JP4591290B2

JP4591290B2 - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JP4591290B2
Application number: JP2005260329A
Authority: JP
Inventors: 幹公藤井; 直之山形; 仁寿中本; 真玄丸本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2005-09-08
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-09-08
Also published as: JP2007071137A

Description

本発明は、電動過給機を有するエンジンの過給装置に関し、エンジンの吸気システムの技術分野に属する。

従来より、エンジントルクの増大を図る手段として吸気を過給するスーパーチャージャやターボチャージャが周知であるが、いずれも過給能力がエンジン回転数の影響を大きく受ける結果、低回転領域で過給圧が不足するという欠点がある。これに対し、電気的に駆動される電動過給機は、エンジン回転数の影響を受けることなく回転数を制御できるので、低回転領域でも十分な過給圧を発生し得る利点がある。

そして、この電動過給機を備えた吸気システムとして、例えば特許文献１には、電動過給機が配設された過給通路と、該過給通路における電動過給機の上、下流側に接続されて吸気制御弁が配設されたバイパス通路と、前記過給通路とバイパス通路との合流部から下流側に延びてスロットル弁が配設された合流通路とが設けられた吸気システムが開示されている。この吸気システムでは、エンジンの運転領域が高負荷側の所定の過給領域にあるときに、前記吸気制御弁を閉じた状態で電動過給機を作動させるようになっている。そして、エンジンの吸入空気量の制御は、従来通りスロットル弁の開度を制御することによって行われる。

一方、この種の電動過給機は、コンプレッサと該コンプレッサを駆動させるモータとを有し、該モータに対する供給電力に応じてコンプレッサの回転数が増減し、得られる過給圧が決定されることになる。ここで、特許文献２には、電動過給機への電力供給の制御に関する発明が開示されている。即ち、この特許文献２に記載の発明では、通常、電動過給機への供給電力は、過給時の目標過給圧と実過給圧との差に基づいて、圧力差が大きいときは供給電力を増加させるように過給圧のフィードバック制御が行われるようになっているが、過給開始時、つまりエンジンの運転状態が過給領域に突入した際に限っては、過給機に能力最大の電力を供給するように制御される。これによって、電動過給機の回転数を速やかに上昇させ、過給領域への突入時における過給圧の立ち上がりの応答性が確保されるようになっている。なお、以下の説明において、エンジンの運転領域が過給領域に突入した際に過給機に供給される電力を「突入電力」という。
特開２００４−３４６９１０号公報特開２００４−１６９６２９号公報

ところで、前記電動過給機は、エンジンにより駆動されるオルタネータの発電電力に基づいて駆動されるのが通例であるが、電動過給機の作動開始時のように、応答性を確保するために大きな突入電力が要求される場合は、要求される電力をオルタネータからの供給電力では賄いきれず、バッテリからの電力の持ち出しが行われることになる。このときバッテリから持ち出される電力は小さくなく、バッテリの劣化を促進するおそれがあると共に、バッテリの充電のためにオルタネータの発電時間が増加することになって燃費悪化の問題が生じる。しかも、加速減速が繰り返される運転状態においては、運転状態の非過給領域から過給領域への移行が繰り返されることになって、移行の度にバッテリから電力が持ち出され、前述のバッテリの劣化及び燃費悪化の問題が顕著化し、ユーザーに頻繁なバッテリの交換を強いることになる。

これに対して、運転状態が非過給領域にある状態で、電動過給機に所定の電力供給を行い、予め回転数を上昇させておき、過給領域に移行した際の突入電力を抑制することが考えられるが、前記所定の電力供給の必要上オルタネータの作動時間が長くなって、燃費の悪化が問題になる。

そこで、本発明は、電動過給機を有するエンジンの過給装置において、過給圧の立ち上がりの応答性を確保しつつ、燃費の悪化を防止し、バッテリの劣化を抑制することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明は、電動過給機が配設された過給通路と、該過給通路における電動過給機の上、下流側に接続されて吸気制御弁が配設されたバイパス通路と、前記過給通路とバイパス通路との合流部から下流側に延びてスロットル弁が配設された合流通路とを有し、エンジンの運転状態が所定の過給領域にあるときに、前記電動過給機への電力供給を行い、過給領域よりも低負荷側に設定された非過給領域にあるときに、該過給機への電力供給を停止させるように構成されたエンジンの過給装置であって、エンジンの運転状態が前記非過給領域から過給領域に移行したときに、前記吸気制御弁を閉じ、その後、所定期間が経過したときに、電動過給機への電力供給を開始させると共に、エンジンの運転状態が前記過給領域から非過給領域に移行したときに、電動過給機への電力供給を停止させ、その後、所定期間が経過したときに、前記スロットル弁の閉動作を開始させることを特徴とする。

なお、前記非過給領域で過給機への電力供給を停止させる状態には、過給機のモータの回転位相を認識しておくためなどの理由で微小な電力によりごく低回転で回転させている状態を含む。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンの過給装置において、エンジンの運転状態が過給領域から非過給領域に移行したときに、電動過給機への電力供給を停止させた後、所定期間経過したときに、前記吸気制御弁の開動作を開始させることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、エンジンの運転状態が非過給領域から過給領域に移行したときは、吸気制御弁が閉じられ、その後、所定期間が経過したときに、電動過給機への電力供給が開始される。ここで、吸気制御弁が閉じられて過給機への電力供給が行われていない状態において、燃焼室で生じる吸気負圧が合流通路を介して過給通路に及び、該過給通路の上流側との圧力差によって過給通路に空気の流れが生じることになる。そして、この過給通路内の空気の流れにより過給機が自転することになる。

また、吸気制御弁が閉じられてから所定期間遅らせて、過給機に電力供給されて該過給機の回転を上昇させることになるが、過給機が停止した状態から回転を上昇させるときに比べて、小さなエネルギで回転を上昇させることができるから、突入電力が抑制されることになる。この結果、オルタネータの発電電力で賄える割合が増加することによってバッテリからの電力の持ち出しが抑制され、バッテリの劣化が防止される。このとき、突入電力は抑制されるにも拘らず、回転を速やかに上昇させることができるので、過給圧の立ち上がりの応答性を低下させることはなく、また、突入電力の抑制により燃費の悪化が防止される。

一方、減速時等において、エンジンの運転状態が過給領域から非過給領域に移行したときは、同時にスロットル弁の開度が小さくされる共に、吸気制御弁は開かれて通常の非過給領域における制御に切り換えられることになるが、スロットル弁が閉じられると、燃焼室の吸気負圧のスロットル弁の上流側への影響が小さくなるので、スロットル弁の上流側の空気の流れが弱くなり、過給通路における空気の流れも弱くなる。この結果、前述の過給機の自転効果が失われ、過給機の回転が急速に減少することになる。このため、再度非過給領域から過給領域に移行したときに、回転の小さな状態或いは停止状態から回転を上昇させることになるので、ある程度回転した状態から上昇させるときに比べて必要となるエネルギが大きくなり、効率的な燃費改善が実現されない。特に、運転状態が過給領域と非過給領域との境界付近にある場合に繰り返し過給領域への突入が行われることもあり、改善の余地がある。

これに対し、請求項１に記載の発明によれば、エンジンの運転状態が過給領域から非過給領域に移行したときに、過給機への電力供給が停止され、この後、所定期間経過したときに、スロットル弁の閉動作が開始される。この結果、非過給領域への移行直後に過給通路の空気の流れが失われることが回避されるので、過給機の自転効果が失われることがなくなる。そして、再度非過給領域から過給領域に移行したときに、必要となるエネルギが小さくなるので、突入電力が抑制されて、効率的に燃費が改善されることになる。

また、請求項２に記載の発明によれば、過給機への電力供給の停止から所定期間経過後に、吸気制御弁の開動作が開始される。この結果、吸気負圧により空気が専ら過給通路を流れることになって、過給機の自転効果が維持されることになる。したがって、再度非過給領域から過給領域に移行したときに、突入電力が一層効果的に抑制されて、効率的に燃費が改善されることになる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１に、本実施の形態に係るエンジンの吸気システム１を示す。この吸気システム１は、新気が導入される吸気通路２を有し、該吸気通路２は、上流側でエアクリーナ１０に接続されて電動過給機１１が配設された過給通路２０と、該過給通路２０における過給機１１の上、下流側に接続されて吸気制御弁１２が配設されたバイパス通路２１と、過給通路２０と該バイパス通路２１とが合流した下流側に延びてスロットル弁１３が配設された合流通路２２と、該合流通路２２の下流側に形成されたサージタンク２３と、該サージタンク２３から各気筒＃１〜＃４に分岐する複数の独立吸気通路２４…２４とを有している。

前記電動過給機１１は、モータ１１ａに電力供給することによりコンプレッサ１１ｂが回転する構成であり、過給通路２０における該過給機１１の上流側から吸入した空気を下流側に圧送するようになっている。なお、この過給機１１の定格出力時の消費電力は２ｋＷである。

また、電動過給機１１のモータ１１ａへの供給電流を制御する電動過給機ドライバ３０と、該ドライバ３０を介してモータ１１ａに電力供給するバッテリ３１及びオルタネータ３２とが備えられている。前記バッテリ３１は１４Ｖの電源であり、矢印Ａに示すように前記ドライバ３０に給電可能に接続されていると共に、前記オルタネータ３２で発電された電力を蓄電可能とされている。また、前記オルタネータ３２は、エンジンの駆動により電圧１４Ｖの発電を行うようになっており、矢印Ｂに示すように直接ドライバ３０に電力供給する一方、矢印Ｃに示すように該バッテリ３１に電力供給して充電するようになっている。

また、エンジン全体を制御するエンジンコントロールユニット１００と、該エンジンコントロールユニット１００から出力された制御信号に基いて吸気システム１の各機器を制御する吸気システムコントローラ１０１とが備えられている。

前記エンジンコントロールユニット１００は、エンジン負荷を検出するものとしてアクセルペダル４０ａの踏込み量を検出するアクセル開度センサ４０からの信号、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ４１からの信号、前記バッテリ３１の充電状態を検出する電圧センサ４２、前記電動過給機１１のモータ１１ａの回転数を検出するモータ回転数センサ４３からの信号等が入力されるようになっている。

そして、前記エンジンコントロールユニット１００は、これらの入力信号に基いて、スロットル弁１３を開閉駆動するスロットルアクチュエータ４４、吸気システムコントローラ１０１などに各種の制御信号を出力する。

前記吸気システムコントローラ１０１は、吸気制御弁１２を開閉駆動する吸気制御弁アクチュエータ４５、前記電動過給機ドライバ３０などに制御信号を出力する。

ところで、図２に示すように、前記エンジンコントロールユニット１００には、アクセル開度及びエンジン回転数に応じて各運転領域が設定された制御マップが記憶されている。この制御マップは、低負荷側及び高回転側に非過給領域が設定され、高負荷低回転側に過給領域が設定されている。

非過給領域では、前記エンジンコントロールユニット１００は、前記スロットルアクチュエータ４４にスロットル弁１３の開度を制御する信号、及び吸気システムコントローラ１０１を介して前記吸気制御弁アクチュエータ４５に吸気制御弁１２を全開にする信号を出力する。また、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介して前記電動過給機ドライバ３０に、前記モータ１１ａに微小な電流を供給するための信号を出力する。なお、前記スロットル弁１３は電子制御式のものであって、スロットル開度はアクセルペダル４０ａの踏込み量に必ずしも対応しない。

そして、過給領域では、前記エンジンコントロールユニット１００は、前記スロットルアクチュエータ４４にスロットル弁１３の開度を制御する信号、及び吸気システムコントローラ１０１を介して前記吸気制御弁アクチュエータ４５に吸気制御弁１２を全閉にする信号を出力する。また、この過給領域においては、エンジンコントロールユニット１００は、吸気システムコントローラ１０１を介して電動過給機ドライバ３０に、以下の式１で表される供給電流を過給機１１に供給するための信号を出力する。
供給電流＝ベース電流＋（目標回転数−実回転数）×ゲイン（式１）

ここで、ベース電流は、１ｋＷの電力供給を実現するために必要となる電流値である。また、アクセル開度とエンジン回転数とに応じて過給時における過給機１１の目標回転数が決定される。そして、この過給機１１の目標回転数から前記モータ回転数センサ４３により検出した実回転数を減算した値に所定のゲインを乗算した値を前記ベース電流に加算して、これをトータルの供給電流としている。

ところで、過給領域及び非過給領域において基本的には前記の制御が行われるのであるが、非過給領域から過給領域に移行したとき、及び過給領域から非過給領域に移行したときは、以下の制御が行われるようになっている。

即ち、非過給領域から過給領域に移行したときは、エンジンコントロールユニット１００は、まず吸気システムコントローラ１０１を介して吸気制御弁１２を閉じる信号を出力し、前記電動過給機ドライバ３０に、過給機１１の回転数が１５０００ｒｐｍ未満の状態ではアイドル回転用の微小な電力供給を行い、回転数が１５０００ｒｐｍ以上の状態では前記式１による過給用の電力供給を行うための信号を出力するようになっている。

また、過給領域から非過給領域に移行したときには、エンジンコントロールユニット１００は、まず吸気システムコントローラ１０１を介して前記電動過給機ドライバ３０に、過給機１１への微小な電力供給を行う信号を出力し、過給機１１の回転数が５０００ｒｐｍより大きい状態では、吸気制御弁１２を閉じると共にスロットル弁１３を過給領域におけるスロットル開度を維持する信号を出力し、回転数が５０００ｒｐｍ以下の状態では、吸気制御弁１２を開くと共にスロットル弁１３を非過給領域に移行後の目標トルク相当のスロットル開度まで減少し、通常のスロットル制御に復帰させる信号を出力するようになっている。

次に、前記吸気システム１の作用について説明する。

まず、エンジンの運転状態が非過給領域にあるときに、エンジンコントロールユニット１００から、スロットル弁１３を制御する信号、及び吸気システムコントローラ１０１を介して吸気制御弁１２を全開にする信号が出力されているので、吸気通路２に導入された空気は、バイパス通路２１を通って合流通路２２に至り、スロットル弁１３の開度に応じてエンジンに吸入されることになる。スロットル弁１３の開度は、アクセル開度及びエンジン回転数のパラメータに基づいて算出された目標トルクに対して、該目標トルクが得られるように吸入空気量を制御するようになっている。

また、この領域では、電動過給機１１への微小な電流の供給により、後述の自転効果の無い状態で該過給機１１はアイドル回転（５０００ｒｐｍ）を維持するようになっている。このようにアイドル回転を行っておくことで、エンジンコントロールユニット１００がモータ１１ａの回転位相を常時認識することができるので、運転状態が過給領域に移行した際の過給機１１の制御の応答性が向上し、過給圧の立ち上がりの応答性が確保される。

この結果、図３に示すように、非過給領域においては、自然吸気のみにより高回転側で高トルクが得られるエンジン特性となる。

そして、エンジンの運転状態が過給領域にあるときに、エンジンコントロールユニット１００から、スロットル弁１３を制御する信号、及び吸気システムコントローラ１０１を介して吸気制御弁１２を全閉にする信号が出力されているので、吸気通路２に導入された空気は、バイパス通路２１は通過できず、過給通路２０のみを通過可能となる。そして、電動過給機１１がベース電流の供給電力（１ｋＷ）以上の電力で作動し、過給通路２０に導入された空気が過給機１１の下流側に圧送されることになる。さらに、この圧送された空気が合流通路２２に導入され、スロットル弁１３の開度に応じてエンジンに吸入されることになる。

この結果、図３に示すように、過給領域においては、主に低回転側において自然吸気のみにより得られるトルク以上のトルクが得られることになる。

また、前記非過給領域から過給領域に移行した際に、過給機１１の回転数が１５０００ｒｐｍ未満の状態では、吸気制御弁１２が閉じられて過給機１１に電力供給されていないので、燃焼室の吸気負圧が合流通路２２を介して過給通路２０に及び、該負圧により生じた過給通路２０における空気の流れにより過給機１１が自転することになる。また、この自転により回転数が上昇し、１５０００ｒｐｍ以上になったときに前記式１で表される供給電流の制御に切り換えられるので、前記の過給領域の制御が行われる。

さらに、前記過給領域から非過給領域に移行した際に、過給機１１の回転数が５０００ｒｐｍより大きい状態では、吸気制御弁１２を閉じ、スロットル弁１３を開く信号が出力されているので、図４に示すように、吸気負圧により過給通路２０に空気の流れが生じ、供給電流がアイドル回転用の微小なものに切り換えられた後、過給機１１の回転が緩やかに減少することになる。また、回転数が５０００ｒｐｍ以下の状態では、吸気制御弁１２を開き、スロットル弁１３を非過給領域に移行後の目標トルク相当のスロットル開度まで減少させるので、前記の非過給領域と同様の制御が行われることになる。

次に、図５に示すフローチャートに基づいて、この吸気システム１の制御について説明する。

まず、ステップＳ１で、各種信号の読み込みを行う。このとき、アクセル開度センサ４０により検出されたアクセル開度、エンジン回転数センサ４１により検出されたエンジン回転数、モータ回転数センサ４３により検出されたモータ１１ａの回転数の信号などを入力する。次に、ステップＳ２で、このアクセル開度及びエンジン回転数のパラメータに基づいて目標トルクが決定される。この目標トルクは、計算で或いはマップにより求められる。

そして、ステップＳ３で、図２に示した制御マップに基づいてエンジンの運転状態が過給領域にあるか否かについての判定を行う。

ここで、図６のタイムチャートに示すように、時刻ｔ０でアクセルペダル４０ａの踏込み量が増大して加速要求があったときに、スロットル開度が増大されると共に、図２の矢印Ｘで示すように運転状態が過給領域に移行したことが判定される。このとき、ステップＳ３の判定の結果ステップＳ４に進み、該ステップＳ４で吸気制御弁１２を閉じ、次にステップＳ５で過給機１１の回転数が所定値α（＝１５０００ｒｐｍ）以上であるか否かの判定を行う。ステップＳ５で過給機１１の回転数が所定値α未満であるときはステップＳ６に進み、過給機１１はアイドル回転用の微小な電力供給が行われると共に、ステップＳ７に進み、前記ステップＳ２で求めた目標トルクを実現すべくスロットル弁１３の制御によるトルク制御が行われる。

一方、図６の符号アに示すように時刻ｔ０から過給機１１の回転数は自転により上昇し、時刻ｔ１において前記所定値α以上になって、ステップＳ５で過給機１１の回転数がα以上と判定されたときは、ステップＳ８に進んで過給機１１に過給用の所定の電流を供給し、つまり図６の符号イで示すように過給機１１への電流制御をアイドル回転用の制御から過給用の制御に切り換え、ステップＳ７に進む。このとき、過給機１１に供給される電流は、前述の式１で示したように、過給機１１の目標回転数と実回転数との差に所定のゲインを乗算した値をベース電流に加算して求められる。

そして、過給領域に移行する際にこのように制御される結果、図７に示すように、前述の自転の効果により過給機１１は１５０００ｒｐｍの回転数まで高められる。そして、過給機１１への電力供給が開始される際に、図８に示すように、実回転数の高い自転ありの状態からの移行時の方が自転なしの状態からの移行時よりも突入電流は小さくされる。そして、電力供給により過給機１１の回転数が上昇し、この回転数の上昇に伴って供給電流は低下することになり、回転数が６００００ｒｐｍで定常的に回転するときには、供給電流はベース電流Ｉ′となって、消費電力としては１ｋＷに維持される。

一方、図９のタイムチャートに示すように、時刻ｔ２でアクセルペダル４０ａの踏込み量が減少して減速要求があったときに、図２の矢印Ｙで示すように運転状態が非過給領域に移行したことが判定される。このとき、ステップＳ３における判定の結果、ステップＳ９に進むことになる。ステップＳ９では、図９の符号ウで示すように過給機１１への供給電流をアイドル回転用に制御し、ステップＳ１０で過給機１１の回転数が所定値β（＝５０００ｒｐｍ）以下であるか否かの判定を行う。

図９の符号エで示すように、時刻ｔ２で過給機１１への供給電流をアイドル回転用に切り換えた結果、時刻ｔ２〜ｔ３で過給機１１の回転数は緩やかに減少する。ここで、時刻ｔ２〜ｔ３において過給機１１の回転数は前記所定値βよりも大きいので、前記ステップＳ１０の判定においてステップＳ１１に進み、吸気制御弁１２を閉じると共に、ステップＳ１２でスロットル弁１３の制御として、スロットル開度を前回の状態に維持するように制御する。

このとき、ステップＳ１１、１２で、図４に示したように、吸気制御弁１２を閉じ、スロットル弁１３を開度の大きい状態で維持されているから、吸気負圧が合流通路２２を介して過給通路２０に及び、この負圧により過給通路２０に空気の流れが生じて、過給機１１を自転させる。そして、この結果前述のように時刻ｔ２〜ｔ３で過給機１１の回転数の減少が緩やかなものとなるのである。

また、図９の時刻ｔ３において過給機１１の回転数が前記所定値βまで減少したときに、前記ステップＳ１０の判定においてステップ１３に進み、符号オに示すように吸気制御弁１２を開くと共に、符号カに示すようにステップＳ１４でスロットル弁１３の制御として、非過給領域への移行後の目標トルク相当のスロットル開度まで減少させ、通常制御に復帰するように制御する。

ところで、図１０のタイムチャートは、運転状態が非過給領域に移行した後、再度過給領域に移行したときの制御を示す。まず、時刻ｔ２でアクセルペダル４０ａの踏込み量が減少して減速要求があったときに、運転状態が非過給領域に移行し、符号キで示すように同時に過給機１１への電力供給がアイドル回転用の微小なものに切り換えられる。

そして、符号クで示すように過給機１１の回転数が減少するが、前記所定値βにまで減少する前の時刻ｔ４でアクセルペダル４０ａの踏込み量が増加して加速要求があったときに、運転状態が過給領域に移行し、符号ケで示すように同時に過給機１１への供給電流が過給用の制御に切り換えられる。この結果、符号コで示すように過給機１１の回転数は目標回転にまで上昇することになる。なお、このときの、電流供給開始直前の回転状態から目標回転までの回転の上昇代はＬ１である。

このように、非過給領域に移行した後、過給機１１の回転数がβにまで減少する前に過給領域に移行する場合、スロットル弁１３の開度は大きい状態で維持されると共に、吸気制御弁１２は開いた状態で維持されることになる。

一方、図１０に、非過給領域に移行した際に、同時に符号サに示すようにスロットル弁１３を閉じ、符号シに示すように吸気制御弁１２を開くように制御した場合を鎖線で示す。これによると、スロットル弁１３を閉じることにより吸気負圧が該スロットル弁１３に遮られるので、合流通路２２の空気の流れが減少する。そして、吸気通路２に導入された空気が専らバイパス通路２１を通ることになるので、過給通路２０における空気の流れが減少し、過給機１１の自転効果が失われ、符号スで示すように過給機１１の回転は急激に減少することになる。そして、時刻ｔ４で加速要求されるときには過給機１１はアイドル回転にまで回転数を減少しており、符号セに示すようにここから目標回転まで上昇させることになるが、目標回転までの上昇代は前記Ｌ１よりも大きなＬ２となり、この結果、過給圧の立ち上がりを確保するためには突入電流を大きくしなければならなくなる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態は、前記第１の実施の形態に対して装置の構成は同一であるが、制御の方法が異なるものである。

即ち、非過給領域から過給領域に移行したときは、エンジンコントロールユニット１００は、まず吸気システムコントローラ１０１を介して吸気制御弁１２を閉じる信号を出力し、タイマＴ_１をセットするようになっている。そして、タイマＴ_１経過前は、前記電動過給機ドライバ３０に微小な電力供給を行い、タイマＴ_１経過後は前記式１による供給電流を実現させる信号を出力するようになっている。

また、過給領域から非過給領域に移行したときには、エンジンコントロールユニット１００は、まず吸気システムコントローラ１０１を介して前記電動過給機ドライバ３０に、過給機１１への微小な電力供給を行う信号を出力し、タイマＴ_２をセットする。そして、タイマＴ_２経過前は吸気制御弁１２を閉じてスロットル弁１３を開く信号を出力し、タイマＴ_２経過後は、吸気制御弁１２を開くと共にスロットル弁１３を非過給領域に移行後の目標トルク相当のスロットル開度まで減少し、通常のスロットル制御に復帰させる信号を出力するようになっている。

そして、前記非過給領域から過給領域に移行した際に、タイマＴ_１経過前は吸気制御弁１２が閉じられて過給機１１に電力供給されていないので、燃焼室の吸気負圧が合流通路２２を介して過給通路２０に及び、該負圧により生じた過給通路２０における空気の流れにより過給機１１が自転することになる。また、この自転により回転数が上昇し、タイマＴ_１経過後は過給用の電流供給の制御、即ち前記式１で表される供給電流の制御に切り換えられ、前記の過給領域の制御が開始されることになる。

さらに、前記過給領域から非過給領域に移行した際に、タイマＴ_２経過前は、吸気制御弁１２を閉じ、スロットル弁１３を開く信号が出力されているので、図４に示したように吸気負圧により過給通路２０に空気の流れが生じ、過給機１１の回転が緩やかに減少する。また、タイマＴ_２経過後は、吸気制御弁１２を開いてスロットル弁１３を通常制御に切り換える信号が出力されるので、前記非過給領域と同様の状態になる。

この実施の形態における吸気システム１の制御を図１１のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ２１で、各種信号の読み込みを行う。このとき、アクセル開度センサ４０により検出されたアクセル開度、エンジン回転数センサ４１により検出されたエンジン回転数、モータ回転数センサ４３により検出されたモータ１１ａの回転数の信号を入力する。次に、ステップＳ２２で、このアクセル開度及びエンジン回転数のパラメータに基づいて目標トルクが決定される。この目標トルクは、計算で或いはマップにより求められる。

そして、ステップＳ２３で、図２で示したマップに基づいてエンジンの運転状態が過給領域にあるか否かの判定を行う。

ここで、図１２のタイムチャートに示すように、時刻ｔ０でアクセルペダル４０ａの踏込み量が増大して加速要求があったときに、同時にスロットル開度が増大され、図２の矢印Ｘで示すように運転状態が過給領域に移行したことが判定される。このとき、ステップＳ２３の判定の結果ステップＳ２４に進んで吸気制御弁１２を閉じ、ステップＳ２５で前回非過給領域にあったか否かの判定を行う。前回非過給領域であると判定されたとき、即ち過給領域に移行した直後であるときは、ステップＳ２６に進み、タイマＴ_１をセットする。次に、ステップＳ２７で過給機１１に微小な電力供給を行ってアイドル回転に制御し、ステップＳ２８でスロットル弁１３の開度を前記ステップＳ２２で求めた目標トルクを実現すべく制御する。

また、ステップＳ２５で前回非過給領域でないときは、ステップＳ２９に進み、Ｔ_１＝０か否かの判定を行い、Ｔ_１≠０のときはステップＳ３０でＴ_１をデクリメントした上で、ステップＳ２７に進む。

さらに、ステップＳ２９でＴ_１＝０と判定されたとき、即ち図１２に示す時刻ｔ０＋Ｔ_１では、符号ソに示すようにステップＳ３１で電動過給機１１に過給用の所定の電流を供給し、ステップＳ２８に進む。このとき、過給機１１に供給される電流は、前述の式１で示したように、過給機１１の目標回転数と実回転数との差に所定のゲインを乗算した値をベース電流に加算して求められる。そして、この後ステップＳ２８に進む。

一方、時刻ｔ２でアクセルペダル４０ａの踏込み量が減少して減速要求があったときに、図２の矢印Ｙで示すように運転状態が非過給領域に移行したことが判定される。このとき、ステップＳ２３における判定の結果、ステップＳ３２で過給機１１をアイドル回転状態に制御し、ステップＳ３３で前回過給領域であったか否かの判定を行う。前回過給領域であると判定されたとき、即ち非過給領域に移行した直後であるときは、ステップＳ３４に進み、タイマＴ_２をセットする。次に、ステップＳ３５で吸気制御弁１２を閉じ、ステップＳ３６でスロットル弁１３の制御として前回のスロットル開度を維持するように制御する。

このとき、ステップＳ３３、３４で、吸気制御弁１２を閉じ、スロットル弁１３を開度の大きい状態で維持されているから、吸気負圧が合流通路２２を介して過給通路２０に及び、この負圧により過給通路２０に空気の流れが生じて、過給機１１を自転させる。そして、この結果前述のように時刻ｔ２〜ｔ３で過給機１１の回転数の減少が緩やかなものとなるのである。

一方、前記ステップＳ３３で前回過給領域でないと判定されたときは、ステップＳ３７に進み、Ｔ_２＝０か否かの判定を行い、Ｔ_２≠０のときはステップＳ３８でＴ_２をデクリメントした上で、ステップＳ３５に進む。

さらに、ステップＳ３７でＴ_２＝０と判定されたとき、即ち図１３に示す時刻ｔ２＋Ｔ_２では、ステップＳ３９で、符号タに示すように吸気制御弁１２を開き、ステップＳ４０で、符号チに示すようにスロットル弁１３の制御として、移行時の目標トルク相当のスロットル開度まで減少し、通常制御に復帰させる。

なお、前記タイマＴ_２は、過給機１１の自転が減衰してアイドル回転状態になるのに十分な時間に設定されている。また、過給機１１の自転が減衰してアイドル回転になるまでの時間は、過給領域から非過給領域に移行した際の過給機１１の回転数に依存するため、図１４に示すマップに基づいて、過給機１１の回転数が高いほどタイマＴ_２の値を大きくするようにしてもよい。

以上のように、前記第１、第２の実施の形態によれば、エンジンの運転状態が非過給領域から過給領域に移行したときは、まず吸気制御弁１２が閉じられ、該吸気制御弁１２が閉じられた後、所定時間経過後、或いは過給機１１の回転数が所定回転数にまで上昇した後に、電動過給機１１への電力供給が開始される。ここで、吸気制御弁１２が閉じられて過給機１１への電力供給が行われていない状態において、燃焼室で生じる吸気負圧が合流通路２２を介して過給通路２０に及び、該過給通路２０の上流側との圧力差によって過給通路２０に空気の流れが生じることになる。そして、この過給通路２０内の空気の流れにより過給機１１が自転することになる。

また、吸気制御弁１２が閉じられてから所定期間遅らせて、過給機１１に電力供給されて該過給機１１の回転を上昇させることになるが、過給機が停止した状態から回転を上昇させるときに比べて、小さなエネルギで回転を上昇させることができるから、突入電力が抑制されることになる。この結果、オルタネータ３２の発電電力で賄える割合が増加することによってバッテリ３１からの電力の持ち出しが抑制され、バッテリ３１の劣化が防止される。このとき、突入電力は抑制されるにも拘らず、回転を速やかに上昇させることができるので、過給圧の立ち上がりの応答性を低下させることはなく、また、突入電力の抑制により燃費の悪化が防止される。

ところで、このように過給機１１を自転させることにより突入電力を低下させることができるのであるが、仮に突入電力を一定とすると、エンジンの運転状態が非過給領域から過給領域に移行し、過給機１１への電力供給が開始されるときに、電力供給開始直前の実回転数と過給時の目標回転数との差が大きいときは電力不足で応答遅れが生じるおそれがあると共に、回転数差が小さいときは電力の供給過剰により効率的に燃費改善の作用が得られないことがある。

これに対し、前記式１で示したように、過給機１１の電力供給開始直前の実回転数と過給時の目標回転数との差が大きいほど該過給機１１に対する供給電力が大きくされるので、回転数差が大きいときは供給電力が大きくされて過給圧の立ち上がりの応答性が確保されると共に、回転数差が小さいときは供給電力が小さくされて電力の供給過剰が防止され、効率的に燃費が改善されることになる。

一方、減速時等において、エンジンの運転状態が過給領域から非過給領域に移行したときは、同時にスロットル弁１３の開度が小さくされると共に、吸気制御弁１２は開かれて通常の非過給領域における制御に切り換えられることになるが、スロットル弁１３が閉じられると、燃焼室の吸気負圧のスロットル弁１３の上流側への影響が小さくなり、スロットル弁１３の上流側の空気の流れが弱くなり、過給通路２０における空気の流れも弱くなる。この結果、前述の過給機１１の自転効果が失われ、過給機１１の回転が急速に減少することになる。このため、再度非過給領域から過給領域に移行したときに、回転の小さな状態或いは停止状態から回転を上昇させることになるので、ある程度回転した状態から上昇させるときに比べて必要となるエネルギが大きくなり、効率的な燃費改善が実現されない。特に、運転状態が過給領域と非過給領域との境界付近にある場合に繰り返し過給領域への突入が行われることもあり、改善の余地がある。

これに対し、エンジンの運転状態が過給領域から非過給領域に移行したときに、過給機１１への電力供給を停止させた状態で、直ぐにはスロットル弁１３を閉じず、所定時間経過後、或いは自転が自然に減衰されて過給機１１の回転数所定回転数に減少した後、スロットル弁１３が閉じられるようになっているので、前述のように合流通路２２及び過給通路２０の圧力が高まることが防止されて、過給機１１の自転効果が失われることがなくなり、再度非過給領域から過給領域に移行したときに、必要となるエネルギが小さくなるので、突入電力が抑制されて、効率的に燃費が改善されることになる。

さらに、このようにスロットル弁１３の閉動作を遅らせると共に、吸気制御弁１２の開動作をも遅らせることによって、合流通路２２及び過給通路２０に負圧が発生する状態が維持されるので、過給機１１の自転効果が維持されて、再度非過給領域から過給領域に移行したときに、突入電力が一層効果的に抑制されて、効率的に燃費が改善されることになる。

なお、過給機１１への電力供給が行われたときに、同時に吸気制御弁１２の開制御を行い、スロットル弁１３の閉動作のみを遅らせるようにした場合であっても、図１５に示すように、一部の空気が過給通路２０を通ることになって、自転効果が失われることを防止する効果が得られる。

本発明は、電動過給機を有するエンジンの過給装置に関し、自動車産業に広く好適である。

本発明の実施の形態に係る吸気システムの全体図である。エンジンの運転領域を示す制御マップである。エンジンの出力特性の説明図である。過給機を自転させる空気の流れの説明図である。吸気システムの制御に係るフローチャートである。過給領域に移行するときのタイムチャートである。電力供給開始時の過給機の回転数の説明図である。電力供給開始時の過給機の突入電流の説明図である。非過給領域に移行するときのタイムチャートである。非過給領域移行後、過給領域に再度移行するときのタイムチャートである。本発明の第２の実施の形態の吸気システムの制御に係るフローチャートである。過給領域に移行するときのタイムチャートである。非過給領域に移行するときのタイムチャートである。過給機の回転数に応じたＴ_２の値のマップである。過給機を自転させる空気の流れの説明図である。

符号の説明

１吸気システム
１１電動過給機
１２吸気制御弁
１３スロットル弁
２０過給通路
２１バイパス通路
２２合流通路
４３モータ回転数センサ

Claims

電動過給機が配設された過給通路と、該過給通路における電動過給機の上、下流側に接続されて吸気制御弁が配設されたバイパス通路と、前記過給通路とバイパス通路との合流部から下流側に延びてスロットル弁が配設された合流通路とを有し、エンジンの運転状態が所定の過給領域にあるときに、前記電動過給機への電力供給を行い、過給領域よりも低負荷側に設定された非過給領域にあるときに、該過給機への電力供給を停止させるように構成されたエンジンの過給装置であって、
エンジンの運転状態が前記非過給領域から過給領域に移行したときに、前記吸気制御弁を閉じ、その後、所定期間が経過したときに、電動過給機への電力供給を開始させると共に、
エンジンの運転状態が前記過給領域から非過給領域に移行したときに、電動過給機への電力供給を停止させ、その後、所定期間が経過したときに、前記スロットル弁の閉動作を開始させることを特徴とするエンジンの過給装置。
前記請求項１に記載のエンジンの過給装置において、
エンジンの運転状態が過給領域から非過給領域に移行したときに、電動過給機への電力供給を停止させた後、所定期間が経過したときに、前記吸気制御弁の開動作を開始させることを特徴とするエンジンの過給装置。