JPH11311123A - 内燃機関の過給及びエネルギ回収装置 - Google Patents
内燃機関の過給及びエネルギ回収装置Info
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- JPH11311123A JPH11311123A JP10118057A JP11805798A JPH11311123A JP H11311123 A JPH11311123 A JP H11311123A JP 10118057 A JP10118057 A JP 10118057A JP 11805798 A JP11805798 A JP 11805798A JP H11311123 A JPH11311123 A JP H11311123A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】応答性の良い過給特性と良好な燃費を維持しつ
つ、非過給時には排気エネルギを効率よく回収する。 【解決手段】排気通路１８にタービン１７を介装し、タ
ービン１７の回転より駆動されるコンプレッサ１６を吸
気通路１１に介装する。タービン１７とコンプレッサ１
６とを連結する回転軸に回転電機２１を取付け、少なく
とも回転電機２１とコンプレッサ１６との間に電磁クラ
ッチ２２を介装する。運転条件によりコントローラ２４
が、電磁クラッチ２２のオンオフと、回転電機２１をモ
ータあるいはジェネレータとして機能するように制御す
る。
つ、非過給時には排気エネルギを効率よく回収する。 【解決手段】排気通路１８にタービン１７を介装し、タ
ービン１７の回転より駆動されるコンプレッサ１６を吸
気通路１１に介装する。タービン１７とコンプレッサ１
６とを連結する回転軸に回転電機２１を取付け、少なく
とも回転電機２１とコンプレッサ１６との間に電磁クラ
ッチ２２を介装する。運転条件によりコントローラ２４
が、電磁クラッチ２２のオンオフと、回転電機２１をモ
ータあるいはジェネレータとして機能するように制御す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転電機付き過給及
びエネルギ回収装置を備える内燃機関に関する。
びエネルギ回収装置を備える内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、回転電機を有する過給機を備えた
内燃機関としては、特開平６−５０１６３号公報に開示
されたようなものがある。
内燃機関としては、特開平６−５０１６３号公報に開示
されたようなものがある。
【０００３】これはエンジンに過給するためのターボチ
ャージャの回転軸に回転電機を取り付け、エンジンの加
速時など、エンジンにより駆動される交流発電機からの
電流を回転電機に供給して回転電機を駆動し、これによ
りターボチャージャを回転させて加速時のブーストアッ
プを応答良く行うものである。
ャージャの回転軸に回転電機を取り付け、エンジンの加
速時など、エンジンにより駆動される交流発電機からの
電流を回転電機に供給して回転電機を駆動し、これによ
りターボチャージャを回転させて加速時のブーストアッ
プを応答良く行うものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな回転電機付きの過給機を備える内燃機関にあって
は、加速時、登坂走行時など高出力を要求されるときに
回転電機を力行させることで、ターボチャージャの応答
性を向上させられるものの、過給を行わない通常運転時
（自然吸気時）には排気エネルギの有効利用はできず、
あるいはコンプレッサが吸気抵抗となったりする問題が
あった。
うな回転電機付きの過給機を備える内燃機関にあって
は、加速時、登坂走行時など高出力を要求されるときに
回転電機を力行させることで、ターボチャージャの応答
性を向上させられるものの、過給を行わない通常運転時
（自然吸気時）には排気エネルギの有効利用はできず、
あるいはコンプレッサが吸気抵抗となったりする問題が
あった。
【０００５】本発明はこのような問題を解決するために
提案されたもので、応答性の良い過給特性を維持しつ
つ、非過給時には排気エネルギを効率よく回収すること
を可能とした内燃機関を提供する。
提案されたもので、応答性の良い過給特性を維持しつ
つ、非過給時には排気エネルギを効率よく回収すること
を可能とした内燃機関を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、排気通路
にタービンを介装し、タービンの回転より駆動されるコ
ンプレッサを吸気通路に介装した内燃機関において、タ
ービンとコンプレッサとを連結する回転軸に回転電機を
取付け、かつ少なくとも回転電機とコンプレッサとの間
にクラッチを介装し、このクラッチと回転電機を運転条
件に応じて制御する制御手段を備えたことを特徴とす
る。
にタービンを介装し、タービンの回転より駆動されるコ
ンプレッサを吸気通路に介装した内燃機関において、タ
ービンとコンプレッサとを連結する回転軸に回転電機を
取付け、かつ少なくとも回転電機とコンプレッサとの間
にクラッチを介装し、このクラッチと回転電機を運転条
件に応じて制御する制御手段を備えたことを特徴とす
る。
【０００７】第２の発明は、第１の発明において、前記
回転電機とコンプレッサの間、及び回転電機とタービン
との間にそれぞれクラッチが介装される。
回転電機とコンプレッサの間、及び回転電機とタービン
との間にそれぞれクラッチが介装される。
【０００８】第３の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記吸気通路を迂回する通路に前記コンプレッサ
を介装し、迂回通路または吸気通路に選択的に吸気を流
す切換バルブを設け、この切換バルブを運転条件に応じ
て前記制御手段により切換えるようにした。
いて、前記吸気通路を迂回する通路に前記コンプレッサ
を介装し、迂回通路または吸気通路に選択的に吸気を流
す切換バルブを設け、この切換バルブを運転条件に応じ
て前記制御手段により切換えるようにした。
【０００９】第４の発明は、第３の発明において、前記
切換バルブの上流に電動制御スロットルを介装し、この
電動制御スロットルの開度を運転条件に応じて前記制御
手段により制御するようにした。
切換バルブの上流に電動制御スロットルを介装し、この
電動制御スロットルの開度を運転条件に応じて前記制御
手段により制御するようにした。
【００１０】第５の発明は、第１または第２の発明にお
いて、前記制御手段は非過給領域において前記コンプレ
ッサと回転電機との間のクラッチを切り、かつ回転電機
をジェネレータとして発電させる。
いて、前記制御手段は非過給領域において前記コンプレ
ッサと回転電機との間のクラッチを切り、かつ回転電機
をジェネレータとして発電させる。
【００１１】第６の発明は、第１、第２または第５の発
明において、前記制御手段は過給領域において前記コン
プレッサと回転電機との間のクラッチを接続し、かつ回
転電機を運転状態に応じてモータまたはジェネレータと
して機能させる。
明において、前記制御手段は過給領域において前記コン
プレッサと回転電機との間のクラッチを接続し、かつ回
転電機を運転状態に応じてモータまたはジェネレータと
して機能させる。
【００１２】
【発明の作用、効果】第１の発明では、運転条件によっ
てクラッチをオンオフし、また回転電機をモータあるい
はジェネレータとして機能させることより、例えば過給
の不必要な運転領域においてはタービンにより回転電機
のみを駆動し、排気エネルギを利用して発電をしたり、
あるいは過給を必要とする運転領域ではタービンとモー
タによりコンプレッサを駆動し、低回転域から応答よく
過給をしたり、あるいはジェネレータにより排気エネル
ギの一部を吸収し、エンジン過回転を防ぎつつ最良の燃
費域で運転したりできる。これらにより非過給時の排気
エネルギの回収と、過給時の応答性や燃費特性の改善が
図れる。
てクラッチをオンオフし、また回転電機をモータあるい
はジェネレータとして機能させることより、例えば過給
の不必要な運転領域においてはタービンにより回転電機
のみを駆動し、排気エネルギを利用して発電をしたり、
あるいは過給を必要とする運転領域ではタービンとモー
タによりコンプレッサを駆動し、低回転域から応答よく
過給をしたり、あるいはジェネレータにより排気エネル
ギの一部を吸収し、エンジン過回転を防ぎつつ最良の燃
費域で運転したりできる。これらにより非過給時の排気
エネルギの回収と、過給時の応答性や燃費特性の改善が
図れる。
【００１３】第２の発明では、回転電機の両側にそれぞ
れクラッチを介装し、運転条件に応じてこれら２つのク
ラッチを断接することにより、きめ細かく排気エネルギ
の回収や燃費の改善が図れる。
れクラッチを介装し、運転条件に応じてこれら２つのク
ラッチを断接することにより、きめ細かく排気エネルギ
の回収や燃費の改善が図れる。
【００１４】第３の発明では、切換バルブにより吸気の
流れをコンプレッサに導いたり、迂回させたりすること
で、過給不要時の吸気抵抗を減らすことができる。
流れをコンプレッサに導いたり、迂回させたりすること
で、過給不要時の吸気抵抗を減らすことができる。
【００１５】第４の発明では、クラッチや回転電機の制
御と共に電動制御スロットルの開度を制御することで、
コールド運転時などに吸気温度や排気温度を高め、暖機
を促進したり、バッテリの過充電時に回転電機による電
力消費量を増やし、過充電を緩和することなどができ
る。
御と共に電動制御スロットルの開度を制御することで、
コールド運転時などに吸気温度や排気温度を高め、暖機
を促進したり、バッテリの過充電時に回転電機による電
力消費量を増やし、過充電を緩和することなどができ
る。
【００１６】第５の発明では、非過給領域においてクラ
ッチを切り、排気エネルギによりジェネレータの発電を
行い、またコンプレッサをフリーにして吸気損失を低減
できる。
ッチを切り、排気エネルギによりジェネレータの発電を
行い、またコンプレッサをフリーにして吸気損失を低減
できる。
【００１７】第６の発明では、過給領域においてクラッ
チを接続し、回転電機を運転状態に応じてモータまたは
ジェネレータとして機能させることで、加速特性を改善
したり、エンジン回転数を最良燃費域に維持することな
どができる。
チを接続し、回転電機を運転状態に応じてモータまたは
ジェネレータとして機能させることで、加速特性を改善
したり、エンジン回転数を最良燃費域に維持することな
どができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて説明する。
図面に基づいて説明する。
【００１９】この実施形態は本発明をハイブリッド車両
に適用したもので、図１において、１は燃料の燃焼によ
り出力するエンジンで、エンジン１の出力軸２には電磁
クラッチ３を介してジェネレータ・モータ４が連結し、
ジェネレータ・モータ４の出力側には無段変速機（ＣＶ
Ｔ）５が連結され、この無段変速機５の出力回転が車軸
を介して左右の駆動輪６、６に伝達される。
に適用したもので、図１において、１は燃料の燃焼によ
り出力するエンジンで、エンジン１の出力軸２には電磁
クラッチ３を介してジェネレータ・モータ４が連結し、
ジェネレータ・モータ４の出力側には無段変速機（ＣＶ
Ｔ）５が連結され、この無段変速機５の出力回転が車軸
を介して左右の駆動輪６、６に伝達される。
【００２０】車両の発進時を含む低速、低負荷域ではエ
ンジン１が停止していると共に電磁クラッチ３が遮断さ
れ、ジェネレータ・モータ４が図示しないバッテリから
の電力の供給を受けてモータとして機能し、無段変速機
５を介して駆動輪６を回転させる。また車両の加速時な
ど負荷が大きくなると、エンジン１を起動し、電磁クラ
ッチ３を繋ぎ、エンジン出力とモータ出力によって車両
が駆動される。一方、車両の減速時やバッテリ電圧が低
下したときなど、ジェネレータ・モータ４が車両の慣性
エネルギやエンジン出力により回転駆動され、ジェネレ
ータとして発電し、バッテリを充電する。これらの制御
は後述するコントローラ２４によって行われる。
ンジン１が停止していると共に電磁クラッチ３が遮断さ
れ、ジェネレータ・モータ４が図示しないバッテリから
の電力の供給を受けてモータとして機能し、無段変速機
５を介して駆動輪６を回転させる。また車両の加速時な
ど負荷が大きくなると、エンジン１を起動し、電磁クラ
ッチ３を繋ぎ、エンジン出力とモータ出力によって車両
が駆動される。一方、車両の減速時やバッテリ電圧が低
下したときなど、ジェネレータ・モータ４が車両の慣性
エネルギやエンジン出力により回転駆動され、ジェネレ
ータとして発電し、バッテリを充電する。これらの制御
は後述するコントローラ２４によって行われる。
【００２１】エンジン１の吸気通路１１には電動制御さ
れるスロットル１２が介装され、その下流において、切
換バルブ１３を介して選択的に接続される迂回通路１４
が分岐する。この迂回通路１４にはターボチャージャ１
５で構成された過給機のコンプレッサ１６が介装され、
エンジン加速時など吸気を過給する。ターボチャージャ
１５のタービン１７がエンジン１の排気通路１８に介装
され、排気エネルギによりタービン１７が回転する。タ
ービン１７は回転軸２０を介してコンプレッサ１６と連
結するが、この途中にはジェネレータとモータの機能を
兼用する回転電機２１が取り付けられ、タービン１７の
回転により回転電機２１も同一的に回転する。この回転
電機２１とコンプレッサ１６との間には、電磁クラッチ
２２が介装され、電磁クラッチ２２を遮断（オフ）する
と、コンプレッサ１６がタービン１７から分離する。な
お、ターボチャージャ１５の下流の排気通路１８には触
媒２３が設置される。
れるスロットル１２が介装され、その下流において、切
換バルブ１３を介して選択的に接続される迂回通路１４
が分岐する。この迂回通路１４にはターボチャージャ１
５で構成された過給機のコンプレッサ１６が介装され、
エンジン加速時など吸気を過給する。ターボチャージャ
１５のタービン１７がエンジン１の排気通路１８に介装
され、排気エネルギによりタービン１７が回転する。タ
ービン１７は回転軸２０を介してコンプレッサ１６と連
結するが、この途中にはジェネレータとモータの機能を
兼用する回転電機２１が取り付けられ、タービン１７の
回転により回転電機２１も同一的に回転する。この回転
電機２１とコンプレッサ１６との間には、電磁クラッチ
２２が介装され、電磁クラッチ２２を遮断（オフ）する
と、コンプレッサ１６がタービン１７から分離する。な
お、ターボチャージャ１５の下流の排気通路１８には触
媒２３が設置される。
【００２２】過給機は車両の要求出力が大きいときに排
気エネルギを利用して吸気の過給を行い、また必要に応
じて回転電機２１によりコンプレッサ１６を駆動し、あ
るいは過給を必要としないときは電磁クラッチ２２を切
り離してタービン１７により回転電機２１を駆動して発
電する。
気エネルギを利用して吸気の過給を行い、また必要に応
じて回転電機２１によりコンプレッサ１６を駆動し、あ
るいは過給を必要としないときは電磁クラッチ２２を切
り離してタービン１７により回転電機２１を駆動して発
電する。
【００２３】このため、スロットル１２、切換バルブ１
３、電磁クラッチ２２、及び回転電機２１の各作動を運
転条件に応じて制御するコントローラ（制御手段）２４
が設けられる。コントローラ２４には、アクセルペダル
開度を検出するアクセルセンサ（エンジン負荷セン
サ）、エンジン回転数を検出する回転数センサ、スロッ
トル開度を検出するスロットルセンサ、エンジン潤滑油
温または冷却水温を検出する温度センサなどの運転条件
を代表する検出信号、さらには、バッテリ充電レベルを
検出するバッテリセンサ、吸気系の負圧を検出する負圧
センサ、排気系のタービン上流と下流の圧力を検出する
圧力センサなどからの各検出信号が入力し、これらに基
づいて後述するように、スロットル１２、切換バルブ１
３、電磁クラッチ２２、回転電機２１の動作を制御す
る。
３、電磁クラッチ２２、及び回転電機２１の各作動を運
転条件に応じて制御するコントローラ（制御手段）２４
が設けられる。コントローラ２４には、アクセルペダル
開度を検出するアクセルセンサ（エンジン負荷セン
サ）、エンジン回転数を検出する回転数センサ、スロッ
トル開度を検出するスロットルセンサ、エンジン潤滑油
温または冷却水温を検出する温度センサなどの運転条件
を代表する検出信号、さらには、バッテリ充電レベルを
検出するバッテリセンサ、吸気系の負圧を検出する負圧
センサ、排気系のタービン上流と下流の圧力を検出する
圧力センサなどからの各検出信号が入力し、これらに基
づいて後述するように、スロットル１２、切換バルブ１
３、電磁クラッチ２２、回転電機２１の動作を制御す
る。
【００２４】なお、コントローラ２４は同時にエンジン
１の燃料噴射量、点火時期なども制御する。
１の燃料噴射量、点火時期なども制御する。
【００２５】コントローラ２４で実行される制御内容を
図２のフローチャートに示す。
図２のフローチャートに示す。
【００２６】まず、ステップＳ１では機関始動後の経過
時間を積算し、ステップＳ２で各種の運転条件を代表す
る信号として、エンジン負荷、回転数、スロットル開
度、油温または冷却水温、バッテリ充電レベルなどを検
出する。
時間を積算し、ステップＳ２で各種の運転条件を代表す
る信号として、エンジン負荷、回転数、スロットル開
度、油温または冷却水温、バッテリ充電レベルなどを検
出する。
【００２７】ステップＳ３において、これら運転条件を
代表する信号に基づいて、非過給時と過給時とに大別
し、かつそれぞれの範囲で、図３に示すような作動条件
〜のうちから該当する条件を選択する（ただし、ク
ラッチの作動条件については、図中でタイプＡとして記
載されているものを指す）。
代表する信号に基づいて、非過給時と過給時とに大別
し、かつそれぞれの範囲で、図３に示すような作動条件
〜のうちから該当する条件を選択する（ただし、ク
ラッチの作動条件については、図中でタイプＡとして記
載されているものを指す）。
【００２８】そして、ステップＳ４ではこれら作動条件
に対応して制御内容を選択する。これら制御内容につい
ては、以下に詳しく説明する。そして、ステップＳ５で
はエンジン１がオンかオフかを判断し、車両の走行がエ
ンジン１の作動を伴うオンのときには上記ルーチンを繰
り返し実行し、エンジン１がオフならばこの制御を停止
する。
に対応して制御内容を選択する。これら制御内容につい
ては、以下に詳しく説明する。そして、ステップＳ５で
はエンジン１がオンかオフかを判断し、車両の走行がエ
ンジン１の作動を伴うオンのときには上記ルーチンを繰
り返し実行し、エンジン１がオフならばこの制御を停止
する。
【００２９】図３に示す前記制御内容は、エンジン負荷
と回転数に基づいて図４に示すような運転領域から過給
域か非過給域が選択され、負荷（トルク）のそれほど大
きくないＡゾーンは非過給域、これよりも負荷の大きい
Ｂゾーンは過給域となる。
と回転数に基づいて図４に示すような運転領域から過給
域か非過給域が選択され、負荷（トルク）のそれほど大
きくないＡゾーンは非過給域、これよりも負荷の大きい
Ｂゾーンは過給域となる。
【００３０】まず、非過給域（Ａゾーン）について説明
する。
する。
【００３１】アイドルやコールド時などでない通常運
転時 すなわち、アクセルペダルが踏み込まれてオン、水温が
所定値Ｔ０以上、かつバッテリレベルが許容最大電圧Ｖ
０以下のときには、図５にも示すように、切換バルブ１
３が吸気通路１１を開き（迂回通路１４を閉じ）、電磁
クラッチ２２をオフとし、回転電機２１はジェネレータ
として機能させられる。また図８のように、アクセルペ
ダルの開度などに応じてスロットル開度が決まり、エン
ジンの回転数が制御される。
転時 すなわち、アクセルペダルが踏み込まれてオン、水温が
所定値Ｔ０以上、かつバッテリレベルが許容最大電圧Ｖ
０以下のときには、図５にも示すように、切換バルブ１
３が吸気通路１１を開き（迂回通路１４を閉じ）、電磁
クラッチ２２をオフとし、回転電機２１はジェネレータ
として機能させられる。また図８のように、アクセルペ
ダルの開度などに応じてスロットル開度が決まり、エン
ジンの回転数が制御される。
【００３２】この状態では、吸気通路１１の吸気は迂回
通路１４を通ることはなく、この自然吸気運転時にコン
プレッサ１６が吸気抵抗となることもない。
通路１４を通ることはなく、この自然吸気運転時にコン
プレッサ１６が吸気抵抗となることもない。
【００３３】またターボチャージャ１５のタービン１７
によって、回転電機２１のみが駆動され、これがジェネ
レータとして発電作用を行い、これによりバッテリを充
電したりして、効率よく排気エネルギ回収が行える。
によって、回転電機２１のみが駆動され、これがジェネ
レータとして発電作用を行い、これによりバッテリを充
電したりして、効率よく排気エネルギ回収が行える。
【００３４】アクセルペダルが全閉のアイドル運転条
件 このアイドル条件においては、上記に対して、回転電
機２１をモータとして機能させることで相違し、タービ
ン１７をモータで駆動してタービン上流側の排気圧力に
比較して下流側圧力を上昇させる。これにより、吸気圧
と排気圧（タービン上流側圧力）との差圧に依存する内
部排気環流率を下げ、アイドル時の燃焼を安定させる。
件 このアイドル条件においては、上記に対して、回転電
機２１をモータとして機能させることで相違し、タービ
ン１７をモータで駆動してタービン上流側の排気圧力に
比較して下流側圧力を上昇させる。これにより、吸気圧
と排気圧（タービン上流側圧力）との差圧に依存する内
部排気環流率を下げ、アイドル時の燃焼を安定させる。
【００３５】コールド運転時 エンジン冷却水温または油温が低い（例えば水温が４０
°Ｃ以下）のコールド運転時には、ａとｂの場合が選択
できるが、ａの場合は、切換バルブ１３を閉じて迂回通
路１４を開き、電磁クラッチ２２をオンにし、かつ回転
電機２１はモータとして機能させ、コンプレッサ１６を
回転駆動する。このときスロットル１２開度は図９のよ
うに、暖機後の非過給での通常運転時に比較して絞り込
む。これにより、吸気を絞り込んだ状態で過給するの
で、吸気温度が上昇し、エンジン１の暖機を促進するこ
とができる。なお、過給してもスロットル１２を絞り込
んでいるため、エンジン吸入空気量が必要以上に大きく
なることはない。
°Ｃ以下）のコールド運転時には、ａとｂの場合が選択
できるが、ａの場合は、切換バルブ１３を閉じて迂回通
路１４を開き、電磁クラッチ２２をオンにし、かつ回転
電機２１はモータとして機能させ、コンプレッサ１６を
回転駆動する。このときスロットル１２開度は図９のよ
うに、暖機後の非過給での通常運転時に比較して絞り込
む。これにより、吸気を絞り込んだ状態で過給するの
で、吸気温度が上昇し、エンジン１の暖機を促進するこ
とができる。なお、過給してもスロットル１２を絞り込
んでいるため、エンジン吸入空気量が必要以上に大きく
なることはない。
【００３６】これに対してｂの場合は、前記のアイド
ル条件と同じように、切換バルブ１２は開き、電磁クラ
ッチ２２はオフで、回転電機２１をモータとして機能さ
せ、タービン下流の排気圧力を高め、排気温度を上昇さ
せ、その下流の触媒２３の活性化を促進する。
ル条件と同じように、切換バルブ１２は開き、電磁クラ
ッチ２２はオフで、回転電機２１をモータとして機能さ
せ、タービン下流の排気圧力を高め、排気温度を上昇さ
せ、その下流の触媒２３の活性化を促進する。
【００３７】バッテリ過充電時 バッテリ充電レベルが規定よりも高いバッテリ過充電時
にも、ａとｂの場合が選択できるが、ａの場合には、切
換バルブ１３、電磁クラッチ２２、回転電機２１が、全
て上記ａの場合と同じように制御される。また、図１
０に示すように、スロットルの開度も通常よりも絞り込
まれる。このため、コンプレッサ１６を回転させるモー
タとしての回転電機２１の仕事量は大きくなり、バッテ
リの消費電力は増大し、過充電の状態を緩和する。
にも、ａとｂの場合が選択できるが、ａの場合には、切
換バルブ１３、電磁クラッチ２２、回転電機２１が、全
て上記ａの場合と同じように制御される。また、図１
０に示すように、スロットルの開度も通常よりも絞り込
まれる。このため、コンプレッサ１６を回転させるモー
タとしての回転電機２１の仕事量は大きくなり、バッテ
リの消費電力は増大し、過充電の状態を緩和する。
【００３８】これに対してｂの場合には、スロットル開
度を除いて、前記のアイドル条件のときと全く同じに
制御される。したがって回転電機２１をモータとしてタ
ービン１７を回転駆動し、バッテリ電流を消費し、過充
電の緩和を図る。なお、この場合にはコンプレッサ１６
はフリーとなり、吸気量などに影響を与えないため、ス
ロットル１２を介しての吸気量の制御は単純となる。
度を除いて、前記のアイドル条件のときと全く同じに
制御される。したがって回転電機２１をモータとしてタ
ービン１７を回転駆動し、バッテリ電流を消費し、過充
電の緩和を図る。なお、この場合にはコンプレッサ１６
はフリーとなり、吸気量などに影響を与えないため、ス
ロットル１２を介しての吸気量の制御は単純となる。
【００３９】次に、運転領域が図４のＢゾーンの過給域
について説明する。
について説明する。
【００４０】通常運転時 アクセルオンで冷却水温も十分に高い通常運転時には、
切換バルブ１３を図６のように切り換えて、迂回通路１
４に吸気を流し、電磁クラッチ２２を接続し、コンプレ
ッサ１６を回転駆動し、かつスロットル１２を全開に保
持して過給を行う。
切換バルブ１３を図６のように切り換えて、迂回通路１
４に吸気を流し、電磁クラッチ２２を接続し、コンプレ
ッサ１６を回転駆動し、かつスロットル１２を全開に保
持して過給を行う。
【００４１】この場合、スロットル全開でも、吸入空気
量はコンプレッサ１６の回転により制御でき、そのとき
のエンジン運転が要求出力に対して最良燃費となるよう
に、回転電機２１を条件に応じてモータとしたり、ある
いはジェネレータとして機能させつつ、コンプレッサ１
６の回転を制御する。
量はコンプレッサ１６の回転により制御でき、そのとき
のエンジン運転が要求出力に対して最良燃費となるよう
に、回転電機２１を条件に応じてモータとしたり、ある
いはジェネレータとして機能させつつ、コンプレッサ１
６の回転を制御する。
【００４２】エンジンの各等出力特性線について燃費が
最良となるエンジン回転数は特定され、あるエンジン回
転数を維持するのに、コンプレッサ１６、すなわち回転
電機２１の要求回転数を下げたいときは、ジェネレータ
とし、上昇させたいときはモータとする。したがって、
過給中の要求出力特性に応じて回転電機２１をジェネレ
ータとしたりモータするように切り換え制御すること
で、コンプレッサ１６の回転を自由に制御し、エンジン
回転数を要求通りに制御することができる。
最良となるエンジン回転数は特定され、あるエンジン回
転数を維持するのに、コンプレッサ１６、すなわち回転
電機２１の要求回転数を下げたいときは、ジェネレータ
とし、上昇させたいときはモータとする。したがって、
過給中の要求出力特性に応じて回転電機２１をジェネレ
ータとしたりモータするように切り換え制御すること
で、コンプレッサ１６の回転を自由に制御し、エンジン
回転数を要求通りに制御することができる。
【００４３】なお、回転電機２１をジェネレータとして
いるときは、図７にも示すように、回転数が低いときほ
どタービン１７の上流の排気圧力が下流の排気圧力より
も高くなり、かつ回転数が低いときほどその差圧は大き
く、またモータとして機能させると、排圧は逆転し、回
転数が高くなるほど下流側の圧力が高くなる。
いるときは、図７にも示すように、回転数が低いときほ
どタービン１７の上流の排気圧力が下流の排気圧力より
も高くなり、かつ回転数が低いときほどその差圧は大き
く、またモータとして機能させると、排圧は逆転し、回
転数が高くなるほど下流側の圧力が高くなる。
【００４４】回転電機２１をジェネレータとして機能さ
せているときは、排気の余剰エネルギにより発電をし、
エネルギが回収され、また、モータに切り換えてコンプ
レッサ１６を回転させるときは、排気圧力が十分でない
ときなどにも必要量の過給が行え、良好な出力特性が発
揮できる。
せているときは、排気の余剰エネルギにより発電をし、
エネルギが回収され、また、モータに切り換えてコンプ
レッサ１６を回転させるときは、排気圧力が十分でない
ときなどにも必要量の過給が行え、良好な出力特性が発
揮できる。
【００４５】コールド運転時 次に冷却水温などが低いコールド運転時には、の通常
運転の条件に対して、回転電機２１を常時モータのまま
とする。そして、スロットル１２の開度を絞り込み、こ
れにより同一の吸入空気量に対するコンプレッサ１６の
仕事量を高め、吸気温度を上昇させ、エンジンの暖機を
促進する。
運転の条件に対して、回転電機２１を常時モータのまま
とする。そして、スロットル１２の開度を絞り込み、こ
れにより同一の吸入空気量に対するコンプレッサ１６の
仕事量を高め、吸気温度を上昇させ、エンジンの暖機を
促進する。
【００４６】バッテリ過充電時 バッテリの過充電時には、非過給での過充電時と同じよ
うに、回転電機２１をモータとして、ターボチャージャ
１５を駆動し、これよりバッテリの電力を消費させる。
なお、タービン１７の回転に加えてモータの駆動力を付
加するので、ターボチャージャ１５の過給の応答性が良
好となる。
うに、回転電機２１をモータとして、ターボチャージャ
１５を駆動し、これよりバッテリの電力を消費させる。
なお、タービン１７の回転に加えてモータの駆動力を付
加するので、ターボチャージャ１５の過給の応答性が良
好となる。
【００４７】このようにして本発明では、ターボチャー
ジャ１５のコンプレッサ１６と回転電機２１との間に介
装した電磁クラッチ２２を運転条件に応じて断接し、か
つ回転電機２１をモータあるいはジェネレータとして機
能させたりすることより、非過給時には、通常吸気のエ
ンジンとして、その排気エネルギの回収を行い、また過
給時には燃費や出力応答性を改善したりすることができ
る。
ジャ１５のコンプレッサ１６と回転電機２１との間に介
装した電磁クラッチ２２を運転条件に応じて断接し、か
つ回転電機２１をモータあるいはジェネレータとして機
能させたりすることより、非過給時には、通常吸気のエ
ンジンとして、その排気エネルギの回収を行い、また過
給時には燃費や出力応答性を改善したりすることができ
る。
【００４８】また、この実施形態のように、ハイブリッ
ド車両に適用すると、高出力運転の要求時に効率のよい
過給を行うことで、エンジンの小型化が図れ、また非過
給時の排気エネルギ回収により低燃費化を促進できる。
ド車両に適用すると、高出力運転の要求時に効率のよい
過給を行うことで、エンジンの小型化が図れ、また非過
給時の排気エネルギ回収により低燃費化を促進できる。
【００４９】ただし、本発明はハイブリッド車両に限ら
ず、通常の内燃機関によってのみ駆動される車両に適用
できることは言うまでもない。
ず、通常の内燃機関によってのみ駆動される車両に適用
できることは言うまでもない。
【００５０】次に図１１によって第２の実施形態を説明
する。
する。
【００５１】これはターボチャージャ１５のタービン１
７と回転電機２１との間に第２の電磁クラッチ３５を設
け、第１、第２の電磁クラッチ２２と２５を制御するこ
とにより、さらに燃費効率やエネルギ回収効率を高めら
れるようにしたものである。
７と回転電機２１との間に第２の電磁クラッチ３５を設
け、第１、第２の電磁クラッチ２２と２５を制御するこ
とにより、さらに燃費効率やエネルギ回収効率を高めら
れるようにしたものである。
【００５２】これら第１、第２電磁クラッチ２２、２５
の作動については、図３に記載した通りであるが、切換
バルブ１３、回転電機２１、第１の電磁クラッチ２２に
ついては、原則的に上記した第１の実施形態と同じよう
に制御される（ただし、図３において、タイプＢとして
図示され、クラッチａは第１電磁クラッチ、クラッチｂ
は第２電磁クラッチを意味する）。
の作動については、図３に記載した通りであるが、切換
バルブ１３、回転電機２１、第１の電磁クラッチ２２に
ついては、原則的に上記した第１の実施形態と同じよう
に制御される（ただし、図３において、タイプＢとして
図示され、クラッチａは第１電磁クラッチ、クラッチｂ
は第２電磁クラッチを意味する）。
【００５３】まずの通常運転時には、第２の電磁クラ
ッチ２５がオンで、このためタービン１７により回転電
機２１をジェネレータとして駆動し、過給をすることな
く、発電によりエネルギ回収を行う。のアイドル時は
第２の電磁クラッチ２５をオンまたはオフとすること
で、モータによりタービン１７を駆動したり、タービン
１７をフリーにしたりする。タービン１７の駆動により
内部排気環流率を下げ、またフリーにすることで排気抵
抗を減じられる。
ッチ２５がオンで、このためタービン１７により回転電
機２１をジェネレータとして駆動し、過給をすることな
く、発電によりエネルギ回収を行う。のアイドル時は
第２の電磁クラッチ２５をオンまたはオフとすること
で、モータによりタービン１７を駆動したり、タービン
１７をフリーにしたりする。タービン１７の駆動により
内部排気環流率を下げ、またフリーにすることで排気抵
抗を減じられる。
【００５４】のコールド運転時には、ａとｂの場合の
いずれも第２の電磁クラッチ２５はオフとする。この場
合、第１の電磁クラッチ２２がオンのときは、モータに
よりコンプレッサ１６を回転することで、吸気を圧縮し
て吸気温度を高め、暖機を促進するし、電磁クラッチ２
２がオフのときは、コンプレッサ１６とタービン１７が
共にフリーとなり、排気損失を低減し、暖機の促進を図
る。
いずれも第２の電磁クラッチ２５はオフとする。この場
合、第１の電磁クラッチ２２がオンのときは、モータに
よりコンプレッサ１６を回転することで、吸気を圧縮し
て吸気温度を高め、暖機を促進するし、電磁クラッチ２
２がオフのときは、コンプレッサ１６とタービン１７が
共にフリーとなり、排気損失を低減し、暖機の促進を図
る。
【００５５】のバッテリが過充電のときは、第２の電
磁クラッチ２５はオンまたはオフに制御される。第２の
電磁クラッチ２５がオンのときは、モータによりターボ
チャージャ１５を駆動し、スロットルを絞りながら過給
することにより、回転電機２１の仕事量を大きくし、過
充電を緩和する。このとき、第２の電磁クラッチ２５を
オフとすることにより、タービン１７が切り離される
と、さらに回転電機２１の駆動負荷が高まり、電力消費
を増すことができる。第１の電磁クラッチ２２をオフと
しているときは、コンプレッサ１６、タービン１７が共
にフリーとなり、エンジンの性能に影響を与えることな
く、単に回転電機２１により電力を消費し、過充電を緩
和できる。
磁クラッチ２５はオンまたはオフに制御される。第２の
電磁クラッチ２５がオンのときは、モータによりターボ
チャージャ１５を駆動し、スロットルを絞りながら過給
することにより、回転電機２１の仕事量を大きくし、過
充電を緩和する。このとき、第２の電磁クラッチ２５を
オフとすることにより、タービン１７が切り離される
と、さらに回転電機２１の駆動負荷が高まり、電力消費
を増すことができる。第１の電磁クラッチ２２をオフと
しているときは、コンプレッサ１６、タービン１７が共
にフリーとなり、エンジンの性能に影響を与えることな
く、単に回転電機２１により電力を消費し、過充電を緩
和できる。
【００５６】次に過給運転時について説明すると、まず
の通常運転時には第２の電磁クラッチ２５はオンとな
る。この状態では第１の実施形態と全く同じで、エンジ
ン運転が要求出力に対して最良燃費となるように、回転
電機２１を条件に応じてモータとしたり、あるいはジェ
ネレータとして機能させつつ、コンプレッサ１６の回転
を制御する。また、のコールド運転時にも、第２の電
磁クラッチ２５はオンで、回転電機２１を常時モータの
ままとする。これにより吸気を圧縮して吸気温度を上昇
させ、エンジンの暖機を促進する。
の通常運転時には第２の電磁クラッチ２５はオンとな
る。この状態では第１の実施形態と全く同じで、エンジ
ン運転が要求出力に対して最良燃費となるように、回転
電機２１を条件に応じてモータとしたり、あるいはジェ
ネレータとして機能させつつ、コンプレッサ１６の回転
を制御する。また、のコールド運転時にも、第２の電
磁クラッチ２５はオンで、回転電機２１を常時モータの
ままとする。これにより吸気を圧縮して吸気温度を上昇
させ、エンジンの暖機を促進する。
【００５７】のバッテリ過充電時は第２の電磁クラッ
チ２５をオンまたはオフとする。第２電磁クラッチ３５
をオンとしたときは、第１の実施形態と同じとなり、ま
たオフとしたときは、モータによってのみコンプレッサ
１６を駆動するので、それだけ回転電機２１の電力消費
量が高まり、過充電の緩和が図れる。
チ２５をオンまたはオフとする。第２電磁クラッチ３５
をオンとしたときは、第１の実施形態と同じとなり、ま
たオフとしたときは、モータによってのみコンプレッサ
１６を駆動するので、それだけ回転電機２１の電力消費
量が高まり、過充電の緩和が図れる。
【００５８】このように第２の電磁クラッチ２５を回転
電機２１とタービン１７との間に介装することにより、
第１電磁クラッチ２２と共にこれらを運転条件に応じて
さらにきめ細かく制御することで、なお一層良好な排気
エネルギの回生や燃費の改善が可能となる。
電機２１とタービン１７との間に介装することにより、
第１電磁クラッチ２２と共にこれらを運転条件に応じて
さらにきめ細かく制御することで、なお一層良好な排気
エネルギの回生や燃費の改善が可能となる。
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同じくその制御動作を示すフローチャートであ
る。
る。
【図３】クラッチと回転電機を含む各部の動作状態を示
す説明図である。
す説明図である。
【図４】過給領域と非過給領域を示す説明図である。
【図５】切換バルブが迂回通路を閉じている状態を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図６】切換バルブが迂回通路を開いている状態を示す
概略構成図である。
概略構成図である。
【図７】回転電機の機能とタービン入口と出口の差圧の
関係を示す説明図である。
関係を示す説明図である。
【図８】非過給アイドル時のスロットル開度の特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図９】非過給コールド時のスロットル開度の特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１０】非過給過充電時のスロットル開度の特性を示
す説明図である。
す説明図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示すターボチャージ
ャの概略構成図である。
ャの概略構成図である。
１ エンジン ３ 電磁クラッチ ４ モータ・ジェネレータ ５ 無段変速機 １１ 吸気通路 １２ 電制スロットル １３ 切換バルブ １５ ターボチャージャ １６ コンプレッサ １７ タービン １８ 排気通路 ２１ 回転電機 ２２ 電磁クラッチ ２４ コントローラ ２５ 電磁クラッチ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 61/00 Ｆ０２Ｂ 61/00 Ｅ Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｌ Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｆ０２Ｎ 11/04 Ｚ
Claims (6)
- 【請求項１】排気通路にタービンを介装し、タービンの
回転より駆動されるコンプレッサを吸気通路に介装した
内燃機関において、タービンとコンプレッサとを連結す
る回転軸に回転電機を取付け、かつ少なくとも回転電機
とコンプレッサとの間にクラッチを介装し、このクラッ
チと回転電機を運転条件に応じて制御する制御手段を備
えたことを特徴とする内燃機関の過給及びエネルギ回収
装置。 - 【請求項２】前記回転電機とコンプレッサの間、及び回
転電機とタービンとの間にそれぞれクラッチが介装され
る請求項１に記載の内燃機関の過給及びエネルギ回収装
置。 - 【請求項３】前記吸気通路を迂回する通路に前記コンプ
レッサを介装し、迂回通路または吸気通路に選択的に吸
気を流す切換バルブを設け、この切換バルブを運転条件
に応じて前記制御手段により切換えるようにした請求項
１または２に記載の内燃機関の過給及びエネルギ回収装
置。 - 【請求項４】前記切換バルブの上流に電動制御スロット
ルを介装し、この電動制御スロットルの開度を運転条件
に応じて前記制御手段により制御するようにした請求項
３に記載の内燃機関の過給及びエネルギ回収装置。 - 【請求項５】前記制御手段は非過給領域において前記コ
ンプレッサと回転電機との間のクラッチを切り、かつ回
転電機をジェネレータとして発電させる請求項１または
２に記載の内燃機関の過給及びエネルギ回収装置。 - 【請求項６】前記制御手段は過給領域において前記コン
プレッサと回転電機との間のクラッチを接続し、かつ回
転電機を運転状態に応じてモータまたはジェネレータと
して機能させる請求項１，２または５に記載の内燃機関
の過給及びエネルギ回収装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10118057A JPH11311123A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 内燃機関の過給及びエネルギ回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10118057A JPH11311123A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 内燃機関の過給及びエネルギ回収装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11311123A true JPH11311123A (ja) | 1999-11-09 |
Family
ID=14726957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10118057A Pending JPH11311123A (ja) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | 内燃機関の過給及びエネルギ回収装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11311123A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009002333A (ja) * | 2007-06-21 | 2009-01-08 | Man Diesel Se | パワータービンを備えるターボエンジン |
| WO2009148918A3 (en) * | 2008-06-02 | 2010-03-04 | Borgwarner Inc. | Inertially-assisted electric supercharger |
| JP2011508845A (ja) * | 2007-12-27 | 2011-03-17 | ヴァンムーア アーサー | フィードバッグギアまたは回転ポンプを備える燃焼エンジン |
| KR101189708B1 (ko) * | 2011-04-13 | 2012-10-11 | 재단법인 전북자동차기술원 | 커먼레일 디젤엔진의 전기 구동형 고압 연료펌프 구동시스템 |
| JP2012240790A (ja) * | 2011-05-19 | 2012-12-10 | Toshiba Elevator Co Ltd | エレベータのドアシステム |
| CN103089407A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-05-08 | 北京理工大学 | 转子离合式电动发电涡轮增压器及其辅助控制电路与控制方法 |
| US20140053558A1 (en) * | 2009-10-30 | 2014-02-27 | Gilbert S. Staffend | High efficiency thermodynamic system |
| JP2016053320A (ja) * | 2014-09-03 | 2016-04-14 | 日野自動車株式会社 | エンジン |
| US9897336B2 (en) | 2009-10-30 | 2018-02-20 | Gilbert S. Staffend | High efficiency air delivery system and method |
| CN108119229A (zh) * | 2016-11-28 | 2018-06-05 | 宝沃汽车（中国）有限公司 | 涡轮增压器组件和发动机 |
| JP2018193957A (ja) * | 2017-05-19 | 2018-12-06 | 株式会社Ｓｕｂａｒｕ | エンジン暖機システム |
-
1998
- 1998-04-28 JP JP10118057A patent/JPH11311123A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009002333A (ja) * | 2007-06-21 | 2009-01-08 | Man Diesel Se | パワータービンを備えるターボエンジン |
| KR101389110B1 (ko) * | 2007-06-21 | 2014-04-25 | 만 디젤 앤 터보 에스이 | 파워 터빈을 구비한 터보 엔진 |
| JP2011508845A (ja) * | 2007-12-27 | 2011-03-17 | ヴァンムーア アーサー | フィードバッグギアまたは回転ポンプを備える燃焼エンジン |
| WO2009148918A3 (en) * | 2008-06-02 | 2010-03-04 | Borgwarner Inc. | Inertially-assisted electric supercharger |
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| JP2012240790A (ja) * | 2011-05-19 | 2012-12-10 | Toshiba Elevator Co Ltd | エレベータのドアシステム |
| CN103089407A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-05-08 | 北京理工大学 | 转子离合式电动发电涡轮增压器及其辅助控制电路与控制方法 |
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| CN108119229A (zh) * | 2016-11-28 | 2018-06-05 | 宝沃汽车（中国）有限公司 | 涡轮增压器组件和发动机 |
| JP2018193957A (ja) * | 2017-05-19 | 2018-12-06 | 株式会社Ｓｕｂａｒｕ | エンジン暖機システム |
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