JPS63105222A - 回転電機付タ−ボチヤ−ジヤ− - 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排気ガスエネルギーを電気エネルギ
ーに変換して回収する回転電機付ターボチャージャーに
関する。

（従来の技術） 近年、エンジンの燃焼室、排気管などを断熱構造とし、
交流機を直結したターボチャージャーを排気管に接続し
て、排気エネルギーを電力に回生じようとする交流機付
ターボチャージャーが開発されている。

この種、交流機付ターボチャージャーを用いた排気エネ
ルギー回生装置として、交流発電機を有する排気タービ
ンと交流機付ターボチャージャーとを排気管に縦続接続
し、エンジンの部分負荷を判別してエンジン吸気量を制
御し、排気エネルギーを効率よくエンジンに帰還させよ
うとする提案が特願昭５８−０１５１１８号に示されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述の特願昭５８−０１５１１８号に示された排気エネ
ルギー回生装置の提案は、エンジンが軽負荷時に吸気量
を減少させて排気ガス温度を上昇させ、排気エネルギー
をエンジンの回転力に回生させるものであり、電気負荷
の変動に対応しての措置がなされていない問題がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その
目的は排気エネルギーを回生じた電力を、負荷の変化に
対応して効率よく供給しようとする回転電機付ターボチ
ャージャーを提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明では、エンジンの排気管に回転電機を有するター
ビンを設けて排気エネルギーを回生じ電気負荷に供給す
る回転電機付ターボチャージャーにおいて、電気負荷の
需要量に応じて前記タービンへの排気エネルギーを制御
する制御手段と、前記回転電機の電気出力を調節する調
節手段とを設けた回転電機付ターボチャージャーが提供
される。

（作用） 本発明によれば、電気負荷の需要電気量に応じて回転電
機からの発電電力をデユーティ制御して電気負荷やバッ
テリ充電用に供給する。そして、この供給電力量が十分
でないときは、排気ガスの流量弁を制御してタービンへ
の排気ガスを増大して回転電機の発電出力を増加させ、
さらに供給電力量が不足のときは、エンジンへの供給燃
料を増加させて排気ガス量を増し、回転電機の発電電力
を増大させて電気負荷の需要電気量に対応して供給する
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図は本発明に係る回転電機付ターボチャージャーの
一実施例の構成ブロック図であり、第２図はその処理の
一例を示す処理フロー図である。

第１図において、ｌはターボチャージャーであり、エン
ジン２の排気管２ａに接続されて、排気ガスエネルギー
によってタービンｌｌａが高速度に回転駆動されるもの
であり、タービン軸１ｂの他端にはコンプレッサＥ　１
　ｃが取付けられている。そして、タービンｉｌａが回
転駆動されることにより同軸上のコンプレッサｉｌｃは
空気を圧縮し、エンジン１の図示していない吸気管に過
給気を圧送してエンジン１の出力を高めるよう構成され
ている。

なお、タービン’ｌ　ｌ　ａを付勢して回転駆動する排
気ガスを圧出する排気’ｔ？２ａは、隔壁２ｂにより２
つのボートに分岐され、一方のボートには排気ガスを流
量制御する流量弁２Ｃが設けられている。そして、流量
弁２ｃは後述するコントローラ１０の信号を受令する弁
制御器２ｄとリンク結合され、排気ガスを流量制御する
ことによりタービンｉｌａのトルクを調節できるよう構
成されている。

３はターボチャージ、ヤー１に取付けられた回転電機と
なる交流機であり、例えば１強力な永久磁石からなる回
転子３ａがタービン軸ｌｂ上に設けられ、三相巻線を有
する固定子３ｂが回転子３ａに対向してターボチャージ
ャーｌに取付けられている。そして回転子３ｂの三相回
路は電圧計３０、電流計３ｄを介して整流器４に接続さ
れている。

整流器４は例えば半導体整流素子を用いて女波電力を直
流電力に変換するものであり、固定子３ｂから送電され
た女波電力を直流に変換してスイッチング回路５に出力
する。

スイッチング回路５はスイッチング素子を用いて直流を
所定の周期を有するパルス電流に変換するものであり、
コントローラｌＯの指令にしたがった周期のパルス電流
に整流器４からの直流電力を変換して通路制御器６に送
出する０通路制御器６はスイッチング回路５にて変換さ
れたパルス電流をコントローラｌＯの指令により開閉制
御して、通過電力の制御をするものであり、例えば５Ｃ
Ｒ（シリコン制御整流素子）が開閉制御や前記のスイッ
チング素子に用いられている。

第３図はスイッチング回路および通路制御器の作動を示
す説明図であり、縦軸は直流電圧を示し、横軸は時間軸
を示す、同図において、Ｅｏは交流ａ３の交流出力を整
流器４にて直流に変換した電圧値、ＥＳは電気負荷８の
定格電圧の例えば２４Ｖであり、１／１．はスイッチン
グ回路５にてパルス制御を行うデユーティ比を表わし、
Ｅ。

の電圧値の電力を２４Ｖの負荷に供給する場合、ｔ／１
ｏ＝２４／ＥＯとしてデユーティ制御を行うと、負荷に
対応した電力となることを示している。

７は切換スイッチであり、通路制御器６からの出力を後
述する電気負荷やバッテリ充電用に切換えるものである
。電気負荷８は車両に搭載された例えば直流２４Ｖ用の
電気機器であり、車両の運転状況によりその消費電力が
変化するものである。そして電気負荷８の入力電圧と消
費電流は、それぞれ電圧計８ａと電流計８ｂとにより検
出され、電圧信号ＥＬと電流信号ＩＬとがコントローラ
１０に送信される。

バッテリ９は車載された、例えば２４Ｖ蓄電池であり、
その端子電圧を測定する電圧計９ａが設けられ、測定し
た電圧信号ＥＢをコントローラ１０に送出する。

コントローラｌＯはマイクロコンピュータにて構成され
、演算処理を行う中央制御装置、演算結果や制御プログ
ラムなどを格納する各種メモリ。

入／出力装置などを有しており、前記の各電圧計および
各電流計からの信号を入力して、スイッチング回路５、
通路制御器６、切換スイッチ７などの外、弁制御器２ｄ
、噴射ポンプ１１などに対して制御信号を送出するもの
である。

噴射ポンプｌｌはエンジン２に燃料を供給してエンジン
出力を制御するものであり、燃料供給の制御はコントロ
ーラ１０からの指令により行われるよう構成されている
。

第２図は木実施例の作動の一例を示す処理フロー図であ
り、第２図を参照してその作動を説明する。

まず、電気負荷８の必要電力量を知るため、現在の電気
負荷８に加わっている電圧、電流を電圧計８ａ、電流計
８ｂの信号ＥＷＬ、ＩＬから読込む（ステップａ）、ス
テップｂにては読込んだ信号ＥＬ、ＥＩを基として、電
気負荷８の定格電圧、例えば２４Ｖにおける電力量（必
要電力ＷＬ）を演算により求める。ついでステップＣで
は交流機３の発電状況を知るため電圧計３０および電流
計３ｄからの信号ＥＧおよびＩＧを読取り、現在の排気
エネルギーにて駆動されている交流機の発電可能電力Ｗ
Ｇを演算する０例えば発電電力値に比して供給電流が少
ない場合は発電可能電力は現在の発電電力より大きいこ
とになる。

ステップａにては前述のようにステップｂ、ｃにて求め
た電力ＷＬとＷＧとを比較し、電力ＷＧが大きいときは
ステップｅに進む。ステップｅでは電圧計９ａからの信
号ＥＢを基として、バッテリ９の現蓄電量をチェー２り
する。そして信号ＥＢがバッテリ９における所定の電圧
値Ｖ。より大きいときは、バッテリ９の充電は必要ない
ので、切換スイッチ７を電気負荷８側のみにオンして、
整流器４からの直流を信号Ｅ。に対応して１／１゜を設
定し、スイッチング回路５によりデユーティ制御して、
通路制御器６、切換スイッチ７を介して電気負荷に供給
する（ステップｆ　、　ｇ）　。

ステップｅにてバッテリ９の電圧計９ａからの信号ＥＢ
が小で蓄電量が少ないと判断されると、ステップｈで切
換スイッチ７を充電側と負荷側との両方をオンにするよ
う切換える。そして、ステップｉにて、電気負荷８の電
圧計８ａからの信号ＥＬと電気負荷８の定格電圧ＥＳと
を比較し、信号ＥＬが大きい場合には前記のステップｇ
と同様に、整流器４からの直流を信号Ｅ。に対応した１
／１ｏにてデユーティ制御して電気負荷８に供給すると
ともに、バッテリ９の充電を行う。

なお、上記のフローにてステップｄで電力ＷＬがＷＧよ
り小さいと５、およびステップｉで信号ＥＬがＥＳより
小さいときは、ステップｋに進み、排気管２ａに設けた
流が弁２Ｃを制御して排気ガス流量を増加し、タービン
翼１ａの駆動力を増して交流機３の発電出力を増大させ
る。

ステップ文では上記の発電出力を増大させた状態におけ
る電気負荷８の電圧をチェックし、基準電圧ＥＳと比較
して信号ＥＬが大きいときはステップｍにて前記ステッ
プｇと同様の処理を行って電力を供給する。

また、ステップ文にて信号ＥＬが電気負荷８の基準電圧
ＥＳより小さいときは、交流機３の発電出力の増大のた
め、ステップｎに進んでエンジン２への燃料噴射量を増
大することになる。このため、噴射ポンプ１１を制御し
て燃料を増加し、ステップｐにて前記ステップｇと同様
の処理、すなわちデユーティ制御して電気負荷８の所定
の基準電圧に制御し電力供給が行われることになる。

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回部であり、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） 本発明では、回転電機からの発電電力をデユーティ制御
して電気負荷やバッテリ充電用に調節する調節手段と１
発電電力が不足のときは排気エネルギーを増大させる流
量弁制御とエンジン燃料制御との制御手段とを設けたの
で、電気負荷の需要電気量の変動に対応して、排気エネ
ルギーを回生じた電力を効率よく供給することができる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回転電機付ターボチャージャーの一実
施例の構成ブロック図、第２図はその処理の一例を示す
処理フロー図、第３図はスイッチング回路および通路制
御器の作動の説明図である。 ｌ・・・ターボチャージャー、２ａ・・・排気管、２ｃ
・・・流量弁、３・・・交流機、４・・・整流器、５・
・・スイッチイブ回路、６・・・通路制御器、７・・・
切換スイッチ、８・・・電気負荷、９・・・バッテリ、
１０・・・電子制御装置、１１・・・噴射ポンプ。 ・１μ≧１．ｄｐｓｙ、−ζＥ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気管に回転電機を有するタービンを
   設け排気エネルギーを回生して電気負荷に供給する回転
   電機付ターボチャージャーにおいて、前記電気負荷の需
   要電気量に応じて前記タービンに圧送する排気エネルギ
   ーを制御する制御手段と、前記回転電機の電気出力を調
   節する調節手段とを設けたことを特徴とする回転電機付
   ターボチャージャー。
2. （２）前記排気エネルギーを制御する制御手段として排
   気管に流量弁を設けた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ー。
3. （３）前記排気エネルギーを制御する制御手段として前
   記エンジンへの燃料供給を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
   ジャー。
4. （４）前記電気出力を調節する調節手段として直流出力
   をデューティ制御して調節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
   ー。