CN105531458A - 涡轮复合系统的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，出于能够考虑到发动机的背压上升引起的泵气损失的增加造成的燃油消耗恶化和涡轮复合装置的废气能量的回收实现的燃油消耗改善之间的折衷关系，而进行背压控制及发电量控制，实现发动机的低燃油消耗运转的目的，涡轮复合系统的控制装置具备：涡轮增压器(5)；涡轮发电机(7)；涡轮发电机(7)的发电量控制单元(51)；背压控制单元(53)，控制发动机的背压；发电模式设定单元(31)，将涡轮发电机设定为低燃油消耗模式；涡轮控制器(17)，在低燃油消耗模式时，基于通过用于使涡轮发电机(7)旋转的背压上升而产生的泵气损失的增加和涡轮发电机(7)的废气能量的回收量之间的关系，以发动机(3)保持低燃油消耗运转的方式控制发电量控制单元(51)及背压控制单元(53)。

Description

涡轮复合系统的控制装置
技术领域
本发明涉及发动机的涡轮复合系统的控制装置，特别涉及具备利用废气能量而旋转的发电机(电动式涡轮复合装置)的涡轮复合系统的控制装置。
背景技术
涡轮复合装置是使车轴驱动力增加的装置之一，众所周知的是通过发动机的废气而使涡轮旋转且将其输出通过齿轮及接头等而传递到曲轴的涡轮复合装置、或使发电机旋转而作为电能进行取出利用的涡轮复合装置。
作为该电动式涡轮复合装置，例如，在专利文献1(特开2008－175126号公报)中有所公开，当基于图9说明概要时，具备：将从由涡轮01a和压缩机01b构成的涡轮增压器01的涡轮01a排出的废气的一部分或全部导入而进行能量回收的能量回收部010、对导入该能量回收部010的废气的比率调节自如的阀07、基于规定的控制图对该阀07进行开闭控制的阀控制器08。
另外，在专利文献2(特开2010－190145号公报)且在该文献的图2中公开的是，具备：由电动机3m旋转驱动而压缩空气且将压缩空气供给到内燃机7的电动压缩机3、由通过来自内燃机7的废气而驱动的涡轮2t驱动发电机2g而发电的涡轮发电机2、储蓄由涡轮发电机2产生的电且向电动压缩机3供电的蓄电单元12的构成。
进而，专利文献3(特开平6－323158号公报)公开的是如下技术：在燃气具有充分流速的排气行程的前半行程中，通过第一排气口将废气送入涡轮增压器，由废气能量驱动涡轮增压器而回收能量，在燃气的流速下降了的排气行程的后半行程中，通过第二排气口将废气绕过涡轮增压器送入能量回收装置，对能量回收装置的涡轮入口的背压减小了的量的废气具有的能量进行回收，而使发动机输出增大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2008－175126号公报
专利文献2：特开2010－190145号公报
专利文献3：特开平6－323158号公报
发明内容
发明所要解决的课题
电动式涡轮复合装置(在涡轮增压器的涡轮、压缩机同轴上配置了马达发电机的电动辅助涡轮的电力再生模式或涡轮发电机)需要通过比压缩机负荷转矩或电动机再生转矩大的转矩使涡轮旋转，且在发动机废气上需要具有某种程度的压力。因此，在电动式涡轮复合装置的废气能量回收上存在发动机的背压上升、泵气损失增加而燃油消耗恶化的问题。
因此，虽然通过涡轮复合装置而回收废气能量，但与随着背压上升引起的泵气损失而来的燃油消耗恶化具有相抵的关系，所以会导致涡轮复合装置的效果下降。
如上所述，专利文献1、2公开的是将废气能量转换为电能而回收废气能量的技术，但没有记载考虑了与随着背压上升而来的发动机的泵气损失的增加之间的折衷关系(二律背反关系)的发电机的输出控制。
另外，在专利文献3中，如上所述，公开的是在排气行程的前半行程和后半行程中分别使用排出废气的口，即使涡轮入口的背压减小也可回收废气能量而使发动机输出增大的技术，但必须形成两个排气口，会导致装置的大型化，并且关于考虑了发动机的泵气损失的增加和由涡轮发电机回收的能量量之间的折衷关系(二律背反关系)的发电机的输出控制，没有记载。
因此，本发明是鉴于这种课题而完成的，其目的在于，提供一种涡轮复合系统的控制装置，其考虑了发动机的背压的上升引起的泵气损失的增加造成的燃油消耗恶化和涡轮复合装置的废气能量的回收实现的燃油消耗改善之间的折衷关系(二律背反关系)，而进行背压控制及发电机的输出控制，能够实现发动机的低燃油消耗运转。
用于解决课题的技术方案
本发明是为解决这种课题而完成的，提供一种涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，具备：涡轮增压器，将向发动机的进气进行增压；涡轮发电机，利用来自发动机的废气进行旋转；发电量控制单元，控制该涡轮发电机的发电量；背压控制单元，通过使向废气涡轮导入的废气旁流或节流而控制从所述发动机排出的废气的背压；发电模式设定单元，将所述涡轮发电机的发电量设定为低燃油消耗模式；涡轮控制器，在所述低燃油消耗模式时，基于通过用于使所述涡轮发电机旋转的背压上升而产生的泵气损失的增加和所述涡轮发电机的废气能量的回收量之间的关系，以发动机保持低燃油消耗运转的方式控制所述发电量控制单元及背压控制单元。
根据这种发明，涡轮控制器在低燃油消耗模式时，基于通过用于使涡轮发电机旋转的背压上升而产生的泵气损失的增加和涡轮发电机的废气能量的回收量之间的关系，以发动机保持低燃油消耗运转的方式，即，以至少涡轮发电机的废气能量的回收量超过泵气损失的增加造成的燃油消耗增大量的方式控制所述发电量控制单元及背压控制单元，由此能够实现发动机的低燃油消耗运转。
另外，在本发明中，可以优选所述发电模式设定单元具有：最大再生模式、无再生模式及所述低燃油消耗模式，所述最大再生模式是对所述涡轮发电机的所发电力不加以限制地以最大容量进行再生动作的模式，所述无再生模式是使所述涡轮发电机的发电停止的模式，在未设定所述最大再生模式及无再生模式中的任一个的情况下设定所述低燃油消耗模式。
根据该构成，涡轮发电机由于进行与所设定的运转模式相应的发电控制，因此能够控制为与储蓄来自涡轮发电机的电力的蓄电池的蓄电状态、或车辆的车内电力负荷状态、或由发动机的曲轴驱动的交流发电机的发电状态相应的发电量。
另外，在本发明中，可以优选所述涡轮控制器具有与控制发动机的运转的发动机控制器另外独立的控制运算部及传感器信号输入部而构成。
这样，由于涡轮控制器(涡轮ECU)具有与控制发动机的运转的发动机控制器(发动机ECU)另外独立的控制运算部及传感器信号输入部而构成，因此在通过发动机控制器和通信例如CAN(ControllerAreaNetwork控制器区域网络)通信而经由发动机控制器向涡轮控制器侧转发传感器信号的情况、或利用发动机控制器侧的运算结果而在涡轮控制器侧进行运算处理的情况下，通过来自发动机控制器侧的数据转发周期，有可能在涡轮控制器侧的控制运算上产生滞后，但是，通过具有独自的控制运算部及传感器信号输入部，能够消除这种滞后，且能够实现追随发动机负荷的波动的燃油消耗降低控制。
进而，因为涡轮控制器具有与发动机控制器另外独立的传感器信号输入部，所以能够独自地将精度良好(不会滞后)地检测涡轮转速或压缩机的出口压力的信号输入，因为能够掌握直到达到压缩机的喘振的喘振边界或直到达到过度旋转的转速边界，所以比通过发动机控制器和通信而获得的更能够防止向过度旋转或喘振的冲入。
另外，在本发明中，可以优选所述涡轮控制器具有相对于所述背压而预设定有与能够保持低燃油消耗的所述涡轮发电机的发电量之间的关系的背压发电量图，基于该背压发电量图，控制所述发电量控制单元及背压控制单元。
这样，由于利用设定有能够保持预设定的低燃油消耗运转的背压和发电量之间的关系的背压发电量图，而控制发电量控制单元及背压控制单元，因此能够以越过发动机的泵气损失造成的燃油消耗恶化的方式控制涡轮发电机的发电量。
另外，在本发明中，可以优选所述涡轮增压器由废气涡轮增压器构成，在该废气涡轮增压器的排气下游侧配设有所述涡轮发电机的发电涡轮，具备使流向所述废气涡轮增压器的废气涡轮的排气旁流的第一旁流控制阀，由该第一旁流控制阀构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
这样，在废气涡轮增压器的废气涡轮的排气下游侧配设有涡轮发电机的发电涡轮的涡轮复合系统中，设有使流向废气涡轮增压器的废气涡轮的废气旁流的第一旁流控制阀，由该第一旁流控制阀构成背压控制单元，通过与涡轮发电机连接的转换器的发电量的控制而构成发电量控制单元，由此能够以简单的结构控制背压和发电量。
另外，在本发明中，可以优选所述涡轮增压器由废气涡轮增压器构成，在该废气涡轮增压器的排气下游侧配设有所述涡轮发电机的发电涡轮，具备使向所述废气涡轮的动叶流入的废气流节流的可变喷嘴机构，由该可变喷嘴机构构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
这样，在废气涡轮增压器的废气涡轮的排气下游侧配设有涡轮发电机的发电涡轮的涡轮复合系统中，具备使向废气涡轮增压器的废气涡轮的动叶流入的废气流节流的可变喷嘴机构，通过该可变喷嘴机构的废气流的节流而构成背压控制单元，通过与涡轮发电机连接的转换器的发电量的控制而构成发电量控制单元，由此能够以简单的结构控制背压和发电量。
另外，在本发明中，可以优选在所述废气涡轮增压器的压缩机的供气流的上游侧或下游侧配设电动压缩机。
这样，通过设置电动压缩机，不会给背压的波动带来影响，能够仅控制增压压力，所以容易进行增压压力的控制及背压的控制，并且能够实现精度良好的控制。
另外，在本发明中，可以优选所述涡轮增压器由电动压缩机构成，具备使流向通过来自发动机的废气而旋转的所述涡轮发电机的发电涡轮的废气旁流的第二旁流控制阀，由该第二旁流控制阀构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
这样，在将电动压缩机和涡轮发电机分别配设于进气通道侧和废气通道侧的涡轮复合系统中，由于由使流向涡轮发电机的发电涡轮的废气旁流的第二旁流控制阀构成背压控制单元，且由与涡轮发电机连接的转换器构成发电量控制单元，因此能够以简单的结构控制背压和发电量。
发明效果
根据本发明，能够考虑到发动机的背压的上升引起的泵气损失的增加造成的燃油消耗恶化和涡轮复合装置的废气能量的回收实现的燃油消耗改善之间的折衷关系(二律背反关系)，而进行背压的控制及发电机的输出控制，实现发动机的低燃油消耗运转。
附图说明
图1是表示本发明的涡轮复合系统的控制装置的第一实施方式的整体结构图；
图2是表示发动机ECU和涡轮ECU的信号交换的说明图；
图3是图2的发动机ECU侧的主要部分的详细说明图；
图4是图3的涡轮ECU侧的主要部分的详细说明图；
图5是图4的背压发电量图的详细说明图；
图6表示的是第二实施方式，是涡轮复合系统的整体结构图；
图7表示的是第三实施方式，是涡轮复合系统的整体结构图；
图8表示的是第四实施方式，是涡轮复合系统的整体结构图；
图9是现有技术的说明图。
具体实施方式
下面，利用附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，以下实施方式记载的构成零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别特定的记载，就不是将本发明的范围仅限于此的意思，只不过是简单的说明例而已。
(第一实施方式)
图1表示的是本发明的第一实施例的涡轮复合系统的控制装置，该涡轮复合系统1具备：作为通过发动机3的废气能量而驱动的涡轮增压器而利用废气能量而驱动的废气涡轮增压器5、和在其废气流的下游侧利用废气能量而旋转的涡轮发电机(电动式涡轮复合装置)7。
废气涡轮增压器5具备：通过来自发动机3的废气而驱动的废气涡轮5a、和通过该废气涡轮5a的旋转力而旋转驱动并将吸入空气压缩而将压缩空气穿过进气通道4供给到发动机3的压缩机5b。
另外，涡轮发电机7设有与由废气驱动的发电涡轮7a连接的发电机9。在该发电机9上连接有转换器11。发电机9使用交流发电机，该交流发电机通过转换器11将交流电力转换为直流电力而对蓄电单元的蓄电池13进行充电。另外，该蓄电池13也成为用于驱动例如车内的辅机类15的电源。此外，作为发电机，对交流发电机进行了说明，但也可以为直流发电机，只要能够通过后述的涡轮控制器(涡轮ECU)17而控制所发电力量即可。
从发动机3开始连接到废气涡轮增压器5的废气涡轮5a的废气通道19在中途分支，而形成将废气绕过废气涡轮5a及发电涡轮7a向下游的废气通道排出的第一旁流通道21，在该第一旁流通道21上设有第一废气门阀23。
另外，连接废气涡轮5a和发电涡轮7a的废气通道19在中途分支，而形成第二旁流通道25。在第二旁流通道25设有第二废气门阀27，绕过发电涡轮7a而与下游的废气通道连通。
另外，发动机3是用于机动车、船舶、固定发动机等的柴油发动机或汽油发动机。发动机3根据运转状态而控制压缩空气、燃料的供给量，该控制通过发动机控制器(发动机ECU)29而控制。该发动机ECU29由与涡轮ECU17分体的控制装置构成。
图2表示的是发动机ECU29和涡轮ECU17的信号交换的概要。
在图2中，在发动机ECU29中输入有发动机转速信号、油门开度信号、空燃比(氧浓度)信号、爆燃传感器信号、与催化剂信息有关的催化剂温度、排温等传感器信号。
基于这些输入信号，实施目标增压压力运算、空燃比控制、燃料喷射量控制、点火期间控制、催化剂控制等控制。
而且，发动机转速、燃料量等状态量的信息通过通信线路以规定的通信周期从发动机ECU29向涡轮ECU17发送。
另外，在发动机ECU29中，进行涡轮发电机7的发电模式的判定，并将其判定结果的发电模式的指令以规定的通信周期发送到涡轮ECU17。
在涡轮ECU17中，由涡轮ECU17的发电模式设定单元31接收该发电模式的指令，控制涡轮发电机7的输出，以使其变成与由发电模式设定单元31设定的发电模式相应的发电输出。
另外，读取来自废气涡轮增压器5侧的各种信号，例如，来自检测压缩机5b的排出压力的压力传感器33、还有检测废气涡轮5a的转速的转速传感器35、检测废气涡轮后的背压的背压传感器37、进而检测排温的排温传感器38的传感器信号，由涡轮ECU17进行以不产生废气涡轮增压器5的压缩机5b的喘振、过度旋转、以及排温的过分升高的方式确保了边界的运转、及沿着目标增压压力的运转。为了这些控制，进行第一废气门阀23的开度控制。
参照图3对发动机ECU29侧的涡轮发电机7的发电模式的判定进行说明。
如图3所示，基于发动机转速和油门(发动机负荷)开度，利用预设定的目标增压压力图39，计算出适合运转状态的目标增压压力。其算出结果直接作为目标值向涡轮ECU17输出，并且输入到发电模式判定单元41。
发电模式判定单元41判定最大再生模式、低燃油消耗模式、无再生模式这三种模式。
“最大再生模式”在蓄电池13的剩余电量下降且需要快速充电的情况下、或者在车内电力负荷大且交流发电机所发电力或车轮驱动用马达(电动车辆的情况)的再生电力不足的情况下、或者在由涡轮发电机(涡轮复合装置)7发电在效率上比交流发电机发电或车轮驱动用马达的再生电力等的发电更有利的情况下被选定。
另外，“无再生模式”在蓄电池13为充满电或接近充满电的状态且即使再生也不能蓄积的情况下、或者在车内电力负荷由交流发电机所发电力或车轮驱动用电动机的再生电力等的发电充分承担且不需要追加的电力的情况下、或者在使交流发电机所发电力或车轮驱动用电动机(电动车辆的情况)的再生电力等的发电增大在效率上比追加的电力更有利的情况下、或者在涡轮发电机(涡轮复合装置)7产生了故障的情况下被选定。
另外，“低燃油消耗模式”在不符合上述两种模式的情况下，考虑随着涡轮发电机7实现的发动机背压增加而来的发动机泵气损失增加，设为最佳的涡轮发电机7的发电输出。
接着，参照图1、4、5对涡轮ECU17进行说明。
如图1所示，涡轮ECU17的传感器信号输入部43分别将来自废气涡轮增压器5侧的各种信号输入，这些各种信号如上所述，例如：压力传感器33检测的压缩机5b的排出压力信号、背压传感器37检测的背压信号、进而排温传感器38检测的废气温度信号、转速传感器35检测的废气涡轮5a的转速信号。
在涡轮ECU17中，因为具有与发动机ECU29另外独立的传感器信号输入部43及控制运算部45而构成，即，能够独自地将精度良好(不滞后)地检测废气涡轮5a的转速、压缩机5b的出口压力而得到的信号输入，而不是将从发动机ECU29通过通信而来的信号输入，且能够掌握直到达到压缩机5b的喘振为止的喘振边界或直到达到过度旋转为止的转速边界，所以与通过通信从发动机ECU29获得相比，无需等待通信周期就能够获得，能够精度良好地防止向过度旋转、喘振的冲入。
另外，涡轮ECU17具有：进行边界确保的控制的边界确保控制单元47、接受来自发动机ECU29的指令而将增压压力控制到目标增压压力的增压压力控制单元49、进而基于来自发动机ECU29的发电模式的指示而设定发电模式的发电模式设定单元31、根据该发电模式设定单元31的设定模式而控制涡轮发电机7的发电量的发电量控制单元51、控制发动机3的背压的背压控制单元53。
图4表示的是发电模式设定单元31、发电量控制单元51、背压控制单元53。在图4中，如上所述，从发动机ECU29向涡轮ECU17输入发电模式的指示、发动机背压、发动机转速、油门开度、目标增压压力、增压压力(反馈值)等信号。
在发电模式为最大再生模式的情况下，以第一废气门阀23及第二废气门阀27通过增压压力控制单元49而成为目标增压压力的方式对第一废气门阀23进行开闭动作的控制，除此以外，第二废气门阀27设为全闭状态，不使废气流到第二旁流通道，而是全部穿过涡轮发电机7的发电涡轮7a，发电量成为发电机9的最大输出状态。
在无再生模式的情况下，以第一废气门阀23及第二废气门阀27通过增压压力控制而成为目标增压压力的方式对第一废气门阀23进行开闭动作的控制，除此以外，第二废气门阀27设为全开状态，使废气流到第二旁流通道25，而停止涡轮发电机7的发电。
在低燃油消耗模式的情况下，使用预设定有能够保持低燃油消耗的涡轮发电机7的发电量相对于发动机3的背压的关系的背压发电量图55。
该背压发电量图55以发动机保持低燃油消耗运转的方式设定通过为使涡轮发电机7的发电涡轮7a旋转而发生的背压上升而产生的泵气损失的增加和通过涡轮发电机7的发电量的增大而得到的废气能量的回收量之间的关系，即，以涡轮发电机的废气能量的回收量越过泵气损失的增加引起的燃油消耗恶化量的方式设定有发电量和背压之间的关系。
如图5所示，背压发电量图55采用例如横轴取背压、纵轴取最佳发电量而得到的二维图，预存储有通过试验或模拟计算而计算出的设定值。
增压压力控制和低燃油消耗模式的运转的控制顺序是，首先，使第一废气门阀23及第二废气门阀27进行开闭动作，以使第一废气门阀23及第二废气门阀27通过增压压力控制单元49而成为目标增压压力。其次，利用背压传感器37检测其达到了目标增压压力的状态下的背压，即，流入废气涡轮增压器5的废气涡轮5a的废气压力。再其次，相对于该检测到的背压，利用上述背压发电量图55，求出涡轮发电机7的发电量指令值。
然后，相对于所求出的发电量指令值，利用加法运算器59，对发电量反馈值进行加法运算，通过PI控制器61，计算出发电机电流控制值而控制转换器11。
另一方面，就废气门阀23、27的开度控制而言，将达到了目标增压压力的状态下的背压，即达到了由上述背压传感器57检测到的目标增压压力时报背压作为背压指令值而输出，以保持为该背压的方式进行废气门阀23、27的开度控制。
利用加法运算器63，相对于背压指令值，对背压反馈值进行加法运算，通过PI控制器64，计算出废气门阀23、27的致动器电流控制值而控制开度。
作为开度指令值，也可以以第一废气门阀23或第二废气门阀27中的任一方为对象进行控制，另外，也可以进行双方控制。
另外，在背压发电量图55的最佳发电量的设定中，当考虑发电涡轮7a的涡轮效率，进而考虑发电机9的发电器效率而设定时，能够实现精度更好的发电机9的发电量控制。
即，如图5所示，当利用发电涡轮7a的流量特性图65、发电涡轮7a的涡轮效率图67、发电机9的发电机效率图69，而反映发电涡轮7a的特性、涡轮效率和发电效率，并制作背压发电量图55时，能够精度更好地实现发电量的控制。
另外，作为执行发动机的低燃油消耗运转的方法，如上所述，作为预先制作可实现低燃油消耗运转的背压发电量图55的方法的另一例，可通过利用模型预测控制理论而优化的方法来进行。
该模型预测控制是如下的控制方法：在用下述的通常的非线性系统的状态方程式(1)赋予控制对象的情况下，在各时刻t时，求解下面的评价函数式(2)，仅使用时刻t时的值作为实际控制输入。
x(t)＝f(x(t),u(t),t)(1)
其中，x(t)：状态矢量u(t)：控制输入矢量
具体而言，作为评价函数式(2)的多级成本项(ステージコスト)，例如，设定“涡轮复合装置的所发电力和泵气损失增加量之差”及“目标增压压力和实际压力之差”。各自的贡献度可给予加权(足し算の重み)。另外，如果设定喘振边界或转速边界作为多级成本项内的罚函数，则实质上能够将不会成为喘振或过度旋转的情况作为约束条件而处理。
根据以上说明的第一实施方式，利用使用设定有能够保持预设定的低燃油消耗运转的背压和发电量之间的关系的背压发电量图55或模型预测控制理论而优化的方法，通过以涡轮发电机的废气能量的回收量越过泵气损失的增加引起的燃油消耗恶化量的方式设定涡轮发电机7的发电量和发动机背压之间的关系，能够实现通过用于使涡轮发电机7的发电涡轮7a旋转的背压上升而产生的泵气损失的增加和通过涡轮发电机7的发电量的增大而产生的废气能量的回收量之间的关系。
由此，能够使搭载有涡轮复合装置的发动机进行低燃油消耗的运转。
(第二实施方式)
接着，参照图6对第二实施方式进行说明。
第二实施方式是具备使向废气涡轮5a的动叶流入的废气流节流的可变喷嘴机构71来代替第一实施方式的第一废气门阀23的实施方式。
即，是使用VG(VariableGeometry可变截面)涡轮增压机的情况。此外，在图6中，发动机ECU29、涡轮ECU17省略记载。
该可变喷嘴机构71是设置于废气涡轮增压器5的壳体内的机构。因此，在设有第一废气门阀23的结构中，需要重新配置第一旁流通道21，但在本实施方式中，不需要那种配管，具有能够简化涡轮复合系统的结构而使涡轮复合系统小型化的特有的作用效果。除此以外，还具有与第一实施方式同样的作用效果。
此外，不局限于设置可变喷嘴机构71来代替第一实施方式的第一废气门阀23的情况，也可以一并设置它们。
(第三实施方式)
接着，参照图7对第三实施方式进行说明。
第三实施方式是相对于第二实施方式而言，进一步在进气通道4上，设置对吸入空气进行加压的电动压缩机81，而两阶段地对吸入空气进行加压的实施方式。关于与第二实施方式相同的结构，附带同一符号，省略说明。
如图7所示，为了对吸入空气进一步加压，将电动压缩机81设置于废气涡轮增压器5的进气流下游侧。电动压缩机81具备电动机83和逆变器85，向逆变器85输入来自涡轮ECU17的控制信号，而控制增压压力力。
电动压缩机81成为电力消耗要素而加入到电力负荷行列，另外，涡轮发电机7虽然产生电力，但会作为发电涡轮7a引起的背压增加要素，而对泵气损失增加之类的发动机产生负面影响。
但是，电动压缩机81虽然消耗电力，但会使向发动机3的增压压力增加，由此对于发动机3来说，具有正面影响，有助于低燃油消耗运转。
因此，作为控制，需要在第一实施方式的控制上加以考虑电动压缩机81的电力消耗量和发动机输出增加。
具体而言，将第一实施方式的泵气损失作为泵气损失和电动压缩机81的电力消耗，且将第一实施方式的发电量作为该发电量和电动压缩机81引起的发动机输出增加量。
即，使用背压发电量图55'，基于执行低燃油消耗运转的背压和发电量之间的关系，进行与第一实施方式同样的控制，该背压发电量图55'是使用与第一实施方式的背压发电量图55同样的图，而设定采用(背压+电动压缩机81的电力消耗)来代替横轴的背压，且采用(涡轮发电机7的发电量+电动压缩机81引起的发动机输出增加量)来代替纵轴的最佳发电量的关系而得到的。
例如，以达到目标增压压力的方式使电动压缩机81或可变喷嘴机构71工作。其后，基于重新设定的背压发电量图55'，计算出达到了其目标增压压力的状态下的背压的涡轮发电机7的发电量，并以达到其发电量的方式控制发电机9的转换器11，并且将达到了目标增压压力时的背压设为背压指令值，并以保持该背压的方式控制可变喷嘴机构71或第二废气门阀27中的任一方或双方。
根据第三实施方式，因为追加有电动压缩机81，所以与第一、第二实施方式相比，能够将向发动机的进气压力迅速地控制到目标空气压力。另外，因为与如实施方式1、2那样仅具有废气涡轮增压器5的情况相比，不提高背压就能够控制为目标增压压力，所以具有泵气损失的降低效果。
此外，对将电动压缩机81设置于废气涡轮增压器5的进气流下游侧的例子进行了说明，相反，也可以设置于上游侧。
(第四实施方式)
接着，参照图8对第四实施方式进行说明。
第四实施方式是仅设有第三实施方式所述的电动压缩机81来代替第一实施方式的废气涡轮增压器5的实施方式。
如图8所示，在进气通道4上设有电动压缩机81，且在废气通道19上设有涡轮复合装置的涡轮发电机7，在使流向发电涡轮7a的废气旁流的第二旁流通道25上设有第二废气门阀27。
这样，在将电动压缩机81和涡轮发电机7分别配设于进气通道4侧和废气通道19侧的涡轮复合系统中，由于由使流向涡轮发电机7的发电涡轮7a的废气旁流的第二废气门阀27构成控制发动机背压的背压控制单元，且由与涡轮发电机7的发电机9连接的转换器11构成控制发电量的发电量控制单元，因此能够以简单的结构来控制背压和发电量。
另外，关于控制方法，与第一实施方式同样地进行，因为背压的控制仅依赖于第二废气门阀27，所以可简化。
产业上的可利用性
根据本发明，由于可考虑发动机的背压上升引起的泵气损失的增加造成的燃油消耗恶化和涡轮复合的废气能量的回收实现的燃油消耗改善之间的折衷关系(二律背反关系)，而进行背压的控制及发电机的输出控制，来实现发动机的低燃油消耗运转，因此对向涡轮复合系统的控制装置的应用有效。
标记说明
1涡轮复合系统
3发动机
5废气涡轮增压器(涡轮增压器)
7涡轮发电机(电动式涡轮复合装置)
9发电机
11转换器(发电量控制单元)
13蓄电池
15辅机类
17涡轮ECU(涡轮控制器)
23第一废气门阀(背压控制单元)
27第二废气门阀
29发动机ECU(发动机控制器)
31发电模式设定单元
33压力传感器
35转速传感器
37背压传感器
38排温传感器
39目标增压压力图
41发电模式判定单元
43传感器信号输入部
45控制运算部
47边界确保控制单元
49增压压力控制单元
51发电量控制单元
53背压控制单元
55背压发电量图
65发电涡轮的流量特性图
67发电涡轮的涡轮效率图
69发电机的发电机效率图
71可变喷嘴机构
81电动压缩机
83马达
85逆变器
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，具备：
涡轮增压器，将向发动机的进气进行增压；
涡轮发电机，利用来自发动机的废气进行旋转；
发电量控制单元，控制该涡轮发电机的发电量；
背压控制单元，通过使向废气涡轮导入的废气旁流或节流而控制从所述发动机排出的废气的背压；
发电模式设定单元，将与所述涡轮发电机的发电量相关的发电模式设定为低燃油消耗模式；
涡轮控制器，在所述低燃油消耗模式时，基于通过用于使所述涡轮发电机旋转的背压上升而产生的泵气损失的增加和所述涡轮发电机的废气能量的回收量之间的关系，以发动机保持低燃油消耗运转的方式控制所述发电量控制单元及背压控制单元，
所述涡轮控制器具有与控制发动机的运转的发动机控制器另外独立的控制运算部及传感器信号输入部而构成，
发电模式设定单元基于来自所述发动机控制器的指示，将所述发电模式设定为所述低燃油消耗模式。
2.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述发电模式设定单元被构成为，基于来自所述发动机控制器的指示，将所述发电模式设定为最大再生模式、无再生模式及所述低燃油消耗模式的任意一种模式，所述最大再生模式是对所述涡轮发电机的所发电力不加以限制地以最大容量进行再生动作的模式，所述无再生模式是使所述涡轮发电机的发电停止的模式，在未设定所述最大再生模式及无再生模式中的任一个的情况下，设定所述低燃油消耗模式。
3.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮控制器具有相对于所述背压而预设定有与能够保持低燃油消耗的所述涡轮发电机的发电量之间的关系的背压发电量图，基于该背压发电量图，控制所述发电量控制单元及背压控制单元。
4.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压器由废气涡轮增压器构成，在该废气涡轮增压器的排气下游侧配设有所述涡轮发电机的发电涡轮，具备使流向所述废气涡轮增压器的废气涡轮的废气旁流的第一旁流控制阀，由该第一旁流控制阀构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
5.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压器由废气涡轮增压器构成，在该废气涡轮增压器的排气下游侧配设有所述涡轮发电机的发电涡轮，具备使向所述废气涡轮的动叶流入的废气流节流的可变喷嘴机构，由该可变喷嘴机构构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
6.如权利要求4或5所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
在所述废气涡轮增压器的压缩机的供气流的上游侧或下游侧配设有电动压缩机。
7.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压器由电动压缩机构成，具备使向利用来自发动机的废气进行旋转的所述涡轮发电机的发电涡轮的废气旁流的第二旁流控制阀，由该第二旁流控制阀构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。

Claims (8)

1.一种涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，具备：
涡轮增压器，将向发动机的进气进行增压；
涡轮发电机，利用来自发动机的废气进行旋转；
发电量控制单元，控制该涡轮发电机的发电量；
背压控制单元，通过使向废气涡轮导入的废气旁流或节流而控制从所述发动机排出的废气的背压；
发电模式设定单元，将所述涡轮发电机的发电量设定为低燃油消耗模式；
涡轮控制器，在所述低燃油消耗模式时，基于通过用于使所述涡轮发电机旋转的背压上升而产生的泵气损失的增加和所述涡轮发电机的废气能量的回收量之间的关系，以发动机保持低燃油消耗运转的方式控制所述发电量控制单元及背压控制单元。
2.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述发电模式设定单元具有：最大再生模式、无再生模式及所述低燃油消耗模式，所述最大再生模式是对所述涡轮发电机的所发电力不加以限制地以最大容量进行再生动作的模式，所述无再生模式是使所述涡轮发电机的发电停止的模式，在未设定所述最大再生模式及无再生模式中的任一个的情况下，设定所述低燃油消耗模式。
3.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮控制器具有与控制发动机的运转的发动机控制器另外独立的控制运算部及传感器信号输入部而构成。
4.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮控制器具有相对于所述背压而预设定有与能够保持低燃油消耗的所述涡轮发电机的发电量之间的关系的背压发电量图，基于该背压发电量图，控制所述发电量控制单元及背压控制单元。
5.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压器由废气涡轮增压器构成，在该废气涡轮增压器的排气下游侧配设有所述涡轮发电机的发电涡轮，具备使流向所述废气涡轮增压器的废气涡轮的废气旁流的第一旁流控制阀，由该第一旁流控制阀构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
6.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压器由废气涡轮增压器构成，在该废气涡轮增压器的排气下游侧配设有所述涡轮发电机的发电涡轮，具备使向所述废气涡轮的动叶流入的废气流节流的可变喷嘴机构，由该可变喷嘴机构构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
7.如权利要求5或6所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
在所述废气涡轮增压器的压缩机的供气流的上游侧或下游侧配设有电动压缩机。
8.如权利要求1所述的涡轮复合系统的控制装置，其特征在于，
所述涡轮增压器由电动压缩机构成，具备使向利用来自发动机的废气进行旋转的所述涡轮发电机的发电涡轮的废气旁流的第二旁流控制阀，由该第二旁流控制阀构成所述背压控制单元，由与所述涡轮发电机连接的转换器构成所述发电量控制单元。
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