JP2007327401A - 車両における発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、発電機能を有するターボチャージャを備える車両における発電制御装置に関し、オルタネータとターボチャージャとに、適切に発電の負担を割り振ることを目的とする。
【解決手段】オルタネータ２０と、モータアシストターボチャージャ（MAT）１０とを備える。発電量制御器２４は、MAT１０の発電効率ηmとオルタネータ２０の発電効率ηaとを算出し、それらに基づいて、MAT１０に要求するべき発電指示量１と、オルタネータ２０に要求するべき発電指示量２とを算出する。発電指示量１と発電指示量２は、MAT１０とオルタネータ２０とのうち、発電効率の高い方が優先的に発電の仕事を担うように算出される。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両における発電制御装置に係り、特に、発電機能を有するターボチャージャを備える車両での発電制御に好適な発電制御装置に関する。

従来、例えば、特開平１１−３２４６８８号に開示されているように、発電機能を有するターボチャージャを備えた車両が知られている。上記従来の車両では、減速時に、ターボチャージャを発電機として機能させ、電力の回生を図る。

上記従来の車両によれば、減速に伴って消費するべきエネルギを、電力に変換して蓄えることができる。このような車両によれば、ターボチャージャによる回生が行われない車両に比して、エネルギ効率を高めることが可能である。

特開平１１−３２４６８８号公報

車両には、通常、内燃機関の出力トルクをエネルギとして電力を発生するオルタネータが搭載されている。このため、発電機能を有するターボチャージャを備える車両には、２つの発電機器が搭載されることになる。

オルタネータは、内燃機関のクランク軸と同期して回転する。一方、ターボチャージャは、主として排気エネルギを駆動源としている。従って、オルタネータとターボチャージャは、互いに独立した回転運動を行う。オルタネータやターボチャージャの発電効率は、それぞれの回転状態に大きく影響される。このため、両者が無関係に回転するとすれば、両者の発電効率も、それぞれ無関係に変動する。

オルタネータの発電効率とターボチャージャの発電効率が互いに独立に変化するとすれば、車両の運転中には、前者が後者に勝っている状況や、その逆の状況が、自由に生じ得る。そして、車両において高いエネルギ効率を実現するためには、発電効率の良い発電機器に、優先的に発電を負担させることが望ましい。

しかしながら、従来の車両では、オルタネータによる発電と、ターボチャージャによる発電とを互いに連携させるような制御は実行されていなかった。更には、両者に対する発電の負荷を、それらの発電効率に基づいて決定するような処理は実行するような処理は行われていなかった。このため、従来の車両は、オルタネータとターボチャージャとを備えてはいるものの、両者を用いて、最高の効率で電力を発生させ得るものではなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、オルタネータとターボチャージャとに、適切に発電の負担を割り振ることにより、高い効率で発電を行い得る車両における発電制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、車両における発電制御装置であって、
内燃機関の出力トルクを電気エネルギに変換することのできるオルタネータと、
タービン及びコンプレッサの回転を電気エネルギに変換することのできる発電機能付きターボチャージャと、
前記ターボチャージャの発電効率を第１効率として算出する第１効率算出手段と、
前記オルタネータの発電効率を第２効率として算出する第２効率算出手段と、
前記第１効率及び前記第２効率に基づいて、前記ターボチャージャに要求するべき第１発電指示量と、前記オルタネータに要求するべき第２発電指示量とを算出する発電指示量算出手段と、
前記ターボチャージャに、前記第１発電指示量に応じた電力を発生させる第１制御手段と、
前記オルタネータに、前記第２発電指示量に応じた電力を発生させる第２制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
ターボ回転数を検出するターボ回転数検出手段と、
機関回転数を検出する機関回転数検出手段とを備え、
前記第１効率算出手段は、前記ターボ回転数に基づいて前記第１効率を算出し、
前記第２効率算出手段は、前記機関回転数に基づいて前記第２効率を算出することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記発電指示量算出手段は、
前記第１効率が前記第２効率より高い場合に、前記第１発電指示量を、前記第２発電指示量より大きな値に算出し、
前記第２効率が前記第１効率より高い場合には、前記第２発電指示量を、前記第１発電指示量より大きな値に算出することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
車両上における発電要求量を算出する発電要求量算出手段を備え、
前記発電指示量算出手段は、
前記ターボチャージャが発生できる電力を第１可能電力として取得する第１可能電力取得手段と、
前記オルタネータが発生できる電力を第２可能電力として取得する第２可能電力取得手段と、
前記第１効率が前記第２効率より高い場合に、前記発電要求量を優先的に前記第１発電指示量に割り当て、前記発電要求量の前記第１可能電力に対する超過分だけを前記第２発電指示量とするターボチャージャ発電優先手段と、
前記第２効率が前記第１効率より高い場合に、前記発電要求量を優先的に前記第２発電指示量に割り当て、前記発電要求量の前記第２可能電力に対する超過分だけを前記第１発電指示量とするオルタネータ発電優先手段と、
を含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記ターボチャージャによる発生を許可できる電力を、内燃機関の状態に基づいて、発電量制限値として算出する発電量制限値算出手段を備え、
前記発電指示量算出手段は、前記第１発電指示量を、前記発電量制限値以下に制限するターボチャージャ発電制限手段を含むことを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
排気系温度を検出する排気温検出手段と排気系圧力を検出する排気圧検出手段のうち少なくとも一方を含み、
前記発電量制限値算出手段は、前記排気系温度及び前記排気系圧力の少なくとも一方を前記内燃機関の状態として、前記発電量制限値を算出することを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記ターボチャージャが発生する電力を蓄えるバッテリの電圧を検知するバッテリ電圧検知手段を備え、
前記第１効率算出手段は、前記バッテリの電圧を加味して前記第１効率を算出することを特徴とする。

第１の発明によれば、ターボチャージャの発電効率（第１効率）と、オルタネータの発電効率（第２効率）とに基づいて、ターボチャージャに要求するべき第１発電指示量と、オルタネータに要求するべき第２発電指示量とを算出することができる。その上で、ターボチャージャ及びオルタネータに、それらの発電指示量に応じた電力を発生させることができる。このため、本発明によれば、ターボチャージャとオルタネータに、効率的に発電の負荷を割り振ることができ、総合的に高い発電効率を実現することができる。

第２の発明によれば、ターボチャージャの発電効率（第１効率）を、ターボ回転数に基づいて算出することができ、また、オルタネータの発電効率（第２効率）を、機関回転数に基づいて算出することができる。このような算出の手法によれば、簡単に、精度良く、それらの発電効率を得ることができる。

第３の発明によれば、ターボチャージャの発電効率（第１効率）が、オルタネータの発電効率（第２効率）より高い場合は、ターボチャージャに対する発電指示量（第１発電指示量）を、オルタネータに対する発電指示量（第２発電指示量）より大きな値とすることができる。また、その逆の場合には、発電指示量の関係も逆にすることができる。このため、本発明によれば、常に、発電効率の高い機器に優先的に発電の負担を割り振ることで、総合的に高い発電効率を実現することができる。

第４の発明によれば、ターボチャージャの発電効率（第１効率）が、オルタネータの発電効率（第２効率）より高い場合は、ターボチャージャに優先的に発電させ、ターボチャージャだけでは発電要求量が満たせない場合に限り、その不足分をオルタネータに発電させることができる。また、その逆の場合には、オルタネータによって発電できない不足分だけをターボチャージャに発電させることができる。このため、本発明によれば、総合的に高い発電効率を実現することができる。

第５の発明によれば、内燃機関の状態に基づいて、ターボチャージャが発生して差し支えのない発電量制限値を算出することができる。そのうえで、ターボチャージャによる発電量を、上記の発電発電量制限値以下とすることができる。このため、本発明によれば、ターボチャージャが過大な発電を行うことで、内燃機関が不当なダメージを受けるのを有効に防止することができる。

第６の発明によれば、排気系温度及び排気系圧力の少なくとも一方を、ターボチャージャの発電量制限値に反映させることができる。このため、本発明によれば、ターボチャージャの発電により、最もダメージを受けやすい排気系を、適切の保護することができる。

第７の発明によれば、ターボチャージャの発電効率（第１効率）に、バッテリの電圧を反映させることができる。ターボチャージャにより発電された電力は、バッテリ電圧が低いほど、効率的にバッテリに蓄えることができる。このため、本発明によれば、第１効率を、バッテリへの充電効率をも含む正確な特性値とすることができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、モータアシストターボチャージャ（MAT）１０を備えている。MAT１０は、内燃機関の吸気通路に配置されるコンプレッサと、排気通路に配置されるタービンと、それらを電動駆動するための電動機とを備えている（何れも図示略）。

MAT１０は、排気エネルギを利用してタービン及びコンプレッサを回転させることができると共に、電動機を駆動源としてタービン及びコンプレッサを回転させることができる。また、MAT１０は、タービン及びコンプレッサが回転している場合には、電動機を発電機として機能させ、その回転のエネルギを電気エネルギに変換することができる。

MAT１０には、インバータ１２を介してバッテリ１４が接続されている。インバータ１２には、電動機制御器１６が接続されている。電動機制御器１６は、インバータ１２に対して、所望の通電パターンで信号を与えることができる。インバータ１２は、上記の信号を受けることにより、バッテリ１４側の直流電圧を、３相交流電圧に変換してMAT１０側に出力し、また、MAT１０側の３相交流電圧を、直流電圧の変換してバッテリ１４側に供給することができる。

バッテリ１４には、インバータ１２と共に、負荷１８とオルタネータ２０が接続されている。オルタネータ２０は、内燃機関のクランク軸と同期して回転することにより、バッテリ１０側に、直流電圧を供給することができる。

バッテリ１４には、バッテリ制御器２２が接続されている。バッテリ１４は、より具体的には、バッテリ電圧Vbを表す信号と、バッテリ１４の受電状態を表すSOC（State Of Charge）信号とを供給している。バッテリ制御器２２は、バッテリ電圧VbとSOC信号とに基づいて、発電要求量を算出する。バッテリ制御器２２において算出された発電要求量は、バッテリ電圧Vbと共に、発電量制御器２４に供給される。

発電量制御器２４は、マイクロコンピュータを用いて実現されている。MAT１０には、タービン回転数Ntを検出するNt検出センサが内蔵されている。発電量制御器２４には、Nt検出センサから、タービン回転数Ntを表す信号が供給されている。また、発電量制御器２４には、Ne検出センサ２６から、機関回転数Neを表す信号が供給されている。

発電量制御器２４は、上述した各種のパラメータ、すなわち、発電要求量や、タービン回転数Nt、更には機関回転数Ne等に基づいて、MAT１０に要求するべき発電指示量１、及びオルタネータ２０に要求するべき発電指示量２を算出する。

発電指示量１は、電動機制御器１６に供給される。電動機制御器１６には、また、図示しない回転指示量も供給される。発電指示量１と回転指示量とは、電動機制御器１６に対して選択的に供給される。電動機制御器１６は、発電指示量１の供給を受けた場合、その指示量１に応じた電力をMAT１０からバッテリ１４側に流通させるための通電パターンをインバータ１２に与える。他方、回転指示量の供給を受けた場合、電動機制御器１６は、その指示量に応じた速度でMAT１０を電動駆動させるための駆動通電パターンをインバータ１２に供給する。

回転指示量は、通常、排気エネルギだけではタービン回転数を迅速に立ち上げることができないような状況下で供給される。本実施形態のシステムによれば、例えば、急加速の要求時に電動機制御器１６に適当な回転指示量を与えることにより、タービン及びコンプレッサの回転を迅速に立ち上げることができ、いわゆるターボラグを有効に解消することができる。また、本実施形態のシステムによれば、電動機制御器１６に発電指示量１を与えることにより、タービン及びコンプレッサの回転エネルギを、有効に電気エネルギに変換して回収することができる。

オルタネータ２０は、発電指示量２の供給を受けて、その指示量２に応じた電力を発生する機能を有している。従って、本実施形態のシステムによれば、発電指示量１，２を適切に発生することにより、MAT１０及びオルタネータ２０に、それぞれ要求に応じた電力を発生させることができる。

［発電効率］
図２は、オルタネータ２０の発電効率ηaの特性を説明するための図である。但し、ここでの発電効率ηaは、内燃機関に供給される燃料量に対するオルタネータ２０の発電の効率である。従って、発電効率ηaは、単位量の電力を発生するのに必要な燃料供給量が少ないほど高い値となる。

オルタネータ２０は、図２に示すように、機関回転数Neに応じて発電効率ηaを変化させる特性を有している。より具体的には、オルタネータ２０は、機関回転数NEの変化に対して、中回転領域において発電効率ηaを最大とするような特性を有している。

図３は、MAT１０の発電効率ηmの特性を説明するための図である。この発電効率ηmも、上述したηaと同様に、内燃機関に供給される燃料量に対するMAT１０の発電の効率であり、単位量の電力を発生するのに必要な燃料恐竜量が少ないほど大きな値となる。MAT１０の発電効率ηmは、図３に示すように、タービン回転数Ntに依存しており、タービン回転数Ntが高いほど大きな値となる傾向を示す。

タービン回転数Ntは、電動アシストがない状況下では、排気エネルギに応じた値となる。排気エネルギは、機関回転数Neが同じでも吸入空気量や燃料噴射量が異なれば、異なった値となる。このため、タービン回転数Ntと機関回転数Neとは、それぞれ別個独立に値を変化させる。従って、オルタネータ２０の発電効率ηaと、MAT１０の発電効率ηmは、内燃機関の運転中において、それぞれ別個独立に変化する。その結果、本実施形態のシステムでは、オルタネータ２０の発電効率ηaがMAT１０の発電効率ηmより大きくなる状況と、その逆の状況とが、ランダムに発生する。

ηaがηmより大きい状況下では、発電の仕事をオルタネータ２０に行わせる方が、エネルギ効率上有利である。反対に、ηmがηaより大きい状況下では、MAT２０に発電を担わせることが効率上有利である。そこで、本実施形態のシステムでは、オルタネータ２０の発電効率ηaと、MAT１０の発電効率ηmとをそれぞれ検知したうえで、効率の高い側に発電の仕事を優先的に行わせることとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、本発明の実施の形態１において、発電量制御器２４が実行する処理の内容を表すフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、必要データが入力され、また、オルタネータ２０並びにMAT１０の発電効率ηa，ηmが算出される（ステップ１００）。

必要データとしては、具体的には、バッテリ制御器２２によって生成される発電要求量Wdと、MAT１０から供給されるタービン回転数Ntと、Ne検出センサ２６によって検出される機関回転数Neとが取り込まれる。発電量制御器２４は、図２及び図３に対応する発電効率のマップを記憶している。オルタネータ２０の発電効率ηaは、図２に対応するマップに従って、機関回転数Neに基づいて算出される。MAT１０の発電効率ηmは、図３に対応するマップに従って、タービン回転数Ntに基づいて算出される。

次に、MAT１０の発電効率ηmが、オルタネータ２０の発電効率ηaより大きいか否かが判別される（ステップ１０２）。

その結果、ηm＞ηaの成立が認められた場合は、発電の仕事をMAT１０に負担させるための処理が実行される（ステップ１０４）。具体的には、MAT１０に対する発電指示量１を発電要求量Wdとし、オルタネータ２０に対する発電指示量２を０とする処理が行われる。

上記の処理が終わると、次に、発電指示量１がMAT１０に（厳密には電動機制御器１６に）、また、発電指示量２がオルタネータ２０に、それぞれ指示される（ステップ１０６）。その結果、MAT１０によって発電要求量Wdに相当する発電が行われる。

上記ステップ１０２において、ηm＞ηaが成立しないと判別された場合は、発電の仕事をオルタネータ２０に負担させるための処理が実行される（ステップ１０８）。ここでは、MAT１０に対する発電指示量１を０とし、オルタネータ２０に対する発電指示量２を発電要求量Wdとする処理が行われる。

ステップ１０８の処理が実行されると、続くステップ１０６の処理により、オルタネータ２０に発電要求量Wdが指示される。その結果、MAT１０は発電停止の状態となり、オルタネータ２０のみにより、発電要求量Wdが発電される。

以上説明した通り、本実施形態のシステムによれば、発電要求量Wdを、MAT１０及びオルタネータ２０のうち、発電効率の高い方に発生させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、発電要求量Wdを得るために必要な燃料消費量を最小限に止めることができ、車両の燃費特性を改善することができる。

［実施の形態１の変形例等］
ところで、上述した実施の形態１では、ηm＞ηaの成否に基づいて、発電要求量Wdを、選択的に、MAT１０かオルタネータ２０の何れかに発生させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、発電効率の高い方に、優先的に発電の仕事を担わせるものであれば良い。

具体的には、MAT１０及びオルタネータ２０には、それぞれ、出力可能な最大電力（定格出力）や、継続的な出力が可能な電流値（最低保障電流）が定められている。そして、発電要求量Wdが、それらの定格出力や最低保障電流を超えている場合は、MAT１０単独では、また、オルタネータ２０単独では、その発電要求量Wdを発生することはできない。このような場合には、発生要求量Wdに対する発電不足分を、発電効率が低いと判断された側の機器に負担させることとしてもよい。

図４に示すフローチャートを例に採れば、ステップ１０４では、以下のような処理を行うこととしてもよい。すなわち、先ず、MAT１０の定格出力又は最低保障電流（以下、便宜上「第１可能電力」と称す）が、発電要求量Wdを賄い得るか否かを判断する。この判断が肯定された場合は、上述した通り、発電指示量１を発電要求量Wdとし、発電指示量２を０とする。他方、上記の判断が否定された場合は、発電指示量１を、MAT１０の定格出力又は最低保障電流に合わせ、発電要求量Wdに対する不足分を発電指示量２とする。以上の処理によれば、第１可能電力の制約に関わらず、発電要求量Wdを確保することができる。

また、ステップ１０８では、以下のような処理を行うこととしてもよい。すなわち、先ず、オルタネータ２０の定格出力又は最低保障電流（以下、便宜上「第２可能電力」と称す）が、発電要求量Wdを賄い得るか否かを判断する。この判断が肯定された場合は、図４に示す通り、発電指示量２を発電要求量Wdとし、発電指示量１を０とする。他方、上記の判断が否定された場合は、発電指示量２を、オルタネータ２０の定格出力又は最低保障電流に合わせ、発電要求量Wdに対する不足分を発電指示量１とする。以上の処理によれば、第２可能電力の制約に関わらず、発電要求量Wdを確保することができる。尚、上記の変形は、実施の形態１に限らず、以下に説明する他の実施形態に対しても同様に適用することが可能である。

また、上述した実施の形態１では、発電効率ηm，ηaを、内燃機関に対する燃料供給量に対する発電量の効率を発電効率ηm，ηaとしている。このため、本実施形態のシステムによれば、図４に示すルーチンに沿って処理を行うことにより、発電に要する燃料消費量を最小として、車両の燃費特性を改善することができる。しかしながら、発電効率ηm，ηaは、上記定義に即した物理量に限られるものではない。すなわち、発電効率ηm，ηaは、MAT１０やオルタネータ２０を単体で評価した場合に得られる効率、つまり、MAT１０やオルタネータ２０が、それらに対する入力エネルギに対してどれだけの電力を発生するかを表す効率に置き換えてもよい。

また、上述した実施の形態１では、発電要求量Wdを算出するバッテリ制御器２２を設けて、その発電要求量Wdに基づいて発電指示量１，２を設定することとしている。このような処理によれば、車両において必要な電力を過不足なく発生させることができ、バッテリ１４の過充電等を回避することができる。しかしながら、本発明において、発電要求量Wdを算出することは必ずしも必須ではない。すなわち、本発明は、MAT１０とオルタネータ２０のうち、発電効率ηm，ηaの高い方に優先的に発電の仕事を行わせるものであれば良く、発電量は、必ずしも発電要求量Wdと一致させる必要はない。

また、上述した実施の形態１においては、発電機能を有するターボチャージャが、MAT１０、つまり、電動アシスト機能を有するターボチャージャに限定されているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明におけるターボチャージャは、発電機能を有するものであれば足り、電動アシスト機能を有しないものであってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、発電効率ηmが前記第１の発明における「第１効率」に、発電効率ηaが前記第１の発明における「第２効率」に、それぞれ相当している。また、発電量制御器２４が、ステップ１００においてηmを算出することにより前記第１の発明における「第１効率算出手段」が、ηaを算出することにより前記第１の発明における「第２効率算出手段」が、ステップ１０４及び１０８において、それぞれ発電指示量１と発電指示量２を算出することにより前記第１の発明における「発電指示量算出手段」が、ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１制御手段」及び「第２制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、MAT１０に内蔵されるNt検出用のセンサが前記第２の発明における「ターボ回転数検出手段」に、Ne検出センサ２６が前記第２の発明における「機関回転数検出手段」に、それぞれ相当している。

また、上述した実施の形態１では、バッテリ制御器２２が前記第４の発明における「発電要求量算出手段」に相当していると共に、発電量制御器２４に、第１可能電力を取得させることにより前記第４の発明における「第１可能電力取得手段」を、第２可能電力を取得させることにより前記第４の発明における「第２可能電力取得手段」を、上記変形例におけるステップ１０４の処理を実行させることにより前記第４の発明における「ターボチャージャ発電優先手段」を、上記変形例におけるステップ１０８の処理を実行させることにより前記第４の発明における「オルタネータ発電優先手段」を、それぞれ実現することができる。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。図５は、本発明の実施の形態２の構成を説明するための図である。図５において、図１に示す構成要素と同じものについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図５に示すシステムは、排気温度センサ３０及び排気圧力センサ３２を備えている点を除いて、図１に示すシステムと同様である。排気温度センサ３０は、内燃機関の排気系温度Teを計測するセンサである。また、排気圧力センサ３２は、内燃機関の排気系圧力Peを計測するセンサである。

MAT１０を発電機として用いる場合、MAT１０のタービンは、排気系において排気抵抗を高める要素となる。この排気抵抗は、MAT１０による発電量が増えるほど大きなものとなる。このため、排気系の温度Te及び圧力Peは、MAT１０が大きな電力を発生しているほど、高温及び高圧になり易い。上述した排気温度センサ３０及び排気圧力センサ３２は、このような温度変化や圧力変化が顕著に検出し得る位置に配置されている。より具体的には、これらのセンサは、内燃機関の排気ポートと、MAT１０のタービンとの間に配置されていることが望ましい。

図６は、内燃機関の排気系を保護する観点から、MAT１０に課するべき発電量制限値Wlimitのマップを示す。上述した通り、内燃機関の排気系温度Te及び排気系圧力Peは、MAT１０の発電量が多いほど高くなり易い。このため、排気系の保護を図る上では、排気系温度Teが高いほど、また、排気系圧力Peが高いほど、MAT１０の発電量を小さく抑えることが望ましい。

図６に示すマップにおいて、発電量制限値Wlimitは、Te×Peが大きくなるほど小さな値とされる。従って、このマップに従って発電量制限値Wlimitを設定すれば、上記の要求に応えることができ、MAT１０に発電を負担させることにより、内燃機関の排気系がダメージを受けるのを有効に防止することができる。

本実施形態において、発電量制限値Wlimitが小さな値に設定されると、MAT１０単体では、発電要求量Wdを賄えない事態が生ずる。他方、本実施形態のシステムは、MAT１０に加えてオルタネータ２０を有しているため、そのような場合には、発電量の不足分をオルタネータ２０によって補うことができる。そこで、本実施形態のシステムは、発電効率の比較上、MAT１０の発電を優先するべき場合においても、MAT１０の発電制限値Wlimitが発電要求量Wdに満たない場合には、その不足を補う分だけ、オルタネータ２０に発電を行わせることとした。

［実施の形態２における具体的処理］
図７は、本実施形態において、発電量制御器２４が実行するルーチンのフローチャートである。図７において、図４に示すステップと同一のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図７に示すルーチンでは、先ず、ステップ１１０の処理が行われる。ステップ１１０では、上述したステップ１００で実行される処理に加えて、以下の処理が行われる。すなわち、ここでは、必要データとして、排気系温度Teと、排気系圧力Peが取り込まれる。また、ステップ１１０では、MAT１０及びオルタネータ２０の発電効率ηm，ηaに加えて、MAT１０の発電量制限値Wlimitが算出される。本実施形態における発電量制御器２４は、図６に示すマップを記憶している。本ステップ１１０では、そのマップを参照して、Te×Peをパラメータとして、発電量制限値Wlimitが決定される。

また、このルーチンでは、ステップ１０２において、MAT１０の発電効率ηmがオルタネータ２０の発電効率ηaに比して大きいと判断された場合、次に、発電要求量Wdが、発電量制限値Wlimitを超えているか否かが判別される（ステップ１１２）。その結果、Wd＞Wlimitが成立しないと判断された場合は、発電量制限値Wlimitの範囲で発電要求量Wdを発生し得る、つまり、MAT１０単体で発電要求量Wdを発生し得ると判断できる。この場合は、以後ステップ１０４の処理が実行され、MAT１０単体で発電要求量Wdが賄われる。

一方、上記ステップ１１２において、Wd＞Wlimitの成立が認められた場合は、発電量制限値Wlimitの範囲では、発電要求量Wdが発生できないと判断できる。この場合は、不足分をオルタネータ２０で補うための処理が実行される（ステップ１１４）。具体的には、ここでは、MAT１０に対する発電指示量１が発電量制限値Wlimitに設定され、かつ、発電要求量Wdに対する不足分（Wd-Wlimit）が、オルタネータ２０に対する発電指示量２とされる。

以後、ステップ１０６の処理が実行されることにより、MAT１０及びオルタネータ２０が、それぞれ発電指示量１，２に応じた電力を発生する。その結果、排気系がダメージを受けることなく、効率的に所望の電力が生成される。

尚、上述した実施の形態２においては、発電量制御器２４が、ステップ１１０において発電量制限値Wlimitを算出することにより、前記第５の発明における「発電量制限値算出手段」が、ステップ１１４において発電指示量１を発電量制限値Wdに設定することにより前記第５の発明における「ターボチャージャ発電制限手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、排気温度センサ３０が前記第６の発明における「排気温検出手段」に、排気圧力センサ３２が前記第６の発明における「排気圧検出手段」に、それぞれ相当している。

実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、図５に示す構成において、発電量制御器２４に、上記図７に示すルーチンに代えて、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

本実施形態のシステムにおいて、MAT１０によって発電された電力は、インバータ１２によって直流電圧に変換されてバッテリ１４側に供給される。この場合、インバータ１２には、インバータ１２からの出力電圧がバッテリ電圧Vbより高くなるように、電圧変換を行うことが要求される。

インバータ１２は、MAT１０が生成する交流電圧を全波整流することで、最も効率的に、その電力を直流電力に変換することができる。又、インバータ１２は、整流領域を交流電圧の高圧部分に限ることで、インバータ１２からの出力電圧を高めることができる。このため、本実施形態では、インバータ１２からの出力電圧がバッテリ電圧Vbより適度に高い値となるように、バッテリ電圧Vbに応じて、インバータ１２に対する通電パターンを変化させることとしている。

しかしながら、電力の変換効率は、整流領域が高圧域に限られるほど低下する。このため、本実施形態において、MAT１０からバッテリ１４側への電力の供給効率は、バッテリ電圧Vbが高いほど低下する。つまり、このシステムにおけるMAT１０の実質的な発電効率は、バッテリ電圧Vbが高いほど低下する傾向を示す。以下、便宜上、この実質的な発電効率も、本実施形態においては「発電効率ηm」と称する。

上述した実施の形態１及び２では、MAT１０単体での発電効率、つまり、MAT１０が発生する電力と、その電力を発生するために必要な燃料量との比率を発電効率ηmとしている。この場合、バッテリ電圧Vbが考慮されていないことから、ηmが、実質的な発電効率より高い値となり、実質的にはMAT１０の効率がオルタネータ２０の効率に劣っているにも関わらず、オルタネータ２０優先の発電処理が実行される事態が生じ得る。

そこで、本実施形態では、MAT１０の発電効率ηmを算出するに当たって、バッテリ電圧Vbの影響を考慮し、インバータ１２からバッテリ１４側に供給される電力を対象として、MAT１０の実質的な発電効率ηmを求めることとした。このため、本実施形態のシステムによれば、MAT１０による発電と、オルタネータ２０による発電とを、実施の形態１又は２の場合に比して更に適切に使い分けることができ、発電の効率をより高めることができる。

［実施の形態３における具体的処理］
図８は、本実施形態において発電量制御器２４が実行するルーチンのフローチャートである。図８は、ステップ１１０がステップ１２０に置き換えられている点を除いて、図７に示すルーチンと同様である。尚、図９において、図７に示すステップと同様のステップについては、共通する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図８に示すルーチンでは、先ず、ステップ１２０の処理が実行される。ここでは、必要なデータとして、タービン回転数Nt等と共に、バッテリ電圧Vbが取り込まれる。また、ここでは、取り込まれたデータに基づいて、オルタネータ２０の発電効率ηa、MAT１０の発電効率ηm、及びMAT１０の発電量制限値Wlimitが算出される。

本実施形態において、発電量制御器２４は、図９に示すマップを記憶している。図９は、タービン回転数Ntとバッテリ電圧Vbとをパラメータとして、MAT１０の発電効率ηmを定めたマップである。図９に示すマップは、具体的には、バッテリ電圧Vbが高いほど、発電効率ηmが低くなるように定められている。

上記ステップ１２０では、このマップに従って、タービン回転数Nt及びバッテリ電圧Vbに対応する発電効率ηmが算出される。その結果、本実施形態では、インバータ１２からバッテリ１４側に供給される電力を対象とした実質的な発電効率を、MAT１０の発電効率ηmとして求めることができる。

図８に示すルーチンでは、以後、実施の形態２の場合と同様の処理が実行される。その結果、本実施形態のシステムでは、実質的なMAT１０の発電効率ηmと、オルタネータ２０の発電効率ηaとの比較に基づいて発電の負担が分配される。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態１又は２の場合に比して、更に良好な発電効率を得ることができる。

尚、上述した実施の形態３においては、発電量制御器２４が、ステップ１２０において、バッテリ電圧Vbを取り込むことにより前記第７の発明における「バッテリ電圧検知手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。 オルタネータの発電効率ηaの特性図である。 モータアシストターボチャージャの発電効率の特性図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２の構成を説明するための図である。 モータアシストターボチャージャに課すべき発電量制限値のマップである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において用いられる発電効率ηmのマップである。

符号の説明

１０ モータアシストターボチャージャ（MAT）
１２ インバータ
１４ バッテリ
１６ 電動機制御器
２０ オルタネータ
２２ バッテリ制御器
２４ 発電量制御器
２６ Ne検出センサ
３０ 排気温度センサ
３２ 排気圧力センサ
Ne 機関回転数
Nt タービン回転数
Wd 発電要求量
Wlimit 発電量制限値
ηm モータアシストターボチャージャの発電効率
ηa オルタネータの発電効率
Vb バッテリ電圧

Claims (7)

1. 内燃機関の出力トルクを電気エネルギに変換することのできるオルタネータと、
   タービン及びコンプレッサの回転を電気エネルギに変換することのできる発電機能付きターボチャージャと、
   前記ターボチャージャの発電効率を第１効率として算出する第１効率算出手段と、
   前記オルタネータの発電効率を第２効率として算出する第２効率算出手段と、
   前記第１効率及び前記第２効率に基づいて、前記ターボチャージャに要求するべき第１発電指示量と、前記オルタネータに要求するべき第２発電指示量とを算出する発電指示量算出手段と、
   前記ターボチャージャに、前記第１発電指示量に応じた電力を発生させる第１制御手段と、
   前記オルタネータに、前記第２発電指示量に応じた電力を発生させる第２制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両における発電制御装置。
2. ターボ回転数を検出するターボ回転数検出手段と、
   機関回転数を検出する機関回転数検出手段とを備え、
   前記第１効率算出手段は、前記ターボ回転数に基づいて前記第１効率を算出し、
   前記第２効率算出手段は、前記機関回転数に基づいて前記第２効率を算出することを特徴とする請求項１記載の車両における発電制御装置。
3. 前記発電指示量算出手段は、
   前記第１効率が前記第２効率より高い場合に、前記第１発電指示量を、前記第２発電指示量より大きな値に算出し、
   前記第２効率が前記第１効率より高い場合には、前記第２発電指示量を、前記第１発電指示量より大きな値に算出することを特徴とする請求項１又は２記載の車両における発電制御装置。
4. 車両上における発電要求量を算出する発電要求量算出手段を備え、
   前記発電指示量算出手段は、
   前記ターボチャージャが発生できる電力を第１可能電力として取得する第１可能電力取得手段と、
   前記オルタネータが発生できる電力を第２可能電力として取得する第２可能電力取得手段と、
   前記第１効率が前記第２効率より高い場合に、前記発電要求量を優先的に前記第１発電指示量に割り当て、前記発電要求量の前記第１可能電力に対する超過分だけを前記第２発電指示量とするターボチャージャ発電優先手段と、
   前記第２効率が前記第１効率より高い場合に、前記発電要求量を優先的に前記第２発電指示量に割り当て、前記発電要求量の前記第２可能電力に対する超過分だけを前記第１発電指示量とするオルタネータ発電優先手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の車両における発電制御装置。
5. 前記ターボチャージャによる発生を許可できる電力を、内燃機関の状態に基づいて、発電量制限値として算出する発電量制限値算出手段を備え、
   前記発電指示量算出手段は、前記第１発電指示量を、前記発電量制限値以下に制限するターボチャージャ発電制限手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の車両における発電制御装置。
6. 排気系温度を検出する排気温検出手段と排気系圧力を検出する排気圧検出手段のうち少なくとも一方を含み、
   前記発電量制限値算出手段は、前記排気系温度及び前記排気系圧力の少なくとも一方を前記内燃機関の状態として、前記発電量制限値を算出することを特徴とする請求項５記載の車両における発電制御装置。
7. 前記ターボチャージャが発生する電力を蓄えるバッテリの電圧を検知するバッテリ電圧検知手段を備え、
   前記第１効率算出手段は、前記バッテリの電圧を加味して前記第１効率を算出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の車両における発電制御装置。

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