JP3147579B2 - 回転電機付ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

回転電機付ターボチャージャの制御装置

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JP3147579B2 JP08918493A JP8918493A JP3147579B2 JP 3147579 B2 JP3147579 B2 JP 3147579B2 JP 08918493 A JP08918493 A JP 08918493A JP 8918493 A JP8918493 A JP 8918493A JP 3147579 B2 JP3147579 B2 JP 3147579B2
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  • Supercharger (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、バッテリーの状態に応
じて回転電機の電動機運転を制限する機能を有する、回
転電機付ターボチャージャの制御装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、エンジンの排気ガスのエネルギー
を利用してタービンを駆動し、それに連動するコンプレ
ッサを駆動して、加圧した空気をエンジン燃焼室に供給
することによって、効率的に燃料を燃焼させるターボチ
ャージャ付エンジンが普及している。さらに、回転電機
をターボチャージャ回転軸に直結して設け、エンジン低
速域では、バッテリーの電力によりそれを電動機として
作動させてコンプレッサの加圧力を補い、エンジン高速
域では、それを発電機として作動させてバッテリーの充
電を行う回転電機付ターボチャージャも開発されてい
る。
【0003】図4は、一般的な回転電機付ターボチャー
ジャの概要を示す図である。図4において、3は回転電
機、5はターボチャージャ、31は回転電機3のステー
タ、32はロータ、51はタービン、52はコンプレッ
サである。エンジンの排気ガスは、矢印Aの方向から入
ってそのエネルギーによってタービン51を駆動し、矢
印Bの排気管方向に排出される。一方、エンジンに吸入
される空気は、吸気管を通って矢印Cの方向から吸入さ
れて、タービン51と回転軸53を介して直結されたコ
ンプレッサ52によって加圧された後、矢印Dの方向へ
圧送されてエンジン燃焼室に供給される。
【0004】上記回転軸53には、エンジンの運転状態
に応じて電動機あるいは発電機として作動する回転電機
3が取り付けられている。回転電機3は、ステータ31
とロータ32とを有し、エンジン排気ガスの排気エネル
ギーによってタービン51が回転力を受け、ロータ32
が回転駆動されると、ステータ31に交流電力が発電さ
れる。また、バッテリーからの電力によりロータ32が
駆動されると、コンプレッサ52が回転して吸気が圧縮
される。
【0005】回転電機付ターボチャージャシステムは、
回転電機付ターボチャージャ本体と、回転電機3とバッ
テリーとの間の電力交換を交−直変換しながら行うパワ
ーユニットと、それを制御するコントローラとで構成さ
れている。コントローラは、各種センサから、バッテリ
ーの状態,アクセル開度,ブースト圧,タービン回転
数,エンジン回転数,車速等を入力し、ブースト圧が適
正な値になるように回転電機を制御している。
【0006】上記バッテリーの状態としては、バッテリ
ーの充電状態と劣化状態を検知する必要があるが、その
内バッテリーの充電状態を検知する方法としては、バッ
テリー液の比重を測定して推定する方法及び充放電電流
を測定して推定する方法等がある。また、バッテリーの
劣化状態を検知する方法としては、上記したような方法
で充電状態を日常的に検知している中で、充電不足にな
る頻度が多くなったときバッテリーが劣化していると判
定するという方法が一般的であった。そして、その判定
は人間が行っていた。
【0007】なお、このような回転電機付ターボチャー
ジャの制御装置に関連する従来の文献としては、例え
ば、特開平1−121516号公報,特開平4−168
931号公報,特開平4−330332号公報等があ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
たバッテリーの状態を検知するための従来技術の内、バ
ッテリー液の比重を測定してバッテリーの状態を推定す
る方法では、バッテリー液の比重を常時自動的に測定す
る機器は高価であるという問題点があった。また、充放
電電流を測定してバッテリーの状態を推定する方法で
は、充電効率を無視しているため誤差が大きく、上記回
転電機を適正に作動させることができずに、バッテリー
の過充電や過放電を起こしてしまう危険性があるという
問題点があった。さらに、バッテリーの劣化状態を検知
する従来の方法では、自動的に検知することができない
ので、バッテリーが劣化している状態で、それを知らず
に回転電機の電動機運転を行ってしまうおそれがあり、
そのような場合、バッテリーがすぐ上がってしまい、そ
の後の運転に支障が出るという問題点があった。本発明
は、そのような問題点を解決することを課題とするもの
である。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、エンジンの吸排気流路に配置したター
ボチャージャの回転軸に連結した回転電機を、エンジン
の運転状態に応じて電動機あるいは発電機として作動さ
せる回転電機付ターボチャージャの制御装置において、
回転電機の電動機運転を開始してからバッテリーの端子
電圧が基準値まで低下するのにかかる時間を計測する計
時手段と、該計時手段の計測時間が所定値以下になった
とき、回転電機の電動機運転を制限する制御手段とを具
えることとした。
【0010】
【作 用】計時手段により、回転電機の電動機運転開
始後バッテリーの端子電圧が基準値まで低下するのにか
かる時間を測定することによりバッテリーの状態を検知
する。そして、該測定時間が所定時間以下になったと
き、バッテリーが劣化しているか、あるいはバッテリー
の充電量が不足しているものと判定して回転電機の電動
機運転を制限する。そのため、バッテリー液の比重セン
サのような高価な測定機器を使用することなく、バッテ
リーの状態を自動的に、かつ正確に検知することが可能
となるので、回転電機を常に適正に作動させることがで
き、バッテリーの過充電や過放電を防止することができ
る。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図1は、本発明の概要を示すブロック図で
ある。図1において、1はコントローラ、2はパワーユ
ニット、3は回転電機、4はバッテリー、11はCPU
(中央処理装置)、12はタイマー、13はA/Dコン
バータである。
【0012】回転電機3は、図3で示したように、ター
ボチャージャ5の回転軸53に連結されている。パワー
ユニット2は、回転電機3が発電機運転をしている時
に、ステータ31からの交流電力を直流電力に変換し
て、バッテリー4に充電電流を供給したり、また、回転
電機3が電動機運転をしている時には、バッテリー4か
らの直流電力を所定の交流電力に変換して回転電機3に
与える。そのため、交流を直流に変換する整流回路,平
滑回路、直流を交流に変換するインバータ,昇圧回路等
を具えており、変換する交流周波数やその電圧等はコン
トローラ1によって制御される。
【0013】コントローラ1は、各種のセンサから信号
を受けてそれらの情報をCPU11で演算処理し、その
結果に基づいて回転電機3を適正に作動させるようにパ
ワーユニット2を制御する。上記各種のセンサから受け
る情報の内、バッテリー4の状態に関する情報を得る手
段として、本実施例では、バッテリー4の端子電圧をデ
ジタル信号に変換してCPU11に与えるA/Dコンバ
ータ13と、タイマー12とをコントローラ1の中に有
している。タイマー12は、回転電機3の電動機運転開
始と同時にカウントアップを開始し、A/Dコンバータ
13の出力値、すなわち、バッテリー4の端子電圧が正
規の電圧からある基準値まで低下したときに停止する。
その間のカウント値の大小、すなわち、経過時間の長短
に基づいてバッテリー4の状態を判定する。
【0014】図2は、回転電機を電動機運転した場合の
運転開始後の経過時間とバッテリー端子電圧の関係を示
す図である。図2において、横軸は、回転電機3の電動
機運転開始後の経過時間を示しており、縦軸は、バッテ
リー4の端子電圧を示している。バッテリー4の端子電
圧は、回転電機3の運転開始前は定格電圧VB0(例、1
2V)であるが、回転電機3の電動機運転が開始される
と大電流を出力するため、時間経過と共に低下する。そ
の低下の仕方が、バッテリー4の状態によって違ってく
る。すなわち、バッテリー4が劣化しておらず十分に充
電されている場合は、直線Pのように電圧の低下速度が
遅いが、バッテリー4が劣化していたり、あるいは、劣
化していなくてもバッテリー4の充電量が少なくなって
いたりすると、直線Rのように電圧が早く低下する。
【0015】本発明では、この現象を利用してバッテリ
ー4の状態を検知するものであるが、バッテリー4の端
子電圧が基準値VB (例、10V)まで低下する時間を
測定し、その時間が長ければバッテリー4は劣化してお
らず十分に充電されているものと判定し、反対に、短け
ればバッテリー4が劣化しているか、あるいは充電量が
不十分であると判定する。図2の場合で言えば、基準値
B まで低下する時間がt1 〜t2 (例、1秒〜0.7
秒)の間であれば、規定範囲内であると判定し、t
3 (例、0.5秒)以下になったら充電量が完全に不足
していると判定する。そして、時間がt2 〜t3 の間
は、バッテリー4がやや劣化しているか、充電量がやや
不足しているが少しなら使える状態であると判定する。
そのような判定に基づいて、パワーユニット2の制御を
行う。
【0016】図3は、本発明の処理手順を示すフローチ
ャートである。この処理はコントローラ1において行わ
れる。 ステップ1…回転電機3の電動機運転が開始される。 ステップ2…それと同時にタイマー12のカウントアッ
プをスタートさせる。 ステップ3…バッテリー4の端子電圧Vが基準電圧VB
以下になったか否かを判別する。 ステップ4…基準電圧VB 以下になったらタイマー12
を停止させる。 ステップ5…タイマーのカウント値tが時間t3 を超え
たか否かを判別する。 ステップ6…超えていなければ、回転電機3を発電機運
転に切り替える。 ステップ7…バッテリー4の状態が不良である旨のワー
ニングを表示させる。
【0017】ステップ8…ステップ5でタイマーのカウ
ント値tが時間t3 を超えていたとき、タイマーのカウ
ント値tが時間t2 を超えたか否かを判別する。 ステップ9…超えていなければ、今車両の発進時である
か否かを判別する。 ステップ10…発進時であれば、回転電機3の電動機運
転をそのまま継続させる。 ステップ11…ステップ9で発進時でなければ、回転電
機3を発電機運転に切り替える。 ステップ12…バッテリー4の状態が不良である旨のワ
ーニングを表示させる。 ステップ13…ステップ8でタイマーのカウント値tが
時間t2 を超えていたとき、回転電機3の電動機運転を
そのまま継続させる。
【0018】さらに、このような回転電機付ターボチャ
ージャに電気二重層コンデンサを使ったエネルギー回生
システムを併用すれば、効率を向上させることができ
る。すなわち、回転電機3に発電機運転をさせても、バ
ッテリーは充電特性が悪いため、発電した電力の全てを
バッテリー4の充電に充てることはできない。特に、エ
ンジンが中高負荷のときで、回転電機3を電動機運転さ
せてパワーを得ようとしてもバッテリー4の充電量が不
足していて電動機運転ができず、発電機運転をするよう
な場合、回転電機3の発電量は多くなるが、その全てを
バッテリー4の充電に充てることができず無駄が大きく
なる。そこで、そのようなときは、回転電機3で発電し
た電力で電気二重層コンデンサを充電しながら、バッテ
リー4の充電量が最大になるように制御する。
【0019】また、エンジンが軽負荷のとき等には、回
転電機3に発電機運転をさせないようにして高効率化を
図ることもできる。すなわち、車両には、回転電機3と
は別に専用の発電機が設けられているが、その発電機
は、エンジンの状態とは無関係に常時発電を行ってい
る。一方、回転電機3を発電機運転させれば、その分エ
ンジンの動力を必要とする。そこで、アイドリング時等
には、発電は専用の発電機だけに任せて、回転電機3の
作動を停止させておけば、その分動力の無駄な消費を防
止することができる。
【0020】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の回転電機付タ
ーボチャージャの制御装置によれば、バッテリー液の比
重センサのような高価な測定機器を使用することなく、
バッテリーの状態を自動的に、かつ正確に検知すること
が可能となるので、回転電機を常に適正に作動させるこ
とができ、バッテリーの過充電や過放電を防止すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の概要を示すブロック図
【図2】 回転電機を電動機運転した場合の運転開始後
の経過時間とバッテリー端子電圧の関係を示す図
【図3】 本発明の処理手順を示すフローチャート
【図4】 一般的な回転電機付ターボチャージャの概要
を示す図
【符号の説明】
1…コントローラ、11…CPU、12…タイマー、1
3…A/Dコンバータ、2…パワーユニット、3…回転
電機、31…ステータ、32…ロータ、4…バッテリ
ー、5…ターボチャージャ、51…タービン、52…コ
ンプレッサ、53…回転軸

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの吸排気流路に配置したターボ
    チャージャの回転軸に連結した回転電機を、エンジンの
    運転状態に応じて電動機あるいは発電機として作動させ
    る回転電機付ターボチャージャの制御装置において、回
    転電機の電動機運転を開始してからバッテリーの端子電
    圧が基準値まで低下するのにかかる時間を計測する計時
    手段と、該計時手段の計測時間が所定値以下になったと
    き、回転電機の電動機運転を制限する制御手段とを具え
    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。
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