JP6281237B2 - 内燃機関と内燃機関の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と内燃機関の制御方法に関し、より詳細には、内燃機関により駆動され、吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節機械式過給機を、吸気通路に備える内燃機関と内燃機関の制御方法に関する。

増速比を調節する増速比調節機械式過給機としては、ルーツ送風機の過給機の回転軸に歯数の異なる二種の過給機歯車を取付け、過給機歯車の一つをワンウェイクラッチを介して機関のクランク軸に連結し、他の過給機歯車をクラッチを介してワンウェイクラッチの入力軸に接続した装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この装置は、機関のアイドリングから中速域の場合は、クラッチを接状態にして、過給機を高増速比で駆動し、機関の中速から高速域の場合は、クラッチを断状態にして、過給機を低増速比で駆動している。また、高増速比から低増速比に切り換わる際に、ワンウェイクラッチにより不感帯（ヒステリシスともいう）を設けている。

しかしながら、この装置を内燃機関に設けて使用すると、機械式過給機の増速比を切り換えたときに、増速比の切り換えに伴う問題が生じる。例えば、増速比を切り換えたときに、機械式過給機を駆動するための駆動トルクが変化することから、エンジンのクランク軸の出力が変化するという問題がある。また、増速比を切り換えたときに、機械式過給機による過給圧が一気に変化して、内燃機関の吸気を正確に目標過給圧にできないという問題もある。

実開昭６３−１４３７２７号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、増速比調節機械式過給機の増速比を切り換えたときに発生する問題を解消して、過給圧を内燃機関の運転領域の全域に渡って高めることができる内燃機関と内燃機関の制御方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節機械式過給機を吸気通路に備える内燃機関において、前記増速比調節機械式過給機を迂回する迂回通路と、この迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁と、前記増速比調節機械式過給機の増速比を切り換える、燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を増減する、及び前記流量調整弁の開度を調節するそれぞれの制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記増速比調節機械式過給機の増速比を低い増速比から高い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて前記燃料噴射量を増加するとともに、前記流量調整弁の開度を全閉から全開へ調節する制御を行い、前記増速比調節機械式過給機の増速比を高い増速比から低い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて前記燃料噴射量を減少するとともに、前記流量調整弁の開度を全開から全閉へ調節する制御を行うことを特徴とする。

なお、ここでいう増速比調節機械式過給機とは、内燃機関により駆動し、ルーツ式、又はリショルム式などの二つのロータが噛み合い送風する機械式過給機のことであって、内燃機関の回転数に対する、過給機の回転数の比である増速比を調節可能な機械式過給機のことをいう。

この構成によれば、増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに相当する分を含むように燃料噴射量を増減して、増速比調節機械式過給機の増速比の切り換え時のトルク変化を少なくできるので、増速比調節機械式過給機の駆動トルクが変化しても、内燃機関のクランク軸の出力が変化することを抑制することができる。

これにより、内燃機関のクランク軸の出力を変化させずに、増速比調節機械式過給機により内燃機関の吸気の過給圧を内燃機関の運転域の全域に渡って高めることができるので、低排出ガス、低燃費、及び運転手の運転性向上を図ることができる。

また、上記の内燃機関において、前記制御装置に、前記増速比調節機械式過給機の増速比に応じた前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクを記憶した複数の駆動トルクマップを設け、前記燃料噴射量制御手段を、前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた前記駆動トルクマップを参照して、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクを算出し、該駆動トルクに相当する追加燃料噴射量を、運転状況により定められる運転状況燃料噴射量に加えた量を前記燃料噴射装置から噴射する量とする制御を行う手段とするように構成されることが望ましい。

この構成によれば、増速比に応じた駆動トルクマップに応じて、増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに相当する追加燃料噴射量を正確に算出し、燃料噴射量を決定するので、増速比調節機械式過給機の増速比の切り換え時のトルク変化を少なくすることができる。

なお、増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクは、機械損失と過給仕事の和となる。ここで、機械損失は内燃機関の回転数により求め、過給仕事は、吸入空気量と過給圧により求める。よって、増速比調節機械式過給機の駆動トルクマップは、吸気の過給圧、増速比調節機械式過給機の前後の圧力比、燃料噴射量、又は内燃機関の出力トルクと、内燃機関の回転数とに基づくマップとなる。この駆動トルクマップは、増速比調節機械式過給機の性能により定められる。

加えて、上記の内燃機関において、前記増速比調節機械式過給機を迂回する迂回通路と、該迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁とを備えると共に、前記制御装置に、前記増速比調節機械式過給機の増速比に応じた前記流量調整弁の開度を記憶した複数の開度マップを設け、前記制御装置に、前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた前記開度マップを参照して算出した目標開度に前記流量調整弁の開度を制御する開度制御手段を設けることが望ましい。

この構成によれば、増速比に応じた開度マップに基づいて、増速比が切り換わるときに流量調整弁の開度を制御するので、過給圧が大幅に変化することを回避して、過給圧を目標過給圧に近づけることができる。

詳しくは、開度制御手段を、内燃機関の回転数と内燃機関の出力する出力トルクに基づいた目標過給圧が記憶された目標過給圧マップを参照して算出された目標過給圧となるように流量調整弁の開度をフィードバックで制御する手段と、増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた開度マップを参照して、算出した目標開度になるように流量調整弁の開度をフィードフォワードで制御する手段とするとよい。

この場合には、流量調整弁の開度を増速比に対してフィードフォワードで制御し、目標過給圧に対してフィードバックで制御することで、過給圧を内燃機関の回転数と内燃機関の出力トルクに基づいた目標過給圧にすることができる。

そして、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関の制御方法は、吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節機械式過給機を吸気通路に備える内燃機関の
制御方法において、前記増速比調節機械式過給機の増速比を低い増速比から高い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を増加するとともに、前記増速比調節機械式過給機を迂回する迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁の開度を全閉から全開へ調節する制御をし、前記増速比調節機械式過給機の増速比を高い増速比から低い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を減少するとともに、前記流量調整弁の開度を全開から全閉へ調節する制御をすることを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の制御方法において、前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた複数の駆動トルクマップのうちの一つを参照して、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクを算出し、該駆動トルクに相当する追加燃料噴射量を算出し、運転状況により定められる運転状況燃料噴射量に前記追加燃料噴射量を加えた量を前記燃料噴射装置から噴射する量とすることが望ましい。

加えて、上記の内燃機関の制御方法において、前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた複数の駆動トルクマップのうちの一つを参照して、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクを算出し、該駆動トルクに相当する追加燃料噴射量を算出し、運転状況により定められる運転状況燃料噴射量に前記追加燃料噴射量を加えた量を前記燃料噴射装置から噴射する量とすることが望ましい。

本発明の内燃機関と内燃機関の制御方法によれば、増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに相当する分を含むように燃料噴射量を増減して、増速比調節機械式過給機の増速比の切り換え時のトルク変化を少なくできるので、増速比調節機械式過給機の駆動トルクが変化しても、内燃機関のクランク軸の出力が変化することを抑制することができる。

また、増速比に応じた開度マップに基づいて、増速比が切り換わるときに流量調整弁の開度を制御するので、過給圧が大幅に変化することを回避して、過給圧を目標過給圧に近づけることができる。

これにより、増速比調節機械式過給機を切り換えるときに発生する問題を解消して、増速比調節機械式過給機により内燃機関の吸気の過給圧を内燃機関の運転域の全域に渡って目標過給圧とすることができるので、低排出ガス、低燃費、及び運転手の運転性向上を図ることができる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。 図１の増速比調節機械式過給機の構成を示し、増速比が低増速比の状態を示す図である。 図１の増速比調節機械式過給機の構成を示し、増速比が高増速比の状態を示す図である。 図１の内燃機関の制御マップを示す図である。 図１の開度制御手段を示す図である。 図１の燃料噴射量制御手段を示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御方法を示す具体例である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関と内燃機関の制御方法について説明する。

なお、図１では、この実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、車両に搭載されているものとして説明するが、必ずしも、車両に搭載されるものに限定されない。また、エンジン１は、直列四気筒のディーゼルエンジンとして説明するが、本発明は、ガソリンエンジンでも適用することができ、その気筒の数や配列は特に限定されない。

図１の例に示すように、実施の形態のエンジン１は、エンジン本体３の吸気通路４に吸気スロットル５とターボチャージャー（以下、Ｔ／Ｃ）６のコンプレッサ６ａとインタークーラー７とを備え、排気通路８にＴ／Ｃ６のタービン６ｂと排気ガス浄化装置９とを備える。

このエンジン１に設けられる過給システム２は、前述の吸気通路４に設けられると共に、コンプレッサ６ａの下流側に配置された増速比調節機械式過給機（以下、Ｓ／Ｃ）１０と、Ｓ／Ｃ１０を迂回するバイパス通路（迂回通路）１１と、バイパス通路１１の流量を調節するバイパスバルブ（流量調整弁）１２とを備えて構成される。

そして、このエンジン１は、エンジン本体３の図示しないインジェクタ（燃料噴射装置）から噴射される燃料の噴射量と、Ｓ／Ｃ１０の増速比と、バイパスバルブ１２の開度を調節する制御を行うＥＣＵ（制御装置）１３とを備えて構成される。

図２に示すように、動力伝達機構１５は、クランク軸１４にクラッチプーリー１６を設け、増速比切換機構３０の主駆動軸３１にプーリー１７を設け、クラッチプーリー１６とプーリー１７との間にはベルト１８が掛けられて構成されており、増速比切換機構３０を介してクランク軸１４からの動力をＳ／Ｃ１０に伝達している。

クラッチプーリー１６は、ＥＣＵ１３により制御され、Ｓ／Ｃ１０を駆動しない場合には、クラッチプーリー１６を断状態にすることで、エンジン１のクランク軸１４に掛かるＳ／Ｃ１０のフリクションを低減することができる。

Ｓ／Ｃ１０は、Ｓ／Ｃ本体２０と増速比切換機構３０とを備える。Ｓ／Ｃ本体２０は、ケーシング２１内に設けられた互いに咬合する雌雄一対のスクリューロータ（動翼）２２を備えて構成され、増速比切換機構３０は、図２に示すＳ／Ｃ本体２０のスクリューロータ２２の雄用スクリューロータ２３をエンジン１の回転数に対して低増速比Ｒ_ＬＯＷで回転させる低増速比伝達経路３２と、図３に示す雌用スクリューロータ２４をエンジン１の回転数に対して高増速比Ｒ_ＨＩＧＨで回転させる高増速比伝達経路３３を備えて構成される。

Ｓ／Ｃ本体２０の一例を説明すると、ケーシング２１は、円筒状に形成された雄用ハウジング２５と、雄用ハウジング２５よりも小さい円筒状に形成された雌用ハウジング２６を備え、その雄用ハウジング２５と雌用ハウジング２６は内部が連通するように形成される。

雄用ハウジング２５内には、ケーシング２１にベアリングを介して回転可能に支持された雄用ロータ軸２７と、その雄用ロータ軸２７に固定された雄用スクリューロータ２３を備える。雌用ハウジング２６内には、ケーシング２１にベアリングを介して回転可能に支持された雌用ロータ軸２８と、その雌用ロータ軸２８に固定された雌用スクリューロータ２４を備える。また、このＳ／Ｃ本体２０は、雄用スクリューロータ２３の歯溝と雄用ハウジング２５との間の空間が密閉され、雌用スクリューロータ２４の歯溝と雌用ハウジング２６との間の空間も密閉されるように構成される。

上記の構成により、このＳ／Ｃ１０は、雄用スクリューロータ２３と雌用スクリューロータ２４が互いに逆向きに回転した状態で、吸気をケーシング２１内に通過させて、雄用スクリューロータ２３と雌用スクリューロータ２４との歯溝内の密閉空間で吸気を圧縮する。

増速比切換機構３０の一例を説明すると、低増速比伝達経路３２は、主駆動軸３１と一体に回転する低増速比駆動軸３４と、低増速比駆動軸３４の回転数よりも雄用ロータ軸２７の回転数の方が大きくなった場合に、低増速比駆動軸３４と雄用ロータ軸２７との間を切断するワンウェイクラッチ（不感帯発生装置）３５を備えて構成される。

この低増速比伝達経路３２は、図２に示すように、クラッチ（増速比切換装置）３６の断接状態に関わらずに、低増速比駆動軸３４が主駆動軸３１と一体となって回転し、ワンウェイクラッチ３５を介してＳ／Ｃ本体２０の雄用ロータ軸２７を主駆動軸３１と同じ回転数で回転しようとする。クラッチ３６が断状態の場合に、雄用スクリューロータ２３を主駆動軸３１と同じ回転数で回転して、雌用スクリューロータ２４を主駆動軸３１と同じ回転数で回転させる。そして、低増速比駆動軸３４の回転数よりも雄用ロータ軸２７の回転数の方が大きくなった場合に、ワンウェイクラッチ３５により低増速比駆動軸３４と雄用ロータ軸２７との間が切断される。

高増速比伝達経路３３は、ＥＣＵ１３により断接を制御され、接状態になると主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７との間の動力伝達を行うクラッチ３６と、クラッチ３６により主駆動軸３１と一体に回転する高増速比駆動軸３７の回転数を増速してＳ／Ｃ本体２０の雌用ロータ軸２８に伝達する高増速比変速段３８及び３９とを備えて構成される。

この高増速比伝達経路３３は、図３に示すように、クラッチ３６が接状態の場合に、高増速比駆動軸３７が主駆動軸３１と一体となって回転し、高増速比変速段３８及び３９を介して、主駆動軸３１の回転数よりも高い回転数で、雌用ロータ軸２８を回転させる。そして、雌用スクリューロータ２４を主駆動軸３１の回転数よりも高い回転数で回転して、雄用スクリューロータ２３を主駆動軸３１の回転数よりも高い回転数で回転させる。このとき、ワンウェイクラッチ３５により低増速比駆動軸３４と雄用ロータ軸２７との間が切断される。

上記の構成により、この増速比切換機構３０は、クラッチ３６を断状態にするとＳ／Ｃ１０の増速比を低増速比Ｒ_ＬＯＷとし、クラッチ３６を接状態にするとＳ／Ｃ１０の増速比を高増速比Ｒ_ＨＩＧＨとすることができる。

また、クラッチ３６を断状態にした場合に、Ｓ／Ｃ１０の増速比が低増速比Ｒ_ＬＯＷとなるように構成することで、クラッチ３６に予期せぬ異常が発生した場合に、Ｓ／Ｃ１０の回転数が許容回転数を超えることを回避することができる。

加えて、低増速比駆動軸３４と高増速比駆動軸３７は、二重管のように構成され、中空上の高増速比駆動軸３７に低増速比駆動軸３４を挿通するように構成されると、増速比切換機構３０を従来技術のものよりも小型化することができる。

ここで、低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨについて、図４を参照しながら説明する。

図４に示すように、低増速比Ｒ_ＬＯＷは、エンジン１の運転領域が高出力高回転領域と低出力領域の一部の領域の両方の領域を含む低増速比領域Ａ１の場合に切り換えられる増速比であり、動力伝達機構１５のプーリー比に基づいて定められる増速比である。よって、クランク軸１４に設けられるクラッチプーリー１６と主駆動軸３１に設けられるプーリー１７のプーリー比を、クランク軸１４の回転数に対して高くする。

この低増速比Ｒ_ＬＯＷは、トルクカーブＬ１の定格点Ｐ_ＰＭＡＸ（エンジン１の出力、つまり馬力が最大となる点）で、Ｓ／Ｃ１０の圧力比が最大となるように設定される。吸
気の過給圧は、エンジン回転数と出力トルクに基づいて制御されるため、定格点Ｐ_ＰＭＡＸで圧力比が最大となるように設定すると、低増速比領域Ａ１の全域で必要な過給圧とすることができる。

また、この低増速比Ｒ_ＬＯＷは、過給圧を高める必要がない低出力領域では、Ｓ／Ｃ１０のスクリューロータ２２の回転数を低く維持して、エンジン１の駆動損失を低減することができる。低増速比Ｒ_ＬＯＷの場合のＳ／Ｃ１０の駆動力は高増速比Ｒ_ＨＩＧＨの場合の駆動力と比べて低くなるので、燃費を向上することができる。

高増速比Ｒ_ＨＩＧＨは、エンジン１の運転領域が高出力低回転領域を含む高増速比領域Ａ２の場合に切り換えられる増速比であり、高増速比変速段３８及び３９のギヤ比に基づいて定められる。そのため、高増速比駆動軸３７に設けられるギヤ３８と雌用ロータ軸２８に設けられるギヤ３９のギヤ比を、主駆動軸３１の回転数に対して高くする。

この高増速比Ｒ_ＨＩＧＨは、トルクカーブＬ１のトルク点Ｐ_ＴＭＡＸ（エンジン１の最大トルクとなる点）で、Ｓ／Ｃ１０の圧力比が最大となるように設定される。トルク点Ｐ_ＴＭＡＸで圧力比が最大となるように設定すると、高増速比領域Ａ２の全域で必要な過給圧とすることができる。

そして、低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨとの間の領域には、不感帯（ヒステリシス）領域Ａ３を設けて構成する。この不感帯領域Ａ３は、低増速比伝達経路３２と高増速比伝達経路３３の切り換え時に、つまりクラッチ３６の断接時に発生する。

例えば、高増速比伝達経路３３から低増速比伝達経路３２に切り換える場合に、クラッチ３６を断状態にする。このとき、スクリューロータ２２は慣性力で回転し続けながら回転数が低下する。そして、スクリューロータ２２、詳しくは雄用ロータ軸２７の回転数の低下に伴って、ワンウェイクラッチ３５が噛み合い始め、低増速比駆動軸３４により雄用ロータ軸２７を回転させる。

この慣性力によりスクリューロータ２２が回転する領域が不感帯領域Ａ３となる。低増速比伝達経路３２から高増速比伝達経路３３に切り換える場合も同様である。

更に、過給圧を必要としない非過給領域Ａ４を設ける。この非過給領域Ａ４では、クラッチプーリー１６を断状態にして、Ｓ／Ｃ１０のフリクションを低減することができる。

Ｓ／Ｃ１０は、増速比を上記の低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨに切り換えることで、Ｓ／Ｃ１０の回転数を最適にするように制御することができるので、Ｓ／Ｃ１０の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、エンジン１の運転領域の全域に渡って、過給圧ＢＰを高めることができる。

また、高増速比Ｒ_ＨＩＧＨから低増速比Ｒ_ＬＯＷに切り換えることで、圧力比が最大となった後に、その圧力比が維持されたままＳ／Ｃ１０のスクリューロータ２２の回転数が上がることを回避することができ、Ｓ／Ｃ１０のスクリューロータ２２が許容回転数を超えることを回避して、Ｓ／Ｃ１０が破損することを防止することができる。

加えて、低増速比Ｒ_ＬＯＷと高増速比Ｒ_ＨＩＧＨの間に不感帯領域Ａ３を設けることで、増速比を切り換える制御の不安定性を無くすことができる。

図１に示すように、ＥＣＵ１３は、電気回路によってエンジン１の制御を担当している電気的な制御を総合的に行うマイクロコントローラである。本発明では、主にエンジン１
の燃料噴射量Ｑｆｉｎや、過給システム２の過給圧ＢＰを制御して、エンジン１の出力を制御しており、エンジン回転数Ｎｅを検知する回転数センサ４１と、過給圧ＢＰを検知するＭＡＰセンサ４２と、燃料噴射量Ｑｆｉｎを定めるアクセルペダルのアクセル開度ＡＰＳを検知するアクセル開度センサ４３と接続されている。

また、このＥＣＵ１３は、Ｓ／Ｃ駆動決定手段Ｍ１と開度制御手段Ｍ２と燃料噴射量制御手段Ｍ３とを備えると共に、図４に示すエンジン制御マップＭＡＰ１、図５に示す目標過給圧マップＭＡＰ２、高増速比用開度マップＭＡＰ３、低増速比用開度マップＭＡＰ４、図６に示す運転状況燃料噴射量マップＭＡＰ５、高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６、低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７、及びトルク噴射量変換マップＭＡＰ８を備えて構成される。

Ｓ／Ｃ駆動決定手段Ｍ１は、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆｉｎから定められるエンジン１の出力トルクＴｅに基づいた、図４のエンジン制御マップＭＡＰ１を参照して、エンジン１の運転領域を判定し、Ｓ／Ｃ１０の駆動及び増速比を決定する手段である。

詳しくは、エンジン制御マップＭＡＰ１を参照して、エンジン１の運転領域を判定し、運転領域に合わせてクラッチプーリー１６を断状態にするか、又はクラッチプーリー１６を接状態にするかを決定し、且つクラッチ３６を断状態にして、Ｓ／Ｃ１０の増速比を低増速比Ｒ_ＬＯＷにするか、又はクラッチ３６を接状態にして、高増速比Ｒ_ＨＩＧＨにするかを決定する手段である。

開度制御手段Ｍ２は、ＭＡＰセンサ４２で検知される過給圧ＢＰを目標過給圧ＢＰ’にするようにバイパスバルブ１２の開度αを制御する手段である。詳しくは、Ｓ／Ｃ１０の増速比を切り換えたときに、高増速比用開度マップＭＡＰ３、又は低増速比用開度マップＭＡＰ４を参照して、バイパスバルブ１２の開度αをフィードフォワードで調節する手段と、エンジン１に吸気される過給圧ＢＰを、目標過給圧マップＭＡＰ２から求まる目標過給圧ＢＰ’にするように、バイパスバルブ１２の開度αをフィードバックで調節する手段である。

目標過給圧マップＭＡＰ２は、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づいた目標過給圧ＢＰ’が記憶されたマップである。

また、高増速比用開度マップＭＡＰ３、及び低増速比用開度マップＭＡＰ４はそれぞれ、増速比に応じたエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づいたバイパスバルブ１２の目標開度α’が記憶されたマップである。高増速比用開度マップＭＡＰ３は、低増速比Ｒ_ＬＯＷから高増速比Ｒ_ＨＩＧＨに切り換えられたときに、バイパスバルブ１２の目標開度α’を全開側、好ましくは全開にするとよく、低増速比用開度マップＭＡＰ４は、高増速比Ｒ_ＨＩＧＨから低増速比Ｒ_ＬＯＷに切り換えられたときに、バイパスバルブ１２の目標開度α’を全閉側、好ましくは全閉にするとよい。

燃料噴射量制御手段Ｍ３は、Ｓ／Ｃ１０を駆動するための駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃの変化に合わせて燃料噴射量Ｑｆｉｎを増減する手段である。詳しくは、運転状況燃料噴射量マップＭＡＰ５の運転状況燃料噴射量Ｑ_ＡＰＳに追加燃料噴射量Ｑ_Ｓ／Ｃを加えた量を燃料噴射量Ｑｆｉｎとする手段である。

この追加燃料噴射量Ｑ_Ｓ／Ｃは、増速比に応じた高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６又は低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７を参照して、算出されたＳ／Ｃ１０を駆動するための駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃを、トルク噴射量変換マップＭＡＰ８を用いて変換した噴射量である。

運転状況燃料噴射量マップＭＡＰ５は、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＰＳに基づいた運転状況燃料噴射量Ｑ_ＡＰＳが記憶されたマップであり、この運転状況燃料噴射量Ｑ_ＡＰＳは、運転状況により定められる噴射量である。

高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６、及び低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７のそれぞれは、増速比に応じた、エンジン回転数Ｎｅと過給圧ＢＰに基づいたＳ／Ｃ１０を駆動するための駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃが記憶されたマップである。高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６に記憶された駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃは、低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７に記憶された駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃよりも大きく設定され、つまり、追加燃料噴射量Ｑ_Ｓ／Ｃは、高増速比Ｒ_ＨＩＧＨの場合に大きい値になり、低増速比Ｒ_ＬＯＷの場合に小さい値になる。

トルク噴射量変換マップＭＡＰ８は、駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃから追加燃料噴射量Ｑ_Ｓ／Ｃに変換するためのマップである。

そして、本発明の実施の形態のエンジン１の制御方法は、Ｓ／Ｃ１０を駆動するための駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃに応じてインジェクタから噴射される燃料噴射量Ｑｆｉｎを増減することを特徴とする方法である。特に、この実施の形態では、Ｓ／Ｃ１０の増速比を切り換えたときに、増速比に応じた燃料噴射量Ｑｆｉｎとバイパスバルブ１２の開度αを制御することを特徴とする方法である。

まず、エンジン１の運転領域を判定する。ここでは、図４に示すエンジン制御マップＭＡＰ１を参照してエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆｉｎから定められるエンジン１の出力する出力トルクＴｅから、エンジン１の運転領域を判定する。

次に、Ｓ／Ｃ１０の駆動と増速比を決定する。ここでは、エンジン１の運転領域が、低増速比領域Ａ１であれば、クラッチプーリー１６を接状態にして、且つ増速比切換機構３０のクラッチ３６を断状態にして、Ｓ／Ｃ１０の増速比を低増速比Ｒ_ＬＯＷにし、高増速比領域Ａ２であれば、クラッチプーリー１６を接状態にして、且つクラッチ３６を接状態にして、Ｓ／Ｃ１０の増速比を高増速比Ｒ_ＨＩＧＨにし、エンジン１の運転領域が非過給領域Ａ４であれば、クラッチプーリー１６を断状態にして、Ｓ／Ｃ１０の駆動を停止する。

次に、燃料噴射量Ｑｆｉｎとバイパスバルブ１２の開度αを制御するが、これらの制御は、増速比を切り換えたときのフィードフォワード制御となり、バイパスバルブ１２の開度αについては、フィードバック制御も用いる。

バイパスバルブ１２の開度αの制御は、まず、図５に示すように、Ｓ／Ｃ１０の駆動の切り換えと及び増速比の切り換えと共に、フィードフォワードマップである高増速比用開度マップＭＡＰ３、又は低増速比用開度マップＭＡＰ４を切り換える。このときＳ／Ｃ１０を駆動しない場合は、バイパスバルブ１２の開度αを全閉にする。

次に、切り換えた高増速比用開度マップＭＡＰ３、又は低増速比用開度マップＭＡＰ４を参照して、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づくバイパスバルブ１２の目標開度α’を算出する。次に、バイパスバルブ１２の開度αを、この目標開度α’になるように制御する。

一方、目標過給圧マップＭＡＰ２を参照して、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づく目標過給圧ＢＰ’を算出する。次に、ＭＡＰセンサ４２で検知した実際の過給
圧ＢＰが目標過給圧ＢＰ’になるように、バイパスバルブ１２の目標開度α’を算出して、バイパスバルブ１２の開度αをフィードバックで制御する。

このように、増速比を切り換えるときのフィードフォワード制御と、目標過給圧ＢＰ’に対するフィードバック制御の両方を行うことで、増速比を切り換えたときに発生する過給圧ＢＰの大幅な変化を抑制すると共に、過給圧ＢＰを目標過給圧ＢＰ’にすることができる。

燃料噴射量Ｑｆｉｎの制御は、まず、図６に示すように、運転状況燃料噴射量マップＭＡＰ５を参照して、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＰＳに基づく運転状況燃料噴射量Ｑ_ＡＰＳを算出する。

次に、Ｓ／Ｃ１０の駆動の切り換えと及び増速比の切り換えと共に、フィードフォワードマップである高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６、又は低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７を切り換える。このときＳ／Ｃ１０を駆動しない場合は、Ｓ／Ｃ１０を駆動する駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃをゼロにする。

次に、切り換えた高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６、又は低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７を参照して、エンジン回転数Ｎｅと過給圧ＢＰに基づくＳ／Ｃ１０を駆動するための駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃを算出する。次に、トルク噴射量変換マップＭＡＰ８を参照して、駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃに応じた追加燃料噴射量Ｑ_Ｓ／Ｃを算出する。

次に、運転状況燃料噴射量Ｑ_ＡＰＳと追加燃料噴射量Ｑ_Ｓ／Ｃを加算して、燃料噴射量Ｑｆｉｎを算出し、インジェクタの噴射量が燃料噴射量Ｑｆｉｎになるように制御する。

このように、増速比を切り換えるときのフィードフォワード制御を行うことで、増速比を切り換えたときに発生するエンジン１のクランク軸１４の出力変化を抑制することができる。

上記の制御を、図７を参照しながら具体的に説明する。図７は、図４のＶＩＩで示す矢印の部分のＳ／Ｃ１０の増速比が切り換わる切換点Ｘの近傍での過給圧ＢＰ、バイパスバルブ１２の開度α、及び燃料噴射量Ｑｆｉｎの変化を示す図であり、この実施の形態のエンジン１を実線で示し、従来技術のエンジンを点線で示している。

実施の形態のエンジン１では、Ｓ／Ｃ１０の増速比が低増速比Ｒ_ＬＯＷから高増速比Ｒ_ＨＩＧＨに切り換わるときに、バイパスバルブ１２の開度αが、高増速比用開度マップＭＡＰ３に記憶された開度に制御されるため、切換点Ｘで全閉から全開になる。これにより、過給圧ＢＰは従来技術のエンジンのように、一気に上昇することなく、目標過給圧ＢＰ’に沿って上昇する。

また、Ｓ／Ｃ１０の増速比が低増速比Ｒ_ＬＯＷから高増速比Ｒ_ＨＩＧＨに切り換わるときに、高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６に記憶された駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃに相当する分の追加燃料噴射量Ｑ_Ｓ／Ｃを運転状況燃料噴射量Ｑ_ＡＰＳに追加する。これにより、燃料噴射量Ｑｆｉｎは従来技術のエンジンのように、Ｓ／Ｃ１０を駆動するために必要な駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃ分が不足することなく、高増速比Ｒ_ＨＩＧＨになって増加した駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃを賄うことができ、エンジン１のクランク軸１４の出力を変化させることがない。

加えて、Ｓ／Ｃ１０の増速比が低増速比Ｒ_ＬＯＷの場合も、低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７に記憶された駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃに相当する分の追加Ｑ_Ｓ／Ｃを運転状況燃料
噴射量Ｑ_ＡＰＳに追加しているので、エンジン１のクランク軸１４の出力が低下することがない。

この実施の形態のエンジン１には、ＥＧＲシステム５０を備え、ＥＧＲシステム５０は、ＥＧＲ通路５１とＥＧＲクーラー５２とＥＧＲバルブ５３を備える。特に、本発明では、前述した通り、エンジン１の運転領域の全域で過給圧を高めることで、吸気のＥＧＲ導入量を増加することができるので、ＥＧＲガスをＳ／Ｃ１０とバイパス通路１１の上流側に環流させるように構成するとよい。

本発明の実施の形態のエンジン１、及びその制御方法によれば、Ｓ／Ｃ１０を駆動するための駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃに相当する分を含むように燃料噴射量Ｑｆｉｎを増減して、Ｓ／Ｃ１０の増速比の切り換え時のトルク変化を少なくできるので、Ｓ／Ｃ１０の駆動トルクＴ_Ｓ／Ｃが変化しても、エンジン1のクランク軸１４の出力が変化することを抑制することができる。

これにより、エンジン１のクランク軸１４の出力を変化させずに、Ｓ／Ｃ１０によりエンジン１の吸気の過給圧ＢＰを、エンジン１の運転域の全域に渡って目標過給圧ＢＰ’とすることができるので、低排出ガス、低燃費、及び運転手の運転性向上を図ることができる。

特に、エンジン１の運転領域の全域に渡ってＥＧＲ導入量を増加することができ、ＮＴＥ領域での排気ガスの排出を低減することができる。

また、燃料噴射量Ｑｆｉｎとバイパスバルブ１２の開度αを増速比に対してフィードフォワードで制御するので、増速比を切り換えたときに発生するエンジン１のクランク軸１４の出力の変化や、過給圧ＢＰの大幅な変化を抑制して、エンジン１の運転領域の全域で過給圧ＢＰを高めることができる。

加えて、Ｓ／Ｃ１０の増速比と、その増速比に応じてバイパスバルブ１２の開度αを調節することで、エンジン１の運転状況に関わらずに、Ｓ／Ｃ１０の回転数が最適になるように制御することができるので、Ｓ／Ｃ１０の回転数を許容回転数を下回る回転数に抑えながら、エンジン１の運転領域の全域に渡って、過給圧ＢＰを高めることができる。

更に、燃料噴射量Ｑｆｉｎとバイパスバルブ１２の開度αを、増速比に応じた各マップを用いて、増速比が切り換わるときに、フィードフォワードで制御することで、増速比を切り換えるときに発生する過給圧ＢＰの変化やエンジン１のクランク軸１４の出力の変化を回避するロジックを単純化することができる。

なお、この実施の形態のエンジン１は、エンジン本体から排出される排気ガスにより駆動するＴ／Ｃ６のコンプレッサ６ａと、エンジン本体３のクランク軸１４から動力伝達機構１５を介して駆動されるＳ／Ｃ１０の両方を用いた二段過給システムを例に説明したが、必ずしもＴ／Ｃ６を設けた二段過給システムとする必要はない。

また、上記の実施の形態のＳ／Ｃ本体２０は、スクリュー式（リショルム式）の過給機として説明したが、本発明はこれに限定されない。但し、上記の実施の形態のＳ／Ｃ本体２０のように回転軸を複数有して、その回転軸毎に異なる増速比とするように構成することが望ましい。

加えて、上記の実施の形態のクラッチ３６は、主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７とを断接する装置であればよく、油圧式又は電磁式のクラッチなどを用いることができる。ま
た、クラッチ３６により主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７との間を断接するように構成したが、主駆動軸３１と低増速比駆動軸３４との間を断接するように構成することもできる。

更に、上記の実施の形態の増速比切換機構３０の低増速比伝達経路３２と高増速比伝達経路３３の構成を逆の構成としてもよい。例えば、低増速比伝達経路にクラッチと低増速比変速段を設け、高増速比伝達経路にワンウェイクラッチを設けて構成する。この場合、低増速比は低増速比変速段のギヤ比により定められ、高増速比は動力伝達機構のプーリー比により定められるため、ギヤ比をエンジン１の回転数に対して低くなるように設定し、プーリー比を上記の実施の形態よりも高く設定する。

但し、クラッチ３６に予期せぬ異常が発生した場合を考慮すると、上記の実施の形態のように、クラッチ３６により主駆動軸３１と高増速比駆動軸３７との間を断接するように構成することが望ましい。

その上、この実施の形態では、ＥＧＲシステム５０を、Ｔ／Ｃ６のタービン６ｂを通過後の排気ガスをコンプレッサ６ａの上流側に環流させる低圧ＥＧＲシステムとして設けたが、本発明はこれに限定されずに、例えば、Ｔ／Ｃ６のタービン６ｂを通過前に排気ガスを、コンプレッサ６ａの下流側で、且つＳ／Ｃ１０とバイパス通路１１の上流側に環流させるＥＧＲシステムとしてもよい。

また、上記の実施の形態では、目標過給圧マップＭＡＰ２、高増速比用開度マップＭＡＰ３、及び低増速比用開度マップＭＡＰ４を、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づくマップを例に説明したが、図４に示すようなエンジン回転数Ｎｅとエンジン１の出力トルクに基づくマップとしてもよい。

加えて、高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６と低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７を、エンジン回転数Ｎｅと過給圧ＢＰに基づくマップを例に説明したが、過給圧ＢＰの代わりにＳ／Ｃ１０の前後の圧力比、燃料噴射量Ｑｆｉｎ、エンジン１の出力トルクなどにしてもよい。

更に、上記の実施の形態では、Ｓ／Ｃ１０を駆動するために必要な駆動トルクＴＳ／Ｃを高増速比用駆動トルクマップＭＡＰ６、又は低増速比用駆動トルクマップＭＡＰ７を参照して求めてから、トルク噴射量変換マップＭＡＰ８を用いて追加燃料噴射量ＱＳ／Ｃを算出する例を説明したが、増速比に応じた追加燃料噴射量を記憶した高増速比用追加燃料噴射量マップと低増速比用追加燃料噴射量マップを用いることもできる。

本発明の内燃機関は、増速比調節機械式過給機を切り換えるときに発生する問題を解消して、増速比調節機械式過給機により内燃機関の吸気の過給圧を内燃機関の運転域の全域に渡って目標過給圧とすることができるので、ディーゼルエンジンに利用することができる。

１ エンジン（内燃機関）
２ 過給システム
３ エンジン本体
４ 吸気通路
５ 吸気スロットル
６ Ｔ／Ｃ（ターボ過給器）
６ａ コンプレッサ
６ｂ タービン
７ インタークーラー
８ 排気通路
９ 排気ガス浄化装置
１０ Ｓ／Ｃ（増速比調節機械式過給機）
１１ バイパス通路（迂回通路）
１２ バイパスバルブ（流量調整弁）
１３ ＥＣＵ（制御装置）
１４ クランク軸
１５ 動力伝達機構
２０ Ｓ／Ｃ本体
２１ ケーシング
２２ スクリューロータ
３０ 増速比切換機構
３１ 主駆動軸
３２ 低増速比伝達経路
３３ 高増速比伝達経路
３４ 低増速比駆動軸
３５ ワンウェイクラッチ（不感帯発生装置）
３６ クラッチ（増速比切換装置）
３７ 高増速比駆動軸
３８、３９ 高増速比変速段
４１ 回転数センサ
４２ ＭＡＰセンサ
４３ アクセル開度センサ
５０ ＥＧＲシステム
Ａ１ 低増速比領域
Ａ２ 高増速比領域
Ａ３ 不感帯領域
Ａ４ 非過給領域
Ｍ１ Ｓ／Ｃ駆動決定手段
Ｍ２ 開度制御手段
Ｍ３ 燃料噴射量制御手段
ＭＡＰ１ エンジン制御マップ
ＭＡＰ２ 目標過給圧マップ
ＭＡＰ３ 高増速比用開度マップ
ＭＡＰ４ 低増速比用開度マップ
ＭＡＰ５ 運転状況燃料噴射量マップ
ＭＡＰ６ 高増速比用駆動トルクマップ
ＭＡＰ７ 低増速比用駆動トルクマップ
ＭＡＰ８ トルク噴射量変換マップ

Claims (6)

1. 吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節機械式過給機を吸気通路に備える内燃機関において、
   前記増速比調節機械式過給機を迂回する迂回通路と、この迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁と、前記増速比調節機械式過給機の増速比を切り換える、燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を増減する、及び前記流量調整弁の開度を調節するそれぞれの制御を行う制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記増速比調節機械式過給機の増速比を低い増速比から高い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて前記燃料噴射量を増加するとともに、前記流量調整弁の開度を全閉から全開へ調節する制御を行い、前記増速比調節機械式過給機の増速比を高い増速比から低い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて前記燃料噴射量を減少するとともに、前記流量調整弁の開度を全開から全閉へ調節する制御を行うことを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御装置に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて前記燃料噴射量を増減する燃料噴射量制御手段と、前記増速比調節機械式過給機の増速比に応じた前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクを記憶した複数の駆動トルクマップを設け、
   前記燃料噴射量制御手段を、前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた前記駆動トルクマップを参照して、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクを算出し、該駆動トルクに相当する追加燃料噴射量を、運転状況により定められる運転状況燃料噴射量に加えた量を前記燃料噴射装置から噴射する量とする制御を行う手段とすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御装置に、前記増速比調節機械式過給機の増速比に応じた前記流量調整弁の開度を記憶した複数の開度マップを設け、
   前記制御装置に、前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた前記開度マップを参照して算出した目標開度に前記流量調整弁の開度を制御する開度制御手段を設けることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 吸気を圧縮する動翼の回転数の増速比を調節する増速比調節機械式過給機を吸気通路に備える内燃機関の制御方法において、
   前記増速比調節機械式過給機の増速比を低い増速比から高い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を増加するとともに、前記増速比調節機械式過給機を迂回する迂回通路を通過する流量を制御する流量調整弁の開度を全閉から全開へ調節する制御をし、
   前記増速比調節機械式過給機の増速比を高い増速比から低い増速比に切り換える場合に、増速比の切り換えと同時に、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクに対応させて燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量を減少するとともに、前記流量調整弁の開度を全開から全閉へ調節する制御をすることを特徴とする内燃機関の制御方法。
5. 前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた複数の駆動トルクマップのうちの一つを参照して、前記増速比調節機械式過給機を駆動するための駆動トルクを算出し、該駆動トルクに相当する追加燃料噴射量を算出し、運転状況により定められる運転状況燃料噴射量に前記追加燃料噴射量を加えた量を前記燃料噴射装置から噴射する量とすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御方法。
6. 前記増速比調節機械式過給機の増速比が切り換わるときに、増速比に応じた前記流量調整弁の開度を記憶した複数の開度マップのうちの一つを参照して、前記流量調整弁の開度を算出した目標開度にすることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御方法。

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