車両用過給装置
【課題】タービン羽根車に供給される排気エネルギーを任意に高めることのできる車両用過給装置を提供する。
【解決手段】第１排気スクロール２１内（小容量側）に電気ヒータ１４を設け、排気エネルギーが低下している状態で、且つエンジン負荷が大きい時に電気ヒータ１４を通電する。これにより、タービン羽根車１１に供給される排気エネルギーを高め、過給圧の上昇を図ってエンジンの出力トルクを向上でき、燃費を向上し、ドライバビリティを向上できる。電気ヒータ１４からタービン羽根車１１までの距離を短くでき、電気ヒータ１４の通電開始から過給圧が上昇するまでの時間を最小に抑えるとともに、発熱ロスを抑えることができる。電気ヒータ１４を第１排気スクロール２１のみに設けるため、小型化と電力消費を抑えることができる。さらに、電気ヒータ１４の通電範囲が必要時のみに抑えられるため、電力消費を抑えることができる。
【解決手段】第１排気スクロール２１内（小容量側）に電気ヒータ１４を設け、排気エネルギーが低下している状態で、且つエンジン負荷が大きい時に電気ヒータ１４を通電する。これにより、タービン羽根車１１に供給される排気エネルギーを高め、過給圧の上昇を図ってエンジンの出力トルクを向上でき、燃費を向上し、ドライバビリティを向上できる。電気ヒータ１４からタービン羽根車１１までの距離を短くでき、電気ヒータ１４の通電開始から過給圧が上昇するまでの時間を最小に抑えるとともに、発熱ロスを抑えることができる。電気ヒータ１４を第１排気スクロール２１のみに設けるため、小型化と電力消費を抑えることができる。さらに、電気ヒータ１４の通電範囲が必要時のみに抑えられるため、電力消費を抑えることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャを用いて吸気の過給を行う車両用過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャを用いた車両用過給装置では、エンジンの排気エネルギーを利用して吸気の加圧を行うため、排気エネルギーが下がると過給圧が下がってしまう。即ち、排気ガスの流量が少ない場合や、排気ガスの温度が低い場合に、過給圧が低下してしまう。その結果、アクセルを踏んだ際にターボラグが生じて、ドライバビリティが悪化する不具合があった。
【０００３】
加速時に排気エネルギーを高めてターボラグを短縮する技術として、特許文献１に開示される技術が提案されている。
特許文献１の技術は、点火時期を遅角させることで排気エネルギーを高めようとするものである。
しかしながら、点火時期を適正時期より遅角させることで、適正タイミングの燃焼が行われなくなるため、結果的にエンジンの出力トルクの低下を招いてしまい、ドライバビリティの悪化を招くとともに、燃費（燃料消費量）も悪化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２１８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、タービン羽根車に供給される排気エネルギーを任意に高めることのできる車両用過給装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔請求項１の手段〕
請求項１の車両用過給装置は、エンジンの排気出口からタービン羽根車までの間の排気通路内に配置した電気ヒータを発熱させることで、タービン羽根車に供給される排気エネルギーを高めることができる。
このため、排気エネルギーが低い状態であっても、電気ヒータによって排気エネルギーを高めることでタービン羽根車の駆動力を高めることができ、過給圧の上昇を図ってエンジンの出力トルクを向上できる。その結果、燃費の向上やターボラグの改善によりドライバビリティの向上を図ることができる。
【０００７】
〔請求項２の手段〕
請求項２の電気ヒータは、タービンハウジング内における排気通路内（具体的には、タービンハウジング内で、且つタービン羽根車より排気上流側の排気通路内）に設けられるものである。
電気ヒータからタービン羽根車までの距離が短いため、電気ヒータで加熱された排気ガスが冷えずにタービン羽根車に与えられる。このため、電気ヒータの通電が開始されてから過給圧が上昇するまでの時間を最小に抑えてドライバビリティの向上を図ることができるとともに、電気ヒータの発熱ロスを抑えることができ、結果的に電気ヒータの電力消費を抑えて過給圧の上昇を図ることができる。
【０００８】
〔請求項３の手段〕
請求項３の電気ヒータは、第１排気スクロール（小容量側）の排気通路内のみに設けられる。
これにより、電気ヒータによって加熱する範囲を小さくすることができ、電気ヒータの小型化が可能になり、電気ヒータのコストを抑えるとともに、電力消費を抑えてバッテリ負荷を小さくすることができる。
また、電気ヒータの小型化に伴って電気ヒータが軽量化されるため、車両重量を軽減することで燃費を向上することができる。
【０００９】
〔請求項４の手段〕
請求項４の制御装置は、エンジンの回転数とエンジンに要求される要求負荷に応じて電気ヒータを通電制御する。
これにより、電気ヒータの通電範囲を抑えることができるため、電気ヒータの電力消費を抑えて、燃費を向上することができる。
【００１０】
〔請求項５の手段〕
請求項５の制御装置は、エンジンを循環する冷却水の温度（冷却水温）、エンジンを潤滑するオイルの温度（油温）、エンジンの排気出口から電気ヒータに至る排気ガスの温度（排熱温度：例えば、エキゾーストマニホールドの温度等）のうちの少なくとも１つ温度に応じて電気ヒータの通電時間を変化させる。
冷却水温や油温の温度低下時に電気ヒータの通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくすることにより、「潤滑用のオイルの粘度が高い」ことによるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
あるいは、排熱温度の低下時に電気ヒータの通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくして「排熱温度の低下」によるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００１１】
〔請求項６の手段〕
請求項６の制御装置は、エンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータを通電する。
これにより、電気ヒータで加熱された排気ガスによってターボチャージャの排気下流側に配置された触媒を加熱することができるため、触媒の早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減と、燃費の改善を両立させることができる。
【００１２】
〔請求項７の手段〕
請求項７の制御装置は、エンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に、電気ヒータを通電するとともに、ウエストゲートバルブを開く。
これにより、電気ヒータで加熱された排気ガスによって触媒を加熱することに加えて、ウエストゲートバルブを通過した高温の排気ガス（タービン羽根車で熱を奪われていない高温の排気ガス）によって触媒を加熱することができるため、触媒のさらなる早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ターボチャージャの軸方向に沿う断面図である（実施例１）。
【図２】（ａ）図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）容量可変バルブとウエストゲートバルブの模式図である（実施例１）。
【図３】容量可変バルブとウエストゲートバルブの作動説明図である（実施例１）。
【図４】エンジン回転数およびエンジン要求負荷に対応した各運転モードの説明図である（実施例１）。
【図５】作動説明のためのタイムチャートである（実施例１）。
【図６】作動説明のためのタイムチャートである（実施例１）。
【図７】容量可変バルブとウエストゲートバルブの断面図と模式図である（実施例２）。
【図８】容量可変バルブとウエストゲートバルブの作動説明図である（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
車両用過給装置は、エンジンに供給される吸気の過給を行うものであり、
（ａ）エンジンから排出された排気ガスにより回転駆動されるタービン羽根車１１を有するターボチャージャ１２と、
（ｂ）エンジンの排気出口からタービン羽根車１１までの間の排気通路内（具体的な一例として、タービンハウジング１３内の排気通路内）に配置され、通電により発熱する電気ヒータ１４と、
（ｃ）この電気ヒータ１４の通電を行うＥＣＵ１５（エンジン・コントロール・ユニットの略：制御装置に相当する）と、
を備えて構成される。
【実施例】
【００１５】
以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
なお、以下の実施例において上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。
【００１６】
［実施例１］
実施例１を図１〜図６を参照して説明する。
車両用過給装置は、ターボチャージャ１２を用いてエンジン（燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関：ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を問わない、レシプロエンジン、ロータリーエンジン等を問わない）に供給される吸気の過給を行うものである。
【００１７】
ターボチャージャ１２は、エンジンから排出される排気ガスのエネルギーによって、エンジンに吸い込まれる吸気を加圧する過給器であり、図１に示すように、
・エンジンから排出された排気ガスによって回転駆動されるタービン羽根車１１と、
・このタービン羽根車１１を収容する渦巻き形状のタービンハウジング１３と、
・タービン羽根車１１の回転力により駆動されて吸気を加圧するコンプレッサ羽根車１６と、
・このコンプレッサ羽根車１６を収容する渦巻き形状のコンプレッサハウジング１７と、
・タービン羽根車１１の回転をコンプレッサ羽根車１６に伝達するシャフト１８と、
・このシャフト１８を高速回転自在に支持するベアリングハウジング１９と、
を備えて構成される。
そして、ターボチャージャ１２は、タービンハウジング１３とコンプレッサハウジング１７の間にベアリングハウジング１９を配置し、Ｖバンド、スナップリング、ボルト等の結合手段を用いて結合される。
【００１８】
タービン羽根車１１は、シャフト１８に結合されて回転自在に支持されるハブと、このハブの周囲に形成される複数のタービン羽根とで構成される。
なお、タービン羽根における最外周の端縁はリーディングエッジと称され、タービン羽根における排気下流側の端縁はトレーリングエッジと称され、リーディングエッジとトレーリングエッジの間のタービン羽根の外周側端縁はシュラウドエッジと称される。
【００１９】
タービンハウジング１３の内部には、排気ガスをタービン羽根車１１へ向けて吹き出す第１、第２排気スクロール２１、２２が設けられている。
第１排気スクロール２１は、エンジンから排出された排気ガスを旋回させ、旋回させた排気ガスをタービン羽根車１１の排気上流端部（リーディングエッジ）へ向けて吹き付ける第１排気出口２１ａを有する。
第２排気スクロール２２は、エンジンから排出された排気ガスを第１排気スクロール２１と同一方向へ旋回させ、旋回させた排気ガスをタービン羽根車１１の途中部位（シュラウドエッジ）へ向けて吹き付ける第２排気出口２２ａを有する。
【００２０】
タービンハウジング１３の内部には、図２（ａ）示すように、第１排気スクロール２１と第２排気スクロール２２を区画する仕切壁２３が設けられている。
第１排気スクロール２１の排気上流部は、タービンハウジング１３の排気入口（エキゾーストマニホールドとの接続口）と常に連通し、排気ガスが常時第１排気スクロール２１に供給されるように設けられている。
【００２１】
また、第１排気スクロール２１の排気上流部は、図２（ａ）示すように、仕切壁２３によって排気下流方向に向かって絞られている。
この絞り部を形成する仕切壁２３には、第１排気スクロール２１と第２排気スクロール２２とを連通する容量可変用連通穴２４が形成されている。この容量可変用連通穴２４は、容量可変バルブ２５によって開閉される。
この容量可変バルブ２５は、図示しない電動アクチュエータを介してＥＣＵ１５により開閉制御および開度制御されるものであり、容量可変バルブ２５が容量可変用連通穴２４の開度調整を行なうことで、第２排気スクロール２２からタービン羽根車１１に向かう排気ガス量のコントロールがなされる。
【００２２】
第２排気スクロール２２の外壁には、図２（ａ）示すように、第２排気スクロール２２に導かれた排気ガスの一部を、タービン羽根車１１を迂回（バイパス）させて排気下流側（マフラー側）に導くウエストゲート用連通穴２６が形成されている。このウエストゲート用連通穴２６は、ウエストゲートバルブ２７によって開閉される。
このウエストゲートバルブ２７は、図示しない電動アクチュエータを介してＥＣＵ１５により開閉制御および開度制御されるものであり、ウエストゲートバルブ２７がウエストゲート用連通穴２６の開度調整を行なうことで、タービン羽根車１１を迂回する排気ガス量のコントロールがなされる。
【００２３】
なお、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７は、「それぞれ独立した２つの電動アクチュエータ」によって駆動されるものであっても良いし、「１つの電動アクチュエータ」と「回動特性の変換を行うリンク装置」とを用いて駆動されるものであっても良い。
【００２４】
この実施例の車両では、エンジンの排気出口からタービン羽根車１１までの間の排気通路内に、通電により発熱する電気ヒータ１４が搭載されている。
具体的な一例として、この実施例では、電気ヒータ１４がタービンハウジング１３内における排気通路内に配置されている。
さらに具体的な一例として、この実施例では、図２（ａ）示すように、電気ヒータ１４が第１排気スクロール２１における排気通路内（容量可変用連通穴２４の形成部位と第１排気出口２１ａとの間の排気通路内）に配置されている。
【００２５】
電気ヒータ１４の種類は限定されるものではないが、具体的な一例としてこの実施例では温度上昇に応じて抵抗値が上昇する正の温度係数を有するＰＴＣサーミスタを発熱体としたセラミックヒータを用いるものである。
この電気ヒータ１４は、第１排気スクロール２１の通路内形状に合致するように形成され、第１排気スクロール２１内に装着した後、図示しない固定手段（ネジ等）を用いてタービンハウジング１３内に固定されるものである。
もちろん、電気ヒータ１４は、第１排気スクロール２１内を排気ガスが容易に通過できるように通過抵抗が抑えらるものであり、具体的な一例としてこの実施例では断面形状が格子形状を成すハニカムヒータを採用するものである。
【００２６】
この電気ヒータ１４は、ＥＣＵ１５により通電状態が制御される。
具体的に電気ヒータ１４は、車両に搭載されたバッテリ２８から電力の供給を受けるものであり、電気ヒータ１４とバッテリ２８の間に介在されたコントローラ２９（例えば、リレーやスイッチ素子等を用いた通電の断続手段）によって電気ヒータ１４の通電と非通電が切り替えられる。このコントローラ２９がＥＣＵ１５により制御されるものであり、ＥＣＵ１５がコントローラ２９を制御することで、結果的に電気ヒータ１４の通電状態の制御が実施される。
【００２７】
上述したように、容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４は、ＥＣＵ１５により作動制御（開閉制御および通電制御）がなされる。
ＥＣＵ１５は、ＣＰＵやメモリを搭載する周知のコンピュータを用いた電子制御装置であり、エンジン運転状態（運転者の操作状態を含む）に基づいて容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４の作動制御を実施する。
【００２８】
ＥＣＵ１５は、排気エネルギーが小さく、且つ大きなエンジン出力が要求される場合に電気ヒータ１４を通電するものであり、ＥＣＵ１５にはエンジン回転数が低く、エンジンに要求される要求負荷（アクセル開度など）が大きい場合に電気ヒータ１４を通電するヒータ制御手段（制御プログラム）が設けられている。
具体的にＥＣＵ１５には、エンジン回転数とエンジン要求負荷に基づいて電気ヒータ１４の通電を実施するヒータ制御用のマップが搭載（記憶）されており、エンジン運転状態とマップに基づいて電気ヒータ１４の通電を実施するように設けられている。
【００２９】
また、この実施例のＥＣＵ１５には、冷却水温（エンジンを循環する冷却水の温度）、油温（エンジン潤滑用オイルの温度）、排気温度（エンジンとターボチャージャ１２の間に介在されるエキゾーストマニホールドの温度）が各センサ類によって読み込まれる。
そして、ＥＣＵ１５は、上述した制御により電気ヒータ１４の通電を実施する際、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
のいずれかの場合に、電気ヒータ１４の通電時間を長くする低温時延長手段（制御プログラム）が設けられている。
なお、電気ヒータ１４の通電延長時間は、固定タイプであっても良いし、検出温度に応じて延長時間を可変する可変タイプであっても良い。
【００３０】
さらに、この実施例のＥＣＵ１５には、エンジンの冷間始動直後におけるファーストアイドル時など、始動直後のエンジン暖機時に電気ヒータ１４を通電して、ターボチャージャ１２の排気下流側の排気通路の途中に配置される触媒を積極的に加熱する暖機促進手段（制御プログラム）が設けられている。
また、この実施例の暖機促進手段は、エンジン暖機時に電気ヒータ１４を通電する際、ウエストゲートバルブ２７を開くように設けられ、タービン羽根車１１を迂回した排気ガス（タービン羽根車１１に熱を奪われていない高温の排気ガス）が触媒を加熱するように設けられている。
【００３１】
次に、ＥＣＵ１５による容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４の作動を、モード１〜５の５つに分類して説明する（表１参照）。
【表１】
【００３２】
（ｉ）モード１は、排気ガスの全てを第１排気スクロール２１のみに流すとともに、第１排気スクロール２１を通過してタービン羽根車１１に供給される排気ガスを電気ヒータ１４で加熱する運転モードであり、図３（ａ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に閉じられた状態で、電気ヒータ１４の通電を行う運転モードである。
具体的にこのモード１は、図４に示すように、エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が大きい場合（加速開始時等）の初期（ターボラグが発生している状態）に選択される運転モードである。
【００３３】
（ｉｉ）モード２は、モード１と同様、排気ガスの全てを第１排気スクロール２１のみに流すものであるが、モード１とは異なり電気ヒータ１４を通電しない運転モードであり、図３（ａ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に閉じられた状態で、電気ヒータ１４の通電が停止される運転モードである。
具体的にこのモード２は、図４に示すように、
・エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が大きい場合に選択される運転モードである。
【００３４】
（ｉｉｉ）モード３は、排気ガスの全てを第１、第２排気スクロール２１、２２のみに流すとともに、電気ヒータ１４を通電しない運転モードであり、図３（ｂ）に示すように、容量可変バルブ２５が開かれ、ウエストゲートバルブ２７が閉じられた状態で、電気ヒータ１４の通電が停止される運転モードである。
具体的にこのモード３は、図４に示すように、
・エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が中程度の場合、
・エンジン回転数が中程度でエンジン要求負荷が中程度の場合、
・エンジン回転数が中程度でエンジン要求負荷が大きい場合に選択される運転モードである。
【００３５】
（ｉｖ）モード４は、排気ガスの一部をタービン羽根車１１を迂回させるとともに、電気ヒータ１４を通電しない運転モードであり、図３（ｃ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に開かれた状態で、電気ヒータ１４の通電が停止される運転モードである。
具体的にこのモード４は、図４に示すように、
・エンジンがアイドル状態の場合、
・エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が小さい場合、
・エンジン回転数が中程度でエンジン要求負荷が小さい場合、
・エンジン回転数が高くエンジン要求負荷が大きい場合、
・エンジン回転数が高くエンジン要求負荷が中程度の場合、
・エンジン回転数が高くエンジン要求負荷が小さい場合に選択される運転モードである。
【００３６】
（ｖ）モード５は、モード４と同様、排気ガスの一部をタービン羽根車１１を迂回させるものであるが、モード４とは異なり第１排気スクロール２１を通過してタービン羽根車１１に供給される排気ガスを電気ヒータ１４で加熱する運転モードであり、図３（ｃ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に開かれた状態で、電気ヒータ１４の通電を行う運転モードである。
具体的にこのモード５は、図４に示すように、冷間始動時におけるファーストアイドル時など、触媒の素早い加熱が要求される場合に選択される運転モードである。
【００３７】
各運転モード（モード１〜５）の選択例を図５、図６に示す。
図５は、アイドル状態からスロットル開度を全開にした場合の運転モードの変移を示すタイムチャートであり、図５の最下段に示すように、アイドル状態からの加速開始時にモード１が選択されて、電気ヒータ１４が通電されるように設けられている。
【００３８】
また、図６は、電気ヒータ１４の通電時間の延長を示すタイムチャートであり、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
のいずれかの場合、図６の最下段に示すように、図５に比較して（図６中の破線参照）、電気ヒータ１４の通電時間が延長されるものである。
【００３９】
（実施例の効果１）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、電気ヒータ１４を発熱させることで、タービン羽根車１１に供給される排気エネルギーを高めることができる。
このため、排気ガスによるタービン羽根車１１の駆動力を高めることができ、過給圧の上昇を図ってエンジンの出力トルクを向上できる。その結果、燃費の向上やターボラグの改善によりドライバビリティの向上を図ることができる。
【００４０】
（実施例の効果２）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、電気ヒータ１４をタービンハウジング１３内の排気通路の内部に設けている。
これによって、電気ヒータ１４からタービン羽根車１１までの距離を短くでき、電気ヒータ１４で加熱された排気ガスの熱が周囲に奪われるのを抑えて、電気ヒータ１４で加熱された高温の排気ガスをタービン羽根車１１に与えることができる。この結果、電気ヒータ１４の通電が開始されてから過給圧が上昇するまでの時間を最小に抑えてドライバビリティの向上を図ることができる。さらに、電気ヒータ１４の発熱ロスを抑えることができ、電気ヒータ１４の電力消費を抑えて過給圧の上昇を図ることができる。
【００４１】
（実施例の効果３）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、電気ヒータ１４を第１排気スクロール２１（小容量側）の排気通路内のみに設けている。
これにより、電気ヒータ１４によって加熱する範囲を小さくすることができ、電気ヒータ１４の小型化が可能になる。その結果、電気ヒータ１４のコストを抑えるとともに、電力消費を抑えてバッテリ負荷を小さくすることができる。
また、電気ヒータ１４の小型化に伴って電気ヒータ１４が軽量化されるため、車両重量を軽減することで燃費を向上することができる。
【００４２】
（実施例の効果４）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、エンジンの回転数とエンジンに要求される要求負荷に応じて電気ヒータ１４を通電制御する。具体的には、エンジン回転が低くて排気エネルギーが低下している状態で、且つ大きなエンジン出力が要求される加速開始時に電気ヒータ１４を通電している。
これにより、電気ヒータ１４の通電範囲を必要時のみに抑えることができ、電気ヒータ１４の電力消費を抑えることができるため、結果的に燃費を向上することができる。
【００４３】
（実施例の効果５）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
のいずれかの場合、電気ヒータ１４の通電時間を延長する。
冷却水温や油温の温度低下時に電気ヒータ１４の通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくすることにより、「潤滑用のオイルの粘度が高い」ことによるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
あるいは、排熱温度の低下時に電気ヒータ１４の通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくして「排熱温度の低下」によるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００４４】
（実施例の効果６）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、冷間始動時におけるエンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータ１４を通電する。
これにより、電気ヒータ１４で加熱された高温の排気ガスによってターボチャージャ１２の排気下流側に配置された触媒を加熱することができるため、触媒の早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減と、燃費の改善を両立させることができる。
【００４５】
（実施例の効果７）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、冷間始動時におけるエンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータ１４を通電する際に、ウエストゲートバルブ２７を開く。
これにより、電気ヒータ１４で加熱された排気ガスによって触媒を加熱することに加えて、ウエストゲートバルブ２７を通過した高温の排気ガス（タービン羽根車１１で熱を奪われていない高温の排気ガス）によって触媒を加熱することができるため、触媒のさらなる早期暖機を実現でき、排気エミッションの低減効果をより大きくすることができる。
【００４６】
［実施例２］
実施例２を図７および図８を参照して説明する。なお、この実施例２において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１のウエストゲートバルブ２７は、容量可変バルブ２５を通過した排気ガスをバイパスさせる例を示し、容量可変バルブ２５が開かれていない状態では排気ガスのバイパスが行うことができないものであった。
これに対し、この実施例２のウエストゲートバルブ２７は、容量可変バルブ２５より排気上流側にウエストゲート用連通穴２６が設けられて、容量可変バルブ２５より排気上流側の排気ガスをバイパスさせるものであり、容量可変バルブ２５の開閉状態に関わらずに排気ガスのバイパスが可能なものである。
【００４７】
次に、この実施例２における容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４の作動を、モード１〜５の５つに分類して説明する（表２参照）。
【表２】
【００４８】
モード１〜４は、実施例１と同じ作動を実行するものである。
なお、
・モード１、２では図８（ａ）に示すように容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に閉じられて第１排気スクロール２１のみに排気ガスが導かれ、
・モード３では図８（ｂ）に示すように容量可変バルブ２５が開かれ、ウエストゲートバルブ２７が閉じられて、第１、第２排気スクロール２１、２２の両方へ排気ガスが導かれ、
・モード４では図８（ｃ）に示すように容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に開かれて、第１、第２排気スクロール２１、２２の両方へ排気ガスが導かれるとともに、排気ガスの一部がタービン羽根車１１をバイパスするものである。
【００４９】
モード５は、実施例１と同様、電気ヒータ１４を通電して第１排気スクロール２１を通過してタービン羽根車１１に供給される排気ガスを電気ヒータ１４で加熱するとともに、排気ガスの一部をタービン羽根車１１を迂回させて高温の排気ガスを触媒に導く運転モードであるが、図８（ｄ）に示すように、実施例１とは異なり容量可変バルブ２５を閉じて、第２排気スクロール２２からタービン羽根車１１への排気通路を閉塞するものである。
【００５０】
このモード５では、第２排気スクロール２２が閉じられるため、タービン羽根車１１に導かれる排気ガス量を、実施例１に比較して抑えることができる。即ち、冷間始動時のファーストアイドル時等においてタービン羽根車１１に熱を奪われる排気ガスの割合を減らすことができる。
これにより、上述した「実施例の効果７」を更に高めることができる。
即ち、冷間始動時におけるエンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータ１４を通電してウエストゲートバルブ２７を開く際に、第２排気スクロール２２が閉じられるため、タービン羽根車１１で熱を奪われていない高温の排気ガスを大量に触媒に導くことができ、触媒のさらなる早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減効果をより大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
上記の実施例では、電気ヒータ１４をＯＮ−ＯＦＦ制御する例を示したが、エンジン運転状態に応じて電気ヒータ１４の通電量をデューティ比制御等を用いて連続的あるいは段階的に可変制御しても良い。
【００５２】
上記の実施例では、エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が大きい場合（加速開始時等）に電気ヒータ１４を通電する例を示したが、電気ヒータ１４もＯＮ条件は実施例に限定されるものではなく、例えばエンジン回転数がアイドルよりも少量増加している場合であっても、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
の少なくともいずれかの場合で、エンジン要求負荷が大きい場合に電気ヒータ１４を通電して排気エネルギーを高めるように設けても良い。
【００５３】
上記の実施例では、触媒が搭載されていることからも解るように、ガソリンエンジンのターボチャージャ１２に本発明を適用する例を示したが、触媒を搭載しないエンジン（例えばディーゼルエンジン等）のターボチャージャ１２に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１１ タービン羽根車
１２ ターボチャージャ
１３ タービンハウジング
１４ 電気ヒータ
１５ ＥＣＵ（制御装置）
２１ 第１排気スクロール
２１ａ 第１排気出口
２２ 第２排気スクロール
２２ａ 第２排気出口
２６ ウエストゲート用連通穴
２７ ウエストゲートバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャを用いて吸気の過給を行う車両用過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャを用いた車両用過給装置では、エンジンの排気エネルギーを利用して吸気の加圧を行うため、排気エネルギーが下がると過給圧が下がってしまう。即ち、排気ガスの流量が少ない場合や、排気ガスの温度が低い場合に、過給圧が低下してしまう。その結果、アクセルを踏んだ際にターボラグが生じて、ドライバビリティが悪化する不具合があった。
【０００３】
加速時に排気エネルギーを高めてターボラグを短縮する技術として、特許文献１に開示される技術が提案されている。
特許文献１の技術は、点火時期を遅角させることで排気エネルギーを高めようとするものである。
しかしながら、点火時期を適正時期より遅角させることで、適正タイミングの燃焼が行われなくなるため、結果的にエンジンの出力トルクの低下を招いてしまい、ドライバビリティの悪化を招くとともに、燃費（燃料消費量）も悪化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３２１８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、タービン羽根車に供給される排気エネルギーを任意に高めることのできる車両用過給装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔請求項１の手段〕
請求項１の車両用過給装置は、エンジンの排気出口からタービン羽根車までの間の排気通路内に配置した電気ヒータを発熱させることで、タービン羽根車に供給される排気エネルギーを高めることができる。
このため、排気エネルギーが低い状態であっても、電気ヒータによって排気エネルギーを高めることでタービン羽根車の駆動力を高めることができ、過給圧の上昇を図ってエンジンの出力トルクを向上できる。その結果、燃費の向上やターボラグの改善によりドライバビリティの向上を図ることができる。
【０００７】
〔請求項２の手段〕
請求項２の電気ヒータは、タービンハウジング内における排気通路内（具体的には、タービンハウジング内で、且つタービン羽根車より排気上流側の排気通路内）に設けられるものである。
電気ヒータからタービン羽根車までの距離が短いため、電気ヒータで加熱された排気ガスが冷えずにタービン羽根車に与えられる。このため、電気ヒータの通電が開始されてから過給圧が上昇するまでの時間を最小に抑えてドライバビリティの向上を図ることができるとともに、電気ヒータの発熱ロスを抑えることができ、結果的に電気ヒータの電力消費を抑えて過給圧の上昇を図ることができる。
【０００８】
〔請求項３の手段〕
請求項３の電気ヒータは、第１排気スクロール（小容量側）の排気通路内のみに設けられる。
これにより、電気ヒータによって加熱する範囲を小さくすることができ、電気ヒータの小型化が可能になり、電気ヒータのコストを抑えるとともに、電力消費を抑えてバッテリ負荷を小さくすることができる。
また、電気ヒータの小型化に伴って電気ヒータが軽量化されるため、車両重量を軽減することで燃費を向上することができる。
【０００９】
〔請求項４の手段〕
請求項４の制御装置は、エンジンの回転数とエンジンに要求される要求負荷に応じて電気ヒータを通電制御する。
これにより、電気ヒータの通電範囲を抑えることができるため、電気ヒータの電力消費を抑えて、燃費を向上することができる。
【００１０】
〔請求項５の手段〕
請求項５の制御装置は、エンジンを循環する冷却水の温度（冷却水温）、エンジンを潤滑するオイルの温度（油温）、エンジンの排気出口から電気ヒータに至る排気ガスの温度（排熱温度：例えば、エキゾーストマニホールドの温度等）のうちの少なくとも１つ温度に応じて電気ヒータの通電時間を変化させる。
冷却水温や油温の温度低下時に電気ヒータの通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくすることにより、「潤滑用のオイルの粘度が高い」ことによるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
あるいは、排熱温度の低下時に電気ヒータの通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくして「排熱温度の低下」によるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００１１】
〔請求項６の手段〕
請求項６の制御装置は、エンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータを通電する。
これにより、電気ヒータで加熱された排気ガスによってターボチャージャの排気下流側に配置された触媒を加熱することができるため、触媒の早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減と、燃費の改善を両立させることができる。
【００１２】
〔請求項７の手段〕
請求項７の制御装置は、エンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に、電気ヒータを通電するとともに、ウエストゲートバルブを開く。
これにより、電気ヒータで加熱された排気ガスによって触媒を加熱することに加えて、ウエストゲートバルブを通過した高温の排気ガス（タービン羽根車で熱を奪われていない高温の排気ガス）によって触媒を加熱することができるため、触媒のさらなる早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ターボチャージャの軸方向に沿う断面図である（実施例１）。
【図２】（ａ）図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）容量可変バルブとウエストゲートバルブの模式図である（実施例１）。
【図３】容量可変バルブとウエストゲートバルブの作動説明図である（実施例１）。
【図４】エンジン回転数およびエンジン要求負荷に対応した各運転モードの説明図である（実施例１）。
【図５】作動説明のためのタイムチャートである（実施例１）。
【図６】作動説明のためのタイムチャートである（実施例１）。
【図７】容量可変バルブとウエストゲートバルブの断面図と模式図である（実施例２）。
【図８】容量可変バルブとウエストゲートバルブの作動説明図である（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
車両用過給装置は、エンジンに供給される吸気の過給を行うものであり、
（ａ）エンジンから排出された排気ガスにより回転駆動されるタービン羽根車１１を有するターボチャージャ１２と、
（ｂ）エンジンの排気出口からタービン羽根車１１までの間の排気通路内（具体的な一例として、タービンハウジング１３内の排気通路内）に配置され、通電により発熱する電気ヒータ１４と、
（ｃ）この電気ヒータ１４の通電を行うＥＣＵ１５（エンジン・コントロール・ユニットの略：制御装置に相当する）と、
を備えて構成される。
【実施例】
【００１５】
以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。
なお、以下の実施例において上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。
【００１６】
［実施例１］
実施例１を図１〜図６を参照して説明する。
車両用過給装置は、ターボチャージャ１２を用いてエンジン（燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関：ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を問わない、レシプロエンジン、ロータリーエンジン等を問わない）に供給される吸気の過給を行うものである。
【００１７】
ターボチャージャ１２は、エンジンから排出される排気ガスのエネルギーによって、エンジンに吸い込まれる吸気を加圧する過給器であり、図１に示すように、
・エンジンから排出された排気ガスによって回転駆動されるタービン羽根車１１と、
・このタービン羽根車１１を収容する渦巻き形状のタービンハウジング１３と、
・タービン羽根車１１の回転力により駆動されて吸気を加圧するコンプレッサ羽根車１６と、
・このコンプレッサ羽根車１６を収容する渦巻き形状のコンプレッサハウジング１７と、
・タービン羽根車１１の回転をコンプレッサ羽根車１６に伝達するシャフト１８と、
・このシャフト１８を高速回転自在に支持するベアリングハウジング１９と、
を備えて構成される。
そして、ターボチャージャ１２は、タービンハウジング１３とコンプレッサハウジング１７の間にベアリングハウジング１９を配置し、Ｖバンド、スナップリング、ボルト等の結合手段を用いて結合される。
【００１８】
タービン羽根車１１は、シャフト１８に結合されて回転自在に支持されるハブと、このハブの周囲に形成される複数のタービン羽根とで構成される。
なお、タービン羽根における最外周の端縁はリーディングエッジと称され、タービン羽根における排気下流側の端縁はトレーリングエッジと称され、リーディングエッジとトレーリングエッジの間のタービン羽根の外周側端縁はシュラウドエッジと称される。
【００１９】
タービンハウジング１３の内部には、排気ガスをタービン羽根車１１へ向けて吹き出す第１、第２排気スクロール２１、２２が設けられている。
第１排気スクロール２１は、エンジンから排出された排気ガスを旋回させ、旋回させた排気ガスをタービン羽根車１１の排気上流端部（リーディングエッジ）へ向けて吹き付ける第１排気出口２１ａを有する。
第２排気スクロール２２は、エンジンから排出された排気ガスを第１排気スクロール２１と同一方向へ旋回させ、旋回させた排気ガスをタービン羽根車１１の途中部位（シュラウドエッジ）へ向けて吹き付ける第２排気出口２２ａを有する。
【００２０】
タービンハウジング１３の内部には、図２（ａ）示すように、第１排気スクロール２１と第２排気スクロール２２を区画する仕切壁２３が設けられている。
第１排気スクロール２１の排気上流部は、タービンハウジング１３の排気入口（エキゾーストマニホールドとの接続口）と常に連通し、排気ガスが常時第１排気スクロール２１に供給されるように設けられている。
【００２１】
また、第１排気スクロール２１の排気上流部は、図２（ａ）示すように、仕切壁２３によって排気下流方向に向かって絞られている。
この絞り部を形成する仕切壁２３には、第１排気スクロール２１と第２排気スクロール２２とを連通する容量可変用連通穴２４が形成されている。この容量可変用連通穴２４は、容量可変バルブ２５によって開閉される。
この容量可変バルブ２５は、図示しない電動アクチュエータを介してＥＣＵ１５により開閉制御および開度制御されるものであり、容量可変バルブ２５が容量可変用連通穴２４の開度調整を行なうことで、第２排気スクロール２２からタービン羽根車１１に向かう排気ガス量のコントロールがなされる。
【００２２】
第２排気スクロール２２の外壁には、図２（ａ）示すように、第２排気スクロール２２に導かれた排気ガスの一部を、タービン羽根車１１を迂回（バイパス）させて排気下流側（マフラー側）に導くウエストゲート用連通穴２６が形成されている。このウエストゲート用連通穴２６は、ウエストゲートバルブ２７によって開閉される。
このウエストゲートバルブ２７は、図示しない電動アクチュエータを介してＥＣＵ１５により開閉制御および開度制御されるものであり、ウエストゲートバルブ２７がウエストゲート用連通穴２６の開度調整を行なうことで、タービン羽根車１１を迂回する排気ガス量のコントロールがなされる。
【００２３】
なお、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７は、「それぞれ独立した２つの電動アクチュエータ」によって駆動されるものであっても良いし、「１つの電動アクチュエータ」と「回動特性の変換を行うリンク装置」とを用いて駆動されるものであっても良い。
【００２４】
この実施例の車両では、エンジンの排気出口からタービン羽根車１１までの間の排気通路内に、通電により発熱する電気ヒータ１４が搭載されている。
具体的な一例として、この実施例では、電気ヒータ１４がタービンハウジング１３内における排気通路内に配置されている。
さらに具体的な一例として、この実施例では、図２（ａ）示すように、電気ヒータ１４が第１排気スクロール２１における排気通路内（容量可変用連通穴２４の形成部位と第１排気出口２１ａとの間の排気通路内）に配置されている。
【００２５】
電気ヒータ１４の種類は限定されるものではないが、具体的な一例としてこの実施例では温度上昇に応じて抵抗値が上昇する正の温度係数を有するＰＴＣサーミスタを発熱体としたセラミックヒータを用いるものである。
この電気ヒータ１４は、第１排気スクロール２１の通路内形状に合致するように形成され、第１排気スクロール２１内に装着した後、図示しない固定手段（ネジ等）を用いてタービンハウジング１３内に固定されるものである。
もちろん、電気ヒータ１４は、第１排気スクロール２１内を排気ガスが容易に通過できるように通過抵抗が抑えらるものであり、具体的な一例としてこの実施例では断面形状が格子形状を成すハニカムヒータを採用するものである。
【００２６】
この電気ヒータ１４は、ＥＣＵ１５により通電状態が制御される。
具体的に電気ヒータ１４は、車両に搭載されたバッテリ２８から電力の供給を受けるものであり、電気ヒータ１４とバッテリ２８の間に介在されたコントローラ２９（例えば、リレーやスイッチ素子等を用いた通電の断続手段）によって電気ヒータ１４の通電と非通電が切り替えられる。このコントローラ２９がＥＣＵ１５により制御されるものであり、ＥＣＵ１５がコントローラ２９を制御することで、結果的に電気ヒータ１４の通電状態の制御が実施される。
【００２７】
上述したように、容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４は、ＥＣＵ１５により作動制御（開閉制御および通電制御）がなされる。
ＥＣＵ１５は、ＣＰＵやメモリを搭載する周知のコンピュータを用いた電子制御装置であり、エンジン運転状態（運転者の操作状態を含む）に基づいて容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４の作動制御を実施する。
【００２８】
ＥＣＵ１５は、排気エネルギーが小さく、且つ大きなエンジン出力が要求される場合に電気ヒータ１４を通電するものであり、ＥＣＵ１５にはエンジン回転数が低く、エンジンに要求される要求負荷（アクセル開度など）が大きい場合に電気ヒータ１４を通電するヒータ制御手段（制御プログラム）が設けられている。
具体的にＥＣＵ１５には、エンジン回転数とエンジン要求負荷に基づいて電気ヒータ１４の通電を実施するヒータ制御用のマップが搭載（記憶）されており、エンジン運転状態とマップに基づいて電気ヒータ１４の通電を実施するように設けられている。
【００２９】
また、この実施例のＥＣＵ１５には、冷却水温（エンジンを循環する冷却水の温度）、油温（エンジン潤滑用オイルの温度）、排気温度（エンジンとターボチャージャ１２の間に介在されるエキゾーストマニホールドの温度）が各センサ類によって読み込まれる。
そして、ＥＣＵ１５は、上述した制御により電気ヒータ１４の通電を実施する際、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
のいずれかの場合に、電気ヒータ１４の通電時間を長くする低温時延長手段（制御プログラム）が設けられている。
なお、電気ヒータ１４の通電延長時間は、固定タイプであっても良いし、検出温度に応じて延長時間を可変する可変タイプであっても良い。
【００３０】
さらに、この実施例のＥＣＵ１５には、エンジンの冷間始動直後におけるファーストアイドル時など、始動直後のエンジン暖機時に電気ヒータ１４を通電して、ターボチャージャ１２の排気下流側の排気通路の途中に配置される触媒を積極的に加熱する暖機促進手段（制御プログラム）が設けられている。
また、この実施例の暖機促進手段は、エンジン暖機時に電気ヒータ１４を通電する際、ウエストゲートバルブ２７を開くように設けられ、タービン羽根車１１を迂回した排気ガス（タービン羽根車１１に熱を奪われていない高温の排気ガス）が触媒を加熱するように設けられている。
【００３１】
次に、ＥＣＵ１５による容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４の作動を、モード１〜５の５つに分類して説明する（表１参照）。
【表１】
【００３２】
（ｉ）モード１は、排気ガスの全てを第１排気スクロール２１のみに流すとともに、第１排気スクロール２１を通過してタービン羽根車１１に供給される排気ガスを電気ヒータ１４で加熱する運転モードであり、図３（ａ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に閉じられた状態で、電気ヒータ１４の通電を行う運転モードである。
具体的にこのモード１は、図４に示すように、エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が大きい場合（加速開始時等）の初期（ターボラグが発生している状態）に選択される運転モードである。
【００３３】
（ｉｉ）モード２は、モード１と同様、排気ガスの全てを第１排気スクロール２１のみに流すものであるが、モード１とは異なり電気ヒータ１４を通電しない運転モードであり、図３（ａ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に閉じられた状態で、電気ヒータ１４の通電が停止される運転モードである。
具体的にこのモード２は、図４に示すように、
・エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が大きい場合に選択される運転モードである。
【００３４】
（ｉｉｉ）モード３は、排気ガスの全てを第１、第２排気スクロール２１、２２のみに流すとともに、電気ヒータ１４を通電しない運転モードであり、図３（ｂ）に示すように、容量可変バルブ２５が開かれ、ウエストゲートバルブ２７が閉じられた状態で、電気ヒータ１４の通電が停止される運転モードである。
具体的にこのモード３は、図４に示すように、
・エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が中程度の場合、
・エンジン回転数が中程度でエンジン要求負荷が中程度の場合、
・エンジン回転数が中程度でエンジン要求負荷が大きい場合に選択される運転モードである。
【００３５】
（ｉｖ）モード４は、排気ガスの一部をタービン羽根車１１を迂回させるとともに、電気ヒータ１４を通電しない運転モードであり、図３（ｃ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に開かれた状態で、電気ヒータ１４の通電が停止される運転モードである。
具体的にこのモード４は、図４に示すように、
・エンジンがアイドル状態の場合、
・エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が小さい場合、
・エンジン回転数が中程度でエンジン要求負荷が小さい場合、
・エンジン回転数が高くエンジン要求負荷が大きい場合、
・エンジン回転数が高くエンジン要求負荷が中程度の場合、
・エンジン回転数が高くエンジン要求負荷が小さい場合に選択される運転モードである。
【００３６】
（ｖ）モード５は、モード４と同様、排気ガスの一部をタービン羽根車１１を迂回させるものであるが、モード４とは異なり第１排気スクロール２１を通過してタービン羽根車１１に供給される排気ガスを電気ヒータ１４で加熱する運転モードであり、図３（ｃ）に示すように、容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に開かれた状態で、電気ヒータ１４の通電を行う運転モードである。
具体的にこのモード５は、図４に示すように、冷間始動時におけるファーストアイドル時など、触媒の素早い加熱が要求される場合に選択される運転モードである。
【００３７】
各運転モード（モード１〜５）の選択例を図５、図６に示す。
図５は、アイドル状態からスロットル開度を全開にした場合の運転モードの変移を示すタイムチャートであり、図５の最下段に示すように、アイドル状態からの加速開始時にモード１が選択されて、電気ヒータ１４が通電されるように設けられている。
【００３８】
また、図６は、電気ヒータ１４の通電時間の延長を示すタイムチャートであり、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
のいずれかの場合、図６の最下段に示すように、図５に比較して（図６中の破線参照）、電気ヒータ１４の通電時間が延長されるものである。
【００３９】
（実施例の効果１）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、電気ヒータ１４を発熱させることで、タービン羽根車１１に供給される排気エネルギーを高めることができる。
このため、排気ガスによるタービン羽根車１１の駆動力を高めることができ、過給圧の上昇を図ってエンジンの出力トルクを向上できる。その結果、燃費の向上やターボラグの改善によりドライバビリティの向上を図ることができる。
【００４０】
（実施例の効果２）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、電気ヒータ１４をタービンハウジング１３内の排気通路の内部に設けている。
これによって、電気ヒータ１４からタービン羽根車１１までの距離を短くでき、電気ヒータ１４で加熱された排気ガスの熱が周囲に奪われるのを抑えて、電気ヒータ１４で加熱された高温の排気ガスをタービン羽根車１１に与えることができる。この結果、電気ヒータ１４の通電が開始されてから過給圧が上昇するまでの時間を最小に抑えてドライバビリティの向上を図ることができる。さらに、電気ヒータ１４の発熱ロスを抑えることができ、電気ヒータ１４の電力消費を抑えて過給圧の上昇を図ることができる。
【００４１】
（実施例の効果３）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、電気ヒータ１４を第１排気スクロール２１（小容量側）の排気通路内のみに設けている。
これにより、電気ヒータ１４によって加熱する範囲を小さくすることができ、電気ヒータ１４の小型化が可能になる。その結果、電気ヒータ１４のコストを抑えるとともに、電力消費を抑えてバッテリ負荷を小さくすることができる。
また、電気ヒータ１４の小型化に伴って電気ヒータ１４が軽量化されるため、車両重量を軽減することで燃費を向上することができる。
【００４２】
（実施例の効果４）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、エンジンの回転数とエンジンに要求される要求負荷に応じて電気ヒータ１４を通電制御する。具体的には、エンジン回転が低くて排気エネルギーが低下している状態で、且つ大きなエンジン出力が要求される加速開始時に電気ヒータ１４を通電している。
これにより、電気ヒータ１４の通電範囲を必要時のみに抑えることができ、電気ヒータ１４の電力消費を抑えることができるため、結果的に燃費を向上することができる。
【００４３】
（実施例の効果５）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
のいずれかの場合、電気ヒータ１４の通電時間を延長する。
冷却水温や油温の温度低下時に電気ヒータ１４の通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくすることにより、「潤滑用のオイルの粘度が高い」ことによるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
あるいは、排熱温度の低下時に電気ヒータ１４の通電時間を長くすることで、過給圧を高めてエンジン出力を大きくして「排熱温度の低下」によるドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００４４】
（実施例の効果６）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、冷間始動時におけるエンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータ１４を通電する。
これにより、電気ヒータ１４で加熱された高温の排気ガスによってターボチャージャ１２の排気下流側に配置された触媒を加熱することができるため、触媒の早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減と、燃費の改善を両立させることができる。
【００４５】
（実施例の効果７）
この実施例のターボチャージャ１２は、上述したように、冷間始動時におけるエンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータ１４を通電する際に、ウエストゲートバルブ２７を開く。
これにより、電気ヒータ１４で加熱された排気ガスによって触媒を加熱することに加えて、ウエストゲートバルブ２７を通過した高温の排気ガス（タービン羽根車１１で熱を奪われていない高温の排気ガス）によって触媒を加熱することができるため、触媒のさらなる早期暖機を実現でき、排気エミッションの低減効果をより大きくすることができる。
【００４６】
［実施例２］
実施例２を図７および図８を参照して説明する。なお、この実施例２において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記の実施例１のウエストゲートバルブ２７は、容量可変バルブ２５を通過した排気ガスをバイパスさせる例を示し、容量可変バルブ２５が開かれていない状態では排気ガスのバイパスが行うことができないものであった。
これに対し、この実施例２のウエストゲートバルブ２７は、容量可変バルブ２５より排気上流側にウエストゲート用連通穴２６が設けられて、容量可変バルブ２５より排気上流側の排気ガスをバイパスさせるものであり、容量可変バルブ２５の開閉状態に関わらずに排気ガスのバイパスが可能なものである。
【００４７】
次に、この実施例２における容量可変バルブ２５、ウエストゲートバルブ２７および電気ヒータ１４の作動を、モード１〜５の５つに分類して説明する（表２参照）。
【表２】
【００４８】
モード１〜４は、実施例１と同じ作動を実行するものである。
なお、
・モード１、２では図８（ａ）に示すように容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に閉じられて第１排気スクロール２１のみに排気ガスが導かれ、
・モード３では図８（ｂ）に示すように容量可変バルブ２５が開かれ、ウエストゲートバルブ２７が閉じられて、第１、第２排気スクロール２１、２２の両方へ排気ガスが導かれ、
・モード４では図８（ｃ）に示すように容量可変バルブ２５とウエストゲートバルブ２７が共に開かれて、第１、第２排気スクロール２１、２２の両方へ排気ガスが導かれるとともに、排気ガスの一部がタービン羽根車１１をバイパスするものである。
【００４９】
モード５は、実施例１と同様、電気ヒータ１４を通電して第１排気スクロール２１を通過してタービン羽根車１１に供給される排気ガスを電気ヒータ１４で加熱するとともに、排気ガスの一部をタービン羽根車１１を迂回させて高温の排気ガスを触媒に導く運転モードであるが、図８（ｄ）に示すように、実施例１とは異なり容量可変バルブ２５を閉じて、第２排気スクロール２２からタービン羽根車１１への排気通路を閉塞するものである。
【００５０】
このモード５では、第２排気スクロール２２が閉じられるため、タービン羽根車１１に導かれる排気ガス量を、実施例１に比較して抑えることができる。即ち、冷間始動時のファーストアイドル時等においてタービン羽根車１１に熱を奪われる排気ガスの割合を減らすことができる。
これにより、上述した「実施例の効果７」を更に高めることができる。
即ち、冷間始動時におけるエンジンの暖機時（ファーストアイドル時等）に電気ヒータ１４を通電してウエストゲートバルブ２７を開く際に、第２排気スクロール２２が閉じられるため、タービン羽根車１１で熱を奪われていない高温の排気ガスを大量に触媒に導くことができ、触媒のさらなる早期暖機が可能になり、排気エミッションの低減効果をより大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
上記の実施例では、電気ヒータ１４をＯＮ−ＯＦＦ制御する例を示したが、エンジン運転状態に応じて電気ヒータ１４の通電量をデューティ比制御等を用いて連続的あるいは段階的に可変制御しても良い。
【００５２】
上記の実施例では、エンジン回転数が低くエンジン要求負荷が大きい場合（加速開始時等）に電気ヒータ１４を通電する例を示したが、電気ヒータ１４もＯＮ条件は実施例に限定されるものではなく、例えばエンジン回転数がアイドルよりも少量増加している場合であっても、
（ｉ）冷却水温が所定水温より低い時、
（ｉｉ）油温が所定油温より低い時、
（ｉｉｉ）排気温度が所定排気温より低い時、
の少なくともいずれかの場合で、エンジン要求負荷が大きい場合に電気ヒータ１４を通電して排気エネルギーを高めるように設けても良い。
【００５３】
上記の実施例では、触媒が搭載されていることからも解るように、ガソリンエンジンのターボチャージャ１２に本発明を適用する例を示したが、触媒を搭載しないエンジン（例えばディーゼルエンジン等）のターボチャージャ１２に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００５４】
１１ タービン羽根車
１２ ターボチャージャ
１３ タービンハウジング
１４ 電気ヒータ
１５ ＥＣＵ（制御装置）
２１ 第１排気スクロール
２１ａ 第１排気出口
２２ 第２排気スクロール
２２ａ 第２排気出口
２６ ウエストゲート用連通穴
２７ ウエストゲートバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスにより回転駆動されるタービン羽根車（１１）を有するターボチャージャ（１２）を用いた車両用過給装置において、
この車両用過給装置は、前記エンジンの排気出口から前記タービン羽根車（１１）までの間の排気通路内に配置され、通電により発熱する電気ヒータ（１４）を備えることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用過給装置において、
前記ターボチャージャ（１２）は、排気ガスを旋回させて前記タービン羽根車（１１）に吹き付けるタービンハウジング（１３）を備え、
前記電気ヒータ（１４）は、前記タービンハウジング（１３）内における排気通路内に設けられることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用過給装置において、
前記タービンハウジング（１３）は、前記タービン羽根車（１１）の排気上流側へ排気ガスを吹き付ける第１排気出口（２１ａ）を有する第１排気スクロール（２１）と、前記第１排気出口（２１ａ）より排気下流側の前記タービン羽根車（１１）へ排気ガスを吹き付ける第２排気出口（２２ａ）を有する第２排気スクロール（２２）とを備え、
前記電気ヒータ（１４）は、前記第１排気スクロール（２１）における排気通路内のみに設けられることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用過給装置において、
前記電気ヒータ（１４）の通電制御を行う制御装置（１５）は、前記エンジンの回転数と前記エンジンに要求される要求負荷に応じて前記電気ヒータ（１４）を通電制御することを特徴とする車両用過給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用過給装置において、
前記制御装置（１５）は、前記エンジンを循環する冷却水の温度、前記エンジンを潤滑するオイルの温度、前記エンジンの排気出口から前記電気ヒータ（１４）に至る排気ガスの温度のうちの少なくとも１つ温度に応じて前記電気ヒータ（１４）の通電時間を変化させることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車両用過給装置において、
前記電気ヒータ（１４）の通電制御を行う制御装置（１５）は、前記エンジンの暖機時に前記電気ヒータ（１４）を通電することを特徴とする車両用過給装置。
【請求項７】
請求項６のいずれかに記載の車両用過給装置において、
前記ターボチャージャ（１２）は、前記タービン羽根車（１１）の排気上流側の排気ガスを、前記タービン羽根車（１１）を迂回させて、前記タービン羽根車（１１）の排気下流側へ導くウエストゲート用連通穴（２６）の開閉を行うウエストゲートバルブ（２７）を備え、
前記制御装置（１５）は、前記電気ヒータ（１４）の通電制御の他に、前記ウエストゲートバルブ（２７）の開閉制御を行うものであり、前記エンジンの暖機時に、前記電気ヒータ（１４）を通電するとともに、前記ウエストゲートバルブ（２７）を開くことを特徴とする車両用過給装置。
【請求項１】
エンジンから排出された排気ガスにより回転駆動されるタービン羽根車（１１）を有するターボチャージャ（１２）を用いた車両用過給装置において、
この車両用過給装置は、前記エンジンの排気出口から前記タービン羽根車（１１）までの間の排気通路内に配置され、通電により発熱する電気ヒータ（１４）を備えることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用過給装置において、
前記ターボチャージャ（１２）は、排気ガスを旋回させて前記タービン羽根車（１１）に吹き付けるタービンハウジング（１３）を備え、
前記電気ヒータ（１４）は、前記タービンハウジング（１３）内における排気通路内に設けられることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両用過給装置において、
前記タービンハウジング（１３）は、前記タービン羽根車（１１）の排気上流側へ排気ガスを吹き付ける第１排気出口（２１ａ）を有する第１排気スクロール（２１）と、前記第１排気出口（２１ａ）より排気下流側の前記タービン羽根車（１１）へ排気ガスを吹き付ける第２排気出口（２２ａ）を有する第２排気スクロール（２２）とを備え、
前記電気ヒータ（１４）は、前記第１排気スクロール（２１）における排気通路内のみに設けられることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用過給装置において、
前記電気ヒータ（１４）の通電制御を行う制御装置（１５）は、前記エンジンの回転数と前記エンジンに要求される要求負荷に応じて前記電気ヒータ（１４）を通電制御することを特徴とする車両用過給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両用過給装置において、
前記制御装置（１５）は、前記エンジンを循環する冷却水の温度、前記エンジンを潤滑するオイルの温度、前記エンジンの排気出口から前記電気ヒータ（１４）に至る排気ガスの温度のうちの少なくとも１つ温度に応じて前記電気ヒータ（１４）の通電時間を変化させることを特徴とする車両用過給装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の車両用過給装置において、
前記電気ヒータ（１４）の通電制御を行う制御装置（１５）は、前記エンジンの暖機時に前記電気ヒータ（１４）を通電することを特徴とする車両用過給装置。
【請求項７】
請求項６のいずれかに記載の車両用過給装置において、
前記ターボチャージャ（１２）は、前記タービン羽根車（１１）の排気上流側の排気ガスを、前記タービン羽根車（１１）を迂回させて、前記タービン羽根車（１１）の排気下流側へ導くウエストゲート用連通穴（２６）の開閉を行うウエストゲートバルブ（２７）を備え、
前記制御装置（１５）は、前記電気ヒータ（１４）の通電制御の他に、前記ウエストゲートバルブ（２７）の開閉制御を行うものであり、前記エンジンの暖機時に、前記電気ヒータ（１４）を通電するとともに、前記ウエストゲートバルブ（２７）を開くことを特徴とする車両用過給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１９３４２（Ｐ２０１３−１９３４２Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３８５０（Ｐ２０１１−１５３８５０）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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