JPWO2017154068A1 - 過給システム、過給システムの制御装置、過給システムの制御方法、およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の目的は、電動コンプレッサによって空気の流れが妨げられることを防ぐ過給システム、過給システムの制御装置、過給システムの制御方法、およびプログラムを提供することにある。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図1は、第1の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
エンジンシステム1は、エンジン11とスロットルバルブ12とエンジンコントローラ13と過給システム14とインタークーラ15とを備える。
エンジン11の例としては、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンが挙げられる。
スロットルバルブ12は、エンジン11に供給される吸気の流量を制御する弁である。エンジンコントローラ13は、回転数および負荷を含むエンジン制御信号に基づいて、エンジン11の燃料噴射量の調整、スロットルバルブ12の開度の調整、およびその他の制御を実行する。エンジンコントローラ13は、過給制御信号を過給システム14に出力する。過給制御信号は、エンジン11の回転数、燃料噴射量、排気量、および目標過給量を含む信号である。
過給システム14は、エンジン11の吸気の密度を高め、高い燃焼エネルギーを得るためのシステムである。
インタークーラ15は、過給システム14により圧縮された吸気を冷却する。
吸気流路141は、エンジン11への吸気を流通させる配管である。吸気流路141は、ターボチャージャ145と電動コンプレッサ143とを経由する主吸気流路1411と、電動コンプレッサ143を経由せずにターボチャージャ145を経由するバイパス流路1412とを有する。
排気流路142は、エンジン11からの排気を流通させる配管である。
第1圧力センサ147は、電動コンプレッサ143(コンプレッサ1431)の出口圧力を計測する。
第2圧力センサ148は、ターボチャージャ145(コンプレッサ1451)の出口圧力を計測する。
図2は、第1の実施形態に係るターボコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
ターボコントローラ149は、信号受信部401、補助要否判定部402、第1取得部403、第2取得部404、電動機制御部405、弁制御部406を備える。
信号受信部401は、エンジンコントローラ13から過給制御信号を受信する。
補助要否判定部402は、信号受信部401が受信した過給制御信号に基づいて、電動コンプレッサ143による過給の補助が必要であるか否かを判定する。
第1取得部403は、第1圧力センサ147から電動コンプレッサ143の出口圧力を示すセンサ信号を取得する。
第2取得部404は、第2圧力センサ148からターボチャージャ145の出口圧力を示すセンサ信号を取得する。
電動機制御部405は、信号受信部401が受信した過給制御信号と第2取得部404が取得したセンサ信号とに基づいて、電動機1432の回転数を制御する。
弁制御部406は、第1取得部403が取得したセンサ信号に基づいて、バイパスバルブ146の開度を制御する。
ターボコントローラ149の信号受信部401がエンジンコントローラ13から過給制御信号を受信すると、補助要否判定部402は、過給制御信号に含まれるエンジン11の排気量と目標過給量とに基づいて、電動コンプレッサ143による補助が必要か否かを判定する(ステップS1)。例えば、補助要否判定部402は、排気量に基づいてターボチャージャ145による過給量を予測し、予測された過給量が目標過給量未満である場合に、電動コンプレッサ143による補助が必要であると判定する。補助要否判定部402が、電動コンプレッサ143による補助が不要であると判定した場合(ステップS1:NO)、ターボコントローラ149は、電動コンプレッサ143を駆動させずに処理を終了する。
図4は、過給制御信号に含まれる目標過給量と、過給システムによる過給量との関係を示すグラフである。図4において、ラインL1は、目標過給量を示す。ラインL2は、過給システム14の過給量を示す。
図5は、電動コンプレッサの回転数の経時変化を示すグラフである。図5において、ラインL3は、電動コンプレッサ143の回転数を示す。
図6は、電動機のトルクとバイパスバルブの開度との関係を示すグラフである。図6において、ラインL4は、電動機1432のトルクを示す。ラインL5は、バイパスバルブ146の開度を示す。
図4、図5、図6を参照すると、ターボコントローラ149は、時刻t0に過給量を増加させる過給制御信号を受信している。電動機1432のトルクは、時刻t1に一定値に達している。過給システム14による過給量は、時刻t2に目標過給量に達している。
図7は、第2の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
第2の実施形態に係るエンジンシステム1は、第1の実施形態とバッテリ144およびターボコントローラ149の動作が異なる。第2の実施形態に係るバッテリ144は、残り容量が所定の容量閾値以下になったときに、ターボコントローラ149に電動機1432の停止を要求する割り込み指令を出力する。
第2の実施形態に係るターボコントローラ149は、第1の実施形態に係る構成に加え、さらに指令受付部407を備える。指令受付部407は、バッテリ144から電動機1432の停止を要求する割り込み指令の入力を受け付ける。
第2の実施形態に係る電動機制御部405は、信号受信部401が受信した過給制御信号と第2取得部404が取得したセンサ信号と指令受付部407が受け付けた割り込み指令とに基づいて、電動機1432の回転数を制御する。第2の実施形態に係る弁制御部406は、第1取得部403が取得したセンサ信号と指令受付部407が受け付けた割り込み指令とに基づいて、バイパスバルブ146の開度を制御する。
ターボコントローラ149の信号受信部401がエンジンコントローラ13から過給制御信号を受信すると、補助要否判定部402は、過給制御信号に含まれるエンジン11の排気量と目標過給量とに基づいて、電動コンプレッサ143による補助が必要か否かを判定する(ステップS101)。補助要否判定部402が、電動コンプレッサ143による補助が不要であると判定した場合(ステップS101:NO)、ターボコントローラ149は、電動コンプレッサ143を駆動させずに処理を終了する。
図10は、第3の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
第3の実施形態に係るエンジンシステム1は、第1の実施形態とタービン1452の構成およびターボコントローラ149の動作が異なる。第3の実施形態に係るタービン1452は、VGT(Variable Geometry Turbo)である。つまり、第3の実施形態に係るタービン1452のノズルベーンは開閉可能に構成され、タービン1452に設けられた図示しないアクチュエータが駆動することで、ノズルベーンの開度が制御される。
第3の実施形態に係るターボコントローラ149は、第1の実施形態に係る構成に加え、さらにタービン制御部408を備える。タービン制御部408は、信号受信部401が受信した過給制御信号に基づいて、タービン1452のノズルベーンの開閉を制御する。
第3の実施形態に係る補助要否判定部402は、排気量に基づいて予測された過給量が目標過給量未満である場合に加え、タービン1452のノズルベーンを閉じる場合にも、電動コンプレッサ143による補助が必要であると判定する。つまり、第3の実施形態に係る電動機制御部405は、タービン制御部408がタービン1452のノズルベーンを閉じるときに、電動機1432を始動させる。
以上、図面を参照していくつかの実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述の実施形態では、弁制御部406が、電動コンプレッサ143の出口圧力に基づいてバイパスバルブ146の開度を制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る弁制御部406は、電動コンプレッサ143の回転数、トルク、または電動コンプレッサ143の回転に関するその他の物理量に基づいてバイパスバルブ146の開度を制御してもよい。他の実施形態においては、弁制御部406が、電動機1432の始動からの経過時間に基づいてバイパスバルブ146の開度を制御してもよい。例えば、弁制御部406は、電動機制御部405が電動機1432を始動させてから0.1秒が経過したときに、バイパスバルブ146を閉じてもよい。
上述の実施形態では、図1、図7、図10に示すように、電動コンプレッサ143がターボチャージャ145の前段に設けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態において図12に示すように、ターボチャージャ145が電動コンプレッサ143の前段に設けられていても、ターボコントローラ149は上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
図13は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ900は、CPU901、メインメモリ902、ストレージ903、インタフェース904を備える。
上述のターボコントローラ149は、コンピュータ900に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ903に記憶されている。CPU901は、プログラムをストレージ903から読み出してメインメモリ902に展開し、そのプログラムに従って上記処理を実行する。
11 エンジン
14 過給システム
141 吸気流路
1411 主吸気流路
1412 バイパス流路
142 排気流路
143 電動コンプレッサ
1431 コンプレッサ
1432 電動機
144 バッテリ
145 ターボチャージャ
1451 コンプレッサ
1452 タービン
146 バイパスバルブ
147 第1圧力センサ
148 第2圧力センサ
149 ターボコントローラ
401 信号受信部
402 補助要否判定部
403 第1取得部
404 第2取得部
405 電動機制御部
406 弁制御部
407 指令受付部
408 タービン制御部
Claims (9)
- エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第1コンプレッサと、
前記第1コンプレッサを駆動させる電動機と、
前記第1コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第2コンプレッサと、
前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第2コンプレッサを駆動させるタービンと、
前記吸気流路に接続されて前記第1コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
を備える過給システムの制御装置であって、
前記電動機を駆動信号に基づいて始動させる電動機制御部と
前記電動機制御部による前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える弁制御部と
を備える過給システムの制御装置。 - 前記第1コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第1取得部をさらに備え、
前記弁制御部が、前記電動機の始動より後であり、かつ前記第1取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える
請求項1に記載の過給システムの制御装置。 - 前記第2コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第2取得部をさらに備え、
電動機制御部が、前記第2取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記電動機を停止させ、
弁制御部が、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替える、
請求項1または請求項2に記載の過給システムの制御装置。 - 前記電動機を停止させる割り込み指令を受け付ける指令受付部をさらに備え、
前記電動機制御部が、前記指令受付部が前記割り込み指令を受け付けた場合に、前記電動機を停止させ、
前記割り込み指令に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間が、前記物理量に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間より短い
請求項3に記載の過給システムの制御装置。 - 前記タービンがノズルベーンを開閉可能に構成され、
前記ノズルベーンの開閉を制御するタービン制御部をさらに備え、
前記電動機制御部が、前記タービン制御部が前記ノズルベーンを閉じるときに、前記電動機を始動させる
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の過給システムの制御装置。 - エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第1コンプレッサと、
前記第1コンプレッサを駆動させる電動機と、
前記第1コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第2コンプレッサと、
前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第2コンプレッサを駆動させるタービンと、
前記吸気流路に接続されて前記第1コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の制御装置と
を備える過給システム。 - エンジンと、
請求項6に記載の過給システムと
を備えるエンジンシステム。 - エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第1コンプレッサと、
前記第1コンプレッサを駆動させる電動機と、
前記第1コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第2コンプレッサと、
前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第2コンプレッサを駆動させるタービンと、
前記吸気流路に接続されて前記第1コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
を備える過給システムの制御方法であって、
前記電動機を駆動信号に基づいて始動させることと
前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと
を含む過給システムの制御方法。 - エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第1コンプレッサと、
前記第1コンプレッサを駆動させる電動機と、
前記第1コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第2コンプレッサと、
前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第2コンプレッサを駆動させるタービンと、
前記吸気流路に接続されて前記第1コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
を備える過給システムの制御装置のコンピュータに、
前記電動機を駆動信号に基づいて始動させることと
前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと
を実行させるためのプログラム。
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