【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２基のターボチャージャを備えるエンジンの２段過給装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの排気エネルギーを効率よく回収するため、２基のターボチャージャを備えて、２段過給を行うものがあった。
【０００３】
特許文献１に開示されたものは、図３に示すように、エンジン５０からの排気流路はターボチャージャ５１のタービンＴ１と、ターボチャージャ５２のタービンＴ２とに並列に供給し、コンプレッサ側は低速域では直列に、高速域では並列とし、その切換に際して空気流路のｃ点とｆ点との圧力差を近づけるため、ＴＣＧ１を電動、ＴＣＧ２を発電作動させて切換過渡時間の短縮を図るようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２９２５３号公報
【特許文献２】
特開２００１−１４０６５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のエンジンの２段過給装置にあっては、例えば高速高負荷域等において過給圧が許容値を超えて上昇するような運転時、ターボチャージャ５１のタービンＴ１またはターボチャージャ５２のタービンＴ２に導かれる排気ガスの一部をバルブ等を介してこれらの下流側に逃がす必要があり、その分だけ排気エネルギーを回収していないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、排気エネルギーの回収を無駄なく行えるエンジンの２段過給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの排気通路に直列に介装される第１、第２タービンと、エンジンの吸気通路に直列に介装される第１、第２コンプレッサと、この第１タービン及び第１コンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給する第１ターボチャージャと、この第２タービン及び第２コンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給する第２ターボチャージャとを備えるエンジンの２段過給装置において、
排気通路の第１タービンより上流側と下流側を結ぶ第１タービンバイパス通路と、この第１タービンバイパス通路を開閉する第１タービンバイパス弁と、第１タービン及び第１コンプレッサと共に回転作動する第１回転電機と、第２タービン及び第２コンプレッサと共に回転作動する第２回転電機と、運転条件に応じてこの第１、第２回転電機を電動機または発電器として作動させる制御手段とを備え、この制御手段はエンジンの高速運転時に第１タービンバイパス弁が第１タービンバイパス通路を開き、かつ第２回転電機を発電器として作動させる構成とした。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、制御手段はエンジンの減速運転時に第１タービンバイパス弁が第１タービンバイパス通路を閉ざし、かつ第１、第２回転電機の両方を発電器として作動させる構成とした。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、制御手段はエンジンの低速域からの加速運転時に第１タービンバイパス弁が第１タービンバイパス通路を閉ざし、かつ第１回転電機を電動機として作動させる構成とした。
【００１０】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、過給圧が過剰となる高速域に、第２タービンを介して排気エネルギを回収し第２回転電機が発電することにより、過給圧が許容値を超えて上昇することを抑える。これにより、第２タービンに対して排気ガスの一部をバルブ等を介して逃がすことがなく、その分だけ排気エネルギーを無駄なく回収でき、エンジンの燃費低減がはかられる。
【００１１】
第２の発明において、エンジンの減速運転時に、第１、第２タービンの両方を介して排気エネルギを回収し、第１、第２回転電機が発電することにより、排気エネルギーを無駄なく回収でき、エンジンの燃費低減がはかられる。
【００１２】
第３の発明において、エンジンの低速域からの加速運転時に、第１回転電機を電動機として作動させ、第１ターボチャージャの加速アシストをすることにより、第１タービン及び第１コンプレッサの回転速度が速やかに上昇して過給圧が高まり、ターボラグを解消してエンジンの加速応答性を高められる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１において、１はディーゼルエンジン、６は吸気通路、７は排気通路、１１は第１ターボチャージャ、２１は第２ターボチャージャである。
【００１５】
第１ターボチャージャ１１は、排気ガスの圧力エネルギーにより回転する第１タービン１２と、第１タービン１２と同軸上に連結されて吸気を圧送する第１コンプレッサ１３と、第１タービン１２及び第１コンプレッサ１３と共に回転作動する第１回転電機１５とを備える。
【００１６】
第２ターボチャージャ２１は、排気ガスの圧力エネルギーにより回転する第２タービン２２と、第２タービン２２と同軸上に連結されて吸気を圧送する第２コンプレッサ２３と、第２タービン２２及び第２コンプレッサ２３と共に回転作動する第２回転電機２５とを備える。第２ターボチャージャ２１の容量は第１ターボチャージャ１１より大きい。
【００１７】
排気通路７には第１タービン１２の下流側に第２タービン２２が介装される。排気通路７を流れる排気ガスの圧力エネルギーにより第１、第２タービン１２，２２がそれぞれ回転駆動される。
【００１８】
排気通路７の第１タービン１２より上流側と下流側を結ぶ第１タービンバイパス通路４１が設けられる。第１タービンバイパス通路４１の途中には電磁式の第１タービンバイパス弁４２が介装される。第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を閉じると、第１タービン１２に導かれる排気流速を高めるようになっている。
【００１９】
吸気通路６には第２コンプレッサ２３の下流側に第１コンプレッサ１３が介装される。吸気通路６を流れる吸気は第２コンプレッサ２３と第１コンプレッサ１３により二段階に過給される。
【００２０】
吸気通路６には第２コンプレッサ２３の下流側に第２インタクーラ２４が介装され、第１コンプレッサ１３の下流側に第１インタクーラ１４が介装され、吸気を冷却するようになっている。
【００２１】
第１、第２回転電機１５，２５は蓄電装置３を介して供給される電力によって第１、第２ターボチャージャ１１，２１を回転駆動する。また、第１、第２ターボチャージャ１１，２１の発電電力は蓄電装置３に充電される。この蓄電装置３の蓄電要素として、電気二重相キャパシタが用いられるが、これに限らず、化学反応を用いた各種蓄電池を用いても良い。
【００２２】
エンジン１の回転速度を検出する回転センサ４と、エンジン１の負荷（アクセル開度）を検出する負荷センサ５とが設けられる。コントロールユニット２は回転センサ４と負荷センサ５の検出値に応じて第１、第２回転電機１５，２５の作動及び第１タービンバイパス弁４２の開閉作動を以下のように制御する。
【００２３】
・低速域から加速運転時に第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１回転電機１５を電動機として作動させ、第１ターボチャージャ１１の加速アシストをする。
【００２４】
・減速運転時に第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１、第２回転電機１５，２５の両方を発電器として作動させ、排気エネルギを回収する。
【００２５】
・高速運転時に第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全開し、第２回転電機２５のみを発電器として作動させ、排気エネルギを回収する。
【００２６】
図２のフローチャートはコントロールユニット２において実行される第１、第２ターボチャージャ１１，２１の作動制御を行うプログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００２７】
これについて説明すると、ステップ１で、エンジン負荷の各検出信号に応じてアクセル操作を読み込むとともに、エンジン回転速度等の運転状態を読み込む。このアクセル操作によってアクセルが踏み込まれる加速運転時、アクセルが戻される減速運転時、アクセルが略一定に保たれる巡航時を判定する。
【００２８】
ステップ２，８にて、加速が行われる低速高負荷運転時と判定された場合、ステップ９に進んで、第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１回転電機１５を電動機として作動させ、第１ターボチャージャ１１の加速アシストをする。
【００２９】
ステップ２，３，５にて、加速または巡航が行われる高速域と判定された場合は、ステップ７に進んで、第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全開し、第２回転電機２５のみを発電器として作動させる。
【００３０】
ステップ２，３，５にて、高速減速運転時と判定された場合、ステップ２，３，４にて、中速減速運転時と判定された場合、いずれもステップ６に進んで、第１タービンバイパス弁４２が第１タービンバイパス通路４１を全閉し、第１、第２回転電機１５，２５の両方を発電器として作動させる。
【００３１】
こうして、エンジン１の低速高負荷運転時に、第１回転電機１５を電動機として作動させ、第１ターボチャージャ１１の加速アシストをすることにより、第１タービン１２及び第１コンプレッサ１３の回転速度が速やかに上昇して過給圧が高まり、ターボラグを解消してエンジン１の加速応答性を高められる。
【００３２】
一方、過給圧が過剰となる高速域に、第２タービン２２を介して排気エネルギを回収し、第２回転電機２５が発電することにより、過給圧が許容値を超えて上昇することを抑える。これにより、第２タービン２２に対して排気ガスの一部をバルブ等を介して逃がすことがなく、その分だけ排気エネルギーを無駄なく回収でき、エンジン１の燃費低減がはかられる。
【００３３】
また、高中速域における減速運転時に、第１、第２タービン１２，２２の両方を介して排気エネルギを回収し第１、第２回転電機１５，２５が発電することにより、排気エネルギーを無駄なく回収できる。
【００３４】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す２段過給装置の構成図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】従来例を示す２段過給装置の構成図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ コントロールユニット（制御手段）
３ 蓄電装置
４ 速度センサ
５ 負荷センサ
６ 吸気通路
７ 排気通路
１１ 第１ターボチャージャ
１５ 第１回転電機
２１ 第２ターボチャージャ
２５ 第２回転電機
４１ 第１タービンバイパス通路
４２ 第１タービンバイパスバルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a two-stage supercharging device for an engine having two turbochargers.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there have been two turbochargers equipped with two turbochargers in order to efficiently recover engine exhaust energy.
[0003]
As disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 3, the exhaust flow path from the engine 50 is supplied in parallel to the turbine T1 of the turbocharger 51 and the turbine T2 of the turbocharger 52, and the compressor side has a low speed. In order to make the pressure difference between point c and point f of the air flow path close at the time of switching, the TCG 1 is electrically operated and the TCG 2 is operated to generate power to shorten the switching transient time. It has become.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-6-229253 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-140653
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional two-stage supercharging device for an engine, for example, during operation in which the supercharging pressure rises beyond an allowable value in a high-speed and high-load region or the like, the turbine T1 or turbo of the turbocharger 51 is used. There is a problem that a part of the exhaust gas led to the turbine T2 of the charger 52 needs to escape to the downstream side through a valve or the like, and the exhaust energy is not recovered correspondingly.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a two-stage supercharging device for an engine that can recover exhaust energy without waste.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there are provided first and second turbines interposed in series in an exhaust passage of an engine, first and second compressors interposed in series in an intake passage of an engine, the first turbine and the second turbine 2 of an engine provided with a first turbocharger that supercharges intake air by connecting one compressor on the same axis, and a second turbocharger that supercharges intake air by connecting the second turbine and the second compressor on the same axis. In the stage supercharger,
A first turbine bypass passage that connects the upstream side and the downstream side of the first turbine of the exhaust passage, a first turbine bypass valve that opens and closes the first turbine bypass passage, and a first turbine that rotates together with the first turbine and the first compressor. A rotary electric machine; a second rotary electric machine that rotates together with the second turbine and the second compressor; and a control unit that operates the first and second rotary electric machines as an electric motor or a generator according to operating conditions. The means is configured such that the first turbine bypass valve opens the first turbine bypass passage and the second rotating electrical machine operates as a power generator during high-speed operation of the engine.
[0008]
In a second aspect based on the first aspect, the control means causes the first turbine bypass valve to close the first turbine bypass passage during engine deceleration operation, and operates both the first and second rotating electric machines as a generator. The configuration.
[0009]
According to a third invention, in the first or second invention, the control means operates with the first turbine bypass valve closing the first turbine bypass passage and the first rotating electrical machine as an electric motor during acceleration operation from a low speed region of the engine. It was set as the structure made to do.
[0010]
Operation and effect of the invention
In the first invention, the supercharging pressure rises beyond an allowable value by recovering exhaust energy through the second turbine and generating power by the second rotating electrical machine in a high speed region where the supercharging pressure becomes excessive. Suppress. As a result, a part of the exhaust gas does not escape from the second turbine through the valve or the like, and the exhaust energy can be recovered without waste, and the fuel consumption of the engine can be reduced.
[0011]
In the second invention, when the engine is decelerating, the exhaust energy is recovered through both the first and second turbines, and the first and second rotating electrical machines generate power, so that the exhaust energy can be recovered without waste. Engine fuel consumption can be reduced.
[0012]
In the third aspect of the invention, during the acceleration operation from the low speed region of the engine, the first rotating electrical machine is operated as an electric motor, and the first turbocharger assists in acceleration, whereby the rotation speeds of the first turbine and the first compressor are rapidly increased. The boost pressure increases and the turbo lag is eliminated to improve the acceleration response of the engine.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0014]
In FIG. 1, 1 is a diesel engine, 6 is an intake passage, 7 is an exhaust passage, 11 is a first turbocharger, and 21 is a second turbocharger.
[0015]
The first turbocharger 11 includes a first turbine 12 that rotates by pressure energy of exhaust gas, a first compressor 13 that is coaxially connected to the first turbine 12 and pumps intake air, and the first turbine 12 and the first compressor. 13 and a first rotating electrical machine 15 that rotates together with the first rotating electrical machine 15.
[0016]
The second turbocharger 21 includes a second turbine 22 that is rotated by the pressure energy of the exhaust gas, a second compressor 23 that is coaxially connected to the second turbine 22 and that pumps intake air, and the second turbine 22 and the second compressor. And a second rotating electrical machine 25 that rotates together with the second rotating electrical machine 25. The capacity of the second turbocharger 21 is larger than that of the first turbocharger 11.
[0017]
A second turbine 22 is interposed in the exhaust passage 7 on the downstream side of the first turbine 12. The first and second turbines 12 and 22 are rotationally driven by the pressure energy of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 7.
[0018]
A first turbine bypass passage 41 that connects the upstream side and the downstream side of the first turbine 12 in the exhaust passage 7 is provided. An electromagnetic first turbine bypass valve 42 is interposed in the middle of the first turbine bypass passage 41. When the first turbine bypass valve 42 closes the first turbine bypass passage 41, the exhaust flow velocity guided to the first turbine 12 is increased.
[0019]
A first compressor 13 is interposed in the intake passage 6 downstream of the second compressor 23. The intake air flowing through the intake passage 6 is supercharged in two stages by the second compressor 23 and the first compressor 13.
[0020]
A second intercooler 24 is interposed downstream of the second compressor 23 in the intake passage 6 and a first intercooler 14 is interposed downstream of the first compressor 13 so as to cool the intake air.
[0021]
The first and second rotating electrical machines 15 and 25 rotate and drive the first and second turbochargers 11 and 21 with electric power supplied via the power storage device 3. Further, the electric power generated by the first and second turbochargers 11 and 21 is charged in the power storage device 3. An electric double phase capacitor is used as a power storage element of the power storage device 3, but is not limited to this, and various storage batteries using chemical reactions may be used.
[0022]
A rotation sensor 4 that detects the rotation speed of the engine 1 and a load sensor 5 that detects a load (accelerator opening) of the engine 1 are provided. The control unit 2 controls the operation of the first and second rotating electrical machines 15 and 25 and the opening and closing operation of the first turbine bypass valve 42 in accordance with the detection values of the rotation sensor 4 and the load sensor 5 as follows.
[0023]
The first turbine bypass valve 42 fully closes the first turbine bypass passage 41 during the acceleration operation from the low speed region, operates the first rotating electrical machine 15 as an electric motor, and assists the acceleration of the first turbocharger 11.
[0024]
During the deceleration operation, the first turbine bypass valve 42 fully closes the first turbine bypass passage 41, operates both the first and second rotating electric machines 15 and 25 as a power generator, and recovers exhaust energy.
[0025]
The first turbine bypass valve 42 fully opens the first turbine bypass passage 41 during high-speed operation, operates only the second rotating electrical machine 25 as a generator, and recovers exhaust energy.
[0026]
The flowchart of FIG. 2 shows a program for controlling the operation of the first and second turbochargers 11 and 21 executed in the control unit 2, and this is executed at regular intervals.
[0027]
This will be described. In step 1, the accelerator operation is read in accordance with each detection signal of the engine load, and the operation state such as the engine rotation speed is read. During acceleration operation in which the accelerator is depressed by the accelerator operation, during deceleration operation in which the accelerator is returned, and during cruise when the accelerator is kept substantially constant.
[0028]
When it is determined in steps 2 and 8 that the acceleration is performed at a low speed and high load, the process proceeds to step 9 where the first turbine bypass valve 42 fully closes the first turbine bypass passage 41 and the first rotating electrical machine 15 is operated as an electric motor to assist the acceleration of the first turbocharger 11.
[0029]
If it is determined in Steps 2, 3, and 5 that the vehicle is in a high speed range where acceleration or cruising is performed, the process proceeds to Step 7 where the first turbine bypass valve 42 fully opens the first turbine bypass passage 41 and performs the second rotation. Only the electric machine 25 is operated as a generator.
[0030]
If it is determined in steps 2, 3, and 5 that the high-speed deceleration operation is being performed, or if it is determined in steps 2, 3, and 4 that the medium-speed deceleration operation is being performed, both proceed to step 6 and the first turbine The bypass valve 42 fully closes the first turbine bypass passage 41 and operates both the first and second rotating electric machines 15 and 25 as a power generator.
[0031]
Thus, during the low speed and high load operation of the engine 1, the first rotating electrical machine 15 is operated as an electric motor, and the acceleration assistance of the first turbocharger 11 is performed, whereby the rotational speeds of the first turbine 12 and the first compressor 13 are rapidly increased. The boost pressure is increased to increase the turbo lag, and the acceleration response of the engine 1 can be improved.
[0032]
On the other hand, the exhaust pressure is recovered via the second turbine 22 in the high speed range where the supercharging pressure becomes excessive, and the second rotating electrical machine 25 generates power, whereby the supercharging pressure rises beyond an allowable value. suppress. As a result, a part of the exhaust gas is not escaped from the second turbine 22 through the valve or the like, and the exhaust energy can be recovered without waste, and the fuel consumption of the engine 1 can be reduced.
[0033]
Further, during deceleration operation in the high and medium speed range, exhaust energy is recovered through both the first and second turbines 12 and 22, and the first and second rotating electric machines 15 and 25 generate electric power, so that exhaust energy is not wasted. Can be recovered.
[0034]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a two-stage supercharging device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing the same control content.
FIG. 3 is a configuration diagram of a two-stage supercharging device showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Engine 2 Control unit (control means)
3 Power storage device 4 Speed sensor 5 Load sensor 6 Intake passage 7 Exhaust passage 11 First turbocharger 15 First rotating electrical machine 21 Second turbocharger 25 Second rotating electrical machine 41 First turbine bypass passage 42 First turbine bypass valve
