JPH02286827A - 内燃機関の負荷制御装置 - 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、空気ポンプを設けた内燃機関において、空気
ポンプの回転数を可変にすることでエンジンの負荷制御
を行なう負荷制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、エンジンの高出力化を図るために、吸気管内の絞
り弁の上流または下流側に機械式過給機（以下過給機と
称する）を設置し、吸気管内の空気密度を変化させ、絞
り弁の開閉によって負荷制御を行なうようにしたものが
既に公知である。

上記過給機付エンジンは、例えば第４図に示すように、
過給機ａの空気ポンプが、エンジンｂのクランク軸Ｃか
らベルトｄ等を介して駆動されるが、クランク軸Ｃの回
転数とは一定の減速比で駆動されるため、低負荷時には
吸気管ｅ内の絞り弁ｆの開度を絞ると共に、過給機ａの
回転数が所定値よりも低回転数になったときに作動する
回転センサｇにより過給機ａをバイパスするバイパス通
路りのバイパス制御弁ｊを開いて吸入空気量を制御する
ように構成されている。

ところが上述した従来例では、低負荷時にはバイパス制
御弁ｊを開いて過給機ａの吐出空気の一部はバイパス通
路りを介して過給機ａの吸入側へ戻されるため、エンジ
ンｂには第５図のｐ−ｖ線図の斜線部に示すようなボン
ピングロスが避けられないという問題がある。特にエン
ジンのアイドリング時には、エンジン内フリクションと
過給機のボンピング作用にのみエンジントルクが使用さ
れるため、アイドリング時の燃料消費量が増大するとい
う問題があった。

そこで、無過給運転時におけるエンジンでの吸気エネル
ギ損失を空気ポンプにて回収するために、例えば特開昭
６０−９０９２４号公報および特開昭６０−２０９６２
９号公報に示すような先行技術が提案されている。また
、エンジンの運転状態に応じ゛た目標アイドリング回転
数を得るために、例えば実開昭５９−１１６５５１号公
報に示すような先行技術が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、第１の先行技術では、エンジンのクラン
ク軸に連接された２つのポンプを有し、エンジンの負荷
制御は絞弁の開閉によって行ない、低負荷運転時には、
一方の空気ポンプのみがポンプ吸入側と吐出側との圧力
差により回転駆動され、その発生動力をエンジンへ伝達
し、低負荷運転時以外では、他方の空気ポンプをエンジ
ンにより駆動して過給を行なうように構成されている。

従って、低負荷時におけるエンジンのボンピングロスに
対しては一方の空気ポンプを、エンジンの負荷制御には
絞弁を、エンジン高負荷時におけるエンジン出力の増大
には他方の空気ポンプを用い、それぞれの運転状態に対
応して作動する機能構成部品が必要とされる。このため
、構成が複雑になるという問題点がある。

さらに、第２の先行技術では、可変容量エアポンプをエ
ンジンに連接し、ポンプ室容積を可変とすることでエン
ジンの負荷制御を行なうように構成されている。

従って、アクセル開度に対応したポンプ吐出量とポンプ
室容積とのマツチングが困難であり、ひいてはエンジン
出力への影響が生ずるという問題点がある。

また、第３の先行技術では、吸気絞り弁の上流側と下流
側とをバイパス吸気通路で連通し、ノ（イパス吸気通路
に、通過空気量を制御する弁体と弁体を駆動する電磁駆
動装置とを設けて、エンジンの運転状態に応じた目標ア
イドリング回転数が得られるように構成されている。こ
のような吸気）くイバス制御方式では、制御弁の構成が
複雑となり、エアコン等の負荷変動に対しては、対応装
置の付設等が必要とされる。

本発明は、上述した問題点を課題として提案されたもの
で、空気ポンプ付内燃機関において、空気ポンプを可変
速機構を介してクランク軸により駆動し、上記可変速機
構の変速比をアクセル開度に応じて制御するようにした
簡単な構成によりエンジンの負荷制御を行ない、しかも
低負荷時においては、空気ポンプの出力トルクをエンジ
ンへ回収することにより、エンジンのボンピングロスを
低減し、燃費率の向上を図ることができるようにし、さ
らにアイドリング時には、目標アイドリング回転数に保
持し、高負荷時には、空気ポンプの回転数を上げて過給
を行ない出力向上を図るようにした内燃機関の負荷制御
装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明は、エアクリーナより
吸入された空気を燃焼室に供給する吸気管の途中に、空
気ポンプを設置してなる内燃機関において、上記エンジ
ンのクランク軸と上記空気ポンプの駆動軸との間に、上
記空気ポンプの回転数を変化させることによって上記エ
ンジンの負荷制御を行なう、可変速機構を配設し、上記
可変速機構の変速比を、上記エンジンのアクセルペダル
のアクセル開度に応じて設定する制御ユニットを有し、
上記制御ユニットには、上記エンジンのアイドリング回
転数を常に所定回転数に維持するための、目標アイドリ
ング回転数検索手段と目標変速比算出手段とを有したこ
とを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

このような構成では、空気ポンプ付内燃機関において吸
気管内に絞り弁を設けず、空気ポンプの回転数をアクセ
ル開度に応じて可変制御してエンジン吸入空気量を調節
し、エンジンの負荷を制御するように構成したので、低
負荷時には、空気ポンプの回転数が極く低回転数とされ
る。したがって、空気ポンプにはその上流側と下流側と
の間にエンジン側の負圧によって圧力差が生じて空気ポ
ンプが駆動されるため、この空気ポンプの駆動トルクが
エンジンのクランク軸に伝達回収される。

さらに、アイドリング時には、目標アイドリング回転数
から可変速機構の目標変速比が設定され、空気ポンプの
回転数を制御することによってアイドリング回転数を常
に安定した回転数に維持することができる。

また、高負荷時には、空気ポンプの回転数を高回転とし
て、クランク軸からのトルクにより吸入空気を圧縮、過
給して高出力が得られる。

このように空気ポンプの回転数を、その時のアクセル開
度に応したエンジン回転数により可変制御することによ
り、吸入空気ｍを調節してエンジンの負荷制御を行なう
ものであり、アイドリング時には、常に所定のアイドリ
ング回転数を維持することができ、低負荷時には、エン
ジンのボンピングロスが減少されて燃料消費量が低減さ
れ、高負荷時には過給が行なわれて出力向上がなされる
。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明す
る。

第１図は本発明による空気ポンプ付内燃機関の概略構成
図であり、図において、符号ｌはエンジン、２はエンジ
ンｌの燃焼室、３は吸気弁、４は排気弁、５は燃料噴射
ノズル、６は点火栓、７はエアクリーナ、８は吸気管を
それぞれ示している。

上記エンジンｌのエアクリーナ７より吸入された空気を
燃焼室２に供給する吸気管８の途中には、絞り弁を用い
ずロータｌＯａ　、　ｌＯｂとからなる空気ポンプｌＯ
が配設されている。

上記空気ポンプ１０のロータｌＯａの駆動軸１０ｃは、
エンジンｌのクランク軸１ａよりベルト、チェーン等の
巻掛伝動装置１１を介して回転駆動される可変速機構１
２の出力軸１２ｂ（第２図）に直結されており、上記空
気ポンプ１０は、可変速機構１２の変速比によって回転
数が可変制御される。

すなわち、上記可変速機構１２は無段変速機構を備えて
おり、可変速機構１２の入力軸１２ａに装着された入力
端プーリ１３は、エンジン１側のクランクプーリ１４よ
り巻掛伝動装置１１を介して回転駆動されており、上記
入力側プーリ１３の回転数は、可変速機構１２の変速比
に基づいて出力軸１２ｂより空気ポンプｌＯのロータ１
０ａを駆動する駆動軸１０ｃに伝達される。

可変速機構１２は、第２図に示す如く入力軸１２ａとそ
れに平行配置された出力軸１２ｂとを有し、入力軸１２
ａには油圧シリンダ２０ａを備えたブーり間隔可変のプ
ライマリプーリ２０が、出力軸１２ｂには同様に油圧シ
リンダ２１ａを備えたセカンダリプーリ２１が設けられ
る。また、両プーリ２０．２１には駆動ベルト２２が巻
付けられ、両油圧シリンダ２０ａ。

２１ａは油圧制御回路５０に回路構成される。そして両
シリンダ２０ａ　、　２１ａには伝達トルクに応じたラ
イン圧を供給してブーり押付力を付与し、プライマリ圧
により駆動ベルト２２のプーリ２０．２１に対する巻付
は径の比率を変えて無段階に変速制御するように構成さ
れている。

そして、エンジン１のクランク軸１ａにはエンジン回転
数を検出するエンジン回転数センサ１６が、アクセルペ
ダル１５にはアクセル開度を検出するアクセル開度検出
センサ■７が、吸気管８には吸気管圧力を検出する吸気
管圧力センサ１８が、また可変速機構１２のプライマリ
プーリ２０にはプライマリプーリ回転数を検出するプラ
イマリプーリ回転数センサ２３が、セカンダリプーリ２
１にはセカンダリプーリ回転数を検出するセカンダリブ
ーり回転数センサ２４が配設されている。

そしてこれら各センサと図示しないエアコン動作用のエ
アコンスイッチ２５は制御ユニット３０に人力し、制御
ユニット３０から油圧制御回路５０へ変速制御信号とラ
イン圧制御信号が出力するように構成されている。

次いで第３図に基づいて可変速機構１２の変速比制御系
について述べると、ブライマリブーり回転数センサ２３
．セカンダリブーり回転数センサ２４のブライマリブー
り回転数Ｎｐとセカンダリプーリ回転数Ｎｓは実変速比
算出手段３１に入力し、実変速比１−Ｎｐ／Ｎｓにより
実変速比Ｉを算出する。

この実変速比ｌとアクセル開度センサ１７のアクセル開
度ψとは目標セカンダリプーリ回転数検索手段３２に入
力し、アクセル開度ψに基づくｌ−ψのマツプを用いて
、空気ポンプ１０のロータｌｏａの回転数を代表する。

目標セカンダリプーリ回転数ＮＳＤを検索する。この場
合、エンジン回転数センサ１Ｂと吸気管圧力センサ１８
は負荷判定手段３３に人力し、低負荷と判定された時に
、この信号が目標セカンダリブーり回転数検索手段３２
に入力して、セカンダリプーリ２１の回転数が極低回転
数となるようにされている。目標セカンダリブーり回転
数ＮＳＤとプライマリプーリ回転数Ｎｐは目標変速比算
出手段３４に人力し、目標変速比ｌｓがｌ５−Ｎ５Ｄ／
Ｎｐにより算出される。そしてこの目標変速比ｉｓと実
変速比■とは、デユーティ比検索手段３５に入力する。

ここで、操作量のデユーティ比ＤＩが１８−ｉのマツプ
を用いて検索される。そしてこの操作量のデユーティ比
ＤＩの値は、駆動部３６を介して油圧制御回路５０の変
速制御用ソレノイド弁５１に出力する。

また、エンジン回転数センサ１６のエンジン回転数Ｎｅ
とアクセル開度センサ１７のアクセル開度ψが人力する
アイドリング判定手段４２を有し、アイドリング判定手
段４２にてアイドリング状態が判定されると、その判定
信号とエアコンスイッチ２５のオン・オフ信号が目標ア
イドリング回転数検索手段４８へ入力して、エアコン負
荷有無の目標アイドリング回転数ＮＩＳが目標アイドリ
ング回転数検索手段４３にて検索される。

目標アイドリング回転数ＮＩＳとプライマリプーリ回転
数Ｎρとは目標変速比算出手段３４に入力し、アイドリ
ング時の目標変速比ｉｓが１ｓ−Ｎ５Ｄ／Ｎｐにより算
出される。そしてアイドリング時の目標変速比ｌｓと実
変速比１とは、デユーティ比検索手段３５に入力する。

ここで、操作量のデユーティ比ＤＩが１ｓ−１のマツプ
を用いて検索される。そしてこの操作量のデユーティ比
ＤＩの値は、駆動部３６を介して油圧制御回路５ｏの変
速制御用ソレノイド弁５１に出力する。

続イテ、ライン圧制御系について述べる。エンジン回転
数センサ１６．アクセル開度センサ１７のエンジン回転
数Ｎｅとアクセル開度ψが入力するエンジントルク検索
手段３８を有し、ψ−Ｎθのトルク特性マツプからエン
ジントルクＴを求める。このエンジントルクＴと実変速
比算出手段３１の実変速比量の信号は、目標ライン圧設
定手段３９に入力し、実変速比Ｉに応じた必要ライン圧
とエンジントルクの積で目標ライン圧ＰＬｄを定め、目
標ライン圧Ｐ！、ｄがデユーティ比検索手段４ｏに入力
してライン圧ＰＬｄに応じたデユーティ比ＤＬを定める
。

そして、このデユーティ信号Ｄ　Ｌが駆動部４１を介し
てライン圧制御用ソレノイド弁５２に出力するように構
成されている。

他方、エンジン回転数センサ１６からのエンジン回転数
ＮＯと、アクセル開度センサ１７からのアクセル開度ψ
との信号が入力する燃料噴射制御手段４４を有し、エン
ジン回転数Ｎｅとアクセル開度ψに対応した燃料噴射パ
ルス幅の信号がインジェクタ５へ出力される。

次いで、このように構成された内燃機関の負荷制御装置
の作用について説明する。

先ず、アクセルペダル１５が開放された車両停止時のア
イドリング状態を含む低負荷時には、可変速機構１２の
セカンダリブーり回転数、すなわち空気ポンプ１０の回
転数が極低回転数に設定されているため、空気ポンプｌ
Ｏの上流側圧力は大気圧、下流側圧力はエンジンｌの吸
気作用により負圧となり、この圧力差で空気ポンプｌＯ
が回転する。そして空気ポンプｌＯからの発生トルクは
、可変速機構１２を介してエンジンｌのクランク軸１ａ
へ流れるので、第５図の斜線で示すボンピングロスが空
気ポンプｌＯの発生トルクで相殺され、低負荷時におけ
る燃料消費量が低減される。

低負荷時の状態で、さらにアクセルペダル１５ヲ踏込む
と、エンジン回転数Ｎｏとアクセル開度ψに対応した燃
料がインジェクタ５からエンジンｌの燃焼室２へ噴射さ
れると共に、可変速機構１２はアクセルペダル１５の踏
込みによるアクセル開度ψに応じた目標変速比１ｓで出
力軸１２ｂが増速される。

アクセルペダル１５の踏込みに応じたエンジン１の動力
は、クランク軸１ａ、　　クランクプーリ１４．可変速
機構！２の入力側プーリ■３を介して可変速機構１２へ
伝達する。

そして可変速機構１２のプライマリプーリ２０に入力し
た動力は、駆動ベルト２２を介してセカンダリプーリ２
１．出力軸１２ｂへと伝達され、空気ポンプ１０の駆動
軸１０ｃへ出力して、空気ポンプ１０が増速駆動され、
吸入空気はエンジン［へ過給される。

そして走行中の実変速比ｌの値が大きい低置荷時以外に
おいて、エンジントルクＴが大きくなるほど目標ライン
圧が大きく設定され、これに相当するデユーティ信号Ｄ
Ｌがライン圧制御用ソレノイド弁５２に人力して制御圧
を生成し、その平均化した圧力でライン圧制御すること
でライン圧ＰＬを高くする。そして変速比１が小さくな
り、エンジントルクＴも小さくなるに従い同様に作用す
ることで、ライン圧ＰＬは低下するように制御されるの
であり、こうして常に駆動ベルト２２での伝達トルクに
相当するブーり押付はカを作用する。

上記ライン圧ＰＬは、常にセカンダリシリンダ２１ａに
供給されており、変速制御用ソレノイド弁５１の制御圧
による図示しない変速制御弁によりプライマリシリンダ
２０ａに給排油することで、変速制御されるのであり、
これを以下に説明する。

先ず、ブライマリブーり回転数センサ２３．セカンダリ
プーリ回転数センサ２４およびアクセル開度センサ１７
からの信号Ｎｐ、Ｎｓ、　　ψが読込まれ、制御ユニッ
ト３０の実変速比算出手段３１で実変速比１を求める。

一方、エンジン回転数センサ■６と吸気管圧力センサ１
８からの信号Ｎｏ、Ｐが読込まれ、負荷判定手段３３に
て負荷が低負荷が否がが判定され、負荷判定手段３３に
て負荷が低負荷りでないと判定されると、目標セカンダ
リブーり回転数検索手段８２では実変速比１．アクセル
開度ψにより目標セカンダリプーリ回転数ＮＳＤがマツ
プにより検索され、目標変速比算出手段３４でこの目標
セカンダリブーり回転数ＮＳＤに対応した目標変速比ｌ
ｓが算出される。そして低負荷の領域では、目標セカン
ダリブーり回転数検索手段３２で実変速比１．アクセル
開度ψにより極低回転数となる目標セカンダリブーり回
転数ＮＳＣがマツプにより検索される。

これらの実変速比■、目標変速比Ｉｓは、デユーティ比
検索手段３５に入力してデユーティ比Ｄ１が検索される
。

上記デユーティ信号ＤＩは、変速制御用ソレノイド弁５
１に入力してパルス状の制御圧を生成し、これにより図
示しない変速制御弁を給油と排油の２位置で繰返し動作
する。ここで、デユーティ比ＤＩが小さくなると、オフ
時間により変速制御弁は給油位置での動作時間が長くな
ってプライマリシリンダ２０ａに給油するようになり、
こうして変速比を大にする。一方、デユーティ比が大き
くなると、逆にオン時間により排油位置での動作時間が
長くなってプライマリシリンダ２０ａは排油され、これ
により変速比を小にする。そしてデユーティ比の変化が
小さくプライマリシリンダ２０ａの流量変化が少ないこ
とで、変速スピードが遅くなる。

一方、目標変速比Ｉｓと実変速比１の偏差が大きくなる
に従ってデユーティ比の変化によりプライマリシリンダ
２０ａの流量変化が増して、変速スピードが速くなる。

さらに、アクセル開放時の車両停止り時におけるアイド
リング時には、アクセル開度センサ１７からのアクセル
開度ψ−０と、エンジン回転数センサｌＧからのエンジ
ン回転数Ｎｅ　　（アイドリング回転数）との信号がア
イドリング判定手段４２に入力してアイドリング状態が
判定される。そしてエアコンスイッチ２５のオン・オフ
Ｔ言号１こよって、エアコン使用有無の目標アイドリン
グ回転数ＮＩＳが目標アイドリング回転数検索手段４３
によって設定される。

次いで、目標アイドリング回転数ＮＩＳとブライマリブ
ーり回転数Ｎ＋）とでアイドリング時の目標変速比Ｉｓ
が目標変速比算出手段３４にて算出されると、目標変速
比Ｉｓと実変速比ｌとによってデユーティ比Ｄ１がデユ
ーティ比検索手段３５にて設定され、このデユーティ比
ＤＩで変速制御用ソレノイド弁５１をデユーティ制御す
ることで、変速制御弁が給油と排油の２位置で動作し、
実際のアイドリング回転数が目標アイドリング回転数Ｎ
ＩＳより高く、または低い時には、空気ポンプ１０の回
転数を低く、または高くするように可変速機構１２の変
速比を変え、常に所定の目標アイドリング回転数ＮＩＳ
に保持する。

こうして、エンジンｌの運転領域の全域において、可変
速機構１２は変速速度を変えながら無段階に変速するこ
とになる。そして空気ポンプｌＯの回転数はアクセルペ
ダル１５の踏込みに応じて可変制御されるため、従来の
如くスロットルバルブによる負荷制御に代えて、空気ポ
ンプｌＯの回転数を制御することでエンジンの負荷を制
御することができると共に、アイドリング時におけるア
イドリング回転数を所定回転数に維持することができる
。

なお、本発明では、アクセル開度により制御ユニット３
０を介して可変速機構１２の変速比を可変制御している
が、制御ユニット３０を介さず、アクセル開度に応じて
直接可変速機構１２の変速比を可変制御することもでき
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明による内燃機関の負荷制御
装置は、エアクリーナより吸入された空気を燃焼室に供
給する吸気管の途中に、空気ポンプを設置し、空気ポン
プの回転数を、クランク軸により駆動される可変速機構
によって回転制御するよう構成したので、絞り弁および
空気ポンプのバイパス通路などが不要になり、空気ポン
プの回転数を可変とすることができるため、空気ポンプ
の容量を小さくできるなど構造が簡単であり、システム
全体を簡素化できる。

さらに、可変速機構の変速比をアクセルペダルのアクセ
ル開度に応じて設定する制御ユニットを有し、制御ユニ
ットには、エンジンの目標アイドリング回転数を設定す
る目標アイドリング回転数検索手段と目標変速比算出手
段とを有したので、アイドリング時における目標変速比
を算出し、目標変速比によって可変速機構を制御して空
気ポンプの回転数が制御されるため、常に安定したアイ
ドリング回転数が得られる。

また、エンジンの高負荷時においては空気ポンプの回転
数を高くすることができるため、出力向上が得られると
共に、低負荷時には空気ポンプの発生トルクをエンジン
側のクランク軸に回収できるため、エンジンのボンピン
グロスを低減することができ、燃費率の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す内燃機関の概略構成図、
第２図は制御系の構成図、第３図は制御系のブロック図
、第４図は従来の実施例を示す内燃機関の概略構成図、
第５図は内燃機関のＰ−ｖ線図である。 Ｉ・・・エンジン、１ａ・・・クランク軸、２・・・燃
焼室、７・・・エアクリーナ、８・・・吸気管、ｌＯ・
・・空気ポンプ、１０ｃ・・・駆動軸、１２・・・可変
速機構、１５・・・アクセルペダル、１６・・・エンジ
ン回転数センサ、１７・・・アクセル開度センサ、１８
・・・吸気管圧力センサ、２５・・・エアコンスイッチ
、３０・・・制御ユニット、３４・・・目標変速比算出
手段、４３・・・目標アイドリング回転数検索手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エアクリーナより吸入された空気を燃焼室に供給する吸
   気管の途中に、空気ポンプを設置してなる内燃機関にお
   いて、 上記エンジンのクランク軸と上記空気ポンプの駆動軸と
   の間に、上記空気ポンプの回転数を変化させることによ
   って上記エンジンの負荷制御を行なう、可変速機構を配
   設し、 上記可変速機構の変速比を、上記エンジンのアクセルペ
   ダルのアクセル開度に応じて設定する制御ユニットを有
   し、 上記制御ユニットには、上記エンジンのアイドリング回
   転数を常に所定回転数に維持するための、目標アイドリ
   ング回転数検索手段と目標変速比算出手段とを有したこ
   とを特徴とする内燃機関の負荷制御装置。