JP2012092796A - Control device for electrically-assisted turbocharger - Google Patents
Control device for electrically-assisted turbocharger Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012092796A JP2012092796A JP2010242537A JP2010242537A JP2012092796A JP 2012092796 A JP2012092796 A JP 2012092796A JP 2010242537 A JP2010242537 A JP 2010242537A JP 2010242537 A JP2010242537 A JP 2010242537A JP 2012092796 A JP2012092796 A JP 2012092796A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vane
- rotation
- turbocharger
- electric motor
- exhaust gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
本発明は、燃費を向上させる電動アシストターボチャージャ制御装置に関する。 The present invention relates to an electrically assisted turbocharger control device that improves fuel consumption.
エンジンをダウンサイジングすると、軽量化と摩擦低減により燃費が向上すると共に、排気量の小さいエンジンが高トルクで運転されることで、効率が高まり燃費が向上する。燃費の向上は、二酸化炭素の排出低減にも繋がる。しかし、エンジンをダウンサイジングしたとき、それ以前と同じ動力性能を確保するには、ターボチャージャによる過給性能を高めることが必要となる。 When the engine is downsized, fuel efficiency is improved by reducing weight and reducing friction, and an engine with a small displacement is operated at high torque, thereby increasing efficiency and improving fuel efficiency. Improvement in fuel efficiency also leads to reduction of carbon dioxide emissions. However, when the engine is downsized, in order to ensure the same power performance as before, it is necessary to increase the supercharging performance by the turbocharger.
ターボチャージャは、ターボ軸の両端にそれぞれ羽根車が取り付けられる。一方の羽根車をタービンホイール、他方の羽根車をコンプレッサホイールという。タービンホイールを収容した排気タービンにおいて、タービンホイールの羽根に排気ガス流を当ててタービンホイールを回転させ、コンプレッサホイールを収容した吸気コンプレッサにおいて、ターボ軸からの回転が伝達されたコンプレッサホイールが空気を圧縮する。このように、ターボチャージャは、排気ガスから取り出した仕事で吸入空気を圧縮する装置である。 The turbocharger has an impeller attached to each end of the turboshaft. One impeller is called a turbine wheel, and the other impeller is called a compressor wheel. In an exhaust turbine that contains a turbine wheel, the turbine wheel is rotated by applying an exhaust gas flow to the blades of the turbine wheel. To do. As described above, the turbocharger is a device that compresses intake air by work taken out from exhaust gas.
ターボチャージャの一種として、排気タービン内にタービンホイールの羽根に当たる排気ガス流の強さを調節するベーンを設置したターボチャージャが知られる（特許文献１）。この種のターボチャージャは、ＶＧ（Variable Geometry）ターボチャージャ、可変ノズルターボ（登録商標）など多様な名称で呼ばれているが、技術的には同等のものである。 As a kind of turbocharger, a turbocharger in which a vane for adjusting the strength of an exhaust gas flow hitting a blade of a turbine wheel is installed in an exhaust turbine is known (Patent Document 1). Although this type of turbocharger is called by various names such as a VG (Variable Geometry) turbocharger and a variable nozzle turbo (registered trademark), they are technically equivalent.
エンジン運転状態によりターボチャージャの過給性能が大きく異なるのに対し、エンジン運転状態に応じてベーンを開閉することで、排気ガス流の強さを調節してターボチャージャの過給性能を高めることができる。具体的には、ベーンを開くと、ターボ軸の回転が上がりにくく、排気ガス流量の増加に対する膨張比（入口圧／出口圧）の上昇が小さい。これに対しベーンを閉じると、ターボ軸の回転が上がりやすいため、排気ガス流量の増加に対する膨張比の上昇が大きい。 While the turbocharger's supercharging performance varies greatly depending on the engine operating state, the turbocharger's supercharging performance can be improved by adjusting the strength of the exhaust gas flow by opening and closing the vanes according to the engine operating state. it can. Specifically, when the vane is opened, the rotation of the turbo shaft is difficult to increase, and the increase in the expansion ratio (inlet pressure / outlet pressure) with respect to the increase in the exhaust gas flow rate is small. On the other hand, when the vane is closed, the rotation of the turbo shaft is likely to increase, so that the expansion ratio increases with an increase in the exhaust gas flow rate.
これにより、排気ガスエネルギが大きいエンジン運転状態（排気ガス温度が高い、排気ガス流量が多い）から排気ガスエネルギが小さいエンジン運転状態（排気ガス温度が低い、排気ガス流量が少ない）まで広いレンジでターボチャージャが使えるようになる。図７に、ベーンを備えないターボチャージャとベーンを備えるターボチャージャとの過給圧力特性を示す。破線で示すベーンなしターボチャージャの特性がエンジン回転速度の低い領域と高い領域で過給圧力が落ち込むのに対し、実線で示すベーン有りターボチャージャの特性は、エンジン回転速度の低い領域から高い領域まで、高い過給圧力を実現できることが分かる。 This allows a wide range of engine operating conditions where exhaust gas energy is high (exhaust gas temperature is high, exhaust gas flow is high) to engine operation state where exhaust gas energy is low (exhaust gas temperature is low, exhaust gas flow is low). Turbocharger can be used. FIG. 7 shows the supercharging pressure characteristics of a turbocharger without vanes and a turbocharger with vanes. The supercharged pressure drops in the low and high engine speed areas where the vane-free turbocharger characteristics indicated by the broken line fall, whereas the vane turbocharger characteristics indicated by the solid line indicate that the engine speed is low to high. It can be seen that a high supercharging pressure can be realized.
一方、エンジン運転状態によらず過給圧を高くできる手段として、ターボ軸の回転を電気モータで補助する電動アシストターボチャージャが知られる（特許文献２）。図８に電動アシストターボチャージャを示す。 On the other hand, an electrically assisted turbocharger that assists the rotation of the turbo shaft with an electric motor is known as means for increasing the supercharging pressure regardless of the engine operating state (Patent Document 2). FIG. 8 shows an electric assist turbocharger.
図８に示されるように、電動アシストターボチャージャ８０１は、排気ガスにより回転されるタービンホイール８０２を有する排気タービン８０３と、回転により空気を圧縮するコンプレッサホイール８０４を有する吸気コンプレッサ８０５と、タービンホイール８０２とコンプレッサホイール８０４とに一体化され排気タービン側から吸気コンプレッサ側へ回転を伝達するターボ軸８０６と、ターボ軸８０６と同軸かつターボ軸８０６に一体化された電気モータ８０７の回転子（図示せず）と、回転子の外周に位置する電気モータ８０７の固定子（図示せず）とを備える。 As shown in FIG. 8, the electrically assisted turbocharger 801 includes an exhaust turbine 803 having a turbine wheel 802 that is rotated by exhaust gas, an intake compressor 805 having a compressor wheel 804 that compresses air by rotation, and a turbine wheel 802. A turbo shaft 806 that is integrated with the compressor wheel 804 and transmits rotation from the exhaust turbine side to the intake compressor side, and a rotor (not shown) of the electric motor 807 that is coaxial with the turbo shaft 806 and integrated with the turbo shaft 806. And a stator (not shown) of the electric motor 807 located on the outer periphery of the rotor.
電動アシストターボチャージャ８０１によれば、排気ガスのエネルギが不足しているエンジン運転状態においても、電気モータ８０７でターボ軸８０６を高回転させて高い過給圧を得ることができる（特許文献３）。 According to the electrically assisted turbocharger 801, even in an engine operating state where exhaust gas energy is insufficient, the turbo shaft 806 can be rotated at a high speed by the electric motor 807 to obtain a high supercharging pressure (Patent Document 3). .
ところで、ベーンと電動アシストターボチャージャ８０１を組み合わせた電動アシストターボチャージャにおいては、電気モータ８０７による回転の補助を行っている回転補助時にベーンが開いていると、ターボ軸８０６の回転が上がりにくいという問題がある。 By the way, in the electric assist turbocharger in which the vane and the electric assist turbocharger 801 are combined, there is a problem that the rotation of the turbo shaft 806 is difficult to increase if the vane is open at the time of rotation assist when the electric motor 807 assists the rotation. There is.
排気ガスエネルギが不足しているエンジン運転状態と言えども、排気ガスはエンジンから排出されている。回転補助時にベーンが閉じていれば、排気ガスの力がタービンホイール８０２に効率よく働くので、ターボ軸８０６の回転が上がりやすい。逆に、回転補助時にベーンが開いていると、排気ガスの力がタービンホイール８０２に効率よく働かないので、ターボ軸８０６の回転が上がりにくい。 Even in an engine operating state where exhaust gas energy is insufficient, exhaust gas is exhausted from the engine. If the vane is closed at the time of rotation assistance, the exhaust gas force acts on the turbine wheel 802 efficiently, and therefore the rotation of the turbo shaft 806 is likely to increase. On the other hand, if the vane is open at the time of rotation assistance, the exhaust gas force does not work efficiently on the turbine wheel 802, and therefore the rotation of the turbo shaft 806 is difficult to increase.
このように、回転補助時にベーンが開いていると、ターボ軸８０６の回転が上がりにくく、ターボ軸８０６の回転が所望する回転数まで上昇するのに時間を要し、その間、電気モータ８０７によって電力が消費され、燃費が悪化する。 Thus, if the vane is open at the time of rotation assistance, the rotation of the turbo shaft 806 is difficult to increase, and it takes time for the rotation of the turbo shaft 806 to reach the desired number of rotations. Is consumed, and fuel consumption deteriorates.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃費を向上させる電動アシストターボチャージャ制御装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electric assist turbocharger control device that solves the above-described problems and improves fuel consumption.
上記目的を達成するために本発明は、ターボ軸の回転を補助する電気モータとタービンホイールへの排気ガス流を調節するベーンとを備えた電動アシストターボチャージャに対して前記電気モータと前記ベーンの制御を行う電動アシストターボチャージャ制御装置において、前記電気モータによる回転補助なし時にエンジン運転状態に応じて前記ベーンを開度制御し、前記電気モータによる回転補助時には前記ベーンを全閉又は回転補助なし時より小さい開度に制御するベーン協調制御部を備えたものである。 In order to achieve the above object, the present invention relates to an electric assist turbocharger comprising an electric motor for assisting rotation of a turboshaft and a vane for adjusting an exhaust gas flow to a turbine wheel. In the electric assist turbocharger control device that performs control, the opening degree of the vane is controlled according to the engine operating state when the electric motor does not assist the rotation, and when the electric motor assists the rotation, the vane is fully closed or when there is no rotation assist The vane cooperation control part which controls to a smaller opening degree is provided.
前記ベーン協調制御部は、回転補助の終了時に、前記ベーンの開度を回転補助時の開度から回転補助なし時の開度まで変化させてもよい。 The vane cooperative control unit may change the opening of the vane from the opening at the time of assisting rotation to the opening at the time of no rotation assistance at the end of the rotation assist.
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。 The present invention exhibits the following excellent effects.
（１）燃費を向上させることができる。 (1) The fuel consumption can be improved.
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図１に示されるように、本発明に係る電動アシストターボチャージャ制御装置１は、ターボ軸８０６の回転を補助する電気モータ８０７とタービンホイール８０２への排気ガス流を調節するベーン（図示せず）とを備えた電動アシストターボチャージャ２に対して電気モータ８０７とベーンの制御を行う電動アシストターボチャージャ制御装置１である。 As shown in FIG. 1, an electric assist turbocharger control device 1 according to the present invention includes an electric motor 807 that assists the rotation of a turboshaft 806 and a vane (not shown) that adjusts the exhaust gas flow to the turbine wheel 802. The electric assist turbocharger control device 1 controls the electric motor 807 and the vane for the electric assist turbocharger 2 including the above.
電動アシストターボチャージャ制御装置１は、電気モータ８０７による回転補助とベーンの開度制御との連携を図るもので、エンジン運転状態に応じて電気モータ８０７を制御する回転補助制御部３と、エンジン運転状態に応じてベーンを開度制御するベーン開度制御部４とを備え、さらに電気モータ８０７による回転補助なし時にエンジン運転状態に応じてベーンを開度制御し、電気モータ８０７による回転補助時にはベーンを全閉又は回転補助なし時より小さい開度に制御するベーン協調制御部５を備える。 The electric assist turbocharger control device 1 is intended to link the rotation assistance by the electric motor 807 with the vane opening degree control. The rotation assist control unit 3 controls the electric motor 807 according to the engine operation state, and the engine operation. A vane opening degree control unit 4 that controls the opening degree of the vane according to the state, and further controls the opening degree of the vane according to the engine operating state when the electric motor 807 does not assist the rotation, and the vane when the electric motor 807 assists the rotation. Is provided with a vane cooperative control section 5 for controlling the opening to a smaller opening than when fully closed or without rotation assistance.
電動アシストターボチャージャ２は、図８で説明した電動アシストターボチャージャ８０１の排気タービン８０３内にベーン（図示せず）を設置したものである。ベーンは、アクチュエータ６によって開度が調節される。 The electrically assisted turbocharger 2 has vanes (not shown) installed in the exhaust turbine 803 of the electrically assisted turbocharger 801 described with reference to FIG. The opening degree of the vane is adjusted by the actuator 6.
回転補助制御部３は、エンジン運転状態に応じて電気モータ８０７を制御してターボ軸８０６の回転を補助するものであり、具体的には、エンジン回転速度とアクセル開度とで参照される回転補助マップ７に基づき、電気モータ８０７を駆動したり停止したり、電気モータ８０７の駆動量を増減するようになっている。例えば、車両発進時などエンジン回転速度が低回転かつアクセル開度が大きいときに電気モータ８０７を駆動して回転補助を行い、エンジン回転速度が高いとき、あるいはアクセル開度が小さいときは電気モータ８０７を停止して回転補助を行わないようにする。 The rotation assist control unit 3 controls the electric motor 807 according to the engine operating state to assist the rotation of the turbo shaft 806. Specifically, the rotation auxiliary control unit 3 is a rotation referred to by the engine rotation speed and the accelerator opening. Based on the auxiliary map 7, the electric motor 807 is driven or stopped, or the driving amount of the electric motor 807 is increased or decreased. For example, when the engine rotation speed is low and the accelerator opening is large, such as when the vehicle starts, the electric motor 807 is driven to assist rotation, and when the engine rotation speed is high or the accelerator opening is small, the electric motor 807 is driven. To stop rotation assistance.
ベーン開度制御部４は、エンジン運転状態に応じてベーンを開度制御してタービンホイール８０２の羽根に当たる排気ガス流の強さを調節するものであり、具体的には、エンジン回転速度とアクセル開度とで参照されるベーン開度マップ８に基づき、ベーンを全閉から全開まで最適な開度に制御するようになっている。 The vane opening degree control unit 4 controls the opening degree of the vanes according to the engine operating state and adjusts the strength of the exhaust gas flow hitting the blades of the turbine wheel 802. Specifically, the engine rotation speed and the accelerator are controlled. Based on the vane opening degree map 8 referred to as the opening degree, the vane is controlled to an optimum opening degree from fully closed to fully open.
ベーン協調制御部５は、回転補助なし時にはベーン開度制御部による開度制御をそのまま実行させ、回転補助時にはベーンを無条件に全閉にするか、あるいはベーン開度制御部４が与える開度に対し開度補正マップ９を使用してベーンを閉じる方向へ補正をするようになっている。 The vane cooperative control unit 5 executes the opening degree control by the vane opening degree control unit as it is when there is no rotation assistance, and unconditionally fully closes the vane during rotation assistance, or the opening degree given by the vane opening degree control unit 4 On the other hand, the opening correction map 9 is used to correct the vane in the closing direction.
図２に、電動アシストターボチャージャ制御装置１を搭載したエンジンシステム２００を示す。 FIG. 2 shows an engine system 200 equipped with the electric assist turbocharger control device 1.
エンジン２０１の排気マニホールド２０２には、エンジン２０１からの排気ガスを大気まで導いて排出する排気管２０３が接続され、排気管２０３の最上流には、排気マニホールド２０２から吸気マニホールド２０４へ排気ガスを循環させるためのＥＧＲ配管２０５が設けられている。ＥＧＲ配管２０５には、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ２０６と、ＥＧＲ量（またはＥＧＲ率）を調整するためのＥＧＲ弁２０７が設けられている。 The exhaust manifold 202 of the engine 201 is connected to an exhaust pipe 203 that guides and discharges exhaust gas from the engine 201 to the atmosphere. The exhaust gas is circulated from the exhaust manifold 202 to the intake manifold 204 in the uppermost stream of the exhaust pipe 203. EGR piping 205 is provided for this purpose. The EGR pipe 205 is provided with an EGR cooler 206 for cooling the exhaust gas and an EGR valve 207 for adjusting the EGR amount (or EGR rate).
排気管２０３のＥＧＲ配管２０５より下流には、高圧段ターボチャージャ２０８の排気タービン２０９が設けられ、その下流には、低圧段ターボチャージャ２１０の排気タービン２１１が設けられている。排気タービン２１１の下流には、排気ガス浄化装置２１２が設けられ、さらに下流には、排気管２０３を開閉する排気スロットル２１３が設けられている。排気ガス浄化装置２１２は、ＮＯｘやＰＭを除去する公知のものである。排気スロットル２１３の下流の消音装置２１４を経て排気管２０３が大気に開放されている。 An exhaust turbine 209 of the high-pressure stage turbocharger 208 is provided downstream of the EGR pipe 205 of the exhaust pipe 203, and an exhaust turbine 211 of the low-pressure stage turbocharger 210 is provided downstream thereof. An exhaust gas purification device 212 is provided downstream of the exhaust turbine 211, and an exhaust throttle 213 that opens and closes the exhaust pipe 203 is provided further downstream. The exhaust gas purification device 212 is a known device that removes NOx and PM. The exhaust pipe 203 is opened to the atmosphere via a silencer 214 downstream of the exhaust throttle 213.
吸気マニホールド２０４には、大気からエンジン２０１に空気を取り込むための吸気管２１５が接続されている。吸気管２１５の最上流は大気に開放されており、その開放端の下流に塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２１６が設けられている。エアクリーナ２１６の下流には、低圧段ターボチャージャ２１０の吸気コンプレッサ２１７が設けられ、さらに下流には、高圧段ターボチャージャ２０８の吸気コンプレッサ２１８が設けられている。吸気コンプレッサ２１８の下流には、高圧段ターボチャージャ２０８で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ２１９が設けられ、その下流には、吸気量を制限するための吸気スロットル２２０が設けられている。吸気スロットル２２０の下流で、吸気管２１５にＥＧＲ配管２０５が合流され、その下流で吸気管２１５が吸気マニホールド２０４に接続されている。 An intake pipe 215 for taking air from the atmosphere into the engine 201 is connected to the intake manifold 204. The uppermost stream of the intake pipe 215 is open to the atmosphere, and an air cleaner 216 for removing foreign substances such as dust is provided downstream of the open end. An intake compressor 217 of the low-pressure stage turbocharger 210 is provided downstream of the air cleaner 216, and an intake air compressor 218 of the high-pressure stage turbocharger 208 is provided further downstream. An intercooler 219 for cooling the intake air compressed by the high-pressure turbocharger 208 is provided downstream of the intake compressor 218, and an intake throttle 220 for limiting the intake air amount is provided downstream thereof. The EGR pipe 205 is joined to the intake pipe 215 downstream of the intake throttle 220, and the intake pipe 215 is connected to the intake manifold 204 downstream thereof.
このように、エンジンシステム２００は、高圧段ターボチャージャ２０８と低圧段ターボチャージャ２１０とを排気流及び吸気流に沿って直列配置した２ステージターボ方式のエンジンシステム２００である。なお、各段のターボチャージャの排気タービン２０９，２１１及び吸気コンプレッサ２１７，２１８に対して開閉制御可能なバイパス管を設けておき、エンジン状態に応じて使用する段の組み合わせを切り替えるとよい。 As described above, the engine system 200 is a two-stage turbo engine system 200 in which the high-pressure stage turbocharger 208 and the low-pressure stage turbocharger 210 are arranged in series along the exhaust flow and the intake flow. It is preferable to provide bypass pipes that can be opened and closed with respect to the exhaust turbines 209 and 211 and the intake compressors 217 and 218 of the turbochargers of each stage, and switch the combination of stages to be used according to the engine state.
本実施形態では、高圧段ターボチャージャ２０８に電動アシストターボチャージャ２を用いる。 In the present embodiment, the electric assist turbocharger 2 is used as the high-pressure stage turbocharger 208.
エンジンシステム２００には、エンジン運転状態に基づいてエンジンシステム２００の各部を電子制御することで、燃料噴射量などを制御する公知の電子制御回路（Engine Control Module；以下、ＥＣＭと言う）２２１が設けられる。本発明の回転補助制御部３、ベーン開度制御部４、ベーン協調制御部５、回転補助マップ７、ベーン開度マップ８、開度補正マップ９は、ＥＣＭ２２１内にプログラム、データとして追加するとよい。 The engine system 200 is provided with a known electronic control circuit (Engine Control Module; hereinafter referred to as ECM) 221 that controls the fuel injection amount by electronically controlling each part of the engine system 200 based on the engine operating state. It is done. The rotation auxiliary control unit 3, the vane opening degree control unit 4, the vane cooperative control unit 5, the rotation auxiliary map 7, the vane opening degree map 8, and the opening degree correction map 9 of the present invention may be added as programs and data in the ECM 221. .
次に、本発明の電動アシストターボチャージャ制御装置１の動作を説明する。 Next, the operation of the electric assist turbocharger control device 1 of the present invention will be described.
エンジン運転中、回転補助制御部３は、エンジン回転速度とアクセル開度で参照される回転補助マップ７に基づき電気モータ８０７を制御してターボ軸８０６の回転を補助する。例えば、車両発進時のようにエンジン回転速度が低回転かつアクセル開度が大きいときには、排気ガスエネルギが不足しているので回転補助を行い吸気量を増やす。一方、ベーン開度制御部４は、エンジン回転速度とアクセル開度で参照されるベーン開度マップ８に基づきベーンを開度制御しようとする。 During engine operation, the rotation assist controller 3 assists the rotation of the turbo shaft 806 by controlling the electric motor 807 based on the rotation assist map 7 referred to by the engine speed and the accelerator opening. For example, when the engine speed is low and the accelerator opening is large, such as when the vehicle starts, exhaust gas energy is insufficient, so that rotation assistance is provided to increase the intake air amount. On the other hand, the vane opening degree control unit 4 tries to control the vane opening degree based on the vane opening degree map 8 referred to by the engine speed and the accelerator opening degree.
図３に示されるように、エンジン運転中に、ステップＳ１にてベーン協調制御部５は、回転補助制御部３が電気モータ８０７による回転補助を行っているかどうか判定する。Ｎｏであれば、ステップＳ２へ進み、回転補助なし時であるから通常のベーン制御、すなわちベーン開度制御部４による開度制御をそのまま行う。 As shown in FIG. 3, during engine operation, in step S <b> 1, the vane cooperative control unit 5 determines whether or not the rotation assist control unit 3 is assisting rotation by the electric motor 807. If it is No, it will progress to step S2, and since it is a time of no rotation assistance, normal vane control, ie, the opening degree control by the vane opening degree control part 4, will be performed as it is.
ステップＳ１の判定がＹｅｓであれば、ステップＳ３へ進み、回転補助時であるからベーンを全閉するかまたはベーン開度制御部４による開度制御より開度を小さく補正（例えば、５０％減の開度に）して開度制御を実行する。 If the determination in step S1 is Yes, the process proceeds to step S3, and the rotation is assisted, so that the vane is fully closed or the opening is corrected smaller than the opening control by the vane opening controller 4 (for example, reduced by 50%). The opening degree control is executed.
ステップＳ３の後、回転補助制御部３が電気モータ８０７による回転補助を行っているかどうか判定する。Ｙｅｓであれば、ベーン全閉又は開度減の制御を継続する。Ｎｏであれば、ステップＳ５へ進み、通常のベーン制御、すなわちベーン開度制御部４による開度制御に戻る。ただし、ハンチングを防止するため、ベーン開度は徐々に戻すようにするのがよい。 After step S <b> 3, it is determined whether or not the rotation assist control unit 3 is assisting rotation by the electric motor 807. If Yes, the control of vane fully closed or opening reduction is continued. If it is No, it will progress to step S5 and will return to normal vane control, ie, the opening degree control by the vane opening degree control part 4. FIG. However, in order to prevent hunting, it is preferable to gradually return the vane opening degree.
次に、本発明の効果を説明する。 Next, the effect of the present invention will be described.
まず、図４により回転補助の効果を説明する。図４に示されるように、吸気コンプレッサ８０５に吸い込まれる空気流量を横軸にとり、吸気コンプレッサ８０５における圧力比（出口圧／入口圧）を縦軸にとり、ターボ回転（ターボ軸８０６の回転速度）ごとの作動点をプロットする。一点鎖線はターボ回転を表す。図示のように、あるターボ回転において、ある空気流量のとき、圧力比がひとつに決まる。黒丸は、回転補助がないときのそのような作動点のひとつである。左右の限界線Ｂ１，Ｂ２の内側に示された破線による渦模様は、効率が同じとなる作動点の領域を表している。吸気コンプレッサ８０５は、渦模様の中央寄りに作動点が来るよう設計される。 First, the effect of rotation assistance will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 4, the flow rate of air sucked into the intake compressor 805 is taken on the horizontal axis, the pressure ratio (outlet pressure / inlet pressure) in the intake compressor 805 is taken on the vertical axis, and each turbo rotation (rotation speed of the turbo shaft 806). Plot the operating point of. The alternate long and short dash line represents turbo rotation. As shown in the figure, the pressure ratio is determined to be one at a certain air flow rate in a certain turbo rotation. The black circle is one such operating point when there is no rotation assistance. The vortex pattern by the broken lines shown inside the left and right limit lines B1 and B2 represents the region of the operating point where the efficiency is the same. The intake compressor 805 is designed so that the operating point comes closer to the center of the vortex pattern.
ここで回転補助によってターボ回転を高めると、作動点は破線に沿って圧力比が上がり、かつ、吸気流量が増大して、黒三角の作動点に移行する。 Here, when the turbo rotation is increased by assisting rotation, the operating point increases in pressure ratio along the broken line, and the intake flow rate increases, and the operating point shifts to a black triangular operating point.
次に、図５によりベーンの開度制御の効果を説明する。図５に示されるように、排気タービン８０３から流れ出る排気ガス流量を横軸にとり、排気タービン８０３における膨張率（入口圧／出口圧）を縦軸にとり、ベーン開度ごとに作動点をプロットする。ただし、ここではプロット同士が重ならないよう、ベーン開度別に横軸方向にずらして描いてある。 Next, the effect of vane opening control will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 5, the flow rate of the exhaust gas flowing out from the exhaust turbine 803 is taken on the horizontal axis, the expansion rate (inlet pressure / outlet pressure) in the exhaust turbine 803 is taken on the vertical axis, and the operating points are plotted for each vane opening. However, here, the plots are shifted in the horizontal axis direction according to the vane opening so that the plots do not overlap.
ベーン全開のときは、排気ガス流量が少ないところでは、ターボ回転が低回転であり、排気ガス流量が増えても、膨張率は僅かに高くなる程度である。排気ガス流量が増えて、ターボ回転が中低回転、中高回転、高回転となるに従い、排気ガス流量の増加に対する膨張率の上昇の度合いは徐々に高くなる。これに対し、ベーン全閉のときは、排気ガス流量が少ないところでは、ターボ回転が低回転であり、排気ガス流量が増えると、膨張率はベーン全開のときよりもやや高くなる。しかし、ターボ回転が中低回転、中高回転、高回転では、排気ガス流量の増加に対する膨張率の上昇の度合いは顕著に高くなる。 When the vane is fully open, the turbo rotation is low when the exhaust gas flow rate is small, and the expansion rate is slightly increased even when the exhaust gas flow rate increases. As the exhaust gas flow rate increases and the turbo rotation becomes a medium low rotation, medium high rotation, and high rotation, the degree of increase in the expansion rate with respect to the increase in the exhaust gas flow rate gradually increases. In contrast, when the vane is fully closed, the turbo rotation is low when the exhaust gas flow rate is small, and when the exhaust gas flow rate is increased, the expansion rate is slightly higher than when the vane is fully opened. However, when the turbo rotation is medium / low rotation, medium / high rotation, or high rotation, the degree of increase in the expansion rate with respect to the increase in the exhaust gas flow rate is remarkably increased.
このように、ベーンを開くと、ターボ軸８０６の回転が上がりにくいのに対しベーンを閉じると同じ排気ガス流量増加でもターボ軸８０６の回転が上がりやすい。ベーン開度が全開と全閉の中間であれば、特性も中間的な特性となる。従って、ベーンの開度制御により、排気ガス流量に対する膨張率の特性を所望の特性にすることができる。 As described above, when the vane is opened, the rotation of the turbo shaft 806 is difficult to increase. However, when the vane is closed, the rotation of the turbo shaft 806 is easily increased even when the exhaust gas flow rate is increased. If the vane opening is halfway between fully open and fully closed, the characteristic is also an intermediate characteristic. Therefore, the characteristics of the expansion coefficient with respect to the exhaust gas flow rate can be set to desired characteristics by controlling the opening degree of the vane.
次に、図５によりベーンの開度制御と回転補助を組み合わせることの効果を説明する。 Next, the effect of combining vane opening control and rotation assistance will be described with reference to FIG.
例えば、発進時にベーンが全閉であるとする。発進時は、排気ガス流量が極端に少ないため、ターボ軸８０６の回転が上がりにくく、膨張率が高まらない。その結果、エンジン２０１への吸気量を増やすことができない（黒丸作動点）。このとき、回転補助を行うと、ターボ回転低の黒丸動作点からターボ回転中高の黒三角動作点に移行するので、膨張率が劇的に高まる。その結果、エンジン２０１への吸気量が増え、燃料噴射量を増やすことが可能になるので、発進が円滑となる。 For example, it is assumed that the vane is fully closed when starting. At the time of start, the exhaust gas flow rate is extremely small, so that the rotation of the turbo shaft 806 is difficult to increase and the expansion rate does not increase. As a result, the amount of intake air to the engine 201 cannot be increased (black circle operating point). At this time, if rotation assistance is performed, the black circle operating point with low turbo rotation shifts to the black triangular operating point with medium to high turbo rotation, so the expansion rate increases dramatically. As a result, the amount of intake air to the engine 201 increases and the fuel injection amount can be increased, so that the start is smooth.
なお、ベーンを閉じるとターボ回転は効率的に上げられるが、その反面、排気ガス流がベーンに妨げられて排気背圧（排気タービン８０３の入口の圧力）が高くなる。このとき、回転補助を行うと、排気マニホールド２０２の排気ガスが強制的に排気タービン８０３に引き込まれるため、排気背圧が下がる。一般に、エンジン２０１は、排気背圧が下がると燃費が向上するので、好ましい。 When the vane is closed, the turbo rotation is efficiently increased. On the other hand, the exhaust gas flow is blocked by the vane, and the exhaust back pressure (pressure at the inlet of the exhaust turbine 803) increases. At this time, if rotation assistance is performed, the exhaust gas from the exhaust manifold 202 is forcibly drawn into the exhaust turbine 803, so that the exhaust back pressure decreases. In general, the engine 201 is preferable because the fuel efficiency improves when the exhaust back pressure decreases.
その後、エンジン状態が高エンジン回転速度、高負荷に変わって回転補助が終了となる。回転補助の終了により、ターボ回転は低下するが、排気ガス流量はエンジン運転状態に依存するので変化しない。このときベーンを適宜な開度で開くと排気ガス流量が同じで膨張率が低い黒四角作動点に移行させることができる。このように、排気ガス流量を変えずに膨張比を下げると、エンジン２０１の排気背圧が下がるため、燃費が向上する。 Thereafter, the engine state changes to a high engine rotation speed and a high load, and the rotation assistance ends. Although the turbo rotation is reduced by the end of the rotation assistance, the exhaust gas flow rate does not change because it depends on the engine operating state. At this time, when the vane is opened at an appropriate opening degree, it is possible to shift to the black square operating point where the exhaust gas flow rate is the same and the expansion rate is low. Thus, if the expansion ratio is lowered without changing the exhaust gas flow rate, the exhaust back pressure of the engine 201 is lowered, and the fuel efficiency is improved.
ここで、排気背圧が下がると燃費が向上する理由を説明する。 Here, the reason why the fuel consumption improves when the exhaust back pressure decreases will be described.
図６に示されるように、エンジン２０１の筒内容積と筒内圧力は、矢印に沿った軌跡を描いて遷移する。吸気行程ａでは、吸気バルブが開くと筒内圧力が低い吸気圧を保ちつつ筒内容積が増大する。圧縮行程ｂでは、筒内容積の減少に伴い筒内圧力が上昇する。膨張行程ｃでは、筒内容積の増大に伴い筒内圧力は圧縮行程ｂよりも高い圧力で下降する。排気行程ｄでは、排気バルブが開いている間、筒内圧力が吸気行程ａにおける吸気圧より高い排気圧を保ちつつ筒内容積が減少する。 As shown in FIG. 6, the in-cylinder volume and the in-cylinder pressure of the engine 201 transition along a locus along an arrow. In the intake stroke a, when the intake valve opens, the in-cylinder volume increases while maintaining the intake pressure at a low in-cylinder pressure. In the compression stroke b, the cylinder pressure increases as the cylinder volume decreases. In the expansion stroke c, the in-cylinder pressure decreases at a pressure higher than the compression stroke b as the in-cylinder volume increases. In the exhaust stroke d, while the exhaust valve is open, the in-cylinder volume decreases while the in-cylinder pressure maintains an exhaust pressure higher than the intake pressure in the intake stroke a.
図６中、軌跡が時計回りのループを描くとき、プラスの仕事がなされる。すなわち、エンジン２０１から外部へ仕事が取り出される。軌跡が反時計回りのループを描くとき、マイナスの仕事がなされる。すなわち、エンジン２０１が外部から仕事をされる。いずれの場合もループの面積が仕事の大きさを表す。排気行程ｄから吸気行程ａにかけての反時計回りのループにおいては、排気ポート及び吸気ポートを介して筒内へ気体を給排することによるポンピングロスが生じている。 In FIG. 6, a positive work is done when the trajectory draws a clockwise loop. That is, work is taken out from the engine 201 to the outside. When the trajectory draws a counterclockwise loop, negative work is done. That is, the engine 201 is worked from the outside. In either case, the area of the loop represents the size of work. In the counterclockwise loop from the exhaust stroke d to the intake stroke a, a pumping loss is caused by supplying and discharging gas into the cylinder via the exhaust port and the intake port.
図５の黒三角作動点における図６の軌跡（実線）について膨張行程ｃの終わり頃から排気行程ｄにかけて着目すると、排気背圧が高いため、筒内圧力が高く、反時計回りのループの面積が大きい。つまり、ポンピングロスが大きい。これに対し、図５の黒四角作動点における図６の軌跡（破線）について膨張行程ｃの終わり頃から排気行程ｄにかけて着目すると、排気背圧が低くなったことにより、筒内圧力が低くなり、反時計回りのループの面積が小さくなる。つまり、ポンピングロスが小さくなる。従って、破線の軌跡で運転すれば燃費が向上することがわかる。 Focusing on the locus (solid line) in FIG. 6 at the black triangle operating point in FIG. 5 from the end of the expansion stroke c to the exhaust stroke d, the exhaust back pressure is high, so that the cylinder pressure is high and the counterclockwise loop area Is big. That is, the pumping loss is large. On the other hand, when focusing on the locus (broken line) in FIG. 6 at the black square operation point in FIG. 5 from the end of the expansion stroke c to the exhaust stroke d, the in-cylinder pressure is lowered due to the lower exhaust back pressure. The area of the counterclockwise loop is reduced. That is, the pumping loss is reduced. Therefore, it can be seen that the fuel efficiency is improved if the vehicle is driven on the locus of the broken line.
以上説明したように、本発明では、回転補助なし時は通常のベーン開度制御を行い、回転補助時はベーン全閉又は減開度制御を行うようにしたので、回転補助時にターボ軸８０６の回転が上がりやすくなり、ターボ軸８０６の回転が所望する回転数まで上昇する時間が短縮され、電気モータ８０７の電力消費が節減され、燃費が向上する。 As described above, in the present invention, the normal vane opening degree control is performed when there is no rotation assistance, and the vane fully closed or reduced opening degree control is performed during rotation assistance. The rotation is easily increased, the time for which the rotation of the turbo shaft 806 is increased to a desired number of rotations is shortened, the power consumption of the electric motor 807 is reduced, and the fuel consumption is improved.
また、回転補助終了時はベーンを開く方向に制御するので、ポンピングロスが低減されて燃費が向上する。 Further, since the vane is controlled to open in the end of the rotation assistance, the pumping loss is reduced and the fuel efficiency is improved.
本実施形態では、２ステージターボ方式のエンジンシステム２００に電動アシストターボチャージャ制御装置１を搭載するものとしたが、１ステージターボ方式のエンジンシステムに対しても本発明は有効である。 In the present embodiment, the electric assist turbocharger control device 1 is mounted on the two-stage turbo engine system 200, but the present invention is also effective for a one-stage turbo engine system.
１ 電動アシストターボチャージャ制御装置
２ 電動アシストターボチャージャ
３ 回転補助制御部
４ ベーン開度制御部
５ ベーン協調制御部
６ アクチュエータ
７ 回転補助マップ
８ ベーン開度マップ
９ 開度補正マップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric assist turbocharger control apparatus 2 Electric assist turbocharger 3 Rotation assistance control part 4 Vane opening degree control part 5 Vane cooperation control part 6 Actuator 7 Rotation assistance map 8 Vane opening degree map 9 Opening degree correction map
Claims (2)
前記電気モータによる回転補助なし時にエンジン運転状態に応じて前記ベーンを開度制御し、前記電気モータによる回転補助時には前記ベーンを全閉又は回転補助なし時より小さい開度に制御するベーン協調制御部を備えたことを特徴とする電動アシストターボチャージャ制御装置。 In the electric assist turbocharger control device for controlling the electric motor and the vane with respect to the electric assist turbocharger having an electric motor for assisting the rotation of the turbo shaft and a vane for adjusting the exhaust gas flow to the turbine wheel,
A vane cooperative control unit that controls the opening of the vane according to an engine operating state without rotation assistance by the electric motor, and controls the vane to be fully closed or smaller than that without rotation assistance when the rotation assistance by the electric motor is performed. An electrically assisted turbocharger control device comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010242537A JP2012092796A (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | Control device for electrically-assisted turbocharger |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2010242537A JP2012092796A (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | Control device for electrically-assisted turbocharger |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2012092796A true JP2012092796A (en) | 2012-05-17 |
Family
ID=46386389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2010242537A Pending JP2012092796A (en) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | Control device for electrically-assisted turbocharger |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2012092796A (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006057548A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Toyota Motor Corp | Internal combustion engine turbocharging system |
| JP2008101552A (en) * | 2006-10-19 | 2008-05-01 | Toyota Motor Corp | Supercharging control device |
-
2010
- 2010-10-28 JP JP2010242537A patent/JP2012092796A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006057548A (en) * | 2004-08-20 | 2006-03-02 | Toyota Motor Corp | Internal combustion engine turbocharging system |
| JP2008101552A (en) * | 2006-10-19 | 2008-05-01 | Toyota Motor Corp | Supercharging control device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5874161B2 (en) | Turbocharger system | |
| EP2634392B1 (en) | Turbocharge system | |
| CN103180584B (en) | The exhaust brake control method of internal combustion engine and device | |
| US8640459B2 (en) | Turbocharger control systems and methods for improved transient performance | |
| JP5444996B2 (en) | Internal combustion engine and control method thereof | |
| JP4525544B2 (en) | Internal combustion engine with a supercharger | |
| JP2007077854A (en) | Supercharging system | |
| JP2007205306A (en) | Engine with supercharger | |
| JP2010249019A (en) | Internal combustion engine | |
| JP6033224B2 (en) | Method and corresponding apparatus for controlling the stable operation of an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine | |
| JP2012149588A (en) | Controller for internal combustion engine | |
| EP2634410B1 (en) | Engine system | |
| JP2012136957A (en) | Internal combustion engine and egr method therefor | |
| JP5803088B2 (en) | Engine system controller | |
| JP5682245B2 (en) | Low pressure loop EGR device | |
| JP5051294B2 (en) | Supercharger for internal combustion engine with exhaust gas recirculation device and driving method thereof | |
| WO2012029603A1 (en) | Start-up assist device | |
| JP2012092796A (en) | Control device for electrically-assisted turbocharger | |
| JP2005188359A (en) | Internal combustion engine with supercharger | |
| WO2018230108A1 (en) | Multi-stage supercharger | |
| JP2008175170A (en) | Supercharger for internal-combustion engine with exhaust gas recirculating device and driving method of supercharger | |
| US10995658B2 (en) | Exhaust gas turbocharger system for a multi-row internal combustion engine and method for operating an exhaust gas turbocharger system | |
| JP2007255265A (en) | Engine supercharging system | |
| JP2006105034A (en) | Supercharging system for internal combustion engine | |
| JP2016114046A (en) | Internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130919 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140605 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140610 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140805 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140902 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141021 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141216 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150108 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20150216 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20150320 |