JP2010013963A - Multi-stage 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、高圧ターボチャージャの高圧タービンをバイパスする高圧排気側バイパス通路と、高圧排気側バイパス通路に設けられる高圧排気側バイパス弁と、低圧ターボチャージャの低圧タービンをバイパスする低圧排気側バイパス通路と、低圧排気側バイパス通路に設けられる低圧排気側バイパス弁と、を備える技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。内燃機関用並列過給システムにおいて、セカンダリターボ過給機の作動時にはその軸受部に潤滑オイルを供給すると共に、セカンダリターボ過給機の不作動時にはその軸受部への潤滑オイル供給を遮断、あるいは絞るように電磁切換弁を制御する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。内燃機関用多段過給システムにおいて、低圧ターボチャージャの低圧タービンに導入する高圧排気側バイパス通路と、高圧排気側バイパス通路の途中に設けられる高圧排気側バイパス弁と、を備え、内燃機関の回転数が第1所定回転数以上の領域では高圧排気側バイパス弁の閉状態を解除し、且つ、高圧ターボチャージャの高圧タービンに供給される排気エネルギをその可変ノズルの開度を制御することによって過給圧を制御する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。内燃機関用多段過給システムにおいて、触媒暖機中に排気に低圧ターボチャージャの低圧タービンを迂回させる低圧排気側バイパス通路を形成する技術が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
ところで内燃機関用多段過給システムにおいて、低圧ターボチャージャの低圧タービンをバイパスする低圧排気側バイパス通路と、低圧排気側バイパス通路に配置され低圧排気側バイパス通路を流通する排気量を制御する低圧排気側バイパス弁と、を備える場合がある。そして触媒暖機のために、低圧排気側バイパス弁を開弁し、排気に低圧排気側バイパス通路を流通させて排気を触媒に供給することが行われる。 By the way, in the multistage supercharging system for an internal combustion engine, the low pressure exhaust side bypass passage for bypassing the low pressure turbine of the low pressure turbocharger, and the low pressure exhaust side for controlling the exhaust amount arranged in the low pressure exhaust side bypass passage and flowing through the low pressure exhaust side bypass passage And a bypass valve. In order to warm up the catalyst, the low-pressure exhaust side bypass valve is opened, and the exhaust gas is supplied to the catalyst through the low-pressure exhaust side bypass passage.
軽負荷時に低圧排気側バイパス弁を開弁していると、低圧ターボチャージャの回転数が、低圧ターボチャージャを潤滑オイルで潤滑しておくため、若しくは高圧ターボチャージャでのみ過給を行う領域から低圧ターボチャージャ及び高圧ターボチャージャの両方で過給を行う領域に移行するための必要最低回転数以下になる場合がある。また低圧排気側バイパス弁を開弁していると、高圧ターボチャージャの運転状態によっては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圧力が低下して過剰に負圧になり、低圧コンプレッサ若しくは高圧コンプレッサの潤滑オイルが吸い出される場合がある。このように低圧排気側バイパス弁を開弁している場合には上記のような弊害が生じる。 If the low-pressure exhaust side bypass valve is opened at light load, the rotation speed of the low-pressure turbocharger is low because the low-pressure turbocharger is lubricated with lubricating oil or from the region where supercharging is performed only with the high-pressure turbocharger. There are cases where the rotational speed is below the minimum required rotational speed for shifting to a region where supercharging is performed in both the turbocharger and the high-pressure turbocharger. If the low-pressure exhaust side bypass valve is open, depending on the operating condition of the high-pressure turbocharger, the pressure in the intake passage between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor will drop and become excessively negative. Compressor lubricating oil may be sucked out. As described above, when the low pressure exhaust side bypass valve is opened, the above-described adverse effects occur.
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、低圧排気側バイパス弁を開弁している場合の弊害を回避す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 avoiding adverse effects when the low-pressure exhaust-side bypass valve is opened in a multistage supercharging system for an internal combustion engine. There is to do.
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、
前記低圧タービンをバイパスする低圧排気側バイパス通路と、
前記低圧排気側バイパス通路に配置され、前記低圧排気側バイパス通路を流通する排気量を制御する低圧排気側バイパス弁と、
を備え、
前記低圧排気側バイパス弁を開弁している場合に、前記低圧コンプレッサの回転数の低下に関連する所定条件が成立すると、前記低圧排気側バイパス弁を閉弁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;
A low pressure exhaust side bypass passage for bypassing the low pressure turbine;
A low-pressure exhaust-side bypass valve that is disposed in the low-pressure exhaust-side bypass passage and controls an amount of exhaust flowing through the low-pressure exhaust-side bypass passage;
With
When the low-pressure exhaust-side bypass valve is open, the low-pressure exhaust-side bypass valve is closed when a predetermined condition relating to a decrease in the rotational speed of the low-pressure compressor is satisfied. It is a multistage supercharging system.
ここで前記所定条件が成立するとは、前記低圧コンプレッサと前記高圧コンプレッサとの間の前記吸気通路の圧力が所定圧力よりも低くなるときである。 Here, the predetermined condition is satisfied when the pressure in the intake passage between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor is lower than a predetermined pressure.
そして前記所定圧力とは、低圧コンプレッサマップ上の必要最低回転数ラインから導出される圧力、又は前記低圧コンプレッサ若しくは前記高圧コンプレッサの潤滑オイルが吸い出される圧力の、どちらか高い方の圧力である。 The predetermined pressure is the higher pressure of the pressure derived from the necessary minimum rotational speed line on the low pressure compressor map or the pressure at which the lubricating oil of the low pressure compressor or the high pressure compressor is sucked out.
なお他の前記所定条件が成立するとは、低圧ターボチャージャの回転数が、低圧ターボチャージャを潤滑オイルで潤滑しておくため、若しくは高圧ターボチャージャでのみ過給を行う領域から低圧ターボチャージャ及び高圧ターボチャージャの両方で過給を行う領域に移行するための必要最低回転数以下になるときでもよい。また他の前記所定条件が成立するとは、例えば低圧コンプレッサの回転数が低下しているにもかかわらず高圧コンプレッサの回転数が上昇して、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圧力が低下して過剰に負圧になり、低圧コンプレッサ若しくは高圧コンプレッサの潤滑オイルが吸い出されるときでもよい。 The other predetermined conditions are satisfied when the rotation speed of the low-pressure turbocharger is such that the low-pressure turbocharger is lubricated with lubricating oil or is supercharged only in the high-pressure turbocharger. It may be the time when the number of revolutions is less than the minimum required for shifting to the supercharging region in both chargers. The other predetermined condition is satisfied when, for example, the rotational speed of the high-pressure compressor is increased despite the decrease in the rotational speed of the low-pressure compressor, and the pressure in the intake passage between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor is increased. It may be when the pressure decreases and becomes excessively negative, and the lubricating oil of the low-pressure compressor or the high-pressure compressor is sucked out.
本発明によると、低圧排気側バイパス弁を開弁している場合に、上記のような所定条件が成立すると、低圧排気側バイパス弁を閉弁するので、低圧排気側バイパス弁を開弁している場合の弊害が回避できる。具体的には、軽負荷時に低圧排気側バイパス弁を開弁している場合における、低圧ターボチャージャの回転数が、低圧ターボチャージャを潤滑オイルで潤滑しておくため、若しくは高圧ターボチャージャでのみ過給を行う領域から低圧ターボチャージャ及び高圧ターボチャージャの両方で過給を行う領域に移行するための必要最低回転数以下になることが回避できる。また低圧排気側バイパス弁を開弁している場合における、例えば低圧コンプレッサの回転数が低下しているにもかかわらず高圧コンプレッサの回転数が上昇して、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圧力が低下して過剰に負圧になり、低圧コンプレッサ若しくは高圧コンプレッサの潤滑オイルが吸い出されることが回避できる。 According to the present invention, when the low pressure exhaust side bypass valve is opened and the predetermined condition as described above is satisfied, the low pressure exhaust side bypass valve is closed, so the low pressure exhaust side bypass valve is opened. The adverse effects of being in can be avoided. Specifically, when the low-pressure exhaust-side bypass valve is open at light load, the rotation speed of the low-pressure turbocharger is excessive only for lubricating the low-pressure turbocharger with lubricating oil or only with the high-pressure turbocharger. It can be avoided that the rotational speed is less than the minimum required rotational speed for shifting from the region where charging is performed to the region where supercharging is performed by both the low pressure turbocharger and the high pressure turbocharger. In addition, when the low-pressure exhaust side bypass valve is opened, for example, the rotational speed of the high-pressure compressor increases even though the rotational speed of the low-pressure compressor decreases, and the intake air between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor is increased. It can be avoided that the pressure in the passage is reduced to an excessively negative pressure and the lubricating oil of the low-pressure compressor or the high-pressure compressor is sucked out.
前記低圧排気側バイパス通路の低圧タービン下流側接続部よりも下流の前記排気通路に配置され、排気を浄化する触媒を備え、前記低圧排気側バイパス弁を開弁している場合とは、前記触媒を暖機するために、前記低圧排気側バイパス弁を開弁し、排気に前記低圧排気側バイパス通路を流通させて排気を前記触媒に供給している場合であるとよい。 The case where the low pressure exhaust side bypass passage is provided in the exhaust passage downstream of the low pressure turbine downstream side connecting portion, the catalyst for purifying exhaust gas is provided, and the low pressure exhaust side bypass valve is opened. In order to warm up the engine, the low pressure exhaust side bypass valve is opened, and the exhaust gas is supplied to the catalyst through the low pressure exhaust side bypass passage.
本発明によると、触媒を暖機する際に低圧排気側バイパス弁を開弁している場合の弊害が回避できる。 According to the present invention, it is possible to avoid the adverse effects of opening the low pressure exhaust side bypass valve when warming up the catalyst.
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、前記低圧排気側バイパス弁を開閉制御するのと同時に、前記高圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を変更して前記内燃機関へ送り込む吸気の圧力を制御するとよい。 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 controls the opening and closing of the low-pressure exhaust side bypass valve, and at the same time, the nozzle passage cross-sectional area of the high-pressure variable nozzle mechanism It is preferable to control the pressure of the intake air sent to the internal combustion engine by changing
本発明によると、低圧排気側バイパス弁が開閉制御されることによって内燃機関へ送り込む吸気の圧力が変動しそうな場合に、高圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を変更して内燃機関へ送り込む吸気の圧力を所望の圧力に制御できる。これにより低圧排気側バイパス弁が開閉制御されていても、内燃機関へ送り込む吸気の圧力が所望の圧力に保持され、内燃機関は良好な燃焼状態を維持し続けることができる。 According to the present invention, when the pressure of the intake air sent to the internal combustion engine is likely to fluctuate due to the opening / closing control of the low pressure exhaust side bypass valve, the intake passage sent to the internal combustion engine is changed by changing the nozzle passage cross-sectional area of the high pressure variable nozzle mechanism. The pressure can be controlled to a desired pressure. Thereby, even if the low pressure exhaust side bypass valve is controlled to open and close, the pressure of the intake air sent to the internal combustion engine is maintained at a desired pressure, and the internal combustion engine can continue to maintain a good combustion state.
本発明によると、内燃機関用多段過給システムにおいて、低圧排気側バイパス弁を開弁している場合の弊害を回避できる。 According to the present invention, in the multistage supercharging system for an internal combustion engine, it is possible to avoid the adverse effects when the low pressure exhaust side bypass valve is opened.
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 multi-stage turbocharging system for an internal combustion engine according to this 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)Gaを検出するエアフローメータ8が配置されている。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に取り込んだ吸気の温度T1を検出する吸気温度センサ9が配置されている。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に取り込んだ吸気の圧力P1を検出する第1吸気圧力センサ10が配置されている。
An
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には、高圧コンプレッサ4aと低圧コンプレッサ5aとの間の吸気通路2を流通する吸気の圧力(以下、コンプレッサ間圧力という)P2を検出する第2吸気圧力センサ11が配置されている。
In the
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12が配置されている。スロットル弁12は、電動アクチュエータにより開閉される。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、高圧ターボチャージャ4の過給圧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。
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、高圧排気側バイパス通路13が設けられている。言い換えると高圧排気側バイパス通路13は、高圧タービン4bをバイパスする。高圧排気側バイパス通路13には、高圧排気側バイパス通路13の通路断面積を調整することにより、高圧排気側バイパス通路13を流通する吸気量を制御する高圧排気側バイパス弁14が配置されている。高圧排気側バイパス弁14は、電動アクチュエータにより開閉される。
A high-pressure exhaust-side bypass passage 13 is provided between the
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、低圧排気側バイパス通路15が設けられている。言い換えると低圧排気側バイパス通路15は、低圧タービン5bをバイパスする。低圧排気側バイパス通路15には、低圧排気側バイパス通路15の通路断面積を調整することにより、低圧排気側バイパス通路15を流通する吸気量を制御する低圧排気側バイパス弁16が配置されている。低圧排気側バイパス弁16は、電動アクチュエータにより開閉される。
A low-pressure exhaust-
低圧排気側バイパス通路15の低圧タービン5bよりも下流の低圧タービン下流側接続部よりも下流の排気通路3には、排気を浄化する排気浄化装置17が配置されている。排気浄化装置17は、酸化触媒と当該酸化触媒の後段に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ(以下単にフィルタという)とを有して構成される。フィルタには吸蔵還元型NOx触媒(以下単にNOx触媒という)が担持されている。フィルタは、排気通路3を流通する排気中の煤(SOOT)やSOFなどの粒子状物質(Particulate Matter:以下PMという)を捕集する特性を有する。またNOx触媒は、排気空燃比がリーンであるときに排気通路3を流通する排気中のNOxやSOxを吸蔵する特性を有する。排気浄化装置17の酸化触媒及びNOx触媒(以下単に触媒という)が本発明の触媒に相当する。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。
An
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18が備えられている。本実施
例では、EGR通路18によって還流される排気をEGRガスと称している。EGR通路18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12よりも下流の吸気通路2とを接続している。このEGR通路18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18には、EGR通路18の通路断面積を調整することにより、該EGR通路18を流通するEGRガスの量を制御するEGR弁19が配置される。EGR弁19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ECU20が併設されている。このECU20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
ECU20には、エアフローメータ8、吸気温度センサ9、第1吸気圧力センサ10、第2吸気圧力センサ11、クランクポジションセンサ21、及びアクセルポジションセンサ22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ECU20に入力されるようになっている。一方、ECU20には、高圧可変ノズル4c、吸気側バイパス弁7、スロットル弁12、高圧排気側バイパス弁14、低圧排気側バイパス弁16、及びEGR弁19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ECU20によりこれらの機器が制御される。
Various sensors such as an
ECU20は、上記各種センサ等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の始動時には、排気浄化装置17の触媒が低温のため排気を浄化する機能を発揮できない不活性状態である。このため内燃機関1の始動時には、排気浄化装置17の触媒を昇温させて排気を浄化できる活性状態へ早期に移行させる。このように触媒を昇温させることを、触媒暖機という。本実施例では、触媒暖機は、低圧排気側バイパス弁16を開弁することで行う。低圧排気側バイパス弁16を開弁すると、排気に低圧排気側バイパス通路15を流通させて、低圧タービン5bで排気のエネルギが減少してしまうことを回避して、高温の排気を排気浄化装置17の触媒に供給できる。
By the way, when the internal combustion engine 1 is started, the catalyst of the exhaust
しかしながら低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合には、以下のような弊害がある。第1に、軽負荷時に低圧排気側バイパス弁16を開弁していると、低圧ターボチャージャ5の回転数が、低圧ターボチャージャ5を潤滑オイルで潤滑しておくため、若しくは高圧ターボチャージャ4でのみ過給を行う領域から高圧ターボチャージャ4及び低圧ターボチャージャ5の両方で過給を行う領域に移行するための必要最低回転数以下になる場合がある。このように低圧ターボチャージャ5の回転数が必要最低回転数以下になってしまうと、低圧ターボチャージャ5を潤滑オイルで潤滑できなくなったり、高圧ターボチャージャ4でのみ過給を行う領域から高圧ターボチャージャ4及び低圧ターボチャージャ5の両方で過給を行う領域に移行することがスムーズに行えなくなったりしてしまう。また第2に、低圧排気側バイパス弁16を開弁していると、例えば低圧コンプレッサ5aの回転数が低下しているにもかかわらず高圧コンプレッサ4aの回転数が上昇した場合に、コンプレッサ間圧力P2が低下して過剰に負圧になり、高圧コンプレッサ4a若しくは低圧コンプレッサ5aの潤滑オイルが吸気通路2側へ吸い出される場合がある。このように高圧コンプレッサ4a若しくは低圧コンプレッサ5aの潤滑オイルが吸気通路2側へ吸い出されると、高圧コンプレッサ4a若しくは低圧コンプレッサ5aの潤滑不足が生じてしまう。
However, when the low pressure exhaust
そこで本実施例では、触媒暖機のために低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合に、第2吸気圧力センサ11が検出するコンプレッサ間圧力P2が所定圧力よりも低くな
るときに、低圧排気側バイパス弁16を閉弁するようにした。
Therefore, in this embodiment, when the low pressure exhaust
ここで所定圧力について説明する。所定圧力とは、図2に示す低圧コンプレッサマップ上の必要最低回転数ラインから導出される圧力α、又は図3に示す高圧コンプレッサ4a若しくは低圧コンプレッサ5aの潤滑オイルが吸い出される圧力βの、どちらか高い方の圧力である。
Here, the predetermined pressure will be described. The predetermined pressure is either the pressure α derived from the necessary minimum rotational speed line on the low pressure compressor map shown in FIG. 2 or the pressure β at which the lubricating oil of the
図2は低圧コンプレッサマップである。図2に示す低圧コンプレッサマップは、横軸が低圧コンプレッサ修正流量であり、縦軸が低圧コンプレッサ圧力比である。低圧コンプレッサ修正流量は、Ga√(Tref/T1)で求められる。ここでGaはエアフローメータ8が検出する吸気量であり、Trefは予め求められている低圧ターボチャージャ性能マップから導かれる低圧コンプレッサ温度であり、T1は吸気温度センサ9が検出する吸気の温度である。低圧コンプレッサ圧力比は、P2/P1で求められる。P1は第1吸気圧力センサ10が検出する吸気の圧力であり、P2は第2吸気圧力センサ11が検出する吸気の圧力である。
FIG. 2 is a low-pressure compressor map. In the low-pressure compressor map shown in FIG. 2, the horizontal axis represents the low-pressure compressor corrected flow rate, and the vertical axis represents the low-pressure compressor pressure ratio. The low-pressure compressor correction flow rate is obtained by Ga√ (Tref / T1). Here, Ga is an intake air amount detected by the
このような図2に示す低圧コンプレッサマップにおいて、左下部に必要最低回転数ラインが存在する。必要最低回転数ラインは、実験や検証等によって予め求められているもので、低圧ターボチャージャ5の回転数が、低圧ターボチャージャ5を潤滑オイルで潤滑しておくため、若しくは高圧ターボチャージャ4でのみ過給を行う領域から高圧ターボチャージャ4及び低圧ターボチャージャ5の両方で過給を行う領域に移行するための必要最低回転数を維持するためのラインである。 In such a low-pressure compressor map shown in FIG. 2, a necessary minimum rotational speed line exists in the lower left part. The necessary minimum rotational speed line is obtained in advance by experiments, verifications, etc. The rotational speed of the low-pressure turbocharger 5 is set so that the low-pressure turbocharger 5 is lubricated with lubricating oil or only in the high-pressure turbocharger 4. This is a line for maintaining the minimum number of revolutions required for shifting from the supercharging region to the supercharging region in both the high pressure turbocharger 4 and the low pressure turbocharger 5.
そして低圧ターボチャージャ5の回転数が必要最低回転数を維持するためには、図2に基づくと、コンプレッサ間圧力P2が必要最低回転数ラインから導出される圧力α以上となる必要がある。すなわち、多項式近似してα/P1=f(Ga√(Tref/T1))の関係を満たす必要がある。この圧力αを求めると、α=f(Ga√(Tref/T1))×P1である。 And in order to maintain the rotation speed of the low-pressure turbocharger 5 at the required minimum rotation speed, the intercompressor pressure P2 needs to be equal to or higher than the pressure α derived from the required minimum rotation speed line, based on FIG. That is, it is necessary to satisfy the relationship of α / P1 = f (Ga√ (Tref / T1)) by polynomial approximation. When this pressure α is obtained, α = f (Ga√ (Tref / T1)) × P1.
一方、図3は吸気通路2の圧力変化を示す図である。図3において、横軸が吸気流れ方向位置であり、第1吸気圧力センサ10の配置位置X1、第2吸気圧力センサ11の配置位置X2、及び高圧コンプレッサ4a下流位置X3が示してあり、縦軸が吸気の圧力である。
On the other hand, FIG. 3 is a diagram showing a pressure change in the
そして図3に示す第2吸気圧力センサ11の配置位置X2において、第2吸気圧力センサ11が検出するコンプレッサ間圧力P2が、過剰な負圧の高圧コンプレッサ4a若しくは低圧コンプレッサ5aの潤滑オイルが吸気通路2側へ吸い出される圧力β以上となる必要がある。この圧力βは、予め実験や検証等によって求められる。しかしながら低圧排気側バイパス弁を開弁しているときは、図3に示す矢印のようにコンプレッサ間圧力P2が低下する。
Then, at the arrangement position X2 of the second intake pressure sensor 11 shown in FIG. 3, the inter-compressor pressure P2 detected by the second intake pressure sensor 11 is excessively negative. The lubricating oil of the
このようにコンプレッサ間圧力P2は、低圧排気側バイパス弁を開弁しているときに圧力αと圧力βのどちらかを下回ってしまうと上記した種々の弊害を生じてしまう。 As described above, if the intercompressor pressure P2 falls below either the pressure α or the pressure β when the low pressure exhaust side bypass valve is opened, the above-described various problems occur.
そこで本実施例では、コンプレッサ間圧力P2が圧力αと圧力βのどちらか高い方の圧力以上となるように、図4に示す実線の所定圧力=MAX(α,β)と定める。図4は内燃機関1の条件変化に応じた所定圧力の変化を示す図である。図4において、横軸が内燃機関1の条件変化であり、縦軸が圧力である。このように実線で示す所定圧力は、破線の曲線である圧力α又は破線の直線である圧力βの、どちらか高い方の圧力である。 Therefore, in this embodiment, the predetermined pressure = MAX (α, β) shown by the solid line in FIG. 4 is determined so that the pressure P2 between the compressors is equal to or higher than the higher one of the pressure α and the pressure β. FIG. 4 is a diagram showing a change in the predetermined pressure in accordance with a change in the conditions of the internal combustion engine 1. In FIG. 4, the horizontal axis represents a change in the condition of the internal combustion engine 1, and the vertical axis represents the pressure. As described above, the predetermined pressure indicated by the solid line is the higher pressure of the pressure α which is a dashed curve or the pressure β which is a dashed line.
本実施例によると、低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合に、コンプレッサ間圧力P2が所定圧力よりも低くなるときに、低圧排気側バイパス弁16を閉弁するので、低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合の弊害が回避できる。具体的には、図2に示すように必要回転数ラインを下回ると、低圧排気側バイパス弁16が閉弁されるので、軽負荷時に低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合における、低圧ターボチャージャ5の回転数が、低圧ターボチャージャ5を潤滑オイルで潤滑しておくため、若しくは高圧ターボチャージャ4でのみ過給を行う領域から高圧ターボチャージャ4及び低圧ターボチャージャ5の両方で過給を行う領域に移行するための必要最低回転数以下になることが回避できる。また図3に示すように圧力βを下回ると、低圧排気側バイパス弁16が閉弁されるので、低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合における、例えば低圧コンプレッサ5aの回転数が低下しているにもかかわらず高圧コンプレッサ4aの回転数が上昇して、コンプレッサ間圧力P2が低下して過剰に負圧になり、高圧コンプレッサ4a若しくは低圧コンプレッサ5aの潤滑オイルが吸い出されることが回避できる。
According to this embodiment, when the low pressure exhaust
ところで低圧排気側バイパス弁16が開閉制御されると、内燃機関1へ送り込む吸気の圧力が変動する。
Incidentally, when the low pressure exhaust
図5は吸気通路2の圧力変化を示す図である。図5において、横軸が吸気流れ方向位置であり、第1吸気圧力センサ10の配置位置X1、第2吸気圧力センサ11の配置位置X2、及び高圧コンプレッサ4a下流位置X3が示してあり、縦軸が吸気の圧力である。そして低圧排気側バイパス弁16が開閉制御されると、図5に示す第2吸気圧力センサ11の配置位置X2において、第2吸気圧力センサ11が検出するコンプレッサ間圧力P2が変動する。ここで第2吸気圧力センサ11の配置位置X2よりも下流の高圧コンプレッサ4a位置での高圧ターボチャージャ4の過給圧は一定であるので、図5に示す破線のように高圧コンプレッサ4a下流位置X3での吸気の圧力P3が破線丸印のように変動する。これでは内燃機関1へ送り込む吸気の圧力が変動してしまい、内燃機関の燃焼状態が悪化する場合が生じる。
FIG. 5 is a view showing a pressure change in the
そこで本実施例では、低圧排気側バイパス弁16を開閉制御するのと同時に、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を変更して内燃機関へ送り込む吸気の圧力を所望の圧力に制御するようにした。
In this embodiment, therefore, the low pressure exhaust
具体的には、低圧排気側バイパス弁16が開弁する時には、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を閉じ、図3に示す上向きの矢印のように圧力P3を上昇させる。一方低圧排気側バイパス弁16が閉弁する時には、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を開き、図3に示す下向きの矢印のように圧力P3を下降させる。
Specifically, when the low-pressure exhaust
本実施例によると、低圧排気側バイパス弁16が開閉制御されることによって内燃機関1へ送り込む吸気の圧力が変動しそうな場合に、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を変更して内燃機関1へ送り込む吸気の圧力を所望の圧力に制御できる。これにより低圧排気側バイパス弁16が開閉制御されていても、内燃機関1へ送り込む吸気の圧力が所望の圧力に保持され、内燃機関1は良好な燃焼状態を維持し続けることができる。
According to this embodiment, when the pressure of the intake air sent to the internal combustion engine 1 is likely to fluctuate due to the opening / closing control of the low pressure exhaust
次に、本実施例による触媒暖機制御ルーチンについて説明する。図6は、本実施例による触媒暖機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, the catalyst warm-up control routine according to this embodiment will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a catalyst warm-up control routine according to this embodiment. This routine is repeatedly executed every predetermined time.
ステップS101では、ECU20は、触媒暖機が必要か否かを判別する。触媒暖機は、内燃機関1が冷間始動した場合等に必要と判断する。ステップS101において触媒暖
機が必要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において触媒暖機が必要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、ECU20は、コンプレッサ間圧力P2が所定圧力以上か否かを判別する。コンプレッサ間圧力P2は、第2吸気圧力センサ11が検出した出力値から取得できる。所定圧力は上記したように図4の所定圧力=MAX(α,β)であり、圧力αと圧力βのどちらか高い方の圧力である。圧力αは、α=f(Ga√(Tref/T1)の式に各種センサが検出した出力値が代入されて求められる。圧力βは、予め実験や検証等によって求められている。そしてステップS102においてコンプレッサ間圧力P2が所定圧力以上であると肯定判定された場合には、ステップS103へ移行する。ステップS102においてコンプレッサ間圧力P2が所定圧力よりも低いと否定判定された場合には、ステップS104へ移行する。ここでコンプレッサ間圧力P2は触媒暖機の開始時には所定圧力以上であるので、基本的に触媒暖機当初はステップS102からステップS103へ移行する。
In step S102, the
ステップS103では、ECU20は、低圧排気側バイパス弁16を開弁する。これにより排気に低圧排気側バイパス通路15を流通させて、低圧タービン5bで排気のエネルギが減少してしまうことを回避して、高温の排気を排気浄化装置17の触媒に供給する。ここで低圧排気側バイパス弁16が開弁する時に、圧力P3が所望の圧力に対して低下してしまいそうであるならば、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を閉じ、図5に示す上向きの矢印のように圧力P3を上昇させる。
In step S103, the
ステップS104では、ECU20は、低圧排気側バイパス弁16を閉弁する。これにより低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合の弊害を回避する。ここで低圧排気側バイパス弁16が閉弁する時に、圧力P3が所望の圧力に対して上昇してしまいそうであるならば、高圧可変ノズル4cを回動させてノズル通路断面積を開き、図5に示す下向きの矢印のように圧力P3を低下させる。
In step S104, the
ステップS105では、ECU20は、触媒暖機が完了したか否かを判別する。触媒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、触媒暖機開始からの一定時間の経過から判断してもよい。ステップS105において触媒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において触媒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、ECU20は、低圧排気側バイパス弁16を閉弁する。そして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、低圧排気側バイパス弁16を開閉制御して触媒暖機を行えると共に、低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合の弊害が回避できる。
According to this routine described above, the low-pressure exhaust
なお上記実施例では、低圧排気側バイパス弁16を開弁する場合の例として触媒暖機を挙げているが、これに限られず、他の低圧排気側バイパス弁16を開弁する場合であっても本発明を適用できる。
In the above embodiment, the catalyst warm-up is given as an example of opening the low-pressure exhaust
また上記実施例では、圧力P1を第1吸気圧力センサ10が検出したり、圧力P2を第2吸気圧力センサ11が検出したりしていたが、これに限られず、圧力P1及び圧力P2は内燃機関1の運転状態から推定されるものであってもよい。
In the above embodiment, the pressure P1 is detected by the first
さらに上記実施例では、低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合に、コンプレッサ間圧力P2が所定圧力よりも低くなるときに、低圧排気側バイパス弁16を閉弁すると
していた。しかしこれに限られず、低圧排気側バイパス弁16を開弁している場合に、所定条件が成立すると、低圧排気側バイパス弁16を閉弁するようにしてもよい。ここでの所定条件が成立するとは、例えば低圧ターボチャージャ5の回転数が、低圧ターボチャージャ5を潤滑オイルで潤滑しておくため、若しくは高圧ターボチャージャ4でのみ過給を行う領域から高圧ターボチャージャ4及び低圧ターボチャージャ5の両方で過給を行う領域に移行するための必要最低回転数以下になるときが挙げられる。また所定条件が成立するとは、例えば低圧コンプレッサ5aの回転数が低下しているにもかかわらず高圧コンプレッサ4aの回転数が上昇して、コンプレッサ間圧力P2が低下して過剰に負圧になり、高圧コンプレッサ4a若しくは低圧コンプレッサ5aの潤滑オイルが吸い出されるときが挙げられる。
Further, in the above embodiment, when the low pressure exhaust
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
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 吸気温度センサ
10 第1吸気圧力センサ
11 弟2吸気圧力センサ
12 スロットル弁
13 高圧排気側バイパス通路
14 高圧排気側バイパス弁
15 低圧排気側バイパス通路
16 低圧排気側バイパス弁
17 排気浄化装置
18 EGR通路
19 EGR弁
20 ECU
21 クランクポジションセンサ
22 アクセルポジションセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
21
Claims (5)
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、
前記低圧タービンをバイパスする低圧排気側バイパス通路と、
前記低圧排気側バイパス通路に配置され、前記低圧排気側バイパス通路を流通する排気量を制御する低圧排気側バイパス弁と、
を備え、
前記低圧排気側バイパス弁を開弁している場合に、前記低圧コンプレッサの回転数の低下に関連する所定条件が成立すると、前記低圧排気側バイパス弁を閉弁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;
A low pressure exhaust side bypass passage for bypassing the low pressure turbine;
A low-pressure exhaust-side bypass valve that is disposed in the low-pressure exhaust-side bypass passage and controls an amount of exhaust flowing through the low-pressure exhaust-side bypass passage;
With
When the low-pressure exhaust-side bypass valve is open, the low-pressure exhaust-side bypass valve is closed when a predetermined condition relating to a decrease in the rotational speed of the low-pressure compressor is satisfied. Multistage supercharging system.
前記低圧排気側バイパス弁を開弁している場合とは、前記触媒を暖機するために、前記低圧排気側バイパス弁を開弁し、排気に前記低圧排気側バイパス通路を流通させて排気を前記触媒に供給している場合であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関用多段過給システム。 A catalyst for purifying exhaust gas, disposed in the exhaust passage downstream of the low pressure turbine downstream side connection portion of the low pressure exhaust side bypass passage;
When the low-pressure exhaust side bypass valve is opened, in order to warm up the catalyst, the low-pressure exhaust side bypass valve is opened, and the exhaust gas is exhausted through the low-pressure exhaust side bypass passage. The multistage supercharging system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst is supplied to the catalyst.
前記低圧排気側バイパス弁を開閉制御するのと同時に、前記高圧可変ノズル機構のノズル通路断面積を変更して前記内燃機関へ送り込む吸気の圧力を制御することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項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;
5. The pressure of intake air fed to the internal combustion engine is controlled by changing the nozzle passage cross-sectional area of the high pressure variable nozzle mechanism simultaneously with opening / closing control of the low pressure exhaust side bypass valve. The multistage turbocharging system for an internal combustion engine according to any one of the above.
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JP2008173113A JP2010013963A (en) | 2008-07-02 | 2008-07-02 | Multi-stage supercharging system for internal combustion engine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011241766A (en) * | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Hino Motors Ltd | Two-stages supercharging system |
JP2016125407A (en) * | 2014-12-26 | 2016-07-11 | ダイハツ工業株式会社 | Internal combustion engine |
-
2008
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