JPH04311625A - 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】本発明は車両等に使用する機械式
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
性や火炎伝播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
化するばかりでなく、濃混合機の燃焼によるＨＣやＣＯ
の発生量増大等による冷間時の排気エミッション悪化が
生じる問題があった。しかも触媒を使用する排気浄化装
置を備えたエンジンでは、冷間時には燃焼が悪化して排
気温度も低いことから触媒の温度上昇も遅く、触媒温度
が活性化領域に到達するのに長時間を要する。このため
エンジン冷間運転時は排気浄化装置の能力が低下して排
気エミッションの悪化を生じる問題があった。

【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。吸気を予熱するこ
とにより燃焼室壁温が低い場合でも圧縮後の混合気温度
を十分に高く維持することができるため冷間時にも燃料
増量を伴わずに良好な燃焼を得ることができるからであ
る。また吸気温度の上昇と燃焼状態の改善とによって排
気温度も高温になるため排気浄化触媒の温度も急速に上
昇することから冷間時の排気エミッションが改善される
効果を得ることができる。

【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、エンジン冷却水温度が低いと
き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触媒活性化を図っ
たものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭６
１−１９９３３号公報のエンジンでは、吸気の予熱は冷
間運転時の燃焼改善を主目的として行っているため、エ
ンジン暖機が完了すると（例えば冷却水温度が５０℃以
上になると）吸気予熱は中止され通常の過給制御が行わ
れる。これにより吸気温度は低下するが燃焼室壁温は十
分に上昇しており燃焼状態は悪化しない。ところが吸気
予熱が中止されるとそれに伴って排気温度も低下してし
まう。従って触媒温度が活性領域に達する前にエンジン
が暖機温度に達すると排気温度の低下により触媒加熱が
遅れ、触媒が十分な浄化機能を発揮するのに時間を要す
ることになる。このためエンジン暖機完了後であっても
排気エミッションが直ちに改善されない問題がある。

【０００７】また、冷間運転時には出来るだけ過給機吐
出温度を上昇させる制御を行っていることから、軽負荷
高回転の運転を行った場合、冷間運転時であっても過給
機吐出温度が過大に上昇する場合があり、過給機や吸気
系の各部品の寿命等に悪影響を生じる可能性があった。

【０００８】本発明は上記課題に鑑み、エンジン冷間時
の燃焼状態を良好に維持しながら排気浄化触媒の加熱時
間を短縮し、同時に過給機吐出温度の過大上昇を防止す
ることが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は本発明の構成を示
すブロック図である。本発明によれば、図２に示すよう
に、吸気系に機械式過給機Ｇと、該機械式過給機をバイ
パスするバイパス通路と、該バイパス通路を流れる空気
流量を制御するバイパス制御弁Ｆとを備え、機関低温時
に過給機を作動させて吸気温度を上昇させる過給制御装
置であって、機関温度を検出する機関温度検出手段Ａと
、該機関温度に基づいて前記バイパス制御弁開度設定値
を決定する開度設定手段Ｂと、機関排気浄化触媒温度を
検出する触媒温度検出手段Ｃと、機関負荷条件を検出す
る負荷検出手段Ｄと、バイパス制御弁開度を制御する開
度制御手段Ｅとを備え、該開度制御手段Ｅは、触媒温度
検出手段Ｃにより検出された触媒温度が所定値より低い
場合にはバイパス制御弁Ｆ開度を全閉にすると共に過給
機Ｇを作動させ、触媒温度が前記所定値以上でかつ機関
温度検出手段Ａにより検出された機関温度が所定値より
低い場合にはバイパス制御弁Ｆ開度を前記開度設定手段
Ｂにより決定された開度設定値に制御し、負荷検出手段
Ｄにより検出された機関負荷条件が所定の負荷条件とな
った場合には触媒温度又は機関温度がそれぞれ所定値以
下であってもバイパス制御弁Ｆ開度を所定の最小開度以
上に保持する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】開度制御手段Ｅは触媒温度検出手段Ｃにより検
出した触媒温度が所定値（触媒活性温度）以下の場合過
給機Ｇを作動させてバイパス制御弁Ｆを全閉にする。こ
れにより過給機吐出圧力が増大し、それに伴って過給機
吐出温度も上昇し、排気温度の上昇により触媒加熱が促
進される。触媒が活性温度に到達後、まだ暖機が完了し
ていない場合には開度制御手段Ｅは、機関温度により開
度設定手段Ｂが決定する開度にバイパス制御弁Ｆを制御
する。これにより機関温度に応じた吸気温度が得られる
。

【００１１】開度制御手段Ｅは、負荷検出手段Ｄにより
検出された負荷条件が過給機Ｇの吐出温度が過度に上昇
する領域になった場合には上記制御中であってもバイパ
ス制御弁Ｆの開度が所定の最小値以下にならないように
バイパス制御弁Ｆの開度を制御する。これにより過給機
吐出温度の過大上昇が防止される。

【００１２】

【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。

【００１３】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。

【００１４】本実施例ではエンジン１の排気通路３０に
は三元触媒を用いた排気浄化装置３１が設けられており
、エンジン排気中のＨＣ，　ＣＯ，　ＮＯｘ等の排出物
を酸化、還元して排気を浄化している。１７は排気浄化
装置の触媒床温度を検出する触媒温度センサである。

【００１５】また、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
滑油温度やシリンダヘッド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がそれぞれ設けられている。

【００１６】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ＥＣＵ２１　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（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２８で接続
して構成される。本制御を行うため、ＥＣＵ２１　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１５、触媒
温度センサ１７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、触媒温度
がそれぞれ入力されている。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の開度を制御するほか
、電磁クラッチ６に接続され、クラッチＯＮ／ＯＦＦ　
を制御するようになっている。

【００１７】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３は
通常運転時の電磁クラッチ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ＯＮ）するように制御される。

【００１８】また、図４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縮比を制御
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の圧縮比が低下し、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
の圧縮比が増大する。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
も圧縮比を制御することができ、過給圧力の制御が可能
となる。

【００１９】図４実線Ａ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、過給機圧縮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縮比を増大させ、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４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。

【００２０】次に本実施例の吸気温度制御について説明
する。本実施例では吸気温度制御は後述のように過給機
吐出温度が過大になる恐れがある場合以外は触媒の加熱
を第一の目的として行う。一般に触媒が機能を発揮する
ためには温度条件が重要であり活性温度以下では触媒能
力は大きく低下してしまう。本実施例では触媒温度をで
きるだけ早く活性温度に到達させ、冷間運転時の排気エ
ミッションを低減する制御を行っている。

【００２１】すなわち、触媒温度センサ１７で検出した
触媒温度が活性温度（本実施例では３００　℃）より低
い場合には吸気予熱を行うためバイパス制御弁９は全閉
とされ、過給機５は負荷と関係なく作動させられる。バ
イパス制御弁９が全閉となっているため過給機５の圧縮
比は最大となり過給機吐出温度（吸気温度）も圧縮比に
応じて上昇し、排気温度が高く維持されるので触媒加熱
時間が短縮される。また、本実施例では触媒が活性温度
に到達した後も冷却水温度が所定値（本実施例では５０
℃）より低い場合には吸気予熱を継続する。寒冷時等に
は暖機速度が遅くなるため触媒の方が先に活性温度に到
達することがあるからである。

【００２２】触媒が活性温度に到達した後の吸気予熱は
機関暖機状態に応じて行われる。すなわち冷間運転時で
あっても燃焼室壁温は暖機の進行とともに徐々に上昇し
て行くことから、圧縮後の混合気が燃焼室壁に奪われる
熱量も減少して行く。従って必要とされる吸気予熱温度
も機関暖機の進行に応じて低下して行く。本実施例では
冷却水温度が上昇するにつれて吸気予熱温度を低下させ
、不必要な吸気加熱に要する仕事を低減している。

【００２３】図４に点線Ｂで示したのは触媒昇温完了後
の暖機運転中におけるバイパス制御弁９の設定開度を示
す。中低負荷領域ではバイパス制御弁９の開度は冷却水
温が高い程大きく設定され、水温が高い程吸気温度は低
い値に制御される。このように制御することにより機関
暖機が進行するにつれて吸気温度が低く設定され、吸気
温度を不必要に上昇させることがなくなり吸気加熱に要
する仕事が低減される。

【００２４】一方、上記のように暖機運転中はバイパス
制御弁開度は機関負荷とは独立して制御されることにな
るため、特定の運転状況下では過給機の吐出温度が過大
になる場合がある。例えばエンジンを空ぶかししたよう
な軽負荷高速運転の状態ではスロットル弁開度が小さい
にもかかわらず過給機回転数は大きく上昇してしまう。 暖機が完了していないときにはバイパス制御弁開度は小
さく設定されているため、このような運転が行われると
過給機の圧縮比は大幅に上昇して過給機吐出温度が過度
に上昇してしまう。過給機吐出温度が過度に上昇した場
合、過給機自体や吸気系各部に悪影響を与える恐れがあ
り好ましくない。

【００２５】そこで本実施例では過給機吐出温度が過度
に上昇することを防止するため運転条件に応じたバイパ
ス制御弁最小開度を設定し、バイパス制御弁開度がこの
最小開度以下にならないように制御している。図５はバ
イパス制御弁の所要最小開度を示す。図の横軸はエンジ
ン回転数、縦軸はバイパス制御弁の所要最小開度である
。バイパス制御弁所要最小開度はエンジン回転数とスロ
ットル弁開度とから決定される。図示のようにバイパス
制御弁所要最小開度は同一回転数であればスロットル弁
開度が小さい程、また同一スロットル弁開度であればエ
ンジン回転数が高い程大きく設定される。

【００２６】次に図６のフローチャートを用いて本実施
例における過給制御動作を説明する。図５の制御動作は
ＥＣＵ２１　により一定時間（例えば１６ミリ秒）毎に
実行される。また、ＥＣＵ２１　は本制御動作のため図
３から図５に示した関係を数値テーブルの形でＲＯＭ　
２５に記憶しており、必要に応じて数値の決定を行う。

【００２７】図６において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θｔ　、吸気流量Ｑ、冷却水温
度ＴＷ、排気浄化装置触媒温度Ｔｃが読み込まれる。次
いでステップ１０５　では、エンジン回転数Ｎとスロッ
トル弁開度θｔ　とから図５の関係を用いてバイパス制
御弁の所要最小開度θｂ０を算出する。次にステップ１
１０　では触媒温度Ｔｃが活性温度（本実施例では３０
０℃）に到達しているか否かを判定する。

【００２８】Ｔｃが３００　℃より低い場合にはステッ
プ１１５　で上記により算出したバイパス制御弁所要最
小開度θｂ０がゼロか否かを判定する。θｂ０がゼロで
あればバイパス制御弁を全閉にしても過度の温度上昇が
生じない運転条件であるため、ステップ１２０　でバイ
パス制御弁９のアクチュエータ８に信号を出力しバイパ
ス制御弁９を全閉にする。θｂ０がゼロでない場合はバ
イパス制御弁を全閉にすると過度の温度上昇を生じる恐
れがあるためステップ１２５　でバイパス制御弁９を駆
動して所要最小開度θｂ０に調節し、ステップ１３０　
で電磁クラッチ６を接続して過給機５を作動させる。こ
れにより過給機５の吐出温度は許容範囲内で最高になる
ように設定される。

【００２９】一方ステップ１１０　で触媒が既に活性温
度に達していた場合はステップ１５０　でバイパス制御
弁開度設定値θｂ　を算出する。θｂ　は図４の関係を
用いてスロットル弁開度θｔと冷却水温度ＴＷとから決
定され、暖機完了後の通常運転状態では実線Ａにより、
また暖機中であれば冷却水温度ＴＷに応じて点線Ｂによ
り決定される。次いでステップ１５５　では上記により
算出したバイパス制御弁開度がステップ１０５　で算出
した所要最小開度θｂ０以上か否かを判定し、θｂ０以
上の場合はバイパス制御弁開度をθｂ　に調節し（ステ
ップ１６０　）、θｂ　がθｂ０より小さい場合には過
給機吐出温度の過度上昇を防止するためバイパス制御弁
開度を所要最小開度θｂ０に調節する。

【００３０】ステップ１７０，１７５　は過給機作動要
否の判定である。ステップ１７０　では冷却水温度ＴＷ
が所定値（本実施例では５０℃）以下か否かが判定され
る。冷却水温度ＴＷが５０℃以下であればまだ暖機が完
了していないためステップ１３０　に進み、エンジン負
荷条件にかかわらず過給機を作動させる。ステップ１７
０　で暖機が完了していた場合にはステップ１７５　に
進み、図３の関係からエンジン負荷Ｑ／Ｎと回転数Ｎと
を用いて過給機作動要否を決定し、過給機の作動（ステ
ップ１３０）または停止（ステップ１８０）を行う。

【００３１】これにより暖機時には暖機状態に応じた温
度の過給機吐出空気が得られるとともに、暖機完了後は
負荷条件に応じた適切な過給圧を得ることができる。な
お、本実施例ではバイパス制御弁の所要最小開度θｂ０
はスロットル弁開度（エンジン負荷）とエンジン回転数
とに応じて変えているが、所要最小開度θｂ０を固定し
て、例えばエンジン回転数が所定値以上で、かつスロッ
トル弁開度が所定値以下となったとき一律に所要最小開
度θｂ０（一定値）以上にバイパス制御弁開度を維持す
るようにしても良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明の過給制御装置は上述のように構
成したことにより、冷間運転時の燃焼状態を改善し、冷
間運転時の燃費を改善するとともに排気浄化触媒の昇温
時間を短縮して冷間運転時の排気エミッションを低減す
ることができる。また運転条件変動により過給機吐出温
度が過大に上昇することを防止できるため、過給機等の
耐久性や信頼性が向上する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す略示図である。

【図２】本発明の構成を示すブロック図である。

【図３】過給機の作動領域を説明する図である。

【図４】バイパス制御弁の開度特性を示す図である。

【図５】バイパス制御弁の所要最小開度を示す図である
。

【図６】過給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…機械式過給機 ６…電磁クラッチ ７…バイパス通路 ９…バイパス制御弁 １１…冷却水温度センサ １７…触媒温度センサ ２１…ＥＣＵ ３０…排気通路 ３１…排気浄化装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　吸気系に機械式過給機と、該機械式過
   給機をバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を
   流れる空気流量を制御するバイパス制御弁とを備え、機
   関低温時に過給機を作動させて吸気温度を上昇させる過
   給制御装置であって、機関温度を検出する機関温度検出
   手段と、該機関温度に基づいて前記バイパス制御弁の開
   度設定値を決定する開度設定手段と、機関排気浄化触媒
   温度を検出する触媒温度検出手段と、機関負荷条件を検
   出する負荷検出手段とバイパス制御弁開度を制御する開
   度制御手段とを備え、該開度制御手段は、触媒温度が所
   定値より低い場合にはバイパス制御弁開度を全閉にする
   と共に過給機を作動させ、触媒温度が前記所定値以上で
   かつ機関温度が所定値より低い場合にはバイパス制御弁
   開度を前記開度設定手段により決定された開度設定値に
   制御し、機関負荷条件が所定の負荷条件になった場合に
   は触媒温度又は機関温度がそれぞれ所定値以下であって
   もバイパス制御弁開度を所定の最小開度以上に保持する
   ことを特徴とする機械式過給機の過給制御装置。