特開 2024-90922 エンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024090922

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/16 20060101AFI20240627BHJP

   F02D 9/04 20060101ALI20240627BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

F02B37/16 B

F02D9/04 D

F02D23/00 P

F02D23/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022207114

(22)【出願日】2022-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】521537852

【氏名又は名称】ダイムラー トラック エージー

(74)【代理人】

【識別番号】100176946

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 智恵

(74)【代理人】

【識別番号】110003649

【氏名又は名称】弁理士法人真田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安藤 勇策

【テーマコード（参考）】

3G005

3G065

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G005EA04

3G005EA16

3G005FA11

3G005FA21

3G005GA02

3G005GB18

3G005GD03

3G005HA19

3G005JA06

3G065AA03

3G065AA10

3G065CA24

3G065CA31

3G065EA05

3G065GA41

3G092AA18

3G092DB03

3G092DC01

3G092DC04

3G092DC13

3G092DF06

3G092FA01

3G092FA13

3G092FA14

3G092FA15

3G092GB08

3G092HA06Z

3G092HD09Z

(57)【要約】

【課題】ターボチャージャのサージグ現象の発生を抑制する。
【解決手段】エンジン１１の排気側に設けられたタービン２１と、エンジン１１の吸気側に設けられたコンプレッサ２２とを有するターボチャージャ２０と、タービンよりも排気下流側で排気管１１Ｂ内に配設された第一バルブ３１を有するエキゾーストブレーキ３０と、コンプレッサ２２からエンジン１１へ空気を供給するための吸気通路１１Ａ内に配設された第二バルブ４０と、エンジン１１の吸気側に設けられコンプレッサ２２を迂回するバイパス通路とバイパス通路内に配設された第三バルブとを有するバイパス部５０とを備え、制御装置６０は、第一バルブ３１及び第二バルブ４０を閉じる際に、第三バルブを開く。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両の動力源をなすエンジンの排気側に設けられ前記エンジンの排気を受けて回転するタービンと、前記エンジンの吸気側に設けられ前記タービンの回転に応じて前記エンジンへ供給する空気を取り込むとともに圧縮するコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも排気下流側において前記エンジンの排気を排出するための排気管内に配設された第一バルブを有するエキゾーストブレーキと、
前記コンプレッサから前記エンジンへ空気を供給するための吸気通路内に配設された第二バルブと、
前記エンジンの前記吸気側に設けられ前記コンプレッサを迂回するバイパス通路と前記バイパス通路内に配設された第三バルブとを有するバイパス部と、
前記第一バルブ及び前記第二バルブを閉じる際に、前記第三バルブを開く制御装置と、を備えた
ことを特徴とするエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本件は、車両に搭載されたエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジン車両において、エンジンの排気側に設けられたタービンと吸気側に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャや、タービンよりも排気下流の排気パイプ内に配設されたバルブを有するエキゾーストブレーキ(排気ブレーキ)を備えたエンジンシステムが知られる（例えば特許文献１）。ターボチャージャは、エンジンの排気を利用してタービンを回転させて、タービンと繋がるコンプレッサを回転させることにより、エンジンに圧縮空気を送り込むものである。また、エキゾーストブレーキは、排気パイプ内のバルブを閉じることにより、エンジンに負荷を与え、ブレーキ力を発生させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７-１９８１０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このようなターボチャージャ及びエキゾーストブレーキを備えたエンジンシステムを搭載した車両では、エキゾーストブレーキ作動時に排圧が高くなることで、ターボチャージャが空気を送り込めずにサージング現象が発生する場合がある。具体的には、アクセルペダルを踏んでいない状況で、排気パイプ内のバルブを閉じると同時に、コンプレッサからエンジンへ空気を供給する吸気パイプ内のバルブを閉じたとき、コンプレッサの圧力比（吐出側圧力／吸入側圧力）が或る一定値以上に上昇すると、サージング現象が発生するおそれがある。このサージング現象が発生すると、異音や白煙が発生したりや、オイル消費量の増加、エンジン出力の低下、ひいてはターボ焼付きを招いたりするおそれがある。

【0005】

したがって、特許文献１に記載の従来のエンジンシステムでは、ターボチャージャのサージング現象を抑制するうえで改善の余地があった。
本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、ターボチャージャ及びエキゾーストブレーキを含むエンジンシステムにおいて、ターボチャージャのサージング現象の発生を抑制することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本件は上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現できる。

【0007】

本適用例に係るエンジンシステムは、車両の動力源をなすエンジンの排気側に設けられ前記エンジンの排気を受けて回転するタービンと、前記エンジンの吸気側に設けられ前記タービンの回転に応じて前記エンジンへ供給する空気を取り込むとともに圧縮するコンプレッサとを有するターボチャージャと、前記タービンよりも排気下流側において前記エンジンの排気を排出するための排気管内に配設された第一バルブを有するエキゾーストブレーキと、前記コンプレッサから前記エンジンへ空気を供給するための吸気通路内に配設された第二バルブと、前記エンジンの前記吸気側に設けられ前記コンプレッサを迂回するバイパス通路と前記バイパス通路内に配設された第三バルブとを有するバイパス部と、前記第一バルブ及び前記第二バルブを閉じる際に、前記第三バルブを開く制御装置と、を備えている。

【0008】

これによれば、エンジンの前記吸気側においてコンプレッサを迂回するバイパス通路が設けられており、第一バルブ及び第二バルブを閉じる際にバイパス通路内に配設された第三バルブが開く。そのため、第一バルブ及び第二バルブが閉じた状態であっても、バイパス通路が連通することで、コンプレッサの圧力比が上昇しにくくなる。よって、ターボチャージャのサージング現象の発生を抑制することできる。なお、コンプレッサの圧力比は、コンプレッサの吸入側圧力に対する吐出側圧力の比率（吐出側圧力／吸入側圧力）である。

【発明の効果】

【0009】

本件によれば、ターボチャージャ及びエキゾーストブレーキを含むエンジンシステムにおいて、ターボチャージャのサージング現象の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本適用例に係るエンジンシステムの構成例の説明図である。

【図2】図１のエンジンシステムにおける要部を拡大して示す一部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面を参照して、本件の実施形態について説明する。以下の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、この実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。下記の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせられる。

【0012】

［１．構成］
図１は、本適用例に係るエンジンシステムの構成例の説明図である。図２は図１のエンジンシステムにおける要部を拡大して示す一部断面図である。なお、図１及び図２において白抜き矢印は、空気（排気）の流れる方向を示している。
図１のエンジンシステム１０は、図示しない車両の動力源をなすエンジン１１の吸気と排気とを制御するためのシステムである。このエンジンシステム１０には、ターボチャージャ２０と、エキゾーストブレーキバルブ３１（第一バルブ、「ＥＢバルブ」とも称する）を有するエキゾーストブレーキ３０と、インテークエアバルブ（第二バルブ，「ＩＴＶ」とも称する）４０と、バイパス部５０と、制御装置６０とが含まれている。
本適用例では、エンジン１１としてディーゼルエンジンを搭載した車両を例に挙げるが、エンジン１１はディーゼルエンジンに限らずガソリンエンジンであってもよい。

【0013】

ターボチャージャ２０は、エンジン１１の排気を利用してエンジン１１を過給する過給機であり、エンジン１１の排気側に設けられたタービン２１とエンジン１１の吸気側に設けられたコンプレッサ２２とを有する。
タービン２１は、エンジン１１から排気を排出するための排気パイプ（排気通路）１１Ｂ上に設けられており、エンジンの排気を受けて回転するインペラ（羽根車）として構成されている。コンプレッサ２２は、エンジン１１に空気を供給するための吸気パイプ（吸気通路）１１Ａ上に設けられ、エンジン１１から排出された排気を受けて回転するインペラとして構成されている。

【0014】

詳しくは、図２に示すように、タービン２１とコンプレッサ２２とは、ターボチャージャ２０のハウジング２３内に収容されており、軸２４により同軸上に連結されている。エンジン１１から排出された排気がタービン２１を通過するとき、排気を受けてタービン２１が回転する。タービン２１の回転によりコンプレッサ２２が回転して、外部から空気を吸入する（取り込む）とともに取り込んだ空気を圧縮して吐出する。

【0015】

このターボチャージャ２０において、エンジン１１の吸気側（コンプレッサ２２側）には、バイパス部５０が付設されている。
バイパス部５０は、ターボチャージャ２０のサージング現象の発生を防止するために設けられたものであり、コンプレッサ２２を迂回するためのバイパス通路５１と、バイパス通路５１内に配設された開閉バルブ（第三バルブ）５２とを有する。
図２に示すように、バイパス通路５１は、コンプレッサ２２の吸入側２２Ａとコンプレッサ２２の吐出側２２Ｂとを接続する空気の経路である。バイパス通路５１により、コンプレッサ２２の吸入側２２Ａとコンプレッサ２２の吐出側２２Ｂとが、コンプレッサ２２を迂回して連通される。

【0016】

図２の例では、バイパス通路５１の入口がコンプレッサ２２の直前に配置され、バイパス通路５１の出口がコンプレッサ２２の直後に配置された場合を例に挙げている。
コンプレッサ２２の直後はコンプレッサ２２で最も圧力が高くなる位置であるため、コンプレッサ２２の圧力比の上昇を抑制する観点から、図２に示すように、バイパス通路５１の出口をコンプレッサ２２の直後に配置することが好ましい。なお、コンプレッサ２２の圧力比とは、コンプレッサ２２の吸入側圧力に対する吐出側圧力の比率（吐出側圧力／吸入側圧力）である。

【0017】

開閉バルブ５２はバイパス通路５１を開閉するための開閉弁である。開閉バルブ５２は、バイパス通路５１における空気の流れを遮断する閉状態と遮断しない開状態との二つの状態で切り替えられる。開閉バルブ５２は、通常は閉状態に設定されており、後述の自動再生制御の際に開状態に切り替えられる。開閉バルブ５２としては、特に限定されないがバタフライバルブを例に挙げることができる。

【0018】

図１に示すように、ターボチャージャ２０（コンプレッサ２２）の吐出側とエンジン１１との間を接続する吸気パイプ（吸気通路）１１Ａには、インタークーラ１１Ｃと、ＩＴＶ４０とが配設されている。インタークーラ１１Ｃは、コンプレッサ２２から吐出された圧縮空気を冷却する冷却装置である。
吸気パイプ１１Ａ内には、インタークーラ１１Ｃよりも吸気下流側にＩＴＶ４０が設けられている。ＩＴＶ４０は、開度調整可能な開閉弁であり、ＩＴＶ４０の開度に応じて吸気パイプ１１Ａを流れる空気の流量が調整される。ＩＴＶ４０としては、特に限定されないがバタフライバルブを例に挙げることができる。

【0019】

図１に示すように、吸気パイプ１１Ａでコンプレッサ２２とは反対側の端部にエンジン１１が接続されている。コンプレッサ２２から吐出された圧縮空気は、吸気パイプ１１Ａを通ってエンジン１１へ供給される。
エンジン１１から排出された排気は、ターボチャージャ２０（タービン２１）及び排気パイプ１１Ｂを通って外部へ排出される。タービン２１に対して排気下流側の排気パイプ１１Ｂには、エキゾーストブレーキ３０と、後処理装置３２とが配設されている。

【0020】

エキゾーストブレーキ３０は、排気パイプ１１Ｂ内に配設されたＥＢバルブ３１を閉じることにより排気パイプ１１Ｂ内の圧力を高めてエンジンに負荷を与え、ブレーキ力を発生させるブレーキ（排気ブレーキ）である。
ＥＢバルブ３１は、開度調整可能に設けられた開閉弁であり、ＥＢバルブ３１の開度に応じて排気パイプ１１Ｂを流れる排気の流量を調整する。ＥＢバルブ３１としては、特に限定されないがバタフライバルブを例に挙げることができる。

【0021】

後処理装置３２は、排気パイプ１１Ｂを通じて送給された排気中の有害物質を浄化するために設けられている。後処理装置３２には、浄化するための要素として、排気中の粒子状物質（パティキュレートマター）を捕集するためディーゼル・パティキュレート・フィルター（ＤＰＦ）や、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するためのＳＣＲ触媒が設けられている。後処理装置３２では、ＤＰＦに捕集されたパティキュレートを燃焼し除去するために周知の自動再生制御が実施される。また、後処理装置３２には各種センサとして、複数の温度センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃや圧力センサ３４が付設されている。各種センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ及び３４で検出された情報（検出信号）は、制御装置６０に入力される。なお、図１において、後処理装置３２は一部を省略して描かれている。

【0022】

制御装置６０は、例えばマイクロプロセッサやＲＯＭ、ＲＡＭ等を集積したＬＳＩデバイスや組み込み電子デバイスとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）である。制御装置６０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ装置に記憶されたソフトウェアプログラムを実行することにより、後述するバルブ開閉制御を実施する。なお、制御装置６０は、車両が備える各種装置を統括制御するための電子制御装置（ＶＣＵ）の一部として構成されてもよいし、ＶＣＵとは別の電子制御装置により構成されてもよい。

【0023】

［２．制御］
制御装置６０は、ＤＰＦに或る程度の量のパティキュレートが捕集されたときに自動再生制御を実施するために、各種バルブ３１,４０及び５２に対するバルブ開閉制御を実施する。これにより、後述するようにターボチャージャのサージング現象を抑制しつつＤＰＦのパティキュレートを浄化している。
制御装置６０の入力側には、図示しないアクセル装置（ＡＣＣ）や、後処理装置３２の各種センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ及び３４が接続され、アクセルペダルの操作状態（アクセルペダルが踏まれているか否か）や各種センサ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ及び３４の検出信号が供給される。また、制御装置６０の出力側には、ＥＢバルブ３１，ＩＴＶ４０及び開閉バルブ５２が接続され、各バルブ３１，４０及び５２に対して開閉を制御する制御信号が出力される。

【0024】

上記の自動再生制御を実施するとき、制御装置６０は、ＥＢバルブ３１，ＩＴＶ４０のそれぞれに対して閉制御信号を出力する。ＥＢバルブ３１，ＩＴＶ４０に対する閉制御信号は、ＥＢバルブ３１，ＩＴＶ４０のそれぞれを或る所定開度に開度を小さくする（閉じる）ように制御する信号である。
ＥＢバルブ３１及びＩＴＶ４０の開度を小さくして、排気パイプ１１Ｂの排気流量を低下させるほど、排気パイプ１１Ｂ内の圧力が高くなる。これにより、周知のとおり、排気温度を上昇させてＤＰＦ内温度を昇温させ、ＤＰＦに捕集されたパティキュレートを燃焼させている。なお、ＥＢバルブ３１，ＩＴＶ４０の開度は、排気温度を上昇させうる所定の開度として予め設定されている。

【0025】

上記の自動再生制御を実施するとき、アクセルペダルが踏まれていない場合には、制御装置６０は、ＥＢバルブ３１，ＩＴＶ４０のそれぞれに対して閉制御信号を出力するとともに、開閉バルブ５２に対して閉状態から開状態へ切り替える制御信号（開制御信号）を出力する。開閉バルブ５２に対する開制御信号は、開閉バルブ５２を開き、バイパス通路５１において空気を遮断しないように制御する信号（全開制御信号）である。
言い換えれば、制御装置６０は、アクセルペダルが踏まれておらず、かつ、ＥＢバルブ３１及びＩＴＶ４０が或る開度まで閉じられていることを条件として、開閉バルブ５２を閉状態から開状態へ切り替える。

【0026】

上記の開閉バルブ５２を閉じる制御を実施する条件とは、ターボチャージャ２０（コンプレッサ２２）のサージング現象が発生しやすい条件として設定されたものである。
すなわち、アクセルペダルが踏まれていない状況でＥＢバルブ３１が閉じると、タービン２１の回転数が急激に低下して吸気流量が低下する。同時に、ＩＴＶ４０が閉じることでコンプレッサ２２の吐出側で圧力が上昇する。このとき、コンプレッサ２２は回転して空気を吸入するが、吸入された空気が吐出側から吐出されにくいため、コンプレッサ２２の吐出側の圧力が上昇する。その結果、コンプレッサ２２の圧力比が上昇しやすくなる。そして、コンプレッサ２２の圧力比が或る一定値以上になったとき、コンプレッサ２２が空転状態になりサージング現象が発生する場合がある。

【0027】

上記のサージング現象は、周知のように、吸気流量が少ないほど小さなコンプレッサ２２の圧力比で発生しやすい傾向がある。言い換えれば、吸気流量が十分に多ければ、コンプレッサ２２の圧力比が或る程度高くなってもサージング現象は発生しにくい傾向がある。ここで、アクセルペダルが踏まれていない状況は、アクセルペダルが踏まれている状況に比べて、吸気流量が少ない。
そのため、本実施形態では、アクセルペダルが踏まれておらず、かつ、ＥＢバルブ３１及びＩＴＶ４０が或る開度まで閉じられていることが、開閉バルブ５２を閉状態から開状態へ切り替える条件として設定されている。

【0028】

上記の条件において、開閉バルブ５２を開状態に切り替えてバイパス通路５１を開くことで、コンプレッサ２２の吸入側２２Ａとコンプレッサ２２の吐出側２２Ｂとが開閉バルブ５２を介して連通される。そのため、コンプレッサ２２の吸入側２２Ａとコンプレッサ２２の吐出側２２Ｂとの圧力差がなくなる。よって、コンプレッサ２２の圧力比の上昇が抑制されるとともに、コンプレッサ２２の回転も抑制される。その結果、サージング現象の発生が抑制される。

【0029】

［３．作用効果］
以上説明した本実施形態は以下のような作用効果を奏する。
本適用例に係るエンジンシステム１０では、エンジン１１の吸気側においてコンプレッサ２２を迂回するバイパス通路５１が設けられており、アクセルペダルが踏まれておらず、かつ、ＥＢバルブ３１及びＩＴＶ４０が閉じられたときに、バイパス通路５１内に配設された開閉バルブ５２が開かれる。アクセルペダルが踏まれておらず、かつ、ＥＢバルブ３１及びＩＴＶ４０が閉じられた状態であっても、バイパス通路５１が連通するため、コンプレッサ２２の圧力比が上昇しにくくなる。よって、ターボチャージャ２２及びエキゾーストブレーキ３０を含むエンジンシステム１０において、ターボチャージャ２０のサージング現象の発生を抑制することできる。
［３．その他］

【0030】

上述した適用例では、開閉バルブ５２を閉状態から開状態へ切り替える条件が、アクセルペダルが踏まれておらず、かつ、ＥＢバルブ３１及びＩＴＶ４０が閉状態である場合を例に挙げた。開閉バルブ５２を開状態へ切り替える条件は、これに限らず、例えばアクセルペダルの操作状態に関わらず、ＥＢバルブ３１及びＩＴＶ４０が閉状態であることであってもよい。また、ＥＢバルブ３１のみが閉状態であることを条件としてもよい。
本適用例のエンジンシステム１０を搭載した車両種類としては、例えばディーゼルエンジンを搭載した商用車両（トラック）を例に挙げることができるが、車両の種類はトラックに限らず、バスや、普通自動車などエンジン（ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン）を搭載した車両であれば、特に限定されない。

【符号の説明】

【0031】

１０ エンジンシステム
１１ エンジン
１１Ａ 吸気パイプ（吸気通路）
１１Ｂ 排気パイプ（排気通路）
１１Ｃ インタークーラ
２０ ターボチャージャ
２１ タービン
２２ コンプレッサ
２２Ａ 吸入側
２２Ｂ 吐出側
２３ ハウジング
２４ 軸
３０ エキゾーストブレーキ
３１ エキゾーストブレーキバルブ（第一バルブ）
３２ 後処理装置
３３Ａ～３３Ｃ 温度センサ
３４ 圧力センサ
４０ インテークエアバルブ（第二バルブ）
５０ バイパス部
５１ バイパス通路
５２ 開閉バルブ（第三バルブ）
６０ 制御装置

【図1】

【図2】