JP2012092704A - エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の加速時におけるエンジン出力増加の時間遅れを有効に少なくし、車両の運転性能を向上させる。
【解決手段】車両に搭載されたエンジン１に装着されたターボ過給機２と、ターボ過給機２のタービン２Ｔとコンプレッサ２Ｃとを連結する回転軸に装着された電動機２Ｍと、電動機２Ｍを前記車両の加速時に駆動する制御手段５と、エンジン１と前記車両の駆動系との間に介設された変速機の選択ギア位置を検出する選択ギア位置検出手段１０とを備え、制御手段５は、前記車両の加速時に、選択ギア位置検出手段１０により選択ギア位置を検出し、検出した選択ギア位置に応じて電動機２Ｍの回転上昇速度を調節することで、選択ギア位置に応じて電動機２Ｍによるターボ過給機２の回転上昇補助を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されたエンジンの過給装置に関する。

エンジン（内燃機関）から発生する動力は、フライホイールとクラッチ板との摩擦接続で車両の駆動系（駆動系装置）に伝えられる。クラッチは、クラッチペダルを踏むことでフライホイールとクラッチ板との接続が切れるが、クラッチペダルの踏み込み位置によりフライホイールに押し付ける荷重を変化させる機構となっている。

ターボ過給機（ターボチャージャ）付きのエンジンは、燃焼を終えた排気ガスの熱エネルギーでタービンを回転駆動させ、タービンと同軸上のコンプレッサで圧縮した吸入空気をエンジンのシリンダ内に送り込める為、より多くの燃料を燃焼させることが出来、より多くの出力を得ることが出来る。

特開２０１０−１５１１０８号公報

ターボ過給機付きエンジンにおいては、急なエンジン出力（エンジントルク）増加要求に対して、排気ガスの熱エネルギーによるタービンの羽根車の回転、即ちコンプレッサの羽根車の回転による吸入空気量の増加の時間遅れが発生する為、エンジン出力増加に時間遅れ（エンジン出力要求値に対する時間遅れ）が生じる（図２参照）。その為、アイドリング回転からクラッチを繋いで車両を加速する場合や、クラッチを切って変速機で選択ギア位置を変更した時のエンジンの回転低下から車両を加速する場合（即ち、車両の加速時）に、エンジン出力増加の時間遅れが発生し、車両の運転性能が制限されてしまう。

そこで、本発明の目的は、車両の加速時におけるエンジン出力増加の時間遅れを有効に少なくし、車両の運転性能を向上させることにある。

前記目的を達成する為に、本発明は、車両に搭載されたエンジンに装着されたターボ過給機と、該ターボ過給機のタービンとコンプレッサとを連結する回転軸に装着された電動機と、該電動機を前記車両の加速時に駆動する制御手段と、前記エンジンと前記車両の駆動系との間に介設された変速機の選択ギア位置を検出する選択ギア位置検出手段とを備え、前記制御手段は、前記車両の加速時に、前記選択ギア位置検出手段により選択ギア位置を検出し、検出した選択ギア位置に応じて前記電動機の回転上昇速度を調節することで、選択ギア位置に応じて前記電動機による前記ターボ過給機の回転上昇補助を行うものである。

前記制御手段は、選択ギア位置が低くなるに従い前記電動機の回転上昇速度が速くなるように前記電動機を制御するものであっても良い。

本発明によれば、車両の加速時におけるエンジン出力増加の時間遅れを有効に少なくし、車両の運転性能を向上させることが出来るという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るエンジンの過給装置の概略図である。 エンジン出力の時間変化の一例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１中、１は車両（本実施形態では、ＭＴ車）に搭載されたエンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）、２は電動機付きターボ過給機（以下、ターボ過給機ともいう）、３はエンジン１の吸気ポートに連通する吸気ダクト（吸気通路）、４はエンジン１の排気ポートに連通する排気ダクト（排気通路）、５は制御手段としてのエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵという）、６はエンジン１のシリンダ内（燃焼室内）に燃料を噴射する燃料噴射装置（インジェクタ）、７はエンジン回転数を検出するエンジン回転センサ（図示例では、クランク角センサ）、８はアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ、９は車速（車両の走行速度）を検出する車速センサ、１０はエンジンと車両の駆動系との間に介設された変速機（マニュアルトランスミッション）（図示せず）に設けられ当該変速機の選択ギア位置を検出するギアポジションセンサ、１１はエンジンと変速機との間に介設されたクラッチ（本実施形態では、摩擦式クラッチ）（図示せず）を操作する為のクラッチペダルの踏み込み位置を検出するクラッチポジションセンサである。

吸気ダクト３には上流側から順に、吸入空気を清浄化するエアクリーナ１２、吸入空気量（新気量）を検出する吸入空気量センサ（ＭＡＦセンサ）１３、ターボ過給機２のコンプレッサ２Ｃ、コンプレッサ２Ｃで昇圧された吸入空気を冷却するインタークーラ１４、インタークーラ１４通過後の吸入空気圧力を検出する吸入空気圧力センサ（ＭＡＰセンサ）１５、吸気ダクト３の通路面積を変更する吸入空気スロットルバルブ（インテークスロットル）１６（図示例では、電磁弁）、吸気ダクト３内の吸気温度を検出する吸気温度センサ１７が配設されている。

また、排気ダクト４には上流側から順に、排気ダクト４内の排気温度を検出する排気温度センサ１８、ターボ過給機２のタービン２Ｔ、排気を消音する排気サイレンサ１９が配設されている。

電動機付きターボ過給機２は、排気ダクト４に配設されたタービン２Ｔと、吸気ダクト３に配設され、タービン２Ｔによって駆動されるコンプレッサ２Ｃと、タービン２Ｔとコンプレッサ２Ｃとを連結する回転軸に装着された電動機（電動モータ）２Ｍとを有している。

また、タービン２Ｔよりも上流（図示例では、排気温度センサ１８とタービン２Ｔとの間）の排気ダクト４と、コンプレサッサ２Ｃよりも下流（図示例では、吸入空気スロットルバルブ１６と吸気温度センサ１７との間）の吸気ダクト３とはＥＧＲダクト（ＥＧＲ通路）２０で連通されており、ＥＧＲダクト２０には上流側（排気ダクト４側）から順に、吸気ダクト３に還流させる排気再循環ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ２１、ＥＧＲダクト２１を開閉し或いはＥＧＲダクト２１の通路面積を変更するＥＧＲバルブ２２（図示例では、電磁弁）が配設されている。

ＥＣＵ５には、エンジン回転センサ７、アクセル開度センサ８、車速センサ９、ギアポジションセンサ１０、クラッチポジションセンサ１１、吸入空気量センサ１３、吸入空気圧力センサ１５、吸気温度センサ１７及び排気温度センサ１８等の各種センサ類が接続されており、ＥＣＵ５は、各種センサ類の検出値に基づいて、燃料噴射装置６、吸入空気スロットルバルブ１６、ＥＧＲバルブ２２及び電動機２Ｍ等の各種アクチュエータ類を制御するようになっている。

本実施形態では、ＥＣＵ５は、運転状態検出手段（本実施形態では、エンジン回転センサ７、アクセル開度センサ８）の検出値（つまり、エンジン回転数、アクセル開度）に基づいて目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期を求め、求めた目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期に応じて燃料噴射装置６を制御するようになっている。例えば、ＥＣＵ５は、エンジン回転センサ７の検出値（エンジン回転数）及びアクセル開度センサ８の検出値（アクセル開度）に対応する目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期を各々、目標燃料噴射量マップ及び目標燃料噴射時期マップ（図示せず）から読み取り、読み取った目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期に応じて燃料噴射装置６を制御するようになっている。

次に、車両の加速時におけるエンジン１の過給装置の作動を説明する。

先ず、ＥＣＵ５は、車両が加速しているか否かを判断する。例えば、ＥＣＵ５は、車速センサ９の検出値（車速）が時間経過と共に増加する傾向にあり、且つ、アクセル開度センサ８の検出値（アクセル開度）が所定の開度以上であるときに、車両が加速している（車両の加速時）と判断する。

ＥＣＵ５は、車両が加速していると判断した場合（車両の加速時）には、選択ギア位置検出手段（本実施形態では、ギアポジションセンサ１０）により変速機の選択ギア位置を検出する。例えば、ＥＣＵ５は、ギアポジションセンサ１０が出力するギア位置選択信号に基づいて、変速機の選択ギア位置を認識する。

次いで、ＥＣＵ５は、電動機２Ｍを駆動すると共に、ギアポジションセンサ１０により検出した選択ギア位置に応じて電動機２Ｍの回転上昇速度を調節することで、選択ギア位置に応じて電動機２Ｍによるターボ過給機２の回転上昇補助（アシスト）を行う。具体的には、ＥＣＵ５は、選択ギア位置が低速段である場合は電動機２Ｍの回転上昇速度を速くし、一方、選択ギア位置が高速段である場合は電動機２Ｍの回転上昇速度を遅くして、吸入空気量を所定の吸入空気量（必要空気量）まで増加させる。つまり、ＥＣＵ５は、選択ギア位置が低くなるに従い電動機２Ｍの回転上昇速度が速くなるように電動機２Ｍを制御する。

また、本実施形態では、ＥＣＵ５は、車両の加速時には、吸入空気スロットルバルブ１６を全開にすると共に、ＥＧＲバルブ２２を全閉にする。車両の加速時にＥＧＲ（排気ガス再循環）をかけないようにすることで、吸入空気量（新気量）が減じることを抑える為である。

そして、ＥＣＵ５は、車速センサ９の検出値（車速）に基づいて車両の定速時或いは減速時を検出したときに、電動機２Ｍの駆動を停止する。例えば、ＥＣＵ５は、車速センサ９の検出値（車速）の時間変化がほぼ無くなったときに、車両が定速走行している（車両の定速時）と判断し、一方、車速センサ９の検出値（車速）が時間経過と共に減少する傾向になったときに、車両が減速している（車両の減速時）と判断する。

図２は、車両の加速時に電動機２Ｍを駆動した場合のエンジン出力の時間変化の一例を示すものである。また、図２には、従来例として、ターボ過給機２に電動機２Ｍが装着されていない場合のエンジン出力の時間変化の一例を破線で示す。本実施形態では、車両の加速時に電動機２Ｍを駆動することで、電動機２Ｍによるターボ過給機２の回転上昇補助を行うので、従来例と比較して吸入空気量を所定の吸入空気量（必要空気量）まで増加させるのに要する時間を短縮することが出来る。その為、本実施形態によれば、図２に示すように、車両の加速時におけるエンジン出力増加の時間遅れを従来例と比較して少なくすることが出来る。

即ち、本実施形態では、車両の加速時に電動機２Ｍを駆動することで、電動機２Ｍによるターボ過給機２の回転上昇補助を行うので、急なエンジン出力増加要求に対しても、エンジン出力増加の時間遅れを有効に少なくすることが出来（図２参照）、且つ、車両の運転性能（加速性能）を向上させることが出来る。

また、本実施形態では、変速機の選択ギア位置が低速段（ギア増速比が高い）である場合は電動機２Ｍの回転上昇速度を速くするが、選択ギア位置が高速段（ギア増速比が低い）である場合には電動機２Ｍの回転上昇速度を遅くすることで、電動機２Ｍによる電力消費を抑えることが出来る。即ち、運転者による加速要求（エンジン出力増加要求）が小さいと推定出来る選択ギア位置が高速段である場合には電動機２Ｍによるターボ過給機２の回転上昇補助を最小限とすることで、電動機２Ｍの回転上昇速度を選択ギア位置に依らず一定とした場合と比較して電動機２Ｍによる電力消費を抑えることが出来る。

以上要するに、本実施形態によれば、車両の加速時に、ギアポジションセンサ１０により変速機の選択ギア位置を検出し、検出した選択ギア位置に応じて電動機２Ｍの回転上昇速度を調節することで、車両の運転性能（加速性能）を向上させることが出来、且つ電動機２Ｍによる電力消費を抑えることが可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、本発明は、エンジン１に過給容量の異なる高圧段ターボ過給機（過給容量小）及び低圧段ターボ過給機（過給容量大）を直列に接続した過給装置（シリーズ・２ステージターボシステム）に適用することも可能である。その場合、電動機２Ｍは主にエンジン１の低速回転運転領域で吸気を過給する高圧段ターボ過給機に装着されるものとする。

また、上記の実施形態では、車両がＭＴ車であるとしたが、これには限定はされず、例えば、車両が所謂ＡＭＴ（オートメーテッドマニュアルトランスミッション）車であっても良い。

また、ギアポジションセンサ１０により検出した選択ギア位置が所定のギア位置（例えば、１２段変速機で６速）以上である場合には、エンジン１の運転状態が中速回転運転状態以上であり吸入空気量が充分に確保できていると推定出来るので、車両の加速時において電動機２Ｍの駆動を禁止するようにしても良い。

１ エンジン
２ 電動機付きターボ過給機（ターボ過給機）
５ ＥＣＵ（制御手段）
１０ ギアポジションセンサ（選択ギア位置検出手段）

Claims (2)

1. 車両に搭載されたエンジンに装着されたターボ過給機と、該ターボ過給機のタービンとコンプレッサとを連結する回転軸に装着された電動機と、該電動機を前記車両の加速時に駆動する制御手段と、前記エンジンと前記車両の駆動系との間に介設された変速機の選択ギア位置を検出する選択ギア位置検出手段とを備え、前記制御手段は、前記車両の加速時に、前記選択ギア位置検出手段により選択ギア位置を検出し、検出した選択ギア位置に応じて前記電動機の回転上昇速度を調節することで、選択ギア位置に応じて前記電動機による前記ターボ過給機の回転上昇補助を行うことを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 前記制御手段は、選択ギア位置が低くなるに従い前記電動機の回転上昇速度が速くなるように前記電動機を制御する請求項１に記載のエンジンの過給装置。

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