JP6540595B2 - Vehicle engine system - Google Patents
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Description
本発明は、車両のエンジンシステムに関する。 The present invention relates to an engine system of a vehicle.
従来、特許文献1に記載の車両のエンジンシステムがある。特許文献1に記載のエンジンシステムは、過給機と、発電機とを備えている。過給機は、排気エネルギにより回転駆動するタービン側インペラと、タービン側インペラに対して回転軸を介して連結されて空気を圧縮するコンプレッサ側インペラとを備えている。発電機は、過給機の回転軸に固定されるロータと、その周囲に配置されるステータとを有している。発電機は、エンジンの出力を制限する場合に、過給機の回転軸の回転に基づいて発電する。 Conventionally, there is an engine system of a vehicle described in Patent Document 1. The engine system described in Patent Document 1 includes a supercharger and a generator. The supercharger includes a turbine-side impeller that is rotationally driven by exhaust energy, and a compressor-side impeller that is connected to the turbine-side impeller via a rotation shaft to compress air. The generator has a rotor fixed to the rotational shaft of the turbocharger and a stator disposed around the rotor. The generator generates electricity based on the rotation of the rotating shaft of the turbocharger when limiting the output of the engine.
ところで、特許文献1に記載のエンジンシステムでは、エンジン出力の制限領域において発電機が駆動すると、排気通路におけるタービン側インペラの上流側の排気圧、すなわちエンジンの背圧が上昇する。このような背圧の上昇はエンジンの出力損失を増大させる要因となる。 By the way, in the engine system described in Patent Document 1, when the generator is driven in the limited region of the engine output, the exhaust pressure on the upstream side of the turbine side impeller in the exhaust passage, that is, the back pressure of the engine increases. Such an increase in back pressure causes an increase in the power loss of the engine.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの出力効率の低下を抑制することのできる車両のエンジンシステムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a vehicle engine system capable of suppressing a reduction in output efficiency of the engine.
上記課題を解決するために、車両のエンジンシステムは、メイン排気通路(71)と、サブ排気通路(72)と、過給機(3)と、排気エネルギ回収装置(6)と、流量調整部(27)と、負荷状態検出部(11,14)と、制御部(10)とを備える。メイン排気通路には、エンジン(2)の燃焼室(22)から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒(5)が配置されている。サブ排気通路は、メイン排気通路とは別に設けられ、燃焼室から排出される排気をメイン排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の部分に導く。過給機は、メイン排気通路に配置されるタービンホイール(31)、及びタービンホイールの回転に基づきエンジンに吸入される吸入空気を圧縮するコンプレッサホイール(30)を有する。排気エネルギ回収装置は、サブ排気通路に配置されている。流量調整部は、サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する。負荷状態検出部は、エンジンの負荷状態を検出する。制御部は、エンジンが高負荷状態である場合には、エンジンが低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように流量調整部を制御する。サブ排気通路には、その通路面積が拡大された放熱部(720a)が形成されている。
また、上記課題を解決するために、車両のエンジンシステムは、メイン排気通路(71)と、サブ排気通路(72)と、過給機(3)と、排気エネルギ回収装置(6)と、流量調整部(27)と、負荷状態検出部(11,14)と、制御部(10)とを備える。メイン排気通路には、エンジン(2)の燃焼室(22)から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒(5)が配置されている。サブ排気通路は、メイン排気通路とは別に設けられ、燃焼室から排出される排気をメイン排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の部分に導く。過給機は、メイン排気通路に配置されるタービンホイール(31)、及びタービンホイールの回転に基づきエンジンに吸入される吸入空気を圧縮するコンプレッサホイール(30)を有する。排気エネルギ回収装置は、サブ排気通路に配置されている。流量調整部は、サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する。負荷状態検出部は、エンジンの負荷状態を検出する。制御部は、エンジンが高負荷状態である場合には、エンジンが低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように流量調整部を制御する。サブ排気通路におけるメイン排気通路との接続部分には、絞り機構(7)が設けられている。
In order to solve the above problems, the engine system of the vehicle includes a main exhaust passage (71), a sub exhaust passage (72), a supercharger (3), an exhaust energy recovery device (6), and a flow rate adjustment unit (27), a load state detection unit (11, 14), and a control unit (10). In the main exhaust passage, the exhaust gas discharged from the combustion chamber (22) of the engine (2) flows, and an exhaust purification catalyst (5) is disposed. The sub exhaust passage is provided separately from the main exhaust passage, and guides the exhaust gas discharged from the combustion chamber to a portion on the upstream side of the exhaust purification catalyst in the main exhaust passage. The supercharger has a turbine wheel (31) disposed in the main exhaust passage, and a compressor wheel (30) that compresses intake air drawn into the engine based on the rotation of the turbine wheel. The exhaust energy recovery device is disposed in the sub exhaust passage. The flow rate adjustment unit adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage. The load state detection unit detects a load state of the engine. The control unit controls the flow rate adjustment unit such that, when the engine is in a high load state, the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage is increased as compared to the case where the engine is in a low load state. The sub exhaust passage is formed with a heat radiating portion (720a) whose passage area is enlarged.
In order to solve the above problems, the engine system of the vehicle has a main exhaust passage (71), a sub exhaust passage (72), a supercharger (3), an exhaust energy recovery device (6), and a flow rate. An adjustment unit (27), a load state detection unit (11, 14), and a control unit (10) are provided. In the main exhaust passage, the exhaust gas discharged from the combustion chamber (22) of the engine (2) flows, and an exhaust purification catalyst (5) is disposed. The sub exhaust passage is provided separately from the main exhaust passage, and guides the exhaust gas discharged from the combustion chamber to a portion on the upstream side of the exhaust purification catalyst in the main exhaust passage. The supercharger has a turbine wheel (31) disposed in the main exhaust passage, and a compressor wheel (30) that compresses intake air drawn into the engine based on the rotation of the turbine wheel. The exhaust energy recovery device is disposed in the sub exhaust passage. The flow rate adjustment unit adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage. The load state detection unit detects a load state of the engine. The control unit controls the flow rate adjustment unit such that, when the engine is in a high load state, the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage is increased as compared to the case where the engine is in a low load state. A throttle mechanism (7) is provided at a connection portion of the sub exhaust passage with the main exhaust passage.
この構成によれば、エンジンが高負荷状態である場合には、低負荷状態である場合と比較すると、排気通路の通路容積が拡大する。これにより、エンジンが高負荷状態である状況でエンジンの背圧の上昇を抑制することができるため、エンジンの出力効率の低下を抑制することができる。 According to this configuration, when the engine is in a high load state, the passage volume of the exhaust passage is expanded as compared with the case where the engine is in a low load state. As a result, it is possible to suppress an increase in back pressure of the engine in a state in which the engine is in a high load state, so it is possible to suppress a decrease in output efficiency of the engine.
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the parentheses as described in said means and a claim is an example which shows a correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
本発明によれば、エンジンの出力効率の低下を抑制することのできる車両のエンジンシステムを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the engine system of the vehicle which can suppress the fall of the output efficiency of an engine can be provided.
以下、エンジンシステムの一実施形態について説明する。
図1に示されるように、本実施形態のエンジンシステム1は、多気筒エンジン2と、排気タービン式過給機3と、スロットルバルブ4と、排気浄化触媒5と、排気エネルギ回収装置6と、絞り機構7とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of an engine system will be described.
As shown in FIG. 1, an engine system 1 according to this embodiment includes a
エンジン2は、図示しないシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に一体的に組み付けられたシリンダヘッド20とを備えている。エンジン2には、複数の燃焼室22と、吸気マニホールド23と、複数の燃料噴射弁24と、クランクシャフト25とが設けられている。
The
吸気マニホールド23は、複数の燃焼室22にそれぞれ接続される複数の分岐部230と、複数の分岐部230が集合する集合部231とを有している。集合部231は、吸気通路70に接続されている。吸気通路70は、車両外部の空気をエンジン2に導く通路である。吸気通路70から吸気マニホールド23の集合部231に供給された空気は、吸気マニホールド23の分岐部230を介して各燃焼室22に供給される。吸気通路70には、その上流から下流に向かって過給機3のコンプレッサホイール30、及びスロットルバルブ4が順に設けられている。スロットルバルブ4は、その開度の調整により、吸気通路70を通過する空気の流量、すなわちエンジン2に供給される吸入空気量を調整する。
The
複数の燃料噴射弁24は、複数の燃焼室22にそれぞれ配置されている。各燃料噴射弁24は、燃焼室22に供給される空気の量に対応した量の燃料を燃焼室22内に噴射する。この燃料が燃焼室22内で燃焼してエンジン2が駆動することにより、エンジン2の出力軸であるクランクシャフト25が回転する。
The plurality of
シリンダヘッド20には、排気マニホールド26と、流量調整弁27と、排気通路720とが設けられている。
The
排気マニホールド26は、複数の燃焼室22にそれぞれ接続される複数の分岐部260と、複数の分岐部260が集合する集合部261とを有している。集合部261は、シリンダヘッド20内の排気通路262を介してシリンダヘッド20の外部の排気通路710に連通されている。よって、各燃焼室22から排出される排気は排気マニホールド26の集合部261に集められた後、排気通路262を介して排気通路710へと流れる。排気通路710には、その上流から下流に向かって順に過給機3のタービンホイール31、及び排気浄化触媒5が順に配置されている。本実施形態では、排気マニホールド26、及び排気通路710によりメイン排気通路71が構成されている。
The
排気通路720の上流側の部分は、排気マニホールド26の集合部261に連通されている。排気通路720の途中には、その通路面積が拡大された放熱部720aが形成されている。排気通路720の下流側の部分は、シリンダヘッド20の外部の排気通路721に連通されている。排気通路721の下流側の部分は、メイン排気通路71における過給機3のタービンホイール31よりも下流側であって、且つ排気浄化触媒5よりも上流側に接続されている。よって、排気マニホールド26の集合部261に集められた排気の一部は、排気通路720及び排気通路721を介してメイン排気通路71へと流入する。本実施形態では、排気通路720及び排気通路721により、メイン排気通路71とは別に設けられるサブ排気通路72が構成されている。また、メイン排気通路71及びサブ排気通路72により、エンジン2の燃焼室22から排出される排気を排気浄化触媒5に導く排気通路8が構成されている。
The upstream side portion of the
流量調整弁27は、排気通路720における放熱部720aよりも上流側の部分に配置されている。流量調整弁27は、その開度の調整により、サブ排気通路72を流れる排気の流量を調整する流量調整部として機能する。流量調整弁27が全開状態である場合、サブ排気通路72は全開状態となるため、エンジン2の燃焼室22から排出される排気はメイン排気通路71及びサブ排気通路72を流れる。流量調整弁27が全閉状態である場合、サブ排気通路72は全閉状態となるため、エンジン2の燃焼室22から排出される排気はメイン排気通路71のみを流れる。
The flow
過給機3は、吸気通路70に配置されるコンプレッサホイール30と、メイン排気通路71に配置されるタービンホイール31とを備えている。過給機3では、メイン排気通路71を流れる排気がタービンホイール31を通過すると、タービンホイール31が回転する。このタービンホイール31の回転に併せてコンプレッサホイール30が回転することにより、吸気通路70から燃焼室22に供給される空気が過給される。このような過給機3により空気が過給されるエンジン2では、エンジン2の回転速度の上昇に伴い燃焼室22に供給される空気及び燃焼室22から排出される排気の流量が多くなるほど、過給圧が上昇する。
The supercharger 3 includes a
排気浄化触媒5は、メイン排気通路71を流れる排気を浄化する。排気浄化触媒5は、例えばセラミック材からなる角柱状の部材であるモノリス担体に触媒物質が担持された構造からなる。
The exhaust purification catalyst 5 purifies the exhaust flowing through the
排気エネルギ回収装置6は、サブ排気通路72の排気の流れを利用して発電することにより、排気エネルギを電気エネルギとして回収する装置である。排気エネルギ回収装置6は、発電機60と、電力変換器61と、バッテリ62と、バッテリ制御部63とを有している。
The exhaust energy recovery device 6 is a device that recovers the exhaust energy as electrical energy by generating power using the flow of the exhaust of the
発電機60は、排気通路721に配置されるタービン600を有している。タービン600は、例えば軸流式のタービンからなり、排気通路721の排気の流れに基づいて回転する。このタービン600の回転に基づいて発電機60が発電する。発電機60により発電された電力は、電力変換器61によりバッテリ62の充電に適した直流電力に変換された後、この変換された直流電力がバッテリ62に充電される。バッテリ62に充電された電力は、車両に搭載された各種電子機器に供給される。
The
バッテリ制御部63は、バッテリ62の充電状態を示すSOC(state of charge)値を常時監視しつつ、バッテリ62の充電及び放電を制御する。SOC値は、完全放電状態を0%と定義し、満充電状態を100%と定義した上で、バッテリ62の充電状態を0%から100%の範囲で数値化したものである。バッテリ制御部63は、バッテリ62の放電量に基づいて、バッテリ62の電力消費量を常時監視している。本実施形態では、バッテリ制御部63が、バッテリ62の充電状態を検出する充電状態検出部に相当する。 The battery control unit 63 controls charging and discharging of the battery 62 while constantly monitoring a state of charge (SOC) value indicating the charging state of the battery 62. The SOC value defines the fully discharged state as 0% and the fully charged state as 100%, and then digitizes the charged state of the battery 62 in the range of 0% to 100%. The battery control unit 63 constantly monitors the power consumption of the battery 62 based on the discharge amount of the battery 62. In the present embodiment, the battery control unit 63 corresponds to a charge state detection unit that detects the charge state of the battery 62.
絞り機構7は、サブ排気通路72におけるメイン排気通路71との接続部分に設けられている。絞り機構7は、その絞り量を変更することの可能な可変絞り機構からなる。絞り機構7は、サブ排気通路72の通路面積を部分的に狭めることで、ベンチュリ効果により排気を減圧させる。これにより、サブ排気通路72内の排気圧と、メイン排気通路71内の排気圧との差を大きくさせることができるため、サブ排気通路72からメイン排気通路71に吸い出される排気の流量が増加する。すなわち、サブ排気通路72を流れる排気の流量が増加する。また、絞り機構7の絞り量を変更することにより、サブ排気通路72を流れる排気の流量を調整することが可能である。
The throttling mechanism 7 is provided at a connection portion of the
エンジンシステム1は、エンジン2の各種制御を行うECU(Electronic Control Unit)10を備えている。本実施形態では、ECU10が制御部に相当する。ECU10は、CPUやROM、RAM、入力ポート、及び出力ポート等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。CPUは、エンジン2の各種制御に係る演算処理を実行する。ROMには、エンジン2の各種制御に必要なプログラムやデータが記憶されている。RAMには、CPUの演算結果等が一時的に記憶される。入力ポート及び出力ポートは、外部機器との間で信号を入力及び出力するためのものである。
The engine system 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 10 that performs various controls of the
ECU10の入力ポートには、エアフロメータ11、圧力センサ12、スロットルポジションセンサ13、エンジン回転速度センサ14、温度センサ15、差圧センサ16、及びアクセルポジションセンサ17が接続されている。
An
エアフロメータ11は、吸気通路70を通過する空気の量を検出するとともに、検出された空気の量に応じた検出信号をECU10に出力する。
The
圧力センサ12は、吸気通路70におけるスロットルバルブ4の上流側であって、且つコンプレッサホイール30の下流側の空気圧を検出するとともに、検出された空気圧に応じた検出信号をECU10に出力する。
The
スロットルポジションセンサ13は、スロットルバルブ4の開度であるスロットル開度を検出するとともに、検出されたスロットル開度に応じた検出信号をECU10に出力する。
The
エンジン回転速度センサ14は、エンジン2のクランクシャフト25の回転速度であるエンジン回転速度を検出するとともに、検出されたエンジン回転速度に応じた検出信号をECU10に出力する。
The engine
温度センサ15は、メイン排気通路71における排気浄化触媒5の上流側を流れる排気の温度を検出するとともに、検出された排気の温度に応じた検出信号を出力する。この温度センサ15の検出信号に基づいて、排気浄化触媒5の温度を推定することができる。
The
差圧センサ16は、サブ排気通路72における発電機60のタービン600の前後の排気圧の差を検出するとともに、検出された発電機前後差圧に応じた検出信号をECU10に出力する。
The differential pressure sensor 16 detects a difference in exhaust pressure before and after the turbine 600 of the
アクセルポジションセンサ17は、車両の運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量であるアクセル操作量を検出するとともに、検出されたアクセル操作量に応じた検出信号を出力する。本実施形態では、アクセルポジションセンサ17が、車両の運転状態を検出する運転状態検出部に相当する。
The
ECU10は、バッテリ制御部63と通信可能に接続されている。ECU10は、バッテリ制御部63との通信により、バッテリ62のSOC値や電力消費量の情報を取得することが可能である。
The
ECU10の出力ポートには、燃料噴射弁24の駆動回路、スロットルバルブ4の駆動回路、流量調整弁27の駆動回路、及び絞り機構7の駆動回路等、エンジン2の運転を制御するための各種機器の駆動回路が接続されている。ECU10は、各センサ11〜17の検出信号から求められるエンジン2及び車両の各種状態量等に基づいて燃料噴射弁24やスロットルバルブ4、流量調整弁27、絞り機構7等を制御することにより、エンジン2の駆動を制御する。
Various devices for controlling the operation of the
例えばECU10は、エンジン回転速度センサ14の検出信号からエンジン回転速度Neを求める。また、ECU10は、エアフロメータ11の検出信号に基づいて、吸気通路70を通過する空気の流量、換言すればエンジン2の吸入空気量Gaを求める。ECU10は、求められたエンジン回転速度Ne及び吸入空気量Gaに基づいてエンジン2の出力トルクTeを求める。ECU10は、このエンジン2の出力トルクTeとエンジン回転速度Neに基づいてエンジン2の負荷状態を判断することができる。このように、ECU10は、エアフロメータ11及びエンジン回転速度センサ14のそれぞれの検出信号に基づいてエンジン2の負荷状態を検出する。本実施形態では、エアフロメータ11及びエンジン回転速度センサ14がエンジン2の負荷状態を検出する負荷状態検出部に相当する。
For example, the
また、ECU10は、圧力センサ12の検出信号から過給圧Psを求める。さらに、ECU10は、スロットルポジションセンサ13の検出信号に基づいてスロットル開度Taを求める。ECU10は、求められた出力トルクTeやエンジン回転速度Ne、過給圧Ps、スロットル開度Taといったエンジン2の状態量に基づいて燃料噴射弁24やスロットルバルブ4等を制御する。
Further, the
さらに、ECU10は、温度センサ15の検出信号から排気浄化触媒5に流入する排気の温度を求めるとともに、求められた排気の温度に基づいて排気浄化触媒5の温度Tcを推定する。また、ECU10は、差圧センサ16及びアクセルポジションセンサ17のそれぞれの検出信号から発電機前後差圧ΔPg及びアクセル操作量Paを求める。ECU10は、排気浄化触媒5の推定温度Tc、エンジン回転速度Ne、エンジン2の出力トルクTe、アクセル操作量Pa、バッテリ62のSOC値、発電機前後差圧ΔPg等に基づいて流量調整弁27の開度及び絞り機構7の絞り量を調整する。
Further, the
次に、図2を参照して、ECU10により実行される流量調整弁27の開度及び絞り機構7の絞り量を調整する処理の手順について説明する。なお、ECU10は、図2に示される処理を所定の演算周期で繰り返し実行する。
Next, with reference to FIG. 2, the procedure of the process of adjusting the opening degree of the flow
図2に示されるように、ECU10は、まず、ステップS10として、排気浄化触媒5の温度Tcが活性化温度Tca未満であるか否かを判断する。ECU10は、ステップS10で肯定判断した場合、すなわち排気浄化触媒5の温度Tcが活性化温度Tca未満である場合には、ステップS16として、流量調整弁27を全閉状態にする。すなわち、ECU10は、燃焼室22から排出される排気がメイン排気通路71のみを流れるように流量調整弁27を制御する。これにより、排気マニホールド26の集合部261に集められる高温の排気の全てがメイン排気通路71を流れるため、排気浄化触媒5が活性化温度Tcaまで上昇し易くなる。
As shown in FIG. 2, the
一方、ECU10は、ステップS10で否定判断した場合、すなわち排気浄化触媒5の温度Tcが活性化温度Tca以上である場合には、ステップS11として、エンジン2が高負荷状態であるか否かを判定する。なお、ここでの高負荷状態とは、排気浄化触媒5の活性化状態を担保するために必要な排気エネルギよりも大きい排気エネルギが排気浄化触媒5に供給されている状態、換言すれば排気浄化触媒5への排気エネルギの供給が過剰な状態を意味する。
On the other hand, if the
具体的には、図3に示されるように、ECU10は、エンジン回転速度Neが所定値Ne1以上であること、及びエンジン2の出力トルクTeが所定値Te1以上であることの少なくとも一方の条件が満たされた場合には、エンジン2が高負荷状態であると判定する。なお、図3に示される実線は、エンジン回転速度Neに対するエンジン2の出力トルクTeの上限値を示したものである。また、ECU10は、エンジン回転速度が所定値Ne1未満であって、且つエンジン2の出力トルクTeが所定値Te1未満である場合には、エンジン2が低負荷状態であると判定する。ここでの低負荷状態とは、高負荷状態を除くエンジン2の負荷状態を示す。所定値Ne1,Te1のそれぞれの値は、エンジン2が高負荷状態であるか否かを判定することができるように予め実験等を通じて設定されており、ECU10のROMに記憶されている。
Specifically, as shown in FIG. 3, the
図2に示されるように、ECU10は、ステップS11で否定判断した場合、すなわちエンジン2が低負荷状態である場合には、ステップS16として、流量調整弁27を全閉状態にする。すなわち、ECU10は、エンジン2の燃焼室22から排出される排気がメイン排気通路71のみを流れるように流量調整弁27を制御する。
As shown in FIG. 2, when the
ECU10は、ステップS11で肯定判断した場合、すなわちエンジン2が高負荷状態である場合には、ステップS12として、エンジン2の高負荷状態が継続するか否かを判定する。具体的には、ECU10は、アクセル操作量Paの時間的な変化量が所定値を超えている場合には、エンジン2の高負荷状態が継続しないと判定し、アクセル操作量Paの時間的な変化量が所定値以下である場合には、エンジン2の高負荷状態が継続すると判定する。
When an affirmative determination is made in step S11, that is, when the
ECU10は、ステップS12で否定判定した場合、すなわちエンジン2の高負荷状態が継続しない場合には、ステップS16として、流量調整弁27を全閉状態にする。
When the negative determination is made in step S12, that is, when the high load state of the
ECU10は、ステップS12で肯定判定した場合、すなわちエンジン2の高負荷状態が継続する場合には、ステップS13として、流量調整弁27を全開状態にする。すなわち、ECU10は、エンジン2の燃焼室22から排出される排気がメイン排気通路71及びサブ排気通路72を流れるように流量調整弁27を制御する。これにより、排気マニホールド26の集合部261に集められる排気の一部がサブ排気通路72を流れるため、発電機60が発電するとともに、発電機60により発電された電力がバッテリ62に充電される。
When an affirmative determination is made in step S12, that is, when the high load state of the
ECU10は、ステップS13に続くステップS14として、絞り機構7の絞り量を調整する。具体的には、ECU10は、発電機前後差圧ΔPgが所定値ΔPg1を超えている場合には、発電機60の高い発電効率を担保できていると判断し、絞り機構7の絞り量を最小値に設定する。また、ECU10は、発電機前後差圧ΔPgが所定値ΔPg1以下である場合には、発電機60の発電効率を最大値にすることの可能な絞り量をマップや演算式等により演算する。なお、発電機前後差圧ΔPgと、発電機60の発電効率を最大にすることの可能な絞り量との関係は予め実験等により求められており、それらの関係を示すマップや演算式がECU10のROMに記憶されている。ECU10は、演算された絞り量に基づいて、絞り機構7の絞り量を調整する。
The
ECU10は、ステップS14に続くステップS15として、バッテリ62の充電が完了したか否かを判断する。具体的には、ECU10は、バッテリ62のSOC値が所定値以上である場合には、バッテリ62の充電が完了したと判断し、バッテリ62のSOC値が所定値未満である場合には、バッテリ62の充電が完了していないと判断する。
The
ECU10は、ステップS15で否定判断した場合には、ステップS17として、エンジン2が高負荷状態であるか否かを判定する。このステップS17の判定処理は、ステップS11の判定処理と同一である。
If the
ECU10は、ステップS17で肯定判定した場合、すなわちエンジン2が高負荷状態である場合には、ステップS18として、バッテリ62の電力消費状態に応じて流量調整弁27の開度を調整する。例えば、ECU10は、バッテリ制御部63との通信により得られるバッテリ62の電力消費量の過去の推移に基づいて、現在から所定時間経過後までの期間に所定量以上の電力が消費されるか否かを判断する。ECU10は、所定量以上の電力が消費されると判断される場合には、その予想される電力消費量が大きいほど、流量調整弁27の開度を開の方向に調整する。これにより、予想される電力消費量が大きいほど、サブ排気通路72を流れる排気の流量が増加するため、発電機60の発電量を増加させることができる。ECU10は、ステップS18を実行した後、ステップS15に戻る。
If the determination in step S17 is affirmative, that is, if the
その後、バッテリ62の充電が完了すると、ECU10は、ステップS15で肯定判定し、ステップS16として、流量調整弁27を全閉状態にする。また、ECU10は、バッテリ62の充電が完了する前に、ステップS17で否定判定した場合、すなわちエンジン2が高負荷状態でなくなった場合には、ステップS16として、流量調整弁27を全閉状態にする。
Thereafter, when charging of the battery 62 is completed, the
以上説明した本実施形態の車両のエンジンシステム1によれば、以下の(1)〜(4)に示される作用及び効果を得ることができる。 According to the vehicle engine system 1 of the present embodiment described above, it is possible to obtain the actions and effects shown in the following (1) to (4).
(1)ECU10は、エンジン2が低負荷状態である場合には、エンジン2から排出される排気がメイン排気通路71のみを流れるように流量調整弁27を制御する。また、ECU10は、エンジン2が高負荷状態である場合には、エンジン2から排出される排気がメイン排気通路71及びサブ排気通路72を流れるように流量調整弁27を制御する。すなわち、ECU10は、エンジン2が高負荷状態である場合には、エンジン2が低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路72を流れる排気の流量が増加するように流量調整弁27を制御する。これにより、エンジン2が高負荷状態である場合には、低負荷状態である場合と比較すると、排気通路8の通路容積が拡大する。よって、エンジン2が高負荷状態である状況でエンジン2の背圧の上昇を抑制することができるため、エンジン2の出力効率の低下を抑制することができる。また、エンジン2が高負荷状態である場合には、サブ排気通路72に排気が流れることにより排気エネルギ回収装置6が駆動するため、排気エネルギを効率良く利用することもできる。一方、エンジン2が低負荷状態である場合には、メイン排気通路71にのみ排気が流れるため、車両の加速要求時に速やかに吸入空気を過給することができる。よって、車両のレスポンスを向上させることができる。さらに、メイン排気通路71に過給機3を設けるとともに、サブ排気通路72に排気エネルギ回収装置6を設けることにより、過給機3と排気エネルギ回収装置6とを離間して配置することができるため、過給機3から発せられる熱が排気エネルギ回収装置6に伝達され難くなる。そのため、熱に起因する排気エネルギ回収装置6の損傷を抑制することができる。
(1) When the
(2)サブ排気通路72には、その通路面積が拡大された放熱部720aが形成されている。これにより、エンジン2の背圧を更に抑制することができるため、エンジン2の出力効率の低下を更に抑制することができる。
(2) The
(3)サブ排気通路72におけるメイン排気通路71との接続部分には、絞り機構7が設けられている。このような構成によれば、ベンチュリ効果により絞り機構7において排気が減圧されるため、サブ排気通路72内の排気圧と、メイン排気通路71内の排気圧との差が大きくなる。よって、サブ排気通路72からメイン排気通路71への排気の吸い出し量が増加する。結果的に、サブ排気通路72を流れる排気の流量が増加するため、排気エネルギ回収装置6における排気エネルギの回収効率を高めることができる。
(3) The throttling mechanism 7 is provided at a connection portion of the
(4)絞り機構7は、その絞り量を変更可能な可変絞り機構からなる。ECU10は、排気エネルギ回収装置6の駆動状態を示すパラメータ、具体的には発電機前後差圧ΔPgに基づいて、絞り機構7の絞り量を変更する。これにより、排気エネルギ回収装置6における排気エネルギの回収効率を更に高めることができる。
(4) The aperture mechanism 7 comprises a variable aperture mechanism capable of changing the amount of aperture. The
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・絞り機構7は、絞り量が所定値に固定された固定絞り弁であってもよい。
・サブ排気通路72に配置される排気エネルギ回収装置6としては、発電機60に限らず、排気エネルギを利用して駆動する任意の装置を用いることができる。
In addition, the said embodiment can also be implemented with the following forms.
The throttle mechanism 7 may be a fixed throttle valve whose throttle amount is fixed to a predetermined value.
The exhaust energy recovery device 6 disposed in the
・ECU10は、エンジン2の高負荷状態が継続するか否かに関わらず、エンジン2が高負荷状態である場合に流量調整弁27を全開状態にしてもよい。このような構成であっても、エンジン2が高負荷状態である状況でエンジン2の背圧の上昇を抑制することができるため、エンジン2の出力効率の低下を抑制することができる。
The
・上記実施形態のシリンダヘッド20では、排気マニホールド26と放熱部720aとが排気通路720の一部を介して繋がっていたが、これらが空間的に隔てられていてもよい。この場合、シリンダヘッド20には、各燃焼室22から排出される排気を放熱部720aに導く排気通路を設ける。また、シリンダヘッド20には、流量調整弁27に代えて、各燃焼室22から排出される排気を排気マニホールド26及び放熱部720aのいずれか一方に流すことの可能な開閉弁を設ける。そして、ECU10は、図2に示されるステップS16として、各燃焼室22から排出される排気を排気マニホールド26のみに流すように開閉弁を制御する。また、ECU10は、図2に示されるステップS13として、各燃焼室22から排出される排気を放熱部720aのみに流すように開閉弁を制御する。さらに、ECU10は、ステップS17として、開閉弁の開度を調整する。
In the
・シリンダヘッド20の排気マニホールド26の集合部261と放熱部720aとの位置関係は適宜変更可能である。例えば、燃焼室22内でピストンが往復動する方向を上下方向とするとき、放熱部720aは、排気マニホールド26の集合部261に対して上下方向にずれた位置に配置されていてもよい。
The positional relationship between the collecting
・ECU10は、図2に示されるステップS11,S17において、エンジン2の任意の状態量に基づいてエンジン2が高負荷状態であるか否かを判断してもよい。この際に用いられるエンジン2の状態量としては、タービンホイール31に流入する排気の温度、タービンホイール31から流出する排気の温度、タービンホイール31に流入する排気の圧力、タービンホイール31の前後の排気の圧力差、過給機3の回転速度、各燃焼室22内の圧力である筒内圧力、吸気マニホールド23内の圧力等を用いることができる。なお、これらのエンジン2の状態量を用いる場合には、それを検出することの可能な適宜のセンサが必要であることは言うまでもない。
The
・エンジンシステム1は、温度センサ15に代えて、排気浄化触媒5の温度を直接検出する温度センサを有するものであってもよい。
The engine system 1 may have a temperature sensor that directly detects the temperature of the exhaust purification catalyst 5 instead of the
・ECU10は、図2に示されるステップS12として、車両の任意の状態量に基づいて、エンジン2の高負荷状態が継続するか否かを判定してもよい。例えば、ECU10は、車速センサにより車両の速度を検出するとともに、この車両の速度の時間的な変化量が所定値を超えている場合には、エンジン2の高負荷状態が継続しないと判定し、車両の速度の時間的な変化量が所定値以下である場合には、エンジン2の高負荷状態が継続すると判定してもよい。
The
・ECU10は、図2に示されるステップS16において、流量調整弁27の開度を全閉状態から所定開度だけ開いた開度に設定してもよい。また、ECU10は、図2に示されるステップS13において、流量調整弁27の開度を全開状態から所定開度だけ閉じた開度に設定してもよい。
In step S16 shown in FIG. 2, the
・ECU10は、図2に示されるステップS14の処理において、発電機前後差圧ΔPgに限らず、例えば発電機60のタービン600の回転速度である発電機回転速度に基づいて絞り機構7の絞り量を調整してもよい。この場合、ECU10は、発電機回転速度が所定値を超えている場合には、発電機60の高い発電効率を担保できていると判断し、絞り機構7の絞り量を最小値に設定する。また、ECU10は、発電機回転速度が所定値以下である場合には、発電機60の発電効率を最大値にすることの可能な絞り量をマップや演算式等により演算する。
In the process of step S14 shown in FIG. 2, the
・ECU10が提供する手段及び/又は機能は、実体的なROMに記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えばECU10がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。
The means and / or functions provided by the
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置や条件等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above specific example. That is, to the above specific examples, those skilled in the art may appropriately modify the design as long as the features of the present invention are included in the scope of the present invention. For example, each element included in each specific example described above and its arrangement, conditions, and the like are not limited to those illustrated, and can be appropriately changed. Moreover, each element with which the above-mentioned embodiment is equipped can be combined as much as technically possible, and what combined these is also included in the scope of the present invention as long as the feature of the present invention is included.
1:エンジンシステム
2:エンジン
3:過給機
5:排気浄化触媒
6:排気エネルギ回収装置
7:絞り機構
10:ECU(制御部)
11:エアフロメータ(負荷状態検出部)
14:エンジン回転速度センサ(負荷状態検出部)
17:アクセルポジションセンサ(運転状態検出部)
22:燃焼室
27:流量調整弁(流量調整部)
30:コンプレッサホイール
31:タービンホイール
60:発電機
62:バッテリ
63:充電状態検出部
71:メイン排気通路
72:サブ排気通路
270a:放熱部
1: Engine system 2: Engine 3: Turbocharger 5: Exhaust purification catalyst 6: Exhaust energy recovery device 7: Throttling mechanism 10: ECU (control unit)
11: Air flow meter (load condition detector)
14: Engine speed sensor (load condition detector)
17: Accelerator position sensor (operating condition detection unit)
22: combustion chamber 27: flow control valve (flow control unit)
30: compressor wheel 31: turbine wheel 60: generator 62: battery 63: charge state detection unit 71: main exhaust passage 72: sub exhaust passage 270a: heat dissipation unit
Claims (7)
前記メイン排気通路とは別に設けられ、前記燃焼室から排出される排気を前記メイン排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部分に導くサブ排気通路(72)と、
前記メイン排気通路に配置されるタービンホイール(31)、及び前記タービンホイールの回転に基づき前記エンジンに吸入される吸入空気を過給するコンプレッサホイール(30)を有する過給機(3)と、
前記サブ排気通路に配置される排気エネルギ回収装置(6)と、
前記サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する流量調整部(27)と、
前記エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出部(11,14)と、
前記流量調整部を制御する制御部(10)と、を備え、
前記制御部は、
前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御し、
前記サブ排気通路には、
その通路面積が拡大された放熱部(720a)が形成されている
車両のエンジンシステム。 Main exhaust passage (71) in which the exhaust gas discharged from the combustion chamber (22) of the engine (2) flows and the exhaust purification catalyst (5) is disposed;
A sub exhaust passage (72) which is provided separately from the main exhaust passage and guides the exhaust gas discharged from the combustion chamber to a portion of the main exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst;
A turbocharger (3) having a turbine wheel (31) disposed in the main exhaust passage, and a compressor wheel (30) for supercharging intake air taken into the engine based on rotation of the turbine wheel.
An exhaust energy recovery device (6) disposed in the sub exhaust passage;
A flow rate adjusting unit (27) for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage;
A load condition detection unit (11, 14) for detecting a load condition of the engine;
A control unit (10) for controlling the flow rate adjusting unit;
The control unit
When the engine is in a high load state, the flow rate control unit is controlled so that the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage is increased as compared to the case where the engine is in a low load state ;
In the sub exhaust passage,
An engine system of a vehicle in which a radiator (720a) whose passage area is enlarged is formed .
請求項1に記載の車両のエンジンシステム。 The engine system of a vehicle according to claim 1, wherein a throttle mechanism (7) is provided at a connection portion of the sub exhaust passage with the main exhaust passage.
前記メイン排気通路とは別に設けられ、前記燃焼室から排出される排気を前記メイン排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部分に導くサブ排気通路(72)と、 A sub exhaust passage (72) which is provided separately from the main exhaust passage and guides the exhaust gas discharged from the combustion chamber to a portion of the main exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst;
前記メイン排気通路に配置されるタービンホイール(31)、及び前記タービンホイールの回転に基づき前記エンジンに吸入される吸入空気を過給するコンプレッサホイール(30)を有する過給機(3)と、 A turbocharger (3) having a turbine wheel (31) disposed in the main exhaust passage, and a compressor wheel (30) for supercharging intake air taken into the engine based on rotation of the turbine wheel.
前記サブ排気通路に配置される排気エネルギ回収装置(6)と、 An exhaust energy recovery device (6) disposed in the sub exhaust passage;
前記サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する流量調整部(27)と、 A flow rate adjusting unit (27) for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage;
前記エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出部(11,14)と、 A load condition detection unit (11, 14) for detecting a load condition of the engine;
前記流量調整部を制御する制御部(10)と、を備え、 A control unit (10) for controlling the flow rate adjusting unit;
前記制御部は、 The control unit
前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御し、 When the engine is in a high load state, the flow rate control unit is controlled so that the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage is increased as compared to the case where the engine is in a low load state;
前記サブ排気通路における前記メイン排気通路との接続部分には、絞り機構(7)が設けられている A throttle mechanism (7) is provided at a connection portion of the sub exhaust passage with the main exhaust passage.
車両のエンジンシステム。 Vehicle engine system.
前記制御部は、
前記排気エネルギ回収装置の駆動状態を示すパラメータに基づいて、前記絞り機構の絞り量を変更する
請求項2又は3に記載の車両のエンジンシステム。 The aperture mechanism is a variable aperture mechanism capable of changing the amount of aperture thereof,
The control unit
The engine system of a vehicle according to claim 2 or 3 , wherein the throttling amount of the throttling mechanism is changed based on a parameter indicating a driving state of the exhaust energy recovery device.
前記サブ排気通路の排気の流れに基づいて発電する発電機(60)と、
前記発電機により発電された電力を充電するバッテリ(62)と、
前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出部(63)と、を有し、
前記制御部は、
前記バッテリの充電状態に基づいて、前記絞り機構の絞り量を変更する
請求項4に記載の車両のエンジンシステム。 The exhaust energy recovery device
A generator (60) for generating electricity based on the flow of exhaust gas in the sub exhaust passage;
A battery (62) for charging the electric power generated by the generator;
A charge state detection unit (63) for detecting the charge state of the battery;
The control unit
The engine system of a vehicle according to claim 4 , wherein the throttle amount of the throttle mechanism is changed based on a charge state of the battery.
前記エンジンが低負荷状態である場合には、前記エンジンから排出される排気が前記メイン排気通路のみを流れるように前記流量調整部を制御し、 When the engine is in a low load state, the flow rate control unit is controlled such that exhaust gas discharged from the engine flows only through the main exhaust passage;
前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンから排出される排気が前記メイン排気通路及び前記サブ排気通路を流れるように前記流量調整部を制御する When the engine is in a high load state, the flow rate control unit is controlled such that the exhaust gas discharged from the engine flows through the main exhaust passage and the sub exhaust passage.
請求項1〜5のいずれか一項に記載の車両のエンジンシステム。 The engine system of the vehicle according to any one of claims 1 to 5.
前記制御部は、 The control unit
前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンの高負荷状態が継続されるか否かを判断し、 It is determined based on the driving state of the vehicle whether or not the high load state of the engine is to be continued,
前記エンジンの高負荷状態が継続されると判断される場合には、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御する When it is determined that the high load state of the engine is continued, the flow rate adjusting unit is configured to increase the flow rate of the exhaust flowing through the sub exhaust passage, as compared to the case where the engine is in the low load state. Control
請求項1〜6のいずれか一項に記載の車両のエンジンシステム。 The engine system of the vehicle according to any one of claims 1 to 6.
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