(57)【要約】【課題】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。【解決手段】内燃機関（エンジン）１０に設けられたタービン用発電機（電動機）１２の保護装置において、発電機１２による発電中の異常を検出する異常検出手段と発電機１２の発電を制御する発電制御手段とを備え、発電制御手段では、異常検出手段で発電機１２による発電中に異常を検出した場合、発電機１２による発電によって異常度合いが助長される異常の時には発電を中止させ、それ以外の異常の時には発電を継続させる。【選択図】  図１
2004162648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記発電機による発電中の異常を検出する異常検出手段と、
前記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タービン用発電機の保護装置。
【請求項２】
前記発電制御手段は、前記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ことを特徴とする請求項１に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項３】
前記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、前記発電機での過電流異常であることを特徴とする請求項２に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項４】
前記タービン用発電機は、ターボチャージャ用電動機であり、
前記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、前記電動機を駆動する素子回路の異常であることを特徴とする請求項２又は３に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項５】
前記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、
前記発電機による発電中に異常が検出された場合に、前記排気エネルギ低減手段により前記タービンに作用する排気エネルギを低減させることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項６】
前記排気エネルギ低減手段を複数備える場合、前記内燃機関の出力への影響が少ない順に前記排気エネルギ低減手段を作動させることを特徴とする請求項５に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項７】
前記複数の排気エネルギ低減手段は、前記内燃機関からの排気エネルギの一部又は全部を前記タービンに作用させないタービン作用低減手段と前記内燃機関の出力を低下させる出力低下手段であり、
前記タービン作用低減手段を優先して作動させることを特徴とする請求項６に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項８】
前記タービン作用低減手段は、ウェイストゲートバルブ開弁手段であることを特徴とする請求項７に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項９】
前記タービン作用低減手段は、可変ノズル開弁手段であることを特徴とする請求項７又は８に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項１０】
前記タービン作用低減手段として、前記ウェイストゲートバルブ開弁手段と前記可変ノズル開弁手段とを有し、
前記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ことを特徴とする請求項９に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項１１】
前記出力低下手段は、スロットルバルブ閉弁手段であることを特徴とする請求項７に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項１２】
前記出力低下手段は、燃料噴射量低下手段であることを特徴とする請求項７又は１１に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項１３】
前記異常時の前記発電機に対する目標発電量を、前記発電機の回転数に応じて決定することを特徴とする請求項５〜１２いずれか１項に記載するタービン用発電機の保護装置。
【請求項１４】
前記タービン用発電機は、ターボチャージャ用電動機であり、
前記電動機の駆動中に異常が検出された時に前記内燃機関が成層運転の場合には均質運転に切り換えることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載するタービン用発電機の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【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［Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ］、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［Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ］からなる。ＩＰＭは、６つのパワーＦＥＴ［Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ］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［Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ］、ＲＯＭ［Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ］、ＲＡＭ［Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ］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［Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ］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［Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ］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
【図１】
2004162648.tif 000003
【図２】
2004162648.tif 000004
【図３】
2004162648.tif 000005
【図４】
2004162648.tif 000006