JP3951942B2

JP3951942B2 - Electric supercharging system

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Publication number: JP3951942B2
Application number: JP2003071924A
Authority: JP
Inventors: 進久保; 直輝三嶋; 亮池上; 秀治門岡; 元之服部; 聡島田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004278430A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の過給システムに関し、特に電動機により駆動する過給機を有する過給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン吸気通路中に、エンジンの排気ガスによって駆動される大型のターボチャージャーと、エンジンの排気ガスと電動機によって駆動される小型のターボチャージャーとを設け、前記大型および小型ターボチャージャーのコンプレッサーの下流で合流する吸気通路の合流部より下流にインタークーラを設け、吸気および排気通路に流路を切り換えるための切り換え弁を設けて、これを制御することによってエンジン回転数が低速回転域の時は小型ターボチャージャーを作動させると同時に発電・電動機を電動機運転させてブースト圧を高め、エンジン回転数が低速回転域を超えると小型ターボチャージャーを停止して大型ターボチャージャーを作動させ、かつ小型ターボチャージャーを電動機運転してブースト圧の降下を抑える過給システムが特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２０７５２２号公報
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の過給システムでは、電動機付きのターボチャージャーもエンジンの排気ガスを利用して駆動するので、排気通路の近くに配置しなければならないというレイアウトの制約があった。したがって、必ずしも過給の過渡応答性に最も有利な場所に配置できるとは限らなかった。
【０００５】
そこで本発明では、レイアウトの制約を受けずに、過渡応答性に最も有利な場所に過給機を配置できる過給システムとすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の過給装置は、内燃機関の吸気通路の一部が分岐し、一方の通路にターボ過給機、他方の通路に電動過給機を配置し、前記ターボ過給機の下流かつ合流部の上流に開閉弁を配置し、前記開閉弁は前記電動過給機の作動開始から前記電動過給機の回転数が所定値に達するまでは開弁状態であり、前記電動過給機の回転数が所定値に達したら閉弁し、その後前記ターボ過給機の過給圧に応じて所定開度になるまで開度を増し、所定開度に達したときに開度を全開にする。
【０００７】
【作用・効果】
本発明によれば、電動過給機の作動時に開閉弁を閉じるので、過給気のターボ過給機側への逆流を防ぎ、加速初期から応答性のよい過給が行える。また、電動過給機の駆動にエンジンの排気ガスを利用しないので、電動過給機のレイアウトの制約が少なくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
第１実施形態の過給システムを図１に示す。
【００１０】
エンジン１１の排気ガスによって駆動するターボ過給機４と、電動機７によって駆動する電動過給機６が、吸気系のエアフローメータ１８とスロットルバルブ９の間に並列に配置される。つまりエアフローメータ１８下流の吸気通路が吸気管１、吸気管２に分岐して、吸気管１にはターボ過給機４、吸気管２には電動過給機６が介装され、ターボ過給機４と電動過給機６の下流の吸気通路は合流部２５で合流して合流管８となり、スロットルバルブ９を介して吸気マニホールド１０に連結される。ターボ過給機４の下流かつ合流管８の合流部２５より上流には、ターボ過給機４と合流管８の合流部２５との連通を遮断可能な開閉弁１４を、ターボ過給機４の下流かつ開閉弁１４の上流に圧力センサ１７を設ける。
【００１１】
開閉弁１４およびスロットルバルブ９の開度、圧力センサ１７およびエアフローメータ１８の検出値、電動機７の電流値、後述する方法で求める電動過給機６の回転速度等はコントロールユニット（ＥＣＭ）２１に入力される。
【００１２】
電動過給機６は、電動機７により駆動されるため、回転数がエンジン１１の回転数に依存せず、過給圧が高まるまでの時間がターボ過給機４よりも短い。また、駆動に排気ガスを使用しないので排気マニホールド１２との位置関係によるレイアウトの制約を受けることがなく、過渡応答性に優れた場所に配置することができる。
【００１３】
そこで、この特性を生かして、エンジン１１の低回転域や、過給に遅れが生じるいわゆるターボラグといったターボ過給機４が過給を行えない状況で、ターボ過給機４が過給を行えない間は電動過給機６を稼働させて過給を行う。また、電動過給機６の稼働・停止に関連付けて開閉弁１４の開閉を行い、吸気経路の切り換えを行う。前述した電動過給機６、開閉弁１４の制御はＥＣＭ２１が圧力センサ１７の検出値やスロットルチャンバー９の開度等に基づいて行う。
【００１４】
次に本システムの制御について図７のフローチャートを用いて説明する。
【００１５】
ステップＳ１００ではアクセル開度を読み込む。ステップＳ１０１ではステップＳ１００で求めたアクセル開度に応じてスロットルバルブ９を開く。
【００１６】
ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で定めたスロットル開度が、車両の加速要求を検出するために予め定めた所定値θＴＶＯ以上であるか否かの判定を行う。所定値θＴＶＯ以上、すなわち加速要求がある場合にはステップＳ１０３に進み、電動機７に電流を流す。所定値θＴＶＯより小さい、すなわち加速要求がない場合にはステップＳ１１１に進み、電動機７に電流を流さずに処理を終了する。
【００１７】
ステップＳ１０３で電動機７に電流を流したらステップＳ１０４に進み、電動機７の回転数Ｎが所定値ωＭＯＴ以上であるか否かの判定を行う。この判定は電動機７近傍に回転速度センサを設けて測定する方法、電流値と予め求めた電動機７の特性とから推定する方法等がある。また、所定値ωＭＯＴは電動機７の回転数Ｎと電動過給機６の過給圧との関係から予め定めておく。
【００１８】
なお、本実施形態において開閉弁１４は初期状態では開いており、電動機７の回転数Ｎが所定値ωＭＯＴよりも低い場合には、エンジン１１への空気供給量をできるだけ多くする為に、開閉弁１４は開いたままにしてターボ過給機４からの空気もエンジン１１へ供給する。
【００１９】
そして電動機７の回転数Ｎが所定値ωＭＯＴ以上、つまり電動過給機６の過給圧が高まったら、電動過給機６から開閉弁１４への空気の逆流防止の為に開閉弁１４を閉じる。
【００２０】
ステップＳ１０４で電動機７の回転数Ｎが所定値ωＭＯＴ以上と判定された場合には、ステップＳ１０５に進み、上記理由により開閉弁１４を閉じてステップＳ１０６に進む。所定値ωＭＯＴより低い場合は、ステップＳ１０２に戻る。
【００２１】
ステップＳ１０６ではターボ過給機４と開閉弁１４との間の吸気管２０の圧力が予め定めた所定値ＰＢＴＣ以上であるか否かの判定を行う。所定値ＰＢＴＣは、ターボ過給機４が破損しない程度の圧力で、予め実験などにより求める。
【００２２】
吸気管２０の圧力が所定値ＰＢＴＣ以上である場合にはステップＳ１０７に進みバイパス弁１４を一定の割合だけ開く。吸気管２０の圧力が所定値ＰＢＴＣより低い場合にはステップＳ１１３に進み、スロットル開度が所定値θＴＶＯ以上であるか否かの判定を行い、所定値θＴＶＯ以上であればステップＳ１０６の判定を再び行い、所定値θＴＶＯ以下であればステップＳ１１０に進み、電動過給機７を停止して処理を終了する。
【００２３】
ステップＳ１０７で開閉弁１４を一定開度開いたら、ステップＳ１０８でその開度が予め定めた所定値θＢＶ以上であるか否かの判定を行う。所定値θＢＶは、ターボ過給機６の過給圧、開閉弁１４の開度、および吸気管２０の圧力の関係からターボ過給機６が十分に過給を行える条件を調べて決定する。所定値θＢＶ以上である場合にはステップＳ１０９へ進み開閉弁１４を全開にし、所定値θＢＶより小さい場合にはステップＳ１１２に進み、スロットル開度が所定値θＴＶＯ以上であるか否かの判定を行い、所定値θＴＶＯ以上であればステップＳ１０６に戻り、所定値θＴＶＯ以下であればステップＳ１１０に進み、電動過給機６を停止して処理を終了する。
【００２４】
上記ステップＳ１０６〜Ｓ１０８の制御について説明する。
【００２５】
ステップＳ１０５で開閉弁１４を閉じたので、ターボ過給機４を通過した空気の行き場がなくなり、ターボ過給機４と開閉弁１４との間の吸気管２０の圧力が上昇する。ここで、ターボ過給機４下流の吸気管の圧力が上昇しすぎるとターボ過給機４が破損するおそれがあるので、前述した所定値ＰＢＴＣを用いて判定を行う。ステップＳ１０６の判定で所定値ＰＢＴＣ以上であった場合には、吸気管２０の過度の圧力上昇を防止するために、ステップＳ１０７で開閉弁１４を開くのである。そして開閉弁１４の開度が予め定めた所定値θＢＶ以上になった場合には、ターボ過給機４が十分に過給を行える状態になったものと判定してステップＳ１０９で開閉弁１４を全開にするのである。
ステップＳ１０９で開閉弁１４を全開にしたらステップＳ１１０に進み、電動過給機６を停止する。これは、ターボ過給機４が十分に過給を行える状態になれば、ターボ過給機４の過給が立ち上がるまでの過給を担う目的で配置した電動過給機６を駆動しておく必要がなくなるからである。なお、ステップＳ１０８で所定値θＢＶとの比較を行わずに、開閉弁１４が全開になるまでステップＳ１０６〜Ｓ１０８、Ｓ１１２を繰り返してもよい。
【００２６】
上記の制御を図８のタイムチャートに示す。
【００２７】
ｔ０でアクセル開度が大きくすると、それに伴ってスロットル開度も大きくなる。そしてｔ１でスロットル開度が加速要求判定用の所定値θＴＶＯに達したら、電動機７に電流を流し、電動機７は回転を始める。ｔ２で電動機７の回転数Ｎが所定値ωＭＯＴに達したら開閉弁１４を閉じる。開閉弁１４を閉じると吸気管２０の圧力は上昇し始める。そしてｔ３で吸気管２０の圧力が所定値ＰＢＴＣに達したら開閉弁１４を開き、その開度を徐々に増加させる。ｔ４で開閉弁１４の開度が所定値θＢＶに達したら開閉弁１４を全開にし、電動機７を停止する。
【００２８】
本実施形態では、ターボ過給機４の過給が立ち上がるまでの過給を補う電動過給機６がエンジンの排気ガスを使用しないので、レイアウトの制約を受けない。
【００２９】
また、電動過給機６による過給の初期段階では開閉弁１４を閉じるので、電動過給機６によって圧送される過給気がターボ過給機４側へ逆流することを防止でき、加速初期から応答性のよい過給が行える。
【００３０】
したがってｔ０〜ｔ４をできるだけ短くできる位置に電動過給機６を配置して、過渡応答性に優れた過給システムにすることが可能になる。
【００３１】
なお、上記制御において、開閉弁１４に開閉信号が入力されてから開閉動作終了までには一定の遅れ時間Ｔが生じる。この遅れ時間Ｔの間にも電動機７の回転数Ｎは上昇し続けるので、開閉弁１４が全閉になった時点では所定値ωＭＯＴよりも高回転になっている。したがって開閉弁１４が全閉になる直前には吸気管２０で空気の逆流が発生する。そして、開閉弁１４が全閉になった瞬間には、逆流していた空気が堰き止められてエンジン１１にすべて供給されるので、供給される空気量が急激に増加したエンジン１１は急激なトルク変動を生じる。
【００３２】
そこで、前記トルク変動を防止する為には開閉弁１４が全閉になったときに電動機７の回転数が所定値ωＭＯＴになっていればよい。そこで本実施形態では遅れ時間Ｔを考慮して、電動機７の回転数が所定値ωＭＯＴになるよりも時間Ｔだけ前の時点での回転数を所定値Ｂ２として、所定値Ｂ２になったときに開閉弁１４に指令信号を送る。
【００３３】
ステップＳ１０４で行う、上記遅れ時間Ｔを考慮した所定値Ｂ２を用いた判定のフローを図９に示す。
【００３４】
ステップＳ２００で、エンジン吸入空気量Ｑａから前述した電動過給機６の目標回転速度ＮＴを求める。
【００３５】
ステップＳ２０１では、後述するフローに従って遅れ時間Ｔ経過後の予測回転速度ＮＦを求めてステップＳ２０２に進む。
【００３６】
ステップＳ２０１でＥＣＭ２１がおこなう制御を図１０に示したフローチャートを用いて説明する。
【００３７】
ステップＳ３０１では、電動過給機６の近傍に設けた回転センサによって検出した、現在の電動機７の回転速度Ｎを読み込む。
【００３８】
ステップＳ３０２では、前記回転センサの検出値から実際の電動機７の回転上昇速度ΔＮを読み込む。
【００３９】
ステップＳ３０３では、電動機７の電流値Ｉ、電圧値Ｖを読み込む。
【００４０】
ステップＳ３０４では、図１２に示す回転上昇予測値のテーブルを検索して、遅れ時間Ｔの間に上昇する回転速度ΔＮＭＡＰを求める。図１２のテーブルは、回転速度Ｎが高くなるほど回転上昇予測値が小さくなっている。これは、図１１に示した一般的な電動機の特性図からわかるように、電動機は回転速度が高くなるほどトルクが低下する特性を持つので、回転速度が高くなるほど一定時間に上昇する回転数が少なくなるからである。
【００４１】
ステップＳ３０５では、電動機７の回転上昇速度が電動機７にかかる負荷の変化や経時劣化等によって変化することを考慮して、回転上昇実速度ΔＮを逐次検出し、この検出値から回転上昇予測値ΔＮＭＡＰの補正を行い、ΔＮ１とする。
【００４２】
ステップＳ３０６では、電動機７の回転上昇速度が電流値Ｉにより変化することを考慮して、検出した電流値Ｉを用いてステップＳ３０５で求めた回転上昇予測値ΔＮ１を補正してΔＮ２とする。
【００４３】
ステップＳ３０７では電動機７の回転上昇速度が電圧値Ｖにより変化することを考慮して、検出した電圧値Ｖを用いてステップＳ３０６で求めた回転上昇予測値ΔＮ２を補正してΔＮ３とする。
【００４４】
ステップＳ３０８では、ステップＳ３０１で読み込んだ電動機７の回転速度Ｎに、上記で求めた回転上昇速度ΔＮ３と遅れ時間Ｔを積算して求めた上昇予測値ΔＮＥを加えて遅れ時間Ｔ後の予測回転速度ＮＦを求める。
【００４５】
以上のように予測回転速度ＮＦを求め、図９のステップＳ２０２へと進む。
【００４６】
なお、ステップＳ３０５〜Ｓ３０７において補正を行っているが、必ずしもすべての補正を行う必要はなく、いずれか１つのみ、もしくは２つでもかまわない。
【００４７】
ステップＳ２０２では上記予測回転速度ＮＦが所定値Ｂ以上であるか否かの判定を行い、予測回転速度ＮＦが所定値ωＭＯＴと一致もしくはそれ以上であった場合は図７のステップＳ１０５に進み、開閉弁１４を閉じる。これにより、バイパス弁１４が全閉状態になったときに電動機７の回転数Ｎは規定値Ｂになる。予測回転速度ＮＦが所定値ωＭＯＴより低い場合は開閉弁１４を開いたまま、図７のステップＳ１００に戻る。
【００４８】
図７のステップＳ１０６での判定も、ステップＳ１０４での判定と同様に遅れ時間Ｔの間の圧力上昇分を考慮した予測圧力を演算して、この予測圧力に基づいて開閉弁１４の開閉信号を発信すればよい。
【００４９】
図７のステップＳ１０７での判定は、開閉信号入力から開閉動作終了までの時間Ｔと、その間に上昇する吸気管２０の圧力を考慮して所定値Ｄ２を設定すればよい。
【００５０】
上記のフローに従って遅れ時間Ｔを考慮して制御を行なった場合の開閉弁１４の制御を図８のタイムチャートに示す。
【００５１】
電動機７はｔ１で駆動を開始して回転速度Ｎが上昇し、それに伴って予測回転速度ＮＦも上昇する。そしてｔ＝ｔ２１のときに予測回転速度ＮＦが所定値Ｂ２に達すると、ＥＣＭ２１は開閉弁１４に閉弁指令を出す。
【００５２】
閉弁指令を受けた開閉弁１４は閉弁動作を開始するが、全閉状態になるのはｔ＝ｔ２である。このｔ２１からｔ２までの時間が遅れ時間Ｔである。遅れ時間Ｔの間も電動機７の回転速度は上昇し続けて、ｔ＝ｔ２の時点で所定値ωＭＯＴになっている。
【００５３】
開閉弁１４を閉じた後、予測圧力が所定値ＰＢＴＣに達したｔ３１で開閉弁１４を開き始めるので、圧力が所定値ＰＢＴＣになった時に開閉弁１４は一定の開度になっており、圧力上昇速度を抑制できる。また、開閉弁１４の開度が所定値Ｄ２になったときに全開にする為の動作が始まるので、ｔ４の時点で開閉弁１４は全開になる。
【００５４】
上記のように開閉弁１４の遅れ時間Ｔを考慮すると、開閉弁１４が閉弁指令を受けてから全閉状態になるまでの遅れ時間Ｔの間に電動機７の回転速度が上昇することを考慮して予測回転速度ＮＦを設定し、この予測回転速度ＮＦが所定値Ｂ２になった時点で閉弁指令を出すので、電動機７が所定値ωＭＯＴになったときに、同時に開閉弁１４が全閉状態となり、閉弁時のトルク変動を防止することができる。
【００５５】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、逐次検出した回転上昇実速度ΔＮに基づいて補正しているので、電動機７にかかる負荷の変化や経時劣化等によって回転上昇速度が変化しても、正確な予測回転速度ＮＦを求めることができる。
【００５６】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、電動機７の電流値Ｉ、電圧値Ｖに基づいて補正しているので、運転状態、発電状態およびバッテリ容量等が変化しても正確な予測回転速度ＮＦを求めることができる。
【００５７】
また、開閉弁１４が故障して閉弁状態のまま（閉固着）になると、吸気管２０の圧力が過剰に上昇し、ターボ過給機４が破損してしまう。開閉弁１４が閉固着すると、以下の症状が生じるので、本実施形態では以下のように閉固着判定をしている。
【００５８】
第１に、吸気管２０の圧力が過剰に上昇する。これは、開閉弁１４が閉固着した場合には、吸気管２０の圧力が前述した所定値ＰＢＴＣに達しても開弁しないので、ターボ過給機４から圧送された空気の行き場がなくなるからである。
【００５９】
このことは、吸気管２０に設けた圧力センサ１７の値をＥＣＭ２１に読み込んで、ターボ過給機４の個体差等を考慮しても開閉弁１４が開いている場合には起こりえない圧力として予め設定しておいた所定値Ｐと比較することによって判定可能である。これを第１の故障判定手段とする。
【００６０】
第２として、電動過給機６が非回転時、または回転後一定時間経過後に、スロットルバルブ９の開度とエンジン１１の回転数から求まる吸入空気量が、エアフローメータ１８を通過した空気量よりも少なくなる。
【００６１】
これは、電動過給機６および開閉弁１４によって吸気通路が遮断されるからである。
【００６２】
このことは、エアフローメータ１８を通過した空気量Ｑ、スロットルバルブ９の開度およびエンジン回転数をＥＣＭ２１に読み込んで計算し、その結果を比較することによって判定可能である。これを第２の故障判定とする。
【００６３】
第３として、開閉弁１４の開閉状態を検出可能な開閉センサを設け、この開閉センサ信号から判定する。開閉弁１４が閉固着すると、開閉弁１４に開弁信号が出ているにもかかわらず、開閉センサからの検出信号は閉状態を示す。この信号をＥＣＭ２１に読み込むことで判定可能である。これを第３の故障判定とする。
【００６４】
ＥＣＭ２１で実行されるこれらの制御動作について、以下のフローチャートを参照して説明する。
【００６５】
図１３に、加速終了直後以外で電動過給機６が稼働していない状態（以下、定常状態とする）で開閉弁１４の閉固着を検出する場合の制御フローチャートを示す。
【００６６】
ステップＳ４００で定常状態か否かの判定を行い、定常状態であればステップＳ４０１へ、定常状態でなければそのまま終了する。
【００６７】
定常状態の検出は、電動機７の近傍に回転速度センサを設けて電動機７の回転を検出する方法や、電動機７に流れる電流値を読み込んで検出する方法等が考えられる。前記のいずれかの方法で検出した信号をＥＣＭ２１に読み込んで判定を行う。
【００６８】
ステップＳ４０１では、第１の故障判定が成立するか否かの判定を行う。
【００６９】
第１の故障判定が成立すればステップＳ４０４に進み、エンジン１１を停止する。第１の故障判定が成立しなければ、ステップＳ４０２に進む。
【００７０】
ステップＳ４０２では第２の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第２の故障判定が成立すれば、ステップＳ４０４に進み、エンジン１１を停止する。第２の故障判定が成立しなければステップＳ４０３に進む。
【００７１】
ステップＳ４０３では第３の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第３の故障判定が成立すれば、ステップＳ４０４に進み、エンジン１１を停止する。第３の故障判定が成立しなければそのまま終了する。
【００７２】
なお、上記の故障判定フローにおいて第１〜３の故障判定を行う順序は上記に限らず、自由に変更可能である。
【００７３】
図１４に加速終了直後であって電動過給機６が稼働していない状態での開閉弁１４の閉固着を検出する場合の制御フローチャートを示す。
【００７４】
ステップＳ５００では電動機７もしくは図示しない回転速度センサからの信号に基づいてＥＣＭ２１で現在過給停止直後か否かの判定を行う。
【００７５】
過給停止直後でなければそのまま終了する。過給停止直後であれば、ステップＳ５０１に進む。
【００７６】
ステップＳ５０１では第１の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第１の故障判定が成立すればステップＳ５０５に進み、エンジン１１を停止する。第１の故障判定が成立しなければステップＳ５０２に進む。
【００７７】
ステップＳ５０２では第２の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第２の故障判定が成立すれば、ステップＳ５０５に進み、エンジン１１を停止する。故障判定手段２が成立しなければステップＳ５０３に進む。
【００７８】
ステップＳ５０３では第３の故障判定が成立するか否かの判定を行う。第３の故障判定が成立すれば、ステップＳ５０５に進み、エンジン１１を停止する。第３の故障判定が成立しなければステップＳ５０４に進む。
【００７９】
ステップＳ５０４では過給停止から一定時間経過したか否かの判定を行い、経過していれば終了し、経過していなければステップＳ５０１に戻り、一定時間経過するまで上記故障判定手段１〜３を繰り返す。
【００８０】
上記の故障判定制御により、本実施形態では、開閉弁１４が故障して閉固着した場合にもターボ過給機４を破損することがない。
【００８１】
なお、上記の３つの故障判定を行う順序は必ずしもフローチャートに記載した順序である必要はなく、また、３つの判定をすべて行う必要はなく、いずれか１つもしくは２つでもかまわない。
【００８２】
以上により、本実施形態では以下のような効果が得られる。
【００８３】
ターボ過給機４による過給が行えるようになるまでの間、電動機７によって駆動する電動過給機６を駆動させて過給を行うので、加速要求を検出してから過給開始までのタイムラグ、いわゆるターボラグを解消できる。また、これによりターボ過給機４を大型化することも可能となる。
【００８４】
電動過給機６による過給開始時に開閉弁１４を閉じるので、過給気のターボ過給機４側への逆流を防止でき、加速初期から応答性のよい過給を行うことができる。
【００８５】
電動過給機６は駆動にエンジンの排気ガスを使用しないので、レイアウト（排気管との位置関係）の制約を受けない。これにより、図８のタイムチャートに示したｔ０〜ｔ４をできるだけ短くできる位置に電動過給機６を配置することが可能であり、過渡応答性に優れた過給システムにすることが可能になる。
【００８６】
開閉弁１４に開閉信号が入力されてから開閉動作完了までの時間（遅れ時間）Ｔ、および遅れ時間Ｔの間に上昇する電動機７の回転上昇予測値を考慮して開閉指令を入力するので、開閉弁１４が入力信号に応じた動作を終了したときに電動機７の回転数が目標回転数となる。これにより開閉弁１４の開閉動作に伴うトルク変動を防止することができる。
【００８７】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、逐次検出した回転上昇実速度ΔＮに基づいて補正しているので、電動機７にかかる負荷の変化や経時劣化等によって回転上昇速度が変化しても、正確な予測回転速度ＮＦを求めることができる。
【００８８】
回転上昇予測値テーブルから検索した回転上昇予測値を、電動機７の電流値Ｉ、電圧値Ｖに基づいて補正しているので、運転状態、発電状態およびバッテリ容量等が変化しても正確な予測回転速度ＮＦを求めることができる。
【００８９】
３つの故障判定手段を用いて開閉弁１４の閉固着判定を行い、閉固着を検出した場合にはエンジン１１を停止するので、開閉弁１４が故障して閉固着してもターボ過給機４を破損することがない。
【００９０】
第２実施形態について図２を用いて説明する。
【００９１】
本実施形態は、第１実施形態の電動過給機６の上流の吸気管２に遮蔽弁１５を、合流管８にインタークーラ１６を追加したものである。
【００９２】
開閉弁１４、電動過給機６の制御方法は第１実施形態と同様である。
【００９３】
遮蔽弁１５の制御はＥＣＭ２１が行い、電動過給機６が駆動している時は開、停止しているときは閉とする。すなわち、図７のステップＳ１０３で電動機７に電流を流すとともに遮蔽板１５を開き、ステップＳ１１０で電動機７を停止するとともに遮蔽板１５を閉じる。これにより、電動過給機６が停止している間は吸気管２の連通が遮断される。
【００９４】
以上により本実施形態では、電動過給機６停止時に、合流管８から吸気管２へ空気が逆流することを防止できるので、第１実施形態のように電動過給機６がルーツ式に限定されることなく、遠心式過給機のように、停止時にも空気が通過するものも使用可能となる。
【００９５】
インタークーラ１６を合流管８に設けたので、電動過給機６およびターボ過給機４の双方の過給空気を一つのインタークーラ１６で冷却することが可能である。
【００９６】
なお、図３に示すように遮蔽弁１５を電動過給機６の下流かつ合流管８の上流に設けても同様の効果を得られる。
【００９７】
第３実施形態について図４を用いて説明する。
【００９８】
本実施形態は、第２実施形態の構成において、インタークーラ１６を合流管８ではなくバイパス弁１４の上流に配置したものである。開閉弁１４、遮蔽弁１５、電動過給機６の制御は第２実施形態と同様である。
【００９９】
これにより、電動過給機６からエンジン１１までの間にあるのはスロットルバルブ９のみとなり、インタークーラ１６による圧損がなくなる。また、前述したように電動過給機６は駆動に排気ガスを利用しないので、レイアウトは自由である。よって、第１実施形態と同様に、電動過給機６とエンジン１１との間の配管を短くすることによって加速の過渡応答性を向上できる。
【０１００】
また、ターボ過給機４の下流にインタークーラ１６を設けたので、ターボ過給機４で圧縮されて高温になった空気は冷却されて酸素密度が上昇する。これにより、ターボ過給機４による過給時には酸素密度の高い空気がエンジン１１に供給されて、高トルクが得られる。
【０１０１】
すなわち、加速の初期段階は電動過給機６によって応答性良く加速し、ターボ過給機４による過給に切換わった後は、冷却された空気を燃焼させて効率よくトルクを発生させることが可能となる。
【０１０２】
以上により、第１、第２実施形態と同様に、ターボ過給機４が過給を行えない領域では電動過給機６を駆動して過給を行うので、ターボ過給機４のターボラグを解消でき、ターボ過給機４を大型化することも可能となる。
【０１０３】
また、第２実施形態と同様に遮蔽弁１５を設けたので、電動過給機６停止時に合流部８から吸気管２へ空気が逆流することを防止できるので、電動過給機６としてルーツ式以外のもの、例えば遠心式過給機も使用可能となる。
【０１０４】
インタークーラ１６を電動過給機６の下流ではなく開閉弁１４の上流に設けたので、加速の過渡応答性を向上させ、かつターボ過給機４により圧縮されて高温になった空気の冷却をすることが可能となる。
【０１０５】
第４実施形態について図５を用いて説明する。
【０１０６】
本実施形態では、スロットルバルブ９をインタークーラ１６の下流かつ合流管８との合流部２０より上流、すなわち第３実施形態における開閉弁１４の位置に設けて、第３実施形態におけるスロットルバルブ９と開閉弁１４の機能を兼用させる。その他の構成は第３実施形態と同じである。ただし、スロットルバルブ９の制御方法は、後述するように第３実施形態と異なり、加速要求検出時には、アクセルの踏み込み量と比例しない。そこで、後述するように加速要求検出はアクセル開度によって判定する。
【０１０７】
上記構成により、合流管８に吸気抵抗となる物がなくなり、第３実施形態のように合流管８にスロットルバルブ９のみが配置された場合に比べても、さらに吸気抵抗が低減する。よって、電動過給機６の駆動を開始した時の過渡応答性をさらに向上できる。
【０１０８】
ここで、本実施形態におけるスロットルバルブ９の制御について、図１５のフローチャートを用いて説明する。
【０１０９】
ステップＳ６００ではアクセル開度を読み込み、ステップＳ６０１に進む。
【０１１０】
ステップＳ６０１ではステップＳ６００で読み込んだアクセル開度に応じてスロットル９を開き、ステップＳ６０２に進む。
【０１１１】
ステップＳ６０２ではアクセル開度が所定値θＡＰＯ以上か否かを判定し、所定値θＡＰＯ以上であれば車両が加速要求をしていると判定してステップＳ６０３に進み電動機７に電流を流し、かつ遮蔽弁１５を開いてステップＳ６０４に進む。アクセル開度が所定値θＡＰＯよりも小さい場合には、車両は加速要求をしていないと判定して、ステップＳ６１１に進み電動機７を動かさずに処理を終了する。
【０１１２】
ステップＳ６０４では電動機７の回転数が所定値ωＭＯＴ以上であるか否かの判定を行う。所定値ωＭＯＴ以上であればステップＳ６０５に進み、スロットルバルブ９を全閉にし、ステップＳ６０６に進む。これは、電動機７によって過給された空気がスロットルバルブ９を逆流するのを防止するためである。所定値ωＭＯＴよりも小さい場合には、ステップＳ６０２に戻る。
【０１１３】
ステップＳ６０６では、インタークーラ１６の下流かつスロットルバルブ９の上流に設けた圧力センサ１７によって検出した圧力が所定値ＰＢＴＣ以上であるか否かの判定を行う。
【０１１４】
所定値ＰＢＴＣ以上である場合はステップＳ６０７に進み、スロットルバルブ９を所定量だけ開く。前記所定量は、ターボ過給機４が破損しない程度にターボ過給機４下流の吸気通路２０の圧力を下げることが可能な開度とする。これにより電動過給機６による過給の過渡応答性を悪化させず、かつターボ過給機４の破損を防止することが可能となる。所定値ＰＢＴＣより小さければ、ステップＳ６１３に進み、アクセル開度所定値θＡＰＯ以上であるか否かの判定を行う。θＡＰＯ以上であればステップＳ６０５に戻り、θＡＰＯ以下であれば加速要求がなくなったということであるからステップＳ６１０に進み、電動過給機６を停止する。
【０１１５】
ステップＳ６０７でスロットルバルブ９を所定量開いたら、ステップＳ６０８に進み、現在のスロットルバルブ９の開度が所定値θＴＶＯ２以上であるか否かの判定を行う。ここで、θＴＶＯ２は第１実施形態の開閉弁１４の所定開度θＢＶに相当するものである。
【０１１６】
所定値θＴＶＯ２以上であればステップＳ６０９に進み、スロットルバルブ９を全開にして、ステップＳ６１０に進み電動過給機６を停止する。所定値θＴＶＯだけ開いても吸気管２０の圧力が所定値ＰＢＴＣ以上であるならば、ターボ過給機４は十分に過給を行っていると判断できるからである。
【０１１７】
ステップＳ６０８で所定値θＴＶＯより小さければステップＳ６１２に進み、アクセル開度が所定値θＡＰＯ以上か否かの判定を行う。アクセル開度がθＡＰＯ以上であればステップＳ６０６に戻り、θＡＰＯ以下であればステップＳ６１０に進み、電動過給機６を停止する。
【０１１８】
ステップＳ６１０で電動過給機６を停止した後は、通常のスロットルバルブと同様にアクセル開度に応じたスロットル開度に制御する。
【０１１９】
以上により、本実施形態ではスロットルバルブ９を開閉弁１４としても兼用するので、部品点数が削減され、コストの低減を図れる。
【０１２０】
電動過給機６とエンジン１１の間に吸気抵抗となる物がないので、電動過給機６による過給の過渡応答性が向上する。
【０１２１】
第５実施形態について図６を用いて説明する。
【０１２２】
本実施形態の構成は、第２実施形態と基本的に同様であるが、遮蔽弁１５と開閉弁１４の機能を三方弁４０一つで兼用し、これを電動過給機６の下流の吸気通路とターボ過給機４下流の吸気通路との合流点３０に設けた点が異なる。これにより、本実施形態では部品点数が削減されるのでコストダウンを図れる。
【０１２３】
また、電動過給機６停止時には三方弁４は全開となり、電動過給機６下流の吸気通路４１と合流管８との連通を遮断するので、電動過給機６が遠心式であっても、電動過給機６から吸気管２へ空気が逆流することはない。
【０１２４】
三方弁４０の制御方法は、第２実施形態の開閉弁１４の制御方法と同じで、制御フローチャートも第２実施形態と同じである。
【０１２５】
以上により、本実施形態では吸気経路の切り替えを三方弁４０ひとつで行うので、コスト低減を図れる。
【０１２６】
使用する部品点数が少ないので、各パーツのレイアウトの制限も少ない。
【０１２７】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のシステム構成を表す図である。
【図２】第２実施形態のシステム構成を表す図である。
【図３】第２実施形態のその他のシステム構成を表す図である。
【図４】第３実施形態のシステム構成を表す図である。
【図５】第４実施形態のシステム構成を表す図である。
【図６】第５実施形態のシステム構成を表す図である。
【図７】第１実施形態の制御フローチャートである。
【図８】第１実施形態の制御のタイムチャートである。
【図９】電動過給機の予測回転数を用いた制御のフローチャートである。
【図１０】電動過給機の予測回転数の演算方法のフローチャートである。
【図１１】電動機の特性図である。
【図１２】電動機の回転上昇予測値テーブルである。
【図１３】加速終了直後以外で電動過給機が稼働していない状態での開閉弁の故障判定用フローチャートである。
【図１４】加速終了直後であって電動過給機が稼働していない状態での開閉弁の故障判定用フローチャートである。
【図１５】第４実施形態の制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１吸気管
２吸気管
３コンプレッサー
４ターボ過給機
５タービン
６コンプレッサー
７電動機
８合流管
９スロットルバルブ
１０吸気マニホールド
１１エンジン
１２排気マニホールド
１３排気管
１４開閉弁
１５遮蔽弁
１６インタークーラ
１７圧力センサ
１８エアフローメータ
２０吸気管
２１コントロールユニット
４０三方弁
４１電動過給機下流吸気管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a supercharging system for an internal combustion engine, and more particularly to a supercharging system having a supercharger driven by an electric motor.
[0002]
[Prior art]
A large turbocharger driven by the engine exhaust gas and a small turbocharger driven by the engine exhaust gas and an electric motor are provided in the engine intake passage and merged downstream of the compressors of the large and small turbochargers. A small turbocharger is provided when the engine speed is in the low speed range by providing an intercooler downstream from the merging section of the intake passage and by providing a switching valve for switching the flow path between the intake and exhaust passages. At the same time, the generator / motor is operated to increase the boost pressure, and when the engine speed exceeds the low speed range, the small turbocharger is stopped and the large turbocharger is activated, and the small turbocharger is operated as a motor. Supercharging system that suppresses the drop in boost pressure Arm is disclosed in Patent Document 1.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-207522
[0004]
[Problems to be solved by the present invention]
In the supercharging system described in Patent Document 1, since the turbocharger with an electric motor is also driven using the exhaust gas of the engine, there is a layout restriction that it must be arranged near the exhaust passage. Therefore, it has not always been possible to arrange at the most advantageous place for the transient response of supercharging.
[0005]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a supercharging system in which a supercharger can be arranged at a place most advantageous for transient response without being restricted by layout.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In the internal combustion engine supercharger according to the present invention, a part of the intake passage of the internal combustion engine branches, a turbocharger is disposed in one passage, and an electric supercharger is disposed in the other passage. Downstream and upstream of the junction An on-off valve is arranged, and the on-off valve is in an open state from the start of operation of the electric supercharger until the rotational speed of the electric supercharger reaches a predetermined value, and the rotational speed of the electric supercharger is predetermined. When the value reaches the value, the valve is closed, and then the opening is increased until reaching a predetermined opening according to the turbocharging pressure of the turbocharger, and when the predetermined opening is reached, the opening is fully opened. .
[0007]
[Action / Effect]
According to the present invention, since the on-off valve is closed when the electric supercharger is operated, the backflow of the supercharged air to the turbocharger side can be prevented, and supercharge with good responsiveness can be performed from the beginning of acceleration. Further, since the exhaust gas of the engine is not used for driving the electric supercharger, restrictions on the layout of the electric supercharger are reduced.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0009]
The supercharging system of 1st Embodiment is shown in FIG.
[0010]
The turbocharger 4 driven by the exhaust gas of the engine 11 and the electric supercharger 6 driven by the electric motor 7 are arranged in parallel between the air flow meter 18 of the intake system and the throttle valve 9. That is, the intake passage downstream of the air flow meter 18 is branched into an intake pipe 1 and an intake pipe 2. The turbocharger 4 is interposed in the intake pipe 1, and the electric supercharger 6 is interposed in the intake pipe 2. The intake passages downstream of the machine 4 and the electric supercharger 6 merge at a junction 25 to form a junction pipe 8, which is connected to the intake manifold 10 via a throttle valve 9. On the downstream side of the turbocharger 4 and upstream from the junction 25 of the junction pipe 8, an on-off valve 14 that can cut off the communication between the turbocharger 4 and the junction 25 of the junction pipe 8 is provided. A pressure sensor 17 is provided downstream and upstream of the on-off valve 14.
[0011]
The opening degree of the on-off valve 14 and the throttle valve 9, the detected value of the pressure sensor 17 and the air flow meter 18, the current value of the electric motor 7, the rotational speed of the electric supercharger 6 determined by the method described later, etc. are transferred to the control unit (ECM) 21. Entered.
[0012]
Since the electric supercharger 6 is driven by the electric motor 7, the rotation speed does not depend on the rotation speed of the engine 11, and the time until the boost pressure is increased is shorter than that of the turbocharger 4. Further, since no exhaust gas is used for driving, there is no layout restriction due to the positional relationship with the exhaust manifold 12, and it can be placed in a place with excellent transient response.
[0013]
Therefore, taking advantage of this characteristic, the turbocharger 4 cannot perform supercharging in a situation where the turbocharger 4 cannot perform supercharging such as a low rotation region of the engine 11 or a so-called turbo lag in which supercharging is delayed. In the meantime, the electric supercharger 6 is operated to perform supercharging. Further, the open / close valve 14 is opened and closed in association with the operation / stop of the electric supercharger 6 to switch the intake path. The above-described control of the electric supercharger 6 and the on-off valve 14 is performed by the ECM 21 based on the detection value of the pressure sensor 17 and the opening degree of the throttle chamber 9.
[0014]
Next, the control of this system will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0015]
In step S100, the accelerator opening is read. In step S101, the throttle valve 9 is opened according to the accelerator opening obtained in step S100.
[0016]
In step S102, it is determined whether or not the throttle opening determined in step S101 is equal to or greater than a predetermined value θTVO that is predetermined in order to detect a vehicle acceleration request. When the acceleration value is equal to or greater than the predetermined value θTVO, that is, when there is an acceleration request, the process proceeds to step S103, and a current is passed through the motor 7. If the value is smaller than the predetermined value θTVO, that is, if there is no acceleration request, the process proceeds to step S111, and the process is terminated without supplying current to the electric motor 7.
[0017]
If a current is supplied to the motor 7 in step S103, the process proceeds to step S104, and it is determined whether or not the rotational speed N of the motor 7 is equal to or greater than a predetermined value ωMOT. This determination includes a method of measuring by providing a rotation speed sensor in the vicinity of the motor 7, a method of estimating from the current value and the characteristics of the motor 7 obtained in advance. The predetermined value ωMOT is determined in advance from the relationship between the rotational speed N of the electric motor 7 and the supercharging pressure of the electric supercharger 6.
[0018]
In the present embodiment, the on-off valve 14 is open in the initial state. When the rotational speed N of the electric motor 7 is lower than the predetermined value ωMOT, the on-off valve 14 is used to increase the amount of air supplied to the engine 11 as much as possible. The air from the turbocharger 4 is also supplied to the engine 11 while 14 is kept open.
[0019]
When the rotational speed N of the electric motor 7 is equal to or greater than the predetermined value ωMOT, that is, when the supercharging pressure of the electric supercharger 6 increases, the on-off valve 14 is closed to prevent the backflow of air from the electric supercharger 6 to the on-off valve 14. .
[0020]
If it is determined in step S104 that the rotational speed N of the electric motor 7 is equal to or greater than the predetermined value ωMOT, the process proceeds to step S105, and the on-off valve 14 is closed for the reason described above, and the process proceeds to step S106. If it is lower than the predetermined value ωMOT, the process returns to step S102.
[0021]
In step S106, it is determined whether or not the pressure in the intake pipe 20 between the turbocharger 4 and the on-off valve 14 is equal to or higher than a predetermined value PBTC. The predetermined value PBTC is obtained in advance through experiments or the like at such a pressure that the turbocharger 4 is not damaged.
[0022]
When the pressure in the intake pipe 20 is equal to or higher than the predetermined value PBTC, the process proceeds to step S107 and the bypass valve 14 is opened by a certain ratio. When the pressure in the intake pipe 20 is lower than the predetermined value PBTC, the process proceeds to step S113, where it is determined whether or not the throttle opening is equal to or greater than the predetermined value θTVO. If it is less than or equal to the predetermined value θTVO, the process proceeds to step S110, where the electric supercharger 7 is stopped and the process is terminated.
[0023]
When the opening / closing valve 14 is opened by a certain amount in step S107, it is determined in step S108 whether or not the opening is equal to or greater than a predetermined value θBV. The predetermined value θBV is determined by examining conditions under which the turbocharger 6 can sufficiently perform supercharging from the relationship among the supercharging pressure of the turbocharger 6, the opening degree of the on-off valve 14, and the pressure of the intake pipe 20. If it is equal to or larger than the predetermined value θBV, the process proceeds to step S109, and the on-off valve 14 is fully opened. If it is smaller than the predetermined value θBV, the process proceeds to step S112 to determine whether the throttle opening is equal to or larger than the predetermined value θTVO. If it is equal to or greater than the predetermined value θTVO, the process returns to step S106. If it is equal to or smaller than the predetermined value θTVO, the process proceeds to step S110, the electric supercharger 6 is stopped, and the process is terminated.
[0024]
The control in steps S106 to S108 will be described.
[0025]
Since the on-off valve 14 is closed in step S105, the place of the air that has passed through the turbocharger 4 disappears, and the pressure in the intake pipe 20 between the turbocharger 4 and the on-off valve 14 increases. Here, since the turbocharger 4 may be damaged if the pressure in the intake pipe downstream of the turbocharger 4 increases excessively, the determination is performed using the predetermined value PBTC described above. If the determination in step S106 is equal to or greater than the predetermined value PBTC, the on-off valve 14 is opened in step S107 in order to prevent an excessive increase in pressure in the intake pipe 20. When the opening degree of the on-off valve 14 is equal to or greater than a predetermined value θBV, it is determined that the turbocharger 4 is in a state where it can sufficiently perform supercharging, and the on-off valve 14 is turned on in step S109. It is fully open.
If the on-off valve 14 is fully opened in step S109, it will progress to step S110 and the electric supercharger 6 will be stopped. If the turbocharger 4 can sufficiently perform supercharging, the electric supercharger 6 disposed for the purpose of supercharging until the supercharging of the turbocharger 4 starts up is driven. This is because it is no longer necessary. Note that steps S106 to S108 and S112 may be repeated until the on-off valve 14 is fully opened without comparing with the predetermined value θBV in step S108.
[0026]
The above control is shown in the time chart of FIG.
[0027]
As the accelerator opening increases at t0, the throttle opening also increases accordingly. When the throttle opening reaches a predetermined value θTVO for determining acceleration request at t1, a current is supplied to the motor 7, and the motor 7 starts rotating. When the rotational speed N of the electric motor 7 reaches a predetermined value ωMOT at t2, the on-off valve 14 is closed. When the on-off valve 14 is closed, the pressure in the intake pipe 20 starts to rise. When the pressure in the intake pipe 20 reaches the predetermined value PBTC at t3, the on-off valve 14 is opened and the opening degree is gradually increased. When the opening degree of the on-off valve 14 reaches a predetermined value θBV at t4, the on-off valve 14 is fully opened and the electric motor 7 is stopped.
[0028]
In the present embodiment, the electric supercharger 6 that compensates for the supercharging until the supercharging of the turbocharger 4 starts up does not use the engine exhaust gas, and thus is not subject to layout restrictions.
[0029]
In addition, since the on-off valve 14 is closed at the initial stage of supercharging by the electric supercharger 6, it is possible to prevent the supercharged air pumped by the electric supercharger 6 from flowing back to the turbocharger 4 side, and the initial acceleration stage Can be supercharged with good responsiveness.
[0030]
Therefore, the electric supercharger 6 can be arranged at a position where t0 to t4 can be shortened as much as possible to provide a supercharging system with excellent transient response.
[0031]
In the control described above, a certain delay time T occurs from when the opening / closing signal is input to the opening / closing valve 14 until the opening / closing operation is completed. Since the rotation speed N of the electric motor 7 continues to increase during the delay time T, the rotation speed is higher than the predetermined value ωMOT when the on-off valve 14 is fully closed. Therefore, a backflow of air occurs in the intake pipe 20 immediately before the on-off valve 14 is fully closed. Then, at the moment when the on-off valve 14 is fully closed, the air that has been flowing backward is blocked and supplied to the engine 11, so the engine 11 whose amount of supplied air has increased sharply has a rapid torque. Cause fluctuations.
[0032]
Therefore, in order to prevent the torque fluctuation, it is only necessary that the rotational speed of the electric motor 7 becomes the predetermined value ωMOT when the on-off valve 14 is fully closed. Therefore, in the present embodiment, considering the delay time T, when the rotational speed at the time point T before the rotational speed of the electric motor 7 reaches the predetermined value ωMOT is set to the predetermined value B2, the rotational speed reaches the predetermined value B2. A command signal is sent to the on-off valve 14.
[0033]
FIG. 9 shows a flow of determination using the predetermined value B2 in consideration of the delay time T performed in step S104.
[0034]
In step S200, the target rotational speed NT of the electric supercharger 6 described above is obtained from the engine intake air amount Qa.
[0035]
In step S201, the predicted rotational speed NF after the lapse of the delay time T is obtained according to the flow described later, and the process proceeds to step S202.
[0036]
The control performed by the ECM 21 in step S201 will be described using the flowchart shown in FIG.
[0037]
In step S301, the current rotational speed N of the electric motor 7 detected by a rotation sensor provided in the vicinity of the electric supercharger 6 is read.
[0038]
In step S302, the actual rotational speed increase ΔN of the electric motor 7 is read from the detected value of the rotation sensor.
[0039]
In step S303, the current value I and voltage value V of the electric motor 7 are read.
[0040]
In step S304, a table of predicted rotation increase values shown in FIG. 12 is searched to determine a rotation speed ΔNMAP that increases during the delay time T. In the table of FIG. 12, the predicted rotation increase value decreases as the rotation speed N increases. As can be seen from the characteristic diagram of a general electric motor shown in FIG. 11, the motor has a characteristic that the torque decreases as the rotational speed increases. Therefore, as the rotational speed increases, the number of rotations that increase in a certain time decreases. Because it becomes.
[0041]
In step S305, taking into account that the rotational speed of the motor 7 changes due to changes in load applied to the motor 7, deterioration with time, and the like, the actual rotational speed speed ΔN is sequentially detected, and the predicted rotational speed increase value ΔNMAP is detected from this detected value. Is corrected to ΔN1.
[0042]
In step S306, considering that the rotation increase speed of the electric motor 7 varies depending on the current value I, the predicted rotation increase value ΔN1 obtained in step S305 is corrected to ΔN2 using the detected current value I.
[0043]
In step S307, taking into account that the rotation increase speed of the electric motor 7 varies depending on the voltage value V, the rotation increase prediction value ΔN2 obtained in step S306 is corrected to ΔN3 using the detected voltage value V.
[0044]
In step S308, the predicted rotation speed after the delay time T is obtained by adding the estimated increase value ΔNE obtained by integrating the rotation increase speed ΔN3 and the delay time T obtained above to the rotation speed N of the electric motor 7 read in step S301. Find NF.
[0045]
The predicted rotational speed NF is obtained as described above, and the process proceeds to step S202 in FIG.
[0046]
Although correction is performed in steps S305 to S307, it is not always necessary to perform all corrections, and only one or two of them may be used.
[0047]
In step S202, it is determined whether or not the predicted rotational speed NF is greater than or equal to a predetermined value B. If the predicted rotational speed NF matches or exceeds the predetermined value ωMOT, the process proceeds to step S105 in FIG. The valve 14 is closed. Thereby, when the bypass valve 14 is fully closed, the rotational speed N of the electric motor 7 becomes the specified value B. If the predicted rotational speed NF is lower than the predetermined value ωMOT, the process returns to step S100 in FIG.
[0048]
In the determination in step S106 in FIG. 7 as well, in the same way as in the determination in step S104, a predicted pressure is calculated in consideration of the pressure increase during the delay time T, and the open / close signal of the on-off valve 14 is calculated based on this predicted pressure. Just send.
[0049]
The determination in step S107 in FIG. 7 may be performed by setting the predetermined value D2 in consideration of the time T from the opening / closing signal input to the end of the opening / closing operation and the pressure of the intake pipe 20 rising during that time.
[0050]
The time chart of FIG. 8 shows the control of the on-off valve 14 when the control is performed in consideration of the delay time T according to the above flow.
[0051]
The electric motor 7 starts driving at t1, and the rotational speed N increases, and the predicted rotational speed NF also increases accordingly. When the predicted rotational speed NF reaches the predetermined value B2 when t = t21, the ECM 21 issues a valve closing command to the on-off valve 14.
[0052]
The on-off valve 14 that has received the valve closing command starts the valve closing operation, but the fully closed state is t = t2. The time from t21 to t2 is the delay time T. During the delay time T, the rotational speed of the electric motor 7 continues to increase and reaches the predetermined value ωMOT at the time t = t2.
[0053]
After the opening / closing valve 14 is closed, the opening / closing valve 14 starts to open at t31 when the predicted pressure reaches the predetermined value PBTC. Therefore, when the pressure reaches the predetermined value PBTC, the opening / closing valve 14 has a constant opening degree. The rising speed can be suppressed. Further, since the operation for full opening is started when the opening of the on / off valve 14 reaches the predetermined value D2, the on / off valve 14 is fully opened at time t4.
[0054]
Considering the delay time T of the on-off valve 14 as described above, it is considered that the rotation speed of the electric motor 7 increases during the delay time T from when the on-off valve 14 receives a valve closing command until the on-off valve 14 becomes fully closed. Therefore, when the predicted rotational speed NF reaches the predetermined value B2, the valve closing command is issued. Therefore, when the motor 7 reaches the predetermined value ωMOT, the on-off valve 14 is fully closed at the same time. It becomes a state and the torque fluctuation at the time of valve closing can be prevented.
[0055]
Since the predicted rotation increase value retrieved from the rotation increase predicted value table is corrected based on the sequentially detected rotation increase actual speed ΔN, the rotation increase speed changes due to a change in load on the motor 7 or deterioration with time. Also, an accurate predicted rotational speed NF can be obtained.
[0056]
Since the predicted rotation increase value retrieved from the rotation increase predicted value table is corrected based on the current value I and voltage value V of the electric motor 7, accurate prediction is possible even if the operating state, power generation state, battery capacity, etc. change. The rotational speed NF can be obtained.
[0057]
Further, if the on-off valve 14 fails and remains in the closed state (closed fixing), the pressure in the intake pipe 20 increases excessively and the turbocharger 4 is damaged. When the on-off valve 14 is closed and stuck, the following symptoms occur. In this embodiment, the closed and stuck determination is made as follows.
[0058]
First, the pressure in the intake pipe 20 increases excessively. This is because when the on-off valve 14 is closed and closed, the valve does not open even if the pressure of the intake pipe 20 reaches the above-described predetermined value PBTC, so that the place of air pumped from the turbocharger 4 is lost. is there.
[0059]
This is a pressure that cannot occur when the value of the pressure sensor 17 provided in the intake pipe 20 is read into the ECM 21 and the on-off valve 14 is open even if individual differences of the turbocharger 4 are taken into consideration. This can be determined by comparing with a predetermined value P set in advance. This is the first failure determination means.
[0060]
Second, when the electric supercharger 6 is not rotating or after a certain time has elapsed after rotation, the intake air amount obtained from the opening degree of the throttle valve 9 and the rotational speed of the engine 11 is based on the amount of air passing through the air flow meter 18. Less.
[0061]
This is because the intake passage is blocked by the electric supercharger 6 and the on-off valve 14.
[0062]
This can be determined by reading the air quantity Q that has passed through the air flow meter 18, the opening degree of the throttle valve 9 and the engine speed into the ECM 21 and calculating the results, and comparing the results. This is the second failure determination.
[0063]
Third, an open / close sensor capable of detecting the open / close state of the open / close valve 14 is provided, and the determination is made based on the open / close sensor signal. When the on-off valve 14 is fixedly closed, the detection signal from the on-off sensor indicates a closed state even though a valve opening signal is output to the on-off valve 14. This can be determined by reading this signal into the ECM 21. This is the third failure determination.
[0064]
These control operations executed by the ECM 21 will be described with reference to the following flowchart.
[0065]
FIG. 13 shows a control flowchart in a case where the closed adhering of the on-off valve 14 is detected in a state where the electric supercharger 6 is not in operation other than immediately after the end of acceleration (hereinafter referred to as a steady state).
[0066]
In step S400, it is determined whether or not it is in a steady state. If it is in a steady state, the process proceeds to step S401.
[0067]
The steady state can be detected by a method in which a rotation speed sensor is provided in the vicinity of the electric motor 7 to detect the rotation of the electric motor 7, a method in which a current value flowing through the electric motor 7 is read and detected, or the like. The signal detected by any one of the above methods is read into the ECM 21 for determination.
[0068]
In step S401, it is determined whether or not the first failure determination is satisfied.
[0069]
If the first failure determination is established, the process proceeds to step S404 and the engine 11 is stopped. If the first failure determination is not established, the process proceeds to step S402.
[0070]
In step S402, it is determined whether or not the second failure determination is established. If the second failure determination is established, the process proceeds to step S404 and the engine 11 is stopped. If the second failure determination is not established, the process proceeds to step S403.
[0071]
In step S403, it is determined whether or not the third failure determination is satisfied. If the third failure determination is established, the process proceeds to step S404 and the engine 11 is stopped. If the third failure determination is not established, the process ends.
[0072]
Note that the order of performing the first to third failure determinations in the failure determination flow is not limited to the above, and can be freely changed.
[0073]
FIG. 14 shows a control flowchart in the case of detecting the closed adhering of the on-off valve 14 in a state immediately after the acceleration is finished and the electric supercharger 6 is not operating.
[0074]
In step S500, based on a signal from the electric motor 7 or a rotation speed sensor (not shown), the ECM 21 determines whether or not it is immediately after the supercharging stop.
[0075]
If it is not immediately after supercharging stop, it will be ended as it is. If it is immediately after supercharging stop, it will progress to step S501.
[0076]
In step S501, it is determined whether or not the first failure determination is satisfied. If the first failure determination is established, the process proceeds to step S505, and the engine 11 is stopped. If the first failure determination is not established, the process proceeds to step S502.
[0077]
In step S502, it is determined whether or not the second failure determination is established. If the second failure determination is established, the process proceeds to step S505 and the engine 11 is stopped. If failure determination means 2 is not established, the process proceeds to step S503.
[0078]
In step S503, it is determined whether or not the third failure determination is satisfied. If the third failure determination is established, the process proceeds to step S505 and the engine 11 is stopped. If the third failure determination is not established, the process proceeds to step S504.
[0079]
In step S504, it is determined whether or not a certain period of time has elapsed since the supercharging stop. If it has elapsed, the process ends. If not, the process returns to step S501, and the failure determination means 1 to 3 are performed until a certain period of time has elapsed. repeat.
[0080]
According to the above-described failure determination control, in the present embodiment, the turbocharger 4 is not damaged even when the on-off valve 14 fails and is stuck closed.
[0081]
Note that the order in which the above three failure determinations are performed is not necessarily the order described in the flowchart, and it is not necessary to perform all the three determinations, and any one or two may be performed.
[0082]
As described above, the following effects are obtained in the present embodiment.
[0083]
Until the turbocharger 4 can perform supercharging, the electric supercharger 6 driven by the electric motor 7 is driven to perform supercharging. Therefore, the time lag from the detection of the acceleration request to the start of supercharging So-called turbo lag can be eliminated. This also makes it possible to increase the size of the turbocharger 4.
[0084]
Since the on-off valve 14 is closed when supercharging by the electric supercharger 6 is started, the backflow of the supercharged air to the turbocharger 4 side can be prevented, and supercharging with good responsiveness can be performed from the early stage of acceleration.
[0085]
Since the electric supercharger 6 does not use engine exhaust gas for driving, it is not subject to layout (positional relationship with the exhaust pipe). Accordingly, the electric supercharger 6 can be arranged at a position where t0 to t4 shown in the time chart of FIG. 8 can be shortened as much as possible, and a supercharging system having excellent transient response can be obtained. .
[0086]
Since the open / close command is input in consideration of the time (delay time) T from when the open / close signal is input to the open / close valve 14 to the completion of the open / close operation and the predicted increase in rotation of the motor 7 during the delay time T, When the on-off valve 14 finishes the operation according to the input signal, the rotational speed of the electric motor 7 becomes the target rotational speed. Thereby, the torque fluctuation accompanying the opening / closing operation | movement of the on-off valve 14 can be prevented.
[0087]
Since the predicted rotation increase value retrieved from the rotation increase predicted value table is corrected based on the sequentially detected rotation increase actual speed ΔN, the rotation increase speed changes due to a change in load on the motor 7 or deterioration with time. Also, an accurate predicted rotational speed NF can be obtained.
[0088]
Since the predicted rotation increase value retrieved from the rotation increase predicted value table is corrected based on the current value I and voltage value V of the electric motor 7, accurate prediction is possible even if the operating state, power generation state, battery capacity, etc. change. The rotational speed NF can be obtained.
[0089]
When the on / off valve 14 is determined to be closed and stuck, the engine 11 is stopped when the on / off valve 14 is detected. Even if the on / off valve 14 fails and closes, the turbocharger 4 is detected. Will not be damaged.
[0090]
A second embodiment will be described with reference to FIG.
[0091]
In the present embodiment, a shielding valve 15 is added to the intake pipe 2 upstream of the electric supercharger 6 of the first embodiment, and an intercooler 16 is added to the junction pipe 8.
[0092]
The control method of the on-off valve 14 and the electric supercharger 6 is the same as in the first embodiment.
[0093]
The ECM 21 controls the shielding valve 15 and is opened when the electric supercharger 6 is driven and closed when the electric supercharger 6 is stopped. That is, in step S103 of FIG. 7, a current is passed through the motor 7 and the shielding plate 15 is opened. In step S110, the motor 7 is stopped and the shielding plate 15 is closed. Thereby, the communication of the intake pipe 2 is blocked while the electric supercharger 6 is stopped.
[0094]
As described above, in the present embodiment, when the electric supercharger 6 is stopped, air can be prevented from flowing backward from the merging pipe 8 to the intake pipe 2, so that the electric supercharger 6 is limited to the roots type as in the first embodiment. Instead, it is possible to use a centrifugal supercharger that allows air to pass even when stopped.
[0095]
Since the intercooler 16 is provided in the junction pipe 8, the supercharged air of both the electric supercharger 6 and the turbocharger 4 can be cooled by the single intercooler 16.
[0096]
Note that the same effect can be obtained by providing the shielding valve 15 downstream of the electric supercharger 6 and upstream of the junction pipe 8 as shown in FIG.
[0097]
A third embodiment will be described with reference to FIG.
[0098]
In the present embodiment, the intercooler 16 is arranged upstream of the bypass valve 14 instead of the junction pipe 8 in the configuration of the second embodiment. Control of the on-off valve 14, the shielding valve 15, and the electric supercharger 6 is the same as in the second embodiment.
[0099]
As a result, only the throttle valve 9 exists between the electric supercharger 6 and the engine 11, and pressure loss due to the intercooler 16 is eliminated. Further, as described above, since the electric supercharger 6 does not use exhaust gas for driving, the layout is free. Therefore, similarly to the first embodiment, the transient response of acceleration can be improved by shortening the piping between the electric supercharger 6 and the engine 11.
[0100]
In addition, since the intercooler 16 is provided downstream of the turbocharger 4, the air that has been compressed by the turbocharger 4 to a high temperature is cooled and the oxygen density increases. Thereby, at the time of supercharging by the turbocharger 4, air having a high oxygen density is supplied to the engine 11 and high torque is obtained.
[0101]
That is, in the initial stage of acceleration, the electric supercharger 6 accelerates with good responsiveness, and after switching to supercharging by the turbocharger 4, the cooled air is burned to efficiently generate torque. It becomes possible.
[0102]
As described above, as in the first and second embodiments, in the region where the turbocharger 4 cannot perform supercharging, the electric supercharger 6 is driven to perform supercharging. This can be eliminated and the turbocharger 4 can be enlarged.
[0103]
Further, since the shielding valve 15 is provided in the same manner as in the second embodiment, it is possible to prevent the air from flowing backward from the junction 8 to the intake pipe 2 when the electric supercharger 6 is stopped. Other than the above, for example, a centrifugal supercharger can be used.
[0104]
Since the intercooler 16 is provided not on the downstream side of the electric supercharger 6 but on the upstream side of the on-off valve 14, the acceleration transient response is improved, and the air that has been compressed by the turbocharger 4 and cooled to high temperature is cooled. It becomes possible to do.
[0105]
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
[0106]
In this embodiment, the throttle valve 9 is provided downstream of the intercooler 16 and upstream of the junction 20 with the junction pipe 8, that is, at the position of the on-off valve 14 in the third embodiment, and with the throttle valve 9 in the third embodiment. The function of the on-off valve 14 is also used. Other configurations are the same as those of the third embodiment. However, the control method of the throttle valve 9 is different from the third embodiment as will be described later, and is not proportional to the amount of depression of the accelerator when an acceleration request is detected. Therefore, as described later, acceleration request detection is determined by the accelerator opening.
[0107]
With the above configuration, there is no thing that becomes the intake resistance in the merging pipe 8, and the intake resistance is further reduced compared to the case where only the throttle valve 9 is arranged in the merging pipe 8 as in the third embodiment. Therefore, the transient response when driving the electric supercharger 6 can be further improved.
[0108]
Here, the control of the throttle valve 9 in the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0109]
In step S600, the accelerator opening is read, and the process proceeds to step S601.
[0110]
In step S601, the throttle 9 is opened according to the accelerator opening read in step S600, and the process proceeds to step S602.
[0111]
In step S602, it is determined whether or not the accelerator opening is equal to or greater than a predetermined value θAPO. If the accelerator opening is equal to or greater than the predetermined value θAPO, it is determined that the vehicle is requesting acceleration, and the process proceeds to step S603. The valve 15 is opened and the process proceeds to step S604. If the accelerator opening is smaller than the predetermined value θAPO, it is determined that the vehicle is not requesting acceleration, the process proceeds to step S611, and the process is terminated without moving the motor 7.
[0112]
In step S604, it is determined whether the rotational speed of the electric motor 7 is equal to or greater than a predetermined value ωMOT. If it is greater than or equal to the predetermined value ωMOT, the process proceeds to step S605, the throttle valve 9 is fully closed, and the process proceeds to step S606. This is to prevent air supercharged by the electric motor 7 from flowing back through the throttle valve 9. If it is smaller than the predetermined value ωMOT, the process returns to step S602.
[0113]
In step S606, it is determined whether or not the pressure detected by the pressure sensor 17 provided downstream of the intercooler 16 and upstream of the throttle valve 9 is equal to or greater than a predetermined value PBTC.
[0114]
If it is greater than or equal to the predetermined value PBTC, the process proceeds to step S607, and the throttle valve 9 is opened by a predetermined amount. The predetermined amount is an opening that can reduce the pressure of the intake passage 20 downstream of the turbocharger 4 to the extent that the turbocharger 4 is not damaged. Thereby, it becomes possible to prevent the turbocharger 4 from being damaged without deteriorating the transient responsiveness of the supercharging by the electric supercharger 6. If it is smaller than the predetermined value PBTC, the process proceeds to step S613, and it is determined whether or not it is greater than or equal to the accelerator opening predetermined value θAPO. If it is equal to or larger than θAPO, the process returns to step S605. If it is equal to or smaller than θAPO, it means that the acceleration request is lost, and the process proceeds to step S610, and the electric supercharger 6 is stopped.
[0115]
If the throttle valve 9 is opened by a predetermined amount in step S607, the process proceeds to step S608, where it is determined whether or not the current opening of the throttle valve 9 is equal to or greater than a predetermined value θTVO2. Here, θTVO2 corresponds to the predetermined opening θBV of the on-off valve 14 of the first embodiment.
[0116]
If it is equal to or larger than the predetermined value θTVO2, the process proceeds to step S609, the throttle valve 9 is fully opened, the process proceeds to step S610, and the electric supercharger 6 is stopped. This is because if the pressure in the intake pipe 20 is equal to or higher than the predetermined value PBTC even when the predetermined value θTVO is opened, it can be determined that the turbocharger 4 is sufficiently supercharged.
[0117]
If it is smaller than the predetermined value θTVO in step S608, the process proceeds to step S612, and it is determined whether or not the accelerator opening is equal to or larger than the predetermined value θAPO. If the accelerator opening is equal to or larger than θAPO, the process returns to step S606, and if it is equal to or smaller than θAPO, the process proceeds to step S610, and the electric supercharger 6 is stopped.
[0118]
After stopping the electric supercharger 6 in step S610, the throttle opening degree is controlled in accordance with the accelerator opening degree as in the case of a normal throttle valve.
[0119]
As described above, in the present embodiment, the throttle valve 9 is also used as the on-off valve 14, so that the number of parts can be reduced and the cost can be reduced.
[0120]
Since there is nothing that becomes an intake resistance between the electric supercharger 6 and the engine 11, the transient response of supercharging by the electric supercharger 6 is improved.
[0121]
A fifth embodiment will be described with reference to FIG.
[0122]
The configuration of the present embodiment is basically the same as that of the second embodiment, but the functions of the shielding valve 15 and the on-off valve 14 are shared by one three-way valve 40, and this is used as the intake air downstream of the electric supercharger 6. The difference is that it is provided at the junction 30 between the passage and the intake passage downstream of the turbocharger 4. Thereby, in this embodiment, since the number of parts is reduced, cost reduction can be achieved.
[0123]
Further, when the electric supercharger 6 is stopped, the three-way valve 4 is fully opened and the communication between the intake passage 41 downstream of the electric supercharger 6 and the merging pipe 8 is cut off, so that even if the electric supercharger 6 is a centrifugal type, The air does not flow backward from the electric supercharger 6 to the intake pipe 2.
[0124]
The control method of the three-way valve 40 is the same as the control method of the on-off valve 14 of the second embodiment, and the control flowchart is also the same as that of the second embodiment.
[0125]
As described above, in the present embodiment, since the switching of the intake path is performed by one three-way valve 40, the cost can be reduced.
[0126]
Since the number of parts used is small, there are few restrictions on the layout of each part.
[0127]
In addition, this invention is not necessarily limited to said embodiment, It cannot be overemphasized that a various change can be made within the range of the technical idea as described in a claim.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a system configuration of a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating a system configuration of a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating another system configuration of the second embodiment.
FIG. 4 is a diagram illustrating a system configuration of a third embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a system configuration of a fourth embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a system configuration of a fifth embodiment.
FIG. 7 is a control flowchart of the first embodiment.
FIG. 8 is a time chart of control of the first embodiment.
FIG. 9 is a flowchart of control using the predicted rotation speed of the electric supercharger.
FIG. 10 is a flowchart of a method for calculating a predicted rotation speed of the electric supercharger.
FIG. 11 is a characteristic diagram of an electric motor.
FIG. 12 is a predicted rotation increase value table of an electric motor.
FIG. 13 is a flowchart for determining a failure of the on-off valve in a state where the electric supercharger is not operating except immediately after the end of acceleration.
FIG. 14 is a flowchart for determining a failure of the on-off valve in a state immediately after the end of acceleration and the electric supercharger is not operating.
FIG. 15 is a flowchart of control according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Intake pipe
2 Intake pipe
3 Compressor
4 Turbocharger
5 Turbine
6 Compressor
7 Electric motor
8 Confluence pipe
9 Throttle valve
10 Intake manifold
11 Engine
12 Exhaust manifold
13 Exhaust pipe
14 On-off valve
15 Shielding valve
16 Intercooler
17 Pressure sensor
18 Air flow meter
20 Intake pipe
21 Control unit
40 Three-way valve
41 Electric supercharger downstream intake pipe

Claims

A part of the intake passage of the internal combustion engine branches,
A turbocharger in one passage and an electric supercharger in the other passage,
An on- off valve is arranged downstream of the turbocharger and upstream of the junction ,
The on-off valve is open from the start of operation of the electric supercharger until the rotational speed of the electric supercharger reaches a predetermined value, and is closed when the rotational speed of the electric supercharger reaches a predetermined value. Then, the opening is increased until a predetermined opening is reached according to the supercharging pressure of the turbocharger, and the opening is fully opened when the predetermined opening is reached. apparatus.

The supercharging device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a shutoff valve is provided in an intake passage upstream or downstream of the electric supercharger and upstream of the junction.

The supercharger for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein an intercooler is disposed in the combined intake passage.

The supercharger for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein an intercooler is provided downstream of the turbocharger and upstream of the on-off valve.

5. The internal combustion engine supercharger according to claim 1 , wherein the opening / closing valve gradually increases in opening degree until the turbocharger is fully opened in response to an increase in supercharging pressure of the turbocharger. Feeding device.

A part of the intake passage of the internal combustion engine branches,
A turbocharger in one passage and an electric supercharger in the other passage,
A three-way valve is arranged at the junction of the intake passage,
The three-way valve is one of an intake passage downstream of the turbocharger and an intake passage downstream of the electric supercharger from the start of operation of the electric supercharger until the rotational speed of the electric supercharger reaches a predetermined value. Is in a state of communicating with the intake passage downstream of the merging portion, and when the rotational speed of the electric supercharger reaches a predetermined value, the communication between the intake passage downstream of the turbocharger and the merging portion is interrupted, Thereafter, the turbocharger operates until the flow area of the communication portion between the intake passage downstream of the turbocharger and the merging portion reaches a predetermined amount according to the supercharging pressure of the turbocharger, and when the predetermined amount is reached A supercharging device for an internal combustion engine, wherein communication between the intake passage downstream of the electric supercharger and the merging portion is blocked.