(57)【要約】【課題】過給機の運転条件に応じた高い効率を維持する。【解決手段】吸気通路に設けられ、タービンと同じ軸で回転されることにより吸気通路を流れる吸気を圧縮する複数のコンプレッサに対して設けられた、コンプレッサと軸との相対回転速度を調整するための複数のコンプレッサ用クラッチ、及び吸気通路に設けられた、吸気を圧縮するコンプレッサを切り替えるためのコンプレッサ用バルブの少なくとも１つを制御する。【選択図】図６
2017072042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、
吸気通路に設けられ、前記タービンと同じ軸で回転されることにより前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する複数のコンプレッサと、
前記複数のコンプレッサに対して設けられた、前記コンプレッサと前記軸との相対回転速度を調整するための複数のコンプレッサ用クラッチと、
前記吸気通路に設けられた、前記吸気を圧縮するコンプレッサを切り替えるためのコンプレッサ用バルブと、
前記コンプレッサ用バルブ、及び前記複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御する制御部と、
を含むエンジン過給装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記吸気通路に流れる吸気流量、前記コンプレッサによって圧縮される前の吸気の圧力、前記吸気通路の吸気温度、前記コンプレッサによって圧縮された吸気の圧力、及びアクセル開度の変化に基づいて、前記コンプレッサ用バルブ、及び前記複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御する請求項１記載のエンジン過給装置。
【請求項３】
タービン用バルブと、
タービン用クラッチとを更に含み、
前記タービンは、前記軸で回転する複数のタービンであり、
前記タービン用バルブは、前記排気通路を流れる排気により回転させるタービンを切り換え、
前記タービン用クラッチは、前記複数のタービンのうちの少なくとも１つと前記軸との相対回転速度を調整し、
前記制御部は、前記コンプレッサ用バルブ、前記タービン用バルブ、前記複数のコンプレッサ用クラッチ、及び前記タービン用クラッチの少なくとも１つを制御する請求項１又は２記載のエンジン過給装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記吸気通路に流れる吸気流量、前記コンプレッサによって圧縮される前の吸気の圧力、前記吸気通路の吸気温度、前記コンプレッサによって圧縮された吸気の圧力、及びアクセル開度の変化に基づいて、前記コンプレッサ用バルブ、及び前記複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御し、前記タービンの回転速度、及び前記排気通路に流れる排気流量に基づいて、前記タービン用バルブ、及び前記タービン用クラッチの少なくとも一方を制御する請求項３記載のエンジン過給装置。
【請求項５】
エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、
吸気通路に設けられ、前記タービンと同じ軸で回転されることにより前記吸気通路を流れる吸気を圧縮するコンプレッサと、
前記コンプレッサと前記軸との相対回転速度を調整するためのコンプレッサ用クラッチと、
前記軸の動力を回生可能であって、前記軸に対して補助駆動力を発生する電動機と、
前記電動機と前記軸との相対回転速度を調整するための電動機用クラッチと、
前記コンプレッサ用クラッチ、前記電動機用クラッチ、及び前記電動機の少なくとも１つを制御する制御部と、
を含むエンジン過給装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記タービンの回転速度、及び前記排気通路に流れる排気流量に基づいて、前記コンプレッサ用クラッチ、前記電動機用クラッチ、及び前記電動機の少なくとも１つを制御する請求項５記載のエンジン過給装置。
【請求項７】
前記制御部は、アクセル開度の変化に基づいて、前記電動機用クラッチ及び前記電動機を制御する請求項５、又は６記載のエンジン過給装置。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１つのエンジン過給装置を搭載した車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン過給装置、及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の過給機では、図１８に示すように、エンジン低速域においては第２インペラにより過給された空気が第２吸気通路を通してエンジンに送られる（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１６４３９号公報
【特許文献２】特許第４６８１４６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来技術においては、同時に第２バルブを開放することで、第１インペラの圧縮仕事を低減するための手段が講じられているものの、高速回転するインペラ内を空気が循環するために大きな攪拌損失が生じるという問題がある。
【０００５】
また、従来技術の２ステージ過給では、２つのターボチャージャとそれらを接続する配管のためのスペースとが必要であるため、車両への搭載性が悪いという問題もある。
【０００６】
本発明では、上記問題点を解決するために成されたものであり、過給機の運転における効率を高く維持することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、第１の発明に係るエンジン過給装置は、エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、前記吸気通路に設けられ、前記タービンと同じ軸で回転されることにより前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する複数のコンプレッサと、前記複数のコンプレッサに対して設けられた、前記コンプレッサと前記軸との相対回転速度を調整するための複数のコンプレッサ用クラッチと、前記吸気通路に設けられた、前記吸気を圧縮するコンプレッサを切り替えるためのコンプレッサ用バルブと、前記コンプレッサ用バルブ、及び前記複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御する制御部と、を含んで構成されている。
【０００８】
第１の発明によれば、制御部により、コンプレッサを切り替えるためのコンプレッサ用バルブ、及び複数のコンプレッサに対して設けられた複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御する。
【０００９】
このように、第１の発明によれば、コンプレッサを切り替えるためのコンプレッサ用バルブ、及び複数のコンプレッサに対して設けられた複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御することにより、過給機の運転における効率を高く維持することができる。
【００１０】
また、第１の発明において、前記制御部は、前記吸気通路に流れる吸気流量、前記コンプレッサによって圧縮される前の吸気の圧力、前記吸気通路の吸気温度、前記コンプレッサによって圧縮された吸気の圧力、及びアクセル開度の変化に基づいて、前記コンプレッサ用バルブ、及び前記複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御してもよい。
【００１１】
また、第１の発明において、タービン用バルブと、タービン用クラッチとを更に含み、前記タービンは、前記軸で回転する複数のタービンであり、前記タービン用バルブは、前記排気通路を流れる排気により回転させるタービンを切り換え、前記タービン用クラッチは、前記複数のタービンのうちの少なくとも１つと前記軸との相対回転速度を調整し、前記制御部は、前記コンプレッサ用バルブ、前記タービン用バルブ、前記複数のコンプレッサ用クラッチ、及び前記タービン用クラッチの少なくとも１つを制御してもよい。
【００１２】
また、第１の発明において、前記制御部は、前記吸気通路に流れる吸気流量、前記コンプレッサによって圧縮される前の吸気の圧力、前記吸気通路の吸気温度、前記コンプレッサによって圧縮された吸気の圧力、及びアクセル開度の変化に基づいて、前記コンプレッサ用バルブ、及び前記複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御し、前記タービンの回転速度、及び前記排気通路に流れる排気流量に基づいて、前記タービン用バルブ、及び前記タービン用クラッチの少なくとも一方を制御してもよい。
【００１３】
第２の発明に係るエンジン過給装置は、エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、前記吸気通路に設けられ、前記タービンと同じ軸で回転されることにより前記吸気通路を流れる吸気を圧縮するコンプレッサと、前記コンプレッサと前記軸との相対回転速度を調整するためのコンプレッサ用クラッチと、前記軸の動力を回生可能であって、前記軸に対して補助駆動力を発生する電動機と、前記電動機と前記軸との相対回転速度を調整するための電動機用クラッチと、前記コンプレッサ用クラッチ、前記電動機用クラッチ、及び前記電動機の少なくとも１つを制御する制御部と、を含んで構成されている。
【００１４】
第２の発明によれば、制御部により、コンプレッサ用クラッチ、電動機用クラッチ、及び電動機の少なくとも１つを制御する。
【００１５】
このように、第２の発明によれば、コンプレッサ用バルブ、及び複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御することにより、過給機の運転条件に応じた高い効率を維持することができる。
【００１６】
また、第２の発明において、前記制御部は、前記タービンの回転速度、及び前記排気通路に流れる排気流量に基づいて、前記コンプレッサ用クラッチ、前記電動機用クラッチ、及び前記電動機の少なくとも１つを制御してもよい。
【００１７】
また、第２の発明において、前記制御部は、アクセル開度の変化に基づいて、前記電動機用クラッチ及び前記電動機を制御してもよい。
【００１８】
第３の発明係る車両は、上記エンジン過給装置を搭載した車両である。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明のエンジン過給装置によれば、コンプレッサ用バルブ、及び複数のコンプレッサ用クラッチの少なくとも１つを制御することにより、過給機の運転条件に応じた高い効率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図２】エンジン低速域での過給状態の一例を示す。
【図３】エンジン高速域での過給状態を示す。
【図４】第１クラッチ及び第２クラッチの接続状態を調整した一例を示す図である。
【図５】インペラ選択過給の概念図の一例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るコントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図７】コンプレッサマップの一例を示す図である。
【図８】断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフの一例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施形態に係るコントローラの動作のフローチャートである。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係るコントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図１２】過給圧力と過給気流量との関係を表すグラフの一例を示す図である。
【図１３】タービン流量とタービン膨張比との関係を表すグラフの一例を示す図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係るコントローラの動作のフローチャートである。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態に係るコントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施形態に係るコントローラの動作のフローチャートである。
【図１８】従来技術の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明の実施形態において、クラッチは、回転軸との相対回転速度を調整するための機能をもつ。
【００２２】
［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２３】
図１には、本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０を備えたエンジンシステムＳ１の全体構成が示されている。
【００２４】
図１に示すエンジンシステムＳ１は、例えば、乗用自動車等の車両に搭載されるものであり、エンジン過給装置１０とエンジン５０とを備えている。
【００２５】
エンジン５０は、従来と同様の構成とされている。エンジン５０は、インタークーラ５２と、インテークマニホールド５４と、エンジン本体５６と、排気マニホールド５８とを有して構成されている。また、排気マニホールド５８には、排気通路６０が接続されている。
【００２６】
エンジン過給装置１０は、吸気通路１２と、圧縮機１４と、過給圧力センサ１６と、吸気流量センサ１８と、吸気圧力センサ２０と、吸気温度センサ２２と、タービン回転速度センサ２４と、制御部としてのコントローラ２６と、後述するアクセル開度センサ２８とを有して構成されている。
【００２７】
吸気通路１２は、エンジン５０のインタークーラ５２と接続されている。
【００２８】
圧縮機１４は、従来既知の圧縮機と同様に、タービン部と、コンプレッサ部とを有して構成されている。ここで、タービン部には、１個のタービン（翼車）３０と、ウェイストゲートバルブ３２を含み、タービン３０は、図示しない吸入口から吸入されて排出口から排出される排気によって回転される構成とされている。
【００２９】
また、コンプレッサ部は、第１コンプレッサ（翼車）３４と、第１コンプレッサ３４と大きさの異なる第２コンプレッサ（翼車）３６と、バルブ３８とを含む。なお、第１コンプレッサ３４は、第１クラッチ４０と第１インペラ４２とを含んで構成されている。また、第２コンプレッサは、第２クラッチ４４と第２インペラ４６とを含んで構成されている。なお、第１クラッチ４０、及び第２クラッチ４４が、コンプレッサ用クラッチの一例である。また、バルブ３８が、コンプレッサ用バルブの一例である。
【００３０】
ここで、第１の実施形態においては、タービン３０と回転軸４８とが一体となり回転し、第１コンプレッサ３４は、第１クラッチ４０を介して、第１インペラ４２と回転軸４８との接続状態を開放状態から連結状態まで任意に選択できる構造となっている。また、同様に第２コンプレッサ３６についても、第２クラッチ４４を介して、第２インペラ４６と回転軸４８との接続状態を開放状態から連結状態まで任意に選択できる構造となっている。また、第１クラッチ４０により連結状態である第１インペラ４２、及び第２クラッチ４４により連結状態である第２インペラ４６は、回転軸４８と一体に回転されることで、図示しない吸入口から吸入されて図示しない排出口から排出される吸気を圧縮する構成とされている。なお、第１インペラ４２は、第２インペラ４６と比較して、小流量域の運転に適した設計となっている。
【００３１】
第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、バルブ３８、及びウェイストゲートバルブ３２は、エンジン過給装置１０のあらゆる運転条件において高い効率が維持されるようにコントローラ２６により制御される。
【００３２】
図２に、エンジン低速域での制御例を示す。エンジン回転数の低い領域では、第２クラッチ４４は開放状態とし、過給は、第１インペラ４２のみで行う。このとき、第２インペラ４６下流のバルブ３８は全閉状態で、第１クラッチ４０は回転軸４８に完全に接続、或いは半クラッチ状態、すなわちタービン３０回転速度≧第１インペラ４２回転速度の状態に設定される。
【００３３】
このときの第１クラッチ４０のすべり率は基本的には、タービン効率が最も高くなる値に設定されることが燃費低減のために望ましいが、加速性能やトルクを重視した場合には、すべり無しに設定するなどのように必要な状況に合わせて設定される。
【００３４】
図３にエンジン高速域での制御例を示す。低速域とは逆に、第１クラッチ４０を開放すると共に、第２インペラ４６下流に配置したバルブ３８を開放し、基本的には、大流量域の運転に適した第２インペラ４６のみで過給を行うが、中間領域や過渡状態では、第１インペラ４２、及び第２インペラ４６の両インペラで過給した方が効率的な領域では、図４に示すように、第１クラッチ４０、及び第２クラッチ４４の接続状態を調節した運転を行ってもよい。
【００３５】
図５に概念図を表す。これにより、エンジン低速域から高速域まで、ターボチャージャを良好な効率で運転することが可能となりエンジンのトルクレンジの拡大や燃費を低減することができる。なお、第１クラッチ、及び第２クラッチの形式は特に限定せず、摩擦板、磁気歯車、磁気粘弾性流体クラッチ等を用いる。
【００３６】
また、この圧縮機１４において、タービン３０の吸入口から排出口までの通路は、図１に示される排気通路６０の一部を構成している。
【００３７】
また、上述の第１インペラ４２、及び第２インペラ４６の吸入口から排出口までの通路は、図１に示される吸気通路１２の一部を構成している。
【００３８】
吸気圧力センサ２０は、吸気通路１２における圧縮機１４の上流側の内部圧力に応じた信号（以後、吸気圧力とする。）をコントローラ２６に出力する構成とされている。また、過給圧力センサ１６は、吸気通路１２における圧縮機１４の下流側の内部圧力に応じた信号（以後、過給圧力とする。）をコントローラ２６に出力する構成とされている。
【００３９】
吸気流量センサ１８は、吸気通路１２における圧縮機１４の上流側の吸気流量に応じた信号（以後、吸気流量とする。）をコントローラ２６に出力する構成とされている。
【００４０】
吸気温度センサ２２は、吸気通路１２における圧縮機１４の上流側の吸気温度に応じた信号（以後、吸気温度とする。）をコントローラ２６に出力する構成とされている。
【００４１】
タービン回転速度センサ２４は、排気通路６０におけるタービン３０のタービン入口回転速度に応じた信号（以後、タービン入口回転速度とする。）をコントローラ２６に出力する。
【００４２】
アクセル開度センサ２８は、アクセルの開度に応じた信号（以後、アクセル開度）をコントローラ２６に出力し、当該アクセル開度をメモリ（図示省略、以後同様）に記憶する。
【００４３】
コントローラ２６は、ＥＣＵやロジック回路等により構成されており、吸気圧力センサ２０、吸気流量センサ１８、吸気温度センサ２２、過給圧力センサ１６、タービン回転速度センサ２４、及びアクセル開度センサ２８（図示省略）の各センサから出力された信号に基づいて、バルブ３８、第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、及びウェイストゲートバルブ３２を制御する構成とされている。なお、このコントローラ２６の動作については、後述する。なお、図１においては、吸気圧力センサ２０、吸気流量センサ１８、吸気温度センサ２２、過給圧力センサ１６、タービン回転速度センサ２４、及びアクセル開度センサ２８（図示省略）の各センサと、コントローラ２６との接続は省略する。
【００４４】
また、コントローラ２６は、図６に示すように、ターボマップ現在値算出部７０と、状態決定部７２と、制御部７４とを含んで構成されている。
【００４５】
図６のターボマップ現在値算出部７０は、吸気圧力センサ２０から取得した吸気圧力と、過給圧力センサ１６から取得した過給圧力と、吸気流量センサ１８から取得した吸気流量と、吸気温度センサ２２から取得した吸気温度と、メモリ（図示省略）に記憶されている、例えば図７に示すコンプレッサマップとに基づいて、現在のコンプレッサマップ位置を決定し、状態決定部７２に出力する。
【００４６】
ここで、コンプレッサマップとは、圧力比（過給圧力／吸気圧力）と、修正空気流量（空気流量×（√（吸気温度／基準温度））／（吸気圧力／基準圧力））とに基づいて、位置が決定するマップであり、当該コンプレッサマップの位置により、使用するコンプレッサが決定される。
【００４７】
具体的には、図７に示すコンプレッサマップの例では、決定された位置が第１コンプレッサ３４の領域に位置する場合には、使用するコンプレッサは、第１コンプレッサ３４であると決定される。また、決定された位置が、第２コンプレッサ３６の領域に位置する場合には、使用するコンプレッサは、第２コンプレッサ３６であると決定される。また、第１コンプレッサ３４の領域から、第２コンプレッサ３６の領域へ、移動する場合には、過渡期として、使用するコンプレッサは、第１コンプレッサ３４、及び第２コンプレッサ３６と決定される。
【００４８】
状態決定部７２は、ターボマップ現在値算出部７０から入力された、現在のコンプレッサマップ位置と、アクセル開度センサ２８から入力されたアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、使用するコンプレッサ、及びクラッチの接続状態を決定する。
【００４９】
具体的には、アクセル開度センサ２８から入力されたアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、前回からアクセル開度が大きくなったと判断した場合、エンジン回転が上昇し、空気流量が増加するため、取得した現在のコンプレッサマップ位置から右上方向に移動すると判断する。そして、移動先の位置に対応するコンプレッサ、及び第１クラッチ４０、第２クラッチ４４の接続状態を決定し、制御部７４に出力する。
【００５０】
一方、アクセル開度センサ２８から入力されたアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、前回からアクセル開度が小さくなったと判断した場合、エンジン回転が下降し、空気流量が減少するため、取得した現在のコンプレッサマップ位置から左下に移動すると判断する。そして、移動先の位置に対応するコンプレッサ、及び第１クラッチ４０、第２クラッチ４４の接続状態を決定し、制御部７４に出力する。
【００５１】
また、状態決定部７２は、タービン回転速度センサ２４から取得した、タービン入口回転速度、及び、メモリに記憶されている、図８に示すような断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフに基づいて、第１インペラ４２に対する回転軸４８の相対回転速度、第２インペラ４６に対する回転軸４８の相対回転速度、又はウェイストゲートバルブ３２の開度を決定する。ここで、断熱速度比は、（タービン入口回転速度）／（断熱膨張速度（Ｃ））で算出することができ、断熱膨張速度（Ｃ）は下記（１）式で表される。
【００５２】
【数１】
2017072042.tif 000003
【００５３】
ここで、
【００５４】
【数２】
2017072042.tif 000004
【００５５】
とし、本実施形態においては、比熱、比熱比、タービン入口温度、タービン出口圧力、及びタービン入口圧力は任意の方法により取得するものとする。
【００５６】
具体的には、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフにおいて、取得したタービン入口回転速度に対応する断熱速度比がどの位置にあるか判断し、当該位置がタービン効率の頂点から右の位置に位置する場合には、ウェイストゲートバルブ３２を、当該位置からタービン効率の頂点に移動させるために必要な開度を決定し、制御部７４に出力する。なお、断熱速度比は、タービン入口回転速度に基づいて、上記（１）式に従って算出されるものとする。
【００５７】
一方、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフにおいて、取得したタービン入口回転速度に対応する断熱速度比がどの位置にあるか判断し、当該位置がタービン効率の頂点から左の位置に位置する場合には、当該位置からタービン効率の頂点に移動させるために、第１インペラ４２又は第２インペラ４６に対する回転軸４８の相対回転速度を大きくするように決定し、決定した相対回転速度に応じた第１クラッチ４０又は第２クラッチ４４の接続状態を、制御部７４に出力する。
【００５８】
制御部７４は、状態決定部７２から取得した、使用するコンプレッサ、及びクラッチの接続状態に基づいて、第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、及びバルブ３８の中から制御対象となるものを制御する。ここで、バルブ３８は、第２クラッチ４４が、回転軸４８と接続されている場合に、開放する制御をすることとし、第２クラッチ４４が、回転軸４８と接続されていない場合に、閉じる制御をするものとする。
【００５９】
また、制御部７４は、状態決定部７２から取得したウェイストゲートバルブ３２の開度に基づいて、ウェイストゲートバルブ３２を制御する。
【００６０】
次に、本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０の動作と併せてその作用及び効果について説明する。
【００６１】
図９には、コントローラ２６の動作を表すフローチャートが示されている。エンジンの過渡的な運転状態にも追従するように、図９のフローチャートが示すコントローラ２６の動作は、エンジン運転中常時行われる。
【００６２】
コントローラ２６は、図９のフローチャートで示されるプログラム処理を開始すると、先ず、ステップＳ１００において、吸気流量センサ１８、吸気圧力センサ２０、吸気温度センサ２２、過給圧力センサ１６、アクセル開度センサ２８、及びタービン回転速度センサ２４から各センサ値を取得する。
【００６３】
続いて、コントローラ２６は、ステップＳ１０１で、ステップＳ１００において取得した吸気圧力、過給圧力、吸気流量、及び吸気温度と、メモリに記憶されているコンプレッサマップとに基づいて、現在のコンプレッサマップ位置を取得する。
【００６４】
次に、コントローラ２６は、ステップＳ１０２で、ステップＳ１００において取得したアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、アクセル開度の変化量を算出する。
【００６５】
次に、コントローラ２６は、ステップＳ１０４で、ステップＳ１０１において取得した現在のコンプレッサマップ位置と、ステップＳ１０２において取得したアクセル開度の変化量とに基づいて、使用するコンプレッサ、及び第１クラッチ４０、第２クラッチ４４の接続状態を決定する。
【００６６】
次に、コントローラ２６は、ステップＳ１０６で、ステップＳ１００において取得したタービン入口回転速度と、メモリに記憶されている、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフとに基づいて、第１インペラ４２に対する回転軸４８の相対回転速度、第２インペラ４６に対する回転軸４８の相対回転速度、又はウェイストゲートバルブ３２の開度を決定する。
【００６７】
次に、コントローラ２６は、ステップＳ１０８で、ステップＳ１０４において取得した使用するコンプレッサ、及び第１クラッチ４０、第２クラッチ４４の接続状態に基づいて、第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、及びバルブ３８のうち、制御対象となるものを制御する。また、コントローラ２６は、ステップＳ１０６において取得した第１インペラ４２に対する回転軸４８の相対回転速度、第２インペラ４６に対する回転軸４８の相対回転速度、又はウェイストゲートバルブ３２の開度に基づいて、第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、又はウェイストゲートバルブ３２を制御する。
【００６８】
次に、コントローラ２６は、ステップＳ１１０で、エンジンが停止したか否かを判定する。コントローラ２６が、エンジンが停止したと判定した場合には、プログラムを終了する。一方、コントローラ２６が、エンジンが停止していないと判定した場合には、ステップＳ１００へ戻る。
【００６９】
ここで、本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０が奏する作用及び効果を明確にするために行った一例について説明する。
【００７０】
まず、「第１コンプレッサ３４容量＜第２コンプレッサ３６容量」の場合について説明する。
【００７１】
エンジンが低速かつ部分負荷の場合（過給圧を必要としない場合）、コントローラ２６は、第１クラッチ４０を開放、又は半クラッチとし、第２クラッチ４４を開放し、バルブ３８を閉じるように制御する。このように制御することにより、従来技術では、タービン翼車とコンプレッサ翼車とが一体で回転するため、不要な過給を行うためにエンジンの背圧が上昇し、燃費が悪化していたが、当該例のように、クラッチを開放する事で不要な過給が行われることを防ぐことができる。
【００７２】
また、エンジンが低速かつ高負荷の場合、コントローラ２６は、第１クラッチ４０を結合、又は半クラッチとし、第２クラッチ４４を開放し、バルブ３８を閉めるように制御する。このように制御することにより、小容量の第１インペラ４２のみを駆動する事で、サージングを避けて小流量、高過給が可能となる。また、第１インペラ４２よりタービン３０を高速回転させた方が、タービン効率が向上し、総合的に高効率な過給が可能な場合は、最も効率的な相対速度となるように、第１クラッチ４０を制御する。
【００７３】
また、エンジンが高速かつ高負荷の場合、コントローラ２６は、第１クラッチ４０を開放し、第２クラッチ４４を結合、又は半クラッチとし、バルブ３８を開放するように制御する。このように制御することにより、大流量域の性能が高い第２インペラ４６で過給を行うことができる。また、第２インペラ４６よりタービン３０を高速回転させた方が、タービン効率が向上し、総合的に高効率な過給が可能な場合は、最も効率的な相対速度となるよう第２クラッチ４４を制御する。
【００７４】
また、エンジンが中速の場合、コントローラ２６は、第１クラッチ４０を半クラッチとし、第２クラッチ４４を結合し、バルブ３８を開放するように制御する。この場合、第１インペラ４２と第２インペラ４６との過給圧が同じになるよう第１クラッチ４０を制御する。
【００７５】
上述の一例は、定常状態での代表的な制御を説明したものであり、実際の使用条件では過渡特性を考慮して、最も効率的な運転状態を実現するクラッチ、バルブ状態の制御を行う。また、上述の半クラッチとは定常状態に限らず、連結、及び開放を時間的に繰り返す場合も含んでもよい。
【００７６】
次に、「第１コンプレッサ３４容量  ＜  第２コンプレッサ３６容量」の場合について説明する。
【００７７】
エンジンが低速かつ部分負荷の場合（過給圧を必要としない場合）、第１クラッチ４０を開放、又は半クラッチとし、第２クラッチ４４を開放し、バルブ３８を閉めるように制御する。
【００７８】
また、エンジン低速高負荷の場合、第１クラッチ４０を結合、又は半クラッチとし、第２クラッチ４４を開放し、バルブ３８を閉めるように制御する。このように制御することにより、第１インペラ４２で過給することで、サージングを避けて小流量、及び高過給が可能となる。
【００７９】
また、エンジンが高速かつ高負荷の場合、第１クラッチ４０を結合し、第２クラッチ４４を結合し、バルブを開放するように制御する。このように制御することにより、第１インペラ４２及び第２インペラ４６の両者で過給を行うことが出来る。また、インペラよりタービン３０を高速回転させた方が、タービン効率が向上し、総合的に高効率な過給が可能な場合は、最も効率的な相対速度となるよう第２クラッチ４４を制御する。
【００８０】
また、エンジンが中速域の場合、第１クラッチ４０を結合、又は半クラッチとし、第２クラッチ４４を結合、又は半クラッチとし、バルブ３８を開放するように制御する。この場合、第１インペラ４２と第２インペラ４６の２段過給で目標流量が得られるよう、第１クラッチ４０、及び第２クラッチ４４を制御する。
【００８１】
上述の一例は、定常状態での代表的な制御を記したものであり、実際の使用条件では過渡特性を考慮して、最も効率的な運転状態を実現するクラッチ、及びバルブ状態の制御を行う。また、上述の半クラッチとは定常状態に限らず、連結、及び開放を時間的に繰り返す場合も含んでもよい。
【００８２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０によれば、クラッチ機構により、回転軸とコンプレッサ翼車との相対回転速度を任意に変えることで、過給器のあらゆる運転条件で高い効率を維持することができる。また、複数のコンプレッサを用いることにより、過給機の流量レンジを拡大することができる。
【００８３】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本発明の第１の実施形態に係るエンジンシステムＳ１と同一の作用、及び構成となる部分については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【００８４】
図１０には、本発明の第２の実施形態に係るエンジン過給装置２１０を備えたエンジンシステムＳ２の全体構成が示されている。
【００８５】
図１０に示されるエンジンシステムＳ２には、上述の本発明の第１の実施形態に係るエンジンシステムＳ１に対し、エンジン過給装置１０の代わりに、エンジン過給装置２１０が備えられている。エンジン過給装置２１０は、上述の本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０に対し、タービンを２つと、当該タービンの双方を同一軸で連結させている第３クラッチとを備えている。
【００８６】
具体的に、エンジン過給装置２１０は、吸気通路１２と、圧縮機２１４と、過給圧力センサ１６と、吸気流量センサ１８と、吸気圧力センサ２０と、吸気温度センサ２２と、タービン回転速度センサ２４と、タービン流量センサ２２５と、制御部としてのコントローラ２２６と、後述するアクセル開度センサ２８とを有して構成されている。
【００８７】
圧縮機２１４は、従来既知の圧縮機と同様に、タービン部と、コンプレッサ部とを有して構成されている。ここで、タービン部には、第１タービン２３０と、第２タービン２３１と、第１タービン２３０及び第２タービン２３１を同一の回転軸２３７で連結させる第３クラッチ２３３と、第２バルブ２３５と、ウェイストゲートバルブ３２とを含み、第１タービン２３０、及び第２タービン２３１は、図示しない吸入口から吸入された排出口から排出される排気によって回転される構成とされている。また、コンプレッサ部には、第１バルブ２３８を含む。なお、他の構成については、第１の実施形態における圧縮機１４と同様であるため、説明を省略する。また、第３クラッチ２３３が、タービン用クラッチの一例である。また、第２バルブ２３５が、タービン用バルブの一例である。また、第１バルブ２３８が、コンプレッサ用バルブの一例である。また、第２の実施形態における第１バルブ２３８は、第１の実施形態におけるバルブ３８と同様のものであるものとする。
【００８８】
ここで、第２の実施形態においては、第３クラッチ２３３を介して、第２タービン２３１が回転軸２３７との接続状態を開放状態から連結状態まで任意に選択できる構造となっている。また、第２タービン２３１が回転軸２３７と一体となって回転することで、回転軸２３７に連結されている第１タービン２３０の回転速度を加速することができる。
【００８９】
第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、第１バルブ２３８、第３クラッチ２３３、第２バルブ２３５、及びウェイストゲートバルブ３２は、エンジン過給装置２１０のあらゆる運転条件において高い効率が維持されるように、コントローラ２２６により制御される。
【００９０】
タービン流量センサ２２５は、排気通路６０における圧縮機１４の上流側の排気流量に応じた信号（以後、タービン流量とする。）をコントローラ２６に出力する。
【００９１】
コントローラ２２６は、ＥＣＵやロジック回路等により構成されており、吸気圧力センサ２０、吸気流量センサ１８、吸気温度センサ２２、過給圧力センサ１６、タービン回転速度センサ２４、アクセル開度センサ２８（図示省略）、及びタービン流量センサ２２５の各センサから出力された信号に基づいて、第１バルブ２３８、第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、第１タービン２３０、第２タービン２３１、第３クラッチ２３３、第２バルブ２３５、及びウェイストゲートバルブ３２を制御する構成とされている。なお、このコントローラ２２６の動作については、後述する。なお、図１０において、各センサと、コントローラ２２６との接続は省略する。
【００９２】
また、コントローラ２２６は、図１１に示すように、ターボマップ現在値算出部７０と、状態決定部２７２と、制御部２７４とを含んで構成されている。
【００９３】
状態決定部２７２は、ターボマップ現在値算出部７０から入力された、現在のコンプレッサマップ位置と、アクセル開度センサ２８から入力されたアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、使用するコンプレッサ、及び第１クラッチ４０、第２クラッチ４４の接続状態を決定し、制御部２７４に出力する。
【００９４】
また、状態決定部２７２は、タービン回転速度センサ２４から取得した、タービン入口回転速度、メモリに記憶されている、図８に示すような断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフ、及び図１３に示すようなタービン流量とタービン膨張比との関係性を表したグラフに基づいて、使用するタービン、及び第３クラッチ２３３の接続状態又はウェイストゲートバルブ３２の開度を決定し、制御部２７４に出力する。
【００９５】
ここで、図８に示すように、タービン効率の特性は、特定の翼車回転速度でピークをもつ。そのため、タービン翼車とコンプレッサ翼車の回転数を調節することにより、効率が高い条件でタービンを運転することができる。また、図１２に示すように、複数の翼車に対する作動流体の流量分配を調節することにより、過給機の圧力及び流量レンジを拡大することができる。
【００９６】
具体的には、まず、状態決定部２７２は、タービン流量センサ２２５から取得したタービン流量、及び、メモリに記憶されている、図１３に示すようなタービン流量とタービン膨張比との関係性を表したグラフとに基づいて、使用するタービンを決定する。
【００９７】
例えば、タービン流量と、タービン膨張比との関係性を表したグラフにおいて、取得したタービン流量が、どの流量可変レンジに存在するかで使用するタービンが決定する。例えば、図１３の１翼車の曲線以下にタービン流量が位置する場合には、第１タービン２３０を使用し、図１３の１翼車の曲線より大きい位置にタービン流量が位置する場合には、第１タービン２３０及び第２タービン２３１を使用することとなる。
【００９８】
また、現在のタービン入口回転速度に対応する断熱速度比が、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフのピークの右側に存在する場合には、タービンの回転速度が速いと判断されるため、当該位置からタービン効率の頂点に移動させるために、第１タービン２３０の回転速度を小さくするように決定し、決定した回転速度に応じた第３クラッチ２３３の接続状態、又はウェイストゲートバルブ３２の適切な開放量を計算し、決定する。
【００９９】
一方、現在のタービン入口回転速度に対応する断熱速度比が、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフのピークの左側に存在する場合には、タービンの回転速度が遅いと判断されるため、当該位置からタービン効率の頂点に移動させるために、第１タービン２３０の回転速度を大きくするように決定し、決定した回転速度に応じた第３クラッチ２３３の接続状態を計算し、決定する。
【０１００】
制御部２７４は、状態決定部２７２から取得した、使用するコンプレッサ、及びクラッチの接続状態に基づいて、第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、及び第１バルブ２３８の中から制御対象となるものを制御する。
【０１０１】
また、制御部２７４は、状態決定部２７２から取得した、使用するタービン、及びクラッチの接続状態に基づいて、第３クラッチ２３３と、第２バルブ２３５とを制御し、状態決定部２７２から取得した、ウェイストゲートバルブ３２の開度に基づいて、ウェイストゲートバルブ３２を制御する。
【０１０２】
次に、本発明の第２の実施形態に係るエンジン過給装置２１０の動作と併せてその作用及び効果について説明する。なお、本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０と同様の作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０３】
図１４には、コントローラ２２６の動作を表すフローチャートが示されている。エンジンの過渡的な運転状態にも追従するように、図１４のフローチャートが示すコントローラ２２６の動作は、エンジン運転中常時行われる。
【０１０４】
コントローラ２２６は、図１４のフローチャートで示されるプログラム処理を開始すると、先ず、ステップＳ２００において、吸気流量センサ１８、吸気圧力センサ２０、吸気温度センサ２２、過給圧力センサ１６、アクセル開度センサ２８、タービン回転速度センサ２４、及びタービン流量センサ２２５から各センサ値を取得する。
【０１０５】
次に、コントローラ２２６は、ステップＳ２０２で、ステップＳ２００において取得したタービン入口回転速度と、メモリに記憶されている、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフ及びタービン流量とタービン膨張比との関係性を表したグラフとに基づいて、使用するタービン、及び第３クラッチ２３３の接続状態又はウェイストゲートバルブ３２の開度を決定する。
【０１０６】
次に、コントローラ２２６は、ステップＳ２０４で、ステップＳ１０４において取得した使用するコンプレッサ、及び第１クラッチ４０、第２クラッチ４４の接続状態に基づいて、第１クラッチ４０、第２クラッチ４４、及び第１バルブ２３８のうち、制御対象となるものを制御する。また、コントローラ２２６は、ステップＳ２０２において取得した使用するタービン、及び第３クラッチ２３３の接続状態、又はウェイストゲートバルブ３２の開度に基づいて、第３クラッチ２３３、第２バルブ２３５、又はウェイストゲートバルブ３２を制御する。
【０１０７】
なお、他のコントローラ２２６の動作は、上述した本発明の第１の実施形態に係るコントローラ２６の動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
ここで、本発明の第２の実施形態に係るエンジン過給装置２１０が奏する作用及び効果を明確にするために行った一例について説明する。
【０１０９】
エンジンが低速かつ部分負荷の場合（過給圧を必要としない場合）、コントローラ２２６は、第１クラッチ４０を結合、第２クラッチ４４を開放、第３クラッチ２３３を開放、第１バルブ２３８を閉め、第２バルブを開放するように制御する。このように制御することにより、従来技術では、タービン翼車とコンプレッサ翼車とが一体で回転するため、不要な過給を行うためにエンジンの背圧が上昇し、燃費が悪化していたが、当該例のように、第２バルブ２３５を開放し、第３クラッチ２３３を開放することで不要な過給が行われることを防ぐことができる。
【０１１０】
また、エンジンが低速かつ高負荷の場合、コントローラ２２６は、第１クラッチ４０を結合し、第２クラッチ４４を開放し、第３クラッチ２３３を開放し、第１バルブ２３８を閉め、第２バルブ２３５を閉めるように制御する。このように制御することにより、小容量の第１インペラ４２、及び第１タービン２３０で過給することで、サージングを避けて小流量、高過給が可能となる。
【０１１１】
また、エンジンが高速かつ高負荷の場合、コントローラ２２６は、第１クラッチ４０を開放し、第２クラッチ４４を結合、又は半クラッチとし、第１バルブ２３８を開放し、第２バルブ２３５を開放するように制御する。このように制御することにより、大流量域の性能が高い第２インペラで過給することができる。また、第２インペラ４６より第２タービン２３１を高速回転させた方が、タービン効率が向上し、総合的に高効率な過給が可能な場合は、最も効率的な相対速度となるよう第３クラッチ２３３を制御する。
【０１１２】
また、エンジンが中速域の場合、コントローラ２２６は、第１クラッチ４０を半クラッチとし、第２クラッチ４４を結合し、第１バルブ２３８を開放する。このように制御することにより、第１インペラ４２と第２インペラ４６の過給圧が同じになるよう第１クラッチ４０、及び第２クラッチ４４を制御する。また、最も効率的な相対速度となるよう第３クラッチ２３３も制御する。
【０１１３】
上述の一例は、定常状態での代表的な制御を記したものであり、実際の使用条件では過渡特性を考慮して、最も効率的な運転状態を実現するクラッチ、バルブ状態の制御を行う。また、上述の半クラッチとは定常状態に限らず、連結、及び開放を時間的に繰り返す場合も含んでもよい。
【０１１４】
以上説明したように、本発明の第２の実施形態に係るエンジン過給装置２１０によれば、クラッチ機構により、回転軸とタービン翼車、又はコンプレッサ翼車との相対回転速度を任意に変えることで、過給機のあらゆる運転条件で高い効率を維持することができる。
【０１１５】
［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、本発明の第１の実施形態に係るエンジンシステムＳ１、及び本発明の第２の実施形態に係るエンジンシステムＳ２と同一の作用、及び構成となる部分については、同一の符号を付して、説明を省略する。
【０１１６】
図１５には、本発明の第３の実施形態に係るエンジン過給装置３１０を備えたエンジンシステムＳ３の全体構成が示されている。
【０１１７】
図１５に示されるエンジンシステムＳ３には、上述の本発明の第１の実施形態に係るエンジンシステムＳ１に対し、エンジン過給装置１０の代わりに、エンジン過給装置３１０が備えられている。エンジン過給装置３１０は、上述の本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０に対し、電動機１つと、電動機と、コンプレッサとタービンとを連結する同一軸と電動機とを連結させるための第４クラッチとを備えている。
【０１１８】
具体的に、エンジン過給装置３１０は、吸気通路１２と、圧縮機３１４と、アクセル開度センサ２８と、タービン回転速度センサ２４と、制御部としてのコントローラ３２６とを有して構成されている。
【０１１９】
圧縮機３１４は、従来既知の圧縮機と同様に、タービン部と、コンプレッサ部とを有して構成されている。更に、圧縮機３１４は、電動機部を含む。ここで、電動機部には、電動機３３０と、ベルト３３１と、第４クラッチ３３２とを含み、第４クラッチ３３２を回転軸４８と連結させ、電動機３３０によりベルト３３１を回転させることにより、回転軸４８の回転速度を回転方向に加速を行う。また、第４クラッチ３３２を回転軸４８と連結させ、電動機３３０を回生モードとした場合、回転軸４８の回転により、ベルト３３１を介して、電動機３３０が回生運転し、蓄電する。この場合、回転軸４８の回転速度は減速される。なお、第４クラッチ３３２の初期状態は、開放されているものとする。また、圧縮機３１４のコンプレッサ部には、第２コンプレッサ３６の１つのコンプレッサが存在する構成とする。また、他の構成については、第１の実施形態における圧縮機１４と同様であるため、説明を省略する。また、第４クラッチが、電動機用クラッチの一例である。また、電動機部のベルトはギアであってもよい。
【０１２０】
ここで、第３の実施形態においては、第４クラッチ３３２を介して、ベルト３３１が回転軸４８との接続状態を開放状態から連結状態まで任意に選択できる構造となっている。また、電動機３３０をモーターモードで運転させている場合、第４クラッチ３３２を回転軸４８と連結させることにより、ベルト３３１を介して、回転軸４８の回転速度を、回転方向に加速することができる。電動機３３０を回生モードとした場合、第４クラッチ３３２を回転軸４８と連結させることにより、ベルト３３１を介して、回転軸４８の運動エネルギーにより、電動機３３０に蓄電すると共に、回転軸４８の回転速度を減速することができる。また、電動機３３０を停止モードとした場合、第４クラッチ３３２を回転軸４８と連結させることにより、ベルト３３１を介して、回転軸４８の回転速度を減速することができる。
【０１２１】
コントローラ３２６は、ＥＣＵやロジック回路等により構成されており、タービン回転速度センサ２４及びアクセル開度センサ２８から出力された信号に基づいて、第２クラッチ４４、第４クラッチ３３２、電動機３３０、及びウェイストゲートバルブ３２を制御する構成とされている。なお、このコントローラ３２６の動作については、後述する。また、図１５においてタービン回転速度センサ２４と、コントローラ３２６との接続は省略してある。
【０１２２】
また、コントローラ３２６は、図１６に示すように、状態決定部３７２と、制御部３７４とを含んで構成されている。
【０１２３】
状態決定部３７２は、タービン回転速度センサ２４から取得した、タービン入口回転速度、及び、メモリに記憶されている、図８に示すような断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフに基づいて、電動機３３０のモード（モーターモード、回生モード、及び停止モード）、第４クラッチ３３２の制御量、第２クラッチ４４の制御量、及びウェイストゲートバルブ３２の開度を決定し、状態決定部２７２に出力する。ここで、モーターモードは、電動機３３０により、アシスト（補助駆動力を加える）を行うモードであり、回生モードは、回転軸４８の運動エネルギーにより蓄電を行うモードであり、停止モードは、電動機３３０の動作を停止するモードである。
【０１２４】
具体的には、現在のタービン入口回転速度に対応する断熱速度比が、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフのピークの右側に存在する場合には、タービンの回転速度が速いと判断されるため、タービンの回転速度を遅くするように、ウェイストゲートバルブ３２の適切な開放量を決定するか、又は、電動機３３０の停止モード又は回生モードへのモード移行、及び第４クラッチ３３２の接続状態を決定する。例えば、電動機３３０が満充電状態でない場合に、第４クラッチ３３２を連結し、電動機３３０の回生モードへ移行するように決定する。電動機３３０が満充電状態である場合に、第４クラッチ３３２を連結し、電動機３３０の停止モードへ移行するように決定する。
【０１２５】
一方、現在のタービン入口回転速度に対応する断熱速度比が、断熱速度比とタービン効率との関係を示したグラフのピークの左側に存在する場合には、タービンの回転速度が遅いと判断されるため、タービンの回転速度を早くするように、ウェイストゲートバルブ３２の適切な開放量を決定するか、第２クラッチ４４の接続状態を決定する。例えば、第２インペラ４６に対する回転軸４８の相対回転速度を大きくするように、第２クラッチ４４の接続状態を決定する。
【０１２６】
また、状態決定部３７２は、アクセル開度センサ２８から入力されたアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、電動機３３０のモード及び第４クラッチ３３２の接続状態を決定する。
【０１２７】
具体的には、アクセル開度センサ２８から入力されたアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、前回からアクセル開度が大きくなったと判断した場合、第２インペラ４６の速度を上昇させるため、第４クラッチ３３２を連結し、電動機３３０のモーターモードへ移行するように決定する。
【０１２８】
一方、アクセル開度センサ２８から入力されたアクセル開度と、メモリに記憶されている前回のアクセル開度とに基づいて、前回からアクセル開度が小さくなったと判断した場合、第２インペラ４６の速度を減速させるため、第４クラッチ３３２を連結し、電動機３３０の回生モード又は停止モードへ移行するように決定する。
【０１２９】
制御部３７４は、状態決定部３７２から取得した、クラッチの接続状態、電動機３３０のモード移行に基づいて、電動機３３０、及び第４クラッチ３３２、第２クラッチのうち、制御対象となるものを制御する。
【０１３０】
また、制御部３７４は、状態決定部３７２から取得したウェイストゲートバルブ３２の開度に基づいて、ウェイストゲートバルブ３２を制御する。
【０１３１】
次に、本発明の第３の実施形態に係るエンジン過給装置３１０の動作と併せてその作用及び効果について説明する。なお、本発明の第１の実施形態に係るエンジン過給装置１０と同様の作用については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３２】
図１７には、コントローラ３２６の動作を表すフローチャートが示されている。エンジンの過渡的な運転状態にも追従するように、図１７のフローチャートが示すコントローラ３２６の動作は、エンジン運転中常時行われる。
【０１３３】
コントローラ３２６は、図１７のフローチャートで示されるプログラム処理を開始すると、先ず、ステップＳ３００において、タービン回転速度センサ２４、及びアクセル開度センサ２８からセンサ値を取得する。
【０１３４】
次に、コントローラ３２６は、ステップＳ３０１で、ステップＳ３００において取得したタービン入口回転速度、アクセル開度、及びメモリに記憶されている前回のアクセル開度に基づいて、制御対象、及び当該制御対象の制御値を決定する。
【０１３５】
次に、コントローラ３２６は、ステップＳ３０２で、ステップＳ３０１において取得した制御対象を、当該制御対象の制御値となるように制御する。
【０１３６】
なお、他のコントローラ２２６の動作は、上述した本発明の第１の実施形態に係るコントローラ２６の動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１３７】
ここで、本発明の第３の実施形態に係るエンジン過給装置３１０が奏する作用及び効果を明確にするために行った一例について説明する。
【０１３８】
エンジンが低速かつ部分負荷の場合（過給圧を必要としない）、コントローラ３２６は、第２クラッチ４４を開放、又は半クラッチとし、第４クラッチ３３２を開放し、電動機３３０を停止モードとするように制御する。このように制御することにより、従来技術では、タービン翼車とコンプレッサ翼車とが一体で回転するため、不要な過給を行うためにエンジンの背圧が上昇し、燃費が悪化していたが、当該例のように、第２クラッチ４４を開放することで不要な過給が行われることを防ぐことができる。
【０１３９】
また、エンジンが低速かつ高負荷（定常）の場合、コントローラ３２６は、第２クラッチ４４を結合、又は半クラッチとし、第４クラッチ３３２を開放し、電動機３３０を停止モードとするように制御する。なお、インペラよりタービンを高速回転させた方がタービン効率が向上し、総合的に高効率な過給が可能な場合は、最も効率的な相対速度となるように、第２クラッチ４４を制御する。また、エンジン中速域の場合についても同様である。
【０１４０】
また、エンジンが低速かつ高負荷（過渡）の場合、コントローラ３２６は、第２クラッチ４４を結合、又は半クラッチとし、第４クラッチを結合し、電動機３３０をモーターモードとするように制御する。このように制御することにより、第４クラッチ３３２を結合し、電動機３３０をモーターモードで運転することにより、目標過給圧到達時間を短縮で、エンジンのレスポンスが向上する。また、エンジン中速域の場合についても同様である。
【０１４１】
また、エンジンが高速かつ高負荷の場合、コントローラ３２６は、第２クラッチ４４を結合し、第４クラッチ３３２を結合、又は開放し、電動機３３０を停止モード又は回生モードとするように制御する。なお、過給仕事とタービン出力が釣り合っている場合は、第４クラッチ３３２を開放し、電動機３３０を停止モードとする。また、タービン出力が過給仕事を上回っている場合は、第４クラッチ３３２を結合し、電動機３３０を回生モードで運転することで発電した電気をバッテリーに回収する。
【０１４２】
以上説明したように、本発明の第３の実施形態に係るエンジン過給装置３１０によれば、クラッチ機構により、回転軸とコンプレッサ翼車との相対回転速度を任意に変えること、又は電動機による回転速度の加速、及び減速を行うことで、過給器のあらゆる運転条件で高い効率を維持することができる。
【０１４３】
また、排気エネルギーが比較的少ないエンジン低速域において、加速要求があった場合、電動機を外部エネルギーにより回転させ、クラッチにより、回転軸に接続させ、コンプレッサの回転速度を加速し過給圧を早期に高めることができる。
【０１４４】
また、要求過給圧以上に、排気エネルギーが存在する条件においては、電動機で動力を電気エネルギーとして回収する。
【０１４５】
また、電動機との動力の授受が必要ない条件では、鉄損及び風損が生じないように、電動機に関するクラッチを開放する。
【０１４６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【０１４７】
例えば、本実施形態においては、タービン入口にタービン回転速度センサを設置し、タービン入口回転速度を計測する場合について説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、タービン軸で回転数を検出し、タービン入口半径を掛けてタービン入口回転速度を算出してもよい。
【符号の説明】
【０１４８】
１０,２１０,３１０   エンジン過給装置
１２   吸気通路
１４,２１４,３１４   圧縮機
１６   過給圧力センサ
１８   吸気流量センサ
２０   吸気圧力センサ
２２   吸気温度センサ
２４   タービン回転速度センサ
２６,２２６,２３６   コントローラ
２８   アクセル開度センサ
３０   タービン
３２   ウェイストゲートバルブ
３４   第１コンプレッサ
３６   第２コンプレッサ
３８   バルブ
４０   第１クラッチ
４２   第１インペラ
４４   第２クラッチ
４６   第２インペラ
４８,２３７   回転軸
５０   エンジン
５２   インタークーラ
５４   インテークマニホールド
５６   エンジン本体
５８   排気マニホールド
６０   排気通路
７０   ターボマップ現在値算出部
７２,２７２,３７２   状態決定部
７４,２７４,３７４   制御部
２２５ タービン流量センサ
２３０ 第１タービン
２３１ 第２タービン
２３３ 第３クラッチ
２３５ 第２バルブ
２３８ 第１バルブ
３３０ 電動機
３３１ ベルト
３３２ 第４クラッチ
【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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【図１８】
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