JP2590475B2 - Control device for turbocharger with rotating electric machine - Google Patents

Control device for turbocharger with rotating electric machine

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はターボチャージャの回転軸に電動−発電機を
取付けた回転電機付ターボチャージャの制御装置に関す
る。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control device for a turbocharger with a rotating electric machine in which a motor-generator is mounted on a rotating shaft of a turbocharger.

(従来の技術) 内燃機関の排出する排気ガスは高温かつ高圧のため、
このエネルギーを駆動や電力として回収する方法や装置
が従来より種々提案されている。
(Prior art) Since the exhaust gas emitted from the internal combustion engine is high temperature and high pressure,
Various methods and devices for recovering this energy as driving or electric power have been conventionally proposed.

この種の排気エネルギー回収装置として、エンジンの
排気タービンに交流発電機の回転軸を直結するととも
に、エンジンには直流電動機を取付け、交流発電機から
発生する電力を直流電動機に供給して排気エネルギーを
エンジンの駆動力として回収しようとするエンジンの排
気エネルギー回収装置の提案が特開昭58−214615号公報
に開示されている。
As this type of exhaust energy recovery device, the rotating shaft of the AC generator is directly connected to the exhaust turbine of the engine, a DC motor is attached to the engine, and the power generated from the AC generator is supplied to the DC motor to reduce the exhaust energy. Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 58-214615 discloses a proposal of an engine exhaust energy recovery device which attempts to recover the driving force of the engine.

(発明が解決しようとする問題点) 上述の特開昭58−214615号公報に開示された提案は、
排気エネルギーを回生した電気エネルギーにてエンジン
に接続した電動機を駆動してエンジンの回転力を助勢し
ようとするものである。したがって回生した電気エネル
ギーによるバッテリの充電や、排気エネルギーにて過給
気を上昇させエンジン出力を増大させようとする措置を
欠いている問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) The proposal disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-214615 is
An electric motor connected to the engine is driven by the electric energy obtained by regenerating the exhaust energy, thereby trying to assist the rotational force of the engine. Therefore, there is a problem in that the battery is not charged with the regenerated electric energy, and there is no measure for increasing the supercharged air by the exhaust energy to increase the engine output.

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであ
り、その目的は内燃機関の運転状態に応じてターボチャ
ージャに設けた回転電機を発電機あるいは電動機駆動し
て、バッテリの充電あるいは内燃機関への過給気を上昇
させようとする回転電機付ターボチャージャの制御装置
を提供するにある。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to drive a rotating electric machine provided in a turbocharger according to an operating state of an internal combustion engine to a generator or an electric motor to charge a battery or to charge an internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide a control device for a turbocharger with a rotating electric machine for increasing the supercharged air.

(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、排気流路制御弁を有する内燃機関の
ターボチャージャと、該ターボチャージャに設けた電動
−発電機となる回転電機と、内燃機関の回転数を検出す
る回転検出手段と、該回転検出手段の信号を入力とし
て、前記排気流路制御弁と回転電機を制御する回転電機
付ターボチャージャ制御装置において、前記回転検出手
段の信号が所定回転数以下の場合、前記排気流路制御弁
を絞るとともに、回転電機を発電作動させる手段を有す
ることを特徴とする回転電機付ターボチャージャ制御装
置が提供される。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a turbocharger for an internal combustion engine having an exhaust passage control valve, a rotating electric machine serving as a motor-generator provided in the turbocharger, and a rotation of the internal combustion engine A rotation detecting means for detecting the number of rotations, and a turbocharger control device with a rotating electric machine for controlling the exhaust passage control valve and the rotating electric machine by using a signal of the rotation detecting means as an input. In the following case, there is provided a turbocharger control device with a rotating electric machine, characterized in that the exhaust passage control valve is throttled and a means is provided for causing the rotating electric machine to perform a power generation operation.

(作用) 本発明では、ターボチャージャに設けた回転電機を内
燃機関の回転数や負荷状態に応じて発電機駆動、あるい
は電動機駆動とし、発電機駆動時には発電電力にてバッ
テリを充電せしめ、内燃機関が低回転重負荷の電動機駆
動時にはアクセル踏込量に応じてブースト圧を上昇させ
て内燃機関の出力を増大させる作用がある。
(Operation) In the present invention, the rotating electric machine provided in the turbocharger is driven by a generator or an electric motor in accordance with the rotation speed and load state of the internal combustion engine. When the generator is driven, the battery is charged with the generated electric power. However, when the motor is driven with a low rotation and heavy load, the boost pressure is increased in accordance with the accelerator depression amount to increase the output of the internal combustion engine.

また、本発明では回転電機の発電機駆動時には排気ガ
ス流路を制御してガス流速を高める作用がある。
Further, in the present invention, when the rotating electric machine is driven by the generator, the exhaust gas flow path is controlled to increase the gas flow rate.

(実施例) つぎに、本発明の実施例について図面を用いて詳細に
説明する。
Example Next, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
り、第2図はその実施例に用いる電力変換器の一例を示
す回路図である。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a power converter used in the embodiment.

第1図において、1は内燃機関で吸気管1aを介して吸
気する空気と、供給される燃料との燃焼エネルギーによ
り、図示していない車両を駆動するものであり、排気管
1bを介して燃焼後の排気ガスが排出される。1cはアクセ
ルペダル踏込量を検出するアクセルセンサ、1dは内燃機
関1の燃料噴射ポンプのラック位置により内燃機関の負
荷を検出する負荷センサ、1eは内燃機関の回転数を検出
する回転センサであり、それぞれ検出した信号を後述す
るコントローラに送信する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an internal combustion engine which drives a vehicle (not shown) by the combustion energy of air supplied through an intake pipe 1a and supplied fuel.
The exhaust gas after combustion is discharged via 1b. 1c is an accelerator sensor that detects the accelerator pedal depression amount, 1d is a load sensor that detects the load of the internal combustion engine based on the rack position of the fuel injection pump of the internal combustion engine 1, 1e is a rotation sensor that detects the rotation speed of the internal combustion engine, The detected signals are transmitted to a controller described later.

2は排気管1bおよび吸気管1aに接続されたターボチャ
ージャであり、排気ガスにより駆動されるタービンブレ
ード2bと、吸気管1aに吸気を送気するコンプレッサブレ
ード2aとを有し、これらのブレードを接続する回転軸2c
には電動機あるいは発電機として作動する回転電機3が
取付けられている。1fは排気管1bに設けられた隔壁であ
り、タービンブレード2bを駆動する排気流路に取付けら
れてその流路を2分するものであり、片方の流路には排
気弁1gが取付けられ、排気ガス量が少ないときにはアク
チュエータ1hにより排気弁1gが閉じられて、他方の流路
の排気ガス流速を高めることによりタービンブレード2b
を高速度に駆動するよう構成されている。
Reference numeral 2 denotes a turbocharger connected to the exhaust pipe 1b and the intake pipe 1a. The turbocharger 2 has a turbine blade 2b driven by exhaust gas, and a compressor blade 2a for supplying intake air to the intake pipe 1a. Rotary shaft 2c to connect
Is mounted with a rotating electric machine 3 which operates as a motor or a generator. 1f is a partition wall provided in the exhaust pipe 1b, which is attached to an exhaust flow path for driving the turbine blade 2b and divides the flow path into two, and an exhaust valve 1g is mounted on one of the flow paths, When the amount of exhaust gas is small, the exhaust valve 1g is closed by the actuator 1h, and the exhaust gas flow rate in the other flow path is increased, so that the turbine blade 2b
Is driven at a high speed.

回転電機3はロータ3aとステータ3bとを有し、排気エ
ネルギーによってロータ3aが回転駆動されるとステータ
3bには交流電力が発電され電力変換器4を介してバッテ
リ5に送電される。
The rotating electric machine 3 has a rotor 3a and a stator 3b. When the rotor 3a is rotationally driven by exhaust energy, the
The AC power is generated in 3b and transmitted to the battery 5 via the power converter 4.

また、電力変換器4を介したバッテリ5の電力により
ロータ3aが駆動されると、コンプレッサブレード2aの作
動により吸気が圧縮され、吸気管1aを介して内燃機関1
に過給されるよう構成されている。なお、1jはブースト
センサで、コンプレッッサブレード2aの作動による過給
気圧を検出してコントローラ6に送信するものである。
When the rotor 3a is driven by the power of the battery 5 through the power converter 4, the intake air is compressed by the operation of the compressor blade 2a, and the internal combustion engine 1 is compressed via the intake pipe 1a.
It is configured to be supercharged. In addition, 1j is a boost sensor that detects the supercharging pressure due to the operation of the compressor blade 2a and transmits it to the controller 6.

第2図は電力変換器4における交流電力の変換回路の
一例を示したものであり、整流平滑回路4a、デューティ
制御回路4b、チョーク回路4cを有している。そして発電
機作動時の回転電機3からの交流入力を整流平滑回路4a
にて直流に変換し、トランジスタTrのベース入力にコン
トローラ6からの所定のパルス信号を印加してトランジ
スタTrの通過電流を脈流としてその実効電圧値を制御す
る。その後チョークChを介して所望する電圧となった電
力を負荷に供給するものである。
FIG. 2 shows an example of an AC power conversion circuit in the power converter 4, which includes a rectifying / smoothing circuit 4a, a duty control circuit 4b, and a choke circuit 4c. The AC input from the rotating electric machine 3 during the operation of the generator is rectified and smoothed by a rectifying and smoothing circuit 4a
Then, a predetermined pulse signal from the controller 6 is applied to the base input of the transistor Tr, and the current passing through the transistor Tr is used as a pulsating current to control the effective voltage value. Thereafter, the power having a desired voltage is supplied to the load via the choke Ch.

なお、電力変換器4は上記の変換回路の他、バッテリ
5からの直流電力を所定周波数の交流に変換して回転電
機3を電動機駆動するコンバータ回路も有しており、コ
ンバータ回路の周波数制御はコントローラ6の指令にて
制御されるものである。
The power converter 4 has, in addition to the above-described conversion circuit, a converter circuit that converts DC power from the battery 5 into AC having a predetermined frequency and drives the rotating electric machine 3 with an electric motor. It is controlled by a command from the controller 6.

第1図に示す3cは交流電圧計で回転電機3のステータ
3bの端子電圧を計るもの、4aは直流電圧計で電力変換器
4の直流端子電圧を計るものであり、それぞれ測定した
電圧をコントローラ6に送気する。
3c shown in FIG. 1 is an AC voltmeter and a stator of the rotating electric machine 3.
The terminal voltage of 3b is measured, and the DC voltage meter 4a is for measuring the DC terminal voltage of the power converter 4. Each measured voltage is sent to the controller 6.

コントローラ6はマイクロコンピュータよりなり、内
燃機関1の作動状態や電圧計からの信号などを入力して
演算処理や制御回路の計数などを行う中央処理装置、内
燃機関の運転状況と所要ブースト圧との関連マップや回
転電機の作動の制御プログラムなどを格納する各種メモ
リ装置、各種の入力を受令したり、アクチュエータや電
力変換器などに制御指示を発令する入/出力装置などを
有している。なお、回転電機3が電動機作動時のステー
タ3bに誘起される逆起電力による電圧値は、コントロー
ラ6に読込まれるように構成されている。
The controller 6 is composed of a microcomputer, and is a central processing unit that inputs the operating state of the internal combustion engine 1 and signals from a voltmeter and performs arithmetic processing and counting of a control circuit. It has various memory devices for storing related maps and control programs for the operation of the rotating electric machine, and input / output devices for receiving various inputs and issuing control instructions to actuators, power converters, and the like. The voltage value due to the back electromotive force induced in the stator 3b when the rotating electric machine 3 operates the motor is configured to be read into the controller 6.

第3図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図で
あり、第3図を参照してその作動を説明する。
FIG. 3 is a processing flowchart showing an example of the operation of the present embodiment, and the operation will be described with reference to FIG.

まず、ステップ1において、回転センサ1eからの信号
により内燃機関1の回転数をチェックし、回転数が800R
PMより低回転のときはステップ2に進んで排気管1bの排
気流路に設けた排気弁1gを閉じ、排気ガス流速を早めて
タービンブレード2bを高速回転になるよう駆動して回転
電機3を発電機作動させる。ステップ3では交流電圧計
3cにて発電電圧を測定し、その電圧が所定電圧V1より高
いときはステップ4からステップ5に進んで電力変換器
4に送電し、整流平滑回路4a、デューティ制御回路4b、
チョーク回路4cを介してバッテリ5を充電できる電圧に
制御する。
First, in step 1, the rotation speed of the internal combustion engine 1 is checked based on the signal from the rotation sensor 1e, and the rotation speed is set to 800R.
When the rotation speed is lower than PM, the process proceeds to step 2, where the exhaust valve 1 g provided in the exhaust flow path of the exhaust pipe 1 b is closed, the exhaust gas flow speed is increased, and the turbine blade 2 b is driven to rotate at a high speed to drive the rotating electric machine 3. Turn on the generator. Step 3 is an AC voltmeter
The generated voltage was measured by 3c, and power transmission to the power converter 4 proceeds from step 4 when the voltage is higher than the predetermined voltages V 1 to step 5, the rectifying smoothing circuit 4a, a duty control circuit 4b,
The voltage is controlled so that the battery 5 can be charged via the choke circuit 4c.

ステップ7では上記のように制御した電力をバッテリ
5に通電し、ステップ8にて充電可能の場合はバッテリ
5の充電を行い、不能の場合はステップ9にて故障信号
を発した後、ステップ1に戻る。なお、ステップ4にて
回転電機3の発電電圧が所定電圧V1より低いときは、ス
テップ6で故障モードとしてステップ1のフローに戻る
ことになる。
In step 7, the power controlled as described above is supplied to the battery 5. In step 8, the battery 5 is charged if charging is possible. If the charging is not possible, a failure signal is issued in step 9; Return to Incidentally, when the power generation voltage of the rotating electrical machine 3 in step 4 is lower than the predetermined voltages V 1, the process returns to the flow in Step 1 as a failure mode in step 6.

ステップ1で内燃機関1の回転数が800RPMより高いと
きはステップ10にて負荷センサ1dからの信号を読込み、
内燃機関1の負荷と回転との状態より判断して、例えば
軽負荷の場合にはステップ12に進んで回転電機3を発電
機駆動し、その発電電圧を交流電圧計3cにて測定する。
そしてステップ13にてバッテリ電圧VBと比較し、バッテ
リ電圧VBより発電電圧が高い場合はステップ14に進んで
電力変換器4に送電し、電圧制御を行ってバッテリ5に
通電して充電を行う。また、ステップ13にて発電電圧V
が低い場合はその交流電圧の波高値をステップ15で測定
し、電力変換器4にて出力電圧を高めるようデューティ
制御の後、バッテリ5に通電する。
If the rotational speed of the internal combustion engine 1 is higher than 800 RPM in step 1, the signal from the load sensor 1d is read in step 10,
Judging from the state of the load and the rotation of the internal combustion engine 1, for example, in the case of a light load, the process proceeds to step 12, the rotating electric machine 3 is driven by the generator, and the generated voltage is measured by the AC voltmeter 3c.
And compared with the battery voltage V B at step 13, if from the generated voltage is higher battery voltage V B is the transmission to the power converter 4 proceeds to step 14, the charging by energizing the battery 5 by performing a voltage control Do. In step 13, the generated voltage V
If the AC voltage is low, the peak value of the AC voltage is measured in step 15, and the power converter 4 energizes the battery 5 after duty control to increase the output voltage.

つぎに、ステップ11にて内燃機関1の負荷と回転の状
態が例えば低回転重負荷の場合には回転電機3を電動機
作動させるためステップ17に移行する。ステップ17,18
ではアクセルセンサ、ブーストセンサ1jより現在のアク
セル踏込量と吸気管1a内のブースト圧を読込み、内燃機
関の負荷状態に応じて、内燃機関の出力上昇に必要な所
要ブースト圧をマップより読込む(ステップ19)。そし
てこのブースト圧を得るための回転電機の電動機出力の
演算をステップ20にて行い電動機駆動する。ステップ21
ではステータ3bの逆起電力を計測し、ステップ22での逆
起電力の交流周波数から回転軸2cの回転数を検出する。
ついでステップ23,24にて回転電機3に供給する電力の
周波数とその位相を設定し電動機駆動してブースト圧を
高めるよう制御する。
Next, when the load and the rotation state of the internal combustion engine 1 are, for example, a low rotation heavy load in step 11, the process proceeds to step 17 in order to operate the rotating electric machine 3 with the electric motor. Steps 17, 18
Then, the current accelerator depression amount and the boost pressure in the intake pipe 1a are read from the accelerator sensor and the boost sensor 1j, and the necessary boost pressure required for increasing the output of the internal combustion engine is read from the map according to the load state of the internal combustion engine ( Step 19). Then, the motor output of the rotating electric machine for obtaining the boost pressure is calculated in step 20, and the motor is driven. Step 21
Then, the back electromotive force of the stator 3b is measured, and the rotational frequency of the rotating shaft 2c is detected from the AC frequency of the back electromotive force in step 22.
Then, in steps 23 and 24, the frequency and the phase of the electric power supplied to the rotating electric machine 3 are set, and the electric motor is driven so as to increase the boost pressure.

電動機駆動するため前記所要ブースト圧に相当する電
圧レベルの設定により、電動機を駆動するバッテリ電圧
の変換装置を介して電動機駆動する。
By setting a voltage level corresponding to the required boost pressure for driving the motor, the motor is driven via a battery voltage converter that drives the motor.

ステップ25ではブーストセンサ1jからの信号によるブ
ースト圧Bと所要ブースト圧BAとを比較し、ブースト圧
Bが大きいときはステップ26に進んで所定の時間継続さ
せ、内燃機関1の出力を増大させる。
In step 25, the boost pressure B based on the signal from the boost sensor 1j is compared with the required boost pressure B A. If the boost pressure B is large, the process proceeds to step 26 and continues for a predetermined time to increase the output of the internal combustion engine 1. .

なお、ステップ25にて所要ブースト圧BAに達しないと
きはステップ27で回転電機3に供給する電力を増大させ
てカウンタ計数に1を加え、その計数が所定回数N1に達
していないときは、ステップ29より始めのフローに戻っ
て上記の処理を繰返してブースト圧を上昇させる処理を
行い、所定回数N1に達しているときはステップ30にて故
障信号を発して始めのフローに戻ることになる。
Incidentally, the required boost when not reach the pressure B A 1 by increasing the power supplied to the rotary electric machine 3 at step 27 the counter counts added at step 25, when the count has not reached the predetermined number N 1 is performs a process of increasing the boost pressure by repeating the above process returns to the beginning of the flow from step 29, returns to the flow of starting to emit a fault signal at step 30 when has reached a predetermined number N 1 become.

以上、本発明を上記の実施例によって説明したが本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを
本発明の範囲から排除するものではない。
As described above, the present invention has been described with the above embodiments, but various modifications are possible within the scope of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

(発明の効果) 本発明によれば、内燃機関の回転が所定値以下、すな
わちアイドリング等低回転時に、内燃機関の排気流路に
設けた排気弁を作動させ排気流路を絞ることにより排気
ガス流速を早めて排気タービンを高速回転させ、同時に
回転電機を発電機運転させることにより、エンジンが低
回転であっても自動車のバッテリ等へ十分な電力を供給
できるという効果を発揮できるものである。
(Effect of the Invention) According to the present invention, when the rotation of the internal combustion engine is equal to or less than a predetermined value, that is, when the engine is running at a low speed such as idling, the exhaust valve provided in the exhaust flow path of the internal combustion engine is operated to narrow the exhaust flow path. By rotating the exhaust turbine at a high speed while increasing the flow velocity and operating the rotating electric machine at the same time as the generator, it is possible to exhibit an effect that sufficient electric power can be supplied to a battery or the like of an automobile even when the engine is rotating at a low speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第2
図は本実施例に用いる電力変換器の一例を示す回路図、
第3図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図であ
る。 1……内燃機関、1c……アクセルセンサ、1d……負荷セ
ンサ、1e……回転センサ、1j……ブーストセンサ、2…
…ターボチャージャ、3……回転電機、4……電力変換
器、5……バッテリ、6……コントローラ。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
The figure is a circuit diagram showing an example of a power converter used in the present embodiment,
FIG. 3 is a processing flow chart showing an example of the operation of the present embodiment. 1 ... internal combustion engine, 1c ... accelerator sensor, 1d ... load sensor, 1e ... rotation sensor, 1j ... boost sensor, 2 ...
... Turbocharger, 3 ... Rotating electric machine, 4 ... Power converter, 5 ... Battery, 6 ... Controller.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】排気流路制御弁を有する内燃機関のターボ
チャージャと、該ターボチャージャに設けた電動−発電
機となる回転電機と、内燃機関の回転数を検出する回転
検出手段と、該回転検出手段の信号を入力として、前記
排気流路制御弁と回転電機を制御する回転電機付ターボ
チャージャ制御装置において、 前記回転検出手段の信号が所定回転数以下の場合、前記
排気流路制御弁を絞るとともに、回転電機を発電作動さ
せる手段を有することを特徴とする回転電機付ターボチ
ャージャ制御装置。
1. A turbocharger for an internal combustion engine having an exhaust passage control valve, a rotating electric machine provided as an electric generator in the turbocharger, a rotation detecting means for detecting a rotation speed of the internal combustion engine, In a turbocharger control device with a rotating electric machine that controls the exhaust passage control valve and the rotating electric machine by using a signal of the detecting unit as an input, when the signal of the rotation detecting unit is equal to or less than a predetermined rotation speed, the exhaust passage control valve is A turbocharger control device with a rotating electric machine, characterized in that it has means for squeezing and causing the rotating electric machine to generate electricity.
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JPS59141712A (en) * 1983-01-31 1984-08-14 Isuzu Motors Ltd Engine equipped with exhaust energy recovering device
JPS60195329A (en) * 1984-03-17 1985-10-03 Isuzu Motors Ltd Turbocharger for internal-combustion engine

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