JP4560996B2 - 容積型過給機を備えた内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は容積型過給機を備えた内燃機関に関し、吸気通路に設けた容積型過給機と電動・発電機とを連結し、過給と発電ができるようにし、低負荷運転時に発電機で電力を取り出して効率向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から内燃機関の過給方式の一つに容積型過給機をベルトなどにより内燃機関で駆動するようにし、内燃機関と比例した回転数で作動させて過給するようにした、いわゆるスーパーチャージャがある。
【０００３】
このようなベルトなどにより内燃機関で過給機を駆動する方式では、過給の必要のない低負荷運転状態においても過給機が駆動されることになり、過給機の駆動仕事が無駄になってしまう。
【０００４】
そこで、駆動系にクラッチを介装して過給の必要な時にのみ過給機に駆動力を伝達して過給することも行われているが、機構が複雑になるとともに、運転しない場合の過給機が吸気抵抗になるためバイパスのための配管が必要になる。
【０００５】
一方、内燃機関と独立して電動機で過給機を駆動することも提案されており、例えば実開昭５７−７３３２８号の過給機を備えた内燃機関では、機関低速回転領域における加速時などのトルク増大を必要とする領域に限って電動機で過給機を駆動して過給するようにし、過給を必要としない場合には、過給機をバイパスさせるバイパス配管を介して吸気するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内燃機関の運転状態を見ると、特に車両に搭載された内燃機関では、機関低速回転領域における加速時などのトルク増大を必要とする運転状態は少なく、通常走行では、スロットルバルブをわずかに開いた運転状態の低負荷運転状態で、トルク増大の必要のない領域であり、過給機を電動機で駆動することで駆動仕事の無駄を省くことができるものの、低負荷運転状態における内燃機関の効率向上を根本的に図ることができないという問題がある。
【０００７】
また、この電動機で過給の必要な時にのみ過給機を駆動する場合でも通常の運転しない場合に過給機をバイパスさせるバイパス配管を設けなければならないという問題も依然としてある。
【０００８】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、過給によるトルク増大などの必要な場合に過給するとともに、過給の必要ない運転状態での効率向上を図ることができる容積型過給機を備えた内燃機関を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これまでの内燃機関に備えられた過給機は、機関低速回転領域や機関高速回転領域のいずれでも高負荷領域のトルク増大や出力増大を図るためのもので、過給機の運転必要領域を車両の走行状態から見ると、わずかな領域であり通常の車両走行状態では、内燃機関は低負荷状態であって内燃機関の吸気通路は負圧状態となっている場合が多い。
【００１０】
そこで、過給の必要な運転状態で過給を行う一方、内燃機関の運転状態として多い低負荷状態での効率向上を図ることが、内燃機関の効率向上に必要不可欠であることを見出だし、この発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の容積型過給機を備えた内燃機関の具体的構成は、内燃機関の吸気通路に設けられる容積型過給機と、この容積型過給機に連結され当該過給機を駆動する電動機もしくは当該過給機で駆動されて発電機となる電動・発電機と、この電動・発電機を前記内燃機関の運転状態により生じる前記吸気通路の圧力により、電動機で駆動して過給したり発電機で発電させて電力を回収するよう制御する制御装置とを設け、前記内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え前記制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御することを特徴とするものである。
【００１２】
この容積型過給機を備えた内燃機関によれば、内燃機関の吸気通路に設けられる容積型過給機と、この容積型過給機に連結され当該過給機を駆動する電動機もしくは当該過給機で駆動されて発電機となる電動・発電機と、この電動・発電機を前記内燃機関の運転状態により生じる前記吸気通路の圧力により、電動機で駆動して過給したり発電機で発電させて電力を回収するよう制御する制御装置とを設け、前記内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え前記制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしており、制御装置で電動・発電機を制御してトルク増大や出力増大を図る必要がある場合には、過給機を電動機で駆動して過給するようにするようにし、低負荷運転時には、内燃機関の吸引力により過給機で発電機を駆動して電力を回収して効率向上を図るようにしている。また、内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしており、ガソリン機関の吸気通路の過給機を電動機で駆動したり、発電機で負荷をかけて抵抗とすることで、吸気通路の圧力を制御でき、スロットルバルブを省略することもできるようになる。
【００１５】
ここで、電動・発電機とは、電動機の機能と発電機の機能とを備えたものをいい、例えば直流モータのように一体で両方の機能を備えるようにしたものであっても、それぞれが別体とされて連結されたもの等のいずれであっても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明の容積型過給機を備えた内燃機関の一実施の形態にかかる概略構成図である。
【００１７】
この容積型過給機を備えた内燃機関１０は、例えば図１に示すように、内燃機関としてガソリン機関１１が用いられ、容積型過給機として、例えばルーツブロワ１２が備えられ、ルーツブロワ１２には、駆動するための電動機１３が連結されるとともに、電動機１３と一体または別体にルーツブロワ１２で駆動されて発電する発電機（１４）が連結されており、これら電動・発電機１３を制御するため制御装置１５が設けられて構成されている。
【００１８】
そして、ガソリン機関１１の吸気通路１６には、先端部にエアクリ−ナ１７およびエアフローセンサ１８が設けられて中間部のルーツブロワ１２に至り、さらにルーツブロワ１２の下流（ガソリン機関１１側）には、吸気圧力センサ１９が設けられるとともに、図示しないアクセルペダルと連動するスロットルバルブ２０および燃料噴射弁２１が設けられている。
【００１９】
この容積型過給機を備えた内燃機関１０の電動・発電機１３を制御するための制御装置１５は、電動・発電機１３を電動機として運転する場合のモータドライバ１５ａと、発電機として運転する場合の負荷を制御する充電器１５ｂと、電動機の電源および発電機からの充電を行うバッテリ１５ｃとで構成される。
【００２０】
このように構成した容積型過給機を備えた内燃機関１０では、ガソリン機関１１の高負荷運転時には、スロットルバルブ２０に設けた図示しないスロットルバルブ開度サンサや吸気通路１６のルーツブロワ１２の下流側の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１９の出力信号と、機関の回転速度を検出する回転センサの出力信号などによって高負荷運転状態であることが検出されると、制御装置１５のモータドライバ１５ａによって電動・発電機１３が電動機として運転されてルーツブロワ１２を駆動し、吸気圧力を増大して過給するよう制御する。
【００２１】
そして、必要な過給圧力は電動・発電機１３の駆動回転数を制御することで行うようにし、例えばインバータを用いて制御するようにすれば良い。
【００２２】
一方、ガソリン機関１１の低負荷運転時には、スロットルバルブ２０の開度が小さく、ガソリン機関１１で吸引されて吸気通路１６内が負圧状態となり、スロットルバルブ開度サンサや吸気圧力センサ１９の出力信号と、機関の回転センサの出力信号などによって低負荷運転状態であることが検出されると、制御装置１５の充電器１５ｂによって電動・発電機１３が発電機とされてルーツブロワ１２で駆動され、発電された電力でバッテリ１５ｃを充電するよう制御する。
【００２３】
そして、ルーツブロワ１２で電動・発電機１３を駆動して発電する場合の負荷の制御は、充電量を制御することで行われ、例えば充電器１５ｂとバッテリ１５ｃとの接続を間欠的に行うデューティ制御することで行うようにすれば良い。
【００２４】
このような容積型過給機を備えた内燃機関１０によれば、過給の必要な運転状態の場合には、電動・発電機１３でルーツブロワ１２を駆動することで過給することができるとともに、過給の必要のない低負荷運転状態の場合には、ガソリン機関１１の吸気の吸引力によってルーツブロワ１２を回して電動・発電機１３を駆動して発電することができ、吸気の持つエネルギを電力として回収することができ、従来効率向上の対象として考慮されていない領域でガソリン機関１１の効率向上を図ることができるとともに、過給の必要のない場合に吸気抵抗の増大を防止するバイパス配管の必要もなくすことができる。
【００２５】
また、容積型過給機としてルーツブロワを用いるようにしているので、過給する場合や発電する場合のいずれでも効率の変動がほとんどなく、効率良く運転することができる。
【００２６】
さらに、ガソリン機関１１の場合には、ルーツブロワ１２の運転状態を制御装置１５で制御することで吸気圧力を調整することもでき、この制御によってスロットルバルブ２０を省略することもでき、この場合には、スロットルバルブ開度センサに替えてアクセルペダルの作動角を検出する角度検出センサの出力信号を用いて機関運転状態を検出して制御するようにすれば良い。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、容積型過給機としてルーツブロワを例に説明したが、これに限らず他の容積型ブロワやコンプレッサなどを用いるようにしても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の容積型過給機を備えた内燃機関によれば、内燃機関の吸気通路に設けられる容積型過給機と、この容積型過給機に連結され当該過給機を駆動する電動機もしくは当該過給機で駆動されて発電機となる電動・発電機と、この電動・発電機を前記内燃機関の運転状態により生じる前記吸気通路の圧力により、電動機で駆動して過給したり発電機で発電させて電力を回収するよう制御する制御装置とを設け、前記内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え前記制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしたので、制御装置で電動・発電機を制御してトルク増大や出力増大を図る必要がある場合には、過給機を電動機で駆動して過給することができ、低負荷運転時には、内燃機関の吸引力により過給機で発電機を駆動して電力を回収して効率向上を図ることができる。
【００３０】
また、内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしたので、ガソリン機関の吸気通路の過給機を電動機で駆動したり、発電機で負荷をかけて抵抗とすることで、吸気通路の圧力を制御することができ、スロットルバルブを省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の容積型過給機を備えた内燃機関の一実施の形態にかかる概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 容積型過給機を備えた内燃機関
１１ ガソリン機関（内燃機関）
１２ ルーツブロワ（容積型過給機）
１３ 電動・発電機
１４ 発電機
１５ 制御装置
１５ａ モータドライバ
１５ｂ 充電器
１５ｃ バッテリ
１６ 吸気通路
１７ エアクリーナ
１８ エアフローセンサ
１９ 吸気圧力センサ
２０ スロットルバルブ
２１ 燃料噴射弁
【発明の属する技術分野】
この発明は容積型過給機を備えた内燃機関に関し、吸気通路に設けた容積型過給機と電動・発電機とを連結し、過給と発電ができるようにし、低負荷運転時に発電機で電力を取り出して効率向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から内燃機関の過給方式の一つに容積型過給機をベルトなどにより内燃機関で駆動するようにし、内燃機関と比例した回転数で作動させて過給するようにした、いわゆるスーパーチャージャがある。
【０００３】
このようなベルトなどにより内燃機関で過給機を駆動する方式では、過給の必要のない低負荷運転状態においても過給機が駆動されることになり、過給機の駆動仕事が無駄になってしまう。
【０００４】
そこで、駆動系にクラッチを介装して過給の必要な時にのみ過給機に駆動力を伝達して過給することも行われているが、機構が複雑になるとともに、運転しない場合の過給機が吸気抵抗になるためバイパスのための配管が必要になる。
【０００５】
一方、内燃機関と独立して電動機で過給機を駆動することも提案されており、例えば実開昭５７−７３３２８号の過給機を備えた内燃機関では、機関低速回転領域における加速時などのトルク増大を必要とする領域に限って電動機で過給機を駆動して過給するようにし、過給を必要としない場合には、過給機をバイパスさせるバイパス配管を介して吸気するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、内燃機関の運転状態を見ると、特に車両に搭載された内燃機関では、機関低速回転領域における加速時などのトルク増大を必要とする運転状態は少なく、通常走行では、スロットルバルブをわずかに開いた運転状態の低負荷運転状態で、トルク増大の必要のない領域であり、過給機を電動機で駆動することで駆動仕事の無駄を省くことができるものの、低負荷運転状態における内燃機関の効率向上を根本的に図ることができないという問題がある。
【０００７】
また、この電動機で過給の必要な時にのみ過給機を駆動する場合でも通常の運転しない場合に過給機をバイパスさせるバイパス配管を設けなければならないという問題も依然としてある。
【０００８】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、過給によるトルク増大などの必要な場合に過給するとともに、過給の必要ない運転状態での効率向上を図ることができる容積型過給機を備えた内燃機関を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
これまでの内燃機関に備えられた過給機は、機関低速回転領域や機関高速回転領域のいずれでも高負荷領域のトルク増大や出力増大を図るためのもので、過給機の運転必要領域を車両の走行状態から見ると、わずかな領域であり通常の車両走行状態では、内燃機関は低負荷状態であって内燃機関の吸気通路は負圧状態となっている場合が多い。
【００１０】
そこで、過給の必要な運転状態で過給を行う一方、内燃機関の運転状態として多い低負荷状態での効率向上を図ることが、内燃機関の効率向上に必要不可欠であることを見出だし、この発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の容積型過給機を備えた内燃機関の具体的構成は、内燃機関の吸気通路に設けられる容積型過給機と、この容積型過給機に連結され当該過給機を駆動する電動機もしくは当該過給機で駆動されて発電機となる電動・発電機と、この電動・発電機を前記内燃機関の運転状態により生じる前記吸気通路の圧力により、電動機で駆動して過給したり発電機で発電させて電力を回収するよう制御する制御装置とを設け、前記内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え前記制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御することを特徴とするものである。
【００１２】
この容積型過給機を備えた内燃機関によれば、内燃機関の吸気通路に設けられる容積型過給機と、この容積型過給機に連結され当該過給機を駆動する電動機もしくは当該過給機で駆動されて発電機となる電動・発電機と、この電動・発電機を前記内燃機関の運転状態により生じる前記吸気通路の圧力により、電動機で駆動して過給したり発電機で発電させて電力を回収するよう制御する制御装置とを設け、前記内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え前記制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしており、制御装置で電動・発電機を制御してトルク増大や出力増大を図る必要がある場合には、過給機を電動機で駆動して過給するようにするようにし、低負荷運転時には、内燃機関の吸引力により過給機で発電機を駆動して電力を回収して効率向上を図るようにしている。また、内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしており、ガソリン機関の吸気通路の過給機を電動機で駆動したり、発電機で負荷をかけて抵抗とすることで、吸気通路の圧力を制御でき、スロットルバルブを省略することもできるようになる。
【００１５】
ここで、電動・発電機とは、電動機の機能と発電機の機能とを備えたものをいい、例えば直流モータのように一体で両方の機能を備えるようにしたものであっても、それぞれが別体とされて連結されたもの等のいずれであっても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１はこの発明の容積型過給機を備えた内燃機関の一実施の形態にかかる概略構成図である。
【００１７】
この容積型過給機を備えた内燃機関１０は、例えば図１に示すように、内燃機関としてガソリン機関１１が用いられ、容積型過給機として、例えばルーツブロワ１２が備えられ、ルーツブロワ１２には、駆動するための電動機１３が連結されるとともに、電動機１３と一体または別体にルーツブロワ１２で駆動されて発電する発電機（１４）が連結されており、これら電動・発電機１３を制御するため制御装置１５が設けられて構成されている。
【００１８】
そして、ガソリン機関１１の吸気通路１６には、先端部にエアクリ−ナ１７およびエアフローセンサ１８が設けられて中間部のルーツブロワ１２に至り、さらにルーツブロワ１２の下流（ガソリン機関１１側）には、吸気圧力センサ１９が設けられるとともに、図示しないアクセルペダルと連動するスロットルバルブ２０および燃料噴射弁２１が設けられている。
【００１９】
この容積型過給機を備えた内燃機関１０の電動・発電機１３を制御するための制御装置１５は、電動・発電機１３を電動機として運転する場合のモータドライバ１５ａと、発電機として運転する場合の負荷を制御する充電器１５ｂと、電動機の電源および発電機からの充電を行うバッテリ１５ｃとで構成される。
【００２０】
このように構成した容積型過給機を備えた内燃機関１０では、ガソリン機関１１の高負荷運転時には、スロットルバルブ２０に設けた図示しないスロットルバルブ開度サンサや吸気通路１６のルーツブロワ１２の下流側の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１９の出力信号と、機関の回転速度を検出する回転センサの出力信号などによって高負荷運転状態であることが検出されると、制御装置１５のモータドライバ１５ａによって電動・発電機１３が電動機として運転されてルーツブロワ１２を駆動し、吸気圧力を増大して過給するよう制御する。
【００２１】
そして、必要な過給圧力は電動・発電機１３の駆動回転数を制御することで行うようにし、例えばインバータを用いて制御するようにすれば良い。
【００２２】
一方、ガソリン機関１１の低負荷運転時には、スロットルバルブ２０の開度が小さく、ガソリン機関１１で吸引されて吸気通路１６内が負圧状態となり、スロットルバルブ開度サンサや吸気圧力センサ１９の出力信号と、機関の回転センサの出力信号などによって低負荷運転状態であることが検出されると、制御装置１５の充電器１５ｂによって電動・発電機１３が発電機とされてルーツブロワ１２で駆動され、発電された電力でバッテリ１５ｃを充電するよう制御する。
【００２３】
そして、ルーツブロワ１２で電動・発電機１３を駆動して発電する場合の負荷の制御は、充電量を制御することで行われ、例えば充電器１５ｂとバッテリ１５ｃとの接続を間欠的に行うデューティ制御することで行うようにすれば良い。
【００２４】
このような容積型過給機を備えた内燃機関１０によれば、過給の必要な運転状態の場合には、電動・発電機１３でルーツブロワ１２を駆動することで過給することができるとともに、過給の必要のない低負荷運転状態の場合には、ガソリン機関１１の吸気の吸引力によってルーツブロワ１２を回して電動・発電機１３を駆動して発電することができ、吸気の持つエネルギを電力として回収することができ、従来効率向上の対象として考慮されていない領域でガソリン機関１１の効率向上を図ることができるとともに、過給の必要のない場合に吸気抵抗の増大を防止するバイパス配管の必要もなくすことができる。
【００２５】
また、容積型過給機としてルーツブロワを用いるようにしているので、過給する場合や発電する場合のいずれでも効率の変動がほとんどなく、効率良く運転することができる。
【００２６】
さらに、ガソリン機関１１の場合には、ルーツブロワ１２の運転状態を制御装置１５で制御することで吸気圧力を調整することもでき、この制御によってスロットルバルブ２０を省略することもでき、この場合には、スロットルバルブ開度センサに替えてアクセルペダルの作動角を検出する角度検出センサの出力信号を用いて機関運転状態を検出して制御するようにすれば良い。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、容積型過給機としてルーツブロワを例に説明したが、これに限らず他の容積型ブロワやコンプレッサなどを用いるようにしても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の容積型過給機を備えた内燃機関によれば、内燃機関の吸気通路に設けられる容積型過給機と、この容積型過給機に連結され当該過給機を駆動する電動機もしくは当該過給機で駆動されて発電機となる電動・発電機と、この電動・発電機を前記内燃機関の運転状態により生じる前記吸気通路の圧力により、電動機で駆動して過給したり発電機で発電させて電力を回収するよう制御する制御装置とを設け、前記内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え前記制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしたので、制御装置で電動・発電機を制御してトルク増大や出力増大を図る必要がある場合には、過給機を電動機で駆動して過給することができ、低負荷運転時には、内燃機関の吸引力により過給機で発電機を駆動して電力を回収して効率向上を図ることができる。
【００３０】
また、内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御するようにしたので、ガソリン機関の吸気通路の過給機を電動機で駆動したり、発電機で負荷をかけて抵抗とすることで、吸気通路の圧力を制御することができ、スロットルバルブを省略することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の容積型過給機を備えた内燃機関の一実施の形態にかかる概略構成図である。
【符号の説明】
１０ 容積型過給機を備えた内燃機関
１１ ガソリン機関（内燃機関）
１２ ルーツブロワ（容積型過給機）
１３ 電動・発電機
１４ 発電機
１５ 制御装置
１５ａ モータドライバ
１５ｂ 充電器
１５ｃ バッテリ
１６ 吸気通路
１７ エアクリーナ
１８ エアフローセンサ
１９ 吸気圧力センサ
２０ スロットルバルブ
２１ 燃料噴射弁
Claims (1)
- 内燃機関の吸気通路に設けられる容積型過給機と、この容積型過給機に連結され当該過給機を駆動する電動機もしくは当該過給機で駆動されて発電機となる電動・発電機と、この電動・発電機を前記内燃機関の運転状態により生じる前記吸気通路の圧力により、電動機で駆動して過給したり発電機で発電させて電力を回収するよう制御する制御装置とを設け、前記内燃機関をガソリン機関で構成するとともに、スロットルバルブに替え前記制御装置で当該ガソリン機関の運転を制御することを特徴とする容積型過給機を備えた内燃機関。
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| JP2002357127A JP2002357127A (ja) | 2002-12-13 |
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