(57)【要約】【課題】エンジンの燃費を向上させつつエンジンブレーキ力を向上させることができる車両の回生発電システムを提供する。【解決手段】車両の回生発電システム５０は、発電機５１と、車両１の走行中に車両の要求駆動力が減少した場合に、車両のエンジン２に吸入される吸気が導入されることで発電機を駆動させて、発電機に回生発電を行わせる駆動装置５３と、発電機による回生発電によって得られた電力が充電される蓄電装置５２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
車両の走行中に前記車両の要求駆動力が減少した場合に、前記車両のエンジンに吸入される吸気が導入されることで前記発電機を駆動させて、前記発電機に回生発電を行わせる駆動装置と、
前記発電機による回生発電によって得られた電力が充電される蓄電装置と、を備える車両の回生発電システム。
【請求項２】
前記駆動装置は、
前記エンジンに吸入される吸気が通過する吸気通路に配置されて、前記吸気通路の吸気が導入された場合に回転して前記発電機を駆動させる回転体と、
前記吸気通路における前記回転体よりも上流側の部分と前記回転体よりも下流側の部分とを連通するバイパス通路と、
前記車両の走行中に前記要求駆動力が減少した場合に、前記バイパス通路を閉に制御することで、前記吸気通路の吸気を前記回転体に導入させるバイパス制御機構と、を備える請求項１記載の車両の回生発電システム。
【請求項３】
前記発電機はモータージェネレータによって構成されており、
前記回転体はコンプレッサによって構成されている請求項２記載の車両の回生発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は車両の回生発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のエンジンに吸入される吸気を過給するコンプレッサとして、電動コンプレッサを備えるものが知られている（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２０１７−１５０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、エンジンの出力を用いて車両が走行している最中に、車両の要求駆動力が減少した場合に、エンジンブレーキ力が生じる。これに関して、従来の車両では、この要求駆動力が減少した場合にロスとなるエネルギが存在しており、燃費性能の観点において改善の余地がある。また、車両の制動性能の観点から、エンジンブレーキ力の向上も求められている。
【０００５】
本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの燃費を向上させつつエンジンブレーキ力を向上させることができる車両の回生発電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の態様に係る車両の回生発電システムは、発電機と、車両の走行中に前記車両の要求駆動力が減少した場合に、前記車両のエンジンに吸入される吸気が導入されることで前記発電機を駆動させて、前記発電機に回生発電を行わせる駆動装置と、前記発電機による回生発電によって得られた電力が充電される蓄電装置と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記の車両の回生発電システムによれば、エンジンの燃費を向上させつつエンジンブレーキ力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る車両の模式的構成図である。
【図２】実施形態に係るフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
まず、本実施形態に係る車両の回生発電システム５０（以下、回生発電システム５０と略称する）が適用された車両１の全体構成について説明し、次いで、回生発電システム５０の詳細について説明する。図１は、車両１の模式的構成図である。この車両１の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、一例として、商用車両（具体的にはトラック）を用いている。
【００１０】
車両１は、エンジン２、吸気通路３、排気通路４、エアクリーナ５、吸気スロットルバルブ６、排気浄化装置７、オルタネータ８、ＥＧＲシステム（ＥＧＲ通路１０、ＥＧＲバ
ルブ１１、ＥＧＲクーラ１２）、過給システム（過給機２０、インタークーラ２３、過給機用バイパス通路２４、ウエストゲートバルブ２５）、センサ類３０、制御装置４０、及び、回生発電システム５０を備えている。
【００１１】
エンジン２の具体的な種類は特に限定されるものではなく、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の種々のエンジンを用いることができる。本実施形態では、エンジン２の一例として、ディーゼルエンジンを用いている。エンジン２の動作は、制御装置４０によって制御されている。なお、本実施形態においては、車両１として、エンジン２のみを走行用駆動源として用いる通常車両を用いている。但し、車両１の構成はこれに限定されるものではなく、例えばハイブリッド車両（エンジン及びモータージェネレータの両方を走行用駆動源とすることが可能な車両）であってもよい。
【００１２】
吸気通路３は、エンジン２に吸入される吸気が通過する通路である。排気通路４は、エンジン２から排出された排気が通過する通路である。エアクリーナ５は、吸気通路３に配置されており、吸気（具体的には空気）に含まれる異物を除去する装置である。吸気スロットルバルブ６は、吸気通路３におけるエアクリーナ５よりも下流側の箇所に配置されており、エンジン２に吸入される吸気の流量を制御するバルブである。排気浄化装置７は、排気通路４に配置されており、排気を浄化する装置である。具体的には本実施形態に係る排気浄化装置７は、排気に含まれるＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）を除去するフィルタと、このフィルタよりも下流側に配置された尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）装置とを備えている。
【００１３】
オルタネータ８は、エンジン２の動力（具体的にはクランクシャフトの動力）によって駆動されることで発電する発電機である。本実施形態においては、このオルタネータ８の一例として、エンジン２の動力が動力伝達ベルト９ｃを介してオルタネータ８に伝達される「ベルト駆動式のオルタネータ」を用いている。具体的には、動力伝達ベルト９ｃは、エンジン２の動力によって駆動される駆動プーリ９ａと、オルタネータ８の動力入力軸に接続された従動プーリ９ｂと、の間に巻き掛けられている。この動力伝達ベルト９ｃを介して、エンジン２の動力がオルタネータ８に伝達されて、オルタネータ８が発電する。但し、オルタネータ８の構成は、これに限定されるものではなく、他の一例を挙げると、オルタネータ８は、動力伝達ベルト９ｃを介さずにエンジン２の動力が直接オルタネータ８に伝達されるタイプのものを用いることもできる。オルタネータ８が発電した電力は、後述する蓄電装置５２に充電される。
【００１４】
なお、蓄電装置５２の充電量は、充電量センサ（センサ類３０）によって検出されており、この検出結果は制御装置４０に伝えられる。制御装置４０は、この充電量センサの検出した蓄電装置５２の充電量が所定の下限値と所定の上限値との間になるように、エンジン２の出力を制御してオルタネータ８の発電量を制御している。
【００１５】
ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路１０は、排気通路４の排気の一部を吸気通路３に導入する通路である。具体的には本実施形態に係るＥＧＲ通路１０は、その上流側端部が後述する過給機用タービン２１よりも上流側の排気通路４の部分に接続し、その下流側端部が吸気スロットルバルブ６よりも下流側の吸気通路３の部分に接続している。ＥＧＲバルブ１１及びＥＧＲクーラ１２は、ＥＧＲ通路１０の途中に配置されている。ＥＧＲバルブ１１は制御装置４０の指示を受けて開閉して、ＥＧＲ通路１０を通過する排気（ＥＧＲガス）の流量を調整する。ＥＧＲクーラ１２はＥＧＲ通路１０を通過するＥＧＲガスを冷却する熱交換器である。
【００１６】
過給機２０は、排気のエネルギを利用して吸気を過給する装置である。具体的には、過給機２０は、過給機用タービン２１と、過給機用タービン２１に接続された過給機用コン
プレッサ２２と、を備えている。過給機用タービン２１は、排気通路４における、ＥＧＲ通路１０が接続している箇所よりも下流側、且つ、排気浄化装置７よりも上流側の部分に配置されており、過給機用タービン２１に導入された排気のエネルギを受けて回転する。過給機用コンプレッサ２２は、吸気通路３におけるインタークーラ２３よりも上流側、且つ、後述するコンプレッサ５４よりも下流側の部分に配置されている。過給機用タービン２１が排気のエネルギを受けて回転することで、この過給機用タービン２１に接続された過給機用コンプレッサ２２も回転する。この過給機用コンプレッサ２２の回転によって、吸気通路３の吸気は過給される。この過給された吸気がエンジン２に吸入される。
【００１７】
インタークーラ２３は、吸気通路３における過給機用コンプレッサ２２よりも下流側、且つ、吸気スロットルバルブ６よりも上流側の箇所に配置されており、過給機用コンプレッサ２２によって過給された吸気を冷却する装置である。本実施形態のように、過給システムがインタークーラ２３を備えることで、エンジン２に吸入される吸気が高温になり過ぎることを効果的に抑制することができる。
【００１８】
過給機用バイパス通路２４は、排気通路４における過給機用タービン２１よりも上流側の部分（本実施形態では、さらに、ＥＧＲ通路１０の接続箇所よりも下流側の部分）と、排気通路４における過給機用タービン２１よりも下流側の部分（本実施形態では、さらに排気浄化装置７よりも上流側の部分）と、を連通している。ウエストゲートバルブ２５は過給機用バイパス通路２４に配置されている。ウエストゲートバルブ２５は、通常時は閉弁しており、過給機用タービン２１に導入される排気の圧力が基準値以上になった場合に開弁する。ウエストゲートバルブ２５が開弁した場合、過給機用タービン２１よりも上流側の排気は、過給機用バイパス通路２４を通過することで過給機用タービン２１をバイパスして、過給機用タービン２１よりも下流側に流動する。これにより、過給機用タービン２１の回転が抑制されて、過給機２０の過給圧が高くなり過ぎることが抑制されている。
【００１９】
センサ類３０は、前述した充電量センサの他、車両１のアクセルペダルの踏込量を検出するセンサや、車両１のブレーキペダルの踏込量を検出するセンサ、車両１の車速を検出する車速センサ等、車両１の各種の情報を検出する種々のセンサを含んでいる。センサ類３０の検出結果は制御装置４０に伝えられる。
【００２０】
制御装置４０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４１と、このＣＰＵ４１の動作に用いられる各種情報やプログラム等を記憶する記憶部４２とを有するマイクロコンピュータを備えている。なお、記憶部４２としては、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いることができる。制御装置４０は、エンジン２の燃料噴射時期や燃料噴射量等を制御することでエンジン２の動作を統合的に制御する。また、本実施形態に係る制御装置４０はＥＧＲバルブ１１の動作も制御している。また、制御装置４０は、回生発電システム５０の制御装置（具体的には、バイパス制御機構５６の制御装置）としての機能も有しているが、これについては後述する。
【００２１】
続いて回生発電システム５０について説明する。回生発電システム５０は、モータージェネレータ５１、蓄電装置５２、及び、駆動装置５３（コンプレッサ５４、バイパス通路５５、バイパス制御機構５６）を備えている。
【００２２】
モータージェネレータ５１は、駆動装置５３の後述するコンプレッサ５４と、機械的に接続されている。また、モータージェネレータ５１は、蓄電装置５２と電気的に接続されている。モータージェネレータ５１は、コンプレッサ５４によって駆動された場合には、回生発電を行う。すなわち、モータージェネレータ５１は、「回生発電を行う発電機」としての機能を有している。また、モータージェネレータ５１は、蓄電装置５２からの電力
供給を受けて駆動した場合には、駆動装置５３のコンプレッサ５４を駆動する。すなわち、モータージェネレータ５１は、「コンプレッサ５４用の駆動モータ」としての機能も有している。
【００２３】
蓄電装置５２は、モータージェネレータ５１及びオルタネータ８と電気的に接続されている。蓄電装置５２には、モータージェネレータ５１による回生発電によって得られた電力、及び、オルタネータ８の発電によって得られた電力が充電される。このような蓄電装置５２としては、例えば、鉛蓄電池等が用いられる。なお、蓄電装置５２に充電された電力は、制御装置４０や、その他の電装部品に供給される。
【００２４】
駆動装置５３は、車両１の走行中に車両１の要求駆動力が減少した場合に、エンジン２に吸入される吸気が導入されることでモータージェネレータ５１を駆動させて、モータージェネレータ５１に回生発電を行わせる装置である。このような機能を有するものであれば、駆動装置５３の具体的な構成は特に限定されるものではなく、車両１の走行中に車両１の要求駆動力が減少した場合に吸気のエネルギを受けてモータージェネレータ５１を駆動できるものであればよい。本実施形態に係る駆動装置５３は、一例として、コンプレッサ５４、バイパス通路５５、及び、バイパス制御機構５６を備えている。
【００２５】
コンプレッサ５４は、吸気通路３（具体的には、エアクリーナ５よりも下流側、且つ、過給機用コンプレッサ２２よりも上流側の吸気通路３）に配置されている。また、コンプレッサ５４は、吸気通路３の吸気がコンプレッサ５４の羽根車部分（すなわちコンプレッサフィン部分）導入された場合に、この吸気の圧力（すなわち圧力エネルギ）を受けて回転する。また、コンプレッサ５４は、回転した場合にモータージェネレータ５１を回転駆動できるように、モータージェネレータ５１と機械的に接続されている。
【００２６】
すなわち、本実施形態に係るコンプレッサ５４は、吸気通路３の吸気が導入された場合に回転してモータージェネレータ５１（発電機）を駆動させる「回転体」としての機能を有する部材の一例である。
【００２７】
なお、上述したようなコンプレッサ５４及びこのコンプレッサ５４に接続されたモータージェネレータ５１としては、公知の電動コンプレッサ（モータージェネレータ付きのコンプレッサ）を用いることができる。このため、コンプレッサ５４及びモータージェネレータ５１のこれ以上詳細な説明は省略する。
【００２８】
バイパス通路５５は、吸気通路３におけるコンプレッサ５４よりも上流側の部分（本実施形態では、さらにエアクリーナ５よりも下流側の部分）と、吸気通路３におけるコンプレッサ５４よりも下流側の部分（本実施形態では、さらに過給機用コンプレッサ２２よりも上流側の部分）とを連通しており、コンプレッサ５４よりも上流側の吸気を、コンプレッサ５４をバイパスさせて通過させる通路である。
【００２９】
バイパス制御機構５６は、車両１の走行中にアクセルがオフになった場合に、バイパス通路５５を閉に制御することで、吸気通路３の吸気をコンプレッサ５４に導入させる機構である。具体的には、本実施形態に係るバイパス制御機構５６は、一例として、開閉バルブ５７を備えるとともに、この開閉バルブ５７を制御する制御装置４０もその構成要素の一部に含んでいる。
【００３０】
開閉バルブ５７は、バイパス通路５５に配置されており、制御装置４０の指示を受けて開閉する。制御装置４０は、通常時は、開閉バルブ５７を開弁させている。開閉バルブ５７が開弁した場合、コンプレッサ５４よりも上流側の吸気は、バイパス通路５５を通過して（すなわち、コンプレッサ５４をバイパスして）、コンプレッサ５４よりも下流側の過給機用コンプレッサ２２に導入される。この場合、モータージェネレータ５１による回生発電は行われない。
【００３１】
一方、制御装置４０は、車両１の走行中に車両１の要求駆動力が減少した場合に、開閉バルブ５７を閉弁させることで、バイパス通路５５を閉にさせる。この場合、コンプレッサ５４よりも上流側の吸気がコンプレッサ５４に導入されて、コンプレッサ５４を回転させる。この結果、モータージェネレータ５１は回生発電を行う。すなわち、本実施形態に係る制御装置４０は、車両１の走行中に車両１の要求駆動力が減少した場合に、開閉バルブ５７を閉弁させることでバイパス通路５５を閉に制御して、モータージェネレータ５１に回生発電を行わせる制御（以下、回生発電制御と称する）を実行している。この回生発電制御を含む一連の制御処理については、図２のフローチャートを用いて、後ほど詳細に説明する。
【００３２】
なお、本実施形態に係る制御装置４０は、コンプレッサ５４による吸気の過給を開始させるための条件である「所定のコンプレッサ過給条件」が満たされた場合には、蓄電装置５２からの電力によってモータージェネレータ５１を駆動させる制御（コンプレッサ過給制御と称する）を実行する。本実施形態では、このコンプレッサ過給条件として、過給機２０による過給のみでは吸気の過給が不足するような車両１及びエンジン２の運転状態を用いる。具体的には、このようなコンプレッサ過給条件として、車両１が発進時の状態であること、車速が所定値よりも低い低速の状態であること、及び、エンジン２の負荷が所定値よりも低い低負荷の状態であること、のいずれかが満たされたという条件を用いている。
【００３３】
すなわち、本実施形態に係る制御装置４０は、車両１が発進時の状態になった場合、又は、車速が低速の状態になった場合、あるいは、エンジン２が低負荷の状態になった場合に、コンプレッサ過給条件が満たされたと判定する。そして、制御装置４０は、このコンプレッサ過給条件が満たされたと判定した場合には、開閉バルブ５７を閉弁させ、且つ、蓄電装置５２からの電力供給によってモータージェネレータ５１を駆動させることで、モータージェネレータ５１の動力によってコンプレッサを駆動させて、コンプレッサ５４に吸気を過給させる。この場合、コンプレッサ５４によって過給された吸気は、その後、過給機２０の過給機用コンプレッサ２２によってさらに過給されて、エンジン２に供給される。
【００３４】
但し、上述したようなコンプレッサ過給制御は、本実施形態に必須の制御というわけではなく、制御装置４０は、このコンプレッサ過給制御を実行しない構成であってもよい。しかしながら、上記のようなコンプレッサ過給制御が実行される場合の方が、これが実行されない場合に比較して、過給機２０による過給のみでは吸気の過給が不足する場合にコンプレッサ５４による過給でこれを補うことができる点において、好ましい。
【００３５】
続いて、モータージェネレータ５１による回生発電の詳細について、フローチャートを用いて説明する。図２は、回生発電制御を含む一連の制御処理を示すフローチャートの一例である。なお、図２のフローチャートの各ステップは、制御装置４０の具体的にはＣＰＵ４１がプログラムに基づいて実行する。また、制御装置４０は、図２のフローチャートを、エンジン２の始動開始と同時に繰り返し実行する。また、図２のフローチャートの最初のスタート時において、開閉バルブ５７は開弁しており、この結果、モータージェネレータ５１による回生発電は行われていないものとする。
【００３６】
まず、制御装置４０は、車両１の走行中に車両１の要求駆動力が減少したか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的には、制御装置４０は、車速がゼロよりも大きい状態において、例えば、車両のアクセルがオフになった場合（すなわち、アクセルペダルの踏込
量がゼロになった場合）に、要求駆動力がゼロに減少したと判定して、ＹＥＳと判定する。なお、このように車両１の走行中にアクセルがオフになった場合、エンジン２は、エンジン２における燃料噴射が停止した状態でエンジン２が回転する「モータリング運転状態」になる。そして、この場合、エンジン２の出力が低下することによって、制動力（すなわち、エンジンブレーキ）が作用する。
【００３７】
なお、ステップＳ１０の具体的な判定手法は上記のものに限定されるものではない。他の例を挙げると、例えば、制御装置４０は、車両１が下り坂を走行中にアクセルがオフになった場合に、要求駆動力が減少したと判定して、ＹＥＳと判定してもよい。あるいは、制御装置４０は、車両１が高速道路を走行中にアクセルがオフになった場合に、要求駆動力が減少したと判定して、ＹＥＳと判定してもよい。なお、車両１が下り坂を走行しているか否かや、高速道路を走行しているか否かは、例えば、車両１に搭載されたナビゲーションシステム（図示せず）の検出結果に基づいて把握することができる。
【００３８】
また、ステップＳ１０でＹＥＳと判定されるためには、必ずしも車両１の走行中にアクセルペダルの踏込量がゼロになることに限定されるものではなく、車両１の走行中にアクセルペダルの踏込量が減少して所定値（ゼロよりも大きな値）になった場合に、要求駆動力が減少したと判定することもできる。
【００３９】
ステップＳ１０でＮＯと判定された場合、制御装置４０は、フローチャートをスタートから再度実行する（リターン）。すなわち、この場合、モータージェネレータ５１による回生発電は行われない。
【００４０】
一方、ステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合（すなわち、車両１の走行中に要求駆動力が減少した場合）、制御装置４０は回生発電制御の実行を開始する（ステップＳ２０）。具体的には制御装置４０は、開閉バルブ５７を閉弁させることで、バイパス通路５５を閉にして、吸気通路３の吸気（これは、負圧の空気である）をコンプレッサ５４に導入させる。この結果、吸気の圧力を受けたコンプレッサ５４は回転を開始し、これにより、コンプレッサ５４に接続されたモータージェネレータ５１は回生発電を開始する。モータージェネレータ５１が回生発電した電力は蓄電装置５２に充電される。
【００４１】
次いで制御装置４０は、所定の回生終了条件が満たされたか否かを判定する（ステップＳ３０）。本実施形態では、この回生終了条件として、車両１の要求駆動力が増加したという条件を用いている。具体的には、制御装置４０は、ステップＳ３０においてアクセルペダルの踏込量が増加したか否かを判定し、この判定の結果、アクセルペダルの踏込量が増加したと判定された場合に、回生終了条件が満たされた（ＹＥＳ）と判定する。
【００４２】
ステップＳ３０はＹＥＳと判定されるまで、繰り返し実行される。ステップＳ３０でＹＥＳと判定された場合、制御装置４０は回生発電制御を終了させる（ステップＳ４０）。この回生発電制御を終了させるにあたり、具体的には制御装置４０は、開閉バルブ５７を開弁状態に戻す。これにより、バイパス通路５５が開になり、吸気通路３の吸気がバイパス通路５５を通過するようになる。この結果、コンプレッサ５４の回転は停止され、モータージェネレータ５１の回生発電も停止される。ステップＳ４０の後に制御装置４０は、フローチャートをスタートから再度実行する（リターン）。
【００４３】
以上のような本実施形態によれば、車両１の走行中に車両１の要求駆動力が減少した場合に（ステップＳ１０でＹＥＳの場合に）、エンジン２に吸入される吸気を利用して、発電機としてのモータージェネレータ５１に回生発電を行わせて、このモータージェネレータ５１が回生発電した電力を蓄電装置５２に充電させることができる（ステップＳ２０）。これにより、モータージェネレータ５１による回生発電の分、オルタネータ８による発電量を少なくできるので、エンジン２の燃費を向上させることができる。また、吸気を利用してモータージェネレータ５１が回生発電を行っているので、エンジン２の吸気圧損を増加させることができる。これにより、エンジンブレーキ力を向上させることができる。すなわち、本実施形態によれば、エンジン２の燃費を向上させつつエンジンブレーキ力を向上させることができる。
【００４４】
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  車両
２  エンジン
３  吸気通路
４  排気通路
８  オルタネータ
２０  過給機
３０  センサ類
４０  制御装置
４１  ＣＰＵ
４２  記憶部
５０  車両の回生発電システム
５１  モータージェネレータ（発電機）
５２  蓄電装置
５３  駆動装置
５４  コンプレッサ（回転体）
５５  バイパス通路
５６  バイパス制御機構
５７  開閉バルブ
【図１】
2019124158.tif 000003
【図２】
2019124158.tif 000004