JP2014509366A - 排気マニホールド圧を増大させるためのターボチャージャー制御戦略 - Google Patents

Abstract

本発明は、排気駆動ターボチャージャーシステムを制御するための制御システムを提供する。この制御システムは、排気入口と、排出出口と、コンプレッサ空気入口と、コンプレッサ出口とを有するターボチャージャーと、制御ポートと、入口ポートと、排出ポートと、該排出ポートを開閉するための弁とから成るコンプレッサバイパス弁と、空気入口と、前記ターボチャージャーの排気入口に流体連通するように接続された排気出口とを有するエンジンを含み、更に、ウェイストゲートを含むものとすることができる。この制御システムでは、前記ターボチャージャーの前記コンプレッサ出口は、前記エンジンの前記空気入口に流体連通するように接続され、かつ、前記コンプレッサバイパス弁の前記入口ポートに流体連通するように接続されている。前記コンプレッサバイパス弁とウェイストゲートを制御することにより、システムの他の領域に使用するために、より高いタービン入口圧を創出することができる。これは、前記コンプレッサバイパス弁が平常では閉鎖状態に保持されている場合に該前記コンプレッサバイパス弁を内燃エンジンの動作範囲の従来とは異なる領域において開放することによって得られる。
【選択図】
図１

Description

関連出願に関する相互参照

本出願は、２０１１年２月９日に出願された米国仮出願第６１／４４１，２２５号優先利益を主張するものである。

本願発明は、内燃エンジン内のターボチャージャーシステムに関し、特に、排気駆動ターボチャージャー（排気によって駆動されるターボチャージャー）、及び、内燃エンジンのパワー出力及び全体効率の改善に関する。

内燃エンジン、及び、その仕組み、洗練された改良型及び後継型が、いろいろな移動及び非移動車両やハウジングに使用されている。今日、例えば、内燃エンジンは、陸上の旅客用及び産業用車両、及び、海洋の用途、定置用途及び航空宇宙の用途に用いられている。総じて、２つの主要な点火サイクル、即ち、一般にガス点火、より正式にはスパーク点火（ＳＩ）と称される方式と、ディーゼル方式、より正式には圧縮点火(ＣＩ)と称される方式がある。近年、内燃エンジンのパワー出力及び全体効率を改善するために内燃エンジンに接続されたシステムに排気駆動ターボチャージャーが組み込まれるようになった。

ディーゼルエンジンは、通常、スロットル板（以下、単に「スロットル」とも称する）を用いないので、それらの用途においてはＣＢＶ（コンプレッサバイパス弁）を必要としてこなかった。歴史的に、スロットル板の活動に直接的に追従するバイナリーデバイスの場合を除いては、ＣＢＶをいかなる態様にせよ作動させることは全く想到されることもなかったし、必要ともしてこなかった。斯界でポップオフ弁（ＰＯＶ）と称されるＣＢＶに類似したデバイスは存在する。ポップオフ弁は、ＩＣＥ（内燃エンジン）におけるＥＤＴ（排気駆動ターボチャージャー）の動作圧を制限するために、ばねの予負荷に抗して、あるいは電子回路のプログラムされた限度に抗して開放する一般的な圧力逃し弁として動作する。これらの装置はフェイルセーフ装置（fail-safe devices）としての使用を想定している。本発明は、ディーゼルエンジンを含め、如何なるＥＤＴによって作動されるＩＣＥにおいてもＣＢＶを用いることの必要性を提示するものであると確信する。

効率及びパワーを含め、内燃エンジンを改善することを求める要望は依然として存在する。本願発明は、ＳＩシステムにとっても，ＣＩシステムにとっても効率的なシステムを提供する。

米国特許出願第１２／７１７，１３０号

本発明の一側面においては、排気駆動ターボチャージャーシステムを有する内燃エンジンであって、エンジンの吸気マニホールドの圧力を維持したままで排気駆動ターボチャージャーのタービン入口圧力(吸込圧力)を増大させるように共同して作動するコンプレッサバイパス弁とウェイストゲート弁を備えた内燃エンジンが開示される。

本発明の一実施形態においては、このタイプのシステム（排気駆動ターボチャージャーシステム）には、排気入口と、排出出口と、コンプレッサ空気入口と、コンプレッサ出口とを有するターボチャージャーと、制御ポートと、入口ポートと、排出ポートと、該排出ポートを開閉するための弁とから成るコンプレッサバイパス弁と、空気入口と、排気出口とを有するエンジンと、前記弁の開閉を制御するための制御手段を設けることができる。エンジンの前記排気出口は、前記ターボチャージャーの前記排気入口に流体連通するように接続され、ターボチャージャーの前記コンプレッサ出口は、エンジンの前記空気入口とコンプレッサバイパス弁の前記入口ポートの両方に流体連通するように接続される。このシステムには、又、エンジンの排気出口に接続されていて、コンプレッサバイパス弁の前記弁が開放位置に維持されている間、閉鎖位置に維持されるように作動することができるウェイストゲート弁を備えたものとすることができる。これらの２つの弁、即ち、コンプレッサバイパス弁とウェイストゲート弁とは、所定の又は所望の吸気マニホールド圧を維持するために、望ましくは排気マニホールド圧を増大させながら、共同して開閉することができ、部分的に作動することもできる。

本発明の別の側面においては、排気駆動ターボチャージャーのコンプレッサ排出出口に配設されたコンプレッサバイパス弁を利用して、該ターボチャージャーのタービン入口圧力を増大させるための方法が開示される。上述したような、そして以下により詳しく説明されるシステムを用いる中で、この方法は、吸気マニホールド圧が正圧状態（条件）にある間にコンプレッサバイパス弁を開放することによって、排気駆動ターボチャージャー内へ供給する排気マニホールド圧を増大させる工程を含むものとすることができる。

本発明の別の実施形態においては、上記方法は、吸気マニホールド内の圧力をコンプレッサバイパス弁内の制御弁の機械的作動状態に照らして参照し、かつ、前記制御弁を作動させて排気マニホールド圧を制御することにより吸気マニホールド内に所定のブースト（昇圧）圧力を維持することによって排気マニホールド内の圧力を増大させる工程を含むものとすることができる。

本発明の内燃エンジンターボシステムの一実施形態の流れ経路及び流れを示す概略図である。 図１に示されたようなターボシステムを制御するための、特に、排気マニホールド圧を増大させるための制御シーケンスを示すフローチャートである。 上記システムの各制御機器とそれらによって創出される効果の関係を示すグラフである。 図１のコンプレッサバイパス弁が開放位置にあるときの拡大断面図である。 図１のコンプレッサバイパス弁が閉鎖位置にあるときの拡大断面図である。

以下の詳細な説明は、本発明の総体的な原理及び添付図に示された発明の具体例を説明するものである。各添付図において、同一の、又は、機能的に同様な素子は同じ参照番号で示されている。

図１は、総体的に符号１００で示された、本発明の内燃エンジンターボチャージャーシステムの一実施形態を示す。このターボシステム１００は、ターボチャージャーの動作圧パラメータを制御するのに関与する以下の諸機器、即ち、タービンセクション２２とコンプレッサセクション２４を有する排気駆動ターボチャージャー（ＥＤＴ）２と、一般にウェイストゲート１３と称されるタービンバイパス弁と、コンプレッサバイパス弁（ＣＢＶ）６を含む。ＥＤＴは、タービンホイール２６を収納した排気ハウジング１７，１８を含む。タービンホイール２６は、排気エネルギーを利用し、コンプレッサホイール２８と共通の軸を介して機械的な仕事に変換してコンプレッサホイール２８を回転させる。それによって、コンプレッサホイール２８は、空気を吸い込み、圧縮し、より高い動作圧力で内燃エンジン（ＩＣＥ）１０の空気入口１１内へ供給する。

図１を参照して、更に説明すると、ウェイストゲート１３は、内燃エンジン１０の排気出口又は排気マニホールド１２から出てくる排気１６の容量と、ＥＤＴのタービンホイール２６を駆動するのに利用することができるエネルギーを計量するのに用いられる制御弁である。ウェイストゲート１３は、排気がタービンホイール２６から逃出して流れるようにバイパス１９へ通じる弁（図示せず）を開放することによって作動する。ウェイストゲート１３は、排気をタービンホイール２６からバイパス１９へ逃がすことによってＥＤＴ２の回転速度を直接制御することができ、その結果としてＩＣＥ（内燃エンジン）の吸気マニホールドの動作圧力を制御する。ウェイストゲート１３は、本出願人の米国特許出願第１２／７１７，１３０号（その全文がここに参照として編入されたものとする）に開示されているいくつかの実施形態を含め、いろいろな任意の実施形態とすることができる。

定義によって、コンプレッサバイパス弁６は、排気によって駆動されるものであれ、機械的に駆動されるものであれ、ＥＤＴ２のコンプレッサセクション２４の排出ポート（排気出口とも称する）４と、ＩＣＥの入口１１との間の流路５に配置された調整弁である。図１及び図４−５の拡大図に示されるように、ＣＢＶ６の一実施形態は、排出ポート８を備えたものとする。排出ポート８は、大気へ放出されるか、あるいは、図１に示されるようにコンプレッサの周囲圧入口（コンプレッサ空気入口）３へ再循環されるものであってよいが、それに限定されるものではない。

ＣＢＶは、通常は、もっぱらスロットル板９を備えたＳＩ（スパーク点火式）ＩＣＥに用いられる。ＩＣＥの任意の所与の動作（運転）範囲において、ＥＤＴは、毎分最大２００，０００回転（ＲＰＭ）の速度で回転することができる。スロットル９を突然閉鎖しても、ＥＤＴ２のＲＰＭを直ちに減速させることはない。従って、その結果、閉鎖したスロットル９とＥＤＴのコンプレッサセクション２４との間の、流路５のような流路内の圧力に突然の増大を惹起することになる。ＣＢＶ６は、この圧力（流路５の圧力）をＥＤＴ２のコンプレッサセクション２４から逃がす、又は、バイパスさせることによって機能する。ただし、図１及び図４−５に示されたＣＢＶ６は、ディーゼルエンジンを含め、任意のＥＤＴ作動ＩＣＥ（ＥＤＴによって作動されるＩＣＥ）に用いることができる多チャンバー弁である。

図１及び図４−５のＣＢＶ６は、入口ポート７と、上述した排出ポート８と、弁３０と、弁３０に連結されたピストン３６と、１つ又は複数個の制御ポート３８を有する。ピストン３６は、第１端４１と第２端４２を有する中心軸４０を備えている。第１端には、ハウジング５０との係合部を密封するためのＯ−リングのような密封部材５２が装着されている。第２端４２からは、第１端４１の方に向かって、ただし、ピストン３６の中心軸４０からは一定距離離隔してフランジ４４が延長している。フランジ４４は、Ｏ−リングのような第２密封部材５６を受容するための座部５４を有する厚肉リム４５に終端している。フランジ４４は、それ自身と中心軸４０との間に総体的にカップ形のチャンバー４６（図５に最もよく見られる）を画定し、ハウジング５０内に収納されると、複数のチャンバー５８を画定する。ピストン３６は、付勢ばね（偏倚ばね）３２によって、又は作動圧３４によって、又は、それらの組み合わせによって、開放位置（図１及び４）と閉鎖位置（図５）の間で移動自在である。

コンプレッサバイパス弁６は、又、弁３０を軸線方向に貫通して形成された第１貫通ポート６０と、ピストン３６を軸線方向に貫通して形成された第２貫通ポート６２を有する。第２貫通ポート６２は、少なくとも部分的に第１貫通ポート６０と整合（整列）している。第１及び第２貫通ポート６０，６２は、入口ポート７と、制御ポート３８の少なくとも１つとの間に流体連通を設定する。

現代のＩＣＥには、商業的に提供する前に世界中の政府当局による承認を得るために満たさなければならない非常に厳格な排気ガス規制を課されている。市場も又、ＩＣＥの燃料効率（燃費）を大きく改善するよう自動車製造会社及び工業会社に要望を出している。これらの要因が、排気ガス再循環（ＥＧＲ）と称される戦略の使用をもたらすに至った。これ（ＥＧＲ）は、燃焼過程からの使用済み排気ガスを内燃エンジンの入口に再導入するプロセスである。当業者には明らかなように、ＥＧＲを有効に機能させるためには、ＥＧＲ元（排気駆動ターボチャージャー）と目標入口（内燃エンジンの入口）との間に圧力差が存在しなければならない。ＩＣＥエンジニアは、有効なＥＧＲのための要件を満たし、かつ、最大限の効率を達成するＥＤＴ設計をバランスさせるという難題に、常に、直面している。

いかなるＥＤＴシステムにおいても、コンプレッサ入口（コンプレッサ空気入口）３、吸気マニホールド（ＩＭ）５，１１、排気マニホールド（ＥＭ）１２，１６、及び、排気１８，２１には、動作圧が存在する。図１を参照して説明すると、ＥＤＴのコンプレッサ入口は、単段ＥＤＴシステムでは通常は周囲圧で動作する、空気取込みシステム又は空気誘導システム（ＡＩＳ）１からＥＤＴのコンプレッサセクション２４の入口３への流路として定義される。エンジンの入口マニホールドは、ＥＤＴのコンプレッサ排出口（コンプレッサ出口）４とＩＣＥの吸気弁１１（１個又は複数個）との間を結ぶ流路として定義される。エンジンの排気マニホールドは、ＩＣＥの排気弁１２とＥＤＴのタービン入口１７との間を結ぶ流路として定義される。排気は、ＥＤＴのタービン出口（排出出口）１８を出た後の任意の流路として広く定義される。有効なＥＧＲを得るためには、排気マニホールド１２，１６内の圧力は、排気ガスを入口マニホールド５，１１へ向かう方向に流動させるために入口マニホールド内の圧力より相当に高くなければならない。ＥＤＴの設計及びコンプレッサと排気量のサイズとの現存する多様な組み合わせは、広範囲に亘っている。要すれば、ＥＤＴの排気プロファイルを比較的小さくすれば、それだけ、効率を低下させるという犠牲の下に、より高い所望の排気マニホールド圧が得られる。従って、当該技術分野のエンジニアは、効率を達成することとと、ＥＧＲを有効に機能させるということとの間で良好なバランスを比較検討する。

本発明は、ＩＣＥのエンジニアがオンデマンドで（必要に応じて）排気マニホールド１２，１６内の動作圧を有意に（相当に）増大させること（ここでは「効果」と称する）を可能にする。吸気マニホールド５，１１内の動作圧が正であるか、あるいは、一般に「ブースト」と称される状態に（条件下に）あるときの任意の時点でＣＢＶを開放する（図４参照）ことによって、上述した「効果」が得られる。即ち、排気マニホールド１２，１６の動作圧をＣＢＶ６が閉鎖位置に保持されている比較対照条件（状態）の時より高くすることができる。一実施形態においては、操作者は、ウェイストゲート１３ではなくＣＢＶ６を用いることによって、エンジンの吸気マニホールド５，１１の動作圧を有効に制御する。この状態（条件下）では、排気マニホールド１２，１６内の動作圧は、同じ吸気マニホールド圧を得るためにＣＢＶ６が閉鎖され、ウェイストゲート１３が開放されている対照状態の時より高くなる。

別の実施形態においては、広範な動作（運転）範囲に亘って上記「効果」を生み出すために、単に、吸気マニホールド５，１１内に圧力の漏れ（リーク）又は放出（ブリード）を起こさせる構成とすることができる。さらに別の実施形態においては、限定された動作（運転）範囲において「効果」を創出するように任意所与のＩＣＥ１０の動作（運転）範囲においてＣＢＶ６を開放位置へ作動する時点を極めて正確に制御するように構成することができる。この限定された動作範囲は、ＩＣＥエンジニアが達成しようとする諸パラメータ、例えば、これらに限定されるわけではないが、ＥＧＲの流量増大、パワー出力の減少、燃料消費の削減、排気ガス放出量の低減などを含む多くの要因によって決定される。

次に図２を参照して説明すると、上記「効果」を最大限にするためには、排気マニホールド１２，１６の圧力を最大限に高くするようにウェイストゲート（ＷＧ）１３を閉鎖位置に維持すればよい。反対に、上記「効果」を低減するには、ウェイストゲート１３の開放率を大きくして排気マニホールド１２，１６内の圧力を逃がせばよい。制御戦略だけを用いて排気マニホールド１２，１６の圧力（ＥＭＰ）を増大させる「効果」は、ＣＢＶ６の制御に完全に依存する。

上記「効果」を創出することができるいろいろな実施形態のＣＢＶ６の開閉を制御する方法としては、いろいろな方法がある。一実施形態においては。ＣＢＶ６は、付勢ばね３２に抗して自然に開放するように構成することができる。その場合、作動圧がばね３２の予負荷力を越えると、ＣＢＶ６が開放し、吸気マニホールド５，１１に所与の動作圧を維持するようにばねの予負荷力に抗して調整する。別の実施形態においては、所定のパラメータに達したとき、ＣＢＶ６は、電子回路によって、直接作動式ソレノイド又はモーター駆動式ユニットの場合は直接的に、あるいは、制御ソレノイド（ソレノイド弁）２０を介して空気圧により、開放するように信号を与えられる。制御ソレノイド２０は、作動圧３４の送給を制御することによってＣＢＶ６に作動するように信号を送る。ＣＢＶ６は、信号を与えられて開放すると、先に述べた実施例の場合と同様の態様で動作する。又、ＣＢＶ６は、直接作動式であれ、空気圧によって作動されるものであれ、吸気マニホールド５，１１内の調整すべき目標動作圧を創出するために、あるいは、ＣＢＶ６内の弁３０の持ち上げられる高さ又は位置を決定するために、回路に所与のデューティサイクルを有する制御周波数を印加させることによって開放するように信号を付与される。

「効果」を生み出す動作の仕組みは、全く論理的である。今日、ＥＤＴを適用するには、タービン速度の制御を実行することが必要とされる。この戦略がないと、ＩＣＥの入口弁の動作ブースト圧が望ましくないレベルにまで増大し続けることになる。従って、別法として、エンジニアは、エンジンの最大動作（運転）速度時のＥＤＴの速度を制限するために望ましくないほど大型のタービンを用いなければならず、それによって、ＩＣＥのパワー出力応答を犠牲にしてしまうことになる。従って、ＩＣＥエンジニアは、従来タービン速度の制御のために排気に依拠した戦略を用いてきた。タービン速度制御の形態としては、例えば、可変形態（ジオメトリー）タービン、可変ノズル面積タービン、ウェイストゲート１３等がある。これらの戦略は、いずれも、排気ガス量の利用度を調整することによってタービンホイールへの利用可能なエネルギーの量を制御する働きをする。その結果として、ＥＤＴ及びその特定の効率シグネチャーは、所与のタービンを通して圧送されない一定割合の排気量１９が存在するという前提に基づいて、ＩＣＥにぴったり適合される。タービン速度の制御が創出する目標制御パラメータは、ブースト圧又は入口弁動作圧である。

戦略が目標ブースト圧を制御することからタービンを介してＣＢＶ６を用いる戦略に切り替えると、同じブースト圧でＩＣＥ１０によって創出される排気流の全部を実効上強制的にタービンに受容させることになる。このとき、本質的には、タービンは、設計パラメータの範囲外で、そして、その目標効率の範囲から相当に外れたところで作動し、それによって相当に高い排気マニホールド圧を得るという「効果」を生み出す。従って、ＣＢＶ６がブースト圧制御戦略として用いられているとき、例えばウェイストゲート１３を開閉することによって排気マニホールド圧を上下に調節することができるというのは、論理的であり（理にかなっており）、実験上も立証されている。

システムの動作圧を検出すること又はシステム動作圧をそのシステム内の弁の機械的作動状態（条件）に照らして基準値化することを可能にし、それに基づいて上記「効果」を得るための出力を発出するいろいろな制御方法論が知られており、今後も開発される可能性がある。これらのシステム構成は、システム内に生じる圧力信号をばね付勢（偏倚）力に抗して作用する機械的アクチュエーター（作動器）の表面積に空気圧として伝達するものであるという点で基本的なものとすることができる。システム状態（条件）が変化すると、それに応じてアクチュエーターのパフォーマンスが単純な閉ループ論理で変化する。又、制御システムは、信号を電子処理ユニットへ伝達する圧力センサーを含むものとするなど、より複雑な構成とすることもできる。そのような電子処理ユニットは、それらの伝達された圧力信号を電子的に、あるいは、比較対照値に照らして統合し、アクチュエーターの作動を空気圧によって制御するソレノイド制御信号を出力する。

ＩＣＥ−ＥＤＴ間の制御変数の関係は、図３に示される示される条件（状態）説明グラフによって最もよく特徴づけられている。「条件」Ｃ１では、ターボシステム１００は、ブースト圧又は排気マニホールド圧を創出していない。従って、ＣＢＶ６及びウェイストゲート（ＷＧ）１３は、システムが所与のＩＣＥ動作（運転）速度において吸気マニホールド５，１１のところにブースト圧を創出することを可能にする開放率０％の閉鎖状態に保持されている。「条件」Ｃ２では、システムは、既に吸気マニホールド５，１１のところに目標ブースト圧を達成しており、その目標値を維持する必要がある。従って、ウェイストゲート１３の弁は、目標値を持続するのに必要とされる値の１００％にまで開放され、ＣＢＶ６は閉鎖されたままに保持される。「条件」Ｃ２は、従来であれば平常状態であると考えられる状態である。ＥＤＴ２のタービン入口１７のところの排気マニホールド圧は、本発明を適用していないシステムに一般にみられる基準線値を得る。「条件」Ｃ３では、図３から分かるように、システムは「条件」Ｃ２の場合と同じブースト圧を維持し続ける。しかしながら、ウェイストゲート（ＷＧ）１３の開放率は、この同じブースト圧を維持するのに必要とされるものの５０％にまで下げられているので、超過ブースト圧を逃がし、吸気マニホールド５，１１のための目標値を維持するためにＣＢＶ６を開放しなければならない。「条件」Ｃ４では、図３に示されるように、システムは、依然、吸気マニホールド５，１１のところに同じブースト圧値を維持しているが、この時点ではウェイストゲート１３は閉鎖され、ＣＢＶ６は、吸気マニホールド５，１１のための目標ブースト圧を創生し、維持するために利用されている。その結果として、排気マニホールドの圧力値は増大する。図３は、ＣＢＶ６の制御とウェイストゲート１３の制御とが、図２のフローチャートに記述されているように、吸気マニホールド５，１１のための所与のブースト圧値を維持するために直接的に関連づけられることを示している。ＣＢＶ６が閉鎖され、ウェイストゲート１３の開放率が下げられると、ブースト圧が上昇し、目標値を超える。反対に、ウェイストゲート１３の開放率が上げられると、ブースト圧が低下し、目標値に達しない。「条件」Ｃ５に示されるようにウェイストゲート１３の開放率が１００％であり、ＣＢＶ６の開放率が５０％であると、ブースト圧は低下する。ＣＢＶ６の開放時に所定のブースト圧を維持するため、ウェイストゲート１３を調整することを要する。以上の説明から分かるように、本発明は、システムが吸気マニホールド５，１１における目標圧力を維持し、排気マニホールド圧を増大させるのを可能にする。

本発明による「効果」の創出は、異なるＩＣＥ点火方式においても（ＳＩ方式においても、ＣＩ方式においても）、又、ＥＤＴのいろいろな異なる変型形態においても可能であることが実証されている。本発明は、エンジンの排気マニホールド圧を制御することに関して今日ＩＣＥエンジニアが直面する多くの問題を解決する。加えて、ディーゼルＩＣＥに随伴するコストが増大している中で、本発明による「効果」は、触媒中の、特に後処理システム内の酸素レベル（濃度）を制御するのを助成し、例えば希薄ＮＯＸ触媒のような将来のテクノロジーのための温度制御を助成することができる戦略を提供することができる。総じて、本発明による「効果」は、ターボチャージャー式ＩＣＥの設計コストの低減を可能にし、動作（運転）効率を高め、エンジニアに当該技術を推進するための追加のツールを提供する。

以上、本発明を添付図を参照して詳しく説明したが、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、いろいろな変更、変型が可能であることは、当業者には明らかであろう。

１ 空気取込みシステム、空気誘導システム（ＡＩＳ）
２ 排気駆動ターボチャージャー（ＥＤＴ）
３ コンプレッサ空気入口、コンプレッサ入口、周囲圧入口
４ コンプレッサ排出口、コンプレッサ出口、排出ポート
５ 流路
６ コンプレッサバイパス弁（ＣＢＶ）
７ 入口ポート
８ 排出ポート
９ スロットル、スロットル板
１０ 内燃エンジン（ＩＣＥ）
１１ 空気入口、吸気弁、吸気マニホールド（ＩＭ）
５，１１ 入口マニホールド、吸気マニホールド
１２ 排気出口、排気マニホールド、排気弁
１３ ウェイストゲート（ＷＧ）、タービンバイパス弁、制御弁
１６ 排気、排気弁
１２，１６ 排気マニホールド
１７ タービン入口、排気入口
１８ タービン出口、排出出口
１７，１８ 排気ハウジング
１８，２１ 排気
１９ バイパス
２０ 制御ソレノイド、ソレノイド弁
２２ タービンセクション
２４ コンプレッサセクション
２６ タービンホイール
２８ コンプレッサホイール
３０ 弁
３２ 付勢ばね（偏倚ばね）
３４ 作動圧
３６ ピストン
３８ 制御ポート
４０ 中心軸
４１ 第１端
４２ 第２端
４４ フランジ
４５ 厚肉リム
４６ チャンバー
５０ ハウジング
５２ 密封部材
５４ 座部
５６ 密封部材
５８ チャンバー
６０ 第１貫通ポート
６２ 第２貫通ポート
１００ 内燃エンジンターボチャージャーシステム、ターボシステム

Claims (18)

1. 排気駆動ターボチャージャーシステムを制御するための制御システムであって、
   排気入口と、排出出口と、コンプレッサ空気入口と、コンプレッサ出口とを有するターボチャージャーと、
   制御ポートと、入口ポートと、排出ポートと、該排出ポートを開閉するための弁とから成るコンプレッサバイパス弁と、
   空気入口と、前記ターボチャージャーの排気入口に流体連通するように接続された排気出口とを有するエンジンと、
   前記弁の開閉を制御するための制御手段とから成り、
   前記ターボチャージャーの前記コンプレッサ出口は、前記エンジンの前記空気入口に流体連通するように接続され、かつ、前記コンプレッサバイパス弁の前記入口ポートに流体連通するように接続されていることを特徴とする、制御システム。
   
2. 前記エンジンの前記排気出口に接続されたウェイストゲート弁を含み、該ウェイストゲート弁は、前記コンプレッサバイパス弁内の弁が開放位置に維持されている間、閉鎖位置に維持されるように作動することができる、請求項１に記載の制御システム。
   
3. 前記エンジンの前記排気出口に接続されたウェイストゲート弁を含み、該ウェイストゲート弁は、前記コンプレッサバイパス弁内の弁が閉鎖位置に維持されている間、開放位置に維持されるように作動することができる、請求項１に記載の制御システム。
   
4. 前記弁の開閉を制御するための前記制御手段は、排気ガスの再循環流量によって決定される所定の動作範囲中、前記コンプレッサバイパス弁を開放位置に維持する、請求項１に記載の制御システム。
   
5. 前記弁の開閉を制御するための前記制御手段は、目標燃料消費率によって決定される所定の動作範囲中、前記コンプレッサバイパス弁を開放位置に維持する、請求項１に記載の制御システム。
   
6. 前記弁の開閉を制御するための前記制御手段は、排気ガス放出値によって決定される所定の動作範囲中、前記コンプレッサバイパス弁を開放位置に維持する、請求項１に記載の制御システム。
   
7. 前記コンプレッサバイパス弁は、
   前記弁を軸線方向に貫通して形成された第１貫通ポートと、
   軸線方向に貫通して形成された第２貫通ポートを有するピストンを含み、該ピストンは、その第２貫通ポートが少なくとも部分的に前記第１貫通ポートと整合するように該弁に連結されており、前記コンプレッサバイパス弁内に２つ以上のチャンバーを少なくとも部分的に画定している、請求項１に記載の制御システム。
   
8. 前記２つ以上の内部チャンバーのうちの第１のチャンバーは、前記制御ポートに接続され、前記２つ以上の内部チャンバーのうちの第２のチャンバーは、前記コンプレッサバイパス弁の入口ポートと該第２のチャンバーとの間に流体連通を設定するように前記第２貫通ポートに接続されている、請求項１に記載の制御システム。
   
9. 前記コンプレッサバイパス弁の前記排出ポートは、前記ターボチャージャーの前記コンプレッサ空気入口に流体連通するように接続されている、請求項１に記載の制御システム。
   
10. 前記弁の開閉を制御するための前記制御手段は、前記制御ポートに接続された、付勢部材、電子回路、ソレノイド、モーター、空気圧式アクチュエーター、又はそれらの組み合わせから成る請求項１に記載の制御システム。
    
11. 内燃エンジンのターボチャージャーを制御する制御方法であって、
    請求項１に記載された制御システムを設け、
    吸気マニホールド圧が正圧状態にある間に前記コンプレッサバイパス弁を開放することによって、排気駆動ターボチャージャー内へ供給される排気マニホールド圧を増大させることから成る制御方法。
    
12. 排気駆動ターボチャージャーシステムを制御する制御方法であって、
    ターボチャージャー入口をエンジンの排気マニホールドを介してエンジンの排気ポートに接続し、ターボチャージャーの出口をコンプレッサバイパス弁の入口ポートに、かつ、吸気マニホールドを用いてエンジンの入口弁に接続し、ソレノイド弁を前記コンプレッサバイパス弁の制御ポートに接続した構成において、
    前記吸気マニホールド内の圧力を前記コンプレッサバイパス弁内の制御弁の機械的作動状態に照らして参照し、かつ、
    前記制御弁を作動させて前記排気マニホールド圧を制御することにより該吸気マニホールド内に所定のブースト圧力を維持することによって
    前記排気マニホールド内の圧力を増大させることを特徴とする制御方法。
    
13. 前記排気マニホールドにウェイストゲート弁を接続し、
    該ウェイストゲート弁と前記コンプレッサバイパス弁とが共同して前記吸気マニホールド内に前記所定のブースト圧力を維持し、かつ、前記排気マニホールド圧を維持するように該ウェイストゲート弁とコンプレッサバイパス弁の両方を作動させることによって、該吸気マニホールド内に該所定のブースト圧力を維持する維持工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
    
14. 前記維持工程は、前記ウェイストゲート弁を部分開放位置に維持したままで前記コンプレッサバイパス弁を部分開放位置に維持する操作を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
    
15. 前記維持工程は、前記ウェイストゲート弁を閉鎖位置に維持したままで前記コンプレッサバイパス弁を開放位置に維持する操作を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
    
16. 前記維持工程は、前記ウェイストゲート弁を部分開放位置に維持したままで前記コンプレッサバイパス弁を開放位置に維持する操作を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
    
17. 前記吸気マニホールド内の圧力を参照する工程は、ＥＧＲの流量を参照することを含む、請求項１２に記載の制御方法。
    
18. 前記吸気マニホールド内の圧力を参照する工程は、目標燃料消費率を参照することを含む、請求項１２に記載の制御方法。

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