JP3389750B2 - Exhaust energy recovery device - Google Patents

Exhaust energy recovery device

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JP3389750B2
JP3389750B2 JP20052695A JP20052695A JP3389750B2 JP 3389750 B2 JP3389750 B2 JP 3389750B2 JP 20052695 A JP20052695 A JP 20052695A JP 20052695 A JP20052695 A JP 20052695A JP 3389750 B2 JP3389750 B2 JP 3389750B2
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JP
Japan
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regulator
battery
turbocharger
generator
voltage
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和成 秋山
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Isuzu Motors Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、ターボチャージャに設
けた回転電機を、排気ガスにより回転させてエネルギー
を回収する排気エネルギー回収装置に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】ターボ車のターボチャージャは、排気ガ
スによりタービンを回転させて大気の吸入を促進してい
るが、発進を終え通常走行に移行した後における排気ガ
スは、タービンを回転させた後でも、まだ充分にエネル
ギーを有している。そこで、ターボチャージャに回転電
機を付設し、更に排気エネルギーを回収する装置が考え
られている。 【0003】図4は、そのような排気エネルギー回収装
置の構成を示す図である。図4において、1は車両発電
機、11はターボチャージャ回転電機、11−1は回転
子、11−2は固定子、13はバッテリ、20はプー
リ、21はエンジン、22は吸気管、23は排気管、2
4はベルト、25はプーリ、26はターボチャージャ、
27はコンプレッサブレード、28はタービンブレー
ド、29は電気負荷である。 【0004】プーリ20はエンジン21の軸に接続され
ており、プーリ25は車両発電機1の軸に接続されてい
る。そして、プーリ20,25は、ベルト24により連
結されている。ターボチャージャ26内には、ターボチ
ャージャ回転電機11が設けられており、その回転子1
1−1は、ターボチャージャ26のコンプレッサブレー
ド27およびタービンブレード28の回転軸に接続さ
れ、固定子11−2は、ターボチャージャ26内に固定
される。ターボチャージャ回転電機11としては同期機
が用いられ、次に述べるように、時に応じて発電機運転
されたりモータ運転されたりする。 【0005】車両発電機1の発電電力は、周知のように
バッテリ13の充電や、電気負荷29への給電に用いら
れるが、ターボチャージャ26のターボ作用が弱い(ブ
ースト圧がまだ小さい)発進時等には、ターボチャージ
ャ回転電機11にも給電される。車両発電機1から給電
されたターボチャージャ回転電機11は、モータとして
動作し、タービンブレード28の回転を助け、ターボ作
用を助長し、エンジンのトルクをアップする。排気ガス
のエネルギーが大である時には、ターボチャージャ回転
電機11は発電機運転され、その発電電力は、バッテリ
13の充電や電気負荷29への給電に用いられる。ま
た、場合によっては車両発電機1にも供給され、車両発
電機1をモータ運転する。モータ運転された車両発電機
1は、エンジン21にトルクを与え、消費する燃料を少
なくする。 【0006】図5は、従来の排気エネルギー回収装置の
ブロック図である。符号は図4のものに対応し、2はイ
ンバータ整流回路、3は整流回路、4はインバータ、5
は平滑回路、6は昇圧回路、7は平滑回路、8はインバ
ータ整流回路、9はインバータ、10は整流回路、11
はターボチャージャ回転電機、12はポジションセン
サ、14はレギュレータ、15は切替回路、16は制御
部である。 【0007】昇圧回路6は、ターボチャージャ回転電機
11をモータ運転する場合に、車両発電機1の発電電圧
を昇圧して印加するためのものである。一般に、ターボ
チャージャ回転電機11の回転数は車両発電機1のそれ
より遙かに大であり、その誘起電圧は大である。従っ
て、ターボチャージャ回転電機11をモータ運転するに
は、その誘起電圧より大なる電圧を印加してやる必要が
あるが、車両発電機1の発電電圧はその値に達していな
いことがある。そこで、昇圧回路6によって昇圧して印
加する。なお、昇圧回路6の構成は、スイッチングトラ
ンジスタを用いた公知の昇圧回路である。 【0008】インバータ整流回路2,8は、ある時には
インバータの役目を果たし、別のある時には整流回路の
役目を果たす回路である。その構成は、例えば、3相ブ
リッジ接続されたスイッチングトランジスタのそれぞれ
に、ダイオードを逆並列接続した構成である。ポジショ
ンセンサ12は、同期機であるターボチャージャ回転電
機11の回転子の磁極位置を検出するセンサである。ポ
ジションセンサ12からの信号を基にして、回転数も検
出することが出来る。 【0009】制御部16には、ポジションセンサ12か
らの信号の他、各種のセンサやスイッチ類からの車両情
報(例、アクセル開度,エンジン回転数等)が入力され
る。そして、点線で示した如く、インバータ整流回路
2,昇圧回路6,インバータ整流回路8,レギュレータ
14を制御する信号を発する。車両発電機1の発電電圧
は整流回路3で整流され、平滑回路5で平滑され、点P
にその出力電圧VP が現れる。同様に、ターボチャージ
ャ回転電機11の発電電圧は整流回路10で整流され、
平滑回路7で平滑され、点Qにその出力電圧VQ が現れ
る。各平滑回路の出力電圧VP ,VQ は切替回路15へ
入力され、その内の高い方の電圧が選択されて、レギュ
レータ14に出力される。 【0010】レギュレータ14は、切替回路15からの
電圧を、バッテリ13を充電したり電気負荷29へ給電
したりするのに適した電圧に降圧制御するためのもので
ある。図6に、レギュレータの構成の1例を示す。14
−1はスイッチングトランジスタ、14−2は変圧器、
14−3はダイオード、14−4は平滑コンデンサ、1
4−5,14−6は入力端子である。スイッチングトラ
ンジスタ14−1をオンオフすることにより、端子14
−5,14−6に印加されている直流電圧は交流電圧に
変換される。その交流電圧は変圧器14−2で変圧さ
れ、ダイオード14−3と平滑コンデンサ14−4で整
流平滑され、平坦な直流電圧とされる。これが、バッテ
リ13,電気負荷29に印加される。 【0011】図7は、エンジンにおけるトルクアップ必
要領域およびエネルギー回収領域を示す図である。横軸
はエンジン回転数を表し、縦軸はターボチャージャ回転
数を表している。なお、車両発電機1の回転数は、エン
ジン回転数とプーリ20,25の回転数比とで決まる。
曲線イは、ターボチャージャ回転電機11をモータ運転
したり発電運転したりしなかった場合の、ターボチャー
ジャ回転数の変化を示す。 【0012】エンジン回転数がN1 より低い領域として
示されているトルクアップ必要領域Aは、ターボチャー
ジャ26が排気ガスのエネルギーで回転しているだけで
はブースト圧が低く、エンジンのトルクが小さい領域で
ある。この領域では、トルクアップが必要とされる。エ
ンジン回転数N1 は、エンジンの種類によって異なる
(例えば、900rpm)。 【0013】曲線ロの部分は、トルクアップのためにタ
ーボチャージャ回転電機11をモータ運転し、ターボチ
ャージャ回転数を上げてやった場合の変化を示してい
る。ターボチャージャ回転電機11をモータ運転する場
合、車両発電機1の発電電力を、整流回路3→平滑回路
5→昇圧回路6→インバータ9→ターボチャージャ回転
電機11という経路で供給する。 【0014】エンジン回転数がN2 より高い領域として
示されているエネルギー回収領域Bは、ターボチャージ
ャ26が排気ガスのエネルギーのままに回転している
と、必要以上にブースト圧が高くなってしまう領域であ
り、この領域では余分のエネルギーを回収することが出
来る。エンジン回転数N2 は、エンジンの種類によって
異なる(例えば、1300rpm)。 【0015】曲線ハの部分は、ターボチャージャ回転電
機11をエネルギー回収のために発電機運転した場合の
変化を示しており、ターボチャージャ回転数は下がる。
ターボチャージャ回転電機11の発電電力は、整流回路
10→平滑回路7→切替回路15→レギュレータ14と
いう経路でバッテリ13および電気負荷29に供給され
ると共に、整流回路10→平滑回路7→インバータ4→
車両発電機1という経路で、車両発電機1に供給される
場合もある。かくして、排気ガスのエネルギーが、電気
的エネルギーおよび機械的エネルギーとして回収され
る。 【0016】バッテリ13への充電を行う際には、過充
電となるのを防止することが行われている。即ち、バッ
テリ電圧を検出し、それが充電電圧許容上限値(例、2
7V)を超えないように、レギュレータ14を制御して
いる。 【0017】なお、排気エネルギー回収装置に関する従
来の文献としては、例えば、特開平5−141254号公報が
ある。 【0018】 【発明が解決しようとする課題】 (問題点)前記した従来の技術では、通常走行時とブレ
ーキ時とで特に充電の仕方に差をつけることなくバッテ
リを充電しているので、回収できるエネルギーが多くあ
るブレーキ時に、バッテリが受け入れ得る充電量が少な
い状態となっていることがある。そのような場合には、
ほんの一部のエネルギーだけが回収され、残りのエネル
ギーは回収することが出来ないという問題点があった。 【0019】(問題点の説明)バッテリ13への充電の
制限は、バッテリ電圧を監視していて過充電になりそう
になる時だけ制限されていた。従って、通常走行をして
いる間に、満充電近くにまで充電されることもあるわけ
であるが、そのような状態の時にブレーキがかけられた
とすると、回収エネルギーの発電でバッテリ13は、直
ぐに満充電となってしまう。それ以上は充電しないよう
に制限される(発電電力を取り出さないようにされる)
から、まだ回収できるエネルギーがあるにも係わらず、
回収することが出来ないことになる。 【0020】通常走行時の車両発電機1からの発電電力
は、エンジン3に駆動されて発電されたものであるか
ら、それで充電された電力は、燃料を消費して発電した
電力である。従って、ブレーキ時に回収し得るエネルギ
ーを充分に利用せず、通常走行時に余分に燃料を消費し
て充電を行っているという形になっており、エネルギー
の回収が効率よく行われているとは言えなかった。本発
明は、こ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。 【0021】 【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、モータ運転または発電機運転される車
両発電機と、ターボチャージャに付設され、ターボ作用
が不足している場合にはモータ運転され、排気ガスのエ
ネルギーが大である場合には発電機運転されるターボチ
ャージャ回転電機と、前記車両発電機または前記ターボ
チャージャ回転電機からの発電電力をバッテリおよび電
気負荷に供給するための制御を行うレギュレータと、前
記車両発電機および前記ターボチャージャ回転電機のモ
ータ運転または発電機運転を制御すると共に前記レギュ
レータの制御をする制御手段とを具えた排気エネルギー
回収装置において、前記制御手段を、直近過去所定時間
のブレーキ頻度を求めるカウンタを具え、ブレーキをか
けている時は前記レギュレータの出力電流を最大とし、
ブレーキをかけていない通常走行時は、バッテリ充電電
流がブレーキ頻度レベルに応じて設定されている値とな
るようレギュレータを制御すると共に、バッテリ電圧が
充電電圧許容上限値より大の時にはレギュレータの出力
電流を減少させ、バッテリ電圧が充電電圧許容下限値よ
り小の時にはレギュレータの出力電流を増加させるもの
とした。 【0022】 【作 用】車両発電機の他にターボチャージャ回転電
機が設けられている排気エネルギー回収装置において、
回収エネルギーで発電した電力を、レギュレータを介し
てバッテリに充電する場合、バッテリが満充電になって
しまえば、それ以上充電できないから、回収し得るエネ
ルギーが充分にあるブレーキ時には、回収せずに終わる
エネルギーが多くなってしまう。そこで、ブレーキをか
けていない通常走行時での充電量は、ブレーキ頻度が大
であるほど少なくなるように、レギュレータで制御して
おく。そして、ブレーキ時には、回収し得るエネルギー
を最大限利用してバッテリを充電する。通常走行時での
車両発電機による発電は、燃料を消費して行うから、そ
れによる充電が少なくされることにより燃費が改善され
る。また、ブレーキ時のエネルギー回収効率がよくな
る。 【0023】 【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、本発明の排気エネルギー回収装置
のブロック図であり、符号は図5のものに対応してい
る。そして、16−1はカウンタ、17,18は電流セ
ンサ、19はブレーキスイッチである。電流センサ17
はバッテリ13の電流(充電電流,放電電流)を検出
し、電流センサ18はレギュレータ14の出力電流を検
出する。カウンタ16−1は、制御部16に設けられ、
ブレーキスイッチ19からの、現時点より過去の所定時
間(例えば、10分間)内におけるスイッチ信号をカウ
ントする。つまり、直近過去所定時間内のブレーキ回数
が記録される。図5と同じ符号のものは、同様のもので
あるので、その説明は省略する。 【0024】本発明では、ブレーキ時に回収し得るエネ
ルギーで出来るだけバッテリ13を充電するため、通常
走行時における充電は少なくしようとするものである。
但し、充電を少なくするといっても、バッテリが過放電
状態となるのは避けなければならないから、そうならな
い程度の充電は行う。通常走行時の充電を少なくする
と、車両発電機1の発電量は少なくて済み、消費する燃
料が少なくて済む。 【0025】そのため、通常走行時の充電は、ブレーキ
がかけられる頻度を考慮に入れて行う。頻度が大である
ほど、ブレーキ時の回収エネルギーで充電される機会が
多いから、通常走行時の充電は少なくしておく。なお、
バッテリ充電電流の制御は、レギュレータ14を制御し
て行う。ブレーキ頻度と、制御するバッテリ充電電流と
の関係は、予め実験等を基にして設定しておき、制御部
16に記憶させておく。 【0026】図2は、ブレーキ頻度レベルとバッテリ充
電電流との対応関係の1例を示す図である。この例で
は、直近過去10分間のブレーキ回数でレベル分けして
いる。例えば、ブレーキ回数が4〜7回のものは、ブレ
ーキ頻度レベルL3 としている。何段階のレベルに分け
るかとか、何回から何回までをどのレベルにするかとか
は、必要に応じて適宜決定される。また、ブレーキ頻度
レベルL1 〜L5 に対応させて、バッテリ充電電流をI
1 〜I5 と設定するが、この設定も実験等を基に適宜行
われる。 【0027】図3は、バッテリを充電する際のレギュレ
ータの制御動作を説明するフローチャートである。フロ
ーチャートの中のブロックCは、バッテリを保護するた
めの制御であり、ブロックDはブレーキ時の制御、ブロ
ックEは通常走行時の制御である。 ステップ1…バッテリ13の電圧を検出し、充電電圧許
容上限値(過充電を防止するための最大充電電圧。例、
27V)より大であるか否かを調べる。 ステップ2…充電電圧許容上限値より大である場合に
は、レギュレータ14の出力電流を小にする。 【0028】ステップ3…バッテリ13の電圧を検出
し、充電電圧許容下限値(過放電状態となるのを防止す
るための最小充電電圧。例、21V)より小であるか否
かを調べる。 ステップ4…充電電圧許容下限値より小である場合に
は、レギュレータ14の出力電流を大にする。 ステップ5…今、ブレーキをかけているかどうか調べ
る。これは、ブレーキスイッチ19からの信号によって
知ることが出来る。 ステップ6…ブレーキ中であれば、レギュレータ14の
出力電流が最大になるように制御する。ブレーキ時に回
収し得るエネルギーを、最大限利用して充電するためで
ある。 【0029】ステップ7…このステップ以降の制御は、
ブレーキをかけていない場合、つまり、通常走行時の制
御である。通常走行時には、まずカウンタ16−1のカ
ウント値を見て、ブレーキ頻度(所定時間内にかけられ
たブレーキの回数)を調べる。 ステップ8…ブレーキ頻度が、図2の頻度レベルL1
相当しているか否かを調べる。 【0030】ステップ9…ブレーキ頻度レベルがL1
場合は、バッテリ13への充電電流をI1 に制御する。
この制御は、電流センサ17で充電電流を検出し、それ
がI1 になるようにレギュレータ14を制御することに
よって行う。 ステップ10〜17…これらのステップでは、ステップ
8,9の場合と同様に、どのブレーキ頻度レベルに相当
するかを調べ、そのレベルに対応して定められている充
電電流となるよう、レギュレータ14を制御する。 【0031】なお、図2で設定されている「バッテリ充
電電流」がマイナスの場合、それはバッテリから放電さ
せる電流を意味している。ブレーキ頻度が大である場合
(例えば、L5 )、ブレーキ時の回収エネルギーで充電
される機会が多いから、通常走行時にはバッテリから放
電させても構わない(例、I5 =−5Aと設定する)。 【0032】 【発明の効果】以上述べた如く、本発明の排気エネルギ
ー回収装置によれば、ブレーキをかけていない通常走行
時での充電量は、ブレーキ頻度が大であるほど少なくな
るようにレギュレータで制御し、ブレーキ時には、回収
し得るエネルギーを最大限利用してバッテリを充電する
ので、ブレーキ時のエネルギー回収効率がよくなると共
に、通常走行時での車両発電機による発電負担が軽減さ
れ、燃費が改善される。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust energy recovery apparatus for recovering energy by rotating a rotating electric machine provided in a turbocharger by using exhaust gas. [0002] In a turbocharger of a turbo car, a turbine is rotated by exhaust gas to promote the suction of the atmosphere. However, the exhaust gas after starting the vehicle and shifting to normal running rotates the turbine. Even after being let go, it still has enough energy. Therefore, a device has been considered in which a rotating electric machine is attached to a turbocharger and the exhaust energy is further recovered. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of such an exhaust energy recovery apparatus. In FIG. 4, 1 is a vehicle generator, 11 is a turbocharger rotating electric machine, 11-1 is a rotor, 11-2 is a stator, 13 is a battery, 20 is a pulley, 21 is an engine, 22 is an intake pipe, and 23 is Exhaust pipe, 2
4 is a belt, 25 is a pulley, 26 is a turbocharger,
27 is a compressor blade, 28 is a turbine blade, and 29 is an electric load. The pulley 20 is connected to the shaft of the engine 21, and the pulley 25 is connected to the shaft of the vehicle generator 1. The pulleys 20 and 25 are connected by a belt 24. The turbocharger rotating electric machine 11 is provided in the turbocharger 26, and its rotor 1
1-1 is connected to the rotating shafts of the compressor blade 27 and the turbine blade 28 of the turbocharger 26, and the stator 11-2 is fixed inside the turbocharger 26. As the turbocharger rotating electric machine 11, a synchronous machine is used, and as described below, the generator is operated or the motor is operated as occasion demands. The electric power generated by the vehicle generator 1 is used to charge the battery 13 and supply power to the electric load 29, as is well known, but when the turbocharger 26 has a weak turbo action (the boost pressure is still small) at the time of starting. For example, power is also supplied to the turbocharger rotating electric machine 11. The turbocharger rotating electric machine 11 supplied from the vehicle generator 1 operates as a motor, assists the rotation of the turbine blade 28, promotes the turbo action, and increases the engine torque. When the energy of the exhaust gas is large, the turbocharger rotating electric machine 11 is operated as a generator, and the generated electric power is used for charging the battery 13 and supplying power to the electric load 29. In some cases, it is also supplied to the vehicle generator 1, and the vehicle generator 1 is driven by a motor. The motor generator-driven vehicle generator 1 applies torque to the engine 21 to reduce fuel consumption. FIG. 5 is a block diagram of a conventional exhaust energy recovery apparatus. Reference numerals correspond to those in FIG. 4, 2 is an inverter rectifier circuit, 3 is a rectifier circuit, 4 is an inverter, 5
Is a smoothing circuit, 6 is a booster circuit, 7 is a smoothing circuit, 8 is an inverter rectifier circuit, 9 is an inverter, 10 is a rectifier circuit, 11
Is a turbocharger rotating electric machine, 12 is a position sensor, 14 is a regulator, 15 is a switching circuit, and 16 is a control unit. [0007] The booster circuit 6 boosts and applies the generated voltage of the vehicle generator 1 when the turbocharger rotating electric machine 11 is driven by a motor. Generally, the rotation speed of the turbocharger rotating electric machine 11 is much higher than that of the vehicle generator 1, and the induced voltage is large. Therefore, in order to operate the turbocharger rotating electric machine 11 by motor, it is necessary to apply a voltage larger than the induced voltage, but the generated voltage of the vehicle generator 1 may not reach the value. Therefore, the voltage is boosted by the booster circuit 6 and applied. The configuration of the booster circuit 6 is a known booster circuit using a switching transistor. The inverter rectifier circuits 2, 8 are circuits that at one time act as inverters and at other times act as rectifier circuits. The configuration is, for example, a configuration in which diodes are connected in anti-parallel to each of the three-phase bridge-connected switching transistors. The position sensor 12 is a sensor that detects a magnetic pole position of a rotor of the turbocharger rotating electric machine 11 that is a synchronous machine. The number of rotations can also be detected based on the signal from the position sensor 12. The control unit 16 receives signals from the position sensor 12 as well as vehicle information (eg, accelerator opening, engine speed, etc.) from various sensors and switches. Then, as shown by the dotted line, the control circuit issues a signal for controlling the inverter rectifier circuit 2, the booster circuit 6, the inverter rectifier circuit 8, and the regulator 14. The generated voltage of the vehicle generator 1 is rectified by the rectifier circuit 3, smoothed by the smoothing circuit 5, and
The output voltage V P to appear. Similarly, the voltage generated by the turbocharger rotating electric machine 11 is rectified by the rectifier circuit 10,
The output voltage V Q appears at the point Q after being smoothed by the smoothing circuit 7. The output voltages V P and V Q of each smoothing circuit are input to the switching circuit 15, and the higher voltage is selected and output to the regulator 14. The regulator 14 controls the voltage from the switching circuit 15 to a voltage suitable for charging the battery 13 and supplying power to the electric load 29. FIG. 6 shows an example of the configuration of the regulator. 14
-1 is a switching transistor, 14-2 is a transformer,
14-3 is a diode, 14-4 is a smoothing capacitor, 1
4-5 and 14-6 are input terminals. By turning on / off the switching transistor 14-1, the terminal 14
The DC voltage applied to -5 and 14-6 is converted to an AC voltage. The AC voltage is transformed by the transformer 14-2, rectified and smoothed by the diode 14-3 and the smoothing capacitor 14-4, and becomes a flat DC voltage. This is applied to the battery 13 and the electric load 29. FIG. 7 is a diagram showing an area where torque is required and an energy recovery area in the engine. The horizontal axis represents the engine speed, and the vertical axis represents the turbocharger speed. The rotation speed of the vehicle generator 1 is determined by the engine rotation speed and the rotation speed ratio of the pulleys 20 and 25.
A curve a indicates a change in the turbocharger rotation speed when the turbocharger rotating electric machine 11 is not operated by the motor or the power generation operation. The torque increase required area A, which is indicated as an area where the engine speed is lower than N 1, is an area where the boost pressure is low and the engine torque is low only when the turbocharger 26 is rotated only by the energy of the exhaust gas. It is. In this region, a torque increase is required. Engine speed N 1 is different depending on the type of engine (e.g., 900 rpm). The curve B shows a change when the turbocharger rotating electric machine 11 is driven by a motor to increase the torque and the turbocharger rotation speed is increased. When the turbocharger rotating electric machine 11 is driven by a motor, the electric power generated by the vehicle generator 1 is supplied through a route of the rectifier circuit 3 → the smoothing circuit 5 → the booster circuit 6 → the inverter 9 → the turbocharger rotating electric machine 11. In the energy recovery area B shown as an area where the engine speed is higher than N 2 , the boost pressure becomes unnecessarily high when the turbocharger 26 is rotated with the energy of the exhaust gas. This is an area where extra energy can be recovered. Engine speed N 2 depends on the type of engine (e.g., 1300 rpm). A curve C shows a change when the turbocharger rotating electric machine 11 is operated as a generator for energy recovery, and the turbocharger rotation speed decreases.
The electric power generated by the turbocharger rotating electric machine 11 is supplied to the battery 13 and the electric load 29 through the route of the rectifier circuit 10 → the smoothing circuit 7 → the switching circuit 15 → the regulator 14, and the rectifier circuit 10 → the smoothing circuit 7 → the inverter 4 →
There is also a case where the electric power is supplied to the vehicle generator 1 through the route of the vehicle generator 1. Thus, the energy of the exhaust gas is recovered as electrical energy and mechanical energy. When the battery 13 is charged, overcharging is prevented. That is, the battery voltage is detected, and the detected battery voltage is the upper limit of the allowable charging voltage (eg, 2
The regulator 14 is controlled so as not to exceed 7 V). As a conventional document relating to an exhaust energy recovery apparatus, there is, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-141254. [Problems to be Solved] (Problem) In the above-mentioned conventional technology, the battery is charged without any particular difference in charging between normal driving and braking. During braking when there is a lot of energy available, the battery may be in a state where the amount of charge that the battery can accept is small. In such a case,
There was a problem that only a part of the energy was recovered and the remaining energy could not be recovered. (Explanation of the Problem) The limitation on the charging of the battery 13 is limited only when the battery voltage is monitored and the battery 13 is likely to be overcharged. Therefore, the battery 13 may be charged to near full charge during normal driving. However, if the brake is applied in such a state, the battery 13 is immediately generated by the generation of the recovered energy. It will be fully charged. It is restricted not to charge any more (it is made not to take out generated power)
Therefore, despite the energy that can still be recovered,
You will not be able to collect it. The electric power generated by the vehicle generator 1 during normal running is generated by being driven by the engine 3, and the electric power charged thereby is the electric power generated by consuming fuel. Therefore, the energy that can be recovered during braking is not fully utilized, and extra fuel is consumed during normal driving to charge the battery. It can be said that energy is recovered efficiently. Did not. An object of the present invention is to solve such a problem. In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a vehicle generator operated by a motor or a generator, and a turbocharger provided with a turbocharger, which lacks a turbo action. A turbocharger rotating electric machine that is driven by a motor and is operated by a generator when the energy of the exhaust gas is large, and supplies the electric power generated from the vehicle generator or the turbocharger rotating electric machine to a battery and an electric load. And a control means for controlling the motor operation or the generator operation of the vehicle generator and the turbocharger rotating electric machine and for controlling the regulator, the control means comprising: Equipped with a counter that determines the frequency of braking for a predetermined time in the last The maximum output current of the regulator when
During normal driving without braking, the regulator is controlled so that the battery charging current is set to a value set according to the braking frequency level, and when the battery voltage is higher than the allowable charging voltage upper limit, the output current of the regulator is controlled. And when the battery voltage is smaller than the allowable lower limit of the charging voltage, the output current of the regulator is increased. [Operation] In an exhaust energy recovery apparatus provided with a turbocharger rotating electric machine in addition to a vehicle generator,
When the battery generated by the recovered energy is charged to the battery via the regulator, it cannot be charged any more once the battery is fully charged. Energy increases. Therefore, the regulator controls the amount of charge during normal running with no brake applied such that the greater the frequency of braking, the smaller the amount of charge. Then, at the time of braking, the battery is charged by making maximum use of the recoverable energy. Since the power generation by the vehicle generator during normal driving is performed by consuming fuel, the fuel consumption is improved by reducing the charging by the fuel. Also, the energy recovery efficiency during braking is improved. Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of an exhaust energy recovery device of the present invention, and the reference numerals correspond to those in FIG. 16-1 is a counter, 17 and 18 are current sensors, and 19 is a brake switch. Current sensor 17
Detects the current (charge current, discharge current) of the battery 13, and the current sensor 18 detects the output current of the regulator 14. The counter 16-1 is provided in the control unit 16,
The switch signal from the brake switch 19 within a predetermined time (for example, 10 minutes) in the past from the current time is counted. That is, the number of brakes within a predetermined time in the latest past is recorded. The components having the same reference numerals as those in FIG. 5 are the same, and the description thereof will be omitted. In the present invention, the battery 13 is charged as much as possible with the energy that can be recovered during braking, so that the charge during normal driving is reduced.
However, even if the charge is reduced, it is necessary to avoid the battery from being in an overdischarged state. If the charge during normal driving is reduced, the amount of power generated by the vehicle generator 1 can be reduced, and the consumed fuel can be reduced. For this reason, charging during normal running is performed in consideration of the frequency of braking. The greater the frequency, the greater the chance of charging with the recovered energy during braking, and therefore the less the charging during normal driving. In addition,
The control of the battery charging current is performed by controlling the regulator 14. The relationship between the brake frequency and the battery charging current to be controlled is set in advance based on experiments and the like, and stored in the control unit 16. FIG. 2 is a diagram showing an example of the correspondence between the brake frequency level and the battery charging current. In this example, levels are classified according to the number of brakes in the last 10 minutes. For example, those brake count is 4-7 times, and the brake frequency level L 3. The number of levels to be divided and how many times to what level are determined as needed. Further, the battery charging current is set to I in accordance with the brake frequency levels L 1 to L 5.
Although set to 1 ~I 5, this setting is also performed appropriately based on experiment or the like. FIG. 3 is a flowchart for explaining the control operation of the regulator when charging the battery. Block C in the flowchart is control for protecting the battery, block D is control during braking, and block E is control during normal running. Step 1: Detect the voltage of the battery 13 and determine the allowable upper limit of the charging voltage (the maximum charging voltage for preventing overcharging. For example,
27V) is checked. Step 2: If the charging voltage is larger than the allowable upper limit value, the output current of the regulator 14 is reduced. Step 3: The voltage of the battery 13 is detected, and it is checked whether the voltage is lower than an allowable lower limit value of the charging voltage (a minimum charging voltage for preventing an overdischarge state, for example, 21V). Step 4: If the charging voltage is smaller than the allowable lower limit, the output current of the regulator 14 is increased. Step 5: Check whether the brakes are applied now. This can be known from a signal from the brake switch 19. Step 6: During braking, control is performed so that the output current of the regulator 14 becomes maximum. This is because the energy that can be recovered during braking is charged to the maximum use. Step 7: The control after this step is as follows:
This is control when the brake is not applied, that is, during normal running. At the time of normal running, first, the count value of the counter 16-1 is checked to check the brake frequency (the number of brakes applied within a predetermined time). Step 8 ... brake frequency is examined whether or not corresponding to the frequency level L 1 in FIG. [0030] Step 9: brake frequency level in the case of L 1, and controls the charging current to the battery 13 to I 1.
This control detects the charging current by the current sensor 17, it performs by controlling the regulator 14 so that I 1. Steps 10 to 17 In these steps, as in Steps 8 and 9, it is checked which brake frequency level corresponds to, and the regulator 14 is controlled so that the charging current is determined in accordance with the level. Control. When the "battery charge current" set in FIG. 2 is negative, it means the current discharged from the battery. When the braking frequency is high (for example, L 5 ), the battery may be charged with the recovered energy at the time of braking, so that the battery may be discharged during normal driving (for example, I 5 = −5 A is set). ). As described above, according to the exhaust energy recovery apparatus of the present invention, the regulator during normal driving without the brake is applied such that the greater the frequency of braking, the smaller the amount of charge. In braking, the battery is charged by making full use of the energy that can be recovered.This improves the energy recovery efficiency during braking, reduces the load on the vehicle generator during normal driving, and reduces fuel consumption. Be improved.

【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明の排気エネルギー回収装置のブロック
図 【図2】 ブレーキ頻度レベルとバッテリ充電電流との
対応関係の1例を示す図 【図3】 バッテリを充電する際のレギュレータの制御
動作を説明するフローチャート 【図4】 排気エネルギー回収装置の構成を示す図 【図5】 従来の排気エネルギー回収装置のブロック図 【図6】 レギュレータの構成の1例を示す図 【図7】 トルクアップ必要領域およびエネルギー回収
領域を示す図 【符号の説明】 1…車両発電機、2…インバータ整流回路、3…整流回
路、4…インバータ、5…平滑回路、6…昇圧回路、7
…平滑回路、8…インバータ整流回路、9…インバー
タ、10…整流回路、11…ターボチャージャ回転電
機、11−1…回転子、11−2…固定子、12…ポジ
ションセンサ、13…バッテリ、14…レギュレータ、
15…切替回路、16…制御部、17,18…電流セン
サ、19…ブレーキスイッチ、20…プーリ、21…エ
ンジン、22…吸気管、23…排気管、24…ベルト、
25…プーリ、26…ターボチャージャ、27…コンプ
レッサブレード、28…タービンブレード、29…電気
負荷
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram of an exhaust energy recovery device of the present invention; FIG. 2 is a diagram showing an example of a correspondence relationship between a brake frequency level and a battery charging current; FIG. 4 is a flowchart illustrating a control operation of a regulator at the time of operation. [FIG. 4] A diagram showing a configuration of an exhaust energy recovery device. [FIG. 5] A block diagram of a conventional exhaust energy recovery device. [FIG. 6] A diagram showing an example of a configuration of a regulator. FIG. 7 is a diagram showing a torque-up required area and an energy recovery area. [Description of References] 1 ... vehicle generator, 2 ... inverter rectifier circuit, 3 ... rectifier circuit, 4 ... inverter, 5 ... smoothing circuit, 6 ... booster circuit, 7
... Smoothing circuit, 8 ... Inverter rectifier circuit, 9 ... Inverter, 10 ... Rectifier circuit, 11 ... Turbocharger rotating electric machine, 11-1 ... Rotor, 11-2 ... Stator, 12 ... Position sensor, 13 ... Battery, 14 …regulator,
15 switching circuit, 16 control unit, 17, 18 current sensor, 19 brake switch, 20 pulley, 21 engine, 22 intake pipe, 23 exhaust pipe, 24 belt
25 ... pulley, 26 ... turbocharger, 27 ... compressor blade, 28 ... turbine blade, 29 ... electric load

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 モータ運転または発電機運転される車両
発電機と、ターボチャージャに付設され、ターボ作用が
不足している場合にはモータ運転され、排気ガスのエネ
ルギーが大である場合には発電機運転されるターボチャ
ージャ回転電機と、前記車両発電機または前記ターボチ
ャージャ回転電機からの発電電力をバッテリおよび電気
負荷に供給するための制御を行うレギュレータと前記車
両発電機および前記ターボチャージャ回転電機のモータ
運転または発電機運転を制御すると共に前記レギュレー
タの制御をする制御手段とを具えた排気エネルギー回収
装置において、前記制御手段を、直近過去所定時間のブ
レーキ頻度を求めるカウンタを具え、ブレーキをかけて
いる時は前記レギュレータの出力電流を最大とし、ブレ
ーキをかけていない通常走行時は、バッテリ充電電流が
ブレーキ頻度レベルに応じて設定されている値となるよ
うレギュレータを制御すると共に、バッテリ電圧が充電
電圧許容上限値より大の時にはレギュレータの出力電流
を減少させ、バッテリ電圧が充電電圧許容下限値より小
の時にはレギュレータの出力電流を増加させるものとし
たことを特徴とする排気エネルギー回収装置。
(57) [Claims] [Claim 1] A vehicle generator driven by a motor or a generator and a turbocharger provided with a turbocharger, the motor is driven when the turbo action is insufficient, and exhaust gas A turbocharger rotating electric machine that is driven by a generator when the energy is large; a regulator that performs control for supplying power generated from the vehicle generator or the turbocharger rotating electric machine to a battery and an electric load; In an exhaust energy recovery apparatus comprising a generator and control means for controlling the motor operation or the generator operation of the turbocharger rotating electric machine and for controlling the regulator, the control means controls the brake frequency for the latest past predetermined time. Equipped with the required counter, when the brake is applied, maximize the output current of the regulator, During normal running with no rake, the regulator is controlled so that the battery charge current is set to a value set according to the brake frequency level, and when the battery voltage is higher than the maximum allowable charge voltage, the output current of the regulator is controlled. And the output current of the regulator is increased when the battery voltage is smaller than the allowable lower limit of the charging voltage.
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