JP2015161215A - 制御装置、過給システム、制御方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
この過給装置では、複雑な演算を瞬時に処理する高価な制御装置を用いず簡単な構成でハイブリッド排気タービン過給機の回転数を制御し、ハイブリッド排気タービン過給機のサージングを防止することができる。
本発明の目的は、モータリング時にサージングを回避するように複数の過給機を制御する制御装置、過給システム、制御方法およびプログラムを提供することにある。
図1は、一実施形態における過給システムの機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、情報の経路を実線で示し、電力の経路を一点鎖線で示し、吸排気の経路を二点鎖線で示している。
図1において、過給システム1は、制御装置100と、ハイブリッド過給機200−1〜200−n(nは、n≧2の整数)とを備える。ハイブリッド過給機200−i(iは、1≦i≦nの整数)は、排気タービン210−iと、コンプレッサ220−iと、発電機230−iと、軸240−iとを備える。
加えて、図1には、エンジン910と、コンバータ920−1〜920−nと、系統連系インバータ930と、電力系統940と、上位装置950とが示されている。
本実施形態において、ハイブリッド過給機200−1〜200−nの各々は、過給機の一例である。
排気タービン210−1〜210−nは、それぞれ、エンジン910の排気により駆動されて、軸240−1〜240−nを回転させる。
軸240−1〜210−nは、それぞれ、排気タービン210−1〜210−n、コンプレッサ220−1〜220−nおよび発電機230−1〜230−nに接続されている。軸240−1〜210−nは、それぞれ、排気タービン210−1〜210−nが生成する回転力をコンプレッサ220−1〜220−nおよび発電機230−1〜230−nへ伝達する。
発電機230−1〜230−nは、それぞれ、軸240−1〜240−nを介して排気タービン210−1〜210−nによりコンプレッサ220−1〜220−nとともに駆動され、発電する際に排気タービン210−1〜210−nに対して力学的な負荷を与える。他方、エンジン910の負荷が低い場合、コンバータ920−1〜920−nを介して電力系統940から電力の供給を受けて発電機230−1〜230−nを回転させるモータリングを行う。これにより、コンプレッサ220−1〜220−nは、排気タービン210−1〜210−nのみによって回転力を与えられる場合と比較して、より多く回転することができる。
本実施形態において発電機230−1〜200−nの各々は、回転機の一例である。
電力系統940は、発電機230−1〜230−nなどの電源装置からの電力を電力負荷(電力を消費する機器)へ供給する。
例えば、過給システム1が船舶に設けられており、電源装置として発電機230−1〜230−nとディーゼル発電機とが設置されている場合、電力系統940は、発電機230−1〜230−nやディーゼル発電機からの電力を、船内の各機器へ供給する。定速航行中などはディーゼル発電機が停止し、発電機230−1〜230−nが、船内にて必要な電力を発電する。
また、モータリングを行う際は、コンバータ920−1〜920−nと系統連系インバータ930とで、電力系統940の電力の電圧を変換して発電機230−1〜230−nに供給する。
上位装置950は、例えば電力系統940全体の制御装置など制御装置100よりも上位側の装置であり、制御装置100に対して電力指令値を送信する。なお、上位装置950は、電力系統に接続される負荷が要求する電力と、発電機230−1〜230−n以外の発電機が発電する電力とに基づいて、発電に係る電力指令値を決定する。また、上位装置950は、エンジン910の状態に基づいて、給電に係る電力指令値を決定する。具体的には、上位装置950は、エンジン910の状態と電力指令値とを関連付けたテーブルを予め記憶しておき、現在のエンジン910の状態に対応する電力指令値を当該テーブルから読み出すことで、電力指令値を決定する。エンジン910の状態とは、例えば、定速運転状態、低負荷状態など管理者の判断によって決定される状態であっても良いし、回転数や速度などの状態量に基づいて決定される状態であっても良い。
図2は、制御装置100の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、制御装置100は、電力指令値取得部110と、状態情報取得部120と、サージ判定部130と、回転数差判定部140と、発電電力決定部150と、制御情報出力部160とを備える。発電電力決定部150は、電力割当部151と、サージング解消電力割当調整部152と、回転数差減少電力割当調整部153とを備える。
状態情報取得部120は、各機器の状態を示す情報を取得する。例えば、状態情報取得部120は、コンプレッサ220−1〜220−nの各々の給気温度や、給気圧力や、ハイブリッド過給機200−1〜200−nの各々の回転数を取得する。また、状態情報取得部120は、発電機230−1〜230−nの各々の発電電力や、発電機230−1〜230−nの各々が出力する各相の電圧および電流を取得する。また、状態情報取得部120は、エンジン910の負荷や回転数を取得する。本実施形態において状態量取得部120は、状態量取得部の一例である。
ここでいうサージないしサージングは、コンプレッサを流れる流量が下流側の圧力との関係において不足することで、圧力や流量の振動などの異常が生じることである。サージングによる振動が激しい場合、コンプレッサや配管系が破損するおそれがある。
また、ここでいうサージ領域とは、サージングが発生すると考えられる流量および圧力比の領域である。後述するように、サージ領域は、コンプレッサマップにおいてサージラインを用いて示される。
電力割当部151は、電力指令値取得部110が取得した電力指令値を発電機230−1〜230−nの各々に、電力指令値として割り当てる。本実施形態において、電力割当部151は、割当部の一例である。
図1に示す構成のように複数のハイブリッド過給機200−1〜200−nが並列に配置されている場合、ハイブリッド過給機200−1〜200−nそれぞれの仕様の違いにより、性能のばらつきが生じ得る。あるいは、仕様が同じでも個体差、または、エンジン910からの配置位置や配管形状の差などにより、性能のばらつきが生じ得る。
このように、ハイブリッド過給機200−1〜200−nの性能のばらつきの影響を他のハイブリッド過給機200−1〜200−nも分担するように動作する。
図4において、線L131は、時刻T11から時刻T12の間におけるハイブリッド過給機200−1の状態(特に、流量、および、入口と出口との圧力比)の変化を示し、線L132は、時刻T11から時刻T12の間におけるハイブリッド過給機200−2の状態の変化を示す。
また、線L151、L152、L153およびL154は、何れもハイブリッド過給機200−1または200−2の回転数を、空気温度20℃の場合に換算した補正回転数にて示す等値線である。これらの線のうち、線L151が最も小さい回転数を示しており、回転数の小さい順に、線L151、L152、L153、L154となっている。
そのため、本実施形態では、ハイブリッド過給機200−1〜200−nに発電させる際に、制御装置100が、最大発電電力の範囲内で発電機230−1〜230−nの発電電力が同じになるように発電電力の制御を行うことで、サージングを回避する。
図5は、制御装置100が行う処理の手順の一例を示すフローチャートである。例えば、制御装置100は、上位装置950からモータリングを行う指示を受けると、同図の処理を開始する。
なお、電力指令値が変更された場合のみ上位装置950が電力指令値を送信するなど、上位装置950が電力指令値を送信する時間間隔が長い場合、電力指令値取得部110が電力指令値を記憶しておくようにしてもよい。この場合、電力指令値取得部110は、上位装置950からの電力指令値を受信する毎に記憶している電力指令値を更新する。そして、電力指令値取得部110は、ステップS111や、後述するステップS151において、記憶している電力指令値を読み出す。
例えば、上述したように、状態情報取得部120は、コンプレッサ220−1〜220−nの各々の給気温度や、給気圧力や、ハイブリッド過給機200−1〜200−nの各々の回転数を取得する。また、状態情報取得部120は、発電機230−1〜230−nの各々の発電電力や、発電機230−1〜230−nの各々が出力する各相の電圧および電流を取得する。また、状態情報取得部120は、エンジン910の負荷や回転数を取得する。
サージ領域のハイブリッド過給機有りと判定した場合(ステップS114:NO)、サージング解消電力割当調整部152は、サージ領域にあるハイブリッド過給機の給電電力を増加させる(ステップS141)。例えば、サージング解消電力割当調整部152は、サージ領域にあるハイブリッド過給機に対する発電電力指令値に所定の値を加算する。
あるいは、サージング解消電力割当調整部152が、サージ領域にあるハイブリッド過給機に対する発電電力指令値の、ハイブリッド過給機200−1〜200−n全体に対する給電電力指令値における割合を所定の割合だけ増加させるようにしてもよい。
例えば、サージング解消電力割当調整部152は、サージ領域外にあるハイブリッド過給機の各々について、コンプレッサマップにおけるサージラインまでの距離を算出し、算出した距離の最も長いハイブリッド過給機を、サージ領域から最も離れたハイブリッド過給機として検出する。そして、サージング解消電力割当調整部152は、サージ領域から最も離れたハイブリッド過給機に対する発電電力指令値から、ステップS141で加算した値を減算する。これにより、サージング解消電力割当調整部152は、ハイブリッド過給機200−1〜200−n全体に対する給電電力を一定に保つ。
ステップS142の後、ステップS113へ戻る。
そして、回転数差判定部140は、検出した回転数が最大のハイブリッド過給機と回転数が最小のハイブリッド過給機との回転数差の大きさが回転数差上限値以下か否かを判定する(ステップS122)。
ステップS132の後、ステップS113へ戻る。
上記手順を繰り返すことで、効率適正化割当調整部154は、全体の過給効率が向上するように、各ハイブリッド過給機200−1〜200−nに対する供給電力を調整することができる。なお、当該供給電力の調整方法は、あくまで一例であり、これに限られない。
ステップS153の後、ステップS113へ戻る。
また、「コンピュータシステム」は、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
例えば、上述した実施形態では、サージ判定部130が、一部のハイブリッド過給機がサージ領域内にあると判定した場合に、サージ領域にあるハイブリッド過給機に対する供給電力を増加させる場合について説明したが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、サージ領域にあるハイブリッド過給機を解列しても良いし、図5の処理を中断して管理者にアラームを通知しても良い。
Claims (7)
- 内燃機関の排気により駆動される排気タービンと、前記排気タービン毎に設けられ、当該排気タービンにより駆動されて前記内燃機関へ給気するコンプレッサと、前記排気タービン及び前記コンプレッサと同軸で回転する回転機と、を備える複数の過給機を制御する制御装置であって、
前記過給機を回転させるために前記回転機に供給可能な電力を取得する電力取得部と、
前記過給機ごとに前記コンプレッサの状態量を取得する状態量取得部と、
前記状態量取得部が取得した状態量に基づいて、前記電力取得部が取得した電力から前記過給機ごとの前記回転機に割り当てる電力を決定する電力決定部と
を備える制御装置。 - 前記電力決定部は、前記過給機ごとの前記コンプレッサの回転数の差が所定値以内になるように、前記過給機ごとの前記回転機に割り当てる電力を演算する
請求項1に記載の制御装置。 - 複数の前記過給機の回転数差の大きさが回転数差上限値以下か否かを判定する回転数差判定部を備え、
前記電力決定部は、前記回転数差判定部が、前記回転数差上限値より大きい回転数差の過給機があると判定すると、回転数が最大の前記過給機の前記回転機に割り当てる電力を減少させ、回転数が最小の前記過給機の前記回転機に割り当てる電力を増加させる
請求項2に記載の制御装置。 - 前記電力決定部は、前記過給機ごとの前記コンプレッサの回転数の差が所定値以内である場合に、複数の過給機の組み合わせに係る全体の過給効率が向上するように、前記回転機に割り当てる電力を決定する
請求項2または請求項3に記載の制御装置。 - 複数の過給機と、
前記複数の過給機を制御する制御部とを備え、
前記複数の過給機の各々は、
内燃機関の排気により駆動される排気タービンと、
前記排気タービン毎に設けられ、当該排気タービンにより駆動されて前記内燃機関へ給気するコンプレッサと、
前記排気タービン及び前記コンプレッサと同軸で回転する回転機と、
を備え、
前記制御部は、
前記過給機を回転させるために前記回転機に供給可能な電力を取得する電力取得部と、
前記過給機ごとに前記コンプレッサの状態量を取得する状態量取得部と、
前記状態量取得部が取得した状態量に基づいて、前記電力取得部が取得した電力から前記過給機ごとの前記回転機に分配する電力を演算する分配電力演算部と
を備える過給システム。 - 内燃機関の排気により駆動される排気タービンと、前記排気タービン毎に設けられ、当該排気タービンにより駆動されて前記内燃機関へ給気するコンプレッサと、前記排気タービン及び前記コンプレッサと同軸で回転する回転機と、を備える複数の過給機を制御する制御方法であって、
前記過給機を回転させるために前記回転機に供給可能な電力を取得するステップと、
前記過給機ごとに前記コンプレッサの状態量を取得するステップと、
前記状態量取得部が取得した状態量に基づいて、前記電力取得部が取得した電力を前記過給機ごとに分配するステップと
を有する制御方法。 - 内燃機関の排気により駆動される排気タービンと、前記排気タービン毎に設けられ、当該排気タービンにより駆動されて前記内燃機関へ給気するコンプレッサと、前記排気タービン及び前記コンプレッサと同軸で回転する回転機と、を備える複数の過給機を制御する制御装置のコンピュータを、
前記過給機を回転させるために前記回転機に供給可能な電力を取得する電力取得部、
前記過給機ごとに前記コンプレッサの状態量を取得する状態量取得部、
前記状態量取得部が取得した状態量に基づいて、前記電力取得部が取得した電力から前記過給機ごとの前記回転機に分配する電力を演算する分配電力演算部
として機能させるためのプログラム。
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JP2014036422A JP6053710B2 (ja) | 2014-02-27 | 2014-02-27 | 制御装置、過給システム、制御方法およびプログラム |
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JP2007231893A (ja) * | 2006-03-03 | 2007-09-13 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の過給装置 |
JP2014141929A (ja) * | 2013-01-24 | 2014-08-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制御装置、過給システム、制御方法およびプログラム |
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