JP3125346B2 - 回転電機付ターボチャージャの安全装置 - 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
ージャの安全装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンから排出される排気ガス
によりタービンを回転せしめ、該タービンの回転力を電
気エネルギーに変換して排気エネルギーを回収する提案
が種々なされ、たとえば回転電機付きターボチャージャ
として特開昭６３−３０２１３２号公報に示されてい
る。

【０００３】上記公開公報に記載されている装置は、エ
ンジンより排出される排気ガスエネルギを利用してター
ビンを駆動し、このタービンに直結したコンプレッサに
より吸入空気を圧縮してエンジンに過給気を圧送すると
共に、該タービンの回転軸に直結された交流電動発電機
を発電機として動作させ、タービンから得られる排気エ
ネルギを発電電力としても回収し、またエンジンの回転
数が減少して排気ガス圧力が低下し、コンプレッサから
の過給気の圧力も低下するような時には、回収して蓄電
しておいた直流電力をインバータにより交流電力に変換
し交流電動発電機に印加してこれを電動機として運転
し、コンプレッサの回転を助成して必要な過給気圧を得
るようにしている。

【０００４】上記回転電機付ターボチャージャに付設さ
れている電動発電機は、駆動装置により運転される。そ
して、該駆動装置の中には、上記交流多相の電圧の波形
を解析する波形解析処理装置（ＣＰＵ）、駆動用の多相
交流の位相を補正するために用いられる位相補正ＣＰ
Ｕ、全体の回路のコントロールを行なうメインコントロ
ールＣＰＵの３つのＣＰＵがそれぞれ用途別に設けられ
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記交流電
動発電機を駆動する駆動回路は、エンジン付近に配置さ
れ、雑音の中に埋もれているようなものであるから、時
々上記ＣＰＵが雑音を拾って暴走することがある。従来
このような暴走が起こった場合の対策が種々施されてお
り、たとえば特開平２−１８７８５６号公報に該暴走対
策が記載されている。この例ではメインＣＰＵをウオッ
チドックタイマにより監視し、その他のＣＰＵはメイン
ＣＰＵに監視させて異常の検出を行なっているため、メ
インＣＰＵの負担が大きい。また暴走発生時、メインＣ
ＰＵはウオッチドッグタイマによりリセットされ、その
とき他のＣＰＵも同時にリセットされてしまう。このた
め、メインＣＰＵが暴走した時、すべてのＣＰＵがリセ
ットされてしまうということになる。また特開昭６１−
２１１７０２号公報に記載されているものは、複数個の
ＣＰＵどうしが互いに監視しあっているので、ＣＰＵの
数が多くなるとシステムの負担が重くなる欠点がある。
また暴走が発生した場合には互いのＣＰＵがリセットす
るが、この方式であると、ＣＰＵの数が増えた場合ソフ
トウエアの負担が大きく、また、暴走によってこのリセ
ット信号がリセットに保持されたままになった場合、駆
動装置全体の動作が不安定になる。このように従来の装
置には多くの欠点がある。

【０００６】本発明は上記のごとき従来の不都合を解消
しようとするものであり、その目的は、エンジンの排気
により回転されるタービンと該タービンにより回転され
るコンプレッサと該タービンとコンプレッサとを連結す
る回転軸上に設けた交流電動発電機を複数の処理装置を
含む制御回路により制御する回転電機付ターボチャージ
ャにおいて、簡単に処理装置の異常を検出することがで
き、異常が発生した場合には当該処理装置のみリセット
し、且つ異常が発生してもバックアップを完全に行なう
ことができるような回転電機付ターボチャージャの安全
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記のごとき発明の目的
を達成するために、本発明は、エンジンの排気により回
転されるタービンと該タービンにより回転されるコンプ
レッサと該タービンとコンプレッサとを連結する回転軸
上に設けた交流電動発電機を複数の処理装置を含む駆動
回路により制御する回転電機付ターボチャージャにおい
て、上記各処理装置には該処理装置の暴走を監視する監
視回路を設けると共に該監視回路が発する暴走検知信号
を受けて当該処理装置をリセットするリセット手段を設
け、前記処理装置の暴走を検知して正常な処理装置に異
常時の対処を指令し安全に対して必要最小限の処理を実
行する手段を備えた安全制御回路を有することを特徴と
する回転電機付ターボチャージャの安全装置を提供する
ものである。

【０００８】

【作 用】本発明に係る回転電機付ターボチャージャ
の安全装置は、回転電機を駆動する駆動装置内に設けら
れた各処理装置が個別に監視回路を持ち、処理装置が暴
走した時該監視回路がこれを発見し、暴走した処理装置
をリセットすると共に、安全制御回路は、監視回路から
の暴走発生信号により正常な処理装置に異常時の対処を
指令し安全に対して必要最小限の処理を実行する処置を
行なう。

【０００９】

【実施例】次に図面を用いて本発明の一実施例を詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例の構成を示す構成ブ
ロック図、図２は本実施例に用いるターボチャージャの
構成を示す断面図である。

【００１０】これらの図面において、１はエンジンで、
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
ものである。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に供給されてタービン２１を回転駆動
する。２２はコンプレッサで、タービン２１の回転軸２
３に直結され、排気エネルギーにより回転駆動されるタ
ービン２１のトルクにより空気を圧縮するものであり、
スクロール２４を介して吸気管１１よりエンジンへの空
気を過給するもので、コンプレッサ２２の作動によりエ
ンジン出力を増大するよう構成されている。なお、１３
は過給気圧を検出するブースト圧センサで、吸気管１１
の内面に取付けられており、１４はエンジンの回転数を
検出するエンジン回転センサであり、これらのセンサか
らの信号は後述するコントローラに送信される。

【００１１】３は交流電動発電機からなる回転電機であ
り、回転軸２３にねじ３４により固定された回転子３１
と、ターボチャージャ２のハウジング２５の内壁に取付
けられた固定子３２とを有し、回転子３１は例えば永久
磁石の界磁磁石を持った回転子であり、固定子３２と共
に３相の同期回転電機を構成している。そして、排気エ
ネルギーによるタービン２１の駆動力にて十分なコンプ
レッサ２２の過給作動が得られないときは、回転電機３
に電力を供給して力行させることにより、コンプレッサ
２２の過給作動を助勢させるものである。なお、３３は
ポジションセンサで、図２から明らかなように、永久磁
石片３５と検出用のコイル３６からなり、コンプレッサ
２２のブレードの回転数を検出して回転電機３の回転数
と基準位置を検知するもので、検知したポジション信号
ＰＳをコントローラ６に送信する。なお、図１にはポジ
ションセンサ３３の詳細を示さず、ただ図式的にそのお
およその設置位置を示している。

【００１２】なお、４は排出管で、排気タービン２から
排出される排ガスを外部に放出するものである。

【００１３】電力変換器５はバッテリ７からの電力を入
力して、回転電機３を力行せしめる所定の交流電力に変
換すると共に、回転電機３が発電動作を行なっている時
にはこの発電電力を整流してバッテリ７に蓄電するもの
である。そして、回転電機３から出力される交流を整流
する整流器、バッテリ７の直流電力を所要周波数の交流
電力に変換するインバータなどの強電用機器を備えてい
る。上記交流周波数の制御指令はコントローラ６から行
なうが、その詳細は後に述べる。

【００１４】８はアクセルペダルで運転者の操作によ
り、エンジン１への燃料供給量を制御するものであり、
アクセルペダル８の踏込量を検出するアクセルセンサ８
１が取付けられ、コントローラ６に検出信号（アクセル
ペダルの踏込量信号）を送出する。

【００１５】図３は本発明に係る回転電機付ターボチャ
ージャの駆動装置のうち、上記交流多相の電圧の波形を
解析する波形解析ＣＰＵ５１、駆動用の多相交流の位相
を補正するために用いられる位相補正ＣＰＵ５２、さら
に全体の回路のコントロールを行なうメインコントロー
ルＣＰＵ５３、セーフティコントロール回路５４、出力
回路５５、ＲＯＭ５６のみを示している。尚、波形解析
ＣＰＵ５１と駆動用の多相交流の位相を補正するために
用いられる位相補正ＣＰＵ５２の内部はメインコントロ
ールＣＰＵ５３とほぼ等しいので、内部構造の記載と説
明は省略してある。メインコントロールＣＰＵ５３の中
には、ＣＰＵ監視回路５７、ＣＰＵ動作判断タイマ５
８、ＣＰＵ本体５９が設けられている。このほか演算結
果や制御プログラムなどを格納する各種メモリ、入／出
力ポートなども備えており、前記のブースト圧センサ１
３、エンジン回転センサ１４、ポジションセンサ３３、
アクセルセンサ８１などからの検出信号が入力されると
演算処理が行われ、制御プログラムにしたがって、イン
バータ５に対して交流電力の周波数を変換する制御指令
を発するよう構成されている。

【００１６】次に図３に示す回路の通常の動作、すなわ
ち、どのＣＰＵも暴走を起こしていない状態の動作につ
いて説明する。

【００１７】メインコントロールＣＰＵ５３からは、図
４の（ａ）に示すような入力パルスが所定間隔で出力さ
れ、ＣＰＵ監視回路５７とＣＰＵ判定タイマ５８に入力
される。この間隔は図４の（ｂ）のタイマ設定データに
示される間隔と同一であり、このタイマ設定データはＣ
ＰＵ本体５９よりデータをリセットされたＣＰＵ動作判
定タイマ５８にセットされる。ＣＰＵ監視回路５７は設
定される一定の時間内に入力パルスが印加されていさえ
すれば、なんら信号を発生しない。なお、入力パルスが
欠けるとＣＰＵ本体５９にリセット信号を発生して、Ｃ
ＰＵ本体をリセットすることになる。また、ＣＰＵ動作
判断タイマ５８は、セットされた時間間隔経過後に入力
パルスが入力され、新たにタイマ設定データが設定され
ていれば、図４の（ｃ）に示すように、「ＣＰＵ ＲＵ
Ｎ 判定出力」”１”が出力される。セーフティコント
ロール回路５４は、メインコントロールＣＰＵ５３から
「ＣＰＵ ＲＵＮ 判定出力」”１”が出力されていれ
ば、該メインコントロールＣＰＵ５３の暴走はないと判
定して、何ら緊急的な措置は講じない。また他のＣＰＵ
も同様である。そして、各ＣＰＵからは、通常の各種出
力信号が発せられて出力回路から、各種の制御信号が出
力される。

【００１８】次に図３に示す回路において、メインコン
トロールＣＰＵ５３が暴走を起こした場合の例を説明す
る。なお、図５はメインコントロールＣＰＵ５３が暴走
した時のフローチャートである。

【００１９】まず、図４において、「Ａ」点でＣＰＵ５
３が暴走したとすると、図４の（ｅ）のタイマ設定デー
タＴ１に示される間隔が経過してもＣＰＵ５３からは入
力パルスが発生せず、図５のＳ１からＳ２にステップが
進み、ＣＰＵ監視回路５７がＣＰＵ５３の暴走を検知
し、Ｓ３においてＣＰＵ監視回路５７からＣＰＵ５３に
対して図４の（ｆ）に示すようなリセット信号が発せら
れて、ＣＰＵ５３はリセットされると同時に、Ｓ５にお
いてＣＰＵ動作判断タイマ５８がＣＰＵ５３の暴走を検
知して、図４の（ｇ）に示すように、これから出力され
ていた「ＣＰＵＲＵＮ」判断出力が途絶える。これによ
り、セーフティコントロール回路５４ではＣＰＵ５３の
暴走を検知して、Ｓ６、Ｓ７において示すような、ＣＰ
Ｕ５３の暴走時に正常な処理装置に異常時の対処を指令
し安全に対して必要最小限の処理を実行するが、その詳
細は後に述べる。

【００２０】図４において、時間ｔ２が経過する直前の
「Ｂ」点において、ＣＰＵ５３の暴走が消滅して正常な
状態に復帰し、時間ｔ２経過後に図４の（ｅ）に示すよ
うにｔ３の時間を持ったタイマ設定データがＣＰＵ５３
から出力されると、図５のＳ８のように、ＣＰＵ５３へ
のリセットは解除されるとともに、Ｓ９乃至Ｓ１１のス
テップを経て、全ての制御は正常動作に戻る。

【００２１】図６はセーフティコントロール回路５４の
詳細を示すブロック図である。なお図６には出力回路５
５、ＲＯＭ５６も併せて記載してある。図６において、
１０１はセーフティコントロール回路５４のコントロー
ラ部である。６１乃至６６は各ＣＰＵ動作判断タイマか
らの「ＣＰＵ ＲＵＮ」判断出力をコントローラ部１０
１に入力する端子である。なお、これらの端子に対して
図４（ｇ）に示す信号の入力が途絶えると、ＣＰＵが暴
走したと判断する。そして、前記「ＣＰＵ ＲＵＮ」判
断出力により暴走したＣＰＵが発見された場合、該当す
るＣＰＵのアドレスを端子１１１に出力する。なお、Ｒ
ＯＭ５６は、端子１１１からの上位アドレス信号とアド
レスカウンタ２０１からの下位アドレス信号１０８とに
よりアドレス指定され、上記上位アドレス信号のビット
はＣＰＵの割り当てアドレスとなっており、端子１１１
からの下位アドレス信号のビットは出力データのアドレ
スカウントである。

【００２２】コントローラ部１０１がどこか１つのＣＰ
Ｕの暴走を検知した時、制御信号１０３を出力回路５５
に出力する。この制御信号が出力されていないときは、
全体の回路が正常に動作している時に出力回路５５に入
力されているＣＰＵ出力（１０４）を出力回路５５に出
力し、どれかのＣＰＵが暴走したとき制御信号が出力回
路５５に入力され、今まで入力されていた信号（１０
４）を遮断し、ＲＯＭ５６から出力される異常時の信号
すなわち、正常に動作しているＣＰＵに異常時の対処を
指令し安全に対して必要最小限の処理を実行する信号を
出力回路５５に入力せしめる。なお、基本クロック回路
１０７はコントローラ部１０１からＣＰＵの暴走を知ら
せる信号１１５が入力されている時だけクロックを発生
し、アドレスカウンタ２０１はコントローラ部１０１か
らＣＰＵの暴走を知らせる信号１１６が入力されている
時だけ、基本クロック回路１０７から入力されるクロッ
クをカウントし、下位アドレス信号１０８をＲＯＭ５６
に出力する。なお図７にＲＯＭ５６内に記憶されている
異常時に出力する信号の一部とＣＰＵ出力データビット
割り当て明細を示す。

【００２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
回転電機を駆動する駆動装置内に設けられた各ＣＰＵが
個別に監視回路を持ち、ＣＰＵが暴走した時該監視回路
がこれを発見し、暴走したＣＰＵをリセットすると共
に、安全制御回路は、監視回路からの暴走発生信号によ
り正常なＣＰＵに異常時の対処を指令し安全に対して必
要最小限の処理を実行する処置を行なうので、従来装置
のようにシステム全体がリセットされて動作を停止する
ということもなく、またＣＰＵどうしが互いに監視する
ようなこともないので、重厚なステップによる処理を必
要とせず、したがって、装置全体の動作が不安定になる
ようなこともない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す構成ブロック図

【図２】本実施例に用いるターボチャージャの構成を示
す断面図

【図３】回転電機の安全装置のブロック図

【図４】本発明の一実施例のタイムチャート

【図５】本発明の動作を示すフローチャート

【図６】セーフティコントロール回路５４の詳細を示す
ブロック図

【図７】メモリマップ図と出力データビット割り当て図

【符号の説明】

１……エンジン ２……タービン ３……回転電機 ４……排気管 ５……電力変換器 ６……コントローラ ７……バッテリ ８……アクセルペダル ２１…タービン ２２…コンプレッサ ２３…回転軸 ３３…ポジションセンサ ３５…永久磁石片 ３６…検出用のコイル ５１，５２，５３…ＣＰＵ ５４…セーフティコントロール回路 ５５…出力回路 ５６…ＲＯＭ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気により回転されるタービン
   と該タービンにより回転されるコンプレッサと該タービ
   ンとコンプレッサとを連結する回転軸上に設けた交流電
   動発電機を複数の処理装置を含む駆動回路により制御す
   る回転電機付ターボチャージャにおいて、上記各処理装
   置には該処理装置の暴走を監視する監視回路を設けると
   共に該監視回路が発する暴走検知信号を受けて当該処理
   装置をリセットするリセット手段を設け、前記処理装置
   の暴走を検知して正常な処理装置に異常時の対処を指令
   し安全に対して必要最小限の処理を実行する手段を備え
   た安全制御回路を有することを特徴とする回転電機付タ
   ーボチャージャの安全装置。