JPS6226334A - タ−ボチヤ−ジヤの制御装置 - 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） 本発明は内燃機関のターボチャージャにおいて、タービ
ンのシャフトに回転電機の回転子を設けた、電動−発電
機を有するターボチャージャの制御装置に関する。

（従来の技術） 内燃機関の排気ガスの有するエネルギーを利用してター
ビンを駆動し、該タービンに連動するフンプレッサにて
空気をシリンダ内に過給して、効率的に燃料を燃焼せし
めるターボチャージャが車両に搭載されている。

そして、上記ターボチャージャのタービンシャフトに電
動−発電機を設け、内燃機関の運転状態によって、電動
機または発電機として作動せしめる提案（特願昭５８−
５１５５９）がなされている。

一方、車両の制動装置として、例えばディーゼル機関の
排気管を閉じることにより、エンジンブレーキ作用を強
化して車両に制動をかける排気ブレーキが広く用いられ
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 一般にターボチャージャの特性は第４図に示す如く、内
燃機関が中高速回転時には排気エネルギーも大きいので
、タービンの回転も高速となって過給気圧も上昇し、タ
ーボチャージャを不使用のトルク曲線Ｔａに比して、中
高速時はトルクの向上したＴｂ曲線が得られる。しかし
、内燃機関の低速回転時は排気エネルギーが小さいため
、ターボチャージャを駆動しても十分なブースト圧が得
られず、したがって低速時のトルクが弱いのが通例であ
る。

この低速時のトルクの向上のため、タービンに供給する
ノズルの開度を小として、タービン圧力を高くする方法
があるが、ノズル開度の可変装置はコストが嵩み、高温
の排気ガス中の耐久性の保証が難点となっている。

また、上記の排気ブレーキにては、排気管を閉じる密閉
度の高い弁の設置を必要とし、高温排気ガスに接するた
めの弁材料や、該弁の開閉軸の潤滑などにも問題を生じ
ている。

さらに、この排気ブレーキでは、単に排気管を閉じて排
圧を高めてエンジンブレーキ作用を強めるものであり、
排気エネルギーの有効活用が行われていない欠点があっ
た。

したがって、このような問題点を解消するため本発明の
目的は、ターボチャージャのタービンシャフトに電動−
発電機を設け、該電動−発電機を電動機または、発電機
として作動せしめ、エンジンの低回転時のトルク増大や
、エンジンブレーキ時には排気エネルギーに負荷をかけ
ブレーキ力を大とする制御を行う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） 本発明では、内燃機関の排気エネルギーにて駆動される
電動−発電機を有するターボチャージャにおいて、エン
ジンブレーキ作動状態検出手段を設けるとともに、該検
出手段よりの信号にて、前記電動−発電機を発電機とし
て制御する手段をそなえたターボチャージャの制御装置
が提供される。

（作用） 本発明は、車両が走行中、内燃機関の負荷が小であり、
エンジンブレーキを必要とするとき、ブレーキポジショ
ンをチェックして、電動−発電機を発電機作動とし、該
ポジションに応じて排気エネルギー（（負荷をかけて排
気ブレーキを作動させるので、該ポジションに対応する
強さのエンジンブレーキ時が得られるとともに、該電気
エネルギーをバッテリの充電に活用できる。

また本発明は、内燃機関の低回転時には電動−発電機を
電動機作動としてタービンシャフトを回転せしめ、ター
ボチャージャの過給作動を助勢して、過給圧を高めて低
回転トルクを増大する。

（実施例） つぎに、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する
。

第１図は１本発明を実現するための一実施例ブロック図
であり、第２図はターボチャージャの概略を示す構成説
明図である。

図において、ｌはターボチャージャ、２はコンプレッサ
ハウジング、３はタービンハウジング、４はセンタハウ
ジングであり、センタハウジング４の中心部両端には固
定ベアリング５、および該固定ベアリング５内で摺動回
転するフローティングメタル６が設けられており、該フ
ローティングメタル６にはシャフト７の両端部が回転自
在に支承されている。

そして、シャフト７の両端にはコンプレッサインペラ８
、およびタービンインペラ９が取付けられ、それぞれ、
コンプレッサハウジング２、およびタービンハウジング
３の内部に納められている。タービンインペラ９はスク
ロールｌＯに送気される排気ガスのエネルギーを受けて
回転し、シャフト７を介してコンプレッサインペラ８を
回転せしめ、吸気管１１より導入した空気をディフュー
ザ１２で圧力変換して、内燃機関のシリンダに圧送する
よう動作する。

また、上記シャフト７の中央部付近には希土類元素を含
んだ、軸方向に長いリング状の磁石ロータ１３が配設さ
れ、強力な磁力を保持している。

そして、その両端面が高抗張力金属円板１４にて固定保
持され、さらに磁石ロータ１３の外周を炭素繊維で巻き
固めてあり、超高速度回転による遠心力や振動を受けて
も強固な磁石ロータとしての耐久力を有している。

１５は磁石ロータ１３に対向するステータコアであり、
磁石ロータ１３の回転によりステータコイル１６に交流
電圧を誘起する。そして、磁石ロータ１３、ステータコ
ア１５、ステータコイル１６にて構成する交流機は電動
−発電機ＭＧを構成する。

第１図において、２１は内燃機関２０の排気ボートに連
通ずる排気マニホールドであり、ターボチャージャｌの
スクロール１０が連通し、また、ディフューザ１２には
吸気管１１を介して吸気マニホールド２２が連通してお
り、該吸気マニホールド２２にはブースト圧を検出して
制御装置２３に信号を送出するブーストセンサ２４が設
けられている。２５は内燃機関２０に付設したインジェ
クションパイプであり、該インジェクションパイプ２５
の燃料噴射量を検出して内燃機関の負荷を検出する手段
となる負荷センサ２６が設けられ、負荷信号を制御装置
２３に送出する。なお、インジェクションパイプ２５よ
り内燃機関２０への燃料噴射量は、制御装置２３の発す
る制御信号により制御される。

また、内燃機関２０にはクランクの回転数検出手段とな
る回転センサ２７が設けられ、検出した信号を制御装置
２３に送出する。

２８はクラッチペダルの踏込量を検出するクラッチセン
サ、２９は変速機の変速ギヤを選択するセレクトレバの
ポジションを検出するギヤセンサ、３０は排気ブレーキ
のブレーキ効果の強弱のボジシ式ンを検出してエンジン
ブレーキ作動状態検出手段となるブレーキポジションセ
ンサであり、これらのセンサにて検出した関連信号は、
それぞれ制御装置２３に送出される。

つぎに、３１は前記電動−発電機ＭＧのステータコイル
１６に接続された電流検出装置であり、電動−発電機Ｍ
Ｇが発電機作動時にはその出力電流を検出し、電動機作
動時にはバッテリ３２よりの供給電流を検出するととも
に、該供給電流とバッテリ３２への充電電流を積算演算
して、バッテリ３２の蓄電量が検出でき、該蓄電量や電
流の検出に基づく信号を制御装置２３に送出するよう構
成されている。３３は電動−発電機ＭＧが発電機として
作動時の出力電力を設定する負荷設定器であり、該出力
電力の設定は制御装置の指令にて制御される。インバー
タ３４はバッテリ３２より電圧変換装置３５を介した直
流を交流に変換して電動−発電機ＭＧに供給するもので
あり、該インバータ３４の内部には制御装置２３にて制
御される電流制御器３４ａを有している。なお、３６は
車両に設けら、れている他の電気装置であり、３８は抵
抗器、３７は負荷設定器３３を介した電流を抵抗器３８
に切換える切換スイッチである。

第３図は第１図に示される本実施例の作動の一例を示す
処理フロー図であり、第３図にしたがい本実施例の作動
を説明する。

車両の走行中において、インジェクションパイプ２５に
設けた負荷センサ２６の信号よりエンジン負荷りが所定
の負荷り。より小であり、また、ギヤセンサ２９とクラ
ッチセンサ２８との信号より、変速段が排気ブレーキの
作動に適しておりクラッチペダルが踏込まれていない場
合は排気ブレーキの必要を判断し、排気マニホールド２
１より排出される排気エネルギーに負荷をかけるべく電
動−発電機ＭＧを発電機として作動させる。そして、Ｓ
２のステップにてブレーキポジションセンサ３０よりの
信号をチェックし、排気ブレーキ力を最大とするポジシ
ョンエの場合は、発電電流が最大となる如く負荷設定器
３３を制御して、バッテリ３２を大電流にて充電する（
Ｓ３．Ｓ４）、さらに、排気ブレーキの効果を大にする
ためには、電動−発電機ＭＧが逆回転する如くインバー
タ３４より電力を供給し、タービンインペラ９にて排気
ブレーキ効果を強化することも可能である（Ｓ５）。

なお、Ｓ３にてブレーキポジションセンサ３０よりの信
号がポジションＨの場合はＳ６に進み、中程度の排気ブ
レーキとするため発電電流も中程度とし、またポジショ
ン■の場合はさらにブレーキ力を弱めるため発電電流を
小とするよう負荷設定器３３を制御する（３７．３８）
。

つぎに、負荷センナ２６の信号からエンジン負荷りが所
定のエンジン負荷Ｌｏより大であり、回転センサ２７の
信号からエンジン回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎ。より
低速であり、さらに、エンジン負荷りが大負荷Ｌ１より
大きな場合、すなわちエンジンが低回転で大出力が要求
される場合は、インバータ３４を作動させてバッテリ３
２よりの直流を所定の交流に変換して、電動−発電機Ｍ
Ｇを電動機作動としコンプレッサインペラ８の回転を助
勢して過給気を吸気、マニホールド２２に圧送する（Ｓ
　Ｉ　Ｏ、Ｓ　１１）　、そして、該吸気マニホールド
２２に設けたブーストセンサ２４からの信号により、ブ
ースト圧Ｐが所定のブースト圧Ｐ、より小さい時はイン
バータ３４から電動−発電機ＭＧへの供給電流を増加し
、ブースト圧Ｐがｐｔより大きい時は該供給電流を減じ
て、低速時の内燃機関の出力を増大するよう制御する（
３１２）。

上記のように排気ブレーキの必要時には電動−発電機Ｍ
Ｇを発電機作動としてバッテリ３２を充電し、内燃機関
の低速での出力増大時には電動機作動としてバッテリ３
２より電流を供給するが、電流検出装置３１はこれら電
流を検出し、該電流の積算演算を行う、そして、バッテ
リ３２の蓄電電力Ｗ１と、電動機作動せしめる供給分の
積算電力Ｗとを比較して、該Ｗが大となるとバッテリ３
２の過放電となるので、インバータ３４への電流供給を
停止し、さらに、インジェクションパイプ２５に指令し
て燃料流量を減少せしめて燃料過多による排気ガスのス
モーク発生を防止する（Ｓ１３．５１４）。

また、５１３にて蓄電電力Ｗ１が積算電力Ｗより大きい
場合は３１６に進むが、このステップにて蓄電電力Ｗｉ
がバッテリ３２の蓄電容量Ｗ。より大となると、バッテ
リ３２が過充電となり破損の虞を生ずるので、切換スイ
ッチ３７を抵抗器３８の側に切換え、負荷設定器３３よ
りの負荷電流を抵抗器３８に導く、・ なお、Ｓ９および３１０にて、エンジン回転速度Ｎが所
定回転速度Ｎｏより高速であり、エンジン負荷が大負荷
Ｌ１より小の場合は３１５に進み、エンジン回転および
エンジン負荷電１１　定して、それらの値に応じた発電
機出力となるよう負荷設定器３３を制御してバッテリ３
２の充電を行う、そして、該充電電流や、他の電機装置
３６への供給電流も電流検出装置３１を経由するので、
上述の如く積算演算に含まれて処理されることは勿論で
ある。

以上、本発明を一実施例により説明したが、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） 上述のように本発明はターボチャージャに電動−発電機
を設け、ブレーキ効果の強弱を示す信号により、該電動
−発電機を制御するので、タービンに排気ガスを供給す
るノズルの開度可変装置や、排気ブレーキ用の弁を必要
とせずに、排気ブレーキが効果的に作動してエンジンブ
レーキカを強めることができる。

また、本発明によれば、排気エネルギーを有効に活用し
て電動−発電機にて電気エネルギーに変換しバッテリの
充電電力とするので、従来の充電用オルタネータの搭載
が不要となる。

さらにまた、本発明によればエンジンの低１ｌＦ１転時
には電動−発電機を電動機作動として、ターボチャージ
ャの過給動作を助勢することが可能なので、第４図のＴ
ｃに示す如くエンジンの低回転時のトルクが向上し、出
力を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実現するための一実施例ブロック図、
第２図はターボチャージャの概略を示す構成説明図、第
３図は第１図に示す本実施例の作動の一例を示す処理フ
ロー図、第４図はエンジン回転とエンジントルクとの関
連を示す曲線図である。 ｌ・・・ターボチャージャ、１３・・・磁石ロータ、１
５・・・ステータコイル、２０・・・内燃機関、２１・
・・排気マニホールド、２６・・・負荷センサ、２７・
・・回転センサ、３０・・・ブレーキポジションセンサ
、ＭＧ・・・電動−発電機。 特許出願人　　いすＣ自動車株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　辻　　　　　　實第２
図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気エネルギーにて駆動される電動−発電機
   を有するターボチャージャの制御装置において、エンジ
   ンブレーキ作動状態検出手段を設けるとともに、該検出
   手段よりの信号にて前記電動−発電機を発電機として制
   御する手段をそなえたターボチャージャの制御装置。