(57)【要約】【課題】コンプレッサをバイパスすることにより過給気の一部をコンプレッサの下流側から上流側に導いた場合でも、コンプレッサによる過給効率を低下させることなく加速性能を向上させることのできる過給制御装置を提供する。【解決手段】本発明の過給制御装置は、コンプレッサの下流側の空気の一部を上流側へと導く還流通路２６と、還流通路２６の開閉の可変制御が可能な電磁弁２６ｃと、コンプレッサの下流側の空気の一部を上流側へと導く還流通路２７と、還流通路２７の開閉の可変制御が可能な電磁弁２７ｃと、電磁弁２７ｃの下流側の空気を冷却する冷却フィン２８と、ターボユニット１１の運転状態を判定し、判定結果から、開弁する開閉弁を電磁弁２６ｃ又は電磁弁２７ｃから一つ選択し、選択した電磁弁を開弁するエンジンＥＣＵ１６と、を備えている。【選択図】図１
2008075604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサを有する過給機を備える過給制御装置であって、
前記コンプレッサの下流側の空気の少なくとも一部を前記コンプレッサの上流側へと導く第一バイパス路と、
前記第一バイパス路の開閉の可変制御が可能な第一開閉弁と、
前記コンプレッサの下流側の空気の少なくとも一部を前記コンプレッサの上流側へと導く第二バイパス路と、
前記第二バイパス路の開閉の可変制御が可能な第二開閉弁と、
前記第二開閉弁の下流側の空気を冷却する冷却手段と、
前記過給機の運転状態を判定し、判定結果から、開弁する開閉弁を前記第一開閉弁又は前記第二開閉弁から一つ選択し、選択した開閉弁を開弁する制御手段と、を備えている
ことを特徴とする過給制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、自車両の速度の制御状態と前記過給機のサージ状態とを判定し、判定結果から、自車両が減速中ではない状態かつサージの発生中状態であると判断した場合には、開弁する開閉弁として前記第二開閉弁を選択し、選択した前記第二開閉弁を開弁する
ことを特徴とする請求項１に記載の過給制御装置。
【請求項３】
スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、
アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、
自車両の車速を検出する車速検出手段と、
内燃機関に吸入される吸入空気に関する情報を検出する吸入空気検出手段と、を更に備え、
前記制御手段は、前記スロットル開度検出手段により検出されたスロットル開度、前記アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度、前記車速検出手段により検出された自車両の車速、及び前記吸入空気検出手段により検出された吸入空気に関する情報のうち少なくとも１つに基づいて、自車両の速度の制御状態の判定を行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の過給制御装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、外気又は前記コンプレッサに流入される流入空気との間で、熱交換する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の過給制御装置。
【請求項５】
前記冷却手段の熱容量は、自車両の速度の制御状態が加速状態である場合の前記第二開閉弁の下流側の空気の熱容量よりも大きい
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の過給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサを有する過給機を備える過給制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関、即ちエンジンの吸気通路上にコンプレッサを配し、このコンプレッサによって過給を行って高出力あるいは低燃費を得ようとすることが提案されている。このような過給機としてはターボチャージャ装置が代表的である。特許文献１記載の、過給機付エンジンの制御装置では、目標トルクに応じて基準空気量や燃料量を設定し、これらに基づいてスロットル弁開度や燃料噴射弁による燃料噴射量を制御する。一方、トルクコンバータのロックアップ状態や変速比や加速度に応じて目標サージトルクを設定し、回転変動として求められた実際のサージトルクが目標サージトルクに近づくように、過給機をバイパスするバイパス流量をバイパスバルブ開度によって制御する。
【特許文献１】特開平１１−１１７７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の過給機付エンジンの制御装置によれば、実際のサージレベルが目標よりも大きくなったときには、目標サージレベル付近となる空燃比になるようにバイパス流量を調整して過給圧、即ち空気量を制御し、エンジン燃焼混合気の空燃比を最大限にリーン化させることができる。
【０００４】
しかしながら、加速時に、過給機をバイパスするバイパス流量を制御してサージを回避しようとすると、バイパスされた過給気によって、過給機としてのコンプレッサの上流近傍の温度が上昇してしまう。この温度上昇により、コンプレッサによる過給効率が低下してしまい、この結果、加速性能の悪化を招いてしまう可能性があった。
【０００５】
なお、この対策として、インタークーラを設け、インタークーラの下流側からコンプレッサの上流側にバイパスするバイパス通路を設けた上記制御装置が考えられるが、このような構成にした場合は、このバイパス通路の経路が長くなってしまうため、装置全体で大型化してしまい、不都合となる。また、加速直後は、インタークーラに空気が当たり難く、また、インタークーラ自体の温度が高くなるために、冷却効果が比較的小さいという課題がある。この課題を解決するために、バイパス通路上に別の冷却装置を設けることが考えられるが、このような構成にした場合は、必要となる冷却装置が大型化してしまうとともにコストが高くなってしまい、不都合となる。
【０００６】
これは、加速時におけるサージを回避するために必要となるバイパス流量よりも、減速時におけるサージを回避するために必要となるバイパス流量の方が、十倍から数十倍多いためである。このため、加速時におけるサージを回避するために必要となるバイパス流量に対応した小型クーラ（上記のインタークーラの数十分の一から百分の一程度の大きさ）をバイパス通路に設けることが考えられるが、このような構成にした場合は、減速時におけるサージを回避しようとしても、バイパス通路面積が狭いために十分にバイパス流量を確保することができず、この結果、サージを回避することができなくなる。
【０００７】
ここで、中型クーラ（上記のインタークーラの数分の一程度、上記の小型クーラの十倍程度の大きさ）をバイパス通路に設けることが考えられるが、このような構成にした場合は、小型クーラから中型クーラに変更することによるコストの上昇に加えて、加速時におけるサージを回避するために必要となるバイパス流量が少なくなるために中型クーラを通過する空気の流速が十分の一程度にまで遅くなることにより、空気と中型クーラ間の熱伝導率が大幅に低下して冷却が不十分になってしまう。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、コンプレッサをバイパスすることにより過給気の一部をコンプレッサの下流側から上流側に導いた場合でも、自車両の速度の制御状態に関わらずに、コンプレッサによる過給効率を低下させることなく加速性能を向上させることのできる過給制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る過給制御装置は、コンプレッサを有する過給機を備える過給制御装置であって、コンプレッサの下流側の空気の少なくとも一部をコンプレッサの上流側へと導く第一バイパス路と、第一バイパス路の開閉の可変制御が可能な第一開閉弁と、コンプレッサの下流側の空気の少なくとも一部をコンプレッサの上流側へと導く第二バイパス路と、第二バイパス路の開閉の可変制御が可能な第二開閉弁と、第二開閉弁の下流側の空気を冷却する冷却手段と、過給機の運転状態を判定し、判定結果から、開弁する開閉弁を第一開閉弁又は第二開閉弁から一つ選択し、選択した開閉弁を開弁する制御手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る過給制御装置によれば、過給機の運転状態が制御手段によって判定され、判定結果から、開弁する開閉弁が第一開閉弁又は第二開閉弁から制御手段によって一つ選択され、選択された開閉弁が制御手段によって開弁される。これにより、判定結果から、開弁する開閉弁として第二開閉弁が選択され、選択された第二開閉弁が開弁された場合、第二開閉弁の下流側の空気が冷却されて、コンプレッサの上流側へと導かれる。このため、コンプレッサにおいて、冷却した空気が不要な減速時など第一開閉弁を開弁すべき場合では第一開閉弁が開弁され、冷却した空気が必要な加速時など第二開閉弁を開弁すべき場合では第二開閉弁が開弁される。この結果、コンプレッサをバイパスすることにより過給気の一部をコンプレッサの下流側から上流側に導いた場合でも、自車両の速度の制御状態に関わらずにコンプレッサによる過給効率を低下させることなく、加速性能を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る過給制御装置では、制御手段は、自車両の速度の制御状態と過給機のサージ状態とを判定し、判定結果から、自車両が減速中ではない状態かつサージの発生中状態であると判断した場合には、開弁する開閉弁として第二開閉弁を選択し、選択した第二開閉弁を開弁するのが好ましい。
【００１２】
このようにすれば、自車両の速度の制御状態と過給機のサージ状態とが制御手段によって判定され、判定結果から、自車両が減速中ではない状態かつサージの発生中状態であると制御手段によって判断された場合には、開弁する開閉弁として第二開閉弁を選択し、選択した第二開閉弁が制御手段によって開弁される。このため、コンプレッサにおいて、自車両が減速中ではない状態、例えば加速中又は定常速度状態、かつ、サージの発生中状態の場合、即ち、冷却した空気が必要かつサージの回避のために空気が必要な場合、第二開閉弁が開弁され、第二開閉弁の下流側の空気が冷却されて、コンプレッサの上流側へと導かれる。この結果、自車両の状態に適切に対応して、コンプレッサによる過給効率の低下をより確実に防止することができる。
【００１３】
また、本発明に係る過給制御装置では、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段と、自車両の車速を検出する車速検出手段と、内燃機関に吸入される吸入空気に関する情報を検出する吸入空気検出手段と、を更に備え、制御手段は、スロットル開度検出手段により検出されたスロットル開度、アクセル開度検出手段により検出されたアクセル開度、車速検出手段により検出された自車両の車速、及び吸入空気検出手段により検出された吸入空気に関する情報のうち少なくとも１つに基づいて、自車両の速度の制御状態の判定を行うのが好ましい。
【００１４】
このようにすれば、スロットル開度、アクセル開度、自車両の車速、及び吸入空気に関する情報のうち少なくとも１つに基づいて、自車両の速度の制御状態の判定が制御手段によって行われる。これにより、自車両の減速中状態、加速中状態、及び定常速度状態などを含む自車両の速度の制御状態をより正確に判定することができる。
【００１５】
また、本発明に係る過給制御装置では、冷却手段は、外気又はコンプレッサに流入される流入空気との間で、熱交換するのが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、冷却手段が、外気又はコンプレッサに流入される流入空気との間で、熱交換する。これにより、冷却手段は、外気又はコンプレッサに流入される流入空気を利用して、第二開閉弁の下流側の空気をより高い効率で冷却することができる。
【００１７】
また、本発明に係る過給制御装置では、冷却手段の熱容量は、自車両の速度の制御状態が加速状態である場合の第二開閉弁の下流側の空気の熱容量よりも大きいのが好ましい。
【００１８】
このようにすれば、自車両の速度の制御状態が加速状態である場合の第二開閉弁の下流側の空気の熱容量よりも冷却手段の熱容量が大きい構成となる。これにより、冷却手段は、加速時の空気をより高い効率で冷却することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、コンプレッサをバイパスすることにより過給気の一部をコンプレッサの下流側から上流側に導いた場合でも、自車両の速度の制御状態に関わらずに、コンプレッサによる過給効率を低下させることなく加速性能を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る過給制御装置として電動機付のターボチャージャ装置を用いた場合の内燃機関の構成を示す概略図である。ここでは、筒内噴射型のガソリンエンジンを例に説明するが、吸気管内に燃料を噴射するタイプのガソリンエンジンや、ディーゼルエンジンに対しても同様に適用可能である。
【００２１】
このエンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここでは、そのうちの１気筒のみの断面を示している。エンジン１は、インジェクタ２によってシリンダ３内のピストン４の上面に燃料を噴射するタイプのエンジンである。このエンジン１は、成層燃焼を可能とした、いわゆるリーンバーンエンジンである。すなわち、エンジン１は、吸気通路５を通過してシリンダ３内へと吸入した空気をピストン４によって圧縮し、ピストン４の上面に形成された窪みの内部へとインジェクタ２から燃料を噴射することで、濃い混合気を点火プラグ７近傍に集め、これに点火プラグ７で着火させて燃焼させる。これによって、燃焼室全体の空気に対して少ない燃料量での燃焼を可能としている。そして、後述するターボチャージャ装置によって、より多くの吸入空気を過給しつつ、希薄燃焼を行うことによって、燃料消費量を抑え、高出力化だけでなく低燃費化をも実現している。
【００２２】
シリンダ３には、吸気通路５と排気通路６が接続され、それぞれの間に設けられた吸気バルブ８と排気バルブ９によってその開閉が制御される。吸気通路５上には、上流側からエアクリーナ１０、ターボユニット１１、インタークーラ１２、スロットルバルブ１３、吸気圧センサ１９が配置されている。一方、排気通路６上には、上流側からターボユニット１１、排気浄化触媒２３が配置されている。ターボユニット１１は、吸気通路５と排気通路６にまたがるように配置されている。
【００２３】
エアクリーナ１０は、吸入空気中のゴミや塵などを取り除くフィルタである。ターボユニット１１は、吸気通路５側に配置される回転翼であるコンプレッサ側インペラ１１ｄと、排気通路６側に配置される回転翼であるタービン側インペラ１１ｅとが共通の回転軸で連結されている。ここで、コンプレッサ側インペラ１１ｄは、吸気を圧縮するコンプレッサとして機能する。また、排気通路６側に配置される回転翼であるタービン側インペラ１１ｅは、排気エネルギーによって回転駆動されるタービンとして機能する。以下、この連結されている部分を単にタービン／コンプレッサ１１ａと称する。
【００２４】
さらに、この回転軸には、ロータ、即ち永久磁石が固定され、その周囲にステータ、即ち鉄心に巻かれたコイルが配置されて、回転軸を出力軸とする電動機１１ｂを構成する。この電動機１１ｂは、インバータ２１に電気的に接続された交流モータであり、回転軸を入力軸とする発電機としても機能する。インバータ２１はバッテリ２２に電気的に接続されている。これらのタービン／コンプレッサ１１ａや電動機１１ｂは、ハウジング１１ｃの内部に収納されている。
【００２５】
吸気通路５上のターボユニット１１の下流側には、空冷式のインタークーラ１２が配置されている。このインタークーラ１２は、ターボユニット１１による過給時の空気圧縮、即ち圧力上昇に伴い、温度が上昇した吸入空気を冷却することで、その容積を減らし、シリンダ３への充填効率を向上させるものである。
【００２６】
インタークーラ１２の下流側には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ１３が配置されている。このスロットルバルブ１３は、いわゆる電子制御式スロットルバルブであり、スロットルモータ１７によって駆動される。そして、その開度を検出するスロットルポジショニングセンサ１８が配置されている。なお、スロットルポジショニングセンサ１８は、本発明に係るスロットル開度検出手段に相当する。
【００２７】
吸気通路５には、ターボユニット１１とインタークーラ１２の間で吸気通路５から分岐点２６ａで分岐され、ターボユニット１１の上流側の第一接続点２６ｂで内部に接続されている還流通路２６が設けられている。還流通路２６は、ターボユニット１１のコンプレッサ側インペラ１１ｄの上流側と下流側にまたがるように配置されている。このため、還流通路２６は、吸気、即ちターボユニット１１の下流側の空気である過給気の少なくとも一部を、ターボユニット１１の上流側へ導いて還流する。還流通路２６は、還流通路２６の開閉の可変制御が可能な電磁弁２６ｃを有している。電磁弁２６ｃの開閉の可変制御により変更される還流通路２６の開度は、所定開度以上である。なお、還流通路２６は、本発明に係る第一バイパス路に相当する。また、電磁弁２６ｃは、本発明に係る第一開閉弁に相当する。
【００２８】
また、還流通路２６には、分岐点２６ａと電磁弁２６ｃの間で還流通路２６から分岐点２７ａで分岐され、第一接続点２６ｂの上流側の第一接続点２７ｂで内部に接続されている還流通路２７が設けられている。還流通路２７は、コンプレッサ側インペラ１１ｄの上流側と電磁弁２６ｃの上流側にまたがるように配置されている。このため、還流通路２７は、吸気、即ちターボユニット１１の下流側の空気である過給気の少なくとも一部を、ターボユニット１１の上流側へ導いて還流する。還流通路２７は、上流側から、還流通路２７の開閉の可変制御が可能な電磁弁２７ｃと、電磁弁２７ｃの下流側の空気を冷却する冷却フィン２８とを有している。電磁弁２７ｃの開閉の可変制御により変更される還流通路２７の開度は、上記した電磁弁２６ｃの所定開度未満である。なお、還流通路２７は、本発明に係る第二バイパス路に相当する。また、電磁弁２７ｃは、本発明に係る第二開閉弁に相当する。
【００２９】
冷却フィン２８は、還流通路２７の延伸方向に対して略直交する方向に突出する冷却用の略円筒形状のフィンである。還流通路２７を通過してきた空気は、冷却フィン２８に衝突すると、空隙部２８ａを通過してターボユニット１１の上流側へ合流する。還流通路２７を通過してきた空気が冷却フィン２８に衝突して空隙部２８ａを通過することにより、この空気は放熱して冷却される。この冷却は、冷却フィン２８と、車両の外部から吸気通路５を通過して進入してきた外気、又は、ターボユニット１１に流入される既に吸気通路５内に存在している流入空気との間で、熱交換されることによって行われる。なお、冷却フィン２８は、本発明に係る冷却手段に相当する。
【００３０】
ここで、冷却フィン２８の熱容量は、自車両の速度の制御状態が加速状態である場合の電磁弁２７ｃの下流側の空気の熱容量よりも、大きい。この空気の熱容量は、加速中状態の電磁弁２７ｃの下流側の空気量と、空気の比熱とを乗じて得られる積算値である。このため、還流通路２７を通過してきた空気が冷却フィン２８に衝突して空隙部２８ａを通過する際にこの空気の熱が冷却フィン２８に貯められ、この空気の通過後に冷却フィン２８が放熱する。冷却フィン２８の材質は特に限定されず、例えば熱容量が比較的大きいアルミニウムなどの金属が好ましく、熱容量が更に大きいマグネシウムなどの金属がより好ましい。
【００３１】
クランクシャフトにはクランク角センサ２０が、アクセルペダル１４にはアクセル開度センサ１５が設けられ、エンジン制御用のエンジンＥＣＵ１６にその信号が入力されている。アクセル開度センサ１５は、アクセル開度を検出するセンサである。なお、アクセル開度センサ１５は、本発明に係るアクセル開度検出手段に相当する。エンジンＥＣＵ１６には、そのほか、スロットルポジショニングセンサ１８、吸気圧センサ１９、バッテリ２２から信号が入力され、インジェクタ２、点火プラグ７、スロットルモータ１７、インバータ２１の作動を制御する。また、このエンジンＥＣＵ１６は、本発明に係る車速検出手段として、本発明に係る過給制御装置を搭載する自車両の車速を検出する。このエンジンＥＣＵ１６は、本発明に係る制御手段を兼ねるものである。ここで、上記の吸気圧センサ１９は、エンジン１に吸入される吸入空気に関する情報、例えば吸入空気量や吸入空気圧などを検出するセンサである。なお、制御手段をエンジンＥＣＵ１６とは別に独立して設けてもよく、他の車両内の制御用コンピュータに内蔵してもよい。
【００３２】
ここで、エンジンＥＣＵ１６は、ターボユニット１１の運転状態を判定する。ターボユニット１１の運転状態には、例えば自車両が加速中、減速中、定速運転中状態であるか否かの速度の制御状態や、サージが発生している状態であるか否かのサージ状態などが含まれる。サージ状態の判定は、例えば、吸気圧センサ１９によって測定される吸気管内の負圧と、図示していない大気圧センサの実測値又はエンジン１の作動前における吸気圧センサ１９の測定値に基づく大気圧と、図示していないエアフローメータによる空気流量とから、小流量高圧縮比と判定された場合に、サージが発生していると判定することによって行われる。
【００３３】
そして、エンジンＥＣＵ１６は、この運転状態の判定結果から、自車両が減速中ではない状態、かつ、サージの発生中状態であると判断した場合に、開弁する開閉弁として、電磁弁２６ｃ又は電磁弁２７ｃから電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）を選択し、この選択した電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）を開弁する。即ち、エンジンＥＣＵ１６は、この判定結果から、自車両が加速中又は定常定速運転中の状態、かつ、サージ発生中の状態であると判断した場合に、冷却した空気が必要かつサージの回避のために空気が必要であるため、電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）を開弁すべきと判断して、上記所定開度未満である電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）を開弁する。
【００３４】
一方、エンジンＥＣＵ１６は、この判定結果から、自車両が減速中の状態、かつ、サージの発生中状態であると判断した場合に、開弁する開閉弁として、電磁弁２６ｃ又は電磁弁２７ｃから電磁弁２６ｃ（又は、電磁弁２６ｃのみ）を選択し、この選択した電磁弁２６ｃ（又は、電磁弁２６ｃのみ）を開弁する。即ち、エンジンＥＣＵ１６は、この判定結果から、自車両が減速中の状態、かつ、サージ発生中の状態であると判断した場合に、冷気である必要はないがサージの回避のために多量の空気が必要であるため、電磁弁２６ｃ（又は、電磁弁２６ｃのみ）を開弁すべきと判断して、上記の所定開度以上である電磁弁２６ｃ（又は、電磁弁２６ｃのみ）を開弁する。
【００３５】
また、エンジンＥＣＵ１６は、スロットルバルブ１３により検出されたスロットル開度、アクセル開度センサ１５により検出されたアクセル開度、エンジンＥＣＵ１６により検出された自車両の車速、及び吸気圧センサ１９により検出された吸入空気に関する情報のうち少なくとも１つに基づいて、上記した自車両の速度の制御状態の判定を行う。より詳しくは、スロットル開度が所定開度以上であること、アクセル開度が所定開度以上であること、自車両の車速が上昇中であること、及び、吸入空気が増加中であること、のうち少なくとも１つが満たされた場合に、自車両は加速中であると判定される。
【００３６】
本発明に係るターボユニット１１は、排気エネルギーによってのみ過給を行う通常のターボチャージャ装置として作動させることもできるが、電動機１１ｂによってタービン／コンプレッサ１１ａを強制的に駆動することで、過給効率を上げることも可能である。特に、運転者がアクセルペダル１４を踏み込んだような場合に、この強制駆動を行うことでターボチャージャ装置の作動のタイムラグを小さくして、エンジン回転数を早期に増大させることができ、レスポンスが向上する。また、排気によってタービン／コンプレッサ１１ａを駆動して、電動機１１ｂの入力軸を回転させることにより、回生発電させ、発電された電力をバッテリ２２に貯めて、排気エネルギーの一部を回収することもできる。
【００３７】
本発明に係る過給制御装置では、開弁する開閉弁として電磁弁２６ｃが選択された場合には電磁弁２６ｃ（又は、電磁弁２６ｃのみ）が開弁されて、コンプレッサ側インペラ１１ｄの下流側の空気の一部が上流側に多量に導かれて還流することで、サージの回避が行われる。また、開弁する開閉弁として電磁弁２７ｃが選択された場合には電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）が開弁されて、コンプレッサ側インペラ１１ｄの下流側の空気の一部が冷却されてから上流側に導かれて還流することで、サージの回避が行われる。このように、上記の還流は、電磁弁２６ｃ、２７ｃの開弁／閉弁を制御することによって行う。以下にこの還流制御について図２のフローチャートを参照して説明する。この制御は、エンジンＥＣＵ１６によって、車両の電源スイッチがオンにされてから、オフにされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。制御開始前の初期状態として、電磁弁２６ｃ、２７ｃは閉弁されているものとする。
【００３８】
まず、ステップＳ１０では、サージは発生しているか否かがエンジンＥＣＵ１６によって判定される。このステップＳ１０において、ターボユニット１１のサージ状態などの運転状態が判定される。このサージ状態の判定は、上記したように、吸気管内の負圧と大気圧と空気流量とから小流量高圧縮比と判定された場合に、サージが発生していると判定することによって行われる。サージが発生していると判定された場合、即ち、判定結果からサージの回避を行うべきとエンジンＥＣＵ１６によって判断された場合には、ステップＳ２０に進む。一方、サージは発生していないと判定された場合、即ち、判定結果からサージの回避は行わなくてもよいとエンジンＥＣＵ１６によって判断された場合には、ステップＳ１５に進んで導入開閉弁、即ち電磁弁２６ｃ、２７ｃを閉弁制御する。なお、すでに閉弁中の場合にはその状態を維持する。この場合、ターボユニット１１を通過した過給気は全てインタークーラ１２、スロットルバルブ１３、吸気通路５を通過してシリンダ３へと送られる。そして、一連の制御が終了する。
【００３９】
ステップＳ２０では、エンジンＥＣＵ１６により検出された自車両の車速に基づいて、本発明に係る過給制御装置を搭載する自車両が減速中状態であるか否かが判定される。自車両が減速中状態である場合、ステップＳ３０に進む。一方、自車両が減速中状態ではない場合、即ち、自車両が加速中や定常定速運転中などの状態である場合、ステップＳ２５に進む。
【００４０】
ステップＳ３０では、電磁弁２６ｃ（又は、電磁弁２６ｃのみ）を開弁制御する。すでに開弁中の場合には、その状態を維持する。ここで、自車両が減速中の状態、かつ、サージの発生中状態である場合、冷気は不要だがサージの回避のために多量の空気が必要である。これに対して、ステップＳ３０における電磁弁２６ｃ（又は、電磁弁２６ｃのみ）の開弁制御により変更される還流通路２６の開度は所定開度以上であるため、冷気ではないがサージの回避のために必要な多量の空気がコンプレッサ側インペラ１１ｄに還流される。これにより、サージが回避される。そして、一連の制御が終了する。
【００４１】
ステップＳ２５では、電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）を開弁制御する。すでに開弁中の場合には、その状態を維持する。ここで、自車両が減速中ではない状態、例えば加速中、定常定速運転中などの状態の場合、かつ、サージの発生中状態である場合、コンプレッサ側インペラ１１ｄに還流すべき冷気が必要である。ステップＳ２５における電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）の開弁制御により変更される還流通路２７の開度は所定開度未満であるが、減速中においてサージを回避する場合よりもバイパスされる空気量は少ないため、冷却された空気であれば少量で対処可能となる。このため、冷気がコンプレッサ側インペラ１１ｄに還流されることにより、コンプレッサによる過給効率を低下させることなく、例えば加速時などにおける加速性能を向上させることができる。そして、一連の制御が終了する。
【００４２】
ここで、冷却フィン２８による受熱と放熱について、図３を用いて説明する。図３は、冷却フィン２８が過給気から受ける受熱量と冷却フィン２８が流入空気へ放出する放熱量とのそれぞれの経時変化を示すグラフであり、横軸は時間軸を示しており、縦軸は熱量の大きさを示している。なお、縦軸は、図３における上向き方向が受熱量の大きさを示しており、下向き方向が放熱量の大きさを示している。まず、加速走行が開始されてしばらくした後にサージが発生したとすると、上記したステップＳ２５において電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）が開弁される。このとき、還流通路２７を通過する空気からの熱を、冷却フィン２８が受ける。ここでは、サージ発生中の時間は約３〜５秒間であるとし、このサージ発生中の間は電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）が開弁されている。この電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）の開弁中に還流通路２７を通過する空気から冷却フィン２８が受熱した受熱量は、図３のＱａで示される部分の面積に相当する。
【００４３】
この後、定常定速走行が開始されてサージが発生しなくなり、電磁弁２７ｃが閉弁されると、冷却フィン２８が受けた熱は、コンプレッサ側インペラ１１ｄに流入する流入空気へ、上記した受熱時から遅れて放射される。冷却フィン２８からこの流入空気へ放射される放熱量は、図３のＱｂで示される部分の面積に相当する。ここで、図３のＱａで示される部分の面積とＱｂで示される部分の面積とは大きさが等しい。即ち、冷却フィン２８が受熱した上記の受熱量と、冷却フィン２８からこの流入空気へ放射される放熱量とは大きさが等しい。
【００４４】
こうしてコンプレッサ側インペラ１１ｄに導入された過給気は、コンプレッサ側インペラ１１ｄを回転させた後で、コンプレッサ側インペラ１１ｄによりインタークーラ１２へと送られる。これにより、吸気の一部が循環する形となる。ここでは、コンプレッサ側インペラ１１ｄの回転後の空気をインタークーラ１２に戻す場合を例に説明したが、回転後の空気はそのまま排出してもよく、あるいは、排気通路６のいずれかの位置、例えば、タービン側インペラ１１ｅの上流、下流又は排気浄化触媒２３の下流で排気と合流させてもよい。
【００４５】
本実施形態の過給制御装置によれば、ターボユニット１１の運転状態がエンジンＥＣＵ１６によって判定され、判定結果から、開弁する開閉弁が電磁弁２６ｃ又は電磁弁２７ｃからエンジンＥＣＵ１６によって一つ選択され、選択された電磁弁（又は、選択された電磁弁のみ）がエンジンＥＣＵ１６によって開弁される。これにより、判定結果から、開弁する開閉弁として電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）が選択され、選択された電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）が開弁された場合、電磁弁２７ｃの下流側の空気が冷却されて、コンプレッサの上流側へと導かれる。
【００４６】
このため、コンプレッサにおいて、冷却した空気は必須ではないが多量の空気が必要な、減速中におけるサージの発生時など電磁弁２６ｃを開弁すべき場合では、開弁制御により変更される還流通路２６の開度が所定開度以上である電磁弁２６ｃが開弁される。一方、冷却した空気が必要な、加速中におけるサージの発生時など電磁弁２７ｃを開弁すべき場合では、開弁制御により変更される還流通路２７の開度が所定開度未満である電磁弁２７ｃが開弁される。これは、減速中ではない状態、例えば加速中の状態においてサージを回避する場合の方が、減速中の状態においてサージを回避する場合よりも、バイパスされて還流すべき空気量は少ないことを利用している。
【００４７】
これにより、減速中ではない状態、例えば加速中の状態においてサージを回避するための還流通路２７と、減速中の状態においてサージを回避するための還流通路２６とが分離されている。この結果、コンプレッサをバイパスすることにより過給気の一部をコンプレッサの下流側から上流側に導いた場合でも、自車両の速度の制御状態に関わらずに、コンプレッサによる過給効率を低下させることなく加速性能を向上させることができる。
【００４８】
更に、冷却が必要となる加速時におけるサージを回避するためのバイパス流量を、非常に少量とすることができる。このバイパス流量は、インタークーラ１２を通過する最大流量の数十分の一程度である。このため、冷却フィン２８を、比較的に小型で簡素な構造としても、上記の効果を十分に得ることができる。
【００４９】
また、自車両の速度の制御状態とターボユニット１１のサージ状態とがエンジンＥＣＵ１６によって判定され、判定結果から、自車両が減速中ではない状態かつサージの発生中状態であるとエンジンＥＣＵ１６によって判断された場合には、開弁する開閉弁として電磁弁２７ｃが選択され、選択された電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）がエンジンＥＣＵ１６によって開弁される。このため、コンプレッサにおいて、自車両が減速中ではない加速中又は定常定速運転中状態、かつ、サージの発生中状態の場合、即ち、冷却した空気が必要かつサージの回避のために空気が必要な場合、電磁弁２７ｃ（又は、電磁弁２７ｃのみ）が開弁され、電磁弁２７ｃの下流側の空気が冷却されて、コンプレッサの上流側へと導かれる。この結果、自車両の状態に適切に対応して、コンプレッサによる過給効率の低下をより確実に防止することができる。
【００５０】
また、スロットル開度、アクセル開度、自車両の車速、及び吸入空気に関する情報のうち少なくとも１つに基づいて、自車両の速度の制御状態の判定がエンジンＥＣＵ１６によって行われる。これにより、自車両の減速中状態、加速中状態、及び定常速度状態などを含む自車両の速度の制御状態をより正確に判定することができる。
【００５１】
また、冷却フィン２８が、外気又はコンプレッサに流入される流入空気との間で、熱交換することにより、空気を冷却する。これにより、冷却フィン２８は、外気又はコンプレッサに流入される流入空気を利用して、電磁弁２７ｃの下流側の空気をより高い効率で冷却することができる。このため、インタークーラなどの冷却専用の大型装置を設ける必要がなくなり、本発明に係る過給制御装置を含むシステム全体を小型化できるメリットがある。
【００５２】
また、本発明に係る過給制御装置では、自車両の速度の制御状態が加速状態である場合の電磁弁２７ｃの下流側の空気の熱容量よりも、冷却フィン２８の熱容量が大きい構成となる。即ち、冷却フィン２８の一部はコンプレッサ側インペラ１１ｄに流入する空気と接しているため、冷却フィン２８の熱容量は、加速時のサージを回避する場合に、電磁弁２７ｃを通過する空気の熱量を吸収可能な熱容量以上である。これにより、冷却フィン２８は、加速時の空気をより高い効率で冷却することができる。この結果、電磁弁２７ｃを通過する高温の空気の熱を冷却フィン２８に伝達させることで、コンプレッサ側インペラ１１ｄに供給するバイパスされた空気の温度を下げることできる。更に、冷却フィン２８の少なくとも一部を、コンプレッサ側インペラ１１ｄに流入する空気と接触させることで、冷却フィン２８の放熱が可能となり、通常時における冷却フィン２８の温度を吸気温度程度に保つことが可能となる。
【００５３】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、電動機１１ｂの出力軸がタービン／コンプレッサ１１ａの回転軸に一致していた。しかし、電動機の出力軸とタービン／コンプレッサの回転軸が一致しないような、例えばギアなどによる減速機構を介している場合の電動機付ターボチャージャ装置に対しても本発明は適用し得る。
【００５４】
さらに、本発明に係るターボユニット１１は、電動機付ターボチャージャ装置に限られるものではなく、電動機によりコンプレッサを駆動する電動コンプレッサであってもよい。このコンプレッサは、ターボチャージャ装置のコンプレッサ部と同様の構成を有する回転翼による遠心圧縮機であっても、その他の軸流圧縮機やいわゆるスーパーチャージャーであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る過給制御装置を用いた内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】図１の過給制御装置における制御を示すフローチャートである。
【図３】冷却フィンが過給気から受ける受熱量と冷却フィンが流入空気へ放出する放熱量とのそれぞれの経時変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１…エンジン、２…インジェクタ、３…シリンダ、４…ピストン、５…吸気通路、６…排気通路、７…点火プラグ、８…吸気バルブ、９…排気バルブ、１０…エアクリーナ、１１…ターボユニット、１１ａ…タービン／コンプレッサ、１１ｂ…電動機、１１ｃ…ハウジング、１１ｄ…コンプレッサ側インペラ、１１ｅ…タービン側インペラ、１２…インタークーラ、１３…スロットルバルブ、１４…アクセルペダル、１５…アクセル開度センサ、１６…エンジンＥＣＵ、１７…スロットルモータ、１８…スロットルポジショニングセンサ、１９…吸気圧センサ、２０…クランク角センサ、２１…インバータ、２２…バッテリ、２３…排気浄化触媒、２６，２７…還流通路、２６ａ，２７ａ…分岐点、２６ｂ，２７ｂ…第一接続点、２６ｃ，２７ｃ…電磁弁、２８…冷却フィン、２８ａ…空隙部。
【図１】
2008075604.tif 000003
【図２】
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【図３】
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