JP5130933B2 - Engine supercharger - Google Patents
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Description
本発明は、排気ターボ過給機と、排気通路における該排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設された排気浄化装置とを備えたエンジンの過給装置に関する技術分野に属する。 The present invention belongs to a technical field related to an engine turbocharger including an exhaust turbocharger and an exhaust gas purification device disposed downstream of a turbine of the exhaust turbocharger in an exhaust passage.
一般に、エンジンの排気通路に配設される排気浄化装置内の触媒は、該排気浄化装置内を通過する排気の熱エネルギにより昇温され、該触媒の活性温度に達したときに排気浄化機能を発揮する。 In general, the catalyst in the exhaust purification device disposed in the exhaust passage of the engine is heated by the thermal energy of the exhaust gas passing through the exhaust purification device, and has an exhaust purification function when it reaches the activation temperature of the catalyst. Demonstrate.
一方、排気ターボ過給機は、排気通路に配設されたタービンが、排気熱エネルギにより回転駆動されることで、吸気通路に配設されたコンプレッサを作動させて吸入空気の過給を行う。この排気ターボ過給機のタービンは、通常、上記排気浄化装置よりも上流側に位置し、このため、排気ターボ過給機の作動により、排気浄化装置に供給される排気熱エネルギが減少することになる。よって、エンジン始動時等のように触媒温度が活性温度よりも低いときに排気ターボ過給機が作動すると、触媒温度が活性温度に達するまでの時間が長くなってしまう。 On the other hand, in the exhaust turbocharger, the turbine disposed in the exhaust passage is rotationally driven by the exhaust heat energy, thereby operating the compressor disposed in the intake passage to supercharge intake air. The turbine of the exhaust turbocharger is usually located upstream of the exhaust purification device, and therefore, the exhaust heat energy supplied to the exhaust purification device is reduced by the operation of the exhaust turbocharger. become. Therefore, if the exhaust turbocharger operates when the catalyst temperature is lower than the activation temperature, such as when the engine is started, the time until the catalyst temperature reaches the activation temperature becomes long.
そこで、例えば特許文献1では、タービンの回転数を制御可能な電動機を備えた排気ターボ過給機を用いて、触媒温度が活性温度に達するまでの間、タービンの回転数を制御してタービン側の排気流入圧力と排気流出圧力との圧力差を所定範囲内に減少させることで、タービンによる排気熱エネルギの消費を抑制して、触媒の早期暖機を図るようにすることが提案されている。
ところが、上記提案例の排気ターボ過給機は、タービンの回転数を制御可能な電動機を備えたものであり、このような電動機を備えていない場合には、採用することができない。 However, the exhaust turbocharger of the above proposed example is provided with an electric motor capable of controlling the rotational speed of the turbine, and cannot be adopted when such an electric motor is not provided.
そこで、タービンをバイパスする排気バイパス通路を設けて、触媒温度が活性温度に達するまでの間、その排気バイパス通路に排気を流して排気ターボ過給機を作動させないようにすれば、電動機を備えていない排気ターボ過給機であっても、触媒の早期暖機を図ることが可能になる。 Therefore, if an exhaust bypass passage for bypassing the turbine is provided and the exhaust turbocharger is not operated by flowing the exhaust through the exhaust bypass passage until the catalyst temperature reaches the activation temperature, an electric motor is provided. Even if there is no exhaust turbocharger, the catalyst can be warmed up early.
しかし、排気バイパス通路に排気を流して排気ターボ過給機を作動させない場合、当該エンジンを搭載する車両の乗員の加速要求時に、タービン回転数が所定レベルに達するまでには時間がかかり、加速レスポンスが悪くなるという問題がある。また、電動機を備えた排気ターボ過給機においてタービンの回転を制限する上記提案例であっても、同じ問題が生じる。 However, if the exhaust turbo-supercharger is not operated by flowing exhaust through the exhaust bypass passage, it takes time for the turbine speed to reach the specified level when an accelerating request is received from the passenger of the vehicle equipped with the engine. There is a problem of getting worse. Further, the same problem occurs even in the above-described proposed example that restricts the rotation of the turbine in the exhaust turbocharger including the electric motor.
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ターボ過給機と、排気通路における該排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設された排気浄化装置とを備えたエンジンの過給装置において、排気浄化装置の触媒の早期暖機を図りつつ、加速要求時の加速レスポンスを出来る限り向上させようとすることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an exhaust turbocharger and a downstream side of the turbine of the exhaust turbocharger in the exhaust passage. In an engine supercharging device equipped with an exhaust gas purification device, an attempt is made to improve the acceleration response at the time of an acceleration request as much as possible while trying to warm up the catalyst of the exhaust gas purification device early.
上記の目的を達成するために、この発明では、排気浄化装置に関連する温度が所定温度よりも低い低温時に、排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路に配設された吸気バイパス弁の開度を、上記温度が上記所定温度以上である高温時にエンジンの運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしかつ、上記排気ターボ過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路に配設された排気バイパス弁の開度を、上記高温時にエンジンの運転状態に応じて設定した排気バイパス弁開度と比べて同等以下にするようにした。 In order to achieve the above object, according to the present invention, an intake bypass valve disposed in an intake bypass passage that bypasses a compressor of an exhaust turbocharger when a temperature related to an exhaust purification device is lower than a predetermined temperature. An exhaust bypass passage that bypasses the turbine of the exhaust turbocharger and that is larger than the intake bypass valve opening set according to the operating state of the engine when the temperature is higher than the predetermined temperature. The opening degree of the exhaust bypass valve disposed in the engine is set equal to or less than the opening degree of the exhaust bypass valve set according to the operating state of the engine at the high temperature .
具体的には、請求項1の発明では、エンジンの過給装置を対象として、エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する第1排気ターボ過給機と、上記第1排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、上記吸気バイパス通路に配設された吸気バイパス弁と、上記第1排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第1排気バイパス通路と、上記第1排気バイパス通路に配設された第1排気バイパス弁と、上記吸気バイパス弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度に制御するとともに、上記第1排気バイパス弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した第1排気バイパス弁開度に制御するバイパス弁制御手段と、上記排気通路における上記タービンよりも下流側に配設された排気浄化装置と、上記排気浄化装置に関連する温度を検出する温度検出手段とを備え、上記バイパス弁制御手段は、上記温度検出手段により検出された温度が所定温度よりも低い低温時に、上記吸気バイパス弁の開度を、上記温度検出手段により検出された温度が上記所定温度以上である高温時に設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしかつ上記第1排気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した第1排気バイパス弁開度と比べて同等以下にするように構成されているものとする。 Specifically, according to the first aspect of the present invention, a first exhaust turbocharger having a compressor disposed in an intake passage of an engine and a turbine disposed in an exhaust passage targeting an engine supercharging device. An intake bypass passage that bypasses the compressor of the first exhaust turbocharger, an intake bypass valve disposed in the intake bypass passage, and a first exhaust that bypasses the turbine of the first exhaust turbocharger While controlling the opening of the bypass passage, the first exhaust bypass valve disposed in the first exhaust bypass passage, and the intake bypass valve to the intake bypass valve opening set according to the operating state of the engine , the opening of the first exhaust bypass valve, and the bypass valve control means for controlling the first exhaust bypass valve opening degree set according to the operating state of the engine, in the exhaust passage Contact Comprising an exhaust purification apparatus arranged downstream from the turbine that, a temperature detection means for detecting a temperature associated with the exhaust purification device, the bypass valve control means detected by said temperature detecting means temperature is lower at low temperatures than the predetermined temperature, the opening degree of the intake bypass valve, the temperature detected by said temperature detecting means is greater than the intake bypass valve opening set at a high temperature is the predetermined temperature or higher and the The opening degree of the first exhaust bypass valve is assumed to be equal to or less than the first exhaust bypass valve opening degree set at the high temperature .
上記の構成により、排気浄化装置に関連する温度が所定温度(触媒の活性温度ないしそれに近い触媒温度に対応する温度)よりも低い低温時に、吸気バイパス弁の開度を大きくすることで、過給効率が低下してエンジントルクが減少する。このため、当該エンジンを搭載する車両の乗員(ドライバ)は、排気浄化装置に関連する温度が上記所定温度以上である高温時と同じトルクとするためにはアクセルペダルをより踏み込むこととなり、これにより、燃料噴射量及びエンジンに供給される空気量(延いては排気量)が増大し、この結果、排気熱エネルギが増大することになる。したがって、第1排気バイパス弁の開度を、エンジンの運転状態に応じて設定した第1排気バイパス弁開度(高温時の第1排気バイパス弁開度)と比べて同等以下にして排気熱エネルギによりタービンを回転駆動したとしても、排気浄化装置に十分な排気熱エネルギを供給することができるようになり、排気浄化装置の触媒温度を活性温度まで早期に上昇させることが可能になる。また、第1排気バイパス弁の開度を高温時の第1排気バイパス弁開度と比べて同等以下にすることで、タービンが回転し続けることとなり、これにより、乗員が更にアクセルペダルを踏み込んで加速要求を行ったときには、既にタービンが回転しているので、例えば、吸気バイパス弁の開度を高温時の吸気バイパス弁開度にすることで、直ぐに適切な過給を行うことができ、高い加速レスポンスが得られる。 With the above configuration, supercharging is achieved by increasing the opening degree of the intake bypass valve when the temperature related to the exhaust purification device is lower than a predetermined temperature (a temperature corresponding to the catalyst activation temperature or a catalyst temperature close thereto). Efficiency decreases and engine torque decreases. For this reason, an occupant (driver) of a vehicle equipped with the engine depresses the accelerator pedal more in order to set the torque related to the exhaust gas purification device to the same torque as when the temperature is higher than the predetermined temperature. The fuel injection amount and the amount of air supplied to the engine (and hence the exhaust amount) increase, and as a result, the exhaust heat energy increases. Therefore, the opening of the first exhaust bypass valve is made equal to or less than the first exhaust bypass valve opening (the first exhaust bypass valve opening at a high temperature) set according to the operating state of the engine. Thus, even if the turbine is rotationally driven, sufficient exhaust heat energy can be supplied to the exhaust purification device, and the catalyst temperature of the exhaust purification device can be raised to the activation temperature at an early stage. Also, by setting the opening degree of the first exhaust bypass valve to be equal to or less than the opening degree of the first exhaust bypass valve at a high temperature, the turbine will continue to rotate, so that the passenger further depresses the accelerator pedal. When the acceleration request is made, since the turbine is already rotating, for example, by setting the opening degree of the intake bypass valve to the intake bypass valve opening degree at the time of high temperature, it is possible to immediately perform appropriate supercharging and high Acceleration response is obtained.
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記吸気通路における上記第1排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第1排気ターボ過給機のタービン及び上記排気浄化装置間に配設されたタービンとを有する第2排気ターボ過給機を更に備え、上記バイパス弁制御手段は、上記エンジン負荷が所定負荷以下の低負荷時において、上記低温時に、上記吸気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしかつ上記第1排気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した第1排気バイパス弁開度と比べて同等以下にするように構成されているものとする。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the compressor disposed upstream of the compressor of the first exhaust turbocharger in the intake passage, and the first exhaust turbo excess in the exhaust passage. A second exhaust turbocharger having a turbine of a feeder and a turbine disposed between the exhaust gas purification device, and the bypass valve control means, when the engine load is a low load below a predetermined load, The opening degree of the intake bypass valve at the low temperature is larger than the opening degree of the intake bypass valve set at the high temperature and the opening degree of the first exhaust bypass valve is set at the high temperature ; It shall be comprised so that it may become equivalent or less compared.
このように2つの排気ターボ過給機を用いると、過給性能を向上させることができるものの、2つの排気ターボ過給機を作動させたのでは、排気浄化装置に供給される排気熱エネルギがより一層減少してしまう。しかし、本発明では、特に排気熱エネルギが小さい低負荷時に、吸気バイパス弁の開度を、エンジンの運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度(高温時の吸気バイパス弁開度)よりも大きくしかつ第1排気バイパス弁の開度を、エンジンの運転状態に応じて設定した第1排気バイパス弁開度(高温時の第1排気バイパス弁開度)と比べて同等以下にするので、上述の如く乗員のアクセルペダルの踏み込みにより排気熱エネルギを増大させることができ、この結果、2つの排気ターボ過給機のタービンを回転駆動しても、排気浄化装置に十分な排気熱エネルギを供給することができ、排気浄化装置の触媒温度を活性温度まで早期に上昇させることができる。また、加速要求時には、第1排気ターボ過給機のタービンが既に回転しているので、高い加速レスポンスが得られる。 When two exhaust turbochargers are used in this way, the supercharging performance can be improved. However, when the two exhaust turbochargers are operated, the exhaust heat energy supplied to the exhaust purification device is reduced. It will decrease even more. However, in the present invention, the opening degree of the intake bypass valve is set to be larger than the intake bypass valve opening degree (intake valve opening degree at high temperature) set according to the operating state of the engine, particularly at a low load with small exhaust heat energy. Since the opening of the first exhaust bypass valve is made larger than the first exhaust bypass valve opening (first exhaust bypass valve opening at a high temperature) set according to the operating state of the engine, As described above, the exhaust heat energy can be increased by depressing the accelerator pedal of the occupant. As a result, even if the turbines of the two exhaust turbochargers are driven to rotate, sufficient exhaust heat energy is supplied to the exhaust purification device. The catalyst temperature of the exhaust emission control device can be raised to the activation temperature early. Further, when the acceleration is requested, since the turbine of the first exhaust turbocharger has already been rotated, a high acceleration response can be obtained.
尚、第1排気ターボ過給機は、低負荷時における高温時には、通常、作動させて、適切な過給圧が得られるようにする。このため、吸気バイパス弁及び第1排気バイパス弁は全開以外の状態とされる。一方、第2排気ターボ過給機は、低負荷時には、低温時及び高温時共にほぼフルに作動させる(請求項3の第2排気バイパス弁を全閉状態か又はそれに近い開度にする)ようにすることが好ましい。こうすれば、低負荷時かつ低温時において、或る程度の過給圧が安定して得られるとともに、加速要求時には、2つの排気ターボ過給機のタービンが既に回転しているので、高い加速レスポンスが得られる。特に第2排気ターボ過給機のタービンは、通常、第1排気ターボ過給機のタービンよりもイナーシャが大きい大型化のものとなるが、この第2排気ターボ過給機のタービンを、低負荷時に常に回転しておくことで、高い加速レスポンスが確実に得られる。 The first exhaust turbocharger is normally operated at a high temperature at a low load so that an appropriate supercharging pressure can be obtained. For this reason, the intake bypass valve and the first exhaust bypass valve are in a state other than full open. On the other hand, the second exhaust turbocharger is operated almost fully at low temperatures and at high temperatures when the load is low (the second exhaust bypass valve according to claim 3 is fully closed or close to the opening degree). It is preferable to make it. In this way, a certain degree of supercharging pressure can be stably obtained at low load and low temperature, and at the time of acceleration request, the two exhaust turbocharger turbines are already rotating, so high acceleration is achieved. A response is obtained. In particular, the turbine of the second exhaust turbocharger is usually larger in size and has a larger inertia than the turbine of the first exhaust turbocharger. By always rotating at times, a high acceleration response can be reliably obtained.
請求項3の発明では、請求項2の発明において、上記第2排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第2排気バイパス通路と、上記第2排気バイパス通路に配設された第2排気バイパス弁とを更に備え、上記バイパス弁制御手段は、上記吸気バイパス弁及び第1排気バイパス弁の開度に加えて、上記第2排気バイパス弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した第2排気バイパス弁開度に制御するものであって、上記エンジン負荷が上記所定負荷よりも大きい高負荷時においては、上記低温時に、上記第2排気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した第2排気バイパス弁開度よりも大きくするように構成されているものとする。 According to a third aspect of the invention, in the second aspect of the invention, a second exhaust bypass passage that bypasses the turbine of the second exhaust turbocharger, and a second exhaust bypass valve disposed in the second exhaust bypass passage. The bypass valve control means sets the opening of the second exhaust bypass valve in accordance with the operating state of the engine in addition to the opening of the intake bypass valve and the first exhaust bypass valve. The second exhaust bypass valve opening is controlled, and when the engine load is higher than the predetermined load, the opening of the second exhaust bypass valve is set at the high temperature at the low temperature. It is assumed that the opening is larger than the second exhaust bypass valve opening.
すなわち、高負荷時には、第1排気ターボ過給機を作動させると却って排気抵抗になるので、吸気バイパス弁及び第1排気バイパス弁を、通常、全開状態にし、第2排気バイパス弁を全閉状態かそれに近い開度にする(過回転を防止可能な開度)。このため、高負荷時においては、低負荷時のように、低温時に吸気バイパス弁の開度を高温時の吸気バイパス弁開度よりも大きくすることはできない。また、加速レスポンスが低負荷時に比べて大きな問題とはならない高負荷時において、低温時に第1排気バイパス弁の開度を高温時の第1排気バイパス弁開度よりも小さくすると排気抵抗になるので、そのようなことはしない方が好ましい。そこで、高負荷時においては、低温時に、第2排気バイパス弁の開度を、エンジンの運転状態に応じて設定した第2排気バイパス弁開度(高温時の第2排気バイパス弁開度)よりも大きくする。一方、吸気バイパス弁及び第1排気バイパス弁は、高温時と同じ全開状態を維持する。これにより、排気熱エネルギの第1及び第2排気ターボ過給機による減少を抑制して、排気浄化装置に十分な排気熱エネルギを供給するようにすることができる。 That is, when the first exhaust turbocharger is operated at high load, the exhaust resistance is reversed. Therefore, the intake bypass valve and the first exhaust bypass valve are normally fully opened, and the second exhaust bypass valve is fully closed. Or an opening close to that (opening that can prevent over-rotation). For this reason, at the time of high load, the opening degree of the intake bypass valve cannot be made larger than the intake opening degree of the intake bypass valve at high temperature when the temperature is low as in the case of low load. Also, if the opening of the first exhaust bypass valve is smaller than the first exhaust bypass valve opening at high temperatures at low temperatures at high loads when acceleration response is not a major problem compared to low loads, exhaust resistance will result. It is preferable not to do so. Therefore, at the time of high load, the opening degree of the second exhaust bypass valve is set at the low temperature from the second exhaust bypass valve opening degree (second exhaust bypass valve opening degree at high temperature) set according to the operating state of the engine. Also make it bigger. On the other hand, the intake bypass valve and the first exhaust bypass valve maintain the same fully open state as when the temperature is high. Thereby, the exhaust heat energy can be suppressed from being reduced by the first and second exhaust turbochargers, and sufficient exhaust heat energy can be supplied to the exhaust purification device.
請求項4の発明では、請求項1〜3のいずれか1つの発明において、上記吸気通路における上記第1排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分と上記排気通路における上記第1排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分とを接続する排気ガス還流通路と、上記排気ガス還流通路に配設された排気ガス還流弁と、上記排気ガス還流弁の開度を制御する排気ガス還流弁制御手段とを更に備え、上記排気ガス還流弁制御手段は、上記バイパス弁制御手段が上記低温時に上記吸気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしたときには、上記排気ガス還流弁の開度を小さい側に補正するように構成されているものとする。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention, a portion of the intake passage downstream of the compressor of the first exhaust turbocharger and the first exhaust turbo excess in the exhaust passage. An exhaust gas recirculation passage connecting the upstream portion of the turbine of the feeder, an exhaust gas recirculation valve disposed in the exhaust gas recirculation passage, and an exhaust gas recirculation valve for controlling the opening degree of the exhaust gas recirculation valve The exhaust gas recirculation valve control means when the bypass valve control means makes the opening degree of the intake bypass valve larger than the intake bypass valve opening degree set at the high temperature when the bypass temperature is low. It is assumed that the opening degree of the exhaust gas recirculation valve is corrected to the smaller side.
すなわち、バイパス弁制御手段が低温時に吸気バイパス弁の開度を高温時の吸気バイパス弁開度よりも大きくしたときに、排気ガス還流弁の開度をそのままにしておいたのでは、過給圧が低下する分だけ排気ガス還流量が過剰になってしまう。しかし、本発明では、排気ガス還流弁の開度を小さい側に補正するので、排気ガス還流量が過剰になるのを抑制することができ、低温時においても、高温時と同様に適切な排気ガス還流量を維持することができる。 That is, when the opening degree of the intake bypass valve is larger than the opening degree of the intake bypass valve at the high temperature when the bypass valve control means is at a low temperature, if the opening degree of the exhaust gas recirculation valve is left as it is, the boost pressure Exhaust gas recirculation amount becomes excessive by the amount of decrease. However, in the present invention, since the opening degree of the exhaust gas recirculation valve is corrected to a smaller side, it is possible to suppress the exhaust gas recirculation amount from becoming excessive, and appropriate exhaust gas can be achieved even at low temperatures as at high temperatures. The amount of gas reflux can be maintained.
以上説明したように、本発明のエンジンの過給装置によると、低温時に、吸気バイパス弁の開度を、高温時にエンジンの運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしかつ排気バイパス弁の開度を、高温時にエンジンの運転状態に応じて設定した排気バイパス弁開度と比べて同等以下にするようにしたことにより、排気浄化装置の触媒の早期暖機を図りつつ、加速要求時の加速レスポンスを向上させることができる。 As described above, according to the engine supercharging device of the present invention, at low temperatures, the opening degree of the intake bypass valve is set larger than the intake bypass valve opening degree set according to the operating state of the engine at high temperatures and the exhaust gas is exhausted. By making the opening degree of the bypass valve equal to or less than the opening degree of the exhaust bypass valve set according to the operating condition of the engine at high temperatures , acceleration of the exhaust purification device catalyst is achieved while aiming for early warming up. The acceleration response at the time of request can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る過給装置を採用したエンジン1の概略構成を示す。このエンジン1は、車両に搭載されたディーゼルエンジンであって、複数の気筒2(1つのみ図示)が設けられたシリンダブロック3と、このシリンダブロック3上に配設されたシリンダヘッド4と、シリンダブロック3の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン9とを有している。このエンジン1の各気筒2内には、ピストン5が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン5の頂面には深皿形燃焼室6が形成されている。このピストン5は、コンロッド7を介してクランク軸8と連結されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an engine 1 employing a supercharging device according to an embodiment of the present invention. The engine 1 is a diesel engine mounted on a vehicle, and includes a cylinder block 3 provided with a plurality of cylinders 2 (only one is shown), a cylinder head 4 disposed on the cylinder block 3, An oil pan 9 is provided below the cylinder block 3 and stores lubricating oil. In each
上記シリンダヘッド4には、各気筒2毎に吸気ポート12及び排気ポート13が形成されているとともに、これら吸気ポート12及び排気ポート13の燃焼室6側の開口を開閉する吸気弁14及び排気弁15がそれぞれ配設されている。
In the cylinder head 4, an
また、上記シリンダヘッド4には、燃料を噴射するインジェクタ20と、エンジン1の冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ25とが設けられている。上記インジェクタ20は、その燃料噴射口が燃焼室6の天井面から該燃焼室6に臨むように配設されていて、圧縮行程上死点付近で燃焼室6に燃料を直接噴射供給するようになっている。尚、インジェクタ20は、燃料供給管21を介して不図示のコモンレールに連結されていて、該燃料供給管21及びコモンレールを介して不図示の燃料タンクから燃料が供給されるように構成されている。余剰燃料は、リターン管22を通じて燃料タンクへ戻される。
The cylinder head 4 is provided with an
上記エンジン1の一側面には、各気筒2の吸気ポート12に連通するように吸気通路30が接続されている。この吸気通路30の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ31が配設されており、このエアクリーナ31で濾過した吸入空気が吸気通路30及び吸気ポート12を介して各気筒2の燃焼室6に供給される。
An
上記吸気通路30におけるエアクリーナ31の下流側近傍には、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ32が配設されている。また、吸気通路30における下流端近傍には、サージタンク33が配設されている。このサージタンク33よりも下流側の吸気通路30は、各気筒2毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒2の吸気ポート12にそれぞれ接続されている。
An
さらに、上記吸気通路30におけるエアフローセンサ32とサージタンク33との間には、第1排気ターボ過給機61のコンプレッサ61aと第2排気ターボ過給機62のコンプレッサ62aとが配設されており、第1排気ターボ過給機61のコンプレッサ61aの方が第2排気ターボ過給機62のコンプレッサ62aよりも下流側に位置する。これら両コンプレッサ61a,62aの作動により吸入空気の過給を行う。そして、吸気通路30には、第1排気ターボ過給機61のコンプレッサ61aをバイパスする吸気バイパス通路64が接続され、この吸気バイパス通路64には、該吸気バイパス通路64へ流れる空気量を調整するための吸気バイパス弁65が配設されている。尚、本実施形態では、第2排気ターボ過給機62のコンプレッサ62aをバイパスするバイパス通路は設けられてはいないが、このようなバイパス通路を設けるとともに、該バイパス通路に吸気バイパス弁65と同様の弁を設けるようにしてもよい。
Further, a
さらにまた、上記吸気通路30における第1排気ターボ過給機61のコンプレッサ61aとサージタンク33との間には、上流側から順に、上記両コンプレッサ61a,62aにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ35と、両コンプレッサ61a,62aにより圧縮された空気の圧力を検出する吸気圧力センサ36と、上記各気筒2の燃焼室6への吸入空気量を調節する吸気絞り弁37とが配設されている。この吸気絞り弁37は、基本的には全開状態とされるが、後述のフィルタ43bの再生時やNOxの還元時には、全開状態から閉方向に変更されて所定の開度とされる。また、吸気絞り弁37は、エンジン1の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。
Furthermore, between the
上記エンジン1の他側面には、各気筒2の燃焼室6からの既燃ガス(排気ガス)を排出する排気通路40が接続されている。この排気通路40の上流側の部分は、各気筒2毎に分岐して排気ポート13の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気マニホールドよりも下流側の排気通路40に、上記第1排気ターボ過給機61のタービン61bと第2排気ターボ過給機62のタービン62bとが配設されており、第1排気ターボ過給機61のタービン61bの方が第2排気ターボ過給機62のタービン62bよりも上流側に位置する。これらタービン61b,62bが排気ガス流により回転し、これらタービン61b,62bの回転により、該タービン61b,62bとそれぞれ連結された上記コンプレッサ61a,62aがそれぞれ作動する。
An
そして、排気通路40には、第1排気ターボ過給機61のタービン61bをバイパスする第1排気バイパス通路67と、第2排気ターボ過給機62のタービン62bをバイパスする第2排気バイパス通路69とが接続されている。第1排気バイパス通路67には、該第1排気バイパス通路67へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ68(第1排気バイパス弁)が配設され、第2排気バイパス通路69には、該第2排気バイパス通路69へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ70(第2排気バイパス弁)が配設されている。
The
上記排気通路40における上記第2排気ターボ過給機62のタービン62bよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置43が配設されている。この排気浄化装置43は、酸化触媒部43a、ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、フィルタという)43b及びリーンNOx触媒部43cで構成されており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒部43a及びフィルタ43bは1つのケース内に収容され、リーンNOx触媒部43cは、酸化触媒部43a及びフィルタ43bを収容するケースとは別のケース内に収容されている。尚、排気通路40の下流端(リーンNOx触媒部43cよりも下流側)には、サイレンサー48が設けられている。
An exhaust
上記酸化触媒部43aは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のCO及びHCが酸化されてCO2及びH2Oが生成する反応を促すものである。また、上記フィルタ43bは、エンジン1の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ43bに酸化触媒をコーティングしてもよい。
The
上記リーンNOx触媒部43cは、排気ガス中のNOxを吸蔵して還元浄化するNOx吸蔵還元型触媒を有していて、例えば、バリウムを主成分とし、カリウム、マグネシウム、ストロンチウム、ランタン等のアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類と、白金等の化学反応触媒作用を有する貴金属とが担持されたNOx吸蔵材を内装する。このリーンNOx触媒部43cは、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比よりもリーンな状態で排気中のNOxを吸蔵する一方、そのようにして吸蔵したNOxを空燃比状態のリッチ化に応じて放出して、そのNOxを排気ガス中のCO及びHCと酸化還元反応させて酸素と窒素とに分解する。また、排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍にあるときには、HC、CO及びNOxを略完全に浄化する。
The lean
本実施形態のエンジン1は、ディーゼルエンジンであるため、全運転領域で、空燃比を理論空燃比よりも大きくする(λ>1)リーン運転を行う。このリーン運転を継続すると、リーンNOx触媒部43cに吸蔵されるNOx量が増加していき、やがて飽和状態になって、NOxの浄化能力が低下する。これを防止するために、吸蔵したNOxを酸素と窒素とに分解放出させてNOx吸蔵能力を回復させるべく、空燃比のリッチ化を行う。具体的には、リーンNOx触媒部43cに吸蔵されるNOx量は、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン1の運転状態に基づいて、予め作成したNOx量排出マップにより推定することができ、その推定したNOx量の積算値が、予め設定した設定量以上になったときに、排気ガスの空燃比をリーン運転時の空燃比よりもリッチ化する(例えば理論空燃比とするか、又はそれ以上にリッチとする)。このリッチ化は、上記吸気絞り弁37の開度を全開状態から閉方向に変更して、燃焼室6へ供給される空気量を減量することで行う。そして、リッチ化時間が所定時間を経過したときに、空燃比を元のリーンの状態に復帰させる。尚、上記所定時間は、リッチ化の度合いとの関係で、吸蔵しているNOx全て(上記設定量)が還元放出される時間に設定される。
Since the engine 1 of this embodiment is a diesel engine, a lean operation is performed in which the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio (λ> 1) in the entire operation region. If this lean operation is continued, the amount of NOx occluded in the lean
上記排気浄化装置43における酸化触媒部43aとフィルタ43bとの間には、排気温度センサ44が配設されており、この排気温度センサ44により、該排気温度センサ44の配設部分を流れる排気ガスの温度が検出される。すなわち、排気温度センサ44は、排気浄化装置43に関連する温度を検出する温度検出手段を構成する。排気浄化装置43に関連する温度としては、酸化触媒部43aとフィルタ43bとの間を流れる排気ガスの温度に限らず、例えば、酸化触媒部43aに流入する直前の排気ガスの温度であってもよく、酸化触媒部43a及びフィルタ43bを覆うケース等の温度であってもよい。
An exhaust
上記排気浄化装置43におけるフィルタ43bの上流側及び下流側には、フィルタ43bに流入する直前及び流出した直後の排気ガスの圧力をそれぞれ検出する上流側及び下流側圧力検出部45,46が設けられ、これら上流側及び下流側圧力検出部45,46には、該両圧力検出部45,46の差圧を検出する差圧センサ47が接続されている。この差圧は、フィルタ43bに捕集された微粒子量(つまり捕集量)に対応しており、差圧が大きいほど捕集量が多いことになる。この捕集量が多くなると、フィルタ43bが目詰まりすることになり、これを防止するために、捕集量が所定量(例えば最大捕集量の70%)以上になったとき、つまり、上記差圧が該所定量に対応する所定値になったときに、微粒子を燃焼させてフィルタ43bを再生する。このフィルタ43bを再生するために、排気浄化装置43の酸化触媒部43aに未燃燃料を供給し、この未燃燃料の酸化反応熱によりフィルタ43bの温度を上昇させて、該フィルタ43bに捕集された微粒子を燃焼除去する。酸化触媒部43aへの未燃燃料の供給は、燃焼室6での燃焼を意図した、圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射よりも遅れた時期(膨張行程又は排気行程)に燃料を噴射するポスト噴射によって行う。このポスト噴射は、複数回に分けての分割噴射が好ましい。尚、ポスト噴射を行う際には、エンジン1のポンプロスを増大させて排気熱エネルギーを増大させるべく、吸気絞り弁37の開度を全開状態から閉方向に変更する。また、ポスト噴射を行う際には、後述の排気ガス還流弁51を全閉状態にして、ポスト噴射による燃料が吸気通路30へ流れないようにすることが好ましい。
In the
上記吸気通路30における上記サージタンク33と吸気絞り弁37との間の部分(つまり第1排気ターボ過給機61のコンプレッサ61aよりも下流側部分)と、上記排気通路40における上記排気マニホールドと第1排気ターボ過給機61のタービン61bとの間の部分(つまり第1排気ターボ過給機61のタービン61bよりも上流側部分)とは、排気ガスの一部を吸気通路30に還流するための排気ガス還流通路50によって接続されている。この排気ガス還流通路50には、排気ガスの吸気通路30への還流量を調整するための排気ガス還流弁51と、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのEGRクーラ52とが配設されている。
A portion of the
上記第1排気ターボ過給機61は小型のものであり、第2排気ターボ過給機62は大型のものである。すなわち、第2排気ターボ過給機62のタービン62bの方が第1排気ターボ過給機61のタービン61bよりもイナーシャが大きい。ここで、第1排気ターボ過給機61のT/C効率マップ(タービン61bの回転エネルギをどれだけコンプレッサ61aによる圧力上昇に変換できるかを示すもの)を、図2に実線で示し、第2排気ターボ過給機62のT/C効率マップを、図2で破線で示す。図2における横軸の「空気流量」は、エアフローセンサ32により検出される空気量であり、縦軸の「圧力比」は、コンプレッサへの流入直前の空気圧力に対するコンプレッサからの流出直後の空気圧力の比である。そして、各排気ターボ過給機毎に描かれている複数の環状の線が、空気流量と圧力比との関係から求まる効率であり、中心側の線ほど効率が高くなる。図2から分かるように、大型の第2排気ターボ過給機62の方が、高効率の領域が広い。
The
図3に示すように、上記エアフローセンサ32、吸気圧力センサ36、排気温度センサ44及び差圧センサ47による各検出値の信号が、エンジン1を制御するエンジン制御ユニット(以下、ECUという)81に入力される。また、ECU81には、それらの他に、エンジン1の回転数を検出するエンジン回転数センサ73、クランク角を検出するクランク角センサ74、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ75、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ76等の各検出値の信号が入力され、これら入力信号に基づいて、インジェクタ20、吸気絞り弁37,排気ガス還流弁51、吸気バイパス弁65、レギュレートバルブ68及びウエストゲートバルブ70を制御する。すなわち、ECU81は、吸気バイパス弁65、レギュレートバルブ68及びウエストゲートバルブ70の開度を制御するバイパス弁制御手段を構成するとともに、排気ガス還流弁51の開度を制御する排気ガス還流弁制御手段を構成することになる。
As shown in FIG. 3, signals detected by the
上記ECU81は、上記吸気バイパス弁65、レギュレートバルブ68及びウエストゲートバルブ70の各開度を、上記エンジン1の運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する。本実施形態では、図4に示す、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするマップにおける低負荷かつ低回転側の領域A(エンジン負荷が所定負荷(エンジ回転数が大きいほど小さくなる)以下の領域)では、第1及び第2排気ターボ過給機61,62の両方を作動させるようにし、こうするために、吸気バイパス弁65及びレギュレートバルブ68は全開以外の開度とし、ウエストゲートバルブ70は全閉状態とする。一方、高負荷かつ高回転側の領域B(エンジン負荷が上記所定負荷よりも大きい領域)では、第1排気ターボ過給機61が排気抵抗になるため、第2排気ターボ過給機62のみを作動させるようにし、こうするために、吸気バイパス弁65及びレギュレートバルブ68は全開状態とし、ウエストゲートバルブ70は全閉状態に近い開度にする。尚、ウエストゲートバルブ70を常に全閉状態にしてもよい(或いは第2排気バイパス通路69及びウエストゲートバルブ70をなくしてもよい)が、過回転を防止するために、上記領域Bでは少し開き気味にしている。
The
上記領域Aにおける上記吸気バイパス弁65の開度は、エンジン1の運転状態及びアクセル開度により設定される目標吸気圧により決まる。また、レギュレートバルブ68は、図5に示すように、高負荷(高トルク)になるに連れて開度を次第に大きくする。図5において開度が100%のラインよりも高トルク側は、上記領域Bに対応する領域であり、この領域では開度は100%となる。さらに、ウエストゲートバルブ70の開度は、図6のようになる。図6において開度が10%のラインよりも低トルク側は、上記領域Aに対応する領域であり、この領域では開度は0%となる。尚、図5及び図6における実線のラインは、エンジン1に発生する最大トルクラインである。
The opening degree of the
図4において破線で示すラインを含めてそれよりも低負荷かつ低回転側の領域(上記領域Aを含む)では、排気ガス還流弁51が開かれて、排気ガスの一部が吸気通路30に還流されるようになっている。以下、この領域をEGR領域という。このEGR領域における排気ガス還流弁51の開度は、エンジン1の運転状態に応じて設定される。一方、上記ラインよりも高負荷かつ高回転側では、排気ガス還流弁51が全閉状態とされ、排気ガスの吸気通路30への還流は行われない。
In the region including the line indicated by the broken line in FIG. 4 and the lower load and lower rotation side (including the region A), the exhaust
尚、第1及び第2排気ターボ過給機61,62の両方を作動させる領域A、第2排気ターボ過給機のみを作動させる領域B、及びEGR領域を、図2の排気ターボ過給機のT/C効率マップを用いて設定するようにしてもよい。すなわち、上記領域Aに対応する領域が、図7(a)の太線で囲む領域であり、上記領域Bに対応する領域が、図7(b)の太線で囲む領域であり、上記EGR領域に対応する領域が、図7(c)の太線で囲む領域である。これにより、エアフローセンサ32により検出される空気量と、コンプレッサへの流入直前の空気圧力に対するコンプレッサからの流出直後の空気圧力の比との関係から、第1及び第2排気ターボ過給機61,62の両方を作動させるか、第2排気ターボ過給機62のみを作動させるか、或いは、排気ガスの吸気通路30への還流を行うかが決まることになる。
The region A for operating both the first and
上述の吸気バイパス弁65、レギュレートバルブ68及びウエストゲートバルブ70の各開度は、上記排気温度センサ44により検出される温度が所定温度(排気浄化装置43の触媒の活性温度ないしそれに近い触媒温度(250℃程度)に対応する温度)以上である高温時のものであり、ECU81は、上記所定温度よりも低い低温時には、上記触媒の早期暖機を図るべく、以下で説明するように上記設定した開度(高温時の開度)を変更する。
Each opening degree of the
すなわち、上記領域Aでは、上記低温時に、吸気バイパス弁65の開度を、上記エンジン1の運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度(上記高温時の吸気バイパス弁開度)よりも大きくしかつレギュレートバルブ68の開度を、上記エンジン1の運転状態に応じて設定したレギュレートバルブ開度(上記高温時のレギュレートバルブ開度)と比べて同等以下にする。また、ウエストゲートバルブ70については、上記高温時と同じ全閉状態とする。
That is, in the region A, at the low temperature, the opening degree of the
このように吸気バイパス弁65の開度を高温時の吸気バイパス弁開度よりも大きくすると、高温時よりも過給効率が低下してエンジントルクが減少するため、車両の乗員(ドライバ)は、高温時と同じトルクとするためにはアクセルペダルをより踏み込む(アクセル開度を大きくする)こととなり、これにより、燃料噴射量及び燃焼室6へ供給される空気量(延いては排気量)が増大し、この結果、排気熱エネルギが増大することになる。したがって、レギュレートバルブ68の開度を高温時と比べて同等以下にして排気熱エネルギにより第1排気ターボ過給機61のタービン61bを回転駆動したとしても、排気浄化装置43に十分な排気熱エネルギを供給することができるようになり、排気浄化装置43の触媒温度を活性温度まで早期に上昇させることが可能になる。
When the opening degree of the
また、レギュレートバルブ68の開度を上記高温時のレギュレートバルブ開度と比べて同等以下にすることで、第1排気ターボ過給機61のタービン61bが回転し続けることとなり、これにより、乗員が更にアクセルペダルを踏み込んで加速要求を行ったとき、つまりアクセル開度センサ76により検出されるアクセル開度の変化率が所定以上であるときには、既にタービン61bが回転しているので、吸気バイパス弁65の開度を上記高温時の吸気バイパス弁開度にすることで、直ぐに適切な過給を行うことができ、高い加速レスポンスが得られるようになる。
Further, by making the opening degree of the regulating
上記低温時のレギュレートバルブ68の開度は、上記高温時のレギュレートバルブ開度と同じか又はそれよりも小さい範囲で、排気浄化装置43に十分な排気熱エネルギを供給することができかつ高い加速レスポンスが得られる観点から適宜設定すればよいが、第1排気ターボ過給機61のタービン61bが所定回転速度以上の回転速度で回転するような開度にすることが好ましい。このことから、低温時のレギュレートバルブ68の開度は、上記高温時のレギュレートバルブ開度と同様に、エンジン負荷が大きいほど、大きいことが好ましい。本実施形態では、高温時にレギュレートバルブ68が全閉状態にあれば、低温時にも全閉状態とし、高温時にレギュレートバルブ68が全閉状態でなければ、低温時には、レギュレートバルブ68の開度を高温時のレギュレートバルブ開度に対して一定割合だけ小さくする。
Sufficient exhaust heat energy can be supplied to the
上記領域Bにおいては、上述の如く高温時に吸気バイパス弁65及びレギュレートバルブ68を全開状態にしていて、第1排気ターボ過給機61を作動させていないので、上記低温時に、吸気バイパス弁65を開く方向に変更することはできない。また、加速レスポンスが領域Aに比べて大きな問題とはならない領域Bにおいて、低温時にレギュレートバルブ68の開度を高温時のレギュレートバルブ開度よりも小さくすると排気抵抗になるので、そのようなことはしない方が好ましい。そこで、ECU81は、上記領域Bにおいては、上記低温時に、ウエストゲートバルブ70の開度を、上記エンジン1の運転状態に応じて設定したウエストゲートバルブ開度(上記高温時のウエストゲートバルブ開度)よりも大きくする。一方、領域Bにおける低温時の吸気バイパス弁65及びレギュレートバルブ68の開度は、高温時と同じ全開状態とする。こうすることで、排気熱エネルギの第1及び第2排気ターボ過給機61,62による減少を抑制して、排気浄化装置43に十分な排気熱エネルギを供給するようにすることができる。
In the region B, as described above, the
また、上記ECU81は、上述の如く上記低温時に上記吸気バイパス弁65の開度が上記高温時の吸気バイパス弁開度よりも大きくされたときには、上記排気ガス還流弁51の開度を小さい側に補正する。すなわち、上記エンジン1の運転状態に応じて設定した排気ガス還流弁開度よりも小さくする。これにより、過給圧が低下することにより排気ガス還流量が過剰になるのを抑制する。
Further, the
ここで、上記ECU81における、排気ガス還流弁51、吸気バイパス弁65、レギュレートバルブ68及びウエストゲートバルブ70の制御動作について、図8のフローチャートに基づいて説明する。
Here, control operations of the exhaust
最初のステップS1では、各種センサからの入力信号を読み込み、次のステップS2で、目標吸気圧並びに排気ガス還流弁51、吸気バイパス弁65、レギュレートバルブ68及びウエストゲートバルブ70の目標開度(上記高温時の開度)を設定する。
In the first step S1, input signals from various sensors are read. In the next step S2, the target intake pressure and the target opening of the exhaust
次のステップS3では、エンジン1の運転状態がEGR領域にあるか否かを判定し、このステップS3の判定がYESであるときには、ステップS4に進んで、排気ガス還流弁51(図8では、EGR弁と記載)の開度を、エンジン1の運転状態に応じた開度(上記設定した目標開度)とし、しかる後にステップS6に進む。一方、ステップS3の判定がNOであるときには、ステップS5に進んで、排気ガス還流弁51を全閉状態にし、しかる後にステップS6に進む。
In the next step S3, it is determined whether or not the operating state of the engine 1 is in the EGR region. If the determination in step S3 is YES, the process proceeds to step S4, and the exhaust gas recirculation valve 51 (in FIG. 8). The opening of the EGR valve is set to an opening corresponding to the operating state of the engine 1 (the set target opening), and then the process proceeds to step S6. On the other hand, when the determination in step S3 is NO, the process proceeds to step S5, the exhaust
上記ステップS6では、排気温度センサ44により検出される温度が上記所定温度よりも小さい低温時であるか否かを判定し、このステップS6の判定がNOであるときには、そのままリターンする一方、ステップS6の判定がYESであるときには、ステップS7に進む。
In step S6, it is determined whether or not the temperature detected by the
上記ステップS7では、エンジン1の運転状態が領域Aにあるか否かを判定し、このステップS7の判定がNOであるとき、つまりエンジン1の運転状態が領域Bにあるときには、ステップS8に進んで、ウエストゲートバルブ70の開度を、上記ステップS2で設定したウエストゲートバルブ開度に対して大きい側(開方向)に変更し、しかる後にリターンする。
In step S7, it is determined whether or not the operating state of the engine 1 is in the region A. When the determination in step S7 is NO, that is, when the operating state of the engine 1 is in the region B, the process proceeds to step S8. Thus, the opening degree of the
一方、上記ステップS7の判定がYESであるときには、ステップS9に進んで、吸気バイパス弁65の開度を、上記ステップS2で設定した吸気バイパス弁開度に対して大きい側(開方向)に変更するとともに、レギュレートバルブ68の開度を、上記ステップS2で設定したレギュレートバルブ開度に対して一定割合だけ小さい側(閉方向)に変更する(尚、ステップS2で設定したレギュレートバルブ開度が0であるときには、そのまま0とする)。但し、目標吸気圧は一定にしておく。
On the other hand, when the determination in step S7 is YES, the process proceeds to step S9, and the opening of the
上記ステップS9に続く次のステップS10では、排気ガス還流弁51の開度を小さい側(閉方向)に補正し、次のステップS11では、アクセル開度センサ76により検出されるアクセル開度の変化率(今回検出されたアクセル開度から前回検出されたアクセル開度を引いた値を、検出時間間隔で割った値)が所定以上であるか否か、つまり乗員が加速要求しているか否かを判定する。
In the next step S10 following step S9, the opening of the exhaust
上記ステップS11の判定がNOであるときには、そのままリターンする一方、ステップS11の判定がYESであるときには、ステップS12に進んで、吸気バイパス弁65の開度を上記高温時の開度に変更し、次のステップS13で、排気ガス還流弁51の上記閉方向補正を中止し、しかる後にリターンする。
If the determination in step S11 is NO, the process returns as it is. If the determination in step S11 is YES, the process proceeds to step S12, and the opening of the
したがって、本実施形態では、エンジン負荷が所定負荷以下の低負荷時において、排気温度センサ44により検出された温度が所定温度よりも低い低温時に、吸気バイパス弁65の開度を、エンジン1の運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度(排気温度センサ44により検出された温度が上記所定温度以上である高温時の吸気バイパス弁開度)よりも大きくしかつレギュレートバルブ68の開度を、エンジン1の運転状態に応じて設定したレギュレートバルブ開度(上記高温時のレギュレートバルブ開度)と比べて同等以下にするようにしたことにより、乗員のアクセルペダルの踏み込みによって排気浄化装置43に十分な排気熱エネルギを供給することができるようになり、排気浄化装置43の触媒の早期暖機を図ることができるとともに、第1排気ターボ過給機61のタービン61bが回転し続けることで、加速要求時の加速レスポンスを向上させることができる。
Therefore, in the present embodiment, when the engine load is a low load equal to or lower than the predetermined load, the opening degree of the
また、上記低負荷時における上記低温時には、ウエストゲートバルブ70が全閉状態にあるので、吸気バイパス弁65の開度を大きくしたとしても、或る程度の過給圧が安定して得られるとともに、加速要求時には、大型の第2排気ターボ過給機62のタービン62bも既に回転しているので、高い加速レスポンスが確実に得られる。
Further, since the
さらに、エンジン負荷が上記所定負荷よりも大きい高負荷時においては、上記低温時に、ウエストゲートバルブ70の開度を、エンジン1の運転状態に応じて設定したウエストゲートバルブ開度(上記高温時のウエストゲートバルブ開度)よりも大きくするようにしたので、排気熱エネルギの第2排気ターボ過給機62による減少を抑制して、排気浄化装置43に十分な排気熱エネルギを供給するようにすることができる。
Further, when the engine load is higher than the predetermined load, the opening of the
尚、上記実施形態では、2つの排気ターボ過給機61,62により吸入空気の過給(2段過給)を行うようにしたが、第1排気ターボ過給機61のみで吸入空気の過給を行うことも可能である。この場合の第1排気ターボ過給機61のイナーシャ等の特性は、上記実施形態の第1排気ターボ過給機61と同じである必要はなく、上記実施形態の第2排気ターボ過給機62と同じであってもよく、上記実施形態の第1及び第2排気ターボ過給機61,62の中間の特性であってもよい。そして、上記実施形態と同様に、その第1排気ターボ過給機61を作動させるエンジン運転状態にあるとき(エンジン1の運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度及びレギュレートバルブ開度が100%でないとき)において、上記低温時に、吸気バイパス弁65の開度を、エンジン1の運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしかつレギュレートバルブ68の開度を、エンジン1の運転状態に応じて設定したレギュレートバルブ開度と比べて同等以下にすればよい。
In the above embodiment, the intake air is supercharged (two-stage supercharging) by the two
また、本発明は、ディーゼルエンジンだけでなく、ガソリンエンジンにも適用することができる。 Further, the present invention can be applied not only to a diesel engine but also to a gasoline engine.
本発明は、排気ターボ過給機と、排気通路における該排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設された排気浄化装置とを備えたエンジンの過給装置に有用であり、特に2つの排気ターボ過給機を備えたものに有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for an engine supercharging device including an exhaust turbocharger and an exhaust gas purification device disposed downstream of the exhaust turbocharger turbine in the exhaust passage. Useful for those with two exhaust turbochargers.
1 エンジン
30 吸気通路
40 排気通路
43 排気浄化装置
44 排気温度センサ(温度検出手段)
50 排気ガス還流通路
51 排気ガス還流弁
61 第1排気ターボ過給機
61a コンプレッサ
61b タービン
62 第2排気ターボ過給機
62a コンプレッサ
62b タービン
64 吸気バイパス通路
65 吸気バイパス弁
67 第1排気バイパス通路
68 レギュレートバルブ(第1排気バイパス弁)
69 第2排気バイパス通路
70 ウエストゲートバルブ(第2排気バイパス弁)
81 エンジン制御ユニット(バイパス弁制御手段)
(排気ガス還流弁制御手段)
1
50 Exhaust
69 Second
81 Engine control unit (bypass valve control means)
(Exhaust gas recirculation valve control means)
Claims (4)
上記第1排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、
上記吸気バイパス通路に配設された吸気バイパス弁と、
上記第1排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第1排気バイパス通路と、
上記第1排気バイパス通路に配設された第1排気バイパス弁と、
上記吸気バイパス弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した吸気バイパス弁開度に制御するとともに、上記第1排気バイパス弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した第1排気バイパス弁開度に制御するバイパス弁制御手段と、
上記排気通路における上記タービンよりも下流側に配設された排気浄化装置と、
上記排気浄化装置に関連する温度を検出する温度検出手段とを備え、
上記バイパス弁制御手段は、上記温度検出手段により検出された温度が所定温度よりも低い低温時に、上記吸気バイパス弁の開度を、上記温度検出手段により検出された温度が上記所定温度以上である高温時に設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしかつ上記第1排気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した第1排気バイパス弁開度と比べて同等以下にするように構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 A first exhaust turbocharger having a compressor disposed in an intake passage of the engine and a turbine disposed in an exhaust passage;
An intake bypass passage for bypassing the compressor of the first exhaust turbocharger;
An intake bypass valve disposed in the intake bypass passage;
A first exhaust bypass passage for bypassing the turbine of the first exhaust turbocharger;
A first exhaust bypass valve disposed in the first exhaust bypass passage;
The opening of the intake bypass valve is controlled to the intake bypass valve opening set according to the operating state of the engine, and the opening of the first exhaust bypass valve is set according to the operating state of the engine Bypass valve control means for controlling the first exhaust bypass valve opening ;
An exhaust purification device disposed downstream of the turbine in the exhaust passage;
Temperature detecting means for detecting a temperature related to the exhaust purification device,
The bypass valve control means is configured to determine the opening degree of the intake bypass valve when the temperature detected by the temperature detection means is lower than a predetermined temperature , and the temperature detected by the temperature detection means is equal to or higher than the predetermined temperature. It is configured to be larger than the intake bypass valve opening degree set at a high temperature and to make the opening degree of the first exhaust bypass valve equal to or less than the first exhaust bypass valve opening degree set at the high temperature . An engine supercharger characterized by.
上記吸気通路における上記第1排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第1排気ターボ過給機のタービン及び上記排気浄化装置間に配設されたタービンとを有する第2排気ターボ過給機を更に備え、
上記バイパス弁制御手段は、上記エンジン負荷が所定負荷以下の低負荷時において、上記低温時に、上記吸気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしかつ上記第1排気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した第1排気バイパス弁開度と比べて同等以下にするように構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to claim 1,
The compressor is disposed upstream of the compressor of the first exhaust turbocharger in the intake passage, and is disposed between the turbine of the first exhaust turbocharger and the exhaust purification device in the exhaust passage. And a second exhaust turbocharger having a turbine.
The bypass valve control means is configured to make the opening degree of the intake bypass valve larger than an intake bypass valve opening degree set at the high temperature and at the low temperature when the engine load is a low load equal to or lower than a predetermined load. An engine supercharging device, wherein the opening degree of the exhaust bypass valve is configured to be equal to or less than the first exhaust bypass valve opening degree set at the high temperature .
上記第2排気ターボ過給機のタービンをバイパスする第2排気バイパス通路と、
上記第2排気バイパス通路に配設された第2排気バイパス弁とを更に備え、
上記バイパス弁制御手段は、上記吸気バイパス弁及び第1排気バイパス弁の開度に加えて、上記第2排気バイパス弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した第2排気バイパス弁開度に制御するものであって、上記エンジン負荷が上記所定負荷よりも大きい高負荷時においては、上記低温時に、上記第2排気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した第2排気バイパス弁開度よりも大きくするように構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to claim 2,
A second exhaust bypass passage for bypassing the turbine of the second exhaust turbocharger;
A second exhaust bypass valve disposed in the second exhaust bypass passage,
The bypass valve control means includes a second exhaust bypass valve in which the opening of the second exhaust bypass valve is set in accordance with the operating state of the engine in addition to the openings of the intake bypass valve and the first exhaust bypass valve. When the engine load is higher than the predetermined load, the second exhaust bypass valve is configured such that the opening of the second exhaust bypass valve is set at the high temperature when the temperature is low. An engine supercharging device characterized by being configured to be larger than an opening.
上記吸気通路における上記第1排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分と上記排気通路における上記第1排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分とを接続する排気ガス還流通路と、
上記排気ガス還流通路に配設された排気ガス還流弁と、
上記排気ガス還流弁の開度を制御する排気ガス還流弁制御手段とを更に備え、
上記排気ガス還流弁制御手段は、上記バイパス弁制御手段が上記低温時に上記吸気バイパス弁の開度を上記高温時に設定した吸気バイパス弁開度よりも大きくしたときには、上記排気ガス還流弁の開度を小さい側に補正するように構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。 The engine supercharging device according to any one of claims 1 to 3,
An exhaust gas recirculation passage connecting the downstream portion of the intake passage with respect to the compressor of the first exhaust turbocharger and the upstream portion of the exhaust passage with respect to the turbine of the first exhaust turbocharger;
An exhaust gas recirculation valve disposed in the exhaust gas recirculation passage;
An exhaust gas recirculation valve control means for controlling the opening degree of the exhaust gas recirculation valve,
The exhaust gas recirculation valve control means is configured such that when the bypass valve control means makes the opening degree of the intake bypass valve larger than the intake bypass valve opening degree set at the high temperature at the low temperature, the opening degree of the exhaust gas recirculation valve An engine supercharging device characterized in that the engine is corrected to a smaller side.
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