(57)【要約】【課題】専用の手段が無くても発電量を増量できる発電機付タービンを備える車両の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関と、自動変速機と、発電機付タービンとを備える車両の制御装置において、内燃機関の各気筒における膨張行程中の排気量を増量させる排気量増量手段及び／又は自動変速機における変速段を低速段にシフトさせる低速段シフト手段を備え、発電機においてタービンの回転による発電量を増量させる場合に排気量増量手段により排気量を増量又は／及び低速段シフト手段により変速段を低速段にシフトさせることを特徴とする。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、発電機付タービンとを備える車両の制御装置において、
前記発電機において前記タービンの回転による発電量を増量させる場合に、前記内燃機関の各気筒における膨張行程中の排気量を増量させる排気量増量手段
を備えることを特徴とする発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【請求項２】
前記排気量増量手段は、前記各気筒の排気弁の開弁時期を早めることを特徴とする請求項１に記載する発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【請求項３】
前記排気量増量手段は、前記各気筒の排気弁の開弁度合いを大きくすることを特徴とする請求項１又は２に記載する発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【請求項４】
自動変速機と、内燃機関と、発電機付タービンとを備える車両の制御装置において、
前記発電機において前記タービンの回転による発電量を増量させる場合に、前記自動変速機における変速段を低速段側にシフトさせる低速段シフト手段
を備えることを特徴とする発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【請求項５】
前記自動変速機は、無段自動変速機であることを特徴とする請求項４に記載する発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載する排気量増量手段を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載する発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【請求項７】
所定以上の加速要求の時に前記発電機において前記タービンの回転による発電量を増量させる場合に、前記低速段シフト手段によって排気エネルギを増加させることを特徴とする請求項６に記載する発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【請求項８】
前記排気量増量手段及び／又は前記低速段シフト手段は、前記タービンの回転による前記発電機での実発電量と目標発電量との差に基づいて制御量を所定量づつ変更することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載する発電機付タービンを備える車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機付タービンを備える車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンに設けられるタービン／コンプレッサを有するターボチャージャには、低回転域での出力特性も向上させるために、電動機を組み込んだものがある。電動機は、電動機に与えられたエネルギを電気エネルギに変換する発電機としても機能する。そこで、ターボチャージャに組み込まれた電動機では、減速時等の電動機による駆動力を必要としない場合、タービンで受けた排気エネルギを利用して発電し、排気エネルギを電気エネルギとして回収している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平４−１１２９２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
自動車に搭載される上記電動機では、バッテリの充電量が低下した場合、発電量を増量させる必要がある。その場合、電動機ではタービンで受けるエネルギを利用して発電するので、発電量を増量させるためにはタービンへの排気エネルギを増加させなければならない。そこで、従来の自動車では、排気通路のタービンの上流側にバルブを設けたものがある（特許文献１参照）。この車両では、発電時に、バルブによって排気通路を狭めて排気ガスの流速を増し、排気エネルギを増加させている。しかし、このような車両では、排気エネルギを増加させるために、バルブやバルブを駆動するためのアクチュエータ等の専用の部品が必要であり、部品点数が多くなる。
【０００５】
そこで、本発明は、専用の手段が無くても発電量を増量できる発電機付タービンを備える車両の制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発電機付タービンを備える車両の制御装置は、内燃機関と、発電機付タービンとを備える車両の制御装置であって、発電機においてタービンの回転による発電量を増量させる場合に、内燃機関の各気筒における膨張行程中の排気量を増量させる排気量増量手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置は、内燃機関の各気筒における膨張行程中の排気量を増量させる排気量増量手段を備えており、発電機におけるタービンの回転による発電量を増量させる場合には排気量増量手段により排気量を増量させる。この場合、排気行程に移る前の膨張行程中に排出する排気ガスを増量し、ピストンに伝わるべき爆発エネルギの一部を排気エネルギとして排出することによって排気エネルギを増加させる。したがって、タービンが受ける排気エネルギが排気行程で排出される排気エネルギよりも増加するので、タービンで変換される回転エネルギも増加し、発電機における発電量も増加する。なお、排気量増量手段は、膨張行程中に排気ガスを排出させることができればよいので、車両に備わる既存のシステムを利用し、排気弁に対する制御を変更するだけで構成できる。
【０００８】
なお、発電機付タービンの発電機は、タービンで受ける排気エネルギを利用して発電する発電機である。
【０００９】
本発明の上記発電機付タービンを備える車両の制御装置では、排気量増量手段を、各気筒の排気弁の開弁時期を早める手段として構成してもよい。
【００１０】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置では、各気筒に設けられている排気弁の開弁時期を早めることにより、膨張行程中に排気ガスを排出させる。このように排気量増量手段を排気弁の開弁時期制御で構成することにより、専用の手段を設けることなく、発電機の発電量を増量できる。
【００１１】
本発明の上記発電機付タービンを備える車両の制御装置では、排気量増量手段を、各気筒の排気弁の開弁度合いを大きくする手段として構成してもよい。
【００１２】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置では、各気筒に設けられている排気弁の開弁度合いを大きくすることにより、膨張行程中に排気される排気ガス量を増加させる。このように排気量増量手段を排気弁の開弁度合い制御で構成することにより、専用の手段を設けることなく、発電機の発電量を増量できる。
【００１３】
本発明に係る発電機付タービンを備える車両の制御装置は、自動変速機と、内燃機関と、発電機付タービンとを備える車両の制御装置において、発電機においてタービンの回転による発電量を増量させる場合に、自動変速機における変速段を低速段側にシフトさせる低速段シフト手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置は、自動変速機における変速段を低速段側にシフトさせる低速段シフト手段を備えており、タービンの回転による発電機における発電量を増量させる場合には低速段シフト手段により低速段側にシフトさせる。この場合、低速段側にシフトすることにより、アクセル開度が維持されている場合でも内燃機関が高回転側に移行して出力が増加し、その出力増加に応じて排気エネルギが増加する。したがって、タービンが受ける排気エネルギも増加するので、タービンで変換される回転エネルギも増加し、発電機における発電量も増加する。なお、低速段シフト手段は、車両に備わる既存のシステムを利用し、自動変速機における変速制御を変更するだけで構成できる。
【００１５】
本発明の上記発電機付タービンを備える車両の制御装置では、自動変速機を無断自動変速機とすると好適である。
【００１６】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置は、無段自動変速機の場合、低速段シフト手段では変速段を低速段側に徐々にシフトさせることができる。つまり、無段自動変速機では、変速段の分解能が高いので、滑らかにシフトダウンできる。そのため、低速段シフト手段によりシフトダウンさせても、内燃機関の回転数及び出力も徐々に増加し、ドライバに対してシフトダウンによる違和感を与えない。
【００１７】
本発明の上記発電機付タービンを備える車両の制御装置では、請求項１〜３のいずれか１項に記載する排気量増量手段を備える構成としてもよい。
【００１８】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置は、排気増量手段及び低速段シフト手段を備えるので、両手段による協調制御を行うことができる。ちなみに、排気増量手段を利用した場合、爆発エネルギの一部が排気エネルギとなるので、内燃機関の出力が低下する。一方、低速段シフト手段を利用した場合、内燃機関の出力が増加する。そこで、制御装置では、内燃機関の出力アップの必要性を考慮し、出力アップが必要な場合には低速段シフト手段を利用し、出力アップが必要ない場合には排気量増量手段を利用するような制御を行うことができる。このように制御することにより、ドライバの加速要求に対して加速フィーリングに違和感を与えることなく、発電量を増量できる。
【００１９】
本発明の上記発電機付タービンを備える車両の制御装置では、所定以上の加速要求の時に発電機においてタービンの回転による発電量を増量させる場合に、低速段シフト手段によって排気エネルギを増加させるように構成してもよい。
【００２０】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置では、所定以上の加速要求の時に発電量を増量させる場合には、低速段シフト手段によって変速段を低速段側にシフトさせる。このように制御することにより、シフトダウンによって内燃機関の出力が増加するとともに排気エネルギが増加するので、その出力増加によってドライバの加速要求に応じることができるとともに、排気エネルギの増加によって発電機による発電量も増量させることができる。
【００２１】
なお、所定以上の加速要求は、排気量増量手段で発電量を増量させた場合の内燃機関の出力ダウンによってドライバの加速要求に影響を与える程度の加速要求であり、例えば、増加率に関係なくアクセル開度が増加している場合の加速要求や増加率が一定増加率以上の場合の加速要求等である。
【００２２】
本発明の上記発電機付タービンを備える車両の制御装置では、排気量増量手段及び／又は低速段シフト手段を、タービンの回転による発電機での実発電量と目標発電量との差に基づいて制御量を所定量づつ変更するように構成してもよい。
【００２３】
この発電機付タービンを備える車両の制御装置では、排気量増量手段及び／又は低速段シフト手段が、タービンの回転による発電機での実発電量と制御装置で設定した目標発電量との差に基づいて制御量を所定量づつ変更し、排気量を徐々に増加させたり、あるいは、変速段を徐々にシフトダウンさせる。このように制御することにより、排気量増量手段又は／及び低速段シフト手段による内燃機関の出力変化が抑制されるので、走行フィーリングを低下させることなく、発電量を増量させることができる。
【００２４】
なお、所定量は、排気量増量手段の場合には排気弁の開弁時期や開弁度合い等を変える際の最小制御量を基準として最小制御量を整数倍した量であり、低速段シフト手段の場合には自動変速機の変速段を変える際の最小制御量を基準として最小制御量を整数倍した量である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る発電機付タービンを備える車両の制御装置の実施の形態を説明する。
【００２６】
本実施の形態では、本発明に係る車両を、パワートレインシステムとして可変バルブタイミング・リフト機構を有するエンジンとＣＶＴ［Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ］とを備え、エンジンには電動機付ターボチャージャを備える自動車に適用する。本実施の形態では、本発明に係る制御装置を、エンジンを制御するＥＣＵ［Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ］、ＣＶＴを制御するＥＣＵ及び電動機付ターボチャージャの電動機を制御するコントローラの３つの制御装置によって構成する。
【００２７】
図１を参照して、本実施の形態に係るパワートレインシステム１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る自動車のパワートレインシステムの構成図である。
【００２８】
パワートレインシステム１は、自動車に搭載され、エンジン１０により自動車を駆動するための駆動力を得ており、その駆動力をＣＶＴ１１を介して駆動輪１２，１２に出力している。パワートレインシステム１では、エンジン１０での出力特性を高めるために、ターボチャージャ１３によりエンジン１０の吸入空気を過給している。さらに、パワートレインシステム１では、低回転域の過給圧の立ち上がりを向上させるために、電動機１４によりターボチャージャ１３を強制的に駆動している。また、パワートレインシステム１では、電動機１４により発電を行っている。
【００２９】
エンジン１０は、４サイクルエンジンであり、エンジンＥＣＵ１５によって制御される。エンジン１０は、可変バルブタイミング・リフト機構を有している。可変バルブタイミング・リフト機構は、エンジン１０の各気筒に設けられている吸気バルブ（図示せず）及び排気バルブ（図示せず）の開閉時期及びリフト量をエンジン回転数やアクセル開度等に応じて変化させることができる機構である。開閉時期は、吸気バルブ／排気バルブの開閉がクランク角で表され、開弁時期／閉弁時期を決定する。バルブタイミングを変える場合、エンジンＥＣＵ１５では、時期を早くするためにクランク角を進角側又は時期を遅くするためにクランク角を遅角側に１ステップ（一定角度）づつ変化させる。リフト量は、カムシャフト（図示せず）に付いたカムが各バルブを押す量であり、吸気バルブ／排気バルブの開度を決定する。バルブリフト量を変える場合、エンジンＥＣＵ１５では、各バルブの開度を大きくするためにリフト量を増量側又は開度を小さくするためにリフト量を減量側に１ステップ（一定リフト量）づつ変化させる。この開閉時期やリフト量を変化させることによって、吸気量や排気量を調整することができる。
【００３０】
特に、可変バルブタイミング・リフト機構における排気バルブの開閉時期及びリフト量に対する制御は、電動機１４における発電制御にも利用される。電動機１４における発電量を増加させる場合、排気エネルギを増加させるために、膨張行程中の排気バルブを開ける時期を早める制御又は／及び排気バルブの開度を大きくする制御を行う場合がある。膨張行程中に排気バルブの開弁時期を早めると、爆発エネルギが排出される時期が早まるので、ピストン（図示せず）に伝わる前の爆発エネルギの一部が排気エネルギとして排出される量が増加する。また、膨張行程中に排気バルブの開度を大きくすると、排気ガスの出口が大きくなるので、爆発エネルギの一部が排気エネルギとして排出される量が増加する。したがって、この可変バルブタイミング・リフト機構における排気バルブ制御により、通常制御時に排出される排気エネルギ（排気ガス量）よりも増加させることができる。
【００３１】
また、エンジン１０では、吸気通路１６から空気を吸入し、排気通路１７に排気ガスを排気する。吸気通路１６には、上流側からターボチャージャ１３のコンプレッサ側、インタークーラ１８、スロットルバルブ１９等が設けられている。排気通路１７には、ターボチャージャ１３のタービン側等が設けられている。
【００３２】
吸気側では、まず、吸気通路１６の最上流から吸入した空気は、ターボチャージャ１３で過給される。ターボチャージャ１３から出た吸入空気は、過給による圧力上昇によって温度が上昇する。そこで、インタークーラ１８では、温度上昇した吸入空気の温度を空冷式で低下させ、充填効率を向上させる。続いて、スロットルバルブ１９では、エンジン１０への吸入空気量を調節する。この調節された空気が、エンジン１０に吸入される。スロットルバルブ１９は、電子制御式バルブであり、エンジンＥＣＵ１５によって開度が決定され、制御される。
【００３３】
排気側では、エンジン１０から排気された排気ガスは、ターボチャージャ１３のタービン１３ａを回転させる。この際、排気エネルギは、加速時等にはターボチャージャ１３によるアシストによって消費され、減速時等には電動機１４による発電によって消費される。
【００３４】
エンジンＥＣＵ１５は、ＣＰＵ［Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ］、ＲＯＭ［Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ］、ＲＡＭ［Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ］等からなる電子制御ユニットである。エンジンＥＣＵ１５は、各種センサが接続され、各種センサからの検出値に基づいて各種制御量等を設定し、エンジン１０及びエンジン１０に関する各部を制御する。
【００３５】
エンジンＥＣＵ１５では、アクセル開度等に基づいてスロットルバルブ１９の開度を設定し、スロットルバルブ１９の開度を制御する。また、エンジンＥＣＵ１５では、アクセル開度等に基づいて燃料噴射量を設定し、電子制御式の燃料噴射装置（図示せず）を制御する。
【００３６】
また、エンジンＥＣＵ１５では、電動機１４を制御するコントローラ２０との間で以下の各種信号を送受信する。加速時等には、エンジンＥＣＵ１５では、エンジン１０のエンジン回転数等に基づいて電動機１４によるアシスト量を決定し、そのアシスト量を示す指令信号をコントローラ２０に送信する。さらに、エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの排気バルブタイミングを進角させる指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて膨張行程中の排気バルブを開く時期を１ステップ分進角制御する。一方、エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの排気バルブタイミングを遅角させる指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて膨張行程中の排気バルブの開く時期を１ステップ分遅角制御する。また、エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの排気バルブ開度を大きくする指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて膨張行程中の排気バルブリフト量を１ステップ分増量制御する。一方、エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの排気バルブ開度を小さくする指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて膨張行程中の排気バルブリフト量を１ステップ分減量制御する。
【００３７】
ＣＶＴ１１は、無段自動変速機であり、ＣＶＴＥＣＵ２１によって制御される。ＣＶＴ１１は、エンジン１０からの駆動力をプライマリ（駆動）プーリ（図示せず）とセカンダリ（従動）プーリ（図示せず）との間に掛けられたベルト（図示せず）で伝達し、各プーリ幅を変化させてベルトの巻掛け半径を変化させることによってプーリ比を変え、変速比（変速段）を無段階に変化させる。ＣＶＴＥＣＵ２１では、変速する場合、変速比をローギア側にシフトするためにプーリ比をロー側又は変速比をハイギア側にシフトするためにプーリ比をハイ側に１ステップ（一定比）づつ変化させる。
【００３８】
特に、ＣＶＴ１１における変速制御は、電動機１４における発電制御にも利用される。電動機１４における発電量を増加させる場合、プーリ比をロー側に変えて変速比をローギア側にシフトする場合がある。変速比をローギア側にシフトすると、アクセル開度が変化していない場合にはエンジン１０の回転数が増してエンジン１０の出力が増大する。したがって、このＣＶＴ１１における変速制御により、通常制御時に排出される排気エネルギ（排気ガス量）よりも増加させることができる。
【００３９】
ＣＶＴＥＣＵ２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。ＣＶＴＥＣＵ２１は、各種センサが接続され、各種センサからの検出値に基づいて各種制御量等を設定し、ＣＶＴ１１及びＣＶＴ１１に関する各部を制御する。ＣＶＴＥＣＵ２１では、車速やアクセル開度等に基づいてＣＶＴ１１の変速比を決定し、決定した変速比に応じてプーリ比を制御する。
【００４０】
また、ＣＶＴＥＣＵ２１では、電動機１４を制御するコントローラ２０から以下の信号を受信する。ＣＶＴＥＣＵ２１では、コントローラ２０からのＣＶＴ１１をローギア側にシフトさせる指令信号を受信すると、その指令信号に基づいてプーリ比を１ステップ分ロー側に制御する。一方、ＣＶＴＥＣＵ２１では、コントローラ２０からのＣＶＴ１１をハイギア側にシフトさせる指令信号を受信すると、その指令信号に基づいてプーリ比を１ステップ分ハイ側に制御する。
【００４１】
ターボチャージャ１３は、エンジン１０からの排気エネルギを利用して過給圧を上げる。ターボチャージャ１３では、排気通路１７側にタービン１３ａ、吸気通路１６側にコンプレッサ１３ｂが配設されており、両ホイールがシャフト１３ｃで連結されている。このシャフト１３ｃの中央部には、電動機１４の一構成要素であるロータ（図示せず）が固定されている。
【００４２】
電動機１４は、三相交流モータであり、ターボチャージャ１３の過給圧をアシストするとともに回生時にはバッテリ２２を充電する。電動機１４は、磁石が設けられたロータの周囲にステータ（図示せず）が配設されている。ステータは、複数枚の積層鋼板に巻線を巻いたものであり、ターボチャージャ１３のハウジングに対して固定されている。電動機１４は、ロータ及びステータを主たる構成要素として、シャフト１３ｃを出力軸としてターボチャージャ１３のハウジングの内部に構築されている。電動機１４では、コントローラ２０から三相の各巻線に電力が順次供給されると磁界が順次発生し、この三相に発生する磁界とロータの磁石との磁界との相互作用によってロータが回転する。また、ターボチャージャ１３ではタービン１３ａで受けた排気エネルギを回転エネルギに変換しており、電動機１４では、回生時にはこの回転エネルギを電気エネルギに変換する。したがって、電動機１４での回生時の発電量を増量させるには、排気エネルギを増加させる必要がある。
【００４３】
コントローラ２０は、電動機１４の駆動及び回生は制御する装置であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）、インバータ（図示せず）、コントローラＩＣ［Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ］（図示せず）等からなる。
【００４４】
ＤＣ−ＤＣコンバータは、バッテリ２２とインバータとの間に接続され、バッテリ２２とインバータとで出入力される直流電力を変換する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータは、トランジスタ（図示せず）を備えており、このトランジスタのオン／オフによって電動機１４の発電量を調整する。ＤＣ−ＤＣコンバータでは、コントローラＩＣからのゲート信号に基づいてトランジスタがオン／オフし、トランジスタがオンしている時間が回生可能時間の場合には電動機１４で発電した電力をバッテリ２２に出力する。
【００４５】
インバータは、６つのＦＥＴ［Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ］（図示せず）を備えており、この６つのＦＥＴによって電動機１４の三相の巻線に対して上側アーム及び下側アームを各々構成している。インバータでは、コントローラＩＣからの６つのゲート信号に基づいて各相の上側アーム又は下側アームが通電し、電動機１４の三相の巻線に電力を各々供給する。
【００４６】
コントローラＩＣは、加速時等には、エンジンＥＣＵ１５からの電動機１４によるアシスト量を示す指令信号に基づいて電動機１４の目標回転数を決定するとともに、電動機１４の三相の巻線の各端子に生じる逆起電力に基づいて電動機１４のロータの位置を検出する。そして、コントローラＩＣでは、目標回転数とロータの位置に基づいて６つのゲート信号を生成し、このゲート信号をインバータに送信する。また、コントローラＩＣでは、減速時等には、バッテリ２２に設けられた電力センサ（図示せず）で検出したバッテリ充電量に基づいて電動機１４の目標発電量を決定する。そして、コントローラＩＣでは、決定した目標発電量に基づいてゲート信号を生成し、このゲート信号をＤＣ−ＤＣコンバータに送信する。
【００４７】
特に、バッテリ充電量が低下し、電動機１４による発電量を増加させる必要がある場合には、コントローラＩＣでは、排気バルブ制御、ＣＶＴ変速制御又は協調制御のうちのいずれかの制御を行う。コントローラＩＣでは、バッテリ２２の充電量が不足していることを示す不足充電量（例えば、正常時の充電量の半分の充電量）を保持しており、電力センサで検出したバッテリ２２の充電量が不足充電量より低下した場合には上記のいずれかの制御を行い、排気エネルギ（排気ガス量）を増加させる。この際、バッテリ２２の充電量を増加させることが優先されるので、加速時でも電動機１４では発電を行う。なお、３つの制御のうちいずれの制御を行うかは、基本的には協調制御を行うが、可変バルブタイミング・リフト機構がエンジンに備わっていない場合や備わっているが排気エネルギを増加させる制御には使用できない場合にはＣＶＴ変速制御を行い、ＣＶＴ等の自動変速機でない場合やＣＶＴ等の自動変速機でもローギア側に強制的にシフトさせる制御には使用できない場合には排気バルブ制御を行う。
【００４８】
排気バルブ制御について説明する。コントローラＩＣでは、電動機１４に設けられた電力センサ（図示せず）で検出した電動機発電量を取り入れ、この電動機発電量とバッテリ充電量に基づく目標発電量とを比較する。そして、コントローラＩＣでは、電動機発電量が目標発電量よりも少ない場合には排気バルブタイミングを進角させる指令信号をエンジンＥＣＵ１５に送信するとともに電動機発電量が目標発電量以上の場合には排気バルブタイミングを遅角させる指令信号をエンジンＥＣＵ１５に送信し、電動機発電機が目標発電量となるようにフィードバック制御する。また、コントローラＩＣでは、電動機発電量が目標発電量よりも少ない場合には排気バルブ開度を大きくする指令信号をエンジンＥＣＵ１５に送信するとともに電動機発電量が目標発電量以上の場合には排気バルブ開度を小さくする指令信号をエンジンＥＣＵ１５に送信し、電動機発電機が目標発電量となるようにフィードバック制御する。この際、排気バルブタイミングと排気バルブ開度とを両方制御してもよいし、一方のみを制御してもよい。目標発電量が大きい場合や急速に発電量を増量させる場合には排気バルブタイミングと排気バルブ開度とを両方制御すると効果的である。しかし、このような制御を行うことによって、排気エネルギが増加するのに応じてエンジン１０の出力が低下するので、エンジン１０の出力の低下度合いによってはドライバに対する走行フィーリングに違和感を与え、加速性能も落ちる。そこで、コントローラＩＣ及びエンジンＥＣＵ１５では、エンジン１０の出力低下を考慮し、制御量として上記した１ステップづつ変化させて排気バルブタイミングや排気バルブ開度を制御している。なお、本実施の形態では、コントローラ２０及びエンジンＥＣＵ１５によって排気量増量手段を構成している。
【００４９】
ＣＶＴ変速制御について説明する。コントローラＩＣでは、電力センサで検出した電動機発電量を取り入れ、この電動機発電量とバッテリ充電量に基づく目標発電量とを比較する。そして、コントローラＩＣでは、電動機発電量が目標発電量よりも少ない場合にはＣＶＴ１１をローギア側にシフトさせる指令信号をＣＶＴＥＣＵ２１に送信するとともに電動機発電量が目標発電量以上の場合にはＣＶＴ１１をハイギア側にシフトさせる指令信号をＣＶＴＥＣＵ２１に送信し、電動機発電機が目標発電量となるようにフィードバック制御する。このような制御を行うことによって、エンジン１０が高回転になるのに応じてエンジン１０の出力が増大するので、エンジン１０の出力の増大度合いによってはドライバに対して走行フィーリングに違和感を与える。そこで、コントローラＩＣでは、エンジン１０の出力増大を考慮し、制御量として上記した１ステップづつ変化させてＣＶＴ１１の変速段を制御している。なお、本実施の形態では、コントローラ２０及びＣＶＴＥＣＵ２１によって低速段シフト手段を構成している。
【００５０】
協調制御について説明する。コントローラＩＣでは、アクセルペダル（図示せず）に設けられた開度センサで検出したアクセル開度を取り入れ、このアクセル開度が増加しているか否かを判定する（つまり、ドライバからの加速要求があるか否かを判定する）。そして、コントローラＩＣでは、アクセル開度が増加している場合には上記のＣＶＴ変速制御により電動機発電機が目標発電量となるように制御し、アクセル開度が増加していない場合には上記の排気バルブ制御により電動機発電機が目標発電量となるように制御する。つまり、ドライバからの加速要求が少しでもある場合にはＣＶＴ１１の変速段をローギア側に制御することによって、排気エネルギを増加させるとともに、エンジン１０の出力も増大させる。一方、ドライバからの加速要求がない場合には排気バルブタイミングを進角又は／及び排気バルブリフト量を増量制御することによって、排気エネルギを増加させるとともに、エンジン１０の出力を低下させる。このようにドライバの加速要求に応じて制御を切り換えることによって、ドライバの加速要求に対応してエンジン１０の出力が変化するので、ドライバに対する走行フィーリングに違和感を与えない。
【００５１】
なお、コントローラＩＣを、排気エネルギを検出し、上記いずれかの制御によって排気エネルギを増加させなくても、通常制御によって排出される排気エネルギによって目標発電量が得られる場合には上記制御によって排気エネルギを増加させる制御を行わないように構成してもよい。
【００５２】
図１を参照して、パワートレインシステム１におけるバッテリ充電量が不足時に電動機１４での発電量を増加させるための動作を、排気バルブ制御、ＣＶＴ変速制御、協調制御の３つの制御に分けて説明する。なお、パワートレインシステム１では、３つの制御のうちのいずれか一つの制御を行って、バッテリ充電量不足時に電動機１４による発電量を増加させる。
【００５３】
まず、排気バルブ制御について、図２のフローチャートに沿って説明する。図２は、排気バルブタイミング制御を示すフローチャートである。排気バルブ制御では、以下で説明する処理を一定時間毎に繰り返し実行する。なお、図２のフローチャートには排気バブルタイミングに関する制御しか示していないが、排気バルブ開度（リフト量）に関する制御も行う場合があるので、排気バルブ開度に関する制御も以下で説明する。
【００５４】
コントローラ２０では、バッテリ２２の充電量を取得し（Ｓ１０）、バッテリ充電量が不足充電量より少ないか否かを判定する（Ｓ１１）。
【００５５】
コントローラ２０では、Ｓ１１にてバッテリ充電量が不足充電量より少なくないと判定した場合には、電動機１４での発電量を増量する必要がないので、電動機１４に対して通常の制御を行う（Ｓ１２）。また、エンジンＥＣＵ１５でも、コントローラ２０からの排気バルブタイミング又は／及び排気バルブ開度に対する指令信号を受信していないので、排気バルブタイミング及び排気バルブ開度（リフト量）に対して通常の制御を行っている（Ｓ１２）。したがって、エンジン１０では通常制御時の排気エネルギを排出しており、加速時等にはターボチャージャ１３で排気エネルギを回収し、減速時には電動機１４で排気エネルギを回収する。
【００５６】
一方、コントローラ２０では、Ｓ１１にてバッテリ充電量が不足充電量より少ないと判定した場合には、電動機１４による発電量を増加させる制御に移る。コントローラ２０では、電動機１４の発電量を取得するとともに（Ｓ１３）、バッテリ充電量に基づいて目標発電量を設定する。そして、コントローラ２０では、電動機発電量が目標発電量よりも少ないか否かを判定する（Ｓ１４）。
【００５７】
コントローラ２０では、Ｓ１４にて電動機発電量が目標発電量よりも少ないと判定した場合には、電動機１４による発電量を増量させる必要があるので、排気バルブタイミングを進角させる指令信号又は／及び排気バルブ開度を大きくする指令信号をエンジンＥＣＵ１５に送信する（Ｓ１５）。エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの進角の指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて排気バルブを開く時期を１ステップ分進角制御する（Ｓ１５）。すると、エンジン１０では、膨張行程中の排気バルブの開弁時期が１ステップ分進角する。そのため、その開弁時期が早まった分の排気量が増量し、排気エネルギが増加する。また、エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの排気バルブ開度を大きくする指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて排気バルブリフト量を１ステップ分増量制御する（Ｓ１５）。すると、エンジン１０では、膨張行程中の排気バルブ開度が１ステップ分大きくなる。そのため、その開度が大きくなった分の排気量が増量し、排気エネルギが増加する。すると、ターボチャージャ１３のタービン１３ａではその増加した排気エネルギを回転エネルギに変換し、電動機１４ではその増加した回転エネルギを電気エネルギに変換する。その結果、その電気機１４では前回制御時よりも発電量が増加し、バッテリ２２での充電量も増加する。
【００５８】
一方、コントローラ２０では、Ｓ１４にて電動機発電量が目標発電量より少なくないと判定した場合には、電動機１４による発電量を減量させる必要があるので、排気バルブタイミングを遅角させる指令信号又は／及び排気バルブ開度を小さくする指令信号をエンジンＥＣＵ１５に送信する（Ｓ１６）。エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの遅角の指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて排気バルブを開く時期を１ステップ分遅角制御する（Ｓ１６）。すると、エンジン１０では、膨張行程中の排気バルブの開弁時期が１ステップ分遅角する。そのため、その開弁時期が遅くなった分の排気量が減量し、排気エネルギが減少する。また、エンジンＥＣＵ１５では、コントローラ２０からの排気バルブ開度を小さくする指令信号を受信すると、その指令信号に基づいて排気バルブリフト量を１ステップ分減量制御する（Ｓ１６）。すると、エンジン１０では、膨張行程中の排気バルブ開度が１ステップ分小さくなる。そのため、その開度が小さくなった分の排気量が減量し、排気エネルギが減少する。すると、ターボチャージャ１３のタービン１３ａではその減少した排気エネルギを回転エネルギに変換し、電動機１４ではその減少した回転エネルギを電気エネルギに変換する。その結果、その電気機１４では前回制御時よりも発電量が減少し、バッテリ２２での充電量も減少する。
【００５９】
上記のように、コントローラ２０及びエンジンＥＣＵ１５では、バッテリ充電量が不足充電量よりも少なくなった場合には電動機１４での発電量を増量するために、排気量（排気エネルギ）を増加するように排気バルブを制御する。その際、コントローラ２０及びエンジンＥＣＵ１５では、電動機発電量が目標発電量となるようにフィードバック制御している。そのため、電動機１４での発電量が多くなり過ぎた場合には、進角させすぎたステップ数又は／及び開度を大きくしすぎたステップ数を減らしている。
【００６０】
次に、ＣＶＴ変速制御について、図３のフローチャートに沿って説明する。図３は、ＣＶＴ変速制御を示すフローチャートである。ＣＶＴ変速制御では、以下で説明する処理を一定時間毎に繰り返し実行する。
【００６１】
コントローラ２０では、バッテリ２２の充電量を取得し（Ｓ２０）、バッテリ充電量が不足充電量より少ないか否かを判定する（Ｓ２１）。
【００６２】
コントローラ２０では、Ｓ２１にてバッテリ充電量が不足充電量より少なくないと判定した場合には、電動機１４に対して通常の制御を行う（Ｓ２２）。また、ＣＶＴＥＣＵ２１でも、コントローラ２０からのＣＶＴ１１の変速に対する指令信号を受信していないので、ＣＶＴ１１の変速比（プーリ比）に対する通常の制御を行っている（Ｓ２２）。
【００６３】
一方、コントローラ２０では、Ｓ２１にてバッテリ充電量が不足充電量より少ないと判定した場合には、排気バルブ制御と同様に、電動機１４の発電量を取得し（Ｓ２３）、電動機発電量が目標発電量よりも少ないか否かを判定する（Ｓ２４）。
【００６４】
コントローラ２０では、Ｓ２４にて電動機発電量が目標発電量よりも少ないと判定した場合には、電動機１４による発電量を増量させる必要があるので、ＣＶＴ１１をローギア側にシフトさせる指令信号をＣＶＴＥＣＵ２１に送信する（Ｓ２５）。ＣＶＴＥＣＵ２１では、コントローラ２０からのローギア側にシフトさせる指令信号を受信すると、その指令信号に基づいてプーリ比を１ステップ分ロー側に制御する（Ｓ２５）。すると、ＣＶＴ１１では、プーリ比を１ステップ分ロー側に変更して変速段をローギア側にシフトする。そのため、ローギア側にシフトした分のエンジン回転数が増加してエンジン１０の出力が増大し、排気エネルギが増加する。すると、ターボチャージャ１３のタービン１３ａではその増加した排気エネルギを回転エネルギに変換し、電動機１４ではその増加した回転エネルギを電気エネルギに変換する。その結果、その電気機１４では前回制御時よりも発電量が増加し、バッテリ２２での充電量も増加する。
【００６５】
一方、コントローラ２０では、Ｓ２４にて電動機発電量が目標発電量より少なくないと判定した場合には、電動機１４による発電量を減量させる必要があるので、ハイギア側にシフトさせる指令信号をＣＶＴＥＣＵ２１に送信する（Ｓ２６）。ＣＶＴＥＣＵ２１では、コントローラ２０からのハイギア側にシフトさせる指令信号を受信すると、その指令信号に基づいてプーリ比を１ステップ分ハイ側に制御する（Ｓ２６）。すると、ＣＶＴ１１では、プーリ比を１ステップ分ハイ側に変更して変速段をハイギア側にシフトする。そのため、ハイギア側にシフトした分のエンジン回転数が減少してエンジン１０の出力が低下し、排気エネルギが減少する。すると、ターボチャージャ１３のタービン１３ａではその減少した排気エネルギを回転エネルギに変換し、電動機１４ではその減少した回転エネルギを電気エネルギに変換する。その結果、その電気機１４では前回制御時よりも発電量が減少し、バッテリ２２での充電量も減少する。
【００６６】
上記のように、コントローラ２０及びＣＶＴＥＣＵ２１では、バッテリ充電量が不足充電量よりも少なくなった場合には電動機１４での発電量を増量するために、ローギア側にシフトするようにＣＶＴ１１を制御する。その際、コントローラ２０及びＣＶＴＥＣＵ２１では、電動機発電量が目標発電量となるようにフィードバック制御している。そのため、電動機１４での発電量が多くなり過ぎた場合には、ローギア側にシフトさせすぎたステップ数を減らしている。
【００６７】
最後に、協調制御について、図４のフローチャートに沿って説明する。図４は、協調制御を示すフローチャートである。協調制御では、以下で説明する処理を一定時間毎に繰り返し実行する。なお、この協調制御での説明では、排気バルブ制御又はＣＶＴ変速制御と同様の処理については、図４のフローチャートにおける各処理に図２のフローチャート又は図３のフローチャートにおける各処理に付与されている同一のステップ番号を付し、その処理の説明を省略する。
【００６８】
コントローラ２０では、バッテリ２２の充電量を取得し（Ｓ３０）、バッテリ充電量が不足充電量より少ないか否かを判定する（Ｓ３１）。
【００６９】
コントローラ２０では、Ｓ３１にてバッテリ充電量が不足充電量より少なくないと判定した場合には、電動機１４に対して通常の制御を行う（Ｓ３２）。また、エンジンＥＣＵ１５及びＣＶＴＥＣＵ３２でも、上記と同様に、通常の制御を行っている（Ｓ３２）。
【００７０】
一方、コントローラ２０では、Ｓ３１にてバッテリ充電量が不足充電量より少ないと判定した場合には、電動機１４による発電量を増加させる制御に移る。コントローラ２０では、アクセル開度を取得する（Ｓ３３）。そして、コントローラ２０では、取得したアクセル開度と過去に取得して保持しているアクセル開度とからアクセル開度が増加しているか否かを判定する（Ｓ３４）。
【００７１】
コントローラ２０では、Ｓ３４にてアクセル開度が増加していないと判定した場合には、ドライバからの加速要求がないので、エンジン１０の出力の低下を伴う排気バルブ制御により電動機１４による発電量を増加させる制御に移る。この制御では、図２のフローチャートのＳ１３〜Ｓ１６の処理と同様の処理を行う。ちなみに、この制御によってエンジン１０での出力が通常制御時よりも低下するが、ドライバとしては定常又は減速要求なので、ドライバに対しては良好な走行フィーリングとなる。
【００７２】
一方、コントローラ２０では、Ｓ３４にてアクセル開度が増加していると判定した場合には、ドライバからの加速要求があるので、エンジン１０の出力の増大を伴うＣＶＴ変速制御により電動機１４による発電量を増加させる制御に移る。この制御では、図３のフローチャートのＳ２３〜Ｓ２６の処理と同様の処理を行う。ちなみに、この制御によってエンジン１０での出力が通常制御時よりも増大するが、ドライバとしては加速要求なので、ドライバに対しては良好な走行フィーリングとなる。
【００７３】
上記のように、コントローラ２０、エンジンＥＣＵ１５及びＣＶＴＥＣＵ２１では、バッテリ充電量が不足充電量よりも少なくなった場合には電動機１４での発電量を増量するために、ドライバの加速要求に応じて排気バルブ制御とＣＶＴ変速制御とを切り換えて排気エネルギを増加させる。
【００７４】
このパワートレインシステム１では、エンジン１０に可変バルブタイミング・リフト機構を備えているので、排気バルブに対するタイミングやリフト量制御により排気エネルギを増加させることができる。また、このパワートレインシステム１では、ＣＶＴ１１を備えているので、ＣＶＴ１１に対する変速制御により排気エネルギを増加させることができる。そのため、このパワートレインシステム１によれば、コントローラ２０とエンジンＥＣＵ１５による可変バルブタイミング・リフト機構に対する排気バルブ制御又は／及びコントローラ２０とＣＶＴＥＣＵ２１によるＣＶＴ１１に対する変速制御により、パワートレインシステム１に備えられる既存のシステムを利用して電動機１４による発電量を増量させることができる。したがって、電動機１４での発電量を増量させるために、コストアップすることはなく、システム構成としても複雑化しない。
【００７５】
また、エンジンＥＣＵ１５及びＣＶＴＥＣＵ２１では、排気バルブタイミング、排気バルブリフト量、プーリ比を制御する際に各制御量の最小単位である１ステップづつ変化させるので、この制御によってエンジン１０の出力が変化するが、その変化は緩やかである。特に、パワートレインシステム１では、無段自動変速機であるＣＶＴ１１を備えているので、変速段を徐々にローギア側にシフトさせることができ、そのシフトダウンに応じてエンジン１０の出力も徐々にしか増加しない。さらに、コントローラ２０では、協調制御によってドライバの加速要求に応じて排気バルブ制御とＣＶＴ変速制御とを切り換えるので、ドライバに対して走行フィーリング上の違和感を与えない。
【００７６】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
【００７７】
例えば、本実施の形態ではパワートレインシステムとして可変バルブタイミング・リフト機構を有するエンジンとＣＶＴとを備える自動車に適用したが、可変バルブタイミング・リフト機構を有していないエンジンとＣＶＴ等の自動変速機とを備える自動車、あるいは、可変バルブタイミング・リフト機構を有するエンジンと手動変速機とを備える自動車にも適用可能である。なお、ＣＶＴ以外の自動変速機でもローギア側にシフトさせる制御は可能であり、その場合には、無段変速ではなく、４段変速等の決まった変速段内での制御となる。
【００７８】
また、本実施の形態では排気エネルギを利用して発電可能な電動機付ターボチャージャを備える自動車に適用したが、排気エネルギを利用して発電のみを行う発電機付タービンを備える自動車にも適用可能である。
【００７９】
また、本実施の形態では制御装置をエンジンＥＣＵ、ＣＶＴＥＣＵ、コントローラで構成したが、一体で構成してもよい。
【００８０】
また、本実施の形態では排気バルブ制御やＣＶＴ変速制御において各部における制御量の最小単位である１ステップづつ変化させるように制御したが、走行フィーリングを損なわない程度に、２ステップや３ステップ等の複数ステップづつ変化させるように制御してもよい。
【００８１】
また、本実施の形態では協調制御の場合にはアクセル開度が増加しているか否かで制御を切り換えたが、アクセル開度の増加率が一定値以上か否かで切り換える等のドライバの加速要求に対して違和感が発生しない範囲内で制御を切り換えればよい。
【００８２】
また、本実施の形態ではフィードバック制御によって電動機発電量を目標発電量となるように制御したが、フィードフォワード制御によって制御してもよい。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、車両に備えられている既存のシステムを利用して排気エネルギを増加させるので、専用の手段が無くても発電量を増量させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る自動車のパワートレインシステムの構成図である。
【図２】本実施の形態に係る排気バルブタイミング制御を示すフローチャートである。
【図３】本実施の形態に係るＣＶＴ変速制御を示すフローチャートである。
【図４】本実施の形態に係る協調制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…パワートレインシステム、１０…エンジン、１１…ＣＶＴ、１２…駆動輪、１３…ターボチャージャ、１３ａ…タービン、１３ｂ…コンプレッサ、１３ｃ…シャフト、１４…電動機、１５…エンジンＥＣＵ、１６…吸気通路、１７…排気通路、１８…インタークーラ、１９…スロットルバルブ、２０…コントローラ、２１…ＣＶＴＥＣＵ、２２…バッテリ
【図１】
2004156528.tif 000003
【図２】
2004156528.tif 000004
【図３】
2004156528.tif 000005
【図４】
2004156528.tif 000006