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多級式增壓系統及其控制裝置以及其控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201380071529.6

申請日:

2013.12.17

公開號:

CN104956044A

公開日:

2015.09.30

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 專利權的轉移IPC(主分類):F02B 37/00登記生效日:20180628變更事項:專利權人變更前權利人:三菱重工業株式會社變更后權利人:三菱重工發動機和增壓器株式會社變更事項:地址變更前權利人:日本東京都變更后權利人:日本神奈川縣|||授權|||實質審查的生效 IPC(主分類):F02B 37/00申請日:20131217|||公開
IPC分類號: F02B37/00; F01P7/16; F02B29/04; F02B33/44; F02B37/013; F02B39/00 主分類號: F02B37/00
申請人: 三菱重工業株式會社
發明人: 堀田和郎
地址: 日本東京都
優先權: 2013-014282 2013.01.29 JP
專利代理機構: 北京市柳沈律師事務所11105 代理人: 岳雪蘭
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380071529.6

授權公告號:

|||||||||

法律狀態公告日:

2018.07.17|||2018.05.01|||2015.11.04|||2015.09.30

法律狀態類型:

專利申請權、專利權的轉移|||授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明的目的在于,抑制壓縮空氣冷卻時的水霧的產生。多級式增壓系統(1)具備:低壓側的第一增壓機(2)、冷卻第一增壓機(2)的排出空氣的中間冷卻器(3)、壓縮冷卻后的排出空氣的高壓側的第二增壓機(4)、控制裝置(5)。控制裝置(5)具備:取得第一增壓機(2)的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息的信息取得部、使用第一增壓機(2)的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及第一增壓機(2)的吸氣壓力及排出壓力作為參數來算出第一增壓機(2)的排出空氣的水蒸氣分壓的水蒸氣分壓算出部、將由水蒸氣分壓算出部算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度的目標溫度設定部、控制中間冷卻器(3)以使第二增壓機(4)的吸入空氣溫度成為目標溫度以上的節氣門開度控制部。

權利要求書

權利要求書
1.  一種多級式增壓系統的控制裝置,其具備低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,具備:
信息取得裝置,其取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息;
水蒸氣分壓算出裝置,其使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數,算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓;
目標溫度設定裝置,其將由所述水蒸氣分壓算出裝置算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度;
冷卻控制裝置,其控制所述冷卻裝置,以使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上。

2.  如權利要求1所述的多級式增壓系統的控制裝置,其中,
所述信息取得裝置進一步取得所述第一增壓機的轉速或空氣流量作為輸入信息,
所述目標溫度設定裝置使用由所述水蒸氣分壓算出裝置算出的所述水蒸氣分壓以及所述第一增壓機的吸入空氣溫度、吸氣壓力、排出壓力及轉速或空氣流量,將所述第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為根據所述第二增壓機的特性決定的規定的允許冷凝水量的所述第二增壓機的吸入空氣溫度設定為所述目標溫度。

3.  如權利要求1或2所述的多級式增壓系統的控制裝置,其中,
所述目標溫度設定裝置使用所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,
并取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,
將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為所述目標溫度。

4.  一種多級式增壓系統,具備:
低壓側的第一增壓機、
冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、
壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機、
權利要求1或權利要求2所述的多級式增壓系統的控制裝置,
將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機。

5.  一種多級式增壓系統的控制方法,該多級式增壓系統具備低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,該方法具備:
取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息的信息取得過程;
使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數,算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓的水蒸氣分壓算出過程;
將通過所述水蒸氣分壓算出過程算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度的目標溫度設定過程;
控制所述冷卻裝置,以使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上的冷卻控制過程。

6.  如權利要求5所述的多級式增壓系統的控制方法,其中,
在所述信息取得過程中,進一步取得所述第一增壓機的轉速或空氣流量作為輸入信息,
所述目標溫度設定過程使用所述水蒸氣分壓算出過程中算出的所述水蒸氣分壓以及所述第一增壓機的吸入空氣溫度、吸氣壓力、排出壓力及轉速或空氣流量,將所述第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為根據所述第二增壓機的特性決定的規定的允許冷凝水量的所述第二增壓機的吸入空氣溫度設定為所述目標溫度。

7.  如權利要求5或6所述的多級式增壓系統的控制方法,其中,
在所述目標溫度設定過程中,
使用所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,
取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,
將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為所述目標溫度。

說明書

說明書多級式增壓系統及其控制裝置以及其控制方法
技術領域
本發明涉及多級式增壓系統及其控制裝置以及其控制方法。
背景技術
目前,在內燃機中,為了實現高輸出低燃耗率化,提案有一種二級增壓系統。例如,專利文獻1中公開有一種二級增壓系統,在低壓段渦輪增壓器和高壓段渦輪增壓器之間設置冷卻器,將被低壓段渦輪增壓器壓縮的空氣流在冷卻器中冷卻并供給至高壓段渦輪增壓器中。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1:(日本)特開2012-87737號公報
發明所要解決的課題
上述二級式增壓系統中,在利用所述冷卻器冷卻吸氣時,壓縮空氣中的水分冷凝而產生水霧,該水霧與后級的增壓機的葉輪碰撞,而可能使葉輪破損。當葉輪破損時,增壓機的效率降低,并且假設在碎片混入內燃機的氣缸的情況下,成為滑動部不良或燒毀等原因。
發明內容
本發明是鑒于這種情況而研發的,其目的在于,提供一種可以抑制壓縮空氣冷卻時的水霧產生的多級式增壓系統及其控制裝置以及其控制方法。
用于解決課題的技術方案
本發明的第一方式提供一種多級式增壓系統的控制裝置,其具備低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,具備:信息取得裝置,其取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息;水蒸氣分壓算出裝置,其使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕 度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數,算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓;目標溫度設定裝置,其將由所述水蒸氣分壓算出裝置算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度;冷卻控制裝置,其控制所述冷卻裝置,以使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上。
例如,為了不在第二增壓機的吸入空氣中產生水霧,只要單純地使第二增壓機的吸入空氣溫度上升即可。但是,吸入空氣的溫度上升導致增壓機的效率降低,因此,從效率的觀點來看,優選避開溫度上升。這樣,在第二增壓機的吸入空氣中,從水霧產生的觀點和增壓機效率的觀點來看,控制成最佳的溫度非常重要。
根據本發明的第一方式,算出第一增壓機的排出空氣中的水蒸氣分壓,求得該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣分壓的溫度,并將該溫度設定為第二增壓機的吸入空氣的目標溫度。該目標溫度是指在第二增壓機的吸入空氣中不產生水霧的最低溫度,因此,可以避免水霧的產生,并且可以盡可能抑制增壓機的效率降低。這樣,根據本發明的第一方式,從水霧產生的觀點和增壓機效率的觀點來看,可以將第二增壓機的吸入溫度控制成恰當的范圍。
所述多級式增壓系統的控制裝置中,所述信息取得裝置也可以進一步取得所述第一增壓機的轉速或空氣流量作為輸入信息,所述目標溫度設定裝置使用由所述水蒸氣分壓算出裝置算出的所述水蒸氣分壓以及所述第一增壓機的吸入空氣溫度、吸氣壓力、排出壓力及轉速或空氣流量,將所述第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為根據所述第二增壓機的特性決定的規定的允許冷凝水量的所述第二增壓機的吸入空氣溫度設定為所述目標溫度。
根據所述結構,將第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量與預先設定的允許冷凝水量一致的溫度設定為目標溫度。例如,在第二增壓機的葉輪上具有較強的強度且允許一些冷凝水那樣的構造的情況下,允許該允許范圍內的冷凝水的混入,而使第二增壓機的吸入空氣的目標溫度下降該量。由此,與可靠地排除水霧混入的情況相比,可以提高第二增壓機的效率。
所述多級式增壓系統的控制裝置中,所述目標溫度設定裝置也可以使用例如所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,并取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓 的溫度設定為所述目標溫度。
本發明的第二方式提供一種多級式增壓系統,具備:低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機、所述多級式增壓系統的控制裝置,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機。
本發明的第三方式提供一種多級式增壓系統的控制方法,該多級式增壓系統具備:低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,該方法具備:取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息的信息取得過程;使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數來算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓的水蒸氣分壓算出過程;將通過所述水蒸氣分壓算出過程算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度的目標溫度設定過程;控制所述冷卻裝置,使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上的冷卻控制過程。
所述多級式增壓系統的控制方法中,也可以在所述信息取得過程中,進一步取得所述第一增壓機的轉速或空氣流量作為輸入信息,所述目標溫度設定過程使用所述水蒸氣分壓算出過程中算出的所述水蒸氣分壓以及所述第一增壓機的吸入空氣溫度、吸氣壓力、排出壓力及轉速或空氣流量,將所述第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為根據所述第二增壓機的特性決定的規定的允許冷凝水量的所述第二增壓機的吸入空氣溫度設定為所述目標溫度。
所述多級式增壓系統的控制方法中,所述目標溫度設定過程也可以使用所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,且取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,并將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為所述目標溫度。
發明效果
根據本發明,抑制壓縮空氣冷卻時的水霧的產生,因此,可消除后級增壓機中的水霧的問題,而實現可以避免葉輪等破損的效果。
附圖說明
圖1是概略性地表示作為本發明第一實施方式的多級式增壓系統的二級式增壓系統的一結構例的圖;
圖2是本發明第一實施方式的控制裝置的功能塊圖;
圖3是將表示飽和水蒸氣壓和溫度的關系的表的一例進行表示的圖;
圖4是本發明第二實施方式的控制裝置的功能塊圖。
具體實施方式
〔第一實施方式〕
以下,參照附圖對本發明第一實施方式的多級式增壓系統及其控制裝置以及其方法進行說明。
圖1是概略性地表示作為本實施方式的多級式增壓系統的一例的二級式增壓系統的一結構例的圖。如圖1所示,作為主要的結構,多級式增壓系統1具備:低壓側的第一增壓機2、冷卻第一增壓機2的排出空氣的中間冷卻器(冷卻裝置)3、壓縮冷卻后的排出空氣的高壓側的第二增壓機4、控制裝置5。
從第二增壓機4排出的壓縮空氣被中間冷卻器6冷卻后,供給至內燃機7。在排出內燃機7的排氣的排氣配管8上設置高壓側的第二渦輪10、低壓側的第一渦輪11,這些渦輪利用排氣進行旋轉。
第二渦輪10利用單軸與第二增壓機4連接,第一渦輪11利用單軸與第一增壓機2連接,由此,第二渦輪10、第一渦輪11的轉動力分別傳遞至第二增壓機4、第一增壓機2,并驅動第二增壓機4、第一增壓機2。
這種多級式增壓系統1中,第一增壓機2的吸入空氣溫度T1[℃]、吸入空氣濕度H1[%]、吸氣壓力P1[kPa]、排出壓力P2[kPa]及第二增壓機4的吸入空氣溫度T2[℃]分別利用傳感器(省略圖示)檢測,并輸出至控制裝置5。
從例如第二增壓機4的健全性及效率的兩個觀點來看,控制裝置5進行中間冷卻器3的控制,以使第二增壓機4的吸入空氣溫度T2成為恰當的溫度。
圖2是控制裝置5的功能塊圖。如圖2所示,控制裝置5具備:信息取得部21、水蒸氣分壓算出部22、目標溫度設定部23、節氣門開度控制部(冷卻控制裝置)24。
信息取得部21分別取得由上述各傳感器檢測的第一增壓機2的吸入空氣溫度T1[℃]、吸入空氣濕度H1[%]、吸氣壓力P1[kPa]、排出壓力P2[kPa]及第二增壓機4的吸入空氣溫度T2[℃]。
水蒸氣分壓算出部22使用第一增壓機2的吸入空氣溫度T1[℃]、吸入空氣濕度H1[%]、吸氣壓力P1[kPa]及排出壓力P2[kPa]作為參數,算出第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]。
以下,對水蒸氣分壓算出部22進行的第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]的一計算方法進行說明。
首先,第一增壓機2的吸入空氣的水蒸氣分壓PW1[kPa]通過以吸入空氣溫度T1[℃]和吸入空氣濕度H1[%]為參數的函數,并以以下(1)式表示。
PW1=Fx1(T1,H1) (1)
具體而言,第一增壓機2的吸入空氣的水蒸氣分壓PW1[kPa]可以通過吸入空氣溫度T1[℃]下的飽和水蒸氣壓PW1_SAT[kPa]乘以吸入空氣濕度H1[%]而得到。吸入空氣溫度T1[℃]下的飽和水蒸氣壓PW1_SAT[kPa]可以根據例如表示圖3所示那樣的飽和水蒸氣壓PW_SAT[kPa]和溫度T[℃]的關系的表和計算它們的近似式而得到。
接著,在第一增壓機2進行的壓縮前后,保存各自的水蒸氣分壓相對于空氣壓的比,因此,以下(2)式成立。
PW1/P1=PW2/P2 (2)
對第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]進行分解時,上述(2)式成為以下(3)式。
PW2=(P2/P1)PW1 (3)
這樣,第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]可以使用上述(1)式及(3)式得到。
因此,水蒸氣分壓算出部22保有例如上述(1)式及(3)式,通過向這些運算式代入由信息取得部21取得的規定的參數,可以容易地得到第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]。
目標溫度設定部23求得由水蒸氣分壓算出部22算出的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]成為飽和水蒸氣壓PW2_SAT[kPa]那樣的溫度T3[℃]即水蒸氣分壓PW2[kPa]中濕度成為100[%]的溫度T3[℃],并將該溫度 T3[℃]設定為目標溫度Ttg[℃]。這可以使用例如圖3所示的表得到。
節氣門開度控制部24控制例如設于中間冷卻器3的流量調節閥15的閥開度,以使第二增壓機4的吸入空氣溫度T2[℃]成為由目標溫度設定部23設定的目標溫度Ttg[℃]。關于用于使吸入空氣溫度T2[℃]與目標溫度Ttg[℃]一致的控制方法,只要適當使用反饋、前饋等公知的控制即可。流量調節閥15進行的冷卻強度的調整為一例,例如,也可以使用其它方法調整冷卻強度。
根據具備這種結構的多級式增壓系統1,將被第一增壓機2、第二增壓機4二級壓縮的壓縮空氣供給至內燃機7。內燃機7中結束動作的空氣由排氣配管8排出,而驅動設于排氣配管8的第二渦輪10及第一渦輪11。由此,第二增壓機4、第一增壓機2分別以第二渦輪10、第一渦輪11的轉動力為動力進行旋轉。
另外,第一增壓機2的吸入空氣溫度T1、吸入空氣濕度H1,吸氣壓力P1及排出壓力P2、第二增壓機4的吸入空氣溫度T2[℃]分別由傳感器(省略圖示)檢測,并輸出至控制裝置5。
這些傳感器檢測值被控制裝置5的信息取得部21取得,并輸出至水蒸氣分壓算出部22。水蒸氣分壓算出部22中,通過將從信息取得部21輸入的這些信息代入上述(1)、(3)式中,而算出第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]。該水蒸氣分壓PW2[kPa]輸出至目標溫度設定部23。
目標溫度設定部23中,將由水蒸氣分壓算出部22算出的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]設為飽和水蒸氣壓PW2_SAT[kPa]的溫度T3[℃]使用圖3所示的表取得,將該溫度T3[℃]設定為目標溫度Ttg[℃]。
設定的目標溫度Ttg[℃]輸出至節氣門開度控制部24,基于該目標溫度Ttg[℃],控制流量調節閥15的閥開度。由此,可以將第二增壓機4的吸入空氣中所包含的水霧理論上設為零。
如以上說明,根據本實施方式的多級式增壓系統1及其控制裝置5以及其控制方法,算出第一增壓機2的排出空氣中的水蒸氣分壓PW2[kPa],求得該水蒸氣分壓PW2[kPa]成為飽和水蒸氣分壓PW2_SAT[kPa]的溫度T3[℃],并將該溫度T3[℃]設定為第二增壓機4的吸入空氣的目標溫度Ttg[℃]。該目標溫度Ttg[℃]是指,第二增壓機4的吸入空氣中不產生水霧的最低溫度,因此,從水霧的產生和增壓機的效率的兩個觀點來看,可以將目標溫度 Ttg[℃]設定成最佳的溫度。
節氣門開度控制部24未必需要使第二增壓機4的吸入空氣溫度T2與目標溫度Ttg[℃]一致,也可以控制使第二增壓機4的吸入空氣溫度T2[℃]成為目標溫度Ttg[℃]以上。例如,在節氣門開度控制部24中,對目標溫度Ttg[℃]添加預先設定的規定量的界限,設定新的目標溫度,并控制節氣門開度,以使第二增壓機4的吸入空氣溫度T2[℃]成為該新的目標溫度。這種控制使增壓機的效率稍微降低,但在可以更可靠地避免水霧產生的方面是優異的。
〔第二實施方式〕
接著,對本發明第二實施方式的多級式增壓系統及其控制裝置以及其控制方法進行說明。
上述第一實施方式中,基于第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]設定目標溫度Ttg[℃]。與之相對,本實施方式中,控制中間冷卻器3,以使第二增壓機4的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為基于第二增壓機4的特性等預先設定的規定的允許冷凝水量以下。
以下,對與第一實施方式相同的點省略說明,主要說明不同點。
圖4是本實施方式的控制裝置5′的功能塊圖。如圖4所示,本實施方式的控制裝置5′具備:信息取得部21′、水蒸氣分壓算出部22、目標值設定部23′及節氣門開度控制部24。
信息取得部21′不僅取得第一增壓機2的吸入空氣溫度T1[℃]、吸入空氣濕度H1[%]、吸氣壓力P1[kPa]、排出壓力P2[kPa]及第二增壓機4的吸入空氣溫度T2[℃],還取得第一增壓機2的轉速N1[rpm]。即,本實施方式中,需要檢測第一增壓機2的轉速N1[rpm]的轉速傳感器或空氣流量傳感器。
水蒸氣分壓算出部22通過與上述第一實施方式相同的方法算出第一增壓機2的排出空氣的水蒸氣分壓PW2[kPa]。
目標溫度設定部23′將第二增壓機4的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為規定的允許冷凝水量Gwtg的吸入空氣溫度T4[℃]設定為目標溫度Ttg[℃]。
以下,對本實施方式的目標溫度Ttg[℃]的方法進行說明。
首先,當考慮第一增壓機2的排出空氣的狀態時,壓力為P2,水蒸氣分壓為PW2[kPa]。該狀態下,將溫度降低至T4[℃]時,該空氣所包含的冷 凝水量Gw以以下(4)式表示。
Gw=(PW_COND./P2)×Ga (4)
在此,PW_COND以以下(5)式表示。
PW_COND=PW2[kPa]-PW4_SAT[kPa] (5)
(5)式中,PW4_SAT[kPa]為溫度T4時的飽和水蒸氣壓,且是未知數。
另外,(4)式中,Ga為質量流量[kg/s],以以下(6)式表示。
Ga=ρQ=P1Q/RT1 (6)
在此,質量流量Ga也可以使用測量值。
(6)式中,ρ為密度[kg/m3],Q為體積流量[m3/s],以以下(7)式表示。另外,R為氣體常數[JK-1mol-1]。
Q=Fx((P2/P1),N) (7)
在此,體積流量Q是以第一增壓機2的壓縮比和轉速為參數,根據增壓機特性圖唯一地決定的值。
上述(4)式~(7)式中,除了飽和水蒸氣壓PW4_SAT[kPa]以外,其它是已知數。因此,求得上述(4)式成立那樣的飽和水蒸氣壓PW4_SAT[kPa],并根據圖3所示的飽和水蒸氣壓和溫度的表取得與該飽和水蒸氣壓PW4_SAT[kPa]對應的溫度T4[℃],由此,可以將第二增壓機4的吸入空氣中的冷凝水量設為允許冷凝水量Gwtg。目標溫度設定部23′將該溫度T4[℃]設定成目標溫度Ttg[℃]。
根據以上,當使用例如(4)式和(5)式對飽和水蒸氣壓PW4_SAT[kPa]進行分解時,得到以下(8)式。
PW4_SAT[kPa]=PW2[kPa]-(Gwtg×P2/Ga) (8)
因此,例如,目標溫度設定部23′預先保有用于得到上述(8)式及(8)式所使用的各種參數的付隨的運算式(例如,上述(6)、(7)式等),通過向這些運算式代入由信息取得部21′取得的各種檢測值,可以得到飽和水蒸氣壓PW4_SAT[kPa]。
而且,通過根據圖3所示的表得到與得到的飽和水蒸氣壓PW4_SAT[kPa]對應的溫度T4[℃],可以設定目標溫度Ttg[℃]。
節氣門回路控制部24控制流量調節閥15的閥開度,以使第二增壓機4的入口溫度T2成為由目標溫度設定部23′設定的目標溫度Ttg[℃]以上。
這樣,根據本實施方式,調整中間冷卻器3的流量調節閥15的閥開度, 以使第二增壓機4的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為預先設定的允許冷凝水量以下。這樣,在第二增壓機4的葉輪具有比較強的強度且允許一些冷凝的構造的情況下,允許該允許范圍內的冷凝水的混入,而使第二增壓機4的吸入空氣溫度下降該量。由此,與排除水霧混入的第一實施方式相比,可以進一步提高第二增壓機4的效率。
本發明不只限定于上述實施方式,可以在不脫離發明宗旨的范圍內實施例如局部或整體性地組合上述各實施方式等各種變形。
例如,本發明的多級式增壓系統不限定于圖1所示的二級式增壓系統。例如,也可以是三級增壓系統,在該情況下,可以對第一級和第二級之間的空氣溫度的控制、第二級和第三級之間的空氣溫度的控制的至少任一項應用上述控制。
標記說明
1 多級式增壓系統
2 第一增壓機
3 中間冷卻器
4 第二增壓機
5 控制裝置
7 內燃機
21、21′ 信息取得部
22 水蒸氣分壓算出部
23、23′ 目標溫度設定部
24 節氣門開度控制部
權利要求書(按照條約第19條的修改)
1.一種多級式增壓系統的控制裝置,其具備低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,具備:
信息取得裝置,其取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息;
水蒸氣分壓算出裝置,其使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數,算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓;
目標溫度設定裝置,其將由所述水蒸氣分壓算出裝置算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度;
冷卻控制裝置,其控制所述冷卻裝置,以使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上,
所述信息取得裝置進一步取得所述第一增壓機的轉速或空氣流量作為輸入信息,
所述目標溫度設定裝置使用由所述水蒸氣分壓算出裝置算出的所述水蒸氣分壓以及所述第一增壓機的吸入空氣溫度、吸氣壓力、排出壓力及轉速或空氣流量,將所述第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為根據所述第二增壓機的特性決定的規定的允許冷凝水量的所述第二增壓機的吸入空氣溫度設定為所述目標溫度。
2.一種多級式增壓系統的控制裝置,其具備低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,具備:
信息取得裝置,其取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息;
水蒸氣分壓算出裝置,其使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數,算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓;
目標溫度設定裝置,其將由所述水蒸氣分壓算出裝置算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度;
冷卻控制裝置,其控制所述冷卻裝置,以使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上,
所述目標溫度設定裝置使用所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,
并取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,
將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為所述目標溫度。
3.如權利要求1所述的多級式增壓系統的控制裝置,其中,
所述目標溫度設定裝置使用所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,
并取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,
將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為所述目標溫度。
4.一種多級式增壓系統,具備:
低壓側的第一增壓機、
冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、
壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機、
權利要求1或權利要求2所述的多級式增壓系統的控制裝置,
將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機。
5.一種多級式增壓系統的控制方法,該多級式增壓系統具備低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,該方法具備:
取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息的信息取得過程;
使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數,算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓的水蒸氣分壓算出過程;
將通過所述水蒸氣分壓算出過程算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度的目標溫度設定過程;
控制所述冷卻裝置,以使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上的冷卻控制過程,
在所述信息取得過程中,進一步取得所述第一增壓機的轉速或空氣流量作為輸入信息,
所述目標溫度設定過程使用所述水蒸氣分壓算出過程中算出的所述水蒸氣分壓以及所述第一增壓機的吸入空氣溫度、吸氣壓力、排出壓力及轉速或空氣流量,將所述第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量成為根據所述第二增壓機的特性決定的規定的允許冷凝水量的所述第二增壓機的吸入空氣溫度設定為所述目標溫度。
6.一種多級式增壓系統的控制方法,其中,該多級式增壓系統具備:低壓側的第一增壓機、冷卻所述第一增壓機的排出空氣的冷卻裝置、壓縮冷卻后的所述排出空氣的高壓側的第二增壓機,將至少經過二級壓縮的空氣供給至內燃機,其中,該方法具備:
取得所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為輸入信息的信息取得過程;
使用所述第一增壓機的吸入空氣溫度及吸入空氣濕度以及所述第一增壓機的吸氣壓力及排出壓力作為參數,算出所述第一增壓機的排出空氣的水蒸氣分壓的水蒸氣分壓算出過程;
將通過所述水蒸氣分壓算出過程算出的水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為目標溫度的目標溫度設定過程;
控制所述冷卻裝置,以使所述第二增壓機的吸入空氣溫度成為所述目標溫度以上的冷卻控制過程,
所述目標溫度設定過程使用所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,
并取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,
將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為所述目標溫度。
7.如權利要求5所述的多級式增壓系統的控制方法,其中,
在所述目標溫度設定過程中,
使用所述第二增壓機的吸入空氣中的水蒸氣分壓作為未知數,設定表示第二增壓機的吸入空氣中所包含的冷凝水量的式子,
取得將該式子和所述允許冷凝水量設為等式時的所述水蒸氣分壓,將該水蒸氣分壓成為飽和水蒸氣壓的溫度設定為所述目標溫度。

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多級 增壓 系統 及其 控制 裝置 方法
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