(57)【要約】【課題】排気タービン式の過給機を備えた内燃機関において、エネルギ効率の低下を抑制することができるようにする。【解決手段】内燃機関１は、排気通路９における排気の流れを利用して吸気通路３内の空気の過給を行うターボチャージャ４を備える。吸気通路３には、モータージェネレータ５に繋がる羽根車６が設けられる。このモータージェネレータ５は、内燃機関１の実際の過給圧が同機関１に要求される出力トルクに基づいて定められた目標過給圧よりも高いとき、発電機として機能して発電が行われるよう電子制御装置１６を通じて制御される。これにより、吸気通路内における発電機の下流側の部分の圧力が低下する。モータージェネレータ５が発電機として機能するときには、吸気通路３内の空気が羽根車６を通過して同羽根車６を回転させることに伴い、吸気通路３内における羽根車６の下流側の部分の空気の圧力が低下する。また、電気エネルギの回収も行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を利用して吸気通路内の空気の過給を行う排気タービン式の過給機を備える内燃機関の制御装置において、
前記吸気通路内の空気の流れを通じて駆動されることにより発電を行うことを可能とする発電機と、
内燃機関の実際の過給圧が同機関に要求される出力トルクに基づいて定められた目標過給圧よりも高いとき、前記発電機による発電が行われるよう同発電機を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、内燃機関の実際の過給圧が前記目標過給圧よりも高いとき、前記実際の過給圧と前記目標過給圧との差が大きいほど、前記発電機による発電量が多くなるよう同発電機を制御するものである請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気タービン式の過給機は、同過給機のタービンホイールを迂回するよう排気を流すためのバイパス通路と、そのバイパス通路を開閉するウエイストゲートバルブと、を備えており、
前記制御部は、内燃機関の実際の過給圧が前記目標過給圧よりも高くなったとき、前記ウエイストゲートバルブを開くとともに前記発電機による発電が行われるよう同発電機を制御し、その後に前記ウエイストゲートバルブを徐々に閉じるものである請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記発電機は、前記吸気通路内の空気の過給をアシストする電動機としても機能するモータージェネレータであり、
前記制御部は、内燃機関の実際の過給圧が前記目標過給圧以下であるときには、前記吸気通路内の空気の過給をアシストすべく前記モータージェネレータを電動機として機能させるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、内燃機関の実際の過給圧が前記目標過給圧以下のとき、前記実際の過給圧と前記目標過給圧との差が大きいほど、電動機として機能する前記モータージェネレータの回転速度が高くなるよう同モータージェネレータの通電量を制御するものである請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関として、排気を利用して吸気通路内の空気の過給を行う排気タービン式の過給機を備えたものが知られている（特許文献１参照）。こうした内燃機関では排気のエネルギが吸気通路内の空気の過給に用いられて回収される分、同機関のエネルギ効率を高めることができる。
【０００３】
また、排気タービン式の過給圧を備えた内燃機関では、過給圧の過上昇を抑制するため、過給機のタービンホイールを迂回するよう排気を流すためのバイパス通路と、そのバイパス通路を開閉するウエイストゲートバルブと、を備えている。そして、過給圧が高くなりすぎた場合には、ウエイストゲートバルブを開いて内燃機関の排気の一部をバイパス通路に流すことにより、その排気が過給機のタービンホイールを迂回するようにする。この場合、過給機による内燃機関の吸気通路内の空気の過給が抑えられるため、過給圧が過度に上昇することは抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１６８９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記内燃機関では、ウエイストゲートバルブを開くことにより、過給圧による吸気通路内の空気の過給が抑えられ、過給圧が過度に上昇することが抑制されるようにはなる。しかし、ウエイストゲートバルブを開くことにより、バイパス通路を通過する排気のエネルギについては、過給機による過給に用いて回収することができないため、その分は内燃機関のエネルギ効率が低下することになる。
【０００６】
本発明の目的は、排気タービン式の過給機を備えた内燃機関において、エネルギ効率の低下を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する内燃機関の制御装置は、排気を利用して吸気通路内の空気の過給を行う排気タービン式の過給機を備える内燃機関に適用される。また、同装置は、内燃機関の吸気通路内の空気の流れを通じて駆動されることにより発電を行うことを可能とする発電機を備える。更に、同装置は、内燃機関の実際の過給圧が同機関に要求される出力トルクに基づいて定められた目標過給圧よりも高いとき、上記発電機による発電が行われるよう同発電機を制御する制御部も備える。
【０００８】
この構成によれば、内燃機関の実際の過給圧が目標過給圧よりも高いとき、吸気通路内の空気の流れを用いて発電が行われるよう上記発電機が制御され、それに伴い吸気通路内における発電機の下流側の部分の圧力が低下する。従って、内燃機関の実際の過給圧が高くなりすぎることを抑制することができ、且つ、上記発電を通じての電気エネルギの回収より内燃機関のエネルギ効率の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気タービン式の過給機を備えた内燃機関において、エネルギ効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の制御装置が適用される内燃機関を示す略図。
【図２】モータージェネレータの駆動制御の実行手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１の燃焼室２に繋がる吸気通路３には、排気タービン式の過給機（ターボチャージャ）４のコンプレッサホイール４ａが設けられている。吸気通路３におけるコンプレッサホイール４ａよりも上流側の部分には、モータージェネレータ５に繋がる羽根車６が設けられている。なお、モータージェネレータ５は、発電機として機能したり電動機として機能したりするものである。
【００１２】
吸気通路３におけるコンプレッサホイール４ａよりも下流側の部分には、上流から順にインタークーラ７及びスロットルバルブ８が設けられている。そして、内燃機関１の燃焼室２には吸気通路３を介して空気が供給されるとともに同空気の量に対応した量の燃料が供給され、同燃料を燃焼室２内で燃焼させることによって内燃機関１が駆動される。なお、燃焼室２内で燃料が燃焼した後の排気は、同燃焼室２に接続された排気通路９に送り出される。
【００１３】
排気通路９には、上記ターボチャージャ４のタービンホイール４ｂが設けられている。そして、排気通路９を流れる排気がタービンホイール４ｂを通過することにより、同タービンホイール４ｂが回転するとともにコンプレッサホイール４ａも併せて回転し、そのコンプレッサホイール４ａの回転を通じて燃焼室２に対する吸気通路３内の空気の過給が行われる。
【００１４】
ターボチャージャ４には、排気通路９におけるタービンホイール４ｂの上流側の部分と下流側の部分とを繋いで同タービンホイール４ｂを迂回するよう排気を流すためのバイパス通路１０と、そのバイパス通路１０を開閉するためのウエイストゲートバルブ１１が設けられている。ウエイストゲートバルブ１１は、バイパス通路１０内に設けられて同通路１０のガス流通面積を可変とすべく変位する弁体１２、及び、その弁体１２と繋がるダイヤフラム１３を備えている。このダイヤフラム１３は、大気開放された大気室１４と、吸気通路３におけるコンプレッサホイール４ａとスロットルバルブ８との間の部分に繋がる圧力室１５と、を区画するものである。
【００１５】
ウエイストゲートバルブ１１は常閉式となっており、通常は弁体１２がバイパス通路１０のガス流通面積を「０」とする位置にある。しかし、吸気通路３におけるコンプレッサホイール４ａとスロットルバルブ８との間の圧力（過給圧）が高くなり過ぎると、同圧力と大気圧との差圧に基づきダイヤフラム１３が弾性変形し、それに伴って弁体１２がバイパス通路１０のガス流通面積を「０」よりも大きくする位置に変位する。その結果、バイパス通路１０がガスを流通可能な状態（開いた状態）となり、バイパス通路１０を排気が通過することによってタービンホイール４ｂを通過する排気の流量が少なくなる。これにより、ターボチャージャ４（コンプレッサホイール４ａ）の回転速度が低く抑えられるため、内燃機関１の過給圧を低下させることができるようになる。
【００１６】
次に、内燃機関１の制御装置の電気的構成について説明する。
同装置は、内燃機関１の駆動に関係する各種機器の制御を行う電子制御装置１６を備えている。この電子制御装置１６には、ユーザーにより操作されるアクセルペダル１７の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ１８からの検出信号が入力されるとともに、吸気通路３におけるコンプレッサホイール４ａとスロットルバルブ８との間の圧力（過給圧）を検出する圧力センサ１９からの検出信号が入力される。また、電子制御装置１６は、モータージェネレータ５とバッテリ２０との間での電力の入出力を制御するインバータ２１及びコンバータ２２の各々の駆動回路に対し指令信号を出力し、それによってモータージェネレータ５を発電機として機能させたり電動機として機能させたりする。
【００１７】
モータージェネレータ５が発電機として機能しているときには、吸気通路３内の空気の流れにより羽根車６が回転してモータージェネレータ５が駆動され、それによって発電が行われるようになる。このとき、インバータ２１及びコンバータ２２は、モータージェネレータ５での発電により得られる電力をバッテリ２０に供給して同バッテリ２０の充電を行う。モータージェネレータ５が発電機として機能しているときには、吸気通路３内の空気が羽根車６を通過して同羽根車６を回転させることに伴い、吸気通路３内における羽根車６の下流側の部分の空気の圧力が低下し、ひいては内燃機関１の過給圧も低下するようになる。電子制御装置１６は、モータージェネレータ５の発電時にその発電量を調整することが可能となっている。そして、モータージェネレータ５の発電量を大きくするほど、内燃機関１における過給圧の低下傾向が大きくなる。
【００１８】
モータージェネレータ５が電動機として機能しているときには、モータージェネレータ５の駆動により羽根車６が回転され、それによって吸気通路３内の空気の過給がアシストされるようになる。このとき、インバータ２１及びコンバータ２２は、モータージェネレータ５に対しバッテリ２０からの電力供給を行う。モータージェネレータ５が電動機として機能しているときには、吸気通路３内の空気が羽根車６の回転を通じて燃焼室２に対し過給され、それによって内燃機関１の過給圧が上昇するようになる。電子制御装置１６は、モータージェネレータ５の電動機としての駆動時に、同モータージェネレータ５の通電量を調整することが可能となっている。そして、モータージェネレータ５の通電量を大きくするほど、同モータージェネレータ５（羽根車６）の回転速度が上昇して内燃機関１における過給圧の上昇傾向が大きくなる。
【００１９】
次に、内燃機関１の制御装置の動作について説明する。
図２は、モータージェネレータ５を発電機又は電動機として動作させる際の同モータージェネレータ５の駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。なお、このモータージェネレータ５の駆動制御は、電子制御装置１６を通じて実行される。
【００２０】
電子制御装置１６は、図２のステップ１０１（Ｓ１０１）の処理として、アクセルペダル１７の踏み込み量に基づき内燃機関１に対し要求されている出力トルク（要求出力トルクＴｒ）を算出する。更に、電子制御装置１６は、続くＳ１０２の処理として、要求出力トルクＴｒに基づき、予め実験等により定められているマップを参照して内燃機関１の過給圧の目標値である目標過給圧Ｔｑを算出する。こうして算出された目標過給圧Ｔｑは、ウエイストゲートバルブ１１が開くときの過給圧よりも低い値となる。電子制御装置１６は、続くＳ１０３の処理、圧力センサ１９からの検出信号に基づき求められた内燃機関１の実際の過給圧（実過給圧Ｒｑ）を取り込む。その後、Ｓ１０４に進む。
【００２１】
電子制御装置１６は、Ｓ１０４の処理として目標過給圧Ｔｑと実過給圧Ｒｑとの圧力差Ｅｐを次の式「Ｅｐ＝ＴｑーＲｑ」を用いて算出し、続くＳ１０５の処理として実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑよりも高いか否かを判断する。そして、Ｓ１０５で実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑよりも高いと判断された場合には、Ｓ１０６に進む。Ｓ１０６及びＳ１０７の処理は、モータージェネレータ５を発電機として機能させるためのものである。
【００２２】
電子制御装置１６は、Ｓ１０６の処理として、圧力差Ｅｐ（＜０）に基づきモータージェネレータ５における発電量の指令値として発電量指令値Ａを算出する。こうして算出される発電量指令値Ａは、圧力差Ｅｐが「０」に対しマイナス側に大きく離れるほど、言い換えれば目標過給圧Ｔｑに対し実過給圧Ｒｑが高くなるほど、大きい値となるように算出される。電子制御装置１６は、Ｓ１０７の処理として、モータージェネレータ５を発電機として上記発電量指令値Ａに基づいて駆動することにより、モータージェネレータ５の発電量が上記発電量指令値Ａに対応した値となるようにする。その後、電子制御装置１６は、この一連の処理を一旦終了する。
【００２３】
一方、Ｓ１０５で実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑ以下であると判断された場合には、Ｓ１０８に進む。Ｓ１０８及びＳ１０９の処理は、モータージェネレータ５を電動機として機能させるためのものである。
【００２４】
電子制御装置１６は、Ｓ１０８の処理として、圧力差Ｅｐ（≧０）に基づきモータージェネレータ５における通電量の指令値として通電量指令値Ｂを算出する。こうして算出される通電量指令値Ｂは、圧力差Ｅｐが「０」に対しプラス側に大きく離れるほど、言い換えれば目標過給圧Ｔｑに対し実過給圧Ｒｑが低くなるほど、大きい値となるように算出される。電子制御装置１６は、Ｓ１０９の処理として、モータージェネレータ５を電動機として上記通電量指令値Ｂに基づいて駆動することにより、モータージェネレータ５の通電量が上記通電量指令値Ｂに対応した値となるようにする。その後、電子制御装置１６は、この一連の処理を一旦終了する。
【００２５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑよりも高いときには、モータージェネレータ５を発電機として機能させることにより、吸気通路３内の空気の流れを用いてモータージェネレータ５による発電が行われる。このようにモータージェネレータ５が発電機として機能するときには、吸気通路３内の空気が羽根車６を通過して同羽根車６を回転させることに伴い、吸気通路３内における羽根車６の下流側の部分の空気の圧力が低下する。従って、内燃機関１の実過給圧Ｒｑ、すなわち吸気通路３におけるコンプレッサホイール４ａとスロットルバルブ８との間の部分の圧力（過給圧）が高くなりすぎることを抑制することができる。また、上述したように内燃機関１の過給圧が高くなりすぎないため、ウエイストゲートバルブ１１が開くことを抑制でき、あるいは一時的に開いたとしても速やかに閉じることができる。このことは、ウエイストゲートバルブ１１を開いて排気のエネルギを捨ててしまう代わりに、その排気のエネルギをターボチャージャ４による過給に用いた後、モータージェネレータ５による発電を通じて電気エネルギとして回収していることを意味する。このようにモータージェネレータ５による発電を通じて電気エネルギを回収することができるため、ウエイストゲートバルブ１１を開いた場合のように内燃機関１のエネルギ効率が低下してしまうことを抑制できる。
【００２６】
（２）上述したようにモータージェネレータ５を発電機として機能させるとき、実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑに対し高いほど、モータージェネレータ５による発電量が多くされる。これにより、吸気通路３におけるモータージェネレータ５よりも下流側の部分の圧力、言い換えれば内燃機関１の実過給圧Ｒｑを低下しやすくすることができるとともに、モータージェネレータ５による発電を通じての電気エネルギの回収を効果的に行うことができる。
【００２７】
（３）実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑ以下であるとき、モータージェネレータ５を電動機として機能させることにより、モータージェネレータ５（羽根車６）によって吸気通路３内の空気の過給がアシストされるため、実過給圧Ｒｑを目標過給圧Ｔｑに上昇させることができる。
【００２８】
（４）上述したようにモータージェネレータ５を電動機として機能させるとき、実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑに対し低いほど、モータージェネレータ５の通電量を多くして同モータージェネレータ５（羽根車６）の回転速度を高くすることにより、実過給圧Ｒｑを速やかに目標過給圧Ｔｑまで高くすることができる。
【００２９】
（５）モータージェネレータ５を発電機として機能させたり電動機として機能させたりすることにより、発電機と電動機とを別々に設ける場合と比較して、それらをモータージェネレータ５によって共通化している分、部品点数を削減することができる。
【００３０】
（６）モータージェネレータ５を電動機として機能させているとき、吸気通路３内の空気が羽根車６を通過することに伴い、同吸気通路３における羽根車６の下流側の部分の空気の圧力が低下するため、その空気の温度を下げることができる。その結果、燃焼室２に供給される空気の温度を下げることができるため、内燃機関１の出力を向上させたり燃費を改善したりしやすくなる。
【００３１】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ウエイストゲートバルブ１１を吸気通路３におけるコンプレッサホイール４ａとスロットルバルブ８との間の部分の圧力（過給圧）に基づいて開閉させる代わりに、ウエイストゲートバルブ１１を開閉するための電動式のアクチュエータ等を設けてもよい。この場合、実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑよりも高くなったとき、ウエイストゲートバルブ１１を開くとともにモータージェネレータ５による発電が行われるよう同モータージェネレータ５を制御し、その後にウエイストゲートバルブ１１を徐々に閉じるようにすることができる。
【００３２】
上述したようにウエイストゲートバルブ１１及びモータージェネレータ５を動作させれば、実過給圧Ｒｑが目標過給圧Ｔｑよりも高くなったとき、ウエイストゲートバルブ１１を開くとともにモータージェネレータ５による発電を行うことにより、速やかに実過給圧Ｒｑを目標過給圧Ｔｑとなるよう低く抑えることができる。その後、ウエイストゲートバルブ１１を徐々に閉じることにより、モータージェネレータ５による発電量を徐々に多くすることができ、それによって電気エネルギの回収を行うことができる。
【００３３】
・発電量指令値Ａに関しては、目標過給圧Ｔｑに対し実過給圧Ｒｑが高くなるほど大きい値となるように算出したが、予め実験等によって求めた最適な一定値を用いることも可能である。
【００３４】
・通電量指令値Ｂに関しては、目標過給圧Ｔｑに対し実過給圧Ｒｑが低くなるほど大きい値となるように算出したが、予め実験等によって求めた最適な一定値を用いることも可能である。
【００３５】
・モータージェネレータ５を発電機としてのみ機能させてもよい。
・モータージェネレータ５を設ける代わりに、発電機と電動機とを別々に設けるとともに、発電機に繋がる羽根車と電動機に繋がる羽根車とをそれぞれ吸気通路３に設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気通路、４…ターボチャージャ、４ａ…コンプレッサホイール、４ｂ…タービンホイール、５…モータージェネレータ、６…羽根車、７…インタークーラ、８…スロットルバルブ、９…排気通路、１０…バイパス通路、１１…ウエイストゲートバルブ、１２…弁体、１３…ダイヤフラム、１４…大気室、１５…圧力室、１６…電子制御装置、１７…アクセルペダル、１８…アクセルポジションセンサ、１９…圧力センサ、２０…バッテリ、２１…インバータ、２２…コンバータ。
【図１】
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【図２】
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