(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】エンジンシステム
(51)【国際特許分類】
F02B 39/12 20060101AFI20241001BHJP
F02D 29/00 20060101ALI20241001BHJP
【ＦＩ】
F02B39/12
F02D29/00 C
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020212496
(22)【出願日】2020-12-22
(65)【公開番号】P2022098855
(43)【公開日】2022-07-04
【審査請求日】2023-10-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115381
【弁理士】
【氏名又は名称】小谷 昌崇
(74)【代理人】
【識別番号】100133916
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 興
(72)【発明者】
【氏名】國分 弥則
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 健二
(72)【発明者】
【氏名】八木 淳
(72)【発明者】
【氏名】楠 友邦
【審査官】家喜 健太
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６２－０６１９３６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００７－０７７９５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－０７７８７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－０５４３２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２７２３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２９８８１１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】独国特許出願公開第１０３５５５６３（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｂ ３９／００
Ｆ０２Ｄ ２９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンのクランクシャフトにより駆動される過給機と、前記クランクシャフトと前記過給機とを断接可能に接続する電磁クラッチと、
前記電磁クラッチに制御信号を出力する制御器と
を備え、
前記制御器は、
車両走行時の登坂角度を検出する登坂角度検出部と、
前記登坂角度検出部によって検出された登坂角度が所定の第１登坂角度以上か否かを判定する登坂判定部と、
前記登坂角度が前記第１登坂角度以上であると前記登坂判定部が判定した場合に、前記エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、前記電磁クラッチに対して前記クランクシャフトと前記過給機とを接続するように制御する過給制御部と
を備え、
前記過給制御部は、前記登坂角度が前記第１登坂角度よりも低い第２登坂角度以下になったと前記登坂判定部が判定した場合に、前記電磁クラッチを切断するように制御する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、前記制御器は、タイマーをさらに備え、
前記タイマーは、前記登坂角度が前記第２登坂角度以下になったと前記登坂判定部が判定した場合に作動し、
前記過給制御部は、前記タイマーが所定時間を計測した後、前記電磁クラッチを切断するように制御する、ことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項3】
エンジンのクランクシャフトにより駆動される過給機と、
前記クランクシャフトと前記過給機とを断接可能に接続する電磁クラッチと、
前記電磁クラッチに制御信号を出力する制御器と
を備え、
前記制御器は、
車両走行時の登坂角度を検出する登坂角度検出部と、
前記登坂角度検出部によって検出された登坂角度が所定の第１登坂角度以上か否かを判定する登坂判定部と、
前記登坂角度が前記第１登坂角度以上であると前記登坂判定部が判定した場合に、前記エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、前記電磁クラッチに対して前記クランクシャフトと前記過給機とを接続するように制御する過給制御部と
を備え、
前記第１登坂角度は、変速ギアの段数が高くなるほど低くなるように設定されている、ことを特徴とするエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、機械式過給機とクランクシャフトを断接可能に接続する電磁クラッチを備えたエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来の自動車などに搭載されたエンジンシステムでは、エンジンが高負荷領域や高回転領域などにある場合にエンジントルクを高めるために、過給機を用いてエンジンの燃焼室へ空気を過給する技術が知られている。とくにエンジンのクランクシャフトからの回転駆動力を用いて過給を行う機械式過給機（いわゆるスーパーチャージャー）は、エンジンの排気圧を用いる排気タービン式過給機（いわゆるターボチャージャー）と比較して応答性が良い。
【0003】
特許文献１記載のエンジンシステムは、エンジンが所定の高負荷領域になった場合に機械式過給機とクランクシャフトを接続する電磁クラッチを備えている。このエンジンシステムでは、アクセル開度を大きくするなどによってエンジンが低負荷領域から高負荷領域に移行して目標トルクが過給領域になった場合に、電磁クラッチがクランクシャフトと機械式過給機を接続する。これにより、機械式過給機がエンジンの燃焼室へ空気を過給し、エンジントルクを高めることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１９－３９３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に示される機械式過給機は、上記のように排気タービン式過給機よりも応答性が良いが、登坂走行時では電磁クラッチの応答遅れにより車両の加速遅れが生じることが懸念される。
【0006】
すなわち、登坂走行中において、アクセル開度の変化などによりエンジン負荷が低くなったときには、電磁クラッチが切れて機械式過給機が非過給状態になるので、車両の再加速時にアクセル開度を大きくしても電磁クラッチが再度接続して過給を開始するまでタイムラグが生じる。このため、登坂走行時では、機械式過給機による過給の応答遅れが発生し、車両の加速遅れが発生するおそれがある。
【0007】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、登坂走行時における車両の加速遅れを抑制することが可能なエンジンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のエンジンシステムは、登坂走行時に登坂角度が所定の第１角度以上であれば非過給領域であっても機械式過給機による過給を維持して車両の加速遅れを抑制するシステムである。
【0009】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係るエンジンシステムは、エンジンのクランクシャフトにより駆動される過給機と、前記クランクシャフトと前記過給機とを断接可能に接続する電磁クラッチと、前記電磁クラッチに制御信号を出力する制御器とを備え、前記制御器は、車両走行時の登坂角度を検出する登坂角度検出部と、前記登坂角度検出部によって検出された登坂角度が所定の第１登坂角度以上か否かを判定する登坂判定部と、前記登坂角度が前記第１登坂角度以上であると前記登坂判定部が判定した場合に、前記エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、前記電磁クラッチに対して前記クランクシャフトと前記過給機とを接続するように制御する過給制御部とを備え、前記過給制御部は、前記登坂角度が前記第１登坂角度よりも低い第２登坂角度以下になったと前記登坂判定部が判定した場合に、前記電磁クラッチを切断するように制御することを特徴とする。
【0010】
かかる構成では、登坂角度検出部によって検出された登坂角度が第１登坂角度以上であると登坂判定部が判定した場合に、過給制御部は、エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、電磁クラッチに対してクランクシャフトと過給機とを接続するように制御する。これにより、登坂走行中においてエンジン負荷が変動しても、登坂角度が第１登坂角度以上の場合にはエンジン負荷に関わらず機械式過給機によって常時過給できるようになり、過給の応答遅れを解消し、車両の加速遅れを抑制することが可能になる。
【0011】
また、上記のエンジンシステムでは、前記過給制御部は、前記登坂角度が前記第１登坂角度よりも低い第２登坂角度以下になったと前記登坂判定部が判定した場合に、前記電磁クラッチを切断するように制御する。
【0012】
かかる構成では、登坂走行中に登坂角度が第１登坂角度よりも低い第２登坂角度になってから電磁クラッチが切断されるので、電磁クラッチの切断を遅らせることが可能になり、登坂走行中に継続される過給期間を長くすることが可能になる。その結果、登坂走行中の再加速時の応答遅れを長期に抑制することが可能である。
【0013】
上記のエンジンシステムにおいて、前記制御器は、タイマーをさらに備え、前記タイマーは、前記登坂角度が前記第２登坂角度以下になったと前記登坂判定部が判定した場合に作動し、前記過給制御部は、前記タイマーが所定時間を計測した後、前記電磁クラッチを切断するように制御するのが好ましい。
【0014】
かかる構成では、タイマーにより電磁クラッチの接続を切断するタイミングを任意に設定された所定時間を遅らせることが可能になり、登坂走行中に継続される過給期間をより長くすることが可能になる。
【0015】
本発明の請求項３に係るエンジンシステムは、エンジンのクランクシャフトにより駆動される過給機と、前記クランクシャフトと前記過給機とを断接可能に接続する電磁クラッチと、前記電磁クラッチに制御信号を出力する制御器とを備え、前記制御器は、車両走行時の登坂角度を検出する登坂角度検出部と、前記登坂角度検出部によって検出された登坂角度が所定の第１登坂角度以上か否かを判定する登坂判定部と、前記登坂角度が前記第１登坂角度以上であると前記登坂判定部が判定した場合に、前記エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、前記電磁クラッチに対して前記クランクシャフトと前記過給機とを接続するように制御する過給制御部とを備え、前記第１登坂角度は、変速ギアの段数が高くなるほど低くなるように設定されていることを特徴とする。
【0016】
変速ギアの段数が高いほどエンジン回転速度は低くなり、車両の加速にも時間がかかる傾向がある。そこで、上記の構成では、第１登坂角度を変速ギアの段数が高くなるほど低くなるように設定することにより、登坂走行中において変速ギアの段数が高くても、電磁クラッチを早期に接続して、登坂走行中の再加速時の応答遅れを抑制することが可能である。
【発明の効果】
【0017】
本発明のエンジンシステムによれば、登坂走行時における車両の加速遅れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示すシステム図である。
【図4】ＳＰＣＣＩ燃焼（部分圧縮着火燃焼）時の熱発生率の波形を示すグラフである。
【図7】変速ギアの段数が１～６段における車速と第１閾値との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
【0020】
（１）エンジンシステムの全体構成
図１に示されるエンジンシステムは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０を備えている。
図１に示されるエンジンシステムは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリン直噴エンジンであり、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０と、排気通路４０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する外部ＥＧＲ装置５０を備えている。
【0021】
エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復摺動可能に挿入されたピストン５とを有している。
【0022】
ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、ガソリンを主成分とする燃料が、後述するインジェクタ１５からの噴射によって供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で空気と混合されつつ燃焼し、その燃焼による膨張力を受けてピストン５が上下方向に往復運動する。
【0023】
ピストン５の下方には、エンジン本体１のクランクシャフトであるクランクシャフト７が設けられている。クランクシャフト７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。
【0024】
シリンダブロック３には、クランクシャフト７の回転角度（クランク角）およびクランクシャフト７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１と、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサＳＮ２とが設けられている。
【0025】
シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室６に導入するための吸気ポート９と、燃焼室６で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１０と、吸気ポート９の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１２とが設けられている。
【0026】
吸気弁１１および排気弁１２は、シリンダヘッド４に配設された一対のカム軸等を含む動弁機構により、クランクシャフト７の回転に連動して開閉駆動される。
【0027】
吸気弁１１用の動弁機構には、吸気弁１１の開閉時期を変更可能な吸気Ｓ－ＶＴ１３が内蔵されている。同様に、排気弁１２用の動弁機構には、排気弁１２の開閉時期を変更可能な排気Ｓ－ＶＴ１４が内蔵されている。吸気Ｓ－ＶＴ１３（排気Ｓ－ＶＴ１４）は、いわゆる位相式の可変機構であり、吸気弁１１（排気弁１２）の開弁時期および閉弁時期を同時にかつ同量だけ変更する。
【0028】
図１に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室６に燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１５と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射された燃料と吸入空気とが混合された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。インジェクタ１５は、その先端部がピストン５の冠面の中心部と対向するように、燃焼室６の天井面の中心部に配置されている。点火プラグ１６は、インジェクタ１５に対し吸気側に幾分ずれた位置に配置されている。
【0029】
図１に示すように、吸気通路３０は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０の上流端から取り込まれた空気（新気）は、吸気通路３０および吸気ポート９を通じて燃焼室６に導入される。
【0030】
吸気通路３０には、その上流側から順に、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３２と、吸気を圧縮しつつ送り出す過給機３３と、過給機３３により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３５と、サージタンク３６とが設けられている。
【0031】
吸気通路３０の各部には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３と、吸気の温度を検出する吸気温センサＳＮ４と、吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ５とが設けられている。エアフローセンサＳＮ３および吸気温センサＳＮ４は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とスロットル弁３２との間の部位に設けられ、当該部位を通過する吸気の流量および温度を検出する。吸気圧センサＳＮ５は、サージタンク３６に設けられ、当該サージタンク３６内の吸気の圧力を検出する。
【0032】
過給機３３は、エンジン本体１と機械的に連係された機械式の過給機（スーパーチャージャー）である。過給機３３の具体的な形式は特に問わないが、例えばリショルム式、ルーツ式、または遠心式といった公知の過給機のいずれかを過給機３３として用いることができる。
【0033】
機械式の過給機３３は、エンジン本体１のクランクシャフト７により駆動される。過給機３３は、エンジン本体１の吸気ポート９を介して燃焼室６に通じる吸気通路３０に配置されている。
【0034】
過給機３３とエンジン本体１との間には、接続／切断を電気的に切り替えることが可能な電磁クラッチ３４が介設されている。電磁クラッチ３４は、クランクシャフト７と過給機３３とを断接可能に接続する。すなわち、電磁クラッチ３４が接続されると、エンジン本体１から過給機３３に駆動力が伝達されて、過給機３３による過給が行われる。一方、電磁クラッチ３４が切断されると、上記駆動力の伝達が遮断されて、過給機３３による過給が停止される。
【0035】
電磁クラッチ３４は、後述のＰＣＭ１００からの制御信号を受けてから接続するまでの時間が短く、過給機３３の接続をより早めることが可能である。
【0036】
吸気通路３０には、過給機３３をバイパスするためのバイパス通路３８が設けられている。バイパス通路３８は、サージタンク３６と後述するＥＧＲ通路５１とを互いに接続している。バイパス通路３８には開閉可能なバイパス弁３９が設けられている。
【0037】
排気通路４０は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面（吸気通路３０とは反対側の面）に接続されている。燃焼室６で生成された既燃ガスは、排気ポート１０および排気通路４０を通じて外部に排出される。
【0038】
排気通路４０には触媒コンバータ４１が設けられている。触媒コンバータ４１には、排気通路４０を流通する排気ガス中に含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）を浄化するための三元触媒４１ａと、排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのＧＰＦ（ガソリン・パティキュレート・フィルタ）４１ｂとが内蔵されている。
【0039】
排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも上流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出するＡ／ＦセンサＳＮ６が設けられている。
【0040】
外部ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲクーラ５２およびＥＧＲ弁５３とを有している。ＥＧＲ通路５１は、排気通路４０における触媒コンバータ４１よりも下流側の部位と、吸気通路３０におけるスロットル弁３２と過給機３３との間の部位とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ５２は、ＥＧＲ通路５１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（外部ＥＧＲガス）を熱交換により冷却する。ＥＧＲ弁５３は、ＥＧＲクーラ５２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）のＥＧＲ通路５１に開閉可能に設けられ、ＥＧＲ通路５１を流通する排気ガスの流量を調整する。
【0041】
（２）制御系統
図２は、エンジンシステムの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＰＣＭ１００（制御器）は、エンジン等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
図２は、エンジンシステムの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＰＣＭ１００（制御器）は、エンジン等を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。
【0042】
ＰＣＭ１００には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＰＣＭ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気温センサＳＮ４、吸気圧センサＳＮ５、Ａ／ＦセンサＳＮ６と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された情報（つまりクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気温、吸気圧、排気酸素濃度）がＰＣＭ１００に逐次入力されるようになっている。
【0043】
また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度（以下、アクセル開度という）を検出するアクセルセンサＳＮ７と、車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ８と、車両の加速度を検出する加速度センサＳＮ９と、変速ギアの段数を検出するギア段センサＳＮ１０とが設けられており、これらのセンサＳＮ７～ＳＮ１０による検出信号もＰＣＭ１００に逐次入力される。
【0044】
ＰＣＭ１００は、上記各センサからの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ１００は、吸・排気Ｓ－ＶＴ１３，１４、インジェクタ１５、点火プラグ１６、スロットル弁３２、電磁クラッチ３４、バイパス弁３９、およびＥＧＲ弁５３等と電気的に接続されており、上記演算等の結果に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
【0045】
具体的に、本発明の制御器として機能するＰＣＭ１００は、燃焼制御部１０１と、目標トルク演算部１０２と、登坂判定部１０３と、登坂演算部１０４と、記憶部１０５と、過給制御部１０７と、電磁クラッチ３４の切断を所定時間遅らせるためのタイマー１０８とを機能的に有している。
【0046】
燃焼制御部１０１は、燃焼室６での混合気の燃焼を制御する制御モジュールであり、エンジンの出力トルク等がドライバーの要求に応じた適切な値となるようにエンジンの各部を制御する。
【0047】
目標トルク演算部１０２は、アクセルセンサＳＮ７から検出したアクセル開度など（具体的には、アクセル開度、ギア段、車速、およびエンジン回転数）から、目標エンジントルクＴＱを演算する。
【0048】
登坂判定部１０３は、後述の登坂角度検出部１０６によって検出された登坂角度θが第１閾値θ１（第１登坂角度）以上か否かを判定する。また、本実施形態の登坂判定部１０３は、登坂角度θが第１閾値θ１より低い第２閾値θ２（第２登坂角度）以下か否かも判定する。
【0049】
過給制御部１０７は、上記の登坂判定部１０３の判定結果に基づいて電磁クラッチ３４の接続を制御する。接続制御の具体的な方法については後段で詳述する。
【0050】
登坂角度検出部１０６は、車両走行時の登坂角度θを検出する構成を有していればよい。本実施形態では、加速度センサＳＮ９と登坂演算部１０４とによって、登坂角度検出部１０６が構成される。登坂演算部１０４は、ＰＣＭ１００に備わっており、加速度センサＳＮ９から検出された車両加速度から車両の登坂角度θを演算する。したがって、本実施形態の登坂判定部１０３は、登坂演算部１０４によって演算された登坂角度θを用いて、当該登坂角度θが第１閾値θ１以上か否かを判定する。
【0051】
加速度センサＳＮ９は、車両に設けられ、車両加速度を検出する。加速度センサＳＮ９は、車両加速度を検出する構成を有していればよく、既存のＧセンサなどが加速度センサＳＮ９として用いられる。
【0052】
なお、本発明の登坂角度検出部１０６は、上記の加速度センサＳＮ９および登坂演算部１０４を備えた構成に限定されるものでなく、登坂角度θを検出可能な登坂角度センサなどを登坂角度検出部１０６として用いてもよい。
【0053】
（３）エンジンの燃焼制御
つぎに、エンジンの燃焼制御について説明する。図３には、エンジンの運転領域および過給機３３の過給領域を示す運転マップが示されている。
つぎに、エンジンの燃焼制御について説明する。図３には、エンジンの運転領域および過給機３３の過給領域を示す運転マップが示されている。
【0054】
本図に示すように、エンジンの運転領域は、燃焼形態の相違によって４つの運転領域Ａ１～Ａ４に大別される。それぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３、第４運転領域Ａ４とすると、第３運転領域Ａ３は、エンジン回転速度が第１速度Ｎ１未満となる極低速域であり、第４運転領域Ａ４は、エンジン回転速度が第３速度Ｎ３以上となる高速域であり、第１運転領域Ａ１は、第３・第４運転領域Ａ３，Ａ４以外の速度域（低・中速領域）のうち負荷が比較的低い低速・低負荷の領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１、第３、第４運転領域Ａ１，Ａ３，Ａ４以外の残余の領域である。
【0055】
図３の例によれば、第１運転領域Ａ１は、第２運転領域Ａ２の内側に位置する略矩形状の領域とされ、第２運転領域Ａ２の下限速度である第１速度Ｎ１と、第２運転領域Ａ２の上限速度（第３速度Ｎ３）よりも低い第２速度Ｎ２と、エンジンの最低負荷よりも高い第１負荷Ｌ１と、第１負荷Ｌ１よりも高い第２負荷Ｌ２とに囲まれている。
【0056】
低速かつ低負荷の第１運転領域Ａ１では、ＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせた部分圧縮着火燃焼（以下、これをＳＰＣＣＩ燃焼という）が実行される。ＳＩ燃焼とは、点火プラグ１６から発生する火花により混合気に点火し、その点火点から周囲へと燃焼領域を拡げていく火炎伝播により混合気を強制的に燃焼させる燃焼形態のことであり、ＣＩ燃焼とは、ピストン５の圧縮等により十分に高温・高圧化された環境下で混合気を自着火により燃焼させる燃焼形態のことである。そして、これらＳＩ燃焼とＣＩ燃焼とを組み合わせたＳＰＣＣＩ燃焼とは、混合気が自着火する寸前の環境下で行われる火花点火により燃焼室６内の混合気の一部をＳＩ燃焼させ、当該ＳＩ燃焼の後に（ＳＩ燃焼に伴うさらなる高温・高圧化により）燃焼室６内の他の混合気を自着火によりＣＩ燃焼させる、という燃焼形態のことである。なお、「ＳＰＣＣＩ」は「Spark Controlled Compression Ignition」の略である。
【0057】
図４は、上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼が行われた場合の燃焼波形、つまりクランク角による熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）の変化を示したグラフである。本図に示すように、ＳＰＣＣＩ燃焼では、ＳＩ燃焼による熱発生とＣＩ燃焼による熱発生とがこの順に連続して発生する。このとき、ＣＩ燃焼の方が燃焼速度が速いという性質上、ＳＩ燃焼時よりもＣＩ燃焼時の方が熱発生の立ち上がりが急峻になる。このため、ＳＰＣＣＩ燃焼における熱発生率の波形は、ＳＩ燃焼からＣＩ燃焼に切り替わるタイミング（後述するθｃｉ）で現れる変曲点Ｘを有している。
【0058】
上記のようなＳＰＣＣＩ燃焼の具体的形態として、第１運転領域Ａ１では、理論空燃比よりも大きい空燃比を有するＡ／Ｆリーンの混合気を燃焼室６内に形成しつつ当該混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御、言い換えるとλ＞１（λは空気過剰率）の混合気をＳＰＣＣＩ燃焼させる制御が実行される。このとき、スロットル弁３２の開度は、理論空燃比相当の空気量よりも多くの空気が吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入されるような比較的大きな値に設定される。すなわち、第１運転領域Ａ１では、吸気通路３０を通じて燃焼室６に導入される空気（新気）と、インジェクタ１５から燃焼室６に噴射される燃料との重量比である空燃比（Ａ／Ｆ）の目標値が、理論空燃比（１４．７）よりも十分に大きい値に設定される。そして、この空燃比の目標値（目標空燃比）が実現されるようなスロットル弁３２の開度が都度決定され、その決定に従ってスロットル弁３２が制御される。
【0059】
なお、エンジンが冷間の状態（エンジン壁温（シリンダブロック３の温度）が３０度以下の状態）では、図３の全運転領域Ａ１～Ａ４においてＳＩ燃焼をする。また、半暖気の状態（エンジン壁温が３０度以上８０度以下の状態）では、運転領域Ａ１は無くなり運転領域Ａ２に包含されるが、完全暖気の状態（エンジン壁温が８０度以上の状態）では運転領域Ａ１は存在する。
【0060】
（４）過給機３３の制御
図３に示されるマップにおいて、エンジンの全運転領域Ａ１～Ａ４のうち、エンジン負荷が負荷Ｌ３以上またはエンジン回転速度がＮ４以上の場合のいずれかに該当するＳＣｏｎ領域（２点鎖線で囲まれたドット塗りつぶし領域）では、電磁クラッチ３４によってクランクシャフト７と過給機３３とが接続されることによって過給機３３が過給状態になる。なお、エンジン回転速度Ｎ４は、運転領域Ａ１のエンジン回転速度の上限値Ｎ２以上であって、運転領域Ａ４のエンジン回転速度の下限値Ｎ３以下の範囲に設定される。
図３に示されるマップにおいて、エンジンの全運転領域Ａ１～Ａ４のうち、エンジン負荷が負荷Ｌ３以上またはエンジン回転速度がＮ４以上の場合のいずれかに該当するＳＣｏｎ領域（２点鎖線で囲まれたドット塗りつぶし領域）では、電磁クラッチ３４によってクランクシャフト７と過給機３３とが接続されることによって過給機３３が過給状態になる。なお、エンジン回転速度Ｎ４は、運転領域Ａ１のエンジン回転速度の上限値Ｎ２以上であって、運転領域Ａ４のエンジン回転速度の下限値Ｎ３以下の範囲に設定される。
【0061】
一方、図３のマップのうち残余の領域（すなわち、エンジン負荷Ｌ３以下でかつエンジン回転速度Ｎ４以下の領域）では、過給機３３は非過給状態になる。
【0062】
通常の走行時では、エンジン負荷およびエンジン回転速度に基づいて、上記の図３のマップのＳＣｏｎ領域に該当する場合には、過給機３３を過給状態にする制御を行うが、本発明では、登坂走行時では、上記の図３のマップよりも優先して登坂角度に基づいて過給機３３を過給状態にする制御を行うことにより、登坂走行時の過給機３３の応答遅れならびに車両の加速遅れを抑制する。
【0063】
すなわち、本実施形態の過給制御部１０７は、登坂角度θが第１閾値θ１以上であると登坂判定部１０３が判定した場合（後述の図５のステップＳ３および図６の時点ｔ１参照）に、エンジンの目標エンジントルクＴＱが非過給領域（図６のＳＣ０ｆｆ領域参照）であっても、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３とを接続するように制御する。
【0064】
いいかえれば、過給制御部１０７は、登坂演算部１０４によって演算された登坂角度θが第１閾値θ１以上と登坂判定部１０３で判定された場合、目標トルク演算部１０２で演算した目標エンジントルクＴＱに関わらず過給するように、過給機３３を制御する。
【0065】
そして、登坂角度θが第１閾値θ１よりも低い第２閾値θ２以下になったと登坂判定部１０３が判定した場合（後述の図５のステップＳ５および図６の時点ｔ７参照）には、過給制御部１０７は、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３との接続を切断するように制御する。
【0066】
第２閾値θ２は第１閾値θ１よりも小さい角度であればよく、例えば、第１閾値θ１よりも１％低い角度（すなわち、０．９９×θ１）程度に設定される。
【0067】
また本実施形態では、タイマー１０８は、登坂角度θが第２閾値θ２以下になったと登坂判定部１０３が判定した場合に作動する。
【0068】
過給制御部１０７は、タイマー１０８が所定時間（例えば、１秒）を計測した後、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３との接続を切断するように制御する（後述の図５のステップＳ７および図６の時点ｔ７参照）。
【0069】
上記の第１閾値θ１は、変速ギアの段数が高くなるほど低くなるように設定されている。変速ギアの段数に関する情報は、ギア段センサＳＮ１０によってＰＣＭ１００へ逐次送られる。
【0070】
図７のグラフに示される変速ギアの段数ごと（図７ではｇｒ１～ｇｒ６の６段）の第１閾値θ１の情報は、ＰＣＭ１００の記憶部１０５に記憶される。図７のグラフでは、６段（ｇｒ１～ｇｒ６）にそれぞれについての車速Ｖと第１閾値θ１（角度）との関係が示されており、ギア段と車速Ｖから第１閾値θ１が一義的に決定される。
【0071】
図７に示されるように、第１閾値θ１は、車速Ｖが同じ場合には、ギア段（例えば、４段（ｇｒ４）～６段（ｇｒ６））が高くなるにつれて低くなるように設定される。第１閾値θ１は、例えば、１～８度の範囲で任意に設定される。
【0072】
図７のグラフでは、ギア段が１～３段（ｇｒ１～ｇｒ３）における第１閾値θ１が同じに設定されているが、ギア段が１～３段が高くなるごとに第１閾値θ１を低くなるように設定してもよい。
【0073】
（電磁クラッチ３４の制御フローチャート）
上記のように構成されたエンジンシステムでは、登坂走行中における過給機３３の動作制御、具体的には電磁クラッチ３４の制御を以下のような手順で行う。
上記のように構成されたエンジンシステムでは、登坂走行中における過給機３３の動作制御、具体的には電磁クラッチ３４の制御を以下のような手順で行う。
【0074】
図５のフローチャートに示されるように、まず、ステップＳ１において、ＰＣＭ１００は、ギア段センサＳＮ１０から変速ギアの現在のギアの段数（ギア段）を読み込む。
【0075】
つぎに、ステップＳ２において、ＰＣＭ１００は、記憶部１０５に記憶されたマップ（図７参照）を用いて、ギア段（例えば、６段の場合はｇｒ１～ｇｒ６）と車速Ｖから、第１閾値θ１を選択する。
【0076】
つぎに、ステップＳ３において、登坂判定部１０３は、登坂角度θが第１閾値θ１以上か判定する。ここで、登坂角度θは、上記のように、登坂角度検出部１０６（具体的には、加速度センサＳＮ９および登坂演算部１０４）を用いて検出される。すなわち、加速度センサＳＮ９によって検出された車両の加速度を用いて、登坂演算部１０４が登坂角度θを演算する。
【0077】
登坂角度θが第１閾値θ１以上の場合には、ステップＳ４に進み、過給制御部１０７は、電磁クラッチ３４を接続するように制御する。これにより、過給機３３は、クランクシャフト７と接続して過給を行う。
【0078】
このタイミングは、図６のタイムチャートに示されるように、目標エンジントルクＴＱが所定の過給トルクＴＱ１に達する時（ｔ２）よりも前に、登坂曲線ＳＬ１の登坂角度θが第１閾値θ１になった時（ｔ１）で電磁クラッチ３４がオン（ｏｎ）になり過給機３３の接続状態になる（断接曲線Ｃ１参照）。その後、目標エンジントルクＴＱが過給トルクＴＱ１以上の過給領域（ＳＣｏｎ領域）および過給トルクＴＱ１未満の非過給領域（ＳＣｏｆｆ領域）のいずれかに不規則に移行を繰り返しても、過給機３３の接続状態は長期間にわたって維持される（断接曲線Ｃ１の時点ｔ１～ｔ７＋Δｔ０の区間参照）。
【0079】
その後、登坂走行の後半において図６の登坂曲線ＳＬ１のように登坂角度θが低下したときに、ステップＳ５において、登坂判定部１０３は、登坂角度θが第１閾値θ１よりも小さい第２閾値θ２（＝θ１－α）以下か判定する。
【0080】
登坂角度θが第１閾値θ１よりも小さい第２閾値θ２以下の場合には、ステップＳ６に進み、タイマー１０８を作動する（時点ｔ７のタイマー作動を示す曲線Ｔ２参照。なお、登坂角度θが第２閾値θ２より大きい場合には、ステップＳ５を繰り返す）。
【0081】
タイマー１０８が所定の時間Δｔ０（例えば１秒）をカウントした後（ステップＳ７）、ステップＳ８に進み、過給制御部１０７は、電磁クラッチ３４の接続を切断するように制御する。これにより、過給機３３は、クランクシャフト７との接続が切断され、過給を停止する。
【0082】
したがって、上記のように、登坂角度θが第１閾値θ１以上になった場合の過給機３３の接続制御では、登坂走行中に目標エンジントルクＴＱが非過給領域になった時でも（時点ｔ３およびｔ６参照）過給機３３の接続を維持し、登坂角度θが所定の第２閾値θ２以下になった場合になってはじめて過給機３３の接続を維持している状態を切断する。したがって、登坂走行中においてエンジン負荷に関わらず過給機３３の接続を長く維持し続けることが可能になり、過給機３３の応答遅れを抑制することが可能である。
【0083】
なお、電磁クラッチが接続した後（ステップＳ４）で登坂角度θが第２閾値θ２より小さいと判定される（ステップＳ５）前、例えば、図６のタイムチャートの時点ｔ７の直前において、登坂角度θが小さくなっている間にエンジンが過給領域（すなわち、図３のＳＣｏｎ領域）になった場合（すなわち、目標エンジントルクＴＱが過給トルクＴＱ１以上になった場合）には、時点ｔ７以降も電磁クラッチの接続が維持（断接曲線Ｃ１がｏｎの状態を維持）するようにしてもよい。
【0084】
また、登坂角度θが第２閾値θ２より小さいと判定された（ステップＳ５）後にタイマー１０８がΔｔ０をカウントしている間に、エンジンが過給領域（図３のＳＣｏｎ領域）になった場合（すなわち、目標エンジントルクＴＱが過給トルクＴＱ１以上になった場合）または登坂角度θが第１閾値θ１または第２閾値θ２以上になった場合についても、時点ｔ７以降も電磁クラッチの接続が維持（断接曲線Ｃ１がｏｎの状態を維持）するようにしてもよい。
【0085】
【0086】
すなわち、ステップＳ９では、エンジンが図３のマップで示されるＳＣｏｎ領域の状態になった時（ｔ２）（この時点ｔ２では、ＳＣｏｎ領域になったことにより、目標エンジントルクＴＱが過給トルクＴＱ１以上になる）には、ステップＳ１０に進み、過給制御部１０７は、電磁クラッチ３４を接続するように制御し、過給機３３は過給を開始する。なお、ステップＳ９において、エンジンがＳＣｏｎ領域の状態にない場合にはステップＳ１に戻る。
【0087】
ついで、ステップＳ１１においてエンジンがＳＣｏｎ領域にない状態になった時（ｔ３）（このとき、目標エンジントルクＴＱが過給トルクＴＱ１未満になる）には、上記のステップＳ６～Ｓ８に示されるように、タイマー１０８が所定の時間Δｔ０をカウントした後（時点ｔ３のタイマー作動を示す曲線Ｔ１１参照）、過給制御部１０７は、電磁クラッチ３４の接続を切断するように制御し、過給機３３の過給を停止させる（図６の断接曲線Ｃ２の時点ｔ４参照）。
【0088】
また、過給機３３の停止後、再度、エンジンがＳＣｏｎ領域になった時（ｔ５）（すなわち、目標エンジントルクＴＱが過給トルクＴＱ１以上になった時）には、再び、過給機３３は過給を開始し、エンジンがＳＣｏｎ領域にない状態になった時（ｔ６）（すなわち、目標エンジントルクＴＱが過給トルクＴＱ１未満になった時）には、タイマー１０８が所定の時間Δｔ０をカウントした後（時点ｔ７）に過給機３３の過給を停止させる。このような通常の過給機３３の接続制御（図６の断接曲線Ｃ２参照）では、登坂走行時において電磁クラッチ３４の断接が繰り返される（このとき、時点ｔ４～ｔ５の間に非過給の長い期間が生じる）ので、過給機３３の接続の維持が困難であり、過給機３３の応答遅れが生じやすくなる。
【0089】
また、過給期間の長さを見た場合、上記のように本発明の特徴である登坂角度θに基づく電磁クラッチ３４の接続制御（とくに図５のステップＳ３～Ｓ５参照）では、過給期間が図６の断接曲線Ｃ１のように時点ｔ１～ｔ７＋Δｔ０までの長期間維持され、登坂走行中の過給機３３の応答遅れが生じにくいことが理解される。これに対し、図３のＳＣｏｎ領域に基づく電磁クラッチ３４の接続制御（とくに図５のステップＳ９～Ｓ１１参照）では、過給期間が図６の断接曲線Ｃ２のように時点ｔ２～ｔ４、ｔ５～ｔ６＋Δｔ０の短期間でかつ断続的にしか維持されない。このような断続的な接続制御では、登坂走行中の過給機３３の応答遅れが生じやすいことが理解される。
【0090】
（本実施形態の特徴）
（１）
本実施形態のエンジンシステムは、エンジン本体１のクランクシャフト７により駆動される機械式の過給機３３と、クランクシャフト７と過給機３３とを断接可能に接続する電磁クラッチ３４と、電磁クラッチ３４に制御信号を出力するＰＣＭ１００（制御器）とを備える。ＰＣＭ１００は、車両走行時の登坂角度θを検出する登坂角度検出部１０６（本実施形態では加速度センサＳＮ９および登坂演算部１０４によって構成された検出部）と、登坂角度検出部１０６によって検出された登坂角度θが所定の第１閾値θ１以上か否かを判定する登坂判定部１０３と、登坂角度θが第１閾値θ１以上であると登坂判定部１０３が判定した場合に、エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３とを接続するように制御する過給制御部１０７とを備える。
（１）
本実施形態のエンジンシステムは、エンジン本体１のクランクシャフト７により駆動される機械式の過給機３３と、クランクシャフト７と過給機３３とを断接可能に接続する電磁クラッチ３４と、電磁クラッチ３４に制御信号を出力するＰＣＭ１００（制御器）とを備える。ＰＣＭ１００は、車両走行時の登坂角度θを検出する登坂角度検出部１０６（本実施形態では加速度センサＳＮ９および登坂演算部１０４によって構成された検出部）と、登坂角度検出部１０６によって検出された登坂角度θが所定の第１閾値θ１以上か否かを判定する登坂判定部１０３と、登坂角度θが第１閾値θ１以上であると登坂判定部１０３が判定した場合に、エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３とを接続するように制御する過給制御部１０７とを備える。
【0091】
かかる構成では、登坂角度検出部１０６によって検出された登坂角度θが第１閾値θ１以上であると登坂判定部１０３が判定した場合に、過給制御部１０７は、エンジンの目標トルクが非過給領域であっても、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３とを接続するように制御する。これにより、登坂走行中においてアクセル開度の変化などによってエンジン負荷が変動しても、登坂角度θが第１閾値θ１以上の場合にはエンジン負荷に関わらず機械式過給機３３によって常時過給できるようになり、過給の応答遅れを解消し、車両の加速遅れを抑制することが可能になる。
【0092】
（２）
本実施形態のエンジンシステムでは、過給制御部１０７は、登坂角度θが第１閾値θ１よりも低い第２閾値θ２以下になったと登坂判定部１０３が判定した場合に、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３との接続を切断するように制御する。
本実施形態のエンジンシステムでは、過給制御部１０７は、登坂角度θが第１閾値θ１よりも低い第２閾値θ２以下になったと登坂判定部１０３が判定した場合に、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３との接続を切断するように制御する。
【0093】
かかる構成では、登坂走行中に登坂角度θが第１閾値θ１よりも低い第２閾値θ２になってから電磁クラッチ３４が切断されるので、電磁クラッチ３４の切断を遅らせることが可能になり、登坂走行中に継続される過給期間を長くすることが可能になる。その結果、登坂走行中の再加速時の応答遅れを長期に抑制することが可能である。
【0094】
（３）
本実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ１００（制御器）はタイマー１０８をさらに備え、タイマー１０８は、登坂角度θが第２閾値θ２以下になったと登坂判定部１０３が判定した場合に作動し、過給制御部１０７は、タイマー１０８が所定時間を計測した後、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３との接続を切断するように制御する。
本実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ１００（制御器）はタイマー１０８をさらに備え、タイマー１０８は、登坂角度θが第２閾値θ２以下になったと登坂判定部１０３が判定した場合に作動し、過給制御部１０７は、タイマー１０８が所定時間を計測した後、電磁クラッチ３４に対してクランクシャフト７と過給機３３との接続を切断するように制御する。
【0095】
かかる構成では、タイマー１０８により電磁クラッチ３４の接続を切断するタイミングを任意に設定された所定時間を遅らせることが可能になり、登坂走行中に継続される過給期間をより長くすることが可能になる。
【0096】
（４）
本実施形態のエンジンシステムでは、第１閾値θ１は、変速ギアの段数が高くなるほど低くなるように設定されている。
本実施形態のエンジンシステムでは、第１閾値θ１は、変速ギアの段数が高くなるほど低くなるように設定されている。
【0097】
変速ギアの段数が高いほどエンジン回転速度は低くなり、車両の加速にも時間がかかる傾向がある。そこで、上記の構成では、第１閾値θ１を変速ギアの段数が高くなるほど低くなるように設定することにより、登坂走行中において変速ギアの段数が高くても、電磁クラッチ３４を早期に接続して、登坂走行中の再加速時の応答遅れを抑制することが可能である。
【符号の説明】
【0098】
１ エンジン本体
７ クランクシャフト
３３ 過給機
３４ 電磁クラッチ
１００ ＰＣＭ（制御器）
１０２ 目標トルク演算部
１０３ 登坂判定部
１０４ 登坂演算部
１０６ 登坂角度検出部
１０７ 過給制御部
１０８ タイマー
ＳＮ９ 加速度センサ
ＳＮ１０ ギア段センサ
７ クランクシャフト
３３ 過給機
３４ 電磁クラッチ
１００ ＰＣＭ（制御器）
１０２ 目標トルク演算部
１０３ 登坂判定部
１０４ 登坂演算部
１０６ 登坂角度検出部
１０７ 過給制御部
１０８ タイマー
ＳＮ９ 加速度センサ
ＳＮ１０ ギア段センサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】