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１００は、例えば４つの気筒を有するシリンダ１０２を有し、各気筒の燃焼室１１１には吸気通路１０８及び排気通路１１２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１０８には、その上流側から順次、エアクリーナ１０１、モータ１０３Ｍ駆動のコンプレッサ１０３Ｃを備えた電動過給機１０３、切換制御弁１１４、蓄圧タンク兼通路部３０４、電制スロットル（絞り弁）１０９、エアフローメータ１１５、及びサージタンク１１０が設けられている。
図７に、前記した吸気通路１０８における蓄圧タンク兼通路部３０４、電制スロットル１０９、エアフローメータ１１５、サージタンク１１０、さらに、前記吸気通路１０８における最下流部分を形成する、各気筒の燃焼室１１１に吸気弁１３２を介して連通せしめられる分岐通路部１０８Ｃ、の具体構成例を示す。
ここでは、前記吸気通路１０８の中間部分に、前記蓄圧タンク兼通路部３０４と前記サージタンク１１０とが共有隔壁１４５で仕切られて形成され、前記共有隔壁１４５の中央に前記電制スロットル１０９を収容する円筒状のスロットルボディ１４４が挿着されており、それら吸気通路１０８を構成する蓄圧タンク兼通路部３０４、スロットルボディ１４４、サージタンク１１０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３０４の容積は、前記サージタンク１１０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３０４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１０８Ｃが、例えば仕切壁１２０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１１１においてタンブル流（縦渦）を生成するためのタンブル生成弁１２１が配在されている。このタンブル生成弁１２１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、これによって、前記燃焼室１１１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１０３のモータ１０３Ｍは、マイクロコンビュータを内蔵するコントロールユニット２００からの制御信号をもとに、インバータ２０２により電力を供給され、その回転数が制御される。モータ１０３Ｍ及びインバータ２０２を駆動するための電力は、クランク軸１００ａに同期して駆動される発電手段としてのオルタネータ２０３から得られる。モータ１０３Ｍの出力を考えると、オルタネータ２０３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１０３Ｃ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１０８における前記電動過給機１０３のコンプレッサ１０３Ｃより上流部分１０８Ａから、前記コンプレッサ１０３Ｃをバイパスして、吸気通路１０８における前記コンプレッサ１０３Ｃ（切換制御弁１１４）より下流部分１０８Ｂに導くバイパス通路１０７が設けられており、このバイパス通路１０７にはバイパス制御弁１０４が設けられている。
また、コンプレッサ１０３Ｃにより加圧された空気を排気通路１１２における排気浄化用触媒１１３より上流部分に導く２次空気通路１０６が設けられており、この２次空気通路１０６には２次空気制御弁１０５が設けられている。
コントロールユニット２００には、アクセルセンサ１２６、エアフローメータ１１５、回転数センサ１５１、水温センサ１５２、車速センサ１５３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１４１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１００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、コントロールユニット２００は、それらの信号に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射量、点火プラグ１３５による点火時期、電制スロットル１０９の開度等を制御する。さらに本実施形態では、インバータ２０２のパルス周期を設定して、モータ１０３Ｍの回転数制御を行う。また、バイパス制御弁１０４、切換制御弁１１４、２次空気制御弁１０５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。
コントロールユニット２００は、車速センサ１５３、アクセルセンサ１２６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２０３の発電量を増やすように制御する。そして、インバータ２０２のパルス周波数を上げ、モータ１０３Ｍの回転数、すなわちコンプレッサ１０３Ｃの回転数を増すように制御する。このとき、バイパス制御弁１０４を閉じ、切換制御弁１１４を開けて、前記電動過給機１０３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１０８におけるコンプレッサ１０３Ｃより下流部分１０８Ｂのうちのスロットル１０９より上流部分（蓄圧タンク兼通路部３０４部分等）、及び、バイパス通路１０７のバイパス制御弁１０４より下流部分（以上をまとめて蓄圧部１０８Ｓと称す）に蓄え、言い換えれば、コンプレッサ１０３Ｃの出口圧力を、前記蓄圧部１０８Ｓ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１０９（の開度）は略全閉（アイドル開度、例えば３°）であり、燃焼室１１１への流入空気量は少ないので、電制スロットル１０９を通る空気量よりも多くの空気がコンプレッサ１０３Ｃ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１０８Ｓの内圧は、圧力センサ１５５により検出され、この検出信号もコントロールユニット２００に供給される。蓄圧部１０８Ｓの内圧が、予め定められた設定圧（上限値）、例えば絶対圧で２００ｋＰａに達すると、コントロールユニット２００は、モータ１０３Ｍの回転数を調節するか、又は、バイパス制御弁１０４を開く等して、前記蓄圧部１０８Ｓ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１１４を閉じ、モータ１０３Ｍを停止させ、前記蓄圧部１０８Ｓ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１０８Ｓに蓄え（蓄圧して）おく。なお、オルタネータ２０３の発電量を増すと、これがエンジン１００を減速させようとする力となり、車両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。運転者がアクセルペダル１４１を踏み込むと、アクセルセンサ１２６からの信号により、コントロールユニット２００が加速意図を検知し、電制スロットル１０９の開度を増大させる。これにより、前記蓄圧部１０８Ｓに蓄圧されていた空気がサージタンク１１０及び分岐通路部１０８Ｃを通り燃焼室１１１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２００により、インバータ２０２、モータ１０３Ｍ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が、コンプレッサ１０３Ｃ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きる。
なお、このとき、図示されているように、タンブル生成弁１２１を閉じ、分岐通路部１１９のうちのタンブル生成弁１２１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１１１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１３５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１０５を開き、２次空気通路１０６を通じて、排気通路１１２における排気浄化用触媒１１３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１１１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、これによって、触媒１１３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１０３（のコンプレッサ１０３Ｃ）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か、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、バイパス制御弁１０４を開き、バイパス通路１０７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１０３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１０３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１１４は開けていても閉じていてもよく、モータ１０３Ｍは回転していてもしていなくても良いので、コントロールユニット２００によりインバータ２０２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、コントロールユニット２００が実行する過給制御ルーチンを示すフローチャートである。
このルーチンは、所定の制御周期（例えば１０ｍｓ）をもって繰り返し実行され、まず、ステップ６０１において、アクセルセンサ１２６、エアフローメータ１１５、回転数センサ１５１、水温センサ１５２、車速センサ１５３、圧力センサ１５５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１４１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１０８Ｓの内圧等の、運転者の意図やエンジン１００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６０２、６０３、６０４、６０５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１０８Ｓに蓄圧されているか否か、を判断し、Ｙｅｓ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１０８Ｓに蓄圧されている、と判断された場合はステップ６１１に進む。
ステップ６１１では、水冷オルタネータ２０３の発電量を増やし、続くステップ６１２において、モータ１０３Ｍの回転数、すなわちコンプレッサ１０３Ｃの回転数を上げる制御を行い、ステップ６１３に進む。
ステップ６１３においては、コンプレッサ１０３Ｃ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６１４に進む。
ステップ６１４においては、蓄圧部１０８Ｓ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６１５において、モータ１０３Ｍの回転数、バイパス制御弁１０４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１０３Ｃ及びモータ１０３Ｍの回転数が低いので、ステップ６１６において、蓄圧部１０８Ｓの内圧が設定圧になるまで、バイパス制御弁１０４を閉じ（閉じている場合はそのまま）、切換制御弁１１４を開き（開いている場合はそのまま）、モータ１０３Ｍの回転数を上げるように制御する。
一方、ステップ６０２、６０３、６０４、６０５の判断結果が全てＮｏ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１０８Ｓ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６１３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６０６に進み、バイパス制御弁１０４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１００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１０８Ｓの内圧、及びサージタンク１１０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１０８Ｓの内圧は、前述したように設定圧、例えば、絶対圧で２００ｋＰａまで加圧されている。加速を開始すると、電制スロットル１０９が開き、蓄圧部１０８Ｓに蓄えられた圧縮空気がサージタンク１１０及び分岐通路部１０８Ｃを介して燃焼室１１１に流入し、過給が行われる。これにより、蓄圧部１０８Ｓ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１０３Ｃ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１０８Ｓ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１１０の内圧が大気圧に達した場合は、前述したように、バイパス制御弁１０４が開かれ、バイパス通路１０７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１０９の開度が小さくなり、サージタンク１１０内の負圧が大きくなる。このときは、蓄圧部１０８Ｓの内圧が設定圧に達していないので、前述したように、コントロールユニット２００は、モータ１０３Ｍの回転数を上げる制御を行う。蓄圧部１０８Ｓの内圧が設定圧に達すると、モータ１０３Ｍの回転数、又はバイパス制御弁１０４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１００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１０３を用いて前記蓄圧部１０９Ｓに圧縮空気を蓄えて、前記蓄圧部１０８Ｓ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１００’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１００’では、吸気通路１０８外に別途にアキュムレータ（高圧蓄圧タンク）３０１が設けられ、電動過給機１０３により加圧された圧縮空気を、吸気通路１０８におけるコンプレッサ１０３Ｃの下流（で切換制御弁１１４より上流）から分岐する通路３０５を介して前記アキュムレータ３０１に導き、アキュムレータ３０１に蓄えられた圧縮空気を通路３０６を介して蓄圧部１０８Ｓに導くようにされ、前記通路３０５には逆止弁３０２が設けられ、前記通路３０６には加圧制御弁３０３が設けられている。
アキュムレータ３０１の内圧に対する設定圧（上限値）は、前記蓄圧部１０８Ｓ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１０８Ｓの内圧に対する設定圧力を絶対圧で２００ｋＰａ、アキュムレータ３０１の内圧に対する設定圧を５００ｋＰａとする。アキュムレータ３０１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１０３Ｍの起動特性や、コンプレッサ１０３Ｃの低回転域での流量が小さい場合等でも、蓄圧部１０８Ｓの内圧が高まるまでの間、アキュムレータ３０１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３０１が存在することで、吸気通路１０８（蓄圧部１０８Ｓ）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１０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。
コントロールユニット２００は、車速センサ１５３、アクセルセンサ１２６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２０３の発電量を増やすように制御する。そして、インバータ２０２のパルス周波数を上げ、モータ１０３Ｍの回転数、すなわちコンプレッサ１０３Ｃの回転数を増すように制御する。このとき、バイパス制御弁１０４を閉じ、切換制御弁１１４を開いて、前記電動過給機１０３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１０８Ｓに蓄えるとともに、アキュムレータ３０１にも蓄える（このときは、逆止弁３０２を開き、加圧制御弁３０３を閉じておく）。
かかる減速時には、電制スロットル１０９（の開度）は略全閉（アイドル開度、例えば３°）であり、燃焼室１１１への流入空気量は少ないので、電制スロットル１０９を通る空気量よりも多くの空気がコンプレッサ１０３Ｃ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１０８Ｓの内圧及び前記アキュムレータ３０１の内圧は、それぞれ圧力センサ１５５、１５６により検出され、これらの検出信号もコントロールユニット２００に供給される。蓄圧部１０８Ｓの内圧が、予め定められた設定圧、例えば絶対圧で２００ｋＰａに達すると、コントロールユニット２００は、切換制御弁１１４を閉じ、コンプレッサ１０３Ｃにより加圧された空気を全てアキュムレータ３０１に導入する。そして、アキュムレータ３０１の内圧が、予め定められた設定圧、例えば絶対圧で５００ｋＰａに達すると、コントロールユニット２００は、逆止弁３０２を閉じて切換制御弁１１４を開き、モータ１０３Ｍの回転数を調節するか、又は、バイパス制御弁１０４を開く等して、前記蓄圧部１０８Ｓ及びアキュムレータ３０１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１０８Ｓ及びアキュムレータ３０１に蓄え（蓄圧して）おく。
図１１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１４１を踏み込むと、アクセルセンサ１２６からの信号により、コントロールユニット２００が大きなトルクが必要と判断し、電制スロットル１０９の開度を増大させる。これにより、前記蓄圧部１０８Ｓに蓄圧されていた空気がサージタンク１１０及び分岐通路部１０８Ｃを通り燃焼室１１１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１０３Ｃの回転数が十分高くなければ、逆止弁３０２を閉じたまま、加圧制御弁３０３を開き、アキュムレータ３０１から高圧の圧縮空気を蓄圧部１０８Ｓに導入する。そして、加圧制御弁３０３を開閉制御して、蓄圧部１０８Ｓ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１０３Ｍの回転数を上げ、コンプレッサ１０３Ｃ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１０３Ｃ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３０３を閉じてアキュムレータ３０１から蓄圧部１０８Ｓへの空気供給を停止するが、コンプレッサ１０３Ｃの容量が飽和して蓄圧部１０８Ｓの内圧が下がってくれば、再び加圧制御弁３０３を開き、極力サージタンク１１０の内圧（過給圧）を設定圧に保てるようにする。
図１２（Ａ）、（Ｂ）は、本第２実施形態の過給機付きエンジン１００’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１０８Ｓの内圧、及びサージタンク１１０の内圧の変化を示すタイムチャートである。
停止状態では、前述したように、蓄圧部１０８Ｓの内圧及びサージタンク１１０の内圧は略設定圧になっている。アクセルペダル１４１が踏み込まれ、加速が始まると、蓄圧部１０８Ｓに蓄えられた圧縮空気がサージタンク１１０に流入し、さらに、アキュムレータ３０１に蓄えられた圧縮空気が蓄圧部１０８Ｓに導入される。これにより、アキュムレータ３０１の内圧は設定圧から下がっていくが、サージタンク３０４の内圧は略設定圧に保たれる。その後、コンプレッサ１０３Ｃ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３０３が閉じられてアキュムレータ３０１から蓄圧部１０８Ｓへの空気供給が停止されるが、コンプレッサ１０３Ｃの容量が飽和して蓄圧部１０８Ｓの内圧が下がってくれば、再び加圧制御弁３０３が開かれ、サージタンク１１０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１０９の開度が小さくなるので、コンプレッサ１０３Ｃにより蓄圧部１０８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１１４が閉じられてコンプレッサ１０３Ｃによりアキュムレータ３０１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３０１の内圧が設定圧に達したら、モータ１０３Ｍの回転数を低くするか、バイパス制御弁１０４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１３（Ａ）、（Ｂ）に、本発明の実施形態（２．０Ｌ電動過給車）と従来例（２．０Ｌターボ過給車）の、加速時の車速とサージタンク１１０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（２．０Ｌ）、同じコンプレッサ容量のターボチャージャ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、ア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１４に、本発明の実施形態（電動過給車、２次空気供給）と、従来例（ターボ過給車、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ャーが存在せず、また、２次空気により、排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）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１５、図１６、図１７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、排気エミッションの比較結果を示す。
図１５は、低回転の例として１５００ｒ／ｍｉｎ時のトルクを示している。本発明車は排気量が２Ｌの電動過給車、従来例１、２、３として、それぞれ、排気量が２Ｌのターボ過給車、排気量が２ＬのＮＡ車、排気量が３ＬのＮＡ車の場合が示されている。
従来例１では、図１３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１６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ポンピ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１３３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１７は、モード走行時のＨＣ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、ＨＣ排出量は多くなる。ＮＡ車では排気量が大きいとＨＣ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ＨＣを酸化燃焼させるので、触媒温度の上昇が早く、ＨＣ排出量を抑えることができる。
図１８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ャー、もしくはスーパーチャー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ャーをバ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、ディーゼルエンジンでも本発明を同様に適用することができる。ディーゼルエンジンの過給は、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。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of an engine with an electric supercharger and a control device thereof according to the present invention. The illustrated engine 100 includes, for example, a cylinder 102 having four cylinders, and an intake passage 108 and an exhaust passage 112 are communicated with a combustion chamber 111 of each cylinder via an intake valve and an exhaust valve (not shown), respectively. ing.
In the intake passage 108, an air cleaner 101, an electric supercharger 103 equipped with a compressor 103C driven by a motor 103M, a switching control valve 114, a pressure accumulating tank / passage portion 304, an electric throttle (throttle valve) in that order from the upstream side. 109, an air flow meter 115, and a surge tank 110 are provided.
FIG. 7 shows the accumulator tank / passage 304 in the intake passage 108, the electric throttle 109, the air flow meter 115, the surge tank 110, and the combustion chamber 111 of each cylinder that forms the most downstream portion of the intake passage 108. A specific configuration example of the branch passage portion 108 </ b> C communicated via the intake valve 132 is shown.
Here, the accumulator tank / passage 304 and the surge tank 110 are formed by being divided by a shared partition wall 145 at an intermediate portion of the intake passage 108, and the electric throttle 109 is accommodated in the center of the shared partition wall 145. A cylindrical throttle body 144 is inserted, and the pressure accumulating tank / passage 304, the throttle body 144, the surge tank 110, and the like constituting the intake passage 108 are integrally formed of the same material. As a result, the intake system can be made lighter and more compact, and the reliability can be improved. The volume of the pressure accumulating tank / passage 304 is larger than the volume of the surge tank 110. This is because, as will be described later, high-pressure compressed air is stored (accumulated) and is stably supplied (supercharged) when necessary. The accumulator tank / passage 304 functions also as an intake resonator for suppressing intake pulsation and intake noise.
Further, the branch passage portion 108C is divided into an upper-stage passage portion and a lower-stage passage portion by a partition wall 120, for example, and a tumble flow (longitudinal vortex) is generated in the lower-stage passage portion in the combustion chamber 111. For this purpose, a tumble generating valve 121 is provided. By adjusting the opening degree of the tumble generating valve 121, the ratio of the amount of air flowing through the upper stage side passage portion and the lower stage side passage portion can be changed, whereby the tumble flow generated in the combustion chamber 111 can be changed. Strength is adjusted. By generating the tumble flow in this manner, stable stratified combustion can be realized even with a lean air-fuel mixture, and fuel efficiency can be improved.
The motor 103M of the electric supercharger 103 is supplied with electric power by an inverter 202 based on a control signal from a control unit 200 having a built-in micro computer, and its rotational speed is controlled. Electric power for driving the motor 103M and the inverter 202 is obtained from an alternator 203 as power generation means driven in synchronization with the crankshaft 100a. Considering the output of the motor 103M, the alternator 203 is preferably a water-cooled type that can obtain a large current. In addition, the compressor 103C is a centrifugal type in the present embodiment, but even if it is a positive displacement type, only the target rotation region changes, and either may be used.
On the other hand, in the intake system, air is bypassed from the compressor 103C upstream of the compressor 103C of the electric supercharger 103 in the intake passage 108 and from the compressor 103C (switching control valve 114) in the intake passage 108. A bypass passage 107 leading to the downstream portion 108B is provided, and a bypass control valve 104 is provided in the bypass passage 107.
Further, a secondary air passage 106 is provided for guiding the air pressurized by the compressor 103C to an upstream portion of the exhaust passage 112 from the exhaust purification catalyst 113. The secondary air passage 106 is provided with a secondary air control valve 105. Is provided.
The control unit 200 includes an accelerator sensor 126, an air flow meter 115, a rotation speed sensor 151, a water temperature sensor 152, a vehicle speed sensor 153, and other sensors. Signals corresponding to the driver's intention, the operating state of the engine 100, the traveling state of the vehicle, and the like, such as the rotational speed, cooling water temperature, and vehicle speed, are input, and the control unit 200 uses the fuel injection valve based on these signals. The fuel injection amount, the ignition timing by the spark plug 135, the opening degree of the electric throttle 109, and the like are controlled. Further, in the present embodiment, the pulse cycle of the inverter 202 is set to control the rotation speed of the motor 103M. In addition, opening / closing control of the bypass control valve 104, the switching control valve 114, and the secondary air control valve 105 is also performed.
FIG. 2 shows the operating state of each part when preparing for supercharging. In addition, when preparing for supercharging, there are cases when the vehicle is decelerating, steady running, idle, and starting, but the operating state of each part during deceleration, steady running, and idle is substantially the same. Therefore, here, the case of deceleration will be described as a representative. The case of starting will be described later.
When the control unit 200 determines that the vehicle is in a decelerating state based on signals from the vehicle speed sensor 153, the accelerator sensor 126, and the like, the control unit 200 controls to increase the power generation amount of the water-cooled alternator 203. Then, the pulse frequency of the inverter 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. At this time, the bypass control valve 104 is closed, the switching control valve 114 is opened, the intake air is pressurized and compressed by the electric supercharger 103, and the compressed compressed air is hatched in FIG. In the intake passage 108, ie, the portion upstream of the throttle 109 in the portion 108B downstream from the compressor 103C (such as the pressure accumulating tank / passage 304 portion) and the portion downstream of the bypass control valve 104 in the bypass passage 107 (above) (Collectively referred to as an accumulator 108S), in other words, the outlet pressure of the compressor 103C is accumulated in the accumulator 108S.
At this time, since it is in a deceleration state, the electric throttle 109 (opening degree) is substantially fully closed (idle opening degree, for example, 3 °), and the amount of air flowing into the combustion chamber 111 is small. If more air passes through the compressor 103C than the amount of air passing through 109, the difference is accumulated (accumulated). The internal pressure of the pressure accumulating unit 108S is detected by the pressure sensor 155, and this detection signal is also supplied to the control unit 200. When the internal pressure of the pressure accumulating unit 108S reaches a predetermined set pressure (upper limit), for example, 200 kPa in absolute pressure, the control unit 200 adjusts the rotation speed of the motor 103M or opens the bypass control valve 104. In the same manner, the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S is adjusted to maintain the set pressure. In some cases, the switching control valve 114 can be closed, the motor 103M can be stopped, and the compressed air in the pressure accumulating portion 108S can be held.
In this way, during deceleration (during steady running or idling), compressed air is stored (accumulated) in advance in the accumulator 108S in preparation for the next acceleration. When the power generation amount of the alternator 203 is increased, this becomes a force for decelerating the engine 100, and when the vehicle is decelerating, this works to increase the deceleration of the vehicle like the engine brake. More preferred.
FIG. 3 shows the operating state of each part during supercharging (acceleration). When the driver depresses the accelerator pedal 141, the control unit 200 detects the intention of acceleration based on a signal from the accelerator sensor 126, and increases the opening degree of the electric throttle 109. Thereby, the air accumulated in the pressure accumulating portion 108S flows into the combustion chamber 111 through the surge tank 110 and the branch passage portion 108C. Here, since the air is already compressed and compressed, supercharging is performed more quickly than in the case of intake from atmospheric pressure. For this reason, acceleration and response are improved, and a large torque can be obtained. In this case, the inverter 202 and the motor 103M are controlled by the control unit 200 so as to increase the rotation speed, and supercharging is continued. As the engine speed increases due to acceleration, a larger amount of intake air is required, but supercharging can be continued within a range where the compressor 103C does not cause surging.
At this time, as shown in the drawing, the tumble generating valve 121 is closed and the intake air is sucked only from the upper passage portion of the branch passage portion 119 where the tumble generating valve 121 is not provided, so that even in a supercharged state. A strong tumble flow is generated in the combustion chamber 111, thereby stratifying so that a dense portion of the air-fuel mixture consisting of air and fuel collects in the vicinity of the spark plug 135, and this supercharged stratified combustion causes a lean air-fuel mixture. However, good flammability can be obtained and fuel consumption can be improved.
FIG. 4 shows the operating state of each part at the start (including the warm-up period). 2 is basically the same as the state in which supercharging is prepared, but the secondary air control valve 105 is opened and the exhaust gas in the exhaust passage 112 is opened through the secondary air passage 106 for a predetermined period immediately after starting. Pressurized secondary air is introduced upstream of the purification catalyst 113. Thereby, the unburned hydrocarbon in the exhaust gas discharged from the combustion chamber 111 is oxidized and burned. As a result, unburned hydrocarbons in the exhaust gas can be reduced, and at the same time, the temperature of the exhaust gas can be raised, whereby the catalyst 113 can be quickly raised to the activation temperature, and the exhaust gas at the start can be increased. Gas purification can be promoted.
FIG. 5 shows the operating state of each part at the time of high load and high rotation. Here, the electric supercharger 103 (the compressor 103C) used in the present embodiment is premised on being mainly used in a low load region or a medium load region, that is, a low load region or a medium load. It is designed to be most efficient in the region, and not only can it be supercharged sufficiently in the high rotation and high load region, but it also becomes an intake resistance, which causes the output to decrease. Therefore, at the time of high load and high rotation, the bypass control valve 104 is opened, and the intake air is sucked from the atmospheric pressure using the bypass passage 107. That is, during the air compression operation using the electric supercharger 103, when the engine reaches a high-load high-rotation range and cannot perform the air compression operation by the electric supercharger 103, the air compression operation Switch to natural aspiration mode. That is, during this high load and high rotation, natural intake is performed without supercharging. At this time, the switching control valve 114 may be open or closed, and the motor 103M may or may not be rotating. Therefore, the control unit 200 reduces the control pulse of the inverter 202 to reduce the power consumption. Can be reduced, and fuel consumption can be improved.
FIG. 6 is a flowchart showing a supercharging control routine executed by the control unit 200.
This routine is repeatedly executed with a predetermined control cycle (for example, 10 ms). First, in step 601, sensors such as an accelerator sensor 126, an air flow meter 115, a rotation speed sensor 151, a water temperature sensor 152, a vehicle speed sensor 153, a pressure sensor 155, and the like. The accelerator opening (the amount of depression of the accelerator pedal 141), the intake air amount, the engine speed, the cooling water temperature, the vehicle speed, the internal pressure of the pressure accumulator 108S, etc. A signal corresponding to the driving state is read, and in the subsequent steps 602, 603, 604, 605, based on those signals, whether or not the vehicle is decelerating, whether or not it is just after starting, low load steady driving It is determined whether or not the pressure is accumulated in the pressure accumulating portion 108S. A deceleration, which is immediately after the start-up, is in low-load steady running, is accumulated in the pressure accumulating section 108S, and when it is determined, the process proceeds to step 611.
In step 611, the power generation amount of the water-cooled alternator 203 is increased, and in the subsequent step 612, control is performed to increase the rotational speed of the motor 103M, that is, the rotational speed of the compressor 103C, and the process proceeds to step 613.
In step 613, it is determined whether or not there is a margin in view of the capacity of the compressor 103C, that is, whether or not the engine has reached a high load high rotation range, and it is determined that the high load high rotation time range has been reached. If so, go to Step 614.
In step 614, it is determined whether or not the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S has reached the set pressure. If it is determined that the internal pressure has reached the set pressure, in step 615, the rotational speed of the motor 103M, bypass The control valve 104 is 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 pressure is large or the rotational speeds of the compressor 103C and the motor 103M are low, so in step 616, the internal pressure of the pressure accumulating unit 108S is set. Until the pressure is reached, the bypass control valve 104 is closed (if it is closed, it is open), the switching control valve 114 is opened (if it is open, it is), and control is performed to increase the rotation speed of the motor 103M.
On the other hand, if all the determination results of Steps 602, 603, 604, and 605 are No, that is, not at the time of deceleration, not immediately after starting, not in low-load steady running, and not accumulating in the accumulator 108S. If it is determined, and if it is determined in step 613 that the high load and high rotation time range has been reached (when pressure accumulation is not possible), the process proceeds to step 606 and the bypass control valve 104 is opened (if it is open). As it is), naturally inhale.
FIGS. 8A and 8B show the vehicle speed and the internal pressure of the pressure accumulating unit 108S when a vehicle equipped with the supercharged engine 100 of the first embodiment starts and accelerates from a stopped state and then travels normally. 4 is a time chart showing changes in internal pressure of the surge tank 110.
In the stop state, that is, the idle state, the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S is pressurized to a set pressure, for example, an absolute pressure of 200 kPa as described above. When acceleration is started, the electric control throttle 109 is opened, and the compressed air stored in the pressure accumulating portion 108S flows into the combustion chamber 111 via the surge tank 110 and the branch passage portion 108C, and supercharging is performed. As a result, the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S temporarily falls below the set pressure, but as soon as it falls, the rotational speed of the compressor 103C is increased and the internal pressure is again controlled to the set pressure, so the influence is small.
Thereafter, since the intake amount increases in the latter half of the acceleration, the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S decreases again. Although not shown here, when the internal pressure of the surge tank 110 reaches atmospheric pressure in the latter half of the acceleration, as described above, the bypass control valve 104 is opened and the bypass passage 107 is used for natural intake. Is done.
When the acceleration is finished and the vehicle moves to steady running, the opening degree of the electric control throttle 109 is reduced and the negative pressure in the surge tank 110 is increased. At this time, since the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S has not reached the set pressure, as described above, the control unit 200 performs control to increase the rotation speed of the motor 103M. When the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S reaches the set pressure, the set pressure is controlled to be maintained by the rotation speed of the motor 103M or the opening / closing control of the bypass control valve 104.
In addition, when an idle stop is performed when the vehicle on which the engine 100 is mounted is stopped, compressed air is stored in the pressure accumulating unit 109S using the electric supercharger 103 at the time of the idling stop, and the pressure accumulating unit 108S If the internal pressure is kept at the set pressure, the next start acceleration can be performed more smoothly.
[Second Embodiment]
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the engine with an electric supercharger and the control device thereof according to the present invention. The supercharged engine 100 ′ shown in the figure is basically the same as that of the first embodiment, and therefore, a duplicate description thereof is omitted. In the following, differences from the first embodiment will be mainly described. To do.
In the turbocharged engine 100 ′ of the second embodiment, an accumulator (high pressure accumulating tank) 301 is separately provided outside the intake passage 108, and compressed air pressurized by the electric supercharger 103 is supplied to the intake passage 108. The compressor 103C is led to the accumulator 301 via a passage 305 branched from the downstream of the compressor 103C (upstream from the switching control valve 114), and the compressed air stored in the accumulator 301 is led to the pressure accumulating portion 108S via the passage 306. The passage 305 is provided with a check valve 302, and the passage 306 is provided with a pressurization control valve 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. For example, the set pressure with respect to the internal pressure of the pressure accumulator 108S is set to 200 kPa as an absolute pressure, and the set pressure with respect to the internal pressure of the accumulator 301 is set to 500 kPa. Since the upper limit value 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. Thereby, for example, even when the starting characteristics of the motor 103M and the flow rate in the low rotation range of the compressor 103C are small, the high-pressure compressed air stored in the accumulator 301 is used until the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S increases. Thus, the operability, responsiveness, etc. can be improved, and further, the presence of the accumulator 301 eliminates the need to increase the passage cross-sectional area (volume) of the intake passage 108 (pressure accumulating portion 108S), and is compact. Can be summarized.
FIG. 10 shows the operating state of each part when preparing for supercharging.
In the present embodiment, as in the first embodiment (FIG. 2), a description will be given on the occasion of deceleration, but the basic operation is the same even during steady running, idling, and immediately after starting.
When the control unit 200 determines that the vehicle is in a decelerating state based on signals from the vehicle speed sensor 153, the accelerator sensor 126, and the like, the control unit 200 controls to increase the power generation amount of the water-cooled alternator 203. Then, the pulse frequency of the inverter 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. At this time, the bypass control valve 104 is closed, the switching control valve 114 is opened, the intake air is pressurized and compressed by the electric supercharger 103, and this compressed compressed air is stored in the accumulator 108S, and the accumulator (In this case, the check valve 302 is opened and the pressurization control valve 303 is closed).
At the time of deceleration, the electric throttle 109 (opening degree) is substantially fully closed (idle opening, for example, 3 °), and the amount of air flowing into the combustion chamber 111 is small, so that the amount of air passing through the electric throttle 109 is smaller. If much air passes through the compressor 103C, the difference is accumulated (accumulated). The internal pressure of the accumulator 108S 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. When the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S reaches 200 kPa as a predetermined set pressure, for example, absolute pressure, the control unit 200 closes the switching control valve 114 and introduces all the air pressurized by the compressor 103C to the accumulator 301. . When the internal pressure of the accumulator 301 reaches a predetermined set pressure, for example, 500 kPa in absolute pressure, the control unit 200 closes the check valve 302 and opens the switching control valve 114 to adjust the rotation speed of the motor 103M. Or by opening the bypass control valve 104 or the like so that the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S and the accumulator 301 is adjusted to maintain the set pressure.
In this way, during deceleration (during steady running or idling), the compressed air is stored (accumulated) in advance in the accumulator 108S and the accumulator 301 in preparation for the next acceleration.
FIG. 11 shows the operating state of each part during acceleration. When the driver depresses the accelerator pedal 141, the control unit 200 determines that a large torque is necessary based on a signal from the accelerator sensor 126, and increases the opening of the electric throttle 109. Thereby, the air accumulated in the pressure accumulating portion 108S flows into the combustion chamber 111 through the surge tank 110 and the branch passage portion 108C. Here, since the air is already compressed and compressed, supercharging is performed quickly and a large torque can be obtained immediately compared to the case of intake from atmospheric pressure. For this reason, acceleration and responsiveness are improved.
At this time, if the rotation speed of the compressor 103C is not sufficiently high, the pressurization control valve 303 is opened while the check valve 302 is closed, and high-pressure compressed air is introduced from the accumulator 301 to the accumulator 108S. Then, the pressurization control valve 303 is controlled to be opened and closed so that the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S becomes the set pressure, and during that time, the rotation speed of the motor 103M is increased so that supercharging by the compressor 103C can be performed. Thereby, supercharging can be performed continuously. Thereafter, when the rotation of the compressor 103C increases and sufficient supercharging is possible, the pressurization control valve 303 is closed and the air supply from the accumulator 301 to the pressure accumulating portion 108S is stopped. However, the capacity of the compressor 103C is saturated and the pressure accumulating portion If the internal pressure of 108S decreases, the pressurization control valve 303 is opened again so that the internal pressure (supercharging pressure) of the surge tank 110 can be kept at the set pressure as much as possible.
FIGS. 12A and 12B show the vehicle speed and pressure accumulating unit 108S in the case where the vehicle equipped with the supercharged engine 100 ′ of the second embodiment starts and accelerates from a stopped state and then travels normally. 3 is a time chart showing changes in internal pressure and internal pressure of a surge tank 110.
In the stopped state, as described above, the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S and the internal pressure of the surge tank 110 are substantially set pressures. When the accelerator pedal 141 is depressed and acceleration starts, the compressed air stored in the pressure accumulator 108S flows into the surge tank 110, and further, the compressed air stored in the accumulator 301 is introduced into the pressure accumulator 108S. As a result, the internal pressure of the accumulator 301 decreases from the set pressure, but the internal pressure of the surge tank 304 is maintained at a substantially set pressure. After that, when the rotation of the compressor 103C increases and sufficient supercharging is possible, the pressurization control valve 303 is closed and the air supply from the accumulator 301 to the pressure accumulating unit 108S is stopped, but the capacity of the compressor 103C is saturated. When the internal pressure of the pressure accumulating portion 108S decreases, the pressurization control valve 303 is opened again, and the internal pressure (supercharging pressure) of the surge tank 110 is maintained at a substantially set pressure. Thereafter, when the vehicle moves to steady running, the opening degree of the electric control throttle 109 decreases, so that the internal pressure of the accumulator 108 is increased to the set pressure by the compressor 103C, and the switching control valve 114 is closed and the accumulator 103C is closed. The internal pressure 301 is increased to the set pressure. When the internal pressure of the accumulator 301 reaches the set pressure, the internal pressure of each part is kept at the set pressure by lowering the rotation speed of the motor 103M or opening the bypass control valve 104, etc. Prepare.
FIGS. 13A and 13B show the vehicle speed during acceleration and the internal pressure of the surge tank 110 (2.0L electric supercharged vehicle) and the conventional example (2.0L turbocharged vehicle) according to the present invention. It shows the time change of (supercharging pressure). In the conventional example, a turbocharger having the same displacement (2.0 L) and the same compressor capacity as that of the present invention (embodiment) is mounted. The set pressure is the same.
In the car of this embodiment, when the accelerator pedal is depressed, supercharging starts immediately even from a low speed, and after accelerating quickly, the vehicle moves to steady running. On the other hand, in the conventional turbocharging example, since the amount of exhaust gas is small in the low engine speed range, the rotation speed of the compressor is difficult to increase, and the supercharging pressure cannot be quickly raised. Therefore, the acceleration required time from when the accelerator pedal is depressed until the vehicle speed reaches a predetermined speed is shorter in the present embodiment.
FIG. 14 shows the time variation of the exhaust temperature after start-up in the embodiment of the present invention (electric supercharger, secondary air supply) and the conventional example (turbosupercharger, no secondary air supply). In the present invention vehicle, there is no turbocharger having a large heat capacity in the exhaust system, and unburned hydrocarbons (HC) in the exhaust gas are combusted in the exhaust passage by the secondary air, so the exhaust temperature rises quickly. This can lead to early activation of the catalyst.
15, 16, and 17 show comparison results of output, fuel consumption, and exhaust emission in the embodiment of the present invention (the vehicle of the present invention) and the conventional example.
FIG. 15 shows a 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 2L, and as conventional examples 1, 2, and 3, respectively, a turbocharged vehicle with a displacement of 2L, a NA vehicle with a displacement of 2L, and a NA vehicle with a displacement of 3L The case of is shown.
In the conventional example 1, as described with reference to FIG. 13, since the turbocharger is not supercharged immediately after the accelerator pedal is depressed, the torque is not so much generated, a delay called a turbo lag occurs, and the supercharger is charged after a certain period of time. Rise. On the other hand, the electric supercharged vehicle of the present invention can produce torque equal to or higher than that of Conventional Example 3 with a large displacement from the beginning of acceleration.
FIG. 16 shows the fuel consumption rate during idling as an example of fuel consumption. In general, the greater the displacement, the greater the pumping loss and the worse the fuel consumption rate at low loads. In the vehicle of the present invention, stratified combustion (for example, λ = 3) can be performed by using the air flow (tumble flow) in the combustion chamber 133, so that a conventional example in which homogeneous combustion (theoretical air-fuel ratio: λ = 1) is performed. Compared to the fuel efficiency.
FIG. 17 compares the amount of HC emission during mode travel. In the turbocharged vehicle of Conventional Example 1, the exhaust temperature is unlikely to rise, and as a result, the catalyst temperature rise is delayed and the amount of HC emissions increases. In the NA car, if the displacement is large, the amount of HC emission increases. On the other hand, as described above, the vehicle of the present invention introduces secondary air into the exhaust passage and oxidizes and burns HC for a predetermined period immediately after starting, so that the catalyst temperature rises quickly and the HC emission amount is suppressed. Can do.
FIG. 18 shows a change in output torque with respect to the number of revolutions in the present invention vehicle, Conventional Example 1, Conventional Example 2, and Conventional Example 3. The fully open output torque of the vehicle of the present invention is substantially the same as that of Conventional Example 2, but the torque is lower than that of Conventional Example 2 because the flow rate is insufficient at high revolutions. However, with respect to the conventional example 1, the torque is increased in substantially the entire region. Further, compared with the conventional example 3, the torque is high on the low rotation side and the torque is low on the high rotation side.
In addition, although the said embodiment demonstrated what was equipped with only one compressor (electric supercharger), it is not restricted to this, A multiple or multistage compressor (electric supercharger) is provided, and those operations are carried out. By switching the number of units 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. .
Further, as described above, the compressor used in the embodiment of the present invention is a centrifugal type. However, the compressor is not limited to this, and various types of compressors can be used depending on the use situation.
Furthermore, if an electric supercharger is combined with an existing turbocharger or supercharger, it is possible to deal with a wider operating range. In this case, in order to promote the rise in the exhaust temperature, there are methods such as dividing the exhaust system into two systems and bypassing the turbocharger at the start, and these are also included in the technical scope of the present invention.
In the embodiment of the present invention, a gasoline engine has been described as an example. However, the present invention can be similarly applied to a diesel engine. The supercharging of the diesel engine is more preferable because a larger output can be obtained, and black smoke tends to be reduced by making the air excessive with respect to the fuel.
