JP2006090174A - Exhaust gas turbo charger for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ターボチャージャに関する。 The present invention relates to an exhaust turbocharger for an internal combustion engine.
内燃機関の排気ターボチャージャは、内燃機関から排出される排気ガスの圧力を利用して吸気ガスの過給を行っている。機関回転数が低いときには、機関本体から排出される排気ガスの流量が少なく、排気ガスの圧力も低い。したがって、機関回転数が低いときに急加速をする場合等においては、排気ガスの圧力の上昇が遅れ、これに伴って過給圧の上昇も遅れる。特に、排気ターボチャージャを備えた内燃機関では排気ターボチャージャによる過給の分だけ圧縮比が低く設定されているため、このような場合には、過給圧の上昇が遅れている間、内燃機関の出力トルクが低いものとなってしまう。 An exhaust turbocharger of an internal combustion engine supercharges intake gas by using the pressure of exhaust gas discharged from the internal combustion engine. When the engine speed is low, the flow rate of the exhaust gas discharged from the engine body is small, and the pressure of the exhaust gas is also low. Accordingly, in the case of rapid acceleration when the engine speed is low, the increase in the exhaust gas pressure is delayed, and accordingly, the increase in the supercharging pressure is also delayed. In particular, in an internal combustion engine equipped with an exhaust turbocharger, the compression ratio is set to be low by the amount of supercharging by the exhaust turbocharger. In such a case, while the increase in supercharging pressure is delayed, the internal combustion engine Output torque is low.
そこで、特許文献1に記載の過給装置では、排気ターボチャージャのシャフトに油圧タービンを設け、機関本体に連結される油圧ポンプにより加圧された作動油を油圧タービンに噴射することで、機関回転数が低いうちから排気ターボチャージャに過給を行わせるようにしている。また、油圧タービンにより排気ターボチャージャのコンプレッサが過回転してしまうことを防止するために、吸気通路にコンプレッサをバイパスするためのバイパス通路を設け、コンプレッサの回転数が許容値を超えてしまいそうな場合にバイパス通路を開いてコンプレッサの下流側吸気ガスをコンプレッサの上流側に還流するようにしている。
Therefore, in the supercharging device described in
ところで、内燃機関がアイドリング運転または低負荷運転を行っている場合には、内燃機関に対して要求される出力トルクは小さく、よって吸気ガスを過給する必要はない。このため、特許文献1に記載の過給装置では、機関負荷が低いときには作動油を加圧するための油圧ポンプを機関本体から切り離し、作動油の加圧を行わないようにしている。
By the way, when the internal combustion engine is performing idling operation or low load operation, the output torque required for the internal combustion engine is small, and it is not necessary to supercharge the intake gas. For this reason, in the supercharging device described in
ところが、この場合、例えば内燃機関を搭載している車両の急加速が必要になると、すなわち機関負荷が急に高くなると、まず油圧ポンプを機関本体に連結して作動油の加圧を行わなければならない。機関本体に油圧ポンプを連結してから作動油が実際に加圧されるまでには時間がかかり、よって上記油圧タービンにより排気ターボチャージャのコンプレッサを駆動するまでにも時間がかかる。すなわち、特許文献1に記載の過給装置によっても、過給応答性は高くなく、スロットルペダルが踏み込まれてから実際に出力トルクが大きくなるまでにタイムラグが生じる。
However, in this case, for example, if a vehicle equipped with an internal combustion engine needs to be accelerated rapidly, that is, if the engine load suddenly increases, the hydraulic pump must first be connected to the engine body to pressurize the hydraulic oil. Don't be. It takes time until the hydraulic oil is actually pressurized after the hydraulic pump is connected to the engine body, and therefore it takes time to drive the compressor of the exhaust turbocharger by the hydraulic turbine. That is, even with the supercharging device described in
そこで、本発明の目的は、機関回転数が低回転であるときから過給応答性が高い内燃機関の排気ターボチャージャを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust turbocharger for an internal combustion engine having high supercharging response from when the engine speed is low.
上記課題を解決するために、第1の発明では、内燃機関の吸気通路に設けられると共に吸気ガスを加圧するコンプレッサと、前記内燃機関の排気通路に設けられると共に排気ガスにより回転駆動せしめられる排気タービンと、排気ガスとは異なる動力源により上記コンプレッサの回転数が少なくとも目標最低回転数となるように該コンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動手段とを具備する内燃機関の排気ターボチャージャにおいて、上記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパス弁とをさらに具備し、機関負荷が低負荷である場合には、上記バイパス弁を開弁すると共に、上記コンプレッサ駆動手段が上記コンプレッサを駆動するようにした。
第1の発明によれば、機関負荷が低負荷である場合にもコンプレッサ駆動手段によりコンプレッサが回転駆動されている。したがって、機関負荷が急に高くなった直後にもコンプレッサは目標最低回転数で回転せしめられており、吸気ガスの十分な過給を行うことができる。したがって、過給応答性が高く、機関負荷の上昇から過給圧の上昇までのライムラグがほとんどない。
また、機関負荷が低負荷である場合には内燃機関の要求トルクが小さく、よって吸気ガスを過給する必要もない。しかし、機関負荷が低負荷である場合にコンプレッサを回転駆動させると、通常、吸気ガスが過給されると共にコンプレッサの駆動に対する負荷が大きいものとなってしまう。これに対して、第1の発明によれば、機関負荷が低負荷である場合にはバイパス弁が開弁される。バイパス弁が開弁されることにより吸気ガスのほとんどはコンプレッサを介することなく流れるようになり、その結果、吸気ガスが過給されなくなると共にコンプレッサの駆動に対する負荷も小さくなる。これによりコンプレッサの駆動に必要なエネルギが小さくなり、燃費が改善される。
なお、「目標最低回転数」とは、少なくともコンプレッサによって或る程度の吸気ガスを過給することができる程度の回転数であり、機関回転数に応じて変化するものである。また、「コンプレッサ駆動手段」とは、例えば、コンプレッサが回転駆動することができる電気モータや油圧装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, in the first invention, a compressor that is provided in an intake passage of an internal combustion engine and pressurizes intake gas, and an exhaust turbine that is provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and is driven to rotate by exhaust gas And an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine that bypasses the compressor by a compressor driving means for driving the compressor so that the rotational speed of the compressor becomes at least the target minimum rotational speed by a power source different from the exhaust gas. A bypass passage and a bypass valve for opening and closing the bypass passage are further provided, and when the engine load is low, the bypass valve is opened and the compressor driving means drives the compressor. did.
According to the first invention, the compressor is driven to rotate by the compressor driving means even when the engine load is low. Therefore, immediately after the engine load suddenly increases, the compressor is rotated at the target minimum speed, and the intake gas can be sufficiently supercharged. Therefore, the supercharging response is high, and there is almost no lime lag from the increase in engine load to the increase in supercharging pressure.
Further, when the engine load is low, the required torque of the internal combustion engine is small, so that it is not necessary to supercharge the intake gas. However, if the compressor is driven to rotate when the engine load is low, the intake gas is usually supercharged and the load for driving the compressor becomes large. On the other hand, according to the first invention, when the engine load is low, the bypass valve is opened. When the bypass valve is opened, most of the intake gas flows without going through the compressor. As a result, the intake gas is not supercharged and the load on the drive of the compressor is reduced. As a result, energy required for driving the compressor is reduced, and fuel efficiency is improved.
The “target minimum rotational speed” is a rotational speed at which a certain amount of intake gas can be supercharged by at least the compressor, and changes according to the engine rotational speed. The “compressor driving means” is, for example, an electric motor or a hydraulic device that can be rotationally driven by the compressor.
第2の発明では、第1の発明において、上記機関負荷が高負荷になったときには、上記バイパス弁を閉弁すると共に、排気ガスによって上記排気タービンを介して上記コンプレッサを駆動するだけでは該コンプレッサの回転数が上記目標最低回転数に達しない間は上記コンプレッサ駆動手段が上記コンプレッサを駆動するようにした。
例えば、機関回転数が低い場合、機関負荷が急に高くなっても、機関本体から排出される排気ガスの流量が少なく且つ排気ガスの圧力が低いため、排気タービンの回転数が上昇しにくく、吸気ガスを十分に過給することができるほど排気タービンによってはコンプレッサが回転せしめられない場合がある。第2の発明によれば、機関負荷が高負荷になったときに排気タービンによっては十分にコンプレッサが回転せしめられない場合に、コンプレッサ駆動手段によってコンプレッサの回転数が目標最低回転数に保たれる。このため、機関回転数が低いときに機関負荷が急に高くなった場合であっても十分に吸気ガスの過給を行うことができる。
According to a second invention, in the first invention, when the engine load becomes a high load, the bypass valve is closed and the compressor is simply driven by exhaust gas through the exhaust turbine. The compressor driving means drives the compressor while the rotational speed of the compressor does not reach the target minimum rotational speed.
For example, when the engine speed is low, even if the engine load suddenly increases, the flow rate of the exhaust gas discharged from the engine body is small and the pressure of the exhaust gas is low. Depending on the exhaust turbine, the compressor may not be able to rotate enough to supercharge the intake gas. According to the second invention, when the compressor load cannot be sufficiently rotated by the exhaust turbine when the engine load becomes high, the compressor speed is maintained at the target minimum speed by the compressor driving means. . For this reason, even when the engine load suddenly increases when the engine speed is low, the intake gas can be sufficiently supercharged.
第3の発明では、第1または第2の発明において、上記排気ターボチャージャの排気タービンとコンプレッサとの間にはワンウェイクラッチが設けられ、上記排気タービンの回転は上記コンプレッサに伝達されるが、該コンプレッサの回転は該排気タービンに伝達されない。 In a third invention, in the first or second invention, a one-way clutch is provided between the exhaust turbine of the exhaust turbocharger and the compressor, and the rotation of the exhaust turbine is transmitted to the compressor. The rotation of the compressor is not transmitted to the exhaust turbine.
本発明によれば、機関負荷が急に高くなった直後にもコンプレッサは目標最低回転数で回転せしめられているため、過給応答性が高く、機関負荷の上昇から過給圧の上昇までのライムラグがほとんどない。よって、機関回転数が低回転であるときから過給応答性が高い内燃機関の排気ターボチャージャが提供される。 According to the present invention, since the compressor is rotated at the target minimum speed immediately after the engine load suddenly increases, the supercharging response is high, and from the increase of the engine load to the increase of the supercharging pressure. There is almost no lime rug. Therefore, an exhaust turbocharger for an internal combustion engine having high supercharging response from when the engine speed is low is provided.
以下、図面を参照して本発明の排気ターボチャージャについて詳細に説明する。図1は、本発明の排気ターボチャージャを備える内燃機関の全体図である。なお、図示した内燃機関は、直噴型火花点火式内燃機関であるが、本発明は、例えば、ポート噴射型火花点火式内燃機関や圧縮自着火式内燃機関といったその他の内燃機関にも適用可能である。 The exhaust turbocharger of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine including an exhaust turbocharger according to the present invention. The illustrated internal combustion engine is a direct injection type spark ignition type internal combustion engine, but the present invention can also be applied to other internal combustion engines such as a port injection type spark ignition type internal combustion engine and a compression ignition type internal combustion engine. It is.
図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。図1に示したようにシリンダヘッド4のシリンダ内壁面の中央部には点火栓10が配置され、シリンダヘッド4のシリンダ内壁面周辺部には燃料噴射弁11が配置される。またピストン3の頂面上には燃料噴射弁11の下方から点火栓10の下方まで延びるキャビティ12が形成されている。
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a piston that reciprocates in the
各気筒の吸気ポート7はそれぞれ対応する吸気枝管13を介してサージタンク14に連結され、サージタンク14は吸気管15を介して排気ターボチャージャ16のコンプレッサ17の出口に連結される。コンプレッサ17の入口部は吸気管18を介してエアクリーナ19に連結される。サージタンク14と排気ターボチャージャ16との間の吸気管15内には、ステップモータ20によって駆動されるスロットル弁21が配置される。また、排気ターボチャージャ16上流の吸気管18には、燃焼室5に吸入される空気(吸気ガス)の流量を検出するためのエアフロメータ22が配置される。一方、排気ポート9は、排気枝管23を介して排気ターボチャージャ16の排気タービン24の入口部に連結される。排気タービン24の出口部は、排気管25を介して触媒26を内蔵したケーシング27に連結される。
The
電子制御ユニット(ECU)40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41により互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45、および、出力ポート46を具備する。エアフロメータ22の出力信号は、対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。
The electronic control unit (ECU) 40 comprises a digital computer, and is connected to each other by a
アクセルペダル50には、その踏込量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続される。負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、入力ポート45にはクランクシャフトが、例えば、30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52が接続される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して点火栓10、燃料噴射弁11、およびステップモータ20に接続され、これらの作動はECU40によって制御される。
A
図2および図3は、排気ターボチャージャ16を模式的に示した拡大図である。上述したように排気ターボチャージャ16は、コンプレッサ17と排気タービン24とを有する。コンプレッサ17は、コンプレッサインペラ61と吸気管15、18に連通されたハウジングとから構成され、排気タービン24はタービンホイール62と排気管23、25に連通されたハウジングとから構成される。コンプレッサインペラ61とタービンホイール62とはシャフト63により連結される。タービンホイール62とシャフト63との連結部にはワンウェイクラッチ64が配置されており、タービンホイール62の回転はコンプレッサインペラ62に伝達されるが、コンプレッサインペラ61の回転はタービンホイールに伝達されない。したがって、コンプレッサ17が排気タービン24よりも高速で回転することはあるが、排気タービン24がコンプレッサ17よりも高速で回転することはない。
2 and 3 are enlarged views schematically showing the
シャフト63には、増速ギア65を介して電動モータ66が連結されており、電動モータ66の回転によりシャフト63が回転せしめられる。電動モータ66はECU40の出力ポート46に接続され、ECU40により作動が制御される。上述したようにワンウェイクラッチ64によりシャフト63の回転はタービンホイール62には伝達されないため、電動モータ66の回転はコンプレッサインペラ61にのみ伝達される。また、電動モータ66にもワンウェイクラッチ67が設けられており、電動モータ66の回転はコンプレッサインペラ61に伝達されるが、コンプレッサインペラ61の回転は電動モータ66に伝達されない。したがって、コンプレッサ17が電動モータ66の回転数に増速ギア65の増速比を乗算した回転数よりも高速で回転することはあるが、電動モータ66がコンプレッサ17の回転数を上記増速比で除算した回転数よりも高速で回転することはない。
An
すなわち、コンプレッサ17は、排気タービン24の回転数または電動モータ66の回転数に増速ギアの増速比を乗算した回転数(以下、「増速回転数」と称す)のいずれか高い方の回転数で回転せしめられる。
That is, the
また、排気ターボチャージャ16上流の吸気管18と排気ターボチャージャ16下流の吸気管15との間には、コンプレッサ17をバイパスするための吸気バイパス通路68が設けられており、この吸気バイパス通路68には吸気バイパス通路68を開閉するためのバイパス弁69が配置されている。したがって、バイパス弁69が開弁されているときには、吸気ガスは排気ターボチャージャ16のコンプレッサ17を介することなく吸気バイパス通路68を通って排気ターボチャージャ16上流の吸気管18から排気ターボチャージャ16下流の吸気管15へ流れる。したがって、このとき、吸気ガスはコンプレッサ17により過給されない。一方、バイパス弁69が閉弁されているときには、吸気ガスはコンプレッサ17を介して吸気管18から吸気管15へ流れる。このとき吸気ガスはコンプレッサ17の回転に応じて過給される。
An
一方、排気ターボチャージャ16上流の排気管23と排気ターボチャージャ16下流の排気管25との間には、排気タービン24をバイパスするための排気バイパス通路70が設けられており、この排気バイパス通路70には排気バイパス通路70を開閉するためのウェストゲートバルブ71が設けられている。ウェストゲートバルブ71は、吸気管15内の過給圧が一定の圧力になると開かれ、過給圧がそれ以上高くならないように調整する。排気ターボチャージャ16が高回転で回転するほど過給圧が高くなるが、過給圧が高くなり過ぎると内燃機関の破損を招くため、ウェストゲートバルブ71により過給圧が一定以上高くならないように制御するものである。
On the other hand, an
ところで、排気ターボチャージャ16のコンプレッサ17の回転数は吸気ガスの過給圧に影響を及ぼし、基本的にコンプレッサ17の回転数が高いほど燃焼室5に吸入される吸気ガスの過給圧は高くなる。そして、吸気ガスの過給圧は内燃機関の出力トルクに影響を及ぼし、基本的に吸気ガスの過給圧が高いほど内燃機関の出力トルクが大きい。したがって、一般に、排気ターボチャージャ16のコンプレッサ17の回転数が高いほど内燃機関の出力トルクが大きくなる。
By the way, the rotational speed of the
したがって内燃機関に対して要求されるトルクを出力するためには、内燃機関に対して要求されるトルクが大きいほど、すなわち機関負荷が高いほど、コンプレッサ17の回転数が高い必要がある。このため、例えば、内燃機関を搭載した車両のドライバがアクセルペダルを強く踏込む等して内燃機関の機関負荷が急に高くなった場合には、コンプレッサ17の回転数を高いものとする必要がある。
Therefore, in order to output the torque required for the internal combustion engine, the higher the torque required for the internal combustion engine, that is, the higher the engine load, the higher the rotation speed of the
ところが、上記実施形態のような電動モータ66や吸気バイパス通路68等のない通常の排気ターボチャージャでは、機関回転数が低く且つ機関負荷が低いと機関本体から排出される排気ガスの圧力が低いため、排気ターボチャージャはあまり回転しておらず、このような状態から、内燃機関の機関負荷が急に高くなっても、機関負荷が高くなってから機関本体から排出される排気ガスの圧力が上昇するまでには時間がかかり、よって排気ターボチャージャの回転数の上昇にも時間がかかる。さらに、このような場合、排気ターボチャージャはほとんど回転していない状態から回転数が上昇せしめられることになるため、排気ターボチャージャの慣性も大きなものとなっており、コンプレッサの回転数を上昇させるのに大きなエネルギが必要となる。
However, in an ordinary exhaust turbocharger without the
このため、実際には、機関回転数が低い状態で機関負荷が急に高くなったような場合には、機関負荷が高くなってから実際にコンプレッサの回転数が高くなるまで、すなわち機関負荷が高くなってから実際に過給圧が高くなって要求トルクが実際に出力されるまでにはタイムラグが生じていた。 Therefore, in reality, when the engine load suddenly increases with the engine speed being low, the engine load increases from when the engine load increases to when the compressor speed actually increases, that is, the engine load increases. There was a time lag between when the pressure increased and when the boost pressure actually increased and the required torque was actually output.
そこで、本発明では、このようなタイムラグを解消するため、機関回転数が低く且つ機関負荷が低負荷であるときから電動モータ66によってコンプレッサ17を回転させるようにしている。具体的には、コンプレッサ17の回転数が目標最低回転数となるように電動モータ66の回転数がフィードバック制御される。これにより、コンプレッサ17の回転数は少なくとも目標最低回転数とされる。
Therefore, in the present invention, in order to eliminate such a time lag, the
目標最低回転数は、任意の機関回転数においてコンプレッサ17によって或る程度の吸気ガスを過給することができる程度の回転数であり、機関回転数に応じて変化する。特に、機関回転数が高くなると高くなり機関回転数が低くなると低くなるように設定されており、例えば、機関回転数に比例したものとされる。また、目標最低回転数は、機関回転数が低く且つ機関負荷が低い状態にあるときに排気ガスによって排気タービン24が回転せしめられる場合の回転数よりも高い回転数とされる。目標最低回転数は、機関回転数に応じて予め実験的にまたは計算により求められ、マップとしてECU40のROM42に保存される。
The target minimum rotational speed is a rotational speed at which a certain amount of intake gas can be supercharged by the
したがって、本実施形態では、機関回転数が如何なる回転数であっても排気ターボチャージャ16のコンプレッサ17の回転数はその機関回転数に応じた目標最低回転数以上となる。すなわち、排気タービン24の回転数が目標最低回転数よりも低い場合にはコンプレッサ17は電動モータ66により目標最低回転数で回転せしめられる。このとき、排気タービン24に配置されたワンウェイクラッチ64により排気タービン24のタービンホイール62の回転はコンプレッサインペラ61には伝達されない。一方、排気タービン24の回転数が目標最低回転数よりも高い場合にはコンプレッサ17は排気タービン24によって目標最低回転数よりも高い回転数で回転せしめられる。このとき、電動モータ66に設けられたワンウェイクラッチにより電動モータ66の回転はコンプレッサインペラ61には伝達されない。
Therefore, in the present embodiment, the rotational speed of the
このように、本発明では、機関回転数が低くて排気ガスの流量が少なく、排気タービン24が排気ガスによって十分に駆動されず、且つ機関負荷が低負荷であるような場合、電動モータ66によってコンプレッサ17が駆動されている。このため、機関負荷が急に高くなっても、その時点で既にコンプレッサ17の回転数は目標最低回転数にまで高くなっており、よってコンプレッサ17により或る程度吸気ガスを過給することができる。このため、本発明では、機関負荷が急に高くなってもコンプレッサ17の回転上昇のために機関本体1から排出される排気ガスの圧力上昇を待つ必要がなく、機関負荷が急に高くなってから過給圧が高くなって要求トルクが実際に出力されるまでのタイムラグが短くなる。
Thus, in the present invention, when the engine speed is low, the flow rate of the exhaust gas is small, the
また、一般に、機関回転数が低い状態から機関負荷が急に高くなった場合、機関本体1から排出される排気ガスの流量は少なく且つ排気ガスの圧力は低い。したがって、排気タービン24の回転数は上昇しにくく、吸気ガスを十分に過給することができるほど排気タービン24によってはコンプレッサ17が回転せしめられない。程度の差こそあれ、機関負荷が急に高くなった時にコンプレッサ17の回転数が目標最低回転数になっている場合についても同様なことが言える。すなわち、このような場合でも、機関負荷が急に高くなった時に排気ガスの圧力は十分なほど高いわけではないため、排気タービン24の回転数は上昇しにくく、特に機関回転数が低いうちは排気タービン24の駆動力のみによってはコンプレッサ17で吸気ガスの十分な過給を行うことができない。
In general, when the engine load suddenly increases from a low engine speed, the flow rate of the exhaust gas discharged from the
これに対して本発明では、少なくとも機関負荷が急に高くなってから排気タービン24によって駆動された場合のコンプレッサ17の回転数が電気モータ66によって駆動された場合のコンプレッサ17の回転数よりも高くなるまで、コンプレッサ17を電気モータ66によって駆動するようにしている。このため、機関回転数が低い間であってもコンプレッサ17により吸気ガスの十分な過給を行うことができる。そして、機関回転数が上昇して排気ガスの流量が多くなると共に排気ガスの圧力が上昇し、排気タービン24が排気ガスによって十分に駆動されるようになると、コンプレッサ17は電動モータ66ではなく排気タービン24によって駆動されるようになる。
In contrast, in the present invention, at least when the engine load is suddenly increased, the rotational speed of the
なお、排気タービン24の回転数が目標最適回転数よりも高く、コンプレッサ17が排気タービン24によって駆動されているような場合には、電動モータ66への電力供給を中止するようにしてもよい。このような場合には、コンプレッサ17は電動モータ66によっては駆動されていないため、電力供給を中止することにより、消費されるエネルギを小さくすることができ、燃費を改善することができる。
Note that when the rotational speed of the
ところで、上述したように電動モータ66によってコンプレッサ17を駆動すると、本来、コンプレッサ17によって吸気ガスを過給する必要のない状態においてもコンプレッサ17によって過給が行われることとなる。特に、機関負荷が低負荷である場合においては、内燃機関に対する要求トルクが低いため、吸気ガスの過給は不要であり、むしろ吸気ガスを過給することによりコンプレッサ17および電気モータ66に負荷がかかり、結果的に燃費の悪化を招いてしまう。
By the way, when the
そこで、本発明では、かかる問題解決のため、機関負荷が低い場合には図2に示したようにスロットル弁21の開度(以下、「スロットル開度」と称す)を小さくすると共に、バイパス弁69を開弁するようにする。これにより、吸気ガスはコンプレッサ17を介することなく吸気バイパス通路68を通って吸気管18、15内を流れ、吸気ガスはコンプレッサ17が回転していてもコンプレッサ17により過給されない。すなわち、コンプレッサ17が回転していてもコンプレッサ17には負荷が加わっていない。
Therefore, in the present invention, in order to solve such a problem, when the engine load is low, the opening of the throttle valve 21 (hereinafter referred to as “throttle opening”) is reduced as shown in FIG. 69 is opened. As a result, the intake gas flows through the
上述したように、機関負荷が低負荷である場合、コンプレッサ17は電気モータ66によりその回転数が目標最低回転数となるように駆動されているが、バイパス弁69が開弁されることによりコンプレッサ17には負荷が加わっておらず、自由に回転可能である。したがって、この場合、電気モータ66に対する負荷も小さく、コンプレッサ17の回転を維持するための消費電力も小さい。このため、機関負荷が低い場合にはバイパス弁69を開弁することにより、コンプレッサ17の回転を維持しながらも、消費エネルギを小さく抑えることができ、燃費を改善することができる。
As described above, when the engine load is low, the
一方、アクセルペダル50が大きく踏込まれた場合等、機関負荷が急に高くなった場合には、図3に示したようにスロットル開度が大きくされると共にバイパス弁69が閉弁せしめられる。これにより、吸気ガスは吸気バイパス通路68を通過せず、すべてコンプレッサ17を介して吸気管18、15内を流れる。このため、コンプレッサ17による過給が開始され、これに伴ってコンプレッサ17に対する負荷が増大し、よって電気モータ66に対する負荷も増大する。上述したように電気モータ66はコンプレッサ17の回転数が目標最低回転数となるようにフィードバック制御されているため、電気モータ66に対する供給電力が大きくなるだけでコンプレッサ17の回転は維持される。したがって、バイパス弁69が閉弁されることによりコンプレッサ17の回転数が少なくなることはなく、よって機関負荷が高くなってから直ぐにコンプレッサ17により吸気ガスの過給が開始される。
On the other hand, when the engine load suddenly increases, such as when the
このように、本発明では、機関負荷が低負荷である場合にはバイパス弁68が開弁されることにより、コンプレッサ17の回転を維持しながらも電動モータ66に対する負荷を小さくし、燃費を改善することができると共に、機関負荷が高負荷となった場合にはバイパス弁68が閉弁されることにより、直ちにコンプレッサ17により吸気ガスの過給を開始することができる。
As described above, in the present invention, when the engine load is low, the
なお、上述したように本発明では、機関負荷が低いときから電動モータ66によりコンプレッサ17を回転させておいて機関負荷が高くなってもその回転を維持するようにしているが、機関負荷が小さいときにコンプレッサ17を回転させておかず、機関負荷が高くなってから電動モータによりコンプレッサ17を回転させることも考えられる。以下、機関負荷が低いときにコンプレッサ17を回転させておかない場合に対して、コンプレッサ17を回転させておくメリットについて説明する。
As described above, in the present invention, the
機関負荷が低いときにコンプレッサ17を電気モータ66によって回転させておく場合および回転させておかない場合共、機関負荷が急に高くなったときにバイパス弁68が閉弁されることによりコンプレッサ17に対する負荷は大きなものとなる。したがって、いずれの場合にも機関負荷が急に高くなったときに電気モータ66への供給電力を大きくすることでコンプレッサ17による吸気ガスの過給が行われる。
When the
しかしながら、機関負荷が低いときからコンプレッサ17を回転させておく場合には、コンプレッサ17に対する負荷が急に大きくなったときに電気モータ66へ供給される電力は、コンプレッサ17に対する負荷の増大に相当する電力分のみ増大せしめられる。これに対して、機関負荷が低いときにはコンプレッサ17を回転させておかない場合には、コンプレッサ17に対する負荷が急に大きくなったときに電気モータ66へ供給される電力は、コンプレッサ17に対する負荷の増大に相当する電力分に加えて、コンプレッサ17を例えば目標最低回転数にまで上昇させるのに必要な電力分増大せしめられる。このため、機関負荷が低いときにはコンプレッサ17を回転させておかない場合には、電気モータ66へは大きな電力が供給されることになり、出力の大きな電気モータが必要になるので製造コストの増大を招く。さらに、機関負荷が急に高くなってからコンプレッサ17の回転数を上昇させることになるので、機関負荷が高くなってから実際に過給圧が高くなるまでのタイムラグも大きいものとなる。
However, when the
したがって、機関負荷が低いときからコンプレッサ17を回転させておくことにより、電気モータ66を出力の小さなものにすることができるため製造コストを低く抑えることができると共に、機関負荷が高くなってからコンプレッサ17の回転数を上昇させる必要がないため、機関負荷が高くなってから実際に過給圧が高くなるまでのタイムラグを短いものとすることができる。
Therefore, by rotating the
図4は、本発明の排気ターボチャージャの作動制御の制御ルーチンを示す。まず、ステップ101において、クランク角センサ52から機関回転数Reが検出され、且つ負荷センサ51からアクセルペダル50の踏込み量(すなわち機関負荷)Accpが検出される。次いで、ステップ102において、ステップ101で検出された機関回転数Reからコンプレッサ17の目標最低回転数Rmtが算出される。電気モータ66は、本制御ルーチンとは別の制御ルーチンにおいて、その増速回転数が目標最低回転数RmtとなるようにPID制御等によりフィードバック制御される。
FIG. 4 shows a control routine for operation control of the exhaust turbocharger of the present invention. First, at
次いで、ステップ103では、ステップ101において検出されたアクセルペダル50の踏込み量Accpが所定量Accps以下であるか否かが判定される。踏込み量Accpが所定量Accps以下であると判定された場合、すなわち機関負荷が低いと判定された場合には、ステップ104へと進み、バイパス弁68が開弁せしめられる。一方、ステップ103において、踏込み量Accpが所定量Accpsよりも大きいと判定された場合、すなわち機関負荷が高いと判定された場合にはステップ105へと進み、バイパス弁68が閉弁せしめられる。
Next, at
なお、上記実施形態では、バイパス弁58は開閉弁であるとして説明しているが、バイパス弁は連続的に開度を変更可能な弁であってもよい。この場合、機関負荷に応じてバイパス弁の開度を調整するようにしてもよい。 In the above embodiment, the bypass valve 58 is described as an on-off valve, but the bypass valve may be a valve whose opening degree can be changed continuously. In this case, the opening degree of the bypass valve may be adjusted according to the engine load.
また、上記実施形態では、電気モータ66によって排気ターボチャージャ16、特にコンプレッサ17が補助的に駆動されているが、コンプレッサ17を補助的に駆動するのは電気モータでなくてもよく、例えば油圧によって駆動されてもよい。
In the above embodiment, the
16 排気ターボチャージャ
17 コンプレッサ
24 排気タービン
61 コンプレッサインペラ
62 タービンホイール
63 シャフト
64、67 ワンウェイクラッチ
66 電気モータ
68 吸気バイパス通路
69 バイパス弁
70 ウェストゲートバルブ
16
Claims (3)
上記内燃機関の排気通路に設けられると共に排気ガスにより回転駆動せしめられる排気タービンと、
排気ガスとは異なる動力源により上記コンプレッサの回転数が少なくとも目標最低回転数となるように該コンプレッサを駆動するコンプレッサ駆動手段とを具備する内燃機関の排気ターボチャージャにおいて、
上記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパス弁とをさらに具備し、機関負荷が低負荷である場合には、上記バイパス弁を開弁すると共に、上記コンプレッサ駆動手段が上記コンプレッサを駆動するようにした内燃機関の排気ターボチャージャ。 A compressor that is provided in the intake passage of the internal combustion engine and pressurizes the intake gas;
An exhaust turbine provided in the exhaust passage of the internal combustion engine and driven to rotate by exhaust gas;
In an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine comprising compressor driving means for driving the compressor so that the rotational speed of the compressor becomes at least a target minimum rotational speed by a power source different from exhaust gas,
A bypass passage for bypassing the compressor; and a bypass valve for opening and closing the bypass passage. When the engine load is low, the bypass valve is opened and the compressor driving means is the compressor. An exhaust turbocharger for an internal combustion engine that drives the engine.
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