JPS6267235A - 内燃機関用電気的制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の過給圧を制御する内燃機関用電気的
制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より内燃機関の比出力を向トさせる方式として、例
えば、特開昭５６−５２１号公報に示されるように、タ
ーボチャーヂャを有する過給機関がある。これは機関の
排ガスエネルギーにてタービンを駆動し、得られた動力
で速度型コンプレッサを駆動し、機関の吸入空気を過給
し、これに応じて燃料供給量を増し機関出力の増大をは
かるものである。但し、従来のターボ機関では低回転域
で排気ガスエネルギーが少ないため、ターボチャーヂャ
の回転数も低く、所望の過給圧が実現できないという問
題があった。

特に低速からの加速性を必要とする車両用エンジンでは
低回転域で排気エネルギーが小さいと共に、ターボロー
タの回転イナーシャによる遅れ、即ちターボラグが発生
するため低速時の加速性を十分に向上できないという問
題があった。

そこでコンプレッサに例えば容積型を用いると共に、機
関の駆動軸より直接ヘルド等で結合し機械的にコンプレ
ッサを駆動する、いわゆるスーパ−チャーヂャを採用す
ることにより、低速域での過給効果を得ることができタ
ーボナヤーヂャ付機関の欠点を解決できるが、容積型コ
ンブレノ４月３１速度型コンプレッサに比較して大型で
車量も大きく、かつ機関とヘルド等を介して機械的に連
結して駆動する必要があるため、機関の出力トルクを消
費する問題がある。

更に始動時等の穫低速回転域では＝１ンプレノサの容積
効率が低下するため所望の過給効果を得る事は困難とな
る問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明では、可変ｉ！電動機にて過給１段を駆動
すると共に電動機回転数を制御して［１標過給圧を実現
する事により、機関の始動性の改善、低速トルクの向上
を実現すると共に、高回転、高負荷時で十分の排気エネ
ルギーがある状態ではターポチャーヂャにより過給する
事により、電気エネルギーを節約し、効率のよい過給装
置を実現することを目的とするものである。

なお、本発明では始動時から所定の過給圧が得られるた
め機関の圧縮比を低減でき、平均有効圧の増大が実現で
きる。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、機関の過給を行なうためのコンプレッサを可
変速制御可能な電動機にて駆動する電動機駆動方式の過
給手段と、機関の回転数や負荷等の運転条件を検出する
だめの運転条件検出器と、機関の吸気マニホルドに配し
た実過給圧を検出する実過給圧検出器と、この実過給圧
と運転条件より算出された目標過給圧に対する誤差を算
出し、！Ｓ誤差に応じた指令信号を発生して、前記電動
機の回転数を制御する電気的演算手段とを備える構成で
あり、実過給圧の目標過給圧に対する誤差を修正するた
めの制御を行なうものである。

なお、過給用コンプレッサを駆動する電動機の電源を車
載用バッテリとする事により、機関の始動時の如き極低
回転域からアイドル運転時の如き低回転低負荷域におい
ても実過給圧を予め計画さく５） れた目標過給圧に従って正確に制ｉｎ−Ｍ能であり、始
動性、低速トルク特性の向トが実現されると共に、機関
の平均有効圧の向−１−が実現される。

また、排気ターボチャーヂャを併用する事によって、機
関の高回転、高負荷域の過給をこれによって行なう事が
可能であるため、前記過給手段の使用領域を適切にオー
バーラツプさせ、この領域を排気ターボチャーヂャで口
碑過給圧が実現されない領域に限定する事によって、車
載バッテリ電源の節約がはかられると共に、電動機駆動
の過給手段の能力を最小限におさえ、システムの小型軽
量化が達成できる。

さらに、電動機駆動される過給手段のコンプレッサとし
ては、例えば遠心コンプレッサを用い、かつ電動機とし
て数万回転程度の無接触型超高速電動機を用い、これを
半導体スイッチング素子を用いた駆動手段で可変速駆動
する方式を用いる事により、所望の過給圧を自山番こ設
定できる。従って、機関の始動時から応答遅れのない過
給が可能となるため、燃焼最高圧一定条件下で平均有効
圧を高め、比出力及び始動性を向上させることができる
。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に従って説明する。

第１図は本発明の一例を示す構成図で、ｌはディーゼル
機関、２は排気ガスにて回転駆動されるターポチャーヂ
ャ、３は機関回転数検出用の回転数センサ、４は機関の
負荷を検出する負荷センサ、５は機関の吸気マニホルド
圧力を検出するための半導体式等の過給圧センサである
。６は電気的演算手段であり、回転数センサ３、負荷セ
ンサ４より検出した機関の回転数及び負荷を基本パラメ
タとして機関１に計画された目標過給圧を演算すると共
に目標過給圧と過給圧センサ５より検出した実過給圧よ
り誤差に応じた指令信号を演算する。

７は電動機駆動手段で指令信号に応じて電動機８の回転
数を制御する。９は電動機８によって駆動されるコンプ
レッサ（圧縮機）で、電動機８の回転数に応じて機関１
の過給圧力を変化させる事ができる。１０は機関１に燃
料噴射を行なうための噴射ポンプで、この噴射量調節用
ランク等の位置を例えばボテンシッメータで検出する事
により負荷を検出する負荷センサ４を構成する事ができ
る。また、噴射ポンプｌＯは機関ｌが４サイクルデイー
ゼルエンジンの場合、クランク軸の半分の回転比のデャ
で駆動され、所定の噴射時期に運転条件に応じた燃料量
を機関１に噴射する。

回転数検出器３は噴射ポンプ１０の駆動ギヤの回転に応
じたパルス信号を電磁ピックアップより検出する。ター
ボチャーヂャ２は機関１の排気エネルギーにてタービン
を駆動し、その駆動力で遠心コンプレッサを駆動し吸気
の過給を行なう構成である。コンプレッサ９は機関ｌの
例えば始動時やアイドル時等の低負荷運転領域でターボ
チャーヂャ２の過給能力が不足する場合に電動機８にて
電気エネルギーで駆動され、過給能力を付加するもので
ある。なお、１１は車両のキースイッチである。

電気的演算手段１０の構成例は第２図に示される。ここ
で、６１はマイクロプロセッサユニット（以下ＭＰＵと
略記）、６２はＡＤコンバータ（ＡＤＣ）及びマルチプ
レクサ（ＭＰＸ）　、６３はランダムアクセスメモリ　
（ＲＡＭ）　、６４はリードオンリーメモリー（ＲＯＭ
）　、６５はＤＡコンバータ（ＤＡＣ）　、６６はパル
ス波形整形回路、６７はバッファ回路である。

ここでキースイッチ１１のキー信号はバッファ回路６７
をへてＭＰＵ６１に入力される。回転数センサ３の回転
信号は波形整形回路６６をへて整形されＭＰＵ６１に入
力される。また、負荷センサ４のラック位置信号や過給
圧センサ５の過給圧に応じた過給圧信号等のアナログ電
圧信号はＡＤコンバータ及びマルチプレクサ６２を介し
てＭＰＵ６１に入力される。

ＭＰＵ６１はこれらの各種の入力信号より機関の運転条
件を検出し、これに対して予め計画された最適な過給圧
の目標値を算出すると共に、この目標値を実現するため
の電動機駆動手段７に対する指令値を発生する。

電気的演算手段６の演算アルゴリズムの例を第７図に示
すフローチャートにて説明する。

キースイッチ１１がオンとなると演算がスタートし、Ｍ
ＰＵ６１はＲＯＭ６４に記憶された演算手順に従って、
演算を進める。ステップ１０１でＭＰＵ６１は運転条件
を各種センサより読み込む。

回転数データは回転数センサ３より回転数に比例した周
波数のパルス信号を得ることができるので、これを計数
する事により得る。又負荷データは負荷センサ４よりラ
ック位置に比例したアナログ信号を入力し、Ａ／Ｄコン
バータ６２を経てＭＰＵ６１に読み込むことにより得、
ＲＡＭ６３にデータを記憶する。

ステップ１０３で回転数データと負荷データを引数とす
る目標過給圧マツプと基本値マツプを二次元マツプ補間
演算する事により目標過給圧データ及び指令値の基本値
データを算出する。ステップ１０４では実際の過給圧を
過給圧センサのアナログ信号よりＡ／Ｄコンバータ６２
を経てＭＰＵ６１へ読み込むことにより検出し、ＲＡＭ
６３に記憶する。

ステップ１０５でＭＰＬＩ６１は目標過給圧データと実
過給圧データとを比較し、両者の誤差より補正値データ
と演算する。ステップ１０６で前記基本値データと補正
値データより指令値データを演算する。

この演算の最も単純なアルゴリズムの例として、基本値
データと補正値データを加算して指令値データを算出す
る例を示す。指令値データをＤｃ、基本値データをり８
、補正値データをり、とし、かつ目標過給圧をＰ。、実
過給圧をＰ、とすると、Ｄｃ　＝Ｄｓ　＋　ＤＴ　＝Ｄ
ｗ　＋Ｋ　（Ｐｏ　　Ｐ　ｔ　）となる。ここでＫは定
数である。

ステップ１０７で最終的な指令値データＤ、をＤ／Ａコ
ンバータ６５を経てアナログ電圧の指令電圧■、として
出力する。

本例では指令値の演算アルゴリズムとして基本値を目標
過給圧に対する実過給圧の誤差に比例した補正値にて補
正する例を示したが、その他に誤差の積分値や微分値を
算出して補正するいわゆるＰＩＤ補正を行なう事により
制ｉｌｌ　１４を向−１，さ干る事が可能である。

第３図は電動機駆動１段７の回路構成の・例を示す図で
ある。この図で７１は電圧−周波数変換回路、７２は三
相駆動信号発生回路、７３は三相全波出力回路で、負荷
の電動機８として三相誘導電動機を接続した例を示ず。

電圧−周波数変換回路７１は指令電圧ｖｃＣご比例した
繰り返し周波数の指令パルスを発／ｌする回路で、具体
的な回路図の一例を第４図に示す。この図で前段の演算
増幅器７４はコンデンサ７５、抵抗７６．７７の時定数
で指令電圧ｖｃを積分する積分回路を構成し、後段の比
較器７８にて矩形波のパルス電圧に変換して、指令電圧
Ｖ、に比例した繰り返し周波数の指令パルスを発生する
。なお、７９は充放電切換用トランジスタである。

三相駆動信号発生回路７２の一例は第５図に示される。

ここでは東芝製ドライバ素子（型式名１゛ｒ）６２８０
３Ｐ）を使用した例を示し、このドライバ素子のＣＫ端
子に電圧−周波数変換回路７１の発生する指令パルスを
印加すると共に、本素子を三相１−２相励磁モードで使
用する事により、φ１．φ２．φ３端子に三相半波駆動
パルスを得る。そこでφ１．φ２．φ３端子をそのまま
す、。

ｂ、　、ｂ、信号として出力すると共にインバータを経
てｂ４、ｂ３、ｂ、信号を出力する事により、三相全波
駆動パルスを発生する。これらＣＫ端子に印加されるク
ロック信号ＣＫと出力端す、。

ｂ！、ｂ３、ｂｌ、ｂｌ、ｂ、の駆動信号のタイムチャ
ートは第８図に示される。

第６図は三相全波出力回路７３でトランジスタ８１．８
２，８３．８４．８５．８６の各ヘースに三相駆動信号
発生回路７２の駆動信号ｂ１゜ｂ２、ｂｌ、ｂｌ、ｂ３
、ｂ６を印加する事により出力端Ｕ、Ｖ、Ｗに接続され
た電動機８を三相駆動する事が可能である。従って本例
では、電動機駆動手段７は可変周波数三相全波インバー
タを構成し、負荷の三相誘導電動機８を可変周波数制御
する事によって指令値に応じた回転数で変速制御するこ
とができる。なお、８０は車載バッテリであり各トラン
ジスタに並列接続されたダイオード８７，８８．８９，
９０，９１．９２はエネルギー回生用である。そして、
電動機８の駆動軸に遠心コンプレッサ９のロータが直結
されており、その回転数に応じた過給能力を発？Ｌ　Ｌ
、機関１を過給する。

以−トの構成の作動を説明する。キー５ＷＩＩがオンと
なると本装置は作動状態に入り、電気的演算手段６は機
関１の運転条件に応じた目標過給圧及び基本値を演算す
ると共に、過給圧センサ５より検出された実過給圧と比
較し補正（直を演算して、前記基本値をこの補正値で補
正して指令値を演算する。電動機駆動手段７は指令値に
応じた周波数で電動機８を駆動するため、この回転数に
応じてコンプレッサ９は回転駆動され過給圧を発仕し、
目標過給圧に対する実過給圧の誤差を修正することがで
き、機関ｌを予め８１画された過給圧にて運転する事が
可能となる。

即ち始動時から低速運転域では機関１の排気エネルギー
は小さいためターボチャーヂャ２で過給圧を発生する事
は出来ない。この状態で機関の過給は主として電動機駆
動のコンプレッサ９より過給が行われ、過給圧は計画値
を満足する事ができるため、機関１は始動時でも例えば
２〜３気圧に過給できるため、圧縮比１０程度の低い低
圧縮比機関でも圧縮着火運転が可能となる。

また、中速中負荷以上の運転条件で排気エネルギーが十
分得られターボチャーヂャ２が必要な過給能力を発揮す
る状態では、ターボチャーヂャ２によって実過給圧は目
標過給圧に達するため電気的演算手段６の指令値も低い
値となるため電動機駆動手段７の駆動周波数も下り電動
機８へ供給される電気的エネルギーはほとんど零か場合
によってはコンプレッサ９をへてエネルギー吸収が可能
であり、逆に電気エネルギーを発生する発電制動をかけ
て実過給圧が目標過給圧を超過する分をおさえる事も可
能であり、この場合に電動機８は電動機駆動回路７を経
て排気エネルギーの一部を電力として回生じ、車載バッ
テリを充電する事ができる。

なお、本例では電動機８はターボチャーヂャ２とは別の
コンプレッサ９を駆動し過給する例を示したが、ターボ
チャーヂャ２と電動機８の軸を直結もしくは連結して駆
動する事によりコンプレッサ９を省略する事も可能であ
る。

また、電気的演算手段による目標過給圧の演算方法とし
て回転数と負荷を基本的運転条件とする二次元マツプよ
り演算する例を示したが、回転数とキースイッチの信号
より始動時（例えば、極低回転かつキースイッチオン）
を判定し、始動時は目標過給圧を通常運転時より高く設
定する事により、始動性の向上をはかる事も可能である
。

さらに機関の運転条件のうち負荷を検出するため燃料噴
射ポンプの燃料調節部材の位置を検出する例を示したが
、アクセル操作量をボテンシッメータで検出すると共に
回転数とアクセル操作量を変数として電気的演算手段で
目標過給圧を算出する事も可能である。目標過給圧はさ
らに機関の冷却水温によって補正する事により機関の過
給圧をより適切に制御する事が可能となる。

〔発明の効果〕

以上の如く本発明では、指令信号に応じて回転数を変速
制御可能な電動機にて駆動される過給手段を備え、機関
の目標過給圧と実過給圧との誤差に応じて前記過給手段
を制御する事を特徴としており、機関の始動時、低速低
負荷時がら高速高負荷時までの全運転域にわたって最適
な過給圧を実現できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成の一例を示す全体構成図、第２図
は第１図中の電気的演算手段の一例を示す構成図、第３
図は第１図中の電動機駆動手段の一例を示す構成図、第
４図は第３図中の電圧−周波数変換回路の電気回路図、
第５図は第３図中の三相駆動信号発生回路の電気回路図
、第６図は第３図中の三相全波出力回路の電気回路図、
第７図は電気的演算手段における処理手順を示すフロー
チャート、第８図は電動機駆動手段の各部信号波形を示
すタイムチャートである。 １・・・内燃機関、２・・・ターボチャーヂャ５３・・
・回転数センサ、４・・・負荷セン号、５・・・過給圧
センサ。 ６・・・電気的演算手段、７・・・電動機駆動手段、８
・・・電動機、９・・・コンプレッサ、ＩＯ・・・噴射
ポンプ。 １１・・・キースイッチ、６１・・・ＭＰ［Ｊ。 代理人弁理士　岡　　部　　　隆 第７図 第８図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）指令信号に応じて電動機の回転速度を変速制御可
   能な電動機駆動手段と、 内燃機関の吸気系に備えられ前記電動機にて駆動される
   過給手段と、 前記機関の吸気マニホルドの圧力を検出することによっ
   て実過給圧を検出する実過給圧検出器と、前記機関の運
   転条件を検出するための各種の運転条件検出器と、 該運転条件検出器より得た運転条件検出信号及び前記実
   過給圧検出器より得た実過給圧信号より目標過給圧に対
   する実過給圧を修正するための指令信号を演算する電気
   的演算手段とを備え、該指令信号にて前記電動機の回転
   速度を変速制御する事を特徴とする内燃機関用電気的制
   御装置。
2. （２）前記電気的演算手段は、機関の回転数と負荷を基
   本的運転条件として目標過給圧を演算すると共に、前記
   実過給圧検出器より検出した実過給圧と前記目標過給圧
   とを比較し両者の誤差に応じた補正値を演算し、さらに
   前記回転数、負荷より前記指令信号の基本値を演算し、
   該基本値を前記補正値で補正する事により、前記指令信
   号を演算する事を特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の内燃機関用電気的制御装置。
3. （３）前記電気的演算手段は、キースイッチと回転数よ
   り機関の始動状態を判定し始動時用の目標過給圧を演算
   する事を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   に記載の内燃機関用電気的制御装置。