WO2015083493A1 - ターボコンパウンドシステムの制御装置 - Google Patents

ターボコンパウンドシステムの制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015083493A1
WO2015083493A1 PCT/JP2014/079634 JP2014079634W WO2015083493A1 WO 2015083493 A1 WO2015083493 A1 WO 2015083493A1 JP 2014079634 W JP2014079634 W JP 2014079634W WO 2015083493 A1 WO2015083493 A1 WO 2015083493A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
power generation
back pressure
turbine generator
exhaust gas
engine
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/079634
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山下　幸生
恒 高柳
遼 佐瀬
松尾　淳
力一 林
Original Assignee
三菱重工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Priority to EP14867944.2A priority Critical patent/EP3037640B1/en
Priority to US15/024,642 priority patent/US10047666B2/en
Priority to CN201480050503.8A priority patent/CN105531458B/zh
Publication of WO2015083493A1 publication Critical patent/WO2015083493A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy
    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting from exhaust energy the devices using kinetic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/14—Control of the alternation between or the operation of exhaust drive and other drive of a pump, e.g. dependent on speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1448—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an exhaust gas pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B2037/125—Control for avoiding pump stall or surge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
    • F02B2039/162—Control of pump parameters to improve safety thereof
    • F02B2039/168—Control of pump parameters to improve safety thereof the rotational speed of pump or exhaust drive being limited
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1409—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using at least a proportional, integral or derivative controller
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1413—Controller structures or design
    • F02D2041/1418—Several control loops, either as alternatives or simultaneous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/28—Interface circuits
    • F02D2041/281—Interface circuits between sensors and control unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/50—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle or its components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/50—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle or its components
    • F02D2200/503—Battery correction, i.e. corrections as a function of the state of the battery, its output or its type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/34—Control of exhaust back pressure, e.g. for turbocharged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/266—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the computer being backed-up or assisted by another circuit, e.g. analogue
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to a control device for a turbo compound system of an engine, and more particularly to a control device for a turbo compound system provided with a generator (electric turbo compound) that is rotated using exhaust gas energy.
  • a generator electric turbo compound
  • a turbo compound is one of the devices that increase the axle driving force, and the exhaust of the engine rotates the turbine, and the output is transmitted to the crankshaft through gears, joints, etc., or the generator is rotated to generate electricity. It is known to take out and use it as energy.
  • This electric turbo compound is disclosed, for example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-175126), and the outline will be described based on FIG. 9 as a turbocharger 01 comprising a turbine 01a and a compressor 01b.
  • An energy recovery unit 010 that recovers energy by introducing a part or all of exhaust gas exhausted from the turbine 01a, a valve 07 capable of adjusting the ratio of exhaust gas introduced to the energy recovery unit 010, and the valve 07
  • a valve controller 08 that controls opening and closing based on the control pattern of
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2010-190145
  • FIG. 2 of this document an electric compressor 3 is rotationally driven by a motor 3 m to compress air and supply compressed air to an internal combustion engine 7;
  • a turbine generator 2 that generates electricity by driving a generator 2g with a turbine 2t driven by exhaust gas from an internal combustion engine 7 and electricity that is generated by the turbine generator 2 is stored, and electricity is supplied to the electric compressor 3
  • An arrangement comprising means 12 is disclosed.
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-323158
  • the exhaust gas is fed into the turbocharger through the first exhaust port to drive the turbocharger with exhaust gas energy.
  • the second half of the exhaust stroke when the flow velocity of combustion gas decreased, exhaust gas was bypassed to the turbocharger through the second port and sent to the energy recovery system, and the back pressure at the turbine inlet of the energy recovery system decreased It is disclosed to recover the energy of a minute amount of exhaust gas to increase the engine power.
  • the electric turbo compound (power regeneration mode or turbo generator of an electric assist turbo in which a motor generator is arranged on the turbine / compressor coaxial of the turbocharger) rotates the turbine by a compressor load torque or a torque which overcomes the motor regenerative torque. Needs, and some pressure is required on the engine exhaust gas. For this reason, there is a problem that the back pressure of the engine increases to recover the exhaust energy by the electric turbo compound, the pumping loss increases, and the fuel efficiency deteriorates. Therefore, although exhaust energy is recovered by the turbo compound, the effect of the turbo compound is reduced because the exhaust energy is recovered and offset by the deterioration of the fuel efficiency caused by the pumping loss due to the increase of the back pressure.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose that exhaust gas energy is converted into electric energy to recover exhaust gas energy, but the trade-off relationship with the increase in pumping loss of the engine accompanying the increase in back pressure There is no description up to the output control of the generator taking into consideration the (antinomy relation).
  • the present invention has been made in view of such problems, and there is a trade-off relationship between fuel efficiency deterioration due to an increase in pumping loss due to an increase in engine back pressure and fuel efficiency improvement due to exhaust energy recovery by a turbo compound Back-pressure control and output control of the generator in consideration of the above in order to enable fuel consumption reduction operation of the engine.
  • the present invention has been made to solve these problems, and a turbocharger for supercharging intake air to an engine, a turbine generator rotated by exhaust gas from the engine, and control of the amount of power generation of the turbine generator.
  • Power generation amount control means back pressure control means for bypassing or throttling the exhaust gas for introducing the back pressure of the exhaust gas discharged from the engine to the exhaust turbine, and setting the generated amount of the turbine generator in the low fuel consumption mode
  • a turbo controller for controlling the power generation amount control means and the back pressure control means so that the engine keeps the low fuel consumption operation. And said that there were pictures.
  • the turbo controller in the low fuel consumption mode, is based on the relationship between the increase in pumping loss caused by the increase in back pressure for rotating the turbine generator and the recovery amount of exhaust gas energy by the turbine generator. Control the power generation control means and the back pressure control means such that the amount of exhaust gas energy recovered by at least the turbine generator exceeds the deterioration of the fuel efficiency due to the increase of the pumping loss so that By doing this, it is possible to reduce the fuel consumption of the engine.
  • the power generation mode setting means has a regeneration maximum mode, a regeneration absence mode, and the low fuel consumption mode, and the regeneration maximum mode does not limit the power generated by the turbine generator.
  • the non-regeneration mode is a mode in which the power generation of the turbine generator is stopped, and in the low fuel consumption mode, neither the maximum regeneration mode nor the non-regeneration mode is set. Should be set to
  • the turbine generator since the turbine generator performs power generation control according to the set operation mode, the storage state of the battery in which the power from the turbine generator is stored, the in-vehicle power load state of the vehicle, the engine The amount of power generation can be controlled according to the power generation state of the alternator driven by the crankshaft.
  • the turbo controller may be configured to have an independent control calculation unit and a sensor signal input unit separately from an engine controller that controls the operation of the engine.
  • turbo controller since the turbo controller (turbo ECU) is configured to have an independent control calculation unit and a sensor signal input unit separately from the engine controller (engine ECU) that controls the operation of the engine, communication with the engine controller
  • a sensor signal is transferred to the turbo controller via the engine controller by CAN (Controller Area Network) communication, or the turbo controller performs arithmetic processing using the calculation result on the engine controller.
  • CAN Controller Area Network
  • the turbo controller performs arithmetic processing using the calculation result on the engine controller.
  • a delay may occur in the control calculation on the turbo controller side, but by having a unique control operation unit and sensor signal input unit, such I can eliminate the delay, Fuel consumption reduction control following the fluctuation of the down load becomes possible.
  • the turbo controller since the turbo controller has an independent sensor signal input unit separate from the engine controller, it can input a signal that has detected the turbine rotational speed and compressor outlet pressure with high accuracy (without delay), leading to compressor surging. Since it is possible to grasp the surge margin up to and the rotation speed margin up to over rotation, it is possible to prevent over rotation and rushing into surging rather than obtaining them by communication with the engine controller.
  • the turbo controller has a back pressure generation amount map in which a relationship with a power generation amount of the turbine generator capable of maintaining low fuel consumption with respect to the back pressure is preset,
  • the generated power control means and the back pressure control means may be controlled based on the generated power map.
  • the power generation amount control means and the back pressure control means are controlled using the back pressure generation amount map in which the relationship between the back pressure capable of holding the low fuel consumption operation and the power generation amount set in advance is set, pumping of the engine
  • the amount of power generation of the turbine generator can be controlled so as to exceed the deterioration of the fuel efficiency due to the loss.
  • the turbocharger is an exhaust gas turbocharger
  • the power generation turbine of the turbine generator is disposed downstream of the exhaust gas turbocharger
  • the exhaust gas to the exhaust gas turbine of the exhaust gas turbocharger is
  • the first bypass control valve may be configured to bypass
  • the back pressure control unit may be configured by the first bypass control valve
  • the power generation amount control unit may be configured by a converter connected to the turbine generator.
  • the first bypass control valve for bypassing the exhaust to the exhaust turbine of the exhaust turbocharger is installed on the exhaust downstream side of the exhaust turbine of the exhaust turbocharger.
  • the back pressure control means is constituted by the first bypass control valve, and the power generation amount control means is constituted by control of the power generation amount by the converter connected to the turbine generator, so that the back pressure and the power generation amount are simple. Become controllable.
  • the turbocharger is an exhaust gas turbocharger
  • the power generation turbine of the turbine generator is disposed downstream of the exhaust gas turbocharger
  • the variable nozzle mechanism may constitute the variable pressure nozzle mechanism
  • the back pressure control means may be constituted by the variable nozzle mechanism
  • the power generation amount control means may be constituted by the converter connected to the turbine generator.
  • a variable nozzle mechanism for throttling the flow of exhaust gas flowing into the blades of the exhaust turbine of the exhaust turbocharger is configured by the restriction of the exhaust gas flow by the variable nozzle mechanism, and the power generation amount control means is configured by the control of the power generation amount by the converter connected to the turbine generator. Pressure and power generation can be controlled.
  • an electric compressor may be disposed upstream or downstream of the charge flow of the compressor of the exhaust turbocharger.
  • the turbocharger is a motor-driven compressor, and includes a second bypass control valve for bypassing the exhaust gas to the power generation turbine of the turbine generator rotated by the exhaust gas from the engine, the second bypass
  • the control valve may constitute the back pressure control means, and the converter connected to the turbine generator may constitute the power generation amount control means.
  • the second bypass control valve bypassing the exhaust gas to the power generation turbine of the turbine generator of the turbine generator Since the back pressure control means is configured and the power generation amount control means is configured by the converter connected to the turbine generator, the back pressure and the power generation amount can be controlled with a simple configuration.
  • the back pressure is controlled in consideration of the trade-off relation (anti-triversity relation) between fuel efficiency deterioration due to increase of pumping loss due to increase of engine back pressure and fuel efficiency improvement due to recovery of exhaust energy by turbo compound.
  • the output control of the generator is performed to enable the fuel consumption reduction operation of the engine.
  • FIG. 3 is a detailed explanatory view of the main part on the engine ECU side in FIG. 2;
  • FIG. 5 is a detailed explanatory view of the main part on the turbo ECU side in FIG. 3;
  • It is detail explanatory drawing of the back pressure electric power generation amount map in FIG.
  • the 2nd Embodiment is shown and it is a whole block diagram of a turbo compound system.
  • the 3rd Embodiment is shown and it is a whole block diagram of a turbo compound system.
  • the 4th Embodiment is shown and it is a whole block diagram of a turbo compound system. It is explanatory drawing of a prior art.
  • FIG. 1 shows a control device of a turbo compound system according to a first embodiment of the present invention
  • this turbo compound system 1 is an exhaust gas turbocharger driven by exhaust energy as a turbocharger driven by exhaust gas energy of an engine 3 5 and a turbine generator (electric turbo compound) 7 rotated at the downstream side of the exhaust gas flow using exhaust gas energy.
  • the exhaust gas turbocharger 5 is driven by the exhaust gas from the engine 3, and is rotationally driven by the rotational force of the exhaust gas turbine 5 a to compress intake air and generate compressed air through the intake passage 4. And a compressor 5b for supplying the
  • the turbine generator 7 is provided with a generator 9 connected to a power generation turbine 7a driven by exhaust gas.
  • a converter 11 is connected to the generator 9.
  • An alternating current generator is used as the generator 9, and the converter 11 converts the alternating current generator into DC power and charges the battery 13 of the storage means.
  • the battery 13 also serves as a power source for driving, for example, the accessories 15 in the vehicle.
  • an alternating current generator was demonstrated as a generator, although a direct current generator may be used, the generated electric energy should just be controlled by the turbo controller (turbo ECU) 17 mentioned later.
  • a first waste gate valve 23 is provided in the first bypass passage 21.
  • an exhaust passage 19 connecting the exhaust turbine 5 a and the power generation turbine 7 a is branched halfway to form a second bypass passage 25.
  • a second waste gate valve 27 is provided in the second bypass passage 25, and bypasses the power generation turbine 7a and communicates with the downstream exhaust passage.
  • the engine 3 is a diesel engine or a gasoline engine used for a car, a ship, a stationary engine or the like.
  • the amount of compressed air and fuel supplied to the engine 3 is controlled in accordance with the operating conditions, and this control is controlled by an engine controller (engine ECU) 29.
  • the engine ECU 29 is composed of a control device different from the turbo ECU 17. An outline of signal exchange between the engine ECU 29 and the turbo ECU 17 is shown in FIG.
  • the engine ECU 29 receives sensor signals such as an engine rotational speed signal, an accelerator opening degree signal, an air fuel ratio (oxygen concentration) signal, a knock sensor signal, and a catalyst temperature and exhaust temperature related to catalyst information. Based on these input signals, control such as target boost pressure calculation, air-fuel ratio control, fuel injection amount control, ignition timing control, catalyst control and the like is performed. Then, information of state quantities such as the engine rotational speed and the fuel amount is transmitted from the engine ECU 29 to the turbo ECU 17 through the communication line at a predetermined communication cycle.
  • sensor signals such as an engine rotational speed signal, an accelerator opening degree signal, an air fuel ratio (oxygen concentration) signal, a knock sensor signal, and a catalyst temperature and exhaust temperature related to catalyst information. Based on these input signals, control such as target boost pressure calculation, air-fuel ratio control, fuel injection amount control, ignition timing control, catalyst control and the like is performed. Then, information of state quantities such as the engine rotational speed and the fuel amount is transmitted from the engine ECU 29 to the turbo ECU 17 through
  • the engine ECU 29 determines the power generation mode of the turbine generator 7 and transmits a command of the power generation mode as the determination result to the turbo ECU 17 at a predetermined communication cycle.
  • the turbo ECU 17 receives this power generation mode command by the power generation mode setting means 31 of the turbo ECU 17, and controls the output of the turbine generator 7 so that the power generation output corresponds to the power generation mode set by the power generation mode setting means 31. Do.
  • various signals from the exhaust turbocharger 5 side for example, a pressure sensor 33 for detecting the discharge pressure of the compressor 5b, a rotational speed sensor 35 for detecting the rotational speed of the exhaust turbine 5a, a back for detecting back pressure after the exhaust turbine
  • a sensor signal from pressure sensor 37 and exhaust temperature sensor 38 for detecting exhaust temperature is read, and a margin is secured so that surging or over-rotation of compressor 5b of exhaust turbocharger 5 and excessive temperature rise of exhaust temperature will not occur.
  • the turbo ECU 17 performs the operation that is performed and the operation that is in line with the target boost pressure. For the control, the opening control of the first waste gate valve 23 is performed.
  • a target boost pressure map 39 which is set in advance is used to calculate a target boost pressure suitable for the operating condition.
  • the calculation result is output to the turbo ECU 17 as the target value as it is, and is input to the power generation mode determination means 41.
  • the power generation mode determination unit 41 determines three modes of the regeneration maximum mode, the low fuel consumption mode, and the no regeneration mode.
  • the "regeneration maximum mode” when the remaining charge of the battery 13 is low and rapid charging is required, or the in-vehicle power load is large, regeneration of the alternator generated power or the wheel drive motor (in the case of an electric vehicle) If there is a shortage of electric power, or if the power generated by the turbine generator (turbo compound) 7 is more efficient than the power generation by the alternator power generation or the regenerative power of the wheel drive motor, etc., it is selected.
  • the battery 13 In the "non-regeneration mode", the battery 13 is fully charged or nearly fully charged, and can not be stored even if it is regenerated, or the in-vehicle power load is generated by the alternator generated power or the regenerated power of the wheel drive motor If the power generation is sufficient and no additional power is required, or if the additional power is increased by the power generated by the alternator or the regenerative power of the wheel drive motor (in the case of an electric vehicle), it is advantageous as an efficiency. In the case where the turbine generator (turbo compound) 7 has a failure, it is selected.
  • the low fuel consumption mode does not correspond to the said two modes.
  • the power generation output of the turbine generator 7 is optimized.
  • the turbo ECU 17 will be described with reference to FIGS.
  • various signals from the exhaust turbocharger 5, as described above for example, the discharge pressure signal of the compressor 5b by the pressure sensor 33, the back pressure signal by the back pressure sensor 37, and the exhaust gas temperature by the exhaust temperature sensor 38.
  • Each of the signal and the rotation number signal of the exhaust turbine 5 a by the rotation number sensor 35 is input to the sensor signal input unit 43 of the turbo ECU 17.
  • the turbo ECU 17 is configured to have a sensor signal input unit 43 and a control calculation unit 45 independent of the engine ECU 29. That is, not the signal communicated from the engine ECU 29, but the number of revolutions of the exhaust turbine 5a and A signal obtained by accurately (without delay) detecting the outlet pressure of the compressor 5b can be input, and a surge margin up to surging of the compressor 5b and a rotation speed margin up to over rotation can be grasped. It is possible to accurately prevent over-rotation and rushing into surging, which is because it can be obtained without waiting for the communication cycle, rather than being obtained.
  • the turbo ECU 17 is a margin securing control means 47 for controlling the margin securing, a boost pressure control means 49 for controlling the boost pressure to the target boost pressure commanded from the engine ECU 29, and power generation from the engine ECU 29.
  • the power generation mode setting means 31 for setting the power generation mode based on the instruction of the mode
  • the power generation amount control means 51 for controlling the power generation amount of the turbine generator 7 according to the setting mode of the power generation mode setting means
  • back pressure control means 53 for controlling the back pressure.
  • FIG. 4 shows the power generation mode setting means 31, the power generation amount control means 51, and the back pressure control means 53.
  • signals such as the power generation mode instruction, the engine back pressure, the engine speed, the accelerator opening degree, the target boost pressure, the boost pressure (feedback value) It is input.
  • the first waste gate valve 23 and the second waste gate valve 27 are set to the target boost pressure by the boost pressure control means 49, and The second waste gate valve 27 is fully closed except for controlling the opening / closing operation, and all the exhaust gas is allowed to pass through the power generation turbine 7 a of the turbine generator 7 without flowing into the second bypass passage. Set the maximum output state.
  • the first waste gate valve 23 and the second waste gate valve 27 control the opening and closing operation of the first waste gate valve 23 so that the target boost pressure is achieved by the boost pressure control. Otherwise, with the second waste gate valve 27 fully open, the exhaust gas is allowed to flow through the second bypass passage 25 to stop the power generation of the turbine generator 7.
  • a back pressure power generation amount map 55 in which the relationship with the power generation amount of the turbine generator 7 capable of maintaining low fuel consumption with respect to the back pressure of the engine 3 is preset is used.
  • the back pressure power generation amount map 55 includes an increase in pumping loss caused by an increase in back pressure generated to rotate the power generation turbine 7 a of the turbine generator 7 and an exhaust gas energy obtained by the increase in power generation amount by the turbine generator 7.
  • the relationship with is set.
  • the back pressure power generation amount map 55 stores, for example, a set value calculated in advance by a test or simulation calculation as a two-dimensional map in which the abscissa represents the back pressure and the ordinate represents the optimum generated power as shown in FIG. ing.
  • the control procedure of the supercharging pressure control and the operation in the low fuel consumption mode is such that the first waste gate valve 23 and the second waste gate valve 27 have the target supercharging pressure by the supercharging pressure control means 49.
  • the back pressure sensor 37 detects the back pressure in the state where the target boost pressure is reached, that is, the pressure of the exhaust gas flowing into the exhaust turbine 5 a of the exhaust gas turbocharger 5.
  • the power generation amount command value of the turbine generator 7 is determined using the back pressure power generation amount map 55.
  • the power generation amount feedback value is added by the adder 59 to the obtained power generation amount command value, the generator current control value is calculated through the PI controller 61, and the converter 11 is controlled.
  • the opening control of the waste gate valves 23 and 27 is performed by using the back pressure when the target boost pressure is reached, that is, the back pressure when the target boost pressure detected by the back pressure sensor 57 is reached.
  • the opening control of the waste gate valves 23, 27 is performed so as to output as a command value and hold the back pressure.
  • the adder 63 adds the back pressure feedback value to the back pressure command value, calculates the actuator current control value of the waste gate valves 23, 27 through the PI controller 64, and controls the opening degree.
  • the opening degree command value either one of the first waste gate valve 23 and the second waste gate valve 27 may be controlled, or both may be controlled.
  • the power generation amount control of the power generator 9 can be performed more accurately by setting in consideration of the turbine efficiency of the power generation turbine 7a and the generator efficiency of the generator 9. It becomes. That is, using the flow rate characteristic map 65 of the power generation turbine 7a, the turbine efficiency map 67 of the power generation turbine 7a, and the generator efficiency map 69 of the generator 9 as shown in FIG. If the back pressure power generation amount map 55 is created reflecting the efficiency and the power generation efficiency, the power generation amount can be controlled more accurately.
  • the model predictive control theory is most suitable as another example of the method of creating the back pressure generation amount map 55 capable of the low fuel consumption operation in advance as described above. Can be done by
  • This model predictive control solves the following evaluation function equation (2) at each time t when the control target is given by the following general non-linear system state equation (1), and only the value at time t is It is a control method used as an actual control input.
  • stage cost term of the evaluation function equation (2) for example, “a difference between the power generated by the turbo compound and the increase in pumping loss” and “a difference between the target boost pressure and the actual pressure” are set. Each degree of contribution can be given as an addition weight.
  • a surge margin and a rotational speed margin are set as a penalty function in the stage cost term, it can be treated as a constraint condition that substantially no surge or overrotation occurs.
  • the back pressure generation amount map 55 in which the relationship between the back pressure capable of holding the low fuel consumption operation set in advance and the power generation amount is set, and the method of optimization using the model predictive control theory
  • the relationship between the increase in pumping loss caused by the increase in back pressure for rotating the power generation turbine 7a of the turbine generator 7 and the recovery amount of exhaust gas energy generated by the increase in power generation amount by the turbine generator 7 is
  • the amount of exhaust gas energy recovered by the generator can be achieved by setting the relationship between the amount of power generation of the turbine generator 7 and the engine back pressure so that the fuel consumption deterioration due to the increase of the pumping loss is exceeded. This makes it possible to operate the engine equipped with the turbo compound with reduced fuel consumption.
  • the second embodiment is provided with a variable nozzle mechanism 71 for throttling the flow of exhaust gas flowing into the moving blades of the exhaust turbine 5a, instead of the first waste gate valve 23 of the first embodiment. That is, it is a case where a VG (Variable Geometry) turbocharger is used.
  • VG Variariable Geometry
  • FIG. 6 the description of the engine ECU 29 and the turbo ECU 17 is omitted.
  • the variable nozzle mechanism 71 is a mechanism provided in the casing of the exhaust gas turbocharger 5. Therefore, in the structure where the first waste gate valve 23 is provided, it is necessary to newly pipe the first bypass passage 21. However, in the present embodiment, such a pipe is not necessary, and the structure of the turbo compound system is simple. And have a unique effect that can miniaturize the turbo compound system. The other effects are the same as those of the first embodiment. In place of providing the variable nozzle mechanism 71 in place of the first waste gate valve 23 of the first embodiment, these may be provided side by side.
  • an electric compressor 81 for pressurizing intake air in the intake passage 4 is provided to pressurize intake air in two stages.
  • the same numerals are attached and explanation is omitted.
  • an electric compressor 81 is provided on the downstream side of the intake flow of the exhaust turbocharger 5 to further pressurize the intake air.
  • the electric compressor 81 includes a motor 83 and an inverter 85.
  • the control signal from the turbo ECU 17 is input to the inverter 85 to control the supercharging pressure.
  • the electric compressor 81 acts as a power consumption element and adds as a power load, and instead of generating power, the turbine generator 7 has a negative effect on the engine such as an increase in pumping loss as a back pressure increase element by the power generation turbine 7a.
  • the electric compressor 81 has a positive effect on the engine 3 and contributes to the low fuel consumption operation by increasing the boost pressure to the engine 3 instead of consuming the electric power.
  • the power consumption of the electric compressor 81 and the increase of the engine output are added to the control of the first embodiment.
  • the pumping loss in the first embodiment is the pumping loss and the power consumption of the electric compressor 81
  • the power generation amount in the first embodiment is the power generation amount and the engine output increase amount by the electric compressor 81.
  • the back pressure on the horizontal axis is replaced with (back pressure + power consumption of the electric compressor 81), and the optimum power generation amount on the vertical axis is used.
  • the back pressure power generation map 55 ' that sets the relationship between (the power generation amount of the turbine generator 7 + the engine power increase amount by the electric compressor 81), the back pressure and the power generation amount It is controlled similarly to the first embodiment based on the relationship.
  • the electric compressor 81 or the variable nozzle mechanism 71 is operated so as to achieve the target boost pressure.
  • the amount of power generation of the turbine generator 7 at the back pressure in the state where the target supercharging pressure is achieved is calculated based on the newly set back pressure power generation amount map 55 ′ to obtain the amount of power generation Of the variable nozzle mechanism 71 or the second waste gate valve 27 so as to control the converter 11 of the generator 9 and hold the back pressure as the back pressure command value when the target boost pressure is reached. Control one or both.
  • the intake pressure to the engine can be controlled to the target air pressure more quickly than in the first and second embodiments. Further, as in the first and second embodiments, compared to the exhaust turbocharger 5 alone, the target boost pressure can be controlled without increasing the back pressure, so that the pumping loss is reduced.
  • the electric compressor 81 is provided on the intake flow downstream side of the exhaust turbocharger 5 has been described, it may be provided on the upstream side.
  • the intake passage 4 is provided with an electric compressor 81
  • the exhaust passage 19 is provided with a turbogenerator 7 of a turbo compound
  • the second bypass passage 25 bypassing the exhaust gas to the power generation turbine 7a is A second waste gate valve 27 is provided.
  • the exhaust gas to the power generation turbine 7 a of the turbine generator 7 is bypassed.
  • the second waste gate valve 27 constitutes back pressure control means for controlling the engine back pressure
  • the converter 11 connected to the generator 9 of the turbine generator 7 constitutes power generation amount control means. Therefore, it is possible to control the back pressure and the amount of power generation with a simple configuration. Further, the control method is performed in the same manner as the first embodiment, and the control of the back pressure is simplified by only the second waste gate valve 27.
  • the back pressure is controlled in consideration of the trade-off relationship (anti-triversity relationship) between fuel efficiency deterioration due to an increase in pumping loss due to an increase in engine back pressure and fuel efficiency improvement due to recovery of exhaust energy by turbo compound.
  • the output control of the generator can be performed to enable the fuel consumption reduction operation of the engine, it is effective for application to a control device of the turbo compound system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

　エンジンの背圧上昇によるポンピングロスの増加による燃費悪化と、ターボコンパウンドによる排気エネルギーの回収による燃費改善とのトレードオフ関係を考慮して、背圧制御および発電量制御を行ってエンジンの燃費低減運転を可能とすることを目的とし、ターボチャージャ５と、タービン発電機７と、タービン発電機７の発電量制御手段５１と、エンジンの背圧を制御する背圧制御手段５３と、タービン発電機を低燃費モードに設定する発電モード設定手段３１と、低燃費モード時に、タービン発電機７の回転のための背圧上昇によるポンピングロスの増加とタービン発電機７による排ガスエネルギーの回収量との関係を基に、エンジン３が低燃費運転を保持するように発電量制御手段５１および背圧制御手段５３を制御するターボコントローラ１７と、を備えたことを特徴とする。

Description

ターボコンパウンドシステムの制御装置
　本発明は、エンジンのターボコンパウンドシステムの制御装置に関し、特に、排ガスエネルギーを利用して回転される発電機（電気式ターボコンパウンド）を備えたターボコンパウンドシステムの制御装置に関する。
　ターボコンパウンドとは、車軸駆動力を増加させる装置の一つであり、エンジンの排気でタービンを回転させ、その出力を、ギヤや継ぎ手などを通じてクランクシャフトに伝えるもの、または発電機を回転させて電気エネルギーとして取り出して利用するものが知られている。
　この電気式ターボコンパウンドとしては、例えば、特許文献１（特開２００８－１７５１２６号公報）に開示されており、図９を基に概要を説明すると、タービン０１ａとコンプレッサ０１ｂとからなるターボチャージャ０１のタービン０１ａから排気される排気ガスの一部または全部を導入してエネルギー回収するエネルギー回収部０１０と、このエネルギー回収部０１０に導入する排ガスの比率を加減自在のバルブ０７と、該バルブ０７を所定の制御パターンに基づいて開閉制御するバルブコントローラ０８と、を備えている。
　また、特許文献２（特開２０１０－１９０１４５号公報）には、該文献の図２には、電動機３ｍで回転駆動して空気を圧縮し圧縮空気を内燃機関７に供給する電動コンプレッサ３と、内燃機関７からの排ガスで駆動されるタービン２ｔで発電機２ｇを駆動して発電するタービン発電機２と、タービン発電機２で発生させた電気を蓄電し、電動コンプレッサ３に電気を供給する蓄電手段１２とを備えた構成が開示されている。
　さらに、特許文献３（特開平６－３２３１５８号公報）には、燃焼ガスが十分な流速を有する排気行程の前半では、排ガスを第１排気ポートを通じてターボチャージャに送り込んで排ガスエネルギーでターボチャージャを駆動してエネルギーを回収し、燃焼ガスの流速が低下した排気行程の後半では、排ガスを第２ポートを通じてターボチャージャをバイパスしてエネルギー回収装置に送り込み、エネルギー回収装置のタービン入口の背圧が減少した分の排ガスが有するエネルギーを回収してエンジン出力を増大させることが開示されている。
特開２００８－１７５１２６号公報 特開２０１０－１９０１４５号公報 特開平６－３２３１５８号公報
　電気式ターボコンパウンド（ターボチャージャのタービン・コンプレッサ同軸上にモータ発電機を配置した電動アシストターボの電力回生モードまたはタービン発電機）は、タービンをコンプレッサ負荷トルクや、モータ回生トルクに打ち勝つトルクによって回転させる必要があり、エンジン排ガスにある程度の圧力が必要になる。このため、電気式ターボコンパウンドによる排気エネルギー回収にはエンジンの背圧が上がり、ポンピングロスが増加して燃費が悪化する問題がある。
　従って、ターボコンパウンドによって排気エネルギーは回収されるが、背圧上昇によるポンピングロスに伴う燃費悪化と相殺される関係を有するためターボコンパウンドによる効果が低下してしまう。
　前述のように特許文献１、２には、排ガスエネルギーを電気エネルギーに変換して排ガスエネルギーを回収することが開示されているが、背圧上昇に伴うエンジンのポンピングロスの増加とのトレードオフ関係（二律背反関係）を考慮した発電機の出力制御までは記載されていない。
　また、特許文献３においては、前述のように排気行程の前半と後半とで排ガスを排出するポートを別々にして使い分け、タービン入口の背圧が減少しても排気エネルギーを回収してエンジン出力を増大させることが示されているが、排気ポートを２つ形成しなければならず、装置の大型化を招くと共に、エンジンのポンピングロスの増加とタービン発電機で回収するエネルギー量とのトレードオフ関係（二律背反関係）を考慮した発電機の出力制御については記載されていない。
　そこで、本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、エンジンの背圧の上昇によるポンピングロスの増加による燃費悪化と、ターボコンパウンドによる排気エネルギーの回収による燃費改善とのトレードオフ関係（二律背反関係）を考慮して、背圧制御および発電機の出力制御を行ってエンジンの燃費低減運転を可能とすることを目的とする。
　本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、エンジンへの吸気を過給するターボチャージャと、エンジンからの排ガスによって回転されるタービン発電機と、該タービン発電機の発電量を制御する発電量制御手段と、前記エンジンから排出される排ガスの背圧を排気タービンへ導入する排ガスをバイパスまたは絞って制御する背圧制御手段と、前記タービン発電機の発電量を低燃費モードに設定する発電モード設定手段と、前記低燃費モード時に、前記タービン発電機を回転するための背圧上昇によって生じるポンピングロスの増加と前記タービン発電機による排ガスエネルギーの回収量との関係を基に、エンジンが低燃費運転を保持するように前記発電量制御手段および背圧制御手段を制御するターボコントローラと、を備えたことを特徴とする。
　かかる発明によれば、ターボコントローラは、低燃費モード時に、タービン発電機を回転するための背圧上昇によって生じるポンピングロスの増加とタービン発電機による排ガスエネルギーの回収量との関係を基に、エンジンが低燃費運転を保持するように、すなわち、少なくともタービン発電機による排ガスエネルギーの回収量の方が、ポンピングロスの増加による燃費悪化分を超えるように前記発電量制御手段および背圧制御手段を制御することによって、エンジンの燃費低減運転が可能になる。
　また、本発明において好ましくは、前記発電モード設定手段は、回生最大モード、回生無しモード、および前記低燃費モードを有し、前記回生最大モードは、前記タービン発電機の発電電力に制限を掛けずに容量最大で回生動作させるモードであり、前記回生無しモードは、前記タービン発電機の発電を停止させるモードであり、前記低燃費モードは、前記回生最大モードおよび回生無しモードの何れも設定されない場合に設定されるとよい。
　この構成によると、タービン発電機は設定された運転モードに応じた発電制御が行われるので、タービン発電機からの電力が蓄電されるバッテリーの蓄電状態や、車両の車内電力負荷状態や、エンジンのクランクシャフトで駆動されるオルタネータの発電状態に応じた発電量に制御できる。
　また、本発明において好ましくは、前記ターボコントローラは、エンジンの運転を制御するエンジンコントローラとは別に独立した制御演算部及びセンサ信号入力部を有して構成されるとよい。
　このように、ターボコントローラ（ターボＥＣＵ）は、エンジンの運転を制御するエンジンコントローラ（エンジンＥＣＵ）とは別に独立した制御演算部およびセンサ信号入力部を有して構成されるので、エンジンコントローラと通信、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信によって、エンジンコントローラを経由してターボコントローラ側にセンサ信号が転送される場合や、エンジンコントローラ側での演算結果を利用してターボコントローラ側で演算処理が行わせる場合には、エンジンコンローラ側からのデータ転送周期によっては、ターボコントローラ側での制御演算に遅れを生じる恐れがあるが、独自の制御演算部及びセンサ信号入力部を有することによって、このような遅れを解消でき、エンジン負荷の変動に追従した燃費低減制御が可能になる。
　さらに、ターボコントローラは、エンジンコントローラとは別に独立したセンサ信号入力部を有するため、独自にタービン回転数やコンプレッサの出口圧力を精度よく（遅れなく）検出した信号を入力でき、コンプレッサのサージングに至るまでのサージマージンや、過回転に至るまでの回転数マージンを把握できるため、エンジンコントローラと通信によって入手するよりも、過回転やサージングへの突入を防止できる。
　また、本発明において好ましくは、前記ターボコントローラは、前記背圧に対して低燃費を保持できる前記タービン発電機の発電量との関係を予め設定した背圧発電量マップを有し、該背圧発電量マップに基づいて、前記発電量制御手段および背圧制御手段を制御するとよい。
　このように、予め設定した低燃費運転を保持できる背圧と発電量との関係を設定した背圧発電量マップを用いて、発電量制御手段および背圧制御手段を制御するので、エンジンのポンピングロスによる燃費悪化を超えるように、タービン発電機の発電量を制御できる。
　また、本発明において好ましくは、前記ターボチャージャは排気ターボチャージャからなり、該排気ターボチャージャの排気下流側に前記タービン発電機の発電タービンが配設され、前記排気ターボチャージャの排気タービンへの排気をバイパスする第１バイパス制御弁を備え、該第１バイパス制御弁によって前記背圧制御手段を構成し、前記タービン発電機に接続されるコンバータによって前記発電量制御手段が構成されるとよい。
　このように、排気ターボチャージャの排気タービンの排気下流側にタービン発電機の発電タービンが配設されるターボコンパウンドシステムにおいて、排気ターボチャージャの排気タービンへの排気をバイパスする第１バイパス制御弁設置して、該第１バイパス制御弁によって背圧制御手段を構成し、タービン発電機に接続されるコンバータによる発電量の制御によって発電量制御手段を構成することで、簡単な構成で背圧と発電量が制御可能になる。
　また、本発明において好ましくは、前記ターボチャージャは排気ターボチャージャからなり、該排気ターボチャージャの排気下流側に前記タービン発電機の発電タービンが配設され、前記排気タービンの動翼へ流入する排ガス流を絞る可変ノズル機構を備え、該可変ノズル機構によって前記背圧制御手段を構成し、前記タービン発電機に接続されるコンバータによって前記発電量制御手段が構成されるとよい。
　このように、排気ターボチャージャの排気タービンの排気下流側にタービン発電機の発電タービンが配設されるターボコンパウンドシステムにおいて、排気ターボチャージャの排気タービンの動翼へ流入する排ガス流を絞る可変ノズル機構を備え、該可変ノズル機構による排ガス流の絞りによって背圧制御手段を構成し、タービン発電機に接続されるコンバータによる発電量の制御によって発電量制御手段を構成することで、簡単な構成で背圧と発電量が制御可能になる。
　また、本発明において好ましくは、前記排気ターボ過給機のコンプレッサの給気流の上流側または下流側に、電動コンプレッサを配設するとよい。
　このように、電動コンプレッサを設けることによって、背圧の変動に影響を与えることなく過給圧だけを制御できるため、過給圧の制御及び背圧の制御が容易になるとともに、精度良い制御が可能になる。
　また、本発明において好ましくは、前記ターボチャージャは電動コンプレッサからなり、エンジンからの排ガスによって回転される前記タービン発電機の発電タービンへの排ガスをバイパスする第２バイパス制御弁を備え、該第２バイパス制御弁によって前記背圧制御手段を構成し、前記タービン発電機に接続されるコンバータによって前記発電量制御手段が構成されるとよい。
　このように、電動コンプレッサとタービン発電機とをそれぞれ、吸気通路側と排気通路側とに配設されるターボコンパウンドシステムにおいて、タービン発電機の発電タービンへの排ガスをバイパスする第２バイパス制御弁によって背圧制御手段を構成し、タービン発電機に接続されるコンバータによって発電量制御手段を構成するので、簡単な構成で背圧と発電量が制御可能になる。
　本発明によれば、エンジンの背圧の上昇によるポンピングロスの増加による燃費悪化と、ターボコンパウンドによる排気エネルギーの回収による燃費改善とのトレードオフ関係（二律背反関係）を考慮して、背圧の制御および発電機の出力制御を行ってエンジンの燃費低減運転が可能となる。
本発明のターボコンパウンドシステムの制御装置にかかる第１実施形態を示す全体構成図である。 エンジンＥＣＵとターボＥＣＵとの信号のやり取りを示す説明図である。 図２におけるエンジンＥＣＵ側の主要部分の詳細説明図である。 図３におけるターボＥＣＵ側の主要部分の詳細説明図である。 図４における背圧発電量マップの詳細説明図である。 第２実施形態を示し、ターボコンパウンドシステムの全体構成図である。 第３実施形態を示し、ターボコンパウンドシステムの全体構成図である。 第４実施形態を示し、ターボコンパウンドシステムの全体構成図である。 従来技術の説明図である。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施例に係るターボコンパウンドシステムの制御装置を示し、このターボコンパウンドシステム１は、エンジン３の排ガスエネルギーによって駆動されるターボチャージャとして排気エネルギーで駆動される排気ターボチャージャ５、およびその排ガス流れの下流側に排ガスエネルギーを利用して回転されるタービン発電機（電気式ターボコンパウンド）７を備えている。
　排気ターボチャージャ５は、エンジン３からの排ガスによって駆動される排気タービン５ａと、該排気タービン５ａの回転力で回転駆動されて、吸気空気を圧縮して圧縮空気を吸気通路４を通ってエンジン３に供給するコンプレッサ５ｂとを備える。
　また、タービン発電機７は、排ガスで駆動される発電タービン７ａに接続された発電機９が設けられている。この発電機９にコンバータ１１が接続されている。発電機９は交流発電機が用いられ、該交流発電機をコンバータ１１によって直流電力に変換して蓄電手段のバッテリー１３に充電するようになっている。また、このバッテリー１３は、例えば車内の補機類１５を駆動するための電源ともなっている。なお、発電機としては、交流発電機を説明したが、直流発電機でもよいが、後述するターボコントローラ（ターボＥＣＵ）１７によって、発電電力量が制御できればよい。
　エンジン３から排気ターボチャージャ５の排気タービン５ａにつながる排気通路１９は、途中で分岐し、排ガスを排気タービン５ａ及び発電タービン７ａをバイパスして下流の排気通路に排出する第１バイパス通路２１が形成され、該第１バイパス通路２１には第１ウエストゲートバルブ２３が設けられている。
　また、排気タービン５ａと発電タービン７ａを繋ぐ排気通路１９は、途中で分岐し第２バイパス通路２５が形成される。第２バイパス通路２５には第２ウエストゲートバルブ２７が設けられ、発電タービン７ａをバイパスして下流の排気通路に連通している。
　また、エンジン３は、自動車、船舶、定置エンジン等に用いられるディーゼエンジンまたはガソリンエンジンである。エンジン３は運転状況に応じて圧縮空気や燃料の供給量が制御され、この制御は、エンジンコントローラ（エンジンＥＣＵ）２９によって制御されるようになっている。このエンジンＥＣＵ２９は、ターボＥＣＵ１７とは別の制御装置からなっている。
　エンジンＥＣＵ２９と、ターボＥＣＵ１７との信号のやり取りの概要を、図２に示す。
　図２において、エンジンＥＣＵ２９では、エンジン回転数信号、アクセル開度信号、空燃比（酸素濃度）信号、ノックセンサ信号、触媒情報に関する触媒温度や排温等のセンサ信号が入力される。
　これら入力信号を基に、目標過給圧演算、空燃比制御、燃料噴射量制御、点火時期制御、触媒制御等の制御が実施される。
　そして、エンジン回転数や燃料量等の状態量の情報が、エンジンＥＣＵ２９からターボＥＣＵ１７へ、通信回線を通って所定の通信周期で送信される。
　また、エンジンＥＣＵ２９では、タービン発電機７の発電モードの判定を行って、その判定結果の発電モードの指令を、ターボＥＣＵ１７に所定の通信周期で送信される。
　ターボＥＣＵ１７では、この発電モードの指令をターボＥＣＵ１７の発電モード設定手段３１で受けて、発電モード設定手段３１で設定した発電モードに応じた発電出力になるように、タービン発電機７の出力を制御する。
　また、排気ターボチャージャ５側からの各種信号、例えばコンプレッサ５ｂの吐出圧力を検出する圧力センサ３３、また排気タービン５ａの回転数を検出する回転数センサ３５、排気タービン後の背圧を検出する背圧センサ３７、さらに排温を検出する排温センサ３８からのセンサ信号を読み込み、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ｂのサージングや過回転や、さらに排温の過昇温が生じないようにマージンを確保した運転や目標過給圧に沿う運転が、ターボＥＣＵ１７で行われる。これら制御のために第１ウエストゲートバルブ２３の開度制御が行われる。
　エンジンＥＣＵ２９側での、タービン発電機７の発電モードの判定について、図３を参照して説明する。
　図３のようにエンジン回転数とアクセル（エンジン負荷）を基に、予め設定された目標過給圧マップ３９を用いて、運転状態に適した目標過給圧を算出する。その算出結果は、そのまま目標値としてターボＥＣＵ１７に出力されるとともに、発電モード判定手段４１に入力される。
　発電モード判定手段４１は、回生最大モード、低燃費モード、回生無しモードの３モードを判定する。
　「回生最大モード」は、バッテリー１３の蓄電残量が低下しており急速な充電が必要な場合、または、車内電力負荷が大きく、オルタネータ発電電力または車輪駆動用モータ（電動車両の場合）の回生電力で不足する場合、または、タービン発電機（ターボコンパウンド）７で発電した方が、オルタネータ発電や車輪駆動用モータの回生電力等による発電より効率として有利な場合に選定される。
　また、「回生無しモード」は、バッテリー１３の蓄電が満充電またはそれに近い状態であり、回生しても蓄積できない場合、または、車内電力負荷がオルタネータ発電電力または車輪駆動用モータの回生電力等による発電で十分まかなえており、追加の電力が不要な場合、または、追加の電力をオルタネータ発電電力または車輪駆動用モータ（電動車両の場合）の回生電力等による発電を増やした方が効率として有利な場合、または、タービン発電機（ターボコンパウンド）７に故障が生じた場合に選定される。
　また、「低燃費モード」は、前記２つのモードに該当しない場合。タービン発電機７によるエンジン背圧増加に伴うエンジンポンピングロス増加を考慮して最適なタービン発電機７の発電出力とする。
　次に、ターボＥＣＵ１７について図１、４、５を参照して説明する。
　図１に示すように、排気ターボチャージャ５側からの各種信号、前述したように例えば圧力センサ３３によるコンプレッサ５ｂの吐出圧力信号、背圧センサ３７による背圧信号、さらに排温センサ３８による排ガス温度信号、回転数センサ３５による排気タービン５ａの回転数信号のそれぞれが、ターボＥＣＵ１７のセンサ信号入力部４３入力される。
　ターボＥＣＵ１７では、エンジンＥＣＵ２９とは別に独立したセンサ信号入力部４３及び制御演算部４５を有して構成され、すなわち、エンジンＥＣＵ２９から通信されてくる信号ではなく、独自に排気タービン５ａの回転数やコンプレッサ５ｂの出口圧力を精度よく（遅れなく）検出した信号を入力でき、コンプレッサ５ｂのサージングに至るまでのサージマージンや、過回転に至るまでの回転数マージンを把握できるため、エンジンＥＣＵ２９から通信によって入手するよりも、通信周期を待たずに入手できるためである、過回転やサージングへの突入を精度よく防止できる。
　また、ターボＥＣＵ１７は、マージン確保の制御を行うマージン確保制御手段４７、エンジンＥＣＵ２９からの指令される目標過給圧に過給圧を制御する過給圧制御手段４９、さらに、エンジンＥＣＵ２９からの発電モードの指示に基づいて発電モードを設定する発電モード設定手段３１、該発電モード設定手段３１の設定モードに応じて、タービン発電機７の発電量を制御する発電量制御手段５１と、エンジン３の背圧を制御する背圧制御手段５３とを有している。
　図４に、発電モード設定手段３１、発電量制御手段５１、背圧制御手段５３を示す。図４において、エンジンＥＣＵ２９から、ターボＥＣＵ１７に、既に説明したように発電モードの指示、エンジン背圧、エンジン回転数、アクセル開度、目標過給圧、過給圧（フィードバック値）等の信号が入力される。
　発電モードが、回生最大モードの場合には、第１ウエストゲートバルブ２３および第２ウエストゲートバルブ２７は、過給圧制御手段４９によって目標過給圧となるように、第１ウエストゲートバルブ２３を開閉作動の制御をする以外、第２ウエストゲートバルブ２７は全閉状態として、排ガスを第２バイパス通路に流さずに全てタービン発電機７の発電タービン７ａを通過させ、発電量は発電機９の最大出力状態にする。
　回生無しモードの場合には、第１ウエストゲートバルブ２３および第２ウエストゲートバルブ２７は、過給圧制御で目標過給圧となるように、第１ウエストゲートバルブ２３を開閉作動の制御をする以外は、第２ウエストゲートバルブ２７は全開状態として、排ガスを第２バイパス通路２５に流してタービン発電機７の発電を停止する。
　低燃費モードの場合には、エンジン３の背圧に対して低燃費を保持できるタービン発電機７の発電量との関係を予め設定した背圧発電量マップ５５を用いる。
　この背圧発電量マップ５５は、タービン発電機７の発電タービン７ａを回転するために発生する背圧上昇によって生じるポンピングロスの増加と、タービン発電機７による発電量の増大によって得られる排ガスエネルギーの回収量との関係が、エンジンが低燃費運転を保持するように、つまり、タービン発電機による排ガスエネルギーの回収量の方が、ポンピングロスの増加による燃費悪化分を超えるように発電量と背圧との関係が設定されている。
　背圧発電量マップ５５は、例えば、図５に示すように横軸に背圧、縦軸に最適発電量を取った２次元マップとして、予め試験又はシミュレーション計算によって算出された設定値が記憶されている。
　過給圧制御と低燃費モードの運転との制御手順は、まず、第１ウエストゲートバルブ２３および第２ウエストゲートバルブ２７は、過給圧制御手段４９によって目標過給圧となるように、第１ウエストゲートバルブ２３及び第２ウエストゲートバルブ２７を開閉作動する。その次に、その目標過給圧になった状態での背圧、つまり排気ターボチャージャ５の排気タービン５ａに流入する排ガス圧力を、背圧センサ３７によって検出する。その次に、この検出した背圧に対して、前記背圧発電量マップ５５を用いて、タービン発電機７の発電量指令値を求める。
　そして、求めた発電量指令値に対して、加算器５９によって、発電量フィードバック値を加算して、ＰＩ制御器６１を通して発電機電流制御値を算出してコンバータ１１を制御する。
　一方、ウエストゲートバルブ２３、２７の開度制御は、目標過給圧になった状態での背圧、つまり前記背圧センサ５７によって検出した目標過給圧になった時の背圧を背圧指令値として出力し、この背圧に保持するように、ウエストゲートバルブ２３、２７の開度制御が行われる。
　加算器６３によって、背圧指令値に対して背圧フィードバック値を加算して、ＰＩ制御器６４を通してウエストゲートバルブ２３、２７のアクチュエータ電流制御値を算出して開度を制御する。
　開度指令値としては第１ウエストゲートバルブ２３、または第２ウエストゲートバルブ２７何れか一方を対象として制御してもよく、また両方制御してもよい。
　また、背圧発電量マップ５５の最適発電量の設定において、発電タービン７ａのタービン効率、さらに、発電機９の発電器効率を加味して設定するとより精度良い発電機９の発電量制御が可能となる。
　すなわち、図５のように、発電タービン７ａの流量特性マップ６５と、発電タービン７ａのタービン効率マップ６７と、発電機９の発電機効率マップ６９とを用いて、発電タービン７ａの特性、及びタービン効率、及び発電効率を反映して背圧発電量マップ５５を作成すると、より精度良く発電量の制御が可能になる。
　また、エンジンの燃費低減運転を実行する手法として、前述のように予め低燃費運転が可能な背圧発電量マップ５５を作成しておく手法の他の例として、モデル予測制御理論を用いて最適化する方法によって行うことができる。
　このモデル予測制御は、制御対象が下記の一般的な非線形システムの状態方程式（１）で与えられる場合に、各時刻ｔにおいて次の評価関数式（２）を解き、時刻ｔでの値のみを実際の制御入力として用いる制御手法である。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　具体的には、評価関数式（２）のステージコスト項として、例えば「ターボコンパウンドによる発電電力とポンピングロス増加分の差」および「目標過給圧と実圧力との差」を設定する。それぞれの寄与度は足し算の重みとして与えることができる。また、ステージコスト項の内のペナルティ関数としてサージマージンや回転数マージンを設定すれば、実質的にサージや過回転とならないことを拘束条件として扱うことができる。
　以上説明した第１実施形態によれば、予め設定した低燃費運転を保持できる背圧と発電量との関係を設定した背圧発電量マップ５５や、モデル予測制御理論を用いて最適化する方法を用いて、タービン発電機７の発電タービン７ａを回転するための背圧上昇によって生じるポンピングロスの増加と、タービン発電機７による発電量の増大によって生じる排ガスエネルギーの回収量との関係が、タービン発電機による排ガスエネルギーの回収量の方が、ポンピングロスの増加による燃費悪化分を超えるようにタービン発電機７の発電量と、エンジン背圧との関係を設定することによって、達成できる。
　これによって、ターボコンパウンドを搭載したエンジンを燃費低減した運転ができるようになる。
（第２実施形態）
　次に、図６を参照して第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、第１実施形態の第１ウエストゲートバルブ２３に代えて、排気タービン５ａの動翼へ流入する排ガス流を絞る可変ノズル機構７１を備えものである。
　すなわち、ＶＧ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｇｅｏｍｅｔｒｙ）ターボ過給機を用いた場合である。なお、図６においてエンジンＥＣＵ２９、ターボＥＣＵ１７は、記載を省略している。
　この可変ノズル機構７１は、排気ターボチャージャ５のケーシング内に設けられる機構である。このため、第１ウエストゲートバルブ２３を設ける構造では、第１バイパス通路２１を新たに配管する必要があるが、本実施形態においてはそのような配管は不要であり、ターボコンパウンドシステムの構造が簡素化され、ターボコンパウンドシステムを小型化できる特有の作用効果を有する。その他については、第１実施形態と同様の作用効果を有する。
　なお、第１実施形態の第１ウエストゲートバルブ２３に代えて、可変ノズル機構７１を設ける場合に限らずこれらを併設してもよい。
（第３実施形態）
　次に、図７を参照して第３実施形態を説明する。
　第３実施形態は、第２実施形態に対してさらに、吸気通路４に吸気空気を加圧する電動コンプレッサ８１を設けて、吸気を２段階で加圧するものである。第２実施形態と同一の構成については同一符号を付して説明を省略する。
　図７のように、電動コンプレッサ８１が排気ターボチャージャ５の吸気流れ下流側に吸気空気をさらに加圧するために設けられている。電動コンプレッサ８１は、モータ８３とインバータ８５とを備え、インバータ８５にターボＥＣＵ１７からの制御信号が入力されて過給圧力が制御されるようになっている。
　電動コンプレッサ８１は電力消費要素となって電力負荷として加わり、また、タービン発電機７は電力を発生する代わりに、発電タービン７ａによる背圧増加要素としてポンピングロス増加というエンジンにとってマイナス面の影響が生じさせる。
　しかし、電動コンプレッサ８１は、電力を消費する代わりにエンジン３への過給圧力を増加させることによってエンジン３にとってプラス面の影響があり低燃費運転に寄与する。
　従って、制御としては、第１実施形態の制御に電動コンプレッサ８１の電力消費量とエンジン出力増加を加味する。
　具体的には、第１実施形態におけるポンピングロスを、ポンピングロスと電動コンプレッサ８１の消費電力とし、第１実施形態における発電量を、該発電量と電動コンプレッサ８１によるエンジン出力増加量とする。
　すなわち、第１実施形態の背圧発電量マップ５５と同様のマップを用いて、横軸の背圧に代えて（背圧+電動コンプレッサ８１の消費電力）とし、縦軸の最適発電量に代えて（タービン発電機７の発電量＋電動コンプレッサ８１によるエンジン出力増加量）とした関係を設定した背圧発電量マップ５５'を用いて、低燃費運転が実行される背圧と発電量との関係を基に第１実施形態と同様に制御される。
　例えば、目標過給圧になるように、電動コンプレッサ８１または可変ノズル機構７１を作動させる。その後に、その目標過給圧になった状態での背圧におけるタービン発電機７の発電量を、新たに設定した背圧発電量マップ５５'を基に算出して、その発電量になるように発電機９のコンバータ１１を制御するとともに、目標過給圧になった時の背圧を背圧指令値としてこの背圧を保持するように、可変ノズル機構７１または第２ウエストゲートバルブ２７の何れか一方、または両方を制御する。
　第３実施形態によれば、電動コンプレッサ８１を追加したため、第１、第２実施形態に比べて、エンジンへの吸気圧力を目標空気圧に迅速に制御可能である。また、実施形態１、２のように、排気ターボチャージャ５だけの場合に比べて背圧を高めずに目標過給圧に制御できるため、ポンピングロスの低減効果を有している。
なお、電動コンプレッサ８１を、排気ターボチャージャ５の吸気流れ下流側に設けた例を説明したが、逆に上流側に設けてもよい。
（第４実施形態）
　次に、図８を参照して第４実施形態を説明する。
　第４実施形態は、第１実施形態の排気ターボチャージャ５に代えて、第３実施形態で説明した電動コンプレッサ８１だけが設けられたものである。
　図８のように、吸気通路４は電動コンプレッサ８１が設けられ、排気通路１９にはターボコンパウンドのタービン発電機７が設けられ、発電タービン７ａへの排ガスをバイパスする第２バイパス通路２５には、第２ウエストゲートバルブ２７が設けられている。
　このように、電動コンプレッサ８１とタービン発電機７とをそれぞれ、吸気通路４側と排気通路１９側とに配設されるターボコンパウンドシステムにおいて、タービン発電機７の発電タービン７ａへの排ガスをバイパスする第２ウエストゲートバルブ２７によってエンジン背圧が制御される背圧制御手段が構成され、タービン発電機７の発電機９に接続されるコンバータ１１によって発電量が制御される発電量制御手段が構成されるので、簡単な構成で背圧と発電量を制御することが可能になる。
　また、制御方法については、第１実施形態と同様に行われ、背圧の制御が第２ウエストゲートバルブ２７だけによるため、簡単化される。
　本発明によれば、エンジンの背圧が上昇によるポンピングロスの増加による燃費悪化と、ターボコンパウンドによる排気エネルギーの回収による燃費改善とのトレードオフ関係（二律背反関係）を考慮して、背圧の制御および発電機の出力制御を行ってエンジンの燃費低減運転が可能となるので、ターボコンパウンドシステムの制御装置への適用に有効である。
　１　ターボコンパウンドシステム
　３　エンジン
　５　排気ターボチャージャ（ターボチャージャ）
　７　タービン発電機（電気式ターボコンパウンド）
　９　発電機
　１１　コンバータ（発電量制御手段）
　１３　バッテリー
　１５　補機類
　１７　ターボＥＣＵ（ターボコントローラ）
　２３　第１ウエストゲートバルブ（背圧制御手段）
　２７　第２ウエストゲートバルブ
　２９　エンジンＥＣＵ（エンジンコントローラ）
　３１　発電モード設定手段
　３３　圧力センサ
　３５　回転数センサ
　３７　背圧センサ
　３８　排温センサ
　３９　目標過給圧マップ
　４１　発電モード判定手段
　４３　センサ信号入力部
　４５　制御演算部
　４７　マージン確保制御手段
　４９　過給圧制御手段
　５１　発電量制御手段
　５３　背圧制御手段
　５５　背圧発電量マップ
　６５　発電タービンの流量特性マップ
　６７　発電タービンのタービン効率マップ
　６９　発電機の発電機効率マップ
　７１　可変ノズル機構
　８１　電動コンプレッサ
　８３　モータ
　８５　インバータ

Claims (8)

  1. 　エンジンへの吸気を過給するターボチャージャと、
    　エンジンからの排ガスによって回転されるタービン発電機と、
    　該タービン発電機の発電量を制御する発電量制御手段と、
    　前記エンジンから排出される排ガスの背圧を排気タービンへ導入する排ガスをバイパスまたは絞って制御する背圧制御手段と、
    　前記タービン発電機の発電量を低燃費モードに設定する発電モード設定手段と、
    　前記低燃費モード時に、前記タービン発電機を回転するための背圧上昇によって生じるポンピングロスの増加と前記タービン発電機による排ガスエネルギーの回収量との関係を基に、エンジンが低燃費運転を保持するように前記発電量制御手段および背圧制御手段を制御するターボコントローラと、を備えたことを特徴とするターボコンパウンドシステムの制御装置。
  2. 　前記発電モード設定手段は、回生最大モード、回生無しモード、および前記低燃費モードを有し、前記回生最大モードは、前記タービン発電機の発電電力に制限を掛けずに容量最大で回生動作させるモードであり、前記回生無しモードは、前記タービン発電機の発電を停止させるモードであり、前記低燃費モードは、前記回生最大モードおよび回生無しモードの何れも設定されない場合に設定されることを特徴とする請求項１記載のターボコンパウンドシステムの制御装置。
  3. 　前記ターボコントローラは、エンジンの運転を制御するエンジンコントローラとは別に独立した制御演算部及びセンサ信号入力部を有して構成されることを特徴とする請求項１記載のターボコンパウンドシステムの制御装置。
  4. 　前記ターボコントローラは、前記背圧に対して低燃費を保持できる前記タービン発電機の発電量との関係を予め設定した背圧発電量マップを有し、該背圧発電量マップに基づいて、前記発電量制御手段および背圧制御手段を制御することを特徴とする請求項１記載のターボコンパウンドシステムの制御装置。
  5. 　前記ターボチャージャは排気ターボチャージャからなり、該排気ターボチャージャの排気下流側に前記タービン発電機の発電タービンが配設され、前記排気ターボチャージャの排気タービンへの排気をバイパスする第１バイパス制御弁を備え、該第１バイパス制御弁によって前記背圧制御手段を構成し、前記タービン発電機に接続されるコンバータによって前記発電量制御手段が構成されることを特徴とする請求項１記載のターボコンパウンドシステムの制御装置。
  6. 　前記ターボチャージャは排気ターボチャージャからなり、該排気ターボチャージャの排気下流側に前記タービン発電機の発電タービンが配設され、前記排気タービンの動翼へ流入する排ガス流を絞る可変ノズル機構を備え、該可変ノズル機構によって前記背圧制御手段を構成し、前記タービン発電機に接続されるコンバータによって前記発電量制御手段が構成されることを特徴とする請求項１記載のターボコンパウンドシステムの制御装置。
  7. 　前記排気ターボ過給機のコンプレッサの給気流の上流側または下流側に、電動コンプレッサを配設したことを特徴とする請求項５または６記載のターボコンパウンドシステムの制御装置。
  8. 　前記ターボチャージャは電動コンプレッサからなり、エンジンからの排ガスによって回転される前記タービン発電機の発電タービンへの排ガスをバイパスする第２バイパス制御弁を備え、該第２バイパス制御弁によって前記背圧制御手段を構成し、前記タービン発電機に接続されるコンバータによって前記発電量制御手段が構成されることを特徴とする請求項１記載のターボコンパウンドシステムの制御装置。
PCT/JP2014/079634 2013-12-04 2014-11-07 ターボコンパウンドシステムの制御装置 WO2015083493A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14867944.2A EP3037640B1 (en) 2013-12-04 2014-11-07 Turbo compound system control device
US15/024,642 US10047666B2 (en) 2013-12-04 2014-11-07 Control system for turbo-compound system
CN201480050503.8A CN105531458B (zh) 2013-12-04 2014-11-07 涡轮复合系统的控制装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013251249A JP6294646B2 (ja) 2013-12-04 2013-12-04 ターボコンパウンドシステムの制御装置
JP2013-251249 2013-12-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015083493A1 true WO2015083493A1 (ja) 2015-06-11

Family

ID=53273264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/079634 WO2015083493A1 (ja) 2013-12-04 2014-11-07 ターボコンパウンドシステムの制御装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10047666B2 (ja)
EP (1) EP3037640B1 (ja)
JP (1) JP6294646B2 (ja)
CN (1) CN105531458B (ja)
WO (1) WO2015083493A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017155656A (ja) * 2016-03-02 2017-09-07 マツダ株式会社 ターボ過給機付エンジン

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6672785B2 (ja) 2015-12-25 2020-03-25 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
JP6280537B2 (ja) * 2015-12-25 2018-02-14 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置
JP6340629B2 (ja) * 2016-02-17 2018-06-13 マツダ株式会社 ハイブリッド自動車の駆動装置
JP6621043B2 (ja) * 2016-03-09 2019-12-18 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 過給システム、過給システムの電源装置、過給システムの電源制御方法、およびエンジンシステム
JP2017166405A (ja) * 2016-03-16 2017-09-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の発電システム
JP6378251B2 (ja) * 2016-06-07 2018-08-22 本田技研工業株式会社 内燃機関の過給システム
CN109154230B (zh) * 2016-07-15 2021-06-18 三菱重工发动机和增压器株式会社 增压系统及内燃机
US10865687B2 (en) * 2016-11-07 2020-12-15 Ihi Corporation Exhaust gas energy recovery device
US10190483B2 (en) * 2016-11-23 2019-01-29 GM Global Technology Operations LLC Method of controlling a pressure ratio in a flow of compressed combustion air
CN107725173A (zh) * 2017-05-10 2018-02-23 重庆大学 一种带有可控制转速压气机的自供电增压汽油机
CN107654277A (zh) * 2017-10-16 2018-02-02 潍柴动力股份有限公司 一种涡轮发电控制系统及控制方法
JP2019100215A (ja) * 2017-11-29 2019-06-24 トヨタ自動車株式会社 ウェイストゲートバルブの制御装置
WO2019108843A1 (en) * 2017-11-30 2019-06-06 Venomaire, Llc Electric multiple stage variable forced air induction system
JP6848840B2 (ja) 2017-11-30 2021-03-24 トヨタ自動車株式会社 ウェイストゲートバルブの制御装置
DE102018109010A1 (de) * 2018-04-17 2019-10-17 Man Energy Solutions Se Vorrichtung zum Aufladen eines Verbrennungsmotors
CN108374710B (zh) * 2018-04-20 2023-04-28 福州大学 一种汽车尾气涡轮发电装置及其工作方法
JP7179492B2 (ja) 2018-05-25 2022-11-29 三菱重工業株式会社 過給システム
CN108757164A (zh) * 2018-07-10 2018-11-06 福州大学 提高发动机废气涡轮发电效率的装置及方法
US20200049060A1 (en) * 2018-08-13 2020-02-13 GM Global Technology Operations LLC Engine system and method of controlling a turbocharger and turbocharger of an engine system
CN110094260B (zh) * 2019-05-13 2023-06-20 中国人民解放军陆军装甲兵学院 一种适用于混合动力车辆的余热利用系统及其控制方法
DE102019006517A1 (de) * 2019-09-12 2021-03-18 sa-charging solutions AG Verbrennungskraftmaschine mit einem Agasturbolader und einer Ladeeinheit und Verfahren für eine Verbrennungskraftmaschine
DE102019217554A1 (de) * 2019-11-14 2021-05-20 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines elektrisch unterstützten Abgasturboladers
CN113294236A (zh) * 2021-04-19 2021-08-24 东风汽车集团股份有限公司 电耦合废气涡轮增压器、增压系统及增压方法
CN113202639A (zh) * 2021-05-19 2021-08-03 胡勤伟 一种电动增压米勒循环发动机动力系统
CN113202620A (zh) * 2021-05-28 2021-08-03 东风商用车有限公司 一种具有多级能量利用的涡轮复合系统及控制方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5952139U (ja) * 1982-09-30 1984-04-05 日産ディーゼル工業株式会社 タ−ボコンパウンド内燃機関
JPS6138127A (ja) * 1984-07-31 1986-02-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タ−ボコンパウンド機関
JPH0533668A (ja) * 1991-07-25 1993-02-09 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk ターボコンパウンドエンジン
JPH06323158A (ja) 1993-05-13 1994-11-22 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk ターボコンパウンドエンジン
JPH06341325A (ja) * 1993-05-31 1994-12-13 Isuzu Motors Ltd 排気エネルギー回収装置
JPH09329032A (ja) * 1996-06-13 1997-12-22 Mitsubishi Motors Corp ターボチャージャ付きエンジン
JP2005083317A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2008175126A (ja) 2007-01-18 2008-07-31 Ihi Corp 電動機付ターボチャージャ
JP2010190145A (ja) 2009-02-19 2010-09-02 Ihi Corp 内燃機関の過給及び排気浄化システム
JP2013133776A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の廃熱を利用した電動過給装置及びその電力供給方法

Family Cites Families (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5853643A (ja) 1981-09-25 1983-03-30 Hitachi Ltd 二軸ガスタ−ビンの制御方法
JPS6138127U (ja) 1984-08-13 1986-03-10 三菱重工業株式会社 空気輸送装置
EP0223419B1 (en) * 1985-10-19 1990-12-19 Isuzu Motors Limited Energy recovery apparatus for a turbocharged compound engine
JP2510855B2 (ja) * 1986-02-10 1996-06-26 いすゞ自動車株式会社 車両におけるエネルギ−回収装置
JPS62210222A (ja) 1986-03-11 1987-09-16 Toyota Motor Corp 可変ノズル付過給機の制御方法
JPS6432019A (en) 1987-07-27 1989-02-02 Hino Motors Ltd Malfunction detector for supercharged engine
JPH01116234A (ja) * 1987-10-28 1989-05-09 Isuzu Motors Ltd ターボコンパウンドエンジン
JP3094646B2 (ja) 1992-03-31 2000-10-03 いすゞ自動車株式会社 可変容量ターボチャージャの制御装置
DE4330368A1 (de) 1993-09-08 1995-03-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung der Antriebsleistung eines Fahrzeugs
JP3045041B2 (ja) 1995-05-30 2000-05-22 株式会社日立製作所 加圧流動床燃焼プラント用ガスタービン及びそのタービン経年劣化検知方法
JPH10159576A (ja) * 1996-11-29 1998-06-16 Aisin Seiki Co Ltd 回転電機付ターボチャージャの制御装置
DE19750445C1 (de) 1997-11-14 1999-06-24 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Steuerung eines VTG-Abgasturboladers
JP3670149B2 (ja) * 1998-12-17 2005-07-13 日野自動車株式会社 ターボチャージャ
US6209390B1 (en) 1999-05-14 2001-04-03 Larue Gerald Duane Turbocharger fatigue life monitor
JP3680639B2 (ja) 1999-06-15 2005-08-10 日産自動車株式会社 エンジンの制御装置
JP2001342840A (ja) 2000-05-30 2001-12-14 Mitsubishi Motors Corp 過給機付き内燃機関の制御装置
JP2002188474A (ja) 2000-12-15 2002-07-05 Mazda Motor Corp ターボ過給機付きディーゼルエンジンの制御装置
US6681573B2 (en) 2002-02-05 2004-01-27 Honeywell International Inc Methods and systems for variable geometry turbocharger control
JP2003227362A (ja) 2002-02-07 2003-08-15 Toyota Motor Corp 内燃機関の運転制御装置
DE10207469A1 (de) 2002-02-21 2003-09-18 Audi Ag Verfahren und Vorrichtung zur Funktionskontrolle eines Bypasselements einer Ladedruckregelung eines Turbomotors
JP2003269183A (ja) 2002-03-12 2003-09-25 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ディーゼル機関の過給機の運転状態監視装置
JP2004027897A (ja) 2002-06-24 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd ターボ過給機の制御装置
US6983659B2 (en) 2003-01-22 2006-01-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Turbine blade creep life evaluating method, turbine blade creep elongation strain measuring apparatus, and turbine blade
JP2004251203A (ja) 2003-02-20 2004-09-09 Jidosha Denki Kogyo Co Ltd 可変ノズル式ターボチャージャのノズルベーン駆動制御装置
DE10310221B4 (de) 2003-03-08 2006-11-23 Daimlerchrysler Ag Verfahren zur Begrenzung eines Ladedrucks
JP2005155384A (ja) 2003-11-21 2005-06-16 Toyota Motor Corp ターボチャージャを備える内燃機関の故障診断装置
US7104120B2 (en) 2004-03-02 2006-09-12 Caterpillar Inc. Method and system of determining life of turbocharger
JP4209350B2 (ja) 2004-03-11 2009-01-14 トヨタ自動車株式会社 過給機の制御装置
JP3945496B2 (ja) 2004-06-09 2007-07-18 いすゞ自動車株式会社 ターボチャージャの疲労故障診断方法及び装置
DE102004038156A1 (de) 2004-08-06 2006-02-23 Mtu Friedrichshafen Gmbh Einrichtung und Verfahren zur Regelung eines Abgasturboladers mit veränderbarer Turbinengeometrie
JP2006063873A (ja) 2004-08-26 2006-03-09 Suzuki Motor Corp 過給機付きエンジンの管理装置
JP4415912B2 (ja) 2004-10-06 2010-02-17 株式会社デンソー エンジン制御システム
JP4479488B2 (ja) * 2004-12-01 2010-06-09 株式会社デンソー 排気発電装置
JP4483584B2 (ja) 2005-01-06 2010-06-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関用過給システム
JP2006207417A (ja) * 2005-01-26 2006-08-10 Denso Corp 過給機付エンジン制御システム
JP2006207506A (ja) 2005-01-28 2006-08-10 Toyota Motor Corp 過給制御装置
JP4475584B2 (ja) 2005-03-03 2010-06-09 関西電力株式会社 蓄熱式保冷車又は保冷庫及び蓄熱材供給システム
JP4475585B2 (ja) 2005-03-03 2010-06-09 関西電力株式会社 冷却パネルへの氷スラリー充填方法及び装置
US7469177B2 (en) * 2005-06-17 2008-12-23 Honeywell International Inc. Distributed control architecture for powertrains
JP4557830B2 (ja) 2005-07-22 2010-10-06 シャープ株式会社 冷蔵庫
GB2428844A (en) 2005-07-30 2007-02-07 Siemens Ind Turbomachinery Ltd Rotating machines
CN101305171B (zh) 2005-11-11 2010-05-19 丰田自动车株式会社 用于内燃机的控制装置
JP2007206007A (ja) 2006-02-06 2007-08-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 部品の状態監視方法及びその装置
JP4915144B2 (ja) * 2006-06-07 2012-04-11 トヨタ自動車株式会社 車両における発電制御装置
JP4306703B2 (ja) 2006-08-10 2009-08-05 トヨタ自動車株式会社 過給機付き内燃機関の制御装置
JP2008050981A (ja) * 2006-08-23 2008-03-06 Denso Corp 電動機付きターボチャージャの制御装置
JP4760914B2 (ja) * 2006-12-19 2011-08-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の過給制御システム
US8359858B2 (en) 2007-10-30 2013-01-29 Ford Global Technologies, Llc Twin turbocharged engine with reduced compressor imbalance and surge
US7769522B2 (en) 2008-02-29 2010-08-03 Cummins Ip, Inc Apparatus and method for preventing an underspeed event of a turbocharger
US7996147B2 (en) * 2008-05-28 2011-08-09 General Electric Company Locomotive engine multi-fuel control system and method
US8977469B2 (en) * 2008-05-28 2015-03-10 General Electric Company Multi-fuel control system and method
JP5335358B2 (ja) 2008-10-07 2013-11-06 ヤンマー株式会社 エンジン
US8584460B2 (en) * 2008-11-19 2013-11-19 Volvo Lastvagnar Ab Method and arrangement for reducing an NOx content in the exhaust gas of an internal combustion engine in a vehicle
JP5293235B2 (ja) 2009-02-03 2013-09-18 マツダ株式会社 エンジンの吸気制御方法及びその装置
JP2010014122A (ja) 2009-09-08 2010-01-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ウェストゲートバルブを備えた排気ターボ過給機付きエンジン及びその運転方法
US20110106747A1 (en) 2009-10-30 2011-05-05 General Electric Company Turbine life assessment and inspection system and methods
JP2011247181A (ja) 2010-05-27 2011-12-08 Toyota Motor Corp 過給器を備えた内燃機関の故障検出装置
JP5494253B2 (ja) 2010-06-07 2014-05-14 トヨタ自動車株式会社 過給器の制御装置
JP2012007544A (ja) 2010-06-25 2012-01-12 Toyota Motor Corp 可変容量型過給機の制御装置
JP2012052508A (ja) 2010-09-03 2012-03-15 Ihi Corp 可変過給機及び可変過給機の制御方法
IT1401826B1 (it) 2010-09-27 2013-08-28 Magneti Marelli Spa Metodo di controllo della velocita' di un motore a combustione interna sovralimentato mediante un turbocompressore
WO2013004595A1 (en) 2011-07-07 2013-01-10 Kasi Technologies Ab Hybrid system comprising a supercharging system and method for operation
JP2013019319A (ja) 2011-07-11 2013-01-31 Toyota Motor Corp ターボチャージャの異常判定装置
US8813494B2 (en) * 2011-09-07 2014-08-26 General Electric Company Method and system for a turbocharged engine
CN104024611B (zh) 2011-10-31 2017-08-04 通用电气公司 用于诊断涡轮增压器的方法和系统
JP6010905B2 (ja) 2011-12-19 2016-10-19 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の制御方法及び制御装置
US20130167810A1 (en) 2011-12-28 2013-07-04 Caterpillar Inc. System and method for controlling pressure ratio of a compressor
WO2013111980A1 (ko) * 2012-01-26 2013-08-01 두산인프라코어 주식회사 차량용 터보 컴파운드 시스템
GB2499823A (en) * 2012-03-01 2013-09-04 Cummins Ltd Turbine-generator and operation method
JP5891853B2 (ja) 2012-03-05 2016-03-23 マツダ株式会社 車両搭載のターボ過給機付エンジンの制御装置
CN104246172B (zh) 2012-04-19 2017-08-08 丰田自动车株式会社 带有增压器的内燃机的控制装置
JP2014084772A (ja) 2012-10-23 2014-05-12 Hino Motors Ltd 排気ターボチャージャの寿命推定装置
JP5665930B2 (ja) 2013-07-30 2015-02-04 ヤンマー株式会社 エンジン
JP6287979B2 (ja) * 2015-07-01 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5952139U (ja) * 1982-09-30 1984-04-05 日産ディーゼル工業株式会社 タ−ボコンパウンド内燃機関
JPS6138127A (ja) * 1984-07-31 1986-02-24 Mitsubishi Heavy Ind Ltd タ−ボコンパウンド機関
JPH0533668A (ja) * 1991-07-25 1993-02-09 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk ターボコンパウンドエンジン
JPH06323158A (ja) 1993-05-13 1994-11-22 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk ターボコンパウンドエンジン
JPH06341325A (ja) * 1993-05-31 1994-12-13 Isuzu Motors Ltd 排気エネルギー回収装置
JPH09329032A (ja) * 1996-06-13 1997-12-22 Mitsubishi Motors Corp ターボチャージャ付きエンジン
JP2005083317A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2008175126A (ja) 2007-01-18 2008-07-31 Ihi Corp 電動機付ターボチャージャ
JP2010190145A (ja) 2009-02-19 2010-09-02 Ihi Corp 内燃機関の過給及び排気浄化システム
JP2013133776A (ja) * 2011-12-27 2013-07-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の廃熱を利用した電動過給装置及びその電力供給方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3037640A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017155656A (ja) * 2016-03-02 2017-09-07 マツダ株式会社 ターボ過給機付エンジン

Also Published As

Publication number Publication date
EP3037640A1 (en) 2016-06-29
EP3037640A4 (en) 2017-02-08
CN105531458B (zh) 2019-04-09
US20160265422A1 (en) 2016-09-15
US10047666B2 (en) 2018-08-14
JP6294646B2 (ja) 2018-03-14
CN105531458A (zh) 2016-04-27
EP3037640B1 (en) 2021-05-05
JP2015108330A (ja) 2015-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015083493A1 (ja) ターボコンパウンドシステムの制御装置
US10526955B2 (en) Supercharging device for an internal combustion engine, and operating method for the supercharging device
US10513972B2 (en) Supercharger device for an internal combustion engine, and a method for operating said supercharger device
JP6738232B2 (ja) エンジンシステム
JP5155980B2 (ja) ターボコンパウンドシステムおよびその運転方法
KR102440581B1 (ko) 엔진 시스템
RU2633315C2 (ru) Двигательный узел и транспортное средство с гибридным приводом
CN108431382A (zh) 发动机控制装置
KR20210070826A (ko) 하이브리드 차량
CN105026721A (zh) 用于车辆的控制器
JP2010048225A (ja) 内燃機関の過給システム
JP3670149B2 (ja) ターボチャージャ
CN111794854A (zh) 用于运行具有增压系统的内燃机的方法和装置
JP2009191668A (ja) 過給装置及び過給エンジンシステム
JP5208083B2 (ja) 電動過給機の制御装置
JP2009191667A (ja) 過給装置及び過給エンジンシステム
KR20160077560A (ko) 전자식 웨이스트 게이트를 통한 림프홈 모드 제어 방법 및 시스템
JP2011001844A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2018059495A (ja) エンジンシステム
KR20190138460A (ko) 엔진 시스템 및 이의 제어 방법
JP6340629B2 (ja) ハイブリッド自動車の駆動装置
JP6537271B2 (ja) 内燃機関
JP7087440B2 (ja) 車両の制御装置
JP4582054B2 (ja) 車両用エンジンシステムの制御装置
JP5565378B2 (ja) 内燃機関の制御システム

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201480050503.8

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14867944

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014867944

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15024642

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE