JP4487800B2 - Engine supercharger - Google Patents
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Description
本発明は、吸気通路に配設された電動過給機の回転駆動によりエンジンに対し吸気の過給を行うようにしたエンジンの過給装置に関する技術分野に属する。 The present invention belongs to a technical field related to an engine supercharging device configured to supercharge intake air to an engine by rotational driving of an electric supercharger disposed in an intake passage.
従来より、例えば特許文献1に示されているように、排気ガスエネルギーを用いる排気ガスターボチャージャーに代えて、電動過給機を用いてエンジンに対し吸気の過給を行うようにしたものが知られている。このものは、吸気通路に配設されかつ電動回転駆動によりエンジンに対し吸気の過給を行う電動過給機と、該電動過給機をバイパスするように設けられたバイパス通路と、該バイパス通路に配設された切換弁(バイパス弁)と、上記吸気通路の電動過給機下流側における上記バイパス通路接続部よりも下流側に配設されたスロットル弁とを備えており、電動過給機の作動中は、バイパス弁でバイパス通路を閉じて、吸入空気を電動過給機経由でエンジンに供給する一方、電動過給機の作動停止中は、バイパス通路を開いて、吸入空気をバイパス通路経由でエンジンに供給するようにしている。
Conventionally, for example, as disclosed in
また、例えば特許文献2に示されているように、排気ガスターボチャージャーを補助的に駆動する電動過給機も知られている。そして、この特許文献2では、ドライバの希望トルクの上昇に直接先行するエンジン運転状態の間に電動過給機を予め回転駆動させておくことで、排気ガスターボチャージャーの応答特性を高めるようにしている。
ところで、上記特許文献1のように電動過給機を用いて過給を行う場合、この電動過給機を作動停止状態から作動状態にするときに、電動過給機が必要な回転数となるまでには時間がかかり、電動過給機のレスポンスが悪いという問題があるため、上記特許文献2と同様に、エンジン運転状態として過給領域と予回転領域とを設けて、エンジン運転状態が予回転領域にあるときに、電動過給機を予め回転駆動させておくようにすることが考えられる。この場合、電動過給機の予回転中は、バイパス弁を全開に近い状態にしかつスロットル弁を全閉に近い状態にしておけば、電動過給機の回転により圧力が高められた空気の大部分は、バイパス通路を介して吸気通路の上流側に流れて再び電動過給機に戻るように循環し、スロットル弁を通ってエンジンへ供給される空気流量は少なく抑えられる。そして、過給領域に移行したときに、バイパス弁を閉じかつスロットル弁を開く方向に作動させるようにすれば、電動過給機により圧縮した吸入空気を素早くエンジンに供給することができるようになる。このようにエンジン運転状態が予回転領域にあるときにも、過給領域にあるときと同様に、バイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流を制御するようにすれば、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようになると考えられる。
By the way, when supercharging is performed using an electric supercharger as in
しかしながら、エンジン運転状態が予回転領域にあるときに、実際に電動過給機をどのように回転駆動するかが問題であり、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようにすることは勿論のこと、過給機駆動の消費電力を小さく抑えるようにすることが要求される。 However, when the engine operating state is in the pre-rotation region, it is a problem how to actually rotate the electric supercharger. Of course, it is possible to quickly shift from the pre-rotation region to the supercharging region. That is, it is required to keep the power consumption of the supercharger drive small.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上記のように電動過給機を予回転駆動させておく場合に、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようにするとともに、過給機駆動の消費電力を出来る限り小さく抑えるようにすることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to quickly move from the pre-rotation region to the super-charging region when the electric supercharger is pre-rotated as described above. It is to make it possible to shift and to suppress the power consumption of the supercharger drive as small as possible.
上記の目的を達成するために、請求項1の発明では、エンジンの吸気通路に配設され、電動回転駆動により該エンジンに対し吸気の過給を行う電動過給機と、該電動過給機をバイパスするように設けられたバイパス通路と、該バイパス通路に配設されたバイパス弁と、上記吸気通路の電動過給機下流側における上記バイパス通路接続部よりも下流側に配設されたスロットル弁と、上記エンジンの運転状態が、所定の高負荷側に設定された過給領域にあるとき、上記電動過給機が所定駆動電力以下で回転駆動されるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流を制御する過給制御手段と、上記エンジンの運転状態が、上記過給領域の低負荷側に隣接するように設定された予回転領域にあるとき、上記電動過給機を予め回転駆動させておくための予回転制御手段とを備えたエンジンの過給装置を対象として、上記予回転制御手段を、上記エンジンの運転状態が上記予回転領域にあるとき、上記電動過給機の駆動回転数又は電流を、上記過給領域にて上記エンジンが該予回転領域における現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において上記過給制御手段の制御により該電動過給機の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となるように制御するとともに、上記吐出部の空気流量が、上記過給領域にて上記過給制御手段の制御により上記吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくなるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成した。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, an electric supercharger which is disposed in an intake passage of an engine and supercharges intake air to the engine by electric rotation driving, and the electric supercharger A bypass passage provided to bypass the bypass passage, a bypass valve disposed in the bypass passage, and a throttle disposed downstream of the bypass passage connection portion on the downstream side of the electric supercharger of the intake passage The bypass valve and the throttle valve so that the electric supercharger is rotationally driven at a predetermined driving power or less when the valve and the operating state of the engine are in a supercharging region set to a predetermined high load side. And a pre-rotation region in which the operating state of the engine is set adjacent to the low load side of the supercharging region. When you are on When the engine operating state is in the pre-rotation region, the pre-rotation control unit is intended for an engine supercharging device including pre-rotation control means for rotating the electric supercharger in advance. The driving speed or current of the electric supercharger is calculated when the engine is rotating at the same engine speed as the current engine speed in the pre-rotation area in the supercharging area. The control of the supply control means controls the discharge speed of the electric supercharger so that it becomes the same drive rotation speed or current as when the pressure becomes the predetermined pressure, and the air flow rate of the discharge section By controlling the supercharging control means, the opening degree of the bypass valve and the throttle valve is controlled so as to be smaller than the air flow rate of the discharge part when the pressure of the discharge part becomes a predetermined pressure. Configuration was.
上記の構成により、エンジンの運転状態が過給領域にあるときには、過給制御手段によって、電動過給機が所定駆動電力以下で駆動されるように、バイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流が制御される。一方、エンジンの運転状態が予回転領域にあるときには、予回転制御手段によってバイパス弁及びスロットル弁の各開度並びに電動過給機の駆動回転数又は電流が制御される。この予回転領域では、電動過給機の駆動回転数又は電流は、過給領域にてエンジンが該予回転領域にある現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において上記過給制御手段の制御により電動過給機の吐出部の圧力(吐出圧力)が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となる。これにより、上記所定圧力は、当該エンジン回転数において過給制御手段の制御結果によって電動過給機の吐出部で生じ得る圧力範囲内の圧力であり、エンジン回転数が一定の状態で予回転領域から過給領域に移行したとすると、予回転領域での電動過給機の駆動回転数又は電流は、過給領域で過給制御手段により制御されたときの電動過給機の駆動回転数又は電流に対して大きな差はなく、上記移行に伴う電動過給機の駆動回転数又は電流の変化は小さくて済む。この結果、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようになる。尚、通常は、エンジン回転数が上昇しながら予回転領域から過給領域に移行するが、このときには、エンジン回転数の上昇に合わせて電動過給機の駆動回転数又は電流を変化させればよく、この駆動回転数又は電流の変化はエンジン回転数の上昇に十分追従することができ、レスポンスが低下するようなことは殆どない。 With the above configuration, when the engine operating state is in the supercharging region, the degree of opening of each of the bypass valve and the throttle valve and the electric motor are controlled by the supercharging control means so that the electric supercharger is driven at a predetermined driving power or less. The driving speed or current of the supercharger is controlled. On the other hand, when the operating state of the engine is in the pre-rotation region, the pre-rotation control means controls the opening degree of the bypass valve and the throttle valve and the drive rotational speed or current of the electric supercharger. In this pre-rotation area, the drive speed or current of the electric supercharger is assumed to be the same as the current engine speed in the pre-rotation area. In the above, the control of the supercharging control means has the same driving rotational speed or current as when the pressure (discharge pressure) of the discharge portion of the electric supercharger becomes a predetermined pressure. Thus, the predetermined pressure is a pressure within a pressure range that can be generated in the discharge portion of the electric supercharger according to the control result of the supercharging control means at the engine speed, and the pre-rotation range is maintained when the engine speed is constant. If the transition to the supercharging region, the driving rotational speed or current of the electric supercharger in the pre-rotation region is the driving rotational speed of the electric supercharger when controlled by the supercharging control means in the supercharging region or There is no significant difference with respect to the current, and the change in the driving speed or current of the electric supercharger associated with the transition can be small. As a result, it becomes possible to quickly shift from the pre-rotation region to the supercharging region. Normally, the engine speed increases to the supercharging area while the engine speed increases. At this time, if the drive speed or current of the electric supercharger is changed in accordance with the increase of the engine speed, The change in the driving speed or current can sufficiently follow the increase in the engine speed, and the response hardly decreases.
また、予回転領域では、電動過給機の吐出部の空気流量を、上記過給領域において吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくするので、電動過給機の駆動電力は小さくて済み、よって、過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。 Further, in the pre-rotation region, the air flow rate at the discharge unit of the electric supercharger is smaller than the air flow rate at the discharge unit when the pressure of the discharge unit becomes a predetermined pressure in the supercharge region. The drive power of the machine can be small, so that the power consumption of the turbocharger drive can be kept small.
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記予回転制御手段は、上記電動過給機の吐出部の空気流量を、該電動過給機においてサージングが発生しない最少の空気流量ないしその近傍となるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成されているものとする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the pre-rotation control means sets the air flow rate of the discharge portion of the electric supercharger to a minimum air flow rate at which surging does not occur in the electric supercharger or its It is assumed that each opening degree of the bypass valve and the throttle valve is controlled so as to be in the vicinity.
こうすることで、電動過給機においてサージングの発生しない範囲で、電動過給機の駆動電力を最大限に小さくすることができ、過給機駆動の消費電力を極力小さく抑えることができる。 By doing so, the driving power of the electric supercharger can be reduced to the maximum within the range where surging does not occur in the electric supercharger, and the power consumption of the supercharger drive can be suppressed as small as possible.
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、上記所定駆動電力は、上記電動過給機の定格駆動電力よりも低くかつ上記エンジンでノッキングが生じない最大の駆動電力であるものとする。 According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, the predetermined drive power is lower than a rated drive power of the electric supercharger and is a maximum drive power that does not cause knocking in the engine. To do.
このことで、エンジンでノッキングが発生しない範囲で過給を行うので、過給を有効に行うことができるとともに、過給領域においても過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。 Thus, since supercharging is performed in a range where knocking does not occur in the engine, supercharging can be performed effectively, and power consumption for driving the supercharger can be suppressed even in the supercharging region.
請求項4の発明では、請求項1又は2の発明において、上記エンジンにより駆動されるオルタネータを備えており、上記所定駆動電力は、上記オルタネータの最大発電量相当の出力であるものとする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the alternator driven by the engine is provided, and the predetermined drive power is an output corresponding to the maximum power generation amount of the alternator.
このことにより、電動過給機の駆動電力をオルタネータの発電量で賄うことができるとともに、バッテリからの電力の持ち出しを抑制することができる。よって、オルタネータの発電量と過給機駆動の消費電力との収支関係を維持しつつ、電動過給機を適切に駆動することができる。 As a result, it is possible to cover the driving power of the electric supercharger with the amount of power generated by the alternator, and to suppress the carry-out of power from the battery. Therefore, the electric supercharger can be appropriately driven while maintaining the balance between the power generation amount of the alternator and the power consumption of the supercharger drive.
以上説明したように、本発明のエンジンの過給装置によると、エンジンの運転状態が予回転領域にあるとき、電動過給機の駆動回転数又は電流を、過給領域にて上記エンジンが該予回転領域における現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において過給制御手段の制御により該電動過給機の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となるように制御するとともに、上記吐出部の空気流量が、上記過給領域にて上記過給制御手段の制御により吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくなるように、バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するようにしたことにより、予回転領域での電動過給機の駆動回転数又は電流を、過給領域で過給制御手段により制御されたときの電動過給機の駆動回転数又は電流に対して大きな差がないようにして、予回転領域から過給領域へ高レスポンスで移行することができるとともに、予回転領域での電動過給機の駆動電力を小さくして、過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。 As described above, according to the supercharging device for an engine of the present invention, when the operating state of the engine is in the pre-rotation region, the engine rotation speed or current of the electric supercharger is set in the supercharging region. When the engine speed is the same as the current engine speed in the pre-rotation region, the same as when the pressure of the discharge part of the electric supercharger becomes a predetermined pressure by the control of the supercharging control means The discharge flow rate of the discharge unit is controlled when the pressure of the discharge unit becomes a predetermined pressure by the control of the supercharging control means in the supercharging region. By controlling the opening degree of the bypass valve and throttle valve so that the air flow rate becomes smaller than the air flow rate, the supercharging region can be used to control the driving speed or current of the electric supercharger in the pre-rotation region. Control means It is possible to shift from the pre-rotation region to the super-charging region with a high response so that there is no large difference with respect to the drive rotational speed or current of the electric supercharger when The drive power of the electric supercharger can be reduced, and the power consumption of the supercharger drive can be kept small.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの過給装置を示し、この過給装置は、エンジンに吸入空気を供給するための吸気通路1を備えている。この吸気通路1の上流端部にはエアクリーナ2が配設され、下流端部にはサージタンク3が配設されており、このサージタンク3を介して吸入空気がエンジン4の各シリンダ4aの燃焼室にそれぞれ供給されるようになっている。尚、図1中、5は上記各シリンダ4aの燃焼室から排気ガスを排出するための排気通路であり、6はエンジン4のクランク軸に同期して回転して、吸気バルブの開閉を行うカムシャフトであり、7は吸気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構(VVT)である。
FIG. 1 shows an engine supercharging device according to an embodiment of the present invention, and this supercharging device includes an
上記吸気通路1の長さ方向中間部1には、エンジン4に対し吸気の過給を行う電動過給機11が配設されている。この電動過給機11は、電動機により回転駆動される遠心型圧縮機で構成されていて、この電動機による回転駆動により吸入空気を圧縮してエンジン4(各シリンダ4aの燃焼室)に対し吸気の過給を行うように構成されている。上記電動過給機11の駆動回転数は電動過給機コントローラ12により制御されるようになっている。この電動過給機コントローラ12は、吸気システムコントローラ13からの制御信号に基づいて上記電動過給機11の駆動回転数を制御する。すなわち、吸気システムコントローラ13は、電動過給機コントローラ12を介して電動過給機11の駆動回転数を制御することになる。尚、電動過給機11の駆動回転数に代えて、電動過給機11の駆動電流を制御するようにしてもよい。
An
また、上記吸気通路1にはバイパス通路1aが接続されている。このバイパス通路1aの両端部は、吸気通路1における上記電動過給機11の上流側及び下流側部分にそれぞれ接続されていて、電動過給機11をバイパスするように設けられている。このバイパス通路1aには、バイパス弁駆動アクチュエータにより駆動されるバイパス弁17が配設されている。
A bypass passage 1 a is connected to the
上記吸気通路1の電動過給機11下流側における上記バイパス通路1a接続部よりも下流側には、スロットル弁駆動アクチュエータにより駆動されるスロットル弁18が配設されている。
A
上記バイパス弁駆動アクチュエータ及びスロットル弁駆動アクチュエータは上記吸気システムコントローラ13によりそれぞれ駆動制御されて、バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度が所望の値に設定される。すなわち、吸気システムコントローラ13は、バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度並びに電動過給機11の駆動回転数を制御するものであり、また、これらの制御に加えて、上記可変バルブタイミング機構7やエンジン制御系20を制御するものである。
The bypass valve drive actuator and the throttle valve drive actuator are driven and controlled by the
上記エンジン4のトルク特性は図2のようになっている。上記電動過給機11を作動させない場合には、二点鎖線で示すように、エンジン回転数の低回転側において、その最大に出し得るトルクは比較的小さい。この電動過給機11非作動時に最大に出し得るトルクよりも高いトルクが要求されたときに、電動過給機11が作動されて過給が行われることになる。そして、この過給時には、電動過給機11は所定駆動電力(本実施形態では1kW)以下で回転駆動されるようになっており、該過給時にエンジン回転数の低回転側において、最大で図2の実線のようなトルクが発生することになる。したがって、図2の実線と二点鎖線との間の部分は、所定の高負荷側に設定された過給領域に相当し、エンジン4の運転状態がこの過給領域にあるときには、上記吸気システムコントローラ13によって、電動過給機11が所定駆動電力で駆動されるように、上記バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度並びに電動過給機11の駆動回転数が制御されることになる。このことで、吸気システムコントローラ13は過給制御手段を構成することになる。
The torque characteristics of the
上記所定駆動電力は、上記電動過給機11の定格駆動電力(本実施形態では約2kW)よりも低くかつ上記エンジン4でノッキングが生じない最大の駆動電力である。すなわち、図3に示すように、電動過給機11の駆動電力が1kWを越えたところからノッキングが発生し、このため、ノッキングが発生しないように点火時期をMBT(Minimum Advance for the Best Torque )よりも所定量だけリタードさせるので、その影響を受けて、エンジン出力トルクがMBTよりも低下する。このため、駆動電力が1kWを越えた状態で電動過給機11を駆動してもあまり意味がなく、ノッキングが生じない最大の駆動電力(1kW)以下で過給を行うことにより、過給を有効に行うことができるとともに、過給時における過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができる。
The predetermined drive power is the maximum drive power that is lower than the rated drive power of the electric supercharger 11 (about 2 kW in this embodiment) and that does not cause knocking in the
或いは、上記所定駆動電力は、オルタネータの最大発電量相当の出力(通常、約1kW)としてもよい。こうすれば、電動過給機11の駆動電力をオルタネータの発電量で賄うことができるとともに、バッテリからの電力の持ち出しを抑制することができる。
Alternatively, the predetermined drive power may be an output corresponding to the maximum power generation amount of the alternator (usually about 1 kW). If it carries out like this, while being able to cover the drive electric power of the
図2において二点鎖線よりも低トルク側の部分(斜線を引いた部分)は、上記過給領域の低負荷側に隣接するように設定された予回転領域に相当し、エンジン4の運転状態がこの予回転領域にあるときには、エンジン4に対しては吸気の過給を行わないが、上記電動過給機11を予め回転駆動させておいて、予回転領域から過給領域へ素早く移行できるようにしている。この予回転領域においても、上記吸気システムコントローラ13によって、上記バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度並びに電動過給機11の駆動回転数が制御され、このことで、吸気システムコントローラ13は、過給制御手段に加えて、予回転制御手段をも構成することになる。
In FIG. 2, the portion on the lower torque side (the hatched portion) than the two-dot chain line corresponds to the pre-rotation region set to be adjacent to the low load side of the supercharging region, and the operating state of the
ここで、上記吸気システムコントローラ13における過給制御及び予回転制御動作について図4のフローチャートに基づいて説明する。
Here, the supercharging control and the pre-rotation control operation in the
先ず、最初のステップS1で、各種信号の読み込みを行い、次のステップS2で、サージタンク3内の圧力の目標値である目標サージタンク圧P(以下、圧力については、大気圧に対する圧力比であるとする)を設定し、次のステップS3で、スロットル弁18を通ってエンジン4へ供給される空気流量(体積流量)の目標値である目標空気流量Qを設定する。
First, in the first step S1, various signals are read, and in the next step S2, a target surge tank pressure P (hereinafter, the pressure is a pressure ratio with respect to the atmospheric pressure), which is a target value of the pressure in the surge tank 3. In step S3, a target air flow rate Q that is a target value of the air flow rate (volume flow rate) supplied to the
具体的には、図5に示すように、アクセル開度、エンジン回転数及び変速ギヤの変速比から所定のマップに基づいて要求トルクを求め、図6に示すように、この要求トルクと上記エンジン回転数から過給機付きエンジンモデルの中のエンジンモデルに基づいて目標サージタンク圧P及び目標空気流量Qを設定する。このエンジンモデルの詳細は、図7に示すようになっている。すなわち、上記要求トルク及び上記エンジン回転数からエンジン本体モデルに基づいて必要充填効率CEを求め、この必要充填効率CE、吸気温度及び上記エンジン回転数からエンジン吸気モデルに基づいて目標サージタンク圧Pを設定し、この目標サージタンク圧P、上記吸気温度及び上記エンジン回転数からインマニ流量モデルに基づいて目標空気流量Qを設定する。このインマニ流量モデルは、図8に示すようなマップになっており、目標サージタンク圧Pの位置で横軸に平行に引いた直線と上記エンジン回転数に対応する等エンジン回転数線とが交わる交点の位置に相当する空気流量を、目標空気流量Qとする。 Specifically, as shown in FIG. 5, a required torque is obtained based on a predetermined map from the accelerator opening, the engine speed, and the gear ratio of the transmission gear, and as shown in FIG. A target surge tank pressure P and a target air flow rate Q are set based on the engine model in the engine model with a supercharger from the rotational speed. The details of this engine model are as shown in FIG. That is, the required filling efficiency CE is determined from the required torque and the engine speed based on the engine body model, and the target surge tank pressure P is determined from the required charging efficiency CE, the intake air temperature and the engine speed based on the engine intake model. The target air flow rate Q is set based on the intake manifold flow rate model from the target surge tank pressure P, the intake air temperature, and the engine speed. This intake manifold flow model has a map as shown in FIG. 8, and a straight line drawn parallel to the horizontal axis at the position of the target surge tank pressure P and an equal engine speed line corresponding to the engine speed intersect. Let the air flow rate corresponding to the position of the intersection be the target air flow rate Q.
次のステップS4では、実際のサージタンク圧及びエンジン回転数から判定モデルに基づいてエンジン4の運転状態が過給領域にあるか予回転領域にあるかを判定する。
In the next step S4, it is determined whether the operating state of the
上記ステップS4で過給領域にあると判定されたときには、ステップS5に進んで、電動過給機11の駆動回転数を設定し、次のステップS6で、バイパス弁17の開度を設定し、次のステップS7で、スロットル弁18の開度を設定し、しかる後に、ステップS11に進む。
When it is determined in step S4 that the engine is in the supercharging region, the process proceeds to step S5, where the drive rotational speed of the
一方、上記ステップS4で予回転領域にあると判定されたときには、ステップS8に進んで、電動過給機11の駆動回転数を設定し、次のステップS9で、バイパス弁17の開度を設定し、次のステップS10で、スロットル弁18の開度を設定し、しかる後に、ステップS11に進む。
On the other hand, when it is determined in step S4 that it is in the pre-rotation region, the process proceeds to step S8, where the drive rotational speed of the
上記ステップS11では、電動過給機11に対し電動過給機コントローラ12を介して、上記設定した駆動回転数となるように制御信号を出力するとともに、バイパス弁17のバイパス弁駆動アクチュエータ及びスロットル弁18のスロットル弁駆動アクチュエータに対し、それぞれ上記設定した開度となるように制御信号を出力する。
In step S11, a control signal is output to the
上記ステップS5〜S10の各設定は、具体的には、以下の如く行う。すなわち、図6に示すように、上記目標サージタンク圧P、目標空気流量Q及びエンジン回転数から過給機付きエンジンモデルの過給機吸気系モデルに基づいて電動過給機11の駆動回転数、バイパス弁17の開度及びスロットル弁18の開度を設定する。上記過給機吸気系モデルは図9に示すようなマップになっている。このマップの縦軸は、サージタンク3内の圧力又は電動過給機11の吐出部の圧力(いずれも大気圧に対する圧力比)であり、横軸は、該サージタンク3又は吐出部の空気流量である。このマップにおける等エンジン回転数線については、図8のインマニ流量モデルのマップと同じである。このため、圧力が上記目標サージタンク圧Pとなりかつ空気流量が上記目標空気流量Qとなる座標の位置は、或る等エンジン回転数線上に位置することになる。尚、図9のマップ中、40000rpm等と回転数表示している線は、電動過給機11を当該回転数(一定)で回転させたときの等過給機回転数線である。
Specifically, the settings in steps S5 to S10 are performed as follows. That is, as shown in FIG. 6, based on the target surge tank pressure P, the target air flow rate Q, and the engine rotational speed, the drive rotational speed of the
エンジン4の運転状態が過給領域にあるときにおいては、上記目標サージタンク圧P及び目標空気流量Qが、エンジン回転数がN1である等エンジン回転数線上のA点に相当する値(目標サージタンク圧P=P1、目標空気流量Q=Q1)であったとすると、電動過給機11の駆動は、上記N1の等エンジン回転数線が電動過給機11の等駆動電力線(1kW以下の等駆動電力線)と交わる点(ここでは1kWの等駆動電力線と交わるB点とする)で行うようにする。このときの電動過給機11の駆動回転数は、B点を通る等過給機回転数線の回転数(ここでは約55000rpm)に設定されることになる。B点の圧力は、電動過給機11の吐出部の圧力(吐出圧力)であり、図9ではP2としている。また、B点の空気流量は、該吐出部の空気流量であり、図9ではQ2としている。ここで、図10に示すように、電動過給機11の吐出部の空気の一部は、スロットル弁18ないしサージタンク3を通ってエンジン4へ供給される一方、残りは、バイパス通路1aを介して吸気通路1の上流側に流れて再び電動過給機11に戻るように循環することになる。そして、目標空気流量QがQ1であることから、上記空気流量Q2のうちQ1分が、スロットル弁18ないしサージタンク3を通ってエンジン4へ供給される空気流量となるように、バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度がそれぞれ設定されることになる。このときのバイパス弁17の開度は全閉に近く、電動過給機11の吐出部の空気の大部分は、スロットル弁18ないしサージタンク3を通ってエンジン4へ供給されることになる。
When the operating state of the
一方、エンジン4の運転状態が予回転領域にあるときにおいては、上記目標サージタンク圧P及び目標空気流量Qが、エンジン回転数がN2である等エンジン回転数線上のC点に相当する値(目標サージタンク圧P=P3、目標空気流量Q=Q3)であったとすると、電動過給機11の駆動回転数は、過給領域にてエンジン4が該予回転領域における現在のエンジン回転数(ここではN2)と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において吸気システムコントローラ13(過給制御手段)の制御により該電動過給機11の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数に設定される。本実施形態では、上記所定圧力は、過給領域にてエンジン4がN2の回転数で回転しているとした場合において吸気システムコントローラ13(過給制御手段)により電動過給機11が上記所定駆動電力(1kW)で駆動されたときの該電動過給機11の吐出部の圧力と同一の圧力とする。つまり、所定圧力は、図9において上記N2の等エンジン回転数線が1kWの等駆動電力線と交わるD点の圧力P4である。このD点の空気流量は、吐出部の空気流量であり、Q4としている。そして、電動過給機11の駆動回転数は、上記D点を通る等過給機回転数線の回転数(ここでは約60000rpm)に設定される。このD点は、過給領域でエンジン回転数がN1であるときに電動過給機11が駆動された上記B点に相当する点であり、過給領域でエンジン回転数がN2であれば、D点(或いは、N2の等エンジン回転数線上におけるD点の圧力よりも小さい圧力となる点)で電動過給機11が駆動されることになるので、予回転領域からエンジン回転数がN2で一定のまま過給領域に移行したとすると、予回転領域での電動過給機11の駆動回転数は、過給領域で吸気システムコントローラ13(過給制御手段)により制御されたときの電動過給機11の駆動回転数と同じか又は近い値になる。尚、上記所定圧力は、上記のように電動過給機11が上記所定駆動電力で駆動されたときの該電動過給機11の吐出部の圧力と同一の圧力とする必要は必ずしもなく、過給領域にてエンジン4が予回転領域のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合においてその過給領域での制御結果によって生じ得る圧力範囲内の圧力であればどのような値であってもよい。
On the other hand, when the operating state of the
上記の如く、予回転領域では上記電動過給機11の駆動回転数は、上記D点を通る等過給機回転数線の回転数に設定されるが、電動過給機11はD点で駆動されるのではなく、その回転数を維持したまま、電動過給機11の吐出部の空気流量が、過給領域にて吐出部の圧力が所定圧力(P4)となるように制御されたときにおける該吐出部の空気流量(Q4)よりも少なくなる位置で駆動される。本実施形態では、バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度を制御して、電動過給機11においてサージング(空気の流れが電動過給機11の羽根から剥離して異常振動が生じる現象)が発生しない最少の空気流量となるE点(圧力P5、空気流量Q5(<Q4))で駆動する。このとき、図11に示すように、空気流量Q5のうち目標空気流量Q3分が、スロットル弁18ないしサージタンク3を通ってエンジン4へ供給される空気流量となるように、バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度がそれぞれ設定されることになる。このときのバイパス弁17の開度は全開に近く、電動過給機11の吐出部の空気の大部分は、バイパス通路1aを介して吸気通路1の上流側に流れて再び電動過給機11に戻るように循環することになる。尚、電動過給機11の駆動は、D点を通る等過給機回転数線上におけるE点の近傍(E点よりも空気流量が多い側)であってもよく、D点の近傍(D点よりも空気流量が少ない側)であってもよい。但し、E点やE点に対し空気流量が多い側近傍で駆動する方が、過給機駆動の消費電力をかなり小さく抑えることができる。つまり、D点を通る等過給機回転数線上の任意の点を通る等駆動電力線の駆動電力は、その両者の交点がE点に近いほど小さくなるため、E点を通る等駆動電力線の駆動電力が最も小さくて、1kWよりもかなり小さくなり、この結果、過給機駆動の消費電力を小さく抑えることができるようになる。
As described above, in the pre-rotation region, the driving rotational speed of the
エンジン4の運転状態が、エンジン回転数が一定で予回転領域から過給領域に移行したときには、予回転領域で電動過給機11が例えば上記E点で駆動回転されていて、過給領域では例えば上記D点で駆動されるとすると、電動過給機11の駆動回転数は60000rpmのまま、バイパス弁17の開度を小さくしかつスロットル弁18の開度を大きくする(電動過給機11の吐出部の空気流量Q4のうち、スロットル弁18ないしサージタンク3を通ってエンジン4へ供給される空気流量が、過給領域での目標空気流量Qとなるようにする)だけで、過給領域へ素早く移行できる。但し、通常は、エンジン回転数が上昇しながら予回転領域から過給領域に移行するが、このときには、エンジン回転数の上昇に合わせて電動過給機11の駆動回転数を変化させればよく、この駆動回転数の変化はエンジン回転数の上昇に十分追従することができ、レスポンスが低下するようなことは殆どない。例えばエンジン回転数がN2からN1に上昇して上記E点から上記B点に移行する際には、バイパス弁17及びスロットル弁18の各開度並びに電動過給機11の駆動回転数を制御して、図9において二点鎖線で示す経路で変化させるようにすればよい。また、予回転領域では、電動過給機11の吐出部の空気流量を、該電動過給機11においてサージングが発生しない最少の空気流量となるようにしているので、サージングの発生しない範囲で、電動過給機11の駆動電力を出来る限り小さくして、電動過給機11を駆動する際の消費電力を可及的に小さく抑えることができる。
When the operating state of the
尚、上記ステップS4では、過給領域及び予回転領域のいずれでもないと判定される場合があり、この場合には、上記フローチャートでは省略しているが、電動過給機11が作動停止状態とされかつバイパス弁17が全開状態とされるとともに、スロットル弁18の開度が、一般的に行われている自然吸気(過給なし)の制御と同様に制御される。この場合、エアクリーナ2を通過した吸入空気は、吸気通路1における電動過給機11が配設された部分を通過できないので、バイパス通路1aを通ってスロットル弁18へと流れることになる。
In step S4, it may be determined that neither the supercharging region nor the pre-rotation region is present. In this case, although omitted in the flowchart, the
本発明は、電動過給機の回転駆動によりエンジンに対し吸気の過給を行うようにしたエンジンの過給装置に有用であり、特にエンジン運転状態として、エンジンに対し吸気の過給を行う過給領域と、エンジンに対し吸気の過給を行わないが電動過給機を予め回転駆動させておく予回転領域とを設ける場合に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for an engine supercharging device that performs supercharging of intake air to an engine by rotational driving of an electric supercharger, and in particular, supercharging that supercharges intake air to the engine as an engine operating state. This is useful in the case where a supply region and a pre-rotation region in which the electric supercharger is driven to rotate in advance without supercharging intake air to the engine are provided.
1 吸気通路
1a バイパス通路
4 エンジン
11 電動過給機
13 吸気システムコントローラ(過給制御手段)(予回転制御手段)
17 バイパス弁
18 スロットル弁
DESCRIPTION OF
17
Claims (4)
上記予回転制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記予回転領域にあるとき、上記電動過給機の駆動回転数又は電流を、上記過給領域にて上記エンジンが該予回転領域における現在のエンジン回転数と同一のエンジン回転数で回転しているとした場合において上記過給制御手段の制御により該電動過給機の吐出部の圧力が所定圧力となるときと同一の駆動回転数又は電流となるように制御するとともに、上記吐出部の空気流量が、上記過給領域にて上記過給制御手段の制御により上記吐出部の圧力が所定圧力となるときにおける該吐出部の空気流量よりも少なくなるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 An electric supercharger that is disposed in the intake passage of the engine and supercharges the intake air by electric rotation driving, a bypass passage that is provided to bypass the electric supercharger, and a bypass passage A bypass valve disposed; a throttle valve disposed downstream of the bypass passage connection portion on the downstream side of the electric supercharger of the intake passage; and an operating state of the engine on a predetermined high load side. When in the set supercharging region, the opening degree of the bypass valve and the throttle valve and the driving rotational speed or current of the electric supercharger are set so that the electric supercharger is rotationally driven at a predetermined driving power or less. When the supercharging control means to be controlled and the operating state of the engine are in a pre-rotation region set so as to be adjacent to the low load side of the supercharging region, the electric supercharger is rotationally driven in advance. Pre-rotation for A supercharging device for an engine provided with a control means,
When the operating state of the engine is in the pre-rotation region, the pre-rotation control means is configured to calculate the drive rotational speed or current of the electric supercharger in the super-charging region. When the engine speed is the same as the engine speed, the same drive speed or current as when the pressure of the discharge part of the electric supercharger becomes a predetermined pressure under the control of the supercharging control means. And the air flow rate of the discharge unit is higher than the air flow rate of the discharge unit when the pressure of the discharge unit becomes a predetermined pressure by the control of the supercharging control means in the supercharging region. A supercharging device for an engine, characterized in that each opening degree of the bypass valve and the throttle valve is controlled so as to be reduced.
上記予回転制御手段は、上記電動過給機の吐出部の空気流量を、該電動過給機においてサージングが発生しない最少の空気流量ないしその近傍となるように、上記バイパス弁及びスロットル弁の各開度を制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to claim 1,
The pre-rotation control means is configured so that each of the bypass valve and the throttle valve has an air flow rate at a discharge portion of the electric supercharger that is at or near a minimum air flow rate at which surging does not occur in the electric supercharger. An engine supercharging device configured to control an opening degree.
上記所定駆動電力は、上記電動過給機の定格駆動電力よりも低くかつ上記エンジンでノッキングが生じない最大の駆動電力であることを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to claim 1 or 2,
The engine supercharging device, wherein the predetermined driving power is a maximum driving power that is lower than a rated driving power of the electric supercharger and does not cause knocking in the engine.
上記エンジンにより駆動されるオルタネータを備えており、
上記所定駆動電力は、上記オルタネータの最大発電量相当の出力であることを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to claim 1 or 2,
An alternator driven by the engine,
The engine supercharging device, wherein the predetermined drive power is an output corresponding to a maximum power generation amount of the alternator.
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