特許 7606357 過給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-17

(45)【発行日】2024-12-25

(54)【発明の名称】過給システム

(51)【国際特許分類】

   F02B 41/10 20060101AFI20241218BHJP

   F02B 39/10 20060101ALI20241218BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20241218BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

F02B41/10 Z

F02B39/10

F02D23/00 D

H02P9/04 E

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021021176

(22)【出願日】2021-02-12

(65)【公開番号】P2022123695

(43)【公開日】2022-08-24

【審査請求日】2024-01-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】森賀 深樹

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５３３９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０４４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０１７６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９０１４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２６９１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２４２０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９６１８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２０３４７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１２７２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１１６３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３３７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８４３０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－００４９１１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ４１／１０

Ｆ０２Ｂ ３９／１０

Ｆ０２Ｄ ２３／００

Ｈ０２Ｐ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関であるエンジンと、運転操作が入力される運転操作部と、充電及び放電が可能な電力貯蔵部と、を備えた車両に搭載される過給システムであって、
前記エンジンの排気を受けることで発電する排気タービンと、
前記エンジンに圧縮された吸気を送る電動の吸気用コンプレッサと、
前記排気タービンと前記吸気用コンプレッサとの間の電力経路を介して前記電力貯蔵部から電力を供給、並びに、前記電力貯蔵部へ電力を回収できる電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部と、
前記吸気の過給圧を計測する計測器と、
を備え、
前記制御部は、
前記運転操作部の操作と前記エンジンの運転状態とに基づいて前記吸気用コンプレッサの圧縮動力の目標値を取得し、取得された前記圧縮動力の目標値と前記排気タービンの発電電力との差に対応する電力が前記電力貯蔵部から供給又は回収されるように前記電力変換器を制御し、
さらに前記制御部は、
前記操作と、前記運転状態と、前記操作及び前記運転状態に応じた吸気の過給圧との関係が示された第１マップデータと、
前記運転状態と、前記過給圧と、前記運転状態の際に前記過給圧を生成するための前記圧縮動力との関係が示された第２マップデータと、を備え、
前記第１マップデータ及び前記第２マップデータを用いて、前記圧縮動力の目標値を取得し、
前記第１マップデータから取得された吸気の過給圧と、前記計測器により計測された過給圧とに差がある場合に、前記圧縮動力の目標値を前記差に応じて補正することを特徴とする過給システム。

【請求項2】

内燃機関であるエンジンと、アクセル操作部を含み運転操作が入力される運転操作部と、充電及び放電が可能な電力貯蔵部と、を備えた車両に搭載される過給システムであって、
前記エンジンの排気を受けることで発電する排気タービンと、
前記エンジンに圧縮された吸気を送る電動の吸気用コンプレッサと、
前記排気タービンと前記吸気用コンプレッサとの間の電力経路を介して前記電力貯蔵部から電力を供給、並びに、前記電力貯蔵部へ電力を回収できる電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記運転操作部の操作と前記エンジンの運転状態とに基づいて前記吸気用コンプレッサの圧縮動力の目標値を取得し、取得された前記圧縮動力の目標値と前記排気タービンの発電電力との差に対応する電力が前記電力貯蔵部から供給又は回収されるように前記電力変換器を制御し、かつ、
前記アクセル操作部の操作量の増加率が閾値以上である場合に、前記圧縮動力の目標値を大きい値に補正することを特徴とする過給システム。

【請求項3】

前記制御部は、
前記操作と、前記運転状態と、前記操作及び前記運転状態に応じた吸気の過給圧との関係が示された第１マップデータと、
前記運転状態と、前記過給圧と、前記運転状態の際に前記過給圧を生成するための前記圧縮動力との関係が示された第２マップデータと、を備え、
前記制御部は、前記第１マップデータ及び前記第２マップデータを用いて、前記圧縮動力の目標値を取得することを特徴とする請求項２に記載の過給システム。

【請求項4】

前記排気タービンは直流発電機を有し、前記吸気用コンプレッサは圧縮動力を出力する直流モータを有し、前記電力変換器はＤＣ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の過給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンに圧縮空気を送る過給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

以前より、排気タービンの回転動力で吸気用コンプレッサを駆動し、吸気用コンプレッサからエンジンに圧縮空気を送る機械式の過給機がある。また、特許文献１には、排気タービンの回転動力で発電を行い、発電された電力で吸気用コンプレッサを駆動する過給機が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０９－３２５６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来の機械式の過給機では、圧縮空気の送り量が排気の流速に依存するため、吸気量の制御が難しいという課題がある。一方、特許文献１の過給機においては、電気的な制御によって、アクセル開度が一定である定常モードの際に、燃焼噴射量に対応した過給圧の吸気が供給されるよう、吸気用コンプレッサの回転速度が制御される。しかしながら、特許文献１の制御では、様々な運転状況において高い効率でエンジンを駆動するには、吸気の供給制御に改善の余地がある。

【0005】

本発明は、様々な運転状況において高い効率でエンジンを駆動できる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】

（１）
本発明の一態様の過給システムは、
内燃機関であるエンジンと、運転操作が入力される運転操作部と、充電及び放電が可能な電力貯蔵部と、を備えた車両に搭載される過給システムであって、
前記エンジンの排気を受けることで発電する排気タービンと、
前記エンジンに圧縮された吸気を送る電動の吸気用コンプレッサと、
前記排気タービンと前記吸気用コンプレッサとの間の電力経路を介して前記電力貯蔵部から電力を供給、並びに、前記電力貯蔵部へ電力を回収できる電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部と、
前記吸気の過給圧を計測する計測器と、
を備え、
前記制御部は、
前記運転操作部の操作と前記エンジンの運転状態とに基づいて前記吸気用コンプレッサの圧縮動力の目標値を取得し、取得された前記圧縮動力の目標値と前記排気タービンの発電電力との差に対応する電力が前記電力貯蔵部から供給又は回収されるように前記電力変換器を制御し、
さらに前記制御部は、
前記操作と、前記運転状態と、前記操作及び前記運転状態に応じた吸気の過給圧との関係が示された第１マップデータと、
前記運転状態と、前記過給圧と、前記運転状態の際に前記過給圧を生成するための前記圧縮動力との関係が示された第２マップデータと、を備え、
前記第１マップデータ及び前記第２マップデータを用いて、前記圧縮動力の目標値を取得し、
前記第１マップデータから取得された吸気の過給圧と、前記計測器により計測された過給圧とに差がある場合に、前記圧縮動力の目標値を前記差に応じて補正することを特徴とする。
（２）
本発明のもう一つの態様の過給システムは、
内燃機関であるエンジンと、アクセル操作部を含み運転操作が入力される運転操作部と、充電及び放電が可能な電力貯蔵部と、を備えた車両に搭載される過給システムであって、
前記エンジンの排気を受けることで発電する排気タービンと、
前記エンジンに圧縮された吸気を送る電動の吸気用コンプレッサと、
前記排気タービンと前記吸気用コンプレッサとの間の電力経路を介して前記電力貯蔵部から電力を供給、並びに、前記電力貯蔵部へ電力を回収できる電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記運転操作部の操作と前記エンジンの運転状態とに基づいて前記吸気用コンプレッサの圧縮動力の目標値を取得し、取得された前記圧縮動力の目標値と前記排気タービンの発電電力との差に対応する電力が前記電力貯蔵部から供給又は回収されるように前記電力変換器を制御し、かつ、
前記アクセル操作部の操作量の増加率が閾値以上である場合に、前記圧縮動力の目標値を大きい値に補正することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、運転操作部の操作（例えば運転操作に応じた要求トルク）とエンジンの運転状態（例えばエンジンの回転速度）とに基づき、上記の操作及び運転状態に応じた吸気用コンプレッサの圧縮動力（例えば消費電力）の目標値が取得される。そして、当該圧縮動力が吸気用コンプレッサから出力されるように電力変換器が制御される。したがって、運転操作部の操作及びエンジンの運転状態が異なる様々な運転状況において、高い効率でエンジンを駆動できる吸気の供給が可能となる。さらに、本発明によれば、排気タービンと吸気用コンプレッサとの間の電力経路を介して、電力貯蔵部から電力が供給又は電力貯蔵部へ電力が回収されることで、吸気用コンプレッサに圧縮動力の目標値に応じた電力が供給される。したがって、排気タービンの発電電力の多くは電力貯蔵部を介さずに吸気用コンプレッサへ伝送されるので、電力効率が向上し、エンジンの高効率な駆動に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る過給システムを搭載した車両を示すブロック図である。

【図2】制御データ記憶部に記憶された過給圧マップデータ（Ａ）及び圧縮動力マップデータ（Ｂ）の一例を示す図である。

【図3】制御データ記憶部に記憶された第１補正テーブルデータ（Ａ）及び第２補正テーブルデータ（Ｂ）の一例を示す図である。

【図4】制御部により実行される過給制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図5】排気タービン、吸気用コンプレッサ、電力変換器及びこれらの間の電力線の第１例（Ａ）及び第２例（Ｂ）を示す図である。

【図6】排気タービン及び吸気用コンプレッサの変形例１（Ａ）及び変形例２（Ｂ）示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る過給システムを搭載した車両を示すブロック図である。図１の車両１はエンジン車であり、本発明の実施形態に係る過給システム１０を搭載する。車両１は、駆動輪２と、内燃機関であるエンジン３と、エンジン３を動かすための補機４（燃料噴射装置等）と、吸排気系の補機である過給システム１０と、運転者により操作される運転操作部６と、運転操作部６の操作信号を受けて補機４及び過給システム１０を制御する走行制御部２０と、過給システム１０と接続されて充電及び放電を行う電力貯蔵部８と、を備える。運転操作部６には、アクセル操作部、ブレーキ操作部及び操舵部が含まれる。

【0010】

走行制御部２０は、１つのＥＣＵ（Electronic Control Unit）、あるいは、互いに連携して動作する複数のＥＣＵから構成される。走行制御部２０は、運転操作部６の操作信号（主にアクセル操作部のアクセル開度の信号）を受けて、補機４及び過給システム１０を制御することで、運転操作に応じたエンジン３の駆動を実現する。より具体的には、走行制御部２０は、アクセル開度の信号に基づいて、運転操作に応じた要求トルクを計算し、要求トルクがエンジン３から出力されるように、補機４及び過給システム１０を制御する。要求トルクとは、運転操作に基づきエンジン３に要求される出力トルクを意味する。

【0011】

過給システム１０は、エンジン３の排気配管１１と、エンジン３の吸気配管１２と、排気配管１１に設けられた排気タービン１３と、吸気配管１２に設けられた吸気用コンプレッサ１４と、排気タービン１３と吸気用コンプレッサ１４との間に設けられた電力線Ｌ１と、電力線Ｌ１及び分岐線Ｌ２を介して電力の一部を電力貯蔵部８から供給あるいは電力貯蔵部８へ回収する電力変換器１５と、電力変換器１５を制御する制御部１６と、吸気の過給圧を計測する圧力計Ｈ１とを備える。圧力計Ｈ１は、吸気配管１２のスロットルバルブよりもエンジン３側に配置され、当該箇所の吸気の圧力を計測する。

【0012】

排気配管１１は、エンジン３の排気を流し、その途中に排気タービン１３が配置される。排気配管１１は、排気タービン１３を迂回して排気を流すバイパス配管１１ａと、バイパス配管１１ａへの排気の流れを制御する制御弁１１ｂとを有してもよい。制御弁１１ｂの切り替え制御は、制御部１６が行ってもよい。

【0013】

吸気配管１２は、エンジン３の吸気を流し、その途中に吸気用コンプレッサ１４が配置される。吸気配管１２は、吸気用コンプレッサ１４を迂回して吸気を流すバイパス配管１２ａと、バイパス配管１２ａへの吸気の流れを制御する制御弁１２ｂとを有してもよい。制御弁１２ｂの切り替え制御は、制御部１６が行ってもよい。

【0014】

排気タービン１３は、排気を受けて回転する回転体１３ａと、回転体１３ａの回転運動により発電する発電機１３ｂとを有する。排気タービン１３は、回転体１３ａの回転軸が排気の流れに沿って配置された軸流式タービンである。軸流式タービンが採用されることで、排気タービン１３の入力側の配管と出力側の配管とを同軸上に配置しやすい。また、排気タービン１３として、排気の流速が高いときに高効率な動作を実現できる軸流式の構成が適用されることで、エンジン３が高回転型である場合に、高い電力回収効率を実現できる。排気タービン１３は、発電した電力を電力線Ｌ１に出力する。

【0015】

吸気用コンプレッサ１４は、吸気を圧縮する回転体１４ａと、回転体１４ａを回転駆動する電動モータ１４ｂとを有し、吸気を回転体１４ａの軸方向から吸い込み、圧出した空気を回転体１４ａの径方向外方へ出力する遠心式のコンプレッサである。遠心式のコンプレッサが採用されることで、吸気用コンプレッサ１４の入力側の配管と出力側の配管とが交差（例えば直交）する配置を採用しやすい。吸気用コンプレッサ１４は、電力線Ｌ１から電力を受けて駆動される。

【0016】

電力線Ｌ１は、一端が排気タービン１３の発電機１３ｂに接続され、他端が吸気用コンプレッサ１４の電動モータ１４ｂに接続される。電力線Ｌ１において、排気タービン１３と吸気用コンプレッサ１４との間には、過給システム１０の動作中に常にオンされるリレー等が含まれてもよいし、発電機１３ｂに向かって電流が逆流することを防止する整流素子が含まれていてもよい。

【0017】

電力変換器１５は、電力線Ｌ１に接続された分岐線Ｌ２に設けられる。電力変換器１５は、電力線Ｌ１と電力貯蔵部８との間に設けられ、電力線Ｌ１から電力貯蔵部８へ電力の回収、並びに、電力貯蔵部８から電力線Ｌ１へ電力の供給を行う。電力変換器１５は、パワー半導体スイッチを有し、パワー半導体スイッチを駆動することで、電力の流れを制御する。

【0018】

制御部１６には、走行制御部２０から、運転操作部６の操作を示す情報（例えば要求トルク）と、エンジン３の運転状態を示す情報（例えばエンジン３の回転速度）とが送られる。さらに、制御部１６には、圧力計Ｈ１から過給圧の情報が送られる。制御部１６は、これらの情報に基づいて、電力変換器１５を制御する。制御部１６は、１つのＥＣＵ又は互いに連携して動作する複数のＥＣＵから構成される。制御部１６は、走行制御部２０と一体化された構成であってもよい。

【0019】

制御部１６は、さらに、電力変換器１５を制御するための制御データが格納された制御データ記憶部１７を有する。制御データ記憶部１７には、過給圧マップデータＭＤ１と、圧縮動力マップデータＭＤ２と、第１補正テーブルデータＴＤ１と、第２補正テーブルデータＴＤ２とが記憶されている。過給圧マップデータＭＤ１は、本発明に係る第１マップデータの一例に相当する。圧縮動力マップデータＭＤ２は、本発明に係る第２マップデータの一例に相当する。

【0020】

図２は、制御データ記憶部に記憶された過給圧マップデータ（Ａ）及び吸気用コンプレッサの電力マップデータ（Ｂ）の一例を示す図である。図３は、制御データ記憶部に記憶された第１補正テーブルデータ（Ａ）及び第２補正テーブルデータ（Ｂ）の一例を示す図である。

【0021】

過給圧マップデータＭＤ１は、エンジン３の運転状態（例えば回転速度）と、運転操作部６の操作に関する量（例えば要求トルク）と、これらに応じた吸気の過給圧と、の関係を示す。圧縮動力マップデータＭＤ２は、エンジン３の運転状態（例えば回転速度）と、吸気の過給圧と、当該運転状態で当該過給圧を出力するために必要な吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（例えば動作電力）と、の関係を示す。

【0022】

第１補正テーブルデータＴＤ１は、運転操作部６の特定操作（例えば急激なアクセル操作）と、当該特定操作に応じた上記圧縮動力の補正値との関係を示す。急激なアクセル操作とは、アクセル操作量の所定時間当たりの増加率が予め設定された閾値以上となるアクセル操作であり、上記増加率に応じて複数段階の特定操作が設定される。第２補正テーブルデータＴＤ２は、目標過給圧と実際の過給圧との誤差を低減するための補正値が示される。第１補正テーブルデータＴＤ１及び第２補正テーブルデータＴＤ２には、圧縮動力（動作電力）の補正値が示される。

【0023】

＜動作説明＞
図４は、制御部により実行される過給制御処理の手順を示すフローチャートである。制御部１６は、エンジン３の駆動中、所定の制御サイクルごとに、図４の過給制御処理を繰り返し実行する。１つの制御サイクルが開始されると、まず、制御部１６は、運転操作部６の操作に関する情報（要求トルク）と、エンジン３の運転状態（回転速度）とから、過給圧マップデータＭＤ１を参照して、上記の操作と運転状態とに応じた吸気の過給圧の目標値（以下、「目標過給圧」と呼ぶ）を取得する（ステップＳ１）。

【0024】

次に、制御部１６は、圧縮動力マップデータＭＤ２を参照し、現制御サイクルのエンジン３の運転状態で目標過給圧を出力するために必要な、吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（例えば吸気用コンプレッサ１４の動作電力）を取得する（ステップＳ２）。ステップＳ２で取得された圧縮動力の値は、制御部１６の制御によって吸気用コンプレッサ１４から出力すべき圧縮動力の目標値に相当する。

【0025】

続いて、制御部１６は、急加速を要求する特定操作（急激なアクセル操作）が行われているか判別する（ステップＳ３）。特定操作が行われた場合には、走行制御部２０が制御部１６に通知する。そして、ステップＳ３の判別結果がＹＥＳであれば、制御部１６は、特定操作の量に応じた圧縮動力（吸気用コンプレッサ１４の動作電力）の補正量を、第１補正テーブルデータＴＤ１を参照して求め、当該補正量を圧縮動力に適用する（ステップＳ４）。

【0026】

さらに、制御部１６は、ｎ回前（１回前又は複数回前）の制御サイクルの目標過給圧と、当該制御サイクルの制御によって吸気が出力されるタイミングに対応して圧力計Ｈ１により計測された過給圧とを比較し、過給圧の誤差を計算する（ステップＳ５）。そして、制御部１６は、過給圧の誤差が閾値（例えば±５％）を超えるか判別し（ステップＳ６）、判別結果がＹＥＳであれば、誤差に応じた圧縮動力（吸気用コンプレッサ１４の動作電力）の補正量を、第２補正テーブルデータＴＤ２を参照して求め、当該補正量を圧縮動力に適用する（ステップＳ７）。

【0027】

次に、制御部１６は、最終的に得られた吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力で、吸気用コンプレッサ１４が動作するように電力変換器１５を制御する（ステップＳ８）。当該制御により、吸気用コンプレッサ１４の動作電力と排気タービン１３の発電電力との差が、電力変換器１５を介して電力貯蔵部８から供給あるいは電力貯蔵部８へ回収される。ステップＳ８の制御によって、吸気用コンプレッサ１４に圧縮動力に対応する電力が供給され、吸気用コンプレッサ１４から当該圧縮動力が出力される。そして、１回の過給制御処理が終了する。次の制御サイクルになると制御部１６は再びステップＳ１から過給制御処理を実行する。

【0028】

＜過給システムの電気構成の具体例＞
図５は、排気タービン、吸気用コンプレッサ、電力変換器及びこれらの間の電力線について具体的に示した第１例（Ａ）及び第２例（Ｂ）を示す図である。なお、図５では、排気タービン１３が遠心式タービンである例を示しているが、排気タービン１３は軸流式であってもよい。また、吸気用コンプレッサ１４についても軸流式であってもよい。

【0029】

図５（Ａ）に示す第１例は、排気タービン１３の発電機１３ｂとして直流電力を発電する直流発電機が採用され、吸気用コンプレッサ１４の電動モータ１４ｂとして直流電力を受けて駆動する直流モータが採用された例である。この構成においては、電力線Ｌ１及び分岐線Ｌ２として、陽極ラインＰと陰極ラインＮとを有する直流２線式の電力線を適用できる。そして、電力変換器１５には、電力貯蔵部８の直流電圧を電力線Ｌ１の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを適用できる。また、電力貯蔵部８としてはバッテリ（リチウムイオン二次電池、鉛電池など）又はキャパシタ（電気二重層キャパシタなど）を適用できるが、図５（Ａ）の例ではバッテリが適用されている。

【0030】

第１例の構成においては、制御部１６は、電力変換器１５の出力電圧（電力線Ｌ１の電圧）を目標とする吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力に対応する値に制御することで、排気タービン１３の発電電力に応じて適宜電力貯蔵部８から電力を供給又は電力貯蔵部８へ電力を回収して、吸気用コンプレッサ１４を目標の圧縮動力（例えば動作電力）で駆動することができる。

【0031】

詳細には、第１例の構成において、エンジン３の回転速度を一定とした場合、電力線Ｌ１の電圧を大きくすると、吸気用コンプレッサ１４の回転速度が上昇し、吸気用コンプレッサ１４の動作電力及び圧縮動力が大きくなる。よって、吸気の過給圧が上昇する。一方、電力線Ｌ１の電圧を小さくすると、吸気用コンプレッサ１４の回転速度が下がり、吸気用コンプレッサ１４の動作電力及び圧縮動力が小さくなる。よって、吸気の過給圧が下がる。ここで、排気タービン１３の回転速度が低く、排気タービン１３からの発電電力が小さければ、発電電力の供給により電力線Ｌ１の電圧を上げる作用が低減し、その分、電力変換器１５の出力電圧の制御によって、電力貯蔵部８から電力線Ｌ１へ送られる電力が大きくなる。一方、排気タービン１３の回転速度が高く、排気タービン１３の発電電力が大きければ、発電電力の供給により電力線Ｌ１の電圧を上げる作用が増加し、その分、電力変換器１５の出力電圧の制御によって、電力貯蔵部８から電力線Ｌ１へ送られる電力が小さくなる。あるいは、排気タービン１３の発電電力がより大きいとき、電力変換器１５の出力電圧の制御によって、電力線Ｌ１から電力貯蔵部８へ電力が回収される。このような作用によって、排気タービン１３の発電電力と吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（動作電力）との差が、電力貯蔵部８から供給又は電力貯蔵部８へ回収されて、吸気用コンプレッサ１４を目標の圧縮動力で駆動することができる。

【0032】

図５（Ｂ）に示す第２例は、排気タービン１３の発電機１３ｂとして三相交流発電機が採用され、吸気用コンプレッサ１４の電動モータ１４ｂとして三相交流電動モータが採用された例である。この構成においては、電力線Ｌ１及び分岐線Ｌ２として三相３線式の電力線を適用できる。そして、電力変換器１５として電力貯蔵部８の直流電圧を３相交流電圧に変換可能なインバータを適用できる。また、電力貯蔵部８としてはバッテリ（リチウムイオン二次電池、鉛電池など）又はキャパシタ（電気二重層キャパシタなど）を適用できるが、図５（Ｂ）の例ではキャパシタが適用されている。

【0033】

第２例の構成においては、制御部１６は、電力変換器１５の出力電圧（電力線Ｌ１に出力される三相交流電圧）を、圧縮動力の目標値に対応する交流電圧に制御することで、排気タービン１３の発電電力に応じて適宜電力貯蔵部８から電力が供給又は電力貯蔵部８へ電力が回収されて、吸気用コンプレッサ１４を目標の圧縮動力（例えば動作電力）で駆動することができる。

【0034】

詳細には、第２例の構成で、電力変換器１５が、吸気用コンプレッサ１４から所定トルク及び所定回転速度の駆動を実現する交流電圧を出力することで、吸気用コンプレッサ１４が、所定トルク及び所定回転速度に対応する圧縮動力（例えば動作電力）で駆動する。よって、当該圧縮動力に応じた過給圧が得られる。このとき、排気タービン１３の発電電力が電力線Ｌ１に送られるが、電力変換器１５の交流電圧の制御により、電力変換器１５は、排気タービン１３の発電電力と吸気用コンプレッサ１４の動作電力との差が電力貯蔵部８から供給又は電力貯蔵部８へ回収されるように動作する。

【0035】

なお、排気タービン１３の発電機１３ｂが三相交流発電機であり、吸気用コンプレッサ１４の電動モータ１４ｂが三相交流電動モータである場合には、次のような構成が適用されてもよい。すなわち、電力線Ｌ１及び分岐線Ｌ２が直流２線式であり、吸気用コンプレッサ１４は第１インバータを介して電力線Ｌ１に接続され、排気タービン１３は第２インバータを介して電力線Ｌ１に接続され、分岐線Ｌ２が電力貯蔵部８に接続される構成である。このような構成においては、制御部１６は、第１インバータを、吸気用コンプレッサ１４が目標の圧縮動力（例えば動作電力）で駆動されるように制御し、第２インバータを、排気タービン１３の回転速度に応じて高効率な電力回収が行われるように制御する。このような構成としても、排気タービン１３の発電電力と吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（動作電力）との差が、第１インバータ及び第２インバータを介して電力貯蔵部８から供給あるいは電力貯蔵部８へ回収される動作を実現できる。第１インバータと第２インバータとの間には、排気タービン１３側へ電力が送られないようにするパワーダイオード等の整流素子が設けられていてもよい。

【0036】

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）の構成においては、制御部１６は、排気タービン１３の発電電力を計測することなく、電力変換器１５を介して電力の過不足分を電力貯蔵部８から供給又は電力貯蔵部８へ回収し、吸気用コンプレッサ１４を目標の圧縮動力で駆動している。しかし、過給システム１０は、排気タービン１３の発電量に関する量（回転体の回転速度等）を計測する計測器を有し、制御部１６は、当該計測器の値を用いて発電電力を認識し、電力の過不足分を計算することで、当該過不足分の電力が供給又は回収されるように電力変換器１５を制御してもよい。

【0037】

＜吸気用コンプレッサ及び排気タービンの変形例＞
図６は、吸気用コンプレッサ及び排気タービンの変形例１（Ａ）及び変形例２（Ｂ）示す図である。本実施形態の過給システム１０は、排気タービン１３で回収した運動エネルギーを、一旦、電力に変換して吸気用コンプレッサ１４へ送る。したがって、運動エネルギーを直接に排気タービンから吸気用コンプレッサへ送る機械式の過給機と比較して、排気タービン１３及び吸気用コンプレッサ１４の配置の自由度が高い。このような自由度を有するため、過給システム１０としては、変形例１及び変形例２のような構成を適用することができる。

【0038】

変形例１は、図６（Ａ）に示すように、排気タービン１３及び吸気用コンプレッサ１４には遠心式が適用され、排気タービン１３の回転体の回転軸Ａ１と、吸気用コンプレッサ１４の回転体の回転軸Ａ２とが、同軸上に重ならない配置とした例である。

【0039】

変形例２は、図６（Ｂ）に示すように、排気配管１１と吸気配管１２とが離間され、排気タービン１３と吸気用コンプレッサ１４とが離れて配置された例である。

【0040】

排気タービン１３と吸気用コンプレッサ１４の形式及び配置は、図１、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）の例に限定されず、様々に変更可能である。例えば、排気タービン１３の回転体の回転軸Ａ１と、吸気用コンプレッサ１４の回転体の回転軸Ａ２とが、同軸上に位置してもよいし、吸気用コンプレッサ１４が軸流式であってもよい。さらに、排気配管１１及び吸気配管１２に合わせて排気タービン１３及び吸気用コンプレッサ１４が任意の向きに配置されてもよい。

【0041】

軸流式の排気タービン又は軸流式の吸気用コンプレッサが適用された場合、排気又は吸気の流速が高いときに高効率な動作が実現され、よって、高回転型のエンジンに採用して高い効率が得られる過給システムを実現できる。また、遠心式の排気タービン又は遠心式の吸気用コンプレッサが適用された場合、排気又は吸気の流速が低いときに高効率な動作が実現され、よって、低回転型のエンジンに採用して高い効率が得られる過給システムを実現できる。このように、排気タービンと吸気用コンプレッサの形式の選択により、様々な特性のエンジンに対応させて、過給の効率向上を図ることができる。

【0042】

排気タービン１３及び吸気用コンプレッサ１４の配置は、車両１の設計時、部品の配置スペースに対応させて柔軟に設定できることから、配置スペースが限られていても、過給システムの搭載が容易となる。

【0043】

以上のように、本実施形態の過給システム１０によれば、エンジン３の排気を受けて発電する排気タービン１３と、電力により動作する吸気用コンプレッサ１４と、排気タービン１３と吸気用コンプレッサ１４との間の電力経路（電力線Ｌ１）を介して電力貯蔵部８から電力を供給又は電力貯蔵部８へ電力を回収できる電力変換器１５とを備える。そして、制御部１６は、運転操作部６の操作とエンジン３の運転状態とに基づいて、必要な吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（例えば動作電力）の目標値を求め、求められた圧縮動力の目標値と排気タービン１３の発電電力の差に対応する電力が、電力貯蔵部８から供給又は回収されるように電力変換器１５を制御する。このような制御によって、例えば、エンジン３の回転速度が低いときに大小様々な出力トルクが要求されるときから、エンジン３の回転速度が高いときに大小様々な出力トルクが要求されるときまで、様々な運転状況に応じた過給圧で吸気をエンジン３に送ることができる。したがって、様々な運転状況においてエンジン３の高効率な駆動を実現できる。さらに、電力変換器１５は、排気タービン１３と吸気用コンプレッサ１４との間の電力線Ｌ１に電力を供給、又は、電力線Ｌ１から電力を回収するので、排気タービン１３が発電した電力の多くは、電力貯蔵部８を介さずに吸気用コンプレッサ１４へ伝送される。したがって、電力効率が向上し、エンジン３の高効率な駆動に寄与する。

【0044】

さらに、本実施形態の過給システム１０によれば、制御部１６は、エンジン３の運転状態（例えば回転速度）と、運転操作部６の操作を示す量（例えば要求トルク）と、これらに応じた吸気の過給圧との関係が示された過給圧マップデータＭＤ１を備える。さらに、制御部１６は、エンジン３の運転状態（例えば回転速度）と、過給圧と、当該運転状態の際に当該過給圧を生成するための吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（例えば動作電力）との関係が示された圧縮動力マップデータＭＤ２を有する。そして、制御部１６は、過給圧マップデータＭＤ１と圧縮動力マップデータＭＤ２とを用いて、目標とする吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（例えば動作電力）を求める。したがって、制御部１６は、エンジン３の運転状態と運転操作部６の操作に応じた過給圧を、少ない負荷で適切に求めることができる。

【0045】

さらに、本実施形態の過給システム１０によれば、吸気の過給圧を計測する圧力計Ｈ１を備え、制御部１６は、過給圧マップデータＭＤ１を用いて取得した目標過給圧と、圧力計Ｈ１の計測値とに差がある場合に、圧縮動力マップデータＭＤ２を用いて取得された圧縮動力の目標値を補正する。このような補正処理により、吸気用コンプレッサ１４から実際に供給される吸気の過給圧の精度をより高めることができる。さらに、制御部１６は、過給圧マップデータＭＤ１によって、一旦、目標過給圧を取得しているので、実際の過給圧と目標過給圧との差を求める処理が容易になる。

【0046】

さらに、本実施形態の過給システム１０によれば、運転操作部６を介して特定操作（急激なアクセル操作）があったときに、制御部１６は、アクセル操作量の時間変化率に応じて、吸気用コンプレッサ１４の圧縮動力（例えば動作電力）の目標値を補正する。運転操作部６の特定操作があった場合に、一時的に吸気の過給圧を補正した方が、エンジン３の駆動効率を向上できる場合がある。したがって、上記のような補正処理により、運転操作部６の特定操作に応じた過給圧の制御が可能となり、エンジン３の駆動効率をより向上できる。

【0047】

さらに、本実施形態の過給システム１０によれば、図５（Ａ）に示したように、排気タービン１３が直流発電機を有し、吸気用コンプレッサ１４が直流モータを有し、電力変換器１５がＤＣ／ＤＣコンバータである構成を適用できる。このような構成によれば、排気タービン１３で発電された電力の多くを、電力貯蔵部８を介さずに、吸気用コンプレッサ１４に送ることができ、電力の過不足分のみ電力変換器１５を介して供給又は回収することができる。したがって、過給圧を生成するエネルギーとして、エンジン３の排気のエネルギーを高い効率で利用することができ、その分、エンジン３の高効率な駆動に寄与できる。

【0048】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、本発明に係るエンジンの運転状態を示すパラメータとして、エンジン３の回転速度を適用した例を示した。しかし、エンジンの運転状態は、燃料噴射量、点火時期、負荷など、他のパラメータによって表わされてもよい。また、上記実施形態では、本発明に係る運転操作部の操作を示す量として、要求トルクを適用した例を示した。しかし、運転操作部の操作を示す量としては、例えば、要求パワー（エンジンの出力パワーの要求値）、又は、アクセル操作部の操作量など、他の量が適用されてもよい。さらに、上記実施形態では、本発明に係る圧縮動力の目標値として、吸気用コンプレッサ１４の動作電力の目標値を適用した例を示した。しかし、例えば、圧縮動力が吸気用コンプレッサ１４の電動モータに入力される入力電圧によって決まる場合には、圧縮動力の目標値として、入力電圧の目標値が適用されてもよいなど、具体的な値は様々に変更可能である。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0049】

１ 車両
２ 駆動輪
３ エンジン
４ 補機
６ 運転操作部
１０ 過給システム
１１ 排気配管
１２ 吸気配管
１３ 排気タービン
１３ａ 回転体
１３ｂ 発電機
１４ 吸気用コンプレッサ
１４ａ 回転体
１４ｂ 電動モータ
Ａ１、Ａ２ 回転軸
１５ 電力変換器
１６ 制御部
１７ 制御データ記憶部
Ｈ１ 圧力計
Ｌ１ 電力線
Ｌ２ 分岐線
ＭＤ１ 過給圧マップデータ
ＭＤ２ 圧縮動力マップデータ
ＴＤ１ 第１補正テーブルデータ
ＴＤ２ 第２補正テーブルデータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】