JPH01117932A - 回転電機付ターボチャージャの制御装置 - 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、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） 内燃機関の出力は、燃料と空気を混合させ燃焼させて得
られるものであるから、出力を上げるには出力に対応す
る多量の空気をシリンダ内に圧入させる必要がある。

このため、最近では、排気ガスのエネルギーを利用して
タービンを駆動し、このタービンに連動するコンプレッ
サを駆動して、過給した空気をシリンダに圧入し、効率
的に燃料を燃焼させるターボチャージャが内燃機関に付
設されるようになってきている。

即ち、内燃機関にターボチャージャを付設することによ
り、空気の充填効率が高められて、高出力化、高トルク
化が図れ、しかも燃費の向上が図れるという利点が得ら
れている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このようなターボチャージャ付きの内燃
機関においては、低速回転域では過給圧が低いために充
填効率が低下し、出力、トルクの向上が不十分となるこ
とがあった。

このため、低速回転域でもトルクを改善するために小形
のターボチャージャが用いられているが、小形のターボ
チャージャでは、機関の高負荷、高速回転域ではタービ
ンが過給可能なサージラインに達してしまい、この結果
、吸気過給が不十分となり、発進加速、登板性能が劣化
するという問題があった。また、低速域のトルクが低い
ために、トランスミッションのギヤ比の自由度が小さく
なってしまうという問題があった。

そこで、低速から高速の広い領域にわたり、適量かつ十
分な吸気過給を可能とするために、タービンにより駆動
される電動−発電機を設け、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試みが提案さ
れている。

ところで、大型の内燃機関を搭載した車両は、特に急坂
を高速で登板する際には上記電動−発電機を電動機とし
て作動させる必要があるが、電動機に大電力を供給しな
ければならず、電源のバッテリ容量が不足するという問
題があった。

そこで、本発明は、このようが従来技術の問題点の解消
を目的とした、回転電機付ターボチャージャの制御装置
を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明の回転電機付ターボ
チャージャの制御装置は次のように構成される。即ち、
ターボチャージャの回転軸に電動−発電機となる回転電
機取付けた回転電機付ターボチャージャの制御装置にお
いて、エンジン出力により駆動され前記回転電機に電力
を供給する発電機と、エンジン回転数を検出する回転検
出手段と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、こ
れら二検出手段からの信号に基づきエンジンの低回転重
負荷時に回転電機に供給する発電機からの電力を制御す
る制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

（作７＠） 上記構成とすることにより、本発明によればターボチャ
ージャに取付けた電動−発電機を電動機モードで動作さ
せる際に、急坂の登板等によりエンジン回転数が低下す
ると、エンジンに発電機を連結して発電機から電動機に
給電するので、長い登板路でもバッテリの容量不足によ
る使用不能が避けられ、安定な車両の走行制御が行なえ
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４図は本発明が適用される内燃機関のターボチャージ
ャの一例を示す構成ブロック図であり、同図において、
１はエンジンで吸気管１ａを通じて吸入する空気と、噴
射器２を介して燃料タンク２ａから供給される燃料との
燃焼エネルギーにより車輪３を回転させて車両を駆動す
るもので、排気管１ｂを介して燃焼後の排気ガスが排出
される。なおエンジン１はクラッチペダル４ａの踏込み
によりエンジントルクを断続するクラッチ４と、エンジ
ントルクを変速する変速器４ｂとを有しており、クラッ
チ４にはその断続を検出するクラッチセンサ４ｃが取付
けられて、検出した信号が後述する電子制御装置５に送
出される。また、ＩＣはエンジン回転センサ、２ｂはア
クセルペダル２ｄに取付けたアクセルペダルセンサであ
り、それぞれ検出したエンジン回転信号、アクセル踏込
量に対応するエンジン負荷信号を電子制御装置５に送出
するものである。

６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、排気ガスエネルギーにより駆動される
タービン６ｂと、吸気を過給するコンプレッサ６ａとを
有し、これらの両者を接続する回転軸６ｃには電動機あ
るいは発電機として作動する回転電機７が取付けられて
いる。そして排気エネルギーによりタービン６ｂが回転
駆動されると回転電機７は発電機モードとなり、その発
電電力は電力変換器７ａに送電され、電力変換器７ａの
作動により車載のバッテリ５ａを充電するものである。

なお、電力変換器７ａは交流電力を直流電力に変換する
整流平滑回路、直流電力の電圧を自在に変換するコンバ
ータ回路、直流電力を周波数調整自在の交流電力に変換
するインバータ回路、半導体制御素子を用いて電圧や電
流を制御するデユーティ制御回路などの各種の強電制御
回路を備えており、電子制御装置５からの制御指令によ
って各種の強電制御回路が制御されるものである。した
がって、エンジン１のトルクを増大させるときには、バ
ッテリ５ａからの直流電力を変換して回転電機７に供給
し、電動機モードとしてコンプレッサ６ａを駆動して、
吸気を圧縮しエンジン１への過給圧を上昇させるよう作
動するものである。

図中の１ｅはバイパスアクチュエータで排気流路を制御
して排気エネルギーが小さいときに流路を狭めて速度を
増加させるものであり、１ｄは吸気管１ａに取付けられ
たブースト圧センサで吸気圧を検出するもの、６ｄは回
転軸６Ｃに取付けられたタービンセンサでターボチャー
ジャ６の回転数を検出するもの、７ｂは回転電機７に取
付けられた位相センサで回転電機７の磁界とロータの出
力との位相を検出するもの、フＣは回転電機７の電圧を
計測する電圧センサで、検出されたそれぞれからの信号
は電子制御装置５に送出されるよう構成されている。

電子制御装置５はマイクロコンピュータよりなり、前述
の各種のセンサからの信号などを入力して演算処理や計
数の比較などを行う中央処理装置、制御プログラムや各
種のデータを格納する各種メモリ装置、各種の信号を受
令したり制御指令な゛発令する入／出力装置などを有し
ており、エンジン１への供給燃料を増加させる噴射器ア
クチュエータ２ｃへの信号も発令するものである。なお
、電子制御装置５の有する“各種メモリには、アクセル
ペダル位置に相当する燃料供給量に見合った吸気のブー
スト圧や、アクセルペダル位置に相当するエンジン回転
数のデータや、これらに対応するマツプなどが格納され
ている。

第１図は、本発明の概略構成図である。図において、第
４図で説明したものと同一構成要素には同一番号を付し
て詳細な説明は省略する。

バッテリ５ａの電圧は昇圧器３１により昇圧され、イン
バータ３２により交流に変換されてターボチャージャ６
に設けた回転電機に給電され、前述のように電子制御装
置Ｓにより、電動機、または発電機としての動作を行な
わせる。エンジン１の出力軸には発電機゛クラッチ３５
を介して発電機３６を連結し、発電機出力を高周波トラ
ンス３４、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御装置３３を通し
て、ターボチャージャ１に設けた回転電機が電動機動作
の際に制御電力を給電する。

このような構成により、本発明においては高速で急坂を
登板する際には発電機クラッチを介してエンジン出力軸
と発電機３６とを連結し、発電機の出力をターボチャー
ジャ６に設けた回転電機に給電し、出力を増大させるこ
とを特徴としている。

第２図、第３図は本発明の処理手順を示すフローチャー
トである。次に、このフローチャートについて説明する
。

まずステップＰＩではエンジン回転センサＩＣからの信
号を読込み、エンジン回転がアイドリングか否かをチエ
ツクする。エンジン回転がアイドリングであればステッ
プＰ２〜Ｐ、の処理に移行する。エンジン回転がアイド
リングの場合には、排気エネルギーが少ないのでバイパ
スアクチュエータを制御して排気の流速を高めてタービ
ンの回転を早め、電圧センサフＣにより発電機作動の回
転電機７からの発電電圧ｖＬをチエツクし、バッテリ電
圧Ｖと比較して、発電電圧が高い場合には高周波コイル
をデユーティ制御してからステップＰ４１に進み、バッ
テリの充電制御を行なう。

ステップＰ、にてエンジン回転がアイドリングでない場
合には、ステップＰ６に進みクラッチが接か断かをチエ
ツクする。ここで、クラッチセンサ４ｃからの信号が接
のときにはステップＰ６に移行し、断のときにはステッ
プＰ７に進み、ステップＰ６の処理を繰返す。

ステップＰδではアクセルペダルセンサ２ｂからの信号
を読込み、ステップＰ９にてその踏込量が部分的か一杯
かをチエツクする。部分踏込の場合にはステップＰ　ｓ
ｏ−Ｐ　Ｂに移行する。（して、エンジン回転センサＩ
Ｃとブースト圧センサ１ｄとから信号を読込み、部分踏
込のアクセルペダル位置の燃料供給量に相当する吸気管
のブースト圧ｐａｔを演算し、得られたＰａｌと現ブー
スト圧ＰＢ２との差を求める。

次に、ステップＰ１４〜ＰＩ８の処理に６行する。

ここでは、加速に要するブースト圧上昇のための駆動電
動機（回転電機７）に供給する電力の演算と、タービン
センサ６ｄによるタービン回転数の検出と、電圧上昇デ
ユーティの決定と、電圧上昇変換器作動と、ポジション
センナより位相を決定してインバータ作動との処理を行
なう。

ステップＰ９の処理においてアクセルが一杯に踏込まれ
ている場合には、ステップＰ１９〜Ｐ２２に進み、エン
ジン回転センサＩＣからエンジン回転信号を読込み、回
転電機７へ供給する最大電力を電子制御装置５に設けた
ｃｐｕにより検索し、タービンセンサ６ｄからタービン
回転を検出し、ブースト圧センサ１ｄから現ブースト圧
を検出する。そして、ステップＰ２３では最大ブースト
圧と現ブースト圧とを比較し、現ブースト圧が最大ブー
スト圧に達していないときにはステップＰ、。

の処理に６行し、現ブースト圧が最大ブースト圧に達し
ているときには、ステップＰ２４〜Ｐ２７の処理に進む
。

ここでは、電圧上昇変換器を作動させ、ポジションセン
サより位相を決定してインバータを作動させ、現ブース
ト圧を検出し、供給燃料の増加制御を行なう。

次に、駆動電動機がステップＰｉｅにおいてインバータ
制御されることに伴ない増大したブースト圧ＰＲをステ
ップＰ　ｚａ、ｒ−検出して、ステップＰ２９では供給
燃料を増加する制御を行なう。そして、ステップＰ、。

ではブースト圧の増加の程度をチエツクし、ブースト圧
が所定値以上であれば、篤３図のフローチャートで説明
するような、エンジンに取付けた発電機３６の制御を行
なう。

第３図において、ステップＰ　％Ｏ＊　Ｐ　Ｓｌでアク
セルポジシーンとエンジン回転数とを検出し、ステップ
ＰＳ２でモータ駆動力を演算する。そしてステップＰ０
てエンジン回転数が所定値よりも低い場合、例えば１５
０ＱＲＰＭに遠しない場合には、ステップＰＳ４で発電
機クラッチ３５をオンにして発電機３６とエンジン出力
軸とを連結する。

即ち、急坂のためエンジン回転数が低下したことを検出
すると発電機を付勢する０次いで、ステップｐｓｓ〜ｐ
ｓａでは昇圧、整流回路をオン、タービン回転数の検出
、発電機出力周波数の検出、電動機として作動している
回転電機のパルス幅変調（ＰＷＭ）制御を行なう。そし
て、ステップＰｌｉｌｌでＰＷＭ制御後のタービン回転
数ＮＴＡの検出を行なう。

ステップＰ＠。ではＰＷＭ制御前のタービン回転数ＮＴ
と、ＰＷＭ制御後のタービン回転数ＮＴｋとを比較し、
Ｎ　Ｔ　＜　Ｎ　ＴＡであればステップＰｉｌｌでブー
スト圧ＰＴ２を検出する。そして、ステップＰａ２でブ
ースト圧ＰＴ２と、ステップＰ１２で検出したアクセル
相当ブースト圧ｐＨｌとを比較し、Ｐｔｚ＞ＰＢｓであ
れば、第２図のステップＰ３１に進む。

ステップＰ６゜のＩＡ埋において、Ｎ丁＜ＮＴＡの判定
が否の場合にはステップｐ６ｓの処理に進み、カウンタ
の計数値ＮＮを検出する。ステップＰ８４で計数値ＮＮ
が所定の設定値Ｎ４よりも大きいと判定されると、ステ
ップｐａｓで異常信号を発生する。また、ステップｐａ
２の処理においてＰＴｊｌ＞Ｐａｌの判定が否の場合に
は、ステップＰｆｌＢでカウンタの計数値ＮＰを検出し
、ステップＰｆ１７で計数値ＮＰが所定値ＮＳよりも大
きいとステップＰａＭで異常信号を発生する。

さて、再び第２図の処理に戻り、ステップｐ３ｓ〜ｐｓ
ｓでは、エンジンの回転数、ブースト圧を検出し、燃料
流量の制御を行なう０次に、第３図のステップＰ１１３
において、エンジン回転数が１５０ＯＲＭＳよりも大き
い場合には、ステップＰ３４、ステップＰ３ＳでＣＰＵ
により回転電機がターボ動作（Ｔ）か発電機動作（Ｇ）
かを判定し、ターボ動作であればステップｐｓａで発電
機リレーをカットする０発電機動作の場合には、ステッ
プｐａｙで発電電圧を測定する。

次に、発電電圧ｖＬとバッテリ電圧ＶとをステップＰ３
５１で比較し、発電電圧の方が大きい場合には、ステッ
プＰ３９で電圧を測定しステップＰ４０で高周波コイル
のデユーティ制御を行ない、ステップＰ４２の制御に移
行する。また、ステップＰ３♂の処理において、発電電
圧ｖＬよりもバッチ゛す電圧Ｖが大きい場合には、ステ
ップＰ４□で高周波コイルのデユーティ制御による電圧
制御を行なう。そして、ステップＰ４２でバッテリ通電
回路を制御し、ステップＰ４３ではバッテリが充電され
ていることを確認し、バッテリが充電されていない場合
には、ステップＰ４４で故障信号を発生する。

以上本発明を上述の一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） 以上説明したように、本発明によれば、エンジンの出力
軸に連結可能に発電機を取付け、急坂路を登板する際に
はターボチャージャに配置した回転電機に発電機より電
力を供給してエンジンへの過給を行なうので、エンジン
出力の上昇が計れて長い急坂路でもバッテリ容量が不足
することなく長時間走行できる等、車両の安定走行制御
が行なえる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成図、第２図、第３図は゛フロ
ーチャート、第４図はブロック図である。 １・・・エンジン、５・・・電子制御装置、５ａ・・・
バッテリ、６・・・ターボチャージャ、７・・・回転電
機、３６・・・発電機。 特許出願人　いすＸ自動車株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ターボチャージャの回転軸に電動−発電機となる回転電
   機を取付けた回転電機付ターボチャージャの制御装置に
   おいて、エンジン出力により駆動され前記回転電機に電
   力を供給する発電機と、エンジン回転数を検出する回転
   検出手段と、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、
   これら二検出手段からの信号に基づきエンジンの低回転
   重負荷時に回転電機に供給する発電機からの電力を制御
   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。