JP2016109072A - Egr system of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、エンジンのEGRシステムに関する。 The present disclosure relates to an engine EGR system.
従来から、エンジンのEGRシステムが知られており、例えば、ディーゼルエンジンにおいては、厳しさが増す排ガス規制の中、エンジンアウトでNOxを削減する手段として用いられている。また、ガソリン・ガスエンジンにおいてはNOx削減とともにノッキング抑制の手段としてEGRシステムが用いられている。 Conventionally, an EGR system for an engine has been known. For example, in a diesel engine, it is used as a means for reducing NOx when the engine is out in exhaust gas regulations that are becoming more severe. Further, in a gasoline / gas engine, an EGR system is used as a means for reducing NOx and suppressing knocking.
このEGRシステムにおいては、エンジンからの排気ガスの一部がエンジンに接続される排気通路から給気通路に再循環されるように、排気通路と給気通路はEGR通路によって接続されるが、EGR通路の接続態様に応じてEGRシステムを分類することができる。すなわち、過給機のタービン入口からコンプレッサ出口に再循環されるHPL−EGRと、タービン出口からコンプレッサ入口に入れるLPL−EGRと、タービン入口からコンプレッサ入口に入れるHPtoLP−EGRなどである。また、HPL−EGRとLPL−EGRを併用したDual−EGRシステムもある。 In this EGR system, the exhaust passage and the supply passage are connected by the EGR passage so that a part of the exhaust gas from the engine is recirculated from the exhaust passage connected to the engine to the supply passage. The EGR system can be classified according to the connection mode of the passages. That is, HPL-EGR that is recirculated from the turbine inlet of the turbocharger to the compressor outlet, LPL-EGR that enters from the turbine outlet to the compressor inlet, HPtoLP-EGR that enters from the turbine inlet to the compressor inlet, and the like. There is also a Dual-EGR system using both HPL-EGR and LPL-EGR.
そして、特許文献1では、各EGRシステムが有する長所と短所に鑑み、エンジンの運転条件において高いEGR率を確保するために、EGRガスが再循環される流路を運転条件に応じて切替えるシステムが提案されている。具体的には、特許文献1では、エンジンの運転条件に応じて、LPL−EGRとHPtoLP−EGRの切替えを行っている。
In
しかし、特許文献1が開示するEGRシステムでは、低負荷、低回転で有利なHPL−EGRを実現することができない。また、EGRシステムとして行うコンプレッサのサージングへの対応やタービンの回転数制御についての開示は一切ない。
However, the EGR system disclosed in
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、少ない部品点数で多数のEGR流路を実現できると共に、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量を再循環させることができ、NOx排出量や燃費低減を実現することができるエンジンのEGRシステムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention can realize a large number of EGR flow paths with a small number of parts, and recirculate a target EGR gas amount required in each of a wide range of engine operating conditions. It is an object of the present invention to provide an engine EGR system that can reduce NOx emissions and reduce fuel consumption.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るエンジンのEGRシステムは、
排気ガスが流れる排気通路に設けられるタービンと給気が流れる給気通路に設けられるコンプレッサからなる過給機を備えるエンジンのEGRシステムであって、
前記タービンの下流側における前記排気通路と前記コンプレッサの上流側における前記給気通路を接続する共有EGR通路と、
前記共有EGR通路における分岐路となる第1分岐部および前記第1分岐部よりも前記排気通路側にある第2分岐部と、
前記第1分岐部と前記第2分岐部の間において前記共有EGR通路に設けられるEGRクーラと、
前記コンプレッサの下流側における前記給気通路から分岐される共に、前記第1分岐部において前記共有EGR通路と接続されるコンプレッサ迂回通路と、
前記タービンの上流側における前記排気通路から分岐されると共に、前記第2分岐部において前記共有EGR通路と接続されるタービン迂回通路と、
前記第1分岐部を通過する流体の流れ方向を制御するよう構成される給気側バルブ装置と、
前記第2分岐部を通過する流体の流れ方向を制御するよう構成される排気側バルブ装置と、
前記排気側バルブ装置および前記給気側バルブ装置を制御する制御実行部を含むよう構成されるバルブ制御装置を備える。
(1) An engine EGR system according to at least one embodiment of the present invention includes:
An engine EGR system comprising a turbocharger comprising a turbine provided in an exhaust passage through which exhaust gas flows and a compressor provided in an air supply passage through which supply air flows,
A shared EGR passage connecting the exhaust passage downstream of the turbine and the air supply passage upstream of the compressor;
A first branch portion that becomes a branch path in the shared EGR passage and a second branch portion that is closer to the exhaust passage than the first branch portion;
An EGR cooler provided in the shared EGR passage between the first branch part and the second branch part;
A compressor bypass passage branched from the air supply passage on the downstream side of the compressor and connected to the shared EGR passage in the first branch portion;
A turbine bypass passage branched from the exhaust passage on the upstream side of the turbine and connected to the shared EGR passage in the second branch portion;
An air supply side valve device configured to control a flow direction of fluid passing through the first branch part;
An exhaust side valve device configured to control a flow direction of fluid passing through the second branch part;
A valve control device configured to include a control execution unit that controls the exhaust-side valve device and the supply-side valve device;
上記(1)の構成によれば、共有EGR通路のみを経由する流路、または、共有EGR通路と、コンプレッサ迂回通路またはタービン迂回通路の少なくとも一方とを経由する流路を含む排気ガスのための複数通りの流路が、排気側バルブ装置と給気側バルブ装置の制御によって形成される。また、EGRクーラは、排気通路から給気通路へ排気ガス(EGRガス)が再循環する際に必ず通過する部分である共有EGR通路の第1分岐部と第2分岐部の間に配設される。このため、少ない部品点数で多数のEGR流路を実現できると共に、エンジンの運転条件や負荷変動に応じた排気ガスのための流路を適切に設定することができる。したがって、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができ、NOx排出量の削減や燃費低減を実現することができる。なお、共有EGR通路、コンプレッサ迂回通路およびタービン迂回通路の全てを通過しないような流路(給気通路および排気通路のみからなる流路)を含めると、この1通りの流路を含めた複数の流路のうちから1つの流路が選択されることになる。 According to the configuration of (1) above, for exhaust gas including a flow path that passes only through the shared EGR passage, or a flow path that passes through the shared EGR passage and at least one of the compressor bypass passage and the turbine bypass passage. A plurality of flow paths are formed by controlling the exhaust side valve device and the supply side valve device. The EGR cooler is disposed between the first branch portion and the second branch portion of the shared EGR passage, which is a portion through which exhaust gas (EGR gas) always passes when recirculating from the exhaust passage to the supply passage. The For this reason, many EGR flow paths can be realized with a small number of parts, and the flow paths for exhaust gas according to engine operating conditions and load fluctuations can be set appropriately. Therefore, the target EGR gas amount required in each of a wide range of engine operating conditions can be recirculated to the engine, and reduction of NOx emission and fuel consumption can be realized. If a flow path that does not pass through all of the shared EGR passage, the compressor bypass passage, and the turbine bypass passage (a flow path that includes only the supply passage and the exhaust passage) is included, a plurality of passages including this one flow passage are included. One flow path is selected from the flow paths.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記バルブ制御装置は、
前記コンプレッサの作動状態を確認するコンプレッサ作動状態確認部を、さらに含み、
前記コンプレッサ作動状態確認部によって前記コンプレッサの作動状態がサージ領域に侵入すると判定される場合には、前記制御実行部は、前記コンプレッサの下流側における前記給気通路を流れる給気の少なくとも一部が前記コンプレッサ迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記コンプレッサの上流側おける前記給気通路に流れることが可能となるように前記給気側バルブ装置を制御するよう構成される。
上記(2)の構成によれば、コンプレッサの作動状態がサージ領域に侵入する場合には、給気通路におけるコンプレッサの下流側から上流側に向けてコンプレッサをバイパスしながら給気が流通可能となるコンプレッサバイパス流路が、給気側バルブ装置が制御されることによって形成される。このため、コンプレッサがサージ領域で作動されることを防止しながら、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The valve control device
A compressor operating state confirmation unit for confirming the operating state of the compressor,
When it is determined by the compressor operation state confirmation unit that the operation state of the compressor enters the surge region, the control execution unit is configured to have at least a part of the supply air flowing through the supply passage on the downstream side of the compressor. The air supply side valve device is controlled so as to be able to flow from the compressor bypass passage through the common EGR passage to the air supply passage on the upstream side of the compressor.
According to the configuration of (2) above, when the operating state of the compressor enters the surge region, the supply air can flow while bypassing the compressor from the downstream side to the upstream side of the compressor in the supply passage. The compressor bypass flow path is formed by controlling the supply side valve device. For this reason, it is possible to recirculate the target EGR gas amount required in each of a wide range of operating conditions of the engine to the engine while preventing the compressor from being operated in the surge region.
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記バルブ制御装置は、
前記過給機の回転数であるターボ回転数を確認するターボ回転数確認部を、さらに含み、
前記ターボ回転数確認部によって前記ターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、前記制御実行部は、前記タービンの上流側における前記排気通路を流れる前記排気ガスの少なくとも一部が前記タービン迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記タービンの下流側における前記排気通路に流れることが可能となるように前記排気側バルブ装置を制御するよう構成される。
上記(3)の構成によれば、ターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、排気通路におけるタービンの上流側から下流側に向けてタービンをバイパスしながら排気ガスが流通可能となるタービンバイパス流路が、排気側バルブ装置が制御されることによって形成される。このように、排気側バルブ装置がウェストゲートバルブと同様の機能を果たすので、ウェストゲートバルブや可変ノズル機構などの過給機の回転を制御するための手段を別個に設けることなく、ターボ回転数を制御しながら、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
(3) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The valve control device
A turbo rotational speed confirmation unit for confirming a turbo rotational speed that is the rotational speed of the supercharger;
When it is determined by the turbo rotational speed confirmation unit that the turbo rotational speed is greater than the target rotational speed, the control execution unit is configured so that at least a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage on the upstream side of the turbine is The exhaust-side valve device is controlled so as to be able to flow from the turbine bypass passage to the exhaust passage on the downstream side of the turbine through the shared EGR passage.
According to the configuration of (3) above, when it is determined that the turbo rotation speed is higher than the target rotation speed, the exhaust gas can flow while bypassing the turbine from the upstream side of the turbine to the downstream side in the exhaust passage. The turbine bypass flow path is formed by controlling the exhaust side valve device. Thus, since the exhaust side valve device performs the same function as the wastegate valve, the turbo rotational speed can be achieved without providing a separate means for controlling the rotation of the supercharger such as the wastegate valve and the variable nozzle mechanism. The target EGR gas amount required in each of a wide range of engine operating conditions can be recirculated to the engine while controlling the engine.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記バルブ制御装置は、
前記排気通路から前記給気通路への前記排気ガスの再循環の要否を判定するEGR判定部と、
前記排気ガスを再循環するための前記排気通路から前記給気通路に至る流路であるEGR流路をエンジン回転数とエンジントルクからなる作動マップに基づいて決定するEGR流路決定部と、をさらに含み、
前記EGR判定部によって前記排気ガスの再循環が必要と判定される場合には、前記制御実行部は、前記EGR流路決定部によって決定される前記EGR流路を形成するように前記排気側バルブ装置および前記給気側バルブ装置を制御するよう構成される。
上記(1)に記載のエンジンのEGRシステムにあっては、排気側バルブ装置および給気側バルブ装置を夫々制御することにより、排気ガスを再循環するための排気通路から給気通路に至る流路であるEGR流路が複数パターン形成される。
上記(4)の構成によれば、排気通路から給気通路への排気ガス再循環が必要な場合には、複数パターンのEGR流路のうちからエンジンの運転条件に適したEGR流路が決定される。これによって、エンジンの運転条件やその変動に応じて適切なEGR流路が形成されるので、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
(4) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The valve control device
An EGR determination unit that determines whether the exhaust gas needs to be recirculated from the exhaust passage to the supply passage;
An EGR flow path determining unit that determines an EGR flow path that is a flow path from the exhaust path to the air supply path for recirculating the exhaust gas based on an operation map that includes an engine speed and an engine torque. In addition,
When it is determined by the EGR determination unit that the exhaust gas needs to be recirculated, the control execution unit is configured to form the EGR flow path determined by the EGR flow path determination unit. The apparatus and the supply side valve device are configured to be controlled.
In the engine EGR system described in (1) above, the flow from the exhaust passage for recirculating the exhaust gas to the supply passage is controlled by controlling the exhaust side valve device and the supply side valve device, respectively. A plurality of patterns of EGR flow paths that are paths are formed.
According to the configuration of (4) above, when exhaust gas recirculation from the exhaust passage to the air supply passage is necessary, an EGR passage suitable for the engine operating condition is determined from among a plurality of patterns of EGR passages. Is done. As a result, an appropriate EGR flow path is formed in accordance with engine operating conditions and fluctuations thereof, so that the target EGR gas amount required in each of a wide range of engine operating conditions can be recirculated to the engine. .
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記バルブ制御装置は、
前記コンプレッサの作動状態を確認するコンプレッサ作動状態確認部と、
前記過給機の回転数であるターボ回転数を確認するターボ回転数確認部と、
前記排気通路から前記給気通路への前記排気ガスの再循環の要否を判定するEGR判定部と、
前記排気ガスを再循環するための前記排気通路から前記給気通路を至る流路であるEGR流路をエンジン回転数とエンジントルクからなる作動マップに基づいて決定するEGR流路決定部と、をさらに含み、
前記制御実行部は、
前記コンプレッサ作動状態確認部によって前記コンプレッサの作動状態がサージ領域に侵入すると判定される場合には、前記コンプレッサの下流側における前記給気通路を流れる前記給気の少なくとも一部が前記コンプレッサ迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記コンプレッサの上流側おける前記給気通路に流れることが可能となるように前記給気側バルブ装置を制御するよう構成され、且つ、
前記ターボ回転数確認部によって前記ターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、前記タービンの上流側における前記排気通路を流れる前記排気ガスの少なくとも一部が前記タービン迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記タービンの下流側における前記排気通路に流れることが可能となるように前記排気側バルブ装置を制御するよう構成され、且つ、前記EGR判定部によって前記排気ガスの再循環が必要と判定される場合には、前記EGR流路決定部によって決定される前記EGR流路を形成するように前記排気側バルブ装置および前記給気側バルブ装置を制御するよう構成される。
上記(5)の構成によれば、コンプレッサの作動状態の確認、ターボ回転数の確認、EGR流路の決定が行われた後に、排気側バルブ装置と給気側バルブ装置は制御される。すなわち、コンプレッサの作動状態がサージ領域に侵入するか否か、ターボ回転数が目標回転数よりも大きいか否か、EGRの要否及びエンジンの運転状態に適したEGR流路を考慮した上で、複数の流路の中から1つの流路が選択される。このため、エンジンの運転条件や負荷変動に応じた適切な流路が形成されることにより、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
(5) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The valve control device
A compressor operation state confirmation unit for confirming the operation state of the compressor;
A turbo rotational speed confirmation unit for confirming a turbo rotational speed that is the rotational speed of the supercharger;
An EGR determination unit that determines whether the exhaust gas needs to be recirculated from the exhaust passage to the supply passage;
An EGR flow path determining unit that determines an EGR flow path, which is a flow path from the exhaust path for recirculating the exhaust gas to the air supply path, based on an operation map including an engine speed and an engine torque; In addition,
The control execution unit
When it is determined by the compressor operation state confirmation unit that the operation state of the compressor enters the surge region, at least a part of the supply air flowing through the supply air passage on the downstream side of the compressor is removed from the compressor bypass passage. Configured to control the air supply side valve device so as to be able to flow through the common EGR passage and flow into the air supply passage on the upstream side of the compressor; and
When the turbo rotational speed confirmation unit determines that the turbo rotational speed is greater than the target rotational speed, at least a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage on the upstream side of the turbine is removed from the turbine bypass passage. The exhaust-side valve device is controlled so as to be able to flow through the common EGR passage and flow into the exhaust passage on the downstream side of the turbine, and the exhaust gas recirculation is performed by the EGR determination unit. Is determined to be necessary, the exhaust side valve device and the supply side valve device are controlled so as to form the EGR flow path determined by the EGR flow path determination unit.
According to the configuration of (5) above, the exhaust side valve device and the air supply side valve device are controlled after confirmation of the operating state of the compressor, confirmation of the turbo rotation speed, and determination of the EGR flow path. That is, considering whether the operating state of the compressor enters the surge region, whether the turbo rotational speed is larger than the target rotational speed, whether EGR is necessary, and the EGR flow path suitable for the engine operating state One channel is selected from the plurality of channels. For this reason, by forming an appropriate flow path according to the engine operating conditions and load fluctuations, the target EGR gas amount required in each of a wide range of engine operating conditions can be recirculated to the engine. .
(6)幾つかの実施形態では、上記(1)〜(5)の構成において、
前記排気側バルブ装置は、
前記タービン迂回通路に設けられる第1排気側バルブと、
前記共有EGR通路において前記第2分岐部と前記排気通路の間に設けられる第2排気側バルブとからなり、
前記給気側バルブ装置は、
前記コンプレッサ迂回通路に設けられる第1給気側バルブと、
前記共有EGR通路において前記第1分岐部と前記給気通路の間に設けられる第2給気側バルブとからなる。
上記(6)の構成によれば、排気側および給気側に夫々設けられる各2つのバルブを制御することにより、排気ガスの流れ方向と共に流量を制御できるので、エンジンの運転条件やその変動に応じて適切な流路が設定されると共に排気ガスの流量が制御されるので、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
(6) In some embodiments, in the above configurations (1) to (5),
The exhaust side valve device is
A first exhaust valve provided in the turbine bypass passage;
The shared EGR passage comprises a second exhaust side valve provided between the second branch portion and the exhaust passage,
The air supply side valve device comprises:
A first air supply side valve provided in the compressor bypass passage;
The common EGR passage includes a second air supply side valve provided between the first branch portion and the air supply passage.
According to the configuration (6), the flow rate can be controlled together with the flow direction of the exhaust gas by controlling each of the two valves provided on the exhaust side and the supply side. Accordingly, since an appropriate flow path is set and the flow rate of the exhaust gas is controlled, the target EGR gas amount required in each of a wide range of engine operating conditions can be recirculated to the engine.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、少ない部品点数で多数のEGR流路を実現できると共に、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量を再循環させることができ、NOx排出量削減や燃費低減を実現することができるエンジンのEGRシステムが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, a large number of EGR flow paths can be realized with a small number of parts, and a target EGR gas amount required in each of a wide range of operating conditions of the engine can be recirculated. An engine EGR system capable of realizing NOx emission reduction and fuel consumption reduction is provided.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
For example, an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
For example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
図1は、本発明の一実施形態に係るエンジンのEGRシステム1(以下、EGRシステム1)の構成を模式的に示す図である。図1に示されるように、EGRシステム1は、エンジン2と、給気通路3と、排気通路4と、コンプレッサ5Cとタービン5Tからなる過給機5(排気タービン過給機)と、第1分岐部61と第2分岐部62を有する共有EGR通路6と、給気側バルブ装置34と、排気側バルブ装置44と、バルブ制御装置8とを備える。
FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an engine EGR system 1 (hereinafter, EGR system 1) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
エンジン2は、例えば、ディーゼルエンジンやガソリン・ガスエンジンなどである。そして、エンジン2には給気通路3と排気通路4が接続されており、EGRシステム1の外部からの新気Fsを含む吸入空気(給気Fi)をこの給気通路3を介してエンジン2内部の各気筒に吸入する。また、エンジン2の燃焼室で給気Fi(酸素)と共に燃料を燃焼し、燃焼によって発生する燃焼ガスを上記の排気通路4によりEGRシステム1の外部に排出する。なお、図1の例示では、6気筒の多気筒エンジン2が例示されているが、これには限定されず、気筒数は任意である。
The
給気通路3は給気Fiが流れる通路であり、エンジン2の各気筒へ給気Fiを分配するための給気マニホールドや給気管などにより構成される。そして、図1の例示のように、給気通路3には、その上流側からの給気Fiを圧縮するための過給機5のコンプレッサ5Cが接続される。また、給気通路3におけるコンプレッサ5Cの下流にはインタークーラ37が設けられており、コンプレッサ5Cにより圧縮される給気Fiが膨張しようとするために生じる空気密度の低下を回避するために給気Fiの冷却を行うように構成されている。なお、給気通路3には、後述する共有EGR通路6とコンプレッサ迂回通路36が接続されるが、スロットルバルブ(不図示)は、共有EGR通路6が接続される給気通路3の位置よりも上流側に設けられても良い。
The
排気通路4は排気ガスFeが流れる通路であり、エンジン2の各気筒からの排気を束ねる排気マニホールドや排気管などにより構成される。そして、排気通路4には、過給機5のタービン5Tが接続される。なお、排気通路4には、後述する共有EGR通路6とタービン迂回通路46が接続されるが、排気ガスFeの浄化のための触媒は、共有EGR通路6が接続される排気通路4の位置よりも下流側に設けられても良い。
The
過給機5は、上述のように、排気通路4に設けられるタービン5Tと給気通路3に設けられるコンプレッサ5Cからなる。コンプレッサ5Cとタービン5Tとは、それぞれ一本の回転軸52の両端に連結されている。そして、タービン5Tには、エンジン2からの排気ガスFeが排気通路4における上流側(タービン入口通路41)から流入し、排気ガスFeの流れによるエネルギーによって回転駆動される。タービン5Tが回転駆動されると、回転軸52の他端に接続されたコンプレッサ5Cも回転駆動される。コンプレッサ5Cが回転駆動されることで、コンプレッサ5Cの上流側(コンプレッサ入口通路31)からコンプレッサ5Cに流入する給気Fiは圧縮され、コンプレッサ5Cの下流側(コンプレッサ出口通路32)に送出される。なお、排気ガスFeは、タービン5Tを回転駆動させた後に排気通路4におけるタービン5Tの下流側(タービン出口通路42)に流出する。
As described above, the supercharger 5 includes the
共有EGR通路6は、過給機5よりもエンジン2から離れたところで、排気ガスFeや給気Fiなどの流体が通過可能となるように給気通路3と排気通路4を接続する。すなわち、共有EGR通路6は、タービン5Tの下流側における排気通路4とコンプレッサ5Cの上流側における給気通路3を接続する。
また、共有EGR通路6は、共有EGR通路6における分岐路となる第1分岐部61と、この第1分岐部よりも排気通路4に近い側である排気通路4側にある第2分岐部62を有している。そして、第1分岐部61と第2分岐部62の間において共有EGR通路6にはEGRクーラ64が設けられる。このEGRクーラ64は、高温の排気ガスFeの温度を下げるためのもので、排気ガスFeを冷却することで排気ガスFeの密度を高めるために用いられる。なお、共有EGR通路6の第1分岐部61と第2分岐部62の間に設けられていれば、物理的に1つであっても良いし、複数のEGRクーラ64から構成されても良い。
そして、この第1分岐部61および第2分岐部62には、それぞれ、コンプレッサ迂回通路36と、タービン迂回通路46が接続されている。
The shared
The shared
A
コンプレッサ迂回通路36は、コンプレッサ5Cによって圧縮された給気Fiがコンプレッサ5Cを迂回しながら上流側に再度戻されたり、排気ガスFeが、コンプレッサ5Cを迂回しながら共有EGR通路6からコンプレッサ5Cの下流に流れるための通路であり、コンプレッサ5Cの下流側における給気通路3から分岐されると共に、上記の第1分岐部61において共有EGR通路6と接続される。言い換えると、コンプレッサ迂回通路36は、コンプレッサ出口通路32と第1分岐部61とを接続する。また、コンプレッサ出口通路32におけるコンプレッサ迂回通路36の接続位置は、図1の例示では、インタークーラ37の上流側となっている。このように、インタークーラ37の上流からライン(コンプレッサ迂回通路36)を取ることで、コンプレッサ5C直後の圧力を逃がすことが可能としており、サージ領域に侵入した際の圧力比を下げる応答性を高めている。
In the
また、タービン迂回通路46は、エンジン2からの排気ガスFeがタービン5Tを迂回して流れるための通路であり、タービン5Tの上流側における排気通路4から分岐されると共に、第2分岐部62において共有EGR通路6と接続される。言い換えると、タービン迂回通路46は、タービン入口通路41と共有EGR通路6の第2分岐部62とを接続する。
The
そして、給気側バルブ装置34および排気側バルブ装置44は、コンプレッサ迂回通路36、タービン迂回通路46、共有EGR通路6の各通路における流体(排気ガスFeや給気Fiなど)の流れ方向を制御する。また、給気側バルブ装置34と排気側バルブ装置44はバルブ制御装置8(制御実行部81)からの命令に従って制御される。
The supply side valve device 34 and the exhaust side valve device 44 control the flow direction of fluid (exhaust gas Fe, supply air Fi, etc.) in each of the
このバルブ制御装置8は、ECU(電子制御ユニット)であっても良い。さらに、エンジン2を制御するエンジン制御ECUなどの周知のECUに設けられても良く、新たなECUとして別個に設けられても良い。
The
図1の例示では、給気側バルブ装置34は、コンプレッサ迂回通路36に設けられる第1給気側バルブ34aと、共有EGR通路6において第1分岐部61と給気通路3の間に設けられる第2給気側バルブ34bとからなる。また、排気側バルブ装置44は、タービン迂回通路46に設けられる第1排気側バルブ44aと共有EGR通路6において第2分岐部62と排気通路4の間に設けられる第2排気側バルブ44bとからなる。なお、他の幾つかの実施形態では、給気側バルブ装置34と排気側バルブ装置44はそれぞれ第1分岐部61と第2分岐部62に設けられる三方弁でも良い。また、給気側バルブ装置34(第1給気側バルブ34a、第2給気側バルブ34b)と排気側バルブ装置44(第1排気側バルブ44a、第2排気側バルブ44b)は、通路を全閉または全開するように構成された仕切弁であっても良い。また、中間開度で使用されることで通路を流れる排気ガスの流量を制御することが可能な流量制御弁であっても良い。このような構成によれば、排気側および給気側に夫々設けられる各2つのバルブを制御することにより、排気ガスFeの流れ方向と共に流量を制御できる。
In the example of FIG. 1, the air supply side valve device 34 is provided between the first air
上記の構成によれば、給気側バルブ装置34と排気側バルブ装置44を制御することによって、コンプレッサ迂回通路36、タービン迂回通路46、共有EGR通路6うちの少なくとも1つを排気ガスFeが通過可能となる。すなわち、EGRシステム1は、給気側バルブ装置34と排気側バルブ装置44とを夫々制御することで、複数通りの排気ガスFeの流路を実現することができる。例えば、EGRシステム1には、図2A〜図4Cに例示されるような9通りの流路が形成される。
According to the above configuration, the exhaust gas Fe passes through at least one of the
図2A〜図4Cは、幾つかの実施形態における、EGRシステム1によって形成される複数通り(9通り)の排気ガスFeの流路を説明するための図である。
2A to 4C are views for explaining a plurality of (9) exhaust gas Fe flow paths formed by the
図2Aの例示では、EGRシステム1にはHPL−EGR方式の流路が形成されている。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aは開かれている。このため、排気ガスFeは、タービン入口通路41からタービン迂回通路46に分流可能であり、タービン迂回通路46を経由して第2分岐部62に流れることが可能になっている。また、第2排気側バルブ44bは閉じられており、共有EGR通路6を経由した第2分岐部62とタービン出口通路42との間の排気ガスFeの流れは禁止されている。
一方、給気側においては、第1給気側バルブ34aは開かれており、排気ガスFeは共有EGR通路6からタービン迂回通路46を経由してコンプレッサ出口通路32に流れることが可能になっている。また、第2給気側バルブ34bは閉じられており、共有EGR通路6を経由した第1分岐部61とコンプレッサ入口通路31との間の排気ガスFeの流れは禁止されている。
In the illustration of FIG. 2A, the
On the other hand, on the supply side, the first
このHPL−EGR方式によれば、タービン5Tを通過する前の高圧の排気ガスFeがタービン入口通路41からコンプレッサ出口通路32に還流される。すなわち、排気通路4からの高圧の排気ガスFeは、コンプレッサ5Cの下流にある高圧側の給気通路3に還流された後に、コンプレッサ5Cによって圧縮された給気Fiと合流されて、給気Fiとしてエンジン2に流入される。このため、比較的低負荷なエンジン2の運転条件でもHPL−EGR方式によるEGRライン(この場合は、タービン迂回通路46、共有EGR通路6、コンプレッサ迂回通路36を通過する流路からなる流路)前後の差圧を確保することができるので、EGRガス量を多く還流できる。このため、幾つかの実施形態では、低速低負荷領域のエンジン2の運転条件で使用される。
According to this HPL-EGR system, the high-pressure exhaust gas Fe before passing through the
図2Bの例示では、エンジン2のEGRシステム1にはLPL−EGR方式の流路が形成されている。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aは閉じられており、タービン入口通路41からタービン迂回通路46への排気ガスFeの流れは禁止されている。また、第2排気側バルブ44bは開かれており、共有EGR通路6を経由した第2分岐部62とタービン出口通路42との間の排気ガスFeの流れは許可されている。
一方、給気側においては、第1給気側バルブ34aは閉じられており、コンプレッサ迂回通路36を経由した共有EGR通路6とコンプレッサ出口通路32との間の流れは禁止されている。また、第2給気側バルブ34bは開かれており、排気ガスFeは、共有EGR通路6を経由して第1分岐部61から給気通路3のコンプレッサ入口通路31に流れるこが可能に設定されている。
In the illustration of FIG. 2B, the
On the other hand, on the supply side, the first
このLPL−EGR方式によれば、タービン5Tを通過した後の低圧の排気ガスFeがタービン出口通路42からコンプレッサ入口通路31に還流される。すなわち、排気通路4からの低圧の排気ガスFeは、コンプレッサ5C上流にある低圧側の給気通路3に還流された後に、新気Fsと合流されて給気Fiとしてコンプレッサ5Cに流入される。このため、HPL−EGR方式や後述するHPtoLP−EGRと比較してEGRガスの温度を低く抑えることができ、燃焼温度をより低くすることができる。また、タービン5Tでエネルギーを回収した後の排気ガスFeを還流させるため、タービン5Tの仕事量を減少させることがない。ただし、EGRライン(この場合は、共有EGR通路6の全長を通過する流路からなる流路)前後の差圧を大きくとることができないため、LPL−EGR方式によるEGRラインへ流路を切替える時から流量が安定するまでの遅れ時間がHPL−EGR方式やHPtoLP−EGよりも長くなる。このため、幾つかの実施形態では、EGRライン前後の差圧を大きくとることができる、中負荷領域から高負荷領域のエンジン2の運転条件で使用される。
According to this LPL-EGR system, the low-pressure exhaust gas Fe after passing through the
図2Cの例示では、EGRシステム1にはHPtoLP−EGR方式の流路が形成されている。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aは開かれている。このため、排気ガスFeは、タービン入口通路41からタービン迂回通路46に分流可能であり、タービン迂回通路46を経由して第2分岐部62に流れることが可能になっている。また、第2排気側バルブ44bは閉じられており、共有EGR通路6を経由した第2分岐部62とタービン出口通路42との間の排気ガスFeの流れは禁止されている。
一方、給気側においては、第1給気側バルブ34aは閉じられており、排気ガスFeが、共有EGR通路6からコンプレッサ迂回通路36を経由してコンプレッサ出口通路32に流れることは禁止されている。また、第2給気側バルブ34bは開かれており、排気ガスFeは、共有EGR通路6を経由して第1分岐部61からコンプレッサ入口通路31に流れることが可能となっている。
In the example of FIG. 2C, the
On the other hand, on the supply side, the first
HPtoLP−EGR方式によれば、タービン5Tを通過する前の高圧の排気ガスFeがタービン入口通路41からコンプレッサ入口通路31に還流される。すなわち、排気通路4からの高圧の排気ガスFeは、コンプレッサ5C上流にある低圧側の給気通路3に還流された後に、新気Fsと合流されて給気Fiとしてコンプレッサ5Cに流入される。このため、HPL−EGR方式やLPL−EGR方式よりもEGRライン(この場合は、タービン迂回通路46、共有EGR通路6を通過する流路からなる流路)前後の差圧を大きく取ることができ、EGRガスを大量に還流することができる。ただし、排気ガスFeの少なくとも一部がタービン5Tをパイパスして流れることにより過給機5の仕事量が減少するため、高い過給圧が必要な高負荷時には適さない。このため、幾つかの実施形態では、必要とされる給気量が比較的少なく、高いEGR率が必要となるエンジン2の運転条件である中低速・中低負荷の領域で使用される。
According to the HPtoLP-EGR method, the high-pressure exhaust gas Fe before passing through the
次の図3A〜図3Cの例示では、EGRシステム1には、コンプレッサバイパスを含むEGR流路が設定される。このコンプレッサバイパスとは、図3Aに例示されるように、排気ガスFeが、コンプレッサ5Cを通過することなく、コンプレッサ出口通路32からコンプレッサ迂回通路36を通過し、共有EGR通路6を経てコンプレッサ入口通路31に戻ることが可能な流路である。
In the following examples of FIGS. 3A to 3C, an EGR flow path including a compressor bypass is set in the
図3Aの例示では、上述の、EGRシステム1には、コンプレッサバイパスのみからなる流路であるコンプレッサバイパス方式が形成されている。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aは閉じられており、タービン入口通路41からタービン迂回通路46に分流する排気ガスFeの流れは禁止されている。また、第2排気側バルブ44bも閉じられており、共有EGR通路6の第2分岐部62と排気通路4(タービン出口通路42)の間の排気ガスFeの流れも禁止されている。すなわち、排気ガスFeは、途中で分流することなく、タービン入口通路41からタービン5Tを通過してタービン出口通路42に流れるようになっている。
一方、給気側においては、第1給気側バルブ34aは開かれている。すなわち、給気Fiは、コンプレッサ出口通路32からコンプレッサ迂回通路36に分流可能であり、コンプレッサ迂回通路36を経由して第1分岐部61に流れることが可能になっている。また、第2給気側バルブ34bも開かれており、共有EGR通路6を経由して第1分岐部61からコンプレッサ入口通路31に給気Fiが流れることが可能になっている。
In the illustration of FIG. 3A, the above-described
On the other hand, on the air supply side, the first air
このタービンバイパス方式によれば、コンプレッサ5Cを通過する給気Fiの通過流量とタービン5Tの回転数を維持したまま、コンプレッサ5Cの圧力比を下げることができるため、コンプレッサ5Cのサージングを防止することができる。このため、幾つかの実施形態では、アイドル運転からエンジン2の負荷を上げた場合に、過給機5による過給圧が上がりすぎることによって、コンプレッサ5Cがサージ領域に侵入することを防止することに使用される。
According to this turbine bypass system, the pressure ratio of the
図3Bの例示では、EGRシステム1には、コンプレッサバイパス方式と共にHPtoLP−EGR方式の流路が形成されている(コンプレッサバイパス+HPtoLP−EGR方式)。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aは開かれた状態にあり、逆に、第2排気側バルブ44bは閉じられた状態にある。また、給気側においては、第1給気側バルブ34aと第2給気側バルブ34bとは共には開かれた状態にある。これによって、排気ガスFeは、タービン入口通路41からタービン迂回通路46を経由して第2分岐部62に流れることが可能となっている。また、給気通路3に環流済みのEGRガスを含む給気Fiは、コンプレッサ出口通路32からコンプレッサ迂回通路36を経由して第2分岐部62に流れることが可能となっている。そして、上記の2方向からのEGRガスと給気Fiは、さらに第1分岐部61を通過してコンプレッサ入口通路31に流れることが可能となっている。
In the illustration of FIG. 3B, the
このコンプレッサバイパス+HPtoLP−EGR方式によれば、コンプレッサバイパス方式と同様に、給気Fiの流量とタービン5Tの回転数を維持したまま、コンプレッサ5Cの圧力比を下げることができる。このため、コンプレッサ5Cのサージングを防止することができると共に、EGRガスの還流もできる。このコンプレッサバイパス+HPtoLP−EGR方式は、幾つかの実施形態では、アイドル運転からエンジン2の負荷を上げた場合に、過給機5による過給圧が上がりすぎることによってコンプレッサ5Cがサージ領域に侵入することを防止しながらEGRガスを再循環したい場合に使用される。
According to this compressor bypass + HPtoLP-EGR method, the pressure ratio of the
図3Cの例示では、EGRシステム1には、コンプレッサバイパス方式と共にLPL−EGR方式の流路が形成されている(コンプレッサバイパス+LPL−EGR方式)。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aは閉じられた状態にあり、逆に、第2排気側バルブ44bは開かれた状態にある。また、給気側においては、第1給気側バルブ34aと第2給気側バルブ34bとは共には開かれた状態にある。これによって、排気ガスFeは、タービン入口通路41からタービン迂回通路46への分流が禁止される一方で、タービン出口通路42から共有EGR通路6の第2分岐部62を経由して第1分岐部61に流れることが可能になっている。また、給気Fiは、コンプレッサ出口通路32からコンプレッサ迂回通路36を経由して第2分岐部62に流れることが可能となっている。そして、上記の2方向からのEGRガスと給気Fiは、さらに第1分岐部61を経由してコンプレッサ入口通路31に流れることが可能となっている。
In the illustration of FIG. 3C, the
このコンプレッサバイパス+LPL−EGR方式によれば、コンプレッサバイパス方式と同様に、給気Fiの流量とタービン5Tの回転数を維持したまま、コンプレッサ5Cの圧力比を下げることができ、コンプレッサ5Cのサージングを防止すると共に、EGRガスを環流することができる。また、コンプレッサバイパス+HPtoLP−EGR方式とは異なり、タービン5Tでエネルギーを回収した後の排気ガスFeを還流させるため、タービン5Tの仕事量を減少させることがない。このため、幾つかの実施形態では、アイドル運転からエンジン2の負荷を上げた場合に、過給機5による過給圧が上がりすぎることによってコンプレッサ5Cがサージ領域で運転されるのを防止しながらEGRガスを導入したい場合に使用される。
According to this compressor bypass + LPL-EGR method, similarly to the compressor bypass method, the pressure ratio of the
次の図4A〜図4Cの例示では、EGRシステム1には、タービンバイパスを含むEGR流路が設定される。タービンバイパスとは、図4Aに例示されるように、排気ガスFeが、タービン5Tを通過することなく、タービン入口通路41からタービン迂回通路46を通過し、共有EGR通路6を経てタービン出口通路42に戻ることが可能な流路である。
In the following examples of FIGS. 4A to 4C, an EGR flow path including a turbine bypass is set in the
図4Aの例示では、上述の、EGRシステム1には、タービンバイパスのみからなる流路であるタービンバイパス方式が形成されている。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aは開かれている。このため、排気ガスFeは、排気通路4(タービン入口通路41)からタービン迂回通路46に分流可能であり、タービン迂回通路46を経由して第2分岐部62に流れることが可能になっている。また、第2排気側バルブ44bも開かれており、排気ガスFeは、共有EGR通路6を経由して第2分岐部62からタービン出口通路42へ流れることが可能になっている。
一方、給気側においては、第1給気側バルブ34aは閉じられており、排気ガスFeが、共有EGR通路6からコンプレッサ迂回通路36を経由してコンプレッサ出口通路32に流れることは禁止されている。また、第2給気側バルブ34bも閉じられており、共有EGR通路6を経由した第1分岐部61とコンプレッサ入口通路31との間の排気ガスFeの流れも禁止されている。
In the illustration of FIG. 4A, the above-described
On the other hand, on the supply side, the first
タービンバイパス方式によれば、排気ガスFeの少なくとも一部がタービン迂回通路46に分流されることにより、タービン5Tに流入するエネルギーを減らすことができ、ウェストゲート(WG)バルブと同等の効果を実現することができる。このため、幾つかの実施形態では、エンジン2の負荷を下げた場合において、目標回転数を超える不必要なタービン5Tの回転を回避するためや、低温時に給気量の増大によるタービン5Tの過回転を防ぐために使用される。また、WGバルブを不要とすることができる。
According to the turbine bypass system, at least a part of the exhaust gas Fe is diverted to the
図4Bの例示では、EGRシステム1には、タービンバイパス方式と共にHPL−EGR方式の流路が形成されている(タービンバイパス+HPL−EGR方式)。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aと第2排気側バルブ44bは共に開かれた状態にある。また、給気側においては、第1給気側バルブ34aは開かれており、逆に、第2給気側バルブ34bは閉じられている。これによって、排気ガスFeは、タービン入口通路41からタービン迂回通路46を経由して第2分岐部62に流れることが可能となっている。また、第2分岐部62からは、共有EGR通路6を通過してタービン出口通路42へ向かう流路と、共有EGR通路6の第1分岐部61からコンプレッサ迂回通路36を経由してコンプレッサ出口通路32へ向かう流路の2つの方向に向けて排気ガスFeは流れることが可能となっている。
In the illustration of FIG. 4B, the
このタービンバイパス+HPL−EGR方式によれば、タービンバイパス方式と同様にタービン5Tに流入するエネルギーを減らすことができると共に、タービン入口通路41における高圧の排気ガスFeをコンプレッサ出口通路32に還流できる。このため、幾つかの実施形態では、エンジン2の負荷を下げた場合に不必要なタービン仕事を防ぎつつ、EGRガスを導入する必要がある場合に使用される。
According to the turbine bypass + HPL-EGR method, the energy flowing into the
図4Cの例示では、EGRシステム1には、タービンバイパス方式と共にHPtoLP−EGR方式の流路が形成されている(タービンバイパス+HPtoLP−EGR方式)。すなわち、排気側においては、第1排気側バルブ44aと第2排気側バルブ44bは共に開かれた状態にある。また、給気側においては、第1給気側バルブ34aは閉じられており、逆に、第2給気側バルブ34bは開かれている。これによって、排気ガスFeは、タービン入口通路41からタービン迂回通路46を経由して第2分岐部62に流れることが可能となっている。また、第2分岐部62からは、共有EGR通路6を通過してタービン出口通路42へ向かう流路と、共有EGR通路6の第2分岐部62から第1分岐部61を経由してコンプレッサ入口通路31へ向かう流路の2つの方向に向けて排気ガスFeは流れることが可能となっている。
In the example of FIG. 4C, the
このタービンバイパス+HPtoLP−EGR方式によれば、タービンバイパス方式と同様にタービン5Tに流入するエネルギーを減らすことができると共に、コンプレッサ入口通路31にEGRガスを還流できる。しかも、タービンバイパス+HPL−EGR方式に比べて、EGRライン(この場合は、タービン迂回通路46、共有EGR通路6を通過する流路)前後の差圧が立ちやすいためEGRガスを大量に還流できる。このため、幾つかの実施形態では、エンジン2の負荷を急激に下げた場合に使用される。
According to the turbine bypass + HPtoLP-EGR method, the energy flowing into the
なお、EGRシステム1には、第1排気側バルブ44a、第2排気側バルブ44b、第1給気側バルブ34aと第2給気側バルブ34bの全てが閉じられた状態にある場合の流路も設定可能である。すなわち、この場合には、コンプレッサ迂回通路36、タービン迂回通路46、共有EGR通路6の全ての通路への排気ガスFeの流れは禁止されることで、給気Fiは、途中で分流することなく給気通路3を通過してエンジン2へ全て流れ、エンジン2からの排気ガスFeは、途中で分流することなく排気通路4を経由してEGRシステム1の外部へ全て排出される。
The
上記の構成によれば、共有EGR通路6、コンプレッサ迂回通路36またはタービン迂回通路46の少なくとも1つを経由する排気ガスFeのための複数通りの流路が、排気側バルブ装置44と給気側バルブ装置34の制御によって形成される。また、EGRクーラ64は、排気通路4から給気通路3へ排気ガスFe(EGRガス)が再循環する際に必ず通過する部分である共有EGR通路6の第1分岐部61と第2分岐部62の間に配設される。このため、エンジンの運転条件や負荷変動に応じた排気ガスFeのための流路を適切に設定することができる。したがって、エンジン2の運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジン2に再循環させることができ、NOx排出量の削減や燃費低減を実現することができる。なお、共有EGR通路6、コンプレッサ迂回通路36およびタービン迂回通路46の全てを通過しないような流路(給気通路3および排気通路4のみからなる流路)を含めると、この1通りの流路を含めた複数の流路のうちから1つの流路が選択されることになる。
According to the above configuration, the plurality of flow paths for the exhaust gas Fe passing through at least one of the shared
図1に示される実施形態では、バルブ制御装置8は、排気側バルブ装置44および給気側バルブ装置34を制御する制御実行部81を備える。
他の幾つかの実施形態では、図5に示されるように、バルブ制御装置8は、コンプレッサ5Cの作動状態を確認するコンプレッサ作動状態確認部82を、さらに含む。そして、バルブ制御装置8は、コンプレッサ作動状態確認部82によってコンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域に侵入すると判定される場合には、コンプレッサ5Cの下流側における給気通路3を流れる給気Fiの少なくとも一部がコンプレッサ迂回通路36から共有EGR通路6を通過してコンプレッサ5Cの上流側おける給気通路3に流れることが可能となるように給気側バルブ装置34を制御するよう構成される。
In the embodiment shown in FIG. 1, the
In some other embodiments, as shown in FIG. 5, the
コンプレッサ作動状態確認部82は、上記の通り、コンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域に侵入するか否かを判定することで、コンプレッサバイパス方式の要否を判定するよう構成されている。これと共に、コンプレッサ作動状態確認部82はこの判定結果を制御実行部81に入力するよう構成されている。このため、図5に例示されるように、コンプレッサ作動状態確認部82にはコンプレッサ5Cの作動状態が入力される。
As described above, the compressor operation state confirmation unit 82 is configured to determine whether or not the compressor bypass system is necessary by determining whether or not the operation state of the
このコンプレッサ5Cの作動状態は、例えば、新気Fsの流量である新気量と、大気圧とコンプレッサ5Cの出口の圧力との比である圧力比であっても良い。この場合には、上記の新気量は、空気量センサなどの流量検出手段38により検出するよう構成されも良く、上記の圧力比は、圧力センサなどの圧力比検出手段39によって検出するよう構成されても良い。つまり、流量検出手段38と圧力比検出手段39からの検出値が、コンプレッサ5Cの作動状態に関する情報としてコンプレッサ作動状態確認部82に入力されても良い。
The operating state of the
コンプレッサ作動状態確認部82によるコンプレッサ5Cの作動状態の確認は、幾つかの実施形態では、入力されるコンプレッサ5Cの作動状態と作動状態マップ87を比較することで行っても良い。作動状態マップ87は周知なマップを用いることができ、例えば、新気量および上記の圧力比が入力される場合には、作動状態マップ87は、新気量および上記の圧力比と作動状態マップを比較することでサージ領域への侵入判定が可能となっている。このサージ領域への侵入判定にあたっては、コンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域にある場合はもちろん、サージ領域に侵入する可能性が高いと予測される場合にサージ領域への侵入判定は肯定され、侵入すると判定されても良い。
In some embodiments, the operation state of the
図6は作動状態マップ87の一例であり、新気量は横軸で示され、圧力比は縦軸で示されており、サージ領域は、サージラインSLの左側の領域となる。コンプレッサバイパス流路によって、コンプレッサ5Cによって圧縮された給気Fiがコンプレッサ出口通路32からコンプレッサ入口通路31へ還流されることで、コンプレッサ入口通路31を通過する給気量を増加したり、上記の圧力比を低下することで、コンプレッサ5Cの作動状態をサージ領域から離れるように変えることができる。なお、図6中の破線は、等回転数曲線ELを示す。また、他の幾つかの実施形態では、例えば、低負荷状態からの負荷上昇や、高負荷状態から低負荷状態への変動など、エンジン2の負荷状態の変動状況などに応じてサージ領域への侵入判定を行っても良い。また、新気量は給気量(給気Fiの流量)でも良い。
FIG. 6 shows an example of the operating
また、制御実行部81は、コンプレッサ作動状態確認部82によるサージ領域への侵入判定の判定結果の入力を受けて、この判定結果に応じた流路設定を行う。すなわち、コンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域に侵入すると判定される場合には、EGRシステム1に形成される流路にはコンプレッサバイパス流路が含まれ、サージ領域に侵入しないと判定される場合には、コンプレッサバイパス流路は含まれないことになる。より具体的には、EGRシステム1には、サージ領域に侵入すると判定される場合には、コンプレッサバイパス方式コンプレッサバイパス方式を含む流路(例えば、図3A〜図3C参照)のいずれかが形成され、逆に、サージ領域に侵入しないと判定される場合にはコンプレッサバイパス方式を含まない流路(例えば、図2A〜図2C、図4A〜図4C参照)のいずれかが形成される。
In addition, the control execution unit 81 receives an input of the determination result of the intrusion determination to the surge region by the compressor operation state confirmation unit 82, and sets the flow path according to the determination result. That is, when it is determined that the operating state of the
上記の構成によれば、コンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域に侵入する場合には、給気通路3におけるコンプレッサ5Cの下流側から上流側に向けてコンプレッサ5Cをバイパスしながら排気ガスFeが流通可能となるコンプレッサバイパス流路が、給気側バルブ装置34が制御されることによって形成される。このため、コンプレッサ5Cがサージ領域で作動されることを防止しながら、エンジン2の運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
According to the above configuration, when the operating state of the
また、他の幾つかの形態では、図5に示されるように、バルブ制御装置8は、過給機5の回転数であるターボ回転数を確認するターボ回転数確認部83を、さらに含む。そして、ターボ回転数確認部83によってターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、制御実行部81は、タービン5Tの上流側における排気通路4を流れる排気ガスFeの少なくとも一部がタービン迂回通路46から共有EGR通路6を通過してタービン5Tの下流側における排気通路4に流れることが可能となるように排気側バルブ装置44を制御するよう構成される。
Further, in some other forms, as shown in FIG. 5, the
ターボ回転数確認部83は、上記の通り、ターボ回転数と目標回転数を比較し、この比較による判定結果に応じてタービンバイパス方式の要否を判定するよう構成されている。すなわち、ターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、過給圧の上昇を回避するために、タービンバイパス方式が必要と判断し、逆に、ターボ回転数が目標回転数以下の場合にはタービンバイパス方式は不要と判断する。これと共に、ターボ回転数確認部83はこの判定結果を制御実行部81に入力するよう構成されている。このため、ターボ回転数確認部83は、図5に示されるように、ターボ回転数確認部83にはターボ回転数に関する情報であるターボ回転数情報と、目標回転数に関する情報である目標回転数情報が入力される。 As described above, the turbo rotational speed confirmation unit 83 is configured to compare the turbo rotational speed with the target rotational speed and determine whether or not the turbine bypass system is necessary according to the determination result by this comparison. That is, when it is determined that the turbo speed is higher than the target speed, it is determined that a turbine bypass system is necessary to avoid an increase in the supercharging pressure, and conversely, the turbo speed is equal to or lower than the target speed. In this case, it is judged that the turbine bypass method is unnecessary. At the same time, the turbo rotational speed confirmation unit 83 is configured to input the determination result to the control execution unit 81. Therefore, as shown in FIG. 5, the turbo rotation speed confirmation unit 83 includes the turbo rotation speed information that is information about the turbo rotation speed and the target rotation speed that is information about the target rotation speed. Information is entered.
このターボ回転数情報は、ターボ回転数またはターボ回転数を推測(算出)するために必要な情報である。そして、幾つかの実施形態では、ターボ回転数確認部83にはターボ回転数情報としてターボ回転数が入力される。この場合には、ターボ回転数は、過給機5の回転数を検出可能な回転数検出手段により直接検出し、ターボ回転数情報として入力されても良い。
また、他の幾つかの実施形態では、ターボ回転数確認部83にはターボ回転数情報としてターボ回転数を算出するための情報が入力され、ターボ回転数確認部83はこの入力情報からターボ回転数を算出する。
The turbo rotational speed information is information necessary for estimating (calculating) the turbo rotational speed or the turbo rotational speed. In some embodiments, the turbo rotational speed is input to the turbo rotational speed confirmation unit 83 as turbo rotational speed information. In this case, the turbo rotational speed may be directly detected by a rotational speed detecting means capable of detecting the rotational speed of the supercharger 5 and input as turbo rotational speed information.
In some other embodiments, information for calculating the turbo rotational speed is input to the turbo rotational speed confirmation unit 83 as turbo rotational speed information, and the turbo rotational speed confirmation unit 83 receives the turbo rotational speed from the input information. Calculate the number.
ターボ回転数の算出は、例えば、新気量と、大気圧(コンプレッサ5Cの入口の圧力)とコンプレッサ5Cの出口の圧力との比である圧力比から算出可能である。このため、ターボ回転数確認部83によるターボ回転数の算出は、図1の例示のように、流量検出手段38と圧力比検出手段39(39a、39b)からの検出値がターボ回転数情報として入力され、これに基づいてターボ回転数を算出しても良い。一般的には、外部EGRと過給機5を備えるエンジン2では、エンジンECUの燃料噴射量指示値、大気圧センサ、エンジン回転数Ne、新気Fsの流量、および、給気マニホールドの圧力と温度を計測し、制御に用いている場合が多い。このため、このようにターボ回転数を算出するよう構成すれば、EGRシステム1のために新たなセンサを設けることなく、ターボ回転数の算出を行うことができる。
The turbo rotational speed can be calculated from, for example, a new air amount, a pressure ratio that is a ratio of atmospheric pressure (pressure at the inlet of the
一方、目標回転数情報は、目標回転数または目標回転数を算出するのに必要な情報となる。また、目標回転数は、エンジン2に要求される出力に見合った過給圧を得るために必要とされる回転数であり、例えば、スロットルバルブの開度を決めるアクセルペダルの操作量に応じて目標回転数が決められても良い。これに加えて、目標回転数は、タービン5Tの破損につながるようなタービン5Tの過回転を回避するような回転数の範囲で決定されても良い。そして、幾つかの実施形態では、ターボ回転数確認部83には目標回転数が入力される。他の幾つかの実施形態では、ターボ回転数確認部83には目標回転数を算出するための情報が入力され、ターボ回転数確認部83は、この入力情報から目標回転数を算出する。
On the other hand, the target rotational speed information is information necessary for calculating the target rotational speed or the target rotational speed. The target rotational speed is a rotational speed required to obtain a supercharging pressure corresponding to the output required for the
また、制御実行部81は、ターボ回転数確認部83によるターボ回転数の判定結果の入力を受けて、この判定結果に応じて流路設定を設定する。すなわち、タービン5T(過給機5)の回転数が目標回転数よりも大きいと判定される場合には、EGRシステム1に形成される流路にはタービンバイパス流路が含まれ、タービン5T回転数が目標回転数以下と判定される場合には、タービンバイパス流路は含まれないことになる。より具体的には、EGRシステム1には、タービン5Tの回転数が目標回転数よりも大きいと判定される場合には、過給機5の回転数のさらなる上昇を回避するために、タービンバイパス方式を含む流路(例えば、図4A〜図4C参照)のいずれかが形成され、逆に、ターボ回転数が目標回転数以下の場合にはタービンバイパス方式を含まない流路(例えば、図2A〜図3C参照)のいずれかが形成される。
Further, the control execution unit 81 receives an input of the turbo rotation speed determination result from the turbo rotation speed confirmation unit 83, and sets the flow path setting according to the determination result. That is, when it is determined that the rotation speed of the
上記の構成によれば、ターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、排気通路4におけるタービン5Tの上流側から下流側に向けてタービン5Tをバイパスしながら排気ガスFeが流通可能となるタービンバイパス流路が、排気側バルブ装置44が制御されることによって形成される。このように、排気側バルブ装置44がウェストゲートバルブと同様の機能を果たすので、ウェストゲートバルブやや可変ノズル機構などの過給機5の回転を制御するための手段を別個に設けることなく、ターボ回転数を制御しながら、エンジン2の運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
According to the above configuration, when it is determined that the turbo rotational speed is higher than the target rotational speed, the exhaust gas Fe flows while bypassing the
なお、上記の新気量を検出するための流量検出手段38やコンプレッサの入口と出口の圧力比を検出するための圧力比検出手段39のそれぞれの数や設置位置は任意である。
例えば、流量検出手段38は、図1の例示では、共有EGR通路6と給気通路3の接続箇所より上流側において給気通路3に設けられている。
一方、圧力比検出手段39は、図1の例示では、共有EGR通路6と給気通路3との接続箇所の上流側におけるコンプレッサ入口通路に設けられる大気圧を検出するための圧力検出手段39aと、コンプレッサ出口通路32に設けられるコンプレッサ5Cの出口の圧力を検出するため圧力検出手段39bによって構成される。さらに、図1に例示されるように、コンプレッサ5Cの出口の圧力を検出するための圧力検出手段39bは、インタークーラ37の下流側におけるコンプレッサ出口通路32に設けられても良く、インタークーラ37の下流側の圧力と新気量から算出される圧損を用いて算出しても良い。
The number and installation positions of the flow rate detection means 38 for detecting the fresh air amount and the pressure ratio detection means 39 for detecting the pressure ratio between the inlet and outlet of the compressor are arbitrary.
For example, in the illustration of FIG. 1, the flow rate detection means 38 is provided in the
On the other hand, in the illustration of FIG. 1, the pressure ratio detection means 39 is a pressure detection means 39 a for detecting the atmospheric pressure provided in the compressor inlet passage on the upstream side of the connection location between the shared
また、他の幾つかの実施形態では、バルブ制御装置8は、排気通路4から給気通路3への排気ガスFeの再循環の要否を判定するEGR判定部84と、排気ガスFeを再循環するための排気通路4から給気通路3を至る流路であるEGR流路をエンジン回転数NeとエンジントルクTからなる作動マップ86に基づいて決定するEGR流路決定部85と、をさらに含む。そして、EGR判定部84によって排気ガスFeの再循環が必要と判定される場合には、制御実行部81は、EGR流路決定部85によって決定されるEGR流路を形成するように排気側バルブ装置44および給気側バルブ装置34を制御するよう構成される。
In some other embodiments, the
すなわち、EGR判定部84には、排気通路4から給気通路3への排気ガスFeの再循環の要否を判定するための再循環要否判定情報が入力される。再循環要否判定情報は、例えば、排気ガスFeの温度、ノックセンサー、NOxセンサなどの検出値であっても良い。また、EGR流路決定部85にはエンジン2の運転条件が入力されると共に、作動マップ86が参照可能となっている。そして、エンジン2の運転条件を用いて作動マップ86を参照すると、複数のEGR流路から1つの流路が選択可能となっている。
That is, recirculation necessity determination information for determining the necessity of recirculation of the exhaust gas Fe from the
この作動マップ86は、エンジン2の運転条件に応じて選択すべきEGR流路が得られるように構成されている。例えば、エンジン2の運転条件は、エンジン回転数NeとエンジントルクTであっても良く、この場合の作動マップ86は図7に例示されるようなものとなる。すなわち、図7に例示される作動マップ86においては、横軸はエンジン回転数Neを示し、縦軸はエンジントルクTを示す。そして、低負荷領域(NeとTの両方とも小さい領域)ではHPL−EGR流路が選択され、高負荷領域(NeとTの両方が大きい領域)にはLPL−EGR流路、中負荷領域(NeとTは、低負荷領域よりも大きく、高負荷領域より小さい)ではHPtoLP−EGR流路が選択されるように構成されている。つまり、EGR流路決定部85に入力される運転条件(エンジン回転数NeとエンジントルクT)を図7にプロットした際の交点が、上記の3つの方式で分割される領域のどの領域に該当するかで選択すべきEGR流路が得られる。なお、エンジン回転数Neは、エンジンの回転数を検出可能な回転数検出手段22によって検出されても良い。また、エンジントルクTは、トルクセンサにより検出しても良いし、燃料噴射量に基づいて算出しても良い。
The
上記の構成によれば、排気通路4から給気通路3への排気ガスFeの再循環が必要な場合には、排気ガスFeを再循環するための排気通路4から給気通路3に至る流路であるEGR流路の複数のうちからエンジン2の運転条件に適したEGR流路が決定される。これによって、エンジン2の運転条件やその変動に応じて適切な流路が形成されるので、エンジン2の運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
According to the above configuration, when the exhaust gas Fe needs to be recirculated from the
また、他の幾つかの実施形態では、図5に示されるように、制御実行部81には、コンプレッサ作動状態確認部82、ターボ回転数確認部83、EGR流路決定部85からの出力が入力されるように構成されても良い。これによって、制御実行部81には、EGR流路、コンプレッサバイパス流路の要否、タービンバイパス流路の要否の3つの情報が入力されることになり、図8A〜図8Cに例示されるように、これらの入力情報に基づいて排気ガスFeのための複数の流路からエンジン2の運転条件に最も適した流路を1つ選択することができる。そして、制御実行部81は、給気側バルブ装置34と排気側バルブ装置44を制御することで、選択された流路をEGRシステム1に形成する。
In some other embodiments, as shown in FIG. 5, the control execution unit 81 receives outputs from the compressor operation state confirmation unit 82, the turbo rotation number confirmation unit 83, and the EGR flow path determination unit 85. It may be configured to be input. As a result, the control execution unit 81 receives three pieces of information, that is, whether the EGR flow path, the necessity of the compressor bypass flow path, and the necessity of the turbine bypass flow path, and are exemplified in FIGS. 8A to 8C. Thus, based on these input information, one flow path most suitable for the operating condition of the
図8A〜図8Cは、幾つかの実施形態における、EGRシステム1によって実現すべき流路の流路決定フローを説明する図である。図8Aは、全体の流路決定フローを説明する図である。また、図8Bは、図8Aにおけるコンプレッサバイパスを含む流路決定(ステップS820)の詳細を説明し、図8Cは、図8Aにおけるタービンバイパスを含む流路決定(ステップS830)の詳細を説明する図である。なお、図8A〜図8Cは、図7に例示の作動マップ86を用いて説明される。
FIG. 8A to FIG. 8C are diagrams illustrating a flow path determination flow of a flow path to be realized by the
図8AのステップS81において、コンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域に侵入するか判定される。ステップS81においてサージ領域に侵入しないと判定される場合には、続くステップS82においてターボ回転数は目標回転数より大きいか否か判定される。ステップS82においてターボ回転数が目標回転数以下の場合には、ステップS83においてEGRの要否(排気ガスFeの再循環の要否)が判定される。ステップS83においてEGRが必要と判断されると、ステップS84においてエンジン2の運転条件が確認される。
In step S81 of FIG. 8A, it is determined whether the operating state of the
そして、ステップS85〜ステップS89において、設定すべきEGR流路を判断するために、検出されるエンジン2の運転条件(エンジン回転数Ne、エンジントルクT)が作動マップ86のどの領域にあるか判断される。すなわち、最初に、ステップS85において、エンジン2の運転条件がLPL−EGRを用いる領域であるか判断される。そして、LPL−EGRを用いる領域であると判断される場合には、ステップS89においてLPL−EGR方式(図2B参照)が選択される。
逆に、上記のステップS85において、エンジン2の運転条件がLPL−EGRを用いる領域にないと判断される場合には、ステップS86において、エンジン2の運転条件がHPtoLP−EGRを用いる領域にあるか判断される。そして、ステップS86において、HPtoLP−EGRを用いる領域にないと判断される場合には、ステップS87においてHPL−EGR方式(図2A参照)が選択される。逆に、上記のステップS86において、HPtoLP−EGRを用いる領域にあると判断される場合には、ステップS88においてHPtoLP−EGR流路(図2C参照)が選択される。
In step S85 to step S89, in order to determine the EGR flow path to be set, it is determined in which region of the
Conversely, if it is determined in step S85 that the operating condition of the
一方、上記のステップS81の判断において、コンプレッサ5Cの作動状態はサージ領域に侵入すると判断される場合には、コンプレッサバイパス方式を含む流路を設定することになる。具体的には、ステップS820において、図8Bに例示されるように、コンプレッサバイパスを含む流路(例えば、図3A〜図3C参照)のうちから1つの流路を選択する。
また、上記のステップS82の判断において、ターボ回転数が目標回転数より大きいと判断される場合には、タービンバイパス方式を含む流路を設定することになる。具体的には、ステップS830において、図8Cに例示されるように、タービンバイパスを含む流路(例えば、図4A〜図4C参照)のうちから1つの流路を選択する。
On the other hand, if it is determined in step S81 that the operating state of the
If it is determined in step S82 that the turbo speed is greater than the target speed, a flow path including a turbine bypass system is set. Specifically, in step S830, as illustrated in FIG. 8C, one flow path is selected from the flow paths including the turbine bypass (for example, see FIGS. 4A to 4C).
なお、上記のステップS83においてEGRは不要と判断される場合には、既にコンプレッサバイパス方式とタービンバイパス方式も不要と判断されていることになる。このため、コンプレッサ迂回通路36、タービン迂回通路46、共有EGR通路6のいずれの通路へも排気ガスFe画の通過がないように、給気側バルブ装置34、排気側バルブ装置44を制御された通路(デフォルト通路)が選択される。
If it is determined in step S83 that EGR is unnecessary, it is determined that the compressor bypass method and the turbine bypass method are also unnecessary. Therefore, the supply side valve device 34 and the exhaust side valve device 44 are controlled so that the exhaust gas Fe image does not pass through any of the
図8Bは、幾つかの実施形態における図8AのステップS820の詳細を説明する図である。すなわち、図8AのステップS81においてコンプレッサ5Cに作動状態がサージ領域に侵入すると判定される場合には、図8BのステップS821において、EGRの要否が判定される。そして、ステップS821においてEGRが不要と判断される場合には、ステップS826においてコンプレッサバイパス方式が選択される。
FIG. 8B is a diagram illustrating details of step S820 of FIG. 8A in some embodiments. That is, if it is determined in step S81 of FIG. 8A that the operating state of the
逆に、ステップS821においてEGRが必要と判断される場合には、ステップS822において、上述のステップS84と同様に、エンジン2の運転条件を確認する。そして、ステップS823において、エンジン2の運転条件がLPL−EGRを用いる領域にあるかが判定され、LPL−EGRを用いる領域にあると判断される場合には、コンプレッサバイパス+LPL−EGR方式(図3C参照)が選択される。
一方、ステップS823において、LPL−EGRを用いる領域にないと判断される場合には、ステップS825においてコンプレッサバイパス+HPtoLP−EGR方式(図3B参照)が選択される。
Conversely, if it is determined in step S821 that EGR is necessary, the operating conditions of the
On the other hand, if it is determined in step S823 that the region is not in the region using LPL-EGR, the compressor bypass + HPtoLP-EGR method (see FIG. 3B) is selected in step S825.
図8Cは、幾つかの実施形態における図8AのステップS830の詳細を説明する図で
ある。すなわち、図8AのステップS82においてターボ回転数が目標回転数より大きいと判断される場合には、図8CのステップS831において、EGRの要否が判定される。そして、ステップS831においてEGRが不要と判断される場合には、ステップS836においてタービンバイパス方式(図4A参照)が選択される。
FIG. 8C is a diagram illustrating details of step S830 of FIG. 8A in some embodiments.
is there. That is, if it is determined in step S82 in FIG. 8A that the turbo rotation speed is greater than the target rotation speed, whether or not EGR is necessary is determined in step S831 in FIG. 8C. If it is determined in step S831 that EGR is unnecessary, a turbine bypass system (see FIG. 4A) is selected in step S836.
逆に、ステップS831においてEGRが必要と判断される場合には、ステップS832において、上述のステップS84と同様に、エンジン2の運転条件を確認する。そして、ステップS833において、エンジン2の運転条件がHPtoLP−EGRを用いる領域にあるか判定され、HPtoLP−EGRを用いる領域にあると判断される場合には、タービンバイパス+HPtoLP−EGR方式(図4C参照)が選択される。
一方、ステップS833において、HPtoLP−EGRを用いる領域にないと判断される場合には、ステップS835においてタービンバイパス+HPL−EGR方式(図4B参照)が選択される。
Conversely, if it is determined in step S831 that EGR is necessary, the operating condition of the
On the other hand, if it is determined in step S833 that there is no HPtoLP-EGR region, the turbine bypass + HPL-EGR method (see FIG. 4B) is selected in step S835.
上記のような流路決定フローを行う構成によれば、コンプレッサ5Cの作動状態の確認、ターボ回転数の確認、EGR流路の決定が行われた後に、排気側バルブ装置44と給気側バルブ装置34は制御される。すなわち、コンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域に侵入するか否か、ターボ回転数が目標回転数よりも大きいか否か、EGRの要否及びエンジン2の運転状態に適したEGR流路を考慮した上で、複数の流路の中から1つの流路が選択される。このため、エンジンの運転条件やその変動に応じた適切な流路が設定されることにより、エンジン2の運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができる。
According to the configuration for performing the flow path determination flow as described above, after confirming the operating state of the
図9は、幾つかの実施形態における、EGRシステム1の負荷状態(領域)に応じた排気ガスFeのための流路の切り替えを説明する図である。図9においては、横軸は時間tを示し、縦軸はエンジン負荷Pを示しており、時間tの経過に従ってエンジン負荷Pが変化する様子が示されている。
FIG. 9 is a diagram illustrating the switching of the flow path for the exhaust gas Fe according to the load state (region) of the
図9において、時刻t0においてエンジン2はアイドル運転となっている。アイドル運転時においてエンジン2は低回転(低速)・低負荷状態にあり、この場合にEGRガスを多く再循環可能なHPL−EGR方式が用いるのが好ましい。
そして、時刻t0からt1の間では、アイドル運転から負荷が徐々に上昇している。このように、アイドル運転から負荷を上げる場合、燃料噴射量が増えることで過給機5による過給圧は高くなるが、新気Fsの流量が足りずにコンプレッサ5Cの作動状態がサージ領域に突入しやすい。そこで、負荷上昇中に限っては、コンプレッサバイパスを含む流路が好ましい。また、コンプレッサバイパス+HPtoLP−EGR方式では、タービン入口通路41から排気ガスFeが再循環されるため、タービン5Tによる排気ガスFeのエネルギーを回収が十分になされない。このため、コンプレッサバイパス方式(図3A参照)もしくはコンプレッサバイパス+LPL−EGR方式(図3C参照)とすることが好ましく、ターボ回転数を維持したまま、コンプレッサ5Cの作動状態のサージ領域への侵入を防ぐことができる。
In FIG. 9, the
Then, during time t0 to t1, the load gradually increases from the idle operation. As described above, when the load is increased from the idling operation, the supercharging pressure by the supercharger 5 is increased by increasing the fuel injection amount, but the flow rate of the fresh air Fs is insufficient and the operating state of the
時刻t1からt2の間では、エンジン2は中負荷状態で運転している。このような中負荷運転時は、HPtoLP−EGR方式が好ましい。すなわち、このような運転条件では、新気Fsの新気量は十分となるが、目標のEGRガス量が多いため、HPL−EGR方式、LPL−EGR方式の両方式とも、EGRガス量が不足しやすい。そこで、最も配管前後の差圧が立ちやすいHPtoLP−EGR方式とすることで、大量のEGRガスを導入することができる。
Between times t1 and t2, the
時刻t2からt3の間では、エンジン2は、中負荷状態から高負荷状態に上昇している。このような中負荷状態から高負荷状態に上がる場合は、給気通路3と排気通路4の間において差圧が立つまでは、EGRライン前後の差圧を大きくとることが可能なHPtoLP−EGR方式が継続されることが好ましい。その後、EGRガスの流量が増加したら、中負荷状態から高負荷状態においてEGRライン前後の差圧を大きくとることが可能なLPL−EGR方式に切り替えることが好ましい。
Between times t2 and t3, the
時刻t3からt4の間では、エンジン2は高負荷状態となっている。このような高負荷状態では、中負荷状態から高負荷状態においてEGRライン前後の差圧を大きくとることが可能なLPL−EGR方式が好ましい。また、LPL−EGR方式では、HPL−EGR方式を使用する場合よりもEGRガスの温度を下げることができるため、燃焼温度低下によりNOx排出量の削減が見込める。また、火花点火エンジンの場合、エンジン2の圧縮工程の開始前における燃焼室内の温度が低下することにより、HPL−EGR方式に比べてノッキングが抑制されると共に、点火時期をより進角できることで燃費改善が見込める。
Between the times t3 and t4, the
時刻t4からt5の間では、エンジン2は、高負荷状態から中負荷状態に徐々に下降している。このようなエンジン2が高負荷状態から中負荷状態に下げられる場合には、タービンパイバスを含む流路が好ましい。また、エンジン2の負荷は徐々に下げられているため、LPL−EGR方式からタービンバイパス+HPL−EGR方式に切り替えることが好ましい。これにより、タービンバイパス流路の形成によって排気ガスFeの少なくとも一部がタービン5Tを迂回するため、目標回転数を超える不必要なタービン5Tの回転を回避することができる。また、タービン入口の排気ガスFeの温度や流量が低下したら、EGRライン前後の差圧を大きくとることが可能なHPtoLP−EGR方式に切り替えることが好ましい。
Between times t4 and t5, the
時刻t5からt6の間では、エンジン2は中負荷状態で運転しているため、上述のt1からt2と同様となる。
また、時刻t6からt7の間ではエンジン2の負荷が下がり、時刻t7においてアイドル運転となっている。このように負荷を下げた場合は、時刻t4から時刻t5と同様にタービンバイパス+HPL−EGR方式に切り替えることが好ましい。また、タービン5Tの入口のガス温度・流量が低下したら、HPL−EGR方式に切り替えることが好ましい。
From time t5 to t6, the
Further, the load on the
このように、エンジンの運転条件やその変動に応じて流路を適切に切り替えることにより、エンジンの運転条件の幅広い範囲のそれぞれで要求される目標EGRガス量をエンジンに再循環させることができ、NOx排出量の削減や燃費低減が実現される。 In this way, by appropriately switching the flow path according to the engine operating conditions and fluctuations thereof, the target EGR gas amount required in each of a wide range of engine operating conditions can be recirculated to the engine, Reduction of NOx emissions and reduction of fuel consumption are realized.
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
また、本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関全般に適用できると共に、例えば、車両、船舶、発電用エンジンなどに適用できる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.
Further, the present invention can be applied to general internal combustion engines such as diesel engines, and can be applied to, for example, vehicles, ships, power generation engines, and the like.
1 エンジンのEGRシステム
2 エンジン
22 回転数検出手段
3 給気通路
31 コンプレッサ入口通路
32 コンプレッサ出口通路
33 温度検出手段
34 給気側バルブ装置
34a 第1給気側バルブ
34b 第2給気側バルブ
36 コンプレッサ迂回通路
37 インタークーラ
38 流量検出手段
39 圧力比検出手段
39a 圧力検出手段
39b 圧力検出手段
4 排気通路
41 タービン入口通路
42 タービン出口通路
44 排気側バルブ装置
44a 第1排気側バルブ装置
44b 第2排気側バルブ装置
46 タービン迂回通路
5 ターボチャージャ
52 軸
5C コンプレッサ
5T タービン
6 共有EGR通路
61 第1分岐部
62 第2分岐部
64 EGRクーラ
8 バルブ制御装置
81 制御実行部
82 コンプレッサ作動状態確認部
83 ターボ回転数確認部
84 EGR判定部
85 EGR流路決定部
86 作動マップ
Fe 排気ガス
Fi 給気
Fs 新気
Ne エンジン回転数
T エンジントルク
SL サージライン
EL 等回転数曲線
P エンジン負荷
t 時間(時刻)
S ステップ
DESCRIPTION OF
Fe Exhaust gas Fi Supply air Fs Fresh air Ne Engine speed T Engine torque SL Surge line EL Constant speed curve P Engine load t Time (time)
S step
Claims (6)
前記タービンの下流側における前記排気通路と前記コンプレッサの上流側における前記給気通路を接続する共有EGR通路と、
前記共有EGR通路における分岐路となる第1分岐部および前記第1分岐部よりも前記排気通路側にある第2分岐部と、
前記第1分岐部と前記第2分岐部の間において前記共有EGR通路に設けられるEGRクーラと、
前記コンプレッサの下流側における前記給気通路から分岐される共に、前記第1分岐部において前記共有EGR通路と接続されるコンプレッサ迂回通路と、
前記タービンの上流側における前記排気通路から分岐されると共に、前記第2分岐部において前記共有EGR通路と接続されるタービン迂回通路と、
前記第1分岐部を通過する流体の流れ方向を制御するよう構成される給気側バルブ装置と、
前記第2分岐部を通過する流体の流れ方向を制御するよう構成される排気側バルブ装置と、
前記排気側バルブ装置および前記給気側バルブ装置を制御する制御実行部を含むよう構成されるバルブ制御装置を備えることを特徴とするエンジンのEGRシステム。 An engine EGR system comprising a turbocharger comprising a turbine provided in an exhaust passage through which exhaust gas flows and a compressor provided in an air supply passage through which supply air flows,
A shared EGR passage connecting the exhaust passage downstream of the turbine and the air supply passage upstream of the compressor;
A first branch portion that becomes a branch path in the shared EGR passage and a second branch portion that is closer to the exhaust passage than the first branch portion;
An EGR cooler provided in the shared EGR passage between the first branch part and the second branch part;
A compressor bypass passage branched from the air supply passage on the downstream side of the compressor and connected to the shared EGR passage in the first branch portion;
A turbine bypass passage branched from the exhaust passage on the upstream side of the turbine and connected to the shared EGR passage in the second branch portion;
An air supply side valve device configured to control a flow direction of fluid passing through the first branch part;
An exhaust side valve device configured to control a flow direction of fluid passing through the second branch part;
An engine EGR system comprising a valve control device configured to include a control execution unit that controls the exhaust side valve device and the air supply side valve device.
前記コンプレッサの作動状態を確認するコンプレッサ作動状態確認部を、さらに含み、
前記コンプレッサ作動状態確認部によって前記コンプレッサの作動状態がサージ領域に侵入すると判定される場合には、前記制御実行部は、前記コンプレッサの下流側における前記給気通路を流れる前記給気の少なくとも一部が前記コンプレッサ迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記コンプレッサの上流側おける前記給気通路に流れることが可能となるように前記給気側バルブ装置を制御するよう構成されることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGRシステム。 The valve control device
A compressor operating state confirmation unit for confirming the operating state of the compressor,
When it is determined by the compressor operation state confirmation unit that the operation state of the compressor enters the surge region, the control execution unit may at least part of the supply air flowing through the supply passage on the downstream side of the compressor Is configured to control the air supply side valve device so as to be able to flow from the compressor bypass passage through the common EGR passage to the air supply passage upstream of the compressor. The engine EGR system according to claim 1.
前記過給機の回転数であるターボ回転数を確認するターボ回転数確認部を、さらに含み、
前記ターボ回転数確認部によって前記ターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、前記制御実行部は、前記タービンの上流側における前記排気通路を流れる前記排気ガスの少なくとも一部が前記タービン迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記タービンの下流側における前記排気通路に流れることが可能となるように前記排気側バルブ装置を制御するよう構成されることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGRシステム。 The valve control device
A turbo rotational speed confirmation unit for confirming a turbo rotational speed that is the rotational speed of the supercharger;
When it is determined by the turbo rotational speed confirmation unit that the turbo rotational speed is greater than the target rotational speed, the control execution unit is configured so that at least a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage on the upstream side of the turbine is The exhaust-side valve device is configured to be controlled so as to be able to flow from the turbine bypass passage to the exhaust passage on the downstream side of the turbine through the shared EGR passage. The engine EGR system according to claim 1.
前記排気通路から前記給気通路への前記排気ガスの再循環の要否を判定するEGR判定部と、
前記排気ガスを再循環するための前記排気通路から前記給気通路に至る流路であるEGR流路をエンジン回転数とエンジントルクからなる作動マップに基づいて決定するEGR流路決定部と、をさらに含み、
前記EGR判定部によって前記排気ガスの再循環が必要と判定される場合には、前記制御実行部は、前記EGR流路決定部によって決定される前記EGR流路を形成するように前記排気側バルブ装置および前記給気側バルブ装置を制御するよう構成されることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGRシステム。 The valve control device
An EGR determination unit that determines whether the exhaust gas needs to be recirculated from the exhaust passage to the supply passage;
An EGR flow path determining unit that determines an EGR flow path that is a flow path from the exhaust path to the air supply path for recirculating the exhaust gas based on an operation map that includes an engine speed and an engine torque. In addition,
When it is determined by the EGR determination unit that the exhaust gas needs to be recirculated, the control execution unit is configured to form the EGR flow path determined by the EGR flow path determination unit. The engine EGR system according to claim 1, wherein the engine EGR system is configured to control a device and the air supply side valve device.
前記コンプレッサの作動状態を確認するコンプレッサ作動状態確認部と、
前記過給機の回転数であるターボ回転数を確認するターボ回転数確認部と、
前記排気通路から前記給気通路への前記排気ガスの再循環の要否を判定するEGR判定部と、
前記排気ガスを再循環するための前記排気通路から前記給気通路を至る流路であるEGR流路をエンジン回転数とエンジントルクからなる作動マップに基づいて決定するEGR流路決定部と、をさらに含み、
前記制御実行部は、
前記コンプレッサ作動状態確認部によって前記コンプレッサの作動状態がサージ領域に侵入すると判定される場合には、前記コンプレッサの下流側における前記給気通路を流れる前記給気の少なくとも一部が前記コンプレッサ迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記コンプレッサの上流側おける前記給気通路に流れることが可能となるように前記給気側バルブ装置を制御するよう構成され、且つ、
前記ターボ回転数確認部によって前記ターボ回転数が目標回転数より大きいと判定される場合には、前記タービンの上流側における前記排気通路を流れる前記排気ガスの少なくとも一部が前記タービン迂回通路から前記共有EGR通路を通過して前記タービンの下流側における前記排気通路に流れることが可能となるように前記排気側バルブ装置を制御するよう構成され、且つ、
前記EGR判定部によって前記排気ガスの再循環が必要と判定される場合には、前記EGR流路決定部によって決定される前記EGR流路を形成するように前記排気側バルブ装置および前記給気側バルブ装置を制御するよう構成されることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGRシステム。 The valve control device
A compressor operation state confirmation unit for confirming the operation state of the compressor;
A turbo rotational speed confirmation unit for confirming a turbo rotational speed that is the rotational speed of the supercharger;
An EGR determination unit that determines whether the exhaust gas needs to be recirculated from the exhaust passage to the supply passage;
An EGR flow path determining unit that determines an EGR flow path, which is a flow path from the exhaust path for recirculating the exhaust gas to the air supply path, based on an operation map including an engine speed and an engine torque; In addition,
The control execution unit
When it is determined by the compressor operation state confirmation unit that the operation state of the compressor enters the surge region, at least a part of the supply air flowing through the supply air passage on the downstream side of the compressor is removed from the compressor bypass passage. Configured to control the air supply side valve device so as to be able to flow through the common EGR passage and flow into the air supply passage on the upstream side of the compressor; and
When the turbo rotational speed confirmation unit determines that the turbo rotational speed is greater than the target rotational speed, at least a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage on the upstream side of the turbine is removed from the turbine bypass passage. Configured to control the exhaust valve device such that it can flow through the shared EGR passage and flow into the exhaust passage downstream of the turbine; and
When it is determined by the EGR determination unit that the exhaust gas needs to be recirculated, the exhaust side valve device and the air supply side are formed so as to form the EGR channel determined by the EGR channel determination unit. The engine EGR system of claim 1, wherein the engine EGR system is configured to control the valve device.
前記タービン迂回通路に設けられる第1排気側バルブと、
前記共有EGR通路において前記第2分岐部と前記排気通路の間に設けられる第2排気側バルブとからなり、
前記給気側バルブ装置は、
前記コンプレッサ迂回通路に設けられる第1給気側バルブと、
前記共有EGR通路において前記第1分岐部と前記給気通路の間に設けられる第2給気側バルブとからなることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のエンジンのEGRシステム。 The exhaust side valve device is
A first exhaust valve provided in the turbine bypass passage;
The shared EGR passage comprises a second exhaust side valve provided between the second branch portion and the exhaust passage,
The air supply side valve device comprises:
A first air supply side valve provided in the compressor bypass passage;
The engine EGR according to any one of claims 1 to 5, further comprising a second air supply side valve provided between the first branch portion and the air supply passage in the shared EGR passage. system.
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- 2014-12-09 JP JP2014248674A patent/JP2016109072A/en active Pending
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