JP3092206B2 - 回転電機付きターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、回転電機付ターボチャ
ージャの制御装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】内燃機関の出力は、燃料をシリンダ内で
燃焼させて得られるものであるから、供給された燃料に
対応した空気も併せてシリンダ内に送入する必要があ
る。したがって、高出力を得ようとすれば、大量の燃料
とこれに見合った空気を短時間の内にシリンダ内に送入
しなければならない。しかしながら、大量の空気を短時
間のうちにシリンダに送り込むことはかなり難しいの
で、最近では、排気ガスのエネルギーを利用してタービ
ンを駆動し、このタービンに連動するコンプレッサを駆
動して、加圧した空気をシリンダに圧入し、効率的に燃
料を燃焼させるターボチャージャが内燃機関に付設され
るようになってきている。即ち、内燃機関にターボチャ
ージャを付設することにより、空気の充填効率が高めら
れて、高出力化、高トルク化が図れ、しかも燃費の向上
が図れるという利点が得られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】しかし上記のターボチ
ャージャは、内燃機関の回転数が高い領域においては、
排気ガスの圧力も高く、タービンが十分に回転するの
で、コンプレッサも十分に動作して効率のよい過給動作
を行なうが、低速回転域では、排気ガス圧力が低下する
ため、タービンの回転も不十分となり、コンプレッサの
動作も低下して過給圧が低くなり充填効率が低下し、出
力、トルクの向上が不十分となる。 【０００４】このような欠点を改善するため、低速回転
域で十分に回転する小型のタービンを用いたものもある
が、内燃機関の高負荷、高速回転域ではタービンがサー
ジラインを突破して破損してしまう欠点がある。 【０００５】そこで、低速から高速の広い領域にわた
り、適量かつ十分な吸気過給を可能とするために、ター
ビンとコンプレッサとを連結している回転軸に電動ー発
電機を結合し、内燃機関の回転数が低い領域では上記電
動ー発電機を電動機として運転し、コンプレッサの動作
を電動機が加勢して内燃機関に十分な過給を行ない、ま
た、内燃機関の回転数が上昇して十分な排気圧が期待さ
れる領域では上記電動ー発電機を発電機として作動さ
せ、排気エネルギーを電気エネルギーとして回収する提
案がなされ、たとえば特開平１ー１１７９３２号公報に
記載されている。 【０００６】ところが、該装置は上記電動−発電機を電
動機として作動させるとき、これに大きな電力を供給し
なければならない。このため、補機としての小型発電機
を設け、内燃機関の出力の一部を割愛してこれを運転し
ているが、動作の初期に電動機に大きなラッシュカーレ
ントが流れるため、補機としての発電機が内燃機関の大
きな負荷となり、たとえばアイドリング状態からフライ
ング・ブーストアップ動作を始めようとしている内燃機
関の回転が停止してしまうような不都合を生じるし、ま
た内燃機関が停止しないまでも、燃費の悪化をもたら
す。 【０００７】また、補機を設けず、電動ー発電機への電
力供給をバッテリから行なっている形式の装置もある
が、かなりの長い時間、電源であるバッテリから電動機
に電力を供給しなければならず、このためバッテリの端
子電圧が大幅に低下し、内燃機関に付設された交流電動
機が動作して、バッテリに対する充電動作が行なわれ、
結果的にこの交流発電機が内燃機関の大きな負荷とな
り、上記と同じように内燃機関を停止させてしまった
り、燃費の悪化をもたらすような不都合があった。 【０００８】さらに、電動ー発電機の電動機運転が終了
した直後の時点では、バッテリの端子電圧はかなり低い
ものとなっているため、交流発電機から大きな電力をバ
ッテリに送り込むこととなり、これが内燃機関に大きな
負荷を背負わせることとなって、上記と同じように内燃
機関を停止させてしまったり、燃費の悪化をもたらすよ
うな不都合があった。 【０００９】そこで、本発明は、このような従来技術の
問題点の解消を目的としたものであって、ターボチャー
ジャのコンプレッサを電動機により付勢する形式のもの
において、電動機運転時に電動機が内燃機関の負荷にな
らないようにするとともに該電動機運転中止の直後にお
いても、内燃機関に大きな負荷がかからないような回転
電機付ターボチャージャの制御装置を提供しようとする
ものである。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記の如き本発明の目的
を達成するために、本発明はエンジンの回転力によりバ
ッテリの充電電力を発生する発電手段を有すると共にタ
ーボチャージャの回転軸に電動−発電機となる回転電機
を取付けた回転電機付ターボチャージャを有するエンジ
ンにおいて、前記回転電機を電動機として運転動作して
いる間中、前記発電手段の動作を停止させる停止制御手
段と、前記回転電機の電動機運転の終了時以降にバッテ
リの端子電圧を測定する測定手段と、該測定手段の測定
値とバッテリ回復電圧とを比較し、該測定値が予め決め
られた所定値のバッテリ回復電圧より低い間は前記発電
手段の動作を停止せしめる制御手段とを有することを特
徴とする回転電機付きターボチャージャの制御装置を提
供する。 【００１１】 【作用】本発明では、ターボチャージャのコンプレッサ
を電動機により付勢する形式のものにおいて、電動機運
転時に内燃機関の燃費悪化を防止し、また内燃機関の停
止を防止するため、電動機運転モードの時は、内燃機関
に付設された交流発電機の動作を停止させる制御を行な
う。しかし、単純に電動機運転モードを終了した直後に
交流発電機を動作させた場合、すでにバッテリはかなり
の電圧降下を起こしているため、交流発電機の発電量は
増加してしまい、やはり内燃機関の大きな負荷になって
しまう。バッテリは放電の際、放電電流の大きさに比例
して電圧降下を起こすが、放電終了後はゆっくりとその
時の電解質溶液中の硫酸濃度（充電率に相当）に応じた
電圧まで回復する。そこで、本発明は電動機運転モード
でバッテリから電動機に電力を供給してコンプレッサを
付勢している最中には交流発電機の発電動作を中止し、
電動機運転モード終了の後も、バッテリ端子電圧が充電
率に応じた回復電圧まで回復するのを待った上で、交流
発電機を動作させ、バッテリの充電動作を再開する。 【００１２】 【実施例】次に、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。 【００１３】図１は、本発明が適用される内燃機関のタ
ーボチャージャの一例を示す構成ブロック図であり、図
１において、１はエンジンで吸気管１ａを通じて吸入す
る空気と、噴射器２を介して燃料タンク２ａから供給さ
れる燃料との燃焼エネルギーにより車輪３を回転させて
車両を駆動するもので、排気管１ｂを介して燃焼後の排
気ガスが排出される。なおエンジン１はクラッチペダル
４ａの踏込みによりエンジントルクを断続するクラッチ
４と、エンジントルクを変速する変速器４ｂとを有して
おり、クラッチ４にはその断続を検出するクラッチセン
サ４ｃが取付けられて、検出した信号が後述する電子制
御装置５に送出される。また、１ｃはエンジン回転セン
サ、２ｂはアクセルペダル２ｄに取付けたアクセルペダ
ルセンサであり、それぞれ検出したエンジン回転信号、
アクセル踏込量に対応するエンジン負荷信号を電子制御
装置５に送出するものである。 【００１４】６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、排気ガスエネルギーによ
り駆動されるタービン６ｂと、吸気を過給するコンプレ
ッサ６ａとを有し、これらの両者を接続する回転軸６ｃ
には電動機あるいは発電機として作動する回転電機７が
取付けられている。そして排気エネルギーによりタービ
ン６ｂが回転駆動されると回転電機７は発電機モードと
なり、その発電電力は電力変換器７ａに送電され、電力
変換器７ａの作動により車載のバッテリ５ａを充電する
ものである。なお、電力変換器７ａは交流電力を直流電
力に変換する整流平滑回路、直流電力の電圧を自在に変
換するコンバータ回路、直流電力を周波数調整自在の交
流電力に変換するインバータ回路、半導体制御素子を用
いて電圧や電流を制御するデューティ制御回路などの各
種の強電制御回路を備えており、電子制御装置５からの
制御指令によって各種の強電制御回路が制御されるもの
である。したがって、エンジン１のトルクを増大させる
ときには、バッテリ５ａからの直流電力を変換して回転
電機７に供給し、電動機モードとしてコンプレッサ６ａ
を駆動して、吸気を圧縮しエンジン１への過給圧を上昇
させるよう作動するものである。５ｂはバッテリ５ａに
充電あるいは放電される電流を検出する電流センサ、５
ｃはバッテリ５ａの端子電圧を測定する電圧計である。 【００１５】図中の１ｅはバイパスアクチュエータで排
気流を制御して排気エネルギーが小さいときに流路を狭
めて速度を増加させるものであり、１ｄは吸気管１ａに
取付けられたブースト圧センサで吸気圧を検出するも
の、６ｄは回転軸６ｃに取付けられたタービンセンサで
ターボチャージャ６の回転数を検出するもの、７ｂは回
転電機７に取付けられた位相センサで回転電機７の磁界
とロータの出力との位相を検出するもの、７ｃは回転電
機７の電圧を計測する電圧センサで、検出されたそれぞ
れからの信号は電子制御装置５により制御されるよう構
成されている。 【００１６】電子制御装置５はマイクロコンピュータよ
りなり、前述の各種のセンサからの信号などを入力して
演算処理や計数の比較などを行う中央処理装置、制御プ
ログラムや各種のデータを格納する各種メモリ装置、各
種の信号を受令したり制御指令を発令する入／出力装置
などを有しており、エンジン１への供給燃料を増加させ
る噴射器アクチュエータ２ｃへの信号も指令するもので
ある。なお、電子制御装置５の有する各種メモリには、
アクセルペダル位置に相当する燃料供給量に見合った吸
気のブースト圧や、アクセルペダル位置に相当するエン
ジン回転数のデータや、これらに対応するマップなどが
格納されている。また、回転電機７の電動機運転の終了
時以降にバッテリの端子電圧を測定する測定手段の測定
値とバッテリ回復電圧とを比較し、該測定値が予め決め
られた所定値のバッテリ回復電圧より低い間は前記発電
手段の動作を停止せしめる制御手段等を有する。１０は
交流発電機であり、通常エンジン１に付設され、エンジ
ン１の回転力により駆動されて発電し、その発生電力の
一部をバッテリ５ａに充電する。なお、交流発電機１０
の＊Ｂ端子は電子制御装置５からの信号を受ける端子で
あり、この信号により例時電流が調節されて、交流発電
機１０の動作を停止させたり、動作を復活させたり、ま
た発電電圧を調整したりする。また、＊Ａ端子は発電さ
れた電力を電力変換器７ａに移送する端子である。 【００１７】次に本発明の動作を説明する。 【００１８】図２は、本発明の制御を行なうための基準
となる内燃機関始動時のバッテリ充電率ＣＳを求める動
作を示すフローチャートである。図２のステップＲ１に
おいて、まず、内燃機関の始動直前のバッテリ端子電圧
ＥＳを測定する。完全に充電された充電率１００％のバ
ッテリの開放電圧が１２．６Ｖであることから、ステッ
プＲ２においてバッテリ端子電圧ＥＳと１２．６Ｖとの
比率から始動時充電率ＣＳを算出する。始動時充電率Ｃ
Ｓ算出後、ターボチャージャを使用した通常の運転制御
のモードＡに戻る。 【００１９】図３は、本発明に係る回転電機付きターボ
チャージャの制御装置の主動作を示すフローチャートで
ある。ターボチャージャの通常の運転モード（ＴＣＧモ
ードという）の動作において電子制御装置５がエンジン
１の運転状態をチェックして回転電機７を電動機として
運転せしめる電動機モードを実行すると判断した時、動
作フローは、図３のＡ１に流れる。そして、ステップＳ
１で、バッテリ電圧をチェックする。この時、バッテリ
電圧が所定の値（電圧下限値）たとえば１０．５Ｖより
低い場合には、バッテリの充電量が減少しており、到底
回転電機７を駆動出来ないと判断し、Ｎルートをとって
ステップＳ１２において、ターボチャージャの駆動を全
て中止し、エンジン１に付設された交流発電機１０を運
転状態とし（ステップＳ１３）、交流発電機１０から出
力される電力にてバッテリの充電を始め、通常のＴＣＧ
モードＡに戻る。 【００２０】ステップＳ１で、バッテリ電圧が下限値以
上の時はＹルートをとり、ステップＳ２でＴＣＧ電動機
運転動作判定を行ない、電動機モードの判定ならば、ス
テップＳ３に進み、交流発電機の運転を中止しステップ
Ｓ４において、ＴＣＧモードとなって、回転電機７を電
動機として動作させ、バッテリから電源を供給する。こ
のため、図４に示すようにバッテリ電圧は急速に低下し
て行くが、この間にステップＳ５にて示すように、電子
制御装置５はバッテリに取り付けられた電流センサによ
り測定される放電電流を取り込みこれを積算し、放電時
間率から充電率の増減を算出する。この値と初期充電率
ＣＲから電動機運転動作中のバッテリ積算充電率ＣＲ’
を計算する。この後、動作は一旦ＴＣＧモードＡに戻
り、エンジン１の運転状態からまた図３のＡ１からステ
ップＳ１を通り、ステップＳ３〜ステップＳ５を通る、
という動作を繰り返す。 【００２１】このような動作を繰り返した後、ステップ
Ｓ２において、ＴＣＧ電動機運転動作終了と判定される
と、ＯＦＦルートをとり、ステップＳ６においてＴＣＧ
オフすなわち回転電機７の電動機運転は中止される。続
くステップＳ７で、前記ステップＳ５で算出したバッテ
リ充電率ＣＲ’から、この充電率におけるバッテリ電圧
ＥＢが上昇しない場合何等かの支障を来したことを意味
しているので、ステップＳ９においてこの判定を行な
い、バッテリ電圧ＥＢが上昇しない場合、すなわち、ス
テップＳ１１において交流発電機を運転して通常のＴＣ
Ｇモードに戻る。バッテリの電圧が上昇しているなら
ば、ステップＳ１０において回復電圧ＥＡとバッテリ電
圧ＥＢを比較する。バッテリ電圧ＥＢが、回復電圧ＥＡ
まで回復したならば、ステップＳ１１で交流発電機を動
作させて通常のＴＣＧモードに戻る。回復電圧まで回復
していなければ、そのまま通常のＴＣＧモードに戻る。 【００２２】なお、図４に示す実施例は、足踏み式でク
ラッチを動作せせるものであるが、本発明を電子制御装
置５の制御による自動制御方式のクラッチ制御装置に適
用してもよいことは勿論のことである。 【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は電
動機運転モードでバッテリから電動機に電力を供給して
コンプレッサを付勢している最中には交流発電機の発電
動作を中止し、電動機運転モード終了の後も、バッテリ
端子電圧が充電率に応じた回復電圧まで回復するのを待
った上で、交流発電機を動作させ、バッテリの充電動作
を再開するので、内燃機関を不意に停止させてしまった
り、燃費の悪化をもたらすようなことはない。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の構成を示すブロック図である。 【図２】本発明の動作を示すフローチャートである。 【図３】本発明の、図２に示す動作とは別の動作を示す
フローチャートである。 【図４】本発明の動作を時間的に説明する特性図であ
る。 【符号の説明】 １…エンジン １ａ…吸気管 ５…電子制御装置 ５ａ…バッテリ ５ｂ…電流センサ ６…ターボチャージャ １０…交流発電機

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 エンジンの回転力によりバッテリの充電電力を発生する
   発電手段を有すると共にターボチャージャの回転軸に電
   動−発電機となる回転電機を取付けた回転電機付ターボ
   チャージャを有するエンジンにおいて、前記回転電機を
   電動機として運転動作している間中、前記発電手段の動
   作を停止させる停止制御手段と、前記回転電機の電動機
   運転の終了時以降にバッテリの端子電圧を測定する測定
   手段と、該測定手段の測定値と予め決められた所定値の
   バッテリ回復電圧とを比較し、該測定値がバッテリ回復
   電圧より低い間は前記発電手段の動作を停止せしめる制
   御手段とを有することを特徴とする回転電機付きターボ
   チャージャの制御装置。