JP2008286093A

JP2008286093A - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP2008286093A
Application number: JP2007131439A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Sakurai; 計宏桜井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine capable of suppressing turbo lag. <P>SOLUTION: An internal combustion engine 100 is provided with: an internal combustion engine 10; a supercharger 40 driven by supply of exhaust gas of the internal combustion engine 10 to a drive side and discharging the supplied exhaust gas to a downstream side; an assist means 60 assisting drive of the supercharger 40 by supplying assist gas heated by heat of the exhaust gas discharged to the downstream side of the supercharger 40 to the drive side of the supercharger 40; a determination means 70 for determining whether load of the internal combustion engine 10 increase or not; and a control means 70 controlling the assist means 60 to assist drive of the supercharger 40 when it is judged by the judgment means 70 that load of the internal combustion engine 10 increases. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は内燃機関、特に過給機を有する内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine having a supercharger.

近年、過給機を有する内燃機関が開発されてきている。かかる過給機付内燃機関に用いられる過給機は、例えば、タービンとコンプレッサとがロータシャフトによって連結されて一体となって回転する構造を有する。そして、内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスがタービンに供給されることによりタービンが回転し、タービンの回転がロータシャフトを通じてコンプレッサに伝達されてコンプレッサを回転させる。このコンプレッサの回転により吸気ガスを圧縮させ、この圧縮した吸気ガスを内燃機関の燃焼室へと強制的に送り込んでいる。 In recent years, internal combustion engines having a supercharger have been developed. The supercharger used in such an internal combustion engine with a supercharger has, for example, a structure in which a turbine and a compressor are connected by a rotor shaft and rotate together. The exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine is supplied to the turbine to rotate the turbine, and the rotation of the turbine is transmitted to the compressor through the rotor shaft to rotate the compressor. The intake gas is compressed by the rotation of the compressor, and the compressed intake gas is forcibly sent to the combustion chamber of the internal combustion engine.

このように、過給機は排気ガスの持つエネルギを利用した過給を行って内燃機関の出力を向上させている。そのため過給機は、排気ガスのエネルギが不足する場合には、十分な過給能力を発揮できない。それにより、過給機付内燃機関においては、例えば、運転者がアクセルを踏み込んだ際に、過給機が始動するまでにある程度の時間的な遅れ、すなわち過給遅れ（以下、ターボラグと称する）が発生することがある。 Thus, the supercharger performs supercharging using the energy of the exhaust gas to improve the output of the internal combustion engine. Therefore, the supercharger cannot exhibit sufficient supercharging capability when the exhaust gas energy is insufficient. Accordingly, in the internal combustion engine with a supercharger, for example, when the driver depresses the accelerator, a certain time delay until the supercharger starts, that is, a supercharge delay (hereinafter referred to as a turbo lag). May occur.

このターボラグの発生を抑制するために、例えば、内燃機関の加速負荷信号を受けた場合に、蓄圧器に蓄圧した圧縮空気を過給機のタービンまたはコンプレッサに供給して過給機の駆動をアシストする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。 In order to suppress the occurrence of turbo lag, for example, when receiving an acceleration load signal of an internal combustion engine, the compressed air accumulated in the accumulator is supplied to the turbocharger turbine or compressor to assist the turbocharger drive. The technique to do is disclosed (for example, refer patent document 1).

実開昭６１−１８６７４２号公報Japanese Utility Model Publication No. 61-186742

特許文献１に開示された技術では、過給機のタービンに圧縮空気を供給する場合には、圧縮空気により燃焼室からの排気ガスが冷却されるおそれがある。この場合、排気ガスのエネルギが低下することから、過給機のターボラグ抑制効果が低下する。 In the technique disclosed in Patent Document 1, when compressed air is supplied to the turbine of the supercharger, the exhaust gas from the combustion chamber may be cooled by the compressed air. In this case, since the energy of the exhaust gas is reduced, the turbo lag suppressing effect of the supercharger is reduced.

本発明は、ターボラグを抑制することができる内燃機関を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the internal combustion engine which can suppress a turbo lag.

本発明に係る内燃機関は、内燃機関と、内燃機関の排気ガスが駆動側に供給されることにより駆動し、供給された排気ガスを下流に排出する過給機と、過給機の下流に排出された排気ガスの熱により加熱されたアシストガスを過給機の駆動側に供給することにより過給機の駆動をアシストするアシスト手段と、内燃機関の負荷が増大するか否かを判定する判定手段と、内燃機関の負荷が増大すると判定手段により判定された場合に、過給機の駆動をアシストするようにアシスト手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするものである。本発明に係る内燃機関によれば、内燃機関の負荷が増大すると判定手段により判定された場合には、制御手段は過給機の駆動をアシストするようにアシスト手段を制御する。それにより、内燃機関のターボラグを抑制することができる。また、アシストガスは、排気ガスの熱により加熱されている。それにより、アシストガスの供給による排気ガスのエネルギ低下が抑制される。 An internal combustion engine according to the present invention is driven by an internal combustion engine, exhaust gas from the internal combustion engine being supplied to a drive side, and the supplied exhaust gas is discharged downstream, and downstream of the supercharger Assist means for assisting the driving of the supercharger by supplying the assist gas heated by the heat of the exhaust gas discharged to the drive side of the supercharger, and determining whether the load on the internal combustion engine increases And a control unit that controls the assist unit to assist the driving of the supercharger when the determination unit determines that the load of the internal combustion engine increases. According to the internal combustion engine of the present invention, when the determination unit determines that the load on the internal combustion engine increases, the control unit controls the assist unit to assist the driving of the supercharger. Thereby, the turbo lag of the internal combustion engine can be suppressed. The assist gas is heated by the heat of the exhaust gas. Thereby, the energy reduction of the exhaust gas due to the supply of the assist gas is suppressed.

上記構成において、アシスト手段は、アシストガスを貯える貯気タンクを備えていてもよい。上記構成において、アシスト手段は、貯気タンク内のアシストガスを過給機の下流に排出された排気ガスの熱により加熱する熱交換器をさらに備えていてもよい。この構成によれば、貯気タンク内のアシストガスの圧力は、加熱されることにより高くなる。それにより、アシストガスのアシスト効率が高くなる。また、排気ガスの熱量が貯気タンク内のアシストガスにより回収されることから、貯気タンクは排気ガスの排熱回収手段としての機能も有する。この場合、内燃機関の熱効率が高くなり、内燃機関のＣＯ_２排出量が低減される。 In the above configuration, the assist means may include an air storage tank that stores assist gas. In the above-described configuration, the assist means may further include a heat exchanger that heats the assist gas in the air storage tank by the heat of the exhaust gas discharged downstream of the supercharger. According to this configuration, the pressure of the assist gas in the air storage tank is increased by being heated. Thereby, the assist efficiency of assist gas becomes high. Further, since the heat quantity of the exhaust gas is recovered by the assist gas in the storage tank, the storage tank also has a function as exhaust gas exhaust heat recovery means. In this case, the thermal efficiency of the internal combustion engine is increased, and the CO ₂ emission amount of the internal combustion engine is reduced.

上記構成において、過給機の下流に設けられ、過給機の下流に排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒をさらに備え、アシスト手段は、排気ガス浄化触媒により浄化された排気ガスを過給機の駆動側に供給することにより過給機の駆動をアシストしてもよい。この構成によれば、過給機からの排気ガス温度は、排気ガス浄化触媒での排気ガス浄化反応により上昇する。それにより、アシストガスのエネルギを増加することができる。 In the above configuration, the exhaust gas purifying catalyst is further provided, which is provided downstream of the supercharger and purifies the exhaust gas discharged downstream of the supercharger, and the assisting means removes the exhaust gas purified by the exhaust gas purifying catalyst. You may assist the drive of a supercharger by supplying to the drive side of a supercharger. According to this configuration, the exhaust gas temperature from the supercharger rises due to the exhaust gas purification reaction at the exhaust gas purification catalyst. Thereby, the energy of assist gas can be increased.

上記構成において、アシストガスは空気であってもよい。上記構成において、アシストガスは水蒸気であり、アシスト手段は、水を過給機の下流に排出された排気ガスの熱により水蒸気にする熱交換器と水蒸気を貯える貯気タンクとを備えていてもよい。アシストガスとして水蒸気を用いた場合には、水の顕熱量および潜熱量は、それぞれ空気の顕熱量および潜熱量に比較して大きいことから、アシストガスとして空気を用いた場合に比較して内燃機関の排熱回収効率が向上する。それにより、内燃機関の熱効率が向上し、内燃機関のＣＯ_２排出量が低減する。さらに、水蒸気の定圧比熱は空気の定圧比熱に比較して大きいことから、アシストガスとして空気を用いた場合に比較して、小さい貯気タンクを用いても、同程度の温度およびエネルギ量のアシストガスを得ることができる。 In the above configuration, the assist gas may be air. In the above configuration, the assist gas is water vapor, and the assist means may include a heat exchanger that converts water into water vapor by heat of exhaust gas discharged downstream of the supercharger and an air storage tank that stores water vapor. Good. When water vapor is used as the assist gas, the sensible heat amount and latent heat amount of water are larger than the sensible heat amount and latent heat amount of air, respectively. Therefore, the internal combustion engine is compared with the case where air is used as the assist gas. This improves the exhaust heat recovery efficiency. Thereby, the thermal efficiency of the internal combustion engine is improved, and the CO ₂ emission amount of the internal combustion engine is reduced. Furthermore, since the constant-pressure specific heat of water vapor is larger than the constant-pressure specific heat of air, even when a small storage tank is used, assist with the same temperature and energy amount as compared with the case where air is used as the assist gas. Gas can be obtained.

上記構成において、水は、過給機から排出される排気ガス中に含まれる水蒸気が冷却された凝縮水であってもよい。この構成によれば、外部からアシスト手段に水を補給する必要がなくなる。 In the above configuration, the water may be condensed water in which water vapor contained in the exhaust gas discharged from the supercharger is cooled. According to this configuration, it is not necessary to supply water to the assist means from the outside.

本発明によれば、ターボラグを抑制することができる内燃機関を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the internal combustion engine which can suppress a turbo lag can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は、第１実施例に係る内燃機関１００の全体構成を示す模式図である。図１に示すように、内燃機関１００は、内燃機関１０、アクセル２０、検出手段３０、過給機４０、排気ガス浄化触媒５０、アシスト手段６０およびＥＣＵ７０を備える。内燃機関１０は、シリンダ（図示せず）内で空気と混合した燃料を爆発的に燃料させてピストン（図示せず）に往復運動を与える熱機関である。内燃機関１０としては、特に限定されないが例えばガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を用いることができる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an internal combustion engine 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 100 includes an internal combustion engine 10, an accelerator 20, a detection unit 30, a supercharger 40, an exhaust gas purification catalyst 50, an assist unit 60, and an ECU 70. The internal combustion engine 10 is a heat engine that explosively fuels fuel mixed with air in a cylinder (not shown) and reciprocates a piston (not shown). Although it does not specifically limit as the internal combustion engine 10, For example, a gasoline engine, a diesel engine, etc. can be used.

アクセル２０は、内燃機関１０の回転負荷を調整するための調整ペダルである。アクセル２０は、内燃機関１０のスロットル（図示せず）に接続されている。検出手段３０は、内燃機関１０の負荷が増大するか否かを検出する手段である。検出手段３０としては、内燃機関１０の負荷が増大するか否かを検出することができる手段であれば特に限定されない。本実施例においては、検出手段３０はアクセル２０に接続されており、アクセル開度センサ（図示せず）とアクセル開度速度センサ（図示せず）とを備える。アクセル開度センサは、アクセル２０の開度を検出し、その検出結果をＥＣＵ７０に与える。アクセル開度速度センサはアクセル２０の開度速度を検出し、その検出結果をＥＣＵ７０に与える。 The accelerator 20 is an adjustment pedal for adjusting the rotational load of the internal combustion engine 10. The accelerator 20 is connected to a throttle (not shown) of the internal combustion engine 10. The detection means 30 is a means for detecting whether or not the load on the internal combustion engine 10 increases. The detection means 30 is not particularly limited as long as it can detect whether or not the load on the internal combustion engine 10 increases. In the present embodiment, the detection means 30 is connected to the accelerator 20 and includes an accelerator opening sensor (not shown) and an accelerator opening speed sensor (not shown). The accelerator opening sensor detects the opening of the accelerator 20 and gives the detection result to the ECU 70. The accelerator opening speed sensor detects the opening speed of the accelerator 20 and gives the detection result to the ECU 70.

過給機４０は、内燃機関１０を過給するための過給機である。過給機４０は、コンプレッサ４２、タービン４４およびコンプレッサ４２とタービン４４とを連結する回転軸４６を備える。過給機４０は、内燃機関１０から排出される排気ガスが駆動側に供給されることにより駆動する。具体的には、排気ガスがタービン４４に供給されることによりタービン４４が回転する。タービン４４が回転することにより、回転軸４６を介してコンプレッサ４２が回転する。コンプレッサ４２が回転することにより、外部から取り込んだ空気がコンプレッサ４２により圧縮されて、内燃機関１０に供給される。それにより、内燃機関１０を過給することができる。なお、過給機４０のタービン４４に供給された排気ガスは、タービン４４を回転させた後には、過給機４０の下流に排出される。 The supercharger 40 is a supercharger for supercharging the internal combustion engine 10. The supercharger 40 includes a compressor 42, a turbine 44, and a rotating shaft 46 that connects the compressor 42 and the turbine 44. The supercharger 40 is driven when exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 is supplied to the drive side. Specifically, when the exhaust gas is supplied to the turbine 44, the turbine 44 rotates. As the turbine 44 rotates, the compressor 42 rotates via the rotating shaft 46. As the compressor 42 rotates, the air taken in from the outside is compressed by the compressor 42 and supplied to the internal combustion engine 10. Thereby, the internal combustion engine 10 can be supercharged. The exhaust gas supplied to the turbine 44 of the supercharger 40 is discharged downstream of the supercharger 40 after rotating the turbine 44.

排気ガス浄化触媒５０は、過給機４０から排出される排気ガスを浄化する触媒である。排気ガス浄化触媒５０は、過給機４０の下流に配置される。排気ガス浄化触媒５０としては、特に限定されないが、例えばプラチナ等を使用した酸化還元触媒等を用いることができる。 The exhaust gas purification catalyst 50 is a catalyst that purifies the exhaust gas discharged from the supercharger 40. The exhaust gas purification catalyst 50 is disposed downstream of the supercharger 40. Although it does not specifically limit as the exhaust gas purification catalyst 50, For example, the oxidation reduction catalyst etc. which use platinum etc. can be used.

アシスト手段６０は、過給機４０の駆動をアシストする手段である。アシスト手段６０は、空気ポンプ６２、貯気タンク６４、熱交換器６６および供給弁６８を備える。空気ポンプ６２は、ＥＣＵ７０からの指示に従って、外部の空気を貯気タンク６４に送風するポンプである。空気ポンプ６２としては、空気を送風することができるポンプであれば、特に限定されない。 The assist means 60 is means for assisting the driving of the supercharger 40. The assist means 60 includes an air pump 62, an air storage tank 64, a heat exchanger 66, and a supply valve 68. The air pump 62 is a pump that blows external air to the air storage tank 64 in accordance with an instruction from the ECU 70. The air pump 62 is not particularly limited as long as it is a pump that can blow air.

貯気タンク６４は、空気ポンプ６２から送風された空気を貯えるタンクである。貯気タンク６４としては、貯気タンク６４内の気体が漏洩しない程度の機密性と耐圧性とを備えるものであれば特に限定されない。熱交換器６６は、排気ガス浄化触媒５０により浄化された排気ガスの熱を利用して貯気タンク６４内の空気を加熱する熱交換器である。熱交換器６６としては、熱交換機能を有するものであれば特に限定されない。本実施例においては、熱交換器６６は貯気タンク６４内に配置されている。 The air storage tank 64 is a tank that stores air blown from the air pump 62. The air storage tank 64 is not particularly limited as long as it has confidentiality and pressure resistance so that the gas in the air storage tank 64 does not leak. The heat exchanger 66 is a heat exchanger that heats the air in the air storage tank 64 using the heat of the exhaust gas purified by the exhaust gas purification catalyst 50. The heat exchanger 66 is not particularly limited as long as it has a heat exchange function. In this embodiment, the heat exchanger 66 is disposed in the air storage tank 64.

供給弁６８は、ＥＣＵ７０からの指示に従って、貯気タンク６４内の空気を過給機４０の駆動側に供給するための弁である。例えば、供給弁６８は、ＥＣＵ７０からの指示に従って、貯気タンク６４内の空気を過給機４０のタービン４４あるいは回転軸４６に接続された補助タービン（図示せず）に供給する。供給弁６８としては、特に限定されないが、例えば電磁弁等を用いることができる。 The supply valve 68 is a valve for supplying the air in the air storage tank 64 to the drive side of the supercharger 40 in accordance with an instruction from the ECU 70. For example, the supply valve 68 supplies the air in the air storage tank 64 to an auxiliary turbine (not shown) connected to the turbine 44 or the rotating shaft 46 of the supercharger 40 in accordance with an instruction from the ECU 70. Although it does not specifically limit as the supply valve 68, For example, a solenoid valve etc. can be used.

ＥＣＵ７０は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置）、図示しないＲＯＭ（リードオンリメモリ）、図示しないＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等を備える。ＥＣＵ７０は、検出手段３０からの検出結果に基づいて、アシスト手段６０の動作を制御する。 The ECU 70 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown), a ROM (Read Only Memory) (not shown), a RAM (Random Access Memory) (not shown), and the like. The ECU 70 controls the operation of the assist unit 60 based on the detection result from the detection unit 30.

次に、内燃機関１００の動作について説明する。まず、内燃機関１００が始動すると、内燃機関１００は暖機運転を行う。この際、内燃機関１０は高温の排気ガスを排出する。また、ＥＣＵ７０は、外部の空気が貯気タンク６４に貯気されるように空気ポンプ６２を制御する。この際、供給弁６８は閉じている。 Next, the operation of the internal combustion engine 100 will be described. First, when the internal combustion engine 100 is started, the internal combustion engine 100 performs a warm-up operation. At this time, the internal combustion engine 10 discharges high-temperature exhaust gas. Further, the ECU 70 controls the air pump 62 so that external air is stored in the storage tank 64. At this time, the supply valve 68 is closed.

内燃機関１０から排出された排気ガスは、過給機４０の駆動側に供給される。それにより、過給機４０が稼動する。過給機４０の下流に排出された排気ガスは、排気ガス浄化触媒５０で浄化される。なお、排気ガス浄化触媒５０の排気ガス浄化反応により排気ガスはさらに加熱される。排気ガス浄化触媒５０の下流に排出された排気ガスは、アシスト手段６０の貯気タンク６４を通過して、外部へ排気される。排気ガスが貯気タンク６４を通過する際には、排気ガスの熱は、熱交換器６６を介して貯気タンク６４内の空気に伝達される。それにより、貯気タンク６４内の空気は加熱される。 The exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 is supplied to the drive side of the supercharger 40. Thereby, the supercharger 40 operates. Exhaust gas discharged downstream of the supercharger 40 is purified by the exhaust gas purification catalyst 50. The exhaust gas is further heated by the exhaust gas purification reaction of the exhaust gas purification catalyst 50. The exhaust gas discharged downstream of the exhaust gas purification catalyst 50 passes through the air storage tank 64 of the assist means 60 and is exhausted to the outside. When the exhaust gas passes through the air storage tank 64, the heat of the exhaust gas is transmitted to the air in the air storage tank 64 via the heat exchanger 66. Thereby, the air in the air storage tank 64 is heated.

内燃機関１００の暖機運転が終了すると、内燃機関１００は通常運転を開始する。内燃機関１００が通常運転を開始すると、ＥＣＵ７０は過給機４０の駆動のアシストが行われるようにアシスト手段６０を制御する。図２は、ＥＣＵ７０が過給機４０の駆動をアシストする場合におけるフローチャートの一例を示す図である。まず、ＥＣＵ７０は、内燃機関１０の負荷が増大するか否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、ＥＣＵ７０は、検出手段３０からアクセル開度センサおよびアクセル速度センサの値を受け取る。アクセル開度が大きくかつアクセル開度速度が大きいとＥＣＵ７０が判定した場合には、ＥＣＵ７０は、内燃機関１０の負荷が増大すると判定する。 When the warm-up operation of the internal combustion engine 100 ends, the internal combustion engine 100 starts normal operation. When the internal combustion engine 100 starts normal operation, the ECU 70 controls the assist means 60 so that driving of the supercharger 40 is assisted. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a flowchart when the ECU 70 assists the driving of the supercharger 40. First, the ECU 70 determines whether or not the load on the internal combustion engine 10 increases (step S1). For example, the ECU 70 receives the values of the accelerator opening sensor and the accelerator speed sensor from the detection unit 30. If the ECU 70 determines that the accelerator opening is large and the accelerator opening speed is large, the ECU 70 determines that the load on the internal combustion engine 10 increases.

ステップＳ１において内燃機関１０の負荷が増大すると判定された場合には、ＥＣＵ７０は、過給機４０の駆動がアシストされるようにアシスト手段６０を制御する（ステップＳ２）。例えば、ＥＣＵ７０は、供給弁６８が開かれるようにアシスト手段６０を制御する。それにより、貯気タンク６４内の加熱された空気が過給機４０の駆動側に供給され、過給機４０の駆動をアシストすることができる。すなわち、貯気タンク６４内の加熱された空気は、過給機４０の駆動をアシストするアシストガスとして機能する。 When it is determined in step S1 that the load on the internal combustion engine 10 increases, the ECU 70 controls the assist means 60 so that the driving of the supercharger 40 is assisted (step S2). For example, the ECU 70 controls the assist means 60 so that the supply valve 68 is opened. Thereby, the heated air in the air storage tank 64 is supplied to the drive side of the supercharger 40, and the drive of the supercharger 40 can be assisted. That is, the heated air in the air storage tank 64 functions as an assist gas that assists in driving the supercharger 40.

一方、ステップＳ１において内燃機関１０の負荷が増大すると判定されなかった場合には、ＥＣＵ７０はフローチャートの実行を終了する。 On the other hand, if it is not determined in step S1 that the load on the internal combustion engine 10 increases, the ECU 70 ends the execution of the flowchart.

本実施例に係る内燃機関１００によれば、内燃機関１０の負荷が増大すると判定された場合には、ＥＣＵ７０はアシストガスが過給機４０の駆動側に供給されるようにアシスト手段６０を制御する。それにより、内燃機関１０のターボラグを抑制することができる。また、アシストガスは、排気ガスの熱により加熱されている。それにより、アシストガスの供給による排気ガスのエネルギ低下が抑制される。 According to the internal combustion engine 100 according to the present embodiment, when it is determined that the load of the internal combustion engine 10 increases, the ECU 70 controls the assist means 60 so that the assist gas is supplied to the drive side of the supercharger 40. To do. Thereby, the turbo lag of the internal combustion engine 10 can be suppressed. The assist gas is heated by the heat of the exhaust gas. Thereby, the energy reduction of the exhaust gas due to the supply of the assist gas is suppressed.

また、内燃機関１００によれば、貯気タンク６４内のアシストガスの圧力は、排気ガスにより加熱されることにより高くなる。それにより、空気ポンプ６２の出力を大きくすることなしに、アシストガスの噴出速度を大きくすることができる。すなわち、アシストガスのアシスト効率が高くなる。また、内燃機関１０から排出される排気ガスの熱量が貯気タンク６４内のアシストガスにより回収されることから、貯気タンク６４は排気ガスの排熱回収手段としての機能も有する。この場合、内燃機関１０の熱効率が高くなり、内燃機関１０のＣＯ_２排出量が低減される。 Further, according to the internal combustion engine 100, the pressure of the assist gas in the air storage tank 64 is increased by being heated by the exhaust gas. Thereby, the ejection speed of the assist gas can be increased without increasing the output of the air pump 62. That is, the assist efficiency of the assist gas is increased. Further, since the amount of heat of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 is recovered by the assist gas in the storage tank 64, the storage tank 64 also has a function as exhaust gas exhaust heat recovery means. In this case, the thermal efficiency of the internal combustion engine 10 is increased, and the CO ₂ emission amount of the internal combustion engine 10 is reduced.

なお、貯気タンク６４および熱交換器６６は、過給機４０の下流に配置されているのであれば、排気ガス浄化触媒５０の下流に配置されていなくてもよい。しかしながら、過給機４０からの排気ガス温度は、排気ガス浄化触媒５０での排気ガス浄化反応により上昇する。そのため、排気ガス浄化触媒５０の下流に貯気タンク６４および熱交換器６６を配置することによりアシストガスのエネルギをより高めることができる。 The air storage tank 64 and the heat exchanger 66 may not be disposed downstream of the exhaust gas purification catalyst 50 as long as they are disposed downstream of the supercharger 40. However, the exhaust gas temperature from the supercharger 40 rises due to the exhaust gas purification reaction at the exhaust gas purification catalyst 50. Therefore, the energy of the assist gas can be further increased by disposing the storage tank 64 and the heat exchanger 66 downstream of the exhaust gas purification catalyst 50.

続いて、本発明の第２実施例に係る内燃機関１００ａについて説明する。図３は、第２実施例に係る内燃機関１００ａの全体構成を示す模式図である。図３に示す内燃機関１００ａは、アシスト手段６０の代わりにアシスト手段６０ａを備えている点において、図１に示す内燃機関１００と異なる。図３に示すアシスト手段６０ａは、空気ポンプ６２の代わりに水ポンプ６２ａを備える点および水タンク６９をさらに備える点において、図１のアシスト手段６０と異なる。その他の構成は、図１に示す内燃機関１００と同様のため説明を省略する。 Subsequently, an internal combustion engine 100a according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic diagram showing the overall configuration of the internal combustion engine 100a according to the second embodiment. The internal combustion engine 100a shown in FIG. 3 is different from the internal combustion engine 100 shown in FIG. 1 in that an assist means 60a is provided instead of the assist means 60. The assist means 60a shown in FIG. 3 differs from the assist means 60 of FIG. 1 in that a water pump 62a is provided instead of the air pump 62 and a water tank 69 is further provided. Other configurations are the same as those of the internal combustion engine 100 shown in FIG.

水ポンプ６２ａは、水タンク６９に貯えられた水を貯気タンク６４に送水するポンプである。水ポンプ６２ａとしては、水を送水することができるものであれば特に限定されない。水タンク６９は、外部から供給される水を貯えるタンクである。水タンク６９は、水を貯えることができるものであれば特に限定されない。 The water pump 62 a is a pump that supplies water stored in the water tank 69 to the air storage tank 64. The water pump 62a is not particularly limited as long as it can feed water. The water tank 69 is a tank for storing water supplied from the outside. The water tank 69 is not particularly limited as long as it can store water.

次に、内燃機関１００ａの動作について説明する。まず、内燃機関１００ａが始動すると、内燃機関１０は暖機運転を行う。この際、内燃機関１０は高温の排気ガスを排出する。また、ＥＣＵ７０は、水タンク６９内の水が貯気タンク６４に送水されるように水ポンプ６２ａを制御する。この際、供給弁６８は閉じている。 Next, the operation of the internal combustion engine 100a will be described. First, when the internal combustion engine 100a is started, the internal combustion engine 10 performs a warm-up operation. At this time, the internal combustion engine 10 discharges high-temperature exhaust gas. Further, the ECU 70 controls the water pump 62 a so that the water in the water tank 69 is sent to the air storage tank 64. At this time, the supply valve 68 is closed.

内燃機関１０から排出された排気ガスは、過給機４０を駆動させた後、排気ガス浄化触媒５０で浄化されて貯気タンク６４を通過して、外部へ排気される。排気ガスが貯気タンク６４を通過する際には、排気ガスの熱は、熱交換器６６を介して貯気タンク６４内に送水された水に伝達される。それにより、貯気タンク６４内に送水された水は水蒸気になる。この水蒸気は、貯気タンク６４に貯気される。 The exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 drives the supercharger 40, is then purified by the exhaust gas purification catalyst 50, passes through the air storage tank 64, and is exhausted to the outside. When the exhaust gas passes through the air storage tank 64, the heat of the exhaust gas is transmitted to the water sent into the air storage tank 64 through the heat exchanger 66. Thereby, the water sent into the air storage tank 64 becomes steam. This water vapor is stored in the storage tank 64.

暖機運転が終了すると、内燃機関１００ａは通常運転を開始する。内燃機関１００ａが通常運転を開始すると、ＥＣＵ７０は内燃機関１０の負荷が増大するか否かを判定する。例えば、ＥＣＵ７０は、検出手段３０からアクセル開度センサとアクセル速度センサとの値を受け取る。アクセル開度が大きくかつアクセル開度速度が大きいとＥＣＵ７０が判定した場合には、ＥＣＵ７０は内燃機関１０の負荷が増大すると判定する。 When the warm-up operation ends, the internal combustion engine 100a starts a normal operation. When the internal combustion engine 100a starts normal operation, the ECU 70 determines whether or not the load on the internal combustion engine 10 increases. For example, the ECU 70 receives the values of the accelerator opening sensor and the accelerator speed sensor from the detection means 30. When the ECU 70 determines that the accelerator opening is large and the accelerator opening speed is large, the ECU 70 determines that the load on the internal combustion engine 10 increases.

ＥＣＵ７０が内燃機関の負荷が増大すると判定した場合には、ＥＣＵ７０は供給弁６８を開くように制御する。それにより、貯気タンク６４内の加熱された水蒸気が過給機４０の駆動側に供給され、過給機４０の駆動をアシストすることができる。すなわち、貯気タンク６４内の加熱された水蒸気は、過給機４０の駆動をアシストするアシストガスとして機能する。 When the ECU 70 determines that the load on the internal combustion engine increases, the ECU 70 controls the supply valve 68 to open. Thereby, the heated water vapor in the air storage tank 64 is supplied to the drive side of the supercharger 40, and the drive of the supercharger 40 can be assisted. That is, the heated water vapor in the air storage tank 64 functions as an assist gas that assists in driving the supercharger 40.

本実施例に係る内燃機関１００ａによれば、内燃機関１０の負荷が増大すると判定された場合には、ＥＣＵ７０はアシストガスが過給機４０の駆動側に供給されるようにアシスト手段６０を制御する。それにより、内燃機関１０のターボラグを抑制することができる。また、アシストガスは、排気ガスの熱により加熱されている。それにより、アシストガスの供給による排気ガスのエネルギ低下が抑制される。 According to the internal combustion engine 100a according to the present embodiment, when it is determined that the load on the internal combustion engine 10 increases, the ECU 70 controls the assist means 60 so that the assist gas is supplied to the drive side of the supercharger 40. To do. Thereby, the turbo lag of the internal combustion engine 10 can be suppressed. The assist gas is heated by the heat of the exhaust gas. Thereby, the energy reduction of the exhaust gas due to the supply of the assist gas is suppressed.

また、水の顕熱量および潜熱量は、それぞれ空気の顕熱量および潜熱量に比較して大きい。それにより、図３に示す内燃機関１００ａの排熱回収効率は、図１に示す内燃機関１００に比較して大きくなる。この場合、内燃機関１０の熱効率が向上し、内燃機関１０のＣＯ_２排出量が低減される。さらに、水蒸気の定圧比熱は空気の定圧比熱に比較して大きい。それにより、図３に示す内燃機関１００ａにおいては、図１に示す内燃機関１００の場合に比較して、小さい貯気タンク６４を用いても、同程度の温度およびエネルギ量のアシストガスを得ることができる。また、水ポンプ６２ａは空気ポンプ６２に比較して小型のものを用いることができる。それにより、アシスト手段６０ａの車両搭載性が高くなる。 Further, the amount of sensible heat and latent heat of water are larger than the amount of sensible heat and latent heat of air, respectively. Accordingly, the exhaust heat recovery efficiency of the internal combustion engine 100a shown in FIG. 3 is larger than that of the internal combustion engine 100 shown in FIG. In this case, the thermal efficiency of the internal combustion engine 10 is improved, and the CO ₂ emission amount of the internal combustion engine 10 is reduced. Furthermore, the constant pressure specific heat of water vapor is larger than that of air. Thereby, in the internal combustion engine 100a shown in FIG. 3, the assist gas having the same temperature and energy amount can be obtained even if the small storage tank 64 is used as compared with the case of the internal combustion engine 100 shown in FIG. Can do. Further, the water pump 62 a can be smaller than the air pump 62. Thereby, the vehicle mounting property of the assist means 60a becomes high.

（変形例１）
また、水タンク６９に貯えられた水としては、排気ガス浄化触媒５０から排出される排気ガス中に含まれる水蒸気が冷却された凝縮水を用いてもよい。図４は、実施例２の変形例１に係る内燃機関１００ｂの全体構成を示す模式図である。図４に示す内燃機関１００ｂは、アシスト手段６０ａの代わりにアシスト手段６０ｂを備えている点において、図３に示す内燃機関１００ａと異なる。図４に示すアシスト手段６０ｂは、水タンク６９の代わりに凝縮水タンク６９ａを備える点において、図３に示すアシスト手段６０ａと異なる。また、図４に示すアシスト手段６０ｂは、排気ガス浄化触媒５０からの排気ガスが凝縮水タンク６９ａ内を通過する点において、図３に示すアシスト手段６０ａと異なる。その他の構成は、図３に示す内燃機関１００ａと同様のため説明を省略する。 (Modification 1)
Further, as the water stored in the water tank 69, condensed water in which water vapor contained in the exhaust gas discharged from the exhaust gas purification catalyst 50 is cooled may be used. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an overall configuration of an internal combustion engine 100b according to a first modification of the second embodiment. An internal combustion engine 100b shown in FIG. 4 is different from the internal combustion engine 100a shown in FIG. 3 in that an assist means 60b is provided instead of the assist means 60a. The assist means 60b shown in FIG. 4 is different from the assist means 60a shown in FIG. 3 in that a condensed water tank 69a is provided instead of the water tank 69. 4 is different from the assist unit 60a shown in FIG. 3 in that the exhaust gas from the exhaust gas purification catalyst 50 passes through the condensed water tank 69a. Other configurations are the same as those of the internal combustion engine 100a shown in FIG.

凝縮水タンク６９ａは、排気ガス浄化触媒５０からの排気ガス中に含まれる水蒸気を冷却して凝縮する機能と凝縮された凝縮水を貯える機能とを有する。凝縮水タンク６９ａに貯えられた凝縮水は、水ポンプ６２ａにより貯気タンク６４に送水される。貯気タンク６４に送水された凝縮水は、熱交換器６６により加熱されて水蒸気となり、貯気タンク６４内に貯気されて、アシストガスとして利用される。 The condensed water tank 69a has a function of cooling and condensing water vapor contained in the exhaust gas from the exhaust gas purification catalyst 50, and a function of storing condensed condensed water. The condensed water stored in the condensed water tank 69a is sent to the air storage tank 64 by the water pump 62a. The condensed water sent to the air storage tank 64 is heated by the heat exchanger 66 to become water vapor, stored in the air storage tank 64, and used as assist gas.

本変形例に係る内燃機関１００ｂにおいても、内燃機関１０の負荷が増大すると判定された場合には、ＥＣＵ７０はアシストガスが過給機４０の駆動側に供給されるようにアシスト手段６０を制御する。それにより、内燃機関１０のターボラグを抑制することができる。また、アシストガスは、排気ガスの熱により加熱されている。それにより、アシストガスの供給による排気ガスのエネルギ低下が抑制される。 Also in the internal combustion engine 100b according to this modification, when it is determined that the load on the internal combustion engine 10 increases, the ECU 70 controls the assist means 60 so that the assist gas is supplied to the drive side of the supercharger 40. . Thereby, the turbo lag of the internal combustion engine 10 can be suppressed. The assist gas is heated by the heat of the exhaust gas. Thereby, the energy reduction of the exhaust gas due to the supply of the assist gas is suppressed.

さらに、本変形例に係る内燃機関１００ｂによれば、排気ガス中に含まれる凝縮水をアシストガスに利用している。それにより、図３に示す内燃機関１００ａのように水タンク６９に水を補給する必要がなくなる。 Furthermore, according to the internal combustion engine 100b according to this modification, the condensed water contained in the exhaust gas is used as the assist gas. Thereby, it is not necessary to supply water to the water tank 69 as in the internal combustion engine 100a shown in FIG.

実施例１、実施例２および変形例１において、ＥＣＵ７０が制御手段および判定手段に相当する。 In the first embodiment, the second embodiment, and the first modification, the ECU 70 corresponds to a control unit and a determination unit.

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

本発明の第１実施例に係る内燃機関の全体構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an overall configuration of an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. 第１実施例に係る制御手段が過給機の駆動をアシストする場合におけるフローチャートの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flowchart in case the control means which concerns on 1st Example assists the drive of a supercharger. 第２実施例に係る内燃機関の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the internal combustion engine which concerns on 2nd Example. 第２実施例に係る変形例１に係る内燃機関の全体構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the whole structure of the internal combustion engine which concerns on the modification 1 which concerns on 2nd Example.

Explanation of symbols

１０内燃機関
２０アクセル
３０検出手段
４０過給機
５０排気ガス浄化触媒
６０アシスト手段
６２空気ポンプ
６４貯気タンク
６６熱交換器
６８供給弁
６９水タンク
７０ＥＣＵ
１００，１００ａ，１００ｂ内燃機関 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 20 Accelerator 30 Detection means 40 Supercharger 50 Exhaust gas purification catalyst 60 Assist means 62 Air pump 64 Air storage tank 66 Heat exchanger 68 Supply valve 69 Water tank 70 ECU
100, 100a, 100b Internal combustion engine

Claims

An internal combustion engine;
A turbocharger that is driven when exhaust gas of the internal combustion engine is supplied to a drive side, and discharges the supplied exhaust gas downstream;
Assist means for assisting driving of the supercharger by supplying assist gas heated by heat of exhaust gas discharged downstream of the supercharger to the drive side of the supercharger;
Determination means for determining whether or not the load of the internal combustion engine increases;
An internal combustion engine comprising: control means for controlling the assist means so as to assist driving of the supercharger when the judgment means determines that the load of the internal combustion engine increases.

The internal combustion engine according to claim 1, wherein the assist means includes an air storage tank that stores the assist gas.

The internal combustion engine according to claim 2, wherein the assist means further includes a heat exchanger that heats the assist gas in the storage tank by heat of exhaust gas discharged downstream of the supercharger.

An exhaust gas purification catalyst that is provided downstream of the supercharger and purifies exhaust gas discharged downstream of the supercharger;
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the assist means assists driving of the supercharger by supplying exhaust gas purified by the exhaust gas purifying catalyst to a driving side of the supercharger. .

The internal combustion engine according to claim 1, wherein the assist gas is air.

The assist gas is water vapor;
The said assist means is provided with the heat exchanger which makes water vapor | steam with the heat | fever of the exhaust gas discharged | emitted downstream of the said supercharger, and the storage tank which stores the said water vapor | steam. Internal combustion engine.

The internal combustion engine according to claim 6, wherein the water is condensed water in which water vapor contained in exhaust gas discharged from the supercharger is cooled.