JP2019152118A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.
従来、内燃機関の出力を高めるために、吸入空気を過給する過給機を内燃機関に設けることが知られている。過給機の例として、内燃機関の出力を用いて吸入空気を過給するスーパーチャージャと、排気エネルギーを用いて吸入空気を過給するターボチャージャとが挙げられる。 Conventionally, in order to increase the output of an internal combustion engine, it is known to provide the internal combustion engine with a supercharger that supercharges intake air. Examples of the supercharger include a supercharger that supercharges intake air using the output of an internal combustion engine, and a turbocharger that supercharges intake air using exhaust energy.
特許文献1に記載の内燃機関には、モータジェネレータによってコンプレッサの駆動をアシスト可能なスーパーチャージャが設けられている。斯かる内燃機関では、モータジェネレータを電動機として作動させるときにはコンプレッサの回転数を高くすることができ、モータジェネレータを発電機として作動させるときにはコンプレッサの回転数を低くすることができる。このため、機関回転数に関わらず、コンプレッサの回転数、ひいては過給圧を制御できるとされている。
The internal combustion engine described in
しかしながら、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリの充電率が高い場合には、モータジェネレータからバッテリに電力を供給することができないため、モータジェネレータを発電機として作動させることができず、過給圧を調整することができない。このため、特許文献1に記載の内燃機関には、過給圧の制御に関して改善の余地がある。
However, when the charging rate of the battery that stores the electric power generated by the motor generator is high, the electric power cannot be supplied from the motor generator to the battery. The pressure cannot be adjusted. For this reason, the internal combustion engine described in
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、モータジェネレータによってコンプレッサの駆動をアシスト可能なスーパーチャージャが設けられた内燃機関において、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリの充電状態に関わらず、過給圧を所望の値に制御することにある。 Therefore, in view of the above problems, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine provided with a supercharger capable of assisting the drive of the compressor by the motor generator, regardless of the state of charge of the battery that stores the electric power generated by the motor generator. The supercharging pressure is controlled to a desired value.
上記課題を解決するために、本発明では、内燃機関であって、第1コンプレッサと、モータジェネレータと、当該内燃機関の出力軸、前記第1コンプレッサ及び前記モータジェネレータに連結された遊星歯車機構とを備えるスーパーチャージャと、前記モータジェネレータに電力を供給すると共に、該モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリと、タービンと、該タービンに連結された第2コンプレッサとを備えるターボチャージャと、前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、前記モータジェネレータによる発電量及び前記ウエストゲートバルブの開度を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、当該内燃機関の運転状態に基づいて前記モータジェネレータの基準発電量を算出し、前記バッテリの充電率に基づいて前記モータジェネレータの要求発電量を算出し、該基準発電量と該要求発電量との差が小さくなるように前記モータジェネレータによる発電量を該基準発電量から補正し、該補正に伴う過給圧の変動を抑制するように前記ウエストゲートバルブの開度を制御する、内燃機関が提供される。 In order to solve the above-mentioned problems, in the present invention, an internal combustion engine, which is a first compressor, a motor generator, an output shaft of the internal combustion engine, a planetary gear mechanism connected to the first compressor and the motor generator, A turbocharger comprising: a supercharger comprising: a battery for supplying electric power to the motor generator; and a battery for storing electric power generated by the motor generator; a turbine; and a second compressor coupled to the turbine; and the turbine A wastegate valve provided in a bypass passage that bypasses the engine, and a control device that controls the amount of power generated by the motor generator and the opening of the wastegate valve, the control device based on the operating state of the internal combustion engine To calculate the reference power generation amount of the motor generator. And calculating the required power generation amount of the motor generator based on the charging rate of the battery, and calculating the power generation amount by the motor generator from the reference power generation amount so that the difference between the reference power generation amount and the required power generation amount is reduced. There is provided an internal combustion engine that corrects and controls the opening of the waste gate valve so as to suppress fluctuations in supercharging pressure associated with the correction.
本発明によれば、モータジェネレータによってコンプレッサの駆動をアシスト可能なスーパーチャージャが設けられた内燃機関において、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリの充電状態に関わらず、過給圧を所望の値に制御することができる。 According to the present invention, in an internal combustion engine provided with a supercharger capable of assisting the drive of the compressor by the motor generator, the supercharging pressure is set to a desired value regardless of the state of charge of the battery that stores the electric power generated by the motor generator. Can be controlled.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are assigned to similar components.
<第一実施形態>
最初に図1〜図6を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。図1は、第一実施形態に係る内燃機関1を概略的に示す図である。内燃機関1は車両に搭載される。
<First embodiment>
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing an
内燃機関1は機関本体20を備える。機関本体20には、複数(本実施形態では4つ)の気筒21が設けられている。図2は、機関本体20の側面部分断面図である。機関本体20はシリンダブロック2及びシリンダヘッド4を含む。シリンダブロック2には気筒21が形成され、気筒21内には、気筒21内を往復運動するピストン3が配置されている。また、各気筒21内においてピストン3とシリンダヘッド4との間に燃焼室5が形成される。燃焼室5では、空気と燃料との混合気の燃焼が行われる。
The
シリンダヘッド4には、吸気ポート7及び排気ポート9が形成されている。吸気ポート7及び排気ポート9は燃焼室5に接続されている。吸気弁6が、吸気ポート7の端部に配置され、吸気ポート7を開閉可能に形成されている。排気弁8が、排気ポート9の端部に配置され、排気ポート9を開閉可能に形成されている。また、内燃機関1は、吸気弁6の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Aと、排気弁8の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Bとを備える。
An intake port 7 and an
シリンダヘッド4には、燃料噴射弁11及び点火プラグ10が設けられている。燃料噴射弁11は、シリンダヘッド4の内壁面周辺部に配置され、気筒21内に燃料を直接噴射する。点火プラグ10は、シリンダヘッド4に固定され、燃焼室5の混合気を点火する。したがって、本実施形態では、内燃機関1は火花点火式内燃機関(例えば、ガソリンエンジン)である。
The cylinder head 4 is provided with a
図1に示されるように、内燃機関1は、吸入空気を過給するスーパーチャージャ30及びターボチャージャ40と、バッテリ50とを備える。スーパーチャージャ30は内燃機関1の出力を用いて吸入空気を過給する。ターボチャージャ40は排気エネルギーを用いて吸入空気を過給する。
As shown in FIG. 1, the
スーパーチャージャ30は、第1コンプレッサ31、モータジェネレータ32及び遊星歯車機構33を備える。第1コンプレッサ31は内燃機関1の吸気通路23に配置されている。モータジェネレータ32は、電動機及び発電機として作動し、バッテリ50に電気的に接続されている。
The
バッテリ50は、モータジェネレータ32が電動機として作動するとき、モータジェネレータ32に電力を供給する。一方、バッテリ50は、モータジェネレータ32が発電機として作動するとき、モータジェネレータ32によって発電された電力を蓄える。また、バッテリ50は、オイルネータによって発電された電力も蓄える。バッテリ50は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池である。
The
遊星歯車機構33は、サンギア34と、複数のプラネタリギア35と、プラネタリギア35を支持するプラネタリキャリア36と、リングギア37とを備える。サンギア34は駆動ベルト22を介して内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)に連結される。プラネタリキャリア36はモータジェネレータ32に連結される。リングギア37は第1コンプレッサ31に連結される。
The
図3は、遊星歯車機構33の各ギアの回転数を相対的に示す共線図である。図3の縦軸は遊星歯車機構33の各ギア(サンギア34、プラネタリキャリア36及びリングギア37)の回転数を示す。
FIG. 3 is a collinear diagram relatively showing the rotation speed of each gear of the
モータジェネレータ32は、電動機として作動するとき、プラネタリキャリア36を回転駆動する。プラネタリキャリア36が回転駆動されると、内燃機関1の出力に関わらず、リングギア37及び第1コンプレッサ31が回転駆動される。この結果、第1コンプレッサ31は、第1コンプレッサ31に流入する空気を過給する。モータジェネレータ32からプラネタリキャリア36に出力される駆動力は、バッテリ50からモータジェネレータ32に供給される電力の量を制御することによって調整可能である。具体的には、モータジェネレータ32への電力供給量が多いほど、プラネタリキャリア36の回転数が高くなる。
When the
図3に矢印で示されるように、モータジェネレータ32への電力供給量を多くすると、プラネタリキャリア36の回転数の上昇に伴ってリングギア37の回転数が上昇する。したがって、スーパーチャージャ30では、モータジェネレータ32によって第1コンプレッサ31の駆動がアシストされる。このため、内燃機関1の出力が小さいときであっても、第1コンプレッサ31の回転数を上昇させることができ、ひいては過給圧を迅速に上昇させることができる。
As indicated by arrows in FIG. 3, when the amount of power supplied to the
一方、モータジェネレータ32は、発電機として作動するとき、内燃機関1の出力を用いて電力を発電する。モータジェネレータ32による発電量は、例えばモータジェネレータ32の界磁電流を制御することによって調整可能である。発電時には、内燃機関1の出力がモータジェネレータ32において電気エネルギーに変換されるため、プラネタリキャリア36の回転数が低下する。したがって、モータジェネレータ32による発電量を制御することによって、第1コンプレッサ31の回転数、ひいては過給圧を制御することができる。
On the other hand, when the
ターボチャージャ40は、タービン41と、回転軸42を介してタービン41に連結された第2コンプレッサ43とを備える。タービン41は内燃機関1の排気通路24に配置され、第2コンプレッサ43は内燃機関1の吸気通路23に配置されている。ターボチャージャ40では、タービン41によって回収された排気エネルギーによって第2コンプレッサ43が駆動される。具体的には、タービン41に流入する排気ガスによってタービン41が回転駆動され、タービン41によって第2コンプレッサ43が回転駆動される。この結果、第2コンプレッサ43は、タービン41と一体的に回転し、第2コンプレッサ43に流入する空気を過給する。
The
第1コンプレッサ31及び第2コンプレッサ43は吸気通路23に直列に配置されている。本実施形態では、第1コンプレッサ31は第2コンプレッサ43の下流側(機関本体20側)に配置されている。第1コンプレッサ31の下流側にはスロットル弁12及び第1インタークーラ13が配置され、第1コンプレッサ31と第2コンプレッサ43との間には第2インタークーラ14が配置されている。
The
スロットル弁12は、その開度に応じて、スロットル弁12を通過する吸入空気の量を調整する。第1インタークーラ13は、第1コンプレッサ31によって過給された吸入空気を冷却する。第2インタークーラ14は、第2コンプレッサ43によって過給された吸入空気を冷却する。
The
また、第1コンプレッサ31をバイパスする吸気バイパス通路25が吸気通路23に接続されている。吸気バイパス通路25の一方の端部は第1コンプレッサ31とスロットル弁12との間の吸気通路23に接続され、吸気バイパス通路25の他方の端部は第1コンプレッサ31と第2コンプレッサ43との間の吸気通路23に接続されている。吸気バイパス通路25にはバイパス弁15が配置されている。バイパス弁15は、開いているときには空気が吸気バイパス通路25を通過することを許可し、閉じているときには空気が吸気バイパス通路25を通過することを禁止する。バイパス弁15を通って下流側に流れる空気は、第1コンプレッサ31によって過給されることなく、各気筒21内に供給される。
An
また、タービン41をバイパスする排気バイパス通路26が排気通路24に接続されている。排気バイパス通路26の一方の端部はタービン41の上流側(機関本体20側)の排気通路24に接続され、排気バイパス通路26の他方の端部はタービン41の下流側の排気通路24に接続されている。排気バイパス通路26にはウエストゲートバルブ16が配置されている。ウエストゲートバルブ16は、その開度に応じて、ウエストゲートバルブ16を通過する排気ガスの量を調整する。ウエストゲートバルブ16を通過する排気ガスは、タービン41に流入することなく、排気通路24から排出される。
An
内燃機関1は電子制御ユニット(ECU)60を更に備える。ECU60は、内燃機関1の各種制御を実行する制御装置として機能する。ECU60は、読み出し専用メモリ(ROM)及びランダムアクセスメモリ(RAM)のようなメモリ、中央演算装置(CPU)、入力ポート、出力ポート、通信モジュール等を備える。なお、本実施形態では、一つのECU60が設けられているが、機能毎に複数のECUが設けられていてもよい。
The
ECU60には、内燃機関1に設けられた各種センサの出力が入力され、ECU60は、各種センサの出力等に基づいて、内燃機関1の各種制御を実行する。本実施形態では、ポジションセンサ61、クランク角センサ62及び電圧センサ63の出力がECU60に入力される。
The output of various sensors provided in the
ポジションセンサ61は、内燃機関1を搭載した車両に設けられたアクセルペダルの踏み込み量を検出する。ポジションセンサ61はECU60に電気的に接続され、ポジションセンサ61の出力はECU60に送信される。ECU60はポジションセンサ61の出力に基づいて機関負荷を算出する。
The
クランク角センサ62は、クランクシャフトが所定角度(例えば15°)回転する毎に出力パルスを発生する。クランク角センサ62はECU60に電気的に接続され、クランク角センサ62の出力はECU60に送信される。ECU60はクランク角センサ62の出力に基づいて機関回転数を算出する。
The
電圧センサ63は、バッテリ50に設けられ、バッテリ50の電極間の電圧を検出する。電圧センサ63はECU60に接続され、電圧センサ63の出力はECU60に送信される。ECU60は電圧センサ63の出力等に基づいてバッテリ50の充電率(SOC:State Of Charge)を算出する。バッテリ50のSOCが高いほど、モータジェネレータ32からバッテリ50に供給可能な電力が小さくなる。
The
また、ECU60は、点火プラグ10、燃料噴射弁11、スロットル弁12、バイパス弁15、ウエストゲートバルブ16、モータジェネレータ32及び可変バルブタイミング機構A、Bに電気的に接続されている。ECU60は、燃料噴射弁11の噴射時期及び噴射量、スロットル弁12の開度、バイパス弁15の開閉、ウエストゲートバルブ16の開度、モータジェネレータ32の駆動、吸気弁6の開弁時期及び閉弁時期、並びに排気弁8の開弁時期及び閉弁時期を制御する。
The
ECU60はモータジェネレータ32の駆動を制御することによってモータジェネレータ32による発電量を制御する。なお、モータジェネレータ32が電動機として作動されるときには、モータジェネレータ32によって電力が消費されるため、発電量は負の値となる。したがって、ECU60は、モータジェネレータ32を電動機として作動させることによって発電量を負の値とし、モータジェネレータ32を発電機として作動させることによって発電量を正の値とすることができる。
The
ECU60は内燃機関1の運転状態に基づいてモータジェネレータ32の基準発電量を算出する。図4は、モータジェネレータ32の基準発電量を算出するためのマップを示す。本実施形態では、ECU60は機関負荷及び機関回転数に基づいて基準発電量を算出する。マップは、スーパーチャージャ30及びターボチャージャ40によって実現される過給圧が内燃機関1の運転状態に応じた適切な値になるように作成されている。
The
図4に示されるように、機関負荷が低いときには、ターボチャージャ40のみによって過給が行われる。このとき、バイパス弁15は全開にされる。このことによって、空気は吸気バイパス通路25を通って下流側に流れる。このため、空気が第1コンプレッサ31を通過するときの抵抗によるポンプ損失の悪化、吸入空気量の低下等を抑制することができる。ターボチャージャ40のみによって過給が行われる領域は、シングル過給領域と称される。
As shown in FIG. 4, when the engine load is low, supercharging is performed only by the
一方、機関負荷が高いときには、過給圧を高めるために、ターボチャージャ40及びスーパーチャージャ30によって過給が行われる。このとき、バイパス弁15は全閉にされる。このことによって、第1コンプレッサ31によって過給された空気が吸気バイパス通路25を通って逆流することを防止することができる。ターボチャージャ40及びスーパーチャージャ30によって過給が行われる領域はツイン過給領域と称される。
On the other hand, when the engine load is high, supercharging is performed by the
ツイン過給領域は図4の破線によって低回転高負荷領域と高回転低負荷領域とに分けられる。図4の破線は、モータジェネレータ32による発電量がゼロにされる動作点を示している。モータジェネレータ32による発電量がゼロにされるとき、第1コンプレッサ31の回転数は内燃機関1の出力に応じて変動する。
The twin supercharging region is divided into a low rotation high load region and a high rotation low load region by broken lines in FIG. The broken lines in FIG. 4 indicate operating points at which the amount of power generated by the
低回転高負荷領域では、高回転低負荷領域よりも過給圧が高くなるように、モータジェネレータ32は電動機として作動される。この結果、モータジェネレータ32によって第1コンプレッサ31の駆動がアシストされる。一方、高回転低負荷領域では、モータジェネレータ32は発電機として作動される。この結果、モータジェネレータ32によって電力が発電され、バッテリ50に電力が蓄えられる。
In the low rotation high load region, the
ECU60は、ツイン過給領域において、モータジェネレータ32による発電量が基準発電量となるようにモータジェネレータ32を制御することによって所望の過給圧を得ることができる。しかしながら、モータジェネレータ32の駆動はバッテリ50の充電状態に応じて制限される。例えば、バッテリ50のSOCが高く、バッテリ50が電力を蓄えることができない場合には、モータジェネレータ32を発電機として作動させることができない。一方、バッテリ50のSOCが低く、モータジェネレータ32に電力を供給することができない場合には、モータジェネレータ32を電動機として作動させることができない。
The
このため、本実施形態では、ECU60は、バッテリ50のSOCに基づいてモータジェネレータ32の要求発電量を算出し、基準発電量と要求発電量との差が小さくなるように、モータジェネレータ32による発電量を基準発電量から補正する。発電量が補正されると、第1コンプレッサ31によってなされる仕事量が変動するため、過給圧が所望の値から変動する。このため、ECU60は、発電量の補正に伴う過給圧の変動を抑制するようにウエストゲートバルブ16の開度を制御する。この結果、第2コンプレッサ43によってなされる仕事量が変動し、第1コンプレッサ31によってなされる仕事量の変動を第2コンプレッサ43によってなされる仕事量の変動によって相殺することができる。したがって、上記の制御によって、バッテリ50の充電状態に関わらず、過給圧を所望の値に制御することができる。
Therefore, in the present embodiment, the
また、上記の制御によって過給圧の変動は抑制されるが、ウエストゲートバルブ16の開度の制御によってスカベンジ率が変動する。スカベンジ率とは、気筒21内に供給される空気の量に対する、吸気通路23から気筒21内を通って排気通路24に吹き抜ける空気の量の割合を意味する(スカベンジ率=吹き抜け量/吸入空気量)。空気の吹き抜けは、吸気弁6の開弁期間と排気弁8の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間に発生する。
Moreover, although the fluctuation | variation of a supercharging pressure is suppressed by said control, scavenging rate fluctuates by control of the opening degree of the
例えば、ウエストゲートバルブ16の開度が大きくされると、排気圧の低下によって空気の吹き抜け量が多くなり、スカベンジ率が高くなる。排気通路24に空気が流入すると、排気通路24に設けられた触媒において、空気中の酸素が未燃燃料と反応する。このため、スカベンジ率が高くなると、反応熱によって触媒の温度が過度に上昇し、触媒が劣化するおそれがある。また、スカベンジ率が高くなると、燃焼時の空燃比がリッチ側にずれ、排気エミッションが悪化するおそれがある。
For example, when the opening degree of the
このため、ECU60は、ウエストゲートバルブ16の開度の制御に伴うスカベンジ率の変動が抑制されるようにバルブオーバーラップ期間を制御する。ECU60は、可変バルブタイミング機構Aを用いて吸気弁5の開弁時期を変更することと、可変バルブタイミング機構Bを用いて排気弁8の閉弁時期を変更することとの少なくとも一方によってバルブオーバーラップ期間を制御する。斯かるバルブオーバーラップ期間の制御によって、スカベンジ率の変動による触媒の劣化、排気エミッションの悪化等を抑制することができる。
For this reason, ECU60 controls a valve overlap period so that the fluctuation | variation of the scavenge rate accompanying control of the opening degree of the
図5は、モータジェネレータ32による発電量を補正したときの各パラメータの変化を示す。モータジェネレータ32による発電量が基準発電量であるときには、発電量の補正量はゼロとなる。
FIG. 5 shows changes in parameters when the amount of power generated by the
要求発電量が基準発電量よりも大きい場合に、補正によって発電量が基準発電量よりも大きくされると、第1コンプレッサ31の回転数が低くなる。この結果、第1コンプレッサ31によってなされる仕事量が小さくなる。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも大きくされるときには、第2コンプレッサ43によってなされる仕事量を大きくするために、ウエストゲートバルブ16の開度を小さくする。この結果、排気圧が高くなり、スカベンジ率が低下する。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも大きくされるときには、スカベンジ率を高めるために、バルブオーバーラップ期間が長くされる。
If the required power generation amount is larger than the reference power generation amount and the power generation amount is made larger than the reference power generation amount by the correction, the rotation speed of the
一方、要求発電量が基準発電量よりも小さい場合に、補正によって発電量が基準発電量よりも小さくされると、第1コンプレッサ31の回転数が高くなる。この結果、第1コンプレッサ31によってなされる仕事量が大きくなる。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも小さくされるときには、第2コンプレッサ43によってなされる仕事量を小さくするために、ウエストゲートバルブ16の開度を大きくする。この結果、排気圧が低くなり、スカベンジ率が高くなる。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも小さくされるときには、スカベンジ率を低下させるために、バルブオーバーラップ期間が短くされる。
On the other hand, when the required power generation amount is smaller than the reference power generation amount, if the power generation amount is made smaller than the reference power generation amount by the correction, the rotation speed of the
また、発電量を大きくするほど、第1コンプレッサ31の回転数が低くなる。このため、発電量を大きくするほど、ウエストゲートバルブ16の開度を小さくし、バルブオーバーラップ期間を長くする。言い換えれば、発電量を小さくするほど、ウエストゲートバルブ16の開度を大きくし、バルブオーバーラップ期間を短くする。
Moreover, the rotation speed of the
以下、図6のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図6は、第一実施形態における過給圧制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ECU60によって所定の実行間隔で実行される。
Hereinafter, the control described above will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a control routine of supercharging pressure control in the first embodiment. This control routine is executed by the
最初に、ステップS101において、図4に示されたようなマップを用いて、内燃機関1の運転状態(本実施形態では機関負荷及び機関回転数)によって定められる動作点がツイン過給領域にあるか否かが判定される。動作点がツイン過給領域にないと判定された場合、本制御ルーチンはステップS102に進む。 First, in step S101, using the map as shown in FIG. 4, the operating point determined by the operating state of the internal combustion engine 1 (engine load and engine speed in this embodiment) is in the twin supercharging region. It is determined whether or not. When it is determined that the operating point is not in the twin supercharging region, the control routine proceeds to step S102.
ステップS102では、バイパス弁15が開かれる。この結果、ターボチャージャ40のみによって吸入空気が過給される。ステップS102の後、本制御ルーチンは終了する。
In step S102, the
一方、ステップS101において動作点がツイン過給領域にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップS103に進む。ステップS103では、バイパス弁15が閉じられる。この結果、ターボチャージャ40及びスーパーチャージャ30によって吸入空気が過給される。
On the other hand, when it is determined in step S101 that the operating point is in the twin supercharging region, the present control routine proceeds to step S103. In step S103, the
次いで、ステップS104において、図4に示されたようなマップを用いて、内燃機関1の運転状態(本実施形態では機関負荷及び機関回転数)に基づいてモータジェネレータ32の基準発電量Pbasが算出される。次いで、ステップS105において、バッテリ50のSOCに基づいてモータジェネレータ32の要求発電量Preqが算出される。このとき、バッテリ50のSOCが高いほど、要求発電量Preqは小さくなる。
Next, in step S104, the reference power generation amount Pbas of the
次いで、ステップS106において、基準発電量Pbasから要求発電量Preqを減算した値の絶対値、すなわち基準発電量Pbasと要求発電量Preqとの差が閾値Aよりも大きいか否かが判定される。閾値Aは、予め定められたゼロ以上の値である。ステップS106において基準発電量Pbasと要求発電量Preqとの差が閾値Aよりも大きいと判定された場合、本制御ルーチンはステップS107に進む。 Next, in step S106, it is determined whether or not the absolute value of the value obtained by subtracting the required power generation amount Preq from the reference power generation amount Pbas, that is, the difference between the reference power generation amount Pbas and the required power generation amount Preq is greater than the threshold value A. The threshold A is a predetermined value equal to or greater than zero. When it is determined in step S106 that the difference between the reference power generation amount Pbas and the required power generation amount Preq is larger than the threshold value A, the present control routine proceeds to step S107.
ステップS107では、基準発電量Pbasと要求発電量Preqとの差が小さくなるようにモータジェネレータ32による発電量が基準発電量Pbaseから補正される。このとき、補正量は基準発電量Pbasと要求発電量Preqとの差以下の値にされる。また、モータジェネレータ32による発電量が補正後の値になるようにモータジェネレータ32の駆動が制御される。
In step S107, the power generation amount by the
次いで、ステップS108において、発電量の補正に伴う過給圧の変動を抑制するようにウエストゲートバルブ16の開度が制御される。具体的には、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも大きくされた場合には、ウエストゲートバルブ16の開度が基準発電量Pbasに対応する値よりも小さくされる。一方、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも小さくされた場合には、ウエストゲートバルブ16の開度が基準発電量Pbasに対応する値よりも大きくされる。なお、基準発電量Pbasに対応する値は、第2コンプレッサ43の出口温度及び回転数の制約、スーパーチャージャ30との過給圧の分担割合等を考慮して予め定められる。
Next, in step S108, the opening degree of the
次いで、ステップS109において、ウエストゲートバルブ16の開度の制御に伴うスカベンジ率の変動が抑制されるようにバルブオーバーラップ期間が制御される。具体的には、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも大きくされた場合には、バルブオーバーラップ期間が基準発電量Pbasに対応する値よりも長くされる。一方、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも小さくされた場合には、バルブオーバーラップ期間が基準発電量Pbasに対応する値よりも短くされる。なお、基準発電量Pbasに対応する値は、タービン41の駆動に必要な排気ガス流量等を考慮して予め定められる。ステップS109の後、本制御ルーチンは終了する。
Next, in step S109, the valve overlap period is controlled so that the fluctuation of the scavenge rate accompanying the control of the opening degree of the
一方、ステップS106において基準発電量Pbasと要求発電量Preqとの差が閾値A以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップS110に進む。ステップS110では、モータジェネレータ32による発電量が補正されない。すなわち、モータジェネレータ32による発電量が基準発電量Pbasになるようにモータジェネレータ32の駆動が制御される。また、ウエストゲートバルブ16の開度及びバルブオーバーラップ期間は、それぞれ、基準発電量Pbasに対応する値にされる。ステップS110の後、本制御ルーチンは終了する。
On the other hand, when it is determined in step S106 that the difference between the reference power generation amount Pbas and the required power generation amount Preq is equal to or less than the threshold value A, the present control routine proceeds to step S110. In step S110, the amount of power generated by the
なお、ステップS109は省略されてもよい。この場合、可変バルブタイミング機構A、Bは内燃機関1から省略されてもよい。
Note that step S109 may be omitted. In this case, the variable valve timing mechanisms A and B may be omitted from the
<第二実施形態>
第二実施形態における内燃機関の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
<Second embodiment>
The configuration and control of the internal combustion engine in the second embodiment are basically the same as those of the internal combustion engine in the first embodiment except for the points described below. For this reason, the second embodiment of the present invention will be described below with a focus on differences from the first embodiment.
第二実施形態では、遊星歯車機構33において、サンギア34がモータジェネレータ32に連結され、プラネタリキャリア36が駆動ベルト22を介して内燃機関1の出力軸(クランクシャフト)に連結され、リングギア37が第1コンプレッサ31に連結される。
In the second embodiment, in the
図7は、遊星歯車機構33の各ギアの回転数を相対的に示す共線図である。図7の縦軸は遊星歯車機構33の各ギア(サンギア34、プラネタリキャリア36及びリングギア37)の回転数を示す。図7に矢印で示されるように、第一実施形態と異なり、モータジェネレータ32による発電量を大きくすると、サンギア34の回転数の低下に伴ってリングギア37の回転数が上昇する。
FIG. 7 is a collinear chart relatively showing the rotational speed of each gear of the
図8は、モータジェネレータ32の基準発電量を算出するためのマップを示す。第二実施形態では、モータジェネレータ32による発電量が大きくされると、第1コンプレッサ31の回転数が上昇し、過給圧が高くなる。このため、ツイン過給領域の低回転高負荷領域において、ツイン過給領域の高回転低負荷領域よりも過給圧が高くなるように、モータジェネレータ32は発電機として作動される。一方、高回転低負荷領域では、モータジェネレータ32は電動機として作動される。
FIG. 8 shows a map for calculating the reference power generation amount of the
図9は、モータジェネレータ32による発電量を補正したときの各パラメータの変化を示す。要求発電量が基準発電量よりも大きい場合に、補正によって発電量が基準発電量よりも大きくされると、第1コンプレッサ31の回転数が高くなる。この結果、第1コンプレッサ31によってなされる仕事量が大きくなる。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも大きくされるときには、第2コンプレッサ43によってなされる仕事量を小さくするために、ウエストゲートバルブ16の開度を大きくする。この結果、排気圧が低くなり、スカベンジ率が高くなる。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも大きくされるときには、スカベンジ率を低下させるために、バルブオーバーラップ期間が短くされる。
FIG. 9 shows changes in parameters when the power generation amount by the
一方、要求発電量が基準発電量よりも小さい場合に、補正によって発電量が基準発電量よりも小さくされると、第1コンプレッサ31の回転数が低くなる。この結果、第1コンプレッサ31によってなされる仕事量が小さくなる。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも小さくされるときには、第2コンプレッサ43によってなされる仕事量を大きくするために、ウエストゲートバルブ16の開度を小さくする。この結果、排気圧が高くなり、スカベンジ率が低下する。このため、補正によって発電量が基準発電量よりも小さくされるときには、スカベンジ率を高めるために、バルブオーバーラップ期間が長くされる。
On the other hand, when the required power generation amount is smaller than the reference power generation amount, if the power generation amount is made smaller than the reference power generation amount by the correction, the rotation speed of the
また、発電量を大きくするほど、第1コンプレッサ31の回転数が高くなる。このため、発電量を大きくするほど、ウエストゲートバルブ16の開度を大きくし、バルブオーバーラップ期間を短くする。言い換えれば、発電量を小さくするほど、ウエストゲートバルブ16の開度を小さくし、バルブオーバーラップ期間を長くする。
Moreover, the rotational speed of the
第二実施形態においても、図6の過給圧制御の制御ルーチンが実行される。第二実施形態では、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも大きくされた場合には、ステップS108においてウエストゲートバルブ16の開度が基準発電量Pbasに対応する値よりも大きくされる。一方、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも小さくされた場合には、ステップS108においてウエストゲートバルブ16の開度が基準発電量Pbasに対応する値よりも小さくされる。
Also in the second embodiment, the control routine of the supercharging pressure control of FIG. 6 is executed. In the second embodiment, when the power generation amount is made larger than the reference power generation amount Pbas in step S107, the opening degree of the
また、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも大きくされた場合には、ステップS109においてバルブオーバーラップ期間が基準発電量Pbasに対応する値よりも短くされる。一方、ステップS107において発電量が基準発電量Pbasよりも小さくされた場合には、ステップS109においてバルブオーバーラップ期間が基準発電量Pbasに対応する値よりも長くされる。 When the power generation amount is made larger than the reference power generation amount Pbas in step S107, the valve overlap period is made shorter than the value corresponding to the reference power generation amount Pbas in step S109. On the other hand, if the power generation amount is made smaller than the reference power generation amount Pbas in step S107, the valve overlap period is made longer than the value corresponding to the reference power generation amount Pbas in step S109.
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、内燃機関1は圧縮自着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)であってもよい。
The preferred embodiments according to the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. For example, the
また、第1コンプレッサ31は第2コンプレッサ43の上流側に配置されてもよい。また、第1インタークーラ13及び第2インタークーラ14の少なくとも一方は省略されてもよい。
The
1 内燃機関
16 ウエストゲートバルブ
26 排気バイパス通路
30 スーパーチャージャ
31 第1コンプレッサ
32 モータジェネレータ
33 遊星歯車機構
40 ターボチャージャ
41 タービン
43 第2コンプレッサ
50 バッテリ
60 電子制御ユニット(ECU)
DESCRIPTION OF
Claims (1)
第1コンプレッサと、モータジェネレータと、当該内燃機関の出力軸、前記第1コンプレッサ及び前記モータジェネレータに連結された遊星歯車機構とを備えるスーパーチャージャと、
前記モータジェネレータに電力を供給すると共に、該モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリと、
タービンと、該タービンに連結された第2コンプレッサとを備えるターボチャージャと、
前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウエストゲートバルブと、
前記モータジェネレータによる発電量及び前記ウエストゲートバルブの開度を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、当該内燃機関の運転状態に基づいて前記モータジェネレータの基準発電量を算出し、前記バッテリの充電率に基づいて前記モータジェネレータの要求発電量を算出し、該基準発電量と該要求発電量との差が小さくなるように前記モータジェネレータによる発電量を該基準発電量から補正し、該補正に伴う過給圧の変動を抑制するように前記ウエストゲートバルブの開度を制御する、内燃機関。 An internal combustion engine,
A supercharger comprising a first compressor, a motor generator, an output shaft of the internal combustion engine, a planetary gear mechanism coupled to the first compressor and the motor generator;
A battery for supplying electric power to the motor generator and storing electric power generated by the motor generator;
A turbocharger comprising a turbine and a second compressor coupled to the turbine;
A wastegate valve provided in a bypass passage for bypassing the turbine;
A controller for controlling the amount of power generated by the motor generator and the opening of the wastegate valve;
The control device calculates a reference power generation amount of the motor generator based on an operating state of the internal combustion engine, calculates a required power generation amount of the motor generator based on a charging rate of the battery, and the reference power generation amount and the The power generation amount by the motor generator is corrected from the reference power generation amount so that the difference from the required power generation amount is small, and the opening degree of the wastegate valve is controlled so as to suppress the fluctuation of the supercharging pressure accompanying the correction. , Internal combustion engine.
Priority Applications (1)
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JP2018036493A JP2019152118A (en) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | Internal combustion engine |
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