JP2006258094A - 内燃機関の過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動過給機４による過給量を運転者の意思により調整できる内燃機関１の過給装置を提供する。
【解決手段】電動過給機４の作動を制御する制御装置５は、電動機２を駆動するための駆動装置８と、運転者が過給量調整手段６によって設定する過給量に応じて駆動装置８の作動を制御する制御指令部９とを備える。
過給量調整手段６は、運転者が手動操作できる操作レバーを有し、この操作レバーの位置に応じて、電動過給機４の過給量を設定できる。操作レバーは、レバー位置に応じて可変抵抗の抵抗値を変更でき、その抵抗値に応じた電気信号が制御指令部９に出力される。 これにより、運転者が操作レバーを操作して電動過給機４の過給量を調整できるので、運転者がエンジン出力を上げて運転を楽しみたい場合や、エンジン出力を下げて走行したい場合等に応じて、運転者の使用したいエンジン出力に調整することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機を備えた内燃機関の過給装置に関する。

従来、ターボチャージャの立ち上がり応答性を改善するために、ターボチャージャの回転軸を電動機でアシストする電動アシスト過給装置が知られている（特許文献１参照）。 この電動アシスト過給装置では、例えば、エンジン回転数、タービン回転数、ブースト圧力、アクセルペダル開度等に基づき、電動機による電動駆動の制御が成されて、車両発進時や加速時などでは過給圧力のアシストが行われる。
特開平５−１５５７号公報

ところが、上記の従来技術では、車両やエンジンの状態を基に電動機を制御しているため、その電動機による過給アシスト量を運転者が調整することはできない。つまり、運転者の意思によって過給アシスト量を任意に調整できないため、例えば、エンジン出力を上げて運転を楽しみたい場合や、エンジン出力を下げて走行したい場合等に応じて、運転者の使用したいエンジン出力に調整することが困難であった。
また、実際のエンジン出力レベルと、運転者の認識しているエンジン出力レベルとが異なっていると、車両動作の予測にずれが生じて、不測の事態を招く恐れがあった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、電動過給機による過給量を運転者の意思により調整できる内燃機関の過給装置を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の内燃機関の過給装置は、電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機と、運転者が操作できる操作手段を有し、この操作手段を操作して電動過給機の過給量を調整する過給量調整手段と、この過給量調整手段によって設定された過給量に応じて、電動過給機の過給量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、運転者が操作手段を操作して電動過給機の過給量を調整できるので、運転者の使用したいエンジン出力に調整することが可能となる。

（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関の過給装置において、制御手段は、電力供給手段より供給される電力を交流に変換して電動機の回転速度を制御する駆動装置と、過給量調整手段によって設定された過給量に応じて、駆動装置から電動機に供給される電力を制御する制御指令部とを備えていることを特徴とする。
駆動装置は、例えば、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成されたインバータによって直流を交流に変換し、電圧および周波数を調整して電動機を駆動する。
制御指令部は、例えば、駆動装置に使用されるＦＥＴのゲート電圧や駆動タイミングを調整することで、駆動装置から電動機に供給される電力を制御する。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した内燃機関の過給装置において、制御手段は、内燃機関の運転状態および過給圧等を基に、電動過給機による過給を実行しても良いか否かを判定する判定手段を有し、この判定手段により過給を実行しても良いと判定された場合に、電動過給機による過給を実行することを特徴とする。
これにより、内燃機関の運転状態および過給圧等に応じた適切な過給を実行できる。

（請求項４の発明）
請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、判定手段は、車輪が滑り始めた場合、あるいは滑っている場合は、電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする。
車輪が滑っている状態で電動過給機による過給を実行すると、エンジン出力の増加により、更に車輪が滑る恐れがあるため、車輪が滑り始めた場合、あるいは滑っている場合は、電動過給機による過給を実行しないこととする。

（請求項５の発明）
請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、判定手段は、バッテリ電圧が所定電圧に満たない場合は、電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする。 バッテリ電圧が所定電圧に満たない状態、つまりバッテリ電圧に余裕がない状態で電動過給機に給電すると、バッテリが更に消費されて他の電気負荷（例えばライト類）に影響を及ぼすことがあるため、バッテリ電圧が所定電圧に満たない場合は、電動過給機による過給を実行しないこととする。

（請求項６の発明）
請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、判定手段は、エンジン回転数が所定値より大きい場合は、電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする。 エンジン回転数の上昇により、十分にエンジントルクが発生している場合は、電動過給機による過給を実行する必要がないと判断できるため、電動過給機による過給を実行しない。一方、エンジン回転数が所定値以下（例えば２０００ｒｐｍ以下）の場合は、電動過給機による過給を実行することで、エンジントルクを上げることができる。

（請求項７の発明）
請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、判定手段は、電動機の温度が所定値より大きい場合は、電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする。
電動機の温度が所定値を超えているにも係わらず、電動過給機による過給を実行すると、電動機の温度上昇により、電動機に悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、電動機を保護する観点から、電動機の温度が所定値より大きい場合は、電動過給機による過給を実行しないこととする。

（請求項８の発明）
請求項１〜７に記載した何れかの内燃機関の過給装置において、過給量調整手段によって設定された過給量を表示する設定過給量表示手段を備えていることを特徴とする。
これにより、運転者が操作手段を操作して設定した過給量を設定過給量表示手段に表示できるので、電動過給機の設定過給量を運転者に認識させることができる。

（請求項９の発明）
請求項１〜７に記載した何れかの内燃機関の過給装置において、電動過給機による実際の過給量を表示する実過給量表示手段を備えていることを特徴とする。
これにより、現在の過給量を実過給量表示手段に表示できるので、電動過給機の現在の過給量を運転者に認識させることができる。

（請求項１０の発明）
請求項３〜７に記載した何れかの内燃機関の過給装置において、判定手段により過給を実行しても良いと判定されたことを表示する過給可能表示手段を有することを特徴とする。これにより、電動過給機を駆動可能（電動過給機による過給を実行可能）な状態であることを過給可能表示手段により運転者が認識できる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は内燃機関の過給装置の構成を模式的に示すブロック図である。
実施例１に示す内燃機関１の過給装置は、電動機２によりコンプレッサ３を駆動する電動過給機４と、この電動過給機４の作動を制御する制御装置５と、この制御装置５に電動過給機４の過給量を指令する過給量調整手段６（図２参照）と、電動過給機４による過給量を表示する表示手段７（図３参照）等より構成される。
電動過給機４は、内燃機関１の吸気通路（図示せず）に設けられたコンプレッサ３を電動機２により回転駆動して、内燃機関１の吸気を過給する。電動機２は、例えば、三相かご形誘導電動機が用いられる。

制御装置５は、電動機２を駆動するための駆動装置８と、運転者が設定する過給量に応じて駆動装置８の作動を制御する制御指令部９とを備える。
駆動装置８は、例えば、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成されるインバータ（図示せず）を内蔵し、このインバータにより、電力供給手段１０（車載バッテリ、オルタネータ等）から供給される電力を交流に変換して、電圧及び周波数を任意に変更することで電動機２の回転速度を制御する。
制御指令部９は、例えば、インバータに使用されるＦＥＴのゲート電圧を変更することで、駆動装置８から電動機２に供給される電力を制御する。

過給量調整手段６は、例えば、図２（ａ）に示す様に、運転者が手動操作できる操作レバー６ａを有し、この操作レバー６ａの位置に応じて、電動過給機４の過給量を設定できる。操作レバー６ａは、例えば、図２（ｂ）に示す様に、レバー位置に応じて可変抵抗６ｂの抵抗値を変更でき、その抵抗値に応じた電気信号（例えば、電圧信号）が制御指令部９に出力される。

表示手段７は、例えば、運転席正面のインストルメントパネル（図示せず）に設けられ、図３に示す様に、電動過給機４を駆動可能な状態であることを表示する過給可能表示部７ａと、過給量を段階的に表示できる過給量表示部７ｂとが設けられている。
過給可能表示部７ａは、例えば、バッテリ電圧、エンジン回転数、車輪の滑り状態、電動機２の温度等の条件により、電動過給機４を駆動可能な条件となった場合に、ＬＥＤ等により点灯表示される。
過給量表示部７ｂは、過給量調整手段６によって設定された過給量、及び電動過給機４による実際の過給量（実過給量）をＬＥＤ等により点灯表示する。一例として、設定過給量を例えば青色点灯表示し、実過給量を例えば赤色点灯表示する。

続いて、運転者が操作レバー６ａを操作して過給量を設定した場合の制御装置５の処理手順を図４に示すフローチャートを基に説明する。
ステップ１０…過給量調整手段６によって設定された過給量を制御指令部９に読み込む。
ステップ２０…内燃機関１の運転状態および過給圧等を基に、電動過給機４による過給を実行しても良いか否かを判定する。制御指令部９は、例えば、エンジン回転数、現在の過給圧、アクセルペダル開度、車両速度等の情報が入力され、これらの情報を基に、上記判定を行う。この判定結果がＹＥＳの場合、つまり過給を実行しても良い場合は、次のステップ３０へ進み、判定結果がＮＯの場合は、ステップ４０へ進む。

ステップ３０…過給量調整手段６によって設定された過給量に応じて、駆動装置８から電動機２に電力を供給する。例えば、運転者が過給量を増大させる方向に操作レバー６ａを操作した場合は、制御指令部９から駆動装置８に電力増大指令が出力され、その指令を受けて駆動装置８から電動機２に供給される電力が増大される。一方、運転者が過給量を減少させる方向に操作レバー６ａを操作した場合は、制御指令部９から駆動装置８に電力減少指令が出力され、その指令を受けて駆動装置８から電動機２に供給される電力が減少される。
ステップ４０…過給量調整手段６によって設定された現在の過給量を表示する。

（実施例１の効果）
実施例１に記載した内燃機関１の過給装置では、運転者が操作レバー６ａを操作して電動過給機４の過給量を調整できるので、運転者の意思に応じて内燃機関１の過給圧を調整できる。これにより、運転者がエンジン出力を上げて運転を楽しみたい場合や、エンジン出力を下げて走行したい場合等に応じて、運転者の使用したいエンジン出力に調整することが可能となる。

また、過給量調整手段６によって設定された過給量および電動過給機４による実過給量を表示できる表示手段７を設けたことにより、電動過給機４による現在の過給量を運転者に認識させることができる。その結果、運転者が表示手段７の過給量表示部７ｂに表示された過給量を確認することで、実際のエンジン出力レベルと、運転者の認識しているエンジン出力レベルとが大きく異なることがなくなるため、車両動作の予測にずれが生じることが少なく、不測の事態を招く恐れを回避できる。

この実施例２では、実施例１のステップ２０に記載した処理、つまり、電動過給機４による過給を実行しても良いか否かを判定するための条件を具体的に例示して説明する。
図８は、運転者が操作レバー６ａを操作して過給量を設定した場合の制御装置５の処理手順を示すフローチャートである。
ステップ１１０…電力供給手段１０の電圧（以下バッテリ電圧と呼ぶ）が所定値以上の場合は、通電可能として次のステップ１１１に移る。一方、バッテリ電圧が所定電圧に満たない場合は、通電不可としてステップ１９０に移る。
バッテリ電圧が所定電圧に満たない状態、つまりバッテリ電圧に余裕がない状態で電動過給機４に給電すると、バッテリが更に消費されて他の電気負荷（例えばライト類）に影響を及ぼす恐れがある。このため、電圧測定手段（図示せず）により計測されたバッテリ電圧が所定電圧に満たない場合は、電動過給機４による過給を実行しないこととする。

ステップ１１１…車輪の滑りを判定し、車輪が滑っていないと判定した場合は、通電可能として次のステップ１１２に移る。一方、車輪が滑っていると判定した場合は、通電不可としてステップ１９０に移る。
例えば、ウェット路面や雪道等の滑りやすい路面状態（低μ路）で電動過給機４による過給を実行すると、エンジン出力の増加により、更に車輪が滑る恐れがある。このため、車輪が滑り始めた場合、あるいは滑っている場合は、電動過給機４による過給を実行しないこととする。なお、車輪の滑りは、例えば、車輪速度測定手段（図示せず）により計測された車輪速度が急激に上昇した場合に、車輪が滑っていると判定できる。

ステップ１１２…エンジン回転数測定手段（図示せず）により計測したエンジン回転数が所定値以下の場合は、通電可能として次のステップ１１３に移る。一方、所定値を超える場合は、通電不可としてステップ１９０に移る。
エンジン回転数の上昇により、十分にエンジントルクが発生している場合は、電動過給機４による過給を実行する必要がないと判断できるため、電動過給機４による過給を実行しない。一方、エンジン回転数が所定値以下（例えば２０００ｒｐｍ以下）の場合は、電動過給機４による過給を実行することで、エンジントルクを上げることができる。

ステップ１１３…モータ温度測定手段（図示せず）により計測した電動機２の温度が所定値以下の場合は、通電可能として次のステップ１１４に移る。一方、所定値を超える場合は、通電不可としてステップ１９０に移る。
電動機２の温度が所定値（例えば、１５０℃）を超えているにも係わらず、電動過給機４による過給を実行すると、電動機２の更なる温度上昇により、電動機２に悪影響を及ぼす恐れがある。そこで、電動機２を保護する観点から、電動機２の温度が所定値を超える場合は、電動過給機４による過給を実行しないこととする。

ステップ１１４…電動機２への通電が開始されている時に、その通電時間が所定値以下の場合は、通電を継続するためにステップ１２０に移る。一方、通電時間が所定値を超えている場合は、通電不可としてステップ１９０に移る。
この場合も、先のステップ１１３の処理と同様に、電動機２を保護する観点から、電動機２への通電時間が所定値（例えば、５秒間）を超えている場合は、電動過給機４への電力供給を停止することとする。
ステップ１２０…過給可能表示部７ａにより電動過給機４による過給が可能であることを表示する。

ステップ１３０…アクセル開度等より目標過給圧を算出する。例えば、運転者が発進や加速のためにアクセルを踏み込んだ場合は、そのアクセル開度等より算出される目標過給圧が上昇する。
ステップ１４０…目標過給圧が実過給圧より大きい場合は、電動機２への通電が必要としてステップ１５０に移る。一方、目標過給圧が実過給圧以下の場合は、通電不要としてステップ１９０に移る。
ステップ１５０…過給量調整手段６によって設定された過給量を制御指令部９に読み込む。

ステップ１６０…読み込まれた設定過給量を過給量表示部７ｂに表示する。
ステップ１７０…設定過給量に応じて電動機２に電力を供給する。
ステップ１８０…電動過給機４による実際の過給量を過給量表示部７ｂに表示した後、ステップ１１０に戻る。
ステップ１９０…現在、電動機２に電力を供給中の場合は、電力供給停止のためにステップ２００に移る。一方、電力を供給中でない場合は、ステップ１８０に戻る。
ステップ２００…電動機２への電力供給を停止する。

この実施例２によれば、バッテリ電圧、車輪の滑り状態、エンジン回転数、電動機２の温度、電動機２への通電時間等の条件により電動過給機４を駆動しても良いか否かを判定し、駆動可能な場合のみ電動機２への電力供給を行うので、最適な車両状態で電動過給機４を駆動できる。

実施例１では、過給量調整手段６に操作レバー６ａ（図２参照）を設けた例を記載したが、操作レバー６ａに代えて、例えば、図６（ａ）に示す様に、ボタンタイプのスイッチを採用することもできる。このスイッチは、過給量を下げる方向に調整するためのＤｏｗｎスイッチ６ｃと、過給量を上げる方向に調整するためのＵｐスイッチ６ｄとが設けられ、それぞれ一度押す毎に、あるいは連続して押し続けることにより、その操作信号が制御指令部９に出力されている（図６（ｂ）参照）。

（変形例）
実施例１に記載した電動過給機４は、電動機２によりコンプレッサ３を駆動して内燃機関１の吸気を過給する構成であるが、例えば、図７に示す様に、内燃機関１の排気通路１１に設けられるタービン１２と、吸気通路１３に設けられるコンプレッサ３とが同軸に連結されたターボ過給機１４にも適用できる。つまり、タービン１２とコンプレッサ３とを連結する連結軸１５を電動機２で駆動する構成でも良い。
あるいは、図８に示す様に、ターボ過給機１４とは別に、補助コンプレッサ１６を備え、この補助コンプレッサ１６を電動機２によって駆動する構成でも良い。なお、図７および図８に示す吸気通路１３には、コンプレッサ３または補助コンプレッサ１６によって圧縮された空気を冷却するインタークーラ１７が設けられている。

内燃機関の過給装置の構成を模式的に示すブロック図である。 （ａ）過給量調整手段の平面図、（ｂ）過給量調整手段の回路図である（実施例１）。 表示手段の平面図である。 制御装置の処理手順を示すフローチャートである（実施例１）。 制御装置の処理手順を示すフローチャートである（実施例２）。 （ａ）過給量調整手段の平面図、（ｂ）過給量調整手段の回路図である（実施例３）。 電動過給機を有する内燃機関の模式図である（変形例）。 電動過給機を有する内燃機関の模式図である（変形例）。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 電動機
３ コンプレッサ
４ 電動過給機
５ 制御装置（制御手段）
６ 過給量調整手段
６ａ 操作レバー（操作手段）
７ 表示手段
７ａ 過給可能表示部
７ｂ 過給量表示部（設定過給量表示手段、実過給量表示手段）
８ 駆動装置
９ 制御指令部（判定手段）
１０ 電力供給手段（バッテリ）

Claims (10)

1. 電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機と、
   運転者が操作できる操作手段を有し、この操作手段を操作して前記電動過給機の過給量を調整する過給量調整手段と、
   この過給量調整手段によって設定された過給量に応じて、前記電動過給機の過給量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の過給装置。
2. 請求項１に記載した内燃機関の過給装置において、
   前記制御手段は、
   電力供給手段より供給される電力を交流に変換して前記電動機の回転速度を制御する駆動装置と、
   前記過給量調整手段によって設定された過給量に応じて、前記駆動装置から前記電動機に供給される電力を制御する制御指令部とを備えていることを特徴とする内燃機関の過給装置。
3. 請求項１または２に記載した内燃機関の過給装置において、
   前記制御手段は、
   前記内燃機関の運転状態および過給圧等を基に、前記電動過給機による過給を実行しても良いか否かを判定する判定手段を有し、
   この判定手段により過給を実行しても良いと判定された場合に、前記電動過給機による過給を実行することを特徴とする内燃機関の過給装置。
4. 請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、
   前記判定手段は、車輪が滑り始めた場合、あるいは滑っている場合は、前記電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
5. 請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、
   前記判定手段は、バッテリ電圧が所定電圧に満たない場合は、前記電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
6. 請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、
   前記判定手段は、エンジン回転数が所定値より大きい場合は、前記電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
7. 請求項３に記載した内燃機関の過給装置において、
   前記判定手段は、前記電動機の温度が所定値より大きい場合は、前記電動過給機による過給を実行しないと判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
8. 請求項１〜７に記載した何れかの内燃機関の過給装置において、
   前記過給量調整手段によって設定された過給量を表示する設定過給量表示手段を備えていることを特徴とする内燃機関の過給装置。
9. 請求項１〜７に記載した何れかの内燃機関の過給装置において、
   前記電動過給機による実際の過給量を表示する実過給量表示手段を備えていることを特徴とする内燃機関の過給装置。
10. 請求項３〜７に記載した何れかの内燃機関の過給装置において、
    前記判定手段により過給を実行しても良いと判定されたことを表示する過給可能表示手段を有することを特徴とする内燃機関の過給装置。

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