JP2004169673A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンの回転を利用して発電を行うことのできる電動機を備えたターボチャージャを有する内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジン(内燃機関)の吸入空気をターボチャージャで過給して、高出力(あるいは、低燃費)を得ようとする試みは以前から常用されている。ターボチャージャの改善が要望されている点の一つとして、低回転域の過給圧の立ち上がりが悪く、低回転域でのエンジン出力特性が良好でないというものがある。これは、排気エネルギーを利用して吸入空気を過給するというターボチャージャの原理上、排気エネルギーの少ない低回転域で発生する現象であった。これを改善するために、ツインターボ化などが一般に行われているが、タービン/コンプレッサに電動機(モータ)を組み込んで強制的にタービン/コンプレッサを駆動して所望の過給圧を得ようとする試みもなされている。このような場合は、排気エネルギーを利用して電動機に回生発電を行わせることも可能である。このような電動機付ターボチャージャを有する内燃機関としては、[特許文献1]に記載のようなものがある。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−240058号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
[特許文献1]に記載の内燃機関においては、電動機付ターボチャージャの電動機を用いて発電を行う場合には、排気エネルギーの一部が発電に消費されるため、その分の過給効果が減って内燃機関の出力が低下してしまう。[特許文献1]においては、ターボチャージャに付随した電動機で発電する際には、オルタネータでの発電を停止して内燃機関への負荷を軽減する旨の開示があるが、根本的な対策ではなく更なる改善が要望されるものであった。
【0005】
従って、本発明の目的は、電動機付ターボチャージャにおよる回生発電時の内燃機関の出力変動を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の内燃機関の制御装置は、内燃機関に付随して配設されたターボチャージャと、排気流によって該ターボチャージャのタービン/コンプレッサを回転させて発電を行い得る電動機と、電動機による発電時に、内燃機関の出力を増大させる出力増大手段とを備えていることを特徴としている。
【0007】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、出力増大手段は、内燃機関の出力を増大させるに際して、スロットルバルブの開度調整による出力増大を優先して行うことを特徴としている。
【0008】
また、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、出力増大手段は、スロットルバルブの開度が全開の時には、燃料噴射量調節によって出力増大を行うことを特徴としている。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の制御装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の制御装置を有するエンジン1を図1に示す。
【0010】
本実施形態で説明するエンジン1は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図1に示されている。エンジン1は、インジェクタ2によってシリンダ3内のピストン4の上面に燃料を噴射するタイプのエンジンである。このエンジン1は、成層燃焼が可能であり、いわゆるリーンバーンエンジンである。後述するターボチャージャによってより多くの吸入空気を過給してリーンバーンを行うことによって、高出力化だけでなく低燃費化をも実現し得るものである。
【0011】
エンジン1は、吸気通路5を介してシリンダ3内に吸入した空気をピストン4によって圧縮し、ピストン4の上面に形成された窪みの内部に燃料を噴射して濃い混合気を点火プラグ7近傍に集め、これに点火プラグ7で着火させて燃焼させ得る(成層燃焼)。吸気行程に燃料噴射すれば、通常の均質燃焼も行える。シリンダ3の内部と吸気通路5との間は、吸気バルブ8によって開閉される。燃焼後の排気ガスは排気通路6に排気される。シリンダ3の内部と排気通路6との間は、排気バルブ9によって開閉される。吸気通路5上には、上流側からエアクリーナ10、エアフロメータ27、ターボユニット11、インタークーラー12、スロットルバルブ13などが配置されている。
【0012】
エアクリーナ10は、吸入空気中のゴミや塵などを取り除くフィルタである。本実施形態のエアフロメータ27は、ホットワイヤ式のものであり、吸入空気量を質量流量として検出するものである。ターボユニット11は、吸気通路5と排気通路6との間に配され、過給を行うものである。本実施形態のターボユニット11においては、タービン側インペラーとコンプレッサ側インペラーとが回転軸で連結されている(以下、この部分を単にタービン/コンプレッサ11aと言うこととする)。
【0013】
また、本実施形態のターボチャージャは、タービン/コンプレッサ11aの回転軸が出力軸となるように電動機11bが組み込まれている電動機付ターボチャージャである。電動機11bは、排気エネルギーを用いて発電する発電機としても機能し得る。なお、ターボユニット11は、排気エネルギーによってのみ過給を行う通常の過給機としても機能し得るが、電動機11bによってタービン/コンプレッサ11aを強制的に駆動することでさらなる過給を行うこともできる。
【0014】
また、排気エネルギーを利用して、タービン/コンプレッサ11aを介して電動機11bを回転させることで回生発電させ、発電された電力を回収することもできる。電動機11bは、タービン/コンプレッサ11aの回転軸に固定されたロータと、その周囲に配置されたステータとを主たる構成部分として有している。吸気通路5上のターボユニット11の下流側には、ターボユニット11による過給で圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げる空冷式インタークーラー12が配されている。インタークーラー12によって吸入空気の温度を下げ、充填効率を向上させる。
【0015】
インタークーラー12の下流側には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ13が配されている。本実施形態のスロットルバルブ13は、いわゆる電子制御式スロットルバルブであり、アクセルペダル14の操作量をアクセルポジショニングセンサ15で検出し、この検出結果と他の情報量とに基づいてECU16がスロットルバルブ13の開度を決定するものである。スロットルバルブ13は、これに付随して配設されたスロットルモータ17によって開閉される。また、スロットルバルブ13に付随して、その開度を検出するスロットルポジショニングセンサ18も配設されている。
【0016】
スロットルバルブ13の下流側には、吸気通路5内の圧力(過給圧・吸気圧)を検出する圧力センサ19が配設されている。これらのセンサ15,18,19,27はECU16に接続されており、その検出結果をECU16に送出している。ECU16は、CPU,ROM,RAM等からなる電子制御ユニットである。ECU16には、上述したインジェクタ2、点火プラグ7や、電動機11b、等が接続されており、これらはECU16からの信号によって制御されている。ECU16には、このほかにも、吸気バルブ8の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構20の油圧や、電動機11bと接続されたコントローラ21、バッテリ22なども接続されている。
【0017】
コントローラ21は、電動機11bの駆動を制御するだけでなく、電動機11bが回生発電した電力の電圧変換を行うインバータとしての機能も有している。回生発電による電力は、コントローラ21によって電圧変換された後にバッテリ22に充電される。一方、排気通路6上には、ターボユニット11の上流側に、排気空燃比を検出する空燃比センサ28が配されている。空燃比センサ28の上述したECU16に接続されており、その検出結果をECU16に送出している。
【0018】
また、ターボユニット11の下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒23が取り付けられている。そして、排気通路6(空燃比センサ28の上流側)から吸気通路5(圧力センサ19の下流側に形成されたサージタンク部)にかけて排気ガスを還流させるためのEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路24が配設されている。EGR通路24上には、排気ガス還流量を調節するEGRバルブ25が取り付けられている。EGRバルブ25の開度制御も上述したECU16によって行われる。また、エンジン1のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジショニングセンサ26が取り付けられている。クランクポジショニングセンサ26は、クランクポジションの位置からエンジン回転数を検出することもできる。
【0019】
上述した内燃機関における制御について説明する。図2に、本実施形態における制御のフローチャートを示す。
【0020】
まず、発電要求があるか否かが判定される(ステップ200)。エンジン1の制御全般はECU16によって行われており、電動機11bの制御はこのECU16とコントローラ21とによって協調制御されている。ECU16は、エンジン1の状態を上述した各種センサによって検出されるエンジン回転数や吸入空気量、スロットル開度などの情報量から判断しており、電動機11bによって回生発電をさせてエネルギーを回収するか否かの判断もしている。そして、ECU16によって電動機11bに回生発電をさせると判断された場合には、発電量要求指令が生成され、これに基づいてコントローラ21などによって電動機11bによって回生発電が行われる。ステップ200では、この発電要求指令が生成されているか否かを判定している。
【0021】
発電要求がない場合、即ち、ステップ200が否定される場合は、後述する補正係数α,βがクリアされ(ステップ270)、電動機11bによる回生発電は行われない(ステップ280)。なお、ステップ280において、電動機11bによる回生発電が既に行われている場合は停止される。
【0022】
一方、発電要求がある場合、即ち、ステップ200が肯定される場合、次に、エンジン回転数がクランクポジショニングセンサ26によって検出されると共に、エンジン負荷が吸入空気量やスロットル開度(スロットルポジショニングセンサ18によって検出)から算出(推定)される。なお、吸入空気量は、エアフロメータ27にて測定されるか、又は、圧力センサ19の検出結果から推定される。また、スロットル開度は、スロットルポジショニングセンサ18によって検出される。
【0023】
ステップ210の後、検出されたスロットル開度が全開であるか否かを判定する(ステップ220)。ステップ220が否定され、スロットルバルブ13にまだその開度を開く余裕がある場合は、電動機11bによる発電によって減少する過給効果を吸入空気量を増加させる(それに伴って燃料も増加することもあり得る)ことで補うべく、スロットル開度補正係数αが算出される(ステップ230)。スロットル開度補正係数αは、基本となるスロットル開度に対して、その基本開度を何%増しとなるように指示するための係数である。なお、係数でなく、単純に開度の増分を指示する補正値で補正するなどの他の手法も採用し得る。
【0024】
スロットル開度補正係数αは、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく二次元マップとしてECU16内に格納されており、ステップ210において検出・算出されたエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて算出(決定)される。補正係数αは、エンジン回転数が高い程、また、エンジン負荷が高い程、スロットルバルブ13の開度を大きくする値となる。この補正係数αは、実際に発電を実行したときのエンジン1のトルク低下(出力低下)を補償する値として実験を通じて予め決定されたものである。
【0025】
ステップ230において補正係数αが算出された後、この補正係数を反映させてスロットルバルブ13の開度を開く側に補正すると同時に、電動機11bによる回生発電を開始する。スロットルバルブ13を開く側に補正することでエンジン1の出力は増大側に補正される。これによって、回生発電によって減る過給効果の分が打ち消され、エンジン1の出力に段差などが生じずに円滑に電動機11bによる回生発電を開始できる。
【0026】
特に、ここでは、スロットルバルブ13の開度を大きくして吸入空気量を増加させることを優先している。このようにすると、増加した吸入空気量に見合う最適空燃比に基づいて燃料噴射量が増加されるので、エンジン1の出力が増加する。即ち、最適な空燃比を維持しつつ出力増加させて、回生発電によって減る過給効果の分を効果的に打ち消すことができる。なお、ここでは、スロットルバルブ13や、ECU16、スロットルモータ17、スロットルポジショニングセンサ18などが、出力増大手段として機能している。
【0027】
一方、ステップ220が肯定され、スロットルバルブ13が全開である場合は、電動機11bによる発電によって減少する過給効果を燃料噴射量を増やすことで補うべく、燃料増量補正係数βが算出される(ステップ250)。燃料増量補正係数βは、基本となる燃料噴射量に対して、その基本燃料噴射量を何%増しとなるように指示するための係数である。なお、係数でなく、単純に噴射量の増分を指示する補正値で補正するなどの他の手法も採用し得る。
【0028】
燃料増量補正係数βも、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく二次元マップとしてECU16内に格納されており、ステップ210において検出・算出されたエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて算出(決定)される。補正係数βも、エンジン回転数が高い程、また、エンジン負荷が高い程、噴射燃料量を多くする値となる。この補正係数βも、実際に発電を実行したときのエンジン1のトルク低下(出力低下)を補償する値として実験を通じて予め決定されたものである。
【0029】
ステップ250において補正係数βが算出された後、この補正係数を反映させて燃料噴射量を増量する側に補正すると同時に、電動機11bによる回生発電を開始する。燃料噴射量を増量する側に補正することでエンジン1の出力は増大側に補正される。これによって、回生発電によって減る過給効果の分が打ち消され、エンジン1の出力に段差などが生じずに円滑に電動機11bによる回生発電を開始できる。なお、ここでは、燃料噴射量を決定するECU16などが、出力増大手段として機能している。
【0030】
なお、上述した実施形態では、スロットルバルブ開度を介して吸入空気量を調節することで出力を増大させることと、燃料噴射量を増量させることで出力を増大させること(スロットル全開時)とを併用した。しかし、スロットルバルブ開度を介して吸入空気量を調節することだけを単独で採用しても良い。この場合、スロットルバルブが全開である場合は、内燃機関の出力に段差が生じ得てしまうのを許容しても良いし、スロットルバルブが全開である場合には電動機付ターボチャージャの電動機による回生発電を禁止するようにしても良い。
【0031】
また、上述した実施形態においては、圧力センサ19とエアフロメータ27とが併用されていた。しかし、吸気管内圧から吸入空気量を推定するようなシステムが構築できるのであれば、必ずしもエアフロメータ27を設けなくても良い。あるいは、エアフロメータ27のみで制御が可能であるなら、圧力センサ19を設けなくても良い。また、上述した実施形態では、電動機11bの回生発電時の補正量(回生発電による目減り分を補償する出力増大量)はエンジン回転とエンジン負荷とに基づいて決定されたが、他のパラメータを用いたり併用することで決定しても良い。
【0032】
【発明の効果】
本発明の内燃機関の制御装置は、電動機による発電時に内燃機関の出力を増大させる出力増大手段を備えており、電動機付ターボチャージャにおいて回生発電を行う際には回生発電によって減じられる過給効果分を補償するために内燃機関の出力を増大させる。これによって、内燃機関の出力を低下させることなく、かつ、回生発電に伴って内燃機関の出力に段差などを生じさせずに円滑に回生発電を行わせることができる。ここで、出力増大手段が、内燃機関の出力を増大させるに際してスロットルバルブの開度調整による出力増大を優先して行うようにすることで、最適な空燃比を維持しつつ出力増加させることができる。さらにここで、スロットルバルブの開度が全開の時には、出力増大手段が燃料噴射量調節によって出力増大を行うようにすれば、内燃機関の出力をさらに増加させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の制御装置の一実施形態を有する内燃機関(エンジン)の構成を示す構成図である。
【図2】本発明の制御装置の一実施形態による回生発電時の内燃機関制御のフローチャートである。
【符号の説明】
1…エンジン、2…インジェクタ、3…シリンダ、4…ピストン、5…吸気通路、6…排気通路、7…点火プラグ、8…吸気バルブ、9…排気バルブ、10…エアクリーナ、11…ターボユニット、11a…タービン、11b…電動機、12…インタークーラー、13…エアクリーナ、13…スロットルバルブ、14…アクセルペダル、15…アクセルポジショニングセンサ、16…ECU、17…スロットルモータ、18…スロットルポジショニングセンサ、19…圧力センサ、20…可変バルブタイミング機構、21…コントローラ、22…バッテリ、23…排気浄化触媒、24…EGR通路、25…EGRバルブ、26…クランクポジショニングセンサ、27…エアフロメータ、28…空燃比センサ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for an internal combustion engine having a turbocharger provided with an electric motor capable of generating electric power using the rotation of a turbine.
[0002]
[Prior art]
Attempts to obtain high output (or low fuel consumption) by supercharging the intake air of an engine (internal combustion engine) with a turbocharger have been conventionally used. One of the demands for the improvement of the turbocharger is that the boosting of the supercharging pressure in the low rotation speed range is poor, and the engine output characteristics in the low rotation speed range are not good. This is a phenomenon that occurs in a low rotation speed region where the exhaust energy is small due to the principle of the turbocharger in which the intake air is supercharged using the exhaust energy. In order to improve this, twin-turbo conversion and the like are generally performed, but an electric motor (motor) is incorporated in the turbine / compressor to forcibly drive the turbine / compressor to obtain a desired supercharging pressure. Attempts have been made. In such a case, it is also possible to make the electric motor perform regenerative power generation using the exhaust energy. As an internal combustion engine having such a turbocharger with a motor, there is one described in [Patent Document 1].
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-5-240058
[Problems to be solved by the invention]
In the internal combustion engine described in [Patent Document 1], when power is generated using a motor of a turbocharger with a motor, part of exhaust energy is consumed for power generation, and the supercharging effect is reduced accordingly. As a result, the output of the internal combustion engine decreases. [Patent Document 1] discloses that when power is generated by an electric motor attached to a turbocharger, power generation by an alternator is stopped to reduce the load on an internal combustion engine, but this is not a fundamental measure. Further improvement was desired.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress output fluctuation of the internal combustion engine during regenerative power generation for a turbocharger with a motor.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The control device for an internal combustion engine according to claim 1 includes a turbocharger disposed in association with the internal combustion engine, an electric motor capable of generating electricity by rotating a turbine / compressor of the turbocharger by an exhaust flow, and an electric motor. Output power increasing means for increasing the output of the internal combustion engine during power generation.
[0007]
According to a second aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the first aspect, when increasing the output of the internal combustion engine, priority is given to increasing the output by adjusting the opening of the throttle valve when increasing the output of the internal combustion engine. It is characterized by performing.
[0008]
According to a third aspect of the present invention, in the control device for an internal combustion engine according to the second aspect, when the opening of the throttle valve is fully opened, the output is increased by adjusting the fuel injection amount. Features.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the control device of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an engine 1 having a control device according to the present embodiment.
[0010]
The engine 1 described in the present embodiment is a multi-cylinder engine, but here only one cylinder is shown in FIG. 1 as a cross-sectional view. The engine 1 is of a type in which fuel is injected into the upper surface of a piston 4 in a cylinder 3 by an injector 2. This engine 1 is capable of performing stratified combustion, and is a so-called lean burn engine. By supercharging a larger amount of intake air by a turbocharger described later and performing lean burn, not only high output but also low fuel consumption can be realized.
[0011]
The engine 1 compresses air sucked into the cylinder 3 through the
[0012]
The
[0013]
Further, the turbocharger of the present embodiment is a turbocharger with an electric motor in which the
[0014]
In addition, by using the exhaust energy, the
[0015]
Downstream of the
[0016]
Downstream of the
[0017]
The
[0018]
An
[0019]
The control in the above-described internal combustion engine will be described. FIG. 2 shows a flowchart of control in the present embodiment.
[0020]
First, it is determined whether there is a power generation request (step 200). The overall control of the engine 1 is performed by the
[0021]
When there is no power generation request, that is, when step 200 is denied, correction coefficients α and β described later are cleared (step 270), and regenerative power generation by the
[0022]
On the other hand, if there is a power generation request, that is, if step 200 is affirmative, then, the engine speed is detected by the
[0023]
After step 210, it is determined whether or not the detected throttle opening is fully open (step 220). If the determination in step 220 is negative, and the
[0024]
The throttle opening correction coefficient α is stored in the
[0025]
After the correction coefficient α is calculated in
[0026]
Particularly, here, priority is given to increasing the opening degree of the
[0027]
On the other hand, if step 220 is affirmative and the
[0028]
The fuel increase correction coefficient β is also stored in the
[0029]
After the correction coefficient β is calculated in step 250, the correction coefficient is reflected to correct the fuel injection amount to be increased, and at the same time, the regenerative power generation by the
[0030]
In the above-described embodiment, the output is increased by adjusting the intake air amount via the throttle valve opening, and the output is increased by increasing the fuel injection amount (when the throttle is fully opened). Used together. However, only the adjustment of the intake air amount via the throttle valve opening may be employed alone. In this case, when the throttle valve is fully open, a step may be allowed to occur in the output of the internal combustion engine, and when the throttle valve is fully open, regenerative power generation by the electric motor of the turbocharged motor May be prohibited.
[0031]
In the embodiment described above, the
[0032]
【The invention's effect】
The control device for an internal combustion engine according to the present invention includes an output increasing unit that increases the output of the internal combustion engine when the electric motor generates electric power. The output of the internal combustion engine is increased to compensate for This makes it possible to smoothly perform regenerative power generation without lowering the output of the internal combustion engine and without causing a step or the like in the output of the internal combustion engine accompanying regenerative power generation. Here, by increasing the output by adjusting the opening of the throttle valve when increasing the output of the internal combustion engine, the output can be increased while maintaining the optimum air-fuel ratio. . Further, when the opening of the throttle valve is fully opened, the output of the internal combustion engine can be further increased if the output increasing means increases the output by adjusting the fuel injection amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an internal combustion engine having one embodiment of a control device of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of internal combustion engine control during regenerative power generation according to an embodiment of the control device of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Injector, 3 ... Cylinder, 4 ... Piston, 5 ... Intake passage, 6 ... Exhaust passage, 7 ... Spark plug, 8 ... Intake valve, 9 ... Exhaust valve, 10 ... Air cleaner, 11 ... Turbo unit, 11a: Turbine, 11b: Electric motor, 12: Intercooler, 13: Air cleaner, 13: Throttle valve, 14: Accelerator pedal, 15: Accelerator positioning sensor, 16: ECU, 17: Throttle motor, 18: Throttle positioning sensor, 19: Pressure Sensors, 20: variable valve timing mechanism, 21: controller, 22: battery, 23: exhaust purification catalyst, 24: EGR passage, 25: EGR valve, 26: crank positioning sensor, 27: air flow meter, 28: air-fuel ratio sensor.
Claims (3)
前記電動機による発電時に、前記内燃機関の出力を増大させる出力増大手段をさらに備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。A control device for an internal combustion engine, comprising: a turbocharger disposed in association with the internal combustion engine; and an electric motor capable of generating electricity by rotating a turbine / compressor of the turbocharger by an exhaust gas flow.
A control device for an internal combustion engine, further comprising output increasing means for increasing the output of the internal combustion engine when the electric motor generates electric power.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1686254A2 (en) * | 2005-01-26 | 2006-08-02 | Denso Corporation | Engine control system having turbocharger |
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2002
- 2002-11-22 JP JP2002339725A patent/JP2004169673A/en active Pending
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A521 | Written amendment |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070904 |