(57)【要約】  エンジンのトルクサーボ負荷装置における動的最適化検索方法が開示されている。トルクサーボ負荷装置は、電動機、トルクサーボドライバ、主制御ユニット、および質量流量センサを含んでいる。主制御ユニットは、その中に、エンジンの最適な効率動作曲線およびこの曲線の各箇所でのエンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値のデータを記憶する。動的最適化検索方法は、エンジンの現在の動作パラメータを検出する工程と、現在の最適な効率動作曲線に従ってエンジンを動作させる工程と、最適化検索ステップにより現在の最適な燃料効率トルクを変化させ、最適化検索トルクを得る工程と、最適化検索トルク下で、最適化検索測定−計算期間でエンジンを動作させる工程と、エンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値を計算する工程と、機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値を、機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値と比較する工程と、機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値が、機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値よりも小さい場合に、最適な効率動作曲線における最適化検索トルクを記憶し、機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値を記憶する工程と、を備えている。
2010520393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのサーボ負荷装置における動的最適化検索方法であって、サーボ負荷装置は、電動機、トルクサーボドライバ、主制御ユニット、および質量流量センサを含み、主制御ユニットは、その中に、エンジンの最適な効率動作曲線およびこの曲線の各箇所でのエンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値のデータを記憶し、主制御ユニットは、エンジンのトルクサーボ負荷および動的最適化検索制御を行うよう構成されており、動的最適化検索方法は、
１）エンジンの現在の動作パラメータを検出する工程と、
２）最適な効率動作曲線による現在の動作パラメータに基づいて現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）を得、トルクサーボドライバを介してエンジンのサーボ負荷装置の電動機を制御し、現在の最適な効率動作曲線に従ってエンジンが動作するようにする工程と、
３）最適化検索ステップ（ｄＴ）により現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）を変化させ、最適化検索トルクを得る工程と、
４）トルクサーボ負荷装置を介してエンジンにトルクを加え、最適化検索トルク下で、最適化検索測定−計算期間（ｄｔ）でエンジンを動作させる工程と、
５）最適化検索測定−計算期間の間における、最適化検索トルク下でのエンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値を計算する工程と、
６）機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値を、最適な効率動作曲線における現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）に対応する、機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値と比較する工程と、
７）機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値が、機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値よりも小さい場合に、最適な効率動作曲線における現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）の代わりに最適化検索トルクを記憶し、それに伴って機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値を記憶する工程と、
を備えたことを特徴とする動的最適化検索方法。
【請求項２】
サーボ負荷装置において、電動機は第１のローターおよび第２のローターを含み、電動機の第１のローターはエンジンの出力軸に直接的に接続され、電動機の第２のローターは駆動軸に直接的に接続され、動力は第１のローターおよび第２のローターの間で電磁結合を介して伝達され、
トルクサーボドライバは、第１のローターおよび第２のローターの間の電磁結合トルクを制御し、このことによりエンジンのトルク負荷およびそれに伴う駆動軸の出力トルクを制御することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
現在の最適な燃料効率トルクを変化させ、最適化検索トルクを得る工程において、一の最適化検索ステップ（ｄＴ）を増加または減少させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
最適化検索フラグを更に設定する工程を備え、機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値が機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値よりも小さいときに、最適化検索フラグの状態は変化しないまま維持され、最適化検索は同じ方向で行われ、また、機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値が機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値以上であるときに、最適化検索フラグの状態が変化し、最適化検索が反対の方向で行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
エンジンの現在の動作パラメータが変化したときに、最適化検索フラグをリセットし、１）〜７）の工程を再スタートさせることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
エンジンの現在の動作パラメータは、エンジンの動力および回転速度を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
装置は、燃料経路上に質量流量センサを含み、最適化検索測定−計算期間の間における、最適化検索トルク下でのエンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値は、質量流量センサからの信号に基づいて計算されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
エンジンにトルクを加える工程において、トルクサーボドライバは、主制御ユニットのトルク設定、および第１のローターおよび第２のローターの間の相対位置関係に基づいて電動機の巻き体に出力される現在のベクトルを制御し、それに伴ってそれらの間にある電磁結合トルクを制御することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項９】
最適化検索ステップ（ｄＴ）は、０．１〜１０Ｎ・ｍの範囲内の値であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
最適化検索ステップ（ｄＴ）は、エンジンの名目トルクの５％未満の大きさであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
最適化検索測定−計算期間は０．１〜５秒の範囲内の大きさであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
エンジンのサーボ負荷装置であって、
第１のローターおよび第２のローターを含む電動機であって、電動機の第１のローターはエンジンの出力軸に直接的に接続され、電動機の第２のローターは駆動軸に直接的に接続され、動力は第１のローターおよび第２のローターの間で電磁結合を介して伝達されるような電動機と、
予め設定された条件に基づいて、第１のローターおよび第２のローターの間にある電磁結合トルクを制御し、このことにより、エンジンのトルク負荷およびそれに伴う駆動軸の出力トルクを制御するトルクサーボドライバと、
を備え、
第１および第２のローターの各々に速度および／または位置センサが設けられ、トルクサーボドライバにより電動機の制御を行い、エンジンのサーボ負荷装置は、請求項１記載の動的最適化検索方法を実行するような制御部を更に含むことを特徴とするサーボ負荷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン制御に関し、とりわけ、燃料エンジンサーボ負荷装置およびこの装置の動的最適化検索の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料エンジンが特定の機械的動力の出力を行うことができる場合において、回転速度とトルクとの間の関係においていくつかの異なる動作点が存在することが今まで言われていた。エンジンが同じ機械的動力を出力するような複数の動作点の中で、燃料消費が最小となるような点、すなわち回転速度およびトルクの関係における最適な動作点が存在する。出力される動力が異なるような全ての最小燃料消費点を結び、この関係を滑らかにすることにより曲線がプロットされ、プロットされた曲線はエンジンの最適な効率動作曲線となる。このような曲線により、燃料エンジンの効率が最大化され、同じ量の燃料を消費する場合において、得られる機械的動力が最大化される。
【０００３】
上記事項により、特定の回転速度で燃料エンジンが動作しているときに、もしその軸に加えられるトルクが、前述の回転速度下での最適な効率動作曲線において必要とされるトルクと同じである場合には、現在の回転速度において最適な効率点でエンジンが動作しているといえる。異なる回転速度下で、エンジンは、常に、軸に加えられるトルクを、最適な効率動作曲線において必要とされるトルクと同じ大きさに維持する。すなわち、エンジンの回転速度およびトルクが、最適な効率動作曲線で必要となる大きさに適合する。このため、エンジンは、同じ量の燃料を消費する場合において、最大の機械的動力を得ることができ、最も経済的な動作状態を得ることができる。
【０００４】
現在の車両において、全てのタイプの燃料エンジンには、ステップ変速機や無段変速機（ＣＶＴ）のような機械的な変速機が設けられている。これらの機械的な変速機は、適合した回転速度やトルクを調整し、最適な効率動作曲線に近づくような燃料エンジンにおける適合した回転速度やトルクを予測するようになっている。
【０００５】
最も幅広く使用されるステップ変速機は、４−５個のシフト点を含んでいる。このため、速度の調整をシンプルに実行することができる。しかし、速度比は連続的に調整することができない。風の抵抗、重量負荷、道の状況、環境、および摩耗等により負荷トルクが変化する場合、異なるシフト点で異なる回転速度においてエンジン軸に加えられるトルクは、最適な効率動作曲線で必要となる大きさに適合させることがほとんどできない。
【０００６】
無段変速機は、主に駆動歯車セット、被動歯車セット、金属ベルト、および油圧ポンプを有し、この無段変速機は、駆動歯車および被動歯車のテーパ表面がＶ字形状の伝達ベルトに係合するような動作半径を変化させることにより、速度比を連続的に変化させる。このことにより、エンジンの回転速度およびトルクについてより好適な適合を実現することができる。しかしながら、従来技術の無段変速機は、様々な欠点がある。最初に、その機械的な構成が複雑なことにより、製造コストが高い。第２に、機械的構成および油圧システムの慣性が大きいことにより、調整速度が遅い。このため、エンジンの絞り弁または外部の負荷トルクが大きく変化したときに、とりわけ、道の状況、絞り弁、および速度が頻繁に変化したときに、無段変速機（ＣＶＴ）は、速度比を素早く正確に調整することができない。このため、燃料エンジンは、その結果最適な効率動作曲線に沿って動作を行うことがほとんどできなくなる。最後に、無段変速機（ＣＶＴ）の伝送効率は、通常のギア変速機の伝送効率よりも小さい。これらの全ての欠点は、無段変速機（ＣＶＴ）の使用に対してマイナスの影響を与えてしまう。
【０００７】
燃料エンジンに、トルクサーボ負荷装置が設けられていてもよい。トルクサーボ負荷装置は、サーボ装置の電動機を用いることにより、燃料エンジンに適用することができる。この際に、エンジンの実際の回転速度および主制御ユニットのコンピュータに予め記憶された最適な効率動作曲線により、現在の回転速度下で得られる適合するトルクデータに基づいた対応するトルクで、燃料エンジンに適用することができる。すなわち、このような設定により、予め記憶された最適な効率動作曲線により燃料エンジンを動作させることができ、燃料エンジンの動作効率およびエネルギー節約を大幅に改善することができる。
【０００８】
しかしながら、同じタイプの燃料エンジンでも統一することができないような様々な特徴があり、さらに、時間が経過することによる燃料エンジンの構成要素の徐々の劣化、使用される燃料の変化、空気／燃料比の変化、およびエンジン温度の変化といった外部要因を考慮すると、燃料エンジンの実際の最適な効率動作曲線は、製造業者または経験により得られるような、以前に特定された最適な効率動作曲線から外れることとなる。言い換えると、サーボ負荷装置において事前に記憶された最適な効率動作曲線により燃料エンジンを制御すると、記憶された最適な効率動作曲線による現在の回転速度に基づいて計算されるトルクは、最適な効率を得るための回転速度に適合するトルクとは異なるようになってしまう。すなわち、サーボ負荷装置は、代わりの実際の最適な効率動作曲線により燃料エンジンを動作させることができず、エネルギー節約効率は影響されてしまう。
【発明の開示】
【０００９】
エンジンの構成要素の状態や、燃料の品質等の要因に変化によって、燃料エンジンの最適な効率における適合する回転速度およびトルクのデータは変化してしまう。本発明による、燃料エンジンサーボ負荷装置およびその動作の制御方法は、動的最適化検索を自動的に行い、リアルタイムでエンジンの最適な効率動作曲線を修正することができ、実際の最適な効率動作曲線によりエンジンの動作を維持し、更なるエネルギー節約を達成することができる。
【００１０】
本発明の目的は、燃料エンジンサーボ負荷装置およびこの装置の動的最適化検索動作の制御方法を提供することにある。本発明による燃料エンジンサーボ負荷装置およびこの装置の動的最適化検索動作の制御方法によれば、サーボ負荷装置に予め記憶された最適な効率動作曲線に基づいて最適化検索の修正を行い、現在の回転速度に適合する最適な効率トルクの値を絶えず探し、現在の動力および燃料消費状況に基づいて、記憶された最適な効率動作曲線を最新のものに更新し、実際の最適な効率曲線に基づいて燃料エンジンを動作させることができる。
【００１１】
本発明は、エンジンのサーボ負荷装置における動的最適化検索方法であって、サーボ負荷装置は、電動機、トルクサーボドライバ、主制御ユニット、および質量流量センサを含み、主制御ユニットは、その中に、エンジンの最適な効率動作曲線およびこの曲線の各箇所でのエンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値のデータを記憶し、主制御ユニットは、エンジンのトルクサーボ負荷および動的最適化検索制御を行うよう構成されており、動的最適化検索方法は、１）エンジンの現在の動作パラメータを検出する工程と、２）最適な効率動作曲線による現在の動作パラメータに基づいて現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）を得、トルクサーボドライバを介してエンジンのサーボ負荷装置の電動機を制御し、現在の最適な効率動作曲線に従ってエンジンが動作するようにする工程と、３）最適化検索ステップ（ｄＴ）により現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）を変化させ、最適化検索トルクを得る工程と、４）トルクサーボ負荷装置を介してエンジンにトルクを加え、最適化検索トルク下で、最適化検索測定−計算期間（ｄｔ）でエンジンを動作させる工程と、５）最適化検索測定−計算期間の間における、最適化検索トルク下でのエンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値を計算する工程と、６）機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値を、最適な効率動作曲線における現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）に対応する、機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値と比較する工程と、７）機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値が、機械的動力のユニットあたりの記憶された燃料消費値よりも小さい場合に、最適な効率動作曲線における現在の最適な燃料効率トルク（Ｔ）の代わりに最適化検索トルクを記憶し、それに伴って機械的動力のユニットあたりの計算された燃料消費値を記憶する工程と、を備えたことを特徴とする動的最適化検索方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、エンジンのサーボ負荷装置であって、第１のローターおよび第２のローターを含む電動機であって、電動機の第１のローターはエンジンの出力軸に直接的に接続され、電動機の第２のローターは駆動軸に直接的に接続され、動力は第１のローターおよび第２のローターの間で電磁結合を介して伝達されるような電動機と、予め設定された条件に基づいて、第１のローターおよび第２のローターの間にある電磁結合トルクを制御し、このことにより、エンジンのトルク負荷およびそれに伴う駆動軸の出力トルクを制御するトルクサーボドライバと、を備え、第１および第２のローターの各々に速度および／または位置センサが設けられ、トルクサーボドライバにより電動機の制御を行い、エンジンのサーボ負荷装置は、上述の動的最適化検索方法を実行するような制御部を更に含むことを特徴とするサーボ負荷装置を提供する。
【００１３】
最適化検索プログラムは、２つの最適化検索フラッグを割り当て、最適化検索を行う場合の最適化検索の方向を決定する。例えば、最適化検索が回転速度Ｎで開始したときに、「＋（プラス）」を最適化検索フラッグに割り当て、ポジティブ（プラス）の方向においてＴ＋ｄＴで最適化検索を行う。トルクがＴ＋ｄＴのときの燃料消費量が、回転速度Ｎにおける最適な効率曲線での燃料消費データよりも少ない場合（すなわち、最適化検索が成功する場合）は、最適化検索フラグの「＋」は変化せずに維持し続け、回転速度Ｎが変化しない間はプラスの方向で最適化検索が続けられる。一方、最適化検索が失敗した場合は、最適化検索フラグは「−（マイナス）」に変更され、最適化検索はＴ−ｄＴで開始する。上述した方法と同様に、最適化検索が成功する場合は、最適化検索フラグの「−」は変化せずに維持し続け、最適化検索が失敗した場合に、最適化検索フラグは「＋」に戻るよう変化する。このような方法で最適化検索およびＴの更新を繰り返すことにより、回転速度が変化せずに維持した場合には最適化検索フラグの方向に基づいてＴ＋ｄＴまたはＴ−ｄＴで最適化検索が行われ、回転速度が変化したときに、最適化検索フラグが初期値にリセットされた後にサイクルが再スタートされる。このため、主制御ユニットのコンピュータに記憶された最適な効率動作曲線のデータは、実際の最適な状態に向かって更新され続ける。
【００１４】
本発明の燃料エンジンのサーボ負荷装置における動的最適化検索動作の制御方法において、最適化検索における適合したトルクが異なる回転速度下で調整され、主制御ユニットのコンピュータは、予め記憶された最適な効率動作曲線のデータを動的に修正して絶え間なく更新し、現在の実際の最適な効率曲線に基づく燃料エンジン動作を維持し続ける。
【００１５】
本発明による燃料エンジンサーボ負荷装置および動的最適化検索の制御方法の利点は以下の通りである。第１に、機械的な変速機およびクラッチを、エンジン軸に取り付けられたサーボドライバに置き換えることができる。サーボドライバは、電動機によりエンジン軸に加えられるトルクをトルクサーボの方法で調整し、最適な効率動作曲線に基づいて燃料エンジンのリアルタイムによる動作を確実なものとし、同じ量の燃料を消費するときの最大の機械的動力の出力を実現する。第２に、本発明による装置は、燃料エンジンの出力軸と外部負荷との間の直接的な機械的接続を除外し、外部の負荷トルクまたは燃料エンジンの回転速度が頻繁に変化する場合でも、サーボドライバは、最適な効率動作曲線の要件により、リアルタイムで適合するトルクをエンジンに継続して迅速かつ確実に与える。このことにより、エンジンが同じ量の燃料を消費するときに、最大の機械的動力の出力を実現する。第３に、本発明による装置および制御方法は、予め記憶された最適な効率動作曲線に基づいて、動的最適化検索を実行する。このため、エンジンの状態が変化したり、燃料の品質が異なったりする場合でも、現在の速度に適合する最適なトルク値を得ることができ、燃料エンジンの出力軸のトルクを制御し、実際の最適な効率動作曲線による同じ動作を維持する。このような回転速度に適合するトルク値を主制御ユニットのコンピュータに記憶し、最適化検索の間にトルク値が得られる。このため、主制御ユニットのコンピュータに記憶される最適な効率曲線のデータは絶え間なく更新される。第４に、予め記憶された最適な効率曲線のみを使用してサーボ制御を行う場合と比較して、本発明による装置および制御方法は、より良いエネルギー節約効果が得られる。第５に、本発明による装置および制御方法は、全ての種類の内燃機関、とりわけ、燃料−電気のハイブリッド電気電動機車両に適用することができ、エネルギー節約および排気量低減の目的を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による燃料エンジンのサーボ負荷装置の例示的な構成を示す図である。
【図２】１．８Ｌの排気量のガソリンエンジンの最適な効率動作曲線であって、縦軸はエンジンの出力軸のトルク（単位：Ｎ・ｍ）を表し、横軸はエンジンの出力軸の回転速度（単位：ｒｐｍ）を表し、細い点線は等価動力ラインであり（単位：ｋＷ）、細い実線は等価動力消費ラインＢＥ（単位：ｇ／ｋＷｈ）であり、太い実線はエンジンの最適な効率動作曲線であり、太い点線はエンジンの最大トルク限界である。
【図３】本発明による燃料エンジンのサーボ負荷装置の動的最適化検索動作の制御方法のプログラムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明による燃料エンジンのサーボ負荷装置の実施の形態の構成は図１に示されている。燃料エンジン１は、永久磁石の同期電動機およびサーボドライバを含むようなサーボ制御装置に接続されている。電動機の第１のローター４は、燃料エンジン１の出力軸２に直接的に接続されている。永久磁石は、電動機の第１のローター４内に収容されており、その中に第２のローター５が設けられている。第２のローター５は、鉄芯の周囲にある巻き体であり、第２のローター５の軸は本発明の装置の出力軸７となっている。速度／位置センサ３が第１のローター４に設けられている。速度／位置センサ３は、主制御ユニット９およびサーボドライバ８に接続されている。位置センサ１０が第２のローター５の軸に設けられており、この位置センサ１０はサーボドライバ８に接続されている。主制御ユニット９はサーボドライバ８に接続されている。サーボドライバ８は、集電リング６を介して第２のローター５の巻き体に接続されている。主制御ユニット９の本体はコンピュータであり、コンピュータは、燃料エンジン１の最適な効率動作曲線における適合する回転速度やトルク、および各曲線の各々の箇所での機械的動力のユニットあたりの燃料消費値のデータ、すなわち、図２に示す曲線の各々の箇所での最適な効率曲線の回転速度およびトルク、ならびにＢＥ値のデータをその中に記憶するようになっている。また、主制御ユニットのコンピュータは、自動最適化検索プログラムも記憶するようになっている。質量流量センサ１１が更に燃料エンジン１の燃料経路に設けられており、この質量流量センサ１１も主制御ユニット９に接続されている。
【００１８】
燃料エンジンの最適な効率動作曲線およびこの曲線の各々の箇所での機械的動力のユニットあたりの燃料消費値は、製造業者により設定することができ、または、特別な測定装置を用いることにより実験的に得ることができる。
【００１９】
本発明の燃料エンジンのサーボ負荷装置は、上述のものと類似の構成を有するようなブラシレス（ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ）のＤＣ電動機を使用することができる。
【００２０】
第２のローター５と第１のローター４との間に、相対位置検出装置を設けることもできる。この場合、相対位置検出装置はサーボドライバ８に接続され、第２のローター５に設けられた位置センサ１０および第１のローター４に設けられた速度／位置センサ３の代わりとのなり、第２のローター５および第１のローター４の位置の検出を行い、これらの相対位置に関する信号をサーボドライバ８に直接的に送ることとなる。
【００２１】
本発明の装置の第１のローター４は、鉄芯の周囲にある巻き体であってもよい。この場合、集電リング６はエンジンの出力軸２に設けられ、巻き体は集電リング６を介してサーボドライバ８に接続される。第２のローター５は、第１のローター４に磁場を与えるための永久磁石に収容されたローターとなり、この第２のローター５の構成は上述したものと同じものとなる。
【００２２】
燃料エンジンにはサーボ負荷装置が設けられており、このサーボ負荷装置は、最大トルクおよび最大回転速度に合うようになっている。速度／位置センサ３は電動機の第１のローター４に設けられており、この速度／位置センサ３は主制御ユニット９のコンピュータおよびサーボドライバ８に接続されている。また、質量流量センサ１１も燃料エンジン１の燃料経路に設けられており、この質量流量センサ１１は、主制御ユニット９のコンピュータに接続されている。位置センサ１０が電動機の第２のローター５の軸に設けられており、この位置センサ１０はサーボドライバ８に接続されている。
【００２３】
燃料エンジンのサーボ負荷装置の動的最適化検索動作の制御方法のプログラムの例示的なブロック図を図３に示す。図３は、制御方法を説明するために以下に言及される。
【００２４】
燃料エンジン１が動作中のときに、速度／位置センサ３は、第１のローター４の現在の回転速度および位置をリアルタイムで測定し、速度に関する信号Ｎ（ｒｐｍ）を主制御ユニット９にリアルタイムで送信するとともに、位置に関する信号をサーボドライバ８に送信する。位置センサ１０は、第２のローター５の現在の位置をリアルタイムで測定し、位置に関する信号をサーボドライバ８に送信する。
【００２５】
主制御ユニット９は、現在の速度に関する信号Ｎに基づく、事前に記憶された最適な効率曲線に基づいて、適合する最適なトルクＴ（Ｎ×ｍ）を決定し、このトルクＴの設定をサーボドライバ８に送信する。サーボドライバ８は、主制御ユニットから送信されたトルクの設定、および第２のローター５および第１のローター４の位置信号に基づいて得られる第２のローター５および第１のローター４の相対位置信号に基づいて、第２のローター５の巻き体の現在のベクトル（ｖｅｃｔｏｒ；向きと大きさをともに持つ量）を読み込み、エンジンの出力軸にトルクＴを受けさせ、その間に、第２のローター５の出力軸が同じ大きさのトルクを外部に出力する。
【００２６】
上述のような方法で得られるトルク値Ｔに基づいて、主制御ユニット９は、自動最適化検索プログラムを実行する。このプログラムは、最適化検索ステップｄＴ分だけ自動的にトルクを増加させることにより最適化の検索を開始させ、最適化検索フラグにポジティブ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）を与える。主制御ユニット９は、トルクＴ＋ｄＴの設定をサーボドライバ８に送信し、サーボドライバ８は、主制御ユニットからのトルクの設定、および第２のローター５および第１のローター４の相対位置信号に基づいて、第２のローター５の巻き体の電流ベクトルを読み込み、トルクＴ＋ｄＴでの試験的な動作を行うよう燃料エンジン１を制御する。
【００２７】
主制御ユニットは、燃料経路に設けられた質量流量センサからの速度ＮおよびトルクＴ＋ｄＴの状態下で、最適化検索測定−計算期間ｄｔ（ｈ）内で燃料消費量を得る。そして、主制御ユニットは、期間ｄｔの間に燃料エンジンから出力された機械的動力を、現在の速度ＮおよびトルクＴ＋ｄＴに基づいて、Ｗ＝Ｎ×（Ｔ＋ｄＴ）×ｄｔ／９５５０（ｋＷｈ）として計算する。このことにより、現在の試験的な動作の期間の間における燃料エンジンの機械的動力のユニットあたりの燃料消費値（すなわち、キロワット時あたりの機械的動力の燃料消費量）が得られる。
【００２８】
回転速度がＮであるときに、最適化検索の試験的な動作のトルク（Ｔ＋ｄＴ）下での、燃料エンジン１の機械的動力のユニットあたりの燃料消費データが、主制御ユニット９のコンピュータに記憶された回転速度Ｎ下での最適な効率動作曲線における各々の箇所での燃料消費データと比較される。最適化検索測定−計算期間ｄｔの範囲内の箇所における、試験的な動作点での機械的動力のユニットあたりの燃料消費量が、最適な効率動作曲線による燃料消費の指数（インデックス；ｉｎｄｅｘ）よりも小さい場合には、すなわち、最適化検索が成功する場合には、主制御ユニット９のコンピュータにおいて、元のトルクＴの代わりにＴ＋ｄＴが記憶され、最適化検索フラグはポジティブのまま維持される。そして、主制御ユニット９のコンピュータは、前述のような方法により、トルクＴ＋ｄＴで、最適化検索を続ける（このときに、トルクＴは書き換えられている点に留意されたい）。これに対して、トルクＴ＋ｄＴによる試験的な動作において、機械的動力のユニットあたりの燃料消費量が、最適な効率動作曲線によるデータよりも大きい場合には、すなわち、最適化検索が失敗する場合には、最適化検索フラグはネガティブ（ｎｅｇａｔｉｖｅ）に変更され、最適化検索は逆の方法で行われることとなる。主制御ユニット９のコンピュータは、Ｔ−ｄＴのトルクをサーボドライバ８に送り、燃料エンジン１の出力軸の試験的な動作をこのトルク下で制御し、その燃料消費と比較する。最適化検索測定−計算期間ｄｔの範囲内の箇所における、Ｔ−ｄＴの試験的な動作点での機械的動力のユニットあたりの燃料消費量が、最適な効率動作曲線による燃料消費の指数（インデックス；ｉｎｄｅｘ）よりも小さい場合には、すなわち、最適化検索が成功する場合には、主制御ユニット９のコンピュータにおいて、元のトルクＴの代わりにＴ−ｄＴが記憶され、最適化検索フラグはネガティブのまま維持される。そして、主制御ユニット９のコンピュータは、前述のような方法により、トルクＴ−ｄＴで、最適化検索を続ける（このときに、トルクＴは書き換えられている点に留意されたい）。これに対して、トルクＴ−ｄＴによる試験的な動作において、機械的動力のユニットあたりの燃料消費量が、最適な効率動作曲線によるデータよりも大きい場合には、最適化検索フラグはポジティブ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）に変更され、最適化検索はポジティブ方向で再度行われることとなる。
【００２９】
回転速度Ｎが一定の場合、繰り返されるサイクル、徐々の最適化検索およびアップデートがトルクＴ＋ｄＴおよびＴ−ｄＴで行われ、回転速度が変化したときに再び最適化検索サイクルが再スタートする。このため、最適な効率動作曲線での適合した回転速度およびトルクのデータが常に実際の最適なデータに更新され、燃料エンジン１は常に実際の最適な効率曲線に基づいて動作を行い、最適なエネルギー節約を行うことができる。
【００３０】
必要に応じて、コンピュータは、自動最適化検索プログラムに干渉し、停止させ、再スタートさせる。自動最適化検索プログラムが停止されたときに、主制御ユニット９は、現在の速度に関する信号Ｎによる、記憶された最適な効率曲線に基づいて、適合する最適トルクＴを決定し、トルクＴの設定をサーボドライバ８に送信し、エンジンの動作を制御する。再スタートされた自動最適化検索プログラムは、前述のステップの流れにより、引き続き処理を行う。
【００３１】
最適化検索ステップｄＴは、以下の２つの基準を考慮して選択される。第１に、最適化検索は、十分に速いものでなければならず、このことはより大きなｄＴを必要とする。第２に、最適化検索の各々の箇所は、ｄＴによる最適化の箇所を見逃すことを避けるのに十分なくらい密集していなければならず、このことは十分に小さなｄＴを必要とする。ｄＴは、０．１−１０Ｎ×ｍの範囲内の値であることが好ましい。しかしながら、このことに限定されることはない。ｄＴの値は、主制御ユニット９のコンピュータの動作速度、およびエンジンの最適経済動作曲線の変化率により決定される。主制御ユニット９のコンピュータの動作速度が速い場合にはｄＴは小さくなり、また、エンジンの最適経済動作曲線の変化率が速い場合にはｄＴは大きくなる。ｄＴは、制御振動を避けるため、名目のトルクの５％より小さい値となっている。
【００３２】
最適化検索測定−計算期間ｄｔは、０．１−５秒の範囲内であることが好ましい。しかしながら、このことに限定されることはなく、ｄｔは、特に、質量流量センサ１１による燃料消費の測定速度や精度に関連する。燃料消費の測定速度が速く、精度が高い場合には、ｄｔは小さくなる。
【００３３】
ある実施の形態において、１．８Ｌの排気量のガソリンエンジンに本発明のサーボ負荷装置が設けられ、このガソリンエンジンは本発明による動的動作制御方法により動作を行う。図２の箇所Ａに示されるように、１５ｋＷの出力パワーの動作状況下でエンジンが動作し、動作状況が変化しないで維持された場合において、３５００ｒｐｍおよび４０．９Ｎ×ｍの非経済的な動作箇所でエンジンが動作を行った場合、その機械的動力の出力のユニットあたりの燃料消費は３３５ｇ／ｋＷｈとなる。しかしながら、エンジン動作箇所が、本発明の負荷制御装置および動作制御方法によって最適経済動作曲線上の箇所Ｂ（すなわち、１３０２ｒｐｍおよび１１０Ｎ×ｍ）に調整された後は、その機械的動力の出力のユニットあたりの消費燃料は２５０ｇ／ｋＷｈに減少し、燃料消費が２５．４％減少する。燃料の質の変化やエンジンの摩耗により、最適な効率動作曲線が実際に１０％オフセットした場合には、元の曲線のトルク下で制御が行われたときに、燃料消費は最も低い値から１％−２％大きくなる。本発明による装置および方法は、最適な効率曲線を絶え間なく更新し、同じ機械的動力の出力における燃料消費を最も小さくする。動作箇所およびオフセット状態を考慮したときに燃料節約効果は変化するが、最適なエネルギーの節約は常に確実に行われる。
【図１】
2010520393.tif 000003
【図２】
2010520393.tif 000004
【図３】
2010520393.tif 000005
【国際調査報告】
2010520393.tif 000006
2010520393.tif 000007
2010520393.tif 000008
2010520393.tif 000009
2010520393.tif 000010
2010520393.tif 000011
2010520393.tif 000012