(57)【要約】【課題】電動モータ３５によるアシスト時にタービンホイール２６を切り離して回転部分の慣性質量を低減するとともに、低回転まで電動モータ３５による回生を可能とする。【解決手段】ハウジング２内に第１ロータ１１と第２ロータ１２とが直列に配置されており、第１ロータ１１はタービンホイール２６を有し、第２ロータ１２はコンプレッサホイール３３，３４を有する。第１シャフト２５と第２シャフト３２との間に、第１ロータ１１から第２ロータ１２への一方向の回転伝達を行うワンウェイクラッチ４６が設けられている。電動モータ３５によるアシスト時には、ワンウェイクラッチ４６が開放状態となり、タービンホイール２６の回転速度の上昇に伴い締結状態に移行する。電動モータ３５の回生動作時にもワンウェイクラッチ４６は締結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に回転自在に支持されており、内燃機関の排気流によって駆動されるタービンホイールを備えた第１ロータと、
上記第１ロータと直列に並んで上記ハウジング内に回転自在に支持されており、内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサホイールを備えた第２ロータと、
上記第２ロータに設けられた回転子およびこの回転子を囲むように上記ハウジング側に設けられた固定子からなる電動モータと、
上記第１ロータと上記第２ロータとの間に、上記第１ロータから上記第２ロータへの一方向の回転伝達を行うように設けられたワンウェイクラッチと、
を備えてなる電動アシスト型ターボチャージャ。
【請求項２】
上記第２ロータは、軸方向の一端部に第１コンプレッサホイールを備え、かつ軸方向の他端部に、上記第１コンプレッサホイールによって加圧された吸気が吸入側へ送り込まれる第２コンプレッサホイールを備え、
上記電動モータは、上記第１コンプレッサホイールと上記第２コンプレッサホイールとの間に位置する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動アシスト型ターボチャージャ。
【請求項３】
上記電動モータの回生制御を行うコントローラを備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動アシスト型ターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の過給を行うターボチャージャに関し、特に電動モータによるアシスト機能を備えた電動アシスト型ターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、本出願人が先に提案した電動アシスト型ターボチャージャが記載されている。
【０００３】
この特許文献１に記載されたターボチャージャでは、２段過給を行う第１コンプレッサホイールと第２コンプレッサホイールとがタービンホイールとともに共通のシャフトに固定されており、かつ、電動モータが第１コンプレッサホイールと第２コンプレッサホイールとの間に配置されている。電動モータは、シャフトに固定された回転子と、この回転子を囲むようにハウジング側に設けられた固定子と、から構成されている。すなわち、ハウジングに複数のベアリングによって回転自在に支持された１つの共通のシャフトに、第１，第２コンプレッサホイールと、タービンホイールと、電動モータの回転子と、が固定されており、これらが一体に回転する。
【０００４】
特許文献２は、油圧タービンへの潤滑油供給によりコンプレッサホイールの回転をアシストするようにしたターボチャージャに関するものであり、回転軸をコンプレッサ側のシャフトと排気タービン側のシャフトとに分割し、両者間に遠心クラッチを介在させた構成を開示している。排気タービンの回転速度が低い領域では、遠心クラッチの作用によりコンプレッサ側シャフトと排気タービン側シャフトとが切り離されており、コンプレッサ側シャフトのみが油圧タービンによって回転駆動される。そして、排気タービンの回転速度が上昇すれば、遠心クラッチによって排気タービンとコンプレッサホイールとが一体に連結される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１１８１３６号公報
【特許文献２】特開平７−１２７４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の電動アシスト型ターボチャージャにおいては、電動モータによるアシスト時に慣性質量の大きなタービンホイールがコンプレッサホイールとともに駆動されるため、電動モータに要求されるトルクが大となり、大型の電動モータが必要となる。
【０００７】
一方、特許文献２は、タービンホイールとコンプレッサホイールとの間に遠心クラッチを配置することを開示しているが、仮に、このような遠心クラッチの構成を特許文献１の電動アシスト型ターボチャージャに適用したとすると、例えば内燃機関の減速時などタービンホイールの回転速度が低下していく過程の途中で遠心クラッチが開放されるため、それ以降は電動モータの回生を利用したエネルギの回収が行えない。また、電動モータの回生によるタービンホイールの回転速度の抑制も低回転速度領域では行うことができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る電動アシスト型ターボチャージャは、
ハウジング内に回転自在に支持されており、内燃機関の排気流によって駆動されるタービンホイールを備えた第１ロータと、
上記第１ロータと直列に並んで上記ハウジング内に回転自在に支持されており、内燃機関の吸気を加圧するコンプレッサホイールを備えた第２ロータと、
上記第２ロータに設けられた回転子およびこの回転子を囲むように上記ハウジング側に設けられた固定子からなる電動モータと、
上記第１ロータと上記第２ロータとの間に、上記第１ロータから上記第２ロータへの一方向の回転伝達を行うように設けられたワンウェイクラッチと、
を備えている。
【０００９】
上記のワンウェイクラッチは、第１ロータつまりタービンホイール側の回転速度が第２ロータつまりコンプレッサホイール側の回転速度よりも高いときに締結状態となり、第１ロータから第２ロータへの回転伝達つまり動力伝達がなされる。逆に、第１ロータつまりタービンホイール側の回転速度が第２ロータつまりコンプレッサホイール側の回転速度よりも低いときには、ワンウェイクラッチは空転し、動力伝達はなされない。
【００１０】
従って、例えば内燃機関の加速初期などのタービンホイールの回転速度が過給の要求に対し不十分であるときには、電動モータを駆動することで第２ロータつまりコンプレッサホイールの回転をアシストすることができ、このときタービンホイールを具備する第１ロータは電動モータから切り離された状態となる。つまり、電動モータは、コンプレッサホイールを具備する第２ロータのみを回転駆動することとなり、アシストに必要なトルクが小さくなる。
【００１１】
排気流量が増加してタービンホイールの回転速度が上昇していくと、第２ロータの回転速度よりも高くなった段階でワンウェイクラッチが自然に締結し、コンプレッサホイールはタービンホイールつまり排気エネルギによって駆動されるようになる。これにより電動モータのアシストは不要となる。
【００１２】
また、内燃機関の減速時あるいはタービンホイールの回転速度が過給の要求に対し過大となったようなときには、電動モータを回生動作させることができる。この電動モータの回生動作により第２ロータの回転速度が減速しようとするので、ワンウェイクラッチが締結状態となり、タービンホイールが第２ロータを駆動する。従って、排気エネルギが電動モータの回生により電気エネルギとして回収される。
【００１３】
本発明の好ましい一つの態様では、上記第２ロータは、軸方向の一端部に第１コンプレッサホイールを備え、かつ軸方向の他端部に、上記第１コンプレッサホイールによって加圧された吸気が吸入側へ送り込まれる第２コンプレッサホイールを備えている。そして、上記電動モータは、上記第１コンプレッサホイールと上記第２コンプレッサホイールとの間に位置している。
【００１４】
このような態様では、第２ロータのバランスが良くなり、例えば電動モータの両側に配置される一対のベアリングによってバランスよく支持することができる。
【００１５】
好ましくは、本発明の電動アシスト型ターボチャージャは、上記電動モータの回生制御を行うコントローラを備えている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る電動アシスト型ターボチャージャによれば、電動モータによるアシスト時にタービンホイールを具備する第１ロータがコンプレッサホイール側から自然に切り離されるので、アシストされる部分の慣性質量が小さくなり、電動モータに要求されるトルクが小さくなる。従って、電動モータの小型化が図れる。また、慣性質量の減少に伴い、内燃機関の加速時などに過給の立ち上がりが良好なものとなる。
【００１７】
また、電動モータを回生制御することで、電動モータとタービンホイールとが自然に連結されることとなり、例えば、タービンホイールの回転停止直前まで回生によるエネルギ回収が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係る電動アシスト型ターボチャージャの一実施例の断面図。
【図２】ワンウェイクラッチの構成説明図。
【図３】電動モータの制御の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
図１は、この発明に係る電動アシスト型ターボチャージャ１の縦断面図を示している。このターボチャージャ１は、車両に搭載される内燃機関に付設され、排気エネルギを利用して過給を行う装置である。
【００２１】
ターボチャージャ１のハウジング２は、全体として略円筒状をなしており、図の左側から順に、第１コンプレッサハウジング３、中間ハウジング４、モータハウジング５、第２コンプレッサハウジング６、軸受ハウジング７、タービンハウジング８、の複数の部材からなり、これらが順次結合されて一体のハウジング２を構成している。
【００２２】
ハウジング２の内部には、第１ロータ１１および第２ロータ１２がそれぞれ回転自在に支持されている。第１ロータ１１と第２ロータ１２とは、共通の回転中心線を備えるように、同心状にかつ直列に並んで配置されている。上記ハウジング２は、上記第１ロータ１１および第２ロータ１２の共通の回転中心線を中心とした略円筒状をなしている。
【００２３】
第１コンプレッサハウジング３は、上記回転中心線に沿って円筒状に延びた吸気入口１４を中心部に有し、かつ大径に拡がった外周部が隣接する中間ハウジング４の一端に複数のボルト１５を介して結合されている。中間ハウジング４は比較的短い円筒形をなし、隣接するモータハウジング５の一端に複数のボルト１６を介して結合されている。モータハウジング５は中間ハウジング４よりも長い円筒形をなし、隣接する第２コンプレッサハウジング６の一端に複数のボルト１７を介して結合されている。第２コンプレッサハウジング６は、ラジアルコンプレッサを構成するように、周方向に沿って徐々に通路断面積が拡大するディフューザ部１８を備えている。なお、ディフューザ部１８の先端部には、接線方向に沿って図示せぬ吸気出口が管状に設けられている。この第２コンプレッサハウジング６は、隣接する軸受ハウジング７の一端に複数のボルト１９を介して結合されている。軸受ハウジング７の他端には、タービンハウジング８が複数のボルト２０を介して結合されている。タービンハウジング８は、接線方向に沿った管状をなす図示せぬ排気入口を有し、この排気入口から周方向に延びるスクロール部２１が内部に形成されている。そして、回転中心線に沿って円筒状に延びた排気出口２２を中心部に備えている。これらの各ハウジング３，４，５，６，７，８は、それぞれ適宜な金属材料を用いた鋳造等によって形成されている。
【００２４】
第１ロータ１１は、軸受ハウジング７にベアリング２４を介して中央部が支持された第１シャフト２５と、この第１シャフト２５の一端部に固定されたタービンホイール２６と、から構成されている。タービンホイール２６は、ラジアルタービンを構成するように回転方向にねじられた複数のブレード２６ａを備えている。タービンホイール２６は、タービンハウジング８内に収容されており、ブレード２６ａ部分がスクロール部２１に囲まれている。
【００２５】
タービンハウジング８と軸受ハウジング７との境界部分には、第１ロータ１１が貫通した円環状のバッフルプレート２８が配置されており、このバッフルプレート２８の貫通孔とタービンホイール２６の円筒状部分との間に、両者の嵌合隙間をシールする一対のシールリング２９が設けられている。
【００２６】
また、ベアリング２４を挟んでバッフルプレート２８と反対側となる位置に、同様に一対のシールリング３０が設けられており、第１シャフト２５と軸受ハウジング７との間をシールしている。
【００２７】
なお、タービンハウジング８とタービンホイール２６とから構成されるタービンは、図示せぬ電子制御型のウェストゲートバルブを備えている。ウェストゲートバルブは、スクロール部２１上流の排気入口部と排気出口２２とを連通させることで排気の一部をバイパスさせるものであり、図示せぬ電動アクチュエータによって、その開度が制御される。
【００２８】
第２ロータ１２は、一対のベアリング３１によって回転自在に支持された第２シャフト３２と、この第２シャフト３２の一端に固定された第１コンプレッサホイール３３と、第２シャフト３２の他端に固定された第２コンプレッサホイール３４と、を備えている。第１コンプレッサホイール３３は、ラジアルコンプレッサを構成するように回転方向にねじられた複数のブレード３３ａを備えており、第１コンプレッサハウジング３内に収容されている。第２コンプレッサホイール３４は、同様にラジアルコンプレッサを構成するように回転方向にねじられた複数のブレード３４ａを備えており、ディフューザ部１８に囲まれるようにして第２コンプレッサハウジング６内に収容されている。
【００２９】
また、第１コンプレッサホイール３３と第２コンプレッサホイール３４との間には、回転子３６と固定子３７とから構成される永久磁石型の電動モータ３５が配置されている。複数の永久磁石を備えた回転子３６は、細長い円筒状に構成されており、上記第１コンプレッサホイール３３と第２コンプレッサホイール３４との間において第２シャフト３２に固定されている。詳細には図示しないステータコイルを含む固定子３７は、上記回転子３６を囲む円筒状に構成されており、円筒状をなすステータハウジング３８の内周に固定されている。
【００３０】
ステータハウジング３８の一端には円環状をなす第１エンドプレート３９が取り付けられており、他端には円環状をなす第２エンドプレート４０が取り付けられている。第２ロータ１２を支持する一対のベアリング３１は、第１エンドプレート３９および第２エンドプレート４０の中央部のベアリング支持孔４１，４２にそれぞれ嵌合して支持されている。
【００３１】
ステータハウジング３８および第１，第２エンドプレート３９，４０は、第１コンプレッサハウジング３、中間ハウジング４、モータハウジング５および第２コンプレッサハウジング６によって構成される円筒状の空間内に収容されているとともに、中間ハウジング４およびモータハウジング５の内周面に嵌合して固定されている。詳しくは、ステータハウジング３８および第１エンドプレート３９の外周面に、第２ロータ１２の軸方向に沿って延びた図示せぬ放熱フィンが放射状に複数突出して形成されており、これら板状の放熱フィンの先端縁が中間ハウジング４およびモータハウジング５の内周面に嵌合している。これにより、内周側の部材であるステータハウジング３８および第１，第２エンドプレート３９，４０と、外周側の部材である第１コンプレッサハウジング３、中間ハウジング４、モータハウジング５および第２コンプレッサハウジング６と、の間に、第１コンプレッサホイール３３によって加圧された吸気を第２コンプレッサホイール３４の吸入側へ通流させる連通路４３が構成されている。従って、第１コンプレッサホイール３３が低圧コンプレッサを構成するとともに、第２コンプレッサホイール３４が高圧コンプレッサを構成しており、全体として、第２ロータ１２の回転により２段階の圧力上昇を行う２段コンプレッサの構成となっている。
【００３２】
上記ステータハウジング３８の壁の内部には、該ステータハウジング３８の円筒形に沿った螺旋状をなす冷却水通路４４が形成されている。この冷却水通路４４は、図示しない冷却水供給機構に接続されており、この冷却水供給機構によって冷却水が強制的に通流する。これにより、電動モータ３５とりわけ固定子３７が冷却される。
【００３３】
なお、軸受ハウジング７にも円筒状にウォータジャケット４５が形成されており、図示しない冷却水供給機構によって冷却水が供給される。これにより、第１ロータ１１の周囲が冷却され、タービン側からコンプレッサ側への排気熱の影響が抑制される。
【００３４】
第１ロータ１１の第１シャフト２５と第２ロータ１２の第２シャフト３２は、共通の回転中心線に沿って一直線状に配置されており、第２コンプレッサハウジング６と軸受ハウジング７との境界付近において、個々のシャフト２５，３２に分割されている。そして、両者は、円筒状のワンウェイクラッチ４６を介して接続されている。詳しくは、第１シャフト２５の端部に、径を拡大した円筒部２５ａが形成されており、この円筒部２５ａの中に第２シャフト３２の端部が延びているとともに、円筒部２５ａ内周面と第２シャフト３２外周面との間に、円筒状に構成されたワンウェイクラッチ４６が配置されている。
【００３５】
上記ワンウェイクラッチ４６は、市販のニードル形式のワンウェイクラッチであって、図２に示すように、円筒部２５ａ内周に嵌合して装着される外輪４７と、第２シャフト３２外周面に接するように配置された複数のニードル４８と、この複数のニードル４８を等間隔に保持する円筒状の保持器４９と、個々のニードル４８を周方向の一方（図２では反時計回り方向）に向けて付勢するように各ニードル４８と保持器４９の仕切り片４９ａとの間に配置された複数のスプリング５０と、を備えて構成されている。外輪４７の内周面には、個々のニードル４８に対応する緩い凹曲面からなる複数のカム面４７ａが形成されており、このカム面４７ａは、ニードル４８が周方向の一方（図２では反時計回り方向）に移動すると、ニードル４８を半径方向内周側へ押圧する形状をなしている。
【００３６】
図２（ａ）は、外輪４７（つまり第１シャフト２５）が第２シャフト３２に対して矢印ＣＷで示す時計回り方向へ相対回転した場合の作用を示している。このとき、ニードル４８はスプリング５０のばね力によってカム面４７ａの中で反時計回り方向へ移動し、カム面４７ａに案内されて第２シャフト３２外周面に圧接する。そのため、カム面４７ａと第２シャフト３２外周面との間でニードル４８によるくさび作用が生じ、第２シャフト３２が拘束される。従って、第２シャフト３２が外輪４７と一体に時計回り方向ＣＷへ回転する。
【００３７】
図２（ｂ）は、外輪４７（つまり第１シャフト２５）が第２シャフト３２に対して矢印ＣＣＷで示す反時計回り方向へ相対回転した場合の作用を示している。このとき、第２シャフト３２が時計回り方向に相対回転しているため、ニードル４８はスプリング５０のばね力に抗してカム面４７ａの中で時計回り方向へ移動しようとする。そのため、カム面４７ａと第２シャフト３２外周面との間でのニードル４８によるくさび作用が得られず、外輪４７は第２シャフト３２に対し空転する。
【００３８】
上記のように構成されたワンウェイクラッチ４６は、排気エネルギによって回転する第１ロータ１１から第２ロータ１２への一方向の回転伝達のみを行う態様でもって第１シャフト２５と第２シャフト３２との間に配設されている。つまり、第１ロータ１１が図２（ａ）の時計回り方向ＣＷに相当する所定の回転方向でもって第２ロータ１２に対し相対回転すると、ワンウェイクラッチ４６が締結状態となり、第２ロータ１２が第１ロータ１１と一体に回転する。換言すれば、第１ロータ１１から第２ロータ１２への動力伝達がなされる。逆に、第２ロータ１２が第１ロータ１１に対して相対回転したときには、図２（ｂ）に示したように、ワンウェイクラッチ４６が開放状態となり、従って、第２ロータ１２から第１ロータ１１への動力伝達はなされない。
【００３９】
このように、上記実施例の電動アシスト型ターボチャージャ１においては、タービンホイール２６を具備する第１ロータ１１の第１シャフト２５と、コンプレッサホイール３３，３４を具備する第２ロータ１２の第２シャフト３２と、が２部材に分割されており、両者間に第１ロータ１１側から第２ロータ１２側への動力伝達のみが可能なワンウェイクラッチ４６が介在しているので、電動モータ３５によって第２ロータ１２の回転をアシストする際に、タービンホイール２６を具備する第１ロータ１１が第２ロータ１２から切り離された状態となる。タービンホイール２６は、一般に比重が高い耐熱合金などから構成されているため、慣性質量が大きい部材となるが、このような第１ロータ１１が切り離されることで、電動モータ３５がアシストする回転部分の慣性質量が小さくなり、過給の立ち上がりひいては内燃機関の加速応答性が高くなる。そして、電動モータ３５に要求されるトルクが小さくなり、それだけ電動モータ３５の小型化が可能となる。
【００４０】
なお、第２ロータ１２は、第２シャフト３２の両端にそれぞれ第１コンプレッサホイール３３および第２コンプレッサホイール３４を備えるとともに中央部に電動モータ３５が位置する構成となっており、この第２ロータ１２が電動モータ３５の両側に位置する一対のベアリング３１によって支持されているため、電動モータ３５で駆動した際に、バランス良く回転する。従って、ベアリング３１の耐久性が向上する。また、第１ロータ１１は単一のベアリング２４で支持されているが、第１シャフト２５の端部がワンウェイクラッチ４６を介して第２シャフト３２に対し同心状態に規制されるので、第１ロータ１１も安定した姿勢で回転し、ベアリング２４に偏荷重が作用するようなことがない。
【００４１】
一方、排気流量が大となってタービンホイール２６の回転速度が上昇していくと、第１ロータ１１の回転速度が第２ロータ１２の回転速度に追いついた時点でワンウェイクラッチ４６が締結し、排気エネルギによるコンプレッサホイール３３，３４の駆動が開始される。以後は、電動モータ３５のアシストによらずに過給が可能となる。つまり、排気エネルギによって回転する第２ロータ１２の回転速度の上昇に従って、ワンウェイクラッチ４６が自動的に締結し、排気エネルギによる過給に移行する。
【００４２】
また、内燃機関の減速時やタービンホイール２６の回転速度が過大であるときには、電動モータ３５を回生制御することで、ワンウェイクラッチ４６を締結状態とし、エネルギ回収を行うことができる。すなわち、電動モータ３５を回生動作させることで第２ロータ１２の回転速度が低下するため、ワンウェイクラッチ４６が締結状態となり、例えばタービンホイール２６が回転停止に至るまで回生を継続することが可能である。
【００４３】
上記電動アシスト型ターボチャージャ１は、電動モータ３５の力行動作および回生動作を制御するコントローラ５１を備えている。コントローラ５１は、インバータを用いたモータ駆動部を含んでおり、車載のバッテリ（図示せず）の電力によって電動モータ３５を駆動するとともに、回生により回収した電力をバッテリに戻すように構成されている。コントローラ５１は、電動モータ３５が具備する回転角センサ（例えばレゾルバ）の検出信号に基づき第２ロータ１２の回転速度を演算するとともに、モータ駆動部の信号に基づき電動モータ３５のトルクを求めることができる。このコントローラ５１は、内燃機関の制御を行う図示しないエンジンコントローラに接続されており、必要な信号を相互に授受している。
【００４４】
図３は、コントローラ５１によって実行される電動モータ３５の制御の一例を示すフローチャートである。この実施例では、コンプレッサホイール３３，３４を備えた第２ロータ１２の回転速度Ｎに基づいて電動モータ３５の力行、通電停止および回生が切り換えられる。
【００４５】
このフローチャートに示すルーチンは、所定の演算サイクル毎に繰り返し実行されるもので、まずステップ１では、内燃機関が減速されたか否かを判定する。例えば、運転者によって操作されるアクセル開度（アクセルペダル踏込量）の減少量および減少速度からある程度急激な減速であると判定したら後述するステップ１１以降へ進む。
【００４６】
ステップ１で減速ではないと判定したら、ステップ２へ進み、内燃機関の運転条件（トルクおよび機関回転速度）が過給を必要とする所定の過給域内であるか否かを判定する。過給域でなければ（例えば内燃機関の低負荷域など）、ルーチンを終了する。過給が必要な過給域であれば、ステップ２からステップ３へ進み、第２ロータ１２の回転速度（換言すれば電動モータ３５の回転速度）Ｎが所定の閾値Ｘよりも低いか否かを判定する。そして、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｘよりも低いときは、ステップ４へ進み、電動モータ３５を力行動作させる。これにより、コンプレッサホイール３３，３４を有する第２ロータ１２の回転が電動モータ３５によってアシストされ、過給圧が速やかに立ち上がる。従って、低回転域から内燃機関の良好な加速応答性が得られる。このとき、前述したようにワンウェイクラッチ４６は開放状態となり、電動モータ３５は第２ロータ１２のみを回転駆動する。なお、第２ロータ１２から切り離された第１ロータ１１は、排気流量に応じて回転する。
【００４７】
第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｘ以上であれば、ステップ３からステップ５へ進み、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｙ（但し、Ｘ＜Ｙ）よりも低いか否かを判定する。ここでＹＥＳ（これは、Ｘ≦Ｎ＜Ｙを意味する）であれば、ステップ６へ進み、電動モータ３５への通電を停止（固定子３７の電源経路を開路）する。従って、電動モータ３５によるアシストは終了し、タービンホイール２６を介して排気エネルギによって第２ロータ１２が駆動される。閾値Ｘは、例えば、電動モータ３５によるアシストのみでは越えない回転速度に設定される。つまり、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｘに到達する前にタービンホイール２６（第１ロータ１１）の回転速度が第２ロータ１２の回転速度Ｎに追いついてワンウェイクラッチ４６が締結状態に移行する。そのため、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｘに達した時点では、既に排気エネルギのみによる過給が可能な状態となっている。従って、内燃機関の加速開始後、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｘに達した以後は、ワンウェイクラッチ４６が締結された状態でもって排気エネルギによりコンプレッサホイール３３，３４が回転駆動されることとなる。
【００４８】
第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｙ以上であれば、ステップ５からステップ７へ進み、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｚ（但し、Ｙ＜Ｚ）よりも低いか否かを判定する。ここでＹＥＳ（これは、Ｙ≦Ｎ＜Ｚを意味する）であれば、ステップ８へ進み、電動モータ３５を回生動作させる。閾値Ｙは、例えば、最大過給圧に相当する回転速度に設定される。従って、排気エネルギによる第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｙ以上となったら、電動モータ３５の回生動作によって余剰の排気エネルギを電気エネルギとして回収するとともに、過給圧の上昇を抑制する。
【００４９】
第２ロータ１２の回転速度Ｎがさらに閾値Ｚ以上であれば、ステップ７からステップ９，１０へ進み、電動モータ３５を回生動作させるとともに、タービンに設けられた図示せぬウェストゲートバルブを開く。これにより、過給圧ならびにタービンホイール２６の回転速度が低下する。このようにウェストゲートバルブが開くと、排気エネルギがそのまま廃棄されてしまうこととなるが、上記実施例では、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｙに達した段階で電動モータ３５の回生によりタービンホイール２６の回転を抑制するので、ウェストゲートバルブが開く頻度が少なくなり、余剰の排気エネルギを効率よく回収することができる。
【００５０】
なお、ウェストゲートバルブとしては、上記のような電子制御型のものに限らず、過給圧によって機械的に作動する圧力アクチュエータを備えた機械式ウェストゲートバルブであってもよい。この場合には、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｚに達したときに想定される過給圧に対応するようにウェストゲートバルブの開弁圧を設定しておくことで、上記と同様のウェストゲートバルブの動作を得ることが可能である。
【００５１】
一方、ステップ１で内燃機関が減速したものと判定した場合には、ステップ１からステップ１１へ進み、電動モータ３５を回生動作させる。これにより、ワンウェイクラッチ４６は締結状態となるので、回生動作によってタービンホイール２６ならびにコンプレッサホイール３３，３４の回転速度が速やかに低下し、過給圧の速やかな低下ひいては良好な減速応答性が得られる。そして、余剰の排気エネルギないし運動エネルギが回生エネルギとして回収される。
【００５２】
ステップ１１に続いて、ステップ１２では、内燃機関が再加速したか否かを判定する。ここで、ＹＥＳつまり運転者がアクセルペダルを再び踏み込んだような場合には、ステップ１１からステップ３へ進み前述した第２ロータ１２の回転速度Ｎに応じた制御に復帰する。
【００５３】
再加速でなければ、ステップ１２からステップ１３へ進み、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｗ（但し、Ｗ＜Ｘ）よりも低いか否かを判定する。閾値Ｗは、回転停止に近い比較的低い回転速度に設定される。第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｗ以上であればステップ１３からステップ１１へ戻り、回生制御を継続する。
【００５４】
そして、内燃機関の停止に伴い第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｗよりも低下したら、ステップ１３からステップ１４へ進み、電動モータ３５への通電を停止（固定子３７の電源経路を開路）して、一連の制御が終了する。
【００５５】
なお、図３に示した電動モータ３５の制御は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図３の実施例では、第２ロータ１２の回転速度Ｎに基づいて電動モータ３５を制御しているが、過給圧を考慮して電動モータ３５を制御するようにしてもよい。また、上記実施例では、第２ロータ１２の回転速度Ｎが閾値Ｘに達したときに電動モータ３５のアシストを停止するようにしているが、加速初期など電動モータ３５によるアシストを行っているときに、第１ロータ１１の回転速度が上昇してワンウェイクラッチ４６が締結状態に移行すると、電動モータ３５のトルク変化が生じるので、このトルク変化からワンウェイクラッチ４６の締結を検出したときに電動モータ３５を停止するようにしてもよい。また、電動モータ３５の力行時および回生時のトルクを可変制御することも可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…電動アシスト型ターボチャージャ
２…ハウジング
１１…第１ロータ
１２…第２ロータ
２５…第１シャフト
２６…タービンホイール
３２…第２シャフト
３３…第１コンプレッサホイール
３４…第２コンプレッサホイール
３５…電動モータ
３６…回転子
３７…固定子
４６…ワンウェイクラッチ
５１…コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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