(57)【要約】【課題】電動圧縮機を有する構成において、吸気管に排気ガスが再循環しなくなることを抑制することが可能な吸排気装置、内燃機関および車両を提供する。【解決手段】吸排気装置は、外気を内燃機関に吸気する吸気管と、内燃機関から生じる排気ガスを排気する排気管と、排気管内の排気ガスを吸気管に再循環させる再循環経路部と、吸気管に設けられ、外気を圧縮する電動圧縮機と、内燃機関を迂回して吸気管内の空気を排気管側に流すように構成される迂回経路部と、吸気圧および排気圧に応じて、排気ガスが吸気管に再循環するように、迂回経路部における空気の流れを制御する制御部と、を備える。【選択図】図１
2020045855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を内燃機関に吸気する吸気管と、
前記内燃機関から生じる排気ガスを排気する排気管と、
前記排気管内の前記排気ガスを前記吸気管に再循環させる再循環経路部と、
前記吸気管に設けられ、前記外気を圧縮する電動圧縮機と、
前記内燃機関を迂回して前記吸気管内の空気を前記排気管側に流すように構成される迂回経路部と、
吸気圧および排気圧に応じて、前記排気ガスが前記吸気管に再循環するように、前記迂回経路部における前記空気の流れを制御する制御部と、
を備える吸排気装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記吸気圧が前記排気圧より高い場合、前記迂回経路部に前記空気を流すように制御し、
前記吸気圧が前記排気圧以下の場合、前記迂回経路部に前記空気を流さないように制御する、
請求項１に記載の吸排気装置。
【請求項３】
前記排気管に設けられるタービンを備え、
前記迂回経路部は、前記吸気管における前記電動圧縮機よりも吸気方向の下流側の部位と、前記排気管における前記タービンよりも排気方向の下流側の部位とを接続する経路である、
請求項１または請求項２に記載の吸排気装置。
【請求項４】
前記排気管に設けられるタービンを備え、
前記迂回経路部は、前記吸気管における前記電動圧縮機よりも吸気方向の下流側の部位と、前記排気管における前記タービンよりも排気方向の上流側の部位とを接続する経路である、
請求項１または請求項２に記載の吸排気装置。
【請求項５】
前記迂回経路部は、前記再循環経路部と前記吸気管との接続部分よりも、前記吸気管における吸気方向の上流側の部分から前記排気管に向けて前記空気を流すように構成されている、
請求項１〜４の何れか１項に記載の吸排気装置。
【請求項６】
前記排気管に設けられるタービンと、
前記吸気管に設けられ、前記タービンの回転に従動回転する圧縮機と、
を備える、
請求項１〜５の何れか１項に記載の吸排気装置。
【請求項７】
前記空気は、前記電動圧縮機により圧縮された後の前記外気である、
請求項１〜６の何れか１項に記載の吸排気装置。
【請求項８】
前記迂回経路部を開放状態および閉塞状態の何れかにする迂回バルブを備え、
前記制御部は、前記迂回バルブを制御することで、前記迂回経路部における前記空気の流れを制御する、
請求項１〜７の何れか１項に記載の吸排気装置。
【請求項９】
前記吸気管に設けられ、前記吸気圧を検出する第１圧力センサと、
前記排気管に設けられ、前記排気圧を検出する第２圧力センサと、
を備え、
前記制御部は、前記第１圧力センサから前記吸気圧を取得し、前記第２圧力センサから前記排気圧を取得する、
請求項１〜８の何れか１項に記載の吸排気装置。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れか１項に記載の吸排気装置を備える、
内燃機関。
【請求項１１】
請求項１〜９の何れか１項に記載の吸排気装置、または、請求項１０に記載の内燃機関を備える、
車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、吸排気装置、内燃機関および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸排気装置において、電動圧縮機を有する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。電動圧縮機を有する構成の場合、タービンおよび圧縮機を有する過給機とは異なり、排気ガスのエネルギーを利用することなく、外気を圧縮することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２３４８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電動圧縮機を有する構成の場合、吸気圧が排気圧よりも高くなることがあるので、排気ガスを吸気管に再循環させる構成に電動圧縮機を適用すると、排気ガスが吸気管に再循環しなくなるおそれがあった。
【０００５】
本開示の目的は、電動圧縮機を有する構成において、吸気管に排気ガスが再循環しなくなることを抑制することが可能な吸排気装置、内燃機関および車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る吸排気装置は、
外気を内燃機関に吸気する吸気管と、
前記内燃機関から生じる排気ガスを排気する排気管と、
前記排気管内の前記排気ガスを前記吸気管に再循環させる再循環経路部と、
前記吸気管に設けられ、前記外気を圧縮する電動圧縮機と、
前記内燃機関を迂回して前記吸気管内の空気を前記排気管側に流すように構成される迂回経路部と、
吸気圧および排気圧に応じて、前記排気ガスが前記吸気管に再循環するように、前記迂回経路部における前記空気の流れを制御する制御部と、
を備える。
【０００７】
本開示に係る内燃機関は、
上記した吸排気装置を備える。
【０００８】
本開示に係る車両は、
上記した吸排気装置、または、上記した内燃機関を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、電動圧縮機を有する構成において、吸気管に排気ガスが再循環しなくなることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施の形態に係る吸排気装置が適用された車両の吸排気系を示す概略構成図である。
【図２】内燃機関の回転数に対するトルクを示す図である。
【図３】時間に対する吸気圧および排気圧の変化を示す図である。
【図４】吸排気装置における吸気制御の動作例を示すフローチャートである。
【図５】変形例に係る吸排気装置が適用された車両の吸排気系を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る吸排気装置１００が適用された車両Ｖの吸排気系を示す概略構成図である。
【００１２】
図１に示すように、車両Ｖの吸排気系は、内燃機関１０と、吸排気装置１００と、を備える。吸排気装置１００は、吸気管１１０と、排気管１２０と、冷却部１３０と、再循環経路部１４０と、過給機１５０と、電動圧縮機１６０と、迂回経路部１７０と、制御部２００とを有する。
【００１３】
内燃機関１０は、例えば車両Ｖに搭載されるディーゼルエンジンであり、吸気管１１０および排気管１２０に接続されている。
【００１４】
吸気管１１０は、内燃機関１０に外気を吸気する管であり、第１吸気部位１１１と、第２吸気部位１１２と、第３吸気部位１１３と、第４吸気部位１１４とを有する。
【００１５】
第１吸気部位１１１は、後述する圧縮機１５１よりも吸気方向の上流側の部位である。第１吸気部位１１１には、第１吸気バルブ１１５が設けられている。なお、図１における吸気方向は、矢印Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４で示される方向である。
【００１６】
第２吸気部位１１２は、第１吸気部位１１１において、第１吸気バルブ１１５を迂回するように設けられる部位である。具体的には、第２吸気部位１１２は、第１吸気部位１１１における第１吸気バルブ１１５よりも上流側の第１部分１１１Ａと、下流側の第２部分１１１Ｂとを接続する。
【００１７】
第１吸気バルブ１１５は、制御部２００の制御の下、第２吸気部位１１２を介さずに吸気を行う際、開放状態とされ、第２吸気部位１１２を介して吸気を行う際、閉塞状態とされる。具体的には、第１吸気バルブ１１５は、後述する電動圧縮機１６０を用いない場合、開放状態とされ、電動圧縮機１６０を用いる場合、閉塞状態とされる。
【００１８】
第３吸気部位１１３は、後述する圧縮機１５１よりも吸気方向の下流側の部位である。第３吸気部位１１３には、第１圧力センサ１１６が設けられている。第１圧力センサ１１６は、吸気管１１０の過給圧を検出する。
【００１９】
第４吸気部位１１４は、圧縮機１５１を迂回して第１吸気部位１１１と第３吸気部位１１３とを接続するように設けられる部位である。第４吸気部位１１４には、第２吸気バルブ１１７が設けられている。
【００２０】
第２吸気バルブ１１７は、制御部２００の制御の下、圧縮機１５１を介さずに吸気を行う際、開放状態とされ、圧縮機１５１を介して吸気を行う際、閉塞状態とされる。具体的には、第２吸気バルブ１１７は、過給機１５０が十分な仕事をできない状態の場合、開放状態とされ、過給機１５０が十分な仕事をできる状態の場合、閉塞状態とされる。
【００２１】
排気管１２０は、内燃機関１０で生じる排気ガスを排気する。排気管１２０には、第２圧力センサ１２１が設けられている。第２圧力センサ１２１は、排気管１２０の排気圧を検出する。
【００２２】
冷却部１３０は、第３吸気部位１１３に配置されており、吸気管１１０における、圧縮機１５１または電動圧縮機１６０により圧縮された外気を冷却する。
【００２３】
再循環経路部１４０は、排気管１２０から分岐して排気管１２０内の排気ガスを吸気管１１０に向けて再循環させる経路である。再循環経路部１４０は、吸気管１１０の第３吸気部位１１３の冷却部１３０よりも吸気方向の下流側の部位１１３Ａと、排気管１２０における、後述するタービン１５２よりも排気方向の上流側の部位１２２とを接続する。なお、図１における排気方向は、矢印Ｂ１，Ｂ２で示される方向である。
【００２４】
再循環経路部１４０には、再循環経路部１４０を介して排気管１２０から吸気管１１０に戻す排気ガスの流量を調整する再循環バルブ１４１が設けられている。再循環バルブ１４１は、制御部２００の制御の下、開放状態から閉塞状態に遷移させることで、排気管１２０から吸気管１１０へ戻す排気ガスの流量を調整する。
【００２５】
過給機１５０は、圧縮機１５１と、タービン１５２と、接続部１５３とを有する。圧縮機１５１は、吸気管１１０に接続されている。
【００２６】
タービン１５２は、排気管１２０に設けられており、図示しないタービンインペラが、内燃機関１０から排出された排気ガスにより回転する。
【００２７】
圧縮機１５１とタービン１５２とは接続部１５３により接続されており、圧縮機１５１の図示しないコンプレッサインペラとタービンインペラとが図示しない回転軸により一体に回転する。これにより、圧縮機１５１では、コンプレッサインペラが回転して、吸気管１１０に送り込まれた外気を圧縮して内燃機関１０に送り出す。
【００２８】
電動圧縮機１６０は、図示しないモータによって駆動する圧縮機であり、第２吸気部位１１２に設けられている。電動圧縮機１６０は、吸気管１１０に送り込まれた外気を圧縮して内燃機関１０に送り出すように構成されている。
【００２９】
図２に示すように、電動圧縮機１６０は、内燃機関１０の回転数が低い領域（例えば、破線Ｅで囲まれた領域）のときに、制御部２００の制御の下、駆動される。これにより、内燃機関１０の回転数が低い領域において、内燃機関１０のトルクを早急に上昇させることが可能となる（実線Ｔ参照）。
【００３０】
過給機１５０のみを有する構成では、車両Ｖの発進時や加速時等、短時間で内燃機関１０から所望のトルクを出力させたいような場合、内燃機関１０の回転数が低い状態であると、排気ガスの量が少ないため、過給機１５０が十分な仕事をすることができない。その結果、十分な空気を内燃機関１０に供給することができず、所望のトルクを出力させにくい。
【００３１】
しかし、電動圧縮機１６０を用いることにより、排気ガスの量に関係なく、吸気管１１０内の外気を圧縮して吸気圧を高めることが可能となる。そのため、短時間で空気を内燃機関１０に供給し、ひいては内燃機関１０から、短時間で所望のトルクを出力させることが可能となる。
【００３２】
なお、破線Ｅの領域以外では、電動圧縮機１６０ではなく、過給機１５０による、過給に切り替えるように制御される。
【００３３】
図１に示すように、迂回経路部１７０は、内燃機関１０を迂回して吸気管１１０内の空気を排気管１２０側に流すように構成される経路である。空気は、電動圧縮機１６０または圧縮機１５１によって、圧縮された後の外気である。
【００３４】
具体的には、迂回経路部１７０は、第３吸気部位１１３の冷却部１３０よりも吸気方向の上流側の部位１１３Ｂと、排気管１２０における、タービン１５２よりも排気方向の下流側の部位１２３とを接続する。つまり、迂回経路部１７０は、再循環経路部１４０と吸気管１１０との接続部分よりも、急行方向の上流側の部分から排気管１２０側に空気を流すように構成されている。迂回経路部１７０には、迂回バルブ１７１が設けられている。
【００３５】
制御部２００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および入出力回路を備えている。制御部２００は、吸気圧および排気圧に応じて迂回バルブ１７１を制御することにより、排気ガスが吸気管１１０に再循環するように、迂回経路部１７０における空気の流れを制御する。
【００３６】
具体的には、制御部２００は、第１圧力センサ１１６から吸気圧を取得し、第２圧力センサ１２１から排気圧を取得する。制御部２００は、吸気圧が排気圧より高い場合、迂回経路部１７０に空気を流すように、迂回バルブ１７１を開放状態とする。
【００３７】
吸気圧が排気圧よりも高い場合、再循環経路部１４０において、排気管１２０側から吸気管１１０側に排気ガスが流れなくなるので、再循環経路部１４０が機能しなくなる。このような事象は、例えば、内燃機関１０の回転数が低い状態のときに電動圧縮機１６０を駆動させた場合に発生し得る。
【００３８】
図３に示すように、過給機１５０のみによって、内燃機関１０に空気を送り込む場合、排気ガスがタービン１５２を通過することにより、圧縮機１５１が動作するため、吸気開始時（時刻Ｔ１）から排気圧（実線Ｌ１）の上昇に遅れて吸気圧（破線Ｌ２）が上昇する。そのため、吸気圧が排気圧よりも高くなる事象が発生しにくい。
【００３９】
しかし、電動圧縮機１６０によって、内燃機関１０に空気を送り込む場合、吸気開始時（時刻Ｔ１）において、電動圧縮機１６０に起因して吸気圧（破線Ｌ３）がまず上昇し、吸気圧の上昇に遅れて排気圧（実線Ｌ４）が上昇する。
【００４０】
そのため、電動圧縮機１６０を用いることにより、時刻Ｔ１から、排気圧が吸気圧に到達する時刻Ｔ２までの間、吸気圧が排気圧よりも高くなる期間が発生する。この期間は、再循環経路部１４０が機能しなくなってしまう。
【００４１】
それに対して、本実施の形態では、吸気圧が排気圧より高い場合、迂回経路部１７０により、吸気管１１０側の空気が排気管１２０側に流される。これにより、排気圧の上昇を促進させることができるので、排気圧が吸気圧以上に達するまでの期間を短くすることができる。その結果、電動圧縮機１６０を有する構成において、吸気管１１０に排気ガスが再循環しなくなることを抑制することができる。
【００４２】
また、制御部２００は、吸気圧が排気圧以下である場合、迂回経路部１７０に空気を流さないように、迂回バルブ１７１を閉塞状態とする。吸気圧が排気圧以下である場合、再循環経路部１４０が機能するため、内燃機関１０に吸気される空気が迂回経路部１７０を介して排気管１２０に無駄に流されることを抑制することができる。
【００４３】
次に、吸排気装置１００における吸気制御の動作例について説明する。図４は、吸排気装置１００における吸気制御の動作例を示すフローチャートである。図４における処理は、例えば、車両Ｖの動作時に適宜実行される。
【００４４】
図４に示すように、制御部２００は、排気ガスの再循環実施条件に合致するか否かについて判定する（ステップＳ１０１）。判定の結果、再循環実施条件に合致しない場合（ステップＳ１０１、ＮＯ）、処理はステップＳ１０４に遷移する。一方、再循環実施条件に合致する場合（ステップＳ１０１、ＹＥＳ）、制御部２００は、吸気圧が排気圧より高いか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。判定の結果、吸気圧が排気圧より高い場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、制御部２００は、迂回バルブ１７１を開放状態にして、迂回経路部１７０を開放するように制御する（ステップＳ１０３）。
【００４５】
一方、吸気圧が排気圧以下である場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、制御部２００は、迂回バルブ１７１を閉塞状態にして、迂回経路部１７０を閉塞するように制御する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０３またはステップＳ１０４の後、本制御は終了する。
【００４６】
以上のように構成された本実施の形態によれば、迂回経路部１７０を用いて空気を排気管１２０側に流すことができるので、電動圧縮機１６０を有する構成において、吸気管１１０に排気ガスが再循環しなくなることを抑制することができる。
【００４７】
また、吸気圧が排気圧以下である場合、迂回経路部１７０に空気を流さないように制御されるので、内燃機関１０に吸気される空気が迂回経路部１７０を介して排気管１２０に無駄に流されることを抑制することができる。
【００４８】
なお、上記実施の形態では、迂回経路部１７０が、排気管１２０におけるタービン１５２の下流側の部位１２３に接続されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、迂回経路部１７０が、排気管１２０におけるタービン１５２の上流側の部位１２２に接続されていても良い。
【００４９】
このようにすることで、図１の構成と比較して、迂回経路部１７０の排気管１２０への接続部分が、再循環経路部１４０に近くなる。そのため、再循環経路部１４０における排気圧を図１の構成よりも早く上昇させることができるので、再循環経路部１４０の再循環動作の応答性を向上させることができる。
【００５０】
また、排気管１２０におけるタービン１５２よりも上流側の部位１２２は、下流側の部位１２３よりも排気圧が高い。図１の構成であると、迂回経路部１７０がタービン１５２よりも下流側の部位１２３に接続されるので、下流側の部位１２３の排気圧上昇に伴って、タービン１５２の上流側の部位１２２の排気圧をさらに上昇させることができる。つまり、図１の構成では、図２の構成と比較して、排気圧を高めやすくすることができるので、再循環経路部１４０の再循環動作の機能を向上させることができる。
【００５１】
また、上記実施の形態では、第１圧力センサ１１６および第２圧力センサ１２１の検出結果に基づいて、吸気圧および排気圧を検出していたが、本開示はこれに限定されず、吸気圧および排気圧を検出可能であれば、どのような検出方法を用いても良い。例えば、様々な環境条件に応じた圧力のデータを、実験等により予め取得して記憶部等に記憶させておき、所定の環境条件になったとき、当該環境条件に応じたデータを記憶部等から制御部２００が読み出して、制御に用いるようにしても良い。
【００５２】
また、上記実施の形態では、電動圧縮機１６０が過給機１５０とは別に設けられていたが、本開示はこれに限定されず、過給機１５０における圧縮機１５１が電動圧縮機であっても良い。この場合、圧縮機１５１を、モータによって駆動しても良いし、モータによって駆動する回転軸によって圧縮機１５１を駆動するようにしても良い。また、圧縮機１５１を電動圧縮機とする場合、図１等における電動圧縮機１６０を設けなくても良い。
【００５３】
また、上記実施の形態では、再循環経路部１４０がタービン１５２の上流側の部位１２２と、圧縮機１５１の下流側の部位である第３吸気部位１１３とを接続していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、タービン１５２の下流側の部位１２３と、圧縮機１５１の上流側の部位である第１吸気部位１１１とを接続していても良い。
【００５４】
また、上記実施の形態における吸排気装置１００は、ディーゼルエンジンを搭載した車両Ｖに搭載されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガソリンエンジンを搭載した車両に搭載されていても良い。
【００５５】
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本開示の吸排気装置は、電動圧縮機を有する構成において、吸気管に排気ガスが再循環しなくなることを抑制することが可能な吸排気装置、内燃機関および車両として有用である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  内燃機関
１００  吸排気装置
１１０  吸気管
１１１  第１吸気部位
１１２  第２吸気部位
１１３  第３吸気部位
１１４  第４吸気部位
１１５  第１吸気バルブ
１１６  第１圧力センサ
１１７  第２吸気バルブ
１２０  排気管
１２１  第２圧力センサ
１３０  冷却部
１４０  再循環経路部
１４１  再循環バルブ
１５０  過給機
１５１  圧縮機
１５２  タービン
１５３  接続部
１６０  電動圧縮機
１７０  迂回経路部
１７１  迂回バルブ
２００  制御部
Ｖ  車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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