貯気タンク付過給機を備えた内燃機関
【課題】 本発明の目的は、より高圧で十分な貯気量を確保可能な貯気タンク付過給機を備えた内燃機関を提供すること。
【解決手段】 本発明は、貯気タンク６に貯えた気体を吸気通路３又は排気通路４に供給して過給促進を行い得る過給機２を備えた内燃機関１であり、内燃機関１内部の差圧を利用して貯気タンク６に貯える気体を増圧させる増圧手段７を備えていることを特徴としている。本発明によれば、内燃機関１内部の差圧を利用して貯気タンク６に貯える気体を増圧させることで貯気タンク６内の気体の圧力をより高くでき、貯気タンク６内の気体を吸排気系に供給する際の供給量を増やすことができ、過給促進効果をより高いものとすることができる。
【解決手段】 本発明は、貯気タンク６に貯えた気体を吸気通路３又は排気通路４に供給して過給促進を行い得る過給機２を備えた内燃機関１であり、内燃機関１内部の差圧を利用して貯気タンク６に貯える気体を増圧させる増圧手段７を備えていることを特徴としている。本発明によれば、内燃機関１内部の差圧を利用して貯気タンク６に貯える気体を増圧させることで貯気タンク６内の気体の圧力をより高くでき、貯気タンク６内の気体を吸排気系に供給する際の供給量を増やすことができ、過給促進効果をより高いものとすることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯気タンクを用いて過給促進を行い得る過給機を備えた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備えた内燃機関の吸排気系に貯気タンクを設け、この貯気タンクに貯えた圧力の高い気体（通常は、吸入空気や排気ガス）を吸気系や排気系に供給して過給を促進するものがある。吸気系に気体を供給すると吸入空気量が増えるので過給促進となる（［特許文献１］など）。排気系に気体を供給すると過給機のタービンの駆動が促進されるので過給促進となる。
【特許文献１】特開平１−１６６７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の貯気タンク付過給機では、貯気タンクに過給圧を用いて気体を貯えるため、貯気可能な圧力及び気体量に限界がある。このため、貯気を用いた過給促進効果が十分に得られなかった。また、貯気可能な気体量を増やすために貯気タンクの容量を大きく確保することも考えられるが、スペース上の問題があり搭載は困難である。このため、より高圧で十分な貯気量を確保可能な貯気タンク付過給機が要望されていた。本発明の目的は、より高圧で十分な貯気量を確保可能な貯気タンク付過給機を備えた内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、貯気タンクに貯えた気体を吸気通路又は排気通路に供給して過給促進を行い得る過給機を備えた内燃機関であり、内燃機関内部の差圧を利用して貯気タンクに貯える気体を増圧させる増圧手段を備えていることを特徴としている。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関において、増圧手段が、内燃機関のアイドル運転時に、吸気通路内の負圧を利用して気体を増圧させることを特徴としている。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関において、過給機がバリアブルノズル機構を有しており、バリアブルノズル機構が所定条件下でノズルを閉じ側に制御し、増圧手段が、バリアブルノズル機構によるノズルの閉じ側への制御によって生じる排気通路内の圧力変動を利用して気体を増圧させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関によれば、内燃機関内部の差圧を利用して貯気タンクに貯える気体を増圧させる。増圧させることで貯気タンク内の気体の圧力をより高くでき、貯気タンク内の気体を吸排気系に供給する際の供給量を増やすことができ、過給促進効果をより高いものとすることができる。過給促進によって、燃費向上やそれに伴う排出二酸化炭素の削減、出力向上などの効果が得られる。また、より高い圧力で貯気タンク内に気体を貯えることができるので、貯気タンクの大きさも小さくて済み、搭載性も向上する。さらに、増圧には内燃機関内部の差圧を利用するため、余計な構造を付加する必要がなく、また、増圧に際して新たなエネルギー消費源（ポンプやモータなど）を必要としないためエネルギー効率も良好である。
【０００８】
請求項２に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関によれば、吸気通路内の負圧を利用することで、より効果的な増圧を行うことができ、より一層良好な過給促進効果を得ることができる。増圧手段が増圧を行う際の差圧は大きい程良く、低圧側に吸気通路内の負圧を利用することで、貯気タンクに貯える気体をより高い圧力にまで増圧することができる。特に、内燃機関がアイドル時にある場合などは、吸気通路内に安定した負圧が存在するため、アイドル時であっても増圧が可能となる。
【０００９】
請求項３に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関によれば、バリアブルノズル機構を利用して過給機のタービン前後に発生させた圧力変動を利用することで、より効果的な増圧を行うことができ、より一層良好な過給促進効果を得ることができる。このときの圧力変動は、バリアブルノズル機構のノズルを閉じ側に制御することで生じるタービン上流側の圧力上昇を利用することができる（例えば、バリアブルノズル機構のノズルを閉じ側に制御することで増加するタービン前後の圧力差を利用）。増圧手段が増圧を行う際の差圧は大きい程良く、上述した圧力変動を利用することで、貯気タンクに貯える気体をより高い圧力にまで増圧することができる。特に、内燃機関がアイドル時にある場合などは、バリアブルノズル機構によってノズルを閉制御するがこのとき発生する圧力変動を利用できるため、アイドル時であっても増圧が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の実施形態について以下に説明する。図１に、第一実施形態の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の構成図を示す。エンジン（内燃機関）１は車両の駆動源であり、ターボチャージャ（過給機）２を備えている。ターボチャージャ２は、通常のように、吸気通路３及び排気通路４との間に配設されている。ターボチャージャ２のタービンホイール２ａが排気流によって回され、これに伴ってタービンホイール２ａと繋がっているコンプレッサホイール２ｂが回されて過給が行われる。吸気通路３のコンプレッサホイール２ｂよりも下流側には、過給圧を検出する圧力センサ５が配設されている。
【００１１】
このエンジン１には、貯気タンク６も付随して搭載されている。貯気タンク６には、追って詳しく説明する増圧弁（増圧手段）７から送られる圧力が高められた気体（本実施形態では吸入空気）が貯えられる。そして、過給促進が必要なときには、バルブ９を開いて貯気タンク６に貯えられた気体を吸気通路３に供給することで、吸入空気量を増やして過給を促進する。貯気タンク６には、内部に貯えられている気体の圧力を検出する圧力センサ８が取り付けられている。
【００１２】
貯気タンク６に貯えられた気体を吸気通路３に供給する際には、貯気タンク６内の気体圧力が高いので、吸気通路３内に過給圧が生じていてもバルブ９を開くだけで供給することができる。なお、バルブ９は、単なる開閉を行うだけ機構のものであってもよいし、開度調整が行える（ＤＵＴＹ比によるものも含む）機構のものであってもよい。後者の場合は、供給気体量を調節することで過給促進効果を可変調節することも可能である。
【００１３】
なお、本実施形態では、貯気タンク６に貯えた気体を吸気通路３に供給して過給促進を行う場合で説明するが、排気通路４に供給して過給促進を行うことも考えられる。この場合は、図１中点線で示したようにバルブ１０を設け、バルブ１０を開いて貯気タンク６に貯えられた気体を排気通路４に供給することで、排気流量をを増やして過給を促進する。貯気タンク６に貯えられた気体を排気通路４に供給する際にも、貯気タンク６内の気体圧力が高いので、バルブ１０を開くだけで供給することができる。なお、バルブ１０も、単なる開閉を行うだけ機構のものであってもよいし、開度調整が行える機構のものであってもよく、後者の場合は、供給気体量を調節することで過給促進効果を可変調節することが可能である。
【００１４】
増圧弁７は、１次側（吸入側）から取り込んだ気体を増圧して２次側（増圧側）に送出する。このとき、本実施形態では、１次側の気体圧力と排気側（本実施形態では大気）との差圧を利用して増圧する。１次側圧力が排気側圧力よりも高いときに増圧が行える。また、差圧が大きいほど、より高い圧力に増圧できる。なお、気体を取り込む１次側には、貯気タンク６への貯気を行う際にのみ開かれるバルブ１１が設けられている。
【００１５】
本実施形態では、１次側はコンプレッサホイール２ｂ下流の吸気通路３に接続されている。このため、コンプレッサホイール２ｂ下流の圧力が大気圧よりも低いときは、増圧できないためバルブ１１は閉じられる。その他の条件によって貯気を行うのに適していないと判断される場合もバルブ１１が閉じられる。なお、上述した圧力センサ５，８や各バルブ９〜１１は図示されないコントローラに接続されており、検出結果を送出したりコントローラからの駆動信号によって制御されている。
【００１６】
増圧弁７のみを大きく示した断面図を図２に示す。この増圧弁７の構造自体は公知のものである。１次側から供給された気体（吸入空気）は、チェックバルブを介して増圧室７００または増圧室７０１に供給される。吸入空気は、ピストン７０２が図中右方に移動する際には増圧室７００に、ピストン７０２が図中左方に移動する際には増圧室７０１に充填される。また、増圧室７００及び増圧室７０１は、チェックバルブを介してそれぞれ２次側にも接続されている。このため、ピストン７０２が図中左方に移動する際には増圧室７００内で増圧された吸入空気が２次側に排出され、ピストン７０２が図中右方に移動する際には増圧室７０１内の増圧された吸入空気が２次側に排出される。
【００１７】
一方、１次側から供給された吸入空気は、ガバナ７０３及び切替弁７０４を介して、駆動室７０５又は駆動室７０６にも供給される。ガバナ７０３は、２次側に排出される増圧後の気体圧力のフィードバックを受けて、１次側から駆動室７０５又は駆動室７０６に供給される吸入空気の圧力を調整することで、最終的に２次側に排出される増圧後の気体圧力を調節する役割を負っている。切替弁７０４は、吸入空気を駆動室７０５又は駆動室７０６のどちらに供給するかを切り替える。
【００１８】
切替弁７０４は、ピストン７０２に押されることで切り替えられるもので、図１に示している状態は、ピストン７０２が最も右方まで移動した後に、左方への移動が開始された直後である。このため、切替弁７０４のプランジャは駆動室７０６側から押されて増圧室７００内に突出されている。このとき、吸入空気は切替弁７０４によって図に示されるように駆動室７０６に供給される。これと同時に、駆動室７０５は排気側（大気）と連通される。ピストン７０２が最も左方まで移動した後に、右方への移動が開始された場合は、切替弁７０４のプランジャは増圧室７００側から押されて駆動室７０６内に突出される。このとき、吸入空気は切替弁７０４によって駆動室７０５に供給される。これと同時に、駆動室７０６が排気側（大気）と連通される。
【００１９】
図２の切替弁７０４の状態では、駆動室７０５と連通する大気圧よりも１次側に連通する駆動室７０６の圧力が高ければ、駆動室７０５，７０６の間の差圧によって、ピストンは図２に示されるように、図中左方に移動される。このとき、増圧室７００内の気体が増圧されて２次側に排出される。反対に、切替弁７０４によって、駆動室７０６が大気圧に連通され、駆動室７０５が１次側（＞大気圧）に連通されていれば、駆動室７０５、７０６の間の差圧によって、ピストンは図中右方に移動されて増圧室７０１内の気体が増圧されて２次側に排出される。なお、図２の増圧弁７では、駆動室７０５，７０６側のピストン７０２の面積が、増圧室７００，７０１側のピストン７０２の面積よりも大きくされているため、より効率よく増圧を行うことができるようになされている。
【００２０】
上述した構成のエンジン１において貯気タンク６の貯気を行う際の制御及び貯気タンクについて説明する。まず、貯気タンク６に貯気を行う場合であるが、本実施形態の場合、増圧弁７の１次側はコンプレッサホイール２ｂの下流側の吸気通路３に接続されている。このため、この１次側の圧力が十分に高く、かつ、貯気によるエンジン１の出力低下が問題とならない状況の時に貯気を行う。
【００２１】
具体的には、エンジン回転数が所定回転数以上であってエンジン出力が十分であり、圧力センサ８によって検出される貯気タンク６内の圧力が所定の値よりも低く貯気が足りない状況であり、かつ、圧力センサ５によって検出された過給圧が貯気に適した所定の圧力以上である場合に、バルブ１１が開かれて増圧・貯気が実行される。当然、貯気時にはバルブ９は閉じられている。
【００２２】
一方、エンジン回転数が所定回転数よりも低く、アクセル開度が所定開度以上で出力増が要求されており、かつ、圧力センサ８によって検出される貯気タンク６内の圧力が所定の値よりも高く貯気が十分である場合には、バルブ９を開いて貯気タンク６内の気体を用いて過給促進を行う。当然、貯気による過給促進時にはバルブ１１は閉じられている。なお、上述した以外の状況では、バルブ９，１１共閉じられており、貯気も過給促進も行われない。
【００２３】
このようにすれば、過給圧をさらに増圧させた圧力で気体を貯気することができ、効果的な過給促進を行える。また、過給圧を超えた圧力で貯気するため、過給促進時に大量の気体を過給促進に利用することが可能となり、車速高速時の加速にも有効である。なお、ここでは、吸気通路３内の吸入空気を１次側に利用したが、排気通路４側の排気ガスを１次側に利用することも可能である。この場合は、貯気タンク６内には排気ガスが貯気されるため、貯気された排気ガスは排気通路４側に供給して過給促進を行うことが好ましい。ただし、ＥＧＲとして吸気通路３側に供給することも考えられる。
【００２４】
次に、第二実施形態について説明する。本実施形態の図１相当図を図３に示す。なお、本実施形態のエンジン１の構成は、上述した第一実施形態のエンジン１に準ずるため、同一又は同等の構成部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、特に異なる部分についてのみ説明する。また、増圧弁７に関しては第一実施形態と同一のものである。
【００２５】
本実施形態では、増圧弁７による増圧時に使用する差圧をより効率よく得ようとするものであり、また、アイドル運転時にも貯気が行えるようにするものである。構成としては、コンプレッサホイール２ｂの下流側にスロットルバルブ１２が設けられている。なお、このスロットルバルブ１２は、吸入空気量を制御するためのものであってもよいし、吸気通路３内の圧力を調整するいわゆるサブスロットルバルブのようなものであってもよい。スロットルバルブ１２がサブスロットルバルブとして機能するような場合は、上流側（例えばコンプレッサホイール２ｂよりも上流側）にメインスロットルバルブが設けられたりする。
【００２６】
また、上述したバルブ１１が、切り替えバルブとされており、１次側として供給する吸入空気を、上述したスロットルバルブ１２の下流側から導入するか、コンプレッサホイール２ｂの上流側から導入するかを切り替えることができる。なお、バルブ１１は、閉状態とすることもできる。さらに、増圧弁７の排気側が大気に連通されておらず、バルブ１３を介して吸気通路３に連通されている。バルブ１３も切り替えバルブであり、排気側として、上述したスロットルバルブ１２の下流側に連通させる、コンプレッサホイール２ｂの上流側に連通させるかを切り替えることができる。なお、バルブ１３も、閉状態とすることができる。
【００２７】
上述した構成のエンジン１において貯気タンク６の貯気を行う際の制御について説明する。図１のエンジンにおいては、高回転高負荷時にのみ貯気を行うこととなるが、本実施形態のものでは、アイドル運転時にも貯気を行うことができる。アイドル運転時には、バルブ１１，１３を図３中の一点波線で示すように接続する。また、スロットルバルブ１２は、点線で示したように閉じ側に制御される（アイドルに必要な吸入空気量に制限される）。この場合、１次側は、コンプレッサホイール２ｂの上流側のほぼ大気圧となる。一方、排気側は、スロットルバルブ１２直後の吸気通路３内の負圧となる。この差圧を利用して、増圧・貯気が行われる。
【００２８】
また、高速高負荷時には、バルブ１１，１３を図３中の実線で示すように接続する。また、スロットルバルブ１２は、実線で示したように開き側に制御される（高出力に必要な吸入空気量を十分に吸入する）。この場合、１次側は、スロットルバルブ１２の下流側の過給圧（高負荷時なので高い）となる。一方、排気側は、コンプレッサホイール２ｂの上流側の吸気通路３内圧力（ほぼ大気圧か負圧）となる。この差圧を利用して、増圧・貯気が行われる。このようにすれば、アイドル時にも高速高負荷時にも貯気が行え、貯気タンク６には常に十分な圧力・量の貯気を貯えておくことができ、いつでも貯気を用いた過給促進が行える。
【００２９】
次に、第三実施形態について説明する。本実施形態の図１相当図を図４に示す。また、本実施形態の増圧弁７０を図５に示す。なお、本実施形態のエンジン１（増圧弁７０）の構成も、上述した第一実施形態のエンジン１（増圧弁７）に準ずるため、同一又は同等の構成部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、特に異なる部分についてのみ説明する。
【００３０】
本実施形態は、増圧のために増圧弁７０の駆動室７０５，７０６に導入する気体として、１次側の気体ではなく排気ガスを用いるものである。このため、図５に示されるように、１次側の吸入路と駆動用の吸入路とが分離されている。その他の構成については第一実施形態の増圧弁７と同様である。また、エンジン１に関しては、第一実施形態に対して、上述した増圧弁７０の駆動用吸入路がクーラー１４を介してタービンホイール２ａの上流側の排気通路４に接続されている。クーラー１４は、駆動用として利用する排気ガスの温度を下げて増圧弁７０の過熱を防止するものである。さらに、この駆動用の気体は排気ガスであるためピストン７０２の駆動後は排気通路４上に戻す必要があり（大気放出などは好ましくない）、増圧弁７０の排気側がタービンホイール２ａの下流側の排気通路４に接続されている。
【００３１】
本実施形態のエンジン１は、ディーゼルエンジンであり、ターボチャージャ２にはバリアブルノズル機構１５が組み込まれている。本実施形態のものでも、アイドル時の貯気が可能である。アイドル時には、バリアブルノズル機構１５のノズルを閉じ側に制御する。これによって、タービンホイール２ａの上流側の圧力が上昇する。増圧弁７０は、駆動用気体圧力としてタービンホイール２ａの上流側の圧力を用い、排気側圧力としてタービンホイール２ａの下流側の圧力を用い、この差圧を利用して増圧・貯気を行う。特に、アイドル運転時などではバリアブルノズル機構１５のノズルを閉制御するが、このとき発生するタービンホイール２ａ前後の差圧を利用できるため、アイドル時であっても増圧が可能となる。なお、高速高負荷時では、ノズルの開度が開かれてもタービンホイール２ａの前後で十分な差圧が生じるため、タービンホイール２ａ前後の差圧を利用して増圧・貯気を行える。
【００３２】
なお、上述した何れの実施形態の場合も、増圧弁７にはピストン７０２が内蔵されるので、増圧弁７は振動には強くない。このため、増圧弁７はエンジン本体に取り付けられるのではなく、車両のボディ側に取り付けられることが好ましい。また、ピストン７０２の移動が車両の前後加速の影響を受けにくくなるように、増圧弁７のピストン７０２のストローク方向を車両前後方向に対して直角で、かつ、地面に対して水平となるようにすることが好ましい。また、増圧弁７は、ボディ振動に対して耐振動支持構造とすることが好ましい。
【００３３】
本発明の内燃機関は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では過給機としてターボチャージャを利用した例であるが、本発明は、機械式のスーパーチャージャなどを過給機として利用する場合にも適用することができる。また、増圧に利用する差圧を得るための圧力は、吸気通路側から取ってもよいし、排気通路側から取ってもよいし、大気圧を利用することもでき、これらを併用してもよい。差圧を得るための圧力を得る場所を状況によって切替弁などで使い分けてもよい。さらに、増圧手段（増圧弁）の構造も上述した実施形態に限定されず、内燃機関内部の差圧を利用して増圧するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の第一実施形態の構成図である。
【図２】図１の実施形態における増圧弁の断面図である。
【図３】本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の第二実施形態の構成図である。
【図４】本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の第三実施形態の構成図である。
【図５】図４の実施形態における増圧弁の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…エンジン（内燃機関）、２…ターボチャージャ（過給機）、２ａ…タービンホイール、２ｂ…コンプレッサホイール、３…吸気通路、４…排気通路、５，８…圧力センサ、６…貯気タンク、７，７０…増圧弁（…増圧手段）、９…バルブ、９，１０，１１，１３…バルブ、１２…スロットルバルブ、１４…クーラー、１５…バリアブルノズル機構、７００，７０１…増圧室、７０２…ピストン、７０３…ガバナ、７０４…切替弁、７０５，７０６…駆動室。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯気タンクを用いて過給促進を行い得る過給機を備えた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備えた内燃機関の吸排気系に貯気タンクを設け、この貯気タンクに貯えた圧力の高い気体（通常は、吸入空気や排気ガス）を吸気系や排気系に供給して過給を促進するものがある。吸気系に気体を供給すると吸入空気量が増えるので過給促進となる（［特許文献１］など）。排気系に気体を供給すると過給機のタービンの駆動が促進されるので過給促進となる。
【特許文献１】特開平１−１６６７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の貯気タンク付過給機では、貯気タンクに過給圧を用いて気体を貯えるため、貯気可能な圧力及び気体量に限界がある。このため、貯気を用いた過給促進効果が十分に得られなかった。また、貯気可能な気体量を増やすために貯気タンクの容量を大きく確保することも考えられるが、スペース上の問題があり搭載は困難である。このため、より高圧で十分な貯気量を確保可能な貯気タンク付過給機が要望されていた。本発明の目的は、より高圧で十分な貯気量を確保可能な貯気タンク付過給機を備えた内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の発明は、貯気タンクに貯えた気体を吸気通路又は排気通路に供給して過給促進を行い得る過給機を備えた内燃機関であり、内燃機関内部の差圧を利用して貯気タンクに貯える気体を増圧させる増圧手段を備えていることを特徴としている。
【０００５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関において、増圧手段が、内燃機関のアイドル運転時に、吸気通路内の負圧を利用して気体を増圧させることを特徴としている。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関において、過給機がバリアブルノズル機構を有しており、バリアブルノズル機構が所定条件下でノズルを閉じ側に制御し、増圧手段が、バリアブルノズル機構によるノズルの閉じ側への制御によって生じる排気通路内の圧力変動を利用して気体を増圧させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関によれば、内燃機関内部の差圧を利用して貯気タンクに貯える気体を増圧させる。増圧させることで貯気タンク内の気体の圧力をより高くでき、貯気タンク内の気体を吸排気系に供給する際の供給量を増やすことができ、過給促進効果をより高いものとすることができる。過給促進によって、燃費向上やそれに伴う排出二酸化炭素の削減、出力向上などの効果が得られる。また、より高い圧力で貯気タンク内に気体を貯えることができるので、貯気タンクの大きさも小さくて済み、搭載性も向上する。さらに、増圧には内燃機関内部の差圧を利用するため、余計な構造を付加する必要がなく、また、増圧に際して新たなエネルギー消費源（ポンプやモータなど）を必要としないためエネルギー効率も良好である。
【０００８】
請求項２に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関によれば、吸気通路内の負圧を利用することで、より効果的な増圧を行うことができ、より一層良好な過給促進効果を得ることができる。増圧手段が増圧を行う際の差圧は大きい程良く、低圧側に吸気通路内の負圧を利用することで、貯気タンクに貯える気体をより高い圧力にまで増圧することができる。特に、内燃機関がアイドル時にある場合などは、吸気通路内に安定した負圧が存在するため、アイドル時であっても増圧が可能となる。
【０００９】
請求項３に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関によれば、バリアブルノズル機構を利用して過給機のタービン前後に発生させた圧力変動を利用することで、より効果的な増圧を行うことができ、より一層良好な過給促進効果を得ることができる。このときの圧力変動は、バリアブルノズル機構のノズルを閉じ側に制御することで生じるタービン上流側の圧力上昇を利用することができる（例えば、バリアブルノズル機構のノズルを閉じ側に制御することで増加するタービン前後の圧力差を利用）。増圧手段が増圧を行う際の差圧は大きい程良く、上述した圧力変動を利用することで、貯気タンクに貯える気体をより高い圧力にまで増圧することができる。特に、内燃機関がアイドル時にある場合などは、バリアブルノズル機構によってノズルを閉制御するがこのとき発生する圧力変動を利用できるため、アイドル時であっても増圧が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の実施形態について以下に説明する。図１に、第一実施形態の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の構成図を示す。エンジン（内燃機関）１は車両の駆動源であり、ターボチャージャ（過給機）２を備えている。ターボチャージャ２は、通常のように、吸気通路３及び排気通路４との間に配設されている。ターボチャージャ２のタービンホイール２ａが排気流によって回され、これに伴ってタービンホイール２ａと繋がっているコンプレッサホイール２ｂが回されて過給が行われる。吸気通路３のコンプレッサホイール２ｂよりも下流側には、過給圧を検出する圧力センサ５が配設されている。
【００１１】
このエンジン１には、貯気タンク６も付随して搭載されている。貯気タンク６には、追って詳しく説明する増圧弁（増圧手段）７から送られる圧力が高められた気体（本実施形態では吸入空気）が貯えられる。そして、過給促進が必要なときには、バルブ９を開いて貯気タンク６に貯えられた気体を吸気通路３に供給することで、吸入空気量を増やして過給を促進する。貯気タンク６には、内部に貯えられている気体の圧力を検出する圧力センサ８が取り付けられている。
【００１２】
貯気タンク６に貯えられた気体を吸気通路３に供給する際には、貯気タンク６内の気体圧力が高いので、吸気通路３内に過給圧が生じていてもバルブ９を開くだけで供給することができる。なお、バルブ９は、単なる開閉を行うだけ機構のものであってもよいし、開度調整が行える（ＤＵＴＹ比によるものも含む）機構のものであってもよい。後者の場合は、供給気体量を調節することで過給促進効果を可変調節することも可能である。
【００１３】
なお、本実施形態では、貯気タンク６に貯えた気体を吸気通路３に供給して過給促進を行う場合で説明するが、排気通路４に供給して過給促進を行うことも考えられる。この場合は、図１中点線で示したようにバルブ１０を設け、バルブ１０を開いて貯気タンク６に貯えられた気体を排気通路４に供給することで、排気流量をを増やして過給を促進する。貯気タンク６に貯えられた気体を排気通路４に供給する際にも、貯気タンク６内の気体圧力が高いので、バルブ１０を開くだけで供給することができる。なお、バルブ１０も、単なる開閉を行うだけ機構のものであってもよいし、開度調整が行える機構のものであってもよく、後者の場合は、供給気体量を調節することで過給促進効果を可変調節することが可能である。
【００１４】
増圧弁７は、１次側（吸入側）から取り込んだ気体を増圧して２次側（増圧側）に送出する。このとき、本実施形態では、１次側の気体圧力と排気側（本実施形態では大気）との差圧を利用して増圧する。１次側圧力が排気側圧力よりも高いときに増圧が行える。また、差圧が大きいほど、より高い圧力に増圧できる。なお、気体を取り込む１次側には、貯気タンク６への貯気を行う際にのみ開かれるバルブ１１が設けられている。
【００１５】
本実施形態では、１次側はコンプレッサホイール２ｂ下流の吸気通路３に接続されている。このため、コンプレッサホイール２ｂ下流の圧力が大気圧よりも低いときは、増圧できないためバルブ１１は閉じられる。その他の条件によって貯気を行うのに適していないと判断される場合もバルブ１１が閉じられる。なお、上述した圧力センサ５，８や各バルブ９〜１１は図示されないコントローラに接続されており、検出結果を送出したりコントローラからの駆動信号によって制御されている。
【００１６】
増圧弁７のみを大きく示した断面図を図２に示す。この増圧弁７の構造自体は公知のものである。１次側から供給された気体（吸入空気）は、チェックバルブを介して増圧室７００または増圧室７０１に供給される。吸入空気は、ピストン７０２が図中右方に移動する際には増圧室７００に、ピストン７０２が図中左方に移動する際には増圧室７０１に充填される。また、増圧室７００及び増圧室７０１は、チェックバルブを介してそれぞれ２次側にも接続されている。このため、ピストン７０２が図中左方に移動する際には増圧室７００内で増圧された吸入空気が２次側に排出され、ピストン７０２が図中右方に移動する際には増圧室７０１内の増圧された吸入空気が２次側に排出される。
【００１７】
一方、１次側から供給された吸入空気は、ガバナ７０３及び切替弁７０４を介して、駆動室７０５又は駆動室７０６にも供給される。ガバナ７０３は、２次側に排出される増圧後の気体圧力のフィードバックを受けて、１次側から駆動室７０５又は駆動室７０６に供給される吸入空気の圧力を調整することで、最終的に２次側に排出される増圧後の気体圧力を調節する役割を負っている。切替弁７０４は、吸入空気を駆動室７０５又は駆動室７０６のどちらに供給するかを切り替える。
【００１８】
切替弁７０４は、ピストン７０２に押されることで切り替えられるもので、図１に示している状態は、ピストン７０２が最も右方まで移動した後に、左方への移動が開始された直後である。このため、切替弁７０４のプランジャは駆動室７０６側から押されて増圧室７００内に突出されている。このとき、吸入空気は切替弁７０４によって図に示されるように駆動室７０６に供給される。これと同時に、駆動室７０５は排気側（大気）と連通される。ピストン７０２が最も左方まで移動した後に、右方への移動が開始された場合は、切替弁７０４のプランジャは増圧室７００側から押されて駆動室７０６内に突出される。このとき、吸入空気は切替弁７０４によって駆動室７０５に供給される。これと同時に、駆動室７０６が排気側（大気）と連通される。
【００１９】
図２の切替弁７０４の状態では、駆動室７０５と連通する大気圧よりも１次側に連通する駆動室７０６の圧力が高ければ、駆動室７０５，７０６の間の差圧によって、ピストンは図２に示されるように、図中左方に移動される。このとき、増圧室７００内の気体が増圧されて２次側に排出される。反対に、切替弁７０４によって、駆動室７０６が大気圧に連通され、駆動室７０５が１次側（＞大気圧）に連通されていれば、駆動室７０５、７０６の間の差圧によって、ピストンは図中右方に移動されて増圧室７０１内の気体が増圧されて２次側に排出される。なお、図２の増圧弁７では、駆動室７０５，７０６側のピストン７０２の面積が、増圧室７００，７０１側のピストン７０２の面積よりも大きくされているため、より効率よく増圧を行うことができるようになされている。
【００２０】
上述した構成のエンジン１において貯気タンク６の貯気を行う際の制御及び貯気タンクについて説明する。まず、貯気タンク６に貯気を行う場合であるが、本実施形態の場合、増圧弁７の１次側はコンプレッサホイール２ｂの下流側の吸気通路３に接続されている。このため、この１次側の圧力が十分に高く、かつ、貯気によるエンジン１の出力低下が問題とならない状況の時に貯気を行う。
【００２１】
具体的には、エンジン回転数が所定回転数以上であってエンジン出力が十分であり、圧力センサ８によって検出される貯気タンク６内の圧力が所定の値よりも低く貯気が足りない状況であり、かつ、圧力センサ５によって検出された過給圧が貯気に適した所定の圧力以上である場合に、バルブ１１が開かれて増圧・貯気が実行される。当然、貯気時にはバルブ９は閉じられている。
【００２２】
一方、エンジン回転数が所定回転数よりも低く、アクセル開度が所定開度以上で出力増が要求されており、かつ、圧力センサ８によって検出される貯気タンク６内の圧力が所定の値よりも高く貯気が十分である場合には、バルブ９を開いて貯気タンク６内の気体を用いて過給促進を行う。当然、貯気による過給促進時にはバルブ１１は閉じられている。なお、上述した以外の状況では、バルブ９，１１共閉じられており、貯気も過給促進も行われない。
【００２３】
このようにすれば、過給圧をさらに増圧させた圧力で気体を貯気することができ、効果的な過給促進を行える。また、過給圧を超えた圧力で貯気するため、過給促進時に大量の気体を過給促進に利用することが可能となり、車速高速時の加速にも有効である。なお、ここでは、吸気通路３内の吸入空気を１次側に利用したが、排気通路４側の排気ガスを１次側に利用することも可能である。この場合は、貯気タンク６内には排気ガスが貯気されるため、貯気された排気ガスは排気通路４側に供給して過給促進を行うことが好ましい。ただし、ＥＧＲとして吸気通路３側に供給することも考えられる。
【００２４】
次に、第二実施形態について説明する。本実施形態の図１相当図を図３に示す。なお、本実施形態のエンジン１の構成は、上述した第一実施形態のエンジン１に準ずるため、同一又は同等の構成部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、特に異なる部分についてのみ説明する。また、増圧弁７に関しては第一実施形態と同一のものである。
【００２５】
本実施形態では、増圧弁７による増圧時に使用する差圧をより効率よく得ようとするものであり、また、アイドル運転時にも貯気が行えるようにするものである。構成としては、コンプレッサホイール２ｂの下流側にスロットルバルブ１２が設けられている。なお、このスロットルバルブ１２は、吸入空気量を制御するためのものであってもよいし、吸気通路３内の圧力を調整するいわゆるサブスロットルバルブのようなものであってもよい。スロットルバルブ１２がサブスロットルバルブとして機能するような場合は、上流側（例えばコンプレッサホイール２ｂよりも上流側）にメインスロットルバルブが設けられたりする。
【００２６】
また、上述したバルブ１１が、切り替えバルブとされており、１次側として供給する吸入空気を、上述したスロットルバルブ１２の下流側から導入するか、コンプレッサホイール２ｂの上流側から導入するかを切り替えることができる。なお、バルブ１１は、閉状態とすることもできる。さらに、増圧弁７の排気側が大気に連通されておらず、バルブ１３を介して吸気通路３に連通されている。バルブ１３も切り替えバルブであり、排気側として、上述したスロットルバルブ１２の下流側に連通させる、コンプレッサホイール２ｂの上流側に連通させるかを切り替えることができる。なお、バルブ１３も、閉状態とすることができる。
【００２７】
上述した構成のエンジン１において貯気タンク６の貯気を行う際の制御について説明する。図１のエンジンにおいては、高回転高負荷時にのみ貯気を行うこととなるが、本実施形態のものでは、アイドル運転時にも貯気を行うことができる。アイドル運転時には、バルブ１１，１３を図３中の一点波線で示すように接続する。また、スロットルバルブ１２は、点線で示したように閉じ側に制御される（アイドルに必要な吸入空気量に制限される）。この場合、１次側は、コンプレッサホイール２ｂの上流側のほぼ大気圧となる。一方、排気側は、スロットルバルブ１２直後の吸気通路３内の負圧となる。この差圧を利用して、増圧・貯気が行われる。
【００２８】
また、高速高負荷時には、バルブ１１，１３を図３中の実線で示すように接続する。また、スロットルバルブ１２は、実線で示したように開き側に制御される（高出力に必要な吸入空気量を十分に吸入する）。この場合、１次側は、スロットルバルブ１２の下流側の過給圧（高負荷時なので高い）となる。一方、排気側は、コンプレッサホイール２ｂの上流側の吸気通路３内圧力（ほぼ大気圧か負圧）となる。この差圧を利用して、増圧・貯気が行われる。このようにすれば、アイドル時にも高速高負荷時にも貯気が行え、貯気タンク６には常に十分な圧力・量の貯気を貯えておくことができ、いつでも貯気を用いた過給促進が行える。
【００２９】
次に、第三実施形態について説明する。本実施形態の図１相当図を図４に示す。また、本実施形態の増圧弁７０を図５に示す。なお、本実施形態のエンジン１（増圧弁７０）の構成も、上述した第一実施形態のエンジン１（増圧弁７）に準ずるため、同一又は同等の構成部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。以下には、特に異なる部分についてのみ説明する。
【００３０】
本実施形態は、増圧のために増圧弁７０の駆動室７０５，７０６に導入する気体として、１次側の気体ではなく排気ガスを用いるものである。このため、図５に示されるように、１次側の吸入路と駆動用の吸入路とが分離されている。その他の構成については第一実施形態の増圧弁７と同様である。また、エンジン１に関しては、第一実施形態に対して、上述した増圧弁７０の駆動用吸入路がクーラー１４を介してタービンホイール２ａの上流側の排気通路４に接続されている。クーラー１４は、駆動用として利用する排気ガスの温度を下げて増圧弁７０の過熱を防止するものである。さらに、この駆動用の気体は排気ガスであるためピストン７０２の駆動後は排気通路４上に戻す必要があり（大気放出などは好ましくない）、増圧弁７０の排気側がタービンホイール２ａの下流側の排気通路４に接続されている。
【００３１】
本実施形態のエンジン１は、ディーゼルエンジンであり、ターボチャージャ２にはバリアブルノズル機構１５が組み込まれている。本実施形態のものでも、アイドル時の貯気が可能である。アイドル時には、バリアブルノズル機構１５のノズルを閉じ側に制御する。これによって、タービンホイール２ａの上流側の圧力が上昇する。増圧弁７０は、駆動用気体圧力としてタービンホイール２ａの上流側の圧力を用い、排気側圧力としてタービンホイール２ａの下流側の圧力を用い、この差圧を利用して増圧・貯気を行う。特に、アイドル運転時などではバリアブルノズル機構１５のノズルを閉制御するが、このとき発生するタービンホイール２ａ前後の差圧を利用できるため、アイドル時であっても増圧が可能となる。なお、高速高負荷時では、ノズルの開度が開かれてもタービンホイール２ａの前後で十分な差圧が生じるため、タービンホイール２ａ前後の差圧を利用して増圧・貯気を行える。
【００３２】
なお、上述した何れの実施形態の場合も、増圧弁７にはピストン７０２が内蔵されるので、増圧弁７は振動には強くない。このため、増圧弁７はエンジン本体に取り付けられるのではなく、車両のボディ側に取り付けられることが好ましい。また、ピストン７０２の移動が車両の前後加速の影響を受けにくくなるように、増圧弁７のピストン７０２のストローク方向を車両前後方向に対して直角で、かつ、地面に対して水平となるようにすることが好ましい。また、増圧弁７は、ボディ振動に対して耐振動支持構造とすることが好ましい。
【００３３】
本発明の内燃機関は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した実施形態では過給機としてターボチャージャを利用した例であるが、本発明は、機械式のスーパーチャージャなどを過給機として利用する場合にも適用することができる。また、増圧に利用する差圧を得るための圧力は、吸気通路側から取ってもよいし、排気通路側から取ってもよいし、大気圧を利用することもでき、これらを併用してもよい。差圧を得るための圧力を得る場所を状況によって切替弁などで使い分けてもよい。さらに、増圧手段（増圧弁）の構造も上述した実施形態に限定されず、内燃機関内部の差圧を利用して増圧するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の第一実施形態の構成図である。
【図２】図１の実施形態における増圧弁の断面図である。
【図３】本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の第二実施形態の構成図である。
【図４】本発明の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関の第三実施形態の構成図である。
【図５】図４の実施形態における増圧弁の断面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…エンジン（内燃機関）、２…ターボチャージャ（過給機）、２ａ…タービンホイール、２ｂ…コンプレッサホイール、３…吸気通路、４…排気通路、５，８…圧力センサ、６…貯気タンク、７，７０…増圧弁（…増圧手段）、９…バルブ、９，１０，１１，１３…バルブ、１２…スロットルバルブ、１４…クーラー、１５…バリアブルノズル機構、７００，７０１…増圧室、７０２…ピストン、７０３…ガバナ、７０４…切替弁、７０５，７０６…駆動室。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯気タンクに貯えた気体を吸気通路又は排気通路に供給して過給促進を行い得る過給機を備えた内燃機関において、
内燃機関内部の差圧を利用して前記貯気タンクに貯える気体を増圧させる増圧手段を備えていることを特徴とする貯気タンク付過給機を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記増圧手段は、前記内燃機関のアイドル運転時に、前記吸気通路内の負圧を利用して気体を増圧させることを特徴とする請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記過給機がバリアブルノズル機構を有しており、
前記バリアブルノズル機構は、所定条件下でノズルを閉じ側に制御し、
前記増圧手段は、前記バリアブルノズル機構によるノズルの閉じ側への制御によって生じる前記排気通路内の圧力変動を利用して気体を増圧させることを特徴とする請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関。
【請求項１】
貯気タンクに貯えた気体を吸気通路又は排気通路に供給して過給促進を行い得る過給機を備えた内燃機関において、
内燃機関内部の差圧を利用して前記貯気タンクに貯える気体を増圧させる増圧手段を備えていることを特徴とする貯気タンク付過給機を備えた内燃機関。
【請求項２】
前記増圧手段は、前記内燃機関のアイドル運転時に、前記吸気通路内の負圧を利用して気体を増圧させることを特徴とする請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関。
【請求項３】
前記過給機がバリアブルノズル機構を有しており、
前記バリアブルノズル機構は、所定条件下でノズルを閉じ側に制御し、
前記増圧手段は、前記バリアブルノズル機構によるノズルの閉じ側への制御によって生じる前記排気通路内の圧力変動を利用して気体を増圧させることを特徴とする請求項１に記載の貯気タンク付過給機を備えた内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−９７５７１（Ｐ２００６−９７５７１Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８４６６２（Ｐ２００４−２８４６６２）
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２９日（２００４．９．２９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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