JP2622994B2 - 回転電機付ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

回転電機付ターボチャージャの制御装置

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はタービン軸に電動機を取付けたターボチャー
ジャを備えたエンジンの加速促進を計るターボチャージ
ャの制御装置に関する。
（従来の技術） エンジンの排気ガスを排気タービンに導いて高速回転
にて回転し、該排気タービンに直結されたコンプレッサ
を駆動して、エンジンの過給を行う排気タービン駆動過
給機は古くから知られている。そして、この種の装置の
排気タービンの回転軸に電動−発電機を設け、エンジン
の運転状態に応じて電動機または発電機として作動さ
せ、少なくともエンジンの低速高負荷の運転時には電動
機として回転駆動して、コンプレッサの回転によってエ
ンジンの過給を行う提案が特開昭60−195329号公報に開
示されている。
（発明が解決しようとする課題） 上述の特開昭60−195329号公報に開示されているよう
な提案においては、エンジンの低速高負荷の運転領域に
てコンプレッサの過給作動が電動機の力行により助勢さ
れるため、エンジンの過給圧が昇圧されてエンジントル
クが上昇することになる。しかし、エンジンを急加速す
るため電動機を力行させてコンプレッサからの過給圧を
急上昇させようとしても、電動機やコンプレッサなどの
慣性作用や空気の圧縮に時間を要し、エンジンへの過給
気圧の急上昇は困難であるという問題が生じている。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
の目的はエンジンの急加速時には、圧力の高い過給気を
急速にエンジンに供給しようとするターボチャージャの
制御装置を提供するにある。
（課題を解決するための手段） 本発明によれば、エンジンの排気ガスエネルギーによ
り駆動される排気タービンの回転軸に空気を圧縮する吸
気コンプレッサと、電動・発電機となる回転電機とを設
け、圧気を吸気管路を介してエンジンに過給する回転電
機付ターボチャージャの制御装置において、前記コンプ
レッサ出口近傍の吸気管路に設けられた第１の空気弁
と、前記吸気管路の第１の空気弁の下流を、該吸気管路
を介さず直接吸気する第２の吸気管に接続し、前記吸気
管路の接続部近傍に取付けられた第２の空気弁と、前記
の直接吸気する第２の吸気管の前記接続部より上流側に
設けられた第３の空気弁とを設け、エンジンブレーキ時
には第１の空気弁を開、第２の空気弁を閉、第３の空気
弁を開としコンプレッサからの圧気を第１と第２の空気
弁間の吸気管路内に蓄圧せしめる蓄圧制御手段と、前記
蓄圧制御手段による蓄圧が十分でないときには前記回転
電機を電動機運転する回転電機制御手段と、車両の加速
時には、第２の空気弁を開、第３の空気弁を閉操作する
ことを特徴とする回転電機付ターボチャージャの制御装
置が提供される。
（作用） エンジンブレーキを作動せしめるときには第２の空気
弁を閉じてエンジンへの送気を完全に中止するととも
に、第１の空気弁を開いてコンプレッサからの圧気を吸
気経路内に送り込み、吸気経路内に空気を蓄圧する。
その後、アクセルペダルを踏み込んで加速動作に転じ
た場合には、第３の空気弁を閉じるとともに第２の空気
弁を開いて吸気経路内に蓄圧された空気を一気にエンジ
ンに供給して車両の加速性を向上させる。
なお、アクセルの踏込量に応じて第２の空気弁の開き
具合を調整すると良い。
（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。
図面は本発明の一実施例の構成図を示す構成ブロック
図である。
１はエンジンであり、吸気管11を通じて吸入する空気
と供給される燃料との燃焼エネルギーによって図示して
いない車両を駆動するもので、燃焼後の排気ガスは排気
管12を介してターボチャージャ２に供給され、排気ター
ビン21を回転駆動する。22は吸気コンプレッサであり、
排気タビン21の回転軸に直結され、排気エネルギーによ
り回転駆動される排気タービン21のトルクにより吸入空
気を圧縮し、吸気管路となる吸気経路13から吸入管11を
介してエンジン１への吸気を過給するものである。
コンプレッサ22の出口付近の吸気経路13には第一の空
気弁となるリードバルブ14が設けられている。このリー
ドバルブ14は気密性が良好であり、かつコンプレッサ22
から吸気経路13方向には空気の流通は自由であるが、吸
気経路13からコンプレッサ22方向への空気の流通はでき
ない一方向性のバルブである。なお、この部分にはアク
チュエータを備えたバタフライバルブを用いることもで
きる。
吸気経路13の終端すなわち吸気管11と接続されている
少し手前には、第２の空気弁となるバタフライバルブ15
が設けられている。このバタフライバルブ15はバルブア
クチュエータ16により動作される。17は吸入管11の入口
を開閉する第３の空気弁となる吸気口バルブであり、吸
気口バルブアクチュエータ18により動作される。
なお、エンジンブレーキを作動させるときにはバタフ
ライバルブ15は閉鎖し吸気口バルブ17は開放される。こ
れらのバルブアクチュエータ16、吸気口バルブアクチュ
エータ18への制御指令は後述するコントローラから発令
されるよう構成されている。
３は回転電機で排気タービン21と吸気コンプレッサ22
とを直結する回転軸上に取付けられ、電力が供給される
と電動機として駆動されて吸気コンプレッサ22を駆動
し、その過給作動を助成するものである。また、排気タ
ービン21により回転されると発電機となり、これにより
電力を取出すことができる。
４はバッテリであり、その電力をコントローラ５を介
して回転電機３に供給し、電動機として力行させるもの
で、例えば直流電力を所要周波数の交流電力に変換する
電力変換機器はコントローラ５に備えられている。
６はアクセルペダルであり、該アクセルペダル６の踏
込量検出手段となるアクセルセンサ61が備えられ、運転
者の操作によるアクセルペダル６の踏込状態が検出され
てコントローラ５に送信されるものである。
コントローラ５はマイクロコンピュータからなり、演
算処理を行う中央制御装置、演算処理手順や制御手順な
どを格納する各種メモリ、入／出力ポートなどを備えて
おり、アクセルセンサ61からの検出信号が入力されると
所定の演算処理が行われて格納された手順に基づき、バ
ルブアクチュエータ16や、吸気口バルブアクチュエータ
18などにそれぞれ制御指令が発せられるよう構成されて
いる。
つぎに上記の如き実施例の動作について説明する。排
気ガスによりコンプレッサ22が回転しても過給が行われ
ないような低負荷のときにはバタフライバルフ15、吸気
口17共に開かれ、主に空気は吸気口バルブ17方向よりエ
ンジンに供給される。
コンプレッサ22による過給が可能な状態のときには吸
気口バルブ17は閉じられる。
車両を急停車させるためにアクセルペダルの踏込みを
急に中止するとアクセルセンサ61がこれを検知し、この
信号によりコントローラ５は吸気口バルブ17とバタフラ
イバルブ15を閉じる指令をそれぞれのアクチュエータに
指令する。これにより、エンジンブレーキが作動する。
なお、エンジンブレーキの掛け具合によって、吸気口バ
ルブ17を少し開く場合もある。
そしてエンジンブレーキ時の排気エネルギーによるタ
ーボチャージャ２の圧気動作により吸気経路13のバタフ
ライバルブ15（閉）とリードバルブ14との間に圧気を充
満させる。
ついで、車両の加速のためアクセルペダル６が踏込ま
れると、踏込量信号を検知したコントローラ５により吸
気口バルブ17が閉じられるとともに、踏込量信号の大小
に応じてバタフライバルブ15が開かれて、吸気経路13に
充満された圧気が急激にエンジン１に供給されることに
なる。なおこのとき、急加速にて踏込量が大のときはバ
タフライバルブ15は全開にされ、アクセルペダル６の踏
込量に対応してバタフライバルブ15の開度が制御され
る。
なお、上述のエンジンブレーキ時にエンジン１からの
排気エネルギーが少なくて吸気コンプレッサ22による空
気の圧縮作動による圧気が十分に得られないときは、バ
ッテリ４からの電力を電力変換器を設けたコントローラ
５に送電し、該電力変換器により所定の周波数の交流電
力に変換して回転電機３に供給し、電動機として力行さ
せて、吸気コンプレッサ22を回転駆動することにより十
分な圧気をリードバルブ14を介して吸気経路13に充満さ
せることもできる。
以上、本発明を上述の一実施例によって説明したが、
例えば本発明に使用する排気タービンを排気ガス量の大
小により排気流路を絞って可変できるバリアブル・ジオ
メトリーシステムを用いて低エネルギー時の排気タービ
ンの効率を向上させたり、また、吸気経路13にアキュム
レータを設け、エンジンブレーキ駆動時にこれにも蓄圧
するように、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用
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。
（発明の効果） 本発明によれば、ターボチャージャとエンジンの吸気
管とを接続する吸気経路の両端に流路を遮断するバタフ
ライバルブとリードバルブとを設け、エンジンブレーキ
時の排気エネルギーによって、遮断した吸気経路の間に
圧気を蓄積して充満させエンジンの急加速時には蓄積さ
れた圧気をアクセルペダルの踏込量に応じて急速にエン
ジンに供給するので、エンジンの加速時の立上りが良好
になってエンジン回転の急上昇が得られる効果がある。
また本発明によれば、エンジンブレーキ時に排気エネ
ルギーが少ないときは、バッテリより電力を回転電機に
供給して吸気コンプレッサを付勢するので、十分な圧気
が吸気経路に蓄積でき、エンジンの急加速時の立上り特
性を良好にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の一実施例の構成図を示す構成ブロック図
である。 １……エンジン、２……ターボチャージャ、３……回転
電機、４……バッテリ、５……コントローラ、13……吸
気経路、14……リードバルブ、15……バタフライバル
ブ、21……排気タービン、22……吸気コンプレッサ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの排気ガスエネルギーにより駆動
    される排気タービンの回転軸に空気を圧縮する吸気コン
    プレッサと、電動・発電機となる回転電機とを設け、圧
    気を吸気管路を介してエンジンに過給する回転電機付タ
    ーボチャージャの制御装置において、 前記コンプレッサ出口近傍の吸気管路に設けられた第１
    の空気弁と、 前記吸気管路の第１の空気弁の下流を、該吸気管路を介
    さず直接吸気する第２の吸気管に接続し、前記吸気管路
    の接続部近傍に取付けられた第２の空気弁と、 前記の直接吸気する第２の吸気管の前記接続部より上流
    側に設けられた第３の空気弁とを設け、エンジンブレー
    キ時には第１の空気弁を開、第２の空気弁を閉、第３の
    空気弁を開としコンプレッサからの圧気を第１と第２の
    空気弁間の吸気管路内に蓄圧せしめる蓄圧制御手段と、 前記蓄圧制御手段による蓄圧が十分でないときには前記
    回転電機を電動機運転する回転電機制御手段と、 車両の加速時には、第２の空気弁を開、第３の空気弁を
    閉操作することを特徴とする回転電機付ターボチャージ
    ャの制御装置。
  2. 【請求項２】車両の加速時にアクセル開度に対応して第
    ２の空気弁の開度を調節し、第３のバルブを閉鎖する制
    御を行うことを特徴とする請求項（１）記載の回転電機
    付ターボチャージャの制御装置。
  3. 【請求項３】第１と第２の空気弁間の空気経路にアキュ
    ムレータを設けたことを特徴とする請求項（１）又は
    （２）記載の回転電機付ターボチャージャの制御装置。
  4. 【請求項４】第１の空気弁は空気を一方向にのみ流通さ
    せるリードバルブであることを特徴とする請求項（１）
    又は（２）又は（３）記載の回転電機付ターボチャージ
    ャの制御装置。
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