(57)【要約】【課題】吸入負圧を利用して発電を行なう発電機と、エンジン軸出力を利用して発電を行なう発電機とを備える発電システムの発電量を、エネルギー効率が高くなるよう制御する。【解決手段】内燃機関の吸気通路１０に介装されたロータ２と、前記ロータ２に接続されロータ２が回転することによって発電を行なう発電機３と、エンジン１の軸出力により駆動されて発電を行なう発電機４と、車両の要求電力を検知する手段５と、発電機３と発電機４の発電量を制御する発電量制御手段５と、を備え、発電量制御手段５は、前記発電機３を発電機４に対して優先させて使用し、車両の要求電力が発電機３の発電可能量より大きい場合には、発電機３に加えて発電機４による発電を行なう。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に介装されたロータと、
前記ロータに接続され、前記ロータが回転することによって発電を行なう第１の発電機と、
エンジンの軸出力により駆動されて発電を行なう第２の発電機と、
車両の要求電力を検知する手段と、
前記第１の発電機と第２の発電機の発電量を制御する発電量制御手段と、を備え、
前記発電量制御手段は、
前記第１の発電機を第２の発電機に対して優先させて使用し、
車両の要求電力が前記第１の発電機の発電可能量より大きい場合には、前記第１の発電機に加えて前記第２の発電機による発電を行なうことを特徴とする内燃機関の発電システム。
【請求項２】
前記発電量制御手段は、前記ロータの回転速度を検知する手段と前記ロータ下流の吸気通路内圧力を検知する手段とを備え、
前記第１の発電機の発電可能量を前記ロータの回転速度と前記ロータ下流の吸気通路内圧力とを積算することにより算出する請求項１に記載の内燃機関の発電システム。
【請求項３】
前記発電量制御手段は、エンジンの回転速度を検出する手段とエンジンの吸入空気量を検知する手段とを備え、
前記第１の発電機の発電可能量を、エンジンの回転速度と吸入空気量とに基づいてマップ検索を行なうことにより算出する請求項１に記載の内燃機関の発電システム。
【請求項４】
前記発電量制御手段は、前記第１の発電機の電流値と電圧値とを検知する手段を備え、前記第１の発電機の発電可能量を、電流値と電圧値とを積算することにより算出する請求項１に記載の内燃機関の発電システム。
【請求項５】
前記発電量制御手段は、バッテリに流れ込む電流値を検知する手段を備え、前記電流値がゼロより大きい場合は前記第１の発電機の発電量が前記車両の要求電力より大きく、前記電流値がゼロより小さい場合は前記第１の発電機の発電量が前記車両の要求電力より小さいと判断する請求項１に記載の内燃機関の発電システム。
【請求項６】
前記発電制御手段は、前記第２の発電機による発電を行う際に、発電量を徐々に変化させる請求項１〜５のいずれか一つに記載の内燃機関の発電システム。
【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と、エンジンの軸出力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な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過給機としても機能するため比較的大型の容積型過給機を必要とするが、こと発電に際しては、大型の容積型過給機を駆動させて発電を行うことは発電効率としては決してよくない。
【０００５】
発電機として考えた場合には、比較的小さな発電機を高速で回転させることが発電効率上好ましく、このような場合には吸入負圧で発電できる能力と、必要とされる要求電力が必ずしも一致しないので、吸入負圧により駆動される発電機の他に、通常用いているエンジンの軸出力により駆動される発電機を設ける方法が考えられるが、この場合、この２つの発電機をどのように使い分けるかが課題となる。
【０００６】
そこで、本発明では、吸入負圧により駆動される発電機とエンジン軸出力により駆動される発電機とを備える発電システムを、効率よくかつ必要とされる要求電力を満たすように制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関の発電システムは、内燃機関の吸気通路に介装されたロータと、前記ロータに接続され、前記ロータが回転することによって発電を行なう第１の発電機と、エンジンの軸出力により駆動されて発電を行なう第２の発電機と、車両の要求電力を検知する手段と、前記第１の発電機と第２の発電機の発電量を制御する発電量制御手段と、を備え、前記発電量制御手段は、前記第１の発電機を第２の発電機に対して優先させて使用し、車両の要求電力が前記第１の発電機の発電可能量より大きい場合には、前記第１の発電機に加えて前記第２の発電機による発電を行なう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、吸入負圧により駆動されて発電を行なう第１の発電機を優先的に駆動させ、第１の発電機による発電量だけでは電力が不足する場合にのみ、エンジンの軸出力で駆動されて発電を行なう第２の発電機による発電を行なうので、発電の効率を最大限よくしつつ、必要とされる要求電力を満たすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本実施形態のシステムの構成を表す図である。
１はエンジンであり、４はベルト等を介して伝達されるエンジン１の軸出力により駆動される発電機である。
【００１１】
３は、エンジン１の吸気通路１０に設けられたローター２とシャフト９を介して接続された発電機であり、シャフト９を介して接続されているローター２が、エンジン１が低・中負荷運転されているときに発生する吸入負圧により回転することにより駆動されて発電を行なう。これは、従来は吸入空気量を制御するスロットル部で損失していたエネルギーを、電力として回収していることになる。なお、ローター２は容積型過給機のブロアー（コンプレッサ）と同様の構造である。また、発電機３は図８の発電可能量マップに示すように、エンジン１が低中負荷運転、かつエンジン回転数が高い場合に発電可能量が大きくなるという発電特性をもつ。
【００１２】
これらの発電機３、４により発電された電力は、車載装置の作動に使用されたり、バッテリ６に充電されたりする。
【００１３】
ところで、エネルギー効率を考えると、エンジン出力を利用する発電機４より、従来損失していたエネルギーを利用する発電機３を優先すべきである。そこで、本実施形態では、後述するように、原則として発電機３により発電を行い、発電機３のみでは車両の要求電力を満足できない場合に発電機４を作動させることとする。
【００１４】
また、吸気通路１０には、ローター２を迂回して吸気を流すバイパス通路１１が設けられ、バイパス通路１１内にはステップモータ等で開閉するバイパス弁１２が設けられており、バイパス弁１２は閉弁時にはバイパス通路１１の連通を遮断する。
【００１５】
ローター２下流の吸気通路とバイパス弁１２下流のバイパス通路とは合流部１２で合流している。合流部１２の下流には、ステップモータ等で開閉する、吸気絞り手段としてのスロットルバルブ１３が設けられている。
【００１６】
バイパス弁１２及びスロットルバルブ１３の開度は、コントロールユニット（ＥＣＵ）５によって制御される。ＥＣＵ５には、吸入空気温度を検出する吸気温度センサー（不図示）、ローター２下流の圧力を検出する圧力センサー７、およびエンジン冷却水温を検出するエンジン冷却水温センサー（不図示）、さらにアクセル開度を検出するアクセル開度センサー（不図示）等の各検出値が入力される。また、シャフト９の回転数を検出する回転センサー８、ローター２下流の吸気通路に設けた圧力センサー７の検出値もエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５に入力される。
【００１７】
なお、ローター２下流の圧力は、エンジン１の回転数、アクセル開度、ローター２の回転数等から算出することもできる。
【００１８】
本実施形態では、発電機３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２を通過する空気量がエンジン１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。
【００１９】
そこで、図９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１２とスロットルバルブ１３の開度を制御する。なお、本実施形態では吸入空気量を検出せずに、吸気マニホールド内の圧力に基いて、エンジン１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。
【００２０】
ステップＳ５００では、アクセル開度センサーの検出値（アクセル開度信号）に基いてエンジン１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内の圧力（目標吸入圧力）を算出する。具体的には、例えばまず図１０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１０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１１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吸入圧力を求める。図１１は吸入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入圧力が高くなっている。
【００２１】
目標吸入圧力Ｐｔを算出したら、ステップＳ５１０に進み、圧力センサー７で検出した実際の吸入圧力Ｐｍを読込む。
【００２２】
ステップＳ５２０では、目標吸入圧力Ｐｔと実際の吸入圧力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Ｓ５３０に進み、実際の吸入圧力Ｐｍが目標吸入圧力Ｐｔより高いか否かの判定を行う。
【００２３】
目標吸入圧力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Ｓ５４０に進みスロットルバルブ１３が全開か否かの判定を行う。スロットルバルブ１３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１２を開くしかないので、ステップＳ５５０でバイパス弁１２に開指令を出す。
【００２４】
スロットルバルブ１３が全開でない場合には、スロットルバルブ１３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Ｓ５６０でスロットルバルブ１３に開指令を出す。
【００２５】
ステップＳ５３０で実際の吸入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Ｓ５７０に進み、バイパス弁１２が全閉か否かの判定を行う。
【００２６】
バイパス弁１２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１３の開度を絞るしかないので、ステップＳ５９０でスロットルバルブ１３に閉指令を出す。
【００２７】
バイパス弁１２が全閉でない場合には、バイパス弁１２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Ｓ５８０でバイパス弁１２に閉指令を出す。
【００２８】
上記のように、本実施形態では、エンジン１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１２は極力閉じた状態にしておき、スロットルバルブ１３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１２を開くよう制御している。
【００２９】
上記のように制御することによって、発電機３による発電を行いながら、エンジン１が要求する空気量を満足することができる。
【００３０】
ところで、例えばエアコンやヘッドライトがＯＮで消費電力が大きく、かつ、バイパス弁１２が全開という状態が続くと、バイパス弁１２を全開にしたためにローター２を通過する空気量は少なくなり、発電機３の発電量では要求電力を満足させることができなくなる可能性がある。そこで、このような場合には発電機４を作動させて電力を確保することとする。
【００３１】
ここで、発電機３、４の作動制御について説明する。
【００３２】
ＥＣＵ５は図２のフローチャートに示すように発電機３による発電を優先するよう制御する。以下、フローチャートを参照して説明する。
【００３３】
ステップＳ１００では、車両の要求電力Ｗｄを、車載されている各装置のスイッチの状態等から検知する。
【００３４】
ステップＳ１１０では、回転センサ８の検出信号からロータ２の回転速度Ｒｃを検知する。
【００３５】
ステップＳ１２０では、圧力センサ７の検出信号からロータ２下流の吸気通路内圧力Ｐｃを検知する。
【００３６】
ステップＳ１３０では、発電機３の発電可能量（以下、負圧発電可能量という）Ｗｇを下式（１）のように算出する。
【００３７】
Ｗｇ＝係数×Ｒｃ×Ｐｃ      ・・・（１）
ステップＳ１４０では、要求電力Ｗｄと負圧発電可能量Ｗｇとを比較する。
【００３８】
要求電力Ｗｄの方が大きい場合はステップＳ１５０に進む。この場合、負圧発電だけでは要求電力Ｗｄを賄うことができないので、発電機４に発電要求指令を出し、不足する電力を発電機４の発電により補う。
【００３９】
ステップＳ１４０で要求電力Ｗｄの方が小さい場合はステップＳ１６０に進む。この場合は、負圧発電のみで要求電力Ｗｄを賄うことが可能であるので、発電機４に発電停止命令を出す。
【００４０】
上記のように、本実施形態では発電機３を優先して駆動し、負圧発電可能量Ｗｇだけでは車両の要求電力Ｗｄを賄えなくなったときのみ、発電機４を駆動する。
【００４１】
つまり、従来はポンピングロスとして損失していたエネルギーを利用する発電機３を優先的に駆動し、エンジン出力を利用する発電機４の駆動は必要最小限に抑えることができるので、エンジン出力のロスを抑えることができ、燃費向上等の効果を得ることができる。
【００４２】
上記制御を実行した場合のタイムチャートを図６に示す。
【００４３】
ｔ１以前は負圧発電可能量Ｗｇが要求電力Ｗｄより大きいので、発電機４は停止している。ｔ１で要求電力Ｗｄが増大して負圧発電可能量Ｗｇより大きくなると、発電機４を駆動して負圧発電だけでは足りない分の電力を発電する。ｔ２で再び要求電力Ｗｄが負圧発電可能量Ｗｇより小さくなると発電機４を停止する。以降、同様に要求電力Ｗｄが負圧発電可能量Ｗｇより大きくなった場合にのみ発電機４を駆動する。
【００４４】
以上により、本実施形態では、エンジン１が低・中負荷運転をしているときに発生する吸入負圧を利用して発電を行なう発電機３と、エンジン出力を利用して発電を行なう発電機４を備え、吸入負圧発電可能量Ｗｇが車両全体の要求電力Ｗｄより大きい場合には発電機３のみを駆動し、小さくなった場合にのみ発電機４を駆動するので、エンジン出力のロスを最小限に抑えることができ、燃費向上等の効果を得ることができる。
【００４５】
なお、発電機４の駆動・停止は、図６に示すようなＯＮ・ＯＦＦ制御ではなく、一定の傾きをもって徐々に変化させてもよい。このような制御を行った場合のタイムチャートを図７に示す。
【００４６】
図７は図６と同様の制御を行なった場合のタイムチャートであるが、ｔ１およびｔ３で要求電力Ｗｄが負圧発電可能量Ｗｇより大きくなった場合には、発電量は一定の傾きをもって徐々に増加し、また、ｔ２で要求電力Ｗｄが負圧発電可能量Ｗｇより小さくなった場合には、発電量が一定の傾きをもって徐々に減少している。
【００４７】
これにより、発電機４の駆動・停止に伴うエンジン１の出力の急激な変動を抑えることができるので、運転者が感じるトルクショック等を抑制することができる。
【００４８】
第２実施形態について図３を参照して説明する。
【００４９】
本実施形態のシステムの構成および制御は基本的に第１実施形態と同様であるが、図２のステップＳ１１０〜Ｓ１３０に相当する部分、つまり負圧発電可能量の算出方法が異なる。また、ロータ２下流の吸気通路内圧力を検出する圧力センサ７を設ける必要はない。
【００５０】
ステップＳ１００に相当するステップＳ２００では、ステップＳ１００と同様に要求電力Ｗｄを検知する。
【００５１】
本実施形態では、ステップＳ１１０に相当するステップＳ２１０でエンジン回転速度Ｎを検知する。これは、通常のエンジン制御用に使用しているクランク角センサ等の検出値を用いることができる。
【００５２】
ステップＳ１２０に相当するステップＳ２２０では、エンジン吸入空気量からエンジン１の負荷Ｆを求める。エンジン吸入空気量は、エンジン回転速度およびアクセル開度等、通常のエンジン制御に使用しているセンサを利用して算出することが可能である。また、吸気通路中にエアフローメータを設けて測定することも可能である。
【００５３】
ステップＳ１３０に相当するステップＳ２３０では、上記で求めたエンジン回転速度および負荷Ｆを用いて図８の発電可能量マップを検索して、負圧発電可能量Ｗｇを求める。
【００５４】
以降のステップでは、第１実施形態と同様に要求電力Ｗｄとの比較を行い、発電機４の駆動、停止を制御する。
【００５５】
上記制御を実行した場合のタイムチャートは図６と同様となる。
【００５６】
以上により、本実施形態では第１実施形態と同様に、発電機３を優先的に駆動し、発電機４の駆動を最小限に抑えるので、エンジン出力のロスを最小限に抑えることができ、燃費向上等の効果を得ることができる。
【００５７】
第３実施形態について図４を参照して説明する。
【００５８】
図４は本実施形態の制御フローを示した図であり、本実施形態も第２実施形態と同様に、
第１実施形態のステップＳ１１０〜Ｓ１３０に相当する部分が異なる。また、ロータ２下流の吸気通路内圧力を検出する圧力センサ７を設けずに、発電機３の電流値および電圧値を検出するセンサを設ける。
【００５９】
ステップＳ１００に相当するステップＳ３００では、ステップＳ１００と同様に要求電力Ｗｄを検知する。
【００６０】
ステップＳ１１０に相当するステップＳ３１０では、発電機３の電流値（負圧発電電流値）Ｉｂを検知する。
【００６１】
ステップＳ１２０に相当するステップＳ３２０では、発電機３の電圧値（負圧発電電圧値）Ｖｂを検知する。
【００６２】
ステップＳ１３０に相当するステップＳ３３０では、負圧発電電流値Ｉｂ、負圧発電電圧値Ｖｂから、負圧発電可能量Ｗｇを下式（２）により算出する。
【００６３】
Ｗｇ＝Ｉｂ×Ｖｂ      ・・・（２）
以降のステップでは、第１実施形態と同様に第１実施形態と同様に要求電力Ｗｄとの比較を行い、発電機４の駆動、停止を制御する。
【００６４】
上記制御を実行した場合のタイムチャートは図６と同様となる。
【００６５】
以上により、本実施形態では第１実施形態と同様に、発電機３を優先的に駆動し、発電機４の駆動を最小限に抑えるので、エンジン出力のロスを最小限に抑えることができ、燃費向上等の効果を得ることができる。
【００６６】
第４実施形態について図５を参照して説明する。
【００６７】
本実施形態は、システムの構成は基本的に第１実施形態と同様であるが、ロータ２下流の吸気通路内圧力を検出する圧力センサ７を設けずに、バッテリ６に流れ込む電流値を検出するセンサを設ける。
【００６８】
制御方法についても基本的には第１実施形態と同様であるが、発電機４の駆動・停止の判定方法が異なる。図５は本実施形態の制御フローを示した図であり、以下、制御フローにしたがって説明する。
【００６９】
ステップＳ４００では、発電機３からバッテリ６に流れ込む電流値Ｉｂｔを検知する。
【００７０】
ステップＳ４２０では、上記電流値Ｉｂｔがゼロより大きいか否かの判定を行う。発電機３からバッテリ６に流れ込む電流値Ｉｂｔがゼロより小さい場合、つまり、発電機３により発電した電力が全て車載装置の作動に使用され、バッテリ６の充電が行われていない場合には、ステップＳ４２０に進み発電機４を駆動させる。ゼロより大きい場合は、発電機３により発電した電力でバッテリ６の充電も行われている、つまり発電機３による発電量で十分であるということなので、ステップＳ４３０に進み発電機４を停止する。
【００７１】
上記制御を実行した場合も、タイムチャートは図６と同様である。
【００７２】
以上により、本実施形態では第１実施形態と同様に、発電機３を優先的に駆動し、発電機４の駆動を最小限に抑えるので、エンジン出力のロスを最小限に抑えることができ、燃費向上等の効果を得ることができる。
【００７３】
なお、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】
【００７４】
本発明は、エンジンの吸入負圧を利用した発電機を備える内燃機関に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１実施形態のシステムの構成を表す図である。
【図２】第１実施形態の制御フローチャートである。
【図３】第２実施形態の制御フローチャートである。
【図４】第３実施形態の制御フローチャートである。
【図５】第４実施形態の制御フローチャートである。
【図６】第１実施形態を実行した場合のタイムチャートである。
【図７】発電機４の駆動・停止を一定の傾きをもって徐々に変化させた場合のタイムチャートである。
【図８】発電機３の発電可能量マップである。
【図９】バイパス弁の開閉制御のフローチャートである。
【図１０】トルクをアクセル開度に割り付けたマップである。
【図１１】トルクをエンジン回転数に割り付けたマップである。
【符号の説明】
【００７６】
１    エンジン
２    ロータ
３    発電機（吸入負圧により駆動）
４    発電機（エンジン出力により駆動）
５    エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
６    バッテリ
７    圧力センサ
８    回転センサ
９    シャフト
１０  吸気通路
【図１】
2005188317.tif 000003
【図２】
2005188317.tif 000004
【図３】
2005188317.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005188317.tif 000009
【図８】
2005188317.tif 000010
【図９】
2005188317.tif 000011
【図１０】
2005188317.tif 000012
【図１１】
2005188317.tif 000013