JP6287148B2 - Engine supercharging system - Google Patents
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Description
本発明はエンジンの過給システムに関し、更に詳しくは、過給器の応答遅れによるエンジンへの過給量不足をより迅速に補うことができるエンジンの過給システムに関する。 The present invention relates to an engine supercharging system, and more particularly to an engine supercharging system that can more quickly make up for a shortage of supercharging to an engine due to a response delay of the supercharger.
近年、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの気筒内に空気を送り込む過給システムは、構造が複雑化しかつ構成部品の点数が増加する傾向にある。また、過給システムの制御内容も複雑化している。そのため、過給される空気の増減を制御する際に応答遅れが発生し、目標としている制御を行うことができない可能性が高くなっている(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, a supercharging system for sending air into a cylinder of a diesel engine or a gasoline engine tends to have a complicated structure and an increased number of components. Moreover, the control content of the supercharging system is also complicated. Therefore, there is a high possibility that a response delay occurs when controlling the increase / decrease in the supercharged air, and the target control cannot be performed (for example, see Patent Document 1).
このような問題を解決するために、排気ターボ式過給器のタービンを通過する空気量をバルブ機構を開閉させることにより制御することが提案されている(特許文献2を参照)。また、圧力容器に貯留されたエンジンの排ガスを、過渡時において吸気系に放出することが提案されている(特許文献3を参照)。 In order to solve such a problem, it has been proposed to control the amount of air passing through the turbine of the exhaust turbocharger by opening and closing a valve mechanism (see Patent Document 2). Further, it has been proposed to discharge engine exhaust gas stored in a pressure vessel to an intake system during a transition (see Patent Document 3).
しかしながら、特許文献2の発明では、バルブの開閉によって制御された空気がエンジン気筒内に到達するまでの時間が、流路の長さや流路内の汚れなどにより左右されるため、目的とする空気量が得られないおそれがある。また、特許文献3の発明では、圧力容器から吸気系に至る配管内を通過する排ガスの制御については考慮されていないため、圧力損失や制御の応答遅れが発生するおそれがある。
However, in the invention of Patent Document 2, since the time until the air controlled by opening / closing of the valve reaches the engine cylinder depends on the length of the flow path, dirt in the flow path, etc., the target air The amount may not be obtained. Further, in the invention of
本発明の目的は、過給器の応答遅れによるエンジンへの過給量不足を、従来よりも迅速に補うことができるエンジンの過給システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an engine supercharging system capable of compensating for an insufficient supercharging amount to the engine due to a response delay of the supercharger more quickly than before.
上記の目的を達成する本発明のエンジンの過給システムは、燃焼室を有するエンジンの過給システムであって、前記燃焼室内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、制御手段とを有し、前記圧縮空気供給手段は、一対の蓄圧タンクと、前記燃焼室と前記一対の蓄圧タンクとをそれぞれ接続する一対の供給支管と、前記一対の供給支管にそれぞれ配置された一対の制御弁と、を備え、前記制御手段は、前記一対の蓄圧タンクに互いに異なる組成のガスを圧縮して貯蔵するとともに、前記エンジンへの過給量の不足時に、前記一対の制御弁をそれぞれ開弁することで前記一対の蓄圧タンクに貯蔵された前記ガスを前記一対の供給支管をそれぞれ介して前記燃焼室内へ供給することを特徴とするものである。 An engine supercharging system according to the present invention that achieves the above object is an engine supercharging system having a combustion chamber, comprising compressed air supply means for supplying compressed air into the combustion chamber, and control means. The compressed air supply means includes a pair of accumulator tanks, a pair of supply branch pipes connecting the combustion chamber and the pair of accumulator tanks, respectively, and a pair of control valves respectively disposed in the pair of supply branch pipes; The control means compresses and stores gases having different compositions in the pair of pressure accumulating tanks, and opens the pair of control valves when the supercharging amount to the engine is insufficient. The gas stored in the pair of pressure accumulating tanks is supplied into the combustion chamber through the pair of supply branch pipes .
本発明のエンジンの過給システムによれば、エンジンへの過給量が不足したときには、吸気管とは別ルートで、燃焼室内へ圧縮空気を直接的に供給するようにしたので、過給器の応答遅れによるエンジンへの過給量不足を従来よりも迅速に補うことができる。 According to the engine supercharging system of the present invention, when the amount of supercharging to the engine is insufficient, the compressed air is directly supplied into the combustion chamber by a route different from the intake pipe. It is possible to make up for the shortage of the supercharging amount to the engine due to the response delay of the system more quickly than before.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態からなるエンジンの過給システムを示す。なお、図中の矢印は気体の流れる方向を示している。 FIG. 1 shows an engine supercharging system according to a first embodiment of the present invention. In addition, the arrow in a figure has shown the direction through which gas flows.
このエンジンの過給システム(以下、「過給システム」という。)1Aにおいては、吸気口2から吸気管3内へ吸入された空気は、インテークマニホールド(図示せず)を経て、ディーゼルエンジン4の複数の気筒5内(この例では4個)にそれぞれ供給される。そして、各気筒5内に形成された燃焼室6内において噴射燃料と混合した後に燃焼して、その燃焼圧力によってピストンを膨張させた後に、エキゾーストマニホールド(図示せず)を経て、排ガスとなって排気管7へ排出されるが、その一部は排気管7から分岐して吸気管3に合流するEGR通路8にEGRガスとなって分流する。EGR通路8には、EGRクーラー9とEGR弁10とが、排気管7側から順に介設されている。EGR通路8に分流しなかった排ガスは、排気口11から外部へ放出される。
In the engine supercharging system (hereinafter referred to as “supercharging system”) 1A, the air sucked into the
そして、この過給システム1Aには、吸気管3とは別ルートで燃焼室6内へ圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段12が設けられている。この圧縮空気供給手段12は、空気圧縮装置13、蓄圧タンク14及び制御弁15が順に介設された供給管16から構成されている。供給管16の一端は制御弁15を介して燃焼室6に設けられた吹出口17へ接続するとともに、他端はエンジン外部へ開口する吸入口18となっている。この制御弁15としては、電磁弁やピエゾ素子からなるアクチュエータなどが例示される。これらの空気圧縮装置13及び各制御弁15は、信号線(点線で示す)を通じて、制御手段であるECU19にそれぞれ接続している。
The
この過給システム1AにおけるECU19の制御内容は次のようになる。
The control contents of the
まず、ECU19は、空気圧縮装置13を制御して、蓄圧タンク14に貯留される圧縮空気の圧力が、燃焼室6内の測定圧力又は予め設定された燃焼室6内の最高圧力よりも高くなるようにする。
First, the ECU 19 controls the
そして、ディーゼルエンジン4への過給量が不足する場合、例えばディーゼルエンジン4の出力が急激に増加する過渡運転時などになったときには、制御弁15を個別に開弁して蓄圧タンク14に貯留された圧縮空気を直接的に燃焼室6内へ供給する。このとき、燃焼室6の直前まで圧縮空気の圧力が維持されるので、圧縮空気が燃焼室6内に到達するまでの時間が流路の長さや流路内の汚れに左右されることはなく、かつ圧力損失や制御の遅れが発生することもない。
When the amount of supercharging to the
従って、このような過給システム1Aにより、従来よりも迅速にディーゼルエンジン4への過給量不足を補うことができるのである。
Therefore, such a
図2は、第2の実施形態からなるエンジンの過給システムを示す。なお、これ以降の図面においては、図1と同じ箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 2 shows an engine supercharging system according to the second embodiment. In the following drawings, the same portions as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
この過給システム1Bは、過給システム1Aの構成において、吸気口2から吸入する空気の代わりに、各気筒5の燃焼室6内に圧縮空気を直接的に供給するとともに、EGR通路8を還流するEGRガスだけを吸気系から供給するようにしたものである。
This
ECU19は、過給システム1Aの場合と同様の制御を行うことにより、従来よりも迅速にディーゼルエンジン4への過給量不足を補うことができる。
The ECU 19 can compensate for the shortage of the supercharging amount to the
図3は、本発明の第3の実施形態からなるエンジンの過給システムを示す。 FIG. 3 shows an engine supercharging system according to a third embodiment of the present invention.
この過給システム1Cは、過給システム1Aの構成に、吸気管3に設置されたコンプレッサ20と、そのコンプレッサ20と同軸であって排気管7に設置されたタービン21とからなる排気ターボ式過給器22を加えたものである。更に、圧縮空気供給手段12の供給管16の他端は、コンプレッサ20の下流側で吸気管3に接続している。
This supercharging system 1C has the same structure as that of the
ECU19は、過渡運転時などで排気ターボ式過給器22の応答遅れが発生する場合には、制御弁15を開弁して蓄圧タンク14に貯留された圧縮空気を直接的に燃焼室6内へ供給する。このとき、燃焼室6の直前まで圧縮空気の圧力が維持されるので、圧縮空気が燃焼室6内に到達するまでの時間が流路の長さや流路内の汚れに左右されることはなく、かつ圧力損失や制御の遅れが発生することもない。
When a response delay of the
従って、このような過給システム1Cにより、従来よりも迅速にディーゼルエンジン4への過給量不足を補うことができるのである。また、圧縮空気供給手段12において、コンプレッサ20で圧縮された空気の一部を利用するので、空気圧縮装置13の負担を軽減してディーゼルエンジン4の燃費を向上することができる。
Therefore, such a supercharging system 1C can compensate for the shortage of the supercharging amount to the
図4は、本発明の第4の実施形態からなるエンジンの過給システムを示す。 FIG. 4 shows a supercharging system for an engine according to the fourth embodiment of the present invention.
この過給システム1Dは、過給システム1Cの構成に、タービン21の上流側の排気管7に設置された小型タービン23と、その小型タービン23と同軸であって空気圧縮装置13の上流側の供給管16に設置された小型コンプレッサ24とからなる小型過給器25を加えたものである。
This
このように構成することで、圧縮空気供給手段12において、小型コンプレッサ24でより高圧に圧縮された空気を利用できるので、空気圧縮装置13を小型化して、エンジンシステムの質量を低減することができる。
With this configuration, the compressed air supply means 12 can use the air compressed to a higher pressure by the
図5は、本発明の第5の実施形態からなるエンジンの過給システムを示す。 FIG. 5 shows an engine supercharging system according to a fifth embodiment of the present invention.
この過給システム1Eは、過給システム1Bの構成に、排気ターボ式過給器22を加えることで、EGR通路8を還流するEGRガスを、コンプレッサ20で圧縮してから各気筒5の燃焼室6内に直接的に供給するものである。
In the
ECU19は、過給システム1Bの場合と同様の制御を行うことにより、従来よりも迅速にディーゼルエンジン4への過給量不足を補うことができる。また、従来の吸気系に係る機器類が不要となる。
The
上述した過給システム1A〜1Eにおいては、供給管16の吹出口17が燃焼室6へ開口する方向を、燃焼室6の内周壁26の接線側の方向(図6(a)を参照)から中心軸27側の方向(図6(b)を参照)までの範囲内で設定することが望ましい。なお、図中の一点鎖線は、気体の流れる方向を示している。
In the
このような構成により、燃焼室6内における空気の分布を制御して、燃焼効率を向上することができる。
With such a configuration, the air distribution in the
図7は、本発明の第6の実施形態からなる過給システムの例を示す。 FIG. 7 shows an example of a supercharging system according to the sixth embodiment of the present invention.
この過給システム1Fは、過給システム1Aの構成における空気圧縮装置13と蓄圧タンク14との間に、空気を含有成分毎に分離する成分分離装置28を介設したものである。この成分分離装置28は、信号線を通じてECU19に接続されている。
In the
ECU19は、成分分離装置28を制御して、蓄圧タンク14に予め設定された組成の空気が貯留されるようにする。
The
このようにすることで、燃焼室6内における空気の組成を制御して、燃焼効率を向上することができる。具体的には、例えばECU19は、図2での適用においては、成分分離装置28を制御して、蓄圧タンク14に酸素が貯留されるようにすることで、ディーゼルエンジン4における純酸素燃焼が可能となり、燃焼効率を大幅に向上することができる。
By doing in this way, the composition of the air in the
なお、過給システム1Fは過給システム1Aを基本構成としているが、この第6の実施形態は、過給システム1B〜1Eのいずれかを基本構成とするものであってもよい。
Although the
図8は、本発明の第7の実施形態からなるエンジンの過給システムの例を示す。 FIG. 8 shows an example of an engine supercharging system according to the seventh embodiment of the present invention.
この過給システム1Gは、過給システム1Fの構成を変形したものであり、成分分離装置28の下流側を、小型蓄圧タンク29A、29B及び小型制御弁30A、30Bがそれぞれ介設された一対の供給支管31A、31Bに分岐させたものである。また、一対の供給支管31A、31Bの吹出口17A、17Bが燃焼室6へ開口する方向は、図6の場合と同様に、燃焼室6の内周壁26の接線側の方向から中心軸27側の方向までの範囲内でそれぞれ設定することが望ましい。
This supercharging
ECU19は、成分分離装置28を制御して、一対の小型蓄圧タンク29A、29Bに互いに組成の異なる空気がそれぞれ貯留されるようにする。そして、過給システム1Aの場合と同様の制御を行う。なお、一対の小型制御弁30A、30B同士は、同時に又は時間差を置いて開弁させる。
The
このようにすることで、従来よりも迅速にディーゼルエンジン4への過給量不足を補うことができるとともに、燃焼室6内の空気の分布及び組成を制御して、燃焼効率を更に向上することができる。
By doing so, the shortage of the supercharging amount to the
一対の小型蓄圧タンク29A、29Bには、酸素と窒素がそれぞれ貯留されるようにすることが望ましい。そして、図9に示すように、酸素が貯留された小型蓄圧タンク29Aから延びる供給支管31Aの吹出口17Aを、燃焼室6の中心軸27側の方向へ向けて開口させる一方で、窒素が貯留された小型蓄圧タンク29Bから延びる供給支管31Bの吹出口17Bを、燃焼室6の内周壁26の接線側の方向へ向けて開口させる。
It is desirable to store oxygen and nitrogen in the pair of
このようにすることで、燃料が噴射される燃焼室6の中心部に高酸素濃度領域が形成される一方で、内周壁26の近傍には窒素を主成分とする低酸素濃度のガス層が形成されるため、燃焼効率を向上させつつ火炎の接触による燃焼室6の熱負荷を低減することができる。
In this way, a high oxygen concentration region is formed at the center of the
なお、過給システム1Gは過給システム1Aを基本構成としているが、この第7の実施形態は、過給システム1B〜1Eのいずれかを基本構成とするものであってもよい。
The supercharging
図10は、本発明の第8の実施形態からなるエンジンの過給システムの例を示す。 FIG. 10 shows an example of an engine supercharging system according to the eighth embodiment of the present invention.
この過給システム1Hは、過給システム1Gの構成において、吸気口2から吸入する空気の代わりにEGR通路8を還流するEGRガスを、各気筒5の燃焼室6内に直接的に供給するようにしたものである。
The
ECU19は、過給システム1Gの場合と同様の制御を行うことにより、従来よりも迅速にディーゼルエンジン4への過給量不足を補うことができる。
The
1A〜1H 過給システム
3 吸気管
6 燃焼室
8 EGR通路
12 圧縮空気供給手段
13 空気圧縮装置
14 蓄圧タンク
15 制御弁
16 供給管
19 ECU
20 コンプレッサ
21 タービン
23 小型タービン
24 小型コンプレッサ
26 内周壁
27 中心軸
28 成分分離装置
29A、29B 小型蓄圧タンク
30A、30B 小型制御弁
31A、31B 供給支管
1A to
20
Claims (9)
前記燃焼室内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、制御手段とを有し、
前記圧縮空気供給手段は、一対の蓄圧タンクと、前記燃焼室と前記一対の蓄圧タンクとをそれぞれ接続する一対の供給支管と、前記一対の供給支管にそれぞれ配置された一対の制御弁と、を備え、
前記制御手段は、前記一対の蓄圧タンクに互いに異なる組成のガスを圧縮して貯蔵するとともに、前記エンジンへの過給量の不足時に、前記一対の制御弁をそれぞれ開弁することで前記一対の蓄圧タンクに貯蔵された前記ガスを前記一対の供給支管をそれぞれ介して前記燃焼室内へ供給することを特徴とするエンジンの過給システム。 An engine supercharging system having a combustion chamber,
Compressed air supply means for supplying compressed air into the combustion chamber, and control means,
The compressed air supply means includes a pair of pressure accumulation tanks, a pair of supply branch pipes connecting the combustion chamber and the pair of pressure accumulation tanks, respectively, and a pair of control valves respectively disposed in the pair of supply branch pipes. Prepared,
The control means compresses and stores gases having different compositions in the pair of accumulator tanks and opens the pair of control valves when the supercharging amount to the engine is insufficient . An engine supercharging system , wherein the gas stored in an accumulator tank is supplied into the combustion chamber through the pair of supply branch pipes .
前記制御手段によって制御されることで、前記エンジンの外部からの空気、又は該エンジンの吸気系からの空気を圧縮する空気圧縮装置と、
前記制御手段によって制御されることで、前記空気圧縮装置が圧縮した前記空気を含有成分毎に分離し、この分離によって得られた互いに異なる組成のガスを前記一対の蓄圧タンクに貯蔵させる成分分離装置と、を備える請求項1に記載のエンジンの過給システム。 The compressed air supply means includes
An air compression device that compresses air from outside the engine or air from the intake system of the engine by being controlled by the control means ;
The component separation device that separates the air compressed by the air compression device for each component contained by being controlled by the control means, and stores the gases having different compositions obtained by the separation in the pair of pressure accumulation tanks. When the engine supercharging system of claim 1, comprising a.
プレッサとからなる過給器を備えた請求項1〜4のいずれか1項に記載のエンジンの過給システム。 A turbine installed in the exhaust system of the engine and a controller installed in the intake system of the engine
The supercharging system of the engine of any one of Claims 1-4 provided with the supercharger which consists of a presser .
前記過給器の前記コンプレッサによって圧縮された前記吸気系の空気を、前記空気圧縮装置によってさらに圧縮する請求項2に記載のエンジンの過給システム。The engine supercharging system according to claim 2, wherein the air in the intake system compressed by the compressor of the supercharger is further compressed by the air compressor.
前記過給器の前記コンプレッサによって圧縮された前記吸気系の空気を、前記第2の過給器の前記第2のコンプレッサによって圧縮した後に、前記空気圧縮装置によってさらに圧縮する請求項6に記載のエンジンの過給システム。 A second supercharger comprising a second turbine set in the exhaust system of the engine and a second compressor installed in the intake system of the engine;
The air in the intake system compressed by the compressor of the supercharger is compressed by the second compressor of the second supercharger and then further compressed by the air compression device. Engine supercharging system.
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