JP2004278430A - Electric supercharging system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の過給システムに関し、特に電動機により駆動する過給機を有する過給システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジン吸気通路中に、エンジンの排気ガスによって駆動される大型のターボチャージャーと、エンジンの排気ガスと電動機によって駆動される小型のターボチャージャーとを設け、前記大型および小型ターボチャージャーのコンプレッサーの下流で合流する吸気通路の合流部より下流にインタークーラを設け、吸気および排気通路に流路を切り換えるための切り換え弁を設けて、これを制御することによってエンジン回転数が低速回転域の時は小型ターボチャージャーを作動させると同時に発電・電動機を電動機運転させてブースト圧を高め、エンジン回転数が低速回転域を超えると小型ターボチャージャーを停止して大型ターボチャージャーを作動させ、かつ小型ターボチャージャーを電動機運転してブースト圧の降下を抑える過給システムが特許文献1に開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−207522号公報
【0004】
【本発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1に記載の過給システムでは、電動機付きのターボチャージャーもエンジンの排気ガスを利用して駆動するので、排気通路の近くに配置しなければならないというレイアウトの制約があった。したがって、必ずしも過給の過渡応答性に最も有利な場所に配置できるとは限らなかった。
【0005】
そこで本発明では、レイアウトの制約を受けずに、過渡応答性に最も有利な場所に過給機を配置できる過給システムとすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の過給装置は、吸気通路の一部が分岐し、一方の通路にターボ過給機、他方の通路に電動過給機を配置し、前記ターボ過給機の下流かつ合流部の上流に位置して、前記電動過給機の作動時に少なくとも一定時間閉じる開閉弁を設ける。
【0007】
【作用・効果】
本発明によれば、電動過給機の作動時に開閉弁を閉じるので、過給気のターボ過給機側への逆流を防ぎ、加速初期から応答性のよい過給が行える。また、電動過給機の駆動にエンジンの排気ガスを利用しないので、電動過給機のレイアウトの制約が少なくなる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0009】
第1実施形態の過給システムを図1に示す。
【0010】
エンジン11の排気ガスによって駆動するターボ過給機4と、電動機7によって駆動する電動過給機6が、吸気系のエアフローメータ18とスロットルバルブ9の間に並列に配置される。つまりエアフローメータ18下流の吸気通路が吸気管1、吸気管2に分岐して、吸気管1にはターボ過給機4、吸気管2には電動過給機6が介装され、ターボ過給機4と電動過給機6の下流の吸気通路は合流部25で合流して合流管8となり、スロットルバルブ9を介して吸気マニホールド10に連結される。ターボ過給機4の下流かつ合流管8の合流部25より上流には、ターボ過給機4と合流管8の合流部25との連通を遮断可能な開閉弁14を、ターボ過給機4の下流かつ開閉弁14の上流に圧力センサ17を設ける。
【0011】
開閉弁14およびスロットルバルブ9の開度、圧力センサ17およびエアフローメータ18の検出値、電動機7の電流値、後述する方法で求める電動過給機6の回転速度等はコントロールユニット(ECM)21に入力される。
【0012】
電動過給機6は、電動機7により駆動されるため、回転数がエンジン11の回転数に依存せず、過給圧が高まるまでの時間がターボ過給機4よりも短い。また、駆動に排気ガスを使用しないので排気マニホールド12との位置関係によるレイアウトの制約を受けることがなく、過渡応答性に優れた場所に配置することができる。
【0013】
そこで、この特性を生かして、エンジン11の低回転域や、過給に遅れが生じるいわゆるターボラグといったターボ過給機4が過給を行えない状況で、ターボ過給機4が過給を行えない間は電動過給機6を稼働させて過給を行う。また、電動過給機6の稼働・停止に関連付けて開閉弁14の開閉を行い、吸気経路の切り換えを行う。前述した電動過給機6、開閉弁14の制御はECM21が圧力センサ17の検出値やスロットルチャンバー9の開度等に基づいて行う。
【0014】
次に本システムの制御について図7のフローチャートを用いて説明する。
【0015】
ステップS100ではアクセル開度を読み込む。ステップS101ではステップS100で求めたアクセル開度に応じてスロットルバルブ9を開く。
【0016】
ステップS102では、ステップS101で定めたスロットル開度が、車両の加速要求を検出するために予め定めた所定値θTVO以上であるか否かの判定を行う。所定値θTVO以上、すなわち加速要求がある場合にはステップS103に進み、電動機7に電流を流す。所定値θTVOより小さい、すなわち加速要求がない場合にはステップS111に進み、電動機7に電流を流さずに処理を終了する。
【0017】
ステップS103で電動機7に電流を流したらステップS104に進み、電動機7の回転数Nが所定値ωMOT以上であるか否かの判定を行う。この判定は電動機7近傍に回転速度センサを設けて測定する方法、電流値と予め求めた電動機7の特性とから推定する方法等がある。また、所定値ωMOTは電動機7の回転数Nと電動過給機6の過給圧との関係から予め定めておく。
【0018】
なお、本実施形態において開閉弁14は初期状態では開いており、電動機7の回転数Nが所定値ωMOTよりも低い場合には、エンジン11への空気供給量をできるだけ多くする為に、開閉弁14は開いたままにしてターボ過給機4からの空気もエンジン11へ供給する。
【0019】
そして電動機7の回転数Nが所定値ωMOT以上、つまり電動過給機6の過給圧が高まったら、電動過給機6から開閉弁14への空気の逆流防止の為に開閉弁14を閉じる。
【0020】
ステップS104で電動機7の回転数Nが所定値ωMOT以上と判定された場合には、ステップS105に進み、上記理由により開閉弁14を閉じてステップS106に進む。所定値ωMOTより低い場合は、ステップS102に戻る。
【0021】
ステップS106ではターボ過給機4と開閉弁14との間の吸気管20の圧力が予め定めた所定値PBTC以上であるか否かの判定を行う。所定値PBTCは、ターボ過給機4が破損しない程度の圧力で、予め実験などにより求める。
【0022】
吸気管20の圧力が所定値PBTC以上である場合にはステップS107に進みバイパス弁14を一定の割合だけ開く。吸気管20の圧力が所定値PBTCより低い場合にはステップS113に進み、スロットル開度が所定値θTVO以上であるか否かの判定を行い、所定値θTVO以上であればステップS106の判定を再び行い、所定値θTVO以下であればステップS110に進み、電動過給機7を停止して処理を終了する。
【0023】
ステップS107で開閉弁14を一定開度開いたら、ステップS108でその開度が予め定めた所定値θBV以上であるか否かの判定を行う。所定値θBVは、ターボ過給機6の過給圧、開閉弁14の開度、および吸気管20の圧力の関係からターボ過給機6が十分に過給を行える条件を調べて決定する。所定値θBV以上である場合にはステップS109へ進み開閉弁14を全開にし、所定値θBVより小さい場合にはステップS112に進み、スロットル開度が所定値θTVO以上であるか否かの判定を行い、所定値θTVO以上であればステップS106に戻り、所定値θTVO以下であればステップS110に進み、電動過給機6を停止して処理を終了する。
【0024】
上記ステップS106〜S108の制御について説明する。
【0025】
ステップS105で開閉弁14を閉じたので、ターボ過給機4を通過した空気の行き場がなくなり、ターボ過給機4と開閉弁14との間の吸気管20の圧力が上昇する。ここで、ターボ過給機4下流の吸気管の圧力が上昇しすぎるとターボ過給機4が破損するおそれがあるので、前述した所定値PBTCを用いて判定を行う。ステップS106の判定で所定値PBTC以上であった場合には、吸気管20の過度の圧力上昇を防止するために、ステップS107で開閉弁14を開くのである。そして開閉弁14の開度が予め定めた所定値θBV以上になった場合には、ターボ過給機4が十分に過給を行える状態になったものと判定してステップS109で開閉弁14を全開にするのである。
ステップS109で開閉弁14を全開にしたらステップS110に進み、電動過給機6を停止する。これは、ターボ過給機4が十分に過給を行える状態になれば、ターボ過給機4の過給が立ち上がるまでの過給を担う目的で配置した電動過給機6を駆動しておく必要がなくなるからである。なお、ステップS108で所定値θBVとの比較を行わずに、開閉弁14が全開になるまでステップS106〜S108、S112を繰り返してもよい。
【0026】
上記の制御を図8のタイムチャートに示す。
【0027】
t0でアクセル開度が大きくすると、それに伴ってスロットル開度も大きくなる。そしてt1でスロットル開度が加速要求判定用の所定値θTVOに達したら、電動機7に電流を流し、電動機7は回転を始める。t2で電動機7の回転数Nが所定値ωMOTに達したら開閉弁14を閉じる。開閉弁14を閉じると吸気管20の圧力は上昇し始める。そしてt3で吸気管20の圧力が所定値PBTCに達したら開閉弁14を開き、その開度を徐々に増加させる。t4で開閉弁14の開度が所定値θBVに達したら開閉弁14を全開にし、電動機7を停止する。
【0028】
本実施形態では、ターボ過給機4の過給が立ち上がるまでの過給を補う電動過給機6がエンジンの排気ガスを使用しないので、レイアウトの制約を受けない。
【0029】
また、電動過給機6による過給の初期段階では開閉弁14を閉じるので、電動過給機6によって圧送される過給気がターボ過給機4側へ逆流することを防止でき、加速初期から応答性のよい過給が行える。
【0030】
したがってt0〜t4をできるだけ短くできる位置に電動過給機6を配置して、過渡応答性に優れた過給システムにすることが可能になる。
【0031】
なお、上記制御において、開閉弁14に開閉信号が入力されてから開閉動作終了までには一定の遅れ時間Tが生じる。この遅れ時間Tの間にも電動機7の回転数Nは上昇し続けるので、開閉弁14が全閉になった時点では所定値ωMOTよりも高回転になっている。したがって開閉弁14が全閉になる直前には吸気管20で空気の逆流が発生する。そして、開閉弁14が全閉になった瞬間には、逆流していた空気が堰き止められてエンジン11にすべて供給されるので、供給される空気量が急激に増加したエンジン11は急激なトルク変動を生じる。
【0032】
そこで、前記トルク変動を防止する為には開閉弁14が全閉になったときに電動機7の回転数が所定値ωMOTになっていればよい。そこで本実施形態では遅れ時間Tを考慮して、電動機7の回転数が所定値ωMOTになるよりも時間Tだけ前の時点での回転数を所定値B2として、所定値B2になったときに開閉弁14に指令信号を送る。
【0033】
ステップS104で行う、上記遅れ時間Tを考慮した所定値B2を用いた判定のフローを図9に示す。
【0034】
ステップS200で、エンジン吸入空気量Qaから前述した電動過給機6の目標回転速度NTを求める。
【0035】
ステップS201では、後述するフローに従って遅れ時間T経過後の予測回転速度NFを求めてステップS202に進む。
【0036】
ステップS201でECM21がおこなう制御を図10に示したフローチャートを用いて説明する。
【0037】
ステップS301では、電動過給機6の近傍に設けた回転センサによって検出した、現在の電動機7の回転速度Nを読み込む。
【0038】
ステップS302では、前記回転センサの検出値から実際の電動機7の回転上昇速度ΔNを読み込む。
【0039】
ステップS303では、電動機7の電流値I、電圧値Vを読み込む。
【0040】
ステップS304では、図12に示す回転上昇予測値のテーブルを検索して、遅れ時間Tの間に上昇する回転速度ΔNMAPを求める。図12のテーブルは、回転速度Nが高くなるほど回転上昇予測値が小さくなっている。これは、図11に示した一般的な電動機の特性図からわかるように、電動機は回転速度が高くなるほどトルクが低下する特性を持つので、回転速度が高くなるほど一定時間に上昇する回転数が少なくなるからである。
【0041】
ステップS305では、電動機7の回転上昇速度が電動機7にかかる負荷の変化や経時劣化等によって変化することを考慮して、回転上昇実速度ΔNを逐次検出し、この検出値から回転上昇予測値ΔNMAPの補正を行い、ΔN1とする。
【0042】
ステップS306では、電動機7の回転上昇速度が電流値Iにより変化することを考慮して、検出した電流値Iを用いてステップS305で求めた回転上昇予測値ΔN1を補正してΔN2とする。
【0043】
ステップS307では電動機7の回転上昇速度が電圧値Vにより変化することを考慮して、検出した電圧値Vを用いてステップS306で求めた回転上昇予測値ΔN2を補正してΔN3とする。
【0044】
ステップS308では、ステップS301で読み込んだ電動機7の回転速度Nに、上記で求めた回転上昇速度ΔN3と遅れ時間Tを積算して求めた上昇予測値ΔNEを加えて遅れ時間T後の予測回転速度NFを求める。
【0045】
以上のように予測回転速度NFを求め、図9のステップS202へと進む。
【0046】
なお、ステップS305〜S307において補正を行っているが、必ずしもすべての補正を行う必要はなく、いずれか1つのみ、もしくは2つでもかまわない。
【0047】
ステップS202では上記予測回転速度NFが所定値B以上であるか否かの判定を行い、予測回転速度NFが所定値ωMOTと一致もしくはそれ以上であった場合は図7のステップS105に進み、開閉弁14を閉じる。これにより、バイパス弁14が全閉状態になったときに電動機7の回転数Nは規定値Bになる。予測回転速度NFが所定値ωMOTより低い場合は開閉弁14を開いたまま、図7のステップS100に戻る。
【0048】
図7のステップS106での判定も、ステップS104での判定と同様に遅れ時間Tの間の圧力上昇分を考慮した予測圧力を演算して、この予測圧力に基づいて開閉弁14の開閉信号を発信すればよい。
【0049】
図7のステップS107での判定は、開閉信号入力から開閉動作終了までの時間Tと、その間に上昇する吸気管20の圧力を考慮して所定値D2を設定すればよい。
【0050】
上記のフローに従って遅れ時間Tを考慮して制御を行なった場合の開閉弁14の制御を図8のタイムチャートに示す。
【0051】
電動機7はt1で駆動を開始して回転速度Nが上昇し、それに伴って予測回転速度NFも上昇する。そしてt=t21のときに予測回転速度NFが所定値B2に達すると、ECM21は開閉弁14に閉弁指令を出す。
【0052】
閉弁指令を受けた開閉弁14は閉弁動作を開始するが、全閉状態になるのはt=t2である。このt21からt2までの時間が遅れ時間Tである。遅れ時間Tの間も電動機7の回転速度は上昇し続けて、t=t2の時点で所定値ωMOTになっている。
【0053】
開閉弁14を閉じた後、予測圧力が所定値PBTCに達したt31で開閉弁14を開き始めるので、圧力が所定値PBTCになった時に開閉弁14は一定の開度になっており、圧力上昇速度を抑制できる。また、開閉弁14の開度が所定値D2になったときに全開にする為の動作が始まるので、t4の時点で開閉弁14は全開になる。
【0054】
上記のように開閉弁14の遅れ時間Tを考慮すると、開閉弁14が閉弁指令を受けてから全閉状態になるまでの遅れ時間Tの間に電動機7の回転速度が上昇することを考慮して予測回転速度NFを設定し、この予測回転速度NFが所定値B2になった時点で閉弁指令を出すので、電動機7が所定値ωMOTになったときに、同時に開閉弁14が全閉状態となり、閉弁時のトルク変動を防止することができる。
【0055】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、逐次検出した回転上昇実速度ΔNに基づいて補正しているので、電動機7にかかる負荷の変化や経時劣化等によって回転上昇速度が変化しても、正確な予測回転速度NFを求めることができる。
【0056】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、電動機7の電流値I、電圧値Vに基づいて補正しているので、運転状態、発電状態およびバッテリ容量等が変化しても正確な予測回転速度NFを求めることができる。
【0057】
また、開閉弁14が故障して閉弁状態のまま(閉固着)になると、吸気管20の圧力が過剰に上昇し、ターボ過給機4が破損してしまう。開閉弁14が閉固着すると、以下の症状が生じるので、本実施形態では以下のように閉固着判定をしている。
【0058】
第1に、吸気管20の圧力が過剰に上昇する。これは、開閉弁14が閉固着した場合には、吸気管20の圧力が前述した所定値PBTCに達しても開弁しないので、ターボ過給機4から圧送された空気の行き場がなくなるからである。
【0059】
このことは、吸気管20に設けた圧力センサ17の値をECM21に読み込んで、ターボ過給機4の個体差等を考慮しても開閉弁14が開いている場合には起こりえない圧力として予め設定しておいた所定値Pと比較することによって判定可能である。これを第1の故障判定手段とする。
【0060】
第2として、電動過給機6が非回転時、または回転後一定時間経過後に、スロットルバルブ9の開度とエンジン11の回転数から求まる吸入空気量が、エアフローメータ18を通過した空気量よりも少なくなる。
【0061】
これは、電動過給機6および開閉弁14によって吸気通路が遮断されるからである。
【0062】
このことは、エアフローメータ18を通過した空気量Q、スロットルバルブ9の開度およびエンジン回転数をECM21に読み込んで計算し、その結果を比較することによって判定可能である。これを第2の故障判定とする。
【0063】
第3として、開閉弁14の開閉状態を検出可能な開閉センサを設け、この開閉センサ信号から判定する。開閉弁14が閉固着すると、開閉弁14に開弁信号が出ているにもかかわらず、開閉センサからの検出信号は閉状態を示す。この信号をECM21に読み込むことで判定可能である。これを第3の故障判定とする。
【0064】
ECM21で実行されるこれらの制御動作について、以下のフローチャートを参照して説明する。
【0065】
図13に、加速終了直後以外で電動過給機6が稼働していない状態(以下、定常状態とする)で開閉弁14の閉固着を検出する場合の制御フローチャートを示す。
【0066】
ステップS400で定常状態か否かの判定を行い、定常状態であればステップS401へ、定常状態でなければそのまま終了する。
【0067】
定常状態の検出は、電動機7の近傍に回転速度センサを設けて電動機7の回転を検出する方法や、電動機7に流れる電流値を読み込んで検出する方法等が考えられる。前記のいずれかの方法で検出した信号をECM21に読み込んで判定を行う。
【0068】
ステップS401では、第1の故障判定が成立するか否かの判定を行う。
【0069】
第1の故障判定が成立すればステップS404に進み、エンジン11を停止する。第1の故障判定が成立しなければ、ステップS402に進む。
【0070】
ステップS402では第2の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第2の故障判定が成立すれば、ステップS404に進み、エンジン11を停止する。第2の故障判定が成立しなければステップS403に進む。
【0071】
ステップS403では第3の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第3の故障判定が成立すれば、ステップS404に進み、エンジン11を停止する。第3の故障判定が成立しなければそのまま終了する。
【0072】
なお、上記の故障判定フローにおいて第1〜3の故障判定を行う順序は上記に限らず、自由に変更可能である。
【0073】
図14に加速終了直後であって電動過給機6が稼働していない状態での開閉弁14の閉固着を検出する場合の制御フローチャートを示す。
【0074】
ステップS500では電動機7もしくは図示しない回転速度センサからの信号に基づいてECM21で現在過給停止直後か否かの判定を行う。
【0075】
過給停止直後でなければそのまま終了する。過給停止直後であれば、ステップS501に進む。
【0076】
ステップS501では第1の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第1の故障判定が成立すればステップS505に進み、エンジン11を停止する。第1の故障判定が成立しなければステップS502に進む。
【0077】
ステップS502では第2の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第2の故障判定が成立すれば、ステップS505に進み、エンジン11を停止する。故障判定手段2が成立しなければステップS503に進む。
【0078】
ステップS503では第3の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第3の故障判定が成立すれば、ステップS505に進み、エンジン11を停止する。第3の故障判定が成立しなければステップS504に進む。
【0079】
ステップS504では過給停止から一定時間経過したか否かの判定を行い、経過していれば終了し、経過していなければステップS501に戻り、一定時間経過するまで上記故障判定手段1〜3を繰り返す。
【0080】
上記の故障判定制御により、本実施形態では、開閉弁14が故障して閉固着した場合にもターボ過給機4を破損することがない。
【0081】
なお、上記の3つの故障判定を行う順序は必ずしもフローチャートに記載した順序である必要はなく、また、3つの判定をすべて行う必要はなく、いずれか1つもしくは2つでもかまわない。
【0082】
以上により、本実施形態では以下のような効果が得られる。
【0083】
ターボ過給機4による過給が行えるようになるまでの間、電動機7によって駆動する電動過給機6を駆動させて過給を行うので、加速要求を検出してから過給開始までのタイムラグ、いわゆるターボラグを解消できる。また、これによりターボ過給機4を大型化することも可能となる。
【0084】
電動過給機6による過給開始時に開閉弁14を閉じるので、過給気のターボ過給機4側への逆流を防止でき、加速初期から応答性のよい過給を行うことができる。
【0085】
電動過給機6は駆動にエンジンの排気ガスを使用しないので、レイアウト(排気管との位置関係)の制約を受けない。これにより、図8のタイムチャートに示したt0〜t4をできるだけ短くできる位置に電動過給機6を配置することが可能であり、過渡応答性に優れた過給システムにすることが可能になる。
【0086】
開閉弁14に開閉信号が入力されてから開閉動作完了までの時間(遅れ時間)T、および遅れ時間Tの間に上昇する電動機7の回転上昇予測値を考慮して開閉指令を入力するので、開閉弁14が入力信号に応じた動作を終了したときに電動機7の回転数が目標回転数となる。これにより開閉弁14の開閉動作に伴うトルク変動を防止することができる。
【0087】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、逐次検出した回転上昇実速度ΔNに基づいて補正しているので、電動機7にかかる負荷の変化や経時劣化等によって回転上昇速度が変化しても、正確な予測回転速度NFを求めることができる。
【0088】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、電動機7の電流値I、電圧値Vに基づいて補正しているので、運転状態、発電状態およびバッテリ容量等が変化しても正確な予測回転速度NFを求めることができる。
【0089】
3つの故障判定手段を用いて開閉弁14の閉固着判定を行い、閉固着を検出した場合にはエンジン11を停止するので、開閉弁14が故障して閉固着してもターボ過給機4を破損することがない。
【0090】
第2実施形態について図2を用いて説明する。
【0091】
本実施形態は、第1実施形態の電動過給機6の上流の吸気管2に遮蔽弁15を、合流管8にインタークーラ16を追加したものである。
【0092】
開閉弁14、電動過給機6の制御方法は第1実施形態と同様である。
【0093】
遮蔽弁15の制御はECM21が行い、電動過給機6が駆動している時は開、停止しているときは閉とする。すなわち、図7のステップS103で電動機7に電流を流すとともに遮蔽板15を開き、ステップS110で電動機7を停止するとともに遮蔽板15を閉じる。これにより、電動過給機6が停止している間は吸気管2の連通が遮断される。
【0094】
以上により本実施形態では、電動過給機6停止時に、合流管8から吸気管2へ空気が逆流することを防止できるので、第1実施形態のように電動過給機6がルーツ式に限定されることなく、遠心式過給機のように、停止時にも空気が通過するものも使用可能となる。
【0095】
インタークーラ16を合流管8に設けたので、電動過給機6およびターボ過給機4の双方の過給空気を一つのインタークーラ16で冷却することが可能である。
【0096】
なお、図3に示すように遮蔽弁15を電動過給機6の下流かつ合流管8の上流に設けても同様の効果を得られる。
【0097】
第3実施形態について図4を用いて説明する。
【0098】
本実施形態は、第2実施形態の構成において、インタークーラ16を合流管8ではなくバイパス弁14の上流に配置したものである。開閉弁14、遮蔽弁15、電動過給機6の制御は第2実施形態と同様である。
【0099】
これにより、電動過給機6からエンジン11までの間にあるのはスロットルバルブ9のみとなり、インタークーラ16による圧損がなくなる。また、前述したように電動過給機6は駆動に排気ガスを利用しないので、レイアウトは自由である。よって、第1実施形態と同様に、電動過給機6とエンジン11との間の配管を短くすることによって加速の過渡応答性を向上できる。
【0100】
また、ターボ過給機4の下流にインタークーラ16を設けたので、ターボ過給機4で圧縮されて高温になった空気は冷却されて酸素密度が上昇する。これにより、ターボ過給機4による過給時には酸素密度の高い空気がエンジン11に供給されて、高トルクが得られる。
【0101】
すなわち、加速の初期段階は電動過給機6によって応答性良く加速し、ターボ過給機4による過給に切換わった後は、冷却された空気を燃焼させて効率よくトルクを発生させることが可能となる。
【0102】
以上により、第1、第2実施形態と同様に、ターボ過給機4が過給を行えない領域では電動過給機6を駆動して過給を行うので、ターボ過給機4のターボラグを解消でき、ターボ過給機4を大型化することも可能となる。
【0103】
また、第2実施形態と同様に遮蔽弁15を設けたので、電動過給機6停止時に合流部8から吸気管2へ空気が逆流することを防止できるので、電動過給機6としてルーツ式以外のもの、例えば遠心式過給機も使用可能となる。
【0104】
インタークーラ16を電動過給機6の下流ではなく開閉弁14の上流に設けたので、加速の過渡応答性を向上させ、かつターボ過給機4により圧縮されて高温になった空気の冷却をすることが可能となる。
【0105】
第4実施形態について図5を用いて説明する。
【0106】
本実施形態では、スロットルバルブ9をインタークーラ16の下流かつ合流管8との合流部20より上流、すなわち第3実施形態における開閉弁14の位置に設けて、第3実施形態におけるスロットルバルブ9と開閉弁14の機能を兼用させる。その他の構成は第3実施形態と同じである。ただし、スロットルバルブ9の制御方法は、後述するように第3実施形態と異なり、加速要求検出時には、アクセルの踏み込み量と比例しない。そこで、後述するように加速要求検出はアクセル開度によって判定する。
【0107】
上記構成により、合流管8に吸気抵抗となる物がなくなり、第3実施形態のように合流管8にスロットルバルブ9のみが配置された場合に比べても、さらに吸気抵抗が低減する。よって、電動過給機6の駆動を開始した時の過渡応答性をさらに向上できる。
【0108】
ここで、本実施形態におけるスロットルバルブ9の制御について、図15のフローチャートを用いて説明する。
【0109】
ステップS600ではアクセル開度を読み込み、ステップS601に進む。
【0110】
ステップS601ではステップS600で読み込んだアクセル開度に応じてスロットル9を開き、ステップS602に進む。
【0111】
ステップS602ではアクセル開度が所定値θAPO以上か否かを判定し、所定値θAPO以上であれば車両が加速要求をしていると判定してステップS603に進み電動機7に電流を流し、かつ遮蔽弁15を開いてステップS604に進む。アクセル開度が所定値θAPOよりも小さい場合には、車両は加速要求をしていないと判定して、ステップS611に進み電動機7を動かさずに処理を終了する。
【0112】
ステップS604では電動機7の回転数が所定値ωMOT以上であるか否かの判定を行う。所定値ωMOT以上であればステップS605に進み、スロットルバルブ9を全閉にし、ステップS606に進む。これは、電動機7によって過給された空気がスロットルバルブ9を逆流するのを防止するためである。所定値ωMOTよりも小さい場合には、ステップS602に戻る。
【0113】
ステップS606では、インタークーラ16の下流かつスロットルバルブ9の上流に設けた圧力センサ17によって検出した圧力が所定値PBTC以上であるか否かの判定を行う。
【0114】
所定値PBTC以上である場合はステップS607に進み、スロットルバルブ9を所定量だけ開く。前記所定量は、ターボ過給機4が破損しない程度にターボ過給機4下流の吸気通路20の圧力を下げることが可能な開度とする。これにより電動過給機6による過給の過渡応答性を悪化させず、かつターボ過給機4の破損を防止することが可能となる。所定値PBTCより小さければ、ステップS613に進み、アクセル開度所定値θAPO以上であるか否かの判定を行う。θAPO以上であればステップS605に戻り、θAPO以下であれば加速要求がなくなったということであるからステップS610に進み、電動過給機6を停止する。
【0115】
ステップS607でスロットルバルブ9を所定量開いたら、ステップS608に進み、現在のスロットルバルブ9の開度が所定値θTVO2以上であるか否かの判定を行う。ここで、θTVO2は第1実施形態の開閉弁14の所定開度θBVに相当するものである。
【0116】
所定値θTVO2以上であればステップS609に進み、スロットルバルブ9を全開にして、ステップS610に進み電動過給機6を停止する。所定値θTVOだけ開いても吸気管20の圧力が所定値PBTC以上であるならば、ターボ過給機4は十分に過給を行っていると判断できるからである。
【0117】
ステップS608で所定値θTVOより小さければステップS612に進み、アクセル開度が所定値θAPO以上か否かの判定を行う。アクセル開度がθAPO以上であればステップS606に戻り、θAPO以下であればステップS610に進み、電動過給機6を停止する。
【0118】
ステップS610で電動過給機6を停止した後は、通常のスロットルバルブと同様にアクセル開度に応じたスロットル開度に制御する。
【0119】
以上により、本実施形態ではスロットルバルブ9を開閉弁14としても兼用するので、部品点数が削減され、コストの低減を図れる。
【0120】
電動過給機6とエンジン11の間に吸気抵抗となる物がないので、電動過給機6による過給の過渡応答性が向上する。
【0121】
第5実施形態について図6を用いて説明する。
【0122】
本実施形態の構成は、第2実施形態と基本的に同様であるが、遮蔽弁15と開閉弁14の機能を三方弁40一つで兼用し、これを電動過給機6の下流の吸気通路とターボ過給機4下流の吸気通路との合流点30に設けた点が異なる。これにより、本実施形態では部品点数が削減されるのでコストダウンを図れる。
【0123】
また、電動過給機6停止時には三方弁4は全開となり、電動過給機6下流の吸気通路41と合流管8との連通を遮断するので、電動過給機6が遠心式であっても、電動過給機6から吸気管2へ空気が逆流することはない。
【0124】
三方弁40の制御方法は、第2実施形態の開閉弁14の制御方法と同じで、制御フローチャートも第2実施形態と同じである。
【0125】
以上により、本実施形態では吸気経路の切り替えを三方弁40ひとつで行うので、コスト低減を図れる。
【0126】
使用する部品点数が少ないので、各パーツのレイアウトの制限も少ない。
【0127】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態のシステム構成を表す図である。
【図2】第2実施形態のシステム構成を表す図である。
【図3】第2実施形態のその他のシステム構成を表す図である。
【図4】第3実施形態のシステム構成を表す図である。
【図5】第4実施形態のシステム構成を表す図である。
【図6】第5実施形態のシステム構成を表す図である。
【図7】第1実施形態の制御フローチャートである。
【図8】第1実施形態の制御のタイムチャートである。
【図9】電動過給機の予測回転数を用いた制御のフローチャートである。
【図10】電動過給機の予測回転数の演算方法のフローチャートである。
【図11】電動機の特性図である。
【図12】電動機の回転上昇予測値テーブルである。
【図13】加速終了直後以外で電動過給機が稼働していない状態での開閉弁の故障判定用フローチャートである。
【図14】加速終了直後であって電動過給機が稼働していない状態での開閉弁の故障判定用フローチャートである。
【図15】第4実施形態の制御のフローチャートである。
【符号の説明】
1 吸気管
2 吸気管
3 コンプレッサー
4 ターボ過給機
5 タービン
6 コンプレッサー
7 電動機
8 合流管
9 スロットルバルブ
10 吸気マニホールド
11 エンジン
12 排気マニホールド
13 排気管
14 開閉弁
15 遮蔽弁
16 インタークーラ
17 圧力センサ
18 エアフローメータ
20 吸気管
21 コントロールユニット
40 三方弁
41 電動過給機下流吸気管[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a supercharging system for an internal combustion engine, and more particularly to a supercharging system having a supercharger driven by an electric motor.
[0002]
[Prior art]
In the engine intake passage, a large turbocharger driven by engine exhaust gas and a small turbocharger driven by engine exhaust gas and an electric motor are provided, and they merge downstream of the compressor of the large and small turbochargers. An intercooler is provided downstream of the junction of the intake passage, and a switching valve is provided for switching the flow passage between the intake and exhaust passages. By controlling this, a small turbocharger can be used when the engine speed is in the low-speed rotation range. When the engine speed exceeds the low speed range, the small turbocharger is stopped, the large turbocharger is activated, and the small turbocharger is operated by the electric motor. System to reduce the boost pressure drop Arm is disclosed in Patent Document 1.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-207522
[0004]
[Problems to be solved by the present invention]
In the supercharging system described in Patent Document 1, since the turbocharger with the electric motor is also driven by using the exhaust gas of the engine, there is a layout restriction that the turbocharger must be arranged near the exhaust passage. Therefore, it cannot always be arranged at the most advantageous place for the transient response of the supercharging.
[0005]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a supercharging system in which a supercharger can be arranged at a location most advantageous for transient response without being restricted by a layout.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the supercharger for an internal combustion engine according to the present invention, a part of an intake passage is branched, a turbocharger is arranged in one passage, and an electric supercharger is arranged in the other passage. An on-off valve is provided upstream of the section and is closed for at least a certain time when the electric turbocharger is operated.
[0007]
[Action / Effect]
According to the present invention, since the on-off valve is closed when the electric supercharger is operated, backflow of the supercharged air to the turbocharger side is prevented, and supercharging with good responsiveness can be performed from the initial stage of acceleration. In addition, since the exhaust gas of the engine is not used for driving the electric supercharger, restrictions on the layout of the electric supercharger are reduced.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 shows a supercharging system according to a first embodiment.
[0010]
A
[0011]
The opening degree of the on-off
[0012]
Since the
[0013]
Therefore, taking advantage of this characteristic, the
[0014]
Next, control of this system will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0015]
In step S100, the accelerator opening is read. In step S101, the
[0016]
In step S102, it is determined whether or not the throttle opening determined in step S101 is equal to or greater than a predetermined value θTVO that is predetermined to detect a request for acceleration of the vehicle. If it is equal to or greater than the predetermined value θTVO, that is, if there is an acceleration request, the process proceeds to step S103, and a current is supplied to the
[0017]
When a current is supplied to the
[0018]
In this embodiment, the on-off
[0019]
Then, when the rotation speed N of the
[0020]
If it is determined in step S104 that the rotation speed N of the
[0021]
In step S106, it is determined whether or not the pressure in the
[0022]
If the pressure in the
[0023]
When the on-off
[0024]
The control in steps S106 to S108 will be described.
[0025]
Since the on-off
When the on-off
[0026]
The above control is shown in the time chart of FIG.
[0027]
When the accelerator opening increases at t0, the throttle opening also increases accordingly. Then, at t1, when the throttle opening reaches the predetermined value θTVO for judging the acceleration request, a current is supplied to the
[0028]
In the present embodiment, the
[0029]
In addition, since the on-off
[0030]
Therefore, it is possible to arrange the
[0031]
In the above control, a certain delay time T occurs from the input of the open / close signal to the open /
[0032]
Therefore, in order to prevent the torque fluctuation, it is sufficient that the rotation speed of the
[0033]
FIG. 9 shows a flow of the determination performed in step S104 using the predetermined value B2 in consideration of the delay time T.
[0034]
In step S200, the above-described target rotation speed NT of the
[0035]
In step S201, a predicted rotation speed NF after the lapse of the delay time T is obtained according to a flow described later, and the process proceeds to step S202.
[0036]
The control performed by the
[0037]
In step S301, the current rotation speed N of the
[0038]
In step S302, the actual rotation speed ΔN of the
[0039]
In step S303, the current value I and the voltage value V of the
[0040]
In step S304, the rotation speed prediction value table shown in FIG. 12 is searched to determine the rotation speed ΔNMAP that increases during the delay time T. In the table of FIG. 12, the higher the rotation speed N, the smaller the predicted rotation increase value. This is because, as can be seen from the characteristic diagram of the general motor shown in FIG. 11, the motor has a characteristic that the torque decreases as the rotation speed increases, so that as the rotation speed increases, the number of rotations that increase in a certain time decreases. Because it becomes.
[0041]
In step S305, the actual rotation increase speed ΔN is sequentially detected in consideration of the fact that the rotation increase speed of the
[0042]
In step S306, in consideration of the fact that the rotational rise speed of the
[0043]
In step S307, in consideration of the fact that the rotational rise speed of the
[0044]
In step S308, the predicted rotational speed after the delay time T is added to the rotational speed N of the
[0045]
The predicted rotational speed NF is obtained as described above, and the process proceeds to step S202 in FIG.
[0046]
Although the correction is performed in steps S305 to S307, it is not always necessary to perform all corrections, and only one or two may be performed.
[0047]
In step S202, it is determined whether or not the predicted rotation speed NF is equal to or higher than the predetermined value B. If the predicted rotation speed NF is equal to or higher than the predetermined value ωMOT, the process proceeds to step S105 in FIG.
[0048]
The determination in step S106 in FIG. 7 also calculates the predicted pressure in consideration of the pressure increase during the delay time T, as in the determination in step S104, and generates the open / close signal of the on-off
[0049]
The determination in step S107 in FIG. 7 may be performed by setting the predetermined value D2 in consideration of the time T from the opening / closing signal input to the end of the opening / closing operation and the pressure of the
[0050]
The control of the on-off
[0051]
The
[0052]
The on-off
[0053]
After the on-off
[0054]
Considering the delay time T of the on-off
[0055]
Since the predicted rotation increase value searched from the predicted rotation increase table is corrected based on the actual detected rotation actual speed ΔN, the rotation increase speed changes due to a change in load applied to the
[0056]
Since the predicted rotation increase value retrieved from the predicted rotation increase value table is corrected based on the current value I and the voltage value V of the
[0057]
If the on-off
[0058]
First, the pressure in the
[0059]
This is because the value of the
[0060]
Secondly, when the
[0061]
This is because the intake passage is shut off by the
[0062]
This can be determined by reading the amount of air Q that has passed through the
[0063]
Third, an open / close sensor capable of detecting the open / close state of the open /
[0064]
These control operations performed by the
[0065]
FIG. 13 shows a control flowchart in a case where the sticking of the on-off
[0066]
In step S400, it is determined whether or not the vehicle is in the steady state. If the vehicle is in the steady state, the process proceeds to step S401.
[0067]
As the detection of the steady state, a method of providing a rotation speed sensor near the
[0068]
In step S401, it is determined whether a first failure determination is established.
[0069]
If the first failure determination is established, the process proceeds to step S404, and the
[0070]
In step S402, it is determined whether a second failure determination is established. If the second failure determination is established, the process proceeds to step S404, where the
[0071]
In step S403, it is determined whether a third failure determination is established. If the third failure determination is established, the process proceeds to step S404, where the
[0072]
The order in which the first to third failure determinations are performed in the above-described failure determination flow is not limited to the above, and can be freely changed.
[0073]
FIG. 14 shows a control flowchart in the case where the closing of the on-off
[0074]
In step S500, the
[0075]
If it is not immediately after the stop of the supercharging, the process ends. If it is immediately after stopping the supercharging, the process proceeds to step S501.
[0076]
In step S501, it is determined whether a first failure determination is established. If the first failure determination is established, the process proceeds to step S505, where the
[0077]
In step S502, it is determined whether a second failure determination is established. If the second failure determination is established, the process proceeds to step S505, where the
[0078]
In step S503, it is determined whether the third failure determination is established. If the third failure determination is established, the process proceeds to step S505, where the
[0079]
In step S504, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since the stop of supercharging. If it has elapsed, the process is terminated. If not, the process returns to step S501, and the failure determination units 1 to 3 continue until the predetermined time has elapsed. repeat.
[0080]
According to the failure determination control described above, in the present embodiment, the
[0081]
Note that the order in which the three failure determinations are performed is not necessarily the order described in the flowchart, and it is not necessary to perform all three determinations, and any one or two may be used.
[0082]
As described above, in the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0083]
Until the supercharging by the
[0084]
Since the on-off
[0085]
Since the
[0086]
Since an opening / closing command is input in consideration of a time (delay time) T from when an opening / closing signal is input to the opening / closing
[0087]
Since the predicted rotation increase value searched from the predicted rotation increase table is corrected based on the actual detected rotation actual speed ΔN, the rotation increase speed changes due to a change in load applied to the
[0088]
Since the predicted rotation increase value retrieved from the predicted rotation increase value table is corrected based on the current value I and the voltage value V of the
[0089]
The closed / fixed state of the on-off
[0090]
A second embodiment will be described with reference to FIG.
[0091]
In the present embodiment, a shielding
[0092]
The control method of the on-off
[0093]
The control of the shielding
[0094]
As described above, in the present embodiment, when the
[0095]
Since the
[0096]
Note that the same effect can be obtained by providing the shielding
[0097]
A third embodiment will be described with reference to FIG.
[0098]
In the present embodiment, in the configuration of the second embodiment, the
[0099]
Thus, only the
[0100]
Further, since the
[0101]
That is, in the initial stage of acceleration, the
[0102]
As described above, similarly to the first and second embodiments, in the region where the
[0103]
Further, since the
[0104]
Since the
[0105]
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0106]
In the present embodiment, the
[0107]
With the above configuration, there is no matter that becomes the intake resistance in the
[0108]
Here, the control of the
[0109]
In step S600, the accelerator opening is read, and the process proceeds to step S601.
[0110]
In step S601, the
[0111]
In step S602, it is determined whether the accelerator opening is equal to or greater than a predetermined value θAPO. If the accelerator opening is equal to or greater than the predetermined value θAPO, it is determined that the vehicle is requesting acceleration. The
[0112]
In step S604, it is determined whether or not the rotation speed of the
[0113]
In step S606, it is determined whether the pressure detected by the
[0114]
If it is equal to or greater than the predetermined value PBTC, the process proceeds to step S607, and the
[0115]
When the
[0116]
If it is equal to or more than the predetermined value θTVO2, the process proceeds to step S609, the
[0117]
If it is smaller than the predetermined value θTVO in step S608, the process proceeds to step S612, and it is determined whether the accelerator opening is equal to or more than the predetermined value θAPO. If the accelerator opening is equal to or larger than θAPO, the process returns to step S606. If the accelerator opening is equal to or smaller than θAPO, the process proceeds to step S610 to stop the
[0118]
After stopping the
[0119]
As described above, in the present embodiment, the
[0120]
Since there is nothing that becomes intake resistance between the
[0121]
A fifth embodiment will be described with reference to FIG.
[0122]
The configuration of this embodiment is basically the same as that of the second embodiment, except that the functions of the
[0123]
Further, when the
[0124]
The control method of the three-way valve 40 is the same as the control method of the on-off
[0125]
As described above, in the present embodiment, the switching of the intake path is performed by one three-way valve 40, so that the cost can be reduced.
[0126]
Since the number of parts used is small, the layout restrictions of each part are also small.
[0127]
It is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a system configuration according to a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating another system configuration of the second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a system configuration of a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a system configuration of a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a system configuration according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is a control flowchart of the first embodiment.
FIG. 8 is a time chart of control of the first embodiment.
FIG. 9 is a flowchart of control using a predicted rotation speed of the electric supercharger.
FIG. 10 is a flowchart of a method for calculating a predicted rotation speed of the electric supercharger.
FIG. 11 is a characteristic diagram of the electric motor.
FIG. 12 is an electric motor rotation rise prediction value table.
FIG. 13 is a flowchart for determining the failure of the on-off valve when the electric supercharger is not operating except immediately after the end of acceleration.
FIG. 14 is a flowchart for failure determination of an on-off valve immediately after the end of acceleration and in a state where the electric supercharger is not operating.
FIG. 15 is a flowchart of control according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Intake pipe
2 Intake pipe
3 Compressor
4 Turbocharger
5 Turbine
6 Compressor
7 Electric motor
8 Confluence pipe
9 Throttle valve
10 Intake manifold
11 Engine
12 Exhaust manifold
13 Exhaust pipe
14 On-off valve
15 Shutoff valve
16 Intercooler
17 Pressure sensor
18 Air flow meter
20 Intake pipe
21 Control unit
40 Three-way valve
41 Electric turbocharger downstream intake pipe
Claims (7)
一方の通路にターボ過給機、他方の通路に電動過給機を配置し、
前記ターボ過給機の下流かつ合流部の上流に位置して、前記電動過給機の作動時に少なくとも一定時間閉じる開閉弁を設けたことを特徴とする内燃機関の過給装置。Part of the intake passage of the internal combustion engine branches,
Place a turbocharger in one passage and an electric turbocharger in the other passage,
A turbocharger for an internal combustion engine, further comprising an opening / closing valve located downstream of the turbocharger and upstream of a junction, and closed for at least a predetermined time when the electric supercharger is operated.
一方の通路にターボ過給機、他方の通路に電動過給機を配置し、
前記電動過給機の作動時には前記ターボ過給機下流の吸気通路と合流部の連通を少なくとも一定時間遮断して前記開閉弁と同様の機能をはたし、
前記ターボ過給機の過給圧が上昇したときには前記電動過給機下流の吸気通路と合流部の連通を少なくとも一定時間遮断する三方弁を合流部に設けたことを特徴とする内燃機関の過給装置。Part of the intake passage of the internal combustion engine branches,
Place a turbocharger in one passage and an electric turbocharger in the other passage,
At the time of the operation of the electric supercharger, the communication between the intake passage downstream of the turbocharger and the junction is interrupted for at least a certain time, and the same function as the on-off valve is performed.
A three-way valve is provided at the junction where the communication between the intake passage downstream of the electric turbocharger and the junction is interrupted for at least a predetermined time when the supercharging pressure of the turbocharger increases. Feeding device.
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