JPS63248922A - 回転電機付タ−ボチヤ−ジヤによる電源装置 - 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】 （ａ業上の利用分野） 本発明は内燃機関の排気エネルギーにて駆動するターボ
チャージャに電動−発電機となる回転電機を設けて発電
作動させる回転電機付ターボチャージャによる電源装置
に関する。

（従来の技術） 車両の原動力となる内燃機関に発電装置を取付け、内燃
機関により駆動して発電された電力が車両に関連する電
気機器の電源として用いられている。

また一方、内燃機関の排気エネルギーにより駆動される
ターボチャージャの回転軸に電動−発電機を取付け、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。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の内燃機関に取付けた発電装置や、上記提案による
電動−発電機においては、内燃機関の燃焼エネルギーに
よる発電であるため、内燃機関の運転停止中は発電不能
となり、車載の電気機器の電源として使用で籾ないとい
う問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的はターボチャージャの回転軸に電動−発電機と
なる回転ＴＬ機を取付けるとともに、内燃機関とは別に
燃料の燃焼器を設けてその燃焼ガスによりターボチャー
ジャを駆動し、発電機作動とした回転電機からの発電電
力をバッテリからの直流電力と同等な電力に変換しよう
とする回転工機付ターボチャージャによる電源装置を提
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、内燃機関の排気エネルギーにより吸気
を過給するターボチャージャの回転軸に直結した電動−
発電機となる回転τ機と、前記内燃機関とは別に燃料を
燃焼させる燃焼器と、該燃焼器からの燃焼ガスと内燃機
関の排気とにより前記ターボチャージャを駆動して回転
電機を発電作動させる駆動手段と、該発電出力をバッテ
リからの直流電力と同等な電力に変換する変換手段とを
備えた回転電機付ターボチャージャによる電源装置か提
供される。

（作用） 本発明では、内燃機関の排気と燃焼器からの燃焼ガスに
よりターボチャージャを駆動し、回転電機を発電機とし
て作動させ、その発電電力を電力変換器などにより、バ
ッテリからの電力と同等な直流電力に変換する作用があ
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図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。

同図において、１は内燃機関であり、吸気管１ａを介し
て吸気する空気と、供給された燃料との燃焼エネルギー
により、図示していない車両の原動力とするものであり
、排気管１ｂを介して燃焼後の排気ガスが排出される。

２は排気管１ｂに接続されたターボチャージャであり、
排気ガスによって駆動されるタービンブレード２ａと、
吸気管１ａに吸気を圧送するコンプレッサブレード２ｂ
とを直結する回転軸２ｃには電動機あるいは発電機とな
る回転電機３が設けられている。そして、回転軸２ｃに
取付けられたロータ３ａが排気エネルギーにより高速度
に回転駆動されると、ロータ３ａに対応して設けられた
ステータ３ｂには交流電力が発電され、後述する電力変
換器を介して電気負荷に供給される。なお、２ｄはベア
リングであり、高速駆動される回転軸２ｃを軸支して保
持するものである。

４は燃焼器であり、燃料タンク４ａより供給されて気化
グロープラグ４ｂにより気化された燃料を、空気導入管
４ｃを介して送気された空気と混合し、点火グロープラ
グ４ｄにて着火し燃焼させるものである。そして、空気
導入管４ｃは吸気管１ａと連通されて、新鮮な空気がタ
ーボチャージャ２のコンプレッサブレード２ｂにより送
気され、また、燃焼器４からの燃焼ガスバイブ４ｅはタ
ーボチャージャ２のタービン側スクロール２ｅに連通さ
れて、燃焼後の燃焼ガスはタービンプレーＦ２ａを駆動
するよう構成されている。

第１図に示す１ｃは吸気管バルブで吸気管１ａに設けら
れて内燃機関１への吸気量を制御するもの、４ｆは燃焼
用空気バルブで空気導入管４ｃに設けられて燃焼器４へ
の燃焼用空気量を制御するもの、４ｇは燃焼ガスバルブ
で燃焼ガスバイブ４ｅに設けられてタービン側スクロー
ル２ｅへの燃焼ガス流量を制御するものであり、それぞ
れブーストアクチュエータ５ａ、エアバルブアクチュエ
ータ５ｂ、ガスバルブアクチュエータ５ｃによりそれぞ
れの流量が制御されるよう構成されている。なおこれら
の各種アクチュエータへの制御指令はコントローラ６か
ら発せられる。

気化グロープラグ４ｂは内部に加熱ヒータを備えたセラ
ミックバイブにて形成され、抵抗温度係数を有する加熱
ヒータに通電することにより、供給された燃料を気化し
て、先端の噴出孔より燃焼器４の内部に気化燃料を噴出
させる。そして、燃料を気化させる適切温度の例えば４
００℃前後に加熱ヒータの温度を制御するため、加熱ヒ
ータに直列接続した抵抗器４ｊと、該抵抗器４ｊを短絡
する切換スイッチ４にとを備えており、コントローラ６
が加熱ヒータの通電時の抵抗値変化を計測することによ
り、切換スイッチ４ｋをタイマ機構を用いて開閉制御し
て適切な気化温度に保持するよう構成されている。

また点火グロープラグ４ｄは抵抗温度係数を有する加熱
ヒータを備え、加熱ヒータへの通電によって気化燃料に
着火するものであり、通電回路には直列接続された抵抗
器４℃と、該抵抗器４℃を短絡する切換スイッチ４ｍと
を備えている。そして、気化燃料に点火する適切な着火
温度の例えば９００℃前後に制御するため、コントロー
ラ６は通電時の加熱ヒータの抵抗値変化を計測して、切
換スイッチ４ｍをタイマ機構を用いて開閉制御すること
により、適切な着火温度に点火グロープラグ４ｄの温度
を保つものである。４ｎはフレームセンサであり、燃焼
器４の内部の燃焼状態を検知してコントローラ６に信号
を送出する。

９は電力変換器であり、発電機作動時の回転電機３から
の交流電力を人力し、変圧器、整流平滑器、電圧制御器
などにより、バッテリの電力と同等な直流電力に変換す
るものであり、さらにバツッテリ８からの直流電力をイ
ンバータなどにより所定周波数の交流電力に変換して回
転電機３に供給し、電動機作動としてコンプレッサブレ
ード２ｂを駆動可能に構成されている。なお、交流電力
を直流電力に変換時や、バッテリ電力を回転１機に供給
時の電圧や電力の制御はコントローラ６からの指令によ
って行われる。

７は直流にて作動する電気負荷であり、その定格電圧は
バッテリ電圧と同等な例えば２４Ｖに設定され、電力変
換器９からは計測回路７ａを介して給電される。なお、
計測回路７ａは電気負荷７に供給される直流電圧や電力
の計測を行い、それぞれの値をコントローラ６に送信す
る。

バッテリ８は例えば２４Ｖ用のものであり、電動機作動
時の回転電機３や、コントローラ６の電源となるもので
、その端子電圧は常時コントローラ６に入力されている
。

コントローラ６はマイクロコンピュータよりなり、内燃
機関１、ターボチャージャ２、回転電機３、燃焼器４、
電力変換器９などのそれぞれの作動状態を人力して、所
定の演算処理や各種グロープラグに通電時のタイマ処理
、カウント処理などを行う中央処理装置、ターボチャー
ジャ２の回転電機３や燃焼器４の制御プログラムなどを
格納する各種メモリ装置、各種の人力を受令したり燃料
供給経路や各種のアクチュエータ、電力変換器などに制
御指令を発する人／出力装置などを備えている。

なお、１ｄは内燃機関１の回転数を検出するエンジン回
転計、２ｆはターボチャージャ２のブースト圧を検出す
るブースト圧計、３Ｃは回転電機３の発電時の電力を計
測する電力計、１０は大気温度を検出する気温計であり
、それぞれ検出した信号をコントローラ６に送出する。

また、６ａはエンジンストップランプであり、内燃機関
１の排気エネルギーの助勢を必要とせずに燃焼器４の自
刃でその燃焼が継続できる場合、コントローラ６の指令
により点灯するランプである。

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、同図を用いてその処理を説明する。

まず、ステップ１〜３にて内燃機関１を回転させた状態
で吸気管バルブＩＣをやや関し、空気専入管４ｃの燃焼
用空気バルブ４ｆを開き、コンプレッサブレード２ｂの
駆動による圧気を燃焼器４に送気する。

ステップ４では点火グロープラグ４ｄの温度を知るため
、その通電回路に設けた切換スイッチ４ｍを閉じて抵抗
器４ｆＬを短絡し、コントローラ６から点火グロープラ
グ４ｄの加熱ヒータの抵抗値測定のための電流を流して
点火グロープラグ４ｄの抵抗値を演算して計測する。そ
して加熱ヒータは温度抵抗係数を有する抵抗器を使用の
ため抵抗値の変化によりその温度変化が検出できるので
、ステップ５では点火グロープラグ４ｄの抵抗値Ｒ＋　
と所定の抵抗値Ｒとを比較して、Ｒ，＜Ｒのときはステ
ップ６に進んで点火グロープラグ４ｄに通電する。

ステップ７では通電後の点火グロープラグ４ｄの抵抗値
Ｒ＋　と、加熱ヒータ温度が９００”Ｃのときの抵抗値
Ｒ９゜。とを比較し、Ｒ１＞Ｒ９００のときは点火温度
に達しているのでステップ８に進んで気化グロープラグ
４ｂに通電する。なお、ステップ７で点火グロープラグ
の抵抗値Ｒ１がＲ９００に達していないと、ステップ９
〜１０にて点火グロープラグの通電回路の抵抗器４ｋを
短絡する切換スイッチ４ｍをタイマ制御にて所定時間オ
ンにして電流を増加して温度上昇を早めた後、ステップ
已に進んで気化グロープラグ４ｂに通電する。点火グロ
ープラグの通電時間はその抵抗値に応じて変化するよう
に設定されている。

また、ステップ５にて点火グロープラグ４ｄの抵抗値Ｒ
＋が所定値Ｒに達していると、ステップ１１にて気温計
１０からの信号により大気温度ＴＡＭをチェックする。

そして大気温度ＴＡＭが所定値Ｔ２に達していないとス
テップ１２にて点火グロープラグ４ｄに通電し、ステッ
プ１３にて点火グロープラグの抵抗値Ｒ１をＲ９゜。と
比較する。

このとき、抵抗値Ｒ１がＲ９゜。に達していないとステ
ップ１４〜１５にて切換スイッチ４ｍをオンして点火グ
ロープラグ４ｄへの電流を強める制御を行う。なお、ス
テップ１１で大気温度ＴＡＭが所定値Ｔ２に達している
ときはステップ１６〜１８にて点火グロープラグ４ｄの
通電は切換スイッチ４ｍのタイマ制御を行うだけでステ
ップ２０に進むことになる。

前記のステップ８で気化グロープラグ４ｂに通電後はス
テップ１９にて気化グロープラグの抵抗値Ｒ，をチェッ
クし、気化グロープラグ４ｂが４００℃に達したときの
抵抗値Ｒ４ｏ０とＲｏとを比較する。そして、抵抗値Ｒ
０がＲ４ｏｏに達していると燃料を十分に気化できる温
度なので、ステップ２０に進んで燃料弁４ｈを開いて燃
料タンク４ａからの燃料を気化グロープラグに供給する
。なお、ステップ１９で抵抗値Ｒ６がＲ４ｏｏに達して
いないと燃料の気化が不十分なため、ステップ２１〜２
２のフローにて、気化グロープラグ４ｂの通電回路の抵
抗器４ｊを切換スイッチ４ｋにて短絡して供給電流を増
加し、その通電時間をタイマ制御の後、ステップ２０で
燃料供給を開始する。

燃料供給を開始後、ステップ２３にて所定時間を経過し
てからフレームセンサ４ｎからの信号ＴＰＳにより、燃
焼器４の内部温度がＴ３を超過して十分な燃焼状態の場
合は内燃機関１の排気エネルギーによる過給気の助勢が
不要なので、エンジンストップスイッチをオフにして内
燃機関１の回転を停止にする（ステップ２４〜２６）。

なお、ステップ２４でフレームセンサＴ２．が所定温度
のＴ３に達しない場合や、ステップ２６で内燃機関１を
停止しない場合はステップ１に戻って上記のフローを繰
返すことになる。またフレームセンサ４ｎにより燃焼が
確証されると、点火グロープラグ、気化グロープラグを
オフにして燃料を増加した後つぎのステップに移る。

内燃機関１の停止後はその吸気が不要のためステップ２
７で吸気管バルブＩＣを全開にして燃焼器４の自刃運転
として、ステップ２８では電気負荷７の需要電力量の演
算を行い、さらにステップ２９では需要電力量に対応す
る燃焼ガスエネルギーによるタービン出力の演算を行い
、必要な燃料の供給量ｑ０を算出する。そしてステップ
３゜では燃料弁４ｈを通じて供給している燃料ｆｃｑと
必要な供給量ｑ０とを比較し、ｑ＜Ｑｏの場合はステッ
プ３１にて燃料を増加し、Ｑ　＞　Ｑ　ｏの場合はステ
ップ３２にて減少させて、燃焼ガスエネルギーによる回
転電機３の発電電力を電力計３０によりステップ３３に
て計測する。

ステップ３４では回転電機３の発電電力とステップ２８
にて演算した負荷電力とを比較し、発電電力が大きい場
合は電力変換器９にて変圧、整流後の直流電圧をチェッ
クし、電圧制御器で電力のデユーティ制御を行うことに
より、供給電圧を制御して計測回路７ａにてその電圧の
計測を行う（ステップ３５〜３９）。

ステップ４０ではバッテリ電圧ＥＢに所定の小電圧ΔＥ
とを加えた電圧値と供給電圧Ｅとを比較し、ＥＶＥ、＋
ΔＥの場合は電力変換器９にて電圧を増加するよう制御
し、供給電圧Ｅが高い場合は電圧減となるよう制御しく
ステップ４１゜４２）、ステップ４３にて供給電圧Ｅが
バッテリ電圧ＥＢより高い場合は電気負荷７に十分に電
力が供給できる状態なので通電を行い、ステップ４４で
電力供給がオフの場合は、燃焼器４の作動を停止するた
めステップ４５〜４７に進んで吸気管バルブ１ｃを開き
、燃焼用空気バルブ４ｆを閉じ、さらに燃料弁４ｈを閉
じて燃料供給を停止することになる。

以上本発明を上記の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、内燃機関とは別に燃料を燃焼させる燃
焼器に燃料を供給し、燃焼器からの燃焼ガスのエネルギ
ーによりターボチャージャに設けた回転電機と発電機と
して駆動して、その発電電力を電力変換器によってバッ
テリからの直流電力と同等な電圧の直流電力に変換する
ので、内燃機関の停止中でも回転電機により発電できる
とともに、電気負荷となる直流用電気機器に供給できる
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ラロー図である。 １・・・内燃機関、２・・・ターボチャージャ、３・・
・回転電機、４・・・燃焼器、６・・・コントローラ、
７・・・電気負荷、８・・・バッテリ、９・・・電力変
換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の排気エネルギーにより吸気を過給するターボ
   チャージャの回転軸に直結した電動−発電機となる回転
   電機と、前記内燃機関とは別に燃料を燃焼させる燃焼器
   と、該燃焼器からの燃焼ガスと内燃機関の排気とにより
   前記ターボチャージャを駆動して回転電機を発電作動さ
   せる駆動手段と、該発電出力をバッテリからの直流電力
   と同等な電力に変換する変換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による電源装置。