JP4746389B2 - Supercharging system - Google Patents
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Description
本発明は車載のエンジンに適した過給システムに関するものである。 The present invention relates to a supercharging system suitable for a vehicle-mounted engine.
近年、エンジン排気経路から分流した排気を水冷式の管形熱交換器であるEGRクーラ(EGR:Exhaust Gas Recirculation)より冷却したうえエンジン吸気経路へ戻し、燃焼温度を下げてNOxの発生を低減させる排気再循環が一般的に行なわれている。 In recent years, exhaust gas diverted from the engine exhaust path is cooled by an EGR cooler (EGR: Exhaust Gas Recirculation), which is a water-cooled tubular heat exchanger, and then returned to the engine intake path to lower the combustion temperature and reduce NOx generation. Exhaust gas recirculation is generally performed.
排気容量を変えずにエンジンの出力を高めるためには、1サイクルあたりの燃料噴射量を多くするとともに、ターボチャージャにより過給圧を上げてシリンダへの吸気の送給量を増やす必要がある。 In order to increase the output of the engine without changing the exhaust capacity, it is necessary to increase the fuel injection amount per cycle and increase the supercharging pressure by the turbocharger to increase the amount of intake air supplied to the cylinder.
また、吸気の送給量を減らさずに高EGR率を達成するためにも、ターボチャージャを用いて過給圧を上げる必要がある。 Further, in order to achieve a high EGR rate without reducing the amount of intake air supplied, it is necessary to increase the supercharging pressure using a turbocharger.
従来、加速時の応答性の向上を図るために、ターボチャージャーとは別途に、エンジン吸気経路に電動過給機を組み込むことが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
高EGR化に伴い、エンジンが低回転数域で全負荷運転されるときに、コンプレッサの運転作動線がサージ領域に近いことが問題となる。また、加速時などの過渡運転時の応答性と排気再循環量を確保するためにターボラグが少ない吸気量アシストが必要となる。 Along with the increase in EGR , when the engine is operated at full load in a low speed range, there is a problem that the operation line of the compressor is close to the surge region. In addition, in order to ensure responsiveness and exhaust gas recirculation amount during transient operation such as acceleration, an intake air amount assist with a small turbo lag is required.
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、コンプレッサのサージ回避、エネルギ回収、及び加速時の過給アシストに対応できる過給システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a supercharging system that can cope with compressor surge avoidance, energy recovery, and supercharging assistance during acceleration.
上記目的を達成するため本発明は、エンジンから送出される排気によってタービンを作動させ且つコンプレッサで圧縮した吸気をエンジンへ送給するターボチャージャと、コンプレッサの吐出口から吸入口へ至るリサーキュレーション配管と、当該リサーキュレーション配管に組み込んだ流量調整弁と、前記リサーキュレーション配管に組み込まれ、コンプレッサの吸入経路から吸い込んだ吸気をエンジンへ送給可能で、発電機能を有する電動過給機と、該電動過給機の作動時にリサーキュレーション配管からコンプレッサの吐出口へ向かう吸気を止める逆止弁と、制御ユニットとを備え、
該制御ユニットは、
前記流量調整弁の開度と電動過給機の回転数を調整することで、
実吸気量が不足した際に、電動過給機を作動させてコンプレッサの吸入経路から吸い込んだ吸気をエンジンに送給し、
コンプレッサの運転状況がサージ領域に入る前に、コンプレッサが吐出する吸気の一部をリサーキュレーション配管を通してコンプレッサの吐出口から吸引口へ戻し、このときのリサーキュレーション配管を通る吸気で電動過給機の発電機能を発揮させるように構成している。
In order to achieve the above object, the present invention provides a turbocharger that operates a turbine by exhaust gas sent from an engine and supplies intake air compressed by a compressor to the engine, and a recirculation piping from the discharge port to the intake port of the compressor. And a flow control valve incorporated in the recirculation piping, an electric supercharger incorporated in the recirculation piping, capable of supplying the intake air sucked from the intake passage of the compressor to the engine, and having a power generation function, A check valve that stops intake air from the recirculation piping toward the discharge port of the compressor when the electric supercharger is activated, and a control unit;
The control unit is
By adjusting the opening of the flow rate adjustment valve and the rotational speed of the electric supercharger,
When the actual intake amount is insufficient, the electric supercharger is activated to supply the intake air drawn from the compressor intake path to the engine.
Before the operating status of the compressor enters the surge region, part of the intake air discharged from the compressor is returned from the compressor discharge port to the suction port through the recirculation piping, and electric supercharging is performed with the intake air passing through the recirculation piping at this time. It is configured to demonstrate the power generation function of the machine.
エンジンの実吸気量が不足すると、制御ユニットが電動過給機を作動させて、吸気の不足分をリサーキュレーション配管からエンジンへ送給する。 When the actual intake amount of the engine is insufficient, the control unit operates the electric supercharger and supplies the shortage of intake air to the engine from the recirculation piping.
コンプレッサがサージ領域に入る前に、コンプレッサの吐出口から吸入口へリサーキュレーション配管により吸気を戻してコンプレッサのサージを防ぐ。その際、制御ユニットが電動過給機の発電機能を発揮させ、エネルギ回収を行なう。 Before the compressor enters the surge region, the intake air is returned from the discharge port of the compressor to the suction port by recirculation piping to prevent the surge of the compressor. At this time, the control unit causes exert a power generation function of the electric supercharger, perform energy recovery.
本発明の過給システムによれば、下記のような優れた効果を奏し得る。 According to the supercharging system of the present invention, the following excellent effects can be obtained.
(1)エンジンの実吸気量が不足すると、制御ユニットが電動過給機を作動させて、コンプレッサとは別途に、吸気の不足分をリサーキュレーション配管からエンジンへ送給するので、吸気量の確保が図られ、車両の加速に対応できる。 (1) When the actual intake air amount of the engine is insufficient, the control unit activates the electric supercharger and supplies the intake air shortage to the engine separately from the compressor. Secured and can respond to acceleration of the vehicle.
(2)コンプレッサがサージ領域に入る前に、リサーキュレーション配管によりコンプレッサの吐出口から吸入口へ吸気を戻すことにより、コンプレッサのサージを防ぐ。その際、制御ユニットが電動過給機の発電機能を発揮させ、リサーキュレーション配管を通る吸気のエネルギを回収することができる。 (2) Before the compressor enters the surge region, the recirculation piping returns the intake air from the discharge port of the compressor to the intake port, thereby preventing the compressor surge. At that time, the control unit can exhibit the power generation function of the electric supercharger and recover the energy of the intake air passing through the recirculation piping.
(3)また、コンプレッサの出口圧とタービン入口圧との差圧が小さくならず、低回転数の高負荷運転でも、EGR配管を通る排気の再循環量が確保され、高EGR率を達成することが可能になる。 (3) In addition, the differential pressure between the compressor outlet pressure and the turbine inlet pressure is not reduced, and the recirculation amount of the exhaust gas passing through the EGR pipe is ensured even in a high load operation at a low speed, thereby achieving a high EGR rate. It becomes possible.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1及び図2は本発明の過給システムの一例であり、車載のエンジン1の排気マニホールド2から送出される排気Gによってタービン3を作動させ且つコンプレッサ4で圧縮した吸気Aをエンジン1の吸気マニホールド5へ送給するターボチャージャ6と、コンプレッサ4から吸気マニホールド5へ向かう吸気Aを冷却するインタクーラ7と、コンプレッサ4の空気吐出口から空気吸入口へ至るリサーキュレーション配管8と、当該リサーキュレーション配管8に組み込んだ流量調整弁9、及び発電機能を有する電動過給機10と、制御ユニット11と、圧力センサ12,13,14と、流量センサ15,16と、回転数センサ17,18と、温度センサ19と、排気マニホールド2から吸気マニホールド5へ至るEGR配管20と、当該EGR配管20に組み込んだEGRクーラ21及びEGRバルブ22とを備えている。
FIGS. 1 and 2 show an example of a supercharging system according to the present invention. Intake A of an
コンプレッサ4の空気吐出口には、電動過給機10の作動時に、リサーキュレーション配管8からコンプレッサ4へ向かう吸気Aを止めるための逆止弁23が組み込んである。
The air discharge port of the compressor 4 incorporates a
電動過給機10にはインバータ24が付帯しており、当該インバータ24は、制御ユニット11から送信されるブースタ回転数Nbに見合う回転数で電動過給機10を運転する。または、制御ユニット11から送信されるジェネレータ回転数Ngに見合う回転数となるように、電動過給機10の発電量を調整する。
The
制御ユニット11は、図3に示すフローチャートのステップS1〜S9を追って、電動過給機10や流量調整弁9の制御を実行する。
The
ステップS1では、開度Nv=1(全開)とする指令を流量調整弁9へ送信し、同時にブースタ回転数Nb=0とする指令をインバータ24へ送信して、電動過給機10を待機状態に保つ。
In step S1, a command for opening degree Nv = 1 (fully open) is transmitted to the flow
ステップS2では、エンジン1の起動後、流量センサ15による実吸気量Gaの情報、流量センサ16による燃料流量Gfの情報、回転センサ17によるエンジン回転数Neの情報を読み込む。燃料流量Gfの情報は、エンジン回転数Neと別のセンサによって得たアクセル開度から算出した計算値でも代用できる。
In step S2, after starting the
ステップS3では、燃料流量Gfの情報とエンジン回転数Neの情報とに基づき、目標吸気量Gatを算出し、当該目標吸気量Gatと実吸気量Gaを対比する。 In step S3, the target intake air amount Gat is calculated based on the information on the fuel flow rate Gf and the information on the engine speed Ne, and the target intake air amount Gat and the actual intake air amount Ga are compared.
ステップS4は、実吸気量Ga<目標吸気量Gat(吸気量が不足ぎみである場合)を対象としている。 Step S4 targets the actual intake air amount Ga <the target intake air amount Gat (when the intake air amount is insufficient).
ここでは、実吸気量Gaと目標吸気量Gatとの差ΔGaを補うのに要する電動過給機10のブースタ回転数Nbを求めて、当該ブースタ回転数Nbの指令をインバータ24へ送信する。
Here, the booster rotational speed Nb of the
つまり、ブースタ回転数Nbに見合う回転数で電動過給機10を運転して、目標吸気量Gatが確保されることになり、車両の加速に対応できる(図1参照)。
In other words, the
ステップS5は、実吸気量Ga≧目標吸気量Gat(吸気量が確保されている場合)を対象としている。 Step S5 is targeted for the actual intake air amount Ga ≧ target intake air amount Gat (when the intake air amount is secured).
ここでは、回転センサ18によるタービン回転数Ntの情報、圧力センサ12によるブースト圧Pbの情報、圧力センサ13による大気圧Patmの情報、圧力センサ14によるコンプレッサ入口圧Piの情報、温度センサ19によるコンプレッサ入口温度Tiの情報を読み込む。
Here, information on the turbine rotational speed Nt by the
ステップS6では、ブースト流量Gabをタービン回転数Ntの情報、ブースト圧Pbの情報、大気圧Patmの情報、コンプレッサ入口圧Piの情報から算出し、サージ流量Gasをブースト圧Pbの情報、大気圧Patmの情報、コンプレッサ入口圧Piの情報、コンプレッサ入口温度Tiから算出したうえ、ブースト流量Gabとサージ流量Gasを対比する。 In step S6, the boost flow rate Gab is calculated from the information on the turbine speed Nt, the information on the boost pressure Pb, the information on the atmospheric pressure Patm, and the information on the compressor inlet pressure Pi , and the surge flow rate Gas is calculated on the information on the boost pressure Pb and the atmospheric pressure Patm. And the boost flow rate Gab and the surge flow rate Gas are compared with each other.
ステップS7は、ブースト流量Gab<サージ流量Gas(サージ領域に入る場合)を対象としている。 Step S7 is targeted for boost flow rate Gab <surge flow rate Gas (when entering the surge region).
ここでは、ブースト圧Pb及びコンプレッサ入口圧Piからジェネレータ回転数Ngを求めて、当該ジェネレータ回転数Ngの指令をインバータ24へ送信する。
Here, the generator rotational speed Ng is obtained from the boost pressure Pb and the compressor inlet pressure Pi, and a command for the generator rotational speed Ng is transmitted to the
また、サージ流量Gasとブースト流量Gabとの差ΔGabに応じた開度Nvの指令を流量調整弁9へ送信する。
Further, a command for the opening degree Nv corresponding to the difference ΔGab between the surge flow rate Gas and the boost flow rate Gab is transmitted to the flow
つまり、ジェネレータ回転数Ngに見合う回転数となるように電動過給機10の発電量が調整され、コンプレッサ4の空気吐出口から空気吸入口へリサーキュレーション配管8を通って戻る吸気Aのエネルギを回収するとともに、コンプレッサ4のサージが防ぐことになり、低回転数域の全負荷運転に対応できる(図2参照)。
That is, the energy of the intake air A that is adjusted through the recirculation pipe 8 from the air discharge port of the compressor 4 to the air intake port is adjusted so that the electric power generation amount of the
また、コンプレッサ4の出口圧とタービン3の入口圧との差圧が小さくならず、低回転数の高負荷運転でも、EGR配管20を通る排気Gの再循環量が確保される。
Further, the differential pressure between the outlet pressure of the compressor 4 and the inlet pressure of the
ステップS8は、ブースト流量Gab≧サージ流量Gas(サージ領域でない場合)、もしくは前述のステップS4,S7の実行後を対象として、キースイッチ(図示せず)の信号Sigを読み込む。 Step S8 reads the signal Sig of the key switch (not shown) for the boost flow rate Gab ≧ surge flow rate Gas (when not in the surge region) or after the execution of the above-described steps S4 and S7.
ステップS9では、信号Sig=1(ON)か、それとも信号Sig=0(OFF)であるのかを判定し、ONである場合には、前述したステップS2に戻る。 In step S9, it is determined whether the signal Sig = 1 (ON) or the signal Sig = 0 (OFF). If it is ON, the process returns to the above-described step S2.
なお、本発明の過給システムは、上述の実施の形態のみに特に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。 Note that the supercharging system of the present invention is not particularly limited only to the above-described embodiment, and it is needless to say that changes can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明の過給システムは、様々な内燃機関に適用できる。 The supercharging system of the present invention can be applied to various internal combustion engines.
1 エンジン
2 排気マニホールド(排気経路)
3 タービン
4 コンプレッサ
5 吸気マニホールド(吸気経路)
6 ターボチャージャ
8 リサーキュレーション配管
9 流量調整弁
10 電動過給機
11 制御ユニット
20 EGR配管
21 EGRクーラ
22 EGRバルブ
22 リサーキュレーション配管
23 リサーキュレーション配管
A 吸気
G 排気
1 Engine 2 Exhaust manifold (exhaust path)
3 Turbine 4
6 Turbocharger 8 Recirculation piping 9
Claims (2)
該制御ユニットは、
前記流量調整弁の開度と電動過給機の回転数を調整することで、
実吸気量が不足した際に、電動過給機を作動させてコンプレッサの吸入経路から吸い込んだ吸気をエンジンに送給し、
コンプレッサの運転状況がサージ領域に入る前に、コンプレッサが吐出する吸気の一部をリサーキュレーション配管を通してコンプレッサの吐出口から吸引口へ戻し、このときのリサーキュレーション配管を通る吸気で電動過給機の発電機能を発揮させるように構成したことを特徴とする過給システム。 The turbocharger that operates the turbine by exhaust gas sent from the engine and supplies the intake air compressed by the compressor to the engine, the recirculation piping from the discharge port of the compressor to the intake port, and the recirculation piping An electric supercharger that is incorporated in the flow rate adjusting valve and the recirculation pipe and that can supply intake air sucked from the intake path of the compressor to the engine and has a power generation function, and a recirculation when the electric supercharger is in operation. A check valve that stops intake air from the piping to the compressor outlet, and a control unit.
The control unit is
By adjusting the opening of the flow rate adjustment valve and the rotational speed of the electric supercharger,
When the actual intake amount is insufficient, the electric supercharger is activated to supply the intake air drawn from the compressor intake path to the engine.
Before the operating status of the compressor enters the surge region, part of the intake air discharged from the compressor is returned from the compressor discharge port to the suction port through the recirculation piping, and electric supercharging is performed with the intake air passing through the recirculation piping at this time. A supercharging system characterized in that the power generation function of the machine is exhibited .
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