JP2000204958A - エンジンの給気システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造簡単、コンパクトに構成し、エネルギ−
を回収する。 【解決手段】 吸気流路５に配置された流体機械９と、
流体機械９を駆動する発電電動機１１と、発電電動機１
１に給電するバッテリ１３と、アクセルペダル角度セン
サ１７と、エンジン回転数センサ１９と、センサ１７、
１９からの信号を受け、アクセルペダル角度とエンジン
回転数、あるいは、これらの微分値に応じてバッテリ１
３により発電電動機１１を介して流体機械９を回転さ
せ、又、流体機械９に駆動される発電電動機１１の電力
によってバッテリ１３を充電するコントロ−ラ１５とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エンジンの給気
システムに関し、特に、ガソリンエンジンに用いられる
給気システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のエンジンの給気システム２
０１を示している。

【０００３】この給気システム２０１は、ル−ツ式の過
給機２０３、その上流側の自然吸気流路２０５及び下流
側の過給流路２０７、自然吸気流路２０５の開口側に配
置されたエアクリ−ナ２０９、過給流路２０７に配置さ
れたスロットルバルブ２１１、過給流路２０７の終端に
配置された吸気マニホ−ルド２１３、自然吸気流路２０
５と過給流路２０７とを連通するバイパス流路２１５、
バイパス流路２１５に配置されたバイパスバルブ２１７
などから構成されている。

【０００４】過給機２０３は、エンジンの駆動力によっ
て回転駆動され、エアクリ−ナ２０９から自然吸気流路
２０５を介して空気を吸入し、過給流路２０７から吸気
マニホ−ルド２１３を介してエンジンを過給する。

【０００５】スロットルバルブ２１１は、過給機２０３
からエンジンに送られる吸気の流量を制御し、エンジン
の出力を調整する。

【０００６】バイパスバルブ２１７は、例えば、過給機
２０３を停止したとき、バイパス流路２１５を開けて空
気をエンジンに送り、あるいは、過給機２０３による過
給圧が過大になったとき、吐出吸気の一部をバイパス流
路２１５から過給機２０３の吸入側に戻して過給圧を調
整すると共に、過給機２０３が消費する駆動力を低減
し、エンジンの燃費を向上させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この給気システム２０
１には、上記のように、エンジンの出力を調整するため
にスロットルバルブ２１１が用いられ、過給機２０３を
停止したときエンジンに空気を送るために、又、過給圧
が過大になったときの過給圧調整のために、バイパス流
路２１５とバイパスバルブ２１７とが用いられている。

【０００８】このように、従来の給気システム２０１
は、構造が複雑で、コンパクト化が難しく、コスト高で
ある。

【０００９】又、スロットルバルブ２１１を絞るエンジ
ンの部分負荷時には、絞り抵抗によって過給流路２０７
に負圧Ｐｐが生じる。

【００１０】図４に示すように、ピストン２１９が下降
するエンジンの吸気行程では、この負圧Ｐｐが大気圧Ｐ
ａ及びピストン２１９の移動方向２２１と反対向きにピ
ストン２１９に掛かり、ポンピングロスが発生する。

【００１１】周知のように、ガソリンエンジンでは、負
荷が小さくなる程このポンピングロスが大きくなり、低
負荷時にエンジンの熱効率が低下する主因になってい
る。

【００１２】又、地球の温暖化防止、エネルギ−資源の
有効活用などの要求が近年は益々高くなっており、エン
ジンのエネルギ−は可能な限り回収したい。

【００１３】そこで、この発明は、構造簡単、コンパク
トであり、エンジンの熱効率を向上させ、エネルギ−を
回収することができるエンジンの給気システムの提供を
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１のエンジンの給
気システムは、吸気流路に配置されてエンジンを給気す
ると共に、エンジン側の負圧により吸気流路に生じる空
気の流れを受けてロ−タが回転し、トルクを取り出すこ
とが可能な流体機械と、この流体機械を駆動すると共
に、流体機械のトルクを受けて発電する発電電動機と、
この発電電動機に給電すると共に、発電電動機の電力に
よって充電されるバッテリと、アクセルペダルの踏み込
み角度を検知するアクセルペダル角度センサと、エンジ
ンの回転数を検知するエンジン回転数センサと、各セン
サからの信号を受けるコントロ−ラとを備え、コントロ
−ラが、アクセルペダル角度とエンジン回転数、あるい
は、これらの時間的変化率に応じ、バッテリにより発電
電動機を介して流体機械を回転させ、又、流体機械に駆
動される発電電動機の電力によってバッテリを充電する
ことを特徴とする。

【００１５】例えば、エンジンを起動するときは、アク
セルペダル角度センサでアクセルペダルの踏み込みを検
知し、発電電動機で流体機械を回転させれば、従来のス
ロットルバルブと同様に、エンジンに給気し、起動させ
ることができる。

【００１６】又、アイドリングに必要な量の空気を送れ
ば、エンジンをアイドリングさせることができ、その
後、踏み込んだアクセルペダルの角度に応じて必要量の
空気をエンジンに送れば、車両を発進させることができ
る。

【００１７】又、発電電動機によって流体機械の吐出量
を制御すれば、走行条件の変化に対応してエンジンの出
力を任意に調整することができ、車両は充分な走行性、
操舵性、安定性、制動性などが得られる。

【００１８】又、吸気流路の空気流量がほぼ零になるよ
うに、エンジン側の負圧に対抗する方向の駆動力を発電
電動機によって流体機械に与えれば、エンジンブレ−キ
を作動させることができる。

【００１９】このように、スロットルバルブを用いない
でも、スロットルバルブと同様に、出力調整を行い、エ
ンジンブレ−キを作動させることができる。

【００２０】更に、急発進時や加速時は、アクセルペダ
ル角度の時間的変化率（微分値）が大きくなるから、こ
の微分値に応じて流体機械を増速すれば、従来の過給機
と同様に、エンジンを過給し、大きな出力を発生させる
ことができる。

【００２１】又、流体機械はエンジン側の負圧によって
吸気流路に生じる空気の流れをロ−タに受けて回転する
から、例えば、エンジンの出力が充分なとき、あるい
は、流体機械による給気が不要なときは、流体機械の回
転によって発電電動機を駆動すれば、発電電動機がジェ
ネレ−タになり、電力が発生する。

【００２２】この負圧はポンピングロスを発生させるも
のであるから、この負圧を利用して駆動した発電電動機
でバッテリを充電すれば、従来はポンピングロスによっ
て失われていたエネルギ−の一部が回収され、エンジン
の熱効率と燃費とが向上する。

【００２３】又、エンジンブレ−キの作動時以外は、流
体機械の回転を停止させることはないから、従来例と異
なり、流体機械をバイパスしてエンジンに空気を送るバ
イパス流路が不要である。

【００２４】又、アクセルペダル角度やエンジン回転数
及びこれらの時間的変化率に応じて流体機械の回転数を
モニタ−し、調整するから、バイパスバルブを用いず
に、過給圧が過大になることを防止することが可能であ
り、流体機械を駆動する発電電動機の電力消費と、バッ
テリの消耗とが低減され、エンジンの燃費が更に向上す
る。

【００２５】上記のように、本発明の給気システムは、
スロットルバルブとバイパス流路とバイパスバルブを用
いずに構成したから、構造が簡単で、コンパクトであ
り、それだけエンジンル−ムにスペ−スの余裕が得られ
ると共に、低コストである。

【００２６】請求項２の発明は、請求項１記載のエンジ
ンの給気システムであって、流体機械の下流側吸気流路
の圧力を検知し、コントロ−ラに検知信号を送る吸気流
路圧力センサを設け、吸気流路の圧力が大気圧を超える
範囲では、バッテリによって発電電動機を駆動し、吸気
流路の圧力が大気圧以下の範囲では、発電電動機によっ
てバッテリを充電することを特徴とし、請求項１の構成
と同等の効果を得る。

【００２７】この構成では、圧力センサによって流体機
械の下流側で吸気流路の圧力を検知し、吸気流路の圧力
が大気圧を超える範囲では、バッテリで発電電動機を駆
動してエンジンを給気し、あるいは、過給する。

【００２８】又、吸気流路の圧力が大気圧以下（負圧）
の範囲では、発電電動機によってバッテリを充電し、ポ
ンピングロスを回収する。

【００２９】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
記載のエンジンの給気システムであって、流体機械が、
ル−ツ式流体機械、又は、スクリュ−式流体機械、又
は、遠心式流体機械であることを特徴とし、請求項１又
は請求項２の構成と同等の効果を得る。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１と図２によって本発明の一実
施形態を説明する。

【００３１】図１はこの実施形態の給気システム１を示
しており、この給気システム１は請求項１、２、３の特
徴を備えている。又、符号を与えていない部材等は図示
されていない。

【００３２】図１のように、この給気システム１は、エ
ンジン３、吸気管５（吸気流路）、エアクリ−ナ７、ル
−ツ式の過給機９（流体機械）、発電電動機１１、バッ
テリ１３、コントロ−ラ１５、アクセルペダル角度セン
サ１７、エンジン回転数センサ１９、吸気管圧力センサ
２１などから構成されている。

【００３３】吸気管５はエンジン３の吸気マニホ−ルド
に連結されており、エアクリ−ナ７は吸気管５の開口側
に配置されている。

【００３４】ル−ツ式の過給機９は、ケ−シング２３の
内部に相対回転する繭型断面のロ−タ２５、２７が配置
されており、ロ−タ２５は発電電動機１１の出力軸２９
に連結されている。

【００３５】バッテリ１３は発電電動機１１に給電して
回転させると共に、発電電動機１１に生じた電力によっ
て充電される。

【００３６】発電電動機１１は、バッテリ１３に電力を
与えられると過給機９を駆動すると共に、過給機９によ
って駆動されると、ジェネレ−タになって電力が発生
し、上記のように、バッテリ１３を充電する。

【００３７】過給機９は、発電電動機１１によって駆動
されると、エアクリ−ナ７から吸気管５を介して空気を
吸入し、エンジン３を給気する。

【００３８】コントロ−ラ１５は、バッテリ１３で発電
電動機１１を回転させる駆動モ−ドと、過給機９で発電
電動機１１を駆動し、バッテリ１３を充電する充電モ−
ドとを切り換える。又、駆動モ−ドでは、過給機９の回
転数を制御し、エンジン３の出力を調整する。

【００３９】アクセルペダル角度センサ１７は、アクセ
ルペダル３１の踏み込み角度を検知し、検知信号をコン
トロ−ラ１５に送る。

【００４０】エンジン回転数センサ１９は、エンジン３
のクランクシャフト３３の回転数を検知し、検知信号を
コントロ−ラ１５に送る。

【００４１】吸気管圧力センサ２１は、吸気管５の圧力
Ｐｐを検知し、検知信号をコントロ−ラ１５に送る。

【００４２】コントロ−ラ１５は、アクセルペダル３１
の踏み込み角度とエンジン３の回転数を読み込むと共
に、これらの時間的変化からそれぞれの微分値を算出す
る。

【００４３】又、エンジン３を起動するとき、コントロ
−ラ１５はアクセルペダル３１の踏み込みを検知し、過
給機９を回転させてエンジン３を給気し、起動させる。

【００４４】又、アイドリング時は、エンジン３に必要
な量の空気をり、アイドリングさせる。

【００４５】又、車両の発進時は、踏み込んだアクセル
ペダル３１の角度に応じて必要量の空気をエンジン３に
送り、出力を増大させて車両を発進させる。

【００４６】又、発電電動機１１によって過給機９の吐
出空気量を調整すれば、走行条件の変化に対応してエン
ジン３の出力を任意に制御することができ、車両は充分
な走行性、操舵性、安定性、制動性などが得られる。

【００４７】更に、急発進時や加速時は、アクセルペダ
ル３１の角度とエンジン３の回転数の各微分値が大きく
なるから、これらの微分値に応じて過給機９を増速すれ
ば、エンジン３が過給され、大きな出力を発生させるこ
とができる。

【００４８】又、コントロ−ラ１５は、アクセルペダル
角度やエンジン回転数及びこれらの時間的変化率に応じ
て過給機９の回転数をモニタ−し、調整する。

【００４９】従って、バイパスバルブを用いずに、過給
圧が過大になることが防止される。

【００５０】又、エンジン３側に負圧が生じると、この
負圧によって吸気管５に空気が流れ、過給機９のロ−タ
２５、２７はこの流れを受けて回転するから、例えば、
エンジン３の出力が充分なとき、あるいは、過給機９に
よる給気が不要なときは、過給機９側の回転によって発
電電動機１１を駆動すれば、上記のように、バッテリ１
３が充電される。

【００５１】エンジン３側の負圧はポンピングロスを発
生させるものであるから、このように、負圧を利用して
発電電動機１１を駆動しバッテリ１３を充電すれば、従
来はポンピングロスによって失われていたエネルギ−の
一部が回収される。

【００５２】又、吸気管５の空気流量がほぼ零になるよ
うに、発電電動機１１によって吸気と反対方向の駆動力
を過給機９に与えれば、エンジンブレ−キを作動させる
ことができる。

【００５３】図２は、アクセルペダル３１の踏み込み角
度と吸気管５の圧力Ｐｘとの変化を示すグラフ３５であ
る。

【００５４】このグラフ３５のように、吸気管５の圧力
Ｐｘが大気圧Ｐａを超えると、コントロ−ラ１５はこの
領域を駆動モ−ドにし、上記のように、バッテリ１３で
発電電動機１１を回転させ、又、発電電動機１１（過給
機９）の回転数を制御し、エンジン３の出力を調整す
る。

【００５５】又、吸気管５の圧力Ｐｘが大気圧Ｐａ以下
になると、コントロ−ラ１５はこの領域を充電モ−ドに
し、上記のように、過給機９で発電電動機１１を駆動
し、バッテリ１３を充電する。

【００５６】なお、吸気管５の圧力変化による駆動モ−
ドと充電モ−ドとの切り換えは、大気圧Ｐａで行わず、
必要に応じて、大気圧Ｐａを中心に切り換え値を適度に
変えてもよい。

【００５７】こうして、エンジン３の給気システム１が
構成されている。

【００５８】給気システム１は、上記のように、吸気管
５に発電電動機１１で駆動される過給機９を配置し、ア
クセルペダル角度センサ１７とエンジン回転数センサ１
９を用いて過給機９の回転数を制御することにより、従
来例と異なって、スロットルバルブを用いずに、エンジ
ン３を起動し、アイドリングさせ、出力調整を行い、
又、エンジンブレ−キを作動させることができる。

【００５９】又、吸気管圧力センサ２１を用いて吸気管
５の圧力Ｐｘを検知することにより、吸気管５の圧力が
大気圧Ｐａ以下の領域では、エンジン３側の負圧によっ
て回転する過給機９で発電電動機１１を駆動し、バッテ
リ１３を充電するから、従来はポンピングロスによって
失われていたエネルギ−の一部が回収され、エンジン３
の熱効率と燃費とが向上する。

【００６０】又、エンジンブレ−キの作動時以外は、過
給機９の回転を停止させることはないから、従来例と異
なって、過給機９をバイパスしてエンジンに空気を送る
バイパス流路が不要である。

【００６１】又、アクセルペダル角度センサ１７とエン
ジン回転数センサ１９によって過給機９の回転数をモニ
タ−し、過給圧が過大になることを防止するから、発電
電動機１１によるバッテリ１３の消費電力が低減し、エ
ンジン３の燃費が更に向上すると共に、バイパスバルブ
が不要になる。

【００６２】このように、給気システム１は、スロット
ルバルブ、バイパス流路、バイパスバルブなどを用いず
に構成したから、構造が簡単で、コンパクトであり、そ
れだけエンジンル−ムにスペ−スの余裕が得られると共
に、低コストである。

【００６３】なお、本発明の給気システムは、スクリュ
−式や遠心式などのように、ル−ツ式以外の流体機械を
用いて構成してもよい。

【００６４】又、車両の走行条件、操舵条件などを検知
するセンサを用い、従来の過給機と同様に、流体機械を
これらの条件に応じて制御するように構成してもよい。

【００６５】

【発明の効果】請求項１の給気システムは、スロットル
バルブを用いずに、エンジンの起動、アイドリング、出
力調整、エンジンブレ−キの作動などを行える。

【００６６】又、従来例と異なって、バイパス流路も不
要である。

【００６７】又、ポンピングロスの一部を回収できると
共に、バイパスバルブを用いずに、過給圧が過大になる
ことが防止され、エンジンの熱効率と燃費が大きく向上
する。

【００６８】このように、本発明の給気システムは、ス
ロットルバルブ、バイパス流路、バイパスバルブなどを
用いずに構成できるから、構造が簡単で、コンパクトで
あり、それだけエンジンル−ムにスペ−スの余裕が得ら
れ、又、低コストである。

【００６９】請求項２の発明は、請求項１の構成と同等
の効果を得る。

【００７０】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の構成と同等の効果を得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１の実施形態において、吸気流路の圧力とア
クセルペダル角度との変化、及び、吸気流路の圧力変化
に応じて切り換えられる駆動−ド領域と充電モ−ド領域
とを示すグラフである。

【図３】従来例の構成を示すブロック図である。

【図４】吸気流路の負圧によって生じるポンピングロス
を説明するためのグラフ、及び、ピストンの断面図であ
る。

【符号の説明】

１ エンジンの給気システム ３ エンジン ５ 吸気管 ９ ル−ツ式過給機（流体機械） １１ 発電電動機 １３ バッテリ １５ コントロ−ラ １７ アクセルペダル角度センサ １９ エンジン回転数センサ ２１ 吸気管圧力センサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気流路に配置されてエンジンを給気す
   ると共に、エンジン側の負圧により吸気流路に生じる空
   気の流れを受けてロ−タが回転し、トルクを取り出すこ
   とが可能な流体機械と、 この流体機械を駆動すると共に、流体機械のトルクを受
   けて発電する発電電動機と、 この発電電動機に給電すると共に、発電電動機の電力に
   よって充電されるバッテリと、 アクセルペダルの踏み込み角度を検知するアクセルペダ
   ル角度センサと、 エンジンの回転数を検知するエンジン回転数センサと、 各センサからの信号を受けるコントロ−ラとを備え、 コントロ−ラが、アクセルペダル角度とエンジン回転
   数、あるいは、これらの時間的変化率に応じ、バッテリ
   により発電電動機を介して流体機械を回転させ、又、流
   体機械に駆動される発電電動機の電力によってバッテリ
   を充電することを特徴とするエンジンの給気システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載の発明であって、流体機械
   の下流側吸気流路の圧力を検知し、コントロ−ラに検知
   信号を送る吸気流路圧力センサを設け、吸気流路の圧力
   が大気圧を超える範囲では、バッテリによって発電電動
   機を駆動し、吸気流路の圧力が大気圧以下の範囲では、
   発電電動機によってバッテリを充電することを特徴とす
   るエンジンの給気システム。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の発明であっ
   て、流体機械が、ル−ツ式流体機械、又は、スクリュ−
   式流体機械、又は、遠心式流体機械であることを特徴と
   するエンジンの給気システム。