JP2005171842A - Control device of power train equipped with electric supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動過給機を備えたパワートレインの制御装置、より詳しくは、エンジンの出力増大を図るための電動過給機と、発電及びエンジンアシストを行うモータ発電機とを併せて備え、これらの駆動をエンジンの運転状態に応じて切り換えるように構成されたパワートレインの制御装置の技術分野に属する。 The present invention includes a powertrain control device including an electric supercharger, more specifically, an electric supercharger for increasing engine output, and a motor generator for generating power and assisting an engine. The present invention belongs to the technical field of power train control devices configured to switch these drives in accordance with the operating state of the engine.
従来より、エンジンの出力増大を図る手段としてスーパーチャージャやターボチャージャが周知であるが、いずれも過給能力がエンジン回転数の影響を大きく受ける結果、低回転領域で過給圧が不足するという問題がある。これに対し、モータでコンプレッサを駆動する電動過給機は、エンジン回転数の影響を受けることなくコンプレッサの回転数を制御できるので、低回転領域でも十分な過給圧を発生し得るという利点を有する。 Conventionally, superchargers and turbochargers have been well known as means for increasing engine output, but both have the problem of insufficient supercharging pressure in the low engine speed range as a result of the supercharging capacity being greatly affected by the engine speed. There is. In contrast, an electric supercharger that drives a compressor with a motor can control the rotation speed of the compressor without being affected by the rotation speed of the engine, so that it can generate a sufficient boost pressure even in a low rotation speed region. Have.
一方、近年、パワートレインの駆動源、エンジンのアシスト源としての機能と、エンジンに駆動連結されて発電を行う発電機としての機能とを兼ね備えたモータ発電機を搭載した環境対応型車両が知られつつある。そして、特許文献1には、上記電動過給機と、このモータ発電機とを併せて有するエンジンが開示され、該エンジンには、上記電動過給機と、駆動源としてのモータ発電機とに電力を供給するバッテリ(蓄電池)が備えられている。
On the other hand, in recent years, an environment-friendly vehicle equipped with a motor generator that has both a function as a power train drive source and an engine assist source and a function as a generator that is driven and connected to the engine to generate power is known. It's getting on.
その場合に、例えば、エンジン回転数と、アクセル開度等で代表されるエンジン負荷とをパラメータとして、上記電動過給機及びモータ発電機の駆動状態を切り換える各領域が設定され、例えば、電動過給機もモータ発電機も駆動されない(したがってエンジンの自然吸気による出力のみが得られる)非過給領域や、電動過給機が駆動される過給領域、あるいはモータ発電機が車両動力源として駆動されるモータアシスト領域等が設定され、このマップに実際のエンジン回転数とエンジン負荷とを当てはめて、その結果に応じて上記電動過給機やモータ発電機の駆動状態を切り換えるエンジンの基本的な出力制御が実行される。 In that case, for example, each region for switching the driving state of the electric supercharger and the motor generator is set by using the engine speed and the engine load represented by the accelerator opening as parameters. Neither the charger nor the motor generator is driven (thus, only the output from the natural intake of the engine is obtained), the supercharge region where the electric supercharger is driven, or the motor generator is driven as a vehicle power source The motor assist area to be set is set, the actual engine speed and the engine load are applied to this map, and the driving state of the electric supercharger or motor generator is switched according to the result. Output control is executed.
ところで、急加速時などにおいて非過給領域から過給領域に駆動状態を切り換える際に、電動過給機が駆動し始めるときには比較的大電力が必要であるため、過給域に移行した時点で初めて蓄電池から電動過給機への電力の供給開始が行われると、電動過給機への電力供給に伴うバッテリの電圧降下などに起因して、直ちに所望の過給圧が得られず、一時的に過給の立ち上がりが遅れるという不具合が生じる。この場合、非過給領域から過給開始領域までの応答性はよいが、過給開始領域を超えると一旦応答が遅れることになるので、スムーズな加速ができないということになる。 By the way, when switching the driving state from the non-supercharged area to the supercharged area at the time of sudden acceleration or the like, a relatively large amount of electric power is required when the electric supercharger starts to be driven. When power supply from the storage battery to the electric supercharger is started for the first time, the desired supercharging pressure cannot be obtained immediately due to the voltage drop of the battery accompanying the electric power supply to the electric supercharger. This causes a problem that the rise of supercharging is delayed. In this case, the responsiveness from the non-supercharging region to the supercharging start region is good, but since the response is once delayed once the supercharging start region is exceeded, smooth acceleration cannot be performed.
さらに、バッテリは、発電モータ及び電動過給機よりも駆動電力の小さな電気負荷(例えば電装品)に電力を供給しており、この電気負荷に対する電力をまず確保するので、電動過給機だけに無闇に電力供給を行うことができず、さらに過給の立ち上がりが遅れることがある。 In addition, the battery supplies power to an electric load (for example, electrical equipment) that has a smaller driving power than the generator motor and the electric supercharger, and first secures electric power for the electric load. Electricity cannot be supplied without darkness, and the rise of supercharging may be delayed.
そこで、本発明は、過給域への移行後の過給の立ち上がりの応答性を向上し、非過給領域からの連続したスムーズな加速を実現することができる電動過給機を備えたパワートレインの制御装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention improves the responsiveness of the rise of the supercharge after the transition to the supercharge region, and the power provided with the electric supercharger capable of realizing continuous smooth acceleration from the non-supercharge region. It is an object of the present invention to provide a train control device.
上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。まず、本願の請求項1に記載の発明は、電動過給機と、エンジンに駆動連結されて発電及びエンジンアシストを行うモータ発電機と、アクセル開度に関するパラメータを検出するアクセル開度検出手段と、エンジン回転数に関するパラメータを検出するエンジン回転数検出手段と、上記両検出手段の検出結果に応じて上記電動過給機と上記モータ発電機とを制御する制御手段とを有する電動過給機を備えたパワートレインの制御装置であって、アクセル開度を用いて演算される目標トルクとエンジン回転数とに応じて設定された非過給領域において所定量以上のアクセルの踏み込み量が検出されたときに、スロットル開度をアクセル踏み込み量に応じた値に比べて大きな値または全開に設定して上記モータ発電機で発電を行わせると共に、その発電した電力を上記電動過給機に供給する電力供給手段を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows. First, the invention described in
次に、請求項2に記載の発明は、上記請求項1に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置において、モータ発電機が発電する電力を蓄電する蓄電手段と、該蓄電手段の電力蓄電状態を検出する蓄電状態検出手段とが備えられ、加速開始時の蓄電状態に応じて上記発電量を変更することを特徴とする。 Next, according to a second aspect of the present invention, there is provided a powertrain control device including the electric supercharger according to the first aspect, wherein a power storage unit that stores electric power generated by the motor generator, and the power storage unit Power storage state detecting means for detecting the power storage state, and the power generation amount is changed in accordance with the power storage state at the start of acceleration.
そして、請求項3に記載の発明は、上記請求項1または請求項2に記載の電動過給機を備えたパワートレインの制御装置において、モータ発電機が発電する電力を蓄電する蓄電手段と、該蓄電手段の劣化状態を検出する劣化状態検出手段とが備えられ、該蓄電手段の劣化度合が大きいほど、非過給領域の上限トルクを減少補正することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a powertrain control device including the electric supercharger according to the first or second aspect, wherein the power storage unit stores the electric power generated by the motor generator; A deterioration state detecting means for detecting a deterioration state of the power storage means, wherein the upper limit torque of the non-supercharged region is corrected to decrease as the degree of deterioration of the power storage means increases.
まず、請求項1に記載の発明によれば、非過給領域において所定量以上のアクセルの踏み込み量が検出されたとき、すなわち急加速時などにおいて、アクセル踏み込み量に対して、スロットル開度を大きな値または全開に設定することによって、非過給領域から過給開始までに余分にエンジントルクを発生させて、このエンジントルクを用いてモータ発電機で発電をすることができる。そして、ここで発電された電力を電動過給機に供給することによって、非過給領域において予め電動過給機の回転数を所定回転数まで増加させておくことができるので、過給域移行後の過給の立ち上がりの応答性を向上することができ、滑らかな駆動力特性が得られる。 First, according to the first aspect of the present invention, when an accelerator depression amount equal to or greater than a predetermined amount is detected in the non-supercharged region, that is, during sudden acceleration, the throttle opening is set with respect to the accelerator depression amount. By setting it to a large value or fully open, it is possible to generate extra engine torque from the non-supercharging region to the start of supercharging, and generate electric power with the motor generator using this engine torque. Then, by supplying the electric power generated here to the electric supercharger, the rotational speed of the electric supercharger can be increased to a predetermined rotational speed in advance in the non-supercharged region, so the transition to the supercharged region The response of the subsequent supercharging rise can be improved, and a smooth driving force characteristic can be obtained.
その場合に、請求項2に記載の発明によれば、蓄電手段が十分に蓄電された状態でモータ発電機から大電力が供給されたときは、蓄電手段の劣化を速めるなど悪影響を及ぼすおそれがあるので、蓄電状態に応じて発電量を調節することによって、例えば蓄電量が多いときは、発電電力を減少させて蓄電手段を保護することができる。 In this case, according to the second aspect of the present invention, when a large amount of power is supplied from the motor generator while the power storage means is sufficiently charged, there is a risk that the power storage means may be deteriorated more quickly. Therefore, by adjusting the power generation amount according to the power storage state, for example, when the power storage amount is large, it is possible to reduce the generated power and protect the power storage means.
そして、請求項3に記載の発明によれば、蓄電手段の劣化度合いが大きい場合には、ますます過給域移行後における蓄電手段から電動過給機への電力供給が減少して過給の立ち上がりが遅れるので、フルスロットル前のエンジンに余力のある間に、過給機に電力を供給させることによって、過給の立ち上がりが遅れてもエンジントルク上限に至ったときに、過給の立ち上がりが回復して過給機の十分な機能が得られることになる。 According to the third aspect of the present invention, when the degree of deterioration of the power storage means is large, the power supply from the power storage means to the electric supercharger after the shift to the supercharging region is further reduced, Since the start-up is delayed, the supercharger rises when the engine torque upper limit is reached even if the supercharge rise is delayed by supplying power to the turbocharger while the engine before full throttle has sufficient power. It will recover and get the full function of the turbocharger.
図1に示すように、本実施形態に係る車両は、動力源としてエンジン1とモータジェネレータ11とを有する、いわゆる低公害型車両あるいは環境対応型車両等と称されるものであって、エンジン1のクランクシャフトとモータジェネレータ11の回転軸とがベルトあるいはチェーン12で相互連結されている。また、この車両は、エンジン1の出力増大を図る手段として電動過給機5を有し、該過給機5は、主たる構成要素として、エンジン1の吸気通路2に配設された、例えば遠心式の圧縮機3と、該圧縮機3を回転駆動するモータ4とを有する。
As shown in FIG. 1, the vehicle according to this embodiment is a so-called low pollution vehicle or environment-friendly vehicle having an
ここで、上記圧縮機3の下流には、インタークーラ6と電動スロットル弁7とがこの順に吸気通路2に配設されている。また、圧縮機3の上流とインタークーラ6の下流とに亘ってバイパス通路(リリーフ通路あるいは再循環通路ともいう)9とバルブ9aが設けられている。なお、吸気通路2は、吸気マニホールド8を介してエンジン1に接続している。
Here, an
一方、このエンジン1の電源システム14には上記電動過給機5のモータ4が接続されている他、上記モータジェネレータ11がインバータ13を介して、また12Vの鉛電池17がDC/DCコンバータ16を介してそれぞれ上記電源システム14に接続されている。そして、電動過給機5の駆動時、及びモータジェネレータ11の車両動力源としての駆動時には、上記電源システム14の、例えば42Vの蓄電装置15からそれぞれに電力供給が行われる。逆に、モータジェネレータ11がエンジン1により発電機として駆動されるときには、その発電電力は、インバータ13を経て上記電動過給機5及び電源システム14の蓄電装置15に供給され、該蓄電装置15の充電に用いられる。
On the other hand, the motor 4 of the
また、前照灯やエアコン等の一般電装品へは12V鉛電池17から電力供給が行われ、該鉛電池17へは、上記DC/DCコンバータ16により上記電源システム14の蓄電装置15の電力が12Vに降圧されて常時充当されている。
Also, power is supplied from a
そして、コントロールユニット20は、運転者によるアクセルペダル18の開度(踏込量)を検出するアクセル開度センサ19からの信号、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転センサ22からの信号、及び上記電源システム14からの信号(蓄電装置15の状態に関連する信号)等を入力し、その結果に応じて、電動過給機5のモータ4、モータジェネレータ11を駆動するインバータ13、スロットル弁7を駆動するスロットルアクチュエータ7a、及び自動変速機10等に各種の制御信号を出力して、エンジン1の出力制御や、モータジェネレータ11による駆動制御や発電制御(蓄電装置15の充電制御)等を実行する。
Then, the
次に、本発明の特徴部分を構成する上記発電制御の具体的動作を図2以下を参照しながら説明する。まず、図2に例示したように、このエンジン1においては、全低負荷域から全高回転域に亘る領域が非過給領域Xに設定されている。この非過給領域Xでは、電動過給機5もモータジェネレータ(動力源として)11も駆動されず、エンジン1の自然吸気による出力のみが得られる。また、中回転高負荷域は過給領域Yに設定されている。この過給領域Yでは、電動過給機5が駆動され、エンジン1の出力増大が図られる。そして、低回転高負荷域はモータアシスト領域Zに設定されている。このモータアシスト領域Zでは、電動過給機5の駆動に加えて、モータジェネレータ11が車両動力源として駆動され、エンジン1の出力トルクが助勢される。
Next, a specific operation of the power generation control that constitutes a characteristic part of the present invention will be described with reference to FIG. First, as illustrated in FIG. 2, in the
以上のような構成において、エンジン使用領域が非過給領域Xにある状態で、急加速時などの所定量以上のアクセルペダル18の踏み込み量が検出されたときは、図3に示すような駆動力特性を示す。すなわち、時刻t1において非過給領域Xから過給領域Yへのエンジン使用領域が移行するような信号を検出したとき(図2参照)には、時刻t1から過給開始の時刻t2までは自然吸気のみで駆動され、時刻t2から電動過給機に電力が供給されて圧縮機3を回転させる。このとき、大電力の持ち出しによる蓄電装置15の電圧低下に起因して、符号アで示すように、過給の立ち上がりの応答遅れが生じて目標の駆動力Toが得られるまで(時刻t3′)に長時間を要するという不具合がある。
In the configuration as described above, when the depression amount of the
図4に示すフローチャートは、そのような不具合に対処するためのもので、これによると、ステップS1において、コントロールユニット20は、アクセル開度センサ19からの信号及びエンジン回転数センサ22からの信号によりアクセル開度α及びエンジン回転数Neを入力する。そして、ステップS2において、上記アクセル開度α及びエンジン回転数Neの値に基づいてスロットル開度TVOが決定される。次に、ステップS3において、アクセル開度αの変化率が一定値以上すなわち急加速と判断されればステップS4に進み、変化率が一定値以下であれば通常のパワートレイン制御に進む。そして、ステップS4において、エンジン使用領域が非過給領域XにあればステップS5でスロットル開度TVOを全開に制御する。一方、運転状態が非過給領域Xになければ通常のパワートレイン制御に進む。
The flowchart shown in FIG. 4 is for coping with such a problem. According to this, in step S1, the
上記ステップS5でスロットル開度TVOの全開制御を行った後、ステップS6において、エンジン回転数Neの値に応じて予め設定されたテーブルから過給最大立ち上がり時のトルク増加率ΔTを読み込む。図5に示す特性は、基準となるエンジン回転数Nekにおける過給機5駆動後のトルク増加特性を示すテーブルである。これによると、曲線は過給によって増加するトルクの時間的変化を示し、まず、過給開始時刻t2から時刻t3までは略直線的に基準トルク増加率ΔTkでトルクが増加する。そして、時刻t3を超えると過給によって得られる最大限界のトルクとなって略一定値で以後推移するようになる。そして、図6に示すように、この基準エンジン回転数Nekに対して設定された直線により検出したエンジン回転数Neに応じたトルク増加率ΔTが決定される。これによると、基準エンジン回転数Nekによって読み込まれたトルク増加率ΔTkが、エンジン回転数Neが大きくなるに従って減少するように設定される。
After the full opening control of the throttle opening TVO is performed in step S5, in step S6, the torque increase rate ΔT at the time of maximum boosting is read from a table preset according to the value of the engine speed Ne. Characteristics shown in FIG. 5 is a table showing a torque increase characteristic after the
そして、ステップS7において、アクセル開度α及びエンジン回転数Neから過給機5の目標回転数Nbを算出し、ステップS8において、算出した目標回転数Nbを過給機5の回転数と比較して、目標回転数Nbが過給機5の回転数よりも大きい場合にはステップS9に進む。ステップS9において、エンジントルクTeからモータジェネレータ11によって使用されるトルク(以下、モータ発電トルクTmという)を減算した値の増加率が上記ステップS6で算出したΔTとなるようにモータ発電トルクTmを設定する。そして、ステップS10において、そのようにしてモータジェネレータ11によって発電した電力を電動過給機5に供給し、続いて通常のパワートレイン制御へ進む。
In step S7, the target rotational speed Nb of the
一方、ステップS8において、過給機5の回転数が目標回転数Nbよりも大きい場合にはステップS11に進み、モータ発電トルクTmをゼロに設定する。そして、ステップS12において、エンジントルクTeの増加率がΔTとなるようスロットル開度TVOの絞り制御を行う。
On the other hand, when the rotational speed of the
このような手順によって、図7に示すような駆動力特性が得られる。すなわち、上記ステップS5においてスロットル開度TVOを全開としたことによって、図に斜線で示す余剰トルクTyを発生させ、この余剰トルクTyを使用してモータジェネレータ11で発電を行い、該モータジェネレータ11で発電した電力を電動過給機5に供給することができ、予め目標回転数Nbまで非過給領域Xにおいて回転させて大電力が必要となる過給開始時の電圧降下を回避することができるので、過給領域Yへの移行後の過給の立ち上がりの応答性を向上することができる。このとき、時刻t1から時刻t2の間においてはバイパス配管9のバルブ9aを開状態にして過給圧を発生させない程度に予め電動過給機5の圧縮機3の回転数を所定回転数Nbまで増加させておき、時刻t2を超えたときにバイパス配管9のバルブ9aを閉制御することによって直ちに過給圧を発生させることができる。
By such a procedure, a driving force characteristic as shown in FIG. 7 is obtained. That is, when the throttle opening TVO is fully opened in step S5, a surplus torque Ty indicated by hatching in the figure is generated, and the
また、ステップS6でテーブルから読み込んだトルク増加率ΔTに応じて、時刻t1から時刻t2までの間でエンジントルクTeからモータ発電トルクTmを減算した値の増加率をΔTとなるようにモータ発電トルクTmを設定することによって、時刻t1〜t3間で傾きが同じで連続したスムーズな加速を実現することができる。 Further, the motor in accordance with the read torque increase rate ΔT from the table in step S6, the increasing rate of the value obtained by subtracting the motor generator torque Tm from the engine torque Te between the time t 1 to time t 2 such that ΔT by setting the power generation torque Tm, it is possible to realize smooth acceleration slope consecutive identical between the time t 1 ~t 3.
さらに、ステップS8において、過給機5の回転数が目標回転数Nbよりも大きい場合には、モータ発電トルクTmをゼロに設定することによって、電源システム14の蓄電装置15の保護を行う。そして、図8に符号イで示すようにスロットル開度TVOを一旦絞り制御してエンジントルクTeを減少させて、エンジントルクTeからモータ発電トルクTmを減算した値の増加率がΔTとなるように設定して、蓄電装置15を保護すると共に、傾きの変化しないスムーズな加速を図ることができる。
Furthermore, in step S8, when the rotation speed of the
なお、ステップS11において、モータ発電トルクTmをゼロに設定しているが、図9に示すように、蓄電装置15の蓄電量SOCに応じてモータ発電トルクTmを減少補正するようにしてもよい。このとき、モータ発電トルクTmを減少補正又はゼロに設定することによって、蓄電装置15を保護することができる。
In step S11, the motor power generation torque Tm is set to zero. However, as shown in FIG. 9, the motor power generation torque Tm may be corrected to decrease according to the storage amount SOC of the
次に、図10の示すフローチャートは、図4に示すフローチャートの任意の位置に挿入することができるルーチンである。これによると、ステップS21において、内部抵抗等により蓄電装置15の劣化度を検出した後、ステップS22において、検出した電池劣化度に応じて図2に矢印ウで示したように無過給時運転ラインLを下げる。つまり、ここではエンジン使用領域が非過給領域Xすなわちスロットル開度全開のラインよりも部分負荷領域であっても過給を開始することになる。
Next, the flowchart shown in FIG. 10 is a routine that can be inserted at an arbitrary position in the flowchart shown in FIG. According to this, after detecting the degree of deterioration of the
蓄電装置15の劣化度合いが大きい場合には、ますます過給領域Yへの移行後における蓄電装置15から電動過給機5への電力供給が減少して過給の立ち上がりが遅れるので、フルスロットル前のエンジン1に余力のある間に、過給機5に電力を供給させることによって、過給の立ち上がりが遅れてもエンジントルクTeが上限に至ったときに、立ち上がりが回復して過給機5の十分な機能が得られることになる。
When the degree of deterioration of the
本発明は、過給域への移行後の過給の立ち上がりの応答性を向上し、非過給領域からのスムーズな加速を実現することができる電動過給機を備えたパワートレインの制御装置を提供する。本発明は、電動過給機を備えたパワートレインの制御装置、より詳しくは、エンジンの出力増大を図るための電動過給機と、発電及びアシストを行うモータ発電機とを併せて備え、これらの駆動をエンジンの運転状態に応じて切り換えるように構成されたパワートレインの制御装置の技術分野に広く好適である。 The present invention improves the responsiveness of the rise of supercharging after shifting to the supercharging region, and controls the powertrain with an electric supercharger that can realize smooth acceleration from the non-supercharging region I will provide a. The present invention relates to a powertrain control device provided with an electric supercharger, more specifically, an electric supercharger for increasing engine output and a motor generator for generating and assisting, This is widely suitable for the technical field of a powertrain control device that is configured to switch the drive according to the operating state of the engine.
1 エンジン
5 電動過給機
11 モータジェネレータ(モータ発電機)
15 蓄電装置(蓄電手段)
19 アクセル開度センサ(アクセル開度検出手段)
20 コントロールユニット(制御装置)
22 エンジン回転数センサ(エンジン回転数検出手段)
X 非過給領域
Y 過給領域
1
15 Power storage device (power storage means)
19 Accelerator opening sensor (Accelerator opening detecting means)
20 Control unit (control device)
22 engine speed sensor (engine speed detection means)
X Non-supercharging area Y Supercharging area
Claims (3)
The power storage means for storing the power generated by the motor generator and the deterioration state detection means for detecting the deterioration state of the power storage means are provided, and the upper limit torque of the non-supercharged region is increased as the deterioration degree of the power storage means increases. The powertrain control device comprising the electric supercharger according to claim 1 or 2, wherein the reduction is corrected.
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