JP4230000B2 - 内燃機関のターボチャージャ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のターボチャージャ制御装置に係り、特に、電子制御スロットルボディと電動−発電機を備えたターボチャージャとを有するエンジン制御システムに用いるに好適な内燃機関のターボチャージャ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ターボチャージャの回転軸に電動−発電機を取付け、エンジンの運転状態に応じて、電動−発電機を電動機若しくは発電機として動作させる電動ー発電機を備えたターボチャージャが開発されている。電動−発電機を電動機として動作させることにより、ターボチャージャの過給を助勢して過給効果を向上させ、また、発電機として動作させることにより、ターボチャージャに供給される排気ガスのエネルギーを電力として回収する。
【０００３】
かかる電動−発電機を制御するための内燃機関のターボチャージャ制御装置としては、例えば、特開平１−１１７９３３号公報に記載されているように、アクセルペダルの踏込速度や踏込量、エンジン回転数などに基づいて電動機への通電電流を制御するものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のターボチャージャ制御装置においては、アクセルペダルと機械的に連動するスロットルバルブを用いている。従って、アクセルペダルの踏込速度が早いが、アクセルペダルの踏込量がスロットルバルブが全開とならないような踏込量である場合には、従来のターボチャージャ制御装置は、電動−発電機が電動機と作動させ、ターボチャージャにより過給するが、スロットルバルブは全開となっていないため、スロットルバルブが空気抵抗となり、充分な過給圧が得られず、運転性が向上しないという第１の問題があった。
【０００５】
また、電動−発電機を電動機として用いるためには、バッテリーから電動−発電機に電流を通電する必要があるが、電動機として用いるためには大電流を必要とする。しかしながら、従来のターボチャージャ制御装置においては、電動−発電機への通電電流については留意していないため、バッテリーの寿命を短く（バッテリー上がり）という第２の問題もあった。
【０００６】
本発明の第１の目的は、運転者のアクセルペダルの操作に応じた過給圧が得られ、運転性の向上した内燃機関のターボチャージャ制御装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、電動−発電機を備えたターボチャージャを用いる場合にも、バッテリーの寿命の改善された内燃機関のターボチャージャ制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）上記第１の目的を達成するために、本発明は、電動―発電機を備えたターボチャージャとアクセルペダルの開度に応じてスロットルバルブの開度を制御可能な電子制御スロットルボディと、前記アクセルペダルの開度の変化量に応じて、前記スロットルバルブの開き方と前記電動−発電機への通電電流を制御する制御手段と、バッテリーの充放電状態を監視する監視手段を備え、前記制御手段は、上記アクセルペダルの開度の変化量が大きいときは、上記アクセルペダルの開度を上記スロットルバルブの開度が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダルの開度に対して上記スロットバルブの開度を速く、しかも、大きく開くと共に、上記アクセルペダル開度と通電電流が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダル開度の変化量に対して上記通電電流を急激に増加するように制御し、また、前記制御手段は、前記監視手段により監視された放電状態により、放電電流が所定値よりも大きい場合には、アクセルペダル開度（θ APS) の変化量（θ APS ／ｄｔ）に対して上記電動−発電機への通電電流をゆっくり増加するように制御し、さらに、前記制御手段は、上記アクセルペダルの開度の変化量が小さいときは、上記アクセルペダルの開度を上記スロットルバルブの開度が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダルの開度に対して上記スロットバルブの開度を遅く開くと共に、上記アクセルペダル開度と通電電流が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダル開度の変化量に対して上記通電電流をゆっくりと増加するように制御するようにしたものである。
かかる構成により、アクセルペダルの踏込速度に応じて、スロットルバルブ及び電動機の通電電流を制御して、運転者の意図に応じたエンジンレスポンスを得られ、運転性が向上し得るものとなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１３を用いて、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置の構成について説明する。
最初に、図１を用いて、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を備えたエンジン制御システムの全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を備えたエンジン制御システムの全体構成を示すシステム構成図である。
【００１３】
電動−発電機を備えたターボチャージャ１０は、吸気管ＩＰと排気管ＥＰとの間に配置されている。ターボチャージャ１０の詳細構成については、図２を用いて後述するが、排気管ＥＰ中に配置されたタービンホイール１０Ｔと、吸気管ＩＰ中に配置されたコンプレッサインペラ１０Ｃは、シャフト１０Ｓに固定されている。また、シャフト１０Ｓには、電動−発電機１０ＭＧが備えられている。タービンホイール１０Ｔは、排気管ＥＰ中を排出される排気ガスによって回転され、その回転力はシャフト１０Ｓを介してコンプレッサインペラ１０Ｃに伝達される。コンプレッサインペラ１０Ｃは、吸気管ＩＰ中に流入する吸入空気を圧縮して過給する。過給された空気は、インタークーラーＩＣによって冷却され、エンジンのシリンダ内への充填効率を向上させる。
【００１４】
電子制御スロットルボディ（ＥＴＢ）２０は、吸気管ＩＰ中に配置されている。電子制御スロットルボディ２０の詳細構成については、図３を用いて後述するが、吸気管ＩＰ中に回動可能に支持されたスロットルバルブ２０Ｖと、スロットルバルブ２０Ｖを回動するモータ２０Ｍと、スロットルバルブ２０Ｖの開度を検出するスロットルセンサ２０Ｓを備えている。スロットルバルブ２０Ｖは、モータ２０Ｍによって回動されるとともに、スロットルバルブ２０Ｖの開度は、スロットルセンサ２０Ｓによって検出される。
【００１５】
また、エンジン３０の上流側の吸気管ＩＰ中には、燃料噴射弁３０が配置されており、エンジン３０のシリンダに燃料を供給する。エンジン３０のシリンダの上部には、点火プラグ３４が配置され、イグニッションコイル３６からの高電圧が点火プラグ３４に供給されて、シリンダ内の燃料と空気の混合気に火花を飛ばして、爆発燃焼させる。クランク角センサ３８は、エンジン３０の気筒判別と回転数の検出を行う。
【００１６】
さらに、吸気管ＩＰ中には、吸入空気量を検出するエアーフローメータ４０が配置されている。また、吸気管ＩＰ中であって、スロットルバルブ２０Ｖの下流には、吸気圧を検出する圧力センサ５０が配置されている。
また、アクセルペダル６０の開度を検出するペダル開度センサ６２を備えている。
【００１７】
エンジンコントロールユニット１００には、エンジン３０に吸入される空気量を検出するエアフローセンサ４０の空気流量検出信号や、アクセルペダル６０の開度を検出するペダル開度センサ６２からのアクセルペダル開度信号や、スロットルバルブ２０Ｖの開度を検出するスロットルセンサ２０Ｓからのスロットルバルブ開度信号や、エンジン３０の気筒判別と回転数を検出するためのクランク角度センサ３８の信号など入力する。エンジンコントロールユニット１００は、これらの信号を基に、燃料量，点火時期と出力タイミング及びスロットルバルブ２０Ｖの開度などを演算処理を行い、それぞれ関係するアクチュエータに信号を出力する。なお、エンジンコントロールユニット１００の構成については、図４を用いて後述する。
【００１８】
電動―発電機コントロールユニット２００は、エンジンコントロールユニット１００からの信号を入力し、所定の演算処理を行い、電動―発電機１０ＭＧへ信号を出力する。電動―発電機コントロールユニット２００は、電動―発電機１０ＭＧにバッテリーＢＡＴから通電電流を供給して、電動−発電機１０ＭＧを電動機として作動させたり、電動−発電機１０ＭＧを発電機として作動させたときに発電機からの発電電流によってバッテリーＢＡＴを充電するように、コントロールを行うものである。なお、バッテリーＢＡＴと電動−発電機コントロールユニット２００の間には、バッテリーＢＡＴが放電状態にあるか充電状態にあるかを監視する放電状態監視センサ７０が配置されており、このセンサ７０の出力は電動−発電機コントロールユニット２００に入力するようになっているが、この機能については、後述する第２の実施形態において説明する。
【００１９】
次に、図２を用いて、本実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いるターボチャージャの構成について説明する。
図２は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いるターボチャージャの構成を示す断面図である。
【００２０】
ターボチャージャ１０は、エンジン３０に吸入される空気を過給するものであり、図示するように、タービン部，軸受け部，電動―発電機部及びコンプレッサ部から構成されている。
タービン部は、シャフト１０Ｓに固定されたタービンホイール１０Ｔと、ケーシング１２とから構成されている。軸受け部は、ラジアルメタル１４と、スラストメタル１６などで構成されている。電動−発電機１０ＭＧは、シャフト１０Ｓに固定され、シャフト１０Ｓとともに回転可能な界磁ロータＲＯと、ターボチャージャ１０のケーシングに固定されたステータＳＴなどで構成されている。ステータＳＴは、図１に示したように、電動−発電機コントロールユニット２００に接続されており、電動−発電機コントロールユニット２００によって制御され、バッテリーから通電電流を流されて電動−発電機１０ＭＧを電動機として作動させたり、電動−発電機１０ＭＧを発電機として作動させたときの発電電流によってバッテリーを充電したりする。コンプレッサ部は、シャフト１０Ｓに固定されたコンプレッサインペラ１０Ｃと、ケーシング１８等で構成されている。
【００２１】
次に、図３を用いて、本実施形態に用いる電子制御スロットルボディの構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に用いる電子制御スロットルボディの構成を示す平面図である。
【００２２】
電子制御スロットルボディ２０は、スロットルバルブ２０Ｖと、スロットルバルブ２０Ｖを駆動するためのモーター２０Ｍと、モータ２０Ｍとスロットルバルブ２０Ｖを連結するギア等を収納するギアボックス２０Ｇで構成されている。スロットルバルブ２０Ｖの開度を検出するスロットルセンサ２０Ｓは、ギアボックス２０Ｇ内に収納されている。図１に示したエンジンコントロールユニット１００からの信号がモータ２０Ｍに入力され、スロットルバルブ２０Ｖを開閉する。スロットルバルブ２０Ｖの開度は、スロットルセンサ２０Ｓによって検出され、エンジンコントロールユニット１００に取り込まれる。
【００２３】
次に、図４を用いて、本実施形態に用いるエンジンコントロールユニットの構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態に用いるエンジンコントロールユニットの構成を示す平面図である。
【００２４】
エンジンコントロールユニット１００は、入力回路１１０と、Ａ／Ｄ変換部１２０と、中央演算部（ＣＰＵ）１３０と、ＲＯＭ１４０と、ＲＡＭ１５０及び、出力回路１６０を含んだ構成となっている。
入力回路１９１は、入力信号ＩＮ（例えば、図１に示したエアフローセンサ４０，クランク角センサ３８，スロットル開度センサ２０Ｓ，ペダル開度センサ６２や圧力センサ５０等からの信号）が入力され、入力信号ＩＮからノイズ成分の除去等を行い、Ａ／Ｄ変換部１２０に出力する。Ａ／Ｄ変換部１２０は、入力回路１１０から入力した信号をＡ／Ｄ変換し、中央演算部１３０に出力する。
【００２５】
中央演算部１３０は、Ａ／Ｄ変換部１２０によるＡ／Ｄ変換結果を取り込み、ＲＯＭ１４０に記憶された所定のプログラムを実行することによって、各制御及び診断等を実行する機能を備えている。
なお、演算結果及びＡ／Ｄ変換結果は、ＲＡＭ１５０に一時保管されると共に、演算結果は出力回路１６０を通じて制御出力信号１７０として出力され、燃料噴射弁３２等の制御に用いられる。また、入力信号ＩＮの内、図１に示したクランク角センサ３８，ペダル開度センサ６２や圧力センサ５０等からの信号は、電動−発電機コントロールユニット２００にも供給される。
【００２６】
なお、電動−発電機コントロールユニット２００も、エンジンコントロールユニット１００と同様なハード構成を有している。
【００２７】
次に、図５〜図１４を用いて、本実施形態による電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの動作について説明する。
最初に、図５を用いて、本実施形態による電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの機能構成について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの機能構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００２８】
エンジンコントロールユニット１００は、ペダルセンサ変化量（θAPS/ｄｔ）算出手段１００Ａと、スロットルバルブ開度（θTh）選択手段１００Ｂと、スロットル開度決定手段１００Ｃとを備えている。エンジンコントロールユニット１００は、図１に示したペダル開度センサ６２が出力するアクセルペダル６０の開度に応じたアクセルペダル開度信号（θAPS）に基づいて、電子制御スロットルボディ（ＥＴＢ）２０のスロットルバルブの開度を制御する。
【００２９】
電動−発電機コントロールユニット２００は、通電電流決定手段２００Ａと、通電電流補正手段２００Ｂとを備えている。電動−発電機コントロールユニット２００は、ペダルセンサ変化量算出手段１００Ａが出力するアクセルペダル開度信号（θAPS）の変化量信号（θAPS／ｄｔ）に基づいて、ターボチャージャ１０の電動−発電機部１０ＭＧを電動機として作動するための通電電流を制御する。
【００３０】
最初に、エンジンコントロールユニット１００の動作について説明する。
エンジンコントロールユニット１００のペダルセンサ変化量算出手段１００Ａは、図１に示したペダル開度センサ６２が出力するアクセルペダル６０の開度に応じたアクセルペダル開度信号（θAPS）に基づいて、この開度信号（θAPS）単位時間当たり変化量（θAPS／ｄｔ）を算出し、スロットルバルブ開度選択手段１００Ｂ及び電動−発電機コントロールユニット２００の通電電流決定手段２００Ａに出力する。
【００３１】
スロットルバルブ開度選択手段１００Ｂは、アクセルペダル開度の変化量（θAPS／ｄｔ）に基づいて、電子制御スロットルボディ（ＥＴＢ）２０のスロットルバルブ２０Ｖの開きパターンを選択して、スロットル開度決定手段１００Ｃ及び電動−発電機コントロールユニット２００の通電電流補正手段２００Ｂに選択されたパターンを出力する。
【００３２】
ここで、図６を用いて、スロットルバルブの開きパターンについて説明する。図６は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いるエンジンコントロールユニットのスロットルバルブ開度選択手段が選択する開きパターンの説明図である。
【００３３】
スロットルバルブの開きパターンとは、図６に示すように、アクセルペダルの開度（θAPS）（横軸）に対するスロットルバルブの開度（θTh）（縦軸）の関係である。図６に示したパターンＡは、アクセルペダルの開度とスロットルバルブの開度が直線比例関係にあるものである。パターンＢは、アクセルペダルの開度に対してスロットルバルブの開度を速く開くようにしたものである。パターンＣは、アクセルペダルの開度に対してスロットルバルブの開度を遅く開くようにしたものである。
【００３４】
スロットルバルブ開度選択手段１００Ｂは、アクセルペダル開度の変化量（θAPS／ｄｔ）に基づいて、加速の程度を判断し、パターンＡ〜Ｃのいずれかを選択する。すなわち、通常加速時にはパターンＡを選択し、急加速時にはパターンＢを選択し、緩加速時にはパターンＣを原則的に選択する。
【００３５】
これらのスロットルバルブの開きパターンは、予めＲＯＭに記憶されている。スロットル開度決定手段１００Ｃは、スロットルバルブ開度選択手段１００Ｂによって選択されたパターンに応じて、ＲＯＭからアクセルペダルの開度に対するスロットルバルブの開度のパターンを読み出すとともに、ペダル開度センサ６２から入力したアクセルペダル開度信号（θAPS）に対するスロットルバルブの開度となる信号を、電子制御スロットルボディ２０のモータ１８に出力する。
【００３６】
以上の動作によって、エンジンコントロールユニット１００は、アクセルペダル開度（θAPS）の変化量（θAPS／ｄｔ）に応じて制御パターンを変えて、アクセルペダル開度（θAPS）に応じてスロットルバルブの開度を制御する。
【００３７】
次に、電動−発電機コントロールユニット２００の動作について説明する。
通電電流決定手段２００Ａは、スロットルバルブ開度選択手段１００Ｂからパターン信号を受け、スロットルバルブの開き方に対応した電動機への通電電流を決定する。即ち、急加速，通常加速，緩加速のそれぞれについて、ペダルセンサ変化量（θAPS／ｄｔ）に対する通電電流（Ａ）を決定する。
【００３８】
ここで、図７を用いて、ペダルセンサ変化量（θAPS／ｄｔ）に対する通電電流（Ａ）の関係について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる電動−発電機コントロールユニットの通電電流決定手段が決定する通電電流の各パターンの説明図である。
【００３９】
図中、Ａ，Ｂ，Ｃは、それぞれ、図６に示したパターンＡ（通常加速），Ｂ（急加速），Ｃ（緩加速）に対応するものである。図７に示したパターンＡは、アクセルペダル開度の変化量と通電電流が直線比例関係にあるものである。パターンＢは、アクセルペダル開度の変化量に対して通電電流を急激に増加するようにしたものである。パターンＣは、アクセルペダル開度の変化量に対して通電電流をゆっくりと増加させるようにしたものである。
【００４０】
通常はパターンＡを用い、急加速時にはパターンＢを使用し、緩加速時にはパターンＣを原則的に使用するものである。これらのパターンは、予めＲＯＭに記憶させておくものである。
【００４１】
通電電流決定手段２００Ａは、スロットルバルブ開度選択手段１００Ｂによって選択されたパターンに応じて、ＲＯＭからアクセルペダル開度の変化量に対する通電電流のパターンを読み出すとともに、ペダルセンサ変化量算出手段１００Ａから入力したアクセルペダル開度信号（θAPS）の変化量（θAPS／ｄｔ）に対する通電電流を、通電電流補正手段２００Ｂに出力する。
【００４２】
通電電流補正手段２００Ｂは、通電電流決定手段２００Ａによって決定された通電電流に対して、エンジン回転数と負荷値で補正を加え、補正された通電電流を電動機１０ＭＧに印加する。
【００４３】
ここで、図８を用いて、エンジン回転数による補正係数（ＫNe）について説明し、図９を用いて、負荷値による補正係数（ＫLo）について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる通電電流補正手段におけるエンジン回転数による補正係数（ＫNe）の説明図であり、図９は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる通電電流補正手段における負荷値による補正係数（ＫLo）の説明図である。
【００４４】
エンジン回転数に対する補正係数（ＫNe）は、使用されるターボチャージャと電動機の特性から決定される。即ち、ターボチャージャーは、高回転域で加給効果が得られるものが一般的であるが、低回転域で加給効果が得られるものなどもある。例えば、高回転域で加給効果があるターボチャージャに対して電動機を低回転域で作動させることにより、低回転域から高回転まで加給効果を得られるようになる。
【００４５】
例えば、図８に示すエンジン回転数に対する補正係数（ＫNe）は、ターボチャージャと電動機の組合せにおいて、過給効果が得られるのがおよそ３５００ｒ／ｍｉｎの場合のものである。従って、エンジン回転数が３０００ｒ／ｍｉｎまでの過給効果の得られる領域では補正係数（ＫNe）を１．０としている。また、エンジン回転数が４５００ｒ／ｍｉｎより上では、補正係数（ＫNe）を０．２として、電力消費を低減するようにしている。また、３０００ｒ／ｍｉｎから４５００ｒ／ｍｉｎまでの範囲では、補正係数（ＫNe）は、１．０から０．２まで順次減少するようにしている。
【００４６】
なお、図８に示した例では、４５００ｒ／ｍｉｎ以上の補正係数（ＫNe）を０．２としているが、これは、０．０にしてもよいものである。要するに、加給効果が得られるエンジン回転数の領域では、補正係数（ＫNe）は、１．０とし、それ以外の領域では、１．０より小さくすることにより、無駄な通電を回避して、電力消費を低減する。
【００４７】
負荷値による補正係数（ＫLo）は、図９に示すように、負荷の小さい領域は、１．０として電動機による過給効果を速く得るようにし、負荷が大きくなるにつれてタービンを充分回すだけの排気ガスの量が選られること及び電力消費の観点から１．０以下とするようにしている。
【００４８】
なお、負荷値とは、基本パルス幅Ｔｐ（吸入空気量／エンジン回転数）、ブースト（吸気管圧力）などの呼称である。従って、負荷値は、エンジン制御システムによって選択できるものである。
【００４９】
次に、図１０を用いて、急加速時のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡのタイミングチャートについて説明する。
図１０は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置における急加速時のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡの変化を示すタイミングチャートである。
【００５０】
例えば、時間０ｓにおいてアクセルペダル開度が０度であり、時間０．１ｓまでに最大アクセルペダル開度（θAPS(max)）となるように、アクセルペダルが踏み込まれたものとする。その後も、アクセルペダル開度は、最大開度に保持されている。
【００５１】
このような加速は、急加速時に該当するものであり、図５において説明したスロットルバルブ開度選択手段１００Ｂは、ペダルセンサ変化量（θAPS／ｄｔ）に基づいて急加速であると判断し、パターンＢを選択する。スロットル開度決定手段１００Ｃは、図６に示したパターンＢに従って、アクセルペダルの開度（θAPS）に対してスロットルバルブの開度（θTh）を速く開くようにする。また、通電電流決定手段２００Ａは、図７に示したパターンＢに従って、アクセルペダル開度の変化量（θAPS／ｄｔ）に対して通電電流（ＡＡ）を急激に増加するようにする。なお、この時点では、エンジンの回転数は低いため、通電電流補正手段の補正係数Ｋは、１．０である。
【００５２】
アクセルペダル開度θAPSに対してスロットル開度θThが速く、しかも大きく開かれている。従って、従来システムのようにスロットルバルブが吸気抵抗となることがなくなり、電動機で過給された空気はスムースに効率良く、エンジンに供給されるものである。
【００５３】
ここで、図１１を用いて、実車を用いてテストした結果について説明する。
図１１は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いた加速時のテスト結果を示す図であり、図１１（Ａ）は、エンジン回転数の変化を示し、図１１（Ｂ）は、ブースト圧の変化を示している。
【００５４】
図１１において、実線は、本実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いない場合の特性を示しており、一点鎖線は本実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いた場合の特性を示している。
【００５５】
図から明らかのようにブースト圧力は、本実施形態を用いることにより、立ち上がりが速く、しかも高い圧力が得られている。従って、エンジン回転数の立ち上がりが速く、効果のあることが確認できた。
【００５６】
次に、図１２を用いて、緩加速時のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡのタイミングチャートについて説明する。
図１２は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置における緩加速時のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡの変化を示すタイミングチャートである。
【００５７】
例えば、図１２を図１０と比較すると理解されるように、時間０ｓにおいてアクセルペダル開度が０度であり、時間０．２ｓまでに最大アクセルペダル開度（θAPS(max)）よりも小さな開度となるように、アクセルペダルが踏み込まれたものとする。
【００５８】
このような加速は、緩加速時に該当するものであり、図５において説明したスロットルバルブ開度選択手段１００Ｂは、ペダルセンサ変化量（θAPS／ｄｔ）に基づいて緩加速であると判断し、パターンＣを選択する。スロットル開度決定手段１００Ｃは、図６に示したパターンＣに従って、アクセルペダルの開度（θAPS）に対してスロットルバルブの開度（θTh）を緩やかに開くようにする。また、通電電流決定手段２００Ａは、図７に示したパターンＢに従って、アクセルペダル開度の変化量（θAPS／ｄｔ）に対して通電電流（Ａ）をゆっくりと増加するようにする。なお、この時点では、エンジンの回転数は低いため、通電電流補正手段の補正係数Ｋは、１．０である。
【００５９】
緩加速時は、アクセルペダル開度θAPSに対してスロットル開度θThを若干大きく開き、スロットルバルブのみで空気量を多く供給している。従って、通電電流ＡＡは多く必要としないことから、図に示した挙動となる。また、通電電流を少な目にすることにより、バッテリーの充放電収支を改善することができる。
【００６０】
ここで、図１３を用いて、本実施形態によるターボチャージャの定常性能について説明する。
図１３は、本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置の定常性能を示す図であり、図１３（Ａ）は、軸トルクを示し、図１３（Ｂ）は、ブースト（吸気管）圧力を、それぞれエンジン回転数を横軸に示している。
【００６１】
実線で示した性能が電動機なしの性能であり、一点鎖線が、本実施形態による電動−発電機を備えたターボチャージャを用いた場合の性能である。電動機を使用することにより３５００ｒ／ｍｉｎまでの低回転領域において、性能，即ち、出力，運転性が改善できることが分かる。
なお、３５００ｒ／ｍｉｎ以上でも電動機による過給効果を得るためには、さらに大きな電動機を使用することで対応可能である。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、アクセルペダルの開き方に応じてスロットルバルブと電動―発電機を制御することできる。
【００６３】
アクセルペダルを速く踏むことは、ドライバーが速い加速を要求している時であり、この時はスロットルバルブをアクセルペダルよりも速く、しかも大きく開いてやる（吸気抵抗の減少）とともに、電動機への通電を早く大きくすることにより、充分な過給圧を得ることができ、運転性が向上するものである。また、緩加速時には電動機に減少した通電（アクセルペダル開度よりも若干大きく開くこと及びスロットルバルブでの抵抗が減少した分）をしてやること運転性を向上できる。
【００６４】
以下、図１４〜図１７を用いて、本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置の構成について説明する。
本実施形態は、さらに、バッテリーの寿命を改善するためにバッテリーの充放電収支を考慮して、スロットルバルブの開度及び電動機への通電電流を制御するようにしているものである。
【００６５】
なお、本実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を備えたエンジン制御システムの全体構成については、図１に示したものと同様であるが、本実施形態においては、図１に示した放電状態監視センサ７０を用いている。放電状態監視センサ７０は、バッテリーＢＡＴが充電状態にあるか放電状態にあるかを監視して、その検出結果を電動−発電機コントロールユニット２００に出力する。また、本実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いるターボチャージャの構成については、図２に示したものと同様であり、本実施形態に用いる電子制御スロットルボディの構成については、図３に示したものと同様であり、本実施形態に用いるエンジンコントロールユニットの構成については、図４に示したものと同様である。
【００６６】
次に、図１４〜図１７を用いて、本実施形態による電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの動作について説明する。
最初に、図１４を用いて、本実施形態による電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの機能構成について説明する。
図１４は、本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの機能構成を示すブロック図である。なお、図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００６７】
エンジンコントロールユニット１００’は、ペダルセンサ変化量（θAPS/ｄｔ）算出手段１００Ａと、パターン選択手段１００Ｂ’と、スロットル開度決定手段１００Ｃと、放電電流検出判断手段１００Ｄを備えている。エンジンコントロールユニット１００’は、図１に示したペダル開度センサ６２が出力するアクセルペダル６０の開度に応じたアクセルペダル開度信号（θAPS）及び図１に示した放電状態監視センサ７０から入力する放電電流（ＤＡ）の情報に基づいて、電子制御スロットルボディ（ＥＴＢ）２０のスロットルバルブの開度を制御する。
【００６８】
電動−発電機コントロールユニット２００’は、通電電流決定手段２００Ａを備えている。なお、図５に示した通電電流補正手段２００Ｂを備えるようにしてもよいものである。電動−発電機コントロールユニット２００’は、ペダルセンサ変化量算出手段１００Ａが出力するアクセルペダル開度信号（θAPS）の変化量信号（θAPS／ｄｔ）に基づいて、ターボチャージャ１０の電動−発電機部１０ＭＧを電動機として作動するための通電電流を制御する。
【００６９】
最初に、エンジンコントロールユニット１００’の動作について説明する。
エンジンコントロールユニット１００’のペダルセンサ変化量算出手段１００Ａは、図５において説明したものと同様であり、図１に示したペダル開度センサ６２が出力するアクセルペダル６０の開度に応じたアクセルペダル開度信号（θAPS）に基づいて、この開度信号（θAPS）単位時間当たり変化量（θAPS／ｄｔ）を算出し、パターン選択手段１００Ｂ’及び電動−発電機コントロールユニット２００’の通電電流決定手段２００Ａに出力する。
【００７０】
放電電流検出判断手段１００Ｄは、図１に示した放電状態監視センサ７０から入力する放電電流（ＤＡ）の情報に基づいて、バッテリーからの放電電流が所定値よりも小さいか大きいかを判断する。放電状態監視センサ７０は、バッテリーが放電しているか充電しているかを監視しており、放電電流検出判断手段１００Ｄは、所定のタイミング（例えば、０．７ｓ毎）に放電状態監視センサ７０の出力を取り込み、放電状態である場合には放電カウンタを＋１し、充電カウンタを−１する。また、充電状態である場合には、充電カウンタを＋１し、放電カウンタを−１する。そして、所定時間（例えば、数十ｓ）後に、充電カウンタと放電カウンタのカウント値の差分をとることにより、この差分の値が所定値より大きいか小さいかで放電状態の程度の判定を行う。また、放電電流を直接所定時間の間監視して、放電電流が所定値よりも小さいか大きいかを判断するようにしてもよいものである。
【００７１】
パターン選択手段１００Ｂ’は、アクセルペダル開度の変化量（θAPS／ｄｔ）及び放電状態に基づいて、スロットルバルブの開きパターン及び通電電流の通電パターンを選択して、スロットル開度決定手段１００Ｃ及び電動−発電機コントロールユニット２００’の通電電流補正手段２００Ｂに選択されたパターンをそれぞれ出力する。
【００７２】
スロットルバルブの開きパターンは、図６において説明したものと同様であり、アクセルペダルの開度とスロットルバルブの開度が直線比例関係にあるパターンＡと、アクセルペダルの開度に対してスロットルバルブの開度を速く開くようにしたパターンＢと、アクセルペダルの開度に対してスロットルバルブの開度を遅く開くようにしたパターンＣがある。
【００７３】
パターン選択手段１００Ｂ’は、アクセルペダル開度の変化量（θAPS／ｄｔ）に基づいて、加速の程度を判断する。そして、スロットル開度検出手段１００Ｃに出力するパターンは、通常加速時にはパターンＡを選択し、急加速時にはパターンＢを選択し、緩加速時にはパターンＣを原則的に選択する。また、パターン選択手段１００Ｂ’は、放電電流検出判断手段１００Ｄからの信号によって、通電電流決定手段２００Ａに出力するパターンを選択するが、この点の詳細については後述する。
【００７４】
スロットル開度決定手段１００Ｃは、パターン選択手段１００Ｂ’によって選択されたパターンに応じて、ＲＯＭからアクセルペダルの開度に対するスロットルバルブの開度のパターンを読み出すとともに、ペダル開度センサ６２から入力したアクセルペダル開度信号（θAPS）に対するスロットルバルブの開度となる信号を、電子制御スロットルボディ２０のモータ１８に出力する。
【００７５】
以上の動作によって、エンジンコントロールユニット１００’は、アクセルペダル開度（θAPS）の変化量（θAPS／ｄｔ）に応じて制御パターンを変えて、アクセルペダル開度（θAPS）に応じてスロットルバルブの開度を制御する。
【００７６】
次に、 電動−発電機コントロールユニット２００’の動作について説明する。
通電電流決定手段２００Ａは、パターン選択手段１００Ｂ’からパターン信号を受け、放電電流に応じた電動機への通電電流を決定する。ペダルセンサ変化量（θAPS／ｄｔ）に対する通電電流（Ａ）の関係については、図７を用いて説明したとおりである。図７のパターンＡは、アクセルペダル開度の変化量と通電電流が直線比例関係にあるものであり、パターンＢは、アクセルペダル開度の変化量に対して通電電流を急激に増加するようにしたものであり、パターンＣは、アクセルペダル開度の変化量に対して通電電流をゆっくりと増加させるようにしたものである。
【００７７】
急加速時には、スロットル開度決定手段１００Ｃのパターンは、パターンＢに選択されている。そして、このときの放電電流（ＤＡ）が所定値よりも小さい場合には、図５に示した実施形態と同様にして図７のパターンＢを選択するが、放電電流（ＤＡ）が所定値よりも大きい場合には、図７のパターンＣを選択する。即ち、放電状態にあるときは、電動機への通電量を少な目にするようにして、充放電収支が悪化するのを防止するようにする。通常加速時であっても、放電電流（ＤＡ）が所定値よりも大きい場合には、図７のパターンＣを選択する。
【００７８】
即ち、充電状態のときは、図５の実施形態と同様にスロットル開度と電動機の通電電流のパターンを同じものとするが、放電電流（ＤＡ）が所定値よりも大きい場合には、図７のパターンＣを選択することによって、充放電収支が悪化するのを防止するようにしている。
【００７９】
通電電流決定手段２００Ａは、パターン選択手段１００Ｂ’によって選択されたパターンに応じて、ＲＯＭからアクセルペダル開度の変化量に対する通電電流のパターンを読み出すとともに、ペダルセンサ変化量算出手段１００Ａから入力したアクセルペダル開度信号（θAPS）の変化量（θAPS／ｄｔ）に対する通電電流を、電動機１０ＭＧに出力する。
【００８０】
次に、図１５を用いて、急加速時で、しかも、放電電流が所定値よりも大きい場合のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡのタイミングチャートについて説明する。
図１５は、本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置における急加速時で、しかも、放電電流が所定値よりも大きい場合のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡの変化を示すタイミングチャートである。
【００８１】
例えば、時間０ｓにおいてアクセルペダル開度が０度であり、時間０．１ｓまでに最大アクセルペダル開度（θAPS(max)）となるように、アクセルペダルが踏み込まれたものとする。その後も、アクセルペダル開度は、最大開度に保持されている。
【００８２】
このような加速は、急加速時に該当するものであり、図５において説明したパターン選択手段１００Ｂ’は、ペダルセンサ変化量（θAPS／ｄｔ）に基づいて急加速であると判断し、パターンＢを選択する。スロットル開度決定手段１００Ｃは、図６に示したパターンＢに従って、アクセルペダルの開度（θAPS）に対してスロットルバルブの開度（θTh）を速く開くようにする。
【００８３】
また、パターン選択手段１００Ｂ’は、放電電流検出判断手段１００Ｄからの信号に基づいて、放電電流（ＤＡ）が所定値より大きいものとすると、パターンＣを選択する。通電電流決定手段２００Ａは、図７に示したパターンＣに従って、アクセルペダル開度の変化量（θAPS／ｄｔ）に対して通電電流（ＡＡ）をゆっくりと増加するようにする。
【００８４】
アクセルペダル開度θAPSに対してスロットル開度θThが速く、しかも大きく開かれている。従って、従来システムのようにスロットルバルブが吸気抵抗となることがなくなり、電動機で過給された空気はスムースに効率良く、エンジンに供給されるものである。また、通電電流は制限されているため、放電状態であっても無理に電動機に通電することがないため、充放電収支を改善することができる。
【００８５】
ここで、図１６を用いて、実車を用いてテストした結果について説明する。
図１６は、本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いた加速時のテスト結果を示す図であり、図１６（Ａ）は、エンジン回転数の変化を示し、図１６（Ｂ）は、ブースト圧の変化を示している。
【００８６】
図１６において、実線は、本実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いない場合の特性を示しており、一点鎖線は本実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いた場合の特性を示している。
【００８７】
図から明らかのようにブースト圧力は、本実施形態を用いることにより、立ち上がりが速く、しかも高い圧力が得られている。従って、エンジン回転数の立ち上がりが速く、効果のあることが確認できた。なお、図１１と比較すると明らかなように、ブースト圧の立ち上がりは若干遅くなり、エンジン回転数の立ち上がりも若干遅くなっているが、実線で示した電動機を用いない場合よりそれぞれ立ち上がりは改善されている。
【００８８】
次に、図１７を用いて、バッテリーの充放電収支について説明する。
図１７は、本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置のバッテリーの充放電収支の説明図である。
【００８９】
電動―発電機なしのターボチャージャ付きエンジンにおける充放電収支を１００％とすると、本実施形態による電動―発電機を備えたターボチャージャを用いて、放電状態時の通電量を制限する制御を行った結果の充放電収支は、９５％であり、バッテリーの寿命に影響を与えないレベルであることを確認できた。
【００９０】
なお、図５に示した電動―発電機を備えたターボチャージャを用いて、放電状態の監視を行わない場合の充放電収支は、８９％であり、これに比べて充放電収支が改善されている。
【００９１】
以上説明したように、本実施形態によれば、アクセルペダルの開き方に応じてスロットルバルブと電動―発電機を制御することできる。
【００９２】
アクセルペダルを速く踏むことは、ドライバーが速い加速を要求している時であり、この時はスロットルバルブをアクセルペダルよりも速く、しかも大きく開いてやる（吸気抵抗の減少）とともに、電動機への通電を早く大きくすることにより、充分な過給圧を得ることができ、運転性が向上するものである。また、緩加速時には電動機に減少した通電（アクセルペダル開度よりも若干大きく開くこと及びスロットルバルブでの抵抗が減少した分）をしてやること運転性を向上できる。
【００９３】
また、放電状態にあるときは、電動機への通電量を制限するようにしたので、バッテリーの充放電収支を改善することができる。
【００９４】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関のターボチャージャ制御装置において、運転者のアクセルペダルの操作に応じた過給圧が得られ、運転性が向上するものである。
【００９５】
また、本発明によれば、内燃機関のターボチャージャ制御装置において、電動−発電機を備えたターボチャージャを用いる場合にも、バッテリーの寿命を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を備えたエンジン制御システムの全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いるターボチャージャの構成を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に用いる電子制御スロットルボディの構成を示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に用いるエンジンコントロールユニットの構成を示す平面図である。
【図５】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの機能構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いるエンジンコントロールユニットのスロットルバルブ開度選択手段が選択する開きパターンの説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる電動−発電機コントロールユニットの通電電流決定手段が決定する通電電流の各パターンの説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる通電電流補正手段におけるエンジン回転数による補正係数（ＫNe）の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる通電電流補正手段における負荷値による補正係数（ＫLo）の説明図である。
【図１０】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置における急加速時のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡの変化を示すタイミングチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いた加速時のテスト結果を示す図であり、同図（Ａ）は、エンジン回転数の変化を示し、同図（Ｂ）は、ブースト圧の変化を示している。
【図１２】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置における緩加速時のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡの変化を示すタイミングチャートである。
【図１３】本発明の一実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置の定常性能を示す図であり、同図（Ａ）は、軸トルクを示し、同図（Ｂ）は、ブースト（吸気管）圧力を、それぞれエンジン回転数を横軸に示している。
【図１４】本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置に用いる電動−発電機コントロールユニット及びエンジンコントロールユニットの機能構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置における急加速時で、しかも、放電電流が所定値よりも大きい場合のアクセルペダル開度θAPSに対するスロットル開度θTh及び通電電流ＡＡの変化を示すタイミングチャートである。
【図１６】本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置を用いた加速時のテスト結果を示す図であり、同図（Ａ）は、エンジン回転数の変化を示し、同図（Ｂ）は、ブースト圧の変化を示している。
【図１７】本発明の第２の実施形態による内燃機関のターボチャージャ制御装置のバッテリーの充放電収支の説明図である。
【符号の説明】
１０…電動−発電機を備えたターボチャージャ
１０ＭＧ…電動−発電機部
２０…電子制御スロットルボディ
２０Ｖ…スロットルバルブ
６２…ペダル開度センサ
７０…放電状態監視センサ
１００…エンジンコントロールユニット
１００Ａ…ペダルセンサ変化量算出手段
１００Ｂ…スロットルバルブ開度選択手段
１００Ｂ’…パターン選択手段
１００Ｃ…スロットル開度決定手段
１００Ｄ…放電電流検出判断手段
２００…電動−発電機コントロールユニット
２００Ａ…通電電流決定手段
２００Ｂ…通電電流補正手段

Claims (1)

1. 電動―発電機を備えたターボチャージャとアクセルペダルの開度に応じてスロットルバルブの開度を制御可能な電子制御スロットルボディと、
   前記アクセルペダルの開度の変化量に応じて、前記スロットルバルブの開き方と前記電動−発電機への通電電流を制御する制御手段と、
   バッテリーの充放電状態を監視する監視手段を備え、
   前記制御手段は、上記アクセルペダルの開度の変化量が大きいときは、上記アクセルペダルの開度を上記スロットルバルブの開度が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダルの開度に対して上記スロットバルブの開度を速く、しかも、大きく開くと共に、上記アクセルペダル開度と通電電流が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダル開度の変化量に対して上記通電電流を急激に増加するように制御し、
   また、前記制御手段は、前記監視手段により監視された放電状態により、放電電流が所定値よりも大きい場合には、アクセルペダル開度（θ APS ）の変化量（θ APS ／ｄｔ）に対して上記電動−発電機への通電電流をゆっくり増加するように制御し、
   さらに、前記制御手段は、上記アクセルペダルの開度の変化量が小さいときは、上記アクセルペダルの開度を上記スロットルバルブの開度が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダルの開度に対して上記スロットバルブの開度を遅く開くと共に、上記アクセルペダル開度と通電電流が直線比例関係にある場合よりも、上記アクセルペダル開度の変化量に対して上記通電電流をゆっくりと増加するように制御することを特徴とする内燃機関のターボチャージャ制御装置。

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