JPS6248931A

JPS6248931A - 内燃機関のタ−ボチヤ−ジヤ

Info

Publication number: JPS6248931A
Application number: JP60188826A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村; Katsuyuki Tamai; 玉井　克行; Shigeki Saito; 茂樹斉藤; Toshihiro Yamanaka; 山中　敏宏
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: 1987-03-03

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の供給のため、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搭載され用いられ
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、バッテ
リの充電に際し、内燃機関の正味出力を消費せず、今後
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を提供するにある。

（発明の概要）本発明では、内燃機関のターボチャージャｌこおいて、
該内燃機関の負荷の検出手段よりの信号と、該内燃機関
の回転数の検出手段よりの信号とにて、電動−発電機と
して作動制御せしめる交流　、機を、前記ターボチャー
ジャのタービンシャフトに設けた内燃機関のターボチャ
ージャが提供される。

さらに本発明では、上記交流機はかご形回転子を用いた
誘導交流機、または、磁石ロータを用いた交流回転機と
した内燃機関のターボチャーシト。

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内燃機関のターボチ
ャージャの一実施例を示す構成説明図であり、第２図は
該ターボチャージャを備えた内燃機関と制御装置との関
連を示すブロック図である。

図において、１はターボチャージャ、２はコンプレッサ
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
転するフローティングメタル６が設けられており、該フ
ローティングメタル６はタービンシャフト（シャフト）
７の両端部を回転自在に支承している。

そして、シャフト７の両端にはコンプレッサインペラ８
．およびタービンインペラ９が取付けられ、それぞれ、
コンプレッサハウジング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、シャフト７を介してコンプレッサインペラ８を
回転せしめ、吸気管１１より導入した空気をディフュー
ザ１２で圧力変換して、内燃機関のシリンダに圧送する
よう動作する。

また、上記シャフト７の中央部付近には、軸方向に積層
した珪素鋼板の周辺ｉこ複数本の導体を長袖方向に貫通
せしめ、両端に設けた導体板１４にそれぞれ短絡せしめ
た。いわゆる、かご形回転子を構成するロータ１３が配
設されている。

１５は該ロータ１３に対向するステータコアであり、所
定の回転磁界を生ずる巻線のステータコイル１６を有す
るので、該ステータコイル１６に供給する交流電流によ
りロータ１３は回転力を与えられてシャフト７を回転せ
しめる。また、該交流にて生ずる周期速度より早い高速
回転を与えてシャフト７を駆動すると、ロータ１３．　
　ステータコア１５、ステータコイル１６は誘導発電機
を構成するので、ステータコイル１６より起電力を得る
ことができる。したがって、ロータ１３、ステータコア
１５、ステータコイル１６よりなる交流機は電動−発電
機ＭＧを構成する。

第２図は上記のターボチャージャ１を備えた内燃機関２
０と制御装置２１との関連を示すブロック図であり、図
において、２２は内燃機関２０の排気ボートに連通ずる
排気マニホールドで、ターボチャージャｌのスクロール
１０が連通している。２３はターボチャージャ１のコン
ブレッサインペラ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ェクションポンプであり、
該インジェクションポンプ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２
６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。

Ｈ制御装置２１は＠算処理を行うプロセッサ（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（ＲＯ
Ｍ）と、入力ボートと、出力ボートと、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。入力ボ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、出力ボートには電動−
発電機ＭＧのほか、インバータ２９、ＰＷＭコントロー
ラ３０．　　レギュレータ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を介してパンテリ３２よ
り直流電源が供給され、該電源を所定の周波数を有する
交流に変換してステータコイル１６に給゛宅し電動−発
電機ＭＧを電動機として作動せしめる。そして、シャフ
ト７を回転させ排気エネルギーにて回転するコンプレッ
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、レギュレータ３１にてバッテリ３２の電圧に
整合され、該バッテリ３２の充電を行うよう構成されて
いる。

第４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はトルクアップ曲線を示す、
したがって２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にインジェクションポンプ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Ｎ
ｎ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、σ−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、レギュレータ３１にてバッテリ３２の
電圧に整合されて、該バッテリを充電する。

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とトルクアップ曲線
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２６１回転センサ２７、ブーストセンサ２
４の検出信号に基づき、格納しである制御マツプにした
がってインバータ２９の出力周波数を制御してステータ
コイル１６に電力を送り、コンプレンサインペラ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−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１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
レッサインペラ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、さらに電動機が高回転と
なる如く、インバータ２９の出力周波数を制御してステ
ータコイル１６に電力を供給する。

第３図は本発明に係る内燃機関のターボチャージャの他
の実施例を示す構成説明図であり、第２図と同一部分に
は同一の符号をつけ、その説明は省略する。

第３図において、１７は希土類元素を含み、大きな残留
磁気を有する磁性体にて構成された、軸方向に長いリン
グ状の磁石ロータであり、シャフト７の中央部付近に配
設されている。そして、その両端面は高抗張力金属円盤
１８にて固定保持され、さらに、該磁石ロータ１７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耐久力
を有している。

１９は磁石ロータ１７に対向するステータコアであり１
磁石ロータ１７の回転により生ずる磁束変化にて誘導を
受け、ステータコイル２８に起電力を生ずる。

したがって、磁石ロータ１７、ステータコア１９、ステ
ータコイル２８にて構成する交流機は、シャフト７を外
力により回転すると、磁石ロータエフの回転により生ず
る磁束の変化によりステータコイル２８より交流を生ず
る発電機となり、またステータコイル２８に交流電力を
供給すると、磁石ロータ１７が回転する電動機となり、
電動−発電機ＭＧ’を構成する。

そして、第２図に示すブロック図において、第３図構成
のターボチャージャ１′をターボチャージャ１の代りに
配設すると、前記のターボチャージャ１の作動と同様に
内燃機関２０が無負荷曲線Ａと全負荷曲線Ｂとの間の部
分負荷債域にある場合は、制御装置２１の指令にて電動
−発電機ＭＧ゛は発電機として作動し、ＰＷＭコントロ
ーラ３０峠レギュレータ３１→バッテリ３２の経由にて
バッテリ３２を充電する。

また、内燃機関２０が全負荷曲線Ｂとトルクアップ曲線
Ｃとの間の領域の場合には、制御装置２１の指令により
、バッテリ３２よりの電力はインバータ２９にて所定の
交流に変換されて電動−発電機ＭＧ’に給電され、コン
プレッサインペラ８の過給作動の助勢を行い、最適ブー
スト圧を得られる如くターボチャージャ１′を作動せし
める。

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ャージャに電動−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ッテリの充電を行
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、充電のだめの内燃機関の正味出力の消費を防止でき
る。また、充電用に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ベルトやブーりも不要となる。

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、本発明は内燃機関の低回転時には電動−発電機を
電動機として回転せしめ過給作動を助勢するので、内燃
機関の低速トルクが向上する。したがって、変速機の低
速ギヤ比を従来より小にすることができ、コンパクトな
変速機を構成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実現するためのターボチャージャの一
実施例を示す構成説明図、第２図は該ターボチャージャ
を用いた内燃機関と制御装置との関連を示すブロック図
、第３図はターボチャージャの他の実施例を示す構成説
明図、第４図は内燃機関の負荷を示す燃料流量と回転数
との関連を示す曲線図である。１・・・ターボチャージャ、７・・・タービンシャフト
（シャフト）、１３・・・ロータ、１６・・・ステータ
コイル、１７・・・磁石ロータ、２６・・・燃料流量セ
ンサ、２７・・・回転センサ、ＭＧ　、　ＭＧ　’・・
・電動−発電機。特許出願人　いすＣ自動車株式会社（外１名）代　　理
　　人　　弁理士　　　辻　　　　　實・ゝχ 「）蝦零楓−（（蜆瘍５Ｑ拭稼）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内燃機関のターボチャージャにおいて、該内燃機
関の負荷の検出手段よりの信号と該内燃機関の回転数の
検出手段よりの信号とにて、電動−発電機として作動制
御せしめる交流機を、前記ターボチャージャのタービン
シャフトに設けたことを特徴とする内燃機関のターボチ
ャージャ。
（２）前記交流機はかご形回転子を用いた誘導交流機と
した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。
（３）前記交流機は磁石ロータを用いた交流回転機とし
た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。