JP6184741B2 - Internal combustion engine - Google Patents
Internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP6184741B2 JP6184741B2 JP2013102925A JP2013102925A JP6184741B2 JP 6184741 B2 JP6184741 B2 JP 6184741B2 JP 2013102925 A JP2013102925 A JP 2013102925A JP 2013102925 A JP2013102925 A JP 2013102925A JP 6184741 B2 JP6184741 B2 JP 6184741B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust
- turbine
- internal combustion
- passage
- combustion engine
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
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)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Description
本発明は、内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.
近年、車両の低燃費を実現するために、ターボチャージャーの駆動を電動機によってアシストする電動アシストターボチャージャーを備えた内燃機関が知られている(例えば、特許文献1参照)。この内燃機関では、車両の急加速時など排気圧の上昇が間に合わない場合に電動機によってタービンを回転させることで適切な吸気効率を確保している。 2. Description of the Related Art In recent years, an internal combustion engine including an electrically assisted turbocharger that assists the drive of a turbocharger with an electric motor in order to realize low fuel consumption of the vehicle is known (for example, see Patent Document 1). In this internal combustion engine, appropriate intake efficiency is ensured by rotating the turbine with an electric motor when the exhaust pressure does not rise in time, such as when the vehicle is suddenly accelerated.
ところで、タービンブレードの開口面積が一定である固定翼式のターボチャージャーを備える内燃機関においては、車両の走行状態などによって排気圧が吸気圧よりも低下する場合がある。この場合には、EGRを効かせることができないため、排気絞り弁によって排気圧を吸気圧より高める制御が行われている。しかしながら、高めた排気圧については十分なエネルギー回収が行われておらず、排気圧損により燃費が悪化するという問題がある。 By the way, in an internal combustion engine including a fixed-wing turbocharger in which the opening area of the turbine blade is constant, the exhaust pressure may be lower than the intake pressure depending on the traveling state of the vehicle. In this case, since EGR cannot be applied, the exhaust throttle valve is controlled to increase the exhaust pressure above the intake pressure. However, there is a problem in that sufficient energy recovery is not performed for the increased exhaust pressure, and fuel consumption is deteriorated due to exhaust pressure loss.
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、排気圧の調整を実現しつつ、排気ガスから適切にエネルギー回収を行うことができる内燃機関を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of appropriately recovering energy from exhaust gas while realizing adjustment of exhaust pressure.
本発明は、ディーゼルエンジンである内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有し、排気ガスからエネルギーを回収するエネルギー回収手段と、エネルギー回収手段を制御する制御手段と、を備え、エネルギー回収手段は、タービンの回転により発電するターボ発電機であり、制御手段は、タービンの回転負荷を変更することにより排気通路内の排気圧を調整し、排気ブレーキを掛ける場合、タービンを固定することにより排気通路内の排気圧を高めて排気ブレーキを掛けることを特徴とする。 The present invention includes a turbine provided in an exhaust passage of an internal combustion engine that is a diesel engine, and includes energy recovery means for recovering energy from exhaust gas, and control means for controlling the energy recovery means. Is a turbo generator that generates power by rotating the turbine, and the control means adjusts the exhaust pressure in the exhaust passage by changing the rotational load of the turbine, and when applying the exhaust brake, An exhaust brake is applied by increasing the exhaust pressure in the passage .
本発明に係る内燃機関によれば、排気ガスからエネルギーを回収するエネルギー回収手段を備え、エネルギー回収手段のタービンの回転負荷を変更することにより排気ガスを排出しにくく又は排出しやすくすることで排気通路内の排気圧を調整することができる。しかも、この内燃機関によれば、高まった排気圧が必ずタービンを通過するので、そのエネルギーを回収することができる。従って、この内燃機関によれば、排気圧の調整を実現しつつ、排気ガスから適切にエネルギー回収を行うことができる。これにより、内燃機関の燃費向上を図ることができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, the energy recovery means for recovering energy from the exhaust gas is provided, and the exhaust gas is made difficult to exhaust or easy to exhaust by changing the rotational load of the turbine of the energy recovery means. The exhaust pressure in the passage can be adjusted. Moreover, according to this internal combustion engine, the increased exhaust pressure always passes through the turbine, so that the energy can be recovered. Therefore, according to this internal combustion engine, it is possible to appropriately recover energy from the exhaust gas while realizing adjustment of the exhaust pressure. Thereby, the fuel consumption improvement of an internal combustion engine can be aimed at.
また、本発明に係る内燃機関においては、吸気通路の空気を過給する固定翼式のターボチャージャーと、排気通路の排気ガスの一部を吸気通路に導入するEGRと、を更に備え、制御手段は、排気通路の排気圧が吸気通路の吸気圧より高くなるようにタービンの回転負荷を変更してもよい。
この内燃機関によれば、排気圧が吸気圧より高くなるようにタービンの回転負荷を変更することで内燃機関の運転状態により排気圧が低下した場合であってもEGRを効かせることができる。また、この内燃機関によれば、EGRを効かせるために高めた排気圧のエネルギーをタービンで回収することができるので、排気圧損による燃費悪化を抑制することができる。
The internal combustion engine according to the present invention further includes a fixed-wing turbocharger that supercharges the air in the intake passage, and an EGR that introduces a portion of the exhaust gas in the exhaust passage into the intake passage. May change the rotational load of the turbine so that the exhaust pressure in the exhaust passage becomes higher than the intake pressure in the intake passage.
According to this internal combustion engine, by changing the rotational load of the turbine so that the exhaust pressure becomes higher than the intake pressure, EGR can be applied even when the exhaust pressure decreases due to the operating state of the internal combustion engine. Further, according to the internal combustion engine, the energy of the exhaust pressure increased for effecting EGR can be recovered by the turbine, so that deterioration in fuel consumption due to exhaust pressure loss can be suppressed.
本発明に係る内燃機関によれば、排気圧の調整を実現しつつ、排気ガスから適切にエネルギー回収を行うことができる。 According to the internal combustion engine of the present invention, it is possible to appropriately recover energy from exhaust gas while realizing adjustment of exhaust pressure.
以下、本発明に係る内燃機関の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1に示す第1の実施形態のディーゼルエンジン1は、トラックやバスその他の車両に備えられる車載用の内燃機関である。このディーゼルエンジン1は、ECU[Engine Control Unit]2によって統括的に制御されている。ECU2は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニット(制御手段)である。
[First Embodiment]
A
また、ディーゼルエンジン1は、複数の気筒を備えるエンジン本体3と、エンジン本体3に空気を供給するための吸気通路4と、エンジン本体3から排気ガスを排出するための排気通路5と、吸気通路4において過給を行うためのターボチャージャー6と、を備えている。
The
吸気通路4には、空気中の粉塵を捕えて清浄な空気とするためのエアクリーナ7と、過給により温度上昇した空気を冷却するためのインタークーラ8が設けられている。また、吸気通路4において、エアクリーナ7及びインタークーラ8の間にはターボチャージャー6のコンプレッサ6aが設けられている。
The
一方、ターボチャージャー6のタービン6bは、排気通路5に設けられている。ターボチャージャー6では、エンジン本体3から排出される排気ガスの圧力によってタービン6bが回転されることにより、コンプレッサ6aが回転駆動され、吸気通路4内の空気の過給が行われる。このターボチャージャー6は、固定翼式の過給機であり、タービン6bのタービンブレードの開口面積は一定である。
On the other hand, the
排気通路5には、排気ガスのエネルギーを回収するターボ発電機9と、排気ガスを処理する後処理システム10を備えている。後処理システム10は、排気ガスを浄化するための酸化触媒やNOx低減装置などから構成される排気ガス処理のシステムである。
The
ターボ発電機9は、排気ガスのエネルギーを電力として回収するエネルギー回収手段である。ターボ発電機9は、排気通路5に設けられたタービン9aと、シャフトを介してタービン9aに接続されたモータ9bと、を備えている。
The
このターボ発電機9では、エンジン本体3から排出された排気ガスの圧力(排気圧)によってタービン9aが回転され、モータ9bにおいて発電が行われる。モータ9bで生じた電力は、車載のバッテリーに蓄えられる。バッテリーはリチウムイオン電池などの大容量のものが好ましい。
In the
また、このターボ発電機9は、ECU2によってコントロールされている。ECU2は、タービン9aの回転負荷(回転トルク)を変更する。タービン9aの回転負荷を変更する方法は特に限定されないが、例えば電磁石を利用してシャフトの回転を抑制する方法などが挙げられる。電磁石はモータ9bに設けられていても良く、モータ9bとは別に設けられていてもよい。また、回転抑制用の発電機を別途設けてもよい。その他、摩擦などを利用して機械的にタービン9aの回転負荷を変更する構成であってもよい。
The
また、ディーゼルエンジン1は、EGR[Exhaust Gas Recirculation]通路11が備えている。EGR通路11は、NOx抑制や燃費向上を目的とした排気再循環を行うための通路であり、排気通路5と吸気通路4とを繋いでいる。EGR通路11には、排気通路5から導入した排気ガスの一部(EGRガス)を冷却するEGRクーラ12と、EGRガスの流量を制御するEGRバルブ13が設けられている。
The
このディーゼルエンジン1では、ECU2によってタービン9aの回転負荷を変更することにより、排気通路5の排気圧を調整する。具体的に、ECU2は、EGR率コントロールのために排気圧の調整を行う。ECU2は、エンジンの運転状況によって排気圧が吸気圧より低くなる場合(例えばエンジンに高トルクの負荷が掛かっている場合)であっても、適切にEGRを効かせるため、吸気圧より排気圧が高くなるようにタービン9aの回転負荷を変更して排気圧を調整する。
In the
更に、ECU2は、運転者が排気ブレーキボタンを操作した場合など、排気ブレーキを掛ける際にタービン9aの回転負荷を増大させる。ECU2は、タービン9aの回転負荷を増大させて排気圧を高めることにより、エンジンのポンピングロスを大きくして制動力を発揮させる。なお、ECU2は、排気ブレーキを掛ける際にタービン9aを固定して回転不能な状態としてもよい。また、ディーゼルエンジン1は、排気ブレーキ専用の排気絞り弁を別途備えていてもよい。
Further, the
以上説明した第1の実施形態に係るディーゼルエンジン1によれば、排気ガスからエネルギーを回収するターボ発電機9を備え、ターボ発電機9のタービン9aの回転負荷を変更することにより排気ガスを排出しにくく又は排出しやすくして排気圧を調整することができる。しかも、このディーゼルエンジン1では、高まった排気圧が必ずタービン9aを通過するので、そのエネルギーを回収することができる。従って、このディーゼルエンジン1によれば、排気圧の調整を実現しつつ、排気ガスから適切にエネルギー回収を行うことができる。これにより、ディーゼルエンジンの燃費向上を図ることができる。
According to the
また、このディーゼルエンジン1では、EGR率をコントロールするため、排気圧が吸気圧より高くなるようにタービン9aの回転負荷を変更して排気圧を調整することができる。このディーゼルエンジン1によれば、EGRを効かせるために高めた排気圧のエネルギーをタービン9aで回収することができるので、排気圧損による燃費悪化を抑制することができる。これにより、通常時の排気調整において排気絞り弁を使用する必要が無くなるので、排気絞り弁を排気ブレーキ専用とすることもできる。この場合、排気絞り弁の使用頻度が大幅に低下するので排気絞り弁の長寿命化や構成の簡素化が可能となる。なお、必ずしも排気絞り弁を設ける必要はない。
Further, in this
更に、このディーゼルエンジン1によれば、タービン9aの回転負荷を増大させることにより、排気圧を高めてポンピングロスを大きくさせ、排気ブレーキを掛けることができる。しかも、このディーゼルエンジン1によれば、排気ブレーキにおいて高まった排気圧のエネルギーをタービン9aの回転として回収することができ、燃費向上に有利である。また、このディーゼルエンジン1では、ターボ発電機9により、排気ガスのエネルギーを汎用性の高い電力として回収することができる。回収した電力は、バッテリーに蓄積することもでき、様々な用途に用いることができる。
Furthermore, according to the
[第2の実施形態]
図2に示す意第2の実施形態に係るディーゼルエンジン20は、第1の実施形態に係るディーゼルエンジン1と比べて、ターボ発電機9に代えて電動アシストターボ21を備えている点が大きく異なる。なお、第1の実施形態と同様の構成には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
The
電動アシストターボ21は、排気ガスのエネルギーを回転エネルギーとして回収するエネルギー回収手段であり、回転エネルギーをディーゼルエンジン20のクランクシャフト3aに伝達させる。電動アシストターボ21は、排気通路5に設けられたタービン21aと、シャフトを介してタービン21aに接続されたギア21bと、を有している。
The
ギア21bは、流体継手23の入力側のギア22と噛み合っている。流体継手23は、流体を介して回転運動の伝達を行う継手である。流体継手23の出力側のギア24は、中間ギア25を介してフライホイール26のギア27と連動している。フライホイール26は、クランクシャフト3aに接続している。このような構成により、電動アシストターボ21のギア21bの回転出力は、クランクシャフト3aに伝達される。
The
この電動アシストターボ21も、ECU2によってコントロールされており、ECU2は、タービン21aの回転負荷を変更することで排気圧の調整を行う。
The
以上説明した第2の実施形態に係るディーゼルエンジン20によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、このディーゼルエンジン20では、第1の実施形態に係るターボ発電機9に代えて、電動アシストターボ21を備えており、排気ガスのエネルギーを回転エネルギーとしてクランクシャフト3aに伝達することができる。この場合、排気ガスのエネルギーを高い効率で回収することができ、燃費向上に有利である。
According to the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジンにも適用可能である。また、必ずしも固定翼式のターボチャージャーである必要はなく、可変ノズルベーンを有する可変容量ターボチャージャーを備えていてもよい。また、特許請求の範囲に記載のエネルギー回収手段としてターボチャージャーを利用してもよい。この場合のターボチャージャーは二段ターボの二段目とすることもできる。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the present invention is not limited to a diesel engine but can be applied to a gasoline engine. Moreover, it is not necessarily a fixed-wing turbocharger, and a variable capacity turbocharger having a variable nozzle vane may be provided. Moreover, you may utilize a turbocharger as an energy recovery means as described in a claim. The turbocharger in this case can be the second stage of the two-stage turbo.
1,20…ディーゼルエンジン(内燃機関) 2…ECU(制御手段) 3…エンジン本体 3a…クランクシャフト 4…吸気通路 5…排気通路 6…ターボチャージャー 6a…コンプレッサ 6b…タービン 7…エアクリーナ 8…インタークーラ 9…ターボ発電機(エネルギー回収手段) 9a…タービン 9b…モータ 10…後処理システム 11…EGR通路 12…EGRクーラ 13…EGRバルブ 21…電動アシストターボ(エネルギー回収手段) 21a…タービン 21b…ギア 22,24,27…ギア 23…流体継手 25…中間ギア 26…フライホイール
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記エネルギー回収手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記エネルギー回収手段は、前記タービンの回転により発電するターボ発電機であり、
前記制御手段は、前記タービンの回転負荷を変更することにより前記排気通路内の排気圧を調整し、排気ブレーキを掛ける場合、前記タービンを固定することにより前記排気通路内の排気圧を高めて排気ブレーキを掛けることを特徴とする内燃機関。 An energy recovery means for recovering energy from exhaust gas having a turbine provided in an exhaust passage of an internal combustion engine which is a diesel engine ;
Control means for controlling the energy recovery means;
With
The energy recovery means is a turbo generator that generates electricity by rotation of the turbine,
The control means adjusts the exhaust pressure in the exhaust passage by changing the rotational load of the turbine, and when applying the exhaust brake, the control means increases the exhaust pressure in the exhaust passage by fixing the turbine. An internal combustion engine characterized by applying a brake .
前記排気通路の排気ガスの一部を前記吸気通路に導入するEGRと、を更に備え、
前記制御手段は、前記排気通路の排気圧が前記吸気通路の吸気圧より高くなるように前記タービンの回転負荷を変更することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。 A fixed-wing turbocharger that supercharges air in the intake passage of the internal combustion engine;
EGR for introducing a part of the exhaust gas of the exhaust passage into the intake passage,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means changes the rotational load of the turbine so that an exhaust pressure in the exhaust passage becomes higher than an intake pressure in the intake passage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013102925A JP6184741B2 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013102925A JP6184741B2 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Internal combustion engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014224468A JP2014224468A (en) | 2014-12-04 |
| JP6184741B2 true JP6184741B2 (en) | 2017-08-23 |
Family
ID=52123318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013102925A Expired - Fee Related JP6184741B2 (en) | 2013-05-15 | 2013-05-15 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6184741B2 (en) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03117632A (en) * | 1989-09-29 | 1991-05-20 | Isuzu Motors Ltd | Composite turbo compound engine |
| JPH08240156A (en) * | 1995-03-03 | 1996-09-17 | Hino Motors Ltd | Exhaust gas recirculation device for engine with supercharger |
| DE10360155A1 (en) * | 2003-12-20 | 2005-07-21 | Voith Turbo Gmbh & Co. Kg | Powertrain with exhaust use and control method |
| WO2008075127A1 (en) * | 2006-12-19 | 2008-06-26 | Renault Trucks | Power unit for an automotive vehicle and vehicle including such a power unit |
| JP5964260B2 (en) * | 2013-02-13 | 2016-08-03 | 三菱重工業株式会社 | Engine exhaust gas energy recovery system |
-
2013
- 2013-05-15 JP JP2013102925A patent/JP6184741B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014224468A (en) | 2014-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9441532B2 (en) | Engine assembly with turbine generator control | |
| JP5724296B2 (en) | Engine system | |
| JP5357720B2 (en) | Ships equipped with exhaust gas treatment equipment | |
| CN102216593B (en) | Method and arrangement for reducing an NOx content in the exhaust gas of an internal combustion engine in a vehicle | |
| CN107002555B (en) | Supercharging device for an internal combustion engine and method of operating the same | |
| WO2012057191A1 (en) | Turbocharge system | |
| EP2096277A1 (en) | Supercharged internal-combustion engine | |
| CN103388524B (en) | Diesel engine and the method for improving diesel engine acc power | |
| JP4844342B2 (en) | Vehicle control device | |
| EP2634410B1 (en) | Engine system | |
| CN107605590A (en) | The Electron pressurizing unit control system and Electron pressurizing unit of a kind of engine | |
| JP5644227B2 (en) | Exhaust energy recovery device for internal combustion engine | |
| JP5716352B2 (en) | Turbocharger system | |
| JP2013238141A (en) | Supercharging device with electric motor of hybrid vehicle | |
| JP6184741B2 (en) | Internal combustion engine | |
| JP2004208420A (en) | Vehicle control device | |
| JP2008151062A (en) | Engine control device | |
| JP5533562B2 (en) | In-cylinder pressure control system for diesel engine | |
| JP5565378B2 (en) | Internal combustion engine control system | |
| JP4582054B2 (en) | Control device for vehicle engine system | |
| JP7338524B2 (en) | Exhaust Purification Catalyst Temperature Retaining Method and Exhaust Purification Catalyst Heat Retention System | |
| JP5699539B2 (en) | Diesel engine boost pressure control system | |
| EP2886825B1 (en) | Improved turbocompound system, in particular in the field of industrial vehicles | |
| JP2019124158A (en) | Vehicle regenerative power generation system | |
| JP2017008838A (en) | engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160411 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170215 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170221 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170412 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170718 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170726 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6184741 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |