JP2010133303A - Internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付内燃機関に関する。 The present invention relates to a supercharged internal combustion engine.
従来より、容量の異なる低圧ターボ及び高圧ターボを有し、運転領域に応じて直列過給(2段過給)と並列過給とを使い分け、エンジンの全負荷領域に亘って適切な過給を得ることが可能な過給装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 Conventionally, it has low-pressure turbo and high-pressure turbo with different capacities, depending on the operating region, it uses properly the series supercharging (two-stage supercharging) and parallel supercharging, and the appropriate supercharging over the entire load range of the engine A supercharging device that can be obtained is known (see, for example, Patent Document 1).
この過給装置では、運転領域が低速域の場合は2段過給を行う一方、運転領域が高速域の場合は並列過給を行う。ここで、2段過給とは、エンジンから排出される排気ガスを、高圧ターボ及び低圧ターボに対して直列に流通させる方式である。一方、並列過給とは、エンジンから排出される排気ガスを、高圧ターボ及び低圧ターボに対して並列に流通させる方式である。 In this supercharging device, two-stage supercharging is performed when the operation region is a low speed region, while parallel supercharging is performed when the operation region is a high speed region. Here, the two-stage supercharging is a system in which exhaust gas discharged from the engine is circulated in series with respect to the high-pressure turbo and the low-pressure turbo. On the other hand, parallel supercharging is a system in which exhaust gas discharged from an engine is circulated in parallel to a high-pressure turbo and a low-pressure turbo.
なお、特許文献2及び3にも、このような過給方式を採用した例が記載されている。
上記の特許文献1乃至3に記載の過給方式では、低高速域での過給は十分に行えるが、ターボの作動範囲が狭く、特に中速域での過給が不足してしまうといった課題がある。
In the supercharging methods described in
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、中速域での過給を十分に行え、過給機の作動範囲を広げることが可能な過給機付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 is a supercharger-equipped internal combustion engine that can sufficiently perform supercharging in a medium speed range and can widen the operating range of the supercharger. The purpose is to provide.
本発明の1つの観点では、過給機付内燃機関は、低圧ターボ及び高圧ターボと、前記高圧ターボの上流より前記高圧ターボをバイパスして、前記低圧ターボの上流に連通する第1バイパス通路と、前記高圧ターボの上流と前記低圧ターボの下流に連通し、前記高圧ターボ及び前記低圧ターボをバイパスする第2バイパス通路と、前記高圧ターボの下流より前記低圧ターボをバイパスして、前記低圧ターボの下流に連通する第3バイパス通路と、前記第1バイパス通路、前記第2バイパス通路及び前記第3バイパス通路の各々を開閉可能な第1、第2及び第3開閉弁と、前記第1、第2及び第3開閉弁の各々の開閉を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、運転領域が中速域である場合において、内燃機関からの排気ガスを、前記第1バイパス通路を通じて前記低圧ターボに流入させると共に、前記第1、第2及び第3開閉弁の各々の開閉を制御することにより過給圧を制御する。 In one aspect of the present invention, a supercharged internal combustion engine includes a low-pressure turbo and a high-pressure turbo, a first bypass passage that bypasses the high-pressure turbo from the upstream of the high-pressure turbo and communicates with the upstream of the low-pressure turbo. A second bypass passage that communicates upstream of the high-pressure turbo and downstream of the low-pressure turbo and bypasses the high-pressure turbo and the low-pressure turbo; bypasses the low-pressure turbo from the downstream of the high-pressure turbo; A third bypass passage communicating downstream; first, second, and third on-off valves that can open and close each of the first bypass passage, the second bypass passage, and the third bypass passage; Control means for controlling the opening and closing of each of the second and third on-off valves, and the control means sends exhaust gas from the internal combustion engine to the first when the operating region is a medium speed region. Causes to flow into the low-pressure turbo through bypass passage, for controlling the boost pressure by controlling the opening and closing of each of said first, second and third on-off valve.
上記の過給機付内燃機関によれば、制御手段は、運転領域が中速域である場合に、低圧ターボのみ作動させる。その際、制御手段は、第1〜第3開閉弁の各々の開閉を制御することで、過給圧を適切に制御する。これにより、過給機の作動範囲を中速域にまで広げることができる。 According to the above-described internal combustion engine with a supercharger, the control means operates only the low-pressure turbo when the operation range is the medium speed range. At that time, the control means appropriately controls the supercharging pressure by controlling the opening and closing of each of the first to third on-off valves. Thereby, the operating range of the supercharger can be extended to the medium speed range.
上記の過給機付内燃機関の一態様では、運転領域が中速域である場合において、前記第2開閉弁の開度を調整することにより前記過給圧を制御する。これにより、中速域において過給圧を適切な状態に調整することができる。 In one aspect of the above-described internal combustion engine with a supercharger, the supercharging pressure is controlled by adjusting the opening of the second on-off valve when the operating region is a medium speed region. Thereby, the supercharging pressure can be adjusted to an appropriate state in the medium speed range.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。 Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[過給機付内燃機関の構成]
図1は、本発明の実施形態に係る過給機付内燃機関100の構成図を示す。図1では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
[Configuration of internal combustion engine with supercharger]
FIG. 1 shows a configuration diagram of a supercharged
過給機付内燃機関100は、エンジン1と、エアクリーナ2と、低圧ターボ過給機3と、高圧ターボ過給機4と、触媒コンバータ5と、これらの各構成要素を接続する各種通路と、各種通路を開閉する各開閉弁と、制御装置6と、を備えている。
The supercharged
各種通路には、吸気通路11、吸気バイパス通路12及び13、排気通路14、排気バイパス通路15〜17が含まれる。各開閉弁には、開閉弁21〜27が含まれる。開閉弁21〜23は、例えば「開」又は「閉」の何れか一方に制御される遮断弁とされる。一方、開閉弁24〜27は、例えば開閉の割合(開度)が適宜の割合に制御される調節弁とされる。
The various passages include an
エンジン1は、吸気通路11及び排気通路14に夫々接続され、吸気通路11側より供給される空気(吸気)と燃料との混合気を燃焼することによって動力を発生する。エンジン1の種類としては、例えばガソリンエンジンやデーゼルエンジンなどが挙げられる。
The
エアクリーナ2は、吸気通路11に接続され、外部より吸入された空気を浄化する。
The
低圧ターボ過給機3は、低中速域で過給能力の大きい大容量のターボ過給機として構成される。低圧ターボ過給機3は、吸気側に設けられるコンプレッサ3Cと、排気側に設けられるタービン3Tと、コンプレッサ3Cとタービン3Tとを接続するシャフト3aと、を備える。コンプレッサ3Cは、吸気通路11において、エアクリーナ2とエンジン1の吸気バルブ(図示略)との間に設けられる。タービン3Tは、排気通路14において、エンジン1の排気バルブ(図示略)と触媒コンバータ5との間に設けられる。タービン3Tは、排気通路14を通過する排気ガスによって回転される。タービン3Tの回転トルクが、コンプレッサ3Cに伝達されて回転することによって、吸気が圧縮される(即ち過給される)。なお、以下では、簡略化の為、「低圧ターボ過給機3」を「低圧TC3」と表記する。
The low-
なお、低圧TC3としては、例えば周知の固定ノズル方式のターボ過給機を採用することができる。固定ノズル方式のターボ過給機は、複数枚の羽根を有するタービンホイールと、タービンホイールを回転自在に保持するタービンハウジングと、を有する。タービンハウジングは、排気ガスが流入する入口と、流入した排気ガスを排出する出口とを有し、タービンハウジングの入口から流入する排気ガスをタービンホイールに導くスクロール流路を有する。スクロール流路は、タービンハウジングの入口から流入する排気ガスがタービンホイールに導かれるように、開口面積が一定の固定ノズルを有する。 As the low pressure TC3, for example, a well-known fixed nozzle type turbocharger can be employed. The fixed nozzle type turbocharger has a turbine wheel having a plurality of blades and a turbine housing that rotatably holds the turbine wheel. The turbine housing has an inlet through which the exhaust gas flows in and an outlet through which the exhaust gas that has flowed out is discharged, and has a scroll passage that guides the exhaust gas that flows in from the inlet of the turbine housing to the turbine wheel. The scroll flow path has a fixed nozzle with a constant opening area so that exhaust gas flowing from the inlet of the turbine housing is guided to the turbine wheel.
高圧ターボ過給機4は、中高速域で過給能力の大きい小容量のターボ過給機として構成される。高圧ターボ過給機4は、吸気側に設けられるコンプレッサ4Cと、排気側に設けられるタービン4Tと、コンプレッサ4Cとタービン4Tとを接続するシャフト4aと、を備える。コンプレッサ4Cは、吸気通路11において、低圧TC3のコンプレッサ3Cとエンジン1の吸気バルブとの間に設けられる。タービン4Tは、排気通路14において、エンジン1の排気バルブと低圧TC3のタービン3Tとの間に設けられる。このため、高圧ターボ過給機4は、低圧TC3に対して、吸気通路11及び排気通路14に直列に接続されている。タービン4Tは、排気通路14を通過する排気ガスによって回転され、その回転トルクがコンプレッサ4Cに伝達されて回転することによって過給される。なお、以下では、簡略化の為、「高圧ターボ過給機4」を「高圧TC4」と表記する。
The high-
なお、高圧TC4としては、低圧TC3と同様に、例えば固定ノズル方式のターボ過給機を採用することができる。 As the high pressure TC4, for example, a fixed nozzle type turbocharger can be adopted as in the low pressure TC3.
触媒コンバータ5は、排気通路14に接続され、排気通路14を通過する排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)等の大気汚染物質を浄化する。
The
吸気通路11は、図1の太線にて示すように、エアクリーナ2、低圧TC3のコンプレッサ3C、高圧TC4のコンプレッサ4C、及びエンジン1の吸気バルブに夫々接続されている。吸気通路11において、低圧TC3のコンプレッサ3Cの出口と高圧TC4のコンプレッサ4Cの入口との間には開閉弁21が設けられている。
The
吸気バイパス通路12は、一端がエアクリーナ2と低圧TC3のコンプレッサ3Cの入口との間で吸気通路11に接続されていると共に、他端が開閉弁21と高圧TC4のコンプレッサ4Cの入口との間で吸気通路11に接続されている。吸気バイパス通路12には開閉弁22が設けられている。
One end of the
吸気バイパス通路13は、一端が低圧TC3のコンプレッサ3Cの出口と開閉弁21との間で吸気通路11に接続されていると共に、他端が高圧TC4のコンプレッサ4Cの出口とエンジン1の吸気バルブとの間で吸気通路11に接続されている。吸気バイパス通路13には、開閉弁23が設けられている。
One end of the
排気通路14は、図1の太線にて示すように、エンジン1の排気バルブ、高圧TC4のタービン4T、低圧TC3のタービン3T及び触媒コンバータ5に夫々接続されている。排気通路14において、高圧TC4のタービン4Tの出口と低圧TC3のタービン3Tの入口との間には開閉弁26が設けられている。
1, the
排気バイパス通路15は、一端がエンジン1の排気バルブと高圧TC4のタービン4Tの入口との間で排気通路14に接続されていると共に、他端が開閉弁26と低圧TC3のタービン3Tの入口との間で排気通路14に接続されている。排気バイパス通路15は、本発明の第1バイパス通路に該当する。排気バイパス通路15には開閉弁24が設けられている。開閉弁24は、本発明の第1開閉弁に該当する。
One end of the
排気バイパス通路16は、一端が高圧TC4のタービン4Tの出口と開閉弁26との間で排気通路14に接続されていると共に、他端が低圧TC3のタービン3Tの出口と触媒コンバータ5の入口との間で排気通路14に接続されている。排気バイパス通路16は、本発明の第3バイパス通路に該当する。排気バイパス通路16には開閉弁25が設けられている。開閉弁25は、本発明の第3開閉弁に該当する。
One end of the
排気バイパス通路17は、一端が開閉弁24の上流で排気バイパス通路16に接続されていると共に、他端が開閉弁25の下流で排気バイパス通路16に接続されている。排気バイパス通路17は、本発明の第2バイパス通路に該当する。排気バイパス通路17には開閉弁27が設けられている。開閉弁27は、本発明の第2開閉弁に該当する。
One end of the
制御装置6は、本発明の制御手段として機能し、図示しない演算装置、記憶装置及び入出力装置を含んで構成される。制御装置6は、図示しない各種センサから供給される出力等に基づいて、過給機付内燃機関100に対する制御を実行する。各種センサには、過給圧を検出する過給圧センサや、アクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサや、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数センサが含まれる。例えば、制御装置6は、これらの各センサから得られる過給圧、アクセル開度及びエンジン回転数Ne等に基づいて、開閉弁21〜27に対し開閉信号s1〜s7を出力して、開閉弁21〜27の開閉を制御する。
The control device 6 functions as the control means of the present invention and includes an arithmetic device, a storage device, and an input / output device (not shown). The control device 6 executes control for the supercharged
(過給モード別開閉弁の制御)
次に、本実施形態に係る過給モード別開閉弁の制御について説明する。
(Control of on / off valve for each supercharging mode)
Next, control of the on / off valve for each supercharging mode according to the present embodiment will be described.
過給機付内燃機関100では、3つの過給モードが設けられ、制御装置6による開閉弁21〜27の開閉制御を通じて、運転領域に応じて3つの過給モードを切り替える。ここで、3つの過給モードとは、後述する2段過給モード、1段過給モード及び並列過給モードを指す。
In the supercharger-equipped
図2は、これら3つの過給モードに対応する開閉弁21〜27の開閉状態を整理してまとめた図表を示す。この図表において、「○」は開閉弁が「開」の状態であることを示す。「△」は、開閉弁が「閉〜中間開度」の状態であることを示す。ここで、中間開度とは、開閉弁の全開状態に対して、当該開閉弁を半分だけ開いた状態を指す。「×」は、開閉弁が「閉」の状態であることを示す。
FIG. 2 shows a chart summarizing the open / close states of the open /
以下、3つの過給モードによる運転状態について説明する。 Hereinafter, the operation state by three supercharging modes is demonstrated.
まず、図2及び図3(a)を参照して、2段過給モードについて説明する。図3(a)は、2段過給モードによる運転状態を示す。 First, the two-stage supercharging mode will be described with reference to FIG. 2 and FIG. FIG. 3A shows an operation state in the two-stage supercharging mode.
この「2段過給モード」では、低圧TC3及び高圧TC4を用いて過給を行う。この場合、制御装置6は、開閉弁21〜27の開閉状態を、図2及び図3(a)に示す状態とする。これにより、吸気側では、吸気通路11のみが用いられる。そのため、外部より導入された空気は、吸気通路11、エアクリーナ2、吸気通路11、低圧TC3のコンプレッサ3C、吸気通路11、開閉弁21、吸気通路11、高圧TC4のコンプレッサ4C、吸気通路11をこの順に流れ、エンジン1内に導入される。
In the “two-stage supercharging mode”, supercharging is performed using the low pressure TC3 and the high pressure TC4. In this case, the control device 6 sets the open / close state of the on-off
一方、排気側では、基本的に、2系統の排気経路が用いられる。第1系統の排気経路は、排気通路14のみにより構成される。この場合、エンジン1より排出された排気ガスは、排気通路14、高圧TC4のタービン4T、排気通路14、開閉弁26、排気通路14、低圧TC3のタービン3T、排気通路14、触媒コンバータ5、排気通路14をこの順に流れる。第2系統の排気通路は、排気通路14、排気バイパス通路15により構成され、高圧TC4のタービン4Tを迂回する経路とされる。この場合、エンジン1より排出された排気ガスは、排気通路14、排気バイパス通路15、排気通路14、低圧TC3のタービン3T、排気通路14、触媒コンバータ5、排気通路14をこの順に流れる。
On the other hand, on the exhaust side, basically two exhaust paths are used. The exhaust path of the first system is configured only by the
この2段過給モードにおいて、過給圧の調整は開閉弁24の開度を調整することにより行われる。即ち、開閉弁24の開度を調整することにより、高圧TC4のタービン4Tをバイパスする排気バイパス通路15の排気流量が調整され、過給圧が調整される。
In this two-stage supercharging mode, the supercharging pressure is adjusted by adjusting the opening degree of the on-off
こうして、2段過給モードにおいて、エンジン1内には低圧TC3のコンプレッサ3C及び高圧TC4のコンプレッサ4Cの2段階で過給された空気が導入されることになる。
Thus, in the two-stage supercharging mode, the air supercharged in two stages of the
次に、図2及び図3(b)を参照して、1段過給モードについて説明する。図3(b)は、1段過給モードによる運転状態を示す。 Next, the one-stage supercharging mode will be described with reference to FIGS. 2 and 3B. FIG.3 (b) shows the driving | running state by 1 step | paragraph supercharging mode.
この「1段過給モード」では、低圧TC3のみを用いて過給を行う。この場合、制御装置6は、開閉弁21〜27の開閉状態を、図2及び図3(b)に示す状態とする。
In the “one-stage supercharging mode”, supercharging is performed using only the low pressure TC3. In this case, the control device 6 sets the open / close states of the open /
吸気側では、外部より導入された空気は、吸気通路11、エアクリーナ2、吸気通路11、低圧TC3のコンプレッサ3C、吸気通路11、吸気バイパス通路13、開閉弁23、吸気バイパス通路13、吸気通路11をこの順に流れ、エンジン1内に導入される。なお、1段過給モードでは、高圧TC4は使用しないので、開閉弁21は開状態であっても閉状態であってもよい。
On the intake side, the air introduced from outside includes the
一方、排気側では、基本的に、1系統の排気経路が用いられる。この第1系統の排気通路は、排気通路14及び排気バイパス通路15により構成され、高圧TC4のタービン4Tを迂回する経路とされる。この場合、エンジン1より排出された排気ガスは、排気通路14、排気バイパス通路15、開閉弁24、排気バイパス通路15、排気通路14、低圧TC3のタービン3T、排気通路14、触媒コンバータ5、排気通路14をこの順に流れる。なお、開閉弁26が閉状態とされるので高圧TC4は動作しない。
On the other hand, on the exhaust side, basically one exhaust path is used. The exhaust passage of the first system is constituted by the
過給圧の調整は開閉弁27の開度を制御することにより行われる。即ち、開閉弁27の開度を調整することにより、低圧TC3のタービン3Tをバイパスする排気バイパス通路16及び17における排気流量が調整され、過給圧が調整される。
The supercharging pressure is adjusted by controlling the opening degree of the on-off
次に、図2及び図4を参照して、並列過給モードについて説明する。図4は、並列過給モードによる運転状態を示す。 Next, the parallel supercharging mode will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows an operation state in the parallel supercharging mode.
この「並列過給モード」では、低圧TC3及び高圧TC4を用いて過給を行う点が、2段過給モードと共通しているが、主に次の点が相違している。 In this “parallel supercharging mode”, the supercharging is performed using the low pressure TC3 and the high pressure TC4 in common with the two-stage supercharging mode, but the following points are mainly different.
即ち、吸気側に着目すると、2段過給モードでは、エアクリーナ2側から流出する空気は低圧TC3のコンプレッサ3Cにより過給され、その過給された空気が高圧TC4のコンプレッサ4Cに流入する。これに対して、並列過給モードでは、エアクリーナ2側から流出する空気が、低圧TC3のコンプレッサ3C及び高圧TC4のコンプレッサ4Cの夫々に対して直接流入する。また、排気側に着目すると、2段過給モードでは、低圧TC3のタービン3Tに対して、高圧TC4のタービン4Tを回した後の排気ガスが、排気通路14及び開閉弁26を通じて流入する。これに対して、並列過給モードでは、低圧TC3のタービン3Tに対して、エンジン1側から排気バイパス通路15及び開閉弁24等を通じた排気ガスが直接流入する。
That is, paying attention to the intake side, in the two-stage supercharging mode, the air flowing out from the
具体的に、この並列過給モードの場合、制御装置6は、開閉弁21〜27の開閉状態を、図2及び図4に示す状態とする。これにより、吸気側では、2系統の吸気経路が用いられる。第1系統の吸気経路は、吸気通路11及び吸気バイパス通路12により構成され、低圧TC3のコンプレッサ3Cを迂回する経路とされる。この場合、外部より導入された空気は、吸気通路11、エアクリーナ2、吸気通路11、吸気バイパス通路12、開閉弁22、吸気バイパス通路12、高圧TC4のコンプレッサ4C、吸気通路11をこの順に流れ、エンジン1内に導入される。つまり、高圧TC4のコンプレッサ4Cによって過給された空気がエンジン1内に導入される。
Specifically, in the case of this parallel supercharging mode, the control device 6 sets the open / close state of the open /
第2系統の吸気経路は、吸気通路11及び吸気バイパス通路13により構成され、高圧TC4のコンプレッサ4Cを迂回する経路とされる。この場合、外部より導入された空気は、吸気通路11、エアクリーナ2、吸気通路11、低圧TC3のコンプレッサ3C、吸気通路11、吸気バイパス通路13、開閉弁23、吸気バイパス通路13、吸気通路11をこの順に流れ、エンジン1内に導入される。つまり、低圧TC3のコンプレッサ3Cによって過給された空気がエンジン1内に導入される。
The intake path of the second system is constituted by the
一方、排気側では、基本的に、2系統の排気経路が用いられる。この第1系統の排気通路は、上記した1段過給モードにおける第1系統の排気通路の構成と同様であり、高圧TC4のタービン4Tを迂回する経路とされる。第2系統の排気経路は、排気通路14及び排気バイパス通路16により構成され、低圧TC3のタービン3Tを迂回する経路とされる。この場合、エンジン1より排出された排気ガスは、排気通路14、高圧TC4のタービン4T、排気通路14、排気バイパス通路16、開閉弁25、排気バイパス通路16、排気通路14、触媒コンバータ5、排気通路14をこの順に流れる。
On the other hand, on the exhaust side, basically two exhaust paths are used. The exhaust passage of the first system is the same as the exhaust passage of the first system in the above-described one-stage supercharging mode, and is a path that bypasses the
並列過給モードにおいて、過給圧の調整は開閉弁27の開度を調整することにより行われる。即ち、開閉弁27の開度を調整することにより、高圧TC4のタービン4T及び低圧TC3のタービンT3をバイパスする排気バイパス通路17上の排気流量が調整され、過給圧の調整がなされる。
In the parallel supercharging mode, the supercharging pressure is adjusted by adjusting the opening degree of the on-off
次に、図2及び図5(a)を参照して、制御装置6による3つの過給モードの切り替え制御の一例について説明する。 Next, an example of switching control of the three supercharging modes by the control device 6 will be described with reference to FIG. 2 and FIG.
図5(a)は、エンジン回転数Neとアクセル開度に基づいて規定される3つの過給モードに係る動作領域マップを概略的に示す。図5(a)において、横軸はエンジン回転数Neを示し、縦軸はアクセル開度を示す。「グラフg1」は、2段過給モードと1段過給モードとの切り替え線を示す。「グラフg2」は、1段過給モードと並列過給モードとの切り替え線を示す。「グラフg3」は、アクセル開度の全開状態を示す。 FIG. 5A schematically shows an operation region map relating to three supercharging modes defined based on the engine speed Ne and the accelerator opening. In FIG. 5A, the horizontal axis represents the engine speed Ne, and the vertical axis represents the accelerator opening. “Graph g1” indicates a switching line between the two-stage supercharging mode and the first-stage supercharging mode. “Graph g2” indicates a switching line between the one-stage supercharging mode and the parallel supercharging mode. “Graph g3” indicates the fully open state of the accelerator opening.
まず、制御装置6は、アクセル開度センサを通じてアクセル開度を取得し、エンジン回転数センサを通じてエンジン回転数Neを取得する。次に、制御装置6は、図5(a)の動作領域マップと、取得したアクセル開度及びエンジン回転数Neとに基づき、開閉弁21〜27の開閉制御を通じて、3つの過給モードのうち何れかの過給モードに切り替える。この場合、制御装置6は、運転領域が「低速域」の場合は2段過給モードに切り替え、運転領域が「中速域」の場合は1段過給モードに切り替え、運転領域が「高速域」の場合は並列過給モードに切り替える。
First, the control device 6 acquires the accelerator opening through the accelerator opening sensor, and acquires the engine speed Ne through the engine speed sensor. Next, the control device 6 performs the opening / closing control of the on-off
ここで、「低速域」とは、図5(a)の動作領域マップにおいて、エンジン回転数Neがグラフg1より小さい領域A1を指す。「中速域」とは、エンジン回転数Neがグラフg1とグラフg2との間の領域A2を指す。「高速域」とは、エンジン回転数Neがグラフg3より大きい領域A3を指す。 Here, the “low speed region” refers to a region A1 in which the engine speed Ne is smaller than the graph g1 in the operation region map of FIG. The “medium speed range” refers to a region A2 where the engine speed Ne is between the graphs g1 and g2. The “high speed region” refers to a region A3 where the engine speed Ne is larger than the graph g3.
次に、図5(b)を参照して、各種比較例と比較した、本実施形態に係る過給機付内燃機関100の作用効果の一例について説明する。
Next, with reference to FIG.5 (b), an example of the effect of the
図5(b)は、本実施形態、比較例1及び2に係る過給機付内燃機関における、過給モードとエンジントルクとの関係を示すグラフである。図5(b)において、縦軸はエンジントルクを示し、横軸はエンジン回転数Neを示す。また、「実線グラフg11」は、本実施形態に係る過給機付内燃機関100における、3つの過給モードとエンジントルクとの関係を示す。「一点鎖線グラフg12」は、比較例1に係る過給機付内燃機関における過給モードとエンジントルクとの関係を示す。比較例1は、中速域の過給モードである1段過給モード、及び高速域の過給モードである並列過給モードを有し、運転領域が低速域及び高速域の何れかに応じて、それらの過給モードを切り替えて過給を行う。「破線グラフg13」は、比較例2に係る過給機付内燃機関における過給モードとエンジントルクとの関係を示す。比較例2は、低速域の過給モードである2段過給モード、及び中速域の過給モードである1段過給モードを有し、運転領域が低速域及び高速域の何れかに応じて、それらの過給モードを切り替えて過給を行う。
FIG. 5B is a graph showing the relationship between the supercharging mode and the engine torque in the supercharged internal combustion engine according to this embodiment and Comparative Examples 1 and 2. In FIG.5 (b), a vertical axis | shaft shows an engine torque and a horizontal axis shows the engine speed Ne. Further, the “solid line graph g11” indicates the relationship between the three supercharging modes and the engine torque in the supercharged
図5(b)のグラフより、本実施形態は、比較例1と比較して、低速域でのエンジントルクが増加していると共に、比較例2と比較して、高速域でのエンジントルクが増加している。 From the graph of FIG. 5B, in the present embodiment, the engine torque in the low speed range is increased as compared with Comparative Example 1, and the engine torque in the high speed range is compared with Comparative Example 2. It has increased.
また、比較例3として、低速域の過給モードである2段過給モード、及び高速域の過給モードである並列過給モードを有し、運転領域が低速域及び高速域の何れかに応じて、それらの過給モードを切り替えて過給を行う構成を想定すると、本実施形態は、比較例3と比較して、中速域でのエンジントルクを増加させることができる。 In addition, as Comparative Example 3, the turbocharger has a two-stage supercharging mode that is a supercharging mode in a low speed region and a parallel supercharging mode that is a supercharging mode in a high speed region, and the operation region is in either the low speed region or the high speed region. Accordingly, assuming a configuration in which the supercharging mode is switched to perform supercharging, the present embodiment can increase the engine torque in the medium speed range as compared with Comparative Example 3.
以上のように、本実施形態に係る過給機付内燃機関100では、低速域の過給モードである2段過給モードと、高速域の過給モードである並列過給モードとの間に、中速域の過給モードである1段過給モードを追加している。そして、運転領域が中速域に移行した場合には、制御装置6は、2段過給モード又は並列過給モードから1段過給モードへ切り替える。つまり、中速域では低圧TC3のみ作動させる。その際、制御装置6は、開閉弁24〜27の各々の開閉を制御することで、過給圧を適切に制御する。
As described above, in the supercharged
これにより、中速域におけるエンジントルク及び出力を増加させることができる。その結果、比較例1乃至3と比較して、ターボ過給機の作動範囲を中速域にまで広げることができる。また、中速域においても過給圧を適切な状態に調整することができるので燃費も大幅に改善することができる。 Thereby, the engine torque and output in the medium speed range can be increased. As a result, compared with Comparative Examples 1 to 3, the operating range of the turbocharger can be extended to the medium speed range. Moreover, since the supercharging pressure can be adjusted to an appropriate state even in the middle speed range, the fuel consumption can be greatly improved.
なお、この過給機付内燃機関100では、制御装置6は、運転領域が中速域から高速域へ移行する際に、一時的に開閉弁25を開き側(例えば、中間開度)に制御することが好ましい。これにより、中速域から高速域への移行時に、エンジントルクの段差を生じさせることなく、1段過給モードから並列過給モードへとスムーズに切り替えることができる。
In the supercharged
また、この過給機付内燃機関100では、低圧TC3及び高圧TC4を、それぞれ固定ノズル方式のターボ過給機として構成することができる。これによれば、可変ノズル(VN)方式のターボ過給機と比較して、製品コストを低減することができる。その結果、この過給機付内燃機関100を、様々な車種に対して好適に適用することが可能となる。
Further, in the supercharger-equipped
なお、ターボ過給機の製品コストが問題とならないのであれば、低圧TC3及び高圧TC4を、それぞれ可変ノズル方式のターボ過給機として構成してもよい。この場合は、スクロール流路に設けられた可変ノズルを通じてタービンホイールに流入する排気ガスの量及び速度を調整し、過給圧を適切な状態に調整することができる。よって、可変ノズル方式のターボ過給機を使用する場合には開閉弁24〜27は基本的に遮断弁とされる。
If the product cost of the turbocharger is not a problem, each of the low pressure TC3 and the high pressure TC4 may be configured as a variable nozzle type turbocharger. In this case, it is possible to adjust the supercharging pressure to an appropriate state by adjusting the amount and speed of the exhaust gas flowing into the turbine wheel through the variable nozzle provided in the scroll flow path. Therefore, when using a variable nozzle type turbocharger, the on-off
1 エンジン
3 低圧ターボ過給機
4 高圧ターボ過給機
6 制御装置
11 吸気通路
12、13 吸気バイパス通路
14 排気通路
15〜17 排気バイパス通路
21〜27 開閉弁
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記高圧ターボの上流より前記高圧ターボをバイパスして、前記低圧ターボの上流に連通する第1バイパス通路と、
前記高圧ターボの上流と前記低圧ターボの下流に連通し、前記高圧ターボ及び前記低圧ターボをバイパスする第2バイパス通路と、
前記高圧ターボの下流より前記低圧ターボをバイパスして、前記低圧ターボの下流に連通する第3バイパス通路と、
前記第1バイパス通路、前記第2バイパス通路及び前記第3バイパス通路の各々を開閉可能な第1、第2及び第3開閉弁と、
前記第1、第2及び第3開閉弁の各々の開閉を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、運転領域が中速域である場合において、内燃機関からの排気ガスを、前記第1バイパス通路を通じて前記低圧ターボに流入させると共に、前記第1、第2及び第3開閉弁の各々の開閉を制御することにより過給圧を制御することを特徴とする過給機付内燃機関。 Low pressure turbo and high pressure turbo,
A first bypass passage that bypasses the high-pressure turbo from the upstream of the high-pressure turbo and communicates with the upstream of the low-pressure turbo;
A second bypass passage communicating with the upstream of the high-pressure turbo and the downstream of the low-pressure turbo to bypass the high-pressure turbo and the low-pressure turbo;
A third bypass passage that bypasses the low-pressure turbo from the downstream of the high-pressure turbo and communicates with the downstream of the low-pressure turbo;
First, second and third on-off valves capable of opening and closing each of the first bypass passage, the second bypass passage and the third bypass passage;
Control means for controlling the opening and closing of each of the first, second and third on-off valves,
The control means allows the exhaust gas from the internal combustion engine to flow into the low-pressure turbo through the first bypass passage when the operation region is a medium speed region, and the first, second, and third on-off valves. An internal combustion engine with a supercharger, wherein the supercharging pressure is controlled by controlling the opening and closing of each.
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- 2008-12-03 JP JP2008308834A patent/JP2010133303A/en active Pending
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