JP2016109081A - Temperature control device for intercooler - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、インタークーラから流出する空気の温度を制御する温度制御装置に関する。 The present invention relates to a temperature control device that controls the temperature of air flowing out from an intercooler.
ターボチャージャ、スーパーチャージャ等の過給機によって吸気圧を高め、出力を増大する過給機付きエンジンが広く採用されている。過給機付きエンジンでは、吸気通路における過給機の下流側にインタークーラを設けることにより、吸気圧の上昇に伴う吸気温度の上昇を抑制している。 Engines with superchargers that increase the intake pressure and increase the output by turbochargers such as turbochargers and superchargers are widely used. In an engine with a supercharger, an intercooler is provided on the downstream side of the supercharger in an intake passage to suppress an increase in intake air temperature due to an increase in intake pressure.
インタークーラには、いわゆる空冷式のタイプの他に、熱交換機として機能するコア内に、水等の冷媒を供給することによって吸気を冷却するタイプのものがある。 In addition to the so-called air-cooled type, the intercooler includes a type that cools intake air by supplying a coolant such as water into a core that functions as a heat exchanger.
また、例えば、特許文献1には、インタークーラに低温の冷媒を供給する低温回路と、高温の冷却媒体を供給する高温回路と、その低温回路と高温回路とを切り替える回路切替手段とを備えた技術が開示されている。 Further, for example, Patent Document 1 includes a low-temperature circuit that supplies a low-temperature refrigerant to the intercooler, a high-temperature circuit that supplies a high-temperature cooling medium, and a circuit switching unit that switches between the low-temperature circuit and the high-temperature circuit. Technology is disclosed.
この技術では、回路切替手段を制御することにより、インタークーラから流出する吸気の温度を場面に応じて調整している。すなわち、低温回路を用いることにより吸気温度を低下させる制御を行ったり、あるいは、必要に応じて高温回路を用いることにより吸気温度を上昇させる制御を行ったりしている。 In this technique, the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is adjusted according to the scene by controlling the circuit switching means. That is, the control for lowering the intake air temperature is performed by using a low-temperature circuit, or the control for increasing the intake air temperature is performed by using a high-temperature circuit as necessary.
上記のように、低温回路と高温回路とを備えたインタークーラでは、インタークーラは吸気と冷媒との温度差により、その吸気を加熱または冷却する。 As described above, in an intercooler including a low-temperature circuit and a high-temperature circuit, the intercooler heats or cools the intake air depending on the temperature difference between the intake air and the refrigerant.
高温回路の冷媒の通路は、エンジンの冷却水配管等で構成されるエンジン冷却系回路から分岐して設けられている。エンジン冷却系回路の冷媒は、エンジンより受熱しラジエータで放熱する。また、低温回路の冷媒の通路は、エンジン冷却系回路とは独立して設けられている。低温回路の冷媒は、主として吸気を冷却するとともに、その冷却に伴う受熱を、低温回路の一部に設けた専用の放熱器によって放熱する。 The refrigerant passage of the high temperature circuit is branched from an engine cooling system circuit constituted by engine cooling water piping or the like. The refrigerant in the engine cooling system circuit receives heat from the engine and dissipates heat by the radiator. The refrigerant passage in the low-temperature circuit is provided independently of the engine cooling system circuit. The refrigerant in the low-temperature circuit mainly cools the intake air and dissipates heat received by the cooling by a dedicated radiator provided in a part of the low-temperature circuit.
二つの回路を使い分けることにより、例えば、エンジンの高負荷時には、低温回路を用いて過給された吸気を冷却し吸気密度を増大させるとともに、ノッキングを抑制することで出力性能を向上させることができる。また、エンジンの低負荷時には、排気還流ガスの導入により吸排気のポンピングロスを低減することで燃費向上できるが、このとき、燃焼不安定になる場合は高温回路を用いて吸気温を高め、燃焼を良化できる。 By properly using the two circuits, for example, when the engine is under a heavy load, the intake air that has been supercharged can be cooled using a low-temperature circuit to increase the intake air density, and the output performance can be improved by suppressing knocking. . In addition, when the engine is under a low load, the fuel efficiency can be improved by reducing the pumping loss of intake and exhaust by introducing the exhaust gas recirculation gas. Can be improved.
しかし、車両が加速する際、吸気密度を増大させるために低温回路の冷媒で吸気を冷却すると、燃焼が悪化し排気エネルギが減少することがある。このような場合、過給機によるスムーズな過給圧の上昇が得られない場合がある。 However, when the vehicle accelerates, if the intake air is cooled with the refrigerant in the low-temperature circuit in order to increase the intake air density, the combustion may deteriorate and the exhaust energy may decrease. In such a case, a smooth increase in supercharging pressure by the supercharger may not be obtained.
そこで、この発明の課題は、インタークーラに冷媒の温度が異なる2つの回路を備える場合において、車両が加速する際における過給圧の上昇をスムーズにすることである。 Accordingly, an object of the present invention is to smoothly increase the supercharging pressure when the vehicle accelerates when the intercooler includes two circuits having different refrigerant temperatures.
上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンの吸気通路に設けられる過給機と、前記吸気通路における前記過給機の下流側に設けられるインタークーラと、前記インタークーラに設けられ冷媒通路を備える冷却器と、前記冷媒通路に相対的に低温の冷媒を供給する低温回路と、前記冷媒通路に前記低温回路を流れる冷媒より高温の冷媒を供給する高温回路と、前記冷媒通路への冷媒の供給を前記低温回路と前記高温回路とに切り替える冷媒供給切替手段と、を備え、前記冷媒供給切替手段は、加速時に、エンジンの排気通路における排圧上昇割合が目標排圧上昇率以上、又は、前記過給機の回転数上昇率が目標値以上となった後に、前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給するインタークーラの温度制御装置を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention provides a supercharger provided in an intake passage of an engine, an intercooler provided on the downstream side of the supercharger in the intake passage, and a refrigerant provided in the intercooler. A cooler having a passage; a low-temperature circuit that supplies a relatively low-temperature refrigerant to the refrigerant passage; a high-temperature circuit that supplies a refrigerant having a temperature higher than that flowing through the low-temperature circuit to the refrigerant passage; Refrigerant supply switching means for switching the supply of refrigerant to the low temperature circuit and the high temperature circuit, the refrigerant supply switching means, when accelerating, the exhaust pressure increase rate in the exhaust passage of the engine is equal to or higher than the target exhaust pressure increase rate, Or the temperature control apparatus of the intercooler which supplies a refrigerant | coolant from the said low-temperature circuit to the said refrigerant | coolant passage after the rotation speed increase rate of the said supercharger became more than target value was employ | adopted.
ここで、前記冷媒供給切替手段は、前記冷媒通路の上流側に設けられ前記冷媒通路への連通を前記低温回路と前記高温回路に切り替える三方切替弁と、前記低温回路に設けられ前記冷媒通路側へ冷媒を送り込む低温回路ポンプと、前記高温回路に設けられ前記冷媒通路側へ冷媒を送り込む高温回路ポンプと、を備え、前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給する際は、前記冷媒供給切替手段は、前記三方切替弁を前記低温回路に連通させ且つ前記低温回路ポンプを作動させる構成を採用することができる。 Here, the refrigerant supply switching means is provided on the upstream side of the refrigerant passage, a three-way switching valve for switching the communication to the refrigerant passage between the low temperature circuit and the high temperature circuit, and provided in the low temperature circuit on the refrigerant passage side A low-temperature circuit pump for sending refrigerant to the high-temperature circuit, and a high-temperature circuit pump for feeding refrigerant to the refrigerant passage side when supplying the refrigerant from the low-temperature circuit to the refrigerant passage. The means may employ a configuration in which the three-way switching valve is communicated with the low-temperature circuit and the low-temperature circuit pump is operated.
これらの各構成において、前記冷媒供給切替手段は、加速時に、エンジンの排気通路における排圧上昇割合が目標排圧上昇率以上、又は、前記過給機の回転数上昇率が目標値以上となった後に、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給し、前記インタークーラから流出する吸気の温度が所定温度未満であれば前記冷媒通路への前記低温回路からの冷媒の供給を遮断する構成を採用することができる。 In each of these configurations, at the time of acceleration, the refrigerant supply switching means is configured so that the exhaust pressure increase rate in the engine exhaust passage is equal to or higher than the target exhaust pressure increase rate, or the rotation speed increase rate of the supercharger is equal to or higher than the target value. After that, if the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is equal to or higher than the target intake air temperature, the refrigerant is supplied from the low temperature circuit to the refrigerant passage, and if the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is less than a predetermined temperature, the A configuration in which supply of the refrigerant from the low-temperature circuit to the refrigerant passage is blocked can be employed.
また、エンジンの排気通路の排気ポートの下流側と吸気通路の吸気ポートの上流側を連通する高圧排気還流通路をさらに備え、前記冷媒供給切替手段は、低中負荷低中速域で、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度未満であれば前記冷媒通路へ前記高温回路から冷媒を供給し且つ吸気に前記高圧排気還流通路から高圧排気還流ガスを導入し、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば、前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給する構成を採用することができる。 The refrigerant supply switching means further includes a high-pressure exhaust gas recirculation passage communicating the downstream side of the exhaust port of the engine exhaust passage and the upstream side of the intake port of the intake passage, If the temperature of the intake air flowing out from the cooler is lower than the target intake air temperature, the refrigerant is supplied from the high-temperature circuit to the refrigerant passage, the high-pressure exhaust gas recirculation gas is introduced into the intake air from the high-pressure exhaust gas recirculation passage, and flows out from the intercooler If the temperature of the intake air is equal to or higher than the target intake air temperature, a configuration in which the refrigerant is supplied from the low temperature circuit to the refrigerant passage can be employed.
これらの各構成において、エンジンの排気通路における排気浄化部の下流側に位置する排気管と、吸気通路の前記過給機の上流側を連通する低圧排気還流通路をさらに備え、前記冷媒供給切替手段は、高負荷高速域で、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度未満であれば前記冷媒通路へ前記高温回路から冷媒を供給し、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば、前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給し且つ前記低圧排気還流通路から低圧排気還流ガスを導入する構成を採用することができる。 In each of these configurations, the refrigerant supply switching means further includes an exhaust pipe located downstream of the exhaust purification unit in the exhaust passage of the engine, and a low-pressure exhaust recirculation passage communicating with the upstream side of the supercharger of the intake passage. If the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is lower than the target intake air temperature in the high load high speed range, the refrigerant is supplied from the high temperature circuit to the refrigerant passage, and the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is the target intake air temperature. If the temperature is higher than the temperature, it is possible to adopt a configuration in which the refrigerant is supplied from the low-temperature circuit to the refrigerant passage and the low-pressure exhaust gas recirculation gas is introduced from the low-pressure exhaust gas recirculation passage.
また、前記冷媒供給切替手段は、定常時に、前記インタークーラから流出する吸気の温度と目標吸気温度に基づいて前記低温回路からの冷媒の供給と前記高温回路からの冷媒の供給の切り替えをフィードバック制御するものであり、前記低温回路と前記高温回路の切り替え後の所定期間毎の前記吸気の温度の変化率に基づいて、前記低温回路と前記高温回路の切り替え期間や切り替え周期を制御する構成を採用することができる。 Further, the refrigerant supply switching means feedback-controls switching between supply of the refrigerant from the low temperature circuit and supply of the refrigerant from the high temperature circuit based on the temperature of the intake air flowing out from the intercooler and the target intake air temperature in a steady state. And adopting a configuration for controlling the switching period and switching cycle of the low-temperature circuit and the high-temperature circuit based on the rate of change of the temperature of the intake air for each predetermined period after switching between the low-temperature circuit and the high-temperature circuit. can do.
この発明は、加速時に、エンジンの排気通路における排圧上昇割合が目標排圧上昇率以上、又は、過給機の回転数上昇率が目標値以上となった後に、インタークーラの冷媒通路へ低温回路から冷媒を供給するようにしたので、加速初期は通常の吸気の冷却により正常な燃焼と充分な排気エネルギを確保し、正常な過給圧の立ち上がりが確認された後は、低温回路による吸気の冷却により吸気密度を増大させて、より高い排気エネルギを得ることができる。したがって、車両が加速する際における過給圧の上昇をスムーズにすることができる。 In the present invention, during acceleration, after the exhaust pressure increase rate in the engine exhaust passage exceeds the target exhaust pressure increase rate or the turbocharger rotational speed increase rate exceeds the target value, the low temperature is reduced to the refrigerant passage of the intercooler. Since the refrigerant is supplied from the circuit, normal combustion and sufficient exhaust energy are ensured by normal intake air cooling in the early stage of acceleration, and after the normal boost pressure rise is confirmed, By increasing the intake air density, the intake air density can be increased and higher exhaust energy can be obtained. Therefore, the boost pressure can be increased smoothly when the vehicle accelerates.
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図1は、この発明のインタークーラの温度制御装置、及び、その温度制御装置を備えたエンジンの構成を示す全体図である。なお、図では、この発明に関連する部材を中心に図示し、他はその図示を省略している。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view showing the configuration of an intercooler temperature control device and an engine equipped with the temperature control device of the present invention. In the figure, the members related to the present invention are mainly shown, and the others are not shown.
エンジンEは自動車用エンジンであり、図1に示すように、ピストンを収容した気筒内に吸気を送り込む吸気ポートに通じる吸気通路1、排気ポートから引き出された排気通路2、その他、必要な燃料を噴射する燃料噴射装置等を備えている。吸気ポート及び排気ポートは、それぞれ燃焼室への開口がバルブによって開閉される。また、吸気通路1には、流路面積を調節するスロットルバルブ等が適宜の箇所に設けられている。
The engine E is an automobile engine, and as shown in FIG. 1, an intake passage 1 leading to an intake port for sending intake air into a cylinder containing a piston, an
吸気通路1には、吸気ポートから上流側に向かって、吸気通路1を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置6(以下、「インタークーラ6」と称する)、過給機として配置されたターボチャージャのコンプレッサ5、さらにその上流側にエアクリーナを収容したエアクリーナケース等が設けられる。この実施形態では、インタークーラ6は、吸気通路1を構成するインテークマニホールド内に設けられている。
In the intake passage 1, an intake air cooling device 6 (hereinafter referred to as “
排気通路2には、排気ポートから下流側に向かって、ターボチャージャのタービン、排気中の窒素酸化物(NOx)等を除去する触媒等を備えた排気浄化部8、排気管(マフラ)等が設けられる。
The
排気通路2の排気ポートの下流側と、吸気通路1の吸気ポートの上流側とは、高圧排気ガス再循環装置3を構成する高圧排気還流通路3aによって連通している。高圧排気還流通路3aには高圧排気還流弁4が設けられている。高圧排気還流弁4の開閉と、高圧排気還流通路3aと吸気通路1との合流部よりも上流側に設けたスロットルバルブの開閉に伴う吸気通路1内の圧力状態に応じて、高圧排気還流通路3aを通じて、エンジンEから排出される排気ガスの一部が、高圧還流ガスとして吸気通路1に還流する。
The downstream side of the exhaust port of the
また、排気通路2における排気浄化部8の下流側に位置する排気管と、吸気通路1のコンプレッサ5の上流側とは、低圧排気ガス再循環装置13を構成する低圧排気還流通路13aによって連通している。低圧排気還流通路13aには低圧排気還流弁14が設けられている。低圧排気還流弁14の開閉と、低圧排気還流通路13aと吸気通路1との合流部よりも上流側に設けたスロットルバルブの開閉に伴う吸気通路1内の圧力状態に応じて、低圧排気還流通路13aを通じて、エンジンEから排出される排気ガスの一部が、低圧還流ガスとして吸気通路1における過給機よりも上流側に還流する。
Further, the exhaust pipe located downstream of the
ターボチャージャは、エンジンの吸気通路1内にブースト圧を作用させるコンプレッサ5と、エンジンの排気通路2に設けられるタ−ビンとから構成される。タ−ビンは、排気通路2を通じて排出される排気ガスにより回転し、タ−ビンの回転がコンプレッサ5に伝達される。コンプレッサ5の回転により、エアクリ−ナから取り込まれた吸気を圧縮して、吸気通路1を通じてエンジンEの燃焼室に過給状態で供給する。
The turbocharger is composed of a
インタークーラ6から流出する吸気の温度やその吸入空気流量は、吸気温/吸気圧センサ7によって取得される。また、排気の圧力は排気通路2に設けた排圧センサ9が、エンジンEの回転数は、クランクシャフト11に隣接して設けた回転数センサ10が、エンジンの冷却系回路を流通する冷媒(冷却水)の温度は、その配管の一部に設けた水温センサ12が取得する。
The temperature of the intake air flowing out from the
これらの各装置から得られる情報は、このエンジンEを搭載する車両が備える電子制御ユニット(Electronic Control Unit)40に送られ、エンジンE、インタークーラ6の温度制御装置、その他機器の制御に活用される。
The information obtained from each of these devices is sent to an electronic control unit (Electronic Control Unit) 40 provided in a vehicle on which the engine E is mounted, and is used to control the engine E, the temperature control device of the
インタークーラ6には、内部に冷媒(冷却媒体)が通る冷媒通路を備える冷却器6aが設けられている。冷却器6aの冷媒通路には、冷媒供給切替手段による制御によって、低温の冷媒を供給する低温回路30と、高温の冷媒を供給する高温回路20から選択的に冷媒が供給できるようになっている。
The
冷却器6aの冷媒通路への冷媒の供給を、低温回路30と高温回路20とに切り替える冷媒供給切替手段として、この実施形態では、冷却器6aの冷媒通路の上流側に設けられその冷媒通路への連通を低温回路30と高温回路20に切り替える三方切替弁32と、低温回路30に設けられ冷却器6aの冷媒通路側へ冷媒を送り込む低温回路ポンプ35と、高温回路20に設けられ冷却器6aの冷媒通路側へ冷媒を送り込む高温回路ポンプ25とを備えている。
In this embodiment, the refrigerant supply switching means for switching the supply of the refrigerant to the refrigerant passage of the cooler 6a between the low-
高温回路20は、エンジンE内のシリンダブロック等に形成された冷却通路から引き出され、車両の前部等に設けられたラジエータ24に至るラジエータ通路21と、そのラジエータ24から引き出された送り通路26,29を備える。送り通路26,29は、ラジエータ24とインタークーラ6の冷却器6aとを結ぶとともに、その送り通路26,29の途中に設けた分岐部から、エンジンE内の冷却通路に向かうエンジン冷却通路27が引き出されている。ラジエータ24は空冷式の冷却装置であり、冷媒を冷却する機能を有する。高温回路ポンプ25はラジエータ24の下流側に設けられている。
The
また、エンジンEとラジエータ24とを結ぶラジエータ通路21の途中には、ラジエータ用三方切替弁22が設けられている。ラジエータ用三方切替弁22には、ラジエータ24を通らない短絡通路23が接続されている。短絡通路23は、ラジエータ24の上流側に位置するラジエータ用三方切替弁22と、ラジエータ24の下流側とを結んでいる。さらに、冷却器6aの冷媒通路から引き出された高温戻り通路28は、ラジエータ24の上流側に接続されている。
Further, a radiator three-
ラジエータ用三方切替弁22は、高温回路20の冷媒を、ラジエータ24を通るルートと、ラジエータ24を通らないルートとに切り替えることができる。この切り替えの制御は、冷媒の温度に応じてサーモスタットが自動的に行うが、これを運転条件に応じて電子制御ユニット40が行うようにしてもよい。
The radiator three-
低温回路30は、低温回路冷却用放熱器34から引き出され、高温回路20の送り通路26,29の途中に設けた三方切替弁32に接続される送り通路33と、冷却器6aの冷媒通路から引き出され低温回路冷却用放熱器34に接続される低温戻り通路31を備えている。低温回路冷却用放熱器34は、空冷式の冷却装置であり、低温回路30の冷媒を冷却する機能を有する。低温回路ポンプ35は低温回路冷却用放熱器34の下流側に設けられている。
The low-
三方切替弁32は、インタークーラ6の冷却器6aの冷媒通路を、高温回路20側の送り通路26,29のルートに連通させるか、あるいは、低温回路30側の送り通路33,29のルートに連通させるかを切り替えることができる。この切り替えの制御は、同じく、冷媒の温度や運転条件に応じて電子制御ユニット40が行う。
The three-
この実施形態では、高温回路20、低温回路30ともに、冷媒として水を採用しているが、水以外の他の流体からなる冷媒を採用してもよい。
In this embodiment, both the high-
インタークーラ6の冷却器6aの冷媒通路へ、低温回路30から冷媒を供給する際は、冷媒供給切替手段の制御は、三方切替弁32を低温回路30側の送り通路33,29のルートに連通させ、且つ、低温回路ポンプ35を作動させた状態とする。このとき、高温回路ポンプ25の作動は、エンジン冷却通路27を通じてエンジンEの冷却を継続する限りにおいて、動作を停止する必要はない。
When supplying the refrigerant from the
インタークーラ6の冷却器6aの冷媒通路へ、高温回路20から冷媒を供給する際は、冷媒供給切替手段の制御は、三方切替弁32を高温回路20側の送り通路26,29のルートに連通させ、且つ、高温回路ポンプ25を作動させた状態とする。このとき、低温回路ポンプ35の作動は停止する。
When supplying refrigerant from the
このエンジンEの制御において、三方切替弁32による高温回路20と低温回路30との切り替えは、インタークーラ6から流出する吸気の温度と、運転条件に応じて予め決定されている目標吸気温度の値に基づいて、吸気の温度が目標吸気温度となるまでフィードバック制御が行われる。三方切替弁32の切り替えに対応して、高温回路ポンプ25や低温回路ポンプ35は適宜その作動が制御される。
In the control of the engine E, the switching between the
なお、そのフィードバック制御の応答性に関し、吸気の温度が目標吸気温度に至る収束性を早めるために、三方切替弁32の切り替えから所定期間毎の実際の吸気の温度(インタークーラ6から流出する吸気の温度)からその温度の単位時間当たりの変化率を計測し、目標吸気温度よりオーバーシュートせずに速やかに安定するように三方切替弁32の弁の切り替え期間や切り替え周期を制御することができる。
Regarding the responsiveness of the feedback control, in order to speed up the convergence of the intake air temperature to the target intake air temperature, the actual intake air temperature (intake air flowing out from the intercooler 6) every predetermined period from the switching of the three-
具体的には、吸気の温度の単位時間当たりの変化率が大きければ、単位時間当たりの吸気の温度変化が大きいので、三方切替弁32を高温回路20と低温回路30の一方に切り替えた後、他方に切り替えるまでの時間を短くする。また、吸気の温度の変化率が小さければ、単位時間当たりの吸気の温度変化が小さいので、三方切替弁32を高温回路20と低温回路30の一方に切り替えた後、他方に切り替えるまでの時間を長くする。このとき、その変化率の値に基づいて、予め用意された算定式、その他手法により、切り替えるまでの適正な時間や周期を算出することができる。
Specifically, if the rate of change in the intake air temperature per unit time is large, the change in the intake air temperature per unit time is large. Therefore, after switching the three-
ここで、例えば、加速時には、通常の吸気温度制御、すなわち、上記のフィードバック制御を継続するとともに、アクセル開度に合わせて燃料を増量する。加速の初期は、加速のための燃料を増量しても、フィードバック制御により吸気の温度が適正に保たれるので、良好な燃焼の維持により排気エネルギを充分に確保し、過給機による吸気の過給圧を高めることができる。 Here, for example, during acceleration, the normal intake air temperature control, that is, the above feedback control is continued, and the fuel is increased in accordance with the accelerator opening. In the initial stage of acceleration, even if the fuel for acceleration is increased, the intake air temperature is maintained properly by feedback control. Therefore, sufficient exhaust energy is secured by maintaining good combustion, and the intake air by the turbocharger is secured. The supercharging pressure can be increased.
そして、排気通路2における排圧上昇割合が目標排圧上昇率以上となった後、又は、過給機のコンプレッサ5の回転数上昇率が目標値以上となった後に、インタークーラ6の冷却器6aの冷媒通路へ、低温回路30から冷媒を供給する。
After the exhaust pressure increase rate in the
このように、加速の初期は、通常の吸気の冷却により正常な燃焼と充分な排気エネルギを確保し、正常な過給圧の立ち上がりが確認された後は、低温回路30による吸気の冷却により吸気密度を増大させて、より高い排気エネルギを得ることができる。したがって、車両が加速する際における過給圧の上昇をスムーズにすることができる。
Thus, at the initial stage of acceleration, normal combustion and sufficient exhaust energy are ensured by cooling the normal intake air, and after the normal boost pressure rise is confirmed, the intake air is cooled by the low-
この加速時の制御に際し、排圧上昇割合の情報は排圧センサ9からの情報を用い、電子制御ユニット40がその制御を行う。また、その制御に、コンプレッサ5の回転数の情報を用いる場合は、その過給機のコンプレッサ5等に回転センサ等の機器を取り付け、それらの機器からの情報を用い、電子制御ユニット40がその制御行う。
In the control at the time of acceleration, the information from the exhaust pressure sensor 9 is used as the information on the increase rate of the exhaust pressure, and the
また、その加速時に、排気通路2における排圧上昇割合が目標排圧上昇率以上となった後、又は、過給機のコンプレッサ5の回転数上昇率が目標値以上となった後において、一律に低温回路30へ切り替えるのではなく、インタークーラ6から流出する吸気の温度が所定温度以上であれば、冷却器6aの冷媒通路へ低温回路30から冷媒を供給し、インタークーラ6から流出する吸気の温度が所定温度未満であれば、冷却器6aの冷媒通路への低温回路30からの冷媒の供給を遮断するようにしてもよい。所定温度の一例としては、0℃などを挙げることができ、これは目標吸気温度とは独立して設定してもよい。
Further, at the time of acceleration, after the exhaust pressure increase rate in the
なお、低温回路30からの冷媒の供給を遮断した場合においては、冷却器6aへは、代わりに、高温回路20から冷媒が供給される。高温回路ポンプ25は、エンジン稼働中は常に作動状態が継続するが、仮に、高温回路ポンプ25を止めれば、冷却器6aへは高温回路20からの冷媒の供給も合わせて遮断される。
逆に、高温回路20からの冷媒の供給を遮断した場合においては、低温回路30から冷媒を供給する場面も想定されるし、低温回路ポンプ35を止めて、低温回路30からの冷媒の供給も合わせて遮断される場面も想定される。
When the supply of the refrigerant from the
On the contrary, when the supply of the refrigerant from the
また、低中負荷低中速域においては、インタークーラ6から流出する吸気の温度が目標吸気温度未満であれば、冷却器6aの冷媒通路へ高温回路20から冷媒を供給し吸気の温度を上昇させるとともに、高圧排気ガス再循環装置3を通じて吸気に高圧排気還流ガスを導入することにより、吸気の温度上昇をアシストすることができる。逆に、インタークーラ6から流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば、冷却器6aの冷媒通路へ低温回路30から冷媒を供給し、吸気の温度を下げるようにするとよい。このとき、高圧排気還流ガスの導入は行わない。
Further, in a low / medium load / low / medium speed range, if the temperature of the intake air flowing out from the
高負荷高速域においては、インタークーラ6から流出する吸気の温度が目標吸気温度未満であれば、冷却器6aの冷媒通路へ高温回路20から冷媒を供給して、吸気の温度を上昇させる。インタークーラ6から流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば、冷却器6aの冷媒通路へ低温回路30から冷媒を供給するとともに、低圧排気ガス再循環装置13を通じて吸気に低圧排気還流ガスを導入することにより、吸気の温度低下をアシストすることができる。
In the high-load high-speed region, if the temperature of the intake air flowing out from the
従来のインタークーラ6では、高温回路20の冷媒の温度は、通常の運転では常に90℃以上であるので、冷却効率が劣るという問題があった。また、インタークーラ6に冷媒の温度の異なる2つの冷却器が設けられていても、急激なエンジン運転状態の変化に対する温度応答性に限界があった。しかし、この発明のように、高圧排気還流ガスや低圧排気還流ガスの導入により吸気の温度制御をアシストすれば、温度応答性をより高めることができる。
In the
以下、フローチャートに基づいて、この発明のインタークーラの温度制御装置による吸気温度の制御方法を説明する。 Hereinafter, based on a flowchart, the intake air temperature control method by the intercooler temperature control apparatus of the present invention will be described.
通常の運転状態、すなわち、部分負荷定常時は、燃焼効率の高い目標吸気温となるように、三方切替弁32をフィードバック制御により切り替える制御が行われる。
In a normal operation state, that is, when the partial load is steady, control for switching the three-
図3に示すフローチャートのステップS1において、高温回路20の冷媒の温度が所定値(例えば、運転状況に応じて、60〜80℃の範囲で設定される或る温度)以下ならば、フリクションを低減し燃焼を安定化するために、ラジエータ用三方切替弁22を切り替えて、高温回路20の冷媒をラジエータ24を通らないルートに設定し冷媒の温度を上昇させる。ここでは、ラジエータ用三方切替弁22としてサーモスタットを採用しているので、この状態は、サーモスタットOFF状態である。また、三方切替弁32は低温回路30側へ連通させるとともに、高温回路ポンプ25は停止させ、エンジンE本体を早急に暖機する(ステップS11、S12参照)。
In step S1 of the flowchart shown in FIG. 3, if the temperature of the refrigerant in the high-
高温回路20の冷媒の温度が所定値(上記と同じ)以上ならば、暖機が完了しているので、ラジエータ用三方切替弁22を切り替えて、高温回路20の冷媒をラジエータ24を通るルートに設定し、高温回路ポンプ25を作動させ、放熱により冷媒を冷却する。この状態は、サーモスタットON状態である(同ステップS2参照)。
If the temperature of the refrigerant in the high-
ステップS3、S4において、エンジン回転数Neと吸気圧Piよりエンジン作動域を選定する。図2にエンジン作動域を選定するためのマップ図の例を示す。エンジンの負荷は例えば、吸気圧Piから算定することができる。 In steps S3 and S4, an engine operating range is selected from the engine speed Ne and the intake pressure Pi. FIG. 2 shows an example of a map diagram for selecting the engine operating range. The engine load can be calculated from the intake pressure Pi, for example.
エンジン作動域がアイドル域ならば、ラジエータ用三方切替弁22はラジエータ24を通るルートに設定され、冷媒の温度は降下していく。この状態は、サーモスタットON状態である。また、三方切替弁32は高温回路20側へ連通させるとともに、低温回路ポンプ35を停止させ、インタークーラ6にはラジエータ24で放熱した後の高温回路20の冷媒を供給し、吸気を若干過熱して燃焼安定化を図る(ステップS21,S22参照)。
If the engine operating range is the idle range, the radiator three-
エンジン作動域が低中速低中負荷域で、吸気の温度が燃費と排ガスが最良となるように実験的に求めた目標吸気温(ここでは、例えば、運転状況に応じて、40〜80℃の範囲で設定される或る温度)未満ならば、三方切替弁32は高温回路20側へ連通させるとともに、低温回路ポンプ35を停止させ、インタークーラ6には高温回路20の冷媒を供給し、燃焼安定化で燃焼効率を高めることで燃費向上を図る(ステップS6,S7参照)。このとき、高温回路20の冷媒をラジエータ24を経由させるか否かの制御については、冷媒の温度と目標吸気温に基づいて、ラジエータ用三方切替弁22を切り替えて行うことができる。
Target intake air temperature experimentally determined so that the fuel consumption and exhaust gas are best when the engine operating range is low, medium speed, and low and medium load range (in this case, for example, 40 to 80 ° C. depending on the driving situation) If the temperature is lower than a certain temperature), the three-
そして、高温高圧である高圧排気ガス再循環装置3からの排気還流ガスを吸気通路1に導入し、排ガスに含まれる窒素酸化物低減を図る(ステップS8参照)。
Then, the exhaust gas recirculation gas from the high-pressure exhaust
吸気の温度が目標吸気温(同上)以上ならば、三方切替弁32は低温回路30側へ連通させるとともに、低温回路ポンプ35を作動させ、インタークーラ6には低温回路30の冷媒を供給し、吸気の過昇温による異常燃焼とエンジン損傷を抑制する(ステップS6,S10参照)。
If the intake air temperature is equal to or higher than the target intake air temperature (same as above), the three-
ここで、エンジンEのクランクシャフト11の回転変動率が、燃焼安定の観点から予め決められた所定値を上回っていれば、燃焼悪化を防ぐため、ステップS6へ戻り再度の制御が行われる。回転変動率が所定値以下であれば、制御を終了する(ステップS9参照)。回転変動率の情報は回転数センサ10が取得し、その情報に基づいて電子制御ユニット40が回転変動率を算出し制御を行う。
Here, if the rotational fluctuation rate of the
エンジンが高負荷あるいは高速域で、吸気の温度が、燃費と排ガスが最良となるように実験的に求めた目標吸気温(ここでは、例えば、運転状況に応じて、20〜40℃の範囲で設定される或る温度)以上ならば、三方切替弁32は低温回路30側へ連通させるとともに、低温回路ポンプ35を作動させ、インタークーラ6には低温回路30の冷媒を供給する(ステップS32,S33参照)。
The target intake air temperature experimentally determined so that the fuel consumption and exhaust gas are best when the engine is at a high load or high speed range (in this case, for example, in the range of 20 to 40 ° C. depending on the driving situation) If the temperature is equal to or higher than a certain temperature, the three-
そして、低温低圧である低圧排気ガス再循環装置13からの排気還流ガスを吸気通路1に導入し、排ガスに含まれる窒素酸化物低減を図るとともに、凝縮水発生による燃焼悪化を抑制し、燃焼効率を高めることで燃費向上を図る(ステップS34参照)。
Then, the exhaust gas recirculation gas from the low-pressure exhaust
吸気の温度が目標吸気温(同上)未満ならば、三方切替弁32は高温回路20側へ連通させるとともに、低温回路ポンプ35を停止させ、インタークーラ6には低温回路30の冷媒の供給を停止し、燃焼安定化を図る。このとき、高温回路ポンプ25が作動していれば、インタークーラ6には高温回路20の冷媒が供給される(ステップS36参照)。
If the intake air temperature is less than the target intake air temperature (same as above), the three-
ここで、エンジンEのクランクシャフト11の回転変動率が、燃焼安定の観点から予め決められた所定値を上回っていれば、燃焼悪化を防ぐため、ステップS32へ戻り再度の制御が行われる。回転変動率が所定値以下であれば、制御を終了する(ステップS35参照)。
Here, if the rotational fluctuation rate of the
ところで、加速時は、インタークーラ6への冷媒の供給を低温回路30へ切替えて、吸気の冷却度合いを高めて体積効率を増大し、過給圧の上昇速度を増大させ、加速性能を出来る限り向上させたい。しかし、急激に吸気の温度が低下すると燃焼が悪化し、排気エネルギが減少するので、逆に、過給機による過給能力が低下してしまう。
By the way, at the time of acceleration, the refrigerant supply to the
そこで、加速初期は、加速燃料増量や燃料噴射時期を最適化した上記フィードバック制御の状態を維持することにより、燃焼良化等で排気エネルギを確保し、過給機による過給能力を高めることができる。 Therefore, in the initial stage of acceleration, maintaining the above feedback control state with optimized acceleration fuel increase and fuel injection timing, it is possible to secure exhaust energy by improving combustion and increase the supercharging capability by the supercharger. it can.
加速時の制御のフローチャートを、図4に示す。ステップS41において、アクセル開度変化量が、予め設定された所定値以上となった場合に、ステップS42において、エンジン作動域が加速時であると判断される。 FIG. 4 shows a flowchart of control during acceleration. In step S41, when the amount of change in accelerator opening is equal to or greater than a predetermined value set in advance, it is determined in step S42 that the engine operating range is during acceleration.
そして、さらにアクセル開度を大きくして加速燃料を増量する。あるいは、加速に対応して燃料噴射時期を最適化する(ステップS43参照)。加速の初期は、加速のための燃料を増量しても、フィードバック制御により吸気の温度が適正に保たれるので、良好な燃焼が維持される。 Then, the accelerator opening is further increased to increase the amount of acceleration fuel. Alternatively, the fuel injection timing is optimized corresponding to the acceleration (see step S43). In the initial stage of acceleration, even if the amount of fuel for acceleration is increased, the temperature of the intake air is appropriately maintained by feedback control, so that good combustion is maintained.
その加速初期の状態を終え、排圧上昇割合が、アクセル開度変化率から実験的に求めた目標排圧上昇率以上となれば、過給圧の立ち上がりが正常であると判定される(ステップS44参照)。ここで、排圧上昇割合による判定に代えて、過給機のコンプレッサ回転数上昇率が目標値以上となることにより、過給圧の立ち上がりが正常であると判定してもよい。 When the acceleration initial state is finished and the exhaust pressure increase rate is equal to or higher than the target exhaust pressure increase rate experimentally obtained from the accelerator opening change rate, it is determined that the boost pressure rise is normal (step) (See S44). Here, instead of the determination based on the exhaust pressure increase rate, it may be determined that the rise of the supercharging pressure is normal when the increase rate of the compressor rotation speed of the supercharger is equal to or higher than the target value.
過給機の立ち上がりが正常であると判定された場合は、ステップS45へ移行する。ここで、吸気の温度が、所定温度(ここでは、例えば、−10〜0℃の範囲で設定される或る温度)以上となるならば、三方切替弁32は低温回路30側へ連通させるとともに、低温回路ポンプ35を作動させ、インタークーラ6には低温回路30の冷媒を供給し、吸気冷却で吸気密度を増大するとともに過給圧を増大させ、出力増大と加速性能の向上を図る(ステップS46、S47、S48参照)。
When it is determined that the rise of the supercharger is normal, the process proceeds to step S45. Here, if the temperature of the intake air is equal to or higher than a predetermined temperature (here, for example, a certain temperature set in a range of −10 to 0 ° C.), the three-
吸気の温度が、所定温度(同上)未満ならば、三方切替弁32は高温回路20側へ連通させるとともに、低温回路ポンプ35を停止させる。冬季等、気温が極端に低い場合は、このような制御が有効となる(ステップS49参照)。
If the temperature of the intake air is less than a predetermined temperature (same as above), the three-
このように、過給圧の立ち上がりを速くするには、先ず、排気エネルギを高めて過給機の回転上昇を速めることが、加速性能を向上させる上で有効である。 Thus, in order to speed up the rise of the supercharging pressure, it is effective to improve the acceleration performance by first increasing the exhaust energy to speed up the rotation of the supercharger.
この発明のインタークーラの温度制御装置は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンの他、過給機及び吸気を冷却するインタークーラを備えた種々のエンジンに採用できる。また、その過給機は、ターボチャージャの他にスーパーチャージャであってもよい。 The intercooler temperature control device according to the present invention can be applied to various engines including a diesel engine and a gasoline engine, and an intercooler that cools a supercharger and intake air. The supercharger may be a supercharger in addition to the turbocharger.
1 吸気通路
2 排気通路
3 高圧排気ガス再循環装置
3a 高圧排気還流通路
4 高圧排気還流弁
5 過給機(コンプレッサ)
6 インタークーラ
7 吸気温/吸気圧センサ
8 排気浄化部(触媒)
9 排圧センサ
10 回転数センサ
11 クランクシャフト
12 水温センサ
13 低圧排気ガス再循環装置
13a 低圧排気還流通路
14 低圧排気還流弁
20 高温回路(エンジン冷却系回路)
21 ラジエータ通路
22 ラジエータ用三方切替弁
23 短絡通路
24 ラジエータ
25 高温回路ポンプ
26 送り通路
27 エンジン冷却通路
28 高温戻り通路
29 送り通路
30 低温回路
31 低温戻り通路
32 三方切替弁
33 送り通路
34 低温回路冷却用放熱器
35 低温回路ポンプ
40 電子制御ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
6
9
21
Claims (6)
前記吸気通路における前記過給機の下流側に設けられるインタークーラと、
前記インタークーラに設けられ冷媒通路を備える冷却器と、
前記冷媒通路に相対的に低温の冷媒を供給する低温回路と、
前記冷媒通路に前記低温回路を流れる冷媒より高温の冷媒を供給する高温回路と、
前記冷媒通路への冷媒の供給を前記低温回路と前記高温回路とに切り替える冷媒供給切替手段と、
を備え、
前記冷媒供給切替手段は、
加速時に、エンジンの排気通路における排圧上昇割合が目標排圧上昇率以上、又は、前記過給機の回転数上昇率が目標値以上となった後に、前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給する
インタークーラの温度制御装置。 A turbocharger provided in the intake passage of the engine;
An intercooler provided downstream of the supercharger in the intake passage;
A cooler provided in the intercooler and provided with a refrigerant passage;
A low temperature circuit for supplying a relatively low temperature refrigerant to the refrigerant passage;
A high-temperature circuit for supplying a refrigerant having a temperature higher than that flowing through the low-temperature circuit to the refrigerant passage;
Refrigerant supply switching means for switching supply of the refrigerant to the refrigerant passage between the low temperature circuit and the high temperature circuit;
With
The refrigerant supply switching means is
During acceleration, after the exhaust pressure increase rate in the engine exhaust passage exceeds the target exhaust pressure increase rate or the turbocharger speed increase rate exceeds the target value, the refrigerant is supplied from the low-temperature circuit to the refrigerant passage. Intercooler temperature controller to be supplied.
前記冷媒通路の上流側に設けられ前記冷媒通路への連通を前記低温回路と前記高温回路に切り替える三方切替弁と、
前記低温回路に設けられ前記冷媒通路側へ冷媒を送り込む低温回路ポンプと、
前記高温回路に設けられ前記冷媒通路側へ冷媒を送り込む高温回路ポンプと、
を備え、
前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給する際は、前記冷媒供給切替手段は、前記三方切替弁を前記低温回路に連通させ且つ前記低温回路ポンプを作動させる
請求項1に記載のインタークーラの温度制御装置。 The refrigerant supply switching means is
A three-way switching valve that is provided on the upstream side of the refrigerant passage and switches the communication to the refrigerant passage between the low-temperature circuit and the high-temperature circuit;
A low-temperature circuit pump that is provided in the low-temperature circuit and sends the refrigerant to the refrigerant passage side;
A high-temperature circuit pump that is provided in the high-temperature circuit and sends the refrigerant to the refrigerant passage side;
With
2. The intercooler according to claim 1, wherein when supplying the refrigerant from the low-temperature circuit to the refrigerant passage, the refrigerant supply switching unit causes the three-way switching valve to communicate with the low-temperature circuit and operate the low-temperature circuit pump. Temperature control device.
加速時に、エンジンの排気通路における排圧上昇割合が目標排圧上昇率以上、又は、前記過給機の回転数上昇率が目標値以上となった後に、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給し、前記インタークーラから流出する吸気の温度が所定温度未満であれば前記冷媒通路への前記低温回路からの冷媒の供給を遮断する
請求項1又は2に記載のインタークーラの温度制御装置。 The refrigerant supply switching means is
During acceleration, after the exhaust pressure increase rate in the exhaust passage of the engine exceeds the target exhaust pressure increase rate, or the rotational speed increase rate of the turbocharger exceeds the target value, the temperature of the intake air flowing out from the intercooler becomes If the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is lower than a predetermined temperature, the refrigerant is supplied from the low temperature circuit to the refrigerant passage if the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is lower than a predetermined temperature. The temperature control apparatus of the intercooler of Claim 1 or 2 which interrupts | blocks.
前記冷媒供給切替手段は、
低中負荷低中速域で、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度未満であれば前記冷媒通路へ前記高温回路から冷媒を供給し且つ吸気に前記高圧排気還流通路から高圧排気還流ガスを導入し、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば、前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給する
請求項1から3の何れか1項に記載のインタークーラの温度制御装置。 A high-pressure exhaust gas recirculation passage communicating the downstream side of the exhaust port of the exhaust passage of the engine and the upstream side of the intake port of the intake passage;
The refrigerant supply switching means is
If the temperature of the intake air flowing out of the intercooler is lower than the target intake air temperature in the low / medium load / low / medium speed range, the refrigerant is supplied from the high-temperature circuit to the refrigerant passage, and the high-pressure exhaust gas is recirculated from the high-pressure exhaust gas recirculation passage The intercooler according to any one of claims 1 to 3, wherein the refrigerant is supplied from the low-temperature circuit to the refrigerant passage when the temperature of the intake air that introduces gas and flows out of the intercooler is equal to or higher than a target intake air temperature. Temperature control device.
前記冷媒供給切替手段は、
高負荷高速域で、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度未満であれば前記冷媒通路へ前記高温回路から冷媒を供給し、前記インタークーラから流出する吸気の温度が目標吸気温度以上であれば、前記冷媒通路へ前記低温回路から冷媒を供給し且つ前記低圧排気還流通路から低圧排気還流ガスを導入する
請求項1から4の何れか1項に記載のインタークーラの温度制御装置。 An exhaust pipe located on the downstream side of the exhaust purification section in the exhaust passage of the engine, and a low-pressure exhaust gas recirculation passage communicating with the upstream side of the supercharger of the intake passage,
The refrigerant supply switching means is
In a high-load high-speed range, if the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is lower than the target intake air temperature, the refrigerant is supplied from the high temperature circuit to the refrigerant passage, and the temperature of the intake air flowing out from the intercooler is equal to or higher than the target intake air temperature. 5. The intercooler temperature control device according to claim 1, wherein the refrigerant is supplied from the low-temperature circuit to the refrigerant passage and the low-pressure exhaust gas recirculation gas is introduced from the low-pressure exhaust gas recirculation passage.
定常時に、前記インタークーラから流出する吸気の温度と目標吸気温度に基づいて前記低温回路からの冷媒の供給と前記高温回路からの冷媒の供給の切り替えをフィードバック制御するものであり、
前記低温回路と前記高温回路の切り替え後の所定期間毎の前記吸気の温度の変化率に基づいて、前記低温回路と前記高温回路の切り替え期間や切り替え周期を制御する
請求項1から5の何れか1項に記載のインタークーラの温度制御装置。 The refrigerant supply switching means is
In a steady state, feedback control of switching between supply of the refrigerant from the low temperature circuit and supply of the refrigerant from the high temperature circuit based on the temperature of the intake air flowing out from the intercooler and the target intake air temperature,
6. The switching period and switching cycle between the low temperature circuit and the high temperature circuit are controlled based on a rate of change in the temperature of the intake air for each predetermined period after switching between the low temperature circuit and the high temperature circuit. The temperature control device for an intercooler according to item 1.
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
CN114810333A (en) * | 2022-05-17 | 2022-07-29 | 潍柴动力股份有限公司 | Control method and control system for air intake intercooler of engine |
JP7459804B2 (en) | 2021-01-07 | 2024-04-02 | トヨタ自動車株式会社 | Cooling system for supercharged engines |
-
2014
- 2014-12-09 JP JP2014249005A patent/JP2016109081A/en active Pending
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CN114810333A (en) * | 2022-05-17 | 2022-07-29 | 潍柴动力股份有限公司 | Control method and control system for air intake intercooler of engine |
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