(57)【要約】      （修正有）【課題】モータアシストターボチャージャの使用頻度を下げ、省電力化を行う。【解決手段】モータアシストターボチャージャと、モータアシストターボチャージャの駆動量を制御するモータ制御部とを備えた内燃機関において、モータ制御部は、所定の回転数領域における排気の圧力脈動の山を含む第一の期間における内燃機関のモータアシストターボチャージャの駆動量を、排気の圧力脈動の谷を含み且つ所定の回転数領域における第一の期間と異なる第二の期間における内燃機関のモータアシストターボチャージャの駆動量よりも小さくする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータアシストターボチャージャと、前記モータアシストターボチャージャの駆動量を制御するモータ制御部とを備えた内燃機関において、前記モータ制御部は、所定の回転数領域における排気の圧力脈動の山を含む第一の期間における前記内燃機関の前記モータアシストターボチャージャの駆動量を、排気の圧力脈動の谷を含み且つ前記所定の回転数領域における前記第一の期間と異なる第二の期間における前記内燃機関の前記モータアシストターボチャージャの駆動量よりも小さくすることを特徴とするモータアシストターボチャージャつき内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータアシストターボチャージャに関し、特にモータアシストターボチャージャの消費電力を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費向上策の一つとして、過給ダウンサイジングが広く利用されている。過給ダウンサイジングとは、排気量を小さくすることによりポンピングロスやフリクションロスなどを低減しつつ、排気量を小さくすることに伴う出力の減少を過給機が補うというものである。過給機として、排気エネルギーを利用して過給するターボチャージャが用いられているが、低回転域では、内燃機関の排気エネルギーが不足するため、過給効果が十分に得られない。そこで内燃機関の回転数が低回転域にあるときでも十分な過給効果を得るためにモータアシストターボチャージャを用いることが知られている（たとえば特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７―１２７０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気通路内の圧力は排気バルブの開閉動作に連動して脈動することが知られている。そのため、上記のように内燃機関の回転数が低回転域にあることをもってモータアシストターボチャージャを作動させる場合において、排気通路内の圧力脈動の山付近では十分な圧力が発生している場合があり、このときにもモータアシストターボチャージャが作動していると電力消費低減の観点からは好ましくない。
【０００５】
本発明の目的は、モータアシストターボチャージャの電力消費量を削減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
【０００７】
モータアシストターボチャージャと、前記モータアシストターボチャージャの駆動量を制御するモータ制御部とを備えた内燃機関において、前記モータ制御部は、所定の回転数領域における排気の圧力脈動の山を含む第一の期間における前記内燃機関の前記モータアシストターボチャージャの駆動量を、排気の圧力脈動の谷を含み且つ前記所定の回転数領域における前記第一の期間と異なる第二の期間における前記内燃機関の前記モータアシストターボチャージャの駆動量よりも小さくすることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成を備える内燃機関によれば、タービン回転数の変化幅を抑制できるためトルクの変動を抑えつつ、脈動により排気圧が大きくなるタイミングにアシスト量を小さくするので、モータのトータルの駆動量が小さくなる。その結果、排気の圧力脈動を考慮していない場合と比べ、ドラビリと電力消費低減の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態にかかるモータアシストターボチャージャつき内燃機関の全体図である。
【図２】バルブシートの構造を説明するための説明図である。
【図３】本発明の第３のバルブと排気バルブの位置関係の決め方を示す説明図である。
【図４】本発明実施前の動作状況を示す説明図である。
【図５】本発明実施中の動作状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、モータアシストターボチャージャにかかる実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１に、本発明の実施の形態に係るモータアシストターボチャージャつき内燃機関（単気筒の場合）の例を示す。前記内燃機関の基本的な構造や動きについては公知であることから、それらの詳細な説明は割愛する。モータアシストターボチャージャは内燃機関の排気エネルギーが不足し、過給効果が十分に得られない低回転数域で、過給圧を強制的に上昇させ、過給効果を補うために用いられる。
【００１２】
本発明の実施の形態に係るモータアシストターボチャージャつき内燃機関は、内燃機関を構成するカム２と当接される排気バルブ６とは別に、前記排気バルブ６とのなす角が角度αとなっている導体でできた第３のバルブ１１と、排気通路内から分岐され、タービン下流の排気通路に連通される分岐通路と、前記分岐通路に設けられたバルブシート１２を有している（図１参照）。
【００１３】
前記バルブシート１２は、前記第一の期間では前記第３のバルブ１１と接触する。図２に前記バルブシート１２の形状を示す。前記バルブシート１２はリング形状をしており、真ん中の空間を排気が通過する。前記バルブシート１２は導体部１９および複数の非導体部２０から成り、前記導体部１９は電流検出部１６および電圧印加部１７と電気的に接続された回路Ｘ（図１参照）を形成している。前記電圧印加部１７は回路Ｘに一定の電圧を印加する。前記複数の導体部１９は、互いに電気的に非連通となっている。そして前記第３のバルブ１１が前記バルブシート１２に接触している場合、導体である前記第３のバルブ１１を介して前記複数の導体部１９が電気的に連通し、前記回路Ｘに電流が流れる。電流検出部１６は前記回路Ｘに電流が流れているか否かを検出し、前記モータ制御部に電流が流れているか否かの情報を出力する。前記モータ制御部は電流が流れているという信号を受け取った場合は、前記モータ１４を駆動させないように、また電流が流れていないという信号を受け取った場合は前記モータ１４を駆動するように制御する。
【００１４】
前記角度αは、前記第二の期間で前記第３のバルブ１１が開くように調節されている。前記角度αは、前記排気通路の断面の太さ、形状や長さ等により異なるため、各々の内燃機関で予め実験的に求められた値となる。具体的には図３で示すように、前記第３のバルブ１１の開度は変動しており、前記変動の位相と排気通路内の脈動している排気圧の位相の差が半周期ずれるように角度αを設定する。半周期位相をずらす理由は、排気脈動の谷の極小点の時点で第３のバルブの開度が極大点にくるように設定するためである。その結果、前記分岐通路は、前記第３のバルブ１１がバルブシート１２に接触している場合に前記排気通路と非連通となり、前記第３のバルブ１１が前記バルブシート１２に接触していない場合に前記排気通路と連通となる。このため、前記第二の期間では、前記排気通路内の排気は前記分岐通路を通り、前記タービン１３下流へ掃気される。
【００１５】
複数気筒の場合は各々の気筒に対応する排気通路内にそれぞれ分岐通路を設ける。また往復部材やバルブシートも各気筒ごとに有し、各気筒に対応するカムにそれぞれ当接するように配置される。更に図１の回路Ｘもそれぞれ有する。
【００１６】
各々の気筒の第３のバルブと排気バルブのなす角は各々の第３のバルブの開度と、各々の気筒からの排気に対応した排気圧の位相が半周期ずれるように設定することとなる。
【００１７】
図４は、本発明を適用する前におけるタービン入口圧とターボ回転速度を縦軸に、クランク角を横軸にとったときのグラフである。前記脈動によりタービン入口圧が周期的に上下し、それに伴いターボ回転速度も周期的に上下していることがわかる。
【００１８】
図５は、本発明を適用している場合における前記タービン入口圧と前記ターボ回転速度を縦軸に、前記クランク角を横軸にとったときのグラフである。前記第二の期間ではモータ１４への通電が行われる一方前記第一の期間ではモータ１４への通電が行われない。そのため、前記タービン入口圧は脈動により周期的に変化しているが、前記ターボ回転速度は図４に比べ前記ターボ回転速度の落ち込みを抑制しつつ、前記第一の期間では前記モータ１４への通電を行わないため、前記モータアシストターボチャージャの消費電力を抑えることができる。また前記第二の領域では、前記排気通路内の圧力上昇を回避し、ポンピングロスを低減することができる。また、排気通路内の圧力によりタービン１３に発生する反力も小さくなるので、モータ１４が補うトルクが小さくなり、モータ１４の消費電力を更に小さくすることもできる。
【００１９】
＜その他の実施形態１＞
上記実施形態では脈動している排気圧の大きさを、前記第３のバルブ１１、前記バルブシート１２、前記電流検出部１６および前記電圧印加部１７を用いて検出し、前記モータ１４への通電非通電のタイミングを決定しているが、前記第３のバルブ１１、前記バルブシート１２、電流検出部１６および電圧印加部１７の代わりにクランク角センサ９およびカム角センサ１を用いて検出したクランク角を用いて、通電非通電のタイミングを決定してもよい。
【００２０】
＜その他の実施形態２＞
上記実施形態の前記第３のバルブ１１、前記バルブシート１２、前記電流検出部１６および前記電圧印加部１７の代わりに、排気圧センサにより脈動する排気圧をモニタし、検出した排気圧を用いて前記モータ１４への通電非通電のタイミングを決定してもよい。また上記その他の実施形態１と組み合わせ、その他の実施形態１のタイミングを補正するようにしてもよい。
【００２１】
＜その他の実施形態３＞
上記実施形態においては、排気バルブ６および第３のバルブ１１は、同一のカム２によって駆動される。しかしながら、第３のバルブ１１を駆動する方法は、これに限られるものではない。例えば第３のバルブ１１を駆動する専用のカムを設けても良い。当該専用のカムは、例えば、排気カムシャフト上に設けられてもよい。また、吸気カムシャフト上に設けられてもよい。さらに、吸気カムシャフトと排気カムシャフトとは異なる、第３のシャフト上に設けられてもよい。例えば前記第３のカムを用いた直列４気筒の内燃機関では、分岐通路の起点は各気筒の排気通路が合流した合流部より下流で、前記タービン１３の上流に位置する。そして前記第３のバルブ１１は前記第３のカムと当接される。前記第３のカムは第１〜４気筒の排気圧の増減に対応するために２つの互いに位相が１８０°ずれたカム山を有する。２つのカム山が交互に前記第二の期間に入る時間領域で前記第３のバルブ１１を押すこととなる。このようにカム山を複数設けた第３のカムを用いることで、１つの前記第３のバルブ、前記バルブシート、前記電流検出部１６、前記電圧印加部１７および回路Ｘで実現できるため、コストパフォーマンスに優れる。上記では直列４気筒の内燃機関を対象としたが、これに限ることなく４気筒以外の例えばＶ型８気筒、Ｖ型６気筒、水平対向８気筒等の内燃機関でも第３のカムのカム山を適宜増やすことにより本作用効果を実現できる。
【００２２】
＜その他の実施形態４＞
前記モータ制御部１８は、前記回路Ｘに電流が流れている場合、モータ１４を駆動させないだけでなく、モータ１４にモータジェネレータシステムを導入し、回生させてもよい。そして、回生により発生した電力をバッテリに溜め、溜めた電力を前記モータ１４の駆動に使用してもよい。これにより前記モータアシストターボチャージャを駆動するためのトータルの電力を抑えることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１…カム角センサ、２…カム、３…カムシャフト、４…吸気バルブ、５…燃料噴射弁、６…排気バルブ、７…インタクーラ、８…クランクシャフト、９…クランク角センサ、１０…ピストン、１１…第３のバルブ、１２…バルブシート、１３…タービン、１４…モータ、１５…コンプレッサ、１６…電流検出部、１７…電圧印加部、１８…モータ制御部、１９…導体部、２０…非導体部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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