JP2008175126A - Turbocharger with motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エネルギー回収部を有する電動機付ターボチャージャに関する。 The present invention relates to a turbocharger with an electric motor having an energy recovery unit.
通常運転時には排気ガスエネルギーを回収して走行し、市街地等の走行時には断熱エンジンをアイドリング状態にして駆動モータで走行し、騒音、排気ガス流量を抑制するターボコンパウンドシステムが知られている(特許文献1)。すなわち、発電・電動機を備えたターボチャージャとエネルギー回収装置を有する断熱エンジンに補助タービン発電機を設けたものである。通常運転ではターボチャージャとエネルギー回収装置によって発電をした電力を消費して車両の駆動力を補助し、市街地の夜間走行時、車庫入れ時等では蓄電装置に蓄電された電力を消費して駆動モータを作動して車両を駆動する。断熱エンジンからの排気ガスは、切換バルブによってターボチャージャとエネルギー回収装置、又は補助タービン発電機に供給されるというものである。
しかしながら、特許文献1の技術では、ダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジンの運転状況に左右されるので、経験則に基づいて無駄なくバルブを開閉制御する必要があった。また、従来はエンジンを急加速させるような運転状況において、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合、排気ガス流量がピークに近いため、その排気ガスに含まれるエネルギーは無駄に捨てられていた。 However, in the technique of Patent Document 1, since the energy efficiency of the double heat recovery system depends on the operating condition of the engine, it is necessary to control the opening and closing of the valve without waste based on an empirical rule. Conventionally, when the turbocharger with an electric motor is driven by a motor in an operating situation where the engine is suddenly accelerated, the energy contained in the exhaust gas is wasted because the exhaust gas flow rate is close to the peak. .
すなわち、急加速時等に電動機付ターボチャージャがモータ駆動して電動アシストしている場合に、その高エネルギーの排気ガスからエネルギーを回収することは困難であった。この電動アシスト時のエネルギーを回収するには、精密な制御ノウハウを実行させるため、装置が複雑で高価になることが避けられなかった。 That is, it is difficult to recover energy from the high energy exhaust gas when the turbocharger with an electric motor drives the motor and assists by electric power at the time of sudden acceleration or the like. In order to recover the energy during the electric assist, it is inevitable that the apparatus becomes complicated and expensive because precise control know-how is executed.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置全体を簡素で部品点数の増加も抑制して、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収して電気エネルギーを得ることが可能であり、エンジン効率を相当に向上させることを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. The entire apparatus is simple and suppresses an increase in the number of parts, and even when the motorized turbocharger is driven by a motor, the exhaust gas energy is recovered. Therefore, it is possible to obtain electric energy and to improve the engine efficiency considerably.
前記目的を達成するために、第1の発明は、エンジンに組み合わせ可能なターボチャージャと、前記ターボチャージャに軸結合された電動機と、前記電動機を駆動・制御するモータドライバと、を備えた電動機付ターボチャージャにおいて、前記ターボチャージャのタービンから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部と、前記エネルギー回収部に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブと、前記バルブを所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラと、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention includes a turbocharger that can be combined with an engine, an electric motor axially coupled to the turbocharger, and a motor driver that drives and controls the electric motor. In the turbocharger, an energy recovery unit that recovers energy by introducing a part or all of the exhaust gas exhausted from the turbine of the turbocharger, and a valve that can freely adjust the ratio of the exhaust gas introduced into the energy recovery unit; And a valve controller that controls opening and closing of the valve based on a predetermined control pattern.
第2の発明は、前記エネルギー回収部として、前記導入された排気ガスにより回転するタービンと、前記タービンに軸結合された発電機と、前記発電機の発電電圧を調整して前記バッテリーの充電に供与する電圧調整器と、を備えたことを特徴とする。 In a second aspect of the invention, as the energy recovery unit, a turbine that is rotated by the introduced exhaust gas, a generator that is shaft-coupled to the turbine, and a power generation voltage of the generator are adjusted to charge the battery. And a voltage regulator to be provided.
第1の発明によれば、エンジンを急加速させるような運転状況において、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合、排気ガス流量がピークに近いため、その高エネルギーの排気ガスから従来無駄に捨てられていたところ、制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラにより、エネルギー回収部へ導入する排気ガスの比率を高めるようにバルブが精密に作動し、エネルギー回収部が排気ガスのエネルギーを回収する。 According to the first aspect of the present invention, when the turbocharger with an electric motor is driven by a motor in an operating situation in which the engine is suddenly accelerated, the exhaust gas flow rate is close to the peak. Although it was thrown away, the valve controller that controls opening and closing based on the control pattern, the valve operates precisely to increase the ratio of exhaust gas introduced into the energy recovery unit, and the energy recovery unit recovers the exhaust gas energy .
このようなダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジンの運転状況に左右されるので、経験則に基づいた無駄のない制御パターンによりバルブを開閉制御することにより、精密かつ効率よい制御ノウハウを実行することが可能である。 Since the energy efficiency of such a double heat recovery system depends on the operating conditions of the engine, precise and efficient control know-how is executed by controlling the valve opening and closing with a lean control pattern based on empirical rules. It is possible.
このように部品点数の増加も抑制して簡素にできた装置により、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、エンジン効率を相当に向上させることが可能となる。 In this way, it is possible to recover the exhaust gas energy and significantly improve the engine efficiency even when the turbocharger with electric motor is driven by the motor, which can be simplified by suppressing the increase in the number of parts. Become.
第2の発明によれば、回収エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーの充電に供与することが可能である。 According to the second aspect of the invention, the recovered energy can be converted into electric energy and supplied to charge the battery.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る電動機付ターボチャージャ20のブロック図である。図1に示すように、電動機付ターボチャージャ20は、エンジン4の排気ガスを1回限り熱回収するシングル熱回収タイプの電動機付ターボチャージャ2をベースにし、その後段にバルブ7を介して従属接続され、さらなる熱回収するエネルギー回収部10を組み合わせた構成である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of an
ベースとなる電動機付ターボチャージャ2は、エンジン4に組み合わせ可能なターボチャージャ1と、ターボチャージャ1に軸結合された電動機(以下、「モータ」ともいう)3と、電動機3を駆動・制御するモータドライバ5とにより構成されている。ターボチャージャ1はタービン1aとコンプレッサ1bとモータ3が軸結合され、エンジン4の排気ガスをタービン1aに導入して回転し、同軸回転するコンプレッサ1bでエンジン4に過給するように構成されている。
A turbocharger 2 with an electric motor as a base includes a turbocharger 1 that can be combined with an engine 4, an electric motor (hereinafter also referred to as “motor”) 3 that is axially coupled to the turbocharger 1, and a motor that drives and controls the electric motor 3. The
この電動機付ターボチャージャ2は、エンジン4の排ガスでタービン1aが駆動されることによって回転数が上昇する一方、バッテリー6の電力で駆動されるモータ3の補助(電動アシスト)によっても回転数が上昇し、電動機付ターボチャージャ2の回転数は、例えば、毎分数千〜約1万回転の低速回転から毎分約10数万回転を超える高速回転まで急速上昇する。
The turbocharger 2 with an electric motor increases in rotational speed when the turbine 1a is driven by the exhaust gas of the engine 4, but also increases with the assistance of the motor 3 (electrical assist) driven by the electric power of the
エンジン4は図示せぬECU(エンジン コントロール ユニット)の指令により制御される。このECUに情報接続された電動機付ターボチャージャ制御用マイクロコンピュータ(以下、「制御マイコン」ともいう)9の指令により電動機付ターボチャージャ2も適切に駆動制御される構成である。 The engine 4 is controlled by a command from an ECU (Engine Control Unit) (not shown). The turbocharger with electric motor 2 is appropriately driven and controlled by a command of a microcomputer for turbocharger with electric motor control (hereinafter also referred to as “control microcomputer”) 9 connected to the ECU.
モータドライバ5は、バッテリー6の電力を用いた周知のインバータ(図示せず)等による駆動手段で構成されている。好ましくは、回生動作可能なモータ3およびモータドライバ5によりバッテリー6の充電用に電力を回生できる構成とする。
The
制御マイコン9にはエンジンの運転状況をパターン化した制御テーブル(図示せず)が格納されており、起動、加速、巡航、減速、停止等の各運転状況に応じて適切に制御信号を発令する。また、モータ3とバッテリー6の間に介在するモータドライバ5は、制御マイコン9の支援を受けながら、電動アシストON時にバッテリー6の電力をモータ3へ供給し、逆に電動アシストOFF時にはモータ3が発電した回生電力をバッテリー6の充電用に戻すように作用する。
The
そして、エネルギー回収部10は電動機付ターボチャージャ2のタービン1aからの排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収する。このエネルギー回収部10に導入する排気ガスの比率は加減自在のバルブ7と、このバルブ7を所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラ8により最適制御される。
And the energy recovery part 10 introduce | transduces a part or all of the exhaust gas exhausted from the turbine 1a of the turbocharger 2 with an electric motor, and recovers energy. The ratio of the exhaust gas introduced into the energy recovery unit 10 is optimally controlled by a valve 7 that can be freely adjusted and a
バルブコントローラ8を最適制御する制御パターンとは、制御マイコン9に格納されたプログラム等の実行により、電動機付ターボチャージャ2がモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、エンジン効率を相当に向上させることが可能となる。
The control pattern for optimally controlling the
エネルギー回収部10は、エンジン4から排出された排気ガスにより回転するタービン11と、そのタービン11に軸結合された発電機12と、その発電機12の発電電圧を調整してバッテリー6の充電に供与する電圧調整器13とを備えて構成されている。すなわち、電動機付ターボチャージャ2により既に1回は熱回収済みの排気ガスを2度目の熱回収するダブル熱回収機能を果たす。
The energy recovery unit 10 is configured to charge the
ただし、ダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジン4の運転状況に左右されるので、経験則に基づいた無駄のない制御パターンによりバルブ7を開閉制御する。このことにより、従来は回収困難であった急加速時等に、電動機付ターボチャージャ2がモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、回収エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーの充電に供与することが可能である。結果としてエンジン効率を相当に向上させることが可能となる。 However, since the energy efficiency of the double heat recovery system depends on the operating condition of the engine 4, the valve 7 is controlled to open and close with a lean control pattern based on empirical rules. As a result, even when the turbocharger 2 with an electric motor is driven by a motor during sudden acceleration, which has been difficult to recover in the past, the exhaust gas energy is recovered, and the recovered energy is converted into electric energy to It can be provided for charging. As a result, the engine efficiency can be significantly improved.
1 ターボチャージャ
1a タービン
2,20 電動機付ターボチャージャ
3 電動機(モータ)
4 エンジン
5 モータドライバ
7 バルブ
8 バルブコントローラ
10 エネルギー回収部
11 タービン
12 発電機
13 電圧調整器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Turbocharger 1a
4
Claims (2)
前記ターボチャージャに軸結合された電動機と、
前記電動機を駆動・制御するモータドライバと、を備えた電動機付ターボチャージャにおいて、
前記ターボチャージャのタービンから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部と、
前記エネルギー回収部に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブと、
前記バルブを所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラと、を備えたことを特徴とする電動機付ターボチャージャ。 Turbocharger that can be combined with the engine,
An electric motor axially coupled to the turbocharger;
In a turbocharger with an electric motor comprising a motor driver for driving and controlling the electric motor,
An energy recovery unit that recovers energy by introducing part or all of exhaust gas exhausted from the turbine of the turbocharger;
A valve capable of adjusting the ratio of exhaust gas introduced into the energy recovery unit;
And a valve controller that controls opening and closing of the valve based on a predetermined control pattern.
前記導入された排気ガスにより回転するタービンと、
前記タービンに軸結合された発電機と、
前記発電機の発電電圧を調整して前記バッテリーの充電に供与する電圧調整器と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載の電動機付ターボチャージャ。 As the energy recovery unit,
A turbine rotated by the introduced exhaust gas;
A generator shaft coupled to the turbine;
The turbocharger with an electric motor according to claim 1, further comprising: a voltage regulator that regulates a generated voltage of the generator and supplies the voltage to charge the battery.
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