JP2000328950A - 内燃機関の過給装置 - Google Patents
内燃機関の過給装置Info
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Supercharger (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 システムを簡素化するとともに、サージ限界
に対する余裕代を減らして低流量高過給圧を実現する。 【解決手段】 過給機３は遠心式圧縮機からなり、内燃
機関１により機械的に駆動される。エアフロメータ８が
検出した吸入空気流量Ｇａと過給機３の回転数とに基づ
いて、圧縮機の実際の運転条件がサージ限界付近に沿う
ように、エアバイパスバルブ１２の開度が制御される。
圧縮機の運転条件を応答性よく検出できるので、過度に
大きな余裕代を設けることなく圧縮機作動線をサージ限
界に近づけることができ、低流量域で一層高い過給圧と
することができる。
に対する余裕代を減らして低流量高過給圧を実現する。 【解決手段】 過給機３は遠心式圧縮機からなり、内燃
機関１により機械的に駆動される。エアフロメータ８が
検出した吸入空気流量Ｇａと過給機３の回転数とに基づ
いて、圧縮機の実際の運転条件がサージ限界付近に沿う
ように、エアバイパスバルブ１２の開度が制御される。
圧縮機の運転条件を応答性よく検出できるので、過度に
大きな余裕代を設けることなく圧縮機作動線をサージ限
界に近づけることができ、低流量域で一層高い過給圧と
することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、機械的に駆動さ
れる遠心式圧縮機からなる過給機を用いた内燃機関の過
給装置に関する。
れる遠心式圧縮機からなる過給機を用いた内燃機関の過
給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば内燃機関のクランクシャフトに連
動した形で機械的に駆動される機械式過給機が従来から
知られている（特開平８−２９１７１３号公報、特開平
６−２２９３２７号公報等）が、その多くは、ルーツブ
ロア等の容積型ポンプを利用したものである。
動した形で機械的に駆動される機械式過給機が従来から
知られている（特開平８−２９１７１３号公報、特開平
６−２２９３２７号公報等）が、その多くは、ルーツブ
ロア等の容積型ポンプを利用したものである。
【０００３】これに対し、インペラの回転による遠心式
圧縮機は、一般にターボ過給機において利用されている
が、この遠心式圧縮機においては、よく知られているよ
うに、低流量域においてサージングが発生するという問
題があり、このサージングを回避しつつ高い圧力比を確
保することが大きな課題となっている。そして、このサ
ージングの防止のために、圧縮機の出口側から入口側へ
吸気の一部を還流するようにエアバイパス通路を設け、
吸入空気流量が急減する減速時等に、このエアバイパス
通路に設けられたエアバイパスバルブを開くようにした
技術が、従来から知られている（特開平８−６１０７３
号公報等）。
圧縮機は、一般にターボ過給機において利用されている
が、この遠心式圧縮機においては、よく知られているよ
うに、低流量域においてサージングが発生するという問
題があり、このサージングを回避しつつ高い圧力比を確
保することが大きな課題となっている。そして、このサ
ージングの防止のために、圧縮機の出口側から入口側へ
吸気の一部を還流するようにエアバイパス通路を設け、
吸入空気流量が急減する減速時等に、このエアバイパス
通路に設けられたエアバイパスバルブを開くようにした
技術が、従来から知られている（特開平８−６１０７３
号公報等）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】遠心式圧縮機のサージ
領域は、図４のように、圧縮機の入口，出口間の圧力比
と圧縮機流量とによって示すことができ、このサージ領
域に入らないように、圧縮機の運転条件を制御する必要
がある。具体的には、圧力比および圧縮機流量から定ま
る運転条件が例えば減速時に点Ｐａのようにサージ領域
内にあったとすると、サージ領域外の点Ｐａ’へ移動す
るように、エアバイパスバルブの開度を制御するのであ
る。これにより、圧縮機は、サージ領域とチョーク領域
との間の作動線に沿って駆動される。
領域は、図４のように、圧縮機の入口，出口間の圧力比
と圧縮機流量とによって示すことができ、このサージ領
域に入らないように、圧縮機の運転条件を制御する必要
がある。具体的には、圧力比および圧縮機流量から定ま
る運転条件が例えば減速時に点Ｐａのようにサージ領域
内にあったとすると、サージ領域外の点Ｐａ’へ移動す
るように、エアバイパスバルブの開度を制御するのであ
る。これにより、圧縮機は、サージ領域とチョーク領域
との間の作動線に沿って駆動される。
【０００５】ここで、圧縮機流量は、吸入空気流量から
推定することができ、また上記圧力比は、圧縮機下流に
設けた過給圧センサによってその近似値を検出すること
ができるが、過給圧センサによる過給圧変化の検出に
は、ある程度の応答遅れがあり、また圧縮機上流の負圧
は一定ではないので、過渡時における圧縮機の入口，出
口間の圧力比を応答性よく検出することはできない。従
って、過給圧センサを利用してサージングが生じないよ
うにエアバイパスバルブの開度制御を行おうとすると、
図４に示すように、サージ限界と作動線との間に大きな
余裕代を設定しなければならない。なお、この余裕代
は、実際には、上記の理由による余裕代Δ１のほか、製
品個々のばらつきを考慮した余裕代Δ２がある。
推定することができ、また上記圧力比は、圧縮機下流に
設けた過給圧センサによってその近似値を検出すること
ができるが、過給圧センサによる過給圧変化の検出に
は、ある程度の応答遅れがあり、また圧縮機上流の負圧
は一定ではないので、過渡時における圧縮機の入口，出
口間の圧力比を応答性よく検出することはできない。従
って、過給圧センサを利用してサージングが生じないよ
うにエアバイパスバルブの開度制御を行おうとすると、
図４に示すように、サージ限界と作動線との間に大きな
余裕代を設定しなければならない。なお、この余裕代
は、実際には、上記の理由による余裕代Δ１のほか、製
品個々のばらつきを考慮した余裕代Δ２がある。
【０００６】そのため、内燃機関の負荷が小さい低流量
域において高い圧力比を得ることができない。
域において高い圧力比を得ることができない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、遠
心式圧縮機からなる過給機が機械的に駆動される場合
に、その回転数を利用して運転条件を求めるようにし
た。
心式圧縮機からなる過給機が機械的に駆動される場合
に、その回転数を利用して運転条件を求めるようにし
た。
【０００８】すなわち、請求項１に係る内燃機関の過給
装置は、内燃機関の吸入空気流量を検出するエアフロメ
ータと、内燃機関の吸気通路に介装され、かつ機械的に
駆動される遠心式圧縮機からなる過給機と、この過給機
の回転数を検出する手段と、この過給機の回転数と上記
吸入空気流量とに基づいて、上記過給機の運転条件がサ
ージ領域内にあるか否かを判定する手段と、を備えてい
ることを特徴としている。
装置は、内燃機関の吸入空気流量を検出するエアフロメ
ータと、内燃機関の吸気通路に介装され、かつ機械的に
駆動される遠心式圧縮機からなる過給機と、この過給機
の回転数を検出する手段と、この過給機の回転数と上記
吸入空気流量とに基づいて、上記過給機の運転条件がサ
ージ領域内にあるか否かを判定する手段と、を備えてい
ることを特徴としている。
【０００９】図３において、線ｎ１，ｎ２，ｎ３…は、
それぞれ圧縮機の回転数が一定である場合のラインを示
しており、従って、点Ｐａとして例示するように、その
ときの圧縮機回転数と圧縮機流量とが定まれば、圧縮機
の運転条件は一義的に定まる。圧縮機流量は、上記吸入
空気流量から求めることができる。なお、エアバイパス
通路を具備する場合には、該通路を通る還流量をも考慮
する必要がある。
それぞれ圧縮機の回転数が一定である場合のラインを示
しており、従って、点Ｐａとして例示するように、その
ときの圧縮機回転数と圧縮機流量とが定まれば、圧縮機
の運転条件は一義的に定まる。圧縮機流量は、上記吸入
空気流量から求めることができる。なお、エアバイパス
通路を具備する場合には、該通路を通る還流量をも考慮
する必要がある。
【００１０】従って、過給圧によらずに、遠心式圧縮機
がサージ領域内にあるか否かを判定できる。
がサージ領域内にあるか否かを判定できる。
【００１１】また請求項２に係る内燃機関の過給装置
は、内燃機関の吸入空気流量を検出するエアフロメータ
と、内燃機関の吸気通路に介装され、かつ機械的に駆動
される遠心式圧縮機からなる過給機と、この過給機の出
口側と入口側とを連通したエアバイパス通路と、このエ
アバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブと、上
記過給機の回転数を検出する手段と、この過給機の回転
数と上記吸入空気流量とに基づいて、上記過給機の運転
条件がサージ限界付近となるように上記エアバイパスバ
ルブの開度を制御する手段と、を備えていることを特徴
としている。
は、内燃機関の吸入空気流量を検出するエアフロメータ
と、内燃機関の吸気通路に介装され、かつ機械的に駆動
される遠心式圧縮機からなる過給機と、この過給機の出
口側と入口側とを連通したエアバイパス通路と、このエ
アバイパス通路に設けられたエアバイパスバルブと、上
記過給機の回転数を検出する手段と、この過給機の回転
数と上記吸入空気流量とに基づいて、上記過給機の運転
条件がサージ限界付近となるように上記エアバイパスバ
ルブの開度を制御する手段と、を備えていることを特徴
としている。
【００１２】このようにエアバイパスバルブを制御する
ことにより、圧縮機の運転条件は、例えば図３の実線で
示す作動線に沿ったものとなる。例えば、点Ｐａの回転
数および流量であったものが、エアバイパスバルブの開
度制御により点Ｐａ”に移る。このとき、圧縮機回転数
は一般に応答性よく検出できるので、サージ限界に対し
過度に大きな余裕代を設定する必要がない。例えば、製
品個々のばらつきを考慮した余裕代Δ２のみで足り、破
線で示す従来の作動線に比較して、サージ限界に近づけ
ることが可能である。
ことにより、圧縮機の運転条件は、例えば図３の実線で
示す作動線に沿ったものとなる。例えば、点Ｐａの回転
数および流量であったものが、エアバイパスバルブの開
度制御により点Ｐａ”に移る。このとき、圧縮機回転数
は一般に応答性よく検出できるので、サージ限界に対し
過度に大きな余裕代を設定する必要がない。例えば、製
品個々のばらつきを考慮した余裕代Δ２のみで足り、破
線で示す従来の作動線に比較して、サージ限界に近づけ
ることが可能である。
【００１３】請求項１および請求項２の発明をさらに具
体化した請求項３の発明では、上記過給機が内燃機関に
よって機械的に駆動されるものであり、この内燃機関の
回転数に基づいて過給機の回転数が検出される。
体化した請求項３の発明では、上記過給機が内燃機関に
よって機械的に駆動されるものであり、この内燃機関の
回転数に基づいて過給機の回転数が検出される。
【００１４】なお、内燃機関と過給機との間に無段変速
機のような変速機が介在していてもよく、この場合に
は、その変速比と機関回転数とを用いて圧縮機回転数を
求めることができる。
機のような変速機が介在していてもよく、この場合に
は、その変速比と機関回転数とを用いて圧縮機回転数を
求めることができる。
【００１５】さらに、請求項４の発明では、吸入空気温
度を検出する手段を有し、この吸入空気温度に基づいて
上記吸入空気流量が標準温度換算される。これにより、
吸入空気温度の影響を排除して、過給機の運転条件が適
切に設定される。
度を検出する手段を有し、この吸入空気温度に基づいて
上記吸入空気流量が標準温度換算される。これにより、
吸入空気温度の影響を排除して、過給機の運転条件が適
切に設定される。
【００１６】
【発明の効果】この発明に係る内燃機関の過給装置によ
れば、遠心式圧縮機を機械的に駆動するものにおいて、
過給機回転数つまり圧縮機回転数に基づいて圧縮機運転
条件を検出するので、過給圧センサを用いて圧縮機運転
条件を検出する場合に比べて応答性が高くなるととも
に、部品点数を含めたシステムの簡素化が図れる。
れば、遠心式圧縮機を機械的に駆動するものにおいて、
過給機回転数つまり圧縮機回転数に基づいて圧縮機運転
条件を検出するので、過給圧センサを用いて圧縮機運転
条件を検出する場合に比べて応答性が高くなるととも
に、部品点数を含めたシステムの簡素化が図れる。
【００１７】特に、請求項２の発明においては、エアバ
イパスバルブの開度制御による実際の運転条件を、サー
ジ限界に一層近づけることが可能となり、それだけ低流
量域において高い過給圧を得ることができる。
イパスバルブの開度制御による実際の運転条件を、サー
ジ限界に一層近づけることが可能となり、それだけ低流
量域において高い過給圧を得ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】図１は、この発明に係る過給装置の一実施
例を示すもので、例えばガソリン機関からなる内燃機関
１の吸気通路２に、遠心式圧縮機からなる過給機３が介
装されており、かつこの過給機３と内燃機関１との間に
は、圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ４
が介装されている。上記過給機３は、内燃機関１のクラ
ンクシャフト５によってベルト伝動機構６を介して機械
的に駆動されるようになっている。従って、クランク角
センサ１３により検出される機関回転数Ｎｅによって、
過給機３の回転数が一義的に定まる。
例を示すもので、例えばガソリン機関からなる内燃機関
１の吸気通路２に、遠心式圧縮機からなる過給機３が介
装されており、かつこの過給機３と内燃機関１との間に
は、圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ４
が介装されている。上記過給機３は、内燃機関１のクラ
ンクシャフト５によってベルト伝動機構６を介して機械
的に駆動されるようになっている。従って、クランク角
センサ１３により検出される機関回転数Ｎｅによって、
過給機３の回転数が一義的に定まる。
【００２０】上記吸気通路２の過給機３よりも上流側に
は、スロットル弁７が位置し、かつこのスロットル弁７
のさらに上流側に、吸入空気流量Ｇａを検出する例えば
熱線式のエアフロメータ８が配置されている。このエア
フロメータ８の上流側には、エアクリーナ９が設けられ
ており、かつその入口側に、吸入空気温度Ｔａを検出す
る吸気温度センサ１０が配置されている。
は、スロットル弁７が位置し、かつこのスロットル弁７
のさらに上流側に、吸入空気流量Ｇａを検出する例えば
熱線式のエアフロメータ８が配置されている。このエア
フロメータ８の上流側には、エアクリーナ９が設けられ
ており、かつその入口側に、吸入空気温度Ｔａを検出す
る吸気温度センサ１０が配置されている。
【００２１】また上記吸気通路２には、過給機３をバイ
パスするように、エアバイパス通路１１が設けられてい
る。つまり、このエアバイパス通路１１は、吐出された
空気の一部を還流させるように過給機３の出口側と入口
側とを連通している。なお、このエアバイパス通路１１
は、一端が過給機３とインタークーラ４との間に、他端
がスロットル弁７と過給機３との間に、それぞれ接続さ
れている。そして、このエアバイパス通路１１には、還
流量を調節するためのエアバイパスバルブ１２が介装さ
れている。このエアバイパスバルブ１２は、その開度が
制御信号により連続的もしくは段階的に制御できる構成
となっている。
パスするように、エアバイパス通路１１が設けられてい
る。つまり、このエアバイパス通路１１は、吐出された
空気の一部を還流させるように過給機３の出口側と入口
側とを連通している。なお、このエアバイパス通路１１
は、一端が過給機３とインタークーラ４との間に、他端
がスロットル弁７と過給機３との間に、それぞれ接続さ
れている。そして、このエアバイパス通路１１には、還
流量を調節するためのエアバイパスバルブ１２が介装さ
れている。このエアバイパスバルブ１２は、その開度が
制御信号により連続的もしくは段階的に制御できる構成
となっている。
【００２２】上記エアバイパスバルブ１２の開度は、内
燃機関１の種々の制御を行うエンジンコントロールユニ
ット１４によって制御される。このエンジンコントロー
ルユニット１４には、上記クランク角センサ１３による
回転数信号Ｎｅ、エアフロメータ８による吸入空気流量
信号Ｇａおよび吸入空気温度信号Ｔａがそれぞれ入力さ
れている。
燃機関１の種々の制御を行うエンジンコントロールユニ
ット１４によって制御される。このエンジンコントロー
ルユニット１４には、上記クランク角センサ１３による
回転数信号Ｎｅ、エアフロメータ８による吸入空気流量
信号Ｇａおよび吸入空気温度信号Ｔａがそれぞれ入力さ
れている。
【００２３】図２は、上記実施例の構成におけるエアバ
イパスバルブ１２の開度制御の流れを示すフローチャー
トである。このフローチャートのルーチンは、内燃機関
１の運転中繰り返し実行されるものであって、先ずステ
ップ１で、内燃機関１の運転条件つまり機関回転数Ｎｅ
と吸入空気流量Ｇａと吸入空気温度Ｔａとを読み込む。
次に、ステップ２では、機関回転数Ｎｅにベルト伝動機
構６の減速比を乗じて、過給機３の回転数Ｎｓを求め
る。また、ステップ３で、吸入空気流量Ｇａをそのとき
の吸入空気温度Ｔａにより標準温度換算して、修正空気
重量Ｇａ’を求める。具体的には、Ｇａ’＝Ｇａ／√
（Ｔｏ／Ｔａ）とする。但し、Ｔｏは、標準温度（例え
ば２５℃）である。
イパスバルブ１２の開度制御の流れを示すフローチャー
トである。このフローチャートのルーチンは、内燃機関
１の運転中繰り返し実行されるものであって、先ずステ
ップ１で、内燃機関１の運転条件つまり機関回転数Ｎｅ
と吸入空気流量Ｇａと吸入空気温度Ｔａとを読み込む。
次に、ステップ２では、機関回転数Ｎｅにベルト伝動機
構６の減速比を乗じて、過給機３の回転数Ｎｓを求め
る。また、ステップ３で、吸入空気流量Ｇａをそのとき
の吸入空気温度Ｔａにより標準温度換算して、修正空気
重量Ｇａ’を求める。具体的には、Ｇａ’＝Ｇａ／√
（Ｔｏ／Ｔａ）とする。但し、Ｔｏは、標準温度（例え
ば２５℃）である。
【００２４】そして、ステップ４において、上記過給機
回転数Ｎｓと上記修正空気重量Ｇａ’とに基づき、所定
のマップを検索して、最適なエアバイパスバルブ開度を
決定する。ステップ５では、この決定したエアバイパス
バルブ開度となるように、エアバイパスバルブ１２を駆
動する。
回転数Ｎｓと上記修正空気重量Ｇａ’とに基づき、所定
のマップを検索して、最適なエアバイパスバルブ開度を
決定する。ステップ５では、この決定したエアバイパス
バルブ開度となるように、エアバイパスバルブ１２を駆
動する。
【００２５】上記のマップは、圧縮機の実際の運転条件
が図３に実線で示した作動線に沿うように予め設定され
ている。なお、エアバイパスバルブ１２の開度に応じて
一部の吸気が還流すると、圧縮機流量は、吸入空気流量
Ｇａ（修正空気重量Ｇａ’）よりも大となるが、これを
予め考慮してマップが設定されている。
が図３に実線で示した作動線に沿うように予め設定され
ている。なお、エアバイパスバルブ１２の開度に応じて
一部の吸気が還流すると、圧縮機流量は、吸入空気流量
Ｇａ（修正空気重量Ｇａ’）よりも大となるが、これを
予め考慮してマップが設定されている。
【００２６】従って、この実施例によれば、内燃機関１
の燃料噴射量制御等のために必要な既存のセンサ類のみ
を利用してエアバイパスバルブ１２の開度制御を精度よ
く行うことができ、システムの簡素化が図れるととも
に、サージングを確実に回避しつつ低流量域で高い過給
圧を得ることができる。
の燃料噴射量制御等のために必要な既存のセンサ類のみ
を利用してエアバイパスバルブ１２の開度制御を精度よ
く行うことができ、システムの簡素化が図れるととも
に、サージングを確実に回避しつつ低流量域で高い過給
圧を得ることができる。
【図１】この発明に係る内燃機関の過給装置の一実施例
を示す構成説明図。
を示す構成説明図。
【図２】そのエアバイパスバルブの開度制御の流れを示
すフローチャート。
すフローチャート。
【図３】この実施例における圧縮機運転条件を示す特性
図。
図。
【図４】従来の構成における圧縮機運転条件を示す特性
図。
図。
１…内燃機関 ３…過給機 ８…エアフロメータ １１…エアバイパス通路 １２…エアバイパスバルブ １３…クランク角センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G005 DA10 EA04 EA19 FA06 FA48 GA02 GB48 GE01 GE09 JA13 JA39 JA40 JA45 3G084 DA04 DA13 FA02 FA07 3G092 AA18 DB02 DC04 FA08 FA50 HA01Z HA04Z HA17Z HE01Z HE03Z
Claims (4)
- 【請求項１】 内燃機関の吸入空気流量を検出するエア
フロメータと、内燃機関の吸気通路に介装され、かつ機
械的に駆動される遠心式圧縮機からなる過給機と、この
過給機の回転数を検出する手段と、この過給機の回転数
と上記吸入空気流量とに基づいて、上記過給機の運転条
件がサージ領域内にあるか否かを判定する手段と、を備
えていることを特徴とする内燃機関の過給装置。 - 【請求項２】 内燃機関の吸入空気流量を検出するエア
フロメータと、内燃機関の吸気通路に介装され、かつ機
械的に駆動される遠心式圧縮機からなる過給機と、この
過給機の出口側と入口側とを連通したエアバイパス通路
と、このエアバイパス通路に設けられたエアバイパスバ
ルブと、上記過給機の回転数を検出する手段と、この過
給機の回転数と上記吸入空気流量とに基づいて、上記過
給機の運転条件がサージ限界付近となるように上記エア
バイパスバルブの開度を制御する手段と、を備えている
ことを特徴とする内燃機関の過給装置。 - 【請求項３】 上記過給機が内燃機関によって機械的に
駆動されるものであり、この内燃機関の回転数に基づい
て過給機の回転数を検出することを特徴とする請求項１
または２に記載の内燃機関の過給装置。 - 【請求項４】 吸入空気温度を検出する手段を有し、こ
の吸入空気温度に基づいて上記吸入空気流量を標準温度
換算することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
載の内燃機関の過給装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11139419A JP2000328950A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 内燃機関の過給装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11139419A JP2000328950A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 内燃機関の過給装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000328950A true JP2000328950A (ja) | 2000-11-28 |
Family
ID=15244783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11139419A Pending JP2000328950A (ja) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | 内燃機関の過給装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000328950A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007092618A (ja) * | 2005-09-28 | 2007-04-12 | Toyota Motor Corp | 過給機付き内燃機関 |
| JP2009047009A (ja) * | 2007-08-14 | 2009-03-05 | Nissan Motor Co Ltd | 過給機付きエンジン及び過給機付きエンジンの過給機入力トルク制御装置 |
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