JP2006214325A - Engine supercharging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給によりエンジントルクの増大を図るエンジンの過給装置の技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of an engine supercharging device that increases engine torque by supercharging.
従来より、エンジントルクの増大を図る手段として吸気を過給するスーパーチャージャやターボチャージャが周知であるが、いずれも過給能力がエンジン回転数の影響を大きく受ける結果、低回転領域で過給圧が不足するという欠点がある。これに対し、電気的に駆動される電動過給機は、エンジン回転数の影響を受けることなく回転数を制御できるので、低回転領域でも十分な過給圧を発生し得る利点がある。 Conventionally, superchargers and turbochargers that supercharge intake air as means for increasing engine torque are well known. However, as a result of the supercharging ability being greatly affected by the engine speed, the supercharging pressure is low. There is a drawback of lacking. On the other hand, the electrically driven electric supercharger can control the rotational speed without being affected by the engine rotational speed, and therefore has an advantage that a sufficient supercharging pressure can be generated even in a low rotational speed region.
例えば特許文献1に記載のエンジンの過給装置は、吸気通路上に配置された電動過給機と、該過給機の上、下流側を連通するバイパス通路と、該バイパス通路上に設けられたバイパス弁とを有し、エンジンの運転状態が過給領域にあるときに、過給機を作動させると共にバイパス弁を閉じることにより、過給を行うようになっている。そして、このような構成のエンジンの過給装置において、急加速時等の応答性をさらに高める方法として予回転制御が提案されている。
For example, an engine supercharger described in
この予回転制御としては、例えば、エンジンの運転状態が過給領域に移行する前に予めバイパス弁を開いた状態で電動過給機を作動させておき、予め電動過給機の回転数を高めておくことにより、過給領域に移行した際に速やかに所要の過給圧が得られるようにする回転制御がある。また、エンジンの運転状態が過給領域に移行する前にバイパス弁を閉じ気味にした状態で電動過給機を作動させて、予め電動過給機下流の圧力を高めておくことにより、過給領域に移行した際に速やかに所要の過給圧が得られるようにする予圧制御がある。
ところで、上記予回転制御中に吸気温度が上昇し、高温の吸気が燃焼室に導入されてノッキングが発生し易くなるという問題がある。この予回転制御中に吸気温度を上昇させる原因として、例えば以下のようなものがある。 However, the intake air temperature rises during the pre-rotation control, and there is a problem that high-temperature intake air is introduced into the combustion chamber and knocking is likely to occur. As a cause for increasing the intake air temperature during the pre-rotation control, for example, there are the following.
即ち、回転制御時においては、バイパス弁が開いた状態で電動過給機を作動させるので、バイパス通路を介して吸気が循環することになるが、この循環により吸気が電動過給機の作動による発熱を繰り返し受けて次第に昇温することになる。 That is, at the time of rotation control, since the electric supercharger is operated with the bypass valve opened, the intake air is circulated through the bypass passage, and this circulation is caused by the operation of the electric supercharger. The temperature gradually rises as it repeatedly receives heat.
また、予圧制御時においては、閉じ気味に設定されたバイパス弁前後の圧力差が吸気温度の上昇の原因となる。つまり、この圧力差によって、電動過給機下流の高い吸気の位置エネルギが、バイパス弁の隙間を通って過給機上流に流れる際に流速としての運動エネルギに変換されると共に、この運動エネルギが過給機上流で例えば新気との衝突によって流速を失うときに熱エネルギに変換され、この熱エネルギが吸気温度を上昇させることになる。 Further, at the time of preload control, the pressure difference before and after the bypass valve which is set to be closed causes the intake air temperature to rise. That is, by this pressure difference, the potential energy of the high intake air downstream of the electric supercharger is converted into kinetic energy as a flow velocity when flowing upstream of the turbocharger through the clearance of the bypass valve, and this kinetic energy is When the flow velocity is lost due to, for example, a collision with fresh air upstream of the supercharger, it is converted into thermal energy, which increases the intake air temperature.
そこで、本発明は、エンジンの過給装置において、エンジンの運転状態が予回転領域にあるときに、吸気温度の上昇を抑制し、ノッキングの発生を防止することを課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to suppress an increase in intake air temperature and prevent occurrence of knocking when an engine operating state is in a pre-rotation region in an engine supercharging device.
前記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
まず、本願の請求項1に記載の発明は、吸気通路に設けられた電動過給機と、吸気通路における該電動過給機の上、下流側を連通させる第1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、エンジンの運転状態が過給領域にあるときに所定の過給圧が得られるように電動過給機の回転数及びバイパス弁を制御する過給制御手段とが備えられたエンジンの過給装置であって、エンジンの運転状態が前記過給領域の低負荷側に設定された予回転領域にあるか否かを判定する判定手段と、該判定手段によりエンジンの運転状態が予回転領域にあると判定されたときに、運転状態が過給領域にある場合より低い過給圧となるように電動過給機の回転数及びバイパス弁を制御する予回転制御手段と、吸気通路の電動過給機の下流に設けられて該過給機で生成される空気流によって発電を行うタービン式発電機と、前記予回転制御手段による予回転制御中、前記タービン式発電機に発電させる発電制御手段とを有することを特徴とする。
First, the invention according to
なお、予回転制御のうち、予圧制御では、電動過給機により比較的高い過給圧が生成されるが、過給領域における過給圧を超えない範囲に制御され、また、回転制御では、バイパス弁が開いているので、過給圧がそれほど高くなることがない。したがって、いずれの制御においても予回転制御時の過給圧は過給領域での過給圧より低くなる。 Of the pre-rotation control, in the pre-pressure control, a relatively high supercharging pressure is generated by the electric supercharger, but it is controlled in a range not exceeding the supercharging pressure in the supercharging region, and in the rotation control, Since the bypass valve is open, the supercharging pressure is not so high. Therefore, in any control, the supercharging pressure during the pre-rotation control is lower than the supercharging pressure in the supercharging region.
また、請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載のエンジンの過給装置において、吸気通路の電動過給機下流における前記タービン式発電機の上、下流側を連通させる第2バイパス通路と、該第2バイパス通路を開閉する開閉弁と、吸気温度を検出する吸気温度検出手段とが備えられ、前記発電制御手段は、前記予回転制御手段による予回転制御中、前記吸気温度検出手段により検出された吸気温度が所定値以下のときに、前記開閉弁を開くと共に、前記タービン式発電機による発電を制限することを特徴とする。
Further, the invention according to
また、請求項3に記載の発明は、前記請求項1に記載のエンジンの過給装置において、前記予回転制御手段は、予回転制御時にバイパス弁を閉じ、かつ、前記発電制御手段は、予回転制御中、タービン式発電機の発電量を電動過給機のサージングが発生しない範囲で最も高くなるように制御することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the engine supercharging device according to the first aspect, the pre-rotation control means closes the bypass valve during pre-rotation control, and the power generation control means During the rotation control, the power generation amount of the turbine generator is controlled so as to become the highest in a range where surging of the electric supercharger does not occur.
まず、請求項1に記載の発明によれば、吸気通路の電動過給機下流にタービン式発電機が配置され、予回転制御中、電動過給機により圧送された空気により該発電機のタービンが駆動されて発電が行われる。そして、この発電の際に、電動過給機により圧送された空気が持つ熱エネルギは、タービンを駆動する運動エネルギに変換される。熱エネルギが発電に消費された結果、吸気系全体として吸気温度が低下され、或いは上昇が抑制され、ノッキングの発生が防止されることになる。さらに、タービン式発電機による発電により、電動過給機による電力消費が補われるので、燃費の向上を両立させることができる。 According to the first aspect of the present invention, a turbine generator is disposed downstream of the electric supercharger in the intake passage, and the turbine of the generator is supplied by air pumped by the electric supercharger during pre-rotation control. Is driven to generate electricity. And in this electric power generation, the thermal energy which the air pumped by the electric supercharger has is converted into the kinetic energy which drives a turbine. As a result of the consumption of heat energy for power generation, the intake air temperature as a whole intake system is lowered or increased, and knocking is prevented. Furthermore, since the electric power consumption by the electric supercharger is supplemented by the power generation by the turbine generator, the fuel efficiency can be improved.
ところで、低温時に、第1バイパス通路を開閉するバイパス弁等が凍りつくことがある。このとき、前記バイパス弁等を覆う氷の層が剥がれ落ちて燃焼室に吸入され、燃焼不良等の弊害を引き起こす可能性がある。 By the way, the bypass valve etc. which open and close the 1st bypass passage may freeze up at the time of low temperature. At this time, the ice layer covering the bypass valve or the like peels off and is sucked into the combustion chamber, which may cause bad effects such as poor combustion.
これに対して、請求項2に記載の発明によれば、予回転制御の際、低温時には、タービン式発電機による発電を制限すると共に、該発電機の上、下流側を連通させる開閉弁が開かれるように制御されるので、電動過給機による発熱作用により吸気温度が早期に上昇されると共にタービンの駆動により熱を奪われることが抑制されるので、バイパス弁等を覆う氷の層が迅速に解凍されて、前述の弊害が解消されることになる。
On the other hand, according to the invention described in
また、電動過給機の特性として、電動過給機前後の圧力比が高く、空気の流量が少ないときに、空気が電動過給機を逆流するサージングと呼ばれる現象が発生し易くなる。そして、予圧制御時に、タービン式発電機による発電量を大きくすると、発電の効率は良いが、電動過給機下流の空気流量が減少するので、サージングが発生し易くなる。 Further, as a characteristic of the electric supercharger, when the pressure ratio before and after the electric supercharger is high and the flow rate of air is small, a phenomenon called surging in which air flows back through the electric supercharger is likely to occur. When the power generation amount by the turbine generator is increased during the preload control, the power generation efficiency is good, but the air flow rate downstream of the electric supercharger decreases, and surging is likely to occur.
これに対して、請求項3に記載の発明によれば、電動過給機の特性に従って、タービン式発電機の発電量が、サージングが発生しない範囲で最も高くなるように制御されるので、最低限の空気流量が確保されてサージングの発生が防止されつつ、発電機の発電量が可能な限り大きく設定されて発電の効率化が図られる。 On the other hand, according to the third aspect of the present invention, the power generation amount of the turbine generator is controlled to be the highest in a range where surging does not occur according to the characteristics of the electric supercharger. The generation of surging is prevented by securing a limited air flow rate, and the power generation amount of the generator is set as large as possible to increase the efficiency of power generation.
以下、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
まず、本発明の第1の実施の形態について説明すると、図1は、本実施の形態に係るエンジンの吸気系1を示している。この吸気系1において、吸気通路2には、上流側からエアクリーナ3、電動過給機4、タービン式発電機5、スロットルバルブ6、サージタンク7が設けられ、該サージタンク7から各気筒#1〜#4内にそれぞれ通じる複数の独立吸気通路8…8が分岐されている。
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows an
また、該吸気通路2における電動過給機4の上、下流側を直接連通させる第1バイパス通路9が設けられており、該第1バイパス通路9には、該通路9を通過する空気の流量を制御するバイパス弁10が設けられている。さらに、吸気通路2におけるタービン式発電機5の上、下流側を直接連通させる第2バイパス通路11が設けられており、該第2バイパス通路11には、該通路10を通過する空気の流量を制御するジェネレータバイパスバルブ12が設けられている。
In addition, a
前記電動過給機4は、コンプレッサ4aとモータ4bとを備え、モータ4bの駆動によりコンプレッサ4aが空気を吸入して各気筒#1〜#4に圧送することで、空気充填量ないしエンジントルクを増大させる。
The
前記タービン式発電機5は、タービン5aとジェネレータ5bとを備え、タービン5aは電動過給機4により圧送された空気の熱エネルギにより駆動され、ジェネレータ5bはタービン5aの駆動による運動エネルギを電力に変換する。なお、該発電機5は、フィールド電流を制御することにより発電量が可変であり、発電量に応じてタービン5aの回転抵抗が増減することになる。
The
また、このエンジンには、該エンジンの駆動により発電を行うオルタネータ20と、該オルタネータ20で発電された電力を蓄えるバッテリ21とが備えられている。バッテリ21は、前記タービン式発電機5のジェネレータ5bで変換した電力をも蓄えるようになっている。
Further, the engine includes an
また、このエンジンを制御するエンジン制御装置100が備えられ、該制御装置100に、運転者によるアクセルペダル30aの踏込量(エンジン負荷)を検出するアクセル開度センサ30からの信号、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ31からの信号、吸気温度を検出する吸気温度センサ32からの信号等が入力されるようになっている。
Further, an
そして、それらの入力信号に基いてスロットルバルブ6を開閉駆動するスロットルアクチュエータ33、各気筒#1〜#4に備えられた点火プラグ34…34、吸気系1を制御する吸気システムコントローラ101に各種の制御信号を出力する。さらに、前記吸気システムコントローラ101は、発電機5のジェネレータ5b、ジェネレータバイパスバルブ12、バイパス弁10を開閉駆動するバイパスアクチュエータ35、及び電動過給機4の回転数を制御する電動過給機コントローラ102などに制御信号を出力する。また、電動過給機コントローラ102には、上記バッテリ21から電力が供給されるようになっている。
The
なお、前記吸気通路2、電動過給機4、第1バイパス通路9、及びバイパス弁10は、請求項1に記載の過給装置の前提となる構成要素に相当する。また、前記エンジン制御装置100は請求項1に記載の過給装置における判定手段に相当し、吸気システムコントローラ101は請求項1に記載の過給装置における過給制御手段、予回転制御手段、及び発電制御手段に相当する。また、前記ジェネレータバイパスバルブ12は請求項2に記載の過給装置における開閉弁に相当し、前記吸気温度センサ32は請求項2に記載の過給装置における吸気温度検出手段に相当する。
The
一方、前記エンジン制御装置100には、図2に示すエンジンの運転領域を設定したマップが記憶されている。このマップには、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとした4つの領域が設定されている。即ち、全エンジン運転領域の高回転側(エンジン回転数がN1以上)には自然吸気領域、低負荷低回転側(エンジン回転数がN1以下、エンジン負荷がα1以下)には予回転領域(予圧領域)、高負荷低回転側(エンジン回転数がN1以下、エンジン負荷がα1以上)には過給領域が設定されていると共に、該過給領域内の低回転側にはサージング領域が設定されている。
On the other hand, the
前記自然吸気領域では、バイパス弁10が開いた状態で電動過給機4を作動させ、ジェネレータバイパスバルブ12を開くように制御される。そして、吸気通路2に導入された空気は、図1の矢印Aに示すように第1バイパス通路9を順方向に流れて、各気筒#1〜#4に供給される。
In the natural intake region, the
前記予回転領域で行われる予圧制御は、バイパス弁10が閉じ気味にさせた状態で電動過給機4を作動させ、吸気温度に応じてジェネレータバイパスバルブ12の開閉が制御される。その結果、吸気通路2における電動過給機4の下流側の圧力が予め高められることになって、エンジンの運転状態が過給領域に移行した際の過給圧の応答性を向上させることができる。このとき、同時にスロットルバルブ6の絞り制御を行うことにより各気筒#1〜#4内に導入する吸気量が必要以上に多くならないようにしている。なお、ジェネレータバイパスバルブ12が閉じられているときは、電動過給機4から圧送された空気は、図1の矢印Dに示すように、タービン式発電機5のタービン5aを通過して吸気通路2の下流側に流れ、該バルブ12が開かれているときは、電動過給機4から圧送された空気は、矢印Eに示すように発電機5のタービン5aを迂回して第2バイパス通路11を通過して吸気通路2の下流側に流れることになる。
In the preload control performed in the pre-rotation region, the
前記過給領域では、バイパス弁10を閉じた状態で電動過給機4を作動させ、ジェネレータバイパスバルブ12を開くように制御される。そして、吸気通路2に導入された空気は、図1の矢印Eに示すように第2バイパス通路11を通って、矢印Bに示すように吸気通路2を流れる。
In the supercharging region, the
前記サージング領域では、バイパス弁10を半開とした状態で電動過給機4を作動させ、ジェネレータバイパスバルブ12を開くようにに制御される。このサージング領域は、電動過給機4の下流側の圧力が高く、吸気の流量が少ないので、吸気が電動過給機4を逆流するサージングが発生する可能性のある領域であって、ここでは、バイパス弁10を半開にすることにより、図1の矢印Cに示すように吸気の一部を第1バイパス通路9を逆流させて循環させるようにしている。
In the surging region, the
一方、図3のマップは、電動過給機4の特性を示すもので、このマップには、吸入空気量を横軸にして、電動過給機4の上、下流側の圧力比が縦軸に示されている。そして、この電動過給機4の使用領域として、図に示す領域Xが設定されている。なお、領域Xの低吸入空気量高圧力比側の領域Yは、電動過給機4の下流側の圧力が高く、空気の流量は少ないので、前述のサージングが起き易い領域となる。
On the other hand, the map of FIG. 3 shows the characteristics of the
さらに、前記領域Xには、電動過給機4の消費電力に応じた領域a〜pが設定されている。これらの領域a〜pは、吸入空気量の増加に対して圧力比が減少するような複数の曲線で分割されてなる略短冊状の領域であり、低吸入空気量低圧力比側の領域aから順に消費電力は増加する。
Further, in the area X, areas a to p corresponding to the power consumption of the
また、領域Xには、電動過給機4の回転数の特性が示されている。この特性は、領域Xの低吸入空気量低圧力比側に回転数40000rpmの曲線が設定され、高吸入吸気量高圧力比側に移るに従って回転数は増加することが示されている。
Further, in region X, the characteristics of the rotational speed of the
ところで、本実施の形態で使用する電動過給機4の定格出力は2kWであり、図4に示すように、電動過給機4の消費電力が定格電力の半分の1kWを超えると、これに応じた吐出圧の上昇により、ノッキングが発生し易くなることがわかっている。このノッキングを抑制するために点火時期のリタード制御を行うので、実際に得られるエンジントルクは穏やかな増加となる。また、電動過給機4の消費電力に応じて図示しないオルタネータによる消費トルクが増加するので、実際に得られるトルクがさらに抑制され、その結果、過給機4の消費電力が1kW以上の領域では過給機4の消費電力をこれ以上増加させても、正味の実トルクはほとんど増加しない。なお、ここではノッキングが起き易くなるときの電動過給機4の消費電力は1kWであるが、この値は電動過給機4の定格や特性等に応じて変更される。
By the way, the rated output of the
そして、前記吸気系1は、エンジン制御装置100、吸気システムコントローラ101、及び電動過給機コントローラ102により、図5に示すフローチャートに従って制御される。
The
まず、ステップS1で、エンジン制御装置100により、各種信号を各センサから読み込むと共に、ステップS2で、これらの信号に基いて吸入空気量を求める。具体的には、アクセル開度センサ30により検出されたエンジン負荷とエンジン回転数センサ31により検出されたエンジン回転数とに基いて吸入空気量を演算する。このとき、センサ等で吸入空気量を検出するようにしてもよい。
First, in step S1, the
そして、ステップS3で、エンジン回転数がN1より大きいか否かを判定し、N1より大きいときは、運転状態は図2のマップに示す自然吸気領域に属するから、ステップS4でバイパス弁10を全開にし、ステップS5で電動過給機4を停止させる。次に、ステップS6でジェネレータバイパスバルブ12を開くように制御する。これによって、エアクリーナ3から導入された空気が第1バイパス通路9を介して各気筒#1〜#4に供給される自然吸気が実行される。
Then, in step S3, it is determined whether or not the engine speed is greater than N1, and if it is greater than N1, the operating state belongs to the natural intake region shown in the map of FIG. 2, and therefore the
一方、ステップS3で、エンジン回転数がN1以下のときは、ステップS7に進んでエンジン負荷がα1以上か否かを判定する。ここで、エンジン負荷がα1より大きいときはエンジンの運転状態が過給領域に属することになるが、このとき、ステップS8で、運転状態がサージング領域に属するか否かを判定する。 On the other hand, when the engine speed is N1 or less in step S3, the process proceeds to step S7 to determine whether the engine load is α1 or more. Here, when the engine load is larger than α1, the operating state of the engine belongs to the supercharging region. At this time, it is determined whether or not the operating state belongs to the surging region.
そして、ステップS8でエンジンの運転状態がサージング領域に属さないときは、ステップS9に進んでバイパス弁10を閉じ、ステップS10で1kW運転制御を行う。この1kW運転制御では、図3に示した電動過給機4の消費電力に応じた領域a〜pのうち、1kWに相当する領域h上で、ステップS2で求めた吸入空気量が得られる過給機4の回転数を読み出し、過給機4の回転数をこの回転数に制御する。そして、ステップS11で、ジェネレータバイパスバルブ12を開くように制御する。
When the engine operating state does not belong to the surging region in step S8, the process proceeds to step S9, the
例えばステップS2で求められた吸入空気量が2m3/minのときの1kW運転制御では、図3のマップにおいて領域h上の点Zにおける電動過給機4の回転数を読み出す。点Zは、回転数が60000rpmから少し70000rpm寄りの位置にあり、補間によって62000rpmが求められる。そして、エンジン制御装置100が吸気システムコントローラ101を介して電動過給機コントローラ102に信号を送り、過給機4がこの回転数になるように制御し、これによって消費電力が1kWで回転数が62000rpmの運転が実現される。
For example, in the 1 kW operation control when the intake air amount obtained in step S2 is 2 m 3 / min, the rotational speed of the
一方、ステップS8で、エンジンの運転状態がサージング領域に属するときは、ステップS12に進んでバイパス弁10を半開にし、ステップS13で前述の1kW運転制御を行い、ステップS11に進む。これによって、電動過給機4から吐出された空気の一部が第1バイパス通路9を逆流することになり、過給機4の下流の圧力が下がってサージングの発生が未然に回避される。
On the other hand, when the engine operating state belongs to the surging region in step S8, the process proceeds to step S12, the
また、このように空気の一部を循環させるので、実際に吸入される空気量が要求されたものより少なくなる。これに対して、第1バイパス通路9を循環させる空気量をβとすると、1kW運転制御の際には空気量βを補うために、β相当分増大された吸入空気量が要求されたものとして図3のマップを適用することになる。例えばステップS1で演算された吸入空気量が2m3/minのときは、循環させる空気量βを加えた2+βm3/minを吸入空気量の値として、この吸入空気量に対応する領域h上の点Z′における回転数(約58000rpm)を読み出すことになる。
Further, since a part of the air is circulated in this way, the amount of air actually sucked becomes smaller than that required. On the other hand, if the amount of air circulating through the
ところで、前記ステップS7でエンジン負荷がα1以下のときは、運転状態が予回転領域(予圧領域)に属するから、ステップS14でバイパス弁10をほぼ閉じるように制御し、ステップS15で電動過給機4の回転数を予め設定された予圧制御用の回転数に制御する。なお、予圧制御用の電動過給機4の回転数は、例えば過給領域における回転数よりも低くなるように設定され、得られる過給圧も低くなっている。
By the way, when the engine load is α1 or less in step S7, the operating state belongs to the pre-rotation region (pre-load region). The rotational speed of 4 is controlled to a preset rotational speed for preload control. Note that the rotational speed of the
次に、ステップS16で、タービン式発電機5による発電量がサージング限界になるようにジェネレータ5bのフィールド電流を制御する。前述のように、発電機5の発電量に応じてタービン5aの回転抵抗が増減する。例えば発電機5の発電量が大きいときはタービン5aの回転抵抗が大きくなり、これに伴って電動過給機4から圧送された空気が受ける抵抗が大きくなって空気流量は減少する。これに対して、発電機5の発電量が小さいときはタービン5aの回転抵抗が小さくなり、これに伴って電動過給機4から圧送された空気が受ける抵抗が小さくなるので空気流量は増加する。
Next, in step S16, the field current of the
そして、図3で示した電動過給機4の特性のマップにおいて、空気流量が吸入空気量に相当し、前述のように領域Xの低吸入空気量側にサージング領域Yが位置する。ここで、領域Xにおける領域Yとの境界付近がサージング限界ラインLであり、前記タービン式発電機5の発電量を吸入空気量がラインL上に位置するように設定する。
In the characteristic map of the
ところで、ステップS15において、電動過給機4の回転数は、前記1kW運転制御の回転数に設定してもよい。例えば、1kW運転制御時には、図3に示すように、吸入空気量が3m3/minの場合は、領域h上の点Sに対応して過給機4の回転数(53000rpm)が設定される。一方、ステップS16で、同じ過給機4の回転数(53000rpm)で、かつサージング限界ラインL上の点S′になるように、タービン式発電機5の発電量が設定され、吸入空気量γを実現する。このように、予圧制御においても1kW運転を実行することによって、過給機4の回転数が予め過給領域における回転数と同等に高められ、エンジンの運転領域が予回転領域から過給領域に移行した際の過給圧の応答性を向上させることができる。
By the way, in step S15, the rotation speed of the
なお、ステップS16が請求項1、3に記載の発明の主旨に相当する。
Step S16 corresponds to the gist of the invention described in
一方、ステップS17で、吸気温度センサ32により検出された吸気温度がT1未満か否かを判定する。ここで吸気温度がT1未満の低温時には、ジェネレータバイパスバルブ12を開くように制御される。この結果、電動過給機4から圧送された空気は第2バイパス通路11を通って吸気通路2の下流に流れる。
On the other hand, in step S17, it is determined whether or not the intake air temperature detected by the intake
また、吸気温度がT1以上のときは、ジェネレータバイパスバルブ12を閉じるように制御される。この結果、電動過給機4から圧送された空気は発電機5のタービン5aを通過して吸気通路2の下流に流れる。
Further, when the intake air temperature is equal to or higher than T1, the
なお、ステップS17〜S19が請求項2に記載の発明の主旨に相当する。
Steps S17 to S19 correspond to the gist of the invention described in
次に、本発明の第2の実施の形態として、図6のマップに示すように各運転領域が設定されている場合について説明する。このマップは、図2のマップの低負荷低回転領域に設定された予回転領域の予圧領域を回転領域に変更したものである。 Next, as a second embodiment of the present invention, a case where each operation region is set as shown in the map of FIG. 6 will be described. This map is obtained by changing the preload area of the prerotation area set in the low load low rotation area of the map of FIG. 2 to the rotation area.
この予回転領域で行われる回転制御は、バイパス弁10を開いた状態で電動過給機4を作動させ、吸気を第1バイパス通路9に循環させて、運転状態が過給領域に移行したときの過給圧の応答性を向上させる。なお、この回転領域では、バイパス弁10が開いた状態とされるため、予圧は行われない状態となり、過給圧は、過給領域における過給圧よりも小さくなる。
The rotation control performed in the pre-rotation region is performed when the
そして、この実施の形態では、吸気系1は、図7に示すフローチャートに従って制御される。なお、このフローチャートにおいて、ステップS21〜S33及びステップS37〜S39は前記第1の実施の形態における図5のフローチャートのステップS1〜S13及びステップS17〜19と同様の制御であるので、これらの説明は省略し、ここでは回転制御に係るステップS34,35についてのみ説明する。
In this embodiment, the
即ち、吸気温度がT1より高いと判定された後、ステップS34でバイパス弁10を全開になるように制御し、ステップS35で電動過給機4の回転数を回転制御用の回転数に制御する。このとき、過給機4の回転数は、1kW運転制御の回転数に設定するようにしてもよい。
That is, after it is determined that the intake air temperature is higher than T1, the
以上のように、吸気通路2の電動過給機4の下流にタービン式発電機5が配置され、予回転制御中、電動過給機4により圧送された空気により該発電機5のタービン5aを駆動して発電が行われる。そして、この発電の際に、電動過給機4により圧送された空気が持つ熱エネルギは、タービン5aを駆動する運動エネルギに変換される。熱エネルギが発電により消費された結果、吸気系1全体として吸気温度が低下され、或いは上昇が抑制され、ノッキングの発生が防止されることになる。さらに、タービン式発電機5による発電により、電動過給機4による電力消費が補われるので、燃費の向上を両立させることができる。
As described above, the
ところで、低温時に、第1バイパス通路9を開閉するバイパス弁10等が凍りつくことがある。このとき、バイパス弁10等を覆う氷の層が剥がれ落ちて燃焼室に吸入され、燃焼不良等の弊害を引き起こす可能性がある。
By the way, when the temperature is low, the
これに対して、予回転制御の際、低温時には、タービン式発電機5による発電を停止させると共に、該発電機5の上、下流側を連通させるジェネレータバイパスバルブ12が開かれるように制御されるので、電動過給機4による発熱作用により吸気温度が早期に上昇されると共にタービン5aの駆動により熱を奪われることが抑制されるので、バイパス弁10等を覆う氷の層が迅速に解凍されて、前述の弊害が解消されることになる。
On the other hand, at the time of pre-rotation control, at a low temperature, the power generation by the
また、電動過給機4の特性として、電動過給機4の上、下流の圧力比が高く、空気の流量が少ないときに、空気が電動過給機4を逆流するサージングと呼ばれる現象が発生し易くなる。そして、予圧制御時に、タービン式発電機5による発電量を大きくすると、発電の効率は良いが、電動過給機4下流の空気流量が減少するので、サージングが発生し易くなる。
In addition, as a characteristic of the
これに対して、電動過給機4の特性に従って、タービン式発電機5の発電量が、サージングが発生しない範囲で最も高くなるように制御されるので、最低限の空気流量が確保されてサージングの発生が防止されつつ、発電機5の発電量が可能な限り大きく設定されて発電の効率化が図られる。
On the other hand, according to the characteristics of the
本発明は、エンジンの過給装置において、エンジンの運転状態が予回転領域にあるときに、吸気温度の上昇を抑制し、ノッキングの発生を防止することを目的とする。本発明は、過給によりエンジントルクの増大を図るエンジンの過給装置の技術分野に広く好適である。 An object of the present invention is to suppress an increase in intake air temperature and prevent knocking when an engine operating state is in a pre-rotation region in an engine supercharging device. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is widely suitable for the technical field of an engine supercharging device that increases engine torque by supercharging.
2 吸気通路
4 電動過給機
5 タービン式発電機
9 バイパス通路
10 バイパス弁
32 吸気温度センサ
100 エンジン制御装置
101 吸気システムコントローラ
2
Claims (3)
エンジンの運転状態が前記過給領域の低負荷側に設定された予回転領域にあるか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によりエンジンの運転状態が予回転領域にあると判定されたときに、運転状態が過給領域にある場合より低い過給圧となるように電動過給機の回転数及びバイパス弁を制御する予回転制御手段と、
吸気通路の電動過給機の下流に設けられて該過給機で生成される空気流によって発電を行うタービン式発電機と、
前記予回転制御手段による予回転制御中、前記タービン式発電機に発電させる発電制御手段とを有することを特徴とするエンジンの過給装置。 If the engine is in an overrun state, an electric supercharger provided in the intake passage, a first bypass passage that communicates the upstream and downstream sides of the electric supercharger in the intake passage, a bypass valve that opens and closes the bypass passage, and A supercharging device for an engine provided with a supercharging control means for controlling the rotational speed of the electric supercharger and a bypass valve so as to obtain a predetermined supercharging pressure when in a charging region,
Determination means for determining whether or not the operating state of the engine is in a pre-rotation region set on the low load side of the supercharging region;
When it is determined by the determination means that the engine operating state is in the pre-rotation region, the rotational speed of the electric supercharger and the bypass valve are set so that the supercharging pressure is lower than when the operating state is in the supercharging region. Pre-rotation control means for controlling;
A turbine-type generator that is provided downstream of the electric supercharger in the intake passage and generates power by an air flow generated by the supercharger;
A supercharging device for an engine, comprising: power generation control means for causing the turbine generator to generate electric power during prerotation control by the prerotation control means.
吸気通路の電動過給機下流における前記タービン式発電機の上、下流側を連通させる第2バイパス通路と、
該第2バイパス通路を開閉する開閉弁と、
吸気温度を検出する吸気温度検出手段とが備えられ、
前記発電制御手段は、前記予回転制御手段による予回転制御中、前記吸気温度検出手段により検出された吸気温度が所定値以下のときに、前記開閉弁を開くと共に、前記タービン式発電機による発電を制限することを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to claim 1,
A second bypass passage for communicating the upper and downstream sides of the turbine generator downstream of the electric supercharger in the intake passage;
An on-off valve for opening and closing the second bypass passage;
An intake air temperature detecting means for detecting the intake air temperature,
The power generation control means opens the on-off valve when the intake air temperature detected by the intake air temperature detection means is lower than a predetermined value during the pre-rotation control by the pre-rotation control means, and generates power by the turbine generator. An engine supercharging device characterized by limiting the engine.
前記予回転制御手段は、予回転制御時にバイパス弁を閉じ、かつ、
前記発電制御手段は、予回転制御中、タービン式発電機の発電量を電動過給機のサージングが発生しない範囲で最も高くなるように制御することを特徴とするエンジンの過給装置。
The engine supercharging device according to claim 1,
The pre-rotation control means closes the bypass valve during pre-rotation control, and
The supercharging device for an engine characterized in that the power generation control means controls the power generation amount of the turbine generator to become the highest in a range where surging of the electric supercharger does not occur during pre-rotation control.
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