JP2013096398A

JP2013096398A - 発進加速補助装置

Info

Publication number: JP2013096398A
Application number: JP2011243351A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Ito; 朝幸伊藤
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-20
Anticipated expiration: 2031-11-07
Also published as: WO2013069675A1; JP5994232B2

Abstract

【課題】トルクの落ち込みを防止する発進加速補助装置を提供する。
【解決手段】ターボチャージャ５のコンプレッサ出口側にエンジン低回転時に駆動される補助チャージャ８を設け、補助チャージャ８とエンジン２の間に、空気ブレーキ用エアタンク１６から高圧空気を吸気マニホールド１２に導入する高圧空気導入手段１７を設け、発進時及び加速時に補助チャージャが停止したとき、高圧空気導入手段１７により吸気マニホールド１２への空気吸入をアシストするようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、補助チャージャ付きのターボチャージャを搭載した車両に好適な発進加速補助装置に係り、トルクの落ち込みを防止する発進加速補助装置に関する。

ターボチャージャは、排気ガスによりタービンを回転させ、タービンに連動するコンプレッサで空気を圧縮するものである。

エンジンは、黒煙発生防止の観点から、吸入空気量に相応な燃料噴射量を超えて燃料噴射量を多くできない。しかし、ターボチャージャを搭載した車両では、ターボチャージャによりブースト圧を高めることで、エンジンの吸入空気量を増加させることができる。ブースト圧の上昇により吸入空気量が増加すると、燃料噴射量の増加が可能となり、エンジンから高いトルクが出力できる。

図３に示したターボチャージャ５は、スーパーチャージャ付きのターボチャージャである。エンジン２の排気マニホールド３から排出された排気ガスが排気管４からターボチャージャ５のタービン６に導入される。これによりターボチャージャ５のコンプレッサ７では空気が圧縮される。スーパーチャージャ８が停止しているとき、コンプレッサ７にて圧縮された空気は、開かれている切替バルブ９を経由し、インタークーラ１０で冷却されて吸気管１１からエンジン２の吸気マニホールド１２に送り込まれる。

ＥＧＲ装置１５では、排気管４の排気ガスがＥＧＲバルブ１３の開度に応じて取り込まれ、ＥＧＲクーラ１４で冷却されて吸気管１１に循環される。

スーパーチャージャ８は、エンジン２のクランク軸に対して図示しないクラッチ装置により断接自在に設けられており、エンジン回転速度が所定の閾値以上のときはクランク軸から切断され、停止しているが、エンジン回転速度が閾値より低いときにクランク軸に接続して駆動される。スーパーチャージャ８が駆動されているときは、切替バルブ９が閉じられ、コンプレッサ７で圧縮が不足した空気がスーパーチャージャ８で圧縮されて吸気マニホールド１２に供給されることになる。したがって、エンジン回転速度が低い状態からの発進時及び加速時に、高いブースト圧を得るのに有効である。

スーパーチャージャ８の代わりに電動モータで駆動される電動チャージャを設けてもよく、この場合も制御は同様であり、エンジン回転速度が閾値より高いときは電動チャージャは停止され切替バルブ９が開かれる。電動チャージャが駆動されるときは、切替バルブ９が閉じられ、コンプレッサ７の空気が電動チャージャで圧縮されて吸気マニホールド１２に供給される。以下、スーパーチャージャ８と電動チャージャを補助チャージャと総称する。

特開平９−２６８９２１号公報特開平８−２６０９９１号公報

補助チャージャ付きのターボチャージャ５を備えた車両では、エンジン回転速度が閾値より低いときにエンジン若しくは電動により補助チャージャ８が駆動されるので、エンジン回転速度が低い状態からの発進時及び加速時にターボチャージャ５での圧縮不足が補われ、ブースト圧が速やかに上昇する。これにより、燃料噴射量の増加が可能となり、発進及び加速が円滑に達成される。

ところが、図４に示されるように、エンジン回転速度が閾値に達して補助チャージャ８が停止されると、それまで補助チャージャ８から吸気マニホールド１２に供給されていた空気がなくなり、ターボチャージャ５のみが空気を供給することになる。このとき、ブースト圧が過渡的に不足し、これが原因でエンジン出力トルクが過渡的に低下して、いわゆるトルクの落ち込みが感じられる。発進時及び加速時のトルクの落ち込みは、失速感として感じられ、運転フィーリングが損なわれる。とはいえ、ターボチャージャ５によるブースト圧が十分高くなるまで補助チャージャ８が駆動されるよう、補助チャージャ８の停止を判定するエンジン回転速度の閾値を高く設定すると、燃費の悪化を招くので、好ましくない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トルクの落ち込みを防止する発進加速補助装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の発進加速補助装置は、ターボチャージャのコンプレッサ出口側にエンジン低回転時に駆動される補助チャージャを設け、補助チャージャとエンジンの間に、空気ブレーキ用エアタンクから高圧空気を吸気マニホールドに導入する高圧空気導入手段を設け、発進時及び加速時に前記補助チャージャが停止したとき、前記高圧空気導入手段により前記吸気マニホールドへの空気吸入をアシストするようにしたものである。

あらかじめ車体の前後の傾斜と発進及び加速に必要なトルクとの対応関係を求めておき、エンジン出力トルクが車体の前後の傾斜に対応するトルクに満たないとき、前記アシストを実行してもよい。

車体の前方向の加速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行してもよい。

ブースト圧があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行してもよい。

エンジン回転速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行してもよい。

あらかじめブースト圧と噴射可能な燃料噴射量との対応関係を求めておき、ブースト圧に対応する噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に満たないとき、前記アシストを実行してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）トルクの落ち込みを防止することができる。

本発明の一実施形態を示す発進加速補助装置を適用した車両のエンジン周辺の構成図である。本発明の発進加速補助装置における発進加速時の制御手順を示すフローチャートである。従来の車両のエンジン周辺の構成図である。従来技術におけるトルクの時間変化を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明の発進加速補助装置１を適用する車両は、エンジン２の排気マニホールド３に排気管４が接続され、排気管４にターボチャージャ５のタービン６の入口が接続される。タービン６の出口は、図示省略した排気ガス処理装置を介して大気に繋がる。ターボチャージャ５のコンプレッサ７の入口は、図示省略したエアフィルタを介して大気に繋がる。コンプレッサ７の出口にスーパーチャージャ８の入口と切替バルブ９の入口が接続されている。スーパーチャージャ８の出口と切替バルブ９の出口は、インタークーラ１０の入口に接続され、インタークーラ１０の出口に吸気管１１が接続され、吸気管１１にエンジン２の吸気マニホールド１２が接続される。排気管４と吸気管１１との間には、ＥＧＲバルブ１３とＥＧＲクーラ１４を有するＥＧＲ装置１５が設けられる。

本発明の発進加速補助装置１は、スーパーチャージャ８とエンジン２の間に、空気ブレーキ用エアタンク１６から高圧空気を吸気マニホールド１２に導入する高圧空気導入手段１７を設け、発進時及び加速時にスーパーチャージャが停止したとき、高圧空気導入手段１７により吸気マニホールド１２への空気吸入をアシストするようにしたものである。

空気ブレーキ用エアタンク１６は、図示しない空気ブレーキに供給するための圧縮空気を貯えるものである。空気ブレーキは、従来より車両、特に中型や大型車両に採用されている。空気ブレーキ用エアタンク１６は、図示しない専用のコンプレッサにより圧縮空気を貯えるが、大きな制動力を得る必要のため、ターボチャージャ５のコンプレッサ７で実現可能な最大のブースト圧よりも高い圧力で圧縮空気を貯えることができる。

高圧空気導入手段１７は、空気ブレーキ用エアタンク１６に接続されるアシスト配管１８と、アシスト配管１８に接続されてインタークーラ１０から吸気マニホールド１２までの吸気管１１に挿入されるアシストバルブ１９とからなる。アシストバルブ１９は、ＥＧＲ装置１５の接続箇所よりもインタークーラ１０側に設けられる。アシストバルブ１９とＥＧＲ装置１５の接続箇所の間に、ブースト圧を検出するブースト圧センサ２０が設けられる。

アシストバルブ１９を開閉制御する制御部２１は、従来より燃料噴射制御とスーパーチャージャ８及び切替バルブ９の制御を行っている電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）にソフトウェアとして組み込まれる。ＥＣＵには、図２の制御手順に使用する全ての車両パラメータ（センサ検出値や計算値）の現在値が把握されている。また、ＥＣＵには、図２の制御手順に使用する各種のマップや下限値が記憶されている。

以下、本発明の発進加速補助装置１の発進時及び加速時の動作を図２により説明する。

制御手順は、大きく発進・加速のステージＴ１と、アシスト要否判定のステージＴ２と、アシスト実行のステージＴ３とからなる。

発進・加速のステージＴ１では、サイドブレーキ信号スイッチと、クラッチスイッチと、フットブレーキスイッチが参照される。

ステップＳ２１において、サイドブレーキ信号スイッチがオフかどうか判定される。判定がＮＯ、すなわちサイドブレーキ信号スイッチがオンであれば、サイドブレーキが引かれた状態であり、発進は始まっていない、若しくは走行中でないので、スタートに戻る。判定がＹＥＳ、すなわちサイドブレーキ信号スイッチがオフであれば、サイドブレーキが解除された状態であり、発進が始まる可能性がある、若しくは走行中であるので、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、クラッチスイッチがオフかどうか判定される。判定がＮＯ、すなわちクラッチスイッチがオンであれば、クラッチペダルが踏み込まれた状態であり、発進は始まっていない、若しくはギア段変更中であるので、スタートに戻る。判定がＹＥＳ、すなわちクラッチスイッチがオフであれば、クラッチペダルが踏み戻された状態であり、発進あるいは加速が始まる可能性があるので、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、フットブレーキスイッチがオフかどうか判定される。判定がＮＯ、すなわちフットブレーキスイッチがオンであれば、ブレーキペダルが踏み込まれた状態であり、発進は始まっていない、若しくは減速中であるので、スタートに戻る。判定がＹＥＳ、すなわちフットブレーキスイッチがオフであれば、ブレーキペダルが踏み戻された状態であり、これまでの判定と合わせて発進あるいは加速に対応する必要があることが確定する。よって、発進・加速に対するアシスト要否判定のステージＴ２に進むことになる。

一方、ＥＣＵでは、エンジン回転速度が閾値より低いときには、切替バルブ９を閉じてスーパーチャージャ８を駆動し、エンジン回転速度が閾値以上のときには、切替バルブ９を開いてスーパーチャージャ８を停止させている。エンジン回転速度が低い状態からの発進時及び加速時では、ＥＣＵは切替バルブ９を閉じてスーパーチャージャ８を駆動することになる。

アシスト要否判定のステージＴ２では、アクセル開度、ギア段数、車速、前方向加速度、前方向傾斜角、ブースト圧、エンジン回転速度、燃料噴射指示量が参照され、これらの車両パラメータに基づいて、高圧空気導入手段により吸気マニホールドへの空気吸入をアシストする必要があるかどうかが判定される。

［判定１］
発進・加速トルクマップは、前方向傾斜角と発進及び加速に必要なトルクとの対応関係をマップに設定したものである。設定するトルクは、従来技術で発進時及び加速時にスーパーチャージャ８が停止した直後において必要とされるトルクとしてもよい。前方向傾斜角が０より大きいとき登坂路であり、前方向傾斜角が大きいほど必要なトルクが大きい。前方向傾斜角が発進・加速トルクマップに適用され発進及び加速に必要なトルクが読み出される。一方、アクセル開度とギア段数と車速とから、公知の方法により、現在のエンジン出力トルクが計算される。現在のエンジン出力トルクが発進及び加速に必要なトルクに満たないとき、アシストが必要と判定される。

［判定２］
前方向加速度があらかじめ定めた加速度下限値未満のとき、前方向加速度を速やかに増大させるために、アシストが必要と判定される。加速度下限値は、従来技術で発進時及び加速時にスーパーチャージャ８が停止した直後におけるトルクの落ち込みを特徴付ける値とする。

［判定３］
ブースト圧があらかじめ定めた圧力下限値未満のとき、ブースト圧を速やかに上昇させるために、アシストが必要と判定される。圧力下限値は、従来技術で発進時及び加速時にスーパーチャージャ８が停止した直後におけるトルクの落ち込みを特徴付ける値とする。

［判定４］
エンジン回転速度があらかじめ定めた回転下限値未満のとき、エンジン回転速度を速やかに上昇させるために、アシストが必要と判定される。回転下限値は、発進時及び加速時にスーパーチャージャ８が停止した直後におけるトルクの落ち込みを特徴付ける値とする。

［判定５］
ブースト圧対燃料噴射量マップは、ブースト圧と噴射可能な燃料噴射量との対応関係をマップに設定したものである。ブースト圧がブースト圧対燃料噴射量マップに適用され、噴射可能な燃料噴射量が読み出される。一方、アクセル開度に基づいて燃料噴射指示量が計算される。噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に満たないとき、アシストが必要と判定される。

判定１〜判定５によるアシストの要否判定結果が１つでもアシストが必要と判定されると、アシストの実行が決定される。ただし、エンジン回転速度が閾値未満のときは、スーパーチャージャの働きにより高いブースト圧が得られているので、判定１〜判定５はアシストが不要という判定となる。アシスト要否判定のステージＴ２では、判定１〜判定５を繰り返し、スーパーチャージャ停止によるトルクの落ち込みが見込まれる時間期限を経過しても全てアシストが不要という判定であれば、制御手順を終了する。一方、この時間期限内に判定１〜判定５によるアシストの要否判定結果が１つでもアシストが必要と判定されると、アシストの実行が決定され、アシスト実行のステージＴ３に移行する。

アシスト実行のステージＴ３では、アシストバルブ１９が開かれ、空気ブレーキ用エアタンク１６から高圧空気が吸気マニホールド１２に導入される。これによりブースト圧が上昇するので、ＥＣＵでは燃料噴射量を増加させることが可能となる。

ＥＣＵがアクセル開度に基づいて燃料噴射量を増加させると、判定１〜判定５で参照した車両パラメータの値が改善される。すなわち、エンジン出力トルクが前方向傾斜角に対応して必要なトルクに達するか、前方向加速度が加速度下限値に達するか、ブースト圧が圧力下限値に達するか、エンジン回転速度が回転下限値に達し、ブースト圧に対応して噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に達する。このように車両パラメータの値が改善されると、アシストが達成されたと判定する。アシストが終了となり、アシストバルブ１９が閉じられる。この時点では、燃料噴射量の増加に伴い、排気ガス量が増加してターボチャージャ５の回転が促進されているので、ターボチャージャ５から十分な吸入空気量が得られる。

以上の制御の結果、発進時及び加速時のトルクの落ち込みが防止され、失速感のない加速が達成される。

本発明の発進加速補助装置１によれば、ターボチャージャ５の出口側にエンジン低回転時に駆動される補助チャージャ８を設け、補助チャージャ８とエンジン２の間に、空気ブレーキ用エアタンク１６から高圧空気を吸気マニホールド１２に導入する高圧空気導入手段１７を設け、発進時及び加速時に補助チャージャ８が停止したとき、高圧空気導入手段１７により吸気マニホールド１２への空気吸入をアシストするようにしたので、発進時及び加速時に補助チャージャ８が停止してもトルクの落ち込みが防止される。

本発明の発進加速補助装置１は、空気ブレーキ用の高圧空気を利用するので、新規な蓄圧タンクを追加する必要がなく、構成が簡素であると共に、ターボチャージャ５のコンプレッサ７のブースト圧よりも十分に高いブースト圧が得られる。

本実施形態では、補助チャージャ８をスーパーチャージャ８としたが、補助チャージャ８が電動チャージャであっても本発明は適用できる。

１発進加速補助装置
２エンジン
５ターボチャージャ
８補助チャージャ（スーパーチャージャ）
１２吸気マニホールド
１６空気ブレーキ用エアタンク
１７高圧空気導入手段

Claims

ターボチャージャのコンプレッサ出口側にエンジン低回転時に駆動される補助チャージャを設け、補助チャージャとエンジンの間に、空気ブレーキ用エアタンクから高圧空気を吸気マニホールドに導入する高圧空気導入手段を設け、発進時及び加速時に前記補助チャージャが停止したとき、前記高圧空気導入手段により前記吸気マニホールドへの空気吸入をアシストするようにしたことを特徴とする発進加速補助装置。
あらかじめ車体の前後の傾斜と発進又は加速に必要なトルクとの対応関係を求めておき、エンジン出力トルクが車体の前後の傾斜に対応するトルクに満たないとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１記載の発進加速補助装置。
車体の前方向の加速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１又は２記載の記載の発進加速補助装置。
ブースト圧があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の発進加速補助装置。
エンジン回転速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の発進加速補助装置。
あらかじめブースト圧と噴射可能な燃料噴射量との対応関係を求めておき、ブースト圧に対応する噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に満たないとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の発進加速補助装置。