JP3203869B2 - 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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JP3203869B2 JP08918193A JP8918193A JP3203869B2 JP 3203869 B2 JP3203869 B2 JP 3203869B2 JP 08918193 A JP08918193 A JP 08918193A JP 8918193 A JP8918193 A JP 8918193A JP 3203869 B2 JP3203869 B2 JP 3203869B2
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清 竹内
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、運転モードの切り替え
ができる回転電機付ターボチャージャの制御装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】近年、エンジンの排気ガスのエネルギー
を利用してタービンを駆動し、それに連動するコンプレ
ッサを駆動して、加圧した空気をエンジン燃焼室に供給
することによって、効率的に燃料を燃焼させるターボチ
ャージャ付エンジンが普及している。さらに、回転電機
をターボチャージャ回転軸に直結して設け、エンジン低
速域では、バッテリーの電力によりそれを電動機として
作動させてコンプレッサの加圧力を補い、エンジン高速
域では、それを発電機として作動させてバッテリーの充
電を行う回転電機付ターボチャージャが開発されてい
る。
【0003】図3は、一般的な回転電機付ターボチャー
ジャの概要を示す図である。図3において、3は回転電
機、5はターボチャージャ、31は回転電機3のステー
タ、32はロータ、51はタービン、52はコンプレッ
サである。エンジンの排気ガスは、矢印Aの方向から入
ってそのエネルギーによってタービン51を駆動し、矢
印Bの排気管方向に排出される。一方、エンジンに吸入
される空気は、吸気管を通って矢印Cの方向から吸入さ
れて、タービン51と回転軸53を介して直結されたコ
ンプレッサ52によって加圧された後、矢印Dの方向へ
圧送されてエンジン燃焼室に供給される。
【0004】上記回転軸53には、エンジンの運転状態
に応じて電動機あるいは発電機として作動する回転電機
3が取り付けられている。回転電機3は、ステータ31
とロータ32とを有し、エンジン排気ガスの排気エネル
ギーによってタービン51が回転力を受け、ロータ32
が回転駆動されると、ステータ31に交流電力が発電さ
れる。また、バッテリーからの電力によりロータ32が
駆動されると、コンプレッサ52が回転して吸気が圧縮
される。
【0005】回転電機付ターボチャージャシステムは、
回転電機付ターボチャージャ本体と、回転電機3とバッ
テリーとの間の電力交換を交−直変換しながら行うパワ
ーユニットと、それを制御するコントローラとで構成さ
れている。コントローラは、各種センサから、アクセル
開度,ブースト圧,タービン回転数,エンジン回転数,
車速等を入力し、ブースト圧が適正な値になるように回
転電機を制御する。
【0006】なお、このような回転電機付ターボチャー
ジャの制御装置に関連する従来の文献としては、例え
ば、特開平2−88981号公報,特開平4−3303
32号公報等がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
(問題点)しかしながら、前記した従来の技術には、回
転電機の運転モードを、山道や市街地道路等の道路状況
やドライバーの好みに応じて変更することができないと
いう問題点があった。
【0008】(問題点の説明)山道で運転するときのよ
うにエンジンにパワーが欲しい場合には、ターボチャー
ジャの能力を十分に活用したい。しかし、市街地での運
転のような場合には、あまりパワーは必要ないので、タ
ーボチャージャの回転電機を電動機運転させないように
してバッテリーの負担を軽くしたい。また、ドライバー
の要求として、多少費用はかかっても力強い走りを好む
人もいるし、その逆にパワーはなくてもその分燃費良く
走りたいという人もいる。そのように、道路状況やドラ
イバーに応じて、ターボチャージャの作動パターンを変
更したいという要求があるにもかかわらず、従来の回転
電機付ターボチャージャでは、そのような作動パターン
の変更ができないようになっていた。本発明は、そのよ
うな問題点を解決することを課題とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、エンジンの吸排気流路に配置したター
ボチャージャの回転軸に連結した回転電機を、エンジン
の運転状態に応じて電動機あるいは発電機として作動さ
せる回転電機付ターボチャージャの制御装置において、
バッテリーの充電状態及び劣化状態を判定するバッテリ
ー状態判定手段と、回転電機の運転モードを電動機運転
重視モード,発電機運転重視モード及びそれらの中間の
モードの3モードの設定機能を有し、上記バッテリー状
態判定手段が規定範囲内であると判定したときは、上記
3モードの設定を可能とするが、バッテリー状態判定手
段が規定範囲外であると判定したときは、判定内容に応
じて、バッテリーに大きな負担をかける運転モードへの
設定を制限する運転モード設定手段とを具えることとし
た。
【0010】
【作 用】バッテリー状態判定手段が規定範囲内であ
ると判定したときは、必要に応じて、あるいは、好みに
応じて上記3モードのいずれでも設定可能とする。しか
し、バッテリー状態判定手段が規定範囲外であると判定
したときは、上記各モードの選択を制限する。すなわ
ち、バッテリーの充電状態や劣化状態が規定範囲内であ
るときは、回転電機の運転モードを、山道や市街地道路
等の道路状況やドライバーの好みに応じて自由に設定で
きる。しかし、バッテリーが過放電状態のときは、例え
ば、発電機運転重視モードのみに限定し、バッテリーが
過充電状態にあるか、あるいはバッテリーが劣化してい
るときは、中間モードのみ設定可能とする。その結果、
バッテリーに過大な負担をかけるおそれがなくなる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明の概要を示すブロック図で
ある。図1において、1はコントローラ、2はパワーユ
ニット、3は回転電機、4はバッテリー、11はバッテ
リー状態判定手段、12は運転モード設定手段、13は
モードスイッチ、1aは電圧センサ、1bは電流セン
サ、1c〜1gは各種センサである。
【0012】回転電機3は、図3で示したように、ター
ボチャージャ5の回転軸53に連結されている。パワー
ユニット2は、回転電機3が発電機運転している時に
は、ステータ31からの交流電力を直流電力に変換し
て、バッテリー4に充電電流を供給したり、また、回転
電機3が電動機運転している時には、バッテリー4から
の直流電力を所定の交流電力に変換して回転電機3に与
える。そのため、交流を直流に変換する整流回路,平滑
回路、直流を交流に変換するインバータ,昇圧回路等を
具えており、変換する交流周波数やその電圧等はコント
ローラ1によって制御される。
【0013】コントローラ1はCPU(中央処理装置)
を有しており、バッテリー4の端子電圧を検知する電圧
センサ1a、バッテリー4の充電電流,放電電流を検知
する電流センサ1b、及びアクセル開度,ブースト圧,
タービン回転数,エンジン回転数,車速等を検知する各
種センサ1c〜1gからの信号に基づいてパワーユニッ
ト2を制御する。また、コントローラ1は、パワーモー
ド,ノーマルモード及びエコノミーモードの3モードの
設定が可能な運転モード設定手段12を有している。ド
ライバーは、モードスイッチ13を切替えることによっ
て上記3モードの内のいずれかを、道路状況や好みに応
じて選択して設定することができる。
【0014】運転モード設定手段12をパワーモードに
設定すると、回転電機3の運転モードは電動機運転重視
モードとなり、回転電機3の電動機運転の割合を大きく
して、例えば、車両の発進時、加速時、登坂時等、パワ
ーが必要な全ての場合に回転電機3を電動機運転させて
エンジンのパワーを上げる。また、エコノミーモードに
設定すると、回転電機3の運転モードは発電機運転重視
モードとなり、回転電機3の発電機運転の割合を大きく
して、例えば、回転電機3を電動機運転させるのは車両
の発進時のみに限定、あるいは電動機運転を全く禁止し
てバッテリーへの充電を強化する。さらにまた、ノーマ
ルモードに設定すると、それらの中間のモードとなり、
回転電機3の電動機運転と発電機運転とのバランスがと
れた運転を行う。
【0015】一方、バッテリー状態判定手段11によ
り、電圧センサ1aと電流センサ1bからの信号に基づ
いて、バッテリー4の充電状態や劣化状態を判定する。
その方法としては、例えば、電圧センサ1aからの電圧
信号が所定値以下になり、また、電流センサ1bからの
信号に基づいて算出したバッテリー充放電電流の積算値
が所定値以下になったら過放電状態であると判定する。
また、回転電機3を電動機運転するとき、バッテリー4
から大電流が流れてバッテリー4の端子電圧が低下する
が、その低下速度を検出して、それが所定値以上になっ
たらバッテリー4が劣化していると判定する。
【0016】バッテリー状態判定手段11は、判定信号
を運転モード設定手段12に与える。そして、運転モー
ド設定手段12は、バッテリー状態判定手段11からバ
ッテリー4の充電容量が規定範囲外であることを示す信
号が出力されたときは、バッテリー4を保護するため、
上記各モードの選択を制限する。すなわち、バッテリー
が過放電状態のときは、例えば、エコノミーモード、す
なわち、発電機運転重視モードのみに限定し、バッテリ
ーが過充電状態にあるか、あるいはバッテリーが劣化し
ているときは、ノーマルモード、すなわち、電動機運転
と発電機運転とのバランスがとれたモードのみ設定可能
とする。その結果、バッテリーに過大な負担をかけるお
それがなくなる。なお、バッテリー4が過充電状態にあ
るとき、電動機運転重視モードにしない理由は、過充電
状態から一挙に大電流を放電させると、バッテリー4の
劣化を早めるおそれがあるためである。
【0017】次に、本発明の回転電機付ターボチャージ
ャの制御装置の動作を説明する。図2は、本発明のモー
ド切替えの処理手順を示すフローチャートである。 ステップ1…バッテリー状態判定手段11により、バッ
テリー4が劣化しているか否かを判別する。 ステップ2…劣化していなければ、バッテリー4が過充
電の状態にあるか否かを判別する。 ステップ3…過充電の状態になければ、バッテリー4が
過放電の状態にあるか否かを判別する。 なお、ステップ1〜ステップ3は、必ずしも上のような
順番にする必要はなく、適宜順番を入れ替えることがで
きる。
【0018】ステップ4…モードスイッチ13の位置デ
ータを読み込む。 ステップ5…モードスイッチ13がどのモードに設定さ
れているかを判別する。 ステップ6…ステップ5でエコノミーモードに設定され
ているか、ステップ3でバッテリー4が過放電の状態に
あるとき、運転モード設定手段12を発電機運転重視モ
ードに設定する。 ステップ7…ステップ5でパワーモードに設定されてい
るとき、運転モード設定手段12を電動機運転重視モー
ドに設定する。 ステップ8…ステップ5でノーマルモードに設定されて
いるとき、ステップ1でバッテリー4が劣化していると
き、及び、ステップ2でバッテリー4が過充電状態にあ
るとき、運転モード設定手段12を充放電をバランスさ
せるモードに設定する。
【0019】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の回転電機付タ
ーボチャージャの制御装置によれば、回転電機の運転モ
ードを、山道や市街地道路等の道路状況やドライバーの
好みに応じて自由に設定できる。しかし、ただそれだけ
ではなく、バッテリーの状態を常に監視して、バッテリ
ーの充電状態や劣化状態が規定範囲外であるときには、
バッテリーに大きな負担をかける運転モードへの設定を
制限するようにしたので、バッテリーに過大な負担をか
けるおそれがなくなり、バッテリーの寿命を延ばすこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の概要を示すブロック図
【図2】 本発明のモード切替えの処理手順を示すフロ
ーチャート
【図3】 一般的な回転電機付ターボチャージャの概要
を示す図
【符号の説明】
1…コントローラ、11…バッテリー状態判定手段、1
2…運転モード設定手段、13…モードスイッチ、1a
…電圧センサ、1b…電流センサ、1c〜1g…各種セ
ンサ、2…パワーユニット、3…回転電機、31…ステ
ータ、32…ロータ、4…バッテリー、5…ターボチャ
ージャ、51…タービン、52…コンプレッサ、53…
回転軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 清 藤沢市土棚8番地 株式会社いすゞセラ ミックス研究所内 (72)発明者 外川 学 藤沢市土棚8番地 株式会社いすゞセラ ミックス研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 37/14 F02B 39/10 F02D 23/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの吸排気流路に配置したターボ
    チャージャの回転軸に連結した回転電機を、エンジンの
    運転状態に応じて電動機あるいは発電機として作動させ
    る回転電機付ターボチャージャの制御装置において、バ
    ッテリーの充電状態及び劣化状態を判定するバッテリー
    状態判定手段と、回転電機の運転モードを電動機運転重
    視モード,発電機運転重視モード及びそれらの中間のモ
    ードの3モードの設定機能を有し、上記バッテリー状態
    判定手段が規定範囲内であると判定したときは、上記3
    モードの設定を可能とするが、バッテリー状態判定手段
    が規定範囲外であると判定したときは、判定内容に応じ
    て、バッテリーに大きな負担をかける運転モードへの設
    定を制限する運転モード設定手段とを具えたことを特徴
    とする回転電機付ターボチャージャの制御装置。
JP08918193A 1993-03-24 1993-03-24 回転電機付ターボチャージャの制御装置 Expired - Fee Related JP3203869B2 (ja)

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JP2007132288A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2008196323A (ja) * 2007-02-08 2008-08-28 Ihi Corp 電動アシスト式過給機用回転電動機の駆動ユニット用制御装置
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