JP2018145848A - Engine system - Google Patents

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和人 小笠原
Kazuto Ogasawara
和人 小笠原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine system capable of securing engine output by increasing an intake air amount of an engine even under an engine operation condition outside of an operation range of a supercharger, and enlarging the engine operation condition capable of being coped with a single supercharger.SOLUTION: An engine system 10 includes an engine 20, a plurality of intake ports 23, 24 connected to a combustion chamber of the engine 20, an intake passage 30 connected to each of the plurality of intake ports 23, 24, and a supercharger 50 for pressurizing the air flowing through the intake passage 30. The intake passage 30 has a first flow channel for guiding the pressurized air pressurized by the supercharger 50 to the plurality of intake ports 23, 24, and a second flow channel for guiding the air by natural intake to the second intake port 24. When an engine operation condition is outside of an operation range of the supercharger 50, the air by natural intake is guided to the second intake port 24.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エンジンと、エンジンが吸入する空気を加圧する過給機とを備えるエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an engine system including an engine and a supercharger that pressurizes air taken in by the engine.

過給機は、エンジンシステムの吸気通路を流れる空気を加圧することにより、エンジンの燃焼室に吸入される空気の流量を増加させ、エンジンの高出力化を図る装置である。過給機の効率を改善することで、エンジンシステム全体の高効率化が期待できる。ここで、過給機はその容量に応じて作動域が異なり、好適な運転条件が存在する。   A supercharger is a device that increases the flow rate of air sucked into a combustion chamber of an engine by pressurizing air flowing through an intake passage of the engine system to increase the output of the engine. By improving the efficiency of the turbocharger, it can be expected that the entire engine system will be highly efficient. Here, the operating range of the supercharger differs depending on its capacity, and suitable operating conditions exist.

特許文献1には、高圧段ターボチャージャと、低圧段ターボチャージャと、を備えたターボ過給システムであって、高圧段ターボチャージャが、高圧段コンプレッサの駆動力をアシストする電気モータを備えた電動アシストターボチャージャである、ターボ過給システムが記載されている。特許文献1によれば、エンジン速度が極低速の領域であっても、電気モータを駆動することで十分なブースト圧を得ることが可能となり、エンジン速度が極低速の領域における動力性能(極低速トルク)を向上できるとされている。   Patent Document 1 discloses a turbocharging system that includes a high-pressure stage turbocharger and a low-pressure stage turbocharger, and the high-pressure stage turbocharger includes an electric motor that assists the driving force of the high-pressure stage compressor. A turbocharger system, which is an assist turbocharger, is described. According to Patent Document 1, it is possible to obtain a sufficient boost pressure by driving an electric motor even in a region where the engine speed is extremely low, and power performance in a region where the engine speed is extremely low (very low speed). Torque).

特許文献2には、大型ターボ過給機と小型ターボ過給機とを備え、小型ターボ過給機のタービンが大型ターボ過給機のタービンに対し排気通路の上流側に配置され、小型ターボ過給機のコンプレッサが大型ターボ過給機のコンプレッサに対し吸気通路の下流側に配置され、大型ターボ過給機のコンプレッサの回転をアシストするアシスト駆動手段を更に備える、ターボ過給機付エンジンが記載されている。特許文献2によれば、大型ターボ過給機のコンプレッサをアシスト駆動手段により回転駆動して吸気を加圧し、加圧された吸気をさらに小型ターボ過給機のコンプレッサに導入してさらに加圧することで、大型・小型ターボ過給機の両方で分担しながら効率的に過給を行うことができ、アシスト駆動手段によるアシスト力をそれほど大きく設定しなくても、トータルとして高い過給圧を得ることができる、とされている。   Patent Document 2 includes a large turbocharger and a small turbocharger. The turbine of the small turbocharger is arranged upstream of the exhaust passage with respect to the turbine of the large turbocharger. A turbocharged engine, wherein the compressor of the turbocharger is disposed downstream of the intake passage relative to the compressor of the large turbocharger, and further includes assist drive means for assisting rotation of the compressor of the large turbocharger. Has been. According to Patent Document 2, the compressor of the large turbocharger is rotationally driven by the assist drive means to pressurize the intake air, and the pressurized intake air is further introduced into the compressor of the small turbocharger for further pressurization. Therefore, it is possible to efficiently perform supercharging while sharing it with both large and small turbochargers, and to obtain a high supercharging pressure as a whole even if the assist force by the assist drive means is not set so large It is said that you can.

特開2012−97606号公報JP 2012-97606 A 特開2011−58400号公報JP 2011-58400 A

例えば、一般的なエンジンの常用回転域は3000rpm以下であるが、そのような低回転条件に対して高効率化を図った過給機を有するエンジンシステムにおいて、エンジンを要求空気量が増大する高回転条件で運転させると、過給機の作動流量の上限に達することにより、エンジンの実際の吸入空気量が増加せず、エンジン出力が低下するという課題があった。特許文献1および特許文献2に記載の技術はいずれも、このような課題に対して、異なるエンジン運転条件に適合する複数の過給機をエンジン運転条件に応じて使い分けることで、幅広いエンジン運転条件に対応しようとするものである。   For example, the normal engine rotation speed range is 3000 rpm or less, but in an engine system having a supercharger that is highly efficient for such low rotation conditions, the engine requires a high air volume. When the engine is operated under rotational conditions, there is a problem that the actual intake air amount of the engine does not increase and the engine output decreases due to reaching the upper limit of the operating flow rate of the supercharger. The technologies described in Patent Document 1 and Patent Document 2 both have a wide range of engine operating conditions by using a plurality of superchargers suitable for different engine operating conditions according to the engine operating conditions. It is intended to respond to.

しかしながら、エンジンシステムに複数の過給機を設けると、エンジンあたりのコストが増加するとともに、複数の過給機を制御する機構が複雑になる。よって、より簡素な構成でありながら、幅広いエンジン運転条件においてエンジンの要求空気量を満たし、高出力化および高効率化を図ることができるエンジンシステムが望まれている。   However, providing a plurality of superchargers in the engine system increases the cost per engine and complicates the mechanism for controlling the plurality of superchargers. Therefore, there is a demand for an engine system that can satisfy the required air amount of the engine under a wide range of engine operating conditions and achieve higher output and higher efficiency while having a simpler configuration.

本発明の目的は、エンジンと、エンジンが吸入する空気を加圧する過給機とを備えるエンジンシステムであって、過給機の作動域を外れるエンジン運転条件においても、エンジンの吸入空気量を増加させてエンジン出力を確保することができるエンジンシステムを提供することである。   An object of the present invention is an engine system that includes an engine and a supercharger that pressurizes air taken in by the engine, and increases the intake air amount of the engine even under engine operating conditions outside the operating range of the supercharger. And providing an engine system capable of ensuring engine output.

本発明に係るエンジンシステムは、エンジンと、前記エンジンの燃焼室に接続する複数の吸気ポートと、前記複数の吸気ポートのそれぞれに接続する吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記吸気通路を流れる空気を加圧する過給機と、を備えるエンジンシステムであって、前記吸気通路は、前記過給機により加圧された加圧空気を前記複数の吸気ポートに導く第1流路と、自然吸気による空気を前記複数の吸気ポートの少なくとも1つに導く第2流路と、を有する。   An engine system according to the present invention is provided in an engine, a plurality of intake ports connected to a combustion chamber of the engine, an intake passage connected to each of the plurality of intake ports, and the intake passage. An engine system comprising a supercharger that pressurizes flowing air, wherein the intake passage includes a first flow path that guides pressurized air pressurized by the supercharger to the plurality of intake ports, A second flow path for guiding air by intake air to at least one of the plurality of intake ports.

好適な態様では、前記第1流路に設けた第1仕切弁と、前記第2流路に設けた第2仕切弁と、を更に備え、前記第1仕切弁および前記第2仕切弁を開閉し、前記第1流路および前記第2流路の両者と連通する吸気ポートに導く空気を、前記過給機による加圧空気および自然吸気による空気のいずれか一方に切り替えるよう構成されている。   In a preferred aspect, the apparatus further comprises a first gate valve provided in the first flow path and a second gate valve provided in the second flow path, and opens and closes the first gate valve and the second gate valve. And it is comprised so that the air led to the intake port connected with both the said 1st flow path and the said 2nd flow path may be switched to either one of the pressurized air by the said supercharger, and the air by natural intake.

他の好適な態様では、前記エンジンの要求空気量が所定値以下である場合、前記第1流路および前記第2流路の両者と連通する吸気ポートに前記過給機による加圧空気を導き、前記エンジンの要求空気量が所定値よりも多い場合、前記第1流路および前記第2流路の両者と連通する吸気ポートに自然吸気による空気を導く。   In another preferred aspect, when the required air amount of the engine is equal to or less than a predetermined value, the pressurized air from the supercharger is guided to an intake port communicating with both the first flow path and the second flow path. When the required air amount of the engine is larger than a predetermined value, air by natural intake is guided to an intake port communicating with both the first flow path and the second flow path.

他の好適な態様では、前記過給機が小型の過給機である。   In another preferred aspect, the supercharger is a small supercharger.

他の好適な態様では、前記過給機が、前記エンジンの運転が低回転条件にあるときに高い過給効率を有する過給機である。   In another preferred aspect, the supercharger is a supercharger having high supercharging efficiency when the engine is operating at a low rotation condition.

他の好適な態様では、前記燃焼室の排気通路と前記吸気通路とを接続し、排気を再循環させる再循環装置を更に備える。   In another preferred aspect, the apparatus further includes a recirculation device that connects the exhaust passage of the combustion chamber and the intake passage to recirculate the exhaust gas.

本発明に係るエンジンシステムによれば、エンジンシステムの吸気通路を、過給機による加圧空気を複数の吸気ポートに導く第1流路と、自然吸気による空気を吸気ポートの少なくとも1つに導く第2流路とを有するものとし、エンジン運転条件が過給機の作動域を外れる場合に、少なくとも1つの吸気ポートに自然吸気による空気を導くことによって、エンジンの吸入空気量を増加させてエンジン出力を確保することができる。これにより、単一の過給機で対応可能なエンジン運転条件の拡大を図ることができる。   According to the engine system of the present invention, in the intake passage of the engine system, the first flow path that guides the pressurized air by the supercharger to the plurality of intake ports, and the air by natural intake to the at least one of the intake ports. When the engine operating conditions deviate from the operating range of the supercharger, the intake air amount of the engine is increased by guiding the air by natural intake to at least one intake port when the engine operating condition is outside the operating range of the supercharger. Output can be secured. As a result, it is possible to expand engine operating conditions that can be handled by a single supercharger.

本実施形態の一例に係るエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure showing composition of an engine system concerning an example of this embodiment. 過給機のコンプレッサ特性マップの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the compressor characteristic map of a supercharger. エンジンの回転数と各吸気ポートの空気流量との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the rotation speed of an engine, and the air flow rate of each intake port. エンジンの回転数と出力との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the rotation speed of an engine, and an output. 本実施形態の変形例に係るエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the engine system which concerns on the modification of this embodiment. 従来のエンジンシステムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional engine system.

以下、本発明の実施形態に係るエンジンシステムについて、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an engine system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施形態に係るエンジンシステム10の全体構成を示す図である。エンジンシステム10は、吸気が流れる吸気通路30と、排気が流れる排気通路60とを備える。吸気通路30には過給機50が設けられており、吸気通路30は、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24を介してエンジン20の燃焼室(図示せず)に接続されている。   FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an engine system 10 according to the present embodiment. The engine system 10 includes an intake passage 30 through which intake air flows and an exhaust passage 60 through which exhaust flows. A supercharger 50 is provided in the intake passage 30, and the intake passage 30 is connected to a combustion chamber (not shown) of the engine 20 via a first intake port 23 and a second intake port 24.

エンジン20は、その内部にピストンを備えており、ピストン上面及びシリンダヘッド内面からなる燃焼室が形成される。なお、図1では説明のため便宜的に1気筒のみを有する内燃機関を示しているが、本発明に用いるエンジンは、2個以上の気筒の数を有するもの、例えば4気筒などの列型エンジンであってもよい。   The engine 20 includes a piston therein, and a combustion chamber including an upper surface of the piston and an inner surface of the cylinder head is formed. For convenience of explanation, FIG. 1 shows an internal combustion engine having only one cylinder, but the engine used in the present invention has two or more cylinders, for example, a four-cylinder row engine. It may be.

吸気通路30は、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24を介して燃焼室に連通しており、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24と燃焼室との間にはそれぞれ第1吸気弁21および第2吸気弁22が設けられる。これら吸気弁の開閉動作により、大気から取り入れた空気が各吸気ポート23,24を介して燃焼室へと供給される。なお、吸気通路30の詳細な構造については後述する。図1では吸気および排気の流れを白抜き矢印で示す。図1に示すエンジン20は、1つの燃焼室に対して2個の吸気ポートを有するが、吸気ポートの個数は2個に限定されず、1つの燃焼室に対して3個またはそれ以上の吸気ポートを有していてもよい。   The intake passage 30 communicates with the combustion chamber via the first intake port 23 and the second intake port 24. The first intake port 23, the second intake port 24, and the combustion chamber are respectively connected to the first intake port. A valve 21 and a second intake valve 22 are provided. By opening and closing these intake valves, air taken from the atmosphere is supplied to the combustion chamber via the intake ports 23 and 24. The detailed structure of the intake passage 30 will be described later. In FIG. 1, the flow of intake and exhaust is indicated by white arrows. The engine 20 shown in FIG. 1 has two intake ports for one combustion chamber, but the number of intake ports is not limited to two, and three or more intake ports for one combustion chamber. You may have a port.

排気通路60は、排気ポート26を介して燃焼室に接続されている。排気ポート26には排気弁25が設けられ、排気弁25の動作により、燃焼によって生成する排気ガスが排気ポート26を通って排気通路60へと排出される。   The exhaust passage 60 is connected to the combustion chamber via the exhaust port 26. The exhaust port 26 is provided with an exhaust valve 25, and exhaust gas generated by combustion is discharged to the exhaust passage 60 through the exhaust port 26 by the operation of the exhaust valve 25.

本実施形態に係るエンジンシステム10は、吸気通路30に設けられ、燃焼室に導入する空気を加圧する過給機50を備える。図1に示す過給機50は、コンプレッサ52とタービン51とを有するターボ式過給機であり、コンプレッサ52は後述する主吸気管32に、タービン51は排気通路60に、それぞれ設けられる。   The engine system 10 according to the present embodiment includes a supercharger 50 that is provided in the intake passage 30 and pressurizes the air introduced into the combustion chamber. A turbocharger 50 shown in FIG. 1 is a turbocharger having a compressor 52 and a turbine 51. The compressor 52 is provided in a main intake pipe 32 described later, and the turbine 51 is provided in an exhaust passage 60.

燃焼室から排出された排気ガスは、排気ポート26および排気通路60を通ってタービン51へと導かれる。この排気ガス流が、タービン51を駆動し、更にはコンプレッサ52を駆動するための動力源となる。主吸気管32を流れる空気は、コンプレッサ52に吸入され、コンプレッサ52の駆動により圧縮されて加圧空気として送出される。コンプレッサ52の下流にはインタークーラ53が設けられ、圧縮直後の高温となった加圧空気が冷却される。冷却された加圧空気は、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24を介して、エンジン20の燃焼室内に供給される。   Exhaust gas discharged from the combustion chamber is guided to the turbine 51 through the exhaust port 26 and the exhaust passage 60. This exhaust gas flow serves as a power source for driving the turbine 51 and further for driving the compressor 52. The air flowing through the main intake pipe 32 is sucked into the compressor 52, compressed by driving the compressor 52, and sent out as pressurized air. An intercooler 53 is provided downstream of the compressor 52 to cool the pressurized air that has become hot immediately after compression. The cooled pressurized air is supplied into the combustion chamber of the engine 20 through the first intake port 23 and the second intake port 24.

図2は、過給機50のコンプレッサ特性マップの一例を示すグラフであり、横軸で示すコンプレッサ52の吸入空気量と、縦軸で示すコンプレッサ圧力比との関係を表している。吸入空気量および過給圧は、コンプレッサ回転数が上がるにつれてそれぞれ上昇するが、コンプレッサ回転数には上限があり、これにより吸入空気量および過給圧も制限される。図2で示す破線Yは、過給機50の作動域の上限を示しており、コンプレッサ回転数の上限に対応している。過給機50の作動域は、破線Yの左下側の領域に制限され、破線Yより右側および上側の領域で過給機50は運転されない。なお、過給機50のコンプレッサ回転数の上限は、例えば、負荷に対する強度や耐熱性能等の構造的な要件と高効率化との両立を鑑みて決定される。   FIG. 2 is a graph showing an example of the compressor characteristic map of the supercharger 50, and shows the relationship between the intake air amount of the compressor 52 indicated by the horizontal axis and the compressor pressure ratio indicated by the vertical axis. The intake air amount and the supercharging pressure increase as the compressor rotational speed increases, but the compressor rotational speed has an upper limit, which limits the intake air amount and the supercharging pressure. A broken line Y shown in FIG. 2 indicates the upper limit of the operating range of the supercharger 50, and corresponds to the upper limit of the compressor rotation speed. The operating range of the supercharger 50 is limited to the lower left region of the broken line Y, and the supercharger 50 is not operated in the right and upper regions of the broken line Y. In addition, the upper limit of the compressor rotation speed of the supercharger 50 is determined, for example, in view of the compatibility between structural requirements such as strength against load and heat resistance and high efficiency.

図2において斜線で示す領域Xは、過給機50が相対的に高い過給効率で過給を行う高効率領域である。過給機50の吸入空気量およびコンプレッサ圧力比が領域X内にあると、過給効率が高くなり、エンジンシステム10全体の効率が向上する。単一の過給機50が有する高効率領域はあまり広くないため、エンジンシステム10に用いる過給機50を選択する際は、エンジン20の排気量、標的とするエンジン運転条件等を鑑みて、エンジン20の運転時における過給機50の運転がなるべく領域X内に含まれる過給機50が選択される。例えば、相対的に低い負荷条件で運転するエンジンシステムを標的とする場合は、コンプレッサの容量が小さい小型過給機等の、破線Yが低圧・低流量側(図2における左下方向)に移動し、コンプレッサ特性マップの範囲が相対的に小さくなる過給機が選択される。   A region X indicated by hatching in FIG. 2 is a high efficiency region in which the supercharger 50 performs supercharging with a relatively high supercharging efficiency. When the intake air amount and the compressor pressure ratio of the supercharger 50 are within the region X, the supercharging efficiency is increased, and the efficiency of the entire engine system 10 is improved. Since the high efficiency region of the single supercharger 50 is not so wide, when selecting the supercharger 50 to be used for the engine system 10, considering the engine 20 displacement, the target engine operating conditions, etc. The supercharger 50 included in the region X is selected as much as possible for the operation of the supercharger 50 during the operation of the engine 20. For example, when targeting an engine system that operates under relatively low load conditions, the broken line Y moves to the low pressure / low flow rate side (lower left direction in FIG. 2), such as a small turbocharger with a small compressor capacity. A turbocharger with a relatively small compressor characteristic map range is selected.

後述の通り、本実施形態に係るエンジンシステム10では、当該小型過給機等の、エンジン20が低回転条件で運転されているときに過給効率が高くなるよう設定された過給機50を用いる場合に、特に有用である。   As will be described later, in the engine system 10 according to the present embodiment, the supercharger 50 that is set so that the supercharging efficiency becomes high when the engine 20 is operated under a low rotation condition, such as the small supercharger. It is particularly useful when used.

本実施形態に係るエンジンシステム10が備える吸気通路30の構造を、図1を参照しながら説明する。   The structure of the intake passage 30 provided in the engine system 10 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

吸気通路30の最上流側には、1つの共通吸気管31が設けられている。共通吸気管31には、上流側から順に、空気取入口(図示せず)と、ダスト等を除去するエアクリーナ(図示せず)と、が設けられている。共通吸気管31は、その下流端において主吸気管32と副吸気管33とに分岐する。   One common intake pipe 31 is provided on the most upstream side of the intake passage 30. The common intake pipe 31 is provided with an air intake (not shown) and an air cleaner (not shown) for removing dust and the like in order from the upstream side. The common intake pipe 31 branches into a main intake pipe 32 and a sub intake pipe 33 at the downstream end thereof.

主吸気管32には、上流から下流に向けて順に、第1スロットルバルブ43と、コンプレッサ52と、インタークーラ53と、第1インジェクタ45とが設けられる。コンプレッサ52およびインタークーラ53については上述の通りである。第1スロットルバルブ43は、運転者からの出力要求に基づいて駆動し、主吸気管32の開度を調節することにより、主吸気管32を流れる空気の流量を制御する。燃料噴射装置である第1インジェクタ45は、主吸気管32内に燃料を供給し、燃焼室に供給する混合気を調製する。主吸気管32には、空気の流量を検知する流量計(図示せず)、空気の圧力を検知する気圧センサ(図示せず)が設けられる。主吸気管32は、その下流端において第1吸気ポート23と加圧空気導入管34とに分岐する。第1吸気ポート23は、第1吸気弁21の開閉により、加圧空気を燃焼室内に導く。加圧空気導入管34は、第2吸気ポート24の上流端と接続し、主吸気管32を流れる加圧空気を第2吸気ポート24に導く。加圧空気導入管34には第1仕切弁41が設けられ、第1仕切弁41の開閉により、過給機50による加圧空気が第2吸気ポート24に導入され、或いは遮断される。   The main intake pipe 32 is provided with a first throttle valve 43, a compressor 52, an intercooler 53, and a first injector 45 in order from upstream to downstream. The compressor 52 and the intercooler 53 are as described above. The first throttle valve 43 is driven based on an output request from the driver, and controls the flow rate of air flowing through the main intake pipe 32 by adjusting the opening of the main intake pipe 32. The first injector 45, which is a fuel injection device, supplies fuel into the main intake pipe 32 and prepares an air-fuel mixture to be supplied to the combustion chamber. The main intake pipe 32 is provided with a flow meter (not shown) for detecting the air flow rate and an atmospheric pressure sensor (not shown) for detecting the air pressure. The main intake pipe 32 branches into a first intake port 23 and a pressurized air introduction pipe 34 at the downstream end thereof. The first intake port 23 guides pressurized air into the combustion chamber by opening and closing the first intake valve 21. The pressurized air introduction pipe 34 is connected to the upstream end of the second intake port 24 and guides the pressurized air flowing through the main intake pipe 32 to the second intake port 24. The pressurized air introduction pipe 34 is provided with a first gate valve 41, and by opening and closing the first gate valve 41, pressurized air from the supercharger 50 is introduced into or shut off from the second intake port 24.

副吸気管33は、共通吸気管31の下流端から主吸気管32と分岐し、第2吸気ポート24の上流端に接続する。副吸気管33を経て、過給機50によって加圧されていない空気(以下「低圧空気」ともいう)が自然吸気により第2吸気ポート24へと導入される。なお、図1に示す通り、副吸気管33と第2吸気ポート24の接続部は、加圧空気導入管34の下流端であり、換言すれば、副吸気管33と加圧空気導入管34との合流箇所が、第2吸気ポート24の上流端である。副吸気管33には、第2仕切弁42が設けられる。第2仕切弁42の開閉により、第2吸気ポート24に低圧空気が導入され、また遮断される。第2吸気ポート24には、上流から下流に向けて順に、第2スロットルバルブ44と、第2インジェクタ46とが設けられる。   The auxiliary intake pipe 33 branches from the downstream end of the common intake pipe 31 with the main intake pipe 32 and is connected to the upstream end of the second intake port 24. Air that has not been pressurized by the supercharger 50 (hereinafter also referred to as “low pressure air”) is introduced into the second intake port 24 by natural intake through the auxiliary intake pipe 33. As shown in FIG. 1, the connecting portion between the auxiliary intake pipe 33 and the second intake port 24 is the downstream end of the pressurized air introduction pipe 34, in other words, the auxiliary intake pipe 33 and the pressurized air introduction pipe 34. Is the upstream end of the second intake port 24. The auxiliary intake pipe 33 is provided with a second gate valve 42. By opening and closing the second gate valve 42, low-pressure air is introduced into the second intake port 24 and shut off. The second intake port 24 is provided with a second throttle valve 44 and a second injector 46 in order from upstream to downstream.

図1に示す吸気通路30は、過給機50により加圧された加圧空気を第1吸気ポート23および第2吸気ポート24に導く第1流路と、自然吸気による空気を第2吸気ポート24に導く第2流路とを有する。第1流路は、共通吸気管31、主吸気管32および加圧空気導入管34によって構成され、第2流路は、共通吸気管31および副吸気管33によって構成される。   The intake passage 30 shown in FIG. 1 includes a first flow path that guides pressurized air pressurized by the supercharger 50 to the first intake port 23 and the second intake port 24, and air by natural intake as the second intake port. And a second flow path leading to 24. The first flow path is configured by the common intake pipe 31, the main intake pipe 32, and the pressurized air introduction pipe 34, and the second flow path is configured by the common intake pipe 31 and the auxiliary intake pipe 33.

本実施形態に係るエンジンシステム10では、加圧空気導入管34に設けた第1仕切弁41および副吸気管33に設けた第2仕切弁42の開閉を組み合わせることで、第2吸気ポート24および第2吸気弁22から燃焼室に吸入される空気を、過給機50による加圧空気および低圧空気のどちらか一方に切り換えることができる。即ち、第1仕切弁41を開き、第2仕切弁42を閉じることで、過給機50による加圧空気が第1流路を介して第2吸気ポート24に導かれる。また、第1仕切弁41を閉じ、第2仕切弁42を開くことで、自然吸気による低圧空気が第2流路を介して第2吸気ポート24に導かれる。エンジンシステム10では、第1仕切弁41および第2仕切弁42の開閉は、制御部70による指示に基づいて行われる。   In the engine system 10 according to the present embodiment, by combining the opening and closing of the first gate valve 41 provided in the pressurized air introduction pipe 34 and the second gate valve 42 provided in the auxiliary intake pipe 33, the second intake port 24 and The air taken into the combustion chamber from the second intake valve 22 can be switched to either pressurized air or low pressure air by the supercharger 50. That is, by opening the first gate valve 41 and closing the second gate valve 42, the pressurized air from the supercharger 50 is guided to the second intake port 24 through the first flow path. Further, by closing the first gate valve 41 and opening the second gate valve 42, the low pressure air by natural intake is guided to the second intake port 24 through the second flow path. In the engine system 10, the first gate valve 41 and the second gate valve 42 are opened and closed based on instructions from the control unit 70.

第2吸気ポート24に設けた第2スロットルバルブ44は、第1スロットルバルブ43と同様の機能を有し、第2吸気ポート24を介して自然吸気による吸気を行う場合に使用される。第2吸気ポート24に加圧空気を導入する場合は、第1スロットルバルブ43により吸気量が調整されるため、第2スロットルバルブ44は、例えば、全開状態を維持するように制御される。第2吸気ポート24に設けた第2インジェクタ46についても同様に、第1インジェクタ45と同様の機能を有し、第2吸気ポート24を介して自然吸気による吸気を行う場合に使用される。第2吸気ポート24に加圧空気を導入する場合、燃料噴射量等は第1インジェクタ45により調整されるため、第2インジェクタ46は、例えば、燃料を噴射しないように制御される。   The second throttle valve 44 provided in the second intake port 24 has the same function as the first throttle valve 43 and is used when performing intake by natural intake through the second intake port 24. When the pressurized air is introduced into the second intake port 24, the amount of intake air is adjusted by the first throttle valve 43. Therefore, the second throttle valve 44 is controlled to maintain, for example, a fully open state. Similarly, the second injector 46 provided in the second intake port 24 has the same function as the first injector 45 and is used when intake by natural intake is performed via the second intake port 24. When the pressurized air is introduced into the second intake port 24, the fuel injection amount and the like are adjusted by the first injector 45. Therefore, the second injector 46 is controlled not to inject fuel, for example.

制御部70は、エンジンシステム10を制御するための制御装置である。制御部70は、例えばマイクロコンピュータから構成されてもよく、電子制御装置(Electronical Control Unit:ECU)にプログラムとして組み込まれていてもよい。制御部70は、RAMやROM等の記憶素子からなる記憶部、及び、各仕切弁等への通電を行うための駆動回路等を備える。記憶部には、種々の制御プログラム、データ、マップ等が記憶されており、制御部70はこれら制御プログラム等を実行することにより種々の制御を実行する。   The control unit 70 is a control device for controlling the engine system 10. The control unit 70 may be configured by a microcomputer, for example, and may be incorporated as a program in an electronic control unit (Electronic Control Unit: ECU). The control unit 70 includes a storage unit including a storage element such as a RAM and a ROM, a drive circuit for energizing each gate valve, and the like. The storage unit stores various control programs, data, maps, and the like, and the control unit 70 executes various controls by executing these control programs.

制御部70は、第1仕切弁41および第2仕切弁42の開閉を制御し、第2吸気ポート24への吸気方法の切り替えを行う。この第1仕切弁41および第2仕切弁42の開閉は、エンジン20の要求空気量に応じて制御される。また、制御部70は、例えば、第1インジェクタ45、第2インジェクタ46、第1スロットル、第2スロットル、吸気弁、排気弁25を含む各種アクチュエータ類に対する制御信号を出力し、これらを制御する。また、制御部70は、吸気通路30に設けた流量計、吸気圧センサ、アクセル開度センサおよびクランク角センサ(エンジン回転数センサ)を含む各種センサから各種信号を受信する。   The control unit 70 controls the opening and closing of the first gate valve 41 and the second gate valve 42 to switch the intake method to the second intake port 24. The opening and closing of the first gate valve 41 and the second gate valve 42 is controlled according to the required air amount of the engine 20. The control unit 70 outputs control signals for various actuators including, for example, the first injector 45, the second injector 46, the first throttle, the second throttle, the intake valve, and the exhaust valve 25, and controls them. The control unit 70 also receives various signals from various sensors including a flow meter, an intake pressure sensor, an accelerator opening sensor, and a crank angle sensor (engine speed sensor) provided in the intake passage 30.

エンジン20の要求空気量は、燃焼室が吸入する空気の理論的な流量であり、例えば、高い出力を要する高負荷条件でエンジン20を運転する場合、要求空気量は多くなり、低い出力で足りる低負荷条件で運転する場合、要求空気量は少なくなる。要求空気量は、例えば、エンジン回転数、第1スロットルの開度、主吸気管32の気圧(過給圧)および流量等に基づいて、予め定められたマップまたは関数によって算出される。   The required air amount of the engine 20 is a theoretical flow rate of the air sucked into the combustion chamber. For example, when the engine 20 is operated under a high load condition that requires a high output, the required air amount increases and a low output is sufficient. When operating under low load conditions, the required air volume is reduced. The required air amount is calculated by a predetermined map or function based on, for example, the engine speed, the opening of the first throttle, the atmospheric pressure (supercharging pressure) and the flow rate of the main intake pipe 32, and the like.

以下、本実施形態に係るエンジンシステム10における吸気通路30および各仕切弁の開閉制御について、図2〜図4および図6を参照しながら、詳細に説明する。   Hereinafter, opening / closing control of the intake passage 30 and each gate valve in the engine system 10 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4 and 6.

図6は、従来のエンジンシステム90の一例の構成を示す図である。図6に示すエンジンシステム90については、図1に示すエンジンシステム10と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図6に示すエンジンシステム90は、吸気通路20として主吸気管32のみを有し、第1仕切弁41、第2仕切弁42、第2スロットルおよび第2インジェクタ46を有さない点で、図1に示すエンジンシステム10と異なる。   FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an example of a conventional engine system 90. About the engine system 90 shown in FIG. 6, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to the engine system 10 shown in FIG. 1, or a corresponding structure, and the detailed description is abbreviate | omitted. The engine system 90 shown in FIG. 6 has only the main intake pipe 32 as the intake passage 20, and does not have the first gate valve 41, the second gate valve 42, the second throttle, and the second injector 46. 1 is different from the engine system 10 shown in FIG.

従来のエンジンシステム90において、例えば図2において点Aで示すように、エンジン20の要求空気量が過給機50の吸入空気量の上限を超えない場合、過給機50によって当該要求空気量の加圧空気を供給することができる。一方、図2において点Bで示すように、エンジン20の要求空気量が、過給機50の吸入空気量の上限を超える場合を考える。この場合、過給機50による加圧空気を第1吸気ポート23および第2吸気ポート24の双方から燃焼室に導入しようとしても、要求空気量が過給機50の作動域を超えているため、実際に燃焼室に導入される加圧空気は点Cに示す量にとどまり、それ以上の流量を供給することはできない。   In the conventional engine system 90, for example, as indicated by a point A in FIG. 2, when the required air amount of the engine 20 does not exceed the upper limit of the intake air amount of the supercharger 50, the supercharger 50 reduces the required air amount. Pressurized air can be supplied. On the other hand, as shown by a point B in FIG. 2, consider a case where the required air amount of the engine 20 exceeds the upper limit of the intake air amount of the supercharger 50. In this case, even if the pressurized air from the supercharger 50 is to be introduced into the combustion chamber from both the first intake port 23 and the second intake port 24, the required air amount exceeds the operating range of the supercharger 50. Actually, the pressurized air introduced into the combustion chamber is limited to the amount indicated by point C, and a flow rate higher than that cannot be supplied.

図3は、エンジン回転数と各吸気ポート23,24を実際に流れる実時間当たりの空気流量との関係の一例を示すグラフである。図4は、エンジン回転数と出力可能な最大負荷(トルク)との関係の一例を示すグラフである。図3および図4において、従来のエンジンシステム90の特性を破線で示し、本実施形態に係るエンジンシステム10の特性を実線で示す。また、図3および図4における点A〜点Dは、図2における点A〜点Dに対応している。   FIG. 3 is a graph showing an example of the relationship between the engine speed and the air flow rate per actual time that actually flows through the intake ports 23 and 24. FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the engine speed and the maximum load (torque) that can be output. 3 and 4, the characteristic of the conventional engine system 90 is indicated by a broken line, and the characteristic of the engine system 10 according to the present embodiment is indicated by a solid line. Further, points A to D in FIGS. 3 and 4 correspond to points A to D in FIG.

図3に破線で示す通り、従来のエンジンシステム90では、要求空気量を満たすためにエンジン20の回転数を上げたとしても、過給機50の吸入空気量の上限を超える量の加圧空気を供給することはできないため、各吸気ポート23,24を実際に流れる実時間当たりの空気流量は一定のままとなる。エンジン20の出力に至っては、実時間あたりの空気流量が一定であるため、エンジン20の1サイクル当たりの空気流量が低下し、図4に破線で示す通り、回転数が高いほどエンジン20の出力可能な最大負荷が低下してしまう。   As shown by the broken line in FIG. 3, in the conventional engine system 90, even if the rotational speed of the engine 20 is increased to satisfy the required air amount, the amount of pressurized air exceeding the upper limit of the intake air amount of the supercharger 50. Therefore, the air flow rate per real time actually flowing through the intake ports 23 and 24 remains constant. Since the air flow rate per real time is constant at the output of the engine 20, the air flow rate per cycle of the engine 20 decreases. As shown by the broken line in FIG. The maximum possible load is reduced.

それに対して、本実施形態に係るエンジンシステム10では、第2吸気ポート24を介して自然吸気をさせる第2流路を備えるとともに、エンジン20の要求空気量と所定の基準値とを対比し、対比の結果に応じて、第1仕切弁41および第2仕切弁42の開閉を制御することで、第2吸気ポート24からの吸気方法の切り替えを行う。   On the other hand, the engine system 10 according to the present embodiment includes the second flow path that allows natural intake through the second intake port 24, and compares the required air amount of the engine 20 with a predetermined reference value. The intake method from the second intake port 24 is switched by controlling the opening and closing of the first gate valve 41 and the second gate valve 42 according to the comparison result.

具体的には、要求空気量が所定の基準値を超える場合、第1仕切弁41を閉じ、第2仕切弁42を開いて、第2流路および第2吸気ポート24を介して自然吸気による空気を燃焼室内に導入する。これにより、燃焼室の要求空気量が過給機50の吸入空気量の上限を超えたとしても、第2吸気ポート24から自然吸気をさせ、過給機50による加圧空気を第1吸気ポート23のみに導入する。なお、要求空気量と対比される所定の基準値は、例えば、過給機50の吸入空気量の上限(図2中、破線Yで示す)に基づいて定められる。   Specifically, when the required air amount exceeds a predetermined reference value, the first gate valve 41 is closed, the second gate valve 42 is opened, and natural intake is performed via the second flow path and the second intake port 24. Air is introduced into the combustion chamber. As a result, even if the required air amount in the combustion chamber exceeds the upper limit of the intake air amount of the supercharger 50, natural intake is performed from the second intake port 24, and the pressurized air from the supercharger 50 is supplied to the first intake port. 23 only. The predetermined reference value to be compared with the required air amount is determined based on, for example, an upper limit (indicated by a broken line Y in FIG. 2) of the intake air amount of the supercharger 50.

第2吸気ポート24から自然吸気を行うと、エンジン回転数に比例して低圧空気の流量が増加するため、第2吸気ポート24から燃焼室に導入する低圧空気の流量を増やすことができる(図3における実線Q参照)。一方、過給機50が供給する加圧空気の流量は、第1吸気ポート23から燃焼室に導入する分で足りるため、図2において点Dで示す通り、点Cで示す従来のエンジンシステム90と比較して、コンプレッサ52の吸入空気量が格段に少ない量で済む。よって、コンプレッサ回転数の上限を超えない作動域内で過給機50を運転でき、第1吸気ポート23から燃焼室に導入する加圧空気の流量を増やすことができる(図3における実線P参照)。さらに、第2吸気ポート24からの自然吸気によってエンジン20の吸入空気量が増加する結果、タービン51に導入される排気ガスの流量が増えて、コンプレッサ圧力比が増加する。これにより、従来のエンジンシステム90と比較して、1つの吸気ポート当たりの加圧空気の流量も増加する。   When natural intake is performed from the second intake port 24, the flow rate of low-pressure air increases in proportion to the engine speed, so that the flow rate of low-pressure air introduced from the second intake port 24 into the combustion chamber can be increased (see FIG. 3 (see solid line Q). On the other hand, since the flow rate of the pressurized air supplied by the supercharger 50 is sufficient to be introduced into the combustion chamber from the first intake port 23, the conventional engine system 90 indicated by point C as indicated by point D in FIG. Compared to the above, the intake air amount of the compressor 52 is much smaller. Therefore, the supercharger 50 can be operated within an operating range that does not exceed the upper limit of the compressor rotation speed, and the flow rate of the pressurized air introduced into the combustion chamber from the first intake port 23 can be increased (see the solid line P in FIG. 3). . Furthermore, as a result of the intake air amount of the engine 20 being increased by natural intake from the second intake port 24, the flow rate of the exhaust gas introduced into the turbine 51 is increased, and the compressor pressure ratio is increased. Thereby, compared with the conventional engine system 90, the flow volume of the pressurized air per one intake port also increases.

その結果、本実施形態に係るエンジンシステム10では、図3に実線で示す通り、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24のいずれにおいても、実際に流れる実時間当たりの空気流量が、エンジン回転数の上昇に伴って増加する。また、図4に実線で示す通り、本実施形態に係るエンジンシステム10は、回転数が高い高負荷条件の運転であっても、エンジン20の出力可能な最大負荷を向上し、或いは低下を抑制することができ、また、図4に破線で示す従来のエンジンシステム90に対して、出力可能な最大負荷を格段に向上させることができる。   As a result, in the engine system 10 according to the present embodiment, as shown by a solid line in FIG. 3, the actual air flow rate per actual time flows in both the first intake port 23 and the second intake port 24 as the engine rotation speed. Increases with increasing numbers. Further, as shown by a solid line in FIG. 4, the engine system 10 according to the present embodiment improves the maximum load that can be output by the engine 20 or suppresses the decrease even in the operation under a high load condition where the rotational speed is high. In addition, the maximum load that can be output can be remarkably improved with respect to the conventional engine system 90 indicated by a broken line in FIG.

また、本実施形態に係るエンジンシステム10では、エンジン20の要求空気量と所定の基準値とを対比した結果、要求空気量が所定の基準値以下であった場合、第1仕切弁41を開き、第2仕切弁42を閉じて、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24の両者から過給機50による加圧空気を燃焼室内に導入する。これにより、エンジン20の要求空気量が過給機50の吸入空気量の上限を超えない限りにおいて、過給機50による過給を性能限界の近くまで行い、エンジン20の出力可能な最大負荷を増大させることができる。   Further, in the engine system 10 according to this embodiment, when the required air amount is equal to or less than the predetermined reference value as a result of comparing the required air amount of the engine 20 with the predetermined reference value, the first gate valve 41 is opened. Then, the second gate valve 42 is closed, and pressurized air from the supercharger 50 is introduced into the combustion chamber from both the first intake port 23 and the second intake port 24. As a result, as long as the required air amount of the engine 20 does not exceed the upper limit of the intake air amount of the supercharger 50, supercharging by the supercharger 50 is performed to near the performance limit, and the maximum load that the engine 20 can output is increased. Can be increased.

以下、本実施形態に係るエンジンシステム10における各仕切弁の開閉制御について、より具体的に説明する。この制御は、制御部70によって、例えばエンジン20が動作している間、所定時間ごとに繰返し実行される。   Hereinafter, the opening / closing control of each gate valve in the engine system 10 according to the present embodiment will be described more specifically. This control is repeatedly executed by the control unit 70 every predetermined time while the engine 20 is operating, for example.

先ず、エンジン回転数、第1スロットルの開度、主吸気管32の気圧(過給圧)および流量等に基づいて算出されたエンジン20の要求空気量と、記憶部に記憶されていた基準値とを対比する。   First, the required air amount of the engine 20 calculated based on the engine speed, the opening of the first throttle, the atmospheric pressure (supercharging pressure) and the flow rate of the main intake pipe 32, and the reference value stored in the storage unit Contrast with.

上記の対比の結果、要求空気量が所定の基準値以下であった場合、主吸気管32に配置した第1仕切弁41を開状態とし、副吸気管33に配置した第2仕切弁42を閉状態とする。また、第2吸気ポート24に設けた第2スロットルを全開とする。これにより、共通吸気管31、主吸気管32、加圧空気導入管34、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24で構成され、過給機50のコンプレッサ52で加圧した加圧空気を、第1吸気弁21および第2吸気弁22より燃焼室内へと導入する第1流路が形成される。エンジン20に供給する加圧空気の流量は、第1スロットルにより調量する。調量後の加圧空気は、第1インジェクタ45により燃料が噴射されて、予混合気として第1吸気弁21および第2吸気弁22より燃焼室内へ吸入される。このように、第1吸気ポート23および第2吸気ポート24の双方から加圧空気を燃焼室内に吸入させることで、高効率な過給条件でのエンジン運転が可能となる。   As a result of the above comparison, when the required air amount is equal to or smaller than a predetermined reference value, the first gate valve 41 disposed in the main intake pipe 32 is opened, and the second gate valve 42 disposed in the auxiliary intake pipe 33 is opened. Closed. Further, the second throttle provided in the second intake port 24 is fully opened. As a result, the common intake pipe 31, the main intake pipe 32, the pressurized air introduction pipe 34, the first intake port 23, and the second intake port 24 are configured. A first flow path is formed through the first intake valve 21 and the second intake valve 22 to be introduced into the combustion chamber. The flow rate of the pressurized air supplied to the engine 20 is adjusted by the first throttle. The pressurized air after the metering is injected with fuel by the first injector 45 and is sucked into the combustion chamber from the first intake valve 21 and the second intake valve 22 as premixed air. As described above, by allowing the compressed air to be sucked into the combustion chamber from both the first intake port 23 and the second intake port 24, the engine can be operated under a highly efficient supercharging condition.

上記の対比の結果、要求空気量が所定の基準値を超えていた場合、主吸気管32に配置した第1仕切弁41を閉状態とし、副吸気管33に配置した第2仕切弁42を開状態とする。また、第2吸気ポート24に設けた第2スロットルを全開とする。これにより、共通吸気管31、主吸気管32および加圧空気導入管34で構成され、過給機50のコンプレッサ52で加圧した加圧空気を第1吸気ポート23から燃焼室内に導く第1流路と、共通吸気管31および副吸気管33で構成され、自然吸気である低圧空気を第2吸気ポート24から燃焼室内に導く第2流路とが形成される。これにより、第1吸気ポート23と第2吸気ポート24とは吸気を導入する流路が分離される。   As a result of the above comparison, when the required air amount exceeds a predetermined reference value, the first gate valve 41 disposed in the main intake pipe 32 is closed, and the second gate valve 42 disposed in the auxiliary intake pipe 33 is Open. Further, the second throttle provided in the second intake port 24 is fully opened. As a result, the first intake air that is constituted by the common intake pipe 31, the main intake pipe 32, and the pressurized air introduction pipe 34 and is pressurized by the compressor 52 of the supercharger 50 is introduced from the first intake port 23 into the combustion chamber. A flow path and a second flow path that is configured by the common intake pipe 31 and the auxiliary intake pipe 33 and guides low-pressure air that is natural intake air from the second intake port 24 into the combustion chamber are formed. As a result, the first intake port 23 and the second intake port 24 separate the flow path for introducing intake air.

第1吸気ポート23から供給される加圧空気は、第1スロットルにより流量が調量され、第1インジェクタ45により燃料が噴射されて、予混合気として第1吸気弁21より燃焼室内に吸入される。第2吸気ポート24から供給される低圧空気は、第2スロットルにより流量が調量され、第2インジェクタ46により燃料が噴射されて、予混合気として第2吸気弁22より燃焼室内に吸入される。このように、第1吸気ポート23からは加圧空気を燃焼室内に吸入させ、第2吸気ポート24からは自然吸気である低圧空気を燃焼室内に吸入させることで、高効率な過給条件でのエンジン運転が可能となる。これにより、自然吸気させるバイパスを有さない従来のエンジンシステム90と比較して、要求空気量が高く、回転速度が高いエンジン運転条件であったとしても、燃焼室内に供給する空気流量の総量を増やし、エンジン20の出力可能な最大負荷を格段に向上させることができる。   The flow rate of the pressurized air supplied from the first intake port 23 is adjusted by the first throttle, the fuel is injected by the first injector 45, and is sucked into the combustion chamber from the first intake valve 21 as premixed air. The The flow rate of the low-pressure air supplied from the second intake port 24 is adjusted by the second throttle, the fuel is injected by the second injector 46, and is sucked into the combustion chamber from the second intake valve 22 as premixed air. . In this way, pressurized air is sucked into the combustion chamber from the first intake port 23 and low-pressure air, which is natural intake air, is sucked into the combustion chamber from the second intake port 24, so that highly efficient supercharging conditions can be achieved. Engine operation is possible. As a result, the total amount of air flow supplied into the combustion chamber can be reduced even in engine operating conditions where the required air amount is high and the rotational speed is high compared to a conventional engine system 90 that does not have a bypass for naturally aspirating. The maximum load that can be output from the engine 20 can be greatly improved.

本実施形態に係るエンジンシステム10は、コンプレッサ容量の小さい小型の過給機50等の、エンジン20が低回転条件で運転されているときに過給効率が高くなるよう設定された過給機50を用いる場合に、特に有用である。従来のエンジンシステム90では、低回転条件のエンジン運転に対して高効率化を図った過給機50を用いると、高回転条件でエンジン20を運転させた場合に、エンジン20の実際の吸入空気量が増加せず、エンジン出力が低下することがあった。それに対して、本実施形態に係るエンジンシステム10では、第2吸気ポート24では自然吸気を行い、第1吸気ポート23のみに過給を行うことにより、エンジン20の要求空気量が増大した場合でも、実際の吸入空気量を確保し、従来のエンジンシステム90に比してエンジン出力を大幅に向上することができる。即ち、低回転条件での高効率化を図った過給機50を使用する場合であっても、発進時や加速時等の高回転/高負荷条件でのエンジン出力の向上を図ることができ、当該過給機50の使用可能範囲を高回転側に拡大することができる。   The engine system 10 according to the present embodiment includes a supercharger 50 that is set to have a high supercharging efficiency when the engine 20 is operated under a low rotation condition, such as a small supercharger 50 having a small compressor capacity. This is particularly useful when using. In the conventional engine system 90, when the turbocharger 50 that is highly efficient for engine operation under a low rotation condition is used, the actual intake air of the engine 20 is obtained when the engine 20 is operated under a high rotation condition. There was a case where the engine output was reduced without increasing the amount. On the other hand, in the engine system 10 according to the present embodiment, even when the required air amount of the engine 20 is increased by performing natural intake at the second intake port 24 and supercharging only the first intake port 23. The actual intake air amount can be secured, and the engine output can be greatly improved as compared with the conventional engine system 90. In other words, even when using the supercharger 50 that achieves high efficiency under low rotation conditions, it is possible to improve engine output under high rotation / high load conditions such as when starting or accelerating. The usable range of the supercharger 50 can be expanded to the high rotation side.

以上説明した本実施形態によれば、過給機50による加圧空気を複数の吸気ポート23,24に導く第1流路と、自然吸気による空気を第2吸気ポート24に導く第2流路とを有するものとし、エンジン20の要求空気量が増大して過給機50の作動域を外れるようなエンジン運転条件となる場合に、第2吸気ポート24に自然吸気による空気を導き、過給機50による加圧空気を第1吸気ポート23のみに導くことができる。これにより、過給機50が供給する加圧空気の流量を抑え、過給機50の作動域内での運転を可能とする。また、第2吸気ポート24から導かれる空気の流量を自然吸気により増加できるため、エンジン20の吸入空気量の総量が増加して要求空気量を満たし、エンジン出力を確保することができる。その結果、単一の過給機50で対応可能なエンジン運転条件の拡大を図ることができる。   According to the present embodiment described above, the first flow path for guiding the pressurized air by the supercharger 50 to the plurality of intake ports 23 and 24 and the second flow path for guiding the air by natural intake to the second intake port 24. When the engine operating condition is such that the required air amount of the engine 20 increases and deviates from the operating range of the supercharger 50, air by natural intake is led to the second intake port 24, and supercharging is performed. The pressurized air from the machine 50 can be guided only to the first intake port 23. Thereby, the flow volume of the pressurized air which the supercharger 50 supplies is suppressed, and the driving | operation within the operating region of the supercharger 50 is enabled. Further, since the flow rate of the air guided from the second intake port 24 can be increased by natural intake, the total amount of intake air of the engine 20 is increased to satisfy the required air amount and ensure engine output. As a result, engine operating conditions that can be handled by a single supercharger 50 can be expanded.

上記の説明では、エンジン20の要求空気量に応じて各仕切弁の開閉制御を行う例により、本実施形態に係るエンジンシステム10を説明したが、エンジン20の要求空気量以外の各種数値に基づいて各仕切弁の開閉制御を行ってもよく、例えば、エンジン回転数、主吸気管32内の圧力もしくは流量等の、要求空気量に対応または相関する数値に基づいて、各仕切弁の開閉制御を行ってよい。また、本実施形態に係るエンジンシステム10では、制御部70による各仕切弁の開閉制御は、例えば、コンプレッサ52の回転数、コンプレッサ52前後での圧力比、およびコンプレッサ52の吸入空気量等、過給機50の運転状況に関連する数値に基づいて行ってもよい。   In the above description, the engine system 10 according to the present embodiment has been described based on an example in which the opening / closing control of each gate valve is performed according to the required air amount of the engine 20, but based on various numerical values other than the required air amount of the engine 20. Open / close control of each gate valve may be performed, for example, based on numerical values corresponding to or correlated with the required air amount, such as engine speed, pressure or flow rate in the main intake pipe 32, and the like. May be done. Further, in the engine system 10 according to the present embodiment, the opening / closing control of each gate valve by the control unit 70 is, for example, excessive speed such as the rotation speed of the compressor 52, the pressure ratio before and after the compressor 52, and the intake air amount of the compressor 52 You may perform based on the numerical value relevant to the driving | running state of the feeder 50. FIG.

また、上記の説明では、過給機50がコンプレッサ52とタービン51とを有するターボ式過給機である構成により、本実施形態に係るエンジンシステム10を説明したが、本発明は、過給機50が排気タービン式の過給機であるエンジンシステム10に制限されず、例えば機械式過給機または電動式過給機を用いてもよい。   In the above description, the engine system 10 according to the present embodiment has been described with the turbocharger 50 having the compressor 52 and the turbine 51 as a turbocharger. For example, a mechanical supercharger or an electric supercharger may be used instead of the engine system 10 in which 50 is an exhaust turbine supercharger.

図5は、本実施形態の変形例に係るエンジンシステム80の構成を示す図である。図5に示すエンジンシステム80については、図1に示すエンジンシステム10と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an engine system 80 according to a modification of the present embodiment. About the engine system 80 shown in FIG. 5, the same code | symbol is attached | subjected to the structure similar to the engine system 10 shown in FIG. 1, or a corresponding structure, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図5に示すエンジンシステム80は、排気ガス再循環(EGR)装置81を備える。EGR装置81は、EGR導入管82、EGR導入管82に設けたEGRクーラ83およびEGRバルブ84により構成される。EGR導入管82は、排気通路60がタービン51側へ通じる流路と分岐してなる流路である。これにより、燃焼室から排出された排気ガスの一部がEGRガスとしてEGR導入管82へ導かれ、残りはタービン51へと導かれる。導入された高温のEGRガスは、まずEGRクーラ83にて冷却される。冷却されたEGRガスは、EGRバルブ84によりその流量が調整される。EGRバルブ84の開度を制御部70によって調整することで、エンジン20の排気ガス再循環率(EGR率)が制御される。次いで、EGRガスは、合流部85にて第2吸気ポート24に供給される。   An engine system 80 shown in FIG. 5 includes an exhaust gas recirculation (EGR) device 81. The EGR device 81 includes an EGR introduction pipe 82, an EGR cooler 83 provided on the EGR introduction pipe 82, and an EGR valve 84. The EGR introduction pipe 82 is a flow path formed by branching the exhaust passage 60 from a flow path leading to the turbine 51 side. Thereby, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is led to the EGR introduction pipe 82 as EGR gas, and the rest is led to the turbine 51. The introduced high-temperature EGR gas is first cooled by the EGR cooler 83. The flow rate of the cooled EGR gas is adjusted by the EGR valve 84. The exhaust gas recirculation rate (EGR rate) of the engine 20 is controlled by adjusting the opening degree of the EGR valve 84 by the control unit 70. Next, the EGR gas is supplied to the second intake port 24 at the junction 85.

エンジン20の低回転条件では、第1仕切弁41を開け、第2仕切弁42を閉じ、第2スロットルを全開とする。これにより、加圧空気、EGRガスおよび燃料の混合気が、第1吸気弁21および第2吸気弁22の双方から燃焼室内に吸入される。エンジン20の高回転条件では、第1仕切弁41を閉じ、第2仕切弁42を開ける。これにより、第1吸気弁21からは、加圧空気および燃料の混合気が燃焼室内に吸入され、第2吸気弁22からは、低圧空気、EGRおよび燃料の混合気が燃焼室内に吸入される。このようなEGR装置81により、燃焼後の排気ガスの一部を燃焼室に再び吸気させることで、燃焼温度の低下による、窒素酸化物(NOx)の発生の抑制およびエンジン20からの熱損失の低減、並びに、吸気管の負圧減少およびスロットル損失の減少による燃料消費率の向上を図ることができる。   Under the low rotation condition of the engine 20, the first gate valve 41 is opened, the second gate valve 42 is closed, and the second throttle is fully opened. As a result, a mixture of pressurized air, EGR gas, and fuel is drawn into the combustion chamber from both the first intake valve 21 and the second intake valve 22. Under the high rotation condition of the engine 20, the first gate valve 41 is closed and the second gate valve 42 is opened. As a result, a mixture of pressurized air and fuel is drawn into the combustion chamber from the first intake valve 21, and a mixture of low-pressure air, EGR and fuel is drawn into the combustion chamber from the second intake valve 22. . With such an EGR device 81, a part of the exhaust gas after combustion is sucked into the combustion chamber again, thereby suppressing the generation of nitrogen oxides (NOx) and the heat loss from the engine 20 due to the decrease in the combustion temperature. The fuel consumption rate can be improved by reducing the intake pipe negative pressure and the throttle loss.

10,80,90 エンジンシステム、20 エンジン、21 第1吸気弁、22 第2吸気弁、23 第1吸気ポート、24 第2吸気ポート、25 排気弁、26 排気ポート、30 吸気通路、31 共通吸気管、32 主吸気管、33 副吸気管、34 加圧空気導入管、41 第1仕切弁、42 第2仕切弁、43 第1スロットルバルブ、44 第2スロットルバルブ、45 第1インジェクタ、46 第2インジェクタ、50 過給機、51 タービン、52 コンプレッサ、53 インタークーラ、60 排気通路、70 制御部、81 排気ガス再循環装置(EGR装置)、82 EGR導入管、83 EGRクーラ、84 EGRバルブ、85 合流部。
10, 80, 90 Engine system, 20 Engine, 21 First intake valve, 22 Second intake valve, 23 First intake port, 24 Second intake port, 25 Exhaust valve, 26 Exhaust port, 30 Intake passage, 31 Common intake Pipe, 32 main intake pipe, 33 sub intake pipe, 34 pressurized air introduction pipe, 41 first gate valve, 42 second gate valve, 43 first throttle valve, 44 second throttle valve, 45 first injector, 46 first 2 injectors, 50 supercharger, 51 turbine, 52 compressor, 53 intercooler, 60 exhaust passage, 70 control unit, 81 exhaust gas recirculation device (EGR device), 82 EGR introduction pipe, 83 EGR cooler, 84 EGR valve, 85 Junction.

Claims (6)

エンジンと、
前記エンジンの燃焼室に接続する複数の吸気ポートと、
前記複数の吸気ポートのそれぞれに接続する吸気通路と、
前記吸気通路に設けられ、前記吸気通路を流れる空気を加圧する過給機と、
を備えるエンジンシステムであって、
前記吸気通路は、
前記過給機により加圧された加圧空気を前記複数の吸気ポートに導く第1流路と、
自然吸気による空気を前記複数の吸気ポートの少なくとも1つに導く第2流路と、
を有するエンジンシステム。
Engine,
A plurality of intake ports connected to the combustion chamber of the engine;
An intake passage connected to each of the plurality of intake ports;
A supercharger provided in the intake passage and pressurizing air flowing through the intake passage;
An engine system comprising:
The intake passage is
A first flow path for guiding the pressurized air pressurized by the supercharger to the plurality of intake ports;
A second flow path for guiding air by natural intake to at least one of the plurality of intake ports;
Having an engine system.
前記第1流路に設けた第1仕切弁と、
前記第2流路に設けた第2仕切弁と、
を更に備え、
前記第1仕切弁および前記第2仕切弁を開閉し、前記第1流路および前記第2流路の両者と連通する吸気ポートに導く空気を、前記過給機による加圧空気および自然吸気による空気のいずれか一方に切り替えるよう構成された、
請求項1に記載のエンジンシステム。
A first gate valve provided in the first flow path;
A second gate valve provided in the second flow path;
Further comprising
Air that opens and closes the first gate valve and the second gate valve and leads to an intake port that communicates with both the first flow path and the second flow path is generated by pressurized air and natural intake by the supercharger. Configured to switch to either air,
The engine system according to claim 1.
前記エンジンの要求空気量が所定値以下である場合、前記第1流路および前記第2流路の両者と連通する吸気ポートに前記過給機による加圧空気を導き、
前記エンジンの要求空気量が所定値よりも多い場合、前記第1流路および前記第2流路の両者と連通する吸気ポートに自然吸気による空気を導く、
請求項1または2に記載のエンジンシステム。
When the required air amount of the engine is equal to or less than a predetermined value, the pressurized air by the supercharger is guided to an intake port communicating with both the first flow path and the second flow path,
When the required air amount of the engine is greater than a predetermined value, air by natural intake is led to an intake port communicating with both the first flow path and the second flow path.
The engine system according to claim 1 or 2.
前記過給機が小型の過給機である、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
The supercharger is a small supercharger,
The engine system according to any one of claims 1 to 3.
前記過給機が、前記エンジンの運転が低回転条件にあるときに高い過給効率を有する過給機である、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
The supercharger is a supercharger having high supercharging efficiency when the operation of the engine is in a low rotation condition;
The engine system according to any one of claims 1 to 4.
前記燃焼室の排気通路と前記吸気通路とを接続し、排気を再循環させる再循環装置を更に備える、
請求項1〜5のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
A recirculation device that connects the exhaust passage of the combustion chamber and the intake passage and recirculates the exhaust;
The engine system according to any one of claims 1 to 5.
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