JP2596494B2 - 過給機用回転電機の駆動発電機 - Google Patents

過給機用回転電機の駆動発電機

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JP2596494B2
JP2596494B2 JP4224842A JP22484292A JP2596494B2 JP 2596494 B2 JP2596494 B2 JP 2596494B2 JP 4224842 A JP4224842 A JP 4224842A JP 22484292 A JP22484292 A JP 22484292A JP 2596494 B2 JP2596494 B2 JP 2596494B2
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河村英男
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株式会社いすゞセラミックス研究所
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はターボチャージャに配置
した回転電機の駆動用電源となる過給機用回転電機の駆
動発電機に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、エンジンの排気エネルギーにより
駆動されて吸気圧を上昇させるターボチャージャが広く
使用されており、この種のターボチャージャのタービン
軸に電動/発電機となる回転電機を取付け、エンジンの
運転状態に応じて電動作動させて過給吸気圧を高めた
り、または発電作動により排気エネルギーを電力に回収
するなどの試みが種々行われている。
【0003】このような回転電機の電動駆動用の電源に
は、通常バッテリが使用され、該バッテリは端子電圧1
2V、または24Vと低いためにDC−DCコンバータ
などで昇圧され、さらにインバータにより交流に変換さ
れて回転電機に通電される。そして電動駆動には大電力
を要するので蓄電量の消費が大となり、しばしば充電す
る必要があるため、エンジントルクにより駆動される直
流発電機によって充電が行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のようなシステム
に用いる充電用の発電機はその回転数が低下すると発電
力が特に減じ、エンジンの低回転時ではバッテリの充電
が行えないという不都合がある。また、上述のように回
転電機の駆動用にバッテリを用いる場合では、回転速度
に従い逆起電力が高圧となる回転電機に供給には高電圧
に昇圧するインバータを要するという問題が生じてい
る。
【0005】本発明はこのような従来の問題に鑑みてな
されたものであり、その目的は磁石回転型の発電機をエ
ンジントルクにより駆動して低速にても高電圧を発電せ
しめ、回転電機に供給することにより効率よくシステム
を作動させる過給機用回転電機の駆動発電機を提供する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、排気エネルギーにより駆動されてエン
ジンに高圧吸気を送出するターボチャージャのタービン
軸に回転電機を取付け、該回転電機の電動駆動によりタ
ーボチャージャの過給作動を付勢する過給機用回転電機
において、前記回転電機を電動駆動する領域では逆起電
力より常に高電圧を出力する発電機をエンジンに取り付
け、該発電出力を前記回転電機に給電するとともに前記
エンジン出力が大きくなり前記ターボチャージャ回転速
度が大きい領域では前記回転電機を発電機とし、その出
力を前記発電機に送り電動機として作動させるととも
に、前記の回転電機及び高電圧を出力する発電機は磁石
回転子を有する交流発電機であり、かつ前記回転電機と
発電機の中間にレギュレータを設け常時双方からの電力
を直流変換しバッテリへの充電を行うことを特徴とする
過給機用回転電機の駆動発電機が提供される。
【0007】
【作用】クランク軸に連結した磁石回転型の交流発電機
を用い、ターボチャージャに取り付けた回転電機を作動
させて過給する領域ではエンジンの運転に応じて駆動さ
れるターボチャージャに取り付けた回転電機の逆起電圧
より、常に高電圧の出力が得られる固定子巻線をエンジ
ン発電機に設けたので、エンジンの加速に応じて発電機
の出力により回転電機を電動駆動し、高速運転時でもブ
ースト圧アップが行える。
【0008】
【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。
【0009】図1は本発明にかかる過給機用回転電機の
駆動発電機のシステムの一実施例を示す構成ブロック図
である。
【0010】同図において、1はエンジン、2はターボ
チャージャで、エンジン1の排気管11にはターボチャ
ージャ2のタービン21が接続され、排気エネルギーに
より駆動されるタービン21のトルクによってコンプレ
ッサ22と回転電機3が回転駆動される。そして、コン
プレッサ22の圧気作動により吸気管12を介してエン
ジン1に過給気が圧送される。
【0011】回転電機3は永久磁石からなる回転子31
がタービントルクにより駆動されると固定子32に起電
力を生じるが、固定子32に逆起電力より高圧の交流電
力が供給されると回転子31が電動機としてトルクが付
勢され、コンプレッサ21の回転力を強めて圧気作動を
助勢しエンジン出力を上昇させるように構成されてい
る。
【0012】4は交流発電機で、クランク軸13とはV
ベルト14により連結されて駆動されるもので、駆動さ
れる回転子は強力に着磁された永久磁石からなり、対応
する固定子には高電圧が誘導される巻線が巻回され、エ
ンジン1のアイドリング時でも高電圧が出力されて回転
電機3の力行が行えるものである。
【0013】また一方、図2はコンプレッサの特性曲線
の一例であるが、図示のようにコンプレッサの回転数が
増すとともに圧力比は上昇するが、その性能は流量が増
加すると圧力比は比例的に上昇しなくなる。ここでエン
ジン回転数に応じた点をプロットしてみると曲線Aが得
られ、エンジンの回転速度の増大に従って圧力比とター
ビン回転速度が増大するのでエンジン回転数が1200
RPM以下では発電機4の出力電圧を回転電機3より上
回ることができるがエンジン回転数が1400RPM以
上ではタービン回転数が急速に上昇するので発電機電圧
を回転電機3以上にすることが困難である。従って曲線
Aのそれぞれの点を上回る電力を供給することができる
低速域では、エンジンの加速に合せた強力な過給気を常
に与え得ることがわかる。即ち図2では修正流量が増加
する場合、タービン仕事が増大してコンプレッサの送空
量が増すことを意味し、例えば、低速から1200RP
Mのエンジン回転速度では、仕事量が順調に増加するの
で効率の良い運転領域であるが高速、即ち1200ない
し1400RPMの領域では流量は増加するが圧力が上
昇しないので、この領域でむやみに回転電機に電流を投
入してコンプレッサ回転を増加してもエンジン出力は増
加しない。ところがエンジン回転は600RPMから1
200RPMに増加し、その比は2倍であるが、タービ
ン軸は2万RPMから8万RPMと4倍に増加する。す
ると、回転電機3の電圧は4倍、エンジンに取り付けた
交流発電機は2倍となり高負荷領域では電圧の逆転現象
が発生し、回転電機3の出力を発電機4に送り、タービ
ンでの仕事をエンジン軸に送付できる。
【0014】したがって、本実施例では発電効率のよい
磁石回転型の発電機を採用し、エンジン1の回転に応じ
て常に高電圧の出力を得られるように構成されており、
このため、交流発電機4の出力をインバータを備えた電
力変換器5により所定周波数の交流電力に変換して回転
電機3に供給すると、エンジン1がアイドリング状態で
も回転電機3を力行でき、さらに回転数が上昇して高速
回転に至るまで常にターボチャージャ2の回転電機3の
電動駆動により過給気圧を上昇させ、またエンジン負荷
の大きい場合回転電機出力をエンジンに送り、エンジン
トルクの上昇が望めるものである。
【0015】6はレギュレータで、バッテリ7の充電用
電源となる交流発電機4及び回転電機3の出力を制御し
て適切な直流電力に変換するもので、該レギュレータ6
への制御指令はコントローラ8から発令される。
【0016】コントローラ8は電子制御装置からなるも
ので、エンジン回転センサ15、ブースト圧センサ16
やターボチャージャ2の回転数を検出するターボ回転セ
ンサ23などからの信号を入力し、電力変換器5のイン
バータや、レギュレータ6に制御指令を発するように構
成されている。
【0017】つぎに、このように構成された本実施例の
作動について説明する。
【0018】エンジン1が運転されるとその排気管11
を介する排気エネルギーによりタービン21が駆動さ
れ、コンプレッサ22の圧気作動によってエンジン1に
過給気を圧送する。
【0019】また、エンジン1の回転により、クランク
軸13に連結された交流発電機4が駆動され、その出力
を電力変換器5を介し、タービントルクにより駆動され
る回転電機3に供給し、その圧気作動を助勢して過給気
圧を更に高めることになる。
【0020】そして、本実施例における交流発電機4は
発電効率の良好な磁石回転型で高電圧を出力するように
構成されているため、エンジン1のアイドリング時より
高回転に至るまで常に回転電機3の逆起電圧により高い
出力電圧が得られ、該電力の回転電機3への通電によっ
てコンプレッサ23の圧気作動の助勢ができ、所望する
エンジン1の加速が常に行えることになる。
【0021】以上、本発明を上述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、これらの変形を本発明の範囲から排除するものでは
ない。
【0022】
【発明の効果】上述した実施例のように本発明によれ
ば、エンジンのクランク軸に磁石回転型の発電効率のよ
い交流発電機を連結し、アイドリング時でも回転電機を
力行させる高電圧の発電ができるので、エンジンの運転
状態に応じ、高速運転に至るまで常に発電出力により回
転電機の電動駆動が行え、コンプレッサの過給作動の助
勢ができ、またエンジンの回転数が上昇して排気ガス中
に高い排気ガスが含まれている場合も、これを効率よく
回収できて高性能の排気エネルギー回収システムが得ら
れる効果がある。
【0023】また本発明によれば交流発電機の出力電圧
が高いので、従来のような高電圧に昇圧するコンバータ
のような昇圧手段が不要となる利点が生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる過給機用回転電機の駆動装置の
一実施例を示す構成ブロック図である。
【図2】コンプレッサの性能の一例を示す曲線図であ
る。
【符号の説明】
1…エンジン 2…ターボチャージャ 3…回転電機 4…交流発電機 5…電力変換器 13…クランク軸 21…タービン

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排気エネルギーにより駆動されてエンジン
    に高圧吸気を送出するターボチャージャのタービン軸に
    回転電機を取付け、該回転電機の電動駆動によりターボ
    チャージャの過給作動を付勢する過給機用回転電機にお
    いて、前記回転電機を電動駆動する領域では逆起電力よ
    り常に高電圧を出力する発電機をエンジンに取り付け、
    該発電出力を前記回転電機に給電するとともに前記エン
    ジン出力が大きくなり前記ターボチャージャ回転速度が
    大きい領域では前記回転電機を発電機とし、その出力を
    前記発電機に送り電動機として作動させるとともに、前
    記の回転電機及び高電圧を出力する発電機は磁石回転子
    を有する交流発電機であり、かつ前記回転電機と発電機
    の中間にレギュレータを設け常時双方からの電力を直流
    変換しバッテリへの充電を行うことを特徴とする過給機
    用回転電機の駆動発電機。
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