(57)【要約】【課題】高い発電効率を実現しつつ、システムの低コスト化を図ることができるエンジン制御装置およびエンジン制御方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係るエンジン制御装置は、制御部を備える。制御部は、車両の動力源であるモータに供給する電力を発電するためのエンジンを制御する。エンジンは、吸気経路にアクセルペダルの操作状態に応じて開度が変化するスロットルバルブが設けられておらず、かつ、吸気経路の径が、エンジンの熱効率が所定値以上である第１運転領域となる空気量を通過させる径に設定されている。また、制御部は、エンジン回転数が第１運転領域に対応する値付近になった場合に、エンジンの燃料噴射制御と点火制御の少なくとも一方を開始する。【選択図】図１
2020165400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の動力源であるモータに供給する電力を発電するためのエンジンを制御する制御部を備え、
前記エンジンは、吸気経路にアクセルペダルの操作状態に応じて開度が変化するスロットルバルブが設けられておらず、かつ、前記吸気経路の径が、前記エンジンの熱効率が所定値以上である第１運転領域となる空気量を通過させる径に設定されており、
前記制御部は、
エンジン回転数が前記第１運転領域に対応する値付近になった場合に、前記エンジンの燃料噴射制御と点火制御の少なくとも一方を開始すること
を特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、
バッテリの充電が必要になった場合にモータによって前記エンジンを始動させるが、前記エンジン回転数が前記第１運転領域に対応する回転数になったと判断すると、前記モータの制御状態を、前記エンジンを駆動する状態から前記エンジンで発電する状態に切り替えること
を特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記エンジン回転数を目的の回転数に調整するための制御として、前記エンジンを用いた充電要求量を制御する第１制御と、前記エンジンの吸気量を調整可能な調整部を制御する第２制御とを行うことが可能であり、
前記エンジン回転数の変動が大きい状態にある場合には、前記第２制御を行わずに、前記第１制御を行うこと
を特徴とする請求項１または２に記載のエンジン制御装置。
【請求項４】
前記調整部は、
前記エンジンへの吸気経路を迂回するバイパス経路を開閉するバイパスバルブであって、
前記制御部は、
前記バイパスバルブの中点を基準にして前記吸気量を調整すること
を特徴とする請求項３に記載のエンジン制御装置。
【請求項５】
車両の動力源であるモータに供給する電力を発電するためのエンジンを制御する制御工程を含み、
前記エンジンは、吸気経路にアクセルペダルの操作状態に応じて開度が変化するスロットルバルブが設けられておらず、かつ、前記吸気経路の径が、前記エンジンの熱効率が所定値以上である第１運転領域となる空気量を通過させる径に設定されており、
前記制御工程は、
エンジン回転数が前記第１運転領域に対応する値付近になった場合に、前記エンジンの燃料噴射制御と点火制御の少なくとも一方を開始すること
を特徴とするエンジン制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン制御装置およびエンジン制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気自動車の航続距離延長を目的として搭載される制御システムであるレンジエクステンダシステムが知られている。かかる制御システムにおいて、エンジンは、車両の走行動力として使用せず、発電機を駆動するために使用される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術では、高い発電効率を実現しつつ、システムの低コスト化を図る点で改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高い発電効率を実現しつつ、システムの低コスト化を図ることができるエンジン制御装置およびエンジン制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るエンジン制御装置は、制御部を備える。前記制御部は、車両の動力源であるモータに供給する電力を発電するためのエンジンを制御する。前記エンジンは、吸気経路にアクセルペダルの操作状態に応じて開度が変化するスロットルバルブが設けられておらず、かつ、前記吸気経路の径が、前記エンジンの熱効率が所定値以上である第１運転領域となる空気量を通過させる径に設定されている。また、制御部は、エンジン回転数が前記第１運転領域に対応する値付近になった場合に、前記エンジンの燃料噴射制御と点火制御の少なくとも一方を開始する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、高い発電効率を実現しつつ、システムの低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態に係るエンジン制御方法の概要を示す図である。
【図３】図３は、制御システムの制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【図４】図４は、実施形態に係るエンジン制御装置が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するエンジン制御装置およびエンジン制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
まず、図１および図２を用いて、実施形態に係るエンジン制御方法の概要について説明する。図１は、実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係るエンジン制御方法の概要を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、実施形態に係る制御システムＳは、エンジン制御装置１と、エンジン２と、発電装置３と、バッテリ４と、駆動装置５と、電池モニタ６とを備える。実施形態に係る制御システムＳは、例えば、電気自動車等といったモータを動力源とする車両に搭載される。
【００１２】
エンジン２は、車両の動力源であるモータ５２に供給する電力を発電するためのエンジンである。つまり、エンジン２は、車両の動力源として使用しない。なお、エンジン２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の任意のエンジンを採用可能である。
【００１３】
また、エンジン２は、インテークマニホールドにおける吸気経路の径が、予め最大熱効率で駆動する空気量が通気できる径に設計されている。そして、エンジン２は、吸気量を調整するスロットルバルブを有していない。よって、スロットルバルブが存在しない状態での吸気量が目的の空気量となるように吸気経路の径を設計している。つまり、本陣携帯のエンジンの吸気経路には、ドライバが操作するアクセルペダルに応じて開度が変化するバルブが設けられていない（バイパスバルブもアクセルペダルとは関係なく制御されるバルブである）。なお、エンジン２は、空気量を微調整する機構として、吸気経路を迂回するバイパス経路を有しているが、かかる点については後述する。
【００１４】
発電装置３は、モータジェネレータ３１およびインバータ３２を備え、エンジン２の回転エネルギーにより電力を発電する発電機として機能する。また、発電装置３は、バッテリ４の電力を使用してエンジン２を始動するスタータとしても機能する。
【００１５】
発電装置３が発電機として機能する場合、モータジェネレータ３１は、エンジン２の回転エネルギーにより発電し、発電した電力をインバータ３２へ出力する。そして、インバータ３２は、モータジェネレータ３１から得た電力を交流から直流に変換してバッテリ４に充電する。また、発電装置３は、回生ブレーキによって電力を発電し、例えば、バッテリ４に充電する。
【００１６】
発電装置３がスタータとして機能する場合、インバータ３２は、バッテリ４から得た電力を直流から交流に変換してモータジェネレータ３１へ出力する。モータジェネレータ３１は、インバータ３２から得た電力によりエンジン２を始動および駆動させる。
【００１７】
バッテリ４は、２次電池であり、例えば、リチウムイオン電池である。
【００１８】
駆動装置５は、インバータ５１およびモータ５２を備え、車両の動力源として機能する。インバータ５１は、バッテリ４の電力を直流から交流に変換してモータ５２へ出力する。そして、モータ５２は、交流電力により駆動する。
【００１９】
電池モニタ６は、バッテリ４の残量を検知するセンサを備えた検知装置である。電池モニタ６は、バッテリ４の残量が所定の閾値以下となった場合に、エンジン制御装置１および発電装置３に対して発電指示を出力する。発電指示とは、バッテリ４へ充電を行うために、発電を開始する指示である。なお、発電指示によるエンジン制御装置１および発電装置３の制御については図３で後述する。
【００２０】
エンジン制御装置１は、エンジン２を制御する制御部１ａを備え、実施形態に係るエンジン制御方法を実行する。また、エンジン制御装置１は、エンジン２に設けられた各種センサでエンジン回転数、吸入空気量等を取得して制御に用いる。
【００２１】
ここで、エンジン制御装置１は、たとえば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、データフラッシュ、入出力ポートなどを有するコンピュータや各種の回路を含む。
【００２２】
コンピュータのＣＰＵは、たとえば、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、制御部１ａとして機能する。
【００２３】
また、制御部１ａの機能の一部または全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等のハードウェアで構成することもできる。
【００２４】
なお、エンジン制御装置１は、有線や無線のネットワークで接続された他のコンピュータや可搬型記録媒体を介して上記したプログラムや各種情報を取得することもできる。
【００２５】
制御部１ａは、車両の動力源であるモータ５２に供給する電力を発電するためのエンジン２を制御する。また、制御部１ａ回転数およびトルクに基づく熱効率が所定値以上となる領域を制御領域（第１運転領域）として、当該制御領域に対応する範囲に設定された吸気量に基づいてエンジン２を制御する。具体的には、制御部１ａは、エンジン回転数が第１運転領域に対応する値付近になった場合に、エンジン２の燃料噴射制御と点火制御の少なくとも一方を開始する。かかる点について、図２を用いて説明する。
【００２６】
図２は、制御部１ａの制御領域を示す図である。図２では、エンジン２の回転数およびトルクにおける熱効率の関係をグラフで示す。なお、図２のグラフ内には、複数の楕円を示しており、各楕円は、熱効率の値であり、中央の楕円ほど熱効率が高い。また、本実施形態に係るエンジン２は、吸気経路の径が、エンジン２の熱効率が所定値以上である第１運転領域（図２の網掛け楕円の領域）となる空気量を通過させる径に設定されている。また、本実施形態では、吸気経路にバイパス経路をもうけ、バイパスバルブの開度によって、第１運転領域内で空気量を調整可能となるように設計される。なお、バイパス経路およびバイパスバルブについては省略されてもよい。
【００２７】
図２に示すように、制御部１ａは、熱効率が最大値付近となる範囲（図２の網掛け楕円）の回転数およびトルクを制御領域としてエンジン２を制御する。また、トルクおよび充電量は比例関係にあることから、制御システムＳでは、効率よく発電を行える、すなわち、高い発電効率を実現できる。また、エンジン２への吸入空気量は、上記したように限られた範囲内でしか制御できない構成にしているため、エンジン始動時等、エンジン２の運転領域（エンジン回転数）が第１運転領域外の場合には、モータ５２の駆動や回生ブレーキによって第１運転領域に収まるように制御する。
【００２８】
また、回転数および空気量は比例関係にあることから、エンジン２の回転数の制御領域を絞ることで、エンジン２が吸気する空気量を絞ることができる。すなわち、制御システムＳにおけるエンジン２は、吸気量を幅広く調整する必要がないため、スロットルバルブを設ける必要がない。これにより、制御システムＳの低コスト化を図ることができる。
【００２９】
次に、図３を用いて、制御システムＳの制御タイミングについて説明する。図３は、制御システムＳの制御タイミングを示すタイミングチャートである。
【００３０】
図３に示すように、時刻ｔ１において、電池モニタ６は、計測したバッテリ残量が発電開始閾値ＴＨ１以下となった場合、発電装置３およびエンジン制御装置１に対して「実施」の発電指示を出力する。
【００３１】
そして、時刻ｔ２において、発電装置３は、スタータとして機能する。具体的には、発電装置３は、インバータ３２の動作状態を放電動作に切り替え、バッテリ４の電力をモータジェネレータ３１へ供給し、モータジェネレータ３１によってエンジン２を始動する。これにより、時刻ｔ２からエンジン２の回転数が上昇を開始する。
【００３２】
そして、時刻ｔ３において、エンジン制御装置１は、エンジン２の回転数が所定値以上に到達した場合、エンジン２の燃料噴射制御や点火処理を行う。なお、これら処理を行う回転数は、上記した制御領域付近の回転数である。つまり、制御部１ａは、バッテリ４に充電された電力によりエンジン２を始動する（時刻ｔ２）とともに、制御領域に対応する回転数まで電力駆動した後に、エンジン２の点火を行う。
【００３３】
なお、上記のエンジン回転（もしくは、上記のエンジン回転よりも少し高い回転）になるとモータジェネレータ３１の駆動を停止させる（つまり、発電に切り替える）。そして、モータジェネレータ３１の駆動を停止させる回転数が、エンジン２のみの車両においてエンジン始動のためにスタータモータを駆動させる場合や、通常のＨＶ車両においてエンジン始動のためにモータジェネレータ３１を駆動する場合における、モータ５２による駆動を停止させる回転数よりも高い回転数に設定されている。従来のエンジンのみの車両やＨＶ車両での始動制御では、本発明よりも早い時点（低いエンジン回転数）から燃料噴射制御や点火制御を開始させている。
【００３４】
これは、エンジン２の吸気量が制御領域に対応する量に固定されているためであり、制御領域に対応する回転数まで電力駆動して回転数を予め上昇させることで、エンジン２が点火せずに停止してしまうことを防ぐことができる。
【００３５】
そして、時刻ｔ４において、発電装置３は、スタータから発電機に機能を切り替える。具体的には、発電装置３は、インバータ３２の動作状態を放電動作から充電動作に切り替える。この時、発電装置３は、予め定められた発電量の初期値で発電を開始する。
【００３６】
また、時刻ｔ４において、エンジン制御装置１は、噴射／点火を実行し始めると急激にエンジン回転数が上昇するため、発電装置３に対して充電量要求を出力する。充電量要求とは、バッテリ４に充電する電力量を指示するための情報である。発電装置３は、充電量要求に基づいてインバータ３２を制御して発電量を調整する。つまり、制御部１ａは、バッテリ４の充電が必要になった場合にモータ５２によってエンジン２を始動させるが、エンジン回転数が第１運転領域に対応する回転数になったと判断すると、モータ５２の制御状態を、エンジン２を駆動する状態からエンジン２で発電する状態に切り替える。
【００３７】
例えば、時刻ｔ４において、エンジン制御装置１は、充電量を増加させる充電要求フラグ「ＵＰ」の充電量要求を出力している。これは、エンジン２の回転数が制御領域よりも低いため、時刻ｔ４以降に回転数を上昇させることを示している。つまり、エンジン制御装置１は、時刻ｔ４以降に回転数を上昇させるため、充電量を増加させる指示を行う。
【００３８】
そうすると、瞬時充電電力が順次増えていきそれに伴いエンジンにかかる負荷トルクが増えていきエンジン回転数の上昇は止まり、時刻ｔ５において、エンジン回転数が低下し始める。そして、時刻ｔ５において、エンジン制御装置１は、充電量を減少させる充電要求フラグ「ＤＯＷＮ」の充電量要求を出力して、エンジン２にかかるトルクを下げることで、徐々に目標回転数に向かう状態にする。これは、エンジン２の回転数が制御領域よりも高いため、時刻ｔ５以降に回転数を低下させることを示している。つまり、エンジン制御装置１は、時刻ｔ５以降に回転数を低下させるため、充電量を低下させる指示を行う。
【００３９】
そして、時刻ｔ６において、エンジン制御装置１は、充電量を維持させる維持要求フラグ「ＫＥＥＰ」の充電量要求を出力して、目標回転数に近づくのを待つ制御を行う。これは、エンジン２の回転数が制御領域付近であるため、時刻ｔ６以降に回転数を維持させることを示している。つまり、エンジン制御装置１は、時刻ｔ６以降に回転数を維持させるため、充電量を維持させる指示を行う。なお、時刻ｔ７において、充電要求フラグ「ＵＰ」を出力しているが、これは、目標回転数に合わせるための微調整制御のためである。
【００４０】
そして、時刻ｔ８において、エンジン制御装置１は、回転数が制御領域の範囲内に収束した場合には、時刻ｔ８以降は、充電量を維持させる「ＫＥＥＰ」の充電量要求を継続して出力する。なお、エンジン制御装置１は、回転数が制御領域の範囲外に出た場合には、「ＵＰ」や「ＤＯＷＮ」の充電量要求を出力しつつ、回転数を調整する。
【００４１】
また、時刻ｔ８以降において、エンジン制御装置１は、バイパスバルブ（調整部の一例）を制御することによってエンジン２の吸気量を調整する。バイパスバルブは、エンジン２への吸気経路を迂回するバイパス経路を開閉するバルブである。
【００４２】
エンジン制御装置１は、バイパスバルブの中点を基準にして吸気量を調整する。例えば、エンジン制御装置１は、バイパスバルブを開閉することで、吸気される空気の温度差による空気密度を調整する。これにより、充電量の微調整を容易に行うことができるため、発電効率をより高めることができる。さらに、バイバスバルブの中点を基準とすることで、吸気量の増減を容易に調整可能となる。
【００４３】
つまり、エンジン制御装置１は、エンジン回転数を目的の回転数に調整するための制御として、エンジン２を用いた充電要求量を制御する制御（第１制御）と、エンジン２の吸気量を調整可能な調整部（バイパスバルブ）を制御する制御（第２制御）とを行うことが可能であり、エンジン回転数の変動が大きい状態にある場合には、第２制御を行わずに、第１制御を行う。
【００４４】
そして、時刻ｔ９において、電池モニタ６は、バッテリ残量が発電終了閾値ＴＨ２以上となった場合、「停止」の発電指示を発電装置３およびエンジン制御装置１へ出力する。
【００４５】
これにより、時刻ｔ９において、発電装置３は、インバータ３２の動作状態を停止する。また、時刻ｔ９において、エンジン制御装置１は、エンジン２を停止し、回転数を徐々に低下させる。
【００４６】
なお、図３では、エンジン制御装置１は、回転数が制御領域に収束した後に、バイパスバルブを制御する場合について示したが、回転数が制御領域に収束する前（時刻ｔ８以前）に、バイパスバルブを制御してもよい。
【００４７】
次に、図４を用いて、実施形態に係るエンジン制御装置１が実行する処理の処理手順について説明する。図４は、実施形態に係るエンジン制御装置１が実行する処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００４８】
図４に示すように、まず、エンジン制御装置１は、電池モニタ６で計測されたバッテリ残量が発電開始閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。
【００４９】
つづいて、エンジン制御装置１は、バッテリ残量が発電開始閾値以下である場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、モータジェネレータ（ＭＧ）３１によりエンジン２を駆動する（Ｓ１０２）。なお、エンジン制御装置１は、バッテリ残量が発電開始閾値を超えている場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０１を繰り返し実行する。
【００５０】
つづいて、エンジン制御装置１は、電力駆動によりエンジン２の回転数が制御領域に対応する所定の回転数まで上昇したか否かを判定する（Ｓ１０３）。エンジン制御装置１は、電力駆動によりエンジン２の回転数が制御領域に対応する所定の回転数まで上昇していない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０２を実行する。
【００５１】
エンジン制御装置１は、電力駆動によりエンジン２の回転数が制御領域に対応する所定の回転数まで上昇した場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、エンジン２の燃料噴射・点火処理を実行する（Ｓ１０４）。
【００５２】
つづいて、エンジン制御装置１は、エンジン２の点火後、発電装置３に対して充電量要求の出力を開始する（Ｓ１０５）。
【００５３】
つづいて、エンジン制御装置１は、エンジン回転数が目標回転数付近で安定したか否かを判定する（Ｓ１０６）。エンジン制御装置１は、エンジン回転数が目標回転数付近で安定した場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、バイパスバルブ開度でエンジン回転数を制御（第２制御）する（Ｓ１０７）。一方、エンジン制御装置１は、エンジン回転数が目標回転数付近で安定していない場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）、充電量要求でエンジン回転数を制御する（Ｓ１０８）。つづいて、エンジン制御装置１は、バッテリ残量が発電終了閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ１０９）。エンジン制御装置１は、バッテリ残量が発電終了閾値以上である場合（Ｓ１０９：Ｙｅｓ）、燃料噴射・点火処理を停止する（Ｓ１１０）。つづいて、エンジン制御装置１は、充電量要求の出力を停止し（Ｓ１１１）、処理を終了する。
【００５４】
一方、エンジン制御装置１は、バッテリ残量が発電終了閾値未満である場合（Ｓ１０９：Ｎｏ）、ステップＳ１０６を実行する。
【００５５】
上述してきたように、実施形態に係るエンジン制御装置１は、制御部１ａを備える。制御部１ａは、車両の動力源であるモータ５２に供給する電力を発電するためのエンジン２を制御する。エンジン２は、吸気経路にアクセルペダルの操作状態に応じて開度が変化するスロットルバルブが設けられておらず、かつ、吸気経路の径が、エンジン２の熱効率が所定値以上である第１運転領域となる空気量を通過させる径に設定されている。また、制御部１ａは、エンジン回転数が第１運転領域に対応する値付近になった場合に、エンジン２の燃料噴射制御と点火制御の少なくとも一方を開始する。これにより、高い発電効率を実現しつつ、システムの低コスト化を図ることができる。
【００５６】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１    エンジン制御装置
１ａ  制御部
２    エンジン
３    発電装置
４    バッテリ
５    駆動装置
６    電池モニタ
３１    モータジェネレータ
３２，５１    インバータ
５２    モータ
Ｓ    制御システム
【図１】
2020165400.tif 000003
【図２】
2020165400.tif 000004
【図３】
2020165400.tif 000005
【図４】
2020165400.tif 000006