JP2010255525A - Internal combustion engine and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高圧段過給器と低圧段過給器を備えた2段過給式の内燃機関に関し、より詳細には、内燃機関の全運転状態において高い割合でEGRを行う内燃機関及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a two-stage supercharging internal combustion engine having a high-pressure stage supercharger and a low-pressure stage supercharger, and more specifically, an internal combustion engine that performs EGR at a high rate in all operating states of the internal combustion engine and the engine It relates to a control method.
エンジン(内燃機関)の排気ガス中のNOx低減のために、排気ガスを吸気側に還流するEGR(Exhaust Gas Recirculation、排気ガス再循環)を行っている。EGRシステムは、エンジンで発生した排気ガスを、吸入空気と混合し、燃焼室に再度送り込むシステムである。 In order to reduce NOx in the exhaust gas of the engine (internal combustion engine), EGR (Exhaust Gas Recirculation) that recirculates the exhaust gas to the intake side is performed. The EGR system is a system in which exhaust gas generated in an engine is mixed with intake air and sent again into a combustion chamber.
また、他方でエンジンのNOx―PM(微粒子状物質)の排ガス性能及び燃費性能を向上するために、エンジンに複数の過給器を設置した多段過給ステムを採用している。この多段過給システムには、例えば2つの過給器を利用した2ステージターボシステムがあり、大容量の低圧段ターボチャージャ(低圧段過給器)と、小容量の高圧段ターボチャージャ(高圧段過給器)を直列に連結して構成している。この2ステージターボシステムにおいて、エンジンの低速低負荷運転状態では高圧段ターボチャージャで立ち上がりの早い過給を行い、高速高負荷運転状態では低圧段ターボチャージャで大流量の過給を行うように制御している。 On the other hand, in order to improve the exhaust gas performance and fuel consumption performance of NOx-PM (particulate matter) of the engine, a multistage supercharging system in which a plurality of superchargers are installed in the engine is adopted. This multi-stage turbocharging system includes, for example, a two-stage turbo system using two superchargers. A large-capacity low-pressure stage turbocharger (low-pressure stage supercharger) and a small-capacity high-pressure stage turbocharger (high-pressure stage). (Supercharger) are connected in series. In this two-stage turbo system, control is performed so that the high-pressure stage turbocharger performs supercharging with a high-pressure stage turbocharger when the engine is running at low speed and low load, and the high-pressure stage turbocharger is used to supercharge a large flow rate when the engine is running at high speed and high load. ing.
この2ステージターボシステムでは、エンジン回転、負荷の多様な運転状態において、容量の異なる複数のターボチャージャを並列もしくは直列、または単独で使用することにより、エンジンの各運転状態においてターボチャージャを最適な効率で利用することができる。このため、このシステムの採用により燃費を向上し、排気ガスを低減することができる。 In this two-stage turbo system, the optimum efficiency of the turbocharger in each operating state of the engine can be obtained by using a plurality of turbochargers with different capacities in parallel, in series or independently in various operating states of engine rotation and load. Can be used. For this reason, by adopting this system, fuel consumption can be improved and exhaust gas can be reduced.
この多段過給システムに前述のEGRシステムを適用したエンジンが提案されている(例えば特許文献1参照)。図5に、この従来のEGRシステム1Xの概略を示し、以下に、多段過給システムである2ステージターボシステムに適用したEGRシステムの制御に関して説明する。 An engine in which the above-described EGR system is applied to this multistage supercharging system has been proposed (see, for example, Patent Document 1). FIG. 5 shows an outline of the conventional EGR system 1X. Hereinafter, control of the EGR system applied to a two-stage turbo system which is a multistage supercharging system will be described.
まず、2ステージターボシステムの構成及び制御に関して説明する。エンジン2の低速低負荷運転状態では、高圧段コンプレッサ4C及び高圧段タービン4Tを有する高圧段ターボチャージャ4による過給を行い、このとき、吸入空気Aを、エアーフィルター14から、低圧段コンプレッサ3C、高圧段コンプレッサ4C、インタークーラ15a、吸気マニホールド11で構成する吸気通路を経てエンジン2に供給する。エンジン2から排出された排気ガスGを、排気マニホールド12から、高圧段タービン4T、低圧段タービン3Tを有する排気通路を経て外界に排出する。
First, the configuration and control of the two-stage turbo system will be described. In the low-speed and low-load operation state of the
エンジン2の高速高負荷運転状態では、低圧段コンプレッサ3C及び低圧段タービン3Tを有する低圧段ターボチャージャ3により過給を行い、このとき、吸入空気Aを、吸気切替えバルブ16の作動により、低圧段コンプレッサ3Cからインタークーラ15a、吸気マニホールド11を経てエンジン2に供給する。また、排気ガスGを、排気切替えバルブ17の開放により、エンジン2から排気マニホールド12、低圧段タービン3Tを経て排出する。つまり、高圧段ターボチャージャ4をバイパスするように制御している。
In the high speed and high load operation state of the
次に、EGRシステムの構成及び制御に関して説明する。EGRシステムは一般的には
、EGRガスを冷却するためのEGRクーラ15cと、EGRガスの流量をコントロールする第2EGR弁8を介して、排気マニホールド12と吸気マニホールド11とを連結した第2EGR通路7により構成する。このEGRシステムをここでは、ハイプレッシャEGR(以下、HP−EGRという)と呼ぶ。
Next, the configuration and control of the EGR system will be described. The EGR system generally includes a
また、異なるEGRシステムとして、EGRガスを冷却するためのEGRクーラ15bと、EGRガスの流量をコントロールする第1EGR弁6を介して、低圧段タービン3Tの下流の排気通路と、エアークリーナ14と低圧段コンプレッサ3Cとの間の吸気通路とを連結した第1EGR経路5により構成するものもある。このEGRシステムをここでは、ロープレッシャEGR(以下、LP−EGRという)と呼ぶ。
Further, as a different EGR system, an EGR cooler 15b for cooling EGR gas and a
なお、EGRシステム1Xの制御は、第1EGR弁6、第2EGR弁8及び各種センサ(圧力センサ、温度センサ)18と、信号線で接続したECU(Engine Control Unit)と呼ばれる制御装置19で行う。
The EGR system 1X is controlled by a
2ステージターボシステムに、HP−EGRとLP−EGRの両方を適用したEGRシステム1Xによると、これらの2種類のEGRを、エンジンの運転状態により選択的に制御することで、排ガス中のNOx及びPM等を低減することができる。 According to the EGR system 1X in which both HP-EGR and LP-EGR are applied to a two-stage turbo system, these two types of EGR are selectively controlled according to the operating state of the engine, so that NOx in exhaust gas and PM and the like can be reduced.
しかしながら、上記のHP−EGR及びLP−EGRは、それぞれ固有の問題点を有している。まず、例えばエンジン2を低速低負荷で運転する運転状態で、高圧段ターボチャージャ4を過給装置として使用して高過給を行い、燃費性能を向上させつつ、EGRを行って排気ガスの低減を行う場合の問題点を説明する。
However, the above-mentioned HP-EGR and LP-EGR have their own problems. First, for example, in an operating state in which the
エンジン2の低速低負荷運転状態において、HP−EGRでは、EGRガスを高圧段タービン4T上流の排気マニホールド12内から取り込み、第2EGR通路7へ供給するため、高圧段タービン4Tに供給する排気ガスGの流量が減少する。このため、高圧段ターボチャージャ4の仕事量が減り、過給量が減るので、エンジン2に供給する吸入空気Aの量が減少する。このため、エンジン2に供給する空気量が不足して、スモークが発生すると共に、NOxの低減を行うことができなくなるという問題を有している。また、高圧段ターボチャージャ4が十分に仕事をしないため、効率の低い領域でターボチャージャを使用しなくてはならないという問題もある。
In the low-load operation state of the
また、エンジン2の低速低負荷運転状態において、LP−EGRでは、EGRガスを高圧段タービン4Tを通過し低圧段タービン3Tの下流のエキゾーストパイプから取り込み、第1EGR通路5へ供給するため、排気ガスの全量を排気マニホールド12から高圧段タービン4Tに供給できる。この排気ガスにより高圧段ターボチャージャ4が十分に仕事を行うため、LP−EGRの利用に関係なく、高圧段ターボチャージャ4を効率の高い領域で使用することができる。
Further, in the LP-EGR in the low speed and low load operation state of the
しかし、第1EGR通路5を流れるEGRガスは、第1EGR通路5の入口部と出口部の圧力差、すなわち低圧段タービン3Tの下流領域と、エアークリーナ14と低圧段コンプレッサ3C間の圧力差により流れる構成となる。このEGRガスを流すための圧力差を作る必要があり、低圧段タービン3Tから下流のEGRガス取り込み部より更に下流部の排気通路に排気絞り弁22を設置したり、エアークリーナ14から高圧段コンプレッサ4Cの間の吸気通路に吸気絞り弁23を設置したりする必要がある。この排気絞り弁22又は吸気絞り弁23を使用した場合には、エンジン2が空気を吸い込むときの抵抗であるポンピングロスの増加を招き、エンジン出力性能に悪影響を与えるという問題を有している。
However, the EGR gas flowing through the
また、吸気負圧の低いエンジン2の運転状態、すなわち高圧段ターボチャージャ4による過給が十分に行われていない状態では、第1EGR通路5の入口部と出口部の間で圧力差が得られず、十分なEGRガスを流すことが不可能となるという問題を有している。
Further, in the operating state of the
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、高圧段過給器と低圧段過給器を備えた2段過給式の内燃機関において、始動時、低速低負荷運転状態、高速高負荷運転状態を含む、内燃機関の全運転状態で、高効率なEGRを実現する内燃機関及びその制御方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to provide a two-stage supercharging internal combustion engine including a high-pressure stage supercharger and a low-pressure stage supercharger at the time of starting, at a low speed and a low load. It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine that realizes high-efficiency EGR in all operation states of the internal combustion engine, including an operation state and a high-speed and high-load operation state, and a control method thereof.
上記の目的を達成するための本発明に係る内燃機関は、低圧段過給器及び高圧段過給器を設置した多段過給システムを有する内燃機関において、エアークリーナから、分岐部、高圧段コンプレッサ、合流部、インタークーラ、吸気マニホールドを連通してなる第1吸気通路と、前記分岐部から低圧段コンプレッサ、前記合流部を連通してなる第2吸気通路と、を有して2ステージ過給システムを構成し、低圧段タービンの下流の排気通路から、低圧段コンプレッサの上流の吸気通路へ、第1EGR弁を経由してEGRガスを導入する第1EGR通路と、前記内燃機関の排気マニホールドから前記吸気マニホールドへ、第2EGR弁を経由してEGRガスを導入する第2EGR通路と、前記分岐部と前記低圧段コンプレッサの間の吸気通路に設置した吸気通路切換え弁と、を有してEGRシステムを構成すると共に、前記高圧段過給器をスーパーチャージャで構成し、前記低圧段過給器を、排気タービンによる運転及び電動機運転若しくは発電器運転を行えるように構成したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine having a multistage supercharging system in which a low pressure supercharger and a high pressure supercharger are installed. , A first intake passage that communicates the junction, the intercooler, and the intake manifold, and a low-pressure compressor that communicates from the branch portion and a second intake passage that communicates the junction. A first EGR passage configured to introduce EGR gas from the exhaust passage downstream of the low-pressure stage turbine to the intake passage upstream of the low-pressure stage compressor via the first EGR valve; and from the exhaust manifold of the internal combustion engine A second EGR passage for introducing EGR gas to the intake manifold via the second EGR valve, and an intake passage between the branch section and the low-pressure compressor are provided. And an intake passage switching valve that constitutes an EGR system, the high-pressure stage supercharger is constituted by a supercharger, and the low-pressure stage supercharger is operated by an exhaust turbine and motor operation or generator operation. It is characterized in that it can be performed.
この構成により、第1EGR通路を、低圧段タービンの下流から低圧段コンプレッサの上流に設置しているため、吸気通路切換え弁を閉止し、低圧段過給器を電動機運転して、低圧段コンプレッサを回転する制御により、EGRガスを過給することが可能となる。これにより、EGRの量が増加するため、排気ガスの低減と燃費の向上を実現することができる。 With this configuration, since the first EGR passage is installed from the downstream of the low pressure turbine to the upstream of the low pressure compressor, the intake passage switching valve is closed, the low pressure turbocharger is operated as an electric motor, and the low pressure compressor is operated. The EGR gas can be supercharged by the rotating control. Thereby, since the amount of EGR increases, it is possible to reduce exhaust gas and improve fuel consumption.
また、従来、ターボチャージャのウエストゲートの開放等により捨てていた排気ガスエネルギーを、低圧段過給器の発電器運転により、回収することができる。 Further, exhaust gas energy that has conventionally been discarded by opening the wastegate of the turbocharger can be recovered by operating the generator of the low-pressure supercharger.
上記の目的を達成するための本発明に係る内燃機関の制御方法は、低圧段過給器及び高圧段過給器を設置した多段過給システムを有する内燃機関において、エアークリーナから、分岐部、高圧段コンプレッサ、合流部、インタークーラ、吸気マニホールドを連通してなる第1吸気通路と、前記分岐部から低圧段コンプレッサ、前記合流部を連通してなる第2吸気通路と、を有して2ステージ過給システムを構成し、低圧段タービンの下流の排気通路から、低圧段コンプレッサの上流の吸気通路へ、第1EGR弁を経由してEGRガスを導入する第1EGR通路と、前記内燃機関の排気マニホールドから前記吸気マニホールドへ、第2EGR弁を経由してEGRガスを導入する第2EGR通路と、前記分岐部と前記低圧段コンプレッサの間の吸気通路に設置した吸気通路切換え弁と、を有してEGRシステムを構成すると共に、前記高圧段過給器をスーパーチャージャで構成し、前記低圧段過給器を、排気タービンによる運転及び電動機運転若しくは発電器運転を行えるように構成した内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関が第1の運転状態である際に、前記吸気通路切換え弁を閉止し、前記第1吸気通路を介して、前記高圧段過給器で過給を行い、かつ、前記低圧段過給器を電動機運転し、前記第1EGR弁の開度を制御し、前記第1EGR通路を介して、前記低圧段コンプレッサにEGRガスを導入する第1制御を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a control method for an internal combustion engine according to the present invention includes: a low pressure stage supercharger; and an internal combustion engine having a multistage supercharging system provided with a high pressure stage supercharger. A first intake passage that communicates a high-pressure compressor, a merging section, an intercooler, and an intake manifold; and a second intake passage that communicates a low-pressure compressor and the merging section from the branch section. A first supercharger system configured to introduce EGR gas from an exhaust passage downstream of the low-pressure stage turbine to an intake passage upstream of the low-pressure stage compressor via the first EGR valve; A second EGR passage for introducing EGR gas from the manifold to the intake manifold via a second EGR valve, and an intake between the branch section and the low-pressure compressor. And an intake passage switching valve installed in the passage to constitute an EGR system, the high pressure stage supercharger is constituted by a supercharger, and the low pressure stage supercharger is operated by an exhaust turbine and an electric motor. A control method for an internal combustion engine configured to be able to perform a generator operation, wherein when the internal combustion engine is in a first operation state, the intake passage switching valve is closed, and the first intake passage is passed through, Supercharging is performed by the high-pressure stage supercharger, and the low-pressure stage supercharger is operated as an electric motor, the opening degree of the first EGR valve is controlled, and the EGR passage is connected to the low-pressure stage compressor via the first EGR passage. The first control for introducing the gas is performed.
この構成により、例えば内燃機関の始動時、又は低速低負荷運転状態から中速中負荷運転状態等の第1の運転状態において、第1EGRを通過するEGRガスを、低圧段過給器の電動機運転で過給することができるため、EGR量が増加し、排気ガスの低減と燃費の向上を実現することができる。 With this configuration, for example, when the internal combustion engine is started or in a first operating state such as a low-speed low-load operating state to a medium-speed medium-load operating state, the EGR gas passing through the first EGR is converted into the motor operation of the low-pressure supercharger. Therefore, the EGR amount increases, and exhaust gas can be reduced and fuel consumption can be improved.
上記の内燃機関の制御方法において、前記内燃機関が第2の運転状態である際に、前記吸気通路切換え弁を開放し、第2吸気通路を介して、前記低圧段コンプレッサで過給を行い、かつ、前記低圧段過給を発電器運転し、前記第2EGR弁の開度を制御し、前記第2EGR通路を介して、前記吸気マニホールドにEGRガスを導入する第2制御を行うことを特徴とする。 In the above internal combustion engine control method, when the internal combustion engine is in the second operating state, the intake passage switching valve is opened, and the supercharging is performed by the low-pressure compressor through the second intake passage. And performing a second control of operating the low-pressure stage supercharging as a generator, controlling the opening degree of the second EGR valve, and introducing EGR gas into the intake manifold via the second EGR passage. To do.
この構成により、例えば、内燃機関の高速高負荷運転状態等の第2の運転状態において、低圧段過給器が過回転状態である場合、この回転力を低圧段過給器の発電運転により回収することができるため、エネルギー効率を向上することができる。 With this configuration, for example, when the low-pressure supercharger is in the overspeed state in the second operation state such as the high-speed and high-load operation state of the internal combustion engine, this rotational force is recovered by the power generation operation of the low-pressure stage supercharger. Energy efficiency can be improved.
上記の内燃機関の制御方法において、前記内燃機関が第3の運転状態である際に、前記吸気通路切換え弁を開放し、第2吸気通路を介して、前記低圧段コンプレッサで過給を行い、かつ、前記第2EGR弁の開度を制御し、前記第2EGR通路を介して、前記吸気マニホールドにEGRガスを導入する第3制御を行うことを特徴とする。 In the internal combustion engine control method, when the internal combustion engine is in the third operating state, the intake passage switching valve is opened, and the supercharging is performed by the low-pressure compressor through the second intake passage. And the 3rd control which controls the opening degree of the 2nd EGR valve, and introduces EGR gas into the intake manifold via the 2nd EGR passage is performed.
この構成により、例えば、内燃機関の中速中負荷運転状態から高速高負荷運転状態等の第3の運転状態において、低圧段過給器が十分に仕事を行い、大容量の過給を実現しながら、第2EGR通路を利用したEGRにより、排気ガスを効率的に内燃機関に再循環することができるため、高効率なEGRを実現することができる。 With this configuration, for example, in the third operation state such as the medium speed / medium load operation state of the internal combustion engine to the high speed / high load operation state, the low pressure stage supercharger performs sufficient work to realize a large capacity supercharge. However, since the exhaust gas can be efficiently recirculated to the internal combustion engine by the EGR using the second EGR passage, highly efficient EGR can be realized.
本発明に係る内燃機関及びその制御方法によれば、低圧段過給器と高圧段過給器を有する2ステージ過給システムに、第1EGR通路と第2EGR通路を有するEGRシステムを導入し、かつ、高圧段過給器をスーパーチャージャとし、低圧段過給器を、排気タービンによる運転及び電動機運転若しくは発電器運転を行えるようにした構成により、内燃機関の始動時、低速低負荷運転状態、中速中負荷運転状態、高速高負荷運転状態等を含む内燃機関の全運転状態で、高効率なEGRを実現し、排気ガスを低減した内燃機関及びその制御方法を提供することが可能となる。 According to the internal combustion engine and the control method thereof according to the present invention, an EGR system having a first EGR passage and a second EGR passage is introduced into a two-stage supercharging system having a low pressure supercharger and a high pressure supercharger, and The high-pressure stage supercharger is a supercharger, and the low-pressure stage supercharger can be operated by an exhaust turbine and an electric motor or a generator. It is possible to provide an internal combustion engine in which high efficiency EGR is realized and exhaust gas is reduced, and a control method for the internal combustion engine, in all operating states of the internal combustion engine including a medium-speed operation state and a high-speed and high-load operation state.
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。図1に本発明に係る実施の形態のEGRシステム1の構成を示しており、
このEGRシステム1は、2ステージ過給システムに、第1EGR通路5及び第2EGR通路7を設置している。
Hereinafter, an internal combustion engine and a control method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the configuration of an
This
詳しくは、エアークリーナ14から、分岐部P1、高圧段コンプレッサ(スーパーチャージャ)9、合流部P2、インタークーラ15a、吸気マニホールド11を連通してなる第1吸気通路25と、分岐部P1から低圧段コンプレッサ3C、合流部P2を連通してなる第2吸気通路26を有している。
Specifically, the
また、低圧段タービン3Tの下流の排気通路に設けた入口部P3から、低圧段コンプレッサ3Cの上流の吸気通路に設けた出口部P4へ、第1EGR弁6を経由してEGRガスを導入する第1EGR通路5と、エンジン(内燃機関)2の排気マニホールド12から吸気マニホールド11へ、第2EGR弁8を経由してEGRガスを導入する第2EGR通路7と、分岐部P1と低圧段コンプレッサ3Cの間の吸気通路に設けた吸気通路切換え弁10を有している。
Further, the EGR gas is introduced through the
更に、高圧段過給器をスーパーチャージャ9で構成するとともに、低圧段過給器3を、排気タービンによる運転及び電動機運転若しくは発電器運転を行えるように構成している。
Further, the high-pressure stage supercharger is constituted by the
ここで、スーパーチャージャ9とは、排気ガスの動力ではなく、エンジン2等の動力により高圧段コンプレッサを作動するように構成した過給器のことをいう。
Here, the
また、図1には吸入空気A、排気ガスG、及びEGRガスEの流れをそれぞれ矢印で示しており、各気体の流れは、エンジン(内燃機関)2が始動時又は低速低負荷若しくは中速中負荷運転状態等の第1の運転状態であり、過給を高圧段過給器(スーパーチャージャ)9で行い、EGRを第1EGR通路5で行う第1制御の様子を示している。
In FIG. 1, the flow of intake air A, exhaust gas G, and EGR gas E is indicated by arrows. The flow of each gas is determined when the engine (internal combustion engine) 2 is started or at low speed, low load, or medium speed. It shows a first operation state such as an intermediate load operation state, in which supercharging is performed by the high-pressure stage supercharger (supercharger) 9 and EGR is performed by the
まず、第1制御における各気体の流れに関して説明する。白抜き矢印で示す吸入空気Aは、エアークリーナ14から導入し、分岐部P1、高圧段コンプレッサ(スーパーチャージャ)9、合流部P2、インタークーラ15a、吸気マニホールド11を介してエンジン2に供給する。ここで、吸気切換え弁10は閉止した状態である。
First, the flow of each gas in the first control will be described. The intake air A indicated by the white arrow is introduced from the
また、黒塗り矢印で示す排気ガスGは、エンジン2から、排気マニホールド12、低圧段タービン3T、後処理装置20からマフラー(図示しない)を介して外界に排出する。更に、線状の矢印で示すEGRガスEは、低圧段タービン3Tの下流の排気通路から分岐した第1EGR通路5のEGRクーラ15b、第1EGR弁6を経由して、吸気通路切換え弁10の下流でかつ、低圧段コンプレッサ3Cの上流の吸気通路に供給する。このEGRガスEを、合流部P2で吸入空気Aと合流させ、インタークーラ15aに送る。
Further, the exhaust gas G indicated by the black arrow is discharged from the
ここで、第1EGR通路5の入口部P3から出口部P4に、EGRガスEを効率的に流すために、低圧段過給器3のコンプレッサ3Cを電動機運転する。これにより、低圧段コンプレッサ3Cの上流側、すなわち第1EGR通路5の出口部P4の圧力が低下し、低圧段タービン3Tの下流側、すなわち第1EGR通路5の入口部P3の圧力が上昇する。つまり、EGRガスEを低圧段過給器3で過給する構成により、この第1EGR通路5の入口部P3と出口部P4の圧力差が大きくなり、EGRガスEを効率的に流すことができるようになる。
Here, in order to efficiently flow the EGR gas E from the inlet portion P3 to the outlet portion P4 of the
なお、低圧段過給器3及び第1EGR弁6等の制御や、エンジン2の運転状態の判断等は、図1に示す制御装置19や適宜設置した各種センサ18によって行うことができる。
Note that the control of the low-
図2には吸入空気A、排気ガスG、及びEGRガスEの流れをそれぞれ矢印で示しており、各気体の流れは、エンジン(内燃機関)2が高速高負荷運転状態等であり、かつ、低圧段タービン3Tが過回転の状態である第2の運転状態であり、過給を低圧段過給器3で行い、EGRを第2EGR通路7で行う第2制御の様子を示している。このとき、吸入通路切換え弁10を開放しており、吸入空気Aを低圧段コンプレッサ3Cにより過給して、エンジン2に供給する。
In FIG. 2, the flow of the intake air A, the exhaust gas G, and the EGR gas E is indicated by arrows, and the flow of each gas is such that the engine (internal combustion engine) 2 is in a high-speed and high-load operation state, etc. This shows a second operation state in which the low-pressure turbine 3T is in an over-rotation state, in which supercharging is performed by the low-
この第2制御は、低圧段タービン3Tが過回転の状態である場合に、低圧段過給器3を発電器運転とすることで、低圧段タービン3Tの回転数を抑えながら、この回転エネルギーを回収することを特徴としている。なお、従来は、低圧段タービン3Tに設けたウエストゲートを開放して、排気ガスGを外界に排出して、低圧段タービン3Tの過回転を抑制していた。そのため、排気ガスGの有しているエネルギーを回収することが困難であった。
In the second control, when the low-pressure stage turbine 3T is in an overspeed state, the rotational energy of the low-pressure stage turbine 3T is suppressed while the rotational speed of the low-pressure stage turbine 3T is suppressed by setting the low-
また、エンジン2が中速中負荷から高速高負荷運転状態等である第3の運転状態では、過給を低圧段過給器3で行い、EGRを第2EGR通路7を利用する第3制御を行う。この第3制御は、各気体の流れは、第2制御と同様であるが、低圧段過給器3は、発電器運転ではなく、排気タービン運転で制御することを特徴としている。つまり、エンジン2から排出した排気ガスGにより、低圧段タービン3Tを回転させ、この回転力を低圧段コンプレッサ3Cに伝達し、低圧段コンプレッサ3Cの回転で、吸入空気Aを過給する構成としている。
Further, in the third operation state in which the
この第3制御により、低圧段過給器3が十分に仕事を行い、大容量の過給を実現しながら、第2EGR通路7を利用したEGRにより、排気ガスGを効率的にエンジン2に再循環することができるため、高効率なEGRを実現することができる。
By this third control, the low-
図3に、EGRシステム1の制御フローを示す。このEGRシステム1は、S2でエンジンの運転状態と、過給状態を判定し、第1EGR通路5又は第2EGR通路7によるEGRの実施を選択する。第1EGR通路5によるEGRを選択した場合(S3)、吸気通路切換え弁10を閉止し(S4)、第1の運転状態(S10)であると判断する。第1の運転状態では、低圧段過給器3を電動機運転する(S11)第1制御を実行する。また、第1制御において、高圧段過給器(スーパーチャージャ)9の運転を行う(S12)場合もある。
FIG. 3 shows a control flow of the
なお、低圧段過給器3及び第1EGR弁6等の制御や、エンジン2の運転状態及び過給状態の判断は、図1に示す制御装置(ECU等)19や適宜設置した各種センサ18によって行うことができる。
The control of the low
また、EGRシステム1は、S2で第2EGR通路7によるEGRを選択した場合(S5)、吸気通路切換え弁10を開放(S6)する。その後に、低圧段過給器3の回転数が、予め定めた回転数(第1閾値)を越える過回転状態であると判断した場合(S7)、第2の運転状態(S20)であると判断する。第2の運転状態では、低圧段過給器3を発電器運転する(S21)第2制御を実行する。ここで、発電した電気を、エンジン2とともに設置した蓄電装置等へ蓄電する(S22)。
Further, when the
また、低圧段過給器3の回転数が第1閾値を越えない回転状態であると判断した場合(S7)、第3の運転状態(S30)であると判断する。第3の運転状態では、低圧段過給器3を排気タービン運転する(S31)第3制御を実行する。
Further, when it is determined that the rotation speed of the low-
図4Aに、エンジン2の運転状態と過給状態の関係を示す過給システムの制御マップを
示しており、縦軸に燃料噴射量、横軸にエンジン速度を示し、F1からF3は各過給器の制御の状態を示している。
FIG. 4A shows a control map of the supercharging system showing the relationship between the operating state of the
具体的には、エンジン2の始動時又は低速低負荷運転状態では、低圧段過給器3を電動機運転する制御(F1−1)を行い、低速低負荷から中速中負荷運転状態では、低圧段過給器3の電動機運転に加え、高圧段過給器(スーパーチャージャ)9を運転する制御(F1)を行う。更に、エンジン2が中速中負荷から高速高負荷運転状態の場合で、かつ、低圧段タービン3Tが過回転の状態である場合は、低圧段過給器3を発電器運転する制御(F2)を行い、それ以外の中速中負荷から高速高負荷運転状態では、低圧段過給器3を排気タービン運転する制御(F3)を行う。
Specifically, when the
同様に、図4Bに、エンジン2の運転状態とEGRを行う通路の関係を示すEGRシステムの制御マップを示している。具体的には、エンジン2の始動時又は、低速低負荷から中速中負荷運転状態では、第1EGR通路5でEGRを行う制御(f1)を行い、中速中負荷から高速高負荷運転状態では、第2EGR通路7でEGRを行う制御(f2)を行う。
Similarly, FIG. 4B shows a control map of the EGR system showing the relationship between the operating state of the
つまり、図4は、エンジン2における過給システム及びEGRシステムの状態をまとめたものであり、例えば、エンジン2が始動時又は低速低負荷から中速中負荷運転状態(第1の運転状態)では、EGRシステムは第1EGR通路5によりEGRを行い(f1)、過給システムは低圧段過給器3の電動機運転(F1−1)、または、前記に高圧段過給器(スーパーチャージャ)9の運転を加えた制御(F1)を行う。この制御は、第1制御である。
That is, FIG. 4 summarizes the states of the supercharging system and the EGR system in the
また、エンジン2が高速高負荷運転状態で、かつ、低圧段過給器3が過回転状態(第2の運転状態)では、EGRシステムは第2EGR通路7によりEGRを行い(f2)、過給システムは低圧段過給器3の発電器運転(F2)を行う。この制御は、第2制御である。
When the
また、エンジン2が中速中負荷運転状態から高速高負荷運転状態(第3の運転状態)では、EGRシステムは第2EGR通路7によりEGRを行い(f2)、過給システムは低圧段過給器3の排気タービン運転(F3)を行う。この制御は、第3制御である。
Further, when the
次に、制御の具体例として、例えば、エンジン2が停止状態から加速し、高速高負荷運転状態に至る場合の制御を説明する。まず、エンジン始動時には、第1制御を選択し(S3、4、10〜12)、エンジン2は第1EGR通路5でEGRを行いながら加速していく。このとき、吸入空気Aの過給を高圧段過給器(スーパーチャージャ)9で行う。また、低圧段過給器3の電動機運転により、EGRガスEを過給するため、EGR量が増加して、高効率なEGRを実現し、排気ガスを低減した内燃機関及びその制御方法を提供することが可能となる。
Next, as a specific example of control, for example, control when the
次に、エンジン2の加速に伴い、EGRを第2EGR通路7に切換え(S5)、低圧段過給器3を排気タービン運転する第3制御(S30)を行う。このとき、高圧段過給器(スーパーチャージャ)9は動作を停止している。
Next, with the acceleration of the
次に、更にエンジン2の回転数が上昇し、低圧段過給器3の回転数が第1閾値を越え、過回転であると判断した場合(S7)、第2制御(S20)を行う。このとき、低圧段過給器3は発電器運転を行い(S21)、蓄電装置へ蓄電する(S22)により、排気ガスのエネルギーを回収するため、エネルギー効率を向上することができる。
Next, when the number of revolutions of the
以上のように、エンジン2の運転状態に合わせて、第1制御、第2制御及び第3制御を選択して、多段過給システム及びEGRシステムの制御を行う構成により、エンジン2の全運転状態において、効率的にEGRを行うことが可能となる。特に従来は困難であった、エンジン2の始動時又は低速低負荷運転状態におけるEGRを、低圧段過給器3によるEGRガスEの過給により、向上することができ、NOxの削減を実現したEGRシステムを提供することが可能となる。
As described above, according to the configuration in which the first control, the second control, and the third control are selected according to the operation state of the
1 EGRシステム
2 エンジン(内燃機関)
3 低圧段過給器(低圧段ターボチャージャ)
3C 低圧段コンプレッサ
3T 低圧段タービン
4 高圧段過給器(高圧段ターボチャージャ)
4C 高圧段コンプレッサ
5 第1EGR通路
6 第1EGR弁
7 第2EGR通路
8 第2EGR弁
9 スーパーチャージャ
10 吸気通路切換え弁
11 吸気マニホールド
12 排気マニホールド
25 第1吸気通路
26 第2吸気通路
1
3 Low pressure turbocharger (low pressure turbocharger)
3C Low-pressure stage compressor 3T Low-
4C High-
Claims (4)
エアークリーナから、分岐部、高圧段コンプレッサ、合流部、インタークーラ、吸気マニホールドを連通してなる第1吸気通路と、前記分岐部から低圧段コンプレッサ、前記合流部を連通してなる第2吸気通路と、を有して2ステージ過給システムを構成し、
低圧段タービンの下流の排気通路から、低圧段コンプレッサの上流の吸気通路へ、第1EGR弁を経由してEGRガスを導入する第1EGR通路と、前記内燃機関の排気マニホールドから前記吸気マニホールドへ、第2EGR弁を経由してEGRガスを導入する第2EGR通路と、前記分岐部と前記低圧段コンプレッサの間の吸気通路に設置した吸気通路切換え弁と、を有してEGRシステムを構成すると共に、
前記高圧段過給器をスーパーチャージャで構成し、前記低圧段過給器を、排気タービンによる運転及び電動機運転若しくは発電器運転を行えるように構成したことを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine having a multistage supercharging system in which a low pressure stage supercharger and a high pressure stage supercharger are installed,
A first intake passage that communicates from the air cleaner to the branch section, the high-pressure stage compressor, the merging section, the intercooler, and the intake manifold, and a second intake passage that communicates from the branch section to the low-pressure stage compressor and the merging section. A two-stage supercharging system,
A first EGR passage for introducing EGR gas via a first EGR valve from an exhaust passage downstream of the low-pressure stage turbine to an intake passage upstream of the low-pressure stage compressor, and from the exhaust manifold of the internal combustion engine to the intake manifold, An EGR system having a second EGR passage for introducing EGR gas via a 2EGR valve and an intake passage switching valve installed in an intake passage between the branch portion and the low-pressure compressor;
An internal combustion engine characterized in that the high-pressure stage supercharger is constituted by a supercharger, and the low-pressure stage supercharger is configured to be able to perform an operation by an exhaust turbine and a motor operation or a generator operation.
エアークリーナから、分岐部、高圧段コンプレッサ、合流部、インタークーラ、吸気マニホールドを連通してなる第1吸気通路と、前記分岐部から低圧段コンプレッサ、前記合流部を連通してなる第2吸気通路と、を有して2ステージ過給システムを構成し、
低圧段タービンの下流の排気通路から、低圧段コンプレッサの上流の吸気通路へ、第1EGR弁を経由してEGRガスを導入する第1EGR通路と、前記内燃機関の排気マニホールドから前記吸気マニホールドへ、第2EGR弁を経由してEGRガスを導入する第2EGR通路と、前記分岐部と前記低圧段コンプレッサの間の吸気通路に設置した吸気通路切換え弁と、を有してEGRシステムを構成すると共に、
前記高圧段過給器をスーパーチャージャで構成し、前記低圧段過給器を、排気タービンによる運転及び電動機運転若しくは発電器運転を行えるように構成した内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関が第1の運転状態である際に、前記吸気通路切換え弁を閉止し、前記第1吸気通路を介して、前記高圧段過給器で過給を行い、
かつ、前記低圧段過給器を電動機運転し、前記第1EGR弁の開度を制御し、前記第1EGR通路を介して、前記低圧段コンプレッサにEGRガスを導入する第1制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。 In an internal combustion engine having a multistage supercharging system in which a low pressure stage supercharger and a high pressure stage supercharger are installed,
A first intake passage that communicates from the air cleaner to the branch section, the high-pressure stage compressor, the merging section, the intercooler, and the intake manifold, and a second intake passage that communicates from the branch section to the low-pressure stage compressor and the merging section. A two-stage supercharging system,
A first EGR passage for introducing EGR gas via a first EGR valve from an exhaust passage downstream of the low-pressure stage turbine to an intake passage upstream of the low-pressure stage compressor, and from the exhaust manifold of the internal combustion engine to the intake manifold, An EGR system having a second EGR passage for introducing EGR gas via a 2EGR valve and an intake passage switching valve installed in an intake passage between the branch portion and the low-pressure compressor;
The high-pressure stage supercharger is constituted by a supercharger, and the low-pressure stage supercharger is a control method for an internal combustion engine configured to perform an operation by an exhaust turbine and a motor operation or a generator operation,
When the internal combustion engine is in the first operating state, the intake passage switching valve is closed, and the high pressure supercharger is supercharged through the first intake passage,
In addition, the low-pressure supercharger is operated as an electric motor, the opening degree of the first EGR valve is controlled, and the first control for introducing EGR gas into the low-pressure compressor through the first EGR passage is performed. A control method for an internal combustion engine.
かつ、前記低圧段過給を発電器運転し、前記第2EGR弁の開度を制御し、前記第2EGR通路を介して、前記吸気マニホールドにEGRガスを導入する第2制御を行うことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御方法。 When the internal combustion engine is in the second operating state, the intake passage switching valve is opened, and supercharging is performed by the low pressure compressor through the second intake passage,
And performing a second control of operating the low-pressure stage supercharging as a generator, controlling the opening degree of the second EGR valve, and introducing EGR gas into the intake manifold via the second EGR passage. The method for controlling an internal combustion engine according to claim 2.
かつ、前記第2EGR弁の開度を制御し、前記第2EGR通路を介して、前記吸気マニホールドにEGRガスを導入する第3制御を行うことを特徴とする請求項2又は3に記載の内燃機関の制御方法。 When the internal combustion engine is in the third operating state, the intake passage switching valve is opened, and supercharging is performed by the low-pressure compressor through the second intake passage.
4. The internal combustion engine according to claim 2, wherein an opening degree of the second EGR valve is controlled, and third control for introducing EGR gas into the intake manifold is performed via the second EGR passage. 5. Control method.
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Cited By (7)
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---|---|---|---|---|
JP2013170455A (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Isuzu Motors Ltd | Internal combustion engine, exhaust circulating method therefor, and control method therefor |
WO2016145570A1 (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-22 | GM Global Technology Operations LLC | Elevated compression ratio internal combustion enginewith multi-stage boosting |
KR20180035532A (en) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 연세대학교 산학협력단 | An intake air control device for engine having dual loop EGR system and electric supercharger |
JP2019152182A (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | マツダ株式会社 | Supercharged engine |
CN110307094A (en) * | 2018-03-20 | 2019-10-08 | 丰田自动车株式会社 | Control device for internal combustion engine |
CN112918460A (en) * | 2019-12-05 | 2021-06-08 | 现代自动车株式会社 | Hybrid vehicle |
CN113202643A (en) * | 2021-05-28 | 2021-08-03 | 东风商用车有限公司 | System with energy recovery device and control method |
-
2009
- 2009-04-24 JP JP2009106625A patent/JP2010255525A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013170455A (en) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Isuzu Motors Ltd | Internal combustion engine, exhaust circulating method therefor, and control method therefor |
WO2016145570A1 (en) * | 2015-03-13 | 2016-09-22 | GM Global Technology Operations LLC | Elevated compression ratio internal combustion enginewith multi-stage boosting |
US10393032B2 (en) | 2015-03-13 | 2019-08-27 | GM Global Technology Operations LLC | Elevated compression ratio internal combustion engine with multi-stage boosting |
KR20180035532A (en) * | 2016-09-29 | 2018-04-06 | 연세대학교 산학협력단 | An intake air control device for engine having dual loop EGR system and electric supercharger |
JP2019152182A (en) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | マツダ株式会社 | Supercharged engine |
CN110307094A (en) * | 2018-03-20 | 2019-10-08 | 丰田自动车株式会社 | Control device for internal combustion engine |
CN112918460A (en) * | 2019-12-05 | 2021-06-08 | 现代自动车株式会社 | Hybrid vehicle |
CN113202643A (en) * | 2021-05-28 | 2021-08-03 | 东风商用车有限公司 | System with energy recovery device and control method |
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