(57)【要約】【課題】  発電用の内燃機関に適した吸気弁システムを提供する。【解決手段】  車両に搭載されて前記車両で使用される電力を発電する内燃機関の吸気弁システムであって、ステッピングモータによって移動される弁体を備える弁装置と、前記内燃機関が特定の特性で駆動すべき場合に前記特定の特性に対応する特定ステップ数で前記ステッピングモータを動作させて前記弁装置の開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ステッピングモータが前記特定ステップ数で動作されている間に駆動中の前記内燃機関の実際の特性が前記特定の特性と異なる場合に、ステップ数を補正して前記弁装置の前記開度を調整してもよい。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されて前記車両で使用される電力を発電する内燃機関の吸気弁システムであって、
ステッピングモータによって移動される弁体を備える弁装置と、
前記内燃機関を特定の特性で駆動させるための特定ステップ数であって、前記ステッピングモータが動作すべき前記特定ステップ数を示す要求を前記弁装置に供給することによって、前記弁装置の開度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記特定ステップ数を示す前記要求が前記弁装置に供給される状況において、前記内燃機関の実際の特性が前記特定の特性と異なる場合に、ステップ数を補正して前記弁装置の前記開度を調整する、吸気弁システム。
【請求項２】
請求項１に記載の吸気弁システムであって、
前記制御部は、前記特定ステップ数を示す前記要求が前記弁装置に供給されており、前記内燃機関の回転数が一定に維持されている状況において、前記内燃機関の実際の特性が前記特定の特性と異なる場合に、前記ステップ数を補正して前記弁装置の開度を調整する、吸気弁システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の吸気弁システムであって、
前記内燃機関の特性は、前記内燃機関による発電量と前記内燃機関の回転数と吸気量との少なくとも一方を含む、吸気弁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、車両に搭載される内燃機関であって車両で使用される電力を発電する内燃機関のための吸気装置に配置される弁装置を備える吸気弁システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、車両に搭載される発電用の内燃機関が開示されている。内燃機関の吸気管には、バタフライ弁を備える弁装置が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２６１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発電用の内燃機関では、駆動用の内燃機関と比較して、精度が高い出力の制御が要求されない場合がある。このため、発電用の内燃機関の吸気に適した吸気弁システムを採用することが検討されている。
【０００５】
本明細書は、発電用の内燃機関に適した吸気弁システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示される技術は、車両に搭載されて前記車両で使用される電力を発電する内燃機関の吸気弁システムに関する。吸気弁システムは、ステッピングモータによって移動される弁体を備える弁装置と、前記内燃機関を特定の特性で駆動させるための特定ステップ数であって、前記ステッピングモータが動作すべき前記特定ステップ数を示す要求を前記弁装置に供給することによって、前記弁装置の開度を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記特定ステップ数を示す前記要求が前記弁装置に供給される状況において、前記内燃機関の実際の特性が前記特定の特性と異なる場合に、ステップ数を補正して前記弁装置の前記開度を調整してもよい。
【０００７】
上記の構成では、弁装置は、ステッピングモータによって弁体を移動させる。ステッピングモータでは、指示されたステップ数だけステータの励磁位置を移動させて、ロータを回転させる。ロータの回転によって弁体が移動される。しかしながら、ステッピングモータでは、ステータの励磁位置の移動に同期してロータが回転しない、いわゆる脱調が発生する可能性がある。脱調が発生すると、特定ステップ数で動作するようにステッピングモータが制御されても、ロータが同期して回転せず、弁体が意図した開度に開弁しない。これにより、意図した特定の特性に対する内燃機関の実際の特性に誤差が生じる場合がある。
【０００８】
上記の構成では、内燃機関の実際の特性が意図した特定の特性と異なる場合に、ステップ数が補正され、弁装置の開度が調整される。これにより、内燃機関の実際の特性を特定の特性に近づけることができる。この構成によれば、弁装置の開度やロータの位置を検出するセンサ等を用いずに、弁装置の開度を調整して、内燃機関の実際の特性を特定の特性に近づけることができる。
【０００９】
前記制御部は、前記特定ステップ数を示す前記要求が前記弁装置に供給されており、前記内燃機関の回転数が一定に維持されている状況において、前記ステッピングモータが前記特定ステップ数で動作されている間に前記内燃機関の実際の駆動の特性が前記特定の特性と異なる場合に、ステップ数を補正して前記弁装置の開度を調整してもよい。この構成によれば、内燃機関の回転数が一定に維持されているために、内燃機関の実際の特性が安定している間に、特定の特性と比較することができる。これにより、意図した内燃機関の特性により近づけるように、ステップ数を補正することができる。
【００１０】
前記内燃機関の特性は、前記内燃機関による発電量と前記内燃機関の回転数と吸気量との少なくとも一方を含んでいてもよい。この構成によれば、内燃機関による発電量と内燃機関の回転数と吸気量との少なくとも一方を比較することによって、ステップ数を適切に補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例の吸気装置が搭載されている車両の電力システムの概略図を示す。
【図２】実施例の吸気システムの概略図を示す。
【図３】実施例のインテークマニホールドの上流側の拡大断面図を示す。
【図４】実施例のステップ数補正処理のフローチャートを示す。
【図５】実施例のエンジンによる発電量と吸気量との相関関係を示すデータマップを示す。
【図６】実施例のステップ数補正処理を説明するための吸気量と弁装置の開度との相関関係を示すデータマップを示す。
【実施例】
【００１２】
図面を参照して、吸気弁システム１０を説明する。図１に示すように、吸気弁システム１０は、エンジン２の吸気系統に用いられる。エンジン２は、自動車等の車両１に搭載され、例えば車両１に搭載されるバッテリ６に電力を供給するために利用される。
【００１３】
車両１は、駆動用のモータ８と、モータ８に電力を供給するバッテリ６と、バッテリ６に電力を供給するために発電する発電機４と、発電用のエンジン２と、エンジン２に燃料を供給するための燃料供給ユニット９（図２参照）と、メイン制御部１１と、を搭載している。車両１は、メイン制御部１１によって制御される。メイン制御部１１は、ＣＰＵ及びメモリを備える。なお、車両１は、駆動用にエンジン２とは別に駆動用のエンジンを備えていてもよい。
【００１４】
エンジン２は、燃料供給ユニット９から供給される燃料を利用して駆動することによって、発電機４を回転させて発電機４に発電させる。発電機４で発電された電力は、モータ８を駆動するために利用される。発電機４で発電された電力は、インバータ５ａを介して、バッテリ６に供給され、インバータ５ｂを介してモータ８に供給される。これにより、モータ８が回転され、車軸７を介して車輪３を回転させる。
【００１５】
図２に示すように、燃料供給ユニット９は、燃料タンクＦＴ、燃料ポンプＦＰ、インジェクタ９ａ等を備える。エンジン２には、吸気管１００と排気管２００とが連結されている。吸気管１００とエンジン２との間には、吸気弁システム１０が配置されている。排気管２００には、触媒２０２が配置されている。
【００１６】
（吸気装置の構成）
エンジン２と吸気管１００との間には、吸気弁システム１０が配置されている。図３に示されるように、吸気弁システム１０は、インテークマニホールド１２と、弁装置１４と、エンジン制御ユニット５０（以下「ＥＣＵ５０」と呼ぶ）と、を備える。インテークマニホールド１２は、吸気管１００とエンジン２の燃焼室２ａとを連通する。
【００１７】
エンジン２は、ＥＣＵ５０によって制御される。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ及びメモリ等を備える。ＥＣＵ５０は、車両１のバッテリ６の電力残量を取得する。例えば、ＥＣＵ５０は、バッテリ６の出力電流値を検知する電流センサから出力電流値を取得し、取得済みの出力電流値を用いてバッテリ６の電力残量を算出する。ＥＣＵ５０は、車両１のシステムがオンである間、バッテリ６の電力残量に応じて、エンジン２を駆動させて、バッテリ６に充電する。このため、エンジン２は、車両１のシステムがオンである間、車両１の走行中でも停止される場合がある。
【００１８】
弁装置１４は、インテークマニホールド１２に取り付けられている。弁装置１４は、ハウジング３０と、弁体３２と、シャフト３４と、モータ３６と、を備える。
【００１９】
ハウジング３０は、インテークマニホールド１２に対して傾斜して配置されている。ハウジング３０は、モータ収容部４６と、弁案内部４２と、を備える。モータ収容部４６は、インテークマニホールド１２に取り付けられている。モータ収容部４６は、インテークマニホールド１２から突出して配置されている。モータ収容部４６のインテークマニホールド１２側には、弁案内部４２が配置されている。弁案内部４２は、インテークマニホールド１２と一体で樹脂成形されている。弁案内部４２は、部分的な円筒形状を有する。弁案内部４２は、インテークマニホールド１２内を流れる吸気の流れに対して傾斜して配置されている。
【００２０】
モータ収容部４６には、モータ３６が内蔵されている。モータ３６は、ＥＣＵ５０から送信される駆動信号で示されるステップ数で回転駆動するステッピングモータを備える。モータ３６には、シャフト３４が取り付けられている。シャフト３４は、モータ収容部４６から弁案内部４２側に突出している。シャフト３４は、モータ３６の回転駆動によって、軸方向に直線運動する。即ち、シャフト３４は、シャフト３４の軸方向に進退する。これにより、モータ収容部４６から突出するシャフト３４の長さが変化される。
【００２１】
シャフト３４の先端には、弁体３２が取り付けられている。弁体３２は、シャフト３４の軸方向から見たときに、円形状を有する。弁体３２は、シャフト３４の直線移動に伴って、シャフト３４の軸方向に移動することによって、弁座４０に対して離接可能に移動される。図３の実線で示すように、弁座４０が弁座４０に当接すると、インテークマニホールド１２内で吸気管１００とエンジン２との連通が遮断される。弁座４０が弁座４０に当接する状態を全閉状態と呼ぶ。
【００２２】
全閉状態からシャフト３４が直線移動して、弁体３２と弁座４０との距離が離れるのに従って、弁体３２と弁座４０との間の隙間の面積が増加して、吸気の流路面積が増加する。図３の二点鎖線で示す状態まで弁体３２が弁座４０から離間する状態を全開状態と呼ぶ。
【００２３】
この構成では、弁体３２を全閉状態から全開状態までの間で移動させることによって、弁装置１４の開度を調整する。弁装置１４の開度によって、インテークマニホールド１２内の流路面積が変化される。これにより、エンジン２への吸気量を調整することができる。ＥＣＵ５０は、弁体３２を全閉状態から全開状態までの間で制御することによって、エンジン２への吸気量を調整することができる。
【００２４】
（吸気弁システムの動作）
次いで、図５を参照して、吸気弁システム１０の動作を説明する。図５は、エンジン２の駆動によって発電機４で発電される発電量と吸気量との相関関係を示すデータマップの概略図を示す。図５の横軸は吸気量を示し、縦軸は発電量を示す。図５のデータマップは、実験等によって予め特定され、ＥＣＵ５０に格納されている。ＥＣＵ５０は、発電機４で発電される発電量が２個の発電量１０２、１０４のいずれかの発電量となるように、エンジン２を制御する。発電量１０２は、エンジン２による発電効率（即ち燃料量に対する発電量の割合）が最も高い状態での発電量である。発電量１０４は、エンジン２による最大発電量である。
【００２５】
ＥＣＵ５０は、通常では、発電量１０２で発電されるようにエンジン２を制御する。但し、バッテリ６の充電量が少ない状況等、エンジン２による発電量が多く必要である状況では、ＥＣＵ５０は、発電量１０４で発電されるようにエンジン２を制御する。発電量１０２で発電されるようにエンジン２を制御すべき状況では、ＥＣＵ５０は、第１ステップ数で弁装置１４を開弁する。一方、発電量１０４で発電されるようにエンジン２を制御すべき状況では、ＥＣＵ５０は、第１ステップ数より多い第２ステップ数で弁装置１４を開弁する。第１ステップ数及び第２ステップ数は、予め実験等によって特定され、ＥＣＵ５０に格納されている。
【００２６】
ＥＣＵ５０が第１ステップ数又は第２ステップ数（以下では合わせて「特定ステップ数」と呼ぶ）を示す信号を弁装置１４に供給すると、弁装置１４は、モータ３６を信号によって示されるステップ数だけ動作する。このとき、モータ３６では、ステータを特定ステップ数だけ動作させても、ロータが特定のステップ数に同期せずに移動する、いわゆる脱調が発生する場合がある。脱調が発生すると、弁装置１４が意図した開度に開かずに、吸気量がずれる。図５に示すように、吸気量がずれると、エンジン２による発電量がずれる。また、経年劣化等によって弁体３２が摩耗すると、仮にロータが特定のステップ数に同期して移動していても、弁装置１４が意図した開度に開かずに、発電量がずれる場合がある。
【００２７】
（ステップ数補正処理）
吸気弁システム１０では、脱調や摩耗等によって弁装置１４が意図した開度に開かずに、発電量がずれる場合に、ステップ数を補正して、弁装置１４の開度を調整するステップ数補正処理が実行される。
【００２８】
ステップ数補正処理は、ＥＣＵ５０が車両のメイン制御部１１からエンジン２を駆動すべき要求信号を受信すると開始される。図４に示すように、ステップ数補正処理では、まず、Ｓ１２において、ＥＣＵ５０は、特定ステップ数で弁装置１４を開弁させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、ＥＣＵ５０は、メイン制御部１１からの要求信号に従って、発電量１０２又は発電量１０４に対応する第１ステップ数又は第２ステップ数である特定ステップ数を示す信号を弁装置１４に送信する。これにより、弁装置１４は、特定ステップ数だけロータを回転させる。このとき、脱調、弁体３２の摩耗等によって、弁装置１４が意図した開度に開かない場合がある。
【００２９】
次いで、Ｓ１４では、ＥＣＵ５０は、エンジン２の回転数が一定になるまで待機する。なお、変形例では、ＥＣＵ５０は、エンジン２の回転数とともに、あるいはこれに替えて、エンジン２の負荷率と発電機４における発電量の少なくとも一方が一定になるまで待機してもよい。エンジン２の回転数が一定で安定すると（Ｓ１４でＹＥＳ）、Ｓ１６において、ＥＣＵ５０は、現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異なるか否かを判断する。本実施例では、ＥＣＵ５０は、現時点でのエンジン２による実際の発電機４の発電量が、所定の発電量範囲内であるか否かを判断する。所定の発電量範囲は、特定ステップ数が第１ステップ数であるか第２ステップ数であるかで異なる。図５に示すように、特定ステップ数が第１ステップ数である場合、所定の発電量範囲は第１発電量範囲１１２であり、特定ステップ数が第２ステップ数である場合、所定の発電量範囲は、第２発電量範囲１１４である。第１発電量範囲１１２は、発電量１０２（即ち、エンジン２による発電効率が最も高い状態での発電量）を中央値とする範囲である。第２発電量範囲１１４は、発電量１０４（即ち、エンジン２による最大発電量）を最大値とする範囲である。所定の発電量範囲は、予めＥＣＵ５０に格納されている。所定の発電量範囲は、脱調や摩耗による開度誤差以外で生じる吸気量の誤差（例えば弁装置１４の製造公差、気圧等）によって生じる発電量の誤差の範囲であり、許容できる誤差範囲である。
【００３０】
現時点での実際の発電機４の発電量が所定の発電量範囲内である場合、現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異ならない（Ｓ１６でＮＯ）と判断し、Ｓ２１に進む。現時点での実際の発電機４の発電量が所定の発電量範囲内である状況では、発電量が意図した発電量に近似している。このため、弁装置１４の開度を調整しなくてもよい。
【００３１】
一方、現時点での実際の発電機４の発電量が所定の発電量範囲内でない場合、現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異なる（Ｓ１６でＹＥＳ）と判断し、Ｓ１８に進む、Ｓ１８では、ＥＣＵ５０は、補正ステップ数を決定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、図５に示す発電機４の発電量と吸気量との相関関係を示すデータマップと、図６に示す吸気量と弁装置１４のステップ数との相関関係を示すデータマップを用いて、補正ステップ数を決定する。図６の横軸はステップ数を示し、縦軸は吸気量を示す。図６の吸気量とステップ数との相関関係を示すデータマップは、予め実験等によって特定され、ＥＣＵ５０に格納されている。
【００３２】
なお、ＥＣＵ５０は、発電量と共に、又はこれに替えて、エンジン２の回転数とエンジン２による吸気量の少なくとも一方について、実際の回転数及び吸気量の少なくとも一方と、意図する回転数及び吸気量の少なくとも一方と、を比較して、意図する回転数及び吸気量の少なくとも一方が異なる場合に、現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異なる（Ｓ１６でＹＥＳ）と判断し、異ならない場合に、現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異ならない（Ｓ１６でＮＯ）と判断してもよい。エンジン２の発電量とエンジン２の回転数とは、相関関係を有する。このため、エンジン２の特性として、エンジン２の回転数を用いる場合、エンジン２の回転数と吸気量との相関関係を示すデータマップは、図５に示すエンジン２の駆動によって発電機４で発電される発電量と吸気量との相関関係を示すデータマップと同様のデータマップを実験等によって予め準備してもよい。また、エンジン２の特性として、エンジン２の吸気量を用いる場合、図６のデータベースを用いて、補正ステップ数を決定してもよい。エンジン２の特性として、複数の特性を用いる場合、Ｓ１６では、複数の特性のいずれかの特性について現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異なる場合（例えばエンジン２の回転数が所定回転数範囲外にある場合、エンジン２の吸気量が所定吸気量範囲外にある場合）に、Ｓ１６でＹＥＳと判断し、複数の特性の全ての特性について現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異ならない場合に、Ｓ１６でＮＯと判断してもよい。あるいは、Ｓ１６では、複数の特性の全ての特性について現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と異なる場合に、Ｓ１６でＹＥＳと判断し、複数の特性のいずれかの特性について現時点でのエンジン２の特性が所定の特性と一致する場合に、Ｓ１６でＮＯと判断してもよい。
【００３３】
以下では、Ｓ１６の処理について、所定の発電量範囲が発電量範囲１１２であって、現時点での実際の発電量が、発電量範囲１１２の範囲外にある場合ついて説明する。まず、ＥＣＵ５０は、図５に示すように、発電機４の発電量と吸気量との相関関係を示すデータマップから、現時点での実際の発電機４の発電量１０６に対応する吸気量１１８を特定する。次いで、ＥＣＵ５０は、所定の発電量範囲１１２の中央の発電量１０２に対応する吸気量１２０を特定する。次いで、ＥＣＵ５０は、吸気量とステップ数との相関関係を示すデータマップから、特定済みの２個の吸気量１１８、１２０に対応するステップ数１２２、１２４のそれぞれを特定する。次いで、特定済みのステップ数１２４からステップ数１２２を減算することによって、補正ステップ数を決定する。なお、所定の発電量範囲が発電量範囲１１４である場合は、発電量範囲１１４の最大の発電量１０４と実際の発電量とのステップ数の差を補正ステップ数として決定する。
【００３４】
次いで、Ｓ２０において、ＥＣＵ５０は、Ｓ１８で決定済みの補正ステップ数だけ弁装置１４を動作させて、Ｓ１４に戻る。
【００３５】
Ｓ２１では、ＥＣＵ５０は、エンジン２を停止すべきであるか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ５０は、メイン制御部１１からエンジン２を停止すべき信号を受信することを監視している（Ｓ２１でＮＯ）。メイン制御部１１からエンジン２を停止すべき信号を受信されると、ＥＣＵ５０は、エンジン２を停止すべきであると判断して（Ｓ２１でＹＥＳ）、Ｓ２２に進む。Ｓ２２では、ＥＣＵ５０は、弁装置１４を全閉状態に閉弁してステップ数補正処理を終了する。なお、ＥＣＵ５０は、全閉状態に閉弁されると、弁装置１４に、イニシャライズ動作を実行させる。イニシャライズ動作では、全閉状態でモータ３６が初期状態（即ちロータが予め決められた初期の位置に配置されている状態）となるように制御される。
【００３６】
（効果）
ステップ数補正処理では、エンジン２の実際の特性が意図した特定の特性と異なる場合に、ステップ数が補正され、弁装置１４の開度が調整される。これにより、エンジン２の実際の特性を特定の特性に近づけることができる。この構成によれば、弁装置１４の開度やロータの位置を検出するセンサ等を用いずに、弁装置１４の開度を調整して、エンジン２の実際の特性を特定の特性に近づけることができる。
【００３７】
また、ステップ数補正処理では、エンジン２の回転数が一定に維持されているために、エンジン２の実際の特性が安定している間に、開度の調整を実行することができるこれにより、意図したエンジン２の特性により近づけるように、ステップ数を適切に補正することができる。
【００３８】
（対応関係）
発電量１０６が「内燃機関の実際の特性」の一例であり、発電量範囲１１２、１１４が「特定の特性」の一例である。発電量１０６が発電量範囲１１２の範囲外である場合が（Ｓ１６でＹＥＳ）、「内燃機関の実際の特性が特定の特性と異なる場合」の一例である。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００４０】
（１）実施例の弁装置１４は、シャフト３４及び弁体３２が直線移動する、いわゆるポペット弁である。しかしながら、弁装置１４の構成は、これに限られず、ステッピングモータによって動作されるバタフライ弁等であってもよい。
【００４１】
（２）実施例のステップ数補正処理では、回転数が一定に維持されている状況において（Ｓ１４でＹＥＳ）、エンジン２の特性を比較し（Ｓ１６）、補正ステップ数を決定する（Ｓ１８）。しかしながら、回転数が一定に維持されていない状況において、エンジン２の特性を比較し、補正ステップ数を決定してもよい。本変形例では、エンジン２の負荷率が一定に維持されていている状況において、エンジン２の特性を比較し、補正ステップ数を決定してもよい。あるいは、エンジン２の回転数が一定に維持されていない状況において、エンジン２の回転数の変動に合わせて、変動されるエンジン２の特性を比較してもよい。
【００４２】
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４３】
１      ：車両
２      ：エンジン
２ａ    ：燃焼室
３      ：車輪
４      ：発電機
５      ：インバータ
６      ：バッテリ
７      ：車軸
８      ：モータ
９      ：燃料供給ユニット
９ａ    ：インジェクタ
１０    ：吸気弁システム
１１    ：メイン制御部
１２    ：インテークマニホールド
１４    ：弁装置
３０    ：ハウジング
３２    ：弁体
３４    ：シャフト
３６    ：モータ
４０    ：弁座
４２    ：弁案内部
４６    ：モータ収容部
５０    ：エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１００  ：吸気管
２００  ：排気管
【図１】
2019203485.tif 000003
【図２】
2019203485.tif 000004
【図３】
2019203485.tif 000005
【図４】
2019203485.tif 000006
【図５】
2019203485.tif 000007
【図６】
2019203485.tif 000008