JPH05280363A - 回転電機付き可変容量ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関の低トルク域での加速性を効率良く
向上させることができる回転電機付可変容量ターボチャ
ージャの制御装置を提供することである。 【構成】 タービン及びコンプレッサの回転軸を共通の
回転軸とする回転電機と、タービンの入口に設けられて
ノズル面積が内燃機関の回転数により複数の領域に区分
して切り換え制御される可動ノズルベーンが備えられて
いる。アクセル開度が設定値未満でありかつ単位時間当
たりのアクセル開度差が設定値未満である場合には、回
転電機を電動機として作動制御する。また回転電機への
電流を、内燃機関の回転数及びアクセル開度により複数
の切換領域に区分して供給制御しかつ該切換領域を、機
関回転数及びアクセル開度が共に増加するほど供給電流
が少なくなるよう区分している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タービン回転数のオー
バスピードを防止することができる回転電機付き可変容
量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、たとえばディーゼルエンジン
において、タービンノズル面積を変化させることによ
り、排気流速及び排気圧力を制御する可変容量ターボチ
ャージャ（ＶＧＳターボ）が開発されている（例えば特
開昭６２−１２９５２５号公報参照）。従来のＶＧＳタ
ーボの一例を示す図９において、タービンハウジング２
内にはタービン４が回転自在に設けられている。６は複
数の可動ノズルベーンであって、タービン４に排気を案
内するために回動自在に設けられている。８は制御リン
グで、タービンハウジング２内に回転自在にかつ、ター
ビン４と同軸上に設けられている。１０は制御レバーで
あって、ノズルベーン６が固定された回転軸と一体的に
設けられ、その自由端は、制御リング８に設けられたピ
ン１２に係合されている。１４は出力ロッドであり、一
端はノズルベーン６が固定された回転軸と一体的に設け
られ、他端は、作動ロッド１６を介してリンクロッド１
８の不等分位置に連結されている。リンクロッド１８の
各自由端にはストロークの同一な二つのアクチュエータ
Ｃ１及びＣ２が連結されている。アクチュエータＣ１及
びＣ２はこの例ではエアシリンダから構成され、それぞ
れ電磁弁２０及び２２を介して図示していないエアタン
クに連結されている。電磁弁２０及び２２の開閉（Ｏ
Ｎ、ＯＦＦ）はコントローラ２４により作動制御され
る。

【０００３】コントローラ２４には、回転センサ２６に
より検出されるエンジン回転数、図示していない負荷セ
ンサにより検出されるエンジン負荷及び温度センサによ
り検出されるエンジン温度等が入力される。そして、こ
れらの値から決定される制御マップに基づいてその時点
の切換領域（段数）が判断され、その切換領域に対応す
るコントロール信号が出力される。この信号により電磁
弁２０及び２２が開閉作動されると、アクチュエータＣ
１及びＣ２の一方又は両方が伸縮作動し、制御リング８
が回転して可動ノズルベーン６の開度（ノズル面積）が
調節される。すなわちＶＧＳターボは、機関の回転数及
び負荷に基づいて過給特性を可変させるものである。図
１０は前記ＶＧＳターボの各切換領域（ＡないしＤの切
換領域）と、電磁弁２０及び２２の作動（ＯＮ）及び非
作動（ＯＦＦ）、及びそれに伴う可動ノズルベーン６の
位置（ノズル面積）との関係の一例を示すものである。

【０００４】図１１は、エンジン回転数とトルク及び前
記ＶＧＳターボの各切換領域（ＡないしＤの４段の切換
領域）との関係を示す。図１１から明らかなように、Ｖ
ＧＳターボは、エンジン回転数により、タービン入口ノ
ズルの面積がＡ、Ｂ、Ｃ及びＤ（ノズルの面積は最大）
の４段階に変化するよう切り換え制御される。これは、
排気ガスの流量に見合った仕事を行わせるためである。
ところで、一般に前記ＶＧＳターボにおいては、燃料流
量が少ない領域、例えばアクセル開度が図１２のＬで示
す設定値未満の低トルク域においては、ノズル面積を小
さくすると、エンジンの排気圧力（タービン入口）が上
昇する。その結果、ノズル面積が大きい状態よりも、同
一燃料流量時にトルクが低くなる。そこで図１２に示す
ように、低トルク域のノズル面積を大きくすると、すな
わち、アクセル開度が設定値Ｌ未満の領域におけるノズ
ル面積が大きくなるよう各領域を区分すると、燃費は改
善されるが、発進加速性に問題が生ずる。

【０００５】その具体例を示す図１３において、Ａ点に
て加速を始め、Ｂ点に達した際、本来ノズル面積の小さ
いＢの領域からスタートするところ、それよりノズル面
積の大きいＣの領域からスタートすることになる。すな
わち、タービン回転数の上昇率は、ノズル面積の大きい
Ｃの領域からスタートした方が不利となり、発進加速性
がその分低下することになる。

【０００６】一方、ターボチャージャの回転軸に電動−
発電機を取り付けた回転電機付ターボチャージャ（ＴＣ
Ｇ）は、一例として特開昭６２−４８９３２号公報に開
示されている。同公報に開示されたターボチャージャ
は、内燃機関の負荷検出手段、回転センサ等からの信号
により、回転電機を電動機として作動制御することによ
り、内燃機関の出力及びトルクを向上することが可能で
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記した問題
点に鑑み、かつ回転電機付ターボチャージャの前記特性
に着目してなされたもので、その主目的は、内燃機関の
低トルク域での加速性を効率良く向上させることができ
る回転電機付可変容量ターボチャージャの制御装置を提
供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、内燃機関の排気ガスエネルギーに
より駆動されるタービンと、該タービンの駆動によりシ
リンダ内に吸気過給するコンプレッサと、該タービン及
び該コンプレッサの回転軸を共通の回転軸とする回転電
機と、該タービンの入口に設けられてノズル面積が内燃
機関の回転数により複数の領域に区分して切り換え制御
される可動ノズルベーンと、アクセル開度を検出する手
段とを備え、該アクセル開度検出手段からの信号により
アクセル開度が設定値未満でありかつ単位時間当たりの
アクセル開度差が設定値未満である場合には、該回転電
機を電動機として作動制御するとともに、回転電機への
電流を、内燃機関の回転数及びアクセル開度により複数
の切換領域に区分して供給制御しかつ該切換領域を、該
回転数及びアクセル開度が共に増加するほど該供給電流
が少なくなるよう区分したことを特徴とする回転電機付
き可変容量ターボチャージャの制御装置が提供される。

【０００９】

【作用】アクセル開度検出手段からの信号によりアクセ
ル開度が設定値未満（すなわち機関の低トルク域）であ
りかつ単位時間当たりのアクセル開度差が設定値未満で
ある場合には、回転電機付き可変容量ターボチャージャ
の回転電機を電動機として作動制御する。したがって低
トルク域、すなわち排気ガス流量が少ない領域におい
て、ターボチャージャが電動機として駆動されるので、
排気ガス流量が増加し、過給圧が高くなる。その結果、
加速性が改善される。また回転電機への電流は、内燃機
関の回転数及びアクセル開度により複数の領域に区分し
て供給制御され、しかもその領域を、機関の回転数及び
アクセル開度が共に増加するほど供給電流が少なくなる
よう区分されている、すなわち、回転電機への投入電流
が排気ガスの流量に見合うように区分化されているの
で、電流の浪費を防ぎつつ効率的に加速性を向上するこ
とができる。特にノズル面積の小さい切換領域例えばＡ
及びＢにおいては、タービン入口の排気圧力が上昇する
が、本発明においては、前記のように、ターボチャージ
ャが比較的大電流により電動機駆動されるので、排気ガ
スの流れが促進され、もちろん十分な過給も行われるの
で、出力及びトルクがアップするとともに燃費も向上す
る。上記に加えて、アクセル開度が設定値Ｌ未満の領域
におけるノズル面積が大きくなるよう各領域を区分され
た場合には、燃費は更に改善される。

【００１０】

【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面を参照しな
がら詳細に説明する。図１において、３０はディーゼル
エンジンで、吸気管３２と排気管３４とを備えている。
エンジン３０は、吸気管３２を介して吸気する空気と燃
料噴射装置である電子ガバナ付き燃料噴射ポンプ（図示
せず）から供給される燃料との燃焼エネルギーにより、
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３４を介して排出される。３６は回転電
機付可変容量ターボチャージャであり、排気管３４内に
位置付けられて排気ガスにより駆動されるタービン３８
と、吸気管３２内に位置付けられて吸気管３２に圧縮空
気を送気するコンプレッサ４０とを有している。タービ
ン３８の入口には、複数の可動ノズルベーン４２が、タ
ービン３８に排気を案内するために回動自在に設けられ
ている。可動ノズルベーン４２を駆動する機構は、図９
で説明したものと実質的に同一であるので、ここでは同
一部分に同一符号を付し、説明は省略する。タービン３
８とコンプレッサ４０とを接続する回転軸４４には、電
動機あるいは発電機として作動する回転電機４６が取り
付けられている。回転電機４６はロータ４８とステータ
５０とを有し、排気エネルギーによってロータ４８が回
転駆動されると、ステータ５０には交流電力が発電さ
れ、パワー部５２を介して図示しないバッテリに送電さ
れる。またパワー部５２を介したバッテリからの電力に
よりロータ４８が駆動されると、コンプレッサ４０の作
動により吸気が圧縮され、吸気管３２を介してエンジン
３０が過給されるよう構成されている。２６はエンジン
３０の回転数を検出する手段となる回転センサ、５４は
タービン３８の回転数を検出する手段となるポジション
センサ、５６はアクセル開度を検出する手段となるアク
セルセンサであり、これらのセンサによる検出信号はコ
ントローラ２４に送信される。なお、アクセルセンサ５
６に代え、燃料噴射ポンプのラック位置を検出するラッ
クセンサを用いてもよい。したがって、この明細書にお
いては、「アクセル開度」とはラックの移動量と読み代
えることができる。

【００１１】前記パワー部５４は、発電機作動時のステ
ータ５０からの交流電力を入力して、例えばバッテリの
充電電力に変換したり、回転電機４６を電動機駆動する
ためのバッテリからの直流電力を所定の交流電力に変換
する電力変換器等により構成される。したがって、交流
を直流に変換する整流回路及びレギュレータの他、直流
から交流に変換するインバータ、昇圧回路等の強電用変
換機器を備えており、変換する交流周波数やその電圧、
電流は後述するコントローラ２４の指令により制御され
るものである。コントローラ２４はマイクロコンピュー
タからなり、エンジンの作動状態や前記センサを含む各
種センサからの信号に基づいて供給燃料や所要電力、ブ
ースト圧などの演算を行う中央処理装置、これらの演算
結果のメモリやエンジン、回転電機の制御プログラム及
び各種データマップを格納する各種メモリ装置、各種の
入力を受令したり、関連部分に制御指令を発令する入／
出力装置などを有している。上記コントローラ２４内に
は、図３及び図４に示すＶＧＳターボ制御マップ、図５
に示すＴＣＧ電動機運転マップ等が予め格納されてい
る。

【００１２】図３及び図４に示すＶＧＳターボ制御マッ
プは、それぞれ、電磁弁２０及び２２をＯＮ、ＯＦＦ制
御するマップであり、切換領域はＡないしＤの４段に区
分されている。アクセル開度が設定値Ｌ（例えば３０パ
ーセント）未満の低トルク域においては、ノズル面積が
大きくされている（アクセル開度が設定値Ｌ未満の領域
におけるノズル面積が大きくなるよう各領域が区分され
ている）。したがって低トルク域の燃費は改善される。

【００１３】図５に示すＴＣＧ電動機運転マップは、図
３及び図４に示すＶＧＳターボ制御マップと組み合わさ
れた制御マップである。同マップにおいては、アクセル
開度が設定値Ｌ未満でありかつ単位時間当たりのアクセ
ル開度差が設定値未満である場合に、回転電機４６を電
動機として作動制御する。更に、回転電機４６への電流
を、内燃機関の回転数及びアクセル開度により複数の切
換領域３０Ａ、２０Ａ、１０Ａ及び５Ａに区分して供給
制御する。しかもこれらの切換領域を、前記回転数及び
アクセル開度が共に増加するほど供給電流が少なくなる
よう区分している。回転電機４６への供給電流は、切換
領域３０Ａにおいては３０アンペア、以下２０アンペ
ア、１０アンペア、５アンペアと定められている。アク
セル開度が設定値Ｌ以上の場合には、回転電機４６は電
動機として作動しないよう制御される。

【００１４】次に本発明の作動について説明する。図２
において、先ずステップ１では、回転センサ２６、アク
セルセンサ５６からの信号により、ＶＧＳ制御マップ検
索が行われ、その時点の切換領域ＡないしＤが判別され
る。次いでステップ２に進み、ステップ２では、前記判
別結果に基づいてコントローラ２４から、電磁弁２０及
び２２をＯＮ、ＯＦＦさせる信号が出力される。電磁弁
２０及び２２は、この信号にしたがってそれぞれ作動制
御される。その後ステップ３へ進む。ステップ３では、
アクセル開度が設定値Ｌ未満であるか否かがチェックさ
れ、設定値Ｌ未満でない場合にはステップ１に戻り、設
定値Ｌ未満である場合にはステップ４へ進む。ステップ
４では、単位時間当たりのアクセル開度差が設定値未満
であるか否かが判別され、設定値未満でない場合はステ
ップ１に戻り、設定値Ｌ未満である場合にはステップ５
へ進む。ステップ５では、ＴＣＧ電動機運転マップ検索
が行われ、その時点の切換領域３０Ａないし５Ａが判別
される。次いでステップ６に進み、ステップ６では、前
記判別結果に基づく信号がコントローラ２４から、パワ
ー部５２へ出力され、パワー部５２は、この信号に従っ
て回転電機４６を電動機として作動させるとともに、判
別された切換領域に従った電流が供給された後ステップ
１に戻る。

【００１５】図６ないし図８は、それぞれ図３ないし図
５に対応する別の制御マップを示す。図６及び図７に示
すＶＧＳターボ制御マップは、それぞれ、電磁弁２０及
び２２をＯＮ、ＯＦＦ制御するマップであり、切換領域
はＡないしＤの４段に区分されている。図３及び図４と
違ってこのマップでは、アクセル開度が変化してもノズ
ル面積が変わらないよう、各切換領域が区分されてい
る。図８に示すＴＣＧ電動機運転マップは、図６及び図
７に示すＶＧＳターボ制御マップと組み合わされた制御
マップである。回転電機４６を電動機として作動制御す
る形態は、実質上図５に示すＶＧＳターボ制御マップと
同一であるので、説明は省略する。図６ないし図８の制
御マップに基づいて行われる回転電機付き可変容量ター
ボチャージャの制御作用は、図２で説明したと同様に行
われるので、説明は省略する。

【００１６】以上、本発明を上記実施例により詳細に説
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。

【００１７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、アクセル開度検出手段からの信号によりアクセル
開度が設定値未満（すなわち機関の低トルク域）であり
かつ単位時間当たりのアクセル開度差が設定値未満であ
る場合には、回転電機付き可変容量ターボチャージャの
回転電機を電動機として作動制御する。したがって低ト
ルク域における加速性が改善される。また回転電機への
電流は、内燃機関の回転数及びアクセル開度により複数
の領域に区分して供給制御され、しかもその領域を、機
関の回転数及びアクセル開度が共に増加するほど供給電
流が少なくなるよう区分されているので、電流の浪費を
防ぎつつ効率的に加速性を向上することができる。特に
ノズル面積の小さい切換領域例えばＡ及びＢにおいても
十分な過給が行われるので、出力及びトルクがアップす
るとともに燃費も向上する。上記に加えて、アクセル開
度が設定値Ｌ未満の領域におけるノズル面積が大きくな
るよう各領域が区分された場合には、燃費は更に改善さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成ブロック図

【図２】本実施例の作動の一例を示す処理フロー図

【図３】ＶＧＳ制御マップ（電磁弁Ａ）の一例を示す図

【図４】ＶＧＳ制御マップ（電磁弁Ｂ）の一例を示す図

【図５】ＴＣＧ電動機運転マップの一例を示す図

【図６】ＶＧＳ制御マップ（電磁弁Ａ）の他の例を示す
図

【図７】ＶＧＳ制御マップ（電磁弁Ｂ）の他の例を示す
図

【図８】ＴＣＧ電動機運転マップの他の例を示す図

【図９】従来のＶＧＳターボの一例を部分的に示す概略
図

【図１０】図９に示すＶＧＳターボにおける制御をマト
リクス的に示す図

【図１１】従来のＶＧＳターボにおけるノズル面積の切
換領域の一例を示す図

【図１２】従来のＶＧＳターボにおけるノズル面積の切
換領域の他の例を示す図

【図１３】図１２に、更に加速の状態を付加した図

【符号の説明】

２０及び２２・・・電磁弁 Ｃ１及びＣ２・・・アクチュエータ ２６・・・回転センサ ３６・・・回転電機付可変容量ターボチャージャ ３８・・・タービン ４０・・・コンプレッサ ４６・・・回転電機 ５６・・・アクセルセンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気ガスエネルギーにより駆
   動されるタービンと、該タービンの駆動によりシリンダ
   内に吸気過給するコンプレッサと、該タービン及び該コ
   ンプレッサの回転軸を共通の回転軸とする回転電機と、
   該タービンの入口に設けられてノズル面積が内燃機関の
   回転数により複数の領域に区分して切り換え制御される
   可動ノズルベーンと、アクセル開度を検出する手段とを
   備え、該アクセル開度検出手段からの信号によりアクセ
   ル開度が設定値未満でありかつ単位時間当たりのアクセ
   ル開度差が設定値未満である場合には、該回転電機を電
   動機として作動制御するとともに、回転電機への電流
   を、内燃機関の回転数及びアクセル開度により複数の切
   換領域に区分して供給制御しかつ該切換領域を、該回転
   数及びアクセル開度が共に増加するほど該供給電流が少
   なくなるよう区分したことを特徴とする回転電機付き可
   変容量ターボチャージャの制御装置。
2. 【請求項２】 アクセル開度が該設定値未満の領域にお
   けるノズル面積が大きくなるよう各領域を区分したこと
   を特徴とする請求項１記載の回転電機付き可変容量ター
   ボチャージャの制御装置。