JP2019163748A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
Description
吸気通路に配置された電動コンプレッサを有する電動過給機と、
前記電動コンプレッサよりも上流側の部位において前記吸気通路に設けられたEGR導入口と、
前記EGR導入口よりも上流側の部位において前記吸気通路に配置された絞り弁と、
前記電動過給機及び前記絞り弁を制御する制御装置と、
を備える。
前記吸気通路には、前記絞り弁以外の絞り弁が配置されていない。
前記制御装置は、前記電動コンプレッサの出口圧が大気圧以下となる非過給領域において、
前記電動コンプレッサの圧力比を1に近づけるように前記電動過給機を駆動しつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第1空気流量調整処理と、
前記電動過給機を無通電としつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第2空気流量調整処理と、
のうちの少なくとも一方を実行する。
前記電動過給機は、前記内燃機関の排気を動力として利用しないものであってもよい。
そして、前記内燃機関は、前記電動過給機以外の過給機を備えていなくてもよい。
そして、前記回生発電領域において、前記制御装置は、前記絞り弁の開度調整と前記電動過給機の発電負荷の調整とによって吸入空気流量を調整してもよい。
そして、前記制御装置は、前記非過給領域の使用中に、
前記EGR弁が閉じられるEGR弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記EGR導入口から前記吸気通路に導入されるEGRガスが吸気に合流するEGR合流部のガス温度に相関する温度相関値が閾値以上である場合には、前記第1空気流量調整処理又は前記第2空気流量調整処理を実行し、
前記EGR弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記温度相関値が前記閾値未満である場合には、同一のエンジン負荷の下で前記温度相関値が前記閾値以上である場合に用いられる開度と比べて大きくなるように前記絞り弁の開度を調整し、かつ、前記絞り弁の開度の増加に伴う筒内充填空気量の増加を抑制するために必要な大きさの発電負荷を前記電動過給機に付与する第3空気流量調整処理を実行してもよい。
前記電動過給機への発電負荷の付与前に、前記回生発電領域内の要求エンジントルクを実現するために必要な要求筒内充填空気量を得るために必要な第1目標開度に向けて前記絞り弁を開く新気増量処理と、
前記新気増量処理の実行後に、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記第1目標開度よりも大きな第2目標開度に向けて前記絞り弁を徐々に開き、かつ、目標発電負荷に向けて前記電動過給機の発電負荷を徐々に増やす回生発電開始処理と、
を実行してもよい。
そして、前記第2目標開度及び前記目標発電負荷は、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記電動コンプレッサの前後差圧を最大化させる値であってもよい。
まず、図1〜図16を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステムの構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、火花点火式の内燃機関10を備えている。内燃機関10は、例えば、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。内燃機関10は、一列に並んだ3つの気筒12を有するエンジン本体(主に、シリンダヘッドとシリンダブロック)14を備えている。
本実施形態の内燃機関10は、吸気系の各構成要素(EGR導入口56、電動コンプレッサ26a及び絞り弁24)の配置場所において特徴を有している。具体的には、EGR導入口56、電動コンプレッサ26a及び絞り弁24は、以下のように定義される「吸気側」に配置されている。
以下の説明において、「吸気圧P2」は、電動コンプレッサ26aの入口圧(より詳細には、絞り弁24と電動コンプレッサ26aとの間の部位の吸気通路圧力)である。「吸気圧P3」は、電動コンプレッサ26aの出口圧(=サージタンク圧Pb)である。
図2は、個々のエンジン運転領域において優先される要求を説明するための図である。図2に示すエンジン運転領域は、エンジン負荷とエンジン回転速度NEとによって特定されている。このように、図2は、エンジン負荷だけでなく、これとエンジン回転速度NEとを用いて2次元的に特定されたエンジン運転領域と各種要求との関係を示している。ここでいう各種要求には、以下に説明される「レスポンス向上要求」、「回生発電要求」、「EGR要求」並びに「パージ及びPCV要求」が含まれる。
図3に示すように、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域における吸気圧P2の制御の狙いは、過給レスポンスの向上のためにコンプレッサ回転速度NCを高めることにある。このようなコンプレッサ回転速度NCの増加は、次のように、絞り弁24による新気流量調整機能を利用して行われる。
図3に示すように、回生駆動要求が優先される中負荷領域における吸気圧P2の制御の狙いは、回生発電量を最大化させることにある。図4に示すように、この中負荷領域(すなわち、回生発電領域)は、上記低負荷領域の第2領域の高負荷側に位置する。中負荷領域では、電動コンプレッサ26aを利用する回生発電が行われる。このように、本実施形態の非過給領域は、低負荷側から順に、第1領域、第2領域及び回生発電領域によって構成されている。
図3に示すように、過給領域である高負荷領域における吸気圧P2の制御の狙いは、EGRガス流量、又はバージガス流量及びブローバイガス流量の確保にある。具体的には、このような目的のために、電動コンプレッサ26aを駆動して過給を行いつつ、絞り弁24を少し絞ることによって吸気圧P2が適正な弱負圧状態とされる。より詳細には、弱負圧状態を満たしつつ、トルク要求を満たす吸気圧P3(吸入空気流量Ga)が得られるように、絞り弁24の開度が調整され、かつ、コンプレッサ回転速度NCが調整される。付け加えると、図4に示すように、高負荷領域では、圧力比が1より高くなる。
図5は、本発明の実施の形態1に係る絞り弁24と電動過給機26の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。制御装置60は、本ルーチンの処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。
図11は、図2に示す低負荷領域から中負荷領域に移行する際に制御装置60によって行われる新気増量処理と回生発電開始処理の動作の一例を表したタイムチャートである。
以上説明したように、本実施形態の内燃機関10の吸気通路16には、上流側から順に、絞り弁24、EGR導入口56及び電動コンプレッサ26aが配置されている。このような構成によれば、過給領域において絞り弁24の開度を全開開度よりも小さくすることにより、EGR導入口56が配置された電動コンプレッサ26aの上流側に負圧を生成できる。これにより、排気通路18側のEGR通路52の端部と吸気通路16側のEGR通路52の端部(EGR導入口56)との差圧の拡大によるEGRガス流量増加の効果が得られる。このため、過給領域において高濃度のEGRガスの導入が可能となる過給エンジンが得られる。そのうえで、本実施形態の内燃機関10の構成及び制御によれば、次のような効果が得られる。
内燃機関10の吸気通路16には、絞り弁24以外の絞り弁は配置されていない。また、制御装置60は、非過給領域内の低負荷領域において、図3に示すように電動過給機26を駆動又は無通電としつつ、トルク要求に応じて必要な値となるように吸入空気流量Gaを絞り弁24によって調整する。
また、本実施形態の内燃機関10では、電動コンプレッサ26a及びEGR導入口56は、上述の「吸気側」(図1参照)に配置されている。そして、電動過給機26は、内燃機関10の排気を動力として利用しない(すなわち、電動アシストターボ過給機ではない)。また、内燃機関10は、電動過給機26以外の過給機を備えていない。このような構成によれば、次のような効果が得られる。
内燃機関10の非過給領域には、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域(第1領域及び第2領域)とともに、その高負荷側に位置し、かつ、回生発電要求が優先される中負荷領域(回生発電領域)が設けられている。電動コンプレッサ26aの駆動に用いられる電力は、内燃機関10の動力を利用して生成された電力を蓄えるバッテリ30から供給される。このため、回生発電を行うことにより、内燃機関10の動力を利用した発電量を減らせる。このことは、燃費向上に繋がる。
図11を参照して説明したように、本実施形態では、低負荷領域から中負荷領域に移行する際には、まず「新気増量処理」によってトルク要求を満たした後に、「回生発電開始処理」が実行される。回生発電開始処理は、効率の良い回生発電のために電動コンプレッサ26aの前後差圧を最大化した状態を得るまでの過程における処理として実行される。回生発電開始処理によれば、要求筒内充填空気量を満たしつつ(維持しつつ)、第2目標開度に向けて絞り弁24が徐々に開かれ、かつ、目標発電負荷に向けて電動過給機26の発電負荷が徐々に増やされる。これにより、要求値からの筒内充填空気量の変化(及びこれに伴うエンジントルクの変化)を抑制しつつ、前後差圧の最大化によって効率の良い回生発電を行える状態に向けて絞り弁24及び電動過給機26の作動状態を適切に移行できるようになる。
上述した実施の形態1においては、EGR導入口56、電動コンプレッサ26a及び絞り弁24のすべてが「吸気側」に配置されている。これにより、絞り弁24から電動コンプレッサ26aまでの距離の短縮に起因する上述の効果も得られる。しかしながら、「吸気側」に配置される構成要素は、これら3つの構成要素のうちのEGR導入口56及び電動コンプレッサ26aのみであってもよい。このような例であっても、上述の効果(過給圧の応答性、EGR率の応答性及び凝縮水の抑制)を奏することができる。
次に、図17及び図18を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。以下の説明では、実施の形態2に係るシステムの構成の一例として、図1に示す構成が用いられているものとする。
本実施形態に係る絞り弁24及び電動過給機26の制御は、以下に説明する点を除き、実施の形態1に係る制御と同様である。すなわち、本実施形態では、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域(図2参照)で行われる制御の内容が、「温度相関値」が所定の閾値以上であるか否かに応じて変更される。
具体的には、外気温度が低いと、吸入空気温度が低くなる。その結果、EGR合流部の新気温度も低くなる。EGR合流部において低温の新気とEGRガスとが混合した結果として混合ガスの温度がその露点以下に下がると、凝縮水が発生する。また、外気温度が零度以下であると、発生した凝縮水が凍結する恐れがある。
図18は、本発明の実施の形態2に係る絞り弁24及び電動過給機26の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図18に示すルーチン中のステップS100〜S116の処理については、実施の形態1において既述した通りである。
以上説明したように、本実施形態の制御によれば、図2に示す低負荷領域の使用中に、EGR閉じ条件が満たされ、かつ、外気温度が閾値TH1未満である場合には、同一のエンジン負荷の下で外気温度(温度相関値)が閾値TH1以上である場合に用いられる開度と比べて大きくなるように絞り弁24が開かれる。これにより、吸気圧P2が大きく負圧化されることはないため、EGR弁54の前後差圧が小さくなる。このため、閉弁中のEGR弁54からのEGRガスの漏出が抑制される。また、この場合には、発電負荷がMG26bに付与されることにより、絞り弁24を開くことに伴う筒内充填空気量の増加が抑制される。
2−3−1.「温度相関値」の他の例
上述した実施の形態2においては、EGR合流部のガス温度に相関する「温度相関値」の例として、外気温度が用いられている。しかしながら、本発明に係る「温度相関値」は、上記の外気温度の例に代え、例えば、温度センサを用いて直接的に検出されるEGR弁54の直下のガス温度であってもよい。
上述した実施の形態2においては、温度相関値を評価する「閾値」の例として、零度以下の閾値TH1(−5℃)が用いられている。しかしながら、この「閾値」は、新気とEGRガスとの混合ガスの露点以下の温度であれば、必ずしも零度以下の値に限られない。したがって、EGR弁54から漏れ出た水分の凍結抑制のためだけでなく、漏れ出た水分からの凝縮水の発生自体も抑制するために、上記露点以下かつ零度よりも高い値が上記閾値として用いられてもよい。
上述した実施の形態1及び2においては、直列3気筒型の内燃機関10が例示された。しかしながら、本発明の適用対象となる内燃機関の気筒数及び気筒配置は、過給レスポンスの向上に関する効果を得るという観点では特に限定されない。また、上述の「吸気側配置」のV型エンジンへの適用は、例えば、次のように行うことができる。すなわち、2つのバンク間に吸気系部品(2つのバンクで共有される吸気系部品)が配置される構成のV型エンジンでは、電動コンプレッサ、EGR導入口及び絞り弁のうちの少なくとも電動コンプレッサ及びEGR導入口を、個々のバンクの気筒の軸線方向から見て「吸気側」に配置すればよい。また、2つのバンク間に排気系部品が配置され、かつ、バンク毎に吸気系部品を個別に備える構成のV型エンジンでは、各バンクにおいて、少なくとも電動コンプレッサ及びEGR導入口を、個々のバンクの気筒の軸線方向から見て「吸気側」に配置すればよい。
12 気筒
14 エンジン本体
16 吸気通路
18 排気通路
24 絞り弁
26 電動過給機
26 電動過給機
26a 電動コンプレッサ
28 インバータ
30 バッテリ
34 サージタンク
50 EGR装置
52 EGR通路
54 EGR弁
56 EGR導入口
60 制御装置
64 アクセルポジションセンサ
66 外気温度センサ
72 吸気ポート
74 排気ポート
Claims (7)
- 吸気通路に配置された電動コンプレッサを有する電動過給機と、
前記電動コンプレッサよりも上流側の部位において前記吸気通路に設けられたEGR導入口と、
前記EGR導入口よりも上流側の部位において前記吸気通路に配置された絞り弁と、
前記電動過給機及び前記絞り弁を制御する制御装置と、
を備え、
前記吸気通路には、前記絞り弁以外の絞り弁が配置されておらず、
前記制御装置は、前記電動コンプレッサの出口圧が大気圧以下となる非過給領域において、
前記電動コンプレッサの圧力比を1に近づけるように前記電動過給機を駆動しつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第1空気流量調整処理と、
前記電動過給機を無通電としつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第2空気流量調整処理と、
のうちの少なくとも一方を実行する
ことを特徴とする内燃機関。 - 前記内燃機関の気筒の軸線方向から見て吸気ポートの側を前記気筒の吸気側と称し、かつ、前記気筒の中心に対して前記吸気側の反対側を前記気筒の排気側と称した場合に、前記電動コンプレッサ及び前記EGR導入口は、前記吸気側に配置されており、
前記電動過給機は、前記内燃機関の排気を動力として利用せず、
前記内燃機関は、前記電動過給機以外の過給機を備えていない
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 - 前記絞り弁は、前記電動コンプレッサ及び前記EGR導入口とともに、前記吸気側に配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。 - 前記非過給領域は、
前記第1空気流量調整処理が実行される第1領域、及び前記第2空気流量調整処理が実行される第2領域のうちの少なくとも一方と、
前記第1領域及び前記第2領域と比べて高負荷側に位置し、かつ前記電動過給機を利用する回生発電が行われる回生発電領域と、
を含み、
前記回生発電領域において、前記制御装置は、前記絞り弁の開度調整と前記電動過給機の発電負荷の調整とによって吸入空気流量を調整する
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1つに記載の内燃機関。 - 前記非過給領域は、低負荷側から順に、前記第1領域、前記第2領域及び前記回生発電領域によって構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関。 - 前記内燃機関は、前記EGR導入口を一端として有するEGR通路を開閉するEGR弁を含み、
前記制御装置は、前記非過給領域の使用中に、
前記EGR弁が閉じられるEGR弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記EGR導入口から前記吸気通路に導入されるEGRガスが吸気に合流するEGR合流部のガス温度に相関する温度相関値が閾値以上である場合には、前記第1空気流量調整処理又は前記第2空気流量調整処理を実行し、
前記EGR弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記温度相関値が前記閾値未満である場合には、同一のエンジン負荷の下で前記温度相関値が前記閾値以上である場合に用いられる開度と比べて大きくなるように前記絞り弁の開度を調整し、かつ、前記絞り弁の開度の増加に伴う筒内充填空気量の増加を抑制するために必要な大きさの発電負荷を前記電動過給機に付与する第3空気流量調整処理を実行する
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載の内燃機関。 - 前記制御装置は、前記第1領域又は前記第2領域から前記回生発電領域に移行する場合には、
前記電動過給機への発電負荷の付与前に、前記回生発電領域内の要求エンジントルクを実現するために必要な要求筒内充填空気量を得るために必要な第1目標開度に向けて前記絞り弁を開く新気増量処理と、
前記新気増量処理の実行後に、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記第1目標開度よりも大きな第2目標開度に向けて前記絞り弁を徐々に開き、かつ、目標発電負荷に向けて前記電動過給機の発電負荷を徐々に増やす回生発電開始処理と、
を実行し、
前記第2目標開度及び前記目標発電負荷は、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記電動コンプレッサの前後差圧を最大化させる値である
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の内燃機関。
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