JP2011196180A - 内燃機関制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】吸気通路3上に設けられた電動過給機5と、電動過給機5を制御するための電動過給機制御ユニット19と、クランク軸1aに連結された発電機23と、発電機23の発電電力を蓄えるバッテリ22と、発電電力を検出する発電電力検出手段とを備えている。電動過給機5は、吸気通路3内に配設されたコンプレッサ8と、コンプレッサ8を駆動する回転軸7と、回転軸7を介してコンプレッサ8に連結された電動機9とを含む。電動過給機制御ユニット19は、コンプレッサ8の駆動時に電動機9に必要な電力を発電機23から供給する。
【選択図】図1
Description
同様に、上記特許文献2に記載の技術では、電源回路にDC−DCコンバータを必要とするので、回路構成が複雑化するうえ、電動過給機への給電時にDC−DCコンバータへの駆動電力も必要となるという課題があった。
また、発電機から電動過給機への電力供給を行うことにより、電動過給機の駆動用に特別な電源装置を追加設置する必要がなくなり、部品点数削減および省スペースを実現することができる。
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係る内燃機関制御装置をエンジン周辺要素とともに概略的に示すブロック構成図である。
図1において、ECU20は、電動過給機5、電動過給機制御ユニット19、バッテリ22、発電機23および各種センサとともに、内燃機関制御装置を構成している。
電動過給機5は、シリンダ部2の各シリンダで発生した排気ガスによって回転するタービンホイール(以下、単に「タービン」という)6と、タービン6に連結された回転軸7と、回転軸7に連結されかつ吸気通路3内に配設されたコンプレッサ8と、回転軸7を回転駆動する電動機9とを有している。
すなわち、電動過給機5は、シリンダ部2で発生した排気ガスまたは電動機9の回転駆動により、吸気通路3を通ってシリンダ部2内に吸入される吸気を過給するように構成されている。
スロットルバルブ11には、スロットルバルブ11を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ12と、実際のスロットルバルブの開度を検出するスロットルバルブポジションセンサ13とが取り付けられている。
一方、シリンダ部2の排気側(排気通路4の上流側)には、シリンダ部2の各シリンダに応じて個別に分岐されたエギゾーストマニホールド18が形成されている。
まず、大気中から吸気通路3に取り込まれた吸気は、エアクリーナ(図示せず)によって塵埃が除去された後、電動過給機5のコンプレッサ8の回転により圧縮される。
こうして冷却された吸気は、スロットルバルブアクチュエータ12によって駆動されるスロットルバルブ11の開度に応じて流量が調節され、ポート噴射エンジンの場合には、燃料が混合されてシリンダ部2の各シリンダ内に吸入される。
最後に、ピストンの上下運動は、クランク(図示せず)によって回転運動に変換され、クランク軸1aから車両を推進させる動力として伝達される。
発電機23で発電された電力は、バッテリ22に充電され、電力が必要な車載デバイス(ECU20、電動過給機5および車載電気機器30など)に対して電力供給を行う。
排気通路4に排出された排気ガスは、ウェストゲートバルブ15が閉じている場合には、電動過給機5のタービン6を通ってタービン6を回転させ、ウェストゲートバルブ15が開いている場合には、バイパス21に導かれる。
タービン6を回転させた排気ガスおよびバイパス21を通った排気ガスは、合流した後、排気ガス浄化触媒などが一体化されたマフラー(図示せず)によって浄化され、大気中に排出される。
図2は図1内の電源系統を図式的に示す説明図である。
図2において、車載電気機器30は電力を消費し、発電機23は、内燃機関1の運転時に発電電力を発生し、電動過給機5は、電力を消費するとともに発電も可能である。
バッテリ22は、発電機23からの発電電力を蓄電するとともに、車載電気機器30が電力を必要とする場合には、車載電気機器30に給電する。
内燃機関1、発電機23および電動過給機制御ユニット19は、いずれもECU20により制御可能であり、また、パワーメータ31を介して車載電気機器30の負荷電力を検出するとともに、バッテリ22の充電量状態(SOC)をモニタすることもできる。
しかし、この発明の実施の形態1(図1、図2)によれば、電動過給機5を備えていない従来装置に対して電動過給機5を追加設置したのみの構成からなるので、電動過給機5を追加しても、部品点数を抑制して省スペースに抑えることが可能になる。
図3において、まず、ECU20は、車両運転者のアクセル操作に対応したスロットル開度信号などに基づき内燃機関1の目標トルクを演算し、目標トルクなどから目標過給圧指令を算出する(ステップS101)。
ステップS103において、電動機9によるアシスト必要電力≦0(すなわち、NO)と判定されれば、電動機アシストは不要なので、図3の処理ルーチンを終了する。
まず、発電機23の内部のロータコイルのインダクタンス成分から時定数を算出し、発電遅れと電動機9による発電量とを算出する(ステップS104)。
この場合、バッテリ22の充電量状態(SOC)に応じて、電動過給機5の電力を使用することにより、バッテリ22のサルフェーション(Sulfation)などのトラブルを防止することができる。
図4は発電機23から電動過給機5に電力供給する際の具体的な動作を示すタイミングチャートであり、電動過給機5への電動機9によるアシストが必要と判定された場合の挙動を示している。
このとき、電動過給機5の必要電力とちょうど釣り合うように発電機23による発電を行うと(破線参照)、発電機23内のロータコイルのインダクタンス成分による時定数の分だけ発電が遅れるので、初期段階で電力不足領域が発生する。
電動過給機制御ユニット19は、コンプレッサ8の駆動時に電動機9に必要な電力を発電機23から供給する。
電動過給機制御ユニット19は、コンプレッサ8の駆動時に電動機9に必要な電力を、発電機23からの電力に加えて、バッテリ22からも供給可能に構成されている。
また、図1の構成に限定されることなく、たとえば、電動過給機5の後に機械式ターボチャージャを備える構成(ツインターボの構成)を適用しても同様の効果が得られる。
また、電動過給機制御ユニット19は、3相のパワーインバータで構成されてもよい。
具体的には、電動過給OFF時は14Vで発電し、電動過給ON時は16Vで発電することにより、電動過給機5の駆動で発生する電圧降下による他の車載電気機器30の停電を予防することが可能となる。
Claims (7)
- 車両に搭載された内燃機関を制御するための電子制御ユニットを備えた内燃機関制御装置において、
前記内燃機関の吸気通路上に設けられた電動過給機と、
前記電動過給機を制御するための電動過給機制御ユニットと、
前記内燃機関のクランク軸に連結された発電機と、
前記発電機の発電電力を蓄える蓄電デバイスと、
前記発電機の発電電力を検出する発電電力検出手段と、をさらに備え、
前記電動過給機は、
前記吸気通路内の吸入空気を圧縮して前記内燃機関に対する過給を行うために前記吸気通路内に配設されたコンプレッサと、
前記コンプレッサを駆動する回転軸と、
前記回転軸を介して前記コンプレッサに連結された電動機と、を含み、
前記電動過給機制御ユニットは、前記コンプレッサの駆動時に前記電動機に必要な電力を前記発電機から供給することを特徴とする内燃機関制御装置。 - 前記ECUは、前記発電機のロータコイルの界磁による発電遅れを算出し、前記発電遅れ分に応じて前記電動過給機制御ユニットを制御し、前記電動過給機への電力供給を行うことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
- 前記電動過給機制御ユニットは、前記コンプレッサの駆動時に前記電動機に必要な電力を、前記発電機からの電力に加えて、前記蓄電デバイスからも供給可能に構成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関制御装置。
- 前記蓄電デバイスの充電状態を検出する蓄電デバイス充電状態検出手段を備え、
前記コンプレッサの駆動時に前記電動機に必要な電力を、前記発電機からの電力に加えて前記蓄電デバイスからも供給する場合には、前記蓄電デバイスの充電状態に応じて供給することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関制御装置。 - 前記蓄電デバイスに接続された車載電気機器の消費電力から電力負荷を検出する電力負荷検出手段を備え、
前記コンプレッサの駆動時に前記電動機に必要な電力を、前記車載電気機器の電力負荷に応じて供給することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。 - 前記ECUは、前記発電機の発電電圧を変更するための発電機制御部を含み、
前記発電機制御部は、前記コンプレッサに対する駆動指令電力に応じて前記発電機の発電電圧を変更することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。 - 前記電動過給機は、前記回転軸に連結されかつ前記内燃機関の排気通路に配設されたタービンを含み、
前記タービンは、前記回転軸を介して前記コンプレッサに連結されて、前記排気通路中の排気ガスによる回転力により前記コンプレッサを回転させることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の内燃機関制御装置。
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