(57)【要約】【課題】内燃機関の空燃比制御を適切に行い、内燃機関におけるエミッションの悪化を防止する過給システムを得る。【解決手段】ステップＳ２０６において、電動アシストモータによりコンプレッサが回転させられているときに用いられるアシスト充填効率マップに切り替えられる。ステップＳ２０７において、目標コンプレッサ回転数に応じた電動アシストモータの出力が算出される。ステップＳ２０８では、アシスト充填効率マップを用いて電動アシストモータの出力に応じた充填効率を推定する。ＥＣＵは、推定された充填効率に従ってエンジンにおける燃料の噴射量等の制御を行う。ステップＳ２０９では、電動アシストが停止する条件に合致しているか判断される。条件に合致するときステップＳ２１０において、アシスト充填効率マップは元の充填効率マップ、又は現在の運転状況に適した充填効率マップに切り替えられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室から排出される排気エネルギーを用いて前記燃焼室に吸入気体を過給する過給機と、
前記過給機による前記吸入気体の過給量を増加させる過給アシスト機構と、
前記過給アシスト機構が動作しているときの前記燃焼室に流入する吸入気体量を推定する吸気量推定手段とを備える過給システム。
【請求項２】
前記吸気量推定手段は、前記内燃機関が同一の回転数又は吸気圧であるときにおいて、前記過給アシスト機構が作動しているときには前記過給アシスト機構が作動していないときよりも前記吸入気体量が多いと推定する請求項１に記載の過給システム。
【請求項３】
前記吸気量推定手段は前記過給アシスト機構が前記過給機の回転を付勢するアシスト量に応じて前記吸入気体量を推定する請求項１に記載の過給システム。
【請求項４】
前記吸気量推定手段は前記過給アシスト機構が前記過給機の回転を付勢するアシスト量に応じて前記燃焼室の充填効率を推定する請求項１に記載の過給システム。
【請求項５】
前記過給アシスト機構が前記過給機の回転を付勢するアシスト量を用いて、前記内燃機関の燃焼室内に残留する残留排気量を推定し、それにより前記吸入気体量を推定する請求項１に記載の過給システム。
【請求項６】
前記内燃機関の回転数を取得する内燃機関回転数取得手段をさらに備え、
前記吸気量推定手段は、前記過給アシスト機構が前記過給機の回転を付勢するアシスト量及び前記内燃機関の回転数に応じて前記内燃機関の燃焼室内に流入する吸入気体量を推定する請求項１に記載の過給システム。
【請求項７】
前記吸気量推定手段は、前記内燃機関の回転数が上がるに従い前記過給アシスト機構が動作していないときの前記吸入気体量と前記過給アシスト機構が動作しているときの前記吸入気体量との差が小さくなるように前記吸入気体量を推定する請求項６に記載の過給システム。
【請求項８】
前記過給アシスト機構は、前記過給機が有するコンプレッサの回転軸に接続される電動モータを備え、前記電動モータは前記コンプレッサの回転軸を回転駆動する請求項１に記載の過給システム。
【請求項９】
請求項１に記載の過給システムを備えた内燃機関の制御装置であって、
前記吸気量推定手段により推定された前記吸入気体量を用いて前記内燃機関の制御を行う内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給アシスト機構を有する過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給システムは内燃機関に取り付けられ、排気エネルギーを用いて内燃機関の燃焼室に吸入気体を過給する。過給システムにより加圧された吸入気体は、燃料とともに燃焼室内に過給されて燃焼する。吸入気体を過給すると燃料に対する空気量が増加して理想的な空燃比を維持できず燃焼効率が下がる。これを防ぐため、アクセルペダルの位置により決定される過給圧に応じて燃料増加を行う電動アシスト機構付き過給システムが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平１−１０４９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、電動アシスト機構の作動開始後は電動アシスト機構が作動していないときよりも内燃機関の排気側の圧力が吸気側の圧力に対して相対的に低くなる為、作動していないときと同じ過給圧が吸気側に加えられていても、燃焼室内に流入する吸入気体の量は相対的に多くなる。すなわち、過給圧に応じて燃料増加を行う構成であっても、適切に燃料増加を行えないという問題がある。
【０００４】
本発明は、この問題を解決するためになされたものであり、内燃機関の空燃比制御を適切に行い、エミッションの悪化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による過給システムは、内燃機関の燃焼室から排出される排気エネルギーを用いて燃焼室に吸入気体を過給する過給機と、過給機による吸入気体の過給量を増加させる過給アシスト機構と、過給アシスト機構が動作しているときの燃焼室に流入する吸入気体量を推定する吸気量推定手段とを備える。
【０００６】
吸気量推定手段は、内燃機関が同一の回転数又は吸気圧であるときにおいて、過給アシスト機構が作動しているときには過給アシスト機構の作動していないときよりも吸入気体量が多いと推定することが好ましい。
【０００７】
吸気量推定手段は過給アシスト機構が過給機の回転を付勢するアシスト量に応じて吸入気体量又は燃焼室の充填効率を推定しても良い。
【０００８】
過給アシスト機構が過給機の回転を付勢するアシスト量を用いて、内燃機関の燃焼室内に残留する残留排気量を推定し、それにより吸入気体量を推定しても良い。
【０００９】
内燃機関の回転数を取得する内燃機関回転数取得手段をさらに備え、過給アシスト機構が過給機の回転を付勢するアシスト量及び内燃機関の回転数に応じて内燃機関の燃焼室内に流入する吸入気体量を推定するものであることが望ましい。
【００１０】
吸気量推定手段は、内燃機関の回転数が上がるに従い過給アシスト機構が動作していないときの吸入気体量と過給アシスト機構が動作しているときの吸入気体量との差が小さくなるように吸入気体量を推定するものであればなお良い。これにより、内燃機関の低回転域から高回転域での吸入空気量の推定精度が向上する。
【００１１】
過給アシスト機構は、過給機が有するコンプレッサの回転軸に接続される電動モータを備え、電動モータはコンプレッサの回転軸を回転駆動することが好ましい。
【００１２】
本発明による内燃機関の制御装置は過給システムを備え、吸気量推定手段により推定された吸入気体量を用いて内燃機関の制御を行うことが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関の空燃比制御を適切に行い、内燃機関の燃費やエミッションの悪化を防止する過給システムを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１５】
本発明による過給システムの一実施形態について図１を用いて説明する。
【００１６】
過給システムは過給機１１０と、過給機１１０をコントロールするコントローラ／インバータ１２１と、内燃機関、すなわちエンジン１３０及び補機の制御を行うＥＣＵ１４０とから主に構成される。
【００１７】
過給機１１０はコンプレッサ１１１、電動アシストモータ１１２及びタービン１１３を備える。タービン１１３はエンジン１３０の排気管１３２に接続され、エンジン１３０から排出される排気エネルギーにより回転される。タービン１１３とコンプレッサ１１１は回転シャフト１１４により接続され、タービン１１３の回転は回転シャフト１１４によりコンプレッサ１１１に伝達される。コンプレッサ１１１はエアクリーナ１７１から導かれた空気を吸入及び加圧する。加圧された空気はインタークーラ１７２に流入して冷却された後、スロットル１７３とエンジン１３０の吸気口１３５を経てエンジン１３０内の燃焼室（図示せず）に流入する。電動アシストモータ１１２は回転シャフト１１４に取り付けられ、コンプレッサ１１１の回転をアシストする。
【００１８】
電動アシストモータ１１２にはコントローラ／インバータ１２１が接続される。バッテリ１２２に接続されたコントローラ／インバータ１２１は、バッテリ１２２から受けた直流電力を交流に変換して電動アシストモータ１１２に供給するとともに電動アシストモータ１１２の制御を行う。
【００１９】
エンジン１３０の吸気管１３６と排気管１３２は、排気再循環を行うためのＥＧＲ管１６１により接続される。ＥＧＲ管１６１にはＥＧＲクーラ１６２とＥＧＲバルブ１６３が接続されて排気再循環を適切に制御する。
【００２０】
エンジン１３０にはエンジンの回転数を検出するための回転センサ１５２が取り付けられる。回転センサ１５２はＥＣＵ１４０にエンジン回転数を伝達する。
【００２１】
吸気管１３６にはＥＣＵ１４０に接続される吸気圧センサ１５０が取り付けられる。吸気圧センサ１５０は吸気管１３６内部の気体の圧力を測定し、ＥＣＵ１４０に伝達する。
【００２２】
ＥＣＵ１４０はエンジン１３０の点火時期等を制御し、ＥＧＲバルブ１６３に接続されてＥＧＲ管１６１を通過する排気ガスの流量を制御する。またＥＣＵ１４０は、スロットル１７３を制御して吸気口１３５への空気流入量を調節し、コントローラ／インバータ１２１を介して電動アシストモータ１１２を制御する。
【００２３】
エンジン１３０から排出された排気ガスは排気管１３２を通過してタービン１１３を動作させた後、触媒１７４により浄化されて大気に放出される。
【００２４】
図２を用いて過給システムにおける制御の流れを説明する。
【００２５】
制御が開始されると、ステップＳ２０２でエンジン１３０及び吸気圧センサ１５０等から入力される信号の処理がなされる。
【００２６】
次にステップＳ２０３では、電動アシストモータ１１２により過給機１１０の電動アシストが開始される条件、又は継続される条件に入力される信号が合致しているか否かを判断する。例えばエンジン１３０の回転数が低いときにアクセル開度が急に大きくなった場合、この条件に合致する。条件に合致しなかったときは、処理はステップＳ２１２へ移り再びステップＳ２０１から開始する。電動アシスト開始又は継続の条件に合致するときには、処理はＳ２０４へ移行する。
【００２７】
ステップＳ２０４では、アクセル開度、エンジン回転数、及び目標とするスロットルの開度に基づいて、目標とするコンプレッサ１１１の回転数（目標ターボ回転数）が決定される。回転数の決定には過給回転数マップが用いられる。
【００２８】
次に、ステップＳ２０５において電動アシストが開始又は継続され、電動アシストモータ１１２は目標ターボ回転数までコンプレッサ１１１を付勢、すなわち回転させる。
【００２９】
電動アシストモータ１１２がアシストを開始すると、エンジン１３０の吸気口側の圧力と排気口側の圧力との差が相対的に大きくなる。すなわち排気口１３１側の圧力は吸気口１３５側の圧力よりもさらに低くなって、燃焼室内からはアシストされないときよりも多くの排気ガスが排出され、燃焼室内の残留ガスの量が相対的に減少する。そのため吸入気体はアシストされないときよりも多く燃焼室内に吸入される。吸入気体が多く吸入されて空燃比が崩れることを防止するため、以下に説明される処理が行われる。
【００３０】
電動アシストモータの出力により充填効率を推定するための充填効率マップは燃料噴射量を決定するために用いられ、電動アシストモータ１１２がコンプレッサ１１１をアシストしているときのアシスト充填効率マップと、アシストしていないときの非アシスト充填効率マップとが用意される。ステップＳ２０６において、充填効率のマップはアシスト充填効率マップに切り替えられる。
【００３１】
次に、ステップＳ２０７において、ステップＳ２０４で求められた目標コンプレッサ回転数に応じた電動アシストモータ１１２の出力が算出される。ステップＳ２０８では、アシスト充填効率マップを用いて電動アシストモータ１１２の出力に応じた充填効率を推定する。アシスト充填効率マップを用いることにより、電動アシストモータ１１２の出力に応じた充填効率を逐次求めることなく、補正済みの充填効率を推定することができる。ＥＣＵ１４０は、得られた充填効率に従ってエンジン１３０における燃料の噴射量、燃料の噴射時期、点火時期、ＥＧＲ管１６１を通過する排気ガスの流量（ＥＧＲ量）、又はＥＧＲ管１６１を通過する排気ガスの流量と吸気量との割合（ＥＧＲ率）等の制御を行う。
【００３２】
ステップＳ２０９では、電動アシストが停止する条件に合致しているかが判断される。例えば、アクセルが戻されたときや、アクセル開度に大きな変化がないときが該当する。条件に合致しないとき電動アシストは停止されずにステップＳ２１２に処理が移り、再度ステップＳ２０１から処理が開始される。条件に合致するときにはステップＳ２１０において、アシスト充填効率マップは元の非アシスト充填効率マップ、若しくは現在の運転状況に適した充填効率マップに切り替えられる。
【００３３】
充填効率マップの切替が完了すると、ステップＳ２１１において電動アシストが停止される。その後、処理はステップＳ２１２へ移り、再度ステップＳ２０１から処理が開始される。
【００３４】
これにより、運転状況に応じたエンジン１３０の制御を行うことが可能となってエミッションの悪化防止、ノッキング抑制、及びエンジンの過渡応答性を向上することが可能となる。
【００３５】
なお、ステップＳ２１０において切り替えられる充填効率マップは、スモーク限界噴射量を規定した燃料噴射量マップであってもよい。スモーク限界噴射量は、排気中にスモーク（黒煙）が含まれない程度の燃料噴射量を規定するものである。
【００３６】
図３を用いて電動アシストモータ１１２が動作しているときと、動作していないときの充填効率について説明する。図３は、充填効率マップの一例であり、エンジン回転と燃焼室の充填効率の関係について模式的に示したグラフである。
【００３７】
曲線３０１は電動アシストモータ１１２が作動していないときのエンジン回転数と充填効率との関係を示したものであり、曲線３０２は電動アシストモータ１１２が作動しているときを示したものである。エンジン回転数が相対的に低いとき、充填効率はエンジン回転数に従って上昇するが、あるエンジン回転数を超えると充填効率は低下する。符号Ａは電動アシストモータによるアシスト量を示す。エンジン回転数が上昇するにつれて、電動アシストモータ１１２によるコンプレッサ１１１のアシスト量Ａが減少する。すなわち、エンジン回転数が低下するにつれて充填効率の補正量が増加する。
【００３８】
なお図３において、エンジン回転数の代わりにエンジンの吸気圧が用いられても良い。
【００３９】
図４を用いて電動アシストモータ１１２の出力と充填効率の関係について説明する。
【００４０】
電動アシストモータ１１２は出力が上がるにつれて充填効率が上昇する。４サイクル内燃機関での燃焼室内に流入する空気量は（１）式により求められる。
Ｇａ＝ρ×Ｎｅ×Ｖ×ηｖ×１／２  （１）
ここで、Ｇａ［ｇ／ｓ］は空気量、ρ［ｇ／Ｌ］は吸気管での空気密度、Ｎｅ［ｒｐｓ］はエンジン１３０の回転数、Ｖ［Ｌ］はエンジン１３０の排気量、ηｖ［％］は吸気管の状態量に基づく充填効率である。ηｖは以下の（２）式により求められる。
ηｖ＝ｆ（Ｎｅ）×Ａ（Ｎｅ，Ｅｍａｔ）  （２）
ここで、ｆ（Ｎｅ）はエンジン１３０の回転数の関数により求められる充填効率であり、Ｅｍａｔ［Ｊ］は電動アシストモータ１１２の出力であり、Ａ（Ｎｅ，Ｅｍａｔ）は、エンジン１３０の回転数及び電動アシストモータ１１２の出力から求められる補正率である。電動アシスト開始後は補正率が乗ぜられる。これらの式に基づきＥＣＵ１４０はエンジン１３０及び補機類の制御を行う。
【００４１】
これにより、電動アシストモータ１１２によるコンプレッサ１１１のアシスト量に応じてエンジン１３０の燃料噴射量、燃料の噴射時期、点火時期、ＥＧＲ量、又はＥＧＲ率等を調節することが可能となる。
【００４２】
なお、（１）及び（２）式におけるエンジン１３０の回転数の代わりに吸気圧を用いて空気量及び充填効率を算出しても良い。
【００４３】
電動アシストモータ１１２が動作しているときに補正される値は吸気効率であっても良い。充填効率マップの代わりに吸気効率マップが用いられ、補正された吸気効率の値に応じてエンジン１３０及び補機の制御が行われる。
【００４４】
電動アシストモータ１１２が動作しているときに補正される値は燃焼室内の残留ガスの量であっても良い。燃焼室に吸入される気体量を残留ガス量を用いて推定し、エンジン１３０及び補機の制御が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】過給システムとそれに接続される内燃機関を示したブロック図である。
【図２】過給システムの処理を示したフローチャートである。
【図３】エンジン回転数と充填効率との関係を示したグラフである。
【図４】過給システムの電動アシストモータの出力と充填効率との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
１１０  過給機
１１１  コンプレッサ
１１２  電動アシストモータ
１１３  タービン
１３０  エンジン
１４０  ＥＣＵ
１５０  吸気圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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