JP2009167827A - 内燃機関の過給システム - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置を備えた過給機付き内燃機関において、車両減速時のコンプレッサのサージを防止するとともに、コンプレッサ出口における空気の余剰エネルギを回収する。
【解決手段】排気通路２０の触媒１６の下流側に排気の一部を吸気通路１７へと再循環させるＥＧＲ通路２１を接続する。ＥＧＲ通路に排気の再循環をアシストする電力回生可能な電動ＥＧＲ過給機２４を配置する。内燃機関１１に空気の過給を行なう吸気用過給機１２のコンプレッサ１２Ｃ出口側と、電動ＥＧＲ過給機２４よりも吸気側のＥＧＲ通路２１とを接続するバイパス通路３２を設ける。車両減速時にサージ発生の可能性があるときに、バイパス通路路３２を介してＥＧＲ通路２１へ加圧空気を導出し、電動ＥＧＲ過給機２４を介して吸気用過給機１２のコンプレッサ１２Ｃ出口における加圧空気を排気通路２０へと排出する。このときに電動ＥＧＲ過給機２４において電力回生を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲ装置を備えた過給機付きの内燃機関に関する。

過給機付き内燃機関を搭載した車両では、車両減速時に、空気流量が減少するとともに過給機のコンプレッサ前後圧力比が増大するため、コンプレッサの作動点がサージ領域へと近づき、急減速時などにはコンプレッサにサージが発生する可能性がある。このような問題に対しては、車両減速時にコンプレッサによる加圧空気を大気に解放してサージの発生を防止するものが知られている（特許文献１）。

また、過給機付きの内燃機関に、更にＮＯｘ排出量の低減あるいは燃費向上などを目的としたＥＧＲ装置を装備したものが知られている。ＥＧＲ装置を備えた過給機付きの内燃機関では、車両減速時にＥＧＲ通路を介してコンプレッサ出口の加圧空気を排気通路へと逃がしてサージの発生を防止するものが知られている（特許文献２）。なお、ＥＧＲ装置としては、排気の再循環をアシストするために、ＥＧＲ通路に電力回生可能な電動過給機を設けたものも提案されている（特許文献３）。
特開平０５−１９５７９８号公報 特開２００４−３６０５２５号公報 特開２００５−１８８３５９号公報

しかし、上記特許文献１、２の構成ではコンプレッサのサージの防止は可能であるが、過剰過給による吸気側の圧縮空気の余剰エネルギは大気または排気側に捨てられており有効に活用されていない。また、特許文献３のＥＧＲ用電動過給機では、排気エネルギの回収しか行なうことはできず、吸気側圧縮空気の余剰エネルギは、特許文献１、２と同様に有効に活用されていない。

本発明は、ＥＧＲ装置を備えた過給機付きの内燃機関において、車両減速時のコンプレッサのサージを防止するとともに、コンプレッサ出口における空気の余剰エネルギを回収することを目的としている。

本発明の内燃機関の過給システムは、内燃機関からの排気を排出するための排気通路と、排気の一部を吸気側へと再循環させるためのＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に設けられ、排気の再循環のための過給を行なうとともに電力回生可能な電動ＥＧＲ過給機と、内燃機関へ吸入される空気の過給を行なう吸気用過給機と、車両減速時におけるサージ発生の可能性を判定する減速サージ発生判定手段とを備え、サージ発生の可能性があると判定されたときに、吸気用過給機のコンプレッサ出口における加圧空気を、電動ＥＧＲ過給機を介して排気通路へと排出することにより電動ＥＧＲ過給機において電力回生を行なうことを特徴としている。

吸気用過給機のコンプレッサ出口側と電動ＥＧＲ過給機よりも吸気側のＥＧＲ通路とを接続するバイパス通路と、ＥＧＲ通路のバイパス通路が接続される位置よりも吸気側に位置する第１バルブとを備え、サージ発生の可能性があるときに、第１バルブを閉じるとともにバイパス通路を通して加圧空気を排気通路へと排出することが好ましい。これにより、加圧空気がＥＧＲ通路を介して吸気側へと流出することを防止できる。

また、バイパス通路には第２バルブが設けられ、サージ発生の可能性があるときに第２バルブが開かれる。これにより、サージ発生の可能性がないときに、加圧空気がＥＧＲ通路へと流出することを防止できる。

吸気用過給機は排気により作動されるターボ過給機であり、ＥＧＲ通路がターボ過給機のタービンよりも下流側の排気通路に接続されることが好ましい。これにより、加圧空気は、排気が十分に減圧された排気通路に排出されるため効率的に排出されるとともに、電力回生も効果的になされる。

過給システムはＥＧＲ作動状態を判定するＥＧＲ作動判定手段を更に備え、サージ発生の可能性があるときに、ＥＧＲ作動判定手段においてＥＧＲが作動されていると判定されると、ＥＧＲ通路内に残留する排気を排出した後に、吸気用過給機のコンプレッサ出口における加圧空気を排気通路へと排出することが好ましい。これにより、サージ領域においてＥＧＲ通路側から吸気通路側への排気の流出を防止できるともに、より効果的なエネルギ回収を実現できる。

以上のように、本発明によれば、ＥＧＲ装置を備えた過給機付きの内燃機関において、車両減速時のコンプレッサのサージを防止するとともに、コンプレッサ出口における空気の余剰エネルギを回収することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態であるＥＧＲ装置を備えた過給機付き内燃機関（ＥＧＲ過給システム）の吸排気系システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態においてＥＧＲ過給システム１０は、内燃機関１１への吸排気を行なうもので、過給機１２を備える。過給機１２は例えばターボ過給機であり、内燃機関１１の吸気マニホルド１３には、エアクリーナ１４を介して吸入され、過給機１２のコンプレッサ１２Ｃにおいて加圧された空気が過給される。一方、内燃機関１１の排気マニホルド１５からの排気は、過給機１２のタービン１２Ｔへと導かれ、タービン１２Ｔに回転力を与えた後、排気浄化触媒１６を介して外部へと排出される。

エアクリーナ１４と吸気マニホルド１３の間は、吸気通路１７により接続され、その途中にはエアクリーナ１４側からコンプレッサ１２Ｃ、インタクーラ１８、スロットル１９などが配置される。一方、排気マニホルド１５には排気通路２０が接続され、排気マニホルド１５側からタービン１２Ｔと触媒１６が配置される。

排気通路２０の触媒１６の下流側には、ＥＧＲ通路２１の一端が接続される。ＥＧＲ通路２１の他端はスロットル１９と吸気マニホルド１３との間の吸気通路１７に接続される。ＥＧＲ通路２１には、排気通路２０との接合部側から、フィルタ２２、バルブ２３、電動ＥＧＲ過給機２４のコンプレッサ２５、バルブ２６（第１バルブ）、ＥＧＲクーラ２７、バルブ２８が配置される。なお、電動ＥＧＲ過給機２４のコンプレッサ２５には電力回生可能なモータ２９が連結され、モータ２９にはインバータ／コントローラ３０を介してバッテリ３１が接続される。すなわち、モータ２９はバッテリ３１からの電力によりコンプレッサ２５を回転して帰還する排気を過給し、回生時には、モータ２９からの電力をバッテリ３１に蓄える。

また、過給機１２のコンプレッサ１２Ｃの出口側と、電動ＥＧＲ過給機２４とバルブ２６との間のＥＧＲ通路２１は、バイパス通路３２により連通され、バイパス通路３２にはバルブ３３（第２バルブ）が設けられる。ＥＧＲ通路２１において、バルブ２６とＥＧＲクーラ２７の間には圧力計３４が配置される。また、吸気通路１７において、過給機１２のコンプレッサ１２Ｃとインタクーラ１８との間には圧力計３５が配置される。

ＥＧＲ実行時には、バルブ２３、２６、２８が開弁されるとともに、バルブ３３が閉弁され、電動ＥＧＲ過給機２４が作動されて、排気通路２０からの排気がＥＧＲ通路２１およびＥＧＲクーラ２７を介して吸気通路１７へと供給される。

なお、バルブ２３、２６、２８、３３の開閉制御およびインバータ／コントローラ３０の制御はＥＣＵ４０によって実行され、ＥＣＵ４０には圧力計３４、３５からの信号が入力されるとともに、内燃期間１１の回転数、過給機回転数、吸入空気量、ＥＧＲ流量、アクセル開度などの信号が図示しない各種センサから入力される。

次に図２のフローチャートを参照して本実施形態における減速サージ回避処理動作のフローについて説明する。なお、この減速サージ回避処理動作はＥＣＵ４０における通常のＥＧＲ過給システム処理動作の中でサブルーチンとして所定のタイミングで繰り返し実行される。

まずステップＳ１００では、減速サージ回避処理動作の実行の要否が判定される。本実施形態ではエンジン回転数Ｎｅが減少しているか否かで車両の減速を検知し、減速時には減速サージ発生の可能性があるものとして、減速サージ回避処理動作が必要であると判定される。なお減速サージ発生の可能性は、例えば吸入空気量と過給機１２の圧力比からサージマップを参照して判断してもよい。

ステップＳ１００において、エンジン回転数Ｎｅが減少していないと判定された場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが一定または増大していると判定された場合には、この処理は終了し通常のＥＧＲ過給システム処理動作へと戻る。一方、エンジン回転数Ｎｅが減少したと判定されたとき、すなわち減速サージ発生の可能性あるときには、ステップＳ１０２においてＥＧＲが作動状態にあるか否かが判定される。本実施形態ではＥＧＲ流量Ｇ_ＥＧＲが０よりも大きいか否かが判定される。

ステップＳ１０２において、ＥＧＲが作動されていると判定された場合には（ＥＧＲ流量Ｇ_ＥＧＲ＞０）、ステップＳ１０４においてＥＧＲ通路２１に残留する排気の放出処理動作（ＥＧＲ排気放出処理動作）が実行される。すなわち、バルブ２３、２６が開弁されるとともにバルブ２８、３３が閉弁される。また、このときＥＧＲ通路２１においてコンプレッサ２５よりも吸気側に残留する排気がコンプレッサ２５を通して排気通路２０側へと逆流・放出されることにより、コンプレッサ２５が回転駆動され、インバータ／コントローラ３０は、モータ２９による回生電力をバッテリ３１に充電する。

その後ステップＳ１０６において、過給機１２の出口圧力である圧力計３５の値Ｐｃがコンプレッサ２５の吸気通路側圧力である圧力計３４の値Ｐｅよりも大きいか否かが判定される。ステップＳ１０４によるＥＧＲ排気放出処理動作により、コンプレッサ２５よりも吸気通路側にあるＥＧＲ通路２１の圧力Ｐｅが過給機１２のコンプレッサ１２Ｃの出口圧力Ｐｃよりも低くなるまでこの判定は繰り返される。

ステップＳ１０６においてＰｃ＞Pｅであると判定されると、ステップＳ１０８において、過給機１２により加圧された空気を放出する処理動作（加圧空気放出処理動作）が実行される。すなわち、バルブ２３、３３が開弁されるとともに、バルブ２８、２６が閉弁され、過給機１２のコンプレッサ１２Ｃにより加圧された空気は、バイパス通路３２を通ってコンプレッサ２５を介して排気通路２０へと排出される。このとき、インバータ／コントローラ３０は、コンプレッサ２５の回転によりモータ２９において発生した回生電力をバッテリ３１に充電する。これにより、本実施形態における減速サージ回避処理動作は終了する。

一方、ステップＳ１０２において、ＥＧＲが作動されていないと判定された場合には（ＥＧＲ流量Ｇ_ＥＧＲ＝０と判定）、直ちにステップＳ１０８において上述の加圧空気放出処理動作が実行されて減速サージ回避処理動作は終了する。

以上のように、本実施形態によれば、減速サージが発生し得る運転状態において、吸気用の過給機により加圧された空気を排気通路へと放出して減速サージの発生を防止するとともに、加圧空気のエネルギを回収することができる。

また、ＥＧＲ排気放出処理動作を行なうことにより、減速サージ領域においてＥＧＲ通路側から吸気通路側への排気流出を防止するとともに、より効果的なエネルギ回収を実現できる。

なお、本実施形態では、吸気用過給機としてターボ過給機を採用した場合を例に説明を行なったがターボ過給機以外の過給機であってもよい。

本発明の一実施形態であるＥＧＲ過給システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態の減速サージ回避処理動作のフローチャートである。

符号の説明

１０ ＥＧＲ過給システム
１１ 内燃期間
１２ 吸気用過給機
１２Ｃ コンプレッサ
１７ 吸気通路
２０ 排気通路
２１ ＥＧＲ通路
２４ 電動ＥＧＲ過給機
２５ コンプレッサ
２６ バルブ（第１バルブ）
２９ モータ
３０ インバータ／コントローラ
３１ バッテリ
３４、３５ 圧力計

Claims (5)

1. 内燃機関からの排気を排出するための排気通路と、
   前記排気の一部を吸気側へと再循環させるためのＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記排気の再循環のための過給を行なうとともに電力回生可能な電動ＥＧＲ過給機と、
   前記内燃機関へ吸入される空気の過給を行なう吸気用過給機と、
   車両減速時におけるサージ発生の可能性を判定する減速サージ発生判定手段とを備え、
   前記サージ発生の可能性があると判定されたときに、前記吸気用過給機のコンプレッサ出口における加圧空気を、前記電動ＥＧＲ過給機を介して前記排気通路へと排出することにより前記電動ＥＧＲ過給機において電力回生を行なう
   ことを特徴とする内燃機関の過給システム。
2. 前記吸気用過給機のコンプレッサ出口側と前記電動ＥＧＲ過給機よりも吸気側のＥＧＲ通路とを接続するバイパス通路と、前記ＥＧＲ通路の前記バイパス通路が接続される位置よりも吸気側に位置する第１バルブとを備え、前記サージ発生の可能性があるときに、前記第１バルブを閉じるとともに前記バイパス通路を通して前記加圧空気を前記排気通路へと排出することを特徴とする請求項１に記載の過給システム。
3. 前記バイパス通路に第２バルブが設けられ、前記サージ発生の可能性があるときに前記第２バルブが開かれることを特徴とする請求項２に記載の過給システム。
4. 前記吸気用過給機が排気により作動されるターボ過給機であり、前記ＥＧＲ通路が前記ターボ過給機のタービンよりも下流側の排気通路に接続されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の過給システム。
5. ＥＧＲ作動状態を判定するＥＧＲ作動判定手段を更に備え、サージ発生の可能性があるときに、前記ＥＧＲ作動判定手段においてＥＧＲが作動されていると判定されると、前記ＥＧＲ通路内に残留する排気を排出した後に、前記吸気用過給機のコンプレッサ出口における加圧空気を前記排気通路へと排出することを特徴とする請求項１に記載の過給システム。

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