JP2018178890A - Internal combustion engine - Google Patents

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貴博 南
Takahiro Minami
貴博 南
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily adjust the consumption of a battery in assist control and a power generation amount in power generation control in response to a request in an internal combustion engine equipped with an electric assist supercharger.SOLUTION: In assist control by an electric assist supercharger, a motor is driven by the electric power supplied from a battery to assist the rotation of a compressor. In power generation control, the battery is charged with the electric power which the motor generates with the rotation of the compressor. In the case where there is a request for reducing a power generation amount in the power generation control, a request for accelerating the consumption of the battery in the assist control, or a request for reducing the rotation speed of the compressor, a load on the compressor is increased. In the case where there is a request for increasing a power generation amount in the power generation control or a request for suppressing the consumption of the battery in the assist control, a load on the compressor is reduced.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電動アシスト過給機を備える内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine provided with a motor-driven assist turbocharger.

電動アシスト過給機は、モータを備えた過給機である。例えば、過給機の回転速度が低い状態において、バッテリから供給される電力によってモータを駆動し、過給機の回転をアシストするアシスト制御が行われる。また、例えば、過給機の回転速度が高い状態において、過給機の回転によってモータを発電機として駆動し、バッテリを充電する発電制御が行われる。   The electric assist turbocharger is a turbocharger equipped with a motor. For example, in a state where the rotational speed of the turbocharger is low, assist control is performed to drive the motor by the power supplied from the battery and assist the rotation of the turbocharger. Also, for example, when the rotational speed of the supercharger is high, the motor is driven as a generator by the rotation of the supercharger, and power generation control is performed to charge the battery.

特許文献1は、電動アシスト過給機におけるモータの突然のアシスト停止あるいは発電停止を抑制するための技術を開示している。具体的には、所定の制御パラメータが制限値に到達しないように、モータ制御量が決定される。所定の制御パラメータとしては、モータ温度、インバータ温度、バッテリの充電状態などが挙げられる。   Patent Document 1 discloses a technique for suppressing sudden assist stop or generation stop of a motor in an electric assist turbocharger. Specifically, the motor control amount is determined so that the predetermined control parameter does not reach the limit value. The predetermined control parameters include motor temperature, inverter temperature, battery charge state, and the like.

特許文献2は、燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンの制御装置を開示している。燃焼ガスは、圧縮機によって圧縮された空気と燃料との混合気の燃焼によって生成される。その圧縮機の上流には、圧縮機に導かれる空気流量を制御するための入口案内翼(IGV: Inlet Guide Vane)が設けられている。入口案内翼の開度は、例えば、タービンに連結された発電機の回転速度に基づいて算出される。   Patent Document 2 discloses a control device of a gas turbine which drives a turbine by combustion gas. The combustion gas is generated by the combustion of a mixture of air and fuel compressed by the compressor. Upstream of the compressor, an inlet guide vane (IGV: Inlet Guide Vane) is provided to control the flow rate of air introduced into the compressor. The opening degree of the inlet guide vanes is calculated based on, for example, the rotational speed of a generator connected to the turbine.

特許文献3は、吸気通路に電動コンプレッサが設けられた内燃機関が開示されている。電動コンプレッサの出力は、電動コンプレッサに電力を供給するバッテリの充電量の増加率に応じて調整される。   Patent Document 3 discloses an internal combustion engine in which an electric compressor is provided in an intake passage. The output of the electric compressor is adjusted in accordance with the rate of increase of the charge amount of the battery that supplies power to the electric compressor.

特開2008−215199号公報JP 2008-215199 A 特開2014−047728号公報JP, 2014-047728, A 特開2016−079821号公報JP, 2016-079821, A

電動アシスト過給機を備える内燃機関は、上述の通り、モータを利用したアシスト制御及び発電制御を行う。アシスト制御においては、バッテリの消費を要求に応じて調節できることが望ましい。発電制御においては、発電量を要求に応じて調節できることが望ましい。   As described above, the internal combustion engine equipped with the electric assist turbocharger performs assist control and power generation control using a motor. In assist control, it is desirable to be able to adjust the consumption of the battery as required. In power generation control, it is desirable to be able to adjust the amount of power generation as required.

上記の特許文献1の場合、モータによるアシスト量あるいは発電量は、「モータ制御量」を調節することによって制御される。このとき、モータ制御量は、モータ温度等の制御パラメータが制限値に到達しないように決定される。つまり、モータ制御量の調節には様々な制約が存在する。このような制約は、制御を複雑にし、また、自由な制御を阻害する。   In the case of Patent Document 1 described above, the assist amount or the power generation amount by the motor is controlled by adjusting the “motor control amount”. At this time, the motor control amount is determined such that the control parameter such as the motor temperature does not reach the limit value. That is, there are various restrictions on the adjustment of the motor control amount. Such constraints complicate control and inhibit free control.

本発明の1つの目的は、電動アシスト過給機を備える内燃機関において、アシスト制御におけるバッテリの消費や発電制御における発電量を、要求に応じて容易に調節することができる技術を提供することにある。   One object of the present invention is to provide a technique capable of easily adjusting the consumption of a battery in assist control and the amount of power generation in power generation control according to a request in an internal combustion engine provided with an electric assist turbocharger. is there.

本発明の1つの観点において、内燃機関は、
回転軸に連結された圧縮機及びモータを備える電動アシスト過給機と、
バッテリから供給される電力によって前記モータを駆動して前記圧縮機の回転をアシストするアシスト制御、及び、前記圧縮機の回転によって前記モータが発電する電力によって前記バッテリを充電する発電制御を行うモータ制御装置と、
前記圧縮機の回転にかかる負荷である圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置と
を備える。
前記発電制御における発電量を減らす要求、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を促進する要求、あるいは、前記圧縮機の回転速度を減少させる要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を増加させる。
前記発電制御における発電量を増やす要求、あるいは、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を抑制する要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を減少させる。
In one aspect of the invention, an internal combustion engine is
An electric assist turbocharger comprising a compressor and a motor connected to a rotating shaft;
Assist control that drives the motor by power supplied from a battery to assist rotation of the compressor, and motor control that performs power generation control of charging the battery by power generated by the motor by rotation of the compressor A device,
And a compressor load control device for controlling a compressor load which is a load applied to the rotation of the compressor.
When there is a request to reduce the amount of power generation in the power generation control, a request to accelerate the consumption of the battery in the assist control, or a request to reduce the rotational speed of the compressor, the compressor load control device Increase the load.
When there is a request to increase the amount of power generation in the power generation control or a request to suppress the consumption of the battery in the assist control, the compressor load control device reduces the compressor load.

本発明に係る内燃機関は、圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置を備えている。この圧縮機負荷は、発電制御における発電量やアシスト制御におけるバッテリの消費に寄与する。例えば、圧縮機負荷が減ると、発電制御における発電量が増加し、アシスト制御におけるバッテリの消費が抑制される。一方、圧縮機負荷が増加すると、発電制御における発電量が減少し、アシスト制御におけるバッテリの消費が促進される。圧縮機負荷制御装置を用いて圧縮機負荷を制御することによって、アシスト制御におけるバッテリの消費や発電制御における発電量を、要求に応じて適切に調節することが可能となる。   An internal combustion engine according to the present invention includes a compressor load control device that controls a compressor load. The compressor load contributes to the amount of power generation in power generation control and the consumption of the battery in assist control. For example, when the compressor load decreases, the amount of power generation in power generation control increases, and battery consumption in assist control is suppressed. On the other hand, when the compressor load increases, the amount of power generation in the power generation control decreases and the consumption of the battery in the assist control is promoted. By controlling the compressor load using the compressor load control device, it is possible to appropriately adjust the consumption of the battery in the assist control and the power generation amount in the power generation control according to the request.

また、本発明によれば、上記の特許文献1の場合のような「モータ制御量」ではなく、「圧縮機負荷」の制御が行われる。圧縮機負荷の制御は、複雑なモータ制御から独立しており、モータ制御における様々な制約から影響を受けることがない。つまり、圧縮機負荷に基づく制御の自由度は高い。圧縮機負荷を増加あるいは減少させるだけで、容易に、アシスト制御におけるバッテリの消費や発電制御における発電量を調節することが可能である。   Further, according to the present invention, control of “compressor load” is performed instead of “motor control amount” as in the case of Patent Document 1 described above. Control of the compressor load is independent of complex motor control and is not affected by various motor control constraints. That is, the degree of freedom of control based on the compressor load is high. It is possible to easily adjust the consumption of the battery in the assist control and the amount of power generation in the power generation control only by increasing or decreasing the compressor load.

本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る内燃機関の圧縮機負荷調節機構の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of the compressor load adjustment mechanism of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る内燃機関において圧縮機負荷を増加させる場合の圧縮機負荷調節機構を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual view showing a compressor load adjusting mechanism in the case of increasing a compressor load in the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る内燃機関において圧縮機負荷を減少させる場合の圧縮機負荷調節機構を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a compressor load adjustment mechanism in the case of reducing compressor load in an internal combustion engine concerning an embodiment of the invention.

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

1.内燃機関の基本構成
図1は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。内燃機関は、エンジン本体1、吸気通路2、排気通路3、電動アシスト過給機10、インバータ50、バッテリ60、及び制御装置70を備えている。
1. Basic Configuration of Internal Combustion Engine FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine includes an engine body 1, an intake passage 2, an exhaust passage 3, an electric assist turbocharger 10, an inverter 50, a battery 60, and a control device 70.

エンジン本体1は、燃焼が行われる燃焼室を有している。吸気通路2は、エンジン本体1の燃焼室に吸気ガスを供給するためのものであり、エンジン本体1の上流側に配置されている。一方、排気通路3は、エンジン本体1の燃焼室からの排気ガスを排出するためのものであり、エンジン本体1の下流側に配置されている。   The engine body 1 has a combustion chamber in which combustion is performed. The intake passage 2 is for supplying intake gas to the combustion chamber of the engine body 1 and is disposed upstream of the engine body 1. On the other hand, the exhaust passage 3 is for discharging exhaust gas from the combustion chamber of the engine body 1 and is disposed downstream of the engine body 1.

電動アシスト過給機10は、圧縮機20とタービン30を備えている。圧縮機20は吸気通路2に設けられており、タービン30は排気通路3に設けられている。また、圧縮機20とタービン30は、回転軸25を介して互いに連結されている。エンジン本体1の燃焼室からの排気ガス流によってタービン30が回転すると、圧縮機20も回転し、それにより吸気ガスの圧縮が行われる。圧縮された吸気ガスは、インタークーラ4を介して、エンジン本体1の燃焼室に供給される。   The electric assist turbocharger 10 includes a compressor 20 and a turbine 30. The compressor 20 is provided in the intake passage 2, and the turbine 30 is provided in the exhaust passage 3. Further, the compressor 20 and the turbine 30 are connected to each other via a rotating shaft 25. When the turbine 30 is rotated by the exhaust gas flow from the combustion chamber of the engine body 1, the compressor 20 is also rotated, thereby compressing the intake gas. The compressed intake gas is supplied to the combustion chamber of the engine body 1 via the intercooler 4.

電動アシスト過給機10は、更に、モータ40を備えている。このモータ40も、回転軸25に連結されている。従って、モータ40に電力を供給してモータ40を回転させることによって、圧縮機20及びタービン30の回転をアシストすることができる。逆に、モータ40を発電機として利用することもできる。具体的には、圧縮機20及びタービン30の回転によってモータ40を回転させることによって、発電が可能である。   The electric assist turbocharger 10 further includes a motor 40. The motor 40 is also connected to the rotating shaft 25. Therefore, the rotation of the compressor 20 and the turbine 30 can be assisted by supplying power to the motor 40 to rotate the motor 40. Conversely, the motor 40 can also be used as a generator. Specifically, power can be generated by rotating the motor 40 by the rotation of the compressor 20 and the turbine 30.

電動アシスト過給機10には、回転速度センサ15が取り付けられている。この回転速度センサ15は、電動アシスト過給機10の回転速度Ntを検出する。電動アシスト過給機10の回転速度Ntとは、回転軸25、圧縮機20、タービン30、あるいはモータ40の回転速度である。回転速度センサ15は、検出した回転速度Ntを示す検出情報を制御装置70に送る。   A rotational speed sensor 15 is attached to the electric assist turbocharger 10. The rotational speed sensor 15 detects the rotational speed Nt of the electric assist turbocharger 10. The rotational speed Nt of the electric assist turbocharger 10 is the rotational speed of the rotating shaft 25, the compressor 20, the turbine 30, or the motor 40. The rotational speed sensor 15 sends detection information indicating the detected rotational speed Nt to the control device 70.

電動アシスト過給機10のモータ40は、インバータ50を介して、バッテリ60に接続されている。インバータ50は、モータ40とバッテリ60との間で電力をやり取りする際に電力変換を行う。後述されるように、このインバータ50の動作は、制御装置70によって制御される。   The motor 40 of the electric assist turbocharger 10 is connected to the battery 60 via the inverter 50. The inverter 50 performs power conversion when exchanging power between the motor 40 and the battery 60. As will be described later, the operation of this inverter 50 is controlled by the controller 70.

バッテリ60は、電源及び蓄電池として機能する。つまり、バッテリ60に蓄えられている電気エネルギーは、モータ40を含む各種電気部品の動作に利用される。また、モータ40が発電機として発電を行う場合には、発電により得られた電気エネルギーによってバッテリ60が充電される。バッテリ60には、SOCセンサ65が取り付けられている。このSOCセンサ65は、バッテリ60の充電状態(SOC: State of Charge)を検出し、検出情報を制御装置70に送る。   The battery 60 functions as a power source and a storage battery. That is, the electrical energy stored in the battery 60 is used for the operation of various electrical components including the motor 40. Further, when the motor 40 generates power as a generator, the battery 60 is charged by the electrical energy obtained by the power generation. An SOC sensor 65 is attached to the battery 60. The SOC sensor 65 detects the state of charge (SOC) of the battery 60 and sends detection information to the control device 70.

制御装置70は、内燃機関の運転を制御する。典型的には、制御装置70は、プロセッサ、記憶装置、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。制御装置70は、ECU(Electronic Control Unit)とも呼ばれる。制御装置70は、各種センサから検出情報を受け取り、受け取った検出情報に基づいて各種アクチュエータを制御して、内燃機関の運転を制御する。このような制御は、制御装置70のプロセッサが記憶装置に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。   Control device 70 controls the operation of the internal combustion engine. The control device 70 is typically a microcomputer provided with a processor, a storage device, and an input / output interface. Control device 70 is also referred to as an ECU (Electronic Control Unit). The control device 70 receives detection information from various sensors, controls various actuators based on the received detection information, and controls the operation of the internal combustion engine. Such control is realized by the processor of the control device 70 executing a control program stored in the storage device.

特に、本実施の形態に係る制御装置70は、「モータ制御」と「圧縮機負荷制御」を行う。以下、本実施の形態に係るモータ制御と圧縮機負荷制御のそれぞれについて詳しく説明する。   In particular, the control device 70 according to the present embodiment performs “motor control” and “compressor load control”. Hereinafter, each of motor control and compressor load control according to the present embodiment will be described in detail.

2.モータ制御
2−1.アシスト制御
まず、モータ制御の一例として、「アシスト制御」について説明する。アシスト制御は、バッテリ60から供給される電力によってモータ40を駆動して、圧縮機20(つまり、電動アシスト過給機10)の回転をアシストする制御である。
2. Motor control 2-1. Assist Control First, “assist control” will be described as an example of motor control. The assist control is a control that drives the motor 40 by the power supplied from the battery 60 to assist the rotation of the compressor 20 (that is, the electric assist turbocharger 10).

より詳細には、制御装置70は、バッテリ60からモータ40に電力が供給されるようにインバータ50を制御する。このとき、インバータ50は、バッテリ60から放電される直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ40に供給する。モータ40は、バッテリ60から供給された電力によって回転し、アシストトルクを回転軸25に付加する。このアシストトルクによって、圧縮機20及びタービン30の回転がアシストされる。   More specifically, control device 70 controls inverter 50 such that power is supplied from battery 60 to motor 40. At this time, the inverter 50 converts DC power discharged from the battery 60 into AC power, and supplies AC power to the motor 40. The motor 40 is rotated by the power supplied from the battery 60 and applies an assist torque to the rotating shaft 25. The rotation of the compressor 20 and the turbine 30 is assisted by the assist torque.

2−2.発電制御
次に、モータ制御の他の例として、「発電制御」について説明する。発電制御は、圧縮機20(つまり、電動アシスト過給機10)の回転によってモータ40が発電する電力によってバッテリ60を充電する制御である。
2-2. Power Generation Control Next, “power generation control” will be described as another example of motor control. The power generation control is control for charging the battery 60 with the power generated by the motor 40 by the rotation of the compressor 20 (that is, the electric assist turbocharger 10).

より詳細には、圧縮機20の回転によって、モータ40が発電機として機能し、発電を行う。制御装置70は、モータ40(発電機)によって発電された電力がバッテリ60に供給されるように、インバータ50を制御する。このとき、インバータ50は、モータ40から出力される交流電力を直流電力に変換し、直流電力をバッテリ60に供給する。これにより、バッテリ60が充電される。   More specifically, the rotation of the compressor 20 causes the motor 40 to function as a generator to generate electricity. Control device 70 controls inverter 50 such that the electric power generated by motor 40 (generator) is supplied to battery 60. At this time, the inverter 50 converts AC power output from the motor 40 into DC power, and supplies DC power to the battery 60. Thereby, the battery 60 is charged.

2−3.モータ制御装置
図1に示されるように、インバータ50、バッテリ60、及び制御装置70は、モータ制御を行う「モータ制御装置100」を構成している。モータ制御装置100は、電動アシスト過給機10のモータ40に関して、上述のアシスト制御及び発電制御を行う。
2-3. Motor Control Device As shown in FIG. 1, the inverter 50, the battery 60, and the control device 70 constitute a “motor control device 100” that performs motor control. The motor control device 100 performs the above-described assist control and power generation control on the motor 40 of the electric assist turbocharger 10.

3.圧縮機負荷制御
3−1.概要
上述のアシスト制御及び発電制御に対しては、次の通り様々な要求が発生し得る。
3. Compressor load control 3-1. Overview Various requirements may occur for the above-described assist control and power generation control as follows.

一例として、バッテリ60の充電量が少ない場合を考える。バッテリ60の充電量が不足すると、バッテリ60を電源として使用する電気部品の機能が低下あるいは停止するおそれがある。従って、発電制御において、モータ40(発電機)による発電量を増やす要求が発生する可能性がある。あるいは、アシスト制御において、バッテリ60からモータ40に供給される電力量を減らす、すなわち、バッテリ60の消費を抑制する要求が発生する可能性がある。   As an example, it is assumed that the charge amount of the battery 60 is small. If the charge amount of the battery 60 is insufficient, the function of the electrical component using the battery 60 as a power source may be degraded or stopped. Therefore, in the power generation control, a request to increase the amount of power generation by the motor 40 (generator) may occur. Alternatively, in the assist control, a request may be generated to reduce the amount of power supplied from the battery 60 to the motor 40, that is, to suppress the consumption of the battery 60.

他の例として、バッテリ60が満充電状態あるいは過充電状態にある場合を考える。バッテリ60が過充電状態になると、バッテリ60が劣化する。従って、発電制御において、モータ40(発電機)による発電機を減らす要求が発生する可能性がある。あるいは、アシスト制御において、バッテリ60からモータ40に供給される電力量を増やす、すなわち、バッテリ60の消費を促進する要求が発生する可能性がある。   As another example, it is assumed that the battery 60 is fully charged or overcharged. When the battery 60 is overcharged, the battery 60 is degraded. Therefore, in the power generation control, a request to reduce the number of generators by the motor 40 (generator) may occur. Alternatively, in the assist control, a request may be generated to increase the amount of power supplied from the battery 60 to the motor 40, that is, to promote the consumption of the battery 60.

更に他の例として、圧縮機20が過回転状態にある場合を考える。この場合は、アシスト制御において圧縮機20の回転速度Ntを減らすことが望まれる。   As still another example, consider the case where the compressor 20 is in the overrotation state. In this case, it is desirable to reduce the rotational speed Nt of the compressor 20 in the assist control.

このような様々な要求を満たすために、本実施の形態によれば、「圧縮機負荷」の制御が行われる。圧縮機負荷とは、圧縮機20の回転にかかる負荷である。圧縮機負荷を適宜増加あるいは減少させることによって、上記の様々な要求を満たすことが可能となる。   In order to satisfy such various requirements, according to the present embodiment, control of the “compressor load” is performed. The compressor load is a load applied to the rotation of the compressor 20. By appropriately increasing or decreasing the compressor load, it is possible to meet the various requirements described above.

一例として、発電制御におけるモータ40(発電機)による発電量を増やす要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“減少”させればよい。圧縮機負荷が減少することによって、回転速度Ntが増加しやすくなり、モータ40による発電量及び発電効率が増加する。   As an example, consider a case where there is a demand to increase the amount of power generation by the motor 40 (generator) in power generation control. In this case, the compressor load may be "reduced". As the compressor load decreases, the rotational speed Nt tends to increase, and the amount of power generation by the motor 40 and the power generation efficiency increase.

他の例として、発電制御におけるモータ40(発電機)による発電量を減らす要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“増加”させればよい。圧縮機負荷が増加することによって、回転速度Ntが減少しやすくなり、モータ40による発電量及び発電効率が減少する。   As another example, consider a case where there is a demand to reduce the amount of power generation by the motor 40 (generator) in power generation control. In this case, the compressor load may be "increased". As the compressor load increases, the rotational speed Nt tends to decrease, and the amount of power generation by the motor 40 and the power generation efficiency decrease.

更に他の例として、アシスト制御においてバッテリ60の消費を促進する要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“増加”させればよい。圧縮機負荷が増加することによって、圧縮機20を回転させるために必要な電力量が増加し、バッテリ60の消費が促進される。   As still another example, it is assumed that there is a request for promoting the consumption of the battery 60 in the assist control. In this case, the compressor load may be "increased". The increase in compressor load increases the amount of power required to rotate the compressor 20 and promotes consumption of the battery 60.

更に他の例として、アシスト制御においてバッテリ60の消費を抑制する要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“減少”させればよい。圧縮機負荷が減少することによって、圧縮機20を回転させるために必要な電力量が減少し、バッテリ60の消費が抑制される。   As still another example, it is assumed that there is a request for suppressing the consumption of the battery 60 in the assist control. In this case, the compressor load may be "reduced". By reducing the compressor load, the amount of power required to rotate the compressor 20 is reduced, and the consumption of the battery 60 is suppressed.

更に他の例として、過回転状態を防ぐために圧縮機20の回転速度Ntを減少させる要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“増加”させればよい。圧縮機負荷が増加することによって、圧縮機20が回転しにくくなり、圧縮機20の回転速度Ntが減少する。   As still another example, consider a case where it is required to reduce the rotational speed Nt of the compressor 20 in order to prevent an over-rotation state. In this case, the compressor load may be "increased". The increase in the compressor load makes it difficult for the compressor 20 to rotate, and the rotational speed Nt of the compressor 20 decreases.

3−2.圧縮機負荷制御装置
図1に示されるように、本実施の形態に係る内燃機関は、更に、圧縮機負荷調節機構80を備えている。圧縮機負荷調節機構80は、圧縮機負荷を調節するための機構であり、圧縮機20の上流の吸気通路2に設けられている。
3-2. Compressor Load Control Device As shown in FIG. 1, the internal combustion engine according to the present embodiment further includes a compressor load adjustment mechanism 80. The compressor load adjustment mechanism 80 is a mechanism for adjusting the compressor load, and is provided in the intake passage 2 upstream of the compressor 20.

図2は、圧縮機負荷調節機構80の一例を説明するための概念図である。図2において、圧縮機20のロータブレード21の回転方向は、「F方向」で表されている。F方向と反対の方向、つまり、圧縮機20のロータブレード21の回転方向とは逆の方向は、「R方向」で表されている。   FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining an example of the compressor load adjustment mechanism 80. As shown in FIG. In FIG. 2, the rotational direction of the rotor blade 21 of the compressor 20 is represented by the “F direction”. The direction opposite to the F direction, that is, the direction opposite to the rotation direction of the rotor blade 21 of the compressor 20 is represented by “R direction”.

圧縮機負荷調節機構80は、圧縮機20に入力される吸気ガスの方向を調節可能なように構成されている。図2に示される例では、圧縮機負荷調節機構80は、圧縮機20の入口の上流に配置された可変入口案内翼81を有している。可変入口案内翼81は軸82を中心に回転可能である。可変入口案内翼81の傾きを変えることによって、圧縮機20に入力される吸気ガスの方向を調節することができる。   The compressor load adjusting mechanism 80 is configured to be able to adjust the direction of the intake gas input to the compressor 20. In the example shown in FIG. 2, the compressor load adjustment mechanism 80 has a variable inlet guide vane 81 located upstream of the inlet of the compressor 20. The variable inlet guide vanes 81 are rotatable about an axis 82. By changing the inclination of the variable inlet guide vane 81, it is possible to adjust the direction of the intake gas input to the compressor 20.

図3は、圧縮機負荷を増加させる場合を示している。この場合、圧縮機20に入力される吸気ガスの方向に「R方向成分」が追加されるように、可変入口案内翼81の傾きが設定される。圧縮機20の回転方向とは逆の成分が増加するため、圧縮機20が吸気ガスに対してなすべき仕事量が増加する。すなわち、圧縮機負荷が増加する。   FIG. 3 shows the case of increasing the compressor load. In this case, the inclination of the variable inlet guide vane 81 is set such that the “R direction component” is added to the direction of the intake gas input to the compressor 20. Since the component opposite to the rotation direction of the compressor 20 increases, the amount of work that the compressor 20 has to do with the intake gas increases. That is, the compressor load increases.

図4は、圧縮機負荷を減少させる場合を示している。この場合、圧縮機20に入力される吸気ガスの方向に「F方向成分」が追加されるように、可変入口案内翼81の傾きが設定される。圧縮機20の回転方向と同じ成分が増加するため、圧縮機20が吸気ガスに対してなすべき仕事量が減少する。すなわち、圧縮機負荷が減少する。   FIG. 4 shows the case of reducing the compressor load. In this case, the inclination of the variable inlet guide vane 81 is set such that the “F direction component” is added to the direction of the intake gas input to the compressor 20. As the same component as the rotational direction of the compressor 20 increases, the amount of work that the compressor 20 has to do with the intake gas decreases. That is, the compressor load is reduced.

このように、可変入口案内翼81の傾きを制御することによって、圧縮機負荷を制御することが可能である。その可変入口案内翼81の傾きは、制御装置70によって適切に制御される。図1に示されるように、制御装置70と圧縮機負荷調節機構80は、圧縮機負荷を制御する「圧縮機負荷制御装置200」を構成していると言える。   Thus, by controlling the inclination of the variable inlet guide vanes 81, it is possible to control the compressor load. The tilt of the variable inlet guide vane 81 is appropriately controlled by the controller 70. As shown in FIG. 1, it can be said that the control device 70 and the compressor load adjustment mechanism 80 constitute a “compressor load control device 200” that controls the compressor load.

3−3.圧縮機負荷制御の具体例
制御装置70は、回転速度センサ15から回転速度Ntに関する情報を受け取り、SOCセンサ65からバッテリ60の充電状態に関する情報を受け取る。そして、制御装置70は、回転速度Ntやバッテリ60の充電状態に基づいて、圧縮機負荷を適切に制御する。
3-3. Specific Example of Compressor Load Control The controller 70 receives information on the rotational speed Nt from the rotational speed sensor 15, and receives information on the charge state of the battery 60 from the SOC sensor 65. Then, the control device 70 appropriately controls the compressor load based on the rotational speed Nt and the charge state of the battery 60.

例えば、制御装置70は、バッテリ60の充電状態に基づいて、バッテリ60の充電量が不足しているか判定する。例えば、バッテリ60の充電量が第1閾値未満の場合、制御装置70は、バッテリ60の充電量が不足していると判定する。この場合、発電制御においてはモータ40(発電機)による発電量を増やすことが望ましく、また、アシスト制御においてはバッテリ60の消費を抑制することが望ましい。このような要求を満たすために、制御装置70(圧縮機負荷制御装置200)は、圧縮機負荷を減少させる(図4参照)。その結果、発電制御においては発電量が増加し、アシスト制御においてはバッテリ60の消費が抑制される。   For example, based on the charge state of the battery 60, the control device 70 determines whether the charge amount of the battery 60 is insufficient. For example, when the charge amount of the battery 60 is less than the first threshold, the control device 70 determines that the charge amount of the battery 60 is insufficient. In this case, it is desirable to increase the amount of power generation by the motor 40 (generator) in the power generation control, and it is desirable to suppress the consumption of the battery 60 in the assist control. In order to meet such requirements, the controller 70 (compressor load controller 200) reduces the compressor load (see FIG. 4). As a result, the power generation amount is increased in the power generation control, and the consumption of the battery 60 is suppressed in the assist control.

他の例として、制御装置70は、バッテリ60の充電状態に基づいて、バッテリ60が満充電状態あるいは過充電状態にあるか判定する。例えば、バッテリ60の充電量が第2閾値以上の場合、制御装置70は、バッテリ60が満充電状態あるいは過充電状態にあると判定する。この場合、発電制御においてはモータ40(発電機)による発電量を減らすことが望ましく、また、アシスト制御においてはバッテリ60の消費を促進することが望ましい。このような要求を満たすために、制御装置70(圧縮機負荷制御装置200)は、圧縮機負荷を増加させる(図3参照)。その結果、発電制御においては発電量が減少し、アシスト制御においてはバッテリ60の消費が促進される。   As another example, control device 70 determines whether battery 60 is fully charged or overcharged based on the charge state of battery 60. For example, when the charge amount of the battery 60 is equal to or greater than the second threshold, the control device 70 determines that the battery 60 is in a fully charged state or in an overcharged state. In this case, in the power generation control, it is desirable to reduce the amount of power generated by the motor 40 (generator), and in the assist control, it is desirable to promote the consumption of the battery 60. In order to satisfy such a demand, the controller 70 (compressor load controller 200) increases the compressor load (see FIG. 3). As a result, the amount of power generation decreases in the power generation control, and the consumption of the battery 60 is promoted in the assist control.

更に他の例として、制御装置70は、回転速度Ntの情報に基づいて、圧縮機20が過回転状態にあるかを判定する。例えば、回転速度Ntが第3閾値以上の場合、制御装置70は、圧縮機20が過回転状態にあると判定する。この場合、圧縮機20の回転速度Ntを減少させることが望ましい。このような要求を満たすために、制御装置70(圧縮機負荷制御装置200)は、圧縮機負荷を増加させる(図3参照)。その結果、圧縮機20が回転しにくくなり、圧縮機20の回転速度Ntが減少する。   As still another example, control device 70 determines whether compressor 20 is in the overrotation state based on the information on rotational speed Nt. For example, when the rotation speed Nt is equal to or higher than the third threshold, the control device 70 determines that the compressor 20 is in the overrotation state. In this case, it is desirable to reduce the rotational speed Nt of the compressor 20. In order to satisfy such a demand, the controller 70 (compressor load controller 200) increases the compressor load (see FIG. 3). As a result, the compressor 20 becomes difficult to rotate, and the rotational speed Nt of the compressor 20 decreases.

4.効果
以上に説明されたように、本実施の形態に係る内燃機関は、圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置200を備えている。圧縮機負荷は、発電制御における発電量やアシスト制御におけるバッテリの消費に寄与する。例えば、圧縮機負荷が減ると、発電制御における発電量が増加し、アシスト制御におけるバッテリ60の消費が抑制される。一方、圧縮機負荷が増加すると、発電制御における発電量が減少し、アシスト制御におけるバッテリ60の消費が促進される。圧縮機負荷制御装置200を用いて圧縮機負荷を制御することによって、アシスト制御におけるバッテリ60の消費や発電制御における発電量を、要求に応じて適切に調節することが可能となる。
4. As described above, the internal combustion engine according to the present embodiment includes the compressor load control device 200 that controls the compressor load. The compressor load contributes to the amount of power generation in power generation control and the consumption of the battery in assist control. For example, when the compressor load decreases, the amount of power generation in the power generation control increases, and the consumption of the battery 60 in the assist control is suppressed. On the other hand, when the compressor load increases, the amount of power generation in power generation control decreases, and consumption of the battery 60 in assist control is promoted. By controlling the compressor load using the compressor load control device 200, it is possible to appropriately adjust the consumption of the battery 60 in the assist control and the power generation amount in the power generation control according to the request.

また、本実施の形態によれば、上記の特許文献1の場合のような「モータ制御量」ではなく、「圧縮機負荷」の制御が行われる。圧縮機負荷の制御は、複雑なモータ制御から独立しており、モータ制御における様々な制約から影響を受けることがない。つまり、圧縮機負荷に基づく制御の自由度は高い。圧縮機負荷を増加あるいは減少させるだけで、容易に、アシスト制御におけるバッテリ60の消費や発電制御における発電量を調節することが可能である。また、制約の多いモータ制御量を調節する必要がないため、複雑なモータ制御が更に複雑化することが防止される。   Further, according to the present embodiment, control of “compressor load” is performed instead of “motor control amount” as in the case of Patent Document 1 described above. Control of the compressor load is independent of complex motor control and is not affected by various motor control constraints. That is, the degree of freedom of control based on the compressor load is high. It is possible to easily adjust the consumption of the battery 60 in the assist control and the amount of power generation in the power generation control only by increasing or decreasing the compressor load. Further, since it is not necessary to adjust the motor control amount having many restrictions, it is possible to prevent the complicated motor control from being further complicated.

更に、圧縮機負荷調節機構80として図2〜図4で例示された可変入口案内翼81が用いられる場合、その傾きを変えるだけで、圧縮機負荷を容易に増減させることができる。つまり、可変入口案内翼81という1つの部品を用いるだけで、圧縮機負荷の増加と減少の両方に対応することができる。このことは、コストの低減、エンジン搭載性の改善、エンジン重量の低減の観点から好適である。   Furthermore, when the variable inlet guide vane 81 illustrated in FIGS. 2 to 4 is used as the compressor load adjusting mechanism 80, the compressor load can be easily increased or decreased by changing the inclination thereof. That is, by using only one component, the variable inlet guide vane 81, it is possible to cope with both increase and decrease of the compressor load. This is preferable from the viewpoint of cost reduction, improvement in engine mountability, and reduction in engine weight.

1 エンジン本体
2 吸気通路
3 排気通路
4 インタークーラ
10 電動アシスト過給機
15 回転速度センサ
20 圧縮機
21 ロータブレード
25 回転軸
30 タービン
40 モータ
50 インバータ
60 バッテリ
65 SOCセンサ
70 制御装置(ECU)
80 圧縮機負荷調節機構
81 可変入口案内翼
82 軸
100 モータ制御装置
200 圧縮機負荷制御装置
Reference Signs List 1 engine body 2 intake passage 3 exhaust passage 4 intercooler 10 electric assist turbocharger 15 rotational speed sensor 20 compressor 21 rotor blade 25 rotary shaft 30 turbine 40 motor 50 inverter 60 battery 65 SOC sensor 70 control unit (ECU)
Reference Signs List 80 compressor load adjusting mechanism 81 variable inlet guide vane 82 axis 100 motor controller 200 compressor load controller

Claims (1)

回転軸に連結された圧縮機及びモータを備える電動アシスト過給機と、
バッテリから供給される電力によって前記モータを駆動して前記圧縮機の回転をアシストするアシスト制御、及び、前記圧縮機の回転によって前記モータが発電する電力によって前記バッテリを充電する発電制御を行うモータ制御装置と、
前記圧縮機の回転にかかる負荷である圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置と
を備え、
前記発電制御における発電量を減らす要求、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を促進する要求、あるいは、前記圧縮機の回転速度を減少させる要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を増加させ、
前記発電制御における発電量を増やす要求、あるいは、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を抑制する要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を減少させる
内燃機関。
An electric assist turbocharger comprising a compressor and a motor connected to a rotating shaft;
Assist control that drives the motor by power supplied from a battery to assist rotation of the compressor, and motor control that performs power generation control of charging the battery by power generated by the motor by rotation of the compressor A device,
A compressor load control device for controlling a compressor load which is a load applied to the rotation of the compressor;
When there is a request to reduce the amount of power generation in the power generation control, a request to accelerate the consumption of the battery in the assist control, or a request to reduce the rotational speed of the compressor, the compressor load control device Increase the load,
The compressor load control device reduces the compressor load when there is a request to increase the amount of power generation in the power generation control or a request to suppress consumption of the battery in the assist control.
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