CN101535611B

CN101535611B - 车辆用混合发动机辅助系统

Info

Publication number: CN101535611B
Application number: CN2007800426534A
Authority: CN
Inventors: 井上正哉; 家泽雅宏; 有田秀哲
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2027-10-10
Also published as: EP2362078B1; EP2088300B1; US20100051363A1; JPWO2008059681A1; EP2362078A1; EP2677134A1; EP2088300A1; CN101535611A; JP4799619B2; EP2677135A1; EP2677134B1; EP2088300A4; WO2008059681A1; EP2677135B1; US8245802B2

Abstract

本发明同时搭载无空转系统以及电动涡轮系统这两者，得到小型、轻量、经济的燃料利用率高的车辆用混合发动机辅助系统。在本发明中，发电电动机和超高速旋转机的三相电力端子分别通过大电流配线(16)与变换器(15)连接。并且，电力方向转换开关(17)设置在大电流配线(16)的路径中，将变换器(15)的连接向发电电动机侧或超高速旋转机侧转换。

Description

车辆用混合发动机辅助系统

技术领域

本发明涉及同时具有通过电动机驱动的涡轮增压器和利用发电电动机的无空转系统的车辆用混合发动机辅助系统。

背景技术

目前，提出了无空转系统的方案，即，在车辆行驶时，利用通过皮带传递的发动机的转矩驱动交流发电机进行发电，停车时，向交流发电机供给驱动电力而使其作为电动机进行动作，重新起动发动机(例如参照专利文献1)。

并且，还提出了电动涡轮系统的方案，即，将利用超高速旋转机(电动机)和排气驱动的涡轮机与压缩进气的压缩机同轴设置，解决在想要利用涡轮增压器压缩发动机的吸入空气、得到高输出的情况下的在涡轮的低速旋转区域上的增压滞后(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2005-328690号公报

专利文献2：日本特表2005-500452号公报

发明内容

但是，虽然可期待无空转系统以及电动涡轮系统在提高内燃机的燃料利用率和小型化方面的效果，但只局限于搭载在一部分车辆上，不能广泛普及。即，为了将无空转系统以及电动涡轮系统搭载在车辆上，需要将电动机和变换器设置在车辆用的狭窄的发动机室内，具有空间和成本的问题。

尤其是，机动车虽然使用12V的低压电池，但无空转系统以及电动涡轮系统主要是瞬间使用，为了得到规定的性能，要求瞬间最大为3～4KVA左右的电力。因此，变换器和配线的电流量也都达到300A级的大电流。

尤其是，对于无空转系统，300A级的变换器变得大型化，较之其高成本，所利用的总时间仅限于从空转进行再起动的瞬间，因此具有相对几万小时的车辆的使用寿命，其工作效率极低、成本价值低的问题。

并且，由于无空转系统以及电动涡轮系统都需要这样的300A级的大电流，因此，不能忽视配线引起的电压下降，如果要确保充分的电力，配线的剖面积增加，因此，还具有配线的设置空间的问题。

另一方面，近年来，由于热效率高，搭载柴油发动机的车辆正在增加，为了进一步提高燃料利用率，涡轮增压器大型化且要求停止空转等彻底提高燃料利用率。

因此，虽然要求同时搭载无空转系统以及电动涡轮系统，但如上所述，上述现有例的单纯的组合对于无空转系统以及电动涡轮系统双方都需要大电流变换器以及电池和各变换器的配线电缆的设置空间，在车载性、重量、成本等方面，实际上难以同时搭载无空转系统以及电动涡轮系统。

本发明为了解决该问题而形成，目的是提供一种车辆用混合发动机辅助系统，在实现用于同时搭载无空转系统以及电动涡轮系统的设置空间的省空间化的同时，使装置间的配线简单化，小型、轻量、经济、燃料利用率高。

本发明的车辆用混合发动机辅助系统具有发电电动机、电池、涡轮增压器、变换器以及电力方向转换开关；发电电动机与内燃机连接，在上述内燃机起动时作为起动电动机进行动作、起动上述内燃机，上述内燃机起动后，通过上述内燃机驱动而产生三相交流电；电池作为直流负荷和起动时的电源；涡轮增压器具有：设置在上述内燃机的进气系统、压缩进气的压缩机，同轴地安装在该压缩机的旋转轴上、设置在上述内燃机的排气系统上、通过排气驱动的涡轮，以及同轴地安装在上述旋转轴上的旋转机；变换器通过配线与上述发电电动机的三相电力端子和上述旋转机的三相电力端子连接，在与上述发电电动机侧连接的情况下，将上述发电电动机产生的上述三相交流电转换成直流电、向上述电池供给，在与上述旋转机侧连接的情况下，将上述电池的直流电转换成三相交流电、向上述旋转机供给；电力方向转换开关设置在上述配线路径中，将上述变换器的连接转换到上述发电电动机侧或上述旋转机侧。

根据本发明，利用电力方向转换开关将变换器的连接转换到发电电动机侧或上述旋转机侧，发电电动机和涡轮增压器的旋转机可共用一个变换器。因此，可削减变换器的数量，节省变换器的设置空间以及变换器和电池之间的配线空间，且轻量化、车载性有所提高，同时实现低成本化。并且，可利用排气使涡轮增压器的旋转机作为发电机进行动作，提高燃料利用率。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的构成概略图。

图2是适用于本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的发电电动机的构成的剖面图。

图3是用于说明适用于本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的超高速旋转机的定子构成的局部剖立体图。

图4是用于说明适用于本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的超高速旋转机的构成的局部剖立体图。

图5是本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的电气配线系统的概略图。

图6是用于说明本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的起动、发电动作的流程图。

图7是用于说明本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的发动机辅助动作的流程图。

图8是本发明的第二实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的电气配线系统的概略图。

图9是用于说明本发明的第二实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的起动、发电动作的流程图。

图10是用于说明本发明的第二实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的发动机辅助动作的流程图。

图11是用于说明本发明的第三实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的发动机辅助动作的流程图。

图12是用于说明本发明的第四实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的发动机辅助动作的流程图。

图13是用于说明本发明的第四实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的发动机辅助动作的流程图。

具体实施方式

第一实施方式

图1是本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的构成概略图，图2是适用于本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的电动发电机的构成的剖面图，图3是用于说明适用于本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的超高速旋转机的定子构成的局部剖立体图，图4是用于说明适用于本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的超高速旋转机的构成的局部剖立体图，图5是本发明的第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统的电气配线系统的概略图。另外，在图3中只记载了一个电枢线圈，在图4中省略了电枢线圈。

在图1中，车辆用混合发动机辅助系统具有通过作为内燃机的发动机1的转矩驱动的发电电动机5和与发动机1的排气系统连接的涡轮增压器10。

发电电动机5的带轮6通过皮带4与固定在发动机1的曲轴2上的带轮3连接。发电发动机5将通过皮带4传递的发动机1的驱动力转换成交流电。该交流电被一体安装在发电电动机5的带轮6的相反侧的变换器15转换成直流电，对电池9进行充电，并向车载负荷(无图示)供给。

涡轮增压器10具有设置在发动机1的排气系统8上的涡轮11、固定在涡轮11的旋转轴12上并设置在发动机1的进气系统7上的压缩机13以及同轴安装在旋转轴12上的超高速旋转机14。超高速旋转机14通过大电流配线16与发电电动机5的变换器15电连接。为了便于说明，在图1中省略了设置在进气系统7和排气系统8上的汽化器和催化剂等。

在此，通过进气系统7向发动机1供给进气A，并使之在发动机1的内部燃烧。燃烧后的排气B通过排气系统8向外部排气。涡轮11被在排气系统8流通的排气B驱动。这样，固定在涡轮11的旋转轴12上的压缩机13被旋转驱动，将进气A增压到大气压以上。

此时，在车辆的驾驶员要通过操作加速器进行加速的情况下，在发动机1达到规定的转速以上且排气B得到充分的流体力之前的1～2秒左右不能向涡轮供给充分的动力，压缩机13的反应滞后，产生所谓的现象。

在此，电池9的直流电通过变换器15转换成交流电，通过大电流配线16向超高速旋转机14供给，驱动超高速旋转机14。这样，即使在涡轮迟滞产生的低速而不能充分得到排气B的流体力的情况下，通过将驱动力附加在旋转轴12上，可迅速驱动压缩机13，抑制涡轮迟滞的发生。

在此，变换器15一体设置在发电电动机5的带轮6的相反侧的端面。并且，使变换器15接近发动机1的排气侧的侧面地设置发电电动机5。而且，涡轮增压器10的超高速旋转机14接近变换器15地设置在发动机1的排气侧的侧面。

以下，根据图2、就发电电动机5的构成进行具体说明。

发电电动机5具有：由分别为大致碗状的铝制的前托架20和后托架21构成的壳体；通过轴承将轴23支撑在壳体上、可自由旋转地设置在壳体内的转子22；固定在向壳体的前侧伸出的轴23的端部的带轮6；固定在转子22的轴方向的两端面的风扇29；与转子22具有一定的空隙、围绕着转子22的外周固定在壳体上的定子26；固定在轴23的后侧、向转子22供给电流的一对滑环30；以及在滑环30上滑动地设置在壳体内的一对电刷31。另外，虽然没有图示，但在壳体内设置用于调整定子26产生的交流电压的大小的电压调整器。

转子22具有：励磁电流流动、产生磁通的励磁线圈24；覆盖励磁线圈24地设置、通过该磁通形成磁极的磁极铁心25；以及轴23。并且，磁极铁心25固定在贯穿安装在其轴心位置的轴23上。定子26具有圆筒形的定子铁心27以及电枢线圈28，该电枢线圈28卷装在定子铁心27上、随着转子22的旋转、利用来自励磁线圈24的磁通的变化产生交流。

这样构成的发电电动机5是可通过励磁线圈24调整发电量的磁场控制式的旋转电机。

以下基于图3和图4、就超高速旋转机14的构成进行具体说明。

超高速旋转机14具有同轴地固定在旋转轴12上的转子34和围绕着转子34设置的定子36。转子34由凸极分别在轴方向的两侧相互错开半凸极节距、在周方向以等角节距各形成四个的铁心构成。定子36层压磁性钢板形成，具有六个齿37a在周方向以等角节距排列的定子铁心37和相对六个齿37a依次反复两次U、V、W的三相、卷绕成集中绕组的电枢线圈38。定子36具有励磁线圈35，如图4中的箭头所示，形成从转子34向径方向外方流动，之后向轴方向流动，然后向径方向内方流动、返回转子34的磁通。由于转子34的凸极以半凸极节距在周方向错开，因此，从轴方向看，磁通发挥在周方向交错设置N极和S极的作用。

这样构成的超高速旋转机14是无整流子电机，在磁性上与8极6槽的集中绕组方式的永久磁铁式旋转电机同样地动作。但由于通过励磁线圈35产生磁通，因此，可通过停止向励磁线圈35通电来去除反电动势。该超高速旋转机14也是磁场控制式的旋转电机。

另外，超高速旋转机14虽然是电枢线圈38以集中绕组的方式卷绕在定子铁心37上，但电枢线圈38也可以分布绕组的方式卷绕在定子铁心37上。

以下基于图5、就车辆用混合发动机辅助系统的电路构成进行说明。

变换器15是将开关元件18和二极管19并联后串联形成的三组并联而构成的。变换器15的三相电力端子通过大电流配线16与发电电动机5的电枢线圈28的三相电力端子以及超高速旋转机14的电枢线圈38的三相电力端子连接，变换器15的直流电力端子与电池9连接。并且，将变换器15的三相电力端子向发电电动机5的电枢线圈28(a侧)或超高速旋转机14的电枢线圈38(b侧)转换的电力方向转换开关17设置在大电流配线16的路径中。电力方向转换开关17可三相都设置，在此只设置两相。

可检测发电电流地设置电流检测器39。另外，电流检测器39可加入分流电阻、检测电压，也可以是其他检测电流或电压的方法。并且，检测电流或电压的部位也可以是电力方向转换开关17附近。

通过控制电路40的指令控制变换器15的各开关元件18的开关动作。同样，通过控制电路40的指令控制电力方向转换开关17的开关动作。并且，控制电路40控制电压调整器、调整定子26产生的交流电压的大小，控制向发电电动机5的转子22的励磁线圈24和超高速旋转机14的定子36的励磁线圈35通电的励磁电流。

以下，基于图6所示的流程图就这样构成的车辆用混合发动机辅助系统的起动、发电动作进行说明。在图6中，将步骤101～109表示为S101～109。

在车辆停止时，使发动机1停止。在该状态下，电力方向转换开关17与a侧(发电电动机5侧)连接，停止向发电电动机5的励磁线圈24和超高速旋转机14的励磁线圈35供电。

在步骤101，一旦有发动机1的起动指令，则进入到步骤102，向发电电动机5的励磁线圈24供电。随后，控制变换器15的开关元件18的开/关，将电池9的直流电转换成三相交流电，通过大电流配线16向发电电动机5的电枢线圈28供给(步骤103)。这样，发电电动机5作为电动机进行动作，旋转驱动发电电动机5的转子22。该转子22的转矩通过带轮3、6以及皮带4向发动机1传递，驱动发动机1。

在步骤104，一旦检测到发动机1的起动，这次通过带轮3、6以及皮带4向发电电动机5传递发动机1的转矩，驱动发电电动机5。随后，关闭变换器15的开关元件18(步骤105)，利用变换器15将发电电动机5的电枢线圈28感应的交流电转换成直流电，向电池9充电(步骤106)。在此，在关闭变换器15的开关元件18的状态下，通过调整向励磁线圈24的通电量，调整发电电动机5的发电量。另外，通过控制变换器15的开关元件18的开/关，也可以控制发电电动机5的发电量。

然后，在步骤107判断是否有发动机1的停止指令。并且，如果有发动机1的停止指令，则停止发动机1(步骤108)。然后，停止向发电电动机5的励磁线圈24供电(步骤109)。

以下，基于图7就车辆在行驶的状况(相当于步骤106的状态)下车辆驾驶员试着急速加速的情况下的动作进行说明。在图7中将步骤110～120表示为S110～120。

控制电路40判断是否检测到了作为超高速旋转机14的动作指令的加速器的操作指令等(步骤110)。一旦检测到超高速旋转机14的动作指令，则进入步骤111，判断电池9的电压是否在规定值以下。在步骤111如果判断电池9的电压在规定值以下，则进入步骤120、使发电电动机5继续发电。并且，在步骤111，如果判断电池9的电压超过规定值，则进入步骤112，停止向励磁线圈24供电。

然后，判断电流检测器39的检测值是否在判断值以下(步骤113)。在此，判断在电力方向转换开关17流动的电流是否为零或减少到微弱电流。

在步骤113，如果判断电流检测器39的检测值为判断值以下，则将电力方向转换开关17与b侧连接(步骤114)。然后，向超高速旋转机14的励磁线圈35供电，且控制变换器15的开关元件18的开/关，将电池9的直流电转换成交流电，向超高速旋转机14的电枢线圈30供给(步骤115)。这样，驱动超高速旋转机14，涡轮增压器10的转速成为100,000～200,000rpm，压缩进气A。

然后，判断是否继续进行超高速旋转机14的动作指令(步骤116)。如果判断不继续进行超高速旋转机14的动作指令，即，进气A的压缩处于满足的状态，则停止向超高速旋转机14的励磁线圈35供电，且关闭变换器15的开关元件18，停止向电枢线圈38供电(步骤117)。这样，只利用排气B驱动涡轮增压器10。

然后，判断电流检测器39的检测值是否在判断值以下(步骤118)。在步骤118，如果判断电流检测器39的检测值在判断值以下，则将电力方向转换开关17与a侧连接(步骤119)，向发电电动机5的励磁线圈24供电，使发电电动机5作为发电机动作(步骤120)，结束超高速旋转机14的动作指令。这样，利用变换器15将被发电电动机5的电枢线圈28感应的交流电转换成直流电，向电池9充电(步骤106)。

在此，对在上述步骤117中的只利用排气B驱动涡轮增压器10的状态下、车辆向高速行驶或高负荷行驶变化的情况进行说明。

车辆在高速行驶或高负荷行驶时，排气B具有相对于涡轮增压器10增压所需动力以上的流体能。在这种情况下，可通过使超高速旋转机14作为发电机动作，使变换器15在再生模式下动作，向电池9和车载负荷供电。在此期间，发电电动机5无需进行发电。

这样，利用涡轮增压器10进行发电、使发电电动机5休止具有以下效果。

例如在向车辆供给1KW电力的情况下，发动机1的热效率只有10～30％左右，因此，需要投入大约3～10KW能量的燃料。但是，如果利用排气B通过超高速旋转机14进行发电，则可再利用残留在燃烧后的排气B中的废能量。其结果，无需为了发电而新投入能源，从燃料方面可提高车辆的效率。

另外，上述图7表示连续低速行驶、低负荷行驶，排气B的流体能小，或者车载负荷的电力消耗大，只靠超高速旋转机14不能供给发电量的情况下的动作。

并且，如果发动机1由于交通信号灯或道口等停止，则停止向发电电动机5的励磁线圈24供电。并且，如果将电力方向转换开关17与b侧连接，则在电流检测器39的检测值在判断值以下后，将电力方向转换开关17转换到a侧。并且，当发动机1再次起动时，反复上述步骤101以后的动作。

在第一实施方式中，由于利用电力方向转换开关17转换变换器15与发电电动机5的连接和变换器15与涡轮增压器10的连接，因此，发电电动机5和涡轮增压器10可共同使用变换器15，可削减变换器15的数量。如果是12V类的电池9，则最大为300A级的三相电流在大电流配线16流动，因此形成粗配线。并且，由于变换器15一体设置在发电电动机5的带轮6的相反侧的端面，且发电电动机5使变换器15与超高速旋转机14接近地设置在发动机1的排气侧的侧面，因此，可缩短变换器15和发电电动机5之间的大电流配线16的配线长度，进而缩短变换器15和超高速旋转机14之间的大电流配线16的配线长度。

这样，由于可削减变换器的数量且缩短大电流配线16的配线长度，因此，可削减设置空间、实现小型轻量化和低价格化。因此，即使在狭窄的发动机室内，也可以同时搭载无空转系统和电动涡轮系统。

利用发动机1的动力驱动发电电动机5，利用排气B驱动超高速旋转机14。因此，在不能消除诸如永久磁铁的磁场的系统中，通过来自转子的反电动势，使变换器15一直产生电压。并且，在转速范围大的机动车的用途中，在高速区域、变换器15产生的电压形成高电压化，因此，需要使用高耐压的电力方向转换开关17和变换器15。而且，如果由于来自转子的反电动势而产生在电力方向转换开关17流动的电流，则在通电状态下转换电力方向转换开关17，相对于电力方向转换开关17接点产生电弧，因此需要使用抗电弧性的电力方向转换开关17。

在本第一实施方式中，将发电电动机5和超高速旋转机14都形成磁场控制式的旋转电机，在转换电力方向转换开关17时，停止向发电电动机5和超高速旋转机14的励磁线圈24、35供电，向电力方向转换开关17流动的电流为零或成为微弱的电流，然后，进行电力方向转换开关17的转换操作。因此，可抑制因来自转子的反电动势引起的在变换器15上产生电压，防止相对于电力方向转换开关17的接点产生电弧。这样，电力方向转换开关17和变换器15的耐压下降，电力方向转换开关17的抗电弧下降，因此，可使电力方向转换开关17和变换器15小型化且价格便宜，提高向机动车的搭载性。

而且，由于利用变换器15将被发电电动机5的定子26的电枢线圈28感应的三相交流电转换成直流电，因此，无需利用三相二极管桥而构成的整流电路，可实现小型且价格便宜的发电电动机5。

第二实施方式

在图8中，整流电路41是将三组串联的二极管19并排排列，构成三相二极管桥。该整流电路41相对DC连接部与变换器15并联、即在发电电动机5的三相电力端子和电池9之间与变换器15并联。开关42设置在整流电路41和DC连接部之间。三相都设置电力方向转换开关17。整流电路41和开关42与变换器15邻接，内置于发电电动机5内。另外，其他结构与上述第一实施方式的结构相同。

以下基于图9所示的流程图、就这样构成的车辆用混合发动机辅助系统的起动、发电动作进行说明。另外，在图9中将步骤201～216表示为S201～216。

在车辆停止时，使发动机1停止。在该状态下，电力方向转换开关17与a侧(发电电动机5侧)连接，停止向发电电动机5的励磁线圈24和超高速旋转机14的励磁线圈35供电，打开开关42。

在步骤201，一旦有发动机1的起动指令，则进入到步骤202，向发电电动机5的励磁线圈24供电。随后，控制变换器15的开关元件18的开/关，将电池9的直流电转换成三相交流电，通过大电流配线16向发电电动机5的电枢线圈28供给(步骤203)。这样，发电电动机5作为电动机动作，旋转驱动发电电动机5的转子22。该转子22的转矩通过带轮3、6以及皮带4向发动机1传递，驱动发动机1。此时，由于打开开关42，因此，整流电路42的二极管19形成保护状态。

在步骤204，一旦检测到发动机1的起动，则进入步骤205，停止向励磁线圈24供电。然后，判断电流检测器39的检测值是否在判断值以下(步骤206)。在此，判断流向电力方向转换开关17的电流是否为零或减少到微弱电流。

在步骤206，如果判断电流检测器39的检测值在判断值以下，则将电力方向转换开关17与b侧连接(步骤207)，开关42形成连接状态(步骤208)。然后，向发电电动机5的励磁线圈24供电(步骤209)。这样，通过带轮3、6以及皮带4向发电电动机5传递发动机1的转矩，发电电动机5作为发电机进行动作。并且，利用整流电路41将发电电动机5的电枢线圈28感应的交流电转换成直流电，向电池9充电(步骤210)。

然后，在步骤211判断是否有发动机1的停止指令。并且，如果有发动机1的停止指令，则停止发动机1(步骤212)。然后，停止向发电电动机5的励磁线圈24供电(步骤213)。此时，如果向超高速旋转机14的励磁线圈35供电，则也停止向超高速旋转机14的励磁线圈35供电。然后，判断电流检测器39的检测值是否在判断值以下(步骤214)。在步骤214，如果判断电流检测器39的检测值在判断值以下，则将电力方向转换开关17与a侧连接(步骤215)，打开开关42(步骤216)。

以下，基于图10就车辆在行驶的状况(相当于步骤210的状态)下车辆驾驶员试着急速加速的情况下的动作进行说明。在图10中将步骤220～223表示为S220～223。

控制电路40判断是否检测到了作为超高速旋转机14的动作指令的加速器的操作指令等(步骤220)。一旦检测到超高速旋转机14的动作指令，则向超高速旋转机14的励磁线圈35供电，且控制变换器15的开关元件18的开/关，将电池9的直流电转换为交流电，向超高速旋转机14的电枢线圈38供给(步骤221)。这样，驱动超高速旋转机14，涡轮增压器10的转速成为100,000～200,000rpm，压缩进气A。

然后，判断是否继续进行超高速旋转机14的动作指令(步骤222)。如果判断不继续进行超高速旋转机14的动作指令，即，进气A的压缩处于满足的状态，则进入步骤223。并且，在步骤223，停止向超高速旋转机14的励磁线圈35供电，且关闭变换器15的开关元件18，结束超高速旋转机14的动作指令。这样，只利用排气B驱动涡轮增压器10。

在此，在上述步骤223中的只利用排气B驱动涡轮增压器10的状态下，车辆在向高速行驶或高负荷行驶变化的情况下，使超高速旋转机14作为发电机动作，使变换器15在再生模式下动作，由此可向电池9和车载负荷供电。

并且，如果发动机1由于交通信号灯或道口等停止，则停止向超高速旋转机14的电枢线圈35供电。并且，如果将电力方向转换开关17与b侧连接，则在电流检测器39的检测值在判断值以下后，将电力方向转换开关17转换到a侧。并且，当再次起动发动机1时，反复上述步骤201以后的动作。

在本第二实施方式中，使变换器15和整流电路41相对DC连接部并联，利用电力方向转换开关17转换变换器15与发电电动机5的连接和变换器15与涡轮增压器10的连接。因此，在进气A需要增压时，使发电电动机5进行发电动作，可从电池9和发电电动机5双方向超高速旋转机14供电，因此，电池9的负荷减轻，不必使电池9大型化就可以供给涡轮驱动所需要的300A。

并且，可根据车载负荷的发电负荷的状况，使超高速旋转机14作为发电机进行动作。在这种情况下，由于可从发电电动机5、电池9以及超高速旋转机14的任何一个向车载负荷供电，因此，可向车载负荷供给大电力。

并且，可使用残留在燃烧后的排气B中的废能量、利用超高速旋转机14进行发电，因此，无需为了发电而新投入能源，从燃料方面可提高车辆的效率。

为了在起动发动机1时减少变换器15的电流量、实现变换器15的小型化，增加发电电动机5的电枢线圈28的圈数是有效的方法。但是，如果增加电枢线圈28的圈数，则电枢线圈28的阻抗增加，使得高速区域的发电量降低。在本第二实施方式中，在排气B的流体能大的高速区域，通过利用超高速旋转机14发电，可弥补高速区域的发电电动机5的发电量降低。因此，可实现使用了发电电动机5的无空转系统中的变换器15的小型化和低价格化。

并且，由于发电电动机5在DC连接部与电池9并联直接连接，因此，可避免电池9的大型化，实现削减车载空间和低价格化。

在本第二实施方式中，也将发电电动机5和超高速旋转机14都形成磁场控制式的旋转电机，在停止向发电电动机5和超高速旋转机14的励磁线圈24、35供电、在电力方向转换开关17中流动的电流为零或成为微弱电流后，进行电力方向转换开关17的转换操作，因此，与上述第一实施方式相同，可形成小型且便宜的电力方向转换开关17和变换器15，向车辆上的搭载性提高。

第三实施方式

在本第三实施方式中，在上述第一实施方式的车辆用混合发动机辅助系统中，当车辆在发动机起动后成为空转待机状态时，发电电动机进行发动机辅助。

在此，在自动变速器车辆(AT车)中，在自动变速器的位置为停车(P)或空档(N)的情况下，或者自动变速器的位置进行停车(P)→倒车(R)→空档(N)的变化时，可判断为车辆处于空转待机状态。由于自动变速器的位置为P或N时，发动机1的转矩不通过齿轮向车轮传递，因此，可判断为空转待机状态。并且，由于自动变速器的位置进行N→R→P的变化时是停车或空转待机状态，因此，如果是驱动发动机1的状态，则判断为空转待机状态。

在手动变速器车辆(MT车)中，在变速杆的位置为空档(N)且拉上边闸的状态时，发动机1和变速器分离，由于拉上边闸、车辆处于完全停车状态，因此，判断为空转待机状态。另外，控制电路40基于车辆的各种传感器的输出判断上述的空转待机状态。

以下，参照图11就本第三实施方式的动作进行说明。在图11中，将步骤301～310表示为S301～310。

首先，在空转待机状态下，使超高速旋转机14停止。在步骤301中，如果有发动机辅助动作指令，则进入步骤302，停止向发电电动机5的励磁线圈24和超高速旋转机14的励磁线圈35供电。然后，判断电流检测器39的检测值是否在判断值以下(步骤303)。在步骤303中，如果判断电流检测器39的检测值在判断值以下，则将电力方向转换开关17与a侧连接(步骤304)。

然后，向发电电动机5的励磁线圈24供电(步骤305)，判断电池9的电压是否在规定值以下(步骤306)。在步骤306，如果判断电池9的电压在规定值以下，则继续向发电电动机5的励磁线圈24供电，继续进行发电电动机5的发电(步骤310)。在步骤306，如果判断电池9的电压超过规定值，则控制变换器15的开关元件18的开/关，电池9的直流电转换为三相交流电，通过大电流配线16向发电电动机5的电枢线圈28供给(步骤307)。这样，发电电动机5作为电动机动作，旋转驱动转子22。该转子22的转矩通过带轮3、6和皮带传递到发动机1。

然后，判断是否继续进行发电电动机5的动作指令(步骤308)。在步骤308中，如果判断继续进行发电电动机5的动作指令，则返回步骤306。并且，在步骤308中，如果判断不继续进行发电电动机5的动作指令，则关闭变换器15的开关元件18，停止向电枢线圈28供电(步骤309)，进入步骤310。这样，发电电动机5作为发电机动作。然后，控制开关元件18的开/关，电枢线圈28感应的交流电转换成直流电，对电池9进行充电。

这样，根据第三实施方式，通过选择性地使用发动机辅助和发电动作，可防止在空转状态下由于使用电气安装部件引起的电池电压的降低，可实现发动机辅助系统带来的提高燃料利用率。

上述发动机辅助动作指令是通过发电电动机5辅助发动机的指令，通过该指令进行利用发电电动机5辅助处于空转状态的发动机旋转的动作，减轻空转状态的发动机负荷，提高燃料利用率。

第四实施方式

在第四实施方式中，在上述第二实施方式的车辆用混合发动机辅助系统中，当车辆在发动机起动后处于空转待机状态时，发电电动机进行发动机辅助。空转待机状态的判断与上述第三实施方式相同。在第四实施方式中，将发电电动机5作为发动机辅助和发电动作使用的同时，可选择性地使用超高速旋转机14和发电电动机5的发电动作。通过使超高速旋转机14和发电电动机5都进行发电动作，可更迅速地发电，可增加发挥发动机辅助系统的功能的时间，提高燃料利用率。

以下，参照图12和图13就第四实施方式的动作进行说明。在图12和图13中将步骤401～418表示为S401～418。

首先，在空转待机状态下，使超高速旋转机14停止。在步骤401中，如果有发动机辅助动作指令，则进入步骤402，停止向发电电动机5的励磁线圈24和超高速旋转机14的励磁线圈35供电。然后，判断电流检测器39的检测值是否在判断值以下(步骤403)。在步骤403中，如果判断电流检测器39的检测值在判断值以下，则将电力方向转换开关17与a侧连接(步骤404)，并且，打开开关42(步骤405)。

然后，向发电电动机5的励磁线圈24供电(步骤406)，判断电池9的电压是否在规定值以下(步骤407)。在步骤407，如果判断电池9的电压在规定值以下，则进入步骤411。

在步骤407，如果判断电池9的电压超过规定值，则控制变换器15的开关元件18的开/关，电池9的直流电转换为三相交流电，通过大电流配线16向发电电动机5的电枢线圈28供给(步骤408)。这样，发电电动机5作为电动机动作，旋转驱动转子22。该转子22的转矩通过带轮3、6和皮带传递到发动机1。

然后，判断是否继续进行发电电动机5的动作指令(步骤409)。在步骤409中，如果判断继续进行发电电动机5的动作指令，则返回步骤407。并且，在步骤409中，如果判断不继续进行发电电动机5的动作指令，则关闭变换器15的开关元件18，停止向电枢线圈28供电(步骤410)，进入步骤411。

在步骤411，如果停止向发电电动机5的励磁线圈24供电，则判断电流检测器39的检测值是否在判断值以下(步骤412)。在步骤412，如果判断电流检测器39的检测值在判断值以下，则判断是否将电力方向转换开关17转换到b侧(步骤413)。在步骤413，如果电池电压为规定值以上，则判断要将电力方向转换开关17转换到b侧，然后将电力方向转换开关17转换到b侧(步骤414)，关闭开关42(步骤415)，进入步骤416。在步骤416，向发电电动机5的励磁线圈24和超高速旋转机14的励磁线圈35供电，发电电动机5和超高速旋转机14进行发电动作(步骤417)。

在步骤413，如果电池电压低于规定值，则判断不将电力方向转换开关17转换到b侧，进入步骤418。在步骤418，向发电电动机5的励磁线圈24供电，发电电动机5进行发电动作(步骤419)。

这样，根据第四实施方式，可选择只利用发电电动机5进行发电动作、以及发电电动机5和超高速旋转机14进行的发电动作。

并且，在只通过发电电动机5进行的发电中，由于控制变换器15的开关元件18的开/关，将发电电动机5的交流电转换成直流电，因此，发电效率有所改善。并且，发电量增加，可在短时间内使电池电压为规定值以上，发动机辅助系统发挥作用的时间增加，提高燃料利用率。

在发电电动机5和超高速旋转机14进行的发电中，由于将发电电流分流，因此，分散了发热，可使组件小型化。

在上述各实施方式中，将变换器15一体设置在发电电动机5的带轮6的相反侧的端面，但变换器15可设置在发电电动机5的带轮6的相反侧的端面附近，也可一体设置在发电电动机5的带轮6的相反侧的壳体内部。

Claims

1.一种车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，具有发电电动机、电池、涡轮增压器、变换器以及电力方向转换开关，

所述发电电动机与内燃机连接，在所述内燃机起动时作为起动电动机进行动作、起动所述内燃机，在所述内燃机起动后，通过所述内燃机驱动而产生三相交流电；

所述电池作为直流负荷和起动时的电源；

所述涡轮增压器具有：设置在所述内燃机的进气系统、压缩进气的压缩机，同轴地安装在该压缩机的旋转轴上、设置在所述内燃机的排气系统上、通过排气驱动的涡轮，以及同轴地安装在所述旋转轴上的旋转机；

所述变换器通过配线与所述发电电动机的三相电力端子和所述旋转机的三相电力端子连接，在与所述发电电动机侧连接的情况下，将所述发电电动机产生的所述三相交流电转换成直流电、向所述电池供给，在与所述旋转机侧连接的情况下，将所述电池的直流电转换成三相交流电、向所述旋转机供给；

所述电力方向转换开关设置在所述配线路径中，将所述变换器的连接转换到所述发电电动机侧或所述旋转机侧。

2.一种车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，具有发电电动机、电池、涡轮增压器、变换器、整流电路以及电力方向转换开关，

所述电池作为直流负荷和起动时的电源；

所述变换器通过配线与所述发电电动机的三相电力端子和所述旋转机的三相电力端子连接，在与所述发电电动机侧连接的情况下，将所述电池的直流电转换成三相交流电、向所述发电电动机供给，在与所述旋转机侧连接的情况下，将所述电池的直流电转换成三相交流电、向所述旋转机供给；

所述整流电路在所述发电电动机的所述三相电力端子和所述电池之间与所述变换器并联连接，将所述发电电动机产生的所述三相交流电转换成直流电、向所述电池供给，并由三相二极管桥构成；

3.如权利要求1或2所述的车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，所述发电电动机和所述旋转机是通过向设置在转子或定子上的励磁线圈通电而使所述转子产生主磁通的磁场控制式的旋转电机，所述电力方向转换开关进行转换动作时，停止所述变换器的开关动作，且停止向所述励磁线圈供电。

4.如权利要求1或2所述的车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，所述变换器接近所述发电电动机或与所述发电电动机一体设置，所述发电电动机使所述变换器接近所述旋转机地设置在所述内燃机的侧面。

5.一种车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，具有发电电动机、电池、涡轮增压器、变换器以及电力方向转换开关，

所述发电电动机与车辆的内燃机连接，在空转待机时作为电动机进行动作、辅助所述内燃机，在解除空转待机后，通过所述内燃机驱动而产生三相交流电；

所述电池作为直流负荷和起动时的电源；

6.一种车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，具有发电电动机、电池、涡轮增压器、变换器、整流电路以及电力方向转换开关，

所述电池作为直流负荷和起动时的电源；

所述整流电路在所述发电电动机的所述三相电力端子和所述电池之间与所述变换器并联连接，将所述发电电动机产生的所述三相交流电转换成直流电、向所述电池供给，由三相二极管桥构成；

7.如权利要求5或6所述的车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，所述车辆是自动变速器车辆，

在自动变速器的位置为停车或空档时，判断为空转待机状态。

8.如权利要求5或6所述的车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，所述车辆是自动变速器车辆，

在自动变速器的位置从停车经过倒档转到空档时，判断为空转待机状态。

9.如权利要求5或6所述的车辆用混合发动机辅助系统，其特征在于，所述车辆是手动变速器车辆，

在变速杆的位置是空档且拉上边闸时，判断为空转待机状态。