JP2019148182A - Supercharging engine - Google Patents

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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Abstract

To provide a supercharging engine capable of suppressing intake from flowing back caused by self-opening of an exhaust selector valve due to back pressure.SOLUTION: A supercharging engine is configured to, in a single turbo region that commands closing of all of an intake selector valve, an intake bypass valve and an exhaust selector valve (S100: YES), based on back pressure PE and driving force FDRV of an actuator of the exhaust selector valve, determine whether self-opening of the exhaust selector valve occurs due to the back pressure (S130). Then, the supercharging engine is configured to, when it is determined that the self-opening of the exhaust selector valve occurs due to the back pressure, instruct the intake selector valve to open (S140).SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、排気タービン式過給機を備える過給エンジンに関する。   The present invention relates to a supercharged engine including an exhaust turbine supercharger.

特許文献1には、第1過給機、及び第2過給機の2つの排気タービン式過給機が吸気通路及び排気通路に並列に設置された過給エンジンが記載されている。同文献に記載の過給エンジンの吸気通路には、第1過給機のコンプレッサが設置された第1コンプレッサ通路及び第2過給機のコンプレッサが設置された第2コンプレッサ通路と、が並列に設けられている。また、同過給エンジンの排気通路には、第1過給機のタービンが設置された第1タービン通路及び第2過給機のタービンが設置された第2タービン通路と、が並列に設けられている。   Patent Document 1 describes a supercharged engine in which two exhaust turbine superchargers, a first supercharger and a second supercharger, are installed in parallel in an intake passage and an exhaust passage. In the supercharged engine intake passage described in the same document, a first compressor passage in which a compressor of a first supercharger is installed and a second compressor passage in which a compressor of a second supercharger is installed are arranged in parallel. Is provided. The exhaust passage of the supercharged engine is provided in parallel with a first turbine passage in which the turbine of the first supercharger is installed and a second turbine passage in which the turbine of the second supercharger is installed. ing.

さらに、上記文献に記載の過給エンジンは、第2タービン通路に設置された排気切替弁と、第2コンプレッサ通路における第2過給機のコンプレッサよりも下流側の部分に設置された吸気切替弁と、を備えている。そして、排気切替弁及び吸気切替弁の開閉制御を通じてエンジンの運転状況に応じて過給システムの動作モードを、第1過給機及び第2過給機の双方により過給を行うツインターボモードと、第2過給機の過給動作を停止して第1過給機のみで過給を行うシングルターボモードと、に切り替えている。   Further, the supercharged engine described in the above document includes an exhaust gas switching valve installed in the second turbine passage and an intake air switching valve installed in a portion of the second compressor passage downstream of the compressor of the second supercharger. And. Then, the operation mode of the supercharging system is changed according to the operating condition of the engine through the opening / closing control of the exhaust gas switching valve and the intake air switching valve, and the twin turbo mode in which supercharging is performed by both the first supercharger and the second supercharger. The supercharging operation of the second supercharger is stopped, and the mode is switched to the single turbo mode in which supercharging is performed only by the first supercharger.

特開2009−167961号公報JP 2009-169691 A

ところで、エンジンの背圧が過上昇したときに、高まった背圧により弁体が押し開けられて背圧を逃がすように排気切替弁を構成することがある。すなわち、排気切替弁の弁体に背圧が開弁方向に加わる構造とすることがある。   By the way, when the back pressure of the engine is excessively increased, the exhaust gas switching valve may be configured so that the valve body is pushed open by the increased back pressure to release the back pressure. That is, a back pressure may be applied to the valve body of the exhaust gas switching valve in the valve opening direction.

こうした場合、第2過給機の過給動作を停止するシングルターボモード時に背圧が上昇すると、高まった背圧により排気切替弁の弁体が押し開かれてしまうことがある。こうして排気切替弁が背圧により自己開弁すると、第2過給機のタービンに排気が流入して、停止中の第2過給機が過給動作を開始する。このときの吸気切替弁は閉弁しており、第2過給機のコンプレッサよりも下流側の部分において第2コンプレッサ通路が閉塞されている。そのため、シングルターボモード時に排気切替弁が自己開弁して第2過給機が過給動作を開始すると、同第2過給機のコンプレッサが吐出した吸気が行き場を失って、第2コンプレッサ通路を逆流する。こうした吸気の逆流は、第2過給機のコンプレッサの耐久性の低下を招く要因となる。また、このときの逆流する吸気は、コンプレッサの圧縮により高温となっているため、吸気通路における第2過給機のコンプレッサよりも上流側の部分に設置された樹脂製の吸気系部材の耐久性を低下させる虞もある。   In such a case, when the back pressure increases in the single turbo mode in which the supercharging operation of the second supercharger is stopped, the valve body of the exhaust gas switching valve may be pushed open due to the increased back pressure. Thus, when the exhaust gas switching valve self-opens due to the back pressure, the exhaust gas flows into the turbine of the second supercharger, and the stopped second supercharger starts the supercharging operation. The intake air switching valve at this time is closed, and the second compressor passage is closed at a portion downstream of the compressor of the second supercharger. For this reason, when the exhaust gas switching valve self-opens in the single turbo mode and the second supercharger starts supercharging operation, the intake air discharged from the compressor of the second supercharger loses its destination, and the second compressor passage Reverse flow. Such a reverse flow of the intake air causes a decrease in durability of the compressor of the second supercharger. Further, since the intake air flowing backward at this time becomes high temperature due to the compression of the compressor, the durability of the resin intake system member installed in the upstream portion of the compressor of the second supercharger in the intake passage May be reduced.

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、背圧による排気切替弁の自己開弁に伴う吸気の逆流の発生を抑制できる過給エンジンを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a problem to be solved is to provide a supercharged engine that can suppress the occurrence of backflow of intake air accompanying the self-opening of the exhaust gas switching valve due to back pressure. It is in.

上記課題を解決する過給エンジンは、吸気通路の一部を構成する通路である第1コンプレッサ通路にコンプレッサが設置され、且つ排気通路の一部を構成する通路である第1タービン通路にタービンが設置された第1過給機と、吸気通路の一部を構成する通路であって第1コンプレッサ通路に並列に接続された第2コンプレッサ通路にコンプレッサが設置され、且つ排気通路の一部を構成する通路であって第1タービン通路に並列に接続された第2タービン通路にタービンが設置された第2過給機と、を備えている。また、同過給エンジンは、第2タービン通路に設置されて同第2タービン通路の排気の流れを閉弁に応じて遮断する弁であって、エンジンの背圧を開弁方向に受ける弁体を有した排気切替弁と、第2コンプレッサ通路における第2過給機よりも下流側の部分に設置されて、吸気の流れを許容する開状態と同吸気の流れを遮断する閉状態とに切り替わる吸気切替機構と、を備えている。   In the supercharged engine that solves the above problem, a compressor is installed in a first compressor passage that is a passage that constitutes a part of an intake passage, and a turbine is provided in a first turbine passage that is a passage that constitutes a part of an exhaust passage. A compressor is installed in a first compressor that is installed and a second compressor passage that is connected in parallel to the first compressor passage and that forms a part of the intake passage, and forms a part of the exhaust passage. And a second supercharger having a turbine installed in a second turbine passage connected in parallel to the first turbine passage. The supercharged engine is a valve that is installed in the second turbine passage and shuts off the flow of exhaust gas in the second turbine passage according to the valve closing, and receives the back pressure of the engine in the valve opening direction. And an exhaust switching valve having an air-fuel ratio, and is installed in a portion of the second compressor passage downstream of the second supercharger to switch between an open state that allows the intake air flow and a closed state that blocks the intake air flow. An intake air switching mechanism.

こうした過給エンジンでは、排気切替弁を閉弁して第2過給機のタービンへの排気の流入を遮断するとともに、吸気切替機構を閉状態として第2コンプレッサ通路を通じた吸気の逆流を遮断することで、第1過給機が過給動作を継続し、第2過給機が過給動作を停止した状態とすることができる。この状態で、エンジンの背圧により排気切替弁が自己開弁すると、第2過給機のタービンに排気が流入して同第2過給機が過給動作を開始する。ただし、このときの吸気切替機構は閉状態となっており、第2コンプレッサ通路の吸気の流れが、第2過給機のコンプレッサよりも下流側の部分で遮断されている。そのため、第2過給機が過給動作を開始しても、同第2過給機のコンプレッサが吐出した吸気に行き場はなく、その吸気が第2コンプレッサ通路を通じて吸気通路を逆流する虞がある。   In such a supercharged engine, the exhaust switching valve is closed to block the flow of exhaust gas into the turbine of the second supercharger, and the intake switching mechanism is closed to block the reverse flow of the intake air through the second compressor passage. Thus, the first supercharger can continue the supercharging operation, and the second supercharger can stop the supercharging operation. In this state, when the exhaust gas switching valve self-opens due to the back pressure of the engine, the exhaust gas flows into the turbine of the second supercharger and the second supercharger starts the supercharging operation. However, the intake air switching mechanism at this time is in a closed state, and the flow of intake air in the second compressor passage is interrupted at a portion downstream of the compressor of the second supercharger. Therefore, even when the second supercharger starts the supercharging operation, there is no place for the intake air discharged by the compressor of the second supercharger, and the intake air may flow back through the intake passage through the second compressor passage. .

これに対して、上記過給エンジンは、排気切替弁の開閉制御と、吸気切替機構の開状態、閉状態の切替制御と、を行う制御回路が、背圧による排気切替弁の自己開弁が発生する状況にあるか否かを同背圧に基づき判定するサージ予測処理を行っている。さらに制御回路は、排気切替弁の閉弁、及び吸気切替弁の閉状態を指令しているときに、サージ予測処理において自己開弁が発生する状況にあると判定されたときには吸気切替機構の開状態への切替を指令するサージ抑制処理を行っている。これにより、第2過給機の過給動作を停止すべく、排気切替弁の閉弁、及び吸気切替機構の閉状態を指令しているときに、排気切替弁が背圧により自己開弁する状況となったときには、吸気切替機構が開状態に切り替えられる。そして、これにより、第2コンプレッサ通路における第2過給機のコンプレッサよりも下流側の部分の閉塞が解かれるようになる。そのため、排気切替弁が背圧により自己開弁して、停止中の第2過給機が過給動作を開始しても、同第2過給機のコンプレッサが吐出した吸気が行き場を失うことがない。したがって、上記過給エンジンによれば、背圧による排気切替弁の自己開弁に伴う吸気の逆流の発生を抑制できる。   In contrast, the supercharged engine has a control circuit that performs open / close control of the exhaust gas switching valve and open / closed switching control of the intake air switching mechanism. Surge prediction processing is performed to determine whether or not a situation occurs based on the back pressure. Further, the control circuit, when commanding the closing state of the exhaust gas switching valve and the intake air switching valve, determines that the self-opening state is generated in the surge prediction process, and opens the intake air switching mechanism. Surge suppression processing is instructed to switch to the state. As a result, the exhaust switching valve is self-opened by the back pressure when the exhaust switching valve is closed and the intake switching mechanism is closed to stop the supercharging operation of the second supercharger. When the situation occurs, the intake air switching mechanism is switched to the open state. As a result, the blockage of the downstream side of the compressor of the second supercharger in the second compressor passage is released. Therefore, even if the exhaust switching valve self-opens due to the back pressure and the stopped second supercharger starts the supercharging operation, the intake air discharged by the compressor of the second supercharger loses its destination. There is no. Therefore, according to the supercharged engine, it is possible to suppress the occurrence of the backflow of the intake air accompanying the self-opening of the exhaust gas switching valve due to the back pressure.

過給エンジンの一実施形態について同エンジンの過給システムの構成を示す模式図。The schematic diagram which shows the structure of the supercharging system of the engine about one Embodiment of a supercharged engine. 同過給エンジンに設けられた排気切替弁の模式図。The schematic diagram of the exhaust gas switching valve provided in the supercharged engine. 同過給エンジンのトルク及びエンジン回転数と過給システムの動作モードとの関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the torque of the supercharged engine, an engine speed, and the operation mode of a supercharging system. ツインターボモードにおける同過給エンジンの過給システムの動作状況を示す図。The figure which shows the operating condition of the supercharging system of the supercharged engine in the twin turbo mode. シングルターボモードにおける同過給エンジンの過給システムの動作状況を示す図。The figure which shows the operating condition of the supercharging system of the supercharged engine in the single turbo mode. シングルターボモードにおいて排気切替弁が自己開弁したときの同過給エンジンの過給システムの動作状況を示す図。The figure which shows the operation | movement condition of the supercharging system of the supercharged engine when an exhaust gas switching valve self-opens in single turbo mode. 同過給エンジンの制御回路が実行するサージ予防制御の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the surge prevention control which the control circuit of the supercharged engine performs.

以下、過給エンジンの一実施形態を、図1〜図7を参照して詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態の過給エンジンは、第1過給機10、及び第2過給機11の2つの排気タービン式過給機を有した過給システムを備えている。   Hereinafter, an embodiment of a supercharged engine will be described in detail with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the supercharged engine of this embodiment includes a supercharging system having two exhaust turbine superchargers, a first supercharger 10 and a second supercharger 11.

過給エンジンの吸気通路12の途中には、第1過給機10のコンプレッサ13が設置された第1コンプレッサ通路14が設けられている。また、吸気通路12には、第1コンプレッサ通路14に並列に接続された状態で、第2過給機11のコンプレッサ15が設置された第2コンプレッサ通路16が設けられている。第2コンプレッサ通路16における第2過給機11のコンプレッサ15よりも下流側の部分には、第2コンプレッサ通路16の吸気の流れを閉弁に応じて遮断する吸気切替弁(ACV:Air Control Valve)17が設置されている。   A first compressor passage 14 in which a compressor 13 of the first supercharger 10 is installed is provided in the middle of the intake passage 12 of the supercharged engine. The intake passage 12 is provided with a second compressor passage 16 in which the compressor 15 of the second supercharger 11 is installed in a state of being connected in parallel to the first compressor passage 14. An intake control valve (ACV: Air Control Valve) that shuts off the flow of intake air in the second compressor passage 16 when the second compressor passage 16 is downstream of the compressor 15 of the second supercharger 11 is closed. ) 17 is installed.

さらに、吸気通路12には、第2コンプレッサ通路16における第2過給機11のコンプレッサ15よりも下流側、且つ吸気切替弁17よりも上流側の部分と、第1コンプレッサ通路14における第1過給機10のコンプレッサ13よりも上流側の部分とを繋ぐ吸気バイパス通路18が設けられている。吸気バイパス通路18には、同吸気バイパス通路18を通じた吸気の流れを閉弁に応じて遮断する吸気バイパス弁(ABV:Air Bypass Valve)19が設置されている。なお、吸気通路12における第1コンプレッサ通路14及び第2コンプレッサ通路16の合流位置よりも下流側の部分には、吸気を冷却するインタークーラ20と、吸気通路12の吸気流量を調整するスロットルバルブ21と、が設けられている。   Further, in the intake passage 12, a portion of the second compressor passage 16 on the downstream side of the compressor 15 of the second supercharger 11 and on the upstream side of the intake air switching valve 17, and the first excess passage in the first compressor passage 14. An intake bypass passage 18 that connects a portion of the feeder 10 upstream of the compressor 13 is provided. The intake bypass passage 18 is provided with an intake bypass valve (ABV: Air Bypass Valve) 19 that blocks the flow of intake air through the intake bypass passage 18 in accordance with the valve closing. Note that an intercooler 20 that cools intake air and a throttle valve 21 that adjusts the intake air flow rate of the intake passage 12 are located downstream of the joining position of the first compressor passage 14 and the second compressor passage 16 in the intake passage 12. And are provided.

一方、過給エンジンの排気通路22の途中には、第1過給機10のタービン23が設置された第1タービン通路24が設けられている。また、排気通路22には、第1タービン通路24に並列に接続された状態で、第2過給機11のタービン25が設置された第2タービン通路26が設けられている。第2タービン通路26における第2過給機11のタービン25よりも上流側の部分には、同第2タービン通路26の排気の流れを閉弁に応じて遮断する排気切替弁(ECV:Exhaust Control Valve)27が設けられている。なお、排気通路22における第1タービン通路24及び第2タービン通路26の分岐位置よりも上流側の部分には、過給エンジンの背圧PEを検出する背圧センサ28が設置されている。   On the other hand, a first turbine passage 24 in which the turbine 23 of the first supercharger 10 is installed is provided in the middle of the exhaust passage 22 of the supercharged engine. The exhaust passage 22 is provided with a second turbine passage 26 in which the turbine 25 of the second supercharger 11 is installed in a state of being connected in parallel to the first turbine passage 24. An exhaust switching valve (ECV: Exhaust Control) that shuts off the flow of exhaust gas in the second turbine passage 26 in response to the closing of the valve in the second turbine passage 26 upstream of the turbine 25 of the second supercharger 11. Valve) 27 is provided. A back pressure sensor 28 that detects the back pressure PE of the supercharged engine is installed in a portion of the exhaust passage 22 upstream of the branch positions of the first turbine passage 24 and the second turbine passage 26.

こうした過給エンジンの吸気通路12では、第1過給機10のコンプレッサ13が設置された第1コンプレッサ通路14には常に吸気が流れるが、第2過給機11のコンプレッサ15が設置された第2コンプレッサ通路16には吸気切替弁17の開弁時にのみ吸気が流れるようになる。また、同過給エンジンの排気通路22では、第1過給機10のタービン23が設置された第1タービン通路24には常に排気が流れるが、第2過給機11のタービン25が設置された第2タービン通路26には排気切替弁27の開弁時にのみ排気が流れるようになる。   In the intake passage 12 of such a supercharged engine, intake air always flows through the first compressor passage 14 where the compressor 13 of the first supercharger 10 is installed, but the first compressor 15 of the second supercharger 11 is installed. 2. The intake air flows into the compressor passage 16 only when the intake air switching valve 17 is opened. In the exhaust passage 22 of the same supercharged engine, exhaust always flows through the first turbine passage 24 where the turbine 23 of the first supercharger 10 is installed, but the turbine 25 of the second supercharger 11 is installed. Exhaust gas flows through the second turbine passage 26 only when the exhaust gas switching valve 27 is opened.

さらに、本実施形態の過給エンジンは、上述の吸気切替弁17、吸気バイパス弁19、及び排気切替弁27の開閉制御を行う制御回路29を備えている。制御回路29には、背圧センサ28による背圧PEの検出結果が入力されている。また、制御回路29には、エンジン回転数NE及びエンジントルクTE等の過給エンジンの運転状況に関する情報が入力されている。   Furthermore, the supercharged engine of the present embodiment includes a control circuit 29 that performs opening / closing control of the intake switching valve 17, the intake bypass valve 19, and the exhaust switching valve 27 described above. A detection result of the back pressure PE by the back pressure sensor 28 is input to the control circuit 29. Further, the control circuit 29 is input with information regarding the operating state of the supercharged engine such as the engine speed NE and the engine torque TE.

図2に、第2タービン通路26に設置された排気切替弁27の構成を示す。同図に示すように排気切替弁27は、第2タービン通路26の内部に回動可能に軸支された状態で設置された弁体30を備えている。排気切替弁27の設置箇所における第2タービン通路26の内部には、内壁から突出した弁座32が設けられている。そして、第2タービン通路26の内部において弁体30は、第2タービン通路26における排気の流れに対向する側の面30Aにおいて弁座32と当接可能に設置されている。   FIG. 2 shows the configuration of the exhaust gas switching valve 27 installed in the second turbine passage 26. As shown in the figure, the exhaust gas switching valve 27 includes a valve body 30 installed in a state of being pivotally supported inside the second turbine passage 26. A valve seat 32 protruding from the inner wall is provided inside the second turbine passage 26 at the installation location of the exhaust gas switching valve 27. In the second turbine passage 26, the valve body 30 is disposed so as to be able to contact the valve seat 32 on a surface 30 </ b> A on the side facing the exhaust flow in the second turbine passage 26.

排気切替弁27は、弁体30が弁座32と当接する位置に位置しているときに閉弁した状態となって、第2タービン通路26の排気の流れを遮断する。また排気切替弁27は、弁座32と当接する位置から弁体30が回動して同弁体30が弁座32から離間することで開弁した状態となって、第2タービン通路26の排気の流れを許容する。以下の説明では、弁座32からの離間量が増加する側への弁体30の回動方向を開弁方向と記載し、弁座32からの離間量が減少する側への弁体30の回動方向を閉弁方向と記載する。   The exhaust gas switching valve 27 is in a closed state when the valve body 30 is located at a position where the valve body 30 is in contact with the valve seat 32, and blocks the flow of exhaust gas in the second turbine passage 26. Further, the exhaust switching valve 27 is in a state in which the valve body 30 is rotated from a position where it abuts on the valve seat 32 and the valve body 30 is separated from the valve seat 32, so that the valve is opened. Allow exhaust flow. In the following description, the rotation direction of the valve body 30 toward the side where the amount of separation from the valve seat 32 increases is referred to as the valve opening direction, and the valve body 30 toward the side where the amount of separation from the valve seat 32 decreases. The rotation direction is described as the valve closing direction.

さらに排気切替弁27は、弁体30を閉弁方向に向けて回動する駆動力FDRVを発生するアクチュエータ31を備えている。本実施形態では、アクチュエータ31として、駆動電力の供給に応じて駆動力FDRVを発生する電動式のアクチュエータを採用している。   Further, the exhaust gas switching valve 27 includes an actuator 31 that generates a driving force FDRV that rotates the valve body 30 in the valve closing direction. In the present embodiment, an electric actuator that generates a driving force FDRV in response to the supply of driving power is employed as the actuator 31.

以上のように構成された排気切替弁27では、同排気切替弁27が閉弁しているときの弁体30には、背圧PEが開弁方向に加わっている。このときの弁体30が背圧PEにより受ける開弁方向の力の大きさは、背圧PEと面30Aの面積(以下、受圧面積Aと記載する)との積(PE×A)となる。そのため、こうした排気切替弁27を閉弁した状態に保持しておくには、アクチュエータ31が弁体30に対して、上記積よりも大きい閉弁方向の駆動力FDRVを加え続ける必要がある(FDRV>PE×A)。   In the exhaust gas switching valve 27 configured as described above, the back pressure PE is applied in the valve opening direction to the valve body 30 when the exhaust gas switching valve 27 is closed. The magnitude of the force in the valve opening direction that the valve body 30 receives by the back pressure PE at this time is the product (PE × A) of the back pressure PE and the area of the surface 30A (hereinafter referred to as a pressure receiving area A). . Therefore, in order to keep the exhaust switching valve 27 closed, it is necessary for the actuator 31 to continuously apply a driving force FDRV in the valve closing direction larger than the above product to the valve body 30 (FDRV). > PE × A).

制御回路29は、吸気切替弁17、吸気バイパス弁19、及び排気切替弁27の開閉制御を通じて、第1過給機10及び第2過給機11の双方が過給動作を行うツインターボモードと、第2過給機11の過給動作を停止して、第1過給機10のみが過給動作を行うシングルターボモードとに、過給システムの動作モードを切り替える。図3に示すように、過給エンジンの運転領域のうち、同図に示す境界線Lよりも高トルク、高回転数側の領域がツインターボモードで過給システムを動作させるツインターボ領域となっている。また、境界線Lよりも低トルク、低回転数側の領域がシングルターボモードで過給システムを動作させるシングルターボ領域となっている。   The control circuit 29 includes a twin turbo mode in which both the first supercharger 10 and the second supercharger 11 perform a supercharging operation through open / close control of the intake air switching valve 17, the intake air bypass valve 19, and the exhaust gas switching valve 27. Then, the supercharging operation of the second supercharger 11 is stopped, and the operation mode of the supercharging system is switched to the single turbo mode in which only the first supercharger 10 performs the supercharging operation. As shown in FIG. 3, in the operating region of the supercharged engine, the region on the higher torque and higher rotation speed side than the boundary line L shown in FIG. 3 is the twin turbo region in which the turbocharging system is operated in the twin turbo mode. ing. Further, the region on the lower torque and lower rotational speed side than the boundary line L is a single turbo region in which the supercharging system is operated in the single turbo mode.

図4に示すようにツインターボモードでは、制御回路29は、吸気切替弁17及び排気切替弁27を開弁するとともに、吸気バイパス弁19を閉弁する。これにより、排気通路22では、第1タービン通路24に加えて第2タービン通路26にも排気が流れ、また、吸気通路12では、第1コンプレッサ通路14に加えて第2コンプレッサ通路16にも吸気が流れるようになる。そのため、第1過給機10及び第2過給機11の双方が稼働するように、すなわち過給動作を行うようになる。   As shown in FIG. 4, in the twin turbo mode, the control circuit 29 opens the intake switching valve 17 and the exhaust switching valve 27 and closes the intake bypass valve 19. As a result, in the exhaust passage 22, the exhaust gas flows into the second turbine passage 26 in addition to the first turbine passage 24, and in the intake passage 12, the intake air flows into the second compressor passage 16 in addition to the first compressor passage 14. Begins to flow. Therefore, both the first supercharger 10 and the second supercharger 11 are operated, that is, the supercharging operation is performed.

図5に示すようにシングルターボでは、制御回路29は、吸気切替弁17、吸気バイパス弁19、及び排気切替弁27のすべてを閉弁する。これにより、過給エンジンの排気通路22では、第1タービン通路24及び第2タービン通路26のうち、第1タービン通路24のみに排気が流れるようになる。また、吸気通路12では、第1コンプレッサ通路14及び第2コンプレッサ通路16のうち、第1コンプレッサ通路14のみに吸気が流れるようになる。そのため、このときには、第2過給機11は稼働を停止し、第1過給機10のみが稼働するようになる。   As shown in FIG. 5, in the single turbo, the control circuit 29 closes all of the intake switching valve 17, the intake bypass valve 19, and the exhaust switching valve 27. As a result, in the exhaust passage 22 of the supercharged engine, the exhaust flows through only the first turbine passage 24 of the first turbine passage 24 and the second turbine passage 26. In addition, in the intake passage 12, the intake air flows through only the first compressor passage 14 out of the first compressor passage 14 and the second compressor passage 16. Therefore, at this time, the operation of the second supercharger 11 is stopped, and only the first supercharger 10 is operated.

なお、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えに際しては、まず吸気切替弁17を閉弁した状態で、排気切替弁27を開弁する。また、これとともに吸気バイパス弁19を開弁する。これにより、コンプレッサ15が吐出した吸気が吸気バイパス通路18を通じて第1コンプレッサ通路14における第1過給機10のコンプレッサ13よりも上流側の部分に流入する状態で、第2過給機11の過給動作を開始する。そして、その後に第2過給機11のコンプレッサ15の吸気の吐出圧が十分に高まった状態となってから、吸気バイパス弁19を閉弁するとともに吸気切替弁17を開弁してツインターボモードに移行することで、第2過給機11の過給動作の開始直後に第2コンプレッサ通路16を通じて吸気が逆流することを抑制している。   When switching from the single turbo mode to the twin turbo mode, the exhaust gas switching valve 27 is first opened with the intake air switching valve 17 closed. At the same time, the intake bypass valve 19 is opened. As a result, the intake air discharged from the compressor 15 flows into the portion of the first compressor passage 14 upstream of the compressor 13 in the first compressor passage 14 through the intake bypass passage 18, and the excess of the second supercharger 11. Start feeding operation. Then, after the intake discharge pressure of the compressor 15 of the second supercharger 11 has sufficiently increased, the intake bypass valve 19 is closed and the intake switching valve 17 is opened to set the twin turbo mode. Therefore, the intake air is prevented from flowing back through the second compressor passage 16 immediately after the supercharging operation of the second supercharger 11 is started.

ところで、シングルターボモードでの過給システムの動作中、排気切替弁27の弁体30に背圧PEが加える開弁方向の力(=PE×A)が、アクチュエータ31が弁体30に加える閉弁方向の駆動力FDRVを上回ると、弁体30が背圧PEにより押し開かれて、排気切替弁27が自己開弁することがある。そして、排気切替弁27の自己開弁に応じてタービン25に排気が流入して、停止中の第2過給機11が過給動作を開始することがある。図3にハッチングで示したシングルターボ領域内の領域(サージ懸念領域)では、エンジンの排気量が多く、背圧PEが高くなる傾向があるため、上記のような背圧PEによる排気切替弁27の自己開弁が発生する懸念がある。   By the way, during the operation of the supercharging system in the single turbo mode, the force in the valve opening direction (= PE × A) applied by the back pressure PE to the valve body 30 of the exhaust switching valve 27 is closed by the actuator 31 applied to the valve body 30. When the driving force FDRV in the valve direction is exceeded, the valve body 30 may be pushed open by the back pressure PE, and the exhaust gas switching valve 27 may self-open. Then, the exhaust gas flows into the turbine 25 in response to the self-opening of the exhaust gas switching valve 27, and the stopped second supercharger 11 may start the supercharging operation. In the area within the single turbo area shown by hatching in FIG. 3 (surge concern area), the engine displacement is large and the back pressure PE tends to increase. There is concern that self-opening will occur.

一方、シングルターボモード時には吸気切替弁17及び吸気バイパス弁19が閉弁しているため、第2コンプレッサ通路16は、第2過給機11のコンプレッサ15よりも下流側の部分で閉塞されている。そのため、シングルターボモード時に、排気切替弁27が自己開弁して第2過給機11が過給動作を開始すると、同第2過給機11のコンプレッサ15が吐出した吸気が行き場を無くして、第2コンプレッサ通路16を通じて吸気通路12を逆流する虞がある。これに対して本実施形態の過給エンジンにおける制御回路29は、こうした吸気の逆流への対策として、以下のサージ予防制御を行うようにしている。   On the other hand, since the intake air switching valve 17 and the intake bypass valve 19 are closed in the single turbo mode, the second compressor passage 16 is closed at a portion downstream of the compressor 15 of the second supercharger 11. . Therefore, when the exhaust gas switching valve 27 is self-opened in the single turbo mode and the second supercharger 11 starts the supercharging operation, the intake air discharged from the compressor 15 of the second supercharger 11 has no place to go. The intake passage 12 may flow backward through the second compressor passage 16. On the other hand, the control circuit 29 in the supercharged engine of the present embodiment performs the following surge prevention control as a countermeasure against such a backflow of intake air.

図6に、サージ予防制御にかかる制御回路29の処理のフローチャートを示す。エンジンの運転中に制御回路29は、同図に示す一連の処理を、既定の制御周期毎に繰り返し実行する。   FIG. 6 shows a flowchart of processing of the control circuit 29 related to surge prevention control. During the operation of the engine, the control circuit 29 repeatedly executes a series of processes shown in FIG.

制御周期となると、制御回路29は、まずステップS100において、シングルターボ領域であるか否かを判定する。ここで、ツインターボ領域であれば(NO)、制御回路29はそのまま今回の制御周期における処理を終了し、シングルターボ領域であれば(YES)、制御回路29はステップS110に処理を進める。   When the control cycle is reached, the control circuit 29 first determines whether or not it is a single turbo region in step S100. Here, if it is the twin turbo region (NO), the control circuit 29 ends the processing in the current control cycle as it is, and if it is the single turbo region (YES), the control circuit 29 advances the processing to step S110.

ステップS110に処理を進めると、制御回路29はそのステップS110において、背圧センサ28による背圧PEの検出結果の読み込みを行う。さらに、制御回路29は、続くステップS120において、排気切替弁27のアクチュエータ31が現在、弁体30に加えている閉弁方向の駆動力FDRVを計算する。駆動力FDRVは、アクチュエータ31に供給中の駆動電力から計算されている。   When the process proceeds to step S110, the control circuit 29 reads the detection result of the back pressure PE by the back pressure sensor 28 in step S110. Further, in the subsequent step S120, the control circuit 29 calculates the valve closing direction driving force FDRV that the actuator 31 of the exhaust gas switching valve 27 is currently applying to the valve body 30. The driving force FDRV is calculated from the driving power being supplied to the actuator 31.

続いて制御回路29は、ステップS130において、背圧PEと受圧面積Aとの積(PE×A)が駆動力FDRVよりも大きいか否かを判定する。すなわち、背圧PEが弁体30に加える開弁方向の力が、アクチュエータ31が弁体30に加えている閉弁方向の力よりも大きく、弁体30が背圧PEにより押し開かれる状態にあるか否かが判定される。   Subsequently, in step S130, the control circuit 29 determines whether or not the product (PE × A) of the back pressure PE and the pressure receiving area A is larger than the driving force FDRV. That is, the force in the valve opening direction that the back pressure PE applies to the valve body 30 is larger than the force in the valve closing direction that the actuator 31 applies to the valve body 30, and the valve body 30 is pushed and opened by the back pressure PE. It is determined whether or not there is.

ここで、背圧PEと受圧面積Aとの積が駆動力FDRV以下の場合(S130:NO)、制御回路29はそのまま今回の制御周期における処理を終了する。これに対して、背圧PEと受圧面積Aとの積が駆動力FDRVよりも大きい場合(S130:YES)、制御回路29はステップS140に処理を進める。そして、制御回路29は、そのステップS140において、吸気切替弁17に対して開弁を指令した上で、今回の制御周期における処理を終了する。   Here, when the product of the back pressure PE and the pressure receiving area A is equal to or less than the driving force FDRV (S130: NO), the control circuit 29 ends the process in the current control cycle as it is. On the other hand, when the product of the back pressure PE and the pressure receiving area A is larger than the driving force FDRV (S130: YES), the control circuit 29 advances the process to step S140. Then, in step S140, the control circuit 29 instructs the intake switching valve 17 to open, and then ends the processing in the current control cycle.

本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態の過給エンジンでは、シングルターボモード時に、排気切替弁27を閉弁して第2タービン通路26の排気の流れを遮断する。さらにシングルターボモード時には、吸気切替弁17及び吸気バイパス弁19を閉弁して、第2過給機11のコンプレッサ15よりも下流側の部分において第2コンプレッサ通路16を閉塞している。
The operation and effect of this embodiment will be described.
In the supercharged engine of the present embodiment, the exhaust gas switching valve 27 is closed in the single turbo mode to block the exhaust flow in the second turbine passage 26. Further, in the single turbo mode, the intake air switching valve 17 and the intake bypass valve 19 are closed, and the second compressor passage 16 is closed at a portion downstream of the compressor 15 of the second supercharger 11.

一方、シングルターボモード時に制御回路29は、背圧PEとアクチュエータ31の駆動力FDRVとに基づき、排気切替弁27が背圧PEにより自己開弁するか否かを予測している。そして、制御回路29は、排気切替弁27が自己開弁すると予測したときには、吸気切替弁17に開弁を指令する。吸気切替弁17が開弁すると、第2コンプレッサ通路16におけるコンプレッサ15よりも下流側の部分の閉塞が解かれる。そのため、排気切替弁27の自己開弁により、第2過給機11が過給動作を開始しても、同第2過給機11のコンプレッサ15が吐出した吸気が行き場を失うことがない。したがって、本実施形態の過給エンジンによれば、背圧PEによる排気切替弁27の自己開弁に伴う吸気の逆流の発生を抑制できる。   On the other hand, in the single turbo mode, the control circuit 29 predicts whether or not the exhaust gas switching valve 27 is self-opened by the back pressure PE based on the back pressure PE and the driving force FDRV of the actuator 31. When the control circuit 29 predicts that the exhaust gas switching valve 27 is self-opening, the control circuit 29 commands the intake air switching valve 17 to open. When the intake air switching valve 17 is opened, the block in the downstream side of the compressor 15 in the second compressor passage 16 is released. Therefore, even if the second supercharger 11 starts the supercharging operation due to the self-opening of the exhaust gas switching valve 27, the intake air discharged by the compressor 15 of the second supercharger 11 does not lose its place. Therefore, according to the supercharged engine of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of backflow of intake air due to the self-opening of the exhaust gas switching valve 27 due to the back pressure PE.

なお、以上のように構成された本実施形態では、吸気切替弁17及び吸気バイパス弁19の2つの弁により、第2コンプレッサ通路16における第2過給機11のコンプレッサ15よりも下流側の部分に設置されて、吸気の流れを許容する開状態と同吸気の流れを遮断する閉状態とに切り替わる吸気切替機構が構成されている。そして、吸気切替弁17及び吸気バイパス弁19の少なくとも一方が開弁している状態が吸気切替機構の開状態に、吸気切替弁17及び吸気バイパス弁19の双方が閉弁している状態が吸気切替機構の閉状態に、それぞれ対応している。   In the present embodiment configured as described above, a portion of the second compressor passage 16 on the downstream side of the compressor 15 of the second supercharger 11 is provided by the two valves of the intake air switching valve 17 and the intake air bypass valve 19. The intake air switching mechanism is configured to switch between an open state that allows the flow of intake air and a closed state that blocks the flow of intake air. The state where at least one of the intake air switching valve 17 and the intake air bypass valve 19 is open is the open state of the intake air switching mechanism, and the state where both the intake air switching valve 17 and the intake air bypass valve 19 are closed is the intake air. Each corresponds to the closed state of the switching mechanism.

さらに、本実施形態では、図7のフローチャートにおけるステップS130の処理が、背圧による排気切替弁の自己開弁が発生する状況にあるか否かを同背圧に基づき判定するサージ予測処理に対応している。また、本実施形態では、図7のフローチャートに示した一連の処理が、排気切替弁の閉弁、及び吸気切替機構の閉状態を指令しているときに、サージ予測処理において自己開弁が発生する状況にあると判定されたときには吸気切替機構の開状態への切替を指令するサージ抑制処理に対応している。   Furthermore, in the present embodiment, the process of step S130 in the flowchart of FIG. 7 corresponds to a surge prediction process for determining whether or not the exhaust switching valve self-opens due to the back pressure based on the back pressure. doing. Further, in the present embodiment, when the series of processing shown in the flowchart of FIG. 7 commands the closing of the exhaust switching valve and the closing state of the intake switching mechanism, self-opening occurs in the surge prediction processing. This corresponds to surge suppression processing that commands switching of the intake air switching mechanism to the open state when it is determined that it is in a situation to perform.

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図7に示したサージ予防制御に係る処理のフローチャートにおけるステップS140の処理において、吸気切替弁17の代わりに吸気バイパス弁19に開弁を指令する、或いは吸気切替弁17及び吸気バイパス弁19の双方に開弁を指令するようにしてもよい。こうした場合にも、第2コンプレッサ通路16におけるコンプレッサ15よりも下流側の部分が開放されるため、背圧PEにより排気切替弁27が自己開弁した際の吸気の逆流を抑制できる。
This embodiment can be implemented with the following modifications. The present embodiment and the following modifications can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
In the process of step S140 in the flowchart of the process related to surge prevention control shown in FIG. 7, the intake bypass valve 19 is instructed to open instead of the intake switching valve 17, or the intake switching valve 17 and the intake bypass valve 19 are You may make it instruct | indicate valve opening to both. Even in such a case, since the downstream side of the compressor 15 in the second compressor passage 16 is opened, it is possible to suppress the backflow of the intake air when the exhaust gas switching valve 27 is self-opened by the back pressure PE.

・本実施形態では、サージ予測処理での判定に用いる背圧PEの値として、背圧センサ28による同背圧PEの検出値を用いていたが、エンジンの運転状態から背圧PEを推定し、その背圧PEの推定値を上記判定に用いるようにしてもよい。こうした場合には、背圧センサ28を割愛してもよい。   In the present embodiment, the detection value of the back pressure PE detected by the back pressure sensor 28 is used as the value of the back pressure PE used for the determination in the surge prediction process. However, the back pressure PE is estimated from the operating state of the engine. The estimated value of the back pressure PE may be used for the determination. In such a case, the back pressure sensor 28 may be omitted.

・吸気バイパス通路18及び吸気バイパス弁19を省略してもよい。こうした場合の吸気切替機構は吸気切替弁17単体で構成され、吸気切替弁17が開弁した状態が吸気切替機構の開状態に、吸気切替弁17が閉弁した状態が吸気切替機構の閉状態に、それぞれ対応することになる。   The intake bypass passage 18 and the intake bypass valve 19 may be omitted. In such a case, the intake air switching mechanism is constituted by the intake air switching valve 17 alone, the state where the intake air switching valve 17 is opened is the open state of the intake air switching mechanism, and the state where the intake air switching valve 17 is closed is the closed state of the intake air switching mechanism. Respectively.

10…第1過給機、11…第2過給機、12…吸気通路、13…(第1過給機10の)コンプレッサ、14…第1コンプレッサ通路、15…(第2過給機11の)コンプレッサ、16…第2コンプレッサ通路、17…吸気切替弁(吸気切替機構)、18…バイパス通路、19…吸気バイパス弁(吸気切替機構)、20…インタークーラ、21…スロットル、22…排気通路、23…(第1過給機10の)タービン、24…第1タービン通路、25…(第2過給機11の)タービン、26…第2タービン通路、27…排気切替弁、28…背圧センサ、29…制御回路、30…弁体、31…アクチュエータ、32…弁座。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... 1st supercharger, 11 ... 2nd supercharger, 12 ... Intake passage, 13 ... Compressor (of 1st supercharger 10), 14 ... 1st compressor passage, 15 ... (2nd supercharger 11) ) Compressor, 16 ... second compressor passage, 17 ... intake switching valve (intake switching mechanism), 18 ... bypass passage, 19 ... intake bypass valve (intake switching mechanism), 20 ... intercooler, 21 ... throttle, 22 ... exhaust Passage, 23 ... turbine (of first supercharger 10), 24 ... First turbine passage, 25 ... Turbine (of second supercharger 11), 26 ... Second turbine passage, 27 ... Exhaust gas switching valve, 28 ... Back pressure sensor, 29 ... control circuit, 30 ... valve body, 31 ... actuator, 32 ... valve seat.

Claims (1)

吸気通路の一部を構成する通路である第1コンプレッサ通路にコンプレッサが設置され、且つ排気通路の一部を構成する通路である第1タービン通路にタービンが設置された第1過給機と、
前記吸気通路の一部を構成する通路であって前記第1コンプレッサ通路に並列に接続された第2コンプレッサ通路にコンプレッサが設置され、且つ前記排気通路の一部を構成する通路であって前記第1タービン通路に並列に接続された第2タービン通路にタービンが設置された第2過給機と、
前記第2タービン通路に設置されて同第2タービン通路の排気の流れを閉弁に応じて遮断する弁であって、エンジンの背圧を開弁方向に受ける弁体を有した排気切替弁と、
前記第2コンプレッサ通路における前記第2過給機のコンプレッサよりも下流側の部分に設置されて、吸気の流れを許容する開状態と同吸気の流れを遮断する閉状態とに切り替わる吸気切替機構と、
前記排気切替弁の開閉制御、及び前記吸気切替機構の開状態、閉状態の切替制御を行う制御回路と、
を備えており、且つ前記制御回路は、前記背圧による前記排気切替弁の自己開弁が発生する状況にあるか否かを同背圧に基づき判定するサージ予測処理と、前記排気切替弁の閉弁、及び前記吸気切替機構の閉状態を指令しているときに、前記サージ予測処理において前記自己開弁が発生する状況にあると判定されたときには前記吸気切替機構の開状態への切替を指令するサージ抑制処理と、を行う
過給エンジン。
A first turbocharger in which a compressor is installed in a first compressor passage which is a passage constituting a part of an intake passage, and a turbine is installed in a first turbine passage which is a passage constituting a part of an exhaust passage;
A compressor is installed in a second compressor passage connected in parallel to the first compressor passage, and a passage constituting a part of the exhaust passage, and constituting a part of the exhaust passage. A second turbocharger in which a turbine is installed in a second turbine passage connected in parallel to one turbine passage;
An exhaust gas switching valve having a valve body that is installed in the second turbine passage and shuts off an exhaust flow in the second turbine passage according to a valve closing, and receives a back pressure of the engine in a valve opening direction; ,
An intake air switching mechanism that is installed in a portion of the second compressor passage downstream of the compressor of the second supercharger and switches between an open state that allows the flow of intake air and a closed state that blocks the flow of intake air; ,
A control circuit for performing opening / closing control of the exhaust gas switching valve and switching control of the open state and the closed state of the intake air switching mechanism;
And the control circuit determines whether or not the exhaust switching valve is self-opening due to the back pressure based on the back pressure; When it is determined that the valve is closed and the intake switching mechanism is closed, and it is determined that the self-opening is in the surge prediction process, the intake switching mechanism is switched to the open state. Supercharged engine that performs surge suppression processing to be commanded.
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