JPH0551047B2

JPH0551047B2 -

Info

Publication number: JPH0551047B2
Application number: JP60188827A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; Katsuyuki Tamai; Shigeki Saito; Toshihiro Yamanaka
Original assignee: Hitachi Ltd; Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1985-08-28
Publication date: 1993-07-30
Also published as: JPS6248932A

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ヤージヤの制御装
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
よるバツテリが車両に用いられ、さらにバツテリ
の充電用として内燃機関によつて駆動される発電
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ツ
テリに充電するが、該電力のエネルギーは、内燃
機関のクランク軸よりＶベルトを介して発電機に
入力された回転エネルギーであり、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700W−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
コンプレツ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ヤージヤが
内燃機関に搭載され用いられており、このターボ
チヤージヤにては、内燃機関の低速運転時は排気
ガスのエネルギーが少ないため過給圧も低く充填
効率が低下し、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、バツテリの充電に際し、内燃機関の正味出力
を消費せずにバツテリを充電でき、かつ従来の内
燃機関に付設される発電機の発電に依存すること
なく車内の消費電力を賄うと共に、高負荷低速回
転している内燃機関に対して過給することができ
るような内燃機関のターボチヤージヤの制御装置
を提供することにある。

（発明の概要）上記のような本発明の目的を達成するために本
発明は、内燃機関の排気ガスエネルギーにより駆
動されるタービンと、該タービンの駆動によりシ
リンダ内に吸気過給するコンプレツサとを備えた
内燃機関のターボチヤージヤにおいて、上記ター
ビンのシヤフトに交流電動−発電機を設け、イン
ジエクタの燃料噴射量を検出する燃料流量センサ
からなる内燃機関の負荷検出手段と、クランクシ
ヤフトの回転数を検出する回転センサからなる内
燃機関の回転数検出手段と、吸気マニホールドに
設けられた給気圧を検出するブーストセンサから
なる内燃機関の給気圧検出手段とを設けると共
に、該負荷検出手段と該回転数検出手段と該吸気
圧検出手段からの信号により内燃機関の負荷状態
と回転数が所定値よりも低下しブースト圧が所定
値よりも低下したことが検出された時、交流電動
−発電機を電動機として動作させて過給を行う第
１の制御手段と、該負荷検出手段と該回転数検出
手段と該吸気圧検出手段からの信号により内燃機
関の負荷状態と回転数が所定値よりも高く、ブー
スト圧が所定値よりも上昇したことが検出された
時、交流電動−発電機を発電機として動作させる
第２の制御手段と、該回転数検出手段からの信号
で内燃機関のアイドリング運転状態を検知した
時、内燃機関の排気によるタービン駆動により交
流電動−発電機を発電機として作用させてバツテ
リを充電させる制御を行う第３の制御手段とを具
備することを特徴とする内燃機関のターボチヤー
ジヤの制御装置を提供する。

（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
ロツク図であり、第２図はターボチヤージヤの概
略を示す構成説明図である。

図において、１はターボチヤージヤ、２はコン
プレツサハウジング、３はタービンハウジング、
４はセンタハウジングであり、センタハウジング
４の中心部両端には固定ベアリング５、および該
固定ベアリング５内で摺動回転するフローテイン
グメタル６が設けられており、該フローテイング
メタル６にはシヤフト７の両端部が回転自在に支
承されている。

そして、シヤフト７の両端にはコンプレツサイ
ンペラ８、およびタービンインペラ９が取付けら
れ、それぞれ、コンプレツサハウジング２、およ
びタービンハウジング３の内部に納められてい
る。タービンインペラ９はスクロール１０に送気
される排気ガスのエネルギーを受けて回転し、シ
ヤフト７を介してコンプレツサインペラ８を回転
せしめ、吸気管１１より導入した空気をデイフユ
ーザ１２で圧力変換し、内燃機関のシリンダに圧
送するよう動作する。

また、上記シヤフト７の中央部付近には希土類
元素を含んだ、軸方向に長いリング状の磁石ロー
タ１３が配設され、強力な磁力を保持している。
そして、その両端面が高抗張力金属円板１４にて
固定保持され、さらに磁石ロータ１３の外周を炭
素繊維で巻き固めてあり、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。

１５は磁石ロータ１３に対向するステータコア
であり、磁石ロータ１３の回転によりステータコ
イル１６に交流電圧を誘起する。そして、磁石ロ
ータ１３、ステータコア１５、ステータコイル１
６にて構成する交流機は電動−発電機MGを構成
する。

第１図は上記のターボチヤージヤ１を備えた内
燃機関２０と制御装置２１との関連を示すブロツ
ク図であり、図において、２２は内燃機関２０の
排気ポートに連通する排気マニホールドで、ター
ボチヤージヤ１のスクロール１０が連通してい
る。２３はターボチヤージヤ１のコンプレツサイ
ンペラ８にて圧送する過給気をシリンダに導く吸
気マニホールドであり、該吸気マニホールド２３
の途中に、過給気のブースト圧を検出して制御装
置２１に信号を送出して内燃機関の吸気圧を検出
する手段となるブーストセンサ２４が設けられて
いる。２５は内燃機関２０の本体に付設したイン
ジエクタであり、該インジエクタ２５の燃料噴射
量を検出して内燃機関の負荷を検出する手段とな
る燃料流量センサ２６が設けられ、燃料流量信号
を制御装置２１に送出する。

また、内燃機関２０のクランクケース２０ａに
は、クランクシヤフトの回転数を検出して制御装
置２１に信号を発する回転センサ２７が設けられ
ている。

なお、電動−発電機MGにはロータ位置センサ
２８が設けられ、磁石ロータ１３が高速回転とな
つた発電時において、ステータコイル１６を切る
磁束が乱れて起電力の力率の低下を防止するた
め、該ロータ位置センサ２８が検出信号を制御装
置２１に送ることによりステータコイル１６より
の起電力の位相を制御して、高速回転時の発電の
力率を改善するよう構成されている。

制御装置２１は演算処理を行うプロセツサ
（CPU）と、電動−発電機MGや後述するインバ
ータ２９を制御するプログラムを格納するリード
オンリーメモリ（ROM）と、入力ポートと、出
力ポートと、演算結果などを格納するランダムア
クセスメモリ（RAM）と、これらを接続するア
ドレスデータバス（BUS）とで、構成されてい
る。入力ポートにはブーストセンサ２４、燃料流
量センサ２６、回転センサ２７、ロータ位置セン
サ２８などが接続され、各種センサよりの検出信
号を受ける。また、出力ポートには電動−発電機
MGのほか、インバータ２９、PWMコントロー
ラ３０、レギユレータ３１が接続され、これらを
制御する信号を出力する。

インバータ２９は制御装置２１を介してバツテ
リ３２より直流電源が供給され、該電源を交流に
変換して電動−発電機MGを電動機として作動せ
しめる。そして、シヤフト７を回転させ排気エネ
ルギーにて回転するコンプレツサインペラ８の過
給作動を助勢せしめる。なお、該助勢作動は制御
装置２１よりの指示に従うインバータ２９の出力
周波数や、出力電圧により制御されるよう構成さ
れている。

PWMコントローラ３０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
電圧を所定値に制御するコントローラであり、電
圧を所定値に制御された電力は、レギユレータ３
１にてバツテリ３２の電圧に整合され、該バツテ
リ３２の充電を行うよう構成されている。なお、
３３はバツテリ３２の充電の不具合状態を指示す
る不具合ランプである。

第３図は内燃機関の負荷を示す燃料流量Ｑと、
内燃機関の回転数Ｎとにより示される曲線図であ
り、Ａは無負荷曲線、Ｂは全負荷曲線、Ｃはトル
クアツプ曲線を示す。したがつて、例えば燃料流
量Qn、回転数Nnの場合には無負荷曲線Ａと全負
荷曲線Ｂとの間のXnとなり、内燃機関の部分負
荷領域にあることを示す。

つぎに、このような構成の本実施例の作動を説
明すると、内燃機関２０にインジエクタ２５より
供給する燃料流量がQnであり、内燃機関２０の
回転数がNnの場合に、制御装置２１には燃料流
量センサ２６よりQnに基づく信号と、回転セン
サ２７よりNnに基づく信号が送出される。制御
装置２１はQnとNnとに基づく信号を受信するこ
とにより、ROMに格納のメモリより、内燃機関
２０が無負荷曲線Ａと全負荷曲線Ｂとの間の部分
負荷領域にあることを検出し、電動−発電機MG
を発電機として作動させる。そして、磁石ロータ
１３の回転により起電するステータコイル１６の
電力はPWMコントローラ３０に送出され、該電
力は所定の電圧値に制御される。そして、レギユ
レータ３１にてバツテリ３２の電圧に整合され
て、該バツテリを充電する。なお、上記の発電機
の際、磁石ロータ１３の回転が超高速となると、
発電電力が高い周波数となり、電圧と電流との位
相差が大となつて力率の低下となるが、ロータ位
置センサ２８がこの位相差を検出し、制御装置２
１に信号を送出することにより、制御装置２１は
ステータコイル１６の巻線を制御して位相差を減
じて力率を改善する。

つぎに、内燃機関２０へ供給する燃料流量が増
加して、例えば、第３図に示す全負荷曲線Ｂとト
ルクアツプ曲線Ｃとの間の領域の場合には、燃料
流量センサ２６と回転センサ２７がそれぞれ検出
した信号を制御装置２１に送出する。そして、制
御装置２１はROMに格納した電動−発電機MG
の制御プログラムにより、該電動−発電機MGが
電動機として作動するよう制御を行い、さらに燃
料流量センサ２６、回転センサ２７、ブーストセ
ンサ２４の検出信号に基づき、格納してある制御
マツプにしたがつてインバータ２９の出力周波
数、出力電圧を制御してステータコイル１６に電
力を送り、コンプレツサインペラ８の過給作動を
助勢せしめて最適なブースト圧を得られる如く電
動−発電機MGを電動機として作動せしめる。な
お、上述の一連の作動により排気ガスのエネルギ
ーも上昇して、タービンインペラ９の駆動力も上
昇するが、所定のブースト圧の上限を越えないよ
うに制御装置２１が制御を行う。即ち、ブースト
圧が上限に達したときは、発電機として動作さ
せ、動力吸収を図ることができる。また、電動−
発電機MGを電動機として作動させ、コンプレツ
サインペラ８の過給作動を助勢しても、未だブー
スト圧が所定値に達しない時は、さらに電動機の
出力が上昇する如く、インバータ２９の出力周波
数、出力電圧を制御してステータコイル１６に電
力を供給する。

第４図は本実施例の処理の一例を示す処理フロ
ー図である。図において、まず、回転センサ２７
の信号により回転数をチエツクし（ステツプａ）、
該回転数が所定のアイドリング回転数の場合はス
テツプｂに進み、バツテリ電圧をチエツクする。
ここで、電圧が正常または所定の電圧値以上の場
合は、バツテリの充電の必要がないため、燃料流
量を基準値に保つてステツプａに戻る。

つぎに、ステツプｂにてバツテリ電圧が所定の
電圧値以下の場合は、発電機として作動している
電動−発電機MGよりの電力をPWMコントロー
ラ３０にて充電電流が増加する如く制御し、レギ
ユレータ３１を通じて、バツテリ３２を充電す
る。そして、この充電電力のため電動−発電機
MGの負荷が増加するので、燃料流量を増加して
排気ガスのエネルギーを増加せしめる（ステツプ
ｃ）。

ステツプａにて所定のアイドリング回転数以上
の場合は、バツテリ３２よりの消費電流と、充電
電流とを比較し（ステツプｄ）、充電電流が不足
の場合は電動−発電機MGよりの充電電力を増加
させる手段、即ちPWMコントローラ３０の制御
や、燃料流量を増して充電電流を増加せしめる
（ステツプｅ）。そして、回転センサ２７よりの信
号により内燃機関が所定回転数にて運転している
か、また、燃料流量センサ２６の信号より負荷状
態をチエツクし（ステツプｆ、ｇ）、ともに所定
領域にある場合はステツプｈに進む。

ステツプｈにては燃料流量センサ２６、回転セ
ンサ２７、ブーストセンサ２４よりの信号に基づ
き、制御装置２１のROMに格納の制御マツプに
したがい制御を行い、全負荷曲線Ｂとトルクアツ
プ曲線Ｃとの間の領域の場合はインバータ２９の
出力の演算を行い、電動−発電機MGを電動機と
して作動せしめるようインバータ２９を制御す
る。つぎに、ブーストセンサ２４よりの検出信号
をチエツクし、ブースト圧が所定値の場合は充電
電力の積算値を演算し、該電力積算値をチエツク
する（ステツプｉ、ｊ）。これは、電動−発電機
MGが電動機として作動中はバツテリ３２への充
電電流の供給が停止となるので、バツテリ３２の
過放電の監視として電力積算値のチエツクを行
い、OKの場合は最初のステツプａに戻る。

なお、電力積算値チエツクにて不具合の場合
は、不具合ランプ３３を点灯してステツプｈに戻
り、前記制御マツプの微調整の演算を行い電動−
発電機MGを発電機として作動させてバツテリ３
２の充電を行う。また、ステツプｉのブースト圧
チエツクにて所定値が得られないときはステツプ
ｈに戻り再度演算が行われる。

なお、本実施例にては内燃機関の負荷を検出す
る手段として、インジエクタ２５に燃料流量セン
サ２６を配設したが、アクセルペダルの踏込量セ
ンサや、内燃機関の種類により例えばデイーゼル
エンジンの場合には燃料噴射量ラツクの位置セン
サや、ガソリンエンジンの場合には気化器の吸気
バルブの開度センサなどにより負荷を検出しても
よい。

以上、本発明を上記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
エネルギーにて駆動されるターボチヤージヤに電
動−発電機を設け、内燃機関の部分負荷域にては
該電動−発電機を制御装置にて発電機として作動
せしめてバツテリの充電を行うので、排気ガスエ
ネルギーの有効活用ができるとともに、充電のた
めの内燃機関の正味出力の消費を防止できる。ま
た、充電用の従来の如き発電機を使用しないの
で、そのスペースが他に有効活用できるととも
に、従来用のＶベルトやプーリも不要となる。

また、排気ガスエネルギーを有効に活用して発
電することにより、今後予想される電力消費量に
対応することが可能である。

なお、本発明は制御装置により内燃機関の低速
運転時には、制御マツプを微調整して電動−発電
機を電動機として作動せしめる事も可能であるの
で、タービンの回転力に付勢してコンプレツサイ
ンペラを回転せしめ、十分な過給気を内燃機関に
圧送して、低速運転時の内燃機関の出力、トルク
を向上することが可能である。

【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
ツク図、第２図はターボチヤージヤの概略を示す
構成説明図、第３図は内燃機関の燃料流量と回転
数とにより示される曲線図、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る。１……ターボチヤージヤ、７……シヤフト、８
……コンプレツサインペラ、９……タービンイン
ペラ、２０……内燃機関、２４……ブーストセン
サ、２１……制御装置、２６……燃料流量セン
サ、２７……回転センサ、MG……電動−発電
機。

Claims

【特許請求の範囲】

１内燃機関の排気ガスエネルギーにより駆動さ
れるタービンと、該タービンの駆動によりシリン
ダ内に吸気過給するコンプレツサとを備えた内燃
機関のターボチヤージヤにおいて、上記タービン
のシヤフトに交流電動−発電機を設け、インジエ
クタの燃料噴射量を検出する燃料流量センサから
なる内燃機関の負荷検出手段と、クランクシヤフ
トの回転数を検出する回転センサからなる内燃機
関の回転数検出手段と、吸気マニホールドに設け
られた給気圧を検出するブーストセンサからなる
内燃機関の給気圧検出手段とを設けると共に、該
負荷検出手段と該回転数検出手段と該吸気圧検出
手段からの信号により内燃機関の負荷状態と回転
数が所定値よりも低下しブースト圧が所定値より
も低下したことが検出された時、交流電動−発電
機を電動機として動作させて過給を行う第１の制
御手段と、該負荷検出手段と該回転数検出手段と
該吸気圧検出手段からの信号により内燃機関の負
荷状態と回転数が所定値よりも高く、ブースト圧
が所定値よりも上昇したことが検出された時、交
流電動−発電機を発電機として動作させる第２の
制御手段と、該回転数検出手段からの信号で内燃
機関のアイドリング運転状態を検知した時、内燃
機関の排気によるタービン駆動により交流電動−
発電機を発電機として作用させてバツテリを充電
させる制御を行う第３の制御手段とを具備するこ
とを特徴とする内燃機関のターボチヤージヤの制
御装置。