(57)【要約】【課題】ローター通過後の吸入空気の温度が過剰に低下することを防止する。【解決手段】吸気通路２に介装されたローター４と、前記ローター４に接続され、前記ローター４が回転することによって発電を行う発電機４ａと、内燃機関の吸入空気温度の低温状態を検出する低温状態検出手段２０と、前記吸入空気温度の低温状態が検出されると、前記発電機４ａの発電量を減少させる発電量減少手段と、を備える。【選択図】      図１
2005180325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に介装されたローターと、
前記ローターに接続され、前記ローターが回転することによって発電を行う発電機と、
内燃機関の吸入空気温度の低温状態を検出する低温状態検出手段と、
前記吸入空気温度の低温状態が検出されると、前記発電機の発電量を減少させる発電量減少手段と、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】
前記低温状態検出手段は、内燃機関の冷却水温度を検出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記低温状態検出手段は、内燃機関の吸気管近傍の温度を検出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記低温状態検出手段は、前記ローター下流の吸入空気温度を検出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ローターを迂回して吸気を流すバイパス通路と、
前記バイパス通路に配置したバイパス弁と、を有し、
前記発電量減少手段は、バイパス弁の開度を増加させることにより発電量を減少させる請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記発電量減少手段は、発電機の発電を停止させる請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記発電機は、車両の加速要求がある場合には、前記ローターを駆動して過給を行う機能を有する請求項１〜６のいずれか一つ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、吸入負圧を利用して発電を行なう発電機を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からエンジン出力を上げる技術として、エンジン吸気通路に設けるエンジンや電動機により駆動される容積型過給機、いわゆるスーパーチャージャーが知られている。
【０００３】
特許文献１には、電動機および発電機に連結された容積型過給機を用いて、高負荷時には電動機により容積型過給機を駆動して過給をおこない、低負荷時にはエンジンの吸入負圧によって回転する容積型過給機と連結された発電機によって発電を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３５７１２７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のシステムはスロットルバルブを有さず、吸入空気量の制御も容積型過給機で行っている。これは船舶のようにエンジンが一定の条件で運転される場合においては有効な技術である。しかし自動車のようにエンジンの運転状況が常に変化する場合には制御が困難である。また、発電要求は、そのときの電力消費量と電気蓄積可能量で決定されている。
【０００５】
したがって、自動車用の過給装置として考えると、容積型過給機がスロットルバルブの機能を兼用する特許文献１のシステムでは、上記の発電要求と吸入空気量要求を同時に満足することは非常に困難である。
【０００６】
また、特許文献１に記載されている構成では、例えば、急激な加速をした場合、エンジン回転数の上昇に伴い、ピストンのポンピングにより増大した吸入空気量が、容積型過給機の回転による供給空気量を上回ることが起こり、吸入空気は容積型過給機の上流に堰き止められた状態となって、容積型過給機下流の吸入負圧が増大する。吸入負圧が増大することによって吸入空気は断熱膨張し、温度が低下することになる。この断熱膨張による温度低下で、吸入温度が過度に低下すると、吸気系部品のアイシングやエンジンの不整燃焼を起こすことがある。
【０００７】
そこで、本発明では吸入負圧を利用して発電を行なうシステムにおいて、吸入空気温度の過度の低下を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関の制御装置は、吸気通路に介装されたローターと、前記ローターに接続され、前記ローターが回転することによって発電を行う発電機と、内燃機関の吸入空気温度の低温状態を検出する低温状態検出手段と、前記吸入空気温度の低温状態が検出されると、前記発電機の発電量を減少させる発電量減少手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の吸入空気温度の低温状態が検出されたときに、例えば、バイパス弁を開くことによって吸入空気がバイパス通路を通過するようになるので、ローターで堰き止められる空気量は減少し、ローター下流での断熱膨張による吸入空気の温度低下を抑制し、吸気系部品のアイシングやエンジンの不整燃焼を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本実施形態の構成を表す図である。
８はエンジンであり、エンジン８の吸気通路１は分岐部１１で２つに分岐し、一方を吸気通路２、他方をバイパス通路３とする。吸気通路２には容積型過給機のブロワー部分と同様の構造のローター４が配置される。
ローター４はシャフト５を介して発電機４ａと接続され、シャフト５の近傍にはシャフト５の回転数を検出する回転センサー１０が設けられている。
【００１２】
バイパス通路３にはステップモータ等で開閉するバイパス弁６が設けられている。バイパス弁６は閉弁時にはバイパス通路３の連通を遮断する。
【００１３】
ローター４下流の吸気通路２ｂとバイパス弁６下流のバイパス通路３ｂは合流部１２で合流している。合流部１２下流には、ステップモータ等で開閉する、スロットルバルブ７が設けられている。
【００１４】
バイパス弁６及びスロットルバルブ７の開度は、コントロールユニット（ＥＣＵ）９によって制御される。ＥＣＵ９には、吸入空気温度を検出する低温状態検出手段としての吸気温度センサー２０、吸気マニホールド内圧力を検出する圧力センサー１５、およびエンジン冷却水温を検出する低温状態検出手段としてのエンジン冷却水温センサー２１、さらにアクセル開度を検出するアクセル開度センサー１３の各検出値が入力される。
【００１５】
なお、発電機４ａの発電量は図８の発電可能量マップに示すように、エンジン負荷が小さく、エンジン回転数が高いほど大きくなる。なお、発電機４ａは従来のオルタネータと同様のもので、車両の電気負荷状態とバッテリの状態に応じて発電のコントロールを電動機４ａ自身で行っている。
【００１６】
また、ＥＣＵ９は加速時等のエンジン８が高負荷運転時には、発電機４ａに電力を供給してローター４を駆動し、過給を行う。過給を行うか否かの判定は、例えば、予めアクセル開度に高負荷に相当するしきい値を設けておき、アクセル開度センサー１３の検出値がこのしきい値より大きい場合は過給、小さい場合は非過給とする。
【００１７】
本実施形態では、非過給時に発電機４ａは発電要求に応じて任意の回転数で回っているので、ローター４を通過する空気量はエンジン８の運転要求を満足する空気量と常に一致しているとは限らない。そこで、図２のフローチャートにしたがって、発電要求と吸入空気量要求とを同時に満足するようバイパス弁６とスロットルバルブ７の開度を制御する。
【００１８】
なお、本実施形態では吸入空気量を検出せずに、吸気マニホールド２２内の圧力に基いて、エンジン８の運転要求と実際の運転状態との比較を行う。これにより、エアフローメータ等を設ける必要がなくなり、エンジンルーム内のレイアウトの自由度が増し、またコストの低減も可能となる。
【００１９】
ステップＳ１００では、アクセル開度センサー１３の検出値（アクセル開度信号）に基いてエンジン８が要求するトルク（以下、要求トルクという）を発生させる為の吸気マニホールド２２内の圧力（目標マニホールド圧力）を算出する。具体的には、例えばまず図５に示すようなマップを用いてアクセル開度から要求トルクを求める。図５は要求トルクをアクセル開度に割り付けたマップであり、アクセル開度が大きくなるにつれて要求トルクも大きくなっている。次に図６に示すようなマップを用いて要求トルクとエンジン回転数から目標マニホールド圧力を求める。図６は吸気マニホールド内圧力を要求トルクとエンジン回転数に割付けたマップであり、要求トルクが大きく、エンジン回転数が高くなるほど吸気マニホールド内圧力が高くなっている。
【００２０】
目標マニホールド圧力Ｐｔを算出したら、ステップＳ１０１に進み、圧力センサー２０で検出した実際のマニホールド圧力（実マニホールド圧力）Ｐｍを読込む。
【００２１】
ステップＳ１０２では、目標マニホールド圧力Ｐｔと実マニホールド圧力Ｐｍとを比較し、両者が等しければ処理を終了する。等しくない場合にはステップＳ１０３に進み、実マニホールド圧力Ｐｍが目標マニホールド圧力Ｐｔより高いか否かの判定を行う。
【００２２】
目標マニホールド圧力Ｐｔの方が高い場合、つまり吸入空気量が足りていない場合には、ステップＳ１０４に進みスロットルバルブ７が全開か否かの判定を行う。スロットルバルブ７が全開の場合は、これ以上吸入空気量を増やす為にはバイパス弁６を開くしかないので、ステップＳ１０５でバイパス弁６に開指令を出す。
【００２３】
スロットルバルブ７が全開でない場合には、スロットルバルブ７を開くことによって吸入空気量を増やすことができるので、ステップＳ１０６でスロットルバルブ７に開指令を出す。
【００２４】
ステップＳ１０３で実マニホールド圧力の方が高かった場合、つまり実際の吸入空気量がエンジン８の要求する吸入空気量より多い場合には、ステップＳ１０７に進み、バイパス弁６が全閉か否かの判定を行う。
【００２５】
バイパス弁６が全閉の場合は、これ以上吸入空気量を絞る為にはスロットルバルブ７の開度を絞るしかないので、ステップＳ１０９でスロットルバルブ７に閉指令を出す。
【００２６】
バイパス弁６が全閉でない場合には、バイパス弁６を閉じることで吸入空気量を絞ることができるので、ステップＳ１０８でバイパス弁６に閉指令を出す。
【００２７】
上記のように、本実施形態では、エンジン８の運転要求に応じて吸入空気量を調節する場合に、バイパス弁６は極力閉じた状態にしておき、スロットルバルブ７の開度を変化させることにより調節するようにし、スロットルバルブ７だけでは調節しきれない場合にのみバイパス弁６を開くよう制御している。したがって、エンジン８に供給される空気量の多くがローター４を通過することになるので、発電機４ａの発電効率を確保しつつ、エンジン８の要求通りに空気量を調節することができる。
【００２８】
ところで、本実施形態では上述したようにバイパス弁６を極力閉じておくので、エンジン８の吸入負圧によって外部から吸気通路内に吸込まれた空気のほとんどは、一旦、ローター４に堰き止められてからローター４を通過することになり、ローター４通過後には吸気通路内で断熱膨張するので、エンジン８の吸入空気の温度は低下する。
【００２９】
エネルギー回収のためには若干の吸入空気温度の低下は仕方ないものの、過度に温度低下した場合には、吸入空気中の水分がスロットルバルブ７に凍結する、いわゆるアイシングや、ガソリンが霧化しにくくなることによるエンジン８の失火や燃焼の不安定化（以下、不整燃焼化という）といった問題が発生する。
【００３０】
そこで、ＥＣＵ９では図３のフローチャートに示すように、吸気マニホールド２２に設けた吸気温度センサー２０の検出値とエンジン８に設けたエンジン冷却水温センサー２１の検出値に基いて、発電効率をできるだけ低下させずに、かつ吸入空気温度Ｔａを過度に低下させないようバイパス弁６及びスロットルバルブ７の開度を制御する。
【００３１】
ステップＳ００１では、吸気温度センサー２０により検出したエンジン吸入空気温度Ｔａを読込む。
【００３２】
ステップＳ００２では、バイパス弁６を開弁するか否かの判定に用いる低温判定値Ｔｃを算出する。低温判定値Ｔｃとは、バイパス弁６を閉じたままで不整燃焼化の問題が発生しない吸気温度の下限値であり、検出した冷却水温を用いて図４のマップから求める。なお、図４のマップはエンジン冷却水温が高くなるにしたがって低温判定値Ｔｃは低くなっている。これはエンジン冷却水温が高くなればエンジン自体の温度が高くなるので、エンジン吸入空気温度Ｔａが低くても失火や燃焼の不安定化等といった問題が発生し難くなるからである。
【００３３】
なお、吸気マニホールド２２近傍の雰囲気温度を検出するセンサーを設け、吸気マニホールド２２近傍の雰囲気温度と低温判定値Ｔｃとの関係を予め図４と同様にマップ化しておき、検出した吸気マニホールド雰囲気温度から低温判定値Ｔｃを求める方法でも構わない。
【００３４】
ステップＳ００３では、上記で求めたエンジン吸入空気温度Ｔａと低温判定値Ｔｃとを比較する。
【００３５】
エンジン冷却水温Ｔａの方が低い場合はステップＳ００５に進み、高い場合にはステップＳ００４に進む。
【００３６】
ステップＳ００５では、バイパス弁６を開いてゆき、エンジン吸入空気量の調節はスロットルバルブ７で行う。これにより、発電効率は落ちるものの、スロットルバルブ７でのポンピングロスが増加して、それが熱エネルギーに変換されることによってエンジン吸入空気温度Ｔａの低下を防止することができる。
【００３７】
ステップＳ００４では、エンジン吸入空気量を確保できる限りバイパス弁６は閉じておく。なお、スロットルバルブ７を全開にしてもエンジン吸入空気量を確保できない場合にはバイパス弁６を開く。
【００３８】
次に上記制御を行った場合のバイパス弁６、スロットルバルブ７の開度の変化を図７のタイムチャートに示す。
【００３９】
吸入空気温度が低下し続けて、ｔ０で低温判定値Ｔｃより低くなったときにバイパス弁６を開き始める。これによりローター４を設けた吸気通路２に比べて吸気抵抗の少ないバイパス通路３が連通するので、スロットルバルブ７に到達する空気量が増加する。そこで、増加した分の空気量を絞る為にスロットルバルブ７を閉じ始める。
【００４０】
これによりスロットルバルブ７でのポンピングロスが増加し、ポンピングロスによって損失したエネルギーが熱エネルギーに変換されて吸入空気温度の低下速度は緩やかになる。
ｔ１で吸入空気温度が上昇に転じたときにバイパス弁６を閉じ始める。これによってスロットルバルブ７に到達する空気量が減少するので発電効率は低下し、スロットルバルブ７でのポンピングロス７が多くなり、吸入空気温度が上昇する。
【００４１】
ｔ２で低温判定値Ｔｃを超えたら、バイパス弁６を全閉にして通常の制御に戻す。
【００４２】
以上により本実施形態では、吸入空気系統にローター４と、ローター４をバイパスするバイパス通路３と、このバイパス通路３の連通を遮断するバイパス弁６を備え、原則としてバイパス弁６を全閉とするので、発電機４ａの発電効率を高くすることができる。
【００４３】
吸入空気温度が著しく低下したらバイパス弁を開き、吸入空気温度の低下を和らげるので、吸入空気温度低下によるアイシングや不整燃焼化を防止することができる。
【００４４】
吸入空気温度が著しく低下したときに、バイパス弁６を開かずに、発電機４ａの発電量を低下させてもよい。発電量を低下させることによりローター４の回転負荷が低下し、ローター４によって堰き止められる空気量が減少するので、ローター４下流での断熱膨張率が小さくなり、温度低下が小さくなるからである。
【００４５】
なお、上記実施形態においては、加速要求時には発電機４ａによりローター４を駆動して過給機として機能させているが、過給機としての機能をなくして常に非過給時と同様の制御を行ってもよい。
【００４６】
また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、吸入負圧によって回転するローターを利用して発電を行う発電装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態のシステム構成の概略図である。
【図２】本実施形態のバイパス弁及びスロットルバルブの開閉制御のフローチャートである。
【図３】吸気温度が過剰に低下した場合のバイパス弁制御のフローチャートである。
【図４】低温判定値マップである。
【図５】アクセル開度から要求トルクを求めるためのマップである。
【図６】エンジン回転数と要求トルクとから目標マニホールド圧力を求めるマップである。
【図７】本実施形態の制御を実行した場合のタイムチャートである。
【図８】発電可能量マップである。
【符号の説明】
【００４９】
１    吸気通路
２    吸気通路（電動過給上流側の）
３    バイパス通路
４    ローター
４ａ  発電機
５    シャフト
６    バイパス弁
７    スロットルバルブ（吸気絞り弁）
８    エンジン
９    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１０  回転センサー
１1   分岐部
１２  合流部
１３  アクセル開度センサー
１５  圧力センサー
２０  吸気温度センサー
２１  エンジン冷却水水温センサー
２２  吸気マニホールド
２３  エンジン回転数センサー
【図１】
2005180325.tif 000003
【図２】
2005180325.tif 000004
【図３】
2005180325.tif 000005
【図４】
2005180325.tif 000006
【図５】
2005180325.tif 000007
【図６】
2005180325.tif 000008
【図７】
2005180325.tif 000009
【図８】
2005180325.tif 000010