JP2007092618A - Internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付き内燃機関に関し、特に、EGRクーラ付きのEGR装置を備えた過給機付き内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine with a supercharger, and particularly to an internal combustion engine with a supercharger provided with an EGR device with an EGR cooler.
排気通路から吸気通路へ排気ガスの一部を還流するEGR装置において、還流される排気ガス(EGRガス)を冷却するEGRクーラを備えたものが知られている。このEGRクーラ付きのEGR装置によれば、EGRガスを冷却することでその密度を高めることができ、新気の吸入量を十分に確保しつつEGR率を向上させることが可能になる。 2. Description of the Related Art An EGR device that recirculates part of exhaust gas from an exhaust passage to an intake passage is known that includes an EGR cooler that cools the recirculated exhaust gas (EGR gas). According to the EGR device with the EGR cooler, the density of the EGR gas can be increased by cooling the EGR gas, and the EGR rate can be improved while ensuring a sufficient amount of fresh air.
しかし、EGRガス中には水分と煤等が含まれているため、EGRガスがEGRクーラによって冷却されると、凝縮した水分に煤等が付着し、その付着物がEGRクーラ内に堆積してしまう可能性がある。付着物の堆積は、EGRクーラの冷却効率の低下や圧力損失の増大を招くことになる。 However, since the EGR gas contains moisture, soot and the like, when the EGR gas is cooled by the EGR cooler, soot and the like adhere to the condensed moisture, and the deposits accumulate in the EGR cooler. There is a possibility. Accumulation of deposits causes a decrease in cooling efficiency of the EGR cooler and an increase in pressure loss.
特許文献1には、付着物によるEGRクーラの効率低下を防止するための技術が開示されている。ここに開示された技術は、EGRクーラに吸入空気を導入し、それによりEGRクーラ内の付着物を吹き飛ばして除去するものである。また、ここには、吸気通路に過給機を備え、過給機による過給空気をEGRクーラに導入する技術も開示されている。
特許文献1に記載のように吸入空気をEGRクーラに導入する場合、吸入空気がEGRクーラ内を通過する際の圧力損失によって、内燃機関に吸入される空気量は減少することになる。吸入空気量の減少は、内燃機関の出力の低下や排気エミッションの悪化を招く可能性がある。過給機による過給空気をEGRクーラに導入する場合も同様であり、EGRクーラ内を通過する際の圧力損失によって過給圧が低下し、内燃機関の運転性能に悪影響を及ぼす可能性がある。 When the intake air is introduced into the EGR cooler as described in Patent Document 1, the amount of air sucked into the internal combustion engine decreases due to the pressure loss when the intake air passes through the EGR cooler. A decrease in the intake air amount may cause a decrease in the output of the internal combustion engine and a deterioration in exhaust emission. The same applies to the case where supercharged air from the supercharger is introduced into the EGR cooler, and the supercharging pressure decreases due to pressure loss when passing through the EGR cooler, which may adversely affect the operation performance of the internal combustion engine. .
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転性能に影響を与えることなくEGRクーラの回復処理を行うことが可能な、過給機付き内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an internal combustion engine with a supercharger capable of performing EGR cooler recovery processing without affecting the operation performance of the internal combustion engine. The purpose is to do.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関であって、
前記内燃機関の吸気通路に配置され、前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の過給を行う過給機と、
前記過給機を前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
前記内燃機関の排気通路と前記吸気通路における前記過給機の下流とを接続し、排気ガスの一部を前記吸気通路へ再循環させるEGR装置と、
前記EGR装置に設けられたEGRクーラと、
前記吸気通路における前記過給機の下流から分岐して、前記過給機により過給された空気の一部を前記EGRクーラに導入するバイパス通路と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記バイパス通路に流れるバイパス空気量、或いは吸入空気量に対する前記バイパス空気量のバイパス比を制御するバイパス制御手段と、
前記内燃機関の運転状態と、前記バイパス制御手段の作動状態とに基づいて、前記駆動手段による前記過給機の強制駆動量を制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention is an internal combustion engine with a supercharger,
A supercharger that is disposed in an intake passage of the internal combustion engine, and that supercharges air sucked into a combustion chamber of the internal combustion engine;
Drive means capable of forcibly driving the supercharger without depending on the operating state of the internal combustion engine;
An EGR device that connects an exhaust passage of the internal combustion engine and a downstream of the supercharger in the intake passage, and recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage;
An EGR cooler provided in the EGR device;
A bypass passage branched from the downstream of the supercharger in the intake passage and introducing a part of the air supercharged by the supercharger to the EGR cooler;
A bypass control means for controlling a bypass ratio of the bypass air amount with respect to an amount of bypass air flowing into the bypass passage or an intake air amount based on an operating state of the internal combustion engine;
Drive control means for controlling the forced drive amount of the supercharger by the drive means based on the operating state of the internal combustion engine and the operating state of the bypass control means;
It is characterized by having.
第2の発明は、第1の発明において、
前記バイパス制御手段は、前記EGRクーラの効率を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。
According to a second invention, in the first invention,
The bypass control means controls the bypass air amount or the bypass ratio based on an index value indicating the efficiency of the EGR cooler.
第3の発明は、第1の発明において、
前記バイパス制御手段は、前記過給機のサージ状態を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。
According to a third invention, in the first invention,
The bypass control means controls the bypass air amount or the bypass ratio based on an index value indicating a surge state of the supercharger.
第4の発明は、第1の発明において、
前記バイパス制御手段は、前記内燃機関への減速要求を示す指標値に基づいて、前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。
According to a fourth invention, in the first invention,
The bypass control means controls the bypass air amount or the bypass ratio based on an index value indicating a deceleration request to the internal combustion engine.
第5の発明は、第1乃至第4の何れか1つの発明において、
前記駆動制御手段は、過給圧が前記内燃機関の運転状態に応じた目標過給圧になるように、前記過給機の強制駆動量を制御することを特徴としている。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The drive control means controls the forced drive amount of the supercharger so that the supercharging pressure becomes a target supercharging pressure corresponding to an operating state of the internal combustion engine.
第6の発明は、第1乃至第5の何れか1つの発明において、
前記バイパス制御手段は、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁を含み、前記バイパス弁の開度によって前記バイパス空気量或いは前記バイパス比を制御することを特徴としている。
A sixth invention is any one of the first to fifth inventions,
The bypass control means includes a bypass valve that opens and closes the bypass passage, and controls the bypass air amount or the bypass ratio according to an opening degree of the bypass valve.
第7の発明は、第1乃至第6の何れか1つの発明において、
前記吸気通路における前記過給機の下流にはインタークーラが配置され、
前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴としている。
A seventh invention is the invention according to any one of the first to sixth inventions,
An intercooler is disposed downstream of the supercharger in the intake passage,
The bypass passage is branched from the upstream side of the intercooler in the intake passage.
第8の発明は、第1乃至第7の何れか1つの発明において、
前記過給機は、前記排気通路に配置されるタービンを有し、前記タービンが受ける排気ガスのエネルギを利用して空気の過給を行うターボチャージャであり、
前記バイパス通路は、前記EGRクーラを経由して前記タービンの上流に通じていることを特徴としている。
According to an eighth invention, in any one of the first to seventh inventions,
The supercharger has a turbine disposed in the exhaust passage, and is a turbocharger that supercharges air using energy of exhaust gas received by the turbine,
The bypass passage communicates with the upstream of the turbine via the EGR cooler.
また、第9の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関であって、
前記内燃機関から排出される排気ガスのエネルギを利用して前記内燃機関の燃焼室へ吸入される空気の過給を行う過給機と、
前記過給機のコンプレッサを前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
前記内燃機関の排気通路における前記過給機のタービンの上流から分岐し、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流に接続されるEGR通路と、
前記EGR通路を開閉するEGR弁と、
前記EGR通路における前記EGR弁の上流に配置されたEGRクーラと、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流から分岐して、前記EGR通路における前記EGRクーラと前記EGR弁との間に接続されるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
を備えることを特徴としている。
A ninth invention is an internal combustion engine with a supercharger in order to achieve the above object,
A supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber of the internal combustion engine using energy of exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
Drive means capable of forcibly driving the compressor of the supercharger without depending on the operating state of the internal combustion engine;
An EGR passage branched from the upstream of the turbine of the supercharger in the exhaust passage of the internal combustion engine and connected to the downstream of the compressor in the intake passage;
An EGR valve for opening and closing the EGR passage;
An EGR cooler disposed upstream of the EGR valve in the EGR passage;
A bypass passage branched from the compressor downstream in the intake passage and connected between the EGR cooler and the EGR valve in the EGR passage;
A bypass valve for opening and closing the bypass passage;
It is characterized by having.
第10の発明は、第9の発明において、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流にはインタークーラが配置され、
前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴としている。
A tenth invention is the ninth invention,
An intercooler is disposed downstream of the compressor in the intake passage,
The bypass passage is branched from the upstream side of the intercooler in the intake passage.
第1の発明によれば、内燃機関の運転状態と、バイパス空気量或いはバイパス比を制御するバイパス制御手段の作動状態とに基づいて過給機の強制駆動量を制御することで、過給空気のバイパスに伴う過給圧の低下を補償することができる。これにより、内燃機関の運転性能に影響を与えることなく、過給空気をEGRクーラに供給してEGRクーラの回復処理を行うことができる。 According to the first invention, the supercharged air is controlled by controlling the forced drive amount of the supercharger based on the operating state of the internal combustion engine and the operating state of the bypass control means for controlling the bypass air amount or the bypass ratio. It is possible to compensate for a decrease in supercharging pressure associated with bypassing the engine. Thus, the supercharged air can be supplied to the EGR cooler and the EGR cooler recovery process can be performed without affecting the operation performance of the internal combustion engine.
第2の発明によれば、EGRクーラの効率に応じてバイパス空気量或いはバイパス比を制御することで、EGRクーラの効率が低下したときに速やかにEGRクーラの回復処理を行うことができる。 According to the second aspect of the invention, by controlling the bypass air amount or the bypass ratio according to the efficiency of the EGR cooler, the EGR cooler can be quickly recovered when the efficiency of the EGR cooler decreases.
第3の発明によれば、過給機のサージ状態に応じてバイパス空気量或いはバイパス比を制御することで、過給機を通過する空気量を増大させてサージの発生を回避しつつ、バイパスした過給空気のEGRクーラへの導入によってEGRクーラの回復処理を行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, the bypass air amount or the bypass ratio is controlled according to the surge state of the supercharger, thereby increasing the air amount passing through the supercharger and avoiding the occurrence of a surge. The recovery process of the EGR cooler can be performed by introducing the supercharged air to the EGR cooler.
第4の発明によれば、減速要求に応じてバイパス空気量或いはバイパス比を制御することで、燃焼に寄与することなく排出されることになる減速時の過給空気を有効に利用して、EGRクーラの回復処理を効率的に行うことができる。 According to the fourth invention, by controlling the amount of bypass air or the bypass ratio according to the deceleration request, effectively using the supercharged air at the time of deceleration that will be discharged without contributing to combustion, The recovery process of the EGR cooler can be performed efficiently.
第5の発明によれば、駆動手段による過給機の強制駆動によって過給圧は内燃機関の運転状態に応じた目標過給圧に維持されるので、過給空気のバイパスの前後において内燃機関の運転性能に変化が生じることは防止される。 According to the fifth aspect of the invention, the supercharging pressure is maintained at the target supercharging pressure corresponding to the operating state of the internal combustion engine by the forced driving of the supercharger by the drive means, so that the internal combustion engine before and after bypassing the supercharged air It is possible to prevent the driving performance of the vehicle from changing.
第6の発明によれば、バイパス空気量或いはバイパス比はバイパス弁の開度によって決まるので、バイパス空気量或いはバイパス比を実際に計測せずとも、バイパス弁の開度を制御することによって、間接的にバイパス空気量或いはバイパス比を制御することができる。 According to the sixth invention, since the bypass air amount or the bypass ratio is determined by the opening degree of the bypass valve, it is indirectly controlled by controlling the opening degree of the bypass valve without actually measuring the bypass air amount or the bypass ratio. Thus, the amount of bypass air or the bypass ratio can be controlled.
第7の発明によれば、インタークーラにより冷却されていない、且つ、インタークーラの通過によって圧力損失の生じていない、高温で高圧の過給空気をEGRクーラに供給することができ、EGRクーラの回復処理をより効果的に行うことができる。 According to the seventh aspect of the invention, high-temperature and high-pressure supercharged air that is not cooled by the intercooler and that does not cause pressure loss due to the passage of the intercooler can be supplied to the EGR cooler. The recovery process can be performed more effectively.
第8の発明によれば、EGRクーラの回復処理に利用された過給空気は、過給機のタービンに供給されてタービンの回転駆動に再利用される。これにより、過給機によってされた仕事の一部を回収することができ、エネルギの無駄を低減することができる。 According to the eighth aspect of the invention, the supercharged air used for the recovery process of the EGR cooler is supplied to the turbine of the supercharger and reused for rotational driving of the turbine. Thereby, a part of work done by the supercharger can be recovered, and waste of energy can be reduced.
また、第9の発明によれば、EGR弁を閉じてバイパス弁を開くことで、過給機のコンプレッサにより過給された過給空気をEGRクーラの出口側から入口側へ逆方向に流すことができ、EGRクーラ内に堆積した煤等の付着物を排気通路に排出することができる。また、EGRクーラの回復処理に利用された過給空気は、過給機のタービンに供給されてタービンの回転駆動に再利用されるので、過給機によってされた仕事の一部をタービンの駆動エネルギとして回収することができ、エネルギの無駄を低減することができる。さらに、第9の発明によれば、内燃機関の運転状態に依存することなくコンプレッサを強制駆動することができるので、過給空気がバイパスされる場合であっても、必要なときに必要な過給圧を得ることができ、内燃機関の運転性能とEGRクーラの回復処理とを両立させることができる。 According to the ninth invention, the supercharged air supercharged by the compressor of the supercharger is caused to flow in the reverse direction from the outlet side of the EGR cooler to the inlet side by closing the EGR valve and opening the bypass valve. The deposits such as soot accumulated in the EGR cooler can be discharged to the exhaust passage. Further, since the supercharged air used for the recovery process of the EGR cooler is supplied to the turbine of the supercharger and reused for the rotational drive of the turbine, a part of the work done by the supercharger is driven by the turbine. It can be recovered as energy, and energy waste can be reduced. Furthermore, according to the ninth aspect, since the compressor can be forcibly driven without depending on the operating state of the internal combustion engine, even if the supercharged air is bypassed, the necessary excess is required. The supply pressure can be obtained, and the operation performance of the internal combustion engine and the recovery process of the EGR cooler can be made compatible.
第10の発明によれば、インタークーラにより冷却されていない、且つ、インタークーラの通過によって圧力損失の生じていない、高温で高圧の過給空気をEGRクーラに供給することができ、EGRクーラの回復処理をより効果的に行うことができる。 According to the tenth aspect of the invention, high-temperature and high-pressure supercharged air that is not cooled by the intercooler and that does not cause pressure loss due to the passage of the intercooler can be supplied to the EGR cooler. The recovery process can be performed more effectively.
以下、図1乃至図5を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は本発明の実施の形態としての過給器付き内燃機関の概略構成図である。本実施形態では、電動機付きターボチャージャ(モータアシストターボチャージャ、略してMATとも言う)を有するディーゼル機関に本発明を適用している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine with a supercharger as an embodiment of the present invention. In the present embodiment, the present invention is applied to a diesel engine having a turbocharger with an electric motor (motor-assisted turbocharger, also referred to as MAT for short).
図1に示すように、ディーゼル機関は、複数の気筒(図1では4つの気筒)を有するエンジン本体2を有している。エンジン本体2には、燃料を燃焼室内に直接噴射するための筒内インジェクタ32が備えられる。筒内インジェクタ32は気筒毎に設けられ、それぞれコモンレール34に接続されている。つまり、本ディーゼル機関は、コモンレール式のディーゼル機関として構成されている。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、サプライポンプ36によって汲み上げられ、所定の燃圧まで圧縮されてコモンレール34へ供給される。サプライポンプ36は、図では省略するが、低圧ポンプと高圧ポンプとからなっている。
As shown in FIG. 1, the diesel engine has an
エンジン本体2の排気側には、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド6が接続されている。排気マニホールド6の出口には、排気管10が接続されている。排気マニホールド6及び排気管10により、本発明にかかる「排気通路」が構成されている。排気管10の途中には、NOx触媒、DPF、或いはDPNR等の触媒30が配置されている。
An exhaust manifold 6 that collects exhaust gas discharged from each cylinder is connected to the exhaust side of the
エンジン本体2の吸気側には、各気筒に吸入空気を分配するための吸気マニホールド4が接続されている。吸気マニホールド4の入口には、空気を大気中から取り込んで吸気マニホールド4に導くための吸気管8が接続されている。吸気マニホールド4及び吸気管8により、本発明にかかる「吸気通路」が構成されている。吸気管8の入口には、エアクリーナ12が取り付けられている。また、吸気マニホールド4の上流には、吸気絞り弁22が設けられている。吸気絞り弁22は通常は全開に開かれている。
An
吸気管8における吸気絞り弁22の上流には、電動機付きターボチャージャ14のコンプレッサ14aが設けられている。電動機付きターボチャージャ14は、コンプレッサ14a、タービン14b、そして、コンプレッサ14aとタービン14bとの間に配置される電動機14cから構成されている。タービン14bは、排気マニホールド6から触媒30に至る排気管10の途中に設けられている。コンプレッサ14aとタービン14bとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ14aはタービン14bに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。また、連結軸は電動機14cのロータにもなっており、電動機14cを作動させることで、コンプレッサ14aを強制駆動することもできる。吸気管8におけるコンプレッサ14aの下流には、コンプレッサ14aによって過給された空気を冷却するインタークーラ16が設けられている。
A
また、吸気絞り弁22から吸気マニホールド4に至る吸気管8の途中には、EGR管24が接続されている。EGR管24の逆側の端部は排気マニホールド6に接続され、一部の排気ガス(EGRガス)がEGR管24を通って吸気管8に導入される。空気に比較して比熱が高く酸素量の少ないEGRガスを吸気管8に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させ、NOxの生成量を低減することができる。EGR管24の途中には、EGR管24を開閉するEGR弁28が設けられている。さらに、EGR管24におけるEGR弁28の上流(排気側)には、内部を流れるEGRガスを冷却するためのEGRクーラ26が設けられている。冷却によってEGRガスの密度が高まり、吸入空気量を確保しながらEGR率を向上させることが可能になる。
An
コンプレッサ14aからインタークーラ16に至る吸気管8の途中には、バイパス管50が接続されている。バイパス管50は、逆側の端部をEGR管24におけるEGRクーラ26とEGR弁28との間に接続されている。バイパス管50の途中には、バイパス管50を開閉するバイパス弁18が設けられている。バイパス弁18を開くことで、コンプレッサ14aにより過給された空気の一部をEGR管24へ流すことができる。
A
図1に示す構成によれば、EGR弁28の開閉とバイパス弁18の開閉との組み合わせによって、例えば、図2や図3に示すようにディーゼル機関内のガスの流れを制御することができる。まず、図2は、バイパス弁18を閉じてEGR弁28を開いたときのガスの流れを示している。バイパス弁18を閉じることで、コンプレッサ14aにより過給された過給空気は、バイパス管50に流れることなく、その全部が吸気管8を通ってエンジン本体2に供給される。また、EGR弁28を開くことで、その開度に応じた量のEGRガスがEGR管24から吸気管8へ導入される。通常運転時、ディーゼル機関内のガスの流れは、図2に示すような流れに制御されている。
According to the configuration shown in FIG. 1, the flow of gas in the diesel engine can be controlled by a combination of opening / closing of the
図3は、バイパス弁18を開いてEGR弁28を閉じたときのガスの流れを示している。バイパス弁18を開くことで、コンプレッサ14aにより過給された過給空気の一部(バイパス空気)は、バイパス管50を通ってEGR管24に流れ込む。バイパス管50に流れるバイパス空気の流量(バイパス空気量)や、吸気管8に吸入される空気の流量(吸入空気量)に対するバイパス空気量の比(バイパス比)は、バイパス弁18の開度によって制御することができる。また、EGR弁28が閉じられていることで、EGR管24内に流れ込んだバイパス空気は、EGRクーラ26の出口側から入口側へ逆流して排気マニホールド6へ流れることになる。
FIG. 3 shows the gas flow when the
図3に示すガスの流れによれば、EGRクーラ26内に堆積した煤等の付着物をバイパス空気によって吹き飛ばすことができ、しかも、吹き飛ばした付着物を吸気側ではなく排気側に排出することができる。また、EGRクーラ26に供給されるバイパス空気は、インタークーラ16により冷却されていない、且つ、インタークーラ16の通過によって圧力損失の生じていない、高温で高圧の過給空気であるので、煤等の付着物の除去を効果的に行うことができる。さらに、EGRクーラ26の回復処理に利用されたバイパス空気は、その後排気管10を通ってタービン14bに流れ、タービン14bの回転駆動に再利用される。これにより、コンプレッサ14aによってされた仕事の一部をタービン14bの駆動エネルギとして回収することができ、エネルギの無駄を低減することができる。
According to the gas flow shown in FIG. 3, the deposits such as soot accumulated in the
なお、過給空気の一部をバイパスすると過給圧の低下が懸念されるが、本ディーゼル機関は、エンジン本体2の運転状態に依存することなく、電動機14cによってコンプレッサ14aを強制駆動することができる。これにより、過給空気がバイパスされる場合であっても、必要なときに必要な過給圧を得ることができ、エンジン本体2の運転性能とEGRクーラ26の回復処理とを両立させることができる。
Note that if a part of the supercharged air is bypassed, there is a concern that the supercharging pressure will decrease, but this diesel engine may forcibly drive the
本ディーゼル機関では、所定の条件が成立したときに、バイパス弁18、EGR弁28及び電動機14cの作動状態を制御して、図2に示す通常時のガスの流れから、図3に示すガスの流れへディーゼル機関内のガスの流れが切り替えられる。バイパス弁18、EGR弁28及び電動機14cの作動状態は、ECU(Electronic Control Unit)70によって制御される。ECU70は、ディーゼル機関全体を総合制御する制御装置であり、ECU70の入力側には、以下に列挙する種々のセンサ類が接続されている。
In this diesel engine, when a predetermined condition is satisfied, the operation state of the
本ディーゼル機関は、その運転状態に関する情報を取得するためのセンサとして、インマニ圧センサ72,エキマニ圧センサ74,エアフローメータ76,EGRクーラ出口温度センサ80,EGRクーラ入口温度センサ82,クランク角センサ78,アクセル開度センサ84等を備えている。インマニ圧センサ72は、吸気マニホールド4に取り付けられ、吸気マニホールド4内の圧力(インマニ圧)に応じた信号を出力する。エキマニ圧センサ74は、排気マニホールド6に取り付けられ、排気マニホールド6内の圧力(エキマニ圧)に応じた信号を出力する。エアフローメータ76は、吸気管8におけるエアクリーナ12の下流近傍に配置され、吸入空気量に応じた信号を出力する。EGRクーラ出口温度センサ80は、EGRクーラ26の出口に配置され、EGRクーラ26の出口温度に応じた信号を出力する。EGRクーラ入口温度センサ82は、EGRクーラ26の入口に配置され、EGRクーラ26の入口温度に応じた信号を出力する。また、クランク角センサ78は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するセンサであり、アクセル開度センサ84は、図示しないアクセルの開度に応じた信号を出力するセンサである。
In this diesel engine, an intake
ECU70は、上記の各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがってバイパス弁18、EGR弁28及び電動機14cの各作動状態を制御している。なお、ECU70による電動機14cの制御は、モータコントローラ60を介して行われる。モータコントローラ60は、電動機14cに電力を供給してコンプレッサ14aの回転を制御する装置である。
The
図2に示すガスの流れから図3に示すガスの流れへの切り替えは、次の3つのケースにおいて実施される。第1のケースは、EGRクーラ26の冷却効率が低下した場合である。この場合、ECU70は、図4のフローチャートに示すルーチンに従って、各機器の作動状態を制御する。
Switching from the gas flow shown in FIG. 2 to the gas flow shown in FIG. 3 is performed in the following three cases. The first case is a case where the cooling efficiency of the
図4に示すルーチンの最初のステップS100では、EGRクーラ26の効率(冷却効率)が、所望のEGR率を実現する上で要求される効率よりも低下していないか否か判定される。EGRクーラ26の効率を示す指標値としては、EGRクーラ入口温度センサ82によって測定されるEGRクーラ26の入口温度と、EGRクーラ出口温度センサ82によって測定されるEGRクーラ26の出口温度との温度差を用いることができる。この温度差が小さくなるほど、EGRクーラ効率は低下したことになる。EGRクーラ効率が要求効率以上に維持されている間は、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。
In the first step S100 of the routine shown in FIG. 4, it is determined whether or not the efficiency (cooling efficiency) of the
判定の結果、EGRクーラ効率が要求効率よりも低下している場合には、次に、EGR弁28が閉じられているか否か判定される(ステップS102)。ECU70は、本ルーチンとは別のルーチンにより、エンジン本体2の回転数及び負荷に基づいてEGR弁28の開度を制御している。その別ルーチンにおいて、EGR弁28を閉じるフラグがオンになったとき、ステップS102の判定結果はNoからYesへと切替わる。EGR弁28が開かれている間は、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。
As a result of the determination, if the EGR cooler efficiency is lower than the required efficiency, it is next determined whether or not the
EGR弁28が閉じられている場合、次に、インマニ圧センサ72によって測定されるインマニ圧と、エキマニ圧センサ74によって測定されるエキマニ圧とが比較される(ステップS104)。エキマニ圧がインマニ圧よりも高くなっている場合には、バイパス弁18を開いたとしても、吸気管8から排気マニホールド6へ向けて過給空気を流すことができない。したがって、その場合は以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。
When the
インマニ圧がエキマニ圧よりも高くなっている場合には、バイパス弁18が開かれる(ステップS106)。バイパス弁18の開度は、回転数や負荷等のディーゼル機関の運転状態から決定する。これにより、吸気管8と排気マニホールド6とがバイパス管50及びEGR管24を介して連通状態となり、過給空気の一部であるバイパス空気が吸気管8から排気マニホールド6へエンジン本体2をバイパスして流れ込む。このとき、EGRクーラ26内では、その出口側から入口側へバイパス空気が流れ、EGRクーラ26内に堆積していた煤等の付着物は、排気マニホールド6の方へ吹き飛ばされる。
When the intake manifold pressure is higher than the exhaust manifold pressure, the
次のステップS108では、過給圧(インマニ圧センサ72によって測定されるインマニ圧)が目標過給圧よりも低下していないか判定される。バイパス弁18が開かれて過給空気の一部がバイパスされることで、エンジン本体2に供給される過給空気の過給圧は低下する。バイパス弁18が開かれた後も過給圧が目標過給圧以上に維持されている場合には、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。
In the next step S108, it is determined whether the supercharging pressure (intake manifold pressure measured by the intake manifold pressure sensor 72) is lower than the target supercharging pressure. When the
しかし、過給圧がエンジン本体2の回転数及び負荷から決まる目標過給圧に達していない場合は、トルクが低下する等、ディーゼル機関は所望の運転性能を得ることができなくなる。そこで、ステップS110では、判定の結果、過給圧が目標過給圧よりも低い場合には、電動機14cによるコンプレッサ14aの強制駆動が行われる(MAT作動)。既に電動機14cによるコンプレッサ14aの強制駆動が実施されている場合には、電動機14cの出力が増大される。
However, if the supercharging pressure does not reach the target supercharging pressure determined from the rotational speed and load of the
ステップS110における電動機14cの具体的な制御方法としては、例えば次の2つの方法が考えられる。ここでは、以下に説明する何れか1つの方法によって電動機14cの制御が行われる。第1の方法は、目標過給圧と過給圧との偏差を電動機14cの回転数にフィードバックする方法である。前記偏差が零、或いは所定値以下になるまで、前記偏差の大きさに応じて電動機14c回転数を増大させていく。
As specific control methods of the
第2の方法は、目標過給圧と電動機14cの回転数との対応関係を規定したマップに従って電動機14cを制御する方法である。マップはバイパス弁18の設定開度毎に用意する。例えば、バイパス弁18の開度制御が開(オン)と閉(オフ)の1/0制御であれば、バイパス弁18が開のときの開マップと、バイパス弁18が閉のときの閉マップの2種類を用意しておけばよい。この場合、ステップS106でバイパス弁18が開かれたときには、参照するマップが閉マップから開マップに切り替えられ、バイパス弁18が開かれている間は、開マップに基づいて電動機14cの回転数が制御される。
The second method is a method of controlling the
以上のルーチンによれば、EGRクーラ26の冷却効率が低下した場合に、過給圧を目標過給圧に維持しながら、EGRクーラ26の冷却効率を回復することができる。なお、ECU70により上記ステップS100,S102,S104,S106の処理が実行されることで、本発明にかかる「バイパス制御手段」が実現されている。また、ECU70により上記ステップS108,S110の処理が実行されることで、本発明にかかる「駆動制御手段」が実現されている。
According to the above routine, when the cooling efficiency of the
次に、本ディーゼル機関内のガスの流れが図3に示す流れへ切り替えられる第2のケースについて説明する。この第2のケースは、コンプレッサ14aがサージ限界に達した場合である。この場合、ECU70は、図5のフローチャートに示すルーチンに従って、各機器の作動状態を制御する。
Next, a second case in which the gas flow in the diesel engine is switched to the flow shown in FIG. 3 will be described. The second case is when the
図5に示すルーチンの最初のステップS200では、コンプレッサ30aがサージ限界に達しているか否か判定される。電動機付きターボチャージャ14は、電動機14cによるコンプレッサ14aの強制駆動によって高過給圧を実現できる反面、コンプレッサ14aのサージ限界を超えやすい。コンプレッサ30aのサージ状態を示す指標値としては、コンプレッサ14aの出口圧(インマニ圧)と入口圧(大気圧)との圧力比、及びエアフローメータ76により測定される吸入空気量を用いることができる。圧力比と吸入空気量との関係が所定のサージラインを超えているとき、コンプレッサ14aはサージ限界に達していると判断される。
In the first step S200 of the routine shown in FIG. 5, it is determined whether or not the compressor 30a has reached the surge limit. The
ステップS200の判定の結果、コンプレッサ14aがサージ限界に達している場合には、バイパス弁18が開かれる(ステップS202)。このとき、EGR弁28の開度は、ECU70によって本ルーチンとは別のルーチンにより制御されているが、サージが起こりうる運転領域ではEGR弁28は閉じられている。また、サージ限界の付近では、電動機14cによる強制過給によって、インマニ圧はエキマニ圧よりも高くなっている。したがって、バイパス弁18が開かれることで、吸気管8と排気マニホールド6とがバイパス管50及びEGR管24を介して連通状態となり、過給空気の一部(バイパス空気)は吸気管8から排気マニホールド6へエンジン本体2をバイパスして流れ込む。
If the result of determination in step S200 is that the
これにより、コンプレッサ14aを通過する空気の流量が増大し、コンプレッサ14aのサージは回避される。また、このとき、EGRクーラ26内では、その出口側から入口側へバイパス空気が流れ、EGRクーラ26内に堆積していた煤等の付着物は、排気マニホールド6の方へ吹き飛ばされる。
Thereby, the flow rate of the air passing through the
以上のルーチンによれば、コンプレッサ14aのサージを回避しながら、同時に、EGRクーラ26の冷却効率の低下を予防することができる。なお、ECU70により上記ステップS200,S202の処理が実行されることで、本発明にかかる「バイパス制御手段」が実現されている。また、上記ルーチンには示していないが、ECU70は、目標過給圧と過給圧との偏差を電動機14cの回転数にフィードバックすることで、過給空気のバイパスに伴う過給圧の低下を防止している。ただし、過剰な回転によるターボチャージャ14の破損を防止するため、電動機14cの回転数には上限値が設定されている。ECU70が、このように電動機14cを制御することで、本発明にかかる「駆動制御手段」が実現されている。
According to the above routine, it is possible to prevent the cooling efficiency of the EGR cooler 26 from being lowered while avoiding the surge of the
次に、本ディーゼル機関内のガスの流れが図3に示す流れへ切り替えられる第3のケースについて説明する。この第3のケースは、アクセルがオフにされた場合である。この場合、ECU70は、図6のフローチャートに示すルーチンに従って、各機器の作動状態を制御する。
Next, a third case in which the gas flow in the diesel engine is switched to the flow shown in FIG. 3 will be described. The third case is when the accelerator is turned off. In this case, the
図6に示すルーチンの最初のステップS300では、アクセル開度センサ84により測定されるアクセル開度が零か否か判定される。ここでは、ディーゼル機関への減速要求を示す指標値としてアクセル開度が用いられている。アクセル開度が零でない場合、つまり、ドライバの減速要求が無い場合には、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。
In the first step S300 of the routine shown in FIG. 6, it is determined whether or not the accelerator opening measured by the
判定の結果、アクセル開度が零になっている場合には、次に、EGR弁28が閉じられているか否か判定される(ステップS302)。ECU70は、本ルーチンとは別のルーチンにより、エンジン本体2の回転数及び負荷に基づいてEGR弁28の開度を制御している。その別ルーチンにおいて、EGR弁28を閉じるフラグがオンになったとき、ステップS302の判定結果はNoからYesへと切替わる。EGR弁28が開かれている間は、以下の処理はスキップされ、本ルーチンは最初から実行される。
If the accelerator opening is zero as a result of the determination, it is next determined whether or not the
EGR弁28が閉じられている場合には、バイパス弁18が開かれる(ステップS304)。これにより、吸気管8と排気マニホールド6とがバイパス管50及びEGR管24を介して連通状態となる。
If the
さらに、次のステップ306では、過給圧が減速時の目標過給圧になるように、電動機14cによるコンプレッサ14aの強制駆動が行われる(MAT作動)。ステップS306における電動機14cの制御方法としては、前述のステップS110における電動機14cの制御方法と同様の方法を用いることができる。コンプレッサ14aが強制駆動されることで、過給圧は大きく上昇し、過給空気の一部(バイパス空気)が吸気管8から排気マニホールド6へエンジン本体2をバイパスして流れ込むようになる。このとき、EGRクーラ26内では、その出口側から入口側へバイパス空気が流れ、EGRクーラ26内に堆積していた煤等の付着物は、排気マニホールド6の方へ吹き飛ばされる。
Further, in the
アクセルオフ時、エンジン本体2に供給される過給空気は燃焼に寄与することなくそのまま排出されることになるが、以上のルーチンによれば、この過給空気を有効に利用して、EGRクーラ26の冷却効率の低下を効率的に予防することができる。なお、ECU70により上記ステップS300,S302,S304の処理が実行されることで、本発明にかかる「バイパス制御手段」が実現されている。また、ECU70により上記ステップS306の処理が実行されることで、本発明にかかる「駆動制御手段」が実現されている。
When the accelerator is off, the supercharged air supplied to the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.
図1の構成では、EGRクーラ26をEGR弁28の上流(排気側)に配置しているが、EGRクーラ26をEGR弁28の下流(吸気側)に配置し、EGRクーラ26とEGR弁28の間にバイパス管50を接続してもよい。これによれば、EGRクーラ26の回復処理に使用したバイパス空気は、EGR管24を通ってエンジン本体2に供給されることになる。EGRクーラ26を通ることでエンジン本体2に供給される過給空気には圧力損失が生じるが、電動機14cによってコンプレッサ14aを強制駆動することで、圧力損失に伴う過給圧の低下を補償することができる。
In the configuration of FIG. 1, the
また、図1の構成では、過給器として電動機付きターボチャージャを用いているが、本発明においては、過給器は電動機のみによってコンプレッサを駆動する電動コンプレッサであってもよい。また、コンプレッサを強制駆動する手段は電動機には限定されない。 In the configuration of FIG. 1, a turbocharger with an electric motor is used as a supercharger. However, in the present invention, the supercharger may be an electric compressor that drives a compressor only by the electric motor. The means for forcibly driving the compressor is not limited to the electric motor.
2 エンジン本体
4 吸気マニホールド
6 排気マニホールド
8 吸気管
10 排気管
12 エアクリーナ
14 電動機付きターボチャージャ(MAT)
14a コンプレッサ
14b タービン
14c 電動機
16 インタークーラ
18 バイパス弁
24 EGR管
26 EGRクーラ
28 EGR弁
50 バイパス管
60 モータコントローラ
70 ECU
72 インマニ圧センサ
74 エキマニ圧センサ
76 エアフローメータ
78 クランク角センサ
80 EGRクーラ出口温度センサ
82 EGRクーラ入口温度センサ
84 アクセル開度センサ
2
72 Intake
Claims (10)
前記過給機を前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
前記内燃機関の排気通路と前記吸気通路における前記過給機の下流とを接続し、排気ガスの一部を前記吸気通路へ再循環させるEGR装置と、
前記EGR装置に設けられたEGRクーラと、
前記吸気通路における前記過給機の下流から分岐して、前記過給機により過給された空気の一部を前記EGRクーラに導入するバイパス通路と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記バイパス通路に流れるバイパス空気量、或いは吸入空気量に対する前記バイパス空気量のバイパス比を制御するバイパス制御手段と、
前記内燃機関の運転状態と、前記バイパス制御手段の作動状態とに基づいて、前記駆動手段による前記過給機の強制駆動量を制御する駆動制御手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関。 A supercharger disposed in an intake passage of the internal combustion engine, for supercharging air sucked into a combustion chamber of the internal combustion engine;
Drive means capable of forcibly driving the supercharger without depending on the operating state of the internal combustion engine;
An EGR device that connects an exhaust passage of the internal combustion engine and a downstream of the supercharger in the intake passage, and recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage;
An EGR cooler provided in the EGR device;
A bypass passage branched from the downstream of the supercharger in the intake passage and introducing a part of the air supercharged by the supercharger to the EGR cooler;
A bypass control means for controlling a bypass ratio of the bypass air amount with respect to an amount of bypass air flowing into the bypass passage or an intake air amount based on an operating state of the internal combustion engine;
Drive control means for controlling the forced drive amount of the supercharger by the drive means based on the operating state of the internal combustion engine and the operating state of the bypass control means;
An internal combustion engine with a supercharger.
前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の過給機付き内燃機関。 An intercooler is disposed downstream of the supercharger in the intake passage,
The internal combustion engine with a supercharger according to any one of claims 1 to 6, wherein the bypass passage is branched from the upstream side of the intercooler in the intake passage.
前記バイパス通路は、前記EGRクーラを経由して前記タービンの上流に通じていることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の過給機付き内燃機関。 The supercharger has a turbine disposed in the exhaust passage, and is a turbocharger that supercharges air using energy of exhaust gas received by the turbine,
The supercharged internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the bypass passage communicates with the upstream of the turbine via the EGR cooler.
前記過給機のコンプレッサを前記内燃機関の運転状態に依存することなく強制駆動しうる駆動手段と、
前記内燃機関の排気通路における前記過給機のタービンの上流から分岐し、前記吸気通路における前記コンプレッサの下流に接続されるEGR通路と、
前記EGR通路を開閉するEGR弁と、
前記EGR通路における前記EGR弁の上流に配置されたEGRクーラと、
前記吸気通路における前記コンプレッサの下流から分岐して、前記EGR通路における前記EGRクーラと前記EGR弁との間に接続されるバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関。 A supercharger for supercharging air sucked into a combustion chamber of the internal combustion engine using energy of exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
Drive means capable of forcibly driving the compressor of the supercharger without depending on the operating state of the internal combustion engine;
An EGR passage branched from the upstream of the turbine of the supercharger in the exhaust passage of the internal combustion engine and connected to the downstream of the compressor in the intake passage;
An EGR valve for opening and closing the EGR passage;
An EGR cooler disposed upstream of the EGR valve in the EGR passage;
A bypass passage branched from the compressor downstream in the intake passage and connected between the EGR cooler and the EGR valve in the EGR passage;
A bypass valve for opening and closing the bypass passage;
An internal combustion engine with a supercharger.
前記バイパス通路は、前記吸気通路における前記インタークーラの上流から分岐していることを特徴とする請求項9記載の過給機付き内燃機関。
An intercooler is disposed downstream of the compressor in the intake passage,
The internal combustion engine with a supercharger according to claim 9, wherein the bypass passage is branched from the upstream side of the intercooler in the intake passage.
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