JPH05306634A - 内燃機関の吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】低負荷状態から急激な加速要求があった場合に
必要な吸気量を速やかに確保し、もって加速性の向上を
図ることを可能とする。 【構成】吸気通路３においてタービンよりも上流側にプ
ライマリスロットルバルブ７を設ける。吸気通路３から
分岐して、プライマリスロットルバルブ７の直下流とサ
ージタンクとを直接連通するバイパス通路１０を設け
る。このバイパス通路１０の途中にステップモータ１２
により開閉動作されるセカンダリスロットルバルブ１１
を設ける。そして、ＥＣＵ１４はエンジン１の低負荷状
態において、アクセルペダルを急激に踏み込んだ場合、
スロットル開度センサ１３の検出結果に基づき、セカン
ダリスロットルバルブ１１の開度を大きくするよう制御
する。従って、このとき吸気の大部分はバイパス通路１
０を通って直接サージタンク４内へと導入される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車用エン
ジンに設けられる内燃機関の吸気制御装置に係り、詳し
くは、吸気流れの持つエネルギーを取出すためのタービ
ンを吸気系に備えてなる内燃機関の吸気制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の技術においては、例えば
特開平２−２９１４２６号公報に開示されたものが知ら
れている。この技術では、エンジンの吸気通路（プライ
マリ吸気通路）にタービン（空気モータ）が配設されて
いる。また、このタービンを迂回するようにしてタービ
ンの上流側と下流側とを連通させるバイパス通路（セカ
ンダリ吸気通路）が設けられている。これら吸気通路及
びバイパス通路には運転者によるアクセルペダルの操作
に連動して開閉されるスロットルバルブがそれぞれ設け
られている。

【０００３】そして、エンジンの低負荷時には、バイパ
ス通路のスロットルバルブが絞られ、吸気通路のスロッ
トルバルブが開放されるようになっている。この動作に
より、全ての吸気が吸気通路を通ってタービンに供給さ
れ、タービンを回転させた後にエンジンの燃焼室へと導
入される。また、低負荷時には、エンジンにポンピング
損失が生ずるが、この損失はタービンの回転によって得
られるエネルギーがエンジンのクランク軸へ伝達される
ことにより補われるようになっている。この構成によ
り、低負荷時における燃費の向上が図られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術では、低負荷時にバイパス通路のスロットルバルブの
開度が絞られ、吸気通路のスロットルバルブが開放され
た状態から、急加速を行うべくアクセルペダルが急激に
踏み込まれる場合には、エンジンに導入されるべき吸気
量の増加に遅れが生ずることがあった。この吸気量の増
加の遅れは、タービンの慣性質量や、タービン軸とその
軸受との間の摩擦力等によって起こるものと考えられ
る。このように、吸気量の増加が遅れることにより、エ
ンジンの回転速度の上昇が遅れ、結果としてその加速性
が損なわれるという問題があった。

【０００５】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、吸気流れの持つエネルギー
を取出すべく吸気系にタービンを備えてなる内燃機関の
吸気制御装置において、内燃機関に対し、低負荷状態か
ら急激な加速要求があった場合に必要な吸気量を速やか
に確保することが可能で、もって加速性の向上を図るこ
との可能な内燃機関の吸気制御装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明においては、図１に示すように、内燃機関Ｍ
１の吸気系Ｍ２における吸気流れの持つエネルギーを取
出すために設けられたタービンＭ３と、吸気系Ｍ２にお
いて、タービンＭ３の上流側と下流側との間を連通する
バイパス通路Ｍ４と、少なくともバイパス通路Ｍ４へ流
れる吸気量を調整するスロットルバルブＭ５と、スロッ
トルバルブＭ５を開閉駆動するバルブ駆動手段Ｍ６と、
運転者により要求される要求スロットル開度を検出する
要求スロットル開度検出手段Ｍ７と、要求スロットル開
度検出手段Ｍ７の検出結果に基づき、要求スロットル開
度の増加速度を算出する開度増加速度算出手段Ｍ８と、
開度増加速度算出手段により算出される増加速度が大き
いほど、スロットルバルブＭ５の開度を増大させるよう
バルブ駆動手段Ｍ６を制御するバルブ制御手段Ｍ９とを
備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置をその
要旨としている。

【０００７】

【作用】上記の構成によれば、図１に示すように、要求
スロットル開度検出手段Ｍ７により、運転者により要求
される要求スロットル開度が検出される。この要求スロ
ットル開度検出手段Ｍ７の検出結果に基づいて、開度増
加速度算出手段Ｍ８により要求スロットル開度の増加速
度が算出される。そして、その算出結果に基づく増加速
度が大きいほど、スロットルバルブＭ５の開度を増大さ
せるようバルブ駆動手段Ｍ６はバルブ制御手段Ｍ９によ
って制御される。

【０００８】従って、例えば内燃機関Ｍ１の低負荷状態
から、運転者によりアクセルペダルが急激に踏み込まれ
る等して、急激な加速要求があった場合には、要求スロ
ットル開度が急激に増加し、その増加速度が大きくな
る。これに伴い、バルブ駆動手段Ｍ６により、スロット
ルバルブＭ５の開度が直ちに増大され、スロットルバル
ブＭ５が大きく開かれる。そのため、吸気系２における
吸気流れの大部分がタービンＭ３を通過することなくバ
イパス通路Ｍ４を通って内燃機関Ｍ１へと直接供給され
る。

【０００９】

【実施例】以下、この発明における内燃機関の吸気制御
装置を具体化した一実施例を図２〜６に基づいて詳細に
説明する。

【００１０】図２はこの実施例における内燃機関の吸気
系を示す概略図であり、図３はこの実施例における内燃
機関の吸気制御装置を示す概略構成図である。これらの
図において、内燃機関としてのエンジン１には、エアク
リーナ２によって浄化された空気をエンジン１の図示し
ない燃焼室内に導入するための吸気系としての吸気通路
３が設けられている。この吸気通路３の途中には、吸気
の脈動を抑えるためのサージタンク４が設けられてい
る。

【００１１】また、吸気通路３においてサージタンク４
よりも上流側には、タービン５が設けられている。この
タービン５の同軸上には発電機６が設けられ、タービン
５の回転に伴って発生するエネルギーが同発電機６によ
って電気エネルギーに変換される。そして、変換された
電気エネルギーは図示しないバッテリに充電され、回収
されるようになっている。

【００１２】さらに、吸気通路３においてタービン５よ
りも上流側には、プライマリスロットルバルブ７が設け
られている。このプライマリスロットルバルブ７は運転
者によって操作される図示しないアクセルペダルの動き
に連動して開閉されるものである。すなわち、プライマ
リスロットルバルブ７の同軸上にはリンク８が設けら
れ、同リンク８にはアクセルペダルの踏み込み量に連動
して回動するワイヤ９が張架されている。そして、運転
者によってアクセルペダルの踏込量が調節されることに
よりワイヤ９及びリンク８が回動される。これに伴い、
プライマリスロットルバルブ７が開閉され、同バルブ７
の下流側へ通過する吸気量が調節される。

【００１３】また、吸気通路３には、タービン５を迂回
するように分岐したバイパス通路１０が設けられてい
る。そして、そのバイパス通路１０により、プライマリ
スロットルバルブ７の直下流側とサージタンク４とが直
接連通されている。このバイパス通路１０の途中には、
セカンダリスロットルバルブ１１が設けられている。こ
のセカンダリスロットルバルブ１１の近傍には、同バル
ブ１１を開閉駆動するバルブ駆動手段としてのステップ
モータ１２が配設されている。

【００１４】プライマリスロットルバルブ７の同軸上に
て、リンク８とは反対側の位置には、要求スロットル開
度検出手段としてのスロットル開度センサ１３が設けら
れている。このスロットル開度センサ１３により、要求
スロットル開度に相当するプライマリスロットルバルブ
７の開度（プライマリスロットル開度ＴＨＰ）が検出さ
れる。

【００１５】また、スロットル開度センサ１３は、開度
増加速度算出手段及びバルブ制御手段を構成する電子制
御装置（以下単に「ＥＣＵ」という）１４の入力側に電
気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ１４の出力側に
は、ステップモータ１２が電気的に接続されている。そ
して、ＥＣＵ１４はスロットル開度センサ１３の検出信
号に基づき、ステップモータ１２を好適に駆動制御する
ようになっている。

【００１６】すなわち、ＥＣＵ１４には、図４，５に示
すマップが予め記憶されており、ＥＣＵ１４はこれらの
マップに従ってステップモータ１２を駆動制御する。図
４のマップは、プライマリスロットル開度ＴＨＰに対す
るセカンダリスロットルバルブ１１の基本開度（基本セ
カンダリ開度ＴＨＳ）の関係を示すマップである。ま
た、図５のマップは、プライマリスロットル開度ＴＨＰ
の単位時間あたりの変化量ｄＴＨＰ／ｄｔに対するセカ
ンダリスロットルバルブ１１の開度の補正項ＴＨＳａの
関係を示すマップである。そして、基本セカンダリ開度
ＴＨＳに補正項ＴＨＳａを加算した値がそのときのセカ
ンダリスロットルバルブ１１の開度（セカンダリスロッ
トル開度ＴＨＳ１）となるように、ＥＣＵ１４はステッ
プモータ１２を駆動制御するのである。

【００１７】次に、前述したＥＣＵ１４により実行され
る吸気制御の処理動作について図４，５のマップ及び図
６のフローチャートに従って説明する。図６に示すフロ
ーチャートはＥＣＵ１４により実行される各処理のう
ち、吸気制御の処理動作を示す「処理ルーチン」であっ
て、所定時間毎の定時割り込みで実行される。

【００１８】処理がこのルーチンへ移行すると、先ずス
テップ１０１において、スロットル開度センサ１３の検
出結果に基づくプライマリスロットル開度ＴＨＰを読み
込む。

【００１９】次に、ステップ１０２においては、ステッ
プ１０１において読み込んだプライマリスロットル開度
ＴＨＰに基づいて、図４のマップに従い、基本セカンダ
リ開度ＴＨＳを算出する。

【００２０】続いて、ステップ１０３において、ステッ
プ１０１において読み込んだプライマリスロットル開度
ＴＨＰと、前回のルーチンにて記憶した前回プライマリ
スロットル開度ＴＨＰ０とに基づいて、プライマリスロ
ットル開度ＴＨＰの単位時間あたりの変化量ｄＴＨＰ／
ｄｔを算出する。

【００２１】そして、次のステップ１０４において、ス
テップ１０３において読み込んだ変化量ｄＴＨＰ／ｄｔ
に基づき、図５のマップに従い、セカンダリスロットル
バルブ１１の開度の補正項ＴＨＳａを算出する。

【００２２】次のステップ１０５においては、ステップ
１０２，１０４においてそれぞれ読み込んだ基本セカン
ダリ開度ＴＨＳと、補正項ＴＨＳａとを加算し、その結
果をセカンダリスロットル開度ＴＨＳ１として設定す
る。

【００２３】そして、ステップ１０６において、ステッ
プ１０５において設定したセカンダリスロットル開度Ｔ
ＨＳ１に基づき、セカンダリスロットルバルブ１１がそ
の開度ＴＨＳ１となるよう、ステップモータ１２を駆動
する。

【００２４】最後に、ステップ１０７において、今回の
ルーチンにおけるプライマリスロットル開度ＴＨＰを前
回プライマリスロットル開度ＴＨＰ０として設定し、そ
れを記憶する。そして、その後の処理を一旦終了する。

【００２５】このようにして、ＥＣＵ１４により、ステ
ップモータ１２が駆動制御され、セカンダリスロットル
バルブ１１が開閉制御される。従って、スロットル開度
センサ１３の検出した要求スロットル開度が小さい場
合、すなわち、アクセルペダルの踏み込み量の小さい、
いわゆるエンジン１の低回転・低負荷状態においては、
プライマリスロットル開度ＴＨＰも小さい。この状態に
おいては、基本セカンダリ開度ＴＨＳは「０」である。
また、アクセルペダルの踏み込み量が一定であるので補
正項ＴＨＳａも「０」である。従って、ＥＣＵ１４はセ
カンダリスロットル開度ＴＨＳ１が「０」となるようス
テップモータ１２を駆動制御する。これに伴ってバイパ
ス通路１０は閉鎖され、エアクリーナ２からの吸入空気
は、吸気通路３のみを通ってタービン５を経てサージタ
ンク４内に導入される。このとき、この吸気に基づいて
タービン５が回転される。そして、この回転に伴って発
生するエネルギーは発電機６によって電気エネルギーに
変換され、その電気エネルギーはバッテリに充電され、
回収される。

【００２６】また、スロットル開度センサ１３の検出し
た要求スロットル開度が大きい場合、すなわち、アクセ
ルペダルの踏み込み量の大きい、いわゆるエンジン１の
高回転・高負荷状態においては、プライマリスロットル
開度ＴＨＰは大きくなる。そして、プライマリスロット
ル開度ＴＨＰが基準値αを超えた状態においては、基本
セカンダリ開度ＴＨＳがほぼ２次曲線的に上昇する。な
お、アクセルペダルの踏み込み量が一定であるので補正
項ＴＨＳａは「０」である。従って、ＥＣＵ１４はプラ
イマリスロットル開度ＴＨＰが大きいほどセカンダリス
ロットルバルブ１１が開放されるようステップモータ１
２を駆動制御する。これに伴ってバイパス通路１０が開
放される。そして、エアクリーナ２からの吸入空気は、
吸気通路３を通ってタービン５を経てサージタンク４内
に導入されるとともに、バイパス通路１０を通って直接
サージタンク４内に導入される。

【００２７】次に、アクセルペダルの踏み込み量の小さ
い状態において、急加速を行うべくアクセルペダルを急
激に踏み込んだような場合には、ＥＣＵ１４はスロット
ル開度センサ１３の検出結果に基づき要求スロットル開
度の増加速度が大きくなったものと判断する。つまり、
プライマリスロットル開度ＴＨＰの単位時間あたりの変
化量ｄＴＨＰ／ｄｔが大きくなったものと判断する。こ
れに伴って、図５のマップに示すように、セカンダリス
ロットルバルブ１１の開度の補正項ＴＨＳａが大きくな
る。このため、基本セカンダリ開度ＴＨＳが小さい場合
であってもその補正項ＴＨＳａが大きいため、結果とし
てセカンダリスロットル開度ＴＨＳ１は大きくなる。つ
まり、上記のようにアクセルペダルを急激に踏み込んだ
ような場合には、セカンダリスロットルバルブ１１が速
やかに開放され、エアクリーナ２からの吸入空気は、バ
イパス通路１０を通って直接サージタンク４内に導入さ
れる。従って、必要とされる吸気が素早くエンジン１の
燃焼室内に供給されることになり、車両は速やかに加速
される。

【００２８】以上説明したように、この実施例の内燃機
関の吸気制御装置によれば、基本セカンダリ開度ＴＨＳ
に対し、さらに要求スロットル開度の増加速度に相対し
た補正項ＴＨＳａを加算した値がそのときのセカンダリ
スロットル開度ＴＨＳ１となるようにしている。このた
め、エンジン１の低回転・低負荷状態において、急加速
を行うべくアクセルペダルを急激に踏み込んだような場
合には、セカンダリスロットルバルブ１１の開度の補正
項ＴＨＳａが大きくなり、結果としてセカンダリスロッ
トル開度ＴＨＳ１が大きくなる。従って、エアクリーナ
２からの吸入空気は、バイパス通路１０を通って直接サ
ージタンク４内に導入させることができ、必要とされる
吸気量を速やかに確保することができ、もって良好な加
速性を得ることができる。

【００２９】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成の一
部を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記実施例では、プライマリスロットルバルブ７
の開度を検出するスロットル開度センサ１３の検出結果
のみをセカンダリスロットル開度ＴＨＳ１に反映させて
いるが、その外にも、例えばトランクションコントロー
ルシステム（ＴＲＣ）からの情報をセカンダリスロット
ルバルブ１１に反映させることもできる。すなわち、路
面が濡れているとき等に、セカンダリスロットルバルブ
１１の開度を幾分小さくするように設定してもよい。ま
た、オートマチックトランスミッションを備えたエンジ
ンにおいては、その変速時の情報をセカンダリスロット
ル開度ＴＨＳ１に反映させて、同開度を幾分小さくする
ように設定してもよい。

【００３０】（２）前記実施例では、吸気通路３にター
ビン５及び発電機６を設けるようにしたが、その外にも
例えば容積型ポンプ及び発電機を組合わせて設け、吸気
のエネルギーによって該ポンプを回転させるようにして
もよい。

【００３１】（３）前記実施例では、図４，５に示すよ
うな特性のマップを参照してセカンダリスロットルバル
ブ１１を駆動制御するようにしたが、例えばマップの特
性を適宜に変更してもよい。例えば、図４のマップを直
線状にしたり、図５のマップを曲線状にしたりしてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の内燃機
関の吸気制御装置によれば、吸気流れの持つエネルギー
を取出すべく吸気系にタービンを備えてなる内燃機関の
吸気制御装置において、要求スロットル開度の増加速度
が大きいほど、スロットルバルブの開度を増大させるよ
うにしたので、低負荷状態からアクセルペダルを急激に
踏み込んだ場合に必要な吸気量を速やかに確保すること
ができ、もって加速性の向上を図ることができるという
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の基本的な概念構成を説明する概念構
成図である。

【図２】この発明を具体化した一実施例における内燃機
関の吸気系を示す概略図である。

【図３】一実施例における内燃機関の吸気制御装置を示
す概略構成図である。

【図４】一実施例においてプライマリスロットル開度に
対する基本セカンダリ開度の関係を示すマップである。

【図５】一実施例においてプライマリスロットル開度の
単位時間あたりの変化量に対するセカンダリスロットル
バルブの開度の補正項の関係を示すマップである。

【図６】一実施例においてＥＣＵにより実行される吸気
制御処理を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１…内燃機関としてのエンジン、３…吸気系としての吸
気通路、５…タービン、１０…バイパス通路、１１…セ
カンダリスロットルバルブ、１２…駆動手段としてのス
テップモータ、１３…要求スロットル開度検出手段とし
てのスロットル開度センサ、１４…開度増加速度算出手
段及びバルブ制御手段を構成するＥＣＵ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気系における吸気流れの持
   つエネルギーを取出すために設けられたタービンと、 前記吸気系において、前記タービンの上流側と下流側と
   の間を連通するバイパス通路と、 少なくとも前記バイパス通路へ流れる吸気量を調整する
   スロットルバルブと、 前記スロットルバルブを開閉駆動するバルブ駆動手段
   と、 運転者により要求される要求スロットル開度を検出する
   要求スロットル開度検出手段と、 前記要求スロットル開度検出手段の検出結果に基づき、
   要求スロットル開度の増加速度を算出する開度増加速度
   算出手段と、 前記開度増加速度算出手段により算出される増加速度が
   大きいほど、前記スロットルバルブの開度を増大させる
   よう前記バルブ駆動手段を制御するバルブ制御手段とを
   備えたことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。