JP2022183657A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バルブタイミング可変機構を使わずに、吸気ポートの閉じタイミングを変える。【解決手段】電動車両の制御装置は、発電用のエンジンであって、吸気ポートの閉タイミングが、特定の回転数領域において吸気充填効率が最大となるよう設定されたエンジンと、エンジンの回転数に関係する電気信号を出力するセンサ（エキセン角センサＳＮ１）と、センサの電気信号に基づいて、エンジンを、要求発電量が満たされる回転数で運転させるコントローラ（エンジンＥＣＵ２５）と、エンジンに対して正トルク又は負トルクを付与するモータ（アシストモータ１５、発電モータ１２）と、を備える。コントローラ（モータＥＣＵ２６）は、特定の回転数領域以外の回転数領域においてエンジンを運転させる場合に、モータを使って、吸気ポートの閉タイミングが、吸気充填効率が大となる方向へ変更されるよう、吸気行程中のエンジンに対し、正トルク又は負トルクを付与する。【選択図】図３

Description

ここに開示する技術は、電動車両の制御装置に関する。
特許文献１には、レシプロエンジンが記載されている。このレシプロエンジンは、吸気弁の閉タイミングを変えるバルブタイミング可変機構を備えている。バルブタイミング可変機構は、吸気弁の閉タイミングをエンジンの運転状態に応じて変える。
特許文献２には、ロータリエンジンが記載されている。ロータリエンジンの吸気ポートは、サイドハウジングに開口している。ロータリエンジンは、第１吸気ポートと第２吸気ポートとの２つの吸気ポートを有している。第１吸気ポートと第２吸気ポートとは、ロータの回転方向に隣り合って配置されている。第１吸気ポートは、相対的に早いタイミングにおいて閉じ、第２吸気ポートは、相対的に遅いタイミングにおいて閉じる。
特開平５－２７２３６４号公報 特開２０２０－８４９３３号公報
ところで、バッテリを充電するためのエンジンが搭載された電動車両が知られている。バッテリのＳＯＣが低下すると、エンジンが、発電のために運転する。バッテリのＳＯＣに応じて要求発電量が変わる。エンジンの運転回転数は、要求発電量に応じて変わる。
エンジンの運転回転数に応じて、吸気充填効率が最大となる吸気ポートの閉じタイミングが変わる。バルブタイミング可変機構は、一般的に、吸気充填効率が最大となるように、吸気ポートの閉じタイミングを変えることができる。ところが、エンジンのレイアウト、又は、エンジンの形式に依っては、バルブタイミング可変機構を使って、吸気ポートの閉じタイミングを変えることができない場合もある。一例としてロータリエンジンは、その構造上、バルブタイミング可変機構を取り付けることができない。ロータリエンジンは、吸気ポートの閉じタイミングを変えることが難しい。
ここに開示する技術は、バルブタイミング可変機構を使わずに、吸気ポートの閉じタイミングを変える。
ここに開示する技術は、電動車両の制御装置に係る。この電動車両の制御装置は、
発電用のエンジンであって、吸気ポートの閉タイミングが、特定の回転数領域において吸気充填効率が最大となるよう設定されたエンジンと、
前記エンジンの回転数に関係する電気信号を出力するセンサと、
前記センサの電気信号に基づいて、前記エンジンを、要求発電量が満たされる回転数で運転させるコントローラと、
前記エンジンに対して正トルク又は負トルクを付与するモータと、を備え、
前記コントローラは、前記特定の回転数領域以外の回転数領域において前記エンジンを運転させる場合に、前記モータを使って、前記吸気ポートの閉タイミングが、吸気充填効率が大となる方向へ変更されるよう、吸気行程中の前記エンジンに対し、正トルク又は負トルクを付与する。
この構成によると、特定の回転数領域以外の回転数領域においてエンジンを運転させる場合に、コントローラは、吸気行程中のエンジンに対して正トルク又は負トルクを付与する。これにより、エンジンの回転速度が一時的に変更される。速度変更が一時的であるため、エンジンの回転数は、実質的に一定であって吸気流速は一定に保持される。一方で、吸気行程が短く、又は、長くなる。吸気行程が短く、又は、長くなれば、吸気充填効率が変わる。このエンジンは、バルブタイミング可変機構を使わずに、吸気ポートの閉じタイミングを変えることによって、吸気充填効率を変えることができる。
コントローラは、吸気ポートの閉タイミングが、吸気充填効率が大となる方向へ変更されるよう、モータを使ってエンジンに正トルク又は負トルクを付与する。エンジンの吸気充填効率は、広い回転数領域にわたって、大になる。この構成は、エンジンの燃費性能の向上に有利である。
尚、エンジンは発電用のエンジンであって、車両の走行のための動力を発生しないため、吸気行程中のエンジンの回転速度が変わることは、許容される。
前記モータは、前記エンジンのシャフトに接続されたアシストモータであり、
前記コントローラは、前記アシストモータを使って、吸気行程中の前記エンジン対し、正トルク又は負トルクを付与する、としてもよい。
アシストモータがエンジンに対してトルクを付与するため、エンジンによって運転される発電機の運転に、トルク付与の影響が及ばない。発電機は、効率的に発電運転をすることができる。
前記モータは、前記エンジンに対し機械的に接続されかつ、前記エンジンによって駆動される発電モータであり、
前記コントローラは、吸気行程中の前記エンジンに対し、要求発電量に対応する発電トルクよりも低いトルクが付与されるよう、前記発電モータを発電運転させる、としてもよい。
この構成は、発電モータを用いて、エンジンに対し、一時的な負トルクを付与することができる。発電モータを利用するため、この構成は、追加のデバイスを必要としない。
前記吸気ポートの閉タイミングは、前記エンジンの使用最高回転数において、吸気充填効率が最大になるタイミングである、としてもよい。
この構成によると、エンジンの回転数が、使用最高回転数よりも低い場合、モータが力行運転することによって、エンジンに一時的な正トルクを付与する。こうすることで、吸気ポートの閉タイミングが早まり、エンジンの吸気充填効率を、エンジンの回転数に応じて高めることができる。
前記吸気ポートの閉タイミングは、前記エンジンの使用頻度が最も高い回転数領域において、吸気充填効率が最大になるタイミングである、としてもよい。
この構成によると、エンジンの回転数が、エンジンの使用頻度が最も高い回転数領域よりも低い場合、モータがエンジンに一時的な負トルクを付与する。エンジンの回転数が、エンジンの使用頻度が最も高い回転数領域よりも高い場合、モータがエンジンに一時的な正トルクを付与する。
この構成は、エンジンの回転数が、使用頻度が最も高い回転数領域にある場合、エンジンに対するトルク付与が行われないため、モータがエンジンに正トルク又は負トルクを付与する頻度が低くなる。
以上説明したように、電動車両の制御装置によると、バルブタイミング可変機構を使わずに、吸気ポートの閉じタイミングを変えることができる。
図１は、例示的な電動車両の制御システムを示す。 図２は、例示的なロータリエンジンを示す。 図３は、モータアシストに関する例示的なタイミングチャートを示す。 図４は、例示的なバッテリ管理の手順と、例示的なモータ制御の手順とを示す。 図５は、例示的なエンジン制御の手順を示す。 図６は、例示的なアシストモータの制御手順を示す。 図７（ａ）は、アシストモータの制御手順の変形例を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、例示的な制御用のマップを示す。 図８は、例示的な電動車両の制御システムを示す。 図９は、例示的なモータ制御の手順を示す。 図１０は、モータ制御に関する例示的なタイミングチャートを示す。
以下、電動車両の制御装置の実施形態が、図面を参照しながら説明される。ここで説明される電動車両の制御装置は、例示である。
（電動車両の全体構成）
図１は、電動車両の制御システムを示している。電動車両１は、走行用の走行モータ１１を備えている。走行モータ１１は、減速機１３を介して、駆動輪１４、１４に、機械的に接続されている。減速機１３は、走行モータ１１の出力を減速させる。駆動輪１４、１４に走行モータ１１の出力が伝達されると、電動車両１が走行する。
電動車両１は、高電圧バッテリ２３を備えている。高電圧バッテリ２３は、走行用の電力を蓄積する。高電圧バッテリ２３は、例えばリチウムイオン電池である。
走行モータ１１は、第１インバータ２１を介して、高電圧バッテリ２３に、電気的に接続されている。走行モータ１１と第１インバータ２１とは、図１に破線で示すハーネス線を介して電気的に接続され、第１インバータ２１と高電圧バッテリ２３とは、ハーネス線を介して電気的に接続されている。走行モータ１１は、高電圧バッテリ２３からの電力供給を受けて力行運転する。走行モータ１１はまた、電動車両１の減速時には発電運転をする。第１インバータ２１は、走行モータ１１の回生電力を、高電圧バッテリ２３に供給する。高電圧バッテリ２３は、走行モータ１１の回生電力によって充電される。
電動車両１には、レンジエクステンダ装置３０が搭載されている。レンジエクステンダ装置３０は、発電用の発電モータ１２と、発電モータ１２を運転する内燃機関とを備えている。ここに例示する電動車両１において、内燃機関は、ロータリエンジン３である。
ロータリエンジン３のシャフトは、発電モータ１２に機械的に接続されている。ロータリエンジン３が運転すると、発電モータ１２は、発電運転をする。尚、ロータリエンジン３の構成は、後で詳述される。
発電モータ１２は、第２インバータ２２を介して、高電圧バッテリ２３に接続されている。発電モータ１２と第２インバータ２２とは、図１に破線で示すハーネス線を介して電気的に接続され、第２インバータ２２と高電圧バッテリ２３とは、ハーネス線を介して電気的に接続されている。第２インバータ２２は、発電モータ１２の発電電力を、高電圧バッテリ２３へ供給する。高電圧バッテリ２３は、発電モータ１２の発電電力によって充電される。尚、後述するように、発電モータ１２は、高電圧バッテリ２３からの電力供給を受けて力行運転する場合もある。発電モータ１２は、スタータとしても機能する。発電モータ１２は、クランキングトルクをロータリエンジン３に付与することによってロータリエンジン３を始動させる。
ロータリエンジン３にはまた、アシストモータ１５が、機械的に接続されている。アシストモータ１５は、ロータリエンジン３に、正トルク又は負トルクを付与できる。後述するように、アシストモータ１５は、ロータリエンジン３に対して、正トルク又は負トルクを、一時的に付与する。正トルク又は負トルクが付与されたロータリエンジン３は、回転速度が、一時的に変化する。
アシストモータ１５は、図１の構成例においては、ロータリエンジン３と発電モータ１２との間に設けられている。ロータリエンジン３と発電モータ１２とアシストモータ１５との接続例として、遊星歯車機構を採用してもよい。例えば、ロータリエンジン３を遊星歯車機構のキャリアに接続し、発電モータ１２を遊星歯車機構のリングギアに接続し、アシストモータ１５を遊星歯車機構のサンギアに接続してもよい。遊星歯車機構及びアシストモータ１５は、ロータリエンジン３と発電モータ１２とを接続するシャフトに内蔵させることもできる。
遊星歯車機構を採用すると、アシストモータ１５によるトルクアシストのオンオフを、応答性よく行うことができる。ロータリエンジン３に正トルク又は負トルクを一時的に付与することが実現する。しかも、遊星歯車機構を採用することによって、エネルギを消費することなく、トルクアシストのオンオフを切り替えることができる。この構成は、電動車両１の電費性能の向上に有利である。
尚、ロータリエンジン３と発電モータ１２とアシストモータ１５との接続は、遊星歯車機構を用いる構成に限定されない。
アシストモータ１５は、第３インバータ２４を介して、高電圧バッテリ２３に接続されている。アシストモータ１５と第３インバータ２４とは、図１に破線で示すハーネス線を介して電気的に接続され、第３インバータ２４と高電圧バッテリ２３とは、ハーネス線を介して電気的に接続されている。
電動車両１は、エンジンＥＣＵ（Electric Control Unit）２５と、モータＥＣＵ２６と、バッテリＥＣＵ２７と、を備えている。エンジンＥＣＵ２５、モータＥＣＵ２６、及び、バッテリＥＣＵ２７はそれぞれ、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラである。各ＥＣＵは、中央演算処理装置（Central Processing Unit： ＣＰＵ）と、メモリと、Ｉ／Ｆ回路と、を備えている。ＣＰＵは、プログラムを実行する。メモリは、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成される。メモリはプログラム及びデータを格納する。Ｉ／Ｆ回路は、電気信号を入出力する。
エンジンＥＣＵ２５、モータＥＣＵ２６、及び、バッテリＥＣＵ２７は、ＣＡＮ（Car Area Network）通信線２８を介して互いに接続されている。エンジンＥＣＵ２５、モータＥＣＵ２６、及び、バッテリＥＣＵ２７は、ＣＡＮ通信線２８を介して、相互に、信号を送信及び受信できる。
エンジンＥＣＵ２５は、ロータリエンジン３に対して、二点鎖線で示す信号線を介して、電気的に接続されている。エンジンＥＣＵ２５は、ロータリエンジン３を制御する。エンジンＥＣＵ２５には、エキセン角センサＳＮ１が接続されている。エキセン角センサＳＮ１は、ロータリエンジン３の出力軸であるエキセントリックシャフト３５の回転に関係する信号を出力する。エンジンＥＣＵ２５は、エキセン角センサＳＮ１の信号に基づいて、ロータリエンジン３の回転位置の情報を取得できる。
エンジンＥＣＵ２５は、機能ブロックとして、エンジン動作点設定部２５１及びエンジン制御部２５２を有している。エンジンＥＣＵ２５によるロータリエンジン３の制御の詳細は、後述する。
モータＥＣＵ２６は、第１インバータ２１、第２インバータ２２及び第３インバータ２４に対して、二点鎖線で示す信号線を介して、電気的に接続されている。モータＥＣＵ２６は、第１インバータ２１を通じて、走行モータ１１を制御する。モータＥＣＵ２６は、第２インバータ２２を通じて、発電モータ１２を制御する。モータＥＣＵ２６は、第３インバータ２４を通じて、アシストモータ１５を制御する。
モータＥＣＵ２６には、アクセル開度センサＳＮ２、車速センサＳＮ３、及び、モータ回転センサＳＮ４が接続されている。アクセル開度センサＳＮ２は、アクセルペダルの踏み込み量に対応する信号を、モータＥＣＵ２６に出力する。車速センサＳＮ３は、電動車両１の速度に対応する信号を、モータＥＣＵ２６に出力する。
モータ回転センサＳＮ４は、発電モータ１２の回転に関係する信号を、モータＥＣＵ２６に出力する。モータＥＣＵ２６は、モータ回転センサＳＮ４の信号に基づいて、発電モータ１２が機械的に接続された、ロータリエンジン３のエキセントリックシャフト３５の回転角度を把握できる。
モータ回転センサＳＮ４はまた、走行モータ１１及びアシストモータ１５の回転に関する信号を、モータＥＣＵ２６に出力する。
モータＥＣＵ２６は、機能ブロックとして、発電モータ制御部２６１、走行モータ制御部２６２及びアシストモータ制御部２６３を有している。発電モータ制御部２６１による発電モータ１２の制御の詳細は、後述する。また、アシストモータ制御部２６３によるアシストモータ１５の制御の詳細も、後述する。
走行モータ制御部２６２は、アクセル開度センサＳＮ２、車速センサＳＮ３及びモータ回転センサＳＮ４の信号に基づいて、走行モータ１１を制御する。それによって、電動車両１は、運転者のアクセルペダルの操作に応じた加速又は減速を行う。
バッテリＥＣＵ２７には、電圧／電流センサＳＮ５が接続されている。電圧／電流センサＳＮ５は、高電圧バッテリ２３の出力電圧及び出力電流に関係する信号を、バッテリＥＣＵ２７に出力する。バッテリＥＣＵ２７は、機能ブロックとして、ＳＯＣ算出部２７１及び発電電力算出部２７２を有している。ＳＯＣ算出部２７１は、電圧／電流センサＳＮ５からの信号に基づいて、高電圧バッテリ２３のＳＯＣ（State Of Charge）を算出する。発電電力算出部２７２は、高電圧バッテリ２３のＳＯＣに基づいて、高電圧バッテリ２３の充電が必要な場合、目標の発電量を算出する。
（ロータリエンジンの構成）
図２は、ロータリエンジン３を例示している。図２は、ロータリエンジン３を前から見た場合の内部構成を例示している。ロータリエンジン３の前後方向は、エキセントリックシャフト３５が軸方向であって、図２の紙面に直交する方向である。
ロータリエンジン３は、一つのロータ３４と、ロータ収容室３１とを有している。ロータ収容室３１は、ロータハウジング３２と、サイドハウジング３３とによって形成されている。ロータハウジング３２は、トロコイド内周面３２１を有している。ロータ３４は、ロータ収容室３１に、収容されている。ロータ３４は、概略三角形状である。ロータ収容室３１は、ロータ３４によって、第１室３６１、第２室３６２、及び、第３室３６３の３つの作動室に区画される。
エキセントリックシャフト３５は、ロータ収容室３１を貫通するように設けられている。ロータ３４は、エキセントリックシャフト３５に対して、遊星回転運動するように支持されている。ロータ３４は、三つの頂部がトロコイド内周面３２１に沿って移動するようにエキセントリックシャフト３５の周囲を回転する。
図２に矢印で示すロータ３４の回転に伴い、第１室３６１、第２室３６２、及び、第３室３６３がエキセントリックシャフト３５の回りに変移し、第１室３６１、第２室３６２、及び、第３室３６３のそれぞれにおいて吸気、圧縮、膨張、及び排気の各行程が行われる。このことによって発生する回転力が、エキセントリックシャフト３５から出力される。
より詳細に、ロータ３４は、図２における時計回り方向に回転する。ロータ収容室３１は、回転軸心Ｘを通る長軸Ｙ及び短軸Ｚにより、左上側領域、右上側領域、右下側領域、及び、左下側領域に分けられる。各作動室は、左上側領域において概ね吸気行程を行い、右上側領域において概ね圧縮行程を行い、右下側領域において概ね膨張行程を行い、左下側領域において概ね排気行程を行う。
ロータハウジング３２には、インジェクタ３７、第１点火プラグ３８１、及び、第２点火プラグ３８２が取り付けられている。インジェクタ３７は、ロータハウジング３２の頂部に取り付けられている。インジェクタ３７は、吸気行程中、又は、圧縮行程中の作動室内に燃料を噴射する。
第１点火プラグ３８１は、ロータハウジング３２の右側壁部に取り付けられている。第２点火プラグ３８２も、ロータハウジング３２の右側壁部に取り付けられている。第２点火プラグ３８２は、第１点火プラグ３８１よりも、ロータ３４の進み側に位置している。第１点火プラグ３８１及び第２点火プラグ３８２はそれぞれ、圧縮行程中に、作動室内の混合気に点火する。
サイドハウジング３３には、吸気ポート３９１及び排気ポート３９２が開口している。吸気ポート３９１の開口部は、ロータ収容室３１の左上側領域に位置している。吸気ポート３９１は、サイドハウジング３３の内部を、この開口部から水平方向左方に向かって略直線状に延びている。吸気ポート３９１の開口部は、ロータ３４の回転に伴って開閉する。吸気ポート３９１は、吸気行程中の作動室内に連通する。吸気ポート３９１は、吸気通路に接続されている。吸気通路には、スロットル弁３９４が配設されている。スロットル弁３９４は、ロータリエンジン３に供給する空気量を調整する絞り弁である。
排気ポート３９２の開口部は、ロータ収容室３１の左下側領域に位置している。排気ポート３９２の開口部は、吸気ポート３９１の開口部の下方に位置している。排気ポート３９２は、サイドハウジング３３の内部を、この開口部から水平方向左方に向かって略直線状に延びている。排気ポート３９２の開口部は、ロータ３４の回転に伴って開閉する。排気ポート３９２は、排気行程中の作動室内に連通する。
図３は、ロータリエンジン３の各作動室の行程の遷移を示している。一つの作動室の一つの行程は、エキセントリックシャフト３５が２７０ｄｄｅｇ回転する期間に対応する。Ｐ３１は、第１室が吸気行程の開始タイミングに相当するロータリエンジン３である。Ｐ３２は、第１室が吸気行程の終了タイミングでかつ、圧縮行程の開始タイミングに相当するロータリエンジン３である。Ｐ３３は、第１室が圧縮行程の終了タイミングでかつ、膨張行程の開始タイミングに相当するロータリエンジン３である。Ｐ３３は、第１室の圧縮上死点である。Ｐ３４は、第１室が膨張行程の終了タイミングでかつ、排気行程の開始タイミングに相当するロータリエンジン３である。Ｐ３５は、第１室が排気行程の終了タイミングに相当するロータリエンジン３である。Ｐ３５とＰ３１とは同じである。
一つの作動室の、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び、排気行程を含む一サイクルは、エキセントリックシャフト３５が１０８０ｄｅｇ回転する期間に対応する。また、第１室３６１に対し、第２室３６２は位相が３６０ｄｅｇ遅れる。第２室３６２に対し、第３室は位相が３６０ｄｅｇ遅れる。
尚、図３に示す吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び、排気行程は、作動室の容積が最も小さくなる圧縮上死点のエキセン角を基準にして、エキセントリックシャフト３５の回転角に従って設定している。図３に示す吸気行程の期間と、吸気ポート３９１の開閉タイミングとは、一致するとは限らない。同様に、図３に示す排気行程の期間と、排気ポート３９２の開閉タイミングとは、一致するとは限らない。
後述するように、吸気ポート３９１の開閉タイミングは、発電用であるロータリエンジン３の使用最高回転数において吸気充填効率が最大となるように、設定されている。又は、吸気ポート３９１の開閉タイミングは、発電用であるロータリエンジン３の使用頻度が最も高い回転数において吸気充填効率が最大となるように、設定されている。吸気ポート３９１の開閉タイミングは、吸気ポート３９１の開口部の形状によって定まる。
（電動車両の発電制御）
次に、図４～図５を参照しながら、電動車両１の発電制御を説明する。先ず、図４の左のフローチャートは、バッテリＥＣＵ２７が実行する高電圧バッテリ２３の管理手順を示す。
先ずスタート後のステップＳ５１において、バッテリＥＣＵ２７のＳＯＣ算出部２７１は、電圧／電流センサＳＮ５の信号に基づいて、高電圧バッテリ２３のＳＯＣを算出する。続くステップＳ５２において、バッテリＥＣＵ２７は、算出したＳＯＣが、第１基準ＳＯＣ１未満であるか否かを判断する。ステップＳ５２がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ５３へ進む。バッテリＥＣＵ２７は、高電圧バッテリ２３の充電が必要と判断する。ステップＳ５２がＮＯの場合、プロセスはステップＳ５１へ戻る。
ステップＳ５３において、バッテリＥＣＵ２７は、ＳＯＣの減少率を算出し、続くステップＳ５４において、バッテリＥＣＵ２７の発電電力算出部２７２は、算出したＳＯＣの減少率に応じて目標発電量を算出する。バッテリＥＣＵ２７は、減少率が高いほど目標発電量を大にする。
目標発電量を算出すれば、バッテリＥＣＵ２７は、ステップＳ５５において、ＣＡＮ通信線２８を通じて、エンジンＥＣＵ２５及びモータＥＣＵ２６のそれぞれに、発電要求を出力する。
ステップＳ５６において、バッテリＥＣＵ２７は、エンジンＥＣＵ２５からの情報に基づき、ロータリエンジン３が始動したか否かを判断する。ロータリエンジン３の始動が完了するまで、プロセスはステップＳ５６を繰り返し、ロータリエンジン３の始動が完了すれば、プロセスはステップＳ５７に進む。
ロータリエンジン３が始動して、発電モータ１２による発電が開始されれば、バッテリＥＣＵ２７のＳＯＣ算出部２７１は、ステップＳ５７において、高電圧バッテリ２３のＳＯＣを算出する。続くステップＳ５８において、バッテリＥＣＵ２７は、算出したＳＯＣが、第２基準ＳＯＣ２を超えた否かを判断する。ステップＳ５８がＮＯの場合、プロセスはステップＳ５７に戻り、バッテリＥＣＵ２７は、発電を継続させる。ステップＳ５８がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ５９に進む。ステップＳ５９において、バッテリＥＣＵ２７は、高電圧バッテリ２３の充電が完了したとして、ＣＡＮ通信線２８を通じて、エンジンＥＣＵ２５及びモータＥＣＵ２６のそれぞれに、発電終了を出力する。
図４の右のフローチャートは、モータＥＣＵ２６の発電モータ制御部２６１が実行する、発電時の発電モータ１２の制御手順を示す。先ずスタート後のステップＳ５１０において、発電モータ制御部２６１は、バッテリＥＣＵ２７からの発電要求による発電中であるか否かを判断する。発電中でない場合、プロセスはステップＳ５１０を繰り返し、発電中である場合、プロセスはステップＳ５１１へ進む。
ステップＳ５１１において、発電モータ制御部２６１は、バッテリＥＣＵ２７が算出した目標発電量を読み込み、続くステップＳ５１２において、発電モータ制御部２６１は、目標発電量に基づいて、発電モータ１２の動作点を設定する。また、発電モータ制御部２６１は、ステップＳ５１３において、設定した動作点において発電モータ１２が動作するよう、第２インバータ２２を制御する。
ステップＳ５１４において、発電モータ制御部２６１は、発電停止が指示されたか否かを判断する。発電停止が指示されない間、プロセスはステップＳ５１４を繰り返す。発電モータ１２は、発電運転を継続する。発電停止が指示されれば、プロセスはステップＳ５１５へ進む。ステップＳ５１５において、発電モータ制御部２６１は、インバータ制御を停止する。
図５は、エンジンＥＣＵ２５が実行する、ロータリエンジン３の制御手順を示す。先ずスタート後のステップＳ６１において、エンジンＥＣＵ２５は、バッテリＥＣＵ２７からの発電要求があったか否かを判断する。発電要求がない場合、プロセスはステップＳ６１を繰り返し、発電要求があった場合、プロセスはステップＳ６２へ進む。
ステップＳ６２において、エンジンＥＣＵ２５は、バッテリＥＣＵ２７が算出した目標発電量を読み込み、続くステップＳ６３において、エンジンＥＣＵ２５のエンジン動作点設定部２５１は、目標発電量に基づいて、ロータリエンジン３の動作点を設定する。また、エンジンＥＣＵ２５のエンジン制御部２５２は、ステップＳ６４において、設定した動作点においてロータリエンジン３が運転するよう、スロットル弁３９４の開度及び燃料噴射量を設定する。
ステップＳ６５において、エンジン始動制御が実行される。このエンジン始動制御は、発電モータ１２をスタータとして用いて実行される。従って、このエンジン始動制御は、後述の通り、エンジンＥＣＵ２５及びモータＥＣＵ２６の協調により実行される。
ステップＳ６６において、エンジンＥＣＵ２５は、ロータリエンジン３の始動が完了したか否かを判断する。始動が完了していない場合、プロセスはステップＳ６５に戻り、始動が完了した場合、プロセスはステップＳ６７に進む。
ステップＳ６７において、エンジンＥＣＵ２５のエンジン制御部２５２は、ロータリエンジン３を、設定した動作点において運転させる。続くステップＳ６８において、エンジンＥＣＵ２５は、発電停止が指示されたか否かを判断する。発電停止が指示されない間、プロセスはステップＳ６７へ戻り、エンジン制御部２５２は、ロータリエンジン３の運転を継続する。発電停止が指示されれば、プロセスはステップＳ６８からステップＳ６９へ進む。ステップＳ６９において、エンジンＥＣＵ２５は、ロータリエンジン３を停止する。
（アシストモータの制御）
図６は、モータＥＣＵ２６のアシストモータ制御部２６３が実行する、アシストモータ１５の制御手順を示している。ステップＳ７１において、モータＥＣＵ２６は、エンジンＥＣＵ２５からロータリエンジン３の回転位置情報を入手する。ステップＳ７２において、モータＥＣＵ２６は、ロータリエンジン３の回転位置と発電モータ１２の回転位置との相対位置関係を確定する。
続くステップＳ７３において、モータＥＣＵ２６は、エンジンＥＣＵ２５から、ロータリエンジン３の設定回転数情報を取得する。モータＥＣＵ２６は、ステップＳ７４において、取得した設定回転数情報から、ロータリエンジン３の吸気流速を算出する。尚、吸気流速は、ロータリエンジン３の回転数に比例し、回転数が高いと吸気流速は高く、回転数が低いと吸気流速は低い。
ステップＳ７５において、モータＥＣＵ２６は、算出した吸気流速から最適な吸気閉じタイミングを算出する。ここでいう最適な吸気閉じタイミングは、吸気充填効率が最大になる閉じタイミングとしてもよい。
ステップＳ７６において、モータＥＣＵ２６は、ステップＳ７５において算出した最適な閉じタイミングと、設定回転数で運転しているロータリエンジン３の吸気閉じタイミングと、のズレを算出する。設定回転数で運転しているロータリエンジン３の吸気閉じタイミングは、アシストモータ１５によるトルクの付与を行わない場合の、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングである。
吸気閉じタイミングのズレがある場合、ロータリエンジン３は、吸気閉じタイミングが最適となる特定の回転数領域以外の回転数領域において運転をしている。特定の回転数領域は、前述したように、ロータリエンジン３の使用最高回転数領域、又は、使用頻度が最も高い回転数領域である。
そして、ステップＳ７７において、モータＥＣＵ２６は、ステップＳ７６で算出したズレに基づいて、ズレがなくなるように、アシストモータ１５を制御する。つまり、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングが、最適な閉じタイミングよりも遅い場合、アシストモータ１５が、力行運転をすることにより、吸気行程において一時的に正トルクをロータリエンジン３に付与する。このことにより、ロータリエンジン３の回転速度が一時的に高まり、エンジン３の吸気閉じタイミングは早まる。また、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングが、最適な閉じタイミングよりも早い場合、アシストモータ１５が、発電運転をすることにより、吸気行程において一時的に負トルクをロータリエンジン３に付与する。このことにより、ロータリエンジン３の回転速度が一時的に低下し、エンジン３の吸気閉じタイミングは遅くなる。
図３には、アシストモータ１５のアシストタイミングが例示されている。モータＥＣＵ２６は、前述したように、吸気行程において一時的にトルクがロータリエンジン３に付与されるよう、アシストモータ１５を制御する。図３の例では、吸気行程を、前期、中期、及び、後期の３つの期間に三等分した場合の後期に、アシストモータ１５のトルクが、ロータリエンジン３に付与されている。尚、このトルクは、正トルクの場合、及び、負トルクの場合の両方があり得る。アシストトルクがロータリエンジン３に付与されるアシストトルクは一時的であるため、ロータリエンジン３の回転数は、アシストトルクによって変化せず、吸気流速も、アシストトルクによって変化しない。
吸気行程の後期にアシストトルクが付与されると、吸気行程の後期において吸気ポート３９１の閉じタイミングが変化する。特に吸気行程の後期において、ロータリエンジン３に正トルクが付与される場合、吸気流速が局所的に増速して、吸気充填効率の向上に有利である。尚、アシストモータ１５によるアシストトルクの付与は、吸気行程の後期に限定されない。吸気行程の前期、又は、中期に、アシストトルクがロータリエンジン３に付与されてもよい。
ロータリエンジン３は、レシプロエンジンとは異なり、その構造上、バルブタイミング可変機構を備えることが難しい。ロータリエンジン３は、バルブタイミング可変機構によって吸気充填効率を最適にすることができない。
これに対し、このシステムは、アシストモータ１５を利用して、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングを変更することができる。このシステムは、吸気閉じタイミングの変更により、ロータリエンジン３の回転数に関わらず、広い回転数領域にわたって、吸気充填効率を最大にすることができる。このシステムは、レンジエクステンダ装置３０が搭載された電動車両１において、ロータリエンジン３の燃費性能を向上させる。
尚、ロータリエンジン３は、発電用のエンジンであって、電動車両１の走行用の動力を発生しないため、吸気行程中のロータリエンジン３の回転速度が変わることが許容される。
（トルクアシスト制御の変形例）
図６の制御手順では、エンジン回転数から算出される吸気流速に基づいて、モータＥＣＵ２６が、最適な吸気閉じタイミングと、実際の吸気閉じタイミングとのズレを算出した上で、アシストモータ１５の制御を行っている。これに代わり、モータＥＣＵ２６は、制御マップを用いてアシストモータ１５の制御を行ってもよい。
図７の（ａ）は、図６のフローのステップＳ７４－Ｓ７７に置き換わるステップを例示している。前述したようにステップＳ７３において、モータＥＣＵ２６がロータリエンジン３の回転数情報を取得すれば、モータＥＣＵ２６は、その回転数情報と制御マップとを使って、アシストトルクを設定する。
図７（ｂ）は、制御マップの一例を示している。この制御マップ７１は、エンジン回転数と、アシストトルクとの関係を定めている。制御マップ７１は、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングが、ロータリエンジン３の使用頻度が最も高い回転数領域において、吸気充填効率が最大となるように、設定されている。制御マップ７１において、ロータリエンジン３の使用頻度も最も高い回転数領域は、エンジンの使用回転数範囲における中央付近であり、このときアシストトルクはゼロである。ロータリエンジン３の回転数が、使用頻度が最も高い回転数領域よりも低くなると吸気閉じタイミングを早めるべく、アシストトルクが正トルクに設定され、回転数が、使用頻度が最も高い回転数領域よりも高くなると吸気閉じタイミングを遅くするべく、アシストトルクが負トルクに設定される。
図７（ｃ）は、制御マップの別の例を示している。この制御マップ７２は、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングが、ロータリエンジン３の使用最高回転数領域において、吸気充填効率が最大となるように、設定されている。制御マップ７２において、ロータリエンジン３の使用最高回転数領域において、アシストトルクはゼロである。回転数が低くなると吸気閉じタイミングを早めるべく、アシストトルクが正トルクに設定される。この制御マップ７２においては、アシストトルクが負トルクに設定されることはない。
尚、図７（ｂ）及び（ｃ）に例示する制御マップ７１、７２では、ロータリエンジン３の回転数に対してアシストトルクが比例している。制御マップは、こうした比例関係を有するマップに限らない。
制御マップ７１、又は、制御マップ７７２を用いて、ロータリエンジン３の回転数からアシストトルクを設定すれば、ステップＳ７９において、モータＥＣＵ２６は、設定したアシストトルクに従って、アシストモータ１５を制御する。これにより、前記と同様に、吸気閉じタイミングが最適化されて、ロータリエンジン３の燃費性能が良好になる。
（電動車両の変形例）
図８は、電動車両の変形例を示している。以下、電動車両１０の変更箇所が説明される。
電動車両１０は、アシストモータ１５及び第３インバータ２４を備えていない。また、モータＥＣＵ２６は、機能ブロックとして、発電モータ制御部２６１と、走行モータ制御部２６２と、を有している。発電モータ制御部２６１は、基本制御部２６４とトルク付与制御部２６５と、を有している。基本制御部２６４は、発電モータ１２の発電運転及び力行運転に係る基本制御を実行する。トルク付与制御部２６５は、発電中のロータリエンジン３に対し付与されるトルクが変化するように、発電モータ１２を制御する。電動車両１０では、アシストモータ１５に代わって、発電モータ１２が、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングを調整する。
図９は電動車両１０のモータ制御手順を示している。先ずスタート後のステップＳ９１において、モータＥＣＵ２６は、バッテリＥＣＵ２７からの発電要求による発電中であるか否かを判断する。発電中でない場合、プロセスはステップＳ９１を繰り返し、発電中である場合、プロセスはステップＳ９２へ進む。
ステップＳ９２において、モータＥＣＵ２６は、バッテリＥＣＵ２７が算出した目標発電量を読み込み、続くステップＳ９３において、モータＥＣＵ２６は、目標発電量に基づいて、発電モータ１２の動作点を設定する。また、モータＥＣＵ２６の基本制御部２６４は、ステップＳ９４において、設定した動作点において発電モータ１２が動作するよう、第２インバータ２２の基本制御量を制御する。
ステップＳ９５において、モータＥＣＵ２６は、エンジンＥＣＵ２５からロータリエンジン３の回転位置情報を入手する。ステップＳ９６において、モータＥＣＵ２６は、ロータリエンジン３の回転位置と発電モータ１２の回転位置との相対位置関係を確定する。
続くステップＳ９７において、モータＥＣＵ２６は、エンジンＥＣＵ２５から、ロータリエンジン３の設定回転数情報を取得する。モータＥＣＵ２６は、ステップＳ９８において、取得した設定回転数情報から、ロータリエンジン３の吸気流速を算出する。
ステップＳ９９において、モータＥＣＵ２６は、算出した吸気流速から最適な吸気閉じタイミングを算出する。ここでいう最適な吸気閉じタイミングは、吸気充填効率が最大になる閉じタイミングとしてもよい。
ステップＳ９１０において、モータＥＣＵ２６は、ステップＳ９９において算出した最適な閉じタイミングと、アシストモータ１５によるトルクの付与を行わない場合の、ロータリエンジン３の吸気閉じタイミングとのズレを算出する。
吸気閉じタイミングのズレがある場合、ロータリエンジン３は、吸気閉じタイミングが最適となる特定の回転数領域以外の回転数領域において運転をしている。変形例の電動車両１０において、特定の回転数領域は、ロータリエンジン３の使用最高回転数領域である。
そして、ステップＳ９１１において、モータＥＣＵ２６は、ステップＳ９１０で算出したズレに基づいて、ズレがなくなるように、発電モータ１２の制御量を補正する。つまり、ロータリエンジン３の使用最高回転数領域で吸気閉じタイミングが最適に設定されているため、吸気閉じタイミングのズレは、最適な閉じタイミングよりも遅い方にずれる。
発電中のロータリエンジン３は、発電モータ１２に正トルクを付与することによって発電モータ１２を動かしている。言い換えると、発電中のロータリエンジン３には、発電モータ１２の発電量に対応する負トルクが付与されている。発電量が多いほど、負トルクは高い。モータＥＣＵ２６１が発電モータ１２の発電量を一時的に低下させると、ロータリエンジン３に付与される負トルクが低下するから、ロータリエンジン３の回転速度が一時的に高まって、エンジン３の吸気閉じタイミングが早まる。このことは、発電モータ１２が、ロータリエンジン３に対して、一時的に正トルクを付与することと等価である。尚、閉じタイミングのズレがない場合、ステップＳ９１１はスキップされる。
図１０は、発電モータ１２の発電に要するトルクの変動タイミングを例示するタイミングチャートである。モータＥＣＵ２６は、吸気行程において、ロータリエンジン３に付与される発電トルクが、一時的に低下するよう、発電モータ１２の発電量を制御する。図３の例では、吸気行程を、前期、中期、及び、後期の３つの期間に三等分した場合の後期に、発電トルクが低下している。
吸気行程の後期に発電トルクが低下すると、吸気行程の後期において吸気ポート３９１の閉じタイミングが早まる。これにより、吸気閉じタイミングが最適化する。また、吸気流速が局所的に増速して、吸気充填効率の向上に有利になる。
尚、発電トルクの低下は、吸気行程の後期に限定されない。吸気行程の前期、又は、中期に、発電トルクが低下してもよい。
変形例の電動車両１０においても、ロータリエンジン３の回転数に関わらず、広い回転数領域にわたって、吸気充填効率を最大にすることができる。このシステムも、レンジエクステンダ装置３０が搭載された電動車両１０において燃費性能を向上させる。
図９のフローに戻り、ステップＳ９１２において、モータＥＣＵ２６は、補正された基本制御量に基づいて、第２インバータ２２を制御し、発電モータ１２に発電を実行させる。そして、ステップＳ９１３において、モータＥＣＵ２６は、発電停止が指示されたか否かを判断する。発電停止が指示されない間、プロセスはステップＳ９１３を繰り返す。発電モータ１２は、発電運転を継続する。発電停止が指示されれば、プロセスはステップＳ９１４へ進む。ステップＳ９１４において、モータＥＣＵ２６は、インバータ制御を停止する。
変形例に係る電動車両１０は、アシストモータ１５を省略できるという利点がある。
尚、電動車両１０において、ロータリエンジン３の回転数と、基本制御量の補正量との関係を定めた制御マップを用いて、モータＥＣＵ２６は、発電モータ１２の発電を制御してもよい。
前述した各フローは、ステップの順番を定めているとは限らない。可能な範囲で、ステップの順番を入れ替えたり、複数のステップの処理を同時に実行したりできる。また、各フローにおいて、一部のステップを省略することができ、ステップを追加することもできる。
また、図１及び図１０に示すシステムは一例であり、ここに開示する技術が適用可能なシステムは、図１又は図１０のシステムに限定されない。また、ここに開示する技術は、ロータリエンジンの制御システムに広く適用が可能であり、ロータリエンジンの構造は、図２の構造に限定されない。
また、電動車両１には、内燃機関としてレシプロエンジンが搭載されてもよい。ここに開示する技術は、レシプロエンジンの吸気閉じタイミングの変更にも利用できる。
１ 電動車両
１０ 電動車両
１２ 発電モータ
１５ アシストモータ
２５ エンジンＥＣＵ（コントローラ）
２６ モータＥＣＵ（コントローラ）
３ ロータリエンジン
３５ エキセントリックシャフト
３９１ 吸気ポート
ＳＮ１ エキセン角センサ

Claims (5)

  1. 発電用のエンジンであって、吸気ポートの閉タイミングが、特定の回転数領域において吸気充填効率が最大となるよう設定されたエンジンと、
    前記エンジンの回転数に関係する電気信号を出力するセンサと、
    前記センサの電気信号に基づいて、前記エンジンを、要求発電量が満たされる回転数で運転させるコントローラと、
    前記エンジンに対して正トルク又は負トルクを付与するモータと、を備え、
    前記コントローラは、前記特定の回転数領域以外の回転数領域において前記エンジンを運転させる場合に、前記モータを使って、前記吸気ポートの閉タイミングが、吸気充填効率が大となる方向へ変更されるよう、吸気行程中の前記エンジンに対し、正トルク又は負トルクを付与する、
    電動車両の制御装置。
  2. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
    前記モータは、前記エンジンのシャフトに接続されたアシストモータであり、
    前記コントローラは、前記アシストモータを使って、吸気行程中の前記エンジン対し、正トルク又は負トルクを付与する、
    電動車両の制御装置。
  3. 請求項１に記載の電動車両の制御装置において、
    前記モータは、前記エンジンに対し機械的に接続されかつ、前記エンジンによって駆動される発電モータであり、
    前記コントローラは、吸気行程中の前記エンジンに対し、要求発電量に対応する発電トルクよりも低いトルクが付与されるよう、前記発電モータを発電運転させる、
    電動車両の制御装置。
  4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の電動車両の制御装置において、
    前記吸気ポートの閉タイミングは、前記エンジンの使用最高回転数において、吸気充填効率が最大になるタイミングである、
    電動車両の制御装置。
  5. 請求項１又は２に記載の電動車両の制御装置において、
    前記吸気ポートの閉タイミングは、前記エンジンの使用頻度が最も高い回転数領域において、吸気充填効率が最大になるタイミングである、
    電動車両の制御装置。
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