JPH01301920A - 排気ターボ過給機補助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は内燃機関の排気ターボ過給機に関し、特に、そ
のターボ遅れを解消し加速性を向上させるための補助装
置に関する。　　　′ 「従来の技術」 排気ターボ過給機を備えた内燃機関のターボ遅れを減少
し加速性能を向上させる手段には、種々のものが提案さ
れている。その一つに、吸気側に電動モータで駆動され
るエアポンプを設け、排気タービンの回転が立上がるま
で、モータにより吸気の加圧を補助しようとするものが
ある（たとえば、実開昭５６−７４８２２号公報）。こ
の種のモータで補助する装置は、制御が容易であるとい
う利点がある。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、吸気をエアポンプで加圧するためには、
エンジンが要求する吸入空気の全空気量をエアポンプか
ら供給してやらねばならず、エアポンプに大きな容量の
ものが必要となると共に、それを駆動するモータの消費
電力も過大になるという問題点があった。特に、大排気
量のエンジンを搭載した自動車にあっては、吸入空気量
も多いためバッテリに負担がかかり、問題であった。

本発明は、上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、制御の容易な電動モー
タで補助しながら、その消費電力が少なくてすみ、エア
ポンプの容量も小さくてすむ排気ターボ過給機補助装置
を提供しようとすることにある。

「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するなめ、本発明では、エンジンから
排気タービンに至る排気通路に空気を供給可能に設けら
れたエアポンプと、そのエアポンプを駆動するモータと
、スロットルセンサ、エンジン回転数センサ等の運転状
態センサとその運転状態センサからの信号に基づき加速
を判別し、その加速時に前記モータを駆動するモータ制
御手段と、を備えることを特徴とする排気ターボ過給機
補助装置が提供される。

また、エンジンの吸気通路に噴射される燃料噴射量を制
御する燃料噴射量制御装置を備えたものにあっては、前
記加速時に燃料噴射量を理論空燃比以上に過剰に＃呈す
る増量手段を設けることが好ましい。

さらに、前記エアポンプから排気通路に空気を供給する
管路に加えて、エアポンプがらの空気をエンジンの吸気
通路に供給する管路を設けると共に、その吸気通路に至
る管路と前記排気通路に至る管路とを選択的に開閉する
制御弁及びそのアクチュエータを設け、前記加速の開始
直後は吸気通路に至る管路を選択し、その後は排気通路
に至る管路を選択すべく前記アクチュエータを駆動する
弁制御手段を備えることが好ましい、管路を切換えるタ
イミングは、加速が開始されてからの時間によってもよ
いし、エンジンの回転数に従うようにしてもよい。

「作用」 上記のように構成された排気ターボ過給機補助装置にお
いては、加速時にモータが駆動されエアポンプから空気
が排気通路に送り込まれる。このため、排気タービンを
駆動するガス量はエンジンからの排気ガスにエアポンプ
からの空気が加算され、それだけ早く、排気タービンの
回転が立上がり、ターボ遅れが減少する。エアポンプの
容量は追加する空気量だけの容量があればよく、エンジ
ンの要求する全吸気量の容量は要さない。

また、燃料噴射量を過剰に増量する増量手段を設けたも
のにおいては、エンジン内で燃焼しきれず排気通路内に
排出された未燃焼燃料成分が、排気通路内でエアポンプ
から供給された新鮮空気（０２）に出会って燃焼し、排
気通路内のガス量を増加させる。この増加されたガス量
により排気タービンの回転の立上がりをさらに早める。

また、２つの管路を制御弁により切替えるものにおいて
は、エアポンプからの空気が、加速開始直後はエンジン
の吸気通路に、その後は排気通路に切替えて供給される
。従って、エアポンプは加速開始直後は機械式電動過給
機として作用し、その後は排気タービンを補助するポン
プとして作用する。加速開始直後はエンジンの回転数が
低いため吸気量も少なく、小容量のエアポンプで過給が
可能である。これにより、加速開始直後の吸気圧の上昇
を早めることができ、ターボ遅れをさらに減少すること
ができる。

「実施例」 本発明の実施例について図面を参照し説明する。

第１図は第１の実施例を示す概略構成図である。

エアクリーナ１を通過した空気は、排気ターボ過給機２
のコンプレッサ２１を通過し、インタクーラ６、スロッ
ト、ルバルブ７．サージタンク９を経由してエンジン３
の吸気マニホールド３１に至るように、吸気通路４０が
設けられている。過給機コンプレッサ２１の下流には圧
力センサ４が設けられ、スロットルバルブ７には、スロ
ットルセンサ８が設けられている。また、吸気マニホー
ルド３１直前の吸気通路には燃料噴射弁１０が設けられ
、図示しない噴射装置により燃料が吸気通路内に噴射さ
れるようになっている。

エンジンの排気マニホールド３２に排出された排気は、
排気通路１２を経由して排気ターボ過給機２の排気ター
ビン２２に送られ、図示しない消音器を経由して排出さ
れる。エンジン３から排気タービン２２に至る排気通路
１２に、逆止弁１３を介してベーンポンプからなるエア
ポンプ１４が連通され、エアポンプ１４から外気を排気
通路１２内に供給可能にされている。また、破線で示す
様に、エアクリーナ１を通した後の空気をエアポンプ１
４に供給するようにし、異物の混入を阻止することもで
きる。エアポンプ１４は電動モータ１５により回転駆動
される。モータ１５は電子制御装置（ＥＣＵ）１１に接
続され制御される。

電子制御装置１１はマイクロプロセッサを備えた装置で
あり、マイクロプロセッサの内部処理演算により制御が
行われる。電子制御装置１１には、圧力センサ４からの
圧力信号Ｐ、スロットルセンサ８からのスロットル開度
信号θ、エンジン３の回転センサ３３からのエンジン回
転数信号Ｎｅ。

変速機のギヤ選択位置センサ３４からのギヤ選択信号Ｍ
、車速センサ３５からの車速信号ｖなどの各種運転状態
信号が入力される。電子制御装置１１ではこれらの信号
に基づいて燃料噴射弁１０の開弁時間を調節して燃料噴
射量を制御し、モータ１５を駆動してエアポンプ１４か
ら排気通路１２に空気を送り込む。

電子制御装置１１では、スロットル開度信号θの急増を
検出して加速状態を判別する。そして、加速と判別され
、エンジン回転数Ｎｅが所定回転数以下であり、ギヤ選
択位１ＦＭが中速ギヤ以上が選択されており、かつ、過
給機コンプレッサ２１の下流の圧力Ｐか所定圧以下であ
るという４つの条件を満たした場合に、モータ１５を駆
動し空気を排気通路１２に送り込むと共に、燃料噴射量
を過剰に増量する処理を行う、上記４つの条件が満たさ
れなくなると、モータ１５を停止し、燃料噴射量を空燃
比が理論空燃比となる正規の値に戻す処理を行う。

第６図は電子制御装置１１での処理を示すフローチャー
トである。

処理１００が開始されると、まず初期設定を行った（ス
テップ１０１）のち、エンジン回転数信号Ｎｅ、車速信
号■、ギヤ選択信号Ｍ、圧力信号Ｐ。

スロットル開度信号θ等の各種運転状態信号のデータを
取り込む（ステップ１０２）、ステップ１０３ではエン
ジン回転数Ｎｅが所定値以下か、ステップ１０４ではギ
ヤ選択位置Ｍが３速以上か、ステップ１０５では圧力Ｐ
が所定値以下か、ステップ１０６ではスロットル開度θ
に急増があったがが、それぞれ調べられ判別される。こ
れらの４つの条件を全て満足したときはステップ１０７
に、１つでも満足しないときはステップ１１０に進む。

ステップ１０７では、上記４つの条件を満足してから所
定時間経過したか否かが調べられる。この所定時間はモ
ータ１５による過給補助を続行させる継続時間を決める
ものであり、たとえば５秒程度に設定されている。所定
時間が未経過であればステップ１０８に進み、モータ１
５による過給補助を行い、所定時間経過後はステップ１
１０に進みモータ１５による過給補助を終了する。ステ
ップ１０８ではモータを回転駆動し、次のステップ１０
９では燃料噴射量の増量処理を行う、一方、ステップ１
１０ではモータを停止させ、次のステップ１１１では燃
料噴射量を正規の値に戻す復帰処理を行う、そして、ス
テップ１０９又は１１１からステップ１０２に戻り、上
述め処理を繰り返す。

上記のフローチャートでは、ギヤ選択位置をギヤ選択位
置センサ３４からの信号により直接検出することとした
が、オートマチック車などでは、車速■とエンジン回転
数Ｎｅとの比を求めて変速位置を判別するようにしても
よい。

このようにして、加速時にエアポンプ１４からの加圧空
気及び過剰燃料の燃焼により排気タービン２２の回転駆
動力を補助し、回転の立上がりを早める。加速の終了後
は、エアポンプ１４による補助がなくなり、通常の排気
ガスによる駆動力により過給が続けられる。

第４図は本実施例の効果を示す測定データであり、車速
が３０に一／ｈの初期状態からアクセルをいっばい踏み
込んだ場合の加速所要時間と到達車速との関係を示して
いる。なお、ギヤ位置は第４速位置とした。破線で示す
特性はエアポンプ１４による補助を行わず、従来の排気
ガスのみによる過給を行った場合であり、実線で示す特
性はエアポンプ１４及び過剰燃料による補助を行った場
合を示している。従来の補助なしの過給では、３０Ｋｍ
／ｈから６０　Ｋｍ／ｈに加速するのに約１０秒を要し
ていたのに対し、本実施例装置による補助を加えると約
８秒に短縮されていることが示されている。

このことは、ターボ遅れが大幅に減少されていることを
示している。

第２図は第２の実施例を示す概略構成図である。

この実施例では、排気タービン２２の下流に排気ガス浄
化のための三元触媒袋Ｗ１７、及び酸素濃度センサ（Ｏ
Ｘセンサ）１６が設けられている。１！子制御装置１１
では酸素濃度センサ１６からの信号に基づき、三元触媒
装置１７における雰囲気が三元雰囲気となるべく燃料噴
射量を制御する通常の燃料噴射量制御を行う、この構成
によれば、エアポンプ１４から空気が排気通路１２に送
り込まれると、その空気量に応じて燃料噴射量が増量さ
れることになり、追加空気量に応じた適切な量だけ燃料
噴射量を増量し排気ターボ過給を補助することができる
。また、加速時に燃料噴射量を増量させるための特別の
プログラムが必要なくなり、電子制御装置１１内のマイ
クロプロセッサの負担が軽くなるという利点がある。

第３図は第３の実施例を示す概略構成図である。

この実施例ではエアポンプ１４から過給機コンプレッサ
２１の下流の吸気通路４０に至る第２の管路４２が設け
られ、エアポンプ１４からの空気を吸気通路４０にも供
給することができるようにされている。第２の管ｒ４４
２への分岐点には制御弁４３が設けられ、第２の管路４
２又は排気通路１２に至る管路４１のいずれかを選択的
に開閉することができるようにされている。制御弁４３
を駆動するアクチュエータ４４は電子制御装置１１に接
続され制御される。また、第２の管路４２と吸気通路４
０の接続部には逆止弁４５が設けられ、吸気通路４０の
空気が第２の管路４２に逆流しないようにされている。

また、排気通路１２にはりアクタ室４７が設けられ、排
気ガスとエアポンプ１４からの二次空気の混合気の流速
を遅くし、未燃焼成分の燃焼を容易ならしめている。

電子制御装置１１では、加速を検出すると、直ちにモー
タ１５を駆動しエアポンプ１４を作動させると共に、加
速開始直後はアクチュエータ４４を駆動して吸気通路４
０に至る第２の管路４２を選択する。そして、所定時間
、たとえば２秒経過後にアクチュエータ４４を駆動して
排気通路１２に至る管路４１に切替えると共に燃料噴射
量を増量する処理を行う。

この構成によれば、加速開始直後はエアポンプ１４から
の加圧空気により直接過給が行われ、吸気圧の立上がり
を早める。加速開始直接はエンジン３の回転数が低いた
め、小容量のエアポンプ１４で吸気圧を十分高めること
ができる。所定時間経過後は、制御弁４３の切換えによ
り排気流路１２に空気が供給され、排気タービン２２へ
のガス流量を増加して排気タービン２２の回転駆動力を
補助する。エアポンプ１４から供給される空気流量の切
換えの様子を第５図に示す。

本実施例では、吸気通路４０から排気通路１２への制御
弁４３の切換えを加速開始時点からの経過時間により行
うこととしたが、エンジンの回転数Ｎｅの立上がりによ
り切換えるようにすることも可能である。たとえば、エ
ンジン回転数Ｎｅが１５００ｒｐｍ以下では吸気通路４
０に空気を供給し、１５００〜２０００ｒｐ−では排気
通路１２に空気を供給する。そして、２００　Ｏｒｐｍ
以上ではモータ１５を停止してエアポンプ１４による補
助を終了する処理を行えばよい。

また、圧力センサ４からの吸気圧信号Ｐにより適当な時
限を持たせて制御弁４３を切換えるようにすることも可
能である。

「発明の効果」 本発明は、以上説明したように構成されているから、以
下に記載する効果を奏する。

請求項１の排気ターボ過給機補助装置においては、排気
タービンの回転の立上がりを補助する空気旦だけの容量
のエアポンプを設ければよく、エンジンの排気量に比較
して小さなエアポンプ及びモータにより過給を補助し、
加速時の応答性を高めることができる。このため、補助
装置を小型化することができ、かつ、作動時の消費電力
も少なくてすむという優れた効果がある。

請求項２の補助装置においては、過剰燃料の燃焼により
排気タービンの回転駆動力が補助されるため、エアポン
プ等をさらに小型化し、かつ、素早い過給の立上がりを
得、加速時の不答性を高めることができる。また、比較
的低回転数から排気ターボ過給を効かせることができる
。

請求項３の装置においては、加速時の応答性をさらに高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明の実施例を
示す概略構成図、第４図は実施例の効果を示す特性図、
第５図は空気流量の切換えを示す波形図、第６図は電子
制御装置での処理を示すフローチャートである。 ２１３．排気ターボ過給機、　３００．エンジン、４１
０．圧力センサ、　８０１．スロットルセンサ、１０゜
１．燃料噴射弁、　１１　、、、電子制御装置、１２、
、、排気通路、　１４．、、エアポンプ、　１５゜６、
モータ、　　２２　、、、排気タービン、　　４２．、
、第２の管路、　４３．、、制御弁、　４４　、、、ア
クチュエータ。 第４図 第５図 時間

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　エンジンから排気タービンに至る排気通路に空気を
   供給可能に設けられたエアポンプと、そのエアポンプを
   駆動するモータと、 スロットルセンサ、エンジン回転数センサ等の運転状態
   センサと その運転状態センサからの信号に基づき加速を判別し、
   その加速時に前記モータを駆動するモータ制御手段と、 を備えることを特徴とする排気ターボ過給機補助装置。 ２　エンジンの吸気通路に噴射される燃料噴射量を制御
   する燃料噴射量制御装置と、 前記加速時に燃料噴射量を理論空燃比以上に過剰に増量
   する増量手段と、 を備えることを特徴とする請求項１に記載の排気ターボ
   過給機補助装置。 ３　前記エアポンプからの空気をエンジンの吸気通路に
   供給する管路と、 その吸気通路に至る管路と前記排気通路に至る管路とを
   選択的に開閉する制御弁及びそのアクチュエータと、 前記加速の開始直後は吸気通路に至る管路を選択し、そ
   の後は排気通路に至る管路を選択すべく前記アクチュエ
   ータを駆動する弁制御手段と、を備えることを特徴とす
   る請求項１に記載の排気ターボ過給機補助装置。