JP2005188322A - Control device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸入負圧を利用して発電を行なう発電機を備える内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine including a generator that generates power using suction negative pressure.
従来からエンジン出力を上げる技術として、エンジン吸気通路に設けるエンジンや電動機により駆動される容積型過給機、いわゆるスーパーチャージャーが知られている。 Conventionally, as a technique for increasing engine output, a positive displacement turbocharger driven by an engine or an electric motor provided in an engine intake passage, a so-called supercharger is known.
特許文献1には、電動機および発電機に連結された容積型過給機を用いて、高負荷時には電動機により容積型過給機を駆動して過給をおこない、低負荷時にはエンジンの吸入負圧によって回転する容積型過給機と連結された発電機によって発電を行う技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載のシステムはスロットルバルブを有さず、吸入空気量の制御も容積型過給機で行っている。これは船舶のようにエンジンが一定の条件で運転されることが多い場合においては有効な技術である。しかし、自動車のようにエンジンの運転状況が常に変化する場合には制御が困難である。また、発電要求は、そのときの電力消費量と電気蓄積可能量で決定されている。
However, the system described in
したがって、自動車用の過給装置として考えると、容積型過給機がスロットルバルブの機能を兼用する特許文献1のシステムでは、上記の発電要求と吸入空気量要求を同時に満足することは非常に困難である。
Therefore, when considered as a supercharger for automobiles, it is very difficult to satisfy the above power generation requirement and intake air amount requirement at the same time in the system of
また、特許文献1に記載されている構成では、例えば、車両の電気負荷が増大すると、発電機に大きな負荷がかかり、容積型過給機の回転による供給空気量が減少するという減少が生じ、そのような状況で、更に、急激な加速をした場合、エンジン回転数の上昇に伴い、ピストンのポンピングによる吸入空気量が増大することで、容積型過給機下流の圧力が過剰に低下し、吸気通路が変形することが
懸念される。
Further, in the configuration described in
そこで、本発明では、吸入負圧を利用して発電を行うシステムにおいて、ローター下流の吸気系の変形を防止することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to prevent deformation of an intake system downstream of a rotor in a system that generates power using suction negative pressure.
本発明の制御装置は、内燃機関の吸気通路に介装されたローターと、前記ローターに接続され、前記ローターが回転することによって発電を行う発電機と、前記ローター下流の吸気通路内の圧力を検知する手段と、を備え、前記ローター下流の吸気通路内の圧力が所定値より下がると、前記発電機の発電量を減少させる発電量減少手段と、を有する。 The control device of the present invention includes a rotor interposed in an intake passage of an internal combustion engine, a generator connected to the rotor and generating electric power by rotating the rotor, and pressure in the intake passage downstream of the rotor. And a power generation amount reduction means for reducing the power generation amount of the generator when the pressure in the intake passage downstream of the rotor falls below a predetermined value.
本発明によれば、ローター下流の吸気通路内の圧力が所定値より低くなった場合には発電量を減少させることによりローターの回転負荷を小さくして、ローター下流の吸気通路内の圧力が過剰に低下することを防止するので、ローター下流の吸気系の変形を防止することができる。 According to the present invention, when the pressure in the intake passage downstream of the rotor becomes lower than the predetermined value, the rotational load of the rotor is reduced by reducing the power generation amount, and the pressure in the intake passage downstream of the rotor is excessive. Therefore, deformation of the intake system downstream of the rotor can be prevented.
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態の構成を表す図である。
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、一方を吸気通路2、他方をバイパス通路3とする。吸気通路2には容積型過給機のブロワー部分と同様の構造のローター4が配置される。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the present embodiment.
ローター4はシャフト5を介して発電機4aと接続され、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で発電した電力は、車載装備の駆動に使用されたり、図示しないバッテリに蓄電されたりする。
The
バイパス通路3にはステップモータ等で開閉するバイパス弁6が設けられており、バイパス弁6は閉弁時にはバイパス通路3の連通を遮断する。
The
ローター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、ステップモータ等で開閉する、吸気絞り手段としてのスロットルバルブ7が設けられている。
The
バイパス弁6及びスロットルバルブ7の開度は、コントロールユニット(ECU)9によって制御される。ECU9には、吸入空気温度を検出する吸気温度センサー20、吸気マニホールド内圧力を検出する圧力センサー15、およびエンジン冷却水温を検出するエンジン冷却水温センサー21、さらにアクセル開度を検出するアクセル開度センサー13の各検出値が入力される。
The opening degree of the bypass valve 6 and the throttle valve 7 is controlled by a control unit (ECU) 9. The ECU 9 includes an intake
なお、ローター4下流の圧力を検出するのに圧力センサー15を用いたが、エンジン88の回転数、アクセル開度、ローター4の回転数等から算出することもできる。
Although the pressure sensor 15 is used to detect the pressure downstream of the
また、発電機4aの発電量は図8の発電可能量マップに示すように、エンジン負荷が小〜中程度でエンジン回転数が高いときに大きくなる。なお、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電動機4a自身で行っている。
Further, the power generation amount of the
本実施形態では、発電機4aは発電要求に応じて任意の回転数で回っているので、ローター4を通過する空気量はエンジン8の運転要求を満足する空気量と常に一致しているとは限らない。
In the present embodiment, since the
そこで、図2のフローチャートにしたがって、発電要求と吸入空気量要求とを同時に満足するようバイパス弁6とスロットルバルブ7の開度を制御する。なお、本実施形態では吸入空気量を検出せずに、吸気マニホールド22内の圧力に基いて、エンジン8の運転要求と実際の運転状態との比較を行う。これにより、エアフローメータ等を設ける必要がなくなり、エンジンルーム内のレイアウトの自由度が増し、またコストの低減も可能となる。
Therefore, according to the flowchart of FIG. 2, the opening degree of the bypass valve 6 and the throttle valve 7 is controlled so as to satisfy the power generation request and the intake air amount request simultaneously. In the present embodiment, the operation request of the
ステップS100では、アクセル開度センサー13の検出値(アクセル開度信号)に基いてエンジン8が要求するトルク(以下、要求トルクという)を発生させる為の吸気マニホールド22内の圧力(目標吸入圧力)を算出する。具体的には、例えばまず図5に示すようなマップを用いてアクセル開度から要求トルクを求める。図5は要求トルクをアクセル開度に割り付けたマップであり、アクセル開度が大きくなるにつれて要求トルクも大きくなっている。次に図6に示すようなマップを用いて要求トルクとエンジン回転数から目標吸入圧力を求める。図6は吸入圧力を要求トルクとエンジン回転数に割付けたマップであり、要求トルクが大きく、エンジン回転数が高くなるほど吸入圧力が高くなっている。
In step S100, the pressure (target intake pressure) in the
目標吸入圧力Ptを算出したら、ステップS101に進み、圧力センサー20で検出した実際の吸入圧力Pmを読込む。
When the target suction pressure Pt is calculated, the process proceeds to step S101, and the actual suction pressure Pm detected by the
ステップS102では、目標吸入圧力Ptと実際の吸入圧力Pmとを比較し、両者が等しければ処理を終了する。等しくない場合にはステップS103に進み、実際の吸入圧力Pmが目標吸入圧力Ptより高いか否かの判定を行う。 In step S102, the target suction pressure Pt is compared with the actual suction pressure Pm, and if both are equal, the process ends. If they are not equal, the process proceeds to step S103, and it is determined whether or not the actual suction pressure Pm is higher than the target suction pressure Pt.
目標吸入圧力Ptの方が高い場合、つまり吸入空気量が足りていない場合には、ステップS104に進みスロットルバルブ7が全開か否かの判定を行う。スロットルバルブ7が全開の場合は、これ以上吸入空気量を増やす為にはバイパス弁6を開くしかないので、ステップS105でバイパス弁6に開指令を出す。 When the target suction pressure Pt is higher, that is, when the intake air amount is not enough, the process proceeds to step S104 to determine whether or not the throttle valve 7 is fully opened. If the throttle valve 7 is fully open, the bypass valve 6 must be opened in order to increase the amount of intake air any more, so an open command is issued to the bypass valve 6 in step S105.
スロットルバルブ7が全開でない場合には、スロットルバルブ7を開くことによって吸入空気量を増やすことができるので、ステップS106でスロットルバルブ7に開指令を出す。 If the throttle valve 7 is not fully opened, the intake air amount can be increased by opening the throttle valve 7, so that an opening command is issued to the throttle valve 7 in step S106.
ステップS103で実際の吸入圧力の方が高かった場合、つまり実際の吸入空気量がエンジン8の要求する吸入空気量より多い場合には、ステップS107に進み、バイパス弁6が全閉か否かの判定を行う。
If the actual intake pressure is higher in step S103, that is, if the actual intake air amount is larger than the intake air amount required by the
バイパス弁6が全閉の場合は、これ以上吸入空気量を絞る為にはスロットルバルブ7の開度を絞るしかないので、ステップS109でスロットルバルブ7に閉指令を出す。 If the bypass valve 6 is fully closed, the throttle valve 7 can only be throttled in order to reduce the amount of intake air further, so a close command is issued to the throttle valve 7 in step S109.
バイパス弁6が全閉でない場合には、バイパス弁6を閉じることで吸入空気量を絞ることができるので、ステップS108でバイパス弁6に閉指令を出す。 If the bypass valve 6 is not fully closed, the intake air amount can be reduced by closing the bypass valve 6, and therefore a close command is issued to the bypass valve 6 in step S <b> 108.
上記のように、本実施形態では、エンジン8の運転要求に応じて吸入空気量を調節する場合に、バイパス弁6は極力閉じた状態にしておき、スロットルバルブ7の開度を変化させることにより調節するようにし、スロットルバルブ7だけでは調節しきれない場合にのみバイパス弁6を開くよう制御している。したがって、エンジン8に供給される空気量の多くがローター4を通過することになるので、発電機4aの発電効率を確保しつつ、エンジン8の要求通りに空気量を調節することができる。
As described above, in the present embodiment, when the intake air amount is adjusted in accordance with the operation request of the
ところで、本実施形態では上述したようにバイパス弁6を極力閉じておくので、エンジン8の吸入負圧によって外部から吸気通路内に吸込まれた空気のほとんどは、一旦、ローター4に堰き止められてからローター4を通過することになる。このため、バイパス弁6を閉じて発電を行なっているときに、例えばアクセル開度が急激に大きくなると、エンジン8の要求吸気量の急激な増加に対して、ローター4の回転数の応答が遅れ、ローター4で空気が堰き止められてしまい、ローター4下流の吸気通路内の負圧が上昇する場合がある。負圧が上昇しすぎた場合には、吸気通路2bや吸気マニホールド22(以下、吸気系という)が潰れてしまう可能性がある。
By the way, in the present embodiment, as described above, the bypass valve 6 is closed as much as possible. Therefore, most of the air sucked into the intake passage from the outside by the suction negative pressure of the
そこで、図3に示すフローチャートにしたがって、ECU9にてバイパス弁6の開閉、発電機4aの発電実行、停止を制御して、吸気系の潰れを防止する。
Therefore, according to the flowchart shown in FIG. 3, the ECU 9 controls the opening and closing of the bypass valve 6 and the generation and stop of the
以下、フローチャートにしたがって説明する。 Hereinafter, it demonstrates according to a flowchart.
ステップS200では、ローター4下流の吸気通路内の圧力Pcを圧力センサー15によって検出する。
In step S <b> 200, the pressure sensor 15 detects the pressure Pc in the intake passage downstream of the
ステップS210では、圧力Pcが判定値より低いか否かを判定する。高い場合はステップS220へ、低い場合はステップS230へ進む。なお、判定値とは、まず吸気系がどの程度の負圧まで潰れないかを実験等によって求め、これに基づいて予め定めた値であり、例えば約−80kPa程度とする。 In step S210, it is determined whether or not the pressure Pc is lower than a determination value. If it is high, the process proceeds to step S220. If it is low, the process proceeds to step S230. Note that the determination value is a value determined in advance based on an experiment or the like that determines how much negative pressure the intake system does not collapse. For example, the determination value is about −80 kPa.
ステップS220では、エンジン8が要求する空気量をまかなえる範囲内でバイパス弁6を閉じる。これは、ステップS210で吸気系が潰れることはないと判定されたので、発電効率を優先するためである。なお、バイパス弁6を全閉にした状態では要求空気量をまかなえない場合にはバイパス弁6を要求空気量を満足するように開くが、このときバイパス弁6を開いてもローター4を通過する空気量は減少しないので、発電効率が低下することはない。
In step S220, the bypass valve 6 is closed within a range that can cover the amount of air required by the
ステップS230では、発電機4aの発電を停止し、ステップS240でバイパス弁6を徐々に開いてゆく。このときエンジン吸入空気量のコントロールはスロットルバルブ7で行う。このとき、バイパス弁6を開くことによりエンジンの要求空気量よりも多くの空気が流れる可能性があるので、スロットルバルブ7は閉じる方向に操作することになる。
In step S230, the power generation of the
上記のようにバイパス弁6、スロットルバルブ7、発電機4aを制御することによって、前述したローター4の回転数の応答遅れによって生じるローター4下流の吸気系の潰れを防止することができる。また、ローター4や発電機4aが故障により固着した場合にも、バイパス通路3を通して吸入空気をエンジン8に供給することができる。
By controlling the bypass valve 6, the throttle valve 7 and the
上記の制御を行った場合のローター4下流の圧力、発電指令、バイパス弁開度、スロットル開度の変化を、図7のタイムチャートに示す。
Changes in the pressure downstream of the
t0では、ローター4下流の圧力Pcが判定値よりも大きく、バイパス弁6を全閉にして発電を行なっている状態である。運転状況に応じてローター4下流の圧力Pcは変動するが、判定値より大きい間はそのままの状態で発電を続行する。
At t0, the pressure Pc downstream of the
t1で下流圧力Pcが判定値より小さくなると、発電を停止する指令が出すとともにバイパス弁6を開き、スロットルバルブ7は閉じる方向に操作する。 When the downstream pressure Pc becomes smaller than the determination value at t1, a command to stop power generation is issued, the bypass valve 6 is opened, and the throttle valve 7 is operated in the closing direction.
t2ではバイパス弁6が全開となり、ローター4下流の圧力Pcは低下から上昇に転じる。
At t2, the bypass valve 6 is fully opened, and the pressure Pc downstream of the
以上により、本実施形態では、ローター4下流の圧力を検知して、この圧力が予め定めた判定値よりも小さくなった場合には発電を停止し、バイパス弁6を開き、スロットルバルブ7によってエンジン8への吸気量を調整するので、スロットル開度に対するローター4の応答遅れや発電機4a等が故障した場合であっても、ローター4下流の負圧が過剰に大きくなることはなく、吸気系が負圧によって潰れることを防止できる。
As described above, in the present embodiment, when the pressure downstream of the
なお、ローター4下流の圧力Pcが判定値より小さいと判定した場合に、発電を停止しない制御も考えられる。図4はこの制御の制御フローチャート、図9はこの制御を行なった場合のタイムチャートを示す。
In addition, when it determines with the pressure Pc downstream of the
図4のフローチャートは図3のフローチャートから、ステップS230に相当するステップを省いた以外は図3と同様である。図9は発電指令が図7のタイムチャートと異なるだけである。 The flowchart of FIG. 4 is the same as that of FIG. 3 except that the step corresponding to step S230 is omitted from the flowchart of FIG. FIG. 9 is different from the time chart of FIG. 7 only in the power generation command.
この制御によれば、ローター4の回転が急激なアクセル開度の変化に追いつかずに負圧が大きくなった場合には、エンジン8へ供給する空気量を確保しつつ発電を行なうことが可能であり、また、ローター4や発電機4aが故障してローター4が回転不能になった場合であってもバイパス通路3を通してエンジン8に空気を供給することができる。
According to this control, when the negative pressure increases without the rotation of the
次に第2実施形態について図10、11を参照して説明する。 Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.
図10は本実施形態のシステムの構成をしめしたものであり、図1のシステムの構成からバイパス通路3およびバイパス弁6を除いたものである。
FIG. 10 shows the configuration of the system of the present embodiment, in which the
図11は本実施形態の制御フローチャートであり、ステップS400、S410は図3のステップS200、S210と同様である。 FIG. 11 is a control flowchart of this embodiment, and steps S400 and S410 are the same as steps S200 and S210 of FIG.
ステップS410でローター4下流の圧力Pcが判定値より大きい場合にはステップS420に進み、スロットルバルブ7でエンジン8が要求する空気量に調整する。
When the pressure Pc downstream of the
ローター4下流の圧力Pcが判定値より小さい場合には、ステップS430で発電機4a発電を停止して、ステップS420に進む。
When the pressure Pc downstream of the
ローター4下流の負圧が上昇する原因としては、前述したように、アクセル開度の変化に対するローター4の応答遅れがある。本実施形態では、ローター4下流の負圧が上昇し過ぎたと判定した場合には発電を停止するので、ローター4の回転抵抗は小さくなる。これにより、アクセル開度の変化に対するローター4の応答遅れを小さくし、負圧の上昇を抑えることができる。
As described above, the cause of the increase in the negative pressure downstream of the
バイパス通路3やバイパス弁6を設けないので、シンプルな構成および制御で負圧の上昇を抑えることができる。
Since the
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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
本発明は、吸入負圧により発電を行う発電機を備える内燃機関に適用可能である。 The present invention can be applied to an internal combustion engine including a generator that generates power by suction negative pressure.
1 吸気通路
2 吸気通路
3 バイパス通路
4 ローター
4a 発電機
5 シャフト
6 バイパス弁
7 スロットルバルブ(吸気絞り弁)
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
15 圧力センサー
20 吸気温度センサー
21 エンジン冷却水水温センサー
22 吸気マニホールド
23 エンジン回転数センサー
DESCRIPTION OF
8 Engine 9 Engine control unit (ECU)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ローターに接続され、前記ローターが回転することによって発電を行う発電機と、
前記ローター下流の吸気通路内の圧力を検知する手段と、を備え、
前記ローター下流の吸気通路内の圧力が所定値より下がると、前記発電機の発電量を減少させる発電量減少手段と、を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。 A rotor interposed in the intake passage of the internal combustion engine;
A generator connected to the rotor and generating electricity by rotating the rotor;
Means for detecting the pressure in the intake passage downstream of the rotor,
A control device for an internal combustion engine, comprising: a power generation amount reducing means for reducing the power generation amount of the generator when the pressure in the intake passage downstream of the rotor falls below a predetermined value.
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