JPS63248923A - 回転電機付タ−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−発電機を設けた回転電機付ターボチ
ャージャの制御装置に関する。

（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電力される
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、上記提案の電動
−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
る欠点がある。また、ターボチャージャに取付けた電動
−発電機では、その発電電力の制御が困難であるという
問題も生じている。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その
目的はターボチャージャの回転軸に電動−発電機となる
回転電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、該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、燃焼器への燃料供給量を制御するこ
とによって発電電力を制御しようとする回転電機付ター
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、内燃機関の停止中に前記燃焼器か
らの燃焼ガスのエネルギーによりターボチャージャを駆
動して回転電機を発電機駆動させる駆動手段と、該駆動
手段を電気負荷の所要電力に対応して制御する制御手段
とを備えた回転電機付ターボチャージャの制御装置が提
供される。

（作用） 本発明では内燃機関の停止中には燃焼器に燃料を供給し
てその燃焼ガスのエネルギーによってターボチャージャ
を駆動し、回転電機を発電機駆動して発電電力を電気負
荷に供給するので、該電気負荷の所要電力に対応して燃
焼器に供給する燃料を制御することにより適切な電力を
電気負荷に供給できる作用がある。

（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、後述する電圧制
御器を介して電気負荷に送電される。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より燃料弁４ｈを介
して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
ブレード２ａ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５ａ１、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
ミックパイプにて形成され、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
は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４ＩＬ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、すであり、
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は電圧制御器であり、発電機作動時の回転電機３より
発電電力を受け、電気負荷７やバッテリ８の電圧に応じ
た電圧の電源に変換するものであり、例えば整流器、コ
ンバータ、デユーティ制御器などの強電機器を備えてい
る。そしてコントローラ６からの指令により電気負荷７
に適切な電源に変換して、その供給電圧や電力を計測す
る計測回路７ａを介して電気負荷７に電力を供給する。

また、電圧制御器９は回転電機３から送電される発電電
力値の計測や、バッテリ８からの電力にて回転電機３を
電動機駆動する制御器としても作動するよう構成されて
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な
どのそれぞれの作動状態を入力して演算処理や各種グロ
ープラグの通電のタイマ処理やカウント処理を行う中央
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
の入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入／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、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
。

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、燃焼器４に燃焼用空気を送気するため、ステップ
１．２にて吸気管バルブＩＣを閉じ、空気導入管４Ｃの
燃焼用空気バルブ４ｆを開き、バッテリ８から電圧制御
器９を介して回転電機３に送電して電動機となし、ステ
ップ３にてコンプレッサブレード２ｂを駆動して燃焼器
４に空気導入管４Ｃを通じて送気する。

ステヴ、ブ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４１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ハ４ｇ＋＃　／ｌ古ル襠譬１．で
雪↓加１１ナス　拳１．イ±１磨九レー々は温度抵抗係
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Ｒ１と所定の抵抗値Ｒｄとを比較し
て、Ｒｒ＜Ｒｄ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℃のときの抵抗値Ｒ９
゜。とを比較し、ＲＩ＞Ｒｅｏｏ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Ｒ８゜。に達していないと、ステップ９〜１
０にて点火グロープラグの通電回路の抵抗器４１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８に
進んで気化グロープラグ４ｂに通電する。タイマは抵抗
値Ｒ１の値に応じてその時間が制御される。

また、ステップ５にて点火グロープラグ４ｄの抵抗値Ｒ
１が所定値Ｒｄ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Ｒ，をＲ９゜０
と比較する・。

このとき、抵抗値Ｒ１がＲ９ｏ０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。これは燃料を環境に応じて
着火方法を変えようとする動作である。

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Ｒ６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Ｒ４゜。とＲ，とを比較する。そして、抵抗値Ｒ
８がＲ４゜。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Ｒ４ｏ０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。

燃料供給を開始してから所定時間をカウントし、ステッ
プ２４にて燃焼器４の内部の燃焼状態をフレームセンサ
４ｎからの信号Ｔｒｓによりチェックを行う。ここでＴ
ＦＳが所定温度Ｔ３より高い場合はステップ２５に進ん
で燃料弁４ｈを制御して燃料流量を増量させ、増加した
燃焼ガスによってタービンブレード２ａを駆動してコン
プレッサブレード２ｂの作動によりブースト計を上昇さ
せ、点火グロープラグ、気化グロープラグの通電をオフ
にする。そして、ステップ２６でブースト圧２ｆによっ
てブースト圧力をチェックし、所定圧力のＰＢＯ以上に
ブースト圧Ｐ６が達すれば、回転電機３に供給している
電源をオフにして電動機作動を停止する（ステップ２７
）。このとき、電動機の出力を徐々に減少させるから、
それに応じて燃料を増加させるステップを入れてもよい
。なお、ステップ２６にてブースト圧力ｐａがＰＢＯに
達していないときは燃料流量を更に増加して、燃焼を盛
んにする。

ついで、燃焼ガスのエネルギーにて駆動されている回転
電機３は発電機となるので、ステップ２８にて発電電圧
■をチェックする。そして、その発電電圧■が所定の電
圧の例えば２４Ｖ以上の場合はステップ２９に進み、電
力供給を要する電気負荷７の所要電力を計り、ステップ
３０ではこの所要電力と発電電力との比較を行う。なお
、ステップ２８で発電電圧が所定電圧に達しない場合は
、ステップ３１にて燃焼エネルギー増加のために燃焼器
４への燃料供給量を増加する。

ステップ３０で回転電機３の発電状態よりその発電電力
を演算し、電気負荷７の需要電力と比較して発電電力が
小さい場合はステップ３２に進んで燃焼器４への供給燃
料を増加する。また、発電電力が大きいときは供給燃料
を減少させて、ステップ３４にて負荷電力と発電電力が
等しい場合　′はステップ３５に進んで電圧制御器９を
作動させ、電気負荷７に供給する電力を例えばデユーテ
ィ制御することにより電圧制御を行う。なお、ステップ
３４で負荷電力と発電電力が等しくない場合はステップ
３３に戻って燃料流量を減少する。

ステップ３６では電気負荷７に供給する電圧を計測し、
この供給電圧とバッテリ電圧とをステップ３７にて比較
する。そして、供給電圧がバッテリ電圧より低い場合は
、ステップ３８に進んで高周波コイルなどにより電圧制
御器９にて供給電圧を上昇させるよう制御する。また、
ステップ３７で供給電圧が高く、バッテリ電圧と所定の
小電圧ΔＥを加えた（バッテリ電圧＋ΔＥ）の電圧値よ
り高い場合はステップ３９よりステップ４０に進み、電
圧制御器９にて供給電圧を下降させるよう制御して、燃
焼器４からの燃焼ガスエネルギーによる回転電機３の発
電電力を電気負荷７に供給することになる。

そして、電気負荷７への電力供給を停止するまではステ
ップ４１からステップ１へ戻って上記のフローを繰返し
、電力供給停止時にはステップ４２に進み、点火グロー
プラグ４ｄと気化グロープラグ４ｂとに供給する電源を
断ち、吸気管バルブ１ｃと燃焼用空気バルブ４ｆと燃料
弁４ｈとを閉止し、さらに回転電機３の作動を停止させ
る処理を行う。

なお前記のステップ２４にて、燃焼器４の内部の燃焼状
態を検出するフレームセンサ４ｎからの信号Ｔｒｓが所
定のＴ３に達していないときはステップ４３に進み、所
定時間の経過の制御を行うとともにカウンタの計数Ｎに
１を加え、ステップ４４にて計数ＮがＮｏに達している
ときは、ステップ４５、ステップ４２に好打して、異常
信号を発して燃焼器４の使用停止のフローに進む。なお
ステップ４４で計数がＮｏに達していないときはスター
トのフローに戻ってステップ１からのフローを繰返すこ
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て発生する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を発電機として
駆動させて、その発電電力を電気負荷に供給するので、
内燃機関の停止時でも所望する電源が得られる効果があ
る。

また、本発明によれば電気負荷の需要電力に対応して燃
焼器への供給燃料を制御するので、発電電力の制御を容
易に行うことかでき、十分に電気負荷の需要量に応じた
電力が供給できる効果も生ずる。

【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フロー図である。 １・・・内燃機関、１ｂ・・・排気管、２・・・ターボ
チャージャ、２ｃ・・・回転軸、３・・・回転電機、４
・・・燃焼器、４ａ・・・燃料タンク、４ｈ・・・燃料
弁、６・・・コントローラ、７・・・電気負荷、９・・
・電圧制御器。

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、内燃機関の停止中に前記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を駆動して回転電機を
   発電機駆動させる駆動手段と、該駆動手段を電気負荷の
   所要電力に対応して制御する制御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の制御装置。