(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関に送り出される空気の体積流量およびいくつかの状態量が、エンジン動作のすべてのモード中に、正確に制御され得る給気システムを提供する。【解決手段】内燃機関１２のための給気システム１０は、チャージインレット１８、およびチャージアウトレット２０を有するチャージ経路１６と、モータ３４によって駆動され、チャージインレット１８から空気を受け取り、温度、圧力および体積流量を上げるように構成された第１の圧縮機３２と、第１の圧縮機３２を出る空気の少なくとも一部を、方向転換するように構成された第１の圧縮機３２の下流のチャージ経路内の第１の弁５６と、チャージアウトレット２０を出る空気の体積流量を調節するために第１の弁５６およびモータ３４の速度の少なくとも１つを調整するように構成されたコントローラとを含んでよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１２）のための給気システム（１０）であって、
空気を受け取るように構成されたチャージインレット（１８）および空気を前記内燃機関のインテーク（２２）に運ぶように構成されたチャージアウトレット（２０）を有するチャージ経路（１６）と、
前記チャージ経路内の第１の圧縮機（３２）であって、モータ（３４）によって駆動され、前記チャージインレットから前記空気を受け取り、前記チャージ経路内の前記空気の温度、圧力、および質量流量を上げるように構成された第１の圧縮機と、
前記第１の圧縮機を出る前記空気の少なくとも一部を、前記チャージアウトレットを通って前記チャージ経路を出ることから方向転換するように構成された前記第１の圧縮機の下流の前記チャージ経路内の第１の弁（５６）と、
前記チャージアウトレットを出て前記内燃機関の前記インテークに入る空気の体積流量を調節するために前記第１の弁および前記モータの速度の少なくとも１つを調整するように構成されたコントローラ（７４）と
を備える給気システム。
【請求項２】
前記コントローラ（７４）と通信し、前記チャージ経路（１６）内の前記空気の温度、前記チャージ経路内の前記空気の圧力、前記チャージ経路内の前記空気の質量流、前記第１の圧縮機（３２）の速度、前記内燃機関（１２）の速度、前記内燃機関への燃料流、および前記内燃機関の動作モードの少なくとも１つを測定するように構成された少なくとも１つのセンサ（５８、６０、６２、７６、７８）をさらに備える、請求項１に記載の給気システム（１０）。
【請求項３】
前記内燃機関（１２）から排出空気を受け取るように構成された排気インレット（２６）および排気アウトレット（３０）を有する排気経路（２４）と、
前記チャージ経路（１６）内の第２の圧縮機（３８）、および前記第２の圧縮機を駆動するように接続される前記排気経路内の第１のタービン（４０）と、
前記第２の圧縮機の下流の前記チャージ経路内の第１のチャージ冷却器（４２、４４）と
をさらに備える、請求項１または２に記載の給気システム（１０）。
【請求項４】
前記チャージ経路（１６）内の前記空気が前記第２の圧縮機（３８）および前記第１のチャージ冷却器（４２、４４）の少なくとも１つをバイパスすることができるようにするために、前記チャージ経路に接続された第１のバイパス経路（４６、５０）であって、第１のバイパス経路を通る空気流を調節するように構成された第１の可変バイパス弁（４８、５２）を有する第１のバイパス経路
をさらに備える、請求項３に記載の給気システム（１０）。
【請求項５】
前記コントローラ（７４）が前記チャージ経路（１６）内の前記空気の圧力低下および温度を制御するために前記第１の可変バイパス弁（４８、５２）を調整するように構成される、請求項４に記載の給気システム（１０）。
【請求項６】
前記第１の圧縮機（３２）が前記排気経路（２４）内の第２のタービン（３６）を含み、前記排気経路が前記第２のタービンを迂回して前記排気経路内の前記空気を調整するためにそれに接続された第２のバイパス経路（６６）を含み、前記第２のバイパス経路が前記第２のバイパス経路内を流れる前記空気の前記流量を調整するように構成された第２の可変バイパス弁（６８）を含み、前記第２の可変バイパス弁が前記コントローラ（７４）によって調整される、請求項５に記載の給気システム（１０）。
【請求項７】
前記第２の圧縮機（３８’）を駆動するように接続された第２のモータ（３４Ａ）をさらに備え、前記第２のモータが前記コントローラ（７４）によって制御されるように接続される、請求項３ないし６のいずれか一項に記載の給気システム（９００）。
【請求項８】
前記チャージ経路（２１６）が
前記第２の圧縮機（２３８）および前記第１のチャージ冷却器（２４２、２４４）を含む主チャージ経路（２８２）と
前記主チャージ経路に並列に接続されたバイパスチャージ経路（２８４）であって、前記第１の圧縮機（２３２）を含むバイパスチャージ経路と
を備える、請求項３ないし７のいずれか一項に記載の給気システム（２００、６００、７００、８００）。
【請求項９】
前記バイパスチャージ経路（２８４、６８４、７８４、８８４）が前記第１の弁（５６、１５６）を含む、請求項８に記載の給気システム（２００、６００、７００、８００）。
【請求項１０】
前記チャージ経路（４１６、５１６、６１６、８１６）が前記第１の圧縮機の上流の点に前記第１の圧縮機（３２、１３２）を出る前記空気を方向転換しない、またはその一部もしくはすべてを方向転換するように構成された再循環経路（４０２、５０２、６０２、８０２）を含む、請求項１、８、または９に記載の給気システム（４００、５００、６００、８００）。
【請求項１１】
前記再循環経路（６０２、８０２）が前記再循環経路の下流端で前記バイパスチャージ経路（６８４、８８４）に接続され、前記再循環経路の上流端で前記主チャージ経路（８８２）および前記バイパスチャージ経路の１つに接続される、請求項１０に記載の給気システム（６００、８００）。
【請求項１２】
前記再循環経路（４０２、５０２、６０２、８０２）が前記再循環経路を通る前記空気の流れを調整するように構成された再循環弁（４０４、５０４、６０４、８０４）を含み、前記再循環弁が前記コントローラ（７４）によって調整される、請求項１０または１１に記載の給気システム（４００、５００、６００、８００）。
【請求項１３】
前記チャージ経路（１６’）上に取り付けられた、前記コントローラ（７４）によって制御されるインレット空気加熱器（８１）であって、前記内燃機関（１２）の前記インテーク（２２）に入るチャージエアを選択的に加熱するように構成されたインレット空気加熱器（８１）をさらに備える、請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の給気システム（９００）。
【請求項１４】
前記コントローラ（７４）が内燃機関（１２）の動作特性を含むデータおよび圧縮機マップの少なくとも１つにアクセスするように構成され、前記第１の圧縮機（３２）が前記データおよび前記圧縮機マップの少なくとも１つに基づいて、前記チャージアウトレット（２０）を出る空気の体積流量を調節するために第１の弁（５６）および前記モータ（３４）の速度の少なくとも１つを調整するようにさらに構成される、請求項１ないし１３のいずれか一項に記載の給気システム（１０）。
【請求項１５】
内燃機関（１２）のための給気システム（４００）であって、
周囲から空気を受け取るように構成されたチャージインレット（１８）、および前記内燃機関のインテーク（２２）に接続されて、空気を前記インレットから前記内燃機関の前記インテークに運ぶように構成されたチャージアウトレット（２０）を有するチャージ経路（４１６）と、
前記インレットから空気を受け取るように接続された前記チャージ経路内の第１の圧縮機（３８）と、
前記第１の圧縮機から空気を受け取るように接続された前記チャージ経路内の第１のチャージ冷却器（４４）と、
前記チャージ冷却器から空気を受け取るように接続された前記チャージ経路内の第２の圧縮機（３２）と
前記第１の圧縮機の上流の前記チャージ経路から前記空気の少なくとも一部を方向転換し、前記第１の圧縮機および前記第１のチャージ冷却器の少なくとも１つを迂回して前記空気を運ばず、またはその一部もしくはすべてを運び、前記チャージ経路に運び戻すように接続された第１の可変バイパス弁（５２）と、
前記第１の可変バイパス弁に接続されて、それを通る空気の量を変更し、前記内燃機関の最適動作を維持するコントローラ（７４）と
を備える給気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関のための給気（ａｉｒ  ｃｈａｒｇｉｎｇ）システムに関し、より詳細には、高高度において動作する内燃機関のための給気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エアビークルは、推進力およびシステムパワーを提供するために１つまたは複数のパワープラントを必要とする。パワープラントは、内燃機関を含めて様々な形態を取ることができる。動力を供給される航空機のタイプに応じて、エンジンは、４１，０００フィート（１９６０ｍ）以上の高度において、−６５°Ｆまでの、またはそれより低い周囲温度条件で稼働、再始動または始動される必要があり得る。そのような高度および温度においては、大気圧は海面気圧の２０％しかない可能性がある。
【０００３】
したがって、給気システムを含む内燃機関が、インテークエアの質量流温度および／または圧力を上げ、内燃機関を始動し、それらを定常状態条件で稼働させて、ビークルが必要とする十分な動力を生成するために、インテークを提供することが必要である。そのような給気システムは、通常、内燃機関によって使用される周囲空気の質量流量を上げるために、排出空気によって駆動される圧縮機（すなわち、ターボチャージャ）、およびモータによって駆動される圧縮機（すなわち、スーパーチャージャ）、ならびにハイブリッド変形形態（すなわち、統合モータを有するターボチャージャ）を含み得る。ターボチャージャは、エンジンクランキングおよび初期エンジンランアップ中に排気から抜き出し、エンジンに十分なブースト圧を提供して動作をサポーするのに利用可能な十分な動力を有しない。機械的に駆動されるスーパーチャージャは、エンジンクランキングおよび初期エンジンランアップ中に、エンジンに十分なブースト圧を提供して動作をサポートするのに十分な速度を有しない。
【０００４】
そのような給気システムに見られる問題は、動作のすべてのモード、すなわち、始動、定常状態動作へのランナップ、規定の動力出力レベルにおける定常状態動作、過渡的動作、およびシャットダウン中に、エンジンの空気質量流必要量とエンジンによって消費される体積流を一致させることが難しいことである。圧縮機を出る空気とエンジンのシリンダを満たす空気との間で、空気の質量流および体積流が適切に一致しない場合は、圧縮機のサージングが生じて、場合によっては圧縮機を損傷する可能性がある、またはエンジンが十分な動力を出さなくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
給気システムは、給気システム内で超過気圧状態が生じるのを防止するためにブリード弁を備えている。しかし、関連する内燃機関に送り出される空気の体積流量が、エンジン動作のすべてのモード中に、かつ高度において、正確に制御され得る給気システムが必要である。
【０００６】
さらに見られる問題は、低周囲温度では燃料気化速度がかなり低くなり、結果として動力出力が低減するかまたはエンジン内の燃料の爆発が不足することである。エンジンおよび／またはエンジンインテークの空気の熱が、エンジンの動作状態によっては燃料を気化するのに十分でない可能性がある。
【０００７】
内燃機関が圧縮点火エンジンである場合は、自動点火をサポートするためにシリンダの中で生成される十分な圧力および温度がなければならない。この圧力は、エンジン圧縮率、インテーク圧力およびエンジン速度に依存する。極端な高度状態における動作は、入口圧力をかなり低下させて、追加の問題を引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様では、内燃機関のための開示された給気システムは、空気を受け取るように構成されたチャージインレット、および空気を内燃機関のインテークに運ぶように構成されたチャージアウトレットを有するチャージ経路と、チャージ経路内の第１の圧縮機であって、モータによって駆動され、チャージインレットから空気を受け取りチャージ経路内の空気の温度、圧力および質量流量を上げるように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機を出る空気の少なくとも一部を、チャージアウトレットを通るチャージ経路から方向転換するように構成された第１の圧縮機の下流のチャージ経路内の第１の弁と、チャージアウトレットを出る空気の体積流量を調節するために第１の弁の位置およびモータの速度の少なくとも１つを調整するように構成されたコントローラとを含んでよい。
【０００９】
他の態様では、内燃機関のための給気システムは、周囲から空気を受け取るように構成されたインレット、およびインレットから内燃機関のインテークに空気を運ぶために内燃機関のインテークに接続されるように構成されたアウトレットを有するチャージ経路と、インレットから空気を受け取るように接続されたチャージ経路内の第１の圧縮機と、第１の圧縮機から空気を受け取るように接続されたチャージ経路内の第１のチャージ冷却器と、第１の圧縮機から空気を受け取るように接続されたチャージ経路内の第２のチャージ冷却器と、空気の少なくとも一部を第１の圧縮機の上流のチャージ経路から方向転換し、空気の少なくとも一部を第１の圧縮機および第１のチャージ冷却器の少なくとも１つを迂回して運び、チャージ経路に運び戻すように接続された第１の可変バイパス弁と、内燃機関に入る最適の温度を維持するために、チャージ冷却器を迂回して流れる空気の量を変更するための第１の可変バイパス弁に接続されたコントローラとを含んでよい。
【００１０】
他の態様では、内燃機関にチャージエアを提供するための方法は、チャージ経路のインレットから内燃機関のインテークにチャージ経路を通して周囲エアを運ぶことと、チャージ経路内の第１の圧縮機をアクティブ化することであって、第１の圧縮機がモータによって駆動され、チャージ経路内の空気の温度、圧力および質量流量を上げるためにチャージ経路内の空気を圧縮するように構成される、第１の圧縮機をアクティブ化することと、チャージ経路内のチャージエア状態を測定することと、第１の圧縮機を出る空気の少なくとも一部をチャージ経路から方向転換することおよびモータの速度を調整することの少なくとも１つによりインテークへの空気の体積流を調整することとを含んでよい。
【００１１】
開示されたシステムおよび方法の他の目的および利点は、以下の説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】開示された内燃機関のための給気システムおよび方法の制御概略図である。
【図２】開示された給気システムの一実施形態の概略図である。
【図３】開示された給気システムの第２の実施形態の概略図である。
【図４】開示された給気システムの第３の実施形態の概略図である。
【図５】開示された給気システムの第４の実施形態の概略図である。
【図６】開示された給気システムの第５の実施形態の概略図である。
【図７】開示された給気システムの第６の実施形態の概略図である。
【図８】開示された給気システムの第７の実施形態の概略図である。
【図９】開示された給気システムの第８の実施形態の概略図である。
【図１０】開示された給気システムの第９の実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図２に示されているように、一実施形態では、全体的に１０として示されている内燃機関のための給気システムは、航空機などのビークル１４に取り付けることができる内燃機関１２とインターフェースするように構成される。一実施形態では、内燃機関１２は、圧縮点火エンジン、火花点火エンジン、ピストンエンジン、またはロータリエンジンでよい。諸実施形態では、ビークル１４は、エアビークル、航空機、陸上車両、または水上艦などの海上船舶でよい。
【００１４】
給気システム１０は、チャージ経路１６を形成し、空気を受け取るように構成されたチャージインレット１８と、一実施形態ではインテークマニフォールドでよい内燃機関１２のインテーク２２に空気を運ぶように構成されたチャージアウトレット２０とを有する導管を含んでよい。給気システム１０はまた、内燃機関１２の排気口２８から排出空気を受け取るように構成された排気インレット２６と、内燃機関１２から周囲に（ビークル１４を取り囲む環境などに）空気を排出するように構成された排気アウトレット３０とを有する排気経路２４を形成する導管を含んでよい。給気システム１０はまた、モータ３４によって駆動され得る第１の圧縮機３２を含んでよく、図１の実施形態では、タービン３６を含んでよい。圧縮機３２は、チャージ経路システム１６内にあってよく、タービン３６は、排気経路２４内にあってよい。モータは、電動モータ、空気圧モータ、油圧モータ、または他のタイプの機械的モータでよい。
【００１５】
給気システム１０はまた、第２のタービン４０によって駆動され得る第２の圧縮機３８を含んでよい。第２の圧縮機３８およびタービン４０は、システム１０におけるターボチャージャとして一緒に機能することができる。圧縮機３８は、チャージ経路１６内にあってよく、タービン４０は、排気経路２４上にあってよい。したがって、チャージ経路１６は、直列に配置された第１の圧縮機３２および第２の圧縮機３８を含む。
【００１６】
第１のチャージ冷却器４２は、第１の圧縮機３２の下流のチャージ経路１６上に配置されてよく、第２のチャージ冷却器４４は、チャージ経路１６上の第２の圧縮機３８の下流かつ第１の圧縮機３２の上流でチャージ経路１６上に配置されてよい。一実施形態では管路またはダクトでよいバイパス経路４６が、チャージ経路１６に取り付けられてよく、第１のチャージ冷却器４２を迂回してチャージアウトレット２０に流れる空気を方向転換するように接続されてよく、可変バイパス弁４８を含んでよい。一実施形態では管路またはダクトでよい第２のバイパス経路５０が、空気を第２の圧縮機３８の上流の位置から第２の冷却器４４の下流の位置に方向転換するためにチャージ経路１６上に配置されてよく、可変バイパス弁５２を含んでよい。
【００１７】
ブリードベント５４が、第１の圧縮機３２、チャージ冷却器４２および第１のバイパス経路４６の下流の位置においてチャージ経路１６上に配置されてよい。ブリードベント５４は、第１の圧縮機３２を出る空気の少なくとも一部をチャージアウトレット２０に流れることから方向転換するためのブリード弁５６を含んでよい。
【００１８】
チャージ経路１６は、チャージインレット１８とバイパス経路５０との間に配置されたセンサ５８、第２のチャージ冷却器４４および第２のバイパス経路５０の下流かつ第１の圧縮機３２の上流に配置されたセンサ６０を含んでよい。チャージ経路１６は、ブリードベント５４の下流かつチャージアウトレット２０の上流に配置されたセンサ６２を含んでよい。一実施形態では、センサ６０は、インテーク２２に接続されてよい。センサ５８、６０、６２は、それらのそれぞれの位置においてチャージ経路１６内を流れるチャージエアの圧力、温度、および／または質量流量を感知するように選択されてよい。
【００１９】
排気バイパス経路６６が排気経路２４上に配置されてよく、可変バイパス弁６８を含んでよい。排気バイパス経路６６は、排気経路２４上のタービン３６を迂回して排出ガスを方向転換するように構成されてよい。代替として、タービン３６はまた、排出ガスバイパス経路６６および可変バイパス弁６８と共に動作する、またはガスバイパス経路６６および可変バイパス弁６８の必要をなくす可変タービン形状を有してよい。同様に、一実施形態では管路またはダクトでよい排気バイパス経路７０は、排気経路２４上に配置され、可変バイパス弁７２を含んでよい。排気バイパス経路７０は、排気経路２４上の第２のタービン４０を迂回して排出ガスを方向転換するように構成されてよい。代替として、タービン４０はまた、排出ガスバイパス経路７０および可変バイパス弁７２と共に動作する、またはガスバイパス経路７０および可変バイパス弁７２の必要をなくす可変タービン形状を有してもよい。可変タービン形状の位置は、コントローラ７４によって制御され得る。
【００２０】
図１および２に示されているように、給気システム１０はまた、全体的に７４として示されているコントローラを含んでよい。図１の実施形態では、コントローラ７４は、チャージ経路１６内を流れている空気の特性に関するデータを提供するセンサ５８、６０、および６２から入力を受信することができる。そのような情報は、チャージ経路１６上のセンサ５８、６０、および／または６２の位置における空気温度、空気圧力および／または空気の質量流量に関するデータを含んでよい。コントローラ７４は、システム１０の挙動を制御する様々なエフェクタ７５への出力制御信号を生成することができる。様々なエフェクタ７５については、次に詳細に説明する。
【００２１】
給気システム１０はまた、第１の圧縮機３２、および圧縮機３８などの任意の追加の圧縮機の回転速度など速度に関するデータを受信するように接続されたセンサ７６を含んでよい。エンジン１２はまた、コントローラ７４（図１）にエンジン速度、燃料流量、および／またはエンジンモード、すなわち、始動、移行、定常状態動作、およびシャットダウンに関する情報を提供するセンサ７８を含んでよい。
【００２２】
コントローラ７４は、第１の圧縮機３２、第２の圧縮機３８およびエンジン１２を含むエフェクタ７５の動作特性に関する情報を収容するデータベース８０を含んでよい。データベース８０はまた、圧縮機マップを表すデータを含んでよい。そのような圧縮機マップは、圧縮機の特定のモデルのために作成されてよく、圧力比と訂正された質量流量と、または圧力比と体積流とを相関させる情報を含んでよく、さらに効率環および／または効率楕円を含んでよい。そのようなデータは、必要とされるエンジン動力出力に関して相関関係にあってよく、エンジン速度、チャージエアの目標質量流および圧力比は増大する。給気システム１０内のターボチャージャに関する同様のデータが含まれてよい。圧縮機ホイールが圧縮機を回転させるために機械動力を供給するタービンホイールに接続されているターボチャージャ構成（例えば、圧縮機３８およびタービン４０）では、タービンホイールの動作マップに対応するデータ（圧力比と相関関係にある質量流量）がデータベース８０に含まれていてよい。
【００２３】
コントローラ７４は、多変量制御アルゴリズムを使用して、２つの圧縮機３２、３８をそれぞれの圧縮機のための結合圧縮機マップ上の最適効率位置において稼働させることができる。さらに、２つの圧縮機３２および３８ならびにブリード弁５６を制御するマルチ可変アルゴリズムは、高度および周囲温度の変化に対応する必要ブースト圧レベルを維持しながら、エンジンの必要動力またはエンジン速度に応じてエンジン１２の中への空気の体積流を変えることができる。これらのアルゴリズムはまた、特にチャージ圧の初期量を決定するときには、エンジン１２内のシリンダ圧を最大値より低く保持するために、センサ６２および７８からデータを受信する。
【００２４】
コントローラ７４は、モータ３４に圧縮機３２の速度を制御するための出力信号を提供することができる。コントローラ７４はまた、バイパス弁４８および５２に、第１のチャージ冷却器４２および第２のチャージ冷却器４４をバイパスする空気の量を変更し、エンジンに入るチャージエアの温度を制御し、圧縮機３２への圧力損失を最小化するための信号を提供することができる。同様に、コントローラ７４は、バイパス経路６６、７０における排気バイパス弁６８、７２を制御して、それぞれタービン３６およびタービン４０を迂回して排気経路２４を通る排出空気の流量を、タービン３６またはタービン４０のどちらか１つを通る排出空気の流量の０パーセントから、タービン３６またはタービン４０のどちらか１つを通る排出空気の流量の１００パーセントまで変えるための信号を提供することができる。
【００２５】
図１の給気システム１０の実施形態の動作は、以下の通りである。エンジン１２の始動時に、チャージエアはインレット１８に入ることができ、チャージエア状態はセンサ５８によって測定することが可能である。そのような状態は、温度、圧力、質量流またはそれらの任意の組合せでよい。始動中、コントローラ７４によってバイパス弁５２が開かれて、チャージエアが圧縮機３８およびチャージ冷却器４４を迂回して流れることができるようにし、チャージ経路１６における圧力制限を最小化することができる。チャージエア状態は、センサ６０において再度測定することが可能であり、温度、圧力、質量流またはそれらの任意の組合せを含んでよい。
【００２６】
モータ３４はコントローラ７４によって、制御アルゴリズムによって決定されたプリセットチャージエア圧力に対してアクティブ化されてよく、質量流出力状態は、圧縮機３２の下流のセンサ６２によって測定することが可能である。圧縮機３２がチャージ経路１６内を流れるチャージエアの圧力および質量流量を上げるので、空気の温度が圧縮によって上がる。
【００２７】
始動中、コントローラ７４はバイパス弁４８を開いて、チャージエアがチャージ冷却器４２を迂回して流れることができるようにすることができ、その結果、チャージエアの冷却が最小化されることが可能になる。コントローラ７４はまた、ブリードベント５４上のベント弁５６を調整することができる。始動中、モータ３４は、圧縮機３２に初期動力および回転を提供して、チャージエアシステムを加圧することができる。さらに、始動中、コントローラ７４は、エンジンがスタータ（図示せず）によってクランクされている間、適切な体積空気流が所望の圧力でエンジン１２に提供され得ることを保証しながら、モータアシスト式圧縮機３２における圧縮機サージを防止するのに十分に弁５６を開き調整することができる。センサ６２によって測定されたチャージ経路１６におけるチャージエア状態に関する信号は、センサ５８および６０からのチャージエア状態ならびにセンサ７６からのモータ速度と併せて、コントローラ７４によって読み取られ、圧縮機３２のチョーキングを防止しながら、ベント弁５６の位置を制御してエンジン１２へのチャージエアの適切な体積流および圧力を保証するために使用されてよい。チャージエアの温度は、燃料気化およびエンジンの迅速な始動を容易にするために最大化され得る。
【００２８】
排気アウトレット２８を出るエンジン１２からの排気は、電動モータアシスト式圧縮機３２のタービン３６にダクトで送られる。排気バイパス弁６８はコントローラ７４によって、タービン３６が排気経路２４内の排出ガスによって回転させられて圧縮機３２を回転させ、それによって始動中モータ３４をアシストするように調整される。コントローラ７４は、排気経路２４内の背圧を下げるために、排気バイパス弁７２を開いて排気バイパス弁を調整し、タービン４０を迂回して排出空気流をバイパスさせることができる。これは、より多くの仕事がタービン３６から引き出され得るようにすることができる。排出空気は、排気アウトレット３０を通して周囲にベントされる。
【００２９】
エンジン１２の定常状態動作では、チャージエアは、インレット１８に入り、チャージエア状態は、センサ５８によって測定することが可能である。エンジン１２の定常状態動作中、バイパス弁５２は、チャージエアがチャージ経路１６内の圧縮機３８によって加圧されるように閉じられてよい。中間冷却器４４は、圧縮機３８によって加熱されたチャージエアを冷却することができる。チャージエア状態は、センサ６０によって測定することが可能であり、データは、排気バイパス弁６８および７２の位置を調整して圧縮機３８および圧縮機３２が最適総合効率で動作していることを保証するために、センサ６０および６２からのデータと併せてコントローラ７４によって使用され得る。
【００３０】
モータ３４は、格納されているアルゴリズムによって決定され、コントローラ７４によって伝送されたプリセットチャージエア圧力まで圧縮機３２を動作させる。圧縮機３２からの空気圧出力状態は、下流のセンサ６２によって測定される。チャージ経路１６内のチャージエアは、圧縮機３２によって圧縮された結果として加熱され得る。コントローラ７４はバイパス弁４８を閉じて、それによって、圧縮機３２を出るチャージエアの一部またはすべてをチャージ冷却器４２を通して送ることができる。コントローラ７４はブリードベント弁５６を閉じることができ、その結果、圧縮機３２から下流に流れる空気のすべてがチャージアウトレットを出てエンジン１２のインテーク２２に入る。エンジン１２の過渡速度または過渡動力状態中、モータ３４は、コントローラ７４によって電圧を印加されて、圧縮機３２に迅速に動力を提供し、エンジン１２へのチャージエア圧力および質量流を上げることができる。増大されたチャージエア圧力および質量流の結果として、応答時間、別にターボラグとして知られている、がタービン３６からの応答のみに依拠することに比較して速くなる可能性がある。
【００３１】
チャージエア状態は、センサ６２においてコントローラ７４によって測定することが可能であり、排気バイパス弁６８、７２の位置を制御してエンジン１２に入るチャージエアの適切な流量および圧力を保証するためにセンサ５８および６０からの読取値と併せて使用されることが可能である。エンジン１２の排気口２８を出て、排気インレット２６に入る排出空気は、タービン３６にダクトで送られることが可能である。コントローラ７４は、格納されている制御アルゴリズムに従ってバイパス弁６８を調整して、圧縮機３２が最適の状態で動作していることを保証することができる。この時、モータ３４は、タービン３６が提供することができるものを超える追加の動力の必要に応じて、コントローラ７４によって作動されてもされなくてもよい。一実施形態では、タービン３６が超過速度で動作している場合は、コントローラは、モータ３４を作動して、ジェネレータとして稼働させ、圧縮機３２の速度を落とし、どこか他の場所での使用のために動力を生成することができる。
【００３２】
排出空気は、排気経路２４を通って下流へ流れ続けてタービン４０を回転させることができ、タービン４０は、圧縮機３８を回転させることができる。バイパス弁７２はコントローラ７４によって、格納されている制御アルゴリズムに従って一部の排気流がタービン４０を迂回してダクトで送られ得るように調整されることが可能である。この構成は、圧縮機３８が最適の状態で動作していてよいことを保証する。次いで、排出空気は、排気アウトレット３０を通って周囲に流れてよい。
【００３３】
図３に示されているように、給気システム１００の第２の実施形態は、システムはモータ１３４によって駆動される圧縮機１３２を含んでよいが、図２に示されているシステム１０のタービン３６およびバイパス経路６６がないという点で、図２に示されている実施形態と異なってよい。図３の実施形態１００の動作は、以下の通りでよい。始動のために、チャージエアがチャージ経路１１６のインレット１１８に入ることが可能であり、状態がセンサ１５８によって測定することが可能である。始動中、コントローラ７４（図１）は、バイパス弁１５２を開くことができ、その結果、チャージエアは、バイパス経路１５０を通して圧縮機１３８およびチャージ冷却器１４４を迂回してダクトで送られることが可能になる。チャージエア状態はコントローラ７４によってセンサ１６０において読み取られることが可能である。コントローラ７４は、モータ１３４を作動して、格納されている制御アルゴリズムに従って圧縮機１３２をプリセットチャージエア圧力出力状態まで駆動することができる。出力状態は、センサ１６２によって測定することが可能であり、センサ１６０において測定された上流状態を明らかにすることができる。チャージエアは、圧縮機１３２によって作用された結果として加熱されることが可能である。コントローラ７４は、バイパス弁１４８を開いて、空気流をチャージ冷却器１４２を迂回してダクトで送り、それによって冷却および圧力損失が最小化されるようにすることができる。
【００３４】
この時、コントローラ７４は、ブリードベント弁１５６を調整して圧縮機１３２の空気サージまたはチョーキングを防止し、チャージ経路アウトレット１２０を通るエンジンインテーク２２への適切な空気流を保証することができる。さらに、この始動フェーズ中、コントローラ７４は、バイパス弁１７２を開いて、バイパス経路１７０が排気経路１２４内を流れる排出空気を排気経路アウトレット１３０から周囲にダクトで送り出すことができるようにすることができる。
【００３５】
図３の実施形態１００の定常状態動作では、チャージエアは１１８においてインレットに入ることができ、チャージエア状態はセンサ１５８によって測定することが可能である。コントローラ７４は、バイパス弁１５２およびバイパス１５０を調整して、チャージエアが圧縮機１３８によって圧縮され、チャージ冷却器１４４によって冷却されるようにすることができる。チャージエア状態はセンサ１６０によって測定することが可能であり、このデータは、コントローラによって、圧縮機１３８に関するセンサ１５８および１６２ならびにセンサ７６（図１）からのデータと併せて使用されることが可能であり、これは圧縮機速度に関するデータを提供することができ、その結果、コントローラ７４は、マルチ可変制御を使用してバイパス１７０上のバイパス弁１７２の位置を調整し、タービン１４０への排出空気の流量を変更することができ、その結果、タービンは、チャージエアシステム１００における必要とされる圧力上昇のために圧縮機１３２および圧縮機１３８のための総合最適効率に結果としてなり得る状態で動作するように関連する圧縮機１３８を回転させることができる。
【００３６】
コントローラ７４はまた、モータ１３４を、センサ１６２によって測定される規定されたチャージエア圧力出力状態まで動作させることができる。圧縮機１３２の速度制御は、圧縮機１３２の動作点ならびにセンサ１５８、１６０、および／または１６２からのセンサデータに基づいてでよい。チャージ経路１１６内のチャージエアは、圧縮のため圧縮機１３２によって加熱され得る。コントローラ７４は、バイパス弁１４８を調整して、圧縮機１３２からチャージ冷却器１４２を通って上流に流れる空気が冷却されるようにすることができる。コントローラ７４は、ベント弁１５６を調整することができる。チャージエア状態は、その時センサ１６２および／またはセンサ１６０によって測定することが可能であり、センサ１７６によって測定されるバイパス弁１７２の位置および圧縮機１３２の速度を制御するために使用され、エンジン１２に入るチャージエアの適切な流量および圧力を保証することができる。
【００３７】
排気アウトレット２８を出るエンジン１２からの排気は、排気経路１２４内を進み、直接タービン１４０にダクトで送られ得る。コントローラ７４は、バイパス弁１７２を調整して、圧縮機１３８が最適状態で動作していることを保証することができる。次いで、排出空気は、排気経路アウトレット１３０を通して周囲にベントされ得る。代替として、タービン１４０はまた、排気ガスバイパス経路１７０および可変バイパス弁１７２と共に動作する、または排気ガスバイパス経路１７０および可変バイパス弁１７２の必要をなくす可変タービン形状を有してよい。可変タービン形状位置は、コントローラ７４によって制御されるであろう。
【００３８】
図４に示されているように、全体的に２００として示されている給気システムの一実施形態は、一実施形態では管路またはダクトでよい、主チャージ経路２８２およびバイパスチャージ経路２８４を含むチャージ経路２１６を含んでよい。主チャージ経路２８２は、インテーク２１８、インレットセンサ２５８、排気タービン２４０によって稼働されるターボ圧縮機でよい圧縮機２３８、チャージ冷却器２４４、センサ２６０、排気タービン２８８によって稼働されるターボ圧縮機でよい第３の圧縮機２８６、ブリード弁を保持するブリードベント２９０、第２のチャージ冷却器２４２、温度、圧力および空気流の１つまたは複数を読み取るように選択されたセンサ２９４（図１も参照）、およびコントローラ７４によって制御される逆止弁または作動弁のどちらかでよい弁２９６を含んでよい。
【００３９】
バイパスチャージ経路２８４は、センサ２５８の上流かつインレット２１８の下流の点において主チャージ経路２８２に接続されてもよく、またはインレット２１８を主チャージ経路と共用してもよく、弁２９６の下流かつチャージアウトレット２２０の上流の点において主チャージ経路２８２と接続してよく、チャージアウトレット２２０は内燃機関１２のインテーク２２に接続されてよい。一実施形態では、バイパスチャージ経路２８４は、主チャージ経路２８２とは別でよいそれ独自のインレット２１９を有してよく、チャージインレット２１８からチャージエアを受け取らないであろう。バイパスチャージ経路２８４は、温度、圧力および空気流の１つまたは複数を読み取るように選択された、コントローラ７４（図１参照）と通信するセンサ２９８、モータ２３４によって駆動される圧縮機２３２、およびコントローラ７４によって制御される可変ブリード弁３０２を有するブリードベント３００を含んでよい。
【００４０】
バイパスチャージ経路２８４はまた、弁２９６とセンサ２６２との間にあるバイパスチャージ経路２８４と主チャージ経路２８２との接続部の上流の逆止弁または作動弁３０４を含んでよい。弁３０４が作動される場合は、コントローラ７４によって制御され得る。排気経路２２４は、タービン２８８、一実施形態では管路またはダクトでよいバイパス経路３０６、および排出空気をタービン２８８を迂回してダクトで送るためのバイパス弁３０８、タービン２４０、および排出ガスをタービン２４０を迂回してダクトで送るための可変バイパス弁２７２を有する、一実施形態では管路またはダクトでよい、排出ガスバイパス経路２７０を含んでよい。代替として、タービン２８８はまた、排出ガスバイパス３０６および可変バイパス弁３０８と共に動作する、またはガスバイパス３０６および可変バイパス弁３０８の必要をなくす可変タービン形状を有してよい。代替として、タービン２４０はまた、排出ガスバイパス経路２７０および可変バイパス弁２７２と共に動作する、または排出ガスバイパス経路２７０および可変バイパス弁２７２の必要をなくす可変タービン形状を有してよい。可変タービン形状位置は、コントローラ７４によって制御されるであろう。
【００４１】
図４の給気システム２００の実施形態のための始動手順は、以下の通りである。チャージエアはインレット２１８に入ることができ、チャージエア状態はバイパスチャージ経路２８４上のセンサ２９８によって測定することが可能である。読取値は、コントローラ７４に送信され得る。コントローラ７４は、モータ２３４を作動して、圧縮機２３２を、圧縮機がコントローラ７４に格納されている制御アルゴリズムによって計算されたプリセット圧力を生成する速度まで稼働させることができる。始動中、バイパスチャージ経路２８４上の弁３０４は開かれていてよく、それによって、チャージエアが主チャージ経路２８２内の圧縮機２３８および２８６をバイパスすることができるようにすることができる。圧縮機２３４は、バイパスチャージ経路２８４内の圧力を上げることができるので、弁２９６は閉じられてよく、それによって、チャージエアが主チャージ経路２８２を通って弁２９６の上流に流れないようにする。したがって、バイパスチャージ経路２８４内を流れるチャージエアは、チャージアウトレット２２０を通って内燃機関１２のインテーク２２に流れ込むことができる。
【００４２】
コントローラ７４は、ブリードベント３００上のベント弁３０２を調整して、圧縮機２３２の空気サージまたはチョーキングを防止し、同時に、エンジン１２への空気流がスタータ（図示せず）によってクランクされている間、格納されている制御アルゴリズムに従って所望の範囲内にあり得ることを保証することができる。
【００４３】
始動中、バイパスチャージ経路２８４の中のチャージエア状態およびチャージアウトレット２２０のすぐ上流のチャージエア状態は、センサ２９８および２６２によって監視されることが可能であり、読取値は、コントローラ７４によって、圧縮機２３２を駆動し、ならびにベント弁３０２の位置を調整するモータ２３４の速度を制御して、エンジン１２へのチャージエアの適切な流量および圧力を保証し、同時に圧縮機２３２のサージまたはチョーキングを防止するために使用されてよい。この時バイパス弁３０８および２７２が開かれて、排気経路２２４内を流れる排出空気がタービン２８８および２４０を迂回してダクトで送られることができるようにすることができる。バイパス弁３０８および２７２を開くことにより、排気経路２２４内の背圧が下げられ得る。次いで、排出空気は、排気アウトレット２３０を通して周囲にベントされ得る。定常状態動作へのランナップ中に、コントローラ７４によって、ベント弁３０２が調整され、ベント弁２９２が調整されて開かれることが可能であり、その後、定常状態動作中に閉じられてよい。始動からランナップへ、次いで定常状態への移行中に、バイパス弁３０８および２７２は、コントローラ７４によって、開から部分的閉に調整されることが可能であり、その結果、タービン２８８およびタービン２４０は、それぞれ、圧縮機２３８および圧縮機２８８に動力を供給することができる。ベント弁２９２は、コントローラ７４によってさらに閉じられた位置に調整されることが可能であり、一方、ベント弁３０２は、さらに開かれることが可能である。コントローラによって、モータ２３４速度が落とされ、次いで停止され得る。コントローラ７４は、始動から定常状態動作への移行中に、モータ２３４、バイパス弁２７２、バイパス弁３０８、ベント弁３０２、およびベント弁２９２を制御し、圧縮機サージまたはチョーキングなしにエンジン速度および動力の連続的な増加を保証することができる。
【００４４】
内燃機関１２の定常状態動作中に、給気システム２００は、以下のように動作することができる。コントローラ７４（図１）は、モータ２３４を停止し、それによって、モータ２３４は圧縮機２３２を停止することができる。その後、インレット２１８に入るチャージエアは、最小抵抗の経路として主チャージ経路２８２内を流れることができる。この時、弁３０４は閉じられ、弁２９６は開かれてよい。チャージエア特性はセンサ２５８によって測定することが可能であり、チャージエアは圧縮機２３８によって加圧されることが可能である。圧縮機２３８を出る圧縮され加熱されたチャージエアは、チャージ冷却器２４４によって冷却され得る。
【００４５】
チャージエア状態は、この点でセンサ２６０によって測定され、コントローラ７４によって読み取られることが可能である。この情報は、コントローラによってセンサ２５８および２６２において得られたチャージエア測定値と併せて使用されることが可能であり、次いで、コントローラは、排気バイパス弁２７２の位置を調整して、圧縮機２３８が、格納されている制御されたアルゴリズムに従って、最適の状態で動作していてよいことを保証することができる。さらに、圧縮機２８６は、チャージエア圧力を下流のセンサ２９４によって測定された出力状態まで上げるように動作することができる。チャージエア状態は、センサ２６２およびセンサ２６０によって測定することが可能であり、排気バイパス弁３０８および２７２の位置を制御して、エンジンインテーク２２に入るチャージエアの適切な流量および圧力を保証するために使用されることが可能である。
【００４６】
排気アウトレット２８を出る排気は、排気経路２２４内を流れ、タービン２８８にダクトで送られることが可能であり、一方、コントローラは、バイパス弁３０８を調整して、そのタービンを迂回して０から１００％の排気流をバイパスすることができる。これは、圧縮機２８８が最適状態で作動され得ることを保証することができる。
【００４７】
同様に、排気はタービン２４０にダクトで送られ、一方、バイパス弁２７２はコントローラ７４によってそのタービンを迂回して０から１００％の排気流をバイパスするように調整され、圧縮機２３８が最適状態で動作していてよいことを保証することができる。圧縮機２３８および圧縮機２８６は、コントローラ７４内の制御アルゴリズムに従ってそれらの総合最適状態で作動され得る。その後、排出空気は、排気アウトレット２３０を通して周囲にベントされ得る。
【００４８】
図２に示されているチャージエアシステム１０の変更形態がチャージエアシステム４００として図５に示されている。給気システム４００は、構成および動作が図２の給気システム１０と同様であり、したがって、対応する構成要素には同じ参照番号が使用されている。給気システム４００の変化は、図２のシステム１０のブリードベント５４およびブリード弁５６が除去されてよく、４０２が圧縮機３２を迂回して提供されてよいことである。可変再循環弁４０４は、再循環経路上に配置されてよく、コントローラ７４（図１）によって制御され得る。
【００４９】
図２の給気システム１０のブリード弁５６が圧縮機３２の下流の周囲にベントする場合、再循環弁４０４は、システム４００内の圧縮機３２を出る空気流の一部を方向転換して、それを圧縮機３２の上流のチャージ経路４１６に再導入することができる。これは、圧縮機３２から下流に流れてエンジン１２のインテーク２２に入るチャージエアの体積流を低減するように動作することができる。給気システム４００では、コントローラ７４は、センサ６２においてチャージエアの温度、圧力、質量流、およびしたがって体積流を監視して、圧力および温度がエンジン１２の始動および定常動作のための所望の限度内にあることを保証することができる。次いで、コントローラ７４は、可変再循環弁４０４をしかるべく調節することができる。
【００５０】
図６に示されているように、全体的に５００として示されている給気システムの他の実施形態は、構成および動作が図３に示されている実施形態１００と同様である。したがって、２つのシステム１００、５００の同じ構成要素を識別するために同じ参照番号が使用され、２つのシステムは、始動、移行中、および定常状態動作中は、本質的に同じやり方で機能する。
【００５１】
図６におけるシステム５００のシステム１００との違いは、チャージ経路５１６がシステム１００のブリード弁１５６もブリードベント１５４も含まなくてよいことである。そうではなく、チャージ経路５１６は、コントローラ７４によって調整される可変再循環弁５０４を保持する再循環経路５０２を含んでよい。図５のシステム４００の場合と同様に、コントローラ７４は、再循環弁５０４の開きを調整して、圧縮機１３２を出てエンジンインテーク２２へチャージ経路５１６を下流に流れる体積空気流を制御することができる。チャージエアの状態は、センサ１６２によって監視されることが可能であり、これは、コントローラ７４（図１）が再循環弁５０４をしかるべく変更することができるようにすることができる。
【００５２】
図７に示されているように、全体的に６００として示されている給気システムの一実施形態は、構成および動作が図４に示されている実施形態２００と同様である。図７のシステム６００では、内燃機関１２の始動、移行および定常状態動作中に同じやり方で動作する同じ構成要素には同じ参照番号が使用されている。
【００５３】
違いは、図７に示されている実施形態では、給気システム６００が、チャージエアを圧縮機２３２の下流の点からその圧縮機の上流の点にダクトで送るために再循環経路６０２が接続されてよいバイパスチャージ経路６８４を含んでよいことである。再循環経路６０２を通る空気流は、コントローラ７４によって制御される可変再循環弁６０４によって調整される。バイパスチャージ経路６８４を通る空気流は始動中にしか生じる可能性がないので、再循環経路６０２および再循環弁６０４は始動中にしか使用される可能性がない。図５および６の実施形態の場合と同様に、コントローラ７４は再循環弁６０４を調整して、始動中にバイパスチャージ経路６８４内を流れるチャージエアの体積流量を制御することができる。内燃機関１２のインテーク２２に入るチャージエアの状態は、センサ２６２によって監視されることが可能であり、そのセンサおよびセンサ２９８からのデータは、再循環弁６０４を調整するためにコントローラ７４によって使用されることが可能である。
【００５４】
図８は、全体的に７００として示されている一実施形態を示す。給気システム７００は、構成が図４に示され、前に説明された給気システム２００と同様である。図４におけるそれらのカウンターパートと同じであり、同じやり方で動作する、図８に現れる給気システム７００の構成要素は、同じ参照番号を与えられている。図８における給気システム７００では、バイパスチャージ経路７８４は、圧縮機２３２の上流に配置された逆止弁または作動弁７０２を含んでよい。弁７０２の下流かつ圧縮機２３２の上流の点においてチャージ冷却器２４２のアウトレットからバイパスチャージ経路７８４まで延びていてよいインレット経路７０４がある。さらに、図４におけるブリード弁３０２およびブリードベント３００は除去され、センサ２６２の上流かつ逆止弁または作動弁２９６の下流の点、およびバイパスチャージ経路７８４の再入点において主チャージ経路７８２上に配置されてよいブリード弁７０６およびブリードベント７０８によって置き換えられてよい。
【００５５】
図４のシステム２００より優れたシステム７００の利点は、内燃機関１２の定常状態動作中に、コントローラ７４は、モータ２３４を作動させて圧縮機２３２を回転させることができることである。この動作は、圧縮機２３２の下流のバイパスチャージ経路７８４の一部におけるチャージエアの圧力、および逆止弁または作動弁２９６の下流の主チャージ経路７８２内のチャージエアの圧力を上げさせ、それによって、バイパスチャージ経路を通して、および経路７０４を通して主チャージ経路から、追加の空気を抜き出すことができる。したがって、コントローラ７４は、圧縮機２３２を作動させてチャージエアに追加のブーストを提供して、エンジン１２動作状態に応じて圧縮機２８６および圧縮機２３８によって別に提供され得るものを超えてインテーク２２に入る圧力を上げることができる。これはまた、圧縮機２３６および圧縮機２３８が最適の速度で動作し、それでもなおエンジン１２の始動および移行動作状態中に増大された質量流量を送り出すことができるようにすることができる。
【００５６】
図９では、全体的に８００として示されている給気システムの一実施形態は、構成および機能が図８に示されている給気システム７００の実施形態と同様であると示されているが、以下の修正を有する。システム８００の実施形態における同様の構成要素は、図８の給気システム７００におけるそれらのカウンターパートと同じ参照番号を与えられている。
【００５７】
給気システム８００では、チャージ経路８１６は、構成および動作が図８のバイパスチャージ経路７８４と同様でよいバイパスチャージ経路８８４を含んでよい。可変再循環弁８０４を含んでよい再循環経路８０２は、逆止弁または作動弁２９６の下流の点およびバイパスチャージ経路８８４の入口の点において、かつセンサ２６２の上流において主チャージ経路８８２に取り付けられてよい。再循環経路８０２は、センサ２９８、逆止弁または作動弁７０２および圧縮機２３２の上流の点においてバイパスチャージ経路８８４に接続されてよい。
【００５８】
さらに、主チャージ経路８８２は、圧縮機２８６の下流かつ弁２９６の上流の点において主チャージ経路８８２に接続され、センサ２６０の上流かつチャージ冷却器２４４の下流の点において主チャージ経路に再び入る第２の再循環経路８０６を含んでよい。第２の再循環経路８０６は、第２の可変再循環弁８０８を含んでよい。再循環弁８０４および第２の再循環弁８０８は両方ともコントローラ７４（図１）によって調整され得る。
【００５９】
再循環経路８０２は、図８のシステム７００のブリードベント７０８およびブリード弁７０８の代わりに使用されてよい。内燃機関１２の始動動作中、コントローラ７４は、センサ２６２から圧力、温度および質量流の読取値を取得し、それに応じて、可変再循環弁８０４を調節し、チャージエアを主チャージ経路８８２からバイパスチャージ経路８８４に再循環経路８０２に沿って上流に運び戻すことができ、これは、インテーク２２を通る体積流を低減して、エンジン１２の体積流ニーズに合わせることができる。
【００６０】
同様に、内燃機関１２の始動および定常状態動作中、コントローラ７４（図１）は、第２の可変再循環弁８０８を調節して圧縮機２８６を出るチャージエアの一部がその圧縮機の上流にダクトで送られることができるようにすることができ、それによって、主チャージ経路８８２を通って圧縮機２８６の下流に流れてチャージ冷却器２４２に入るチャージエアの量を下げることができる。一実施形態では、コントローラ７４は、センサ２９４から読取値を取得し、体積流量を判定し、そのデータを使用して第２の再循環弁８０８をしかるべく調節することができる。再度、図９の給気システム８００では、圧縮機２３２は、内燃機関１２の定常状態動作または移行中に追加のブーストを提供するために作動されることが可能である。
【００６１】
図１０に示されているように、全体的に９００として示されている開示された本発明の他の実施形態では、チャージ経路１６’および排気経路２４の構成は、図２のチャージ経路１６および排気経路２４と事実上同じである。しかし、実施形態９００は、圧縮機３８’を駆動するために接続されたモータ３４Ａを含んでよい。モータ３４Ａは、コントローラ７４（図１）によって作動されることが可能であり、圧縮機３８’がタービン４０によって完全に駆動されるように、速度および圧縮機３８’によって作り出されるまたはディセーブルにされるチャージエアに対する圧力チャージを変更するために、速度が変更されることが可能である。
【００６２】
２つのモータ駆動圧縮機３２’、３８’を直列に提供することにより、給気システム９００は、チャージ経路１６内に他の実施形態のためより大きいチャージエア圧力を提供することができる。この増大されたチャージエア圧力は、エンジン１２の始動中は望ましい可能性がある。そのような増大されたチャージエア圧力は、エンジン１２が単一モータ駆動圧縮機を有しないまたはそれしか有しないシステムのためより高い高度において始動されることができるようにすることができる。
【００６３】
任意選択で、システム９００は、チャージ経路１６’上のブリードベント５４の下流かつセンサ６２の上流に配置されてよいインレット空気加熱器８１（図１も参照）を含んでよい。インレット空気加熱器８１は、チャージ経路１６’における抵抗加熱コイルでよく、コントローラ７４（図１）によって制御され得る。コントローラ７４は、インレット空気加熱器８１を作動させて、エンジンインテーク２２に入る空気を加熱することができる。インレット空気加熱器８１は、本明細書に記載の諸実施形態のいずれかに適用され、センサ６２がエンジンインテーク２２に入るチャージエアの温度を測定することができるように、センサ６２の上流の位置においてそれらのそれぞれのチャージ経路上に取り付けられ得る。インレット空気加熱器８１は、最適の温度でのチャージエアがエンジン始動中に高高度において提供されることができるようにすることができる。
【００６４】
結論として、開示された給気システムの前述の諸実施形態は、エアビークルの典型的な飛行エンベロープの全体にわたって内燃機関、特に圧縮点火エンジンを始動し動作させるのに理想的に適している可能性がある。前述の諸実施形態のハードウェア構成、およびコントローラ７４に格納されているまたはコントローラ７４によってアクセス可能な関連多変量制御アルゴリズムは、エンジン始動、定常状態動作への移行、定常状態動作、およびシャットダウン中に、最大可能圧力および最適温度で十分な質量流を提供するために最適化され得る。これは、開示されたシステム１０、１００、２００、４００、５００、６００、７００、８００および９００が、体積空気流および空気温度を変更して、内燃機関１２にその動作速度範囲全体にわたって最適のチャージエア状態を提供するのに十分に柔軟であるからである。さらに、コントローラ７４は、それら自体が最適速度で動作している間、最適給気システム状態を提供するために、１つまたは複数のターボチャージャおよびスーパーチャージャ（すなわち、モータ駆動圧縮機１３２）またはハイブリッドターボチャージャ（すなわち、モータ駆動および排出ガス駆動圧縮機３２）の動作のバランスを取るためのアルゴリズムを含んでよい。これは、コントローラ７４が可変弁を作動させることによりエンジンインテーク２２に入るチャージエアの圧力および温度を変更して、様々な量のチャージエアがターボチャージャの１つまたは複数、チャージ冷却器の１つまたは複数、モータ駆動圧縮機をバイパスし、および／またはチャージエア経路から抜き取られるかまたはチャージエア経路の上流の点に再循環されるようにすることができ、ならびに／あるいはターボチャージャのタービン部の出口形状を変更することができるからである。
【００６５】
高所での内燃機関１２の始動中、エンジンが冷浸されてよい場合は、燃料の適切な気化および点火を保証するために、最大チャージ温度が望まれ得る。他の動作状態中、空気密度が上げられるように最低チャージ温度が望まれ得る。エンジン１２の速度およびエンジンシリンダ容積は、動作中利用可能な体積変化を示すので、エンジンの動力出力を高める、エンジン１２のシリンダに入る酸素の質量流を改善するための最適のやり方は、チャージエア圧力を上げ、チャージエア温度を下げることである。これは、コントローラ７４によって、１つまたは両方のターボチャージャの速度を（構成に応じて）変更すること、１つまたは両方の冷却器を通るチャージエアの流れを変更すること、チャージ経路内のチャージエアの体積流量を下げること、および／またはモータ駆動圧縮機３２（図２）をアクティブ化、非アクティブ化、もしくはその速度を変更することの１つにより実行され得る。
【００６６】
さらに、圧縮機を駆動するモータを、１つまたは複数のターボチャージャを含む給気システムに組み込むことにより、モータおよび圧縮機は、独立したユニットとして機能し得る、またはターボチャージャと直列に統合され得る。モータ駆動圧縮機は、コントローラ７４（図１）が圧縮機を駆動するモータを作動させて、燃焼をサポートするためにチャージエアの必要とされる初期ブースト圧力、温度上昇および質量流量を提供することができるので、始動状態および移行状態中に最も有益であり得る。定常状態動作中は、モータおよび圧縮機は、追加のブーストを提供するために１つまたは複数のターボチャージャと直列に作動されてよい。例えば図２に示されている他の諸実施形態では、モータおよび圧縮機は、タービンに接続され、接続されたタービンがモータを回転させ、モータがタービンから回転運動を得る場合にエネルギー源を提供し、発電機として働くことができ、これは、例えば、図１０に示されているシステム９００における、バイパス経路６６、７０の除去、および／または可変形状タービンの使用を可能にすることができる。
【００６７】
さらに、本開示は、以下の節による実施形態を備える。
節１．内燃機関のための給気システムであって、空気を受け取るように構成されたチャージインレットおよび空気を内燃機関のインテークに運ぶように構成されたチャージアウトレットを有するチャージ経路と、チャージ経路内の第１の圧縮機であって、モータによって駆動され、チャージインレットから空気を受け取り、チャージ経路内の空気の温度、圧力および質量流量を上げるように構成された第１の圧縮機と、第１の圧縮機を出る空気の少なくとも一部を、チャージアウトレットを通ってチャージ経路を出ることから方向転換するように構成された第１の圧縮機の下流のチャージ経路内の第１の弁と、チャージアウトレットを出て内燃機関のインテークに入る空気の体積流量を調節するために第１の弁およびモータの速度の少なくとも１つを調整するコントローラとを備える給気システム。
節２．コントローラと通信し、チャージ経路内の空気の温度、チャージ経路内の空気の圧力、チャージ経路内の空気の質量流、第１の圧縮機の速度、内燃機関の速度、および内燃機関の動作モードの少なくとも１つを測定するように構成された少なくとも１つのセンサをさらに備える、節１に記載の給気システム。
節３．内燃機関からの排出空気を受け取るように構成された排気インレットおよび排気アウトレットを有する排気経路と、チャージ経路内の第２の圧縮機、および第２の圧縮機を駆動するために接続された排気経路内の第１のタービンと、第２の圧縮機の下流のチャージ経路内の第１のチャージ冷却器とをさらに備える節１に記載の給気システム。
節４．チャージ経路内の空気が第２の圧縮機および第１のチャージ冷却器の少なくとも１つをバイパスすることができるようにするためにチャージ経路に接続された第１のバイパス経路であって、第１のバイパス経路を通る空気流を調節するように構成された第１の可変バイパス弁を有する第１のバイパス経路をさらに備える、節３に記載の給気システム。
節５．コントローラがチャージ経路内の空気の圧力低下および温度を制御するために第１の可変バイパス弁を調整するように構成される、節４に記載の給気システム。
節６．第１の圧縮機が排気経路内の第２のタービンを含み、排気経路は、第２のタービンを迂回して排気経路内の空気を調整するためにそれに接続された第２のバイパス経路を含み、第２のバイパス経路は、第２のバイパス経路内を流れる空気の流量を調整するように構成された第２の可変バイパス弁を含み、第２の可変バイパス弁はコントローラによって調整される、節５に記載の給気システム。
節７．第２の圧縮機を駆動するために接続された第２のモータであって、コントローラによって制御されるように接続された第２のモータをさらに備える、節３に記載の給気システム。
節８．チャージ経路が第２の圧縮機および第１のチャージ冷却器を含む主チャージ経路と、第１の圧縮機を含む、主チャージ経路に並列に接続されたバイパスチャージ経路とを含む、節３に記載の給気システム。
節９．バイパスチャージ経路が第１の弁を含む、節８に記載の給気システム。
節１０．チャージ経路が第１の圧縮機を出る空気を第１の圧縮機の上流の点に方向転換しない、またはその一部もしくはすべてを方向転換するように構成された再循環経路を含む、節８に記載の給気システム。
節１１．再循環経路が再循環経路の下流端で主チャージ経路に接続され、再循環経路の上流端で主チャージ経路およびバイパスチャージ経路の１つに接続される、節１０に記載の給気システム。
節１２．再循環経路が再循環経路を通る空気の流れを調整するように構成された再循環弁を含み、再循環弁はコントローラによって調整される、節１０に記載の給気システム。
節１３．内燃機関のインテークに入るチャージエアを選択的に加熱するためにコントローラによって制御され、チャージ経路上に取り付けられたインレット空気加熱器をさらに備える、節１に記載の給気システム。
節１４．コントローラが内燃機関の動作特性を含むデータおよび圧縮機マップの少なくとも１つにアクセスするように構成され、圧縮機がデータおよび圧縮機マップの少なくとも１つに基づいてチャージアウトレットを出る空気の体積流量を調節するために第１の弁およびモータの速度の少なくとも１つを調整するようにさらに構成される、節１に記載の給気システム。
節１５．内燃機関のための給気システムであって、周囲から空気を受け取るように構成されたインレット、および空気を内燃機関のインレットからインテークに運ぶために内燃機関のインテークに接続されるように構成されたアウトレットを有するチャージ経路と、インレットから空気を受け取るように接続されたチャージ経路内の第１の圧縮機と、第１の圧縮機から空気を受け取るように接続されたチャージ経路内の第１のチャージ冷却器と、第１のチャージ冷却器から空気を受け取るように接続されたチャージ経路内の第２の圧縮機と、第１の圧縮機の上流のチャージ経路からの空気の少なくとも一部を方向転換し、第１の圧縮機および第１のチャージ冷却器の少なくとも１つを迂回して空気を運ばない、またはその一部もしくはすべてを運び、チャージ経路に運び戻すように接続された第１の可変バイパス弁と、内燃機関の最適動作を維持するためにそれを通って流れる空気の量を変更するために第１の可変バイパス弁に接続されたコントローラとを備える給気システム。
節１６．第２の圧縮機がモータによって駆動される、節１５に記載の給気システム。
節１７．第２の圧縮機から空気を受け取るように接続されたチャージ経路内の第２のチャージ冷却器をさらに備える、節１６に記載の給気システム。
節１８．内燃機関にチャージエアを提供するための方法であって、チャージ経路を通してチャージ経路のインレットから内燃機関のインテークに周囲空気を運ぶことと、チャージ経路内の第１の圧縮機をアクティブ化することであって、第１の圧縮機はモータによって駆動され、チャージ経路内の空気を圧縮してチャージ経路内の空気の温度、圧力および質量流量を上げる、チャージ経路内の第１の圧縮機をアクティブ化することと、チャージ経路内のチャージエア状態を測定することと、チャージ経路から第１の圧縮機を出る空気を方向転換しないこと、またはその一部もしくはすべてを方向転換すること、およびモータの速度を調整することの少なくとも１つによってインテークへの空気の体積流を調整することとを含む方法。
節１９．チャージ経路内の第２の圧縮機をアクティブ化することであって、第２の圧縮機は、内燃機関の排気から周囲まで延びている排気経路内のタービンによって駆動される、チャージ経路内の第２の圧縮機をアクティブ化することと、タービンを通る排出空気の流量を調整し、それによって、第２の圧縮機によって実行される空気の質量流量および圧力上昇を制御することとをさらに含む、節１８に記載の方法。
節２０．チャージ経路から第１の圧縮機を出る空気を方向転換しない、またはその一部もしくはすべてを方向転換することが、第１の圧縮機を出る空気の一部をベントすることと、第１の圧縮機を出る空気の少なくとも一部を第１の圧縮機の上流のチャージ経路に再循環させることとの少なくとも１つを含む、節１８に記載の方法。
【００６８】
本明細書に記載の装置および方法の形態は、本開示によってカバーされる発明だけに限られるものではなく、本発明の範囲から逸脱することなくそれらに変形が加えられてよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０  給気システム
１２  内燃機関
１４  ビークル
１６  チャージ経路
１６’  チャージ経路
１８  チャージインレット
２０  チャージアウトレット
２２  インテーク
２４  排気経路
２６  排気インレット
２８  排気口
３０  排気アウトレット
３２  圧縮機
３４  モータ
３４Ａ  モータ
３６  タービン
３８  圧縮機
３８’  圧縮機
４０  タービン
４２  チャージ冷却器
４４  チャージ冷却器
４６  バイパス経路
４８  可変バイパス弁
５０  バイパス経路
５２  可変バイパス弁
５４  ブリードベント
５６  ブリード弁
５８  センサ
６０  センサ
６２  センサ
６６  排気バイパス経路
６８  可変バイパス弁、排気バイパス弁
７０  排気バイパス経路、ガスバイパス経路
７２  可変バイパス弁、排気バイパス弁
７４  コントローラ
７５  エフェクタ
７６  センサ
７８  センサ
８０  データベース
８１  インレット空気加熱器
１００  給気システム
１１６  チャージ経路
１１８  インレット
１２４  排気経路
１３０  排気経路アウトレット
１３２  圧縮機
１３４  モータ
１３８  圧縮機
１４４  チャージ冷却器
１５０  バイパス経路、バイパス
１５２  バイパス弁
１５４  ブリードベント
１５６  ベント弁
１５８  センサ
１６０  センサ
１６２  センサ
１７０  バイパス経路、バイパス
１７２  バイパス弁
２００  給気システム
２１６  チャージ経路
２１８  インテーク、インレット
２３２  第１の圧縮機
２３８  第２の圧縮機
２４０  排気タービン
２４２  チャージ冷却器
２４４  チャージ冷却器
２５８  インレットセンサ
２６０  センサ
２８２  主チャージ経路
２８４  バイパスチャージ経路
２８６  圧縮機
２８８  排気タービン
２９０  ブリードベント
２９４  センサ
２９６  逆止弁または作動弁
４００  給気システム
４０２  再循環経路
４０４  再循環弁
４１６  チャージ経路
５００  給気システム
５０２  再循環経路
５０４  再循環弁
５１６  チャージ経路
６００  給気システム
６０２  再循環経路
６０４  再循環弁
６１６  チャージ経路
６８４  バイパスチャージ経路
７００  給気システム
７８４  バイパスチャージ経路
８００  給気システム
８０２  再循環経路
８０４  再循環弁
８１６  チャージ経路
８８２  主チャージ経路
８８４  バイパスチャージ経路
９００  給気システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2014159810.tif 000012
【外国語明細書】
2014159810000001.pdf
2014159810000002.pdf
2014159810000003.pdf
2014159810000004.pdf