(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられ吸気を過給する過給機と、
該過給機と連結し、電力により駆動して該過給機を回転させる電動機と、
該電動機への電力供給を制御することにより前記過給機の作動を制御する過給機制御手段と、
前記吸気通路に、前記過給機を迂回して形成されたバイパス通路と、
該バイパス通路に設けられ、該バイパス通路内のバイパス流量を調節可能なバイパスバルブと、
該バイパスバルブの開度を制御するバイパスバルブ制御手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段とを備え、
前記運転状態検出手段は、前記内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段を含み、該吸気圧検出手段により検出された吸気圧が第１所定値未満であるときに前記内燃機関の所定の低負荷運転状態と判定し、該吸気圧検出手段により検出された吸気圧が前記第１所定値以上第２所定値未満であるときには、前記内燃機関の運転状態が過給運転を必要としない中負荷の自然吸気運転状態であると判定し、
前記運転状態検出手段により前記内燃機関の所定の低負荷運転状態が検出されたときには、
前記バイパスバルブ制御手段により、前記過給機の回転速度がアイドル回転数以上となるような吸気流量が前記過給機へと送られるよう、前記バイパスバルブの開度を絞り制御し、
前記過給機制御手段により、前記電動機への電力供給を停止し、
前記運転状態検出手段により前記中負荷の自然吸気運転状態が検出されたときには、
前記バイパスバルブ制御手段により、前記バイパスバルブの開度を全開に制御し、
前記過給機制御手段により、前記過給機の回転速度を前記アイドル回転数以上に維持すべく前記電動機への電力供給を制御することを特徴とする電動過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記運転状態検出手段は、前記吸気圧検出手段により検出された吸気圧が前記第２所定値以上第３所定値未満であるときには、前記内燃機関の運転状態が過給運転を必要とする過給運転状態にあると判定し、
該運転状態検出手段により該過給運転状態が検出されたときには、
前記バイパスバルブ制御手段により、前記バイパスバルブの開度を全閉に制御し、
前記過給機制御手段により、前記過給機による過給を行うよう前記電動機への電力供給を制御することを特徴とする請求項１記載の電動過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記運転状態検出手段は、前記吸気圧検出手段により検出された吸気圧が前記第３所定値以上であるとき、前記内燃機関の運転状態が過給限界状態に達したと判定し、
該運転状態検出手段により該過給限界状態が検出されたときには、
前記バイパスバルブ制御手段により、前記バイパスバルブの開度を増加させるよう制御し、
前記過給機制御手段により、前記過給機の回転速度を低下させるよう前記電動機への電力供給を制御することを特徴とする請求項２記載の電動過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下エンジンともいう）の出力向上を目的として、エンジンの排気流によりタービンを駆動し過給機を回転させて吸気の過給を行うターボチャージャや、エンジン回転を利用して過給機を回転させて吸気の過給を行うスーパーチャージャ等が実用化されている。
また、近年では電動機により過給機を駆動する電動過給機が提案されている。
【０００３】
例えば、電動機により駆動される過給機を備え、当該過給機を迂回するバイパス通路、該バイパス通路の開度を調節するバイパスバルブが設けられ、定常運転時にはバイパスバルブを目標過給圧に応じて演算した開度に開いておき、このときのバイパスバルブ開度にて目標過給圧が得られるように電動機により過給機回転速度を制御する構成が公知である（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２８０１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般に過給機を駆動するのに用いられる電動機は電力の消費が比較的大きく、上記特許文献１に開示された技術では、定常運転時においても常に電動機を作動しているため電力の消費が増大するという問題がある。
そこで、定常運転時には電動機への電力供給を停止させることも可能であるが、電動機を停止させ過給機の回転が完全に止まってしまうと、再度過給機を回転させる際の応答性が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電力の消費を抑制しつつ、過給機の応答性を確保することのできる電動過給機付き内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１の電動過給機付き内燃機関の制御装置では、内燃機関の吸気通路に設けられ吸気を過給する過給機と、該過給機と連結し、電力により駆動して該過給機を回転させる電動機と、該電動機への電力供給を制御することにより前記過給機の作動を制御する過給機制御手段と、前記吸気通路に、前記過給機を迂回して形成されたバイパス通路と、該バイパス通路に設けられ、該バイパス通路内のバイパス流量を調節可能なバイパスバルブと、該バイパスバルブの開度を制御するバイパスバルブ制御手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段とを備え、前記運転状態検出手段は、前記内燃機関の吸気圧を検出する吸気圧検出手段を含み、該吸気圧検出手段により検出された吸気圧が第１所定値未満であるときに前記内燃機関の所定の低負荷運転状態と判定し、該吸気圧検出手段により検出された吸気圧が前記第１所定値以上第２所定値未満であるときには、前記内燃機関の運転状態が過給運転を必要としない中負荷の自然吸気運転状態であると判定し、前記運転状態検出手段により前記内燃機関の所定の低負荷運転状態が検出されたときには、前記バイパスバルブ制御手段により、前記過給機の回転速度がアイドル回転数以上となるような吸気流量が前記過給機へと送られるよう、前記バイパスバルブの開度を絞り制御し、前記過給機制御手段により、前記電動機への電力供給を停止し、前記運転状態検出手段により前記中負荷の自然吸気運転状態が検出されたときには、前記バイパスバルブ制御手段により、前記バイパスバルブの開度を全開に制御し、前記過給機制御手段により、前記過給機の回転速度を前記アイドル回転数以上に維持すべく前記電動機への電力供給を制御することを特徴としている。
【０００７】
つまり、当該内燃機関の所定の低負荷運転状態時には、バイパスバルブの開度を絞り制御し、所定量以上の吸気流量を過給機に送ることで当該過給機の回転速度をアイドリング回転数以上とするとともに、電動機への電力供給を停止させる。また吸気圧が第１所定値以上であり第２所定値未満であるときには、バイパスバルブの開度を全開にし、過給機の回転速度を電力供給によりアイドリング回転数以上に維持する。
【０００９】
請求項２の電動過給機付き内燃機関の制御装置では、請求項１において、前記運転状態検出手段は、前記吸気圧検出手段により検出された吸気圧が前記第２所定値以上第３所定値未満であるときには、前記内燃機関の運転状態が過給運転を必要とする過給運転状態にあると判定し、該運転状態検出手段により該過給運転状態が検出されたときには、前記バイパスバルブ制御手段により、前記バイパスバルブの開度を全閉に制御し、前記過給機制御手段により、前記過給機による過給を行うよう前記電動機への電力供給を制御することを特徴としている。
【００１０】
つまり、吸気圧が上記第２所定値以上であり第３所定値未満であるときには、過給運転状態と判定し、バイパスバルブの開度を全閉として、過給機による過給を行う。
請求項３の電動過給機付き内燃機関の制御装置では、請求項２において、前記運転状態検出手段は、前記吸気圧検出手段により検出された吸気圧が前記第３所定値以上であるとき、前記内燃機関の運転状態が過給限界状態に達したと判定し、該運転状態検出手段により該過給限界状態が検出されたときには、前記バイパスバルブ制御手段により、前記バイパスバルブの開度を増加させるよう制御し、前記過給機制御手段により、前記過給機の回転速度を低下させるよう前記電動機への電力供給を制御することを特徴としている。
【００１１】
つまり、吸気圧が上記第３所定値以上であるときには過給限界状態と判定し、バイパスバルブを開くとともに、過給機の回転速度を低下させる。
【発明の効果】
【００１２】
上記手段を用いる本発明の請求項１の電動過給機付き内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の所定の低負荷運転状態時に、電動機への電力供給を停止させることで電力の消費を抑制することができるとともに、バイパスバルブの開度を絞り制御し、所定量以上の吸気流量を過給機へと送り過給機の回転速度をアイドリング回転数以上とすることで、過給機の応答性を確保することができる。
【００１３】
しかも、容易に過給機制御及びバイパスバルブ制御を行うことができる。
そのうえ、吸気圧が第１所定値以上第２所定値未満の中負荷の自然吸気運転状態と判定されたときには、バイパスバルブを全開とすることでポンピングロスを減少させ燃費を向上させることができ、電動機により過給機の回転速度をアイドリング回転数以上に維持することで過給機の応答性を確保することができる。
【００１４】
請求項２の電動過給機付き内燃機関の制御装置によれば、吸気圧が第２所定値以上第３所定値未満の過給運転状態と判定されたときには、バイパスバルブを全閉とし、すべての吸入空気を過給機へと送ることで、応答性に優れた過給を行うことができる。
請求項３の電動過給機付き内燃機関の制御装置によれば、吸気圧が第３所定値以上の過給限界状態と判定されたときには、電動機により過給機の回転速度を低下させるのと併せて、バイパスバルブの開度を増加させることで、過給圧を減少させることにおいて２重安全機構となり、早期で確実に過給圧を過給限界値未満に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置の概略構成図が示されている。
図１に示すように、エンジン１の吸気通路２には、吸気上流端にエアクリーナ４が設けられており、当該エアクリーナ４より吸気下流側にはコンプレッサ１０（過給機）が設けられている。
【００１６】
当該コンプレッサ１０は、吸気通路２と連通して形成されたコンプレッサハウジング１２内にコンプレッサインペラ１４が回転自在に支持されて構成されている。
当該コンプレッサインペラ１４の回転軸は電動のモータ２０（電動機）と連結されている。
当該モータ２０は車両に搭載されている図示しないバッテリと電気的に接続されており、当該バッテリから電力が供給されることで駆動し、コンプレッサインペラ１４を回転させる機能を有している。
【００１７】
そして、コンプレッサ１０はコンプレッサインペラ１４が回転することで吸気を過給する機能を有している。
また、吸気通路２のコンプレッサ１０よりも吸気下流側には、バタフライ式のスロットルバルブ２２が設けられている。当該スロットルバルブ２２はアクチュエータ２４により開閉駆動し吸気通路２の通路面積を可変させることで吸入空気量を調節する機能を有している。
【００１８】
さらに、当該スロットルバルブ２２より吸気下流側には吸気圧を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。
また、吸気通路２には、上記コンプレッサ１０を迂回するように、エアクリーナ４とコンプレッサ１０との間部分及びコンプレッサ１０とスロットルバルブ２２との間部分とを接続するバイパス通路３０が形成されている。
【００１９】
当該バイパス通路３０には、バタフライ式のバイパスバルブ３２が設けられている。当該バイパスバルブ３２は、アクチュエータ３４により開閉駆動しバイパス通路３０の通路面積を可変させることで当該バイパス通路３０を通るバイパス流量を調節する機能を有している。
また、エンジン１にはエンジン回転数を検出する回転数センサ４０が設けられている。
【００２０】
さらに、当該エンジン１を搭載している車両にはアクセルの操作量を検出するアクセルセンサ４２が設けられている。
上記モータ２０、スロットルバルブ２２及びバイパスバルブ３２のそれぞれのアクチュエータ２４、３４、吸気圧センサ２６、回転数センサ４０、アクセルセンサ４２等の各種装置や各種センサ類は車両に搭載されているＥＣＵ（電子コントロールユニット）５０と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ５０は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
【００２１】
例えば、ＥＣＵ５０は、アクセルセンサ４２により検出されるアクセル操作量、吸気圧センサ２６により検出される吸気圧、回転数センサ４０により検出されるエンジン回転数等に応じて、モータ２０への電力供給を制御しコンプレッサ１０の作動を制御する機能を有している（過給機制御手段）。
また、ＥＣＵ５０は予め設定された制御マップに基づいて、バイパスバルブ３２の開度を制御する機能も有している（バイパスバルブ制御手段）。
【００２２】
以下このように構成された本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置の作用について説明する。
図２を参照すると、本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置のバイパスバルブ制御に用いる制御マップＭ１が示されており、図３を参照すると本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置のバイパスバルブ３２の制御ルーチンがフローチャートで示されている。
【００２３】
図２の制御マップＭ１には吸気圧とエンジン回転数に基づき設定されたバイパスバルブ３２の作動領域が示されており、以下当該制御マップＭ１を参照しながら、図３のフローチャートに沿って説明する。
まず、ＥＣＵ５０はステップＳ１において、吸気圧センサ２６により検出される吸気圧及び回転数センサ４０により検出されるエンジン回転数を読み込む。
【００２４】
続くステップＳ２では、エンジン１が定常運転状態（所定の低負荷運転状態）であるか否かを判別する。当該判別は、図２の制御マップＭ１より吸気圧が第１所定値未満であるか否かを判別することにより行う。当該第１所定値は自然吸気運転と定常運転との境界値に設定されており、図２において当該第１所定値未満の領域は定常運転状態を示している。
【００２５】
当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合は、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、図２の制御マップＭ１とは別に設定されている図示しない制御マップＭ２に基づき、アクチュエータ３４を介して当該バイパスバルブ３２の開度を絞り制御する。当該制御マップＭ２は、エンジン１の運転状態に応じて、コンプレッサ１０の回転数がアイドル回転数である所定回転数（例えば５０００ｒｐｍ）以上となる所定量以上の吸気流量がコンプレッサ１０に送られる開度に設定されている。つまり、バイパスバルブ３２を当該制御マップＭ２に基づく開度に絞ることでバイパス通路３０を通るバイパス流量を制限し、その分吸気通路２を通る吸気流量を増加させ、所定量以上の吸気流量をコンプレッサ１０へと送る。このように所定量以上の吸気流量がコンプレッサ１０に送られることで当該コンプレッサ１０は所定回転数以上に回転する。
【００２６】
続くステップＳ４では、モータ２０への電力供給を停止させ、当該ルーチンを抜ける。
以上のように、制御マップＭ１おいて定常運転時と判断された場合には、バイパスバルブ３２を制御マップＭ２に基づく開度に絞りバイパス流量を制限し、所定量以上の吸入空気量をコンプレッサ１０へと送ることで、モータ２０への電力供給を停止しつつ、当該吸入空気流によりコンプレッサ３２の回転数を所定回転数以上に維持することができる。なお、吸気圧が第１所定値未満であるような定常運転時は、負荷が小さいためバイパスバルブ３２を絞ったとしてもポンピングロスは大きく増加することはない。
【００２７】
これにより、電力の消費を抑制しつつ、コンプレッサ１０による過給の応答性を確保することができる。
一方、上記ステップＳ２において判別結果が偽（Ｎｏ）である場合はステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、エンジン１の運転状態が自然吸気運転であるか否か、即ち過給を行っていないか否か判別する。当該判別は、図２の制御マップＭ１より吸気圧が第２所定値未満であるか否かを判別することにより行う。当該第２所定値は自然吸気運転と過給運転との境界値に設定されており、図２において当該第２所定値未満の領域は自然吸気運転状態、当該第２所定値以上の領域は過給運転状態を示している。
【００２８】
当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち吸気圧が第１所定値以上であって第２所定値未満の自然吸気運転である場合は、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、バイパスバルブ３２の開度を全開とするようアクチュエータ３４を制御する。
そして、ステップＳ７において、モータ２０に所定の電力供給（例えば１Ａ）を行い、コンプレッサ１０の回転数を所定回転数（５０００ｒｐｍ）に維持したアイドル運転とし、当該ルーチンを抜ける。
【００２９】
このように、定常運転ではない中負荷の自然吸気運転状態時にはバイパスバルブ３２を全開とすることで吸気のポンピングロスを減少させ燃費を軽減することができる。そして、モータ２０に所定量の電力を供給しコンプレッサ１０の回転数を所定回転数に維持することで、過給時の応答性を確保することができる。
さらに、上記ステップＳ５において、判別結果が偽（Ｎｏ）である場合、即ち過給運転状態である場合にはステップＳ８に進む。
【００３０】
ステップＳ８では、吸気圧が過給限界圧以内であるか否か、即ち吸気圧が必要以上に高圧な過過給状態ではないか否かを判別する。当該判別は、図２の制御マップＭ１より吸気圧が第３所定値未満であるか否かを判別することで行う。当該第３所定値は過給限界圧に設定されており、図２において当該第３所定値以上である領域は過過給領域を示している。
【００３１】
当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち過給限界圧内での通常の過給運転である場合はステップＳ９に進む。
ステップＳ９では、バイパスバルブ３２の開度を全閉とするようアクチュエータ３４を制御する。
そして、ステップＳ１０において、アクセル開度やエンジン回転数等に応じた通常の過給制御を行う。
【００３２】
このように、吸気圧が過給限界圧内にある通常の過給運転時にはバイパスバルブ３２を全閉とすることで、すべての吸入空気をコンプレッサ１０へと送り、コンプレッサ１０の過給時の応答性を確保することができる。
一方、上記ステップＳ８の判別結果が偽（Ｎｏ）であった場合、即ち過過給運転状態である場合はステップＳ１１に進む。
【００３３】
ステップＳ１１では、バイパスバルブ３２の開度を一定量増加させる。
そして、ステップＳ１２では、モータ２０によりコンプレッサ１０の回転数を減少させるよう制御し、当該ルーチンを抜ける。
吸気圧が過給限界圧以上の過過給状態となった場合には、モータ２０によりコンプレッサ１０の回転数を低下させるのと併せて、バイパスバルブ３２の開度を増加させることで、過給圧を減少させることにおいてモータ２０及びバイパスバルブ３２による２重安全機構となり、早期で確実に正常な吸気圧に戻すことができる。
【００３４】
以上で本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態ではバイパスバルブ３２はバタフライ式バルブであるが、バイパス通路３０内の通路面積を可変可能な構成であれば他の構成のバルブであっても構わない。
【００３５】
また、上記実施形態では、コンプレッサ１０をモータ２０のみで回転させる構成であるが、これは例えば排気ターボとモータを併用させた構成であっても構わない。
また、上記実施形態では、図２に示す制御マップＭ１は吸気圧に基づいて設定されているが、これを体積効率やアクセル開度等の他の要素に基づいて設定しても構わない。
また、上記実施形態では、定常運転時には制御マップＭ２に基づきバイパスバルブ３２の開度を制御しているが、必ずしも制御マップＭ２を設定する必要はなく、例えば予め所定の開度を設定しておき、定常運転時にはバイパスバルブ３２の開度を当該所定の開度に制御するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置バイパスバルブ制御に用いる制御マップＭ１である。
【図３】本発明に係る電動過給機付き内燃機関の制御装置のバイパスバルブ制御ルーチンがフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１  エンジン（内燃機関）
２  吸気通路
１０  コンプレッサ（過給機）
２０  モータ（電動機）
２２  スロットルバルブ
２４、３４  アクチュエータ
２６  吸気圧センサ
３０  バイパス通路
３２  バイパスバルブ
４０  回転数センサ
４２  アクセルセンサ
５０  ＥＣＵ（過給機制御手段、バイパスバルブ制御手段）
【図１】
0004582335.tif 000002
【図２】
0004582335.tif 000003
【図３】
0004582335.tif 000004