JP3541988B2

JP3541988B2 - 内燃機関の補助動力制御装置

Info

Publication number: JP3541988B2
Application number: JP22297595A
Authority: JP
Inventors: 豊児八木; 宏田代; 正志本多
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-08-31
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2015-08-31
Also published as: JPH0970200A

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
５ＥＣＵ（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

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。