JP2017214889A - Engine with turbosupercharger - Google Patents

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直之 山形
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the deterioration of fuel consumption performance while securing a supercharging pressure and a power generation amount by making effective use of the energy of exhaust gas.SOLUTION: In an engine with a turbosupercharger, there are provided a turbosupercharger, a turbine side power generator, and a bypass passage bypassing a supercharging turbine and an opening/closing valve for opening/closing it. The supercharging turbine develops the maximum turbine efficiency at a speed lower than reference one in a high-load region and the maximum compressor efficiency at the speed not lower than the reference one. When the speed is not lower than the reference one in the high-load region, the opening/closing valve is opened so that power generation is preferentially carried out in a specified region where the maximum compressor efficiency is developed, out of the high-speed and high-load region.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、ターボ過給機付エンジンに関する。   The present invention relates to a turbocharged engine.

従来より、エンジンシステムにおいて、エンジントルクを高めるためにターボ過給機を設けることが行われているとともに、エンジンシステム全体でのエネルギ効率を高めることが検討されている。   Conventionally, in an engine system, a turbocharger has been provided in order to increase engine torque, and it has been studied to increase energy efficiency in the entire engine system.

例えば、特許文献1には、ターボ過給機と、ターボ過給機に設けられたタービンとコンプレッサとを連結するシャフトの回転力によって発電を行う発電機とを備えたものが開示されている。この特許文献1のエンジンシステムでは、ターボ過給機のタービンがいわゆる可変容量タービンであってタービン本体に流入する排気の流路面積を変更可能な可変ベーンを備えたタービンで構成され、エンジン回転数が所定回転数以上になると可変ベーンの開度ひいては前記流路面積が大きくされるとともに発電が開始されるようになっている。また、このエンジンシステムでは、発電に伴って過給圧が低下するのを抑制するべく発電時に可変ベーンの開度を絞り側に補正するとともに、この補正に伴うタービン上流側の圧力ひいてはエンジンの背圧の増大を抑制するべく発電が実施される前記エンジン回転数が所定回転数以上の領域においてタービン効率が最大となるように構成されている。   For example, Patent Document 1 discloses a turbocharger including a turbocharger and a generator that generates power by the rotational force of a shaft that connects a turbine and a compressor provided in the turbocharger. In the engine system disclosed in Patent Document 1, the turbine of the turbocharger is a so-called variable capacity turbine, and includes a turbine having a variable vane that can change the flow area of the exhaust gas flowing into the turbine main body. When the rotation speed exceeds a predetermined number of revolutions, the opening of the variable vane and thus the flow passage area is increased, and power generation is started. Further, in this engine system, the opening of the variable vane is corrected to the throttle side at the time of power generation in order to suppress a decrease in the supercharging pressure accompanying power generation, and the pressure on the upstream side of the turbine and the back of the engine accompanying this correction are corrected. The turbine efficiency is maximized in a region where the engine speed at which power generation is performed to suppress an increase in pressure is greater than or equal to a predetermined speed.

特開2007−262970号公報JP 2007-262970 A

特許文献1のエンジンシステムでは、前記のように、エンジン回転数が所定回転数以上の領域においてタービン効率が最大とされつつ発電が実施されることで、この領域においては過給圧および発電量を高く確保しつつエンジンの背圧の増大に伴うポンピングロスの悪化すなわち燃費性能の悪化を抑制することができる。しかしながら、この構成では、エンジン回転数が所定回転数未満の低速領域ではタービン効率が低いため、この低速領域において高い過給圧を実現しようとするとタービンの上流側の圧力すなわちエンジンの背圧が高くなってポンピングロスおよび燃費性能が悪化してしまうという問題がある。   In the engine system of Patent Document 1, as described above, power generation is performed while the turbine efficiency is maximized in a region where the engine speed is equal to or higher than a predetermined speed. In this region, the supercharging pressure and the power generation amount are reduced. While ensuring high, the deterioration of the pumping loss accompanying the increase of the back pressure of the engine, that is, the deterioration of the fuel efficiency can be suppressed. However, in this configuration, since the turbine efficiency is low in the low speed region where the engine speed is less than the predetermined speed, the pressure on the upstream side of the turbine, that is, the engine back pressure is high when attempting to achieve a high boost pressure in this low speed region. Thus, there is a problem that the pumping loss and the fuel consumption performance are deteriorated.

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、排気のエネルギを有効に利用して過給圧および発電量を確保しながら燃費性能の悪化をより一層抑制することが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 is a turbocharger that can further suppress deterioration in fuel consumption performance while ensuring supercharging pressure and power generation amount by effectively using exhaust energy. An object is to provide a supercharged engine.

前記課題を解決するために、本発明は、ターボ過給機付エンジンであって、エンジン本体と、前記エンジン本体に接続された吸気通路および排気通路と、前記吸気通路に設けられたコンプレッサおよび前記排気通路に設けられた過給用タービンを含むターボ過給機と、前記排気通路の前記過給用タービンよりも下流側に設けられて排気のエネルギを受けて回転する発電用タービンおよび前記発電用タービンにより駆動されて発電するタービン側発電機を含む発電装置と、前記タービン側発電機を含むエンジンの各部を制御可能な制御手段とを備え、前記排気通路は、前記過給用タービンを迂回して排気を前記発電用タービンに導入するバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉する開閉弁とを備え、前記過給用タービンは、複数の翼を有し排気のエネルギを受けて回転するインペラと、当該インペラを内部に収容するとともに当該インペラに流入する排気の流路面積が一定とされたハウジングとを備え、エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷領域において、前記過給用タービンのタービン効率はエンジン回転数が予め設定された基準回転数未満の回転数で最大となるように設定されており、前記コンプレッサのコンプレッサ効率は、エンジン回転数が前記基準回転数よりも高い回転数で最大となるように設定されており、前記制御手段は、前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数未満では前記開閉弁を全閉にする一方、前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速高負荷領域では前記開閉弁を開弁させるとともに、前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が最大となるエンジン回転数を少なくとも含む特定領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電機に対する発電要求がある場合は、前記発電機に発電を行わせ、前記特定領域以外の運転領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電要求がある場合は、条件に応じて前記発電機による発電を実施または停止する、ことを特徴とするターボ過給機付エンジンを提供する(請求項1)。   In order to solve the above-described problems, the present invention provides a turbocharged engine, an engine body, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine body, a compressor provided in the intake passage, and the A turbocharger including a supercharging turbine provided in an exhaust passage; a power generation turbine provided downstream of the supercharging turbine in the exhaust passage and rotating in response to exhaust energy; and the power generation A power generator including a turbine-side power generator driven by a turbine, and a control unit capable of controlling each part of the engine including the turbine-side power generator, wherein the exhaust passage bypasses the supercharging turbine A bypass passage for introducing exhaust gas into the power generation turbine, and an on-off valve for opening and closing the bypass passage. In the high load region where the engine load is equal to or higher than the reference load, the impeller that rotates by receiving the energy of the motor and the housing that houses the impeller and has a constant flow passage area of the exhaust flowing into the impeller. The turbine efficiency of the supercharging turbine is set such that the engine speed is maximized at a speed lower than a preset reference speed, and the compressor efficiency of the compressor is such that the engine speed is equal to the reference speed. The control means sets the on-off valve to be fully closed when the engine speed is less than the reference speed in the high load region, while the high load is set to be maximum. In the high-speed and high-load region where the engine speed is equal to or higher than the reference rotational speed in the region, the on-off valve is opened, and When the engine is operated in a specific region including at least the engine speed at which the compressor efficiency is maximized and there is a power generation request for the generator, the generator is caused to generate power and the operation is performed outside the specific region. An engine with a turbocharger is provided, wherein an engine is operated in a region, and when there is a demand for power generation, power generation by the power generator is performed or stopped according to conditions (claim) Item 1).

この構成では、高速高負荷領域において開閉弁が開弁されて、排気のエネルギの一部が過給用タービンで利用されることなく発電用タービンに導入される。そして、この高速高負荷領域の少なくとも一部の回転域に設定された特定領域において、発電要求があるときは必ず発電が行われる一方、特定領域以外の運転時には、発電要求があっても条件(例えば発電する緊急度の低さ)によっては発電が停止される。このように、この構成では、エンジン回転数およびエンジン負荷が高く排気のエネルギが高い特定領域において、発電が優先的に実施される。そのため、排気のエネルギを効率よく発電に利用しつつ過給圧を高めることができる。   In this configuration, the on-off valve is opened in the high-speed and high-load region, and part of the exhaust energy is introduced into the power generation turbine without being used in the supercharging turbine. In the specific region set in at least a part of the high-speed and high-load region, power generation is always performed when there is a power generation request. For example, power generation is stopped depending on the urgency of power generation. Thus, with this configuration, power generation is preferentially performed in a specific region where the engine speed and engine load are high and the exhaust energy is high. Therefore, the boost pressure can be increased while efficiently using the energy of the exhaust for power generation.

特に、この構成では、前記特定領域においてコンプレッサ効率が最大になるように構成されるとともに、特定領域よりもエンジン回転数が低い低速高負荷領域においてタービン効率が最大となるように構成されている。そのため、特定領域において高い発電量を確保しつつ過給圧を十分に高めてポンピングロスの増大を抑制することができるとともに、低速高負荷領域においても高い過給圧を確保しつつエンジンの背圧が過剰に増大するのを抑制することができる。従って、より広い範囲にわたって過給圧を高くしながらポンピングロスを小さく抑えることができ燃費性能を高めることができる。   In particular, this configuration is configured such that the compressor efficiency is maximized in the specific region, and the turbine efficiency is maximized in a low speed and high load region where the engine speed is lower than that in the specific region. Therefore, it is possible to suppress the increase in pumping loss by sufficiently increasing the supercharging pressure while securing a high power generation amount in a specific region, and also to ensure a high supercharging pressure even in a low speed and high load region. Can be prevented from excessively increasing. Therefore, the pumping loss can be suppressed while increasing the supercharging pressure over a wider range, and the fuel efficiency can be improved.

また、この構成では、過給用タービンとして、インペラに流入する排気の流路面積が一定に維持されるよう構成されたタービンであっていわゆる固定容量タービンが利用されている。そのため、過給用タービンとして可変容量タービンを用いる場合よりもコスト面で有利となる。そして、この固定容量タービンである過給用タービンのタービン効率が、前記低速高負荷領域で高く設定されていることで、エンジン回転数が低く排気の流量が小さい低速高負荷領域においても効果的に過給圧を高めることができる。   Further, in this configuration, a so-called fixed capacity turbine is used as the supercharging turbine, which is a turbine configured to maintain a constant flow passage area of the exhaust gas flowing into the impeller. Therefore, it is more advantageous in terms of cost than when a variable capacity turbine is used as the supercharging turbine. And, since the turbine efficiency of the supercharging turbine, which is this fixed capacity turbine, is set high in the low-speed and high-load region, it is effective even in the low-speed and high-load region where the engine speed is low and the exhaust flow rate is small. The supercharging pressure can be increased.

前記構成において、前記コンプレッサの効率は、エンジン回転数の増大に伴って増大して所定のエンジン回転数において前記過給用タービンの効率を超えるように設定されており、前記特定領域は、前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が前記所定のエンジン回転数における効率以上となる領域に設定されているのが好ましい(請求項2)。   In the above configuration, the efficiency of the compressor is set so as to increase as the engine speed increases and exceed the efficiency of the supercharging turbine at a predetermined engine speed. It is preferable that the compressor efficiency is set in an area where the compressor efficiency is equal to or higher than the efficiency at the predetermined engine speed in the high load area.

このようにすれば、低速高負荷領域と高速高負荷領域との両領域においてターボ過給機の効率(タービン効率およびコンプレッサ効率)を同等に高くすることができ、エンジン回転数についてより均一に燃費性能を高めることができる。   In this way, the turbocharger efficiency (turbine efficiency and compressor efficiency) can be increased equally in both the low speed and high load areas, and the engine speed can be more evenly fueled. Performance can be increased.

前記構成において、前記エンジン本体の出力軸に連結されて当該出力軸により回転駆動されることで発電するエンジン側発電機を備え、前記制御手段は、前記特定領域より低負荷側の領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電機に対する発電要求がある場合は、エンジン負荷が前記特定領域内の負荷となるように前記エンジン側発電機を駆動させるのが好ましい(請求項4)。   In the above-described configuration, an engine-side generator is connected to the output shaft of the engine main body and is driven to rotate by the output shaft, and the control means is configured to operate the engine in a region on a lower load side than the specific region. When the engine is in operation and there is a power generation request for the generator, it is preferable to drive the engine-side generator so that the engine load becomes a load within the specific region.

このようにすれば、特定領域での発電機会をより多くすることができるので、特定領域以外で発電が行われる頻度を減らすことができ、燃費性能の悪化を抑制することができる。また、エンジン側発電機によっても発電が行われるため発電量をより一層多くすることができる。   In this way, since it is possible to increase the power generation opportunities in the specific area, it is possible to reduce the frequency of power generation outside the specific area, and it is possible to suppress deterioration in fuel consumption performance. Moreover, since power generation is also performed by the engine-side generator, the power generation amount can be further increased.

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、過給圧および発電量を確保しながら燃費性能の悪化を抑制することができる。   As described above, according to the turbocharged engine of the present invention, it is possible to suppress deterioration of fuel consumption performance while ensuring the supercharging pressure and the power generation amount.

エンジンシステムの概略構成図である。It is a schematic block diagram of an engine system. エンジン本体の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of an engine main body. 高負荷領域におけるエンジン回転数とウエストゲートバルブの開度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the engine speed in a high load area | region and the opening degree of a waste gate valve. 運転領域を示した図である。It is the figure which showed the driving | operation area | region. 高負荷領域におけるエンジン回転数とタービン効率およびコンプレッサ効率との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the engine speed in a high load area | region, turbine efficiency, and compressor efficiency. 制御ブロックを示した図である。It is the figure which showed the control block. ウエストゲートバルブ、VGT開度およびジェネレータに係る制御の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the control which concerns on a waste gate valve, VGT opening degree, and a generator.

(1)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機付エンジン100(以下、適宜エンジンシステム100という)の概略構成図である。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a turbocharged engine 100 (hereinafter, appropriately referred to as an engine system 100) according to an embodiment of the present invention.

エンジンシステム100は、エンジン本体1と、エンジン本体1に導入される吸気が流通する吸気通路120と、エンジン本体1から導出される排気(燃焼ガス)が流通する排気通路130と、排気通路130を流通する排気により駆動されるターボ過給機60と、排気通路130を流通する排気により駆動されて発電する発電装置70とを備える。ここでは、図1等に示すように、エンジン本体1が、4ストロークの直列4気筒ガソリンエンジンであって、車両に駆動源として搭載される場合について説明する。   The engine system 100 includes an engine body 1, an intake passage 120 through which intake air introduced into the engine body 1 circulates, an exhaust passage 130 through which exhaust gas (combustion gas) derived from the engine body 1 circulates, and an exhaust passage 130. The turbocharger 60 is driven by the exhaust gas flowing, and the power generator 70 is driven by the exhaust gas flowing through the exhaust passage 130 to generate electric power. Here, as shown in FIG. 1 and the like, a case will be described in which the engine body 1 is a four-stroke in-line four-cylinder gasoline engine and is mounted on a vehicle as a drive source.

図2は、エンジン本体1の概略断面図である。   FIG. 2 is a schematic sectional view of the engine body 1.

エンジン本体1は、気筒10が内部に形成されたシリンダブロック101と、シリンダブロック101の上面に設けられたシリンダヘッド102と、気筒10に往復摺動可能に挿入されたピストン103とを有している。   The engine body 1 includes a cylinder block 101 in which a cylinder 10 is formed, a cylinder head 102 provided on the upper surface of the cylinder block 101, and a piston 103 that is inserted into the cylinder 10 so as to be slidable back and forth. Yes.

ピストン103はコネクティングロッドを介してクランクシャフト(エンジン本体1の出力軸)106と連結されており、ピストン103の往復運動に応じて、クランクシャフト106はその中心軸回りに回転する。   The piston 103 is connected to a crankshaft (an output shaft of the engine main body 1) 106 via a connecting rod, and the crankshaft 106 rotates around its central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 103.

図1に示すように、クランクシャフト106には、クランクシャフト106の回転力により駆動されて発電するエンジン側発電機82が連結されている。本実施形態では、エンジン側発電機82は、モータ機能付発電機、いわゆるISG(Integrated Starter Generator)であり、前記のようにクランクシャフト106により駆動されて発電機として機能するとともに、発進時や加速時等においてモータとして機能してクランクシャフト106の回転を補助する。エンジン側発電機82はISG駆動装置85により制御され、ISG駆動装置85によって発電機とモータとの切替、および発電量やモータとしての駆動力が変更される。   As shown in FIG. 1, an engine-side generator 82 that is driven by the rotational force of the crankshaft 106 to generate electric power is connected to the crankshaft 106. In the present embodiment, the engine-side generator 82 is a generator with a motor function, so-called ISG (Integrated Starter Generator), which is driven by the crankshaft 106 as described above to function as a generator, and at the time of starting or acceleration. It functions as a motor at times and assists the rotation of the crankshaft 106. The engine-side generator 82 is controlled by the ISG drive device 85, and the ISG drive device 85 switches between the generator and the motor, and the amount of power generation and the driving force as the motor are changed.

ピストン103の上方には燃焼室5が形成されている。シリンダブロック101の側壁には、燃焼室5内を臨むようにインジェクタ105が取り付けられている。燃焼室5内には、インジェクタ105から燃料が噴射される。噴射された燃料と空気との混合気は燃焼室5で燃焼し、ピストン103はその燃焼による膨張力で押し下げられて上下に往復運動する。なお、インジェクタ105は、シリンダヘッド102に取り付けられていてもよい。   A combustion chamber 5 is formed above the piston 103. An injector 105 is attached to the side wall of the cylinder block 101 so as to face the combustion chamber 5. Fuel is injected from the injector 105 into the combustion chamber 5. The injected fuel / air mixture burns in the combustion chamber 5, and the piston 103 is pushed down by the expansion force generated by the combustion, and reciprocates up and down. The injector 105 may be attached to the cylinder head 102.

シリンダヘッド102には、インジェクタ105から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火を行う点火プラグ18が設けられている。   The cylinder head 102 is provided with a spark plug 18 that performs ignition by spark discharge on the mixture of fuel and air injected from the injector 105.

シリンダヘッド102には、各気筒10にそれぞれ対応して、吸気通路120から供給される空気を各気筒10の燃焼室5に導入するための吸気ポート13と、吸気ポート13を開閉する吸気弁14と、各気筒10の燃焼室5で生成された排気をエンジン本体1の外部に導出するための排気ポート11と、排気ポート11を開閉する排気弁12とが設けられている。   In the cylinder head 102, corresponding to each cylinder 10, an intake port 13 for introducing air supplied from the intake passage 120 into the combustion chamber 5 of each cylinder 10 and an intake valve 14 for opening and closing the intake port 13. And an exhaust port 11 for leading exhaust generated in the combustion chamber 5 of each cylinder 10 to the outside of the engine body 1 and an exhaust valve 12 for opening and closing the exhaust port 11.

吸気通路120は、各吸気ポート13に繋がるように設けられている。吸気通路120には、上流側から順に、コンプレッサ62、インタークーラ122、スロットルバルブ123、サージタンク124が設けられている。   The intake passage 120 is provided so as to be connected to each intake port 13. In the intake passage 120, a compressor 62, an intercooler 122, a throttle valve 123, and a surge tank 124 are provided in this order from the upstream side.

コンプレッサ62は、ターボ過給機60の構成部品である。すなわち、ターボ過給機60は、排気通路130に設けられて排気により回転駆動される過給用タービン64と、吸気通路120に設けられて過給用タービン64により回転駆動されるコンプレッサ62とを有しており、過給用タービン64(詳細には過給用タービン64の後述するインペラ64a)が排気の導入を受けて回転することでコンプレッサ62が回転して吸気を過給する。   The compressor 62 is a component part of the turbocharger 60. That is, the turbocharger 60 includes a turbocharger 64 that is provided in the exhaust passage 130 and is rotationally driven by exhaust gas, and a compressor 62 that is provided in the intake passage 120 and is rotationally driven by the turbocharger turbine 64. The supercharging turbine 64 (specifically, an impeller 64a to be described later of the supercharging turbine 64) rotates upon receiving the introduction of exhaust gas, whereby the compressor 62 rotates to supercharge intake air.

(2)排気系
排気通路130は、エンジン本体1の各排気ポート11に繋がるように設けられている。排気通路130には、上流側から順に、過給用タービン64、発電用タービン74、触媒装置90が設けられている。
(2) Exhaust System The exhaust passage 130 is provided so as to be connected to each exhaust port 11 of the engine body 1. In the exhaust passage 130, a supercharging turbine 64, a power generation turbine 74, and a catalyst device 90 are provided in this order from the upstream side.

本実施形態では、過給用タービン64は、固定容量タービン、いわゆるFGT(Fixed Geometry Turbine)であり、過給用タービン64は、排気のエネルギを受けて回転するインペラ64aと、これを収容するハウジング64hとで構成されており、インペラ64aに流入する排気の流路面積は一定値に固定されている。すなわち、この過給用タービン64は、インペラに流入する排気の流路面積を変更可能な可変ベーンを備えた可変容量タービン(VGT)ではなく、可変ベーンを有していない。   In this embodiment, the supercharging turbine 64 is a fixed capacity turbine, so-called FGT (Fixed Geometry Turbine), and the supercharging turbine 64 includes an impeller 64a that rotates by receiving the energy of exhaust gas, and a housing that accommodates the impeller 64a. 64h, and the flow passage area of the exhaust gas flowing into the impeller 64a is fixed to a constant value. That is, the supercharging turbine 64 is not a variable capacity turbine (VGT) having a variable vane that can change the flow passage area of the exhaust gas flowing into the impeller, and does not have a variable vane.

発電用タービン74は、発電装置70の構成部品である。発電装置70は、この発電用タービン74と、これにより回転駆動されるジェネレータ(タービン側発電機)72と、ジェネレータ72を駆動するジェネレータ駆動装置75とを有している。   The power generation turbine 74 is a component of the power generation apparatus 70. The power generation device 70 includes the power generation turbine 74, a generator (turbine side generator) 72 that is rotationally driven by the power generation turbine 74, and a generator drive device 75 that drives the generator 72.

発電用タービン74は、排気のエネルギを受けて回転するタービンであり、ジェネレータ72は、発電用タービン74により回転駆動されることで発電する。具体的には、ジェネレータ72は、発電用タービン74と連動して回転するロータコイルを有しており、当該ロータコイルの回転に伴う電磁誘導により発電を行う。ジェネレータ72で生成された電力は、バッテリ(不図示)に蓄電される、あるいは、各種電気機器(不図示)に供給される。   The power generation turbine 74 is a turbine that rotates by receiving the energy of the exhaust, and the generator 72 generates power by being rotationally driven by the power generation turbine 74. Specifically, the generator 72 has a rotor coil that rotates in conjunction with the power generation turbine 74, and generates power by electromagnetic induction accompanying the rotation of the rotor coil. The electric power generated by the generator 72 is stored in a battery (not shown) or supplied to various electric devices (not shown).

ジェネレータ駆動装置75は、ジェネレータ72による発電の実施/停止すなわちジェネレータ72のロータコイルへの磁化用の電流の印加の実施/停止を切り替えるとともに、ジェネレータ72の発電量を変更する。   The generator driving device 75 switches execution / stop of power generation by the generator 72, that is, execution / stop of application of magnetization current to the rotor coil of the generator 72, and changes the power generation amount of the generator 72.

触媒装置90は、排気を浄化するための装置であり、例えば、酸化触媒等を含む。   The catalyst device 90 is a device for purifying exhaust gas, and includes, for example, an oxidation catalyst.

排気通路130には、発電用タービン74をバイパスするバイパス通路132と、これを開閉するウエストゲートバルブ(開閉弁)133とが設けられている。具体的には、バイパス通路132は、排気通路130のうち過給用タービン64よりも上流側の部分と、過給用タービン64と発電用タービン74との間の部分とを接続している。従って、ウエストゲートバルブ133が開いている状態では、エンジン本体1から排出された排気の一部は、過給用タービン64を通過せずに発電用タービン74に流入する。   The exhaust passage 130 is provided with a bypass passage 132 that bypasses the power generation turbine 74 and a wastegate valve (open / close valve) 133 that opens and closes the bypass passage 132. Specifically, the bypass passage 132 connects a portion of the exhaust passage 130 upstream of the supercharging turbine 64 and a portion between the supercharging turbine 64 and the power generation turbine 74. Accordingly, in a state where the wastegate valve 133 is open, a part of the exhaust discharged from the engine body 1 flows into the power generation turbine 74 without passing through the supercharging turbine 64.

過給圧は、バイパス通路132およびウエストゲートバルブ133によって調整される。すなわち、前記のように、過給用タービン64は、固定容量タービンであって、過給用タービン64のインペラ64aに流入する排気の流路面積は固定されている。そのため、インペラ64aの回転力ひいては過給圧を調整するためにはインペラ64aに流入する排気の量を調整する必要があり、ウエストゲートバルブ133の開度の変更によってこの排気の量が調整される。   The supercharging pressure is adjusted by the bypass passage 132 and the waste gate valve 133. That is, as described above, the supercharging turbine 64 is a fixed capacity turbine, and the flow path area of the exhaust gas flowing into the impeller 64a of the supercharging turbine 64 is fixed. Therefore, in order to adjust the rotational force of the impeller 64a and thus the supercharging pressure, it is necessary to adjust the amount of exhaust flowing into the impeller 64a, and the amount of exhaust is adjusted by changing the opening degree of the wastegate valve 133. .

具体的には、ウエストゲートバルブ133は、エンジン負荷が基準負荷T1以上の高負荷領域A1(図4参照)において、図3に示すように、エンジン回転数が基準回転数N1未満の低速高負荷領域A1_Lでは全閉とされ、基準回転数N1以上の高速高負荷領域A1_Hでは開弁される。また、高速高負荷領域A1_Hでは、基本的に、エンジン回転数が高いほどウエストゲートバルブ133の開度は大きく(開側に)される。   Specifically, the wastegate valve 133 is a low-speed, high-load engine whose engine speed is less than the reference speed N1, as shown in FIG. 3, in the high load region A1 (see FIG. 4) where the engine load is equal to or higher than the reference load T1. In the region A1_L, the valve is fully closed, and in the high-speed and high-load region A1_H of the reference rotation speed N1 or higher, the valve is opened. In the high-speed and high-load region A1_H, basically, the opening degree of the wastegate valve 133 is increased (opened) as the engine speed increases.

すなわち、エンジン回転数が低く排気の流量が小さい領域において過給圧を高くするためには、エンジン本体1から排出された排気のより多くを過給用タービン64に流入させる必要がある。そこで、エンジン回転数が低い一方高い過給圧が要求される低速高負荷領域A1_Lでは、ウエストゲートバルブ133は全閉とされてエンジン本体1から排出された排気の全量が過給用タービン64に導入される。一方、エンジン回転数が高く排気の流量が大きい高速高負荷領域A1_Hでは、排気の全量を過給用タービン64に流入させると過給圧が過剰に高くなってしまうため、この高速高負荷領域A1_Hではウエストゲートバルブ133は開弁され、排気の一部が過給用タービン64をバイパスして下流側に導出される。   That is, in order to increase the supercharging pressure in a region where the engine speed is low and the exhaust flow rate is small, it is necessary to cause more of the exhaust discharged from the engine body 1 to flow into the supercharging turbine 64. Therefore, in the low speed and high load region A1_L where high engine pressure is required while the engine speed is low, the wastegate valve 133 is fully closed and the entire amount of exhaust discharged from the engine body 1 is supplied to the turbocharger turbine 64. be introduced. On the other hand, in the high speed and high load region A1_H where the engine speed is high and the flow rate of the exhaust gas is large, the supercharging pressure becomes excessively high when the entire amount of exhaust gas flows into the supercharging turbine 64. Then, the waste gate valve 133 is opened, and a part of the exhaust gas is led to the downstream side by bypassing the supercharging turbine 64.

なお、図4に示すように、高負荷領域A1は、全負荷を含む領域であって、基準負荷T1は各エンジン回転数についてそれぞれその回転数におけるエンジン負荷の最大値から所定負荷だけ低い値に設定されている。   As shown in FIG. 4, the high load area A1 is an area including the entire load, and the reference load T1 is set to a value lower by a predetermined load from the maximum value of the engine load at each engine speed. Is set.

ここで、本実施形態では、高負荷領域A1における過給用タービン64のタービン効率η_Tとコンプレッサ効率η_Cとが、図5に示すように設定されている。すなわち、ウエストゲートバルブ133が全閉とされる低速高負荷領域A1_Lにてタービン効率η_Tが最大となり、ウエストゲートバルブ133が開弁される高速高負荷領域A1_Hにてコンプレッサ効率η_Cが最大となるように設定されている。   Here, in the present embodiment, the turbine efficiency η_T and the compressor efficiency η_C of the supercharging turbine 64 in the high load region A1 are set as shown in FIG. That is, the turbine efficiency η_T is maximized in the low speed and high load region A1_L where the wastegate valve 133 is fully closed, and the compressor efficiency η_C is maximized in the high speed and high load region A1_H where the wastegate valve 133 is opened. Is set to

具体的には、図5に示すように、高負荷領域A1におけるタービン効率η_Tは、エンジン回転数の増大に伴って高くなりエンジン回転数が第1回転数N11にて最大となった後、エンジン回転数の増大に伴って徐々に低くなるように、かつ、この第1回転数N11が基準回転数N1未満となるように設定されている。   Specifically, as shown in FIG. 5, the turbine efficiency η_T in the high load region A1 increases as the engine speed increases, and after the engine speed reaches the maximum at the first speed N11, The first rotational speed N11 is set so as to be gradually lowered as the rotational speed is increased, and to be less than the reference rotational speed N1.

一方、高負荷領域A1におけるコンプレッサ効率η_Cは、図5に示すように、エンジン回転数の増大に伴って高くなりエンジン回転数が第2回転数N12にて最大となった後、エンジン回転数の増大に伴って徐々に低くなるように、かつ、この第2回転数N12が基準回転数N1以上となるように設定されている。   On the other hand, as shown in FIG. 5, the compressor efficiency η_C in the high load region A1 increases as the engine speed increases, and after the engine speed reaches the maximum at the second speed N12, The second rotational speed N12 is set so as to be gradually lowered with the increase and to be equal to or higher than the reference rotational speed N1.

また、本実施形態では、コンプレッサ効率η_Cが、基準回転数N1以上の高速高負荷領域A1_Hにおいて、タービン効率η_Tを超えて大きくなるように設定されている。すなわち、基準回転数N1以上の第3回転数N13においてタービン効率η_Tとコンプレッサ効率η_Cとがともに同じ基準効率η_0となり、エンジン回転数が第3回転数N13を超えるとタービン効率η_Tは基準効率η_0よりも低下していく一方コンプレッサ効率η_Cは基準効率η_0よりも増大していくようになっている。   Further, in the present embodiment, the compressor efficiency η_C is set so as to exceed the turbine efficiency η_T in the high-speed and high-load region A1_H having the reference rotational speed N1 or more. That is, both the turbine efficiency η_T and the compressor efficiency η_C become the same reference efficiency η_0 at the third rotation speed N13 that is equal to or higher than the reference rotation speed N1, and the turbine efficiency η_T exceeds the reference efficiency η_0 when the engine rotation speed exceeds the third rotation speed N13. On the other hand, the compressor efficiency η_C increases more than the reference efficiency η_0.

(3)制御系
図6を用いて、エンジンシステム100の制御系について説明する。当実施形態のエンジンシステム100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。
(3) Control System A control system of the engine system 100 will be described with reference to FIG. The engine system 100 of the present embodiment is controlled by an ECU (engine control unit, control means) 500 mounted on the vehicle. As is well known, ECU 500 is a microprocessor including a CPU, ROM, RAM, I / F, and the like.

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106の回転数すなわちエンジン本体1の回転数を検出するためのエンジン回転数センサSN1、エンジン本体1に流入する吸気の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、コンプレッサ62の下流側の圧量であってコンプレッサ62の過給圧を検出する過給圧センサSN4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。また、ECU500には、バッテリの電圧や各種電気機器の操作信号も入力される。   ECU 500 receives information from various sensors. For example, the ECU 500 is provided in the vehicle, an engine speed sensor SN1 for detecting the rotation speed of the crankshaft 106, that is, the rotation speed of the engine body 1, an air flow sensor SN2 for detecting the amount of intake air flowing into the engine body 1. An accelerator opening sensor SN3 that detects the opening of an accelerator pedal (not shown) that is operated by the driver, and a supercharging pressure sensor that detects the supercharging pressure of the compressor 62 as a pressure amount downstream of the compressor 62 It is electrically connected to SN4 and the like and receives input signals from these sensors. In addition, the battery voltage and operation signals of various electric devices are also input to the ECU 500.

ECU500は、各センサSN1〜SN4からの入力信号等に基づいて種々の演算等を実行し、ジェネレータ駆動装置75、ウエストゲートバルブ133、ISG駆動装置85およびその他のエンジンの各部(点火プラグ18、インジェクタ105、スロットルバルブ123等)にそれぞれ制御信号を出力する。詳細には、ECU500は、ウエストゲートバルブ133を開閉するアクチュエータに制御信号を出力して、これの開度を制御する。   The ECU 500 executes various calculations based on the input signals from the sensors SN1 to SN4 and the like, and generates the generator driving device 75, the waste gate valve 133, the ISG driving device 85, and other parts of the engine (the spark plug 18, the injector). 105, the throttle valve 123, etc.), respectively. Specifically, ECU 500 outputs a control signal to an actuator that opens and closes wastegate valve 133 to control the opening degree thereof.

ECU500による、ウエストゲートバルブ133、ジェネレータ72(ジェネレータ駆動装置75)、エンジン側発電機82の制御手順について、図7のフローチャートを用いて説明する。ここでは、高負荷領域A1におけるこれらの制御手順について説明する。   A control procedure of the waste gate valve 133, the generator 72 (generator driving device 75), and the engine-side generator 82 by the ECU 500 will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, these control procedures in the high load region A1 will be described.

まず、ステップS1にて、コントローラ500は、エンジン回転数センサSN1により検出されたエンジン回転数、アクセル開度センサSN5により検出されたアクセル開度、バッテリ残量であるSOC等を読み込む。なお、SOCは、バッテリに接続された電流センサ等から検出される。   First, in step S1, the controller 500 reads the engine speed detected by the engine speed sensor SN1, the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor SN5, the SOC that is the remaining battery level, and the like. The SOC is detected from a current sensor or the like connected to the battery.

次に、ステップS2にて、高速高負荷領域A1_Hか否かを判定する。   Next, in step S2, it is determined whether or not the high-speed and high-load region A1_H.

ステップS2の判定がYESであって高速高負荷領域A1_Hでエンジン本体1が運転されている場合は、ステップS3に進みウエストゲートバルブ(W/G)133を開く。このとき、前記のように、ウエストゲートバルブ133は、エンジン回転数が高いほど大きい開度とされる。一方、ステップS3の判定がNOの場合はステップS4に進み、ウエストゲートバルブ133を閉じる(本実施形態では、全閉にする)。ステップS3,S4の後はステップS5に進む。   When the determination in step S2 is YES and the engine body 1 is operating in the high speed and high load region A1_H, the process proceeds to step S3 and the waste gate valve (W / G) 133 is opened. At this time, as described above, the wastegate valve 133 has a larger opening degree as the engine speed increases. On the other hand, if the determination in step S3 is NO, the process proceeds to step S4, and the waste gate valve 133 is closed (in the present embodiment, it is fully closed). After steps S3 and S4, the process proceeds to step S5.

ステップS5では、ジェネレータ72に対する発電要求があるか否かを判定する。   In step S5, it is determined whether or not there is a power generation request for the generator 72.

具体的には、コントローラ500は、SOCや各種電気機器の電気負荷等に基づいて、所定の電力量に対して現在不足している電力量を算出し、この電力不足量が所定値以上であれば発電要求があると判定する。所定の電力量は、例えば、バッテリの最大蓄電量であり、この最大蓄電量から現在のバッテリの蓄電量および各種電気機器で消費されている電力量を差し引くことで算出される。   Specifically, the controller 500 calculates the amount of power that is currently insufficient with respect to a predetermined amount of power based on the SOC, the electrical load of various electrical devices, and the like, and if the amount of power shortage is greater than or equal to a predetermined value. It is determined that there is a power generation request. The predetermined amount of power is, for example, the maximum amount of power stored in the battery, and is calculated by subtracting the current amount of power stored in the battery and the amount of power consumed by various electric devices from the maximum amount of stored power.

ステップS5の判定がNOであって発電要求がない場合は、ステップS10に進む。   If the determination in step S5 is NO and there is no power generation request, the process proceeds to step S10.

ステップS10では、タービン側発電機72による発電を停止する。具体的には、ジェネレータ駆動装置75によってジェネレータ72のロータコイルへの磁化用の電流の印加を停止する。ステップS10の後は、ステップS8に進む。   In step S10, power generation by the turbine-side generator 72 is stopped. Specifically, the generator driving device 75 stops applying the magnetization current to the rotor coil of the generator 72. After step S10, the process proceeds to step S8.

一方、ステップS5の判定がYESであって発電要求がある場合はステップS6に進む。   On the other hand, if the determination in step S5 is YES and there is a power generation request, the process proceeds to step S6.

ステップS6では、発電要求が高いか否かを判定する。具体的には、前記電力不足量が前記所定値よりも高い値に設定された基準不足量よりも大きく、電力が大きく不足(所定の電力量に対して)している場合に、発電の緊急度が高く発電要求が高いと判定される。例えば、SOCが所定値未満に低下しており、発電をしなければ間もなく電力不足(必要な電気機器を正常に動かせない状態)に陥る可能性のある場合には、この判定はYESとなる。   In step S6, it is determined whether the power generation request is high. Specifically, when the power shortage amount is larger than the reference shortage amount set to a value higher than the predetermined value, and the power is largely insufficient (relative to the predetermined power amount), the power generation emergency It is determined that the power generation demand is high. For example, this determination is YES when the SOC has dropped below a predetermined value and there is a possibility that power shortage will soon occur (a state in which necessary electrical equipment cannot be operated normally) unless power generation is performed.

ステップS6の判定がYESであって発電の発電要求レベルが高く緊急に発電を行う必要がある場合は、ステップS7に進む。   If the determination in step S6 is YES and the power generation request level for power generation is high and it is necessary to urgently generate power, the process proceeds to step S7.

ステップS7では、タービン側発電機72による発電を実施する。具体的には、ジェネレータ駆動装置75によってジェネレータ72のロータコイルに磁化用の電流を印加する。ステップS7の後は、ステップS8に進む。   In step S7, power generation by the turbine-side generator 72 is performed. Specifically, the generator driving device 75 applies a magnetization current to the rotor coil of the generator 72. After step S7, the process proceeds to step S8.

一方、ステップS6の判定がNOの場合はステップS12に進む。   On the other hand, if the determination in step S6 is no, the process proceeds to step S12.

ステップS12では、特定領域R1か否かを判定する。   In step S12, it is determined whether or not the specific region R1.

ここで、特定領域R1は、高速高負荷領域A1_Hのうちコンプレッサ効率η_Cが最大となるエンジン回転数を含む領域である。本実施形態では、図5に示すように、コンプレッサ効率η_Cが基準効率η_0以上の領域に特定領域R1が設定されている。すなわち、特定領域R1は、高負荷領域A1のうち、エンジン回転数が、第3回転数N13以上、かつ、第2回転数N12よりも高い領域においてコンプレッサ効率η_Cが基準効率η_0となる第4回転数N14以下の領域に設定されている。   Here, the specific region R1 is a region including the engine speed at which the compressor efficiency η_C is maximum in the high speed and high load region A1_H. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the specific region R1 is set in a region where the compressor efficiency η_C is equal to or higher than the reference efficiency η_0. That is, the specific region R1 is the fourth rotation in which the compressor efficiency η_C becomes the reference efficiency η_0 in the region where the engine speed is equal to or higher than the third speed N13 and higher than the second speed N12 in the high load area A1. The area is set to a number N14 or less.

そして、ステップS12では、エンジン本体1がこのように設定された特定領域R1にて運転されているか否かを判定する。   In step S12, it is determined whether or not the engine body 1 is operated in the specific region R1 set in this way.

ステップS12の判定がYESであって特定領域R1で運転されている場合は、ステップS13に進む。ステップS13では、タービン側発電機72による発電を実施する。ステップS13の後はステップS8に進む。   If the determination in step S12 is YES and the vehicle is operating in the specific region R1, the process proceeds to step S13. In step S13, power generation by the turbine generator 72 is performed. After step S13, the process proceeds to step S8.

一方、ステップS12の判定がNOの場合はステップS14に進む。   On the other hand, if the determination in step S12 is no, the process proceeds to step S14.

ステップS14では、第2特定領域R2か否かを判定する。   In step S14, it is determined whether it is the second specific region R2.

第2特定領域R2は、図4に示すように、エンジン負荷が特定領域R1未満の領域であって特定領域R1と同じエンジン回転数領域に設定されている。すなわち、第2特定領域R2は、エンジン負荷が基準負荷T1未満、かつ、エンジン回転数が第3回転数N13以上第4回転数N14以下の領域である。   As shown in FIG. 4, the second specific region R2 is a region where the engine load is less than the specific region R1 and is set to the same engine speed region as the specific region R1. That is, the second specific region R2 is a region where the engine load is less than the reference load T1 and the engine speed is not less than the third speed N13 and not more than the fourth speed N14.

ステップS14の判定がNOの場合は、ステップS10に進む。そして、前記のように、タービン側発電機72による発電を停止する。   If the determination in step S14 is no, the process proceeds to step S10. Then, as described above, the power generation by the turbine-side generator 72 is stopped.

一方、ステップS14の判定がYESであって第2特定領域R2でエンジン本体1が運転されている場合は、ステップS15に進む。そして、ステップS15において、エンジン側発電機82による発電(ISG発電)を実施するとともに、タービン側発電機72による発電を実施する。このとき、エンジン側発電機82の発電量は、エンジン負荷を基準負荷T1以上に高めてエンジン本体1を特定領域R1で運転させることが可能な量に制御される。すなわち、エンジン側発電機82を駆動すれば、エンジン本体1(クランクシャフト106)に回転負荷がかかりエンジン負荷が増大する。そこで、ステップS15では、エンジン側発電機82による発電を実施して、エンジン本体1の運転ポイントを特定領域R1に移行させつつタービン側発電機72による発電を実施する。   On the other hand, when the determination in step S14 is YES and the engine body 1 is being operated in the second specific region R2, the process proceeds to step S15. And in step S15, while performing the electric power generation (ISG electric power generation) by the engine side generator 82, the electric power generation by the turbine side generator 72 is implemented. At this time, the power generation amount of the engine-side generator 82 is controlled to an amount capable of operating the engine body 1 in the specific region R1 by increasing the engine load to the reference load T1 or more. That is, if the engine-side generator 82 is driven, a rotational load is applied to the engine body 1 (crankshaft 106), and the engine load increases. Therefore, in step S15, power generation by the engine-side generator 82 is performed, and power generation by the turbine-side generator 72 is performed while shifting the operating point of the engine body 1 to the specific region R1.

ステップS15の後はステップS8に進む。   After step S15, the process proceeds to step S8.

ステップS8では、過給圧がその目標値である目標過給圧となっているか否かを判定する。なお、目標過給圧は、エンジン回転数とエンジン負荷等から決定される。例えば、目標過給圧は、エンジン回転数とエンジン負荷とについて設定されている。そして、コントローラ500は、エンジン回転数とエンジン負荷とに対する目標過給圧をマップで記憶しており、このマップから現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する値を目標過給圧として抽出する。   In step S8, it is determined whether or not the supercharging pressure is the target supercharging pressure that is the target value. The target boost pressure is determined from the engine speed, engine load, and the like. For example, the target boost pressure is set for the engine speed and the engine load. The controller 500 stores a target boost pressure for the engine speed and the engine load as a map, and extracts a value corresponding to the current engine speed and the engine load as a target boost pressure from the map. .

ステップS8の判定がYESであって過給圧が目標過給圧となっている場合には、そのまま処理を終了する。   If the determination in step S8 is YES and the supercharging pressure is the target supercharging pressure, the processing is terminated as it is.

一方、ステップS8の判定がNOの場合は、ステップS9に進んで、ウエストゲートバルブ133の開度を調整する。そして、処理を終了する。具体的には、過給圧が目標過給圧よりも低い場合は、ウエストゲートバルブ133を閉じ側に補正し、過給圧が目標過給圧よりも高い場合は、ウエストゲートバルブ133を開き側に補正する。なお、ウエストゲートバルブ133が全閉の場合では、それ以上ウエストゲートバルブ133を閉じることはできないため、この場合は、ウエストゲートバルブ133は全閉に維持される。   On the other hand, when determination of step S8 is NO, it progresses to step S9 and the opening degree of the wastegate valve 133 is adjusted. Then, the process ends. Specifically, when the supercharging pressure is lower than the target supercharging pressure, the wastegate valve 133 is corrected to the closed side, and when the supercharging pressure is higher than the target supercharging pressure, the wastegate valve 133 is opened. Correct to the side. Note that when the wastegate valve 133 is fully closed, the wastegate valve 133 cannot be closed any further, and in this case, the wastegate valve 133 is maintained fully closed.

なお、ステップS8では、過給圧が目標過給圧と完全に一致している場合に限らず、過給圧と目標過給圧との差が所定値以下である場合に過給圧が目標過給圧と一致していると判定されてもよい。   In step S8, the supercharging pressure is not limited to the case where the supercharging pressure completely matches the target supercharging pressure, but the supercharging pressure is set to the target when the difference between the supercharging pressure and the target supercharging pressure is equal to or less than a predetermined value. It may be determined that it matches the supercharging pressure.

(4)作用等
以上のように、特定領域R1では、他の領域に比べて発電要求のレベルが低く発電の緊急度が低い場合であっても(電力不足量が小さい場合であっても)、発電要求があり次第、発電が実施される。すなわち、本エンジンシステム100では、特定領域R1でエンジンが運転中の場合は、他の領域でエンジンが運転中の場合よりも優先的に発電が行われるようになっている。
(4) Operation, etc. As described above, even in the specific region R1, even when the level of power generation request is low and the urgency level of power generation is low compared to other regions (even when the amount of power shortage is small). As soon as there is a demand for power generation, power generation is carried out. That is, in the engine system 100, when the engine is operating in the specific region R1, power generation is performed with higher priority than when the engine is operating in another region.

ここで、特定領域R1は、高速高負荷領域A1_Hに含まれており、ウエストゲートバルブ133が開弁される領域である。そのため、特定領域R1では、過給に利用しなかった排気を利用して発電を行うことができ、過給圧を高めつつ発電を行うことができる。従って、この特定領域R1にて優先的に発電が行われることで、過給圧を高く維持しつつ発電量を確保することができる。   Here, the specific region R1 is included in the high-speed and high-load region A1_H, and is a region where the waste gate valve 133 is opened. Therefore, in the specific region R1, power generation can be performed using exhaust gas that has not been used for supercharging, and power generation can be performed while increasing the supercharging pressure. Therefore, power generation is performed preferentially in the specific region R1, so that a power generation amount can be ensured while maintaining a high supercharging pressure.

しかも、前記のように、特定領域R1は、コンプレッサ効率η_Cが基準効率η_0以上と高くコンプレッサ効率η_Cが最大となるエンジン回転数を含む領域に設定されている。そのため、発電量を確保しつつポンピングロスをより小さくすることができる。   In addition, as described above, the specific region R1 is set to a region including the engine speed at which the compressor efficiency η_C is higher than the reference efficiency η_0 and the compressor efficiency η_C is maximized. Therefore, the pumping loss can be further reduced while securing the power generation amount.

具体的には、ジェネレータ72で発電を実施するべく発電用タービン74に負荷を加えると発電用タービン74の上流側の圧力すなわち過給用タービン64の下流側の圧力は増大する。そのため、発電時において過給圧を高い圧力に維持するためには、過給用タービン64の上流側の圧力をより一層高くする必要が生じ、エンジン本体1の背圧が過剰に高くなるおそれがある。これに対して、前記のように、特定領域R1ではコンプレッサ効率η_cが高く設定されているため、過給用タービン64の圧力比(過給用タービンの上流側の圧力と下流側の圧力との比)を小さく抑えつつ過給圧を高くすることができる。すなわち、ジェネレータ72の発電時において、過給圧を高めつつ、過給用タービン64の上流側の圧力およびエンジン本体1の背圧が過剰に高くなるのを抑制することができる。そのため、発電に伴ってポンピングロスが過剰に悪化するのを抑えることができる。従って、過給圧を高くし、かつ、発電量を確保しつつ、燃費性能を高くすることができる。   Specifically, when a load is applied to the power generation turbine 74 to generate power with the generator 72, the pressure on the upstream side of the power generation turbine 74, that is, the pressure on the downstream side of the supercharging turbine 64 increases. Therefore, in order to maintain the supercharging pressure at a high pressure during power generation, the pressure on the upstream side of the supercharging turbine 64 needs to be further increased, and the back pressure of the engine body 1 may be excessively increased. is there. On the other hand, as described above, since the compressor efficiency η_c is set high in the specific region R1, the pressure ratio of the supercharging turbine 64 (the pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the supercharging turbine) The supercharging pressure can be increased while keeping the ratio) small. That is, during power generation by the generator 72, it is possible to suppress an excessive increase in the pressure on the upstream side of the turbocharging turbine 64 and the back pressure of the engine body 1 while increasing the supercharging pressure. Therefore, it is possible to suppress the pumping loss from being excessively deteriorated with the power generation. Therefore, it is possible to increase the fuel pressure performance while increasing the supercharging pressure and securing the power generation amount.

さらに、このエンジンシステム100では、低速高負荷領域A1_Lにおいてタービン効率η_Tが最大となるように設定されている。そのため、過給用タービン62として固定容量タービンを用い、可変容量タービンを用いる場合よりもコストを低く抑えつつ、低速高負荷領域A1_Lにおいても過給圧を適切に高めることができる。すなわち、低速高負荷領域A1_Lではエンジン回転数が低く排気の流量が小さいため過給圧を高めにくい。特に、固定容量タービンでは、可変容量タービンと異なりインペラ64aに流入する排気の流路面積および排気の流速を変更することができないため、低速高負荷領域A1_Lにおいて過給圧を高めにくい。これに対して、本実施形態では、低速高負荷領域A1_Lにおいてタービン効率が高くされていることで、少ない排気の流量で、給用タービン64の上流側の圧力が過剰に高くなるのを抑制しながら過給圧を効果的に高めることができる。従って、このエンジンシステム100では、より広い範囲にわたって過給圧を高くしながらポンピングロスを小さく抑えて燃費性能を高めることができる。   Further, in the engine system 100, the turbine efficiency η_T is set to be maximum in the low speed and high load region A1_L. For this reason, a fixed capacity turbine is used as the supercharging turbine 62, and the supercharging pressure can be appropriately increased even in the low speed and high load region A1_L while keeping the cost lower than when using a variable capacity turbine. That is, in the low speed and high load region A1_L, it is difficult to increase the supercharging pressure because the engine speed is low and the flow rate of the exhaust gas is small. In particular, in the fixed capacity turbine, unlike the variable capacity turbine, it is difficult to increase the supercharging pressure in the low speed and high load region A1_L because the flow area of the exhaust gas flowing into the impeller 64a and the flow velocity of the exhaust gas cannot be changed. On the other hand, in the present embodiment, the turbine efficiency is increased in the low speed and high load region A1_L, thereby suppressing an excessive increase in the pressure on the upstream side of the supply turbine 64 with a small exhaust flow rate. However, the boost pressure can be effectively increased. Therefore, in this engine system 100, it is possible to improve the fuel efficiency by suppressing the pumping loss while increasing the boost pressure over a wider range.

また、このエンジンシステム100では、特定領域R2でエンジン本体1が運転されている場合、すなわち、エンジン負荷が基準負荷T1未満である一方エンジン回転数が特定領域R1に対応するエンジン回転数の場合には、前記のように、エンジン側発電機82による発電を実施して、エンジン本体1の運転ポイントを特定領域R1に移行させつつタービン側発電機72による発電を実施する。そのため、特定領域R1での発電機会をより多くすることができ、燃費性能の悪化を抑制し且つ過給圧を高くしながら発電量をより多く確保することができる。特に、このとき、エンジン側発電機82によっても発電が行われる。そのため発電量をより一層多くすることができる。   In the engine system 100, when the engine body 1 is operated in the specific region R2, that is, when the engine load is less than the reference load T1, the engine speed is the engine speed corresponding to the specific region R1. As described above, power is generated by the engine generator 82, and power is generated by the turbine generator 72 while the operating point of the engine body 1 is shifted to the specific region R1. Therefore, it is possible to increase the power generation opportunities in the specific region R1, and it is possible to secure a larger amount of power generation while suppressing deterioration of fuel efficiency and increasing the supercharging pressure. In particular, at this time, power is also generated by the engine-side generator 82. Therefore, the amount of power generation can be further increased.

(5)変形例
前記実施形態では、優先的に発電が実施される特定領域R1を高速高負荷領域A1_Hの一部のみとした場合について説明したが、特定領域R1は高速高負荷領域A1_Hのうちコンプレッサ効率η_Cが最大となる第2エンジン回転数を含む領域に設定されていればよく、例えば、高速高負荷領域A1_H全体が特定領域R1に設定されてもよい。
(5) Modification In the above embodiment, the specific region R1 where power generation is preferentially performed has been described as being only a part of the high speed and high load region A1_H, but the specific region R1 is included in the high speed and high load region A1_H. It is only necessary to set the region including the second engine speed at which the compressor efficiency η_C is maximized. For example, the entire high speed and high load region A1_H may be set to the specific region R1.

また、エンジン側発電機82は省略可能である。   The engine generator 82 can be omitted.

また、前記実施形態では、電力を蓄える手段としてバッテリが用いられる場合について説明したが、バッテリ以外の手段を用いて電力を蓄えるようにしてもよい。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a battery was used as a means to store electric power, you may make it store electric power using means other than a battery.

また、電力不足量に代えて、電気機器での消費電力が所定値以上になると発電要求があると判定されるように構成してもよい。   Further, instead of the power shortage amount, it may be configured that it is determined that there is a power generation request when the power consumption in the electric equipment exceeds a predetermined value.

また、ジェネレータ72は発電用タービン74により駆動されて、発電の実施と停止とを切り替えることが可能なものであればよく、具体的な構成は前記に限らない。例えば、ジェネレータと発電用タービンとの連結が解除されることでジェネレータでの発電が停止されるものであってもよい。   Further, the generator 72 is only required to be driven by the power generation turbine 74 and switch between the generation and the stop of the power generation, and the specific configuration is not limited to the above. For example, the power generation in the generator may be stopped by releasing the connection between the generator and the power generation turbine.

また、前記実施形態では、エンジン本体1が4気筒のガソリンエンジンの場合について説明したが、エンジン本体1の種類はこれに限らない。例えば、ディーゼルエンジンや、その他の気筒数を有するエンジンであってもよい。   Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the engine main body 1 was a 4-cylinder gasoline engine, the kind of engine main body 1 is not restricted to this. For example, a diesel engine or an engine having another number of cylinders may be used.

1 エンジン本体
62 コンプレッサ
64 過給用タービン
72 ジェネレータ(タービン側発電機)
74 発電用タービン
82 エンジン側発電機
100 エンジンシステム(ターボ過給機付エンジン)
120 吸気通路
130 排気通路
132 バイパス通路
133 ウエストゲートバルブ(開閉弁)
500 ECU(制御手段)
R1 特定領域
R2 第2特定領域
1 Engine body 62 Compressor 64 Turbocharged turbine 72 Generator (turbine-side generator)
74 Turbine for power generation 82 Engine-side generator 100 Engine system (engine with turbocharger)
120 Intake passage 130 Exhaust passage 132 Bypass passage 133 Wastegate valve (open / close valve)
500 ECU (control means)
R1 specific area R2 second specific area

Claims (3)

ターボ過給機付エンジンであって、
エンジン本体と、
前記エンジン本体に接続された吸気通路および排気通路と、
前記吸気通路に設けられたコンプレッサおよび前記排気通路に設けられた過給用タービンを含むターボ過給機と、
前記排気通路の前記過給用タービンよりも下流側に設けられて排気のエネルギを受けて回転する発電用タービンおよび前記発電用タービンにより駆動されて発電するタービン側発電機を含む発電装置と、
前記タービン側発電機を含むエンジンの各部を制御可能な制御手段とを備え、
前記排気通路は、前記過給用タービンを迂回して排気を前記発電用タービンに導入するバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉する開閉弁とを備え、
前記過給用タービンは、複数の翼を有し排気のエネルギを受けて回転するインペラと、当該インペラを内部に収容するとともに当該インペラに流入する排気の流路面積が一定とされたハウジングとを備え、
エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷領域において、前記過給用タービンのタービン効率はエンジン回転数が予め設定された基準回転数未満の回転数で最大となるように設定されており、前記コンプレッサのコンプレッサ効率は、エンジン回転数が前記基準回転数よりも高い回転数で最大となるように設定されており、
前記制御手段は、
前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数未満では前記開閉弁を全閉にする一方、前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速高負荷領域では前記開閉弁を開弁させるとともに、
前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が最大となるエンジン回転数を少なくとも含む特定領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電機に対する発電要求がある場合は、前記発電機に発電を行わせ、
前記特定領域以外の運転領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電要求がある場合は、条件に応じて前記発電機による発電を実施または停止する、ことを特徴とするターボ過給機付エンジン。
A turbocharged engine,
The engine body,
An intake passage and an exhaust passage connected to the engine body;
A turbocharger including a compressor provided in the intake passage and a supercharging turbine provided in the exhaust passage;
A power generation device including a power generation turbine that is provided downstream of the supercharging turbine in the exhaust passage and rotates by receiving energy of exhaust, and a turbine side generator that is driven by the power generation turbine to generate power;
Control means capable of controlling each part of the engine including the turbine-side generator,
The exhaust passage includes a bypass passage that bypasses the supercharging turbine and introduces exhaust gas into the power generation turbine, and an open / close valve that opens and closes the bypass passage;
The supercharging turbine includes an impeller that has a plurality of blades and rotates by receiving the energy of exhaust, and a housing that houses the impeller and has a constant flow area of the exhaust flowing into the impeller. Prepared,
In a high load region where the engine load is equal to or higher than the reference load, the turbine efficiency of the supercharging turbine is set so that the engine speed is maximized at a speed less than a preset reference speed, The compressor efficiency is set so that the engine speed becomes maximum at a speed higher than the reference speed,
The control means includes
When the engine speed is less than the reference speed in the high load area, the on-off valve is fully closed. On the other hand, in the high speed and high load area where the engine speed is equal to or higher than the reference speed in the high load area, the on-off valve is closed. As well as
When the engine is operated in a specific region including at least the engine speed at which the compressor efficiency is maximized in the high-speed and high-load region, and when there is a power generation request for the generator, the generator generates power. Let
With a turbocharger, wherein the engine is operated in an operation region other than the specific region, and when there is a power generation request, power generation by the generator is performed or stopped depending on conditions engine.
請求項1に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記コンプレッサの効率は、エンジン回転数の増大に伴って増大して所定のエンジン回転数において前記過給用タービンの効率を超えるように設定されており、
前記特定領域は、前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が前記所定のエンジン回転数における効率以上となる領域に設定されてい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 efficiency of the compressor is set so as to increase as the engine speed increases and exceed the efficiency of the supercharging turbine at a predetermined engine speed,
The turbocharged engine is characterized in that the specific region is set to a region in the high-speed and high-load region where the compressor efficiency is equal to or higher than the efficiency at the predetermined engine speed.
請求項1または2に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記エンジン本体の出力軸に連結されて当該出力軸により回転駆動されることで発電するエンジン側発電機を備え、
前記制御手段は、前記特定領域より低負荷側の領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電機に対する発電要求がある場合は、エンジン負荷が前記特定領域内の負荷となるように前記エンジン側発電機を駆動させ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 1 or 2,
An engine-side generator that generates power by being connected to the output shaft of the engine body and driven to rotate by the output shaft;
When the engine is operated in a region on a lower load side than the specific region and there is a power generation request for the generator, the control means is configured so that the engine load becomes a load in the specific region. A turbocharged engine characterized by driving a side generator.
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