JP2009264335A - Multistage supercharging system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関用多段過給システムに関する。 The present invention relates to a multistage supercharging system for an internal combustion engine.
内燃機関用多段過給システムにおいて、減速時に吸気温度が上昇するように吸気通路の圧力を上昇させる技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1では、高圧ターボチャージャの可変ノズル機構制御、低圧ターボチャージャの可変ノズル機構制御、排気側バイパス通路の開閉制御、スロットル開度制御、及びEGR弁開閉制御を組み合わせている。一方、内燃機関用多段過給システムにおいて、吸気環流を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
ところで内燃機関の冷間始動時には、着火性向上のために吸気温度を上昇させることが望まれていた。 By the way, when the internal combustion engine is cold-started, it has been desired to increase the intake air temperature in order to improve the ignitability.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関用多段過給システムにおいて、内燃機関の冷間始動時に吸気温度を上昇させる技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a technique for increasing the intake air temperature when the internal combustion engine is cold-started in a multistage supercharging system for an internal combustion engine.
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置された高圧タービン及び前記内燃機関の吸気通路に配置された高圧コンプレッサを有する高圧ターボチャージャと、
前記高圧タービンよりも下流の前記排気通路に配置された低圧タービン及び前記高圧コンプレッサよりも上流の前記吸気通路に配置された低圧コンプレッサを有する低圧ターボチャージャと、
前記高圧コンプレッサをバイパスする吸気側バイパス通路と、
前記吸気側バイパス通路に配置され、前記吸気側バイパス通路を流通する吸気量を制御する吸気側バイパス弁と、
を備え、
前記内燃機関の冷間始動時に、前記吸気側バイパス弁を開弁し、吸気を前記高圧コンプレッサの上流から下流へ通過させると共に吸気を前記吸気側バイパス通路の下流から上流へ通過させて吸気を循環させる吸気環流を形成することを特徴とする内燃機関用多段過給システムである。
In the present invention, the following configuration is adopted. That is, the present invention
A high pressure turbocharger having a high pressure turbine disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and a high pressure compressor disposed in the intake passage of the internal combustion engine;
A low pressure turbocharger having a low pressure turbine disposed in the exhaust passage downstream of the high pressure turbine and a low pressure compressor disposed in the intake passage upstream of the high pressure compressor;
An intake-side bypass passage that bypasses the high-pressure compressor;
An intake side bypass valve that is disposed in the intake side bypass passage and controls the amount of intake air flowing through the intake side bypass passage;
With
When the internal combustion engine is cold started, the intake-side bypass valve is opened to allow intake air to pass from upstream to downstream of the high-pressure compressor and to pass intake air from downstream to upstream of the intake-side bypass passage. The multistage supercharging system for an internal combustion engine is characterized by forming an intake air recirculation.
本発明によると、内燃機関の冷間始動時に吸気側バイパス弁を開弁する。そしてこのとき高圧コンプレッサは駆動されている。すると、吸気側バイパス通路の吸気圧が低圧コンプレッサと高圧コンプレッサとの間の吸気通路の吸気圧よりも高圧となる。このような圧力関係により吸気は吸気側バイパス通路を吸気流れ方向における下流から上流へ流通するようになる。よって吸気を高圧コンプレッサの上流から下流へ通過させると共に吸気を吸気側バイパス通路の下流から上流へ通過させて吸気を循環させる吸気環流が形成される。この吸気環流の吸気は高圧コンプレッサで繰り返し圧縮されるので、圧縮熱を蓄え、昇温される。そして昇温した吸気環流の吸気が内燃機関に供給される。したがって内燃機関の冷間始動時に吸気温度を上昇させることができ、内燃機関の冷間始動時における着火性を
向上することができる。
According to the present invention, the intake side bypass valve is opened when the internal combustion engine is cold-started. At this time, the high-pressure compressor is driven. Then, the intake pressure in the intake side bypass passage becomes higher than the intake pressure in the intake passage between the low pressure compressor and the high pressure compressor. With such a pressure relationship, the intake air flows through the intake side bypass passage from the downstream side to the upstream side in the intake flow direction. Accordingly, an intake air circulation is formed in which the intake air is passed from the upstream side to the downstream side of the high-pressure compressor and the intake air is passed from the downstream side to the upstream side of the intake side bypass passage to circulate the intake air. Since the intake air in the intake air circulation is repeatedly compressed by the high-pressure compressor, the heat of compression is stored and the temperature is raised. Then, the intake air with the raised intake air flow is supplied to the internal combustion engine. Therefore, the intake air temperature can be raised at the time of cold start of the internal combustion engine, and the ignitability at the time of cold start of the internal combustion engine can be improved.
前記高圧ターボチャージャ内に設けられ、前記高圧タービンへの排気量を調節する高圧可変ノズル機構を備え、前記内燃機関の冷間始動時における前記吸気側バイパス弁を開弁する際に、前記高圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくするとよい。 A high-pressure variable nozzle mechanism that is provided in the high-pressure turbocharger and adjusts the amount of exhaust to the high-pressure turbine, and the high-pressure variable valve is opened when the intake-side bypass valve is opened during a cold start of the internal combustion engine. The nozzle passage sectional area of the nozzle mechanism may be reduced.
高圧コンプレッサは吸気環流の吸気を繰り返し圧縮するので、高圧コンプレッサの仕事量が増加し高圧ターボチャージャの過給圧が低下する。そして高圧ターボチャージャの過給圧が低下すると、吸気環流を形成し難くなる。本発明によると、内燃機関の冷間始動時における吸気側バイパス弁を開弁する際に、高圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくする。すると、高圧ターボチャージャの過給圧を高めることができ、吸気環流を維持することができる。また高圧タービンよりも上流の排気通路における排気圧が高圧になり、内燃機関の内部EGRガス量を増加させることができる。内部EGRガスは既燃ガスであるため、高温である。この高温の内部EGRガスが大量に内燃機関へ供給されるので、これによっても内燃機関の冷間始動時における着火性を向上することができる。 Since the high pressure compressor repeatedly compresses the intake air in the intake air flow, the work of the high pressure compressor increases and the supercharging pressure of the high pressure turbocharger decreases. And when the supercharging pressure of the high-pressure turbocharger decreases, it becomes difficult to form the intake air circulation. According to the present invention, when the intake side bypass valve is opened during cold start of the internal combustion engine, the nozzle passage cross-sectional area of the high-pressure variable nozzle mechanism is reduced. Then, the supercharging pressure of the high-pressure turbocharger can be increased and the intake air circulation can be maintained. Further, the exhaust pressure in the exhaust passage upstream of the high-pressure turbine becomes high, and the internal EGR gas amount of the internal combustion engine can be increased. Since the internal EGR gas is burnt gas, it has a high temperature. Since a large amount of this high-temperature internal EGR gas is supplied to the internal combustion engine, it is also possible to improve the ignitability at the cold start of the internal combustion engine.
前記低圧ターボチャージャ内に設けられ、前記低圧タービンへの排気量を調節する低圧可変ノズル機構を備え、前記内燃機関の冷間始動時における前記吸気側バイパス弁を開弁する際に、前記低圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくするとよい。 The low-pressure turbocharger is provided with a low-pressure variable nozzle mechanism that adjusts an exhaust amount to the low-pressure turbine, and the low-pressure variable valve is opened when the intake-side bypass valve is opened during cold start of the internal combustion engine. The nozzle passage sectional area of the nozzle mechanism may be reduced.
吸気環流が形成されていると、内燃機関に送り込む吸気量が減少し、内燃機関が失火するおそれがある。本発明によると、内燃機関の冷間始動時における吸気側バイパス弁を開弁する際に、低圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくする。すると、低圧ターボチャージャの過給圧を高めることができ、低圧コンプレッサが取り込む吸気量を増加させることができる。これにより吸気環流へ供給される吸気量が増加するので、吸気環流の環流量を維持しながら、内燃機関に送り込む吸気量を増加することができ、内燃機関の失火を防止することができる。また低圧コンプレッサが取り込んだ低温の新たな吸気が吸気環流中に入ってきても、高温の吸気環流の環流量が維持されているので、吸気環流の温度低下を抑制することができる。加えて低圧ターボチャージャの過給によって低圧コンプレッサが取り込む吸気の温度が上昇するので、これによっても吸気環流の温度低下を抑制することができる。 If the intake air recirculation is formed, the amount of intake air sent to the internal combustion engine decreases, and the internal combustion engine may misfire. According to the present invention, when the intake side bypass valve is opened during cold start of the internal combustion engine, the nozzle passage cross-sectional area of the low-pressure variable nozzle mechanism is reduced. Then, the supercharging pressure of the low pressure turbocharger can be increased, and the intake air amount taken in by the low pressure compressor can be increased. As a result, the amount of intake air supplied to the intake recirculation increases, so that the amount of intake air fed into the internal combustion engine can be increased while maintaining the recirculation flow rate of the intake recirculation, and misfire of the internal combustion engine can be prevented. Further, even when new low-temperature intake air taken in by the low-pressure compressor enters the intake air circulation, the high-temperature intake air circulation flow rate is maintained, so that a decrease in temperature of the intake air circulation can be suppressed. In addition, since the temperature of the intake air taken in by the low-pressure compressor rises due to supercharging of the low-pressure turbocharger, this can also suppress the temperature drop of the intake air circulation.
前記低圧コンプレッサよりも上流の前記吸気通路の吸気量を検出する吸気量検出手段を備え、前記吸気量検出手段が検出する吸気量が所定量未満の場合に、前記低圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくするとよい。 An intake air amount detecting means for detecting an intake air amount in the intake passage upstream of the low pressure compressor, and when the intake air amount detected by the intake air amount detecting means is less than a predetermined amount, the nozzle passage of the low pressure variable nozzle mechanism is disconnected. It is better to reduce the area.
ここで所定量とは、それ未満の吸気量であると、内燃機関に送り込む吸気量が減少し、内燃機関が失火するおそれが生じる閾値となる量である。 Here, the predetermined amount is an amount that becomes a threshold value that may cause the internal combustion engine to misfire if the intake air amount is less than that and the intake air amount fed to the internal combustion engine decreases.
本発明によると、吸気量検出手段が検出する吸気量が所定量未満の場合に、低圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくする。すると、低圧ターボチャージャの過給圧を高めることができ、低圧コンプレッサが取り込む吸気量を増加させることができる。これにより吸気環流へ供給される吸気量が増加するので、吸気環流の環流量を維持しながら、内燃機関に送り込む吸気量を増加することができ、内燃機関の失火を防止することができる。 According to the present invention, when the intake air amount detected by the intake air amount detecting means is less than a predetermined amount, the nozzle passage cross-sectional area of the low pressure variable nozzle mechanism is reduced. Then, the supercharging pressure of the low pressure turbocharger can be increased, and the intake air amount taken in by the low pressure compressor can be increased. As a result, the amount of intake air supplied to the intake recirculation increases, so that the amount of intake air fed into the internal combustion engine can be increased while maintaining the recirculation flow rate of the intake recirculation, and misfire of the internal combustion engine can be prevented.
本発明によると、内燃機関用多段過給システムにおいて、内燃機関の冷間始動時に吸気温度を上昇させることができる。 According to the present invention, in the multistage supercharging system for an internal combustion engine, the intake air temperature can be raised when the internal combustion engine is cold-started.
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。 Specific examples of the present invention will be described below.
<実施例1>
図1は、本実施例に係る内燃機関用多段過給システムを適用する内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、多気筒を有する水冷式の4ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関1は、車両に搭載されている。内燃機関1には、吸気通路2及び排気通路3が接続されている。
<Example 1>
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the multistage turbocharging system for an internal combustion engine according to the present embodiment is applied and its intake system and exhaust system. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-stroke cycle diesel engine having multiple cylinders. The internal combustion engine 1 is mounted on a vehicle. An
内燃機関1に接続された吸気通路2の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動する高圧ターボチャージャ4の高圧コンプレッサ4aが配置されている。高圧コンプレッサ4aよりも上流の吸気通路2には、高圧ターボチャージャ4と同じく排気のエネルギを駆動源として作動する低圧ターボチャージャ5の低圧コンプレッサ5aが配置されている。
In the middle of the
高圧コンプレッサ4aよりも上流且つ低圧コンプレッサ5aよりも下流の吸気通路2と、高圧コンプレッサ4aよりも下流の吸気通路2との間には、吸気側バイパス通路6が設けられている。言い換えると吸気側バイパス通路6は、高圧コンプレッサ4aをバイパスする。吸気側バイパス通路6には、吸気側バイパス通路6の通路断面積を調整することにより、吸気側バイパス通路6を流通する吸気量を制御する吸気側バイパス弁7が配置されている。吸気側バイパス弁7は、電動アクチュエータにより開閉される。
An intake side bypass passage 6 is provided between the
低圧コンプレッサ5aよりも上流の吸気通路2には、低圧コンプレッサ5aよりも上流の吸気通路2に取り込んだ吸気量(新気量)を検出するエアフローメータ8が配置されている。本実施例におけるエアフローメータ8が本発明の吸気量検出手段に相当する。
An
高圧コンプレッサ4aよりも下流における吸気側バイパス通路6との接続部位よりも下流の吸気通路2には、吸気通路2の通路断面積を調整することにより、吸気通路2を流通する吸気量を制御するスロットル弁9が配置されている。スロットル弁9は、電動アクチュエータによる開閉される。これら吸気通路2及びそれに配置された機器が内燃機関1に吸気を取り込むための吸気系を構成している。
In the
一方、内燃機関1に接続された排気通路3の途中には、高圧ターボチャージャ4の高圧タービン4bが配置されている。高圧タービン4bは排気通路3を流れる排気によって駆動され、高圧コンプレッサ4aは駆動された高圧タービン4bと共に回転して吸気通路2を流れる吸気を過給する。そして高圧タービン4bを収容するタービン室に高圧タービン4bの全周を囲むように複数の高圧可変ノズル4cが設けられ、これらの高圧可変ノズル4cをそれぞれ回動させることで、高圧可変ノズル4c間に形成されるノズル通路断面積を変化させている。高圧可変ノズル4cを回動することによって、ノズル通路断面積を小さくすると、内燃機関1の過給を高めることができる。このようにノズル通路断面積を変化させる高圧可変ノズル4c及びこれを駆動する電動アクチュエータが高圧可変ノズル機構を構成している。
On the other hand, a high-
高圧タービン4bよりも下流の排気通路3には、低圧ターボチャージャ5の低圧タービン5bが配置されている。低圧タービン5bは排気通路3を流れる排気によって駆動され、低圧コンプレッサ5aは駆動された低圧タービン5bと共に回転して吸気通路2を流れる吸気を過給する。そして低圧タービン5bを収容するタービン室に低圧タービン5bの全周を囲むように複数の低圧可変ノズル5cが設けられ、これらの低圧可変ノズル5cをそれぞれ回動させることで、低圧可変ノズル5c間に形成されるノズル通路断面積を変化させている。低圧可変ノズル5cを回動することによって、ノズル通路断面積を小さくすると、内燃機関1の過給を高めることができる。このようにノズル通路断面積を変化させ
る低圧可変ノズル5c及びこれを駆動する電動アクチュエータが低圧可変ノズル機構を構成している。
A
高圧タービン4bよりも上流の排気通路3と、高圧タービン4bよりも下流且つ低圧タービン5bよりも上流の排気通路3との間には、第1排気側バイパス通路10が設けられている。言い換えると第1排気側バイパス通路10は、高圧タービン4bをバイパスする。第1排気側バイパス通路10には、第1排気側バイパス通路10の通路断面積を調整することにより、第1排気側バイパス通路10を流通する吸気量を制御する第1排気側バイパス弁11が配置されている。第1排気側バイパス弁11は、電動アクチュエータにより開閉される。
A first exhaust-
高圧タービン4bよりも下流且つ低圧タービン5bよりも上流の排気通路3と、低圧タービン5bよりも下流の排気通路3との間には、第2排気側バイパス通路12が設けられている。言い換えると第2排気側バイパス通路12は、低圧タービン5bをバイパスする。第2排気側バイパス通路12には、第2排気側バイパス通路12の通路断面積を調整することにより、第2排気側バイパス通路12を流通する吸気量を制御する第2排気側バイパス弁13が配置されている。第2排気側バイパス弁13は、電動アクチュエータにより開閉される。これら排気通路3及びそれに配置された機器が内燃機関1から排気を排出させるための排気系を構成している。
A second exhaust
そして、内燃機関1には、排気通路3内を流通する排気の一部を吸気通路2へ還流(再循環)させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路14が備えられている。本実施
例では、EGR通路14によって還流される排気をEGRガスと称している。EGR通路14は、高圧タービン4bよりも上流の排気通路3と、スロットル弁9よりも下流の吸気通路2とを接続している。このEGR通路14を通って、排気の一部がEGRガスとして高圧で内燃機関1へ送り込まれる。EGR通路14には、EGR通路14の通路断面積を調整することにより、該EGR通路14を流通するEGRガスの量を制御するEGR弁15が配置される。EGR弁15は、電動アクチュエータにより開閉される。
The internal combustion engine 1 is provided with an EGR (Exhaust Gas Recirculation)
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU16が併設されている。このECU16は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
ECU16には、エアフローメータ8、クランクポジションセンサ17、及びアクセルポジションセンサ18などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がECU16に入力されるようになっている。一方、ECU16には、高圧可変ノズル4c、低圧可変ノズル5c、吸気側バイパス弁7、スロットル弁9、第1排気側バイパス弁11、第2排気側バイパス弁13、及びEGR弁15の電動アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ECU16によりこれらの機器が制御される。
Various sensors such as an
ECU16は、エアフローメータ8、クランクポジションセンサ17、及びアクセルポジションセンサ18などの出力信号を受けて内燃機関1の運転状態を判別し、判別された機関運転状態に基づいて内燃機関1や上記機器を電気的に制御する。
The
ところで内燃機関1の冷間始動時には、着火性が悪化している。このため内燃機関1の冷間始動時には、着火性向上のために吸気温度を上昇させることが望まれている。 By the way, when the internal combustion engine 1 is cold-started, the ignitability is deteriorated. For this reason, when the internal combustion engine 1 is cold started, it is desired to raise the intake air temperature in order to improve the ignitability.
そこで本実施例では、内燃機関の冷間始動時に、吸気側バイパス弁7を開弁し、吸気を高圧コンプレッサ4aに対して吸気流れ方向における上流から下流へ通過させると共に吸気を吸気側バイパス通路6に対して吸気流れ方向における下流から上流へ通過させて吸気
を循環させる吸気環流を形成するようにした。
Therefore, in this embodiment, when the internal combustion engine is cold-started, the intake
具体的には、本実施例では、内燃機関の冷間始動時に、吸気側バイパス弁7を開弁する。そしてこのとき高圧コンプレッサ4aを駆動しておく。すると、図2に示す吸気側バイパス通路6の吸気圧P1が低圧コンプレッサ5aと高圧コンプレッサ4aとの間の吸気通路2の吸気圧P2よりも高圧となる(P1>P2)。このようなP1>P2の圧力関係により吸気は吸気側バイパス通路6を吸気流れ方向における下流から上流へ流通するようになる。よって吸気を高圧コンプレッサ4aの吸気流れ方向における上流から下流へ通過させると共に吸気を吸気側バイパス通路6の吸気流れ方向における下流から上流へ通過させて図2に示す矢印のように吸気を循環させる吸気環流が形成される。この吸気環流は、図2に示す矢印のように循環を継続し、吸気環流の吸気は高圧コンプレッサ4aで繰り返し圧縮されるので、圧縮熱を蓄え、昇温される。そして昇温した吸気環流の吸気が内燃機関1に供給される。したがって内燃機関1の冷間始動時に吸気温度を上昇させることができ、内燃機関1の冷間始動時における着火性を向上することができる。
Specifically, in this embodiment, the intake
ところで高圧コンプレッサ4aは吸気環流の吸気を繰り返し圧縮するので、高圧コンプレッサ4aの仕事量が増加し高圧ターボチャージャ4の過給圧が低下する。そして高圧ターボチャージャ4の過給圧が低下すると、吸気環流を形成し難くなる。
By the way, since the
そこで本実施例では、内燃機関1の冷間始動時における吸気側バイパス弁7を開弁する際に、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を小さくするようにした。
Therefore, in this embodiment, when the intake
本実施例によると、高圧ターボチャージャ4の過給圧を高めることができ、吸気環流を維持することができる。また高圧タービン4bよりも上流の排気通路3における排気圧が高圧になり、内燃機関1の内部EGRガス量を増加させることができる。内部EGRガスは既燃ガスであるため、高温である。この高温の内部EGRガスが大量に内燃機関1へ供給されるので、これによっても内燃機関1の冷間始動時における着火性を向上することができる。
According to this embodiment, the supercharging pressure of the high-pressure turbocharger 4 can be increased, and the intake air circulation can be maintained. Further, the exhaust pressure in the
ところで吸気環流が形成されていると、吸気環流の吸気が内燃機関1側の下流に流れて行かず内燃機関1に送り込む吸気量が減少し、内燃機関1が失火するおそれがある。 By the way, if the intake air recirculation is formed, the intake air flowing into the internal combustion engine 1 does not flow downstream from the internal combustion engine 1 and the amount of intake air sent to the internal combustion engine 1 is reduced, and the internal combustion engine 1 may be misfired.
そこで本実施例では、内燃機関1の冷間始動時における吸気側バイパス弁7を開弁する際において、エアフローメータ8が検出する吸気量が所定量未満の場合に、低圧可変ノズル5cのノズル通路断面積を小さくするようにした。
Therefore, in the present embodiment, when the intake
ここで所定量とは、それ未満の吸気量であると、内燃機関1に送り込む吸気量が減少し、内燃機関1が失火するおそれが生じる閾値となる量である。 Here, the predetermined amount is an amount that is a threshold value that, when the intake amount is less than that, the amount of intake air that is sent to the internal combustion engine 1 decreases and the internal combustion engine 1 may misfire.
本実施例によると、低圧ターボチャージャ5の過給圧を高めることができ、低圧コンプレッサ5aが取り込む吸気量を増加させることができる。これにより吸気環流へ供給される吸気量が増加するので、吸気環流の環流量を維持しながら、内燃機関1に送り込む吸気量を増加することができ、内燃機関1の失火を防止することができる。また低圧コンプレッサ5aが取り込んだ低温の新たな吸気が吸気環流中に入ってきても、高温の吸気環流の環流量が維持されているので、吸気環流の温度低下を抑制することができる。加えて低圧ターボチャージャ5の過給によって低圧コンプレッサ5aが取り込む吸気の温度が上昇するので、これによっても吸気環流の温度低下を抑制することができる。
According to the present embodiment, the supercharging pressure of the low-pressure turbocharger 5 can be increased, and the intake air amount taken in by the low-
次に、本実施例による冷間始動時の吸気環流形成制御ルーチンについて説明する。図3は、本実施例による冷間始動時の吸気環流形成制御ルーチンを示したフローチャートであ
る。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。
Next, an intake air circulation formation control routine at the time of cold start according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a flowchart showing an intake air circulation formation control routine at the time of cold start according to the present embodiment. This routine is repeatedly executed every predetermined time.
ステップS101では、ECU16は、内燃機関1が冷間始動したか否かを判別する。内燃機関1が冷間始動したか否かは、各種センサの出力値から判断する。ステップS101において内燃機関1が冷間始動していないと否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。ステップS101において内燃機関1が冷間始動したと肯定判定された場合には、ステップS102へ移行する。
In step S101, the
ステップS102では、ECU16は、吸気環流を形成する。具体的には、吸気側バイパス弁7を開弁し、高圧コンプレッサ4aを駆動し、図2に示す矢印のように、吸気を高圧コンプレッサ4aの吸気流れ方向における上流から下流へ通過させると共に吸気を吸気側バイパス通路6の吸気流れ方向における下流から上流へ通過させて吸気を循環させる吸気環流を形成する。
In step S102, the
本ステップS102では、ECU16は、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を小さくする。また同時にスロットル弁9の開度を調整する。これらにより内燃機関1の冷間始動時における吸気環流を維持し続けられるようにしている。また高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を小さくすることにより、高圧タービン4bよりも上流の排気通路3における排気圧が高圧になり、内燃機関1の内部EGRガス量を増加させることもできる。なおこのとき排気に高圧タービン4bを流通させるように、図2に示すように第1排気側バイパス弁11は閉弁される。
In step S102, the
ステップS103では、ECU16は、エアフローメータ8が検出する吸気量が所定量未満となるか否かを判別する。ステップS103においてエアフローメータ8が検出する吸気量が所定量以上であると否定判定された場合には、ステップS105へ移行する。ステップS103においてエアフローメータ8が検出する吸気量が所定未満であると肯定判定された場合には、ステップS104へ移行する。
In step S103, the
ステップS104では、ECU16は、低圧可変ノズル5cを回動させてノズル通路断面積を小さくする。これにより低圧ターボチャージャ5の過給圧を高め、低圧コンプレッサ5aが取り込む吸気量を増加させる。よって吸気環流へ供給される吸気量が増加するので、吸気環流の環流量を維持しながら、内燃機関1に送り込む吸気量を増加することができる。なおこのとき排気に低圧タービン5bを流通させるように、図2に示すように第2排気側バイパス弁13は閉弁される。
In step S104, the
ステップS105では、ECU16は、内燃機関1の冷間始動時における暖機が完了したか否かを判別する。内燃機関1の冷間始動時の暖機が完了したか否かは、各種センサの出力値から判断してもよいし、冷間始動からの一定時間の経過から判断してもよい。ステップS105において内燃機関1の暖機が完了していないと否定判定された場合には、ステップS102へ移行する。ステップS105において内燃機関1の暖機が終了したと肯定判定された場合には、ステップS106へ移行する。
In step S105, the
ステップS106では、ECU16は、吸気環流を形成することを止め、通常へ復帰する。具体的には、吸気側バイパス弁7を閉弁し、吸気に吸気側バイパス通路6を流通させなくする。又は高圧可変ノズル4c、吸気側バイパス弁7やスロットル弁9を制御し、吸気に高圧コンプレッサ4aをバイパスさせるよう、吸気に吸気側バイパス通路6を吸気流れ方向における上流から下流へ通過させるようにする。本ステップの処理の後、本ルーチンを一旦終了する。
In step S106, the
以上説明した本ルーチンによれば、内燃機関1の冷間始動時に吸気環流を形成できる。
そして吸気環流の吸気は循環している内に圧縮熱を蓄え、昇温される。この昇温された吸気環流の吸気を内燃機関1に送り込むことができるので、内燃機関1の冷間始動時に吸気温度を上昇させ、着火性を向上することができる。
According to this routine described above, the intake air recirculation can be formed when the internal combustion engine 1 is cold started.
And while the intake air in the intake air circulation circulates, it accumulates compression heat and is heated. Since the intake air with the raised intake air flow can be sent to the internal combustion engine 1, the intake air temperature can be raised when the internal combustion engine 1 is cold-started, and the ignitability can be improved.
本発明に係る内燃機関用多段過給システムは、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。 The multistage supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the gist of the present invention.
1 内燃機関
2 吸気通路
3 排気通路
4 高圧ターボチャージャ
4a 高圧コンプレッサ
4b 高圧タービン
4c 高圧可変ノズル
5 低圧ターボチャージャ
5a 低圧コンプレッサ
5b 低圧タービン
5c 低圧可変ノズル
6 吸気側バイパス通路
7 吸気側バイパス弁
8 エアフローメータ
9 スロットル弁
10 第1排気側バイパス通路
11 第1排気側バイパス弁
12 第2排気側バイパス通路
13 第2排気側バイパス弁
14 EGR通路
15 EGR弁
16 ECU
17 クランクポジションセンサ
18 アクセルポジションセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
17
Claims (4)
前記高圧タービンよりも下流の前記排気通路に配置された低圧タービン及び前記高圧コンプレッサよりも上流の前記吸気通路に配置された低圧コンプレッサを有する低圧ターボチャージャと、
前記高圧コンプレッサをバイパスする吸気側バイパス通路と、
前記吸気側バイパス通路に配置され、前記吸気側バイパス通路を流通する吸気量を制御する吸気側バイパス弁と、
を備え、
前記内燃機関の冷間始動時に、前記吸気側バイパス弁を開弁し、吸気を前記高圧コンプレッサの上流から下流へ通過させると共に吸気を前記吸気側バイパス通路の下流から上流へ通過させて吸気を循環させる吸気環流を形成することを特徴とする内燃機関用多段過給システム。 A high pressure turbocharger having a high pressure turbine disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine and a high pressure compressor disposed in the intake passage of the internal combustion engine;
A low pressure turbocharger having a low pressure turbine disposed in the exhaust passage downstream of the high pressure turbine and a low pressure compressor disposed in the intake passage upstream of the high pressure compressor;
An intake-side bypass passage that bypasses the high-pressure compressor;
An intake side bypass valve that is disposed in the intake side bypass passage and controls the amount of intake air flowing through the intake side bypass passage;
With
When the internal combustion engine is cold started, the intake-side bypass valve is opened to allow intake air to pass from upstream to downstream of the high-pressure compressor and to pass intake air from downstream to upstream of the intake-side bypass passage. A multistage supercharging system for an internal combustion engine, characterized in that an intake air recirculation is formed.
前記内燃機関の冷間始動時における前記吸気側バイパス弁を開弁する際に、前記高圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用多段過給システム。 A high-pressure variable nozzle mechanism that is provided in the high-pressure turbocharger and adjusts an exhaust amount to the high-pressure turbine;
2. The multistage engine for an internal combustion engine according to claim 1, wherein when the intake side bypass valve is opened during a cold start of the internal combustion engine, a nozzle passage sectional area of the high-pressure variable nozzle mechanism is reduced. Supply system.
前記内燃機関の冷間始動時における前記吸気側バイパス弁を開弁する際に、前記低圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくすることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関用多段過給システム。 A low-pressure variable nozzle mechanism that is provided in the low-pressure turbocharger and adjusts an exhaust amount to the low-pressure turbine;
3. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the intake side bypass valve is opened during a cold start of the internal combustion engine, a nozzle passage sectional area of the low pressure variable nozzle mechanism is reduced. Multistage supercharging system.
前記吸気量検出手段が検出する吸気量が所定量未満の場合に、前記低圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を小さくすることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関用多段過給システム。 An intake air amount detecting means for detecting an intake air amount in the intake passage upstream of the low pressure compressor;
The multistage supercharging system for an internal combustion engine according to claim 3, wherein when the intake air amount detected by the intake air amount detecting means is less than a predetermined amount, the nozzle passage cross-sectional area of the low pressure variable nozzle mechanism is reduced.
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