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JP2016050567A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2016050567A
JP2016050567A JP2014178184A JP2014178184A JP2016050567A JP 2016050567 A JP2016050567 A JP 2016050567A JP 2014178184 A JP2014178184 A JP 2014178184A JP 2014178184 A JP2014178184 A JP 2014178184A JP 2016050567 A JP2016050567 A JP 2016050567A
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JP
Japan
Prior art keywords
compressor
impeller
electric compressor
passage
intake air
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014178184A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
健志 岡崎
Kenji Okazaki
健志 岡崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine capable of suppressing the occurrence of surge in a turbocompressor without providing a swirler in an intake passage.SOLUTION: An internal combustion engine comprises: a turbocharger which has a turbine 11 provided in an exhaust passage 14 and has a turbocompressor 3 driven by the turbine 11 to turbocharge intake air and provided in an intake passage 13; a centrifugal electric compressor 1 which includes an impeller disposed upstream of the turbocompressor 3 in the intake passage 13 and an electric motor 16 driving the impeller, and which turbocharges the intake air by causing the electric motor 16 to drive the impeller so that a rotation direction of the impeller in a view from an impeller intake air inflow direction is identical to a rotation direction of the turbocompressor 3; a bypass passage 15 communicating the intake passage 13 upstream of the electric compressor 1 with the intake passage between the electric compressor and the turbocompressor; and a control unit, and the control unit controls the electric compressor 1 to be driven when it is predicted that surge occurs to the turbocompressor 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine.

従来、排気を利用して吸気通路に設けられたターボコンプレッサを回転させて吸気を圧縮するターボ過給機を備えた内燃機関が知られている。例えば、特許文献1には、ターボコンプレッサの上流の吸気通路に旋回翼が設置された内燃機関が開示されている。旋回翼を設置することにより、ターボコンプレッサに導入される吸気に旋回流を発生させることができる。これにより、ターボコンプレッサのインペラの吸気に対する迎角を小さくすることができる。この結果、ターボコンプレッサにおけるサージの発生を抑制することができる。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an internal combustion engine including a turbocharger that uses exhaust gas to rotate a turbo compressor provided in an intake passage to compress intake air. For example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine in which swirl vanes are installed in an intake passage upstream of a turbo compressor. By installing swirl vanes, swirl flow can be generated in the intake air introduced into the turbo compressor. Thereby, the angle of attack with respect to the intake air of the impeller of the turbo compressor can be reduced. As a result, the occurrence of surge in the turbo compressor can be suppressed.

特開2010−090806号公報JP 2010-090806 A 特開2010−185314号公報JP 2010-185314 A 特開2005−201092号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-201092 特開2008−075549号公報JP 2008-0775549 A

しかしながら、吸気通路に上記の旋回翼を設けると部品コストが増加する。さらに、旋回翼は、サージの発生しない運転領域では、吸気の抵抗となる。このため、吸気通路における圧力損失が増加して、燃費が低下するおそれがある。   However, if the above-described swirl vanes are provided in the intake passage, the cost of parts increases. Furthermore, the swirl vane has an intake resistance in an operation region where no surge occurs. For this reason, pressure loss in the intake passage may increase, and fuel consumption may be reduced.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸気通路に旋回翼を設けることなくターボコンプレッサにおけるサージの発生を抑制する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 to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can suppress occurrence of a surge in a turbo compressor without providing swirl vanes in an intake passage. .

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備え、前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するターボコンプレッサを吸気通路に備えるターボ過給機と、
前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置されたインペラと、前記インペラを駆動する電動機とを含み、前記インペラへの吸気流入方向からみた前記インペラの回転方向が前記ターボコンプレッサの回転方向と同一となるように前記電動機により前記インペラを駆動することで吸入空気を過給する遠心式の電動コンプレッサと、
前記電動コンプレッサより上流の吸気通路と、前記電動コンプレッサ及び前記ターボコンプレッサの間の吸気通路とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
前記電動コンプレッサと前記バイパスバルブとを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記バイパスバルブが全開でありかつ前記電動コンプレッサの停止時に、前記ターボコンプレッサにサージが発生することが予測された場合、前記電動コンプレッサを駆動させることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is an internal combustion engine,
A turbocharger having a turbine that operates by exhaust energy of an internal combustion engine in an exhaust passage, and a turbo compressor that is driven by the turbine and that supercharges intake air in the intake passage;
An impeller disposed in the intake passage upstream of the turbo compressor, and an electric motor that drives the impeller, wherein the rotation direction of the impeller as viewed from the direction of intake air flow into the impeller is the rotation direction of the turbo compressor A centrifugal electric compressor that supercharges intake air by driving the impeller by the electric motor to be the same;
A bypass passage communicating the intake passage upstream of the electric compressor and the intake passage between the electric compressor and the turbo compressor;
A bypass valve provided in the bypass passage for opening and closing the bypass passage;
A control device for controlling the electric compressor and the bypass valve;
The controller is
When the bypass valve is fully open and when it is predicted that a surge will occur in the turbo compressor when the electric compressor is stopped, the electric compressor is driven.

また、第2の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関であって、
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備え、前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するターボコンプレッサを吸気通路に備えるターボ過給機と、
前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置されたインペラと、前記インペラを駆動する電動機とを含み、前記インペラへの吸気流入方向からみた前記インペラの回転方向が前記ターボコンプレッサの回転方向と同一となるように前記電動機により前記インペラを駆動することで吸入空気を過給する遠心式の電動コンプレッサと、
前記電動コンプレッサより上流の吸気通路と、前記電動コンプレッサ及び前記ターボコンプレッサの間の吸気通路とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
前記電動コンプレッサと前記バイパスバルブとを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記バイパスバルブが全開でありかつ前記電動コンプレッサの停止時に、前記ターボコンプレッサにサージが発生することが予測された場合、前記電動コンプレッサを吸入空気によって空転させるとともに前記バイパスバルブの開度を小さくすることを特徴とする。
A second invention is an internal combustion engine for achieving the above object,
A turbocharger having a turbine that operates by exhaust energy of an internal combustion engine in an exhaust passage, and a turbo compressor that is driven by the turbine and that supercharges intake air in the intake passage;
An impeller disposed in the intake passage upstream of the turbo compressor; and an electric motor that drives the impeller. A centrifugal electric compressor that supercharges intake air by driving the impeller by the electric motor to be the same;
A bypass passage communicating the intake passage upstream of the electric compressor and the intake passage between the electric compressor and the turbo compressor;
A bypass valve provided in the bypass passage for opening and closing the bypass passage;
A control device for controlling the electric compressor and the bypass valve;
The controller is
When it is predicted that a surge will occur in the turbo compressor when the bypass valve is fully open and the electric compressor is stopped, the electric compressor is idled by intake air and the opening of the bypass valve is reduced. It is characterized by.

本発明によれば、サージの発生しない運転領域では吸気の抵抗となる旋回翼を設けることなく、ターボコンプレッサと同一の回転方向の旋回流となった吸気をターボコンプレッサに流入させることができる。このため、ターボコンプレッサのインペラの吸気に対する迎角を小さくすることができる。この結果、ターボコンプレッサにおけるサージの発生を抑制することができる。   According to the present invention, in the operation region where no surge is generated, the intake air having the swirl flow in the same rotation direction as that of the turbo compressor can be flowed into the turbo compressor without providing the swirl vanes that serve as the intake air resistance. For this reason, the angle of attack with respect to the intake of the impeller of the turbo compressor can be reduced. As a result, the occurrence of surge in the turbo compressor can be suppressed.

実施の形態1のシステムの構成を表した図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a system according to a first embodiment. 電動コンプレッサ内の吸気の流れについて説明する図である。It is a figure explaining the flow of the intake air in an electric compressor. 電動コンプレッサの断面図である。It is sectional drawing of an electric compressor. 電動コンプレッサによって圧縮された吸気がターボコンプレッサに供給される様子を表した図である。It is a figure showing a mode that the intake air compressed by the electric compressor is supplied to a turbo compressor. 回転しているターボコンプレッサのインペラに吸気がどのように当たるかを説明するための図である。It is a figure for demonstrating how intake air hits the impeller of the rotating turbo compressor. 実施の形態1のサージ抑制制御の具体的な内容を表すルーチンを表したフローチャートである。3 is a flowchart showing a routine representing specific contents of surge suppression control according to the first embodiment. 実施の形態2のサージ抑制制御の具体的な内容を表すルーチンを表したフローチャートである。6 is a flowchart showing a routine representing specific contents of surge suppression control according to the second embodiment.

実施の形態1.
[システムの構成]
図1は、実施の形態1のシステムの構成を表した図である。図1には、エンジン本体8が表されている。エンジン本体8には、吸気マニホールド7と排気マニホールド9とが取り付けられている。吸気マニホールド7には、吸気通路13が接続されている。排気マニホールド9には、排気通路14が接続されている。
Embodiment 1 FIG.
[System configuration]
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the system according to the first embodiment. FIG. 1 shows an engine body 8. An intake manifold 7 and an exhaust manifold 9 are attached to the engine body 8. An intake passage 13 is connected to the intake manifold 7. An exhaust passage 14 is connected to the exhaust manifold 9.

吸気通路13には、上流から順に、電動コンプレッサ1、ターボコンプレッサ3、インタークーラ4が設けられている。ターボコンプレッサ3は、排気を利用して吸気を圧縮するターボ過給機を構成する装置である。電動コンプレッサ1は、ケーシングに格納されたインペラとインペラを回転させる電動機16とを含んでいる。電動コンプレッサ1は、電気によって電動機16を駆動してインペラを回転させて、吸気を圧縮する装置である。電動コンプレッサ1は、ターボ過給機のターボラグ発生時の過給圧を補償したり、さらに急加速時に過給を補助したりする等の目的で設けられている。   In the intake passage 13, an electric compressor 1, a turbo compressor 3, and an intercooler 4 are provided in order from the upstream. The turbo compressor 3 is a device that constitutes a turbocharger that compresses intake air using exhaust gas. The electric compressor 1 includes an impeller stored in a casing and an electric motor 16 that rotates the impeller. The electric compressor 1 is a device that compresses intake air by driving an electric motor 16 by electricity to rotate an impeller. The electric compressor 1 is provided for the purpose of compensating for the supercharging pressure when the turbo lag of the turbocharger is generated, and assisting supercharging during rapid acceleration.

ここで、電動コンプレッサ1とターボコンプレッサ3とは、吸気通路13内で直列に設置されている。さらに、電動コンプレッサ1は、電動コンプレッサ1のインペラへの吸気流入方向からみたインペラの回転方向がターボコンプレッサ3の回転方向と同一となるように設置されている。   Here, the electric compressor 1 and the turbo compressor 3 are installed in series in the intake passage 13. Furthermore, the electric compressor 1 is installed so that the rotation direction of the impeller viewed from the intake air inflow direction to the impeller of the electric compressor 1 is the same as the rotation direction of the turbo compressor 3.

さらに、吸気通路13には、電動コンプレッサ1より上流の吸気通路13と、電動コンプレッサ1及びターボコンプレッサ3の間の吸気通路13とを連通するバイパス通路15が接続されている。バイパス通路15には、バイパス通路15を開閉するバイパスバルブ2が設けられている。   Further, a bypass passage 15 that connects the intake passage 13 upstream of the electric compressor 1 and the intake passage 13 between the electric compressor 1 and the turbo compressor 3 is connected to the intake passage 13. The bypass passage 15 is provided with a bypass valve 2 for opening and closing the bypass passage 15.

排気通路14には、ターボ過給機を構成する装置であるタービン11が設けられている。タービン11を排気が通過することでタービン11が回転し、その回転と連動してターボコンプレッサ3が回転する。   The exhaust passage 14 is provided with a turbine 11 that is a device constituting a turbocharger. As the exhaust gas passes through the turbine 11, the turbine 11 rotates, and the turbo compressor 3 rotates in conjunction with the rotation.

また、インタークーラ4とエンジン本体8との間の吸気通路13には、過給圧センサ5及びエアフロメータ6が設けられている。   A supercharging pressure sensor 5 and an air flow meter 6 are provided in the intake passage 13 between the intercooler 4 and the engine body 8.

実施の形態1のシステムの構成は、エンジン本体8の運転状態を制御する制御装置としてECU100(Electronic Control Unit)を備える。ECU100の入力側には、過給圧センサ5及びエアフロメータ6が接続される。ECU100は、過給圧センサ5が出力した信号から、吸気通路13内の過給圧を検出する。ECU100は、エアフロメータ6が出力した信号から、吸気流量を検出する。   The system configuration of the first embodiment includes an ECU 100 (Electronic Control Unit) as a control device that controls the operating state of the engine body 8. A supercharging pressure sensor 5 and an air flow meter 6 are connected to the input side of the ECU 100. The ECU 100 detects the supercharging pressure in the intake passage 13 from the signal output from the supercharging pressure sensor 5. The ECU 100 detects the intake air flow rate from the signal output from the air flow meter 6.

ECU100の出力側には、電動コンプレッサ1及びバイパスバルブ2などのアクチュエータが接続される。ECU100は、電動コンプレッサ1に信号を出力して、電動コンプレッサ1を稼働させる。ECU100は、バイパスバルブ2に信号を出力して、バイパスバルブ2の開度を調節する。   An actuator such as the electric compressor 1 and the bypass valve 2 is connected to the output side of the ECU 100. The ECU 100 outputs a signal to the electric compressor 1 to operate the electric compressor 1. The ECU 100 outputs a signal to the bypass valve 2 to adjust the opening degree of the bypass valve 2.

ところで、ターボコンプレッサ3の上流側と下流側との圧力比(下流圧力/上流圧力)が高くなり過ぎると、吸気が逆流するサージが発生する。サージは、ターボコンプレッサ3のインペラの吸気に対する迎角を小さくすることで防止することができる。これは、迎角を小さくすることで、吸気がインペラに沿って流れるようになり、インペラから吸気が剥離しにくくなるからである。   By the way, when the pressure ratio (downstream pressure / upstream pressure) between the upstream side and the downstream side of the turbo compressor 3 becomes too high, a surge in which the intake air flows backward occurs. The surge can be prevented by reducing the angle of attack of the turbo compressor 3 with respect to the intake of the impeller. This is because by reducing the angle of attack, the intake air flows along the impeller, and the intake air is less likely to be separated from the impeller.

そこで、実施の形態1では、ターボコンプレッサ3にサージが発生する領域になった際に、電動コンプレッサ1を駆動して吸気に旋回流を引き起こさせる。これによって、インペラの吸気に対する迎角を小さくし、ターボコンプレッサ3におけるサージの発生を抑制する。以下、電動コンプレッサ1によって生じる旋回流について、図2、図3、図4、図5を参照して説明する。   Thus, in the first embodiment, when the surge occurs in the turbo compressor 3, the electric compressor 1 is driven to cause a swirl flow in the intake air. Thus, the angle of attack of the impeller with respect to the intake air is reduced, and the occurrence of surge in the turbo compressor 3 is suppressed. Hereinafter, the swirl flow generated by the electric compressor 1 will be described with reference to FIGS. 2, 3, 4, and 5.

[電動コンプレッサによる吸気の旋回流について]
図2は、電動コンプレッサ1内の吸気の流れについて説明する図である。図2には、電動コンプレッサ1が表されている。電動コンプレッサ1のインペラ(図示略)は、ケーシング30に収容されている。ケーシング30の径方向の外側には、環状のスクロール34が設けられている。
[Intake swirl flow by electric compressor]
FIG. 2 is a diagram for explaining the flow of intake air in the electric compressor 1. FIG. 2 shows the electric compressor 1. An impeller (not shown) of the electric compressor 1 is accommodated in the casing 30. An annular scroll 34 is provided outside the casing 30 in the radial direction.

図2には、電動コンプレッサ1の中央部から吸気が流入する様子が示されている。電動コンプレッサ1に流入した吸気は、電動コンプレッサ1内のインペラによって圧縮される。圧縮された吸気は、電動コンプレッサ1のスクロール34に導入され、スクロール34内で旋回流となる。この旋回流は、図2の符号Kで示す矢印によって示されている。   FIG. 2 shows a state in which intake air flows from the central portion of the electric compressor 1. The intake air flowing into the electric compressor 1 is compressed by the impeller in the electric compressor 1. The compressed intake air is introduced into the scroll 34 of the electric compressor 1 and becomes a swirling flow in the scroll 34. This swirling flow is indicated by an arrow indicated by a symbol K in FIG.

図3は、電動コンプレッサ1の断面図である。図3には、電動コンプレッサ1のインペラ32が表されている。図3の符号Kで示す矢印は、図2の符号Kで示す矢印と同様に、電動コンプレッサ1のスクロール34において吸気が旋回流となった様子を示している。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the electric compressor 1. FIG. 3 shows the impeller 32 of the electric compressor 1. The arrow indicated by the symbol K in FIG. 3 shows a state in which the intake air turns into a swirl flow in the scroll 34 of the electric compressor 1, similarly to the arrow indicated by the symbol K in FIG. 2.

図4は、電動コンプレッサ1によって圧縮された吸気がターボコンプレッサ3に供給される様子を表した図である。図4の実線の矢印は、電動コンプレッサ1を通過して旋回流となった吸気を示している。図4の実線の矢印は、旋回流が強いほど矢印が横向きになる。図4の符号Xは、ターボコンプレッサ3のインペラを示している。ターボコンプレッサ3のインペラは、一点鎖線の矢印の方向に回転している。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state where the intake air compressed by the electric compressor 1 is supplied to the turbo compressor 3. The solid arrows in FIG. 4 indicate the intake air that has passed through the electric compressor 1 and turned into a swirling flow. The solid-line arrows in FIG. 4 become more horizontal as the swirl flow is stronger. A symbol X in FIG. 4 indicates an impeller of the turbo compressor 3. The impeller of the turbo compressor 3 rotates in the direction of the dashed-dotted arrow.

図4は、回転しているターボコンプレッサ3のインペラに旋回流が当たる様子を絶対座標で示している。ここで、実際に回転しているターボコンプレッサ3のインペラに当たる旋回流について表現するためには、ターボコンプレッサ3のインペラからみた相対座標で表す必要がある。以下、ターボコンプレッサ3のインペラに当たる旋回流を相対座標で表した図5を参照して説明する。   FIG. 4 shows a state in which the swirling flow strikes the impeller of the rotating turbo compressor 3 in absolute coordinates. Here, in order to express the swirl flow that hits the impeller of the turbo compressor 3 that is actually rotating, it is necessary to express the swirl flow in relative coordinates as viewed from the impeller of the turbo compressor 3. Hereinafter, the swirl flow impinging on the impeller of the turbo compressor 3 will be described with reference to FIG.

図5は、回転しているターボコンプレッサ3のインペラに吸気がどのように当たるかを説明するための図である。符号Aで示す実線の矢印は、電動コンプレッサ1によって圧縮された吸気がターボコンプレッサ3に流入したときの流れを示している。ここで、ターボコンプレッサ3のインペラは回転しているため、吸気の相対的な流入角は、符号Bで示す実線の矢印のようになる。   FIG. 5 is a view for explaining how the intake air hits the impeller of the rotating turbo compressor 3. A solid arrow indicated by a symbol A indicates a flow when the intake air compressed by the electric compressor 1 flows into the turbo compressor 3. Here, since the impeller of the turbo compressor 3 is rotating, the relative inflow angle of the intake air is as indicated by a solid arrow indicated by a symbol B.

また、図5の符号A’で示す破線の矢印は、電動コンプレッサ1によって圧縮されることなくターボコンプレッサ3に流入した吸気の流れを示している。さらに、この吸気の相対的な流入角は、符号B’で示す破線の矢印のようになる。   5 indicates the flow of intake air that has flowed into the turbo compressor 3 without being compressed by the electric compressor 1. Further, the relative inflow angle of the intake air is as shown by a broken-line arrow indicated by a symbol B '.

図5に示すように、ターボコンプレッサ3へ流入する吸気が旋回しない場合(破線の矢印B’)と比べ、流入する吸気がターボコンプレッサ3のインペラと同方向に旋回している場合(実線の矢印B)には、吸気に対するインペラの迎角が小さくなる。このため、実施の形態1の電動コンプレッサ1及びターボコンプレッサ3の配置にすれば、吸気のインペラ翼面からの剥離を抑えて、ターボコンプレッサ3におけるサージの発生を抑制することができる。   As shown in FIG. 5, when the intake air flowing into the turbo compressor 3 does not turn (broken line arrow B ′), the intake air flowing in the same direction as the impeller of the turbo compressor 3 (solid line arrow). In B), the angle of attack of the impeller with respect to the intake air becomes small. For this reason, if the electric compressor 1 and the turbo compressor 3 according to the first embodiment are arranged, it is possible to suppress the separation of the intake air from the impeller blade surface and suppress the occurrence of a surge in the turbo compressor 3.

ここで、電動コンプレッサ1は、エンジンの運転状態にかかわらず、任意のタイミングで運転が可能である。このため、ターボコンプレッサ3におけるサージを予測して電動コンプレッサ1を稼働させる制御を行えば、適切なサージ対策が可能になる。実施の形態1では、このような制御をサージ抑制制御として行っている。以下、実施の形態1におけるサージ抑制制御の具体的な制御内容について、図6を参照して説明する。   Here, the electric compressor 1 can be operated at an arbitrary timing regardless of the operating state of the engine. For this reason, if the surge in the turbo compressor 3 is predicted and control for operating the electric compressor 1 is performed, an appropriate surge countermeasure can be realized. In the first embodiment, such control is performed as surge suppression control. Hereinafter, specific control contents of the surge suppression control in the first embodiment will be described with reference to FIG.

[サージ抑制制御]
図6は、実施の形態1のサージ抑制制御の具体的な内容を表すルーチンを表したフローチャートである。ECU100は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ECU100は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。
[Surge suppression control]
FIG. 6 is a flowchart showing a routine representing specific contents of surge suppression control according to the first embodiment. The ECU 100 has a memory for storing this routine. The ECU 100 has a processor for executing the stored routine.

まず、ECU100は、電動コンプレッサ1が停止しており、かつバイパスバルブ2が全開になっているか否かを判定する(S100)。これは、電動コンプレッサ1が稼働している場合にはサージ抑制制御を実行する必要がなく、バイパスバルブ2が閉じている場合には実施の形態2のサージ抑制制御で説明する効果が既に得られるからである。ECU100は、電動コンプレッサ1が停止しており、かつバイパスバルブ2が全開になっていないと判定した場合、本ルーチンを終了させる。なお、S100において、バイパスバルブ2が全開になっているか否かを判定したが、ここでいう全開とは、制御上最大開度として設定されている開度である。   First, the ECU 100 determines whether or not the electric compressor 1 is stopped and the bypass valve 2 is fully opened (S100). This is because there is no need to execute surge suppression control when the electric compressor 1 is operating, and when the bypass valve 2 is closed, the effect described in the surge suppression control of the second embodiment is already obtained. Because. If the ECU 100 determines that the electric compressor 1 is stopped and the bypass valve 2 is not fully opened, the ECU 100 ends this routine. In S100, it is determined whether or not the bypass valve 2 is fully open. The full open here is an opening that is set as the maximum opening in terms of control.

一方、ECU100は、S100において、電動コンプレッサ1が停止していて、かつバイパスバルブ2が全開になっていると判定した場合、ターボコンプレッサ3におけるサージが発生するか否かを予測する(S102)。具体的に、ECU100は、過給圧センサ5から検出した過給圧及びその変化速度とエアフロメータ6から検出した吸気流量及びその変化速度との関係に基づいて、ターボコンプレッサ3におけるサージの発生を予測する。あるいは、ECU100は、運転者が要求するトルクによって決まる目標過給圧及び目標吸気流量に基づいて、サージの発生を予測する。ECU100は、ターボコンプレッサ3におけるサージが発生しないと予測した場合、本ルーチンを終了させる。   On the other hand, when it is determined in S100 that the electric compressor 1 is stopped and the bypass valve 2 is fully open, the ECU 100 predicts whether or not a surge occurs in the turbo compressor 3 (S102). Specifically, the ECU 100 generates a surge in the turbo compressor 3 based on the relationship between the supercharging pressure detected from the supercharging pressure sensor 5 and its change speed and the intake flow rate detected from the air flow meter 6 and its change speed. Predict. Alternatively, the ECU 100 predicts the occurrence of a surge based on the target boost pressure and the target intake air flow determined by the torque requested by the driver. When it is predicted that no surge will occur in the turbo compressor 3, the ECU 100 ends this routine.

一方、ECU100は、S102において、ターボコンプレッサ3におけるサージが発生すると予測した場合、電動コンプレッサ1を稼働する(S104)。ここでの電動コンプレッサ1の回転速度及び駆動時間は、予め試験をして求めた十分な旋回流が発生する回転速度及び駆動時間に設定される。   On the other hand, when the ECU 100 predicts that a surge in the turbo compressor 3 will occur in S102, the ECU 100 operates the electric compressor 1 (S104). Here, the rotational speed and the driving time of the electric compressor 1 are set to the rotational speed and the driving time at which a sufficient swirling flow is obtained by a test in advance.

次に、ECU100は、目標過給圧になるようにバイパスバルブ2の開度及びウエストゲートバルブ(WGV)の開度を調節する(S106)。ここで、過給圧をウエストゲートバルブのみで目標過給圧に設定できる場合、バイパスバルブ2の開度を調節することなくウエストゲートバルブのみを調節してもよい。その後、本ルーチンは終了する。   Next, the ECU 100 adjusts the opening degree of the bypass valve 2 and the opening degree of the waste gate valve (WGV) so as to reach the target supercharging pressure (S106). Here, when the supercharging pressure can be set to the target supercharging pressure only by the wastegate valve, only the wastegate valve may be adjusted without adjusting the opening degree of the bypass valve 2. Thereafter, this routine ends.

実施の形態1の制御が行われることによって、旋回流を引き起こした吸気をターボコンプレッサ3に流入させることができる。このため、ターボコンプレッサ3のインペラの吸気に対する迎角を小さくすることができる。この結果、ターボコンプレッサ3におけるサージの発生を抑制することができる。   By performing the control of the first embodiment, the intake air that has caused the swirling flow can be caused to flow into the turbo compressor 3. For this reason, the angle of attack of the turbo compressor 3 with respect to the intake of the impeller can be reduced. As a result, the occurrence of surge in the turbo compressor 3 can be suppressed.

実施の形態2.
実施の形態2は、サージ抑制制御において、電動コンプレッサ1を稼働するのではなくバイパスバルブ2の開度を制御する点で実施の形態1と相違する。以下、実施の形態2のサージ抑制制御について説明する。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment differs from the first embodiment in that, in surge suppression control, the opening degree of the bypass valve 2 is controlled rather than operating the electric compressor 1. Hereinafter, the surge suppression control of the second embodiment will be described.

図7は、実施の形態2のサージ抑制制御の具体的な内容を表すルーチンを表したフローチャートである。なお、S200及びS202は、実施の形態1のS100及びS102と同様の処理であるため説明を省略する。   FIG. 7 is a flowchart showing a routine representing specific contents of surge suppression control according to the second embodiment. In addition, since S200 and S202 are the same processes as S100 and S102 of Embodiment 1, description is abbreviate | omitted.

ECU100は、S202において、ターボコンプレッサ3でサージが発生すると予測した場合、電動コンプレッサ1を吸気によって空転できる状態にする(S204)。具体的に、ECU100は、電動コンプレッサ1の電動機16に通電しないことによって、電動コンプレッサ1のインペラ32が吸気によって空転できる状態にする。さらに、電動コンプレッサ1のインペラ32が電動機16と切り離せる場合は、それらを切り離してもよい。   If the ECU 100 predicts that a surge will occur in the turbo compressor 3 in S202, the ECU 100 sets the electric compressor 1 in a state where it can idle by intake air (S204). Specifically, the ECU 100 does not energize the electric motor 16 of the electric compressor 1 so that the impeller 32 of the electric compressor 1 can idle by intake air. Furthermore, when the impeller 32 of the electric compressor 1 can be separated from the electric motor 16, they may be separated.

次に、ECU100は、バイパスバルブ2を所定開度まで閉じる(S206)。具体的には、ECU100に予め設定されているマップによって開度を決定して、バイパスバルブ2を全閉もしくは部分的に閉める制御が行われる。より詳しくは、ターボコンプレッサ3の回転速度が高いほどバイパスバルブ2の開度は低く設定される。ECU100に設定されているマップは、バイパスバルブ2の開度とターボコンプレッサ3の回転速度とを関連付けたマップである。このように、バイパスバルブ2を所定開度まで閉じることで、バイパス通路15を流れていた吸気が電動コンプレッサ1を通過するようになる。このため、電動コンプレッサ1を吸気の流れで回転させることができる。この結果、電動コンプレッサ1のスクロール34において旋回流が発生する。なお、S206において、バイパスバルブ2を全閉にする制御について述べたが、ここでいう全閉とは、バイパスバルブ2の開度が0%の状態に限らず、制御上最低開度として設定されている開度でもよい。   Next, the ECU 100 closes the bypass valve 2 to a predetermined opening (S206). Specifically, the opening degree is determined based on a map set in advance in the ECU 100, and the bypass valve 2 is controlled to be fully closed or partially closed. More specifically, the higher the rotational speed of the turbo compressor 3, the lower the opening degree of the bypass valve 2. The map set in the ECU 100 is a map in which the opening degree of the bypass valve 2 and the rotation speed of the turbo compressor 3 are associated with each other. In this way, by closing the bypass valve 2 to a predetermined opening degree, the intake air flowing through the bypass passage 15 passes through the electric compressor 1. For this reason, the electric compressor 1 can be rotated by the flow of intake air. As a result, a swirling flow is generated in the scroll 34 of the electric compressor 1. In S206, the control for fully closing the bypass valve 2 has been described. However, the term "full close" here is not limited to the state in which the opening degree of the bypass valve 2 is 0%, but is set as the minimum opening degree for control. The opening degree may be sufficient.

次に、ECU100は、目標過給圧になるようにウエストゲートバルブ(WGV)の開度を調整する(S208)。その後、本ルーチンは終了する。   Next, the ECU 100 adjusts the opening degree of the waste gate valve (WGV) so as to reach the target supercharging pressure (S208). Thereafter, this routine ends.

実施の形態2のサージ抑制制御を行うことによって、実施の形態1と同様に、電動コンプレッサ1のスクロール34に吸気を導入して旋回流を引き起こさせてから、その吸気をターボコンプレッサ3に流入させることができる。この結果、ターボコンプレッサ3におけるサージの発生を抑制することができる。   By performing the surge suppression control of the second embodiment, the intake air is introduced into the scroll 34 of the electric compressor 1 to cause a swirling flow, and then the intake air is caused to flow into the turbo compressor 3 as in the first embodiment. be able to. As a result, the occurrence of surge in the turbo compressor 3 can be suppressed.

1 電動コンプレッサ
2 バイパスバルブ
3 ターボコンプレッサ
5 過給圧センサ
6 エアフロメータ
8 エンジン本体
15 バイパス通路
100 ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric compressor 2 Bypass valve 3 Turbo compressor 5 Supercharging pressure sensor 6 Air flow meter 8 Engine main body 15 Bypass passage 100 ECU

Claims (2)

内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備え、前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するターボコンプレッサを吸気通路に備えるターボ過給機と、
前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置されたインペラと、前記インペラを駆動する電動機とを含み、前記インペラへの吸気流入方向からみた前記インペラの回転方向が前記ターボコンプレッサの回転方向と同一となるように前記電動機により前記インペラを駆動することで吸入空気を過給する遠心式の電動コンプレッサと、
前記電動コンプレッサより上流の吸気通路と、前記電動コンプレッサ及び前記ターボコンプレッサの間の吸気通路とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
前記電動コンプレッサと前記バイパスバルブとを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記バイパスバルブが全開でありかつ前記電動コンプレッサの停止時に、前記ターボコンプレッサにサージが発生することが予測された場合、前記電動コンプレッサを駆動させることを特徴とする内燃機関。
A turbocharger having a turbine that operates by exhaust energy of an internal combustion engine in an exhaust passage, and a turbo compressor that is driven by the turbine and that supercharges intake air in the intake passage;
An impeller disposed in the intake passage upstream of the turbo compressor; and an electric motor that drives the impeller. A centrifugal electric compressor that supercharges intake air by driving the impeller by the electric motor to be the same;
A bypass passage communicating the intake passage upstream of the electric compressor and the intake passage between the electric compressor and the turbo compressor;
A bypass valve provided in the bypass passage for opening and closing the bypass passage;
A control device for controlling the electric compressor and the bypass valve;
The controller is
An internal combustion engine that drives the electric compressor when it is predicted that a surge will occur in the turbo compressor when the bypass valve is fully open and the electric compressor is stopped.
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備え、前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するターボコンプレッサを吸気通路に備えるターボ過給機と、
前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置されたインペラと、前記インペラを駆動する電動機とを含み、前記インペラへの吸気流入方向からみた前記インペラの回転方向が前記ターボコンプレッサの回転方向と同一となるように前記電動機により前記インペラを駆動することで吸入空気を過給する遠心式の電動コンプレッサと、
前記電動コンプレッサより上流の吸気通路と、前記電動コンプレッサ及び前記ターボコンプレッサの間の吸気通路とを連通するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
前記電動コンプレッサと前記バイパスバルブとを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記バイパスバルブが全開でありかつ前記電動コンプレッサの停止時に、前記ターボコンプレッサにサージが発生することが予測された場合、前記電動コンプレッサを吸入空気によって空転させるとともに前記バイパスバルブの開度を小さくすることを特徴とする内燃機関。
A turbocharger having a turbine that operates by exhaust energy of an internal combustion engine in an exhaust passage, and a turbo compressor that is driven by the turbine and that supercharges intake air in the intake passage;
An impeller disposed in the intake passage upstream of the turbo compressor, and an electric motor that drives the impeller, wherein the rotation direction of the impeller as viewed from the direction of intake air flow into the impeller is the rotation direction of the turbo compressor A centrifugal electric compressor that supercharges intake air by driving the impeller by the electric motor to be the same;
A bypass passage communicating the intake passage upstream of the electric compressor and the intake passage between the electric compressor and the turbo compressor;
A bypass valve provided in the bypass passage for opening and closing the bypass passage;
A control device for controlling the electric compressor and the bypass valve;
The controller is
When it is predicted that a surge will occur in the turbo compressor when the bypass valve is fully open and the electric compressor is stopped, the electric compressor is idled by intake air and the opening of the bypass valve is reduced. An internal combustion engine characterized by the above.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107642399A (en) * 2017-09-06 2018-01-30 哈尔滨工程大学 The fan forced Surge Prevention System of diesel exhaust cogeneration

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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