JPS63272906A - 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） 本発明はターボチャージャの回転軸に電動−発電機を取
付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） 内燃機関の排出する排気ガスは高温かつ高圧のため、こ
のエネルギーを駆動や電力として回収する方法や装置が
従来より種々提案されている。

この種の排気エネルギー回収装置として、エンジンの排
気タービンに交流発電機の回転軸を直結するとともに、
エンジンには直流電動機を取付け、交流発電機から発生
する電力を直流電動機に供給して排気エネルギーをエン
ジンの駆動力として回収しようとするエンジンの排気エ
ネルギー回収装置の提案が特開昭５８−２１４６１５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） 上述の特開昭５８−２１４６１５号公報に開示された提
案は、排気エネルギーを回生じた電気工ネルギーにてエ
ンジンに接続した電動機を駆動してエンジンの回転力を
助勢しようとするものである。したがって回生じた電気
エネルギーによるバッテリの充電や、排気エネルギーに
て過給気を上昇させエンジン出力を増大させようとする
措置を欠いている問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は内燃機関の運転状態に応じてターボチャージ
ャに設けた回転電機を発電機あるいは電動機駆動して、
バッテリの充電あるいは内燃機関への過給気を上昇させ
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、ターボチャージャに設けた電動−発電
機となる回転電機と、内燃機関の回転数を検出する回転
検出手段と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と
、これらの三検出手段からの信号に基づいて前記回転電
機を駆動しバッテリ充電手段と内燃機関の過給手段とを
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、ターボチャージャに設けた回転電機を内燃
機関の回転数や負荷状態に応じて発電機駆動、あるいは
電動機駆動とし、発電機駆動時には発電電力にてバッテ
リを充電せしめ、内燃機関が低回転重負荷の電動機駆動
時にはアクセル踏込量に応じてブースト圧を上昇させて
内燃機関の出力を増大させる作用がある。

また、本発明では回転電機の発電機駆動時には排気ガス
流路を制御してガス流速を高める作用がある。

（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り
、第２図はその実施例に用いる電力変換器の一例を示す
回路図である。

第１図において、１は内燃機関で吸気管１ａを介して吸
気する空気と、供給される燃料との燃焼エネルギーによ
り、図示していない車両を駆動するものであり、排気管
１ｂを介して燃焼後の排気ガスが排出される。ＩＣはア
クセルペダル踏込量を検出するアクセルセンサ、１ｄは
内燃機関１の燃料噴射ポンプのラック位置により内燃機
関の負荷を検出する負荷センサ、１ｅは内燃機関の回転
数を検出する回転センナであり、それぞれ検出した信号
を後述するコントローラに送信する。

２は排気管１ｂおよび吸気管１ａに接続されたターボチ
ャージャであり、排気ガスにより駆動されるタービンブ
レード２ｂと、吸気管１ａに吸気を送気するコンプレッ
サブレード２ａとを有し、これらのブレードを接続する
回転軸２Ｃには電動機あるいは発電機として作動する回
転電機３が取付けられている。１ｆは排気管１ｂに設け
られた隔壁であり、タービンブレード２ｂを駆動する排
気流路に取付けられてその流路を２分するものであり、
片方の流路には排気弁１ｇが取付けられ、排気ガス量が
少ないときにはアクチュエータ１ｈにより排気弁１ｇが
閉じられて、他方の流路の排気ガス流速を高めることに
よりタービンブレード２ｂを高速度に駆動するよう構成
されている。

回転電機３はロータ３ａとステータ３ｂとを有し、排気
エネルギーによってロータ３ａが回転駆動されるとステ
ータ３ｂには交流電力が発電され電力変換器４を介して
バッテリ５に送電される。

また、電力変換器４を介したバッテリ５の電力によりロ
ータ３ａが駆動されると、コンプレッサブレード２ａの
作動により吸気が圧縮され、吸気管１ａを介して内燃機
関１に過給されるよう構成されている。なお、１ｊはブ
ーストセンサで、コンプレッサブレード２ａの作動によ
る過給気圧を検出してコントローラ６に送信するもので
ある。

第２図は電力変換器４における交流電力の変換回路の一
例を示したものであり、整流平滑回路４ａ５デユ一テイ
制御回路４ｂ、チョーク回路４Ｃを有している。そして
発電機作動時の回転電機３からの交流入力を整流平滑回
路４ａにて直流に変換し、トランジスタＴｒのベース入
力にコントローラ６からの所定のパルス信号を印加して
トランジスタＴｒの通過電流を脈流としてその実効電圧
値を制御する。その後チョークｃｈを介して所望する電
圧となった電力を負荷に供給するものである。

なお、電力変換器４は上記の変換回路の他、バッテリ５
からの直流電力を所定周波数の交流に変換して回転電機
３を電動機駆動するコンバータ回路も有しており、コン
バータ回路の周波数制御はコントローラ６のＩｉ令にて
制御されるものである。

第１図に示す３Ｃは交流電圧計で回転電機３のステータ
３ｂの端子電圧を計るもの、４ａは直流電圧計で電力変
換器４の直流端子電圧を計るものであり、それぞれ測定
した電圧をコントローラ６に送気する。

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の作動状態や電圧計からの信号などを人力して演
算処理や制御回数の計数などを行う中央処理装置、内燃
機関の運転状況と所要ブースト圧との関連マツプや回転
電機の作動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、アクチュエータや電力
変換器などに制御指示を発令する入／出力装置などを有
している。なお、回転電機３が電動機作動時のステータ
３ｂに誘起される逆起電力による電圧値は、コントロー
ラ６に読込まれるように構成されている。

第３図は本実施例の作動の一例を示す処理フロー図であ
り、第３図を参照してその作動を説明する。

まず、ステップ１において、回転センサ１ｅからの信号
により内燃機関１の回転数をチェックし、回転数が８０
ＯＲＰＭより低回転のときはステップ２に進んで排気管
１ｂの排気流路に設けた排気弁１ｇを閉じ、排気ガス流
速を早めてタービンブレード２ｂを高速回転になるよう
駆動して回転電機３を発電機作動させる。ステップ３で
は交流電圧計３０にて発電電圧を測定し、その電圧が所
定電圧Ｖ、より高いときはステップ４からステップ５に
進んで電力変換器４に送電し、整流平滑回路４ａ、デユ
ーティ制御回路４ｂ、チョーク回路４Ｃを介してバッテ
リ５を充電できる電圧に制御する。

ステップ７では上記のように制御した電力をバッテリ５
に通電し、ステップ８にて充電可能の場合はバッテリ５
の充電を行い、不能の場合はステップ９にて故障信号を
発した後、ステップ１に戻る。なお、ステップ４にて回
転電機３の発電電圧が所定電圧Ｖｌより低いと幹は、ス
テップ６で故障モードとしてステップ１のフローに戻る
ことになる。

ステップ１で内燃機関１の回転数が８０ＯＲＰＭより高
いときはステップ１０にて負荷センサ１ｄからの信号を
読込み、内燃機関１の負荷と回転との状態より判断して
、例えば軽負荷の場合にはステップ１２に進んで回転電
機３を発電機駆動し、その発電電圧を交流電圧計３０に
て測定する。そしてステップ１３にてバッテリ電圧Ｖ、
と比較し、バッテリ電圧Ｖａより発電電圧が高い場合は
ステップ１４に進んで電力変換器４に送電し、電圧制御
を行ってバッテリ５に通電して充電を行う。また、ステ
ップ１３にて発電電圧Ｖが低い場合はその交流電圧の波
高値をステップ１５で測定し、電力変換器４にて出力電
圧を高めるようデユーティ制御の後、バッテリ５に通電
する。

つぎに、ステップ１１にて内燃機関１の負荷と回転の状
態が例えば低回転重負荷の場合には回転電機３を電動機
作動させるためステップ１７に８行する。ステップ１７
．１８ではアクセルセンサ、ブーストセンサ１ｊより現
在のアクセル踏込量と吸気管ｌａ内のブースト圧を読込
み、内燃機関の負荷状態に応じて、内燃機関の出力上昇
に必要な所要ブースト圧をマツプより読込む（ステップ
１９）、そしてこのブースト圧を得るための回転電機の
電動機出力の演算をステップ２０にて行い電動機駆動す
る。ステップ２１ではステータ３ｂの逆起電力を計測し
、ステップ２２での逆起電力の交流周波数から回転軸２
Ｃの回転数を検出する。ついでステップ２３．２４にて
回転電機３に供給する電力の周波数とその位相を設定し
電動機駆動してブースト圧を高めるよう制御する。

電動機駆動するため前記所要ブースト圧に相当する電圧
レベルの設定により、電動機を駆動するバッテリ電圧の
変換装置を介して電動機駆動する。

ステップ２５ではブーストセンサ１ｊからの信号による
ブースト圧Ｂと所要ブースト圧ＢＡとを比較し、ブース
ト圧Ｂが大きいときはステップ２６に進んで所定の時間
継続させ、内燃機関１の出力を増大させる。

なお、ステップ２５にて所要ブースト圧ＢＡに達しない
とぎはステップ２７で回転電機３に供給する電力を増大
させてカウンタ計数に１を加え、その計数が所定回数Ｎ
、に達していないとぎは、ステップ２９より始めのフロ
ーに戻って上記の処理を繰返してブースト圧を上昇させ
る処理を行い、所定回数Ｎｌに達しているときはステッ
プ３０にて故障信号を発して始めのフローに戻ることに
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、ターボチャージャの回転軸に設けた回
転電機を、内燃機関の回転数や負荷の状態に応じて発電
機に応じて発電機または電動機作動をさせ、その発電機
作動時には発電電力にてバッテリを充電させる効果があ
り、特に排気ガス流量が少ないときは排気流路を狭くし
流速を早めて効率よく発電させてバッテリの充電効率を
向上する。

また本発明によれば、内燃機関が低回転重負荷時には回
転電機を電動機駆動として、アクセルペダル踏込量に応
じて過給気圧を上昇させ、内燃機関出力を向上させる効
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
図は本実施例に用いる電力変換器の一例を示す回路図、
第３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、ＩＣ・・・アクセルセンサ、１ｄ・
・・負荷センサ、１ｅ・・・回転センサ、１ｊ・・・ブ
ーストセンサ、２・・・ターボチャージャ、３・・・回
転電機、４・・・電力変換器、５・・・バッテリ、６・
・・コントローラ。 特許出願人　　いすＸ自動車株式会社 代　理　人　　弁理士　辻　　　　實 フントローラ６ ４ａ　　　　４ｂ　　　　４Ｃ 第３図（その１ン 壺Ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターボチャージャに設けた電動−発電機となる回
   転電機と、内燃機関の回転数を検出する回転検出手段と
   、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、これらの
   二検出手段からの信号に基づいて前記回転電機を駆動し
   バッテリ充電手段と内燃機関の過給手段とを制御する制
   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。
2. （２）前記内燃機関の排気ガス流路を制御して回転電機
   を駆動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の制御装置。
3. （３）前記内燃機関の過給時にアクセル踏込量に対応し
   て過給圧力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の制御装
   置。