JP3541988B2 - 内燃機関の補助動力制御装置 - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関とトルク授受する発電電動機を具備する補助動力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開昭7−75393号公報は、加速時の空燃比の乱れに起因してエミッションが増加するのに鑑み、検出した空燃比(空気過剰率)に基づいて発電電動機から内燃機関へのトルク付与量を可変制御することにより空燃比を触媒浄化に好適な範囲(ウィンドウ内)になるべく接近させてエミッションの低減を図ることを提案している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した従来技術では、空燃比によりトルク付与量が決定されるため、運転者の意思に関わらずトルク付与量が変化して運転フィーリングが悪化するという問題、運転操作や走行条件(例えば走行負荷)の変動により空燃比が悪化して始めてトルク付与量を調節するのでどうしても応答が遅れ過渡的な空燃比の悪化を防止することができないという問題を本質的に内包している。
【0004】
一例をあげれば、エンジンは各気筒の燃焼により間欠的にトルクが発生するので、加速時にアクセルを踏んでも次の気筒が完爆するまではトルクは全く増大発生せず、この間、エンジンの吸気管内圧力は大気圧側にシフトしている。その後の爆発によりエンジン回転数が上昇すると、吸気管内圧力は負方向に上昇し、その結果、加速初期には吸気管内圧力がスパイク状に変化する。この吸気管内圧力のスパイクは、内燃機関の空燃比制御の外乱となって空燃比が大きく乱れ、これにより触媒浄化に好適な範囲を越え、有害な排気ガスの排出が増加する。一方、運転者はこの内燃機関の応答遅れをもたつきとして感じるので、その後も加速のためにスロットルを開き続け、この結果、吸気管内圧力は負方向に急上昇して空燃比制御の応答性を越え、空燃比の乱れ及び有害排気ガスの増加を招く。
【0005】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、加速性を向上するとともに排気ガスエミッションの低減の両方が可能な内燃機関の補助動力制御装置を提供することを、その解決すべき課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両の内燃機関とトルク授受可能に配設されたトルク授受手段と、前記トルク授受手段のトルクを制御するトルク制御手段と、前記車両の加速量に関連する物理量を検出する加速量検出手段とを備える内燃機関の補助動力制御装置において、前記加速量検出手段は、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を含み、前記トルク制御手段は、前記加速量検出手段により検出された前記加速量に関連する物理量に基づいて判定された前記車両の加速時に前記トルク授受手段の発生トルクの増加又は負荷トルクの削減を、入力された前記スロットル開度の一次遅れ成分と微分項成分との積に比例したトルクを発生させることにより行うことを特徴とする内燃機関の補助動力制御装置である。
【0007】
本構成によれば、加速性を向上するとともに排気ガスエミッションの低減の両方が可能な内燃機関の補助動力制御装置を実現することができる。
詳細に説明すれば、本構成では、車両の加速量(本明細書でいう加速量とは、正確には今後必要とされる加速量すなわち運転者の要求加速量又は希望加速量を意味する。)を検出し、この検出した加速量に応じて発電電動機によるトルク付与量を決定する。このため運転者の意思に忠実に走行駆動系に与える走行用駆動トルクを制御することができ、運転者が指令する要求加速量又は希望加速量に対して応答遅れなく優れた運転フィーリングを実現することができる。
【0008】
また、従来生じていた上記応答遅れ(例えばスロットル開度増大に対する走行駆動トルクの増加の遅れ及びこの遅れに起因するスロットル開度の過剰な開放など)に起因して空燃比が触媒による排気ガス浄化に必要な範囲から逸脱するのを抑止することができ、その分、エミッションの低減を実現することができるという優れた作用効果を奏する。
【0009】
更に、上記トルク付与により、エンジンの燃料供給変化率、特に加速時増量を抑圧することができ、その分、燃費向上を図ることができる。
本発明の好適態様は、前記トルク授受手段が発電電動機からなることを特徴としている。このようにすれば、好適な波形のトルクを付与することができる。
【0010】
本発明は、前記加速量検出手段が、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を含むことを特徴としている。スロットル開度の変化(又はスロットル開度変化の原因となるアクセル踏角の変化又はスロットル開度変化に起因する吸気管圧力の変化でもよい)は、運転者の要求加速量を忠実に示すので、これを加速量検出物理量とすることにより、既存の制御装置構成を利用して簡単に構成を実現することができる。
【0011】
本発明の好適態様は、前記内燃機関の回転数を検出する回転検出手段を有し、前記トルク制御手段が、入力した前記回転数に基づいて判定された低回転域における前記車両の加速時に前記前記発電電動機のトルクを増加することを特徴としている。発電電動機のトルクは高回転域で減少し、かつ、加速時の空燃比の変動が大きいのは低回転域であるので、このような制御回転数範囲の制限により制御動作を簡素化することができる。
【0012】
本発明の好適態様は、アイドル状態を検出するアイドル検出手段を有し、前記トルク制御手段が、前記アイドル状態における前記車両の加速時に前記前記発電電動機の発生トルクを増加することを特徴としている。すなわち、アイドル状態(車両静止状態)からの加速時(発進時)には、最も大きな加速量すなわち加速トルク(走行駆動トルクー走行負荷トルク)が要求されるので、このアイドル時からの加速時においてのみ本発明のトルク付与制御を実施すれば簡単な構成で大きな効果を奏することができる。
【0013】
本発明は、前記トルク制御手段が、入力された前記スロットル開度の一次遅れ成分と微分項成分との積に比例したトルクを発生させることを特徴としている。本構成によれば後述するように空燃比の変動を抑止し、エミッションの良好な低減を実現することができる。
本発明の好適態様は、前記内燃機関が前記スロットル開度を含む入力情報に基づいて燃料供給量を調節する燃料供給調整手段を備え、前記燃料供給調整手段が、前記車両の加速時に、前記発電電動機が発生する前記トルク量に応じて前記燃料供給量の増加量を削減することを特徴としている。本構成によれば、発電電動機のトルク付与量分だけ燃料供給量の増加量を削減するので、車両走行系に伝達される走行駆動系が過剰となることがない。
【0017】
【実施例】
(実施例1)
本発明の内燃機関の補助動力制御装置の一実施例を図1に示す。
この内燃機関の補助動力制御装置は、発電機及び電動機の両機能を有して車両の内燃機関1のクランク軸にトルク授受可能に連結されるとともに蓄電手段(バッテリ)6と電力授受する発電電動機2と、この発電電動機2の発電動作と電動動作とを切り替えるとともにその出力も制御する電力制御部(本発明でいうトルク制御手段の一部)3と、車両の加速状態を検出するスロットル開度検出手段(本発明でいう加速量検出手段)7と、内燃機関の回転数を検出するクランク角センサ4と、各センサの信号に基づいて電力制御部3を制御して発電電動機2の動作を制御するエンジン制御装置(ECU)5(本発明でいうトルク制御手段の残部)5とからなる。
【0018】
この装置の電気回路図を図2に示す。
発電電動機2は三相同期機からなり、そのロータコア(図示せず)には励磁コイル21が巻装されており、そのステータコア(図示せず)にはスター接続された三相アーマチャコイル22が巻装されている。
電力制御部3はクランク角に基づいて開閉制御される三相インバータ回路31と、励磁電流断続用のトランジスタ32とからなり、三相インバータ回路31は、一対のnpnトランジスタ(又はIGBT)を直列接続してなる各相のインバータ3u、3v、3wからなる。各相のインバータ3u、3v、3wの両端はバッテリ6の両端に接続され、三相インバータ回路31の上記各トランジスタ(又はIGBT)はダイオ−ドと並列接続され、各相のインバータ3u、3v、3wの出力端(接続点)が三相アーマチャコイル22の各出力端に接続されている。励磁コイル21の一端はバッテリ6の低位端に接続され、他端はトランジスタ32を通じてバッテリ6の高位端に接続されている。
【0019】
ECU5の指令による三相インバータ回路31の各トランジスタの開閉タイミングの制御により発電動作と電動動作とが切り換えられ、また、励磁電流制御用トランジスタ32の断続により励磁電流の通電デューティ比が制御されるが、上記事項は周知であるのでこれ以上の詳細説明は省略する。これにより、発電電動機2は、発電動作及び電動動作を行って内燃機関1とトルク授受し、またバッテリ6と電力授受する。
【0020】
以下、この実施例の特徴をなす加速アシストサブルーチンを図3のフロ−チャ−トを参照して説明する。このサブルーチンはECU5により割り込み制御により定期的に実施される。
まずスロットル開度センサ7に内蔵されたアイドルスイッチ(図示せず)の状態を入力し(ステップS01)、それに基づいて現在アイドル状態若しくは減速状態かどうかを判別し(ステップS03)、アイドル状態若しくは減速状態なら図示しないエンジン制御用のメインルーチンにリターンし、そうでなければ、回転数センサ4でエンジン回転数Neを検出して(ステップS05)、検出したエンジン回転数Neが所定しきい値N1未満かどうかを調べる(ステップS07)。
【0021】
ステップS07の意味を説明すると、発電電動機2の電動出力トルクはその回転数に略反比例するため、高回転では出力トルクが小さく、効果が期待できない。そこでステップS07で、エンジン回転数Neを検出し、発電電動機2の電動出力トルクが十分に大きい低回転数領域Ne1未満であるかどうかを判断する。
NeがNe1未満であれば、スロットル開度センサ7からスロットル開度の今回値θ(i)を読み込み(ステップS09)、スロットル開度の今回値θ(i)とスロットル開度の前回値θ(i−1)との差θ’が所定値xより大きいかどうかを調べる。すなわち、ステップS11では、スロットル開度の増加率が所定しきい値xを超えるほど大きいかどうか、言い換えれば加速量が充分に大きいかどうかを調べる。スロットル開度差θ’が所定値xより大きければ、トルクアシストが有益な加速状態と判断し、発電電動機のトルク付与量を決定するステップS13に進む。
【0022】
ステップS13を説明する前に、本実施例のトルク付与について図4のタイミングチャートを参照しつつ説明する。
通常の加速時には、図4(a)の実線a1のようにスロットルが開かれ、このときの吸気管内圧力は図4(b)の実線b1に示すようにスパイクAとその後の急速立ち上がり波形Bとをもつ波形となる。このとき、エンジン1から出力されるトルク(エンジントルク)は図4(c)の実線c1に示される特性となり、応答遅れ(ムダ時間)Δτを持った立ち上がり曲線となる。
【0023】
ここで、応答遅れ(ムダ時間)を無くした理想の出力トルク(走行駆動トルク)は図4(c)の実線c3となり、これにより吸気管内圧力のスパイクは無くなる。
一方、図4(b)の実線b1の吸気管内圧力の急上昇を抑えるためには、スロットルを図4(a)の破線a2のようにゆっくり開くことが非常に好ましい。このようにスロットルをゆっくり開いた場合の吸気管内圧力の変化は図4(b)の破線b2のようになり、その時のエンジン出力トルクは図4(c)の破線C2のようになる。
【0024】
したがって、スロットルを図4(a)の破線a2のようにゆっくり開きつつ、しかも理想の出力トルク(走行駆動トルク)を図4(c)の実線c3のように出力するには、図4(c)の実線c3と破線C2とのトルク差を発電電動機2から付与すればよいことがわかる。つまり、上記トルク差に等しい図4(d)の実線d3のトルクを発電電動機2がエンジンに付与すればよく、このときエンジン1の吸気管内圧力は図4(b)の破線b2のようにゆっくり立ち上がり、空燃比制御の外乱とならない。言い換えれば、エンジン出力トルクがC3のように良好なレスポンスを持つなら、運転者はa1のようなスロットル開度を生じるアクセル操作を行わず、a2のようなアクセル操作を行う筈である。
【0025】
そこで、図4(d)の実線d3の形状のトルク付与を実現するため、スロットル開度a2の微分項成分と一次遅れ成分の積で表される信号である図5(a)の実線A1を形成する。この実線A1に比例したトルクは図5(b)の実線B1のような形状となり、上述の破線d3のトルクに近似する。
上記トルク付与制御の線図を図6に示す。
【0026】
ここでスロットル開度である入力信号の微分項成分と一次遅れ成分との積で表される制御信号Gが発生すべき付与トルク量として発電電動機2に入力される。すなわち、図3のフローチャートのステップS13では、入力されるスロットル開度θ(i)に基づいてその微分項成分と一次遅れ成分との積に所定の比例定数K1 を掛けたトルク付与量Tの今回値T(i)を求める演算を行う。そして求めたトルク付与量Tの今回値T(i)を電力制御部3に出力し、電力制御部3はそれに等しいトルクを発生するよう発電電動機2を制御する(ステップS15)。
【0027】
当然、このトルク付与期間には、スロットル開度a2に応じた燃料が内燃機関1に供給されるべきであり、これは加速時に燃料の増加分を従来より削減することを意味する。
実施例の制御結果を図7に示す。図7からわかるように、本トルクアシスト制御によって、図7(a)に示すように吸気管内圧力は緩やかに上昇し、図7(c)の空燃比が従来は吸気管内圧力のスパイク発生時と急上昇時との2カ所で乱れていたものが、図7(d)のように抑制され、結果として図7(e)、図7(f)のように有害な排気ガスの排出量が低減できた。
(実施例2)
他の実施例を図8を参照して説明する。
【0028】
まずアイドル信号を読み取って(ステップS01)、アイドル状態若しくは減速状態かを判定し(ステップS03)、アイドル状態若しくは減速状態ならタイマをクリアして(ステップS30)メインルーチンへリターンし、アイドル状態若しくは減速状態と判断されない場合にはステップS20に進む。
ステップS20では、ステップS01で読み込むアイドル信号の前回値がアイドルONであったかどうかを調べ、そうでなければS30へ進み、アイドル信号の前回値がアイドルONであったなら、アイドル状態若しくは減速状態からの発進若しくは加速であると判定してステップS22に進む。ステップS22では、トルク付与時間yを設定するとともにこのトルク付与時間yの経過をカウントするタイマーのカウント値COUNTのカウントをスタートする。なお、トルク付与時間yは図8(b)に示すエンジン回転数Neとトルク付与時間yとの略逆比例関係をECU5のROMに予め格納されたテーブルから読み出すことにより得る。もちろん、所定の記憶計算式から読み出すことも可能である。
【0029】
次のステップS24では、発電電動機を電動動作させてトルク付与を行う。次のステップS26では、タイマのカウント値COUNTが上記所定の時間y秒よりも小さいかどうかを調べすなわちまだトルク付与期間中かどうかを調べ、期間中であればステップS28に進み、期間満了であればステップS30に進む。
ステップS28では、アイドルがOFFされている場合(スロットルが開いている場合には)はステップS24にリターンし、S26で決定されるy秒間の間S24にてトルク付与を持続する。そして、ステップS28でアイドルがOFFされている場合にはS30へ進む。
【0030】
この実施例では、ステップ24に最初に進んだ場合に発電電動機2の電動機としての動作をONするだけとする。すなわち、発電電動機2にその回転数に動悸する所定の三相交流電圧を印加するとともに所定の励磁電流を通電する。このとき、発電電動機2は、その固定子巻線のインダクタンス成分などが大きいので、そのトルクの立ち上がり、立ち下がりは図9に示すように遅延するので、図3のステップS13の制御に近似でき、したがって、制御動作が著しく簡素とすることができる。更に、この制御により、アクセル開度の検出は不要となり、システム構成が簡素になる。
(実施例3)
また、図1に示すように、内燃機関1のクランク軸がベルト101及び電磁クラッチ102を通じてエアコン用圧縮機103を駆動している最中であれば、図8(a)のフロ−チャ−トのステップS24の代わりに、電磁クラッチをOFFし、圧縮機103の駆動を停止して負荷トルクを削減してもよい。そして、y秒後、再び電磁クラッチ102をONすれば、電動発電機を搭載していない車両においても本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関の停止制御装置の実施例1を示すブロック図である。
【図2】図1の装置の電気回路図である。
【図3】図1の制御装置の制御動作を示すフロ−チャ−トである。
【図4】図1の制御装置の制御方法のモデルを示す図であり、(a)はスロットル開度の変化を示すタイミングチャートであり、(b)は吸気圧の変化を示すタイミングチャートであり、(c)は出力トルクの変化を示すタイミングチャートであり、(d)は理想付与トルクの変化を示すタイミングチャートである。
【図5】図1の制御装置の制御方法を示す図であり、(a)はスロットル開度の変化を示すタイミングチャートであり、(b)は出力トルクの変化を示すタイミングチャートである。
【図6】図5の制御を示す制御線図である。
【図7】本制御の制御結果を示すタイミングチャートであり、(a)は吸気圧の変化を示すタイミングチャートであり、(b)はトルクの変化を示すタイミングチャートであり、(c)はトルク付与無しの場合の空燃比変化を示すタイミングチャートであり、(d)はトルク付与有りの場合の空燃比変化を示すタイミングチャートであり、(e)は排出HCの変化を示すタイミングチャートであり、(f)は排出NOxの変化を示すタイミングチャートである。
【図8】図1の制御装置の他の制御動作を示すフロ−チャ−トである。
【図9】発電電動機のトルク変化特性を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 発電電動機
3 電力制御部(トルク制御手段)
4 クランク角センサ
5 ECU(トルク制御手段)
6 バッテリ(蓄電手段)
7 スロットル開度センサ(加速検出手段)
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関とトルク授受する発電電動機を具備する補助動力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
特開昭7−75393号公報は、加速時の空燃比の乱れに起因してエミッションが増加するのに鑑み、検出した空燃比(空気過剰率)に基づいて発電電動機から内燃機関へのトルク付与量を可変制御することにより空燃比を触媒浄化に好適な範囲(ウィンドウ内)になるべく接近させてエミッションの低減を図ることを提案している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した従来技術では、空燃比によりトルク付与量が決定されるため、運転者の意思に関わらずトルク付与量が変化して運転フィーリングが悪化するという問題、運転操作や走行条件(例えば走行負荷)の変動により空燃比が悪化して始めてトルク付与量を調節するのでどうしても応答が遅れ過渡的な空燃比の悪化を防止することができないという問題を本質的に内包している。
【0004】
一例をあげれば、エンジンは各気筒の燃焼により間欠的にトルクが発生するので、加速時にアクセルを踏んでも次の気筒が完爆するまではトルクは全く増大発生せず、この間、エンジンの吸気管内圧力は大気圧側にシフトしている。その後の爆発によりエンジン回転数が上昇すると、吸気管内圧力は負方向に上昇し、その結果、加速初期には吸気管内圧力がスパイク状に変化する。この吸気管内圧力のスパイクは、内燃機関の空燃比制御の外乱となって空燃比が大きく乱れ、これにより触媒浄化に好適な範囲を越え、有害な排気ガスの排出が増加する。一方、運転者はこの内燃機関の応答遅れをもたつきとして感じるので、その後も加速のためにスロットルを開き続け、この結果、吸気管内圧力は負方向に急上昇して空燃比制御の応答性を越え、空燃比の乱れ及び有害排気ガスの増加を招く。
【0005】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、加速性を向上するとともに排気ガスエミッションの低減の両方が可能な内燃機関の補助動力制御装置を提供することを、その解決すべき課題としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両の内燃機関とトルク授受可能に配設されたトルク授受手段と、前記トルク授受手段のトルクを制御するトルク制御手段と、前記車両の加速量に関連する物理量を検出する加速量検出手段とを備える内燃機関の補助動力制御装置において、前記加速量検出手段は、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を含み、前記トルク制御手段は、前記加速量検出手段により検出された前記加速量に関連する物理量に基づいて判定された前記車両の加速時に前記トルク授受手段の発生トルクの増加又は負荷トルクの削減を、入力された前記スロットル開度の一次遅れ成分と微分項成分との積に比例したトルクを発生させることにより行うことを特徴とする内燃機関の補助動力制御装置である。
【0007】
本構成によれば、加速性を向上するとともに排気ガスエミッションの低減の両方が可能な内燃機関の補助動力制御装置を実現することができる。
詳細に説明すれば、本構成では、車両の加速量(本明細書でいう加速量とは、正確には今後必要とされる加速量すなわち運転者の要求加速量又は希望加速量を意味する。)を検出し、この検出した加速量に応じて発電電動機によるトルク付与量を決定する。このため運転者の意思に忠実に走行駆動系に与える走行用駆動トルクを制御することができ、運転者が指令する要求加速量又は希望加速量に対して応答遅れなく優れた運転フィーリングを実現することができる。
【0008】
また、従来生じていた上記応答遅れ(例えばスロットル開度増大に対する走行駆動トルクの増加の遅れ及びこの遅れに起因するスロットル開度の過剰な開放など)に起因して空燃比が触媒による排気ガス浄化に必要な範囲から逸脱するのを抑止することができ、その分、エミッションの低減を実現することができるという優れた作用効果を奏する。
【0009】
更に、上記トルク付与により、エンジンの燃料供給変化率、特に加速時増量を抑圧することができ、その分、燃費向上を図ることができる。
本発明の好適態様は、前記トルク授受手段が発電電動機からなることを特徴としている。このようにすれば、好適な波形のトルクを付与することができる。
【0010】
本発明は、前記加速量検出手段が、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を含むことを特徴としている。スロットル開度の変化(又はスロットル開度変化の原因となるアクセル踏角の変化又はスロットル開度変化に起因する吸気管圧力の変化でもよい)は、運転者の要求加速量を忠実に示すので、これを加速量検出物理量とすることにより、既存の制御装置構成を利用して簡単に構成を実現することができる。
【0011】
本発明の好適態様は、前記内燃機関の回転数を検出する回転検出手段を有し、前記トルク制御手段が、入力した前記回転数に基づいて判定された低回転域における前記車両の加速時に前記前記発電電動機のトルクを増加することを特徴としている。発電電動機のトルクは高回転域で減少し、かつ、加速時の空燃比の変動が大きいのは低回転域であるので、このような制御回転数範囲の制限により制御動作を簡素化することができる。
【0012】
本発明の好適態様は、アイドル状態を検出するアイドル検出手段を有し、前記トルク制御手段が、前記アイドル状態における前記車両の加速時に前記前記発電電動機の発生トルクを増加することを特徴としている。すなわち、アイドル状態(車両静止状態)からの加速時(発進時)には、最も大きな加速量すなわち加速トルク(走行駆動トルクー走行負荷トルク)が要求されるので、このアイドル時からの加速時においてのみ本発明のトルク付与制御を実施すれば簡単な構成で大きな効果を奏することができる。
【0013】
本発明は、前記トルク制御手段が、入力された前記スロットル開度の一次遅れ成分と微分項成分との積に比例したトルクを発生させることを特徴としている。本構成によれば後述するように空燃比の変動を抑止し、エミッションの良好な低減を実現することができる。
本発明の好適態様は、前記内燃機関が前記スロットル開度を含む入力情報に基づいて燃料供給量を調節する燃料供給調整手段を備え、前記燃料供給調整手段が、前記車両の加速時に、前記発電電動機が発生する前記トルク量に応じて前記燃料供給量の増加量を削減することを特徴としている。本構成によれば、発電電動機のトルク付与量分だけ燃料供給量の増加量を削減するので、車両走行系に伝達される走行駆動系が過剰となることがない。
【0017】
【実施例】
(実施例1)
本発明の内燃機関の補助動力制御装置の一実施例を図1に示す。
この内燃機関の補助動力制御装置は、発電機及び電動機の両機能を有して車両の内燃機関1のクランク軸にトルク授受可能に連結されるとともに蓄電手段(バッテリ)6と電力授受する発電電動機2と、この発電電動機2の発電動作と電動動作とを切り替えるとともにその出力も制御する電力制御部(本発明でいうトルク制御手段の一部)3と、車両の加速状態を検出するスロットル開度検出手段(本発明でいう加速量検出手段)7と、内燃機関の回転数を検出するクランク角センサ4と、各センサの信号に基づいて電力制御部3を制御して発電電動機2の動作を制御するエンジン制御装置(ECU)5(本発明でいうトルク制御手段の残部)5とからなる。
【0018】
この装置の電気回路図を図2に示す。
発電電動機2は三相同期機からなり、そのロータコア(図示せず)には励磁コイル21が巻装されており、そのステータコア(図示せず)にはスター接続された三相アーマチャコイル22が巻装されている。
電力制御部3はクランク角に基づいて開閉制御される三相インバータ回路31と、励磁電流断続用のトランジスタ32とからなり、三相インバータ回路31は、一対のnpnトランジスタ(又はIGBT)を直列接続してなる各相のインバータ3u、3v、3wからなる。各相のインバータ3u、3v、3wの両端はバッテリ6の両端に接続され、三相インバータ回路31の上記各トランジスタ(又はIGBT)はダイオ−ドと並列接続され、各相のインバータ3u、3v、3wの出力端(接続点)が三相アーマチャコイル22の各出力端に接続されている。励磁コイル21の一端はバッテリ6の低位端に接続され、他端はトランジスタ32を通じてバッテリ6の高位端に接続されている。
【0019】
ECU5の指令による三相インバータ回路31の各トランジスタの開閉タイミングの制御により発電動作と電動動作とが切り換えられ、また、励磁電流制御用トランジスタ32の断続により励磁電流の通電デューティ比が制御されるが、上記事項は周知であるのでこれ以上の詳細説明は省略する。これにより、発電電動機2は、発電動作及び電動動作を行って内燃機関1とトルク授受し、またバッテリ6と電力授受する。
【0020】
以下、この実施例の特徴をなす加速アシストサブルーチンを図3のフロ−チャ−トを参照して説明する。このサブルーチンはECU5により割り込み制御により定期的に実施される。
まずスロットル開度センサ7に内蔵されたアイドルスイッチ(図示せず)の状態を入力し(ステップS01)、それに基づいて現在アイドル状態若しくは減速状態かどうかを判別し(ステップS03)、アイドル状態若しくは減速状態なら図示しないエンジン制御用のメインルーチンにリターンし、そうでなければ、回転数センサ4でエンジン回転数Neを検出して(ステップS05)、検出したエンジン回転数Neが所定しきい値N1未満かどうかを調べる(ステップS07)。
【0021】
ステップS07の意味を説明すると、発電電動機2の電動出力トルクはその回転数に略反比例するため、高回転では出力トルクが小さく、効果が期待できない。そこでステップS07で、エンジン回転数Neを検出し、発電電動機2の電動出力トルクが十分に大きい低回転数領域Ne1未満であるかどうかを判断する。
NeがNe1未満であれば、スロットル開度センサ7からスロットル開度の今回値θ(i)を読み込み(ステップS09)、スロットル開度の今回値θ(i)とスロットル開度の前回値θ(i−1)との差θ’が所定値xより大きいかどうかを調べる。すなわち、ステップS11では、スロットル開度の増加率が所定しきい値xを超えるほど大きいかどうか、言い換えれば加速量が充分に大きいかどうかを調べる。スロットル開度差θ’が所定値xより大きければ、トルクアシストが有益な加速状態と判断し、発電電動機のトルク付与量を決定するステップS13に進む。
【0022】
ステップS13を説明する前に、本実施例のトルク付与について図4のタイミングチャートを参照しつつ説明する。
通常の加速時には、図4(a)の実線a1のようにスロットルが開かれ、このときの吸気管内圧力は図4(b)の実線b1に示すようにスパイクAとその後の急速立ち上がり波形Bとをもつ波形となる。このとき、エンジン1から出力されるトルク(エンジントルク)は図4(c)の実線c1に示される特性となり、応答遅れ(ムダ時間)Δτを持った立ち上がり曲線となる。
【0023】
ここで、応答遅れ(ムダ時間)を無くした理想の出力トルク(走行駆動トルク)は図4(c)の実線c3となり、これにより吸気管内圧力のスパイクは無くなる。
一方、図4(b)の実線b1の吸気管内圧力の急上昇を抑えるためには、スロットルを図4(a)の破線a2のようにゆっくり開くことが非常に好ましい。このようにスロットルをゆっくり開いた場合の吸気管内圧力の変化は図4(b)の破線b2のようになり、その時のエンジン出力トルクは図4(c)の破線C2のようになる。
【0024】
したがって、スロットルを図4(a)の破線a2のようにゆっくり開きつつ、しかも理想の出力トルク(走行駆動トルク)を図4(c)の実線c3のように出力するには、図4(c)の実線c3と破線C2とのトルク差を発電電動機2から付与すればよいことがわかる。つまり、上記トルク差に等しい図4(d)の実線d3のトルクを発電電動機2がエンジンに付与すればよく、このときエンジン1の吸気管内圧力は図4(b)の破線b2のようにゆっくり立ち上がり、空燃比制御の外乱とならない。言い換えれば、エンジン出力トルクがC3のように良好なレスポンスを持つなら、運転者はa1のようなスロットル開度を生じるアクセル操作を行わず、a2のようなアクセル操作を行う筈である。
【0025】
そこで、図4(d)の実線d3の形状のトルク付与を実現するため、スロットル開度a2の微分項成分と一次遅れ成分の積で表される信号である図5(a)の実線A1を形成する。この実線A1に比例したトルクは図5(b)の実線B1のような形状となり、上述の破線d3のトルクに近似する。
上記トルク付与制御の線図を図6に示す。
【0026】
ここでスロットル開度である入力信号の微分項成分と一次遅れ成分との積で表される制御信号Gが発生すべき付与トルク量として発電電動機2に入力される。すなわち、図3のフローチャートのステップS13では、入力されるスロットル開度θ(i)に基づいてその微分項成分と一次遅れ成分との積に所定の比例定数K1 を掛けたトルク付与量Tの今回値T(i)を求める演算を行う。そして求めたトルク付与量Tの今回値T(i)を電力制御部3に出力し、電力制御部3はそれに等しいトルクを発生するよう発電電動機2を制御する(ステップS15)。
【0027】
当然、このトルク付与期間には、スロットル開度a2に応じた燃料が内燃機関1に供給されるべきであり、これは加速時に燃料の増加分を従来より削減することを意味する。
実施例の制御結果を図7に示す。図7からわかるように、本トルクアシスト制御によって、図7(a)に示すように吸気管内圧力は緩やかに上昇し、図7(c)の空燃比が従来は吸気管内圧力のスパイク発生時と急上昇時との2カ所で乱れていたものが、図7(d)のように抑制され、結果として図7(e)、図7(f)のように有害な排気ガスの排出量が低減できた。
(実施例2)
他の実施例を図8を参照して説明する。
【0028】
まずアイドル信号を読み取って(ステップS01)、アイドル状態若しくは減速状態かを判定し(ステップS03)、アイドル状態若しくは減速状態ならタイマをクリアして(ステップS30)メインルーチンへリターンし、アイドル状態若しくは減速状態と判断されない場合にはステップS20に進む。
ステップS20では、ステップS01で読み込むアイドル信号の前回値がアイドルONであったかどうかを調べ、そうでなければS30へ進み、アイドル信号の前回値がアイドルONであったなら、アイドル状態若しくは減速状態からの発進若しくは加速であると判定してステップS22に進む。ステップS22では、トルク付与時間yを設定するとともにこのトルク付与時間yの経過をカウントするタイマーのカウント値COUNTのカウントをスタートする。なお、トルク付与時間yは図8(b)に示すエンジン回転数Neとトルク付与時間yとの略逆比例関係をECU5のROMに予め格納されたテーブルから読み出すことにより得る。もちろん、所定の記憶計算式から読み出すことも可能である。
【0029】
次のステップS24では、発電電動機を電動動作させてトルク付与を行う。次のステップS26では、タイマのカウント値COUNTが上記所定の時間y秒よりも小さいかどうかを調べすなわちまだトルク付与期間中かどうかを調べ、期間中であればステップS28に進み、期間満了であればステップS30に進む。
ステップS28では、アイドルがOFFされている場合(スロットルが開いている場合には)はステップS24にリターンし、S26で決定されるy秒間の間S24にてトルク付与を持続する。そして、ステップS28でアイドルがOFFされている場合にはS30へ進む。
【0030】
この実施例では、ステップ24に最初に進んだ場合に発電電動機2の電動機としての動作をONするだけとする。すなわち、発電電動機2にその回転数に動悸する所定の三相交流電圧を印加するとともに所定の励磁電流を通電する。このとき、発電電動機2は、その固定子巻線のインダクタンス成分などが大きいので、そのトルクの立ち上がり、立ち下がりは図9に示すように遅延するので、図3のステップS13の制御に近似でき、したがって、制御動作が著しく簡素とすることができる。更に、この制御により、アクセル開度の検出は不要となり、システム構成が簡素になる。
(実施例3)
また、図1に示すように、内燃機関1のクランク軸がベルト101及び電磁クラッチ102を通じてエアコン用圧縮機103を駆動している最中であれば、図8(a)のフロ−チャ−トのステップS24の代わりに、電磁クラッチをOFFし、圧縮機103の駆動を停止して負荷トルクを削減してもよい。そして、y秒後、再び電磁クラッチ102をONすれば、電動発電機を搭載していない車両においても本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関の停止制御装置の実施例1を示すブロック図である。
【図2】図1の装置の電気回路図である。
【図3】図1の制御装置の制御動作を示すフロ−チャ−トである。
【図4】図1の制御装置の制御方法のモデルを示す図であり、(a)はスロットル開度の変化を示すタイミングチャートであり、(b)は吸気圧の変化を示すタイミングチャートであり、(c)は出力トルクの変化を示すタイミングチャートであり、(d)は理想付与トルクの変化を示すタイミングチャートである。
【図5】図1の制御装置の制御方法を示す図であり、(a)はスロットル開度の変化を示すタイミングチャートであり、(b)は出力トルクの変化を示すタイミングチャートである。
【図6】図5の制御を示す制御線図である。
【図7】本制御の制御結果を示すタイミングチャートであり、(a)は吸気圧の変化を示すタイミングチャートであり、(b)はトルクの変化を示すタイミングチャートであり、(c)はトルク付与無しの場合の空燃比変化を示すタイミングチャートであり、(d)はトルク付与有りの場合の空燃比変化を示すタイミングチャートであり、(e)は排出HCの変化を示すタイミングチャートであり、(f)は排出NOxの変化を示すタイミングチャートである。
【図8】図1の制御装置の他の制御動作を示すフロ−チャ−トである。
【図9】発電電動機のトルク変化特性を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 内燃機関
2 発電電動機
3 電力制御部(トルク制御手段)
4 クランク角センサ
5 ECU(トルク制御手段)
6 バッテリ(蓄電手段)
7 スロットル開度センサ(加速検出手段)
Claims (1)
- 車両の内燃機関とトルク授受可能に配設されたトルク授受手段と、前記トルク授受手段のトルクを制御するトルク制御手段と、前記車両の加速量に関連する物理量を検出する加速量検出手段とを備える内燃機関の補助動力制御装置において、
前記加速量検出手段は、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段を含み、
前記トルク制御手段は、前記加速量検出手段により検出された前記加速量に関連する物理量に基づいて判定された前記車両の加速時に前記トルク授受手段の発生トルクの増加又は負荷トルクの削減を、入力された前記スロットル開度の一次遅れ成分と微分項成分との積に比例したトルクを発生させることにより行うことを特徴とする内燃機関の補助動力制御装置。
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