專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備壓力波增壓器的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，該壓力波增壓器通過向設(shè)在殼體內(nèi)的多個隔室內(nèi)交替導(dǎo)入空氣和排氣，利用導(dǎo)入到隔室內(nèi)的排氣的壓力波來增高該隔室內(nèi)的空氣的壓力從而進(jìn)行增壓。
背景技術(shù)：
公知有一種壓力波增壓器，其被設(shè)成橫跨進(jìn)氣通路和排氣通路并利用排氣的壓力波來進(jìn)行增壓。在該壓力波增壓器中，向設(shè)在殼體內(nèi)的多個隔室內(nèi)交替導(dǎo)入空氣和排氣，利用導(dǎo)入到隔室內(nèi)的排氣的壓力波來增高該隔室內(nèi)的 空氣的壓力。然后，將該壓力增高后的空氣排向進(jìn)氣通路來進(jìn)行增壓。在具備這樣的壓力波增壓器的內(nèi)燃機(jī)中，可以使排氣的一部分經(jīng)由壓力波增壓器的內(nèi)部從排氣通路向進(jìn)氣通路再循環(huán)。例如，公知有一種排氣再循環(huán)裝置，其在比壓力波增壓器靠上游側(cè)的進(jìn)氣通路中設(shè)置有閥，當(dāng)進(jìn)行排氣的再循環(huán)時關(guān)閉該閥，從而將隔室內(nèi)的排氣導(dǎo)入到進(jìn)氣通路(參照專利文獻(xiàn)I)。此外，作為與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，存在專利文獻(xiàn)2、3。專利文獻(xiàn)I :日本實(shí)開昭58-108256號公報專利文獻(xiàn)2 :日本特開平04-019327號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2008-280975號公報在專利文獻(xiàn)I的裝置中，對設(shè)于進(jìn)氣通路的閥的開度進(jìn)行變更，由壓力波增壓器調(diào)整從排氣通路向進(jìn)氣通路再循環(huán)的排氣(以下有時稱為“EGR氣體”)的量。但是，從隔室向進(jìn)氣通路排出的氣體的量由連接隔室與進(jìn)氣排出口的時間決定。該連接時間由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速決定，在專利文獻(xiàn)I的裝置中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速由內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速決定。因此，目標(biāo)量的EGR氣體有可能無法再循環(huán)。而且，在專利文獻(xiàn)I的裝置中，由于進(jìn)氣排出口相對于排氣導(dǎo)入口的位置固定，所以隔室與進(jìn)氣排出口連接的時期由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速決定。該情況下，在內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速變化從而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速發(fā)生了變化的情況下，有可能無法將壓力充分增高后的氣體排出到進(jìn)氣通路。因此，有可能不能將進(jìn)氣的壓力增高到目標(biāo)進(jìn)氣壓力。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠不降低增壓壓力地通過壓力波增壓器將目標(biāo)量的排氣向進(jìn)氣通路再循環(huán)的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)。本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)具備壓力波增壓器，該壓力波增壓器具有按照能夠繞軸線旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)在殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子；按照從上述殼體的上述軸線方向的一個端部貫通到另一端部的方式設(shè)在上述殼體內(nèi)，與上述轉(zhuǎn)子一體地旋轉(zhuǎn)的多個隔室；設(shè)在上述殼體的上述一個端部，與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路連接的進(jìn)氣排出部；設(shè)在上述殼體的上述一個端部的進(jìn)氣導(dǎo)入部；設(shè)在上述殼體的上述另一端部，與上述內(nèi)燃機(jī)的排氣通路連接的排氣導(dǎo)入部；和設(shè)在上述殼體的上述另一端部的排氣排出部；利用從上述排氣導(dǎo)入部導(dǎo)入到隔室內(nèi)的排氣的壓力波來增高該隔室內(nèi)的氣體的壓力，從上述進(jìn)氣排出部向上述進(jìn)氣通路排出該壓力增高后的氣體來進(jìn)行上述內(nèi)燃機(jī)的增壓，其中，該內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)具備轉(zhuǎn)速變更單元，其能夠變更上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；相位變更機(jī)構(gòu)，其能夠使上述排氣導(dǎo)入部以及上述進(jìn)氣排出部中的至少任意一方圍繞上述軸線旋轉(zhuǎn)，來變更上述進(jìn)氣排出部相對于上述排氣導(dǎo)入部的位置；目標(biāo)EGR量設(shè)定單元，其基于上述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，來設(shè)定應(yīng)該從上述排氣通路向上述進(jìn)氣通路再循環(huán)的排氣的流量、即目標(biāo)EGR量；和控制單元，其對上述轉(zhuǎn)速變更單元以及上述相位變更機(jī)構(gòu)的動作 分別進(jìn)行控制，以使基于上述目標(biāo)EGR量來分別變更上述進(jìn)氣排出部相對于上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及上述排氣導(dǎo)入部的位置。根據(jù)本發(fā)明的增壓系統(tǒng)，由于能夠變更轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，所以能夠調(diào)整連接隔室與進(jìn)氣排出部的時間。因此，能夠使目標(biāo)EGR量的排氣經(jīng)由壓力波增壓器向進(jìn)氣通路再循環(huán)。而且，在本發(fā)明的增壓系統(tǒng)中，能夠變更進(jìn)氣排出部相對于排氣導(dǎo)入部的位置。因此，變更轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，還能夠調(diào)整進(jìn)氣排出部相對于排氣導(dǎo)入部的位置，以使在壓力波到達(dá)隔室的進(jìn)氣端時隔室與進(jìn)氣排出部連接。因此，能夠抑制隔室內(nèi)的空氣的加壓不充分從而增壓壓力降低的情況。在本發(fā)明的增壓系統(tǒng)的一個方式中，上述控制單元可以分別控制上述轉(zhuǎn)速變更單元以及上述相位變更機(jī)構(gòu)的動作，以使上述目標(biāo)EGR量越多、上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低并且上述排氣導(dǎo)入部與上述進(jìn)氣排出部越靠近。為了使EGR氣體的流量增加，只要延長連接隔室與進(jìn)氣排出部的時間即可。因此，通過使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低，能夠使EGR量增加。而且，如果如此使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速降低，則在壓力波到達(dá)隔室的進(jìn)氣端之前，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度變小。鑒于此，使排氣導(dǎo)入部與進(jìn)氣排出部接近。由此，能夠?qū)⑦M(jìn)氣排出部相對于排氣導(dǎo)入部的位置調(diào)整成進(jìn)氣排出部相對于排氣導(dǎo)入部的位置，使得在壓力波到達(dá)隔室的進(jìn)氣端時隔室與進(jìn)氣排出部相連接。因此，能夠不使增壓壓力降低地將目標(biāo)EGR量的排氣向進(jìn)氣通路再循環(huán)。在本發(fā)明的增壓系統(tǒng)的一個方式中，上述控制單元分別控制上述轉(zhuǎn)速變更單元以及上述相位變更機(jī)構(gòu)的動作，以使從上述排氣導(dǎo)入部導(dǎo)入到單元內(nèi)的排氣的壓力波在上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)從而該隔室與上述進(jìn)氣排出部連接時到達(dá)該隔室的上述進(jìn)氣排出部側(cè)的一端。該情況下，能夠可靠地防止增壓壓力降低。在本發(fā)明的增壓系統(tǒng)的一個方式中，作為上述轉(zhuǎn)速變更單元，可以設(shè)置驅(qū)動上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。該情況下，能夠容易地變更轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速變更。


圖I是示意性地表示組裝有本發(fā)明的一個方式涉及的增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的主要部分的圖。圖2是將圖I的壓力波增壓器放大表示的圖。圖3是從圖2的箭頭III方向觀察壓力波增壓器的進(jìn)氣側(cè)端部的圖。圖4是從圖2的箭頭IV方向觀察壓力波增壓器的排氣側(cè)端部的圖。圖5是從圖2的箭頭V方向觀察壓力波增壓器的閥板的圖。圖6是壓力波增壓器的控制系統(tǒng)的功能框圖。圖7是沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向?qū)毫Σㄔ鰤浩靼凑諒母羰蚁蛳掠蝹?cè)區(qū)間僅排出空氣的方式運(yùn)轉(zhuǎn)時的壓力波增壓器的內(nèi)部展開的圖。圖8是沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向?qū)毫Σㄔ鰤浩靼凑諒母羰蚁蛳掠蝹?cè)區(qū)間排出排氣以及空氣這雙方的方式運(yùn)轉(zhuǎn)時的壓力波增壓器的內(nèi)部展開的圖。圖9是沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向?qū)膱D7所示的狀態(tài)開始僅減慢了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度后的狀態(tài)的壓力波增壓器的內(nèi)部展開的圖。圖10是表示目標(biāo)EGR率與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系的一個例子的圖。圖11是表示目標(biāo)轉(zhuǎn)速與相位角度之間的關(guān)系的一個例子的圖。
具體實(shí)施例方式圖I示意性地表示了組裝有本發(fā)明的一個方式涉及的增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)的主要部分。內(nèi)燃機(jī)(以下有時稱為“發(fā)動機(jī)”) I是作為行駛用動力源被搭載于車輛的柴油發(fā)動機(jī)，具備具有多個(圖I中為4個)汽缸2a的內(nèi)燃機(jī)主體2。各汽缸2a分別與進(jìn)氣通路3以及排氣通路4相連接。進(jìn)氣通路3具備共用通路5、從共用通路5分支的第I分支通路6和第2分支通路7以及這些分支通路6、7相匯合的匯合通路8。共用通路5中設(shè)置有用于對進(jìn)氣進(jìn)行過濾的空氣過濾器9。第I分支通路6中設(shè)有壓力波增壓器20的進(jìn)氣側(cè)端部20a。第2分支通路7中，設(shè)有渦輪增壓器10的壓縮機(jī)IOa和能夠開閉該第2分支通路7的第I控制閥11。匯合通路8中設(shè)有用于對進(jìn)氣進(jìn)行冷卻的內(nèi)部冷卻器12和能夠開閉匯合通路8的第2控制閥13。在排氣通路4中從排氣的流動方向上游側(cè)向下游側(cè)按順序設(shè)有渦輪增壓器10的渦輪10b、壓力波增壓器20的排氣側(cè)端部20b、排氣凈化用的催化劑14。而且，在排氣通路4中設(shè)有用于繞過壓力波增壓器20將排氣導(dǎo)向催化劑14的旁通通路15、和能夠開閉旁通通路15的旁通閥16。對渦輪增壓器10以及壓力波增壓器20進(jìn)行說明。渦輪增壓器10是利用排氣使設(shè)于排氣通路4的渦輪IOb旋轉(zhuǎn)從而驅(qū)動壓縮機(jī)IOa旋轉(zhuǎn)，由此進(jìn)行增壓的公知設(shè)備。壓力波增壓器20是利用從排氣側(cè)端部20b導(dǎo)入到內(nèi)部的排氣的壓力波使從進(jìn)氣側(cè)端部20a進(jìn)入到內(nèi)部的進(jìn)氣的壓力增高，由此來進(jìn)行增壓的增壓器。如圖2放大表示那樣，壓力波增壓器20具備進(jìn)氣側(cè)端部20a與進(jìn)氣通路3連接并且排氣側(cè)端部20b與排氣通路4連接的圓筒狀殼體21。在殼體21內(nèi)設(shè)置有轉(zhuǎn)子22，該轉(zhuǎn)子22被殼體21支承為繞軸線Ax旋轉(zhuǎn)自如。其中，為了方便起見，在圖2中將殼體21與轉(zhuǎn)子22之間的縫隙放大表示。實(shí)際上該縫隙幾乎不存在。轉(zhuǎn)子22上設(shè)置有從其一端到另一端沿著軸線Ax方向延伸的多個隔壁22a。殼體21內(nèi)被這些隔壁22a劃分成沿軸線Ax方向貫通的多個隔室23。圖3是從圖2的箭頭III方向觀察殼體21的進(jìn)氣側(cè)端部21a的圖。如該圖所示，在進(jìn)氣側(cè)端部21a上設(shè)有2個進(jìn)氣導(dǎo)入口 24以及2個進(jìn)氣排出口 25。如該圖所示，進(jìn)氣導(dǎo)入口 24與進(jìn)氣排出口 25被設(shè)成在殼體21的一個端面沿著周向交替排列。而且，2個進(jìn)氣導(dǎo)入口 24隔著軸線Ax對稱設(shè)置。同樣，2個進(jìn)氣排出口 25也隔著軸線Ax對稱設(shè)置。各進(jìn)氣導(dǎo)入口 24分別與第I分支通路6中的比壓力波增壓器20靠近進(jìn)氣流動方向上游側(cè)的部分(以下有時稱為“上游側(cè)區(qū)間”)6a相連接。另一方面，各進(jìn)氣排出口 25分別與第I分支通路6中的比壓力波增壓器20靠近進(jìn)氣流動方向下游側(cè)的部分(以下有時稱為“下游側(cè)區(qū)間”)6b相連接。
圖4是從圖2的箭頭IV方向觀察殼體21的排氣側(cè)端部21b的圖。如該圖所示，在排氣側(cè)端部21b上設(shè)有作為排氣導(dǎo)入部的2個排氣導(dǎo)入口 26以及作為排氣排出部的2個排氣排出口 27。如該圖所示，排氣導(dǎo)入口 26與排氣排出口 27被設(shè)成沿周向交替排列。而且，如該圖所示，2個排氣導(dǎo)入口 26隔著軸線Ax對稱設(shè)置。同樣，2個排氣排出口 27也隔著軸線Ax對稱設(shè)置。而且，排氣導(dǎo)入口 26被配置在能夠經(jīng)由隔室23與進(jìn)氣排出口 25連接的位置，排氣排出口 27被配置在能夠經(jīng)由隔室23與進(jìn)氣導(dǎo)入口 24連接的位置。各排氣導(dǎo)入口 26分別與排氣通路4中的比壓力波增壓器20靠近排氣流動方向上游側(cè)的區(qū)間4a連接。另一方面，各排氣排出口 27分別與排氣通路4中的比壓力波增壓器20靠近排氣流動方向下游側(cè)的區(qū)間4b連接。如圖2所示，在殼體21內(nèi)設(shè)置有閥板28。如該圖所示，閥板28被設(shè)成夾在殼體21的進(jìn)氣側(cè)端部21a與轉(zhuǎn)子22之間。其中，為了 方便起見，在圖2中將閥板28與殼體21以及轉(zhuǎn)子22之間的縫隙放大表示。實(shí)際上這些縫隙幾乎不存在。閥板28被殼體21支承為圍繞軸線Ax旋轉(zhuǎn)自如。圖5是從圖2的箭頭V方向觀察閥板28的圖。如該圖所示，在閥板28上與殼體21的進(jìn)氣側(cè)端部21a同樣地設(shè)有2個進(jìn)氣導(dǎo)入口 28a以及2個進(jìn)氣排出口 28b。這些進(jìn)氣導(dǎo)入口 28a以及進(jìn)氣排出口 28b被設(shè)成沿周向交替排列。而且，2個進(jìn)氣導(dǎo)入口 28a以及2個進(jìn)氣排出口 28b分別隔著軸線Ax對稱設(shè)置。閥板28按照進(jìn)氣導(dǎo)入口28a與殼體21的進(jìn)氣導(dǎo)入口 24重合而進(jìn)氣排出口 28b與殼體21的進(jìn)氣排出口 25重合的方式被設(shè)在殼體21內(nèi)。閥板28的進(jìn)氣導(dǎo)入口 28a與殼體21的進(jìn)氣導(dǎo)入口 24相比，周向的長度短。同樣，閥板28的進(jìn)氣排出口 28b與殼體21的進(jìn)氣排出口 25相比，周向的長度也短。因此，即使閥板28旋轉(zhuǎn)，如果在規(guī)定角度以內(nèi)，則進(jìn)氣導(dǎo)入口 24、28a彼此、以及進(jìn)氣排出口 25、28b彼此也被維持相互重合的狀態(tài)。在該壓力波增壓器20中，氣體經(jīng)由殼體21的進(jìn)氣導(dǎo)入口 24以及閥板28的進(jìn)氣導(dǎo)入口 28a這雙方被導(dǎo)入到隔室23內(nèi)。因此，該雙方與本發(fā)明的進(jìn)氣導(dǎo)入部對應(yīng)。另外，隔室23內(nèi)的氣體經(jīng)由殼體21的進(jìn)氣排出口 25以及閥板28的進(jìn)氣排出口 28b這雙方被排出。因此，該雙方與本發(fā)明的進(jìn)氣排出部對應(yīng)。如圖2所示，壓力波增壓器20具備作為驅(qū)動轉(zhuǎn)子22旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速變更單元的第I馬達(dá)29、和用于調(diào)整閥板28相對于殼體21的進(jìn)氣側(cè)端部21a的位置的第2馬達(dá)30。第I馬達(dá)29是公知的電動機(jī)。該第I馬達(dá)29驅(qū)動轉(zhuǎn)子22向規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)，以使各隔室23按照順序與進(jìn)氣導(dǎo)入口 28a、排氣導(dǎo)入口 26、進(jìn)氣排出口 28b、排氣排出口 27進(jìn)行連接。第2馬達(dá)30驅(qū)動閥板28旋轉(zhuǎn)以使其分別右旋以及左旋，由此變更進(jìn)氣排出口 28b相對于排氣導(dǎo)入口 26的位置。作為第2馬達(dá)30，例如可使用公知的步進(jìn)電機(jī)。通過這樣變更進(jìn)氣排出口 28b相對于排氣導(dǎo)入口 26的位置，閥板28以及第2馬達(dá)30對應(yīng)于本發(fā)明的相位變更機(jī)構(gòu)。圖6是壓力波增壓器20的控制系統(tǒng)的功能框圖。如該圖所示，第I馬達(dá)29以及第2馬達(dá)30各自的動作，由對發(fā)動機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行控制的構(gòu)成為計算機(jī)的控制單元、即發(fā)動機(jī)控制單元(ECU) 40控制。雖然省略了圖示，但ECU40具備微處理器以及其動作所需的RAM、ROM等外圍設(shè)備。如該圖所示，E⑶40經(jīng)由第I驅(qū)動器31控制第I馬達(dá)29，經(jīng)由第2驅(qū)動器32控制第2馬達(dá)30。E⑶40與曲柄角傳感器51、加速開度傳感器52等連接，該曲柄角傳感器51輸出與發(fā)動機(jī)I的內(nèi)燃機(jī)旋轉(zhuǎn)速度(轉(zhuǎn)速)對應(yīng)的信號，該加速開度傳感器52輸出與加速踏板的開度對應(yīng)的信號。此外，雖然ECU40還與各種傳感器連接，但這些傳感器的圖示都被省略。E⑶40對第I馬達(dá)29以及第2馬達(dá)30的各動作進(jìn)行控制，以便根據(jù)發(fā)動機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)向進(jìn)氣通路3再循環(huán)適當(dāng)量 的排氣，并且使增壓壓力成為目標(biāo)增壓壓力。首先，參照圖7以及圖8對該控制方法進(jìn)行說明。圖7是沿著轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)方向?qū)毫Σㄔ鰤浩?0按照從隔室23向下游側(cè)區(qū)間6b僅排出空氣的方式運(yùn)轉(zhuǎn)時的壓力波增壓器20的內(nèi)部展開的圖。即，圖7表示了按照EGR氣體的量成為O的方式運(yùn)轉(zhuǎn)的壓力波增壓器20。以下，將該運(yùn)轉(zhuǎn)模式稱為“通常模式”。其中，各隔室23如箭頭F所示那樣，從該圖的上方向下方移動。在該圖中，表示在最上面的隔室23中被填充了空氣。在該狀態(tài)下，如果隔室23的排氣端與排氣導(dǎo)入口 26連接，則隔室23內(nèi)分別被導(dǎo)入排氣以及排氣的壓力波。然后，排氣以及壓力波分別在隔室23內(nèi)從排氣端向進(jìn)氣端移動。在該圖中，虛線PW表示壓力波的移動，虛線EG表示排氣與空氣的邊界的移動。如這些虛線所示，壓力波的移動速度比邊界的移動速度快。如該圖所示，在通常模式中，當(dāng)壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時，隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接。由于壓力波在向進(jìn)氣側(cè)行進(jìn)時將隔室23內(nèi)的空氣向進(jìn)氣側(cè)推壓，所以當(dāng)壓力波到達(dá)進(jìn)氣端時隔室23內(nèi)的空氣被最大程度地加壓。因此，通過此時將隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接，能夠向下游側(cè)區(qū)間6b送出被最大限度加壓后的空氣。然后，如該圖所示，當(dāng)在通常模式下邊界到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時，隔室23與進(jìn)氣排出口 28b的連接被切斷。因此，能夠阻止排氣向進(jìn)氣通路3的流入。此外，雖然省略了圖示，但隔室23隨后與排氣排出口 27連接。隔室23內(nèi)的排氣此時被向排氣通路4排出。然后，隔室23與進(jìn)氣導(dǎo)入口 28a連接。而且，由此向隔室23內(nèi)填充進(jìn)氣。隨后，通過重復(fù)進(jìn)行這些動作，來進(jìn)行發(fā)動機(jī)I的增壓。這樣，在通常模式中，按照當(dāng)壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時，該隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接，而當(dāng)排氣與進(jìn)氣的邊界到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時該隔室23與進(jìn)氣排出口 28b的連接被切斷的方式，來控制轉(zhuǎn)子22以及閥板28。其中，此時的第I馬達(dá)29的轉(zhuǎn)速只要與公知的壓力波增壓器同樣，根據(jù)發(fā)動機(jī)I的轉(zhuǎn)速來設(shè)定即可。如上所述，在通常模式中，壓力波增壓器20按照當(dāng)壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時，隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接的方式運(yùn)轉(zhuǎn)。若將壓力波的傳播速度設(shè)為U、將隔室23的長度設(shè)為L，則壓力波從排氣端移動到進(jìn)氣端所需要的時間為L/u。在壓力波移動的期間，隔室23也向圖的箭頭F方向移動。因此，如果將隔室23的移動速度、即轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)為W，則壓力波到達(dá)進(jìn)氣端的位置成為從隔室23與排氣導(dǎo)入口 26連接的位置(以下有時稱為基準(zhǔn)位置)X0向轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)方向前進(jìn)了 wX (L/u)的位置。因此，只要利用下式(I)來設(shè)定隔室23和進(jìn)氣排出口 28b連接的開位置Xl與基準(zhǔn)位置XO的距離Θ I即可。Θ I = wX (L/u)…(I)另外，在通常模式中，當(dāng)排氣與空氣的邊界到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時，隔室23與進(jìn)氣排出口 28b的連接被切斷。若將排氣與空氣的邊界移動的速度設(shè)為V，則該邊界從排氣端移動到進(jìn)氣端所需要的時間為L/v。因此，只要利用下式(2)來設(shè)定隔室23和進(jìn)氣排出口28b的連接被切斷的閉位置X2與基準(zhǔn)位置XO的距離Θ 2即可。Θ 2 = wX (L/v)…(2)而且，為了如此使壓力波增壓器20運(yùn)轉(zhuǎn)而應(yīng)該設(shè)定的進(jìn)氣排出口 28b的周向的長度(Θ 2- Θ I)由下式(3)表不。
θ 2- θ I = wX (L/u-L/v)…(3)由該式(3)可知，進(jìn)氣排出口 28b的周向的長度取決于隔室23的移動速度W。即，進(jìn)氣排出口 28b的周向的長度被設(shè)定成在轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速為規(guī)定轉(zhuǎn)速的情況下,壓力波增壓器20以通常模式適當(dāng)?shù)剡\(yùn)轉(zhuǎn)。因此，如果轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速比該規(guī)定轉(zhuǎn)速低，則隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接的時間變長。因此，向進(jìn)氣排出口 28b排出隔室23內(nèi)的排氣。圖8是沿著轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)方向?qū)毫Σㄔ鰤浩?0按照從隔室23向下游側(cè)區(qū)間6b排出排氣及空氣這雙方的方式運(yùn)轉(zhuǎn)時的壓力波增壓器20的內(nèi)部展開的圖。即，該圖表示了進(jìn)行排氣的再循環(huán)時的壓力波增壓器20。以下，有時將該運(yùn)轉(zhuǎn)模式稱為“EGR模式”。其中，在該圖中對與圖7共通的部分賦予同一 附圖標(biāo)記而省略說明。在該圖中，如用虛線EG表示那樣，在EGR模式下減慢轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)速度，以便在隔室23的進(jìn)氣端與進(jìn)氣排出口 28b的連接被切斷之前，排氣與空氣的邊界到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端。而且，在EGR模式下，即使如此減慢轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)速度，也按照壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接的方式來調(diào)整閥板28的位置。圖9是沿著轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)方向?qū)耐ǔＤＪ介_始僅減慢了轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)速度后的狀態(tài)的壓力波增壓器20的內(nèi)部展開的圖。其中，在該圖中，對與圖7共通的部分賦予同一附圖標(biāo)記而省略說明。如該圖所示，即使僅減慢轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)速度，EGR氣體也向進(jìn)氣通路3再循環(huán)。但是，由于閥板28的位置未被變更，所以在隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接之前，壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端。因此，加壓不充分的氣體被向進(jìn)氣通路3排出。鑒于此，在EGR模式中調(diào)整閥板28的位置，以便當(dāng)壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時，隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接。具體而言，如圖8所示，按照排氣導(dǎo)入口 26與進(jìn)氣排出口 28b接近的方式，使閥板28如箭頭Fv所示那樣向與轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)方向相反方向旋轉(zhuǎn)修正角度Λ Θ。其中，若將通常模式下的轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)速度與EGR模式下的轉(zhuǎn)子22的旋轉(zhuǎn)速度之差設(shè)為Λ w，則該修正角度Λ Θ可通過以下的式(4)計算。Δ Θ = AwX (L/u)... (4)這樣，在EGR模式中，按照當(dāng)壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時隔室23與進(jìn)氣排出口28b連接，而在隔室23與進(jìn)氣排出口 28b的連接被切斷之前，排氣與空氣的邊界到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端的方式來控制轉(zhuǎn)子22以及閥板28。因此，一邊由壓力波增壓器20進(jìn)行增壓，一邊進(jìn)行排氣的再循環(huán)。返回到圖6，繼續(xù)對壓力波增壓器20的控制系統(tǒng)進(jìn)行說明。E⑶40根據(jù)發(fā)動機(jī)I的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來切換通常模式和EGR模式。而且，E⑶40對第I馬達(dá)29以及第2馬達(dá)30的各動作進(jìn)行控制，以使在EGR模式中應(yīng)該再循環(huán)的量的排氣(EGR氣體)從壓力波增壓器20導(dǎo)入到進(jìn)氣通路3。如該圖所示，ECU40具備EGR率計算部41、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計算部42、相位角度計算部43。EGR率計算部41基于發(fā)動機(jī)I的轉(zhuǎn)速以及加速開度來計算目標(biāo)EGR率EGRR。EGR率是將EGR氣體的量除以進(jìn)氣量而得到的值。因此，該EGR率計算部41對應(yīng)于本發(fā)明的目標(biāo)EGR量設(shè)定單元。其中，目標(biāo)EGR率EGRR只要通過根據(jù)發(fā)動機(jī)I的轉(zhuǎn)速以及負(fù)載而求出的公知方法來計算即可。計算出的目標(biāo)EGR率EGRR被輸入給轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計算部42。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計算部42中，基于目標(biāo)EGR率EGRR計算出轉(zhuǎn)子22的目標(biāo)轉(zhuǎn)速NR0T。如上所述，越使轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速降低，則EGR氣體的量越多。鑒于此，預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等求出圖10所示的目標(biāo)EGR率EGRR與目標(biāo)轉(zhuǎn)速NROT之間的關(guān)系，并作為映射存儲到ECU40的ROM中。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計算部42只要參照該映射計算出目標(biāo)轉(zhuǎn)速NROT即可。計算出的目標(biāo)轉(zhuǎn)速 NROT分別被輸出給第I驅(qū)動器31以及相位角度計算部43。第I驅(qū)動器31控制第I馬達(dá)29，以使第I馬達(dá)29以該目標(biāo)轉(zhuǎn)速NROT旋轉(zhuǎn)。相位角度計算部43基于目標(biāo)轉(zhuǎn)速NROT來計算基準(zhǔn)位置XO與開位置Xl之間的角度、即相位角度ANG (參照圖8)。該相位角度ANG是當(dāng)壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接的角度。由圖8以及式(4)可知，需要使轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速越低，則越減小相位角度ANG。相位角度ANG例如可以使用上述的式(4)來計算，也可以參照圖11所示的映射來計算。圖11表示了目標(biāo)轉(zhuǎn)速NROT與相位角度ANG之間的關(guān)系。該關(guān)系只要預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)等求出并存儲到ECU40的ROM中即可。計算出的相位角度ANG被向第2驅(qū)動器32輸出。第2驅(qū)動器32控制第2馬達(dá)30，以使基準(zhǔn)位置XO與開位置Xl之間的角度成為該相位角度ANG。如以上說明那樣，根據(jù)本發(fā)明的增壓系統(tǒng)，由于能夠變更轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速，所以能夠調(diào)整轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速以使發(fā)動機(jī)I的EGR率成為目標(biāo)EGR率。另外，在本發(fā)明的增壓系統(tǒng)中，能夠變更進(jìn)氣排出口 28b相對于排氣導(dǎo)入口 26的位置。因此，即使變更轉(zhuǎn)子22的轉(zhuǎn)速，也能夠按照壓力波到達(dá)隔室23的進(jìn)氣端時隔室23與進(jìn)氣排出口 28b連接的方式，來調(diào)整進(jìn)氣排出口 28b相對于排氣導(dǎo)入口 26的位置。因此，能夠不使增壓壓力降低地經(jīng)由壓力波增壓器20向進(jìn)氣通路3再循環(huán)目標(biāo)量的排氣。本發(fā)明不限定于上述的方式，能夠以各種方式實(shí)施。例如，應(yīng)用本發(fā)明的增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)不限于柴油發(fā)動機(jī)。也可以應(yīng)用于通過火花塞對導(dǎo)入到汽缸內(nèi)的燃料混合氣點(diǎn)火的火花點(diǎn)火式的內(nèi)燃機(jī)。另外，渦輪增壓器可以具備用于變更渦輪入口的流路面積的可變噴嘴，還可以具備用于使排氣向潤輪的流入減少的節(jié)氣閥(wastegate valve)。并且,也可以不具有渦輪增壓器。在上述的方式中，使進(jìn)氣排出口圍繞軸線旋轉(zhuǎn)來變更進(jìn)氣排出口相對于排氣導(dǎo)入口的位置，但也可以取代進(jìn)氣排出口而使排氣導(dǎo)入口圍繞軸線旋轉(zhuǎn)來變更它們的相對位置。該情況下，只要在殼體的排氣側(cè)端部與轉(zhuǎn)子之間設(shè)置閥板即可。另外，也可以使進(jìn)氣排出口以及排氣導(dǎo)入口這雙方的位置圍繞軸線旋轉(zhuǎn)來變更它們的相對位置。該情況下，只要在轉(zhuǎn)子的兩側(cè)設(shè)置閥板即可。在上述的方式中，利用電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，但也可以利用內(nèi)燃機(jī)的曲柄軸的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。該情況下，只要在從曲柄軸到轉(zhuǎn)子的動力傳遞路徑中設(shè)置無級變速機(jī)等變速機(jī)構(gòu)，由此變更轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速即可。該情況下，變速機(jī)構(gòu)相當(dāng)于本發(fā)明的轉(zhuǎn)速變更單
J Li ο
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其具備壓力波增壓器，該壓力波增壓器具有按照能夠繞軸線旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)在殼體內(nèi)的轉(zhuǎn)子；按照從上述殼體的上述軸線方向的一個端部貫通到另一端部的方式設(shè)在上述殼體內(nèi)，與上述轉(zhuǎn)子一體地旋轉(zhuǎn)的多個隔室；設(shè)在上述殼體的上述一個端部，與內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣通路連接的進(jìn)氣排出部；設(shè)在上述殼體的上述一個端部的進(jìn)氣導(dǎo)入部；設(shè)在上述殼體的上述另一端部，與上述內(nèi)燃機(jī)的排氣通路連接的排氣導(dǎo)入部；和設(shè)在上述殼體的上述另一端部的排氣排出部；并且該壓力波增壓器利用從上述排氣導(dǎo)入部導(dǎo)入到隔室內(nèi)的排氣的壓力波來增高所述隔室內(nèi)的氣體的壓力，從上述進(jìn)氣排出部向上述進(jìn)氣通路排出該壓力增高后的氣體來進(jìn)行上述內(nèi)燃機(jī)的增壓，其中，該內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)具備 轉(zhuǎn)速變更單元，其能夠變更上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；相位變更機(jī)構(gòu)，其能夠使上述排氣導(dǎo)入部以及上述進(jìn)氣排出部中的至少任意一方圍繞上述軸線旋轉(zhuǎn)，來變更上述進(jìn)氣排出部相對于上述排氣導(dǎo)入部的位置；目標(biāo)EGR量設(shè)定單元，其基于上述內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，來設(shè)定應(yīng)該從上述排氣通路向上述進(jìn)氣通路再循環(huán)的排氣的流量、即目標(biāo)EGR量；和控制單元，其對上述轉(zhuǎn)速變更單元以及上述相位變更機(jī)構(gòu)的動作分別進(jìn)行控制，以使基于上述目標(biāo)EGR量來分別變更上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速以及上述進(jìn)氣排出部相對于上述排氣導(dǎo)入部的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制單元分別控制上述轉(zhuǎn)速變更單元以及上述相位變更機(jī)構(gòu)的動作，以使上述目標(biāo)EGR量越多上述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低并且上述排氣導(dǎo)入部與上述進(jìn)氣排出部越靠近。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于， 上述控制單元分別控制上述轉(zhuǎn)速變更單元以及上述相位變更機(jī)構(gòu)的動作，以使從上述排氣導(dǎo)入部導(dǎo)入到隔室內(nèi)的排氣的壓力波在上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)從而所述隔室與上述進(jìn)氣排出部連接時到達(dá)所述隔室的靠上述進(jìn)氣排出部側(cè)的端部。
4.根據(jù)權(quán)利要求I 3中任意一項所述的內(nèi)燃機(jī)的增壓系統(tǒng)，其特征在于， 作為上述轉(zhuǎn)速變更單元，設(shè)置有驅(qū)動上述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及的增壓系統(tǒng)具備壓力波增壓器(20)，該壓力波增壓器利用從排氣導(dǎo)入口(26)導(dǎo)入到隔室(23)內(nèi)的排氣的壓力波來增高該隔室(23)內(nèi)的氣體的壓力，并從進(jìn)氣排出口(28b、25)向進(jìn)氣通路(3)排出該壓力增高后的氣體來進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)(1)的增壓，增壓系統(tǒng)具備驅(qū)動壓力波增壓器(20)的轉(zhuǎn)子(22)旋轉(zhuǎn)的第1馬達(dá)(29)、和能夠變更進(jìn)氣排出口(28b)相對于排氣導(dǎo)入口(26)的位置的閥板(28)以及第2馬達(dá)(30)。控制第1馬達(dá)(29)以及第2馬達(dá)(30)各自的動作，使得基于應(yīng)該從排氣通路(4)向進(jìn)氣通路(3)再循環(huán)的排氣的流量來分別變更轉(zhuǎn)子(22)的轉(zhuǎn)速以及進(jìn)氣排出部(28b)相對于排氣導(dǎo)入口(26)的位置。
文檔編號F02B33/42GK102713194SQ200980162038
公開日2012年10月3日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)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