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

Abstract

【課題】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。【解決手段】制御装置１００は、内燃機関の排気により駆動される排気タービンと、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内燃機関へ給気するコンプレッサと、排気タービン及び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１００は、過給機を回転させるために回転機に供給可能な電力を取得する電力指令値取得部１１０と、過給機ごとにコンプレッサの状態量を取得する状態情報取得部１２０と、状態情報取得部１２０が取得した状態量に基づいて、電力指令値取得部１１０が取得した電力から過給機ごとの回転機に割り当てる電力を決定する電力決定部１５０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、制御装置、過給システム、制御方法およびプログラムに関する。

複数の過給機を並列に搭載する過給機システムにおいては、複数の過給機の性能のばらつき等により、過給器の回転数の差が大きくなると、回転数が低い過給機がサージングを起こす可能性がある。

特許文献１には、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されてエンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部とを有し、エンジン本体の運転中、常に運転状態とされる少なくとも１台の排気タービン過給機と、エンジン本体から導かれた排気ガスによって駆動されるタービン部と、このタービン部により駆動されてエンジン本体に外気を圧送するコンプレッサ部と、タービン部およびコンプレッサ部の回転軸と連結される回転軸を有する発電機とを有し、エンジン本体の運転中、排気タービン過給機と並列運転状態とされる少なくとも１台のハイブリッド排気タービン過給機と、排気タービン過給機に取り付けられて排気タービン過給機の回転数を検出する回転センサからの信号を受けて、その信号に応じてハイブリッド排気タービン過給機の発電機に指令信号を発し、ハイブリッド排気タービン過給機の回転数と排気タービン過給機の回転数とが一致するように、発電機の発電量を制御する制御器とを備える過給装置が開示されている。
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。

国際公開第２００９／１２５８３６号

エンジン本体に掛かる負荷が低いときは、エンジン本体から排出される排気ガスの量が少ないため、ハイブリッド過給機の過給効率が低下する。そのため、エンジン本体に掛かる負荷が低いときに、コンプレッサに接続される発電機に電力を供給し、電動機として動作させてハイブリッド過給機の回転をアシストすることで、過給効率を向上するモータリングという技術がある。

モータリングを行う場合、発電機は発電しないため、特許文献１に記載の技術のように発電量を制御することでは、過給機のサージングを回避することができない。
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。

第１の態様は、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である。

また、第２の態様は、第１の態様において、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制御装置である。

また、第３の態様は、第２の態様において、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制御装置である。

また、第４の態様は、第２または第３の態様において、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制御装置である。

また、第５の態様は、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である。

また、第６の態様は、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である。

また、第７の態様は、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である。

上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、モータリングの際、コンプレッサの状態量に基づいて各過給機に分配する電力を演算する。これにより、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ことができる。

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。 制御装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 並列に設置されたハイブリッド過給機とエンジンとの接続関係の例を示す説明図である。 ハイブリッド過給機の回転数に大きな差が生じる例における、２つのハイブリッド過給機の状態を示すコンプレッサマップである。 制御装置が行う処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
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。

ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの各々は、空気の圧縮および発電を行う。
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。

コンプレッサ２２０−１〜２２０−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により駆動され、空気を圧縮してエンジン９１０へ給気する。
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。

エンジン９１０は、コンプレッサ２２０−１〜２２０−ｎからの給気を受けて燃料を燃焼させ、排気タービン２１０−１〜２１０−ｎへ排気を供給する。エンジン９１０は、内燃機関の一例に該当する。
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。

コンバータ９２０−１〜９２０−ｎと系統連系インバータ９３０とで、発電機２３０−１〜２３０−ｎの発電電力の電圧を変換して電力系統９４０へ供給する。例えば、発電機２３０−１〜２３０−ｎの各々が三相交流にて発電してコンバータ９２０−１〜９２０−ｎへ出力すると、コンバータ９２０−１〜９２０−ｎは、それぞれ、発電機２３０−１〜２３０−ｎからの電力を直流に変換して系統連系インバータ９３０へ出力する。系統連系インバータ９３０は、コンバータ９２０−１〜９２０−ｎからの電力を統合して、系統電圧（電力系統９４０に規定されている電圧）の三相交流など電力系統９４０の仕様に応じた電力に変換して電力系統９４０へ出力する。
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。

なお、系統連系インバータ９３０に代えて、コンバータ９２０−１〜９２０−ｎの各々に１台ずつコンバータを配置するようにしてもよい。
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。

制御装置１００は、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎを制御する。本実施形態において、制御装置１００は、制御部の一例である。
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。

電力指令値取得部１１０は、発電機２３０−１〜２３０−ｎに発電させる際、発電機２３０−１〜２３０−ｎの出力に関する指令値を取得する。また、電力指令値取得部１１０は、モータリングを行う際、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎを回転させるために発電機２３０−１〜２３０−ｎに供給可能な電力に関する指令値を取得する。具体的には、電力指令値取得部１１０は、上位装置９５０が送信する電力指令値を受信する。本実施形態において、電力指令値取得部１１０は、電力取得部の一例である。
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。

サージ判定部１３０は、状態情報取得部１２０の取得する状態情報に基づいて、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎのうちサージ領域にあるものの有無を判定する。
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。

回転数差判定部１４０は、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの回転数差の大きさ（回転数差の絶対値）が回転数差上限値以下か否かを判定する。より具体的には、回転数差判定部１４０は、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎについて、最大の回転数から最小の回転数を減算して回転数差の大きさを算出する。そして、回転数差判定部１４０は、得られた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ことで、回転数差上限値より大きい回転数差のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの有無を判定する。なお、回転数差上限値は、過給器２００−１〜２００−ｎの組み合わせ、給気室及び配管の形状、ならびに圧損等の各種条件に基づいて、制御装置１００の管理者が予め設定しておく。

電力決定部１５０は、発電機２３０−１〜２３０−ｎに発電させる際、発電機２３０−１〜２３０−ｎの各々に対する発電電力の指令値を決定する。また、電力決定部１５０は、モータリングを行う際、発電機２３０−１〜２３０−ｎの各々に対する給電電力の指令値を決定する。
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。

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２００−１〜２００−ｎ有りとサージ判定部１３０が判定すると、サージ領域にあるハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの負荷を減少させるように電力指令値の割当調整を行う。例えば、発電機２３０−１〜２３０−ｎに発電させる際、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２００−１〜２００−ｎに対して電力割当部１５１が割り当てた発電電力指令値から所定の値を減算する。そして、サージング解消電力割当調整部１５２は、減算分の電力を、他のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎのいずれかに対して電力割当部１５１が割り当てた発電電力指令値に加算することで、全体の発電電力を一定に保つ。また例えば、モータリングを行う際、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２００−１〜２００−ｎに対して電力割当部１５１が割り当てた給電電力指令値に所定の値を加算する。そして、サージング解消電力割当調整部１５２は、加算分の電力を、他のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎのいずれかに対して電力割当部１５１が割り当てた発電電力指令値から減算することで、全体の給電電力を一定に保つ。また、モータリングを行う際、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２００−１〜２００−ｎを解列し、当該ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎに供給荒れていた電力を、他のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎのいずれかに対して電力割当部１５１が割り当てた発電電力指令値から減算することで、全体の給電電力を一定に保っても良い。

回転数差減少電力割当調整部１５３は、回転数差上限値より大きい回転数差のハイブリッド過給機有りと回転数差判定部１４０が判定すると、回転数差が回転数差上限値以内になるように、電力指令値の割当調整を行う。具体的には、発電機２３０−１〜２３０−ｎに発電させる際、回転数差減少電力割当調整部１５３は、回転数最大のハイブリッド過給機の負荷を増加させ、回転数最小のハイブリッド過給機の負荷を減少させるように発電電力指令値の割当調整を行う。例えば、回転数差減少電力割当調整部１５３は、回転数最小のハイブリッド過給機に対する発電電力指令値から所定の値を減算することで、当該ハイブリッド過給機の発電電力を減少させて回転数を増加させる。また、回転数差減少電力割当調整部１５３は、減少分の電力を、回転数最大のハイブリッド過給機に対する発電電力指令値に加算することで、当該ハイブリッド過給機の発電電力を増加させて回転数を減少させる。また、モータリングを行う際、回転数差減少電力割当調整部１５３は、回転数最大のハイブリッド過給機に供給する電力を減少させ、回転数最小のハイブリッド過給機に供給する電力を増加させるように給電電力指令値の割当調整を行う。

効率適正化割当調整部１５４は、モータリングを行う際、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの組み合わせに係る全体の過給効率を最大化するように、給電電力指令値の割当調整を行う。例えば、効率適正化割当調整部１５４は、各ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの効率が均等になるように、給電電力指令値の割当調整を行う。具体的には、効率適正化割当調整部１５４は、効率の悪いハイブリッド過給機に供給する電力を増加させ、効率の良いハイブリッド過給機に供給する電力を減少させることで、給電電力指令値の割当調整を行う。

制御情報出力部１６０は、発電電力決定部１５０が決定した発電機２３０−１〜２３０−ｎの各々に対する電力指令値を、系統連系インバータ９３０へ送信する。電力指令値が発電に係る電力指令値である場合、系統連系インバータ９３０は、コンバータ９２０−１〜９２０−ｎから取得する電力を電力指令値に基づいて調整することで、コンバータ９２０−１〜９２０−ｎを介して発電機２３０−１〜２３０−ｎの発電電力を制御する。他方、電力指令値が給電に係る電力指令値である場合、系統連系インバータ９３０は、コンバータ９２０−１〜９２０−ｎに供給させる電力を電力指令値に基づいて調整することで、コンバータ９２０−１〜９２０−ｎを介して発電機２３０−１〜２３０−ｎに供給する電力を制御する。

このように、制御装置１００は、制御情報出力部１６０から電力指令値を送信することで、系統連系インバータ９３０およびコンバータ９２０−１〜９２０−ｎを介して、発電機２３０−１〜２３０−ｎの発電電力及び給電電力を制御する。

次に、図３〜図９を参照して、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの状態のばらつきによって生じる影響について説明する。
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。

例えば、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎ毎の運転時間の違いや、整備時期の違いから性能のばらつきが生じ得る。さらに、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎは、発電機２３０−１〜２３０−ｎを備えている点で、発電機２３０−１〜２３０−ｎの性能差がコンプレッサ２２０−１〜２２０−ｎの性能にも影響を与えるなど、発電機２３０−１〜２３０−ｎを備えていない通常の過給機よりも性能のばらつきが生じやすい。また、エンジン９１０からの配置位置や配管形状が異なることで、排気タービン２１０−１〜２１０−ｎに流入する排気の圧力や温度にばらつきが生じ、これによりハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの性能のばらつきが生じ得る。

かかるハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの性能のばらつきは、他のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎにも影響を及ぼし得る。この点について、図３を参照して説明する。なお、以下では、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎが２台（ｎ＝２）の場合を例に説明するが、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎが３台以上（ｎ≧３）の場合も同様に、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの性能のばらつきが、他のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎにも影響を及ぼし得る。

図３は、並列に設置されたハイブリッド過給機とエンジンとの接続関係の例を示す説明図である。同図において、エンジン９１０の備える吸気室９１１と、エンジン燃焼室９１２と、排気室９１３とが示されている。コンプレッサ２２０−１、２２０−２からの圧縮空気は、いずれも吸気室９１１へ流入し、エンジン燃焼室９１２は、当該圧縮空気を用いて燃料を燃焼させる。燃焼にて生じる排気（排気ガス）は、排気室９１３を経由して排気タービン２１０−１および２１０−２へ流入する。

ここで、コンプレッサ２２０−１および２２０−２からの圧縮空気は、吸気室９１１で混合されてエンジン燃焼室９１２へ流入する。従って、コンプレッサ２２０−１または２２０−２のいずれか一方の出力する圧縮空気の圧力は、エンジン燃焼室９１２における燃焼状態に影響し、排気タービン２１０−１および２１０−２のいずれへの排気圧力にも影響し得る。例えば、コンプレッサ２２０−２の出力する圧縮空気の圧力が低下すると、排気タービン２１０−１および２１０−２のいずれへの排気圧力も低下し、ハイブリッド過給機２００−１および２００−２のどちらのトルクも低下し得る。
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は、ハイブリッド過給機の回転数に大きな差が生じる例における、ハイブリッド過給機２００−１および２００−２の状態を示すコンプレッサマップである。同図では、ある時間におけるハイブリッド過給機２００−１および２００−２の状態の変化を示している。
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Ｌ１４０は、サージラインを示す。図６において、サージラインである線Ｌ１４０よりも左側（流量の小さい側）の領域Ａ１１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サージ領域に該当する。
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。

図４の例では、ハイブリッド過給機２００−２が、回転数の低下に伴ってサージ領域に到達しており、サージングが発生している可能性がある。このように、回転数の小さいハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎは、比較的サージングが発生し易い。したがって、複数のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの回転数にばらつきがある場合、回転数の小さいハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎにサージングが発生する可能性がある。

ここで、サージングが発生したハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの発電電力は、一般的なハイブリッド過給機の最大発電電力の数倍程度となる。そのため、充分な回転数を得られている状態では、最大発電電力の範囲内（すなわち、最大発電電力以下の発電電力）でハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎを運転させることでサージングを回避することができる。他方、複数のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの回転数差を小さくしつつ、最大発電電力の範囲内でハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎを動作させると、各機器の性能や必要な発電電力の大きさによっては、必要な発電電力を得られない可能性がある。
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。

他方、モータリングを行う場合、コンプレッサを流れる流量が増加し、かつ上流側の圧力と下流側の圧力との比が大きくなるため、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの状態は、サージ領域から離れる。つまり、モータリングを行う場合、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎは、サージングを起こしにくい状態となる。そのため、モータリングを行う場合、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの回転数差は、当該回転数差によって脈動が生じない程度に許容される。そのため、本実施形態では、モータリングを行う際に、制御装置１００が、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの回転数差が所定の閾値以内になるように給電電力の制御を行うことで、サージングを回避する。

次に、図５を参照して、制御装置１００の動作について説明する。
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。

図５の処理において、まず、電力指令値取得部１１０が電力指令値を取得する（ステップＳ１１１）。具体的には、電力指令値取得部１１０は、上位装置９５０が送信する電力指令値を受信する。
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。

次に、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の各々に均等に割り当てる（ステップＳ１１２）。すなわち、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の台数ｎで除算して、発電機１台あたりの給電電力指令値を算出する。

次に、状態情報取得部１２０は、各機器の状態情報を取得する（ステップＳ１１３）。
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。

次に、サージ判定部１３０は、状態情報取得部１２０が取得した状態情報に基づいて、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの全てがサージ領域外にあるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。
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。

さらに、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を増加させる（ステップＳ１４２）。
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。

なお、ステップＳ１４１でサージ領域にあるハイブリッド過給機に対する給電電力指令値の割合を増加させたときは、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給電電力指令値の割合を、ステップＳ１４１で増加させた分だけ減少させる。

なお、サージング解消電力割当調整部１５２が給電電力の減算を行うハイブリッド過給機は、サージ領域から最も離れたハイブリッド過給機に限らず、給電電力を減少させてもサージングが発生しないと予想されるハイブリッド過給機であればよい。さらには、サージング解消電力割当調整部１５２が、給電電力の減少分を、複数のハイブリッド過給機に分担させるようにしてもよい。
ステップＳ１４２の後、ステップＳ１１３へ戻る。

一方、ステップＳ１１４において、全てのハイブリッド過給機がサージ領域外にあると判定した場合（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、回転数差判定部１４０が、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎのうち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を検出する（ステップＳ１２１）。
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）。

回転数差の大きさが回転数差上限値より大きい判定した場合（ステップＳ１２２：ＮＯ）、回転数差減少電力割当調整部１５３は、ステップＳ１２１において回転数差判定部１４０が回転数最大のハイブリッド過給機として検出した過給機の回転数を減少させる（ステップＳ１３１）。例えば上述したように、回転数差減少電力割当調整部１５３は、回転数最大のハイブリッド過給機に対する給電電力指令値から所定の値を減算する。

さらに、回転数差減少電力割当調整部１５３は、ステップＳ１２１において回転数差判定部１４０が回転数最小のハイブリッド過給機として検出した過給機の回転数を増加させる（ステップＳ１３２）。例えば上述したように、回転数差減少電力割当調整部１５３は、回転数最小のハイブリッド過給機に対する給電電力指令値に所定の値を加算する。

なお、サージング解消電力割当調整部１５２の場合と同様、ステップＳ１３１において回転数差減少電力割当調整部１５３が、回転数最小のハイブリッド過給機に対する給電電力指令値の、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。この場合、ステップＳ１３２においてサージング解消電力割当調整部１５２は、回転数最大のハイブリッド過給機に対する給電電力指令値の、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、ステップＳ１３１で増加させた分だけ減少させる。
ステップＳ１３２の後、ステップＳ１１３へ戻る。

一方、回転数差の大きさが回転数差上限値以下であると判定した場合（ステップＳ１２２：ＹＥＳ）、効率適正化割当調整部１５４は、各ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの過給効率を算出し、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの過給効率の順位付けを行う（ステップＳ１５１）。また、効率適正化割当調整部１５４は、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの組み合わせに係る全体の過給効率を算出する（ステップＳ１５２）。

次に、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（ステップＳ１５３）。供給電力の調整方法として、例えば、以下に示す方法が挙げられる。まず、効率適正化割当調整部１５４は、過去の調整ごとに、全体の過給効率と、各ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの過給効率とを関連付けて調整結果として記憶する。次に、効率適正化割当調整部１５４は、過去の調整結果に基づいて、全体の過給効率と各ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの過給効率との関係及び傾向を推定する。次に、効率適正化割当調整部１５４は、推定結果にしたがって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。

例えば、効率適正化割当調整部１５４は、最も効率の悪いハイブリッド過給機に対する供給電力を増加させ、最も効率の良いハイブリッド過給機に対する供給電力を減少させる調整を行う。次に、効率適正化割当調整部１５４は、過去の調整結果と今回の調整結果とを比較し、結果全体の過給効率が向上したならば、同様に、最も効率の悪いハイブリッド過給機に対する供給電力を増加させ、最も効率の良いハイブリッド過給機に対する供給電力を減少させる調整を行う。他方、結果全体の過給効率が低下したならば、効率の悪い他のハイブリッド過給機に対する供給電力を増加させたり、効率の良い他のハイブリッド過給機に対する供給電力を減少させたり、最も効率の悪いハイブリッド過給機を解列する調整を行う。
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。

このように、本実施形態によれば、電力決定部１５０は、状態量取得部１２０が取得した状態量に基づいて、電力指令値取得部１１０が取得した電力から発電機２３０−１〜２３０−ｎに割り当てる電力を決定する。これにより、モータリング時にサージングを回避するように複数のハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎを制御することができる。特に、電力決定部２００−１〜２００−ｎは、コンプレッサ２２０−１〜２２０−ｎの回転数の差が所定値以内になるように、回転機２３０−１〜２３０−ｎに割り当てる電力を演算することで、サージングを回避することができる。

また、本実施形態によれば、電力決定部１５０は、コンプレッサ２２０−１〜２２０−ｎの回転数の差が所定値以内である場合、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの組み合わせに係る全体の過給効率が向上するように、発電機２３０−１〜２３０−ｎに割り当てる電力を決定する。これにより、サージングを回避しつつ、ハイブリッド過給機２００−１〜２００−ｎの過給効率を向上させることができる。

なお、制御装置１００の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
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。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
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。

１…過給システム １００…制御装置 １１０…電力指令値取得部 １２０…状態情報取得部 １３０…サージ判定部 １４０…回転数差判定部 １５０…電力決定部 １５１…電力割当部 １５２…サージング解消電力割当調整部 １５３…回転数差減少電力割当調整部 １５４…効率適正化割当調整部 １６０…制御情報出力部 ２００…ハイブリッド過給機 ２１０…排気タービン ２２０…コンプレッサ ２３０…発電機 ２４０…軸 ９１０…エンジン ９２０…コンバータ ９３０…系統連系インバータ ９４０…電力系統 ９５０…上位装置

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
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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