(57)【要約】【課題】本発明は電動過給機を有する過給装置に関し、特に電動過給機を迂回するバイパス通路を有する過給装置の制御に関する。【解決手段】エンジン１２の排気ガスにより駆動されるターボ過給機１と、前記ターボ過給機１のコンプレッサー１ａ下流の吸気通路２０に設置され駆動モータ２ｂにより駆動される電動過給機２とを有する内燃機関の過給装置において、前記ターボ過給機１のコンプレッサー１ａ下流かつ前記電動過給機２の上流の吸気通路２０に入口が設けられ、前記電動過給機２を迂回して前記電動過給機２下流の吸気通路２１に出口が設けられたバイパス通路７と、前記バイパス通路７内にバイパス弁３を設け、前記バイパス通路７内を空気が流れないときに前記バイパス弁３を開閉する。【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、
前記電動過給機を迂回して吸気通路に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】
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、
前記電動過給機を迂回して吸気通路に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を備え、
所定の運転状態では、前記バイパス弁を閉とすると共に前記電動過給機を駆動させることを特徴とする過給装置。
【請求項３】
前記ターボ過給機のコンプレッサー上流の吸気通路に流入する空気量を計測する手段と、
前記電動過給機を通過する空気量を計測する手段と、
車両の加速状態を検出する加速状態検出手段とを設け、
前記加速状態検出手段により加速状態が検出されたときには、前記電動過給機を駆動させるとともに、前記ターボ過給機の上流の吸気通路に流入する空気量と前記電動過給機を通過する空気量とがほぼ一致したときに前記バイパス弁を閉とする請求項１、２に記載の過給装置。
【請求項４】
前記電動過給機の回転速度を検出する手段を設け、電動過給機通過空気量を前記回転速度に基づいて求める請求項３に記載の過給装置。
【請求項５】
前記電動過給機の回転速度を前記電動機にかかる電圧および前記電動機に流れる電流から求める請求項４に記載の過給装置。
【請求項６】
前記電動過給機の上流の吸気通路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記電動過給機の上流の吸気通路内の温度を検出する温度検出手段とを設け、電動過給機の回転速度から求めた電動過給機を通過する空気量を、吸気通路内圧または大気圧と吸気温度に基づいて補正する請求項３に記載の過給装置。
【請求項７】
前記ターボ過給機のコンプレッサー上流の吸気通路に流入する空気量を計測する手段と、
前記バイパス通路を通過する空気量を計測する手段と、
車両の加速状態を検出する加速状態検出手段とを設け、
前記加速状態検出手段により加速状態が検出されたとき、前記電動過給機を駆動させるとともに、前記バイパス通路を通過する空気量がほぼゼロになったときに、前記バイパス弁を閉とする請求項１、２に記載の過給装置。
【請求項８】
前記加速状態検出手段は、スロットルまたはアクセルの開度が所定値より大きくなったことで車両が加速状態であると判断する請求項３または７に記載の過給機構装置。
【請求項９】
前記加速状態検出手段は、スロットルまたはアクセルの開度の変化速度が所定値より大きくなったことで車両が加速状態であると判断する請求項３または７に記載の過給装置。
【請求項１０】
電動過給機の空気流量を計測する手段として、前記電動過給機の上流と下流の吸気通路内の圧力をそれぞれ検出する圧力検出手段を設け、前記各圧力検出手段によって検出した前記電動過給機の上流の圧力と下流の圧力がほぼ等しくなったとき前記電動過給機をオフにするとともに、前記バイパス弁を開とする請求項３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】
電動機によって駆動する電動過給機と、この過給機をバイパスするバイパス通路とを有し、前記バイパス通路内に配置したバイパス弁の開閉を制御することで過給圧を制御する方法が特開２０００−２３０４２７号に開示されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来例では、バイパス弁を開閉する最適なタイミングには触れられておらず、電動過給機が作動すると共にバイパス弁を閉じている。
【０００４】
電動過給機は回転し始めてから必要な空気量を圧送することができる回転速度に達するまでには一定の時間がかかるため、前記一定の時間内にバイパス弁を閉じると電動過給機が抵抗となりエンジンの吸入空気量が急激に減少し、これに伴い、トルク段差や空燃比のずれが生じる。
【０００５】
また、電動過給機による過給の必要がなくなった時点ですぐにバイパス弁を開くと、電動過給機の下流は上流に比べて圧力が高い状態にあるので、バイパス通路を空気が逆流し、計測された吸入空気量とエンジンに供給される空気量にずれが生じ、トルク段差や空燃比のずれが生じる。
【０００６】
そこで本発明は、バイパス弁を開閉するタイミングを最適化することによって、バイパス弁開閉後のトルク段差や空燃費のずれの発生を防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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、前記電動過給機を迂回して吸気通路に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を備え、所定の運転状態では、前記バイパス弁を閉とするとともに前記電動過給機を稼動させ、前記所定の運転状態以外の運転状態では、前記バイパス弁を開とするとともに前記電動過給機を停止させる。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、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、バイパス弁を開閉した時に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り、トルク段差や空燃比のずれを防止できる。
【０００９】
【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。
【００１０】
第一実施形態について図１を用いて説明する。
【００１１】
１はエンジン１２の排気ガスによって駆動するターボ過給機で、エンジン１２の排気ガスが排気通路５０を通ってタービン１ｂに供給されることでタービン１ｂが回転し、これによってシャフト１ｃによってタービン１ｂと連結されているコンプレッサー１ａも回転する。これにより、コンプレッサー１ａの上流に設けたエアクリーナ１３から吸入して吸気通路６を通ってコンプレッサー１ａに供給された空気を圧縮してコンプレッサー１ａ下流の吸気通路２０に送り出す。
【００１２】
ターボ過給機１の上流の吸気通路６にはエアクリーナ１３とエアクリーナ１３から吸入した吸気量を計測するエアフローメータ（ＡＦＭ）５を設置する。
【００１３】
ターボ過給機１の下流の吸気通路２０に駆動モータ２ｂによってコンプレッサー２ａを駆動して過給を行う電動過給機２を設置する。
【００１４】
電動過給機２は駆動モータ２ｂ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１よりも短い。
【００１５】
そこでエンジン１２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１が過給を十分に行えないときに電動過給機２を稼動させて、ターボ過給機１の欠点を補う。
【００１６】
電動過給機２の上流かつターボ過給機１のコンプレッサー１ａ下流の吸気通路２０に入口をもち、電動過給機２を迂回してエンジン１２の上流かつ電動過給機２の下流の吸気通路２１に出口をもつバイパス通路７を設け、このバイパス通路７にアクチュエータ３ｂとアクチュエータ３ｂによって駆動される開閉弁３ａとで構成するバイパス弁３を設ける。
【００１７】
電動過給機２による過給を行うときにターボ過給機１から供給された空気をすべて電動過給機２に導くようバイパス弁３は閉じ、ターボ過給機１による過給が高まり電動過給機２による過給の必要がなくなったときにバイパス弁３を開いて空気がバイパス通路７を通るようにすることで電動過給機２が吸気通路２０中で吸気抵抗となるのを防ぐ。
【００１８】
ターボ過給機１から吸気通路２０に送り出された空気は、電動過給機２およびバイパス通路７の両方またはいずれか一方を通過し、吸気通路２１からエンジン１２に供給され燃焼する。エンジン１２で燃焼した後は排気通路５０を通ってタービン１ｂに供給されタービン１ｂを回転させた後、排気通路５１から排出される。
【００１９】
電動過給機２の上流の吸気通路２０に圧力センサ８、下流の吸気通路２１に圧力センサ９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としてエンジンコントロールユニット（ＥＣＭ）４に読み込まれる。
【００２０】
電動過給機２のシャフト２ｃの近傍に回転速度センサ１１を配置してコンプレッサー２ａ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ＥＣＭ４に読み込まれる。
【００２１】
また、ＥＣＭ４には加速状態検出手段３１からの加速状態検出信号Ｔｈも読み込まれる。加速状態検出手段３１はスロットルバルブ３１ａ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および加速状態検出信号Ｔｈに基づいて、ＥＣＭ４は電動過給機２のモータ２ｂおよびバイパス弁３のアクチュエータ３ｂを制御する。
【００２３】
ＥＣＭ４が実行するモータ２ｂおよびアクチュエータ３ｂ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２が停止、かつバイパス弁３が開いており、加速状態が検出された場合には電動過給機２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２による過給を行いながらの加速が終了して、電動過給機２が停止かつバイパス弁３が開いており、加速状態が検出されても電動過給機２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で車両が加速状態であるか判定を行い、加速中でなければステップＳ１３で状態フラグＦ＝０とする。加速中であればステップ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２の状態について判定を行い、電動過給機２が停止している場合はステップＳ１６で電動過給機２を稼動させる。
【００２７】
これにより、加速状態を検知して電動過給機２を稼動させる瞬間は常にバイパス弁３は開いていることになり、吸入空気は電動過給機２とバイパス通路７の両方を流れることになる。
【００２８】
電動過給機２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ー２ａの回転数が低いためにコンプレッサー２ａが吸気管２０内で吸気抵抗となるので、バイパス弁３を閉じているとエンジン１２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費のずれが発生する。
【００２９】
しかし本実施形態ではバイパス弁３を開いているので、バイパス通路７を通してエンジン１２に空気を供給でき、前記トルク変動および空燃費のずれの発生を防止できる
ステップＳ１４で電動過給機２が稼動している場合は、ステップＳ１５でバイパス弁３の状態について判定を行う。
【００３０】
ステップＳ１５でバイパス弁３が開いている場合にはステップＳ１７で電動過給機２を通過する空気量ＱｓとＡＦＭ５で検出される吸気通路６の空気量Ｑａの比較を行う。
【００３１】
電動過給機２を通過する空気量Ｑｓ（質量流量）は、電動過給機２のシャフト２ｃ近傍に配置した回転速度センサ１１によって検出したコンプレッサー２ａの回転速度、吸気通路２０内に配置した圧力センサ８、吸気温度センサ３２によって検出された吸気通路２０内の圧力、温度に基づいて以下の式から求める。
【００３２】
Ｑｓ＝（変換係数）×（コンプレッサー２ａの回転速度）×（吸気管２０内
圧力）÷（吸気管２０内温度）・・・（＊）
ステップＳ１７で電動過給機２を通過する空気量Ｑｓが吸気通路６の空気量Ｑａ以上であればステップＳ１９でバイパス弁３を閉じ、そうでないときには開いたままにする。
【００３３】
電動過給機２を通過する空気量Ｑｓが吸気通路６の空気量Ｑａと同じであれば、ターボ過給機１から供給された空気がすべて電動過給機２を通過していることになり、バイパス通路７に空気は流れない。つまり電動過給機２の回転数が十分に高くなっている状態である。
【００３４】
この状態でバイパス弁３を開いたままにしておくと、バイパス通路７を空気が逆流しエンジン１２に十分な空気が供給されなくなるのでバイパス弁３を閉じる。
【００３５】
そこで、電動過給機２による過給を開始してから電動過給機２を通過する空気量Ｑｓが増加して吸気通路６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７を通る空気がなくなったときにバイパス弁３を閉じれば吸気通路２１からエンジン１２に供給される空気量に影響はないので、エンジン１２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費のずれを発生させずにバイパス弁３を閉じることができる。
【００３６】
電動過給機２を通過する空気量Ｑｓが吸気通路６の空気量Ｑａよりも少なければ、バイパス通路７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３を閉じるとバイパス通路７を通っていた空気も電動過給機２を通ることになる。　　しかし電動過給機２は回転数が十分に速くなっていないため、電動過給機２の上流で空気が詰まったような状態となり、エンジン１２に供給される空気量が少なくなりトルクの変動や空燃費のずれが発生する。
【００３７】
したがってこの状態ではバイパス弁３を開いたままにする。
ステップＳ１５でバイパス弁３が閉じている場合にはステップＳ１８で電動過給機２の上流の吸気通路２０の圧力Ｐ１と下流の吸気通路２１の圧力Ｐ２の比較を行う。
【００３８】
ステップＳ１８で吸気通路２０の圧力Ｐ１が吸気通路２１の圧力Ｐ２以上であればステップＳ２０でバイパス弁３を開き、ステップＳ２１で電動過給機２を停止し、ステップＳ２２で状態フラグＦを１とする。
【００３９】
吸気通路２０の圧力Ｐ１が吸気通路２１の圧力Ｐ２以上である状態とは、ターボ過給機１が吸気通路２０に供給する空気量が電動過給機２が吸気通路２１に供給する空気量よりも多い状態である。
【００４０】
つまりターボ過給機１による過給が十分に高まって電動過給機２で過給を行う必要がなくなっている状態である。
【００４１】
この状態では、電動過給機２は吸気通路２０中で吸気抵抗となるだけなのでバイパス弁３を開いて空気がバイパス通路７を流れるようにして、電動過給機２を停止する。
【００４２】
バイパス弁３を開いても、吸気通路２０の圧力Ｐ１が吸気通路２１の圧力Ｐ２以上であるので、空気がバイパス通路７を吸気通路２１から吸気通路２０方向に逆流することはない。したがってエンジン１２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費のずれが発生することはない。
【００４３】
以上のように、バイパス弁３は原則として電動過給機２の作動に関連して動作し、すなわち電動過給機２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３を閉じ側に切り換えるのはバイパス通路７を空気が流れないとき、閉じているバイパス弁３を開き側に切り換えるのはバイパス弁３を開いても空気がバイパス通路７を逆流しないときとしているので、バイパス弁３の開閉を切換えた瞬間にトルクの変動や空燃費のずれを発生することはない。
【００４４】
上記において、加速状態検出方法は、スロットル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状態であると判断することもできる。
【００４５】
ステップＳ１７において求める電動過給機２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。
【００４６】
すなわち、電動過給機２を通過する空気量Ｑｓは、駆動モータ２ｂ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２ｂの特性図を用いて駆動モータ２ｂの回転速度を求め、駆動モータ２ｂの回転数から求まるコンプレッサー２ａの回転速度と、あらかじめ測定しておいたコンプレッサー２ａ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。
【００４７】
Ｑｓ＝（駆動モータ２ｂの回転数）×（コンプレッサー２ａ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電動機２ｂの電圧と電流を検出して簡単に電動過給機２を通過する空気量Ｑｓを求めることが可能となる。
【００４８】
第二実施形態について図４、５を用いて説明する。
【００４９】
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７のバイパス弁３の上流にエアフローメータ（ＡＦＭ）４０を設けてバイパス通路７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ＥＣＭ４に読み込まれる。
【００５０】
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３を開から閉にするときの判断基準が異なる。
本実施形態ではステップＳ４７でバイパス通路７を流れる空気量Ｑｂが０もしくはほぼ０になったときにバイパス弁３を閉じる。
【００５１】
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。
【００５２】
これにより、バイパス通路７を空気が流れないときにバイパス弁３を閉じることになるので、バイパス弁３を閉じた瞬間にエンジン１２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。
【００５３】
以上のことから、上記各実施形態においては、以下のような効果が得られる。
▲１▼　エンジン回転数が低い領域のように、ターボ過給機１が十分な過給を行えない状態では、過給圧がエンジンの回転数に依存しない電動過給機２を稼動させ
、ターボ過給機１の過給不足を補うことができる。
【００５４】
またターボ過給機１が十分に過給を行える状態になったらバイパス弁３ａを開くので、空気はバイパス通路を通るようになり、電動過給機２を通過するこ
とによる圧力損失を生じることが無い。
▲２▼　電動過給機２の稼動開始時には常にバイパス弁３を開いた状態にして吸入空気が電動過給機２とバイパス通路７の両方を流れるようにしているので、電動過給機２を稼動した直後に電動過給機２が吸気抵抗となることがない。したがってエンジン１２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。
▲３▼　吸気通路６を通過する空気量と電動過給機２を通過する空気量とが等しくなった瞬間にバイパス弁３を閉じることによって、エンジン１２に供給される空気量がバイパス弁３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
３を閉じたときの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。
▲４▼　バイパス通路７を空気が流れないときにバイパス弁３を閉じることによってバイパス弁３を閉じた瞬間にエンジン１２に供給される空気量が変化しない。
【００５５】
したがってバイパス弁３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。
▲５▼　吸気通路２０、２１内の圧力が等しくなった瞬間にバイパス弁３を開くことによってバイパス弁３を開いた瞬間にバイパス通路７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３を開いた瞬間にエンジン１２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。
【００５６】
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構成を示す図である。
【図２】第一実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図３】本発明で使用する駆動モータの特性図である。
【図４】第二実施形態の構成を示す図である。
【図５】第二実施形態の制御ルーチンを表すフローチャートである。
【符号の説明】
１　ターボ過給機
２　電動過給機
２ａ　コンプレッサー
２ｂ　駆動モータ
２ｃ　シャフト
３　バイパス弁
４　エンジンコントロールユニット（ＥＣＭ）
５　エアフローメータ（ＡＦＭ）
６　吸気通路
７　バイパス通路
圧力センサ
１１　回転速度センサ
１２　エンジン
１３　エアクリーナ
２０、２１吸気通路
３１　加速状態検出手段
３１ａ　スロットルバルブ
３２　吸気温センサ
４０　エアフローメータ
Ｓ４７　バイパス通路を流れる空気量があるか否かを判定
【図１】
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【図２】
2004076659.tif 000004
【図３】
2004076659.tif 000005
【図４】
2004076659.tif 000006
【図５】
2004076659.tif 000007