JP2775882B2 - Control device for turbocharger with rotating electric machine - Google Patents

Control device for turbocharger with rotating electric machine

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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) 内燃機関の排気ガスは高温、かつ高圧のため、この排
気ガスエネルギーを駆動力や電力として回収しようとす
る装置が従来から種々提案されている。
(Prior Art) Since exhaust gas of an internal combustion engine has a high temperature and a high pressure, various devices for recovering the exhaust gas energy as driving force or electric power have been conventionally proposed.

この種の排気エネルギーの回収装置として、排気ター
ビン軸の回転軸に電動−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
して回転電機を駆動する試みが種々なされている。
As an exhaust energy recovery device of this type, various attempts have been made to attach a rotating electric machine to be a motor-generator to a rotating shaft of an exhaust turbine shaft and drive the rotating electric machine as a motor or a generator according to the operating state of the engine. I have.

そして、エンジンの負荷を検出する手段と、アクセル
ペダル踏込量を検出する手段とを設け、これら手段から
の信号に基づいて、回転電機による過給手段と燃料供給
手段とを制御しようとする提案が特開昭63−272909号公
報に開示されている。
Proposals have been made to provide means for detecting the load of the engine and means for detecting the amount of depression of the accelerator pedal, and to control the supercharging means and the fuel supply means by the rotating electric machine based on signals from these means. It is disclosed in JP-A-63-272909.

(発明が解決しようとする課題) 上述の公開公報に示された回転電機付ターボチャージ
ャの制御装置においては、エンジンの低回転高負荷時な
どでは、排気エネルギーによるターボチャージャの過給
作動に加えて、回転電機にバッテリから電力を供給し電
動機として力行させて過給気圧を高める一方、燃料供給
量を増加させてエンジンの出力を増加させている。
(Problems to be Solved by the Invention) In the control device for a turbocharger with a rotating electric machine disclosed in the above-mentioned publication, in addition to the supercharging operation of the turbocharger by the exhaust energy when the engine is at a low rotational speed and a high load, etc. Meanwhile, electric power is supplied from a battery to a rotating electric machine, and the electric motor is run as an electric motor to increase the supercharging pressure, while increasing the fuel supply amount to increase the output of the engine.

しかし、このような電動機として運転時に、アクセル
ペダルの踏込量に応じ、例えば踏込量が最大の場合には
回転電機に大電力が供給されて、回転数が急上昇し、許
容の最大回転数を超過するのを防ぐため、限界に達する
以前に回転電機への通電がオフにされる。したがって、
通電が断となるとタービン回転数が減少することにな
り、所定の回転数に下降すると再び通電されるため、第
4図に示すタービン回転制御曲線のように、例えば毎分
12万回転の許容回転数を基準として、三角波のような回
転数の変動を繰返えす。このためエンジン出力にも変動
を生じ、車両の走行フィーリングに悪影響を与えるとい
う欠点がある。
However, during operation as such an electric motor, according to the depression amount of the accelerator pedal, for example, when the depression amount is the maximum, a large amount of electric power is supplied to the rotating electric machine, the rotation speed rises rapidly, and exceeds the allowable maximum rotation speed. In order to prevent this, the energization to the rotating electric machine is turned off before the limit is reached. Therefore,
When the power supply is cut off, the turbine rotation speed decreases, and when the power supply falls to a predetermined rotation speed, power is supplied again. For example, as shown in a turbine rotation control curve shown in FIG.
The fluctuation of the rotation speed like a triangular wave is repeated based on the allowable rotation speed of 120,000 rotations. For this reason, there is a disadvantage that the engine output also fluctuates, which adversely affects the running feeling of the vehicle.

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、その目的はターボチャージャに取付けられた回
転電機の電動駆動に際し、タービンの許容回転数近傍に
おける回転数の変動巾を狭く制御し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ことにある。
The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object thereof is to control the fluctuation width of the rotation speed near the permissible rotation speed of the turbine to be small when electrically driving a rotating electric machine attached to a turbocharger. To provide a control device for a turbocharger with a rotating electric machine.

(課題を解決するための手段) 本発明によれば、タービン軸に取付けた回転電機を電
動駆動してエンジンへの過給圧を付勢する回転電機付タ
ーボチャージャの制御装置において、前記タービン軸が
その上限回転数近傍の所定回転数に到達したとき、該タ
ービン軸回転数の増加/減少の傾向に応じて回転電機へ
の供給電力を制御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。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, in a control device for a turbocharger with a rotating electric machine that electrically drives a rotating electric machine attached to a turbine shaft to energize a supercharging pressure to an engine, And a control device for a turbocharger with a rotating electric machine that controls power supplied to the rotating electric machine according to a tendency of increase / decrease of the turbine shaft rotation speed when the rotation speed reaches a predetermined rotation speed near the upper limit rotation speed. .

(作用) 本発明ではタービン軸の回転数が許容回転数近傍の所
定回転数に達したとき、タービン回転数が増加傾向か減
少傾向を検知して、増加傾向の場合は回転電機への供給
電力を減少させ、減少傾向の場合は供給電力を増してタ
ービン軸の回転数を制御する。したがってタービン回転
数の上下変動巾は抑制されることになる。
(Operation) In the present invention, when the rotation speed of the turbine shaft reaches a predetermined rotation speed near the allowable rotation speed, the turbine rotation speed is detected to be increasing or decreasing, and if it is increasing, the power supplied to the rotating electric machine is detected. And in the case of a decreasing trend, the supply power is increased to control the rotation speed of the turbine shaft. Therefore, the vertical fluctuation width of the turbine speed is suppressed.

(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
る。
FIG. 1 is a configuration block diagram showing one embodiment of the present invention.

第1図において、1はエンジン吸気管1aを介して吸気
する空気と、燃料タンク1gから噴射ポンプ1fを介して供
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る、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の
検出手段となるアクセルセンサ、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6に送信する。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vehicle which is not shown driven by combustion energy of air taken in through an engine intake pipe 1a and fuel supplied from a fuel tank 1g through an injection pump 1f. The exhaust gas after combustion is discharged through the exhaust pipe 1b. Reference numeral 1c denotes an accelerator sensor serving as a means for detecting the amount of depression of an accelerator pedal, and 1e denotes a rotation sensor for detecting the number of revolutions of the internal combustion engine, and transmits the detected signals to a controller 6 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に吸気を圧送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。
Reference numeral 2 denotes a turbocharger connected to the exhaust pipe 1b and the intake pipe 1a. The turbocharger 2 includes a turbine blade 2b driven by exhaust gas, and a compressor blade 2a for pumping intake air to the intake pipe 1a. Rotating shaft 2c
Is mounted with a rotating electric machine 3 which operates as a motor or a generator.

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からの電力に
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、1hはブー
ストセンサで、コンプレッサブレード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 electric power from the battery 5 via the electric power converter 4, the compressor blade 2a
Is operated to compress the intake air and supercharge the internal combustion engine 1 via the intake pipe 1a. In addition, 1h is a boost sensor which detects the supercharging pressure due to the operation of the compressor blade 2a and transmits it to the controller 6.

電力変換器4は発電機作動時のステータ3bからの交流
電力を入力して、例えばバッテリ5の充電電力に変換し
たり、回転電機3を電動機駆動するためバッテリ5から
の直流電力を所定の交流電力に変換するものである。し
たがって交流より直流に変換する整流回路、平滑回路の
他、直流より交流に変換するインバータ、昇圧回路など
を備えており、変換する交流周波数やその電圧、電力は
コントローラ6の指令により制御されるものである。
The power converter 4 receives the AC power from the stator 3b when the generator is operating and converts the AC power into, for example, charging power for the battery 5 or converts the DC power from the battery 5 for driving the rotating electric machine 3 into an electric motor. It converts to electric power. Therefore, in addition to a rectifier circuit for converting AC to DC, a smoothing circuit, an inverter for converting DC to AC, a booster circuit, and the like, the AC frequency to be converted, its voltage, and power are controlled by a command from the controller 6. It is.

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の作動状態や各種センサからの信号に基づいて
供給燃料や所要電力、ブースト圧などの演算を行う中央
処理装置、これらの演算結果のメモリや、内燃機関、回
転電機の制御プログラムを格納する各種メモリ装置、各
種の入力を受令したり、関連部分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が回
転作動時のステータ3bに誘起される逆起電力の周波数に
よりタービン軸の回転数はコントローラ6に入力される
よう構成されている。
The controller 6 is composed of a microcomputer, a central processing unit that performs calculations such as fuel supply, required power, and boost pressure based on the operating state of the internal combustion engine 1 and signals from various sensors, a memory of the results of these calculations, And a memory device for storing a control program for the rotating electrical machine, and an input / output device for receiving various inputs and issuing control instructions to related parts. The rotation speed of the turbine shaft is input to the controller 6 based on the frequency of the back electromotive force induced in the stator 3b when the rotating electric machine 3 rotates.

第2図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図で
あり、同図を参照してその作動を説明する。
FIG. 2 is a processing flowchart showing an example of the operation of the present embodiment, and the operation will be described with reference to FIG.

ステップ1にてアクセルセンサ1cの信号から踏込量が
最大か否かを判断し、一杯に踏込まれている場合はステ
ップ2へ、最大の踏込みでない場合はステップ5に進
む。
In step 1, it is determined from the signal of the accelerator sensor 1c whether or not the amount of depression is the maximum. If the pedal is fully depressed, the flow proceeds to step 2, and if not, the flow proceeds to step 5.

ステップ5に進んだ場合は、目標ブースト圧値(Pt
と実際のブースト圧値(PB)との差が加速判断ブースト
差圧(KB)より大きい場合(加速状態)はステップ9に
進んで、電力変換器4の有するインバータに通電する電
流値Iinvを計算する。また、ステップ5にてのPt−PB
小さい場合はステップ10のモード判断に進むことにな
る。
When proceeding to step 5, target boost pressure value (P t )
If the difference between the pressure difference and the actual boost pressure value (P B ) is larger than the acceleration determination boost differential pressure (K B ) (acceleration state), the process proceeds to step 9 and the current value I to be supplied to the inverter of the power converter 4 Calculate inv . Also, if P t -P B is small in Step 5 and the flow proceeds to the mode decision step 10.

アクセルペダルが最大に踏込まれてステップ1からス
テップ2に進んだ場合は、回転電機3のステータ3bから
の逆起電力の周波数からタービン回転数を求め、該ター
ビン回転数が所定回転数の低側回転数Lrpm以下のときは
ステップ3に進み、インバータへの電流値Iinvを最大値
Imaxに設定し、ステップ4にてインバータをオンにして
電動駆動する。また、ステップ2にてタービン回転数が
低側回転数Lrpm以上のときはステップ6に進み、ここで
はタービン回転数を所定回転数の高側回転数Hrpmと比較
し、高側回転数Hrpm以下ならステップ7に、以上ならス
テップ11に進んでインバータをオフにして通電を停止す
る。そして、高側回転数Hrpm以下でステップ7に進んだ
場合は、タービン回転が増加傾向か低減傾向かを起電力
の周波数から判断し、周波数が上昇し回転数が増加傾向
の場合はステップ8に進み、インバータへの電流値Iinv
を所定値iだけ減少させてステップ4に進んでインバー
タを作動させる。
When the accelerator pedal is depressed to the maximum and the process proceeds from step 1 to step 2, the turbine rotational speed is obtained from the frequency of the back electromotive force from the stator 3b of the rotating electric machine 3, and the turbine rotational speed is lower than the predetermined rotational speed. When the rotational speed is lower than L rpm, the process proceeds to step 3 and the current value I inv to the inverter is set to the maximum value.
Set I max, for the electric drive to turn on the inverter at step 4. If the turbine rotation speed is equal to or higher than the low rotation speed L rpm in step 2, the process proceeds to step 6, where the turbine rotation speed is compared with a high rotation speed H rpm of a predetermined rotation speed, and the high rotation speed H rpm is determined. If it is below rpm , proceed to step 7; if it is above rpm , proceed to step 11 to turn off the inverter and stop energization. When the process proceeds to step 7 at the high-side rotation speed H rpm or lower, it is determined from the frequency of the electromotive force whether the turbine rotation is increasing or decreasing. If the frequency is increasing and the rotation speed is increasing, step 8 is performed. And the current value I inv to the inverter
Is decreased by a predetermined value i, and the routine proceeds to step 4 to operate the inverter.

また、ステップ7にて低減傾向の場合はステップ12に
て電流値を前回のままとし、ステップ4でインバータを
オンにすることになる。
If it is determined in step 7 that the current value is decreasing, the current value is kept as it is in step 12 and the inverter is turned on in step 4.

したがって、第2図に示す処理を行うことにより、タ
ービンの回転数がLrpm以下の場合は、インバータの投入
電流を最大にして回転数を上昇させ、タービン回転数が
Lrpm以上の場合はタービン回転数の増加か、低減かの傾
向に応じてインバータへの電流を制限して、タービン回
転数の変動を抑えるよう制御することになる。
Therefore, by performing the processing shown in FIG. 2, when the rotation speed of the turbine is equal to or less than L rpm , the rotation speed is increased by maximizing the input current of the inverter, and the rotation speed of the turbine is reduced.
In the case of L rpm or more, the current to the inverter is limited according to the tendency of the increase or decrease of the turbine speed, and control is performed so as to suppress the fluctuation of the turbine speed.

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更が可能であり、これら
の変更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-described embodiments. However, various changes can be made within the scope of the gist of the present invention, and these changes are not excluded from the scope of the present invention.

(発明の効果) 本発明によれば、ターボチャージャのタービン回転数
の上限値の前後に高側回転数Hrpmと低側回転数Lrpmとを
設け、アクセルペダルが一杯に踏込まれた場合、タービ
ン回転数を高側回転数、または低側回転数と比較し、低
側回転数以下の場合はインバータへの電流を最大に、高
側と低側回転数の間の場合はタービン回転数の増、また
は減の傾向に応じてインバータへの電流値を制御して供
給するので、従来の如きタービン回転数の著しい変動は
抑え得るとともに、一方タービン回転数が減少したとき
はエンジン回転数は上昇して排気エネルギーが増大する
ためタービン回転数が上昇に転ずることがあり、このた
め、前記のインバータ電流の制御と相俟って、高側と低
側回転数の間の一定回転数にタービン回転数が収束する
という効果が得られる。
(Effect of the Invention) According to the present invention, a high-side rotation speed H rpm and a low-side rotation speed L rpm are provided before and after the upper limit value of the turbine speed of the turbocharger, and when the accelerator pedal is fully depressed, Compare the turbine speed with the high-side speed or low-side speed.If the speed is lower than the low-side speed, the current to the inverter is maximized. Since the current value is controlled and supplied to the inverter according to the tendency of increase or decrease, the remarkable fluctuation of the turbine speed as in the past can be suppressed, while the engine speed increases when the turbine speed decreases. As the exhaust energy increases, the turbine speed may start to increase.Therefore, in conjunction with the control of the inverter current, the turbine speed becomes a fixed speed between the high side and the low side. When numbers converge Effect can be obtained.

【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
図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図、第3図
は本実施例におけるタービン回転制御の曲線図、第4図
は従来のターボチャージャの制御におけるタービン回転
制御の曲線図である。 1……エンジン、2……ターボチャージャ、3……回転
電機、4……電力変換器、5……バッテリ、6……コン
トローラ、2b……タービンブレード、2c……回転軸。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a process flow chart showing an example of the operation of this embodiment, FIG. 3 is a curve diagram of turbine rotation control in this embodiment, and FIG. 4 is a curve diagram of turbine rotation control in control of a conventional turbocharger. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Turbocharger, 3 ... Rotary electric machine, 4 ... Power converter, 5 ... Battery, 6 ... Controller, 2b ... Turbine blade, 2c ... Rotary shaft.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F02B 33/00 - 39/16──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) F02B 33/00-39/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】タービン軸に取付けた回転電機を電動駆動
してエンジンへの過給圧を付勢する回転電機付ターボチ
ャージャの制御装置において、前記タービン軸がその上
限回転数近傍の所定回転数に到達したとき、該タービン
軸回転数の増加/減少の傾向に応じて回転電機への供給
電力を制御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。
1. A control device for a turbocharger with a rotating electric machine for electrically driving a rotating electric machine mounted on a turbine shaft to apply a supercharging pressure to an engine, wherein the turbine shaft has a predetermined rotation speed near its upper limit rotation speed. A controller for a turbocharger with a rotating electric machine, wherein the controller controls the power supplied to the rotating electric machine in accordance with the tendency of increase / decrease of the turbine shaft rotation speed when the rotation speed reaches the rotation speed.
JP21711189A 1989-08-23 1989-08-23 Control device for turbocharger with rotating electric machine Expired - Fee Related JP2775882B2 (en)

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