JP2013096397A - 発進加速補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、発進加速時に十分に高いブースト圧が得られる発進時及び加速補助装置を提供する。
【解決手段】ターボチャージャ２とエンジン３の間に、空気ブレーキ用エアタンク１８から高圧空気を吸気マニホールド１４に導入する高圧空気導入手段１９を設け、発進時及び加速時に高圧空気導入手段１９により吸気マニホールド１４への空気吸入をアシストするようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャを搭載した車両に好適な発進加速補助装置に係り、簡素な構成で、発進時及び加速時に十分に高いブースト圧が得られる発進加速補助装置に関する。

ターボチャージャは、排気ガスによりタービンを回転させ、タービンに連動するコンプレッサで空気を圧縮するものである。

エンジンは、黒煙発生防止の観点から、吸入空気量に相応な燃料噴射量を超えて燃料噴射量を多くできない。しかし、ターボチャージャを搭載した車両では、ターボチャージャによりブースト圧を高めることで、エンジンの吸入空気量を増加させることができる。ブースト圧の上昇により吸入空気量が増加すると、燃料噴射量の増加が可能となり、エンジンから高いトルクが出力できる。

図４に示したターボチャージャ２は、二段式のターボチャージャである。エンジン３の排気マニホールド４から排出された高圧の排気ガスが高圧排気管５から高圧段ターボチャージャ６のタービン７に導入され、タービン７で低圧となった排気ガスが低圧段ターボチャージャ８のタービン９に導入される。一方、空気は、低圧段ターボチャージャ８のコンプレッサ１０で大気圧より高圧に圧縮されて高圧段ターボチャージャ６のコンプレッサ１１に送り込まれる。このコンプレッサ１１にて、空気はさらに高圧に圧縮され、インタークーラ１２で冷却されて高圧吸気管１３からエンジン３の吸気マニホールド１４に送り込まれる。

ＥＧＲ装置１７では、高圧排気管５の排気ガスがＥＧＲバルブ１５の開度に応じてＥＧＲクーラ１６で冷却されて高圧吸気管１３に循環される。

特開平８−２６０９９１号公報

ターボチャージャ２は、タービン７，９及びコンプレッサ１０，１１にそれぞれ内蔵されている羽根車や双方の羽根車を連結している回転軸が慣性を有するため、低回転から急激に高回転に移行することが難しい。このため、発進時や加速時のようにブースト圧の速やかな上昇が必要な状況において、ブースト圧の上昇が遅れてしまうことがある。ブースト圧の上昇が遅れて吸入空気量が不足すると、燃料噴射量を増加できず、エンジン出力トルクの上昇が不十分となるため、車両は速やかな発進あるいは加速ができなくなり、運転フィーリングが損なわれる。とりわけ、二段式のターボチャージャ２では、慣性による回転速度上昇の遅れが顕著であり、ブースト圧の上昇が遅れて問題となる。

特許文献１に開示された吸気装置では、エンジンが高速回転のときに余剰のブースト圧を蓄圧タンクに貯えておき、発進加速時等の低回転時に蓄圧タンクからブースト圧を取り出すことで、ターボチャージャでは速やかに得られない吸入空気量を補うようになっている。

しかしながら、この吸気装置では、ターボチャージャのコンプレッサで蓄圧タンクに空気を送り込んでいるので、蓄圧タンクの空気圧はコンプレッサのブースト圧を超えることはない。したがって、蓄圧タンクから取り出せる空気のブースト圧も蓄圧タンクに空気を貯えたときのコンプレッサのブースト圧を超えることはない。このため、より速やかに吸入空気量を増加させたい要求には応えられない。

また、この吸気装置では、従来になかった蓄圧タンクを追加することになるので、部材の増加に伴うコストの上昇、エンジン周辺のレイアウトの複雑化などを招いてしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、簡素な構成で、発進時及び加速時に十分に高いブースト圧が得られる発進加速補助装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の発進加速補助装置は、ターボチャージャとエンジンの間に、空気ブレーキ用エアタンクから高圧空気を吸気マニホールドに導入する高圧空気導入手段を設け、発進時及び加速時に前記高圧空気導入手段により前記吸気マニホールドへの空気吸入をアシストするようにしたものである。

あらかじめ車体の前後の傾斜と発進及び加速に必要なトルクとの対応関係を求めておき、エンジン出力トルクが車体の前後の傾斜に対応するトルクに満たないとき、前記アシストを実行してもよい。

車体の前方向の加速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行してもよい。

ブースト圧があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行してもよい。

エンジン回転速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行してもよい。

あらかじめブースト圧と噴射可能な燃料噴射量との対応関係を求めておき、ブースト圧に対応する噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に満たないとき、前記アシストを実行してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）簡素な構成で実現できる。

（２）発進時や加速時に十分に高いブースト圧が得られる。

本発明の一実施形態を示す発進加速補助装置を適用した車両のエンジン周辺の構成図である。 本発明の発進加速補助装置における発進加速時の制御手順を示すフローチャートである。 本発明と従来技術におけるトルクの時間変化を示すグラフである。 従来の車両のエンジン周辺の構成図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明の発進加速補助装置１を適用する車両は、ターボチャージャ２を搭載している。本実施形態では、ターボチャージャ２は二段式のものである。この車両では、エンジン３の排気マニホールド４に高圧排気管５が接続され、高圧排気管５に高圧段ターボチャージャ６のタービン７の入口が接続される。タービン７の出口に低圧段ターボチャージャ８のタービン９の入口が接続される。タービン９の出口は、図示省略した排気ガス処理装置を介して大気に繋がる。低圧段ターボチャージャ８のコンプレッサ１０の入口は、図示省略したエアフィルタを介して大気に繋がる。コンプレッサ１０の出口に高圧段ターボチャージャ６のコンプレッサ１１の入口が接続され、コンプレッサ１１の出口にインタークーラ１２を介して高圧吸気管１３が接続され、高圧吸気管１３にエンジン３の吸気マニホールド１４が接続される。高圧排気管５と高圧吸気管１３との間には、ＥＧＲバルブ１５とＥＧＲクーラ１６を有するＥＧＲ装置１７が設けられる。

本発明の発進加速補助装置１は、ターボチャージャ２とエンジン３の間に、空気ブレーキ用エアタンク１８から高圧空気を吸気マニホールド１４に導入する高圧空気導入手段１９を設け、発進時及び加速時に高圧空気導入手段１９により吸気マニホールド１４への空気吸入をアシストするようにしたものである。

空気ブレーキ用エアタンク１８は、図示しない空気ブレーキに供給するための圧縮空気を貯えるものである。空気ブレーキは、従来より車両、特に中型や大型車両に採用されている。空気ブレーキ用エアタンク１８は、図示しない専用のコンプレッサにより圧縮空気を貯えるが、大きな制動力を得る必要のため、高圧段ターボチャージャ６のコンプレッサ１１で実現可能な最大のブースト圧よりも高い圧力で圧縮空気を貯えることができる。

高圧空気導入手段１９は、空気ブレーキ用エアタンク１８に接続されるアシスト配管２０と、アシスト配管２０に接続されてインタークーラ１２から吸気マニホールド１４までの高圧吸気管１３に挿入されるアシストバルブ２１とからなる。アシストバルブ２１は、ＥＧＲ装置１７の接続箇所よりもインタークーラ側に設けられる。アシストバルブ２１とＥＧＲ装置１７の接続箇所の間に、ブースト圧を検出するブースト圧センサ２２が設けられる。

アシストバルブ２１を開閉制御する制御部２３は、従来より燃料噴射制御を行っている電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）にソフトウェアとして組み込まれる。ＥＣＵには、図２の制御手順に使用する全ての車両パラメータ（センサ検出値や計算値）の現在値が把握されている。また、ＥＣＵには、図２の制御手順に使用する各種のマップや下限値が記憶されている。

以下、本発明の発進加速補助装置１の発進時及び加速時の動作を図２により説明する。

制御手順は、大きく発進・加速のステージＴ１と、アシスト要否判定のステージＴ２と、アシスト実行のステージＴ３とからなる。

発進・加速のステージＴ１では、サイドブレーキ信号スイッチと、クラッチスイッチと、フットブレーキスイッチが参照される。

ステップＳ２１において、サイドブレーキ信号スイッチがオフかどうか判定される。判定がＮＯ、すなわちサイドブレーキ信号スイッチがオンであれば、サイドブレーキが引かれた状態であり、発進は始まっていない、若しくは走行中でないので、スタートに戻る。判定がＹＥＳ、すなわちサイドブレーキ信号スイッチがオフであれば、サイドブレーキが解除された状態であり、発進が始まる可能性がある、若しくは走行中であるので、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２において、クラッチスイッチがオフかどうか判定される。判定がＮＯ、すなわちクラッチスイッチがオンであれば、クラッチペダルが踏み込まれた状態であり、発進は始まっていない、若しくはギア段変更中であるので、スタートに戻る。判定がＹＥＳ、すなわちクラッチスイッチがオフであれば、クラッチペダルが踏み戻された状態であり、発進あるいは加速が始まる可能性があるので、ステップＳ２３に進む。

ステップＳ２３において、フットブレーキスイッチがオフかどうか判定される。判定がＮＯ、すなわちフットブレーキスイッチがオンであれば、ブレーキペダルが踏み込まれた状態であり、発進は始まっていない、若しくは減速中であるので、スタートに戻る。判定がＹＥＳ、すなわちフットブレーキスイッチがオフであれば、ブレーキペダルが踏み戻された状態であり、これまでの判定と合わせて発進あるいは加速に対応する必要があることが確定する。よって、発進・加速に対するアシスト要否判定のステージＴ２に進むことになる。

アシスト要否判定のステージＴ２では、アクセル開度、ギア段数、車速、前方向加速度、前方向傾斜角、ブースト圧、エンジン回転速度、燃料噴射指示量が参照され、これらの車両パラメータに基づいて、高圧空気導入手段により吸気マニホールドへの空気吸入をアシストする必要があるかどうかが判定される。

［判定１］
発進・加速トルクマップは、前方向傾斜角と発進及び加速に必要なトルクとの対応関係をマップに設定したものである。前方向傾斜角が０より大きいとき登坂路であり、前方向傾斜角が大きいほど必要なトルクが大きい。前方向傾斜角が発進・加速トルクマップに適用され発進及び加速に必要なトルクが読み出される。一方、アクセル開度とギア段数と車速とから、公知の方法により、現在のエンジン出力トルクが計算される。現在のエンジン出力トルクが発進及び加速に必要なトルクに満たないとき、アシストが必要と判定される。

［判定２］
前方向加速度があらかじめ定めた加速度下限値未満のとき、前方向加速度を速やかに増大させるために、アシストが必要と判定される。

［判定３］
ブースト圧があらかじめ定めた圧力下限値未満のとき、ブースト圧を速やかに上昇させるために、アシストが必要と判定される。

［判定４］
エンジン回転速度があらかじめ定めた回転下限値未満のとき、エンジン回転速度を速やかに上昇させるために、アシストが必要と判定される。

［判定５］
ブースト圧対燃料噴射量マップは、ブースト圧と噴射可能な燃料噴射量との対応関係をマップに設定したものである。ブースト圧がブースト圧対燃料噴射量マップに適用され、噴射可能な燃料噴射量が読み出される。一方、アクセル開度に基づいて燃料噴射指示量が計算される。噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に満たないとき、アシストが必要と判定される。

判定１〜判定５によるアシストの要否判定結果が１つでもアシストが必要と判定されると、アシストの実行が最終決定される。全てアシストが不要という判定であれば、制御手順を終了する。

アシスト実行のステージＴ３では、アシストバルブ２１が開かれ、空気ブレーキ用エアタンク１８から高圧空気が吸気マニホールド１４に導入される。これによりブースト圧が上昇するので、ＥＣＵでは燃料噴射量を増加させることが可能となる。

ＥＣＵがアクセル開度に基づいて燃料噴射量を増加させると、判定１〜判定５で参照した車両パラメータの値が改善される。すなわち、エンジン出力トルクが前方向傾斜角に対応して必要なトルクに達するか、前方向加速度が加速度下限値に達するか、ブースト圧が圧力下限値に達するか、エンジン回転速度が回転下限値に達し、ブースト圧に対応して噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に達する。このように車両パラメータの値が改善されると、アシストが達成されたと判定する。アシストが終了となり、アシストバルブ２１が閉じられる。この時点では、燃料噴射量の増加に伴い、排気ガス量が増加してターボチャージャ２の回転が促進されているので、ターボチャージャ２から十分な吸入空気量が得られる。

以上の制御の結果、速やかに発進・加速が達成される。

図３に、本発明と従来技術におけるトルクの時間変化を示す。

図示のように、従来技術（アシストなし）では、発進開始直後にトルクが緩やかにしか立ち上がらず、所望するトルク値に達するまでに時間がかかる。本発明では、アシストが実行されるので、発進開始直後あるいは加速開始直後にトルクが俊敏に立ち上がり、所望するトルク値に達するまでの時間が従来より短縮される。このことから、本発明では、速やかに発進・加速が達成されることが分かる。

本発明の発進加速補助装置１によれば、ターボチャージャ２とエンジン３の間に、空気ブレーキ用エアタンク１８から高圧空気を吸気マニホールド１４に導入する高圧空気導入手段１９を設け、発進加速時に高圧空気導入手段１９により吸気マニホールド１４への空気吸入をアシストするようにしたので、速やかに発進・加速が達成される。

本発明の発進加速補助装置１は、特許文献１の吸気装置に比較して、新規な蓄圧タンクを追加する必要がなく、構成が簡素である。

本発明の発進加速補助装置１は、空気ブレーキ用の高圧空気を利用するので、コンプレッサのブースト圧を超えない特許文献１の吸気装置よりも十分に高いブースト圧が得られる。

本実施形態では、ターボチャージャ２は二段式としたが、一段式のターボチャージャであっても本発明は適用できる。

１ 発進加速補助装置
２ ターボチャージャ
３ エンジン
１４ 吸気マニホールド
１８ 空気ブレーキ用エアタンク
１９ 高圧空気導入手段

Claims (6)

1. ターボチャージャとエンジンの間に、空気ブレーキ用エアタンクから高圧空気を吸気マニホールドに導入する高圧空気導入手段を設け、発進時及び加速時に前記高圧空気導入手段により前記吸気マニホールドへの空気吸入をアシストするようにしたことを特徴とする発進加速補助装置。
2. あらかじめ車体の前後の傾斜と発進及び加速に必要なトルクとの対応関係を求めておき、エンジン出力トルクが車体の前後の傾斜に対応するトルクに満たないとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１記載の発進加速補助装置。
3. 車体の前方向の加速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１又は２記載の記載の発進加速補助装置。
4. ブースト圧があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の発進加速補助装置。
5. エンジン回転速度があらかじめ定めた下限値未満のとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の発進加速補助装置。
6. あらかじめブースト圧と噴射可能な燃料噴射量との対応関係を求めておき、ブースト圧に対応する噴射可能な燃料噴射量が燃料噴射指示量に満たないとき、前記アシストを実行することを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の発進加速補助装置。

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