JP2987851B2 - 回転電機付ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

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） 内燃機関から排出される排気ガスは高温高圧のため高
エネルギを有している。従来は該排気ガスの有するエネ
ルギは利用されることなく放出されていたが、該排気エ
ネルギーを駆動力や電力として回収しエンジンの効率を
改善する方法や装置が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、ターボチャ
ージャの回転軸に電動−発電機として作動する回転電機
を取付け、エンジンの負荷状態とアクセルペダルの踏込
状態に基づいて、排気エネルギが大である場合には前記
回転電機を発電機として作動させ、排気ガスのエネルギ
を電気エネルギに変換して回収し、高負荷時あるいは急
加速時には上記回転電機を電動機として作動させ、過給
動作と燃料供給とを制御する回転電機付ターボチャージ
ャの制御装置の提案が特開昭63−272909号公報に開示さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） 上記回転電機を電動機として作動させる際には、該回
転電機に大電力を供給し、まずエンジンの運転状態から
決定される所定の回転数まで、ターボチャージャの回転
数を急速に上昇させた後、該ターボチャージャの回転変
動に伴ない供給電力を増減制御しなければならない。す
なわち、ターボチャージャの回転が低下すれば回転電機
へ供給する電力を増加させ該ターボチャージャの回転を
増加させる。すると、エンジンへの過給圧力が上昇する
ためエンジンの回転数が増加し排気エネルギが増加す
る。すると、ターボチャージャの回転が増加するので回
転電機へ供給する電力を減少させ過給圧力を減少させ
る。

上記のごとく、ターボチャージャの回転数を常時検出
し、該回転数が上記所定の回転数と一致するよう制御し
なければならない。

ところが、ターボチャージャの回転上昇率が急峻であ
ると供給電力の減少だけでは該ターボチャージャの回転
上昇を押えることができず、エンジン及びターボチャー
ジャが暴走するおそれがある。

本発明はこのような従来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上昇が急峻
であってもエンジン及びターボチャージャが暴走しない
回転電機付ターボチャージャの制御装置を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、ターボチャージャの回転軸を共通回
転軸とする回転電機と、該ターボチャージャの回転数を
検知し回転変動率を演算する演算手段と、該変動率が所
定値以上時に上記回転電機を発電機作動せしめ、以下時
には変動率の増減により電動機作動する回転電機への供
給電力を減増補正する補正手段とを有する回転電機付タ
ーボチャージャの制御装置が提供される。

（作用） 本発明の回転電機付ターボチャージャの制御装置は、
ターボチャージャの回転軸に連結する回転電機を電動機
作動させ、該ターボチャージャの回転数を所定回転数に
維持する際に、該ターボチャージャの回転数を検知し回
転変動率を求め、該回転変動率が所定値以下の場合に
は、回転変動率の増加・減少により回転電機への供給電
力を減少・増加補正し、該回転変動率が所定値以上の場
合には、該回転電機を発電機作動させ回転上昇を抑制す
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。

第１図において、１はエンジンで吸気管1aを介して吸
気する空気と、燃料タンク1gから噴射ポンプ1fを介して
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。1cはアクセルペダル踏込量
の検出手段となるアクセルセンサ、1dは噴射ポンプ1fの
ラック位置を検出してエンジンの負荷検出手段となる負
荷センサ、1eはエンジンの回転数を検出する回転センサ
であり、それぞれ検出した信号を後述するコントローラ
６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2b
と、吸気管1aに圧気を送気するコンプレッサ2aとを有
し、これらのタービン、コンプレッサを接続する回転軸
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。

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からの電力に
よりロータ3aが駆動されると、コンプレッサ2aの作動に
より吸気が圧縮され、吸気管1aを介してエンジン１が過
給されるよう構成されている。なお、1hはブースト圧セ
ンサで、コンプレッサ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。

電力変換器４は、発電機作動時のステータ3bからの交
流電力を入力して、例えばバッテリ５の充電電力に変換
したり、回転電機３を電動機駆動するためのバッテリ５
からの直流電力を所定の交流電力に変換するものであ
る。したがって、交流を直流に変換する整流回路及びレ
ギュレータの他、直流から交流に変換するインバータ、
昇圧回路などの強電用変換機器を備えており、変換する
交流周波数やその電圧、電流はコントローラ６の指令に
より制御されるものである。なお3cは電力変換器４が変
換してステータ3bに供給する交流電力の電圧値、電流
値、その相互値の位相などを計測する交流計測器、4aは
電力変換器４の変換した直流電力の電圧、電流を計測す
る直流計測計であり、それぞれ計測値をコントローラ６
に送信する。

コントローラ６はマイクロコンピュータからなり、エ
ンジン１の作動状態や各種センサからの信号に基づいて
供給燃料や所要電力、ブースト圧などの演算を行う中央
処理装置、これらの演算結果のメモリや、エンジン、回
転電機の制御プログラム及び各種関係マップを格納する
各種メモリ装置、各種の入力を受令したり、関連部分に
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が回転作動時のステータ3bに誘起される
逆起電力の周波数に基づく回転電機の回転数はコントロ
ーラ６に入力されるよう構成されている。

次に、上記コントローラ６内に予め格納されている関
係マップについて説明する。

第２図（ａ）は、回転電機への供給電流補正量と回転
数変化率との関連を示す図であり、第２図（ｂ）は、バ
ッテリへの充電電流であるレギュレータ電流値と回転電
機の回転数変化率との関連を示す図である。

本図（ａ）において、横軸は回転電機の回転数変化率
を示し、縦軸は回転電機への供給電流補正量を示す。ま
た、回転電機の回転数変化率が正の所定値Ta以下の場合
に該変化率の上昇に伴ない回転電機への供給電流を直線
的に減少補正することを示している。

本図（ｂ）において、横軸は同じく回転電機の回転数
変化率を示し、縦軸はレギュレータ電流値を示す。ま
た、回転電機の回転数変化率が正の所定値Ta以上の場合
に回転電機の回転数変化率の上昇に伴ないレギュレータ
電流値を零から増加させることを示している。

次に、本発明の作動について説明する。

第３図は、本実施例の作動の一例を示す処理フロー図
である。

第３図において、まずステップ１でアクセルペダルの
踏込量が最大か否かをチェックし、最大の場合はステッ
プ２へ、否の場合はステップ６に進む。ステップ６では
目標ブースト圧Ptと実ブースト圧PBとを比較し、その差
が所定の加速判断ブースト圧差KBより大きいとき（加速
状態）ではステップ14にて、ブースト圧差に応じた供給
電流値の計算をしてＡのフローに進む。なお、ブースト
圧差KBより小さいときはステップ15にて所定のモード判
断のフローに入る。

ステップ１からステップ２に進んだ場合は、過去にタ
ービン回転数がLrpm（回転電機の電動運転制御可能回転
数近傍に予め設けられたレベル）以上になったことがあ
るか否かを判断し、過去にLrpm以上になったことがあれ
ばステップ７に進み、現在のタービン回転数がLrpm以上
か否をチェックする。そしてLrpm以下であれば、ステッ
プ16で上記第２図（ａ）に示すタービン回転変化率と対
応する供給電流の変化との図表により供給電流を補正し
Ａのフローに進む。

ステップ７で現タービン回転数がLrpm以上の場合は後
述するステップ８に進む。

上記ステップ２にて過去にタービン回転数がLrpm以上
になったことがない場合はステップ３に進み、現タービ
ン回転数とLrpmとを比較し、現タービン回転数が小さい
場合はステップ４にて、回転電機への供給電流を最大値
に設定しステップ５にて回転電機3aへの通電を開始す
る。

なお、タービン回転数がステップ３にてLrpm以上の場
合はステップ８に進み、タービン回転数とHrpm（回転電
機の電動運転制御可能上限回転数）とを比較し、Hrpmに
達している場合はステップ17にて通電を断にする。そし
てHrpmに達していない場合はステップ９に進み、現ター
ビン回転数と前回のタービン回転数とから、タービン回
転変化率Ｔを求める。

次に、ステップ10において該変化率Ｔが所定値Taより
大であるか否かの判断を行ない、小であればステップ18
へ進み該回転変化率Ｔに基づいて、上記第２図（ａ）の
マップを用いて供給電流を補正し、Ａのフローに従って
回転電機3aに通電して電動駆動する処理を行う。

上記ステップ10で大であると判断させると、回転電機
3aへの電力供給を停止し、上記第２図（ｂ）のマップに
より求められるレギュレータ電流値となるように回転電
機3aを発電機作動させる。

以上、本発明を上述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
の変形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連結す
る回転電機を電動機作動させ該ターボチャージャの回転
数を所定回転数に維持する際に、該ターボチャージャの
回転数を検知し回転変動率を求め、該回転変動率が所定
値以下の場合には、回転変動率の増加・減少により回転
電機への供給電力を減少・増加補正し、該回転変動率が
所定値以上の場合には、該回転電機を発電機作動させ回
転上昇を抑制する回転電機付ターボチャージャの制御装
置を提供できる。

【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（ａ）は、回転電機への供給電流補正量と回転数変
化率との関連を示す図、第２図（ｂ）は、バッテリへの
充電電流であるレギュレータ電流値と回転電機の回転数
変化率との関連を示す図、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……エンジン、1c……アクセルセンサ、1d……負荷セ
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 33/00 - 39/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ターボチャージャの回転軸を共通回転軸と
   する回転電機と、該ターボチャージャの回転数を検知し
   回転変動率を演算する演算手段と、該変動率が所定値以
   上時に上記回転電機を発電機作動せしめ、以下時には変
   動率の増減により電動機作動する回転電機への供給電力
   を減増補正する補正手段とを有する回転電機付ターボチ
   ャージャの制御装置。