JPH0932569A

JPH0932569A - 車両用排気タービン付エンジン

Info

Publication number: JPH0932569A
Application number: JP7218025A
Authority: JP
Inventors: Yoichiro Kono; 洋一郎河野; Shinji Nakayama; 真治中山; Junya Watanabe; 純也渡邊
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【課題】排気エネルギを効率的に回収することがで
き、かつ圧縮開放式制動装置と組み合わせて制動時のエ
ンジンブレーキ効果を生起することができる構造簡単か
つ小型軽量の車両用排気タービン付エンジンを提供す
る。【解決手段】排気エネルギを回収する排気タービンに
より発電機を駆動し、吸気を加圧してエンジンに過給す
るコンプレッサは独立の電動モータにより駆動する。エ
ンジンのクランク軸には、減速機構を介して電動・発電
機を連結する。制御装置により、エンジンの運転状態に
応じてコンプレッサ駆動用電動モータ、排気タービン駆
動の発電機を作動させると共に、電動・発電機を電動機
又は発電機に選択的に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両用の排気タービン
付エンジンに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用エンジンの排気エネルギを
回収してエンジン性能の向上を図るために、排気を作動
媒体として駆動される排気タービンと、同排気タービン
のロータ軸と同一軸の回転軸に装架され又は一体的に形
成され、吸気を加圧して上記エンジンに供給する過給用
のコンプレッサとを備えたターボ過給機が広く採用され
ている。この種のターボ過給機では、過給吸気の圧力
が、コンプレッサの回転数の２乗に比例して変化する一
方、同コンプレッサと同一回転数で回転する排気タービ
ンの回転数は、エンジンの回転数に略比例して変化する
ため、エンジンの低速回転時には過給吸気圧力が不足し
て、エンジンの発生トルクが不足する不具合があり、ま
たエンジンの高速回転時には、過大吸気圧力が過大とな
りポンプ損失が増大する不都合がある。

【０００３】また、上記ターボ過給機の排気タービンの
下流側に動力回収用排気タービンを設け、ターボ過給機
の排気タービンから排出された排気の残存エネルギー
を、さらに動力回収用排気タービンで回収して、減速歯
車列を介しエンジンのクランク軸に駆動トルクとして助
勢し、或いは電力に変換してバッテリに蓄電する等のエ
ネルギ回収装置が提案されているが、上記動力回収用排
気タービンもエンジンの回転数に略比例して回転するた
め、排気の流速が低い部分負荷では、縦軸にタービン効
率η_ｔをとり、横軸にタービン周速Ｕ_ｔと排気速度Ｖ_ｅ
との比をとって示した図９のタービン効率線図に示され
ているように、排気流速が低い部分負荷では効率が低
く、排気エネルギを効率良く回収できない欠点がある。

【０００４】さらにまた、車両用エンジンにおいて、エ
ンジンブレーキ効率を向上し常用ブレーキの負担を軽減
するために、従来から、エンジンの各シリンダに通常の
排気弁及び吸気弁とは別個の第３弁を設け、同第３弁を
圧縮上死点付近で開いて、続く膨張行程における圧縮さ
れた吸気の正の膨張仕事を低減することによって、エン
ジンブレーキの吸収馬力を増大させるようにした制動装
置（例えば特開昭５６−１２６６４０号公報参照）、及
び上記第３弁を車両のエンジンブレーキ走行時に開状態
に維持して、上記同様にエンジンブレーキの吸収馬力を
増大するようにした圧縮開放式制動装置（例えば実開昭
５９−２８６４１号公報参照）、並びに上記第３弁に代
え排気弁をエンジンブレーキ走行時に開放するようにし
たジェイコブズ型圧縮開放ブレーキ装置（特公昭６１−
１４３３５号公報参照）（以下この種のエンジンブレー
キ装置を圧縮開放式制動装置と総称する）が提案され、
夫々成果を収めているが、上記ターボ過給機付エンジン
では、制動時に過給ができないため、上記制動装置を設
けた場合でも、同一出力の無過給エンジン並のエンジン
ブレーキ力が得られないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑み創案されたもので、車両用エンジンの種々の運転状
態に応じて排気エネルギを極めて効果的に回収すること
ができ、この結果、エンジンの出力トルク、燃費等の諸
性能を向上することができる車両用排気タービン付エン
ジンを安価に提供することを、主たる目的とするもので
ある。本発明の他の目的は、上述した圧縮行程中に圧縮
された吸気を排出することによってエンジンブレーキ効
果を増大するようにした圧縮開放式制動装置を具備した
車両用エンジンに適用した場合、制動時にも過給を可能
とすることによってエンジンブレーキ力を増大し得る排
気タービン付エンジンを提供することである。本発明の
さらに他の目的は、エンジンの吸気を加圧して過給する
コンプレッサ、及びエンジンの排気エネルギを回収する
排気タービンを、夫々独立に最適の回転数で運転するこ
とができ、従ってコンプレッサ及び排気タービンを含む
車両用エンジンの構造を簡素化し、小型軽量化を達成す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、エンジンの排気通路に介装され排気によ
り駆動される排気タービンと、同排気タービンのロータ
軸に連結されて電力を発生する発電機と、上記エンジン
の吸気通路に介装されて吸気を加圧し過給するコンプレ
ッサと、上記排気タービンのロータ軸とは独立の上記コ
ンプレッサの回転軸に連結されて同コンプレッサを駆動
する電動モータと、上記エンジンのクランク軸に減速機
構を介して連結され、電動機として上記クランク軸を補
助駆動するか、又は同クランク軸から駆動され発電機と
して作動する電動・発電機と、上記発電機及び電動モー
タ並びに電動・発電機に電気的に接続されたバッテリ
と、エンジンの運転状態を検知する運転状態検出装置
と、同運転状態検出装置の出力に応じて上記電動モー
タ、発電機、及び電動・発電機を制御する制御装置とを
備えたことを特徴とする車両用排気タービン付エンジン
を提案するものである。

【０００７】本発明において、上記制御装置が、上記運
転状態検出装置の出力信号に基づき、エンジンがアイド
ル運転状態であると判断したとき、上記排気タービンに
連結された発電機を無負荷とし、コンプレッサに連結さ
れた電動モータを駆動して過給すると共に、上記電動・
発電機を発電機として作動させることが好ましい。ま
た、本発明において、上記制御装置が、上記運転状態検
出装置の出力信号に基づき、車両が発進状態であると判
断したとき、上記コンプレッサに連結された電動モータ
を付勢して過給すると共に、排気タービンに連結された
発電機を無負荷とし、さらに上記電動・発電機を電動機
として作動させて上記減速機構を介しエンジンのクラン
ク軸を助勢駆動させることが好ましい。さらに、上記制
御装置が、上記運転状態検出装置の出力信号に基づき、
車両が加速状態であると判断したとき、上記コンプレッ
サに連結された電動モータを付勢して過給すると共に、
排気タービンに連結された発電機を無負荷とし、さらに
上記電動・発電機を発電機として作動させ上記電動モー
タに給電するように制御し、なおまた、上記制御装置
が、上記運転状態検出装置の出力信号に基づき、車両が
制動状態であると判断したとき、上記コンプレッサに連
結された電動モータを付勢して過給し、排気タービンに
連結された発電機を無負荷とすると共に、上記電動・発
電機を発電機として作動させ、同電動・発電機の発生電
力が上記電動モータ及びバッテリの少くとも一方に供給
されるように構成され、さらに上記制御装置が、上記運
転状態検出装置の出力信号に基づき、車両が定常運転状
態であると判断したとき、上記コンプレッサに連結され
た電動モータを付勢して過給すると共に、排気タービン
に連結された発電機を発電作動させ、さらに上記電動・
発電機を電動機として作動させて上記減速機構を介しエ
ンジンのクランク軸を助勢駆動し、上記発電機の発生電
力が、少くとも上記電動モータ及び電動・発電機に供給
されるように作動することが好ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明によれば、エンジンの排気
を作動媒体として駆動され、排気エネルギを回収する排
気タービンと、エンジンの吸気を加圧して過給を行なう
コンプレッサとが、独立して設けられているので、夫々
を最も効率が優れた回転速度で独立に作動させることが
できる。排気タービンにより回収され電力に変換された
排気エネルギは、エンジンの運転状態に応じて、コンプ
レッサ駆動用電動モータへの給電、エンジンのクランク
軸の回転を助勢するトルク、車載バッテリにおける蓄電
の何れかの態様で効果的に利用される。一方、コンプレ
ッサは、エンジンの過給が望ましいエンジン運転状態に
応じて適切に運転され、上述した圧縮開放式制動装置を
設けたエンジンでは、エンジンブレーキ走行時にも運転
されて、エンジンブレーキ効果の向上が得られる。

【０００９】以下、本発明の好ましい実施形態の具体例
を添付図面について具体的に説明する。先ず図１ないし
図７に示した本発明の第１実施例において、符号１０は
トラック等車両用のディーゼルエンジンを総括的に示
し、同エンジン１０は車両の運転者によって操作される
アクセルペダル１２により制御される燃料噴射ポンプ１
４を具えている。上記アクセルペダル１２には、その踏
み込み量即ちエンジン負荷を示す信号Ａ_ｃを出力するポ
テンシォメータ等のアクセル開度又は負荷センサ１６が
設けられている。アクセルペダル１２の踏み込み量を検
知する代りに、上記燃料噴射ポンプ１４の燃料供給部
材、例えば列型燃料噴射ポンプの場合、そのラック位置
を検知して、その位置信号Ｒを上記アクセル開度信号Ａ
_ｃに代替することができる。

【００１０】上記エンジン１０の排気通路１８に、同エ
ンジンの排気を作動媒体として駆動される排気タービン
２０が設けられ、同排気タービン２０は交流発電機２２
を駆動する。排気タービン２０のロータ軸２０′には、
その回転数を検知して信号Ｎ_ｔを出力する回転数センサ
２４が設けられている。一方、エンジン１０の吸気通路
２６に、吸気を加圧して同エンジンに過給するコンプレ
ッサ２８が介装され、同コンプレッサは電動モータ、こ
の実施例では直流モータ３０によって駆動される。図示
のように、従前のターボ過給機とは異り、排気タービン
２０とコンプレッサ２８とは、完全に独立しており、夫
々別個に作動する。

【００１１】上記吸気通路２６には、吸気圧力を検知し
て信号Ｐ_ｂを出力する圧力センサ３２が設けられ、さら
にエンジン１０のクランク軸３４又は同クランク軸に連
結された適宜の部材、例えばフライホイール３６に隣接
して、クランク軸３４の回転数を検知して信号Ｎ_ｅを出
力する回転数センサ３８が設けられている。また、上記
クランク軸３４には、クラッチディスク４０を介して変
速機４２が連結され、同変速機の出力軸には、その回転
数を検知することによって減速Ｖ_ｈを表わす信号を出力
する車速センサ４４が配設されている。上記アクセル開
度センサ１６の出力信号Ａ_ｃ、排気タービン２０に設け
られた回転数センサ２４の出力信号Ｎ_ｔ、吸気通路２６
に設けられた圧力センサ３２の出力信号Ｐ_ｂ、クランク
軸回転数センサ３８の出力信号Ｎ_ｅ、及び車速センサ４
４の出力信号Ｖ_ｈは、夫々車両に設けられたマイクロコ
ンピュータからなるコントロールユニット又は制御装置
４６に入力される。

【００１２】また、エンジン１０のクランク軸３４に
は、適宜の減速比を有する歯車列からなる減速機構４８
を介して電動・発電機５０が連結されている。この実施
例では、電動・発電機５０は、上記コントロールユニッ
ト又は制御装置４６の指令により選択的に直流電動機
Ｍ、又は交流発電機Ｇとして作動する。上記コンプレッ
サ駆動用の直流電動モータ３０は、第１の電圧制御装置
５２を介して車載電源としてのバッテリ５４に接続さ
れ、また上記電動・発電機５０のステータ側は、第２の
電圧制御装置５６を介して上記バッテリ５４に接続され
ている。

【００１３】さらに、上記排気タービン２０のロータ軸
２０′に連結された発電機２２は、第１の整流子５８、
第１リレースイッチ６０及び第２整流子６２を介して上
記バッテリ５４に接続され、一方、上記電動・発電機５
０のロータ側は、上記第２整流子６２と並列に配設され
た第２リレースイッチ６４を介して上記バッテリ５４に
接続されている。上記第１及び第２リレースイッチ６０
及び６４は、上記コントロールユニット又は制御装置４
６の駆動出力により、夫々のソレノイド６０ａ及び６４
ａが付勢されたときに閉成される常開のスイッチであ
る。

【００１４】コントロールユニット４６の作動態様は、
図２のフローチャートに示すとおりである。プログラム
がスタートすると、先ず、ステップＳ_１において、車速
Ｖ_ｈが０であるかどうか、即ち車両が停止しているか、
走行しているかどうかが調べられる。もし停止している
ときは、ステップＳ_２に進みアクセル開度Ａ_ｃ＝０即
ち、アクセルペダル１２が実質的に踏み込まれているか
否かが調べられる。Ａ_ｃ＝０の場合は、アイドリングモ
ードが選択され、Ａ_ｃ≠０のときは、発進モードが選択
される。

【００１５】ステップＳ_１において、車両が走行してい
るＮＯの場合、プログラムはステップＳ_３に進んで、ア
クセル開度Ａ_ｃの変化率（増加率）Ａ_ｃ／Δｔ＝０かど
うかが判断される。ＮＯの場合、即ちアクセルペダル１
２の踏み込み量が増大しているときは、加速モードが選
択され、また、アクセル開度Ａ_ｃが一定のＹＥＳの場合
は、ステップはＳ_４に進む。ステップＳ_４では、アクセ
ル開度Ａ_ｃ＝０かどうかが調べられ、もしＡ_ｃ≠０即ち
或る一定のアクセル開度で走行しているときは、定常モ
ードが選択され、一方Ａ_ｃ＝０のときは、制動モードが
選択される。上記アイドリングモード、発進モード、加
速モード、定常モード及び制動モードにおける図１に示
した各装置及び部材の作動態様は、以下のとおりであ
る。

【００１６】先ず、アイドリングモードにおいては、図
３の要部構成図（図１から上述したすべてのセンサ１
６，２４，３２，３８及び４４、アクセルペダル１２、
燃料噴射ポンプ１４、クラッチディスク４０、変速機４
２を省略した構成図である。図４以下も同じ）に示され
ているように、コントロールユニット又は制御装置４６
によって、第１及び第２リレースイッチ６０及び６４の
ソレノイド６０ａ及び６４ａが夫々消勢され、両リレー
スイッチ６０及び６４は共に開成されている。従って、
排気タービン２０に連結された発電機２２は電気的に無
負荷状態で運転する。

【００１７】一方、エンジン１０のクランク軸３４に減
速機構４８を介して連結された電動・発電機５０は、コ
ントロールユニット又は制御装置４６により、発電機Ｇ
として作動するように設定され、また第１及び第２電圧
制御装置５２及び５６もコントロールユニット又は制御
装置４６により夫々制御されて、第１電圧制御装置５２
は、コンプレッサ２８が予め設定された低回転数で回転
するように、バッテリ５４の電力を制御して直流電動モ
ータ３０に給電すると共に、第２電圧制御装置５６は発
電機として作動するように設定された電動・発電機５０
のステータ側に一定の電圧を印加する。

【００１８】コンプレッサ２８が設定された低回転数で
駆動されるので、アイドル運転時、エンジン１０に供給
される少量の燃料を効果的に燃焼させるだけの過給が行
なわれ、アイドル運転時の排出ガス性能の向上、特にＨ
Ｃ及びスモーク性能の改善を達成することができる。ま
た、電動・発電機５０は、エンジン１０が低いアイドル
回転数で回転しており、その回転が減速機構４８を介し
て伝達されるので、その発電量は、通常の車両用エンジ
ンに設けられているオルタネータと略同等であり、上記
コンプレッサ２８を低速度で駆動するためのバッテリ５
４の電力消費の一部を、図中に矢印で示されているよう
に、第２整流子６２及び第１電圧制御装置５２を経て電
動モータ３０に補助的に給電する。

【００１９】なお、エンジン１０のアイドル運転中は、
排気量が少なく、排気タービン２０は、通常の設定され
た回転数以下の回転数で空転するが、もし上記設定回転
数以上で回転した場合は、コントロールユニット又は制
御装置４６が、排気タービン２０の回転数センサ２４の
出力信号Ｎ_ｔに基づいて、一時的にソレノイド６０ａを
付勢して第１リレースイッチ６０を閉成し、同排気ター
ビン２０に発電機２２を電気的負荷として負わせ、同排
気タービン２０の回転数を低減させる安全対策を採用す
ることが好ましい。この場合、発電機２２の発電電力
は、第１整流子５８、第１リレースイッチ６０、第２整
流子６２通り第１電圧制御装置５２を経てコンプレッサ
駆動用の電動モータ３０に供給され、バッテリ５４の供
給電力を一時的に補助することとなる。上記のように、
排気タービン２０に一時的負荷を負わせることによっ
て、同排気タービン２０の回転数が設定回転数以下に低
下すれば、コントロールユニット又は制御装置４６が再
び第１リレースイッチ６０を開成し、上述した正規のア
イドリングモードに復帰する。

【００２０】次に、上記発進モードでは、図４に示され
ているように、コントロールユニット又は制御装置４６
の指令により第１リレースイッチのソレノイド６０ａは
消勢されて同リレースイッチ６０は開成されると共に、
第２リレースイッチのソレノイド６４ａは付勢され、同
リレースイッチ６４は閉成される。従って、電動・発電
機５０のロータ側に、上記第２リレースイッチ６４から
給電されると共に、そのステータ側には、バッテリ５４
から上記第２電圧制御装置５６を経て最高電圧が供与さ
れ、同電動・発電機５０は直流電動機Ｍとして作動す
る。また、コントロールユニット又は制御装置４６によ
って、第１電圧制御装置５２は、電動モータ３０によっ
て駆動されるコンプレッサ２８が最高過給圧力Ｐ_ｂｍａ
ｘを生起するように、制御された直流電力を同モータ３
０に供与する。

【００２１】この結果、エンジン１０に最高過給圧力の
吸気が供給されるので、同エンジンは十分な加速性能を
発揮することができ、また電動・発電機５０には、バッ
テリ５４から第２リレースイッチ６４を経て十分な電力
が供給され、直流電動機Ｍとして作動する電動・発電機
５０の出力が減速機構４８を介してエンジンのクランク
軸３４に伝達されるので、車両の発進加速性が著しく向
上する。なお、第１リレースイッチ６０が開成されてい
るので、排気タービン２０に連結されている発電機２２
は電気的に無負荷状態であり、排気タービン２０の負荷
により上記発進加速性が損なわれることがない。また、
無負荷運転を行なっている排気タービン２０が、もし設
定回転数以上の危険回転数に達したときは、コントロー
ルユニット又は制御装置４６が、一時的に第１リレース
イッチのソレノイド６０ａを付勢し同スイッチ６０を閉
成して、発電機２２を負荷とすることにより同排気ター
ビンの回転速度の上昇を抑止すると共に、発電機２２の
発生電力を第２整流子６２及び第１電圧制御装置５２を
介してコンプレッサ駆動用電動モータ３０に供与し、バ
ッテリ５４を助勢することは、上記アイドリングモード
の場合と同一である。

【００２２】さらに、上記加速モードでは、図５に示さ
れているように、コントロールユニット又は制御装置４
６によって、第１及び第２リレースイッチのソレノイド
６０ａ及び６４ａが共に消勢されて両スイッチ６０及び
６４が何れも開成される。また、第１電圧制御装置５２
は、電動モータ３０に対して、コンプレッサ２８が許容
最高過給圧力Ｐ_ｂｍａｘを生起する回転数となるような
電圧を供与するように制御され、一方、電動・発電機５
０は交流発電機Ｇとして作動するように設定されると共
に、第２電圧制御装置５６は、同電動・発電機５０のス
テータ側に一定の電圧を印加する。

【００２３】コンプレッサ２８が許容最高過給圧力Ｐ_ｂ
ｍａｘの吸気をエンジン１０に対し供給するので、加速
時に運転者がアクセルペダル１２を大きく踏み込むこと
により同エンジンに供給される多量の燃料が効果的に燃
焼し、エンジン１０は高出力を生起することができる。
一方、第１リレースイッチ６０の開成により排気タービ
ン２０に連結された交流発電機２２は電気的に無負荷で
あるので、排気タービン２０がエンジン１０の加速を妨
げる負荷となることがなく、この結果、優れた加速性が
得られる。このとき、交流発電機として設定された電動
・発電機５０は、エンジン１０から減速機構４８を介し
て駆動されて発電し、発電電力は第２整流子６２により
直流に変換され、さらに第１電圧制御装置５２により電
圧を制御されて高出力運転を行っている電動モータ３０
に供与され、バッテリ５４を助勢する。

【００２４】なお、上記排気タービン２０の無負荷運転
中に、同タービンが設定回転数以上の回転数に達したと
きは、コントロールユニット又は制御装置４６が、一時
的に第１リレースイッチのソレノイド６０ａを付勢し同
スイッチを閉成して、発電機２２を負荷とすることによ
り同排気タービンの回転速度の上昇を抑止すると共に、
同発電機２２の発生電力を第２整流子６２及び第１電圧
制御装置５２を介してコンプレッサ駆動用電動モータ３
０に供給し、バッテリ５４を助勢する。

【００２５】また、上記定常モードでは、図６に示され
ているように、コントロールユニット又は制御装置４６
によって、第１リレースイッチのソレノイド６０ａが付
勢されて同スイッチ６０が閉成されると共に、第２リレ
ースイッチのソレノイド６４ａは消勢され同スイッチ６
４は開路される。従って、エンジン１０の排気エネルギ
が排気タービン２０及び発電機２２の協作動により回収
され、同発電機２２の発生電力は、第１整流子５８を通
り直流に変換されリレースイッチ６０から第２整流子６
２を経て第１電圧制御装置５２を介しコンプレッサ駆動
用の電動モータ３０に供給され、余裕電力はバッテリ５
４に充電される。このとき電動モータ３０は、コンプレ
ッサ２８の過給吸気圧力Ｐ_ｂが、コントロールユニット
又は制御装置４６に内蔵された制御マップ（一例を図１
０に示した）に従がい、燃料噴射量ｑに対応した設定圧
力となるように、第１電圧制御装置５２によって回転数
を制御される。

【００２６】一方、電動・発電機５０のロータ側に、上
記排気タービン駆動の発電機２２のエンジン回転数Ｎ_ｅ
に応じた発生電力が、第１整流子５８により直流に変換
されて供与されて直流電動機Ｍとして作動し、減速機構
４８を介しクランク軸３４にトルクを伝達しその回転を
助勢する。

【００２７】次に、上記制動モードでは、図７に示され
ているように、コントロールユニット又は制御装置４６
によって、第１及び第２リレースイッチのソレノイド６
０ａ及び６４ａが共に消勢され、両スイッチ６０及び６
４が開路される。従って、排気タービン２０は無負荷運
転して排気エネルギの回収は行なわれない。しかし、同
排気タービン２０が、上記設定回転数以上の回転数に達
すると、回転数センサ２４の出力信号Ｎ_ｔに基づいて、
コントロールユニット又は制御装置４６によって、一時
的に第１リレースイッチ６０が閉成され、同排気タービ
ン２０に発電機２２を負荷として負わせることにより、
同排気タービン２０の回転数を低減させることが望まし
い。なおこの場合、発電機２２の発電電力は、第１整流
子５８、第１リレースイッチ６０、第２整流子６２を通
り第１電圧制御装置５２を経てコンプレッサ駆動用の電
動モータ３０に供給され、バッテリ５４の供給電力を一
時的に補助することとなる。

【００２８】一方、電動・発電機５０のステータ側に
は、コントロールユニット又は制御装置４６により第２
電圧制御装置５６から最高電圧が印加されて、同電動・
発電機５０は交流発電機Ｇとして作動し、減速機構４８
を介しエンジンのクランク軸に連動して、車両の慣性エ
ネルギを効果的に吸収しながら駆動される。同電動・発
電機５０の発生電力は、第２整流子６２により直流に変
換されて第１電圧制御装置５２を介しコンプレッサ駆動
用の電動モータ３０に供給され、余裕電力はバッテリ５
４に充電される。

【００２９】また、電動モータ３０は、コンプレッサ２
８が最高過給圧力Ｐ_ｂｍａｘの吸気をエンジン１０に供
給するように、第１電圧制御装置５２を介し給電され
る。過給吸気をエンジンに供給することによって、エン
ジンの圧縮仕事が増大し、エンジンブレーキ効果が向上
する。特に、前述したように、車両の制動走行時に、吸
気弁及び排気弁とは別個に設けられた第３弁を、圧縮行
程上死点付近で開放し、もしくは開放状態に保持するこ
とによってエンジンブレーキ効果を向上し、又は上第３
弁に代え排気弁自身を同様に開放させることによってエ
ンジンブレーキ効果を増大するようにした装置等の圧縮
開放式制動装置を具備したエンジン１０に、上記過給吸
気を供給することによって、圧縮仕事を一層増大して、
エンジンブレーキ効果を著しく向上することができる。
なお、上記コンプレッサ２８の過給吸気圧力Ｐ_ｂが、車
両及びエンジン１０の運転状態、例えば車速Ｖ_ｈに応じ
た要求制動力に見合う吸気圧力になるように、コントロ
ールユニット又は制御装置４６によって第１電圧制御装
置５２の出力電圧を制御し、電動モータ３０の回転数を
制御するようにしても良い。

【００３０】次に、図８は本発明の第２実施例を示すも
ので、図１ないし図７に説明した第１実施例との差異
は、電動・発電機５０を交流電動機Ｍ′と交流発電機Ｇ
とに切換え可能とした点にあり、このため同電動・発電
機５０のロータ側給電回路即ちバッテリ５４から第２リ
レースイッチ６４を経て電動・発電機５０に到る回路内
に、ＡＣ／ＤＣコンバータ６６を介装すると共に、排気
タービン駆動の交流発電機２２と第１リレースイッチ６
０との間に介装されていた第１整流子５８を省いた点に
ある。上記第２実施例のアイドリングモード、発進モー
ド、加速モード、定常モード及び制動モードでの作動態
様及び作用効果は、実質的に上記第１実施例と同様であ
るので、重複説明は省略する。

【００３１】なお、上記第１実施例及び第２実施例の双
方において、コンプレッサ２８を駆動する電動モータ３
０を交流電動機に変更することができ、この場合、同電
動モータ３０と第１電圧制御装置５２との間に、バッテ
リ５４の直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣコン
バータ（図示せず）を介装すれば良い。また、上記実施
例では、コンプレッサ２８としてターボコンプレッサが
示されているが、ルーツ式ブロア又はコンプレッサ等を
適宜採用することができ、上記と同様の作用及び効果を
奏し得るものである。

【００３２】

【発明の効果】叙上のように、本発明に係る車両用排気
タービン付エンジンは、エンジンの排気通路に介装され
排気により駆動される排気タービンと、同排気タービン
のロータ軸に連結されて電力を発生する発電機と、上記
エンジンの吸気通路に介装されて吸気を加圧し過給する
コンプレッサと、上記排気タービンのロータ軸とは独立
の上記コンプレッサの回転軸に連結されて同コンプレッ
サを駆動する電動モータと、上記エンジンのクランク軸
に減速機構を介して連結され、電動機として上記クラン
ク軸を補助駆動するか、又は同クランク軸から駆動され
発電機として作動する電動・発電機と、上記発電機及び
電動モータ並びに電動・発電機に電気的に接続されたバ
ッテリと、エンジンの運転状態を検知する運転状態検出
装置と、同運転状態検出装置の出力に応じて上記電動モ
ータ、発電機、及び電動・発電機を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とし、エンジンの種々の運転モード
において排気エネルギを効果的に回収してエンジンの出
力トルク、燃費等の諸性能を向上することができ、特に
圧縮開放式制動装置を具えたエンジンに適用してエンジ
ンブレーキ効果を著しく向上することができ、さらに、
過給用コンプレッサ及び排気タービンと、夫々独立にか
つ効率的に運転することが可能であるため、同コンプレ
ッサ及び排気タービンを含むエンジン全体の構造簡素
化、小型軽量化を達成し得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す概略構成図である。

【図２】図１における制御装置４６の作動態様を示すフ
ローチャートである。

【図３】図１に示したエンジンのアイドル運転モードを
示す要部構成図である。

【図４】図１に示したエンジンの発進運転モードを示す
要部構成図である。

【図５】図１に示したエンジンの加速運転モードを示す
要部構成図である。

【図６】図１に示したエンジンの定常運転モードを示す
要部構成図である。

【図７】図１に示したエンジンの制動運転モードを示す
要部構成図である。

【図８】本発明の第２実施例を示す概略構成図である。

【図９】排気タービンの効率線図である。

【図１０】図１における制御装置４６に内蔵される燃料
噴射量ｑに対する過給吸気圧力Ｐ_ｂの関係を設定するマ
ップの一例を示す線図である。

【符号の説明】

１０…エンジン、１２…アクセルペダル、１６…アクセ
ル開度センサ、２０…排気タービン、２２…発電機、２
４…タービン回転数センサ、２８…コンプレッサ、３０
…電動モータ、３２…圧力センサ、３４…クランク軸、
４０…クラッチディスク、４２…変速機、４４…車速セ
ンサ、４６…コントロールユニット（制御装置）、４８
…減速機構、５０…電動・発電機、５２…第１電圧制御
装置、５４…バッテリ、５６…第２電圧制御装置、５８
…第１整流子、６０…第１リレースイッチ、６２…第２
整流子、６４…第２リレースイッチ、６６…ＡＣ／ＤＣ
コンバータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｈ０２Ｐ 9/04 Ｊ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの排気通路に介装され排気によ
り駆動される排気タービンと、同排気タービンのロータ
軸に連結されて電力を発生する発電機と、上記エンジン
の吸気通路に介装されて吸気を加圧し過給するコンプレ
ッサと、上記排気タービンのロータ軸とは独立の上記コ
ンプレッサの回転軸に連結されて同コンプレッサを駆動
する電動モータと、上記エンジンのクランク軸に減速機
構を介して連結され、電動機として上記クランク軸を補
助駆動するか、又は同クランク軸から駆動され発電機と
して作動する電動・発電機と、上記発電機及び電動モー
タ並びに電動・発電機に電気的に接続されたバッテリ
と、エンジンの運転状態を検知する運転状態検出装置
と、同運転状態検出装置の出力に応じて上記電動モー
タ、発電機、及び電動・発電機を制御する制御装置とを
備えたことを特徴とする車両用排気タービン付エンジ
ン。
【請求項２】上記制御装置が、上記運転状態検出装置
の出力信号に基づき、エンジンがアイドル運転状態であ
ると判断したとき、上記排気タービンに連結された発電
機を無負荷とし、コンプレッサに連結された電動モータ
を駆動して過給すると共に、上記電動・発電機を発電機
として作動させることを特徴とする請求項１記載の車両
用排気タービン付エンジン。
【請求項３】上記制御装置が、上記運転状態検出装置
の出力信号に基づき、車両が発進状態であると判断した
とき、上記コンプレッサに連結された電動モータを付勢
して過給すると共に、排気タービンに連結された発電機
を無負荷とし、さらに上記電動・発電機を電動機として
作動させて上記減速機構を介しエンジンのクランク軸を
助勢駆動させることを特徴とする請求項１記載の車両用
排気タービン付エンジン。
【請求項４】上記制御装置が、上記運転状態検出装置
の出力信号に基づき、車両が加速状態であると判断した
とき、上記コンプレッサに連結された電動モータを付勢
して過給すると共に、排気タービンに連結された発電機
を無負荷とし、さらに上記電動・発電機を発電機として
作動させ上記電動モータに給電するように制御すること
を特徴とする請求項１記載の車両用排気タービン付エン
ジン。
【請求項５】上記制御装置が、上記運転状態検出装置
の出力信号に基づき、車両が制動状態であると判断した
とき、上記コンプレッサに連結された電動モータを付勢
して過給し、排気タービンに連結された発電機を無負荷
とすると共に、上記電動・発電機を発電機として作動さ
せ、同電動・発電機の発生電力が上記電動モータ及びバ
ッテリの少くとも一方に供給されるように構成されたこ
とを特徴とする請求項１記載の車両用排気タービン付エ
ンジン。
【請求項６】上記制御装置が、上記運転状態検出装置
の出力信号に基づき、車両が定常運転状態であると判断
したとき、上記コンプレッサに連結された電動モータを
付勢して過給すると共に、排気タービンに連結された発
電機を発電作動させ、さらに上記電動・発電機を電動機
として作動させて上記減速機構を介しエンジンのクラン
ク軸を助勢駆動し、上記発電機の発生電力が、少くとも
上記電動モータ及び電動・発電機に供給されるように作
動することを特徴とする請求項１記載の車両用排気ター
ビン付エンジン。
【請求項７】上記エンジンに圧縮開放式制動装置が設
けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６
の何れかに記載された車両用排気タービン付エンジン。