JPH11280510A - 内燃機関のターボチャージャ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】内燃機関のターボチャージャ制御装置は、
電動−発電機を備えたターボチャージャ１０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２０を備えている。エ
ンジンコントロールユニット１００及び電動−発電機コ
ントロールユニット２００は、アクセルペダルの開度の
変化量が大きいときは、スロットルバルブをアクセルペ
ダルの開き方より早く開くと共に、電動−発電機への通
電電流を多く流すように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
ボチャージャを制御する内燃機関のターボチャージャ制
御装置において、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、上記アクセルペダルの開度の変化量に応じて、上
記スロットルバルブの開き方と上記電動−発電機への通
電電流を制御する制御手段とを備え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。

【０００９】（２）上記（１）において、好ましくは、
上記制御手段は、上記アクセルペダルの開度の変化量が
大きいときは、上記スロットルバルブを上記アクセルペ
ダルの開き方より早く開くと共に、上記電動−発電機へ
の通電電流を多く流す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、急加速時には、スロットルバ
ルブの開きが早くなり吸気管の吸気抵抗を小さくできる
とともに、ターボチャージャにより過給も速やかに行え
るため、エンジンレスポンスが向上して、運転性が向上
し得るものとなる。

【００１０】（３）上記（１）において、好ましくは、
さらに、バッテリーへの充放電状態を監視する監視手段
を備え、上記制御手段は、上記監視手段により監視され
た放電状態により、所定の放電状態のときは、上記電動
−発電機への通電電流を少な目に流すように制御するよ
うにしたものである。かかる構成により、放電状態にあ
るときは、電動機への通電を少な目にして充放電収支を
改善し得るものとなる。

【００１１】（４）上記（１）において、好ましくは、
上記制御手段は、エンジンの状態に応じて上記電動−発
電機に流す通電電流を補正するようにしたものである。
かかる構成によりターボチャージャの過給特性に応じて
無駄なく電動機により過給を行い得るものとなる。

【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１
０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１０Ｍ
Ｇ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３
０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２
００Ｂ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１
００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１００
Ｂ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２０
０Ａ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３５００
ｒ／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／ｍ
ｉｎ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／ｄ
ｔ）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（θAP
S）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／ｄ
ｔ）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（θAP
S）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１
３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１００
Ａ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２０
０’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１０
０Ａ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１
００’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１００
Ａ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１０
０Ｂ’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１００
Ｄ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１
００Ｃ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１
００Ｃ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１
００Ｃ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θAP
S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１０
０Ｂ’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Ａ
Ａ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Ａ
Ａ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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電動―発電機を備えたターボチャージャを
   制御する内燃機関のターボチャージャ制御装置におい
   て、 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、 上記アクセルペダルの開度の変化量に応じて、上記スロ
   ットルバルブの開き方と上記電動−発電機への通電電流
   を制御する制御手段とを備えた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。
2. 【請求項２】請求項１記載の内燃機関のターボチャージ
   ャ制御装置において、 上記制御手段は、上記アクセルペダルの開度の変化量が
   大きいときは、上記スロットルバルブを上記アクセルペ
   ダルの開き方より早く開くと共に、上記電動−発電機へ
   の通電電流を多く流す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。
3. 【請求項３】請求項１記載の内燃機関のターボチャージ
   ャ制御装置において、 さらに、バッテリーへの充放電状態を監視する監視手段
   を備え、 上記制御手段は、上記監視手段により監視された放電状
   態により、所定の放電状態のときは、上記電動−発電機
   への通電電流を少な目に流す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。
4. 【請求項４】請求項１記載の内燃機関のターボチャージ
   ャ制御装置において、 上記制御手段は、エンジンの状態に応じて上記電動−発
   電機に流す通電電流を補正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。