JP2004346910A

JP2004346910A - 発電量制御装置

Info

Publication number: JP2004346910A
Application number: JP2003148017A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kawamura; 克彦川村; Kenichi Fujimura; 健一藤村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2003-05-26
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】吸気通路中に設けた容積型過給機によって駆動される発電機の発電要求とエンジンの吸入空気量要求とを同時に満足する。
【解決手段】吸気通路２中に配置される容積型過給機４と、前記容積型過給機４によって駆動される発電機４ａと、前記吸気通路２の前記容積型過給機４の上流と下流とをバイパスするバイパス通路３と、前記バイパス通路３の連通を開閉可能なバイパス弁６と、前記容積型過給機４の回転速度を検知する手段１０と、前記容積型過給機４の回転速度が、前記発電機４ａの発電効率が低下する高回転速度になった場合に前記バイパス弁６を開くバイパス弁制御手段９と、を設ける。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気通路中に設けた容積型過給機によって駆動され、前記容積型過給機の回転エネルギーを回収する発電機の発電量制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのエネルギー効率を上げる為に、容積型過給機を吸気通路中に設け、エンジンの吸入負圧によって前記容積型過給機のコンプレッサーを回転させることによって前記発電機を駆動してエネルギーを回収する技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３５７１２７号公報
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のシステムは、吸気通路が１本のみであり、この唯一の吸気通路中に容積型過給機を配置しているため、エンジンの吸入空気量要求は容積型過給機の回転数によって定まる。一方、容積型過給機によって駆動される発電機に要求される発電量は、その時の電力消費量と電気蓄積可能量により決定される。
【０００５】
上記の吸入空気量要求と発電要求とを同時に満足することは、例えば船舶用エンジンのようにほぼ一定の運転条件では可能であるが、自動車等のように運転状態が常に変化する場合には困難であった。
【０００６】
そこで、本発明では常に運転状態が変化する場合においても吸入空気量要求と発電要求とを同時に満足するシステムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の発電量制御装置は、吸気通路中に配置される容積型過給機と、前記容積型過給機によって駆動される発電機と、前記吸気通路の前記容積型過給機の上流と下流とをバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路の連通を開閉可能なバイパス弁と、前記容積型過給機の回転速度を検知する手段と、前記容積型過給機の回転速度が、前記発電機の発電効率が低下する高回転速度になった場合に前記バイパス弁を開くバイパス弁制御手段と、を設ける。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、発電機の回転速度が、発電効率が低下する高回転速度になった場合にはバイパス弁を開くことによって発電機の回転速度を発電効率の高い回転速度まで下げるので、発電機の回転速度は発電効率の高い速度に維持されて発電要求は満足され、このときエンジンの吸入空気量要求は開度を増したバイパス通路を通過した空気によって満足される。
【０００９】
すなわち、発電機の発電要求とエンジンの吸入空気量要求とを同時に満足することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本実施形態のシステム構成を表した図である。８はエンジンであり、エンジン８の吸気通路１は分岐部１１で２つに分岐しており、一方を吸気通路２、他方をバイパス通路３とする。
【００１２】
吸気通路２には容積型の過給機４が配置され、過給機４にはシャフト５を介して発電機４ａが接続され、シャフト５の近傍にはシャフト５の回転数を検出する回転センサー１０が設けられている。発電機４ａは従来のオルタネータと同様のもので、車両の電気負荷状態とバッテリの状態に応じて発電のコントロールを発電機４ａ自身で行っている。
【００１３】
前記発電機４ａの発電の原理は以下のとおりである。エンジン８が吸気行程において吸入負圧を発生すると、容積型の過給機４は負圧に引かれて回転する。このときシャフト５を介して過給機４に接続された発電機４ａも回転するので発電が行われる。
【００１４】
バイパス通路３にはバイパス弁６が開閉可能に設けられており、全閉状態ではバイパス通路３の連通は遮断される。
【００１５】
過給機４下流の吸気通路２ｂとバイパス弁６下流のバイパス通路３ｂは合流部１２で合流している。合流部１２下流にはスロットルバルブ７が設けられている。
【００１６】
上記バイパス弁６、スロットルバルブ７の動きは後述するように過給機４の回転センサー１０の検出値、アクセル開度センサー１３とエンジン回転数センサー１４の検出値に基づくエンジン８の吸入空気量要求等に応じてエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９によって制御される。
【００１７】
ここで、前述したエンジン８の吸入負圧による発電可能量について図２を参照して説明する。図２はエンジン８の吸入負圧による発電可能量と、エンジン回転速度及びエンジン負荷との関係についてのマップであり、このマップによるとエンジン回転速度が高く、かつエンジン負荷が小さい時ほど発電可能量が大きくなっている。しかし従来のエンジンで負荷が小さい時は、スロットル開度を小さくしてエンジンへの吸気量を絞っていたので、スロットルより下流の圧力が低下してポンピングロスが発生していた。すなわち、本実施形態では、従来スロットル部分でポンピングロスとして損失していたエネルギーを発電機４ａで回収しているわけである。
【００１８】
発電機４ａの発電効率について図３を参照して説明する。図３は発電効率と過給機４の回転速度との関係を示しており、回転速度が約１７００ｒｐｍ付近で発電効率が約６０％まで急激に上昇しており、約１７００〜２０００ｒｐｍ付近では発電効率約６０％を保つ。それ以上の回転速度になると徐々に発電効率は低下して、過給機４の回転速度が約３５００ｒｐｍでは約５０％まで、約６０００ｒｐｍでは約４５％まで低下している。つまり、発電機４ａの発電効率は過給機４の回転速度が高すぎても低すぎても悪化することがわかる。
【００１９】
一方、過給機４は容積型過給機であるので、エンジン８の吸入空気量要求が大きい場合には回転速度も高くなり、過給機４の回転速度が発電機４ａの発電効率の高い回転速度より高くなってしまうこともある。
【００２０】
そこで、ＥＣＵ９は上記のような場合にも過給機４の回転速度を発電効率の高い回転速度に維持しつつ、エンジン８の吸入空気量要求を満たす空気量を流すための制御を行う。具体的には、バイパス弁６の開度を変化させることによって過給機４を通過する空気量を制御し、これにより過給機４の回転速度を発電機４ａの発電効率の良い範囲に維持する。このとき、スロットルバルブ７の開度は基本的にはアクセル開度に応じて制御し、後述する条件ではバイパス弁６の開度変化も加味して制御される。ここで図４にＥＣＵ９が行うバイパス弁６の開度制御のフローチャートを示す。
【００２１】
ステップＳ１００では、回転センサー１０によって検出される過給機４の回転速度Ｎｓを読込む。
【００２２】
ステップＳ１０１ではステップＳ１００で読込んだ過給機４の回転速度Ｎｓと予め設けた上限値との比較を行い、回転速度Ｎｓが上限値よりも大きい場合はステップＳ１０８へ進み、上限値以下の場合はステップＳ１０２に進む。
【００２３】
ステップＳ１０２では過給機４の回転速度と予め設けた下限値との比較を行い、過給機４の回転速度Ｎｓが下限値よりも小さい場合には処理を終了してステップＳ１００に戻る。
【００２４】
なお、ここで用いる上限値は、前述した図３のように発電効率と過給機４の回転速度との関係を求めておき、この結果から、発電効率の高い回転数として適当な値、例えば２７００ｒｐｍに定める。下限値も同様に図３から発電効率の高い範囲の下限値として適当な値、例えば１７００ｒｐｍに設定する。つまり、過給機４の回転速度が上限値と下限値の間である場合には、バイパス弁６の開度は変化させない。
【００２５】
ステップＳ１０８では過給機４の回転速度Ｎｓが上昇中であるか否かの判定を行い、上昇中である場合は、ステップＳ１１２に進みバイパス弁６の開度を一定時間当たり予め定めた所定値（１）の割合で大きくする。過給機４の回転速度Ｎｓが上昇中でない場合にはステップＳ１０９に進み、バイパス弁６の開度を一定時間あたり予め定めた所定値（２）の割合で大きくする。
【００２６】
ステップＳ１０９またはＳ１１２でバイパス弁６の開度を大きくしたら、ステップＳ１１０に進み、バイパス弁６を開いたことによって増加した通過空気量を算出してステップＳ１１１に進む。通過空気量の増加分の算出方法としては、例えば、バイパス通路３に流量計を設けてバイパス通路３を通過する空気量を検出し、また、発電機４ａの回転速度の変化から過給機４を通過する空気量を検出し、前記２つの検出値を用いてバイパス弁６の開度変化前後の差を算出する方法がある。
【００２７】
ステップＳ１１１ではステップＳ１１０で算出した通過空気量の増加分を打ち消す分だけスロットルバルブ７の開度を小さくする。これにより、バイパス弁６の開度を増したことでバイパス弁６を通過する空気量が増加して、過給機４およびバイパス通路３を通過する空気量の合計がエンジン８の吸入空気量要求に対して過剰となった場合にも、エンジン８には要求通りの空気量を供給することができる。
【００２８】
所定値（１）および所定値（２）は前述したとおり一定時間あたりのバイパス弁６の開度変化率であり、数値が大きいほどバイパス弁６を通過する空気量の増加も大きくなるので発電機４ａの回転速度Ｎｓの変化率も大きくなる。具体的な数値は、過給機４の回転速度Ｎｓとバイパス弁６の開度とエンジン８の吸入空気量との関係を実験等により予め求めることによって決定する。なお、所定値（１）は所定値（２）より大きく設定する。これは、過給機４の回転速度Ｎｓが上限値を超えて更に上昇中である場合は、上限値を超えてはいるものの上昇はしていない場合に比べてエンジン８の吸入空気量要求が大きく、回転速度Ｎｓを下げた場合には、その分だけ多くの空気をバイパス弁６を通してエンジン８に供給する必要があるからである。
【００２９】
次に、ステップＳ１０２で過給機４の回転速度Ｎｓが下限値よりも小さく、ステップＳ１０３に進んだ場合には、回転速度Ｎｓが下降中であるか否かの判定を行う。
【００３０】
下降中である場合にはステップＳ１０７に進み、バイパス弁６の開度を時間当たり前記所定値（１）の割合で小さくする。
【００３１】
下降中でない場合にはステップＳ１０４に進み、バイパス弁６の開度を時間当たり前記所定値（２）の割合で小さくする。
【００３２】
バイパス弁６を閉じる割合をステップＳ１０５で所定値（１）、ステップＳ１０４で所定値（２）を選択したのは、過給機４の回転速度Ｎｓが下限値を超えてさらに下降中の場合は、下限値より小さいものの下降はしていない場合に比べてエンジン８の吸入空気量要求は小さいので、過給機４を回転させる為にはバイパス弁６の開度をより小さくして過給機４を通過する空気量を増加させる必要があるからである。
【００３３】
ステップＳ１０４またはＳ１０７でバイパス弁６の開度を小さくしたら、ステップＳ１０５でバイパス弁６の開度を小さくすることによって減少する通過空気量を算出する。算出方法は、前述したステップＳ１１０と同様の方法を用いることができる。
【００３４】
ステップＳ１０６ではステップＳ１０５で算出した通過空気量の減少分を打ち消すだけスロットルバルブ７の開度を大きくする。これにより、バイパス弁６の開度を小さくすることでバイパス弁６を通過する空気量が減少しても、エンジン８には要求通りの空気量が供給される。
【００３５】
上記のフローチャートに従って制御を実行した場合のタイムチャートを図５に示す。図５の上段は過給機４の回転速度Ｎｓの変化、中段はバイパス弁６の開度の変化、下段はスロットルバルブ７の開度の変化を表している。
【００３６】
ｔ０において、バイパス弁６が全閉状態で過給機４が回転を開始し、ｔ１で回転速度Ｎｓが下限値に達するまでの間は、ステップＳ１００からステップＳ１０１、Ｓ１０２を繰り返すのみで、バイパス弁６の開度は全閉のままであり、したがってスロットルバルブ７の開度も変化しない。
【００３７】
ｔ１〜ｔ２間は、ステップＳ１０２からステップＳ１０３、Ｓ１０４へと進むが、バイパス弁６は全閉であるので、それ以上閉じることはなく全閉のままであり、したがってスロットルバルブ７の開度も変化しない。
【００３８】
ｔ２で回転速度Ｎｓは上限値を超えて、その後も上昇し続けるので、ステップＳ１０１からステップＳ１０６、Ｓ１０８と進みバイパス弁６を一定時間当たり所定値（１）の割合で開弁し、これにより過給機４の回転速度Ｎｓの上昇速度は低下する。このとき、バイパス弁６の開度増加によってバイパス通路３の通過空気量が増加するので、エンジン８への供給空気量を吸入空気量要求に保つため、増加した空気量を打ち消す分だけスロットルバルブ７の開度を減少させる。これをｔ３で回転速度Ｎｓが下降に転ずるまで繰り返す。
【００３９】
ｔ３で回転速度Ｎｓが下降し始めたら、ステップＳ１０６からステップＳ１０７に進み、一定時間当り所定値（２）の割合でバイパス弁６を開弁する。ここでも、バイパス弁６の開度増加によるバイパス通路３通過空気量の増加を打ち消す分だけスロットルバルブ７の開度を減少させる。これを過給機４の回転速度Ｎｓが上限値まで降下するｔ４まで繰り返す。
【００４０】
ｔ４〜ｔ５間は、過給機４の回転速度Ｎｓが上限値と下限値の間、つまり発電効率が高い範囲内にあるのでバイパス弁６の開度はそのままである。したがってスロットルバルブ７の開度も変化させない。
【００４１】
ｔ５で過給機４の回転速度Ｎｓが下限値まで降下し、その後もさらに降下し続けるのでステップＳ１０２からＳ１０３、Ｓ１０５と進み、バイパス弁６を一定時間当り所定値（１）の割合で閉弁し、回転速度Ｎｓの降下速度を低下させる。
【００４２】
このとき、バイパス弁６の開度減少によりバイパス通路３の通過空気量が減少するので、通過空気量の減少分を打ち消す分だけスロットルバルブ７の開度を増加させてエンジン８に要求通りの空気量を供給する。
【００４３】
ｔ６で過給機４の回転速度Ｎｓの降下は止まり、上昇に転ずる。したがってステップＳ１０２からＳ１０３、Ｓ１０４へと進み、下限値に達するｔ７までバイパス弁６の開度を一定時間当り所定値（２）の割合で閉弁する。ここでもバイパス通路３の通過空気量の減少分を打ち消す分だけスロットルバルブ７の開度を増加させてエンジン８に要求通りの空気量を供給する。
【００４４】
ｔ７以降は上記制御の繰り返しである。
【００４５】
以上により、過給機４の回転速度Ｎｓが発電機４ａの発電効率が高い回転域から外れた場合には、ＥＣＵ９がバイパス弁６の開度を調節、例えば発電機４ａの回転数が過剰に高くなった場合にはバイパス弁６の開度を大きくし、逆に過剰に低くなった時はバイパス弁６の開度を小さくすることによって過給機４の回転速度を発電効率の高い領域に戻すので、発電機４の発電効率が高い状態を維持することが可能である。また、過給機４の回転速度およびバイパス弁６の開度が変化することによって、過給機側吸気通路２およびバイパス通路３を通過する空気量の合計が変化しても、それに応じてスロットルバルブ７の開度を変化させるので、エンジン８には吸入空気量要求通りの空気量を供給することが可能である。すなわち、発電要求とエンジンの吸入空気量要求とを同時に満足することが可能である。
【００４６】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のシステム構成を表す図である。
【図２】電動機の回転速度、エンジン負荷に対する発電可能量のマップである。
【図３】過給機の回転速度と発電効率との関係を表す図である。
【図４】本実施形態の制御フローチャートである。
【図５】本実施形態の制御を実行した場合の、バイパス弁開度、スロットル開度、過給機の回転速度のタイムチャートである。
【符号の説明】
１吸気通路
２過給機側吸気通路
３バイパス通路
４過給機
４ａ発電機
５シャフト
６バイパス弁
７スロットルバルブ
８エンジン
９エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１０回転センサー
１１分岐部
１２合流部
１３アクセル開度センサー
１４エンジン回転速度センサー

Claims

吸気通路中に配置される容積型過給機と、
前記容積型過給機によって駆動される発電機と、
前記吸気通路の前記容積型過給機の上流と下流とをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路の連通を開閉可能なバイパス弁と、
前記容積型過給機の回転速度を検知する手段と、
前記容積型過給機の回転速度が、前記発電機の発電効率が低下する高回転速度になった場合に前記バイパス弁を開くバイパス弁制御手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の発電量制御装置。
前記バイパス弁制御手段は、前記容積型過給機の回転速度が、前記発電機の発電効率が略最高となる回転速度になったときには前記バイパス弁を閉じる請求項１に記載の内燃機関の発電量制御装置。
前記発電機の発電効率が低下する高回転速度になった場合に前記バイパス弁を所定開度開くバイパス弁制御手段と、前記バイパス弁の開き量に基づく吸入空気増加量を演算する手段と、前記吸入空気増加量に応じて吸気通路を絞る吸気通路絞り手段と、を設ける請求項１または２に記載の内燃機関の発電量制御装置。
前記発電機の発電効率が略最高となる高回転速度になった場合に前記バイパス弁を所定開度閉じるバイパス弁制御手段と、前記バイパス弁の閉じ量に基づく吸入空気減少量を演算する手段と、前記吸入空気減少量に応じて吸気通路を開く吸気通路開き手段と、を設ける請求項２に記載の内燃機関の発電量制御装置。