JPH0223230A - 回転電機付ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
。

（従来の技術） エンジンの排気管にターボチャージャを取付け、このタ
ーチャージャの回転軸に電動−発電機を直結して排気エ
ネルギーを回収しようとする提案が種々なされている。

このようにターボチャージャに電動−発電機となる回転
電機を取付け、内燃機関の運転状態に応じて電動機また
は発電機として作動させる内燃機関のターボチャージャ
の提案が特開昭６０−１９５３２９号公報に開示されて
いる。また、回転電機を内燃機関の回転数検出手段と、
負荷検出手段とからの信号により、バッテリを充電させ
なり、ターボチャージャの過給作動を助勢しようとする
回転電機付ターボチャージャの制御装置の提案が特願昭
６２−１０５９８１号に示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上記のこれらの提案においては、回転電機を電動機作動
、または発電機作動として制御し運転しているが、エン
ジンがアイドリンク時や低速回転時には排気エネルギー
が小となり、タービン効率も低下して急加速時の立上り
が遅くなるという欠点がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的はエンジンの低速回転時でもタービン効率を上
昇させエンジン加速に対する応答性を向上させようとす
る回転電機付ターボチャージャの制御装置を提供するに
ある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、ターボチャージャに取付けた電動−発
電機となる回転電機にバッテリか谷の電力を供給して過
給作動を助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、前記ターボチャージャのタービンへの排気
流路を制御する流路制御手段と、エンジンの低速時から
急加速するとき前記流路制御手段により流路を狭めて排
気ガス流速を増加せしめ過給作動の助勢によりエンジン
回転を加速せしめる急加速手段とを備えた回転電機付タ
ーボチャージャの制御装置が提供される。

（作用） 本発明では、エンジンが低速回転時でも急加速を要する
ときは、タービンスクロールを絞フてターボチャージャ
の回転数を上昇させ、過給作動を向上させる作用がある
。

（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。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図であり
、同図において、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機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、検出された信号が後述する
電子制御装置５に送出される。また、ＩＣはエンジン回
転センサ、２ｂはアクセルペダル２ｄに取付けられたア
クセルペダルセンサであり、それぞれ検出したエンジン
回転信号や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。

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
流を制御するデユ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。

図中の１８はバイパスアクチュエータで排気流路を制御
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、１ｆはタ
ービンスクロール可変機構でタービンスクロールを絞っ
てタービン効率を向上させるもの、６ｄは回転軸６Ｃに
取付けられな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
力センサで、検出されたそれぞれからの信号は電子制御
装置５に送出されるよう構成されている。

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への信号も発令するものであ菖。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ツプなどが格納されてい
る。

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、つぎに第２図を参照して本実施例の作動を説明する
。

まずステップａではバッテリ５ａの電圧ＶＢを計測し、
ステップｂでバッテリの蓄電量不足時の電圧ＶＬＬとの
比較を行い、ｖａがｖＬＬより小さいときは充電量が不
足なのでバッテリ５ａの充電を行う（ステップｂ〜ｄ）
。

つぎにステップｅではバイパスアクチュエータ１ｅを制
御してバイパス路を閉じ、排気エネルギーを効率よくタ
ービンに当てて回転電機７の発電力を増加させ、ステッ
プｆで燃料流量を増加させ発電電力Ａを所定の十分な発
電量Ａ＋と比較する（ステップｇ）。ステップｈでは発
電量Ａ１に微小電力αを加えた発電量と、発電電力Ａと
比べてＡが小さい状態のときはその状態を所定時間保持
させ、設定したｔ１時間のタイマーセットしてバッテリ
５ａの充電を行い、ｔ１時間の経過後は燃料流量を元に
戻してステップ１に進む（ステップｉ〜ｍ）。なおこの
間、ステップにでｔ１時間に達していない場合や、ステ
ップｈでＡＨＡｌ＋αの場合はそれぞれステップａに戻
って上記のフローを繰返す処理を行う。

つぎにステップ１ではエンジン回転センサＩＣからの信
号を読込み、エンジン回転がアイドリング回転か否かチ
エツクし、アイドリング状態でないときはステップ２に
進んでクラッチが接か否かをチエツクする。ここでクラ
ッチセンサ４Ｃからの信号が接のときはステップ３へ、
断のときはステップ４に進んでステップ２のフローを繰
返すことになる。

ステップ３ではアクセルペダルセンサ２ｂからの信号を
読込み、ステップ５にてその踏込量が部分的に踏込まれ
ているか、−杯に踏込まれているかをチエツクして、部
分踏込みの場合はス１テップ６〜９に移行する。そして
、エンジン回転センサ１ｃとブースト圧センサ１ｄとか
ら信号を読込み、部分踏込みのアクセルペダル位置の燃
料供給量に相当する吸気管のブースト圧ｐａｃの演算を
行い、Ｆｉｌｅと読込んだ現ブースト圧Ｐｉｌｌと差の
計算を行う。

ステップ１０では前述のＰＲ＋ニーＰ１の演算結果より
エンジン１の加速か定速かを判゛断し、演算結果が大と
なり加速と判断の場合はステップｎに進む。

ここではエンジン回転センサＩＣでエンジン回転数を計
測し、回転数Ｎが１５００ｒｐｍより低速のときはステ
ップ０に進み、タービンスクロール可変機構１ｆを作動
させてスクロールを挟め、アクセルペダルセンサ２ｂか
らのペダル踏込量の信号よりブースト圧ＰＡＩＬの計算
を行い、ブースト圧センサ１ｄからブースト圧ＰＢを計
測する。ステップｐではブースト圧Ｐ８とＰＡＲとを比
較してＰ６がＰＡａに達していないときはステップｑに
進んでエンジン回転数を計測し、１５００ｒｐｍに達し
たか否かをステップｒでチエツクする。ここでエンジン
回転数が１５０Ｏｒｐｍを超えているときは、タービン
スクロール可変機構Ｉｆにてスクロールを開き、ステッ
プ１〜１４に移行する。

なお、ステップｒにて１５００ｒｐｍに達していないと
きはステップ０に戻って上記フローを繰返し、低速回転
時におけるタービン回転の上昇を計る処理を行う。

ステップ１１では加速に要するブースト圧上昇のための
駆動電動機（回転電機７）に供給する電力の演算と、タ
ービンセンサ６ｄによるタービン回転数の検出と、前記
演算結果に基づく電力を供給する電力変換器７ａのデエ
ーテイ制御と、位相センサ７ｂからの信号に基づく電動
機駆動時の効率の制御とを行って、電動機作動にて増大
したブースト圧をステップ１５で検出し、供給燃料を増
加する制御をステップ１６にて行う。

ステップ１７ではブースト圧の増加の程度のチエツクを
行い、ブースト圧の増加が所定値以上の場合はステップ
１８にてアクセルペダルセンサ２ｂからアクセルペダル
位置を検出し、ステップ１９にてはエンジン回転センサ
ＩＣからエンジン回転を検出する。そして、ステップ２
０ではこれらの検出信号に基づいて、アクセルペダル位
置に相当するエンジン回転より現エンジン回転が小さい
場合は回転電機７を電動機モードとし、大きい場合は発
電機モードとするよう判断して、前者の場合はステップ
２１に、後者の場合はステップｔに進んで発電または過
給作動の読込を行い発電の場合はステップＵからステッ
プ２６に進むことになる。

ステップ２１では回転電機７を電動機駆動させるための
電力の計算を行い、ステップ２２ではタービンセンサ６
ｄからタービン回転を検出し、ついでステップ２３〜２
５に移行してバッテリ５ａからの電力を電力変換器７ａ
に制御して回転電ｌ１７に供給して電動機駆動してコン
プレッサ６ａの作動により過給してブースト圧を上昇さ
せる。

そしてブースト圧センサ１ｄにてブースト圧を検出し、
噴射器アクチュエータ２Ｃを制御して燃料供給量を制御
して、エンジン１の駆動力を増大させる制御を行う。

回転電機７を発電機モードにしてステップ２６に進んだ
ときは、電圧センサ７Ｃにより発電電圧の計測を行い、
ステップ２７にてバッテリ電圧との比較を行う。そして
、発電電圧がバッテリ電圧より高圧のときはステップ２
８〜３０に進んでバッテリを充電する処理を行い、発電
電圧が低いときはステップ３２．３３に進んで電力変換
器７ａにて昇圧制御してバッテリの充電となるが、ステ
ップ３０にて充電状態にならない場合はステップ３１に
進んで故障信号を発して警告することになる。

一方、ステップ５でアクセルペダル２ｄが一杯に踏込ま
れているときはステップ３８〜４１に進み、エンジン回
転センサＩＣからエンジン回転信号を読込み、回転電機
７へ供給する最大電力を電子制御装置５により検索し、
タービンセンサ６ｄからタービン回転を検出し、ブース
ト圧センサ１ｄから現ブースト圧ＰＢ２を検出する。そ
してステップ４２では最大ブーストと現ブースト圧ＰＩ
、２とを比較し、Ｐ、２が最大ブースト圧に達していな
いときはステップ４３〜４６に移行する。ここでは、電
力変換器７ａを介して回転電機７へ、の供給電力を増大
させる制御と、位相センサ７ｂからの信号により回転電
機７を効率よく駆動する制御と、現ブースト圧の検出と
、供給燃料を増加させる制御とを実行して、前記のステ
ップ１７に進んでブースト圧がどの程度増大されたかの
チエツクが行われることになる。

なお、ステップ４２にてＰＢ２が最大ブースト圧に達し
ているときも上記と同様にステップ１７のチエツクのフ
ローに進む。

また、最初のステップ１にてエンジン回転センサ１ｃか
らの信号によりエンジン１がアイドリンク状態と判断さ
れたときは、ステップ３４〜３７に移行し、アイドリン
グ状態のため排気エネルギーが少ないため、バイパスア
クチュエータ１ｅを制御して排気の流速を高めてタービ
ン６ｂの回転を早め、電圧センサ７Ｃにより発電機作動
の回転電機７からの発電電圧をチエツクし、バッテリ電
圧と比較して電力変換器７ａにてバッテリ５ａを充電で
きる電圧に制御してからステップ２９に進んで充電作動
を行うことになる。

以上本発明を上述の一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形が可能であり、これらを
本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、エンジンが低速回転時でも急加速を要
するときは、タービンスクロールを絞ってタービン効率
を向上せしめ、ターボチャージャの急加速により過給作
動を良好にする効果がある。

【図面の簡単な説明】

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である。 １・・・エンジン、ＩＣ・・・エンジン回転センサ、１
ｅ・・・バイパスアクチュエータ、１ｆ−・・タービン
スクロール可変機構、５・・・電子制御装置、５ａ・・
・バッテリ、６・・・ターボチャージャ、７・・・回転
電機、７ａ・・・電力変換器。 特許出願人　　いすｙ自動車株式会社 代　理　人　　弁理士　辻　　　　實

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターボチャージャに取付けた電動−発電機となる
   回転電機にバッテリからの電力を供給して過給作動を助
   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
   、前記ターボチャージャのタービンへの排気流路を制御
   する流路制御手段と、エンジンの低速時から急加速する
   とき前記流路制御手段により流路を狭めて排気ガス流速
   を増加せしめ過給作動の助勢によりエンジン回転を加速
   せしめる急加速手段とを備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。
2. （２）前記流路制御手段としてターボチャージャへの排
   気ガス流路に設けたバイパス流路を開閉制御するととも
   にタービンスクロールを絞り制御することを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載の回転電機付ターボチャ
   ージャの制御装置。