JP6537271B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、排気ターボ過給機が付随する内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine associated with an exhaust gas turbocharger.
車両用の内燃機関として、排気ターボ過給機を備えたターボエンジンが公知である。排気ターボ過給機は、内燃機関の排気通路側に配置した駆動タービンと、吸気通路側に配置したコンプレッサとを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、排気が持つ残存エネルギを利用してタービンひいてはコンプレッサのインペラ(コンプレッサホイール)を回転させ、コンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒に送り込むことができる。 A turbo engine equipped with an exhaust gas turbocharger is known as an internal combustion engine for vehicles. The exhaust turbocharger is configured to coaxially couple and interlock a drive turbine disposed on the exhaust passage side of the internal combustion engine and a compressor disposed on the intake passage side. Then, by utilizing the remaining energy of the exhaust to rotate the turbine and, consequently, the impeller (compressor wheel) of the compressor and causing the compressor to perform a pumping action, the intake air is pressurized and compressed (supercharged) and fed to the cylinder Can.
近時では、二基の排気ターボ過給機を併用する2ステージターボ(シーケンシャルターボ)エンジンも開発されている(例えば、下記特許文献を参照)。直列式の2ステージターボシステムでは、二基の排気ターボ過給機を直列に接続する。吸気通路上では、高速用ターボ過給機のコンプレッサが低速用ターボ過給機のコンプレッサよりも上流に位置する。排気通路上では、高速用ターボ過給機のタービンが低速用ターボ過給機のタービンの下流に位置する。吸気通路には、低速用ターボ過給機のコンプレッサを迂回する吸気バイパス通路が設けられ、排気通路にも、低速用ターボ過給機のタービンを迂回する排気バイパス通路が設けられる。 Recently, a two-stage turbo (sequential turbo) engine using two exhaust turbochargers in combination has also been developed (see, for example, the following patent documents). In a series two-stage turbo system, two exhaust turbochargers are connected in series. On the intake passage, the compressor of the high-speed turbocharger is located upstream of the compressor of the low-speed turbocharger. In the exhaust passage, the turbine of the high speed turbocharger is located downstream of the turbine of the low speed turbocharger. The intake passage is provided with an intake bypass passage bypassing the compressor of the low speed turbocharger, and the exhaust passage is also provided with an exhaust bypass passage bypassing the turbine of the low speed turbocharger.
エンジン回転数が比較的低い運転領域においては、上記の吸気バイパス通路及び排気バイパス通路を閉鎖し、低速用ターボ過給機による吸気の過給を実行する。他方、エンジン回転数が比較的高い運転領域においては、吸気バイパス通路及び排気バイパス通路を開通して、高速用ターボ過給機による吸気の過給を実行する。 In the operating range where the engine speed is relatively low, the intake bypass passage and the exhaust bypass passage are closed to perform intake charging with the low speed turbocharger. On the other hand, in the operating range where the engine speed is relatively high, the intake bypass passage and the exhaust bypass passage are opened to perform intake charging with the high-speed turbocharger.
高速用ターボ過給機により吸気を過給している際には、圧縮された吸気が吸気バイパス通路を流通する。このとき、低速用ターボ過給機のコンプレッサの入口側が負圧となることがあり、低速用ターボ過給機の軸受けから潤滑油が吸い出される懸念があった。 When the high speed turbocharger supercharges the intake air, the compressed intake air flows through the intake bypass passage. At this time, negative pressure may be applied to the inlet side of the compressor of the low speed turbocharger, and there is a concern that the lubricating oil may be sucked out of the bearing of the low speed turbocharger.
本発明は、2ステージターボエンジンが備える高速用排気ターボ過給機を稼働させて吸気の過給を実行している際の、低速用排気ターボ過給機の軸受部分からの潤滑油の漏出を抑制することを所期の目的としている。 According to the present invention, the lubricating oil leaks from the bearing portion of the low speed exhaust turbocharger when the high speed exhaust turbocharger provided in the two-stage turbo engine is operated to perform intake charging. The purpose is to suppress.
本発明では、排気通路上に配置され排気のエネルギを利用して回転する低速用のタービン、及び吸気通路上に配置され前記低速用タービンに従動して回転し吸気を加圧圧縮する低速用のコンプレッサを要素とする低速用の排気ターボ過給機と、排気通路上における前記低速用タービンの下流に配置され排気のエネルギを利用して回転する高速用のタービン、及び吸気通路上における前記低速用コンプレッサの上流に配置され前記高速用タービンに従動して回転し吸気を加圧圧縮する高速用のコンプレッサを要素とする高速用の排気ターボ過給機と、前記低速用タービンを迂回する排気バイパス通路を開閉する排気バイパスバルブと、前記低速用コンプレッサを迂回する吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパスバルブと、エンジン回転数が所定以下の低回転運転領域にて前記排気バイパスバルブ及び前記吸気バイパスバルブを閉止ないしその開度をエンジン回転数が所定以上の高回転運転領域におけるそれよりも縮小して前記低速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行する一方、前記高回転運転領域にて前記排気バイパスバルブの開度を全開よりもやや絞りながらもその開度を前記低回転運転領域におけるそれよりも拡大しかつ前記吸気バイパスバルブの開度を前記低回転運転領域におけるそれよりも拡大して前記高速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行するとともに、高速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行する際の低速用排気ターボ過給機の回転数を、当該低速用排気ターボ過給機においてその回転が衰えまたは止まって潤滑油漏れを起こさないように所定回転数またはその近傍の範囲に維持する制御を行う制御装置とを具備する内燃機関を構成した。 In the present invention, a low speed turbine disposed on the exhaust passage and rotated using energy of the exhaust, and a low speed turbine disposed on the intake passage and rotated following the low speed turbine to pressurize and compress intake air A compressor for low-speed exhaust turbocharger, a high-speed turbine disposed downstream of the low-speed turbine above the exhaust passage and rotating using energy of the exhaust, and the low-speed turbine on the intake passage A high-speed exhaust turbocharger having a high-speed compressor disposed upstream of a compressor and driven by the high-speed turbine to rotate and pressurize the intake pressure as an element, and an exhaust bypass passage bypassing the low-speed turbine And an intake bypass valve for opening and closing an intake bypass passage bypassing the low speed compressor, and an engine speed The following low rotational speed operating region in the exhaust bypass valve and said intake air bypass valve closure to said low-speed exhaust turbo supercharger that opening the engine rotational speed to be reduced from that in a given or more high speed operation region while performing a supercharging of the intake air by the high rotational speed operating slightly squeezed while also expanding vital the intake than the opening in the low rotational speed operating region than fully open the opening of said exhaust bypass valve in the region The opening degree of the bypass valve is made larger than that in the low rotation operation region to perform intake air charging by the high speed exhaust turbocharger, and perform intake air charging by the high speed exhaust turbocharger. So that the speed of the low speed exhaust turbocharger does not decrease or stop at the low speed exhaust turbocharger to cause lubricating oil leakage And the constant rotational speed or the internal combustion engine and a control device for performing control for maintaining the range of the vicinity thereof.
前記高速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行する際の前記制御装置による制御においては、前記低速用排気ターボ過給機の回転数を、低速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行することで最大のエンジントルクが出力される状態における低速用排気ターボ過給機の回転数よりも低い回転数に保つ。 In the control by the control device when performing the supercharging of intake air by the high-speed exhaust turbocharger, the rotational speed of the low-speed exhaust turbocharger is determined by the excess of intake air by the low-speed exhaust turbocharger. By performing the feed, the rotational speed is maintained lower than the rotational speed of the low-speed exhaust turbocharger in the state where the maximum engine torque is output.
また、前記高速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行する際、前記制御装置が、前記低速用コンプレッサの上流側の吸気圧と下流側の吸気圧との差圧が所定以下となるように前記排気バイパスバルブを操作することが好ましい。 In addition, when performing supercharging of intake air by the high-speed exhaust turbocharger, the control device determines that the differential pressure between the intake pressure on the upstream side and the intake pressure on the downstream side of the low-speed compressor is lower than a predetermined value. Preferably, the exhaust bypass valve is operated.
本発明によれば、高速用排気ターボ過給機を稼働させて吸気の過給を実行している際の、低速用排気ターボ過給機の軸受部分からの潤滑油の漏出を好適に抑制できる。 According to the present invention, the leakage of lubricating oil from the bearing portion of the low speed exhaust turbocharger can be suitably suppressed when the high speed exhaust turbocharger is operated to carry out intake charging. .
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、例えばディーゼルエンジンやHCCI(Homogeneous−Charge Compression Ignition)エンジン等のような圧縮着火式の4ストロークエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の燃焼室の天井部には、当該気筒1の燃焼室内に直接に燃料を噴射するインジェクタ11を設置している。また、各気筒1の吸気ポート近傍に、グロープラグ(余熱プラグ)12及びスワールコントロールバルブ13を設けている。
One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of a vehicle internal combustion engine in the present embodiment. The internal combustion engine of the present embodiment is, for example, a compression-ignition four-stroke engine such as a diesel engine or a HCCI (Homogeneous-Charge Compression Ignition) engine, and a plurality of cylinders 1 (FIG. Are shown). At the ceiling of the combustion chamber of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel directly into the combustion chamber of the cylinder 1 is installed. Further, a glow plug (residual heat plug) 12 and a
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、排気ターボ過給機5のコンプレッサ51、排気ターボ過給機6のコンプレッサ61、水冷式インタクーラ35、電子スロットルバルブ32、サージタンク33及び吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
An intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and leads it to the intake port of each cylinder 1. An
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、排気ターボ過給機6の排気タービン62、排気ターボ過給機5の排気タービン52及び排気浄化装置41を配置している。排気浄化装置41は、排気に含まれる粒子状物質(Particulate Material)を漉し取るフィルタ(Praticulate Filter)や、有害物質の酸化または還元を促す触媒を包含する。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust leads the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An
排気ターボ過給機5、6は、排気タービン52、62とコンプレッサ51、61のインペラとをシャフトを介して同軸で連結し、連動するように構成したものである。そして、タービン52、62及びコンプレッサ51、61のインペラを排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The
本実施形態の内燃機関は、排気ターボ過給機5、6を二基備える、いわゆる2ステージターボ(シーケンシャルターボ)エンジンである。排気ターボ過給機5は、エンジン回転数が比較的高い運転領域で仕事をする高速用ターボ過給機である。他方、排気ターボ過給機6は、エンジン回転数が比較的低い運転領域で仕事をする低速用ターボ過給機である。低速用ターボ過給機6の容量は、高速用ターボ過給機5の容量と比較して小さい。
The internal combustion engine of the present embodiment is a so-called two-stage turbo (sequential turbo) engine including two
吸気通路3においては、低速用ターボ過給機6のコンプレッサ61を迂回する吸気バイパス通路36を設け、かつこの吸気バイパス通路36の出口を開閉するバルブ37を設置している。吸気バイパスバルブ37は、吸気バイパス通路36を流通する吸気の流量を制御する。高速用ターボ過給機5のコンプレッサ51を迂回する吸気バイパス通路は、存在しない。
In the intake passage 3, an
さらに、排気通路4においても、低速用ターボ過給機6のタービン62を迂回する排気バイパス通路43、及び高速用ターボ過給機5のタービン52を迂回する排気バイパス通路44を設けており、かつこれら排気バイパス通路43、44のそれぞれの入口を開閉する排気バイパスバルブ45、46を設置している。バルブ45は排気バイパス通路43を流通する排気の流量を制御し、バルブ46は排気バイパス通路44を流通する排気の流量を制御する。排気バイパスバルブ45、46は、WGV(Waste Gate Valve)と呼称されることもある。
Furthermore, an
バルブ37、46は、負圧アクチュエータ371、461を使用したVSV(Vaccum Switching Valve)である。負圧アクチュエータ371、461はダイヤフラム式アクチュエータであり、そのダイヤフラムの一方の面には負圧及び内蔵のスプリングによる弾性付勢力が、他方の面には大気圧が加わる。負圧は、バキュームポンプ91から供給される。バキュームポンプ91は、一定の大きさの負圧を発生させる。ダイヤフラム式アクチュエータ371、461とバキュームポンプ91とを接続する管路上にはそれぞれ、電磁ソレノイドバルブ372、462を設置している。ダイヤフラム式アクチュエータ371、461のダイヤフラムの一方の面に実際に作用する負圧の大きさは、電磁ソレノイドバルブ372、462の開度に応じて変化する。そして、バルブ37、46の開度は、ダイヤフラムの両面に作用する負圧及び大気圧の差圧と、ダイヤフラムを弾性付勢するスプリングの弾性付勢力との差に応じて変化する。つまり、電磁ソレノイドバルブ372、462の開度の操作を通じて、バルブ37、46の開度を操作することが可能である。
The
これに対し、バルブ45は、電磁バルブであるEVRV(Electric Vacuum Regulating Valve)である。
On the other hand, the
外部EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置2、7は、排気通路4を流れる排気の一部を吸気通路3に還流して吸気に混交せしめるものである。本実施形態の内燃機関は、EGR装置2、7を二基備える。EGR装置2は、いわゆる低圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における排気浄化装置41の下流側を吸気通路3における高速用ターボ過給機5のコンプレッサ51の上流側に連通させるEGR通路21と、当該EGR通路21を開閉するEGRバルブ22とを要素に含む。EGRバルブ22は、EGR通路21を流通する低圧ループEGRガスの流量を制御する。
The external EGR (Exhaust Gas Recirculation)
EGR装置7は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における低速用ターボ過給機6のタービン62の上流側を吸気通路3におけるインタクーラ35の下流側に連通させるEGR通路71と、当該EGR通路71を開閉するEGRバルブ72とを要素に含む。EGRバルブ72は、EGR通路71を流通する高圧ループEGRガスの流量を制御する。
The EGR device 7 realizes a so-called high pressure loop EGR, and communicates the upstream side of the
加えて、排気通路4における、低圧ループEGR通路21の接続箇所よりも下流の箇所に、排気絞りバルブ47を設置している。低圧ループEGR通路21が接続している吸気通路のコンプレッサ51の上流側の圧力は、当該コンプレッサ51による過給の度合いに応じて変動する。その結果として、低圧ループEGR通路21を流れるEGRガスの流量が変化する。排気絞りバルブ47は、EGRバルブ22とともに、低圧ループEGRガスの流量、ひいては気筒1に充填される吸気に占めるEGRガスの割合であるEGR率を目標値に収束させるために機能する。
In addition, an
本実施形態の内燃機関の制御装置たるECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。 An ECU (Electronic Control Unit) 0, which is a control device of an internal combustion engine of the present embodiment, is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.
ECU0の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求されるエンジントルクまたは負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3のサージタンク33内の(即ち、気筒1に流入する)吸気の温度及び圧力(過給圧)を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号e、吸気通路3の最上流即ちエアクリーナ31の下流かつ低圧ループEGR通路21の接続箇所の上流における新気の流量及び温度を検出するエアフローメータ・新気温センサから出力される新気流量・温度信号f、吸気通路3のコンプレッサ51の下流かつコンプレッサ61の上流における吸気の圧力(高速用ターボ過給機5による過給圧)を検出する吸気圧センサから出力される吸気圧信号g、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出するセンサから出力される冷却水温信号h等が入力される。
The input interface of the ECU 0 includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects an actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects a rotation angle of a crankshaft and an engine rotational speed, and an accelerator pedal. The accelerator opening signal c output from a sensor that detects the stepping amount of the engine or the opening of the
ECU0の出力インタフェースからは、インジェクタ11に対して燃料噴射信号i、スロットルバルブ32に対して開度操作信号j、EGRバルブ22に対して開度操作信号k、EGRバルブ72に対して開度操作信号l、VSV37の開閉駆動を司る電磁ソレノイドバルブ372に対して開度操作信号m、EVRV45に対して開度操作信号n、VSV46の開閉駆動を司る電磁ソレノイドバルブ462に対して開度操作信号o、排気絞りバルブ47に対して開度操作信号p等を出力する。
From the output interface of the ECU 0, the fuel injection signal i to the injector 11, the opening operation signal j to the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに、気筒1に充填される吸気(新気)量に見合った燃料噴射量を推算する。また、それとともに、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、要求EGR率(または、EGR量)、排気ターボ過給機5、6による過給の目標過給圧等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、m、n、o、pを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in advance in the memory, calculates operating parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 obtains various information a, b, c, d, e, f, g, h necessary for the operation control of the internal combustion engine through the input interface, obtains the engine speed, and fills the cylinder 1 Estimate the fuel injection amount commensurate with the amount of fresh air intake. Also, along with that, the fuel injection timing (including the number of fuel injection per one combustion), the fuel injection pressure, the required EGR rate (or the amount of EGR), the target supercharging of supercharging by the
図2に、本実施形態の内燃機関の運転領域と、排気ターボ過給機5、6による過給との関係を示している。図2に関し、横軸はエンジン回転数、縦軸はエンジントルクである。アクセル開度が小さく、内燃機関が出力するエンジントルクが比較的小さい領域A1では、排気通路4を流れる排気の流量が小さく、排気ターボ過給機5、6が殆どないし全く仕事をしない。よって、ECU0は、VSV37、46及びEVRV45をそれぞれ開弁し、バイパス通路36、43、44を開通させて内燃機関のポンピングロスをできる限り低減する。このとき、吸気圧信号gを参照して知得される、コンプレッサ51の下流かつコンプレッサ61の上流の吸気圧が目標吸気圧となるよう、VSV46の開度をフィードバック制御しても構わない。その目標吸気圧は、大気圧信号eを参照して知得される大気圧またはその近傍の値に設定することが好ましい。さすれば、吸気通路3における、高速用ターボ過給機5のコンプレッサ51によるロスが小さくなり、燃費性能の向上に寄与し得る。
FIG. 2 shows the relationship between the operating region of the internal combustion engine of the present embodiment and the supercharging by the
アクセル開度がある程度以上大きく、エンジントルクもある程度以上大きいが、エンジン回転数が比較的低い領域A2では、低速用ターボ過給機6による過給を行う。当該領域A2において、ECU0は、VSV37を全閉して吸気バイパス通路36を閉鎖し、吸気通路3を流れる吸気を全てコンプレッサ61に流入させる。それとともに、EVRV45を全閉するかその開度を絞り、排気通路4を流れる排気を十分にタービン62に流入させる。このとき、吸気温・吸気圧信号dを参照して知得される吸気圧を目標過給圧に追従させるよう、EVRV45の開度をフィードバック制御してもよい。加えて、ECU0は、吸気圧信号gを参照して知得される、コンプレッサ51の下流かつコンプレッサ61の上流の吸気圧が目標吸気圧となるように、VSV46の開度をフィードバック制御する。その目標吸気圧は、大気圧信号eを参照して知得される大気圧またはその近傍の値に設定することが好ましい。さすれば、低速用ターボ過給機6のコンプレッサ61の入口側が負圧とならず、気筒1に充填される吸気の過給が効率化する上、高速用ターボ過給機5のコンプレッサ51によるロスが小さくなり、燃費性能の向上に寄与し得る。
Although the accelerator opening degree is larger than a certain degree and the engine torque is also larger than a certain degree, supercharging by the
アクセル開度がある程度以上大きく、エンジントルクもある程度以上大きく、エンジン回転数が比較的高い領域A4では、高速用ターボ過給機5による過給を行う。当該領域A4において、ECU0は、VSV37及びEVRV45を開弁してバイパス通路36、43を開通させる。その上で、VSV46を全閉するかその開度を絞り、排気通路4を流れる排気を十分にタービン52に流入させる。このとき、吸気温・吸気圧信号dを参照して知得される吸気圧、及び/または、吸気圧信号gを参照して知得されるコンプレッサ51の下流かつコンプレッサ61の上流の吸気圧を目標過給圧に追従させるように、VSV46の開度をフィードバック制御する。
The supercharging by the high-speed turbocharger 5 is performed in an area A4 where the accelerator opening degree is greater than a certain degree, the engine torque is also greater than a certain degree, and the engine rotational speed is relatively high. In the area A4, the ECU 0 opens the
アクセル開度がある程度以上大きく、エンジントルクもある程度以上大きく、エンジン回転数が中程度の領域A3は、上述の低速ターボ領域A2と高速ターボ領域A4との間の過渡領域である。この過渡領域A3においては、低速用ターボ過給機6及び高速用ターボ過給機5の両方による過給を行う。低速ターボ領域A2から高速ターボ領域A4へと遷移する過程では、エンジン回転数が上昇するにつれて、VSV37及びEVRV45のそれぞれの開度が略全閉から略全開に向かうように徐々に拡大してゆく。このとき、ECU0は、吸気温・吸気圧信号dを参照して知得される吸気圧を目標過給圧に追従させるよう、EVRV45の開度をフィードバック制御する。翻って、VSV46の開度は、エンジン回転数が上昇するにつれて徐々に縮小してゆく。ECU0は、吸気圧信号gを参照して知得される、コンプレッサ51の下流かつコンプレッサ61の上流の吸気圧を目標過給圧に追従させるよう、VSV46の開度をフィードバック制御する。
The region A3 where the accelerator opening is greater than a certain degree, the engine torque is also greater than a certain extent, and the engine speed is medium is a transition region between the low speed turbo region A2 and the high speed turbo region A4 described above. In this transient range A3, supercharging is performed by both the
なお、高速ターボ領域A4では、積極的には低速用ターボ過給機6による過給を行わないが、コンプレッサ61及びタービン62の回転は、過回転とならない程度の回転数に維持する。これは、低速用ターボ過給機6の軸受のシールが軸の回転を前提としており、コンプレッサ61及びタービン62の回転が衰えまたは止まってしまうと潤滑油漏れが起こる(吸気バイパス通路36が開通しており、コンプレッサ51の入口側が負圧の状態になると潤滑油が吸われてしまう)ことによる。
In the high speed turbo range A4, although supercharging by the
そのために、ECU0は、吸気バイパスバルブであるVSV37の開度をできる限り大きく開いておく一方で、排気バイパスバルブであるEVRV45の開度を、低速用ターボ過給機6(のコンプレッサ61及びタービン62)の回転数が所定回転数(例えば、100000rpm程度)またはその近傍の範囲に維持されるように、全開よりもやや絞る操作をする。換言すれば、ECU0が、低速用ターボ過給機6の回転数と所定回転数との差の絶対値が所定以下に収まるように、EVRV45の開度を制御する。ここで、所定回転数は、低速ターボ領域A2にて最大のエンジントルクが出力される点Xにおける低速用ターボ過給機6の回転数よりも低い回転数とする。また、低速用ターボ過給機6の回転数が所定回転数近傍に収束することにより、コンプレッサ61の上流側の吸気圧と下流側の吸気圧との差圧が所定以下となる。
Therefore, the ECU 0 opens the opening degree of the intake
ECU0のメモリには予め、内燃機関の運転領域[エンジン回転数,アクセル開度(または、エンジントルク、サージタンク33内吸気圧、気筒1に充填される吸気(新気)量)]と、VSV37及びEVRV45の各々の開度との関係を規定したマップデータが格納されている。高速ターボ領域A4にあって、ECU0は、現在の内燃機関の運転領域を表すパラメータをキーとして当該マップを検索し、VSV37及びEVRV45の各開度を知得して、VSV37及びEVRV45を当該開度に操作する。結果として、低速用ターボ過給機6の回転数が、所定回転数の近傍の範囲に維持される。なお、マップデータから知得したVSV37の開度及び/またはEVRV45の開度を、そのときの大気圧や外気温(エアクリーナ31近傍の新気温)、内燃機関の冷却水温または潤滑油温等を基づき補正し、その補正した開度にVSV37及び/またはEVRV45を操作するようにしてもよい。
In the memory of the ECU 0, the operating range of the internal combustion engine [engine rotational speed, accelerator opening degree (or engine torque, intake pressure in the
本実施形態では、排気通路4上に配置され排気のエネルギを利用して回転する低速用のタービン62、及び吸気通路3上に配置され前記低速用タービン62に従動して回転し吸気を加圧圧縮する低速用のコンプレッサ61を要素とする低速用の排気ターボ過給機6と、排気通路4上における前記低速用タービン62の下流に配置され排気のエネルギを利用して回転する高速用のタービン52、及び吸気通路3上における前記低速用コンプレッサ61の上流に配置され前記高速用タービン52に従動して回転し吸気を加圧圧縮する高速用のコンプレッサ51を要素とする高速用の排気ターボ過給機5と、前記低速用タービン62を迂回する排気バイパス通路43を開閉する排気バイパスバルブ45と、前記低速用コンプレッサ61を迂回する吸気バイパス通路36を開閉する吸気バイパスバルブ37と、エンジン回転数が所定以下の低回転運転領域A2にて前記排気バイパスバルブ45及び前記吸気バイパスバルブ37を閉止ないしその開度を縮小して前記低速用排気ターボ過給機6による吸気の過給を実行する一方、エンジン回転数が所定以上の高回転運転領域A4にて前記排気バイパスバルブ45及び前記吸気バイパスバルブ37を開放ないしその開度を拡大して前記高速用排気ターボ過給機5による吸気の過給を実行するとともに、高速用排気ターボ過給機5による吸気の過給を実行する際の低速用排気ターボ過給機6の回転数を、当該低速用排気ターボ過給機6において潤滑油漏れを起こさないような所定回転数またはその近傍に維持する制御を行う制御装置0とを具備する内燃機関を構成した。
In this embodiment, a
本実施形態によれば、2ステージターボエンジンが備える高速用排気ターボ過給機5を稼働させて吸気の過給を実行している際の、低速用排気ターボ過給機6の軸受部分からの潤滑油の漏出を抑制することができる。
According to the present embodiment, the high speed exhaust turbocharger 5 provided in the two-stage turbo engine is operated to perform intake air charging from the bearing portion of the low
加えて、前記高速用排気ターボ過給機5による吸気の過給を実行する際の前記制御装置0による制御において、前記低速用排気ターボ過給機6の回転数を、低速用排気ターボ過給機6による吸気の過給を実行することで最大のエンジントルクが出力される状態(点X)における低速用排気ターボ過給機6の回転数よりも低い回転数に保つように前記排気バイパスバルブ45の開度を操作し、前記低速用コンプレッサ61の上流側の吸気圧と下流側の吸気圧との差圧が所定以下となるようにしているため、高速ターボ領域A4において低速用ターボ過給機6のタービン61が徒に排気のエネルギを奪ってしまうことがなく、高速用ターボ過給機5による過給の効率が高まり、内燃機関の出力の増大及び燃費性能の良化に奏功する。
In addition, in the control by the control device 0 at the time of executing the supercharging of intake air by the high speed exhaust turbocharger 5, the rotational speed of the low
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、高速ターボ領域A4における排気バイパスバルブ45の開度を予め策定したマップデータに則って操作するようにしていたが、低速用ターボ過給機6(のタービン61及びコンプレッサ62)の回転数をセンサを介して実測できる場合には、その実測の回転数が所定回転数に収束するように排気バイパスバルブ45をフィードバック制御することができる。
The present invention is not limited to the embodiments detailed above. For example, in the above embodiment, the opening degree of the
さらに、高速ターボ領域A4において、吸気温・吸気圧信号dを参照して知得されるサージタンク33内の過給圧と、吸気圧信号gを参照して知得されるコンプレッサ51の下流かつコンプレッサ61の上流の過給圧との差圧が所定以下となるように、排気バイパスバルブ45をフィードバック制御することも考えられる。
Furthermore, in the high speed turbo area A4, the supercharging pressure in the
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The specific configurations of the other components can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。 The present invention can be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
3…吸気通路
36…吸気バイパス通路
37…吸気バイパスバルブ(VSV)
4…排気通路
43…排気バイパス通路
45…排気バイパスバルブ(EVRV)
5…高速用排気ターボ過給機
51…高速用コンプレッサ
52…高速用タービン
6…低速用排気ターボ過給機
61…低速用コンプレッサ
62…低速用タービン
0 ... Control unit (ECU)
1 ... cylinder 3 ...
4 ...
5: High-speed exhaust turbocharger 51: High-speed compressor 52: High-
Claims (3)
排気通路上における前記低速用タービンの下流に配置され排気のエネルギを利用して回転する高速用のタービン、及び吸気通路上における前記低速用コンプレッサの上流に配置され前記高速用タービンに従動して回転し吸気を加圧圧縮する高速用のコンプレッサを要素とする高速用の排気ターボ過給機と、
前記低速用タービンを迂回する排気バイパス通路を開閉する排気バイパスバルブと、
前記低速用コンプレッサを迂回する吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパスバルブと、
エンジン回転数が所定以下の低回転運転領域にて前記排気バイパスバルブ及び前記吸気バイパスバルブを閉止ないしその開度をエンジン回転数が所定以上の高回転運転領域におけるそれよりも縮小して前記低速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行する一方、前記高回転運転領域にて前記排気バイパスバルブの開度を全開よりもやや絞りながらもその開度を前記低回転運転領域におけるそれよりも拡大しかつ前記吸気バイパスバルブの開度を前記低回転運転領域におけるそれよりも拡大して前記高速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行するとともに、高速用排気ターボ過給機による吸気の過給を実行する際の低速用排気ターボ過給機の回転数を、当該低速用排気ターボ過給機においてその回転が衰えまたは止まって潤滑油漏れを起こさないように所定回転数またはその近傍の範囲に維持する制御を行う制御装置と
を具備する内燃機関。 The low-speed turbine is disposed on the exhaust passage and rotates using energy of the exhaust, and the low-speed compressor is disposed on the intake passage and rotates following the low-speed turbine to pressurize and compress the intake. Low speed exhaust turbochargers,
A high speed turbine disposed downstream of the low speed turbine on the exhaust passage and rotated using energy of the exhaust, and upstream of the low speed compressor on the intake passage and rotated following the high speed turbine High-speed exhaust turbochargers that use high-speed compressors to pressurize and
An exhaust bypass valve for opening and closing an exhaust bypass passage bypassing the low speed turbine;
An intake bypass valve that opens and closes an intake bypass passage that bypasses the low speed compressor;
The exhaust bypass valve and the intake bypass valve are closed or the opening degree thereof is reduced in the low rotation operation range where the engine rotation speed is lower than a predetermined speed or lower than that in the high rotation operation region where the engine rotation speed is more than the predetermined speed while performing a supercharging of the intake air by the exhaust turbocharger, the high speed operation while slightly squeezing than fully open the opening of said exhaust bypass valve in the region than in the low rotational speed operating region thereof opening In addition, the opening degree of the intake bypass valve is expanded more than that in the low rotation operation region to perform intake charging by the high speed exhaust turbocharger, and intake by the high speed exhaust turbocharger. Rotation speed of the low speed exhaust turbocharger at the time of performing supercharging of the engine, the rotation of the low speed exhaust turbocharger decreases or stops, and the lubricating oil leaks An internal combustion engine and a control device for performing control for maintaining the range of the predetermined rotation speed or near so as not to cause.
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