JPS6251729A - 内燃機関のタ−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ターボチャージャの制御装置に関す
る。

（従来技術） 内燃機関を用いた車両の電気装置として、始動電動機、
点火装置、警音器、前照灯を含む各種の照明装置や指示
装置など、その他数多くの電気装置が装備されており、
その電源として二次電池によるバッテリが車両に用いら
れ、さらにバッテリの充電用として内燃機関によって駆
動される発電機が搭載されている。そして、昨今では新
しい電気装置が開発され、その搭載により車両における
電力消費量は益々増加している。

（従来技術の問題点） 上述のように電力消費量を補充のため、内燃機関の出力
にて駆動される発電機よりの電力をバッテリに充電する
が、該電力のエネルギは、内燃機関のクランク軸より■
ベルトを介して発電機に入力された回転エネルギであり
、内燃機関の正味出力の一部を電力として電気装置が消
費していることとなる。

また、上記の発電機にては内燃機関のレイアウトの関係
より外形寸法に制限を受け、最大電力として、例えば７
００Ｗ−２４Ｖ程度が限度となり、今後増加が予想され
る電気装置の電力消費量に応じかねる危惧も生ずる。

また一方、排気ガスの有するエネルギを利用してタービ
ンを駆動し、このタービンに連動するコンプレッサにて
空気をシリンダ内に過給して、効率的に燃料を燃焼せし
めるターボチャージャが内燃機関に１各・成されて用い
られ、このような技術は特願昭５９−５１５５９号に記
載されており、このターボチャージャにては内燃機関の
低速運転時は排気カスのエネルギが少ないため過給気圧
が低く充填効率が低下し、内燃機関の出力、トルクの向
上が不十分である。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記の如き従来の問題点に鑑み、パン
テリの充電に際しては内燃機関の正味出力を消費せず、
今後増加が予想される電力消費量にも対応可能であり、
さらに従来のターボチャージャの低速時のトルク改善も
可能な内燃機関のターボチャージャの制御装置を提供す
るにある。

（発明の概要） 上述の如き本発明の目的を達成するために、ターボチャ
ージャのタービンシャフトに電動−発電機を設けるとと
もに、該電動−発電機の発電機作動時の出力を検出する
電力検出手段を設け、該電力検出手段からの信号により
内燃機関の燃料流量を制御する内燃機関のターボチャー
ジャの制御装置が提供される。

また、本発明では、前記電動−発電機の電動機作動時の
入力電力を検出して該電力の積算値を算出する積算手段
を設け、該積算手段からの信号により前記電動−発電機
の電動機作動を制御せしめる内燃機関のターボチャージ
ャの制御装置も提供される。

（実施例） つぎに、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する
。

第１図は本発明を実現するための一実施例ブロック図で
あり、第２図はターボチャージャの概略と、それに関連
する部材との関係を示す説明図である。

図において、■はターボチャージャ、２はコンプレッサ
、３はコンプレンサインペラ、４はタービン、５はター
ビンインペラであり、タービンインペラ５とコンプレッ
サインペラ３とはシャフト６にて直結され、ベアリング
７にてターボチャージャ１の内部にて回転自在となる如
く支承されている。そして、タービン４はスクロール部
４ａを介して内燃機関８の排気マニホールドと連通して
いるので、排気ガスのエネルギを受けてタービンインペ
ラ５が回転し、シャフト６を介してコンプレッサインペ
ラ３を回転せしめる。そして、エアクリーナより導入し
た空気をディフューザ２ａにて圧力変換し、内燃機関８
のシリンダ８ａに圧送するよう動作する。

また、」二記シャフト６の中央部付近には昂土類元素を
含んだリング状の磁石ロータ１０が配設され、強力な磁
力を保持している。そして、該磁石ロータの外周を炭素
繊維で巻き固め、磁石ロータ１０の超高速度回転による
遠心力や振動を受けても強固な磁石ロータとしての耐久
力を有している。

１１は磁石ロータ１０に対向するステータコアであり、
磁石ロータｌＯの回転によりステータコイル１２に交流
電圧を誘起し、さらに、ステータコイル１２に所定の交
流電力を供給することにより磁石ロータ１０は回転する
。したがって、ステータコア１１、ステータコイル１２
、磁石ロータ１０にて構成する交流機は、電動−発電機
ＭＧを構成する。

第１図に示すブロック図において、１３は吸気管９に設
けられたブースト圧センサであり、コンプレッサインペ
ラ３にて圧送する過給気のブースト圧を検出してコント
ローラ１４に信号を発する。１５は内燃機関８の本体に
付設した噴射ポンプであり、流量制御器１６により燃料
が制御されてシリンダ８ａに噴射される。そして、噴射
される燃料流量が流量センサ１７にて検出され、その燃
料流量に基づく信号が流量センサ１７によりコントロー
ラ１４に送信される。１８は内燃機関８のクランクケー
ス８ｂに設けた回転センサであり、クランク軸の回転数
を検出してコントローラ１４に信号を送出する。

つぎに、１９はバッテリ２０より供給される直流を、所
定の交流に変換してステータコイル１２に電力を供給す
るインノ、く一夕であり、このため、電動−発電＠ＭＧ
は電動機として作動しシャフト６を回転させ、排気エネ
ルギにて回転するシャフト６を付勢するので、コンプレ
ッサインペラ３にての過給作動を助勢せしめる。なお、
ステータコイル１２への供給電力の大小、およびＯＮ・
ＯＦＦはコントローラ１４の指示にて行われる。

ＰＷＭ制御器２１は電動−発電機ＭＧが発電機として作
動時の発電電力を受け、該電力の電圧を制御してレギュ
レータ２２に送出する。そして、レギュレータ２２はＰ
ＷＭ制御器２１よりの電力をバッテリ２０に整合させて
充電を行う。

２３は電動−発電機ＭＧが発電機として作動時のステー
タコイル１２よりＰＷＭ制御器２１に流、入する電力を
検出する電力検出手段となる電力センサであり、該検出
電力に基づく信号をコントローラ１４に送出するよう構
成されている。

また、２４はバッテリ２０の端子部に設けた電力量計で
あり、電動−発ＴｒＬ機が電動機として作動時の八ツテ
リ２０よりの電力や、該電力の積算値が算出可能な積算
手段として、バッテリ２０の端子電圧と、充放電時の電
流と、積算電力量の検出などが検出可能であり、上述の
電圧、電流、電力量に基づく信号をコントローラ１４に
送出する。

コントローラ１４は、その入力として流量センサ１６、
回転センサ１８、ブースト圧センサ１３、電力センサ２
３および、電力量計２４よりの信号を受け、流量制御器
１６、インバータ１９、ＰＷＭ制御器の制御を行う指令
を発するよう構成されている。そして流量センサ１６と
回転センサ１８よりの信号が予め定めた第１の所定領域
の値の場合にはＰＷＭ制御器２１に指令を発し、ステー
タコイル１２よりの電力を所定値の電圧に制御して、レ
ギュレータ２２を介してバッテリ２０を充電せしめるよ
う制御を行う、また、流量センサ１６と回転センサ１８
よりの信号が予め定めた第２の所定領域の値の場合には
、ブースト圧センサ１３よりの信号が所定値か否かをチ
ェックしつつ、インバータ１９に指令を発してバッテリ
２０よりの直流を所定の交流に変換せしめ、電動−発電
機ＭＧを電動機としで作動せしめる制御を行う、そして
さらに、バッテリ２０の端子部に設けた電力量計２４か
らも、ａ算数電電力量に基づく信号を受信し、バッテリ
２０が過放電状態とならないようインバータ１９の制御
を行う。

第３図は内燃機関へ供給する燃料流量と、内燃機関の回
転数とにより示される負荷の状態を示す曲線図であり、
Ａは無負荷曲線、Ｂは全負荷曲線、Ｃはトルクアップ曲
線であり、無負荷曲線Ａと全負荷曲線Ｂとの間の部分負
荷領域は、例えば前記の予め定めた第１の所定領域を示
し、全負荷曲線Ｂとトルクアップ曲線Ｃとの間の負荷領
域は、例えば前記の予め定めた第２の所定領域を示す。

つぎに、第４図は本実施例の処理の一例を示す処理フロ
ー図であり、第４図により本実施例の作動を説明する。

まず１回転センサ１８の信号からクランク軸の回転数を
チェックし、該回転数が所定のアイドリング回転数の場
合はバッテリ電圧のチェックに進む（ステップａ、ｂ）
、ここで、電力量計２４の電圧に基づく信号が正常また
は所定値以上の場合は、バッテリ２０は充電の必要がな
いの、で、流量制御器１６を制御して燃料流量を基準値
に保って、ステップａに戻る。

ステップｂにて八ツテリ電圧が所定値以下の場合は、Ｐ
ＷＭ制御器２１を制御してステータコイル１２よりの電
流をコントロールし、レギュレータ２２を介してバッテ
リ２０を充電せしめ、電力センサ２３の信号による検出
電力値が小′ｒｒｔ、流の場合は、流量制御器１６を制
御して燃料流量を微小量増加し、排気ガスエネルギを増
加して、発′ｒｒＬａとしての作動を増加せしめる。そ
して、ステップｂに戻り、再度バッテリ電圧のチェック
を行う。

この際、未だバッテリ電圧が所定値以下の場合は、上述
の充電電飾増加手段を行うが、燃料流量の増加は微小量
づつ変化せしめ、内燃機関のアイドリング回転数の所定
偏差内にて行うよう制御する。

ステップａにて所定のアイドリング回転数以上の場合は
、′７１！力量計２４の充放電電流の信号をチェックし
くステップｃ）、放電電流が多い場合は電動−発電機Ｍ
Ｇよりの充電電流を増加せしめる手段、即ち、ＰＷＭ制
御器の制御や、燃料流量を増加して磁石ロータ１０の回
転力を増加せしめる。つぎに、回転センサ１８の信号に
より内燃機関の回転数のチェックを行い、さらに、流量
センサ１７の信号より内燃機関の負荷状態をチェックし
て、ともに前記第２の所定領域の場合は電動−発電機を
電動機として作動せしめる（ステップｄ　、　ｅ　、　
ｆ）　、即ち、ＰＷＭ制御器２１を制御してステータコ
イル１２よりの電流をＯＦＦとし。

インへ−タ１９を制御してバッテリ２０よりの直流を所
定の交流に変換して、ステータコイル１２に電力を供給
し、コンプレッサインペラ３の過給作動を助勢せしめる
。そして、ステップｇにてブースト圧センサ１３の信号
のチェックを行い、所定のブースト圧が得られない場合
は、インバータ１９に指令してステータコイル１２に供
給する電流を増加せしめるよう制御して電動機としての
出力を増加させ、コンプレッサ２の作動によるブースト
圧の上昇を計る（ステー７プｈ）。しかし、この状態に
てはバッテリ２０よりの放電電力量が嵩むので、ステッ
プｉにて電力量計２４よりの電力量に基づく信号を積算
して該電力量積算値のチェックを行い、所定値内の場合
は最初のフローのステップａに戻る。そして、上記電力
量積算値が所定値を超過の場合は、バッテリ２０が過放
電となり障害を生ずるので、インバータ１９の作動を停
止せしめる制御を行う。

また、ステップｆにてインバータが作動を開始し電動−
発電機を電動機として作動せしめ、ついでステップｇに
てブースト圧が所定値以上の場合　　。

はステップｄに戻る。なお、ステップｉのバッテリ２０
の電力量積算と、ステップｊの電力値積算値のチェック
は、バッテリ２０より電力が他に放出時には常に行われ
、バッテリ２０の過放電を防１１：するよう制御してい
る。

以」；、本発明を一実施例により説明したが、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） 以上詳細に説明したように、本発明は排気ガスのエネル
ギにより駆動されるターボチャージャに電動−発電機を
設け、内燃機関の部分負荷領域では該電動−発電機を発
電機として作動せしめてバッテリの充電を行うので、排
気ガスエネルギの有効活用ができるとともに、充電のた
めの従来のオルタネータが不要となり、内燃機関の正味
出力の消費が防上できる。また、従来のオルタネータの
スペースが他に有効活用でき、オルタネータ川のＶベル
トやブーりも不要となる。

また、排気ガスエネルギを活用して発電することにより
、今後予想される車両の電力消費量増加に対応すること
が可能である。

なお、本発明は内燃機関の回転数が低速であり、しかも
燃料流量の多い、即ち内燃機関の負荷が大きい例えば、
車両の発進時や登板時では、電動−発電機が電動機とし
て作動するので、タービンの回転力に付勢してコンプレ
ッサインペラを回転せしめ、十分な過給気をシリンダに
圧送することとなり、内燃機関の出力やトルクの向上が
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実現するための一実施例ブロック図、
第２図はターボチャージャの概略と関連部材との関連を
示す説明図、第３図は内燃機関の燃料流量と回転数とに
て示される負荷の曲線図、第４図は木実雄側の処理の一
例を示す処理フロー図である。 ｌ・・・ターボチャージャ、２・・・コンプレッサ、４
・・・タービン、６・・・シャフト、８・・・内燃機関
、８ａ・・・シリンダ、２３・・・電力センサ、２４・
・・′電力量計、ＭＧ・・・電動−発電機。 第３図 回転軟

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ターボチャージャのタービンシャフトに電動−発
   電機を設けるとともに、該電動−発電機の発電機作動時
   の出力を検出する電力検出手段を設け、該電力検出手段
   からの信号により内燃機関の燃料流量を制御することを
   特徴とする内燃機関のターボチャージャの制御装置。
2. （２）前記電動−発電機の電動機作動時の入力電力を検
   出して該電力の積算値を算出する積算手段を設け、該積
   算手段からの信号により前記電動−発電機の電動機作動
   を制御せしめることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の内燃機関のターボチャージャの制御装置。