JPH04301137A - 機械式過給機付エンジン - 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を備えたエ
ンジンに関し、詳細には、エンジン冷間運転時に機械式
過給機を作動させて圧縮による吸気の昇温を行うエンジ
ンに関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの冷間運転では燃焼室壁温が低
く、圧縮後の混合気が燃焼室壁面で冷却されてしまい温
度が十分に上昇しない場合があり、このため混合気着火
性や火炎伝幡速度が低下して燃焼状態が悪化する傾向が
ある。従来、この燃焼状態の悪化を補うために、冷間時
には燃料を増量して濃混合気を形成することによって安
定燃焼を得ることが行われている。

【０００３】しかし、燃料増量によりエンジン燃費が悪
化する他、濃混合気の燃焼によりＨＣやＣＯの発生量が
増大する等の問題が生じる。また燃焼悪化のため排気温
度も低いことから、触媒を使用する排気浄化装置では触
媒温度が活性領域に達するのが遅れるため冷間時に十分
な排気浄化が行われず、前述のＨＣ，ＣＯ発生量の増大
も加わり、冷間時の排気エミッションが悪化する問題が
あった。

【０００４】この問題を解決するためエンジン冷間時に
機械式過給機を作動させて圧縮による吸気加熱を行うよ
うにしたエンジンが知られている。予め吸気温度を上昇
させておくことにより燃焼室温度が低い場合でも圧縮後
の混合気温度を十分に高い温度に保持し、良好な燃焼が
得られるようにするためである。

【０００５】この種のエンジンの例としては、例えば特
開昭６１−１９９３３　号公報に開示されたものがある
。同公報のエンジンは、クラッチを介してエンジンから
機械的に駆動される過給機を設け、通常の運転条件では
エンジンの中高負荷運転領域でクラッチを接続して過給
を行うようにするとともに、エンジン冷間時には低回転
低負荷領域でもクラッチを接続するようにして過給運転
領域を拡大している。低負荷運転時にも過給運転を行う
ことにより過給により高温になった吸気をエンジンに供
給して燃焼状態の改善と暖機の促進とを図ったものであ
る。

【０００６】また特開昭６１−１９９３２　号公報には
、エンジン始動時に上記クラッチを強制的にＯＦＦにす
るようにしたエンジンが開示されている。機械式過給機
はエンジン始動時には大きな負荷となるため、エンジン
始動時に過給機負荷を切り離してエンジンの始動が容易
になるようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、冷間時に過給
機による吸気加熱を行うエンジンでは、特開昭６１−１
９９３２　号公報のようにエンジン始動時に一旦クラッ
チを強制的にＯＦＦさせた場合問題が生じることがある
。すなわち、冷間運転時にはエンジン始動時にＯＦＦに
されていたクラッチが始動完了と同時に接続されること
となる。 このとき、アイドル運転等でスロットル弁開度が小さい
とクラッチ接続により加わる過給機の駆動負荷によりエ
ンジン回転が低下し、極端な場合にはエンジン停止を生
じる恐れがある。一方アクセルを踏み込んだ状態でスロ
ットル弁開度が比較的大きい場合は、過給機作動による
回転数低下は問題にならないものの、急激に過給が開始
されるため、逆にエンジン回転が急上昇する問題が生じ
てしまう。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み冷間始動時に過給
機を切り離して始動を行い、その後吸気加熱のために過
給機を作動させる際にエンジン回転数の急変を防止する
手段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、吸気通
路に、クランク軸からクラッチを介して駆動される機械
式過給機と、該過給機をバイパスして過給機上流側と下
流側の吸気通路を接続するバイパス通路と、該バイパス
通路を開閉するバイパス制御弁とを設けたエンジンにお
いて、エンジン低温時に前記クラッチを接続して過給機
を作動させる際、スロットル弁開度が小さい程前記バイ
パス制御弁開度を小さく設定することを特徴とする機械
式過給機付エンジンが提供される。

【００１０】

【作用】バイパス制御弁開度を小さく設定すると、過給
機による吸気の圧縮比が大きくなり過給圧力が増大する
ためスロットル弁開度が同一であってもエンジン出力は
増大する。従ってスロットル弁開度の小さい低負荷時に
過給機を作動させる場合にはバイパス制御弁開度を小さ
く設定することにより、過給機作動と同時に過給圧力を
上昇させてエンジン出力を増大させることができるため
過給機駆動負荷によるエンジン回転低下を防止すること
ができる。また、スロットル弁開度が大きい場合には逆
にバイパス制御弁開度を大きく設定して過給圧力上昇を
抑制することにより過給機作動時のエンジン出力増大を
低く抑え、エンジン回転数の急上昇を防止することがで
きる。

【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は本発明の機械式過給機付エンジンの一実施
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２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。

【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の圧縮比は低下し、それにつれ
て過給機の吐出空気温度と駆動負荷も低下する。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、吐出温度が上昇し、駆動負荷も増大する。

【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
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１
７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（
ＲＯＭ）　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。ＥＣＵ　２１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ＥＣＵ　２１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に接続され、クラッチＯＮ／ＯＦ
Ｆを制御するようになっている。

【００１６】過給機５は通常運転時（エンジン暖機完了
後の状態）にはエンジン負荷に応じて作動する。図２は
通常運転時のクラッチ６のＯＮ／ＯＦＦ領域を示す。図
の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回転当りの吸入空気量Ｑ／
Ｎをとっている。図からわかるように過給機５は通常運
転時は中高負荷領域においてのみ作動（クラッチ６がＯ
Ｎ）するように制御される。

【００１７】また、図３は通常運転時におけるバイパス
制御弁９開度と負荷条件との関係を示す図で縦軸はバイ
パス制御弁９の開度θｂ、横軸はスロットル開度θｔを
示している。図からわかるようにバイパス制御弁９は通
常運転時にはスロットル弁開度の小さい低負荷領域で全
開とされ、過給機駆動負荷を低減するようにしているが
中高負荷領域では負荷の増大と共に開度が減少し、過給
圧を上昇させて出力増大を図っている。また高負荷領域
ではバイパス制御弁９は全閉となり最大過給圧を得るよ
うに制御される。

【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。本実施例ではエンジンが低温状態
にあるときには、図２の過給機作動線とは無関係に低負
荷時においても電磁クラッチ６を接続して過給機５を作
動させる。また、本実施例ではエンジンの冷却水温度に
応じて吸気温度の目標値を設定し、吸気温度センサ１７
の出力を基に、実際の吸気温度が目標吸気温度と等しく
なるようにバイパス制御弁９の開度をフィードバック制
御する。バイパス制御弁９の開度を変更することにより
過給機５の圧縮比が変化し、圧縮比に応じた過給機吐出
温度を得ることができるからである。

【００１９】図４は、上記目標吸気温度ＴＳ０　と冷却
水温度ＴＷとの関係を示す。目標吸気温度ＴＳ０　は、
燃焼室壁面で混合気が冷却されることを考慮して、冷却
水温度が低い程高くなるように設定される。図示のよう
に本実施例では目標吸気温度は冷却水温度の上昇につれ
て直線的に減少し、暖機が完了する冷却水温度（例えば
６０℃）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。

【００２０】本実施例ではエンジン始動時には、エンジ
ンが低温状態にあっても過給機５は作動させない。これ
は、前述のようにエンジンクランキング時の負荷を低減
してエンジンの始動を容易にするためである。すなわち
、エンジン冷間始動時には、エンジンスタートスイッチ
がＯＮになった後エンジン回転数が所定値（例えば　５
００ｒｐｍ）に到達するまではエンジンクランキング中
と判定して電磁クラッチ６をＯＦＦのままにしておき、
エンジン回転数が所定値以上になったときにエンジン始
動完了と判定してクラッチ６をＯＮにして過給機５を作
動させる。このため、エンジン始動後には運転者の意思
とは無関係に過給機５が作動することになり、前述のよ
うにエンジン回転数が急変する問題が生じることになる
。

【００２１】本発明ではこの問題を防止するため、エン
ジン冷間始動時に過給機５を作動させる際、予めバイパ
ス制御弁９の開度をスロットル弁３開度に応じて設定す
ることを特徴としている。図５に本実施例の過給機接続
時におけるバイパス制御弁９の設定開度θｂとスロット
ル弁開度θｔとの関係を示す。バイパス制御弁９開度は
スロットル弁３開度が低い場合には小さく設定され、過
給機作動後直ちに過給圧力の上昇による出力増大が得ら
れるようにして過給機作動時のエンジン回転数低下を防
止すると共に、スロットル弁開度が増大するにつれて略
直線的に開度が大きくなり、スロットル弁開度が大きい
場合に過給圧力の上昇をおさえ、エンジン回転数の急上
昇を防止している。

【００２２】図６に本実施例の過給制御動作のフローチ
ャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ　２１により一定時
間毎（例えば１６ミリ秒毎）に実行される。ＥＣＵ　２
１には図２から図５に示した関係が数値テーブルの形で
ＲＯＭ　２５に格納されており、これらを基に以下の制
御が行われる。図６でルーチンがスタートするとステッ
プ　１００ではエンジン回転数Ｎ、吸気流量Ｑ、スロッ
トル開度θｔ、吸気温度ＴＳ、冷却水温度ＴＷ、バイパ
ス制御弁開度θｂがそれぞれのセンサから読込まれ負荷
パラメータＱ／Ｎが算出される。次いでステップ　１０
５では冷却水温度ＴＷを用いてエンジンの暖機が完了し
ているか否かが判定され、ＴＷが所定値（本実施例では
６０℃）より高い場合は暖機が完了したと判断し、ステ
ップ　３００に進み、後述する通常の過給制御が行われ
る。ステップ　１０５でＴＷ≦６０℃の場合は、暖機が
完了していないと判断して次にステップ　１１０でエン
ジン回転数Ｎが所定値（本実施例では５００ｒｐｍ）以
下か否かが判定される。

【００２３】ステップ　１０５，　１１０　でいずれも
肯定判定された場合は、すなわちエンジンの冷間始動（
クランキング中）であるため、電磁クラッチ６をＯＦＦ
にして、バイパス制御弁９を全開に設定して、（ステッ
プ１１５，１２０）　、ステップ　１２５でフラグｆを
リセットしてルーチンを終わる。これによりエンジン始
動時の負荷が軽減され始動が容易になる。

【００２４】ステップ　１１０でＮ≧５００ｒｐｍであ
った場合はステップ　１３５でフラグｆがゼロか否かが
判定される。ｆ＝０の場合はエンジン始動完了（Ｎ≧５
００ｒｐｍ）後最初のルーチン実行であるため前述の過
給機作動に伴う回転数急変を避けるためステップ　１４
０からステップ　１５５を実行する。すなわち、ステッ
プ　１４０ではスロットル弁開度θｔを基に図５の関係
からバイパス制御弁開度設定値θｂ０　を算出し、ステ
ップ　１４５でバイパス制御弁の駆動回路にθｂ０　を
出力してバイパス制御弁９を所定開度に調節した後クラ
ッチ６をＯＮにして過給機を作動させる（ステップ１５
０）。これによりバイパス制御弁９がスロットル弁３の
開度に応じた適切な開度になっている状態で過給機が作
動するためエンジン回転数の急変が防止される。

【００２５】なお、クラッチ６をＯＮにした後ステップ
　１５５では、エンジン始動後クラッチ接続を完了した
ことを示すためフラグｆが１にセットされる。ステップ
　１３５でｆ≠０、すなわちエンジン始動後にすでにク
ラッチ接続が完了していた場合はステップ　１５５でフ
ラグｆが１にセットされてからの経過時間が所定値（本
実施例では０．３秒）を越えるまで待って（ステップ１
８０）、冷間時の過給制御を実行する（ステップ２００
）。

【００２６】図７は冷間時過給制御（図６ステップ２０
０）の詳細を示す。ステップ　２０５では目標吸気温度
ＴＳ０　の設定が行われる。ＴＳ０　はステップ　１０
０で読込んだ冷却水温度ＴＷを用いて図４の関係から求
められる。次にステップ　２１０では実際の吸気温度Ｔ
Ｓと目標温度ＴＳ０　との比較を行い、ＴＳとＴＳ０　
との大小に応じてそれぞれバイパス制御弁開度設定値θ
ｂ０　を一定量αずつ増減する（ステップ　２１０〜２
２０）。これにより吸気温度ＴＳが目標温度ＴＳ０　付
近になるように制御される。

【００２７】ここで、図４に示すように目標温度ＴＳ０
　は冷却水温度ＴＷが上昇するにつれて（暖機が進むに
つれて）低く設定されるため、暖機の進行とともにバイ
パス制御弁開度θｂも大きくなり過給機の圧縮比も低下
して行く。このため暖機が進行するにつれて過給機駆動
負荷も減少するので冷間運転時の燃費も向上する。

【００２８】ステップ　２３０からステップ　２４０は
冷間時バイパス制御の終了動作を示す。ステップ　２３
０ではバイパス制御開度θｂが全開か否かが判定される
。外気温が高いようなときは、吸気温度ＴＳの上昇が早
く、冷却水温度ＴＷが上昇しないうちに目標吸気温度Ｔ
Ｓ０　より十分に高くなる場合がある。このような場合
はステップ　２２０の繰り返しによりバイパス制御弁９
が全開になる。この状態ではもはや過給による吸気加熱
は必要がないためクラッチをＯＦＦにして過給機５の作
動を停止させる。

【００２９】しかし、この場合も運転者の意思とは無関
係に過給機５を停止させることになるため、例えば運転
者が加速操作中にクラッチがＯＦＦにされるようなこと
があるとエンジントルクが急激に低下してトルクショッ
クを生じるため好ましくない。そこで本実施例ではスロ
ットル開度θｔの変化率Δθｔを判定し、Δθｔ＜０の
とき、すなわち運転者が減速操作を行っている場合にの
みクラッチをＯＦＦにするようにしている（ステップ２
３５，　２４０）　。スロットル開度の変化率Δθｔは
、今回ルーチン実行時のスロットル開度θｔｎ　と、前
回ルーチン実行時のスロットル開度θｔｎ−１　の差θ
ｔｎ　−θｔｎ−１　として求められる。次に暖機完了
後（通常時）の過給制御について説明する。

【００３０】図８は通常時過給制御（図６ステップ３０
０）の詳細を示す。ステップ　３０５では図３の関係を
用いてスロットル弁開度θｔからバイパス制御弁開度θ
ｂ０　が算出され、ステップ　３１０ではバイパス制御
弁駆動回路にθｂ０　を出力してバイパス制御弁開度を
調整する。次いでステップ　３１５で負荷Ｑ／Ｎから、
図２を用いて負荷条件がクラッチＯＮ領域にあるか否か
を判定し、クラッチをＯＮ又はＯＦＦする（ステップ　
３２０から３３０）、この場合もトルクショックを避け
るためクラッチＯＦＦは運転者の減速操作時にのみ行わ
れる（ステップ３１５）。

【００３１】なお、本実施例では冷間運転時にバイパス
制御弁開度制御のみによって吸気目標温度を得ているが
、例えば吸気通路２の過給機５入口側に補助ヒータを設
け、ヒータに印加する電圧を制御することによって吸気
温度を調節しても良い。この場合、バイパス制御弁開度
は吸気温度によらず図９に示すように冷却水温度に応じ
て設定するようにして、目標吸気温度と実際の吸気温度
との差に応じてヒータ印加電圧を増減して目標吸気温度
を得るようにする。このような制御を行えば、ヒータに
より目標吸気温度が早く達成されるとともに、バイパス
制御弁を全閉にしなくても目標吸気温度を得られるため
過給機作動、停止時のショックを少くすることができる
。

【００３２】次に図１０に本発明の別の実施例を示す。 本実施例の構成は図１の実施例と略同様であるが、吸気
通路２のスロットル弁３上流側と、エンジン１の吸気ポ
ート近傍とを連通する制御バイパス回路４１とこのバイ
パス回路４１を開閉する空気制御弁４３とが設けられて
いる点が相違している。空気制御弁４３は電磁弁であり
ＥＣＵ　２１により印加されるパルス電圧に応じて開閉
動作を行う。従って制御バイパス回路４１を介してエン
ジンに供給される空気量は空気制御弁４３に印加する電
圧のデューティ比を変えることにより制御可能となって
いる。

【００３３】図１の実施例では、冷間始動後クラッチを
接続する際にバイパス制御弁の開度をスロットル弁開度
に応じて設定することによりクラッチ接続時のトルクシ
ョックを防止していた。しかし、特に、スロットル開度
が小さい領域では、過給機の作動により過給圧力が上昇
するよりクラッチ接続による負荷増大の方が早く生じる
ため接続時に若干の回転数低下が生じる場合があった。

【００３４】本実施例では、スロットル弁開度が小さい
場合にはクラッチ接続時に制御バイパス回路４１を介し
て吸入ポート近傍に空気を供給して吸気量を増大させ、
過給圧が上昇するまでの回転数低下を防止している。な
お制御バイパス回路４１と空気制御弁４３とは、通常用
いられるアイドルスピード制御装置と同様の構成とする
ことができる。

【００３５】図１１は本実施例の過給制御動作を示すフ
ローチャートである。本実施例の過給制御はスロットル
弁開度が所定値θｔ１　以上である場合は図６と同様の
制御が行われるが、クラッチ接続時にスロットル開度が
所定値θｔ１　より小さい場合には空気制御弁４３のデ
ューティ比を増大させる制御が行われ（ステップ１４７
，　１４８）　、また、クラッチ接続後所定時間経過後
には空気制御弁のデューティ比が元の値に復帰される（
ステップ２０５）。これにより冷間始動時でスロットル
弁開度が小さい場合も過給圧上昇の遅れに伴う回転数低
下が発生しない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば冷間
時に過給機を作動させて吸気温度を上昇させる運転を行
うエンジンにおいて、冷間始動時に過給機を停止させて
エンジン負荷を低減することによりエンジンの始動性を
向上させるとともに、始動後に過給機を作動させる際の
エンジン回転数変動を防止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機械式過給機付エンジンの実施例構成
を示す略示図である。

【図２】同上実施例の通常運転時における過給機作動領
域を示す図である。

【図３】同上実施例の通常運転時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】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】過給機作動開始時におけるバイパス制御弁開度
設定値を示す図である。

【図６】本発明の機械式過給機付エンジンの過給制御動
作の一実施例を示すフローチャートである。

【図７】図６の実施例の冷間時過給制御の詳細を示すフ
ローチャートである。

【図８】図６の実施例の通常時の過給制御の詳細を示す
フローチャートである。

【図９】冷却水温度によるバイパス制御弁開度設定を説
明する図である。

【図１０】本発明の、図１とは異なる実施例の構成を示
す略示図である。

【図１１】同上実施例の過給制御動作を説明するフロー
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…機械式過給機 ９…バイパス制御弁 １１…冷却水温度センサ １７…吸気温度センサ ２１…ＥＣＵ ４１…制御バイパス通路 ４３…空気制御弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　吸気通路に、クランク軸からクラッチ
   を介して駆動される機械式過給機と、該過給機をバイパ
   スして過給機上流側と下流側の吸気通路を接続するバイ
   パス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパス制御弁
   とを設けたエンジンにおいて、エンジン低温時に前記ク
   ラッチを接続して過給機を作動させる際、スロットル弁
   開度が小さい程前記バイパス制御弁開度を小さく設定す
   ることを特徴とする機械式過給機付エンジン。