JP2005534852A - 電気的に補助された可変形状ターボチャージャ - Google Patents
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Abstract
内燃機関への吸気および/または内燃機関からの排気を制御する方法、装置および/またはシステム。内燃機関への吸気チャージ圧力を制御する例示的方法は、少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧力に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定するステップと、吸気チャージ圧力をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した電気モータを制御し、タービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、1つまたは複数の制御パラメータを出力するステップとを含む。
Description
本発明は概ね、内燃機関への吸気および/または内燃機関からの排気を制御する方法、装置および/またはシステムに関する。
吸気チャージ圧力(例えば単位面積当たりの力または単位体積当たりのエネルギと定義される)をブーストする方法、装置および/またはシステムは、燃焼によって動力付与された回転シャフトから機械的にエネルギを抽出することが多い。例えば、ターボ過給機は通常、シャフトに取り付けたタービンおよび圧縮機を含み、タービンが排気からエネルギを抽出し、これによってシャフトが回転して、その結果、圧縮機によって吸気チャージ圧力(例えば吸気圧力)のブーストが引き起こされる。別の例として、スーパチャージャを考えると、これは駆動シャフトなどから抽出したエネルギによって動力付与された圧縮機を使用して、吸気チャージ圧力をブーストする。
最近、ブーストの問題に対処することを目的とする様々な可変形状ターボチャージャ(VGT)が入手可能になった。GARRETT(登録商標)VNT(商標)およびAVNT(商標)ターボチャージャ(カリフォルニア州Garrett Corporation)に制限されないが、このようなVGTは、調節可能な翼、ノズルなどを使用して、タービンを流れる排気を制御する。例えばGARRETT(登録商標)VNT(商標)ターボチャージャは、必要な負荷でタービン出力を最適にするために、タービンの入口で排気流を調節する。閉位置に向かう翼の動作は、通常、排気流をタービンに対してさらに折線方向に配向し、これがタービンに与えるエネルギを増加させ、その結果、圧縮機のブーストを増加させる。逆に、開位置に向かう翼の動作は、通常、排気流をタービンに対してさらに半径方向に配向し、タービンへのエネルギを減少させ、その結果、圧縮機のブーストを減少させる。したがって、低いエンジン速度および少量の排気流量で、VGTターボチャージャはタービン出力を増加させて、圧力をブーストさせることができ、エンジンの全速/負荷および高いガス流量で、VGTターボチャージャは、ターボチャージャの超過速度を回避し、適切または必要なブースト圧力の維持に役立つことができる。
圧縮機圧力に結合されたアクチュエータが形状を制御したり、かつ/または、エンジン管理システムが、真空アクチュエータを使用して形状を制御したりなど、形状を制御するために、様々な制御体系が存在する。全体として、VGTは、ブースト圧力の調整を可能にすることができ、これは出力、燃料効率、排ガス、応答および/または摩耗を効果的に最適化する。言うまでもなく、ターボチャージャは、前述した流路可変技術に対して代替的または追加的方法としてウエィストゲート技術を使用してよい。
前述した市販の装置などの機能および/または他の機能を有する方法、装置および/またはシステムについて、以下で説明する。
本明細書で説明する様々な方法、システムおよび/または配置構成、およびその同等物は、以下の詳細な説明を添付図面と組み合わせて参照することにより、さらに完全に理解することができる。
本明細書で説明する様々な方法、システムおよび/または配置構成、およびその同等物は、以下の詳細な説明を添付図面と組み合わせて参照することにより、さらに完全に理解することができる。
同様の参照番号が同様の要素を指す図面を参照すると、様々な方法が、適切な制御および/または計算環境に実装された状態で図示されている。必要ではないが、様々な例示的方法が、コンピュータおよび/または他の計算装置によって実行されるプログラムモジュールなどの、コンピュータで実行可能な命令の一般的文脈で記載されている。通常、プログラムモジュールは、特定の作業を実行するか、特定の抽象的なデータタイプを実行するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。
本明細書の幾つかの図では、様々なアルゴリズムを個々の「ブロック」で要約している。このようなブロックは、プロセスが進行するにつれ実行される特定の動作または下される特定の決定を述べる。マイクロコントローラ(又は同等品)を使用する場合、本明細書で示す流れ図は、所望の制御を遂行するためにこのようなマイクロコントローラ(又は同等品)が使用できる「制御プログラム」またはソフトウェア/ファームウェアの基礎を提供する。したがって、プロセスは、機械が読み取り可能で、メモリに記憶可能な命令として実装され、これはプロセッサによって実行されると、ブロックとして示される様々な動作を実行する。また、様々な図は、随意的に装置および/またはシステムの構造的な要素となる個々の「ブロック」を含む。例えば、「制御装置ブロック」は、随意的に構造要素となる制御装置を含み、「アクチュエータブロック」は、随意的に構造要素となるアクチュエータを含み、「ターボチャージャブロック」は、随意的に構造要素となるターボチャージャを含み、以下同様である。様々なブロックで、構造および機能が示される。例えば、制御装置ブロックは、ブースト(機能など)を制御する制御装置(構造など)を随意的に含む。
当業者は、本明細書で提示する流れ図および他の説明に基づいて、このような制御プログラムを容易に書くことができる。本明細書で説明する主題は、以下で説明する動作を実行するためにプログラムする場合のデバイスおよび/またはシステムばかりでなく、マイクロコントローラ、および追加的にこのようなソフトウェアを実現することができる任意かつ全てのコンピュータ読み取り可能媒体をプログラムするように構成されたソフトウェアも含むことを理解し、認識されたい。このようなコンピュータ読み取り可能媒体の例は、フレキシブルディスク、ハードディスク、CD、RAM、ROM、フラッシュメモリなどであり、制限はない。
ターボチャージャは、内燃機関の出力を増加させるために頻繁に使用される。図1を参照すると、例示的内燃機関110および例示的ターボチャージャ120を含む例示的システム100が図示されている。内燃機関110は、作用可能な状態でシャフト112を駆動する1つまたは複数の燃焼室を収容するエンジンブロック118を含む。図1で示すように、吸気口114は、エンジンブロック118への燃焼ガス(空気など)の流路を提供し、排気口116は、エンジンブロック118からの排気の流路を提供する。
例示的ターボチャージャ120は、排気からエネルギを抽出して、吸気チャージ圧力(燃焼ガスの圧力など)をブーストするためにこのエネルギを使用するように作用する。図1で示すように、ターボチャージャ120は、圧縮機124、タービン126、吸気134および排気出口136を有するシャフト122を含む。エンジン110からタービン126へと逸れる排気はシャフト122を回転させ、これが圧縮機124を回転させる。回転時に、圧縮機124は、燃焼ガス(周囲の空気など)を励起して、燃焼ガス圧(単位面積当たりの力または単位体積当たりのエネルギなど)に「ブースト」を生成し、これは一般的に「ブースト圧」と呼ばれる。この方法で、ターボチャージャは、エンジンへ供給される燃焼ガス(通常は炭素系および/または水素系燃料と混合される)の質量を増加させるのに役立つことができ、これは燃焼中の値人出力の増大に変換される。
図2を参照すると、別の例示的ターボチャージャ220および例示的内燃機関110(図1のエンジン110を参照)を含む例示的システム200が図示されている。例示的ターボチャージャ220は、燃焼ガス入口234、シャフト222、圧縮機224、タービン226、流路可変ユニット230、可変形状アクチュエータ232、排気出口236、電気補助ユニット240およびパワーエレクトロニクスユニット242を含む。流路可変ユニット230および/または可変形状アクチュエータ232は、随意的に、GARRETT(登録商標)VNT(商標)およびAVNT(商標)ターボチャージャなどの市販の可変形状ターボチャージャ(VGT)に関連するような機構を有し、これは複数の調節可能な翼を使用して、ノズルおよびタービンを通る排気の流れを制御する。図示のように、流路可変ユニット230は、随意的に、タービン226への排気入口に、またはその近傍で位置決めされる。電気補助ユニット240および/またはパワーエレクトロニクスユニット242は、随意的に、電気モータおよび/または発電機、およびシャフト(圧縮機シャフト、タービンシャフトなど)の加速および/または減速が可能な関連のパワーエレクトロニクスを含む。パワーエレクトロニクスユニット242は、随意的に、直流電力で作動し、交流信号を生成して、電気補助ユニット240(モータおよび/または発電機など)を駆動する。電気補助ユニット240および/またはパワーエレクトロニクスユニット242は、交流電力を整流して直流電力を出力する能力も有することができる。
図3を参照すると、別の例示的ターボチャージャ221および例示的内燃機関110(図1のエンジン110を参照)を含む例示的システム300が図示されている。例示のターボチャージャ221は、場合により多段圧縮機システムを含んでいる。例示的ターボチャージャ221は、第1燃焼ガス入口234、第2燃焼ガス入口234’、第1シャフト222、第2シャフト222’、第1圧縮機224、第2圧縮機224’、タービン226、流路可変ユニット230、可変形状アクチュエータ232、排気出口236、第1電気補助ユニット240、第2電気補助ユニット240’、およびパワーエレクトロニクスユニット242を含む。
第2圧縮機224’は、随意的に、第1圧縮機224の入口234および/またはエンジン110の入口114に供給する出口を有する。図示のように、弁235は、第2圧縮機224’と第1圧縮機224との間の流れを制御する。パワーエレクトロニクスユニット242、電気補助ユニット(ユニット240、240’など)および/または別のユニットが、随意的に、弁235を制御する。このような例示的システム221によると、1つまたは複数のタービン(タービン226など)および1つまたは複数の電気補助ユニット(電気補助ユニット240など)が、排気から(例えば排気口116から)エネルギを抽出する。抽出されたエネルギは、随意的に、保存されたり、1つまたは複数の圧縮機(圧縮機224、224’など)への動力付与に使用されたりする。図3に示す2つの圧縮機を有する例示的システムは、2つの圧縮機を直列状態で有するが、代替構成(直列、並列など)も可能である。例えば、各圧縮機が関連するタービンを有する2つ以上の圧縮機を有する構成であるが、それに制限されない。
電気補助ユニット240、240’は、1つまたは複数のパワーエレクトロニクスユニット(パワーエレクトロニクスユニット242など)への1つまたは複数のリンクを有する。電気補助ユニット240、240’および/またはパワーエレクトロニクスユニット242は、随意的に、電気モータおよび/または発電機、およびシャフト(圧縮機シャフト、タービンシャフトなど)の加速および減速が可能な関連するパワーエレクトロニクスを含む。パワーエレクトロニクスユニット242は、随意的に、直流電力で作動し、交流信号を生成して、電気補助ユニット240、240’(モータおよび/または発電機など)を駆動する。言うまでもなく、直流モータまたは電気補助ユニットの使用も可能である。電気補助ユニット240、240’および/またはパワーエレクトロニクスユニット242は、交流電力を整流して直流電力を出力する能力も有することができる。
本明細書で開示する様々な例示的方法、装置および/またはシステムは、随意的に、内燃機関の性能を強化するように作動する。性能は、例えば動力、効率、排ガスなどを含む。図4を参照すると、図1のターボチャージャ120および図2の例示的システム220(または図3の例示的システム221)の単純化された例示的なおおよそのグラフが図示されている。120とラベルされた1組のグラフは、図1のターボチャージャ120に関連し、220とラベルされた別の組のグラフは、図2の例示的システム220(または図3の例示的システム221)に関連する。
グラフ120の組を参照すると、時間に対する動力需要および/または燃料流量、時間に対する空気流量、時間に対するエンジン出力、および時間に対する排気のグラフが図示されている。時間に対する需要および/または燃料流量(D/F)のグラフを参照すると、約t_0の時間に、需要および/または燃料流量が増加する。需要および/または燃料流量の増加に応答して、空気流(空気質量mAを時間で微分したもの、すなわち空気質量流量)が増加し、ほぼt_1の時間に一定水準になる。この例では、時間t_0と時間t_1の間に空気流量の時間遅れ(ΔtA)が存在する。同様に、エンジン出力(ΔtP)および潜在的に排ガス(ΔtE)に時間遅れが存在する。ターボチャージャ付きエンジンでは、このような遅れは、「ターボラグ」を特徴とすることが多い。本明細書で説明する様々な例示的方法、装置および/またはシステムおよび/またはその同等物が、このような時間遅れを短縮するように作動する。
グラフ220の組を参照すると、ほぼt_0の時間に需要および/または燃料流量の増加が発生する。需要および/または燃料流量の増加に応答して、電気補助ユニット(図2の電力補助ユニット240など)が、圧縮機(図2の圧縮機224など)およびタービン(図2のタービン226など)に関連するシャフト(図2のシャフト222など)に動力を提供する。電気補助ユニットは、シャフトを、したがって圧縮機を駆動して、吸気チャージ圧力および内燃機関(図2の内燃機関110など)への空気質量流量をブーストする。時間に対する空気流量(mAの上に黒いドットを付して示す)のグラフでは、ほぼ時間t_0で空気流量が自然に、またはほぼ自然に増加することに留意されたい。したがって、例示的システムは、ターボチャージャ120に関連する時間遅れを減少かつ/またはほぼ解消する。さらに、動力(P)と時間とのグラフに、同様の挙動が図示されていることに留意されたい。また、対応する排ガス(E)が、需要および/または燃料流量(D/F)の増加に応答して潜在的に減少する。
図5を参照すると、図2の例示的システム220の様々な構成要素を含むターボチャージャシステム223および1つまたは複数の例示的制御装置244、250の様々な構成要素を含む例示的制御システム400が図示されている。制御装置244は、パワーエレクトロニクスユニット242および可変形状アクチュエータ232への通信リンクを含み、通常は制御論理(マイクロプロセッサをベースとした制御装置など)を含んで、吸気および/または排気圧、温度、流量などの全体的制御を提供する。制御装置244は、制御装置250への別のリンクも含み、これは通常、内燃機関110の全体的制御を提供する。制御装置250は、様々なセンサへのリンクを含み、これは例えばエンジン速度センサ252、圧縮機後の吸気圧力、温度および/または流量センサ、排気圧力、温度および/または流量センサ256、および圧縮機前の吸気圧力、温度および/または流量センサ258であるが、それに制限されない。このようなセンサを使用することにより、ブースト圧、背圧などの様々なパラメータが決定されるが、これに制限されない。
制御装置250の前後には追加のリンク262、264も図示されている。リンク262は、随意的に、制御装置250に演算子および/または他の入力を提供し、リンク264は随意的に内燃機関110の制御情報(燃料流量など)を提供する。
図6を参照すると、図5の例示的システム223などを制御する例示的方法600が図示されている。開始ブロック604で方法600が開始する。受信ブロック608がこれに続き、ここで制御装置は制御に関する情報を受信かつ/または他の方法で決定する。次に決定ブロック624で、制御装置はエンジンが例えば遷移モードなどで作動しているか、エンジンが加速中か、燃料流量が増加しているか、または需要の増加が発生しているかを決定する。決定ブロック624で、エンジンが遷移モードにないことが決定された場合は、形状調節ブロック630で、アクチュエータが必要に応じて流路可変ユニットの形状を調節する。しかし、決定ブロック624によりエンジンが遷移モードにあることが決定された場合は、形状調節ブロック640および動力調節ブロック650で、パワーエレクトロニクスユニットおよび可変形状アクチュエータが、電気補助ユニット(モータおよび/または発電機など)への動力を調節したり、流路可変ユニット(VGT、ノズル、翼など)の形状を調節したりする。パワーエレクトロニクスユニットおよび可変形状アクチュエータは、随意的に、形状調節ブロック640と電力調節ブロック650との間で点線によって示されたリンクを含む。調節ブロック630、640、650のいずれかの後に、例示的方法600は通常、受信ブロック608で継続する。
図7を参照すると、図5の例示的システム223などを制御する例示的方法700が図示されている。開始ブロック704で方法が開始する。受信ブロック708がこれに続き、ここで制御装置は制御に関する情報を受信かつ/または他の方法で決定する。次に決定ブロック712で、制御装置はエンジンが暖機モードであるか決定する。決定ブロック712でエンジンが暖機中であると決定されると、形状調節ブロック716がこれに続き、ここでアクチュエータは必要に応じて流路可変ユニット(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)の形状を調節する。モータ「オフ」ブロック720もこれに続き、ここで電力補助ユニット(モータおよび/または発電機)への動力が、既にオフになっていない場合は、オフに切り換えられる。この場合、例示的方法700は受信ブロック708で継続する。
決定ブロック712でエンジンが暖機モードにないと決定された場合は、次に別の決定ブロック724がこれに続き、これはエンジンが遷移モードで作動しているか、例えばエンジンが加速中か、燃料流量の需要の増加および/または増加が発生しているか決定する。言うまでもなく、減速のためにも同様に適切な制御を随意的に設ける。決定ブロック724でエンジンが遷移モードでないと決定された場合は、モータ「オフ」ブロック728で、電力補助ユニット(モータおよび/または発電機)への動力が、既にオフになっていない場合は、オフに切り換えられ、ブースト決定ブロック730で、制御装置が所望のブーストレベルを決定する。ブーストレベルを決定した後、形状決定ブロック732がこれに続き、ここで制御装置が所望の形状を決定する。次に形状調節ブロック734で、アクチュエータは流路可変ユニット(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)を調節して、所望の形状を実現する。このような制御は、所望のブーストレベルを達成するが、違う場合は、モニタブロック736が随意的に形状をさらに調節し、例えばブーストを削減する。例示的モニタブロックは、随意的にPID制御または他の適切な制御ブロックを使用して、例えば所望のブーストレベルと実際のブーストレベルの間の誤差を最小にする。
決定ブロック724でエンジンが遷移モードであると決定された場合は、次にブースト決定ブロック740で制御装置が所望のブーストレベルを決定する。ブーストレベルを決定した後、形状決定ブロック742および動力決定ブロック760がこれに続き、ここで1つまたは複数の制御装置が、流路可変ユニット(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)の所望の形状および/または電気補助ユニット(モータおよび/または発電機)の所望の動力レベルを決定する。次に、形状調節ブロック744およびモータ動力付与ブロック762で、アクチュエータは流路可変ユニット(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)および/または電気補助ユニット(モータおよび/または発電機など)を調節して、所望の形状および/または所望の動力を実行する。このような制御装置は、所望のブーストレベルを達成することができるが、違う場合は、形状監視ブロック746が随意的に形状をさらに調節して、ブーストを削減する。例示的形状監視ブロックは、随意的にPID制御または他の適切な制御ブロックを使用して、例えば所望のブーストレベルと実際のブーストレベルの間の誤差を最小にする。
また、動力監視ブロック764では、制御装置が随意的に、例えばモータ作動関数、テンプレートなど(図10の例示的モータ作動関数などを参照)の評価後、電力補助ユニット(モータおよび/または発電機など)への動力を監視および/または調節する。様々な制御ブロック728、736、746、764の後、例示的方法は、随意的に、図示のように受信ブロック708で、または決定ブロック712または決定ブロック724で終了または継続する。
図8を参照すると、吸気および/または排気を制御する例示的システムおよび/または方法800が図示されている。エンジンブロック804は、センサまたは他の手段を介してブースト制御論理ブロック810へと情報を提供する。ブースト制御論理ブロック810は、エンジンブロック804から受信した情報に少なくとも部分的に基づいて所望のブースト(吸気チャージ目標圧、空気質量流量など)を決定する。次に、ブースト制御論理ブロック810が、動力制御装置ブロック822および/または可変形状アクチュエータブロック852に情報を出力する。例えば、制御論理ブロック810は、随意的に、制御論理を使用し、少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧(例えば所望のブースト、空気質量流量など)に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定し、次に1つまたは複数の制御パラメータを出力して、吸気チャージ圧をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合された電気モータを制御し、タービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御する。したがって、例示的方法は、少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定することと、吸気チャージ圧をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した電気モータを制御し、タービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、1つまたは複数の制御パラメータを出力することとを含む。
図8で示すように、動力制御装置ブロック822は、動力制御装置に指令して、例えば所望の動力レベルを電気補助ユニット(モータおよび/または発電機など)に提供する。モータおよび/または発電機ブロック826では、電気補助ユニットを伴う電気モータが、所望の動力レベルを受信して、動力をターボチャージャブロック840に提供し、これは例えば図2のシステム220で示すようなターボチャージャを含む。流路可変起動ブロック852はアクチュエータに指令して、例えば流路可変ユニット(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)を所望の形状に合わせて調節する。流路可変ブロック856では、流路可変ユニットを伴う1つまたは複数の流路可変要素が、所望の形状に合わせて調節し、これがターボチャージャブロック840の作動を実行する。ターボチャージャブロック840の作動は、エンジンブロック804の作動をさらに実行し、これによって閉ループ制御システムおよび/または方法を形成する。
図9を参照すると、吸気および/または排気を制御する例示的システムおよび/または方法900が図示されている。エンジンブロック904が、速度(N)および/または燃料に関する情報(例えば燃料質量mFを時間で微分したもの、すなわち燃料質量流量、またはパーセンテージ負荷など)を、電気補助ユニットを伴うブースト目標決定ブロック920および/または流路可変ユニット950を伴うブースト目標決定ブロック950に提供する。電気補助ブースト目標ブロック920は、情報の少なくとも一部を使用して、所望の(または目標の)電気補助ブーストを決定し、流路可変ブースト目標ブロック950は、情報の少なくとも一部を使用して、所望の(または目標の)流路可変ブーストを決定する。
電気補助ブースト目標ブロック920は、所望または目標の電気補助ブーストを接続ブロック922および/または開ループ制御ブロック924に送信して、所望または目標の電気補助ブースト(または動力生成)を達成する制御路の決定を補助する。接続ブロック922は、随意的に、感知ブロック944から情報を受信し、これは例えばエンジンとの間の空気流量(通常はエンジンへの空気流量など)を感知する。接続ブロック922は、閉ループ制御ブロック926へのリンクも有して、所望または目標の電気補助ブースト(または発電)を達成する制御路の決定を補助する。制御ブロック924、926は、随意的に、大きさ、継続時間および上方向傾斜および/または下方向計算などの変数に基づいて制御路を決定するが、これに制限されない。さらに、モータ作動関数、検索テーブルおよび/または他の情報を随意的に使用して、制御を決定する。制御ブロック924、926は、動力命令ブロック928へと情報を出力する。この例示的システムおよび/または方法900によると、電気補助ユニットの制御は、開ループ、閉ループおよび/または開ループと閉ループの組み合わせの制御を通して実行される。
動力命令ブロック928は、動力制御装置ブロック932に通信するために、少なくとも部分的に1つまたは複数の制御ブロック924、926からの出力に基づき、適切な1つまたは複数の命令を決定する。動力制御装置ブロック932は、このような1つまたは複数の命令に従い、モータおよび/または発電機ブロック936に動力を提供する。言うまでもなく、例示的システムは、随意的に、複数の電気補助ユニットを有する(図3のターボチャージャシステム221などを参照)。モータおよび/または発電機ブロック936は、例えばタービン、圧縮機、ターボチャージャなどに作動状態で結合されたモータおよび/または発電機を含み、これによってモータおよび/または発電機への動力の送出は、例えばタービンおよび/または圧縮機への動力の送出などに変換され、したがって図9で示すように、モータおよび/または発電機ブロック936がターボチャージャブロック940で作動する。
ターボチャージャブロック940は、通常、吸気チャージ(燃焼ガスなど)の圧力、温度および/または質量流量を変更する。空気流量感知ブロック944が、ターボチャージャブロック940からの空気流量(および/または圧力、温度など)を感知して、随意的にこのような情報をエンジンブロック904および/または様々な他のブロック(接続ブロック922など)に提供する。図9で示すように、空気流量感知ブロック944は、流量および/または圧力、温度などの情報(空気質量流量など)をエンジンブロック904、接続ブロック922、および流路可変制御路の接続ブロック954に送信する。
同様の方法で、エンジンブロック904は、速度(N)および/または燃料に関する情報(燃料質量流量、パーセンテージ負荷など)を、流路可変制御を伴うブースト目標ブロック950に提供する。流路可変ブースト目標ブロック950は、情報の少なくとも一部を使用して、所望の(または目標の)流路可変ブーストを決定する。流路可変ブースト目標ブロック950は、所望または目標の流路可変ブーストを接続ブロック954および/または開ループ流路可変制御ブロック958に送信する。既に述べたように、接続ブロック954は、感知ブロック944からも情報を受信し、これは随意的に、感知されたターボチャージャおよび/または電気補助ブーストによる流路可変ブーストを(全体的または部分的に)オフセットする。例えば、接続ブロック954は、感知された情報および/または他の情報に当然基づいて、新しい所望または目標の流路可変ブーストを決定する。接続ブロック954は、所望または目標の流路可変ブーストを閉ループ制御ブロック962に送信する。閉ループ制御ブロック962は、多様な制御アルゴリズムのいずれかを使用して制御路を決定し、これは例えば比例、積分および/または微分アルゴリズムなどであるが、これに制限されない。閉ループ制御ブロック962は、大きさ、継続時間および上方向傾斜および/または下方向傾斜などを含むが、それに制限されない変数に基づいて、制御路を随意的に決定する。さらに、流路可変作動関数、検索テーブルおよび/または他の情報を随意的に使用して、制御を決定する。閉ループ制御ブロック962は、開ループ制御ブロック958から作動状態で情報を受信する別の接続ブロック966に情報を送信する。言うまでもなく、開ループ制御ブロック958で示す開ループ制御は、(関連する接続ブロック966と同様)場合により用いる。開ループ制御は、オーバシュートを減少させたり、目標への路を高速化したり、他の方法で閉ループ制御を補助したりすることができる。本明細書で説明するように、例示的システムおよび/または方法900は、閉ループ、開ループおよび/または閉ループと開ループの制御を使用する。
接続ブロック966は、流路可変命令ブロック970に情報を送信する。流路可変命令ブロック970は、流路可変起動ブロック974に送信するために、少なくとも部分的に接続ブロック966に基づいて適切な1つまたは複数の命令を決定する。流路可変起動ブロック974は、このような1つまたは複数の命令に従って流路可変要素ブロック978の形状を調節する。流路可変要素ブロック978は、ターボチャージャ(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)への排気流量を変更できる1つまたは複数の流路可変要素を含み、したがって図9で示すように、流路可変ブロック978がターボチャージャブロック940を実行する。次に、ターボチャージャブロック940が、燃焼ガス(空気など)の圧力、温度および/または質量流量を変更する。
全体的に、このような例示的システムおよび/または方法は、定常状態のエンジン作動および/または遷移作動に必要なブーストまたは空気質量量を随意的に決定する。例えば、定常状態で作動するためには、制御論理が、所望の空気質量流量を達成するための最適な翼の位置を決定する。また、開ループ制御に結合された閉ループを随意的に使用して、可変形状アクチュエータに命令することによって翼の位置を調整する。さらに、遷移作動の場合、このような例示的システムおよび/または方法は、随意的に開ループ制御を使用して、所望または目標のブーストまたは空気質量流量を達成するために電気補助ユニットのモータの加速に必要な電力を決定する。遷移作動から定常状態の作動へと移動する際に、下方向傾斜または他の機能を随意的に使用して、電気補助と流路可変作動との間の平滑な遷移の保証に役立てる。
図10を参照すると、例示的電気補助制御アルゴリズムまたは作動関数のグラフ1000が図示されている。ほぼt_0とほぼt_1の時間の間で、電気補助ユニット(モータおよび/または発電機など)への電力(P)はプラスで一定である。一定の値は、時間挙動、電流ブーストなどを使用して決定するか、あるいはこの値を最大値に設定する。t_0からt_1までの期間(Δt_1)は、加速期間に対応してよい。期間Δt_1は、一定または可変の期間のタイマとして作用してもよい。図10で示すように、タイマが切れる(例えばt_1の時)か、実際のブースト、エンジン出力などが所望または目標のブースト、エンジン出力などと等しいか、近似している場合、電気補助ユニット(モータおよび/または発電機など)への電力(P)の下方向傾斜または減少が生じる。タイマを使用すると、摩耗、電源ドレーンなどへの安全機構を提供することができる。この場合も、このような例示的作動関数は、電気補助および流路可変が関与する遷移作動と定常状態作動との間の滑らかな遷移を保証するのに役立つ。
図11を参照すると、例えば例示的システム(図2の220、図3の221、図5の223など)を制御する例示的方法1100が図示されている。開始ブロック1104で方法が開始する。受信ブロック1108がこれに続き、ここで制御装置は、制御に関連する情報を受信かつ/または他の方法で決定する。次に決定ブロック1112で、制御装置は、エンジンが暖機モードにあるか決定する。決定ブロック1112でエンジンが暖機中であると決定されると、形状調節ブロック1116がこれに続き、ここでアクチュエータは必要に応じて流路可変ユニット(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)の形状を調節する。モータ「オフ」および/または動力削減ブロック1120もこれに続き、ここで電力補助ユニット(モータおよび/または発電機)への動力が、既にオフになっていない場合は、オフに切り換えられか、他の方法で削減される。この場合、例示的方法1100は受信ブロック1108で継続する。つまり、形状ブロック1116およびモータブロックが受信ブロック1108で継続する。
決定ブロック1112でエンジンが暖機モードにないと決定された場合は、次に別の決定ブロック1124がこれに続き、これはエンジンが遷移モードで作動しているか、例えばエンジンが加速中か、燃料流量の需要の増加および/または増加が発生しているか決定する。言うまでもなく、減速のためにも同様に適切な制御を随意的に設ける。決定ブロック1124でエンジンが遷移モードでないと決定された場合は、制御ブロック1130で、適切な制御論理が(PID、制御および/または監視など)がモータ/発電機ブロック1132および/または形状調節ブロック1134の制御を決定する。モータ/発電機ブロック1132および形状調節ブロック1134は、電力補助ユニット(モータおよび/または発電機)および形状調節ユニットに作用する。これらの2つのブロック1132、1134は通常、受信ブロック1108で継続する。
決定ブロック1124でエンジンが遷移モードであると決定された場合は、次にさらに別の決定ブロック1128で、ブーストが十分であるか(例えばさらなるブーストが望ましいか)決定する。決定ブロック1128で、ブーストが十分および/または追加のブーストが望ましくない、と決定された場合、方法は制御ブロック1140で継続する。制御ブロック1140は制御論理を使用して、例えばブーストおよび形状および/または電気補助動力に適切なパラメータなどを決定する。図示のように、制御ブロック1140は、形状ブロック1144および/またはモータブロック1148に情報を通信する。例示的シナリオによると、形状ブロック1144が、流路可変ユニットの形状を最大流量になるように設定するか、モータブロック1148が適宜、電気補助ユニットに動力付与する、またはその両方を実行する。決定ブロック1152がこれに続き、ここで制御論理1140、形状調節1144および/または動力送出1148の動作を通してブースト目標が達成されたかを決定する。決定ブロック1152が、目標達成を示した場合は、例示的方法1100が別の形状調節ブロック1156および電源切断ブロック1160で継続する。通常、動力は、例えばほぼゼロおよび/または適切なブーストを維持するように調節された形状へと減少する。形状調節ブロック1156および電源切断ブロック1160は通常、受信ブロック1108で継続する。
決定ブロック1152が、目標ブーストを達成していないと決定した場合は、例示的方法1100が制御論理ブロック1140で継続し、ここで例えば制御論理が、目標ブーストが達成されていないという指示に部分的に基づいて、1つまたは複数の新しい制御パラメータを随意的に決定する。
決定ブロック1128でさらなるブーストが望ましくない(例えばブーストが十分であるか、ブーストが必要ない)と決定された場合、制御論理ブロック1170がこれに続き、ここで制御論理を使用して、追加のブーストが必要ないか、ブーストの減少が望ましい、あるいはその両方の決定に少なくとも部分的に基づいて、適切な制御パラメータを決定する。制御論理ブロック1170は、例えば形状調節ブロック1174および/または発電機「オン」ブロック1176に制御情報を通信する。これらの2つのブロック1174、1176は通常、所望のブーストの維持および/またはブースト(いずれの場合も目標ブーストまたはブースト関数など)の削減を実行するように作用する。例えば、発電機「オン」ブロック1176は、随意的に電気補助ユニットの発電機機能を起動し、これがブーストを減少させるか、ターボチャージャシステムからエネルギを抽出する、あるいはその両方を実行する。形状調節ブロック1174および発電機「オン」ブロック1176は決定ブロック1178で継続し、ここで例示的方法1100は、目標ブーストが達成されたか決定する。目標ブーストが達成されていない場合、例示的方法1100は、制御論理ブロック1170で継続する。制御ブロック1170は、随意的に決定ブロック1178の決定を使用し、新しい制御パラメータを決定する。あるいは、例示的方法1100は受信ブロック1108で継続する。
例示的方法1100は、随意的に車両などの電気システムの動力レベルを監視して、余分な動力が必要か決定する。例示的方法1100は、随意的に、電気補助ユニットに関連する発電機を使用することによって、この必要性に応じようと作動する。例えば、電気補助ブーストが必要でない場合、例示的方法1100は、必要に応じて電気補助ユニットに関連する発電機を起動することもできる。例示的方法1100は、様々な作動状態の様々な例示的措置を含む。言うまでもなく、任意の特定の方法は、これらの例示的措置および/または他の措置を使用しないか、そのうち1つまたは複数を使用してよい。
図12を参照すると、タービンを減速する例示的方法1200が図示されている。受信ブロック1204で、制御装置は流路可変ユニット(VGT、1つまたは複数のノズル、1つまたは複数の翼など)および電気補助ユニット(モータおよび/または発電機など)を有する内燃機関の作動に関する情報を受信する。決定ブロック1208で、制御装置は、少なくとも部分的にこの情報に基づいて、タービンの減速が適切かを決定する。決定ブロック1208が減速を適切であると決定した場合、次に発電ブロック1212および/または形状調節ブロック1212’で、制御装置は制御を実行し、電気補助ユニットに発電させるか、可変形状ターボチャージャの形状を調節する、またはその両方を実行して、タービンを減速する。例示的方法は、例示的電気補助ユニットを使用して、交流電力を生成し、これは随意的に直流電力に整流される。例示的電気補助ユニットから得られた電力は、随意的に保存および/または使用され、電気システムに通電する(例えば、随意的に交流電源などとして使用される)。
様々な例示的システムおよび/または方法を様々な図で個々に図示してきたが、他の例示的システムおよび/または方法が随意的な機能の組み合わせを実現する。例えば、例示的制御システムおよび/または方法は、随意的に機能を実現して、燃焼ガス圧および/または質量流量のブーストおよび/またはタービンの減速を実行する。言うまでもなく、様々な例示的システムおよび/または方法は、随意的に複数の電気補助装置、流路可変ユニット、タービンおよび/または圧縮機を使用することができる。
幾つかの例示的方法、装置およびシステムを添付図面で図示し、以上の詳細な説明で説明してきたが、方法およびシステムは開示された例示的実施形態に制限されず、請求の範囲で述べ、定義した精神から逸脱することなく、多数の再構成、変更および置換が可能であることが理解される。
Claims (22)
- 内燃機関への吸気チャージ圧力を制御する制御装置であって、
少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧力に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定する制御論理を備え、前記制御論理は、時間の関数として電気モータの作動に関する作動関数を使用することを含み、さらに、
吸気チャージ圧力をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した電気モータを制御し、タービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、1つまたは複数の制御パラメータを出力する1つまたは複数の出力部を備える制御装置。 - 前記制御論理が、前記内燃機関への燃料量流量および/または前記内燃機関の回転速度の使用を含む、請求項1に記載の制御装置。
- 前記吸気チャージ目標圧力が空気質量流量に対応し、随意的に、前記制御論理が前記内燃機関への空気質量流量の使用を含み、随意的に、前記制御論理が1つまたは複数の閉制御ループ内の空気質量流量の使用を含む、請求項1に記載の制御装置。
- 前記制御論理が、1つまたは複数の閉制御ループを含み、随意的に、前記1つまたは複数の閉制御ループが、前記電気モータを制御する閉ループおよび/または前記形状アクチュエータを制御する閉ループを含む、請求項1に記載の制御装置。
- 前記1つまたは複数の出力部が、発電機を制御する制御パラメータを出力する出力部を含み、前記発電機が作動状態で前記タービンに結合され、随意的に、前記電気モータが前記発電機として作動する、請求項1に記載の制御装置。
- 内燃機関への吸気チャージ圧力を制御する方法であって、
少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧力に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定するステップを含み、前記決定するステップが、時間の関数として電気モータの作動に関する作動関数を使用することを含み、さらに、
吸気チャージ圧力をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した前記電気モータを制御し、タービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、前記1つまたは複数の制御パラメータを出力するステップを含む方法。 - 前記決定するステップが、前記内燃機関への燃料質量流量および/または前記内燃機関の回転速度を使用することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記吸気チャージ目標圧力が空気質量流量に対応し、随意的に、前記決定するステップが、前記内燃機関への空気質量流量を使用することを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記決定するステップが、1つまたは複数の閉制御ループを含み、随意的に、前記1つまたは複数の閉制御ループが、前記電気モータを制御する閉ループおよび/または前記可変形状アクチュエータを制御する閉ループを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記出力するステップが、前記タービンに作動状態で結合した発電機を制御する制御パラメータを出力し、随意的に、前記電気モータが前記発電機として作動する、請求項6に記載の方法。
- さらに、目標圧力に達成するステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 内燃機関への吸気チャージ圧力を制御する制御装置であって、
少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧力に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定する制御論理手段を備え、前記制御論理手段は、時間の関数として電気モータの作動に関する作動関数を使用し、さらに、
吸気チャージ圧力をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した電気モータを制御し、タービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、1つまたは複数の制御パラメータを出力する出力手段を備える制御装置。 - 内燃機関への吸気チャージ圧力を制御する制御装置であって、
少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧力に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定する制御論理と、
吸気チャージ圧力をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した電気モータを制御し、発電機を制御し、前記発電機が作動状態で前記タービンに結合し、さらにタービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、1つまたは複数の制御パラメータを出力する1つまたは複数の出力部を備える制御装置。 - 前記制御論理が、前記内燃機関への燃料質量流量および/または前記内燃機関の回転速度の使用を含み、随意的に、前記吸気チャージ目標圧力が空気質量流量に対応し、随意的に、前記制御論理が、前記内燃機関への空気質量流量の使用を含む、請求項13に記載の制御装置。
- 前記制御論理が1つまたは複数の閉制御ループを含み、随意的に、前記1つまたは複数の閉制御ループが、前記電気モータを制御する閉ループおよび/または前記可変形状アクチュエータを制御する閉ループを含む、請求項13に記載の制御装置。
- 前記制御論理が作業関数の使用を含み、随意的に、前記作業関数が、時間の関数として前記電気モータの作動に関する、請求項13に記載の制御装置。
- 前記電気モータが随意的に、前記発電機として作動する、請求項13に記載の制御装置。
- 内燃機関への吸気チャージ圧力を制御する方法であって、
少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧力に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定するステップと、
吸気チャージ圧力をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した電気モータを制御し、発電機を制御し、前記発電機が作動状態で前記タービンに結合し、さらにタービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、前記1つまたは複数の制御パラメータを出力するステップとを含む方法。 - 前記決定するステップが、前記内燃機関への燃料質量流量および/または前記内燃機関の回転速度を使用するステップを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記決定するステップが、1つまたは複数の閉制御ループを含み、随意的に、前記1つまたは複数の閉制御ループが、前記電気モータを制御する閉ループおよび/または前記可変形状アクチュエータを制御する閉ループを含む、請求項18に記載の方法。
- 前記決定するステップが作動関数を使用するステップを含み、随意的に、前記作動関数が、時間の関数として前記電気モータの作動に関する、請求項18に記載の方法。
- 内燃機関の吸気チャージ圧力を制御する制御装置であって、
少なくとも部分的に吸気チャージ目標圧力に基づいて1つまたは複数の制御パラメータを決定する制御論理手段と、
吸気チャージ圧力をブーストすることができる圧縮機に連動可能な状態で結合した電気モータを制御し、発電機を制御し、前記発電機が作動状態で前記タービンに結合し、さらにタービンへの排気流量を調節することができる可変形状アクチュエータを制御するために、前記1つまたは複数の制御パラメータを出力する出力手段とを備える制御装置。
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