[发明专利]涡轮增压系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压系统，将高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器串联地连接。

背景技术

近年来，为了车辆的燃料消耗率提高及CO₂排出量的降低，如下技术的开发盛行：减小发动机的排量(发动机尺寸减小(engine downsizing))，或者增大车辆的传动比(高速档化)、并通过涡轮增压器等增压器来确保动力性能。

作为此时使用的涡轮增压系统，提出有使用容量不同的两个涡轮增压器、并切换在运转区域中使用的涡轮增压器的两级涡轮。两级涡轮存在将两个涡轮增压器并联地连接的并联两级涡轮和将两个涡轮增压器串联地连接的串联两级涡轮(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-270475号公报

专利文献2：日本特开2006-177171号公报

专利文献3：日本特开2010-209735号公报

非专利文献

非专利文献1：茨木诚一及其他四名，“电动辅助涡轮增压器‘混合动力涡轮’的开发”，三菱重工技报，Vol.43，No.3，2006年，p.36-40

发明内容

发明要解决的课题

然而，已知使从发动机排出的废气的一部分向进气侧回流而降低NOx的EGR(Exhaust Gas Recirculation：废气再循环)控制。

在EGR控制中，设置将发动机的进气歧管(或进气通路)与排气歧管(或排气通路)进行连接的EGR管，通过调整设置在该EGR管上的EGR阀的开度，来控制向进气侧回流的废气量即EGR量(或者EGR率)。

在EGR控制中，通过使废气的一部分向进气侧回流而降低向发动机进气的气体的氧浓度，并降低燃烧最高温度和暴露于燃烧最高温度的时间，由此抑制NOx的产生。但是，在仅降低氧浓度时，发动机中的燃烧所需要的氧的绝对量会变得不足，因此需要进行如下那样的控制：将增压压力维持得较高而增多吸入空气流量，确保向发动机供给的氧的绝对量，并且增多EGR量而降低氧浓度。

但是，在排气能量较小的低负荷区域、由于涡轮叶轮的惯性而涡轮转速不会立即上升的瞬态运转时，存在即使是上述那种串联两级涡轮也不能够得到充分的增压压力的问题。当在这种情况下增多EGR量时，向涡轮增压器供给的废气的流量进一步减少，涡轮增压器的响应(即增压压力的上升)进一步延迟，而发动机的动力性能会产生问题。

因此，为了确保动力性能，在低负荷区域、瞬态运转时不能够增大EGR量，结果，从发动机排出的NOx量变多。由于不能够将从发动机排出的大量NOx直接排放到大气中，因此一直以来一般使用NOx催化剂来净化NOx。

但是，NOx催化剂非常高价，因此希望简化或废除NOx催化剂。如果在任何运转状态下都能够确保充分的EGR量，则从发动机排出的NOx量变得非常少，能够简化或废除NOx催化剂。

因此，本发明的目的在于提供一种涡轮增压系统，解决上述课题，在任何运转状态下都能够确保充分的EGR量，能够降低发动机的NOx排出量。

用于解决课题的手段

本发明是为了实现上述目的而进行的，本发明为一种涡轮增压系统，是发动机的涡轮增压系统，该发动机具备：EGR控制单元，使从发动机排出的废气的一部分向进气侧回流；以及涡轮增压器，具有配置在排气通路中而通过排气来驱动的涡轮机和配置在进气通路中而通过上述涡轮机的转矩来驱动的压缩机，在该涡轮增压系统中，上述涡轮增压器由具备对上述压缩机的驱动力进行辅助的电动马达的电动辅助涡轮增压器构成，上述EGR控制单元为，与发动机的燃烧所需要的氧量无关地控制向进气侧回流的废气量，以便抑制NOx的产生，该涡轮增压系统具备电动马达控制部，在通过上述EGR控制单元的控制而发动机的燃烧所需要的氧量不足时，该电动马达控制部驱动上述电动马达。

也可以为，上述涡轮增压器为高压级涡轮增压器，该高压级涡轮增压器具有配置在上述排气通路中而通过排气来驱动的高压级涡轮机和配置在上述进气通路中而通过上述高压级涡轮机的转矩来驱动的高压级压缩机，该涡轮增压系统进一步具备低压级涡轮增压器，该低压级涡轮增压器具有配置在比上述高压级涡轮机靠下游侧的上述排气通路中而通过排气来驱动的低压级涡轮机、和配置在比上述高压级压缩机靠上游侧的上述进气通路中而通过上述低压级涡轮机的转矩来驱动的低压级压缩机。