(57)【要約】【課題】スロットルバルブによる吸気抵抗の増加、およびコスト増加を防ぐ。【解決手段】電動機１８によって駆動される容積型の電動過給機１６を吸気通路１０中に介装し、電動過給機１６の上流に入口、下流に出口を有し、電動過給機１６を迂回して吸気通路を連通するバイパス通路１１と、前記バイパス通路１１の開度を可変にする開閉弁１２と、機関の要求出力を検出する要求出力検出手段と、前記要求出力に基づいて要求吸入空気量を求める要求吸入空気量算出手段と、前記開閉弁と前記電動過給機の駆動により要求吸入空気に制御する制御手段と、を有することを特徴とする内燃機関の過給装置【選択図】        図１
2004301043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機によって駆動される容積型の電動過給機を吸気通路中に介装し、
前記電動過給機の上流に入口、下流に出口を有し、電動過給機を迂回して吸気通路を連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路の開度を可変にする開閉弁と、
機関の要求出力を検出する要求出力検出手段と、
前記要求出力に基づいて要求吸入空気量を求める要求吸入空気量算出手段と、前記開閉弁と前記電動過給機の駆動により、前記要求吸入空気量に制御する制御手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項２】
前記制御装置は、機関の所定の要求出力を超える加速要求時には前記電動過給機を駆動するとともに前記開閉弁を全閉にし、前記加速要求時以外の非加速要求時には前記電動過給機を駆動せずに前記開閉弁を駆動して前記要求吸入空気量に制御する請求項１に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記加速要求時に前記電動過給機を駆動した後、所定時間経過後に前記開閉弁を全閉にする請求項２に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記非加速要求時には前記電動過給機を通過する空気量と、開閉弁を通過する空気量の合計が要求出力に応じて決まる目標吸入空気量となるように、開閉弁の開度を制御する請求項２に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項５】
前記電動過給機は、機関が所定の低負荷運転時には回転を禁止する回転ロック手段を有する請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関の過給装置。
【請求項６】
前記回転ロック手段は、前記電動機に逆相電流を流すことで電動過給機の回転を禁止する請求項４に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項７】
前記電動過給機は回生発電機能を有し、前記回転ロック手段は、前記電動機が所定回転数に低下するまでは回生制動させ、所定回転数以下になると逆相電流を流して回転をロックする請求項５に記載の内燃機関の過給装置。
【請求項８】
前記バイパス通路の入口より上流の吸気通路中にターボ過給機を配置した請求項１〜６のいずれか一つに記載の内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過給機を備えたエンジンの制御装置に関し、特に過給機を迂回するバイパス通路を有し、運転状況に応じてこれらの吸気経路の切り替えを行う制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンのトルクを向上させる方法としてターボチャージャ等の過給機を用いる技術が知られている。
【０００３】
電動機により駆動される過給機と、この過給機を迂回するバイパス通路と、このバイパス通路の開度を調節するバイパス弁を備える過給装置であって、  加速等により要求負荷が増大したときには、バイパス通路を閉塞して過給機による過給を行い、定常運転時にはバイパス通路を通してエンジンに吸気を供給する過給システムが特許文献１に記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２８０１４５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に記載のシステムは、前記バイパスバルブの他に、エンジンへ供給する吸気量を調節するためのスロットルバルブを設ける必要がある。したがって、吸気通路に２つのバルブが存在することになり、吸気抵抗の増大、コストの増加、制御の複雑化という問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、吸気抵抗およびコストを低減し、吸気通路の切換と吸入空気量調節の制御の複雑化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】
本発明の過給装置は、電動機によって駆動される容積型の電動過給機を吸気通路中に介装し、前記電動過給機の上流に入口、下流に出口を有し、電動過給機を迂回して吸気通路を連通するバイパス通路と、前記バイパス通路の開度を可変にする開閉弁と、機関の要求出力を検出する要求出力検出手段と、前記要求出力に基づいて要求吸入空気量を求める要求吸入空気量算出手段と、前記開閉弁と前記電動過給機の駆動により、前記要求吸入空気に制御する制御手段と、を有する。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、バイパス通路中に介装した開閉弁がバイパス通路の開度調節機能とスロットル機能を兼用するので、開度調節弁とスロットルバルブとを備える過給装置に比べてコストを低減でき、さらに、吸気通路中の吸気抵抗も低減できる。
【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】
図１は本実施形態のシステム構成を表す図である。２３はエンジンであり、３はエンジン２３の排気によって駆動されるターボ過給機である。
【００１１】
ターボ過給機３はコンプレッサー４とタービン５、そしてこれらを接続するシャフト６で構成され、エンジン２３の排気によってタービン５が回転することによって、シャフト６を介してタービン５と接続されるコンプレッサー４が回転して、ターボ過給機３の上流の吸気通路２に設けられたエアフローメータ１を通過した吸気を下流の吸気通路７に圧送する。
【００１２】
ターボ過給機３の下流の吸気通路７にはターボ過給機３で圧縮されて高温になった吸気を冷却するインタークーラー８が設けられる。
【００１３】
吸気通路７はインタークーラー８の下流の分岐点９で吸気通路１０とバイパス通路１１に分岐しており、吸気通路１０には電動過給機１６と電動過給機１６を通過して高温になった吸気を冷却するインタークーラー２０が設けられる。
【００１４】
本実施形態で用いる電動過給機１６は容積型の過給機であり、コンプレッサー１７およびシャフト１９を介してコンプレッサー１７と接続される電動機１８で構成され、電動機１８は電源２７からモーターコントローラー２６を経て供給される電力によって駆動される。なお、電動機１８は発電機能を有し、コンプレッサー１７の回転を電力として回収することが可能である。シャフト１９の近傍には回転数センサー２９を設けて電動過給機１６の回転数を検出する。
【００１５】
バイパス通路１１にはバイパス通路１１の開度を調節する開閉弁１２、開閉弁１２の上流の圧力を検出する圧力センサー１３、下流の圧力を検出する圧力センサー１４が設けられる。圧力センサー１３，１４の検出値はコントロールユニット（ＥＣＵ）２５に読み込まれる。
【００１６】
吸気通路１０とバイパス通路１１は、インタークーラー２０の下流かつ開閉弁１２の下流の合流点１５で合流して吸気通路２１となり、エンジン２３の吸気マニホールド２２に接続している。
【００１７】
ＥＣＵ２５には、上記検出値の他にもアクセル開度センサー３０、エンジン回転数センサー３１の検出値が読み込まれる。アクセル開度センサー３０の検出値からＥＣＵ２５は加速要求の有無を判定し、エンジン回転数センサー３１、回転数センサー２９、圧力センサー１３，１４等の検出値に基づいて、電動過給機１６の駆動および開閉弁１２の開閉を制御する。加速要求の判定は、エンジン回転数毎に前記所定値を定めたテーブルを作成しておき、エンジン回転数センサー３１の検出値によって検索する。なお、制御を簡素化するために予め所定のアクセル開度に相当するしきい値を設けておき、アクセル開度センサー３０の検出値と比較する方法でもよい。
【００１８】
本実施形態では、従来のエンジンにおいて吸気量を調整する為に備えられていたスロットルバルブを備えずに、開閉弁１２と電動過給機１６を関連付けて制御することによって吸気量を調節するもので、これにより、本システムは吸気系路中の吸気抵抗の増大を防止できる。
【００１９】
図２にＥＣＵ２５で実行される電動過給機１６およびバイパス弁１２の制御のフローチャートを示す。
【００２０】
ステップＳ１００でアクセル開度等に基づいて所定の要求出力を超える加速要求の有無の判定を行う。なお、所定の要求出力とは、電動過給機１６による過給を必要とする出力である。
【００２１】
所定の加速要求がある場合は、ステップＳ１０１で電動過給機１６を駆動してステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では図５に示すサブルーチンを実行して吸入空気量の制御を行う。
【００２２】
図５のステップＳ３０１では開閉弁１２を全閉にし、ステップＳ３０２でアクセル開度等から求められる要求吸入空気量に応じて電動過給機１６の回転数を制御することによってエンジン２３に供給する空気量を調節する。本実施形態で使用する電動過給機は容積型であるので、一回転あたりに圧送する空気量が一定であり、回転数を制御することによって空気量調節が可能である。
【００２３】
ステップＳ１００で加速要求がなかった場合にはステップＳ１０３に進み、電動過給機１６を駆動しない（ＯＦＦ）で、ステップＳ１０４でアクセル開度、吸入空気量、エンジン２３の吸入負圧によって回転する電動過給機１６の回転数に応じて開閉弁１２の開度を決定して、ステップＳ１０５に進む。エンジン２３の要求吸入空気量、すなわち目標吸入空気量は、原則として、アクセル開度とエンジン回転数に基づいてＥＣＵ２５で算出され、エアフローメータ１で測定される実際の吸入空気量がこの目標吸入空気量と一致するように、前記実際の吸入空気量から電動過給機１６を通る空気量を差し引いた空気量が流れる開閉弁１２の開度を決定する。
【００２４】
ステップＳ１０５ではステップＳ１０４で定めた開閉弁１２の開度が所定開度以下であるか否かの判定を行う。ここで用いる所定開度について図４を用いて説明する。
【００２５】
図４はエンジン回転数とエンジントルクのテーブルであり、実線Ｂは開閉弁１２が全開のときのエンジントルクを表している。本実施形態では、エンジン２３のトルクが実線Ａで示した所定トルク以下（斜線で示した領域Ｃ）の場合に電動過給機１６の回転を禁止（ロック）することとし、エンジントルクが所定トルク（実線Ａ）になるときの開閉弁１２の開度を所定開度とする。
【００２６】
所定開度以下である場合はステップＳ１０６に進み、後述するサブルーチンにしたがって電動過給機１６の回転をロックする。所定開度以上である場合はステップＳ１０７に進む。
【００２７】
ステップＳ１０７では電動過給機１６を回転自由にし、エンジン２３の吸入負圧によって回転する電動過給機１６の回転数に応じて開閉弁１２の開度を制御することによってエンジン２３に供給する空気量を調節する。
【００２８】
ここで、ステップＳ１０６で行う電動過給機１６の回転ロックについて図３を用いて説明する。
【００２９】
図３はステップＳ１０５で行う制御のサブルーチンである。ステップＳ２０１で電動過給機１６の回転数が所定回転数以下であるか否かの判定を行い、所定回転数以下である場合にはステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２でモーターコントローラー２６は電動機１８に電動過給機１６駆動時とは逆相の電流を流し、吸入負圧による電動過給機１６の回転に制動をかける（逆相制動モード）。そしてステップＳ２０３で電動過給機１６の回転をロックし、開閉弁１２の開度制御のみでエンジン２３に供給する空気量を調節する。
【００３０】
ステップＳ２０１で電動過給機１６の回転数が所定回転数より大きい場合にはステップＳ２０４に進み、電動機１８を発電機として機能させて電動過給機１６の回転エネルギーを電力として回収し（回生制動モード）、再びステップＳ２０１に戻り上記制御を繰り返す。電動過給機１６の回転数が所定回転数まで低下したらステップＳ２０２に進み、逆相制動モードにする。
【００３１】
これにより電動過給機１６の回転数が高い場合にも大きな逆相電流を流す必要がなく、さらに所定回転数に下がるまでの電動過給機１６の回転エネルギーを電力として回収できる。
【００３２】
以上により、本実施形態では開閉弁１２が吸気系路の切換とエンジン２３に供給する空気量の制御を兼用するので、吸気経路中の弁の数が一つで済み、吸気抵抗の低減およびコストの低減が可能である。
【００３３】
電動過給機１６が停止かつ開閉弁１２が所定開度以下、つまりエンジン２３が低負荷運転時には電動過給機１６の回転をロックするので、電動過給機１６の回転による吸気の流入を防止し、吸入空気量を正確に制御することが可能である。
【００３４】
電動過給機１６の回転をロックする際に、所定回転数よりも高い場合には回生制動モードに切り替えて回転数を低下させるので、エネルギーを回収することができ、かつ、回転をロックさせるための逆相電流も小さくすることが可能である。
【００３５】
開閉弁１２から吸気マニホールド２２までの吸気通路２１には吸気抵抗となるものがないので、開閉弁１２から吸気マニホールド２２までの距離をできるだけ短くすれば過給の過渡応答性を向上することが可能である。
【００３６】
ターボ過給機３の下流かつ分岐点９の上流にインタークーラー８を設け、電動過給機１６の下流かつ合流点１５の上流にインタークーラー２０を設けたので、電動過給機１６駆動時には電動過給機１６を通過する空気をエンタークーラー８で冷却し、電動過給機１６通過後にもインタークーラー２０で冷却することによってエンジン２３に供給される空気の酸素密度を高めて、高トルクを得ることが可能である。また、電動過給機１６停止時には、ターボ過給機３通過後の空気をインタークーラー８で冷却した後にインタークーラー２０を通過しないので、インタークーラー２０を通過することによる圧力損失を防止できる。
【００３７】
なお、図７に示したシステム構成図のように、インタークーラー８を分岐点９の下流かつ電動過給機１６の上流の吸気通路７に設け、インタークーラー２０を合流点１５の下流の吸気通路２１に設けても冷却効果は同様である。
【００３８】
また、電動過給機１６の回転をロックする方法は、前述した電動機１８に逆相電流を流す方法以外に、機械的なロック手段、例えばシャフト１９と係合してシャフト１９を回転不可能に固定する装置を用いる方法も考えられる。
【００３９】
第２実施形態について図８を用いて説明する。
【００４０】
図８は第２実施形態のシステム構成を表している。第１実施形態との違いはインタークーラー８、２０の配置のみであり、本実施形態ではターボ過給機３の下流かつ分岐点９の上流の吸気通路７にインタークーラー８を配置し、合流点１５の下流の吸気通路２１にインタークーラー２０を配置している。
【００４１】
これにより、本実施形態では電動過給機１６の駆動、停止にかかわらず吸気がインタークーラー８、２０を通過することになるので、第１実施形態と同等の冷却性能を確保した場合でも個々のインタークーラーを小型化することが可能となり、車載レイアウトの自由度が増す。
【００４２】
開閉弁１２の制御は基本的に第１実施形態と同様であるが、図２のステップＳ１０２で行う制御が異なる。
【００４３】
図６にステップＳ１０２で行う制御のフローチャートを示す。ステップＳ１０１で電動過給機を駆動したら、ステップＳ４０１で一定時間経過後に開閉弁１２を全閉にする。そしてステップＳ４０２で電動過給機１６の回転数を制御することで吸入空気量を制御する。
【００４４】
前記一定時間は、電動過給機１６が駆動開始から過給可能な回転数に達するまでの時間を予め測定して決定する。電動過給機１６の回転数が十分に高くなっていないときに開閉弁１２を全閉にすると、エンジン２３に供給される空気量が急激に減少し、トルク変動によるショックを生じるが、本実施形態では電動過給機１６が過給可能な回転数に達するまではバイパス通路１１からも空気を供給するので、前述したトルク変動によるショックを防止できる。
【００４５】
以上により、本実施形態では第１実施形態と同様の効果に加え、２つのインタークーラーを直列に配置するので、個々のインタークーラーの容量を小さくすることが可能となり、車載時のレイアウトの自由度が増す。
【００４６】
加速要求を検出して電動過給機１６を駆動するときに、電動過給機１６が過給可能な回転数に達するまで開閉弁１２を開いているので、エンジン２３のトルク変動によるショックを防止することが可能となる。
【００４７】
なお、図９に示すように、インタークーラー８を開閉弁１２の上流かつ分基点９の下流のバイパス通路１１に配置して、インタークーラー２０を電動過給機１６の下流かつ合流点１５の上流の吸気通路１０に配置すると、インタークーラー８はターボ過給機３を通過した空気だけを冷却し、インタークーラー２０は電動過給機１６を通過した空気だけを冷却することになるので、それぞれのインタークーラーを小型化することが可能となり、車載時のレイアウトの自由度が増す。
【００４８】
第３実施形態について図１０を用いて説明する。
【００４９】
本実施形態の構成は、第１実施形態の構成からターボ過給機３およびターボ過給機３下流のインタークーラー８を除いたものであり、エアフローメータ１の下流で吸気通路２が吸気通路１０とバイパス通路１１に分岐している。分岐点９より下流は図１に示した第１実施形態と同じ構成である。
【００５０】
電動過給機１６および開閉弁１２の制御も第１実施形態と基本的に同様である。ただし、図２のステップＳ１０２で実行するサブルーチンは図１１に示す通りである。
【００５１】
図１１のステップＳ５０１ではエアフローメータ１を通過する空気量Ｑａと吸気通路１０を通過する空気量ＱｓをＥＣＵ２５に読み込む。
【００５２】
ステップＳ５０２では、エアフローメータ１を通過する空気量Ｑａと吸気通路１０を通過する空気量Ｑｓとが等しくなったときに開閉弁１２を全閉にする。これはエアフローメータ１を通過する空気量Ｑａと吸気通路１０を通過する空気量Ｑｓが等しいときには、バイパス通路１１に空気が流れていないので、開閉弁１２を全閉にしてもエンジン２３に供給する空気量が変化せず、トルク変動によるショックの発生を防止できるからである。
【００５３】
ステップＳ５０３ではエンジン２３の要求吸入空気量に応じて電動過給機１６の回転速度を制御する。
【００５４】
以上により、本実施形態では第１実施形態と同様に、開閉弁１２が吸気系路の切換とエンジン２３に供給する空気量の制御を兼用するので、吸気経路中の弁の数が一つで済み、吸気抵抗の低減およびコストの低減が可能である。
【００５５】
電動過給機１６が停止かつ開閉弁１２が所定開度以下、つまりエンジン２３が低負荷運転時には電動過給機１６の回転をロックするので、電動過給機１６の回転による吸気の流入を防止できる。
【００５６】
電動過給機１６の回転をロックする際に、所定回転数よりも高い場合には回生制動モードに切り替えて回転数を低下させるので、エネルギーを回収することができ、回転をロックさせるための逆相電流も小さくすることが可能である。
【００５７】
また、第２実施形態と同様に、加速要求を検出して電動過給機１６を駆動したときに、電動過給機１６が過給可能な回転速度に達するまで開閉弁１２を開いているので、エンジン２３のトルク変動によるショックを防止することが可能となる。
【００５８】
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１実施形態のシステム構成を表す図である。
【図２】第１実施形態の電動過給機およびバイパス弁の制御フローチャートである。
【図３】第１実施形態の電動過給機の回転ロック制御のフローチャートである。
【図４】電動過給機の回転ロック領域を表す図である。
【図５】第１実施形態の電動過給機駆動開始時の制御のサブルーチンである。
【図６】第２実施形態の電動過給機駆動開始時の制御のサブルーチンである。
【図７】第１実施形態のインタークーラーの配置が異なるシステム構成図である。
【図８】第２実施形態のシステム構成を表す図である。
【図９】第２実施形態のインタークーラーの配置が異なるシステム構成図である。
【図１０】第３実施形態のシステム構成を表す図である。
【図１１】第３実施形態の電動過給機駆動開始時の制御のサブルーチンである。
【符号の説明】
１  エアフローメータ
２  吸気通路
３  ターボ過給機
４  ターボ過給機のコンプレッサー
５  タービン
６  シャフト
７  吸気通路
８  インタークーラー
９  分岐点
１０  吸気通路
１１  バイパス通路
１２  開閉弁
１３  圧力センサー（上流側）
１４  圧力センサー（下流側）
１５  合流点
１６  電動過給機
１７  電動過給機のコンプレッサー
１８  電動機
１９  シャフト
２０  インタークーラー
２１  吸気通路
２２  吸気マニホールド
２３  エンジン
２４  排気マニホールド
２５  コントロールユニット（ＥＣＵ）
２６  モーターコントローラー
２７  電源
２８  排気通路
２９  回転速度センサー
３０  アクセル開度センサー
３１  エンジン回転数センサー
【図１】
2004301043.tif 000003
【図２】
2004301043.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004301043.tif 000009
【図８】
2004301043.tif 000010
【図９】
2004301043.tif 000011
【図１０】
2004301043.tif 000012
【図１１】
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