JP2018096351A - Engine supercharger - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve filling efficiency of intake air with a simple configuration.SOLUTION: An engine supercharger 10 includes an intake passage 26 connected with an engine 14, an electric compressor 32 provided in the intake passage 26 and driven by a motor 34 so as to compress intake air flowing through the intake passage 26, and a controller 40 for periodically varying rotational speed of the electric compressor 32 so that a peak of intake pulsation in an intake port occurs between the period from the maximum lift to the closing of an intake valve with using rotational speed and a crank angle of the engine 14 as input.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エンジン過給装置に関する。   The present invention relates to an engine supercharger.

従来より、内燃機関の吸気行程で吸気管内に生ずる圧力波による脈動効果及び慣性効果を利用して機関の体積効率を向上させるため、例えば、前記吸気管を固定吸気管と可動吸気管とから構成して、当該内燃機関の回転速度に応じ前記固定吸気管に前記可動吸気管を接離させることにより、吸気管の長さを長短自在とする可変長吸気管が気化器の吸入側に配設されている内燃機関が知られている(特許文献1)。   Conventionally, for example, the intake pipe is composed of a fixed intake pipe and a movable intake pipe in order to improve the volume efficiency of the engine by utilizing the pulsation effect and the inertia effect caused by the pressure wave generated in the intake pipe in the intake stroke of the internal combustion engine. Then, a variable length intake pipe is provided on the intake side of the carburetor so that the length of the intake pipe can be increased or decreased by bringing the movable intake pipe into and out of contact with the fixed intake pipe according to the rotational speed of the internal combustion engine. A known internal combustion engine is known (Patent Document 1).

またエンジン等の内燃機関において、サージタンク下流の吸気通路に吸気制御弁を設けたものが知られている(例えば、特許文献2〜4参照)。このような制御装置によれば、吸気制御弁を吸気ポート下流の吸気弁の開弁後に開くことにより慣性過給効果を得ることが可能である。   In addition, in an internal combustion engine such as an engine, an intake control valve provided in an intake passage downstream of a surge tank is known (see, for example, Patent Documents 2 to 4). According to such a control device, it is possible to obtain an inertia supercharging effect by opening the intake control valve after the intake valve downstream of the intake port is opened.

また、断続的に駆動電流を印加することで慣性過給を行う制御が知られている(特許文献5)。この制御では、エンジンの吸気弁の開弁期間に対応するクランク角度範囲にある場合には、電動過給器の駆動電流を増大させる断続駆動制御となっている。また上記のクランク角度範囲外では電動過給機を止めない程度の微小電流が流れることを特徴としている。   In addition, there is known control that performs inertia supercharging by intermittently applying a drive current (Patent Document 5). This control is intermittent drive control that increases the drive current of the electric supercharger when the crank angle range corresponding to the valve opening period of the intake valve of the engine is present. In addition, a small current that does not stop the electric supercharger flows outside the crank angle range.

特開昭61−49124号公報JP-A-61-49124 特開2005−171941号公報JP 2005-171941 A 特開平3−26825号公報Japanese Patent Laid-Open No. 3-26825 特開2006−283633号公報JP 2006-283633 A 特開2005−188487号公報JP 2005-188487 A

従来より圧力波による脈動効果および慣性効果を利用して機関の体積効率を向上させる技術は知られている。   Conventionally, a technique for improving the volume efficiency of an engine by using a pulsation effect and an inertia effect by a pressure wave is known.

また、この脈動効果および慣性効果では、機関の回転速度や負荷により最適な圧力波は異なるため、吸気管長さを変更したり、制御弁を設けている。しかし限られたエンジンルーム内で吸気管長さを可変とする機構を新たに設ける、もしくは制御弁を設けることは重量増・全体の体積増加による大型化が課題となる。また複雑な吸気流路は、吸気圧損によって内燃機関の出力を低下させるだけでなく、コストの増加が課題となる。   Further, in this pulsation effect and inertia effect, the optimum pressure wave differs depending on the engine speed and load, so the intake pipe length is changed or a control valve is provided. However, the provision of a new mechanism for changing the intake pipe length in a limited engine room or the provision of a control valve is a problem of increasing the size due to an increase in weight and an increase in overall volume. In addition, the complicated intake passage not only lowers the output of the internal combustion engine due to intake pressure loss, but also increases the cost.

また一方で、上記の圧力波の脈動は、機関の回転速度や負荷により最適な圧力波は異なるため、適切に制御しなければ機関の回転数によっては吸気行程で圧力を減じることとなり、機関の体積効率を低減させるという課題がある。   On the other hand, the pressure wave pulsation differs from the optimum pressure wave depending on the engine speed and load.Therefore, if not controlled properly, the pressure will be reduced during the intake stroke depending on the engine speed. There is a problem of reducing volumetric efficiency.

また電動コンプレッサは排気の状態に関係なく高応答に制御できるため、機関の回転速度に対して過給機の電動機を任意の回転数で動作させる制御が知られている。一方で電動コンプレッサはバッテリーから電力を使用しているため、出力に制限があり、限られた過給仕事しかすることができないことが課題である。そのため、出力の制限内でなるべく機関の体積効率を向上させることが目的となる。   Further, since the electric compressor can be controlled with high response regardless of the state of exhaust, control for operating the motor of the supercharger at an arbitrary rotational speed with respect to the rotational speed of the engine is known. On the other hand, since the electric compressor uses electric power from the battery, the output is limited, and it is a problem that only limited supercharging work can be performed. Therefore, it is an object to improve the volume efficiency of the engine as much as possible within the limit of the output.

また機関の回転速度に対して過給機をある回転数で動作させると、吸気行程の吸引力による圧力波の脈動が生じる。そのため上記のように機関回転数によっては体積効率が減少する課題がある。   Further, when the supercharger is operated at a certain rotational speed with respect to the engine speed, pressure wave pulsation due to suction force of the intake stroke occurs. Therefore, there is a problem that the volumetric efficiency is reduced depending on the engine speed as described above.

上記特許文献5に記載の技術では電動コンプレッサに断続的に駆動電流を印加することで慣性過給を行う試みがあった。しかし、断続的に電流を印加してもコンプレッサインペラやシャフトや電動機の可動子などに回転慣性がかかるため、コンプレッサの回転数はほとんど変化せず、効果として狙っている慣性過給を発生させることは困難である。特に機関回転数が高回転の運転条件下では、断続電流の時間間隔が短いため上記のコンプレッサ回転数が変化しない現象は顕著となる。また断続駆動制御では電動機の回転数を自由に変えることができないため、狙った脈動を発生させるのは困難である。   In the technique described in Patent Document 5, there has been an attempt to perform inertia supercharging by intermittently applying a drive current to the electric compressor. However, even if the current is applied intermittently, the compressor impeller, shaft, and motor mover are subject to rotational inertia, so the compressor speed hardly changes and the desired inertial supercharging is generated. It is difficult. In particular, under the operating conditions where the engine speed is high, since the time interval of the intermittent current is short, the phenomenon that the compressor speed does not change becomes significant. Further, since intermittent drive control cannot freely change the rotation speed of the electric motor, it is difficult to generate a targeted pulsation.

また断続駆動の位相はあらかじめ設定されているクランク角範囲でのみ決定されているため、機関回転数が変化したときに最適な圧力脈動に制御できずに、機関の体積効率を低減する課題がある。   In addition, since the phase of the intermittent drive is determined only in the crank angle range set in advance, there is a problem of reducing the volume efficiency of the engine without being able to control the optimum pressure pulsation when the engine speed changes. .

本発明は、上記事実を考慮して、簡易な構成で、吸気の充填効率を向上させることができるエンジン過給装置を得ることが目的である。   In view of the above facts, an object of the present invention is to provide an engine supercharging device capable of improving intake charging efficiency with a simple configuration.

本発明に係るエンジン過給装置は、エンジンと接続された吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、モータで駆動されることで前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する電動コンプレッサと、前記エンジンの回転数及び前記エンジンのクランク角を入力として、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように前記電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させる制御部と、を含んで構成されている。   An engine supercharging device according to the present invention includes an intake passage connected to an engine, an electric compressor provided in the intake passage and compressed by intake air flowing through the intake passage by being driven by a motor, and rotation of the engine A controller that periodically varies the rotational speed of the electric compressor so that an intake pulsation peak in the intake port is generated between the maximum lift of the intake valve and the valve closing, using the engine number and the crank angle of the engine as inputs And.

本発明に係るエンジン過給装置では、電動コンプレッサが、モータで駆動されることで前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する。このとき、制御部が、エンジンの回転数及び前記エンジンのクランク角を入力として、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように前記電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させる。   In the engine supercharging device according to the present invention, the electric compressor is driven by a motor to compress the intake air flowing through the intake passage. At this time, the control unit receives the engine speed and the crank angle of the engine as inputs, and causes the intake pulsation peak in the intake port to occur between the maximum lift of the intake valve and the valve closing. The rotation speed is periodically changed.

このように、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させることにより、簡易な構成で、吸気の充填効率を向上させることができる。   In this way, by changing the rotational speed of the electric compressor periodically so that the peak of the intake pulsation at the intake port occurs between the maximum lift of the intake valve and the closing of the intake valve, the intake air flow can be reduced with a simple configuration. Filling efficiency can be improved.

本発明に係る制御部は、前記電動コンプレッサの回転数の変動の周期を、前記エンジンの1サイクルの周期を気筒数で除した期間とすることができる。   The control unit according to the present invention can set the cycle of fluctuations in the rotational speed of the electric compressor to a period obtained by dividing the cycle of one cycle of the engine by the number of cylinders.

本発明に係る制御部は、前記吸気バルブの最大リフトに対応するクランク角をθA、前記吸気バルブの閉弁に対応するクランク角をθBとするとき、θA+α(θBA)からθA+β(θBA)までの期間(ただし、0<α<β<1である。)に、前記吸気ポートにおける吸気脈動のピークが発生するように、前記電動コンプレッサの回転数の変動の位相を制御することができる。 When the crank angle corresponding to the maximum lift of the intake valve is θ A and the crank angle corresponding to the closing of the intake valve is θ B , the control unit according to the present invention has θ A + α (θ B −θ A ) to θ A + β (θ B −θ A ) (where 0 <α <β <1), so that the intake pulsation peak occurs at the intake port. It is possible to control the phase of fluctuations in the number of rotations.

本発明に係る制御部は、前記電動コンプレッサの回転数のピークが、前記吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるようにしたときの前記電動コンプレッサの回転数の変動の位相を、前記電動コンプレッサの回転数の変動により生じる圧力波が前記吸気ポートに到達するまでの遅れ分だけ早めるように制御することができる。   The control unit according to the present invention, the phase of the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor when the peak of the rotational speed of the electric compressor is generated between the maximum lift of the intake valve and the valve closing, Control can be made so that the pressure wave generated by the fluctuation in the rotational speed of the electric compressor is advanced by a delay until it reaches the intake port.

上記の電動コンプレッサの回転数の変動により生じる圧力波が前記吸気ポートに到達するまでの遅れ分を、前記吸気ポートにおける吸気脈動を前記吸気ポートで計測し、前記電動コンプレッサの回転数の変動との位相のずれを算出することで得ることができる。   The amount of delay until the pressure wave caused by the fluctuation in the rotational speed of the electric compressor reaches the intake port, the intake air pulsation in the intake port is measured at the intake port, and the fluctuation in the rotational speed of the electric compressor It can be obtained by calculating the phase shift.

上記の電動コンプレッサの回転数の変動により生じる圧力波が前記吸気ポートに到達するまでの遅れ分を、前記エンジンの回転数及び負荷に応じて予め計測したものとすることができる。   The delay until the pressure wave generated by the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor reaches the intake port can be measured in advance according to the rotational speed and load of the engine.

本発明に係る制御部は、前記モータの駆動と回生の切り替え制御を行うことにより、前記電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させることができる。   The control unit according to the present invention can periodically vary the rotational speed of the electric compressor by performing switching control between driving and regeneration of the motor.

以上説明したように本発明に係るエンジン過給装置は、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させることにより、簡易な構成で、吸気の充填効率を向上させることができる、という優れた効果を有する。   As described above, the engine supercharging device according to the present invention periodically varies the rotational speed of the electric compressor so that the peak of the intake pulsation at the intake port is generated between the maximum lift of the intake valve and the valve closing. By doing so, it has the outstanding effect that the charging efficiency of intake air can be improved with a simple configuration.

本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of an engine system concerning a first embodiment of the present invention. (A)電動コンプレッサの出口圧力の変化を示すグラフ、(B)吸気ポート圧力の変化、及びバルブリフトを示すグラフである。(A) The graph which shows the change of the outlet pressure of an electric compressor, (B) The graph which shows the change of intake port pressure, and a valve lift. 電動コンプレッサの回転数の変動の位相と、体積効率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the phase of the fluctuation | variation of the rotation speed of an electric compressor, and volumetric efficiency. (A)電動コンプレッサの回転数の変動の周期を説明するためのグラフ、及び(B)モータの駆動と回生の切り替え制御を行う様子を説明するためのグラフである。(A) It is a graph for demonstrating the cycle of the fluctuation | variation of the rotation speed of an electric compressor, and (B) It is a graph for demonstrating a mode that the drive control and regeneration control are performed. (A)一定の回転数におけるコンプレッサの作動マップを示す図、及び(B)回転数を制御する場合におけるコンプレッサの作動マップを示す図である。(A) The figure which shows the operation map of the compressor in fixed rotation speed, (B) The figure which shows the operation map of the compressor in the case of controlling rotation speed. 吸気ポート圧力とクランク角との関係、及びバルブリフトとクランク角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an intake port pressure and a crank angle, and the relationship between a valve lift and a crank angle. (A)吸気ポート圧力とクランク角との関係を示すグラフ、及び(B)電動コンプレッサの回転数変動による圧力脈動とクランク角との関係を示すグラフである。(A) The graph which shows the relationship between intake port pressure and a crank angle, (B) The graph which shows the relationship between the pressure pulsation by the rotation speed fluctuation | variation of an electric compressor, and a crank angle. 圧力脈動とクランク角との関係、及びバルブリフトとクランク角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a pressure pulsation and a crank angle, and the relationship between a valve lift and a crank angle. 電動コンプレッサの回転数の変動の位相と充填効率との関係、及び一定回転数の場合における充填効率を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the phase of the fluctuation | variation of the rotation speed of an electric compressor, and charging efficiency, and the charging efficiency in the case of fixed rotation speed. 電動コンプレッサの回転数の変動とクランク角との関係、コンプレッサ出口直後の圧力脈動とクランク角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the fluctuation | variation of the rotation speed of an electric compressor, and a crank angle, and the relationship between the pressure pulsation just after a compressor exit, and a crank angle. 電動コンプレッサの回転数の変動とクランク角との関係、コンプレッサ出口直後の圧力脈動とクランク角との関係、及び吸気ポートでの圧力脈動とクランク角との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the fluctuation | variation of the rotation speed of an electric compressor, and a crank angle, the relationship between the pressure pulsation immediately after a compressor exit, and a crank angle, and the relationship between the pressure pulsation in an intake port, and a crank angle. (A)電動コンプレッサの回転数の変動及び吸気ポートでの圧力脈動を示すグラフ、及び(B)電動コンプレッサの回転数の変動とクランク角との関係を示すグラフである。(A) The graph which shows the fluctuation | variation of the rotation speed of an electric compressor, and the pressure pulsation in an intake port, (B) The graph which shows the relationship between the fluctuation | variation of the rotation speed of an electric compressor, and a crank angle. 本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置のコントローラによる処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process routine by the controller of the engine supercharging apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置のコントローラによる処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process routine by the controller of the engine supercharging apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention.

[第一実施形態]
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.

図1には、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10を備えたエンジンシステムS1の全体構成が示されている。   FIG. 1 shows an overall configuration of an engine system S1 including an engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention.

この図に示されるエンジンシステムS1は、例えば、乗用自動車等の車両に搭載されるものであり、エンジン過給装置10と、エアクリーナ12と、エンジン14とを備えている。   The engine system S1 shown in this figure is mounted on, for example, a vehicle such as a passenger car, and includes an engine supercharging device 10, an air cleaner 12, and an engine 14.

エアクリーナ12及びエンジン14は、従来と同様の構成とされている。エンジン14は、インタークーラ16と、スロットル弁17と、吸気マニホールド18と、エンジン本体20と、排気マニホールド22とを有して構成されている。排気マニホールド22には、排気通路24が接続されている。   The air cleaner 12 and the engine 14 have the same configuration as the conventional one. The engine 14 includes an intercooler 16, a throttle valve 17, an intake manifold 18, an engine body 20, and an exhaust manifold 22. An exhaust passage 24 is connected to the exhaust manifold 22.

排気通路24は、後処理装置50と接続されている。   The exhaust passage 24 is connected to the aftertreatment device 50.

エンジン過給装置10は、吸気通路26と、電動コンプレッサ32と、モータ34と、インバータ36と、制御部としてのコントローラ40とを有して構成されている。   The engine supercharging device 10 includes an intake passage 26, an electric compressor 32, a motor 34, an inverter 36, and a controller 40 as a control unit.

吸気通路26は、エンジン14のインタークーラ16と接続されている。   The intake passage 26 is connected to the intercooler 16 of the engine 14.

電動コンプレッサ32は、モータ34により駆動されるコンプレッサ部を有して構成されており、コンプレッサ部は、インペラ60を有して構成されている。   The electric compressor 32 includes a compressor unit that is driven by a motor 34, and the compressor unit includes an impeller 60.

インペラ60は、モータ34により回転駆動されることで、図示しない吸入口から吸入されて図示しない排出口から排出される吸気を圧縮する構成とされている。   The impeller 60 is configured to compress intake air that is sucked from a suction port (not shown) and discharged from a discharge port (not shown) by being rotationally driven by the motor 34.

なお、上述のインペラ60の吸入口から排出口までの通路は、図1に示される吸気通路26の一部を構成している。   The passage from the inlet to the outlet of the impeller 60 described above constitutes a part of the intake passage 26 shown in FIG.

エンジン本体20内に設けられたセンサ(図示省略)は、エンジンのクランク軸又はカム軸回転よりエンジンクランク角度と共にエンジン回転数及び負荷を検出し、エンジン回転数に応じた信号、エンジン負荷に応じた信号、及びエンジンクランク角に応じた信号をコントローラ40に出力する構成とされている。   A sensor (not shown) provided in the engine body 20 detects the engine speed and the load along with the engine crank angle from the rotation of the crankshaft or camshaft of the engine, and responds to a signal corresponding to the engine speed and the engine load. A signal and a signal corresponding to the engine crank angle are output to the controller 40.

また、吸気通路26における電動コンプレッサ32の上流側に設けられた流量計(図示省略)は、吸気流量に応じた信号をコントローラ40に出力する構成とされている。   Further, a flow meter (not shown) provided on the upstream side of the electric compressor 32 in the intake passage 26 is configured to output a signal corresponding to the intake flow rate to the controller 40.

また、エンジン14の吸気ポートに設けられた圧力計42は、吸気圧力を検出し、吸気圧力に応じた信号をコントローラ40に出力する。   A pressure gauge 42 provided at the intake port of the engine 14 detects the intake pressure and outputs a signal corresponding to the intake pressure to the controller 40.

コントローラ40は、ECUやロジック回路等により構成されており、エンジン本体20内のセンサ、流量計、及び圧力計42から出力された信号に基づいて、インバータ36を介してモータ34を制御する構成とされている。   The controller 40 is configured by an ECU, a logic circuit, and the like, and controls the motor 34 via the inverter 36 based on signals output from the sensors, flow meters, and pressure gauges 42 in the engine body 20. Has been.

次に、コントローラ40による制御原理について説明する。   Next, the control principle by the controller 40 will be described.

排気を利用するターボチャージャや機関の動力を使用するスーパーチャージャでは、排気やエンジン回転数によって、過給機の回転数が決定されるため、早い応答、特に1サイクル以内で回転数を変更することは難しかった。   For turbochargers that use exhaust and superchargers that use engine power, the speed of the turbocharger is determined by the exhaust and engine speed, so the response speed is fast, especially within one cycle. Was difficult.

しかし、電動コンプレッサはモータでコンプレッサインペラの回転を制御するため、応答性が高く、1サイクル内で回転速度を変更することも可能である。   However, since the electric compressor controls the rotation of the compressor impeller with a motor, the responsiveness is high and the rotational speed can be changed within one cycle.

従来の吸気脈動のように吸気管長さや、エンジン回転数に依存した圧力波ではなく電動コンプレッサの制御により吸気ポートにおける圧力波を任意のタイミング・波形にすることが可能となる(図2参照)。   Unlike the conventional intake pulsation, the pressure wave at the intake port can be set to an arbitrary timing / waveform by controlling the electric compressor instead of the pressure wave depending on the intake pipe length and the engine speed (see FIG. 2).

図2では、吸気ポートにおける圧力波を(1)最適な圧力脈動波形に制御した場合、(2)最適ではない圧力脈動波形に制御した場合、(3)出口圧力が一定となるように制御した場合を例に用いる。   In FIG. 2, when the pressure wave at the intake port is controlled to (1) an optimal pressure pulsation waveform, (2) when controlled to a non-optimal pressure pulsation waveform, (3) the outlet pressure is controlled to be constant. The case is used as an example.

(1)と(2)とは圧力波のタイミングをずらした制御となっている。   (1) and (2) are controlled by shifting the timing of the pressure wave.

(1)のように最適なタイミングに制御することで(3)のように一定圧力に制御した場合に対し、慣性過給を行うことができ体積効率が向上する(図3の(1)、(3)参照)。   By controlling at an optimal timing as in (1), inertial supercharging can be performed and volume efficiency is improved ((1) in FIG. (See (3)).

一方で(2)のように最適でないタイミングに制御すると充填効率は低減する(図3の(2)参照)。   On the other hand, when the timing is not optimized as in (2), the charging efficiency is reduced (see (2) in FIG. 3).

このように、コンプレッサインペラの出口の圧力波のタイミングを変更すると体積効率が変化する。最適な圧力波に制御することで体積効率が向上することが分かる。   Thus, the volumetric efficiency changes when the timing of the pressure wave at the outlet of the compressor impeller is changed. It turns out that volume efficiency improves by controlling to an optimal pressure wave.

そこで、本実施の形態では、コントローラ40は、随時計算することで最適な圧力波を算出することにより電動コンプレッサ32を駆動するモータ34の制御を行う。   Therefore, in the present embodiment, the controller 40 controls the motor 34 that drives the electric compressor 32 by calculating an optimum pressure wave by calculating from time to time.

このとき、エンジン14の回転数や負荷に応じて、電動コンプレッサ32の回転速度を1サイクル内で最適に変化させる制御を行う。   At this time, control is performed to optimally change the rotational speed of the electric compressor 32 within one cycle in accordance with the rotational speed and load of the engine 14.

本実施の形態では、コントローラ40は、エンジン14の回転数、クランク角、負荷の情報を受け取り、エンジン運転条件に対して最適な電動コンプレッサの回転数・タイミングを決定する。   In the present embodiment, the controller 40 receives information on the rotational speed, crank angle, and load of the engine 14 and determines the optimal rotational speed / timing of the electric compressor for the engine operating conditions.

電動コンプレッサの回転速度はエンジン14の1サイクルの間に周期的に変化するように制御する。具体的には、エンジン14の1サイクルの間に、電動コンプレッサ32の回転数の変動のサイクルは、気筒数と同じ数だけ存在する。例えば4気筒エンジンの場合、エンジンの1サイクルの間に、電動コンプレッサの回転数の変動は4サイクルだけ存在する(図4(A)参照)。   The rotational speed of the electric compressor is controlled to periodically change during one cycle of the engine 14. Specifically, during one cycle of the engine 14, there are as many cycles of fluctuations in the rotational speed of the electric compressor 32 as the number of cylinders. For example, in the case of a four-cylinder engine, there are only four cycles of fluctuations in the rotational speed of the electric compressor during one cycle of the engine (see FIG. 4A).

上記図4(A)の例では回転数を正弦波として変化させているが、図4(B)に示すように、インバータ36を制御し、モータ34に駆動・回生電流を印加することで、電動コンプレッサ32の回転数の波形を正確に目標とする波形にすることができる。   In the example of FIG. 4A, the rotational speed is changed as a sine wave, but as shown in FIG. 4B, by controlling the inverter 36 and applying a drive / regenerative current to the motor 34, The waveform of the rotational speed of the electric compressor 32 can be accurately set to a target waveform.

このときの回転数の振幅は電動コンプレッサのトルク容量(モータ出力限界)およびコンプレッサマップ上の作動線で決まる(図5(A)、(B)参照)。すわなち、モータ出力限界を超えず、かつ、コンプレッサの作動領域がサージ領域およびチョーク領域に入らない範囲にてモータの振幅を変化させる。   The amplitude of the rotational speed at this time is determined by the torque capacity (motor output limit) of the electric compressor and the operating line on the compressor map (see FIGS. 5A and 5B). That is, the motor amplitude is changed within a range where the motor output limit is not exceeded and the operating region of the compressor does not enter the surge region and the choke region.

また、電動コンプレッサの回転数を変化させることで、一定の回転数の時とコンプレッサの作動範囲が変化する。そのため平均回転数またはモータで使用する出力が同一であっても、コンプレッサから出力される圧力波が異なる。また回転数を変化せることでコンプレッサの効率が良い範囲を選択的に使用することも可能である。ただし、コンプレッサの作動範囲がサージ領域やチョーク領域に入らないようコンプレッサの回転数の振幅を制御する必要がある。   Further, by changing the rotational speed of the electric compressor, the operating range of the compressor changes at a constant rotational speed. Therefore, even if the average rotational speed or the output used by the motor is the same, the pressure wave output from the compressor is different. It is also possible to selectively use a range where the efficiency of the compressor is good by changing the rotation speed. However, it is necessary to control the amplitude of the rotation speed of the compressor so that the operating range of the compressor does not enter the surge region or the choke region.

また、吸気ポートの圧力波を、一定回転数の場合と比較すると、最適に回転数を制御している場合ではバルブリフトが閉じる直前の圧力が上昇しており、慣性過給による効果が得られることが分かる(図6参照)。   In addition, when the pressure wave of the intake port is compared with the case of a constant rotational speed, the pressure immediately before the valve lift closes increases when the rotational speed is optimally controlled, and the effect of inertia supercharging is obtained. It can be seen (see FIG. 6).

この効果により、回転速度を制御した場合では機関の体積効率が向上する。   Due to this effect, the volumetric efficiency of the engine is improved when the rotational speed is controlled.

上記の効果は、エンジン回転数や負荷が異なる条件でも生じるため、最適な回転数制御にすることで機関の体積効率が向上する。   Since the above-described effect occurs even under conditions where the engine speed and load are different, the volume efficiency of the engine is improved by controlling the optimal speed.

次に、電動コンプレッサの回転数の位相について説明する。   Next, the phase of the rotational speed of the electric compressor will be described.

吸気バルブが閉じる直前の圧力が高い圧力波が、吸気ポートに到達すると、慣性過給により充填効率が向上する。つまり充填効率を向上させるためには、吸気ポートに到達する圧力波の位相を制御する必要がある。   When a pressure wave having a high pressure immediately before the intake valve closes reaches the intake port, the charging efficiency is improved by inertia supercharging. That is, in order to improve the charging efficiency, it is necessary to control the phase of the pressure wave that reaches the intake port.

電動コンプレッサの回転数を変動させる制御によって生じる圧力変動は、電動コンプレッサを一定回転数で制御した場合の圧力と変動させる制御時の圧力との差分によって得られる(図7参照)。この圧力波がバルブの閉じるタイミングに対して次に定める位相になれば充填効率が向上する。   The pressure fluctuation caused by the control for changing the rotation speed of the electric compressor is obtained by the difference between the pressure when the electric compressor is controlled at a constant rotation speed and the pressure at the time of control for changing the pressure (see FIG. 7). If this pressure wave reaches the phase determined next with respect to the closing timing of the valve, the charging efficiency is improved.

吸気バルブリフトが最大となるクランク角をθA、吸気バルブが閉じるタイミングをθBとする。また上記の電動コンプレッサを一定回転速度で制御した場合の吸気ポートにおける圧力と回転数を変動させる制御時の吸気ポートにおける圧力の差分によって得られた圧力変動が最大となるクランク角をθpeakとする。このθpeakが以下に定めるクランク角θCとθDの間に入るよう電動コンプレッサの回転数を制御する(図8参照)。 The crank angle at which the intake valve lift is maximum is θ A , and the timing at which the intake valve closes is θ B. The crank angle at which the pressure fluctuation obtained by the difference between the pressure at the intake port when the electric compressor is controlled at a constant rotational speed and the pressure at the intake port at the time of control for varying the rotational speed is θ peak . . The rotational speed of the electric compressor is controlled so that this θ peak falls between the crank angles θ C and θ D defined below (see FIG. 8).

θCA+0.2(θBA
θDA+0.85(θBA
θ C = θ A +0.2 (θ BA )
θ D = θ A +0.85 (θ BA )

このクランク角θCとθDの間にθpeakが発生するよう、電動コンプレッサの回転数を制御することができれば、電動コンプレッサの回転数を一定にした場合(図9参照)に対して、同一の消費電力で充填効率を向上させることができる。 If the rotation speed of the electric compressor can be controlled so that θ peak is generated between the crank angles θ C and θ D , it is the same as when the rotation speed of the electric compressor is constant (see FIG. 9). The charging efficiency can be improved with the power consumption.

また、図10に示すように、コンプレッサ出口直後においては電動コンプレッサの回転数変動の位相と、回転数変動制御によって生じる圧力波(電動コンプレッサを一定回転速度で制御した場合の圧力と変動させる制御時の圧力の差分)の位相は等しくなる。つまりコンプレッサ出口直後の圧力波のピークと電動コンプレッサの回転数のピークは等しく、このピークとなるクランク角度をθpeak_compと定める。 Further, as shown in FIG. 10, immediately after the compressor outlet, the phase of the rotational speed fluctuation of the electric compressor and the pressure wave generated by the rotational speed fluctuation control (at the time of control to change the pressure when the electric compressor is controlled at a constant rotational speed). The phase of the pressure difference is equal. That is, the peak of the pressure wave immediately after the compressor outlet is equal to the peak of the rotational speed of the electric compressor, and the peak crank angle is defined as θ peak_comp .

また電動コンプレッサの回転数の変化により生じる圧力波が吸気ポートに到達するまで位相の遅れが生じる(図11参照)。この位相遅れをθdelayと定める。そのため、
θC- θdelay < θpeak_comp < θD- θdelay
となるように、電動コンプレッサの回転数変動を制御する。
Further, a phase delay occurs until the pressure wave generated by the change in the rotation speed of the electric compressor reaches the intake port (see FIG. 11). This phase delay is defined as θ delay . for that reason,
θ Cdelaypeak_compDdelay
Thus, the fluctuation of the rotation speed of the electric compressor is controlled.

また吸気ポートに設けられた圧力計42により、圧力波をセンシングし、電動コンプレッサの回転数変動がピークとなるクランク角θpeak_compと、吸気ポートにおける電動コンプレッサを一定回転速度で制御した場合の圧力と変動させる制御時の圧力の差分によって得られた圧力変動が最大となるクランク角θpeakとの差が位相遅れθdelayとなる。これによって得られた位相差を考慮し、
θC- θdelay < θpeak_comp < θD- θdelay
となるように電動コンプレッサの回転数を制御する(図12参照)。
In addition, the pressure gauge 42 provided at the intake port senses a pressure wave, the crank angle θ peak_comp at which the rotational speed fluctuation of the electric compressor peaks, and the pressure when the electric compressor at the intake port is controlled at a constant rotational speed, The difference from the crank angle θ peak at which the pressure fluctuation obtained by the pressure difference at the time of control to be varied becomes the maximum is the phase delay θ delay . Considering the phase difference obtained by this,
θ Cdelaypeak_compDdelay
The rotational speed of the electric compressor is controlled so as to be (see FIG. 12).

以上の原理に従って、本実施の形態では、コントローラ40は、まず、事前に、電動コンプレッサ32の回転数を一定にしたときに吸気ポートに生じる圧力波を圧力計42で計測し、記録しておく。   In accordance with the above principle, in the present embodiment, the controller 40 first measures and records in advance the pressure wave generated in the intake port when the rotational speed of the electric compressor 32 is made constant with the pressure gauge 42. .

また、コントローラ40は、エンジン14の回転数、負荷、エンジン14のクランク角、吸気流量、要求トルク、エンジン14の緒元を入力として、電動コンプレッサ32の回転数の変動における平均値及び振幅を算出し、電動コンプレッサ32の回転数の変動の周期を、エンジン14の1サイクルの周期を気筒数で除した期間とし、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を初期値に設定して、電動コンプレッサ32の回転数を周期的に変動させる。このとき、吸気ポートに生じる圧力波を圧力計42で計測し、事前に記録しておいた圧力波と比較して、圧力波の差分によって得られた圧力変動が最大となるクランク角を算出し、算出した圧力変動が最大となるクランク角と、電動コンプレッサ32の回転数の変動がピークとなるクランク角とのずれを算出することで、電動コンプレッサ32の回転数の変動により生じる圧力波が吸気ポートに到達するまでの遅れ分を算出する。   Further, the controller 40 calculates the average value and amplitude in the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 by using the rotational speed of the engine 14, the load, the crank angle of the engine 14, the intake flow rate, the required torque, and the specifications of the engine 14 as inputs. The cycle of the rotational speed of the electric compressor 32 is set to a period obtained by dividing the cycle of one cycle of the engine 14 by the number of cylinders, and the phase of the rotational speed fluctuation of the electric compressor 32 is set to an initial value. The rotational speed of 32 is periodically changed. At this time, the pressure wave generated in the intake port is measured by the pressure gauge 42, and compared with the pressure wave recorded in advance, the crank angle at which the pressure fluctuation obtained by the pressure wave difference is maximized is calculated. By calculating the difference between the crank angle at which the calculated pressure fluctuation becomes maximum and the crank angle at which the fluctuation of the rotation speed of the electric compressor 32 reaches a peak, the pressure wave caused by the fluctuation of the rotation speed of the electric compressor 32 is sucked. Calculate the delay until reaching the port.

そして、コントローラ40は、θA+0.2(θBA)からθA+0.85(θBA)までの期間に、電動コンプレッサ32の回転数の変動のピークがくるように、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を修正したうえで、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を、算出した、電動コンプレッサ32の回転数の変動により生じる圧力波が吸気ポートに到達するまでの遅れ分だけ早めるように更に修正して、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように電動コンプレッサ32の回転数を周期的に変動させる。 Then, the controller 40 operates the electric compressor so that the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 peaks during the period from θ A +0.2 (θ B −θ A ) to θ A +0.85 (θ B −θ A ). After correcting the phase of fluctuation of the rotational speed of the compressor 32, the phase of fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 is calculated until the pressure wave generated by the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 reaches the intake port. Further correction is made so as to advance by the delay amount, and the rotational speed of the electric compressor 32 is periodically changed so that the peak of the intake pulsation in the intake port is generated between the maximum lift of the intake valve and the valve closing.

次に、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10の動作と併せてその作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect will be described together with the operation of the engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention.

まず、事前に、電動コンプレッサ32を一定の回転数で運転させ、圧力計42により、電動コンプレッサ32の回転数を一定にしたときに生じる吸気ポートにおける圧力波を計測し、記録しておく。   First, in advance, the electric compressor 32 is operated at a constant rotational speed, and the pressure wave generated at the intake port when the rotational speed of the electric compressor 32 is made constant by the pressure gauge 42 is measured and recorded.

図13には、コントローラ40の動作を表すフローチャートが示されている。エンジンの過渡的な運転状態にも追従するように、図13のフローチャートが示すコントローラ40の動作は、エンジン運転中常時行われる。   FIG. 13 shows a flowchart representing the operation of the controller 40. The operation of the controller 40 shown in the flowchart of FIG. 13 is always performed during engine operation so as to follow the transient operation state of the engine.

コントローラ40は、図13のフローチャートで示されるプログラム処理を開始すると、先ず、ステップS100において、エンジン本体20内に設けられた各種センサ、及び流量計の出力信号を検出する。   When the program process shown in the flowchart of FIG. 13 is started, the controller 40 first detects various sensors provided in the engine body 20 and the output signals of the flowmeters in step S100.

続いて、コントローラ40は、ステップS102において、エンジン14の回転数及びエンジンの緒元(気筒数)に基づいて、エンジン14の1サイクルの周期を気筒数で除した期間を、電動コンプレッサ32の回転数の変動の周期として算出する。   Subsequently, in step S102, the controller 40 determines the rotation of the electric compressor 32 during a period obtained by dividing the cycle of one cycle of the engine 14 by the number of cylinders based on the number of rotations of the engine 14 and the engine specifications (number of cylinders). Calculated as the period of number fluctuation.

そして、コントローラ40は、ステップS104において、エンジンの緒元(開バルブに対応するクランク角、閉バルブに対応するクランク角)に基づいて、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を初期値に設定する。   In step S104, the controller 40 sets the phase of fluctuation in the rotational speed of the electric compressor 32 to an initial value based on the engine specifications (the crank angle corresponding to the open valve and the crank angle corresponding to the closed valve). To do.

そして、コントローラ40は、ステップS106において、エンジン14の回転数、負荷、エンジン14のクランク角、吸気流量、要求トルク、エンジンの緒元(排気量、吸気管長さ)を入力として、電動コンプレッサ32の回転数の変動における平均値を算出し、ステップS108において、電動コンプレッサ32のモータ34の仕様(回転数の上限、トルクの上限)及びコンプレッサマップ(サージライン、チョークライン、効率)に基づいて、電動コンプレッサ32の使用可能な範囲に対応する、電動コンプレッサ32の回転数の変動の振幅を算出する。   In step S106, the controller 40 receives the engine speed, the load, the crank angle of the engine 14, the intake flow rate, the required torque, and the engine specifications (displacement amount, intake pipe length) as inputs. In step S108, an average value of fluctuations in the rotational speed is calculated. Based on the specifications of the motor 34 of the electric compressor 32 (upper limit of rotational speed, upper limit of torque) and the compressor map (surge line, choke line, efficiency), The amplitude of fluctuation in the rotational speed of the electric compressor 32 corresponding to the usable range of the compressor 32 is calculated.

そして、コントローラ40は、ステップS110において、上記ステップS102〜S108で得られた電動コンプレッサ32の回転数の変動の周期、位相、平均値、振幅を用いて、電動コンプレッサ32の回転数を周期的に変動させる。   In step S110, the controller 40 periodically sets the rotational speed of the electric compressor 32 using the cycle, phase, average value, and amplitude of the rotational speed fluctuation of the electric compressor 32 obtained in steps S102 to S108. Fluctuate.

コントローラ40は、ステップS112において、吸気ポートに生じる圧力波を圧力計42で計測する。そして、コントローラ40は、ステップS114において、上記ステップS112で計測した圧力波と、事前に記録しておいた圧力波とを比較して、圧力波の差分によって得られた圧力変動が最大となるクランク角を算出し、算出した圧力変動が最大となるクランク角と、電動コンプレッサ32の回転数の変動がピークとなるクランク角とのずれを算出することで、電動コンプレッサ32の回転数の変動により生じる圧力波が吸気ポートに到達するまでの遅れ分を算出する。   In step S112, the controller 40 measures the pressure wave generated in the intake port with the pressure gauge 42. In step S114, the controller 40 compares the pressure wave measured in step S112 with the pressure wave recorded in advance, and the crank whose pressure fluctuation obtained by the pressure wave difference is maximum is maximized. The angle is calculated, and the difference between the crank angle at which the calculated pressure fluctuation becomes maximum and the crank angle at which the fluctuation of the rotation speed of the electric compressor 32 reaches a peak is calculated, thereby causing the fluctuation of the rotation speed of the electric compressor 32. The delay until the pressure wave reaches the intake port is calculated.

そして、コントローラ40は、ステップS116において、θA+0.2(θBA)からθA+0.85(θBA)までの期間に、電動コンプレッサ32の回転数の変動のピークがくるように、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を修正したうえで、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を、上記ステップS114で算出した遅れ分だけ早めるように更に修正する。 In step S116, the controller 40 peaks the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 during the period from θ A +0.2 (θ B −θ A ) to θ A +0.85 (θ B −θ A ). Thus, after correcting the phase of fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32, the phase of fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 is further corrected so as to be advanced by the delay calculated in step S114.

コントローラ40は、ステップS118では、モータ34の制限などに基づいて、一定回転制御よりも脈動制御の方が効果があるか否かを判定する。脈動制御の方が効果があると判定された場合には、ステップS120へ移行し、上記ステップS102〜S108、S116で得られた電動コンプレッサ32の回転数の変動の周期、位相、平均値、振幅を用いて、電動コンプレッサ32の回転数を周期的に変動させる。   In step S118, the controller 40 determines whether or not the pulsation control is more effective than the constant rotation control based on the limitation of the motor 34 or the like. When it is determined that the pulsation control is more effective, the process proceeds to step S120, and the cycle, phase, average value, and amplitude of fluctuations in the rotational speed of the electric compressor 32 obtained in steps S102 to S108 and S116 are performed. Is used to periodically vary the rotational speed of the electric compressor 32.

一方、脈動制御の方が効果がないと判定された場合、コントローラ40は、ステップS122において、上記ステップS106で得られた電動コンプレッサ32の回転数の平均値を用いて、電動コンプレッサ32の回転数を一定に制御する。   On the other hand, when it is determined that the pulsation control is not effective, the controller 40 uses the average value of the rotation speed of the electric compressor 32 obtained in step S106 in step S122 to rotate the rotation speed of the electric compressor 32. Is controlled to be constant.

以上説明したように、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10によれば、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させることにより、吸気バルブタイミングに対して最適な吸気脈動が生じ、慣性過給により充填効率が向上するため、簡易な構成で、吸気の充填効率を向上させることができる。   As described above, according to the engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention, the electric intake pulsation peak in the intake port is electrically generated so as to occur between the maximum lift of the intake valve and the valve closing. By periodically changing the rotation speed of the compressor, the optimum intake pulsation occurs with respect to the intake valve timing, and the charging efficiency is improved by inertia supercharging. Therefore, the intake charging efficiency is improved with a simple configuration. Can do.

従来のエンジンにおいても、新気が移動することにより生じる慣性力と、ピストンの下降による吸入力と、吸気管の長さのバランスにより吸気圧力に脈動が生じる。しかし、設計諸元や運転条件によっては最適な脈動のタイミングにならずに、吸気効率が下がる。一方で、高応答な電動コンプレッサを、上述した手法により制御することで人為的に脈動を制御することが可能となり、最適な充填効率を得る吸気脈動を発生させることが可能となる。このように、エンジンの充填効率が向上するため、出力が向上する。また、電動コンプレッサで消費される電力が低減するため、エンジンシステムとして低燃費となる。   Even in a conventional engine, pulsation occurs in the intake pressure due to the balance between the inertial force generated by the movement of fresh air, the suction input due to the lowering of the piston, and the length of the intake pipe. However, depending on the design specifications and operating conditions, the intake efficiency is lowered without the optimal pulsation timing. On the other hand, it is possible to artificially control pulsation by controlling a highly responsive electric compressor by the above-described method, and it is possible to generate intake pulsation that obtains optimum filling efficiency. Thus, the engine charging efficiency is improved, so that the output is improved. Moreover, since the electric power consumed by the electric compressor is reduced, the engine system has low fuel consumption.

なお、電動コンプレッサの出力が大きい場合であっても、上述したように、位相の遅れを考慮して制御を行うようにする。   Even when the output of the electric compressor is large, the control is performed in consideration of the phase delay as described above.

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。なお、第一実施形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, about the part which becomes the same structure as 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

本発明の第二実施形態に係るエンジンシステムでは、給気ポートに圧力計を設けない場合を例に説明する。   In the engine system according to the second embodiment of the present invention, a case where a pressure gauge is not provided in the air supply port will be described as an example.

すわなち、本発明の第二実施形態に係るエンジンシステムには、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムS1に対し、圧力計42が備えられていない。なお、エンジンシステムの他の構成は、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムS1と同様である。   That is, the engine system according to the second embodiment of the present invention is not provided with the pressure gauge 42 as compared with the engine system S1 according to the first embodiment of the present invention described above. The other configuration of the engine system is the same as that of the engine system S1 according to the first embodiment of the present invention described above.

第二実施形態では、実験的に、エンジン機関の回転数、負荷などの運転条件毎に、位相遅れを予め計測しておき、運転条件毎に計測された位相遅れを格納したマップを用意しておく。   In the second embodiment, experimentally, a phase lag is measured in advance for each operating condition such as the engine speed and load, and a map storing the phase lag measured for each operating condition is prepared. deep.

コントローラ40は、エンジン14の回転数、負荷などの運転条件に基づいて、予め用意されたマップから、位相遅れを算出する。   The controller 40 calculates a phase delay from a map prepared in advance based on operating conditions such as the rotation speed and load of the engine 14.

また、コントローラ40は、エンジン14の回転数、負荷、エンジン14のクランク角、吸気流量、要求トルクを入力として、電動コンプレッサ32の回転数の変動における平均値及び振幅を算出し、電動コンプレッサ32の回転数の変動の周期を、エンジン14の1サイクルの周期を気筒数で除した期間とする。   Further, the controller 40 receives the engine speed, the load, the crank angle of the engine 14, the intake air flow rate, and the required torque, and calculates an average value and an amplitude in the fluctuation of the speed of the electric compressor 32. The period of fluctuation in the rotational speed is a period obtained by dividing the period of one cycle of the engine 14 by the number of cylinders.

そして、コントローラ40は、θA+0.2(θBA)からθA+0.85(θBA)までの期間に、吸気ポートでの圧力脈動のピークがくるように、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を算出したうえで、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を、算出した位相遅れ分だけ早めるように修正して、電動コンプレッサ32の回転数を周期的に変動させる。 Then, the controller 40 controls the electric compressor 32 so that the peak of pressure pulsation at the intake port comes during the period from θ A +0.2 (θ B −θ A ) to θ A +0.85 (θ B −θ A ). After calculating the phase of the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32, the phase of the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 is corrected so as to be advanced by the calculated phase delay, and the rotational speed of the electric compressor 32 is periodically changed. .

これにより、コントローラ40は、運転条件に応じてθC- θdelay < θpeak_comp < θD- θdelay となるように電動コンプレッサ32の回転数を制御する。 Thus, the controller 40, depending on the operating conditions θ C - θ delay <θ peak_comp <θ D - controlling the rotational speed of the electric compressor 32 such that theta delay.

図14には、コントローラ40の動作を表すフローチャートが示されている。エンジンの過渡的な運転状態にも追従するように、図14のフローチャートが示すコントローラ40の動作は、エンジン運転中常時行われる。なお、第一実施形態と同様の処理については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。   FIG. 14 shows a flowchart representing the operation of the controller 40. The operation of the controller 40 shown in the flowchart of FIG. 14 is always performed during engine operation so as to follow the transient operation state of the engine. In addition, about the process similar to 1st embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

コントローラ40は、図14のフローチャートで示されるプログラム処理を開始すると、先ず、ステップS100において、エンジン本体20内に設けられた各種センサ、及び流量計の出力信号を検出する。   When the controller 40 starts the program processing shown in the flowchart of FIG. 14, first, in step S100, the controller 40 detects output signals from various sensors provided in the engine body 20 and the flow meter.

続いて、コントローラ40は、ステップS102において、エンジン14の回転数及びエンジンの緒元(気筒数)に基づいて、エンジン14の1サイクルの周期を気筒数で除した期間を、電動コンプレッサ32の回転数の変動の周期として算出する。   Subsequently, in step S102, the controller 40 determines the rotation of the electric compressor 32 during a period obtained by dividing the cycle of one cycle of the engine 14 by the number of cylinders based on the number of rotations of the engine 14 and the engine specifications (number of cylinders). Calculated as the period of number fluctuation.

そして、コントローラ40は、ステップS200において、エンジン14の回転数、負荷と、エンジン緒元とに基づいて、予め用意されたマップから、位相遅れを算出する。   In step S200, the controller 40 calculates a phase lag from a map prepared in advance based on the rotational speed and load of the engine 14 and the engine specifications.

コントローラ40は、ステップS202において、上記ステップS200で算出された位相遅れ、及びエンジンの緒元(バルブタイミング)に基づいて、θA+0.2(θBA)からθA+0.85(θBA)までの期間に、電動コンプレッサ32の回転数の変動のピークがくるように、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を算出したうえで、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を、算出した位相遅れ分だけ早めるように修正することにより、電動コンプレッサ32の回転数の変動の位相を算出する。 In step S202, the controller 40 determines from θ A +0.2 (θ B −θ A ) to θ A +0.85 (θ B ) based on the phase delay calculated in step S200 and the engine specifications (valve timing). -θ A ) After calculating the phase of the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 so that the peak of the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 is reached, the phase of the fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32 is calculated. Is corrected so as to be advanced by the calculated phase delay, thereby calculating the phase of fluctuation of the rotational speed of the electric compressor 32.

そして、コントローラ40は、ステップS106において、エンジン14の回転数、負荷、エンジン14のクランク角、吸気流量、要求トルク、エンジンの緒元(排気量、吸気管長さ)を入力として、電動コンプレッサ32の回転数の変動における平均値を算出し、ステップS108において、電動コンプレッサ32のモータ34の仕様(回転数の上限、トルクの上限)及びコンプレッサマップ(サージライン、チョークライン、効率)に基づいて、電動コンプレッサ32の使用可能な範囲に対応する、電動コンプレッサ32の回転数の変動の振幅を算出する。   In step S106, the controller 40 receives the engine speed, the load, the crank angle of the engine 14, the intake flow rate, the required torque, and the engine specifications (displacement amount, intake pipe length) as inputs. In step S108, an average value of fluctuations in the rotational speed is calculated. Based on the specifications of the motor 34 of the electric compressor 32 (upper limit of rotational speed, upper limit of torque) and the compressor map (surge line, choke line, efficiency), The amplitude of fluctuation in the rotational speed of the electric compressor 32 corresponding to the usable range of the compressor 32 is calculated.

そして、コントローラ40は、ステップS118において、モータ34の制限などに基づいて、一定回転制御よりも脈動制御の方が効果があるか否かを判定する。脈動制御の方が効果があると判定された場合には、ステップS120へ移行し、上記ステップS102、S202、S106、S108で得られた電動コンプレッサ32の回転数の変動の周期、位相、平均値、振幅を用いて、電動コンプレッサ32の回転数を周期的に変動させる。   In step S118, the controller 40 determines whether or not the pulsation control is more effective than the constant rotation control based on the limitation of the motor 34 or the like. When it is determined that the pulsation control is more effective, the process proceeds to step S120, and the cycle, phase, and average value of the fluctuations in the rotational speed of the electric compressor 32 obtained in steps S102, S202, S106, and S108. The rotation speed of the electric compressor 32 is periodically changed using the amplitude.

一方、脈動制御の方が効果がないと判定された場合、コントローラ40は、ステップS122において、上記ステップS106で得られた電動コンプレッサ32の回転数の平均値を用いて、電動コンプレッサ32の回転数を一定に制御する。   On the other hand, when it is determined that the pulsation control is not effective, the controller 40 uses the average value of the rotation speed of the electric compressor 32 obtained in step S106 in step S122 to rotate the rotation speed of the electric compressor 32. Is controlled to be constant.

このように、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置によっても、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させることにより、吸気バルブタイミングに対して最適な吸気脈動が生じ、慣性過給により充填効率が向上するため、簡易な構成で、吸気の充填効率を向上させることができる。   Thus, even with the engine supercharging device according to the second embodiment of the present invention, the rotational speed of the electric compressor is such that the peak of the intake pulsation in the intake port is generated between the maximum lift of the intake valve and the valve closing. By periodically varying the intake pulsation, the optimum intake pulsation occurs with respect to the intake valve timing, and the charging efficiency is improved by inertia supercharging. Therefore, the intake charging efficiency can be improved with a simple configuration.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited above, Of course, it can change and implement variously within the range which does not deviate from the main point. .

10 エンジン過給装置
12 エアクリーナ
14 エンジン
16 インタークーラ
17 スロットル弁
18 吸気マニホールド
20 エンジン本体
22 排気マニホールド
24 排気通路
26 吸気通路
32 電動コンプレッサ
34 モータ
36 インバータ
40 コントローラ
42 圧力計
50 後処理装置
60 インペラ
S1 エンジンシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine supercharger 12 Air cleaner 14 Engine 16 Intercooler 17 Throttle valve 18 Intake manifold 20 Engine main body 22 Exhaust manifold 24 Exhaust passage 26 Intake passage 32 Electric compressor 34 Motor 36 Inverter 40 Controller 42 Pressure gauge 50 Aftertreatment device 60 Impeller S1 Engine system

Claims (7)

エンジンと接続された吸気通路と、
前記吸気通路に設けられ、モータで駆動されることで前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する電動コンプレッサと、
前記エンジンの回転数及び前記エンジンのクランク角を入力として、吸気ポートにおける吸気脈動のピークを、吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるように前記電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させる制御部と、
を含むエンジン過給装置。
An intake passage connected to the engine;
An electric compressor that is provided in the intake passage and that is driven by a motor to compress intake air flowing through the intake passage;
Using the engine speed and the crank angle of the engine as inputs, the rotational speed of the electric compressor is periodically changed so that a peak of intake pulsation at the intake port occurs between the maximum lift of the intake valve and the valve closing. A variable control unit;
Including engine supercharger.
前記制御部は、前記電動コンプレッサの回転数の変動の周期を、前記エンジンの1サイクルの周期を気筒数で除した期間とする請求項1記載のエンジン過給装置。   2. The engine supercharging device according to claim 1, wherein the control unit sets a cycle of fluctuation in the rotation speed of the electric compressor as a period obtained by dividing a cycle of one cycle of the engine by the number of cylinders. 前記制御部は、前記吸気バルブの最大リフトに対応するクランク角をθA、前記吸気バルブの閉弁に対応するクランク角をθBとするとき、θA+α(θBA)からθA+β(θBA)までの期間(ただし、0<α<β<1である。)に、前記吸気ポートにおける吸気脈動のピークが発生するように、前記電動コンプレッサの回転数の変動の位相を制御する請求項1又は2記載のエンジン過給装置。 When the crank angle corresponding to the maximum lift of the intake valve is θ A and the crank angle corresponding to the closing of the intake valve is θ B , the control unit calculates from θ A + α (θ B −θ A ). The rotational speed of the electric compressor is such that the peak of intake pulsation at the intake port occurs during the period up to θ A + β (θ B −θ A ) (where 0 <α <β <1). The engine supercharging device according to claim 1, wherein the phase of fluctuation of the engine is controlled. 前記制御部は、前記電動コンプレッサの回転数のピークが、前記吸気バルブの最大リフトから閉弁までの間に発生させるようにしたときの前記電動コンプレッサの回転数の変動の位相を、前記電動コンプレッサの回転数の変動により生じる圧力波が前記吸気ポートに到達するまでの遅れ分だけ早めるように制御する請求項1〜請求項3の何れか1項記載のエンジン過給装置。   The controller is configured to determine a phase of fluctuation in the rotational speed of the electric compressor when a peak of the rotational speed of the electric compressor is generated between a maximum lift and a valve closing of the intake valve. The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 3, wherein control is performed so that a pressure wave generated by fluctuations in the rotational speed of the engine is advanced by a delay until the pressure wave reaches the intake port. 前記電動コンプレッサの回転数の変動により生じる圧力波が前記吸気ポートに到達するまでの遅れ分を、
前記吸気ポートにおける吸気脈動を前記吸気ポートで計測し、前記電動コンプレッサの回転数の変動との位相のずれを算出することで得る請求項4記載のエンジン過給装置。
The amount of delay until the pressure wave caused by fluctuations in the rotational speed of the electric compressor reaches the intake port,
The engine supercharging device according to claim 4, which is obtained by measuring an intake air pulsation at the intake port at the intake port and calculating a phase shift from a fluctuation in the rotational speed of the electric compressor.
前記電動コンプレッサの回転数の変動により生じる圧力波が前記吸気ポートに到達するまでの遅れ分を、前記エンジンの回転数及び負荷に応じて予め計測したものとする請求項4記載のエンジン過給装置。   The engine supercharging device according to claim 4, wherein a delay amount until a pressure wave caused by fluctuations in the rotational speed of the electric compressor reaches the intake port is measured in advance according to the rotational speed and load of the engine. . 前記制御部は、前記モータの駆動と回生の切り替え制御を行うことにより、前記電動コンプレッサの回転数を周期的に変動させる請求項1〜請求項6の何れか1項記載のエンジン過給装置。   The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit periodically changes the rotational speed of the electric compressor by performing switching control between driving and regeneration of the motor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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