JP2004162648A

JP2004162648A - Protective device of generator for turbine

Info

Publication number: JP2004162648A
Application number: JP2002331158A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Taki; 伸幸滝; Osamu Igarashi; 修五十嵐; Hiroshige Hashimoto; 浩成橋本; Katsura Masuda; 桂増田; Yasutoshi Yamada; 泰稔山田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protective device of a generator for a turbine that can respond to an abnormality when an abnormality occurs while the generator is generating electricity. <P>SOLUTION: The protective device for a generator (electric motor) 12 for a turbine disposed to an internal combustion engine (engine) 10 comprises: an abnormality detection means for detecting an abnormality during power generation by the generator 12; and a power generation control means for controlling power generation by the generator 12. When the abnormality detection means detects an abnormality during the power generation by the generator 12, the power generation control means makes the generator stop generating the electric power if the power generation by the generator 12 may encourage a degree of the abnormality, and makes the generator continue the power generation, other than that. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機作動中の異常に対応するタービン用発電機の保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジンに設けられるタービン／コンプレッサを有するターボチャージャには、低回転域での出力特性も向上させるために、電動機を組み込んだものがある。この電動機では、加速時等には、バッテリからの電気エネルギにより電動駆動し、タービン／コンプレッサを強制的に回転駆動してターボチャージャによる過給をアシストする。また、電動機は、電動機に与えられたエネルギを電気エネルギに変換する発電機としても機能する。そこで、ターボチャージャに組み込まれた電動機では、減速時等の電動機による駆動力を必要としない場合、タービンで受けた排気エネルギを利用して発電し、排気エネルギを電気エネルギとして回収してバッテリに充電する。
【０００３】
また、自動車には、ターボチャージャに組み込まれた電動機以外に、発電機としてオルタネータが搭載されている。オルタネータでは、エンジンの回転を利用して発電し、電気エネルギをバッテリに充電する。従来、ターボチャージャに組み込まれた電動機及びオルタネータを搭載した自動車には、オルタネータあるいはオルタネータに関連する各部に異常が発生し、オルタネータによる発電（充電）ができない場合に、電動機での電動駆動を停止し、オルタネータに代わって電動機で発電させるものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２５７４５０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１には、ターボチャージャに組み込まれた電動機が発電中に電動機あるいは電動機に関連する各部に異常が発生した時の対応については開示されていない。
【０００６】
そこで、本発明は、発電機で発電中に異常が発生した場合にその異常に対応可能なタービン用発電機の保護装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るタービン用発電機の保護装置は、内燃機関に設けられたタービン用発電機の保護装置において、発電機による発電中の異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段で異常を検出した場合でも発電を継続させる発電制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このタービン用発電機の保護装置では、発電機による発電中に発電機自体あるいは発電機で発電や充電を行うために必要な各部に異常が発生しているか否かを検出し、異常を検出した場合でも発電機での発電を継続させる。というのは、タービンでは内燃機関から排出された排気エネルギを回転エネルギに変換し、発電機ではその回転エネルギを電気エネルギに変換している。そのため、発電機での発電を中止すると、排気エネルギが電気エネルギとして回収されないので、その回収されない排気エネルギによってタービンが過回転する。その結果、タービンに負荷がかかり、タービンに異常が発生したり、あるいは、背圧が上昇して他の部位にも異常が発生したりする。そこで、異常が発生した場合にも、発電機での発電を継続させ、タービン等での異常の発生を防止する。
【０００９】
なお、タービン用発電機は、内燃機関から排出された排気エネルギをタービンで受け、そのタービンで受けた排気エネルギを利用して発電する発電機である。
【００１０】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、発電制御手段を、発電機による発電によって異常度合いが助長される異常が検出された場合には発電を中止させるように構成してもよい。
【００１１】
このタービン用発電機の保護装置では、発電機による発電中に異常が発生した場合、発電によって異常度合いが増す場合には発電を中止させる。異常度合いが増す場合には発電を直ちに中止し、発電機やタービンでの致命的な異常あるいは他の箇所に異常が波及するのを未然に防止する。
【００１２】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、発電機による発電によって異常度合いが助長される異常は発電機での過電流異常である。
【００１３】
このタービン用発電機の保護装置では、発電機で過電流が発生すると、その過電流が流れる素子回路での異常や過回転によるタービンでの異常等が発生する恐れがあるので、発電機での発電を中止させる。
【００１４】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、タービン用発電機がターボチャージャ用電動機であり、発電機による発電によって異常度合いが助長される異常は電動機を駆動する素子回路の異常である。
【００１５】
このタービン用発電機の保護装置では、電動機を駆動する素子回路で異常が発生すると、電動機（発電機）に過電流が流れる恐れがあるので、電動機での発電を中止させる。
【００１６】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、タービンに作用する排気エネルギを低減させる排気エネルギ低減手段を備え、発電機による発電中に異常が検出された場合に、排気エネルギ低減手段によりタービンに作用する排気エネルギを低減させるように構成してもよい。
【００１７】
このタービン用発電機の保護装置では、発電機による発電中に発電機自体あるいは発電機で発電や充電を行うために必要な各部に異常が発生した場合、排気エネルギ低減手段によりタービンに作用する排気エネルギを低減させる。排気エネルギを低減させることによって、タービンで変換される回転エネルギも低減するので、発電機における発電量を低減させることができる。その結果、タービンでの過回転を防止できるとともに、最終的には発電機での発電も停止させることができる。
【００１８】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、排気エネルギ低減手段を複数備える場合、内燃機関の出力への影響が少ない順に排気エネルギ低減手段を作動させるように構成してもよい。
【００１９】
このタービン用発電機の保護装置では、排気エネルギ低減手段を複数備える場合には、内燃機関の出力への影響が少ない排気エネルギ低減手段を順次作動させ、タービンに作用する排気エネルギを低減させる。排気エネルギ低減手段としては、内燃機関の出力を低下させて排気エネルギ自体を低減する手段や排気エネルギ自体を低減するのでなくタービンに作用する排気エネルギを低減する手段等の様々な手段があり、内燃機関の出力低下に影響を与える手段もある。内燃機関の出力が低下すると、その内燃機関を搭載している車両に出力低下によるショックを与える。そこで、そのショックを軽減あるいは発生しないように、排気エネルギ低減手段の作動順を決めている。
【００２０】
なお、内燃機関の出力への影響には、内燃機関での出力自体への影響のみならず、内燃機関での出力に影響を及ぼす内燃機関での吸入空気量への影響、内燃機関での燃料噴射量への影響、内燃機関での空燃比への影響等も含む。
【００２１】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、複数の排気エネルギ低減手段は内燃機関からの排気エネルギの一部又は全部をタービンに作用させないタービン作用低減手段と内燃機関の出力を低下させる出力低下手段であり、タービン作用低減手段を優先して作動させるように構成してもよい。
【００２２】
このタービン用発電機の保護装置では、排気エネルギ低減手段の一つ手段として内燃機関からの排気エネルギの一部又は全部をタービンに作用させないタービン作用低減手段があり、他の手段として内燃機関の出力を低下させる出力低下手段がある場合、発電機による発電中に異常が発生した時には、まず、タービン作用低減手段によりタービンに作用する排気エネルギを低減させる。タービン作用低減手段でタービンに作用する排気エネルギを低減させた場合、内燃機関の出力低下への影響が少ないかあるいは無いので、車両に与えるショックが少ない。
【００２３】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、タービン作用低減手段をウェイストゲートバルブ開弁手段としてもよい。
【００２４】
このタービン用発電機の保護装置では、タービン作用低減手段を排気通路のタービン上流に設けられているウェイストゲートバルブを開弁する手段として構成することにより、タービンを通過させることなく排気ガス（排気エネルギ）を排出することができ、既存のシステムを利用してタービン作用低減手段を構成することができる。なお、開弁には、バルブを完全に開く場合だけでなく、現状の開度から開度を大きくする場合も含む。
【００２５】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、タービン作用低減手段を可変ノズル開弁手段としてもよい。
【００２６】
このタービン用発電機の保護装置では、タービン作用低減手段をタービンに設けられている可変ノズルを開弁する手段として構成することにより、タービンが受ける排気ガスの流速を低減（排気エネルギを減少）させることができ、既存のシステムを利用してタービン作用低減手段を構成することができる。なお、開弁には、バルブを完全に開く場合だけでなく、現状の開度から開度を大きくする場合も含む。
【００２７】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、タービン作用低減手段としてウェイストゲートバルブ開弁手段と可変ノズル開弁手段とを有し、ウェイストゲートバルブ開弁手段を優先して作動させるように構成してもよい。
【００２８】
このタービン用発電機の保護装置では、タービン作用低減手段としてウェイストゲートバルブ開弁手段と可変ノズル開弁手段とを有する場合には、発電機による発電中に異常が発生した時には、まず、ウェイストゲートバルブ開弁手段によりタービンに作用する排気エネルギを低減させる。ウェイストゲートバルブの方が、タービンに作用する排気エネルギの低減量を多くできるので、可変ノズルよりも発電機（タービン）での回転を迅速に収束させることができる。
【００２９】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、出力低下手段をスロットルバルブ閉弁手段としてもよい。
【００３０】
このタービン用発電機の保護装置では、出力低下手段をスロットルバルブを閉弁する手段として構成することにより、内燃機関の吸入空気量を減らして内燃機関の出力を低下させることによって排気エネルギを低減でき、既存のシステムを利用して出力低下手段を構成することができる。なお、閉弁には、バルブを完全に閉じる場合だけでなく、現状の開度から開度を小さくする場合も含む。
【００３１】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、出力低下手段を燃料噴射量低下手段としてもよい。
【００３２】
このタービン用発電機の保護装置では、出力低下手段を燃料噴射装置での燃料噴射量を低下する手段として構成することにより、内燃機関に供給する燃料を減らして内燃機関の出力を低下させることによって排気エネルギを低減でき、既存のシステムを利用して出力低下手段を構成することができる。
【００３３】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、異常時の発電機に対する目標発電量を、発電機の回転数に応じて決定するように構成してもよい。
【００３４】
このタービン用発電機の保護装置では、発電機による発電中の異常時には発電機での目標発電量をタービンの回転数に応じて決定する。異常時には、排気エネルギ低減手段によりタービンに作用する排気エネルギを低減させているので、タービン（電動機）の回転数が減少していく。したがって、電動機の回転数に応じて決定した目標発電量も減少していくので、発電機での発電を迅速に停止させることができる。
【００３５】
本発明の上記タービン用発電機の保護装置では、タービン用発電機がターボチャージャ用電動機であり、電動機の駆動中に異常が検出された時に内燃機関が成層運転の場合には均質運転に切り換えるように構成してもよい。
【００３６】
このタービン用発電機の保護装置では、タービン用発電機としてのターボチャージャ用電動機の電動駆動中に異常が検出された時に、内燃機関で成層運転を行っている場合には均質運転に切り換える。電動機の電動駆動中に異常が検出された場合には、電動機の電動駆動を停止するように制御を行うので、電動機によるターボチャージャへのアシストが無くなり、過給圧が低下し、内燃機関の吸入空気量が低減する。そのため、成層運転の場合、希薄燃焼により全体としてかなり希薄な混合気を燃焼させているので、吸入空気量の低減によって混合気が非常に薄くなり、内燃機関での出力が低下する。そこで、成層運転から均質運転に切り換えて、ストイキ燃焼により混合気を濃くし、内燃機関での出力の低下を抑える。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係るタービン用発電機の保護装置の実施の形態を説明する。
【００３８】
本実施の形態では、リーンバーンエンジンを搭載し、リーンバーンエンジンに電動機付ターボチャージャを備える自動車に適用する。本実施の形態に係る電動機付ターボチャージャは、バリアブルノズル機構を備えており、排気通路のタービン上流にはウェイストゲートバルブが設けられている。本実施の形態では、本発明に係る電動機の保護装置を、エンジンを制御するＥＣＵ［ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ］、ターボチャージャを制御するコントローラ、エンジンの出力を調整することができる電子制御式のスロットルバルブ及び電子制御式燃料噴射装置、タービンに作用する排気エネルギを調整することができるバリアブルノズル機構及びウェイストゲートバルブから構成する。本実施の形態に係る保護装置では、電動機の作動中に発生する可能性のある５つのフェールに対して少なくとも保護動作可能であり、５つのフェールとしてはＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常、インバータ入力電圧異常、電動機過回転異常、ＩＰＭ異常、電動機過電流異常がある。
【００３９】
図１〜図４を参照して、エンジンシステム１の構成について説明する。図１は、エンジンシステムの構成図である。図２は、インバータの概略構成図である。図３は、コントロール回路におけるＶＣＯ及びゲート信号を示す波形である。図４は、ＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成図である。
【００４０】
エンジンシステム１は、自動車に搭載され、エンジン１０により自動車を駆動するための駆動力を得ており、その駆動力をトランスミッション（図示せず）等を介して駆動輪（図示せず）から出力している。エンジンシステム１では、エンジン１０での出力特性を高めるために、ターボチャージャ１１によりエンジン１０の吸入空気量を過給している。さらに、エンジンシステム１では、低回転域の過給圧の立ち上がりを向上させるために、電動機１２によりターボチャージャ１１を強制的に駆動している。また、エンジンシステム１では、減速時等に電動機１２により発電を行っている。
【００４１】
エンジン１０は、リーンバーンエンジンであり、希薄燃焼によりガソリン消費量を節約して低燃費化を図っている。エンジン１０では、低負荷時には希薄燃焼（リーンバーン）（理想空燃比より空気の割合が多い空燃比での燃焼）により成層運転を行い、高負荷時にはストイキ燃焼（理想空燃比近辺での燃焼）により均質運転を行う。
【００４２】
エンジン１０は、吸気通路１３から空気を吸入し、排気通路１４に排気ガスを排気する。吸気通路１３には、上流側からターボチャージャ１１のコンプレッサ側、インタークーラ（図示せず）、スロットルバルブ１５等が設けられている。排気通路１４には、上流側からウェイストゲートバルブ１６、ターボチャージャ１１のタービン側、排気浄化触媒（図示せず）等が設けられている。
【００４３】
吸気側では、まず、吸気通路１３の最上流から吸入した空気は、ターボチャージャ１１で過給される。ターボチャージャ１１から出た吸入空気は、過給による圧力上昇によって温度が上昇する。そこで、インタークーラでは、温度上昇した吸入空気の温度を空冷式で低下させ、充填効率を向上させる。続いて、スロットルバルブ１５では、エンジン１０への吸入空気量を調節する。この調節された空気が、エンジン１０に吸入される。スロットルバルブ１５は、電子制御式バルブであり、エンジンＥＣＵ１７によって開度が決定され、エンジンＥＣＵ１７からのスロットルバルブ信号ＳＳによってバルブを開閉するアクチュエータ１５ａが制御されて開度が調整される。アクチュエータ１５ａでは、スロットルバルブ信号ＳＳに示される開度に応じてスロットルバルブ１５を駆動する。
【００４４】
排気側では、まず、エンジン１０から排気された排気ガスは、ターボチャージャ１１のタービン１１ａを回転させる。この際、排気エネルギは、加速時等にはターボチャージャ１１によって消費され、減速時には電動機１２による発電によって消費される。タービン１１ａを通過した排気ガスは、排気浄化触媒で浄化される。また、排気側には、排気通路１４のタービン１１ａの上流にウェイストゲートバルブ１６が設けられており、ウェイストゲートバルブ１６が閉じている場合には排気ガスがタービン１１ａを通過して下流に流れ、ウェイストゲートバルブ１６が開いている場合には排気ガスの一部又は全部がタービン１１ａをバイパスしてバイパス通路１４ａを通って下流に流れる。ウェイストゲートバルブ１６は、タービン１１ａに作用する排気ガス（排気エネルギ）を減少させることによって過給圧を制御するための電子制御式バルブであり、エンジンＥＣＵ１７によって開度が決定され、エンジンＥＣＵ１７からのウェイストゲートバルブ信号ＷＳによってバルブを開閉するアクチュエータ１６ａが制御されて開度が調整される。アクチュエータ１６ａでは、ウェイストゲートバルブ信号ＷＳに示される開度に応じてウェイストゲートバルブ１６を駆動する。
【００４５】
ターボチャージャ１１は、エンジン１０からの排気エネルギを利用して過給圧を上げる。ターボチャージャ１１では、排気通路１４にタービン１１ａ、吸気通路１３にコンプレッサ１１ｂが配設されており、両ホイールがシャフト１１ｃで連結されている。このシャフト１１ｃの中央部には、電動機１２の一構成要素であるロータ（図示せず）が固定されている。
【００４６】
また、ターボチャージャ１１には、バリアブルノズル機構（図示せず）が設けられている。バリアブルノズル機構は、タービン１１ａの外方に位置するノズル部分に複数の可動ベーンが配置されており、そのバリアブルノズルからタービン１１ａに向かって流れる排気ガスの流速（排気エネルギ）を調整することによって過給圧を制御する機構である。バリアブルノズル（可動ベーン）は、電子制御式であり、エンジンＥＣＵ１７によってノズル面積が決定され、エンジンＥＣＵ１７からのノズル信号ＮＳによって可動ベーンの角度を変化させるアクチュエータ（図示せず）が制御されてノズル面積が調整される。このアクチュエータでは、ノズル信号ＮＳに示されるノズル面積に応じて可動ベーンを駆動する。
【００４７】
電動機１２は、三相交流モータであり、ターボチャージャ１１の過給圧をアシストするとともに回生時にはバッテリ１８を充電する。電動機１２は、磁石が設けられたロータの周囲にステータ（図示せず）が配設されている。ステータは、複数枚の積層鋼板に巻線を巻いたものであり、ターボチャージャ１１のハウジングに対して固定されている。巻線には、Ｕ相の巻線１２ａ、Ｖ相の巻線１２ｂ、Ｗ相の巻線１２ｃがある（図２参照）。電動機１２は、ロータ及びステータを主たる構成要素として、シャフト１１ｃを出力軸としてターボチャージャ１１のハウジングの内部に構築されている。電動機１２では、インバータ１９からＵ相の巻線１２ａ、Ｖ相の巻線１２ｂ、Ｗ相の巻線１２ｃに電力が順次供給されると磁界が順次発生し、この三相に発生する磁界とロータの磁石との磁界との相互作用によってロータが回転する。また、電動機１２では、タービン１１ａから排気エネルギに応じた回転エネルギが供給されると発電し、その発電した電力をインバータ１９及びＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してバッテリ１８に充電する。
【００４８】
インバータ１９は、電動機１２とＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間に接続され、ＩＰＭ［ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ］からなる。ＩＰＭは、６つのパワーＦＥＴ［ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ］１９ａ〜１９ｆ及び温度センサ（図示せず）や電流センサ（図示せず）等も備えており（図２参照）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介してバッテリ１８から電力が供給される。インバータ１９では、コントロール回路２２からのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆに基づいて、電動機１２の巻線１２ａ，１２ｂ，１２ｃに電力を供給する。そのために、インバータ１９では、電動機１２の巻線１２ａ，１２ｂ，１２ｃに対して上側アーム及び下側アームを各々有しており、Ｕ相の巻線１２ａに対しては上側アームにパワーＦＥＴ１９ａ及び下側アームにパワーＦＥＴ１９ｄが設けられ、Ｖ相の巻線１２ｂに対しては上側アームにパワーＦＥＴ１９ｂ及び下側アームにパワーＦＥＴ１９ｅが設けられ、Ｗ相の巻線１２ｃに対しては上側アームにパワーＦＥＴ１９ｃ及び下側アームにパワーＦＥＴ１９ｆが設けられている。
【００４９】
インバータ１９による電力供給の一例として、Ｕ相の巻線１２ａに対する電力供給について説明する。上側アームのパワーＦＥＴ１９ａはゲート信号Ｇａに基づいてオン／オフし、ゲート信号Ｇａが１の時にパワーＦＥＴ１９ａがオンして巻線１２ａに電源電圧（１２Ｖ）を供給し、ゲート信号Ｇａが０の時にパワーＦＥＴ１９ａがオフする（図３参照）。一方、下側アームのパワーＦＥＴ１９ｄはゲート信号Ｇｄに基づいてオン／オフし、ゲート信号Ｇｄが１の時にパワーＦＥＴ１９ｄがオンして巻線１２ａにはパワーＦＥＴ１９ｄを介してグランド（０Ｖ）が接続され、ゲート信号Ｇｄが０の時にパワーＦＥＴ１９ｄがオフする（図３参照）。
【００５０】
インバータ１９（ＩＰＭ）では、温度センサ（図示せず）、電流センサ（図示せず）、電圧センサ（図示せず）からの検出値に基づいてモジュール内にフェールが発生しているか否かを判定する。また、インバータ１９（ＩＰＭ）では、フェールを判定した後、検出値に基づいてフェールが解消したか否かを判定する。インバータ１９では、いずれかのフェールを判定した場合にはインバータフェール信号ＩＳにフェール判定を設定し、フェール判定後にそのフェールが解消した場合にはインバータフェール信号ＩＳにフェール解消を設定し、そのインバータフェール信号ＩＳをコントローラ２１に送信している。フェールとしては、例えば、モジュールの温度が所定温度以上に上昇した場合の加熱フェール、パワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆを駆動するための電源電圧異常の場合の電源電圧フェール、パワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆや電動機１２が短絡した場合の短絡フェール等がある。
【００５１】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、バッテリ１８とインバータ１９との間に接続され、バッテリ１８とインバータ１９とで出入力される直流電力を変換する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、パワートランジスタ２０ａ、コイル２０ｂ及びパワートランジスタ２０ｃ等を備えており、このパワートランジスタ２０ａ，２０ｃのオン／オフによって電動機１２の発電量（回生量）を調整する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、コントローラ２１からのゲート信号Ｇｇのオン信号に応じてパワートランジスタ２０ａがオンし、コイル２０ｂに流れる電流が所定電流値に到達するとオフする。そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、所定電流値に達するまでにパワートランジスタ２０ａが再度オンしない場合には電動機１２で発電した電力をバッテリ１８に出力し（充電し）、所定電流値に達する前にゲート信号Ｇｇがオン信号になってパワートランジスタ２０ａが再度オンした場合にはバッテリ１８に出力しない。ちなみに、ゲート信号Ｇｇのオン／オフの周期が長いほど発電量（回生量）が少なく、周期が短いほど発電量が多い。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、アシスト時には、コントローラ２１からのゲート信号Ｇｈのオン信号に応じてパワートランジスタ２０ｃがオンし、バッテリ１８からの電力供給が可能となる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、回生時には、コントローラ２１からのゲート信号Ｇｈのオフ信号に応じてパワートランジスタ２０ｃがオフし、バッテリ１８への出力（充電）が可能なる。
【００５２】
エンジンＥＣＵ１７は、ＣＰＵ［ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ］、ＲＯＭ［ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ］、ＲＡＭ［ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ］等からなる電子制御ユニットである。エンジンＥＣＵ１７は、各種センサが接続され、各種センサからの検出値に基づいて各種制御量等を設定し、エンジン１０及びエンジン１０に関連する各部を制御する。エンジンＥＣＵ１７では、以下に示す制御量を設定する場合、各パラメータに応じて決められた制御量を示す制御マップにより制御量を設定しており、各種制御マップを保持している。各種制御マップには、電動機１２によるアシストがある場合の通常時制御マップと電動機１２によるアシストがない場合のフェール時制御マップとがある。フェール時制御マップでは、電動機１２によるアシストがなくなった場合でも、ターボチャージャ１１による過給圧が低下しないような制御量を規定している。
【００５３】
エンジンＥＣＵ１７は、エンジン１０の吸入空気量や燃料噴射量を調整し、エンジン１０の出力を制御する。そのために、エンジンＥＣＵ１７では、アクセルペダル（図示せず）の操作量等に基づいてスロットルバルブ１５の開度を設定し、その開度を示すスロットルバルブ信号ＳＳをアクチュエータ１５ａに送信する。また、エンジンＥＣＵ１７では、アクセルペダルの操作量やエンジン回転数等に基づいて空燃比を決定するとともに決定した空燃比に基づいて燃料噴射量及び吸入空気量を設定し、その燃料噴射量を示す燃料噴射量信号ＪＳを電子制御式の燃料噴射装置（図示せず）に送信するとともに吸入空気量を示す吸入空気量信号をサージタンク（図示せず）に送信する。この際、エンジンＥＣＵ１７では、低負荷時には、希薄燃焼を行うための空燃比を決定し、エンジン１０において燃焼室（図示せず）中央に濃い混合気を集めて成層運転を行わせる。また、エンジンＥＣＵ１７では、高負荷時には、理想空燃比近辺の空燃比を決定し、エンジン１０において燃焼室全体で混合気の濃度をほぼ一定にして均質運転を行わせる。ちなみに、エンジン１０の出力に応じてエンジン１０から排気される排気エネルギも増減し、エンジン１０の出力が低下させることによってエンジン１０からの排気エネルギを低減させることができる。
【００５４】
また、エンジンＥＣＵ１７は、タービン１１ａに作用する排気エネルギを調整し、ターボチャージャ１１の過給圧を制御する。そのために、エンジンＥＣＵ１７では、過給圧等に基づいてウェイストゲートバルブ１６の開度を設定し、その開度を示すウェイストゲートバルブ信号ＷＳをアクチュエータ１６ａに送信する。また、エンジンＥＣＵ１７では、過給圧等に基づいてバリアブルノズルのノズル面積を設定し、そのノズル面積を示すバリアブルノズル信号ＮＳをアクチュエータに送信する。
【００５５】
また、エンジンＥＣＵ１７は、電動機１２の制御量を決定する。そのために、エンジンＥＣＵ１７では、加速時等に、エンジン回転数等に基づいて電動機１２によるアシスト量を設定し、そのアシスト量を示すアシスト量信号ＡＳをコントローラ２１に送信する。また、エンジンＥＣＵ１７では、減速時等に、バッテリ充電量等に基づいて電動機１２による目標の回生量（発電量）を設定し、その回生量を示す回生量信号ＣＳをコントローラ２１に送信する。
【００５６】
さらに、エンジンＥＣＵ１７は、電動機１２で電動駆動／発電中のフェールに対する保護装置の制御部として機能する。そのために、エンジンＥＣＵ１７では、コントローラ２１からフェール信号ＦＳを受信すると、フェール信号ＦＳで示されるフェールモードに従って以下の保護制御を行う。なお、フェール信号ＦＳには５つのフェールモードがあるが、エンジンＥＣＵ１７では、全て同じ制御を行い。
【００５７】
電動機１２で電動駆動中のフェールの場合、エンジンＥＣＵ１７では、電動機１２の電動駆動停止によって電動機１２によるアシストが得られなくなるので（過給圧が低下するので）、各制御量を設定する際の制御マップを通常時制御マップからフェール時制御マップに切り換える。また、エンジンＥＣＵ１７では、過給圧が低下してエンジン１０での吸入空気量が減量するので、希薄燃焼による成層運転をおこなっている場合にはストイキ燃焼による均質運転に切り換える。
【００５８】
電動機１２で発電中のフェールの場合、エンジンＥＣＵ１７では、タービン１１ａ（電動機１２）の回転を徐々に低回転とするために、タービン１１ａに作用する排気エネルギを低下させる制御を行う。この際、エンジンＥＣＵ１７では、エンジン１０の出力の低下が小さい順にかつタービン１１ａに作用する排気エネルギの低下が大きい順に、以下に示す４つの保護制御を行う。その際、エンジンＥＣＵ１７では、４つのうちのいずれかの保護制御を行っているときにフェールが解消した場合には以降の制御を行わない。また、エンジンＥＣＵ１７では、電動機１２の回転数の低下に応じて減少させた電動機１２での目標の回生量（発電量）を設定し、その回生量を示す回生信号ＣＳをコントローラ２１に送信する。なお、エンジンＥＣＵ１７では、電動機１２の回転数をコントローラ２１から取得する。
【００５９】
まず、エンジンＥＣＵ１７では、ウェイストゲートバルブ１６を開くことを示すウェイストゲートバルブ信号ＷＳをアクチュエータ１６ａに送信する。次に、エンジンＥＣＵ１７では、バリアブルノズルを開くこと（ノズル面積を最大にすること）を示すバリアブルノズル信号ＮＳをアクチュエータに送信する。ちなみに、このウェイスゲートバルブ１６による保護制御とバリアブルノズルによる保護制御とでは、共にエンジン１０の出力低下を招かないが、ウェイストゲートバルブ１６を開く方がタービン１１ａに作用する排気エネルギの減少量が多い。なお、ウェイストゲートバルブ１６を全開するのではなく、開度を徐々に大きくするように制御してもよいし、あるいは、バリアブルノイズを全開するのではなく、徐々に開度を大きくするように制御してもよい。
【００６０】
次に、エンジンＥＣＵ１７では、スロットルバルブ１５を徐々に開度を小さくすることを示すスロットルバルブ信号ＳＳをアクチュエータ１５ａに送信する。最後に、エンジンＥＣＵ１７では、燃料噴射量を徐々に減少させることを示す燃料噴射量信号ＪＳを電子制御式燃料噴射装置に送信する。スロットルバルブ１５による保護制御と電子制御式燃料噴射装置による保護制御とでは、共にエンジン１０の出力低下を招くが、スロットルバルブ１５によって吸入空気量を減少させた方がエンジン１０での出力の低下量が少ない。
【００６１】
なお、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ１７、ウェイストゲートバルブ１６及びアクチュエータ１６ａによってウェイストゲートバルブ開弁手段（タービン作用低減手段の一つ）を構成し、エンジンＥＣＵ１７、バリアブルノイズ機構及びアクチュエータによって可変ノズル開弁手段（タービン作用低減手段の一つ）を構成し、エンジンＥＣＵ１７、スロットルバルブ１５及びアクチュエータ１５ａによってスロットルバルブ閉弁手段（出力低下手段の一つ）を構成し、エンジンＥＣＵ１７及び電子式燃料噴射装置によって燃料噴射量低下手段（出力低下手段の一つ）を構成している。
【００６２】
コントローラ２１及びコントロール回路２２は、電動機１２の電動駆動／発電を制御する装置である。コントローラ２１は、コントローラ用のＩＣ［ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ］を備えており、電動機１２に関する制御を統括する。コントロール回路２２は、コントローラ２１の統括下にあり、インバータ１９による電動機１２への電力供給を制御する。コントローラ２１では、コントロール回路２２の起動／停止も行う。なお、本実施の形態では、コントローラ２１が異常検出手段及び発電制御手段として機能する。
【００６３】
コントローラ２１は、電動機１２を電動駆動／発電を制御する際の目標となる制御量を取得するために、エンジンＥＣＵ１７からアシスト量信号ＡＳ又は回生量信号ＣＳを受信する。アシスト量信号ＡＳを受信すると、コントローラ２１では、アシスト量信号ＡＳをコントロール回路２２に転送する。また、コントローラ２１では、電動機１２の三相の巻線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの端子電圧の分圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを各々取り入れ、分圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗをコントロール回路２２に転送する。回生量信号ＣＳを受信すると、コントローラ２１では、回生量信号ＣＳに示される回生量に基づいてゲート信号Ｇｇのオン／オフの周期を決定し、その決定した周期からなるゲート信号ＧｇをＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。また、コントローラ２１では、アシスト時にはバッテリ１８から電力供給するためにゲート信号Ｇｈにオン信号を設定するとともに回生時にはバッテリ１８へ充電するためにゲート信号Ｇｈにオフ信号を設定し、そのゲート信号ＧｈをＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。ゲート信号Ｇｇは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のパワートランジスタ２０ａをオンするための信号であり、１／０のパルス信号である。ゲート信号Ｇｈは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のパワートランジスタ２０ｃをオン／オフするための信号であり、１／０の信号である。
【００６４】
アシスト量信号ＡＳを受信すると、コントロール回路２２では、アシスト量信号ＡＳを示されるアシスト量に基づいて電動機１２の目標回転数を決定し、ＶＣＯ［ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ］の周波数（電動機１２の回転数に相当）を決定する。さらに、コントロール回路２２では、分圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに基づいて電動機１２のロータの位置を検出する。そして、コントロール回路２２では、そのロータの位置に基づいて、ＶＣＯの各パルスの立ち上がりを設定し、ＶＣＯを生成する。ＶＣＯは、１／０のパルス信号であり、電動機１２の１回転当たり６つの周期からなる（図３参照）。さらに、コントロール回路２２では、検出した電動機１２のロータの位置及びＶＣＯに基づいて、６つのゲート信号Ｇａ〜Ｇｆを生成する（図３参照）。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｆは、インバータ１９のパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆをオン／オフするための信号であり、１／０のパルス信号である。
【００６５】
また、コントローラ２１は、電動機１２で電動駆動／発電中のフェールに対する保護装置の制御部として機能する。そのために、コントローラ２１は、各種センサが接続され、各種センサからの検出値に基づいて電動機１２及び電動機１２に関連する各部のフェールを判定し、各フェールに対して保護制御を行う。フェールモードには、５つあり、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常、インバータ入力電圧異常、電動機過回転異常、ＩＰＭ異常、電動機過電流異常がある。コントローラ２１では、フェール判定及び保護制御を所定時間毎に繰り返し実行しており、単位時間内に上記いずれかの異常を所定回数連続して検出した場合にはシステム異常と判定する。システム異常と判定した場合、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、イグニッションスイッチによるリセットが行われるまで保護制御を継続し、通常制御には復帰しない。
【００６６】
ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合、その要因としてはバッテリ１８のケーブル断線、オルタネータ（図示せず）等の他の発電機による発電制御不良等であり、不具合現象としてパワートランジスタ２０ａやコイル２０ｂ等の素子異常、バッテリ１８の異常、ハーネスの加熱等が発生する恐れがある。インバータ入力電圧異常の場合、その要因としてはバッテリ１８のケーブル断線、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御不良等であり、不具合現象としてはパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆ等の素子異常、ハーネスの加熱等が発生する恐れがある。電動機過回転異常の場合、その要因としては回生制御不良、排気エネルギの増大、電動機１２での過電流等であり、不具合現象としてはタービン１１ａの異常、背圧上昇によって他の部品の異常等が発生する恐れがある。ＩＰＭ異常の場合、その要因としては冷却不足、ＩＰＭ内短絡、電動機１２での短絡、制御基板不良等であり、不具合現象としてはパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆ等の素子異常、ハーネスの加熱等が発生する恐れがある。電動機過電流異常の場合、その要因としては電動機１２での短絡、電動機１２の制御不良等であり、不具合現象としては電動機１２の過回転によるタービン１１ａの異常、パワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆ等の素子異常、ハーネスの加熱等が発生する恐れがある。
【００６７】
コントローラ２１は、保護制御を行う際に、インバータ１９による電動機１２への電力供給を停止させる場合がある。そのために、コントローラ２１は、インバータ１９のパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆを全てオフするために、６個のｎｐｎ型のトランジスタ２１ａを備えている。各トランジスタ２１ａは、エミッタがグランドに接続され、コレクタがインバータ１９のパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆのゲートに各々接続される。そして、各トランジスタ２１ａをオンすると、パワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆのゲートがグランド電位となり、パワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆがオフする。なお、図１にはトランジスタ２１ａを１つしか描いていないが、実際には、６つのパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆに対応して６つ存在する。
【００６８】
ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合について説明する。コントローラ２１では、バッテリ１８とＤＣ／ＤＣコンバータ２０との間に設けられた電圧センサ（図示せず）からＤＣ／ＤＣコンバータ２０への入力電圧Ｖｄを取り入れ、入力電圧ＶｄがＤＣ／ＤＣコンバータ異常電圧Ｖｆ１より大きくなった場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常と判定し、この異常に対する保護制御を行う。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常時に、コントローラ２１では、入力電圧ＶｄがＤＣ／ＤＣコンバータ解除電圧Ｖｒ１（但し、Ｖｒ１＜Ｖｆ１）より小さくなった場合にはＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常が解消したと判定し、保護制御を解除して通常制御に復帰する。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。
【００６９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常と判定すると、電動機１２で電動駆動している場合、コントローラ２１では、電動機１２での電動駆動を停止させるために、６つのトランジスタ２１ａを全てオンし、インバータ１９のパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆを全てオフする（図２参照）。ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合、電動機１２で過電流異常（ひいては、過回転異常）が発生する恐れがあるので、電動機１２での電動駆動を停止させる。一方、電動機１２で発電している場合、コントローラ２１では、エンジンＥＣＵ１７からの回生量信号ＣＳに基づいて、回生量を徐々に低減させたゲート信号Ｇｇを設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。ちなみに、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合、電動機１２での発電によってその異常度合いを助長しないので、電動機１２での回生量を徐々に低減させて発電を継続させる。このように回生量を徐々に低減させるのは、回生量をゼロにして電動機１２での排気エネルギの回収量を一気にゼロにすることによって回収されない排気エネルギによる電動機１２での過回転異常を引き起こさないためのである。電動機１２が過回転異常となると、電動機１２自体やタービン１１ａ等にメカ的な不具合が発生したり、背圧が上昇して他の部位にメカ的な不具合が発生したりする。
【００７０】
インバータ入力電圧異常の場合について説明する。コントローラ２１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０とインバータ１９との間に設けられた電圧センサ（図示せず）からインバータ１９への入力電圧Ｖｉを取り入れ、入力電圧Ｖｉがインバータ異常電圧Ｖｆ２より大きくなった場合にはインバータ入力電圧異常と判定し、この異常に対する保護制御を行う。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにインバータ入力電圧異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。インバータ入力電圧異常時に、コントローラ２１では、入力電圧Ｖｉがインバータ解除電圧Ｖｒ２（但し、Ｖｒ２＜Ｖｆ２）より小さくなった場合にはインバータ入力電圧異常が解消したと判定し、保護制御を解除して通常制御に復帰する。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにインバータ入力電圧異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。
【００７１】
インバータ入力電圧異常と判定した場合、コントローラ２１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護制御を行う。インバータ入力電圧異常の場合、電動駆動時には電動機１２で過電流異常（ひいては、過回転異常）が発生する恐れがあるので、電動機１２での電動駆動を停止させ、電動機１２での発電によってその異常度合いを助長しないので、電動機１２での回生量を徐々に低減させて発電を継続させる。
【００７２】
電動機過回転異常の場合について説明する。コントローラ２１では、コントロール回路２２からＶＣＯを取り入れ、ＶＣＯに基づく電動機回転数が異常回転数Ｒｆより大きくなった場合には電動機過回転異常と判定し、この異常に対する保護制御を行う。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過回転異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。電動機過回転異常時に、コントローラ２１では、電動機回転数が解除回転数Ｒｒ（但し、Ｒｒ＜Ｒｆ）より小さくなった場合には電動機過回転異常が解消したと判定し、保護制御を解除して通常制御に復帰する。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過回転異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。
【００７３】
電動機過回転異常と判定した場合、コントローラ２１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護制御を行う。電動機過回転異常の場合、電動駆動時には電動機１２での過回転によってメカ的な不具合（タービン１１ａや電動機１２自体の不具合）や背圧の上昇等を発生する恐れがあるので、電動機１２での電動駆動を停止させ、電動機１２での発電によってその異常度合いを助長しないので、電動機１２での回生量を徐々に低減させて発電を継続させる。
【００７４】
ＩＰＭ異常の場合について説明する。コントローラ２１では、インバータ１９（ＩＰＭ）からインバータフェール信号ＩＳを受信し、インバータフェール信号ＩＳにフェール判定が設定されている場合にはＩＰＭ異常と判定し、この異常に対する保護制御を行う。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＩＰＭ異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。ＩＰＭ異常時に、コントローラ２１では、インバータ１９（ＩＰＭ）からインバータフェール信号ＩＳを受信し、インバータフェール信号ＩＳにフェール解消が設定されている場合にはＩＰＭ異常が解消したと判定し、保護制御を解除して通常制御に復帰する。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＩＰＭ異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。
【００７５】
ＩＰＭ異常と判定した場合、コントローラ２１では、電動機１２で電動駆動中には、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護制御を行う。ちなみに、ＩＰＭ異常の場合、電動機１２で過電流異常（ひいては、過回転異常）が発生する恐れがあるので、電動機１２での電動駆動を停止させる。また、電動機１２で発電中には、コントローラ２１では、回生量をゼロにするゲート信号Ｇｇを設定し、そのゲート信号ＧｇをＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。ちなみに、ＩＰＭ異常の場合、電動機１２で発電によって過電流等を引き起こし、その異常度合いを助長する恐れがあるので、直ちに、電動機１２での回生量をゼロにして発電を停止させている。
【００７６】
電動機過電流異常の場合について説明する。コントローラ２１では、巻線１２ａ，１２ｃに対して設けた電流センサ（図示せず）から巻線１２ａ，１２ｃに流れる電流Ｉｕ，Ｉｗを各々取り入れ、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかの電流が異常電流Ｉｆより大きくなった場合には電動機過電流異常と判定し、この異常に対する保護制御を行う。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過電流異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。電動機過電流異常時に、コントローラ２１では、異常となった電流が解除電流Ｉｒ（但し、Ｉｒ＜Ｉｆ）より小さくなった場合には電動機過電流異常が解消したと判定し、保護制御を解除して通常制御に復帰する。この際、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過電流異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。なお、２相の巻線の電流Ｉｕ，Ｉｗしか取り入れないが、３相の巻線の電流を全て加算するとゼロになるので、Ｖ相の巻線の電流Ｉｖは算術演算によって求めている。
【００７７】
電動機過電流異常と判定した場合、コントローラ２１では、電動機１２で電動駆動中には、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護制御を行う。ちなみに、電動機過電流異常の場合、電動機１２で過回転異常が発生する恐れがあるので、電動機１２での電動駆動を停止させる。また、電動機１２で発電している場合、コントローラ２１では、回生量をゼロにするゲート信号Ｇｇを設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。ちなみに、電動機過電流異常の場合、電動機１２からの過電流によりパワートランジスタ２０ａ等の素子に不具合を発生させたり、電動機１２で過回転によるタービンの異常や背圧上昇による他の部品の異常あるいは発熱による素子異常等を引き起こし、その異常度合いを助長する恐れがあるので、直ちに、電動機１２での回生量をゼロにして発電を停止させている。
【００７８】
なお、電動駆動時には、電動機１２によるアシストが停止するので、ターボチャージャ１１による過給圧が低下する恐れがあるが、エンジンＥＣＵ１７でフェール時制御マップを切り換え、制御量を変えることによって過給圧が低下しないようにしている。また、回生時には、エンジンＥＣＵ１７での保護制御によってタービン１１ａに作用する排気エネルギを低減させ、電動機１２（タービン１１ａ）の回転数を減少させているので、電動機１２での過回転異常を発生させることなく、電動機１２での回生量を減少又はゼロにすることができる。
【００７９】
図１〜図４を参照して、電動機１２の電動駆動／発電時においてフェールが発生した場合のエンジンシステム１における保護動作について説明する。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常、インバータ入力電圧異常、電動機過回転異常、ＩＰＭ異常、電動機過電流異常の場合について説明する。
【００８０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合について説明する。コントローラ２１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０への入力電圧Ｖｄを取り入れ、入力電圧ＶｄがＤＣ／ＤＣコンバータ異常電圧Ｖｆ１より大きくなった場合にＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。
【００８１】
電動機１２で電動駆動中の場合、コントローラ２１では、６つのトランジスタ２１ａを全てオンし、インバータ１９のパワーＦＥＴ１９ａ〜１９ｆを全てオフする（図２参照）。すると、インバータ１９では電動機１２への電力供給を停止し、電動機１２では電動駆動を停止する。また、エンジンＥＣＵ１７では、制御マップを通常時制御マップからフェール時制御マップに切り換えるとともに、希薄燃焼による成層運転をおこなっている場合にはストイキ燃焼による均質運転に切り換える。すると、過給圧を上昇させるように各部が動作するとともに、成層運転の場合には空燃比が理想空燃比近辺となる。このような保護動作により、電動機１２によるアシストが無くなってもターボチャージャ１１による過給圧の低下が抑制され、希薄燃焼の場合でもターボチャージャ１１による過給圧が低下して吸入空気量が減量してもストイキ燃焼によりエンジン１０の出力が低下しない。また、電動機１２への電力供給を停止させるので、電動機１２で過電流異常や過回転異常等の他の異常が発生しない。ちなみに、過回転異常が発生した場合には、電動機１２やタービンに不具合が生じたり、あるいは、背圧が上昇した他の部位にも不具合が生じたりする。
【００８２】
電動機１２で発電中の場合、コントローラ２１では、エンジンＥＣＵ１７からの回生量信号ＣＳに基づいて、回生量を徐々に低減させたゲート信号Ｇｇを設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では、電動機１２での発電を継続させるが、電動機１２からのバッテリ１８への充電量を徐々に低減する。また、エンジンＥＣＵ１７では、電動機１２の回転数の低下に応じて電動機１２での回生量を減少させた回生信号ＣＳをコントローラ２１に送信する。さらに、エンジンＥＣＵ１７では、まず、ウェイストゲートバルブ１６を開くことを示すウェイストゲートバルブ信号ＷＳをアクチュエータ１６ａに送信する。すると、ウェイストゲートバルブ１６が開き、排気ガスがタービン１１ａをバイパスしてバイパス通路１４ａを流れ、タービン１１ａに作用する排気エネルギが低減する。この制御後も異常が解消されないと、エンジンＥＣＵ１７では、バリアブルノズルを開くことを示すバリアブルノズル信号ＮＳをアクチュエータに送信する。すると、バリアブルノイズが開き、タービン１１ａに流れる排気ガスの流速が低減し、タービン１１ａに作用する排気エネルギが更に低減する。この制御後も異常が解消されないと、エンジンＥＣＵ１７では、スロットルバルブ１５の開度を徐々に小さくすることを示すスロットルバルブ信号ＳＳをアクチュエータ１５ａに送信する。すると、スロットルバルブ１５が徐々に閉じ、エンジン１０の吸入空気量が減少してエンジン１０の出力が低下し、エンジン１０から排出される排気エネルギが低減する。この制御後も異常が解消されないと、エンジンＥＣＵ１７では、燃料噴射量を徐々に減少させることを示す燃料噴射量信号ＪＳを電子制御式燃料噴射装置に送信する。すると、エンジン１０への燃料噴射量が減少してエンジン１０の出力が低下し、エンジン１０から排出される排気エネルギが低減する。このような保護動作により、タービン１１ａに作用する排気エネルギが減少し、電動機１２の回転数を徐々に減少させることができ、ひいては、電動機１２での回生量を徐々に減少させることができる。この際、異常が発生した時に電動機１２での回生を直ちに停止させないので、電動機１２で過回転異常が発生しない。
【００８３】
以上の保護動作中に、コントローラ２１では、入力電圧ＶｄがＤＣ／ＤＣコンバータ解除電圧Ｖｒ１より小さくなった場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常が解除と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。この際、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、保護制御を解除して通常制御に復帰する。また、コントローラ２１では単位時間内に所定回数連続してＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常を検出した場合にはシステム異常と判定し、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、イグニッションスイッチによるリセットが行われるまで保護制御を継続する。
【００８４】
インバータ入力電圧異常の場合について説明する。コントローラ２１では、インバータ１９への入力電圧Ｖｉを取り入れ、入力電圧Ｖｉがインバータ異常電圧Ｖｆ２より大きくなった場合にインバータ入力電圧異常と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにインバータ入力電圧異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。なお、インバータ入力電圧異常の場合の保護動作は、電動機１２で電動駆動中、発電中共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護動作がエンジンシステム１で行われるので、説明を省略する。
【００８５】
保護動作中に、コントローラ２１では、入力電圧Ｖｉがインバータ解除電圧Ｖｒ２より小さくなった場合には、インバータ入力電圧異常が解除と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにインバータ入力電圧異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。この際、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、保護制御を解除して通常制御に復帰する。また、コントローラ２１では単位時間内に所定回数連続してインバータ入力電圧異常を検出した場合にはシステム異常と判定し、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、イグニッションスイッチによるリセットが行われるまで保護制御を継続する。
【００８６】
電動機過回転異常について説明する。コントローラ２１では、ＶＣＯに基づく電動機１２の回転数が異常回転数Ｒｆより大きくなった場合に、電動機過回転異常と判定する、そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過回転異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。なお、電動機過回転異常の場合の保護動作は、電動機１２で電動駆動中、発電中共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護動作がエンジンシステム１で行われるので、説明を省略する。
【００８７】
保護動作中に、コントローラ２１では、電動機１２の回転数が解除回転Ｒｒより小さくなった場合には、電動機過回転異常が解除と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過回転異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。この際、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、保護制御を解除して通常制御に復帰する。また、コントローラ２１では単位時間内に所定回数連続して電動機過回転異常を検出した場合にはシステム異常と判定し、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、イグニッションスイッチによるリセットが行われるまで保護制御を継続する。
【００８８】
ＩＰＭ異常の場合について説明する。コントローラ２１では、インバータ１９（ＩＰＭ）からインバータフェール信号ＩＳを受信し、インバータフェール信号にフェール判定が設定されている場合にＩＰＭ異常と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＩＰＭ異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。なお、電動機１２で電動駆動中のＩＰＭ異常の場合の保護動作は、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護動作がエンジンシステム１で行われるので、説明を省略する。
【００８９】
電動機１２で発電中の場合、コントローラ２１では、回生量をゼロにするゲート信号Ｇｇを設定し、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に送信する。すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０では電動機１２からのバッテリ１８への充電量をゼロにする。このような保護動作により、直ちに、電動機１２での回生（発電）を停止させるので、電動機１２での過電流等を引き起こしてその異常度合いを助長することがなくなる。なお、ＩＰＭ異常の場合のエンジンＥＣＵ１７の制御による保護動作は、ＤＣ／ＤＣコンバータ入力電圧異常の場合と同様の保護動作がエンジンシステム１で行われるので、説明を省略する。
【００９０】
保護動作中に、コントローラ２１では、インバータフェール信号ＩＳにフェール解消が設定されている場合には、ＩＰＭ異常が解除と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳにＩＰＭ異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。この際、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、保護制御を解除して通常制御に復帰する。また、コントローラ２１では単位時間内に所定回数連続してＩＰＭ異常を検出した場合にはシステム異常と判定し、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、イグニッションスイッチによるリセットが行われるまで保護制御を継続する。
【００９１】
電動機過電流異常について説明する。コントローラ２１では、巻線１２ａ，１２ｃに流れる電流Ｉｕ，Ｉｗを取り入れ、各相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗのいずれかの電流が異常電流Ｉｆより大きくなった場合に電動機過電流異常と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過電流異常を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。なお、電動機過電流異常の場合の保護動作は、電動機１２で電動駆動中、発電中共に、ＩＰＭ異常の場合と同様の保護動作がエンジンシステム１で行われるので、説明を省略する。この保護動作により、直ちに、電動機１２での回生（発電）を停止させるので、電動機１２からの過電流により素子に不具合を発生させたりあるいは電動機１２で過回転となってタービン等に不具合を引き起こしてその異常度合いを助長することがなくなる。
【００９２】
保護動作中に、コントローラ２１では、異常となった電流が解除電流Ｉｒより小さくなった場合には、電動機過電流異常が解除と判定する。そして、コントローラ２１では、フェール信号ＦＳに電動機過電流異常解除を設定し、エンジンＥＣＵ１７に送信する。この際、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、保護制御を解除して通常制御に復帰する。また、コントローラ２１では単位時間内に所定回数連続して電動機過電流異常を検出した場合にはシステム異常と判定し、コントローラ２１及びエンジンＥＣＵ１７では、イグニッションスイッチによるリセットが行われるまで保護制御を継続する。
【００９３】
このエンジンシステム１によれば、コントローラ２１により電動機１２で電動駆動中／発電中に発生している各部での異常を検出し、各異常に対して保護動作を行うので、その異常による他の異常の誘発を防止するとともに各部での不具合現象の発生を防止又は抑制する。
【００９４】
電動機１２での電動駆動中、エンジンシステム１では、電動機１２での電動駆動を停止するが、電動機１２によるアシストがない場合のフェール時制御マップに切り換えて各部を制御するので、ターボチャージャ１１による過給圧の低下を抑え、エンジン１０の出力低下を抑えることができる。また、エンジンシステム１では、希薄燃焼による成層運転を行っている場合にはストイキ燃焼による均質運転に切り換えるので、吸入空気量が低減しても、エンジン１０の出力低下を抑えることができる。
【００９５】
電動機１２での発電中、エンジンシステム１では、電動機１２での回生量を徐々に低減させ、電動機１２での排気エネルギの回収を継続させるので、電動機１２での過回転異常等が発生しない。その際、エンジンシステム１では、タービン１１ａに作用する排気エネルギを低減させるので、電動機１２での回生量を低減させることができる。排気エネルギを低減させる際に、エンジンシステム１では、エンジン１０の出力を低下させない手段を優先して使用するので、エンジン１０の出力低下による自動車の走行フィーリングの低下を極力抑えることができる。また、エンジンシステム１では、排気エネルギを効果的に低下させる手段を優先して使用するので、タービン１１ａの回転数を迅速に減少させることができる。
【００９６】
特に、エンジンシステム１では、電動機１２での発電によって異常の度合いを助長させるような異常が発生した場合には、電動機１２での発電を直ちに停止させるので、その異常によって他の異常を発生させることがないし、不具合現象も大きくならない。
【００９７】
また、エンジンシステム１では、ウェイストゲートバルブ、バリアブルノイズ機構、スロットルバルブ、電子制御式燃料噴射装置及びそのアクチュエータや制御装置によりタービン１１ａに作用する排気エネルギを低減させるので、自動車に備わっている既存のシステムにより排気エネルギ低減手段を構成でき、低コストで保護装置を構築できる。
【００９８】
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、本実施の形態では電動機付ターボチャージャの電動機に適用したが、タービンで受けた排気エネルギにより発電のみを行うタービン用発電機にも適用可能である。この場合には、上記の電動駆動中の保護動作は行われない。
また、本実施の形態ではリーンバーンエンジンを適用したが、リーンバーンエンジンでなくてもよく、リーンバーンエンジンでない場合にはフェール時に成層運転から均質運転に切り換えるような制御が行われない。
また、本実施の形態ではタービン作用低減手段をウェイストゲートバルブとバリアブルノズル機構によって２つ構成したが、いずれか一方のみでもよいし、あるいは、他の手段によって構成してもよい。また、本実施の形態では出力低下手段をスロットルバルブと電子制御式燃料噴射装置によって２つ構成したが、いずれか一方のみでもよいし、あるいは、他の手段によって構成してもよい。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、発電機による発電中に異常が検出された場合でもその異常に対応して保護動作し、異常度合いが助長されるのを防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係るエンジンシステムの構成図である。
【図２】本実施の形態に係るインバータの概略構成図である。
【図３】本実施の形態に係るコントロール回路におけるＶＣＯ及びゲート信号を示す波形である。
【図４】本実施の形態に係るＤＣ／ＤＣコンバータの概略構成図である。
【符号の説明】
１…エンジンシステム、１０…エンジン、１１…ターボチャージャ、１１ａ…タービン、１１ｂ…コンプレッサ、１１ｃ…シャフト、１２…電動機、１２ａ〜１２ｃ…巻線、１３…吸気通路、１４…排気通路、１４ａ…バイパス通路、１５…スロットルバルブ、１５ａ・・・アクチュエータ、１６…ウェイストゲートバルブ、１６ａ…アクチュエータ、１７…エンジンＥＣＵ、１８…バッテリ、１９…インバータ、１９ａ〜１９ｆ…パワーＦＥＴ、２０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２０ａ，２０ｃ…パワートランジスタ、２０ｂ…コイル、２１…コントローラ、２１ａ…トランジスタ、２２…コントロール回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a turbine generator protection device that responds to abnormalities during operation of the generator.
[0002]
[Prior art]
Some turbochargers having a turbine / compressor provided in an automobile engine incorporate an electric motor in order to improve output characteristics in a low rotation range. In the electric motor, during acceleration or the like, the electric motor is electrically driven by electric energy from a battery, and the turbine / compressor is forcibly driven to rotate to assist supercharging by a turbocharger. The electric motor also functions as a generator that converts energy given to the electric motor into electric energy. Therefore, when the electric motor incorporated in the turbocharger does not require the driving force of the electric motor at the time of deceleration or the like, it generates electric power using the exhaust energy received by the turbine, recovers the exhaust energy as electric energy, and charges the battery. I do.
[0003]
In addition, an automobile is equipped with an alternator as a generator in addition to an electric motor incorporated in a turbocharger. The alternator uses the rotation of the engine to generate power, and charges the battery with electric energy. Conventionally, in an automobile equipped with an electric motor and an alternator incorporated in a turbocharger, if an abnormality occurs in the alternator or various parts related to the alternator and power cannot be generated (charged) by the alternator, the electric drive by the electric motor is stopped. In addition, there is one that generates electric power using an electric motor instead of an alternator (see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-257450
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, Patent Literature 1 does not disclose a response when an abnormality occurs in the electric motor or each unit related to the electric motor during generation of the electric motor incorporated in the turbocharger.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a protection device for a turbine generator capable of coping with an abnormality when an abnormality occurs during power generation in the generator.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The protection device for a turbine generator according to the present invention is a protection device for a turbine generator provided in an internal combustion engine, wherein the abnormality detection unit detects an abnormality during power generation by the generator and the abnormality detection unit detects the abnormality. Power generation control means for continuing power generation even in the case where power generation is performed.
[0008]
The protection device for the turbine generator detects whether an abnormality has occurred in the generator itself or each part necessary for performing power generation and charging by the generator during power generation by the generator, and has detected the abnormality. Even in such a case, the power generation by the generator is continued. That is, a turbine converts exhaust energy discharged from an internal combustion engine into rotational energy, and a generator converts the rotational energy into electric energy. Therefore, when the power generation by the generator is stopped, the exhaust energy is not recovered as the electric energy, and the turbine is excessively rotated by the non-recovered exhaust energy. As a result, a load is applied to the turbine, and an abnormality occurs in the turbine, or an abnormality occurs in other parts due to an increase in the back pressure. Therefore, even when an abnormality occurs, the power generation by the generator is continued, and the occurrence of the abnormality in the turbine or the like is prevented.
[0009]
The turbine generator is a generator that receives exhaust energy discharged from an internal combustion engine by a turbine and generates power using the exhaust energy received by the turbine.
[0010]
In the protection device for a turbine generator according to the present invention, the power generation control means may be configured to stop the power generation when an abnormality whose degree of abnormality is promoted by the power generation by the generator is detected.
[0011]
In the protection device for a turbine generator, when an abnormality occurs during power generation by the generator, and when the degree of abnormality increases due to the power generation, the power generation is stopped. When the degree of abnormality increases, power generation is immediately stopped to prevent a fatal abnormality in the generator or turbine or the abnormality from spreading to other parts.
[0012]
In the turbine generator protection device of the present invention, the abnormality whose degree of abnormality is promoted by the power generation by the generator is an overcurrent abnormality in the generator.
[0013]
In this protection device for a turbine generator, if an overcurrent occurs in the generator, an abnormality may occur in the element circuit through which the overcurrent flows or an abnormality in the turbine due to overspeed, etc. Stop power generation.
[0014]
In the turbine generator protection device of the present invention, the turbine generator is a turbocharger motor, and the abnormality whose degree of abnormality is promoted by power generation by the generator is an abnormality of an element circuit that drives the motor.
[0015]
In the protection device for a turbine generator, when an abnormality occurs in an element circuit that drives the motor, an overcurrent may flow through the motor (generator), and thus the generation by the motor is stopped.
[0016]
The protection device for a turbine generator according to the present invention includes exhaust energy reduction means for reducing exhaust energy acting on the turbine. When an abnormality is detected during power generation by the generator, the exhaust energy reduction means supplies the turbine with the exhaust energy reduction means. It may be configured to reduce the acting exhaust energy.
[0017]
With this turbine generator protection device, when an abnormality occurs in the generator itself or each part necessary for generating or charging by the generator during power generation by the generator, exhaust gas acting on the turbine by means of exhaust energy reduction means Reduce energy. By reducing the exhaust energy, the rotational energy converted by the turbine is also reduced, so that the amount of power generated by the generator can be reduced. As a result, it is possible to prevent over-rotation in the turbine, and finally stop power generation in the generator.
[0018]
In the turbine generator protection device of the present invention, when a plurality of exhaust energy reducing units are provided, the exhaust energy reducing units may be operated in the order of least influence on the output of the internal combustion engine.
[0019]
In the turbine generator protection device, when a plurality of exhaust energy reducing means are provided, the exhaust energy reducing means having little effect on the output of the internal combustion engine is sequentially operated to reduce the exhaust energy acting on the turbine. As the exhaust energy reducing means, there are various means such as a means for reducing the output of the internal combustion engine to reduce the exhaust energy itself, and a means for reducing the exhaust energy acting on the turbine without reducing the exhaust energy itself. There are also measures that can affect engine output. When the output of the internal combustion engine decreases, a shock due to the decrease in output is applied to a vehicle equipped with the internal combustion engine. Therefore, the operation order of the exhaust energy reduction means is determined so as to reduce or prevent the shock.
[0020]
The effect on the output of the internal combustion engine is not only the effect on the output of the internal combustion engine itself, but also on the amount of intake air in the internal combustion engine, which affects the output of the internal combustion engine, and the fuel on the internal combustion engine. It also includes the effect on the injection amount and the effect on the air-fuel ratio in the internal combustion engine.
[0021]
In the turbine generator protection device according to the present invention, the plurality of exhaust energy reducing units include a turbine operation reducing unit that does not allow a part or all of the exhaust energy from the internal combustion engine to act on the turbine and an output reduction that reduces the output of the internal combustion engine. Means, and the turbine action reducing means may be preferentially operated.
[0022]
In this turbine generator protection device, as one of the exhaust energy reducing means, there is a turbine action reducing means for preventing part or all of the exhaust energy from the internal combustion engine from acting on the turbine, and as another means, the output of the internal combustion engine is reduced. If there is an output reduction means for reducing power generation, when an abnormality occurs during power generation by the generator, first, the exhaust energy acting on the turbine is reduced by the turbine action reduction means. When the exhaust energy acting on the turbine is reduced by the turbine action reducing means, the impact on the output of the internal combustion engine is small or not, so that the shock given to the vehicle is small.
[0023]
In the turbine generator protection device of the present invention, the turbine action reducing means may be a waste gate valve opening means.
[0024]
In this protection device for a turbine generator, the turbine action reducing means is configured as a means for opening a waste gate valve provided upstream of the turbine in the exhaust passage, so that the exhaust gas (exhaust energy) does not pass through the turbine. ) Can be discharged, and the existing system can be used to constitute the turbine action reducing means. The opening of the valve includes not only the case where the valve is completely opened but also the case where the opening is increased from the current opening.
[0025]
In the turbine generator protection device of the present invention, the turbine action reducing unit may be a variable nozzle valve opening unit.
[0026]
In this protection device for a turbine generator, the flow rate of the exhaust gas received by the turbine is reduced (the exhaust energy is reduced) by configuring the turbine action reducing means as a means for opening a variable nozzle provided in the turbine. Therefore, the existing system can be used to configure the turbine action reducing unit. The opening of the valve includes not only the case where the valve is completely opened but also the case where the opening is increased from the current opening.
[0027]
The protection device for a turbine generator according to the present invention has a waste gate valve opening means and a variable nozzle opening means as turbine action reducing means, wherein the waste gate valve opening means is preferentially operated. May be.
[0028]
In the protection device for a turbine generator, when the waste gate valve opening means and the variable nozzle opening means are provided as the turbine action reducing means, when an abnormality occurs during the power generation by the generator, the waste gate The exhaust energy acting on the turbine is reduced by the valve opening means. Since the wastegate valve can reduce the amount of exhaust energy acting on the turbine more, the rotation in the generator (turbine) can be more quickly converged than the variable nozzle.
[0029]
In the protection device for a turbine generator according to the present invention, the output reduction means may be a throttle valve closing means.
[0030]
In this turbine generator protection device, by configuring the output reduction means as a means for closing the throttle valve, exhaust energy can be reduced by reducing the intake air amount of the internal combustion engine and reducing the output of the internal combustion engine. The output reduction means can be configured using an existing system. Note that closing the valve includes not only the case where the valve is completely closed but also the case where the opening is reduced from the current opening.
[0031]
In the protection device for a turbine generator according to the present invention, the output reduction unit may be a fuel injection amount reduction unit.
[0032]
In this turbine generator protection device, the output reduction means is configured as a means for reducing the fuel injection amount in the fuel injection device, thereby reducing the fuel supplied to the internal combustion engine and reducing the output of the internal combustion engine. The exhaust energy can be reduced, and the output reduction means can be configured using an existing system.
[0033]
In the turbine generator protection device of the present invention, the target power generation amount for the generator at the time of abnormality may be determined in accordance with the rotation speed of the generator.
[0034]
In the protection device for a turbine generator, when an abnormality occurs during power generation by the generator, the target power generation amount of the generator is determined according to the rotation speed of the turbine. At the time of abnormality, since the exhaust energy acting on the turbine is reduced by the exhaust energy reducing means, the rotation speed of the turbine (motor) decreases. Therefore, the target power generation amount determined according to the rotation speed of the electric motor also decreases, so that the power generation by the generator can be stopped quickly.
[0035]
In the turbine generator protection device of the present invention, the turbine generator is a turbocharger motor, and when an abnormality is detected while the motor is being driven, the internal combustion engine is switched to a homogeneous operation when the engine is in a stratified operation. May be configured.
[0036]
In the protection device for a turbine generator, when an abnormality is detected during the electric drive of the turbocharger electric motor as the turbine generator, the operation is switched to the homogeneous operation when the stratified operation is performed in the internal combustion engine. If an abnormality is detected during the electric drive of the electric motor, control is performed so as to stop the electric drive of the electric motor.Therefore, the assist of the turbocharger by the electric motor is lost, the supercharging pressure is reduced, and the intake of the internal combustion engine is reduced. Air volume is reduced. For this reason, in the case of stratified operation, since a lean mixture is burned as a whole by lean combustion, the mixture becomes extremely thin due to a reduction in the intake air amount, and the output of the internal combustion engine decreases. Therefore, the operation is switched from the stratified operation to the homogeneous operation, and the air-fuel mixture is enriched by stoichiometric combustion to suppress a decrease in output of the internal combustion engine.
[0037]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a protection device for a turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0038]
In the present embodiment, the present invention is applied to a vehicle equipped with a lean burn engine and having a turbocharger with an electric motor in the lean burn engine. The turbocharger with an electric motor according to the present embodiment includes a variable nozzle mechanism, and a wastegate valve is provided upstream of the turbine in the exhaust passage. In this embodiment, an electric control unit (ECU) that controls an engine, a controller that controls a turbocharger, an electronically controlled throttle valve that can adjust the output of an engine, and a motor protection device according to the present invention are provided. It comprises an electronically controlled fuel injection device, a variable nozzle mechanism capable of adjusting the exhaust energy acting on the turbine, and a wastegate valve. In the protection device according to the present embodiment, at least five failures that may occur during the operation of the motor can be protected, and the five failures include a DC / DC converter input voltage abnormality and an inverter input voltage. There are abnormalities, motor overspeed abnormalities, IPM abnormalities, and motor overcurrent abnormalities.
[0039]
The configuration of the engine system 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a configuration diagram of the engine system. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the inverter. FIG. 3 is a waveform showing a VCO and a gate signal in the control circuit. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a DC / DC converter.
[0040]
The engine system 1 is mounted on a vehicle and obtains a driving force for driving the vehicle by the engine 10, and outputs the driving force from driving wheels (not shown) via a transmission (not shown) or the like. ing. In the engine system 1, the intake air amount of the engine 10 is supercharged by the turbocharger 11 in order to enhance the output characteristics of the engine 10. Further, in the engine system 1, the turbocharger 11 is forcibly driven by the electric motor 12 in order to improve the rise of the supercharging pressure in the low rotation range. Further, in the engine system 1, electric power is generated by the electric motor 12 at the time of deceleration or the like.
[0041]
The engine 10 is a lean burn engine, which saves gasoline consumption by lean combustion to achieve low fuel consumption. At low load, the engine 10 performs stratified operation by lean burn (lean burn) (combustion at an air-fuel ratio in which the proportion of air is greater than the ideal air-fuel ratio), and at high load, stoichiometric combustion (combustion near the ideal air-fuel ratio). Perform homogeneous operation.
[0042]
The engine 10 draws air from an intake passage 13 and exhausts exhaust gas to an exhaust passage 14. In the intake passage 13, a compressor side of the turbocharger 11, an intercooler (not shown), a throttle valve 15, and the like are provided from the upstream side. In the exhaust passage 14, a waste gate valve 16, a turbine side of the turbocharger 11, an exhaust purification catalyst (not shown), and the like are provided from the upstream side.
[0043]
On the intake side, first, air taken in from the uppermost stream of the intake passage 13 is supercharged by the turbocharger 11. The temperature of the intake air flowing out of the turbocharger 11 rises due to a rise in pressure due to supercharging. Therefore, in the intercooler, the temperature of the intake air whose temperature has increased is reduced by an air-cooling method, and the charging efficiency is improved. Subsequently, the throttle valve 15 adjusts the amount of air taken into the engine 10. The adjusted air is drawn into the engine 10. The throttle valve 15 is an electronically controlled valve, and its opening is determined by the engine ECU 17, and the opening is adjusted by controlling the actuator 15 a that opens and closes the valve according to the throttle valve signal SS from the engine ECU 17. The actuator 15a drives the throttle valve 15 in accordance with the opening indicated by the throttle valve signal SS.
[0044]
On the exhaust side, first, the exhaust gas exhausted from the engine 10 rotates the turbine 11a of the turbocharger 11. At this time, the exhaust energy is consumed by the turbocharger 11 during acceleration or the like, and is consumed by power generation by the electric motor 12 during deceleration. The exhaust gas that has passed through the turbine 11a is purified by an exhaust purification catalyst. On the exhaust side, a wastegate valve 16 is provided upstream of the turbine 11a in the exhaust passage 14. When the wastegate valve 16 is closed, exhaust gas flows downstream through the turbine 11a, When the waste gate valve 16 is open, part or all of the exhaust gas flows downstream through the bypass passage 14a bypassing the turbine 11a. The waste gate valve 16 is an electronically controlled valve for controlling the supercharging pressure by reducing the exhaust gas (exhaust energy) acting on the turbine 11a. An actuator 16a for opening and closing the valve is controlled by the waste gate valve signal WS to adjust the opening. The actuator 16a drives the waste gate valve 16 in accordance with the opening indicated by the waste gate valve signal WS.
[0045]
The turbocharger 11 uses the exhaust energy from the engine 10 to increase the supercharging pressure. In the turbocharger 11, a turbine 11a is disposed in an exhaust passage 14, and a compressor 11b is disposed in an intake passage 13, and both wheels are connected by a shaft 11c. A rotor (not shown), which is a component of the electric motor 12, is fixed to the center of the shaft 11c.
[0046]
Further, the turbocharger 11 is provided with a variable nozzle mechanism (not shown). In the variable nozzle mechanism, a plurality of movable vanes are arranged at a nozzle portion located outside the turbine 11a, and the flow rate (exhaust energy) of the exhaust gas flowing from the variable nozzle toward the turbine 11a is adjusted. This is a mechanism for controlling the supply pressure. The variable nozzle (movable vane) is of an electronic control type. The nozzle area is determined by the engine ECU 17, and an actuator (not shown) that changes the angle of the movable vane is controlled by a nozzle signal NS from the engine ECU 17 to control the nozzle area. Is adjusted. This actuator drives the movable vanes according to the nozzle area indicated by the nozzle signal NS.
[0047]
The electric motor 12 is a three-phase AC motor, assists the supercharging pressure of the turbocharger 11, and charges the battery 18 during regeneration. In the electric motor 12, a stator (not shown) is provided around a rotor provided with magnets. The stator is formed by winding a plurality of laminated steel sheets with windings, and is fixed to a housing of the turbocharger 11. The windings include a U-phase winding 12a, a V-phase winding 12b, and a W-phase winding 12c (see FIG. 2). The electric motor 12 is constructed inside a housing of the turbocharger 11 with a rotor and a stator as main components and a shaft 11c as an output shaft. In the electric motor 12, when power is sequentially supplied from the inverter 19 to the U-phase winding 12a, the V-phase winding 12b, and the W-phase winding 12c, a magnetic field is sequentially generated. The rotor rotates due to the interaction with the magnetic field of the magnet. Further, the electric motor 12 generates electric power when rotational energy corresponding to the exhaust energy is supplied from the turbine 11 a, and charges the generated electric power to the battery 18 via the inverter 19 and the DC / DC converter 20.
[0048]
The inverter 19 is connected between the electric motor 12 and the DC / DC converter 20, and is composed of an IPM (Intelligent Power Module). The IPM also includes six power FETs [Field Effect Transistors] 19a to 19f, a temperature sensor (not shown), a current sensor (not shown), and the like (see FIG. 2). Electric power is supplied from the battery 18. The inverter 19 supplies electric power to the windings 12a, 12b, 12c of the electric motor 12 based on the gate signals Ga to Gf from the control circuit 22. For this purpose, the inverter 19 has an upper arm and a lower arm for the windings 12a, 12b, and 12c of the electric motor 12, respectively. A power FET 19d is provided on the side arm, a power FET 19b is provided on the upper arm for the V-phase winding 12b, a power FET 19e is provided on the lower arm, and a power FET 19c is provided on the upper arm for the W-phase winding 12c. A power FET 19f is provided on the lower arm.
[0049]
As an example of power supply by the inverter 19, power supply to the U-phase winding 12a will be described. The power FET 19a of the upper arm is turned on / off based on the gate signal Ga, and when the gate signal Ga is 1, the power FET 19a is turned on to supply the power supply voltage (12 V) to the winding 12a, and when the gate signal Ga is 0, The power FET 19a turns off (see FIG. 3). On the other hand, the power FET 19d of the lower arm is turned on / off based on the gate signal Gd, and when the gate signal Gd is 1, the power FET 19d is turned on and the winding (12a) is connected to ground (0 V) via the power FET 19d. When the gate signal Gd is 0, the power FET 19d is turned off (see FIG. 3).
[0050]
Inverter 19 (IPM) determines whether a failure has occurred in the module based on detection values from a temperature sensor (not shown), a current sensor (not shown), and a voltage sensor (not shown). I do. After determining a failure, the inverter 19 (IPM) determines whether the failure has been resolved based on the detected value. In the inverter 19, when any one of the failures is determined, a failure determination is set in the inverter failure signal IS, and when the failure is resolved after the failure determination, the inverter failure signal IS is set to fail elimination. The signal IS is transmitted to the controller 21. As the failure, for example, a heating failure when the temperature of the module rises to a predetermined temperature or higher, a power supply voltage failure in the case of a power supply voltage abnormality for driving the power FETs 19a to 19f, the power FETs 19a to 19f and the electric motor 12 are short-circuited. There is a short circuit failure in the case.
[0051]
The DC / DC converter 20 is connected between the battery 18 and the inverter 19 and converts DC power input and output between the battery 18 and the inverter 19. The DC / DC converter 20 includes a power transistor 20a, a coil 20b, a power transistor 20c, and the like. The power generation (regeneration amount) of the electric motor 12 is adjusted by turning on / off the power transistors 20a and 20c. In the DC / DC converter 20, the power transistor 20a is turned on in response to the on signal of the gate signal Gg from the controller 21, and is turned off when the current flowing through the coil 20b reaches a predetermined current value. In the DC / DC converter 20, when the power transistor 20a does not turn on again before reaching the predetermined current value, the power generated by the electric motor 12 is output to the battery 18 (charged), and before reaching the predetermined current value. When the gate signal Gg becomes an ON signal and the power transistor 20a is turned on again, no output is made to the battery 18. Incidentally, the power generation amount (regeneration amount) is smaller as the ON / OFF cycle of the gate signal Gg is longer, and the power generation amount is larger as the cycle is shorter. Further, in the DC / DC converter 20, at the time of assist, the power transistor 20c is turned on in response to the on signal of the gate signal Gh from the controller 21, so that power can be supplied from the battery 18. In the DC / DC converter 20, at the time of regeneration, the power transistor 20c is turned off in response to the off signal of the gate signal Gh from the controller 21, and output (charging) to the battery 18 becomes possible.
[0052]
The engine ECU 17 is an electronic control unit including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The engine ECU 17 is connected to various sensors, sets various control amounts and the like based on detection values from the various sensors, and controls the engine 10 and each unit related to the engine 10. When setting the following control amounts, the engine ECU 17 sets the control amounts using a control map indicating a control amount determined according to each parameter, and holds various control maps. The various control maps include a normal control map when the electric motor 12 is assisted and a fail control map when the electric motor 12 is not assisted. The fail control map defines a control amount such that the supercharging pressure by the turbocharger 11 does not decrease even when the assist by the electric motor 12 is lost.
[0053]
The engine ECU 17 controls the output of the engine 10 by adjusting the intake air amount and the fuel injection amount of the engine 10. For this purpose, the engine ECU 17 sets the opening of the throttle valve 15 based on the operation amount of an accelerator pedal (not shown) or the like, and transmits a throttle valve signal SS indicating the opening to the actuator 15a. Further, the engine ECU 17 determines an air-fuel ratio based on an operation amount of an accelerator pedal, an engine speed, and the like, sets a fuel injection amount and an intake air amount based on the determined air-fuel ratio, and sets a fuel indicating the fuel injection amount. An injection amount signal JS is transmitted to an electronically controlled fuel injection device (not shown), and an intake air amount signal indicating an intake air amount is transmitted to a surge tank (not shown). At this time, the engine ECU 17 determines an air-fuel ratio for performing lean combustion when the load is low, and causes the engine 10 to collect a rich air-fuel mixture at the center of a combustion chamber (not shown) to perform stratified operation. Further, the engine ECU 17 determines the air-fuel ratio near the ideal air-fuel ratio at the time of high load, and causes the engine 10 to perform the homogeneous operation with the concentration of the air-fuel mixture substantially constant throughout the combustion chamber. Incidentally, the exhaust energy exhausted from the engine 10 increases or decreases in accordance with the output of the engine 10, and the exhaust energy from the engine 10 can be reduced by decreasing the output of the engine 10.
[0054]
Further, the engine ECU 17 adjusts the exhaust energy acting on the turbine 11a and controls the supercharging pressure of the turbocharger 11. For this purpose, the engine ECU 17 sets the opening of the waste gate valve 16 based on the boost pressure or the like, and transmits a waste gate valve signal WS indicating the opening to the actuator 16a. Further, the engine ECU 17 sets the nozzle area of the variable nozzle based on the supercharging pressure or the like, and transmits a variable nozzle signal NS indicating the nozzle area to the actuator.
[0055]
Further, the engine ECU 17 determines a control amount of the electric motor 12. For this purpose, the engine ECU 17 sets the assist amount by the electric motor 12 based on the engine speed or the like at the time of acceleration or the like, and transmits an assist amount signal AS indicating the assist amount to the controller 21. In addition, the engine ECU 17 sets a target regenerative amount (power generation amount) by the electric motor 12 based on the battery charge amount or the like at the time of deceleration or the like, and transmits a regenerative amount signal CS indicating the regenerative amount to the controller 21.
[0056]
Further, the engine ECU 17 functions as a control unit of a protection device for a failure during electric drive / power generation by the electric motor 12. Therefore, upon receiving the fail signal FS from the controller 21, the engine ECU 17 performs the following protection control in accordance with the fail mode indicated by the fail signal FS. Although the fail signal FS has five failure modes, the engine ECU 17 performs the same control.
[0057]
In the case of a failure during electric drive by the electric motor 12, the engine ECU 17 does not provide the assist by the electric motor 12 due to the stop of the electric drive of the electric motor 12 (because the supercharging pressure is reduced). The map is switched from the normal control map to the fail control map. Further, in the engine ECU 17, since the supercharging pressure is reduced and the intake air amount in the engine 10 is reduced, when the stratified operation by the lean combustion is performed, the operation is switched to the homogeneous operation by the stoichiometric combustion.
[0058]
In the case of a failure during power generation by the electric motor 12, the engine ECU 17 performs control to reduce exhaust energy acting on the turbine 11a in order to gradually lower the rotation of the turbine 11a (electric motor 12). At this time, the engine ECU 17 performs the following four protection controls in ascending order of the decrease in the output of the engine 10 and in descending order of the decrease in the exhaust energy acting on the turbine 11a. At this time, the engine ECU 17 does not perform the subsequent control if the failure is eliminated while performing any one of the four protection controls. Further, the engine ECU 17 sets a target regenerative amount (power generation amount) of the electric motor 12 that is reduced in accordance with a decrease in the rotation speed of the electric motor 12, and transmits a regenerative signal CS indicating the regenerative amount to the controller 21. The engine ECU 17 obtains the rotation speed of the electric motor 12 from the controller 21.
[0059]
First, the engine ECU 17 transmits a waste gate valve signal WS indicating that the waste gate valve 16 is opened to the actuator 16a. Next, the engine ECU 17 transmits to the actuator a variable nozzle signal NS indicating that the variable nozzle is to be opened (to maximize the nozzle area). Incidentally, both the protection control by the waste gate valve 16 and the protection control by the variable nozzle do not cause a decrease in the output of the engine 10, but opening the waste gate valve 16 reduces the exhaust energy acting on the turbine 11a more. . The waste gate valve 16 may be controlled so as to gradually increase the opening instead of fully opening, or may be controlled so as not to fully open the variable noise but gradually increase the opening. May be.
[0060]
Next, the engine ECU 17 transmits a throttle valve signal SS indicating that the opening of the throttle valve 15 is gradually reduced to the actuator 15a. Finally, the engine ECU 17 transmits a fuel injection amount signal JS indicating that the fuel injection amount is gradually reduced to the electronically controlled fuel injection device. Both the protection control by the throttle valve 15 and the protection control by the electronically controlled fuel injection device cause a decrease in the output of the engine 10, but the decrease in the intake air amount by the throttle valve 15 decreases the output of the engine 10. Less is.
[0061]
In the present embodiment, the engine ECU 17, the waste gate valve 16, and the actuator 16a constitute a waste gate valve opening means (one of the turbine action reducing means), and the engine ECU 17, the variable noise mechanism, and the actuator make the variable nozzle opening. The engine ECU 17, the throttle valve 15, and the actuator 15a constitute the throttle valve closing means (one of the output reduction means), and constitute the valve means (one of the turbine action reducing means). This constitutes a fuel injection amount lowering unit (one of output lowering units).
[0062]
The controller 21 and the control circuit 22 are devices that control electric driving / generation of the electric motor 12. The controller 21 includes an IC [Integrated Circuit] for the controller, and controls the control of the electric motor 12. The control circuit 22 is under the control of the controller 21 and controls power supply to the electric motor 12 by the inverter 19. The controller 21 also starts / stops the control circuit 22. In the present embodiment, the controller 21 functions as an abnormality detection unit and a power generation control unit.
[0063]
The controller 21 receives the assist amount signal AS or the regenerative amount signal CS from the engine ECU 17 in order to obtain a target control amount when controlling the electric drive / generation of the electric motor 12. Upon receiving the assist amount signal AS, the controller 21 transfers the assist amount signal AS to the control circuit 22. Further, the controller 21 takes in the divided voltages Vu, Vv, Vw of the terminal voltages of the three-phase windings 12a, 12b, 12c of the electric motor 12, and transfers the divided voltages Vu, Vv, Vw to the control circuit 22. Upon receiving the regeneration amount signal CS, the controller 21 determines the ON / OFF cycle of the gate signal Gg based on the regeneration amount indicated in the regeneration amount signal CS, and converts the gate signal Gg having the determined cycle into DC / DC. Transmit to converter 20. Further, the controller 21 sets an ON signal as a gate signal Gh to supply power from the battery 18 at the time of assist, and sets an OFF signal as a gate signal Gh to charge the battery 18 at the time of regeneration, and sets the gate signal Gh to It transmits to DC / DC converter 20. The gate signal Gg is a signal for turning on the power transistor 20a of the DC / DC converter 20, and is a 1/0 pulse signal. The gate signal Gh is a signal for turning on / off the power transistor 20c of the DC / DC converter 20, and is a 1/0 signal.
[0064]
Upon receiving the assist amount signal AS, the control circuit 22 determines the target rotation speed of the electric motor 12 based on the assist amount indicated by the assist amount signal AS, and determines the frequency of the VCO [Voltage Controlled Oscillator] (the rotation speed of the electric motor 12). Equivalent). Further, the control circuit 22 detects the position of the rotor of the electric motor 12 based on the partial pressures Vu, Vv, Vw. Then, the control circuit 22 sets the rise of each pulse of the VCO based on the position of the rotor to generate the VCO. The VCO is a 1/0 pulse signal and has six periods per rotation of the electric motor 12 (see FIG. 3). Further, the control circuit 22 generates six gate signals Ga to Gf based on the detected position of the rotor of the electric motor 12 and the detected VCO (see FIG. 3). The gate signals Ga to Gf are signals for turning on / off the power FETs 19a to 19f of the inverter 19, and are 1/0 pulse signals.
[0065]
Further, the controller 21 functions as a control unit of a protection device against a failure during electric drive / power generation by the electric motor 12. For this purpose, the controller 21 is connected to various sensors, determines a failure of the electric motor 12 and each part related to the electric motor 12 based on detection values from the various sensors, and performs protection control on each failure. There are five failure modes: DC / DC converter input voltage abnormality, inverter input voltage abnormality, motor overspeed abnormality, IPM abnormality, and motor overcurrent abnormality. The controller 21 repeatedly executes the failure determination and the protection control at predetermined time intervals. If any one of the above-mentioned abnormalities is detected a predetermined number of times in a unit time, it is determined that the system is abnormal. If it is determined that the system is abnormal, the controller 21 and the engine ECU 17 continue the protection control until reset by the ignition switch is performed, and do not return to the normal control.
[0066]
Incidentally, in the case of an abnormal input voltage of the DC / DC converter, the cause thereof is a disconnection of the cable of the battery 18 or a power generation control failure by another generator such as an alternator (not shown). There is a possibility that an abnormality of the element such as 20b, an abnormality of the battery 18, heating of the harness, etc. may occur. In the case of the inverter input voltage abnormality, the cause thereof is disconnection of the cable of the battery 18, poor control of the DC / DC converter 20, and the like, and the failure phenomena may include element abnormality such as the power FETs 19 a to 19 f and heating of the harness. There is. In the case of a motor overspeed abnormality, the causes thereof include poor regenerative control, an increase in exhaust energy, an overcurrent in the motor 12, and the like, and failure phenomena include an abnormality in the turbine 11a, an abnormality in other parts due to an increase in back pressure, and the like. May occur. In the case of the IPM abnormality, the causes are insufficient cooling, short circuit in the IPM, short circuit in the electric motor 12, defective control board, and the like, and the failure phenomenon may include element abnormality of the power FETs 19a to 19f, heating of the harness, and the like. There is. In the case of a motor overcurrent abnormality, the cause thereof is a short circuit in the motor 12, poor control of the motor 12, and the like, and the failure phenomena include abnormality of the turbine 11a due to excessive rotation of the motor 12, element abnormality such as the power FETs 19a to 19f, Heating of the harness may occur.
[0067]
The controller 21 may stop the power supply to the electric motor 12 by the inverter 19 when performing the protection control. Therefore, the controller 21 includes six npn-type transistors 21a for turning off all the power FETs 19a to 19f of the inverter 19. Each transistor 21a has an emitter connected to the ground and a collector connected to the gates of the power FETs 19a to 19f of the inverter 19, respectively. When each transistor 21a is turned on, the gates of the power FETs 19a to 19f become the ground potential, and the power FETs 19a to 19f are turned off. Although FIG. 1 shows only one transistor 21a, there are actually six transistors corresponding to the six power FETs 19a to 19f.
[0068]
A case where the DC / DC converter input voltage is abnormal will be described. The controller 21 takes in the input voltage Vd to the DC / DC converter 20 from a voltage sensor (not shown) provided between the battery 18 and the DC / DC converter 20, and converts the input voltage Vd to the abnormal voltage of the DC / DC converter. If Vf1 is exceeded, it is determined that the DC / DC converter input voltage is abnormal, and protection control for this abnormality is performed. At this time, the controller 21 sets the DC / DC converter input voltage abnormality in the fail signal FS and transmits it to the engine ECU 17. When the DC / DC converter input voltage is abnormal, the controller 21 determines that the DC / DC converter input voltage abnormality has been resolved if the input voltage Vd becomes smaller than the DC / DC converter release voltage Vr1 (Vr1 <Vf1). Then, the protection control is released and the control returns to the normal control. At this time, the controller 21 sets the DC / DC converter input voltage abnormality cancellation in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17.
[0069]
If it is determined that the DC / DC converter input voltage is abnormal, when the motor 12 is electrically driven, the controller 21 turns on all six transistors 21 a and stops the power of the inverter 19 to stop the electric drive by the motor 12. The FETs 19a to 19f are all turned off (see FIG. 2). Incidentally, in the case of a DC / DC converter input voltage abnormality, there is a possibility that an overcurrent abnormality (and an overspeed abnormality) may occur in the electric motor 12, so that the electric drive of the electric motor 12 is stopped. On the other hand, when power is being generated by the electric motor 12, the controller 21 sets a gate signal Gg in which the regenerative amount is gradually reduced based on the regenerative amount signal CS from the engine ECU 17 and transmits the gate signal Gg to the DC / DC converter 20. . Incidentally, in the case of a DC / DC converter input voltage abnormality, since the degree of the abnormality is not promoted by the power generation by the motor 12, the amount of regeneration in the motor 12 is gradually reduced to continue the power generation. Such a gradual reduction in the regenerative amount does not cause an excessive rotation abnormality in the motor 12 due to exhaust energy not recovered by setting the regenerative amount to zero and reducing the amount of exhaust energy recovered in the motor 12 to zero at once. For. If the motor 12 is over-rotated, mechanical problems may occur in the motor 12 itself, the turbine 11a, or the like, or the back pressure may increase and mechanical problems may occur in other parts.
[0070]
A case where the inverter input voltage is abnormal will be described. The controller 21 takes in the input voltage Vi to the inverter 19 from a voltage sensor (not shown) provided between the DC / DC converter 20 and the inverter 19, and the input voltage Vi becomes higher than the inverter abnormal voltage Vf2. , It is determined that the inverter input voltage is abnormal, and protection control for this abnormality is performed. At this time, the controller 21 sets the inverter input voltage abnormality in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17. When the input voltage Vi becomes lower than the inverter release voltage Vr2 (Vr2 <Vf2) at the time of the inverter input voltage abnormality, the controller 21 determines that the inverter input voltage abnormality has been resolved, cancels the protection control, and normally releases the protection control. Return to control. At this time, the controller 21 sets the inverter input voltage abnormality cancellation in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17.
[0071]
When it is determined that the inverter input voltage is abnormal, the controller 21 performs the same protection control as in the case of the DC / DC converter input voltage abnormality. In the case of an inverter input voltage abnormality, an overcurrent abnormality (and an overspeed abnormality) may occur in the electric motor 12 during electric driving. Therefore, the electric driving in the electric motor 12 is stopped, and the degree of the abnormality is generated by the electric power generation in the electric motor 12. Therefore, the amount of regeneration in the electric motor 12 is gradually reduced to continue power generation.
[0072]
A case in which the motor is excessively rotated will be described. The controller 21 takes in the VCO from the control circuit 22, and when the motor rotation speed based on the VCO becomes larger than the abnormal rotation speed Rf, determines that the motor is overrunning abnormally and performs protection control for this abnormality. At this time, the controller 21 sets the motor overspeed abnormality in the fail signal FS and transmits it to the engine ECU 17. When the motor overspeed is abnormal, the controller 21 determines that the motor overspeed error has been resolved if the motor speed is smaller than the release speed Rr (where Rr <Rf), cancels the protection control, and returns to the normal state. Return to control. At this time, the controller 21 sets the motor over-rotation abnormality cancellation in the fail signal FS and transmits it to the engine ECU 17.
[0073]
When it is determined that the motor is over-rotating, the controller 21 performs the same protection control as in the case of the DC / DC converter input voltage abnormality. In the case of a motor over-rotation abnormality, there is a possibility that a mechanical failure (a failure of the turbine 11a or the motor 12 itself) or an increase in back pressure may occur due to the over-rotation of the motor 12 during the electric driving. Since the driving is stopped and the degree of abnormality is not promoted by the power generation by the electric motor 12, the amount of regeneration in the electric motor 12 is gradually reduced to continue the electric power generation.
[0074]
The case of the IPM abnormality will be described. The controller 21 receives the inverter failure signal IS from the inverter 19 (IPM). If the inverter failure signal IS is set to fail determination, the controller 21 determines that the IPM is abnormal, and performs protection control for this abnormality. At this time, the controller 21 sets an IPM abnormality in the fail signal FS and transmits it to the engine ECU 17. At the time of the IPM abnormality, the controller 21 receives the inverter failure signal IS from the inverter 19 (IPM), and when the failure elimination is set in the inverter failure signal IS, determines that the IPM abnormality has been eliminated and releases the protection control. To return to normal control. At this time, the controller 21 sets the IPM abnormality release in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17.
[0075]
When it is determined that the IPM is abnormal, the controller 21 performs the same protection control as that in the case of the DC / DC converter input voltage abnormality while the electric motor 12 is electrically driven. By the way, in the case of the IPM abnormality, the electric drive by the electric motor 12 is stopped because the electric motor 12 may cause the overcurrent abnormality (therefore, the excessive rotation abnormality). During power generation by the electric motor 12, the controller 21 sets a gate signal Gg for setting the regeneration amount to zero, and transmits the gate signal Gg to the DC / DC converter 20. Incidentally, in the case of the IPM abnormality, the electric power is generated by the electric motor 12 to cause an overcurrent or the like, which may promote the degree of the abnormality. Therefore, the amount of regeneration in the electric motor 12 is immediately reduced to zero to stop the electric power generation.
[0076]
The case of a motor overcurrent abnormality will be described. The controller 21 receives currents Iu and Iw flowing through the windings 12a and 12c from current sensors (not shown) provided for the windings 12a and 12c, respectively, and outputs any one of the currents Iu, Iv and Iw of each phase. If the current becomes larger than the abnormal current If, it is determined that the motor is overcurrent abnormal, and protection control for this abnormality is performed. At this time, the controller 21 sets the motor overcurrent abnormality in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17. When the motor overcurrent is abnormal, the controller 21 determines that the motor overcurrent abnormality has been resolved when the abnormal current becomes smaller than the release current Ir (however, Ir <If), and releases the protection control. Return to normal control. At this time, the controller 21 sets the motor overcurrent abnormality cancellation in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17. Although only the currents Iu and Iw of the two-phase windings are taken in, the sum of all the currents of the three-phase windings becomes zero. Therefore, the current Iv of the V-phase winding is obtained by an arithmetic operation.
[0077]
When it is determined that the motor overcurrent is abnormal, the controller 21 performs the same protection control as in the case of the abnormal DC / DC converter input voltage while the motor 12 is electrically driven. Incidentally, in the case of a motor overcurrent abnormality, there is a possibility that an excessive rotation abnormality may occur in the electric motor 12, so that the electric drive of the electric motor 12 is stopped. When the electric motor 12 is generating power, the controller 21 sets a gate signal Gg for setting the regeneration amount to zero, and transmits the gate signal Gg to the DC / DC converter 20. Incidentally, in the case of a motor overcurrent abnormality, an overcurrent from the motor 12 causes a failure in an element such as the power transistor 20a, or an abnormality in a turbine due to overspeed of the motor 12 or an abnormality or heat generation in another component due to an increase in back pressure. Therefore, there is a risk of causing an element abnormality or the like due to the occurrence of the abnormality and promoting the degree of the abnormality. Therefore, the amount of regeneration in the electric motor 12 is immediately reduced to zero to stop the power generation.
[0078]
At the time of electric drive, the assist by the electric motor 12 is stopped, and the supercharging pressure by the turbocharger 11 may decrease. However, the supercharging pressure is changed by switching the control map at the time of failure by the engine ECU 17 and changing the control amount. I try not to lower it. In addition, during regeneration, since the exhaust energy acting on the turbine 11a is reduced by the protection control by the engine ECU 17 and the number of revolutions of the electric motor 12 (turbine 11a) is reduced, an excessive rotation abnormality in the electric motor 12 may be generated. In addition, the amount of regeneration in the electric motor 12 can be reduced or made zero.
[0079]
With reference to FIGS. 1 to 4, a description will be given of a protection operation in the engine system 1 when a failure occurs during electric drive / power generation of the electric motor 12. Here, a case of a DC / DC converter input voltage abnormality, an inverter input voltage abnormality, a motor overspeed abnormality, an IPM abnormality, and a motor overcurrent abnormality will be described.
[0080]
A case where the DC / DC converter input voltage is abnormal will be described. The controller 21 takes in the input voltage Vd to the DC / DC converter 20, and determines that the DC / DC converter input voltage is abnormal when the input voltage Vd becomes higher than the DC / DC converter abnormal voltage Vf1. Then, the controller 21 sets the DC / DC converter input voltage abnormality in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17.
[0081]
When the electric drive is being performed by the electric motor 12, the controller 21 turns on all the six transistors 21a and turns off all the power FETs 19a to 19f of the inverter 19 (see FIG. 2). Then, the power supply to the electric motor 12 is stopped in the inverter 19, and the electric drive in the electric motor 12 is stopped. In addition, the engine ECU 17 switches the control map from the normal control map to the fail control map, and switches to the homogeneous operation by stoichiometric combustion when the stratified operation by lean combustion is performed. Then, each part operates so as to increase the supercharging pressure, and in the case of the stratified operation, the air-fuel ratio becomes close to the ideal air-fuel ratio. With such a protection operation, the reduction of the supercharging pressure by the turbocharger 11 is suppressed even when the assist by the electric motor 12 is lost, and even in the case of lean combustion, the supercharging pressure by the turbocharger 11 decreases and the intake air amount decreases. However, the output of the engine 10 does not decrease due to the stoichiometric combustion. Further, since the power supply to the electric motor 12 is stopped, other abnormalities such as an overcurrent abnormality and an excessive rotation abnormality do not occur in the electric motor 12. By the way, when an excessive rotation abnormality occurs, a trouble occurs in the electric motor 12 or the turbine, or a trouble occurs in other parts where the back pressure is increased.
[0082]
When power is being generated by the electric motor 12, the controller 21 sets a gate signal Gg in which the regenerative amount is gradually reduced based on the regenerative amount signal CS from the engine ECU 17 and transmits the gate signal Gg to the DC / DC converter 20. Then, in the DC / DC converter 20, the electric power generation by the electric motor 12 is continued, but the charge amount of the electric motor 12 to the battery 18 is gradually reduced. In addition, the engine ECU 17 transmits to the controller 21 a regeneration signal CS in which the amount of regeneration in the electric motor 12 is reduced in accordance with the decrease in the rotation speed of the electric motor 12. Further, the engine ECU 17 first transmits a waste gate valve signal WS indicating that the waste gate valve 16 is opened to the actuator 16a. Then, the waste gate valve 16 is opened, the exhaust gas bypasses the turbine 11a, flows through the bypass passage 14a, and the exhaust energy acting on the turbine 11a is reduced. If the abnormality is not resolved after this control, the engine ECU 17 transmits a variable nozzle signal NS indicating that the variable nozzle is opened to the actuator. Then, the variable noise opens, the flow velocity of the exhaust gas flowing to the turbine 11a decreases, and the exhaust energy acting on the turbine 11a further decreases. If the abnormality is not resolved after this control, the engine ECU 17 transmits to the actuator 15a a throttle valve signal SS indicating that the opening of the throttle valve 15 is gradually reduced. Then, the throttle valve 15 is gradually closed, the intake air amount of the engine 10 is reduced, the output of the engine 10 is reduced, and the exhaust energy exhausted from the engine 10 is reduced. If the abnormality is not resolved after this control, the engine ECU 17 transmits a fuel injection amount signal JS indicating that the fuel injection amount is gradually reduced to the electronically controlled fuel injection device. Then, the fuel injection amount to the engine 10 decreases, the output of the engine 10 decreases, and the exhaust energy exhausted from the engine 10 decreases. By such a protection operation, the exhaust energy acting on the turbine 11a is reduced, the rotation speed of the electric motor 12 can be gradually reduced, and the amount of regeneration in the electric motor 12 can be gradually reduced. At this time, when an abnormality occurs, the regeneration in the electric motor 12 is not immediately stopped, so that an excessive rotation abnormality does not occur in the electric motor 12.
[0083]
During the above protection operation, when the input voltage Vd becomes lower than the DC / DC converter release voltage Vr1, the controller 21 determines that the DC / DC converter input voltage abnormality is released. Then, the controller 21 sets the DC / DC converter input voltage abnormality cancellation in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17. At this time, the controller 21 and the engine ECU 17 release the protection control and return to the normal control. When the controller 21 detects the DC / DC converter input voltage abnormality continuously a predetermined number of times within a unit time, it determines that the system is abnormal, and the controller 21 and the engine ECU 17 perform the protection control until the reset by the ignition switch is performed. To continue.
[0084]
A case where the inverter input voltage is abnormal will be described. The controller 21 takes the input voltage Vi to the inverter 19, and determines that the inverter input voltage is abnormal when the input voltage Vi becomes higher than the inverter abnormal voltage Vf2. Then, the controller 21 sets the inverter input voltage abnormality in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17. The protection operation performed when the inverter input voltage is abnormal is not described because the same protection operation as that performed when the DC / DC converter input voltage is abnormal is performed in the engine system 1 during both electric driving and power generation by the electric motor 12. I do.
[0085]
During the protection operation, when the input voltage Vi becomes lower than the inverter release voltage Vr2, the controller 21 determines that the inverter input voltage abnormality is released. Then, the controller 21 sets the inverter input voltage abnormality cancellation in the fail signal FS and transmits the same to the engine ECU 17. At this time, the controller 21 and the engine ECU 17 release the protection control and return to the normal control. Further, when the controller 21 detects the inverter input voltage abnormality consecutively a predetermined number of times within the unit time, it determines that the system is abnormal, and the controller 21 and the engine ECU 17 continue the protection control until the ignition switch is reset. .
[0086]
The motor overspeed abnormality will be described. When the rotation speed of the motor 12 based on the VCO becomes larger than the abnormal rotation speed Rf, the controller 21 determines that the motor is overrunning abnormally. Then, the controller 21 sets the motor overrunning abnormality in the fail signal FS, It is transmitted to the engine ECU 17. Note that the protection operation in the case of the motor overspeed abnormality is omitted in the engine system 1 in the same manner as in the case of the DC / DC converter input voltage abnormality both during the electric driving and the electric power generation by the electric motor 12, and thus the description is omitted. I do.
[0087]
During the protection operation, when the rotation speed of the electric motor 12 becomes smaller than the release rotation Rr, the controller 21 determines that the excessive motor rotation abnormality is released. Then, the controller 21 sets the motor over-rotation abnormality cancellation in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17. At this time, the controller 21 and the engine ECU 17 release the protection control and return to the normal control. In addition, when the controller 21 detects the motor overspeed abnormality continuously for a predetermined number of times within the unit time, it determines that the system is abnormal, and the controller 21 and the engine ECU 17 continue the protection control until the ignition switch is reset. .
[0088]
The case of the IPM abnormality will be described. The controller 21 receives the inverter failure signal IS from the inverter 19 (IPM), and determines that the IPM is abnormal when a failure determination is set in the inverter failure signal. Then, the controller 21 sets an IPM abnormality in the fail signal FS and transmits it to the engine ECU 17. In the case of an IPM abnormality during electric drive by the electric motor 12, the same protection operation as in the case of a DC / DC converter input voltage abnormality is performed in the engine system 1, and a description thereof will be omitted.
[0089]
When power is being generated by the motor 12, the controller 21 sets a gate signal Gg for reducing the amount of regeneration to zero, and transmits the gate signal Gg to the DC / DC converter 20. Then, in the DC / DC converter 20, the charge amount of the battery 18 from the electric motor 12 is reduced to zero. With such a protection operation, the regeneration (power generation) of the motor 12 is immediately stopped, so that an overcurrent or the like in the motor 12 is not caused and the degree of abnormality is not promoted. Note that the protection operation under the control of the engine ECU 17 in the case of the IPM abnormality is performed in the engine system 1 in the same manner as the case of the DC / DC converter input voltage abnormality, and thus the description thereof is omitted.
[0090]
During the protection operation, the controller 21 determines that the IPM abnormality has been canceled if the inverter failure signal IS is set to fail elimination. Then, the controller 21 sets the IPM abnormality release in the fail signal FS and transmits the same to the engine ECU 17. At this time, the controller 21 and the engine ECU 17 release the protection control and return to the normal control. When the controller 21 detects an IPM abnormality continuously a predetermined number of times within a unit time, it determines that the system is abnormal, and the controller 21 and the engine ECU 17 continue the protection control until the ignition switch is reset.
[0091]
The motor overcurrent abnormality will be described. The controller 21 takes in the currents Iu, Iw flowing through the windings 12a, 12c, and determines that the motor overcurrent is abnormal if any of the currents Iu, Iv, Iw of each phase becomes larger than the abnormal current If. Then, the controller 21 sets the motor overcurrent abnormality in the fail signal FS, and transmits it to the engine ECU 17. In the case of a motor overcurrent abnormality, the same protection operation as in the case of an IPM abnormality is performed by the engine system 1 during both electric drive and power generation by the electric motor 12, and a description thereof will be omitted. By this protection operation, the regeneration (power generation) in the electric motor 12 is immediately stopped, so that an overcurrent from the electric motor 12 causes a failure in the element or an excessive rotation in the electric motor 12 to cause a failure in a turbine or the like. The degree of abnormality is not promoted.
[0092]
During the protection operation, when the abnormal current becomes smaller than the release current Ir, the controller 21 determines that the motor overcurrent abnormality is released. Then, the controller 21 sets the motor overcurrent abnormality release in the fail signal FS and transmits the same to the engine ECU 17. At this time, the controller 21 and the engine ECU 17 release the protection control and return to the normal control. Further, when the controller 21 detects the motor overcurrent abnormality a predetermined number of times in a unit time, it determines that the system is abnormal, and the controller 21 and the engine ECU 17 continue the protection control until the ignition switch is reset. .
[0093]
According to the engine system 1, the controller 21 detects an abnormality in each section that occurs during the electric drive / power generation by the electric motor 12, and performs a protection operation for each abnormality. And preventing or suppressing the occurrence of a malfunction phenomenon in each part.
[0094]
During the electric drive by the electric motor 12, the engine system 1 stops the electric drive by the electric motor 12, but switches to the fail-time control map when there is no assist by the electric motor 12, and controls each unit. A decrease in the supply pressure can be suppressed, and a decrease in the output of the engine 10 can be suppressed. Further, in the engine system 1, when the stratified operation by the lean combustion is performed, the operation is switched to the homogeneous operation by the stoichiometric combustion, so that even if the intake air amount is reduced, a decrease in the output of the engine 10 can be suppressed.
[0095]
During power generation by the electric motor 12, in the engine system 1, the amount of regeneration in the electric motor 12 is gradually reduced, and the recovery of the exhaust energy in the electric motor 12 is continued. At that time, in the engine system 1, since the exhaust energy acting on the turbine 11a is reduced, the amount of regeneration in the electric motor 12 can be reduced. When reducing the exhaust energy, the engine system 1 preferentially uses a means that does not lower the output of the engine 10, so that the reduction in the driving feeling of the vehicle due to the lower output of the engine 10 can be suppressed as much as possible. Further, in the engine system 1, since the means for effectively reducing the exhaust energy is preferentially used, the rotation speed of the turbine 11a can be rapidly reduced.
[0096]
In particular, in the engine system 1, when an abnormality that increases the degree of abnormality occurs due to the power generation in the electric motor 12, the power generation in the electric motor 12 is immediately stopped. There is no problem, and the problem does not increase.
[0097]
Further, in the engine system 1, the waste energy acting on the turbine 11a is reduced by the waste gate valve, the variable noise mechanism, the throttle valve, the electronically controlled fuel injection device, and its actuator and control device. The system can constitute the exhaust energy reduction means, and the protection device can be constructed at low cost.
[0098]
As described above, the embodiments according to the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments, but may be embodied in various forms.
For example, in the present embodiment, the present invention is applied to an electric motor of a turbocharger with an electric motor. However, the present invention can also be applied to a generator for a turbine that generates only electric power by exhaust energy received by a turbine. In this case, the above-described protection operation during the electric drive is not performed.
In the present embodiment, the lean burn engine is applied. However, the lean burn engine may not be used. When the lean burn engine is not used, the control for switching from the stratified operation to the homogeneous operation at the time of a failure is not performed.
Further, in the present embodiment, two turbine action reducing means are constituted by the waste gate valve and the variable nozzle mechanism. However, either one may be used, or another means may be used. Further, in the present embodiment, two output reduction means are constituted by the throttle valve and the electronically controlled fuel injection device, but only one of them may be constituted or another means may be constituted.
[0099]
【The invention's effect】
According to the present invention, even when an abnormality is detected during power generation by a generator, a protection operation is performed in response to the abnormality, thereby preventing the degree of abnormality from being promoted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an engine system according to the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an inverter according to the present embodiment.
FIG. 3 is a waveform showing a VCO and a gate signal in the control circuit according to the present embodiment.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a DC / DC converter according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine system, 10 ... Engine, 11 ... Turbocharger, 11a ... Turbine, 11b ... Compressor, 11c ... Shaft, 12 ... Electric motor, 12a-12c ... Winding, 13 ... Intake passage, 14 ... Exhaust passage, 14a ... Bypass Passage, 15: throttle valve, 15a: actuator, 16: waste gate valve, 16a: actuator, 17: engine ECU, 18: battery, 19: inverter, 19a to 19f: power FET, 20: DC / DC converter, 20a, 20c: power transistor, 20b: coil, 21: controller, 21a: transistor, 22: control circuit

Claims

In a protection device for a turbine generator provided in an internal combustion engine,
Abnormality detection means for detecting an abnormality during power generation by the generator,
And a power generation control means for continuing power generation even when the abnormality detection means detects an abnormality.

2. The protection device for a turbine generator according to claim 1, wherein the power generation control means stops the power generation when an abnormality whose degree of abnormality is promoted by the power generation by the generator is detected.

The protection device for a turbine generator according to claim 2, wherein the abnormality whose degree of abnormality is promoted by power generation by the generator is an overcurrent abnormality in the generator.

The turbine generator is a turbocharger motor,
4. The protection device for a turbine generator according to claim 2, wherein the abnormality whose degree of abnormality is promoted by power generation by the generator is a failure of an element circuit that drives the electric motor. 5.

Exhaust energy reduction means for reducing exhaust energy acting on the turbine,
5. The turbine according to claim 1, wherein when an abnormality is detected during power generation by the generator, the exhaust energy acting on the turbine is reduced by the exhaust energy reducing unit. 6. Generator protection device.

6. The protection device for a turbine generator according to claim 5, wherein, when a plurality of the exhaust energy reducing units are provided, the exhaust energy reducing units are operated in the order of less influence on the output of the internal combustion engine.

The plurality of exhaust energy reducing units are a turbine operation reducing unit that does not cause part or all of the exhaust energy from the internal combustion engine to act on the turbine, and an output reducing unit that reduces the output of the internal combustion engine.
7. The protection device for a turbine generator according to claim 6, wherein the turbine action reducing unit is operated with priority.

8. The protection device for a turbine generator according to claim 7, wherein the turbine action reducing unit is a waste gate valve opening unit.

9. The protection device for a turbine generator according to claim 7, wherein the turbine action reducing unit is a variable nozzle valve opening unit.

As the turbine action reducing means, has the waste gate valve opening means and the variable nozzle opening means,
10. The protection device for a turbine generator according to claim 9, wherein the waste gate valve opening means is preferentially operated.

The protection device for a turbine generator according to claim 7, wherein the output reduction means is a throttle valve closing means.

The protection device for a turbine generator according to claim 7, wherein the output reduction unit is a fuel injection amount reduction unit.

The protection device for a turbine generator according to any one of claims 5 to 12, wherein a target power generation amount for the generator at the time of the abnormality is determined according to a rotation speed of the generator.

The turbine generator is a turbocharger motor,
The protection of the turbine generator according to any one of claims 1 to 13, wherein when an abnormality is detected during the operation of the electric motor, the internal combustion engine is switched to a homogeneous operation in a stratified operation. apparatus.