JP2748482B2 - ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

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タービン軸に電動−発電
機を取付けてエンジンの吸気を制御するターボチャージ
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
させ、該排気タービンと同軸に接続されたコンプレッサ
を高速回転させてエンジンの吸気を過給する排気タービ
ン駆動の過給機は古くから知られている。

そして、この種の排気タービン駆動の過給機のタービ
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機または発電機として作動させ
ようとする提案が特開昭60−195329号公報に内燃機関の
ターボチャージャとして開示されている。

このような回転電機付のターボチャージャではエンジ
ン回転数とは別個に過給機のコンプレッサ回転数を上昇
させてブースト圧を制御することができることになり、
例えばフライングブーストアップと称し、エンジン回転
数はアイドリング状態であるが、変速機制御系やクラッ
チ操作系などの状態によって、ターボチャージャの回転
数を予め高速回転まで上昇させておくことが考えられて
いる。

（発明が解決しようとする課題） 上述のようにエンジン回転数がアイドリング状態で、
ターボチャージャの回転数を高速度に回転させると、従
来の吸気系のままではエンジン側に流入する空気流量は
比較的に少ないため、第５図に示すようにサージライン
を超過する虞がある。

また、第６図に示すようにコンプレッサの回転数を上
昇させると、仕事量が増大することになり、ターボチャ
ージャの特性として空気流量と仕事量は第７図のように
ほぼ比例関係にあるため、圧力比が高くなり過ぎてサー
ジ領域に入ったり、回転数を上昇させるための投入電力
量が大となり、かつ回転数の上昇に時間を要するという
問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであ
り、その目的は回転電機付のターボチャージャの回転数
の上昇に際し、その仕事量を減少させて早期に高速回転
が得られるようなターボチャージャの制御装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、ターボチャージャの回転軸に電動機
構を配置し力行せしめて過給気の付勢を行うターボチャ
ージャの制御装置において、タービンの駆動によるター
ボチャージャの仕事量を減少せしめる仕事量減少手段
と、該仕事量減少手段の制御によりフライングブースト
アップ時にターボチャージャを高速駆動せしめる回転制
御手段とを備えたターボチャージャの制御装置が提供さ
れる。

（作用） 本発明では、ターボチャージャの吸気系にコンプレッ
サをバイパスさせてエンジンに直接吸気させるバイパス
配管、あるいはコンプレッサからの圧気をタービン側に
流入させるショートパス配管を取付け、フライングブー
ストアップ時にはこれらの配管のいずれかを使用するの
で、ターボチャージャの仕事量が減少することになり、
したがって容易にターボチャージャの回転数が上昇す
る。

（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。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

同図において、１はエンジンで、供給される燃料の燃
焼エネルギにより車両を駆動するものであり、エンジン
出力軸11には回転数を検出する回転センサ12が配置され
ている。

２はターボチャージャで、排気管13から排出される排
気ガスエネルギにより駆動されるタービン21と、該ター
ビントルクにより駆動されて吸気通路14を介してエンジ
ン１に吸気を圧送するコンプレッサ22とを有し、タービ
ン21の回転軸には電動機構として電動−発電機となる回
転電機３が取付けられている。

そして、エンジン１が低速回転にて負荷が大きいとき
は、回転電機３に電力を供給して電動機として力行さ
せ、コンプレッサ22の回転速度を上昇させてその過給作
動を助勢してエンジン出力を向上させるとともに、エン
ジン１が高速にて排気エネルギが大きいときは、回転電
機３を発電機として作動させ、排気エネルギを電力に変
換させて、バッテリを充電したり、車載の電機機器に供
給することができるものである。

15はエアクリーナで吸気系の入口に設けられて吸気を
清浄にするものであり、エアクリーナ15からの空気流は
ターボチャージャ２のコンプレッサ22の吸入口に導か
れ、さらに本実施例ではバイパス流路となるバイパス配
管16によって吸気通路14の途中に導かれている。そして
バイパス配管16にはバイパスバルブ17が配置され、バイ
パスアクチュエータ18により開閉制御される。なお、19
はインタークーラであり、ターボチャージャ２により加
圧されて断熱圧縮された吸気は温度が上昇するため、こ
れを冷却して充填効率の悪化を防ぐものであり、吸気通
路14の途中に取付けられている。また、26は閉止バルブ
であり、吸気をバイパスさせるときコンプレッサ22への
流路を所定量閉じるもので、バルブアクチュエータ27に
より制御される。

24は短絡流路となるショートパス配管であり、コンプ
レッサ22からの圧気をタービン21に短絡して導くもの
で、該ショートパス配管24と吸気通路14との分岐点には
切換バルブ23が配置されている。

そして、通常はコンプレッサ22からの圧気はエンジン
１に圧送されるが、切換バルブ23の切換えにより、圧気
をタービン21側に送気しターボチャージャ２の仕事量を
回収して圧力バランスや使用エネルギの減少が計られる
よう構成されている。なお25はブースト圧センサでコン
プレッサ22のハウジングに配置され、過給気の圧力を検
出するものである。

４はアクセルペダルであり、アクセルペダル４の踏込
量を検出するアクセルセンサ41が取付けられ、５はセレ
クトレバーであり、選択された変速段を検出するセレク
トセンサ51が取付けられ、これらのセンサからの検出信
号はコントローラ６に送出される。

コントローラ６はマイクロコンピュータからなり、演
算処理を行なう中央制御装置、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
ている。そして、前述の回転センサ12、ブースト圧セン
サ25やその他のセンサからの検出信号が入力されると、
メモリに格納された手順により処理が行なわれ、バイパ
スアクチュエータ18、切換バルブ23などに制御指令が発
せられて関連するバルブの開閉制御が行なわれるよう構
成されている。

なお、61はバッテリであり、コントローラ６や各種の
バルブの動弁機構の電源となるものである。

第２図および第３図は本実施例の作動の模式図で、第
２図はバイパスタイプでありエンジンがアイドリング回
転時などで、ターボチャージャの回転のみを上昇させる
際に、吸気系としてコンプレッサの圧縮仕事量を減ずる
ためターボチャージャをバイパスさせ、バイパス配管16
の流路を介してエンジに吸気させる状態を示したもので
ある。

また、第３図はショートループタイプであり、コンプ
レッサにて圧縮したガスをタービン側にショートパス配
管24を介して直接流入せしめ、ターボチャージャの仕事
量の一部を回収することにより圧力バランスをとり、使
用エネルギーの減少させる状態を示したものである。

そして、これらの作動は基本的にはドライバーの命令
や操作、予め設定されたコンディションになったとき、
ターボチャージャに設けた回転電機が電動作動して設定
されたモードによりターボチャージャを高速駆動するも
のである。

第４図はこのような場合の処理フロー図であり、つぎ
にその処理について説明する。

まずステップ１では、エンジン回転数とエンジン負荷
とに対するフライングブーストアップ（FBU）の領域の
メモリと、ターボチャージャの回転数と投入電力と経過
時間などの入力条件のメモリを読込む。ステップ２にて
FBUを実行するときは、回転センサ12からエンジン回転
数、アクセルセンサ41からアクセル踏込量に対応するエ
ンジン負荷をステップ3,4にて読込み、ステップ５では
これらの回転数、負荷と前記の領域のメモリとを照合し
てよい領域か否をチェックする。

そして、よい領域と判断するとステップ６に進み、第
３図に示すショートループタイプを行うときは、切換バ
ルブ23に指令してショートパス配管24を介してコンプレ
ッサ22からの圧気をタービン21に流入せしめる。また、
第２図に示すバイパスタイプを行うときは、バイパスア
クチュエータ18およびバルブアクチュエータ27に指令し
てバイパス配管16を介してコンプレッサ22を通さずに直
接エンジン１に吸気させ、ターボチャージャ２の仕事量
を減少させる（ステップ７）。

ついでステップ８では現状態においてのエンジン回転
数と負荷とに基づきFBUの領域か否かのチェックを行
い、領域内の場合はステップ６に戻ってショートループ
タイプかバイパスタイプを実行するが、領域外の場合は
ステップ９に進んでステップ６にて指令した関連のバル
ブ、または関連のアクチュエータへの指令を中止し、エ
ンジン回転数に対応する通常のターボチャージャの作動
モードを行うことになる（ステップ10）。

なお、ステップ２またはステップ５にてFBUを行わな
いときは、ステップ10にて通常のターボチャージャの作
動モードを実行する。

以上、本発明を上述の実施例を用いて説明したが、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、ターボチャージャのコンプレッサを
バイパスさせてエンジンに直接吸気させるバイパス配管
を吸気系に設け、あるいはコンプレッサからの圧気をタ
ービン側に流入させるショートパス配管を設けて、ター
ボチャージャをフライングブーストアップさせるとき
は、これらの配管のいずれかを使用してターボチャージ
ャの仕事量を減少させるので、圧力バランスが良好にな
ってサージラインへの到達が防止され、さらに高速駆動
させるための投入電力が減ずるとともに、短時間で回転
上昇するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は本実施例をバイパスタイプとした場合を示す模式
図、第３図はショートループタイプとした場合を示す模
式図、第４図は本実施例の処理の一例を示す処理フロー
図、第５図は流量と圧力比とサージラインとの関係を示
す曲線図、第６図はコンプレッサ回転数と仕事量との関
係を示す曲線図、第７図は流量と仕事量との関係を示す
曲線図である。 １……エンジン、２……ターボチャージャ、 ３……回転電機、６……コントローラ、 14……吸気通路、16……バイパス配管、 18……バイパスアクチュエータ、 21……タービン、22……コンプレッサ、 23……切換バルブ、24……ショートパス配管。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターボチャージャの回転軸に電動機を配置
   し力行せしめて過給気の付勢を行うターボチャージャの
   制御装置において、タービンの駆動によるターボチャー
   ジャの仕事量を減少せしめる仕事量減少手段と、該仕事
   量減少手段の制御によりフライングブーストアップ時に
   ターボチャージャを高速駆動せしめる回転制御手段とを
   備えたことを特徴とするターボチャージャの制御装置。
2. 【請求項２】前記仕事量減少手段はターボチャージャの
   吸気系をバイパスさせて直接エンジンに吸気せしめるバ
   イパス流路であることを特徴とする請求項（１）記載の
   ターボチャージャの制御装置。
3. 【請求項３】前記仕事量減少手段はターボチャージャか
   らの過給気をタービン側に流入せしめる短絡流路である
   ことを特徴とする請求項（１）記載のターボチャージの
   制御装置。