JP4206934B2

JP4206934B2 - Supercharging system for internal combustion engines

Info

Publication number: JP4206934B2
Application number: JP2004034646A
Authority: JP
Inventors: 崇志松本; 清藤原; 久大木; 雄介伯耆
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: JP2005226505A

Description

本発明は内燃機関用過給システムに関する。 The present invention relates to a supercharging system for an internal combustion engine.

内燃機関用過給システムとして、ターボ過給機のコンプレッサの上流に電動コンプレッサを設けるとともにこれを迂回するバイパス通路を設け、ターボ過給機のタービンの上流側の排気通路から電動コンプレッサの上流側の吸気通路に排気ガスの一部を混合弁を介して還流させるものがある（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２及び特許文献３が存在する。
特表２００１−５０９５６１号公報特表２００１−５１８５９０号公報特開平４−０１７７６５号公報 As a supercharging system for an internal combustion engine, an electric compressor is provided upstream of a turbocharger compressor and a bypass passage is provided to bypass the compressor, and an upstream exhaust passage of the turbocharger turbine is provided upstream of the electric compressor. Some intake passages recirculate part of exhaust gas through a mixing valve (see Patent Document 1). In addition, there are Patent Document 2 and Patent Document 3 as prior art documents related to the present invention.
Special table 2001-509561 gazette JP-T-2001-518590 Japanese Patent Laid-Open No. 4-017765

このような過給システムにおいて、排気還流量を通常よりも大幅に増量することが要求される場合がある。例えば、内燃機関にいわゆる予混合圧縮着火燃焼を実行させる場合には、この実行可能領域を拡大するため排気還流量を通常よりも大幅に増量し最高燃焼温度を抑えることが知られている。 In such a supercharging system, it may be required to significantly increase the exhaust gas recirculation amount than usual. For example, when so-called premixed compression ignition combustion is executed in an internal combustion engine, it is known to increase the exhaust gas recirculation amount more than usual to suppress the maximum combustion temperature in order to expand this feasible region.

しかしながら、上記特許文献１に記載された過給システムは、電動コンプレッサの上流側の吸気通路に混合弁を介して排気ガスを還流させるものである。このため、新気と排気ガスとの混合比を混合弁にて可変にできるものの、必ずしも排気還流量を大幅に増量することができないおそれがある。 However, the supercharging system described in Patent Document 1 recirculates the exhaust gas to the intake passage on the upstream side of the electric compressor via the mixing valve. For this reason, although the mixing ratio of the fresh air and the exhaust gas can be varied by the mixing valve, the exhaust gas recirculation amount may not necessarily be increased significantly.

また、内燃機関では、クランクケース内に漏出した排気及び混合気等（ブローバイガス）を吸気系に導入し、このブローバイガスの排出を抑制することが従来から行われている。しかしながら、上記特許文献１には、ブローバイガスを吸気通路に導入することについては開示されていない。従って、特許文献１に記載された過給システムを、このような内燃機関に適用した場合にはブローバイガスを効果的に還元しブローバイガスの排出を抑制できないおそれがある。 Further, in an internal combustion engine, it has been conventionally performed to introduce exhaust gas, an air-fuel mixture, etc. (blow-by gas) leaked into a crankcase into an intake system to suppress discharge of this blow-by gas. However, Patent Document 1 does not disclose introduction of blow-by gas into the intake passage. Therefore, when the supercharging system described in Patent Document 1 is applied to such an internal combustion engine, there is a possibility that blowby gas can be effectively reduced and discharge of blowby gas cannot be suppressed.

そこで、本発明は、吸気系に還流させる排気ガス量を大幅に増量することができ、またブローバイガスを効果的に還元してブローバイガスの排出を抑制可能な内燃機関用過給システムを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a supercharging system for an internal combustion engine that can significantly increase the amount of exhaust gas recirculated to the intake system and that can effectively reduce blowby gas and suppress discharge of blowby gas. For the purpose.

本発明の第１の内燃機関用過給システムは、吸気通路及び排気通路と、前記排気通路内の排気ガスの一部を前記吸気通路に還流させる排気還流手段と、を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の排気エネルギーを利用して該内燃機関に対して過給するターボ過給機と、前記ターボ過給機のコンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられた電動コンプレッサと、を具備する内燃機関用過給システムにおいて、前記電動コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ開度調整可能なスロットル弁を具備するとともに、前記排気還流手段は、前記スロットル弁の下流であって前記電動コンプレッサの上流の前記吸気通路に、前記排気通路内の排気ガスの一部を還流させることにより上述した課題を解決する（請求項１） A first supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine including an intake passage and an exhaust passage, and an exhaust gas recirculation means for returning a part of the exhaust gas in the exhaust passage to the intake passage. A turbocharger that supercharges the internal combustion engine using the exhaust energy of the internal combustion engine, and an electric compressor provided in the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger. The internal combustion engine supercharging system further includes a throttle valve that is provided in the intake passage upstream of the electric compressor and is adjustable in opening, and the exhaust gas recirculation means is downstream of the throttle valve and is connected to the electric compressor. The above-described problem is solved by returning a part of the exhaust gas in the exhaust passage to the intake passage upstream of the exhaust passage (claim 1).

この発明によれば、開度調整可能なスロットル弁を設け、この下流側の吸気通路に排気ガスを還流させている。このため、排気ガスの還流量を大幅に増量する必要が生じたときにはこのスロットル弁の開度を絞ることにより、吸気通路内の圧力を下げることができる。従って、吸気通路に排気ガスがより導かれ易くなるので排気ガスの還流量を大幅に増量することができる。 According to this invention, the throttle valve whose opening degree can be adjusted is provided, and the exhaust gas is recirculated to the intake passage on the downstream side. Therefore, when it is necessary to significantly increase the recirculation amount of the exhaust gas, the pressure in the intake passage can be lowered by reducing the opening of the throttle valve. Accordingly, since the exhaust gas is more easily guided to the intake passage, the recirculation amount of the exhaust gas can be greatly increased.

本発明の第１の内燃機関用過給システムにおいて、前記内燃機関の運転状態に基づいて設定された目標排気還流率となるように前記スロットル弁の開度を制御する排気還流率制御手段を更に具備してもよい（請求項２）。この場合には、電動コンプレッサの作動によって目標排気還流率と実際の排気還流率との間に偏差が生じた場合であっても、その偏差を無くし実際の排気還流率を目標排気還流率となるようにスロットル弁の開度がフィードバック制御される。これにより、電動コンプレッサの作動状態に関わらず排気ガスを安定して還流させることができる。 In the first supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, an exhaust gas recirculation rate control means for controlling the opening degree of the throttle valve so as to obtain a target exhaust gas recirculation rate set based on an operating state of the internal combustion engine is further provided. (Claim 2). In this case, even if a deviation occurs between the target exhaust gas recirculation rate and the actual exhaust gas recirculation rate due to the operation of the electric compressor, the deviation is eliminated and the actual exhaust gas recirculation rate becomes the target exhaust gas recirculation rate. Thus, the opening degree of the throttle valve is feedback-controlled. Thereby, exhaust gas can be recirculated stably irrespective of the operating state of the electric compressor.

本発明の第１の内燃機関用過給システムにおいて、前記排気還流手段は、前記ターボ過給機のタービンの下流の前記排気通路から排気ガスの一部を取り出してもよい（請求項３）。排気還流手段をこのように構成した場合には、ターボ過給機のタービンに供給される排気エネルギーを減少させないので、ターボ過給機の過給効率の悪化を抑えることができる。更に、ターボ過給機のタービンの下流の排気通路に排気ガスを浄化又は排気ガス中の粒子状物質を捕捉する排気浄化装置が設けられている場合には、前記排気還流手段は、前記排気浄化装置の下流の前記排気通路から排気ガスの一部を取り出してもよい（請求項４）。これにより、浄化された排気ガス又は粒子状物質が除去された排気ガスが吸気通路に導入されることになるので、電動コンプレッサのインペラ等の劣化を防止できる。 In the first supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, the exhaust gas recirculation means may extract a part of the exhaust gas from the exhaust passage downstream of the turbine of the turbocharger. When the exhaust gas recirculation means is configured in this manner, the exhaust energy supplied to the turbine of the turbocharger is not reduced, so that deterioration of the turbocharging efficiency of the turbocharger can be suppressed. Further, when an exhaust gas purification device for purifying exhaust gas or capturing particulate matter in the exhaust gas is provided in an exhaust passage downstream of the turbine of the turbocharger, the exhaust gas recirculation means includes the exhaust gas purification device. A part of the exhaust gas may be taken out from the exhaust passage downstream of the apparatus. As a result, the purified exhaust gas or the exhaust gas from which particulate matter has been removed is introduced into the intake passage, so that deterioration of the impeller and the like of the electric compressor can be prevented.

本発明の第２の内燃機関用過給システムは、吸気通路と、前記吸気通路にブローバイガスを導入するブローバイガス還元手段と、を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の排気エネルギーを利用して該内燃機関に対して過給するターボ過給機と、前記ターボ過給機のコンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられた電動コンプレッサと、を具備する内燃機関用過給システムであって、前記電動コンプレッサの上流の前記吸気通路に設けられ開度調整可能なスロットル弁を具備するとともに、前記ブローバイガス還元手段は、前記スロットル弁の下流であって前記電動コンプレッサの上流の前記吸気通路に、ブローバイガスを導入することにより上述した課題を解決する（請求項５）。 A second supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention is applied to an internal combustion engine including an intake passage and blowby gas reducing means for introducing blowby gas into the intake passage, and uses the exhaust energy of the internal combustion engine. A turbocharger for an internal combustion engine, comprising: a turbocharger that supercharges the internal combustion engine; and an electric compressor provided in the intake passage upstream of a compressor of the turbocharger. A throttle valve provided in the intake passage upstream of the electric compressor and having an adjustable opening, and the blow-by gas reduction means is provided in the intake passage downstream of the throttle valve and upstream of the electric compressor. The above-mentioned problem is solved by introducing blow-by gas.

電動コンプレッサの作動中には、ブローバイガスが導入される吸気通路付近の圧力は負圧になる。他方、電動コンプレッサが作動していない場合でも、その場合にはターボ過給機による過給が行われているので、ブローバイガスが導入される吸気通路付近の圧力は負圧になる。従って、この発明によれば、電動コンプレッサの作動状態によらず、安定的に負圧状態となる位置にブローバイガスを導入しているので、ブローバイガスを効果的に還元してブローバイガスの排出を抑制することができる。 During the operation of the electric compressor, the pressure in the vicinity of the intake passage through which blow-by gas is introduced becomes negative. On the other hand, even when the electric compressor is not operating, the turbocharger is supercharged in that case, so the pressure in the vicinity of the intake passage where the blow-by gas is introduced becomes negative. Therefore, according to the present invention, the blow-by gas is introduced to the position where the negative pressure is stably obtained regardless of the operation state of the electric compressor, so that the blow-by gas is effectively reduced to discharge the blow-by gas. Can be suppressed.

以上説明したように、本発明によれば、吸気系に還流させる排気ガス量を大幅に増量することができ、またブローバイガスを効果的に還元してブローバイガスの排出を抑制可能な内燃機関用過給システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, the amount of exhaust gas recirculated to the intake system can be greatly increased, and the internal combustion engine that can effectively reduce the blow-by gas and suppress the discharge of the blow-by gas. A supercharging system can be provided.

本発明の実施形態に係る内燃機関用過給システムを図１〜図５を参照しながら説明する。図１は本実施形態の全体構成を示す概略図である。本過給システムは内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下エンジンと称することがある）１に適用される。本過給システムは上記エンジン１に対して過給するターボ過給機２と、その過給をアシストする電動コンプレッサ３（以下ＭＣと称する場合がある）とを備えている。ターボ過給機２は周知のように吸入した空気を圧縮するコンプレッサ２ａとコンプレッサ２ａを駆動させるためのタービン２ｂとを有している。コンプレッサ２ａは、吸気通路としての吸気管４に設けられている。タービン２ｂは排気通路としての排気管５に設けられている。ターボ過給機２は、排気管５を流れる排気ガスによってタービン２ｂを回転してコンプレッサ２ａを駆動する。これにより、所望の過給圧を得ることができる。 An internal combustion engine supercharging system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the present embodiment. This supercharging system is applied to a diesel engine (hereinafter also referred to as an engine) 1 as an internal combustion engine. The supercharging system includes a turbocharger 2 that supercharges the engine 1 and an electric compressor 3 (hereinafter sometimes referred to as MC) that assists the supercharging. As is well known, the turbocharger 2 has a compressor 2a for compressing the sucked air and a turbine 2b for driving the compressor 2a. The compressor 2a is provided in the intake pipe 4 as an intake passage. The turbine 2b is provided in an exhaust pipe 5 as an exhaust passage. The turbocharger 2 rotates the turbine 2b with the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 5 to drive the compressor 2a. Thereby, a desired supercharging pressure can be obtained.

一方、電動コンプレッサ３はターボ過給機２の上流側の吸気管４に設けられている。電動コンプレッサ３はその駆動装置として電気モータ３ａを備えている。電気モータ３ａは図示しない電源に接続されている。電気モータ３ａを駆動することにより、電動コンプレッサ３は作動し、吸気管４内の空気を圧縮することができる。 On the other hand, the electric compressor 3 is provided in the intake pipe 4 on the upstream side of the turbocharger 2. The electric compressor 3 includes an electric motor 3a as a driving device. The electric motor 3a is connected to a power source (not shown). By driving the electric motor 3a, the electric compressor 3 operates, and the air in the intake pipe 4 can be compressed.

ターボ過給機２と電動コンプレッサ３とを作動することにより、所望の過給圧を得ることができる。ターボ過給機２は上述したように排気ガスのエネルギーを利用しているため、所望の過給圧が得られるまでにタイムラグを生じる（いわゆるターボラグ）。特に、低速走行時に急加速が要求された場合に顕著である。そこで、このターボラグを補償し、所望の過給圧が得られるまでターボ過給機をアシストすべく電動コンプレッサ３により過給アシストが行われる。 A desired supercharging pressure can be obtained by operating the turbocharger 2 and the electric compressor 3. Since the turbocharger 2 uses the energy of the exhaust gas as described above, a time lag occurs until a desired supercharging pressure is obtained (so-called turbo lag). This is particularly noticeable when rapid acceleration is required during low-speed traveling. Therefore, supercharging assistance is performed by the electric compressor 3 to compensate for the turbo lag and assist the turbocharger until a desired supercharging pressure is obtained.

また、本過給システムにおいては、電動コンプレッサ３を迂回するバイパス通路６が設けられている。バイパス通路６の途中には、バイパス通路６への空気の流入及びその禁止を切り替えるバイパス弁７が設けられている。バイパス弁７は電動コンプレッサ３が作動中の場合には基本的に全閉され、バイパス通路６への空気の流入が禁止される。従って、電動コンプレッサ３の上流側の空気は実質的に全て電動コンプレッサ３に導かれる。一方、電動コンプレッサ３が非作動の場合には基本的に全開され、バイパス通路６へ空気が導かれる。バイパス弁７はソレノイド等でリニアに駆動してもよいが、開弁及び閉弁を切り替えることができればよい。また、バイパス弁７として、電動コンプレッサ３の下流の圧力と、バイパス通路６の入口の圧力との圧力のバランスで駆動するシャッターバルブを採用してもよい。この場合はバイパス弁７の制御が不要となるので、構造をシンプルにできる。 In the supercharging system, a bypass passage 6 that bypasses the electric compressor 3 is provided. A bypass valve 7 is provided in the middle of the bypass passage 6 to switch between the inflow of air into the bypass passage 6 and its prohibition. The bypass valve 7 is basically fully closed when the electric compressor 3 is in operation, and the inflow of air into the bypass passage 6 is prohibited. Accordingly, substantially all the air upstream of the electric compressor 3 is guided to the electric compressor 3. On the other hand, when the electric compressor 3 is not in operation, it is basically fully opened and air is guided to the bypass passage 6. The bypass valve 7 may be linearly driven by a solenoid or the like, but it is only necessary to switch between opening and closing. Further, as the bypass valve 7, a shutter valve that is driven by a balance between the pressure downstream of the electric compressor 3 and the pressure of the inlet of the bypass passage 6 may be employed. In this case, since the control of the bypass valve 7 becomes unnecessary, the structure can be simplified.

図１に示したように、ターボ過給機２のコンプレッサ２ａの下流側の吸気管４には、コンプレッサ２ａにより圧縮された空気を冷却するためにインタークーラ８が設けられている。これにより過給効率を高めることができる。さらに、上記と同様の理由から電動コンプレッサ３とターボ過給機２のコンプレッサ２ａの間の吸気管４にインタークーラ９が設けられている。このインタークーラ９を設けることにより、更なる過給効率の向上を図ることができるが、常に設ける必要はない。また、電動コンプレッサ３の上流側の吸気管４には吸入空気の異物を除去するエアクリーナ１０が設けられている。 As shown in FIG. 1, an intercooler 8 is provided in the intake pipe 4 on the downstream side of the compressor 2a of the turbocharger 2 in order to cool the air compressed by the compressor 2a. Thereby, the supercharging efficiency can be increased. Furthermore, an intercooler 9 is provided in the intake pipe 4 between the electric compressor 3 and the compressor 2a of the turbocharger 2 for the same reason as described above. By providing this intercooler 9, it is possible to further improve the supercharging efficiency, but it is not always necessary to provide it. An air cleaner 10 that removes foreign matter from the intake air is provided in the intake pipe 4 on the upstream side of the electric compressor 3.

また、電気モータ３ａは発熱するため冷却することが好ましい。この場合、空冷では冷え難くく電動コンプレッサ３の作動時間が限定されるおそれがある。そこで、例えば電気モータ３ａの周囲を、図示しないラジエータにより冷却水を循環させる冷却システムを採用してもよい。このラジエータはエンジン１に用いられるものと兼用してもよいが、エンジン１の冷却水は温度が高いので電動コンプレッサ３のために別途用意したほうがなお好ましい。この場合の冷却水の温度は３０℃程度がよい。さらに、このラジエータをターボ過給機２の冷却に用いることもできる。このように構成すれば、重大な問題となるコーキング対策として非常に有効である。 The electric motor 3a generates heat and is preferably cooled. In this case, it is difficult to cool by air cooling, and the operation time of the electric compressor 3 may be limited. Therefore, for example, a cooling system in which cooling water is circulated by a radiator (not shown) around the electric motor 3a may be employed. This radiator may also be used as that used in the engine 1, but it is still more preferable to prepare the electric compressor 3 separately because the cooling water of the engine 1 has a high temperature. In this case, the temperature of the cooling water is preferably about 30 ° C. Furthermore, this radiator can also be used for cooling the turbocharger 2. Such a configuration is very effective as a countermeasure against coking, which is a serious problem.

また、図１に示したように、本実施形態に係るエンジン１には、排気ガスの一部又はブローバイガスの少なくとも一方を導入する導入管１２が設けられている。導入管１２の出口側の接続部１２ａを図１の位置としたのは、吸気管４の他の場所よりも負圧になり易く排気ガス又はブローバイガスの導入に適しているためである。電動コンプレッサ３の作動中には、上記接続部１２ａ付近の圧力は負圧になる。一方、電動コンプレッサ３が作動していない場合でも、その場合にはバイパス弁７が開弁されるとともにターボ過給機２によって過給が行われているので、上記接続部１２ａ付近の圧力は負圧になる。従って、上記接続部１２ａの位置は、電動コンプレッサ３の作動状態によらず安定的に負圧状態となるので、上記接続部１２ａを電動コンプレッサ３の上流側の吸気管４に配置することが適している。 As shown in FIG. 1, the engine 1 according to this embodiment is provided with an introduction pipe 12 for introducing at least one of a part of exhaust gas or blow-by gas. The reason why the connecting portion 12a on the outlet side of the introduction pipe 12 is set to the position shown in FIG. 1 is that it tends to be a negative pressure more easily than other places of the intake pipe 4 and is suitable for introduction of exhaust gas or blow-by gas. During the operation of the electric compressor 3, the pressure near the connecting portion 12a becomes negative. On the other hand, even when the electric compressor 3 is not operating, in this case, the bypass valve 7 is opened and supercharging is performed by the turbocharger 2, so that the pressure near the connecting portion 12a is negative. Become pressure. Therefore, since the position of the connecting portion 12a is stably in a negative pressure state regardless of the operating state of the electric compressor 3, it is suitable to arrange the connecting portion 12a in the intake pipe 4 on the upstream side of the electric compressor 3. ing.

上述した排気ガスの一部の導入は、図示しない排気再循環装置（ＥＧＲ装置）により行う。ＥＧＲ装置は、周知のように吸気管４と排気管５とを連通するＥＧＲ管と、このＥＧＲ管の途中に排気ガス量を調整するＥＧＲ弁とを備えている。上記導入管１２を排気ガスの還流に利用した場合には、導入管１２は上記ＥＧＲ管に相当し、排気還流手段として機能する。これにより、気筒内の最高燃焼温度を抑制することができるため、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減できる。 Part of the exhaust gas described above is introduced by an exhaust gas recirculation device (EGR device) (not shown). As is well known, the EGR device includes an EGR pipe that communicates the intake pipe 4 and the exhaust pipe 5, and an EGR valve that adjusts the amount of exhaust gas in the middle of the EGR pipe. When the introduction pipe 12 is used for exhaust gas recirculation, the introduction pipe 12 corresponds to the EGR pipe and functions as exhaust recirculation means. Thereby, since the maximum combustion temperature in a cylinder can be suppressed, the discharge | emission amount of NOx (nitrogen oxide) can be reduced.

排気ガスを排気管５から取り出す位置は、ターボ過給機２のタービン２ｂの下流側にするとよい。このようなＥＧＲ装置の配置はいわゆるロープレッシャーループと呼ばれている。この場合、ターボ過給機２のタービン２ｂに供給される排気エネルギーが減少しないので、ターボ過給機の過給効率の悪化を抑えることができる。更に好ましくは、図１に示したように、ターボ過給機２のタービン２ｂの下流側の排気管５に設けられた排気浄化装置１１、例えば周知の排気浄化触媒や、排気ガス中の粒子状物質を捕捉するフィルタ等の下流側から排気ガスを取り出すとよい。これにより、浄化された排気ガス又は粒子状物質が除去された排気ガスが吸気管４に導入されることになるので、電動コンプレッサ３のインペラ等の劣化を防止できる。 The position where the exhaust gas is taken out from the exhaust pipe 5 is preferably downstream of the turbine 2b of the turbocharger 2. Such an arrangement of the EGR device is called a so-called low pressure loop. In this case, since the exhaust energy supplied to the turbine 2b of the turbocharger 2 does not decrease, deterioration of the turbocharging efficiency of the turbocharger can be suppressed. More preferably, as shown in FIG. 1, an exhaust purification device 11 provided in the exhaust pipe 5 on the downstream side of the turbine 2 b of the turbocharger 2, for example, a well-known exhaust purification catalyst or particulates in the exhaust gas. The exhaust gas may be taken out from the downstream side of a filter or the like that captures the substance. Thus, the purified exhaust gas or the exhaust gas from which the particulate matter has been removed is introduced into the intake pipe 4, so that deterioration of the impeller and the like of the electric compressor 3 can be prevented.

また、上述したブローバイガスの導入は、図示しないブローバイガス還元装置（ＰＣＶ装置）により行う。ＰＣＶ装置は、周知のようにエンジン１のクランクケース（不図示）と吸気管４とを連通するＰＣＶ管と、このＰＣＶ管の途中に排気ガス量を調整する調整弁とを備えている。上記導入管１２をブローバイガスの導入に利用した場合には、導入管１２は上記ＰＣＶ管に相当し、ブローバイガス還元手段として機能する。これにより、クランクケース内のブローバイガスを還元することができ、ブローバイガスの排出を抑制できる。 The introduction of the blow-by gas described above is performed by a blow-by gas reduction device (PCV device) (not shown). As is well known, the PCV device includes a PCV pipe that communicates a crankcase (not shown) of the engine 1 and the intake pipe 4, and an adjustment valve that adjusts the amount of exhaust gas in the middle of the PCV pipe. When the introduction pipe 12 is used for introduction of blow-by gas, the introduction pipe 12 corresponds to the PCV pipe and functions as blow-by gas reduction means. Thereby, blow-by gas in the crankcase can be reduced, and discharge of blow-by gas can be suppressed.

本実施形態においては、図１に示したように、上記接続部１２ａの上流側の吸気管４にスロットル弁１３が設けられている。このスロットル弁１３は、その開度をリニアに変更することができるように、ソレノイド等にて駆動されている。このスロットル弁１３の開度を調整することにより、吸入空気量を調整することができる。例えば電動コンプレッサ３がサージングに至るおそれがあるときには、このスロットル弁１３を閉じ側に制御するとともに、バイパス弁７を開弁する。これにより、上記接続部１２ａ付近の圧力が低くなり電動コンプレッサ３より吐き出された空気がバイパス通路６を逆流し、電動コンプレッサ３に流入する空気量が実質的に増量する。従って、スロットル弁１３をサージングを回避するために用いることができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a throttle valve 13 is provided in the intake pipe 4 on the upstream side of the connecting portion 12a. The throttle valve 13 is driven by a solenoid or the like so that the opening degree can be changed linearly. The intake air amount can be adjusted by adjusting the opening of the throttle valve 13. For example, when the electric compressor 3 may reach surging, the throttle valve 13 is controlled to the closed side and the bypass valve 7 is opened. As a result, the pressure in the vicinity of the connecting portion 12a is reduced, and the air discharged from the electric compressor 3 flows backward through the bypass passage 6, and the amount of air flowing into the electric compressor 3 is substantially increased. Therefore, the throttle valve 13 can be used to avoid surging.

更に、上述した導入管１２を排気還流手段として機能させた場合には、スロットル弁１３は排気還流率（ＥＧＲ率）調整するために用いることもできる。特に、エンジン１に予混合圧縮着火燃焼を実行させる場合にスロットル弁１３は効果的に機能する。この予混合圧縮着火燃焼は、燃料噴射を吸気行程から圧縮行程の中期に行うように進角させて気筒内に予め均一な混合気を生成し、この混合気を圧縮行程の終期に着火させる燃焼態様である。しかし、この予混合圧縮着火燃焼は内燃機関が高負荷になると圧縮上死点前に着火するいわゆる過早着火が生じるため、その実行可能領域は低負荷側の狭い範囲に限定される。この実行可能領域を広げる試みとして、排気ガスの還流量を通常燃焼時よりも大幅に増量して最高燃焼温度を抑制することが知られている。そこで上記導入管１２を排気還流手段として機能させた場合には、スロットル弁１３の開度を絞ることにより、上記接続部１２ａ付近の圧力を下げることができるので、排気ガスを吸気管４に導き易くすることができる。これにより、通常よりも多量の排気ガスを吸気管４に還流させることができ、排気ガスの還流量を通常時よりも大幅に増量することができる。なお、上述したＥＧＲ率は次式で定義される。 Further, when the above-described introduction pipe 12 is caused to function as exhaust gas recirculation means, the throttle valve 13 can also be used to adjust the exhaust gas recirculation rate (EGR rate). In particular, the throttle valve 13 functions effectively when the engine 1 performs premixed compression ignition combustion. This premixed compression ignition combustion is a combustion in which fuel injection is advanced from the intake stroke to the middle of the compression stroke to generate a uniform mixture in the cylinder in advance, and this mixture is ignited at the end of the compression stroke. It is an aspect. However, since this premixed compression ignition combustion causes so-called pre-ignition that occurs before the compression top dead center when the internal combustion engine becomes a high load, its feasible region is limited to a narrow range on the low load side. As an attempt to expand this feasible region, it is known that the recirculation amount of the exhaust gas is significantly increased from that during normal combustion to suppress the maximum combustion temperature. Therefore, when the introduction pipe 12 functions as the exhaust gas recirculation means, the pressure in the vicinity of the connection portion 12a can be lowered by reducing the opening of the throttle valve 13, so that the exhaust gas is guided to the intake pipe 4. Can be made easier. As a result, a larger amount of exhaust gas than usual can be recirculated to the intake pipe 4, and the recirculation amount of exhaust gas can be significantly increased as compared with the normal time. The EGR rate described above is defined by the following equation.

ＥＧＲ率＝排気ガス量／（新気量＋排気ガス量） EGR rate = exhaust gas amount / (new air amount + exhaust gas amount)

以上のように構成された本実施形態の過給システムは主にエンジン１の運転状態を制御するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１４により制御される。ＥＣＵ１４はマイクロプロセッサ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の周辺機器を備えたコンピュータユニットとして構成されている。ＥＣＵ１４は、図１に示したように、アクセルの開度及びその変化量を検出するアクセル開度センサ２０、機関回転数を検知する回転数センサ２１、エンジン１の図示しない吸気マニホールド内に設けられ、吸気管４内の圧力（過給圧）を検出する過給圧センサ２２、吸気管４内に流入する空気流量を検出するエアフロメータ２３、等の各種センサの入力情報に基づいて、電動コンプレッサ３の作動状態、バイパス弁７の開度、及びスロットル弁１３の開度をそれぞれ制御する。但し、バイパス弁７として上述したシャッターバルブを採用した場合には、このバイパス弁７に対する制御は不要となる。 The supercharging system of the present embodiment configured as described above is controlled mainly by an engine control unit (ECU) 14 that controls the operating state of the engine 1. ECU14 is comprised as a computer unit provided with peripheral devices, such as a microprocessor, ROM, and RAM. As shown in FIG. 1, the ECU 14 is provided in an accelerator opening sensor 20 that detects the accelerator opening and its change amount, a rotation speed sensor 21 that detects the engine speed, and an intake manifold (not shown) of the engine 1. Based on the input information of various sensors such as a supercharging pressure sensor 22 for detecting the pressure (supercharging pressure) in the intake pipe 4 and an air flow meter 23 for detecting the flow rate of air flowing into the intake pipe 4, an electric compressor 3, the opening degree of the bypass valve 7, and the opening degree of the throttle valve 13 are respectively controlled. However, when the above-described shutter valve is employed as the bypass valve 7, control of the bypass valve 7 is not necessary.

図２は、本実施形態に係る過給システムの制御内容を示す概念図である。図２に示したように、ＥＣＵ１４は電動コンプレッサ３による過給アシストを実施するに際し、まずアクセル踏み込み量に応じて設定される目標過給圧と実際の過給圧（実過給圧）との差（過給圧差）を算出する。この目標過給圧は、例えば、アクセル踏み込み量に関連付けて目標過給圧を定めたマップをＥＣＵ１４のＲＯＭに格納しておき、このマップとアクセル開度センサ２０（図１）の出力値に基づいて決定する。また、実際の過給圧は過給圧センサ２２（図１参照）の出力値を参照して取得すればよい。 FIG. 2 is a conceptual diagram showing the control contents of the supercharging system according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, when the ECU 14 performs the supercharging assist by the electric compressor 3, first, the target supercharging pressure set according to the accelerator depression amount and the actual supercharging pressure (actual supercharging pressure) are set. The difference (supercharging pressure difference) is calculated. For this target boost pressure, for example, a map in which the target boost pressure is determined in association with the accelerator depression amount is stored in the ROM of the ECU 14, and this map and the output value of the accelerator opening sensor 20 (FIG. 1) are used. To decide. The actual supercharging pressure may be obtained by referring to the output value of the supercharging pressure sensor 22 (see FIG. 1).

そして、ＥＣＵ１４は上記過給圧差に応じたアシスト量を決定する。例えば図３に示したように、電動コンプレッサ３に供給すべき電力（ＭＣアシスト電力）を過給圧差に応じて定めておいたマップをＥＣＵ１４のＲＯＭに格納しておき、このマップを参照することにより現在の過給圧差に応じたＭＣアシスト電力を決定する。この図から明らかなように、過給圧差が大きいほどＭＣアシスト電力、即ちアシスト量は大きくなる。次いで、ＥＣＵ１４は過給圧差に応じて決定された電力を電気モータ３ａに供給するとともに、バイパス弁７を閉弁し、バイパス通路６への空気の流入を禁止する。これにより好適なアシスト量にて過給アシストを実現できる。 Then, the ECU 14 determines an assist amount corresponding to the supercharging pressure difference. For example, as shown in FIG. 3, a map in which the electric power (MC assist electric power) to be supplied to the electric compressor 3 is determined according to the supercharging pressure difference is stored in the ROM of the ECU 14, and this map is referred to. The MC assist electric power according to the present supercharging pressure difference is determined. As is apparent from this figure, the MC assist power, that is, the assist amount increases as the supercharging pressure difference increases. Next, the ECU 14 supplies the electric power determined according to the supercharging pressure difference to the electric motor 3a, closes the bypass valve 7, and prohibits the inflow of air into the bypass passage 6. Thereby, supercharging assistance can be realized with a suitable assist amount.

但し、上述した導入管１２を排気還流手段として機能させた場合には、排気還流の実行中に過給アシストが行われる場合や、これとは反対に過給アシストの実行中に排気還流が行われる場合も起こり得る。この場合には、電動コンプレッサ３の作動によって、吸気管４内に圧力変動が生じ安定した排気還流が実行できなくなるおそれがある。そこで、ＥＣＵ１４は以下に説明するようにスロットル弁１３の開度を制御する。この制御をＥＣＵ１４が実行することによりＥＣＵ１４は排気還流率制御手段として機能し、安定した排気還流を実現できる。 However, when the introduction pipe 12 described above is functioned as exhaust gas recirculation means, supercharging assistance is performed while exhaust gas recirculation is being performed, or conversely, exhaust gas recirculation is performed while supercharging assist is being performed. May occur. In this case, the operation of the electric compressor 3 may cause pressure fluctuations in the intake pipe 4 and prevent stable exhaust gas recirculation. Therefore, the ECU 14 controls the opening degree of the throttle valve 13 as described below. When the ECU 14 executes this control, the ECU 14 functions as an exhaust gas recirculation rate control means, and can realize stable exhaust gas recirculation.

まず、ＥＣＵ１４は目標となる排気還流率（目標ＥＧＲ率）をエンジン１の運転状態に基づいて予め定められたマップを参照し、エンジン１の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率を取得する。例えば図４に示したように、機関回転数Ｎｅとトルクに関連付けて目標ＥＧＲ率を定めたマップを参照して、エンジン１の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率を取得する。この図から明らかなように、目標ＥＧＲ率は低負荷側から高負荷側に向けて、４０、３０、２０、１０％と順次定められている。そして、スロットル弁１３の開度として、目標ＥＧＲ率に応じたベース開度が閉じ側から開き側へ順次設定されている。従って、ＥＧＲ率を大幅に高める必要があるときは、スロットル弁の開度を絞り込めばよい。 First, the ECU 14 obtains a target EGR rate corresponding to the operating state of the engine 1 by referring to a predetermined map based on the operating state of the engine 1 for the target exhaust gas recirculation rate (target EGR rate). For example, as shown in FIG. 4, the target EGR rate corresponding to the operating state of the engine 1 is acquired with reference to a map in which the target EGR rate is determined in association with the engine speed Ne and the torque. As is apparent from this figure, the target EGR rate is sequentially determined as 40, 30, 20, and 10% from the low load side to the high load side. As the opening of the throttle valve 13, the base opening corresponding to the target EGR rate is sequentially set from the closing side to the opening side. Therefore, when it is necessary to greatly increase the EGR rate, the throttle valve opening may be narrowed down.

次にＥＣＵ１４は実際のＥＧＲ率が図４のマップを参照して取得した目標ＥＧＲ率となるように、スロットル弁１３の開度を制御する。例えば過給アシストの実行により目標ＥＧＲ率と実際のＥＧＲ率との間に偏差が生じたときには、ＥＣＵ１４はその偏差をなくすように、スロットル弁１３の開度をフィードバック制御する。即ち、図５に示したように、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも下回る場合（図５のＬ１）には、ＥＣＵ１４はスロットル弁１３の開度を図４のマップで設定されたベース開度よりも閉じ側に調整して目標ＥＧＲ率に一致させるように制御する。また、これとは反対に、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも上回る場合（図５のＬ２）には、ＥＣＵ１４はスロットル弁１３の開度を図４のマップで設定されたベース開度よりも開き側に調整して目標ＥＧＲ率に一致させるように制御する。このような制御を実行することにより、過給アシストが実行されている場合であっても目標ＥＧＲ率を達成することができる。なお、実際のＥＧＲ率は、例えば公知の吸気制御と同様に吸気温度から推定することができる。 Next, the ECU 14 controls the opening degree of the throttle valve 13 so that the actual EGR rate becomes the target EGR rate acquired with reference to the map of FIG. For example, when a deviation occurs between the target EGR rate and the actual EGR rate due to the execution of the supercharging assist, the ECU 14 feedback-controls the opening degree of the throttle valve 13 so as to eliminate the deviation. That is, as shown in FIG. 5, when the actual EGR rate is lower than the target EGR rate (L1 in FIG. 5), the ECU 14 sets the opening degree of the throttle valve 13 to the base opening set in the map of FIG. Control is performed so as to make it coincide with the target EGR rate by adjusting closer to the closing side. On the other hand, when the actual EGR rate exceeds the target EGR rate (L2 in FIG. 5), the ECU 14 sets the opening degree of the throttle valve 13 to the base opening degree set in the map of FIG. Is also adjusted to the open side so as to match the target EGR rate. By executing such control, the target EGR rate can be achieved even when supercharging assist is being executed. It should be noted that the actual EGR rate can be estimated from the intake air temperature, for example, as in the known intake air control.

以上本発明の内燃機関用過給システムについて、上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態においては、本発明の過給システムの適用対象としてディーゼルエンジン１としたが、内燃機関の形式は問わない。従って、本発明を火花点火式のガソリンエンジンに適用してもよいし、他のガソリンエンジンに適用してもよい。 As mentioned above, although the supercharging system for internal combustion engines of this invention was demonstrated based on the said embodiment, this invention is not limited to this. For example, in the above embodiment, the diesel engine 1 is used as an application target of the supercharging system of the present invention, but the type of the internal combustion engine is not limited. Therefore, the present invention may be applied to a spark ignition type gasoline engine or may be applied to other gasoline engines.

本発明に係る実施形態の全体構成を示す概略図。Schematic which shows the whole structure of embodiment which concerns on this invention. 過給システムの制御内容を示す概念図。The conceptual diagram which shows the control content of a supercharging system. 電動コンプレッサに供給すべき電力を過給圧差に応じて定めたマップの一例を示した図。The figure which showed an example of the map which defined the electric power which should be supplied to an electric compressor according to the supercharging pressure difference. 機関回転数とトルクに関連付けて目標ＥＧＲ率を定めたマップの一例を示した図。The figure which showed an example of the map which defined the target EGR rate in association with the engine speed and torque. スロットル弁の開度制御の説明図。Explanatory drawing of the opening degree control of a throttle valve.

Explanation of symbols

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
２ターボ過給機
２ａコンプレッサ
２ｂタービン
３電動コンプレッサ
３ａ電気モータ
４吸気管（吸気通路）
５排気管（排気通路）
１１排気浄化装置
１２導入管（排気還流手段、ブローバイガス還元手段）
１３スロットル弁
１４ＥＣＵ（排気還流率制御手段）
1 Diesel engine (internal combustion engine)
2 Turbocharger 2a Compressor 2b Turbine 3 Electric compressor 3a Electric motor 4 Intake pipe (intake passage)
5 Exhaust pipe (exhaust passage)
11 Exhaust purification device 12 Introduction pipe (exhaust gas recirculation means, blow-by gas reduction means)
13 Throttle valve 14 ECU (exhaust gas recirculation rate control means)

Claims

The present invention is applied to an internal combustion engine including an intake passage and an exhaust passage, and an exhaust gas recirculation unit that recirculates a part of exhaust gas in the exhaust passage to the intake passage, and uses the exhaust energy of the internal combustion engine to In a supercharging system for an internal combustion engine, comprising: a turbocharger that supercharges an engine; and an electric compressor provided in the intake passage upstream of a compressor of the turbocharger.
The throttle valve is provided in the intake passage upstream of the electric compressor and is adjustable in opening, and the exhaust gas recirculation means is provided in the intake passage downstream of the throttle valve and upstream of the electric compressor. A supercharging system for an internal combustion engine, wherein a part of exhaust gas in an exhaust passage is recirculated.

The internal combustion engine according to claim 1, further comprising an exhaust gas recirculation rate control means for controlling an opening degree of the throttle valve so as to obtain a target exhaust gas recirculation rate set based on an operating state of the internal combustion engine. Supercharging system for engines.

The supercharging system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas recirculation means extracts a part of the exhaust gas from the exhaust passage downstream of the turbine of the turbocharger.

The exhaust passage downstream of the turbocharger turbine is provided with an exhaust purification device that purifies exhaust gas or captures particulate matter in the exhaust gas,
The supercharging system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the exhaust gas recirculation means extracts a part of the exhaust gas from the exhaust passage downstream of the exhaust gas purification device.

A turbocharger that is applied to an internal combustion engine that includes an intake passage and blow-by gas reduction means that introduces a blow-by gas into the intake passage and that supercharges the internal combustion engine using exhaust energy of the internal combustion engine A supercharging system for an internal combustion engine comprising: a compressor; and an electric compressor provided in the intake passage upstream of a compressor of the turbocharger,
The throttle valve is provided in the intake passage upstream of the electric compressor and adjustable in opening, and the blow-by gas reduction means is provided in the intake passage downstream of the throttle valve and upstream of the electric compressor. A supercharging system for an internal combustion engine, characterized by introducing blow-by gas.