JP2015078659A - Engine supercharger - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to stably suppress occurrence of compressor surging.SOLUTION: An engine supercharger 10 includes: a turbine 50 provided in an exhaust passage 22 connected to an engine 14, and rotated by exhaust gas flowing in the exhaust passage 22; an intake passage 26 connected to the engine 14; a compressor 32 provided in the intake passage 26, and compressing intake air flowing in the intake passage 26 by being rotated integrally with the turbine 50; a pulsation control valve 34 regulating a pressure of the intake air flowing between the compressor 32 in the intake passage 26 and the engine 14; and a controller 40 controlling the pulsation control valve 34 to operate synchronously with an intake valve of the engine 14 if an operation condition indicating a risk of occurrence of surging in the compressor 32 is satisfied.

Description

本発明は、エンジン過給装置に関する。   The present invention relates to an engine supercharger.

従来より、ターボ過給機のコンプレッサ部下流の吸気管に分岐管を並列接続し、分岐管の途中の電動ロータリーバルブを作動させ、上流の吸気管に脈動を発生させる過給制御装置が知られている(特許文献1)。この過給制御装置では、定常の過給状態ではサージングを発生する状況でも、実過給状態が、サージング領域と非サージング領域の境界をサージング周期よりも早い周期で繰り返し跨ぐように制御することにより、サージングの発生を回避する。   2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a supercharging control device that connects a branch pipe in parallel with an intake pipe downstream of a compressor section of a turbocharger, operates an electric rotary valve in the middle of the branch pipe, and generates pulsation in an upstream intake pipe. (Patent Document 1). In this supercharging control device, even in a situation where surging occurs in a steady supercharging state, the actual supercharging state is controlled by repeatedly straddling the boundary between the surging region and the non-surging region at a cycle earlier than the surging cycle. To avoid surging.

特開2010−185314号公報JP 2010-185314 A

しかしながら、上記の特許文献1に記載の技術では、エンジン低速トルク向上のために過給圧を高めようとした場合、速度形の圧縮機ではサージングの発生により過給圧が制限される。   However, in the technique described in Patent Document 1 described above, when the supercharging pressure is increased to improve the engine low-speed torque, the supercharging pressure is limited by the occurrence of surging in the speed compressor.

コンプレッサの不安定現象であるサージングは、レシプロエンジン等の間欠燃焼機関の場合に生ずる吸気脈動流がきっかけとなり、定常吸気状態よりも容易に発生する。そのため、吸気脈動を抑制することに、サージングの発生を抑制する効果がある。   Surging, which is an unstable phenomenon of the compressor, is generated more easily than in a steady intake state due to an intake pulsation flow generated in an intermittent combustion engine such as a reciprocating engine. Therefore, suppressing the intake pulsation has the effect of suppressing the occurrence of surging.

圧縮機の下流にロータリーバルブを設置した、上記の特許文献1に記載の技術では、ロータリーバルブによってサージング周期よりも早い周期の吸気脈動流を生成することで、時間平均の過給状態はサージング領域に位置しつつ、実過給状態はサージング領域と非サージング領域との境界を繰り返し跨ぐため、サージングが発生しないとある。   In the technique described in Patent Document 1 in which a rotary valve is installed downstream of the compressor, the time-average supercharging state is generated in the surging region by generating an intake pulsating flow having a cycle earlier than the surging cycle by the rotary valve. However, since the actual supercharging state repeatedly crosses the boundary between the surging area and the non-surging area, surging does not occur.

しかし、回転数一定条件における速度形圧縮機の流量と圧力比の関係は上に凸の非線形であることから、サージング境界を繰り返し跨いで動作した場合、定常特性より過給圧力が低下する(図14参照)。   However, the relationship between the flow rate and the pressure ratio of the speed compressor under a constant rotational speed condition is an upward convex nonlinearity. Therefore, when the operation is repeated across the surging boundary, the supercharging pressure is lower than the steady state characteristic ( (See FIG. 14).

この場合、定常特性と同等の過給圧力を得るには回転数を上昇させる必要があるが、少流領域の圧縮機効率は高回転側では低下することから、圧縮機の駆動には、より大きなエネルギーが必要となる、という問題がある。   In this case, it is necessary to increase the rotational speed in order to obtain a supercharging pressure equivalent to the steady characteristic, but the compressor efficiency in the small flow region decreases on the high rotation side. There is a problem that a large amount of energy is required.

また、圧縮機の下流に設けたロータリーバルブをサージングの周期より早い周期で動作させても空気の圧縮性のため圧縮機の流量が瞬時に変化する事はないため、「サージング領域と非サージング領域との境界を繰り返し跨ぐ」にはサージ周期に近い時間を要すると考えられる。そのため、上記の特許文献1に記載の技術によるサージ抑制効果が得られる運転条件は非常に限定的である。   Also, even if the rotary valve provided downstream of the compressor is operated at a cycle earlier than the surging cycle, the flow rate of the compressor does not change instantaneously due to the compressibility of air. It is considered that it takes time close to the surge cycle to repeatedly cross the boundary. For this reason, the operating conditions under which the surge suppression effect by the technique described in Patent Document 1 is obtained are very limited.

本発明は、上記事実を考慮して、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができるエンジン過給装置を得ることが目的である。   An object of the present invention is to obtain an engine supercharging device that can stably suppress the occurrence of surging of a compressor in consideration of the above fact.

本発明に係るエンジン過給装置は、エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、前記エンジンと接続された吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記タービンと一体に回転されることで前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する圧縮機と、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整する圧力調整部と、前記圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す予め定められた運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する制御部と、を含んで構成されている。   An engine supercharging device according to the present invention is provided in an exhaust passage connected to an engine, and is provided in a turbine rotated by exhaust flowing in the exhaust passage, an intake passage connected to the engine, and the intake passage. A compressor that compresses the intake air flowing through the intake passage by being rotated integrally with the turbine, and a pressure adjusting unit that adjusts the pressure of the intake air flowing between the compressor and the engine in the intake passage; The pressure adjustment unit is controlled to adjust the pressure of the intake air in synchronization with the intake valve of the engine when a predetermined operating condition indicating that there is a risk of occurrence of surging in the compressor is satisfied. And a control unit.

本発明に係るエンジン過給装置では、前記圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す予め定められた運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して、吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する。   In the engine supercharging device according to the present invention, when a predetermined operating condition indicating that there is a risk of occurrence of surging in the compressor is satisfied, the engine in the intake passage is synchronized with the intake valve of the engine. The pressure adjusting unit is controlled so as to adjust the pressure of the intake air flowing between the compressor and the engine.

このように、圧縮機にサージングが発生する危険性があるときに、エンジンの吸気弁に同期して、吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。   Thus, when there is a risk of surging occurring in the compressor, by adjusting the pressure of the intake air flowing between the compressor and the engine in the intake passage in synchronization with the intake valve of the engine, The occurrence of surging of the compressor can be suppressed stably.

本発明に係る圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、前記制御部は、前記運転条件を満たさないときに、圧力損失が最も小さくなる予め定められた開度となるように前記制御弁を制御するようにすることができる。   The pressure adjusting unit according to the present invention is a control valve provided between the compressor and the engine in the intake passage and capable of controlling an opening degree, and the control unit does not satisfy the operating condition. Sometimes, the control valve can be controlled so as to have a predetermined opening degree at which the pressure loss is minimized.

本発明に係る圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、前記制御部は、前記運転条件を満たすときに、前記吸気弁の開閉動作と逆位相となるように、前記制御弁の開閉動作を制御するようにすることができる。   The pressure adjusting unit according to the present invention is a control valve provided between the compressor and the engine in the intake passage and capable of controlling an opening degree, and the control unit satisfies the operating condition. In addition, the opening / closing operation of the control valve can be controlled so as to have an opposite phase to the opening / closing operation of the intake valve.

本発明に係るエンジン過給装置は、前記圧縮機より上流の吸気圧力と前記圧縮機より下流の吸気圧力との圧力比、及び前記吸気の流量とを取得する取得部を更に含み、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧力比及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧力比及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。   The engine supercharging device according to the present invention further includes an acquisition unit that acquires a pressure ratio between an intake pressure upstream of the compressor and an intake pressure downstream of the compressor, and a flow rate of the intake air, and the control unit Is based on the pressure ratio acquired by the acquisition unit and the flow rate of the intake air when the operating condition regarding the combination of the pressure ratio and the flow rate of the intake air is satisfied, in synchronization with the intake valve of the engine The pressure adjusting unit can be controlled to adjust the pressure of the intake air.

本発明に係るエンジン過給装置は、前記圧縮機の単位時間あたりの回転数、及び前記吸気の流量を取得する取得部を更に含み、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。   The engine supercharging device according to the present invention further includes an acquisition unit that acquires the number of rotations of the compressor per unit time and the flow rate of the intake air, and the control unit acquires the compressor acquired by the acquisition unit Based on the number of rotations per unit time and the flow rate of the intake air, when the operating condition regarding the combination of the number of rotations per unit time of the compressor and the flow rate of the intake air is satisfied, the engine is synchronized with the intake valve of the engine The pressure adjusting unit can be controlled to adjust the pressure of the intake air.

本発明に係るエンジン過給装置は、前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化を取得する取得部を更に含み、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に基づいて、前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。   The engine supercharging device according to the present invention further includes an acquisition unit that acquires a change in intake pressure at the intake port of the compressor, and the control unit acquires the intake air at the intake port of the compressor acquired by the acquisition unit. The pressure adjustment unit is configured to adjust the pressure of the intake air in synchronization with the intake valve of the engine when the operating condition regarding the change of the intake pressure at the intake port of the compressor is satisfied based on the change in pressure. Can be controlled.

本発明に係る圧力調整部を、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、前記吸気の吸い込み及び吐き出しが可能な容積型のポンプとすることができる。   The pressure adjusting unit according to the present invention may be a positive displacement pump provided between the compressor and the engine in the intake passage and capable of sucking and discharging the intake air.

本発明に係る取得部は、前記エンジンのクランク角を更に取得し、前記圧力調整部は、前記エンジンの駆動に応じて前記吸気の圧力を調整し、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角、及び予め定められた前記エンジンの気筒数に基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。   The acquisition unit according to the present invention further acquires a crank angle of the engine, the pressure adjustment unit adjusts the pressure of the intake air according to driving of the engine, and the control unit is acquired by the acquisition unit. Further, the pressure adjusting unit is controlled to adjust the pressure of the intake air in synchronization with the intake valve of the engine based on the crank angle of the engine and a predetermined number of cylinders of the engine. Can do.

本発明に係る取得部は、前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数を更に取得し、前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数と、予め定められた前記エンジンの気筒数とに基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御するようにすることができる。   The acquisition unit according to the present invention further acquires a crank angle of the engine and the rotation speed of the engine, and the control unit preliminarily acquires the crank angle of the engine and the rotation speed of the engine acquired by the acquisition unit, The pressure adjusting unit may be controlled to adjust the pressure of the intake air in synchronization with the intake valve of the engine based on the determined number of cylinders of the engine.

以上説明したように本発明に係るエンジン過給装置は、圧縮機にサージングが発生する危険性があるときに、エンジンの吸気弁に同期して、吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる、という優れた効果を有する。   As described above, the engine supercharging device according to the present invention is provided between the compressor and the engine in the intake passage in synchronization with the intake valve of the engine when there is a risk of surging occurring in the compressor. By adjusting the pressure of the intake air flowing through the compressor, it is possible to stably suppress the occurrence of surging of the compressor.

本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of an engine system concerning a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置のコントローラによる処理ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process routine by the controller of the engine supercharging apparatus which concerns on 1st embodiment of this invention. 圧縮機特性マップを示す図である。It is a figure which shows a compressor characteristic map. 吸気弁開度の変化と脈動制御弁開度の変化との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the change of an intake valve opening degree, and the change of a pulsation control valve opening degree. モデル実験の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of a model experiment. ロータリー弁開度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of a rotary valve opening degree. サージ限界流量の改善効果を示すグラフである。It is a graph which shows the improvement effect of surge limit flow. 脈動制御弁を全開停止した場合の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows a pressure change at the time of fully opening stopping a pulsation control valve. 脈動制御弁を位相差90degで作動した場合の圧力変化を示すグラフである。It is a graph which shows a pressure change at the time of operating a pulsation control valve by phase difference 90deg. 望ましい吸気弁と脈動制御弁の位相差の範囲を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the range of the phase difference of a desirable intake valve and a pulsation control valve. 本発明の第二実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the engine system which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the engine system which concerns on 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態に係るエンジンシステムの容積型のポンプを示す図である。It is a figure which shows the positive displacement pump of the engine system which concerns on 4th embodiment of this invention. 従来技術における流量と圧力との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the flow volume and pressure in a prior art.

[第一実施形態]
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。
[First embodiment]
First, a first embodiment of the present invention will be described.

図1には、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10を備えたエンジンシステムS1の全体構成が示されている。   FIG. 1 shows an overall configuration of an engine system S1 including an engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention.

この図に示されるエンジンシステムS1は、例えば、乗用自動車等の車両に搭載されるものであり、エンジン過給装置10と、エアクリーナ12と、エンジン14とを備えている。   The engine system S1 shown in this figure is mounted on, for example, a vehicle such as a passenger car, and includes an engine supercharging device 10, an air cleaner 12, and an engine 14.

エアクリーナ12及びエンジン14は、従来と同様の構成とされている。エンジン14は、インタークーラ16と、スロットル弁17と、サージタンク18と、エンジン本体20と、排気マニホールド22とを有して構成されている。排気マニホールド22には、排気通路24が接続されている。   The air cleaner 12 and the engine 14 have the same configuration as the conventional one. The engine 14 includes an intercooler 16, a throttle valve 17, a surge tank 18, an engine body 20, and an exhaust manifold 22. An exhaust passage 24 is connected to the exhaust manifold 22.

エンジン過給装置10は、吸気通路26と、圧縮機32と、脈動制御弁34と、圧力センサ36、37と、流量計38と、制御部としてのコントローラ40とを有して構成されている。   The engine supercharging device 10 includes an intake passage 26, a compressor 32, a pulsation control valve 34, pressure sensors 36 and 37, a flow meter 38, and a controller 40 as a control unit. .

吸気通路26は、エンジン14のインタークーラ16と接続されている。   The intake passage 26 is connected to the intercooler 16 of the engine 14.

圧縮機32は、従来既知の圧縮機と同様に、タービン部と、コンプレッサ部とを有して構成されており、タービン部は、タービン50を有して構成されている。タービン50は、図示しない吸入口から吸入されて排出口から排出される排気によって回転される構成とされている。コンプレッサ部は、インペラ60を有して構成されている。   The compressor 32 is configured to include a turbine section and a compressor section, similarly to a conventionally known compressor, and the turbine section includes a turbine 50. The turbine 50 is configured to be rotated by exhaust gas that is sucked from a suction port (not shown) and discharged from a discharge port. The compressor unit includes an impeller 60.

インペラ60は、回転シャフト78を介してタービン50と一体回転可能に連結されている。インペラ60は、タービン50と一体に回転されることで、図示しない吸入口から吸入されて図示しない排出口から排出される吸気を圧縮する構成とされている。   The impeller 60 is connected to the turbine 50 through a rotating shaft 78 so as to be integrally rotatable. The impeller 60 is configured to compress intake air that is sucked from a suction port (not shown) and discharged from a discharge port (not shown) by rotating integrally with the turbine 50.

なお、この圧縮機32において、タービン50の吸入口から排出口までの通路は、図1に示される排気通路24の一部を構成している。   In this compressor 32, the passage from the suction port to the discharge port of the turbine 50 constitutes a part of the exhaust passage 24 shown in FIG.

また、上述のインペラ60の吸入口から排出口までの通路は、図1に示される吸気通路26の一部を構成している。   Further, the passage from the intake port to the discharge port of the impeller 60 described above constitutes a part of the intake passage 26 shown in FIG.

脈動制御弁34は、吸気通路26における圧縮機32の下流側に設けられており、吸気通路26を開閉する構成とされている。脈動制御弁34は、例えば、1方向に回転するバタフライ弁等により構成されている。脈動制御弁34は、クラッチ(図示省略)及び連結部34Cを介して、エンジンの軸(カムシャフト)と連結しており、エンジン回転数に基づいて以下の式に従って算出される脈動制御弁の回転数となるように、エンジンの駆動により直接駆動される。   The pulsation control valve 34 is provided downstream of the compressor 32 in the intake passage 26 and is configured to open and close the intake passage 26. The pulsation control valve 34 is constituted by, for example, a butterfly valve that rotates in one direction. The pulsation control valve 34 is connected to an engine shaft (camshaft) via a clutch (not shown) and a connecting portion 34C, and the rotation of the pulsation control valve calculated according to the following equation based on the engine speed. It is directly driven by the drive of the engine so as to be a number.

脈動制御弁の回転数=n/4×(エンジン回転数) Pulsation control valve speed = n / 4 x (engine speed)

ただし、nは気筒数であり、図1の例では3である。   However, n is the number of cylinders, and is 3 in the example of FIG.

また、エンジン過給装置10は、脈動制御弁34の現時点での位相角を変更するための位相変更機構34Aと、脈動制御弁34の現時点での位相角を検出する脈動制御弁位置センサ34Bとを更に備えている。   The engine supercharging device 10 includes a phase change mechanism 34A for changing the current phase angle of the pulsation control valve 34, and a pulsation control valve position sensor 34B for detecting the current phase angle of the pulsation control valve 34. Is further provided.

圧力センサ36は、吸気通路26における圧縮機32の上流側の内部圧力に応じた信号をコントローラ40に出力する構成とされている。また、圧力センサ37は、吸気通路26における圧縮機32の下流側の内部圧力に応じた信号をコントローラ40に出力する構成とされている。   The pressure sensor 36 is configured to output a signal corresponding to the internal pressure upstream of the compressor 32 in the intake passage 26 to the controller 40. The pressure sensor 37 is configured to output a signal corresponding to the internal pressure on the downstream side of the compressor 32 in the intake passage 26 to the controller 40.

流量計38は、吸気通路26における圧縮機32の上流側の吸気流量に応じた信号をコントローラ40に出力する構成とされている。   The flow meter 38 is configured to output a signal corresponding to the intake flow rate upstream of the compressor 32 in the intake passage 26 to the controller 40.

エンジン本体20内に設けられたセンサ(図示省略)は、エンジンのクランク軸又はカム軸回転よりエンジンクランク角度と共にエンジン回転数を検出し、エンジン回転数に応じた信号、及びエンジンクランク角に応じた信号をコントローラ40に出力する構成とされている。   A sensor (not shown) provided in the engine body 20 detects the engine speed together with the engine crank angle from the crankshaft or camshaft rotation of the engine, and responds to a signal corresponding to the engine speed and the engine crank angle. The signal is output to the controller 40.

コントローラ40は、ECUやロジック回路等により構成されており、圧力センサ36、37、流量計38、及びエンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて、脈動制御弁34を制御する構成とされている。なお、このコントローラ40の動作については、後述する。   The controller 40 includes an ECU, a logic circuit, and the like, and controls the pulsation control valve 34 based on signals output from the pressure sensors 36 and 37, the flow meter 38, and the sensors in the engine body 20. Has been. The operation of the controller 40 will be described later.

次に、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10の動作と併せてその作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect will be described together with the operation of the engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention.

図2には、コントローラ40の動作を表すフローチャートが示されている。エンジンの過渡的な運転状態にも追従するように、図2のフローチャートが示すコントローラ40の動作は、エンジン運転中常時行われる。   FIG. 2 shows a flowchart representing the operation of the controller 40. The operation of the controller 40 shown in the flowchart of FIG. 2 is always performed during engine operation so as to follow the transient operation state of the engine.

コントローラ40は、図2のフローチャートで示されるプログラム処理を開始すると、先ず、ステップS100において、圧力センサ36、37、及び流量計38の出力信号を検出する。   When the controller 40 starts the program process shown in the flowchart of FIG. 2, first, in step S100, the controller 40 detects the output signals of the pressure sensors 36 and 37 and the flow meter 38.

続いて、コントローラ40は、ステップS102において、圧力センサ36、37、及び流量計38の出力信号に基づいて、脈動制御弁34を作動させるか否かを判定する。例えば、図3に示すような、予め定められた圧縮機特性マップ上でのバルブ制御領域と非制御領域とが表す圧縮機圧力比及び流量の組み合わせの範囲と、圧力センサ36、37、及び流量計38の出力信号に基づいて得られる圧縮機圧力比及び流量の組み合わせとを比較して、圧力センサ36、37、及び流量計38の出力信号に基づいて得られる圧縮機圧力比及び流量の組み合わせが、バルブ制御領域に属する場合には、脈動制御弁34を作動させると判定し、一方、圧力センサ36、37、及び流量計38の出力信号に基づいて得られる圧縮機圧力比及び流量の組み合わせが、非制御領域に属する場合には、脈動制御弁34を作動させないと判定する。   Subsequently, the controller 40 determines whether or not to operate the pulsation control valve 34 based on the output signals of the pressure sensors 36 and 37 and the flow meter 38 in step S102. For example, as shown in FIG. 3, the range of the combination of the compressor pressure ratio and the flow rate represented by the valve control region and the non-control region on the predetermined compressor characteristic map, the pressure sensors 36 and 37, and the flow rate The combination of the compressor pressure ratio and the flow rate obtained based on the output signal of the meter 38 and the combination of the compressor pressure ratio and the flow rate obtained based on the output signal of the pressure sensors 36 and 37 and the flow meter 38 are compared. Is in the valve control region, it is determined that the pulsation control valve 34 is operated. On the other hand, the compressor pressure ratio and the flow rate combination obtained based on the output signals of the pressure sensors 36 and 37 and the flow meter 38 are determined. However, if it belongs to the non-control region, it is determined that the pulsation control valve 34 is not operated.

バルブ制御領域は、圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す運転条件となる領域であり、サージング境界に隣接する領域として定められている。なお、バルブ制御領域に、サージング領域を含めてもよい。   The valve control region is a region serving as an operating condition indicating when there is a risk of occurrence of surging in the compressor, and is defined as a region adjacent to the surging boundary. A surging area may be included in the valve control area.

上記ステップS102において脈動制御弁34を作動させないと判定された場合には、コントローラ40は、ステップS104において、クラッチによってエンジンの軸との連結部34Cを切り離すように制御すると共に、全開位置で脈動制御弁34を停止させるように位相変更機構34Aを制御する。   If it is determined in step S102 that the pulsation control valve 34 is not to be operated, the controller 40 performs control so as to disconnect the connecting portion 34C from the engine shaft by the clutch in step S104, and also performs pulsation control in the fully opened position. The phase changing mechanism 34A is controlled so as to stop the valve 34.

一方、上記ステップS102において脈動制御弁34を作動させると判定された場合には、コントローラ40は、ステップS106において、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、以下のように、目標となる位相角φを算出する。   On the other hand, when it is determined in step S102 that the pulsation control valve 34 is to be operated, the controller 40 is based on the engine crank angle obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20 in step S106. Thus, the target phase angle φ is calculated as follows.

Figure 2015078659
Figure 2015078659

ただし、nは気筒数であり、図1の例では3である。θは、エンジンクランク角(deg)であり、θmaxは、予め定められた最大吸気弁開度となるエンジンクランク角(deg)である。   However, n is the number of cylinders, and is 3 in the example of FIG. θ is an engine crank angle (deg), and θmax is an engine crank angle (deg) that becomes a predetermined maximum intake valve opening.

そして、コントローラ40は、ステップS108において、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、脈動制御弁位置センサ34Bから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁34の位相角とに基づいて、脈動制御弁34の位相角が、上記ステップS106で算出した目標となる脈動制御弁の位相角に補正されるように、位相変更機構34Aを制御する。これによって、図4に示すような、エンジンクランク角と、脈動制御弁34の位相角との関係が実現され、脈動制御弁34の開閉動作が、エンジンの吸気弁の開閉動作(吸気脈動に相当)と逆位相となる。   Then, in step S108, the controller 40 controls the pulsation control obtained based on the engine crank angle θ obtained based on the signal outputted from the sensor in the engine body 20 and the signal outputted from the pulsation control valve position sensor 34B. Based on the phase angle of the valve 34, the phase change mechanism 34A is controlled so that the phase angle of the pulsation control valve 34 is corrected to the phase angle of the target pulsation control valve calculated in step S106. As a result, the relationship between the engine crank angle and the phase angle of the pulsation control valve 34 as shown in FIG. 4 is realized, and the opening / closing operation of the pulsation control valve 34 corresponds to the opening / closing operation of the engine intake valve (corresponding to intake pulsation). ) And opposite phase.

そして、コントローラ40は、ステップS110において、エンジンが停止したか否かを判定し、エンジンが停止していないと判定した場合には、上記ステップS100へ戻る。一方、エンジンが停止していると判定した場合には、プログラム処理を終了する。   Then, in step S110, the controller 40 determines whether or not the engine has stopped. If it is determined that the engine has not stopped, the controller 40 returns to step S100. On the other hand, if it is determined that the engine is stopped, the program processing is terminated.

上記のプログラム処理により、脈動制御弁34が吸気脈動に同期して開閉動作するように、脈動制御弁34の作動を制御することにより、圧縮機32のサージングを誘発する吸気脈動が抑えられる。   By controlling the operation of the pulsation control valve 34 so that the pulsation control valve 34 opens and closes in synchronization with the intake pulsation by the above program processing, intake pulsation that induces surging of the compressor 32 is suppressed.

ここで、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10が奏する作用及び効果を明確にするために行ったモデル実験について説明する。   Here, the model experiment performed in order to clarify the effect | action and effect which the engine supercharging apparatus 10 which concerns on 1st embodiment of this invention show | plays is demonstrated.

図5に本発明の効果を実証するために行ったモデル実験の概略図を示す。エンジン過給装置の圧縮機の出口配管に設置したエンジン吸気流模擬装置で脈動流を発生させた。吸気流模擬装置は、ロータリー弁と流量調整弁とを用いて構成され、ロータリー弁の開口面積を変化させてエンジンと同等の吸気脈動流を発生させた。   FIG. 5 shows a schematic diagram of a model experiment conducted to verify the effect of the present invention. A pulsating flow was generated by an engine intake air flow simulator installed in the outlet pipe of the compressor of the engine supercharger. The intake air flow simulator is configured using a rotary valve and a flow rate adjusting valve, and generates an intake air pulsating flow equivalent to that of the engine by changing the opening area of the rotary valve.

図6に、3気筒エンジンの吸気弁タイミングを模擬した例を示す。圧縮機出口とエンジン吸気流模擬装置との間に設置した脈動流制御用の脈動制御弁(バタフライ弁)は、脈動周波数と同一となる回転数で運転し、位相差を変化させて実験した。   FIG. 6 shows an example of simulating intake valve timing of a three-cylinder engine. A pulsation control valve (butterfly valve) for pulsation flow control installed between the compressor outlet and the engine intake air flow simulation device was operated at the same rotational speed as the pulsation frequency, and the phase difference was changed for experiments.

図7に3気筒エンジンの回転数1000rpm相当の条件(ロータリー弁750rpm)で、脈動制御弁を全開で停止した場合と、脈動制御弁を90degの位相差をつけて回転させた場合とのサージ限界流量の比較を示す。適切な位相差をつけて脈動制御弁を回転させることで17〜20%サージ限界流量が低減することが確認された。   FIG. 7 shows a surge limit between when the pulsation control valve is stopped at a fully open condition and when the pulsation control valve is rotated with a phase difference of 90 deg. A comparison of flow rates is shown. It was confirmed that the surge limit flow rate was reduced by 17 to 20% by rotating the pulsation control valve with an appropriate phase difference.

図8、9に、サージング条件(図6のA、B点)における圧縮機上流と下流の圧力変化(図1の圧力センサ36および37で検出される圧力変化)の計測結果を示す。脈動制御弁を全開位置で固定した場合(図8)、圧縮機下流の圧力変動に同期して圧縮機上流の圧力が変動している。これは圧縮機下流の吸気脈動が圧縮上流まで達していることを示す。脈動制御弁を位相差90degで回転させた場合(図9)、圧縮機下流の圧力変動振幅は小さくなり、圧縮機上流ではほぼ変動のない定常状態が保持される。これらにより、脈動流制御弁を適切に制御することにより、圧縮機のサージングを誘発する吸気脈動が抑えられることを示している。吸気脈動を低減させるために望ましい位相差は、図10に示すように、吸気弁の開閉周期を2Tとした場合、逆位相±T/3の範囲である。   8 and 9 show the measurement results of the pressure changes (pressure changes detected by the pressure sensors 36 and 37 in FIG. 1) upstream and downstream of the compressor under surging conditions (points A and B in FIG. 6). When the pulsation control valve is fixed at the fully open position (FIG. 8), the pressure upstream of the compressor fluctuates in synchronization with the pressure fluctuation downstream of the compressor. This indicates that the intake air pulsation downstream of the compressor reaches the compression upstream. When the pulsation control valve is rotated with a phase difference of 90 deg (FIG. 9), the pressure fluctuation amplitude downstream of the compressor becomes small, and a steady state with almost no fluctuation is maintained upstream of the compressor. These show that intake pulsation that induces surging of the compressor can be suppressed by appropriately controlling the pulsating flow control valve. As shown in FIG. 10, a desirable phase difference for reducing the intake pulsation is in the range of reverse phase ± T / 3 when the opening / closing cycle of the intake valve is 2T.

以上説明したように、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10によれば、圧縮機の上流下流の圧力比と吸気流量との組み合わせに基づいて、圧縮機にサージングが発生する危険性があると判断されたときに、エンジンの吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させて、吸気通路における圧縮機とエンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。   As described above, according to the engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention, the risk of surging occurring in the compressor based on the combination of the pressure ratio upstream and downstream of the compressor and the intake air flow rate. By adjusting the pressure of the intake air flowing between the compressor and the engine in the intake passage by operating the pulsation control valve in synchronization with the intake air pulsation of the engine, The occurrence of surging of the compressor can be suppressed.

また、レシプロエンジンの過給に用いられる圧縮機は、吸気弁の開閉により生じる脈動流の下で運転されるが、脈動流の下では定常流と比較して圧縮機のサージングが発生しやすくなる。これは、時間平均値ではサージング領域になくても瞬間的にサージング領域で運転されることにより不安定性が増加するためと考えられる。本実施の形態では、吸気弁の開閉により発生した脈動流であって、圧縮機へ伝わる脈動流を、吸気弁と圧縮機出口との間に配置した脈動制御弁の開閉により減衰させて、定常流に近い状態で圧縮機を運転することで、脈動流の下においてもサージングの発生を抑制できる。   In addition, a compressor used for supercharging a reciprocating engine is operated under a pulsating flow caused by opening and closing of an intake valve. However, under a pulsating flow, the compressor is more likely to undergo surging than a steady flow. . This is presumably because instability increases due to instantaneous operation in the surging region even if the time average value is not in the surging region. In the present embodiment, the pulsating flow generated by opening and closing of the intake valve, which is transmitted to the compressor, is attenuated by opening and closing of the pulsation control valve disposed between the intake valve and the compressor outlet. By operating the compressor in a state close to the flow, the occurrence of surging can be suppressed even under a pulsating flow.

なお、本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10では、エンジンと脈動制御弁とを連結して、脈動制御弁を駆動させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、後述する第二実施形態のように、モータにより、エンジンと独立して脈動制御弁を駆動させてもよい。   In the engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention, the case where the engine and the pulsation control valve are connected to drive the pulsation control valve has been described as an example, but the present invention is not limited to this. Instead, as in the second embodiment described later, the pulsation control valve may be driven by a motor independently of the engine.

また、エンジンの気筒数、現在のクランク角、および最大吸気弁開度となるエンジンクランク角から、目標の脈動制御弁の位相角を算出し、位相変更機構によってその時点の位相角に逐次修正する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。圧縮機上流または下流の圧力変動値が最小となるように、目標の脈動制御弁の位相角を決定するようにしてもよい。   Also, the phase angle of the target pulsation control valve is calculated from the number of cylinders of the engine, the current crank angle, and the engine crank angle that is the maximum intake valve opening, and is sequentially corrected to the current phase angle by the phase change mechanism. Although the case has been described as an example, the present invention is not limited to this. The phase angle of the target pulsation control valve may be determined so that the pressure fluctuation value upstream or downstream of the compressor is minimized.

[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.

図11には、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置210を備えたエンジンシステムS2の全体構成が示されている。   FIG. 11 shows an overall configuration of an engine system S2 including the engine supercharging device 210 according to the second embodiment of the present invention.

この図に示されるエンジンシステムS2には、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムS1に対し、エンジン過給装置10の代わりに、エンジン過給装置210が備えられている。エンジン過給装置210は、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10に対し、圧力センサ36、37の代わりに、回転数センサ236を備え、位相変更機構34Aの代わりに、モータ234Aを備えている。   The engine system S2 shown in this figure includes an engine supercharging device 210 instead of the engine supercharging device 10 with respect to the engine system S1 according to the first embodiment of the present invention described above. The engine supercharging device 210 is provided with a rotation speed sensor 236 instead of the pressure sensors 36 and 37 with respect to the engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention described above, and instead of the phase change mechanism 34A. A motor 234A is provided.

回転数センサ236は、圧縮機32の単位時間あたりの回転数に応じた信号を出力する。   The rotation speed sensor 236 outputs a signal corresponding to the rotation speed of the compressor 32 per unit time.

モータ234Aは、脈動制御弁34を駆動して、脈動制御弁34を開閉動作させる。   The motor 234A drives the pulsation control valve 34 to open and close the pulsation control valve 34.

コントローラ40は、回転数センサ236、流量計38、及びエンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて、脈動制御弁34を制御する構成とされている。コントローラ40の動作は、上記図3に示すフローチャートと同様である。   The controller 40 is configured to control the pulsation control valve 34 based on signals output from the rotation speed sensor 236, the flow meter 38, and sensors in the engine body 20. The operation of the controller 40 is the same as the flowchart shown in FIG.

ただし、ステップS100では、コントローラ40は、回転数センサ236、及び流量計38の出力信号を検出する。   However, in step S100, the controller 40 detects output signals from the rotation speed sensor 236 and the flow meter 38.

ステップS102では、回転数センサ236、及び流量計38の出力信号に基づいて、脈動制御弁34を作動させるか否かを判定する。例えば、上記図3に示すような、予め定められた圧縮機特性マップ上でのバルブ制御領域と非制御領域とが表す、圧縮機32の回転数(図3のターボチャージャー等回転数線を参照)及び流量の組み合わせの範囲と、回転数センサ236及び流量計38の出力信号に基づいて得られる、圧縮機32の回転数及び流量の組み合わせとを比較して、回転数センサ236及び流量計38の出力信号に基づいて得られる、圧縮機32の回転数及び流量の組み合わせが、バルブ制御領域に属する場合には、脈動制御弁34を作動させると判定し、一方、回転数センサ236及び流量計38の出力信号に基づいて得られる、圧縮機32の回転数及び流量の組み合わせが、非制御領域に属する場合には、脈動制御弁34を作動させないと判定する。   In step S102, it is determined whether or not to operate the pulsation control valve 34 based on the output signals of the rotation speed sensor 236 and the flow meter 38. For example, the rotational speed of the compressor 32 (see the turbocharger rotational speed line in FIG. 3) represented by the valve control region and the non-control region on the predetermined compressor characteristic map as shown in FIG. ) And the combination of the flow rate and the combination of the rotation speed and the flow rate of the compressor 32 obtained based on the output signals of the rotation speed sensor 236 and the flow meter 38, the rotation speed sensor 236 and the flow meter 38 are compared. When the combination of the rotational speed and flow rate of the compressor 32 obtained based on the output signal of the compressor 32 belongs to the valve control region, it is determined that the pulsation control valve 34 is operated, while the rotational speed sensor 236 and the flow meter When the combination of the rotation speed and the flow rate of the compressor 32 obtained based on the output signal 38 belongs to the non-control region, it is determined that the pulsation control valve 34 is not operated.

ステップS106では、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジン回転数に基づいて、以下のように、目標となる脈動制御弁34の単位時間あたりの回転数を算出する。   In step S106, the controller 40, based on the engine speed obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20, as follows, the target engine speed of the pulsation control valve 34 as follows. Is calculated.

目標となる脈動制御弁の回転数=n/4×(エンジン回転数) Target pulsation control valve speed = n / 4 x (engine speed)

また、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、上記の第一実施形態と同様に、目標となる位相角φを算出する。   Further, the controller 40 calculates the target phase angle φ based on the engine crank angle obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20 as in the first embodiment.

そして、コントローラ40は、ステップS108において、脈動制御弁位置センサ34Bから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁34の回転数に基づいて、脈動制御弁34の回転数が、上記ステップS106で算出した目標となる脈動制御弁の回転数となるように、モータ234Aの駆動速度を修正する。また、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、脈動制御弁位置センサ34Bから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁の位相角とに基づいて、脈動制御弁34の現在の位相角が、上記ステップS106で算出した目標となる脈動制御弁の位相角に補正されるように、モータ234Aの駆動を制御する。   Then, in step S108, the controller 40 determines the rotation speed of the pulsation control valve 34 based on the rotation speed of the pulsation control valve 34 obtained based on the signal output from the pulsation control valve position sensor 34B in step S106. The drive speed of the motor 234A is corrected so that the rotation speed of the target pulsation control valve becomes the calculated target. Further, the controller 40 obtains the engine crank angle θ obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20 and the phase angle of the pulsation control valve obtained based on the signal output from the pulsation control valve position sensor 34B. Based on the above, the drive of the motor 234A is controlled so that the current phase angle of the pulsation control valve 34 is corrected to the target phase angle of the pulsation control valve calculated in step S106.

なお、第二実施形態に係るエンジン過給装置210の他の構成及び作用については、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of the engine supercharging apparatus 210 which concern on 2nd embodiment, since it is the same as that of 1st embodiment, description is abbreviate | omitted.

このように、本発明の第二実施形態に係るエンジン過給装置210によっても、圧縮機32の回転数及び吸気流量の組み合わせに基づいて、圧縮機にサージングが発生する危険性があると判定されたときに、エンジンの吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させて、吸気通路における圧縮機とエンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。   Thus, the engine supercharging device 210 according to the second embodiment of the present invention also determines that there is a risk of surging occurring in the compressor based on the combination of the rotational speed of the compressor 32 and the intake air flow rate. In this case, by operating the pulsation control valve in synchronization with the intake pulsation of the engine and adjusting the pressure of the intake air flowing between the compressor and the engine in the intake passage, the surging of the compressor can be stably performed. Occurrence can be suppressed.

[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について説明する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.

図12には、本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置310を備えたエンジンシステムS3の全体構成が示されている。   FIG. 12 shows an overall configuration of an engine system S3 including the engine supercharging device 310 according to the third embodiment of the present invention.

この図に示されるエンジンシステムS3には、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムS1に対し、エンジン過給装置10の代わりに、エンジン過給装置310が備えられている。エンジン過給装置310は、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジン過給装置10に対し、圧力センサ36、37及び流量計38の代わりに、圧力センサ336を備え、位相変更機構34Aの代わりに、モータ234Aを備えている。   The engine system S3 shown in this figure includes an engine supercharging device 310 instead of the engine supercharging device 10 with respect to the engine system S1 according to the first embodiment of the present invention described above. The engine supercharging device 310 is provided with a pressure sensor 336 instead of the pressure sensors 36 and 37 and the flow meter 38 with respect to the engine supercharging device 10 according to the first embodiment of the present invention described above. Instead, a motor 234A is provided.

圧力センサ336は、吸気通路26における圧縮機32の入口の内部圧力に応じた信号をコントローラ40に出力する構成とされている。   The pressure sensor 336 is configured to output a signal corresponding to the internal pressure at the inlet of the compressor 32 in the intake passage 26 to the controller 40.

コントローラ40は、圧力センサ336及びエンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて、脈動制御弁34を制御する構成とされている。コントローラ40の動作は、上記図3に示すフローチャートと同様である。   The controller 40 is configured to control the pulsation control valve 34 based on signals output from the pressure sensor 336 and the sensor in the engine body 20. The operation of the controller 40 is the same as the flowchart shown in FIG.

ただし、ステップS100では、コントローラ40は、圧力センサ336の出力信号を所定時間分だけ検出する。   However, in step S100, the controller 40 detects the output signal of the pressure sensor 336 for a predetermined time.

ステップS102では、コントローラ40は、圧力センサ336の出力信号の変化に基づいて、脈動制御弁34を作動させるか否かを判定する。例えば、圧力センサ336の出力信号の変化から得られる圧力の最大値Pmax、最小値Pminが、以下の式に示す条件を満たす場合には、圧縮機32の入口圧力の最大値Pmax、最小値Pminの組み合わせが、圧縮機32にサージングが発生する危険性があるときを示す運転条件を満たすと判断して、脈動制御弁34を作動させると判定し、一方、以下の式に示す条件を満たさない場合には、脈動制御弁34を作動させないと判定する。   In step S102, the controller 40 determines whether or not to operate the pulsation control valve 34 based on the change in the output signal of the pressure sensor 336. For example, when the maximum value Pmax and the minimum value Pmin of the pressure obtained from the change in the output signal of the pressure sensor 336 satisfy the conditions shown in the following equations, the maximum value Pmax and the minimum value Pmin of the inlet pressure of the compressor 32 Is determined to satisfy the operating condition indicating that there is a risk of occurrence of surging in the compressor 32, and the pulsation control valve 34 is determined to operate. On the other hand, the condition represented by the following expression is not satisfied. In this case, it is determined that the pulsation control valve 34 is not operated.

(Pmax−Pmin)/(Pmax+Pmin)>ε (Pmax−Pmin) / (Pmax + Pmin)> ε

ただし、εは、予め定められた閾値である。   However, ε is a predetermined threshold value.

ステップS106では、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジン回転数に基づいて、以下のように、目標となる脈動制御弁34の単位時間あたりの回転数を算出する。   In step S106, the controller 40, based on the engine speed obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20, as follows, the target engine speed of the pulsation control valve 34 as follows. Is calculated.

目標となる脈動制御弁の回転数=n/4×(エンジン回転数) Target pulsation control valve speed = n / 4 x (engine speed)

また、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、上記の第一実施形態と同様に、目標となる位相角φを算出する。   Further, the controller 40 calculates the target phase angle φ based on the engine crank angle obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20 as in the first embodiment.

ステップS108では、コントローラ40は、脈動制御弁位置センサ34Bから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁34の回転数に基づいて、脈動制御弁34の回転数が、上記ステップS106で算出した目標となる脈動制御弁の回転数となるように、モータ234Aの駆動速度を修正する。また、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、脈動制御弁位置センサ34Bから出力された信号に基づいて得られる脈動制御弁の位相角とに基づいて、脈動制御弁34の現在の位相角が、上記ステップS106で算出した目標となる脈動制御弁の位相角に補正されるように、モータ234Aの駆動を制御する。   In step S108, the controller 40 calculates the rotation speed of the pulsation control valve 34 in step S106 based on the rotation speed of the pulsation control valve 34 obtained based on the signal output from the pulsation control valve position sensor 34B. The drive speed of the motor 234A is corrected so as to be the target rotation speed of the pulsation control valve. Further, the controller 40 obtains the engine crank angle θ obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20 and the phase angle of the pulsation control valve obtained based on the signal output from the pulsation control valve position sensor 34B. Based on the above, the drive of the motor 234A is controlled so that the current phase angle of the pulsation control valve 34 is corrected to the target phase angle of the pulsation control valve calculated in step S106.

なお、第三実施形態に係るエンジン過給装置310の他の構成及び作用については、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of the engine supercharging apparatus 310 which concern on 3rd embodiment, since it is the same as that of 1st embodiment, description is abbreviate | omitted.

このように、本発明の第三実施形態に係るエンジン過給装置310によっても、圧縮機入口の圧力変動の大きさが閾値を超えた場合に、圧縮機にサージングが発生する危険性があると判定し、エンジンの吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させて、吸気通路における圧縮機とエンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整することにより、安定して、圧縮機のサージングの発生を抑制することができる。   Thus, even with the engine supercharging device 310 according to the third embodiment of the present invention, there is a risk of surging occurring in the compressor when the magnitude of the pressure fluctuation at the compressor inlet exceeds the threshold value. By determining and operating the pulsation control valve in synchronization with the intake pulsation of the engine and adjusting the pressure of the intake air flowing between the compressor and the engine in the intake passage, the occurrence of surging of the compressor stably Can be suppressed.

[第四実施形態]
次に、本発明の第四実施形態について説明する。
[Fourth embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

第四実施形態に係るエンジンシステムは、上述の本発明の第一実施形態に係るエンジンシステムS1に対し、脈動制御弁34の代わりに、図13に示す容積型のポンプ432が備えられている。   The engine system according to the fourth embodiment is provided with a positive displacement pump 432 shown in FIG. 13 in place of the pulsation control valve 34 with respect to the engine system S1 according to the first embodiment of the present invention described above.

容積型のポンプ432は、吸気通路26における圧縮機32の下流側に設けられており、ピストン432Aの作動により、吸気通路26の吸気流の吸い込み、吐き出しが可能な構成とされている。容積型のポンプ432は、クラッチ(図示省略)及び連結部を介して、エンジンの軸(カムシャフト)と連結しており、エンジン回転数に基づいて、以下の式に示すピストン432Aの単位時間あたりの回転数となるように、エンジンの駆動により直接駆動される。   The positive displacement pump 432 is provided in the intake passage 26 on the downstream side of the compressor 32, and is configured to be able to suck and discharge the intake air flow in the intake passage 26 by operation of the piston 432A. The positive displacement pump 432 is connected to an engine shaft (camshaft) via a clutch (not shown) and a connecting portion, and based on the engine speed, per unit time of the piston 432A shown in the following formula It is directly driven by driving the engine so that the number of revolutions becomes.

ピストンの回転数=n/4×(エンジン回転数) Piston speed = n / 4 x (engine speed)

ただし、nは気筒数であり、例えば、3である。   However, n is the number of cylinders, for example, 3.

また、エンジン過給装置は、容積型のポンプ432の現時点でのピストン位置(位相角)を変更するための位相変更機構(図示省略)と、現時点でのピストン位置(位相角)を検出するピストン位置センサ(図示省略)とを更に備えている。   The engine supercharging device also includes a phase change mechanism (not shown) for changing the current piston position (phase angle) of the positive displacement pump 432 and a piston for detecting the current piston position (phase angle). And a position sensor (not shown).

コントローラ40は、圧力センサ36、37、流量計38、及びエンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて、容積型のポンプ432を制御する構成とされている。コントローラ40の動作は、上記図3に示すフローチャートと同様である。   The controller 40 is configured to control the positive displacement pump 432 based on signals output from the pressure sensors 36 and 37, the flow meter 38, and the sensors in the engine body 20. The operation of the controller 40 is the same as the flowchart shown in FIG.

ただし、ステップS106では、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角に基づいて、目標となるピストン位置(位相角)φを算出する。   However, in step S106, the controller 40 calculates the target piston position (phase angle) φ based on the engine crank angle obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20.

ステップS108では、コントローラ40は、エンジン本体20内のセンサから出力された信号に基づいて得られるエンジンクランク角θと、ピストン位置センサから出力された信号に基づいて得られるピストン位置とに基づいて、容積型のポンプ432のピストン432Aの位置(位相角)が、上記ステップS106で算出した目標となるピストン位置(位相角)に補正されるように、位相変更機構を制御する。   In step S108, the controller 40, based on the engine crank angle θ obtained based on the signal output from the sensor in the engine body 20 and the piston position obtained based on the signal output from the piston position sensor, The phase change mechanism is controlled so that the position (phase angle) of the piston 432A of the positive displacement pump 432 is corrected to the target piston position (phase angle) calculated in step S106.

なお、第四実施形態に係るエンジン過給装置の他の構成及び作用については、第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。   In addition, about the other structure and effect | action of the engine supercharging apparatus which concern on 4th embodiment, since it is the same as that of 1st embodiment, description is abbreviate | omitted.

このように、容積型のポンプの吸い込み及び吐き出しを、吸気脈動流の流量変化を相殺するように動作させることで、圧縮機へ伝わる脈動流を減衰させ、サージングの発生を抑制することができる。   In this way, by operating the suction and discharge of the positive displacement pump so as to cancel out the change in the flow rate of the intake pulsating flow, the pulsating flow transmitted to the compressor can be attenuated and the occurrence of surging can be suppressed.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。   As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not limited above, Of course, it can change and implement variously within the range which does not deviate from the main point. .

なお、上記の第一実施形態〜第三実施形態において、脈動制御弁として、1方向に回転するバタフライ弁を用いる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、往復式の弁でもよいし、エンジン回転数と同等の応答性をもつ他の流量制御弁でもよい。   In the first to third embodiments, the case where a butterfly valve that rotates in one direction is used as the pulsation control valve has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a reciprocating valve is used. Alternatively, another flow control valve having a response equivalent to the engine speed may be used.

また、上記の第一実施形態、第二実施形態、及び第四実施形態において、流量計を用いて、吸気流量を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、コントローラにおいて、エンジン側で必要な吸気流量を計算する場合には、コントローラから、吸気流量を取得してもよい。   Moreover, in said 1st embodiment, 2nd embodiment, and 4th embodiment, although the case where the intake flow volume was detected using the flowmeter was demonstrated to the example, it is not limited to this. For example, in the controller, when calculating the intake flow rate required on the engine side, the intake flow rate may be acquired from the controller.

また、スロットル弁の開度から、吸気流量が減ると判断された場合にも、吸気脈動に同期して脈動制御弁を作動させるように制御してもよい。   Further, even when it is determined from the opening of the throttle valve that the intake flow rate is reduced, the pulsation control valve may be controlled to operate in synchronization with the intake pulsation.

10、210、310 エンジン過給装置
14 エンジン
20 エンジン本体
24 排気通路
26 吸気通路
32 圧縮機
34 脈動制御弁
34A 位相変更機構
34B 脈動制御弁位置センサ
36、37、336 圧力センサ
38 流量計
40 コントローラ
50 タービン
60 インペラ
234A モータ
236 回転数センサ
432 容積型のポンプ
432A ピストン
S1、S2、S3 エンジンシステム
10, 210, 310 Engine supercharger 14 Engine 20 Engine body 24 Exhaust passage 26 Intake passage 32 Compressor 34 Pulsation control valve 34A Phase change mechanism 34B Pulsation control valve position sensor 36, 37, 336 Pressure sensor 38 Flow meter 40 Controller 50 Turbine 60 Impeller 234A Motor 236 Speed sensor 432 Volumetric pump 432A Pistons S1, S2, S3 Engine system

Claims (9)

エンジンと接続された排気通路に設けられ、前記排気通路を流れる排気により回転されるタービンと、
前記エンジンと接続された吸気通路と、
前記吸気通路に設けられ、前記タービンと一体に回転されることで前記吸気通路を流れる吸気を圧縮する圧縮機と、
前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間を流れる吸気の圧力を調整する圧力調整部と、
前記圧縮機にサージングが発生する危険性があるときを示す予め定められた運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する制御部と、
を含むエンジン過給装置。
A turbine provided in an exhaust passage connected to the engine and rotated by exhaust flowing through the exhaust passage;
An intake passage connected to the engine;
A compressor that is provided in the intake passage and that compresses intake air flowing through the intake passage by being rotated integrally with the turbine;
A pressure adjustment unit that adjusts the pressure of intake air flowing between the compressor and the engine in the intake passage;
The pressure adjustment unit is controlled to adjust the pressure of the intake air in synchronization with the intake valve of the engine when a predetermined operating condition indicating that there is a risk of occurrence of surging in the compressor is satisfied. A control unit,
Including engine supercharger.
前記圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、
前記制御部は、前記運転条件を満たさないときに、圧力損失が最も小さくなる予め定められた開度となるように前記制御弁を制御する請求項1記載のエンジン過給装置。
The pressure adjusting unit is a control valve that is provided between the compressor and the engine in the intake passage and can control an opening degree,
2. The engine supercharging device according to claim 1, wherein the control unit controls the control valve so that a predetermined opening degree at which the pressure loss is minimized when the operating condition is not satisfied. 3.
前記圧力調整部は、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、開度が制御可能な制御弁であって、
前記制御部は、前記運転条件を満たすときに、前記吸気弁の開閉動作と逆位相となるように、前記制御弁の開閉動作を制御する請求項1又は2記載のエンジン過給装置。
The pressure adjusting unit is a control valve that is provided between the compressor and the engine in the intake passage and can control an opening degree,
3. The engine supercharging device according to claim 1, wherein the control unit controls the opening / closing operation of the control valve so as to have an opposite phase to the opening / closing operation of the intake valve when the operation condition is satisfied.
前記圧縮機より上流の吸気圧力と前記圧縮機より下流の吸気圧力との圧力比、及び前記吸気の流量とを取得する取得部を更に含み、
前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧力比及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧力比及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項1〜請求項3の何れか1項記載のエンジン過給装置。
An acquisition unit for acquiring a pressure ratio between an intake pressure upstream of the compressor and an intake pressure downstream of the compressor, and a flow rate of the intake air;
The control unit is synchronized with the intake valve of the engine when the operating condition regarding the combination of the pressure ratio and the intake air flow rate is satisfied based on the pressure ratio and the intake air flow rate acquired by the acquisition unit. The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure adjusting unit is controlled to adjust the pressure of the intake air.
前記圧縮機の単位時間あたりの回転数、及び前記吸気の流量を取得する取得部を更に含み、
前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量に基づいて、前記圧縮機の単位時間あたりの回転数及び前記吸気の流量の組み合わせに関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項1〜請求項3の何れか1項記載のエンジン過給装置。
An acquisition unit for acquiring the number of rotations of the compressor per unit time and the flow rate of the intake air;
The control unit relates to a combination of the number of rotations per unit time of the compressor and the flow rate of the intake air based on the number of rotations per unit time of the compressor and the flow rate of the intake air acquired by the acquisition unit. The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 3, wherein when the operating condition is satisfied, the pressure adjusting unit is controlled so as to adjust the pressure of the intake air in synchronization with the intake valve of the engine. .
前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化を取得する取得部を更に含み、
前記制御部は、前記取得部によって取得された前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に基づいて、前記圧縮機の吸気入口における吸気圧力の変化に関する前記運転条件を満たすときに、前記エンジンの吸気弁に同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項1〜請求項3の何れか1項記載のエンジン過給装置。
An acquisition unit for acquiring a change in intake pressure at the intake port of the compressor;
The control unit, based on the change in the intake pressure at the intake port of the compressor acquired by the acquisition unit, when the operating condition regarding the change in the intake pressure at the intake port of the compressor is satisfied, The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure adjusting unit is controlled so as to adjust the pressure of the intake air in synchronization with an intake valve.
前記圧力調整部を、前記吸気通路における前記圧縮機と前記エンジンとの間に設けられた、前記吸気の吸い込み及び吐き出しが可能な容積型のポンプとした請求項1記載のエンジン過給装置。   The engine supercharging device according to claim 1, wherein the pressure adjusting unit is a positive displacement pump provided between the compressor and the engine in the intake passage and capable of sucking and discharging the intake air. 前記取得部は、前記エンジンのクランク角を更に取得し、
前記圧力調整部は、前記エンジンの駆動に応じて前記吸気の圧力を調整し、
前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角、及び予め定められた前記エンジンの気筒数に基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項1〜請求項7の何れか1項記載のエンジン過給装置。
The acquisition unit further acquires a crank angle of the engine,
The pressure adjusting unit adjusts the pressure of the intake air according to the driving of the engine,
The control unit adjusts the pressure of the intake air in synchronization with the intake valve of the engine based on the crank angle of the engine acquired by the acquisition unit and a predetermined number of cylinders of the engine. The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 7, which controls the pressure adjusting unit.
前記取得部は、前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数を更に取得し、
前記制御部は、前記取得部によって取得された前記エンジンのクランク角及び前記エンジンの回転数と、予め定められた前記エンジンの気筒数とに基づいて、前記エンジンの吸気弁と同期して前記吸気の圧力を調整するように前記圧力調整部を制御する請求項1〜請求項7の何れか1項記載のエンジン過給装置。
The acquisition unit further acquires the crank angle of the engine and the rotational speed of the engine,
The control unit synchronizes with the intake valve of the engine based on the crank angle of the engine and the engine speed acquired by the acquisition unit, and a predetermined number of cylinders of the engine. The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 7, wherein the pressure adjusting unit is controlled to adjust the pressure of the engine.
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