JP7179492B2 - 過給システム - Google Patents
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Description
以下に、本発明に係る過給システムの第1実施形態について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る過給システム1の概略構成を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る過給システム1は、内燃機関(以下、「エンジン4」という。)に設けられ、低圧側電動圧縮機(以下、「低圧コンプレッサ2」という。)と、高圧側圧縮機(以下「高圧コンプレッサ3」という。)と、排気タービン5と、タービン発電機6と、駆動装置7とを主な構成として備えている。過給システム1において、低圧コンプレッサ2、高圧コンプレッサ3、エンジン4、排気タービン5、タービン発電機6の順に流体が流通しており、本実施形態では該流体として空気を用いる場合について説明する。なお、空気に替えて他の流体を使用することとしてもよい。また、本実施形態では、過給システム1が自動車に適用される場合について説明するが、エンジン4を要するものであれば自動車に限定されず適用することが可能である。
次に、本発明の第2実施形態に係る過給システムについて説明する。
上述した第1実施形態では、目標値設定部31は、タービン発電機6において周速比U/COが所定の値となる目標回転数Nt*を設定することとした。しかしながら、タービン発電機6の効率が最大化する周速比は、必ずしも一定とは限らない場合がある。そこで、本実施形態では、周速比を一定の値に限定せずに、タービン発電機6の効率が略最大となる回転数Ntを目標回転数Nt*として設定する。以下、本実施形態に係る過給システム1について、第1実施形態と異なる点について主に説明する。
次に、本発明の第3実施形態に係る過給システムについて説明する。
上述した第1実施形態及び第2実施形態では、目標値設定部31(または目標値設定部31’)は、タービン発電機6における排気の入口温度Tinと、タービン発電機6における排気の圧力比Πとに基づいて、目標回転数Nt*を設定することとした。しかしながら、第1実施形態及び第2実施形態では、タービン発電機6における排気の入口温度Tinと、タービン発電機6における排気の圧力比Πを計測する計測器が必要となる。そこで、本実施形態では、タービン発電機6における排気の入口温度Tinと圧力比Πを計測する計測器を設けることなく、タービン発電機6の効率が略最大となる回転数Ntを目標回転数Nt*として設定する。以下、本実施形態に係る過給システム1について、第1実施形態及び第2実施形態と異なる点について主に説明する。
次に、本発明の第4実施形態に係る過給システムについて説明する。
上述した第1実施形態では、タービン発電機6の回転数Ntと目標回転数Nt*とが一致するようにコンバータ部12における直流電圧の変化量を制御することとしたが、本実施形態では、将来における過給システム1の最適な状態量を算出して、最適状態量に基づいてコンバータ部12における直流電圧の変化量を制御する。以下、本実施形態に係る過給システム1について、第1実施形態、第2実施形態、及び第3実施形態と異なる点について主に説明する。
2 :低圧コンプレッサ
2a :圧縮機
2b :電動モータ
3 :高圧コンプレッサ
4 :エンジン
5 :排気タービン
6 :タービン発電機
6a :タービン
6b :発電機
7 :駆動装置
11 :整流部
12 :コンバータ部
13 :蓄電部
14 :インバータ部
15 :制御部
21 :直流線
22 :接地線
23 :コンデンサ
24 :スイッチング素子
25 :インダクタ
26 :逆流防止素子
27 :コンデンサ
31、31’、31’’、31’’’ :目標値設定部
32、32’ :電圧変化量制御部
33 :モデル解析部
Claims (9)
- 電動モータによって駆動し、内燃機関へ流体を圧送する圧縮機と、
前記内燃機関からの排気によって回転するタービン発電機と、
前記タービン発電機で発電した電気により前記電動モータを駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、
前記タービン発電機で発電した電気を整流する整流部と、
前記整流部によって整流した直流電圧の電圧値を昇圧または降圧して出力するコンバータ部と、
前記コンバータ部から出力された直流電圧を用いて前記電動モータを駆動するインバータ部と、
前記コンバータ部における入力電圧に対する出力電圧の電圧値の変化量を制御する制御部と、
を有し、
前記コンバータ部はチョッパ回路であり、
前記制御部は、
過給システムの運転状態を示す状態量の目標値を目標状態量として設定する目標値設定部と、
前記過給システムの状態量と前記目標状態量との差を変数として含む所定の評価関数を用いて、所定時間経過後において前記評価関数の解が略最小となる前記過給システムの最適状態量を前記過給システムの解析モデルに基づいて演算するモデル解析部と、
前記モデル解析部により演算された前記最適状態量に基づいて、前記コンバータ部における直流電圧の変化量を制御する電圧変化量制御部と、を有し、
前記モデル解析部は、所定時間経過後の将来における状態量である前記タービン発電機の回転数Ntと吸気マニホールド圧力MAPを(式5)より予測し、その所定時間経過後の将来において、(式8)の前記評価関数の解が略最小となるような前記最適状態量(Pm、Pdc、WG)を演算する
過給システム。
(式5)
Pt:タービンの動力
ηt:タービンの効率
Cp:タービンの定圧熱容量
Tin:タービンの入口温度
wt:タービンの質量流量
Π:タービンの圧力比
κ:比熱比
(式8)
g(x,u):評価関数
x:状態量
u:将来において最適と推定される状態量
Nt*:目標回転数
MAP*:吸気マニホールド圧力目標値
Q:目標値に対する追従誤差において付加される重みづけ
Pm:電動モータの入力電力
Pdc:コンバータ部の入力電力
WG:ウェイストゲートの開度
R:uの変化量に対する重みづけ - 前記駆動装置は、前記コンバータ部から出力された直流電圧を蓄電する蓄電部を有する請求項1に記載の過給システム。
- 前記制御部は、
前記タービン発電機の目標回転数を設定する前記目標値設定部と、
前記タービン発電機の現在の回転数と前記目標回転数とが一致するように、前記コンバータ部における直流電圧の変化量を制御する前記電圧変化量制御部と、
を有する請求項1または2に記載の過給システム。 - 前記目標値設定部は、前記目標状態量として前記タービン発電機の目標回転数を設定し、
前記モデル解析部は、前記評価関数において、前記タービン発電機における回転数と前記目標回転数との差を前記変数として含む請求項1に記載の過給システム。 - 前記目標値設定部は、前記タービン発電機において、タービンに流入する流体の流速に対するタービンの外周速度の比である周速比が所定の値となる前記目標回転数を設定する請求項3または4に記載の過給システム。
- 前記目標値設定部は、前記タービン発電機における前記排気の入口温度と、前記タービン発電機における前記排気の圧力比とに基づいて、前記周速比が所定の値となる前記目標回転数を設定する請求項5に記載の過給システム。
- 前記目標値設定部は、前記タービン発電機における前記排気の入口温度と、前記タービン発電機における前記排気の圧力比と、前記タービン発電機において効率が略最大となる回転数との関係を有しており、前記関係に基づいて前記タービン発電機の現在の前記入口温度及び前記圧力比から効率が略最大となる回転数を特定し、特定した回転数を前記目標回転数として設定する請求項3または4に記載の過給システム。
- 前記目標値設定部は、前記内燃機関の運転状態と、前記タービン発電機において効率が略最大となる回転数との関係を有しており、前記関係に基づいて前記内燃機関の現在の運転状態から効率が略最大となる回転数を特定し、特定した回転数を前記目標回転数として設定する請求項3または4に記載の過給システム。
- 前記運転状態とは、前記内燃機関の回転数及び負荷状態である請求項8に記載の過給システム。
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