JPS6198934A - 内燃機関用制御装置 - Google Patents

内燃機関用制御装置

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JPS6198934A
JPS6198934A JP60229757A JP22975785A JPS6198934A JP S6198934 A JPS6198934 A JP S6198934A JP 60229757 A JP60229757 A JP 60229757A JP 22975785 A JP22975785 A JP 22975785A JP S6198934 A JPS6198934 A JP S6198934A
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、排気ガスタービン過給機を有する内燃機関の
ための制御装置に関する。
〔従来の技術〕
共通の軸の上に配置された排気ガスタービンおよび圧縮
機から成っており電動機により駆動される排気ガスター
ビン過給機を有する内燃機関において、排気ガス中の動
力過剰の際に電動機を電動機運転から発電機運転へ移行
させて電気エネルギーを電力用変換装置を介して電気エ
ネルギー蓄積装置に供給するために用いられる制御装置
であって、１つの検出器から排気ガスタービン過給機の
回転数実際値を、１つの検出器から電気エネルギー蓄積
装置の電圧実際値を、また１つの発信器から加速信号値
を供給され、また供給された信号値から電力用変換装置
に対して、電動機の電動機運転では内燃機関の急速な加
速が生ずるように、また発電機運転では電動機から供給
されたエネルギーが整流されるようにする制御値を形成
する制御装置はヨーロッパ特許第Ａ−００７９１００号
明細書から公知である。この公知の制御装置では電気エ
ネルギーが電動機の発電機運転では、排気ガスタービン
過給機の後続の加速過程で再び利用するため、蓄電池と
して構成されている電気エネルギー蓄積装置に供給され
る。電動機運転から発電機運転への切換およびその逆の
切換は、排気ガスタービン過給機の回転数値、蓄電池の
電圧値および加速信号値に関係して機械的または電子的
リレーにより行われ、発電機運転ではエネルギーは制御
されない整流器ブリッジを介して蓄電池に供給され、ま
た電動機運転ではエネルギーは蓄電池から制御装置によ
り制御されるインバータを介して電動機の固定子巻線に
注入される。その際に整流器ブリッジおよびインバータ
は２方向に作動可能な電力用変換装置によっても置換さ
れ得る。公知の運転形式により確かに内燃機関の迅速な
加速が可能である。しかし、その際、下記の理由から、
排煙の少ない燃焼は望ましい燃料消費と同様に達成可能
でない。加速発信器から発せられる信号に直接比例して
内燃機関に燃料が相応の量で供給される。
しかし、この供給された燃料量は排煙の少ない燃焼に対
しては、すなわち最適な燃料−空気比では完全に特定の
燃焼空気量を必要とする。しかし、公知の制御装置の場
合に過剰なエネルギーを有する排気ガスが発生されるべ
きであれば、このことは内燃機関への過大に高められた
燃料供給を甘受してのみ可能であり、必然的に燃料にと
って望ましくない燃料−空気比、従ってまた排気ガスの
濁りに通ずる。この過大に高められた燃料供給もそれに
伴う燃料−空気比も他の所で利用可能な排気ガス過剰エ
ネルギーの発生のために望ましくない。
高められた燃料量は運転コストを高める。悪化された排
気ガス組成は一般に特に現行の排気ガス規定の見地から
許容可能でない。
排気ガスタービン過給機を有する内燃機関用のドイツ連
邦共和国特許第Ａ２２０６４５０号明細書から公知の制
御装置では、共通の軸の上に排気ガスタービンおよび圧
縮機が配置されている。共通の軸は、排気ガス内の動力
過剰の際に電動機が電動機運転から発電機運転へ移行し
、電気エネルギーが供給源から給電される系統へ供給さ
れるように制御されている電動機により駆動可能である
。
その際に決定的な評価および比較規範は、そこに設けら
れている調節可能な電動機が相応の制御により連結され
た排気ガスタービン過給機の回転数を内燃機関の全負荷
範囲内で一定に保つことである。このことは、排気ガス
タービン過給機の圧縮機が常に、すなわち内燃機関のそ
のつどの負荷に無関係に一定の高い動力を提供し、その
結果として内燃機関が常に一定の高い過給空気圧力を有
する一定の高い空気量を提供されることを意味する。
いま内燃機関がたとえば無負荷゛運転から加速されるべ
きであれば、下側および中央負荷範囲で与えられる空気
過剰は、内燃機関内で必要な燃料−空気比を保証するた
め、高められた燃料供給を強制する。
もう１つの規範に相応して、この公知の解決では、制御
装置は、電動機が排気ガスタービンにおける動力過剰の
際には発電機運転に切換可能であり、その後は電気エネ
ルギーがエネルギー源から給電される系統に供給可能で
あるように構成されている。電動機が電動機運転中に排
気ガスタービン過給機を内燃機関の全負荷範囲にわたり
一定の高い回転数で、すなわち一定の高い過給空気圧力
および一定の高い過給空気量に対して駆動するという前
提のもとに、電動機運転から発電機運転への切換を生せ
しめる（排気ガスタービンに供給される）排気ガス中の
動力過剰は電気エネルギーへの変換に対して過大に高め
られた燃料供給によってのみ達成され得る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従って、本発明の目的は、冒頭に記載した種類の制御装
置を、公知の構成にくらべて燃料消費の少ない内燃機関
の運転中に部分負荷範囲、特に始動時および下側負荷範
囲における一層良好な加速も、公知の制御装置の場合の
ように蓄電池にではなく、それによって供給すべき内燃
機関の環境内に存在しその特有の所与の状態が制御装置
の設計の際に同じく考慮されなければならない負荷に供
給されるべき電気エネルギーへの過剰排気ガスエネルギ
ーの最も望ましい変換も可能であるように改良すること
である。
〔問題点を解決するための手段〕
この目的は、本発明によれば、冒頭に記載した種類の制
御装置において、電気エネルギー蓄積装置が電気系統、
特に船内系統により形成されており、制御装置が、計算
装置として構成されている調節装置であり、この計算装
置に加速信号値として内燃機関の関節器に供給される指
令量が目標値としてまた追加的に１つの検出器から過給
圧力が実際値としてまた１つの検出器から系統の周波数
値が実際値として供給され、その際に計算装置が上記実
際値から、また記憶された値、特に過給圧力の経過また
は電動機の供給された動力の経過から、内燃機関の動力
の経過の関数として電力用変換装置の制御装置に対して
、電動機の電り３機運転中は内燃機関のできるかぎり迅
速な加速が生じ、それにもかかわらず排煙の少ない燃焼
に対して最適な燃焼空気比が保たれ、また電動機の発電
機運転中は最大限の過剰な排気ガスエネルギーが電気エ
ネルギーとして系統内へ注入可能であり、または系統に
無関係な負荷に供給可能であるようにする制御値を計算
し、また電動機運転から発電機運転への切換およびその
逆の切換が過給空気圧力または内燃機関の動力の予め設
定可能な値または計算装置により計算された値に関係し
て制御され、またこの制御装置が、排気ガスタービンお
よび圧縮機のブレードの最適化された設計に基づいて内
燃機関の上側負荷範囲で必要とされ最適な燃焼空気比に
対して必要な過給空気圧力ををする過給空気量の発生の
ためにすべての利用可能な排気ガス量が利用し尽くされ
なくてもよいように、また高められた燃料供給なしに得
られる過剰排気ガスエネルギーが電気エネルギーへの変
換のために利用可能であるように高い効率を有する排気
ガスタービン過給機と結びつけて使用されることにより
達成される。
このような制御装置により、常に最適化された燃焼−空
気比において所望の運転形態に合わせられた各任意の内
燃機関の加速が達成され得る。さらに、常に最適化され
た燃焼−空気比により燃料消費の特記すべき低減が達成
される。発電機運転中にも、排気ガス中に含まれている
エネルギーの一層良好な利用によりシステム効率が顕著
に改善される。なぜならば、内燃機関の一層高い回転数
範囲および負荷範囲でも常に最も望ましい燃焼−空気比
が与えられているからである。後者は特に、制御装置が
、排気ガスタービンおよび圧縮機のブレードの最適化さ
れた設計に基づいて内燃機関の上側負荷範囲で必要とさ
れ最適な燃焼空気比に対して必要な過給空気圧力を有す
る過給空気量の発生のためにすべての利用可能な排気ガ
ス量が利用し尽くされなくてもよく、また高められた燃
料供給なしに得られる過剰排気ガスエネルギーが電気エ
ネルギーへの変換のために利用可能であるように高い効
率を有する排気ガスタービン過給機と結びつけて応用さ
れることにより保証される。従って、この決定的な進歩
は排気ガスタービン過給機の最適化により初めて可能に
され、その際にこの進歩は、たとえば本発明による制御
装置の使用のもとに船舶上の駆動装置としての内燃機関
の応用の際に、多くの場合に過剰な排気ガスエネルギー
から相応の変換により得られる電気エネルギーが単独で
船内の全電気系統およびそれに接続されている負荷を給
電するのに既に十分であるという理由で、特に有利であ
る。このことは再び、船内に内燃機関設備と無関係に存
在し、船内に存在する電気系統およびそれに接続されて
いる負荷の基本需要を保証する電気エネルギーを発生す
るディーゼル発電機設備の動力を比較的小さく設計する
ことを可能にする。
〔実施例〕
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。
図において１はたとえばディーゼルエンジンとして構成
されている内燃機関であり、この内燃機関に、共通の軸
３の上に配置された排気ガスタービン４および圧縮ｔａ
５から成る排気ガスタービン過給機２が対応付けられて
いる。排気ガスタービン過給機は電動機６により駆動可
能であり、また継手７を介して軸３と結合されている。
内燃機関ｌは燃料噴射システム２５を介しての燃料供給
を調節するための調節器２４を設けられている。エンジ
ン動力は目標値発生器２６を介して指令量として予め与
えられる。
適当な調節装置により制御される電動機６は電力用変換
装置８を介して、ディーゼル発電機セット１０，１１に
より給電される系統９と接続されている。系統９には加
熱装置、空気調和装置、変圧器、照明装置などのような
負荷１２が接続されている。
電動機６に対する調節装置は、内燃機シーの調節器２４
に供給される指令量を目標値として与えられる調節装置
１３として構成されている。調節装置１３はさらに検出
器から制御量を、詳細には、たとえば回転計発電機とし
て構成された検出器１４から排気ガスタービン過給機２
の回転数に比例する値を実際値として、かつ（または）
検出器１５から過給空気圧力１１）Ｌに比例する値を実
際値として与えられる。さらに、検出器１６から系統９
の電圧および（または）周波数に比例する実際値が計算
装置１３に供給される。
計算装置１３は供給された目標値および実際値から、ま
た記憶された値から、特に過給圧力の経過または電動機
６の供給された動力の経過から、内燃機関ｌの動力の関
数として電力用変換装置８の制御装置Ｓに対して、電動
機６の電動機運転中に内燃機関１のできるかぎり迅速な
加速が生じ、それにもかかわらず排煙の少ない燃焼のた
めに最適な燃焼空気比λが保たれるようにする制御値を
計算する。電力用変換装置に制御装置Ｓを介して供給さ
れる制御値は電動機６の動力、従ってまた回転数を決定
する。
排気ガス中の動力過剰の際には電動機は電力用変換装置
の相応の駆動により電動機運転から発電機運転へ移行さ
せられる。
電力用変換装置８は好ましくは、直流電圧中間回路付き
パルスインバータとして構成されており、また直流電圧
中間回路１８を介して電源転流形逆変換装置１９と接続
されている負荷転流形インバータ１７を含んでいる。イ
ンバータ１７は、計算装置１３から相応の制御値を供給
される制御装置２０により駆動される。類似の仕方で、
電源転流形逆変換装置１９には、計算装置１３から相応
の制御値を、また系統９から参照値を供給される制御装
置２１が対応付けられている。
電動機６の発電機運転では最大限の過剰な排気ガスエネ
ルギーが電気エネルギーとして系統９に注入され、また
は系統に無関係な負荷２７に供給され得る。
電動機運転から発電機運転への切換またはその逆の切換
は、予め設定可能な値に関係して、または計算装置１３
により計算された内燃機関１の過給空気圧力または動力
の値に関係して制御される。
その際、電力用変換装置８に供給される制御値が、発電
機として動作する電動機６から出力される電力を決定す
る。
制御装置が、タービン４および圧！ｉ１＆’Ｓ１５のブ
レードの最適化された設計に基づいて内燃機関の上側負
荷範囲で必要な過給空気量および過給空気圧力の発生の
ためにすべての利用可能な排気ガスエネルギーが使用さ
れず、またそれにより高められた燃料供給なしに過剰排
気ガスエネルギーが電気エネルギーへの変換のために利
用可能であるような効率を有する排気ガスタービン過給
機２と結びつけて応用されることは特に有利である。最
適化はたとえば後方に湾曲したブレードおよび（または
）変位可能な案内装置を有する圧縮機率の応用番こより
達成される。
内燃機関ｌの動力およびシリンダ数に関係して複数個の
排気ガスタービン過給機が使用され得る。
いまの場合には内燃機関１に排気ガスタービン過給機２
に追加して、計算装置１３により共通に駆動され、かつ
共通の電力用変換装置８を介して電動機６を運転される
別の排気ガスタービン過給機２２．２３が対応付けられ
ている。
電動機６が非同期機として構成されている場合には、電
動機６は電圧および周波数の調整の際に共通の系統にお
ける通常の非同期間のように挙動する。
電動機６は同期機、特に永久磁石励磁の同期機として構
成されていてもよい。
電動機６に噴霧油冷却装置を装備することは目的にかな
っている。それにより小形化が達成され、また排気ガス
タービン過給機２または２２または２３をたとえば吸込
み音減衰器のなかに組込むことが可能にされる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例の概要図である。 １・・・内燃機関、２・・・排気ガスタービン過給機、
３・・・軸、４・・・排気ガスタービン、５・・・圧縮
機、６・・・電動機、７・・・継手、８・・・電力用変
換装置、９・・・系統、１０．１１・・・ディーゼル発
電機セット、１２・・・負荷、１３・・・計算装置、１
４．１５．１６・・・検出器、１７・・・インバータ、
１８・・・直流電圧中間回路、１９・・・逆変換装置、
２０．２１・・・制御装置、２２．２３・・・排気ガス
タービン過給機、２４・・・凋筒器、２５・・・燃料噴
射システム、２６・・・目標値発生器、Ｓ・・・制御装
置、ｐＬ・・・過給空気圧力。 合１頁の続き ■Ｉｎｔ、ＣＩ、’　　　　　　　識別記号　　庁内整
理番号１発　明　者　　ヨアヒム、ナハチガル　　ドイ
ツ連邦共和国ヘッセ１５ ■出　願　人　　シーメンス、アクチェ　　ドイツ連邦
共和国ベルンゲゼルシャフト レス、ミュールエラカーシュトラ− リン及ミュンヘン（番地なし）

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）共通の軸の上に配置された排気ガスタービンおよび
    圧縮機から成っており電動機により駆動され得る排気ガ
    スタービン過給機を有する内燃機関において、排気ガス
    中の動力過剰の際に電動機を電動機運転から発電機運転
    へ移行させて電気エネルギーを電力用変換装置を介して
    電気エネルギー蓄積装置に供給するために用いられる制
    御装置であって、１つの検出器（１４）から排気ガスタ
    ービン過給機（２）の回転数実際値を、１つの検出器（
    １６）から電気エネルギー蓄積装置の電圧実際値を、ま
    た１つの発信器から加速信号値を供給され、また供給さ
    れた信号値から電力用変換装置（８）に対して、電動機
    （６）の電動機運転では内燃機関の急速な加速が生ずる
    ように、また発電機運転では電動機から供給されたエネ
    ルギーが整流されるようにする制御値を形成する制御装
    置において、電気エネルギー蓄積装置が電気系統（９）
    により形成されており、制御装置が、計算装置（１３）
    として構成されている調節装置であり、この計算装置（
    １３）に加速信号値として内燃機関（１）の調節器（２
    ４）に供給される指令量が目標値としてまた追加的に１
    つの検出器（１５）から過給圧力が実際値としてまた１
    つの検出器（１６）から系統（９）の周波数値が実際値
    として供給され、その際に計算装置（１３）が上記実際
    値から、また記憶された値、特に過給圧力の経過または
    電動機（６）の供給された動力の経過から、内燃機関（
    １）の動力の関数として電力用変換装置の制御装置（Ｓ
    ）に対して、電動機（６）の電動機運転中は内燃機関（
    １）のできるかぎり迅速な加速が生じ、それにもかかわ
    らず排煙の少ない燃焼に対して最適な燃焼空気比（λ）
    が保たれ、また電動機（６）の発電機運転中は最大限の
    過剰な排気ガスエネルギーが電気エネルギーとして系統
    内へ注入可能であり、または系統に無関係な負荷（２７
    ）に供給可能であるようにする制御値を計算し、また電
    動機運転から発電機運転への切換およびその逆の切換が
    過給空気圧力または内燃機関（１）の動力の予め設定可
    能な値または計算装置（１３）により計算された値に関
    係して制御され、またこの制御装置が、排気ガスタービ
    ン（４）および圧縮機（５）のブレードの最適化された
    設計に基づいて内燃機関（１）の上側負荷範囲で必要と
    され最適な燃焼空気比（λ）に対して必要な過給空気圧
    力を有する過給空気量の発生のためにすべての利用可能
    な排気ガス量が利用し尽くされなくてもよいように、ま
    た高められた燃料供給なしに得られる過剰排気ガスエネ
    ルギーが電気エネルギーへの変換のために利用可能であ
    るように高い効率を有する排気ガスタービン過給機と結
    びつけて使用されることを特徴とする内燃機関用制御装
    置。 ２）電動機（６）が非同期機として構成されていること
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制御装置。 ３）電動機（６）が同期機、特に永久磁石励磁の同期機
    として構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項記載の制御装置。
JP60229757A 1984-10-16 1985-10-15 内燃機関用制御装置 Granted JPS6198934A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3437872A DE3437872C1 (de) 1984-10-16 1984-10-16 Steuereinrichtung fuer einen Verbrennungsmotor mit einem Abgasturbolader
DE3437872.3 1984-10-16

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6198934A true JPS6198934A (ja) 1986-05-17
JPH0341659B2 JPH0341659B2 (ja) 1991-06-24

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ID=6247999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60229757A Granted JPS6198934A (ja) 1984-10-16 1985-10-15 内燃機関用制御装置

Country Status (12)

Country Link
US (1) US4680933A (ja)
EP (1) EP0178534B1 (ja)
JP (1) JPS6198934A (ja)
KR (1) KR940000335B1 (ja)
DD (1) DD238419A5 (ja)
DE (2) DE3437872C1 (ja)
ES (1) ES8609588A1 (ja)
FI (1) FI79385C (ja)
PL (1) PL145731B1 (ja)
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