JPH0984210A - 内燃機関の出力トルク制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】最適充電及び最適アシストを行い、蓄電器の充
電量が比較的少ないときにはトルクアシストにともなう
燃料消費率の悪化を防止し、充電量が比較的多いときに
はモータジェネレータの次回の発電時に備え、蓄電器の
空き容量を確保する。 【解決手段】出力トルク制御装置はモータジェネレータ
20、蓄電器（キャパシタ）25、アクセルセンサ27、回転
速度センサ28、電圧センサ29及び電子制御装置(ECU)31
を備える。ECU31 はセンサ27,28 の検出値に基づき、キ
ャパシタ25の電力にてモータジェネレータ20を駆動して
エンジン12のトルクアシストを行うとともに、モータジ
ェネレータ20による発電力をキャパシタ25に蓄える。EC
U31 は電圧センサ29によるキャパシタ25の端子間電圧が
高いほど、トルクアシストを実行する負荷領域を低負荷
側に拡大してアシスト動作を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は出力軸にモータジェ
ネレータを具備した内燃機関の出力トルク制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の出力軸にモータジェネ
レータを設け、内燃機関の出力に対しモータジェネレー
タによるトルクをアシストするとともに、内燃機関の出
力にてモータジェネレータによる発電力を蓄電器に充電
することが提案されている（例えば、特開平４−２０７
９０８号公報参照）。

【０００３】一方、図７に示すように内燃機関は、機関
負荷（機関出力トルク）と燃料消費率（燃費）との関係
において機関負荷が低いほど燃料消費率が大きくなる特
性を有している。そして、機関負荷が高いときにモータ
ジェネレータによる所定トルク分ΔＴをアシストする
と、燃料消費率がΔＱ１だけ悪くなり、機関負荷が低い
ときにモータジェネレータによる所定トルク分ΔＴをア
シストすると、前記燃料消費率がΔＱ２（＞ΔＱ１）だ
け悪くなる。このように燃料消費率を考えると、機関負
荷が高い領域でトルクアシストを行い、機関負荷が低い
領域ではトルクアシストを行わないようにすることが好
ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、蓄電器の充
電の有効性という観点からみると、蓄電器の残存容量が
少ないときに充電を行わせたいが、上述した方式は充電
量を加味することなくアシスト及び充電動作を行うもの
であり、必要なときに充電を行うというものではなかっ
た。

【０００５】本発明は前述した事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的は最適充電及び最適アシストを実行
することができる内燃機関の出力トルク制御装置を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、図１に示すように、内燃機関Ｍ１の出力軸
Ｍ１ａに設けられたモータジェネレータＭ２と、前記モ
ータジェネレータＭ２に接続された蓄電器Ｍ３と、前記
内燃機関Ｍ１の少なくとも負荷を含む運転状態を検出す
る運転状態検出手段Ｍ４と、所定の負荷領域において、
前記運転状態検出手段Ｍ４による運転状態に基づき、前
記蓄電器Ｍ３の電力にて前記モータジェネレータＭ２を
駆動してトルクのアシストを行うトルクアシスト実行手
段Ｍ５と、前記蓄電器Ｍ３の充電量を検出する充電量検
出手段Ｍ６と、前記充電量検出手段Ｍ６による充電量が
多いほどトルクアシストを実行する負荷領域を低負荷側
に拡大して前記トルクアシスト実行手段Ｍ５によるアシ
スト動作を行わせるアシスト実行許可手段Ｍ７とを備え
ている。

【０００７】本発明によると、運転状態検出手段Ｍ４は
内燃機関Ｍ１の少なくとも負荷を含む運転状態を検出す
る。トルクアシスト実行手段Ｍ５は、所定の負荷領域に
おいて前記運転状態検出手段Ｍ４による運転状態に基づ
き、蓄電器Ｍ３の電力によってモータジェネレータＭ２
を駆動して内燃機関Ｍ１のトルクのアシストを行う。充
電量検出手段Ｍ６は蓄電器Ｍ３の充電量を検出し、アシ
スト実行許可手段Ｍ７は充電量検出手段Ｍ６による充電
量が多いほど、トルクアシストを実行する負荷領域を低
負荷側に拡大して、トルクアシスト実行手段Ｍ５による
アシスト動作を行わせる。

【０００８】従って、蓄電器Ｍ３の充電量が比較的少な
い場合には、図４に示すように機関低負荷域、すなわ
ち、トルクアシストにともなう機関負荷の減少による燃
料消費率悪化の大きな領域、でのトルクアシストが行わ
れない。これに対し、充電量が比較的多い場合には、機
関低負荷域でもトルクアシストが行われ、モータジェネ
レータＭ２の次回の発電時に備え蓄電器Ｍ３の空き容量
が確保される。このように、蓄電器Ｍ３の充電量が比較
的少ないときには、トルクアシストにともなう燃料消費
率の悪化防止が蓄電器Ｍ３の空き容量確保よりも優先さ
れ、蓄電器Ｍ３の充電量が比較的多いときには、蓄電器
Ｍ３の空き容量確保がトルクアシストにともなう燃料消
費率の悪化防止よりも優先される。

【０００９】換言すると、充電量が多いほど（充電のた
めの空き容量が少ないほど）より放電動作が行われ、蓄
電器Ｍ３の電力が消費される。機関低負荷域においてア
シスト動作を開始させると燃料消費率の点からは好まし
くないが、前述の充電動作との関係において充電量に関
わらずアシスト動作を行わせる場合に比べ、充電量が多
いほど低い機関負荷域においてアシスト動作を行わせる
という条件を付けることにより、両者を加味した制御が
行われる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の出力トルク制御装
置を車両に具体化した一実施の形態を図２〜図５に従っ
て説明する。

【００１１】図２に示すように、車両１１には内燃機関
としてのエンジン１２及びパワートレーン（動力伝達装
置）１３が搭載されている。エンジン１２はガソリンエ
ンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであって
もよい。エンジン１２には燃料噴射弁１４が取付けられ
ており、ここから噴射される燃料と、吸気通路を流通す
る空気との混合気が燃焼室１５で爆発・燃焼される。こ
の燃焼にともない発生する熱が動力に変換され、出力軸
としてのクランクシャフト１６が回転駆動させられる。
エンジン１２の出力トルクは前記燃料噴射弁１４からの
噴射燃料量に対応（ほぼ比例）して変化する。

【００１２】前記エンジン１２においては、エンジン負
荷（エンジン出力トルク）と燃料消費率（燃費）との間
に、図４に示す関係が一般に見られる。すなわち、エン
ジン負荷が低いとき燃料消費率は大きな値となる。これ
は、低負荷域ではポンピングロスが大きく、燃焼速度が
低下して熱効率が下がるからである。燃料消費率はエン
ジン負荷の上昇に従い小さくなる。そして、エンジン負
荷が最も高い領域では、燃料消費率が再び大きくなる傾
向にある。これは混合気中に占める燃料量が多くなり
（混合気が濃くなり）、燃料が完全燃焼されないまま排
出されるからである。

【００１３】クランクシャフト１６にはオルタネータ１
７が駆動連結され、そのオルタネータ１７によって発電
された電気エネルギは車載バッテリ１８に供給される。
車載バッテリ１８は充電及び放電の繰り返しにより長期
間にわたる使用を可能にした二次電池である。

【００１４】パワートレーン１３はエンジン１２（クラ
ンクシャフト１６）の出力トルクを効果的に左右の駆動
輪１９に伝えるためのものであり、モータジェネレータ
２０及び変速機２１を備えている。モータジェネレータ
２０は発電機としての機能を兼ね備えた電動機であり、
ここでは誘導電動機によって構成されている。モータジ
ェネレータ２０は前記クランクシャフト１６に一体回転
可能に取り付けられたロータコイル２２と、そのロータ
コイル２２の周囲に配置されたステータコイル２３とを
備えている。

【００１５】前記変速機２１はモータジェネレータ２０
によってアシストされたエンジン１２の最終の出力トル
クを、車両１１が走行するのに必要なトルクに変換する
ためのものである。ここでは、変速機２１として、ベル
トとプーリとを組み合わせた変速比連続可変型の変速機
（ＣＶＴ）が用いられている。このタイプのＣＶＴで
は、有効ピッチ径を可変にしたプライマプーリが入力軸
に装着され、同じく有効ピッチ径を可変にしたセカンダ
リプーリが出力軸に装着され、両プーリ間に無端状のベ
ルトが掛装されている。そして、プライマリプーリとセ
カンダリプーリとの間の回転伝達比が変化させられるこ
とにより、入力軸に伝達されるエンジン１２の出力が無
段階に変速されて出力軸から取り出されるようになって
いる。

【００１６】前記モータジェネレータ２０のステータコ
イル２３には、インバータ２４を介し蓄電器としてのキ
ャパシタ２５が接続されている。キャパシタ２５は、前
記車載バッテリ１８の電圧（１２ボルト）よりも高い電
圧（１５０〜２５０ボルト）の規格を有するバッテリ、
二重層コンデンサ等からなり、充電及び放電が可能であ
る。このキャパシタ２５は、投入される電気エネルギが
多くなるほど、充電量が多くなる（電圧が高くなる）特
性を有している。

【００１７】インバータ２４は、モータジェネレータ２
０が発電機として作動しているとき、その発電にともな
う電気エネルギ（交流）を直流に変換してキャパシタ２
５に供給する。インバータ２４はモータジェネレータ２
０が電動機として作動しているとき、キャパシタ２５に
蓄えられた電気エネルギ（直流）を交流に変換して同モ
ータジェネレータ２０に供給する。

【００１８】キャパシタ２５にはＤＣ／ＤＣコンバータ
２６を介して前記車載バッテリ１８が接続されている。
このＤＣ／ＤＣコンバータ２６は、車両１１の長期間に
わたる放置によりキャパシタ２５が放電して電圧低下を
起こした場合に、車載バッテリ１８の電圧を上昇させて
キャパシタ２５に供給するために設けられている。

【００１９】前記車両１１におけるアクセルペダルの近
傍には、その操作量（踏み込み量）からエンジン負荷Ｔ
ａを検出するためのアクセルセンサ２７が設けられてい
る。また、エンジン１２にはその回転速度ＮＥを検出す
るための回転速度センサ２８が取り付けられている。さ
らに、キャパシタ２５の充電量として端子間電圧Ｖを検
出するための電圧センサ２９が設けられている。これら
のセンサのうち、アクセルセンサ２７及び回転速度セン
サ２８は運転状態検出手段を構成し、電圧センサ２９は
充電量検出手段を構成している。

【００２０】前述したアクセルセンサ２７、回転速度セ
ンサ２８、電圧センサ２９、燃料噴射弁１４及びインバ
ータ２４は電子制御装置（Electronic Control Unit 、
以下単にＥＣＵという）３１に接続されている。また、
モータジェネレータ２０のステータコイル２３は、同コ
イル２３へ供給される界磁電流を制御するための界磁制
御部３２を介してＥＣＵ３１に接続されている。ＥＣＵ
３１は入出力装置、中央処理装置（ＣＰＵ）、記憶装置
（メモリ）を備えたマイクロコンピュータによって構成
されている。

【００２１】ＥＣＵ３１は前記各センサ２７〜２９から
の検出信号に基づき所定の演算を行い、その結果に基づ
き燃料噴射弁１４に指令信号を出力し、燃料噴射量、ひ
いてはエンジン１２の出力トルクを制御する。また、Ｅ
ＣＵ３１は、インバータ２４及び界磁制御部３２に指令
信号を出力し、モータジェネレータ２０を発電機又は電
動機として作動させる。

【００２２】例えば、ＥＣＵ３１は車両１１の減速時に
ステータコイル２３に所定の周波数の電圧を印加して回
転磁界を与える際、クランクシャフト１６と一体回転す
るロータコイル２２の回転速度に対して遅延した周波数
の回転磁界とすることによりモータジェネレータ２０を
発電機として作動させ、発電動作を行うようになってい
る。この際、ステータコイル２３に流される電流が多い
ほど大きな発電出力が得られる。また、その発電出力を
得るために消費されるエンジン１２の駆動トルクも大き
なものとなり、この駆動トルクがエンジンブレーキとし
て作用することになる。前記発電によって得られた電気
エネルギ（発電力）はインバータ２４によって直流に変
換された後にキャパシタ２５に蓄えられる。

【００２３】また、ＥＣＵ３１は車両１１の加速時に
は、ステータコイル２３に与える回転磁界をロータコイ
ル２２の回転速度に対して進んだ周波数の回転磁界とす
ることにより、モータジェネレータ２０を電動機として
作動させ、電動動作による回転駆動力により、エンジン
１２の出力トルクをアシストする。

【００２４】次に、ＥＣＵ３１によって実行される出力
トルク制御の処理内容を図３のフローチャートに従って
説明する。ＥＣＵ３１はまずステップ１０１において、
アクセルセンサ２７によるエンジン負荷Ｔａ、回転速度
センサ２８によるエンジン回転速度ＮＥ及び電圧センサ
２９によるキャパシタ２５の端子間電圧Ｖをそれぞれ読
み込む。ステップ１０２において、メモリに格納された
マップを参照して、前記エンジン負荷Ｔａ及びエンジン
回転速度ＮＥに対応する最終目標トルクＴを算出する。
最終目標トルクＴは、モータジェネレータ２０によって
アシストされたエンジン１２から最終的に出力されるト
ルクの目標値である。

【００２５】次に、ステップ１０３において、前記端子
間電圧Ｖに対応する負荷Ｔａ０を算出する。この負荷Ｔ
ａ０はエンジン負荷に関するものであり、トルクアシス
トを実行する領域と実行しない領域との境界の値であ
る。換言すると、負荷Ｔａ０は、トルクアシストを行う
か否かを判定する際に用いられる閾値である。負荷Ｔａ
０の算出に際しては、メモリに格納された図５に示すマ
ップを参照する。

【００２６】このマップは、キャパシタ２５の端子間電
圧Ｖ（キャパシタ２５の充電量）に対する負荷Ｔａ０を
規定したものであり、両者の間には次の関係がある。端
子間電圧Ｖが低い領域（０≦Ｖ＜Ｖａ）、すなわちキャ
パシタ２５の充電量が少ない（空き容量が多い）領域で
は負荷Ｔａ０は最大値Ｔａ０max となる。Ｖａ≦Ｖ＜Ｖ
ｂの領域では、端子間電圧Ｖの上昇、すなわちキャパシ
タ２５の充電量の増加（空き容量の減少）、にともない
負荷Ｔａ０が一定の変化率で減少する。Ｖ＝Ｖｂのと
き、負荷Ｔａ０は最小となる。

【００２７】続いてステップ１０４において、前記ステ
ップ１０１で読み込んだエンジン負荷Ｔａが前記ステッ
プ１０３での負荷Ｔａ０以上であるか否かを判定する。
この判定条件が満たされていれば（Ｔａ≧Ｔａ０）、エ
ンジン負荷がアシスト実行領域に属していると判断して
ステップ１０５へ移行し、同判定条件が満たされていな
ければ（Ｔａ＜Ｔａ０）、エンジン負荷がアシスト非実
行領域に属していると判断してステップ１０６へ移行す
る。ステップ１０５では、最終目標トルクＴに所定の係
数、例えば「０．２」を乗算し、その乗算結果をモータ
ジェネレータトルク指令値Ｔｍとして設定する。これに
対し、ステップ１０６ではモータジェネレータトルク指
令値Ｔｍを「０」に設定する。

【００２８】前記のようにステップ１０５又は１０６で
トルク指令値Ｔｍを設定すると、ステップ１０７へ移行
し、前記最終目標トルクＴからモータジェネレータトル
ク指令値Ｔｍを減算し、その減算結果をエンジントルク
指令値Ｔｅとして設定する。

【００２９】続いて、ステップ１０８において、前記エ
ンジントルク指令値Ｔｅを得るのに必要な燃料噴射量を
演算し、その値に基づき燃料噴射弁１４の作動（開弁）
時間を制御する。すると、エンジン１２の出力トルクが
変化し前記エンジントルク指令値Ｔｅに一致する。

【００３０】また、ステップ１０９において、モータジ
ェネレータ２０の出力トルクが前記モータジェネレータ
トルク指令値Ｔｍに一致するように、インバータ２４及
び界磁制御部３２をそれぞれ制御する。すると、ステー
タコイル２３に印加される所定の周波数の電圧により、
ロータコイル２２の回転速度に対して進んだ周波数の回
転磁界とすることにより、ロータコイル２２が回転駆動
力を受けて回転する。この回転駆動力、つまりモータジ
ェネレータ２０の出力トルクがもともとのエンジン１２
の出力トルクに加えられる。最終的にエンジン１２から
出力されるトルクが最終目標トルクＴに一致する。そし
て、前記のステップ１０９の処理を実行すると、このル
ーチンを終了する。

【００３１】上述した両ルーチンにおいて、ＥＣＵ３１
によるステップ１０５，１０６，１０９の処理はトルク
アシスト実行手段に相当し、ステップ１０３，１０４の
処理はアシスト実行許可手段に相当する。

【００３２】前記出力トルク制御ルーチンによると、キ
ャパシタ２５の充電量が比較的少ない場合（端子間電圧
Ｖが低く空き容量が多い場合）には、図４において実線
で示すように領域判定用負荷Ｔａ０が大きな値となり、
アシスト実行領域がエンジン１２の高負荷域に限定され
る。この領域では燃料消費率が小さく、しかもその燃料
消費率はエンジン出力トルクの変化によらずほぼ一定で
ある。このため、モータジェネレータ２０のアシストに
よりエンジン出力トルクが小さくなっても、燃料消費率
の増加（悪化）はわずかである。エンジン１２の低・中
負荷域、すなわち、トルクアシストにともなうエンジン
出力トルクの減少による燃料消費率悪化の大きな領域で
は、トルクアシストが行われなくなる。従って、充電量
の少ない場合のトルクアシストによる燃費消費率の悪化
をできるだけ少なくできる。

【００３３】これに対し、充電量が比較的多い場合（端
子間電圧Ｖが高く空き容量が少ない場合）には、図４に
おいて二点鎖線で示すように領域判定用負荷Ｔａ０が小
さくなり、アシスト実行領域が拡大される。前記高負荷
域に加え、エンジン低・中負荷域もアシスト実行領域と
なる。エンジン低負荷域でもトルクアシストが行われ、
モータジェネレータ２０の次回の発電時に備えキャパシ
タ２５の空き容量が確保される。

【００３４】このように、キャパシタ２５の充電量が比
較的少ないときには、トルクアシストにともなう燃料消
費率の悪化防止が空き容量確保よりも優先され、キャパ
シタ２５の充電量が比較的多いときには、その空き容量
確保がトルクアシストにともなう燃料消費率の悪化防止
よりも優先される。

【００３５】換言すると、充電量が多いほど（充電のた
めの空き容量が少ないほど）より放電動作が行われ、キ
ャパシタ２５の電力が消費される。エンジン低負荷域に
おいてアシスト動作を開始させると燃料消費率の点から
は好ましくないが、前述の充電動作との関係において充
電量に関わらずアシスト動作を行わせる場合（従来技術
に相当）に比べ、充電量が多いほど低いエンジン負荷領
域においてアシスト動作を行わせるという条件を付ける
ことにより、両者を加味した制御を行うことができる。

【００３６】なお、本発明は次に示す別の実施の形態に
具体化することができる。 （１）図５でのマップの傾向を図６で示すように変更し
てもよい。図６中、特性線Ｌ１は、０≦Ｖ＜Ｖｂの全範
囲において、端子間電圧Ｖの上昇にともない負荷Ｔａ０
が一定の変化率で減少する例を示している。また、特性
線Ｌ２，Ｌ３は、全体としては端子間電圧Ｖの上昇に従
い負荷Ｔａ０が減少するものの、その変化率が端子間電
圧Ｖの大きさに応じて異なる例を示している。

【００３７】（２）前記実施の形態では領域判定用の負
荷Ｔａ０をマップを用いて求めたが、端子間電圧Ｖと負
荷Ｔａ０との間の関係式を予め規定しておき、この式に
従って負荷Ｔａ０を求めるようにしてもよい。

【００３８】（３）本発明は車両以外にも、船舶、航空
機等において、エンジンの出力軸にモータジェネレータ
を設けたものであれば、適用可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明では、機関負
荷の上昇にともない燃料消費率が減少する内燃機関にお
いて、蓄電器の充電量が多いほど低い機関負荷にてモー
タジェネレータのアシスト動作を行わせるようにしてい
る。このため、最適充電及び最適アシストを行い、蓄電
器の充電量が比較的少ないときにはトルクアシストにと
もなう燃料消費率の悪化を防止し、充電量が比較的多い
ときにはモータジェネレータの次回の発電時に備え、蓄
電器の空き容量を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念構成図。

【図２】本発明を具体化した一実施の形態における車両
の概略構成図。

【図３】出力トルク制御ルーチンを説明するフローチャ
ート。

【図４】エンジン負荷と燃料消費率との関係において、
トルクのアシスト実行領域と非実行領域とを示す特性
図。

【図５】キャパシタの端子間電圧と領域判定用負荷との
関係を規定したマップを示す特性図。

【図６】端子間電圧と領域判定用負荷との関係を規定し
た別のマップを示す特性図。

【図７】従来技術において、機関負荷と燃料消費率との
関係を示す特性図。

【符号の説明】

１２…内燃機関としてのエンジン、１６…出力軸として
のクランクシャフト、２０…モータジェネレータ、２５
…蓄電器としてのキャパシタ、２７…運転状態検出手段
の一部を構成するアクセルセンサ、２８…運転状態検出
手段の一部を構成する回転速度センサ、２９…充電量検
出手段としての電圧センサ、３１…トルクアシスト実行
手段及びアシスト実行許可手段としての電子制御装置
（ＥＣＵ）、Ｔ…最終目標トルク、Ｖ…キャパシタの充
電量としての端子間電圧、ＮＥ…エンジンの運転状態と
してのエンジン回転速度、Ｔａ…エンジン負荷。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の出力軸に設けられたモータジ
   ェネレータと、 前記モータジェネレータに接続された蓄電器と、 前記内燃機関の少なくとも負荷を含む運転状態を検出す
   る運転状態検出手段と、 所定の負荷領域において、前記運転状態検出手段による
   運転状態に基づき、前記蓄電器の電力にて前記モータジ
   ェネレータを駆動してトルクのアシストを行うトルクア
   シスト実行手段と、 前記蓄電器の充電量を検出する充電量検出手段と、 前記充電量検出手段による充電量が多いほどトルクアシ
   ストを実行する負荷領域を低負荷側に拡大して前記トル
   クアシスト実行手段によるアシスト動作を行わせるアシ
   スト実行許可手段とを備えた内燃機関の出力トルク制御
   装置。