JP2015137550A - Internal combustion engine turbocharging auxiliary system and internal combustion engine turbocharging auxiliary method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ式過給システムを備えた内燃機関の過渡状態時に、このターボ式過給システムのターボ式過給機のタービンより上流側の排気通路にタービンの回転を増加させる補助物質を供給する内燃機関の過給補助システム及びその過給補助方法に関する。 The present invention supplies an auxiliary substance that increases the rotation of the turbine to an exhaust passage upstream of the turbine of the turbocharger of the turbocharger system in a transient state of the internal combustion engine having the turbocharger system. The present invention relates to a supercharging assist system for an internal combustion engine and a supercharging assist method thereof.
ターボ式過給システムを備えた内燃機関では、負荷が急激に増加する過渡状態時では、吸気の過給圧力が目標圧力まで上がるのが遅れて吸気量が不足するターボラグの問題がある。このターボラグの問題は、EGR量の制限によるNOxの増加、空気量不足によるSoot(煤)及び未燃炭化水素の増加、供給燃料量の抑制による、発進や追い越し時に必要な加速性能の不足という問題に発展する。 In an internal combustion engine equipped with a turbo-type supercharging system, there is a problem of a turbo lag in which the amount of intake air is insufficient due to a delay in the increase of the intake air supercharging pressure to the target pressure in a transient state where the load increases rapidly. The problem with this turbo lag is that NOx increases due to the EGR amount restriction, soot (煤) and unburned hydrocarbons increase due to insufficient air amount, and the acceleration performance required for starting and overtaking is insufficient due to the suppression of the amount of fuel supplied. To develop.
このターボラグの問題を解消するために、ターボ式過給システムを備えた内燃機関の過渡状態時に、このターボ式過給システムのターボチャージャのタービンより上流側の排気通路に空気や水蒸気等の補助物質を供給することにより、タービンを通過するガス量を増大させて、これにより、タービンの仕事量を増大させ、タービンの回転速度を増加させる内燃機関が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。しかしながら、これらの内燃機関の提案に際しては、内燃機関の過渡状態時における、補助物質の供給量の制御手法についての具体的な提案はなされていない。 In order to solve the problem of the turbo lag, auxiliary substances such as air and water vapor are disposed in the exhaust passage upstream of the turbine of the turbocharger of the turbocharger system in a transient state of the internal combustion engine equipped with the turbocharger system. Has been proposed to increase the amount of gas passing through the turbine, thereby increasing the work of the turbine and increasing the rotational speed of the turbine (for example, Patent Documents 1 and 2). reference). However, in the proposal of these internal combustion engines, no specific proposal has been made regarding a method for controlling the supply amount of the auxiliary substance during the transient state of the internal combustion engine.
この補助物質の供給量に関しては、タービンの仕事量の増大には、供給する補助物質の比熱、温度、供給量が影響することから、適切な制御を行わなければ、補助物質の供給量の増大を招くこととなる。例えば、排気温度に比べて低温の気体や蒸発潜熱を必要とする液体を補助物質として必要以上に供給した場合は、後処理装置に供給される排気ガスの温度が低下するため、触媒の浄化率が低下する懸念がある。また、水や水蒸気の補助物質を必要以上に供給した場合は、排気通路の配管内に結露することによって、配管流路を塞ぎ、排気ガスの流れを阻害すると共に、温度変化により体積膨張するため、各装置の熱サイクル疲労を助長させる懸念がある。 Regarding the supply amount of this auxiliary material, the specific heat, temperature, and supply amount of the auxiliary material to be supplied influence the increase of the work amount of the turbine. Will be invited. For example, if a gas that is lower in temperature than the exhaust temperature or a liquid that requires latent heat of vaporization is supplied as an auxiliary substance more than necessary, the temperature of the exhaust gas supplied to the aftertreatment device will decrease, so the catalyst purification rate There is a concern that will decrease. In addition, when water or water vapor auxiliary substances are supplied more than necessary, condensation occurs in the piping of the exhaust passage, thereby blocking the piping flow path and hindering the flow of exhaust gas, and volume expansion due to temperature changes. There is a concern of promoting thermal cycle fatigue of each device.
一方、補助物質を必要以上に供給することは、経済面(コスト面)の悪化を招く上に、タービンより下流側の排気通路に設けられた装置、例えば、排気ガスに含有されるNOx、PM等を浄化する後処理装置などの性能を十分に発揮させることができなくなる上に、これらの装置の耐久性能を低下させる恐れもある。 On the other hand, supplying auxiliary substances more than necessary causes deterioration of the economy (cost), and is provided in an exhaust passage downstream of the turbine, such as NOx and PM contained in exhaust gas. The performance of post-treatment devices and the like that purify etc. cannot be fully exhibited, and the durability performance of these devices may be reduced.
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ターボ式過給システムを備えた内燃機関の過渡状態時に、このターボ式過給システムのターボ式過給機のタービンより上流側の排気通路にタービンの回転を増加させる補助物質を、最適な量で供給することができる内燃機関の過給補助システム及びその過給補助方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described situation, and an object of the present invention is to use a turbocharger turbine of the turbocharger system in a transient state of the internal combustion engine including the turbocharger system. It is an object to provide a supercharging assistance system for an internal combustion engine and a supercharging assistance method capable of supplying an auxiliary substance for increasing the rotation of a turbine in an upstream exhaust passage in an optimum amount.
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助システムは、ターボ式過給システムを備えた内燃機関の過渡状態時に、前記ターボ式過給システムのターボ式過給機のタービンより上流側の排気通路に前記タービンの回転を増加させる補助物質を供給する内燃機関の過給補助システムにおいて、補助物質の供給量を制御する制御装置が、過渡状態の後の前記ターボ式過給機のコンプレッサへの目標吸気流量と前記コンプレッサの下流の目標過給圧力に基づいて、前記タービンの目標回転速度を算出する目標回転速度算出手段と、過渡状態中の制御時の前記タービンの実回転速度を検出する実回転速度検出手段と、前記実回転速度を前記目標回転速度まで上昇させるのに必要な補助物質の必要供給量を算出する供給量算出手段と、前記必要供給量で補助物質を前記タービンより上流側の前記排気通路に供給する供給実施手段を備えて構成される。 In order to achieve the above object, a supercharging assist system for an internal combustion engine according to the present invention includes a turbocharger turbine of the turbocharger system in a transient state of the internal combustion engine provided with the turbocharger system. In a supercharging assist system for an internal combustion engine that supplies an auxiliary substance for increasing the rotation of the turbine to an upstream exhaust passage, a control device for controlling the supply amount of the auxiliary substance is the turbocharger after a transient state Target rotational speed calculation means for calculating a target rotational speed of the turbine based on a target intake air flow rate to the compressor and a target supercharging pressure downstream of the compressor, and an actual rotational speed of the turbine during control during a transient state An actual rotation speed detecting means for detecting the supply amount, a supply amount calculating means for calculating a necessary supply amount of an auxiliary substance required to increase the actual rotation speed to the target rotation speed, and Composed of auxiliary substances in main supply amount comprises a supply execution means for supplying to the exhaust passage upstream of the turbine.
この構成によれば、内燃機関の過渡状態時に、必要最低限の補助物質をタービンの上流に供給することにより、タービンの仕事量を増大させ、一時的にコンプレッサの過給圧力を回復させることで、ターボ式過給機の過渡応答を改善してドライバビリティを向上させると共に、排気ガスに含有されるNOx、Soot(煤)及び未燃炭化水素の増加を防ぐことができ、目標の機関性能を迅速に発揮させることができる。 According to this configuration, in the transient state of the internal combustion engine, by supplying the minimum necessary auxiliary material upstream of the turbine, the work of the turbine is increased, and the supercharging pressure of the compressor is temporarily recovered. In addition to improving the transient response of the turbocharger and improving drivability, the increase in NOx, soot and unburned hydrocarbons contained in the exhaust gas can be prevented, and the target engine performance can be reduced. It can be demonstrated quickly.
また、補助物質の供給量を必要最低限の量に抑えることができるため、コストを削減できることに加えて、タービンより下流側の排気通路に設けた後処理装置等への影響を極力少なくすることができる。 In addition, since the supply amount of auxiliary substances can be suppressed to the minimum necessary amount, the cost can be reduced and the influence on the aftertreatment device provided in the exhaust passage downstream from the turbine should be minimized. Can do.
さらに、この過給補助システム付きの内燃機関を備えた車両がアイドリングストップ等で急激な状態変化を伴った場合においても、迅速な制御が可能であることから、発進・加速だけでなく、内燃機関の始動及び停止にも活用でき、燃費向上を図ることができる。 Furthermore, even when a vehicle equipped with an internal combustion engine with a supercharging assist system is suddenly changed due to an idling stop or the like, rapid control is possible. Can be used for starting and stopping the engine, and fuel consumption can be improved.
また、上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、前記供給量算出手段が、前記排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が気体である場合は、補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、排気ガスの定圧比熱をCpexh、補助物質の温度をTinj、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の排気ガスと補助物質の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexhとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
上記の(1)式と(2)式に基づいて算出するように構成されると、排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が気体である場合において、上記の(1)式と(2)式を用いることにより、補助物質の必要供給量をより精度よく算出することができる。 When configured to calculate based on the above formulas (1) and (2), when the auxiliary substance is a gas when the auxiliary substance is supplied to the exhaust passage, the above formula (1) and ( 2) By using the formula, the required supply amount of the auxiliary substance can be calculated with higher accuracy.
また、上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、前記供給量算出手段が、前記排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が液体であり、補助物質の全量が、前記タービンを通過する前に蒸発するとの判断をした場合は、補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、補助物質の液体時の比熱をCliq、排気ガスの定圧比熱をCpexh、排気ガスと補助物質の混合ガスの定圧比熱をCpmix、補助物質の温度をTinj、補助物質の沸点をTinjνap、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexh、補助物質の蒸発潜熱をΔHinjνapとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
上記の(3)式と(4)式に基づいて算出するように構成されると、排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が液体である場合において、蒸発潜熱を考慮して、上記の(3)式と(4)式を用いることにより、補助物質の必要供給量をより精度よく算出することができる。 When configured to calculate based on the above equations (3) and (4), when the auxiliary material is liquid when supplying the auxiliary material to the exhaust passage, the latent heat of vaporization is considered and the above is considered. By using the equations (3) and (4), the required supply amount of the auxiliary substance can be calculated with higher accuracy.
また、上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、目標回転速度算出手段が、前記目標回転速度を、前記内燃機関を備える装置に設けた大気圧検出手段および吸気温度検出手段により検出された実大気圧および実吸気温度に基づいて補正するように構成されると、センサ等(大気圧検出手段および吸気温度検出手段)の検出値で補正を行うことにより、目標回転速度および実回転速度の推定精度を向上させることができるため、補助物質の必要供給量をより精度よく算出することができる。 Further, in the supercharging assist system for an internal combustion engine, the actual rotational speed detected by the target rotational speed calculation means is detected by the atmospheric pressure detection means and the intake air temperature detection means provided in the apparatus including the internal combustion engine. When the correction is made based on the atmospheric pressure and the actual intake air temperature, the target rotational speed and the actual rotational speed are estimated accurately by correcting the detected values of sensors (atmospheric pressure detection means and intake air temperature detection means). Therefore, the required supply amount of the auxiliary substance can be calculated with higher accuracy.
そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助方法は、ターボ式過給システムを備えた内燃機関の過渡状態時に、前記ターボ式過給システムのターボ式過給機のタービンより上流側の排気通路に前記タービンの回転を増加させる補助物質を供給する内燃機関の過給補助方法において、過渡状態の後の前記ターボ式過給機のコンプレッサへの目標吸気流量と前記コンプレッサの下流の目標過給圧力に基づいて、前記タービンの目標回転速度を算出すると共に、過渡状態中の制御時の前記タービンの実回転速度を検出し、該実回転速度を前記目標回転速度まで上昇させるのに必要な補助物質の必要供給量を算出し、前記必要供給量で補助物質を前記タービンより上流側の前記排気通路に供給することを特徴とする方法である。 And the supercharging assistance method of the internal combustion engine of the present invention for achieving the above-described object is provided by the turbocharger of the turbocharger system in a transient state of the internal combustion engine provided with the turbocharger system. In a supercharging assist method for an internal combustion engine for supplying an auxiliary substance for increasing the rotation of the turbine to an exhaust passage upstream of a turbine, a target intake air flow rate to the compressor of the turbocharger after a transient state and the compressor The target rotational speed of the turbine is calculated based on the target supercharging pressure downstream of the turbine, and the actual rotational speed of the turbine at the time of control during the transient state is detected, and the actual rotational speed is increased to the target rotational speed. In this method, a necessary supply amount of the auxiliary material necessary for the calculation is calculated, and the auxiliary material is supplied to the exhaust passage on the upstream side of the turbine with the necessary supply amount.
また、上記の内燃機関の過給補助方法において、前記排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が気体である場合は、補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、排気ガスの定圧比熱をCpexh、補助物質の温度をTinj、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の排気ガスと補助物質の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexhとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
上記の(1)式と(2)式に基づいて算出する。 It calculates based on said (1) Formula and (2) Formula.
また、上記の内燃機関の過給補助方法において、前記排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が液体であり、補助物質の全量が、前記タービンを通過する前に蒸発するとの判断をした場合は、補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、補助物質の液体時の比熱をCliq、排気ガスの定圧比熱をCpexh、混合ガスの定圧比熱をCpmix、補助物質の温度をTinj、補助物質の沸点をTinjνap、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexh、補助物質の蒸発潜熱をΔHinjνapとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
上記の(3)式と(4)式に基づいて算出する。 It calculates based on said (3) Formula and (4) Formula.
また、上記の内燃機関の過給補助方法において、前記目標回転速度および実回転速度を、実大気圧および実吸気温度に基づいて補正する。 In the supercharging assist method for the internal combustion engine, the target rotational speed and the actual rotational speed are corrected based on the actual atmospheric pressure and the actual intake air temperature.
これらの方法によれば、上記の内燃機関の過給補助システムと同様の効果を奏することができる。 According to these methods, the same effects as those of the supercharging assist system for the internal combustion engine can be obtained.
本発明の内燃機関の過給補助システム及びその過給補助方法によれば、内燃機関の過渡状態時に、必要最低限の供給量の補助物質をタービンの上流に供給することにより、タービンの仕事量を増大させ、一時的にコンプレッサの過給圧力を回復させることで、ターボ式過給機の過渡応答を改善してドライバビリティを向上させると共に、排気ガスに含有されるNOx、Soot(煤)及び未燃炭化水素の増加を防ぐことができ、目標の機関性能を迅速に発揮させることができる。 According to the supercharging assistance system and the supercharging assistance method of an internal combustion engine of the present invention, a work amount of the turbine is obtained by supplying a supplementary material with a minimum necessary supply amount upstream of the turbine in a transient state of the internal combustion engine. , And temporarily recovers the turbocharging pressure of the compressor, thereby improving the transient response of the turbocharger and improving the drivability, as well as NOx, Soot (煤) and The increase in unburned hydrocarbons can be prevented, and the target engine performance can be exhibited quickly.
また、補助物質の供給量を必要最低限に抑えることができるため、コストを削減できることに加えて、タービンより下流側の排気通路に設けた後処理装置等への影響を極力少なくすることができる。 Further, since the supply amount of the auxiliary substance can be suppressed to the minimum necessary, the cost can be reduced, and the influence on the aftertreatment device provided in the exhaust passage downstream from the turbine can be reduced as much as possible. .
さらに、この過給補助システム付きの内燃機関を備えた車両がアイドリングストップ等で急激な状態変化を伴った場合においても、迅速な制御が可能であることから、発進・加速だけでなく、内燃機関の始動及び停止でも活用でき、燃費向上を図ることができる。 Furthermore, even when a vehicle equipped with an internal combustion engine with a supercharging assist system is suddenly changed due to an idling stop or the like, rapid control is possible. It can be used even when starting and stopping the engine, and fuel consumption can be improved.
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システムについて、図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本発明の実施の形態の内燃機関の過給補助システム1を備えるエンジン(内燃機関)10は、エンジン本体11と吸気通路15と排気通路16とEGR通路17を備えている。また、エンジン本体11には、各気筒(シリンダ)毎に燃料噴射装置12(図1では、簡略化のため1個のみ図示)が備えられると共に、エンジン本体11と吸気通路15の接続口に吸気弁13を、エンジン本体11と排気通路16の接続口に排気弁14が備えられている。
Hereinafter, an internal combustion engine supercharging assist system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, an engine (internal combustion engine) 10 including an internal combustion engine supercharging assist system 1 according to an embodiment of the present invention includes an engine body 11, an
このエンジン本体11に吸気マニホールド(図示しない)を介して接続する吸気通路15には、上流側より順に、ターボチャージャ(ターボ式過給機)20のコンプレッサ20b、インタークーラー21、吸気バルブ22が設けられている。また、エンジン本体11に排気マニホールド(図示しない)を介して接続する排気通路16には、上流側より順に、ターボチャージャ20のタービン20a、後処理装置23が設けられている。そして、EGR通路17は、タービン20aより上流側の排気通路16とコンプレッサ20bより下流側の吸気通路15とを接続して設けられ、上流側より順に、EGRクーラー24、EGRバルブ25が設けられている。
An
そして、大気から導入される吸気(新気)Aが、コンプレッサ20b、インタークーラー21、吸気バルブ22を経由して、エンジン本体11に送られて、燃料噴射装置12より各気筒内に噴射された燃料と混合圧縮されて、燃料が燃焼することで、エンジン本体11に動力を発生させる。そして、この燃焼により発生した排気ガスGが、排気通路16に排出され、その一部がEGR通路17にEGRガスGeとして使用され、残りの排気ガスGo(=G−Ge)は、タービン20aを経由して後処理装置23により浄化されて、この浄化された排気ガスGcは、マフラー(図示しない)を経由して大気へ放出される。
The intake air (fresh air) A introduced from the atmosphere is sent to the engine body 11 via the
一方、ターボ式過給システム20Sを構成するターボチャージャ20では、タービン20aが排気ガスGのエネルギーを利用して回転駆動することで、このタービン20aに連結軸20cを介して直結しているコンプレッサ20bが駆動し、吸気Aを圧縮する。従って、このターボ式過給システム20Sを用いることで、吸気Aの過給圧力Pを高めると共に、吸気流量F(図示しない)を多くすることができるので、エンジン本体11で発生する動力を大きくすることができる。
On the other hand, in the
しかしながら、このターボ式過給システム20Sを備えたエンジン10を搭載した車両では、エンジン10の負荷が急激に増加する過渡状態時では、吸気Aの過給圧力Pが目標過給圧力まで上がるのが遅れ、吸気流量Fが不足するというターボラグの問題がある。
However, in a vehicle equipped with the
そこで、本発明に係る実施の形態では、このターボラグの問題を解消すべく、図1に示すように、エンジン10は過給補助システム1を備えて構成される。この過給補助システム1は、補助物質貯蔵タンク1aと供給ポンプ1bと熱交換器1cとヒーター1dと補助物質噴射装置1eを備えており、エンジン10の過渡状態時に、ターボ式過給システム20Sのターボチャージャ20のタービン20aより上流側の排気通路16に設けた補助物質噴射装置1eより、タービン20aの回転を増加させる補助物質Mを供給するシステムであり、これにより、タービン20aを通過するガス量(吸気量)を増大させ、タービン20aの仕事量を増大させ、タービン20aの回転速度を増加させる。ここで、エンジン10の過渡状態時とは、例えば自動車の場合、運転者がアクセルペダルを踏み込んで、車両が急発進したり急加速したりする時のエンジン10の運転状態をいう。
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the
この補助物質Mは、タービン20aの回転を増加できれば、気体、液体、固体の如何なるものでも良いが、圧縮空気、排気ガス、あるいは水蒸気等のように比熱の大きな物質を用いることが好ましい。また、この補助物質Mは、少ない量で効率良くタービン20aの回転を増加できるように、補助物質貯蔵タンク1aより供給ポンプ1bを介して圧送される補助物質Mを、熱交換器1cで排気ガスGoやEGRガスGeと熱交換したり、ヒーター1dで加熱したりして、温度上昇させてから、補助物質噴射装置1eを介してタービン20aより上流側の排気通路16に供給することが好ましい。ただし、補助物質Mが排気通路16に供給される前に、補助物質Mを加熱して温度上昇させることができればよく、必ずしも上記した熱交換器1cやヒーター1dを設けることに限定されない。
The auxiliary substance M may be any of gas, liquid, and solid as long as the rotation of the
そして、過給補助システム1は、補助物質Mの供給量の制御等、過給補助システム1の制御を行う制御装置41を備えて構成される。この制御装置41には、図1に示すように、エンジン10に備えた流量センサ30、圧力センサ31、回転センサ32、排気ガス用温度センサ33、補助物質用温度センサ34、大気圧センサ35及び吸気温度センサ36等の情報が入力される。また、制御装置41は、これらの各種センサの情報に基づいて、供給ポンプ1bの出力及び補助物質噴射装置1eを制御することで、補助物質Mの供給量を制御する。
The supercharging assistance system 1 includes a
また、この制御装置41は、エンジン10に備えた各種センサ、またはエンジン10を搭載した装置に備えた各種センサの情報に基づいて、燃料噴射装置12の燃料噴射制御やEGRバルブ25の開度制御等、エンジン10の全般の制御や車両の全般の制御を行う全体システム制御装置40に組み込まれて構成される。なお、図1では、制御装置41への入力信号を一点鎖線、全体システム制御装置40及び制御装置41からの出力信号を二点鎖線で示している。
Further, the
ここで、上述した各種センサについて説明する。流量センサ30は、コンプレッサ20bより上流側の吸気通路15に設けられ、ターボチャージャ20のコンプレッサ20bへの吸気流量Fを検出するセンサである。圧力センサ31は、コンプレッサ20bとインタークーラー21との間に設けられ、コンプレッサ20bを通過後の吸気Aの過給圧力Pを検出するセンサである。インタークーラー21または吸気バルブ22の圧力損失を吸入空気量より計算し、コンプレッサ20bを通過後の圧力を推定する場合は、圧力センサ31はインタークーラー21または吸気バルブ22の下流側に設置してもよい。回転センサ32は、ターボチャージャ20の連結軸20cに設けられ、タービン20aの実際の回転速度Naを検出するセンサである。排気ガス用温度センサ33は、補助物質噴射装置1eより上流側の排気通路16に設けられ、タービン20aを通過する前の排気ガスGoの温度Texh_inを検出するセンサである。補助物質用温度センサ34は、ヒーター1dと補助物質噴射装置1eの間の供給通路に設けられ、補助物質Mの温度Tinjを検出するセンサである。大気圧センサ35は、大気の圧力(実大気圧)P0を検出するセンサである。そして、吸気温度センサ36は、エンジン10の吸気通路15に流入する吸気流量Fの温度T0を検出するセンサである。
Here, the various sensors described above will be described. The
そして、本発明に係るエンジン10の過給補助システム1は、補助物質Mの供給量を制御する制御装置41が、過給状態が終わった後の目標の状態におけるターボチャージャ20のコンプレッサ20bへ吸気Aが供給されるときの目標吸気流量Fとコンプレッサ20bの下流の吸気Aの目標過給圧力Pに基づいて、タービン20aの目標回転速度Nrを算出する目標回転速度算出手段41aと、過渡状態中の制御時のタービン20aの実回転速度Naを検出する実回転速度検出手段41bと、タービン20aの実回転速度Naをタービン20aの目標回転速度Nrまで上昇させるのに必要な補助物質Mの必要供給量Winjminを算出する供給量算出手段41cと、補助物質Mを必要供給量Winjmin分、タービン20aより上流側の排気通路16に供給する供給実施手段41dを備えて構成される。
Then, in the supercharging assist system 1 for the
この制御装置41の構成を、図2に簡易的に示す。また、過渡状態後の目標の状態での目標吸気流量Fと目標過給圧力Pは、過渡状態前のエンジン回転速度と負荷(又は燃料噴射量)と過渡状態の開始である変化したアクセル開度等から、予め設定されたマップデータ等を参照して算出される。
The configuration of the
また、コンプレッサ20bの目標回転速度は、タービン20aの目標回転速度でもあるが、コンプレッサ20bの回転速度は供給流量と過給圧力によって決まるので、予め、エンジン10の定常時の各運転状態で、流量センサ30で吸気流量Fは、圧力センサ31で過給圧力Pは、回転センサ32で実回転速度Naは検出しておき、吸気流量Fと過給圧力Pに対しての実回転速度Naをマップデータなどで記憶しておき、このマップデータを用いて、目標吸気流量Fと目標過給圧力Pに対して目標回転速度Nrを算出する。また、吸気流量とコンプレッサ20bの前後の圧力比によっても回転速度が決まるので、目標吸気流量Fとコンプレッサ20bの前後の圧力比Rpによって、目標回転速度Nrを算出するように目標回転速度算出手段41aを構成してもよい。実回転速度Naは、吸気流量Fと過給圧力Pによって表せられるため、回転センサ32を使用せず、流量センサ30および圧力センサ31で計測した値から推定してもよい。
The target rotational speed of the
さらに、目標回転速度算出手段41aが、目標回転速度Nrを、エンジン10を備える装置に設けた大気圧センサ(大気圧検出手段)35および吸気温度センサ36(吸気温度検出手段)等により検出された実大気圧P0及び実吸気温度T0に基づいて補正するように構成されると、大気圧センサ35及び吸気温度センサ36等の検出値で補正を行うことにより、目標回転速度Nrの推定精度を向上させることができるため、補助物質Mの必要供給量Winjminをより精度よく算出することができるようになる。上記、吸気流量Fと過給圧力Pにより実回転速度Naを推定する場合には、目標回転速度Nrと同様に大気圧センサ35及び吸気温度センサ36等の検出値で補正を行うことにより、実回転速度Naの計算精度を向上することができる。
Further, the target rotational speed calculation means 41a detects the target rotational speed Nr by an atmospheric pressure sensor (atmospheric pressure detection means) 35 and an intake air temperature sensor 36 (intake air temperature detection means) provided in a device including the
そして、制御装置41の供給量算出手段41aは、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが気体である場合は、補助物質Mの気体時の定圧比熱をCpinj、排気ガスGoの定圧比熱をCpexh、補助物質Mの温度をTinj、タービン20aを通過する前の排気ガスGoの温度をTexh_in、タービン20aを通過する前の排気ガスGoと補助物質Mの混合ガスGmixの温度をTmix_in、タービン20aを通過する排気ガスGoの流入量をWexhとしたときに、供給量算出手段41cにて、タービン20aを通過する補助物質Mの必要供給量Winjminを、下記の(1)式と(2)式に基づいて算出するように構成される。
なお、各比熱(Cpinj、Cpexh)の単位は[J/K・g]、各温度(Tinj、Texh_in、Tmix_in)の単位は[K]、各流量(Wexh、Winjmin)の単位は[kg/s]とする。 The unit of each specific heat (C pinj , C pexh ) is [J / K · g], the unit of each temperature (T inj , T exh_in , T mix_in ) is [K], and each flow rate (W exh , W injmin ). The unit of is [kg / s].
これにより、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが気体である場合は、上記の(1)式と(2)式を用いることにより、補助物質Mの必要供給量Winjminを精度よく算出することができる。
Accordingly, when the auxiliary substance M is a gas when the auxiliary substance M is supplied to the
なお、上記の(1)式と(2)式を用いることにより、補助物質Mの必要供給量の下限値Winjminを算出するが、補助物質Mの必要供給量の上限値Winjmaxは、予め実施された実験等の結果により予め設定され、例えば、この下限値Winjminの10倍等として設定される。 The lower limit value W injmin of the necessary supply amount of the auxiliary substance M is calculated by using the above equations (1) and (2). The upper limit value W injmax of the necessary supply amount of the auxiliary substance M is calculated in advance. For example, the lower limit value W injmin is set to 10 times the lower limit value W injmin or the like.
更に、制御装置41の供給量算出手段41aは、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが液体であり、補助物質Mの全量が蒸発するとの判断をした場合は、補助物質Mの気体時の定圧比熱をCpinj、補助物質Mの液体時の比熱をCliq、排気ガスGoの定圧比熱をCpexh、混合ガスGmixの定圧比熱をCpmix、補助物質Mの温度をTinj、補助物質Mの沸点をTinjνap、タービン20aを通過する前の排気ガスGoの温度をTexh_in、タービン20aを通過する前の混合ガスGmixの温度をTmix_in、タービン20aを通過する排気ガスGoの流入量をWexh、補助物質Mの蒸発潜熱をΔHinjνapとしたときに、供給量算出手段41cにて、タービン20aを通過する補助物質Mの必要供給量Winjminを下記の(3)式と(4)式に基づいて算出するように構成される。
ここでも、各比熱(Cpinj、Cpexh、Cliq、Cpmix)の単位は[J/K・g]、各温度(Tinj、Texh_in、Tmix_in、Tinjνap)の単位は[K]、蒸発潜熱(ΔHinjνap)の単位は[J/K]、各流量(Wexh、Winjmin)の単位は[kg/s]とする。 Here, the unit of each specific heat (C pinj , C pexh , C liq , C pmix ) is [J / K · g], and the unit of each temperature (T inj , T exh_in , T mix_in , T inj ν ap ) is [ K], the unit of latent heat of evaporation (ΔH inj ν ap ) is [J / K], and the unit of each flow rate (W exh , W injmin ) is [kg / s].
これにより、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが液体である場合において、蒸発潜熱ΔHinjνapを考慮して、上記の(3)式と(4)式を用いることにより、補助物質Mの必要供給量Winjminをより精度よく算出することができる。
Thus, when the auxiliary substance M is supplied to the
なお、上記の(3)式と(4)式を用いることにより、補助物質Mの必要供給量の下限値Winjminを算出するが、補助物質Mの必要供給量の上限値Winjmaxは、予め実施された実験等の結果により予め設定され、例えば、この下限値Winjminの10倍等として設定される。 The lower limit value W injmin of the required supply amount of the auxiliary substance M is calculated by using the above equations (3) and (4), but the upper limit value W injmax of the required supply amount of the auxiliary substance M is calculated in advance. For example, the lower limit value W injmin is set to 10 times the lower limit value W injmin or the like.
また、上記の(1)式と(3)式は同一の計算式であるが、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが気体である場合に用いる式と、補助物質Mが液体である場合に用いる式とを明確に区別するため、異なる番号の計算式にしている。
Further, the above formulas (1) and (3) are the same calculation formula, but when the auxiliary substance M is supplied to the
必要供給量Winjminの計算に必要な混合ガスGmixの温度Tmix_inを計算するための上記の(2)式と(4)式は、必要供給量Winjminの値が必要となるため、(1)式と(2)式、あるいは(3)式と(4)式を数回反復計算して収束解を得ることにより、必要供給量Winjminが算出される。 Required supply quantity W Injmin calculation for mixing gas Gmix temperature T Mix_in a for calculating the above required (2) and (4), since it is necessary to value required supply quantity W injmin, (1 ) And (2), or (3) and (4) are iteratively calculated several times to obtain a convergent solution, whereby the required supply amount W injmin is calculated.
なお、補助物質Mの全量が蒸発するか否かの判断に関しては、少なくとも、排気ガス用温度センサ33で検出した排気ガスGoの温度Texh_inが補助物質Mの沸点Tinjνapよりも高いだけでなく、この排気ガスGoと蒸発した補助物質Mの混合ガスGmixの温度Tmix_inが補助物質Mの沸点Tinjνap以上になることが必要である。言い換えれば、排気ガスGoが持つ沸点Tinjνapから温度Texh_inまでの熱量が、補助物質Mを補助物質Mの温度Tinjから沸点Tinjνapまで昇温するための熱量と、補助物質Mの蒸発に必要な蒸発潜熱による熱量の和よりも大きい必要がある。
Regarding the determination of whether or not the total amount of the auxiliary substance M evaporates, at least the temperature T exh_in of the exhaust gas Go detected by the exhaust
従って、補助物質Mの全量を蒸発させるか否かの判断は、タービン20aを通過する前の排気ガスGoの温度Texh_inと排気ガスGoの流量と、補助物質Mの沸点Tinjνapから、排気ガスGoが持つ沸点Tinjνapから温度Texh_inまでの熱量を算出し、この熱量が、補助物質Mの供給量と供給時の温度Tinjから沸点Tinjνapまでの熱量と補助物質Mの蒸発に必要な熱量の和よりも大きいか否かで判断することができる。
Accordingly, whether or not the entire amount of the auxiliary substance M is evaporated is determined based on the temperature T exh_in of the exhaust gas Go before passing through the
この排気ガスGoの流量は、吸気流量Fと燃料噴射量で算出でき、排気ガスGoの温度Texh_inは、排気ガス用温度センサ33で検出でき、予め設定されたマップデータ等を参照して算出するか、各種センサの信号と燃料噴射量から計算してもよい。また、補助物質Mの供給量は必要供給量Winjminを用いることができるが、計算の簡便化のために予め設定した判断用供給量Wcを用いることができ、補助物質Mの温度Tinjは補助物質用温度センサ34で検出することができる。
The flow rate of the exhaust gas Go can be calculated by the intake flow rate F and the fuel injection amount, and the temperature T exh_in of the exhaust gas Go can be detected by the exhaust
次に、上記の実施の形態の内燃機関の過給補助システム1における内燃機関の過給補助方法について、図3の制御フローを参照しながら説明する。図3の制御フローは、エンジン10を備える自動車を想定し、車両の発進時や加速時等の過渡状態、すなわち、アクセルなどが踏み込まれて、エンジン10の過渡状態が発生すると判断された時に、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、図3の制御フローの制御を実施して、エンジン10が過渡状態から定常状態に移行したときに、リターンして上級の制御フローに戻る。そして、次の過渡状態が発生すると判断された時に上級の制御フローから呼ばれて、エンジン10の過渡状態中は繰り返し実施されるものとして示してある。
Next, the supercharging assistance method for the internal combustion engine in the supercharging assistance system 1 for the internal combustion engine of the above embodiment will be described with reference to the control flow of FIG. The control flow in FIG. 3 assumes an automobile equipped with the
この図3の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップS11にて、エンジン10が過渡状態であるか否かを判定する。この判定は、エンジン回転速度が変化している途中であるか、アクセルによる要求出力が過渡状態であるか等で判定することができる。
When the control flow of FIG. 3 is called from an advanced control flow and started, it is determined in step S11 whether or not the
このステップS11の判定で、エンジン10が過渡状態でない場合(NO)は、リターンに行って本制御フローを終了し、上級の制御フローに戻る。一方、エンジン10が過渡状態である場合(YES)は、ステップS12に進み、ターボチャージャ20のコンプレッサ20bへの吸気流量Fとコンプレッサ20bの下流の吸気Aの過給圧力Pに基づいて、タービン20aの目標回転速度Nrを算出し、ステップS13に進む。なお、ここで、タービン20aの目標回転速度Nrを、エンジン10を備える車両に設けた大気圧センサ35及び吸気温度センサ36等により検出された実大気圧P0および実吸気温度T0に基づいて補正すると、目標回転速度Nrの推定精度を向上させることができ、補助物質Mの必要供給量Winjminをより精度よく算出することができる。
If it is determined in step S11 that the
ステップS13では、エンジン10の過渡状態時におけるタービン20aの実回転速度Naを検出する。回転センサ32を使用せず、流量センサ30および圧力センサ31で計測した値から実回転速度Naを推定する場合、上記と同様に実大気圧P0および実吸気温度T0に基づいて補正すると実回転速度Naの推定精度を向上させることができる。次のステップS14では、目標回転速度Nrと実回転速度Naとの間に、実験等により予め設定した値Ng以上の差があり、補助物質Mの供給が必要であるか否かを判定する。この判定は、Nr−Na≧Ngが成立するか否かで判定する。Nr−Na≧Ngが成立しないと判定した場合(NO)は、補助物質Mの供給が必要でないとし、リターンに行く。Nr−Na≧Ngが成立すると判定した場合(YES)は、補助物質Mの供給が必要であるとし、ステップS15に進む。
In step S13, the actual rotational speed Na of the
ステップS15では、タービン20aの実回転速度Naを、タービン20aの目標回転速度Nrまで上昇させるのに必要な補助物質Mの必要供給量Winjminを算出し、ステップS16に進む。
In step S15, the required supply amount Winjmin of the auxiliary substance M necessary for increasing the actual rotational speed Na of the
このステップS15では、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが気体である場合は、補助物質Mの気体時の定圧比熱をCpinj、排気ガスGoの定圧比熱をCpexh、補助物質Mの温度をTinj、タービン20aを通過する前の排気ガスGoの温度をTexh_in、タービン20aを通過する前の排気ガスGoと補助物質Mの混合ガスGmixの温度をTmix_in、タービン20aを通過する排気ガスGoの流入量をWexhとしたときに、タービン20aを通過する補助物質Mの必要供給量Winjminを下記の(1)式と(2)式に基づいて算出する
これにより、補助物質Mの必要供給量Winjminをより精度よく算出することができる。 Thereby, the required supply amount Winjmin of the auxiliary substance M can be calculated more accurately.
また、ステップS15で、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが液体であり、補助物質Mの全量が蒸発するとの判断をした場合は、補助物質Mの気体時の定圧比熱をCpinj、補助物質Mの液体時の比熱をCliq、排気ガスGoの定圧比熱をCpexh、混合ガスGmixの定圧比熱をCpmix、補助物質Mの温度をTinj、補助物質Mの沸点をTinjνap、タービン20aを通過する前の排気ガスGoの温度をTexh_in、タービン20aを通過する前の混合ガスGoの温度をTmix_in、タービン20aを通過する排気ガスGoの流入量をWexh、補助物質Mの蒸発潜熱をΔHinjνapとしたときに、タービン20aを通過する補助物質Mの必要供給量Winjminを下記の(3)式と(4)式に基づいて算出する。
これにより、補助物質Mの必要供給量Winjminをより精度よく算出することができる。 Thereby, the required supply amount Winjmin of the auxiliary substance M can be calculated more accurately.
そして、ステップS16で、供給ポンプ1bを駆動して、補助物質貯蔵タンク1aに貯蔵された補助物質Mを補助物質噴射装置1eに圧送して、この補助物質噴射装置1eより補助物質Mを供給量Winj分、タービン20aより上流側の排気通路16に供給して、予め設定した制御時間を経過後に、ステップS11に戻る。
In step S16, the
図4に補助物質Mの供給量Winjの計算に用いる参照マップの例を示す。目標回転速度Nrと実回転速度Naとの差が大きくなるに従い、供給量を増大するように供給すると、より迅速に、実回転速度Naを目標回転速度Nrまで上昇させることができる。参照マップは必要供給量Winjminの倍数として目標回転速度Nrと実回転速度Naとの差によらず一定とする、あるいは供給量Winjを増加する変化量が一定としなくてもよい。 FIG. 4 shows an example of a reference map used for calculating the supply amount W inj of the auxiliary substance M. When the supply amount is increased so that the difference between the target rotation speed Nr and the actual rotation speed Na increases, the actual rotation speed Na can be increased to the target rotation speed Nr more quickly. The reference map may be constant regardless of the difference between the target rotational speed Nr and the actual rotational speed Na as a multiple of the required supply amount W injmin , or the amount of change that increases the supply amount Winj may not be constant.
そして、戻ったステップS11で、ステップS11〜ステップS16を繰り返すが、ステップS11で、エンジン10が過渡状態でないと判定した場合(NO)や、ステップS14で、補助物質Mの供給が必要でないと判定した場合(NO)は、補助物質Mの供給を停止して、リターンに行って本制御フローを終了し、上級の制御フローに戻る。
And in step S11 which returned, step S11-step S16 are repeated, but when it determines with the
なお、本制御フローの途中で、エンジン10が停止するときには、割り込みが生じてリターンに行って本制御フローを終了し、上級の制御フローに戻り、そして、エンジン10が運転停止すると、図3の制御フローもこの上級の制御フローの終了と共に終了する。
When the
上記の構成のエンジン10の過給補助システム1及びその制御方法によれば、エンジン10の過渡状態時に、必要最低限の補助物質Mをタービン20aの上流に供給することにより、タービン20aの仕事量を増大させ、一時的にコンプレッサ20bの過給圧力Pを回復させることで、ターボチャージャ20の過渡応答を改善してドライバビリティを向上させると共に、排気ガスGoに含有されるNOx、Soot(煤)及び未燃炭化水素の増加を防ぐことができ、目標の機関性能を迅速に発揮させることができる。
According to the supercharging assistance system 1 and the control method thereof for the
また、補助物質Mの供給量を必要最低限の量に抑えることができるため、コストを削減できることに加えて、タービン20aより下流側の排気通路16に設けた後処理装置23等への影響を極力少なくすることができる。
Further, since the supply amount of the auxiliary substance M can be suppressed to the minimum necessary amount, the cost can be reduced, and in addition, the influence on the
さらに、この過給補助システム付きのエンジン10を備えた自動車を想定した場合は、車両がアイドリングストップ等で急激な状態変化を伴った場合においても、迅速な制御が可能であることから、発進・加速だけでなく、エンジン10の始動及び停止でも活用でき、燃費向上を図ることができる。
Further, assuming an automobile equipped with the
以下に、上記の(1)式〜(4)式の導出について説明する。一般に、ターボチャージャ20のタービン20aの軸トルクTqturbineは、下記の(5)式と(6)式を用いることで算出される。
ここで、ガスの定圧比熱をCp、タービン20aを通過する質量流量をW、連結軸20cの回転速度をN、タービン20aの入口の温度をTin、タービン20aの出口の温度をTout、タービン20aの入口の圧力をPin、タービン20aの出口の圧力をPout、ηturbineをタービン効率、κを比熱比としている。
Here, C p is the constant pressure specific heat of the gas, W is the mass flow rate passing through the
上記の(5)式を用いて、補助物質Mを供給しない場合のタービン20aの軸トルクTqw/ogasは下記の(7)式で、補助物質Mを供給する場合のタービン20aの軸トルクTqw/gasは下記の(8)式で表される。
ここで、排気ガスGoの定圧比熱をCpexh、混合ガスGmixの定圧比熱をCpmix、タービン20aを通過する排気ガスGoの流入量をWexh、タービン20aを通過する前の排気ガスGoの温度をTexh_in、タービン20aを通過後の排気ガスGoの温度をTexh_out、タービン20aを通過する前の混合ガスGmixの温度Tmix_in、タービン20aを通過後の混合ガスGoの温度をTmix_outとしている。
Here, the constant pressure specific heat of the exhaust gas Go is C pexh , the constant pressure specific heat of the mixed gas Gmix is C pmix , the inflow amount of the exhaust gas Go passing through the
そして、補助物質Mを供給しない状態から、タービン20aの実回転速度Naを上昇させ、コンプレッサ20bの過給圧力Pを高めるには、補助物質Mを供給しない場合のタービン20aの軸トルクTqw/ogasより、補助物質Mを供給した後のタービン20aの軸トルクTqw/gasを高めればよい。すなわち、上記の(7)式の右辺<上記の(8)式の右辺が成立すればよい。この不等式を整理していくと、下記の(9)式のようになる。
ここで、タービン20aの上流に補助物質Mを供給した瞬時には、ターボチャージャ20が慣性力を有することから、実回転速度Naはすぐには変化せず、タービン20aの効率は供給した直後での変化量は少なく、また供給する補助物質Mの量が排気ガスGoの流量に対して少量である場合には、タービン20aの前後の圧力はさほど変化しない。また比熱比κの影響も小さいことから、上記の(9)式を簡略化すると、上記の(1)式と(3)式を導出することができる。
Here, at the instant when the auxiliary substance M is supplied upstream of the
一方、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが気体である場合、排気ガスGoとの混合ガスGmixの温度はエンタルピーが保存されるとして、下記の(10)式のように表せられる。
上記の(10)式を整理して、上記の(2)式を導出することができる。 The above equation (2) can be derived by rearranging the above equation (10).
また、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが液体である場合、噴射した液体が全て気体となると仮定すると、排気ガスGoとの混合ガスGmixの温度はエンタルピーが保存されるとして、下記の(11)式のように表せられる。
上記の(11)式を整理して、上記の(4)式を導出することができる。 By arranging the above equation (11), the above equation (4) can be derived.
なお、上記の(1)式と(2)式により、下記の(12)式を導くことができるため、制御装置41が、排気通路16への補助物質Mの供給時に、補助物質Mが気体である場合は、この(12)式に基づいて、タービン20aを通過する補助物質Mの必要供給量Winjを算出する制御を行うように構成してもよい。また、より高精度に制御する必要がある場合、(9)式によりタービン20aを通過する補助物質Mの必要供給量Winjminを算出する制御を行うように構成してもよい。
1 過給補助システム
1a 補助物質貯蔵タンク
1b 供給ポンプ
1c 熱交換器
1d ヒーター
1e 補助物質噴射装置
10 エンジン(内燃機関)
11 エンジン本体
12 燃料噴射装置
13 吸気弁
14 排気弁
15 吸気通路
16 排気通路
17 EGR通路
20S ターボ式過給システム
20 ターボチャージャ(ターボ式過給機)
20a タービン
20b コンプレッサ
20c 連結軸
21 インタークーラー
22 吸気バルブ
23 後処理装置
24 EGRクーラー
25 EGRバルブ
30 流量センサ
31 圧力センサ
32 回転センサ
33 排気ガス用温度センサ
34 補助物質用温度センサ
35 大気圧センサ
36 吸気温度センサ
40 全体システム制御装置
41 制御装置
41a 目標回転速度算出手段
41b 実回転速度検出手段
41c 供給量算出手段
41d 供給実施手段
M 補助物質
Cpinj 補助物質の気体時の定圧比熱
Cliq 補助物質の液体時の比熱
Cpexh 排気ガスの定圧比熱
Tinj 補助物質の温度
Tinjνap 補助物質の沸点
Texh_in タービンを通過する前の排気ガスの温度
Tmix_in タービンを通過する前の排気ガスと補助物質の混合ガスの温度
RTmix_in 排気ガス温度領域
ΔHinjνap 補助物質の蒸発潜熱
Wexh タービンを通過する排気ガスの流入量
Winj タービンを通過する補助物質の供給量
Winjmin タービンを通過する補助物質の必要供給量
Winjmax タービンを通過する補助物質の最大供給量
Wc 判断用供給量
Na タービンの実回転速度
Nr タービンの目標回転速度
Ng 予め設定した値
A 吸気(新気)
P 吸気の過給圧力
F 吸気流量
G、Go 排気ガス
Gmix 混合ガス
Gc 浄化処理された排気ガス
Ge EGRガス
P0 実大気圧
T0 吸気温度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Engine
P Intake supercharging pressure F Intake flow rate G, Go Exhaust gas Gmix Mixed gas Gc Purified exhaust gas Ge EGR gas P 0 Actual atmospheric pressure T 0 Intake temperature
Claims (8)
補助物質の供給量を制御する制御装置が、
過渡状態の後の前記ターボ式過給機のコンプレッサへの目標吸気流量と前記コンプレッサの下流の目標過給圧力に基づいて、前記タービンの目標回転速度を算出する目標回転速度算出手段と、
過渡状態中の制御時の前記タービンの実回転速度を検出する実回転速度検出手段と、
前記実回転速度を前記目標回転速度まで上昇させるのに必要な補助物質の必要供給量を算出する供給量算出手段と、
前記必要供給量で補助物質を前記タービンより上流側の前記排気通路に供給する供給実施手段を備えて構成されることを特徴とする内燃機関の過給補助システム。 An internal combustion engine that supplies an auxiliary substance that increases the rotation of the turbine to an exhaust passage upstream of the turbine of the turbocharger of the turbocharger in a transient state of the internal combustion engine provided with the turbocharger In the supercharging assistance system of
A control device that controls the supply amount of auxiliary substances
Target rotational speed calculation means for calculating a target rotational speed of the turbine based on a target intake air flow rate to the compressor of the turbocharger after the transient state and a target supercharging pressure downstream of the compressor;
An actual rotational speed detecting means for detecting an actual rotational speed of the turbine during control during a transient state;
A supply amount calculating means for calculating a necessary supply amount of an auxiliary substance required to increase the actual rotation speed to the target rotation speed;
A supercharging assist system for an internal combustion engine, comprising supply execution means for supplying an auxiliary substance to the exhaust passage upstream of the turbine at the required supply amount.
前記排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が気体である場合は、
補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、排気ガスの定圧比熱をCpexh、補助物質の温度をTinj、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の排気ガスと補助物質の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexhとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
When the auxiliary substance is a gas when supplying the auxiliary substance to the exhaust passage,
The constant pressure specific heat at the time of gas of the auxiliary substance is C pinj , the constant pressure specific heat of the exhaust gas is C pexh , the temperature of the auxiliary substance is T inj , the temperature of the exhaust gas before passing through the turbine is T exh_in , and before passing through the turbine When the temperature of the mixed gas of the exhaust gas and the auxiliary substance is T mix_in and the inflow amount of the exhaust gas passing through the turbine is W exh , the required supply amount W injmin of the auxiliary substance passing through the turbine is
前記排気通路への補助物質の供給時に、補助物質が液体であり、補助物質の全量が、前記タービンを通過する前に蒸発するとの判断をした場合は、
補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、補助物質の液体時の比熱をCliq、排気ガスの定圧比熱をCpexh、排気ガスと補助物質の混合ガスの定圧比熱をCpmix、補助物質の温度をTinj、補助物質の沸点をTinjνap、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexh、補助物質の蒸発潜熱をΔHinjνapとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
When the auxiliary substance is supplied to the exhaust passage and it is determined that the auxiliary substance is a liquid and the total amount of the auxiliary substance evaporates before passing through the turbine,
C pinj is the constant pressure specific heat of the auxiliary substance when it is gas, C liq is the specific heat of the auxiliary substance when it is liquid, C pexh is the constant pressure specific heat of the exhaust gas, C pmix is the constant pressure specific heat of the mixed gas of the exhaust gas and auxiliary substance, The temperature is T inj , the boiling point of the auxiliary material is T inj ν ap , the temperature of the exhaust gas before passing through the turbine is T exh_in , the temperature of the mixed gas before passing through the turbine is T mix_in , and passes through the turbine When the exhaust gas inflow is W exh and the latent heat of vaporization of the auxiliary material is ΔH inj ν ap , the required supply amount W injmin of the auxiliary material passing through the turbine is
前記目標回転速度を、前記内燃機関を備える車両に設けた大気圧検出手段により検出された実大気圧に基づいて補正するように構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の過給補助システム。 The target rotation speed calculation means
The said target rotational speed is comprised so that it may correct | amend based on the actual atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure detection means provided in the vehicle provided with the said internal combustion engine. A supercharging assist system for an internal combustion engine according to item.
過渡状態の後の前記ターボ式過給機のコンプレッサへの目標吸気流量と前記コンプレッサの下流の目標過給圧力に基づいて、前記タービンの目標回転速度を算出すると共に、
過渡状態中の制御時の前記タービンの実回転速度を検出し、
該実回転速度を前記目標回転速度まで上昇させるのに必要な補助物質の必要供給量を算出し、
前記必要供給量で補助物質を前記タービンより上流側の前記排気通路に供給することを特徴とする内燃機関の過給補助方法。 An internal combustion engine that supplies an auxiliary substance that increases the rotation of the turbine to an exhaust passage upstream of the turbine of the turbocharger of the turbocharger in a transient state of the internal combustion engine provided with the turbocharger In the supercharging assistance method of
Calculating a target rotational speed of the turbine based on a target intake air flow rate to the compressor of the turbocharger after the transient state and a target supercharging pressure downstream of the compressor;
Detecting the actual rotational speed of the turbine during control during the transient state;
Calculating the required supply of auxiliary substances required to increase the actual rotational speed to the target rotational speed;
A supercharging assist method for an internal combustion engine, wherein an auxiliary substance is supplied to the exhaust passage upstream of the turbine in the required supply amount.
補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、排気ガスの定圧比熱をCpexh、補助物質の温度をTinj、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の排気ガスと補助物質の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexhとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
The constant pressure specific heat at the time of gas of the auxiliary substance is C pinj , the constant pressure specific heat of the exhaust gas is C pexh , the temperature of the auxiliary substance is T inj , the temperature of the exhaust gas before passing through the turbine is T exh_in , and before passing through the turbine When the temperature of the mixed gas of the exhaust gas and the auxiliary substance is T mix_in and the inflow amount of the exhaust gas passing through the turbine is W exh , the required supply amount W injmin of the auxiliary substance passing through the turbine is
補助物質の気体時の定圧比熱をCpinj、補助物質の液体時の比熱をCliq、排気ガスの定圧比熱をCpexh、排気ガスと補助物質の混合ガスの定圧比熱をCpmix、補助物質の温度をTinj、補助物質の沸点をTinjνap、前記タービンを通過する前の排気ガスの温度をTexh_in、前記タービンを通過する前の混合ガスの温度をTmix_in、前記タービンを通過する排気ガスの流入量をWexh、補助物質の蒸発潜熱をΔHinjνapとしたときに、前記タービンを通過する補助物質の必要供給量Winjminを、
C pinj is the constant pressure specific heat of the auxiliary substance when it is gas, C liq is the specific heat of the auxiliary substance when it is liquid, C pexh is the constant pressure specific heat of the exhaust gas, C pmix is the constant pressure specific heat of the mixed gas of the exhaust gas and auxiliary substance, The temperature is T inj , the boiling point of the auxiliary material is T inj ν ap , the temperature of the exhaust gas before passing through the turbine is T exh_in , the temperature of the mixed gas before passing through the turbine is T mix_in , and passes through the turbine When the exhaust gas inflow is W exh and the latent heat of vaporization of the auxiliary material is ΔH inj ν ap , the required supply amount W injmin of the auxiliary material passing through the turbine is
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JP2008286093A (en) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Toyota Motor Corp | Internal combustion engine |
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