(57)【要約】【課題】電動アシスト過給機を備える内燃機関において、アシスト制御におけるバッテリの消費や発電制御における発電量を、要求に応じて容易に調節する。【解決手段】電動アシスト過給機によるアシスト制御は、バッテリから供給される電力によってモータを駆動して圧縮機の回転をアシストする。発電制御は、圧縮機の回転によってモータが発電する電力によってバッテリを充電する。発電制御における発電量を減らす要求、アシスト制御におけるバッテリの消費を促進する要求、あるいは、圧縮機の回転速度を減少させる要求がある場合、圧縮機負荷を増加させる。発電制御における発電量を増やす要求、あるいは、アシスト制御におけるバッテリの消費を抑制する要求がある場合、圧縮機負荷を減少させる。【選択図】図１
2018178890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に連結された圧縮機及びモータを備える電動アシスト過給機と、
バッテリから供給される電力によって前記モータを駆動して前記圧縮機の回転をアシストするアシスト制御、及び、前記圧縮機の回転によって前記モータが発電する電力によって前記バッテリを充電する発電制御を行うモータ制御装置と、
前記圧縮機の回転にかかる負荷である圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置と
を備え、
前記発電制御における発電量を減らす要求、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を促進する要求、あるいは、前記圧縮機の回転速度を減少させる要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を増加させ、
前記発電制御における発電量を増やす要求、あるいは、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を抑制する要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を減少させる
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アシスト過給機を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動アシスト過給機は、モータを備えた過給機である。例えば、過給機の回転速度が低い状態において、バッテリから供給される電力によってモータを駆動し、過給機の回転をアシストするアシスト制御が行われる。また、例えば、過給機の回転速度が高い状態において、過給機の回転によってモータを発電機として駆動し、バッテリを充電する発電制御が行われる。
【０００３】
特許文献１は、電動アシスト過給機におけるモータの突然のアシスト停止あるいは発電停止を抑制するための技術を開示している。具体的には、所定の制御パラメータが制限値に到達しないように、モータ制御量が決定される。所定の制御パラメータとしては、モータ温度、インバータ温度、バッテリの充電状態などが挙げられる。
【０００４】
特許文献２は、燃焼ガスによりタービンを駆動するガスタービンの制御装置を開示している。燃焼ガスは、圧縮機によって圧縮された空気と燃料との混合気の燃焼によって生成される。その圧縮機の上流には、圧縮機に導かれる空気流量を制御するための入口案内翼（IGV: Inlet Guide Vane）が設けられている。入口案内翼の開度は、例えば、タービンに連結された発電機の回転速度に基づいて算出される。
【０００５】
特許文献３は、吸気通路に電動コンプレッサが設けられた内燃機関が開示されている。電動コンプレッサの出力は、電動コンプレッサに電力を供給するバッテリの充電量の増加率に応じて調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１５１９９号公報
【特許文献２】特開２０１４−０４７７２８号公報
【特許文献３】特開２０１６−０７９８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電動アシスト過給機を備える内燃機関は、上述の通り、モータを利用したアシスト制御及び発電制御を行う。アシスト制御においては、バッテリの消費を要求に応じて調節できることが望ましい。発電制御においては、発電量を要求に応じて調節できることが望ましい。
【０００８】
上記の特許文献１の場合、モータによるアシスト量あるいは発電量は、「モータ制御量」を調節することによって制御される。このとき、モータ制御量は、モータ温度等の制御パラメータが制限値に到達しないように決定される。つまり、モータ制御量の調節には様々な制約が存在する。このような制約は、制御を複雑にし、また、自由な制御を阻害する。
【０００９】
本発明の１つの目的は、電動アシスト過給機を備える内燃機関において、アシスト制御におけるバッテリの消費や発電制御における発電量を、要求に応じて容易に調節することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の１つの観点において、内燃機関は、
回転軸に連結された圧縮機及びモータを備える電動アシスト過給機と、
バッテリから供給される電力によって前記モータを駆動して前記圧縮機の回転をアシストするアシスト制御、及び、前記圧縮機の回転によって前記モータが発電する電力によって前記バッテリを充電する発電制御を行うモータ制御装置と、
前記圧縮機の回転にかかる負荷である圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置と
を備える。
前記発電制御における発電量を減らす要求、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を促進する要求、あるいは、前記圧縮機の回転速度を減少させる要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を増加させる。
前記発電制御における発電量を増やす要求、あるいは、前記アシスト制御における前記バッテリの消費を抑制する要求がある場合、前記圧縮機負荷制御装置は、前記圧縮機負荷を減少させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る内燃機関は、圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置を備えている。この圧縮機負荷は、発電制御における発電量やアシスト制御におけるバッテリの消費に寄与する。例えば、圧縮機負荷が減ると、発電制御における発電量が増加し、アシスト制御におけるバッテリの消費が抑制される。一方、圧縮機負荷が増加すると、発電制御における発電量が減少し、アシスト制御におけるバッテリの消費が促進される。圧縮機負荷制御装置を用いて圧縮機負荷を制御することによって、アシスト制御におけるバッテリの消費や発電制御における発電量を、要求に応じて適切に調節することが可能となる。
【００１２】
また、本発明によれば、上記の特許文献１の場合のような「モータ制御量」ではなく、「圧縮機負荷」の制御が行われる。圧縮機負荷の制御は、複雑なモータ制御から独立しており、モータ制御における様々な制約から影響を受けることがない。つまり、圧縮機負荷に基づく制御の自由度は高い。圧縮機負荷を増加あるいは減少させるだけで、容易に、アシスト制御におけるバッテリの消費や発電制御における発電量を調節することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内燃機関の圧縮機負荷調節機構の一例を説明するための概念図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関において圧縮機負荷を増加させる場合の圧縮機負荷調節機構を示す概念図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る内燃機関において圧縮機負荷を減少させる場合の圧縮機負荷調節機構を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
１．内燃機関の基本構成
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成を示す概略図である。内燃機関は、エンジン本体１、吸気通路２、排気通路３、電動アシスト過給機１０、インバータ５０、バッテリ６０、及び制御装置７０を備えている。
【００１６】
エンジン本体１は、燃焼が行われる燃焼室を有している。吸気通路２は、エンジン本体１の燃焼室に吸気ガスを供給するためのものであり、エンジン本体１の上流側に配置されている。一方、排気通路３は、エンジン本体１の燃焼室からの排気ガスを排出するためのものであり、エンジン本体１の下流側に配置されている。
【００１７】
電動アシスト過給機１０は、圧縮機２０とタービン３０を備えている。圧縮機２０は吸気通路２に設けられており、タービン３０は排気通路３に設けられている。また、圧縮機２０とタービン３０は、回転軸２５を介して互いに連結されている。エンジン本体１の燃焼室からの排気ガス流によってタービン３０が回転すると、圧縮機２０も回転し、それにより吸気ガスの圧縮が行われる。圧縮された吸気ガスは、インタークーラ４を介して、エンジン本体１の燃焼室に供給される。
【００１８】
電動アシスト過給機１０は、更に、モータ４０を備えている。このモータ４０も、回転軸２５に連結されている。従って、モータ４０に電力を供給してモータ４０を回転させることによって、圧縮機２０及びタービン３０の回転をアシストすることができる。逆に、モータ４０を発電機として利用することもできる。具体的には、圧縮機２０及びタービン３０の回転によってモータ４０を回転させることによって、発電が可能である。
【００１９】
電動アシスト過給機１０には、回転速度センサ１５が取り付けられている。この回転速度センサ１５は、電動アシスト過給機１０の回転速度Ｎｔを検出する。電動アシスト過給機１０の回転速度Ｎｔとは、回転軸２５、圧縮機２０、タービン３０、あるいはモータ４０の回転速度である。回転速度センサ１５は、検出した回転速度Ｎｔを示す検出情報を制御装置７０に送る。
【００２０】
電動アシスト過給機１０のモータ４０は、インバータ５０を介して、バッテリ６０に接続されている。インバータ５０は、モータ４０とバッテリ６０との間で電力をやり取りする際に電力変換を行う。後述されるように、このインバータ５０の動作は、制御装置７０によって制御される。
【００２１】
バッテリ６０は、電源及び蓄電池として機能する。つまり、バッテリ６０に蓄えられている電気エネルギーは、モータ４０を含む各種電気部品の動作に利用される。また、モータ４０が発電機として発電を行う場合には、発電により得られた電気エネルギーによってバッテリ６０が充電される。バッテリ６０には、ＳＯＣセンサ６５が取り付けられている。このＳＯＣセンサ６５は、バッテリ６０の充電状態（SOC: State of Charge）を検出し、検出情報を制御装置７０に送る。
【００２２】
制御装置７０は、内燃機関の運転を制御する。典型的には、制御装置７０は、プロセッサ、記憶装置、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。制御装置７０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。制御装置７０は、各種センサから検出情報を受け取り、受け取った検出情報に基づいて各種アクチュエータを制御して、内燃機関の運転を制御する。このような制御は、制御装置７０のプロセッサが記憶装置に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。
【００２３】
特に、本実施の形態に係る制御装置７０は、「モータ制御」と「圧縮機負荷制御」を行う。以下、本実施の形態に係るモータ制御と圧縮機負荷制御のそれぞれについて詳しく説明する。
【００２４】
２．モータ制御
２−１．アシスト制御
まず、モータ制御の一例として、「アシスト制御」について説明する。アシスト制御は、バッテリ６０から供給される電力によってモータ４０を駆動して、圧縮機２０（つまり、電動アシスト過給機１０）の回転をアシストする制御である。
【００２５】
より詳細には、制御装置７０は、バッテリ６０からモータ４０に電力が供給されるようにインバータ５０を制御する。このとき、インバータ５０は、バッテリ６０から放電される直流電力を交流電力に変換し、交流電力をモータ４０に供給する。モータ４０は、バッテリ６０から供給された電力によって回転し、アシストトルクを回転軸２５に付加する。このアシストトルクによって、圧縮機２０及びタービン３０の回転がアシストされる。
【００２６】
２−２．発電制御
次に、モータ制御の他の例として、「発電制御」について説明する。発電制御は、圧縮機２０（つまり、電動アシスト過給機１０）の回転によってモータ４０が発電する電力によってバッテリ６０を充電する制御である。
【００２７】
より詳細には、圧縮機２０の回転によって、モータ４０が発電機として機能し、発電を行う。制御装置７０は、モータ４０（発電機）によって発電された電力がバッテリ６０に供給されるように、インバータ５０を制御する。このとき、インバータ５０は、モータ４０から出力される交流電力を直流電力に変換し、直流電力をバッテリ６０に供給する。これにより、バッテリ６０が充電される。
【００２８】
２−３．モータ制御装置
図１に示されるように、インバータ５０、バッテリ６０、及び制御装置７０は、モータ制御を行う「モータ制御装置１００」を構成している。モータ制御装置１００は、電動アシスト過給機１０のモータ４０に関して、上述のアシスト制御及び発電制御を行う。
【００２９】
３．圧縮機負荷制御
３−１．概要
上述のアシスト制御及び発電制御に対しては、次の通り様々な要求が発生し得る。
【００３０】
一例として、バッテリ６０の充電量が少ない場合を考える。バッテリ６０の充電量が不足すると、バッテリ６０を電源として使用する電気部品の機能が低下あるいは停止するおそれがある。従って、発電制御において、モータ４０（発電機）による発電量を増やす要求が発生する可能性がある。あるいは、アシスト制御において、バッテリ６０からモータ４０に供給される電力量を減らす、すなわち、バッテリ６０の消費を抑制する要求が発生する可能性がある。
【００３１】
他の例として、バッテリ６０が満充電状態あるいは過充電状態にある場合を考える。バッテリ６０が過充電状態になると、バッテリ６０が劣化する。従って、発電制御において、モータ４０（発電機）による発電機を減らす要求が発生する可能性がある。あるいは、アシスト制御において、バッテリ６０からモータ４０に供給される電力量を増やす、すなわち、バッテリ６０の消費を促進する要求が発生する可能性がある。
【００３２】
更に他の例として、圧縮機２０が過回転状態にある場合を考える。この場合は、アシスト制御において圧縮機２０の回転速度Ｎｔを減らすことが望まれる。
【００３３】
このような様々な要求を満たすために、本実施の形態によれば、「圧縮機負荷」の制御が行われる。圧縮機負荷とは、圧縮機２０の回転にかかる負荷である。圧縮機負荷を適宜増加あるいは減少させることによって、上記の様々な要求を満たすことが可能となる。
【００３４】
一例として、発電制御におけるモータ４０（発電機）による発電量を増やす要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“減少”させればよい。圧縮機負荷が減少することによって、回転速度Ｎｔが増加しやすくなり、モータ４０による発電量及び発電効率が増加する。
【００３５】
他の例として、発電制御におけるモータ４０（発電機）による発電量を減らす要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“増加”させればよい。圧縮機負荷が増加することによって、回転速度Ｎｔが減少しやすくなり、モータ４０による発電量及び発電効率が減少する。
【００３６】
更に他の例として、アシスト制御においてバッテリ６０の消費を促進する要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“増加”させればよい。圧縮機負荷が増加することによって、圧縮機２０を回転させるために必要な電力量が増加し、バッテリ６０の消費が促進される。
【００３７】
更に他の例として、アシスト制御においてバッテリ６０の消費を抑制する要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“減少”させればよい。圧縮機負荷が減少することによって、圧縮機２０を回転させるために必要な電力量が減少し、バッテリ６０の消費が抑制される。
【００３８】
更に他の例として、過回転状態を防ぐために圧縮機２０の回転速度Ｎｔを減少させる要求がある場合を考える。この場合は、圧縮機負荷を“増加”させればよい。圧縮機負荷が増加することによって、圧縮機２０が回転しにくくなり、圧縮機２０の回転速度Ｎｔが減少する。
【００３９】
３−２．圧縮機負荷制御装置
図１に示されるように、本実施の形態に係る内燃機関は、更に、圧縮機負荷調節機構８０を備えている。圧縮機負荷調節機構８０は、圧縮機負荷を調節するための機構であり、圧縮機２０の上流の吸気通路２に設けられている。
【００４０】
図２は、圧縮機負荷調節機構８０の一例を説明するための概念図である。図２において、圧縮機２０のロータブレード２１の回転方向は、「Ｆ方向」で表されている。Ｆ方向と反対の方向、つまり、圧縮機２０のロータブレード２１の回転方向とは逆の方向は、「Ｒ方向」で表されている。
【００４１】
圧縮機負荷調節機構８０は、圧縮機２０に入力される吸気ガスの方向を調節可能なように構成されている。図２に示される例では、圧縮機負荷調節機構８０は、圧縮機２０の入口の上流に配置された可変入口案内翼８１を有している。可変入口案内翼８１は軸８２を中心に回転可能である。可変入口案内翼８１の傾きを変えることによって、圧縮機２０に入力される吸気ガスの方向を調節することができる。
【００４２】
図３は、圧縮機負荷を増加させる場合を示している。この場合、圧縮機２０に入力される吸気ガスの方向に「Ｒ方向成分」が追加されるように、可変入口案内翼８１の傾きが設定される。圧縮機２０の回転方向とは逆の成分が増加するため、圧縮機２０が吸気ガスに対してなすべき仕事量が増加する。すなわち、圧縮機負荷が増加する。
【００４３】
図４は、圧縮機負荷を減少させる場合を示している。この場合、圧縮機２０に入力される吸気ガスの方向に「Ｆ方向成分」が追加されるように、可変入口案内翼８１の傾きが設定される。圧縮機２０の回転方向と同じ成分が増加するため、圧縮機２０が吸気ガスに対してなすべき仕事量が減少する。すなわち、圧縮機負荷が減少する。
【００４４】
このように、可変入口案内翼８１の傾きを制御することによって、圧縮機負荷を制御することが可能である。その可変入口案内翼８１の傾きは、制御装置７０によって適切に制御される。図１に示されるように、制御装置７０と圧縮機負荷調節機構８０は、圧縮機負荷を制御する「圧縮機負荷制御装置２００」を構成していると言える。
【００４５】
３−３．圧縮機負荷制御の具体例
制御装置７０は、回転速度センサ１５から回転速度Ｎｔに関する情報を受け取り、ＳＯＣセンサ６５からバッテリ６０の充電状態に関する情報を受け取る。そして、制御装置７０は、回転速度Ｎｔやバッテリ６０の充電状態に基づいて、圧縮機負荷を適切に制御する。
【００４６】
例えば、制御装置７０は、バッテリ６０の充電状態に基づいて、バッテリ６０の充電量が不足しているか判定する。例えば、バッテリ６０の充電量が第１閾値未満の場合、制御装置７０は、バッテリ６０の充電量が不足していると判定する。この場合、発電制御においてはモータ４０（発電機）による発電量を増やすことが望ましく、また、アシスト制御においてはバッテリ６０の消費を抑制することが望ましい。このような要求を満たすために、制御装置７０（圧縮機負荷制御装置２００）は、圧縮機負荷を減少させる（図４参照）。その結果、発電制御においては発電量が増加し、アシスト制御においてはバッテリ６０の消費が抑制される。
【００４７】
他の例として、制御装置７０は、バッテリ６０の充電状態に基づいて、バッテリ６０が満充電状態あるいは過充電状態にあるか判定する。例えば、バッテリ６０の充電量が第２閾値以上の場合、制御装置７０は、バッテリ６０が満充電状態あるいは過充電状態にあると判定する。この場合、発電制御においてはモータ４０（発電機）による発電量を減らすことが望ましく、また、アシスト制御においてはバッテリ６０の消費を促進することが望ましい。このような要求を満たすために、制御装置７０（圧縮機負荷制御装置２００）は、圧縮機負荷を増加させる（図３参照）。その結果、発電制御においては発電量が減少し、アシスト制御においてはバッテリ６０の消費が促進される。
【００４８】
更に他の例として、制御装置７０は、回転速度Ｎｔの情報に基づいて、圧縮機２０が過回転状態にあるかを判定する。例えば、回転速度Ｎｔが第３閾値以上の場合、制御装置７０は、圧縮機２０が過回転状態にあると判定する。この場合、圧縮機２０の回転速度Ｎｔを減少させることが望ましい。このような要求を満たすために、制御装置７０（圧縮機負荷制御装置２００）は、圧縮機負荷を増加させる（図３参照）。その結果、圧縮機２０が回転しにくくなり、圧縮機２０の回転速度Ｎｔが減少する。
【００４９】
４．効果
以上に説明されたように、本実施の形態に係る内燃機関は、圧縮機負荷を制御する圧縮機負荷制御装置２００を備えている。圧縮機負荷は、発電制御における発電量やアシスト制御におけるバッテリの消費に寄与する。例えば、圧縮機負荷が減ると、発電制御における発電量が増加し、アシスト制御におけるバッテリ６０の消費が抑制される。一方、圧縮機負荷が増加すると、発電制御における発電量が減少し、アシスト制御におけるバッテリ６０の消費が促進される。圧縮機負荷制御装置２００を用いて圧縮機負荷を制御することによって、アシスト制御におけるバッテリ６０の消費や発電制御における発電量を、要求に応じて適切に調節することが可能となる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、上記の特許文献１の場合のような「モータ制御量」ではなく、「圧縮機負荷」の制御が行われる。圧縮機負荷の制御は、複雑なモータ制御から独立しており、モータ制御における様々な制約から影響を受けることがない。つまり、圧縮機負荷に基づく制御の自由度は高い。圧縮機負荷を増加あるいは減少させるだけで、容易に、アシスト制御におけるバッテリ６０の消費や発電制御における発電量を調節することが可能である。また、制約の多いモータ制御量を調節する必要がないため、複雑なモータ制御が更に複雑化することが防止される。
【００５１】
更に、圧縮機負荷調節機構８０として図２〜図４で例示された可変入口案内翼８１が用いられる場合、その傾きを変えるだけで、圧縮機負荷を容易に増減させることができる。つまり、可変入口案内翼８１という１つの部品を用いるだけで、圧縮機負荷の増加と減少の両方に対応することができる。このことは、コストの低減、エンジン搭載性の改善、エンジン重量の低減の観点から好適である。
【符号の説明】
【００５２】
１    エンジン本体
２    吸気通路
３    排気通路
４    インタークーラ
１０    電動アシスト過給機
１５    回転速度センサ
２０    圧縮機
２１    ロータブレード
２５    回転軸
３０    タービン
４０    モータ
５０    インバータ
６０    バッテリ
６５    ＳＯＣセンサ
７０    制御装置（ＥＣＵ）
８０    圧縮機負荷調節機構
８１    可変入口案内翼
８２    軸
１００    モータ制御装置
２００    圧縮機負荷制御装置
【図１】
2018178890.tif 000003
【図２】
2018178890.tif 000004
【図３】
2018178890.tif 000005
【図４】
2018178890.tif 000006