JPH09317485A - 過給機付きエンジンシステムとその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の過給圧の制御のレスポンスをよく
し、ノッキングの限界の過給圧で過給する。 【解決手段】 エアクリーナ７を経た空気を圧縮してエ
ンジンシリンダ９内に送り込む圧縮機１と、該圧縮機１
の回転を任意の回転数に制御することが可能な電動機１
７と、この電動機１７に信号を送り圧縮機１の回転数を
制御するコントローラ１４と、エンジンのノッキングを
検出するノッキング検出手段１３と、圧縮機１をバイパ
スしてエアクリーナ７からシリンダ９へ空気を導くバイ
パス流路１２に設けられたバイパス弁１８と、前記ノッ
キング検出手段の出力を入力とし、該入力に基づいて圧
縮機１を任意の回転数に調節するとともに前記バイパス
弁１８の開度を調節するコントローラ１４と、を含んで
過給機付きエンジンシステムを構成し、過給中にノッキ
ングが発生したときは、圧縮機１の回転を低下させ、ノ
ッキングがないときは圧縮機１の回転を上昇させるよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の出力及び
トルクを向上する過給機付きエンジンシステム及びその
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の過給機付きエンジンシステムの例
を図６に示す。従来の過給機付きエンジンでは、圧縮機
１は、エンジンのクランク軸２に取付けられているクラ
ンクプーリ３と圧縮機１の回転軸４に取付けられている
プーリ５をベルト６によって連結して設置されており、
動力はクランク軸２からエンジンの回転によって供給さ
れている。また、排気ガスで駆動される遠心式圧縮機
（ターボチャージャー）を用いた場合は、エンジン回転
数が低回転のとき、排気管１０内の排気ガスの流量が少
ないためタービンが過給に必要な回転まであがらず、過
給効果が少ない。

【０００３】吸気行程では、エンジンに供給される燃焼
用の空気は、エアクリーナ７を通り圧縮機１で圧縮さ
れ、吸気管８を通ってシリンダ９に吸入される。吸気管
８内にはエンジン回転数が高くなったときにエンジンが
ノッキングを起こさないように過給圧があるレベル以上
になると圧縮空気を吸気管８外に放出するために開くウ
エイストゲートバルブ３３が放出手段として設けてあ
る。その後エンジンが排気行程になると、シリンダ９の
排気ガスは排気管１０から排出される。従来のシステム
においては、エンジン始動時においても圧縮機１は駆動
されているため、空気の流路は直列に構成されている。

【０００４】また、エンジンの排気ガスの排気流量及び
排気圧力を利用して過給を行うターボチャージャーで、
ターボチャージャーの回転軸に電動機を結合し、エンジ
ンのノッキング信号によってターボチャージャーの回転
軸に取り付けられている電動機の給電のオン−オフを制
御するという例は特開平2-181025号公報に示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の過給機付きエン
ジンにおいて、エンジン回転数が低回転である場合、圧
縮機の体積効率は非常に悪く、空気自体はほとんど圧縮
されていないというよりもむしろ流路抵抗となっている
問題がある。また、上記従来の技術で述べられているよ
うに、エンジンの回転数が高くなって過給圧が高くると
エンジンにノッキングが発生する恐れがある。ノッキン
グが発生するとシリンダ内に一部高温となる場所（以下
ホットスポットと呼ぶ）が生じ、１部異常に高温となっ
てピストンを溶解するなどの事故が発生する。このノッ
キングを回避するために従来技術ではプリセットした圧
力で開くウエイストゲートバルブを吸気管に備えてお
り、吸気管内圧力がプリセットされた圧力レベルを超え
た場合、エンジンのノッキングを回避するために、せっ
かく圧縮した圧縮空気をウエイストゲートバルブを介し
て大気中に放出してエネルギーを無駄にしている。また
ターボチャージャーの回転軸に電動機を結合し、ターボ
チャージャーの回転を電動機によって助勢駆動する方式
については、回転数が十数万rpmに達するターボチャー
ジャーを電動機で回転させることは非常に困難であり、
また、電動機の給電をオフとしても、遠心式圧縮機の慣
性力による影響と排気圧を利用していることにより急激
な過給圧の低下が困難であり、レスポンスの早い過給圧
制御は難しいという問題がある。

【０００６】本発明の課題は、過給圧の制御のレスポン
スをよくし、ノッキングの限界の過給圧で過給するにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第１の手段は、エアクリーナを経た空気を
圧縮してエンジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機
と、該容積式圧縮機の回転をオン−オフもしくは任意の
回転数に制御することが可能な電動機もしくは動力伝達
機と、前記電動機もしくは動力伝達機に信号を送り前記
容積式圧縮機の回転数を制御するコントローラと、エン
ジンのノッキングを検出するノッキング検出手段と、前
記容積式圧縮機をバイパスしてエアクリーナからシリン
ダへ空気を導くバイパス流路に設けられ、前記コントロ
ーラからの信号によって開度が調節されるバイパス弁
と、を含んでなる過給機付きエンジンシステムにおい
て、前記コントローラは、前記ノッキング検出手段の出
力を入力とし、該入力に基づいて前記容積式圧縮機をオ
ン−オフもしくは任意の回転数に調節する機能を持つも
のであることを特徴とする。

【０００８】また上記課題を解決するための本発明の第
２の手段は、エアクリーナを経た空気を圧縮してエンジ
ンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンのノ
ッキングを検出するノッキング検出手段と、前記容積式
圧縮機をバイパスしてエアクリーナからシリンダへ空気
を導くバイパス流路に設けられ、前記コントローラから
の信号によって開度が調節されるバイパス弁と、を含ん
でなる過給機付きエンジンシステムにおいて、前記コン
トローラに、前記ノッキング検出手段の出力を入力と
し、該入力に基づいて前記バイパス弁の開度調節をする
機能を持たせたことを特徴とする。

【０００９】また上記課題を解決するための本発明の第
３の手段は、エアクリーナを経た空気を圧縮してエンジ
ンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンのノ
ッキングを検出するノッキング検出手段と、コントロー
ラの制御信号に基づいてエンジンの吸排気弁の開閉タイ
ミングを制御する機構と、を含んでなる過給機付きエン
ジンシステムにおいて、前記コントローラは、前記ノッ
キング検出手段の出力を入力とし、該入力に基づいて前
記吸排気バルブの開閉タイミングを調節するものである
ことを特徴とする。

【００１０】また、上記課題を解決するための本発明の
第４の手段は、エアクリーナを経た空気を圧縮してエン
ジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンの
ノッキングを検出するノッキング検出手段と、吸気管内
に設けられコントローラの制御信号により開閉して吸気
管内の圧縮空気を吸気管外に放出する放出手段と、を含
んでなる過給機付きエンジンシステムにおいて、前記コ
ントローラは、前記ノッキング検出手段の出力を入力と
し、該入力に基づいて前記放出手段の開閉を制御するも
のであることを特徴とする。

【００１１】また上記各手段の圧縮機の動力源として
は、エンジンのクランク軸からの動力を増速する増速機
（動力伝達機）を介して回転数を上げて圧縮機動力とす
る方法と、モータによって圧縮機を駆動する方法があ
る。

【００１２】上記課題を解決するための本発明の第６の
手段は、エンジンを始動するときに動作するスタータモ
ータを動力源として圧縮機を駆動し、圧縮機とスタータ
モータを一体化することによってコンパクト化を図るも
のである。

【００１３】本発明の第１の手段においては、モータも
しくは増速機によって圧縮機回転数を高めることがで
き、体積効率を落とすことなく高圧縮の空気を送り出す
ことができる。そのため、エンジンが低回転の場合にお
いても、十分な圧縮空気をエンジンに送ることができ
る。さらにエンジンのノッキングの有無を前記コントロ
ーラにフィードバックし、前記コントローラからの信号
によって過給機をオン−オフもしくは任意の回転数に調
節するから、ノッキング限界ぎりぎりの高い過給圧を供
給できる。これにより、エンジンの、特に低回転時の、
出力、トルクを向上することができる。本手段では、容
積型圧縮機を用いているため、圧縮機が回転している場
合はバイパス通路は必要ではないが、圧縮機が停止して
いる場合は圧縮機からは空気が流出しないため、バイパ
ス通路が必要となる。しかし、従来技術で述べたような
ターボチャージャーのように回転数を十数万rpmとする
必要はなく、数千rpmで良いため、従来のモータを使用
することができる利点がある。

【００１４】本発明の第２から第４の手段は、この過給
圧の制御を圧縮機の回転数を制御する以外の方法で制御
するものであり、第１の手段と同様な効果を得ることが
できる。

【００１５】また本発明の第６の手段は、エンジンを始
動するときに動作するスタータモータを動力源として圧
縮機を駆動するもので、スタータモータと圧縮機を一体
化することにより、新たにモータをとりつける必要がな
くなり、エンジンルーム内のスペース確保、軽量化、低
コスト化を図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に本発明の第１の実施の形態
である過給機付きエンジンシステムを示す。図１に示す
過給機付きエンジンシステムは、エアクリーナ７と、エ
アクリーナ７の出口を容積式圧縮機（以下、圧縮機とい
う）１を介してシリンダ９に接続する空気流路と、圧縮
機１上流側の空気流路と圧縮機１下流側の空気流路をバ
イパス弁１８を介して接続するバイパス流路１２と、前
記圧縮機１を駆動するモータ１７と、前記シリンダ９に
内装されたピストンで駆動されるクランク軸２と、前記
バイパス流路１２下流端と空気流路の接続点より下流側
の空気流路（以下、バイパス流路１２下流端と空気流路
の接続点より下流側の空気流路を吸気管８と呼び、該接
続点より上流の空気流路を圧縮機通路１１と呼ぶ）に設
けられてシリンダ９に流入する空気流量を制御するスロ
ットルアクチュエータ２０と、吸気管８とシリンダ９の
接続部に設けられた吸気弁２６と、シリンダ９から排気
を送り出す排気管１０と、シリンダ９と排気管１０の接
続部に設けられた排気弁２１と、前記バイパス弁１８を
駆動するアクチュエータ１９と、アクチュエータ１９及
びモータ１７を制御する制御手段であるコントローラ１
４と、前記シリンダ９のシリンダヘッドに設置されシリ
ンダに注入された燃料に点火する点火プラグ２５と、シ
リンダ９の外周に設置されてシリンダ９の振動によって
エンジンのノッキングを検出するノッキング検出手段１
３と、を含んで構成されている。ノッキング検出手段１
３の出力側は前記コントローラ１４に接続され、エンジ
ンのノッキングを検出したら、ノッキング発生を示す信
号を出力する。

【００１７】エンジンに流入する空気は、エンジンが吸
気行程となった時、エアクリーナ７から圧縮機１を通っ
て吸気管８へ向かう圧縮機通路１１と、圧縮機をバイパ
スして吸気管８に向かうバイパス流路１２の２系統の流
路から吸気管８に流入する。吸気管８に流入した空気
は、吸気管８内に設けられたスロットルアクチュエータ
２０、及び吸気弁２６を通ってシリンダ９に流入する。
またエンジンが排気行程になった時は排気弁２１が開
き、排気ガスは排気管１０を通って流出する構成となっ
ている。圧縮機通路１１とバイパス流路１２は吸気管８
上流で合流する。バイパス流路１２内にはバイパス流路
１２を流れる空気の流量を調節するバイパス弁１８があ
り、このバイパス弁１８をコントローラ１４の信号によ
って開閉するアクチュエータ１９が設けられている。こ
のバイパス弁はリード弁のような１方向のみ空気を通す
ような弁であってもよい。また、圧縮機１を駆動するモ
ータ１７は、コントローラ１４からの信号によりオンー
オフもしくは回転数を制御され、モータ１７の回転軸は
圧縮機１の回転軸と接続されている。ただし、この圧縮
機１の駆動は、エンジン回転による回転力をエンジンク
ランク軸プーリから動力伝達機（以下、増速機という）
を介して得てもよい。この場合、エンジン始動時の低回
転のときにエンジンクランク軸の回転数を増速し圧縮機
１の駆動に十分な回転数で取りだすことができるように
しておく。

【００１８】以上のような構成によって本実施例の過給
機付きエンジンシステムは構成される。

【００１９】次に上記構成の過給機付きエンジンシステ
ムの動作を説明する。本実施例ではエンジン始動時には
２通りの制御を行うことが可能である。１つめの制御
は、エンジン始動時において、エンジンはスタータモー
タ（図示せず）によってクランキングを開始する。この
時コントローラ１４はモータ１７に回転開始の信号をだ
すと同時にバイパス弁１８が全閉となるようにアクチュ
エータ１９に信号を出す。この時、空気はエアクリーナ
７を通り圧縮機１で圧縮され吸気管８を通り、スロット
ルアクチュエータ２０、及び吸気弁２６を経てシリンダ
９内に流入する。圧縮機１で圧縮された空気の温度は上
昇し、燃料の蒸発を助けると共にシリンダ９内温度を上
昇させることによってエンジン始動性を向上することが
できる。

【００２０】２つめの制御としては、エンジン始動時に
おいて、コントローラ１４はバイパス弁１８が全開とな
るようにアクチュエータ１９に信号を出す。この時モー
タ１７は回転をしなくてもよいが、後に述べる第５の実
施の形態のようにスタータモーターと圧縮機を一体化し
た場合、始動時におけるスタータの圧縮機にかかる負荷
を低減することができる。空気は、モータ１７が回転し
ない場合は、エアクリーナ７からバイパス流路１２を経
て吸気管８を通りシリンダ９内に流入する。モータ１７
が回転している場合は、空気の流れる経路は、圧縮機１
を経て圧縮機通路１１を通る経路とバイパス流路１２を
通る系統の２系統となり、両系統が一緒になって吸気管
８からシリンダ９へと流入する。この場合、圧縮機１に
よって圧縮された空気の圧力はバイパス弁１８を通って
圧縮機１の上流側に帰還され、シリンダ９内に流入する
空気はほとんど圧縮されない。

【００２１】次にエンジンが始動した後の動作について
以下に説明する。エンジンが始動した後の動作は、モー
タ１７の作動とバイパス弁１８の開閉度からまた２通り
の状態に大別できる。過給を行わない場合と、過給を行
う場合である。

【００２２】１つめの過給を行わない場合は、運転者が
大出力を欲していないときで、エンジンは自然吸気エン
ジンのように負圧による吸気を行う。コントローラ１４
が、運転者が大出力を要求していないことをスロットル
開度、車速、車両の加速度等から判断し、モータ１７の
回転を止めると共にバイパス弁１８を全開とする。空気
は、エアクリーナ７からバイパス流路１２を通り、吸気
管８を経て、シリンダ９に流入する。

【００２３】２つめは、運転者が大出力を欲していると
きであって、過給を行うときである。コントローラ１４
が運転者が大出力を欲している状況を前記したような手
法によって判断し、モータ１７を起動して圧縮機１を回
転させる共にバイパス弁１８を全閉とする。空気はエア
クリーナ７を通り圧縮機によって圧縮された後圧縮機通
路１１、吸気管８を通って、シリンダ９に流入する。こ
の時に問題となるのはエンジンのノッキング現象であ
る。ノッキングはエンジンの回転数、負荷状況によって
シリンダ９内にホットスポットが発生して生じ、長期間
存続するとシリンダの溶解等の事故がおこる。このノッ
キングを回避するため、従来技術では点火プラグ２５の
点火タイミングを正常時期から遅らせている。

【００２４】しかし、従来技術ではエンジンの負荷状況
によっては、ノッキングが起こるまで過給しきれていな
い状況があり得る。つまり、過給圧がノッキングを生じ
るほど高くなっていない、過給圧にまだ充分な余裕があ
る場合がある。本実施例ではこの点について鑑みてい
る。本実施例ではエンジンのノッキングを検出するノッ
キング検出手段１３を設けており、エンジンがノッキン
グを起こすとノッキング検出手段１３からの信号によっ
てコントローラ１４は、モータ１７の回転数を下げ、モ
ータ１７に直結されている圧縮機１の回転数を下げるこ
とによって過給圧を低下させる。過給圧を下げたことに
よってエンジンがノッキングを起こさなくなった場合は
ノッキング検出手段１３からの信号によってコントロー
ラ１４は再度モータ１７の回転数を上げてやり、過給圧
を上昇させる。つまり、エンジンのノッキングの有無を
ノッキング検出手段１３およびコントローラ１４を介し
てモータ１７の回転数にフィードバックさせ、過給圧の
コントロールをする。

【００２５】この制御によってエンジンの任意の状況下
において、エンジンがノッキングを起こす限界ぎりぎり
の過給圧をエンジンに与えてその状況下における燃焼の
最大効率ポイントを得ることができ、高トルク、高出力
を得ることができる。また、モータ１７の回転数は排気
ガスを利用する過給機に比べて低く、慣性力も小さいか
ら、回転数の変更を敏速に行うことができ、コントロー
ラの制御信号に対する応答速度も排気ガスを利用する過
給機に比べて高い。勿論、エンジンがノッキングを起こ
した際には点火プラグ２５の点火タイミングを遅らす制
御を併用してもよい。また、エンジンのノッキング検出
手段１３として本実施例ではシリンダ９の振動を検出す
るセンサを用いているが、シリンダ内圧力を検出しても
よいし、点火プラグ２５の電流、電圧波形からノッキン
グを検出してもよい。また、本実施の形態では過給圧の
制御をモータ１７の回転数制御で行っているが、圧縮機
１の動力源をエンジンのクランク軸２から変速機（増速
機）を介して得る構成をとり、前記変速機の変速比を制
御して過給圧制御を行なうようにしてもよい。

【００２６】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。本発明の第１の実施の形態では、前に述べたよ
うに過給圧の制御を圧縮機１と直結しているモータ１７
もしくはクランク軸から動力を取り出す変速機を制御す
ることによって行っている。第１の実施の形態のように
モータ１７もしくは変速機を制御することで過給圧制御
を行ってもよいが、本発明の第２の実施の形態では、エ
ンジンのクランク軸２からベルト等の固定速比の動力伝
達機構で取り出した動力で圧縮機を駆動する。

【００２７】図２は本発明の第２の実施の形態の過給機
付きエンジンシステムを示す。図示の過給機付きエンジ
ンシステムは、圧縮機１の駆動源が前記第１の実施の形
態と異なるだけで、他の構成は前記第１の実施の形態と
同じである。圧縮機１の回転軸４にはモータ１７に代え
てプーリ５が取り付けられており、このプーリ５がエン
ジンのクランク軸２に取付けられているクランクプーリ
３にベルト６によって連結されている。そして、圧縮機
１の動力は、クランク軸２からベルト６を介してエンジ
ンの回転によって供給されている。

【００２８】エンジンが吸気行程となった時、エンジン
に流入する空気は、エアクリーナ７を通り圧縮機１を経
て吸気管８へ向かう圧縮機通路１１と、圧縮機１をバイ
パスして吸気管８に向かうバイパス流路１２の２系統の
流路から、吸気管８に流入する。吸気管８に流入した空
気は、吸気管８内に設けられたスロットルアクチュエー
タ２０、及び吸気弁２６を通ってシリンダ９に流入す
る。またエンジンが排気行程になった時排気弁２１が開
き、排気ガスは排気管１０を通って流出する構成となっ
ている。圧縮機通路１１とバイパス流路１２は吸気管８
上流で合流する。バイパス流路１２内にはバイパス流路
１２を流れる空気の流量を調節するバイパス弁１８があ
り、このバイパス弁１８をコントローラ１４の信号によ
って開閉するアクチュエータ１９が設けられている。

【００２９】次に動作について説明する。本実施の形態
では、エンジン運転中は、圧縮機１はベルト６に駆動さ
れて常に回転しているため、圧縮機通路１１にはエンジ
ンを過給するのに十分な量の空気が圧縮機から吐出され
ている。

【００３０】エンジンがノッキングを起こしていない場
合（ノッキング検出手段１３がノッキング発生を示す信
号を出力していないとき）は、バイパス流路１２に設け
られたバイパス弁１８はコントローラ１４により完全に
閉じられ、エアクリーナ７からの空気はバイパス流路１
２からは吸気管８には流入していない。シリンダ９内に
は、エアクリーナ７を通り圧縮機１で圧縮され、吸気管
８を通過した圧縮空気が流入する。エンジンがノッキン
グを起こすとノッキング検出手段１３からの信号によっ
てコントローラ１４は、バイパス流路１２に設けられて
いるバイパス弁１８の開度を調節するアクチュエータ１
９に制御信号を送り、バイパス弁１８を開き、バイパス
流路１２にエアクリーナ７からの空気が流れるようにす
る。このような動作を行うことによって、圧縮機１から
圧縮機通路１１に吐出された空気の一部はバイパス流路
１２を通って圧縮機１上流側に逆流する。そのため、圧
縮機通路１１の圧力は低下し、過給圧を下げることがで
きる。

【００３１】また過給圧を下げたことによってエンジン
がノッキングを起こさなくなった場合は、ノッキング検
出手段１３からの信号によってコントローラ１４は再度
バイパス弁１８の開度を調節するアクチュエータ１９に
制御信号を送り、バイパス弁１８を駆動し開度を小さく
（あるいは全閉）することによって、バイパス流路１２
に流れる空気を少なく（あるいは遮断）してやる。この
ような動作をすることによって再度過給圧を上昇させ
る。つまり、エンジンのノッキングの有無をノッキング
検出手段１３で検出し、検出結果に応じてコントローラ
１４によってバイパス弁１８の開度を調節し、過給圧の
コントロールをするのである。

【００３２】このようにバイパス弁１８の開度を制御す
ることによって、エンジンの任意の状況下において、エ
ンジンがノッキングを起こす限界ぎりぎりの過給圧をエ
ンジンに与えることが可能となり、その状況下における
燃焼の最大効率ポイントを得ることができ、高トルク、
高出力を得ることができる。また、バイパス弁１８の開
度制御には、慣性力の影響は少なく、制御の応答性もよ
い。勿論、エンジンがノッキングを起こした際には点火
プラグ２５の点火タイミングを遅らす制御を併用しても
よく、ノッキングを検出する方法も第１の実施例のよう
に何種類かの方法がある。また、エンジンのノッキング
検出手段１３として本実施の形態ではシリンダ９の振動
を検出する方法を用いているが、シリンダ内圧力を検出
してもよいし、点火プラグ２５の電流、電圧波形からノ
ッキングを検出してもよい。また、前記第１の実施の形
態では過給圧の制御をモータ１７の回転数制御で行って
いるが、圧縮機１の動力源をエンジンのクランク軸２か
ら変速機（図示せず）を介して得る構成をとってもよ
く、前記変速機の変速比を制御してもよい。

【００３３】また、本発明の第１の実施の形態のように
圧縮機を駆動する駆動源として、オンーオフもしくは回
転数を変化させることのできるモータ、もしくはクラン
ク軸に結合された速比の遮断（エンジンと圧縮機の結合
の解除）および変化させることのできる変速機を用いれ
ば、必要時のみ過給を行い、必要時以外は過給しない制
御も可能である。

【００３４】次に本発明の第３の実施の形態について説
明する。図３は本発明の第３の実施の形態における過給
機付きエンジンシステムを示す。本実施の形態が前記第
２の実施の形態と異なるのは、バイパス流路１２及びバ
イパス弁１８がなく、吸気弁２６、もしくは排気弁２１
もしくは両方の弁に弁の開閉タイミングを変化させるこ
とのできるアクチュエータ３１、および３２が設けられ
ており、コントローラ１４はノッキング検出手段１３の
出力信号に応じて吸気弁２６及びまたは排気弁２１の開
閉タイミングをアクチュエータ３１、３２を介して制御
することである。他の構成は前記第２の実施の形態と同
じであり、詳細な説明は省略する。

【００３５】概略構成を以下に示す。圧縮機１の回転軸
４にはプーリ５が取り付けられ、このプーリ５はエンジ
ンのクランク軸２に取り付けられているクランクプーリ
３にベルト６によって連結されている。圧縮機１の動力
はクランク軸２からベルト６を介してエンジンの回転に
よって供給されている。エンジンが吸気行程となった
時、空気は、エアクリーナ７を通り圧縮機１で圧縮さ
れ、圧縮機通路１１、吸気管８を経てシリンダ９に流入
する。またエンジンが排気行程になった時排気弁２１が
開き、排気ガスは排気管１０を通って流出する構成とな
っている。また、エンジンの吸気弁２６、もしくは排気
弁２１もしくは両方の弁に弁の開閉タイミングを変化さ
せることのできるアクチュエータ３１、および３２が設
けられている。またこのエンジンは圧縮比と膨張比が異
なるミラーサイクル（アトキンソンサイクル）となって
いる。

【００３６】次に動作について説明する。本実施の形態
では、圧縮機１はエンジン回転中は、ベルト６により常
に回転しているため、圧縮機通路１１にはエンジンを過
給するに十分な量の空気が流入している。

【００３７】エンジンがノッキングを起こしていない場
合は、エンジンの吸気弁２６、もしくは排気弁２１もし
くは両方の弁の開閉タイミングは通常のタイミングであ
る。エンジンがノッキングを起こすとノッキング検出手
段１３からの信号によってコントローラ１４は、次の
〜のうちのいずれかの制御を行なう。

【００３８】吸気弁２６の開閉タイミングを変化させ
ることのできるアクチュエータ３１に信号を送り、吸気
弁２６が通常閉じるタイミングよりも早く吸気弁２６を
閉じる開閉タイミングに移行する。

【００３９】排気弁２１の開閉タイミングを変化させ
ることのできるアクチュエータ３２に信号を送り、排気
弁２１が通常閉じるタイミングよりも遅く排気弁２１を
閉じる開閉タイミングに移行する。

【００４０】吸気弁２６を通常閉じるタイミングより
も早く、排気弁２１を通常閉じるタイミングよりも遅く
閉じるタイミングに移行する。

【００４１】吸気弁２６を早く閉じることによって、圧
縮機１によって圧縮した空気がシリンダ９内に流入する
量を少なくすることができ、ノッキングを起こさないよ
うにできる。また、排気弁２１を遅く閉じることによっ
て、圧縮機１によって圧縮した空気の一部がシリンダ９
内を通り過ぎて排気管１０へ流出することによってノッ
キングを起こさないようにできる。また吸気弁２６を早
く閉じ、排気弁２１を遅く閉じることによっても効果は
同じとなる。エンジンがノッキングを起こさなくなった
場合は、コントローラ１４からの信号によってアクチュ
エータ３１、及び３２を作動させ、吸気弁２６、排気弁
２１を通常の開閉タイミングに戻してやる。つまり、エ
ンジンのノッキングの有無をノッキング検出手段１３で
検出し、コントローラ１４からの信号によってアクチュ
エータ３１、及び３２を作動させ、吸気弁２６、排気弁
２１の開閉タイミングをコントロールすることで、エン
ジンの任意の状況下において、エンジンがノッキングを
起こす限界ぎりぎりの過給圧をエンジンに与えて、その
状況下における燃焼の最大効率ポイントを得ることがで
き、高トルク、高出力を得ることができる。この場合
も、アクチュエータ３１、及び３２の作動には慣性力の
影響がすくなく、コントローラ１４の制御信号に対する
応答性のよい制御を行うことができる。

【００４２】勿論、エンジンがノッキングを起こした際
には点火プラグ２５の点火タイミングを遅らす制御を併
用してもよく、ノッキングを検出する方法も第１の実施
の形態のように何種類かの方法がある。

【００４３】また、本発明の第１の実施の形態のよう
に、圧縮機のオンーオフもしくは回転数を変化させるこ
とのできるモータを圧縮機の動力源にしたり、もしくは
速比の遮断（エンジンと圧縮機の結合の解除）および変
化させることのできる変速機を用いてクランク軸から動
力を取り出して圧縮機の動力源にすれば、必要時のみ過
給を行い、必要時以外は過給しない制御も可能である。

【００４４】次に本発明における第４の実施の形態につ
いて説明する。図４は本発明の第４の実施の形態である
過給機付きエンジンシステムを示す。本実施の形態が前
記第２の実施の形態と異なるのは、バイパス流路１２及
びバイパス弁１８がなく、吸気管８のスロットルアクチ
ュエータ２０の下流側にコントローラ１４の信号によっ
て開閉するウエイストゲートバルブ３３が放出手段とし
て設けられ、コントローラ１４はノッキング検出手段１
３の出力信号に応じてウエイストゲートバルブ３３の開
閉を制御するように構成されていることである。他の構
成は前記第２の実施の形態と同じであり、詳細な説明は
省略する。

【００４５】概略構成を以下に示す。圧縮機１の回転軸
４にはプーリ５が取り付けられ、このプーリ５はエンジ
ンのクランク軸２に取り付けられているクランクプーリ
３にベルト６によって連結されている。圧縮機１の動力
はクランク軸２からベルト６を介してエンジンの回転に
よって供給されている。エンジンが吸気行程となった
時、空気は、エアクリーナ７を通り圧縮機１で圧縮さ
れ、圧縮機通路１１、吸気管８を経てシリンダ９に流入
する。またエンジンが排気行程になった時排気弁２１が
開き、排気ガスは排気管１０を通って流出する構成とな
っている。また、吸気管８内にはコントローラ１４の信
号によって開閉するウエイストゲートバルブ３３が設け
られている。ウエイストゲートバルブ３３は、開いたと
き吸気管８内の空気を吸気管８外に放出し、閉じたとき
空気の放出を停止する。

【００４６】次に上記構成の過給機付きエンジンシステ
ムの動作について説明する。本実施の形態では、エンジ
ン回転中は圧縮機１は常にベルト６に駆動されて回転し
ているため圧縮機通路１１にはエンジンを過給するに十
分な量の空気が流入している。エンジンがノッキングを
起こしていない場合は、吸気管８内に設けられたウエイ
ストゲートバルブ３３は閉じられており、吸気管８内を
流れる空気は全量がシリンダ９内に流入する。エンジン
がノッキングを起こすとノッキング検出手段１３からの
信号によってコントローラ１４は、ウエイストゲートバ
ルブ３３を開く。ウエイストゲートバルブ３３を開くと
吸気管８内を流れる圧縮空気の一部はウエイストゲート
バルブ３３から大気中に放出される。そのため、シリン
ダ９内に流入する圧縮空気の圧力は下がり、過給圧が下
がることになる。

【００４７】エンジンがノッキングを起こさなくなった
場合は、コントローラ１４からの信号によってウエイス
トゲートバルブ３３は閉じられ、再度過給圧が上昇す
る。つまり、エンジンのノッキングの有無をノッキング
検出手段１３で検出し、コントローラ１４からの信号に
よってウエイストゲートバルブ３３の開閉をコントロー
ルすることで、エンジンの任意の状況下において、エン
ジンがノッキングを起こす限界ぎりぎりの高い過給圧を
エンジンに与えることができる。このような制御によっ
て、その状況下における燃焼の最大効率ポイントを得る
ことができ、高トルク、高出力を得ることができる。吸
気管８内の圧力が直接的に制御されるから、コントロー
ラ１４の制御信号に対する応答性もよい。勿論、エンジ
ンがノッキングを起こした際には点火プラグ２５の点火
タイミングを遅らす制御を併用してもよく、ノッキング
を検出する方法も第１の実施の形態のように何種類かの
方法がある。また、本実施例では圧縮機１の動力源をエ
ンジンのクランク軸２からベル６を介して得る構成をと
っているが、モータ１７で圧縮機１を駆動する方式とし
てもよく、エンジンのクランク軸２から変速機を介して
動力を得る構成としてもよい。

【００４８】また、本発明の第１の実施例のように圧縮
機のオンーオフもしくは回転数を変化させることのでき
るモータ、もしくは速比の遮断および変化させることの
できる変速機を用いれば、必要時のみ過給を行い、必要
時以外は過給しない制御も可能である。

【００４９】次に本発明における第５の実施例を説明す
る。

【００５０】本発明における第１から第４の実施例に用
いる圧縮機１を駆動する駆動源はモータ１７でも、エン
ジンクランク軸２のプーリから増速機を介して得ても良
いが、エンジンを始動するスタータモータを圧縮機１を
駆動する動力源とし、スタータモータと圧縮機を一体化
することにより、新たにモータをとりつける必要がなく
なり、エンジンルーム内のスペース確保、軽量化、低コ
スト化を図ることができる。

【００５１】図５に本発明の実施の形態に用いる、圧縮
機と圧縮機を駆動するスタータモータとを一体化したス
タータ・スーパーチャージャーの構造図を示す。図示の
スタータ・スーパーチャージャーは、エンジンのリング
ギヤ（図示せず）に噛み込むワンウェイクラッチ１０２
と、該ワンウェイクラッチ１０２と一体化したピニオン
ギヤ１０１と、このピニオンギヤ１０１を始動時にエン
ジンのリングギヤと噛み合わせるためにシフトレバー１
０９を介してピニオンギヤ１０１をコントローラ（図示
せず）の指令信号によって前方に押し出すソレノイド１
０８と、ピニオンギヤ１０１の同軸上に配置された遊星
歯車減速機１０３、圧縮機１のロータ軸１０５、ブラシ
１０６をもつＤＣモータ１７Ａと、ＤＣモータ１７Ａで
駆動される圧縮機１と、前記コントローラ（図示せず）
の指令信号によって、モータへの電流をオンーオフする
マグネットスイッチ１０７と、を含んで構成されてい
る。

【００５２】次に上記構成のスタータ・スーパーチャー
ジャーの動作について説明する。運転席のキースイッチ
（図示せず）を運転者がオンにすると、コントローラは
ソレノイド１０８へ電流信号を送り、ソレノイド１０８
に電流を流すことによってシフトレバー１０９を介して
ピニオンギヤ１０１が前方（図上、右方）に押し出さ
れ、エンジンのリングギヤと噛み合う。ピニオンギヤ１
０１が前方に押し出された後、コントローラはマグネッ
トスイッチ１０７に信号を送り、ＤＣモータ１７Ａに電
流を流して回転させる。この時回転力はＤＣモータ１７
Ａから圧縮機１のロータ軸１０５に伝わり、圧縮機を回
転させると共に遊星歯車減速機１０３でトルクを増大さ
せてピニオンギヤ１０１に伝わり、エンジンをクランキ
ングする。この時、圧縮機１で圧縮された空気は吸気管
８を経てシリンダに送られる。

【００５３】運転席のキースイッチ（図示せず）を運転
者がオフにすると、コントローラはソレノイド１０８へ
信号を送ってソレノイド１０８の電流を遮断し、ピニオ
ンギヤ１０１をエンジンのリングギヤから切り離すこと
によってエンジンのクランキングを終了する。エンジン
始動後もＤＣモータ１７Ａは回転しており、空気は吸気
管８に送り出されている。数分後、エンジン、触媒が暖
たまりエンジンの暖気運転が終了した時は、コントロー
ラは指令信号をマグネットスイッチ１０７、アクチュエ
ータ１９に送り、圧縮機１を停止するとともに、バイパ
ス弁の開度を調節して、バイパス流路１２を経て吸気管
８に空気を流す。

【００５４】コントローラは、エンジンが大パワーを要
求していると判断した時は、指令信号をマグネットスイ
ッチ１０７、バイパス弁１８のアクチュエータ１９に送
り、ＤＣモータ１７Ａに電流を送りこむと同時にバイパ
ス弁１８を閉じる。圧縮機１はＤＣモータ１７Ａに駆動
され、シリンダへ圧縮空気を送り込んで過給する。また
エンジンが大パワーを要求していないと判断した時は、
コントローラは、指令信号によりマグネットスイッチ１
０７をオフにしてＤＣモータ１７Ａへの電流を遮断して
スタータ・スーパーチャージャーを停止し、同時にバイ
パス弁１８を開いてバイパス流路１８からシリンダ９に
空気を送る。

【００５５】このようにスタータと圧縮機１を一体化す
ることによって、小型軽量化、低コスト化を図ることが
できる。

【００５６】

【発明の効果】本発明によれば、エンジンのノッキング
の有無を前記コントローラにフィードバックし、シリン
ダ内に送り込む空気の過給圧を制御することにより、エ
ンジンがノッキングを起こす限界ぎりぎりの空気量をシ
リンダに送り込むことができ、エンジンの、特に低回転
時の出力、トルクを向上することができる。

【００５７】また、エンジンを始動するときに動作する
スタータモータを動力源として圧縮機を駆動し、スター
タモータと圧縮機を一体化することにより、新たにモー
タをとりつける必要がなくなり、さらなるエンジンルー
ム内の省スペース、低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の過給機付きエンジ
ンシステムの概念図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の過給機付きエンジ
ンシステムの概念図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の過給機付きエンジ
ンシステムの概念図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の過給機付きエンジ
ンシステムの概念図である。

【図５】本発明の第１から第４の実施の形態に適用可能
なスタータ・スーパーチャージャーの構造の例を示す断
面図である。

【図６】従来の過給機付きエンジンシステムの構成の例
を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 圧縮機 ２ エンジンクラン
ク軸 ７ エアクリーナ ８ 吸気管 ９ シリンダ １０ 排気管 １１ 圧縮機通路 １２ バイパス流路 １３ ノッキング検出手段 １４ コントローラ １７ モータ １７Ａ ＤＣモータ １８ バイパス弁 １９ アクチュエー
タ ２０ スロットルバルブ ２１ 排気弁 ２４ アクチュエータ ２５ 点火プラグ ２６ 吸気弁 ３３ ウエイストゲ
ートバルブ １０１ ピニオンギヤ １０２ ワンウェイ
クラッチ １０３ 遊星歯車減速機 １０５ ロータ軸 １０６ ブラシ １０７ マグネット
スイッチ １０８ ソレノイド １０９ シフトレバ
ー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３４５ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３４５Ｂ ３６８ ３６８Ｅ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エアクリーナを経た空気を圧縮してエン
   ジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、該容積式圧
   縮機の回転をオン−オフもしくは任意の回転数に制御す
   ることが可能な電動機もしくは動力伝達機と、前記電動
   機もしくは動力伝達機に信号を送り前記容積式圧縮機の
   回転数を制御するコントローラと、エンジンのノッキン
   グを検出するノッキング検出手段と、前記容積式圧縮機
   をバイパスしてエアクリーナからシリンダへ空気を導く
   バイパス流路に設けられ、前記コントローラからの信号
   によって開度が調節されるバイパス弁と、を含んでなる
   過給機付きエンジンシステムにおいて、 前記コントローラは、前記ノッキング検出手段の出力を
   入力とし、該入力に基づいて前記容積式圧縮機をオン−
   オフもしくは任意の回転数に調節するものであることを
   特徴とする過給機付きエンジンシステム。
2. 【請求項２】 エアクリーナを経た空気を圧縮してエン
   ジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンの
   ノッキングを検出するノッキング検出手段と、前記容積
   式圧縮機をバイパスしてエアクリーナからシリンダへ空
   気を導くバイパス流路に設けられ、制御信号によって開
   度が調節されるバイパス弁と、を含んでなる過給機付き
   エンジンシステムにおいて、 前記ノッキング検出手段の出力を入力とし、該入力に基
   づいて前記バイパス弁の開度調節をするコントローラを
   有することを特徴とする過給機付きエンジンシステム。
3. 【請求項３】 エアクリーナを経た空気を圧縮しエンジ
   ンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンのノ
   ッキングを検出するノッキング検出手段と、エンジンの
   吸排気弁の開閉タイミングを制御する機構と、を含んで
   なる過給機付きエンジンシステムにおいて、 前記ノッキング検出手段の出力を入力とし、該入力に基
   づいて前記吸排気バルブの開閉タイミングを調節するコ
   ントローラを有することを特徴とする過給機付きエンジ
   ンシステム。
4. 【請求項４】 エアクリーナを経た空気を圧縮してエン
   ジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンの
   ノッキングを検出するノッキング検出手段と、吸気管内
   に設けられその開閉によって前記吸気管内の圧縮空気を
   吸気管外に放出する放出手段と、を含んでなる過給機付
   きエンジンシステムにおいて、 前記ノッキング検出手段の出力を入力とし、該入力に基
   づいて前記放出手段の開閉を制御するコントローラを設
   けたことを特徴とする過給機付きエンジンシステム。
5. 【請求項５】前記容積式圧縮機の回転をオン−オフもし
   くは任意の回転数に制御することが可能な電動機もしく
   は動力伝達機を備え、前記コントローラは、前記電動機
   もしくは動力伝達機に信号を送り前記容積式圧縮機の回
   転数を制御するものであることを特徴とする請求項２乃
   至４のいずれかに記載の過給機付きエンジンシステム。
6. 【請求項６】 前記電動機としてエンジンを始動するス
   タータモータを用いることを特徴とする請求項１または
   ５に記載の過給機付きエンジンシステム。
7. 【請求項７】 エアクリーナを経た空気を圧縮してエン
   ジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、該容積式圧
   縮機の回転をオン−オフもしくは任意の回転数に制御す
   ることが可能な電動機もしくは動力伝達機と、前記電動
   機もしくは動力伝達機に信号を送り前記容積式圧縮機の
   回転数を制御するコントローラと、エンジンのノッキン
   グを検出するノッキング検出手段と、前記容積式圧縮機
   をバイパスしてエアクリーナからシリンダへ空気を導く
   バイパス流路に設けられ、前記コントローラからの信号
   によって開度が調節されるバイパス弁と、を含んでなる
   過給機付きエンジンシステムを制御する過給機付きエン
   ジンシステム制御方法において、 エンジンのノッキングの有無を前記コントローラにフィ
   ードバックし、前記コントローラからはノッキングの有
   無に応じて前記容積式圧縮機をオン−オフもしくは任意
   の回転数に調節することを特徴とする過給機付きエンジ
   ンシステム制御方法。
8. 【請求項８】 エアクリーナを経た空気を圧縮してエン
   ジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンの
   ノッキングを検出するノッキング検出手段と、前記容積
   式圧縮機をバイパスしてエアクリーナからシリンダへ空
   気を導くバイパス流路に設けられ、コントローラからの
   信号によって開度が調節されるバイパス弁と、を含んで
   なる過給機付きエンジンシステムを制御する過給機付き
   エンジンシステム制御方法において、 エンジンのノッキングの有無を前記コントローラにフィ
   ードバックし、前記コントローラはノッキングの有無に
   応じて前記バイパス弁の開度調節をすることを特徴とす
   る過給機付きエンジンシステム制御方法。
9. 【請求項９】 エアクリーナを経た空気を圧縮してエン
   ジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジンの
   ノッキングを検出するノッキング検出手段と、コントロ
   ーラの制御信号に応じてエンジンの吸排気弁の開閉タイ
   ミングを制御する機構と、を含んでなる過給機付きエン
   ジンシステムを制御する過給機付きエンジンシステム制
   御方法において、 エンジンのノッキングの有無を前記コントローラにフィ
   ードバックし、前記コントローラはノッキングの有無に
   応じて前記吸排気バルブの開閉タイミングを調節するこ
   とを特徴とする過給機付きエンジンシステム制御方法。
10. 【請求項１０】 エアクリーナを経た空気を圧縮してエ
    ンジンシリンダ内に送り込む容積式圧縮機と、エンジン
    のノッキングを検出するノッキング検出手段と、吸気管
    内に設けられコントローラの制御信号に応じて開閉して
    前記吸気管内の圧縮空気を吸気管外に放出する放出手段
    と、を含んでなる過給機付きエンジンシステムを制御す
    る過給機付きエンジンシステム制御方法において、 エンジンのノッキングの有無を前記コントローラにフィ
    ードバックし、前記コントローラはノッキングの有無に
    応じて前記放出手段からの空気の吸気管外への放出を制
    御することを特徴とする過給機付きエンジンシステム制
    御方法。