JP2014139425A - Internal combustion engine - Google Patents
Internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014139425A JP2014139425A JP2013008748A JP2013008748A JP2014139425A JP 2014139425 A JP2014139425 A JP 2014139425A JP 2013008748 A JP2013008748 A JP 2013008748A JP 2013008748 A JP2013008748 A JP 2013008748A JP 2014139425 A JP2014139425 A JP 2014139425A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust
- pressure
- turbine
- passage
- compressor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
本発明は内燃機関に係り、特に燃料電池と多段式ターボ過給システムとを備えた内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine provided with a fuel cell and a multistage turbocharging system.
多段式ターボ過給システムを備えた内燃機関が公知である。特に、多段式ターボ過給システムとして、低圧段ターボ過給機と高圧段ターボ過給機という二つのターボ過給機を直列に接続してなる2ステージシーケンシャルターボシステムが公知である。例えば特許文献1には、大型ターボ過給機と小型ターボ過給機とを有するターボ過給機付エンジンが開示されている。大型ターボ過給機において、コンプレッサとタービンを連結する連結軸にクラッチが介設され、クラッチよりもコンプレッサ側の連結軸にはコンプレッサの回転をアシストするための電動モータが設けられている。 Internal combustion engines with a multi-stage turbocharging system are known. In particular, as a multistage turbocharger system, a two-stage sequential turbosystem in which two turbochargers, a low-pressure turbocharger and a high-pressure turbocharger, are connected in series is known. For example, Patent Literature 1 discloses a turbocharged engine having a large turbocharger and a small turbocharger. In a large turbocharger, a clutch is provided on a connecting shaft that connects a compressor and a turbine, and an electric motor for assisting the rotation of the compressor is provided on a connecting shaft closer to the compressor than the clutch.
ところで、多段式ターボ過給システムを備えた内燃機関に燃料電池を組み合わせることが考えられる。しかしこうすると、次のような課題が発生する。 By the way, it is conceivable to combine a fuel cell with an internal combustion engine equipped with a multistage turbocharging system. However, this causes the following problems.
一般に、多段式ターボ過給システムにおいては、内燃機関の低回転域を高圧段ターボ過給機で受け持ち、内燃機関の高回転域を低圧段ターボ過給機で受け持つようになっている。そしてこれらターボ過給機を切り替える際に、エンジントルクの段差が発生し、ドライバビリティを損なうという問題がある。 In general, in a multi-stage turbocharger system, a low-speed region of an internal combustion engine is handled by a high-pressure stage turbocharger, and a high-speed region of the internal combustion engine is handled by a low-pressure stage turbocharger. When switching between these turbochargers, there is a problem that a step difference in engine torque occurs and drivability is impaired.
この問題に対処するため、高圧段ターボ過給機と低圧段ターボ過給機のサイズ差を縮小することが考えられる。しかし、燃料電池を組み合わせると当該サイズ差を縮小するのが困難な場合がある。こうした場合に、前述のトルク段差の問題を解消するのが困難となる。 In order to cope with this problem, it is conceivable to reduce the size difference between the high-pressure turbocharger and the low-pressure turbocharger. However, when the fuel cells are combined, it may be difficult to reduce the size difference. In such a case, it becomes difficult to eliminate the problem of the torque step described above.
そこで、本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、高圧段ターボ過給機と低圧段ターボ過給機の切り替え時におけるトルク段差を抑制することが可能な内燃機関を提供することにある。 Accordingly, the present invention was created in view of the above circumstances, and one object of the present invention is an internal combustion engine capable of suppressing a torque step at the time of switching between a high-pressure turbocharger and a low-pressure turbocharger. To provide an institution.
本発明の一の態様によれば、
燃料電池と、低圧段タービンおよび低圧段コンプレッサを有する低圧段ターボ過給機と、高圧段タービンおよび高圧段コンプレッサを有する高圧段ターボ過給機とを備え、
排気通路において、前記低圧段タービンが前記高圧段タービンの下流側に配設され、吸気通路において、前記高圧段コンプレッサが前記低圧段コンプレッサの下流側に配設され、
前記燃料電池と前記高圧段タービンの上流側の前記排気通路とを接続する第1の排気路と、前記燃料電池と前記高圧段タービンおよび前記低圧段タービンの間の前記排気通路とを接続する第2の排気路と、前記第1および第2の排気路を切り替える排気路切替手段とを備え、
内燃機関の運転状態が、前記高圧段ターボ過給機の作動領域と前記低圧段ターボ過給機の作動領域との間の遷移領域にあるとき、前記排気路切替手段が前記第2の排気路に切り替える
ことを特徴とする内燃機関が提供される。
According to one aspect of the invention,
Comprising a fuel cell, a low-pressure stage turbocharger having a low-pressure stage turbine and a low-pressure stage compressor, and a high-pressure stage turbocharger having a high-pressure stage turbine and a high-pressure stage compressor,
In the exhaust passage, the low-pressure stage turbine is disposed on the downstream side of the high-pressure stage turbine, and in the intake passage, the high-pressure stage compressor is disposed on the downstream side of the low-pressure stage compressor,
A first exhaust passage that connects the fuel cell and the exhaust passage upstream of the high-pressure turbine, and a first exhaust passage that connects the fuel cell and the exhaust passage between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine. Two exhaust paths, and an exhaust path switching means for switching the first and second exhaust paths,
When the operating state of the internal combustion engine is in a transition region between the operating region of the high-pressure stage turbocharger and the operating region of the low-pressure stage turbocharger, the exhaust passage switching means is the second exhaust passage. An internal combustion engine characterized by switching to is provided.
ここで、「タービン」とは、厳密には、タービンのタービンハウジング内に収容されるタービンホイールを意味する。従って、「タービンの上流側の排気通路」といった場合、これには、タービンホイールの上流側もしくは入口側に位置するタービンハウジング内の通路部分が含まれる。「タービンの下流側の排気通路」についても同様である。 Here, the “turbine” strictly means a turbine wheel housed in the turbine housing of the turbine. Thus, in the case of “an exhaust passage upstream of the turbine”, this includes a passage portion in the turbine housing located upstream or inlet of the turbine wheel. The same applies to the “exhaust passage on the downstream side of the turbine”.
同様に、「コンプレッサ」とは、厳密には、コンプレッサのコンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサホイールを意味する。従って、「コンプレッサの下流側の吸気通路」といった場合、これには、コンプレッサホイールの下流側もしくは出口側に位置するコンプレッサハウジング内の通路部分が含まれる。「コンプレッサの上流側の吸気通路」についても同様である。 Similarly, “compressor” refers strictly to a compressor wheel housed within the compressor housing of the compressor. Therefore, in the case of “an intake passage on the downstream side of the compressor”, this includes a passage portion in the compressor housing located on the downstream side or the outlet side of the compressor wheel. The same applies to the “intake passage on the upstream side of the compressor”.
「高圧段タービンおよび低圧段タービンの間の排気通路」は、「高圧段タービンの下流側且つ低圧段タービンの上流側の排気通路」と同義である。従って、これには、高圧段タービンホイールの下流側もしくは出口側に位置する高圧段タービンハウジング内の通路部分と、低圧段タービンホイールの上流側もしくは入口側に位置する低圧段タービンハウジング内の通路部分とが含まれる。「低圧段コンプレッサおよび高圧段コンプレッサの間の吸気通路」も同様に解釈されることが理解されよう。 The “exhaust passage between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine” is synonymous with “the exhaust passage downstream of the high-pressure turbine and upstream of the low-pressure turbine”. Accordingly, this includes a passage portion in the high-pressure turbine housing located downstream or outlet of the high-pressure turbine wheel and a passage portion in the low-pressure turbine housing located upstream or inlet of the low-pressure turbine wheel. And are included. It will be understood that “the intake passage between the low-pressure compressor and the high-pressure compressor” is interpreted in the same way.
好ましくは、前記内燃機関が、前記燃料電池と前記高圧段コンプレッサの下流側の前記吸気通路とを接続する第1の給気路と、前記燃料電池と前記低圧段コンプレッサおよび前記高圧段コンプレッサの間の前記吸気通路とを接続する第2の給気路と、前記第1および第2の給気路を切り替える給気路切替手段とをさらに備え、
前記内燃機関の運転状態が前記遷移領域にあるとき、前記給気路切替手段が前記第1の給気路に切り替える。
Preferably, the internal combustion engine has a first air supply path connecting the fuel cell and the intake passage downstream of the high pressure compressor, and between the fuel cell, the low pressure compressor and the high pressure compressor. A second air supply path that connects the intake passage, and an air supply path switching means that switches between the first and second air supply paths,
When the operating state of the internal combustion engine is in the transition region, the air supply path switching means switches to the first air supply path.
好ましくは、前記内燃機関の運転状態が前記高圧段ターボ過給機の作動領域にあるとき、前記排気路切替手段が前記第1の排気路に切り替え、前記給気路切替手段が前記第1の給気路に切り替える。 Preferably, when the operating state of the internal combustion engine is in an operating region of the high-pressure turbocharger, the exhaust path switching means switches to the first exhaust path, and the air supply path switching means Switch to the air supply path.
好ましくは、前記内燃機関の運転状態が前記低圧段ターボ過給機の作動領域にあるとき、前記排気路切替手段が前記第2の排気路に切り替え、前記給気路切替手段が前記第2の給気路に切り替える。 Preferably, when the operating state of the internal combustion engine is in an operating region of the low-pressure stage turbocharger, the exhaust passage switching means switches to the second exhaust passage, and the air supply passage switching means Switch to the air supply path.
本発明によれば、高圧段ターボ過給機と低圧段ターボ過給機の切り替え時におけるトルク段差を抑制することができるという、優れた効果が発揮される。 According to the present invention, an excellent effect is exhibited that a torque step can be suppressed when switching between a high-pressure turbocharger and a low-pressure turbocharger.
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1に示すように、内燃機関(エンジン)1は、エンジン本体2と、複数(二つ)のターボ過給機すなわち低圧段ターボ過給機3Lおよび高圧段ターボ過給機3Hと、燃料電池4とを備える。エンジン1は火花点火式内燃機関(ガソリンエンジン)および圧縮着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)のいずれの形式であってもよく、本実施形態では火花点火式内燃機関とされている。エンジン1は図示しない車両(自動車)に搭載されている。
As shown in FIG. 1, an internal combustion engine (engine) 1 includes an
以下、低圧段ターボ過給機を「LPターボ」、高圧段ターボ過給機を「HPターボ」ともいう。低圧段を「LP」、高圧段を「HP」、燃料電池を「FC」とも表記する。 Hereinafter, the low-pressure turbocharger is also referred to as “LP turbo”, and the high-pressure turbocharger is also referred to as “HP turbo”. The low pressure stage is also expressed as “LP”, the high pressure stage as “HP”, and the fuel cell as “FC”.
エンジン本体2は、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケース、オイルパン、ヘッドカバー、ピストン、コンロッド、クランクシャフト、カムシャフト、吸排気弁等の基本的なエンジン構成部品を含む。またエンジン本体2は複数(四つ)の気筒を含み、各気筒には燃料噴射用インジェクタ41と点火プラグ42とが設けられている。
The
エンジン本体2には吸気通路5および排気通路6が接続され、これら吸気通路5および排気通路6を跨ぐように低圧段ターボ過給機3Lと高圧段ターボ過給機3Hとが直列に設けられている。周知のように、エンジン本体2に対し高圧段ターボ過給機3Hは近い側に、低圧段ターボ過給機3Lは遠い側に設けられている。
An
低圧段ターボ過給機3Lおよび高圧段ターボ過給機3Hは多段式ターボ過給システム、特に2ステージシーケンシャルターボシステムを構成している。排気通路6において、その上流側には高圧段ターボ過給機3Hの高圧段タービン3HTが、その下流側には低圧段ターボ過給機3Lの低圧段タービン3LTが、それぞれ配設されている。また、吸気通路5において、その上流側には低圧段ターボ過給機3Lの低圧段コンプレッサ3LCが、その下流側には高圧段ターボ過給機3Hの高圧段コンプレッサ3LCが、それぞれ配設されている。
The low-
以下、低圧段タービンを「LPタービン」、高圧段タービンを「HPタービン」、低圧段コンプレッサを「LPコンプレッサ」、高圧段コンプレッサを「HPコンプレッサ」ともいう。また「上流側」および「下流側」とは、図中矢示するような吸気または排気の流れ方向における上流側および下流側をいう。 Hereinafter, the low-pressure turbine is also referred to as “LP turbine”, the high-pressure turbine as “HP turbine”, the low-pressure compressor as “LP compressor”, and the high-pressure compressor as “HP compressor”. Further, “upstream side” and “downstream side” refer to the upstream side and the downstream side in the flow direction of intake air or exhaust gas as indicated by arrows in the figure.
吸気通路5において、低圧段コンプレッサ3LCの上流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ7が設けられ、高圧段コンプレッサ3HCの下流側にはインタークーラ8と電子制御式スロットルバルブ9とが直列に設けられている。吸気通路5の上流端には図示しないエアクリーナが設けられる。
In the
排気通路6において、低圧段タービン3LTの下流側には排気浄化触媒10が設けられている。図には一つの排気浄化触媒10しか示されていないが、排気浄化触媒10は複数設けられてもよい。本実施形態の場合、排気浄化触媒10は三元触媒からなる。但し排気浄化触媒10の種類は任意である。
In the
また、低圧段タービン3LTをバイパスするLPタービンバイパス通路11が排気通路6に並設される。LPタービンバイパス通路11は、高圧段タービン3HTの下流側且つ低圧段タービン3LTの上流側で排気通路6から分岐され、低圧段タービン3LTの下流側且つ排気浄化触媒10の上流側で排気通路6に合流される。LPタービンバイパス通路11にはウェイストゲート弁12が設けられる。
An LP
排気通路6における高圧段タービン3HTの入口部には可変ベーンあるいは可変ノズル(VN)13が設けられる。そして高圧段タービン3HTをバイパスするHPタービンバイパス通路14が排気通路6に並設される。HPタービンバイパス通路14は、可変ノズル13の上流側の排気マニホールド18の位置で排気通路6から分岐され、高圧段タービン3HTの下流側且つLPタービンバイパス通路11の分岐位置の上流側で排気通路6に合流される。HPタービンバイパス通路14にはHPタービンバイパス弁19が設けられる。
A variable vane or variable nozzle (VN) 13 is provided at the inlet of the high-pressure turbine 3HT in the
なお、排気マニホールド18は排気通路6の最上流部を構成するもので、エンジン本体2のシリンダヘッドに取り付けられ、各気筒からの排気ガスを合流させる。
The
高圧段コンプレッサ3HCをバイパスするHPコンプレッサバイパス通路20が吸気通路5に並設される。HPコンプレッサバイパス通路20は、低圧段コンプレッサ3LCの下流側且つ高圧段コンプレッサ3HCの上流側で吸気通路5から分岐され、高圧段コンプレッサ3HCの下流側且つインタークーラ8の上流側で吸気通路5に合流される。HPコンプレッサバイパス通路20にはHPコンプレッサバイパス弁21が設けられる。
An HP
エンジン本体2からの排気ガス(エンジン排気という)の一部を吸気側に環流するためのEGR装置44が設けられる。EGR装置44は、EGR通路45、EGRクーラ46およびEGR弁47を備える。EGR通路45は排気マニホールド18と吸気マニホールド47を連結する。EGRクーラ46およびEGR弁47はこの順番で上流側から順にEGR通路45に設けられる。
An
なお、吸気マニホールド47は、吸気通路5の最下流部を構成するもので、エンジン本体2のシリンダヘッドに取り付けられ、吸気を各気筒に分配して供給する。
The
エンジン本体2の各気筒のインジェクタ41に燃料を供給すべく、電動式の燃料ポンプ22が設けられる。燃料ポンプ22はデリバリパイプ23に燃料を送り、デリバリパイプ23内に蓄圧された燃料が各気筒のインジェクタ41から筒内に直接噴射される。このように本実施形態のエンジンは直噴式だが、噴射方式は特に限定されず、ポート噴射式であってもよい。
An
また燃料電池4に燃料を供給すべく、電動式のFC燃料ポンプ15が設けられる。FC燃料ポンプ15と燃料電池4の間には、燃料電池4への燃料供給量を調節するためのFC燃料調量弁16が設けられる。このように本実施形態においては燃料ポンプがインジェクタ用と燃料電池用とで個別に設けられているが、共用とされてもよい。
In order to supply fuel to the fuel cell 4, an electric
その他、車両の各電気部品に電力を供給するためのバッテリ17と、エンジン本体2の起動もしくは始動のためエンジン本体2をクランキングする電動モータすなわちスタータモータ48とが設けられる。バッテリ17の種類は任意であるが本実施形態では一般的な鉛蓄電池である。スタータモータ48は、エンジン本体2のクランクシャフトを適宜回転駆動する。
In addition, a
吸気通路5から空気を抽出して燃料電池4に供給するため、給気路25が設けられる。そして給気路25には給気制御弁26が設けられる。給気路25は、高圧段コンプレッサ3HCの下流側且つインタークーラ8の上流側の吸気通路5から分岐され、給気制御弁26に接続される第1空気通路31と、HPコンプレッサバイパス弁21の上流側のHPコンプレッサバイパス通路20から分岐され、給気制御弁26に接続される第2空気通路32と、給気制御弁26および燃料電池4を接続する第3空気通路33とを含む。吸気通路5における第1空気通路31の分岐位置を符号P1で示し、HPコンプレッサバイパス通路20における第2空気通路32の分岐位置を符号P2で示す。特に、吸気通路5において、第1空気通路31の分岐位置P1は、HPコンプレッサバイパス通路20の合流位置よりも下流側である。
An
第1空気通路31と第3空気通路33とが、燃料電池4と高圧段コンプレッサ3HCの下流側の吸気通路5とを接続する第1の給気路25Aを構成する。また、HPコンプレッサバイパス通路20における上流端から分岐位置P2までの部分と、第2空気通路32と、第3空気通路33とが、燃料電池4と低圧段コンプレッサ3LCおよび高圧段コンプレッサ3HCの間の吸気通路5とを接続する第2の給気路25Bを構成する。給気路25は第1の給気路25Aと第2の給気路25Bを含む。本実施形態では、給気制御弁26の下流側もしくは燃料電池4側において、第1の給気路25Aと第2の給気路25Bとの下流側部分が第3空気通路33により共通に形成されている。但しこれらを別々に形成することも当然に可能である。
The
給気制御弁26は、燃料電池4に供給される空気(FC空気ともいう)の供給元を切り替えるための弁である。本実施形態の場合、給気制御弁26は単一の三方弁で構成され、第1空気通路31と第2空気通路32の合流位置に設置されている。しかしながら、その種類や設置位置は任意である。例えば、第1の給気路25Aと第2の給気路25Bを完全に別々に形成した場合、これら給気路25A,25Bに個別に設けられた二方弁により給気制御弁を形成しても構わない。
The air
次に、燃料電池4からの排ガス(FC排気という)を排気通路6に供給もしくは排出するため、排気路27が設けられる。そして排気路27には排気制御弁28が設けられる。排気路27は、燃料電池4および排気制御弁28を接続する第1排気通路34と、排気制御弁28から延び、排気マニホールド18に合流される第2排気通路35と、排気制御弁28から延び、HPタービンバイパス通路14の合流位置の下流側且つLPタービンバイパス通路11の分岐位置の上流側の排気通路6に合流される第3排気通路36とを含む。排気通路6における第3排気通路36の合流位置を符号Qで示す。
Next, an
第1排気通路34と第2排気通路35とが、燃料電池4と高圧段タービン3HTの上流側の排気通路6とを接続する第1の排気路27Aを構成する。また、第1排気通路34と第3排気通路36とが、燃料電池4と高圧段タービン3HTおよび低圧段タービン3LTの間の排気通路6とを接続する第2の排気路27Bを構成する。排気路27は、第1の排気路27Aと第2の排気路27Bを含む。本実施形態では、排気制御弁28の上流側もしくは燃料電池4側において、第1の排気路27Aと第2の排気路27Bとの上流側部分が第1排気通路34により共通に形成されている。但しこれらを別々に形成することも当然に可能である。
The
排気制御弁28は、燃料電池4から排出されるFC排気の供給先を切り替えるための弁である。本実施形態の場合、排気制御弁28は単一の三方弁で構成され、第2排気通路35と第3排気通路36の分岐位置に設置されている。しかしながら、その種類や設置位置は任意である。例えば、第1の排気路27Aと第2の排気路27Bを完全に別々に形成した場合、これら排気路27A,27Bに個別に設けられた二方弁により排気制御弁を形成しても構わない。
The
なお、本実施形態の場合、第1排気通路34は、燃料電池4の空気極(カソード)4Aおよび燃料極(アノード)4Bからの排ガスをそれぞれ合流させてから下流側に送るようになっている。
In the case of the present embodiment, the
エンジン1および車両を制御するため、制御装置または制御ユニットとしての電子制御ユニット(ECU)100が設けられる。ECU100はCPU、ROMおよびRAMのような記憶装置、A/D変換器、入出力インタフェース等を含む。記憶装置には種々のプログラム、データ、マップ等が記憶されており、ECU100はこれらプログラム等を実行することにより種々の制御を実行する。
In order to control the engine 1 and the vehicle, an electronic control unit (ECU) 100 as a control device or a control unit is provided. The
ECU100は、前述のエアフローメータ7のほか、クランク角センサ51、アクセル開度センサ52、その他の各種センサ・スイッチ類から各種信号を入力する。またECU100は、前述のインジェクタ41、点火プラグ42、スロットルバルブ9、ウェイストゲート弁12、可変ノズル13、EGR弁47、スタータモータ48、燃料ポンプ22、HPタービンバイパス弁19、HPコンプレッサバイパス弁21、FC燃料ポンプ15、FC燃料調量弁16、給気制御弁26および排気制御弁28に対しそれぞれ制御信号を出力し、これらを制御する。
The
ECU100は、エアフローメータ7からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量である吸入空気量すなわち吸気流量を検出する。そしてECU100は、アクセル開度センサ52により検出されたアクセル開度と、エアフローメータ7により検出された吸入空気量との少なくとも一つに基づき、エンジン1の負荷を検出する。
Based on the signal from the
ECU100は、クランク角センサ51からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン1の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では1分間当たりの回転数rpmのことをいう。
The
ここで燃料電池4について詳しく説明する。燃料電池4は、周知のように、空気と燃料(水素)との電気化学反応により発電する。本実施形態の燃料電池4は固体酸化物形もしくは固体電解質形(SOFC)であるが、他の種類の燃料電池、例えば固体高分子形(PEFC)、リン酸形(PAFC)、溶融炭酸塩形(MCFC)も使用可能である。 Here, the fuel cell 4 will be described in detail. As is well known, the fuel cell 4 generates power by an electrochemical reaction between air and fuel (hydrogen). The fuel cell 4 of this embodiment is a solid oxide type or a solid electrolyte type (SOFC), but other types of fuel cells such as a solid polymer type (PEFC), a phosphoric acid type (PAFC), and a molten carbonate type. (MCFC) can also be used.
燃料電池4は、空気極4A、燃料極4Bおよびこれら電極間に挟まれた電解質で構成されるセルを、セパレータを挟んで複数積層してなるセルスタックから主に構成されている。空気極4Aには、吸気通路5から送られてきた空気に含まれる酸素O2が実質的に供給される。燃料極4Bには、液体燃料(本実施形態ではガソリン)を改質して得られる水素H2が実質的に供給される。なお燃料極には一酸化炭素COが供給されてもよく、この場合反応後に二酸化炭素CO2が排出される。燃料電池4からの排ガスの主成分は水蒸気である。
The fuel cell 4 is mainly composed of a cell stack formed by stacking a plurality of cells composed of an
他の種類の燃料電池と比較して、SOFCを使用するメリットは次の通りである。
(1)作動温度が450〜1000℃と比較的高く、エンジン排気温度にも近いため、高温のFC排気をタービンの駆動に利用できる。
(2)作動温度が高いため燃料を内部で改質可能であり、改質器が省略可能で、液体燃料を直接供給できる。
(3)発電効率が比較的高く(45〜65%)、コンパクトである。
Compared to other types of fuel cells, the advantages of using SOFC are as follows.
(1) Since the operating temperature is relatively high at 450 to 1000 ° C. and close to the engine exhaust temperature, high-temperature FC exhaust can be used for driving the turbine.
(2) Since the operating temperature is high, the fuel can be reformed inside, the reformer can be omitted, and the liquid fuel can be directly supplied.
(3) Power generation efficiency is relatively high (45 to 65%) and compact.
本実施形態の場合、燃料電池4は、主電源としてのバッテリ17を充電するための発電装置、もしくは主電源を補助する補助電源として機能する。それ故、一般的なエンジンと異なり、本実施形態のエンジン1は、クランクシャフトによって機械的に駆動される発電機すなわちオルタネータを備えていない。このオルタネータの代わりに燃料電池4が設けられている。このように機械式発電機を省略することでエンジンのメカニカルロスを低減し、燃費を向上できる。もっとも、燃料電池4を機械式発電機と併用する実施形態や、燃料電池4を動力用等の他の用途に使用する実施形態も可能である。
In the case of this embodiment, the fuel cell 4 functions as a power generation device for charging the
次に、多段式ターボ過給システムについて説明する。高圧段ターボ過給機3Hは低圧段ターボ過給機3Lより小型もしくは小径とされ、主にエンジンの低回転域を高圧段ターボ過給機3Hで、高回転域を低圧段ターボ過給機3Lで受け持つようになっている。エンジン回転数がアイドル回転数から上昇すると、まず小型の高圧段ターボ過給機3Hの回転が立ち上がり、高圧段ターボ過給機3Hによる過給が実行される。これにより低回転域でも高いエンジントルクを得ることができる。また高圧段ターボ過給機3Hは低圧段ターボ過給機3Lよりも過給レスポンスが良好であり、エミッションモード域や常用域においてターボラグを改善できる。
Next, a multistage turbocharging system will be described. The high-
なお、エミッションモード域とは、各国法規等で定められているエミッションモード(JC08等)に従って車両を運転させたときに使用されるエンジン運転領域をいう。また、常用域とは、車両の一般的な運転時に使用されるエンジン運転領域をいう。いずれも、エンジンの低回転・低負荷から中回転・中負荷程度までの領域であり、主に高圧段ターボ過給機3Hが仕事をする領域である。
The emission mode region refers to an engine operation region used when the vehicle is operated in accordance with an emission mode (JC08 or the like) defined by the laws and regulations of each country. Further, the normal range refers to an engine operating range that is used during general driving of the vehicle. Each of these is a region from a low rotation / low load of the engine to a middle rotation / medium load, and is a region where the high-
その後エンジン回転数がさらに上昇すると、相対的に大型の低圧段ターボ過給機3Lの回転が立ち上がり、低圧段ターボ過給機3Lによる過給が実行される。これにより高回転域において高いエンジントルクを発生させることができる。低圧段ターボ過給機3Lは大型であるため、高回転域における多量の排ガスを受け入れ可能である。
Thereafter, when the engine speed further increases, the rotation of the relatively large low-
このような作動を実現するため、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21はECU100により概ね次のように制御される。エンジン回転数がアイドル回転数から上昇するとき、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21は始めに全閉に制御される。すると、エンジン排気がHPタービン3HTをバイパスすること無く、その全量がHPタービン3HTに供給される。これによりHPタービン3HTひいてはHPコンプレッサ3HCの回転が立ち上がり、HPターボ3Hによる過給が行われる。
In order to realize such an operation, the HP
このとき、HPタービン3HTを通過した排ガスはLPタービン3LTに供給されるが、このとき既に排ガスエネルギ(圧力エネルギおよび熱エネルギ)の多くが消費されてしまっているので、LPタービン3LTの駆動度合いは少ない。そしてLPコンプレッサ3LCの仕事量も必然的に少ない。LPコンプレッサ3LCにより若干圧力上昇した吸入空気をHPコンプレッサ3HCが本格的に過給することになる。 At this time, the exhaust gas that has passed through the HP turbine 3HT is supplied to the LP turbine 3LT. At this time, much of the exhaust gas energy (pressure energy and thermal energy) has already been consumed. Few. And the amount of work of the LP compressor 3LC is inevitably small. The HP compressor 3HC will supercharge the intake air slightly increased in pressure by the LP compressor 3LC.
このHPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21が全閉とされる低回転領域は、実質的にHPターボ3Hのみによって過給が実行される領域である。この領域をHPターボ3Hの作動領域という。
The low speed region where the HP
その後エンジン回転数が上昇すると、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21が徐々に開かれていく。すると、HPタービン3HTをバイパスするエンジン排気の量が増加していき、HPタービン3HTの仕事量が減少すると同時にLPタービン3LTの仕事量が増加していく。これに伴い、HPコンプレッサ3HCの仕事量が減少すると同時にLPコンプレッサ3LCの仕事量が増加していく。
Thereafter, when the engine speed increases, the HP
このHPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21が中間開度とされる中回転領域は、HPターボ3HとLPターボ3Lの両者によって過給が実行される領域である。この領域を遷移領域という。
The intermediate rotation region in which the HP
その後、さらにエンジン回転数が上昇すると、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21が全開に制御される。すると、エンジン排気のほぼ全量がHPタービン3HTをバイパスし、LPタービン3LTに供給される。このときHPタービン3HTの入口圧と出口圧はほぼ等しいので、HPタービン3HTは実質的に仕事をしない。
Thereafter, when the engine speed further increases, the HP
これに伴い、LPコンプレッサ3LCが本格的に過給を開始する。LPコンプレッサ3LCから吐出された空気は、ほぼ全量、HPコンプレッサ3HCをバイパスしてエンジン本体側に導かれる。そしてこのとき、HPコンプレッサ3HCは実質的に仕事をしない。 Along with this, the LP compressor 3LC starts supercharging in earnest. Almost all of the air discharged from the LP compressor 3LC is guided to the engine body side, bypassing the HP compressor 3HC. At this time, the HP compressor 3HC substantially does not work.
このHPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21が全開とされる高回転領域は、実質的にLPターボ3Lのみによって過給が実行される領域である。この領域をLPターボ3Lの作動領域という。
The high rotation region where the HP
なお、多段式でない通常のシングルターボと同様、LPターボ3Lの作動領域において、過給圧が所定の上限圧力に達したときウェイストゲート弁12が開かれ、過給圧制限制御が実行される。またHPターボ3Hの作動領域において、エンジン運転状態に応じて可変ノズル13の開度が制御され、HPタービン3HTの入口圧が制御される。EGR実行の際に排気マニホールド18内の圧力を高めるため、可変ノズル13の開度が減少されることもある。
As in the case of a normal single turbo that is not a multi-stage type, in the operation region of the
さて、多段式ターボ過給システム(3L,3H)と燃料電池4を備える本実施形態のエンジン1は、燃料電池4に供給される空気をHPコンプレッサ3HCもしくはLPコンプレッサ3LCの下流側の吸気通路5から抽出するよう構成されている。すなわち、HPコンプレッサ3HCもしくはLPコンプレッサ3LCを燃料電池4のための空気源としてエンジン本体2と共用し、これらコンプレッサで圧力上昇された吸気の一部を抽出して燃料電池4に供給している。よって、燃料電池に空気を供給するためのモータコンプレッサ等の空気源を別途設けずに済み、装置の複雑化やコスト増大を回避することができる。
Now, the engine 1 according to the present embodiment including the multi-stage turbocharging system (3L, 3H) and the fuel cell 4 uses the
また、本実施形態のエンジン1は、燃料電池4から排出される排ガスをHPタービン3HTもしくはLPタービン3LTの上流側の排気通路6に供給するよう構成されている。これにより、FC排気をHPタービン3HTもしくはLPタービン3LTの駆動に有効利用することができる。
Further, the engine 1 of the present embodiment is configured to supply exhaust gas discharged from the fuel cell 4 to the
ところで、前述したように、本実施形態のような多段式ターボ過給システムにおいては、エンジン回転数の上昇につれターボ過給機をHPターボ3HからLPターボ3Lに切り替える際に、エンジントルクの段差が発生し、ドライバビリティを損なうという問題がある。なお同様の問題が、エンジン回転数の下降につれターボ過給機を逆方向に切り替える際にも発生し得る。このトルク段差が発生する理由は、主にLPターボ3LがHPターボ3Hに比して大型で、回転数および過給圧が立ち上がり難いためである。
By the way, as described above, in the multistage turbocharger system as in the present embodiment, when the turbocharger is switched from the
この問題に対処するため、HPターボ3HとLPターボ3Lのサイズ差を縮小することが考えられる。しかし、本実施形態のように燃料電池4を装備した場合にはかかるサイズ差の縮小が比較的困難である。すなわち、LPターボ3Lの作動領域においては、FC空気をLPコンプレッサ3LCの下流側から抽出するが、その抽出分の空気を補填して同一のエンジン出力を保つために、LPターボ3Lを大型化しなければならない。従って上記サイズ差の縮小は困難である。
In order to cope with this problem, it is conceivable to reduce the size difference between the
また最近ではエンジンのダウンサイジング、すなわちエンジン本体2の小排気量化が進んでいる。こうした状況下において、必要なエンジン出力を確保するためにLPターボ3Lは大型化する傾向にある。このことも上記サイズ差の縮小が困難な理由である。
Recently, downsizing of the engine, that is, reduction of the
そこで、HPターボ3HとLPターボ3Lの切り替え時におけるトルク段差を抑制するために、本実施形態では次の制御を実行することとしている。
Therefore, in order to suppress a torque step at the time of switching between the
図2は、エンジンの回転数および負荷で規定されるエンジン運転領域のマップを示す。このマップは予め実機試験等に基づき作成され、ECU100に予め記憶されている。ECU100は、このマップに従ってHPターボ3HとLPターボ3Lの切替制御、具体的にはHPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21の開度制御を行う。また同時に、ECU100は、このマップに従って燃料電池4に対する給排気制御、具体的には給気制御弁26および排気制御弁28の切替制御を行う。
FIG. 2 shows a map of the engine operation region defined by the engine speed and load. This map is created in advance based on an actual machine test or the like and stored in the
図2に示すように、エンジンの全運転領域は複数(三つ)の領域に区分されている。領域Aは前述の低回転領域であり、HPターボ3Hの作動領域である。領域Cは前述の高回転領域であり、LPターボ3Lの作動領域である。領域Bは、前述したような領域Aと領域Cの間の中回転領域あるいは遷移領域である。領域Aと領域Bとは所定の境界線L1で仕切られ、領域Cと領域Bとは所定の境界線L2で仕切られる。領域A,Cに比べ、領域Bは比較的狭い回転数の幅を有する。
As shown in FIG. 2, the entire operation region of the engine is divided into a plurality of (three) regions. Region A is the low rotation region described above, and is the operating region of the
領域Bは、領域Aと領域Cを、最大回転数の約半分の回転数領域で分断する。境界線L1,L2は、互いにほぼ平行であり、回転数の増大につれ負荷が急減するような特性を有する。つまり回転数の増大につれ、負荷が高いほどより早いタイミングで領域Aから領域B、領域Cへと順次移行するようになっている。 In the area B, the area A and the area C are divided by a rotation speed area that is approximately half of the maximum rotation speed. The boundary lines L1 and L2 are substantially parallel to each other, and have such characteristics that the load rapidly decreases as the rotational speed increases. That is, as the rotational speed increases, the region A, the region B, and the region C are sequentially shifted at an earlier timing as the load increases.
ECU100は、検出した実際の回転数および負荷をマップと比較し、各領域別に以下に述べる如く、HPタービンバイパス弁19、HPコンプレッサバイパス弁21、給気制御弁26および排気制御弁28を制御する。なお以下の説明では燃料電池4が作動中もしくは発電中であることを前提とする。
The
検出した実際の回転数および負荷が領域Aに属するとき、空気、エンジン排気およびFC排気の流れは図3に示す如くなる。このときECU100は、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21を全閉に制御する。するとエンジン排気がHPタービン3HTに供給され、HPタービン3HTを回転駆動し、HPコンプレッサ3HCが吸気を過給し、実質的にHPターボ3Hのみによって過給が実行されるようになる。
When the detected actual rotational speed and load belong to the region A, the flow of air, engine exhaust, and FC exhaust is as shown in FIG. At this time, the
またこのときECU100は、第3空気通路33が第1空気通路31のみに接続もしくは連通するように給気制御弁26を切り替える。すなわちECU100は、給気路25を第1の給気路25Aに切り替える。すると、HPコンプレッサ3HCの下流側から空気が抽出され、この空気が第1空気通路31、給気制御弁26および第3空気通路33を順次通過して燃料電池4に供給される。
At this time, the
またこのときECU100は、第1排気通路34が第2排気通路35のみに接続もしくは連通するように排気制御弁28を切り替える。すなわちECU100は、排気路27を第1の排気路27Aに切り替える。すると、燃料電池4から排出されたFC排気は、第1排気通路34、排気制御弁28および第2排気通路35を順次通過して排気マニホールド18に供給もしくは排出される。この供給もしくは排出されたFC排気をHPタービン3HTの回転駆動に有効に利用することが可能である。
At this time, the
なお当然ながら、ECU100は、FC燃料ポンプ15を作動させ、FC燃料調量弁16を開弁する。以上により、燃料電池4には空気および燃料が供給され、燃料電池4は発電を実行する。以下、燃料供給の点については説明を省略する。
Of course, the
次に、検出した実際の回転数および負荷が領域Cに属するとき、空気、エンジン排気およびFC排気の流れは図4に示す如くなる。このときECU100は、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21を全開に制御する。するとエンジン排気がHPタービンバイパス通路14を通過した後LPタービン3LTに供給され、LPタービン3LTを回転駆動する。そしてLPコンプレッサ3LCが吸気を過給し、当該吸気はHPコンプレッサバイパス通路20を通過した後、HPコンプレッサ3HCの下流側の吸気通路5に供給される。これにより実質的にLPターボ3Lのみによって過給が実行されるようになる。
Next, when the detected actual rotational speed and load belong to region C, the flow of air, engine exhaust, and FC exhaust is as shown in FIG. At this time, the
またこのときECU100は、第3空気通路33が第2空気通路32のみに接続もしくは連通するように給気制御弁26を切り替える。すなわちECU100は、給気路25を第2の給気路25Bに切り替える。すると、LPコンプレッサ3LCの下流側且つHPコンプレッサ3HCの上流側から空気が抽出され、この空気がHPコンプレッサバイパス通路20の上流側部分、第2空気通路32、給気制御弁26および第3空気通路33を順次通過して燃料電池4に供給される。
At this time, the
またこのときECU100は、第1排気通路34が第3排気通路36のみに接続もしくは連通するように排気制御弁28を切り替える。すなわちECU100は、排気路27を第2の排気路27Bに切り替える。すると、燃料電池4から排出されたFC排気は、第1排気通路34、排気制御弁28および第3排気通路36を順次通過して、HPタービン3HTおよびLPタービン3LTの間の排気通路6に供給もしくは排出される。この供給もしくは排出されたFC排気をLPタービン3LTの回転駆動に有効に利用することが可能である。
At this time, the
ところで、検出した実際の回転数および負荷が遷移領域Bに属するとき、空気、エンジン排気およびFC排気の流れは図5に示す如くなる。このときECU100は、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21を、全閉と全開との間の中間開度に制御する。すると排気マニホールド18内のエンジン排気は、HPタービン3HTとLPタービン3LTの両者に供給され、両者を回転駆動する。そして、LPタービン3LTにより回転駆動されるLPコンプレッサ3LCにより昇圧された吸気は、一部がHPコンプレッサ3HCに供給され、残部がHPコンプレッサバイパス通路20を通過(つまりHPコンプレッサ3HCをバイパス)した後、HPコンプレッサ3HCの下流側の吸気通路5に供給される。これにより、HPターボ3HとLPターボ3Lの両者によって過給が実行されるようになる。
By the way, when the detected actual rotational speed and load belong to the transition region B, the flows of air, engine exhaust, and FC exhaust are as shown in FIG. At this time, the
このときECU100は、回転数および負荷の少なくとも一方の上昇につれ、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21の開度が増大するよう、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21を制御する。これにより、回転数および負荷の少なくとも一方の上昇につれ、LPターボ3Lの仕事量を徐々に増加させると共にHPターボ3Hの仕事量を徐々に減少させ、領域Aと領域Cの間の移行をできるだけスムーズに行うことができる。
At this time, the
もっとも、このようなターボ切替制御を行っても領域Aと領域Cの間を移行するときのトルク段差の解消には改善の余地が残されている。そこで本実施形態では次のような制御を実行する。 However, even if such turbo switching control is performed, there is still room for improvement in eliminating the torque step when transitioning between region A and region C. Therefore, in the present embodiment, the following control is executed.
すなわち、図5に示すように、ECU100は、領域Aのときと同様、第3空気通路33が第1空気通路31のみに接続もしくは連通するように給気制御弁26を切り替える。すなわちECU100は、給気路25を第1の給気路25Aに切り替える。
That is, as shown in FIG. 5, the
また、ECU100は、領域Cのときと同様、第1排気通路34が第3排気通路36のみに接続もしくは連通するように排気制御弁28を切り替える。すなわちECU100は、排気路27を第2の排気路27Bに切り替える。すると、燃料電池4から排出されたFC排気は、第1排気通路34、排気制御弁28および第3排気通路36を順次通過して、HPタービン3HTおよびLPタービン3LTの間の排気通路6に供給もしくは排出される。
Further, as in the region C, the
特に、この供給もしくは排出されたFC排気を利用して、LPタービン3LTひいてはLPコンプレッサ3LCを回転駆動し、これらに与回転を与えることができる。具体的には、回転数および負荷が領域Aから領域Bを通過して領域Cに移行するような場合、領域Cに移行する手前の領域Bにおいて、FC排気によりLPタービン3LTひいてはLPコンプレッサ3LCに与回転を与えることができる。よってLPターボ3Lにおける回転数とその立ち上がり速度、ひいては過給圧とその上昇速度を増大することができ、トルク段差を抑制もしくは低減することが可能となる。
In particular, the supplied or exhausted FC exhaust can be used to rotationally drive the LP turbine 3LT and thus the LP compressor 3LC to give them rotation. Specifically, when the rotational speed and load pass from the region A through the region B to the region C, the FC turbine exhausts the LP turbine 3LT and then the LP compressor 3LC in the region B before the transition to the region C. A given rotation can be provided. Therefore, it is possible to increase the rotational speed and its rising speed in the
このトルク段差の抑制により、HPターボ3Hに比して大型のLPターボ3Lを採用できるようになり、両者のサイズ差を比較的拡大することができる。そして本実施形態のような燃料電池4を装備したエンジン1に好適となり、エンジンのダウンサイジングにも容易に対応可能となる。
By suppressing this torque step, it becomes possible to employ a
また、給気路25を第1の給気路25Aに切り替え、HPコンプレッサ3HCの下流側、特にHPコンプレッサバイパス通路20の合流位置よりも下流側の吸気通路5からFC空気を抽出するので、HPコンプレッサ3HCから吐出された空気とLPコンプレッサ3LCから吐出された空気とを併せてFC空気として抽出することができ、燃料電池4に安定的に空気を供給することができる。
Further, the
もっとも、領域Bでは、回転数および負荷の少なくとも一方の上昇につれLPターボ3Lの仕事量が徐々に増加され、HPターボ3Hの仕事量が徐々に減少される。よってこの特性に合わせて、給気制御弁26の開度制御を行うのも好ましい。すなわち、回転数および負荷の少なくとも一方の上昇につれ、第2空気通路32側(第2の給気路25B側)の開度が第1空気通路31側(第1の給気路25A側)の開度に対し徐々に大きくなるよう、給気制御弁26を制御する。これにより、比較的狭い領域B内においても両ターボの運転特性に合わせてFC空気を適切な位置から抽出し続けることができる。
However, in the region B, the work amount of the
ところで本実施形態のエンジン1においては、燃料電池4の自立運転が可能である。ここで燃料電池4の自立運転とは、エンジン本体2を停止させた状態で、燃料電池4の排ガスによりHPターボ3HおよびLPターボ3Lの一方のタービンおよびコンプレッサを回転させ、燃料電池4へ空気供給できるようにし、併せて燃料供給を行うことにより燃料電池4が運転もしくは発電し続ける状態をいう。この自立運転は、エンジン本体2の停止中にバッテリ残量が所定の閾値以下に低下し、もしくは電気負荷使用によりバッテリからの放電量が所定の閾値以上に増大し、燃料電池4による発電が必要になったときに行われる。
By the way, in the engine 1 of this embodiment, the fuel cell 4 can be operated independently. Here, the self-sustained operation of the fuel cell 4 refers to the supply of air to the fuel cell 4 by rotating the turbine and compressor of the
例えば、HPターボ3Lを使って燃料電池4を自立運転させる場合、ECU100は、図3に示すように、給気路25を第1の給気路25Aに切り替え、排気路27を第1の排気路27Aに切り替える。そしてFC排気によりHPタービン3HTを駆動し、HPコンプレッサ3HCからの空気を燃料電池4に供給し、併せてFC燃料ポンプ15を作動させ、FC燃料調量弁16を開弁する。またECU100は、HPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21を全閉に制御する。なおエンジン停止時にはHPタービンバイパス弁19およびHPコンプレッサバイパス弁21が全閉となっているので、燃料電池4の自立運転中はこの状態が保持されることとなる。
For example, when the fuel cell 4 is operated autonomously using the
自立運転を開始させるにはHPターボ3Hに初動を与えなければならないが、これは、ECU100により短時間だけスタータモータ48をオンし、エンジン本体2をモータリング運転させることにより行われる。
In order to start the self-sustaining operation, the
詳細な説明は省略するが、LPターボ3Lを使った燃料電池4の自立運転も同様に可能である。
Although detailed description is omitted, the self-sustained operation of the fuel cell 4 using the
以上の説明から理解されるように、本実施形態においては、ECU100および排気制御弁28が排気路切替手段を構成し、ECU100および給気制御弁26が給気路切替手段を構成する。
As can be understood from the above description, in the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよい。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, various other embodiments of the present invention are conceivable. For example, the use and type of the internal combustion engine are arbitrary and may be other than those for automobiles.
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。 The present invention includes all modifications, applications, and equivalents included in the spirit of the present invention defined by the claims. Therefore, the present invention should not be construed as being limited, and can be applied to any other technique belonging to the scope of the idea of the present invention.
1 内燃機関(エンジン)
2 エンジン本体
3L 低圧段ターボ過給機(LPターボ)
3LT 低圧段タービン(LPタービン)
3LC 低圧段コンプレッサ(LPコンプレッサ)
3H 高圧段ターボ過給機(HPターボ)
3HT 高圧段タービン(HPタービン)
3HC 高圧段コンプレッサ(HPコンプレッサ)
4 燃料電池(FC)
5 吸気通路
6 排気通路
14 HPタービンバイパス通路
15 FC燃料ポンプ
16 FC燃料調量弁
17 バッテリ
19 HPタービンバイパス弁
20 HPコンプレッサバイパス通路
21 HPコンプレッサバイパス弁
25 給気路
25A 第1の給気路
25B 第2の給気路
26 給気制御弁
27 排気路
27A 第1の排気路
27B 第2の排気路
28 排気制御弁
31 第1空気通路
32 第2空気通路
33 第3空気通路
34 第1排気通路
35 第2排気通路
36 第3排気通路
51 クランク角センサ
52 アクセル開度センサ
100 電子制御ユニット(ECU)
1 Internal combustion engine
2
3LT Low pressure turbine (LP turbine)
3LC Low-pressure compressor (LP compressor)
3H High-pressure turbocharger (HP turbo)
3HT High-pressure turbine (HP turbine)
3HC high-pressure compressor (HP compressor)
4 Fuel cell (FC)
5
Claims (4)
排気通路において、前記低圧段タービンが前記高圧段タービンの下流側に配設され、吸気通路において、前記高圧段コンプレッサが前記低圧段コンプレッサの下流側に配設され、
前記燃料電池と前記高圧段タービンの上流側の前記排気通路とを接続する第1の排気路と、前記燃料電池と前記高圧段タービンおよび前記低圧段タービンの間の前記排気通路とを接続する第2の排気路と、前記第1および第2の排気路を切り替える排気路切替手段とを備え、
内燃機関の運転状態が、前記高圧段ターボ過給機の作動領域と前記低圧段ターボ過給機の作動領域との間の遷移領域にあるとき、前記排気路切替手段が前記第2の排気路に切り替える
ことを特徴とする内燃機関。 Comprising a fuel cell, a low-pressure stage turbocharger having a low-pressure stage turbine and a low-pressure stage compressor, and a high-pressure stage turbocharger having a high-pressure stage turbine and a high-pressure stage compressor,
In the exhaust passage, the low-pressure stage turbine is disposed on the downstream side of the high-pressure stage turbine, and in the intake passage, the high-pressure stage compressor is disposed on the downstream side of the low-pressure stage compressor,
A first exhaust passage that connects the fuel cell and the exhaust passage upstream of the high-pressure turbine, and a first exhaust passage that connects the fuel cell and the exhaust passage between the high-pressure turbine and the low-pressure turbine. Two exhaust paths, and an exhaust path switching means for switching the first and second exhaust paths,
When the operating state of the internal combustion engine is in a transition region between the operating region of the high-pressure stage turbocharger and the operating region of the low-pressure stage turbocharger, the exhaust passage switching means is the second exhaust passage. An internal combustion engine characterized by switching to
前記内燃機関の運転状態が前記遷移領域にあるとき、前記給気路切替手段が前記第1の給気路に切り替える
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 A first air supply path connecting the fuel cell and the intake passage on the downstream side of the high pressure compressor, and the intake passage between the fuel cell, the low pressure compressor and the high pressure compressor are connected. A second air supply path, and an air supply path switching means for switching the first and second air supply paths,
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein when the operating state of the internal combustion engine is in the transition region, the air supply path switching unit switches to the first air supply path.
ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。 When the operating state of the internal combustion engine is in an operating region of the high-pressure turbocharger, the exhaust path switching means switches to the first exhaust path, and the air supply path switching means switches to the first air supply path. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the internal combustion engine is switched to.
ことを特徴とする請求項2または3に記載の内燃機関。 When the operating state of the internal combustion engine is in the operating region of the low-pressure turbocharger, the exhaust path switching means switches to the second exhaust path, and the air supply path switching means switches to the second air supply path. The internal combustion engine according to claim 2 or 3, wherein the internal combustion engine is switched to.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013008748A JP2014139425A (en) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013008748A JP2014139425A (en) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | Internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014139425A true JP2014139425A (en) | 2014-07-31 |
Family
ID=51416234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013008748A Pending JP2014139425A (en) | 2013-01-21 | 2013-01-21 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014139425A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106051454A (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-26 | 株式会社神户制钢所 | Compressor unit and gas supply apparatus |
CN110173380A (en) * | 2019-07-09 | 2019-08-27 | 昆山三一动力有限公司 | Engine and vehicle |
JP2020197198A (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 | Engine system |
-
2013
- 2013-01-21 JP JP2013008748A patent/JP2014139425A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106051454A (en) * | 2015-04-02 | 2016-10-26 | 株式会社神户制钢所 | Compressor unit and gas supply apparatus |
JP2020197198A (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 | Engine system |
WO2020246419A1 (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 | Engine system |
JP7305436B2 (en) | 2019-06-05 | 2023-07-10 | ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 | Engine system and engine system control method |
CN110173380A (en) * | 2019-07-09 | 2019-08-27 | 昆山三一动力有限公司 | Engine and vehicle |
CN110173380B (en) * | 2019-07-09 | 2023-12-29 | 昆山三一动力有限公司 | Engine and vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5601362B2 (en) | Internal combustion engine | |
US10513972B2 (en) | Supercharger device for an internal combustion engine, and a method for operating said supercharger device | |
JP5243637B1 (en) | Internal combustion engine system | |
JP2010144731A (en) | Internal combustion engine with exhaust turbocharger | |
US11007998B1 (en) | Hybrid vehicle | |
JP2013204428A (en) | Internal combustion engine control device including electric supercharger | |
JP2014141934A (en) | Internal combustion engine | |
US20180010512A1 (en) | Methods and systems for a two-stage turbocharger | |
JP2010255525A (en) | Internal combustion engine and method for controlling the same | |
JP5552983B2 (en) | Electric turbo system | |
JP2014139425A (en) | Internal combustion engine | |
JP2013185506A (en) | Internal combustion engine | |
JP2009191668A (en) | Supercharging device and supercharging engine system | |
JP2009191667A (en) | Supercharging device and supercharging engine system | |
JP2011058400A (en) | On-vehicle engine with turbo supercharger | |
JP2018159271A (en) | Control method of internal combustion engine and control device of internal combustion engine | |
JP2010236381A (en) | Egr device of internal combustion engine | |
JP5413113B2 (en) | Internal combustion engine equipped with turbocharger and mechanical supercharger, and control method thereof | |
JP2014072144A (en) | Internal combustion engine | |
JP5831430B2 (en) | Internal combustion engine | |
JP2014074354A (en) | Drive system | |
US10634044B2 (en) | Engine system and method using the same | |
JP2014163239A (en) | Internal combustion engine | |
JP2014125898A (en) | Drive system | |
WO2019106740A1 (en) | Control method and control device for vehicular internal combustion engine |