JP4479502B2 - Multistage supercharging system for internal combustion engine and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関用多段過給システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a multistage supercharging system for an internal combustion engine and a control method therefor.
従来から、互いに最大容量の異なる高圧ターボ過給機と低圧ターボ過給機とを直列に配置した内燃機関用多段過給システムが知られている。この種のシステムにおいて高圧ターボ過給機と低圧ターボ過給機とを適宜に使い分けるため、高圧ターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス通路を設けるとともに、バイパス通路への排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブを設けたものが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。また、内燃機関の減速時にタービンのノズル開口面積を狭めてエンジンブレーキを効率良く働かせる装置が知られている(例えば、特許文献3参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献4〜7が存在する。
これらの文献には、可動ベーンを備えた容量可変式のターボ過給機を多段に接続した多段過給システムにおいて各可動ベーンの開度及び排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御してエンジンブレーキの効きを強める方法について開示されていない。 In these documents, in the multistage turbocharging system in which variable capacity turbochargers equipped with movable vanes are connected in multiple stages, the opening degree of each movable vane and the opening degree of the exhaust bypass valve are controlled respectively. It does not disclose how to increase effectiveness.
そこで、本発明は、可動ベーンを備えたターボ過給機を多段に接続した多段過給システムにおいて、各可動ベーンの開度を制御してエンジンブレーキの効きを強めることが可能な内燃機関用多段過給システム及びその制御方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a multistage turbocharger system in which turbochargers having movable vanes are connected in multiple stages, and the multistage for an internal combustion engine capable of increasing the effectiveness of engine braking by controlling the opening of each movable vane. An object is to provide a supercharging system and a control method thereof.
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムの制御方法は、可動ベーンを備えた可変容量式の高圧ターボ過給機と、前記高圧ターボ過給機のタービンよりも排気通路の下流に配置されるタービン及び前記高圧ターボ過給機のコンプレッサよりも吸気通路の上流に配置されるコンプレッサをそれぞれ有するとともに可動ベーンを備え、前記高圧ターボ過給機とは最大容量が異なる可変容量式の低圧ターボ過給機と、を備えた内燃機関用多段過給システムに適用される制御方法であって、前記内燃機関の減速時、吸気温度が上昇するように前記吸気通路の圧力を上昇させるとともに、前記吸気通路の圧力よりも前記排気通路の圧力が高く、かつ前記排気通路の圧力と前記吸気通路の圧力との差が拡大するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ制御することにより、上述した課題を解決する(請求項1)。
A control method for a first multistage supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention includes a variable capacity high pressure turbocharger having a movable vane, and a downstream of an exhaust passage from a turbine of the high pressure turbocharger. And a variable displacement low-pressure turbocharger having a movable vane and having a compressor disposed upstream of the compressor of the high-pressure turbocharger and having a movable vane. A control method applied to a multistage supercharging system for an internal combustion engine comprising a supercharger, wherein the pressure of the intake passage is increased so that the intake air temperature rises during deceleration of the internal combustion engine, The movable vane of the high-pressure turbocharger so that the pressure of the exhaust passage is higher than the pressure of the intake passage, and the difference between the pressure of the exhaust passage and the pressure of the intake passage is enlarged. By controlling the opening and the opening of the movable vanes of the low pressure turbocharger respectively, solving the problems described above (claim 1).
排気通路の圧力と吸気通路の圧力との差が拡大すると、内燃機関のピストンは吸気行程時に吸気から受ける力よりも大きい力で排気行程時に排気を押し出すため、ポンピングロスを増加させることができる。また、吸気温度を上昇させることで、圧縮行程時及び膨張行程時に吸気から内燃機関に逃げる熱を増加させ、内燃機関の冷却損失を増加させることができる。そのため、このように内燃機関のポンピングロス及び冷却損失をそれぞれ増加させることで、エンジンブレーキの効きを強めることができる。
The difference between the pressure in the pressure and the intake passage of the exhaust passage is expanded, a piston of an internal combustion engine to push the exhaust during the exhaust stroke at a greater force than the force received from the intake at the time of the intake stroke, it is possible to increase the pumping loss . Further, by increasing the intake air temperature, the heat that escapes from the intake air to the internal combustion engine during the compression stroke and the expansion stroke can be increased, and the cooling loss of the internal combustion engine can be increased. Therefore, the effectiveness of engine braking can be enhanced by increasing the pumping loss and cooling loss of the internal combustion engine in this way.
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムの制御方法において、前記排気通路には、前記高圧ターボ過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路への排気ガスの流入及びその禁止を切り替え可能な排気バイパスバルブと、が設けられ、前記内燃機関の減速時、前記内燃機関の吸入空気量が多いほど前記低圧ターボ過給機の可動ベーンを閉じ側に設定するとともに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンを開き側に設定し、かつ前記内燃機関の吸入空気量が前記高圧ターボ過給機の最大容量に基づいて設定された判定吸入空気量以上である場合は前記バイパス通路に排気ガスが流入するように前記排気バイパスバルブを切り替え、前記内燃機関の吸入空気量が前記判定吸入空気量未満である場合は前記バイパス通路への排気ガスの流入が禁止されるように前記排気バイパスバルブを切り替えてもよい(請求項2)。
In the first control method for a multistage turbocharging system for an internal combustion engine of the present invention, the exhaust passage includes a bypass passage that bypasses the turbine of the high-pressure turbocharger, an inflow of exhaust gas to the bypass passage, and An exhaust bypass valve capable of switching prohibition, and at the time of deceleration of the internal combustion engine, the higher the intake air amount of the internal combustion engine, the closer the movable vane of the low pressure turbocharger is set to the closed side and the high pressure turbo When the movable vane of the supercharger is set to the open side, and the intake air amount of the internal combustion engine is equal to or larger than the determined intake air amount set based on the maximum capacity of the high-pressure turbocharger, the bypass passage The exhaust bypass valve is switched so that exhaust gas flows in. If the intake air amount of the internal combustion engine is less than the determined intake air amount, the exhaust gas to the bypass passage is Even switches the exhaust bypass valve so that flow of is prohibited good (claim 2).
この態様によれば、内燃機関の減速時に吸入空気量が少ない場合は、高圧ターボ過給機の可動ベーンが閉じ側に制御されるので、高圧ターボ過給機のタービンよりも上流側の排気通路の圧力を上昇させ、排気通路の圧力と吸気通路の圧力の差を拡大させることができる。また、可動ベーンを閉じ側に制御することで、高圧ターボ過給機の回転数を増加させることができるので、吸気通路の圧力を上昇させ、吸気温度を上昇させることができる。また、このように高圧ターボ過給機の回転数を上昇させておくことで、再加速時に内燃機関の過給を速やかに行うことができる。この際、低圧ターボ過給機の可動ベーンは開き側に制御されるので、高圧ターボ過給機のタービンよりも下流側の排気通路の圧力の上昇が抑制される。これにより、高圧ターボ過給機のタービン前後の圧力差の縮小を抑制することができるので、高圧ターボ過給機の回転数の低下を抑制することができる。 According to this aspect, when the amount of intake air is small at the time of deceleration of the internal combustion engine, the movable vane of the high-pressure turbocharger is controlled to the closed side, so that the exhaust passage on the upstream side of the turbine of the high-pressure turbocharger The pressure difference between the exhaust passage pressure and the intake passage pressure can be increased. Further, by controlling the movable vane to the closed side, the number of revolutions of the high-pressure turbocharger can be increased, so that the pressure in the intake passage can be increased and the intake air temperature can be increased. Further, by increasing the rotational speed of the high-pressure turbocharger in this way, the internal combustion engine can be supercharged quickly during reacceleration. At this time, since the movable vanes of the low-pressure turbocharger are controlled to the opening side, an increase in the pressure of the exhaust passage on the downstream side of the turbine of the high-pressure turbocharger is suppressed. Thereby, since the reduction | decrease of the pressure difference before and behind the turbine of a high pressure turbocharger can be suppressed, the fall of the rotation speed of a high pressure turbocharger can be suppressed.
一方、内燃機関の減速時に吸入空気量が多い場合は、低圧ターボ過給機の可動ベーンが閉じ側に制御されるので、低圧ターボ過給機のタービンよりも上流側の排気通路の圧力を上昇させ、排気通路の圧力と吸気通路の圧力の差を拡大させることができる。また、この可動ベーンの閉じ側の制御により、低圧ターボ過給機の回転数を増加させて吸気通路の圧力を上昇させ、吸気温度を上昇させることができる。この際、高圧ターボ過給機の可動ベーンは開き側に制御されるので、高圧ターボ過給機の回転数の増加を抑制することができる。さらに、吸入空気量が判定吸入空気量以上である場合は、バイパス通路に排気が流入するように排気バイパスバルブが切り替えられるので、高圧ターボ過給機の過回転を防止することができる。このように各可動ベーンの開度及び排気バイパスバルブの開度を制御することで、エンジンブレーキの効きを強めつつ、高圧ターボ過給機の過回転を防止することができる。 On the other hand, if the amount of intake air is large during deceleration of the internal combustion engine, the movable vane of the low-pressure turbocharger is controlled to the closed side, so the pressure in the exhaust passage upstream of the turbine of the low-pressure turbocharger is increased. Thus, the difference between the pressure in the exhaust passage and the pressure in the intake passage can be increased. Further, by controlling the movable vane on the closing side, the number of revolutions of the low-pressure turbocharger can be increased to increase the pressure in the intake passage, thereby increasing the intake air temperature. At this time, since the movable vane of the high-pressure turbocharger is controlled to the open side, an increase in the rotation speed of the high-pressure turbocharger can be suppressed. Furthermore, when the intake air amount is greater than or equal to the determined intake air amount, the exhaust bypass valve is switched so that the exhaust flows into the bypass passage, so that over-rotation of the high-pressure turbocharger can be prevented. Thus, by controlling the opening degree of each movable vane and the opening degree of the exhaust bypass valve, it is possible to prevent over-rotation of the high-pressure turbocharger while enhancing the effectiveness of the engine brake.
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムの制御方法は、前記吸気通路に吸入空気量を調整するスロットル弁が設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流させるEGR通路と、前記EGR通路に設けられて前記吸気通路に還流される排気ガス量を調整するEGR弁と、をさらに備え、前記内燃機関の減速時、前記スロットル弁を開くとともに前記EGR弁を全閉に制御してもよい(請求項3)。内燃機関の減速時にスロットル弁を開けることで、吸気通路の圧力を低下させることなく内燃機関に吸気を流入させることができる。また、EGR弁を全閉に制御することで、排気通路と吸気通路の間のガス流れを遮断して排気通路の圧力と吸気通路の圧力との圧力差を維持することができる。さらに、EGR弁を閉じることで、各ターボの回転数をそれぞれ増加させることができるので、吸気通路の圧力を上昇させることができる。
According to the first control method for a multistage supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, a throttle valve for adjusting an intake air amount is provided in the intake passage, and a part of the exhaust gas is recirculated from the exhaust passage to the intake passage. An EGR passage, and an EGR valve that is provided in the EGR passage and adjusts the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage. When the internal combustion engine is decelerated, the throttle valve is opened and the EGR valve is fully opened. It may be controlled to close ( Claim 3 ). By opening the throttle valve during deceleration of the internal combustion engine, intake air can be introduced into the internal combustion engine without reducing the pressure in the intake passage. Further, by controlling the EGR valve to be fully closed, the gas flow between the exhaust passage and the intake passage can be cut off, and the pressure difference between the pressure in the exhaust passage and the pressure in the intake passage can be maintained. Furthermore, by closing the EGR valve, the number of revolutions of each turbo can be increased, so that the pressure in the intake passage can be increased.
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムの制御方法は、前記低圧ターボ過給機のタービンよりも下流の前記排気通路に設けられる排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記内燃機関の減速時に前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、を備え、前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記排気浄化触媒の活性温度域に応じて予め設定された所定温度よりも高いと判断した場合は、前記スロットル弁を全開に制御するとともに前記EGR弁を閉じ、一方前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記所定温度以下であると判断した場合は、前記スロットル弁を全閉に制御するとともに前記EGR弁を開き、さらに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ閉じ側に制御してもよい(請求項4)。
The first control method for a multi-stage turbocharging system for an internal combustion engine according to the present invention acquires an exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage downstream of the turbine of the low-pressure turbocharger and the temperature of the exhaust purification catalyst. Catalyst temperature acquisition means; and fuel supply stop means for stopping fuel supply to the internal combustion engine when the internal combustion engine is decelerated. The temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means during deceleration of the internal combustion engine is the exhaust gas. When it is determined that the temperature is higher than a predetermined temperature set in advance according to the activation temperature range of the purification catalyst, the throttle valve is controlled to be fully opened and the EGR valve is closed, while the catalyst temperature is acquired when the internal combustion engine is decelerated. When it is determined that the temperature acquired by the means is equal to or lower than the predetermined temperature, the throttle valve is controlled to be fully closed, the EGR valve is opened, and the high pressure Bo of movable vanes of the supercharger opening and the opening of the movable vanes of the low pressure turbocharger may be controlled to the closing side, respectively (claim 4).
この態様によれば、内燃機関の減速時に内燃機関への燃料供給が停止されるので、排気ガスの温度が低下する。減速が長時間継続し、温度の低い排気ガスが排気浄化触媒に流入し続ける場合は、排気浄化触媒の温度が排気浄化触媒の活性温度域の下限値以下に低下するおそれがある。そこで、排気浄化触媒の温度がこの活性温度域に応じて設定された所定温度以下である場合、スロットル弁を全閉にして吸入空気量を減少させて排気浄化触媒に流入するガス量を減少させる。さらに、EGR弁を開いて排気通路から吸気通路に排気ガスを戻すとともに、低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ閉じ側に制御することで、排気浄化触媒に流入する排気ガスの量を減少させる。このようにスロットル弁、EGR弁、及び各可動ベーンの開度を制御することで、内燃機関の減速時における排気浄化触媒の温度低下を抑制し、排気エミッションの悪化を抑制することができる。 According to this aspect, since the fuel supply to the internal combustion engine is stopped when the internal combustion engine is decelerated, the temperature of the exhaust gas decreases. When the deceleration continues for a long time and the exhaust gas having a low temperature continues to flow into the exhaust purification catalyst, the temperature of the exhaust purification catalyst may fall below the lower limit value of the activation temperature range of the exhaust purification catalyst. Therefore, when the temperature of the exhaust purification catalyst is equal to or lower than a predetermined temperature set in accordance with this activation temperature range, the throttle valve is fully closed to reduce the amount of intake air and the amount of gas flowing into the exhaust purification catalyst. . Furthermore, the exhaust gas is returned from the exhaust passage to the intake passage by opening the EGR valve, and the opening degree of the movable vane of the low pressure turbocharger and the opening degree of the movable vane of the high pressure turbocharger are respectively controlled to the closed side. Thus, the amount of exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst is reduced. Thus, by controlling the opening degree of the throttle valve, the EGR valve, and each movable vane, it is possible to suppress a decrease in the temperature of the exhaust purification catalyst when the internal combustion engine is decelerated, and to suppress the deterioration of exhaust emission.
この態様において、前記触媒温度取得手段は、減速前の前記内燃機関の運転状態及び減速時の前記内燃機関の吸入空気量に基づいて前記排気浄化触媒の温度を推定してもよい(請求項5)。内燃機関の減速時、排気ガスの温度は、高圧ターボ過給機のタービンの温度、低圧ターボ過給機のタービンの温度、及び排気通路の温度が高いほど高く、また吸入空気量が少ないほど高くなる。各タービンの温度及び排気通路の温度は減速前の内燃機関の運転状態に応じて変化し、例えば内燃機関が高負荷で運転されていた場合は、内燃機関が低負荷で運転されていた場合よりも、各タービンの温度及び排気通路の温度が高くなる。このような関係に基づいて、減速前の内燃機関の運転状態及び減速時の吸入空気量から減速時の排気ガスの温度を推定し、この排気ガスが流入する排気浄化触媒の温度を推定する。このように、減速前の内燃機関に運転状態及び吸入空気量に基づいて温度を排気浄化触媒の推定することで、新たなセンサを設けることなく排気浄化触媒の温度を取得することができる。
In this embodiment, the catalyst temperature acquiring means may be estimated temperature of the exhaust purification catalyst based on the intake air amount of the internal combustion engine during the operating state and deceleration of the internal combustion engine before the deceleration (claim 5 ). During deceleration of the internal combustion engine, the temperature of the exhaust gas increases as the temperature of the turbine of the high-pressure turbocharger, the temperature of the turbine of the low-pressure turbocharger, and the temperature of the exhaust passage increase, and as the intake air amount decreases. Become. The temperature of each turbine and the temperature of the exhaust passage change according to the operating state of the internal combustion engine before deceleration. For example, when the internal combustion engine is operated at a high load, it is more than when the internal combustion engine is operated at a low load. In addition, the temperature of each turbine and the temperature of the exhaust passage are increased. Based on such a relationship, the temperature of the exhaust gas during deceleration is estimated from the operating state of the internal combustion engine before deceleration and the intake air amount during deceleration, and the temperature of the exhaust purification catalyst into which the exhaust gas flows is estimated. Thus, the temperature of the exhaust purification catalyst can be acquired without providing a new sensor by estimating the temperature of the exhaust purification catalyst based on the operating state and the intake air amount in the internal combustion engine before deceleration.
本発明の第二の内燃機関用多段過給システムの制御方法は、可動ベーンを備えた可変容量式の高圧ターボ過給機と、前記高圧ターボ過給機のタービンよりも排気通路の下流に配置されるタービン及び前記高圧ターボ過給機のコンプレッサよりも吸気通路の上流に配置されるコンプレッサを有し、前記高圧ターボ過給機とは最大容量が異なる低圧ターボ過給機と、前記排気通路に設けられ、前記高圧ターボ過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブと、を備えた内燃機関用多段過給システムに適用される制御方法であって、前記内燃機関の減速時、前記内燃機関のポンピングロス及び冷却損失がそれぞれ増加するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御することにより、上述した課題を解決する(請求項6)。
A second control method for a multi-stage turbocharging system for an internal combustion engine according to the present invention includes a variable capacity high pressure turbocharger having a movable vane and a downstream of an exhaust passage from a turbine of the high pressure turbocharger. A low-pressure turbocharger having a maximum capacity different from that of the high-pressure turbocharger, and an exhaust passage in the exhaust passage. The invention is applied to a multistage supercharging system for an internal combustion engine provided with a bypass passage that bypasses the turbine of the high-pressure turbocharger and an exhaust bypass valve that adjusts the flow rate of exhaust gas that passes through the bypass passage A control method, wherein when the internal combustion engine is decelerated, the opening degree of the movable vane of the high-pressure turbocharger and the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine are increased. By controlling the opening degree of the exhaust bypass valve respectively, to solve the problems described above (claim 6).
本発明の第二の制御方法によれば、内燃機関の減速時、高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御して内燃機関のポンピングロス及び冷却損失をそれぞれ増加させるので、第一の制御方法と同様に、エンジンブレーキの効きを強めることができる。 According to the second control method of the present invention, when the internal combustion engine is decelerated, the opening degree of the movable vane and the exhaust bypass valve of the high-pressure turbocharger are controlled to reduce the pumping loss and cooling loss of the internal combustion engine. Since each of them is increased, the effectiveness of engine braking can be increased as in the first control method.
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムは、可動ベーンを備えた可変容量式の高圧ターボ過給機と、前記高圧ターボ過給機のタービンよりも排気通路の下流に配置されるタービン及び前記高圧ターボ過給機のコンプレッサよりも吸気通路の上流に配置されるコンプレッサをそれぞれ有するとともに可動ベーンを備え、前記高圧ターボ過給機とは最大容量が異なる可変容量式の低圧ターボ過給機と、を備えた内燃機関用多段過給システムであって、前記内燃機関の減速時、前記内燃機関のポンピングロス及び冷却損失がそれぞれ増加するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ制御する制御手段を備え、前記制御手段は、前記内燃機関の減速時、吸気温度が上昇するように前記吸気通路の圧力を上昇させるとともに、前記吸気通路の圧力よりも前記排気通路の圧力が高く、かつ前記排気通路の圧力と前記吸気通路の圧力との差が拡大するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ制御することにより、上述した課題を解決する(請求項7)。
A first multistage supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention includes a variable capacity high pressure turbocharger having a movable vane, and a turbine disposed downstream of an exhaust passage from the turbine of the high pressure turbocharger. And a variable displacement low-pressure turbocharger having a compressor disposed upstream of the compressor of the high-pressure turbocharger and having a movable vane and having a maximum capacity different from that of the high-pressure turbocharger And the opening degree of the movable vane of the high-pressure turbocharger so that the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine respectively increase when the internal combustion engine is decelerated. and a control means for controlling the opening of the movable vanes of the low pressure turbocharger respectively, wherein, during deceleration of the internal combustion engine, so that the intake air temperature rises The high pressure turbocharger is configured to increase the pressure of the intake passage and to increase the pressure of the exhaust passage higher than the pressure of the intake passage and to increase the difference between the pressure of the exhaust passage and the pressure of the intake passage. by controlling the machine of the movable vane opening and the opening of the movable vanes of the low pressure turbocharger respectively, solving the problems described above (claim 7).
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムによれば、内燃機関の減速時、制御手段が高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ制御して内燃機関のポンピングロス及び冷却損失をそれぞれ増加させるので、エンジンブレーキの効きを強めることができる。 According to the first multistage supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, when the internal combustion engine is decelerated, the control means determines the opening degree of the movable vane of the high pressure turbocharger and the opening degree of the movable vane of the low pressure turbocharger. Since the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine are respectively increased by controlling them, the effectiveness of the engine brake can be enhanced.
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムは、上述した本発明の制御方法の好ましい態様を実現するために以下のような態様を備えることができる。 The first multistage supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention can include the following aspects in order to realize the preferable aspect of the control method of the present invention described above.
すなわち、本発明の第一の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記排気通路には、前記高圧ターボ過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路への排気ガスの流入及びその禁止を切り替え可能な排気バイパスバルブと、が設けられ、前記制御手段は、前記内燃機関の減速時、前記内燃機関の吸入空気量が多いほど前記低圧ターボ過給機の可動ベーンを閉じ側に設定するとともに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンを開き側に設定し、かつ前記内燃機関の吸入空気量が前記高圧ターボ過給機の最大容量に基づいて設定された判定吸入空気量以上である場合は前記バイパス通路に排気ガスが流入するように前記排気バイパスバルブを切り替え、前記内燃機関の吸入空気量が前記判定吸入空気量未満である場合は前記バイパス通路への排気ガスの流入が禁止されるように前記排気バイパスバルブを切り替えてもよい(請求項8)。このように各可動ベーンの開度を制御することで、内燃機関のポンピングロス及び冷却損失をそれぞれ増加させることができるので、エンジンブレーキの効きを強めることができる。
That is, in the first internal combustion engine supercharger system of the present invention, before Symbol exhaust passage, a bypass passage bypassing the turbine of the high-pressure turbocharger, inlet and exhaust gas to the bypass passage An exhaust bypass valve capable of switching prohibition, and the control means sets the movable vane of the low-pressure turbocharger to the closed side as the intake air amount of the internal combustion engine increases when the internal combustion engine decelerates And when the movable vane of the high-pressure turbocharger is set to the open side, and the intake air amount of the internal combustion engine is equal to or greater than the determined intake air amount set based on the maximum capacity of the high-pressure turbocharger Switches the exhaust bypass valve so that exhaust gas flows into the bypass passage, and if the intake air amount of the internal combustion engine is less than the determined intake air amount, It may be switched to the exhaust bypass valve so the inflow of exhaust gas into the passage is prohibited (claim 8). By thus controlling the opening degree of the movable vanes, because the pumping loss and cooling loss of the engine can be increased respectively, can be enhanced effectiveness of engine braking.
本発明の第一の内燃機関用多段過給システムは、前記吸気通路に吸入空気量を調整するスロットル弁が設けられ、前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流させるEGR通路と、前記EGR通路に設けられて前記吸気通路に還流される排気ガス量を調整するEGR弁と、をさらに備え、前記制御手段は、前記内燃機関の減速時、前記スロットル弁を開くとともに前記EGR弁を全閉に制御してもよい(請求項9)。さらに、前記低圧ターボ過給機のタービンよりも下流の前記排気通路に設けられる排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記内燃機関の減速時に前記内燃機関への燃料供給を停止する燃料供給停止手段と、を備え、前記制御手段は、前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記排気浄化触媒の活性温度域に応じて予め設定された所定温度よりも高いと判断した場合は、前記スロットル弁を全開に制御するとともに前記EGR弁を閉じ、一方前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記所定温度以下であると判断した場合は、前記スロットル弁を全閉に制御するとともに前記EGR弁を開き、さらに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ閉じ側に制御してもよい(請求項10)。この場合、前記触媒温度取得手段は、減速前の前記内燃機関の運転状態及び減速時の前記内燃機関の吸入空気量に基づいて前記排気浄化触媒の温度を推定してもよい(請求項11)。
The first multistage supercharging system for an internal combustion engine according to the present invention is provided with a throttle valve for adjusting an intake air amount in the intake passage, and an EGR passage for recirculating a part of exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage. An EGR valve that is provided in the EGR passage and adjusts an amount of exhaust gas recirculated to the intake passage, and the control means opens the throttle valve and decelerates the EGR valve when the internal combustion engine is decelerated. May be controlled to be fully closed ( claim 9 ). Further, an exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage downstream of the turbine of the low-pressure turbocharger, catalyst temperature acquisition means for acquiring the temperature of the exhaust purification catalyst, and the internal combustion engine when the internal combustion engine is decelerated Fuel supply stop means for stopping the fuel supply, and the control means presets the temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means during deceleration of the internal combustion engine according to the activation temperature range of the exhaust purification catalyst When it is determined that the temperature is higher than the predetermined temperature, the throttle valve is controlled to be fully opened and the EGR valve is closed, while the temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means when the internal combustion engine is decelerated is equal to or lower than the predetermined temperature. Is determined, the throttle valve is controlled to be fully closed, the EGR valve is opened, and the opening degree of the movable vane of the high-pressure turbocharger is increased. It may be used to control the degree of opening of the movable vanes of the low pressure turbocharger to the closing side, respectively (claim 10). In this case, the catalyst temperature acquiring means may be estimated temperature of the exhaust purification catalyst based on the intake air amount of the internal combustion engine during the operating state and deceleration of the internal combustion engine before the deceleration (claim 11) .
本発明の第二の内燃機関用多段過給システムは、可動ベーンを備えた可変容量式の高圧ターボ過給機と、前記高圧ターボ過給機のタービンよりも排気通路の下流に配置されるタービン及び前記高圧ターボ過給機のコンプレッサよりも吸気通路の上流に配置されるコンプレッサを有し、前記高圧ターボ過給機とは最大容量が異なる低圧ターボ過給機と、前記排気通路に設けられ、前記高圧ターボ過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブと、を備えた内燃機関用多段過給システムであって、前記内燃機関の減速時、前記内燃機関のポンピングロス及び冷却損失がそれぞれ増加するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御する制御手段を備えていることにより、上述した課題を解決する(請求項12)。
A second multi-stage turbocharging system for an internal combustion engine according to the present invention includes a variable capacity high-pressure turbocharger having a movable vane, and a turbine disposed downstream of an exhaust passage from the turbine of the high-pressure turbocharger. And a compressor disposed upstream of the intake passage from the compressor of the high-pressure turbocharger, the low-pressure turbocharger having a maximum capacity different from that of the high-pressure turbocharger, and provided in the exhaust passage, A multi-stage supercharging system for an internal combustion engine, comprising: a bypass passage that bypasses the turbine of the high-pressure turbocharger; and an exhaust bypass valve that adjusts a flow rate of exhaust gas that passes through the bypass passage. The opening degree of the movable vane of the high-pressure turbocharger and the opening degree of the exhaust bypass valve so that the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine respectively increase during deceleration of By that it comprises a control means for controlling each of solving the problems described above (claim 12).
本発明の第二の内燃機関用多段過給システムによれば、内燃機関の減速時、制御手段が高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び排気バイパスバルブの開度を制御して内燃機関のポンピングロス及び冷却損失をそれぞれ増加させるので、減速時のエンジンブレーキの効きを強めることができる。 According to the second multistage supercharging system for an internal combustion engine of the present invention, when the internal combustion engine is decelerated, the control means controls the opening of the movable vane and the opening of the exhaust bypass valve of the high-pressure turbocharger. The pumping loss and the cooling loss of the engine are respectively increased, so that the effectiveness of the engine brake at the time of deceleration can be enhanced.
以上に説明したように、本発明によれば、内燃機関の減速時に低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度、高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度、及び排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御して内燃機関のポンピングロス及び冷却損失を増加させるので、エンジンブレーキの効きを強くすることができる。 As described above, according to the present invention, the opening degree of the movable vane of the low-pressure turbocharger, the opening degree of the movable vane of the high-pressure turbocharger, and the opening degree of the exhaust bypass valve are determined during deceleration of the internal combustion engine. Since the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine are increased by controlling each of them, the effectiveness of the engine brake can be enhanced.
(第一の実施形態)
図1は、本発明の多段過給システムを内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下、エンジンと略称する。)1に適用した第一の実施形態を示した全体構成図である。エンジン1は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、吸気マニホールド2及び排気マニホールド3をそれぞれ備え、吸気マニホールド2には吸気通路4が、排気マニホールド3には排気通路5がそれぞれ接続される。このように接続されることで、吸気マニホールド2は吸気通路4の一部を形成し、排気マニホールド3は排気通路5の一部を形成する。排気通路5には、高圧ターボチャージャ(以下、高圧TCと略称する。)6のタービン6aが設けられ、このタービン6aの下流側に低圧ターボチャージャ(以下、低圧TCと略称する。)7のタービン7aが設けられている。吸気通路4には、低圧TC7のコンプレッサ7bが設けられ、このコンプレッサ7bの下流側に高圧TC6のコンプレッサ6bが設けられている。高圧TC6のタービン6a及びコンプレッサ6bは、タービン6aとコンプレッサ6bが一体に回転可能なように、互いに共通の回転軸6cを介して連結されている。また、低圧TC7のタービン7a及びコンプレッサ7bも同様に、タービン7a及びコンプレッサ7bが一体に回転可能なように、互いに共通の回転軸7cを介して連結されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a first embodiment in which a multistage supercharging system of the present invention is applied to a diesel engine (hereinafter abbreviated as an engine) 1 as an internal combustion engine. The engine 1 is mounted on a vehicle as a driving power source, and includes an
高圧TC6及び低圧TC7はそれぞれ可変容量式のターボチャージャであり、低圧TC7の最大容量は高圧TC6の最大容量よりも大きい。高圧TC6のタービン6aの入口部には、複数の可動ベーン6dが配置されており、これら複数の可動ベーン6dにより可変ノズルVNが構成される。この可変ノズルVNは、複数の可動ベーン6dの傾きを変更することで開口面積(可動ベーンの開度)を変化させることができる。低圧TC7も高圧TC6と同様に可動ベーン7dを備えており、この可動ベーン7dも可動ベーン6dと同様の機能を有している。周知のように、可動ベーン6dの開度を閉じ側に制御することで、過給圧を上げるとともにタービン6aよりも上流側の排気通路3の圧力を上昇させることができ、反対に可動ベーン6dの開度を開き側に制御することで、エンジン1の背圧を下げることができる。可動ベーン7dも同様に、開度を閉じ側に制御することで過給圧を上げるとともにタービン7aよりも上流側の排気通路3の圧力を上昇させることができ、開度を開き側に制御することでエンジン1の背圧を下げることができる。以降、可動ベーン6d及び可動ベーン7dの開度を最も閉じ側に変化させた状態を全閉状態と呼称し、可動ベーン6d及び可動ベーン7dの開度を最も開き側に変化させた状態を全開状態と呼称する。可動ベーン6d及び可動ベーン7dを動作させるための機構は、周知のものと同様でよいため、詳細は省略する。
Each of the high pressure TC6 and the low pressure TC7 is a variable capacity turbocharger, and the maximum capacity of the low pressure TC7 is larger than the maximum capacity of the high pressure TC6. A plurality of
排気通路5には、高圧TC6のタービン6aを迂回するためのバイパス通路8と、バイパス通路8に導かれる排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブ9と、低圧TC7のタービン7aの下流側に配置される排気浄化触媒10とが設けられている。吸気通路4には、吸気濾過用のエアクリーナ11と、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ12と、低圧TC7のコンプレッサ7bで昇温された吸気を冷却するための第一インタークーラ13と、高圧TC6のコンプレッサ6bで昇温された吸気を冷却するための第二インタークーラ14と、吸入空気量を調節するためのスロットル弁15が設けられている。排気通路5と吸気通路4とはEGR通路16で接続されており、EGR通路16にはEGR弁17が設けられている。
The
可動ベーン6dの開度、可動ベーン7dの開度、及び排気バイパスバルブ9の開度はエンジンコントロールユニット(ECU)20によってそれぞれ制御されている。ECU20は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なROM、RAM等の周辺装置を備え、エンジン1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットであり、スロットル弁15の開度を制御して吸入空気量を調整したり、EGR弁17の開度を制御して再循環される排気ガス量を調整している。また、ECU20は、エンジン1の気筒内に燃料を供給するための燃料噴射弁(不図示)の動作を制御している。例えばECU20は、エンジン1が減速状態であると判断した場合、エンジン1への燃料供給を停止させる。このように、減速時にエンジン1への燃料供給を停止させることで、ECU20は本発明の燃料供給停止手段として機能する。ECU20には、これらの機器を制御する際に参照する情報を取得するため、例えばエアフローメータ12の信号や、不図示のアクセルの開度に対応した信号を出力するアクセル開度センサ21の信号などが入力されている。
The opening degree of the
図2は、ECU20が可動ベーン6dの開度、可動ベーン7dの開度、及び排気バイパスバルブ9の開度を制御するために実行する可動ベーン開度制御ルーチンを示している。図2の制御ルーチンを実行することにより、ECU20は本発明の制御手段として機能する。図2の制御ルーチンは、エンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
FIG. 2 shows a movable vane opening control routine executed by the
図2の制御ルーチンにおいてECU20は、まずステップS11において、エンジン1が減速状態か否か判断する。減速状態の判定は、例えばアクセル開度とエンジン1の回転速度とに基づいて行われ、エンジン1の回転速度が所定の回転速度(例えば、1400rpm)を超え、かつアクセル開度センサ21を参照して取得したアクセル開度が0%(即ちアクセルが踏み込まれていない。)である場合に減速状態であると判定する。エンジン1が減速状態ではないと判断した場合、今回の制御ルーチンを終了する。一方、エンジン1が減速状態であると判断した場合はステップS12に進み、ECU20はエアフローメータ12の出力信号を参照して吸入空気量を取得する。次のステップS13においてECU20は、後述する設定方法によって設定された開度に調整されるように、可動ベーン6dの開度、可動ベーン7dの開度、及び排気バイパスバルブ9の開度を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
In the control routine of FIG. 2, the
可動ベーン6dの開度、可動ベーン7dの開度、及び排気バイパスバルブ9の開度は、例えば図3に示したマップに基づいて設定される。図3は、エンジン1の減速時における吸入空気量と、可動ベーン6dの開度、可動ベーン7dの開度、及び排気バイパスバルブ9の開度との関係の一例を示したマップである。なお、図3では、線Aが吸入空気量と可動ベーン6dの開度との関係の一例を、線Bが吸入空気量と可動ベーン7dの開度との関係の一例を、線Cが吸入空気量と排気バイパスバルブ9の開度との関係の一例をそれぞれ示している。これらの関係は、予め実験や数値計算などによって求めておき、ECU20のROMにマップとして記憶させておく。図3に示したように、吸入空気量が少ない場合、可動ベーン6dの開度は閉じ側に設定され、可動ベーン7dの開度は開き側に設定される。一方、吸入空気量が多い場合、可動ベーン6dの開度は開き側に設定され、可動ベーン7dの開度は閉じ側に設定される。即ち、吸入空気量が多いほど可動ベーン6dは開き側に設定され、可動ベーン7dは閉じ側に設定される。排気バイパスバルブ9は、図3に示したように吸入空気量が判定吸入空気量Ga未満の場合は閉じられ、吸入空気量が判定吸入空気量Ga以上の場合に開けられる。判定吸入空気量Gaは、例えば高圧TC6の最大容量に基づいて設定され、可動ベーン6dが全開状態において高圧TC6の回転数が許容上限回転数を超えないように、即ち高圧TC6が過回転しないように設定される。
The opening degree of the
エンジン1の減速時、吸入空気量が少ない場合は、高圧TC6の可動ベーン6dを閉じ側に設定することで、排気マニホールド3の圧力を吸気マニホールド2の圧力よりも上昇させ、吸気マニホールド2の圧力と排気マニホールド3の圧力との差を拡大させることができる。そのため、エンジン1のポンピングロスを増加させることができる。また、高圧TC6の回転数を増加させ、吸気通路4の圧力を上昇させることができる。この際、低圧TC7の可動ベーン7dは開き側に設定されるので、タービン6aよりも下流の排気通路5の圧力の上昇を抑制することができる。これにより、タービン6aの上流側圧力と下流側圧力との差の縮小が抑制されるので、高圧TC6の回転数の低下が抑制される。また、排気バイパスバルブ9は閉じているので、高圧TC6のタービン6aに全ての排気ガスを導入することができる。このように吸気通路4の圧力を上昇させることで、エンジン1の冷却損失を増加させることができる。また、排気マニホールド3の圧力を高い状態に維持させることで、再加速時に速やかにタービン6aに排気ガスを導入し、迅速にエンジン1を過給できるため、エンジン1の加速性を向上させることができる。
When the amount of intake air is small when the engine 1 is decelerated, the pressure of the exhaust manifold 3 is increased more than the pressure of the
一方、エンジン1の減速時、吸入空気量が多い場合は、低圧TC7の可動ベーン7dが閉じ側に制御されるので、低圧TC7のタービン7aよりも上流側の排気通路5の圧力を上昇させることができる。そのため、吸気マニホールド2の圧力と排気マニホールド3の圧力との差を拡大し、エンジン1のポンピングロスを増加させることができる。また、可動ベーン7dを閉じ側に制御することで、低圧TC7の回転数を増加させることができるので、吸気マニホールド2の圧力を上昇させて吸気温度を上昇させ、エンジン1の冷却損失を増加させることができる。この際、高圧TC6の可動ベーン6dは開き側に制御されるので、高圧TC6の回転数の上昇を抑制することができる。さらに、吸入空気量が判定吸入空気量Ga以上の場合は、排気バイパスバルブ9が開くので、高圧TC6のタービン6aに流入する排気ガス量を減少させて高圧TC6の過回転を防止することができる。
On the other hand, when the intake air amount is large when the engine 1 is decelerated, the
以上に説明したように、エンジン1の減速時、可動ベーン6dの開度、可動ベーン7dの開度、及び排気バイパスバルブ9の開度を吸入空気量に応じて制御し、エンジン1のポンピングロス及び冷却損失をそれぞれ増加させるので、エンジン1のエンジンブレーキの効きを強めることができる。また、排気マニホールド3の圧力を上昇させるので、再加速時にエンジン1の過給を速やかに行うことができる。そのため、エンジン1の加速性を向上させることができる。
As described above, when the engine 1 is decelerated, the opening degree of the
図4は、図2の可動ベーン開度制御ルーチンの変形例を示している。なお、図4において図2と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図4の制御ルーチンも、エンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。 FIG. 4 shows a modification of the movable vane opening degree control routine of FIG. In FIG. 4, the same processes as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The control routine of FIG. 4 is also repeatedly executed at a predetermined cycle while the engine 1 is operating.
図4の制御ルーチンにおいてECU20は、ステップS13まで図2の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップS21においてECU20は、スロットル弁15を開けるとともにEGR弁17を全閉に制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
In the control routine of FIG. 4, the
図4の制御ルーチンによれば、エンジン1の減速時にEGR弁17を全閉に制御することで、吸気通路4と排気通路5との間のガス流れを遮断し、吸気マニホールド2の圧力と排気マニホールド3の圧力との差を維持することができる。そのため、エンジン1のポンピングロスが低減されることがない。EGR弁17を全閉に制御することで、高圧TC6のタービン6a及び低圧TC7のタービン7aに導かれる排気ガス量を増加させることができるので、高圧TC6及び低圧TC7の回転数をそれぞれ増加させて吸気マニホールド3の圧力を上昇させることができる。さらに、スロットル弁15を開けることで、吸気通路2の圧力を低下させることなく、エンジン1に吸気を導くことができる。そのため、エンジン1の冷却損失を増加させることができる。このように、エンジン1のポンピングロスの低減を抑制するとともに冷却損失を増加させることで、エンジンブレーキの効きを強くすることができる。
According to the control routine of FIG. 4, the gas flow between the
図5は、図2の可動ベーン開度制御ルーチンの他の変形例を示している。なお、図5において図2と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図5の制御ルーチンもエンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。 FIG. 5 shows another modification of the movable vane opening degree control routine of FIG. In FIG. 5, the same processes as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The control routine of FIG. 5 is also repeatedly executed at a predetermined cycle while the engine 1 is operating.
図5の制御ルーチンにおいてECU20は、ステップS13まで図2の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップS31においてECU20は、排気浄化触媒10に流入する排気ガスの温度が所定の判定温度よりも低いか否か判断する。排気浄化触媒10の温度は排気浄化触媒10に流入する排気ガスの温度に応じて変化するので、この処理では排気ガスの温度を使用して排気浄化触媒10の温度が触媒活性温度域であるか否か判断する。排気浄化触媒10に流入する排気ガスの温度は、例えば排気通路5に排気ガスの温度に対応した信号を出力する温度センサを設けて取得してもよいし、後述する図6の温度推定ルーチンをECU20に実行させて取得してもよい。所定の判定温度は、排気浄化触媒10の触媒活性温度域に応じて設定され、エンジン1の減速時の排気ガスによって排気浄化触媒10の温度が触媒活性温度域の下限値以下に低下しないような排気ガスの温度が設定される。なお、触媒活性温度域は排気浄化触媒10の種類などに応じて異なるため、所定の判定温度は排気浄化触媒10に応じて適宜設定される。
In the control routine of FIG. 5, the
排気ガスの温度が所定の判定温度よりも低いと判断した場合はステップS32に進み、ECU20は、スロットル弁15を全閉状態に制御する。続くステップS33においてECU20は、EGR弁17を開ける。次のステップS34においてECU20は、高圧TC6の可動ベーン6d及び低圧TC7の可動ベーン7dをそれぞれ全閉状態に制御する。続くステップS35においてECU20は、排気バイパスバルブ9を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気ガスの温度が所定の判定温度よりも高いと判断した場合はステップS36に進み、ECU20はスロットル弁15を全開状態に制御する。続くステップS37においてECU20は、EGR弁17を閉じる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
When it is determined that the temperature of the exhaust gas is lower than the predetermined determination temperature, the process proceeds to step S32, and the
エンジン1の減速時はエンジン1に燃料が供給されないので、排気ガスの温度が低下する。減速が長時間継続した場合、この排気ガスの温度低下の影響により排気マニホールド3、タービン6a及びタービン7aの温度が低下するので、排気浄化触媒10に流入するガスの温度が低下し、排気浄化触媒10の温度が低下する。そこで、以上に説明したように図5の制御ルーチンでは、排気ガスの温度が所定の判定温度よりも低い場合、スロットル弁15を全閉状態に制御して吸入空気量を減少させて排気ガス量を減少させる。また、EGR弁17を開けることによって排気ガスを排気通路5からEGR通路16を介して吸気通路4に戻し、排気浄化触媒10に流入する排気ガスの量を減少させる。さらに、高圧CT6の可動ベーン6d及び低圧TC7の可動ベーン7dを全閉状態に制御するとともに排気バイパスバルブ9を閉じることで、タービン6a、タービン7a、及び排気浄化触媒10に流入する排気ガス量を減少させる。このように、排気浄化触媒10に流入する排気ガス量を減少させることで、排気浄化触媒10の温度低下を抑制することができる。そのため、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
Since the fuel is not supplied to the engine 1 when the engine 1 is decelerated, the temperature of the exhaust gas decreases. When the deceleration continues for a long time, the temperature of the exhaust manifold 3, the
排気浄化触媒10に流入する排気ガスの温度は、排気マニホールド3の温度、高圧TC6のタービン6aの温度、及び低圧TC7のタービン7aの温度とそれぞれ相関関係を有している。例えば、エンジン1の減速時、即ちエンジン1に燃料が供給されていないとき、排気ガスの温度は、排気マニホールド3、タービン6a、及びタービン7aから受ける熱に応じて決まる。一方、エンジン1の減速時以外、即ちエンジン1に燃料が供給されているとき、排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度は、排気ガスから受ける熱に応じて決まる。そのため、排気ガスの温度は、排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度に基づいて推定することができる。図6は、この関係を利用してECU20が排気ガスの温度を推定するために実行する排気ガス温度推定ルーチンを示している。なお、図6において図2と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図6の推定ルーチンは、エンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。図6の推定ルーチンを実行することにより、ECU20は本発明の触媒温度取得手段として機能する。
The temperature of the exhaust gas flowing into the
図6の推定ルーチンにおいてECU20は、まずステップS11でエンジン1が減速状態か否か判断する。減速状態であると判断した場合はステップS12に進み、吸入空気量を取得する。続くステップS41においてECU20は、取得した吸入空気量に基づいて排気マニホールド3の温度、高圧TC6のタービン6aの温度、及び低圧TC7のタービン7aの温度を推定する。これらの温度は、例えば以下に示す方法により推定される。なお、ここでは排気マニホールド3の温度の推定方法を一例として示す。タービン6aの温度及びタービン7aの温度もこの方法と同様の方法で推定することができる。排気マニホールド3の温度は、前回推定した排気マニホールド3の温度及び前回推定してからの排気マニホールド3の温度変化に基づいて推定する。エンジン1の減速時、排気マニホールド3の温度は排気ガスの量が多いほど大きく低下する。排気ガスの量は吸入空気量と相関関係を有しているので、予め実験などによって減速時に吸入空気量と排気マニホールド3の温度変化との関係を求め、この関係をECU20のROMにマップとして記憶させておく。前回推定してからの排気マニホールド3の温度は、このマップを参照して求める。今回推定する排気マニホールド3の温度は、前回推定した排気マニホールド3の温度にこの排気マニホールド3の温度変化を加算することで推定することができる。
In the estimation routine of FIG. 6, the
タービン6aの温度及びタービン7aの温度もこの方法と同様の方法で推定することができる。なお、タービン6aの温度及びタービン7aの温度も排気ガス量が多いほど、即ち吸入空気量が多いほど大きく低下するので、予め実験などによってタービン6aの温度変化及びタービン7aの温度変化と減速時の吸入空気量との関係を求めておき、この関係を、ECU20にマップとして記憶させておく。
The temperature of the
次のステップS42においてECU20は、排気浄化触媒10に流入する排気ガスの温度を推定する。その後、今回の推定ルーチンを終了する。排気ガスの温度は、排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度に応じて変化する。例えば排気マニホールド3の温度が高いほど排気ガスが排気マニホールド3から受ける熱量が多いため、排気ガスの温度が高くなる。また、排気ガスの温度は、タービン6aの温度及びタービン7aの温度とも同様の関係を有する。そこで、排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度と減速時の排気ガスの温度との関係を予め実験などによって求めてECU20のROMにマップとして記憶させておき、このマップを参照して排気ガスの温度を推定する。
In the next step S42, the
一方、減速状態ではないと判断した場合はステップS43に進み、ECU20はエンジン1に供給した燃料量の積算値(以下、供給量積算値と略称する。)を取得する。ECU20は、燃料噴射弁の動作を制御するために燃料噴射弁からエンジン1に供給すべき燃料量を算出している。供給量積算値は、例えば、この供給すべき燃料量が、図6の推定ルーチンが実行されている時点の排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度が推定可能な程度の所定時間分積算された値である。
On the other hand, if it is determined that the vehicle is not in the deceleration state, the process proceeds to step S43, where the
次のステップS44においてECU20は、取得した供給量積算値に基づいて排気マニホールド3の温度、高圧TC6のタービン6aの温度、及び低圧TC7のタービン7aの温度を推定する。その後、今回の推定ルーチンを終了する。周知のように、エンジン1が高負荷で運転されている場合、エンジン1に供給される燃料量が多いので、排気ガスの温度が高い。一方、エンジン1が低負荷で運転されている場合は、エンジン1に供給される燃料量が少ないので、排気ガスの温度が低い。このようにエンジン1に運転状態に応じて供給される燃料量が変化し、排気ガスの温度が変化する。また、上述したように、エンジン1に燃料が供給されているとき、排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度は、排気ガスから受ける熱に応じて決まるので、これらの温度は供給量積算値とも関係を有している。そこで、排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度と、供給量積算値との関係を予め実験などにより求めてECU20にマップとして記憶させておく。ステップS44では、このマップを参照して排気マニホールド3の温度、タービン6aの温度、及びタービン7aの温度のそれぞれ推定する。
In the next step S44, the
以上に説明したように、図6の推定ルーチンでは、供給量積算値及び吸入空気量を参照して排気浄化触媒10に流入する排気ガスの温度を推定するので、新たに温度センサを設ける必要がない。なお、ステップS43において取得する物理量は供給量積算値に限定されない。例えば、吸入空気量の積算値など、エンジン1の運転状態を判断できる種々の物理量を使用してよい。
As described above, in the estimation routine of FIG. 6, the temperature of the exhaust gas flowing into the
(第二の実施形態)
図7は、本発明の多段過給システムが適用されたディーゼルエンジンの第二の実施形態を示した全体構成図である。なお、図7において、図1と共通する部分には同一符号を付してある。この実施形態では、低圧TC7が可動ベーンを備えていない点が第一の実施形態と異なる。そのため、ECU20は、エンジン1の減速時、高圧TC6の可動ベーン6dの開度及び排気バイパスバルブ9の開度を制御して、エンジン1のポンピングロス及び冷却損失を増加させる。図8は、ECU20が可動ベーン6dの開度及び排気バイパスバルブ9の開度を制御するために実行する可動ベーン開度制御ルーチンを示している。図8の制御ルーチンは、エンジン1の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図8において図2と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
(Second embodiment)
FIG. 7 is an overall configuration diagram showing a second embodiment of a diesel engine to which the multistage turbocharging system of the present invention is applied. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the portions common to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the low pressure TC7 does not include a movable vane. Therefore, when the engine 1 is decelerated, the
図8の制御ルーチンにおいて、ECU20はステップS12まで図2の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップS51においてECU20は、取得した吸入空気量と後述する図9のマップに基づいて可動ベーン6dの開度及び排気バイパスバルブ9の開度を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。図9は、可動ベーン6dの開度及び排気バイパスバルブ9の開度と、吸入空気量との関係の一例を示している。なお、図9では、線Dが吸入空気量と可動ベーン6dの開度との関係の一例を、線Eが吸入空気量と排気バイパスバルブ9の開度との関係の一例をそれぞれ示している。これらの関係は、予め実験などにより求めておき、ECU20のROMにマップとして記憶させておく。図9に示したように、エンジン1の減速時に吸入空気量が少ない場合は、可動ベーン6dの開度が閉じ側に設定されるので、排気マニホールド3の圧力を上昇させ、吸気マニホールド2の圧力と排気マニホールド3の圧力との差を拡大させることができる。そのため、エンジン1のポンピングロスを増加させることができる。また、可動ベーン6dの開度を閉じ側に設定することで、高圧TC6の回転数が増加させて吸気温度を上昇させ、エンジン1の冷却損失を増加させることができる。また、排気マニホールド3の圧力を高い状態に維持することができるので、再加速時に高圧TC6の回転数を速やかに増加させ、エンジン1の過給を迅速に行うことができる。そのため、エンジン1の加速性を向上させることができる。一方、減速時に吸入空気量が多い場合は可動ベーン6dの開度が開き側に設定されるので、高圧TC6の回転数の増加を抑制することができる。また、吸入空気量が判定吸入空気量Ga以上の場合は排気バイパスバルブ9が開くので、高圧TC6のタービン6aに導入される排気ガスの量を減少させることで高圧TC6の過回転を防止することができる。
In the control routine of FIG. 8, the
以上に説明したように、本発明の第二の実施形態によれば、減速時の吸入空気量に応じて高圧TC6の可動ベーン6dの開度及び排気バイパスバルブ9の開度を制御し、エンジン1のポンピングロス及び冷却損失をそれぞれ増加させることができるので、エンジンブレーキの効きを強めることができる。なお、この第二の実施形態においても、第一の実施形態と同様に、減速時にスロットル弁15を開け、EGR弁17を全閉状態にしてもよい。このようにスロットル弁15及びEGR弁17をそれぞれ制御することで、エンジン1のポンピングロス及び冷却損失をさらに増加させることができる。また、排気浄化触媒10に流入する排気ガスの温度に応じてスロットル弁15の開度、EGR弁17の開度、及び排気バイパスバルブ9の開度を制御してもよい。この場合は、排気浄化触媒10の温度低下を抑制することができる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the opening degree of the
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態で実施してよい。例えば、エンジンの減速時における、高圧TCの可動ベーンの開度、低圧TCの可動ベーンの開度、及びバイパス弁の開度は、エンジンの回転数に応じて変化させてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various forms. For example, the opening degree of the movable vane of the high pressure TC, the opening degree of the movable vane of the low pressure TC, and the opening degree of the bypass valve during engine deceleration may be changed according to the engine speed.
1 ディーゼルエンジン(内燃機関)
4 吸気通路
5 排気通路
6 高圧ターボチャージャ(高圧ターボ過給機)
6a タービン
6b コンプレッサ
6d 可動ベーン
7 低圧ターボチャージャ(低圧ターボ過給機)
7a タービン
7b コンプレッサ
7d 可動ベーン
8 バイパス通路
9 排気バイパスバルブ
10 排気浄化触媒
15 スロットル弁
16 EGR通路
17 EGR弁
20 エンジンコントロールユニット(制御手段、触媒温度取得手段、燃料供給停止手段)
1 Diesel engine (internal combustion engine)
4
Claims (12)
前記内燃機関の減速時、吸気温度が上昇するように前記吸気通路の圧力を上昇させるとともに、前記吸気通路の圧力よりも前記排気通路の圧力が高く、かつ前記排気通路の圧力と前記吸気通路の圧力との差が拡大するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ制御することを特徴とする内燃機関用多段過給システムの制御方法。 A variable capacity high-pressure turbocharger having a movable vane; a turbine disposed downstream of an exhaust passage from a turbine of the high-pressure turbocharger; and an upstream of an intake passage from a compressor of the high-pressure turbocharger And a variable displacement low-pressure turbocharger that has a movable vane and has a maximum capacity different from that of the high-pressure turbocharger, and is applied to a multistage supercharging system for an internal combustion engine. Control method,
When the internal combustion engine is decelerated, the pressure of the intake passage is increased so that the intake air temperature rises, the pressure of the exhaust passage is higher than the pressure of the intake passage, and the pressure of the exhaust passage and the intake passage over multistage for internal combustion engine you and controls each difference is movable vanes of the high-pressure turbocharger to expand the opening and the opening of the movable vanes of the low-pressure turbocharger and pressure Supply system control method.
前記内燃機関の減速時、前記内燃機関の吸入空気量が多いほど前記低圧ターボ過給機の可動ベーンを閉じ側に設定するとともに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンを開き側に設定し、かつ前記内燃機関の吸入空気量が前記高圧ターボ過給機の最大容量に基づいて設定された判定吸入空気量以上である場合は前記バイパス通路に排気ガスが流入するように前記排気バイパスバルブを切り替え、前記内燃機関の吸入空気量が前記判定吸入空気量未満である場合は前記バイパス通路への排気ガスの流入が禁止されるように前記排気バイパスバルブを切り替えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関用多段過給システムの制御方法。 The exhaust passage is provided with a bypass passage that bypasses the turbine of the high-pressure turbocharger, and an exhaust bypass valve that can switch between inflow and prohibition of exhaust gas into the bypass passage,
When the internal combustion engine decelerates, the larger the intake air amount of the internal combustion engine, the closer the movable vane of the low-pressure turbocharger is set to the closed side and the movable vane of the high-pressure turbocharger is set to the open side, and When the intake air amount of the internal combustion engine is greater than or equal to a determined intake air amount set based on the maximum capacity of the high-pressure turbocharger, the exhaust bypass valve is switched so that exhaust gas flows into the bypass passage, 2. The exhaust bypass valve according to claim 1, wherein when the intake air amount of the internal combustion engine is less than the determined intake air amount, the exhaust bypass valve is switched so that the inflow of exhaust gas to the bypass passage is prohibited. A control method of a multistage supercharging system for an internal combustion engine.
前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流させるEGR通路と、前記EGR通路に設けられて前記吸気通路に還流される排気ガス量を調整するEGR弁と、をさらに備え、
前記内燃機関の減速時、前記スロットル弁を開くとともに前記EGR弁を全閉に制御することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関用多段過給システムの制御方法。 A throttle valve for adjusting the amount of intake air is provided in the intake passage;
An EGR passage that recirculates a part of the exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage, and an EGR valve that is provided in the EGR passage and adjusts the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage,
3. The control method for a multistage supercharging system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 , wherein when the internal combustion engine is decelerated, the throttle valve is opened and the EGR valve is controlled to be fully closed.
前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記排気浄化触媒の活性温度域に応じて予め設定された所定温度よりも高いと判断した場合は、前記スロットル弁を全開に制御するとともに前記EGR弁を閉じ、一方前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記所定温度以下であると判断した場合は、前記スロットル弁を全閉に制御するとともに前記EGR弁を開き、さらに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ閉じ側に制御することを特徴とする請求項3に記載の内燃機関用多段過給システムの制御方法。 An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage downstream of the turbine of the low-pressure turbocharger, catalyst temperature acquisition means for acquiring the temperature of the exhaust purification catalyst, and fuel to the internal combustion engine during deceleration of the internal combustion engine Fuel supply stopping means for stopping supply,
When it is determined that the temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means during deceleration of the internal combustion engine is higher than a predetermined temperature set in advance according to the activation temperature range of the exhaust purification catalyst, the throttle valve is fully opened. When the EGR valve is closed and the temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means during deceleration of the internal combustion engine is determined to be lower than the predetermined temperature, the throttle valve is controlled to be fully closed and the EGR is controlled. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the valve is opened, and the opening degree of the movable vane of the high-pressure turbocharger and the opening degree of the movable vane of the low-pressure turbocharger are controlled to be closed. Control method for multi-stage turbocharging system.
前記内燃機関の減速時、前記内燃機関のポンピングロス及び冷却損失がそれぞれ増加するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御することを特徴とする内燃機関用多段過給システムの制御方法。 A variable capacity high-pressure turbocharger having a movable vane; a turbine disposed downstream of an exhaust passage from a turbine of the high-pressure turbocharger; and an upstream of an intake passage from a compressor of the high-pressure turbocharger A low-pressure turbocharger having a maximum capacity different from that of the high-pressure turbocharger, a bypass passage provided in the exhaust passage and bypassing the turbine of the high-pressure turbocharger, An exhaust bypass valve for adjusting the flow rate of exhaust gas passing through the bypass passage, and a control method applied to a multistage supercharging system for an internal combustion engine,
The opening degree of the movable vane and the opening degree of the exhaust bypass valve of the high-pressure turbocharger are respectively controlled so that the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine are increased when the internal combustion engine is decelerated. Control method for a multistage supercharging system for an internal combustion engine.
前記内燃機関の減速時、前記内燃機関のポンピングロス及び冷却損失がそれぞれ増加するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の減速時、吸気温度が上昇するように前記吸気通路の圧力を上昇させるとともに、前記吸気通路の圧力よりも前記排気通路の圧力が高く、かつ前記排気通路の圧力と前記吸気通路の圧力との差が拡大するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ制御することを特徴とする内燃機関用多段過給システム。 A variable capacity high-pressure turbocharger having a movable vane; a turbine disposed downstream of an exhaust passage from a turbine of the high-pressure turbocharger; and an upstream of an intake passage from a compressor of the high-pressure turbocharger A variable capacity low-pressure turbocharger having a compressor and a movable vane each having a maximum capacity different from that of the high-pressure turbocharger. ,
When the internal combustion engine is decelerated, the opening degree of the movable vane of the high pressure turbocharger and the opening degree of the movable vane of the low pressure turbocharger are controlled so that the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine respectively increase. a control means for,
The control means increases the pressure of the intake passage so that the intake air temperature increases when the internal combustion engine is decelerated, the pressure of the exhaust passage is higher than the pressure of the intake passage, and the pressure of the exhaust passage And the opening of the movable vane of the high-pressure turbocharger and the opening of the movable vane of the low-pressure turbocharger are controlled so that the difference between the pressure of the intake passage and the pressure of the intake passage increases. Multistage supercharging system.
前記制御手段は、前記内燃機関の減速時、前記内燃機関の吸入空気量が多いほど前記低圧ターボ過給機の可動ベーンを閉じ側に設定するとともに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンを開き側に設定し、かつ前記内燃機関の吸入空気量が前記高圧ターボ過給機の最大容量に基づいて設定された判定吸入空気量以上である場合は前記バイパス通路に排気ガスが流入するように前記排気バイパスバルブを切り替え、前記内燃機関の吸入空気量が前記判定吸入空気量未満である場合は前記バイパス通路への排気ガスの流入が禁止されるように前記排気バイパスバルブを切り替えることを特徴とする請求項7に記載の内燃機関用多段過給システム。 The exhaust passage is provided with a bypass passage that bypasses the turbine of the high-pressure turbocharger, and an exhaust bypass valve that can switch between inflow and prohibition of exhaust gas into the bypass passage,
When the internal combustion engine is decelerated, the control means sets the movable vane of the low-pressure turbocharger to the closed side as the intake air amount of the internal combustion engine increases, and opens the movable vane of the high-pressure turbocharger to the open side And when the intake air amount of the internal combustion engine is equal to or larger than a determined intake air amount set based on the maximum capacity of the high-pressure turbocharger, the exhaust gas flows into the bypass passage. switching the bypass valve, when the intake air amount of the internal combustion engine is less than the determination amount of intake air and switches the exhaust bypass valve so the inflow of exhaust gas into the bypass passage is inhibited claimed Item 8. The multistage turbocharging system for an internal combustion engine according to Item 7 .
前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流させるEGR通路と、前記EGR通路に設けられて前記吸気通路に還流される排気ガス量を調整するEGR弁と、をさらに備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の減速時、前記スロットル弁を開くとともに前記EGR弁を全閉に制御することを特徴とする請求項7又は8に記載の内燃機関用多段過給システム。 A throttle valve for adjusting the amount of intake air is provided in the intake passage;
An EGR passage that recirculates a part of the exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage, and an EGR valve that is provided in the EGR passage and adjusts the amount of exhaust gas recirculated to the intake passage,
9. The multistage supercharging system for an internal combustion engine according to claim 7 , wherein the control means opens the throttle valve and controls the EGR valve to be fully closed when the internal combustion engine is decelerated.
前記制御手段は、前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記排気浄化触媒の活性温度域に応じて予め設定された所定温度よりも高いと判断した場合は、前記スロットル弁を全開に制御するとともに前記EGR弁を閉じ、一方前記内燃機関の減速時に前記触媒温度取得手段により取得された温度が前記所定温度以下であると判断した場合は、前記スロットル弁を全閉に制御するとともに前記EGR弁を開き、さらに前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記低圧ターボ過給機の可動ベーンの開度をそれぞれ閉じ側に制御することを特徴とする請求項9に記載の内燃機関用多段過給システム。 An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage downstream of the turbine of the low-pressure turbocharger, catalyst temperature acquisition means for acquiring the temperature of the exhaust purification catalyst, and fuel to the internal combustion engine during deceleration of the internal combustion engine Fuel supply stopping means for stopping supply,
When the control means determines that the temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means during deceleration of the internal combustion engine is higher than a predetermined temperature set in advance according to the activation temperature range of the exhaust purification catalyst, the throttle The throttle valve is fully closed when it is determined that the temperature acquired by the catalyst temperature acquisition means during the deceleration of the internal combustion engine is lower than the predetermined temperature while the valve is controlled to be fully open and the EGR valve is closed. claim controls open the EGR valve, further wherein the controller controls the movable vanes of the high pressure turbocharger opening and the opening of the movable vanes of the low pressure turbocharger to the closing side, respectively 9 A multi-stage turbocharging system for an internal combustion engine as described in 1.
前記内燃機関の減速時、前記内燃機関のポンピングロス及び冷却損失がそれぞれ増加するように前記高圧ターボ過給機の可動ベーンの開度及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御する制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関用多段過給システム。 A variable capacity high-pressure turbocharger having a movable vane; a turbine disposed downstream of an exhaust passage from a turbine of the high-pressure turbocharger; and an upstream of an intake passage from a compressor of the high-pressure turbocharger A low-pressure turbocharger having a maximum capacity different from that of the high-pressure turbocharger, a bypass passage provided in the exhaust passage and bypassing the turbine of the high-pressure turbocharger, An exhaust bypass valve that adjusts the flow rate of exhaust gas that passes through the bypass passage, and a multi-stage turbocharging system for an internal combustion engine,
Control means for respectively controlling the opening degree of the movable vane and the opening degree of the exhaust bypass valve of the high-pressure turbocharger so that the pumping loss and the cooling loss of the internal combustion engine respectively increase during deceleration of the internal combustion engine. A multi-stage turbocharging system for an internal combustion engine.
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