JP2005220889A - Supercharging system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内燃機関用過給システムに関する。 The present invention relates to a supercharging system for an internal combustion engine.
内燃機関用過給システムとして、ターボチャージャーと直列又は並列に電動コンプレッサを接続し、この電動コンプレッサによって過給アシストするものが知られている(例えば特許文献1参照)。また、内燃機関の排気エミッションを改善するため、排気管内に排気浄化触媒を設け、電動エアポンプで2次空気をこの触媒上流に供給するものが知られている(例えば特許文献2参照)。その他、本発明と関連する先行技術文献として、特許文献3及び特許文献4が存在する。
電動コンプレッサによる過給アシストは、内燃機関の全ての運転領域で行われるものではなく、限られた運転領域で行われる。このため、過給アシストを行わないときには電動コンプレッサを他の用途に利用することが、過給システム全体の無駄を省くうえで望ましい。しかしながら、上記特許文献1には、過給アシストに用いる電動コンプレッサを他の用途へ利用することについては開示されていない。このため、例えば過給アシストを行っていないとき等は電動コンプレッサの能力を生かすことができず、広い範囲で電動コンプレッサを利用することができないおそれがある。
The supercharging assist by the electric compressor is not performed in the entire operation region of the internal combustion engine, but is performed in a limited operation region. For this reason, it is desirable to use the electric compressor for other purposes when supercharging assist is not performed in order to eliminate waste of the entire supercharging system. However,
一方、排気エミッションの改善のために排気通路内に設けられた触媒に2次空気を供給することも、過給アシストの場合と同様に、全ての運転領域で必要なものではない。このため、特許文献2に記載されているように、2次空気の供給のために専用の電動エアポンプを設けることはコストが増大するおそれがある。
On the other hand, supplying secondary air to the catalyst provided in the exhaust passage in order to improve exhaust emission is not necessary in all operating regions as in the case of supercharging assist. For this reason, as described in
そこで、本発明は、広い範囲で電動コンプレッサ利用することができ、なおかつ排気エミッションの悪化を抑制可能な内燃機関用過給システムを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a supercharging system for an internal combustion engine that can be used in an electric compressor in a wide range and can suppress deterioration of exhaust emission.
本発明の第1の内燃機関用過給システムは、吸気通路と排気通路とを備えるとともに該排気通路内に排気浄化触媒が設けられた内燃機関に適用される内燃機関用過給システムであって、コンプレッサ及びタービンを備え、前記内燃機関に対して過給を行うターボ過給機と、前記ターボ過給機の前記コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ、前記過給をアシストする電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの下流の前記吸気通路と前記排気浄化触媒の上流の前記排気通路とを連結する空気通路と、前記空気通路に設けられ、該空気通路に流入する空気量を調整する流量調整弁と、前記電動コンプレッサの作動状態に応じて該電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給するように前記流量調整弁を制御する空気供給制御手段と、を具備することにより上述した課題を解決する(請求項1)。 A first supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention is a supercharging system for an internal combustion engine that is applied to an internal combustion engine that includes an intake passage and an exhaust passage and is provided with an exhaust purification catalyst in the exhaust passage. A turbocharger that includes a compressor and a turbine and that supercharges the internal combustion engine; and an electric compressor that is provided in the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger and assists the supercharging. An air passage connecting the intake passage downstream of the electric compressor and the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst, and a flow rate adjusting valve provided in the air passage for adjusting the amount of air flowing into the air passage And an air supply for controlling the flow rate adjusting valve so as to supply air downstream of the electric compressor to the upstream of the exhaust purification catalyst according to an operating state of the electric compressor. To solve the above problems by comprising a control unit, a (claim 1).
この発明によれば、電動コンプレッサにより圧縮された空気を排気浄化触媒の上流に供給して、排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の酸化促進を図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することができる。しかも、当該空気の供給は、電動コンプレッサの作動状況に応じて過給アシストと切り替えて行われるので、広い範囲で電動コンプレッサを利用することができ、過給システム全体の無駄を省くことができる。 According to the present invention, the air compressed by the electric compressor can be supplied upstream of the exhaust purification catalyst to promote the oxidation of hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), etc. in the exhaust gas. In addition, deterioration of exhaust emission can be suppressed. In addition, since the supply of air is performed by switching to the supercharging assist according to the operation state of the electric compressor, the electric compressor can be used in a wide range, and waste of the entire supercharging system can be saved.
本発明の第1の内燃機関用過給システムにおいて、前記電動コンプレッサを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路への空気の流入及びその禁止を切り替える切替弁と、前記電動コンプレッサと前記ターボ過給機の前記コンプレッサとの間の前記吸気通路に設けられ、前記ターボ過給機に流入する空気量を調整するスロットル弁と、を更に具備し、前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給する際に、前記切替弁を閉じるように制御するとともに、前記スロットル弁の開度を絞るように制御してもよい(請求項2)。この態様によれば、排気浄化触媒の上流へ空気を供給するに際し、吸気通路内の空気は実質的に全て電動コンプレッサに導かれて圧縮される。しかも、電動コンプレッサにより圧縮された空気の多くは空気通路を介して排気浄化触媒の上流に導かれることになる。従って、圧縮された空気を的確に排気浄化触媒の上流に供給することができる。 In the first supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, a bypass passage that bypasses the electric compressor, a switching valve that is provided in the bypass passage and switches between inflow and prohibition of air into the bypass passage, the electric motor A throttle valve that is provided in the intake passage between the compressor and the compressor of the turbocharger and adjusts the amount of air flowing into the turbocharger, and the air supply control means includes: When supplying the air downstream of the electric compressor to the upstream of the exhaust purification catalyst, the switching valve may be controlled to be closed and the opening of the throttle valve may be controlled to be reduced (Claim 2). ). According to this aspect, when air is supplied to the upstream side of the exhaust purification catalyst, substantially all of the air in the intake passage is guided to the electric compressor and compressed. In addition, most of the air compressed by the electric compressor is guided upstream of the exhaust purification catalyst through the air passage. Therefore, the compressed air can be accurately supplied upstream of the exhaust purification catalyst.
本発明の第1の内燃機関用過給システムにおいて、前記空気供給制御手段は、前記排気浄化触媒の温度がその活性開始温度以上であり、排気空燃比がリッチであって、かつ前記電動コンプレッサによる前記過給のアシストの要求が無い場合に、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給するように前記流量調整弁を制御してもよい(請求項3)。この場合は、適切な時期に排気浄化触媒の上流へ空気を供給することができるので、過給システムの信頼性が向上する。 In the first supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, the air supply control means includes a temperature of the exhaust purification catalyst that is equal to or higher than an activation start temperature, a rich exhaust air-fuel ratio, and the electric compressor. The flow rate adjusting valve may be controlled so that air downstream of the electric compressor is supplied upstream of the exhaust purification catalyst when there is no request for supercharging assistance. In this case, since air can be supplied to the upstream side of the exhaust purification catalyst at an appropriate time, the reliability of the supercharging system is improved.
本発明の第1の内燃機関用過給システムにおいて、前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサの下流の圧力が前記排気浄化触媒の上流の圧力よりも高い場合に、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給するように前記流量調整弁を制御してもよい(請求項4)。このような条件を考慮することにより、排気ガスが空気通路を逆流して吸気通路に流入することを回避できる。この場合は、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給する場合と過給アシストを行う場合とで、目標圧力を異ならせてもよい(請求項5)。更に、前記電動コンプレッサの下流の圧力が前記排気浄化触媒の上流の圧力よりも高くなるように、目標圧力を設定してもよい(請求項6)。このように制御すれば、電動コンプレッサの運転が効率的なものとなり燃費悪化を抑制することができる。 In the first supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention, the air supply control means is configured to provide air downstream of the electric compressor when the pressure downstream of the electric compressor is higher than the pressure upstream of the exhaust purification catalyst. The flow rate adjustment valve may be controlled so as to be supplied upstream of the exhaust purification catalyst. By considering such conditions, it is possible to avoid exhaust gas from flowing backward into the air passage and flowing into the intake passage. In this case, the target pressure may be different between when the air downstream of the electric compressor is supplied upstream of the exhaust purification catalyst and when supercharging assist is performed (Claim 5). Further, the target pressure may be set so that the pressure downstream of the electric compressor is higher than the pressure upstream of the exhaust purification catalyst. By controlling in this way, the operation of the electric compressor becomes efficient and deterioration of fuel consumption can be suppressed.
また、本発明の第1の内燃機関用過給システムにおいて、前記空気供給制御手段は、過給アシストの終了直後に前記排気浄化触媒の温度がその活性開始温度以上ならば前記排気空燃比がリッチでない場合であっても、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給するように前記流量調整弁を制御してもよい(請求項7)。過給アシスト中は排気空燃比がリッチになり炭化水素(HC)等が排気浄化触媒に溜まりやすい状態となる。そこで、この態様のように、過給アシスト直後に排気浄化触媒の上流に空気を供給するすれば、過給アシスト中に溜まった炭化水素(HC)等を酸化させることができる。 Further, in the first supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention, the air supply control means has a rich exhaust air / fuel ratio if the temperature of the exhaust purification catalyst is equal to or higher than its activation start temperature immediately after completion of the supercharging assist. Even if this is not the case, the flow rate adjusting valve may be controlled so that the air downstream of the electric compressor is supplied upstream of the exhaust purification catalyst (claim 7). During the supercharging assist, the exhaust air-fuel ratio becomes rich and hydrocarbons (HC) and the like are likely to accumulate in the exhaust purification catalyst. Thus, if air is supplied to the upstream side of the exhaust purification catalyst immediately after the supercharging assist as in this aspect, hydrocarbons (HC) and the like accumulated during the supercharging assist can be oxidized.
本発明の第1の内燃機関用過給システムにおいて、前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサによる前記過給のアシストの要求がある場合であって、前記電動コンプレッサに該電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給する余力があるときには、該電動コンプレッサの下流の空気を該排気浄化触媒の上流に供給するように前記流量調整弁を制御してもよい(請求項8)。この態様によれば、過給アシストと排気浄化触媒への空気供給の両者を同時に行うことができ、電動コンプレッサの能力を十分に利用することができる。この場合には、前記空気供給制御手段によって、前記電動コンプレッサの下流の圧力が所定値以下にならないように前記流量調整弁の開度を制御して(請求項9)、過給アシストと空気供給の両者を適切にバランスさせてもよい。 In the first supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention, the air supply control means is a case where there is a request for assisting the supercharging by the electric compressor, and the air downstream of the electric compressor is supplied to the electric compressor. May be controlled so that air downstream of the electric compressor is supplied upstream of the exhaust purification catalyst (claim 8). According to this aspect, both the supercharging assist and the air supply to the exhaust purification catalyst can be performed at the same time, and the capacity of the electric compressor can be fully utilized. In this case, the air supply control means controls the opening of the flow rate adjusting valve so that the pressure downstream of the electric compressor does not become a predetermined value or less (Claim 9), and the supercharging assist and the air supply are controlled. Both may be appropriately balanced.
本発明の第2の内燃機関用過給システムは、吸気通路と排気通路とを備えるとともに該排気通路内に吸蔵還元型のNOx触媒及び該NOx触媒の下流に酸化触媒が設けられた内燃機関に適用される内燃機関用過給システムであって、コンプレッサ及びタービンを備え、前記内燃機関に対して過給を行うターボ過給機と、前記ターボ過給機の前記コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ、前記過給をアシストする電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの下流の前記吸気通路と前記NOx触媒と前記酸化触媒の間の前記排気通路とを連結する空気通路と、前記空気通路に設けられ、該空気通路に流入する空気量を調整する流量調整弁と、前記NOx触媒の硫黄被毒再生時期である場合に該NOx触媒を所定温度以上に昇温するとともに排気空燃比がリッチになるように前記内燃機関を制御して該NOx触媒の硫黄被毒再生を行う硫黄被毒再生制御手段と、前記硫黄被毒再生制御手段による前記排気空燃比のリッチ制御に同期するように前記電動コンプレッサを作動させる電動コンプレッサ制御手段と、前記電動コンプレッサの作動状態に応じて該電動コンプレッサの下流の空気を、前記NOx触媒と前記酸化触媒の間の前記排気通路に供給するように前記流量調整弁を制御する空気供給制御手段と、を具備することにより、上述した課題を解決する(請求項10)。 A second supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention includes an intake passage and an exhaust passage, and an internal combustion engine in which an NOx storage reduction catalyst is provided in the exhaust passage and an oxidation catalyst is provided downstream of the NOx catalyst. A supercharging system for an internal combustion engine to be applied, comprising a compressor and a turbine, and a turbocharger for supercharging the internal combustion engine, and an intake passage upstream of the compressor of the turbocharger An electric compressor provided to assist the supercharging, an air passage connecting the intake passage downstream of the electric compressor, the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst, and the air passage. A flow rate adjusting valve for adjusting the amount of air flowing into the air passage, and when the NOx catalyst is in the sulfur poisoning regeneration period, the NOx catalyst is heated to a predetermined temperature or higher. Sulfur poisoning regeneration control means for controlling the internal combustion engine so that the exhaust air / fuel ratio becomes rich to perform sulfur poisoning regeneration of the NOx catalyst, and rich control of the exhaust air / fuel ratio by the sulfur poisoning regeneration control means Electric compressor control means for operating the electric compressor so as to synchronize, and air downstream of the electric compressor is supplied to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst according to the operating state of the electric compressor. Thus, the above-described problem is solved by providing an air supply control means for controlling the flow rate adjusting valve.
NOx触媒の硫黄被毒再生は、NOx触媒を昇温するとともに、排気空燃比を所定時間リッチに制御することにより、NOx触媒の吸蔵材の硫酸塩を分解して硫黄成分を放出させてNOx触媒の性能を回復させるものである。ただ、この硫黄被毒再生は空燃比をリッチに制御する関係から、NOx触媒から放出した硫黄成分が硫化水素(H2S)に変化して、悪臭及び白煙が大気に放出されるおそれがある。本発明によれば、排気空燃比のリッチ制御に同期させてNOx触媒と酸化触媒の間の排気通路に電動コンプレッサの下流の空気を供給しNOx触媒の下流の排気空燃比をリーンにすることができるので、硫黄被毒再生により生じたH2SをSOxに変換して悪臭及び白煙の放出を抑制することができる。 The sulfur poisoning regeneration of the NOx catalyst is performed by raising the temperature of the NOx catalyst and controlling the exhaust air / fuel ratio to be rich for a predetermined time, thereby decomposing the sulfate of the storage material of the NOx catalyst and releasing the sulfur component. It is intended to restore the performance of. However, in this sulfur poisoning regeneration, the sulfur component released from the NOx catalyst is changed to hydrogen sulfide (H 2 S) due to the rich control of the air-fuel ratio, and there is a possibility that malodor and white smoke may be released to the atmosphere. is there. According to the present invention, the air downstream of the electric compressor is supplied to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst in synchronism with the rich control of the exhaust air / fuel ratio to make the exhaust air / fuel ratio downstream of the NOx catalyst lean. Therefore, H 2 S generated by sulfur poisoning regeneration can be converted to SOx, and the emission of malodor and white smoke can be suppressed.
本発明の第2の内燃機関用過給システムにおいて、前記電動コンプレッサを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路への空気の流入及びその禁止を切り替える切替弁と、前記電動コンプレッサと前記ターボ過給機の前記コンプレッサとの間の前記吸気通路に設けられ、前記ターボ過給機に流入する空気量を調整するスロットル弁と、を更に具備し、前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記NOx触媒と前記酸化触媒との間の前記排気通路に供給する際に、前記切替弁を閉じるように制御するとともに、前記スロットル弁の開度を絞るように制御してもよい(請求項11)。この態様によれば、NOx触媒と酸化触媒の間の排気通路へ電動コンプレッサの下流の空気を供給するに際し、吸気通路内の空気は実質的に全て電動コンプレッサに導かれて圧縮される。しかも、電動コンプレッサにより圧縮された空気の多くは空気通路を介してNOx触媒と酸化触媒の間の排気通路へ導かれることになる。従って、圧縮された空気を的確にNOx触媒と酸化触媒の間の排気通路へ供給することができる。 In the second supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, a bypass passage that bypasses the electric compressor, a switching valve that is provided in the bypass passage and switches between inflow and prohibition of air into the bypass passage, and the electric A throttle valve that is provided in the intake passage between the compressor and the compressor of the turbocharger and adjusts the amount of air flowing into the turbocharger, and the air supply control means includes: When the air downstream of the electric compressor is supplied to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst, the switching valve is controlled to be closed and the opening of the throttle valve is controlled to be reduced. (Claim 11). According to this aspect, when supplying the air downstream of the electric compressor to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst, substantially all the air in the intake passage is guided to the electric compressor and compressed. In addition, most of the air compressed by the electric compressor is led to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst via the air passage. Therefore, the compressed air can be accurately supplied to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst.
本発明の第2の内燃機関用過給システムにおいて、前記電動コンプレッサから前記NOx触媒と前記酸化触媒の間の前記排気通路への空気供給の遅れを見込んで前記電動コンプレッサ及び前記流量調整弁を制御してもよい(請求項12)。この場合は、リッチ制御と空気供給との同期をより的確にできる。 In the second supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, the electric compressor and the flow rate adjustment valve are controlled in anticipation of a delay in air supply from the electric compressor to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst. (Claim 12). In this case, the rich control and the air supply can be more accurately synchronized.
また、本発明の第2の内燃機関用過給システムにおいて、前記NOx触媒と前記酸化触媒との間の前記排気通路への空気供給は、前記電動コンプレッサによる前記過給のアシストよりも優先して開始してもよい(請求項13)。排気エミッションの悪化の抑制は過給アシストよりも重要なためである。但し、前記電動コンプレッサによる前記過給のアシスト中に前記硫黄被毒再生時期になった場合には、そのアシストが完了するまでは前記硫黄被毒再生を開始せず、該アシストが完了した後に前記硫黄被毒再生を開始するとよい(請求項14)。過給アシストは比較的短時間に終了するので、当該過給アシストの終了後に硫黄被毒再生を行っても不都合が少ないためである。 In the second supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention, air supply to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst has priority over the supercharging assist by the electric compressor. You may start (Claim 13). This is because suppression of deterioration of exhaust emission is more important than supercharging assistance. However, when the sulfur poisoning regeneration time comes during the supercharging assist by the electric compressor, the sulfur poisoning regeneration is not started until the assist is completed, and the assist is completed after the assist is completed. Sulfur poisoning regeneration may be started (claim 14). This is because the supercharging assist is completed in a relatively short time, and there is little inconvenience even if the sulfur poisoning regeneration is performed after the supercharging assist is completed.
本発明の第2の内燃機関用過給システムにおいて、前記空気供給制御手段は、前記硫黄被毒再生中であっても前記電動コンプレッサによる前記過給のアシストの要求があり、かつ該アシストを行う余力があるときには、該電動コンプレッサの下流の空気を、前記酸化触媒の上流に供給するように前記流量調整弁を制御するとともに、該アシストを行うように前記スロットル弁を開弁状態に制御してもよい(請求項15)。この態様によれば、過給アシストと、NOx触媒と酸化触媒の間の排気通路への空気供給とを同時に行うことができ、電動コンプレッサの能力を十分に利用することができる。 In the second supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, the air supply control means has a request for assisting the supercharging by the electric compressor even during the sulfur poisoning regeneration, and performs the assist. When there is a surplus power, the flow control valve is controlled to supply the air downstream of the electric compressor to the upstream of the oxidation catalyst, and the throttle valve is controlled to be opened to perform the assist. (Claim 15). According to this aspect, the supercharging assist and the air supply to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst can be performed simultaneously, and the capacity of the electric compressor can be fully utilized.
本発明の第3の内燃機関用過給システムは、吸気通路と排気通路とを備えるとともに該排気通路内に排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタが設けられた内燃機関に適用される内燃機関用過給システムであって、コンプレッサ及びタービンを備え、前記内燃機関に対して過給を行うターボ過給機と、前記ターボ過給機の前記コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ、前記過給をアシストする電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの下流の前記吸気通路と前記フィルタの上流の前記排気通路とを連結する空気通路と、前記空気通路に設けられ、該空気通路に流入する空気量を調整する流量調整弁と、前記フィルタの再生時期である場合に該フィルタに捕集された粒子状物質を酸化させるように前記内燃機関を制御して該フィルタを再生するフィルタ再生制御手段と、前記フィルタの再生中における該フィルタの温度が所定温度以上に上昇する場合に、前記電動コンプレッサを作動させる電動コンプレッサ制御手段と、前記電動コンプレッサの作動状態に応じて該電動コンプレッサの下流の空気を前記フィルタの上流に供給するように前記流量調整弁を制御する空気供給制御手段と、を具備することにより、上述した課題を解決する(請求項16)。 The third supercharging system for an internal combustion engine of the present invention is applied to an internal combustion engine that includes an intake passage and an exhaust passage and is provided with a filter that collects particulate matter in the exhaust gas in the exhaust passage. A turbocharging system for an internal combustion engine, comprising a compressor and a turbine, and a turbocharger that supercharges the internal combustion engine, provided in the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger, An electric compressor that assists the supercharging, an air passage that connects the intake passage downstream of the electric compressor and the exhaust passage upstream of the filter, and air that is provided in the air passage and flows into the air passage A flow rate adjusting valve for adjusting the amount, and controlling the internal combustion engine to oxidize the particulate matter collected by the filter when it is time to regenerate the filter. A filter regeneration control means for regenerating the electric compressor, an electric compressor control means for operating the electric compressor when the temperature of the filter during the regeneration of the filter rises above a predetermined temperature, and an operating state of the electric compressor An air supply control means for controlling the flow rate adjustment valve so as to supply air downstream of the electric compressor to the upstream of the filter solves the above-mentioned problem (claim 16).
フィルタに堆積した粒子状物質が所定量以上になった場合には、これを酸化させてフィルタの性能を回復させるフィルタ再生制御が行われる。ただ、このフィルタ再生制御は排気ガスの温度を高温に制御してフィルタの温度を上昇させるものであるため、必要以上に温度が上昇してしまうおそれがある。この発明によれば、フィルタ再生制御中に電動コンプレッサの下流の空気をフィルタの上流に供給することができるので、フィルタの過剰な温度上昇を抑制することができる。 When the particulate matter deposited on the filter exceeds a predetermined amount, filter regeneration control is performed to oxidize the particulate matter and restore the filter performance. However, since this filter regeneration control is to increase the temperature of the filter by controlling the temperature of the exhaust gas to a high temperature, the temperature may increase more than necessary. According to this invention, since the air downstream of the electric compressor can be supplied to the upstream of the filter during the filter regeneration control, an excessive temperature rise of the filter can be suppressed.
本発明の第3の内燃機関用過給システムにおいて、前記電動コンプレッサを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられ、該バイパス通路への空気の流入及びその禁止を切り替える切替弁と、前記電動コンプレッサと前記ターボ過給機の前記コンプレッサとの間の前記吸気通路に設けられ、前記ターボ過給機に流入する空気量を調整するスロットル弁と、を更に具備し、前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記フィルタの上流に供給する際に、前記切替弁を閉じるように制御するとともに、前記スロットル弁の開度を絞るように制御してもよい(請求項17)。この場合は、フィルタの上流へ空気を供給するに際し、吸気通路内の空気は実質的に全て電動コンプレッサに導かれて圧縮される。しかも、電動コンプレッサにより圧縮された空気の多くは空気通路を介してフィルタの上流に導かれることになる。従って、圧縮された空気を的確にフィルタの上流に供給することができる。 In the third supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, a bypass passage that bypasses the electric compressor, a switching valve that is provided in the bypass passage and switches between inflow and prohibition of air into the bypass passage, the electric motor A throttle valve that is provided in the intake passage between the compressor and the compressor of the turbocharger and adjusts the amount of air flowing into the turbocharger, and the air supply control means includes: When the air downstream of the electric compressor is supplied to the upstream of the filter, the switching valve may be controlled to be closed and the opening of the throttle valve may be controlled to be throttled (Claim 17). In this case, when air is supplied to the upstream side of the filter, substantially all the air in the intake passage is guided to the electric compressor and compressed. Moreover, much of the air compressed by the electric compressor is guided upstream of the filter through the air passage. Therefore, the compressed air can be accurately supplied upstream of the filter.
また、本発明の第3の内燃機関用過給システムにおいて、前記フィルタの上流への空気供給は、前記電動コンプレッサによる前記過給のアシストに優先して開始してもよい(請求項18)。フィルタの過剰な温度上昇はフィルタの故障につながるためである。従って、前記電動コンプレッサによる前記過給のアシスト中に前記フィルタ再生開始時期になった場合には、そのアシストを中断し、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記フィルタの上流に供給するように前記流量調整弁を制御することが好ましい(請求項19)。 Further, in the third supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, the air supply to the upstream side of the filter may be started in preference to the supercharging assist by the electric compressor. This is because an excessive temperature rise of the filter leads to a failure of the filter. Therefore, when the filter regeneration start time comes during the supercharging assist by the electric compressor, the assist is interrupted, and the flow rate is set so that air downstream of the electric compressor is supplied upstream of the filter. It is preferable to control the regulating valve (claim 19).
また、本発明の第3の内燃機関用過給システムにおいて、前記空気供給制御手段は、前記フィルタの再生中であっても前記電動コンプレッサによる前記過給のアシストの要求があり、かつ該アシストを行う余力があるときには、該電動コンプレッサの下流の空気を、前記フィルタの上流に供給するように前記流量調整弁を制御するとともに、該アシストを行うように前記スロットル弁を開弁状態に制御してもよい(請求項20)。この態様によれば、過給アシスト及びフィルタ上流への空気供給の両者を同時に行うことができ、電動コンプレッサの能力を十分に利用することができる。 Further, in the third supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, the air supply control means has a request for assisting the supercharging by the electric compressor even during regeneration of the filter, and the assist is provided. When there is remaining capacity to perform, the flow control valve is controlled to supply the air downstream of the electric compressor to the upstream of the filter, and the throttle valve is controlled to be opened to perform the assist. (Claim 20). According to this aspect, both the supercharging assist and the air supply to the upstream side of the filter can be performed simultaneously, and the capacity of the electric compressor can be fully utilized.
以上説明したように本発明によれば、広い範囲で電動コンプレッサ利用することができ、なおかつ排気エミッションの悪化を抑制可能な内燃機関用過給システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a supercharging system for an internal combustion engine that can be used in an electric compressor in a wide range and can suppress deterioration of exhaust emission.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る内燃機関用過給システムを図1〜図4を参照しながら説明する。図1は本実施形態の全体構成を示す概略図である。本過給システムは内燃機関としてのディーゼルエンジン1(以下エンジンと称することがある)に適用される。エンジン1は、吸気通路としての吸気管2と排気通路としての排気管3とを備えている。排気管3内には、排気エミッションを低減するために排気浄化触媒4が設けられている。排気浄化触媒4として、排気ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)を浄化する酸化触媒や、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を浄化する吸蔵還元型のNOx触媒或いは選択還元型のNOx触媒等の種々の触媒を用いることができる。
(First embodiment)
A supercharging system for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the present embodiment. This supercharging system is applied to a diesel engine 1 (hereinafter sometimes referred to as an engine) as an internal combustion engine. The
本過給システムは、ターボ過給機5と、電動コンプレッサ6とを備えている。ターボ過給機5は周知のように吸入した空気を圧縮するコンプレッサ5aとコンプレッサ5aを駆動させるためのタービン5bとを有している。コンプレッサ5aは吸気管2に設けられている。また、タービン5bは上記排気管3に設けられている。ターボ過給機5は、排気管3を流れる排気ガスによってタービン5bを回転してコンプレッサ5aを駆動する。これにより、所望の過給圧を得ることができる。
The supercharging system includes a
一方、電動コンプレッサ6はターボ過給機5の上流側の吸気管2に設けられている。電動コンプレッサ6はその駆動装置として電気モータ6aを備えている。電気モータ6aは図示しない電源に接続されている。電気モータ6aを駆動することにより、電動コンプレッサ6は作動し、吸気管2内の空気を圧縮することができる。
On the other hand, the
ターボ過給機5と電動コンプレッサ6とを作動することにより、所望の過給圧を得ることができる。ターボ過給機5は上述したように排気ガスのエネルギーを利用しているため、所望の過給圧が得られるまでにタイムラグを生じる(いわゆるターボラグ)。特に、低速走行時に急加速が要求された場合に顕著である。そこで、このターボラグを補償し、所望の過給圧が得られるまでターボ過給機をアシストすべく電動コンプレッサ6により過給アシストが行われる。
A desired supercharging pressure can be obtained by operating the
また、本過給システムにおいては、電動コンプレッサ6を迂回するバイパス通路7が設けられている。バイパス通路7の途中には、バイパス通路7への空気の流入及びその禁止を切り替える切替弁としてのバイパス弁8が設けられている。バイパス弁8は電動コンプレッサ6が作動中の場合には基本的に閉弁され、バイパス通路7への空気の流入が禁止される。従って、電動コンプレッサ6の上流側の空気は実質的に全て電動コンプレッサ3に導かれる。一方、電動コンプレッサ6が非作動の場合には基本的に開弁され、バイパス通路7へ空気が導かれる。バイパス弁8はソレノイド等でリニアに駆動してもよいが、開弁及び閉弁を切り替えることができればよい。例えば、このバイパス弁8として、電動コンプレッサ6の下流の圧力と、バイパス通路7の入口の圧力との圧力のバランスで駆動するシャッターバルブを設けてもよい。この場合はバイパス弁8の制御が不要となるので、構造をシンプルにできる。また、このバイパス弁8の下流側の吸気管2にはスロットル弁9が設けられている。スロットル弁9はソレノイド等で全閉状態から全開状態までリニアに駆動され、エンジン1(又はコンプレッサ5a)に導かれる空気流量を調整することができる。
In the supercharging system, a
また、電動コンプレッサ6の下流の吸気管2と排気浄化触媒4の上流の排気管3とは空気通路10にて連結されている。空気通路10は電動コンプレッサ6にて圧縮された空気を排気浄化触媒4の上流へ導くために設けられている。この空気通路10には流量調整弁11が設けられている。流量調整弁11はスロットル弁9と同様にソレノイド等で全閉状態から全開状態までリニアに駆動され、空気通路10に流入する空気量を調整することができる。流量調整弁11は排気浄化触媒4の上流に空気を供給しないときには基本的に閉弁状態とされている。
The
ターボ過給機5のコンプレッサ5aの下流側の吸気管2には、コンプレッサ5aにより圧縮された空気を冷却するためにインタークーラ12が設けられている。これにより過給効率を高めることができる。さらに、上記と同様の理由から電動コンプレッサ6とターボ過給機5のコンプレッサ5aの間の吸気管2にインタークーラ13が設けられている。このインタークーラ13を設けることにより、更なる過給効率の向上を図ることができるが、常に設ける必要はない。また、電動コンプレッサ6の上流側の吸気管2には吸入空気の異物を除去するエアクリーナ14が設けられている。
An
また、電気モータ6aは発熱するため冷却することが好ましい。この場合、空冷では冷え難くく電動コンプレッサ3の作動時間が限定されるおそれがある。そこで、例えば電気モータ6aの周囲を、図示しないラジエータにより冷却水を循環させる冷却システムを採用してもよい。このラジエターはエンジン1に用いられるものと兼用してもよいが、エンジン1の冷却水は温度が高いので電動コンプレッサ6のために別途用意したほうがなお好ましい。この場合の冷却水の温度は30℃程度がよい。さらに、このラジエータをターボ過給機5の冷却に用いることもできる。このように構成すれば、重大な問題となるコーキング対策として非常に有効である。
The
以上の構成により、電動コンプレッサ6を作動させて過給アシストを行うときには、エアクリーナ14を通過した吸入空気は、電動コンプレッサ6にて圧縮された後、ターボ過給機5のコンプレッサ5aに導かれて更に圧縮されて所望の過給圧によりエンジン1に導かれる。一方、排気浄化触媒4へ空気を供給するときには、原則としてスロットル弁9の開度を絞るとともに流量調整弁11を開くことにより、電動コンプレッサ6により加圧された空気が空気通路10を通り、排気浄化触媒4の上流に供給される。これにより、排気浄化触媒4に導かれる排気ガスの空燃比がリッチになりすぎることを抑えることができるので、排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の酸化が促進され排気エミッションの悪化が抑制される。
With the above configuration, when supercharging assistance is performed by operating the
図1に示したように、本実施形態の過給システムは主にエンジン1の燃料噴射量等を制御するエンジンコントロールユニット(ECU)15により制御される。ECU15はマイクロプロセッサ、ROM及びRAM等の周辺機器を備えたコンピュータユニットとして構成されている。ECU15は後述する各種センサの入力情報に基づいて、電動コンプレッサ6、バイパス弁8、スロットル弁9、及び流量調整弁11をそれぞれ制御する。
As shown in FIG. 1, the supercharging system of this embodiment is mainly controlled by an engine control unit (ECU) 15 that controls the fuel injection amount of the
図1に示したように、本実施形態に係る過給システムは、アクセルの開度及びその変化量を検出するアクセル開度センサ20、機関回転数を検知する回転数センサ21、エンジン1の図示しない吸気マニホールド内に設けられ、吸気管2内の圧力(過給圧)を検出する過給圧センサ22、ターボ過給機5の回転数を検出するターボ回転数センサ23、電動コンプレッサ6の入口近傍に設けられ、電動コンプレッサ6へ吸入する空気の圧力を検出する圧力センサ24、電動コンプレッサ6の下流の吸気管2の圧力を検出する圧力センサ25、吸気管2内に流入する空気の質量流量を検出するエアフロメータ26、排気浄化触媒4に設けられ、排気浄化触媒4の触媒床温を検出する温度センサ27、ターボ過給機5のタービン5bと排気浄化触媒4の間の排気管3に設けられ、排気浄化触媒4の上流の排気ガスの圧力を検出する圧力センサ28、排気管3に設けられ、排気空燃比を検出するA/Fセンサ29、をそれぞれ備えている。これらの各種センサは、以下に説明する制御態様に応じて適宜に利用される。なお、これらの各種センサは検出対象となる物理量そのものを検出するセンサでも良いし、この物理量を推定するものでも良い。
As shown in FIG. 1, the supercharging system according to the present embodiment includes an
図2は、本実施形態に係る過給システムの制御ルーチンの概要を示したフローチャートである。本制御ルーチンはECU15のROM等に格納されたプログラムに従って所定間隔で繰り返し実行される。本制御ルーチンをECU15に実行させることにより、ECU15は、空気供給制御手段として機能する。
FIG. 2 is a flowchart showing an outline of a control routine of the supercharging system according to the present embodiment. This control routine is repeatedly executed at predetermined intervals according to a program stored in the ROM of the
図2に示したように、ECU15は、まずステップS1において電動コンプレッサ6が非作動(OFF)状態にあるか否かを判定する。ステップS1において電動コンプレッサ6が非作動状態であると肯定判定されたときは、ECU15はステップS2に処理を進める。一方、ステップS1において否定判定されたときは、処理をステップS6に進める。ステップS6以降の処理は追って説明する。
As shown in FIG. 2, the
ステップS2においては、ECU15は過給アシスト開始条件が成立しているか否かを判定する。この過給アシスト開始条件の成否は、加速要求の程度を考慮して判断される。例えば、アクセル開度センサ20(図1参照)の出力値を参照してアクセル開度が所定の閾値を超えた場合には、過給アシスト開始条件の成立を肯定するようにしてもよい。また、アクセル開度及び機関回転数を考慮して推定された要求燃料噴射量に基づいてこの作動開始条件の成否を判定してもよい。機関回転数は回転数センサ21(図1参照)の出力値を参照して取得することができる。このステップS2において、過給アシスト開始条件が成立していない場合には、ECU15は処理をステップS3に進め、排気浄化触媒4へ空気を供給すべき条件(空気供給条件)が成立しているか否かを判定する。一方、ステップS2において肯定判定されたときは処理をステップS11に進める。ステップS11以降の処理は追って説明する。
In step S2, the
ステップS3に示した判定処理は、排気浄化触媒4へ空気を供給する必要があるか否かを主要な判断基準とする。例えば図3又は図4に示した処理を実行することにより行うことができる。図3に示したように、まずECU15はステップS301にて温度センサ27(図1参照)の出力値を参照して排気浄化触媒4の触媒床温の値を取得する。次に、ステップS302にてA/Fセンサ29(図1参照)の出力値を参照して排気空燃比を取得する。続いて、ECU15はステップS303において、ステップS301で取得した触媒床温が触媒活性開始温度以上であるかを判定する。触媒活性開始温度は排気浄化触媒4に固有のものであり、排気ガスの浄化作用を発揮し始める温度である。このステップS303において触媒活性開始温度以上でない場合は、排気浄化触媒4に空気を供給しても有効でないため空気供給条件の成立が否定される(ステップS307)。
The determination process shown in step S3 is based on whether or not it is necessary to supply air to the
一方、触媒床温が触媒活性開始温度以上であるときには、ECU15は処理をステップS304に進め、過給アシスト直後であるか否かを判定する。図2からも明らかなように、本実施の形態では、過給アシストの開始条件が成立しているときには、過給アシストを優先し、過給アシスト中は原則として排気浄化触媒4へ空気供給を実行しない。但し、過給アシスト中は排気空燃比がリッチになり炭化水素(HC)等が排気浄化触媒4に溜まりやすい状態となる。そこで、過給アシスト中に溜まった炭化水素(HC)等を酸化させるため、ステップS304にて過給アシスト終了直後と判定された場合には、ステップS305をスキップして排気空燃比によらず、空気供給条件の成立を肯定し(ステップS306)、排気浄化触媒4の上流に空気を供給する(図2のステップS4及びS5、詳細は後述する)。一方、ステップS304にて過給アシスト直後でないと否定判定された場合には、ECU15はステップS305に進め、ステップS302にて取得した排気空燃比がリッチになっているか否かを判定する。ステップS305にて肯定判定され、排気空燃比がリッチときには排気エミッションの悪化を抑制する必要があるので、空気供給条件の成立を肯定する(ステップS306)。一方、ステップS305にて否定判定されたときは、排気浄化触媒4の上流に空気を供給する必要がないので、空気供給条件の成立を否定する。
On the other hand, when the catalyst bed temperature is equal to or higher than the catalyst activation start temperature, the
以上説明した空気供給条件の判定処理の代わりに図4に示した判定処理を実施してもよい。この処理は、電動コンプレッサ6の下流の圧力と排気浄化触媒4の上流の圧力を考慮して空気供給条件の成否を判定するものである。なお、図3に示した処理と同一のステップについては同一の符号を付して重複する説明を省略する。
Instead of the air supply condition determination process described above, the determination process illustrated in FIG. 4 may be performed. This process determines the success or failure of the air supply condition in consideration of the pressure downstream of the
図4に示したように、ECU15は、ステップS308において、圧力センサ25(図1参照)の出力値を参照して電動コンプレッサ6の下流の圧力を取得する。続くステップS309にて圧力センサ28(図1参照)の出力値を参照して排気浄化触媒4の上流の圧力を取得する。なお、ステップS308及びステップS309においては、圧力センサ25、28により各圧力を取得したが、これらの圧力を他の物理量から推定或いは算出してもよい。例えば、電動コンプレッサ6の回転数と吸入空気量に基づいて電動コンプレッサ6の下流の圧力を求めることができる。この場合、電動コンプレッサ6の回転数は電気モータ6aより取得し、吸入空気量はエアフローメータ26(図1参照)より取得すればよい。また、エンジン1の回転数と吸入空気量に基づいて排気浄化触媒4の上流の圧力を求めることができる。この場合、エンジン1の回転数は回転数センサ21(図1参照)から取得し、吸入空気量は上記と同様にエアフローメータ26から取得すればよい。
As shown in FIG. 4, the
そして、ECU15はステップS310において電動コンプレッサ6の下流の圧力が排気浄化触媒4の上流の圧力よりも高いか否かを判定する。ステップS310において電動コンプレッサ6の下流の圧力が排気浄化触媒4の上流の圧力よりも高いと肯定判定されたときは、空気供給条件の成立が肯定される。一方、ステップS310において否定判定されたときは、空気供給条件の成立が否定される。図4に示した処理においては、電動コンプレッサ6の下流の圧力が排気浄化触媒4の上流の圧力よりも高いときに空気供給条件の成立が肯定されるので(ステップS306)、流量調整弁11を開いたときに排気ガスが吸気管2に逆流することを防止することができる。
In step S310, the
説明を図2に戻し、本過給システムの制御ルーチンの説明を続ける。図2に示したように、ステップS3において空気供給条件が成立していないと否定判定されたときは、今回のルーチンを一旦終了する。一方、ステップS3において肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS4に進め、電気モータ6aに電圧を印可して電動コンプレッサ6を作動させるとともに、バイパス弁8を閉じてバイパス通路7への空気の流入を禁止する(電動コンプレッサ作動制御)。この場合、電動コンプレッサ6の出力の制御は過給アシストを行う場合の目標圧力と異なる目標圧力を設定してフィードバック制御することが好ましい。電動コンプレッサ6を用いる目的が過給アシストの場合と相違するためである。例えば、排気浄化触媒4の上流の圧力を監視して、この圧力よりも電動コンプレッサ6の下流の圧力が高くなるように目標圧力を設定して出力制御を行うとよい。このように制御すれば、電動コンプレッサ6の運転が効率的なものとなり燃費悪化を抑制することができる。
Returning to FIG. 2, the description of the control routine of the supercharging system will be continued. As shown in FIG. 2, when it is determined negative in step S3 that the air supply condition is not satisfied, the current routine is temporarily terminated. On the other hand, when an affirmative determination is made in step S3, the
続くステップS5においては、スロットル弁9の開度を絞るとともに(スロットル弁絞り制御)、流量調整弁11を全閉状態から開くように制御する(調整弁開制御)。スロットル弁9の開度はエンジン1の抵抗にならず、かつ排気浄化触媒4の上流に適度な空気供給が行われる程度にする。これにより、排気浄化触媒4の上流に電動コンプレッサ6の下流の空気が供給され、排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の酸化が促進され排気エミッションの悪化を抑制することができる。
In the subsequent step S5, the
次に上記ステップS1において否定判定された場合の処理について説明する。ステップS1において否定判定されたときは電動コンプレッサ6が作動状態にあるので、ECU15は、続くステップS6においてこの作動が過給アシスト(加速要求)による作動であるか否かを判定する。ステップS6にて否定判定されたときは、排気浄化触媒4への空気供給が行われていることになるので、ECU15は処理をステップS7に進め、空気供給を停止すべき条件(空気供給停止条件)が成立しているか否かを判定する。空気供給停止条件は、空気供給が不要となる条件を適宜に定めればよい。例えば、排気空燃比がリーンになったことを条件に空気供給停止条件の成立を肯定することができる。ステップS7において否定判定され空気供給を停止すべきでないときは、今回のルーチンを一旦終了し排気浄化触媒4の上流へ空気供給を続行する。一方、ステップS7において肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS8へ進め、電気モータ6aへの電力の供給を停止して電動コンプレッサ6を非作動にするとともに、バイパス弁8を開き、バイパス通路7に空気が流入するように制御する(電動コンプレッサ非作動制御)。電動コンプレッサ6を非作動とするときには、これを迂回してバイパス通路7に吸入空気を導くことができるので、電動コンプレッサ6が吸気抵抗となることを防止することができる。
Next, processing when a negative determination is made in step S1 will be described. When a negative determination is made in step S1, the
上記ステップS6において肯定判定されたときは、過給アシストの実行中であることが分かる。そこで、ECU15は続くステップS9において、電動コンプレッサ6の非作動条件が成立しているか否か、即ち過給アシストを停止すべきか否かを判定する。例えば、ターボ過給機5の過回転を招くような過剰アシストが行われているか、又は電動コンプレッサ6がチョークするおそれがあるか等の判定基準を設け、この基準を満たしているか否かにより非作動条件の成否を判定する。この場合、ターボ過給機5の過回転を防止する観点から、ターボ回転数センサ23(図1参照)よりターボ過給機5の回転数を監視して、所定の閾値を超えることにより非作動条件の成立を肯定してもよい。また、電動コンプレッサ6のチョークの発生を防止する観点から、電動コンプレッサ6の上流と下流の圧力をそれぞれ取得し、これらの圧力差が所定の閾値以下になっていることにより非作動条件の成立を肯定してもよい。これら上流及び下流の圧力は、圧力センサ24及び25(図1参照)によりそれぞれ取得することができる。
When an affirmative determination is made in step S6, it is understood that supercharging assist is being executed. Therefore, in the subsequent step S9, the
このステップS9において非作動条件が成立し肯定判定されたときは、ECU15は続くステップS10にて、上述したステップS8と同様に電気モータ6aへの電力の供給を停止して電動コンプレッサ6を非作動にするとともに、バイパス弁8を開き、バイパス通路7に空気が流入するように制御する(電動コンプレッサ非作動制御)。一方、ステップS9にて否定判定されたときは、今回のルーチンを一旦終了し過給アシストを続行する。
When the non-operation condition is established in step S9 and an affirmative determination is made, the
次に上記ステップS2において肯定判定された場合の処理について説明する。ステップS2において肯定判定されたときは過給アシストが要求されているので、ECU15は処理をステップS11に進め、電気モータ6aに電圧を印可して電動コンプレッサ6を作動させるとともに、バイパス弁8を閉じてバイパス通路7への空気の流入を禁止する(電動コンプレッサ作動制御)。この場合、電動コンプレッサ6の出力の制御は、機関回転数と燃料噴射量から目標となる過給圧力を予めたマップをECU15のROMに記憶しておき、現在の機関回転数と燃料噴射量から目標となる過給圧力を特定し、これを目標圧力としてフィードバック制御すればよい。機関回転数と過給圧力の値は、回転数センサ21及び圧力センサ22(図1参照)により取得することができる。燃料噴射量は、アクセル開度センサ20(図1参照)の値と機関回転数から推定することができる。これにより過給アシストが実行される。
Next, the process when an affirmative determination is made in step S2 will be described. When an affirmative determination is made in step S2, supercharging assist is requested, so the
次に、ECU15は、ステップS12において、排気浄化触媒4の上流に空気を供給できる余力が電動コンプレッサ6にあるか否かを判定する。本実施形態においては、過給アシスト中であっても、電動コンプレッサ6に空気を供給できる余力がある場合には、例外として排気浄化触媒4の上流に空気供給を行う。この判定は、例えば電動コンプレッサ6の上流と下流の圧力を監視してこれらの圧力差が所定値以上であるか否かにより判定することができる。これらの圧力は圧力センサ24、25(図1参照)により取得することができる。また、この所定値は、電動コンプレッサ6がチョークすることなく過給アシスト及び排気浄化触媒4への空気供給の両者を行うことができる圧力差の許容範囲の下限値として定めておけばよい。
Next, in step S <b> 12, the
ステップS12において、電動コンプレッサに上記余力があると肯定判定されたときには、ECU15は処理をステップS13に進め、空気供給条件の成否を判定する。この空気供給条件は上述したステップS3(図3及び図4)と同一としてもよいし、他の条件としてもよい。一方、ステップS12において、上記余力がないと否定判定されたときは、今回のルーチンを一旦終了し、過給アシストを続行する。ステップS13において空気供給条件の成立が肯定されたときは、ECU15は処理をステップS14に進め、流量調整弁11を全閉状態から開くように制御して、今回のルーチンを一旦終了する。この場合、流量調整弁11の開度は、過給アシスト中であることを考慮して全開とはせず、電動コンプレッサ6の下流の圧力が所定圧力以下にならないように開度制御を行うことが好ましい。このように制御すれば、過給アシストと排気浄化触媒への空気供給とをバランスよく実施することができる。一方、ステップS13において空気供給条件の成立が否定されたときは、排気浄化触媒4へ空気供給を行う必要がないので、今回のルーチンを一旦終了し、過給アシストを続行する。
In step S12, when an affirmative determination is made that the electric compressor has the remaining capacity, the
以上説明したように本実施形態に係る過給システムによれば、電動コンプレッサ6により圧縮された空気を排気浄化触媒4の上流に供給して、排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の酸化促進を図ることができるので、排気エミッションの悪化を抑制することができる。しかも、当該空気の供給は、電動コンプレッサ6の作動状況に応じて過給アシストと切り替えて行われるので、広い範囲で電動コンプレッサ6を利用することができる。
As described above, according to the supercharging system according to the present embodiment, the air compressed by the
(第2実施形態)
次に本発明の第2実施形態に係る内燃機関用過給システムについて、図5〜図8を参照しながら説明する。図5は本実施形態の全体構成を示した概略図である。この図に示したように、本実施形態の主要な構成は図1に示した第1実施形態と同一である。第1実施形態との構成上の相違点は、(1)図1に示した排気浄化触媒4として酸化触媒16を配置し、その上流側の排気管3に吸蔵還元型のNOx触媒17(以下、NOx触媒という。)を配置した点、(2)排気管3と空気通路10の接続箇所をNOx触媒17と酸化触媒16の間に配置した点、(3)NOx触媒17の触媒床温を検出する温度センサ30を設けた点である。その他の構成は第1実施形態と同一であるので第1実施形態と同一の符号を付して重複する説明は省略する。
(Second Embodiment)
Next, an internal combustion engine supercharging system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic diagram showing the overall configuration of the present embodiment. As shown in this figure, the main configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The difference in configuration from the first embodiment is that (1) an
上記酸化触媒16は、周知のように排気ガス中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)等の物質を酸化除去し排気エミッションを低減する機能を有する。酸化触媒16の形式は特に問わないが、本実施形態では白金系の酸化触媒を用いている。また、上記NOx触媒17は、排気空燃比がリーンのときは窒素酸化物(NOx)を吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したNOxを放出し窒素(N2)に還元するいわゆる吸蔵還元型の触媒である。一般に、このようなNOx触媒を搭載した内燃機関の運転を継続すると、燃料中に含まれる硫黄化合物が燃焼過程で硫黄酸化物(SOx)となり、NOx触媒の吸蔵材に対して硫酸塩を形成してNOx触媒の性能低下を引き起こす。このような現象を硫黄被毒といい、この硫黄被毒が進行するとNOx触媒のNOx浄化性能が劣化し、排気エミッションが悪化する。このため、硫黄被毒を解消しNOx触媒の性能を回復させる硫黄被毒再生制御が行われる。
As is well known, the
硫黄被毒再生制御は、NOx触媒を昇温するとともに、排気空燃比を所定時間リッチに制御することにより、NOx触媒の吸蔵材の硫酸塩を分解して硫黄成分を放出させるものである。しかし、この硫黄被毒再生制御を実行すると、空燃比をリッチに制御する関係からNOx触媒から放出した硫黄成分が硫化水素(H2S)に変化して、悪臭及び白煙が大気に放出されるおそれがある。そこで、本実施形態では、上記排気空燃比のリッチ制御に同期してNOx触媒17と酸化触媒16の間に電動コンプレッサ6の下流の空気を供給し、NOx触媒17の下流の排気空燃比をリーンにすることにより、H2SからSOxに変換して悪臭及び白煙の放出を抑制している。以下、本実施形態に係る制御について詳述する。
In the sulfur poisoning regeneration control, the temperature of the NOx catalyst is raised, and the exhaust air-fuel ratio is controlled to be rich for a predetermined time, whereby the sulfate of the storage material of the NOx catalyst is decomposed to release the sulfur component. However, when this sulfur poisoning regeneration control is executed, the sulfur component released from the NOx catalyst is changed to hydrogen sulfide (H 2 S) due to the rich control of the air-fuel ratio, and malodor and white smoke are released to the atmosphere. There is a risk. Therefore, in this embodiment, air downstream of the
図6は硫黄被毒再生制御の制御ルーチンの概要を示したフローチャートである。本実施形態に係るエンジン1は硫黄被毒再生制御を行うため、本制御ルーチンが所定間隔で繰り返し実行される。本ルーチンはECU15により行われる。本ルーチンをECU15が実行することによりECU15は硫黄被毒再生制御手段として機能する。即ち、ECU15は、図6に示したように、まずステップS21において硫黄被毒再生時期であるか否かを判定する。この硫黄被毒再生時期は、エンジン1の運転時間や燃料噴射量の積算値等からNOx触媒17の硫黄被毒状況を推定することにより特定することができる。このステップS21で硫黄被毒再生時期であると肯定判定された場合は、ECU15は処理をステップS22に進め、再生実行フラグF1をセットする。この再生実行フラグF1は、ECU15のRAMに予め割り当てられた領域を意味し、この領域の値を1にする。ECU15がこの再生実行フラグF1を参照することにより、硫黄被毒再生の実行中であるか否かを特定することができる。なお、以下の説明では、このようにRAMへ予め割り当てた領域の値を1にすることをフラグをセットするといい、0にすることをフラグをクリアするということとする。一方、ステップS21において否定判定されたときは、硫黄被毒再生を行う必要がないため今回のルーチンを一旦終了する。
FIG. 6 is a flowchart showing an outline of a control routine of sulfur poisoning regeneration control. Since the
続くステップS23では、ECU15は電動コンプレッサ6による過給アシストが実行中であるか否かを判定する。本実施形態では、原則として過給アシストの開始よりも硫黄被毒再生時の空気供給の開始を優先するが、既に過給アシストが開始されているときにはその過給アシストが終了するまでは硫黄被毒再生制御及び空気供給を行わないように制御する。従って、ステップS23で過給アシスト中であると肯定判定されたときは今回のルーチンを一旦終了する。一方、ステップS23で過給アシスト中でないと否定判定されたときは、ECU15は処理をステップS24に進め、NOx触媒17の触媒床温を所定温度以上に昇温する。触媒床温の監視はNOx触媒17に設けられた温度センサ30(図5参照)の出力値を参照して行う。NOx触媒17を昇温するためには、エンジン1の運転状態を変化させて排気ガスの温度を上昇させればよい。また、この所定温度はNOx触媒17の吸蔵材の硫酸塩を分解するのに適した温度範囲の下限値として定めておく。
In continuing step S23, ECU15 determines whether the supercharging assistance by the
そして、ECU15は、続くステップS25において、リッチ制御フラグF2をセットし(F2=1)、次のステップS26において、一時的に排気空燃比をリッチに制御する(リッチ制御)。リッチ制御フラグF2は、後述するように、排気空燃比のリッチ制御と空気供給とを同期させるために利用されるものである。排気空燃比のリッチ制御は、燃料噴射時期を遅角させて行うことができる。リッチ制御の一回の実行時間は、適宜に定めればよいが本実施形態では10秒程度としている。リッチ制御が終了したときは、ECU15は続くステップS27において、リッチ制御フラグF2をクリアする(F2=0)。続くステップS28においては、ECU15はエンジン1の運転状態を通常制御に戻し、リッチ制御を所定時間休止する。この所定時間は適宜に定めればよいが、本実施形態では30秒程度としている。
In step S25, the
次に、ECU15はステップS29において、硫黄被毒再生制御の終了を判定する。終了判定はリッチ制御の実行回数が予め定めた所定回数に達すること等に基づいて行う。ステップS29で否定判定されたときは、ECU15は処理をステップS24に戻し、ステップS24からステップS28までの処理をステップS29で肯定判定されるまで繰り返し実行する。ステップS29で肯定判定されたときは、ECU15は次のステップS30で再生実行フラグF1をクリアして(F1=0)、今回のルーチンを終える。
Next, in step S29, the
本実施形態に係る硫黄被毒再生制御は以上の通りであるが、本実施形態においては、以下に説明する処理を実行することにより、上記リッチ制御と空気供給とを同期させている。図7及び図8は、本実施形態に係る過給システムの制御ルーチンの概要を示したフローチャートである。本制御ルーチンはECU15のROM等に格納されたプログラムに従って所定間隔で繰り返し実行される。ECU15が本制御ルーチンを実行することにより、ECU15は電動コンプレッサ制御手段及び空気供給制御手段としてそれぞれ機能する。
Although the sulfur poisoning regeneration control according to the present embodiment is as described above, in the present embodiment, the rich control and the air supply are synchronized by executing the processing described below. 7 and 8 are flowcharts showing an outline of a control routine of the supercharging system according to the present embodiment. This control routine is repeatedly executed at predetermined intervals according to a program stored in the ROM of the
図7及び図8に示したように、ECU15は、まずステップS31において電動コンプレッサ6が非作動(OFF)状態にあるか否かを判定する。ステップS31において電動コンプレッサ6が非作動状態であると肯定判定されたときは、ECU15はステップS32に処理を進め、再生実行フラグF1がセットされているか否かを判定する。一方、ステップS31で否定判定されたときは、ステップS39に処理を進める。ステップS39以降の処理は後述する。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
ステップS32において肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS33に進め、リッチ制御フラグF2がセット(F2=1)されているか否かを判定する。ステップS33でリッチ制御フラグF2がセットされていないときはECU15は処理をステップS32に戻す。ステップS32及びステップS33を実行することにより、リッチ制御の開始時点を特定することができる。一方、ステップS32において否定判定されたときは処理をステップS44に進める。ステップS44以降の処理は追って説明する。
When an affirmative determination is made in step S32, the
ステップS33で肯定判定されたときは、再生実行フラグF1及びリッチ制御フラグF2がともにセットされていることになる。そこで、ECU15はNOx触媒17と酸化触媒16の間の排気管3に電動コンプレッサ6の下流の空気をリッチ制御に同期させて供給するため、以下のステップS34からステップS38に示された処理を実行する。
When an affirmative determination is made in step S33, both the regeneration execution flag F1 and the rich control flag F2 are set. Therefore, the
まず、ECU15はステップS34において、電動コンプレッサ作動制御を実施する。これは上述した第1実施形態に係るステップS4(図2)と同一の制御である。即ち、電気モータ6a(図1参照)に電圧を印可して電動コンプレッサ6を作動させるとともに、バイパス弁8(図1参照)を閉じてバイパス通路7への空気の流入を禁止する。次にECU15は、ステップS35において過給アシスト開始条件の成否を判定する。この判定処理は、後述する過給アシストと空気供給とを同時に行う処理(ステップS37及びS38)のために設けられたものである。ステップS35において、過給アシスト開始条件の成立が否定されたとき(NO)は、ECU15は処理をステップS36に進め、スロットル弁絞り制御及び調整弁開制御を実行し、今回のルーチンを一旦終了する。これらの制御は上記第1実施形態に係る制御(図2ステップS5)と同一の制御である。
First, in step S34, the
一方、ステップS35において過給アシスト開始条件の成立が肯定されたときは、ECU15は処理をステップS37に進め、電動コンプレッサ6に過給アシストを行う余力があるか否かを判定する。この判定処理は、上述した第1実施形態の場合と同様の基準で行えばよい。即ち、この判定は、例えば電動コンプレッサ6の上流と下流の圧力を監視してこれらの圧力差が所定値以上であるか否かにより判定することができる。これらの圧力は圧力センサ24、25(図1参照)により取得することができる。また、この所定値は、電動コンプレッサ6がチョークすることなく過給アシスト及びNOx触媒17と酸化触媒16の間の排気管3への空気供給の両者を行うことができる圧力差の許容範囲の下限値として定めておけばよい。このステップS37で当該余力があると肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS38へ進め、調整弁開制御を実行する。この場合はスロットル弁9の開度を絞る制御(スロットル弁絞り制御)を行わず、スロットル弁9の制御は通常制御とする。一方、ステップS37で当該余力がないと否定判定されたときは、ECU15は処理をステップS36に進め、上記スロットル弁絞り制御及び調整弁開制御を実行する。
On the other hand, when the establishment of the supercharging assist start condition is affirmed in step S35, the
以上のステップS34からステップS38を実行することにより、NOx触媒17と酸化触媒16の間の排気管3に電動コンプレッサ6の下流の空気をリッチ制御に同期させて供給することができる。もっとも、リッチ制御と空気供給との同期をより的確に実行するため、電動コンプレッサ6からNOx触媒17と酸化触媒16の間の排気管3への空気供給の遅れを見込んで上記電動コンプレッサ作動制御、上記調整弁開制御を行うことが望ましい。例えば、当該空気供給の遅れは、電動コンプレッサ6の作動及び流量調整弁11の開弁の開始から排気管3へ空気が到達する時間と、上記リッチ制御の開始から排気空燃比がリッチになるまでの時間とを計算により或いは実験的に求めておき、これらの差分から推定することができる。そして、当該空気供給の遅れを見込んで上記電動コンプレッサ作動制御及び上記調整弁開制御の開始時期をシフトしてこれらの制御を行うことにより、空気供給とリッチ制御との同期をより的確なものとすることができる。
By executing the above steps S34 to S38, the air downstream of the
次に、上記ステップS31において否定判定された場合の処理について説明する。ステップ31で否定判定された場合には、ECU15はステップS39〜ステップS43の処理を実行する。これらの処理は原則として上記第1実施形態に係るステップS6〜ステップS10(図2)にそれぞれ対応するので、重複した説明を省略する。但し、ステップS40の空気供給停止条件の成否の判断については、第1実施形態に係るステップS7(図2)の判断基準に代えて又はこれに加え、空気供給の実行時間が所定時間経過後であることを条件として、空気供給停止条件の成立を肯定してもよい。これにより過剰な空気供給を抑制できる。この所定時間はNOx触媒17と酸化触媒16の間の排気管3への空気供給が過剰となる実行時間の閾値として定めておけばよい。
Next, processing when a negative determination is made in step S31 will be described. If a negative determination is made in
次に、上記ステップS32において否定判定された場合の処理について説明する。ステップS32において否定判定されたときは、硫黄被毒再生制御の実行中でないため、ECU15は処理をステップS44に進め、過給アシスト開始条件が成立しているか否かを判定する。これにより、本実施形態においては、過給アシストの開始よりも硫黄被毒再生制御の開始が優先されることになる。ステップS44において過給アシスト条件の成立が肯定されるときは、ECU15はステップS45に処理を進め、上記電動コンプレッサ作動制御を実行する。これは上記第1実施形態に係るステップS11(図2)と同一の制御である。
Next, processing when a negative determination is made in step S32 will be described. If a negative determination is made in step S32, since the sulfur poisoning regeneration control is not being executed, the
以上説明したように第2実施形態に係る過給システムによれば、排気空燃比のリッチ制御に同期させてNOx触媒17と酸化触媒16の間の排気管3に電動コンプレッサ6の下流の空気を供給しNOx触媒17の下流の排気空燃比をリーンにすることができるので、硫黄被毒再生により生じたH2SをSOxに変換して悪臭及び白煙の放出を抑制することができる。
As described above, according to the supercharging system according to the second embodiment, the air downstream of the
(第3実施形態)
次に本発明の第3実施形態に係る内燃機関用過給システムについて、図9〜図12を参照しながら説明する。図9は本実施形態の全体構成を示した概略図である。この図に示したように、本実施形態の主要な構成は図1に示した第1実施形態と同一である。第1実施形態との構成上の相違点は、(1)図1に示した排気浄化触媒4として酸化触媒16を配置し、その上流側の排気管3に排気ガス中の粒子状物質(パティキュレート)を捕集するフィルタ18を配置した点、(2)排気管3と空気通路10の接続箇所をフィルタ18の上流側の排気管3に配置した点、(3)フィルタ18の温度を検出する温度センサ31を設けた点である。その他の構成は第1実施形態と同一であるので第1実施形態と同一の符号を付して重複する説明は省略する。また、第2実施形態と同一構成についても同一の符号を付して重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, an internal combustion engine supercharging system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 9 is a schematic diagram showing the overall configuration of the present embodiment. As shown in this figure, the main configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. The difference from the first embodiment is that (1) an
上記フィルタ18は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を削減するために、内燃機関に搭載されるものであり、排気ガス中の粒子状物質を捕集する機能を有する。このフィルタ18の形式は特に問わないが、例えば、多数のセルが形成されたハニカム状のフィルタであって、これらのセルを区画する隔壁の材質として、排気ガスの通過を許容するが粒子状物質の通過を禁止する材質を採用したものを用いることができる。また、フィルタ18として、粒子状物質を捕集可能なフィルタにNOx吸着剤を付加し、粒子状物質とNOxの同時削減を可能とするものを採用してもよい。
The
一般に、このようなフィルタを搭載した内燃機関の運転を継続すると、フィルタによって捕集された粒子状物質が次第に堆積し、ついには捕集能力を超えてフィルタの機能が低下する。このため、フィルタに堆積した粒子状物質をフィルタの温度を昇温させることにより酸化させ、フィルタの機能を回復させるフィルタ再生制御が行われる。しかし、このフィルタ再生制御は排気ガスの温度を高温に制御してフィルタの温度を上昇させるものであるため、必要以上に温度が上昇してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、フィルタ温度の過剰な温度上昇を抑制するために、フィルタ再生中に電動コンプレッサ6の下流の空気をフィルタ18の上流に供給することにより、フィルタ18の過剰な温度上昇を抑制している。以下、本実施形態に係る制御について詳述する。
In general, when the operation of an internal combustion engine equipped with such a filter is continued, the particulate matter collected by the filter gradually accumulates, eventually exceeding the collection capability and the function of the filter is lowered. For this reason, particulate regeneration deposited on the filter is oxidized by raising the temperature of the filter, and filter regeneration control is performed to restore the function of the filter. However, since this filter regeneration control is to increase the temperature of the filter by controlling the temperature of the exhaust gas to a high temperature, the temperature may increase more than necessary. Therefore, in this embodiment, in order to suppress an excessive temperature rise of the filter temperature, the air downstream of the
図10はフィルタ再生制御の制御ルーチンの概要を示したフローチャートである。本実施形態に係るエンジン1はフィルタ再生制御を行うため、本制御ルーチンが所定間隔で繰り返し実行される。本ルーチンはECU15により行われる。本ルーチンをECU15が実行することによりECU15はフィルタ再生制御手段として機能する。即ち、図10に示したように、まず、ECU15はステップS51においてフィルタ再生時期であるか否かを判定する。この判定は、公知の種々の判定方法を用いてよい。例えば、燃料噴射量の積算値から粒子状物質の堆積量を推定し、その推定した堆積量が所定のレベルに達したか否かにより判定する。ステップS51においてフィルタ再生時期であると肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS52に進める。一方、ステップS51でフィルタ再生時期でないと否定判定されたときは今回のルーチンを一旦終了する。
FIG. 10 is a flowchart showing an outline of a control routine for filter regeneration control. Since the
ステップS52では、ECU15はフィルタ再生実行フラグF3をセット(F3=1)する。ECU15がこのフィルタ再生実行フラグF3を参照することにより、フィルタ再生制御の実行中であるか否かを特定することができる。次にECU15はステップS53において、エンジン1の運転状態を通常制御状態から変化させて排気ガスの温度を上昇させる。排気ガスの昇温は種々の方法を採用してよい。例えば、エンジン1の膨張行程の終期において図示しないインジェクターから燃料を噴射(ポスト噴射)するように、燃料噴射量の制御を実行する。これにより、排気ガスの温度が上昇しフィルタ18を昇温することができる。続くステップS54では、ECU15はフィルタ18の温度が所定温度以上となっているか否かを判定する。この場合の所定温度はフィルタ18に捕集された粒子状物質を酸化できる温度範囲の下限値として適宜に設定すればよい。フィルタ18の温度は上述した温度センサ31の出力値を参照することにより取得することができる。また、フィルタ18の温度に相関する物理量から当該温度を推定してもよい。ステップS54にてフィルタ18が所定温度以上の場合には、次のステップS55に進む。一方、所定温度未満であるときは、処理をステップS53に戻す。これによりフィルタ18が所定温度以上になるまで、排気ガスの昇温制御が継続される。
In step S52, the
ステップS55において、ECU15はエンジン1の制御を通常制御に切り替える。そして、続くステップS56においてECUはフィルタ18の再生の完了を判定する。この判定は排気ガスの昇温制御の継続時間、回数等を管理して適宜に定めればよい。ステップS56においてフィルタ18の再生が完了していないと否定判定されたときは、処理をステップS53に戻し、ステップS53〜S55までの処理をフィルタ18の再生が完了するまで繰り返し実行する。一方、ステップS56においてフィルタ18の再生が完了したと肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS57に進め、再生実行フラグF3をクリア(F3=0)して、今回のルーチンを終了する。
In step S55, the
本実施形態に係るフィルタ再生制御は以上の通りであるが、本実施形態においては、以下に説明する処理を実行することにより、上記フィルタ再生制御中に、フィルタ18の上流に空気供給してフィルタ18の過剰な温度上昇を防止している。図11及び図12は、本実施形態に係る過給システムの制御ルーチンの概要を示したフローチャートである。本制御ルーチンは上記第1及び第2実施形態の場合と同様に、ECU15のROM等に格納されたプログラムに従って所定間隔で繰り返し実行される。ECU15が本制御ルーチンを実行することにより、ECU15は、空気供給制御手段及び電動コンプレッサ制御手段としてそれぞれ機能する。
The filter regeneration control according to the present embodiment is as described above, but in the present embodiment, by performing the processing described below, air is supplied to the upstream side of the
図11及び図12に示したように、ECU15は、まずステップS61において電動コンプレッサ6が非作動(OFF)状態にあるか否かを判定する。この処理は上述した第1実施形態に係るステップS1と同一の処理である。ステップS61において非作動状態にあると肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS62に進める。一方、ステップS61において否定判定されたときは処理をステップS69に進める。ステップS69以降の処理は追って説明する。
As shown in FIGS. 11 and 12, the
ステップS62において、ECU15はフィルタ再生実行フラグF3がセットされている(F3=1)か否かを判定する。ステップS62で肯定判定されるたときは、フィルタ再生制御中であるので、処理を次のステップS63に進める。一方、ステップS62で否定判定されたときは処理をステップS76に進める。ステップS76以降の処理は追って説明する。
In step S62, the
ステップS63においては、ECU15はフィルタ18が所定温度以上であるか否かを判定する。この場合の所定温度は、安全性の観点から定められるフィルタ18の温度の許容範囲の上限値を意味し、例えば、フィルタ18の耐熱温度に安全率を加味して定めた値を所定温度に設定することができる。ステップS63でフィルタ18の温度が所定温度以上となっている場合には、ECU15はフィルタ18の過剰な温度上昇を抑制するために以下のステップS64〜ステップS68の処理を実行する。これらの処理(ステップS64〜ステップS68)は、上述した第2実施形態に係るステップS34〜ステップS38にそれぞれ対応するので重複する説明は省略する。
In step S63, the
次に、上記ステップS61で否定判定された場合の処理について説明する。ステップS61で電動コンプレッサ6が作動中であると否定判定されたときは、ECU15は処理をステップS69に進め、その電動コンプレッサの作動が過給アシストによるものであるか否かを判定する。ステップ69において否定判定されたときは、ECU15は処理をステップS70に進め、空気供給停止条件が成立しているか否かを判定する。この判定は、上記第1実施形態に係るステップS7(図2)の判断基準に代えて、或いはこれに加え、フィルタ18の温度が所定温度(ステップS63)未満に低下していること、又はフィルタ再生実行フラグF3がクリアされていることにより空気供給停止条件の成立を肯定してもよい。ステップS70において空気供給停止条件が成立していると肯定判定されたときは、続くステップS71において電動コンプレッサ非作動制御を実行する。この制御は上記第1実施形態に係るステップS8(図2)と同一の制御であるので、詳細は省略する。一方、ステップS70において否定判定されたときは、今回のルーチンを終了し、フィルタ18への空気供給を継続する。
Next, processing when a negative determination is made in step S61 will be described. If a negative determination is made in step S61 that the
上記ステップS69において、電動コンプレッサ6の作動が過給アシストによるものであると肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS72に進め、フィルタ再生実行フラグF3がセットされている(F3=1)か否かを判定する。本実施形態においては、原則として過給アシストの開始よりもフィルタ再生時の空気供給の開始を優先するが、特に過給アシストが開始された後にフィルタ再生時期となったときにはその過給アシストを中断し、フィルタ再生時の空気供給が行われるように制御する。従って、ステップS72で肯定判定されたときは、過給アシストが開始された後にフィルタ再生時期となった状況であるので、ECU15は処理をステップS73に進める。一方、ステップS72で否定判定されたときは以後のステップS74及びステップS75を実行する。これらの処理(ステップS74及びステップS75)は上述した第1実施形態に係るステップS9及びステップS10(図2)にそれぞれ対応するので、詳細は省略する。
If it is determined in step S69 that the operation of the
ステップS73においては、ECU15はフィルタ18が所定温度以上であるか否かを判定する。このステップS73は上記ステップ63と同一の処理である。このステップS73にて所定温度以上であると肯定判定されたときは、ECU15は処理をステップS66に進め、スロットル弁絞り制御及び調整弁開制御を実行して実行中の過給アシストを中断するとともに、フィルタ18の上流へ空気を供給し今回のルーチンを一旦終了する。一方、ステップS73で否定判定されたときは、上記ステップS74及びS75の処理を実行して今回のルーチンを一旦終了する。
In step S73, the
次に上記ステップS62で否定判定された場合の処理について説明する。ステップS62にて否定判定された場合は、フィルタ再生制御が開始される状況にないので、過給アシストの開始条件の成否を判定し(ステップS76)、判定結果に応じて電動コンプレッサの作動制御を実行する(ステップS77)。これらの処理(ステップS76及びステップS77)は、上述した第2実施形態に係るステップS44及び45(図8)にそれぞれ対応するので詳細は省略する。このように、本実施形態では、原則として過給アシストの開始よりもフィルタ再生時の空気供給の開始を優先させている。 Next, processing when a negative determination is made in step S62 will be described. If a negative determination is made in step S62, the filter regeneration control is not in a situation to be started, so whether or not the supercharging assist start condition is met is determined (step S76), and the operation control of the electric compressor is performed according to the determination result. Execute (Step S77). Since these processes (step S76 and step S77) correspond to steps S44 and 45 (FIG. 8) according to the second embodiment described above, details thereof will be omitted. Thus, in this embodiment, in principle, the start of air supply during filter regeneration is prioritized over the start of supercharging assist.
以上説明したように、第3実施形態に係る過給システムによれば、フィルタ再生制御中に電動コンプレッサ6の下流の空気をフィルタの上流に供給することができるので、フィルタ18の過剰な温度上昇を抑制することができる。
As described above, according to the supercharging system according to the third embodiment, the air downstream of the
以上本発明の内燃機関用過給システムについて、第1〜第3実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、第1〜第3の実施形態においては、本発明の過給システムの適用対象としてディーゼルエンジン1としたが、内燃機関の形式は問わない。従って、本発明を火花点火式のガソリンエンジンに適用してもよいし、他のガソリンエンジンに適用してもよい。
As mentioned above, although the supercharging system for internal combustion engines of this invention was demonstrated based on 1st-3rd embodiment, this invention is not limited to these. For example, in the first to third embodiments, the
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
2 吸気管(吸気通路)
3 排気管(排気通路)
4 排気浄化触媒
5 ターボ過給機
5a コンプレッサ
5b タービン
6 電動コンプレッサ
7 バイパス通路
8 バイパス弁(切替弁)
9 スロットル弁
10 空気通路
11 流量調整弁
15 ECU(空気供給制御手段、電動コンプレッサ制御手段)
16 酸化触媒
17 NOx触媒
18 フィルタ
1 Diesel engine (internal combustion engine)
2 Intake pipe (intake passage)
3 Exhaust pipe (exhaust passage)
4
9
16
Claims (20)
コンプレッサ及びタービンを備え、前記内燃機関に対して過給を行うターボ過給機と、前記ターボ過給機の前記コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ、前記過給をアシストする電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの下流の前記吸気通路と前記排気浄化触媒の上流の前記排気通路とを連結する空気通路と、前記空気通路に設けられ、該空気通路に流入する空気量を調整する流量調整弁と、前記電動コンプレッサの作動状態に応じて該電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給するように前記流量調整弁を制御する空気供給制御手段と、を具備することを特徴とする内燃機関用過給システム。 A supercharging system for an internal combustion engine that is applied to an internal combustion engine that includes an intake passage and an exhaust passage and is provided with an exhaust purification catalyst in the exhaust passage,
A turbocharger comprising a compressor and a turbine for supercharging the internal combustion engine; an electric compressor provided in the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger and assisting the supercharging; An air passage that connects the intake passage downstream of the electric compressor and the exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst, a flow rate adjustment valve that is provided in the air passage and adjusts the amount of air flowing into the air passage; And air supply control means for controlling the flow rate adjusting valve so as to supply air downstream of the electric compressor to the upstream of the exhaust purification catalyst in accordance with the operating state of the electric compressor. Supercharging system for internal combustion engines.
前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記排気浄化触媒の上流に供給する際に、前記切替弁を閉じるように制御するとともに、前記スロットル弁の開度を絞るように制御することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用過給システム。 A bypass passage that bypasses the electric compressor, a switching valve that is provided in the bypass passage and switches between inflow and prohibition of air into the bypass passage, and between the electric compressor and the compressor of the turbocharger A throttle valve provided in the intake passage for adjusting the amount of air flowing into the turbocharger;
The air supply control means controls to close the switching valve and reduce the opening of the throttle valve when supplying air downstream of the electric compressor to the upstream of the exhaust purification catalyst. The supercharging system for an internal combustion engine according to claim 1.
コンプレッサ及びタービンを備え、前記内燃機関に対して過給を行うターボ過給機と、前記ターボ過給機の前記コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ、前記過給をアシストする電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの下流の前記吸気通路と前記NOx触媒と前記酸化触媒の間の前記排気通路とを連結する空気通路と、前記空気通路に設けられ、該空気通路に流入する空気量を調整する流量調整弁と、前記NOx触媒の硫黄被毒再生時期である場合に該NOx触媒を所定温度以上に昇温するとともに排気空燃比がリッチになるように前記内燃機関を制御して該NOx触媒の硫黄被毒再生を行う硫黄被毒再生制御手段と、
前記硫黄被毒再生制御手段による前記排気空燃比のリッチ制御に同期するように前記電動コンプレッサを作動させる電動コンプレッサ制御手段と、前記電動コンプレッサの作動状態に応じて該電動コンプレッサの下流の空気を、前記NOx触媒と前記酸化触媒の間の前記排気通路に供給するように前記流量調整弁を制御する空気供給制御手段と、を具備することを特徴とする内燃機関用過給システム。 A supercharging system for an internal combustion engine that is applied to an internal combustion engine that includes an intake passage and an exhaust passage and has an NOx storage reduction catalyst in the exhaust passage and an oxidation catalyst downstream of the NOx catalyst,
A turbocharger comprising a compressor and a turbine for supercharging the internal combustion engine; an electric compressor provided in the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger and assisting the supercharging; An air passage that connects the intake passage downstream of the electric compressor and the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst, and a flow rate that is provided in the air passage and adjusts the amount of air flowing into the air passage. When the NOx catalyst is in the sulfur poisoning regeneration period and the NOx catalyst is heated to a predetermined temperature or higher, the internal combustion engine is controlled to be rich so that the exhaust air-fuel ratio becomes rich. Sulfur poisoning regeneration control means for performing poisoning regeneration;
Electric compressor control means for operating the electric compressor so as to synchronize with the rich control of the exhaust air-fuel ratio by the sulfur poisoning regeneration control means, and the air downstream of the electric compressor according to the operating state of the electric compressor, An air supply control means for controlling the flow rate adjusting valve so as to supply the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst, and a supercharging system for an internal combustion engine.
前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記NOx触媒と前記酸化触媒との間の前記排気通路に供給する際に、前記切替弁を閉じるように制御するとともに、前記スロットル弁の開度を絞るように制御することを特徴とする請求項10に記載の内燃機関用過給システム。 A bypass passage that bypasses the electric compressor, a switching valve that is provided in the bypass passage and switches between inflow and prohibition of air into the bypass passage, and between the electric compressor and the compressor of the turbocharger A throttle valve provided in the intake passage for adjusting the amount of air flowing into the turbocharger;
The air supply control means controls to close the switching valve when supplying air downstream of the electric compressor to the exhaust passage between the NOx catalyst and the oxidation catalyst, and controls the throttle valve The supercharging system for an internal combustion engine according to claim 10, wherein the opening degree is controlled to be reduced.
コンプレッサ及びタービンを備え、前記内燃機関に対して過給を行うターボ過給機と、前記ターボ過給機の前記コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ、前記過給をアシストする電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの下流の前記吸気通路と前記フィルタの上流の前記排気通路とを連結する空気通路と、前記空気通路に設けられ、該空気通路に流入する空気量を調整する流量調整弁と、前記フィルタの再生時期である場合に該フィルタに捕集された粒子状物質を酸化させるように前記内燃機関を制御して該フィルタを再生するフィルタ再生制御手段と、前記フィルタの再生中における該フィルタの温度が所定温度以上に上昇する場合に、前記電動コンプレッサを作動させる電動コンプレッサ制御手段と、前記電動コンプレッサの作動状態に応じて該電動コンプレッサの下流の空気を前記フィルタの上流に供給するように前記流量調整弁を制御する空気供給制御手段と、を具備することを特徴とする内燃機関用過給システム。 A supercharging system for an internal combustion engine that is applied to an internal combustion engine that includes an intake passage and an exhaust passage and is provided with a filter that collects particulate matter in exhaust gas in the exhaust passage,
A turbocharger comprising a compressor and a turbine for supercharging the internal combustion engine; an electric compressor provided in the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger and assisting the supercharging; An air passage connecting the intake passage downstream of the electric compressor and the exhaust passage upstream of the filter, a flow rate adjusting valve provided in the air passage for adjusting the amount of air flowing into the air passage; Filter regeneration control means for regenerating the filter by controlling the internal combustion engine so as to oxidize particulate matter collected by the filter when it is time to regenerate the filter; and An electric compressor control means for operating the electric compressor when the temperature rises above a predetermined temperature; and Internal combustion engine supercharging system characterized by comprising an air supply control means for controlling said flow control valve to supply the downstream of the air of the electric compressor upstream of said filter in accordance with the dynamic state, the.
前記空気供給制御手段は、前記電動コンプレッサの下流の空気を前記フィルタの上流に供給する際に、前記切替弁を閉じるように制御するとともに、前記スロットル弁の開度を絞るように制御することを特徴とする請求項16に記載の内燃機関用過給システム。 A bypass passage that bypasses the electric compressor, a switching valve that is provided in the bypass passage and switches between inflow and prohibition of air into the bypass passage, and between the electric compressor and the compressor of the turbocharger A throttle valve provided in the intake passage for adjusting the amount of air flowing into the turbocharger;
The air supply control means performs control so as to close the switching valve and throttle the opening of the throttle valve when supplying air downstream of the electric compressor to the upstream of the filter. The supercharging system for an internal combustion engine according to claim 16, wherein the supercharging system is an internal combustion engine.
When there is a request for assisting the supercharging by the electric compressor even when the filter is being regenerated and there is a surplus capacity to perform the assist, the air supply control means converts the air downstream of the electric compressor into the air The supercharging system for an internal combustion engine according to claim 18, wherein the flow control valve is controlled to be supplied upstream of the filter, and the throttle valve is controlled to be opened so as to perform the assist. .
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