(57)【要約】【課題】触媒暖機をより効率的に行う。【解決手段】空気供給システム１は、エンジン２の出力軸２ａに対して第１クラッチ１１を介して接続され、モータ９の出力軸９ａに対して第２クラッチ１２を介して接続されるスーパチャージャ８と、スーパチャージャ８に接続され、エンジン２の排気通路５のうち、排気ガスを浄化する触媒７よりも上流に連通する第１通路１５と、スーパチャージャ８に接続され、エンジン２の吸気通路４に連通する第２通路１６と、スーパチャージャ８で圧縮された空気の吐出先を、第１通路１５と第２通路１６とで切り換える切換機構（バルブ１４）と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力軸に対して第１クラッチを介して接続され、モータの出力軸に対して第２クラッチを介して接続されるスーパチャージャと、
前記スーパチャージャに接続され、前記エンジンの排気通路のうち、排気ガスを浄化する触媒よりも上流に連通する第１通路と、
前記スーパチャージャに接続され、前記エンジンの吸気通路に連通する第２通路と、
前記スーパチャージャで圧縮された空気の吐出先を、前記第１通路と前記第２通路とで切り換える切換機構と、
を備える空気供給システム。
【請求項２】
前記モータに電力を供給するバッテリの残容量または前記エンジンの熱効率の少なくともいずれかに基づいて前記第１クラッチおよび前記第２クラッチを制御するクラッチ制御部と、
前記触媒の温度に基づいて前記切換機構を制御する切換制御部と、
を備える請求項１に記載の空気供給システム。
【請求項３】
前記クラッチ制御部は、前記バッテリの残容量が所定の閾値以下である場合、前記第１クラッチを接続して前記第２クラッチを切断し、前記バッテリの残容量が前記所定の閾値よりも大きい場合、前記エンジンの熱効率に基づいて前記第１クラッチおよび前記第２クラッチを接続または切断させる請求項２に記載の空気供給システム。
【請求項４】
前記切換制御部は、前記触媒の温度が第１温度以上の場合、前記吐出先を前記第２通路とするように前記切換機構を制御する請求項２または３に記載の空気供給システム。
【請求項５】
前記切換制御部は、前記触媒の温度が前記第１温度よりも低い第２温度未満の場合、前記吐出先を前記第１通路とするように前記切換機構を制御する請求項４に記載の空気供給システム。
【請求項６】
前記クラッチ制御部は、前記触媒の温度が前記第１温度未満で前記第２温度以上の場合、前記第１クラッチおよび前記第２クラッチを切断する請求項５に記載の空気供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載のように、エンジンの排気通路のうち、触媒の上流に圧縮空気を供給し、排気ガス中の未燃の燃料の燃焼によって触媒を暖機する処理が行われている。特許文献１では、圧縮空気を供給するのにモータアシスト付きのターボチェージャーを使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０１６３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気通路に空気を供給するためにターボチャージャなどを用いる場合、排気ガスのエネルギを消費するため、触媒暖機の効率が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑み、触媒暖機をより効率的に行うことが可能な空気供給システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の空気供給システムは、エンジンの出力軸に対して第１クラッチを介して接続され、モータの出力軸に対して第２クラッチを介して接続されるスーパチャージャと、スーパチャージャに接続され、エンジンの排気通路のうち、排気ガスを浄化する触媒よりも上流に連通する第１通路と、スーパチャージャに接続され、エンジンの吸気通路に連通する第２通路と、スーパチャージャで圧縮された空気の吐出先を、第１通路と第２通路とで切り換える切換機構と、を備える。
【０００７】
モータに電力を供給するバッテリの残容量またはエンジンの熱効率の少なくともいずれかに基づいて第１クラッチおよび第２クラッチを制御するクラッチ制御部と、触媒の温度に基づいて切換機構を制御する切換制御部と、を備えてもよい。
【０００８】
クラッチ制御部は、バッテリの残容量が所定の閾値以下である場合、第１クラッチを接続して第２クラッチを切断し、バッテリの残容量が所定の閾値よりも大きい場合、エンジンの熱効率に基づいて第１クラッチおよび第２クラッチを接続または切断させてもよい。
【０００９】
切換制御部は、触媒の温度が第１温度以上の場合、吐出先を第２通路とするように切換機構を制御してもよい。
【００１０】
切換制御部は、触媒の温度が第１温度よりも低い第２温度未満の場合、吐出先を第１通路とするように切換機構を制御してもよい。
【００１１】
クラッチ制御部は、触媒の温度が第１温度未満で第２温度以上の場合、第１クラッチおよび第２クラッチを切断してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、触媒暖機をより効率的に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】空気供給システムの概略的な構成を説明するための図である。
【図２】空気供給システムの制御系を説明するための図である。
【図３】通常モードを説明するための図である。
【図４】モード０を説明するための図である。
【図５】モード１を説明するための図である。
【図６】モード２を説明するための図である。
【図７】空気供給処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
図１は、空気供給システム１の概略的な構成を説明するための図である。空気供給システム１は、例えば、車両に搭載される。図１に示すように、空気供給システム１は、エンジン２を有する。エンジン２には、インマニ３（インテークマニホールド）を含む吸気通路４が接続されている。エンジン２には、吸気通路４を介して吸気が流入する。
【００１６】
また、エンジン２には、エキゾーストマニホールドを含む排気通路５が接続されている。エンジン２から排出された排気は、排気通路５に排出される。排気通路５には、ＥＧＲ通路６の一端が接続される。ＥＧＲ通路６の他端は、インマニ３に接続される。排気通路５に排出された排気の一部は、ＥＧＲ通路６を通ってインマニ３に還流する。
【００１７】
排気通路５のうち、ＥＧＲ通路６との接続部よりも下流には、触媒７が設けられる。触媒７は、例えば、三元触媒などで構成され、活性温度まで暖機されると排気を浄化する。
【００１８】
また、空気供給システム１には、スーパチャージャ８、モータ９、バッテリ１０が設けられる。スーパチャージャ８のシャフト８ａは、エンジン２の出力軸２ａと、第１クラッチ１１を介して接続される。スーパチャージャ８のシャフト８ｂは、モータ９の出力軸９ａと、第２クラッチ１２を介して接続される。
【００１９】
第１クラッチ１１は、スーパチャージャ８のシャフト８ａと、エンジン２の出力軸２ａとを接続、または、切断させる。第２クラッチ１２は、スーパチャージャ８のシャフト８ｂと、モータ９の出力軸９ａとを、接続、または、切断させる。
【００２０】
第１クラッチ１１がスーパチャージャ８のシャフト８ａと、エンジン２の出力軸２ａとを接続させ、第２クラッチ１２がスーパチャージャ８のシャフト８ｂと、モータ９の出力軸９ａとを切断させた状態では、スーパチャージャ８は、エンジン２の動力を受けて駆動する（以下、エンジン駆動状態という）。
【００２１】
第２クラッチ１２がスーパチャージャ８のシャフト８ｂと、モータ９の出力軸９ａとを接続させ、第１クラッチ１１がスーパチャージャ８のシャフト８ａと、エンジン２の出力軸２ａとを切断させた状態では、スーパチャージャ８は、バッテリ１０からの電力によって駆動したモータ９の動力を受けて駆動する（以下、モータ駆動状態という）。
【００２２】
副吸気通路１３は、スーパチャージャ８の吸気口に接続される。副吸気通路１３は、上流で吸気通路４に連通してもよいし、吸気通路４とは独立して設けられてもよい。スーパチャージャ８が駆動すると、副吸気通路１３からスーパチャージャ８に吸気が取り込まれる。
【００２３】
スーパチャージャ８の吐出口には、バルブ１４（切換機構）が設けられる。バルブ１４には、第１通路１５の一端、および、第２通路１６の一端が接続される。すなわち、第１通路１５、第２通路１６は、バルブ１４を介してスーパチャージャ８に接続される。第１通路１５の他端は、排気通路５のうち、触媒７よりも上流であって、ＥＧＲ通路６の一端よりも下流に接続される。第２通路１６の他端は、インマニ３に接続される。
【００２４】
バルブ１４は、例えば、電磁制御により開閉する三方弁である。バルブ１４は、第１連通状態、第２連通状態、切断状態に切換可能である。第１連通状態は、スーパチャージャ８の吐出口と第１通路１５を連通させ、スーパチャージャ８の吐出口と第２通路１６を切断させた状態である。第２連通状態は、スーパチャージャ８の吐出口と第１通路１５を切断させ、スーパチャージャ８の吐出口と第２通路１６を連通させた状態である。すなわち、バルブ１４は、スーパチャージャ８で圧縮された空気の吐出先を、第１通路１５と第２通路１６とで切り換える。また、切断状態は、スーパチャージャ８の吐出口と第１通路１５を切断させ、スーパチャージャ８の吐出口と第２通路１６を切断させた状態である。
【００２５】
図２は、空気供給システム１の制御系を説明するための図である。図２に示すように、空気供給システム１は、温度センサＳａ、バッテリセンサＳｂ、回転数センサＳｃ、トルクセンサＳｄ、ＥＣＵ２０、インジェクタ１７、点火プラグ１８、バルブ１４、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２、モータ９を有する。
【００２６】
温度センサＳａは、例えば、触媒７または触媒７近傍の温度を検出して、検出した温度を示す信号をＥＣＵ２０に出力する。バッテリセンサＳｂは、バッテリ１０の残容量（ＳＯＣ：State Of Charge）を検出し、検出した残容量を示す信号をＥＣＵ２０に出力する。回転数センサＳｃは、エンジン回転数として、例えば、出力軸２ａの回転数を検出して、回転数を示す信号をＥＣＵ２０に出力する。トルクセンサＳｄは、例えば、出力軸２ａに作用する軸トルクを検出し、検出した軸トルクを示す信号をＥＣＵ２０に出力する。
【００２７】
ＥＣＵ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成され、エンジン２を統括制御する。また、ＥＣＵ２０は、プログラムを実行することで、燃料制御部２１、点火制御部２２、切換制御部２３、クラッチ制御部２４、モータ制御部２５として機能する。
【００２８】
燃料制御部２１は、エンジン２のインジェクタ１７を制御し、エンジン２の燃焼室に燃料を噴射させる。燃料制御部２１は、インジェクタ１７の燃料噴射タイミングおよび噴射量を制御する。点火制御部２２は、エンジン２の点火プラグ１８を制御し、点火プラグ１８に燃焼室内で火花を生成させる。点火制御部２２は、点火プラグ１８の点火タイミングを制御する。
【００２９】
切換制御部２３は、触媒７の温度に基づいてバルブ１４を制御し、バルブ１４を第１連通状態または第２連通状態とする。クラッチ制御部２４は、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２を制御し、スーパチャージャ８を、エンジン駆動状態、モータ駆動状態、および、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２の双方が切断された状態とする。モータ制御部２５は、モータ駆動状態のとき、バッテリ１０からモータ９に電力を供給してモータ９を駆動させる。
【００３０】
空気供給システム１では、切換制御部２３、クラッチ制御部２４の制御により、通常モード、モード０、モード１、モード２の４つのモードに遷移可能である。以下、各モードについて説明する。
【００３１】
図３は、通常モードを説明するための図である。図３に示すように、通常モードでは、副吸気通路１３からスーパチャージャ８に取り込まれた吸気は、圧縮されて第２通路１６に吐出されてインマニ３に流入する。
【００３２】
切換制御部２３は、触媒７の温度が第１温度以上となっていると、触媒７の暖機が不要であると判断し、通常モードを選択する。切換制御部２３は、バルブ１４を制御し、第２連通状態とする。これにより、エンジン２の気筒に吸気が過給され、出力増加やリーン燃焼が行われる。切換制御部２３は、温度センサＳａからの信号により、触媒７の温度が第１温度以上であるか否かを判断する。第１温度は、例えば、触媒７の暖機の要否を判断する基準となる温度である。
【００３３】
また、クラッチ制御部２４は、バッテリセンサＳｂからの信号に基づいて、バッテリ１０の残容量がバッテリ閾値（所定の閾値）以下であるか否かを判断する。バッテリ閾値は、バッテリ１０の使用可否を判断する基準となる閾値である。バッテリ１０の残容量がバッテリ閾値以下であれば、クラッチ制御部２４は、エンジン駆動状態を選択し、第１クラッチ１１を接続し第２クラッチ１２を切断する。これにより、バッテリ１０の残容量が少ない場合に、バッテリ１０を消耗してしまう事態が回避される。
【００３４】
バッテリ１０の残容量がバッテリ閾値より大きい場合、クラッチ制御部２４は、エンジン２の熱効率に基づいて、エンジン駆動状態およびモータ駆動状態の一方を選択する。エンジン２の熱効率は、エンジン回転数および軸トルクの効率マップとして予め設定されている。クラッチ制御部２４は、回転数センサＳｃからの信号、および、トルクセンサＳｄからの信号に基づいて、効率マップを参照して、エンジン２の熱効率を導出する。そして、クラッチ制御部２４は、導出した熱効率が効率閾値以下であるか否かを判断する。
【００３５】
エンジン２の熱効率が効率閾値以下であれば、クラッチ制御部２４は、モータ駆動状態を選択し、第１クラッチ１１を切断し第２クラッチ１２を接続する。エンジン２の熱効率が効率閾値より大きければ、クラッチ制御部２４は、エンジン駆動状態を選択し、第１クラッチ１１を接続し第２クラッチ１２を切断する。これにより、エンジン２の熱効率が低い運転条件では、モータ９が用い、エンジン２の熱効率が高い場合には、エンジン２を用いることが可能となる。
【００３６】
図４は、モード０を説明するための図である。図４に示すように、モード０では、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２の双方が切断される。したがって、スーパチャージャ８は駆動しない。また、切換制御部２３は、バルブ１４を切断状態とする。例えば、燃料制御部２１は、インジェクタ１７の燃料の噴射量を、触媒７の暖機を行っていないときよりも増量させる。点火制御部２２は、点火プラグ１８の点火タイミングを、触媒７の暖機を行っていないときよりも遅角させる（リタード制御）。リタード制御では、例えば、アイドル中に最大遅角となり、エンジン２の要求トルクに応じて遅角量が小さくなる。
【００３７】
モード０では、触媒７の暖機に必要なエネルギに対しスーパチャージャ８の駆動に必要なエネルギが大きくなる場合、スーパチャージャ８の駆動を停止させることで触媒７の暖機を効率よく行うことができる。
【００３８】
クラッチ制御部２４は、触媒７の温度が第１温度未満で第２温度以上である場合、第１クラッチ１１および第２クラッチ１２を切断してモード０とする。第２温度は、第１温度よりも低い値である。
【００３９】
また、触媒７の温度が第２温度未満であっても、スーパチャージャ８が作動できない場合、モード０が選択される。スーパチャージャ８が作動できない場合とは、例えば、スーパチャージャ８の故障、外気温が低すぎる場合（潤滑油の固着）などである。
【００４０】
図５は、モード１を説明するための図である。図５に示すように、モード１では、副吸気通路１３からスーパチャージャ８に取り込まれた吸気は、圧縮されて第１通路１５に吐出されて排気通路５に流入する。燃料制御部２１は、インジェクタ１７の燃料の噴射量を、触媒７の暖機を行っていないときよりも増量させる。点火制御部２２は、点火プラグ１８の点火タイミングを、触媒７の暖機を行っていないときよりも遅角させる。
【００４１】
切換制御部２３は、触媒７の温度が第２温度未満であり、スーパチャージャ８が作動できる場合、バルブ１４を制御し、第１連通状態とする。クラッチ制御部２４は、触媒７の温度が第２温度未満であり、スーパチャージャ８が作動できる場合、バッテリセンサＳｂからの信号に基づいて、バッテリ１０の残容量が十分であるか否かを判断する。バッテリ１０の残容量が十分であるとは、バッテリ１０の残容量がバッテリ閾値（閾値）より大きいことである。
【００４２】
クラッチ制御部２４は、バッテリ１０の残容量が十分でなければ、第１クラッチ１１を接続し、第２クラッチ１２を切断してエンジン駆動状態とする。こうして、空気供給システム１がモード１となる。
【００４３】
図６は、モード２を説明するための図である。モード１ではエンジン駆動状態であるのに対し、図６に示すように、モード２では、モータ駆動状態である点のみが異なる。クラッチ制御部２４は、触媒７の温度が第２温度未満であり、スーパチャージャ８が作動できる場合、バッテリセンサＳｂからの信号に基づいて、バッテリ１０の残容量が十分であるか否かを判断する。クラッチ制御部２４は、バッテリ１０の残容量が十分であれば、第１クラッチ１１を切断し、第２クラッチ１２を接続してモータ駆動状態とする。こうして、空気供給システム１がモード２となる。
【００４４】
モード１、２では、圧縮空気が触媒７に供給されることから、より多くの燃料を触媒７近傍で燃焼させることが可能となる。そのため、触媒７の暖機を迅速に完了し、リタード制御の長期化を抑制することで燃費悪化を抑制することができる。さらにモード２では、第１クラッチ１１を切断することでエンジン２の駆動負荷が低減されるため、エンジン２の燃焼エネルギを効率的に触媒７の暖機に用いることができる。
【００４５】
図７は、空気供給処理の流れを示すフローチャートである。図７に示す処理は、所定周期で繰り返し実行される。図７に示すように、クラッチ制御部２４は、触媒７の温度が第１温度以上であるかを判断する（Ｓ１００）。触媒７の温度が第１温度以上である場合（Ｓ１００におけるＹＥＳ）、クラッチ制御部２４は、バルブ１４を第２連通状態とする。スーパチャージャ８の吐出先が第２通路１６となる通常モードとなり（Ｓ１０２）、当該空気供給処理が終了する。なお、クラッチ制御部２４は、バッテリ１０の残容量やエンジン２の熱効率に基づいて、エンジン駆動状態またはモータ駆動状態を選択する。
【００４６】
触媒７の温度が第１温度未満である場合（Ｓ１００におけるＮＯ）、クラッチ制御部２４は、触媒７の温度が第２温度以上であるか否かを判断する（Ｓ１０４）。触媒７の温度が第２温度以上である場合（Ｓ１０４におけるＹＥＳ）、クラッチ制御部２４は、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２の双方が切断されるモード０とし（Ｓ１０８）、当該空気供給処理が終了する。また、切換制御部２３は、バルブ１４を切断状態とする。
【００４７】
なお、第２クラッチ１２を切断する代わりに、モータ制御部２５によってバッテリ１０からモータ９への電力の供給を断ち、モータ９の駆動を停止させることによりスーパチャージャ８の作動を停止させてもよい。
【００４８】
触媒７の温度が第２温度未満である場合（Ｓ１０４におけるＮＯ）、クラッチ制御部２４は、スーパチャージャ８が作動可能であるか否かを判断する（Ｓ１０６）。スーパチャージャ８が作動可能でない場合（Ｓ１０６におけるＮＯ）、上記のＳ１０８に処理を移してモード０が選択され、当該空気供給処理が終了する。
【００４９】
スーパチャージャ８が作動可能である場合（Ｓ１０６におけるＹＥＳ）、クラッチ制御部２４は、バッテリ１０の残容量が十分であるか否かを判断する（Ｓ１１０）。バッテリ１０の残容量が十分でない場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、クラッチ制御部２４は、第１クラッチ１１を接続し、第２クラッチ１２を切断してエンジン駆動状態とする（Ｓ１１２）。その後、Ｓ１１６に処理を移し、モード１となる。
【００５０】
バッテリ１０の残容量が十分である場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、クラッチ制御部２４は、第１クラッチ１１を切断し、第２クラッチ１２を接続してバッテリ駆動状態とする（Ｓ１１４）。その後、Ｓ１１６に処理を移し、モード２となる。
【００５１】
切換制御部２３は、バルブ１４を第１連通状態とする（Ｓ１１６）。副吸気通路１３からスーパチャージャ８に取り込まれた吸気は圧縮される。圧縮された空気は、第１通路１５に吐出されて排気通路５に流入する。以上により、当該空気供給処理が終了する。
【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５３】
例えば、上述した実施形態では、温度センサＳａが設けられる場合について説明した。しかし、温度センサＳａは必須の構成ではない。温度センサＳａを設けず、外気温やエンジン２の運転条件から、触媒７の温度を推定してもよい。また、排気通路５のうち、触媒７の上流および下流に設けられた空燃比（Ａ／Ｆ：Air-Fuel Ratio）センサによって、触媒７による浄化作用から逆算して、触媒７が暖機されているかを判断してもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態では、バルブ１４は、第１連通状態または第２連通状態に切換可能である場合について説明した。しかし、バルブ１４は、例えば、スーパチャージャ８から吐出された圧縮空気を、第１通路１５と第２通路１６の双方に分配してもよい。バルブ１４は、その分配比率を調整可能であってもよい。
【００５５】
また、上述した実施形態では、バッテリ１０の残容量、および、エンジン２の熱効率の双方に基づいて、第１クラッチ１１および第２クラッチ１２を制御する場合について説明した。しかし、バッテリ１０の残容量またはエンジン２の熱効率の少なくともいずれかに基づいて、第１クラッチ１１および第２クラッチ１２を制御すればよい。
【００５６】
また、上述した実施形態では、モード０が設けられる場合について説明した。ただし、モード０は必須の制御ではない。ただし、モード０が設けられる場合、暖機にそれほど大きな熱量が不要であるにもかかわらず、触媒７に圧縮空気を供給し、多量の燃料増量が行われて燃料を浪費してしまう事態を回避することが可能となる。
【００５７】
また、スーパチャージャ８による圧縮空気の吐出量は、可変制御されてもよい。例えば、スーパチャージャ８は、第１クラッチ１１、第２クラッチ１２、モータ９などにより、回転数が制御されてもよいし、スーパチャージャ８自体に、吐出量を可変させる機構が設けられてもよい。これにより、触媒７への圧縮空気の供給量の最適化が図られ、触媒７の暖機が迅速化する。具体的には、外気温に対して空気量が設定された暖機マップが設けられる。外気温および暖機マップから、供給する空気量が特定され、空気量に対応して燃料の噴射量が増加される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、空気供給システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  空気供給システム
２  エンジン
２ａ  出力軸
４  吸気通路
５  排気通路
７  触媒
８  スーパチャージャ
９  モータ
９ａ  出力軸
１０  バッテリ
１１  第１クラッチ
１２  第２クラッチ
１４  バルブ（切換機構）
１５  第１通路
１６  第２通路
２３  切換制御部
２４  クラッチ制御部
【図１】
2020020312.tif 000003
【図２】
2020020312.tif 000004
【図３】
2020020312.tif 000005
【図４】
2020020312.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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