JPH04298634A - 機械式過給機の過給制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は機械式過給機の過給制御
装置に関し、詳細には、内燃機関の吸気温度を制御して
、冷間時の燃焼状態を向上させる機械式過給機の過給制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の冷間運転時においては機関燃
焼室壁温が低く、混合気が燃焼室壁面で冷却されるため
圧縮行程時の混合気温度が低くなる傾向がある。このた
め混合気の着火性や火炎伝幡速度が低下して燃焼状態が
悪化してしまう。

【０００３】従来は、この燃焼状態の悪化を補って安定
した燃焼を得るため機関冷間時に燃料を増量して濃い混
合気を供給する制御が行われている。しかし、このよう
に燃料増量により燃焼安定を得る方法は、冷間運転時の
燃費悪化を生じるばかりでなく、排気中のＨＣ，ＣＯ等
の排出量を増大させることになる。しかも、燃焼悪化に
より排気温度も相対的に低下しているため、触媒を使用
する排気浄化装置では触媒の温度が活性領域に達するの
が遅れ、十分な排気浄化が行われず排気エミッションも
悪化する傾向があった。

【０００４】この問題を解決するため、機関冷間時に予
め吸気温度を上昇させ、燃焼室壁温が低い場合でも圧縮
後の混合気温度を良好な燃焼を得るのに十分な範囲に保
持するようにする装置を備えた内燃機関が知られている
。例えば、この種の装置としては、特開昭６１−１９９
３３号公報に機械式過給機を用いて機関冷間時の吸気温
度を上昇させるようにしたものが開示されている。

【０００５】同公報の装置では、内燃機関からクラッチ
を介して機械的に駆動される過給機を設け、通常運転時
には中高負荷時にクラッチを接続して過給を行うように
するとともに、機関温度が所定値より低い場合にはクラ
ッチを通常運転時より低回転、低負荷の領域で接続する
ようにして過給運転領域を拡大している。機関低温時に
低回転低負荷領域まで過給運転を行うことにより、過給
機で圧縮されて高温になった吸気を燃焼室に供給して燃
焼状態の改善と暖機の促進を図ったものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記特開昭６
１−１９９３３号公報の装置は、冷間時の燃焼改善には
効果があるものの、冷間時には常に一定の状態で機械式
過給機を作動させることから以下のような問題が生じる
。

【０００７】すなわち、機関冷間時であっても、運転中
暖機が進み、燃焼室温度は上昇して行くため、混合気が
燃焼室壁面に奪われる熱も徐々に減少して行く。従って
冷間運転時であっても、必要とされる吸気温度は機関の
暖機状態とともに低下して行くことになる。ところが上
記装置では機関冷間時には常に一定の条件で過給機を作
動させているため機関の暖機状態によっては不必要に高
い温度の吸気を機関に供給することになる。このため、
この領域では過給機は本来必要のない仕事をすることに
なり不要な駆動損失により却って燃費が増大する結果を
生じていた。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、機械式過給機を
用いて冷間時の吸気昇温を行いながら、暖機状態に応じ
て吸気温度を変えることにより、不要な過給機駆動損失
をなくして燃費向上を図ることのできる過給制御装置を
提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、内燃機
関の吸気を圧縮して所定の圧力比を得る機械式過給機の
過給制御装置であって、機関温度を検知する機関温度検
出手段と、該機関温度に基づいて機関吸気温度の目標値
を設定する目標吸気温度設定手段と、前記機械式過給機
の圧力比を変更して前記目標吸気温度を達成する圧力比
制御手段とを備えたことを特徴とする機械式過給機の過
給制御装置が提供される。

【００１０】

【作用】目標吸気温度設定手段は、機関温度検出手段に
より検出された機関温度に基づき、機関温度が低い程目
標吸気温度を高く設定する。圧力比制御手段は、上記目
標吸気温度に応じて過給機の圧力比を変更し、目標吸気
温度が高い程圧力比を大きく設定する。暖機により機関
温度が上昇するにつれて目標吸気温度は低く設定される
ため過給機も圧力比が低下するように制御され、暖機の
進行とともに過給機の駆動仕事も低減される。

【００１１】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の過給制御装置の実施例を示す略示
図である。図において１はエンジン、２はエンジンの吸
気管、３はスロットル弁であり、運転者のアクセルペダ
ル（図示せず）操作に応じて吸気管２の吸気通路を開閉
する。また５はスロットル弁３の下流側吸気管に設けら
れた過給機である。

【００１２】過給機５はエンジン１のクランク軸４に設
けたプーリ４ａから電磁クラッチ６を介してベルト等に
より機械的に駆動される容積型の機械式過給機であり、
本実施例ではルーツ型圧縮機が用いられている。また、
図に７で示したのは、過給機５をバイパスしてスロット
ル弁３下流側の吸気管と過給機出口側を接続する、吸気
バイパス通路であり、この吸気バイパス通路７には、バ
イパス制御弁９が設けられ、アクチュエータ８によりバ
イパス制御弁９の開度を変えてバイパス通路７を通る空
気量を連続的に調節できるようになっている。

【００１３】本実施例では機関温度を検出する手段とし
てエンジン１の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ
１１が設けられている。機関温度の検出としては冷却水
温度以外にも機関の暖機状態（燃焼室壁面温度）と相関
のあるパラメータ使用することができ、例えば潤滑油温
度等を使用しても良い。また、本実施例ではスロットル
弁３にはスロットル弁開度を検出するスロットルセンサ
１２、クランク軸４にはエンジン回転数を検出する回転
数センサ１３、吸気管２にはスロットル弁３上流側に吸
気流量を検出するエアフローメータ１５と、エンジン入
口部分に吸気温度を検出する吸気温度センサ１７とが設
けられ、バイパス制御弁９にはバイパス制御弁開度を検
出する開度センサ１９が設けられている。

【００１４】２１は本発明の過給制御を行う制御装置（
ＥＣＵ　）である。本実施例ではＥＣＵ　２１としてデ
イジタルコンピュータが用いられ、中央演算装置（ＣＰ
Ｕ　）２３、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ　）２４
、リードオンリメモリ（ＲＯＭ　）２５及び入力ポート
２６、出力ポート２７をそれぞれ相互に双方向性バス２
８で接続して構成される。本制御を行うため、ＥＣＵ　
２１の入力ポート２６は冷却水温度センサ１１、スロッ
トルセンサ１２、回転数センサ１３、エアフロメータ１
５、吸気温度センサ１７、開度センサ１９が接続され、
冷却水温度、スロットル弁開度、エンジン回転数、エン
ジン吸入空気量、吸気温度、バイパス制御弁開度がそれ
ぞれ入力されている他、出力ポート２７は図示しない駆
動回路を介してバイパス制御弁９のアクチュエータ８に
接続され、バイパス制御弁９の開度を制御するようにな
っている。

【００１５】本実施例では過給機５はエンジン負荷条件
に応じて電磁クラッチ６をＯＮ／ＯＦＦすることにより
作動が制御される。図２は過給機を作動させる負荷条件
を示す図であり、横軸はエンジン回転数Ｎ、縦軸はエン
ジン負荷を表すパラメータとしてエンジン１回転当りの
吸気量（Ｑ／Ｎ）をとっている。図２の実線Ａはエンジ
ン暖機完了後の状態（以下「通常時」という）の過給機
作動線（電磁クラッチ６のＯＮ／ＯＦＦ　切換線）を示
している。 図からわかるように本実施例では通常時はエンジンの中
高負荷領域においてのみ過給機５が作動する。

【００１６】また、図３はバイパス制御弁９開度とエン
ジン負荷条件との関係を示す図で縦軸はバイパス弁開度
、横軸はスロットル弁３の開度で表してある。バイパス
制御弁９は過給機５による吸気圧縮の際の圧力比を制御
する目的で設けられている。すなわち、バイパス制御弁
９の開度を増大するとバイパス通路７を通って過給気出
口から過給機入口に向けて還流する空気量が増大するた
め、過給機５の圧力比が低下し、逆にバイパス制御弁９
の開度を減少させると還流空気量の低下により過給機５
の圧力比が増大する。このため、バイパス制御弁９の開
度を変更することにより、同一の過給機回転数において
も圧力比を制御することができ、過給圧力の制御が可能
となる。

【００１７】図３は通常時におけるバイパス制御弁９の
開度を示す。図からわかるように通常時にはバイパス制
御弁開度は負荷（スロットル弁開度）が低い領域では全
開とされ、過給機圧力比を低下させることにより過給機
駆動損失を低減しているが中高負荷領域では負荷が増大
するにつれて開度が減少し圧力比を増大させ、高負荷領
域では全閉して最大過給圧を得るように制御される。な
お、図３でスロットル弁開度に応じてバイパス制御弁開
度を制御しているのはスロットル弁は運転者のアクセル
ペダル操作に連動して開閉するため、スロットル弁開度
で制御を行うことにより運転者の要求負荷（アクセルペ
ダル操作量）に応じて応答性良く過給圧を調整できるか
らである。

【００１８】次に本実施例の冷間時における吸気温度制
御について説明する。本実施例では冷却水温度センサの
出力により機関が低温状態にあると判断された場合、軽
負荷運転状態であっても電磁クラッチ６を接続して過給
機５を作動させる。過給機により吸気を圧縮すると圧縮
仕事により吸気温度が上昇するためエンジンには高い温
度の吸気が供給され、前述のように燃焼室壁温が低い場
合であっても良好な燃焼を得ることができる。また、暖
機中に機関温度が上昇してくるとそれに応じて必要とさ
れる吸気温度も低くなるが、本実施例では従来のように
機関暖機状態に無関係に吸気加熱を行うのではなく、機
関温度に基づいて必要とされる目標吸気温度を設定して
吸気温度センサ１７の出力を用いて、その目標吸気温度
を達成するようにバイパス制御弁９の開度を調整するこ
とを特徴としている。バイパス制御弁９の開度を変更す
ることにより過給機の圧力比が変化するため、圧力比に
応じた吸気の昇温が得られるからである。

【００１９】図２の点線Ｂは冷間時における過給機の作
動制御線を示している。本実施例では冷却水温度が所定
値（例えば５０℃）以下の場合には機関が冷間状態にあ
ると判定して、通常時の作動線の代わりに点線Ｂで示す
作動線により電磁クラッチ６のＯＮ／ＯＦＦ　を行う。 図に示すように冷間時においては、エンジン極低負荷か
つ低回転数で運転されている場合（すなわち過給機を作
動させると駆動損失によりエンジンが停止する恐れがあ
る場合）を除いた全領域で過給機が作動する。

【００２０】また、図４は目標吸気温度と冷却水温度と
の関係を示している。図示のように冷却水温度が低い場
合には目標空気温度は高く設定され、冷却水温度が上昇
するにつれて略直線的に低下し、暖機が完了する冷却水
温度（例えば５０℃）ではエンジンルーム内の空気温度
付近（例えば３０℃）　に設定される。ＥＣＵ　２１は
図２から図４の関係を数値テーブルの形でＲＯＭ　２５
に格納しており、吸気温度センサ１７の出力に応じてバ
イパス制御弁９の開度をフィードバック制御して目標吸
気温度を得るように圧力比を制御している。

【００２１】図５はＥＣＵ　２１の本実施例の過給制御
動作のフローチャートである。本制御動作はＥＣＵ　２
１により一定時間（例えば１６ミリ秒）毎に実行される
。ルーチンがスタートするとステップ　１００では前述
の各センサからエンジン回転数Ｎ、スロットル弁開度θ
ｔ、吸気流量Ｑ、吸気温度ＴＳ、冷却水温度ＴＷが読み
込まれ、同時に負荷パラメータＱ／Ｎが算出される。次
いでステップ　１０５では冷却水温ＴＷが所定値（５０
℃）より低いか否かが判定され、ＴＷ＜５０℃の場合は
冷間時であると判断してステップ　１１０からステップ
　１５０の吸気温度制御動作を行う。

【００２２】ステップ　１１０では冷却水温度ＴＷから
図４の関係を用いて目標吸気温度ＴＳｏ　が算出される
。次いでステップ　１１５では目標吸気温度ＴＳｏ　と
吸気温度センサ１７から読み込んだ吸気温度ＴＳとの比
較を行い、ＴＳとＴＳｏ　が等しくない場合はそれぞれ
一定量αだけバイパス制御弁９の開度設定値θｂを増減
する（ステップ１２０，　１３０）、次いでステップ　
１３５ではバイパス制御弁のアクチュエータ８駆動回路
に上記により設定した開度θｂを出力し、バイパス制御
弁を駆動する。ステップ　１４０からステップ　１５０
は過給機５の作動制御である。ここでは、負荷Ｑ／Ｎ、
エンジン回転数Ｎに基づいて、冷間時の過給機作動線（
図２、点線Ｂ）からエンジン負荷条件が過給機作動領域
にあるか否かを判断して（ステップ　１４０）、電磁ク
ラッチ６のＯＮ／ＯＦＦ　を行う（ステップ１４５，　
１５０）。

【００２３】一方、ステップ　１０５で冷却水温ＴＷが
５０℃以上である場合は暖機が完了しているため、ステ
ップ　１６０からステップ　１８０を実行し、通常時の
過給制御を行う。すなわち、ステップ　１６０ではスロ
ットル開度θｔから図３を用いて通常制御時のバイパス
制御弁開度θｂを設定し、ステップ　１６５で駆動回路
に出力するとともにステップ　１７０で図２の実線Ａで
示す通常時の作動線から過給機５の作動要否を決定し、
ステップ１７５，　１８０で電磁クラッチ６をＯＮ／Ｏ
ＦＦ　する。

【００２４】上記制御により機関冷間時には吸気温度は
機関暖機状態に応じて適切な値に調節されるため、燃料
増量を行わずに燃焼状態を改善することができる。また
、機関暖機進行とともに過給機圧力比を低減して吸気温
度を低下させるため、過給機の駆動損失も低減すること
から冷間運転時の燃費も向上する。

【００２５】なお、本実施例では、冷間運転時に低負荷
低回転領域まで過給機を作動させるため、この領域では
過給機駆動損失により燃費が増大する。しかし、過給機
駆動損失はバイパス制御弁を全閉にした状態でもエンジ
ン出力の１０％程度であり、従来、機関冷間時には燃料
を２０％以上も増量する必要があったことを考慮すると
総合的には大幅な燃費低減が達成される。

【００２６】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。本実施例では図１の吸気温度センサを設けず、冷間
時には冷却水温度ＴＷとスロットル開度θｔのみでバイ
パス制御弁開度θｂの制御を行う。すなわち、本実施例
では、図６に示すようにバイパス制御弁開度をスロット
ル開度θｔと冷却水温度ＴＷとに応じて決定し、各冷却
水温度での吸気温度が図４に示した目標吸気温度ＴＳｏ
　付近になるように制御している。この場合もバイパス
弁開度θｂは冷却水温度ＴＷが高い程大きく設定される
ため前述の実施例と同様暖機状態の進行につれて過給機
駆動損失が低減される。なお、図６では冷間時バイパス
制御弁開度θｂは冷却水温度ＴＷが同一であればスロッ
トル開度θｔが所定値以下では冷却水温度ＴＷに応じた
一定の開度に制御されるが、この部分でもスロットル開
度θｔに応じてバイパス制御弁開度θｂを変更するよう
にしても良い。

【００２７】図７に本実施例の過給圧制御動作のフロー
チャートを示す。図においてルーチンが開始されるとス
テップ　２００でエンジン運転条件のパラメータが読み
込まれ、ステップ　２０５では、図６に基づいて冷却水
温度ＴＷとスロットル開度θｔとからバイパス制御弁開
度θｂが算出され、ステップ　２１０ではこのθｂにバ
イパス制御弁の開度が調整される。次いでステップ２１
５ではエンジンが冷間運転か否かを判定し、図５の実施
例と同様に図２に基づいて電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦ
　が行われる（ステップ　２２０からステップ　２４５
）。本実施例によれば吸気温度センサを用いることなく
図５の実施例と同様な制御を行うことができる。

【００２８】次に図８に図７の実施例の改変例を示す。 本実施例では低温状態でエンジンを始動した場合に始動
後一定時間（本実施例では３０秒）の間図６に示したよ
り更にバイパス制御弁開度を減少させることを特徴とし
ている。これは機関低温始動時には吸気管も低温になっ
ているため、過給機で昇温された吸気が吸気管壁面に熱
を奪われ、燃焼室に到達したときには温度が低下してし
まう場合があることから、これを防止するため過給機出
口での吸気温度を予め通常の冷間運転時より高温まで上
昇させておくことを目的としている。

【００２９】本実施例ではルーチンがスタートするとエ
ンジンの運転条件パラメータの読込（ステップ　３００
）の後、ステップ　３０３でエンジンが始動後３０秒経
過したか否かが判定される。エンジン始動の判断は例え
ばスタータスイッチのＯＮ信号により判定される。エン
ジン始動後３０秒以内である場合はステップ　３０４に
進み、バイパス制御弁開度θｂが冷却水温度に基づいて
図９に示す関係から設定される。

【００３０】図９によれば、バイパス制御弁開度θｂは
同一冷却水温度では図６の場合より更に開度が減少する
ようになっており、過給機出口での吸気温度は更に高温
になる。またステップ　３０３でエンジン始動後３０秒
が経過していた場合はステップ　３０５に進み、バイパ
ス制御弁開度は図６を用いて図７の実施例と同じ開度に
設定される。ステップ　３１０からステップ　３４５は
図７のステップ　２１０から　２４５と同様であるので
説明は省略する。

【００３１】以上説明したように、機関暖機温度に応じ
て吸気温度を上昇させることにより冷間時燃料増量によ
る燃費悪化が防止される他、排気中のＨＣ，ＣＯ等の排
出物減少と排気温度上昇による触媒活性化により冷間時
の排気エミッションの改善が可能となる。更に従来冷間
時燃料増量のため、点火プラグのくすぶりが生じたり、
触媒部分での酸素濃度を増大させる目的で排気系に二次
空気を導入する必要が生じたりする場合があったが本発
明により、これらの問題をも解決できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、エンジン冷間時に過給
機を用いて吸気温度を上昇させることにより燃焼状態の
改善を図ることができ、更にエンジン暖機状態に応じて
吸気温度を変えるようにしたことから暖機の進行に応じ
て過給機の圧縮仕事を低減できることから従来より大幅
に冷間運転時の燃費を改善することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の構成を示す略示図であ
る。

【図２】同上実施例の過給機作動領域を示す図である。

【図３】同上実施例の暖機状態におけるバイパス制御弁
の開度特性を示す図である。

【図４】同上実施例の吸気目標温度と冷却水温度との関
係を示す図である。

【図５】同上実施例の過給制御動作を示すフローチャー
トである。

【図６】本発明の第二の実施例におけるバイパス制御弁
開度特性を示す図である。

【図７】同上実施例の過給制御動作を示すフローチャー
トである。

【図８】第二の実施例の過給制御動作の改変例を示すフ
ローチャートである。

【図９】図８の改変例におけるエンジン始動時のバイパ
ス制御弁開度特性を示す図である。

【符号の説明】

１…エンジン ２…吸気管 ３…スロットル弁 ５…過給機 ７…バイパス通路 ９…バイパス制御弁 ２１…制御装置（ＥＣＵ　）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内燃機関の吸気を圧縮して所定の圧力
   比を得る機械式過給機の過給制御装置であって、機関温
   度を検知する機関温度検出手段と、該機関温度に基づい
   て機関吸気温度の目標値を設定する目標吸気温度設定手
   段と、前記機械式過給機の圧力比を変更して前記目標吸
   気温度を達成する圧力比制御手段とを備えたことを特徴
   とする機械式過給機の過給制御装置。