WO2005085611A1 - 電動過給機付きエンジン及びその制御装置 - Google Patents

電動過給機付きエンジン及びその制御装置 Download PDF

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WO2005085611A1
WO2005085611A1 PCT/JP2004/003015 JP2004003015W WO2005085611A1 WO 2005085611 A1 WO2005085611 A1 WO 2005085611A1 JP 2004003015 W JP2004003015 W JP 2004003015W WO 2005085611 A1 WO2005085611 A1 WO 2005085611A1
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PCT/JP2004/003015
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Junichi Yamaguchi
Hiromasa Kubo
Minoru Osuga
Hiroshi Fujii
Ryoichi Komuro
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Hitachi, Ltd.
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    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an engine with an electric supercharger and its control device.
  • the present invention relates to a supercharged engine capable of compressing intake air by pressurizing the intake air and sending more air to a combustion chamber, and a control device therefor.
  • turbocharger supercharger
  • This turbocharged engine uses exhaust energy to rotate a turbine located in the exhaust passage to rotate a compressor on the same shaft, pressurizing the intake air to increase its density, and This allows more air to be sent in and burned, so that even a relatively small displacement engine can obtain large torque.
  • turbo lag between the output torque and the drivability and responsiveness were not necessarily good.
  • turbocharged engine having such a configuration has the following problems.
  • the turbine and casing also exist in the exhaust passage, which increases the heat capacity of the exhaust passage.
  • heat is easily taken by these exhaust system members, and the temperature of the exhaust purification catalyst rises.
  • the activation of the catalyst is delayed, and the exhaust gas purification performance immediately after starting is deteriorated.
  • it is necessary to increase the capacity of the catalyst, which leads to an increase in cost.
  • the turbo lag is shortened by performing the flying boost-up
  • the inertia mass around the turbine rotation axis is large due to the provision of the turbine, and both the turbine and the compressor must be rotated due to the structure.
  • the drive loss increases, and the response cannot be sufficiently improved.
  • a so-called supercharger driven by an engine (crankshaft) is also known.
  • the supercharging pressure is proportional to the engine speed.
  • it does not function well when starting a vehicle with a low engine speed.
  • the present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems.
  • An object of the present invention is to obtain a large output even with a small displacement while having a relatively simple configuration.
  • it is possible to eliminate the turbo lag at low rotation speeds and improve drivability, responsiveness, fuel efficiency, etc., and also to activate the exhaust purification catalyst immediately after starting to exhaust
  • An object of the present invention is to provide an engine with a supercharger and a control device for the engine, the emission characteristics of which can be improved. Disclosure of the invention
  • an engine with a supercharger basically includes a supercharger having a compressor disposed upstream of a throttle in an intake passage. At times, the intake air is pressurized and compressed by the supercharger, and the pressurized compressed air is stored in a pressure accumulating section formed between the compressor and the throttle in the intake passage. When a large torque is required during acceleration or the like, supercharging can be performed using the stored compressed air. Be done.
  • the supercharger is preferably an electric supercharger having a compressor driven by a motor.
  • a bypass passage is provided for guiding external air to the downstream of the compressor in the intake passage, and a surge tank is provided downstream of the throttle in the intake passage.
  • the pressure accumulating portion, the throttle body that houses the throttle, and the surge tank are preferably integrally formed of the same material.
  • the capacity of the pressure accumulator is larger than the capacity of the surge tank.
  • a secondary air passage is provided to guide the air pressurized and compressed by the supercharger upstream of the exhaust purification catalyst in the air passage.
  • a branch passage portion forming the most downstream portion of the intake passage and communicating with a combustion chamber of each cylinder is divided into an upper passage portion and a lower passage portion, and a lower passage portion is formed.
  • a tumble generating valve for generating a tumble flow in the combustion chamber is disposed in the side passage portion.
  • the vehicle further comprises an impeller for controlling the driving of the motor, and further includes a switch for switching between an air compression operation using the electric supercharger and a natural intake operation using the bypass passage. Switching means is provided.
  • a power generating means driven by a crankshaft is provided, and the power generating means is preferably a water-cooled alternator.
  • the pressure accumulating section preferably functions also as an intake resonator.
  • a pressure accumulation tank is separately provided outside the intake passage, and the compressed air pressurized by the supercharger is introduced into the pressure accumulation tank and stored therein, and the compressed air stored in the pressure accumulation tank is provided. Air can be introduced into the accumulator as needed.
  • a control device for an engine with a supercharger comprises: an electric turbocharger having a motor-driven compressor disposed upstream of an electronically controlled throttle in an intake passage; A bypass passage leading to the downstream of the compressor, and an air compression operation using the electric supercharger and using the bypass passage.
  • the present invention is applied to an engine with a supercharger, comprising: a switching unit for switching to a naturally aspirated operation; and an impeller for controlling the drive of the motor. And control means for controlling the switching means.
  • the control means pressurizes and compresses the intake air by the electric supercharger at the time of idling or at the time of deceleration, and compresses the pressurized compressed air. It is stored in a pressure accumulating portion formed between the compressor and the throttle in the intake passage, and when a large torque is required during acceleration or the like, supercharging is performed using the stored compressed air. Control is given.
  • the control means preferably performs the air compression operation. Is switched to the natural intake operation.
  • the control means maintains the internal pressure of the pressure accumulating section at the set pressure. The number of rotations of the motor is adjusted.
  • the engine is provided with a secondary air passage for guiding the air pressurized and compressed by the supercharger to an exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst in the exhaust passage. At least for a predetermined period immediately after the start of the engine, an air compression operation using the electric supercharger is performed, and air is supplied to the exhaust passage through the secondary air passage.
  • the control means preferably performs an air compression operation using the electric supercharger when the vehicle equipped with the engine is stopped, decelerated, or steadily travels, and is stored when the vehicle is next accelerated. It is made to supercharge using compressed air.
  • the control means preferably performs an idle stop when the vehicle equipped with the engine is stopped, and stores the compressed air in the accumulator using the electric supercharger at the time of the idle stop. Thus, the internal pressure of the accumulator is maintained at a set pressure.
  • control means increases a power generation amount of an alternator attached to the engine to increase a deceleration effect when a vehicle equipped with the engine is decelerated.
  • a pressure accumulation tank is separately provided outside the intake passage of the engine, and the control means introduces and stores compressed air pressurized by the electric supercharger into the pressure accumulation tank, and Control is performed to introduce the compressed air stored in the pressure accumulating tank into the pressure accumulating section as necessary, for example, when the internal pressure of the pressure accumulating section falls below a set pressure.
  • the intake air is pressurized and compressed by the electric supercharger at the time of idling or deceleration.
  • the compressed air that has been compressed is stored in a pressure accumulating section formed between the compressor and the throttle in the intake passage, and when a large torque is required during acceleration or the like, the compressed air is stored.
  • Supercharging is performed using air, so a large output can be obtained even with a small displacement, and turbo lag can be eliminated, especially at low revolutions, resulting in drivability, responsiveness, and fuel efficiency. Etc. can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a supercharged engine and a control device thereof according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an operation state of each unit when preparing for supercharging in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an operation state of each unit during supercharging in the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation state of each part at the time of starting in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing an operation state of each part at the time of high load and high rotation in the first embodiment.
  • FIG. 6 shows the supercharging control routine executed by the control unit in the first embodiment. It is a flowchart showing one chin.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a specific configuration example of the intake system of the first embodiment.
  • FIG. 8 shows changes in the vehicle speed, the internal pressure of the accumulator, and the internal pressure of the surge tank when the vehicle equipped with the supercharged engine according to the first embodiment starts and accelerates from a stopped state and then runs steadily. It is a time chart.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of an engine with an electric supercharger and a control device therefor according to the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing an operation state of each unit when preparing for supercharging in the second embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing an operation state of each unit when supercharging is performed in the second embodiment.
  • Fig. 12 When the vehicle equipped with the supercharged engine according to the second embodiment starts and accelerates from a stopped state and then runs steadily, the vehicle speed, the internal pressure of the accumulator, and the internal pressure of the surge tank 110 are measured. It is a time chart which shows a change.
  • FIG. 13 is a time chart showing changes in the vehicle speed during acceleration and the internal pressure of the surge tank in the embodiment of the present invention and the conventional example.
  • FIG. 14 is a time chart showing a change in exhaust gas temperature after starting according to the embodiment of the present invention and a conventional example.
  • FIG. 15 is a graph showing torque at a predetermined rotation speed in the embodiment of the present invention and the conventional example.
  • FIG. 16 is a graph showing the fuel consumption rate at the time of idling in the embodiment of the present invention and the conventional example.
  • FIG. 17 is a graph showing the amount of HC emissions during mode running in the embodiment of the present invention and the conventional example.
  • FIG. 18 is a diagram showing a change in output torque with respect to the number of revolutions in the embodiment of the present invention and the conventional example.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an engine with an electric supercharger and a control device therefor according to the present invention.
  • the illustrated engine 100 has, for example, a cylinder 102 having four cylinders, and an intake passage 108 and an exhaust passage 112 are respectively shown in a combustion chamber 111 of each cylinder. It is communicated via the intake and exhaust valves that are not connected.
  • an air cleaner 101 In the intake passage 108, in order from the upstream side, an air cleaner 101, an electric turbocharger 103 having a motor 103M driven compressor 103C, a switching control valve 114, There is a storage tank / passage section 304, an electronically controlled throttle (throttle valve) 109, an air flow meter 115, and a surge tank 110.
  • an air cleaner 101 In order from the upstream side, an air cleaner 101, an electric turbocharger 103 having a motor 103M driven compressor 103C, a switching control valve 114, There is a storage tank / passage section 304, an electronically controlled throttle (throttle valve) 109, an air flow meter 115, and a surge tank 110.
  • throttle valve throttle valve
  • FIG. 7 the pressure accumulation tank / passage portion 304, the electronically controlled throttle 109, the air flow meter 115, the surge tank 110, and the intake passage 108 in the intake passage 108 described above are shown.
  • a specific configuration example of a branch passage portion 108C, which forms the most downstream portion and is communicated with a combustion chamber 111 of each cylinder via an intake valve 132 will be described.
  • the pressure accumulation tank / passage portion 304 and the surge tank 110 are formed in a middle part of the intake passage 108 by being partitioned by a common partition wall 144, and the common partition wall 144 is formed.
  • a cylindrical throttle body 144 accommodating the electronically controlled throttle 109 is attached to the center of the cylinder, and the accumulator tank / passage section 304, which constitutes the intake passage 1 ⁇ 8, is provided.
  • Throttle pod 144, surge tank 110, etc. are integrally formed of the same material. This makes it possible to reduce the weight and size of the intake system, improve reliability, and the like.
  • the capacity of the pressure accumulation tank / passage portion 304 is larger than the capacity of the surge tank 110. This is because, as described later, high-pressure compressed air is stored (accumulated) and is supplied stably (supercharged) when necessary. Further, the pressure accumulation tank / passage portion 304 also functions as an intake resonator for suppressing intake pulsation and intake noise.
  • the branch passage portion 108C is partitioned into an upper passage portion and a lower passage portion by, for example, a partition wall 120, and the lower passage portion has a tamper in the combustion chamber 111.
  • the opening of the tumble generating valve 121 By adjusting the opening of the tumble generating valve 121, the ratio of the amount of air flowing through the upper passage portion and the lower passage portion can be changed, whereby the inside of the combustion chamber 111 can be changed.
  • the strength of the generated tumble flow is adjusted. By generating a tumble flow in this manner, stable stratified combustion can be realized even with a lean mixture, and fuel efficiency can be improved.
  • the motor 103M of the electric turbocharger 103 is supplied with electric power by an inverter 202 based on a control signal from a control unit 200 having a built-in microphone opening, and its rotation speed Is controlled.
  • Electric power for driving the motor 103M and the impeller 202 is obtained from an alternator 203 as a power generation means driven in synchronization with the crankshaft 100a.
  • the alternator 203 is desirably a water-cooled type that can obtain a large current.
  • a centrifugal compressor is used as the compressor 103C. However, even if the compressor is a positive displacement compressor, only the target rotation area changes, and either of them may be used.
  • the air is passed through the compressor 103C from the portion 108A upstream of the compressor 103C of the electric turbocharger 103 in the intake passage 108.
  • a bypass passage 107 leading to a portion 108 B downstream of the compressor 103 C (switching control valve 111) in the intake passage 108 is provided, and a bypass passage 107 is provided in the bypass passage 107.
  • a control valve 104 is provided.
  • a secondary air passage 106 is provided for guiding the air pressurized by the compressor 103 C to an upstream portion of the exhaust gas purification catalyst 113 in the exhaust passage 112. 106 is provided with a secondary air control valve 105.
  • the control unit 200 has an accelerator opening from each of sensors such as an access sensor 1 26, an air flow meter 115, a rotation speed sensor 151, a water temperature sensor 152, and a vehicle speed sensor 153. (Depressed amount of accelerator pedal 141), intake air amount, engine speed, cooling water temperature, vehicle speed, etc., according to the driver's intention, engine 100 operating condition, vehicle running condition, etc. Based on those signals, the control unit 200 controls the fuel injection amount by the fuel injection valve, the ignition timing by the spark plug 135, the opening of the electronically controlled throttle 109, etc. . Further, in this embodiment, the pulse period of the impeller 202 is set to control the rotation speed of the motor 103M. I do. It also controls the opening and closing of the bypass control valve 104, the switching control valve 114, and the secondary air control valve 1 ⁇ 5.
  • Figure 2 shows the operation of each part when preparing for supercharging.
  • the control unit 200 increases the amount of power generated by the water-cooled alternator 203 when it is determined that the vehicle is in a deceleration state based on signals from the vehicle speed sensor 153, the accelerator sensor 126, and the like. Control.
  • the pulse frequency of the impeller 202 is increased, and control is performed so as to increase the rotation speed of the motor 103M, that is, the rotation speed of the compressor 103C.
  • the bypass control valve 104 is closed, the switching control valve 114 is opened, and the intake air is pressurized and compressed by the electric turbocharger 103.
  • the pressure accumulating portion 108S the portion of the bypass passage 107 downstream of the bypass control valve 104
  • the electronically controlled throttle 109 (opening degree) is almost fully closed (idle opening degree, for example, 3 °), and the amount of air flowing into the combustion chamber 111 is small. Therefore, if more air flows through the compressor 103C than the amount of air passing through the control throttle 109, the difference is accumulated (accumulated).
  • the internal pressure of the pressure accumulating section 108S is detected by a pressure sensor 155, and this detection signal is also supplied to the control unit 200.
  • the control unit 200 rotates the motor 103 M.
  • the internal pressure of the pressure accumulating section 108S is adjusted by adjusting the number or by opening the bypass control valve 104, for example.
  • the switching control valve 114 may be closed, the motor 103M may be stopped, and the compressed air of the accumulator 108S may be held. In this way, during deceleration (during steady running, idle), compressed air is stored (accumulated) in the accumulator 108S in advance in preparation for the next acceleration. If the power generation of the alternator 203 is increased, this will be the force to decelerate the engine 100, and when the vehicle ⁇ is decelerating, this will increase the deceleration of the vehicle, like the engine brake. It works better, so it is more preferable.
  • FIG 3 shows the operating state of each part during supercharging (acceleration).
  • the control unit 200 detects the intention to accelerate based on the signal from the accelerator sensor 126 and increases the opening of the electronically controlled throttle 109. Let it.
  • the air stored in the pressure storage section 108S flows into the combustion chamber 111 through the surge tank 110 and the branch passage section 108C.
  • the control unit 200 since air is already compressed and compressed, supercharging is performed more quickly than when air is suctioned from atmospheric pressure. Therefore, acceleration and responsiveness are improved, and a large torque can be obtained.
  • the control unit 200 since air is already compressed and compressed, supercharging is performed more quickly than when air is suctioned from atmospheric pressure. Therefore, acceleration and responsiveness are improved, and a large torque can be obtained.
  • the control unit 200 since air is already compressed and compressed, supercharging is performed more quickly than when air is suctioned from atmospheric pressure. Therefore, acceleration and responsiveness are improved, and a large torque can be obtained. In this case, the control unit 200
  • the motor 103M is controlled to increase its rotation speed, and supercharging is continued.
  • the amount of intake air increases.
  • the required amount of power The compressor can continue to be supercharged within a range that does not cause surging.
  • the tumble generating valve 121 is closed, and air is taken in only from the upper stage side passage portion of the branch passage portion 119 where the tumble generating valve 121 is not provided. Therefore, a strong tumble flow is generated in the combustion chamber 1 1 even in a supercharged state, so that a rich portion of the air-fuel mixture becomes a spark plug 1
  • the supercharged stratified combustion enables stratification so as to gather in the vicinity of 35, so that good combustibility can be obtained even with a lean air-fuel mixture, thereby improving fuel efficiency.
  • Fig. 4 shows the operating state of each part during startup (including the warm-up period). It is basically the same as the state of preparing for supercharging shown in Fig. 2, but for a predetermined period immediately after the start, the secondary air control valve 105 is opened and the exhaust air is exhausted through the secondary air passage 106. The pressurized secondary air is introduced upstream of the exhaust purification catalyst 1 13 in the passage 1 12. As a result, the unburned hydrocarbons in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 111 are oxidized and burned.
  • Fig. 5 shows the operating state of each part at high load and high speed.
  • the electric turbocharger 103 (compressor 103C) used in the present embodiment is assumed to be used mainly in a low load range or a middle load range. It is designed to have the highest efficiency in the load range or the middle load range. In the high speed and high load range, it is not possible to sufficiently supercharge, but it becomes a force and intake resistance, which causes a reduction in output. Therefore, during high load and high rotation, the bypass control valve 104 is opened, and the intake is performed from the atmospheric pressure using the bypass passage 107.
  • the switching control valve 114 may be open or closed, and the motor 103 M may or may not be rotating.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a supercharging control routine executed by the control unit 200.
  • step 61 an accelerator sensor 126, an air flow meter 115, a rotation speed sensor 151, a water temperature sensor 151 are provided. 5 2, vehicle speed sensor 15 3, pressure sensor 1 5 5 etc., the accelerator opening (depression of accelerator pedal 14 1), intake air amount, engine speed, cooling water temperature, vehicle speed, A signal corresponding to the driver's intention, the operating state of the engine 100, the running state of the vehicle, etc., such as the internal pressure of the pressure accumulating unit 108S, is read, and the following steps 62, 603, 604, At 605, based on these signals, whether or not the vehicle is decelerating, whether or not it is immediately after starting, whether or not the vehicle is running at a low load, and the accumulator section 108S are sequentially stored.
  • a predetermined control cycle for example, 10 ms.
  • step 61 It is determined whether or not pressure is accumulated, and in the case of Yes, that is, during deceleration, If it is determined that the vehicle is running immediately after starting, that the vehicle is running at a low load, and that the pressure is stored in the pressure storage section 108S, the process proceeds to step 61 1. No.
  • step 6 11 the amount of power generated by the water-cooled alternator 203 is increased, and in subsequent step 6 12, control is performed to increase the rotation speed of the motor 103 M, that is, the rotation speed of the compressor 103. Go to 6 1 3
  • step 6 13 it is determined whether or not there is enough space in view of the capacity of the compressor 103 C, that is, whether or not the engine has reached the high-load high-speed range. If it is determined that it has been performed, the process proceeds to step 6 14.
  • step 614 it is determined whether or not the internal pressure of the pressure accumulating section 108S has reached the set pressure. If it is determined that the internal pressure has reached the set pressure, the process proceeds to step 615. Then, the rotation speed of the motor 103 M and the bypass control valve 104 are controlled to adjust the internal pressure so as to maintain the set pressure. On the other hand, if it is determined that the internal pressure has not reached the set pressure, the intake air amount is large or the rotation speeds of the compressor 103C and the motor 103M are low. At 6, the bypass control valve 104 is closed (if it is closed) and the switching control valve 114 is opened (if it is open) until the internal pressure of the pressure accumulating section 108 S reaches the set pressure. As it is), control is performed to increase the number of revolutions of the motor 103M.
  • step 6 Proceed to 06, open the bypass control valve 104 (if it is open, leave it as it is) and perform natural aspiration.
  • FIGS. 8 (A) and 8 (B) show the vehicle speed and the pressure accumulator when the vehicle equipped with the turbocharged engine 100 of the first embodiment starts and accelerates from a stopped state and then runs in a steady state.
  • 4 is a time chart showing changes in the internal pressure of 108 S and the internal pressure of surge tank 110.
  • the internal pressure of the pressure accumulating section 108 S is increased to the set pressure, for example, 200 kPa in absolute pressure as described above.
  • the electronically controlled throttle 109 opens, and the compressed air stored in the pressure accumulating section 108 S is released.
  • the internal pressure of the pressure accumulating unit 108S temporarily drops below the set pressure, but as soon as the internal pressure drops, the rotation speed of the compressor 103C is increased, and the internal pressure is again controlled to the set pressure, so the effect is small.
  • the control unit 200 performs control to increase the rotation speed of the motor 103M as described above.
  • the motor 103M is controlled to maintain the set pressure by the rotation speed of the motor 103M or the opening / closing control of the bypass control valve 104.
  • the pressure is reduced to the pressure accumulating section 109S by using the electric turbocharger 103 during the idle stop.
  • the next start acceleration can be performed more smoothly.
  • FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of an engine with an electric supercharger and a control device therefor according to the present invention.
  • the illustrated engine 100 ′ with a turbocharger has substantially the same basic components as the first embodiment, so that the duplicated description will be omitted, and the differences from the first embodiment will be emphasized below. Will be explained.
  • an accumulator (high-pressure accumulator tank) 301 is separately provided outside the intake passage 108, and the accumulator 310 is added by the electric turbocharger 103.
  • the pressurized compressed air is supplied to the intake passage 108 downstream of the compressor 103C.
  • a pressurization control valve 303 is provided in the passage 303.
  • the set pressure (upper limit value) for the internal pressure of the accumulator 301 is set higher than the set pressure (upper limit value) for the internal pressure of the accumulator 108S.
  • the set pressure for the internal pressure of the pressure accumulating unit 108 S is 200 kPa in absolute pressure
  • the set pressure for the internal pressure of the accumulator 301 is 500 kPa. Since the upper limit of the internal pressure of the accumulator 301 is set high, a larger amount of air can be pressurized and stored when preparing for supercharging.
  • FIG. 10 shows the operating state of each part when preparing for supercharging.
  • the control unit 200 determines that the vehicle is in a decelerating state based on signals from the rate sensor 15 3, the accelerator sensor 126, etc.
  • the control unit 200 changes the power generation amount of the water-cooled alternator 203. Control to increase. Then, the pulse frequency of the impeller 202 is increased, and control is performed so as to increase the rotation speed of the motor 103M, that is, the rotation speed of the compressor 103C.
  • the bypass control valve 104 is closed, the switching control valve 114 is opened, and the intake air is pressurized and compressed by the electric supercharger 103, and the pressurized compressed air is stored in the accumulator.
  • accumulator 301 Stored in 108 S and also stored in accumulator 301 (in this case, open check valve 302 and close pressurization control valve 303).
  • the electronically controlled throttle 109 (opening degree) is almost fully closed (idle opening, for example, 3 °), and the amount of air flowing into the combustion chamber 111 is small. If more air flows through the compressor 103C than the amount of air passing through 109, the difference will be accumulated (accumulated).
  • the internal pressure of the pressure accumulating section 108 S and the internal pressure of the accumulator 301 are detected by pressure sensors 155 and 156, respectively, and these detection signals are also supplied to the control unit 200. You.
  • the control unit 200 closes the switching control valve 114 and releases the compressor 1 All the air pressurized by 0 3 C is introduced into the accumulator 301.
  • a predetermined set pressure for example, 200 kPa in absolute pressure
  • the control unit 200 closes the check valve 302 and switches. Open the control valve 111 and adjust the number of revolutions of the motor 103M, or open the no-pass control valve 104 to open the internal pressure of the pressure accumulating section 108S and accumulator 310. Adjust to maintain the set pressure.
  • Fig. 11 shows the operating state of each part during acceleration.
  • the control unit 200 determines that a large torque is required based on the signal from the accelerator sensor 126, and increases the opening of the electronically controlled throttle 109.
  • the air stored in the pressure storage section 108S flows into the combustion chamber 111 through the surge tank 110 and the branch passage section 108C.
  • air since air is already compressed and compressed, supercharging is performed more quickly than in the case of intake from atmospheric pressure, and a large torque is obtained immediately. Therefore, acceleration and response are improved.
  • the pressure control valve 303 is opened while the check valve 302 is closed, and the high-pressure compressed air is accumulated from the accumulator 301. Introduce to 108 S. Then, the pressurization control valve 303 is controlled to open and close so that the internal pressure of the pressure accumulating section 108 S becomes equal to the set pressure. Allows supercharging by C. This allows for continuous supercharging. Thereafter, when the rotation of the compressor 103C increases and it becomes possible to supercharge sufficiently, the pressurization control valve 303 is closed to stop the air supply from the accumulator 301 to the pressure accumulating section 108S. When the capacity of the compressor 103 C is saturated and the internal pressure of the pressure accumulating unit 108 S decreases, the pressure control valve 303 is opened again to minimize the internal pressure of the surge tank 110 (supercharging pressure). Can be kept at the set pressure To do.
  • FIGS. 12 (A) and (B) show the vehicle speed and the vehicle speed when the vehicle equipped with the supercharged engine 100 ′ of the second embodiment starts and accelerates from a stopped state, and then runs steady.
  • 6 is a time chart showing changes in the internal pressure of the pressure accumulating unit 108 S and the internal pressure of the surge tank 110.
  • the internal pressure of the pressure accumulating unit 108 S and the internal pressure of the surge tank 110 are substantially set pressures.
  • the accelerator pedal 14 1 is depressed and acceleration starts, the compressed air stored in the pressure accumulating section 108 S flows into the surge tank 110, and the compressed air stored in the accumulator 310 is compressed. Introduced in Part 108 S.
  • the internal pressure of the accumulator 301 decreases from the set pressure.
  • the internal pressure of the surge tank 304 is kept substantially at the set pressure.
  • the pressurization control valve 303 is closed, and the supply of air from the accumulator 301 to the pressure accumulating section 108S is stopped.
  • the pressurizing control valve 303 is opened again, and the internal pressure of the surge tank 110 is reduced. (Supply pressure) is maintained at approximately the set pressure.
  • the opening of the electronically controlled throttle 109 becomes smaller, so that the internal pressure of the accumulator 108 is increased to the set pressure by the compressor 103C, and the switching control valve 111 is also operated. 4 is closed and the internal pressure of the accumulator 301 is increased to the set pressure by the compressor 103C.
  • the internal pressure of the accumulator 301 reaches the set pressure, the internal pressure of each part is maintained at the set pressure by, for example, opening the bypass control valve 104 by reducing the rotational speed of the motor 103 M, Be prepared for further acceleration from steady driving.
  • FIGS. 13 (A) and 13 (B) show the vehicle speed during acceleration and the surge tank 1 in the embodiment of the present invention (2.0 L electric supercharger) and the conventional example (2.0 L turbo supercharger).
  • the change over time of the internal pressure (supercharging pressure) of 10 is shown.
  • the conventional example is equipped with a turbocharger having the same displacement (2.0 L) and the same compressor capacity as the present invention (embodiment).
  • the set pressure is the same.
  • Fig. 14 shows the change over time of the exhaust gas temperature after starting in the embodiment of the present invention (electric supercharged vehicle, secondary air supply) and the conventional example (tarpocharged vehicle, no secondary air supply). Show.
  • the vehicle of the present invention there is no turbocharger having a large heat capacity in the exhaust system, and unburned hydrocarbons (HC) in the exhaust gas are burned in the exhaust passage by the secondary air, so that the exhaust temperature rises. , Which leads to early activation of the catalyst.
  • HC unburned hydrocarbons
  • Fig. 15, Fig. 16 and Fig. 17 show the comparison results of output, fuel consumption and exhaust emission between the embodiment of the present invention (the vehicle of the present invention) and the conventional example.
  • FIG. 15 shows the torque at 1500 r / min as an example of low rotation.
  • the vehicle of the present invention is an electric supercharged vehicle with a displacement of 2 L, a turbocharged vehicle with a displacement of 2 L, a NA vehicle with a displacement of 2 L, and a displacement of 3 as conventional examples 1, 2, and 3, respectively.
  • the case of L NA car is shown.
  • Figure 16 shows the idling fuel consumption rate as an example of fuel consumption.
  • the air flow tumble flow
  • Fuel efficiency can be improved compared to the conventional example.
  • Figure 17 compares the HC emissions during mode driving.
  • the exhaust gas temperature does not easily rise, and as a result, the rise in the catalyst temperature is delayed, and the HC emission increases.
  • the secondary space is kept in the exhaust passage for a predetermined period immediately after starting. Since HC is oxidized and burned by introducing air, the catalyst temperature rises quickly and HC emissions can be reduced.
  • FIG. 18 shows a change in output torque with respect to the number of revolutions in the vehicle of the present invention, Conventional Example 1, Conventional Example 2, and Conventional Example 3 described above.
  • the fully open output torque of the vehicle of the present invention is substantially the same as that of the conventional example 2, but the torque becomes lower than that of the conventional example 2 at the time of high rotation because the flow rate is insufficient.
  • the torque is increased in almost the entire region.
  • the torque is higher on the low rotation speed side and lower on the high rotation speed side.
  • the present invention is not limited to this, and a plurality of or multi-stage compressors (electric superchargers) may be provided and their operation may be performed. By switching the number etc. according to the amount of air to be supercharged, etc., it is possible to cope with a wide operating range (even at high load and high speed), and these are naturally included in the technical scope of the present invention. It is.
  • the compressor used in the embodiment of the present invention is a centrifugal compressor.
  • the compressor is not limited to the centrifugal compressor, and various types of compressors can be used depending on the use situation.
  • an electric turbocharger is combined with an existing turbocharger or supercharger, it can support a wider operating range.
  • there are methods such as dividing the exhaust system into two systems and bypassing the turbocharger at the time of starting. These methods are also included in the technical scope of the present invention.
  • a gasoline engine has been described as an example.
  • the present invention can be similarly applied to a diesel engine.
  • Supercharged diesel engines are more preferred because they provide greater output and tend to reduce black smoke by excess air over fuel.

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Abstract

　吸気通路におけるスロットルより上流側に配在されたモータ駆動のコンプレッサを有する電動過給機を備え、アイドル時や減速時等に、前記電動過給機により吸気を加圧して圧縮し、この加圧された圧縮空気を前記吸気通路における前記コンプレッサと前記スロットルとの間に形成される蓄圧部に蓄えておき、加速時等の大きなトルクが必要とされるとき、前記蓄えられている圧縮空気を用いて過給を行うようになし、もって、小排気量であっても大きな出力を得るとともに、特に低回転時のターボラグを無くして、運転性、応答性、燃費等を向上させる。

Description

電動過給機付きェンジン及びその制御装置 技術分野
本発明は、 吸気を加圧して圧縮し、 燃焼室により多くの空気を送り込むことが できるようにされた過給機付きェンジン及びその制御装置に関する。 背景技術 明
エンジンの出力向上のため、 ターボチャージヤー （過給機） を用いて過給を行 うエンジンが知られている。 このターボチャ書ージヤー付きエンジンは、 排気エネ ルギを利用し、 排気通路に配置されたタービンを回転させて同一軸上にあるコン プレッサを回転駆動し、 吸気を加圧してその密度を上げ、 燃焼室により多くの空 気を送りこんで燃焼させ、 比較的排気量の小さいエンジンでも大きなトルクが得 られるようにしたものである。
しかし、 特に、 車両発進時等の低回転時には、 運転者がアクセルペダルを踏み 込んでも、 すぐには出力トルクが上昇せず、 排気エネルギの増加に伴い過給圧が 上昇するため、 アクセル操作と出力トルクとの間にターボラグと呼ばれる遅れが 生じ、 運転性、 応答性等が必ずしも良いとは言えなかった。
これを解決するため、 例えば特開平 2 _ 1 2 3 2 4 2号公報に示されているよ うな、 アクセルペダル踏み込み以前に過給圧を上昇させる、 いわゆるフライング ブーストアップを行うものがある。
これは、 ターボチャージヤーのタービンとコンプレッサーとの間 （共通軸上） に電動 （兼発電） 機を設け、 運転者の発進意図 （車両の発進準備完了). を検知し て、 前記電動機によりタービン Zコンプレッサーを回転駆動して過給圧を上昇さ せるものである。
しかしながら、 かかる構成の過給機付きエンジンにおいては、 次のような問題 がある。
まず、 排気通路にターボチャージヤーのタービンを配在することが必要であり、 このタービンを排気ガスの高温に耐えて高速かつ安定的に回転させるためには、 特殊な素材と高い加工精度が必要で、 相当のコストがかかる。
また、 同じく排気通路にタービン及びケーシングが存在するため、 排気通路の 熱容量が大きくなり、 特に始動直後には、 これらの排気系部材に熱が奪われやす く、 排気浄化用の触媒の温度が上がりにくくなり、 その結果、 触媒の活性化が遅 れ、 始動直後における排気浄化性が悪くなる。 これを解決するためには、 触媒の 容量増等が必要となり、 コストアップを招く。
さらに、 前記フライングブーストアップを行うことにより、 前記ターボラグは 短縮されるが、 やはりタービンを備えている関係上、 タービン回転軸周りの慣性 質量が大きく、 また構造上タービンとコンプレッサーの両方を回転させなければ ならないため、 駆動損失が大きくなり、 応答性向上等を充分には図れない。 一方、 過給機としては、 前記ターボチャージャの他、 エンジン （クランク軸） により駆動する、 いわゆるスーパーチャージャ等も知られているが、 このもので は、 過給圧がエンジン回転数に比例するので、 エンジン回転数が低い車両発進時 等においては、 充分には機能しない。
本発明は、 前記した従来の問題を解消すべくなされたもので、 その目的とする ところは、 比較的簡素な構成でありながら、 小排気量であっても大きな出力を得 ることができるとともに、 特に低回転時のターボラグを無くすことができて、 運 転性、 応答性、 燃費等を向上させることがで.き、 さらには、 始動後迅速に排気浄 化用触媒を活性化させて排気エミッション特性を改善できるようにされた過給機 付きェンジン及びその制御装置を提供することにある。 発明の開示
前記目的を達成すべく， 本発明に係る過給機付きエンジンは、 基本的には、 吸 気通路におけるスロットルより上流側に配在されたコンプレッサを有する過給機 を備え、 アイ ドル時や減速時等に、 前記過給機により吸気を加圧して圧縮し、 こ の加圧された圧縮空気を前記吸気通路における前記コンプレッサと前記スロッ ト ルとの間に形成される蓄圧部に蓄えておき、 加速時等の大きなトルクが必要とさ れるとき、 前記蓄えられている圧縮空気を用いて過給を行うことができるように されてなる。
前記過給機は、 好ましくは、 モータにより駆動されるコンプレッサを有する電 動過給機とされる。
好ましい態様では、 外部からの空気を前記吸気通路における前記コンプレッサ 下流に導くバイパス通路が設けられ、 また、 前記吸気通路における前記スロッ ト ル下流にサージタンクが設けられる。
前記蓄圧部、 前記スロッ トルを収容するスロッ トルボディ、 及び前記サージタ ンクは、 好ましくは同一の素材で一体的に形成される。
前記蓄圧部の容積は、 好ましくは、 前記サージタンクの容積より大きくされる。 他の好ましい態様では、 前記過給機により加圧圧縮された空気を 気通路にお ける排気浄化用触媒上流に導く 2次空気通路が設けられる。
また、 別の好ましい態様では、 前記吸気通路の最下流部分を形成する、 各気筒 の燃焼室に連通せしめられる分岐通路部が、 上段側通路部分と下段側通路部分と に仕切られて、 その下段側通路部分に、 前記燃焼室においてタンブル流を生成す るためのタンブル生成弁が配在される。
さらに他の好ましい態様では、 前記モータの駆動制御を行うためのィンパータ を備え、 また、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転と前記パイパス通路を用い た自然吸気運転との切り換えを行うための切換手段が設けられる。
また、 他の別の好ましい態様では、 クランク軸により駆動される発電手段を備 え、 該発電手段は、 好ましくは、 水冷式オルタネータとされる。
前記蓄圧部は、 好ましくは、 吸気レゾネータとしても機能するようにされる。 他の好ましい態様では、 前記吸気通路外に別途に蓄圧タンクが設けられ、 前記 過給機により加圧された圧縮空気を前記蓄圧タンクに導入して蓄え、 かつ、 前記 蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を必要に応じて前記蓄圧部に導入することがで きるようにされる。
一方、 本発明に係る過給機付きエンジンの制御装置は、 吸気通路における電制 スロットルより上流側に配在されたモータ駆動のコンプレッサを有する電動過給 機と、 外部からの空気を前記吸気通路における前記コンプレッサ下流に導くパイ パス通路と、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転と前記パイパス通路を用いた 自然吸気運転との切り換えを行うための切換手段と、 前記モータの駆動制御を行 うためのインパータと、 を備えた過給機付きエンジンに適用されるもので、 前記 電制スロッ トル、 前記モータ、 及び前記切換手段の制御を行う制御手段を備え、 該制御手段は、 アイ ドル時や減速時等に、 前記電動過給機により吸気を加圧して 圧縮し、 この加圧された圧縮空気を前記吸気通路における前記コンプレッサと前 記スロットルとの間に形成される蓄圧部に蓄えておき、 加速時等の大きなトルク が必要とされるとき、 前記蓄えられている圧縮空気を用いて過給する制御を行う ようにされる。
前記制御手段は、 好ましくは、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転時におい て、 エンジンが高負荷高回転域に達して前記空気圧縮運転を行えない状態になつ たとき、 前記空気圧縮運転から前記自然吸気運転に切り換えるようにされる。 前記制御手段は、 好ましくは、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転時におい て、 前記蓄圧部の内圧が設定圧に達したとき、 前記蓄圧部の内圧が前記設定圧を 維持するように前記モータの回転数等を調節するようにされる。
他の好ましい態様では、 前記エンジンに、 前記過給機により加圧圧縮された空 気を排気通路における排気浄化用触媒上流に導く 2次空気通路が設けられており、 前記制御手段は、 好ましくは、 少なくとも前記エンジンの始動直後の所定期間、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転を行うとともに、 前記 2次空気通路を通じ て前記排気通路に空気を供給するようにされる。
前記制御手段は、 好ましくは、 前記エンジンを搭載した車両の停止時、 減速時、 定常走行時に、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転を行い、 次の加速時に、 前 記蓄えられている圧縮空気を用いて過給するようにされる。
前記制御手段は、 好ましくは、 前記エンジンを搭載した車両の停止時にアイ ド ルストップを行うようにされ、 かつ、 該アイ ドルストップ時に前記電動過給機を 用いて前記蓄圧部に圧縮空気を蓄えて、 前記蓄圧部の内圧を設定圧に保つように される。
前記制御手段は、 好ましくは、 前記エンジンを搭載した車両の減速時に、 前記 エンジンに付設されたオルタネータの発電量を上げて減速効果を増大させるよう にされる。 別の好ましい態様では、 前記エンジンの吸気通路外に別途に蓄圧タンクが設け られ、 前記制御手段は、 前記電動過給機により加圧された圧縮空気を前記蓄圧タ ンクに導入して蓄え、 かつ、 前記蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を、 前記蓄圧 部の内圧が設定圧より下がったとき等、 必要に応じて前記蓄圧部に導入する制御 を行うようにされる。
このような構成とされた本発明に係る過給機付きエンジン及びその制御装置に おいては、 アイ ドル時や減速時等に、 前記電動過給機により吸気を加圧して圧縮 し、 この加圧された圧縮空気を前記吸気通路における前記コンプレッサと前記ス ロットルとの間に形成される蓄圧部に蓄えておき、 加速時等の大きなトルクが必 要とされるとき、 前記蓄えられている圧縮空気を用いて過給するようにされるの で、 小排気量であっても大きな出力を得ることができるとともに、 特に低回転時 のターボラグを無くすことができて、 運転性、 応答性、 燃費等を向上させること ができる。
また、 電動過給機が用いられることにより、 ターボチャージヤーのように高温 (排気ガス） に耐える部品を必要としないため、 比較的簡素な構成となり、 低コ ストで提供できる等の効果も奏する。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る過給機付きエンジン及びその制御装置の第 1実施形態を 示す概略構成図である。
図 2は、 第 1実施形態において、 過給を準備している際の各部の作動状態を示 す図である。
図 3は、 第 1実施形態において、 過給を行っている際の各部の作動状態を示す 図である。
図 4は、 第 1実施形態において、 始動時における各部の作動状態を示す図であ る。
図 5は、 第 1実施形態において、 高負荷高回転時における各部の作動状態を示 す図である。
図 6は、 第 1実施形態において、 コントロールユニットが実行する過給制御ル 一チンを示すフローチヤ一トである。
過給を準備している際の各部の作動状態を示す図である。
図 7は、 第 1実施形態の吸気系の具体構成例を示す断面図である。
図 8は、 第 1実施形態の過給機付きエンジンが搭載された車両が停止状態から 発進加速し、 その後定常走行した場合の、 車速、 蓄圧部の内圧、 及びサージタン クの内圧の変化を示すタイムチャートである。
図 9は、 本発明に係る電動過給機付きエンジン及びその制御装置の第 2実施形 態を示す概略構成図である。
図 1 0は、 第 2実施形態において、 過給を準備している際の各部の作動状態を 示す図である。
図 1 1は、 第 2実施形態において、 過給を行っている際の各部の作動状態を示 す図である。
図 1 2、 第 2実施形態の過給機付きエンジンが搭載された車両が停止状態から 発進加速し、 その後定常走行した場合の、 車速、 蓄圧部の内圧、 及びサージタン ク 1 1 0の内圧の変化を示すタイムチャートである。
図 1 3は、 本発明実施形態と従来例とにおける、 加速時の車速とサージタンク の内圧の変化を示すタイムチヤートである。
図 1 4は、 本発明実施形態と従来例とにおける、 始動後の排気温度の変化を示 すタイムチヤートである。
図 1 5は、 本発明実施形態と従来例とにおける、 所定回転数でのトルクを示す グラフである。
図 1 6は、 本発明実施形態と従来例とにおける、 アイ ドル時の燃料消費率を示 すグラフである。
図 1 7は、 本発明実施形態と従来例とにおける、 モード走行時の H C排出量を を示すグラフである。
図 1 8は、 本発明実施形態と従来例とにおける、 回転数に対する出力トルクの 変化を示す図である。 発明を実施するための最良の形態 以下、 本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
[第 1実施形態]
図 1は、 本発明に係る電動過給機付きエンジン及びその制御装置の第 1実施形 態を示す概略構成図である。 図示のエンジン 1 0 0は、 例えば 4つの気筒を有す るシリンダ 1 0 2を有し、 各気筒の燃焼室 1 1 1には吸気通路 1 0 8及び排気通 路 1 1 2がそれぞれ図示していない吸気弁及び排気弁を介して連通せしめられて いる。
前記吸気通路 1 0 8には、 その上流側から順次、 エアクリーナ 1 0 1、 モータ 1 0 3 M駆動のコンプレッサ 1 0 3 Cを備えた電動過給機 1 0 3、 切換制御弁 1 1 4、 蓄圧タンク兼通路部 3 0 4、 電制スロットル （絞り弁） 1 0 9、 ェアフロ 一メータ 1 1 5、 及びサージタンク 1 1 0が設けられている。
図 7に、 前記した吸気通路 1 0 8における蓄圧タンク兼通路部 3 0 4、 電制ス ロットル 1 0 9、 エアフローメータ 1 1 5、 サージタンク 1 1 0、 さらに、 前記 吸気通路 1 0 8における最下流部分を形成する、 各気筒の燃焼室 1 1 1に吸気弁 1 3 2を介して連通せしめられる分岐通路部 1 0 8 C、 の具体構成例を示す。 ここでは、 前記吸気通路 1 0 8の中間部分に、 前記蓄圧タンク兼通路部 3 0 4 と前記サージタンク 1 1 0とが共有隔壁 1 4 5で仕切られて形成され、 前記共有 隔壁 1 4 5の中央に前記電制ス口ットル 1 0 9を収容する円筒状のスロットルポ ディ 1 4 4が揷着されており、 それら吸気通路 1◦ 8を構成する蓄圧タンク兼通 路部 3 0 4、 スロットルポディ 1 4 4、 サージタンク 1 1 0等は、 同一の素材で 一体的に形成されている。 これにより、 吸気系の軽量コンパクト化、 及び信頼性 の向上等を図ることができる。 また、 前記蓄圧タンク兼通路部 3 0 4の容積は、 前記サージタンク 1 1 0の容積より大きくされている。 これは、 後述するように 高い圧力の圧縮空気を蓄え （蓄圧し） 、 それを必要なときに安定して供給 （過 給） するためである。 また、 前記蓄圧タンク兼通路部 3 0 4は、 吸気脈動や吸気 音を抑制するための吸気レゾネータとしても機能する。
さらに、 前記分岐通路部 1 0 8 Cが、 例えば仕切壁 1 2 0により上段側通路部 分と下段側通路部分とに仕切られて、 その下段側通路部分に、 前記燃焼室 1 1 1 においてタンプル流 （縦渦） を生成するためのタンプル生成弁 1 2 1が配在され ている。 このタンブル生成弁 1 2 1の開度を調整することによって、 上段側通路 部分と下段側通路部分に流れる空気量の割合を変えることができ、 これによつて、 前記燃焼室 1 1 1内で生成されるタンブル流の強さが調整される。 このようにタ ンブル流を生成することにより、 リーン混合気でも安定した成層燃焼を実現でき、 燃費の向上等を図ることができる。
前記電動過給機 1 0 3のモータ 1 0 3 Mは、 マイク口コンビユータを内蔵する コントロールュニット 2 0 0からの制御信号をもとに、 ィンバータ 2 0 2により 電力を供給され、 その回転数が制御される。 モータ 1 0 3 M及びインパータ 2 0 2を駆動するための電力は、 クランク軸 1 0 0 aに同期して駆動される発電手段 としてのオルタネータ 2 0 3から得られる。 モータ 1 0 3 Mの出力を考えると、 オルタネータ 2 0 3は大電流を得られる水冷式であることが望ましい。 また、 コ ンプレッサ 1 0 3 Cは、 本実施形態では遠心式のものが用いられているが、 容積 型であっても目標の回転領域が変わるだけであり、 どちらでもよい。
一方、 吸気系には、 空気を吸気通路 1 0 8における前記電動過給機 1 0 3のコ ンプレッサ 1 0 3 Cより上流部分 1 0 8 Aから、 前記コンプレッサ 1 0 3 Cをパ ィパスして、 吸気通路 1 0 8における前記コンプレッサ 1 0 3 C (切換制御弁 1 1 4 ) より下流部分 1 0 8 Bに導くバイパス通路 1 0 7が設けられており、 この パイパス通路 1 0 7にはパイパス制御弁 1 0 4が設けられている。
また、 コンプレッサ 1 0 3 Cにより加圧された空気を排気通路 1 1 2における 排気浄化用触媒 1 1 3より上流部分に導く 2次空気通路 1 0 6が設けられており、 この 2次空気通路 1 0 6には 2次空気制御弁 1 0 5が設けられている。
コントローノレユニット 2 0 0には、 アクセスレセンサ 1 2 6、 エアフローメータ 1 1 5、 回転数センサ 1 5 1、 水温センサ 1 5 2、 車速センサ 1 5 3等のセンサ 類から、 それぞれアクセル開度 （アクセルペダル 1 4 1の踏込量） 、 吸入空気量、 エンジン回転数、 冷却水温、 車速等の、 運転者の意図やエンジン 1 0 0の運転状 態及び車両の走行状態等に応じた信号が入力され、 コント口一ルュニット 2 0 0 は、 それらの信号に基づいて、 燃料嘖射弁による燃料噴射量、 点火プラグ 1 3 5 による点火時期、 電制スロットル 1 0 9の開度等を制御する。 さらに本実施形態 では、 インパータ 2 0 2のパルス周期を設定して、 モータ 1 0 3 Mの回転数制御 を行う。 また、 バイパス制御弁 1 0 4、 切換制御弁 1 1 4、 2次空気制御弁 1◦ 5の開閉制御も行う。
図 2は、 過給を準備する場合の各部の作動状態を示す。 なお、 過給を準備する 場合としては、 車両の減速時、 定常走行時、 アイ ドル時、 及び始動時の場合があ るが、 減速時、 定常走行時、 アイ ドル時の各部の作動状態は略同じであるので、 ここでは減速時を代表して説明する。 始動時の場合に関しては後で説明する。 コントロールュニット 2 0 0は、 車速センサ 1 5 3、 アクセルセンサ 1 2 6等 からの信号に基づいて、 車両が減速状態にあると判断されると、 水冷オルタネー タ 2 0 3の発電量を増やすように制御する。 そして、 インパータ 2 0 2のパルス 周波数を上げ、 モータ 1 0 3 Mの回転数、 すなわちコンプレッサ 1 0 3 Cの回転 数を増すように制御する。 このとき、 パイパス制御弁 1 0 4を閉じ、 切換制御弁 1 1 4を開けて、 前記電動過給機 1 0 3により吸気を加圧して圧縮し、 この加圧 された圧縮空気を、 図 2においてハッチングが施されている領域、 すなわち、 吸 気通路 1 0 8におけるコンプレッサ 1 0 3 Cより下流部分 1 0 8 Bのうちのスロ ットル 1 0 9より上流部分 （蓄圧タンク兼通路部 3 0 4部分等） 、 及び、 パイパ ス通路 1 0 7のパイパス制御弁 1 0 4より下流部分 （以上をまとめて蓄圧部 1 0 8 Sと称す） に蓄え、 言い換えれば、 コンプレッサ 1 0 3 Cの出口圧力を、 前記 蓄圧部 1 0 8 Sに蓄圧していく。
このときは、 減速状態であるので、 電制スロットル 1 0 9 (の開度） は略全閉 (アイ ドル開度、 例えば 3 ° ) であり、 燃焼室 1 1 1への流入空気量は少ないの で、 電制ス口ットル 1 0 9を通る空気量よりも多くの空気がコンプレッサ 1 0 3 Cを通れば、 その差分が蓄えられ （蓄圧され） ていくことになる。 なお、 前記蓄 圧部 1 0 8 Sの内圧は、 圧力センサ 1 5 5により検出され、 この検出信号もコン トロールユニット 2 0 0に供給される。 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が、 予め定められ た設定圧 （上限値） 、 例えば絶対圧で 2 0 0 k P aに達すると、 コントロールュ ニット 2 0 0は、 モータ 1 0 3 Mの回転数を調節するか、 又は、 パイパス制御弁 1 0 4を開く等して、 前記蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が設定圧を維持するように調節 する。 場合によっては、 切換制御弁 1 1 4を閉じ、 モータ 1 0 3 Mを停止させ、 前記蓄圧部 1 0 8 Sの圧縮空気を保持することもできる。 このようにして、 減速時 （定常走行時、 アイ ドル時） には、 次の加速に備えて、 事前に圧縮空気を蓄圧部 1 0 8 Sに蓄え （蓄圧して） おく。 なお、 オルタネータ 2 0 3の発電量を増すと、 これがエンジン 1 0 0を減速させようとする力となり、 車两が減速中であるときは、 これがエンジンブレーキと同じく、 車両の減速度を 増大させるように働くので、 より好ましい。
図 3は、 過給 （加速） を行っているときの各部の作動状態を示す。 運転者がァ クセルペダル 1 4 1を踏み込むと、 アクセルセンサ 1 2 6力 らの信号により、 コ ントロールュニット 2 0 0が加速意図を検知し、 電制ス口ットル 1 0 9の開度を 増大させる。 これにより、 前記蓄圧部 1 0 8 Sに蓄圧されていた空気がサージタ ンク 1 1 0及び分岐通路部 1 0 8 Cを通り燃焼室 1 1 1に流入する。 ここでは、 空気が既に加圧圧縮されているので、 大気圧から吸気する場合と比べ、 素早く過 給が行われる。 このため、 加速性、 応答性が向上するとともに、 大きなトルクを 得ることができる。 この場合、 コントロールユニット 2 0 0により、 インパータ
2 0 2、 モータ 1 0 3 Mはその回転数を増すように制御され、 引き続き過給が行 われる。 加速によりエンジン回転数が上がるにつれ、 吸気量は多く必要になる力 コンプレッサ 1 0 3 Cがサージングを起こさない範囲で過給を継続することがで さる。
なお、 このとき、 図示されているように、 タンブル生成弁 1 2 1を閉じ、 分岐 通路部 1 1 9のうちのタンブル生成弁 1 2 1が設けられていない上段側通路部分 のみから吸気することで、 過給状態でも燃焼室 1 1 1に強いタンブル流が生成さ れ、 これにより、 空気と燃料とからなる混合気のうちの濃い部分が点火プラグ 1
3 5の近傍に集まるように成層化され、 この過給成層燃焼によりリーン混合気で も良好な燃焼性が得られ、 燃費の向上等を図ることができる。
図 4は、 始動時 （暖機期間を含む） における各部の作動状態を示す。 基本的に は図 2に示される、 過給を準備する状態と同じであるが、 始動直後の所定期間は、 2次空気制御弁 1 0 5を開き、 2次空気通路 1 0 6を通じて、 排気通路 1 1 2に おける排気浄化用触媒 1 1 3の上流に、 加圧された 2次空気を導入する。 これに より、 燃焼室 1 1 1から排出された排気ガス中の未燃炭化水素が酸化燃焼せしめ られる。 この結果、 排気ガス中の未燃炭化水素を低減することができると同時に、 排気ガスを昇温することができ、 これによつて、 触媒 1 1 3を活性化温度まで迅 速に昇温でき、 始動時における排気ガスの浄化を促進することができる。
図 5は、 高負荷高回転時における各部の作動状態を示す。 ここで、 本実施形態 で用いられている電動過給機 1 0 3 (のコンプレッサ 1 0 3 C ) は、 主に低負荷 域ないし中負荷域で使用されることを前提としている、 つまり、 低負荷域ないし 中負荷域で最も効率が良くなるように設計されており、 高回転高負荷域では十分 に過給できないばかり力、 吸気抵抗となり、 出力を低下させる要因となる。 その ため、 高負荷高回転時には、 パイパス制御弁 1 0 4を開き、 パイパス通路 1 0 7 を用いて、 大気圧から吸気させる。 すなわち、 前記電動過給機 1 0 3を用いた空 気圧縮運転時において、 エンジンが高負荷高回転域に達して前記電動過給機 1 0 3による空気圧縮運転を行えない状態になったとき、 前記空気圧縮運転から自然 吸気運転に切り換える。 つまり、 この高負荷高回転時には、 過給を行わず、 自然 吸気を行う。 このとき、 切換制御弁 1 1 4は開けていても閉じていてもよく、 モ ータ 1 0 3 Mは回転していてもしていなくても良いので、 コントロールュニット 2 0 0によりィンパータ 2 0 2の制御パルスを小さくすることにより、 消費電力 を小さくでき、 燃費の向上を図ることができる。
図 6は、 コントロールュニット 2 0 0が実行する過給制御ルーチンを示すフロ 一チャートである。
このルーチンは、 所定の制御周期 （例えば 1 0 m s ) をもって繰り返し実行さ れ、 まず、 ステップ 6 0 1において、 アクセルセンサ 1 2 6、 エアフローメータ 1 1 5、 回転数センサ 1 5 1、 水温センサ 1 5 2、 車速センサ 1 5 3、 圧力セン サ 1 5 5等のセンサ類から、 それぞれアクセル開度 （アクセルペダル 1 4 1の踏 込量） 、 吸入空気量、 エンジン回転数、 冷却水温、 車速、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧 等の、 運転者の意図やエンジン 1 0 0の運転状態及び車両の走行状態等に応じた 信号を読み込み、 続くステップ 6 0 2、 6 0 3、 6 0 4、 6 0 5において、 それ らの信号に基づいて、 順次、 減速時であるか否か、 始動直後であるか否か、 低負 荷定常走行中であるか否か、 蓄圧部 1 0 8 Sに蓄圧されているか否か、 を判断し、 Y e sの場合、 つまり、 減速時である、 始動直後である、 低負荷定常走行中であ る、 蓄圧部 1 0 8 Sに蓄圧されている、 と判断された場合はステップ 6 1 1に進 む。
ステップ 6 1 1では、 水冷オルタネータ 2 0 3の発電量を増やし、 続くステツ プ 6 1 2において、 モータ 1 0 3 Mの回転数、 すなわちコンプレッサ 1 0 3じの 回転数を上げる制御を行い、 ステップ 6 1 3に進む。
ステップ 6 1 3においては、 コンプレッサ 1 0 3 Cの容量からみて余裕がある か否か、 つまり、 エンジンが高負荷高回転域に達したか否かを判断し、 高負荷高 回転時域に達したと判断された場合にはステップ 6 1 4に進む。
ステップ 6 1 4においては、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が設定圧に達したか否かを 判断し、 内圧が設定圧に達していると判断された場合には、 ステップ 6 1 5にお いて、 モータ 1 0 3 Mの回転数、 パイパス制御弁 1 0 4を制御して前記内圧が前 記設定圧を維持するように調節する。 それに対し、 前記内圧が前記設定圧に達し ていないと判断された場合には、 吸気量が多いか、 コンプレッサ 1 0 3 C及びモ ータ 1 0 3 Mの回転数が低いので、 ステップ 6 1 6において、 蓄圧部 1 0 8 Sの 内圧が設定圧になるまで、 バイパス制御弁 1 0 4を閉じ （閉じている場合はその まま） 、 切換制御弁 1 1 4を開き （開いている場合はそのまま） 、 モータ 1 0 3 Mの回転数を上げるように制御する。
一方、 ステップ 6 0 2、 6 0 3、 6 0 4、 6 0 5の判断結果が全て N oの場合、 つまり、 減速時ではない、 始動直後ではない、 低負荷定常走行中ではない、 及び 蓄圧部 1 0 8 Sに蓄圧されていない、 と判断された場合、 並びに、 前記ステップ 6 1 3において、 高負荷高回転時域に達したと判断された場合 （蓄圧できない場 合） は、 ステップ 6 0 6に進み、 パイパス制御弁 1 0 4を開き （開いている場合 はそのまま） 、 自然吸気を行う。
図 8 (A) 、 ( B ) は、 本第 1実施形態の過給機付きエンジン 1 0 0が搭载さ れた車両が停止状態から発進加速し、 その後定常走行した場合の、 車速、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧、 及びサージタンク 1 1 0の内圧の変化を示すタイムチャートで ある。
停止状態、 すなわちアイドル状態では、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧は、 前述したよ うに設定圧、 例えば、 絶対圧で 2 0 0 k P aまで加圧されている。 加速を開始す ると、 電制スロットル 1 0 9が開き、 蓄圧部 1 0 8 Sに蓄えられた圧縮空気がサ ージタンク 1 1 0及び分岐通路部 1 0 8 Cを介して燃焼室 1 1 1に流入し、 過給 が行われる。 これにより、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧は一時的に設定圧より下がるが 下がると直ちにコンプレッサ 1 0 3 Cの回転数が増大せしめられ、 再び内圧が設 定圧に制御されるので影響は小さい。
その後、 加速の後半になると吸気量が大きくなるため、 再び蓄圧部 1 0 8 Sの 内圧が下がる。 なお、 ここでは図示していないが、 加速の後半でサージタンク 1 1 0の内圧が大気圧に達した場合は、 前述したように、 パイパス制御弁 1 0 4が 開かれ、 バイパス通路 1 0 7が用いられて自然吸気が行われる。
そして、 加速が終了し、 定常走行に移ると、 電制スロッ トル 1 0 9の開度が小 さくなり、 サージタンク 1 1 0内の負圧が大きくなる。 このときは、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が設定圧に達していないので、 前述したように、 コントロールュニッ ト 2 0 0は、 モータ 1 0 3 Mの回転数を上げる制御を行う。 蓄圧部 1 0 8 Sの内 圧が設定圧に達すると、 モータ 1 0 3 Mの回転数、 又はバイパス制御弁 1 0 4の 開閉制御により設定圧を保つように制御される。
なお、 前記エンジン 1 0 0を搭載した車両の停止時にアイ ドルストップを行う ようにした場合、 該アイ ドルス トップ時に前記電動過給機 1 0 3を用いて前記蓄 圧部 1 0 9 Sに圧縮空気を蓄えて、 前記蓄圧部 1 0 8 Sの内圧を設定圧に保つよ うにすれば、 次の発進加速を一層スムーズに行うことができる。
[第 2実施形態]
図 9は、 本発明に係る電動過給機付きエンジン及びその制御装置の第 2実施形 態を示す概略構成図である。 図示の過給機付きエンジン 1 0 0 ' は、 基本的な部 分は第 1実施形態と略同様であるので、 重複説明を省略し、 以下においては、 第 1実施形態との相違点を重点的に説明する。
本第 2実施形態の過給機付きエンジン 1 0 0 ' では、 吸気通路 1 0 8外に別途 にアキュムレータ （高圧蓄圧タンク） 3 0 1が設けられ、 電動過給機 1 0 3によ り加圧された圧縮空気を、 吸気通路 1 0 8におけるコンプレッサ 1 0 3 Cの下流
(で切換制御弁 1 1 4より上流） から分岐する通路 3 0 5を介して前記アキュム レータ 3 0 1に導き、 アキュムレータ 3 0 1に蓄えられた圧縮空気を通路 3 0 6 を介して蓄圧部 1 0 8 Sに導くようにされ、 前記通路 3 0 5には逆止弁 3 0 2が 設けられ、 前記通路 3 0 6には加圧制御弁 3 0 3が設けられている。
アキュムレータ 3 0 1の内圧に対する設定圧 （上限値） は、 前記蓄圧部 1 0 8 Sの内圧に対する設定圧 （上限値） より高く設定される。 例えば、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧に対する設定圧力を絶対圧で 2 0 0 k P a、 アキュムレータ 3 0 1の内 圧に対する設定圧を 5 0 0 k P aとする。 アキュムレータ 3 0 1の内圧の上限値 が高く設定されるので、 過給を準備する際に、 より多量の空気を加圧して蓄えて おくことができる。 これにより、 例えば、 モータ 1 0 3 Mの起動特性や、 コンプ レッサ 1 0 3 Cの低回転域での流量が小さい場合等でも、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧 が高まるまでの間、 アキュムレータ 3 0 1に蓄えられた高圧の圧縮空気を用いる ことで、 運転性、 応答性等を向上させることができ、 さらに、 アキュムレータ 3 0 1が存在することで、 吸気通路 1 0 8 (蓄圧部 1 0 8 S ) の通路断面積 （容 積） をさほど大きくする必要はなくなり、 コンパクトにまとめることができる。 図 1 0は、 過給を準備する場合の各部の作動状態を示す。
本実施形態でも、 第 1実施形態 （図 2 ) と同様に、 減速時を代表して説明する が、 定常走行時、 アイ ドル時、 始動直後でも基本的な動作は同じである。
コントロールュニット 2 0 0は、 率速センサ 1 5 3、 アクセルセンサ 1 2 6等 からの信号に基づいて、 車両が減速状態にあると判断されると、 水冷オルタネー タ 2 0 3の発電量を増やすように制御する。 そして、 インパータ 2 0 2のパルス 周波数を上げ、 モータ 1 0 3 Mの回転数、 すなわちコンプレッサ 1 0 3 Cの回転 数を増すように制御する。 このとき、 パイパス制御弁 1 0 4を閉じ、 切換制御弁 1 1 4を開いて、 前記電動過給機 1 0 3により吸気を加圧して圧縮し、 この加圧 された圧縮空気を、 蓄圧部 1 0 8 Sに蓄えるとともに、 アキュムレータ 3 0 1に も蓄える （このときは、 逆止弁 3 0 2を開き、 加圧制御弁 3 0 3を閉じておく） 。 かかる減速時には、 電制スロットル 1 0 9 (の開度） は略全閉 （アイ ドル開度、 例えば 3 ° ) であり、 燃焼室 1 1 1への流入空気量は少ないので、 電制スロット ル 1 0 9を通る空気量よりも多くの空気がコンプレッサ 1 0 3 Cを通れば、 その 差分が蓄えられ （蓄圧され） ていくことになる。 なお、 前記蓄圧部 1 0 8 Sの内 圧及び前記アキュムレータ 3 0 1の内圧は、 それぞれ圧力センサ 1 5 5、 1 5 6 により検出され、 これらの検出信号もコントロールュニット 2 0 0に供給される。 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が、 予め定められた設定圧、 例えば絶対圧で 2 0 0 k P a に達すると、 コントロールユニット 2 0 0は、 切換制御弁 1 1 4を閉じ、 コンプ レッサ 1 0 3 Cにより加圧された空気を全てアキュムレータ 3 0 1に導入する。 そして、 アキュムレータ 3 0 1の内圧が、 予め定められた設定圧、 例えば絶対圧 で 5 0 0 k P aに達すると、 コントロールュニット 2 0 0は、 逆止弁 3 0 2を閉 じて切換制御弁 1 1 4を開き、 モータ 1 0 3 Mの回転数を調節するか、 又は、 ノ ィパス制御弁 1 0 4を開く等して、 前記蓄圧部 1 0 8 S及びアキュムレータ 3 0 1の内圧が設定圧を維持するように調節する。
このようにして、 減速時 （定常走行時、 アイ ドル時） には、 次の加速に備えて、 事前に圧縮空気を蓄圧部 1 0 8 S及びアキュムレータ 3 0 1に蓄え （蓄圧して） おく。
図 1 1は、 加速を行っているときの各部の作動状態を示す。 運転者がアクセル ペダル 1 4 1を踏み込むと、 アクセルセンサ 1 2 6からの信号により、 コント口 ールュニット 2 0 0が大きなトルクが必要と判断し、 電制スロットル 1 0 9の開 度を増大させる。 これにより、 前記蓄圧部 1 0 8 Sに蓄圧されていた空気がサー ジタンク 1 1 0及び分岐通路部 1 0 8 Cを通り燃焼室 1 1 1に流入する。 ここで は、 空気が既に加圧圧縮されているので、 大気圧から吸気する場合と比べ、 素早 く過給が行われ、 すぐに大きなトルクが得られる。 このため、 加速性、 応答性が 向上する。
このとき、 コンプレッサ 1 0 3 Cの回転数が十分高くなければ、 逆止弁 3 0 2 を閉じたまま、 加圧制御弁 3 0 3を開き、 アキュムレータ 3 0 1から高圧の圧縮 空気を蓄圧部 1 0 8 Sに導入する。 そして、 加圧制御弁 3 0 3を開閉制御して、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が設定圧になるようにするとともに、 その間にモータ 1 0 3 Mの回転数を上げ、 コンプレッサ 1 0 3 Cによる過給が行えるようにする。 こ れにより、 継続的に過給を行うことができる。 その後、 コンプレッサ 1 0 3 Cの 回転が上がり、 十分過給できるようになると、 加圧制御弁 3 0 3を閉じてアキュ ムレータ 3 0 1から蓄圧部 1 0 8 Sへの空気供給を停止するが、 コンプレッサ 1 0 3 Cの容量が飽和して蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が下がってくれば、 再び加圧制御 弁 3 0 3を開き、 極力サージタンク 1 1 0の内圧 （過給圧） を設定圧に保てるよ うにする。
図 1 2 (A) 、 ( B ) は、 本第 2実施形態の過給機付きエンジン 1 0 0 ' が搭 载された車両が停止状態から発進加速し、 その後定常走行した場合の、 車速、 蓄 圧部 1 0 8 Sの内圧、 及びサージタンク 1 1 0の内圧の変化を示すタイムチヤ一 トである。
停止状態では、 前述したように、 蓄圧部 1 0 8 Sの内圧及びサージタンク 1 1 0の内圧は略設定圧になっている。 アクセルペダル 1 4 1が踏み込まれ、 加速が 始まると、 蓄圧部 1 0 8 Sに蓄えられた圧縮空気がサージタンク 1 1 0に流入し、 さらに、 アキュムレータ 3 0 1に蓄えられた圧縮空気が蓄圧部 1 0 8 Sに導入さ れる。 これにより、 アキュムレータ 3 0 1の内圧は設定圧から下がっていく力 サージタンク 3 0 4の内圧は略設定圧に保たれる。 その後、 コンプレッサ 1 0 3 Cの回転が上がり、 十分過給できるようになると、 加圧制御弁 3 0 3が閉じられ てアキュムレータ 3 0 1から蓄圧部 1 0 8 Sへの空気供給が停止されるが、 コン プレッサ 1 0 3 Cの容量が飽和して蓄圧部 1 0 8 Sの内圧が下がってくれば、 再 び加圧制御弁 3 0 3が開かれ、 サージタンク 1 1 0の内圧 （過給圧） が略設定圧 に保たれる。 その後、 定常走行に移ると、 電制スロットル 1 0 9の開度が小さく なるので、 コンプレッサ 1 0 3 Cにより蓄圧部 1 0 8の内圧が設定圧まで増大せ しられるとともに、 切換制御弁 1 1 4が閉じられてコンプレッサ 1 0 3 Cにより アキュムレータ 3 0 1の内圧が設定圧まで増大せしめられる。 そして、 アキュム レータ 3 0 1の内圧が設定圧に達したら、 モータ 1 0 3 Mの回転数を低くする力、 パイパス制御弁 1 0 4を開ける等して、 各部の内圧を設定圧に保ち、 定常走行か らさらに加速する場合に備える。
図 1 3 (A) 、 ( B ) に、 本発明の実施形態 （2 . 0 L電動過給車） と従来例 ( 2 . 0 Lターボ過給車） の、 加速時の車速とサージタンク 1 1 0の内圧 （過給 圧） の時間変化を示す。 従来例は、 本発明 （実施形態） と同じ排気量 （2 . 0 L ) 、 同じコンプレッサ容量のターボチャージヤーを装着したものである。 また、 設定圧は同じである。
本実施形態の車では、 アクセルペダルを踏み込むと、 低回転からでもすぐに過 給が始まり、 速やかに加速した後、 定常走行に移る。 一方、 ターボ過給の従来例 では、 エンジンの低回転域では排気ガス量が少ないため、 コンプレッサの回転数 が上がりにくく、 過給圧を速やかに立ち上げることができない。 したがって、 ァ クセルペダルを踏み込んでから車速が所定速度に達するまでの加速所要時間は本 実施形態の方が短くなる。
図 1 4に、 本発明の実施形態 （電動過給車、 2次空気供給） と、 従来例 （ター ポ過給車、 2次空気供給せず） における、 始動後の排気温度の時間変化を示す。 本発明車では排気系に熱容量の大きなターボチャージヤーが存在せず、 また、 2 次空気により、 排気ガス中の未燃炭化水素 （H C ) を排気通路内で燃焼させるの で、 排気温度の上昇が早く、 触媒の早期活性化につなげることができる。
図 1 5、 図 1 6、 図 1 7に、 本発明の実施形態 （本発明車） と、 従来例におけ る、 出力、 燃費、 排気ェミッションの比較結果を示す。
図 1 5は、 低回転の例として 1 5 0 0 r /m i n時のトルクを示している。 本 発明車は排気量が 2 Lの電動過給車、 従来例 1、 2、 3として、 それぞれ、 排気 量が 2 Lのターボ過給車、 排気量が 2 Lの N A車、 排気量が 3 Lの N A車の場合 が示されている。
従来例 1では、 図 1 3で説明したように、 アクセルペダルを踏み込んだ直後は 過給されていないので、 トルクがさほど出ず、 ターボラグと呼ばれる遅れが生じ、 一定時間経過後に過給されてトルクが高まる。 これに対し、 電動過給の本発明車 では加速の最初から、 排気量が大きい従来例 3と同等以上のトルクを出すことが できる。
図 1 6は、 燃費の例としてアイドル時の燃料消費率を示す。 一般に、 排気量が 大きいほどボンビングロスが大きくなり、 低負荷時の燃料消費率は悪化する。 本 発明車では、 燃焼室 1 3 3内の空気流動 （タンブル流） を利用して成層燃焼 （例 えば λ = 3 ) を行うことができるので、 均質燃焼 （理論空燃比： λ = 1 ) を行う 従来例に比べて燃費を向上できる。
図 1 7は、 モード走行時の H C排出量を比較している。 従来例 1のターボ過給 車では、 排気温度が上昇しにくく、 結果として触媒温度の上昇が遅れ、 H C排出 量は多くなる。 Ν Α車では排気量が大きいと H C排出量は多くなる。 一方、 本発 明車ではこれまで説明してきたように、 始動直後の所定期間、 排気通路に 2次空 気を導入して H Cを酸化燃焼させるので、 触媒温度の上昇が早く、 H C排出量を 抑えることができる。 ，
図 1 8は、 前記した本発明車、 従来例 1、 従来例 2、 従来例 3における回転数 に対する出力トルクの変化を示す。 本発明車の全開出力トルクは、 従来例 2と略 同じであるが、 高回転時は流量が不足するので、 トルクは従来例 2より低くなる。 しかし、 従来例 1に対しては、 略全域でトルクが高くなる。 また、 従来例 3と比 較すると、 低回転側でトルクが高く、 高回転側ではトルクが低くなる。
なお、 前記実施形態では、 コンプレッサ （電動過給機） を一つだけ備えている ものを説明したが、 これに限られず、 複数もしくは多段のコンプレッサ （電動過 給機） を配備し、 それらの稼働台数等を過給すべき空気量等に応じて切り換える 等することにより、 広い運転領域 （高負荷高回転時にも） で対応させることが可 能であり、 これらは当然本発明の技術範囲に含まれる。
また、 前述したように、 本発明実施形態で用いられているコンプレッサは遠心 式のものであるが、 それに限る必要はなく、 使用状況に応じて様々な形式のコン プレッサを利用可能である。
さらに、 電動過給機と、 既存のターボチャージヤー、 もしくはスーパーチヤ一 ジャー等とを組み合わせれば、 より広い運転領域に対応することもできる。 この 場合、 排気温度の上昇を促進するために、 排気系を 2系統に分割し、 始動時はタ ーボチャージヤーをパイパスさせる等の方法があり、 これらも本発明の技術範囲 に含まれる。
また、 本発明の実施形態では、 ガソリンエンジンを例にとって説明したが、 デ ィ一ゼルェンジンでも本発明を同様に適用することができる。 ディ一ゼルェンジ ンの過給は、 より大きな出力が得られ、 また、 燃料に対して空気を過剰にするこ とにより黒煙も低減される傾向となるため、 より好ましい。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 吸気通路におけるスロットルより上流側に配在されたコンプレッサを有す る過給機を備え、 アイ ドル時や減速時等に、 前記過給機により吸気を加圧して圧 縮し、 この加圧された圧縮空気を前記吸気通路における前記コンプレッサと前記 スロットルとの間に形成される蓄圧部に蓄えておき、 加速時等の大きなトルクが 必要とされるとき、 前記蓄えられている圧縮空気を用いて過給を行うことができ るようにされていることを特徴とする過給機付きエンジン。
2 . 前記過給機は、 モータにより駆動されるコンブレッサを有する電動過給機 であることを特徴とする請求項 1に記載の過給機付きエンジン。
3 . 外部からの空気を前記吸気通路における前記コンプレッサ下流に導くパイ パス通路が設けられていることを特徴とする請求項 2に記載の過給機付きェンジ ン。
4 . 前記吸気通路における前記スロットル下流にサージタンクが設けられてい ることを特徴とする請求項 3に記載の過給機付きエンジン。
5 · 前記蓄圧部、 前記ス口ットルを収容するスロットルボディ、 及び前記サー ジタンクは、 同一の素材で一体的に形成されていることを特徵とする請求項 4に 記載の過給機付きェンジン。
6 . 前記蓄圧部の容積は、 前記サージタンクの容積より大きくされていること を特徴とする請求項 4に記載の過給機付きェンジン。
7 . 前記過給機により加圧圧縮された空気を排気通路における排気浄化用触媒 上流に導く 2次空気通路が設けられていることを特徴とする請求項 2に記載の過 給機付きエンジン。
8 . 前記吸気通路の最下流部分を形成する、 各気筒の燃焼室に連通せしめられ る分岐通路部が、 上段側通路部分と下段側通路部分とに仕切られて、 その下段側 通路部分に、 前記燃焼室においてタンブル流を生成するためのタンブル生成弁が 配在されていることを特徴とする請求項 1に記載の過給機付きエンジン。
9 . 前記モータの駆動制御を行うためのィンパータを備えていることを特徴と する請求項 2に記載の過給機付きエンジン。
1 0 . 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転と前記バイパス通路を用いた自然吸 気運転との切り換えを行うための切換手段が設けられていることを特徴とする請 求項 3に記載の過給機付きェンジン。
1 1 . クランク軸により駆動される発電手段を備えていることを特徴とする請求 項 2に記載の過給機付きエンジン。
1 2 . 前記発電手段は、 水冷式オルタネータであることを特徴とする請求項 1 1に記載の過給機付きエンジン。 '
1 3 . 前記蓄圧部は、 吸気レゾネータとしても機能するようにされていること を特徴とする請求項 1に記載の過給機付きエンジン。
1 4 . 前記吸気通路外に別途に蓄圧タンクが設けられ、 前記過給機により加圧さ れた圧縮空気を前記蓄圧タンクに導入して蓄え、 かつ、 前記蓄圧タンクに蓄えら れた圧縮空気を必要に応じて前記蓄圧部に導入することができるようにされてい ることを特徴とする請求項 1に記載の過給機付きエンジン。
1 5 . 吸気通路における電制ス口ットルより上流側に配在されたモータ駆動の コンプレッサを有する電動過給機と、 外部からの空気を前記吸気通路における前 記コンプレッサ下流に導くバイパス通路と、 前記電動過給機を用 、た空気圧縮運 転と前記パイパス通路を用いた自然吸気運転との切り換えを行うための切換手段 と、 前記モータの駆動制御を行うためのインパータと、 を備えた過給機付きェン ジンの制御装置であって、 前記電制スロットル、 前記モータ、 及び前記切換手段 の制御を行う制御手段を備え、 該制御手段は、 アイ ドル時や減速時等に、 前記電 動過給機により吸気を加圧して圧縮し、 この加圧された圧縮空気を前記吸気通路 における前記コンプレッサと前記スロットルとの間に形成される蓄圧部に蓄えて おき、 加速時等の大きなトルクが必要とされるとき、 前記蓄えられている圧縮空 気を用いて過給する制御を行うようにされていることを特徴とする過給機付きェ ンジンの制御装置。
1 6 . 前記制御手段は、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転時において、 ェ ンジンが高負荷高回転域に達して前記空気圧縮運転を行えない状態になったとき、 前記空気圧縮運転から前記自然吸気運転に切り換えるようにされていることを特 徴とする請求項 1 5に記載の制御装置。
1 7 . 前記制御手段は、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転時において、 前 記蓄圧部の内圧が設定圧に達したとき、 前記蓄圧部の内圧が前記設定圧を維持す るように前記モータの回転数等を調節することを特徴とする請求項 1 5に記載の 制御装置。
1 8 . 前記エンジンに、 前記過給機により加圧圧縮された空気を排気通路にお ける排気浄化用触媒上流に導く 2次空気通路が設けられており、 前記制御手段は、 少なくとも前記エンジンの始動直後の所定期間、 前記電動過給機を用いた空気圧 縮運転を行うとともに、 前記 2次空気通路を通じて前記排気通路に空気を供給す るようにされていることを特徴とする請求項 1 5に記載の制御装置。
1 9 . 前記制御手段は、 前記エンジンを搭載した車両の停止時、 減速時、 定常 走行時に、 前記電動過給機を用いた空気圧縮運転を行い、 次の加速時に、 前記蓄 えられている圧縮空気を用いて過給するようにされていることを特徴とする請求 項 1 5に記載の制御装置。
2 0 . 前記制御手段は、 前記エンジンを搭載した車両の停止時にアイ ドルスト ップを行うようにされ、 かつ、 該アイ ドルストップ時に前記電動過給機を用いて 前記蓄圧部に圧縮空気を蓄えて、 前記蓄圧部の内圧を設定圧に保つようにされて いることを特徴とする請求項 1 5に記載の制御装置。
2 1 . 前記制御手段は、 前記エンジンを搭載した車両の減速時に、 前記ェンジ ンに付設されたオルタネータの発電量を上げて減速効果を増大させるようにされ ていることを特徴とする請求項 1 5に記載の制御装置。
2 2 . 前記エンジンの吸気通路外に別途に蓄圧タンクが設けられ、 前記制御手 段は、 前記電動過給機により加圧された圧縮空気を前記蓄圧タンクに導入して蓄 え、 かつ、 前記蓄圧タンクに蓄えられた圧縮空気を、 前記蓄圧部の内圧が設定圧 より下がったとき等、 必要に応じて前記蓄圧部に導入する制御を行うようにされ ていることを特徴とする請求項 1 5に記載の制御装置。
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