JP2010101168A - 過給機付きエンジンの吸気量検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアフローセンサにより検出される充填効率の検出値の跳ね上がりを抑制することができる過給機付きエンジンの吸気量検出装置を提供する。
【解決手段】本形態のエンジン１は、電動スーパーチャジャシステム（ＥＳＳ）４を備えている。ＥＳＳ４の過給度合いは、ＥＣＵ６で自在に設定可能である。ＥＳＳ４が非過給状態であるとき、エアフローセンサ（ＡＦＳ）２１の検出値には制限値Ａが設定されることで、検出値の跳ね上がりを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機付きエンジンの吸気量検出装置に関する。

一般的にエンジンの吸気通路には、エンジンの吸気量を検出するエアフローセンサ（以下、ＡＦＳという）が設置され、このＡＦＳにより吸気量を検出する構成となっている。ＡＦＳを有するエンジンにおいては、自然吸気状態、すなわち非過給状態のときに吸気通路のスロットルバルブを全開にすると、吸気通路内に生じた空気の密度の粗密による脈動によりＡＦＳの検出値が過大に検出されて、充填効率（以下、Ｅｃという）の検出値に跳ね上がりが生ずる場合がある。この場合、Ｅｃの検出値は実際のＥｃよりも大きな値となるため、Ｅｃの検出値により定められる空燃比が過リッチの状態となったり、点火時期が過リタードの状態となったりし、非過給状態で運転するエンジンの性能を十分に発揮させることができなくなってしまう。

また、排気等を利用した過給機付きエンジンにおいて、過給状態でエンジンを運転しているときは、過給された吸気により吸気通路内の空気の密度に粗密が生じにくくなり、スロットルバルブを全開にした場合でも脈動は生じにくいため、Ｅｃの検出値に跳ね上がりは生じにくくなる。これらのことから、過給機による過給度合いに応じてＡＦＳで検出された吸気量の検出値を補正する技術が知られている。このような技術の一例が下記特許文献１に開示されている。

ところで、近年、過給機として、バッテリーの電力により駆動される電動スーパーチャジャシステム（以下、ＥＳＳという）付きエンジンが知られるようになっている。ＥＳＳ付きエンジンは、排気を利用した過給機と異なり、バッテリーの電力により動作するモータにより駆動されているため、エンジンの運転状況に応じて自在に過給度合いを設定することができる。

このため、ＥＳＳ付きエンジンでは、スロットルバルブを全開にすることによりインテークマニホールド（以下、インマニという）内の圧力が０ｍｍＨｇになるまでは非過給状態とし、インマニ内の圧力が０ｍｍＨｇとなった後も引き続きアクセルが踏み込まれている場合には過給状態とするように設定することが可能である。

なお、ＥＳＳは、バッテリーの電力を用いて駆動されているため、バッテリーの残容量が少なくなったときには、バッテリー上がりなどを防止するために非過給状態でエンジンを運転する場合がある。さらに、ＥＳＳのモータの温度が上昇したときにも、モータを保護するために非過給状態でエンジンを運転する場合がある。このため、ＥＳＳ付きエンジンでは、非過給状態でエンジンを運転しているときであっても、スロットルバルブを全開にして運転する場合がある。

特開平８−６１１３５号公報

上述したようにＥＳＳ付きエンジンでは、非過給状態でエンジンを運転しているときであっても、スロットルバルブを全開にして運転する場合がある。しかしながら、上述した特許文献１に開示されるような従来の吸気量の検出値を補正する技術では、そもそも非過給状態でエンジンを運転しているときにスロットルバルブを全開にすることを想定していないため、非過給状態のときにスロットルバルブを全開にしたときに発生するＥｃの検出値の跳ね上がりを抑制することはできない。

以上のことから、本発明は、ＡＦＳにより検出されるＥｃの検出値の跳ね上がりを抑制することができる過給機付きエンジンの吸気量検出装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決する第１の発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置は、エンジンの吸気量を検出する吸気量検出手段と、前記エンジンの吸気を過給する過給機と、前記過給機の過給度合いを設定する過給設定手段と、該過給設定手段により前記過給機が非過給状態に設定されているとき、前記吸気量検出手段の検出値に第１の制限値を設定する制限値設定手段とを備えることを特徴とする。これにより、前記過給機が非過給状態のときにＡＦＳにより検出されるＥｃの検出値の跳ね上がりを抑制することができる。

上記の課題を解決する第２の発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置は、第１の発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置において、前記過給設定手段は、前記エンジンが搭載される車両の状態に応じて前記過給機の作動を許可する過給許可手段を備え、前記制限値設定手段は、前記過給許可手段で前記過給機の作動が不許可となり、かつ、前記エンジンの吸気通路に設けられたスロットルバルブを全開又はほぼ全開状態としたときに前記第１の制限値を設定することを特徴とする。これにより、特に、非過給状態のときにスロットルバルブを全開にしたとき生じるＥｃの検出値の跳ね上がりを抑制することができる。

上記の課題を解決する第３の発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置は、第１の発明又は第２の発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置において、前記制限値設定手段は、前記過給設定手段により前記過給機が過給状態に設定されているとき、前記吸気量検出手段の検出値に前記第１の制限値より緩い制限値である第２の制限値を設定することを特徴とする。これにより、前記過給機が過給状態のときにＡＦＳにより検出されるＥｃの検出値の跳ね上がりを抑制することができる。

上記の課題を解決する第４の発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置は、第１の発明から第３の発明のいずれかひとつに係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置において、前記制限値設定手段は、前記第１の制限値になまし処理を施すことを特徴とする。これにより、前記第１の制限値を徐々に切替えることができる。

本発明によれば、エアフローセンサにより検出される充填効率の検出値の跳ね上がりを抑制することができる過給機付きエンジンの吸気量検出装置を提供することができる。

以下、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置の一実施形態について、図を参照しながら説明する。
はじめに、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置及びその周辺の装置構成について説明する。
図１は、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置及びその周辺の装置構成図である。なお、図１中の後述する吸気通路２及びバイパス通路５内に記載された矢印は、吸気の流れの方向を示している。

図１に示すように、本実施形態に係る車両に搭載されるエンジン１は、燃料を燃焼させる燃焼室１０と、燃料に点火する点火プラグ１１と、燃焼室１０における燃料の燃焼により上下動するピストン１２と、燃焼室１０に吸気を導入する吸気ポート１３と、燃焼室１０から排気を排出する排気ポート１４と、ピストン１２の下降時の吸気行程において開く吸気バルブ１５と、ピストン１２の上昇時の排気工程において開く排気バルブ１６とにより構成されている。

エンジン１の吸気ポート１３には、吸気系側に設置される吸気通路２を複数の気筒におけるそれぞれの吸気ポートに分岐するインマニ８が接続されている。インマニ８には、燃料を噴射するインジェクタ１７が設置されている。なお、本実施形態においては、インジェクタ１７はインマニ８に設置したが、燃焼室１０に設置することも可能である。また、エンジン１の排気ポート１４には、複数の気筒におけるそれぞれの排気ポート１４を排気系側に設置される排気通路３に集合させるエキゾーストマニホールド９が接続されている。

吸気通路２には、最上流に吸気中の異物を取り除くエアクリーナ２０が設置されている。エアクリーナ２０の下流には、吸気量を検出するセンサであるＡＦＳ２１が設置されている。吸気通路２のＡＦＳ２１の下流には、ＥＳＳ４が設置されている。ＥＳＳ４は、吸気を過給するコンプレッサ部４０と、コンプレッサ部４０を駆動するモータを備えるモータ部４１と、モータ部４１のモータ本体や軸受や制御基板等（図示省略）の温度を検出するＥＳＳ温度センサ４２とにより構成されている。

ＥＳＳ４は、バッテリー（図示省略）から供給される電力によりモータ部４１のモータを動作させてコンプレッサ部４０を駆動する構成であるため、排気ガスを利用したターボチャージャとは異なり、エンジン１の運転状態や車両の状態に応じて、自在に過給度合いを設定すること可能である。なお、本実施形態においては過給機として、ＥＳＳ４を用いる場合について説明するが、この他にも電磁クラッチ付きの機械式スーパーチャージャを用いることとしてもよい。

吸気通路２のＥＳＳ４の下流には、燃焼室１０に供給される吸気量を調節するスロットルバルブ２２が設置されている。なお、図１においては、スロットルバルブが全開の状態を示している。スロットルバルブ２２には、スロットルバルブ２２の開度を検出するスロットルバルブポジションセンサ２３（以下、ＴＰＳ２３という）が設置されている。

また、吸気通路２のＡＦＳ２１とＥＳＳ４との間と、吸気通路２のＥＳＳ４とスロットルバルブ２２との間には、吸気をＥＳＳ４を経ずにスロットルバルブ２２へバイパスさせるバイパス通路５が設置されている。バイパス通路５には、ＥＳＳ４が停止している非過給状態のときには開き、ＥＳＳ４が作動している過給状態のときには閉じるリード５０を備えたリードバルブ５１が設置されている。

すなわち、リードバルブ５１は、非過給状態のときにはリードバルブ５１の上流側の気圧が高くなるためリード５０が開いてスロットルバルブ２２へ吸気をバイパスし、過給状態のときにはリードバルブ５１の下流側の気圧が高くなるためリード５０が閉じてリードバルブ５１へ吸気をバイパスしないようになっている。なお、図１においては、リードバルブ５１は、リード５０が開いている状態を示している。

吸気通路２のスロットルバルブ２２の下流には、上述したようにインマニ８が接続されている。なお、排気系側の排気通路３には触媒等が設置されるが、本発明を説明するにあたっては、排気系についての説明を行う必要はないため、説明は省略する。

また、本実施形態に係る車両は、エンジン１を始めとし車両に搭載されるＥＳＳ４や各種の電装部品等を制御する汎用的な制御装置であるエレクトロニックコントロールドユニット６（以下、ＥＣＵ６という）を備えている。そして、本実施形態においては、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４による過給度合いを過給ゼロから最大過給まで自在に設定することができるようになっている。すなわち、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４を自在に非過給状態又は過給状態に切換えることができる。

ＥＣＵ６には、上述した点火プラグ１１、インジェクタ１７、ＡＦＳ２１、ＥＳＳ温度センサ４２及びＴＰＳ２３が信号線により接続されている。ＥＣＵ６は、点火プラグ１１の点火時期を制御し、インジェクタ１７の燃料噴射量や燃料の噴射タイミング等を制御している。また、ＥＣＵ６は、ＡＦＳ２１で検出した吸気量の検出値や、ＥＳＳ温度センサ４２で検出したモータ本体等の温度の検出値や、ＴＰＳ２３で検出したスロットルバルブ３３の開度の検出値を取得している。そして、ＥＣＵ６は、ＡＦＳ２１の吸器量の検出値からＥｃを得ている。

さらに、ＥＣＵ６は、バッテリーの残容量（図１中、ＢＡＴＴ．で示す）やエンジンの回転数（図１中、ＲＰＭ．で示す）やアクセル開度（図１中、ＡＣＣＥＬ．で示す）等の種々の情報についても車内ＬＡＮを利用したＣＡＮ通信により取得することが可能となっている。

また、本実施形態に係るＥＳＳ４搭載車両の場合には、ダッシュボード等にＥＳＳ作動スイッチ７を設置し、ＥＳＳ作動スイッチ７のオン又はオフをＥＣＵ６において検出するようにして、ユーザがＥＳＳ作動スイッチ７をオンにしたときにＥＳＳ４の使用を許可し、ＥＳＳ作動スイッチ７をオフにしたときにＥＳＳの４の使用を不許可とすることができるようになっている。
以上が本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置及びその周辺の装置構成である。

次に、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置の動作の手順について説明する。
図２は、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置の動作の手順を示したフローチャートである。また、図３は、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置におけるＥｃ検出値の制限の様子を示した図である。

図２に示すように、はじめに、ステップＰ１０において、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ作動スイッチ７がオフにされているか判断する。ＥＣＵ６は、ＥＳＳ作動スイッチ７がオフにされている場合、ステップＰ２０を実行する。また、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ作動スイッチ７がオンにされている場合、ステップ１１を実行する。

ステップＰ１１において、ＥＣＵ６は、バッテリーの残容量が所定値よりも低下しているか判断する。ＥＣＵ６は、バッテリーの残容量が所定値よりも低下している場合、ステップＰ２０を実行する。また、ＥＣＵ６は、バッテリーの残容量が所定値よりも低下していない場合、ステップＰ１２を実行する。なお、ステップＰ１１におけるバッテリーの残容量の所定値は、エンジン１の始動時に必要な最低限の残容量等を考慮して設定する。

ステップＰ１２において、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ温度センサ４２の検出値からＥＳＳ４のモータ等の温度が所定値よりも上昇しているか判断する。ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４のモータ等の温度が上昇している場合、ステップＰ２０を実施する。また、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４のモータ部４１のモータ等の温度が上昇していない場合、ステップＰ２０を実施する。なお、ステップＰ１２における温度の所定値は、ＥＳＳ４のモータ等が熱により損傷することを防ぐことができるように考慮して設定する。

上述したステップＰ１０〜１２においてＥＳＳ４による過給を不許可とすることを判断した場合、ステップＰ２０において、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４による過給を不許可と設定する。ＥＣＵ６は、ステップＰ２０の実行後、ステップＰ２１を実行する。

また、上述したステップＰ１０〜１２においてＥＳＳ４による過給を許可すると判断した場合、ステップ４０において、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４による過給を許可する設定とする。ＥＣＵ６は、ステップＰ４０の実行後、ステップＰ４１を実行する。

次に、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置におけるＥＳＳ４による過給を不許可とした場合の動作の手順について説明する。
ステップＰ２１において、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４による過給を停止する。ＥＣＵ６は、ステップＰ２１の実行後、ステップＰ２２を実行する。

ステップＰ２２において、ＥＣＵ６は、ＴＰＳ２３の検出値からスロットルバルブ２２の開度が図３に示す所定値Ａよりも大きいか判断する。ＥＣＵ６は、スロットルバルブ２２の開度が所定値Ａよりも大きい場合、ステップＰ２３を実行する。なお、所定値Ａは、試験等の結果からエンジン１の種類等に応じて適宜決定し、ＥＣＵ６に予め記憶させておく。

ステップＰ２３において、ＥＣＵ６は、エンジン１の運転状態に応じてＥｃの制限値を非過給状態用のＥｃ制限値マップから図３に示すＥｃ制限値Ａを選択する。なお、非過給状態用のＥｃ制限値マップは、試験の結果等に基づきエンジン１の種類等に応じて適宜決定し、ＥＣＵ６に予め記憶させておく。ＥＣＵ６は、ステップＰ２３の実行後、ステップＰ２４を実行する。

ステップＰ２４において、ＥＣＵ６は、Ｅｃ制限値のなまし処理を下記式（１）により実行する。ＥＣＵ６は、ステップＰ２４の実行後、ステップＰ２５を実行する。

ここで、上記式（１）において、Ｅｃ制限値（今回）は、今回のＥｃの跳ね上がりを抑制するために用いるＥｃの制限値であり、Ｅｃ制限値（前回）は、前回のＥｃの跳ね上がりを抑制するために用いたＥｃの制限値である。また、ＦＧ_Aはフィードバックゲインを意味し、ＦＧ_A≦１であり、ＦＧ_Aの値が大きいほどＥｃ制限値（今回）にＥｃ制限値（前回）が反映されるため、Ｅｃ制限値（今回）のなましの度合は大きくなる。

ステップＰ２５において、ＥＣＵ６は、上記式（１）を用いて算出したＥｃ制限値（今回）によりＡＦＳ２１のＥｃ検出値の制限値を設定する。ＥＣＵ６は、ステップＰ２５の実行後、処理を終了する。

このように、ステップＰ２２〜２５における処理により、図３中矢印ｂで示すような非過給域におけるスロットルバルブ２２全開時、すなわちインマニ８内の圧力が０ｍｍＨｇ近傍時のＥｃの検出値の跳ね上がりを、図３中矢印ａで示すように抑制することができる。また、非過給域におけるスロットルバルブ２２の開度に応じＥｃ制限値を徐々にＥｃ制限値Ａに切替えることができる。なお、ＦＧ_Aを変更することにより、エンジン１の種類や運転状態に応じて切替の早さを適宜設定することが可能である。

また、上述したステップＰ２２において、ＥＣＵ６は、スロットルバルブ２２の開度が所定値Ａよりも大きくない場合、ステップＰ３０を実行する。
ステップＰ３０において、ＥＣＵ６は、ＡＦＳ２１によるＥｃの検出値に制限値を設定しない。ＥＣＵ６は、ステップＰ３０の実行後、処理を終了する。

次に、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置におけるＥＳＳ４による過給を許可した場合の動作の手順について説明する。
ステップＰ４１において、ＥＣＵ６は、エンジン回転数やアクセル開度からＥＳＳ４による過給が必要な運転領域であるか判断する。ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４による過給が必要な運転領域である場合、ステップＰ４２を実行する。また、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４による過給が必要な運転領域でない場合、上述したステップＰ２１を実行する。

ステップＰ４２において、ＥＣＵ６は、ＥＳＳ４を作動させて過給を開始する。ＥＣＵ６は、ステップＰ４２の実行後、ステップＰ４３を実行する。
ステップＰ４３において、ＥＣＵ６は、ＴＰＳ２３の検出値からスロットルバルブ２２の開度が図３に示す所定値Ｂよりも大きいか判断する。ＥＣＵ６は、スロットルバルブ２２の開度が所定値Ｂよりも大きい場合、ステップＰ４４を実行する。また、ＥＣＵ６は、スロットルバルブ２２の開度が所定値Ｂよりも大きくない場合、上述したステップＰ３０を実行する。なお、所定値Ｂは、試験等の結果からエンジン１の種類等に応じて適宜決定し、ＥＣＵ６に予め記憶させておく。

ステップＰ４４において、ＥＣＵ６は、エンジン１の運転状態に応じてＥｃの制限値を過給状態用のＥｃ制限値マップから図３に示すＥｃ制限値Ｂを選択する。なお、過給状態用のＥｃ制限値マップは、試験の結果等に基づきエンジン１の種類等に応じて適宜決定し、ＥＣＵ６に予め記憶させておく。また、図３に示すように、Ｅｃ制限値Ｂは上述したＥｃ制限値Ａよりも緩くなるように、すなわち、「Ｅｃ制限値Ａ＜Ｅｃ制限値Ｂ」となるように設定する。ＥＣＵ６は、ステップＰ４４の実行後、ステップＰ４５を実行する。

ステップＰ４５において、ＥＣＵ６は、Ｅｃ制限値のなまし処理を下記式（２）により実行する。ＥＣＵ６は、ステップＰ４５の実行後、ステップＰ４６を実行する。

ここで、上記式（２）において、Ｅｃ制限値（今回）は、今回のＥｃの跳ね上がりを抑制するために用いるＥｃの制限値であり、Ｅｃ制限値（前回）は、前回のＥｃの跳ね上がりを抑制するために用いたＥｃの制限値である。また、ＦＧ_Bはフィードバックゲインを意味し、ＦＧ_B≦１であり、ＦＧ_Bの値が大きいほどＥｃ制限値（今回）にＥｃ制限値（前回）が反映されるため、Ｅｃ制限値（今回）のなましの度合は大きくなる。

ステップＰ４６において、ＥＣＵ６は、上記式（２）を用いて算出したＥｃ制限値（今回）によりＡＦＳ２１のＥｃ検出値の制限値を設定する。ＥＣＵ６は、ステップＰ４６の実行後、処理を終了する。

このように、ステップＰ４３〜４６における処理により、過給域におけるＥｃの検出値の跳ね上がりを抑制することができる。また、過給域におけるスロットルバルブ２２の開度に応じＥｃ制限値を徐々にＥｃ制限値Ｂに切替えることができる。なお、ＦＧ_Bを変更することにより、エンジン１の種類や運転状態に応じて切替の早さを適宜設定することが可能である。
以上が本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置の動作の手順である。

以上説明したように、本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置によれば、ＡＦＳ２１により検出されるＥｃの検出値の跳ね上がりを抑制することができるため、空燃比の過リッチや点火時期の過リタード等を防止してエンジン１の性能を十分に発揮させることができる。

本発明は、ＥＣＵにより自在に過給度合いを設定することが可能な過給機、例えば、電動スーパーチャジャシステム搭載車両において利用することが可能である。

本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置及びその周辺の装置構成図である。 本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置の動作の手順を示したフローチャートである。 本発明に係る過給機付きエンジンの吸気量検出装置におけるＥｃ検出値の制限の様子を示した図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 電動スーパーチャジャシステム（ＥＳＳ）
５ バイパス通路
６ エレクトロニックコントロールドユニット（ＥＣＵ）
７ ＥＳＳ作動スイッチ
８ インテークマニホールド（インマニ）
９ エキゾーストマニホールド
１０ 燃焼室
１１ 点火プラグ
１２ ピストン
１３ 吸気ポート
１４ 排気ポート
１５ 吸気バルブ
１６ 排気バルブ
１７ インジェクタ
２０ エアクリーナ
２１ エアフローセンサ（ＡＦＳ）
２２ スロットルバルブ
２３ スロットルバルブポジションセンサ（ＴＰＳ）
４０ コンプレッサ部
４１ モータ部
４２ ＥＳＳ温度センサ
５０ リード
５１ リードバルブ

Claims (4)

1. エンジンの吸気量を検出する吸気量検出手段と、
   前記エンジンの吸気を過給する過給機と、
   前記過給機の過給度合いを設定する過給設定手段と、
   該過給設定手段により前記過給機が非過給状態に設定されているとき、前記吸気量検出手段の検出値に第１の制限値を設定する制限値設定手段と
   を備える
   ことを特徴とする過給機付きエンジンの吸気量検出装置。
2. 前記過給設定手段は、前記エンジンが搭載される車両の状態に応じて前記過給機の作動を許可する過給許可手段を備え、
   前記制限値設定手段は、前記過給許可手段で前記過給機の作動が不許可となり、かつ、前記エンジンの吸気通路に設けられたスロットルバルブを全開又はほぼ全開状態としたときに前記第１の制限値を設定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付きエンジンの吸気量検出装置。
3. 前記制限値設定手段は、前記過給設定手段により前記過給機が過給状態に設定されているとき、前記吸気量検出手段の検出値に前記第１の制限値より緩い制限値である第２の制限値を設定する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の過給機付きエンジンの吸気量検出装置。
4. 前記制限値設定手段は、前記第１の制限値になまし処理を施す
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の過給機付きエンジンの吸気量検出装置。

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