(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と発電機と電動機とバッテリーを備え、前記内燃機関の減速又は制動時に前記発電機で発電して前記バッテリーに充電し、前記内燃機関の加速時に前記バッテリーの電力により前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助する内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、
前記発電機を、前記内燃機関の出力で常時駆動されて発電する第１発電機と、前記内燃機関の出力で前記内燃機関の減速又は制動時に駆動されて発電し、且つ、前記第１発電機よりも発電容量を大きく設定された第２発電機とで構成し、
前記バッテリーを、前記第１発電機で発電した電力を充電する第１バッテリーと、前記第２発電機で発電した電力を充電する第２バッテリーとで構成し、
前記電動機を、前記第２バッテリーから供給される電力により駆動され、前記内燃機関の出力を補助するように構成すると共に、
前記第１発電機と前記第２発電機と前記電動機を制御する制御装置を備え、
該制御装置が、前記電動機を、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行う制御をするように構成されたことを特徴とする内燃機関のエネルギー回生システム。
【請求項２】
前記制御装置が、前記第１発電機を前記内燃機関の出力で常時発電して前記第１バッテリーに電力を充電すると共に、前記第２発電機を燃料指示量と燃料実噴射量の両方がゼロである前記内燃機関の減速又は制動時に、前記内燃機関の出力で駆動して発電して前記第２バッテリーを充電し、前記電動機を前記内燃機関の加速時に前記第２バッテリーからの電力で駆動して前記内燃機関の出力を補助するように制御するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエネルギー回生システム。
【請求項３】
内燃機関と電動機を備え、前記内燃機関の加速時に前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助する内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、
前記電動機を制御する制御装置が、
前記電動機を、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行う制御をするように構成されたことを特徴とする内燃機関のエネルギー回生システム。
【請求項４】
前記内燃機関の減速又は制動時に発電機で発電してバッテリーに充電し、前記内燃機関の加速時に前記バッテリーの電力により前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助し、
前記発電機を、前記内燃機関の出力で常時駆動されて発電する第１発電機と、前記内燃機関の出力で前記内燃機関の減速又は制動時に駆動されて発電し、且つ、前記第１発電機よりも発電容量を大きく設定された第２発電機とで構成し、
前記バッテリーを、前記第１発電機で発電した電力を充電する第１バッテリーと、前記第２発電機で発電した電力を充電する第２バッテリーとで構成し、
前記電動機を、前記第２バッテリーから供給される電力により駆動され、前記内燃機関の出力を補助するように構成すると共に、
前記制御装置が前記第１発電機と前記第２発電機を制御するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のエネルギー回生システム。
【請求項５】
内燃機関と第１発電機と第２発電機と電動機と第１バッテリーと第２バッテリーを備えた内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法において、
前記第１発電機を前記内燃機関の出力で常時発電して前記第１バッテリーに電力を充電すると共に、
前記第２発電機を燃料指示量と燃料実噴射量の両方がゼロである前記内燃機関の減速又は制動時に、前記内燃機関の出力で駆動して発電して前記第２バッテリーを充電し、
前記電動機を前記内燃機関の加速時に前記第２バッテリーからの電力で駆動して前記内燃機関の出力を補助し、
前記電動機が、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行うことを特徴とする内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法。
【請求項６】
内燃機関と電動機を備え、前記内燃機関の加速時に前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助する内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法において、
前記電動機が、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行うことを特徴とする内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のエネルギー回生システム及びその制御方法に関し、より詳細には、自動車エンジンや産業用エンジン等の内燃機関本体に有している燃料噴射量を制御する制御システムを有効に利用することにより、より確実に、且つ、より効率良く、内燃機関の減速又は制動時のエネルギーを回生することができる内燃機関のエネルギー回生システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の内燃機関の排ガス規制は年々厳しくなっており、これに加えて近年は世界的な地球温度化対応として厳しい燃費規制も導入されている。最新の内燃機関に関する技術では、これらに対応するため、自動車等では、内燃機関と電動機とバッテリーを搭載して、内燃機関と電動機の両方で出力を行うハイブリット化が急速に進んでいる。
【０００３】
このハイブリッド化した車両システムにおいては、車両制動時のエネルギーを回収して、逆に車両発進や車両加速時にそのエネルギーを戻す「エネルギー回生システム」を持つことで、燃費改善を高めている。
【０００４】
このハイブリッド車両に見られる「エネルギー回生システム」は、車両運転状況を各センサー等で把握し、車両の減速又は制動時に、車両上や内燃機関を配置する場所に取り付けた発電機で発電を行っているものが主流となっている。そのため、車両搭載の内燃機関ではない、建設機械用の内燃機関や発電機を駆動する内燃機関等には適用できないという問題がある。
【０００５】
また、ハイブリッド化されていなくても、車両搭載の内燃機関の減速又は制動時にエネルギー回生が行われている。このエネルギー回生システムは、内燃機関の運転を制御する制御装置により内燃機関の減速又は制動時等に積極的に発電機を作動させて発電し、この発電した電気を利用することで、内燃機関の燃費を極力少なくし、内燃機関の性能を高めている。
【０００６】
このエネルギー回生システムの例として、車両の減速制御時に制動力を増大させると共に、エンジンの駆動エネルギーを有効に活用するために、車両の走行速度がエンジンブレーキ作動状態のときは、エンジンの制御装置（ＣＰＵ）が、第一バッテリーから第二バッテリーへ電力が供給されるようにＤＣ／ＤＣコンバーターを制御し、これにより、第一バッテリーの充電状態の割合が低下するので、制御装置が、レギュレーター（調整器）に対し発電指令信号を出力し、レギュレーターが第一発電機（ＡＣＧ）に発電を行わせるエネルギー回生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
しかし、このエネルギー回生においても、次のような問題がある。内燃機関が減速又は制動時であるか、加速時であるかの判定方法は、アクセルスロットル開度などから判定する場合が多い。この場合、アクセルペダルを離しても、エンジンブレーキ状態では、燃料がまだ噴射されていて、厳密には燃料噴射量が完全にゼロでない場合があり、このような場合に高出力の発電機等からエネルギーを回収すると、エンジン出力を維持するために燃料噴射量が増加されるので、逆にエンジンの燃費が悪化することになる。
【０００８】
つまり、アクセルペダル開度と内燃機関が実際に燃料を噴射している燃料量とが必ず一対一に対応しているとは限らない。内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）から出される燃料噴射指示は、内燃機関の様々な入力データやプログラムで制御されており、車両減速時に、アクセルペダルを放した時間と実際に燃料噴射ノズル（インジェクタ）で噴射される燃料がゼロになるまで遅れるケースもある。
【０００９】
また、逆に減速時からアイドル状態に突入するときに多目に燃料を噴射するケースもある。例えば、アクセルペダルの開度０（％）で、実燃料噴射量が０（ｍｍ3／ｓｔ）で、車両が減速状態で、エンジントルクがマイナス状態（つまり、エンジンブレーキ状態）で、エンジン回転数が高速から減速しアイドル状態に向かっている場合で、この後アイドルに突入する際には、アクセルペダルは開度０（％）であるが当然アイドルに必要な燃料を噴射する。しかし、この減速の勾配によっては、エンジン回転数の落ち込みが大きく、通常アイドル運転に必要な燃料よりも多くの量を噴射させてエンジンを安定させている。
【００１０】
また、加速判定もアクセルペダル開度だけによる判定では、内燃機関の運転状態を的確に示すことができないので、内燃機関の運転状態に対し、エネルギー回生システムで内燃機関の出力を補助するか否か判定や、出力補助時における出力を的確に制御することが難しく、高い効果を得られないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−２７４８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の燃料噴射量を制御する制御システムを利用して、効率良くエネルギー回生を行うことができる内燃機関のエネルギー回生システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のエネルギー回生システムは、内燃機関と発電機と電動機とバッテリーを備え、前記内燃機関の減速又は制動時に前記発電機で発電して前記バッテリーに充電し、前記内燃機関の加速時に前記バッテリーの電力により前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助する内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、前記発電機を、前記内燃機関の出力で常時駆動されて発電する第１発電機と、前記内燃機関の出力で前記内燃機関の減速又は制動時に駆動されて発電し、且つ、前記第１発電機よりも発電容量を大きく設定された第２発電機とで構成し、前記バッテリーを、前記第１発電機で発電した電力を充電する第１バッテリーと、前記第２発電機で発電した電力を充電する第２バッテリーとで構成し、前記電動機を、前記第２バッテリーから供給される電力により駆動され、前記内燃機関の出力を補助するように構成すると共に、前記第１発電機と前記第２発電機と前記電動機を制御する制御装置を備え、該制御装置が、前記電動機を、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行う制御をするように構成される。
【００１４】
この構成によれば、第１発電機とは別の内燃機関の減速又は制動時に対して発電効率が良く、高出力の第２発電機で発電できるので、発電による電力発生量を大きくすることができ、回生エネルギーの量を大きくすることができる。また、発電機と電動機を別にすることにより、電動機の仕様を内燃機関の出力の補助に対して最適な仕様にすることができるので、回生エネルギーを用いた内燃機関の出力補助を効率良くできるようになる。
【００１５】
一方、第１発電機を高出力化して、この発電機のみで出力補助を行うシステムの場合には、減速又は制動時以外で発電する際に、内燃機関に対して大きな負荷が発生するので、逆に内燃機関の燃費を悪化させる可能性がある。しかしながら、本発明の上記の構成では、高出力で、且つ、エネルギー回生専用の第２発電機を設けているので、これを回避でき、効率良くエネルギー回生を行うことができる。
【００１６】
また、上記の内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、第２発電機を、断接器（クラッチ）を介して、内燃機関の出力軸から取り出した内燃機関出力の一部で駆動されるように構成すると、高出力の発電機はフリクションが大きいので、通常の運転時ではこのフリクションにより燃費が悪化するが、これを、非発電時に電力的にあるいは機械的に断つ（クラッチオフする）ことで防止できる。
【００１７】
また、上記の内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、第２発電機と電動機を電動発電機に一体化して構成すると、どちらも基本的な構造は同じであり、本システムでは同時に作動させることが無いので、一体化するとコストダウンを図ることができる。この場合は、発電機と電動機として、それぞれの最適化は難しくなる。
【００１８】
また、上記の内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、前記制御装置が、前記第１発電機を前記内燃機関の出力で常時発電して前記第１バッテリに電力を充電すると共に、前記第２発電機を燃料指示量と燃料実噴射量の両方がゼロである前記内燃機関の減速又は制動時に、前記内燃機関の出力で駆動して発電して前記第２バッテリを充電し、前記電動機を前記内燃機関の加速時に前記第２バッテリからの電力で駆動して前記内燃機関の出力を補助するように制御するように構成される。
【００１９】
この構成によれば、内燃機関への燃料噴射が噴射されている場合も減速時として検出してしまうアクセルペダル開度を用いた減速検出方法に比べて、燃料実噴射量がゼロであることを確認するので、第２発電機の作動時には発電のために燃料が消費されることがなく、内燃機関の燃費の悪化を回避でき、効率良く発電できる。
【００２０】
つまり、アクセルペダル開度０（％）と実燃料噴射量０（ｍｍ3／ｓｔ）とは、減速又は制動時のタイムラグや、エンジン減速のアイドルへの突入時の燃料量等では、必ずしも一致しない。本内燃機関のエネルギー回生システムでは、これらを改善するために、実燃料噴射量０（ｍｍ3／ｓｔ）であることを制御装置（ＥＣＵ）で確実に把握しており、その状態で大型の発動機を作動させても、燃料を一滴も余分に使用することがないので、有効な発電量を得ることが可能となる。
【００２１】
あるいは、内燃機関と電動機を備え、前記内燃機関の加速時に前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助する内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、前記電動機を制御する制御装置が、前記電動機を、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行う制御をするように構成される。
また、この内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、前記内燃機関の減速又は制動時に発電機で発電してバッテリーに充電し、前記内燃機関の加速時に前記バッテリーの電力により前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助し、前記発電機を、前記内燃機関の出力で常時駆動されて発電する第１発電機と、前記内燃機関の出力で前記内燃機関の減速又は制動時に駆動されて発電し、且つ、前記第１発電機よりも発電容量を大きく設定された第２発電機とで構成し、前記バッテリーを、前記第１発電機で発電した電力を充電する第１バッテリーと、前記第２発電機で発電した電力を充電する第２バッテリーとで構成し、前記電動機を、前記第２バッテリーから供給される電力により駆動され、前記内燃機関の出力を補助するように構成すると共に、前記制御装置が前記第１発電機と前記第２発電機を制御するように構成される。
【００２２】
この電動機運転領域を設定する構成によれば、電動機の仕様をこの電動機運転領域に対して最適化することができ、効率の良い状態で電動機を運転することが可能になる。また、電動機運転領域から内燃機関の高速回転領域を外すことにより、電動機の容量（モータサイズ）を不必要に大型化する必要がなくなる。
【００２３】
また、この電動機運転領域として、内燃機関の過渡性能試験において、排ガス性能や燃費性能上で、最も出力（トルク）が不足する領域を選定することで、内燃機関の燃費性能を向上できる。更に、内燃機関の加速時の燃料消費量が多い運転状態を選択して出力補助をおこなうので、効率の良い内燃機関のエネルギー回生システムになる。
【００２４】
また、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合を条件に加えているので、内燃機関の加速時の燃料消費量が著しく多い運転状態で出力補助を行うようになり、非常に効率の良い内燃機関のエネルギー回生システムになる。
【００２５】
また、上記の内燃機関のエネルギー回生システムにおいて、前記制御装置が、前記電動機による内燃機関の出力補助は、前記第２バッテリーが電力供給可能な状態にあるときに行うように、つまり、第２バッテリーの充電状態が悪化した場合には電動機の運転を行わないように構成する。
【００２６】
そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法は、内燃機関と第１発電機と第２発電機と電動機と第１バッテリーと第２バッテリーを備えた内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法において、前記第１発電機を前記内燃機関の出力で常時発電して前記第１バッテリーに電力を充電すると共に、前記第２発電機を燃料指示量と燃料実噴射量の両方がゼロである前記内燃機関の減速又は制動時に、前記内燃機関の出力で駆動して発電して前記第２バッテリーを充電し、前記電動機を前記内燃機関の加速時に前記第２バッテリーからの電力で駆動して前記内燃機関の出力を補助し、前記電動機が、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行うことを特徴とする。
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法は、内燃機関と電動機を備え、前記内燃機関の加速時に前記電動機を駆動して前記内燃機関の出力を補助する内燃機関のエネルギー回生システムの制御方法において、前記電動機が、前記内燃機関の加速時で、且つ、前記内燃機関の運転状態が予め設定された電動機運転領域にある場合で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えた場合に前記内燃機関の出力の補助を行うことを特徴する。
【００２７】
この方法によれば、第１発電機とは別の内燃機関の減速又は制動時に対して、最適化された高出力の第２発電機で効率良く発電するので、回生エネルギーの量を大きくすることができる。発電機とは別の、内燃機関の出力の補助に対して最適な仕様にすることができる電動機を用いるので回生エネルギーを用いた内燃機関の出力補助を効率良くできるようになる。
【００２８】
更に、内燃機関への燃料噴射が噴射されている場合も減速時として検出してしまうアクセルペダル開度を用いた減速検出方法に比べて、燃料実噴射量がゼロであることを確認するので、第２発電機の作動時には発電のために燃料が消費されることがなく、内燃機関の燃費の悪化を回避でき、効率良く発電できる。
【００２９】
また、これらの方法によれば、電動機の仕様をこの電動機運転領域に対して最適化することができ、効率の良い状態で電動機を運転することが可能になる。
【００３０】
また、電動機運転領域から内燃機関の高速回転領域を外すことにより、電動機の容量（モータサイズ）を不必要に大型化する必要がなくなる。更に、この電動機運転領域として、内燃機関の過渡性能試験において、排ガス性能や燃費性能上で、最も出力（トルク）が不足する領域を選定することで、内燃機関の燃費性能を向上できる。
【００３１】
従って、内燃機関の加速時の燃料消費量が多い運転状態を選択して出力補助を行うことができるようになるので、効率の良い内燃機関のエネルギー回生システムになる。
【００３２】
また、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合を条件に加えているので、内燃機関の加速時の燃料消費量が著しく多い運転状態で出力補助を行うようになり、非常に効率の良い内燃機関のエネルギー回生システムになる。
【００３３】
本発明の内燃機関のエネルギー回生システムにおける特徴は、ハイブリッド化されたエンジンでは、車両の運転状況で制御を行うのに対して、車両走行状態に関わらず、内燃機関であるエンジン単体で制御を行うことにある。
【００３４】
また、通常のエンジンに取り付けてある第１発電機以外に別の高出力の第２発電機を取り付け、エンジン制御システムから正確な燃料噴射状況（燃料噴射指示量がゼロであり、更にフィードバック値の燃料実噴射量もゼロであること）を把握して、第２発電機を作動させることで、作動時の燃費の悪化を全く発生することなく、効率良く発電を可能としている。
【００３５】
また、従来のエンジン減速時検出方法であるアクセルペダル開度等を用いた検出方法では、厳密にはまだエンジンへ燃料が噴射されている状態が発生するので、その際に本システムで提案しているような高出力の第２発電機を作動させると、逆に燃費の悪化を招くことになる。
【００３６】
一方、第２発電機によって回収したエネルギーをエンジン出力である出力軸に戻す電動機の制御に関しても、事前のエンジン性能試験により基本的な電動機作動領域を選定し、更にエンジンの制御装置で正確な燃料噴射状況を把握し、制御装置からの作動指令信号を受けた電動機が作動することで、エンジンの加速時で、燃費消費量が非常に多い状態に対して正確に内燃機関のエネルギー回生システムを作動させることが可能となり、非常に効率よい内燃機関のエネルギー回生システムを実現できる。これらの作動原理に基づき、上記の構成の内燃機関のエネルギー回生システムとその制御方法を用いることにより、内燃機関全般の燃費を数％向上できる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る内燃機関のエネルギー回生システム及びその制御方法によれば、内燃機関の燃料噴射量を制御する制御システムを利用して、効率良くエネルギー回生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関のエネルギー回生システムの構成を示した図である。
【図２】第２発電機の作動の制御フローの一例を示した図である。
【図３】第２発電機作動マップの一例を示した図である。
【図４】電動機の作動の制御フローの一例を示した図である。
【図５】電動機作動マップの一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のエネルギー回生システム及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。ここでは、内燃機関が車両搭載のエンジンである場合について説明しているが、本発明は、車両搭載のエンジンのみならず、その他の産業用のエンジンや発電用のエンジン等の内燃機関全般において適用できる。
【００４０】
図１に、本発明の実施の形態の内燃機関のエネルギー回生システム１の構成を示す。この内燃機関のエネルギー回生システム１は、エンジン（内燃機関）１０と第１発電機（第１ＡＣＧ）１１と、この第１発電機１１の電力で充電される第１バッテリー１２と、第２発電機（第２ＡＣＧ）１３と、この第２発電機１３とコンバーター１４を介して接続され、第２発電機１３の電力で充電される第２バッテリー１５と、この第２バッテリー１５とインバーター１６を介して接続され、第２バッテリー１５の電力で駆動される電動機（モーター）１７とを備えて構成される。
【００４１】
このコンバーター１４は、第２発電機１３で発電された交流電流を直流電流に変換し、第２バッテリー１５に電力を供給するための装置であり、インバーター１６は、第２バッテリー１５から供給された直流電流を交流電流に変換して、エンジン１０へ電力を供給するための装置である。なお、図１では説明のために分離して示したが、このインバーター１６とコンバーター１４は、第１発電機１１と第２発電機１３のレギュレーター（調整装置）の一部として内蔵されていることが多い。
【００４２】
なお、図１の構成では、第１発電機１１は、エンジン１０の出力軸からベルト１１ａによって伝達されるトルクで作動し、第２発電機１３は、エンジン１０の出力軸からベルト１３ａによって伝達されるトルクで作動する。また、電動機１７は、ギヤー１７ａを介してエンジン１０の出力軸にトルクを伝達してエンジン１０の出力を補助（アシスト）する。なお、電動機１７が高出力仕様であるためにギヤー１７ａを用いているが、最近よく使用されているコグドベルト（歯付きベルト）を使用することもできる。
【００４３】
更に、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサー２１と、燃料実噴射量を検出する燃料流量センサー２２と、第２バッテリー１５の充電状態を把握するための充電センサー（バッテリーセンサー）２３とが配置され、これらのセンサー２１、２２、２３の検出値と、エンジン１０の運転状態を示すエンジン負荷や燃料指示量や燃料実噴射量等の値を入力して、第１発電機１１、第１バッテリー１２、第２発電機１３、第２バッテリー１５、及び、電動機１７等を制御する制御装置が、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置２０に組み込まれる。
【００４４】
エンジン１０では、エンジン回転数センサー２１や燃料流量センサー２２によって計測されたデータをもとに、横軸をエンジン回転数（ｒｐｍ）に、縦軸を燃料噴射量（ｍｍ3／ｓｔ）にした基本エンジンマップを所有して、更に、エンジン１０に配置された様々なセンサーの検出値を、この基本エンジンマップ上で把握して、エンジン１０に備えられた各アクチュエーター（図しない）を作動させることで、最適なエンジン運転状態になるようにエンジン１０を制御している。
【００４５】
この構成では、発電機を、エンジン１０の運転中は常時、エンジン１０の出力で駆動されて発電している第１発電機１１と、エンジン１０の減速又は制動時にエンジン１０の出力で駆動されて発電し、且つ、第１発電機１１よりも発電容量を大きく設定されて高出力化された第２発電機１３とで構成する。また、バッテリーを、第１発電機１１で発電した電力を充電する第１バッテリー１２と、第２発電機１３で発電した電力を充電する第２バッテリー１５とで構成する。
【００４６】
この内燃機関のエネルギー回生システム１では、第１発電機１１とは別に、エネルギー回生専用の第２発電機１３と、この第２発電機１３で発電される電力を充電する第２バッテリー１５を設け、常時発電に使用されている第１発電機１１に対して、第２発電機１３の高出力化を行っているので、第２発電機１３の作動時には効率良く大量の発電電力を得ることができる。また、この構成により、常時発電している第１発電機１１の出力を高出力化した場合における、第１発電機１１のフリクションの増加によるエンジン負荷の増加と燃費の悪化を回避できる。
【００４７】
第２発電機１３を高出力化したためのフリクションが大きくなった場合には、第２発電機１３を電磁クラッチ等の電磁的又は機械的にＯＮ−ＯＦＦできるクラッチ付きの発電機で形成する。つまり、第２発電機１３を、断接器（クラッチ）を介して、エンジン１０の出力軸に接続し、クラッチオンの場合のみ、第２発電機１３はエンジン１０の出力の一部で駆動されるように構成する。更に、第２発電機１３をエンジン１０の出力軸に対して、エネルギー回生時以外では、クラッチオフ（接続を断絶）とし、エネルギー回生時のみクラッチオン（接続）するように構成する。これにより、高出力化しフリクションも増加した第２発電機１３を接続した場合のエンジン１０の出力軸におけるフリクション増加によるエンジン１０の負荷の増加と燃費の悪化を回避する。
【００４８】
また、第１及び第２発電機１１、１３と電動機１７を別体にして構成することにより、電動機１７をエンジン１０の出力の補助に対して最適な仕様となる高性能の電動機で形成することができるので、回生エネルギーを用いたエンジン１０に対する出力補助を効率良く行うことができるようになる。
【００４９】
なお、第２発電機１３と電動機１７は、図１の構成では、別体としているが、どちらも基本的な構造は同じであり、しかも、本システム１では、同時に作動させることが無いので、第２発電機１３と電動機１７を電動発電機に一体化して１台で構成することもできる。これにより、コストダウンを図ることができる。しかし、この場合は、発電機１３と電動機１７のそれぞれの最適化は難しくなる。
【００５０】
次に、上記の構成の内燃機関のエネルギー回生システム１における第２発電機１３と電動機１７の制御について説明する。
【００５１】
最初に、第２発電機１３の作動の制御について説明する。第２発電機１３は、図２に一例を示すような第２発電機の作動の制御フローに従って制御される。この図２の制御フローは、エンジン１０の運転開始と共に上級の制御フローから繰り返し呼ばれて実施され、エンジン１０の運転終了と共に上級の制御フローの終了に伴って終了するものとして示してある。
【００５２】
図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１でエンジン回転数センサー２１からエンジン回転数を入力し、次のステップＳ１２で制御装置２０からエンジン負荷を入力する。このエンジン回転数とエンジン負荷はエンジン１０の運転状態を示す。ステップＳ１３で、この入力したエンジン回転数とエンジン負荷から、燃料指示量を算出する。また、ステップＳ１４で、燃料流量センサー２２で検出した燃料実噴射量を入力する。
【００５３】
次のステップＳ１５で、エンジン１０の減速又は制動時で、かつ、燃料指示量と燃料実噴射量が共にゼロであるか否かを判定する。この判定では、図３の第２発電機作動マップを参照する。
【００５４】
この図３の第２発電機作動マップは、横軸にエンジン回転数（ｒｐｍ）を、縦軸に燃料指示量（ｍｍ3／ｓｔ）を採用し、図中の「１（イチ）」が第２発電機１３の作動（ＯＮ）を、図中の「０（ゼロ）」が第２発電機１３の停止（ＯＦＦ）を意味する。この図中の「１」が入力された領域が第２発電機１３を作動する領域であり、この図３の第２発電機作動マップでは、エンジン回転数が７００ｒｐｍより低い部分では燃料指示量がゼロであっても、第２発電機の作動に関してはゼロを入力し、この部分を第２発電機１３の作動領域から外してある。
【００５５】
この図３の第２発電機作動マップを使用することで、エンジン過渡時において燃料を噴射しない状態、つまり、この図３の第２発電機作動マップで、燃料指示量（縦軸）がゼロの時を正確に検出して、この場合にだけ第２発電機１３を作動させるが、そのままの状態で、例えば、アイドル回転領域等の、エンジン回転数が７００ｒｐｍよりも小さいエンジンの極低速回転領域に突入しないようにして、この領域では第２発電機１３の作動を停止することでエンジンストールの発生を回避している。
【００５６】
ステップＳ１５の判定で、減速又は制動時でかつ、燃料指示量と燃料実噴射量が共にゼロであれば、エンジン１０の運転状態が第２発電機１３の作動領域内にあるとして、ステップＳ１６に行き、第２発動機１３を作動又は作動状態を維持して、即ち、制御装置２０は作動指令信号を発信して、リターンする。また、エンジン１０が減速及び制動時でないか、あるいは、燃焼指示量と燃料実噴射量が共にゼロでなければ、ステップＳ１７に行き、第２発動機１３を停止又は停止状態を維持して、即ち、制御装置２０は作動指令信号を停止して、上級の制御フローにリターンする。リターンした後は、制御の時間間隔（インターバル）に関する予め設定した時間が経過した後、この図２の制御フローは再度上級の制御フローから呼ばれてスタートする。
【００５７】
この図２の制御フローのスタートからリターンの間の繰り返しにより、第２発電機１３は、エンジン１０の減速又は制動時で、且つ、確実に燃料を噴射していない状態であることを把握した場合のみ作動することになる。
【００５８】
言い換えれば、エンジン１０へ燃料が確実に噴射されていない状態を正確に検出するため、エンジン回転数センサー２１と燃料流量センサー２２と、エンジン負荷と、予め作成され、記憶された第２発電機作動マップから、エンジン１０が回転していて、かつ、燃料が全く噴射されていない領域であるか否かを判定し、この領域のみで第２発電機１３を作動するようにしている。これにより、一滴の燃料も消費せずに高い電力であるエネルギーの回収が可能となる。
【００５９】
次に電動機１７の制御について説明する。電動機１７は、図４に一例を示すような電動機の作動の制御フローに従って作動される。この図４の制御フローは、エンジン１０の運転開始と共に上級の制御フローから繰り返し呼ばれては実施され、エンジン１０の運転終了と共に上級の制御フローの終了に伴って終了するものとして示してある。
【００６０】
図４の制御フローがスタートすると、ステップＳ２１でエンジン回転数センサー２１からエンジン回転数を入力し、次のステップＳ２２で制御装置２０からエンジン負荷を入力する。このエンジン回転数とエンジン負荷はエンジン１０の運転状態を示す。ステップＳ２３で、この入力したエンジン回転数とエンジン負荷から、燃料指示量を算出する。また、ステップＳ２４で、燃料流量センサー２２で検出した燃料実噴射量を入力する。
【００６１】
次のステップＳ２５で、エンジン１０の運転状態が加速領域内にあるか否か、即ち、エンジン１０の加速時であるか否かを判定する。この判定では、図５の電動機作動マップを参照して判定する。
【００６２】
この図５の電動機作動マップは、横軸にエンジン回転数（ｒｐｍ）を、縦軸にエンジン出力（Ｎｍ）を採用し、図中の「加速領域Ａ」が電動機１７の基本作動領域を示し、その他の部分は電動機１７の停止領域を示す。つまり、加速領域Ａが電動機１７を作動する基本作動領域である。この基本作動領域Ａは、エンジン過渡時の性能試験において、エンジン１０の排ガス性能や燃費性能に関連して、一番トルクが不足している領域、即ち、電動機１７によりエンジン１０を出力補助することにより、エンジン１０の燃費性能を向上することができる領域を選択して設定される。
【００６３】
この電動機１７の基本作動領域Ａを設定することにより、電動機１７の作動範囲を狭めることができるので、不必要に電動機１７のサイズを大型化することなく、この基本作動領域Ａのみに対して電動機１７の仕様を最適化することができるので、これにより、効率良く出力補助を行うことができるようになる。特に、図５の基本作動領域Ａの設定で、高速回転領域を外すことにより、この効果を大きくすることができる。
【００６４】
ステップＳ２５の判定で、エンジン１０の運転状態が基本作動領域Ａにあれば、エンジン１０の運転状態が電動機１７の作動領域内にあるとして、ステップＳ２６に行き、また、ステップＳ２５の判定で、エンジン１０の運転状態が基本作動領域Ａに無ければ、ステップＳ２９に行き、電動機１７を停止又は停止状態を維持して上級の制御フローにリターンする。
【００６５】
ステップＳ２６では、電動機１７による加速が要求される状態であるか否かを判定する。この判定は、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えたか否かの判定で行い、超えた場合に電動機１７による加速要求状態にあると判定する。
【００６６】
ステップＳ２６の判定で、電動機１７による加速要求状態にあると判定された場合には、ステップＳ２７に行き、電動機１７による加速要求状態にないと判定された場合には、ステップＳ２９に行き、電動機１７を停止又は停止状態を維持して上級の制御フローにリターンする。
【００６７】
この加速要求状態の判定では、エンジン１０の制御用に配置されている燃料流量センサー２２を使用して、制御装置２０において、経過時間（ｍｓｅｃ）に対する燃料実噴射量（ｍｍ3／ｓｔ）を検出し、現在噴射した燃料実噴射量（ｍｍ3／ｓｔ）に対し、次に噴射する燃料指示量（ｍｍ3／ｓｔ）を算出し、あるいは、前回噴射した燃料実噴射量（ｍｍ3／ｓｔ）に対し、今回噴射した燃料実噴射量（ｍｍ3／ｓｔ）を検出して、その増加割合から燃料噴射増加割合（％）を算出し、この燃料噴射増加割合が制御装置２０に基本エンジンマップ上で予め設定した判定値（閾値）を超えたか否かを判定する。
【００６８】
ステップＳ２７では、第２バッテリー１５が、電力供給可能状態にあるか否かを、充電センサー２３の検出値を参照して判定する。第２バッテリー１５が電力供給可能状態にあると判定された場合には、ステップＳ２８に行き、電動機１７を作動又は作動状態を維持して、即ち、制御装置２０は作動指令信号を発信して、リターンする。また、第２バッテリー１５が電力供給可能状態にないと判定された場合には、ステップＳ２９に行き、電動機１７を停止又は停止状態を維持して、即ち、制御装置２０は作動指令信号を停止して、上級の制御フローにリターンする。リターンした後は、制御の時間間隔（インターバル）に関する予め設定した時間が経過した後再度上級の制御フローから呼ばれてスタートする。
【００６９】
このステップＳ２７により、第２バッテリー１５の状態を充電センサー２３で把握し、バッテリー残量が少ないと判断した場合には、エンジン１０の運転状態が基本作動領域Ａ内であっても、また、燃料噴射増加割合が予め設定された判定値を超えていても、電動機１７を作動しない。
【００７０】
また、この図４の制御フローのスタートからリターンの間の繰り返しにより、電動機１７は、エンジン１０の加速時で、且つ、単位経過時間当たりの燃料噴射量の増加割合が予め設定された判定値を超えており、且つ、第２バッテリー１５が電力供給可能状態にある場合のみ作動することになる。
【００７１】
言い換えれば、エンジン１０へ出力補助が必要とされる状態を正確に検出するため、エンジン回転数センサー２１と燃料流量センサー２２と、エンジン負荷と、予め作成され、記憶された電動機作動マップから、エンジン１０が加速状態で、かつ、燃料噴射が増加されている領域であるか否かを判定し、さらに、電動機１７を作動できるか第２バッテリー１５の充電状態をチェックした上で、電動機１７を作動するようにしている。これにより、最も効率的にエンジン１０の出力を補助できる。
【００７２】
上記の構成の内燃機関のエネルギー回生システム１とその制御方法によれば、第１発電機１１とは別体で構成された高出力の第２発電機１３で、エンジン１０の減速又は制動時において効率良く発電できるので、発電による電力発生量を大きくすることができ、回生エネルギーの量を大きくすることができる。
【００７３】
また、第１発電機１１と電動機１７を別体にすることにより、電動機１７の仕様をエンジン１０の出力の補助に対して最適な仕様にすることができるので、回生エネルギーを用いたエンジン１０の出力補助を効率良くできるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の内燃機関のエネルギー回生システム及びその制御方法は、車両搭載のディーゼルエンジン等の内燃機関のみならず、発電用等の内燃機関を含む内燃機関において、内燃機関の燃料噴射量を制御する制御システムを利用して、効率良くエネルギー回生を行うことができるので、自動車に搭載する内燃機関や建設機械用や発電用の内燃機関等の広範囲の内燃機関において利用できる。
【符号の説明】
【００７５】
１  内燃機関のエネルギー回生システム
１０  エンジン（内燃機関）
１１  第１発電機
１２  第１バッテリー
１３  第２発電機
１５  第２バッテリー
１７  電動機
２０  制御装置（ＥＣＵ）
２１  エンジン回転数センサー
２２  燃料流量センサー
２３  充電センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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