JP2017180364A - Engine with turbo supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、エンジン本体から排出される排気が流通する排気通路と、前記排気通路に設けられてタービンホイールとこれを収容するタービンケースとを有する小型タービンおよび前記吸気通路に設けられてコンプレッサホイールとこれを収容するコンプレッサケースとを有する小型コンプレッサを含む小型ターボ過給機と、前記排気通路のうち前記小型タービンよりも下流側に設けられてタービンホイールとこれを収容するタービンケースとを有する大型タービンおよび前記吸気通路のうち前記小型コンプレッサよりも上流側に設けられてコンプレッサホイールとこれを収容するコンプレッサケースとを有する大型コンプレッサとを含む大型ターボ過給機とを備えたターボ過給機付エンジンに関する。 The present invention provides an engine body, an intake passage through which intake air introduced into the engine body circulates, an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine body circulates, and a turbine wheel provided in the exhaust passage and receiving the turbine wheel. A small turbocharger including a small turbine having a turbine case and a small compressor provided in the intake passage and having a compressor wheel and a compressor case for receiving the compressor wheel; and the exhaust passage downstream of the small turbine A large turbine having a turbine wheel and a turbine case that accommodates the turbine wheel, and a large compressor having a compressor wheel and a compressor case that accommodates the compressor wheel that is provided upstream of the small compressor in the intake passage. Equipped with a large turbocharger including It relates to an engine with a volume supercharger.
従来より、エンジンにおいてその出力を高めるべくターボ過給機を設けることが行われている。また、エンジン出力をより一層高めるために、2つのターボ過給機をエンジンに設けることも検討されている。 Conventionally, a turbocharger has been provided in an engine to increase its output. Further, in order to further increase the engine output, it is also considered to provide two turbochargers in the engine.
例えば、特許文献1には、小型のターボ過給機と大型のターボ過給機とを設けたエンジンが開示されている。この特許文献1のエンジンでは、排気通路に、大型ターボ過給機のタービンと、小型ターボ過給機の小型タービンとが設けられるとともに、小型タービンをバイパスするバイパス通路および大型タービンをバイパスするウエストゲート通路と、これら通路を開閉するバイパス弁およびウエストゲートバルブとが設けられており、運転条件に応じてこれら排気バイパス弁およびウエストゲート弁が開閉されるようになっている。具体的には、エンジン回転数が所定値以上になると、排気バイパス弁が開弁され、エンジン回転数がさらに高くなると、排気バイパス弁に加えてウエストゲート弁が開弁されるようになっている。 For example, Patent Document 1 discloses an engine provided with a small turbocharger and a large turbocharger. In the engine disclosed in Patent Document 1, a turbine of a large turbocharger and a small turbine of a small turbocharger are provided in an exhaust passage, and a bypass passage that bypasses the small turbine and a wastegate that bypasses the large turbine. A passage, and a bypass valve and a wastegate valve that open and close these passages are provided, and the exhaust bypass valve and the wastegate valve are opened and closed according to operating conditions. Specifically, when the engine speed reaches or exceeds a predetermined value, the exhaust bypass valve is opened, and when the engine speed further increases, the wastegate valve is opened in addition to the exhaust bypass valve. .
このエンジンによれば、各タービンに流入する排気の量ひいては各タービンの過給力をエンジン回転数に応じて細かく調整することができる。 According to this engine, the amount of exhaust gas flowing into each turbine, and thus the supercharging power of each turbine, can be finely adjusted according to the engine speed.
しかしながら、特許文献1のエンジンでは、上記のように、下流側に設けられた大型タービンを迂回するウエストゲート通路が設けられて、一部の運転領域(エンジン回転数が高い領域)において前記排気バイパス弁に加えてこのウエストゲート弁が開弁されるようになっている。そのため、排気のエネルギーがいずれのタービンをも通過せずに外部に排出されてしまい、排気の持つエネルギーの回収効率が悪いという問題がある。 However, in the engine of Patent Document 1, as described above, a wastegate passage that bypasses the large turbine provided on the downstream side is provided, and the exhaust bypass is provided in a part of the operation region (region where the engine speed is high). In addition to the valve, the wastegate valve is opened. Therefore, the energy of the exhaust gas is discharged outside without passing through any turbine, and there is a problem that the energy recovery efficiency of the exhaust gas is poor.
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、過給圧を適切に高めつつ、排気の持つエネルギーの回収効率を高めることのできるターボ過給機付エンジンを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and provides a turbocharged engine capable of increasing the energy recovery efficiency of exhaust gas while appropriately increasing the supercharging pressure. Objective.
前記課題を解決するためのものとして、本発明は、エンジン本体と、エンジン本体に導入される吸気が流通する吸気通路と、エンジン本体から排出される排気が流通する排気通路と、前記排気通路に設けられてタービンホイールとこれを収容するタービンケースとを有する小型タービンおよび前記吸気通路に設けられてコンプレッサホイールとこれを収容するコンプレッサケースとを有する小型コンプレッサを含む小型ターボ過給機と、前記排気通路のうち前記小型タービンよりも下流側に設けられてタービンホイールとこれを収容するタービンケースとを有する大型タービンおよび前記吸気通路のうち前記小型コンプレッサよりも上流側に設けられてコンプレッサホイールとこれを収容するコンプレッサケースとを有する大型コンプレッサを含む大型ターボ過給機と、エンジンの各部を制御可能な制御手段とを備えたターボ過給機付エンジンであって、前記排気通路は、前記小型タービンに流入する前の排気を、当該小型タービンを迂回して下流に流す排気側バイパス通路と、当該排気側バイパス通路を開閉可能な排気側バイパス弁と、前記大型タービンの前記タービンホイールに流入する排気の流路面積を変更してこの排気の流速を変更可能な排気流速変更手段とを有し、前記吸気通路は、前記小型コンプレッサに流入する前の吸気を、当該小型コンプレッサを迂回して下流に流す吸気側バイパス通路と、当該吸気側バイパス通路を開閉可能な吸気側バイパス弁とを有し、前記大型タービンおよび大型コンプレッサの各容量は、前記小型タービンおよび小型コンプレッサの各容量よりも大きく設定されており、前記大型タービンは、排気の全量が常に導入されるように前記排気通路に配置されており、前記制御手段は、排気流量が所定値よりも小さい場合には、前記排気側バイパス弁を閉じるとともに、前記排気流速変更手段によって前記流路面積をその最大面積よりも小さくすることを特徴とする(請求項1)。 In order to solve the above problems, the present invention provides an engine main body, an intake passage through which intake air introduced into the engine main body flows, an exhaust passage through which exhaust discharged from the engine main body flows, and the exhaust passage. A small turbocharger including a small turbine having a turbine wheel provided therein and a turbine case accommodating the turbine wheel; a small turbocharger including a compressor wheel provided in the intake passage and a compressor case accommodating the turbine wheel; and the exhaust A large turbine having a turbine wheel and a turbine case accommodating the turbine wheel provided downstream of the small turbine in the passage, and a compressor wheel provided upstream of the small compressor in the intake passage and the compressor wheel. Large compressor having a compressor case for housing A turbocharger-equipped engine comprising a large turbocharger including the engine and a control unit capable of controlling each part of the engine, wherein the exhaust passage removes exhaust before flowing into the small turbine. The exhaust-side bypass passage that flows downstream by bypassing the exhaust-side bypass passage, the exhaust-side bypass valve that can open and close the exhaust-side bypass passage, and the flow passage area of the exhaust gas flowing into the turbine wheel of the large turbine are changed. An exhaust flow rate changing means capable of changing a flow rate, wherein the intake passage bypasses the small compressor and flows the intake air before flowing into the small compressor downstream, and the intake side bypass An intake-side bypass valve capable of opening and closing a passage, and the capacities of the large turbine and the large compressor are the capacities of the small turbine and the small compressor, respectively. The large turbine is disposed in the exhaust passage so that the entire amount of exhaust gas is always introduced, and the control means, when the exhaust flow rate is smaller than a predetermined value, The exhaust-side bypass valve is closed, and the flow passage area is made smaller than the maximum area by the exhaust flow velocity changing means (claim 1).
本発明によれば、排気の全量が常に大型タービンに流入するように構成されているため、排気のエネルギーを確実に大型タービンによる吸気の過給に利用することができる。従って、タービンを通さずに排気を外部に排出する場合に比べて、排気の持つエネルギーの回収効率を高めることができる。また、排気の流量が大きく排気のエネルギーが高い場合において、この高いエネルギーを有効に過給に利用して過給圧をより一層高めることができる。 According to the present invention, since the entire amount of exhaust always flows into the large turbine, the energy of the exhaust can be reliably used for supercharging intake air by the large turbine. Therefore, the energy recovery efficiency of the exhaust gas can be increased as compared with the case where the exhaust gas is discharged outside without passing through the turbine. Further, when the exhaust gas flow rate is large and the exhaust gas energy is high, the supercharging pressure can be further increased by effectively using this high energy for supercharging.
しかしながら、このように、大型タービンに常に排気の全量を導入した場合には、高排気流量下でのタービン効率を確保するためにタービンの容量を大きくする必要がある。しかしながら、単純にタービンの容量を大きくしただけでは、排気流量が小さい条件でエンジンが運転されている場合に大型タービンのタービンホイールへの排気の流入速度が低くなるために、過給性能が悪化するおそれがある。 However, when the entire amount of exhaust gas is always introduced into the large turbine, it is necessary to increase the capacity of the turbine in order to ensure turbine efficiency under a high exhaust gas flow rate. However, simply increasing the capacity of the turbine deteriorates the supercharging performance because the inflow speed of the exhaust gas to the turbine wheel of the large turbine decreases when the engine is operated under a condition of a small exhaust flow rate. There is a fear.
これに対して、本発明では、大型タービンを大容量としながら、大型タービンのタービンホイールに流入する排気の流速を変更可能な排気流速変更手段を設けるとともに、大型タービンよりも排気上流側に容量が小さくイナーシャの小さい小型タービン(小型タービンホイール)を設けている。そして、排気流量が小さい場合には、前記排気側バイパス弁を閉じるとともに、前記排気流速変更手段によって前記流路面積をその最大面積よりも小さくしている。 On the other hand, in the present invention, an exhaust flow rate changing means capable of changing the flow rate of the exhaust gas flowing into the turbine wheel of the large turbine while providing the large turbine with a large capacity is provided, and the capacity is increased upstream of the large turbine. A small turbine (small turbine wheel) with small inertia is provided. When the exhaust flow rate is small, the exhaust-side bypass valve is closed and the flow area is made smaller than the maximum area by the exhaust flow rate changing means.
そのため、排気流量が小さい場合に、この小さい流量の排気によって小型タービンのタービンホイールを効率よく回転させて過給圧を高めることができるとともに、大型タービンのタービンホイールに流入する排気の流速を高めて大型タービンによる過給力も高めることができる。従って、排気の持つエネルギーの回収効率を高めつつ、排気流量の大きい場合と小さい場合とのいずれにおいても過給圧を適切に高めることができる。 For this reason, when the exhaust gas flow rate is small, the turbine wheel of the small turbine can be efficiently rotated by this small flow rate exhaust gas to increase the supercharging pressure, and the flow rate of the exhaust gas flowing into the turbine wheel of the large turbine can be increased. The supercharging power by the large turbine can also be increased. Therefore, it is possible to appropriately increase the supercharging pressure in both cases where the exhaust gas flow rate is large and small, while improving the energy recovery efficiency of the exhaust gas.
本発明において、前記制御手段は、エンジン回転数が第1基準回転数以上の高速領域のうち少なくともエンジン負荷が第1基準負荷以上の高速高負荷領域では、前記排気側バイパス弁および前記吸気側バイパス弁を開く一方、エンジン回転数が前記第1基準回転数以下に設定された第2基準回転数未満の低速領域のうち少なくともエンジン負荷が第2基準負荷未満の低速低負荷領域では、前記排気側バイパス弁および前記吸気側バイパス弁を閉じるとともに、エンジン回転数が低い方が高い方に対して前記大型タービンに流入する排気の流路面積が小さくなるように前記排気流速変更手段を制御するのが好ましい(請求項2)。 In the present invention, the control means includes the exhaust-side bypass valve and the intake-side bypass in at least a high-speed high-load region where the engine load is equal to or higher than the first reference load among high-speed regions where the engine speed is equal to or higher than the first reference speed. While the valve is opened, at least in the low speed and low load region where the engine load is less than the second reference load among the low speed regions where the engine speed is set to be equal to or lower than the first reference rotation speed, the exhaust side The exhaust flow rate changing means is controlled such that the bypass valve and the intake-side bypass valve are closed and the flow passage area of the exhaust gas flowing into the large turbine is smaller when the engine speed is lower. Preferred (claim 2).
このようにすれば、排気流量が高い高速高負荷領域において、高流量の排気を大容量の大型タービンに導入させて大型タービンすなわち大型ターボ過給機にて過給圧をより一層高めることができる。さらに、排気流量が低い低速低負荷領域において、この低流量の排気を小型タービンに導入して小型ターボ過給機にて効率よく過給を行うことができる。しかも、エンジン回転数が低く排気流量が低い場合には、大型タービンのタービンホイールに流入する排気の流路面積が小さくされてこの大型タービンのタービンホイールに流入する排気の流速が高められ、これによって大型タービンによる過給力も高められるようになっている。そのため、より確実に広い運転領域において過給圧を適切に高めることができる。 In this way, in a high-speed and high-load region where the exhaust flow rate is high, a high flow rate exhaust gas can be introduced into a large-capacity large turbine, and the supercharging pressure can be further increased by a large turbine, that is, a large turbocharger. . Furthermore, in a low-speed and low-load region where the exhaust flow rate is low, this low flow rate exhaust gas can be introduced into a small turbine, and supercharging can be performed efficiently with a small turbocharger. Moreover, when the engine speed is low and the exhaust flow rate is low, the flow area of the exhaust gas flowing into the turbine wheel of the large turbine is reduced and the flow velocity of the exhaust gas flowing into the turbine wheel of the large turbine is increased, thereby The supercharging power by a large turbine can also be increased. Therefore, it is possible to appropriately increase the supercharging pressure in a wider operating range.
本発明において、前記制御手段は、前記高速高負荷領域における過給圧の目標値の最大値を、前記低速領域における過給圧の目標値の最大値以上に設定するのが好ましい(請求項3)。 In the present invention, the control means preferably sets the maximum value of the target value of the supercharging pressure in the high speed and high load region to be equal to or greater than the maximum value of the target value of the supercharging pressure in the low speed region. ).
前記のように、本発明では、高速高負荷領域において過給圧をより一層高めることができる。従って、この構成のように、高速高負荷領域における過給圧の目標値の最大値を、前記低速領域における過給圧の目標値の最大値以上の高い値としても、これを実現することができる。そして、これを実現することでエンジンの最大出力をより一層高くすることができる。 As described above, in the present invention, the supercharging pressure can be further increased in the high speed and high load region. Therefore, as in this configuration, even if the maximum value of the boost pressure target value in the high speed and high load region is set to a value higher than the maximum value of the boost pressure target value in the low speed region, this can be realized. it can. By realizing this, the maximum output of the engine can be further increased.
前記構成において、前記排気通路のうち前記排気側バイパス通路の上流端よりも上流側の部分と、前記吸気通路のうち前記吸気側バイパス通路の下流端よりも下流側の部分とを連通して、排気の一部を吸気通路に還流させることが可能なEGR通路を有するのが好ましい(請求項4)。 In the above configuration, a portion of the exhaust passage that is upstream of the upstream end of the exhaust-side bypass passage is communicated with a portion of the intake passage that is downstream of the downstream end of the intake-side bypass passage, It is preferable to have an EGR passage capable of returning a part of the exhaust gas to the intake passage.
この構成によれば、EGR量を適切に確保して排気性能等を良好にしつつ、過給圧を適切に高めることができる。すなわち、EGR通路を、排気通路のうち小型タービンよりも上流側の部分であって排気圧力の高い部分と吸気通路とを連通するように構成すれば、EGR通路の入口と出口の圧力差を大きくしEGRガス量すなわち吸気に還流する排気の量を多くすることができる。そして、これにより、気筒内の不活性ガスの量を多くしてNOxの低減等を促進することができる。ただし、このように構成した場合には、加速時等において、大型タービンおよび小型タービンに流入する排気の量が少なくなるおそれがある。これに対して、本発明では、前記のように、大型タービンに流入する排気の量を多く確保して効率よく排気のエネルギーを過給に利用することができるため、過給圧を適切に高めることができる。 According to this configuration, it is possible to appropriately increase the supercharging pressure while ensuring the EGR amount appropriately and improving the exhaust performance and the like. That is, if the EGR passage is configured such that a portion of the exhaust passage upstream of the small turbine and having a high exhaust pressure communicates with the intake passage, the pressure difference between the inlet and the outlet of the EGR passage is increased. The amount of EGR gas, that is, the amount of exhaust gas recirculated to the intake air can be increased. As a result, the amount of inert gas in the cylinder can be increased to promote the reduction of NOx and the like. However, when configured in this way, the amount of exhaust gas flowing into the large turbine and the small turbine may be reduced during acceleration or the like. In contrast, in the present invention, as described above, a large amount of exhaust gas flowing into the large turbine can be ensured and the exhaust energy can be efficiently used for supercharging. be able to.
以上説明したように、本発明のターボ過給機付エンジンによれば、排気の持つエネルギーの回収効率を高くしながら過給圧を適切に高めることができる。 As described above, according to the turbocharged engine of the present invention, it is possible to appropriately increase the supercharging pressure while increasing the energy recovery efficiency of the exhaust gas.
(1)エンジンの全体構成
図1は、本発明の一実施形態にかかるターボ過給付エンジンの全体構成を概略的に示した図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された4サイクルエンジンであり、紙面に直交する方向に並ぶ複数(例えば4つ)の気筒2を有する直列多気筒型のエンジン本体1と、エンジン本体1に燃焼用の空気を導入するための吸気通路20と、エンジン本体1で生成された燃焼ガス(排気)を排出するための排気通路30と、排気通路30を流通する排気によりそれぞれ駆動される小型ターボ過給機50および大型ターボ過給機60と、EGR装置80とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a turbo overbenefit engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in the figure is a four-cycle engine mounted on a vehicle as a power source for traveling, and is an in-line multi-cylinder engine body having a plurality of (for example, four)
各気筒2には、それぞれピストン5が往復動可能に挿入されている。
A
ピストン5の上方には燃焼室6が画成されており、この燃焼室6には、インジェクタ(不図示)から燃料が噴射される。本実施形態に係るエンジン本体1はディーゼルエンジンであり、インジェクタから噴射された燃料は空気と混合して燃焼室6内で自着火する。ピストン5は、この燃焼による膨張力で押し下げられて上下方向に往復運動する。
A
ピストン5の下方には、エンジン本体1の出力軸であるクランク軸15が配設されている。クランク軸15は、ピストン5とコネクティングロッドを介して連結されており、ピストン5の往復運動に応じてその中心軸回りに回転する。
Below the
エンジン本体1、詳細には、シリンダヘッドには、各気筒2に対応して、吸気通路20から供給される空気(吸気)を各気筒2に導入するための吸気ポート7と、各気筒2で生成された排気を排気通路30に導出するための排気ポート8と、吸気ポート7を開閉可能に閉鎖する吸気弁9と、排気ポート8を開閉可能に閉鎖する排気弁10とがそれぞれ設けられている。
In the engine body 1, specifically, in the cylinder head, an
吸気通路20は、各吸気ポート7に繋がるように設けられている。吸気通路20には、上流側から順に、エアクリーナ21、大型コンプレッサ62、小型コンプレッサ52、インタークーラ22、スロットルバルブ23が設けられている。
The
大型コンプレッサ62は、大型ターボ過給機60の構成部品である。すなわち、大型ターボ過給機60は、排気通路30に設けられて排気により回転駆動される大型タービンホイール(翼車)641およびこれを収容する大型タービンケース642を備える大型タービン64と、吸気通路20に設けられて大型タービンホイール641により回転駆動される大型コンプレッサホイール(翼車)621およびこれを収容する大型コンプレッサケース622を備える大型コンプレッサ62とを有しており、大型タービン64に排気が導入されて大型タービンホイール641が回転することで大型コンプレッサホイール621が回転して吸気を過給する。
The
同様に、小型コンプレッサ52は、小型ターボ過給機50の構成部品である。すなわち、小型ターボ過給機50は、排気通路30に設けられて排気により回転駆動される小型タービンホイール(翼車)541およびこれを収容する小型タービンケース542を備える小型タービン54と、吸気通路20に設けられて小型タービンホイール541により回転駆動される小型コンプレッサホイール(翼車)521およびこれを収容する小型コンプレッサケース522を備える小型コンプレッサ52とを有しており、小型タービン54に排気が導入されて小型タービンホイール541が回転することで小型コンプレッサホイール521が回転して吸気を過給する。
Similarly, the
ここで、大型ターボ過給機60は小型ターボ過給機50よりも大型であり、大型タービン64の容量は小型タービン54の容量よりも大きく、大型コンプレッサ62の容量は小型コンプレッサ52の容量よりも大きく設定されている。これに伴って、大型ターボ過給機60では、より大きな流量の排気を大型タービン64に導入して、より大きな流量の吸気を大型コンプレッサ62によって高い効率で過給できるようになっている。そして、小型ターボ過給機50のイナーシャは、大型ターボ過給機60よりも小さくなっている。
Here, the
吸気通路20には、小型コンプレッサ52をバイパスする吸気側バイパス通路122、すなわち、小型コンプレッサ52を迂回して吸気を下流側に流す吸気側バイパス通路122が設けられている。具体的には、吸気側バイパス通路122は、吸気通路20のうち小型コンプレッサ52と大型コンプレッサ62との間の部分と、小型コンプレッサ52よりも下流側の部分とを連通している。
The
吸気側バイパス通路122には、これを開閉する吸気側バイパス弁41aが設けられている。吸気側バイパス弁41aが全閉の状態(吸気側バイパス通路122を閉鎖している状態)では、吸気の全量は小型コンプレッサ52に流入する。一方、吸気側バイパス弁41aが開弁している状態では、吸気の多くは小型コンプレッサ52をバイパスして下流側に流れる。すなわち、小型コンプレッサ52は吸気の流通に対して抵抗となるため、吸気側バイパス弁41aが開弁している状態では、吸気の多くはより抵抗の小さい吸気側バイパス通路122に流入する。吸気側バイパス弁41aは、負圧式のバルブアクチュエータ41bにより開閉される。
The intake
排気通路30は、エンジン本体1の各排気ポート8に繋がるように設けられている。排気通路30には、上流側から順に、小型タービン54、大型タービン64、触媒装置90が設けられている。
The
前記のように、小型タービンホイール541は、排気のエネルギーを受けて小型コンプレッサホイール521を回転駆動する。また、大型タービンホイール641は、排気のエネルギーを受けて大型コンプレッサホイール621を回転駆動する。
As described above, the small turbine wheel 541 receives the energy of the exhaust and rotates the
大型タービンホイール641は、複数の翼を有しこれら翼に排気が衝突することで回転するインペラである。また、大型タービン64は、図2に示すように、VGT(Variable Geometry Turbine)であり、大型タービンホイール641の周囲には、角度変更可能な複数のノズルベーン64bが設けられているとともに、各ノズルベーン64bと連携されたロッド64cと、ロッド64cを進退駆動することにより各ノズルベーン64bの角度を変更するベーンアクチュエータ64dとが設けられている。ベーンアクチュエータ64dおよびロッド64cによってノズルベーン64bが閉方向(隣接するノズルベーン64bどうしの距離を狭める方向)に駆動されると、大型タービンホイール641に流入する排気の流路の面積は小さくなり大型タービンホイール641に流入する排気の流速が増大する。
The
このように、本実施形態では、各ノズルベーン64bと、ロッド64cと、ベーンアクチュエータ64dとが、大型タービンホイール641に流入する排気の流路面積を変更してこの排気の流速を変更可能な排気流速変更手段として機能する。
Thus, in this embodiment, each
一方、小型タービン54には、前記のようなベーンは設けられておらず、流入する排気の流速を変更不能な、いわゆる、FGT(Fixed Geomeory Turbine)である。 On the other hand, the small turbine 54 is not provided with the vane as described above, and is a so-called FGT (Fixed Geometry Turbine) in which the flow rate of the inflowing exhaust gas cannot be changed.
排気通路30には、小型タービン54をバイパスする排気側バイパス通路132、すなわち、小型タービン54を迂回して排気を下流側に流す排気側バイパス通路132が設けられている。具体的には、排気側バイパス通路132は、小型タービン54よりも上流側の部分と、排気通路30のうち小型タービン54と大型タービン64との間の部分とを連通している。
The
排気側バイパス通路132には、これを開閉する排気バイパス弁44aが設けられている。排気バイパス弁44aが全閉の状態(排気側バイパス通路132を閉鎖している状態)では、排気の全量(後述するようにEGRガスの還流が実施されている場合は、エンジン本体1から排出された排気からこのEGRガスを除いたガスの全量)が、小型タービン54に流入する。一方、排気バイパス弁44aが開弁している状態では、排気の多くは小型タービン54をバイパスして下流側に流れる。すなわち、小型タービン54は排気の流通に対して抵抗となるため、排気バイパス弁44aが開弁している状態では、排気の多くはより抵抗の小さい排気側バイパス通路132を通り、小型タービン54を通過せずに下流側に流れる。
The exhaust-
排気バイパス弁44aは、電動式のバルブアクチュエータ44bによって開閉される。後述するように、排気バイパス弁44aは、運転条件に応じて全閉から全開の間でその開度が変更されるようになっており、電動式のバルブアクチュエータ44bにより駆動されることで、その開度が適切に制御される。
The
ここで、特許文献1のような従来の装置では、タービンを通過させずに排気を外部に排出するためのウエストゲート用通路と、これを開閉するウエストゲートバルブが設けられているが、本実施形態では、これら通路およびバルブは設けられておらず、排気の全量が常に大型タービン64に流入する。すなわち、本実施形態に係るエンジンシステムでは、エンジン本体1から排出された排気は必ず大型タービン64を通って外部に排出されるようになっている。
Here, in the conventional apparatus such as Patent Document 1, a wastegate passage for exhausting the exhaust gas outside without passing through the turbine and a wastegate valve for opening and closing the exhaust passage are provided. In the form, these passages and valves are not provided, and the entire amount of exhaust always flows into the
EGR装置80は、エンジン本体1から排出された排気の一部(EGRガス)を吸気に還流させるための装置である。
The
EGR装置80は、排気通路30と吸気通路20とをそれぞれ連通する第1EGR通路81および第2EGR通路84と、これらをそれぞれ開閉する第1EGRバルブ82および第2EGRバルブ85とを有する。第1EGR通路81には、EGRクーラ83が設けられており、EGRガスは第1EGR通路81の通過途中にEGRクーラ83により冷却されて、その後、吸気通路20に流入する。一方、第2EGR通路84にはEGRクーラは設けられておらず、第2EGR通路84の通過時は、EGRガスは高温のまま吸気通路20に流入する。
The
第1EGR通路81および第2EGR通路84は、排気通路30のうち排気側バイパス通路132の上流端よりも上流側の部分と、吸気通路20のうちスロットルバルブ23よりも下流側の部分とを連通しており、各EGR通路81,84には、各タービン54,64に流入する前の排気が導入される。
The
(2)制御内容
次に、図3を用いて、エンジンの制御系について説明する。本実施形態のエンジンシステムは、車両に搭載されたECU(エンジン制御ユニット、制御手段)500によって制御される。ECU500は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM、I/F等から構成されるマイクロプロセッサである。
(2) Control contents Next, an engine control system will be described with reference to FIG. The engine system of the present embodiment is controlled by an ECU (engine control unit, control means) 500 mounted on the vehicle. As is well known,
ECU500には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ECU500は、クランクシャフト15の回転数すなわちエンジンの回転数を検出するためのエンジン回転数センサSN1、各気筒2に導入される吸気量を検出するためのエアフローセンサSN2、車両に設けられて運転者により操作されるアクセルペダル(不図示)の開度を検出するアクセル開度センサSN3等と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号を受け付ける。
ECU500は、各センサSN1〜SN3からの入力信号等に基づいて種々の演算等を実行し、吸気バイパス弁41a、排気バイパス弁44a、VGTのノズルベーン64bすなわち大型タービン64の周囲に設けられたノズルベーン64b、およびその他のエンジンの各部(第1EGR弁82、第2EGR弁85、スロットルバルブ23等)にそれぞれ制御信号を出力する。
The
具体的には、ECU500は、各バイパス弁41a,44aを駆動するバルブアクチュエータ41b,44bにそれぞれ指令を出してこれら弁41a,44aを開閉させる。本実施形態では、吸気バイパス弁41aは、全閉と全開とに切り替えられる。一方、排気バイパス弁44aの開度は、全閉から全開までの間の各開度に変更される。
Specifically, the
また、ECU500は、ノズルベーン64bを駆動するベーンアクチュエータ64dに指令を出して、ノズルベーン64bの開度であるVGT開度を変更する。
Further, the
ここで、VGT開度は、その値が大きいほど大型タービンホイール641の各翼に向かう排気の流路面積が大きくなり、その値が小さいほどこの流路面積が小さく絞られるようになるパラメータである。なお、エンジン本体2の稼働中において、VGT開度は全閉とされることはなく、全閉よりも開き側に設定された最小開度と全開との間で変更される。
Here, the VGT opening degree is a parameter that increases the flow path area of the exhaust toward each blade of the
また、ECU500は、各EGR弁82,85をそれぞれ駆動するアクチュエータ(不図示)にそれぞれ指令を出して、これらEGR弁82,85の開度を変更させる。同様に、ECU500は、スロットルバルブ23を駆動するアクチュエータ(不図示)に指令を出して、スロットルバルブ23の開度を変更させる。
In addition, the
ECU500による、各バイパス弁41a、44a、VGT開度の制御内容について図4のフローチャート、および図5を用いて説明する。図5は、横軸をエンジン回転数、縦軸をエンジン負荷として、バイパス弁41a、44a等の制御領域を示したものである。
The control contents of the
図4に示すように、ECU500は、ステップS1にて、エンジン回転数、アクセル開度等を読み込む。そして、その後、ステップS2に進む。
As shown in FIG. 4,
ステップS2では、エンジン回転数が予め設定された第2基準回転数N2未満か否かを判定する。図5に示すように、第2基準回転数N2は、比較的低い値であり、ステップS2では、エンジン回転数が第2基準回転数N2未満の低回転数領域A1か否かを判定する。本実施形態では、第2基準回転数N2は、エンジン負荷が高くなるほど小さい値になるように設定されている。 In step S2, it is determined whether the engine speed is less than a preset second reference speed N2. As shown in FIG. 5, the second reference rotational speed N2 is a relatively low value, and in step S2, it is determined whether or not the engine rotational speed is in the low rotational speed region A1 less than the second reference rotational speed N2. In the present embodiment, the second reference rotational speed N2 is set to be smaller as the engine load increases.
ステップS2の判定がYESであって、エンジン回転数が第2基準回転数N2未満であって低回転数領域A1で運転がなされている場合は、ステップS3に進む。そして、ステップS3にて、VGT開度を最小開度にする。 If the determination in step S2 is YES and the engine speed is less than the second reference speed N2 and the engine is operating in the low speed range A1, the process proceeds to step S3. In step S3, the VGT opening is set to the minimum opening.
ステップS3の後はステップS4に進む。ステップS4では、エンジン負荷が予め設定された第2基準負荷T2未満か否かを判定する。すなわち、ステップS4では、図5に示すように、エンジン回転数が第2基準回転数N2未満かつエンジン負荷が第2基準負荷T2未満の低速低負荷領域A1_aであって排気流量が所定値より小さい領域であるか否かを判定する。本実施形態では、第2基準負荷T2は、比較的低い値であってエンジン回転数によらず一定の値に設定されている。 After step S3, the process proceeds to step S4. In step S4, it is determined whether the engine load is less than a preset second reference load T2. That is, in step S4, as shown in FIG. 5, the engine speed is lower than the second reference speed N2 and the engine load is lower than the second reference load T2, and the exhaust flow rate is smaller than a predetermined value. It is determined whether it is an area. In the present embodiment, the second reference load T2 is a relatively low value and is set to a constant value regardless of the engine speed.
ステップS4の判定がYESであって、エンジン負荷が第2基準負荷T2未満であり低速低負荷領域A1_aで運転がなされている場合は、ステップS5に進む。ステップS5では、吸気バイパス弁41aを全閉にする。また、ステップS5の後はステップS6に進み、排気バイパス弁44aを全閉にして、処理を終了する(ステップS1に戻る)。
If the determination in step S4 is YES and the engine load is less than the second reference load T2 and the vehicle is operating in the low speed and low load region A1_a, the process proceeds to step S5. In step S5, the
このように、低速低負荷領域A1_aでは、VGT開度が最小開度とされる。そして、これにより、大型タービンホイール641に流入する排気の流速が最大とされて大型コンプレッサ62の過給力が高められる。また、低速低負荷領域A1_aでは、吸気バイパス弁41aが全閉にされる。これにより、吸気の全量が小型コンプレッサ52を通過するようになり、この吸気は大型コンプレッサ62に加えて小型コンプレッサ52によっても過給された後、エンジン本体1に流入する。また、低速低負荷領域A1_aでは、排気バイパス弁44aが全閉にされる。これに伴って、エンジン本体1から排出された排気の全量(EGRガスとして吸気通路20に還流する量を除く)が小型タービン54に流入し、これによって小型タービンホイール541ひいては小型コンプレッサホイール521が回転駆動される。
Thus, in the low speed and low load region A1_a, the VGT opening is set to the minimum opening. As a result, the flow rate of the exhaust gas flowing into the
一方、ステップS4の判定がNOであって、エンジン負荷が第2基準負荷T2以上の場合、すなわち、エンジン回転数が第2基準回転数N2未満かつエンジン負荷が第2基準負荷T2以上の低速高負荷領域A1_bで運転がなされている場合は、ステップS12に進む。 On the other hand, if the determination in step S4 is NO and the engine load is equal to or higher than the second reference load T2, that is, the engine speed is less than the second reference speed N2 and the engine load is equal to or higher than the second reference load T2. When the operation is performed in the load region A1_b, the process proceeds to step S12.
ステップS12では、吸気バイパス弁41aを全閉にする。ステップS12の後は、ステップS13に進む。
In step S12, the
ステップS13では、排気バイパス弁44aの開度を基本RV開度にする。基本RV開度は、運転条件毎に、過給圧が目標の圧力になるように設定された開度であり、この目標の過給圧および基本RV開度は、エンジン回転数とエンジン負荷とによって予め設定されている。従って、ステップS13では、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて基本RV開度を決定し、排気バイパス弁44aの開度をこの決定した基本RV開度にして処理を終了する(ステップS1)。
In step S13, the opening degree of the
このように、本実施形態では、低速高負荷領域A1_bでは、低速低負荷領域A1_aと同様に、VGT開度が最小開度とされて大型タービンホイール641に流入する排気の流速が最大に高められ、かつ、吸気バイパス弁41aが全閉とされて吸気の全量が小型コンプレッサ52に流入してこれにより過給される一方、排気バイパス弁44bは基本RV開度に設定される。
As described above, in the present embodiment, in the low speed and high load region A1_b, similarly to the low speed and low load region A1_a, the VGT opening is set to the minimum opening and the flow velocity of the exhaust gas flowing into the
ステップS2に戻り、このステップS2での判定がNOの場合、すなわち、エンジン回転数が第2基準回転数N2以上の場合は、ステップS10に進む。そして、ステップS10にて、VGT開度を基本VGT開度に設定する。基本VGT開度は、運転条件毎に、過給圧が目標の圧力になるように設定された開度であり、基本VGT開度は、エンジン回転数とエンジン負荷とによって予め設定されている。従って、ステップS10では、現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに応じて基本VGT開度を決定し、VGT開度をこの基本VGT開度にする。 Returning to step S2, if the determination in step S2 is NO, that is, if the engine speed is greater than or equal to the second reference speed N2, the process proceeds to step S10. In step S10, the VGT opening is set to the basic VGT opening. The basic VGT opening is an opening that is set so that the supercharging pressure becomes a target pressure for each operating condition, and the basic VGT opening is set in advance by the engine speed and the engine load. Accordingly, in step S10, the basic VGT opening is determined according to the current engine speed and the engine load, and the VGT opening is set to the basic VGT opening.
ステップS10の後は、ステップS11に進む。ステップS11では、エンジン回転数が第2基準回転数N2よりも高い値に設定された第1基準回転数N1未満か否かを判定する。すなわち、ステップS11では、エンジン回転数が第2基準回転数N2以上かつ第1基準回転数N1未満の中速領域A2であるか否かを判定する。本実施形態では、図5に示すように、第1基準回転数N1は、エンジン負荷が高くなるほど小さい値になるように設定されている。 After step S10, the process proceeds to step S11. In step S11, it is determined whether or not the engine speed is less than the first reference speed N1 set to a value higher than the second reference speed N2. That is, in step S11, it is determined whether or not the engine speed is a medium speed region A2 that is equal to or greater than the second reference speed N2 and less than the first reference speed N1. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the first reference rotational speed N1 is set to be smaller as the engine load becomes higher.
ステップS11の判定がYESの場合であって中速領域A2で運転がなされている場合は、ステップS12に進む。そして、前記のように、ステップS12にて吸気バイパス弁41aを全閉として、その後に進むステップS13にて排気バイパス弁44aを基本RV開度にして、処理を終了する(ステップS1に戻る)。
If the determination in step S11 is YES and the vehicle is operating in the medium speed region A2, the process proceeds to step S12. Then, as described above, in step S12, the
このように、中速領域A2では、吸気バイパス弁41aが全閉とされ、これにより、吸気の全量が小型コンプレッサ52に導入されて、大型コンプレッサ62と小型コンプレッサ52とによって過給される。また、過給圧が目標値となるように、VGT開度が基本VGT開度とされ、かつ、排気バイパス弁44bが基本RV開度とされる。
Thus, in the medium speed region A2, the
一方、ステップS11の判定がNOであってエンジン回転数が第1基準回転数N1以上の場合、すなわち、図5に示すように、エンジン回転数が第1基準回転数N1以上の高速領域A3で運転がなされている場合は、ステップS21に進む。 On the other hand, when the determination in step S11 is NO and the engine speed is equal to or higher than the first reference speed N1, that is, as shown in FIG. 5, in the high speed region A3 where the engine speed is equal to or higher than the first reference speed N1. When driving | running | working is made, it progresses to step S21.
ステップS21では、吸気バイパス弁41aを全開にする。そして、ステップS21の後に進むステップS22において、排気バイパス弁44bを全開にして、処理を終了する(ステップS1に戻る)。
In step S21, the
このように、本実施形態では、高速領域A3では、吸気バイパス弁41aが全開とされて、吸気のほぼ全量は小型コンプレッサ52を通らずにエンジン本体1に導入される。また、排気バイパス弁44aが全開とされて、排気の全量(EGRガスを除く量)が、小型タービン54を通らずに大型タービン64に直接導入される。これに伴って、吸気は大型コンプレッサ62によってのみ過給される。また、高速領域A3では、VGT開度が基本VGT開度とされ、これにより、過給圧が目標の圧力に制御される。
Thus, in the present embodiment, in the high speed region A3, the
以上のように、本実施形態では、図6に示すように、エンジン回転数が第1基準回転数N1未満の領域(低速領域A1、中速領域A2)では、吸気バイパス弁41aは全閉とされる。一方、高速領域A3では、吸気バイパス弁41aは全開とされる。
As described above, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
また、図7に示すように、低速低負荷領域A1_aでは、排気バイパス弁44aは全閉とされる。一方、高速領域A3では、排気バイパス弁44aは全開とされる。また、その他の領域A10では、排気バイパス弁44aは基本RV開度とされる。
Further, as shown in FIG. 7, the
ここで、基本RV開度は、例えば、エンジン負荷およびエンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定されている。 Here, the basic RV opening is set to increase as the engine load and the engine speed increase, for example.
なお、基本RV開度は、低速低負荷領域A1_aおよび高速領域A3を除く領域A10のうち第1基準回転数N1近傍の領域において全開とされてもよい。 Note that the basic RV opening may be fully opened in a region near the first reference rotational speed N1 in the region A10 excluding the low speed and low load region A1_a and the high speed region A3.
また、図8に示すように、低速領域A1では、VGT開度は最小開度とされる。一方、中速領域A2および高速領域A3では、VGT開度は基本VGT開度とされる。ここで、基本VGT開度は、例えば、エンジン負荷およびエンジン回転数が高くなるほど大きい値(開き側の値)とされる。 Further, as shown in FIG. 8, in the low speed region A1, the VGT opening is the minimum opening. On the other hand, in the medium speed region A2 and the high speed region A3, the VGT opening is the basic VGT opening. Here, the basic VGT opening is set to a larger value (open side value) as the engine load and the engine speed increase, for example.
なお、過給圧の目標値である目標過給圧は、各エンジン回転数でエンジン負荷が高くなるほど高い値に設定される。そして、本実施形態では、図9に示すように、全負荷領域C(図5参照)付近において、目標過給圧は、エンジン回転数が高いほど高くされる。より詳細には、低速領域A1および中速領域A2では、エンジン回転数が高くなるほど目標過給圧は高くされ、高速領域A3では、目標過給圧はエンジン回転数によらず一定であって中速領域A2における目標過給圧の最大値と同じ値とされる。 The target boost pressure, which is the target value of the boost pressure, is set to a higher value as the engine load increases at each engine speed. In the present embodiment, as shown in FIG. 9, the target supercharging pressure is increased in the vicinity of the full load region C (see FIG. 5) as the engine speed increases. More specifically, in the low speed region A1 and the medium speed region A2, the target supercharging pressure is increased as the engine speed increases, and in the high speed region A3, the target supercharging pressure is constant regardless of the engine speed. The value is the same as the maximum value of the target boost pressure in the speed region A2.
(3)作用等
以上のように、本実施形態では、下流側に位置する大型タービン64をバイパスする通路が設けられず、大型タービン64には、エンジン本体1から排出された排気の全量(EGRガスを除く量)が常に大型タービン64に流入して、大型タービンホイール641を駆動するようになっている。
(3) Operation and the like As described above, in the present embodiment, a passage that bypasses the
従って、排気のエネルギーによって常に大型ターボ過給機60に過給を行わせることができ、大型タービン64をバイパスして排気を外部に排出する場合に比べて、過給圧をより一層高くし、かつ、排気の持つエネルギーの回収効率を高めて、エンジンシステム全体でのエネルギー効率を高めることができる。
Accordingly, the
ここで、このように大型タービン64に常に排気の全量を導入するよう構成した場合には、高排気流量下での大型タービン64の効率を確保するために大型タービン64の容量および大型ターボ過給機60の容量を十分に大きくする必要がある。しかしながら、単純にタービン容量を大きくしただけでは、同時に大型タービンホイール641のイナーシャが大きくなるため、また、排気流量が小さい低速低負荷領域A1_aにおいて大型タービンホイール641に流入する排気の流速が低くなるため、大型タービンホイール641の回転数の上昇が遅くなって過給性能が悪化するおそれがある。
Here, in the case where the entire amount of exhaust gas is always introduced into the
これに対して、本実施形態では、大型タービン64がVGTとされている。そして、低速低負荷領域A1_aでは、VGT開度が小さくされて大型タービンホイール641に流入する排気の流速が高められるようになっている。そのため、低速低負荷領域A1_aにおいても大型ターボ過給機60による過給力を高くすることができる。
On the other hand, in this embodiment, the
しかも、本実施形態では、大型ターボ過給機60に加えて小型ターボ過給機50が設けられるとともに、小型コンプレッサ52および小型タービン62をそれぞれバイパスする通路(吸気側バイパス通路122、排気側バイパス通路132)が設けられている。そして、低速低負荷領域A1_aにおいて、排気バイパス弁44aおよび吸気バイパス弁41aが閉弁されて、これにより小型ターボ過給機50によっても過給が行われるようになっている。そのため、低速低負荷領域A1_aにおいて過給圧をより確実に高くすることができる。すなわち、小型タービンホイール541はイナーシャが小さいため、排気流量が小さくても早期に回転が上昇し過給圧を高めることができる。従って、前記のように低速低負荷領域A1_aにおいて小型ターボ過給機50によっても過給を行うことで過給圧をより一層確実に高めることができる。
In addition, in the present embodiment, a
また、本実施形態では、前記のように大型ターボ過給機60の容量を大きくすることで、排気流量が大きい領域、具体的には、高速領域A3のうちエンジン負荷の高い領域において、大型ターボ過給機60によってこの高い流量の排気を効率よく利用して吸気を過給することができる。そのため、この領域の過給圧を高めることができる。すなわち、図9に示すように、高速領域A3の過給圧の目標値の最大値を低速領域A1における過給圧の目標値の最大値以上に設定して、これを実現することが可能となる。従って、エンジンの最大出力を高くすることができる。
Further, in the present embodiment, by increasing the capacity of the
また、本実施形態では、前記のように排気の持つエネルギーの回収効率を高め、かつ、過給圧を高めながら、EGRガス量を確保することができる。 In the present embodiment, as described above, the amount of EGR gas can be secured while increasing the energy recovery efficiency of the exhaust gas and increasing the supercharging pressure.
すなわち、前記のように、EGR通路81,84を、排気通路30のうち小型タービン52よりも上流側の部分であって排気圧力の高い部分と吸気通路20とを連通するように構成すれば、EGR通路81,84の入口と出口の圧力差を大きくしEGRガス量を多くすることができる。ただし、このように構成した場合には、加速時等において、大型タービン64および小型タービン54に流入する排気の量が少なくなるおそれがある。
That is, as described above, if the
これに対して、本実施形態では、前記のように、各タービン54,64に流入する排気の流量が小さい場合であっても、効率よく排気のエネルギーを過給に利用して過給圧を適切に高めることができる。従って、EGRガス量を確保して排気性能を高めながら(例えば、NOx排出量を低減しながら)、過給圧を高めることができる。
On the other hand, in the present embodiment, as described above, even when the flow rate of the exhaust gas flowing into the
(4)変形例
前記実施形態では、エンジン本体がディーゼルエンジンの場合について説明したが、エンジン本体は他のエンジンであってもよい。
(4) Modified Example In the above embodiment, the case where the engine body is a diesel engine has been described, but the engine body may be another engine.
また、過給圧の目標値の設定は、図9に示した例に限らない。 Moreover, the setting of the target value of the supercharging pressure is not limited to the example shown in FIG.
また、前記実施形態では、高速領域A3の全域で、吸気バイパス弁41aおよび排気バイパス弁44aを全開にした場合について説明したが、高速領域A3のうち、エンジン負荷が予め設定された第1基準負荷T1(図5参照)以上の高速高負荷領域においてのみ、これらバイパス弁41a,44aを全開にするようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the
また、前記実施形態では、高速領域A3において、バイパス弁41a,44aを全開にした場合について説明したが、具体的な開度はこれに限らず、吸気側バイパス通路122および排気側バイパス通路142に、吸気および排気のほぼ全量が流通するような開度であればよい。また、同様に、前記実施形態においてこれらバイパス弁41a,44aを全閉とした場合において、これに代えてこれらバイパス弁41a,44aの開度を所定量開いた開度としてもよい。すなわち、吸気側バイパス通路122および排気側バイパス通路142を吸気および排気が実質的に流通しない開度であればよい。
In the above embodiment, the case where the
また、基本RV開度、基本VGT開度、過給圧の目標値の具体的な設定は前記に限らない。例えば、前記実施形態では、低速領域A1にてVGT開度を最小開度とした場合について説明したが、低速領域A1でのVGT開度は全開よりも小さい開度であればよく、最小開度よりも大きい開度であってもよい。また、低速高負荷領域A1_bにおいて、排気バイパス弁44bを全閉にしてもよい。
Moreover, the specific setting of the target values of the basic RV opening, the basic VGT opening, and the supercharging pressure is not limited to the above. For example, in the above-described embodiment, the case where the VGT opening is set to the minimum opening in the low speed region A1 has been described. However, the VGT opening in the low speed region A1 may be an opening smaller than the full opening, and the minimum opening A larger opening may be used. Further, the
1 エンジン本体
20 吸気通路
30 排気通路
41a 吸気バイパス弁
44a 排気バイパス弁
50 小型ターボ過給機
52 小型コンプレッサ
54 小型タービン
60 大型ターボ過給機
62 大型コンプレッサ
64 大型タービン
122 吸気側バイパス通路
132 排気側バイパス通路
521 小型コンプレッサホイール
522 小型コンプレッサケース
541 小型タービンホイール
542 小型タービンケース
621 大型コンプレッサホイール
622 大型コンプレッサケース
641 大型タービンホイール
642 大型タービンケース
1
Claims (4)
前記排気通路は、前記小型タービンに流入する前の排気を、当該小型タービンを迂回して下流に流す排気側バイパス通路と、当該排気側バイパス通路を開閉可能な排気側バイパス弁と、前記大型タービンの前記タービンホイールに流入する排気の流路面積を変更してこの排気の流速を変更可能な排気流速変更手段とを有し、
前記吸気通路は、前記小型コンプレッサに流入する前の吸気を、当該小型コンプレッサを迂回して下流に流す吸気側バイパス通路と、当該吸気側バイパス通路を開閉可能な吸気側バイパス弁とを有し、
前記大型タービンおよび大型コンプレッサの各容量は、前記小型タービンおよび小型コンプレッサの各容量よりも大きく設定されており、
前記大型タービンは、排気の全量が常に導入されるように前記排気通路に配置されており、
前記制御手段は、排気流量が所定値よりも小さい場合には、前記排気側バイパス弁を閉じるとともに、前記排気流速変更手段によって前記流路面積をその最大面積よりも小さくすることを特徴とするターボ過給機付エンジン。 An engine body, an intake passage through which intake air introduced into the engine body circulates, an exhaust passage through which exhaust gas discharged from the engine body circulates, a turbine wheel provided in the exhaust passage and containing a turbine case A small turbocharger including a small turbine and a small turbocharger provided in the intake passage and having a compressor wheel and a compressor case for receiving the compressor wheel; and provided in a downstream side of the small turbine in the exhaust passage. A large turbine including a large turbine having a turbine wheel and a turbine case for accommodating the turbine wheel, and a large compressor having a compressor wheel and a compressor case for accommodating the compressor wheel provided upstream of the small compressor in the intake passage. Controls the machine and parts of the engine An engine with a turbocharger and a capacity control means,
The exhaust passage includes an exhaust-side bypass passage that flows exhaust before flowing into the small turbine, bypassing the small turbine, downstream, an exhaust-side bypass valve that can open and close the exhaust-side bypass passage, and the large turbine An exhaust flow rate changing means capable of changing the flow area of the exhaust flowing into the turbine wheel to change the flow rate of the exhaust,
The intake passage includes an intake-side bypass passage that flows the intake air before flowing into the small compressor, bypassing the small compressor and flowing downstream, and an intake-side bypass valve that can open and close the intake-side bypass passage;
Each capacity of the large turbine and the large compressor is set larger than each capacity of the small turbine and the small compressor,
The large turbine is arranged in the exhaust passage so that the entire amount of exhaust is always introduced,
The control means closes the exhaust-side bypass valve when the exhaust flow rate is smaller than a predetermined value, and makes the flow passage area smaller than the maximum area by the exhaust flow velocity changing means. Supercharged engine.
前記制御手段は、
エンジン回転数が第1基準回転数以上の高速領域のうち少なくともエンジン負荷が第1基準負荷以上の高速高負荷領域では、前記排気側バイパス弁および前記吸気側バイパス弁を開く一方、エンジン回転数が前記第1基準回転数以下に設定された第2基準回転数未満の低速領域のうち少なくともエンジン負荷が第2基準負荷未満の低速低負荷領域では、前記排気側バイパス弁および前記吸気側バイパス弁を閉じるとともに、
エンジン回転数が低い方が高い方に対して前記大型タービンに流入する排気の流路面積が小さくなるように前記排気流速変更手段を制御することを特徴とするターボ過給機付エンジン。 In the turbocharged engine according to claim 1,
The control means includes
In at least a high speed and high load region where the engine load is equal to or higher than the first reference load in a high speed region where the engine speed is equal to or higher than the first reference speed, the exhaust side bypass valve and the intake side bypass valve are opened while the engine speed is At least in the low speed and low load area where the engine load is lower than the second reference load among the low speed areas less than the second reference speed set below the first reference speed, the exhaust side bypass valve and the intake side bypass valve are With close
An engine with a turbocharger, wherein the exhaust flow rate changing means is controlled so that a flow passage area of exhaust flowing into the large turbine is smaller with respect to a higher engine rotational speed.
前記制御手段は、前記高速高負荷領域における過給圧の目標値の最大値を、前記低速領域における過給圧の目標値の最大値以上に設定することを特徴とするターボ過給機付エンジン。 The turbocharged engine according to claim 2,
The turbocharged engine characterized in that the control means sets the maximum value of the target value of the supercharging pressure in the high speed and high load region to be equal to or greater than the maximum value of the target value of the supercharging pressure in the low speed region. .
前記排気通路のうち前記排気側バイパス通路の上流端よりも上流側の部分と、前記吸気通路のうち前記吸気側バイパス通路の下流端よりも下流側の部分とを連通して、排気の一部を吸気通路に還流させることが可能なEGR通路を有することを特徴とするターボ過給機付エンジン。 In the turbocharged engine according to any one of claims 1 to 3,
A part of the exhaust gas is formed by communicating a portion of the exhaust passage upstream from the upstream end of the exhaust bypass passage with a portion of the intake passage downstream of the downstream end of the intake bypass passage. A turbocharged engine having an EGR passage capable of returning the air to the intake passage.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019078197A (en) * | 2017-10-23 | 2019-05-23 | マツダ株式会社 | Controller and control method for engine with turbocharger |
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JP2006266186A (en) * | 2005-03-24 | 2006-10-05 | Komatsu Ltd | Variable turbocharger |
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2016
- 2016-03-31 JP JP2016070774A patent/JP6439731B2/en active Active
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