスは排気管１４を流れることができないため、この排気管１４内に滞留して排圧が上昇する。このように、排圧が上昇した状態で、ウェストゲートバルブ２０を閉じた状態のままとしつつ第二追加開閉バルブのみを開くと、高い排圧のまま排気ガスを第二過給機１２（排気タービン１２ａ）側に一気に流すことができる。このため、第二過給機１２の排気タービン１２ａの回転速度を急速に高めることができ、中高速回転領域において、運転者が満足のいく加速感を得ることができる。
【００３０】
上記の実施形態においては、複数の過給機１０（第一過給機１１、第二過給機１２）を備えた構成について示したが、この発明に係る過給装置は、単一の過給機１０からなる構成においても適用することができる。この場合も、排気管１４に開閉バルブ１７を設け、この開閉バルブ１７を閉じて排気ガスの排圧を高めた上で、この開閉バルブ１７を開いて排気ガスを一気に過給機１０（排気タービン）に流すことにより、排気タービンの回転をアシストする作用が発揮されるためである。
【００３１】
図１に示す過給装置における制御のフローを示すフローチャートを図２に示す。このフローは、過給機１０のタービンが定常・低速回転している状態（本図中Ｓ１参照）において、運転者が加速意志を有している場合（運転者がアクセルを踏み込んだ場合）に適用される。また、過給機１０のタービンが回転していない状態においても適用することができる。以下において、このフローを、図１中に示した符号を適宜参照しながら説明する。
【００３２】
まず、運転者によるアクセルの踏み込み量が、アクセル開度を検知するアクセルポジションセンサによって検出される（本図中Ｓ２参照）。
【００３３】
アクセルポジションセンサで検出されたアクセル開度が、予め定めた所定開度以上の場合（本図中Ｓ３のＮｏ側）は、運転者が高い加速意志を有していると判断することができる。この場合、その加速意志を満足すべく、速やかに過給作用を発揮させる必要がある。具体的には、排気管１４に設けられた開閉バルブ１７を閉じる（本図中Ｓ４参照）とともに第一バイパス管１６ａに設けられたレギュレートバルブ１９を閉じて、排気管１４内に排気ガスを滞留させて排圧を上昇させる。開閉バルブ１７を閉じるのと同時に、電子制御装置２５に搭載されたタイマを作動させ、開閉バルブ１７を閉じてからの経過時間をカウントする（本図中Ｓ５参照）。
【００３４】
この経過時間が予め定めた基準時間以上となったら（本図中Ｓ６のＹｅｓ側）、開閉バルブ１７を開いて（本図中Ｓ７参照）、高い排圧のまま排気ガスを第一過給機１１に一気に流して、排気タービン１１ａの回転速度を急速に高めることができる。この経過時間が基準時間に到達するまでは、開閉バルブ１７を閉じた状態のままで（本図中Ｓ６のＮｏ側）経過時間のカウントを継続する（本図中Ｓ５参照）。この基準時間は、加速開始時（運転者によるアクセルの踏み込み開始時）から所定時間の経過後（例えば２秒後）において、開閉バルブ１７を一旦閉じた場合と、閉じなかった場合との間で、第一過給機１１のタービンの回転数に有意差が生じる程度の時間とし、例えば０．５秒間とすることができる。
【００３５】
例えば、開閉バルブ１７を０．５秒間閉じた場合に、加速開始から２秒後のタービン回転数が７万ｒｐｍであるのに対して、開閉バルブ１７を閉じなかった場合に、加速開始から２秒後のタービン回転数が５万ｒｐｍであるときには、０．５秒間の開閉バルブ１７の開閉によって、回転数に有意差が生じた判断することができる。この基準時間が長すぎると、加速開始から実際に加速するまでのターボラグが大きくなり、運転者に違和感が生じやすくなるため、予備試験の結果を踏まえた上で、基準時間の長さが適宜決定される。
【００３６】
このように、基準時間を予め設定しておき、この基準時間を経過した時点で、排圧の大きさに関係なく開閉バルブ１７を開く（以下において、この制御方法を「時間優先制御」と称する。）ことにより、運転者が高い加速意志を有している場合において、ターボラグの少ない優れた加速感を得ることができる。
【００３７】
この一方で、アクセルポジションセンサで検出されたアクセル開度が、予め定めた所定開度よりも小さい場合（本図中Ｓ３のＹｅｓ側）は、運転者がそれほど高い加速意志を有していないと判断することができる。この場合、運転者の加速要求に対して、多少の時間的余裕があると判断できる。そこで、過給機１０の初期回転力を効果的に向上させる制御がなされる。
【００３８】
具体的には、まず、アクセル開度に対応する基準排圧が選択される（本図中Ｓ８参照）。排圧を高くするほど過給機１０の初期回転力は高まるが、この排圧を過剰に上げてもそれ以上の効果は認められないため、基準排圧は、初期回転力の向上効果が認められる設定上限以下の範囲内で設定される。アクセル開度が小さいときは、運転者による加速要求が小さく、排圧を高めるための時間的余裕が大きいと考えられるため、基準排圧として高めの値（ただし、設定上限以下）が設定される。その一方で、アクセル開度が大きいときは、運転者による加速要求が大きく、排圧を高めるための時間的余裕があまりないと考えられるため、基準排圧として低めの値が設定される。
【００３９】
基準排圧が設定されたら、排気管１４に設けられた開閉バルブ１７を閉じる（本図中Ｓ９参照）とともに第一バイパス管１６ａに設けられたレギュレートバルブ１９を閉じて、排気管１４内に排気ガスを滞留させて排圧を上昇させる。この排圧の大きさは、排気管１４に設けられた排圧センサ１８によって検出される（本図中Ｓ１０参照）。
【００４０】
排圧センサ１８で検出した排圧の大きさが基準排圧以上のとき（本図中Ｓ１１のＹｅｓ側）は、開閉バルブ１７を開いて（本図中Ｓ７参照）、高い排圧のまま排気ガスを第一過給機１１に一気に流して、排気タービン１１ａの回転速度を急速に高めることができる。この排圧の大きさが基準排圧に到達するまでは、開閉バルブ１７を閉じたままの状態とし（本図中Ｓ１１のＮｏ側）、排圧の検出を継続する（本図中Ｓ１０参照）。
【００４１】
このように、基準排圧をあらかじめ設定しておき、開閉バルブ１７を閉じてからの時間に関係なく、排圧が基準排圧以上となった時点で開閉バルブ１７を開く（以下において、この制御を「排圧優先制御」と称する。）ことにより、運転者の加速要求を満足しつつ、過給機１０の初期回転力を向上させることができる。
【００４２】
図２に示した制御のフローにおいては、アクセル開度を基準として、時間優先制御又は排圧優先制御のいずれの制御方法を採用するかを決定したが、このアクセル開度を基準とする代わりに、アクセルの踏み込み速度を基準として、両制御のうちいずれの制御方法を採用するかを決定することもできる。アクセルの踏み込み速度が大きいときは、運転者の加速要求が大きいと判断でき、時間優先制御を採用するのが適切である一方で、アクセルの踏み込み速度が小さいときは、加速要求はそれほど大きくないと判断でき、排圧優先制御を採用するのが適切であると考えられるためである。また、アクセルの踏み込み量と踏み込み速度の両方を総合的に考慮した上で、いずれの制御方法を採用するかを決定することもできる。
【００４３】
また、このフローにおいては、開閉バルブ１７を開くときのバルブの動作速度については何ら規定していないが、この動作速度を大きくして、排気ガスが一気に第一過給機１１に流れ込むようにしたり、この動作速度を相対的に小さくして、排気ガスが第一過給機１１に緩やかに流れ込むようにしたりすることもできる。
【００４４】
上記の実施形態はあくまでも一例であって、運転者によるアクセルの踏み込みに対応して、簡便な機構でスムーズに過給作用を発揮させる、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、各過給機１１、１２、排気管１４、吸気管１５、各バイパス管１６ａ、１６ｂ、１６ｃ等の構成部材の形状や配置、制御のフローを適宜変更することもできる。なお、上記の実施形態、及び、制御のフローにおいては、開閉バルブ１７を閉じて排気ガスの排圧を高めた場合について説明したが、開閉バルブ１７の開度を減少させることによって、同様に、排気ガスの排圧を高めることもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  過給機
１１  第一過給機
１１ａ  排気タービン
１１ｂ  吸気タービン
１２  第二過給機
１２ａ  排気タービン
１２ｂ  吸気タービン
１３  エンジン
１３ａ  エキゾーストマニホールド
１３ｂ  インテークマニホールド
１４  排気管
１５  吸気管
１６ａ  第一バイパス管
１６ｂ  第二バイパス管
１６ｃ  第三バイパス管
１７  開閉バルブ
１８  排圧センサ
１９  レギュレートバルブ
２０  ウェストゲートバルブ
２１  コンプレッサーバイパスバルブ
２２  アキュムレータ
２３  ソレノイド
２４  負圧ポンプ
２５  電子制御装置（開閉制御装置）
【図１】
2017089430.tif 000003
【図２】
2017089430.tif 000004