JPH03246323A - 内燃機関の過給装置 - 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、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンなど
に使用され、その排気エネルギーを回収して作動する内
燃機関の過給装置に関する。

（従来の技術） 従来からエンジンの排気管にターボチャフジャを取付け
、このターチャージャの回転軸に電動−発電機を直結し
て排気エネルギーを回収しようとする提案が種々なされ
ている。

このようなターボチャージャに電動−発電機となる回転
電機を取付け、内燃機関の運転状態に応じて電動機また
は発電機として作動させる内燃機関のターボチャージャ
は、−例としては特開昭６０−１９５３２９号公報に開
示されている。また、回転電機を内燃機関の回転数検出
手段と、負荷検出手段とからの信号により、バッテリを
充電させたり、ターボチャージャの過給作動を助勢しよ
うとする回転電機付ターボチャージャの制御装置の提案
が、例えば特願昭６２−１０５９８１号に示されている
。

（発明が解決しようとする課題） こうした従来のターボチャージャジェネレータでは、回
転電機を電動機作動、または発電機作動させて過給圧を
制御しながら運転しているが、エンジンがアイドリング
時や低速回転時には排気エネルギーが小となり、ターボ
チャージャに取付けた回転電機の発電力が低下し、ある
いはバッテリの充電が不能となる虞を生ずる。

また、従来からあるターボチャージャ、スーパーチャー
ジャ、あるいはコンプレックススーパーチャージャなど
いずれの過給装置であっても、過給圧のコントロールや
、エンジンとの整合性を図って、排気エネルギーを有効
に使用することが必要であるが、排気圧の変動の影響か
ら運転者の意図した過給動作を的確に行なわせるには複
雑な制御を要し、とくに、従来のターボチャージャジェ
ネレータでは、排気タービンの圧が低いときに、回転電
気を電動運転しても過給動作に遅れが生じるという問題
があった。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
過給動作の制御を簡易なものにし、かつ排気圧の変動の
影響を出来るだけ排除して効率の良い過給動作を可能に
した内燃機関の過給装置を提供することを目的にしてい
る。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、内燃機関の排気ガスのエネルギーを利
用して過給作動する内燃機関の過給装置において、前記
内燃機関から排出される排気ガスで駆動されるタービン
の回転力により発電する発電手段と、この発電手段によ
り発電された電気エネルギーを充電する蓄電手段と、こ
の蓄電手段の蓄電エネルギーにより駆動され前記タービ
ン駆動系とは別系統で前記内燃機関の吸気を過給する過
給手段と、前記内燃機関の過給必要時に前記蓄電手段か
ら過給手段に電力を供給する制御手段とを具備すること
を特徴とする内燃機関の過給装置が提供される。

（作用） 本発明の内燃機関の過給装置では、いわゆるターボチャ
ジャジェネレータである発電手段のタービン駆動系とは
別系統で前記内燃機関の吸気を過・給する過給手段が、
車両の負荷が大きくなる発進時や加速時に過給作動して
内燃機関に所定のブースト圧を供給するように制御され
、内燃機関の排気ガスのエネルギーを利用する過給動作
を補助する。

（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り
、同図において、１は排気管１ａ、吸気管１ｂを有し、
供給される燃料の燃焼エネルギーにより車輪を回転させ
て車両を駆動する車両用エンジンである。２は、左右両
端から取入れた空気を圧縮する一対の遠心式のコンプレ
ッサを有し、中央の同期電動機によって電動駆動される
過給機（モータリング　スーパーチャージャ：ＭＳＣ）
であり、その詳細は後に第２図に基づいて説明する。３
はいわゆる発電機付ターボチャージャ′（ターボチャー
ジャ　ジェネレータ：ＴＣＧ）であり、上記エンジン１
の排気管１ａからの排気ガスエネルギーにより駆動され
るタービンと、吸気を過給するコンプレッサと、電動機
あるいは発電機として作動する回転電機とを有した第１
の過給手段を構成する。その詳細は、後に第３図に基づ
いて説明する。

上記電動駆動過給機２および発電機付ターボチャージャ
３は、それぞれスロットル機構２ａ。

３ａを介してチャージクーラ４と接続され、このチャー
ジクーラ４により冷却された圧縮空気が上記吸気管１ｂ
を介してエンジン１に供給されている。これらスロット
ル機構２ａ、２ｂは、電子制御装置５からの制御信号に
より開閉制御されるものであって、この電子制御装置５
は、マイクロコンピュータを含み、エンジン回転センサ
ＩＣなど各種のセンサからの信号や、図示しないアクセ
ルの踏込量に対応するエンジン負荷信号などが人力され
る。すなわちこの電子制御装置５には、演算処理や計数
の比較などを行う中央処理装置、制御プログラムや各種
のデータを格納する各種メモリ装置、各種の信号を受令
したり制御指令を発令する人／出力装置などを有してい
る。

上記エンジン１は、さらにクラッチペダルの踏込みによ
りエンジントルクを断続するクラッチ６と、エンジント
ルクを変速する変速機６ｂとを有しており、クラッチ６
にはその断続を検出するクラッチセンサ６ａが取付けら
れて、検出された信号が電子制御装置５に送出されてい
る。また、上記排気管１ａから発電機付ターボチャージ
ャ３に供給される排気ガスの圧力は、その入口部分に設
けたセンサ３ｂにより検出され、同様に電子制御装置５
に送出されている。７は、ターボチャージャ３が排気エ
ネルギーにより回転駆動されるときの発電電力を電力変
換するレギュレータである。このレギュレータフに送電
された電力は車載のバッテリ８を充電するとともに、イ
ンバータ９を介して上記電動駆動過給機２に供給され、
これを所定の速度で回転駆動する。

なお、バッテリ８の充電状態は、電圧検出器８ａからの
信号により電子制御装置５に伝達され、それに応じてレ
ギュレータ７とインバータ９とは電子制御装置５を通じ
て制御されている。また、電子制御装置５からはエンジ
ン１への供給燃料の制御信号も発令され、そのために電
子制御装置５の有する各種メモリには、アクセルペダル
位置に相当する燃料供給量、およびそれに見合った吸気
のブースト圧や、アクセルペダル位置に相当するエンジ
ン回転数のデータ、さらにはこれらに対応するマツプデ
ータなどが格納されている。

第２図は、上記電動駆動される過給機２の構成を示す断
面図である。

一対のコンプレッサホイール２１．２２は、シャフト２
３により同軸的に結合されており、このシャフト２３の
中央部には、永久磁石２４、電磁コイル２５からなる同
期式の電動機が設けられている。そしてこのコイル２５
の巻線には、上記インバータ９から所定の周波数調整さ
れた交流電力が供給されている。これらコンプレッサホ
イール２１．２２は、重量を軽くするためにアルミ製の
ブレードから構成されており、その慣性モーメントも低
く設計されており、上記電子制御装置５からの指令によ
って例えば加速時などに、すみやかにコンプレッサハウ
ジング２６．２７内で高速回転することにより、吸入さ
れた空気に所定のエネルギーを与えることができる。ま
た、シャフト２３の軸受部分は、フリクション低減のた
めにボールベアリングとし、これによりそのスラスト受
けをなくした分だけ小型化されている。

第３図は、上記発電機付ターボチャージャ（ＴＣＧ）の
−例を示す断面図である。

これは、エンジン１からの排気ガス中のエネルギーを吸
収するタービン部３１と、過給圧を作り出すコンプレッ
サ部３２と、これらを結合するシャフト３３を支持する
センタベアリング部からなる。このセンタベアリング部
には、上記レギュレータフと接続された話導コイルが設
けられ、また、このシャフト３３には電動機あるいは発
電機として作動する回転電機を構成する永久磁石３４が
取付けられている。そして排気エネルギーによりシャフ
ト３３が回転駆動されると回転電機の８導コイル３５は
発電機モードとなり、その発電電力はレギュレータフに
送電され、レギュレータフの作動により車載のバッテリ
８を充電し、かつコンプレッサ部３２の吸気口から導入
した空気をデイフユーザ３７で圧力変換して、圧縮され
た空気をンジン１の各シリンダに送り込むものである。

なお、上記タービン部３１のタービンスクロール３６は
、小スクロール３６ａと大スクロール３６ｂとに２分割
され、接続される排気管１ａには過給作動のブースト圧
を高める増速手段として、開閉操作される制御バルブ（
図示せず）が設けられている。この制御パルプによって
例えばエンジンのアイドル回転時のような排気ガス量が
少ないときにも、排気ガス流を全て小スクロール３６ａ
に導入することにより、タービンシャフト３３を確実に
回転せしめるなど、エンジン１による発１可能領域が拡
張されている。

つぎに、第４図に基づいて本実施例の作動を１明する。

第４図は、始動直後のブースト圧を縦軸に、う進からの
時間経過を横軸に採って、実線により・に電動駆動過給
機２から送られる圧縮空気にょ士ブースト成分を、破線
により発電機付ター４チヤージヤ３から送られる圧縮空
気によるブー；ト圧成分をそれぞれ示している。

先ず、車両の発進時には、スロットル機構２１１を開放
し、インバータ９から電動駆動過給機２に所定の電力を
送ってこれを電動駆動する。エンジン１からの排気ガス
エネルギーは、発進直後でし小さく、発電機付ターボチ
ャージャ３からの過友のみでは十分なブースト圧を得ら
れないからでよる。そして電動駆動過給機２の一対のコ
ンプレッサホイール２１．２２の回転によって採り込ま
ねた空気が、急速にブースト圧の上昇に寄与し、シリン
ダ内に供給される燃料の燃焼効率を高める。

この間、発電機イ」ターボチャージャ３では排気ガス流
を全て小スクロール３６ａに導入しながら、徐々に通常
のタービン過給動作を行なう。そしてその人口部分に設
けたセンサ３ｂによって排気ガス量を検知し、時刻ｔ１
になってデイフユーザ３７から所定の過給圧が出力され
るまでにエンジン回転数が上昇して、余剰ガスエネルギ
ーが生じると、電動駆動過給機２の動作が停止される。

すなわち、発電機付ターボチャージャ３側のみで十分な
ブースト圧が得られるようになった時点で、電動駆動過
給機２に対する電力供給は停止される。そして、発電機
付ターボチャージャ３のステータコイル３５に誂起され
る発電電力をレギュレータ７を介してバッテリ８に蓄積
する。こうしてエンジン１の低速回転行でも独立して設
けた電動駆動過給機２を動作させることにより、始動直
後から大きな過給圧を得ることができ、したがってエン
ジントルクを確保して発進時の加速性能を更に高めるこ
とができる。

また、車両の加速時にも運転者からの指令を与えて電動
駆動過給機２を電動駆動することができる。その場合に
バッテリ８からインバータ９に供給する電力調整を電子
制御装置５で行なっており、排気タービンの圧が低いと
きでも、発電機付ターボチャージャ３とは別個に制御さ
れる電動駆動過給機２を電動運転しても過給動作に遅れ
が生じることなく、その制御は容易に行なえる。しかも
、発電機付ターボチャージャ３はタービンスクロールが
ツインステージ化された大小２つのスクロール３６ａ、
３６ｂとに分割されているから、その後にエンジン回転
数が低下したときにも、発電機付ターボチャージャ３に
おける発電は効率良く行なわれる。

更に、第２図に示される上記実施例を構成する電動駆動
過給機２は、車載されているオールタネータの容量を高
めることにより、通常のターボチャージャや、自然吸気
のエンジンを搭載した車両を改造して電動駆動の過給機
を設けることを一層容易にする。

また、小型でシャフトアセンブリの重量が軽く、回転時
に生じる回転モメントが小さくできるから、従来の装置
で不可避とされていたターボラグを解消して、小電力に
よる高速回転を可能とするなど、フライングブーストア
ップ作用を実施するうえで、最適なシステム構成となる
。

以上本発明を上述の一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） 本発明のの内燃機関の過給装置では、いわゆるターボチ
ャジャジェネレータである発電手段のタービン駆動系と
は別系統で前記内燃機関の吸気を過給する過給手段が、
車両の負荷が大きくなる発進時や加速時に過給作動して
内燃機関に所定のブースト圧を供給するように制御され
、内燃機関の排気ガスのエネルギーを利用する過給動作
を補助するようにしたので、過給動作の制御を簡易なも
のにし、かつ排気圧の変動の影響を出来るだけ排除して
効率の良い過給動作を可能にできる。したがって、排気
圧の変動の影響を排除して、運転者の意図した過給動作
を的確に行なえる。

【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図は、電動駆動される過給手段の構成を示す断面図、
第３図は、発電機付ターボチャージャ（ＴＣＧ）の−例
を示す断面図、第４図は本実施例の作動の一例を示す図
である。 １・・・エンジン、２・・・過給手段（電動駆動過給機
）　３・・・発電機付ターボチャージャ（ＴＣＧ）、４
・・・チャージクーラー　５・・・電子制御装置、８・
・・バッテリ、９・・・インバータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気ガスのエネルギーを利用して過給
   作動する内燃機関の過給装置において、前記内燃機関か
   ら排出される排気ガスで駆動されるタービンの回転力に
   より発電する発電手段と、この発電手段により発電され
   た電気エネルギーを充電する蓄電手段と、この蓄電手段
   の蓄電エネルギーにより駆動され前記タービン駆動系と
   は別系統で前記内燃機関の吸気を過給する過給手段と、
   前記内燃機関の過給必要時に前記蓄電手段から過給手段
   に電力を供給する制御手段とを具備することを特徴とす
   る内燃機関の過給装置。
2. （２）前記過給手段は、シャフトの両端部分に遠心式の
   コンプレッサ部を有し、該シャフトの中央部に同期式の
   電動機を設けてなることを特徴とする請求項（１）に記
   載の内燃機関の過給装置。
3. （３）前記発電手段のタービンは、内燃機関の排気ガス
   を２分割して過給作動のブースト圧を高める増速手段を
   有していることを特徴とする請求項（１）に記載の内燃
   機関の過給装置。