JP4746389B2 - 過給システム - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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）。
特開２００４−２７８４３０号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

本発明の過給システムは、様々な内燃機関に適用できる。

本発明の過給システムの一例（加速状態）を示す概念図である。 本発明の過給システムの一例（低回転数域全負荷運転状態）を示す概念図である。 図１及び図２に関連する制御ユニットのフローチャートである。

符号の説明

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

Claims (2)

1. 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たことを特徴とする過給システム。
2. エンジン排気経路のタービンよりも上流側からエンジン吸気経路のコンプレッサよりも下流側へ至るＥＧＲ配管を設け、当該ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラ及びＥＧＲバルブを組み込んだ請求項１に記載の過給システム。

Images