JP2021148077A - 過給機、及び、過給機の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気に含まれる化学物質を低減することができる過給機を提供する。【解決手段】制御部64は、触媒昇温期間に、クラッチ63を制御して、過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、過給機用MG62を、発電モードにする。これにより、発電を行うために生じる抵抗によって排気によるタービン60の回転が抑制されて、燃焼室10から排気が排出されにくくなる。そのため、燃焼室10に排気が残留しやすくなるので、その排気によって燃焼室10の温度の上昇が促され燃料気化が促進されて、排気に含まれるHC、NOxといった化学物質を低減させることができる。【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関に吸気を過給する過給機、及び、過給機の制御方法に関する。
従来、車両等の移動体に搭載されるエンジン等の内燃機関には、過給機が搭載されていることがある。その過給機としては、燃焼室からの排気によって排気通路に設けられているタービンを回転させるとともに、そのタービンの回転による駆動力を吸気通路に設けられているコンプレッサに伝達し、コンプレッサを回転駆動させて吸気を燃焼室に過給するものがある。
しかし、内燃機関の運転状態等によっては、タービンから伝達される駆動力だけではコンプレッサの回転数(すなわち、吸気量)を所望の値まで増加させることができない場合がある。そこで、モータを搭載し、そのモータからの駆動力によってコンプレッサを回転駆動して、吸気量を増加させる過給機がある(例えば、特許文献1参照)。
この種の過給機としては、モータとしてモータジェネレータを採用するとともに、そのモータをタービンにも接続して、過給を行う必要がない場合等には、タービンから伝達される駆動力を利用して、発電を行うものもある。
ところで、内燃機関からの排気には、HC、Noxといった化学物質が含まれている。そして、その内燃機関を搭載している車両等では、内燃機関の外部に排出される排気から、それらの化学物質を低減させたいという要望がある。
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、排気に含まれる化学物質を低減することができる過給機、及び、過給機の制御方法を提供することを目的とする。
本発明の過給機は、
内燃機関に吸気を過給する過給機であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、
前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、
前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、排気から化学物質を除去するための触媒の温度を認識する触媒温度認識部とを有し、
前記制御部は、前記内燃機関の始動から前記触媒の温度が所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間に、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを、前記発電状態にすることを特徴とする。
内燃機関に吸気を過給する過給機であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、
前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、
前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、排気から化学物質を除去するための触媒の温度を認識する触媒温度認識部とを有し、
前記制御部は、前記内燃機関の始動から前記触媒の温度が所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間に、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを、前記発電状態にすることを特徴とする。
このように、本発明の過給機では、内燃機関の始動から触媒が所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間に、モータジェネレータを、発電状態に切り換えている。
これにより、触媒昇温期間においては、モータジェネレータで発電を行うために生じる抵抗によって排気によるタービンの回転が抑制されて、燃焼室から排気が排出されにくくなる。すなわち、触媒昇温期間においては、タービンの設けられている排気通路における圧力(排気圧)が上昇する。
そのため、燃焼室に排気が残留しやすくなるので、その排気によって燃焼室の温度の上昇が促される。その結果、燃焼室の内部における燃料気化が促進されて、燃焼室(ひいては、内燃機関)から排出される排気に含まれるHC、Noxといった化学物質を低減させることができる。
したがって、本発明の過給機によれば、触媒の温度が十分に高められておらず(すなわち、触媒の化学物質を除去する性能が活性化しておらず)、その能力が十分に発揮できないおそれのある触媒昇温期間であっても、触媒に到達する前の段階で化学物質を低減しているので、内燃機関の排気に含まれるHC、Noxといった化学物質を低減させることができる。
また、前述のように、本発明の過給機では、触媒昇温期間に、伝達駆動力可変機構を制御して、モータジェネレータからコンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減している。これにより、タービンへのコンプレッサの重量による影響が遮断又は低減されるので、コンプレッサにも駆動力を伝達している状態に比べ、排気によってタービンが回転しやすくなる。
したがって、本発明の過給機によれば、触媒昇温期間における排気に起因する駆動力によって、効率よくタービンを回転させて、その駆動力を無駄なく用いて発電を行うこともできる。
また、本発明の過給機においては、
前記制御部は、前記触媒昇温期間に、前記内燃機関に導入する給気量が増加するように、前記内燃機関への吸気量を制御する吸気量制御機構を制御することが好ましい。
前記制御部は、前記触媒昇温期間に、前記内燃機関に導入する給気量が増加するように、前記内燃機関への吸気量を制御する吸気量制御機構を制御することが好ましい。
前述のように、上記のような制御を行うと排気圧が上昇する。そのため、その制御を行う前の状態から給気量(すなわち、吸気圧)が変化しないのであれば、吸気圧と排気圧との差が大きくなるので、ポンピングロスによるエネルギーの損失も増大してしまう。
そこで、上記のような制御を行う場合には、このように、吸気量を増加させる制御を行うと、吸気圧と排気圧との差の増大が抑制又は防止されるので、ポンピングロスによるエネルギーの損失も抑制することができる。
また、本発明の過給機の制御方法は、
内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、排気から化学物質を除去するための触媒の温度を認識する触媒温度認識部を有し、前記内燃機関に吸気を過給する過給機の制御方法であって、
前記制御部が、前記内燃機関の始動から前記触媒の温度が所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間に、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを、前記発電状態にする工程を備えていることを特徴とする。
内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、排気から化学物質を除去するための触媒の温度を認識する触媒温度認識部を有し、前記内燃機関に吸気を過給する過給機の制御方法であって、
前記制御部が、前記内燃機関の始動から前記触媒の温度が所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間に、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを、前記発電状態にする工程を備えていることを特徴とする。
以下、図面を参照して、実施形態に係る過給機6を搭載した車両Vについて説明する。
なお、本実施形態においては、本発明の過給機を車両に搭載した場合について説明する。しかし、本発明の過給機は、移動体にのみ搭載し得るものではなく、動力源として、過給機を搭載し得る内燃機関を備えた構造物、又は、燃料電池とそのような内燃機関とを兼ね備えた構造物であれば搭載可能なものである。
[過給機及びそれを搭載している車両の構成]
まず、図1及び図2を参照して、車両Vの概略構成について説明する。
まず、図1及び図2を参照して、車両Vの概略構成について説明する。
図1に示すように、車両Vは、動力源として、内燃機関であるエンジン1と、走行用の第1の電動式のモータジェネレータ(以下、「第1走行用MG2」という。)とを備えている。
また、車両Vは、エンジン1で生成された機関出力、又は、第1走行用MG2で生成された駆動力によって駆動する駆動輪3と、エンジン1及び第1走行用MG2から駆動輪3に駆動力を伝達する動力分割機構4とを備えている。
また、車両Vは、動力分割機構4に接続されており、エンジン1を始動させるスタータモータとして使用される第2の走行用のモータジェネレータ(以下、「第2走行用MG5」という。)を備えている。
車両Vでは、減速時に、駆動輪3の回転を、動力分割機構4を介して、第1走行用MG2に伝達し、その回転によって第1走行用MGで発電を行うことが可能となっている。また、車両Vでは、エンジン1の駆動力を、動力分割機構4を介して、駆動輪3だけでなく第2走行用MGにも伝達し、その駆動力によって第2走行用MGで発電を行うことが可能となっている。
図2に示すように、エンジン1は、周知の内燃機関である。エンジン1は、燃焼室10の内部で、吸気通路11を介して導入された空気と燃料噴射弁12から噴射された機関燃料とが燃焼されて、機関出力が発生する。このとき、燃焼室10の内部では、燃焼ガスである排気が発生する。その排気は、排気通路13を介して排出される。
吸気通路11及び排気通路13には、エンジン1に吸気を過給してエンジン1の駆動を補助するために、過給機6が配置されている。また、吸気通路11には、過給機6よりも上流側に、エンジン1への吸気量を制御するスロットル弁7(吸気量制御機構)が配置されている。また、排気通路13には、過給機6よりも下流側に、排気に含まれているHC、Noxといった化学物質を除去するための触媒8が配置されている。
なお、車両Vでは、吸気量制御機構としてスロットル弁7を採用している。しかし、本発明の吸気量制御機構は、スロットル弁に限定されるものではなく、コンプレッサ以外の構成部品であって、内燃機関への吸気量を制御することができるものであればよい。例えば、吸気通路11に具備されるフラップ弁(不図示)、又は、エンジン1に具備される動弁機構(不図示)を吸気量制御機構としてもよい。
過給機6は、排気通路13に設けられているタービン60と、吸気通路11に設けられているコンプレッサ61と、タービン60及びコンプレッサ61に伝達する駆動力の動力源であるモータジェネレータ(以下、「過給機用MG62」という。)と、過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力を遮断又は変更するクラッチ63(伝達駆動力可変機構)と、過給機用MG62及びクラッチ63の駆動を制御する制御装置64とを備えている。
タービン60は、過給機用MG62から過給機用MG62の第1駆動軸62aを介して伝達される駆動力によって、回転駆動可能となっている。そのようにしてタービン60が回転駆動されたときには、燃焼室10の内部から排気が積極的に排出される。
また、タービン60は、燃焼室10から排出される排気によっても回転駆動可能となっている。そのようにしてタービン60が回転駆動されたときには、タービン60の回転が、第1駆動軸62aを介して過給機用MG62に伝達され、過給機用MG62で発電が可能となる。
コンプレッサ61は、過給機用MG62から過給機用MG62の第2駆動軸62bを介して伝達される駆動力によって、回転駆動可能となっている。そのようにしてコンプレッサ61が回転駆動されたときには、燃焼室10の内部に吸気が過給される。ひいては、エンジン1の駆動が補助される。
過給機用MG62は、制御装置64からの指令に応じて、力行モード(駆動状態)、発電モード(発電状態)、発電判定モード、休止モードを選択的に切換自在に構成されている。
力行モードでは、過給機用MG62は、タービン60又はタービン60及びコンプレッサ61に、電力によって生成した駆動力を伝達して、それらを回転駆動(力行)する。発電モードでは、過給機用MG62は、排気によるタービン60の回転駆動に応じて発電を行う。
発電判定モードでは、過給機用MG62は、電力によって生成した駆動力でタービン60及びコンプレッサ61を回転駆動しつつ、コンプレッサ61の回転数が所定の閾値以上になった場合には、その回転駆動を停止して、タービン60の回転に応じた発電を開始する。すなわち、駆動状態からコンプレッサ61の回転数によって発電状態に切り換える。休止モードでは、過給機用MG62は、特段駆動せず、タービン60及びコンプレッサ61を自由に回転させる。
クラッチ63は、コンプレッサ61と過給機用MG62との間の第2駆動軸62bに設けられており、制御装置64からの指令に応じて駆動する。
クラッチ63は、対向する一対のクラッチ板を有している。そのクラッチ板同士は、多段階式に又は連続的に、離間自在に構成されている。
これにより、クラッチ63は、過給機用MG62からコンプレッサ61へ伝達される駆動力を完全に遮断している状態(開放状態)、及び、全て伝達する状態(締結状態)だけでなく、その駆動力を一部のみ伝達する状態(いわゆる半クラッチの状態)になることもできるようになっている。また、その駆動力を徐々に大きく(増加)したり、徐々に小さく(低減)したりすることもできるようになっている。
なお、本発明の駆動力可変機構は、このような機械式のクラッチに限定されるものではなく、過給機用の動力源からコンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更できるものであればよい。
そのため、例えば、動力源とコンプレッサとの間の駆動軸を、動力源とタービンとの間の駆動軸と独立して回転可能に構成して、制御部からの指令に応じて、動力源とコンプレッサとの間の駆動軸の回転を独立して停止又は変更することによって、コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更できるようにしてもよい。
触媒8としては、車両Vでは、いわゆる三元触媒が採用されている。そのため、触媒8は、その温度が所定温度まで上昇すると、化学物質を除去する性能が活性化する。そこで、車両Vでは、排気の熱等を利用して、触媒8の温度の上昇を図っている。なお、触媒8としては、このような三元触媒に限定されるものではなく、周知の他の触媒を適宜採用してよい。
[制御のための処理部の構成]
次に、図3を参照して、過給機6及びスロットル弁7を制御するための構成について説明する。なお、以下に説明する処理部による「認識」とは、対象とする値を直接取得することの他、間接的に取得することも含む。間接的に取得する手法としては、対象とする値に関連する値を取得し、その関連する値に基づいて、対象とする値を算出したり、データテーブルから取得したりすること等が該当する。
次に、図3を参照して、過給機6及びスロットル弁7を制御するための構成について説明する。なお、以下に説明する処理部による「認識」とは、対象とする値を直接取得することの他、間接的に取得することも含む。間接的に取得する手法としては、対象とする値に関連する値を取得し、その関連する値に基づいて、対象とする値を算出したり、データテーブルから取得したりすること等が該当する。
図3に示すように、車両Vは、車両Vの状態を検知するためのセンサとして、触媒8の温度を検知するための触媒温度センサ9aと、アクセルペダル(不図示)の開度を検知するためのAP開度センサ9bと、コンプレッサ61の回転数を検知するためのComp回転数センサ9cと、過給機用MG62の回転数を検知するためのMG回転数センサ9dと、吸気通路11の内部の気圧(吸気圧)を検知するための吸気圧センサ9eとを備えている。なお、これらのセンサは、図1及び図2では図示省略している。
また、制御装置64は、実装されたハードウェア構成又はプログラムにより実現される機能(処理部)として、触媒温度認識部64aと、加速要求値認識部64bと、判定値認識部64cと、発電可否判定部64dとを備えている。これらの処理部は、前述のセンサの検知した値に基づいて、過給機6及びスロットル弁7を制御するためのパラメータを認識する。
触媒温度認識部64aは、触媒温度センサ9aの検知した値に基づいて、触媒8の温度を認識する。ひいては、触媒温度認識部64aは、触媒8に排気が到達して触媒8の温度が上昇し始めてから(すなわち、エンジン1の始動開始から)、触媒8の温度が化学物質の除去性能が活性化する所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間を認識する。
加速要求値認識部64bは、AP開度センサ9bの検知した値に基づいて、車両Vに対する搭乗者、車両V全体を制御するECU等からの車両Vに対する加速要求又は減速要求の度合いである加速要求値を認識する。なお、以下の説明においては、負の加速要求値を、減速要求値ということがある。
判定値認識部64cは、Comp回転数センサ9cが認識したコンプレッサ61の回転数、及び、MG回転数センサ9dが認識した過給機用MG62の回転数に基づいて、判定値を認識する。
なお、本発明における判定値は、コンプレッサの駆動に影響されるパラメータであればよい。そのため、本発明は、判定値がコンプレッサの回転数、及び、過給機用の動力源の回転数に基づいて定められる構成に限定されるものではない。例えば、判定値を、吸気通路の吸気圧、排気通路の排気圧、コンプレッサの回転数、及び、モータの回転数の少なくとも1つの値に基づいて定められる値としてもよい。
発電可否判定部64dは、判定値認識部64cが認識した判定値に基づいて、過給機用MG62の状態の発電状態への切り換えの可否を判定する。
なお、本発明の処理部は、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、センサ以外によって取得された値に基づいて、パラメータを認識するように構成されていてもよい。
例えば、触媒温度認識部64aは、排気通路13の温度、又は、エンジン1の温度に基づいて、触媒8の温度を認識するようにしてもよいし、触媒8の下流に具備される熱交換器等のデバイスに流通する冷媒温度に基づいて、触媒8の温度を認識するようにしてもよい。
また,加速要求値認識部64bは、車両Vが他車両との車間調整制御を実行するものである場合には、その車間調整制御における車間縮小要求値を加速要求として認識してもよい。
また、判定値認識部64cと制御部64eは、吸気通路11の吸入空気流量に基づいて、コンプレッサ61の回転数を認識するようにしてもよいし、エンジン回転数と吸入空気流量等に応じて、過給機用MG62の回転数を認識するようにしてもよい。
また、制御部64eは、吸気通路11の吸入空気流量に基づいて、吸気圧を認識するようにしてもよい。
また、制御装置64は、実装されたハードウェア構成又はプログラムにより実現される機能(処理部)として、制御部64eを備えている。制御部64eは、認識された触媒8の温度、触媒昇温期間、加速要求値、及び、判定値、並びに、検知されたコンプレッサ61の回転数、及び、過給機用MG62の回転数、吸気圧等に基づいて、過給機用MG62及びクラッチ63に対し指令を送り、その駆動を制御する。
[過給機の動作、及び、それに伴い実行される処理]
次に、図3〜図9を参照して、制御装置64が実行する処理(過給機の制御方法)について説明する。
次に、図3〜図9を参照して、制御装置64が実行する処理(過給機の制御方法)について説明する。
[エンジンの始動直後に実行される処理]
次に、図3〜図5を参照して、エンジン1の始動開始から触媒8の温度が触媒8の化学物質を除去する性能が活性化する所定温度まで上昇するまでの期間(触媒昇温期間)において、実行される処理について説明する。
次に、図3〜図5を参照して、エンジン1の始動開始から触媒8の温度が触媒8の化学物質を除去する性能が活性化する所定温度まで上昇するまでの期間(触媒昇温期間)において、実行される処理について説明する。
この処理は、例えば、車両Vが停車しており、エンジン1を始動しただけの状態、車両Vが、第1走行用MG2で生成された駆動力のみによる走行から、エンジン1からの機関出力による走行を開始した直後の状態等において実行される処理である。
この処理においては、まず、制御部64eは、触媒温度認識部64aが認識した触媒8の温度が所定の閾値となる温度未満であるか否かを判定する(図4/STEP101)。
この処理よって、制御部64eは、触媒昇温期間であるか否かを判定している。ここで、所定の閾値となる温度は、触媒8の化学物質を除去する性能が活性化する温度に基づいて定められる温度である。
触媒8の温度が閾値未満であった場合(STEP101でYESの場合)、制御部64eは、クラッチ63を開放状態にする、又は、開放状態に近づける(図4/STEP102)。
この処理によって、クラッチ63が制御されて、過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力が遮断又は低減される。これにより、コンプレッサ61を回転駆動させるための駆動力が低減される又は不要となる。その結果、排気によって生じる回転のためのエネルギーがタービン60に集中するようになるので、タービン60が排気によって回転しやすくなる。
次に、制御部64eは、過給機用MG62を、発電モード以外のモードであった場合には発電モードに切り換え、発電モードであった場合には発電モードを維持させる(図4/STEP103)。
次に、制御部64eは、スロットル弁7の開度を調整(図4/STEP104)して、今回の処理を終了する。
具体的には、過給機用MG62を発電モードとしたことによって生じた排気圧の変化に応じてポンピングロスが発生又は増大してしまわないように、吸気量が増加又は低減するように、吸気圧センサ9eによって検知された吸気圧に応じて、スロットル弁7の開度を調整する。
一方、触媒8の温度が閾値未満でなかった場合(STEP101でNOの場合)、制御部64eは、クラッチ63を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する(図4/STEP105)。
次に、制御部64eは、過給機用MG62を、発電モード以外のモードであった場合には休止モードに切り換え、休止モードであった場合には休止モードを維持させて(図4/STEP106)、今回の処理を終了する。
以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。
以上説明したように、過給機6では、触媒昇温期間に、過給機用MG62を、発電状態に切り換えている。そのため、触媒昇温期間においては、過給機用MG62で発電を行うために生じる抵抗によって排気によるタービン60の回転が抑制されて、燃焼室10から排気が排出されにくくなる(図2参照)。すなわち、触媒昇温期間においては、タービン60の設けられている排気通路13における圧力(排気圧)が上昇する。
これにより、燃焼室10に排気が残留しやすくなるので、残留した排気によって燃焼室10の温度の上昇が促される。その結果、燃焼室10の内部における燃料気化が促進されて、燃焼室10(ひいては、エンジン1)から排出される排気に含まれるHC、Noxといった化学物質を低減させることができる。
したがって、過給機6によれば、触媒8の温度が十分に高められておらず(すなわち、触媒8の化学物質を除去する性能が活性化しておらず)、その能力が十分に発揮できないおそれのある触媒昇温期間であっても、触媒8に到達する前の段階で化学物質を低減しているので、エンジン1の排気に含まれるHC、Noxといった化学物質を低減させることができる。
また、前述のように、過給機6では、触媒昇温期間に、クラッチ63を制御して、過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力を遮断又は低減している。これにより、タービン60へのコンプレッサ61の重量による影響が遮断又は低減されるので、コンプレッサ61にも駆動力を伝達している状態に比べ、排気によってタービン60が回転しやすくなる。
具体的には、図5に示すように、特許文献1の過給機のようにタービンとコンプレッサとが一体化している構成に比べて、過給機6では、クラッチ63が開放状態であれば、タービン60がコンプレッサ61を連れまわすことがない。これにより、仮に排気によってタービン60へ加えられる回転のためのエネルギーが同じであっても、タービン60は、特許文献1のタービンに比べて高速で回転し、ひいては、効率よく発電が行われる。
したがって、過給機6によれば、触媒昇温期間における排気に起因する駆動力によって、効率よくタービン60を回転させて、その駆動力を無駄なく用いて発電を行うこともできる。
ところで、前述のように、このような制御を行うと排気圧が上昇する。そのため、その制御を行う前の状態から給気量(すなわち、吸気圧)が変化しないのであれば、吸気圧と排気圧との差が大きくなるので、ポンピングロスによるエネルギーの損失も増大してしまう。
そこで、過給機6では、このような制御を行う場合には、スロットル弁7の開度を調整している。これにより、過給機6では、吸気圧と排気圧との差の増大を抑制又は防止して、ポンピングロスによるエネルギーの損失の抑制が図られている。
[低い加速要求値が認識された際に実行される処理]
次に、図3、図6及び図7を参照して、所定の閾値未満の正の加速要求値が認識された際に実行される処理について説明する。
次に、図3、図6及び図7を参照して、所定の閾値未満の正の加速要求値が認識された際に実行される処理について説明する。
この処理は、例えば、車速が変化しない程度に低い正の加速要求値が認識されている状態等において実行される処理である。
この処理においては、まず、制御部64eは、加速要求値認識部64bで認識された加速要求値がすでに認識していた加速要求値から変化したか否かを判定する(図6/STEP201)。
加速要求値が変化していなかった場合(STEP201でNOの場合)、制御部64eは、その時点における過給機用MG62の状態、及び、クラッチ63の状態を維持して、今回の処理を終了する。
一方、加速要求値が変化していた場合(STEP201でNOの場合)、制御部64eは、認識された加速要求値が所定の閾値未満であるか否かを判定する(図6/STEP202)。
この処理は、ここで説明する処理を実行するか、後述する高い正の加速要求値が認識された場合における処理を実行するかを判定するための処理である。加速要求値の閾値は、過給機6の設計者によって、車両Vの性能等に基づいて、適宜設定される。
加速要求値が閾値未満であった場合(STEP202でYESの場合)、制御部64eは、クラッチ63を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する(図6/STEP203)。
この処理によって、クラッチ63が制御されて、過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力が、遮断又は低減される。これにより、コンプレッサ61を回転駆動させるための駆動力が低減される又は不要となるので、過給機用MG62で生成する駆動力によって、タービン60が効率よく回転駆動するようになる。
次に、制御部64eは、過給機用MG62を、力行モード以外のモードであった場合には力行モードに切り換え、力行モードであった場合には力行モードを維持させて(図6/STEP204)、今回の処理を終了する。
以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。
以上説明したように、過給機6では、所定の閾値未満の正の加速要求値が認識されたときに、過給機用MG62を制御して、タービン60を回転駆動している。
具体的には、図7に示すように、過給機6では、特許文献1の過給機とは異なり、タービン60を力行させなくてもよいような低い加速要求値を認識した場合であっても、タービン60を力行させている。これにより、エンジン1の燃焼室10(図2参照)の内部に残留している排気を積極的に掃気させて、燃焼により生じた余分な熱を取り除き、燃焼室10の内部の温度を低下させている。
また、過給機6では、このとき、クラッチ63を制御して、過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力を遮断又は低減している。これにより、過給機用MG62からの駆動力は、タービン60にのみ伝達されることになる。その状態では、コンプレッサ61にも駆動力を伝達している状態に比べ、タービン60を効率よく回転駆動させることができる。その結果、短時間で、燃焼室10の内部の温度を低下させることができる。
したがって、過給機6によれば、燃焼室10の内部の温度を低下させることができるので、ノッキングの発生を抑制することができる。また、その温度の低下は短時間で行われ、温度の低下を待つために点火時期を遅角させる必要がないので、従来よりも点火時期を進角させて、燃焼効率を向上させることができる。
[高い加速要求値が認識された際に実行される処理]
次に、図3、図6及び図8を参照して、所定の閾値以上の正の加速要求値が認識された際に実行される処理について説明する。
次に、図3、図6及び図8を参照して、所定の閾値以上の正の加速要求値が認識された際に実行される処理について説明する。
この処理は、例えば、車速が変化しない程度に低い正の加速要求値が認識されていた状態から、過給機6のタービン60及びコンプレッサ61を力行させて給気を過給する必要があるほど高い正の加速要求値が認識された状態に移行した際等おいて実行される処理である。
この処理においては、まず、前述した低い正の加速要求値が認識された際に実行される処理と同様に、まず、制御部64eは、加速要求値認識部64bで認識された加速要求値がすでに認識していた加速要求値から変化したか否かを判定する(図6/STEP201)。
加速要求値が変化していなかった場合(STEP201でNOの場合)、制御部64eは、その時点における過給機用MG62の状態、及び、クラッチ63の状態を維持して、今回の処理を終了する。
一方、加速要求値が変化していた場合(STEP201でNOの場合)、制御部64eは、認識された加速要求値が所定の閾値未満であるか否かを判定する(図6/STEP202)。
この処理は、ここで説明する処理を実行するか、前述した低い正の加速要求値が認識された場合における処理を実行するかを判定するための処理である。そのため、加速要求値の閾値は、過給機6の設計者によって、車両Vの性能等に基づいて、適宜設定される。
加速要求値が閾値未満でなかった場合(STEP202でNOの場合)、制御部64eは、クラッチ63を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する(図6/STEP205)。
次に、制御部64eは、過給機用MG62を、力行モード以外のモードであった場合には力行モードに切り換え、力行モードであった場合には力行モードを維持させる(図6/STEP206)。
このSTEP205及びSTEP206の処理は、図8のタイミングチャートにおいて時刻t0から時刻t1までの間に実行される処理である。
次に、制御部64eは、クラッチ63を制御して、コンプレッサ61に伝達される駆動力を徐々に大きくし始める(図6/STEP207)。
具体的には、クラッチ63の対向する一対のクラッチ板同士を徐々に近づけて、半クラッチ状態にする。その締結の度合いは、コンプレッサ61の回転数に応じて調整される。
次に、制御部64eは、過給機用MG62の回転数(すなわち、タービン60の回転数)とコンプレッサ61の回転数との差が、閾値未満であるかを判定する(図6/STEP208)。
この処理は、クラッチ63を完全に締結してよいか否かを判断するための処理である。回転数の差についての閾値は、過給機6の設計者によって、車両Vの性能等に基づいて、適宜設定される。
回転数の差が閾値未満でなかった場合(STEP208でNOの場合)、制御部64eは、半クラッチ状態を維持する。ただし、その締結の度合いは、回転数の差に応じて、コンプレッサ61に伝達される駆動力が徐々に大きくなるように、適宜調整される。
一方、回転数の差が閾値未満であった場合(STEP208でYESの場合)、制御部64eは、クラッチ63を完全に締結させる(図6/STEP209)。
このSTEP207〜STEP209の処理は、図8のタイミングチャートにおいて時刻t1から時刻t2までの間に実行される処理である。
次に、制御部64eは、過給機用MG62を、発電判定モードに切り換えて(図6/STEP210)、今回の処理を終了する。
ここで、過給機用MG62は、図8のタイミングチャートの時刻t2以降のように、発電判定モードでは、電力によって生成した駆動力でタービン60及びコンプレッサ61を回転駆動しつつ、コンプレッサ61の回転数が所定の閾値以上になった場合には、その回転駆動を停止して、タービン60の回転に応じた発電を開始する。すなわち、駆動状態からコンプレッサ61の回転数によって発電状態に切り換える。
具体的には、コンプレッサ61の回転数が所定の閾値に到達するまでは(すなわち、時刻t3までは)、制御部64eは、過給機用MG62を力行モードと同様の状態(駆動状態)で維持し、タービン60及びコンプレッサ61を、所定の電力に基づく駆動力で力行して、回転駆動させる。そのため、時刻t2から時刻t3までの期間では、タービン60及びコンプレッサ61の回転数は、徐々に上昇していく。
その後、コンプレッサ61の回転数が所定の閾値に到達した後には(すなわち、時刻t3以降には)、制御部64eは、過給機用MG62を発電モードと同様の状態(発電状態)に切り換えて、タービン60の回転に応じた発電を開始する。すなわち、タービン60及びコンプレッサ61の回転を抑制する。そのため、時刻t3以降の期間では、タービン60及びコンプレッサ61の回転数は、所定の回転数で維持される。
ここで、発電モードと同様の状態への切り換えの可否は、判定値が所定の閾値以上になったか否かに基づいて判定される。過給機6では、その判定値として、コンプレッサ61の回転数そのものを採用している。
しかし、本発明の判定値は、そのような構成に限定されるものではなく、コンプレッサ61の駆動に影響されるパラメータであればよい。具体的には、例えば、吸気通路11の吸気圧、吸気通路11の吸入流量、排気通路13の排気圧、エンジン1の回転数、コンプレッサ61の回転数、及び、過給機用MG62の回転数の少なくとも1つ以上の値に基づいて定められる値であればよい。
また、発電判定モードにおける発電量は、吸気圧に比例して高くなるように設定されている。そのため、過給機6では、発電判定モードにおける発電状態のときには、吸気圧が高い場合には、発電量も高くなり、ひいては、コンプレッサ61の回転数も大きく抑制されるので、吸気圧が低減される。
これにより、過給機6では、吸気圧が、ある高さ以上になりにくくなっている。すなわち、過給機6では、過給機用MG62の作用によって、ウエイストゲートバルブを設置した場合と同様の効果を得ることができるようになっている。
しかし、本発明の過給機は、このような構成に限定されるものではなく、発電判定モードの発電状態における発電量は、必ずしも吸気圧に比例して設定しなくてもよい。例えば、ウエイストゲートバルブを別途設けている場合等には、過給機のその他の構成部材の性能等に応じて、その発電量を設定してよい。
以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。
前述の低い加速要求値が認識された際に実行される処理を実行した場合等には、クラッチ63が過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力を遮断又は低減しており、且つ、過給機用MG62からの駆動力によってタービン60が回転駆動している状態(図7参照)となる。
この状態では、コンプレッサ61は回転駆動していない又はその回転数は抑制されているので、吸気通路11の圧力(吸気圧)は大気圧のまま又は大気圧とそれほど変わらない。その一方で、タービン60は回転駆動しているので、排気通路13の圧力(排気圧)は、負圧になっている。
この状態で、所定の閾値以上の加速要求値が認識されたときには(すなわち、ある程度以上の大きな加速が実行されるときには)、その加速を実行するために、過給機用MG62からの駆動力をコンプレッサ61にもそれまでよりも多く伝達する状態に移行することになる。
このとき、過給機用MG62には、タービン60だけでなくコンプレッサ61を回転駆動させるための負荷が大きく加わることになる。そのため、過給機用MG62の出力の増大が十分でなかった場合には、コンプレッサ61の回転数が上昇して吸気量が増加する一方で、タービン60の回転数が低下して排気量が低下する。その結果、排気圧が、負圧から正圧に急激に変化してしまうおそれがある。
そこで、過給機6では、このように、上記の状態で所定の閾値以上の加速要求値が認識されたときには、STEP207〜STEP209における処理のように、クラッチ63を制御して、過給機用MG62からコンプレッサ61に伝達される駆動力を徐々に大きくなるようにしている。
これにより、コンプレッサ61の回転数の上昇及びタービン60の回転数の低下を緩やかなものにして、吸気量の増加速度及び排気量の低下速度、ひいては、排気圧の変化を緩やかなものにしている。
したがって、過給機6によれば、ある程度以上の大きな加速が実行されるときであっても、排気圧の変化が緩やかになっているので、排気通路13そのもの及びそれに連通する部材といった構成部材の耐久性を維持することができる。
ところで、所定の閾値以上の加速要求値に基づいて急激にコンプレッサ61の回転数を上昇させた場合、その回転数が必要以上に上昇してしまうことがある。
そこで、過給機6では、そのようにしてコンプレッサ61への駆動力の伝達を開始した後には、STEP210における処理のように、発電状態への切り換えの可否を判定する(すなわち、発電判定モードへ移行する)ように構成している。
具体的には、過給機6では、過給機用MG62からコンプレッサ61に駆動力が伝達され始めた後(すなわち、コンプレッサ61の回転数を上昇させ始めた後)においては、コンプレッサ61の駆動に影響されるパラメータである判定値が所定の閾値以上になったときに、発電状態への切り換えを判定するように構成している。
このように構成すると、コンプレッサ61の回転数が必要以上に上昇してしまっていた場合には、発電のための負荷によって、コンプレッサ61の回転数の上昇を抑制することができる。ひいては、コンプレッサ61の過剰な回転による構成部材の耐久性の低下を抑制することができる。
[減速要求値が認識された際に実行される処理]
次に、図3及び図9を参照して、減速要求値(負の加速要求値)が認識された際に実行される処理について説明する。
次に、図3及び図9を参照して、減速要求値(負の加速要求値)が認識された際に実行される処理について説明する。
この処理は、例えば、車速を減速させる際に実行される処理である。
この処理においては、まず、制御部64eは、加速要求値認識部64bが認識した減速要求値が所定の閾値未満であるか否かを判定する(図9/STEP301)。
減速要求値が所定の閾値未満であった場合(図9/STEP301でYESの場合)、制御部64eは、クラッチ63を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する(図9/STEP302)。
次に、制御部64eは、過給機用MG62を、発電モード以外のモードであった場合には発電モードに切り換え、発電モードであった場合には発電モードを維持させて(図9/STEP303)、今回の処理を終了する。
一方、減速要求値が所定の閾値未満でなかった場合(図9/STEP301でNOの場合)、制御部64eは、減速要求値が所定の閾値未満であった場合と同様に、クラッチ63を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する(図9/STEP304)。
次に、制御部64eは、過給機用MG62を、発電モード以外のモードであった場合には休止モードに切り換え、休止モードであった場合には休止モードを維持させて(図9/STEP305)、今回の処理を終了する。
以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。
[その他の実施形態]
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、各処理において閾値と、パラメータとの比較は、数値同士を直接比較して行っている。しかし、本発明は、そのような構成に限定されるものではなく、閾値を基準として判定が行われるものであればよい。そのため、その閾値に対応するパラメータとその他のパラメータとの関係を示すマップを予め用意して、そのマップを参照して、閾値に関する判定を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態では、過給機6の制御装置64は、エンジン1の始動直後に実行される処理、低い加速要求値が認識された際に実行される処理、高い加速要求値が認識された際に実行される処理、及び、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理を実行している。しかし、本発明の過給機は、そのような構成に限定されるものではなく、エンジン1の始動直後に実行される処理のみを実行し、それ以外の処理については、必ずしも実行しなくてもよい。
また、エンジン1の始動直後に実行される処理においては、発生し得るポンピングロスが十分に小さい場合等においては、スロットル弁7の開度を調整する制御も省略してよい。
また、高い加速要求値が認識された際に実行される処理においては、クラッチ63を半クラッチ状態にして、コンプレッサ61に伝達される駆動力を徐々に大きくするのではなく、クラッチ63をすぐに完全に締結した状態にして、コンプレッサ61に伝達される駆動力を一気に大きくした上で、過給機用MG62を発電判定モードに切り換えるようにしてもよい。
また、高い加速要求値が認識された際に実行される処理においては、クラッチ63を完全に締結して、コンプレッサ61に駆動力を伝達し始めた後に、過給機用MG62を発電判定モードに切り換える処理を実行しなくてもよい。
さらに、そのように実施形態に記載した一部の処理を省略する場合には、制御に必要のないパラメータが発生することになるので、そのパラメータを認識するためのセンサ及び処理部は、適宜省略してよい。
1…エンジン(内燃機関)、2…第1走行用MG、3…駆動輪、4…動力分割機構、5…第2走行用MG、6…過給機、7…スロットル弁(吸気量制御機構)、8…触媒、9a…触媒温度センサ、9b…AP開度センサ、9c…Comp回転数センサ、9d…MG回転数センサ、9e…吸気圧センサ、10…燃焼室、11…吸気通路、12…燃料噴射弁、13…排気通路、60…タービン、61…コンプレッサ、62…過給機用MG(モータジェネレータ)、62a…第1駆動軸、62b…第2駆動軸、63…クラッチ(伝達駆動力可変機構)、64…制御装置、64a…触媒温度認識部、64b…加速要求値認識部、64c…判定値認識部、64d…発電可否判定部、64e…制御部、V…車両(移動体)。
Claims (3)
- 内燃機関に吸気を過給する過給機であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、
前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、
前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、排気から化学物質を除去するための触媒の温度を認識する触媒温度認識部とを有し、
前記制御部は、前記内燃機関の始動から前記触媒の温度が所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間に、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを、前記発電状態にすることを特徴とする過給機。 - 請求項1に記載の過給機において、
前記制御部は、前記触媒昇温期間に、前記内燃機関に導入する給気量が増加するように、前記内燃機関への吸気量を制御する吸気量制御機構を制御することを特徴とする過給機。 - 内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、排気から化学物質を除去するための触媒の温度を認識する触媒温度認識部を有し、前記内燃機関に吸気を過給する過給機の制御方法であって、
前記制御部が、前記内燃機関の始動から前記触媒の温度が所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間に、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを、前記発電状態にする工程を備えていることを特徴とする過給機の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020049658A JP2021148077A (ja) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 過給機、及び、過給機の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020049658A JP2021148077A (ja) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 過給機、及び、過給機の制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2021148077A true JP2021148077A (ja) | 2021-09-27 |
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Family Applications (1)
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JP2020049658A Pending JP2021148077A (ja) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 過給機、及び、過給機の制御方法 |
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-
2020
- 2020-03-19 JP JP2020049658A patent/JP2021148077A/ja active Pending
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