(57)【要約】【課題】電動過給機を備える過給装置において、電動過給機を迂回するバイパス通路中に設けたバイパス弁が閉じた状態で固着しても、走行可能なシステムとする。【解決手段】ターボ過給機３の下流の吸気通路８に電動機４ｂによって駆動される電動過給機４を設け、電動過給機４を迂回して電動過給機４の上流と下流の吸気通路８、９をつなぐバイパス通路１０と、バイパス通路１０を開閉するバイパス弁６とを設け、電動過給機４からターボ過給機３へ過給切り替えを行う時に、電動過給機４とバイパス弁６とを関連づけて制御する過給装置であって、電動過給機４からターボ過給機３へ過給の切り替えを行う時に、電動過給機４を停止させ、かつバイパス弁６を開駆動させる過給切り替え手段と、バイパス弁６の閉固着を検出する固着検出手段と、前記固着検出手段により閉固着が検出された時に電動過給機４を再駆動させる再駆動手段とを設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機の下流の吸気通路に電動機によって駆動される電動過給機を設け、
前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流の吸気通路をつなぐバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁とを設け、
前記電動過給機からターボ過給機へ過給切り替えを行う時に、前記電動過給機と前記バイパス弁とを関連づけて制御する過給装置であって、
電動過給機からターボ過給機へ過給の切り替えを行う時に、電動過給機を停止させ、かつバイパス弁を開駆動させる過給切り替え手段と、
バイパス弁の閉固着を検出する固着検出手段と、
前記固着検出手段により閉固着が検出された時に電動過給機を再駆動させる再駆動手段とを備えた過給装置。
【請求項２】
前記再駆動手段は、前記電動過給機を、車両が所定車速を維持するために必要な過給量に見合う駆動状態とする請求項１に記載の過給装置。
【請求項３】
前記再駆動手段は、前記電動過給機を、運転者の要求車速を維持するために必要な過給量に見合う駆動状態とする請求項１に記載の過給装置。
【請求項４】
前記再駆動手段は、前記電動機を駆動するバッテリの劣化状態に応じて、電動機の駆動力を徐々に低下させる請求項２または３に記載の過給装置。
【請求項５】
前記固着検出手段は、前記電動過給機下流の吸気通路の負圧の絶対値が所定値以上である場合に、バイパス弁が閉固着していると判定する請求項１〜４のいずれかに記載の過給装置。
【請求項６】
前記固着検出手段は、スロットル開度とエンジン回転数から求める必要空気量がエアフロメータを通過した空気量よりも少ないときにバイパス弁が閉固着していると判定する請求項１〜４のいずれかに記載の過給装置。
【請求項７】
前記固着検出手段は、前記バイパス弁の開度を検知することで閉固着を検出する請求項１〜４のいずれかに記載の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機により駆動する過給機を備えた内燃機関の過給装置に関する
。
【従来の技術】
エンジン出力を向上させるために、排気圧力により吸入空気を加圧するターボ過給機を装着する技術が知られている。しかしながら、ターボ過給機には過給に遅れが生じる、いわゆるターボラグや、エンジン低回転域では過給できないといった欠点がある。
【０００２】
そこで、ターボ過給機の他に、電動で動作する電動過給機を加える技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１では、電動過給機のコンプレッサーとターボ過給機のコンプレッサーとの間の吸気経路を切換えるバイパス弁を配置し、電動過給機の運転状態に応じてバイパス弁の動作を制御することで電動過給の圧力を調整している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２１５７３号公報
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１にはバイパス弁が閉じた状態で固着（以下、閉固着という）した場合の故障検知方法や、閉固着検知時の電動過給機の制御方法については記載されていない。
【０００６】
電動過給機とターボ過給機とを吸気通路中に並列に有する過給システムの場合、ターボ過給機の過給圧が高まると、電動過給機を停止する。このとき前記両過給機の間に設けられたバイパス弁が閉固着していると、ターボ過給機のコンプレッサーを通過した吸入空気が電動過給機およびバイパス弁によってそれぞれ堰き止められるのでエンジンの吸入空気量が著しく低下し、ショックやエンスト等が発生する。
【０００７】
そこで、本発明では上記問題を解決し、バイパス弁が閉固着した場合にもエンジンに空気が供給されるシステムとすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の過給装置は、エンジンの排気ガスにより駆動されるターボ過給機と、前記ターボ過給機の下流の吸気通路に設けられ、電動機によって駆動される電動過給機と、前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流の吸気通路をつなぐバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、車両の加速要求を検出する手段と、前記加速要求を検出したときに前記電動過給機と前記バイパス弁とを関連づけて制御する過給装置であって、電動過給機からターボ過給機へ過給の切り替えを行う時に、電動過給機を停止させ、かつバイパス弁を開駆動させる過給切り替え手段と、バイパス弁の閉固着を検出する固着検出手段と、前記固着検出手段により閉固着が検出された時に電動過給機を再駆動させる再駆動手段とを備える。
【０００９】
【作用・効果】
本発明によれば、走行中に前記バイパス弁が閉固着した場合に、これを検知し、電動過給機を駆動させてエンジン駆動に必要な吸入空気量を確保するので、エンジン吸入空気量が著しく低下することによって発生するショックやエンスト等を防止できる。また、閉固着後にも自走可能なので、異常を解消できる場所まで自走で車両を移動できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
第１実施形態の構成を図１に示す。
【００１２】
図１は車両に搭載した本発明のシステムを示す図であり、１１はエンジン、３はエンジン１１の排気ガスによって駆動するターボ過給機である。
【００１３】
ターボ過給機３の上流の吸気通路７にはエアクリーナ１とエアクリーナ１から吸入した吸気量Ｑａを計測するエアフロメータ（ＡＦＭ）２を設置する。
【００１４】
ターボ過給機３の下流の吸気通路８には、駆動モータ４ｂによってコンプレッサ４ａを駆動して過給を行う電動過給機４と、電動過給機４を迂回して吸気通路８と更に下流の吸気通路９をつなぐバイパス通路１０およびバイパス通路１０を開閉するバイパス弁６を設置する。
【００１５】
なお、本実施形態において電動過給機４はルーツタイプの容積型過給機とする。
【００１６】
電動過給機４は、駆動モータ４ｂにより駆動されるため、回転数がエンジン１１の回転数に依存せず、過給圧が高まるまでの時間がターボ過給機３よりも短い。
【００１７】
そこでこの特性を生かして、エンジン１１が低回転域にある状況や、過給に遅れが生じるターボラグといったターボ過給機３が過給を行えない状況で、ターボ過給機３の過給が高まるまでの過給を賄うために電動過給機４を稼働させる。
【００１８】
電動過給機４と連動してバイパス通路１０を開閉するバイパス弁６は、アクチュエータ６ｂとアクチュエータ６ｂによって駆動される開閉弁６ａとで構成される。
【００１９】
これら電動過給機４とバイパス弁６を制御するためにコントロールユニット（ＥＣＭ）５が備えられる。ＥＣＭ５は、車両の加速要求があったとき、とくに加速初期にターボ過給機３によるターボラグのある間、例えば数秒間、電動過給機４を作動させると共にバイパス弁６を開閉させて過給圧のつながりが滑らかとなるように過給を行わせる。この制御のために、まず、電動過給機４の上流の吸気通路８に圧力センサー１２、下流の吸気通路９に圧力センサー１３を配置してそれぞれの吸気通路内の圧力を検出し、この検出結果は圧力検出信号Ｐ１、Ｐ２としてＥＣＭ５に読み込まれる。
【００２０】
電動過給機４の回転シャフト４ｃの近傍に回転速度センサー１５を配置してコンプレッサー４ａの回転速度を検出し、同じく測定結果は回転速度検出信号ＮｃとしてＥＣＭ５に読み込まれる。
【００２１】
また、ＥＣＭ５には加速要求検出手段１６からの加速要求検出信号Ｔｈも読み込まれる。加速要求検出手段１６は吸気通路９に介装したスロットルバルブ１６ａの開度（あるいはアクセル開度）を検出するもので、スロットルバルブ１６ａの開度が予め定めた敷居値を超えた場合に、車両が加速要求状態であると判断し、加速要求検出信号ＴｈをＥＣＭ５に送る。ただし、前記敷居値は一定の値、もしくはエンジン回転数に応じて徐々に大きくなるように決められる値となっている。
【００２２】
上記の圧力検出信号Ｐ１、Ｐ２、回転数検出信号Ｎｃおよび加速要求検出信号Ｔｈに基づいて、ＥＣＭ５は電動過給機４のモータ４ｂおよびバイパス弁６のアクチュエータ６ｂを制御する。
【００２３】
具体的には、加速要求を検知すると、バイパス弁６を開いたままで電動機４ｂを駆動し、電動過給機４の下流の吸気通路９の圧力Ｐ２が同じく上流の圧力Ｐ１と略同等になった瞬間にバイパス弁６を閉じる。電動過給機４の下流の吸気通路９の圧力Ｐ２が同じく上流の圧力Ｐ１よりも高くなった状態でバイパス弁６を開いたままにしておくと、空気がバイパス通路１０を逆流して吸気通路８に流れてしまい、エンジン１１へ供給される空気が不足し、空燃比のずれやトルク段差を生じる。したがって、前記問題を防止するために、電動過給機４の上流の圧力Ｐ１と下流の圧力Ｐ２が略同等になった瞬間にバイパス弁６を閉じる。
【００２４】
そしてターボ過給機３の過給圧が高まったら電動過給機４を停止し、バイパス弁６を開く。
【００２５】
また、ＥＣＭ５は、加速終了後等で本来バイパス弁６が開いているべき状態にもかかわらず閉じたままの状態（閉固着）であることを検知すると、たとえ加速要求を検知しなくても電動過給機４を駆動する。
【００２６】
これは、電動過給機４が停止、かつバイパス弁６が閉じているとエンジン１１にほとんど空気が供給されず、車両が走行不能になるので、電動過給機４を駆動させて、走行に必要な空気量を確保するためである。
【００２７】
ところで、電動過給機構において、バイパス弁６が故障により閉じたままの状態になった場合には、以下の状態が生じるので、ＥＣＭ５は次のように故障を判定している。
【００２８】
第１には、電動過給機４が非回転時、または回転後一定時間経過後に、電動過給機４下流の吸気通路１２の圧力が極端に負圧となる。これは、電動過給機４が停止状態であるので吸入空気はコンプレッサー４ａをほとんど通過することができず、また、バイパス弁６が閉じていることによってバイパス通路１０を通過することもできないので、エンジン１１が吸気通路９の空気を吸入し続けると吸気通路９内は負圧になるからである。
【００２９】
このことは、電動過給機４の下流の吸気通路９に設けた圧力センサー１３からの圧力検出信号Ｐ２をＥＣＭ５に読み込み所定値と比較することにより判定可能である。これを第１の故障判定とする。
【００３０】
第２として、電動過給機４が非回転時、または回転後一定時間経過後に、スロットルバルブ１６ａの開度とエンジン１１の回転数から求まる吸入空気量が、エアフロメータ２を通過した空気量よりも少なくなる。
【００３１】
これは、第１の症状と同様に、コンプレッサー４ａおよびバイパス弁６によって吸気通路８と吸気通路９とが遮断されるからである。
【００３２】
このことは、エアフロメータ２を通過した空気量、スロットルバルブ１６ａの開度およびエンジン回転数をＥＣＭ５に読み込んで計算し、その結果を比較することによって判定可能である。これを第２の故障判定とする。
【００３３】
第３として、電動過給機４が非回転時、または回転後一定時間経過後に、バイパス弁６に開弁信号が出ているにもかかわらず、開閉センサー２１からの検出信号は閉状態を示す。これは開閉センサー２１からの信号をＥＣＭ５に読み込むことで判定可能である。これを第３の故障判定とする。
【００３４】
ＥＣＭ５で実行されるこれらの制御動作について、以下のフローチャートを参照して説明する。
【００３５】
図２に、加速終了直後以外で電動過給機４が稼働していない状態（以下、定常状態とする）でバイパス弁６の閉固着を検出する場合の制御フローチャートを示す。
【００３６】
ステップＳ１００で定常状態か否かの判定を行い、定常状態であればステップＳ１０１へ、定常状態でなければそのまま終了する。
【００３７】
定常状態か否かの判定は、回転速度センサー１５からの検出信号をＥＣＭ５に読み込むことで可能である。
【００３８】
ステップＳ１０１では、第１の故障判定が成立するか否かの判定を行う。
【００３９】
第１の故障判定が成立すればステップＳ１０４に進み、故障判定フラグＦを１にする。第１の故障判定が成立しなければ、ステップＳ１０２に進む。
【００４０】
ステップＳ１０２では第２の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第２の故障判定が成立すれば、ステップＳ１０４に進み、故障判定フラグＦを１にする。第２の故障判定が成立しなければステップＳ１０３に進む。
【００４１】
ステップＳ１０３では第３の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第３の故障判定が成立すれば、ステップＳ１０４に進み、故障判定フラグＦを１にする。第３の故障判定が成立しなければそのまま終了する。
【００４２】
なお、上記の故障判定フローにおいて第１〜３の故障判定を行う順序は上記に限らず、自由に変更可能である。
【００４３】
図３に加速終了直後であって電動過給機４が稼働していない状態でのバイパス弁６の閉固着を検出する場合の制御フローチャートを示す。
【００４４】
ステップＳ２００では電動機４ｂもしくは回転速度センサー１３からの信号に基づいてＥＣＭ５で現在過給停止直後か否かの判定を行う。
【００４５】
過給停止直後でなければそのまま終了する。過給停止直後であれば、ステップＳ２０１に進む。
【００４６】
ステップＳ２０１では故障判定手段１が成立するか否かの判定を行う。第１の故障判定が成立すればステップＳ２０５に進み、故障判定フラグＦを１にする。第１の故障判定が成立しなければステップＳ２０２に進む。
【００４７】
ステップＳ２０２では第２の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第２の故障判定が成立すれば、ステップＳ２０５に進み、故障判定フラグＦを１にする。故障判定手段２が成立しなければステップＳ２０３に進む。
【００４８】
ステップＳ２０３では第３の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第３の故障判定が成立すれば、ステップＳ２０５に進み、故障判定フラグＦを１にする。第３の故障判定が成立しなければステップＳ２０４に進む。
【００４９】
ステップＳ２０４では過給停止から一定時間経過したか否かの判定を行い、経過していれば終了し、経過していなければステップＳ２０１に戻り、一定時間経過するまで上記故障判定手段１〜３を繰り返す。
【００５０】
なお、上記の３つの故障判定を行う順序は必ずしもフローチャートに記載した順序である必要はなく、また、３つの判定をすべて行う必要はなく、いずれか１つもしくは２つでもかまわない。
【００５１】
また、図２に示した定常状態での判定と図３に示した過給停止後に判定は、どちらか一方だけ、もしくは両方を並行して行ってもよい。
【００５２】
次に上記各故障判定を行った後の制御について図４に制御フローを示して説明する。
【００５３】
ステップＳ５０１で判定フラグＦの判定をして、状態フラグＦが１のときはステップＳ５０２へ進む。
【００５４】
ステップＳ５０２ではバッテリ容量の判定をおこない、バッテリ容量が電動機４ｂを回転させるのに十分である場合はステップＳ５０３に進み、不十分である場合には、ステップＳ５０６に進む。
【００５５】
ステップＳ５０３ではアクセル開度に応じて目標車速を決定する。
【００５６】
ステップＳ５０４では、電動過給機４を駆動させて、目標車速に応じた空気量をエンジン１１に供給する。
【００５７】
ステップＳ５０６では、オルタネータの発電量を判定する。発電量が電動機４ｂを回転させるのに十分である場合はステップＳ５０３に進み、不十分である場合には、ステップＳ５０７に進む。
【００５８】
ステップＳ５０７では現在の車速を読み込んで、ステップＳ５０８に進みステップＳ５０７で読み込んだ車速を低速側に補正してステップＳ５０４に進み、電動過給機４を駆動させて目標車速に応じた空気量をエンジン１１に供給する。
【００５９】
以上により、本実施形態では、バイパス弁６が故障して閉固着した場合でもバッテリ容量もしくはオルタネータの発電量の少なくともいずれか一方が目標車速を維持するのに十分であれば、電動過給機４を稼働させることによって吸入空気量を確保するので、エンジン吸入空気が著しく低下することで発生するショックやエンストを防止し、アクセル開度に応じた車速、つまり運転者の意図に応じた速度で走行可能である。また、前記の通りバイパス弁６が閉固着しても自走可能なので、レッカー車等を呼ぶことなく異常を解消できる場所、例えば修理工場等まで速やかに車両を移動することが可能である。
【００６０】
バッテリ容量およびオルタネータの発電量のいずれもが目標車速を維持するのに不十分になった場合においても、オルタネータの発電量に応じて電動機４ｂの回転速度を徐々に下げて電動過給機４への負荷を低減するので、走行中突然エンストすることはなく、異常を解消できる場所まで車両を移動することが可能である。
【００６１】
バイパス弁６の故障判定の際にバッテリ容量を検出することになるので、バッテリ容量不足を早期に検知することが可能となり、バッテリ上がり等の不具合を予防することも可能となる。
【００６２】
第１の故障判定は、バイパス弁６の開閉制御用のセンサーの値を用いるので、新たなセンサーを設けるためのコストが必要ない。
【００６３】
第２の故障判定は、エアフロメータ２により検出した空気量と、スロットル開度およびエンジン回転数から求めることができる吸入空気量といった通常のエンジン制御に用いるパラメータから推定することが可能なので、新たなセンサー等を設けるためのコストが必要ない。
【００６４】
第３の故障判定は、バイパス弁６の開度を直接検出するので、確実に閉固着を検出することが可能である。
【００６５】
第２実施形態について説明する。
【００６６】
本実施形態は、バイパス弁６の故障判定判定手段は同様であるが、故障を検知した場合の制御が異なる。
【００６７】
ステップＳ３００で故障判定フラグＦが１か否かの判定を行い、Ｆ＝１でない場合には終了する。
【００６８】
Ｆ＝１の場合にはステップＳ３０１に進み、電動過給機４を稼働させて必要空気量を確保する。このとき、必要空気量とは車両が自走可能な略一定の空気量とする。
【００６９】
以上により、バイパス弁６の閉固着を検知した場合には、第１実施形態と同様にバッテリもしくはオルタネータによって電動機４ｂを駆動するので自走が可能であり、特に本実施形態では運転者の意図にかかわらず電動機４ｂの回転数を低く設定するので、閉固着検知後に走行可能な距離を長くすることが可能である。
【００７０】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の過給装置のシステム構成を表す図である。
【図２】定常状態での故障判定のフローチャートである。
【図３】過給直後の故障判定のフローチャートである。
【図４】第１実施形態の閉固着検出後の制御フローチャートである。
【図５】第２実施形態の閉固着検出後の制御フローチャートである。
【符号の説明】
１  エアクリーナ
２  エアフロメータ
３  ターボ過給機
４  電動過給機
５  コントロールユニット（ＥＣＭ）（過給切り替え手段）
６  バイパス弁
７〜９  吸気通路
１０  バイパス通路
１１  エンジン
１２  圧力センサー
１３  圧力センサー
１５  回転速度センサー
１６  スロットルバルブ（加速要求検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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