(57)【要約】【課題】電動コンプレッサを備えた内燃機関の出力低下を抑制することができる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気通路に設けられる電動コンプレッサと、電動コンプレッサの下流側の吸気通路に設けられる絞り弁と、電動コンプレッサの上流側の吸気通路と絞り弁の下流側の吸気通路とを連通するバイパス通路と、バイパス通路に設けられるバイパス弁と、内燃機関の回転速度と電動コンプレッサの最大消費電力とに基づいて、電動コンプレッサの予回転の回転速度を決定し、バイパス弁を全開、かつ、絞り弁を全閉にして電動コンプレッサを予回転させる制御装置と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2016114046.tif 000002
【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る電動コンプレッサと、
前記電動コンプレッサの下流側の吸気通路に設けられる絞り弁と、
前記電動コンプレッサの上流側の吸気通路と前記絞り弁の下流側の吸気通路とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、
前記内燃機関の回転速度と前記電動コンプレッサの最大消費電力とに基づいて、前記電動コンプレッサの予回転の回転速度を決定し、前記バイパス弁を全開、かつ、前記絞り弁を全閉にして前記電動コンプレッサを予回転させる制御装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気通路に設けられる電動コンプレッサと、この電動コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、を備えた内燃機関が知られている。電動コンプレッサは、作動停止状態から所望の回転速度に到達するまでに時間がかかることが知られている。
【０００３】
特許文献１には、電動コンプレッサを予回転させる技術が開示されている。電動コンプレッサの予回転とは、内燃機関の運転状態が予回転領域にある場合、電動コンプレッサを予め駆動させておくことである。電動コンプレッサを予回転させることで、電動コンプレッサを所望の回転速度に到達させるまでの時間を短縮することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３３８７９号公報
【特許文献２】特開平７−１４５７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術では、電動コンプレッサの予回転中、電動コンプレッサによって過給された吸気がバイパス通路を介して循環することにより、吸気温度が上昇することがあった。吸気温度が上昇すると、内燃機関の出力が低下するおそれがある。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、電動コンプレッサを備えた内燃機関の出力低下を抑制することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関において、
内燃機関の吸気通路に設けられる電動コンプレッサと、
前記電動コンプレッサの下流側の吸気通路に設けられる絞り弁と、
前記電動コンプレッサの上流側の吸気通路と前記絞り弁の下流側の吸気通路とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられるバイパス弁と、
前記内燃機関の回転速度と前記電動コンプレッサの最大消費電力とに基づいて、前記電動コンプレッサの予回転の回転速度を決定し、前記バイパス弁を全開、かつ、前記絞り弁を全閉にして前記電動コンプレッサを予回転させる制御装置と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、予回転の際に絞り弁を閉じているため、予回転によって電動コンプレッサから吐出された吸気がバイパス通路内を逆流することはない。このため、逆流した吸気が再び電動コンプレッサで圧縮されることがなくなり、吸気温度の上昇を抑制することができる。この結果、吸気温度の上昇に起因するエンジン出力の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１のシステムの構成を表した図である。
【図２】エンジンの運転領域を表した図である。
【図３】予回転の回転速度を決定するマップについて表した図である。
【図４】予回転の回転速度を決定するマップ上における作動線を示した図である。
【図５】実施の形態１のＥＣＵで実行される予回転制御フローを表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
［システムの構成］
図１は、実施の形態１のシステムの構成を表した図である。図１には、エンジン本体８が表されている。エンジン本体８には、吸気マニホールド７と排気マニホールド９とが取り付けられている。吸気マニホールド７には、吸気通路１３が接続されている。排気マニホールド９には、排気通路１４が接続されている。
【００１１】
吸気通路１３には、上流から順に、電動コンプレッサ１、ターボコンプレッサ３、インタークーラ４が設けられている。ターボコンプレッサ３は、排気を利用して吸気を圧縮するターボ過給機を構成する装置である。電動コンプレッサ１は、ケーシングに格納されたインペラとインペラを回転させるモータ１６とを含んでいる。電動コンプレッサ１は、電気によってモータ１６を駆動してインペラを回転させて、吸気を圧縮する装置である。電動コンプレッサ１は、ターボ過給機のターボラグ発生時の過給圧を補償したり、さらに急加速時に過給を補助したりする等の目的で設けられている。
【００１２】
さらに、吸気通路１３には、電動コンプレッサ１より上流の吸気通路１３と、電動コンプレッサ１及びターボコンプレッサ３の間の吸気通路１３とを連通するバイパス通路１５が接続されている。バイパス通路１５には、バイパス通路１５を開閉するバイパス弁２が設けられている。
【００１３】
さらに、電動コンプレッサ１とターボコンプレッサ３との間には、絞り弁１０が設けられる。絞り弁１０は、吸気通路１３とバイパス通路１５の下流の末端との接続部よりも上流の吸気通路１３に設けられる。絞り弁１０は、電動コンプレッサ１から吐出される空気の流量を調節する。
【００１４】
排気通路１４には、ターボ過給機を構成する装置であるタービン１１が設けられている。タービン１１を排気が通過することでタービン１１が回転し、その回転と連動してターボコンプレッサ３が回転する。
【００１５】
実施の形態１のシステムの構成は、エンジン本体８の運転状態を制御する制御装置としてＥＣＵ１００（Electronic Control Unit）を備える。ＥＣＵ１００の入力側には、エンジン回転速度センサ（不図示）が接続される。ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度センサが出力した信号から、エンジン回転速度を検出する。
【００１６】
ＥＣＵ１００の出力側には、電動コンプレッサ１、バイパス弁２、絞り弁１０などのアクチュエータが接続される。ＥＣＵ１００は、電動コンプレッサ１に駆動信号を出力して、電動コンプレッサ１を駆動させる。ＥＣＵ１００は、バイパス弁２に信号を出力して、バイパス弁２の開度を調節する。ＥＣＵ１００は、絞り弁１０に信号を出力して、絞り弁１０の開度を調節する。
【００１７】
実施の形態１では、電動コンプレッサ１のレスポンスの向上のため、電動コンプレッサ１によるアシストを開始する前に、予め電動コンプレッサ１を回転させておく予回転制御が行われる。以下、電動コンプレッサの予回転制御が行われる運転領域について、図２を参照して説明する。
【００１８】
図２は、エンジンの運転領域を表した図である。図２には、縦軸にトルクが、横軸にエンジン回転速度が示されている。図２の実線は、電動コンプレッサ１による過給領域を示している。電動コンプレッサ１の過給領域の中（図２の斜線部分）には、予回転領域が設定されている。
【００１９】
エンジンの運転状態が図２に示す予回転領域にあるときには、電動コンプレッサ１を予め回転駆動させておいて、すぐに過給を開始できるようにしている。また、図２に示すように、エンジン回転速度がＮｅ２以上の予回転をしなくてもレスポンスを得られる領域や、エンジン回転速度がＮｅ１以下のエンジン始動時のような低回転領域では、予回転は行われない。
【００２０】
上記予回転領域において、電動コンプレッサ１の予回転の回転速度は、予めＥＣＵ１００に記憶されているマップに基づいて決定される。以下、電動コンプレッサ１の予回転の回転速度を決定するマップについて、図３を参照して説明する。
【００２１】
図３は、予回転の回転速度を決定するマップについて表した図である。図３において、縦軸は電動コンプレッサ１の吐出部の圧力（大気圧に対する圧力比）であり、横軸は電動コンプレッサ１の吐出部における修正空気流量である。
【００２２】
図３のマップ中、Ｙ１ｒｐｍ、Ｙ２ｒｐｍ、そしてＹ３ｒｐｍ等回転速度表示をしている実線は、電動コンプレッサ１をこの回転速度で回転させたときの等電動コンプレッサ回転速度線である。破線は、電動コンプレッサ１のモータ１６の最大モータ消費電力線である。一点鎖線は、エンジンを一定の回転速度で運転したときの等エンジン回転速度線である。
【００２３】
図３に示すマップでは、エンジン回転速度と最大消費電力との交点から、電動コンプレッサ１の予回転の回転速度が決定される。例えば、図３の点Ａに示すように、エンジン回転速度がＺｒｐｍ、かつ、モータ最大消費電力がＸｋＷの条件では、電動コンプレッサ１の予回転の回転速度は、Ｙ２ｒｐｍに設定される。なお、点Ａは、バイパス弁２が全閉、かつ、絞り弁１０の開度が全開の状態における上記条件の場合の予回転の回転速度である。
【００２４】
以下、バイパス弁２が全閉、かつ、絞り弁１０の開度が全開の状態を比較例とする。
【００２５】
ここで、実施の形態１の予回転制御は、バイパス弁２が全開、かつ、絞り弁１０が全閉の状態で行われる。これについて、以下、点Ｂを用いて説明する。
【００２６】
図３の点Ｂは、比較例の場合におけるエンジン回転速度とモータ消費電力を同様の条件において、バイパス弁２が全開、かつ、絞り弁１０が全閉の状態を示している。このように、絞り弁１０を全閉にすることで、電動コンプレッサ１をサージ領域で予回転させることができる。
【００２７】
次に、実施の形態１の予回転制御が行われた場合の圧力比と空気流量の変化について、図４を参照して説明する。
【００２８】
図４は、予回転の回転速度を決定するマップ上における作動線を示した図である。図４のＩとＩＩで示す矢印は、比較例の圧力比と空気流量の変化について示している。バイパス弁２が全閉、かつ、絞り弁１０の開度が全開の状態で電動コンプレッサ１の予回転を行うと、まず、空気流量が上昇し（矢印Ｉ）、次に、圧力比が増加する（矢印ＩＩ）。
【００２９】
一方、図４のＩ’、ＩＩ’、そしてＩＩＩ’で示す矢印は、実施の形態１における圧力比と空気流量の変化について示している。バイパス弁２を全開し、かつ、絞り弁１０を全閉にした状態で電動コンプレッサ１の予回転が行われると、絞り弁１０が全閉しているため、まず、圧力比が上昇する（矢印Ｉ’）。次に、バイパス通路１５から電動コンプレッサ１によって圧縮された空気が流れるため、等電動コンプレッサ回転速度線に沿って空気流量が増加する（矢印ＩＩ’）。その後、再び圧力比が上昇する（矢印ＩＩＩ’）。
【００３０】
このように、実施の形態１における電動コンプレッサ１の予回転制御が行われることで、電動コンプレッサ１をサージ領域で予回転させることができる。このため、電動コンプレッサ１のモータ消費電力を抑えながら予回転させることができる。さらに、加速時には電動コンプレッサ１の作動線が等回転ラインを通る。このため、電動コンプレッサ１の駆動を高効率化でき、同時に電動コンプレッサ１の駆動時のイナーシャロスが減る。この結果、実施の形態１の予回転制御を行わない場合に比べて、圧力比の上昇が早くなる。
【００３１】
さらに、実施の形態１では、予回転の際に絞り弁１０を閉じているため、予回転によって電動コンプレッサ１から吐出された吸気がバイパス通路１５内を逆流することはない。このため、逆流した吸気が再び電動コンプレッサ１で圧縮されることがなくなり、吸気温度の上昇を抑制することができる。この結果、吸気温度の上昇に起因するエンジン出力の低下を抑制できる。
【００３２】
以下、電動コンプレッサ１の予回転制御フローについて、図５を参照して説明する。
【００３３】
［予回転制御フロー］
図５は、実施の形態１のＥＣＵ１００で実行される予回転制御フローを表した図である。まず、ＥＣＵ１００は、予回転領域か否かを判定する（Ｓ１００）。ＥＣＵ１００は、現在のエンジンの運転領域が、図２で説明した予回転領域であるか否かを判定する。予回転領域ではないと判定された場合、予回転制御は終了する。
【００３４】
一方、ＥＣＵ１００は、Ｓ１００において、予回転領域であると判定した場合、エンジン回転速度Ｎｅ及びモータ最大消費電力から予回転の回転速度を決定する（Ｓ１０２）。予回転の回転速度は、図３で説明したマップを用いて決定される。
【００３５】
次に、ＥＣＵ１００は、電動コンプレッサ１の予回転を実施する（Ｓ１０４）。ここで、電動コンプレッサ１の予回転は、バイパス弁２を全開、かつ、絞り弁１０を全閉にして実施される。
【００３６】
次に、ＥＣＵ１００は、加速要求があるか否かを判定する（Ｓ１０６）。ここでいう加速要求とは、ターボ過給機のターボラグ発生時の過給圧を補償したり、急加速時に過給を補助したりする際に、電動コンプレッサ１を駆動させる要求をいう。ＥＣＵ１００は、加速要求がないと判定した場合には、再度Ｓ１００を実行する。
【００３７】
一方、ＥＣＵ１００は、加速要求があると判定した場合には、電動コンプレッサ１のアシストを開始する（Ｓ１０８）。電動コンプレッサ１のアシストとは、電動コンプレッサ１の加速要求があった場合に、予回転領域から過給領域に移行して、電動コンプレッサ１による過給を行うことをいう。
【００３８】
次に、ＥＣＵ１００は、バイパス弁２を全閉、かつ、絞り弁１０を全開にする際には、絞り弁１０の全開が先になるように制御する（Ｓ１１０）。Ｓ１１０では、電動コンプレッサ１のアシストが行われる際に、絞り弁１０が開弁してバイパス弁２が閉弁するときのそれぞれの弁の開閉の順番が制御される。Ｓ１１０が実行されることで、バイパス弁２と絞り弁１０との両方が全閉することを防止できる。
【００３９】
次に、ＥＣＵ１００は、アシストオフがされたか否かを判定する（Ｓ１１２）。ここで、アシストオフとは、電動コンプレッサ１を駆動して所望のエンジン出力を得ることができた際に電動コンプレッサ１が停止することをいう。アシストオフがされていないと判定された場合、アシストが継続され、再度Ｓ１１２の処理が実行される。
【００４０】
一方、ＥＣＵ１００は、アシストがオフされていると判定した場合、予回転制御を終了させる。
【符号の説明】
【００４１】
１  電動コンプレッサ
２  バイパス弁
８  エンジン本体
１０  絞り弁
１３  吸気通路
１５  バイパス通路
１６  モータ
１００  ＥＣＵ
【図１】
2016114046.tif 000003
【図２】
2016114046.tif 000004
【図３】
2016114046.tif 000005
【図４】
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【図５】
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