JPH04298636A - 機械式過給機の過給圧制御装置 - 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圧
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
圧縮後の混合気温度が低くなる傾向がある。このため冷
間運転時には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
に燃料増量により安定燃焼を得る方法は、冷間運転時の
燃費悪化を生じるばかりでなく、濃混合気の燃焼により
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温度に保
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
に暖機が進み、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】図２は本発明の構成図で
ある。図示するように、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Ｆの過給
圧制御装置であって、機関温度を検出する機関温度検出
手段Ａと、検出された機関温度に基づいて目標吸気温度
を設定する目標吸気温度設定手段Ｃと、前記機械式過給
機吐出側の吸気温度を検出する吸気温度検出手段Ｂと、
該吸気温度と前記目標吸気温度との偏差に基づいて前記
機械式過給機の回転数を制御する回転数制御手段Ｄと、
該回転数制御手段Ｄの出力に応じて過給機Ｆの回転数を
変更する変速手段Ｅとを備えた機械式過給機の過給圧制
御装置が提供される。

【００１０】

【作用】目標吸気温度設定手段Ｃは、機関温度検出手段
Ａにより検出される機関暖機状態に基づいて良好な燃焼
状態を得るのに必要な目標吸気温度を設定する。回転数
制御手段Ｄは吸気温度検出手段Ｂにより検出された吸気
温度と目標吸気温度とを比較して、吸気温度が目標空気
温度より低い場合には過給機Ｆの回転数上昇信号を、ま
た吸気温度が目標空気温度より高い場合には過給機Ｆの
回転数低下信号変速手段Ｅに出力する。変速手段Ｅは上
記信号に応じて過給機Ｆの回転数を増減する。過給機Ｆ
の回転数が増加すると過給機の吸気圧縮比が増大するた
め吸気温度は上昇し、回転数が低下すると圧縮比低下に
より吸気温度は低下し、目標吸気温度付近に維持される
。

【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は本発明の過給圧制御装置を適用するエンジ
ンの実施例の構成を示す略示図である。図において１は
エンジン、２はエンジンの吸気通路、３は運転者のアク
セルペダル（図示せず）の操作に応じて吸気流量を連続
的に変化させるスロットル弁、５はスロットル弁３の下
流側吸気通路に設けられた過給機である。過給機５は本
実施例では容積型の圧縮機が用いられ、エンジン１のク
ランク軸４から後述する可変速プーリ４０と電磁クラッ
チ６を介して機械的に駆動される。

【００１２】図に７で示すのは過給機５をバイパスして
スロットル弁３下流側吸気通路と過給機出口側吸気通路
と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にはバイパス通路を通る空気流量を連続的に調
節可能なバイパス制御弁９が設けられている。８はバイ
パス制御弁を開閉駆動するステップモータ等のアクチュ
エータ、１９はバイパス制御弁９の開度を検出するバイ
パス開度センサである。

【００１３】バイパス制御弁９の開度を変更すると、バ
イパス通路７を通って過給機５の吐出側から入口側に還
流する空気量が変化するため過給機５の圧縮比を調節す
ることができる。すなわちバイパス制御弁９の開度を大
きくすれば過給機５の圧縮比は減少し、過給圧が低下す
る。逆にバイパス制御弁９の開度を小さくすることによ
り過給機圧縮比は増大し、過給圧が上昇する。

【００１４】本実施例ではエンジンの暖機状態を検出す
るためエンジン冷却水通路には冷却水温度を検出する冷
却水温度センサ１１が設けられている他、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１
２、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が、また吸気通路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
とがそれぞれ設けられている。

【００１５】図に２１で示すのはエンジンの制御を行う
電子制御装置（ＥＣＵ）　である。本実施例ではＥＣＵ
２１は、中央演算装置（ＣＰＵ）２３　、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）２４　、リードオンリメモリ（Ｒ
ＯＭ）２５　及び入、出力ポート２６，２７をそれぞれ
相互に双方向性バス２８で接続した構成のディジタルコ
ンピュータが用いられている。ＥＣＵ２１の入力ポート
２６には本制御のため冷却水温度センサ１１、回転数セ
ンサ１３、エアフロメータ１５、吸気温度センサ１７、
スロットルセンサ１２、バイパス開度センサ１９が接続
され、それぞれ冷却水温度、エンジン回転数、吸気流量
、吸気温度、スロットル開度及びバイパス開度が入力さ
れている。またＥＣＵ２１の出力ポートは図示しない駆
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の開度変更を行うほか、電磁
クラッチ６と可変速プーリ４０とに接続されクラッチＯ
Ｎ／ＯＦＦ及び過給機５の回転数を制御するようになっ
ている。

【００１６】図３は可変速プーリ４０の構成を示す略示
図である。図において４１はエンジン１のクランク軸４
に直結された入力軸、４３はクラッチ６を介して過給機
５に連結された出力軸である。入力軸４１と出力軸４３
はそれぞれ対向する１組の円錐状面を有する円錐状プー
リ４２，４４を備え、ベルト５１により相互に連結され
ている。それぞれのプーリ４２，４４を構成する円錐盤
４２ａ，４２ｂ及び４４ａ，４４ｂは入力軸４１、出力
軸４３上に摺動可能に装着されている。また４５は制御
軸であり互いに逆方向に刻設されたねじ部４５ａ，４５
ｂを介してレバー４６ａ，４６ｂに連結されている。４
８はＥＣＵ２１からの変速信号を受けて制御軸４５を回
転させるステップモータである。ステップモータ４８に
より制御軸４５が回転するとレバー４６ａ，４６ｂはそ
れぞれ支点５０ａ，５０ｂ回りに互いに逆方向に回転す
るためプーリ４２，４４の円錐盤４２ａ，４２ｂ間及び
４４ａ，４４ｂ間の間隔を同時に変えることができ、入
力軸４１と出力軸４３の速度比を変えることが可能とな
る。

【００１７】本実施例では上記可変速プーリによりエン
ジン回転数に対する過給機回転数の比（増速比）を約３
から６の間で任意に設定することができる。なお、本実
施例では通常運転時（エンジン暖機完了後の状態）は可
変速プーリ４０の増速比は一定値（例えば３）に固定さ
れ、機関冷間運転時のみ増速比制御が行われる。

【００１８】すなわち、機関温度が低い場合には低回転
低負荷時にも強制的に電磁クラッチ６を接続して過給機
５を作動させると共に、バイパス制御弁９を全閉にして
過給機圧力比を最大にする。これにより吸気は過給機に
より圧縮されて温度が上昇する。しかし、機関始動後ア
イドル回転で暖機を行うような場合、エンジン回転数が
低いため、通常の増速比では過給機の回転数も上がらず
、必要な吸気温度上昇が得られない場合がある。そこで
本発明では、このような場合に目標吸気温度に合わせて
可変速プーリ４０の増速比を変え、過給機回転数を制御
して所定の吸気温度を得るようにしている。

【００１９】図４はＥＣＵ２１により設定される目標吸
気温度ＴＳＯ　と冷却水温度ＴＷとの関係を示す。図示
のように冷却水温度ＴＷが低い場合には、目標吸気温度
は高く設定され燃焼室内での混合気温度低下を防いでい
るが、暖機が進み冷却水温度が上昇するにつれて目標吸
気温度は略直線的に低下して暖機完了時の冷却水温度　
（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℃）　になるように設定される。上記
のように目標吸気温度を設定することにより、暖機の進
行と共に目標吸気温度も低く設定されるため過給機圧縮
仕事も低減される。

【００２０】図７は本発明による過給制御の実施例を示
すフローチャートである。本制御動作はＥＣＵ２１によ
り一定時間毎（例えば１６ミリ秒毎）に実行される。図
で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が読込
まれる。次いでステップ１０５　では機関暖機が完了し
ているか否かを冷却水温度ＴＷから判定し、ＴＷ＜５０
℃である場合には機関冷間運転であるためステップ１１
０　からステップ１５５　により吸気温度制御を実施す
る。

【００２１】ステップ１１０　は機関運転条件が過給機
作動可能領域にあるか否かの判定を示す。本実施例では
機関冷間運転時の過給機作動可否は図５の実線Ａを用い
て判定する。図５横軸はエンジン回転数Ｎ、縦軸はエン
ジン負荷を表わすパラメータとしてエンジン１回転当り
の吸気量（Ｑ／Ｎ）で表示してある。図からわかるよう
に冷間時には、エンジンの極低負荷、低回転領域を除く
全領域で過給機が作動するようになっている。

【００２２】ステップ１１０　で過給機作動領域にある
と判定された場合ステップ１１５　でバイパス制御弁を
全閉にしてからステップ１２０　に進み冷却水温度ＴＷ
から図４を用いて目標吸気温度ＴＳＯ　が設定される。 なお、本実施例では図４、図５は数値テーブルとしてＥ
ＣＵ２１のＲＯＭ２５に格納されており上記演算に使用
される。

【００２３】次にステップ１２５　ではステップ１００
　で読み込んだ実際の吸気温度ＴＳとステップ１２０　
で算出した目標吸気温度ＴＳＯ　との比較を行い吸気温
度ＴＳが目標温度より低い場合はステップ１３５　で可
変速プーリ４０のステップモータ４８を駆動してプーリ
の増速比を所定量だけ増大させ（ステップ１３５）、ま
た吸気温度ＴＳが目標温度ＴＳＯ　より高い場合には増
速比を所定量低減して　（ステップ１４５）それぞれク
ラッチを接続して過給機を作動させる　（ステップ１５
０）。ＴＳとＴＳＯ　が等しい場合は現状を維持したま
まルーチンを終える　（ステップ１３０）。また暖機の
進行等によりＴＳがＴＳＯ　より高い状態が続き、プー
リ４０の増速比が最小になった場合は、もはや吸気加熱
の必要はないのでクラッチを切り過給機を停止させる　
（ステップ１４０　，１５５）。

【００２４】ステップ１０５　で冷却水温度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１
６０　以下の通常時の過給圧制御を行う。すなわちステ
ップ１６０　では可変速プーリ４０の増速比が最小値に
セットされているかを確認し、最小値になっていない場
合はステップ１６５　で最小値にセットする。次いでス
テップ１７０　ではバイパス制御弁開度θｂｏを設定す
る。

【００２５】通常運転時（暖機完了後）のバイパス制御
弁開度は図６に示すようにスロットル弁開度θｔの関数
として与えられ、スロットル弁開度θｔが小さい場合は
全開に設定され、中負荷領域ではスロットル弁開度θｔ
が増大するにつれて開度が小さくなり高負荷領域では全
閉になり最大過給圧を発生するように設定される。次い
でステップ１７５　ではバイパス制御弁９のアクチュエ
ータ８駆動回路にθｂｏを出力し、バイパス制御弁９を
所定開度に調節した後、ステップ１８０　で機関運転条
件が過給機作動領域にあるか否かを判定し、その結果に
応じて電磁クラッチ６をＯＮ又はＯＦＦする（ステップ
１８５　，１５５）。通常運転時は過給機は図５の点線
Ｂに示す作動線でＯＮ／ＯＦＦされる。すなわち冷間運
転時（図５Ａ）の場合とは異なり、機間中高負荷領域に
おいてのみ過給機が作動するように設定されている。

【００２６】上述のように過給機回転数を変えて機関暖
機温度に応じて吸気温度を上昇させるようにしたことに
より前述の燃料増量による燃費の悪化を防止できる他、
燃焼状態の改善によるＨＣ，ＣＯ等の排出物減少と、排
気温度上昇による触媒活性化とにより冷間運転時の排気
エミッションが改善される。更に従来冷間時に生じやす
かった点火プラグのくすぶりや、燃料増量に伴って必要
とされる触媒への二次空気導入等の問題も解消される。

【００２７】なお、上述の実施例では可変速プーリ４０
を用いて過給機増速比を無段階に変更可能としているが
、多段プーリを用いて、目標吸気温度ＴＳＯ　と実際の
吸気温度ＴＳとの偏差の大きさに応じて増速比を選択す
るようにしても同様の制御が可能である。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、機関冷間運転時に過給
機を用いて吸気温度を上昇させて燃焼改善を行う際に、
機関暖機状態の進行につれて吸気温度を変えるようにし
たことにより、過給機の不必要な圧縮仕事を低減するこ
とができ、冷間運転時の燃費を大幅に改善することがで
きる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の過給圧制御装置を適用するエンジンの
実施例略示図である。

【図２】本発明の構成を示すブロック図である。

【図３】可変速プーリの構成を示す略示図である。

【図４】目標吸気温度と冷却水温度との関係を示す図で
ある。

【図５】冷間時及び通常運転時の過給機作動領域を示す
図である。

【図６】通常運転時のバイパス制御弁開度特性を示す図
である。

【図７】本発明の過給圧制御動作を示すフローチャート
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 ６…電磁クラッチ ７…バイパス通路 ９…バイパス制御弁 ２１…制御装置（ＥＣＵ） ４０…可変速プーリ

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圧制御装置であって、機関
   温度を検出する機関温度検出手段と、検出された機関温
   度に基づいて目標吸気温度を設定する目標吸気温度設定
   手段と、前記機械式過給機吐出側の吸気温度を検出する
   吸気温度検出手段と、該吸気温度と前記目標吸気温度と
   の偏差に基づいて前記機械式過給機の回転数を制御する
   回転数制御手段と、該回転数制御手段の出力に応じて前
   記過給機の回転数を変更する変速手段とを備えたことを
   特徴とする機械式過給機の過給圧制御装置。