電動機付ターボチャージャ
【課題】簡素で部品点数の増加も抑制して、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収する。
【解決手段】エンジン４に組み合わせ可能なターボチャージャ１と、前記ターボチャージャ１に軸結合された電動機３と、前記電動機３を駆動・制御するモータドライバ５と、を備えた電動機付ターボチャージャ２において、前記ターボチャージャ１のタービン１ａから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部１０と、前記エネルギー回収部１０に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブ７と、前記バルブ７を所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラ８と、を備えた。
【解決手段】エンジン４に組み合わせ可能なターボチャージャ１と、前記ターボチャージャ１に軸結合された電動機３と、前記電動機３を駆動・制御するモータドライバ５と、を備えた電動機付ターボチャージャ２において、前記ターボチャージャ１のタービン１ａから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部１０と、前記エネルギー回収部１０に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブ７と、前記バルブ７を所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラ８と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー回収部を有する電動機付ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常運転時には排気ガスエネルギーを回収して走行し、市街地等の走行時には断熱エンジンをアイドリング状態にして駆動モータで走行し、騒音、排気ガス流量を抑制するターボコンパウンドシステムが知られている（特許文献１）。すなわち、発電・電動機を備えたターボチャージャとエネルギー回収装置を有する断熱エンジンに補助タービン発電機を設けたものである。通常運転ではターボチャージャとエネルギー回収装置によって発電をした電力を消費して車両の駆動力を補助し、市街地の夜間走行時、車庫入れ時等では蓄電装置に蓄電された電力を消費して駆動モータを作動して車両を駆動する。断熱エンジンからの排気ガスは、切換バルブによってターボチャージャとエネルギー回収装置、又は補助タービン発電機に供給されるというものである。
【特許文献１】特開平６−２４８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術では、ダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジンの運転状況に左右されるので、経験則に基づいて無駄なくバルブを開閉制御する必要があった。また、従来はエンジンを急加速させるような運転状況において、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合、排気ガス流量がピークに近いため、その排気ガスに含まれるエネルギーは無駄に捨てられていた。
【０００４】
すなわち、急加速時等に電動機付ターボチャージャがモータ駆動して電動アシストしている場合に、その高エネルギーの排気ガスからエネルギーを回収することは困難であった。この電動アシスト時のエネルギーを回収するには、精密な制御ノウハウを実行させるため、装置が複雑で高価になることが避けられなかった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置全体を簡素で部品点数の増加も抑制して、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収して電気エネルギーを得ることが可能であり、エンジン効率を相当に向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、第１の発明は、エンジンに組み合わせ可能なターボチャージャと、前記ターボチャージャに軸結合された電動機と、前記電動機を駆動・制御するモータドライバと、を備えた電動機付ターボチャージャにおいて、前記ターボチャージャのタービンから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部と、前記エネルギー回収部に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブと、前記バルブを所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、前記エネルギー回収部として、前記導入された排気ガスにより回転するタービンと、前記タービンに軸結合された発電機と、前記発電機の発電電圧を調整して前記バッテリーの充電に供与する電圧調整器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、エンジンを急加速させるような運転状況において、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合、排気ガス流量がピークに近いため、その高エネルギーの排気ガスから従来無駄に捨てられていたところ、制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラにより、エネルギー回収部へ導入する排気ガスの比率を高めるようにバルブが精密に作動し、エネルギー回収部が排気ガスのエネルギーを回収する。
【０００９】
このようなダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジンの運転状況に左右されるので、経験則に基づいた無駄のない制御パターンによりバルブを開閉制御することにより、精密かつ効率よい制御ノウハウを実行することが可能である。
【００１０】
このように部品点数の増加も抑制して簡素にできた装置により、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、エンジン効率を相当に向上させることが可能となる。
【００１１】
第２の発明によれば、回収エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーの充電に供与することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る電動機付ターボチャージャ２０のブロック図である。図１に示すように、電動機付ターボチャージャ２０は、エンジン４の排気ガスを１回限り熱回収するシングル熱回収タイプの電動機付ターボチャージャ２をベースにし、その後段にバルブ７を介して従属接続され、さらなる熱回収するエネルギー回収部１０を組み合わせた構成である。
【００１３】
ベースとなる電動機付ターボチャージャ２は、エンジン４に組み合わせ可能なターボチャージャ１と、ターボチャージャ１に軸結合された電動機（以下、「モータ」ともいう）３と、電動機３を駆動・制御するモータドライバ５とにより構成されている。ターボチャージャ１はタービン１ａとコンプレッサ１ｂとモータ３が軸結合され、エンジン４の排気ガスをタービン１ａに導入して回転し、同軸回転するコンプレッサ１ｂでエンジン４に過給するように構成されている。
【００１４】
この電動機付ターボチャージャ２は、エンジン４の排ガスでタービン１ａが駆動されることによって回転数が上昇する一方、バッテリー６の電力で駆動されるモータ３の補助（電動アシスト）によっても回転数が上昇し、電動機付ターボチャージャ２の回転数は、例えば、毎分数千〜約１万回転の低速回転から毎分約１０数万回転を超える高速回転まで急速上昇する。
【００１５】
エンジン４は図示せぬＥＣＵ（エンジン コントロール ユニット）の指令により制御される。このＥＣＵに情報接続された電動機付ターボチャージャ制御用マイクロコンピュータ（以下、「制御マイコン」ともいう）９の指令により電動機付ターボチャージャ２も適切に駆動制御される構成である。
【００１６】
モータドライバ５は、バッテリー６の電力を用いた周知のインバータ（図示せず）等による駆動手段で構成されている。好ましくは、回生動作可能なモータ３およびモータドライバ５によりバッテリー６の充電用に電力を回生できる構成とする。
【００１７】
制御マイコン９にはエンジンの運転状況をパターン化した制御テーブル（図示せず）が格納されており、起動、加速、巡航、減速、停止等の各運転状況に応じて適切に制御信号を発令する。また、モータ３とバッテリー６の間に介在するモータドライバ５は、制御マイコン９の支援を受けながら、電動アシストＯＮ時にバッテリー６の電力をモータ３へ供給し、逆に電動アシストＯＦＦ時にはモータ３が発電した回生電力をバッテリー６の充電用に戻すように作用する。
【００１８】
そして、エネルギー回収部１０は電動機付ターボチャージャ２のタービン１ａからの排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収する。このエネルギー回収部１０に導入する排気ガスの比率は加減自在のバルブ７と、このバルブ７を所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラ８により最適制御される。
【００１９】
バルブコントローラ８を最適制御する制御パターンとは、制御マイコン９に格納されたプログラム等の実行により、電動機付ターボチャージャ２がモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、エンジン効率を相当に向上させることが可能となる。
【００２０】
エネルギー回収部１０は、エンジン４から排出された排気ガスにより回転するタービン１１と、そのタービン１１に軸結合された発電機１２と、その発電機１２の発電電圧を調整してバッテリー６の充電に供与する電圧調整器１３とを備えて構成されている。すなわち、電動機付ターボチャージャ２により既に１回は熱回収済みの排気ガスを２度目の熱回収するダブル熱回収機能を果たす。
【００２１】
ただし、ダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジン４の運転状況に左右されるので、経験則に基づいた無駄のない制御パターンによりバルブ７を開閉制御する。このことにより、従来は回収困難であった急加速時等に、電動機付ターボチャージャ２がモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、回収エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーの充電に供与することが可能である。結果としてエンジン効率を相当に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る電動機付ターボチャージャのブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ ターボチャージャ
１ａ タービン
２，２０ 電動機付ターボチャージャ
３ 電動機（モータ）
４ エンジン
５ モータドライバ
７ バルブ
８ バルブコントローラ
１０ エネルギー回収部
１１ タービン
１２ 発電機
１３ 電圧調整器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギー回収部を有する電動機付ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常運転時には排気ガスエネルギーを回収して走行し、市街地等の走行時には断熱エンジンをアイドリング状態にして駆動モータで走行し、騒音、排気ガス流量を抑制するターボコンパウンドシステムが知られている（特許文献１）。すなわち、発電・電動機を備えたターボチャージャとエネルギー回収装置を有する断熱エンジンに補助タービン発電機を設けたものである。通常運転ではターボチャージャとエネルギー回収装置によって発電をした電力を消費して車両の駆動力を補助し、市街地の夜間走行時、車庫入れ時等では蓄電装置に蓄電された電力を消費して駆動モータを作動して車両を駆動する。断熱エンジンからの排気ガスは、切換バルブによってターボチャージャとエネルギー回収装置、又は補助タービン発電機に供給されるというものである。
【特許文献１】特開平６−２４８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１の技術では、ダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジンの運転状況に左右されるので、経験則に基づいて無駄なくバルブを開閉制御する必要があった。また、従来はエンジンを急加速させるような運転状況において、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合、排気ガス流量がピークに近いため、その排気ガスに含まれるエネルギーは無駄に捨てられていた。
【０００４】
すなわち、急加速時等に電動機付ターボチャージャがモータ駆動して電動アシストしている場合に、その高エネルギーの排気ガスからエネルギーを回収することは困難であった。この電動アシスト時のエネルギーを回収するには、精密な制御ノウハウを実行させるため、装置が複雑で高価になることが避けられなかった。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、装置全体を簡素で部品点数の増加も抑制して、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収して電気エネルギーを得ることが可能であり、エンジン効率を相当に向上させることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために、第１の発明は、エンジンに組み合わせ可能なターボチャージャと、前記ターボチャージャに軸結合された電動機と、前記電動機を駆動・制御するモータドライバと、を備えた電動機付ターボチャージャにおいて、前記ターボチャージャのタービンから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部と、前記エネルギー回収部に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブと、前記バルブを所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラと、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、前記エネルギー回収部として、前記導入された排気ガスにより回転するタービンと、前記タービンに軸結合された発電機と、前記発電機の発電電圧を調整して前記バッテリーの充電に供与する電圧調整器と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明によれば、エンジンを急加速させるような運転状況において、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合、排気ガス流量がピークに近いため、その高エネルギーの排気ガスから従来無駄に捨てられていたところ、制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラにより、エネルギー回収部へ導入する排気ガスの比率を高めるようにバルブが精密に作動し、エネルギー回収部が排気ガスのエネルギーを回収する。
【０００９】
このようなダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジンの運転状況に左右されるので、経験則に基づいた無駄のない制御パターンによりバルブを開閉制御することにより、精密かつ効率よい制御ノウハウを実行することが可能である。
【００１０】
このように部品点数の増加も抑制して簡素にできた装置により、電動機付ターボチャージャがモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、エンジン効率を相当に向上させることが可能となる。
【００１１】
第２の発明によれば、回収エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーの充電に供与することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る電動機付ターボチャージャ２０のブロック図である。図１に示すように、電動機付ターボチャージャ２０は、エンジン４の排気ガスを１回限り熱回収するシングル熱回収タイプの電動機付ターボチャージャ２をベースにし、その後段にバルブ７を介して従属接続され、さらなる熱回収するエネルギー回収部１０を組み合わせた構成である。
【００１３】
ベースとなる電動機付ターボチャージャ２は、エンジン４に組み合わせ可能なターボチャージャ１と、ターボチャージャ１に軸結合された電動機（以下、「モータ」ともいう）３と、電動機３を駆動・制御するモータドライバ５とにより構成されている。ターボチャージャ１はタービン１ａとコンプレッサ１ｂとモータ３が軸結合され、エンジン４の排気ガスをタービン１ａに導入して回転し、同軸回転するコンプレッサ１ｂでエンジン４に過給するように構成されている。
【００１４】
この電動機付ターボチャージャ２は、エンジン４の排ガスでタービン１ａが駆動されることによって回転数が上昇する一方、バッテリー６の電力で駆動されるモータ３の補助（電動アシスト）によっても回転数が上昇し、電動機付ターボチャージャ２の回転数は、例えば、毎分数千〜約１万回転の低速回転から毎分約１０数万回転を超える高速回転まで急速上昇する。
【００１５】
エンジン４は図示せぬＥＣＵ（エンジン コントロール ユニット）の指令により制御される。このＥＣＵに情報接続された電動機付ターボチャージャ制御用マイクロコンピュータ（以下、「制御マイコン」ともいう）９の指令により電動機付ターボチャージャ２も適切に駆動制御される構成である。
【００１６】
モータドライバ５は、バッテリー６の電力を用いた周知のインバータ（図示せず）等による駆動手段で構成されている。好ましくは、回生動作可能なモータ３およびモータドライバ５によりバッテリー６の充電用に電力を回生できる構成とする。
【００１７】
制御マイコン９にはエンジンの運転状況をパターン化した制御テーブル（図示せず）が格納されており、起動、加速、巡航、減速、停止等の各運転状況に応じて適切に制御信号を発令する。また、モータ３とバッテリー６の間に介在するモータドライバ５は、制御マイコン９の支援を受けながら、電動アシストＯＮ時にバッテリー６の電力をモータ３へ供給し、逆に電動アシストＯＦＦ時にはモータ３が発電した回生電力をバッテリー６の充電用に戻すように作用する。
【００１８】
そして、エネルギー回収部１０は電動機付ターボチャージャ２のタービン１ａからの排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収する。このエネルギー回収部１０に導入する排気ガスの比率は加減自在のバルブ７と、このバルブ７を所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラ８により最適制御される。
【００１９】
バルブコントローラ８を最適制御する制御パターンとは、制御マイコン９に格納されたプログラム等の実行により、電動機付ターボチャージャ２がモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、エンジン効率を相当に向上させることが可能となる。
【００２０】
エネルギー回収部１０は、エンジン４から排出された排気ガスにより回転するタービン１１と、そのタービン１１に軸結合された発電機１２と、その発電機１２の発電電圧を調整してバッテリー６の充電に供与する電圧調整器１３とを備えて構成されている。すなわち、電動機付ターボチャージャ２により既に１回は熱回収済みの排気ガスを２度目の熱回収するダブル熱回収機能を果たす。
【００２１】
ただし、ダブル熱回収システムのエネルギー効率は、エンジン４の運転状況に左右されるので、経験則に基づいた無駄のない制御パターンによりバルブ７を開閉制御する。このことにより、従来は回収困難であった急加速時等に、電動機付ターボチャージャ２がモータ駆動している場合でも、その排気ガスエネルギーを回収し、回収エネルギーを電気エネルギーに変換してバッテリーの充電に供与することが可能である。結果としてエンジン効率を相当に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態に係る電動機付ターボチャージャのブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１ ターボチャージャ
１ａ タービン
２，２０ 電動機付ターボチャージャ
３ 電動機（モータ）
４ エンジン
５ モータドライバ
７ バルブ
８ バルブコントローラ
１０ エネルギー回収部
１１ タービン
１２ 発電機
１３ 電圧調整器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに組み合わせ可能なターボチャージャと、
前記ターボチャージャに軸結合された電動機と、
前記電動機を駆動・制御するモータドライバと、を備えた電動機付ターボチャージャにおいて、
前記ターボチャージャのタービンから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部と、
前記エネルギー回収部に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブと、
前記バルブを所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラと、を備えたことを特徴とする電動機付ターボチャージャ。
【請求項２】
前記エネルギー回収部として、
前記導入された排気ガスにより回転するタービンと、
前記タービンに軸結合された発電機と、
前記発電機の発電電圧を調整して前記バッテリーの充電に供与する電圧調整器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機付ターボチャージャ。
【請求項１】
エンジンに組み合わせ可能なターボチャージャと、
前記ターボチャージャに軸結合された電動機と、
前記電動機を駆動・制御するモータドライバと、を備えた電動機付ターボチャージャにおいて、
前記ターボチャージャのタービンから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部と、
前記エネルギー回収部に導入する排気ガスの比率を加減自在のバルブと、
前記バルブを所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラと、を備えたことを特徴とする電動機付ターボチャージャ。
【請求項２】
前記エネルギー回収部として、
前記導入された排気ガスにより回転するタービンと、
前記タービンに軸結合された発電機と、
前記発電機の発電電圧を調整して前記バッテリーの充電に供与する電圧調整器と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動機付ターボチャージャ。
【図１】
【公開番号】特開２００８−１７５１２６（Ｐ２００８−１７５１２６Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９０５１（Ｐ２００７−９０５１）
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１８日（２００７．１．１８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]