內燃機的增壓系統的製作方法

2023-06-03 03:09:36 2

專利名稱：內燃機的增壓系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及具備利用排氣的壓力波能量進行增壓的壓力波增壓機、和渦輪增壓機的內燃機的增壓系統。
背景技術：
已知有一種具備利用排氣的壓力波能量進行增壓的壓力波增壓機和渦輪增壓機，壓力波增壓機被設置成從比渦輪增壓機的渦輪靠下 遊側的排氣通路導入排氣、並向比渦輪增壓機的壓縮機靠上遊側的進氣通路噴出進氣的增壓裝置(參照專利文獻I)。另外，作為與本發明相關聯的在先技術文獻，存在專利文獻2、3。專利文獻I:日本特開昭60-178929號公報專利文獻2:日本特開昭62-060929號公報專利文獻3:日本實開昭58-108256號公報如公知那樣，在壓力波增壓機的內部進氣側和排氣側相連。因此，有時根據內燃機的運轉狀態等，排氣通過壓力波增壓機而流入到進氣通路。在專利文獻I的裝置中，由於壓力波增壓機被設置於壓縮機的上遊側，所以在排氣流入到進氣通路的情況下，有可能因該排氣中包含的粒子狀物質等而弄髒壓縮機。該情況下，有可能因壓縮機的性能降低而使增壓性能降低。

發明內容
鑑於此，本發明的目的在於，提供可以從低旋轉區域進行內燃機的增壓並且能夠防止排氣流入到渦輪增壓機的壓縮機內的內燃機的增壓系統。本發明的內燃機的增壓系統具備渦輪增壓機和壓力波增壓機，該渦輪增壓機具有設置於內燃機的排氣通路的渦輪和設置於上述內燃機的進氣通路並由上述渦輪驅動的壓縮機；該壓力波增壓機具有殼體，其藉助於設置於該殼體一方的端面的進氣導入口及進氣排出口而與上述進氣通路連接並且藉助於設置於與該殼體的上述一方的端面相對置的另一方的端面的排氣導入口及排氣排出口而與上述排氣通路連接；和轉子，其以自由旋轉的方式設置於上述殼體內部並將上述殼體內部劃分為沿著旋轉軸線方向貫通的多個單元，該壓力波增壓機利用從上述排氣導入口導入到單元內的排氣的壓力波來提高從上述進氣導入口導入到該單元內的氣體的壓力，將提高了壓力的氣體從上述進氣排出口向上述進氣通路排出而進行上述內燃機的增壓，上述壓力波增壓機的上述殼體藉助於上述進氣導入口與上述壓縮機上遊側的進氣通路連接，並且藉助於上述進氣排出口與上述壓縮機下遊側的進氣通路連接，並且藉助於上述排氣導入口及上述排氣排出口分別與上述渦輪下遊側的排氣通路連接。根據本發明的增壓系統，在進氣通路中並列設置了渦輪增壓機的壓縮機和壓力波增壓機。因此，即使排氣從壓力波增壓機流入到進氣通路，該排氣也不流入到壓縮機。由此，能夠防止弄髒壓縮機。另外，在本發明的增壓系統中，壓力波增壓機被設置在比渦輪增壓機的渦輪靠下遊側的排氣通路。該情況下，可以利用渦輪充分地回收排氣能量。並且，在本發明的增壓系統中，可以利用壓力波增壓機及渦輪增壓機兩者來對內燃機增壓。如公知那樣，由於壓力波增壓機利用排氣的壓力波進行增壓，所以即使內燃機的轉速低也可以進行增壓。因此，可以從低旋轉區域開始進行內燃機的增壓。在本發明的增壓系統的一種方式中，上述壓力波增壓機也可以具備對上述轉子進行旋轉驅動並且能夠變更上述轉子的轉速的驅動單元。該情況下，不論內燃機的運轉狀態如何，都能夠變更壓力波增壓機的運轉狀態。另外，根據該方式，由於能夠變更轉子的轉速，所以能夠使各單元與進氣排出口連接的時刻適當地變化。因此，可以藉助於壓力波增壓機將進氣從進氣通路向排氣通路導入或將排氣從排氣通路向進氣通路導入。在本發明的增壓系統的一種方式中，可以是上述壓力波增壓機設置有相位變更機構，該相位變更機構使上述一方的端面及上述另一方的端面中的至少任意一方繞上述旋轉軸線旋轉而能夠變更上述進氣排出口相對於上述排氣導入口的位置。在該方式中，通過變更進氣排出口相對於排氣導入口的位置，也可以使各單元與進氣排出口連接的時刻適當地變化。因此，可以藉助於壓力波增壓機將進氣從進氣通路向排氣通路導入或將排氣從排氣通路向進氣通路導入。在本發明的增壓系統的一種方式中，可以還具備增壓控制單元，該增壓控制單元以如下方式分別控制上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機的動作當上述內燃機的轉速在規定的低旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓，在上述內燃機的轉速在比上述低旋轉區域高的規定的高旋轉區域內的情況下，利用上述渦輪增壓機對上述內燃機進行增壓。這樣，即使內燃機的轉速較低，壓力波增壓機也可以進行增壓。因此，通過這樣控制各增壓機的動作，可以從低旋轉區域開始進行內燃機的增壓。另外，由於在高旋轉區域中由渦輪增壓機進行內燃機的增壓，所以能夠抑制壓力波增壓機大型化。在本發明的增壓系統的一種方式中，可以在上述排氣通路設置有旁通通路，其使排氣繞過上述壓力波增壓機而導出到上述壓力波增壓機的下遊側；和旁通閥，對上述旁通通路進行開閉。該情況下，通過打開關閉旁通閥，能夠調整被導入到壓力波增壓機的排氣的量。在本發明的增壓系統的一種方式中，可以在上述排氣通路設置有使排氣繞過上述壓力波增壓機而導出到上述壓力波增壓機下遊側的旁通通路，在上述壓力波增壓機設置有連接切換單元，該連接切換單元能夠在連接狀態和切斷狀態之間進行切換，該連接狀態是藉助於上述排氣導入口及上述排氣排出口而使上述殼體內部與上述排氣通路連接的狀態，該切斷狀態是以切斷該連接的方式堵塞上述排氣導入口及上述排氣排出口的狀態。該情況下，通過將連接切換單元切換到切斷位置，能夠停止向壓力波增壓機導入排氣。因此，不需要對旁通通路設置閥門。在該方式中，可以還具備連接控制單元，在只利用上述渦輪增壓機進行上述內燃機的增壓的情況下，該連接控制單元將上述連接切換單元切換到上述切斷狀態。由此，可以只利用渦輪增壓機進行內燃機的增壓。在本發明的增壓系統的一種方式中，上述壓力波增壓機還具有增壓控制單元，該增壓控制單元以驅動單元和相位變更機構的至少任意一方作為控制對象，該驅動單元旋轉驅動上述轉子並且能夠變更上述轉子的轉速；該相位變更機構使上述一方的端面及上述另、一方的端面中的至少任意一方繞上述旋轉軸線旋轉並能夠變更上述進氣排出口相對於上述排氣導入口的位置，該增壓控制單元以如下方式分別控制上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機當上述內燃機的轉速在小於規定轉速的區域即低旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓，當上述內燃機的轉速在上述規定轉速以上的區域即規定的高旋轉區域內的情況下，利用上述渦輪增壓機對上述內燃機進行增壓，上述增壓控制單元具備計算單元，當預測到上述內燃機的轉速在上述高旋轉區域內並且上述內燃機的轉速小於上述規定轉速的情況下，為了在利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓的同時藉助於上述壓力波增壓機使進氣的一部分從上述進氣通路向上述排氣通路漏掉的狀態下運轉上述壓力波增壓機而計算出應該控制的上述控制對象的控制量的目標值；和再加速準備單元，當上述內燃機的轉速小於上述規定轉速的情況下，以使上述控制對象的控制量成為上述計算單元計算出的目標值的方式來控制上述控制對象。以使進氣的一部分向排氣通路漏掉的方式運轉壓力波增壓機的情況，與以進氣的全部的量返回到進氣通路的方式來運轉壓力波增壓機的情況相比較，為了達到相同的增壓壓力需要提高轉子的轉速。在該方式中，由於在內燃機的轉速變成轉速不足之後立即以進氣的一部分向排氣通路漏掉的方式運轉壓力波增壓機，所以轉子被以高的轉速旋轉驅動。因此，在內燃機被請求再加速的情況下，可以迅速地提高轉子的轉速。由此，由於可以使增壓壓力迅速上升，所以可以迅速地進行內燃機的再加速。在本發明的增壓系統的一種方式中，上述壓力波增壓機還具有增壓控制單元，該增壓控制單元以驅動單元和相位變更機構的至少任意一方作為控制對象，該驅動單元旋轉驅動上述轉子並且能夠變更上述轉子的轉速，該相位變更機構使上述一方的端面及上述另一方的端面中的至少任意一方繞上述旋轉軸線旋轉並能夠變更上述進氣排出口相對於上述排氣導入口的位置，該增壓控制單元以如下方式分別控制上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機當上述內燃機的轉速在規定的低旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓，當上述內燃機的轉速在比上述低旋轉區域高的規定的中旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機兩者對上述內燃機進行增壓，當上述內燃機的轉速在比上述中旋轉區域高的規定的高旋轉區域內的情況下，利用上述渦輪增壓機對上述內燃機進行增壓，並且上述增壓控制單元能夠以使在利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓的同時藉助於上述壓力波增壓機使排氣從上述排氣通路向上述進氣通路回流的方式控制上述控制對象的動作，上述增壓控制單元具備EGR控制單元，該EGR控制單元當上述內燃機的轉速從上述低旋轉區域變化到上述中旋轉區域的情況下，以抑制上述渦輪增壓機起動後的進氣中的空氣量變動的方式來控制上述控制對象的動作並調整藉助於上述壓力波增壓機向上述進氣通路回流的排氣的量。根據該方式，由於可以抑制起動渦輪增壓機時的空氣量的變動，所以能夠抑制向各汽缸供給的空氣量急劇增加。如公知那樣，若向汽缸內供給的空氣的量變多，則氮氧化物(NOx)增加。因此，通過這樣抑制空氣量急劇增加，可以抑制渦輪增壓機起動時NOx增加的情況。在本發明的增壓系統的一種方式中，可以在上述內燃機設置有PCV通路，該PCV通 路用於將上述進氣通路之中的藉助於上述進氣導入口而連接了上述殼體的位置的下遊側並且是上述壓縮機上遊側的區間和上述內燃機的曲軸箱內部連接。該情況下，由於可以抑制竄缸混合氣流入到壓力波增壓機內，所以能夠防止因竄缸混合氣中包含的油使轉子鎖止的情況。在本發明的增壓系統的一種方式中，上述內燃機被搭載於車輛，在上述壓力波增壓機設置有連接切換單元，該連接切換單元能夠在連接狀態和切斷狀態之間進行切換，該連接狀態是藉助於上述排氣導入口及上述排氣排出口而使上述殼體內部與上述排氣通路連接的狀態；該切斷狀態是以切斷該連接的方式堵塞上述排氣導入口及上述排氣排出口的狀態，該增壓系統具備儲壓箱，其以能夠從上述渦輪上遊側的排氣通路導入氣體並且能夠向上述渦輪上遊側的排氣通路供給氣體的方式被設置，並且能夠在內部儲存被加壓的氣體；和儲壓控制單元，當上述車輛減速時將上述連接切換單元切換到上述切斷狀態並且控制上述驅動單元以使上述轉子停止。通過這樣控制轉子及連接切換單元，能夠向儲壓箱蓄積排氣。另外，由於不需要設置用於打開關閉排氣通路的閥門，所以可以降低成本。在具備增壓控制單元的本發明的增壓系統的一種方式中，還具備儲壓箱，其以能夠從上述渦輪上遊側的排氣通路導入氣體並且能夠向上述渦輪上遊側的排氣通路供給氣體的方式被設置，並且能夠在內部儲存被加壓的氣體；和閥門單元，能夠在將上述儲壓箱與上述排氣通路連接的連接位置和切斷該連接的切斷位置之間進行切換，當上述內燃機的轉速從上述低旋轉區域向上述高旋轉區域變化而起動上述渦輪增壓機的情況下，上述增壓控制單元將上述閥門單元切換到上述連接位置。該情況下，可以利用從儲壓箱供給的氣體來輔助渦輪增壓機的動作。因此，可以使渦輪增壓機的渦輪轉速迅速上升。由此，可以抑制在將增壓所使用的增壓機從壓力波增壓機切換為渦輪增壓機時的增壓壓力的變動。從而，可以抑制該切換時的內燃機的轉矩的變動。在本發明的增壓系統的一種方式中，可以具備儲壓箱，其以能夠從上述渦輪上遊側的排氣通路導入氣體並且能夠向上述渦輪上遊側的排氣通路供給氣體的方式被設置，並且能夠在內部儲存被加壓的氣體；閥門單元，能夠在將上述儲壓箱與上述排氣通路連接的連接位置和切斷該連接的切斷位置之間進行切換；和起動輔助控制單元，其在應該使上述內燃機停止的規定的內燃機停止條件成立了的情況下，將上述閥門單元切換到上述連接位置。該情況下，當使內燃機停止時可以利用儲壓箱內的氣體輔助壓力波增壓機的動作，由此，可提高汽缸內的壓力。而且，通過照保持原樣地使內燃機停止，可以維持汽缸內的壓力高的狀態而使內燃機停止。由此，由於在下次起動時可以迅速提高汽缸內的壓力，所以可以迅速地起動內燃機。


圖I是示意性地表示組裝有本發明的第I方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分的圖。圖2是放大表示圖I的壓力波增壓機的圖。圖3是從圖2的箭頭III方向觀察壓力波增壓機的進氣側端部的圖。圖4是從圖2的箭頭IV方向觀察壓力波增壓機的排氣側端部的圖。圖5是從圖2的箭頭V方向觀察壓力波增壓機的閥板的圖。圖6是沿著轉子的旋轉方向將以通常模式運轉的壓力波增壓機的一部分展開的圖。圖7是沿著轉子的旋轉方向將以EGR模式運轉的壓力波增壓機的一部分展開的圖。圖8是表示發動機的轉速及轉矩和各增壓模式之間的對應關係的圖。圖9是表示ECU所執行的增壓模式控制程序的流程圖。圖10是表示TC增壓模式中的發動機的狀態的圖。圖11是表示PW增壓模式中的發動機的狀態的圖。圖12是示意性地表示組裝有本發明的第2方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分的圖。圖13是表示第2方式中的壓力波增壓機的殼體及閥板的圖。圖14是表示圖13的壓力波增壓機的進氣側端部的圖。 圖15是表示圖13的壓力波增壓機的排氣側端部的圖。圖16是表示圖13的壓力波增壓機的閥板的圖。圖17是示意性地表示組裝有本發明的第3方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分的圖。圖18是說明本發明的第4方式的圖，是在該方式中將以低增壓模式運轉的壓力波增壓機的一部分沿著轉子的旋轉方向展開的圖。圖19是表示第4方式中的發動機的轉速及增壓壓力和各增壓模式的對應關係的圖。圖20是表示在第4方式中ECU所執行的增壓模式控制程序的流程圖。圖21是接續圖20的流程圖。圖22是說明本發明的第5方式的圖，是表示該方式中的發動機的轉速及轉矩和各增壓模式的對應關係的圖。圖23是表示在第5方式中ECU所執行的增壓模式控制程序的流程圖。圖24是示意性地表示組裝有本發明的第6方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分的圖。圖25是表示第6方式的ECU所執行的填充控制程序的流程圖。圖26是表示第6方式的ECU所執行的輔助控制程序的流程圖。圖27是表示第6方式的ECU所執行的起動輔助控制程序的流程圖。
具體實施例方式(第I方式)圖I示意性地表示了組裝有本發明的第I方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分。內燃機(以下有時稱作發動機)I是作為行駛用動力源而搭載於車輛的柴油發動機，具備具有多個(在圖I中為4個)汽缸2a的內燃機主體2。進氣通路3及排氣通路4分別與各汽缸2a連接。進氣通路3具備第I分支通路5、第2分支通路6和連接這些分支通路5、6的公共通路7。在進氣通路3上設置有用於過濾進氣的空氣濾清器8，各分支通路5、6從該空氣濾清器8分支。在第I分支通路5上設置有壓力波增壓機20的進氣側端部20a、和能夠打開關閉該第I分支通路5的第I控制閥9。在第2分支通路6上設置有渦輪增壓機10的壓縮機10a、和能夠打開關閉該第2分支通路6的第2控制閥11。在公共通路7上設置有用於冷卻進氣的內部冷卻器12、和浪湧調整槽(surge tank) 13。如該圖所示，進氣通路3在通過浪湧調整槽13後再次分支而與各汽缸2a連接。在排氣通路4上從排氣的流動方向上遊側朝向下遊側按順序設置有渦輪增壓機10的渦輪10b、排氣淨化用的催化劑14、壓力波增壓機20的排氣側端部20b、能夠打開關閉排氣通路4的排氣控制閥15和消音用的消音器16。而且，在排氣通路4上設置有用於使排氣繞過壓力波增壓機20及排氣控制閥15而流動的旁通通路17、和將排氣的流向選擇性地切換為壓力波增壓機20或旁通通路17的切換閥18。通過這樣切換排氣的流向，切換閥18作為本發明的旁通閥發揮功能。對渦輪增壓機10及壓力波增壓機20進行說明。渦輪增壓機10是通過利用排氣使設置於排氣通路3的渦輪IOb旋轉而旋轉驅動壓縮機10a，由此進行增壓的公知增壓機。壓力波增壓機20是通過利用從排氣側端部20b導入到內部的排氣的壓力波來提高從進氣側端部20a導入到內部的進氣的壓力，由此進行增壓的增壓機。如圖2放大表示那樣，壓力波增壓機20具備圓筒狀的殼體21，對該殼體21而言，作為進氣側端部20a的一端與進氣通路3連接，並且作為排氣側端部20b的另一端與排氣通路4連接。在殼體21內設置有被 殼體21支承為圍繞軸線Ax旋轉自由的轉子22。其中，在圖2中為了容易理解而放大表示了殼體21和轉子22之間的間隙。實際上該間隙幾乎沒有。在轉子22上，從其一端到另一端設置有沿軸線Ax方向延伸的多個隔壁22a。殼體21內被這些隔壁22a劃分為沿軸線Ax方向貫通的多個單元23。圖3是從圖2的箭頭III方向觀察殼體21的進氣側端部21a的圖。如該圖所示那樣，在進氣側端部21a設置有2個進氣導入口 24及2個進氣排出口 25。如該圖所示那樣，在殼體21的一方的端面以沿周方向交替排列的方式設置了進氣導入口 24和進氣排出口 25。而且，2個進氣導入口 24隔著軸線Ax對稱設置。同樣，2個進氣排出口 25也隔著軸線Ax對稱設置。第I分支通路5中比壓力波增壓機20靠向進氣的流動方向上遊側的部分(以下有時稱作上遊側區間)5a分別與各進氣導入口 24連接。另一方面，第I分支通路5中比壓力波增壓機20靠向進氣的流動方向下遊側的部分(以下有時稱作下遊側區間)5b分別與各進氣排出口 25連接。圖4是從圖2的箭頭IV方向觀察殼體21的排氣側端部21b的圖。如該圖所示那樣，在排氣側端部21b設置有2個排氣導入口 26及2個排氣排出口 27。如該圖所示那樣，排氣導入口 26和排氣排出口 27被設置成在與一方的端面對置的殼體21的另一方的端面沿周方向交替排列。而且，如該圖所示那樣，2個排氣導入口 26隔著軸線Ax對稱設置。同樣，2個排氣排出口 27也隔著軸線Ax對稱設置。排氣通路4中比壓力波增壓機20靠向排氣的流動方向上遊側的區間4a分別與各排氣導入口 26連接。另一方面，排氣通路4中比壓力波增壓機20靠向排氣的流動方向下遊側的區間4b分別與各排氣排出口 27連接。如圖2所示那樣，在殼體21內設置有閥板28。其中，在圖2中為了容易理解而放大表示了閥板28和殼體21及轉子22之間的間隙。實際上這些間隙幾乎沒有。閥板28被殼體21支承為圍繞軸線Ax旋轉自由。圖5是從圖2的箭頭V方向觀察閥板28的圖。如該圖所示那樣，與殼體21的排氣側端部21b同樣，在閥板28中設置有2個排氣導入口 28a及2個排氣排出口 28b。這些排氣導入口 28a及排氣排出口 28b被設置成沿周方向交替排列。而且，2個排氣導入口 28a及2個排氣排出口 28b分別隔著軸線Ax對稱設置。閥板28以排氣導入口 28a與殼體21的排氣導入口 26重疊、排氣排出口 28b與殼體21的排氣排出口 27重疊的方式設置在殼體21內。閥板28的排氣導入口 28a其周方向的長度比殼體21的排氣導入口 26的短。同樣，閥板28的排氣排出口 28b的周方向的長度也比殼體21的排氣排出口 27的短。因此，即使閥板28旋轉，如果在規定角度以內，則也能分別維持排氣導入口 26、28a彼此及排氣排出口 27、28b彼此分別重疊的狀態。在該壓力波增壓機20中，由於經由殼體21的排氣導入口 26及閥板28的排氣導入口 28a雙方將氣體導入到單元23內，所以這兩者與本發明的排氣導入口對應。由於單元23內的氣體經由殼體21的排氣排出口27及閥板28的排氣排出口 28b雙方排出，所以這兩者與本發明的排氣排出口對應。如圖2所示那樣，壓力波增壓機20具備 第I馬達29，其作為對轉子22進行旋轉驅動的驅動單元；和第2馬達30，其用於調整閥板28相對於殼體21的排氣側端部21b的位置。第I馬達29對轉子22沿規定方向進行旋轉驅動，以使各單元23按進氣導入口 24、排氣導入口 28a、進氣排出口 25、排氣排出口 28b的順序進行連接。第2馬達30能夠分別按右旋轉及左旋轉對閥板28旋轉驅動，使閥板28旋轉而相對於殼體21的排氣導入口 26及排氣排出口 27分別變更閥板28的排氣導入口 28a及排氣排出口 28b的位置。因此，閥板 28及第2馬達30與本發明的相位變更機構相當。該壓力波增壓機20以只向進氣通路3排出進氣的通常模式、和向進氣通路3排出進氣及排氣雙方的EGR模式這2個動作模式運轉。通過分別調整轉子22的旋轉速度(轉速)及閥板28的位置來切換這些動作模式。參照圖6及圖7，對各動作模式進行說明。其中，圖6表示了將以通常模式運轉的壓力波增壓機20的一部分沿著轉子22的旋轉方向展開的圖。圖7表示了將以EGR模式運轉的壓力波增壓機20的一部分沿著轉子22的旋轉方向展開的圖。在這些圖中，各單元23如圖中用箭頭F所示那樣從上向下進行移動。首先，參照圖6，對通常模式進行說明。如該圖所示那樣，各單元23內被填充進氣，直到其一端與排氣導入口 28a連接為止。若在該狀態下單元23的一端與排氣導入口 28a連接，則排氣及排氣的壓力波分別導入到單元23內。然後，排氣及壓力波分別在單元23內從排氣側向進氣側移動。在該圖中，虛線PW表示壓力波的移動，虛線EG表示排氣的移動。如這些虛線所示那樣，壓力波的移動速度比排氣的移動速度快。如該圖所示那樣，在通常模式下，當壓力波到達單元23的另一端時單元23與進氣排出口 25連接。由於壓力波將單元23內的進氣向進氣側擠壓，所以若如此單元23的另一端與進氣排出口 25連接，則進氣被擠出到下遊側區間5b。然後，如該圖所示那樣，在通常模式下，當排氣到達單元23的另一端時單元23和進氣排出口 25的連接被切斷。因此，能夠阻止排氣向進氣通路3流入。此外，雖然省略了圖示，但單元23隨後與排氣排出口 28b連接。單元23內的排氣此時向排氣通路4排出。然後，單元23與進氣導入口 24連接。而且，由此進氣被填充到單元23內。以後，通過反覆這些動作，來進行發動機I的增壓。這樣，在通常模式下，按照當壓力波到達了單元23的另一端時該單元23與進氣排出口 25連接，當排氣到達了單元23的另一端時該單元23和進氣排出口 25的連接被切斷的方式，來控制轉子22及閥板28。其中，此時的第I馬達29的轉速只要與周知的壓力波增壓機同樣根據發動機I的轉速設定即可。接著，參照圖7對EGR模式進行說明。其中，在該圖中也與圖6同樣，虛線PW表示壓力波的移動，虛線EG表示排氣的移動。如虛線EG所示那樣，在EGR模式中，按照在單元23和進氣排出口 25的連接被切斷之前排氣到達單元23的另一端的方式，使轉子22的旋轉速度變慢。而且，在EGR模式中，按照即使如此使轉子22的旋轉速度變慢，當壓力波到達了單元23的另一端時單元23和進氣排出口 25也連接的方式來調整閥板28的位置。具體而言，如箭頭Fv所示那樣使閥板28沿與轉子22的旋轉方向相同的方向旋轉規定角度。即，以排氣導入口 28a和進氣排出口 25之間的角度(以下有時稱作偏移(offset)角)0變小的方式使閥板28旋轉。在EGR模式中，通過這樣控制轉子22及閥板28，能夠如該圖所示那樣向進氣排出口 25導入排氣。因此，可以由壓力波增壓機20進行發動機I的增壓，並且進行排氣向進氣通路3的回流。渦輪增壓機10和壓力波增壓機20根據發動機I的運轉狀態而分別使用。另外，壓力波增壓機20的通常模式及EGR模式也根據發動機I的運轉狀態而分別使用。即，在發動機I中，通過以通常模式運轉壓力波增壓機20的PW增壓模式、以EGR模式運轉壓力波增壓機20的EGR增壓模式、以及由渦輪增壓機10進行增壓的TC增壓模式這3種增壓模式進行發動機I的增壓。而且，這3種增壓模式根據由發動機I的轉速及轉矩確定的發動機I的運轉狀態來切換。
參照圖8，對發動機I的運轉狀態和這3種增壓模式的對應關係進行說明。該圖是表示發動機I的轉速及轉矩和各增壓模式之間的對應關係的映射。其中，該圖的線Tl表示了由壓力波增壓機20進行增壓時的發動機I的轉速和轉矩的關係。而該圖的線T2表示了由渦輪增壓機10進行增壓時的發動機I的轉速和轉矩之間的關係。根據該圖可知，在轉速N以上的高旋轉區域Al由渦輪增壓機10進行增壓則轉矩變高，在小於轉速N的低旋轉區域A2由壓力波增壓機20進行增壓則轉矩變高。鑑於此，當發動機I的運轉狀態在高旋轉區域Al內時，將增壓模式設為TC增壓模式，當在低旋轉區域A2內時，將增壓模式設為PW增壓模式。排氣向進氣通路3的回流在發動機I以部分負載被運轉的情況下進行。鑑於此，當發動機I的運轉狀態在該圖的EGR區域Aegr內時，將增壓模式切換為EGR增壓模式。如該圖所示那樣，EGR區域Aegr被設置在低旋轉區域A2內。這些增壓模式的切換由發動機控制單元(ECT) 40控制。E⑶40是構成為包含微處理器及其動作所需要的RAM、ROM等外圍設備的計算機單元，基於設置於發動機I的各種傳感器的輸出信號來控制發動機I的運轉狀態的公知控制單元。例如，ECU40根據發動機I的運轉狀態來計算應該向汽缸2a內噴射的燃料量，按照向汽缸2a內噴射計算出的燃料量的燃料的方式來控制未圖示的燃料噴射閥。ECU40上連接有用於輸出與發動機I的內燃機旋轉速度(轉速)對應的信號的曲柄角傳感器41、用於輸出與發動機I的吸入空氣量對應的信號的空氣流量計42、以及用於輸出與浪湧調整槽13內的壓力即增壓壓力對應的信號的增壓壓力傳感器43、和用於輸出與油門踏板的開度對應的信號的油門開度傳感器44等。而且，ECU40上還連接有輸出與搭載了發動機I的車輛的速度相對應的信號的車速傳感器45。另外，雖然各種傳感器與ECU40連接，但省略了它們的圖示。圖9表示了在ECU40應該控制增壓模式的切換的發動機I運轉過程中，以規定的周期反覆執行的增壓模式控制程序。通過執行該控制程序，ECU40作為本發明的增壓控制單元發揮功能。在該控制程序中，ECU40首先在步驟Sll中取得發動機I的運轉狀態。作為發動機I的運轉狀態，可取得發動機I的轉速、吸入空氣量、增壓壓力及油門開度等。而且，基於在該處理中取得的吸入空氣量等來計算發動機I的轉矩等。另外，在該處理中還取得搭載了發動機I的車輛的速度。
在接下來的步驟S12中，E⑶40判斷發動機I的運轉狀態是否在高旋轉區域Al內。該判斷例如只要使圖8的映射預先存儲於ECU40的ROM並參照該映射來進行即可。在判斷為發動機I的運轉狀態在高旋轉區域Al內的情況下，進入到步驟S13，ECU40將增壓模式切換為TC增壓模式。具體而言，ECU40將第I控制閥9控制為完全關閉並且將第2控制閥11控制為完全打開。而且，E⑶40按照將排氣導向旁通通路17的方式來控制切換閥18，並且將排氣控制閥15控制為完全關閉。由此，如圖10所示那樣，基於壓力波增壓機20的增壓被禁止，只由渦輪增壓機10進行增壓。在該圖中，進氣通路3及排氣通路4中以虛線表示的部分表示氣體未流動。此外，在增壓模式已是TC增壓模式的情況下，維持該模式。然後，結束這次的控制程序。另一方面，當判斷為發動機I的運轉狀態在高旋轉區域Al外時，進入到步驟S14，E⑶40判斷發動機I的運轉狀態是否在EGR區域Aegr內。該判斷也只要參照圖8的映射來進行即可。當判斷為發動機I的運轉狀態在EGR區域Aegr外時，進入到步驟S15，E⑶40將增壓模式切換為PW增壓模式。具體而言，ECU40將第I控制閥9控制為完全打開並且將第 2控制閥11控制為完全關閉。而且，ECU40以將排氣導向壓力波增壓機20的方式來控制切換閥18，並且將排氣控制閥15控制為完全打開。然後，E⑶40分別控制第I馬達29及第2馬達30的動作，以使壓力波增壓機20以通常模式運轉。該情況下，如圖11所示那樣，基於渦輪增壓機10的增壓被禁止，只由壓力波增壓機20進行增壓。與圖10同樣，在該圖中進氣通路3及排氣通路4中以虛線表示的部分也表示氣體未流動。此外，在增壓模式已是PW增壓模式的情況下，維持該模式。然後，結束這次的控制程序。另一方面，當判斷為發動機I的運轉狀態在EGR區域Aegr內時,進入到步驟S16,ECU40將增壓模式切換為EGR增壓模式。具體而言，ECU40將第I控制閥9控制為完全打開並且將第2控制閥11控制為完全關閉。而且，ECU40以將排氣導向壓力波增壓機20的方式來控制切換閥18，並且將排氣控制閥15控制為完全打開。然後，ECU40分別控制第I馬達29及第2馬達30的動作以使壓力波增壓機20以EGR模式運轉。由此，基於渦輪增壓機10的增壓被禁止。另外，由壓力波增壓機20進行發動機I的增壓並且將排氣向進氣通路3回流。因此，在EGR增壓模式中，進氣通路3及排氣通路4中的氣體流動也成為圖11所示的狀態。此外，在增壓模式已是EGR增壓模式的情況下，維持該模式。然後，結束這次的控制程序。根據該第I方式，由於在進氣側渦輪增壓機10和壓力波增壓機20並列設置，所以即便使排氣從壓力波增壓機20向進氣通路3回流，也能夠防止該排氣流入到壓縮機10a。因此，能夠防止壓縮機IOa內被排氣中的粒子狀物質等弄髒。另一方面，由於在排氣側按照渦輪增壓機10位於壓力波增壓機20上遊側的方式串行設置了這些增壓機10、20，所以能夠由渦輪IOb充分地回收排氣能量。另外，在該方式中，可以利用渦輪增壓機10及壓力波增壓機20雙方對發動機I進行增壓。如圖8所示那樣，壓力波增壓機20可以從低旋轉域進行增壓。在該方式中，由於在低旋轉域利用壓力波增壓機20進行增壓，在高旋轉域利用渦輪增壓機10進行增壓，所以發動機I的轉矩如圖8虛線T所示那樣變化。因此，可以從低旋轉域到高旋轉域將發動機I的輸出維持為高的狀態。另外，由於可以從低旋轉域進行適當的增壓，所以可以改善發動機I的響應。
並且，在該方式中，由於藉助壓力波增壓機20使排氣回流到進氣通路3，所以能夠省略用於使排氣回流的通路及對回流的排氣的流量進行調整的控制閥等。而且，由於能夠降低排氣回流的流路的壓力損失，所以能夠從低旋轉域將比以往多的排氣向進氣通路3回流。因此，可以改善排氣排放。並且，能夠提高通過壓力波增壓機20而回流的排氣的壓力。(第2方式)參照圖12 圖16，對本發明的第2方式進行說明。其中，在第2方式中對與第I方式相同的部分賦予相同的符號並省略其說明。圖12示意性地表示了組裝有第2方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分。如該圖所示，在第2方式中，省略了第I控制閥9、排氣控制閥15及切換閥18。圖13表示了該方式的壓力波增壓機20的殼體21及閥板28。其中，由於這些以外的部分與第I方式相同，所以省略其圖示。該圖也放大表示了殼體21和閥板28之間的間隙。圖14表示壓力波增壓機20的進氣側端部20a，圖15表示了排氣側端部20b。如圖14 所示那樣，在該方式中，在進氣側端部20a的一半進氣導入口 24及進氣排出口 25分別設置了一個，剩餘的半面關閉。另外，如圖15所示那樣，在排氣側端部20b的半面排氣導入口 26及排氣排出口 27也分別設置了一個，剩餘的半面關閉。而且，如圖13所示那樣，進氣側端部20a和排氣側端部20b按照關閉的部分彼此相互對置的方式被設置於殼體21。圖16表示了該方式的閥板28。如該圖所示那樣，閥板28也在其半面分別設置一個排氣導入口 28a及排氣排出口 28b。而且，另外半面成為平板狀的切斷部28c。在該方式中，閥板28被控制為連接狀態及切斷狀態。連接狀態是殼體21的排氣導入口 26和閥板28的排氣導入口 28a重疊、並且殼體21的排氣排出口 27和閥板28的排氣排出口 28b重疊的狀態。而且，通過在該連接狀態中調整偏移角e，可將壓力波增壓機20的運轉模式切換為通常模式及EGR模式。另一方面，切斷狀態是殼體21的進氣導入口 24及進氣排出口 25分別被切斷部28c堵塞的狀態。因此，閥板28與本發明的連接切換單元相當。在該方式中，也與第I方式同樣地將增壓模式切換為PW增壓模式、EGR增壓模式及TC增壓模式。這些增壓模式的切換控制也與第I方式同樣地由圖9的控制程序來進行。其中，在該方式的PW增壓模式中，第2控制閥11被控制為完全關閉並且閥板28被切換為連接狀態。而且，按照壓力波增壓機20以通常模式運轉的方式來調整偏移角9。在EGR增壓模式中也同樣將第2控制閥11控制為完全關閉，並且將閥板28切換為連接狀態。另一方面，偏移角9被調整成壓力波增壓機20以EGR模式運轉。在TC增壓模式中，第2控制閥11被控制為完全打開並且閥板28被切換為切斷狀態。由此，由於能夠阻止進氣向壓力波增壓機20流入，所以可以只由渦輪增壓機10進行增壓。另外，在TC增壓模式中轉子22停止。通過這樣控制閥板28，E⑶40作為本發明的連接控制單元發揮功能。根據第2方式，由於能夠省略第I控制閥9、排氣控制閥15及切換閥18，所以可降低成本。此外，在該方式中，也可以在TC增壓模式中使轉子22旋轉。該情況下，可以在將增壓模式從TC增壓模式切換為PW增壓模式或EGR增壓模式時迅速地開始壓力波增壓機20的運轉。(第3方式)參照圖17，對本發明的第3方式進行說明。圖17示意性地表示了組裝有本發明的第3方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分。其中，由於在該方式中對與第I方式相同的部分賦予相同的符號，故省略其說明。如該圖所示那樣，在第3方式中，設置有將內燃機主體2和進氣通路3連接的PCV通路50。該PCV通路50的一端與內燃機主體2的曲軸箱(未圖示)的內部連接。而且，其另一端與第2分支通路6中比壓縮機IOa靠向進氣的流動方向上遊側的區間連接。為了將在內燃機主體2中產生的竄缸混合氣(blowby gas)吸引到進氣通路3中而設置了該PCV通路50。在PCV通路50上設置有用於防止進氣從進氣通路3向內燃機主體2逆流的PCV控制閥51。其中，在該方式中省略了第2控制閥11。根據該方式，由於將PCV通路50的另一端與比壓縮機IOa靠上遊側的進氣通路3連接，所以可以充分地吸引因壓縮機IOa的入口的負壓而在內燃機主體2中產生的竄缸混合氣。因此，能夠充分地進行曲軸箱內部的竄缸混合氣的換氣。而且，由於將PCV通路50的另一端與第2分支通路6連接，所以能夠防止竄缸混合氣流入到壓力波增壓機20。因此，可以防止由於竄缸混合氣包含的油而使得轉子22鎖止。其中，PC V通路50的另一端只要與進氣通路3中比第I分支通路5分支的位置靠下遊側、且比壓縮機IOa靠上遊側的區間連接即可。由此，能夠防止竄缸混合氣流入到壓力波增壓機20。圖17中表示了第2控制閥11被省略的方式，但在該方式中也可以將第2控制閥11設置於第2分支通路6。(第4方式)參照圖18 圖21，對本發明的第4方式進行說明。其中，在該方式中，關於發動機1，也可參照圖I。在該方式中，渦輪增壓機10及壓力波增壓機20的控制方法與其他方式不同。在該方式中，作為增壓模式，可設置PW增壓模式、TC增壓模式及再加速準備模式。在再加速準備模式中，由壓力波增壓機20進行發動機I的增壓，但此時壓力波增壓機20以進氣的一部分向排氣側穿過的方式運轉。以下，將該運轉模式稱作低增壓模式。參照圖18，對低增壓模式進行說明。圖18表示了將以低增壓模式運轉的壓力波增壓機20的一部分沿著轉子22的旋轉方向展開的圖。在該圖中，虛線PW也表示排氣的壓力波的移動，虛線EG也表示排氣的移動。在低增壓模式中，當壓力波到達單元23的另一端時單元23與進氣排出口 25連接這一點也與通常模式相同。另一方面，如該圖所示那樣，在低增壓模式中，在從排氣導入口 28a向單元23內導入的排氣到達該單元23的另一端之前，單元23和進氣排出口 25的連接被切斷。因此，進氣的一部分和排氣一起殘留在單元23內。然後，若轉子22旋轉、單元23與排氣排出口 28b連接，則這些排氣及進氣雙方被從單元23內向排氣通路4排出。然後，若轉子22進一步旋轉、單元23與進氣導入口 24連接，則再次向單元23內填充進氣。以下，這些動作被反覆進行。這樣，由於在低增壓模式中進氣的一部分漏到排氣通路4，所以即使轉子22的轉速相同，增壓壓力也比通常模式低。因此，當在通常模式和低增壓模式中增壓壓力相同時，低增壓模式與通常模式相比，轉子22的轉速變聞。在該方式中，也根據發動機I的運轉狀態來切換增壓模式。圖19是表示了發動機I的轉速及增壓壓力和各增壓模式之間的對應關係的映射。在該圖中，在比線L靠右側的高旋轉區域Ah中，僅渦輪增壓機10運轉。另一方面，在比線L靠左側的低旋轉區域Al中，僅壓力波增壓機20運轉。而且，在設置於該低旋轉區域Al內的切換區域Ac中，壓力波增壓機20以低增壓模式運轉。不過，僅在發動機I減速、發動機I的運轉狀態從高旋轉區域Ah移動到低旋轉區域Al的情況下，才進行向該低增壓模式的切換。其中，根據該圖可知，在切換區域Ac中從低旋轉區域Al中的線L起設定規定轉速內的區域。這樣,增壓模式當發動機I的運轉狀態在高旋轉區域Ah內時，被切換為TC增壓模式，當發動機I的運轉狀態在低旋轉區域Al內時，被切換為PW增壓模式。而且，當發動機I的運轉狀態從高旋轉區域Ah向低旋轉區域Al移動，並且發動機I的運轉狀態在切換區域Ac內時，增壓模式被切換為再加速準備模式。圖20及圖21表示了在該方式中E⑶40所執行的增壓模式控制程序。其中，對這些圖中與圖9相同的處理賦予相同的參照符號，並省略說明。在該控制程序中，ECU40首先在步驟Sll中取得發動機I的運轉狀態。在接下來的步驟S21中，E⑶40判斷發動機I的
運轉狀態是否在切換區域Ac內。該判斷例如只要使圖19的映射預先存儲於ECU40的ROM並參照該映射來進行即可。在判斷為發動機I的運轉狀態在切換區域Ac外的情況下，跳過步驟S22 S25，將處理推進到圖21的步驟S26。另一方面，在判斷為發動機I的運轉狀態在切換區域Ac內的情況下，進入到步驟S22，E⑶40判斷準備標誌是否為0N。該準備標誌是表示以低增壓模式運轉壓力波增壓機20時的轉子22的轉速及偏移角0是否分別被計算出的標誌。在已經計算出這些轉速及位置的情況下，準備標誌被切換為0N。在判斷為準備標誌是OFF的情況下，跳過步驟S23 S25，將處理推進到圖21的步驟S26。另一方面，在判斷為準備標誌是ON的情況下，進入到步驟S23，E⑶40將增壓模式切換為再加速準備模式。具體而言，分別將第I控制閥9控制為完全打開，將第2控制閥11控制為完全關閉。另外，按照將排氣導向壓力波增壓機20的方式來控制切換閥18並且將排氣控制閥15控制為完全打開。然後，分別控制第I馬達29及第2馬達30的動作，以使壓力波增壓機20以低增壓模式運轉。此時，這些馬達29、30被控制成轉子22以預先計算出的轉速旋轉、且將偏移角9切換為預先計算出的角度。通過執行該處理，ECU40作為本發明的再加速準備單元發揮功能。在接下來的步驟S24中，E⑶40判斷發動機I的運轉狀態是否在切換區域Ac外。在判斷為發動機I的運轉狀態在切換區域Ac內的情況下，返回到步驟S23，直到發動機I的運轉狀態成為切換區域Ac外為止重複進行步驟S23及S24的處理。另一方面，在判斷為發動機I的運轉狀態為切換區域Ac外的情況下，進入到步驟S25，E⑶40將準備標誌切換為OFF。然後，進入到圖21的步驟S26。在步驟S26中，E⑶40判斷發動機I的運轉狀態是否在高旋轉區域Ah內。當判斷為發動機I的運轉狀態在低旋轉區域Al內的情況下，進入到步驟S15，ECU40將增壓模式切換為PW增壓模式。在接下來的步驟S27中，E⑶40將準備標誌切換為OFF。然後，結束這次的控制程序。另一方面，在判斷為發動機I的運轉狀態在高旋轉區域Ah內的情況下，進入到步驟S13，E⑶40將增壓模式切換為TC增壓模式。在接下來的步驟S28中，E⑶40判斷發動機I的運轉狀態是否在切換準備區域Ap內。該切換準備區域Ap被設定為用於判斷是否進行以低增壓模式運轉壓力波增壓機20的準備的基準。如圖19所示那樣，將在高旋轉區域Ah內從線L到規定轉速的範圍內設定為切換準備區域Ap。在判斷為發動機I的運轉狀態在切換準備區域Ap外的情況下，結束這次的控制程序。另一方面，在判斷為發動機I的運轉狀態在切換準備區域Ap內的情況下，進入到步驟S29，ECU40判斷發動機I是否在減速過程中。該判斷例如只要基於發動機I的轉速的變化進行即可。在判斷為發動機I不是在減速過程中的情況下，結束這次的控制程序。另一方面，在判斷為發動機I是在減速過程中的情況下，進入到步驟S30，E⑶40分別計算出以低增壓模式運轉壓力波增壓機20時的轉子22的轉速及偏移角0。其中，這些轉速及偏移角與本發明的目標值相當。轉子22的轉速按照即使將增壓模式從TC增壓模式切換為再加速準備模式，增壓壓力也不急劇降低的方式基於發動機I的轉速來求出。具體而言，發動機I的轉速越高，則越提高轉子22的轉速。偏移角0根據低增壓模式中應該從壓力波增壓機20向排氣通路4排出的進氣量(以下有時稱作旁通量)來求出。發動機I的轉速越高，該旁通量越變多。此外，偏移角0越小，該旁通量越變多。鑑於此，偏移角0被設定為發動機I的轉速越高、旁通量越多而越小的值。通過執行該處理，ECU40作為本發明的計算單元發揮功能。在接下來的步驟S31中，ECU40將準備標誌切換為ON的狀態。然後，結束這次的控制程序。根據該方式，由於在發動機I被減速、發動機I的運轉狀態從高旋轉區域Ah移動到低旋轉區域Al的情況下，將增壓模式切換為再加速準備模式，所以壓力波增壓機20的轉 子22以比通常模式高的轉速被旋轉驅動。該情況下，由於在對發動機I請求了再加速的情況下，可以僅變更偏移角9來使增壓壓力上升，所以可以迅速地進行再加速。此外，也可以在低增壓模式中不控制轉子22的轉速及偏移角0雙方。可以只控制這些中的任意一方來以低增壓模式運轉壓力波增壓機20。(第5方式)參照圖22及圖23，對本發明的第5方式進行說明。其中，在該方式中，關於發動機I也參照圖I。在該方式中，渦輪增壓機10及壓力波增壓機20的控制方法與其他方式不同。在該方式中，作為增壓模式，可設置PW增壓模式、TC增壓模式及PW+TC增壓模式。在PW+TC增壓模式中，由壓力波增壓機20及渦輪增壓機10雙方進行發動機I的增壓。圖22是表示發動機I的轉速及轉矩和這3種增壓模式之間的對應關係的映射。在該圖中小於轉速NI的低旋轉區域PW中，僅壓力波增壓機20運轉。在該圖中轉速NI以上並且小於轉速N2的中旋轉區域Apt中，壓力波增壓機20及渦輪增壓機10雙方運轉。而且，在該圖中轉速N2以上的高旋轉區域Atc中，僅渦輪增壓機10運轉。S卩，增壓模式在低旋轉區域PW中被切換為PW增壓模式，在中旋轉區域Apt中被切換為PW+TC增壓模式，在高旋轉區域Atc中被切換為TC增壓模式。其中，在設置於低旋轉區域Apw及中旋轉區域Apt的EGR區域Aegr中，壓力波增壓機20以EGR模式運轉。在將增壓模式從PW增壓模式切換為PW+TC增壓模式的情況下，第2控制閥11被打開。由此，由於第I控制閥9及第2控制閥11雙方開閥，所以向各汽缸2a供給的進氣量急劇增加。其中，由於流過第2分支通路6的氣體是空氣，所以以下有時將此時的增加量稱作空氣增加量。鑑於此，在該方式中，在打開第2控制閥11之前預先將藉助壓力波增壓機20向各汽缸2a供給的空氣量減少該空氣增加量，然後打開第2控制閥11。以下，將該控制稱作模式切換控制。圖23表示了在該方式中ECU40所執行的增壓模式控制程序。其中，對這些圖中與圖9相同的處理賦予相同的參照符號，並省略說明。通過執行該控制程序，ECU40作為本發明的EGR控制裝置發揮功能。在該控制程序中，ECU40首先在步驟Sll中取得發動機I的運轉狀態。在接下來的步驟S41中，E⑶40判斷發動機I的運轉狀態是否在低旋轉區域Apw內。在判斷為發動機I的運轉狀態在低旋轉區域Apw內的情況下，進入到步驟S42，E⑶40將增壓模式切換為PW增壓模式。其中，當此時發動機I的運轉狀態在EGR區域Aegr內的情況下，按照壓力波增壓機20以EGR模式運轉的方式來控制第I馬達29及第2馬達30。然後，結束這次的控制程序。另一方面，在判斷為發動機I的運轉狀態在低旋轉區域Apw外的情況下，進入到步驟S43，E⑶40判斷是否打開了第2控制閥11。在判斷為打開了第2控制閥11的情況下，跳過步驟S44 S47，進入到步驟S48。另一方面，在判斷為第2控制閥11關閉的情況下，進入到步驟S44，ECU40推定空氣增加量。由於如公知那樣，壓縮機IOa被渦輪IOb旋轉驅動，所以根據排氣的流量來決定空氣增加量。由於排氣的流量根據發動機I的轉速及負載改變，所以可以基於這些發動機I的轉速及負載來推定空氣增加量。鑑於此，例如通過預先實驗等求出發動機I的轉速及負載和空氣增加量之間的關係，並作為映射預先存儲於ECU40的ROM。然後，只要參照該映射來進行空氣增加量的推定即可。
在接下來的步驟S45中，ECU40分別計算出模式切換控制中的轉子22的目標轉速及偏移角e的目標角度。如上述那樣，在模式切換控制中，將藉助壓力波增壓機20向各汽 缸2a供給的空氣的量減少空氣增加量。這時，使從壓力波增壓機20回流的排氣量增加、使空氣量減少。越將轉子22的轉速降低，從壓力波增壓機20回流的排氣量越變多。另外，在這樣使轉子22的轉速降低的情況下，偏移角0越變小則回流的排氣量越變多。鑑於此，目標轉速只要按照空氣增加量越多則越變低的方式基於空氣增加量來計算即可。另外，目標角度只要按照空氣增加量越多則越小的方式基於空氣增加量來計算即可。空氣增加量和目標轉速之間的關係及空氣增加量和目標角度之間的關係例如只要預先通過實驗等求出，並作為映射而存儲於E⑶40的ROM即可。然後，只要參照這些映射分別求出目標轉速及目標角度即可。其中，在壓力波增壓機20以EGR模式運轉的情況下，只要在計算它們時按照進氣中的排氣的比例不變化的方式來修正計算結果即可。在接下來的步驟S46中，ECU40使用計算出的目標轉速及目標角度來執行模式切換控制。具體而言，以轉子22的轉速成為目標轉速的方式來控制第I馬達29，並且以偏移角9成為目標角度的方式來控制第2馬達30。然後，將第2控制閥11切換為完全打開。在接下來的步驟S47中，ECU40判斷規定的結束條件是否成立。例如在執行模式切換控制後經過了規定時間的情況下，判斷為規定的結束條件成立。在判斷為規定的結束條件不成立的情況下，返回到步驟S46，反覆執行步驟S46及S47，直到規定的結束條件成立為止。另一方面，在判斷為規定的結束條件成立的情況下，進入到步驟S48，E⑶40判斷發動機I的運轉狀態是否是高旋轉區域Ate。在判斷為發動機I的運轉狀態是高旋轉區域Atc的情況下，進入到步驟S49，E⑶40將增壓模式切換為TC增壓模式。然後，結束這次的控制程序。另一方面，在判斷為發動機I的運轉狀態不是高旋轉區域Atc的情況下，進入到步驟S50，E⑶40將增壓模式切換為PW+TC增壓模式。其中，當此時發動機I的運轉狀態在EGR區域Aegr內的情況下，按照壓力波增壓機20以EGR模式運轉的方式來控制第I馬達29及第2馬達30。然後，結束這次的控制程序。如以上所說明那樣，根據該方式，在第2控制閥11開閥的情況下，首先將向汽缸2a供給的空氣量減少空氣增加量，然後將第2控制閥11開閥。因此，在打開第2控制閥11時能夠抑制向汽缸2a供給的空氣量急劇增加。而且，由此在打開第2控制閥11時能夠抑制排氣中的氮氧化物(NOx)增加。此外，也可以不控制模式切換控制中轉子22的轉速及偏移角9雙方而只控制任意一方。(第6方式)參照圖24 圖27，對本發明的第6方式進行說明。圖24示意性地表示了組裝有該方式涉及的增壓系統的內燃機的主要部分。其中，在該方式中對與其他方式相同的部分賦予相同的符號，並省略其說明。如該圖所示那樣，第6方式中的不同之處在於，排氣通路4和進氣通路3通過EGR通路60連接，在該EGR通路60上設置有增壓輔助系統61。EGR通路60將比渦輪IOb靠上遊側的排氣通路4和比內部冷卻器12靠下遊側的進氣通路3連接。在EGR通路60上設置有EGR冷卻器62及EGR閥63。其中，由於這些EGR冷卻器62及EGR閥63分別是周知的設備，所以省略詳細的說明。增壓輔助系統61具備儲壓箱64。儲壓箱64構成為能夠蓄積被加壓的氣體的壓力容器。該儲壓箱64通過連接通路65與EGR 通路60中的EGR冷卻器61和EGR閥63之間的區間連接。在連接通路65上設置有作為能夠打開關閉該通路65的閥門單元的輔助閥66。另外，在該方式中，從排氣通路4中省略了排氣控制閥15及切換閥18，在旁通通路17上設置有能夠將該通路17打開關閉的旁通閥67。由E⑶40分別控制EGR閥63、輔助閥66及旁通閥67的動作。該方式的壓力波增壓機20與第2方式的相同。因此，通過將閥板28切換為切斷狀態並且使轉子22停止，能夠阻止由壓力波增壓機20使排氣向下遊側流動。在該方式中，當規定的填充條件成立時，向儲壓箱64內加壓並蓄積排氣。而且，在用於輔助渦輪增壓機10的運轉的規定輔助條件成立的情況下以及發動機I停止時等，使用該蓄積的排氣。圖25表不了該方式的ECU40為了將排氣向儲壓箱64內蓄積而在發動機I運轉過程中以規定的周期反覆執行的填充控制程序。該控制程序可與ECU40所執行的其他控制程序並行執行。其中，在該控制程序中對與圖9相同的處理賦予相同的參照符號，並省略說明。通過執行該控制程序，ECU40作為本發明的儲壓控制裝置發揮功能。在該控制程序中，E⑶40首先在步驟Sll中取得發動機I的運轉狀態。在接下來的步驟S61中，ECU40判斷規定的填充條件是否已成立。例如在搭載了發動機I的車輛處於減速過程中並且儲壓箱64內的壓力小於預先設定的規定填充壓力的情況下，判斷為規定的填充條件成立。在判斷為填充條件不成立的情況下，跳過步驟S62及S63而進入到步驟 S64。另一方面，在判斷為填充條件成立的情況下，進入到步驟S62，執行向儲壓箱64內蓄積排氣的填充控制。在該填充控制中，EGR閥63及旁通閥67分別被關閉。另外，按照轉子22停止的方式控制第I馬達29並且按照將閥板28切換為切斷狀態的方式控制第2馬達30。然後，打開輔助閥66。由此，可以將從汽缸2a排出的排氣向儲壓箱64內蓄積。在接下來的步驟S63中，ECU40判斷規定的填充結束條件是否成立。例如在車輛的行駛狀態成為減速以外的狀態的情況或儲壓箱64內的壓力成為填充壓力以上的情況下，判斷為填充結束條件成立。在判斷為填充結束條件不成立的情況下，返回到步驟S62，反覆執行步驟S62及S63，直到填充結束條件成立為止。另一方面，在判斷為填充結束條件成立的情況下，進入到步驟S64，E⑶40執行填充結束控制。在該填充結束控制中，首先將輔助閥66切換為完全關閉。然後，對於EGR閥63及旁通閥67，解除將它們維持為完全關閉的控制。另外，對於第I馬達29及第2馬達30，按照能夠由壓力波增壓機30進行增壓的方式解除將這些馬達29、30維持為停止狀態的控制。然後，結束這次的控制程序。圖26表示為了輔助渦輪增壓機10的運轉，E⑶40在發動機I的運轉中以規定的周期反覆執行的輔助控制程序。其中，在該控制程序中與圖9相同的處理被賦予相同的參照符號，並省略說明。在該控制程序中，ECU40首先在步驟Sll中取得發動機I的運轉狀態。接下來的步驟S71中，ECU40判斷規定的輔助條件是否已成立。例如在發動機I的轉速為規定轉速以上、且油門開度為規定開度以上的情況下，判斷為該輔助條件成立。即，在發動機I是高旋轉並且以高負載運轉的情況下，判斷為輔助條件成立。 在判斷為輔助條件成立的情況下，進入到步驟S72，E⑶40執行輔助控制。在該輔助控制中，首先關閉EGR閥63，然後打開輔助閥66。隨後，結束這次的控制程序。另一方面，在判斷為輔助條件不成立的情況下，進入到步驟S73，E⑶40停止輔助控制。在該處理中，首先關閉輔助閥66。然後，對於EGR閥63解除被維持為完全關閉的控制。然後，結束這次的控制程序。圖27表示了為了在發動機I停止時提高汽缸2a內的壓力而在發動機I的運轉過程中ECU40以規定的周期反覆執行的起動輔助控制程序。該控制程序可與ECU40執行的其他控制程序並行執行。通過執行該控制，ECU40作為本發明的起動輔助控制單元發揮功能。在該控制程序中，ECU40首先在步驟Sll中取得發動機I的運轉狀態。在接下來的步驟S81中，ECU40判斷為了使發動機I停止的規定的內燃機停止條件是否成立。例如在將點火開關切換為OFF等由駕駛員請求發動機I停止的情況下，判斷為該內燃機停止條件成立。另外，當發動機I是在規定的停止條件成立的情況下停止運轉的所謂怠速停止控制的對象時，在該規定的停止條件成立的情況下，判斷為內燃機停止條件成立。其中，例如在車速為O、且該狀態繼續了規定時間等的情況下，判斷為規定的停止條件成立。在判斷為內燃機停止條件不成立的情況下，結束這次的控制程序。另一方面，在判定為內燃機停止條件成立的情況下，進入到步驟S82，E⑶40執行缸內壓力上升控制。在該缸內壓力上升控制中，首先第2控制閥11及EGR閥63分別被關閉。然後，打開輔助閥66。由此，由於以儲壓箱64內的排氣來輔助壓力波增壓機20的動作，所以可提高各汽缸2a內的壓力。在接下來的步驟S83中，ECU40判斷發動機I的轉速是否為預先設定的規定轉速以下。該規定轉速被設定為判斷發動機I是否停止的判斷基準。在判斷為發動機I的轉速比規定轉速高的情況下，返回到步驟S82，反覆執行步驟S82及S83的處理，直到發動機I的轉速成為規定轉速以下為止。另一方面，在判斷為發動機I的轉速為規定轉速以下的情況下，進入到步驟S84，E⑶40中止缸內壓力上升控制。在該處理中，首先關閉輔助閥66。然後，解除將第2控制閥11及EGR閥63分別維持為完全關閉的控制。隨後，結束這次的控制程序。根據該方式，能夠以儲壓箱64中蓄積的排氣來輔助渦輪增壓機10的運轉。因此，在切換增壓模式等時，可以迅速地起動渦輪增壓機10。由此，可以順暢地進行增壓模式的切換。另外，在該方式中，由於在發動機I停止時提高汽缸2a內的壓力，所以在汽缸2a內的壓力高的狀態下發動機I停止。由此，由於也可以在下次起動時迅速提高汽缸2a內的壓力，所以能夠迅速地起動發動機I。另外，在該方式中，也可以在起動內燃機主體2的溫度與外部氣溫相同程度的發動機I時將閥板28切換為切斷狀態，並且使轉子22停止。由此，由於能夠提高排氣通路4內的排氣的溫度，所以可以對催化劑14迅速進行暖機。本發明不限定於上述的各方式，可以通過各種方式進行實施。例如，可應用本發明的增壓系統的內燃機不限定於柴油發動機。也可以應用於以火花塞對導入到汽缸內的燃料混合氣著火的火花點火式的內燃機。另外，渦輪增壓機也可以具備用於變更渦輪入口的流路面積的可變噴嘴，還可以具備用於使排氣向渦輪的流入減少的廢氣閘門閥。 上述的各方式可以在相互不幹擾的範圍內適當組合。例如，第3方式可以與其他的各方式組合。
權利要求
1.一種內燃機的增壓系統，具備渦輪增壓機和壓力波增壓機， 該渦輪增壓機具有設置於內燃機的排氣通路的渦輪和設置於上述內燃機的進氣通路並由上述渦輪驅動的壓縮機； 該壓力波增壓機具有殼體，其藉助於設置於該殼體一方的端面的進氣導入口及進氣排出口而與上述進氣通路連接並且藉助於設置於與該殼體的上述一方的端面相對置的另一方的端面的排氣導入口及排氣排出口而與上述排氣通路連接；和轉子，其以自由旋轉的方式設置於上述殼體內部並將上述殼體內部劃分為沿著旋轉軸線方向貫通的多個單元，該壓力波增壓機利用從上述排氣導入口導入到單元內的排氣的壓力波來提高從上述進氣導A 口導入到該單元內的氣體的壓力，將提高了壓力的氣體從上述進氣排出口向上述進氣通路排出而進行上述內燃機的增壓， 其中， 上述壓力波增壓機的上述殼體藉助於上述進氣導入口與上述壓縮機上遊側的進氣通路連接，並且藉助於上述進氣排出口與上述壓縮機下遊側的進氣通路連接，並且藉助於上述排氣導入口及上述排氣排出口分別與上述渦輪下遊側的排氣通路連接。
2.根據權利要求I所述的增壓系統，其中，上述壓力波增壓機具備對上述轉子進行旋轉驅動並且能夠變更上述轉子的轉速的驅動單元。
3.根據權利要求I或2所述的增壓系統，其中， 上述壓力波增壓機設置有相位變更機構，該相位變更機構使上述一方的端面及上述另一方的端面中的至少任意一方繞上述旋轉軸線旋轉而能夠變更上述進氣排出口相對於上述排氣導入口的位置。
4.根據權利要求I 3的任意一項所述的增壓系統，其中， 還具備增壓控制單元，該增壓控制單元以如下方式分別控制上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機的動作當上述內燃機的轉速在規定的低旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓，在上述內燃機的轉速在比上述低旋轉區域高的規定的高旋轉區域內的情況下，利用上述渦輪增壓機對上述內燃機進行增壓。
5.根據權利要求I 4的任意一項所述的增壓系統，其中， 在上述排氣通路設置有旁通通路，其使排氣繞過上述壓力波增壓機而導出到上述壓力波增壓機的下遊側；和旁通閥，其對上述旁通通路進行開閉。
6.根據權利要求I 4的任意一項所述的增壓系統，其中， 在上述排氣通路設置有使排氣繞過上述壓力波增壓機而導出到上述壓力波增壓機下遊側的旁通通路， 上述壓力波增壓機設置有連接切換單元，該連接切換單元能夠在連接狀態和切斷狀態之間進行切換，該連接狀態是藉助於上述排氣導入口及上述排氣排出口而使上述殼體內部與上述排氣通路連接的狀態，該切斷狀態是以切斷該連接的方式堵塞上述排氣導入口及上述排氣排出口的狀態。
7.根據權利要求6所述的增壓系統，其中， 還具備連接控制單元，在只利用上述渦輪增壓機進行上述內燃機的增壓的情況下，該連接控制單元將上述連接切換單元切換到上述切斷狀態。
8.根據權利要求I所述的增壓系統，其中，上述壓力波增壓機還具有增壓控制單元，該增壓控制單元以驅動單元和相位變更機構的至少任意一方作為控制對象，該驅動單元旋轉驅動上述轉子並且能夠變更上述轉子的轉速；該相位變更機構使上述一方的端面及上述另一方的端面中的至少任意一方繞上述旋轉軸線旋轉並能夠變更上述進氣排出口相對於上述排氣導入口的位置， 該增壓控制單元以如下方式分別控制上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機當上述內燃機的轉速在小於規定轉速的區域即低旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓，當上述內燃機的轉速在上述規定轉速以上的區域即規定的高旋轉區域內的情況下，利用上述渦輪增壓機對上述內燃機進行增壓， 上述增壓控制單元具備計算單元，當預測到上述內燃機的轉速在上述高旋轉區域內並且上述內燃機的轉速小於上述規定轉速的情況下，為了在利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓的同時藉助於上述壓力波增壓機使進氣的一部分從上述進氣通路向上述排氣通路漏掉的狀態下運轉上述壓力波增壓機而計算出應該控制的上述控制對象的控制量的目標值；和再加速準備單元，當上述內燃機的轉速小於上述規定轉速的情況下，以使上述控制對象的控制量成為上述計算單元計算出的目標值的方式來控制上述控制對象。
9.根據權利要求I所述的增壓系統，其中， 上述壓力波增壓機還具有增壓控制單元，該增壓控制單元以驅動單元和相位變更機構的至少任意一方作為控制對象，該驅動單元旋轉驅動上述轉子並且能夠變更上述轉子的轉速，該相位變更機構使上述一方的端面及上述另一方的端面中的至少任意一方繞上述旋轉軸線旋轉並能夠變更上述進氣排出口相對於上述排氣導入口的位置， 該增壓控制單元以如下方式分別控制上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機當上述內燃機的轉速在規定的低旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓，當上述內燃機的轉速在比上述低旋轉區域高的規定的中旋轉區域內的情況下，利用上述壓力波增壓機及上述渦輪增壓機兩者對上述內燃機進行增壓，當上述內燃機的轉速在比上述中旋轉區域高的規定的高旋轉區域內的情況下，利用上述渦輪增壓機對上述內燃機進行增壓，並且上述增壓控制單元能夠以使在利用上述壓力波增壓機對上述內燃機進行增壓的同時藉助於上述壓力波增壓機使排氣從上述排氣通路向上述進氣通路回流的方式控制上述控制對象的動作， 上述增壓控制單元具備EGR控制單元，該EGR控制單元當上述內燃機的轉速從上述低旋轉區域變化到上述中旋轉區域的情況下，以抑制上述渦輪增壓機起動後的進氣中的空氣量變動的方式來控制上述控制對象的動作並調整藉助於上述壓力波增壓機向上述進氣通路回流的排氣的量。
10.根據權利要求I 9的任意一項所述的增壓系統，其中， 上述內燃機設置有PCV通路，該PCV通路用於將上述進氣通路之中的藉助於上述進氣導入口而連接了上述殼體的位置的下遊側並且是上述壓縮機上遊側的區間和上述內燃機的曲軸箱內部連接。
11.根據權利要求2所述的增壓系統，其中， 上述內燃機被搭載於車輛， 上述壓力波增壓機設置有連接切換單元，該連接切換單元能夠在連接狀態和切斷狀態之間進行切換，該連接狀態是藉助於上述排氣導入口及上述排氣排出口而使上述殼體內部與上述排氣通路連接的狀態；該切斷狀態是以切斷該連接的方式堵塞上述排氣導入口及上述排氣排出口的狀態， 該增壓系統具備儲壓箱，其以能夠從上述渦輪上遊側的排氣通路導入氣體並且能夠向上述渦輪上遊側的排氣通路供給氣體的方式被設置，並且能夠在內部儲存被加壓的氣體；和儲壓控制單元，當上述車輛減速時將上述連接切換單元切換到上述切斷狀態並且控制上述驅動單元以使上述轉子停止。
12.根據權利要求4所述的增壓系統，其中， 還具備儲壓箱，其以能夠從上述渦輪上遊側的排氣通路導入氣體並且能夠向上述渦輪上遊側的排氣通路供給氣體的方式被設置，並且能夠在內部儲存被加壓的氣體；和閥門單元，能夠在將上述儲壓箱與上述排氣通路連接的連接位置和切斷該連接的切斷位置之間進行切換， 當上述內燃機的轉速從上述低旋轉區域向上述高旋轉區域變化而起動上述渦輪增壓機的情況下，上述增壓控制單元將上述閥門單元切換到上述連接位置。
13.根據權利要求I所述的增壓系統，其中，具備 儲壓箱，其以能夠從上述渦輪上遊側的排氣通路導入氣體並且能夠向上述渦輪上遊側的排氣通路供給氣體的方式被設置，並且能夠在內部儲存被加壓的氣體；閥門單元，能夠在將上述儲壓箱與上述排氣通路連接的連接位置和切斷該連接的切斷位置之間進行切換；和起動輔助控制單元，其在應該使上述內燃機停止的規定的內燃機停止條件成立了的情況下，將上述閥門單元切換到上述連接位置。
全文摘要
一種內燃機的增壓系統，具備渦輪增壓機，其具有壓縮機(10a)及渦輪(10b)；和壓力波增壓機，利用從排氣導入口(28a)導入到單元(23)內的排氣的壓力波來提高從進氣導入口(24)導入到單元(23)內的氣體的壓力，將提高了壓力的氣體從進氣排出口(25)向進氣通路(3)排出而進行內燃機(1)的增壓，其中，壓力波增壓機(20)的殼體(21)藉助進氣導入口(24)而與比壓縮機(10a)上遊側的進氣通路(3)連接並且藉助進氣排出口(25)而與比壓縮機(10a)下遊側的進氣通路(3)連接，並且藉助排氣導入口(28a)及排氣排出口(28b)分別與比渦輪(10b)下遊側的排氣通路(4)連接。
文檔編號F02B33/42GK102686845SQ20098016179
公開日2012年9月19日 申請日期2009年10月6日 優先權日2009年10月6日
發明者加藤吉郎, 四重田啟二, 山根成人, 杉山憐, 菅沼寬之, 高宮二三郎 申請人:豐田自動車株式會社