JP2016188607A - Internal combustion engine and supercharging method for the same - Google Patents
Internal combustion engine and supercharging method for the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016188607A JP2016188607A JP2015069111A JP2015069111A JP2016188607A JP 2016188607 A JP2016188607 A JP 2016188607A JP 2015069111 A JP2015069111 A JP 2015069111A JP 2015069111 A JP2015069111 A JP 2015069111A JP 2016188607 A JP2016188607 A JP 2016188607A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- supercharging
- air
- internal combustion
- combustion engine
- compressed air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
本発明はターボ式過給システムを有する内燃機関を搭載した車両において、当該ターボと直列に追加配置した過給補助装置を車両減速時に製造した圧縮空気を有効に使用して作動させることで燃費と排ガスの改善に寄与させる、内燃機関及び内燃機関の過給方法に関する。 The present invention relates to a vehicle equipped with an internal combustion engine having a turbo-type supercharging system, wherein a supercharging auxiliary device additionally arranged in series with the turbo is operated by effectively using compressed air produced at the time of deceleration of the vehicle. The present invention relates to an internal combustion engine and a supercharging method for an internal combustion engine that contribute to the improvement of exhaust gas.
近年、トラックやバス等の車両に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関に対する排ガス規制は年々厳しくなっている。これに対応するために、ターボ式過給システムの装備や、内燃機関の小排気量化等による小型化の技術が採用されてきている。 In recent years, exhaust gas regulations for internal combustion engines such as diesel engines mounted on vehicles such as trucks and buses have become stricter year by year. In order to cope with this, the technology of downsizing by the equipment of the turbo-type supercharging system or the reduction of the displacement of the internal combustion engine has been adopted.
このターボ式過給システムでは、一つ又は二つ以上のターボ式過給機を取り付けて、内燃機関の排気ガスのエネルギーを利用して、このターボ式過給機のタービンを回転駆動し、このタービンに駆動されるコンプレッサで、吸気を圧縮して、気筒内に供給される空気量を増加させている。これにより、エンジン性能を改善している。また、内燃機関の小排気量化による高出力化では、単位出力あたりのフリクションを低減することで燃費の改善を図っている。 In this turbo-type supercharging system, one or two or more turbo-type superchargers are attached, and the turbocharger turbine is rotationally driven using the energy of the exhaust gas of the internal combustion engine. A compressor driven by a turbine compresses the intake air to increase the amount of air supplied into the cylinder. As a result, engine performance is improved. Further, in the high output by reducing the displacement of the internal combustion engine, the fuel consumption is improved by reducing the friction per unit output.
しかしながら、内燃機関の排気ガス性能の評価方法は、従来の定常試験モードから、急速な発進や加速を繰り返す過渡試験モードに変更されてきており、過渡時における排気ガス性能が重要になってきている。また、一方で、エンジン高出力・小排気量化の内燃機関において、過渡排ガス性能試験時や発進時などで、ターボの応答遅れ等により十分な排気ガス性能やエンジン性能を発揮できずに、エンジンの目標性能を達成できない場合が生じるという問題がある。 However, the exhaust gas performance evaluation method of the internal combustion engine has been changed from the conventional steady test mode to the transient test mode in which rapid start and acceleration are repeated, and the exhaust gas performance at the time of transition has become important. . On the other hand, in an internal combustion engine with high engine output and small displacement, it is not possible to demonstrate sufficient exhaust gas performance or engine performance due to a delay in the response of the turbo, etc. during transient exhaust gas performance tests or at the start of the engine. There is a problem that the target performance may not be achieved.
これに関連して、ブレーキ時の質量的慣性エネルギーをフライホイルの慣性回転に蓄えるか、あるいは、ブレーキ時の制動力をターボ式過給機とは別の圧縮機を用いて圧縮空気を発生させてエアタンクに蓄え、車両の発進加速時や低速からの加速時におけるターボ過給機の作動遅れを改善するために、圧縮空気で補助タービン翼に噴射してターボの回転を補助する・蓄えた圧縮空気を吸気管内に噴出加圧する・などによりターボ過給機の急速な回転上昇を得る回生ブレーキが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In this connection, the mass inertial energy during braking is stored in the inertial rotation of the flywheel, or the braking force during braking is generated using a compressor other than the turbocharger. In order to improve the turbocharger operation delay when the vehicle starts acceleration or acceleration from low speed, the compressed air is injected into the auxiliary turbine blade with compressed air to assist the rotation of the turbo. There has been proposed a regenerative brake that obtains a rapid rotation increase of a turbocharger by, for example, jetting and pressurizing air into an intake pipe (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、この回生ブレーキの構成では、減速時の慣性力でコンプレッサを稼働しているが、減速比が非常に大きく構造上の成立が困難であるという問題があり、またターボに補助タービンを取り付けて改善を図る狙いに対しては、補助タービンを取り付けたことで補助タービンを使用していない通常のターボ効率が大幅に低下し、こちらも性能及び構造として成立は困難である。 However, in this regenerative brake configuration, the compressor is operated with the inertial force at the time of deceleration, but there is a problem that the reduction ratio is very large and it is difficult to establish the structure, and an auxiliary turbine is attached to the turbo. For the purpose of improving, the installation of an auxiliary turbine significantly reduces the normal turbo efficiency that does not use the auxiliary turbine, and this is also difficult to establish as a performance and structure.
また、吸気通路を分岐して、ターボ式過給機の主インペラ(コンプレッサ)を備えた主空気流路と、エアモータによって駆動される副インペラ(コンプレッサ)を備えた副空気流路を並列に配置し、合流後の吸気通路にエアチャジクーラを配置し、エアモータを蒸気圧縮式冷凍機のコンプレッサから吐出される高圧の冷媒ガスで駆動する自動車エンジン用過給装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 Also, the main air flow path with the main impeller (compressor) of the turbocharger and the sub air flow path with the sub impeller (compressor) driven by the air motor are arranged in parallel by branching the intake passage In addition, a supercharger for an automobile engine has been proposed in which an air charge cooler is disposed in the intake passage after merging and the air motor is driven by high-pressure refrigerant gas discharged from a compressor of a vapor compression refrigerator (for example, Patent Document 2). reference).
しかしながらこの自動車エンジン用過給装置では、主空気流路と副空気流路のいずれかを選択して使用するので、エンジンが低速で回転する排気の量が少ないときに副空気流路が選択されてエアモータが作動するとき、流路を切り替えるために合流部に配置されたダンパ(切り替えバルブ)が作動すると、主インペラ(コンプレッサ)の出口側が完全に閉じられるためにターボ式過給機がサージ状態に入りターボ式過給機が破損するという問題がある。またターボとエアモータが並列回路のため、直列に配置した場合に対しエアモータの駆動力は大きくなり、有効な燃費改善効果が得られにくい問題点がある。更に、このコンプレッサ作動も減速時などを有効に利用して作動しないため、これにかかる駆動損失量によっては燃費改善にならないことも予想される。 However, since this supercharger for an automobile engine selects and uses either the main air flow path or the sub air flow path, the sub air flow path is selected when the amount of exhaust gas rotating at a low speed is small. When the air motor is activated, if the damper (switching valve) arranged at the junction is switched to switch the flow path, the outlet side of the main impeller (compressor) is completely closed, so the turbocharger is in a surge state There is a problem that the turbocharger is damaged. Moreover, since the turbo and the air motor are parallel circuits, the driving force of the air motor becomes larger than when the turbo motor and the air motor are arranged in series, and there is a problem that it is difficult to obtain an effective fuel efficiency improvement effect. Further, since this compressor operation does not operate by effectively utilizing the time of deceleration or the like, it is expected that the fuel consumption will not be improved depending on the driving loss amount.
一方、本発明者は内燃機関のシリンダ内に噴射される実燃料噴射量を求めており、該実燃料噴射量が増加しているときにはエンジン加速状態にあると判定、一定であるときにはエンジン定常状態にあると判定、減少またはゼロであるときはエンジン減速状態にあると判定すると共に、これらの3つのエンジン状態とエアタンク内の圧力の状態との組み合わせによりエアコンプレッサによる圧縮空気の製造と製造停止を制御する内燃機関のエアコンプレッサ制御の最適化を提案している(例えば、特許文献3参照)。この内燃機関では、エアコンプレッサの作動を主に減速時に作動させることにより高効率で高圧空気を蓄圧しており、圧縮空気の蓄積に電力やエンジンの動力を使用しないため、内燃機関に対して燃費悪化の影響を全く及ぼしていない。 On the other hand, the present inventor obtains the actual fuel injection amount to be injected into the cylinder of the internal combustion engine. When the actual fuel injection amount increases, it is determined that the engine is in the acceleration state, and when it is constant, the engine steady state. It is determined that the engine is in the engine deceleration state, and when it is reduced or zero, the combination of these three engine states and the pressure state in the air tank allows the production and stop of production of compressed air by the air compressor. The optimization of the air compressor control of the internal combustion engine to control is proposed (for example, refer patent document 3). In this internal combustion engine, high-pressure air is accumulated with high efficiency by operating the air compressor mainly when decelerating. Electric power and engine power are not used for accumulating compressed air. It has no effect of deterioration.
さらに本発明者は、ターボ過給システムに加えて、クラッチを介して内燃機関の動力で駆動される機械式過給機を給気通路に設け、吸気マニホールド側への空気の流れを許容する逆止弁を有して機械式過給機を迂回するバイパス通路を設けた内燃機関において、過給圧と吸入空気量において内燃機関のエンジン回転数と燃料噴射量に基づいて算出した各目標値よりも小さい時に各計測値が各目標値になるように、クラッチを接続して機械的過給機による過給を行う内燃機関を提案している(例えば、特許文献4参照)。この内燃機関では、発進時や加速時にエンジン過給量不足や各状態を検出するシステムと、効率よく機械式過給機を作動するシステム構造を有している。 In addition to the turbocharger system, the inventor provides a mechanical supercharger that is driven by the power of the internal combustion engine via a clutch in the air supply passage to allow the air flow to the intake manifold side. In an internal combustion engine having a stop valve and having a bypass passage that bypasses the mechanical supercharger, each target value calculated based on the engine speed and the fuel injection amount of the internal combustion engine at the supercharging pressure and the intake air amount An internal combustion engine has been proposed in which a clutch is connected to perform supercharging with a mechanical supercharger so that each measured value becomes each target value when the value is small (see, for example, Patent Document 4). This internal combustion engine has a system structure for detecting an engine supercharging amount deficiency and various states at the time of start and acceleration, and a system structure for operating a mechanical supercharger efficiently.
近年、燃費改善を狙いエンジンの小型化(小排気量化)で高出力化を行うことで、単位出力あたりのフリクションを低減し、燃費の改善を狙う技術を採用する傾向にある。しかし同時に激しい発進時や加速時にエンジン排気量の低下により燃費や排ガスの悪化が見られ、これを対策するためターボを用いた過給システムの採用が流行であるが、ターボの応答遅れなどにより問題が残っている。 In recent years, there is a tendency to adopt a technology that aims to improve fuel efficiency by reducing friction per unit output by increasing engine power by reducing the engine size (displacement) aiming at improving fuel efficiency. At the same time, however, fuel consumption and exhaust gas have deteriorated due to a decrease in engine displacement at the time of severe start and acceleration. Adopting a turbocharging system using a turbo to counter this is a trend, but there are problems due to a delay in the response of the turbo Remains.
本発明者は上記のことを鑑みて、少なくとも一つ以上のターボ式過給機を有するターボ式過給システムを備えた内燃機関に対し、電力やエンジンの動力を使用しない圧縮空気貯蔵システムと、発進時や加速時にエンジン過給量不足や各状態を検出するシステムと、吸気ライン上でターボ式過給機のコンプレッサと直列になるように設けたエアモータ駆動の過給機とを組み合わせて、内燃機関を搭載した車両の発進時や加速時に、圧縮空気蓄積システムからの圧縮空気で過給機を駆動して過給補助、即ち、過給アシストすることにより、発進時や加速時における空気不足に起因する燃焼悪化で出力性能や排気ガス性能が劣化することを防止でき、排気ガス成分の低減や燃費の改善を図ることができるとの知見を得た。 In view of the above, the inventor of the present invention has a compressed air storage system that does not use electric power or engine power for an internal combustion engine including a turbocharger system having at least one turbocharger, Combining a system that detects engine supercharging amount and various conditions during start-up and acceleration and an air motor-driven supercharger that is provided in series with the turbocharger compressor on the intake line. When starting or accelerating a vehicle equipped with an engine, the turbocharger is driven by compressed air from the compressed air accumulation system to assist supercharging, i.e., supercharging assist, thereby reducing air shortage at the time of starting or accelerating. It has been found that the output performance and exhaust gas performance can be prevented from deteriorating due to the deterioration of combustion due to the combustion deterioration, and that exhaust gas components can be reduced and fuel consumption can be improved.
本発明の目的は、ターボ式過給システムを有する内燃機関を搭載した車両の発進時及び加速時に、減速時に蓄積した圧縮空気を用いて作動する補助過給機をターボ式過給機のコンプレッサと直列に配置し作動させることで当該エンジンに過給の補助をすることで、車両の発進時や加速時における空気不足に起因する燃焼状態の悪化によるエンジン出力性能の悪化や排気ガス性能の劣化防止が可能となり、燃費の改善及び排気ガス成分の低減を図ることができる内燃機関及び内燃機関の過給方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an auxiliary supercharger that operates using compressed air accumulated during deceleration when starting and accelerating a vehicle equipped with an internal combustion engine having a turbocharger system. By arranging and operating in series, the engine is supercharged to help prevent engine output performance deterioration and exhaust gas performance deterioration due to deterioration of the combustion state due to air shortage at the time of vehicle start and acceleration Therefore, it is possible to provide an internal combustion engine and a supercharging method for the internal combustion engine that can improve fuel consumption and reduce exhaust gas components.
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、ターボ式過給システムを有する内燃機関において、空気圧縮機を備えて減速状態のときに該空気圧縮機を駆動して圧縮空気をエアタンクに貯蔵する圧縮空気貯蔵システムと過給補助用過給システムを備え、その過給補助用過給システムの過給補助用過給機はターボ式過給システムのコンプレッサが配置された吸気通路に設けられ、かつ、前記エアタンクからの圧縮空気で駆動されるエアモータと、前記過給補助用過給機をバイパスする迂回路と、吸気の流れを前記過給補助用過給機へ通す流れと前記迂回路を通す流れに切り替える流路切り替え機構を有する過給補助システムを備えて構成される。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine of the present invention is an internal combustion engine having a turbocharging system, which includes an air compressor and drives the air compressor in a decelerating state so that the compressed air is supplied to an air tank. It has a compressed air storage system for storing and a supercharging system for supercharging assistance, and the supercharging assistance supercharger of the supercharging assistance supercharging system is provided in an intake passage in which a compressor of a turbo type supercharging system is arranged. And an air motor driven by compressed air from the air tank, a detour bypassing the supercharge assisting supercharger, a flow of passing an intake air flow to the supercharge assist supercharger, and the detour A supercharging assist system having a flow path switching mechanism for switching to a flow through the air flow.
この構成によれば、ターボ式過給システムでターボラグが発生する可能性があるときに、圧縮空気で駆動される過給補助用過給機で過給補助することができるので、ターボラグを回避でき、この内燃機関を搭載した車両の発進時や加速時における空気不足に起因する燃焼状態の悪化によるエンジン出力性能の悪化防止や、燃費改善及び排気ガス成分の低減を図ることができる。 According to this configuration, when there is a possibility that turbo lag may occur in the turbo-type supercharging system, supercharging assistance can be performed with the supercharging assist supercharger driven by compressed air, so that turbo lag can be avoided. Therefore, it is possible to prevent deterioration of engine output performance due to deterioration of the combustion state caused by air shortage at the time of start or acceleration of a vehicle equipped with this internal combustion engine, improve fuel efficiency, and reduce exhaust gas components.
更に、過給補助用過給機は減速時にチャージ作動により得た圧縮空気を利用して回転するエアモータで駆動するため、電力や燃料を消費せず燃費に悪影響を及ぼすことなく過給補助することができる。この過給補助は、ターボラグ回避のためのごく短時間、例えば0秒〜3秒程度の間の過給補助であり圧縮空気の消費流量は非常に小さく、車両運転時における圧縮空気消費収支も成立している。 Furthermore, since the supercharger for supercharging assistance is driven by an air motor that rotates using the compressed air obtained by the charge operation at the time of deceleration, supercharging assistance is performed without consuming electric power or fuel and adversely affecting fuel consumption. Can do. This supercharging assistance is a supercharging assistance for a very short time to avoid turbo lag, for example, between 0 seconds and 3 seconds, the consumption flow rate of compressed air is very small, and the compressed air consumption balance is also established during vehicle operation. doing.
本提案システムには流路切り替え機構を配置した迂回路を備えている。過給補助用過給機を作動させない通常運転時ターボから過給する空気は過給補助用過給機を通過せずに迂回路を通ることで圧力損失による燃費悪化を防止している。一方、過給補助用過給機が作動した状態では過給補助用過給機で過給された吸気がこの迂回路を経由して過給補助用過給機の上流側に逆流することを防止するため、途中に切り替え機構(逆止バルブ)を備えてある。 The proposed system is provided with a detour having a flow path switching mechanism. Air boost from normal operation Turbo not operate the supercharging assisting turbocharger prevents deterioration in fuel efficiency due to pressure loss in passing through the bypass passage without passing through the supercharger auxiliary supercharger. On the other hand, in the state where the supercharger for supercharging assistance is activated, the intake air supercharged by the supercharger for supercharging assistance flows back to the upstream side of the supercharger for supercharging assistance via this bypass. In order to prevent this, a switching mechanism (check valve) is provided on the way.
迂回路は二種類の配置方法を提案している。過給補助用過給機と切り替え機構を備えた迂回路を過給補助用過給機のコンプレッサの下流側に設けて構成すると過給補助用過給機で過給された吸気はダイレクトにエンジン気筒内に入り良好な過給応答性を確保できる。一方、過給補助用過給機を過給補助用過給機と切り替え機構を備えた迂回路を過給補助用過給機のコンプレッサの上流側に設けた場合は、前者配置に対し若干の過給応答性に遅れが生じるが、過給アシストの効果は得られるので、両システムを提案するものである。 The detour has proposed two types of arrangement methods. Supercharging assisting supercharger and the detour having a switching mechanism constituting provided on the downstream side of the compressor of the supercharging auxiliary supercharger intake air supercharged by the supercharger auxiliary turbocharger engine direct Good supercharging response can be ensured by entering the cylinder. On the other hand, the case of providing a bypass passage supercharging auxiliary supercharger with a supercharged auxiliary supercharger and switching mechanism on the upstream side of the compressor of the supercharging assisting turbocharger, slightly to the former arrangement Although there is a delay in the supercharging response, the effect of supercharging assistance can be obtained, so both systems are proposed.
尚、圧縮空気を得るために使用される空気圧縮機(エアコンプレッサ)は、一般的には内燃機関の出力軸からギヤやベルト等により取り出した駆動力により作動させるが、その他の方法で作動させてもよいが、既報(特許文献3参照)で示した減速時チャージシステムが必要である。 Note that an air compressor (air compressor) used to obtain compressed air is generally operated by a driving force extracted from an output shaft of an internal combustion engine by a gear, a belt, or the like, but is operated by other methods. However, the deceleration charge system shown in the previous report (see Patent Document 3) is required.
制御システムのアルゴリズムとして、当該内燃機関を制御する制御装置が当該内燃機関の運転状態が減速状態にあると判定したときには積極的に前記空気圧縮機を作動させて圧縮空気を前記エアタンクに蓄圧し、逆に当該内燃機関を搭載した車両が発進若しくは加速すると判定したときには、前記エアタンクに蓄圧されている圧縮空気で前記過給補助用過給機を駆動し、予め設定した供給時間、または実験データより構築した制御プログラムシステム(特許文献4参照)により発信される制御停止指示により前記過給補助用過給機の駆動を停止させ、燃費改善に有効な効果を得ている。 As a control system algorithm, when the control device for controlling the internal combustion engine determines that the operating state of the internal combustion engine is in a deceleration state, the air compressor is actively operated to accumulate compressed air in the air tank, On the contrary, when it is determined that the vehicle equipped with the internal combustion engine starts or accelerates, the supercharger auxiliary turbocharger is driven by the compressed air accumulated in the air tank, and a predetermined supply time or experimental data is used. The driving of the supercharger for supercharging assistance is stopped by a control stop instruction transmitted by the constructed control program system (see Patent Document 4), and an effective effect for improving fuel efficiency is obtained.
つまり、減速状態にあるときに内燃機関の回生エネルギーで圧縮空気をエアタンクに貯蔵することにより、電力や燃料を使用することなく過給補助することができる。従って、燃費に悪影響を及ぼすことなく過給補助することができる。また、ターボ式過給システムでターボラグが発生する可能性があるときに、この過給補助により、ターボラグを回避でき、空気不足に起因する燃焼状態の悪化でエンジン出力性能の悪化や排気ガス性能の劣化を防止できる。 That is, supercharging assistance can be performed without using electric power or fuel by storing the compressed air in the air tank with the regenerative energy of the internal combustion engine when in the deceleration state. Therefore, supercharging assistance can be performed without adversely affecting fuel consumption. In addition, when there is a possibility that turbo lag may occur in the turbo-type supercharging system, this supercharging assistance can avoid the turbo lag, and the deterioration of the engine output performance and the exhaust gas performance due to the deterioration of the combustion state due to air shortage Deterioration can be prevented.
本発明の内燃機関及び内燃機関の過給方法によれば、この内燃機関を搭載した車両の減速時に蓄積した圧縮空気を用いて作動させる過給補助用過給システムを、車両の発進時及び加速時にターボ式過給機のコンプレッサと直列に過給補助用過給機を配置し作動させることで当該内燃機関の過給補助を行い、発進時や加速時における空気不足に起因する燃焼状態の悪化によるエンジン出力性能の悪化や排気ガス性能の劣化を防止し、排気ガス成分の低減や燃費の改善を図ることができる。 According to the internal combustion engine and the supercharging method of the internal combustion engine of the present invention, a supercharging system for supercharging assistance that is operated using compressed air accumulated during deceleration of a vehicle equipped with the internal combustion engine is provided at the time of starting and acceleration of the vehicle. Sometimes a turbocharger for supercharging assistance is placed and operated in series with a compressor of a turbocharger to assist supercharging of the internal combustion engine, and the combustion state deteriorates due to air shortage at start-up or acceleration The engine output performance and the exhaust gas performance can be prevented from being deteriorated by reducing the exhaust gas component and improving the fuel consumption.
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関及び内燃機関の過給方法について、図1を用いて示す。尚、図1と図2は本提案の過給補助システムの配置を当該内燃機関に備わっているターボの上流側か下流側に配置させた内容である。 Hereinafter, an internal combustion engine and a supercharging method for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIGS. 1 and 2 show the contents of the proposed supercharging assist system arranged upstream or downstream of the turbo provided in the internal combustion engine.
本発明の第1実施の内燃機関10Aは、エンジン本体11と吸気通路12と排気通路13とEGR通路14を備えている。
The
このエンジン本体11の吸気マニホールド11aに接続する吸気通路12には、上流側より順に、エアクリーナ15、ターボチャージャ16のコンプレッサ16a、エアチャジクーラ17が設けられる。また、エンジン本体11の排気マニホールド11bに接続する排気通路13には、上流側より順に、ターボチャージャ16のタービン16bが設けられる。また、EGR通路14は、吸気マニホールド11aと排気マニホールド11bを接続して設けられ、このEGR通路14には、上流側より順にEGRクーラ18とEGRバルブ19とが設けられている。尚、この順番は逆になる、上流側より順にEGRバルブ19、EGRクーラ18でも可能である。
In the
そして、本発明においては、内燃機関10Aで駆動される空気圧縮機(エアコンプレッサ)21とこの空気圧縮機21で圧縮された圧縮空気Apを貯蔵するエアタンク22を有する圧縮空気貯蔵システムを備えて構成される。この空気圧縮機21は、内燃機関10Aの運転状態が減速状態であるときに優先して駆動される。つまり、減速状態のときに、第1開閉弁22aを開弁し、第2開閉弁22bを閉弁して、この空気圧縮機21を駆動して圧縮空気Apをエアタンク22に貯蔵する。尚、空気圧縮機(エアコンプレッサ)21は大型商用車両に一般に取り付けられている既存技術の内容である。
In the present invention, a compressed air storage system having an air compressor (air compressor) 21 driven by the
更に本発明においては、このエアタンク22からの圧縮空気Apで駆動されるエアモータ23と、このエアモータ23で駆動される過給補助用過給機24と、通路開閉弁26を配設した迂回路25を有する過給補助システムを備えて構成される。このエアモータ23と過給補助用過給機24はシャフトで連結されており、またエアモータ23は内部に複数の羽を有したエアで回転するモータで今日幅広い範囲で量産されている既存の技術のモノである。この通路開閉弁26は、吸気通路12の吸気の流れを、補助過給機24を通す流れと、迂回路25を通す流れに切り替える流路切り替え機構として機能し、電動で制御する機構でも、また特別な制御を持たない差圧により作動するバタフライ式でも成立が可能である。後者の場合、過給補助用過給機24が作動しない場合はエンジン11及びターボチャージャ16のコンプレッサ16aからの負圧により通路開閉弁26は自動的に開き、逆に過給補助用過給機24が作動した状態では過給補助用過給機24の出口圧力と、迂回路25の圧力差によりメカニカル的に閉鎖されるシステムとして機能する。
Further, in the present invention, an
この内燃機関10Aが搭載された車両の発進時や加速時、即ち、内燃機関10Aのエンジン負荷若しくはエンジン回転数の急激な上昇を伴う過渡状態で過給補助が必要な状態と判断されたときに、第1開閉弁22aは閉弁された状態で、第2開閉弁22bを開弁して、エアタンク22から圧縮空気Apを供給してエアモータ23を駆動し、このエアモータ23で過給補助用過給機24を駆動して過給補助(過給アシスト)を行う。
When starting or accelerating a vehicle equipped with the
なお、第1の実施の形態の内燃機関10Aでは、図1に示すように、過給補助用過給機24及び、通路開閉弁26を有する迂回路25は、コンプレッサ16aの下流側に設けられ、第2の実施の形態の内燃機関10Bでは、図2に示すように、補助用過給機24と通路開閉弁26を有する迂回路25は、コンプレッサ16aの上流側に設けられる。
In the
この構成により、第1の実施の形態の内燃機関10Aでは、過給補助用過給機24で過給された吸気は、コンプレッサ16aを通過することなく、気筒内に入るので、迅速に過給された吸気をエンジン気筒内に供給することができる。一方、第2の実施の形態の内燃機関10Bでは、過給補助用過給機24で過給された吸気は、コンプレッサ16aを通過してからエンジン気筒内に入るので、過給応答性では前者が優位ではあるが本発明の効果は両者とも確保が可能なシステムである。
With this configuration, in the
この内燃機関10A、10Bを制御する制御装置40は、吸気通路12に配設された吸気量センサ(MAF)31、過給圧センサ32、エンジン回転数センサ33、タンク空気圧センサ34、燃料噴射ノズル(制御フィードバック付き)35、などからの入力を基にして、燃料噴射ノズルの制御を始め、ターボ式過給機16、EGR弁19、空気圧縮機21、第1開閉弁22a、第2開閉弁22b、エアモータ23、過給補助用過給機24、通路開閉弁26等を制御する。
The
本発明においては、この制御装置40は、内燃機関10A、10Bを搭載した車両が減速状態にあると判定したときには、空気圧縮機21を作動させて圧縮空気Apをエアタンク22に蓄圧し、内燃機関10A、10Bを搭載した車両が発進若しくは加速すると判定したときには、エアタンク22に蓄圧されている圧縮空気Apで過給補助用過給機24を駆動し、予め作動状態をプログラムした状態(予め設定したエンジン負荷やエンジン回転数の閾値を超えた加速判定時において、かつ、予め試験結果より設定した目標エンジンブーストに対して下回った状態)から離脱したとき、若しくは、圧縮空気Apの圧力が予め設定した下限圧力以下になったときに、圧縮空気Apによる過給補助用過給機24の駆動を停止する制御を行うように構成される。
In the present invention, when it is determined that the vehicle on which the
そして、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給方法は、ターボ式過給システムを有する内燃機関の過給方法であり、減速状態で空気圧縮機21を作動させて圧縮空気Apをエアタンク22に蓄積すると共に、内燃機関10A、10Bを搭載した車両の発進若しくは加速のときに、ターボ式過給システムのコンプレッサ16aと直列に吸気通路12に配設された過給補助用過給機24をエアタンク22からの圧縮空気Apで駆動して、過給補助する方法である。
The supercharging method for an internal combustion engine according to the embodiment of the present invention is a supercharging method for an internal combustion engine having a turbo-type supercharging system. The
上記の構成の内燃機関10A、10B及び内燃機関の過給方法によれば、ターボ式過給システムでターボラグが発生する可能性があるときに、圧縮空気Apで駆動される過給補助用過給機24で過給補助することができるので、この過給補助によりターボラグを回避でき、この内燃機関を搭載した車両の発進時や加速時における空気不足に起因する燃焼悪化によるエンジン出力性能の悪化や排気ガス性能の劣化を防止でき、燃費の改善及び排気ガス成分の低減を図ることができる。
According to the
更に、過給補助用過給機24は圧縮空気Apを使用してエアモータ23で駆動するので、電力や燃料を使用することなく過給補助することができ、燃費に悪影響を及ぼすことなく過給補助することができる。この過給補助は、ターボラグ回避のためのごく短時間、例えば0秒〜3秒程度の間の過給補助であり圧縮空気の消費流量は非常に小さく、車両運転時における圧縮空気消費収支も成立している。
Furthermore, since the
なお、この迂回路25と通路開閉弁26により、過給補助を行わないときには、吸気の流れを迂回路25へ通す流れにして、過給補助用過給機24を迂回することで過給補助用過給機24による流通抵抗の増加を防止できる。また、過給補助を行うときには、通路開閉弁26を閉じられることで迂回路25が閉鎖され、過給補助用過給機24で過給された吸気がこの迂回路25を経由して過給補助用過給機24の上流側に逆流することを防止できる。
When the supercharging assistance is not performed by the
また、減速状態にあるときに、内燃機関10A、10Bの回生エネルギーで圧縮空気Apをエアタンク22に貯蔵することで、電力や燃料を使用することなく過給補助することができ、燃費に悪影響を及ぼすことなく過給補助することができる。
Further, when the engine is in a deceleration state, the compressed air Ap is stored in the
10A、10B エンジン(内燃機関)
11 エンジン本体
11a 吸気マニホールド
11b 排気マニホールド
12 吸気通路
13 排気通路
14 EGR通路
15 エアクリーナ
16 ターボチャージャ
16a コンプレッサ
16b タービン
17 エアチャジクーラ
18 EGRクーラ
19 EGRバルブ
21 空気圧縮機
22 エアタンク
22a 第1開閉弁
22b 第2開閉弁
23 エアモータ
24 過給補助用過給機
25 迂回路
26 通路開閉弁
31 吸気量センサ(MAF)
32 過給圧センサ
33 エンジン回転数センサ
34 タンク空気圧センサ
35 燃料噴射ノズル(制御フィードバック付き)
40 制御装置
Ap 圧縮空気
10A, 10B engine (internal combustion engine)
11
32
40 Controller Ap Compressed air
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015069111A JP2016188607A (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Internal combustion engine and supercharging method for the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015069111A JP2016188607A (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Internal combustion engine and supercharging method for the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016188607A true JP2016188607A (en) | 2016-11-04 |
Family
ID=57239782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015069111A Pending JP2016188607A (en) | 2015-03-30 | 2015-03-30 | Internal combustion engine and supercharging method for the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016188607A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108317002A (en) * | 2018-04-20 | 2018-07-24 | 福州大学 | A kind of system and its working method slowing down supercharged diesel engine sluggishness and surge |
CN110318894A (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-11 | 潍柴动力股份有限公司 | Improve the method and system of engine transient response speed |
CN112135963A (en) * | 2018-06-12 | 2020-12-25 | 日本发动机股份有限公司 | Internal combustion engine for ship |
CN112576388A (en) * | 2020-11-30 | 2021-03-30 | 潍柴动力股份有限公司 | Protection method, device and equipment for turbocharger and storage medium |
-
2015
- 2015-03-30 JP JP2015069111A patent/JP2016188607A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110318894A (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-11 | 潍柴动力股份有限公司 | Improve the method and system of engine transient response speed |
CN108317002A (en) * | 2018-04-20 | 2018-07-24 | 福州大学 | A kind of system and its working method slowing down supercharged diesel engine sluggishness and surge |
CN112135963A (en) * | 2018-06-12 | 2020-12-25 | 日本发动机股份有限公司 | Internal combustion engine for ship |
CN112135963B (en) * | 2018-06-12 | 2022-07-01 | 日本发动机股份有限公司 | Internal combustion engine for ship |
CN112576388A (en) * | 2020-11-30 | 2021-03-30 | 潍柴动力股份有限公司 | Protection method, device and equipment for turbocharger and storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10526955B2 (en) | Supercharging device for an internal combustion engine, and operating method for the supercharging device | |
CN103180584B (en) | The exhaust brake control method of internal combustion engine and device | |
CN108431382B (en) | Engine control device | |
US9695740B2 (en) | Methods and systems for boost control | |
US10513972B2 (en) | Supercharger device for an internal combustion engine, and a method for operating said supercharger device | |
US10731577B2 (en) | Method and system for a boosted engine | |
CN106795805B (en) | Supercharging equipment for internal combustion engine and the operating method for supercharging equipment | |
US20130232972A1 (en) | Internal combustion engine | |
US10060341B2 (en) | Methods and systems for boost control | |
CN114294104A (en) | Internal combustion engine system | |
CN104364500A (en) | Internal combustion engine and control method thereof | |
JP6163914B2 (en) | Diesel engine and control method thereof | |
JP6060492B2 (en) | Internal combustion engine and control method thereof | |
US20100115944A1 (en) | Boost assist device energy conservation using windmilling | |
JP2016188607A (en) | Internal combustion engine and supercharging method for the same | |
US10145318B2 (en) | Drive unit for a motor vehicle, motor vehicle fitted with such a drive unit and computer software product for controlling the drive unit | |
GB2555504A (en) | A boosted engine system of a motor vehicle | |
JP5208083B2 (en) | Electric supercharger control device | |
JP2011111929A (en) | Internal combustion engine and method for controlling the same | |
US20190178149A1 (en) | Energy supercharger system and method | |
JP2005188359A (en) | Internal combustion engine with supercharger | |
JP5824881B2 (en) | Supercharging assist method for internal combustion engine and internal combustion engine | |
JP2017214893A (en) | Engine mounted with exhaust-driven generator | |
JP6672856B2 (en) | Engine control device | |
JP6561828B2 (en) | Engine control device |