JP2006233879A - エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電動過給機１１を予回転駆動させておく場合に、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようにし、かつ過給機駆動の消費電力を小さく抑える。
【解決手段】 エンジン４の運転状態が予回転領域にあるとき、電動過給機１１の駆動回転数を、過給領域にてエンジン４が該予回転領域における現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において過給制御手段（吸気システムコントローラ１３）の制御により該電動過給機１１の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数となるように制御するとともに、上記吐出部の空気流量が、上記過給領域にて上記過給制御手段の制御により吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくなるように、バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気通路に配設された電動過給機の回転駆動によりエンジンに対し吸気の過給を行うようにしたエンジンの過給装置に関する技術分野に属する。

従来より、例えば特許文献１に示されているように、排気ガスエネルギーを用いる排気ガスターボチャージャーに代えて、電動過給機を用いてエンジンに対し吸気の過給を行うようにしたものが知られている。このものは、吸気通路に配設されかつ電動回転駆動によりエンジンに対し吸気の過給を行う電動過給機と、該電動過給機をバイパスするように設けられたバイパス通路と、該バイパス通路に配設された切換弁（バイパス弁）と、上記吸気通路の電動過給機下流側における上記バイパス通路接続部よりも下流側に配設されたスロットル弁とを備えており、電動過給機の作動中は、バイパス弁でバイパス通路を閉じて、吸入空気を電動過給機経由でエンジンに供給する一方、電動過給機の作動停止中は、バイパス通路を開いて、吸入空気をバイパス通路経由でエンジンに供給するようにしている。

また、例えば特許文献２に示されているように、排気ガスターボチャージャーを補助的に駆動する電動過給機も知られている。そして、この特許文献２では、ドライバの希望トルクの上昇に直接先行するエンジン運転状態の間に電動過給機を予め回転駆動させておくことで、排気ガスターボチャージャーの応答特性を高めるようにしている。
特開平１０−１５９５７７号公報 特開２００３−２２７３４２号公報

ところで、上記特許文献１のように電動過給機を用いて過給を行う場合、この電動過給機を作動停止状態から作動状態にするときに、電動過給機が必要な回転数となるまでには時間がかかり、電動過給機のレスポンスが悪いという問題があるため、上記特許文献２と同様に、エンジン運転状態として過給領域と予回転領域とを設けて、エンジン運転状態が予回転領域にあるときに、電動過給機を予め回転駆動させておくようにすることが考えられる。この場合、電動過給機の予回転中は、バイパス弁を全開に近い状態にしかつスロットル弁を全閉に近い状態にしておけば、電動過給機の回転により圧力が高められた空気の大部分は、バイパス通路を介して吸気通路の上流側に流れて再び電動過給機に戻るように循環し、スロットル弁を通ってエンジンへ供給される空気流量は少なく抑えられる。そして、過給領域に移行したときに、バイパス弁を閉じかつスロットル弁を開く方向に作動させるようにすれば、電動過給機により圧縮した吸入空気を素早くエンジンに供給することができるようになる。このようにエンジン運転状態が予回転領域にあるときにも、過給領域にあるときと同様に、バイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流を制御するようにすれば、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようになると考えられる。

しかしながら、エンジン運転状態が予回転領域にあるときに、実際に電動過給機をどのように回転駆動するかが問題であり、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようにすることは勿論のこと、過給機駆動の消費電力を小さく抑えるようにすることが要求される。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記のように電動過給機を予回転駆動させておく場合に、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようにするとともに、過給機駆動の消費電力を出来る限り小さく抑えるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、エンジンの吸気通路に配設され、電動回転駆動により該エンジンに対し吸気の過給を行う電動過給機と、該電動過給機をバイパスするように設けられたバイパス通路と、該バイパス通路に配設されたバイパス弁と、上記吸気通路の電動過給機下流側における上記バイパス通路接続部よりも下流側に配設されたスロットル弁と、上記エンジンの運転状態が、所定の高負荷側に設定された過給領域にあるとき、上記電動過給機が所定駆動電力以下で回転駆動されるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流を制御する過給制御手段と、上記エンジンの運転状態が、上記過給領域の低負荷側に隣接するように設定された予回転領域にあるとき、上記電動過給機を予め回転駆動させておくための予回転制御手段とを備えたエンジンの過給装置を対象として、上記予回転制御手段を、上記エンジンの運転状態が上記予回転領域にあるとき、上記電動過給機の駆動回転数又は電流を、上記過給領域にて上記エンジンが該予回転領域における現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において上記過給制御手段の制御により該電動過給機の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となるように制御するとともに、上記吐出部の空気流量が、上記過給領域にて上記過給制御手段の制御により上記吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくなるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成した。

上記の構成により、エンジンの運転状態が過給領域にあるときには、過給制御手段によって、電動過給機が所定駆動電力以下で駆動されるように、バイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流が制御される。一方、エンジンの運転状態が予回転領域にあるときには、予回転制御手段によってバイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流が制御される。この予回転領域では、電動過給機の駆動回転数又は電流は、過給領域にてエンジンが該予回転領域にある現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において上記過給制御手段の制御により電動過給機の吐出部の圧力（吐出圧力）が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となる。これにより、上記所定圧力は、当該エンジン回転数において過給制御手段の制御結果によって電動過給機の吐出部で生じ得る圧力範囲内の圧力であり、エンジン回転数が一定の状態で予回転領域から過給領域に移行したとすると、予回転領域での電動過給機の駆動回転数又は電流は、過給領域で過給制御手段により制御されたときの電動過給機の駆動回転数又は電流に対して大きな差はなく、上記移行に伴う電動過給機の駆動回転数又は電流の変化は小さくて済む。この結果、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようになる。尚、通常は、エンジン回転数が上昇しながら予回転領域から過給領域に移行するが、このときには、エンジン回転数の上昇に合わせて電動過給機の駆動回転数又は電流を変化させればよく、この駆動回転数又は電流の変化はエンジン回転数の上昇に十分追従することができ、レスポンスが低下するようなことは殆どない。

また、予回転領域では、電動過給機の吐出部の空気流量を、上記過給領域において吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくするので、電動過給機の駆動電力は小さくて済み、よって、過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記予回転制御手段は、上記電動過給機の吐出部の空気流量を、該電動過給機においてサージングが発生しない最少の空気流量ないしその近傍となるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成されているものとする。

こうすることで、電動過給機においてサージングの発生しない範囲で、電動過給機の駆動電力を最大限に小さくすることができ、過給機駆動の消費電力を極力小さく抑えることができる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記所定駆動電力は、上記電動過給機の定格駆動電力よりも低くかつ上記エンジンでノッキングが生じない最大の駆動電力であるものとする。

このことで、エンジンでノッキングが発生しない範囲で過給を行うので、過給を有効に行うことができるとともに、過給領域においても過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。

請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、上記エンジンにより駆動されるオルタネータを備えており、上記所定駆動電力は、上記オルタネータの最大発電量相当の出力であるものとする。

このことにより、電動過給機の駆動電力をオルタネータの発電量で賄うことができるとともに、バッテリからの電力の持ち出しを抑制することができる。よって、オルタネータの発電量と過給機駆動の消費電力との収支関係を維持しつつ、電動過給機を適切に駆動することができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの過給装置によると、エンジンの運転状態が予回転領域にあるとき、電動過給機の駆動回転数又は電流を、過給領域にて上記エンジンが該予回転領域における現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において過給制御手段の制御により該電動過給機の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となるように制御するとともに、上記吐出部の空気流量が、上記過給領域にて上記過給制御手段の制御により吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくなるように、バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するようにしたことにより、予回転領域での電動過給機の駆動回転数又は電流を、過給領域で過給制御手段により制御されたときの電動過給機の駆動回転数又は電流に対して大きな差がないようにして、予回転領域から過給領域へ高レスポンスで移行することができるとともに、予回転領域での電動過給機の駆動電力を小さくして、過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの過給装置を示し、この過給装置は、エンジンに吸入空気を供給するための吸気通路１を備えている。この吸気通路１の上流端部にはエアクリーナ２が配設され、下流端部にはサージタンク３が配設されており、このサージタンク３を介して吸入空気がエンジン４の各シリンダ４ａの燃焼室にそれぞれ供給されるようになっている。尚、図１中、５は上記各シリンダ４ａの燃焼室から排気ガスを排出するための排気通路であり、６はエンジン４のクランク軸に同期して回転して、吸気バルブの開閉を行うカムシャフトであり、７は吸気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）である。

上記吸気通路１の長さ方向中間部１には、エンジン４に対し吸気の過給を行う電動過給機１１が配設されている。この電動過給機１１は、電動機により回転駆動される遠心型圧縮機で構成されていて、この電動機による回転駆動により吸入空気を圧縮してエンジン４（各シリンダ４ａの燃焼室）に対し吸気の過給を行うように構成されている。上記電動過給機１１の駆動回転数は電動過給機コントローラ１２により制御されるようになっている。この電動過給機コントローラ１２は、吸気システムコントローラ１３からの制御信号に基づいて上記電動過給機１１の駆動回転数を制御する。すなわち、吸気システムコントローラ１３は、電動過給機コントローラ１２を介して電動過給機１１の駆動回転数を制御することになる。尚、電動過給機１１の駆動回転数に代えて、電動過給機１１の駆動電流を制御するようにしてもよい。

また、上記吸気通路１にはバイパス通路１ａが接続されている。このバイパス通路１ａの両端部は、吸気通路１における上記電動過給機１１の上流側及び下流側部分にそれぞれ接続されていて、電動過給機１１をバイパスするように設けられている。このバイパス通路１ａには、バイパス弁駆動アクチュエータにより駆動されるバイパス弁１７が配設されている。

上記吸気通路１の電動過給機１１下流側における上記バイパス通路１ａ接続部よりも下流側には、スロットル弁駆動アクチュエータにより駆動されるスロットル弁１８が配設されている。

上記バイパス弁駆動アクチュエータ及びスロットル弁駆動アクチュエータは上記吸気システムコントローラ１３によりそれぞれ駆動制御されて、バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度が所望の値に設定される。すなわち、吸気システムコントローラ１３は、バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度並びに電動過給機１１の駆動回転数を制御するものであり、また、これらの制御に加えて、上記可変バルブタイミング機構７やエンジン制御系２０を制御するものである。

上記エンジン４のトルク特性は図２のようになっている。上記電動過給機１１を作動させない場合には、二点鎖線で示すように、エンジン回転数の低回転側において、その最大に出し得るトルクは比較的小さい。この電動過給機１１非作動時に最大に出し得るトルクよりも高いトルクが要求されたときに、電動過給機１１が作動されて過給が行われることになる。そして、この過給時には、電動過給機１１は所定駆動電力（本実施形態では１ｋＷ）以下で回転駆動されるようになっており、該過給時にエンジン回転数の低回転側において、最大で図２の実線のようなトルクが発生することになる。したがって、図２の実線と二点鎖線との間の部分は、所定の高負荷側に設定された過給領域に相当し、エンジン４の運転状態がこの過給領域にあるときには、上記吸気システムコントローラ１３によって、電動過給機１１が所定駆動電力で駆動されるように、上記バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度並びに電動過給機１１の駆動回転数が制御されることになる。このことで、吸気システムコントローラ１３は過給制御手段を構成することになる。

上記所定駆動電力は、上記電動過給機１１の定格駆動電力（本実施形態では約２ｋＷ）よりも低くかつ上記エンジン４でノッキングが生じない最大の駆動電力である。すなわち、図３に示すように、電動過給機１１の駆動電力が１ｋＷを越えたところからノッキングが発生し、このため、ノッキングが発生しないように点火時期をＭＢＴ（Minimum Advance for the Best Torque ）よりも所定量だけリタードさせるので、その影響を受けて、エンジン出力トルクがＭＢＴよりも低下する。このため、駆動電力が１ｋＷを越えた状態で電動過給機１１を駆動してもあまり意味がなく、ノッキングが生じない最大の駆動電力（１ｋＷ）以下で過給を行うことにより、過給を有効に行うことができるとともに、過給時における過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。

或いは、上記所定駆動電力は、オルタネータの最大発電量相当の出力（通常、約１ｋＷ）としてもよい。こうすれば、電動過給機１１の駆動電力をオルタネータの発電量で賄うことができるとともに、バッテリからの電力の持ち出しを抑制することができる。

図２において二点鎖線よりも低トルク側の部分（斜線を引いた部分）は、上記過給領域の低負荷側に隣接するように設定された予回転領域に相当し、エンジン４の運転状態がこの予回転領域にあるときには、エンジン４に対しては吸気の過給を行わないが、上記電動過給機１１を予め回転駆動させておいて、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようにしている。この予回転領域においても、上記吸気システムコントローラ１３によって、上記バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度並びに電動過給機１１の駆動回転数が制御され、このことで、吸気システムコントローラ１３は、過給制御手段に加えて、予回転制御手段をも構成することになる。

ここで、上記吸気システムコントローラ１３における過給制御及び予回転制御動作について図４のフローチャートに基づいて説明する。

先ず、最初のステップＳ１で、各種信号の読み込みを行い、次のステップＳ２で、サージタンク３内の圧力の目標値である目標サージタンク圧Ｐ（以下、圧力については、大気圧に対する圧力比であるとする）を設定し、次のステップＳ３で、スロットル弁１８を通ってエンジン４へ供給される空気流量（体積流量）の目標値である目標空気流量Ｑを設定する。

具体的には、図５に示すように、アクセル開度、エンジン回転数及び変速ギヤの変速比から所定のマップに基づいて要求トルクを求め、図６に示すように、この要求トルクと上記エンジン回転数から過給機付きエンジンモデルの中のエンジンモデルに基づいて目標サージタンク圧Ｐ及び目標空気流量Ｑを設定する。このエンジンモデルの詳細は、図７に示すようになっている。すなわち、上記要求トルク及び上記エンジン回転数からエンジン本体モデルに基づいて必要充填効率ＣＥを求め、この必要充填効率ＣＥ、吸気温度及び上記エンジン回転数からエンジン吸気モデルに基づいて目標サージタンク圧Ｐを設定し、この目標サージタンク圧Ｐ、上記吸気温度及び上記エンジン回転数からインマニ流量モデルに基づいて目標空気流量Ｑを設定する。このインマニ流量モデルは、図８に示すようなマップになっており、目標サージタンク圧Ｐの位置で横軸に平行に引いた直線と上記エンジン回転数に対応する等エンジン回転数線とが交わる交点の位置に相当する空気流量を、目標空気流量Ｑとする。

次のステップＳ４では、実際のサージタンク圧及びエンジン回転数から判定モデルに基づいてエンジン４の運転状態が過給領域にあるか予回転領域にあるかを判定する。

上記ステップＳ４で過給領域にあると判定されたときには、ステップＳ５に進んで、電動過給機１１の駆動回転数を設定し、次のステップＳ６で、バイパス弁１７の開度を設定し、次のステップＳ７で、スロットル弁１８の開度を設定し、しかる後に、ステップＳ１１に進む。

一方、上記ステップＳ４で予回転領域にあると判定されたときには、ステップＳ８に進んで、電動過給機１１の駆動回転数を設定し、次のステップＳ９で、バイパス弁１７の開度を設定し、次のステップＳ１０で、スロットル弁１８の開度を設定し、しかる後に、ステップＳ１１に進む。

上記ステップＳ１１では、電動過給機１１に対し電動過給機コントローラ１２を介して、上記設定した駆動回転数となるように制御信号を出力するとともに、バイパス弁１７のバイパス弁駆動アクチュエータ及びスロットル弁１８のスロットル弁駆動アクチュエータに対し、それぞれ上記設定した開度となるように制御信号を出力する。

上記ステップＳ５〜Ｓ１０の各設定は、具体的には、以下の如く行う。すなわち、図６に示すように、上記目標サージタンク圧Ｐ、目標空気流量Ｑ及びエンジン回転数から過給機付きエンジンモデルの過給機吸気系モデルに基づいて電動過給機１１の駆動回転数、バイパス弁１７の開度及びスロットル弁１８の開度を設定する。上記過給機吸気系モデルは図９に示すようなマップになっている。このマップの縦軸は、サージタンク３内の圧力又は電動過給機１１の吐出部の圧力（いずれも大気圧に対する圧力比）であり、横軸は、該サージタンク３又は吐出部の空気流量である。このマップにおける等エンジン回転数線については、図８のインマニ流量モデルのマップと同じである。このため、圧力が上記目標サージタンク圧Ｐとなりかつ空気流量が上記目標空気流量Ｑとなる座標の位置は、或る等エンジン回転数線上に位置することになる。尚、図９のマップ中、４００００ｒｐｍ等と回転数表示している線は、電動過給機１１を当該回転数（一定）で回転させたときの等過給機回転数線である。

エンジン４の運転状態が過給領域にあるときにおいては、上記目標サージタンク圧Ｐ及び目標空気流量Ｑが、エンジン回転数がＮ１である等エンジン回転数線上のＡ点に相当する値（目標サージタンク圧Ｐ＝Ｐ１、目標空気流量Ｑ＝Ｑ１）であったとすると、電動過給機１１の駆動は、上記Ｎ１の等エンジン回転数線が電動過給機１１の等駆動電力線（１ｋＷ以下の等駆動電力線）と交わる点（ここでは１ｋＷの等駆動電力線と交わるＢ点とする）で行うようにする。このときの電動過給機１１の駆動回転数は、Ｂ点を通る等過給機回転数線の回転数（ここでは約５５０００ｒｐｍ）に設定されることになる。Ｂ点の圧力は、電動過給機１１の吐出部の圧力（吐出圧力）であり、図９ではＰ２としている。また、Ｂ点の空気流量は、該吐出部の空気流量であり、図９ではＱ２としている。ここで、図１０に示すように、電動過給機１１の吐出部の空気の一部は、スロットル弁１８ないしサージタンク３を通ってエンジン４へ供給される一方、残りは、バイパス通路１ａを介して吸気通路１の上流側に流れて再び電動過給機１１に戻るように循環することになる。そして、目標空気流量ＱがＱ１であることから、上記空気流量Ｑ２のうちＱ１分が、スロットル弁１８ないしサージタンク３を通ってエンジン４へ供給される空気流量となるように、バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度がそれぞれ設定されることになる。このときのバイパス弁１７の開度は全閉に近く、電動過給機１１の吐出部の空気の大部分は、スロットル弁１８ないしサージタンク３を通ってエンジン４へ供給されることになる。

一方、エンジン４の運転状態が予回転領域にあるときにおいては、上記目標サージタンク圧Ｐ及び目標空気流量Ｑが、エンジン回転数がＮ２である等エンジン回転数線上のＣ点に相当する値（目標サージタンク圧Ｐ＝Ｐ３、目標空気流量Ｑ＝Ｑ３）であったとすると、電動過給機１１の駆動回転数は、過給領域にてエンジン４が該予回転領域における現在のエンジン回転数（ここではＮ２）と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において吸気システムコントローラ１３（過給制御手段）の制御により該電動過給機１１の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数に設定される。本実施形態では、上記所定圧力は、過給領域にてエンジン４がＮ２の回転数で回転しているとした場合において吸気システムコントローラ１３（過給制御手段）により電動過給機１１が上記所定駆動電力（１ｋＷ）で駆動されたときの該電動過給機１１の吐出部の圧力と同一の圧力とする。つまり、所定圧力は、図９において上記Ｎ２の等エンジン回転数線が１ｋＷの等駆動電力線と交わるＤ点の圧力Ｐ４である。このＤ点の空気流量は、吐出部の空気流量であり、Ｑ４としている。そして、電動過給機１１の駆動回転数は、上記Ｄ点を通る等過給機回転数線の回転数（ここでは約６００００ｒｐｍ）に設定される。このＤ点は、過給領域でエンジン回転数がＮ１であるときに電動過給機１１が駆動された上記Ｂ点に相当する点であり、過給領域でエンジン回転数がＮ２であれば、Ｄ点（或いは、Ｎ２の等エンジン回転数線上におけるＤ点の圧力よりも小さい圧力となる点）で電動過給機１１が駆動されることになるので、予回転領域からエンジン回転数がＮ２で一定のまま過給領域に移行したとすると、予回転領域での電動過給機１１の駆動回転数は、過給領域で吸気システムコントローラ１３（過給制御手段）により制御されたときの電動過給機１１の駆動回転数と同じか又は近い値になる。尚、上記所定圧力は、上記のように電動過給機１１が上記所定駆動電力で駆動されたときの該電動過給機１１の吐出部の圧力と同一の圧力とする必要は必ずしもなく、過給領域にてエンジン４が予回転領域のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合においてその過給領域での制御結果によって生じ得る圧力範囲内の圧力であればどのような値であってもよい。

上記の如く、予回転領域では上記電動過給機１１の駆動回転数は、上記Ｄ点を通る等過給機回転数線の回転数に設定されるが、電動過給機１１はＤ点で駆動されるのではなく、その回転数を維持したまま、電動過給機１１の吐出部の空気流量が、過給領域にて吐出部の圧力が所定圧力（Ｐ４）となるように制御されたときにおける該吐出部の空気流量（Ｑ４）よりも少なくなる位置で駆動される。本実施形態では、バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度を制御して、電動過給機１１においてサージング（空気の流れが電動過給機１１の羽根から剥離して異常振動が生じる現象）が発生しない最少の空気流量となるＥ点（圧力Ｐ５、空気流量Ｑ５（＜Ｑ４））で駆動する。このとき、図１１に示すように、空気流量Ｑ５のうち目標空気流量Ｑ３分が、スロットル弁１８ないしサージタンク３を通ってエンジン４へ供給される空気流量となるように、バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度がそれぞれ設定されることになる。このときのバイパス弁１７の開度は全開に近く、電動過給機１１の吐出部の空気の大部分は、バイパス通路１ａを介して吸気通路１の上流側に流れて再び電動過給機１１に戻るように循環することになる。尚、電動過給機１１の駆動は、Ｄ点を通る等過給機回転数線上におけるＥ点の近傍（Ｅ点よりも空気流量が多い側）であってもよく、Ｄ点の近傍（Ｄ点よりも空気流量が少ない側）であってもよい。但し、Ｅ点やＥ点に対し空気流量が多い側近傍で駆動する方が、過給機駆動の消費電力をかなり小さく抑えることができる。つまり、Ｄ点を通る等過給機回転数線上の任意の点を通る等駆動電力線の駆動電力は、その両者の交点がＥ点に近いほど小さくなるため、Ｅ点を通る等駆動電力線の駆動電力が最も小さくて、１ｋＷよりもかなり小さくなり、この結果、過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができるようになる。

エンジン４の運転状態が、エンジン回転数が一定で予回転領域から過給領域に移行したときには、予回転領域で電動過給機１１が例えば上記Ｅ点で駆動回転されていて、過給領域では例えば上記Ｄ点で駆動されるとすると、電動過給機１１の駆動回転数は６００００ｒｐｍのまま、バイパス弁１７の開度を小さくしかつスロットル弁１８の開度を大きくする（電動過給機１１の吐出部の空気流量Ｑ４のうち、スロットル弁１８ないしサージタンク３を通ってエンジン４へ供給される空気流量が、過給領域での目標空気流量Ｑとなるようにする）だけで、過給領域へ素早く移行できる。但し、通常は、エンジン回転数が上昇しながら予回転領域から過給領域に移行するが、このときには、エンジン回転数の上昇に合わせて電動過給機１１の駆動回転数を変化させればよく、この駆動回転数の変化はエンジン回転数の上昇に十分追従することができ、レスポンスが低下するようなことは殆どない。例えばエンジン回転数がＮ２からＮ１に上昇して上記Ｅ点から上記Ｂ点に移行する際には、バイパス弁１７及びスロットル弁１８の各開度並びに電動過給機１１の駆動回転数を制御して、図９において二点鎖線で示す経路で変化させるようにすればよい。また、予回転領域では、電動過給機１１の吐出部の空気流量を、該電動過給機１１においてサージングが発生しない最少の空気流量となるようにしているので、サージングの発生しない範囲で、電動過給機１１の駆動電力を出来る限り小さくして、電動過給機１１を駆動する際の消費電力を可及的に小さく抑えることができる。

尚、上記ステップＳ４では、過給領域及び予回転領域のいずれでもないと判定される場合があり、この場合には、上記フローチャートでは省略しているが、電動過給機１１が作動停止状態とされかつバイパス弁１７が全開状態とされるとともに、スロットル弁１８の開度が、一般的に行われている自然吸気（過給なし）の制御と同様に制御される。この場合、エアクリーナ２を通過した吸入空気は、吸気通路１における電動過給機１１が配設された部分を通過できないので、バイパス通路１ａを通ってスロットル弁１８へと流れることになる。

本発明は、電動過給機の回転駆動によりエンジンに対し吸気の過給を行うようにしたエンジンの過給装置に有用であり、特にエンジン運転状態として、エンジンに対し吸気の過給を行う過給領域と、エンジンに対し吸気の過給を行わないが電動過給機を予め回転駆動させておく予回転領域とを設ける場合に有用である。

本発明の実施形態に係るエンジンの過給装置を示す概略図である。 エンジンのトルク特性を示す図である。 エンジン回転数が１５００ｒｐｍであるときの電動過給機の駆動電力とエンジントルクとの関係を示す図である。 吸気システムコントローラにおける過給制御及び予回転制御動作を示すフローチャートである。 アクセル開度、エンジン回転数及び変速ギヤの変速比から、電動過給機の駆動回転数、バイパス弁の開度及びスロットル弁の開度を設定するための信号の流れを示すブロック図である。 図５のブロック図における過給機付きエンジンモデルの詳細を示すブロック図である。 図６のブロック図におけるエンジンモデルの詳細を示すブロック図である。 図７のブロック図におけるインマニ流量モデルの詳細を示す図である。 図６のブロック図における過給機吸気系モデルの詳細を示す図である。 エンジンの運転状態が過給領域にあるときの空気の流れを示す図である。 エンジンの運転状態が予回転領域にあるときの空気の流れを示す図である。

符号の説明

１ 吸気通路
１ａ バイパス通路
４ エンジン
１１ 電動過給機
１３ 吸気システムコントローラ（過給制御手段）（予回転制御手段）
１７ バイパス弁
１８ スロットル弁

Claims (4)

1. エンジンの吸気通路に配設され、電動回転駆動により該エンジンに対し吸気の過給を行う電動過給機と、該電動過給機をバイパスするように設けられたバイパス通路と、該バイパス通路に配設されたバイパス弁と、上記吸気通路の電動過給機下流側における上記バイパス通路接続部よりも下流側に配設されたスロットル弁と、上記エンジンの運転状態が、所定の高負荷側に設定された過給領域にあるとき、上記電動過給機が所定駆動電力以下で回転駆動されるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流を制御する過給制御手段と、上記エンジンの運転状態が、上記過給領域の低負荷側に隣接するように設定された予回転領域にあるとき、上記電動過給機を予め回転駆動させておくための予回転制御手段とを備えたエンジンの過給装置であって、
   上記予回転制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記予回転領域にあるとき、上記電動過給機の駆動回転数又は電流を、上記過給領域にて上記エンジンが該予回転領域における現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において上記過給制御手段の制御により該電動過給機の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となるように制御するとともに、上記吐出部の空気流量が、上記過給領域にて上記過給制御手段の制御により上記吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくなるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 請求項１記載のエンジンの過給装置において、
   上記予回転制御手段は、上記電動過給機の吐出部の空気流量を、該電動過給機においてサージングが発生しない最少の空気流量ないしその近傍となるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。
3. 請求項１又は２記載のエンジンの過給装置において、
   上記所定駆動電力は、上記電動過給機の定格駆動電力よりも低くかつ上記エンジンでノッキングが生じない最大の駆動電力であることを特徴とするエンジンの過給装置。
4. 請求項１又は２記載のエンジンの過給装置において、
   上記エンジンにより駆動されるオルタネータを備えており、
   上記所定駆動電力は、上記オルタネータの最大発電量相当の出力であることを特徴とするエンジンの過給装置。

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