(57)【要約】【課題】電動過給機によりターボ過給機の補助を行う過給装置において、電動過給機のＯＮ／ＯＦＦに伴うショックの発生を防止する。【解決手段】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介装され、電動機により駆動される電動過給機と、前記ターボ過給機の下流かつ前記電動過給機の上流の吸気通路にインタークーラを配置し、前記インタークーラの下流の吸気通路に、前記電動過給機を迂回して設けたバイパス通路と、前記バイパス通路内に設けたバイパス弁と、前記電動過給機と前記バイパス弁とを互いに関連付けて制御し、かつ前記バイパス弁が開いても前記バイパス通路の空気の流れがほぼ生じないときに、前記バイパス弁の開閉の切り替えを行う。【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介装され、電動機により駆動される電動過給機と、
前記ターボ過給機の下流かつ前記電動過給機の上流の吸気通路に配置したインタークーラと、
前記インタークーラの下流の吸気通路に、前記電動過給機を迂回して設けたバイパス通路と、
前記バイパス通路内に設けたバイパス弁と、
前記電動過給機と前記バイパス弁とを互いに関連付けて制御し、かつ前記バイパス弁が開いても前記バイパス通路の空気の流れがほぼ生じないときに、前記バイパス弁の開閉の切り替えを行う制御手段とを備えたことを特徴とする過給装置。
【請求項２】
前記電動過給機のコンプレッサと前記電動機の間に増速機構を設けた請求項１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。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガスにより駆動されるターボ過給機の下流の吸気通路に、エンジンの駆動軸にクラッチを介して接離可能な機械式過給機を連結して、ターボ過給機の過給が十分に高まっていない時に前記機械式過給機によって補助的に過給を行なうことを特徴とするターボ過給機付きエンジンに関する技術が特許文献１、および非特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２８１６３８１号公報
【非特許文献１】
Ｋ１０マーチ（ＭＡ０９ＥＲＴ）整備要領書
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
特許文献１、及び非特許文献１の技術に用いる機械式過給機は、その回転数がエンジンの駆動軸の回転数に依存するため、エンジン回転数が低い場合には十分な過給圧が得られないという問題があった。
【０００５】
また、エンジンの駆動軸との間にクラッチを介しているため、クラッチを接続する際にショックが発生するという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、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介装され、電動機により駆動される電動過給機と、前記ターボ過給機の下流かつ前記電動過給機の上流の吸気通路にインタークーラを配置し、前記インタークーラの下流の吸気通路に、前記電動過給機を迂回して設けたバイパス通路と、前記バイパス通路内に設けたバイパス弁と、前記電動過給機と前記バイパス弁とを互いに関連付けて制御し、かつ前記バイパス弁が開いても前記バイパス通路の空気の流れがほぼ生じないときに、前記バイパス弁の開閉の切り替えを行う。
【０００７】
【作用・効果】
本発明によれば、回転数がエンジンの回転数に依存しない電動過給機を用いるので、エンジン回転が低い場合にも十分な過給が得られる。また、バイパス通路を空気が流れない状態のときにバイパス弁を開閉することにより、電動過給機が抵抗となること、およびバイパス通路を空気が逆流すること等がなくなるので、電動過給機のＯＮ・ＯＦＦによるショックの発生を防止できる。また、ターボ過給機と電動過給機との間にインタークーラを配置したことにより、ターボ過給機によって圧縮されて高温になった空気が冷却されてから電動過給機に送られるので、吸入空気から電動過給機駆動用の電動機への熱伝達が小さくなり、電動機の効率の向上や、運転時間の長時間化が可能となる。
【０００８】
【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。
【０００９】
第一実施形態について図１を用いて説明する。
【００１０】
Ａはエンジン１３の排気ガスによって駆動するターボ過給機で、車両に搭載されたエンジン１３から排気マニホールド１４を通って排出された排気ガスがタービン５に供給されることでタービン５が回転し、これによってシャフト３によってタービン５と連結されているコンプレッサ４も回転する。これにより、コンプレッサ４の上流から吸入して吸気通路２を通ってコンプレッサ４に供給された空気を圧縮してコンプレッサ４下流に送り出す。
【００１１】
コンプレッサ４の下流には空冷式のインタークーラ６を設け、ターボ過給機Ａによって圧縮されて高温になった空気を冷却する。
【００１２】
ターボ過給機Ａの上流の吸気通路２には、吸入した空気量を計測するエアフローメータ（ＡＦＭ）１を設置する。
【００１３】
ターボ過給機Ａの下流の吸気通路７に駆動モータ１５によってコンプレッサ８を駆動して過給を行う電動過給機Ｂを設置する。コンプレッサ８は駆動モータ１５とシャフト３１によって直結されている。また、駆動モータ１５を駆動するための電力は電源１６からモーターコントローラ１７を経て供給される。
【００１４】
電動過給機Ｂは駆動モータ１５により稼動するため、稼動開始後から回転数が高くなるまでの時間がターボ過給機Ａよりも短い。
【００１５】
そこでエンジン１３の回転数が低い領域や、いわゆるターボラグが発生する領域のようにターボ過給機Ａが過給を十分に行えないときに電動過給機Ｂを稼動させて、ターボ過給機Ａの欠点を補う。
【００１６】
電動過給機Ｂの上流かつターボ過給機Ａのコンプレッサ４下流の吸気通路７に入口をもち、電動過給機Ｂを迂回してエンジン１３の上流かつ電動過給機Ｂの下流の吸気通路１０に出口をもつバイパス通路３０を設け、このバイパス通路３０にバイパス弁９を設ける。
【００１７】
電動過給機Ｂによる過給を行うときにターボ過給機Ａから供給された空気をすべて電動過給機Ｂに導くようバイパス弁９は閉じ、ターボ過給機Ａによる過給が高まり電動過給機Ｂによる過給の必要がなくなったときにバイパス弁９を開いて空気がバイパス通路３０を通るようにすることで電動過給機Ｂが吸気通路７中で吸気抵抗となるのを防ぐ。
【００１８】
ターボ過給機Ａからインタークーラ６を通過して吸気通路７に送り出された空気は、電動過給機Ｂおよびバイパス通路３０の両方またはいずれか一方を通過し、吸気通路１０からスロットルチャンバ１１、吸気マニホールド１２を通りエンジン１３に供給され燃焼する。エンジン１３で燃焼した後は排気マニホールド１４を通ってタービン５に供給されタービン５を回転させた後、図示しない排気口より排出される。
【００１９】
バイパス弁９の上流に圧力センサ２０、下流に圧力センサ２１を配置してそれぞれ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としてエンジンコントロールユニット（ＥＣＭ）１８に読み込まれる。
【００２０】
電動過給機Ｂのシャフト２３の近傍に回転速度センサ１９を配置してコンプレッサ８の回転速度を検出する。測定結果は回転速度検出信号ＮｃとしてＥＣＭ１８に読み込まれる。
【００２１】
また、ＥＣＭ１８には加速要求検出信号Ｔｈも読み込まれる。加速要求検出信号Ｔｈはスロットルバルブ１１ａの開度（あるいはアクセル開度）の変化速度を検出するもので、スロットル開度の変化速度が所定値を超えた場合に、車両が加速要求状態であると判断するものである。
【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、ＥＣＭ１８はモーターコントローラ１７にモータ制御指示信号を送り電動過給機Ｂを制御する。また、同様に各検出信号に基づいてバイパス弁９を制御する。
【００２３】
ＥＣＭ１８が実行するモータ１５およびバイパス弁９の制御について図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２４】
電動過給機Ｂが停止、かつバイパス弁９が開いており、加速要求が検出された場合には電動過給機Ｂによる過給を行える状態の状態フラグＦを０、電動過給機Ｂによる過給を行いながらの加速が終了して、電動過給機Ｂが停止かつバイパス弁９が開いており、加速要求が検出されても電動過給機Ｂによる過給を行えない状態の状態フラグＦを１とする。
【００２５】
ステップＳ１１で車両が加速要求状態であるか判定を行い、加速要求が検出されない場合にはステップＳ１３で状態フラグＦ＝０とする。加速要求が検出された場合にはステップＳ１２に進む。
【００２６】
ステップＳ１２では状態フラグＦが０かどうかの判断を行い、Ｆ＝０であればステップＳ１４で電動過給機Ｂの状態について判定を行い、電動過給機Ｂが停止している場合はステップＳ１６で電動過給機Ｂを稼動させる。
【００２７】
これにより、加速要求を検知して電動過給機Ｂを稼動させる瞬間は常にバイパス弁９は開いていることになり、吸入空気は電動過給機Ｂとバイパス通路２２の両方を流れることになる。
【００２８】
電動過給機Ｂを稼動させる瞬間および稼動させた直後はコンプレッサ８の回転数が低いためにコンプレッサ８が吸気管７内で吸気抵抗となるので、バイパス弁９を閉じているとエンジン１３に供給される空気量が急激に減少することによって急激なトルク変動や空燃比のずれが発生する。
【００２９】
しかし本実施形態ではバイパス弁９を開いているので、バイパス通路３０を通してエンジン１３に空気を供給でき、前記トルク変動や空燃比のずれを防止できる。
【００３０】
ステップＳ１４で電動過給機Ｂが稼動している場合は、ステップＳ１５でバイパス弁９の状態について判定を行う。
【００３１】
ステップＳ１５でバイパス弁９が開いている場合にはステップＳ１７で電動過給機Ｂを通過する空気量ＱｓとＡＦＭ１で検出される吸気通路２の空気量Ｑａの比較を行う。
【００３２】
電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓ（質量流量）は、電動過給機Ｂのシャフト３１近傍に配置した回転速度センサ１９によって検出したコンプレッサ８の回転速度、吸気通路７内に配置した圧力センサ２０、吸気温度センサによって検出された吸気通路７内の圧力、温度に基づいて以下の式から求める。
【００３３】
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ステップＳ１７で電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓが吸気通路２の空気量Ｑａ以上であればステップＳ１９でバイパス弁９を閉じ、そうでないときには開いたままにする。
【００３４】
電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓが吸気通路２の空気量Ｑａと同じであれば、ターボ過給機Ａから供給された空気がすべて電動過給機Ｂを通過していることになり、バイパス通路３０に空気は流れない。つまり電動過給機Ｂの回転数が十分に高くなっている状態である。
【００３５】
この状態でバイパス弁９を開いたままにしておくと、バイパス通路３０を空気が逆流しエンジン１３に十分な空気が供給されなくなるのでバイパス弁９を閉じる。
【００３６】
そこで、電動過給機Ｂによる過給を開始してから電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓが増加して吸気通路２の空気量Ｑａと同じになったとき、すなわちＱｓ−Ｑａ＝０でバイパス通路３０を通る空気がなくなったときにバイパス弁９を閉じれば吸気通路１０からエンジン１３に供給される空気量に影響はないので、エンジン１３に供給される空気量の急激な変化によるトルクの変動や空燃比のずれを発生させずにバイパス弁９を閉じることができる。
【００３７】
電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓが吸気通路２の空気量Ｑａよりも少なければ、バイパス通路３０を通る空気があるということなので、この状態でバイパス弁９を閉じるとバイパス通路３０を通っていた空気も電動過給機Ｂを通ることになる。
【００３８】
しかし電動過給機Ｂは回転数が十分に速くなっていないため、電動過給機Ｂの上流で空気が詰まったような状態となり、エンジン１３に供給される空気量が少なくなりトルクの変動や空燃比のずれが発生する。
【００３９】
したがってこの状態ではバイパス弁９を開いたままにする。
ステップＳ１５でバイパス弁９が閉じている場合にはステップＳ１８で電動過給機Ｂの上流の吸気通路７の圧力Ｐ１と下流の吸気通路１０の圧力Ｐ２の比較を行う。
【００４０】
ステップＳ１８で吸気通路７の圧力Ｐ１が吸気通路１０の圧力Ｐ２以上であればステップＳ２０でバイパス弁９を開き、ステップＳ２１で電動過給機Ｂを停止し、ステップＳ２２で状態フラグＦを１とする。
【００４１】
吸気通路７の圧力Ｐ１が吸気通路１０の圧力Ｐ２以上である状態とは、ターボ過給機Ａがインタークーラ６を通して吸気通路７に供給する空気量が電動過給機Ｂが吸気通路１０に供給する空気量よりも多い状態である。
【００４２】
つまりターボ過給機Ａによる過給が十分に高まって電動過給機Ｂで過給を行う必要がなくなっている状態である。
【００４３】
この状態では、電動過給機Ｂは吸気通路７中で吸気抵抗となるだけなのでバイパス弁９を開いて空気がバイパス通路３０を流れるようにして、電動過給機Ｂを停止する。
【００４４】
バイパス弁９を開いても、吸気通路７の圧力Ｐ１が吸気通路１０の圧力Ｐ２以上であるので、空気がバイパス通路３０を吸気通路１０から吸気通路７方向に逆流することはない。したがってエンジン１３に供給される空気量が変化しないので、トルクの変動や空燃比のずれが発生することはない。
【００４５】
以上のように、バイパス弁９は原則として電動過給機Ｂの作動に関連して動作し、すなわち電動過給機Ｂが作動中は閉じ、作動停止中は開いているが、開いているバイパス弁９を閉じ側に切り換えるのはバイパス通路３０を空気が流れないとき、閉じているバイパス弁９を開き側に切り換えるのはバイパス弁９を開いても空気がバイパス通路３０を逆流しないときとしているので、バイパス弁９の開閉を切換えた瞬間にトルクの変動や空燃比のずれを発生することはない。
【００４６】
上記において、加速要求検出方法は、スロットルバルブ１１ａまたはアクセルの開度が所定の値よりも大きければ車両が加速要求状態であると判断することもできる。
【００４７】
ステップＳ１７において求める電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓは次のように算出することもできる。
【００４８】
すなわち、電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓは、駆動モータ１５の電圧と電流とを検出する手段（図示せず）を設け、これによって検出した電圧と電流から図３に示す駆動モータ１５の特性図を用いて駆動モータ１５の回転速度を求め、駆動モータ１５の回転数から求まるコンプレッサ８の回転速度と、あらかじめ測定しておいたコンプレッサ８が単位回転数あたりに圧送する空気量とから以下の式によって求める。
【００４９】
Ｑｓ＝（駆動モータ１５の回転数）×（コンプレッサ８が単位回転数あたりに圧送する空気量）
したがってこの場合には駆動モータ１５の電圧と電流を検出して簡単に電動過給機Ｂを通過する空気量Ｑｓを求めることが可能となる。
【００５０】
なお、図３の特性図は、電流値に対する電圧、トルク、回転数、パワーの関係を表しており、電流値が大きくなればトルクは大きく、電圧、回転数は小さくなることがわかる。また、パワーは電流値が３００〔Ａ〕付近までは電流値の上昇と共に増加して３００〔Ａ〕付近で最大値となり、それ以上は電流値が増加するとパワーは減少することがわかる。
【００５１】
第二実施形態について図４、５を用いて説明する。
【００５２】
図４は本実施形態の構成を示しており、基本的には第一実施例と同じであるが、バイパス通路３０のバイパス弁９の上流にエアフローメータ（ＡＦＭ）４０を設けてバイパス通路３０を流れる空気量Ｑｂを測定する。ＡＦＭ４０によって測定された空気量はＥＣＭ１８に読み込まれる。
【００５３】
図５は本実施形態の制御フローを示しており、基本的に第一実施例と同じであるが、バイパス弁９を開から閉にするときの判断基準が異なる。
【００５４】
本実施形態ではステップＳ４７でバイパス通路３０を流れる空気量Ｑｂがゼロもしくはほぼゼロになったときにバイパス弁９を閉じる。
【００５５】
その他については図２と同一であり、それぞれステップＳ４１〜Ｓ４６はステップＳ１１〜Ｓ１６に、ステップＳ４８〜Ｓ５２はステップＳ１８〜Ｓ２２に相当する。
【００５６】
これにより、バイパス通路３０を空気が流れないときにバイパス弁９を閉じることになるので、バイパス弁９を閉じた瞬間にエンジン１３に供給される空気量が変化することがなく、急激なトルク変動や空燃費のずれの発生を防止できる。
【００５７】
以上のことから、上記第一、第二実施形態においては、以下のような効果が得られる。
【００５８】
エンジン回転数が低い領域のように、ターボ過給機Ａが十分な過給を行えない状態では、過給圧がエンジン１３の回転数に依存しない電動過給機Ｂを稼動させ、ターボ過給機Ａの過給不足を補うことができる。
【００５９】
またターボ過給機Ａが十分に過給を行える状態になったらバイパス弁９を開くので、空気はバイパス通路３０を通るようになり、電動過給機Ｂを通過することによる圧力損失を生じることが無い。
【００６０】
電動過給機Ｂの稼動開始時には常にバイパス弁９を開いた状態にして吸入空気が電動過給機Ｂとバイパス通路３０の両方を流れるようにしているので、電動過給機Ｂを稼動した直後に電動過給機Ｂが吸気抵抗となることがない。したがってエンジン１３に供給される空気量が急激に減少することがなく、急激なトルクの変動や空燃比のずれの発生を防止できる。
【００６１】
吸気通路７、１０内の圧力が等しくなった瞬間にバイパス弁９を開くことによってバイパス弁９を開いた瞬間にバイパス通路３０を空気が逆流することを防止できる。これによりバイパス弁９を開いた瞬間にエンジン１３に供給される空気量が急激に減少することがなく、急激なトルクの変動や空燃費のずれの発生を防止できる。
【００６２】
第一の実施形態では、吸気通路２を通過する空気量と電動過給機Ｂを通過する空気量とが等しくなった瞬間にバイパス弁９を閉じることによって、エンジン１３に供給される空気量がバイパス弁９を閉じた瞬間に急激に減少しない。したがってバイパス弁９を閉じたときの急激なトルクの変動や空燃比のずれの発生を防止できる。
【００６３】
バイパス通路３０を空気が流れないときにバイパス弁９を閉じることによってバイパス弁９を閉じた瞬間にエンジン１３に供給される空気量が変化しない。
【００６４】
したがってバイパス弁９を閉じたときの急激なトルク変動や空燃費のずれの発生を防止できる。
【００６５】
上述したように電動過給機ＢのＯＮ・ＯＦＦに伴うトルク変動や空燃比のずれを防止でき、また駆動モータ１５によって駆動するため従来の機械式過給機のようなクラッチ接続に伴うショックもない。よって加速要求時に運転者に不快なショックが伝わることが無くなる。
【００６６】
ターボ過給機Ａの下流かつ電動過給機Ｂの上流にインタークーラ６を設けることによって、エンジントルクの向上とノックの低減を可能としつつ、ターボ過給機Ａで圧縮されて高温になった空気が冷却されてから電動過給機Ｂに供給されるので、電動過給機Ｂのコンプレッサ８からシャフト３１、駆動モータ１５へと伝わる熱量が小さくなり、駆動モータ１５の効率が向上でき、１つのインタークーラでターボによる過給と電動過給機による過給の双方に効果を出すことができる。また、効率が向上することによってモータ電流値を増加させてモータトルクを向上させ、運転者の要求する加速要求直後の加速を実現することが可能となる。さらに、駆動モータの稼動中の温度上昇を抑制できるので、電流を流す時間を長くし、登坂路等においてターボ過給機Ａの過給圧がなかなか高まらず、電動過給機Ｂが長時間過給しなければならない場合でも電動過給機Ｂを止めることなく稼働させることも可能となる。
【００６７】
第三実施形態について説明する。
【００６８】
本実施形態の構成は図６に示すように基本的に第一実施形態と同じであるが、電動過給機Ｂのコンプレッサ８と駆動モータ１５が直結されていない部分のみが異なる。制御方法は第一実施形態と同じである。
【００６９】
本実施形態ではコンプレッサ８のシャフト２２ａにコンプレッサプーリー２２を、駆動モータ１５のシャフト２３ａにモータープーリー２３を設け、駆動モータ１５の回転をモータープーリー２３、ベルト２４、コンプレッサプーリー２２を介してコンプレッサ８に伝達する。
【００７０】
これにより、前述した第一、第二の実施形態と同様の効果に加え、コンプレッサ８と駆動モータ１５を直結にせずベルトを介して間接的に結んでいるため、コンプレッサ８から駆動モータ１５への熱伝達量をより低減できるという効果が得られる。
【００７１】
また、モータープーリー２３の外径をコンプレッサプーリー２２の外径より大きくした場合には増速機能が得られ、これにより電動過給機Ｂによる過給圧を高めることが可能となる。
【００７２】
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。
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】本発明の第一実施形態のシステム構成を表す図である。
【図２】第一実施形態の制御を表すフローチャートである。
【図３】駆動モータの特性図である。
【図４】第二実施形態のシステム構成を表す図である。
【図５】第二実施形態の制御を表すフローチャートである。
【図６】第三実施形態のシステム構成を表す図である。
【符号の説明】
１  エアフローメータ
２  吸気通路
３  タービンシャフト
４  コンプレッサ
５  タービン
６  インタークーラ
７  吸気通路
８  電動コンプレッサ
９  バイパス弁
１０  吸気通路
１１  スロットルチャンバ
１２  吸気マニホールド
１３  エンジン
１４  排気マニホールド
１５  駆動モータ
１６  電源
１７  モーターコントローラ
１８  エンジンコントロールユニット（ＥＣＭ）
１９  回転速度センサ
２０、２１  圧力センサ
２２  コンプレッサプーリー
２２ａ  コンプレッサシャフト
２３  モータープーリー
２３ａ  モーターシャフト
２４  ベルト
３０  吸気通路
３１  シャフト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004169662.tif 000007
【図５】
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【図６】
2004169662.tif 000009