內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)，尤其涉及具備燃料電池和多級(jí)式渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]提出有在內(nèi)燃機(jī)組合燃料電池的方案。例如專利文獻(xiàn)I公開了具備燃料電池和具有增壓器的內(nèi)燃機(jī)的混合動(dòng)力系統(tǒng)。其中，在內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷增大時(shí)，將來自燃料電池的陽(yáng)極氣體供給到增壓器的渦輪殼體，由此來抑制增壓器的增壓延遲。
[0003]另外，公知有具備多級(jí)式渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)。尤其是作為多級(jí)式渦輪增壓系統(tǒng)，公知有將低壓級(jí)渦輪增壓器和高壓級(jí)渦輪增壓器這兩個(gè)渦輪增壓器串聯(lián)連接而成的連續(xù)式二級(jí)渦輪系統(tǒng)。
[0004]在具備這樣的多級(jí)式渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)組合燃料電池的情況下，希望確保從最佳部位向燃料電池供給空氣，并將從燃料電池排出的排氣供給到最佳部位。
[0005]前者的情況下，可考慮另外設(shè)置馬達(dá)壓縮機(jī)等空氣源，從該空氣源向燃料電池供給空氣。但是，若另外設(shè)置這樣的空氣源，會(huì)導(dǎo)致裝置的復(fù)雜化和/或成本增大，不優(yōu)選。
[0006]后者的情況下，專利文獻(xiàn)I僅公開了具有一個(gè)渦輪增壓器的系統(tǒng)。因此，即使參照專利文獻(xiàn)I，也無(wú)法特定來自燃料電池的排氣的最佳供給目的地。
[0007]因此，本發(fā)明是鑒于上述情況而做出的，其目的之一在于在具備燃料電池和多級(jí)式渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中，至少達(dá)成確保從最佳部位向燃料電池供給空氣、以及將從燃料電池排出的排氣供給到最佳部位這兩者的至少一方。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)1:日本特開2007 - 016641號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方案，提供一種內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)具備:燃料電池、具有低壓級(jí)渦輪及低壓級(jí)壓縮機(jī)的低壓級(jí)渦輪增壓器、以及具有高壓級(jí)渦輪及高壓級(jí)壓縮機(jī)的高壓級(jí)渦輪增壓器，
[0012]所述內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成為:從所述低壓級(jí)壓縮機(jī)的下游側(cè)抽取向所述燃料電池供給的空氣，將從所述燃料電池排出的排氣供給到所述高壓級(jí)渦輪的下游側(cè)且所述低壓級(jí)渦輪的上游側(cè)。
[0013]在此，“壓縮機(jī)的下游側(cè)”是指在進(jìn)氣流動(dòng)方向上收納于壓縮機(jī)的壓縮機(jī)殼體內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪的下游側(cè)，包括壓縮機(jī)殼體內(nèi)的壓縮機(jī)葉輪下游側(cè)的部分。關(guān)于“壓縮機(jī)的上游偵Γ也是同樣。另外，同樣，“渦輪的下游側(cè)”是指在排氣流動(dòng)方向上收納于渦輪的渦輪殼體內(nèi)的渦輪葉輪的下游側(cè)，包括渦輪殼體內(nèi)的渦輪葉輪下游側(cè)的部分。關(guān)于“渦輪的上游側(cè)”也是同樣。
[0014]優(yōu)選是，所述內(nèi)燃機(jī)構(gòu)成為:從所述低壓級(jí)壓縮機(jī)的下游側(cè)且所述高壓級(jí)壓縮機(jī)的上游側(cè)抽取向所述燃料電池供給的空氣。
[0015]優(yōu)選是，所述內(nèi)燃機(jī)具備:第一通路，其為了抽取向所述燃料電池供給的空氣，而從所述低壓級(jí)壓縮機(jī)的下游側(cè)的進(jìn)氣通路分支，連接于所述燃料電池；和第二通路，其為了供給從所述燃料電池排出的排氣，而從所述燃料電池延伸，與所述高壓級(jí)渦輪的下游側(cè)且所述低壓級(jí)渦輪的上游側(cè)的排氣通路合流。
[0016]優(yōu)選是，所述內(nèi)燃機(jī)具備:在所述第一通路設(shè)置的第一控制閥和在所述第二通路設(shè)置的第二控制閥。
[0017]優(yōu)選是，所述內(nèi)燃機(jī)具備發(fā)電控制單元，所述發(fā)電控制單元控制所述燃料電池的發(fā)電的執(zhí)行及停止。
[0018]優(yōu)選是，所述發(fā)電控制單元，在產(chǎn)生了對(duì)所述內(nèi)燃機(jī)的加速要求時(shí)，使所述燃料電池的發(fā)電停止。
[0019]優(yōu)選是，所述發(fā)電控制單元，在來自所述燃料電池的排氣的供給目的地的壓力為預(yù)定壓力以上時(shí)，使所述燃料電池的發(fā)電停止。
[0020]根據(jù)本發(fā)明可發(fā)揮如下優(yōu)異效果:在具備燃料電池和多級(jí)式渦輪增壓系統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)中，能夠達(dá)成確保從最佳的部位向燃料電池供給空氣、及將從燃料電池排出的排氣供給到最佳部位的至少一方。
【附圖說明】
[0021]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的概要圖。
[0022]圖2是表示比較例的結(jié)構(gòu)的概要圖。
[0023]圖3是表示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域的映射的圖。
[0024]圖4是表示各閥的工作狀態(tài)的表。
[0025]圖5是表示發(fā)電控制的內(nèi)容的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0027]如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī))I具備發(fā)動(dòng)機(jī)主體2、多個(gè)(2個(gè))渦輪增壓器即低壓級(jí)渦輪增壓器3L及高壓級(jí)渦輪增壓器3H、燃料電池4。發(fā)動(dòng)機(jī)I可以是火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)(汽油發(fā)動(dòng)機(jī))及壓縮著火式內(nèi)燃機(jī)(柴油發(fā)動(dòng)機(jī))的任意形式，本實(shí)施方式中為火花點(diǎn)火式內(nèi)燃機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)I搭載于未圖示的車輛(汽車)。
[0028]以下，也將低壓級(jí)渦輪增壓器稱為“LP渦輪”，將高壓級(jí)渦輪增壓器稱為“HP渦輪增壓器”。低壓級(jí)也記作“LP”，高壓級(jí)也記作“HP”，燃料電池也記作“FC”。
[0029]發(fā)動(dòng)機(jī)主體2包括汽缸體、汽缸蓋、曲軸箱、油盤、蓋罩、活塞、連桿、曲軸、凸輪軸、進(jìn)排氣閥等基本的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)成部件。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)主體2包括多個(gè)(四個(gè))汽缸，在各汽缸設(shè)有燃料噴射用噴射器41和火花塞42。
[0030]在發(fā)動(dòng)機(jī)主體2連接有進(jìn)氣通路5及排氣通路6，并以跨過該進(jìn)氣通路5及排氣通路6的方式串聯(lián)設(shè)置低壓級(jí)渦輪增壓器3L和高壓級(jí)渦輪增壓器3H。高壓級(jí)渦輪增壓器3H設(shè)于相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)主體2較近的一側(cè)，低壓級(jí)渦輪增壓器3L設(shè)于相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)主體2較遠(yuǎn)的一側(cè)。
[0031]低壓級(jí)渦輪增壓器3L及高壓級(jí)渦輪增壓器3H構(gòu)成多級(jí)式渦輪增壓系統(tǒng)，尤其是構(gòu)成連續(xù)式兩級(jí)渦輪系統(tǒng)。在排氣通路6中，在其上游側(cè)設(shè)有高壓級(jí)渦輪增壓器3H的高壓級(jí)渦輪3HT，在其下游側(cè)設(shè)有低壓級(jí)渦輪增壓器3L的低壓級(jí)渦輪3LT。另外，在進(jìn)氣通路5中，在其上游側(cè)設(shè)有低壓級(jí)渦輪增壓器3L的低壓級(jí)壓縮機(jī)3LC，在其下游側(cè)設(shè)有高壓級(jí)渦輪增壓器3H的高壓級(jí)壓縮機(jī)3LC。
[0032]以下，也將低壓級(jí)渦輪稱為“LP渦輪”，將高壓級(jí)渦輪稱為“HP渦輪”，將低壓級(jí)壓縮機(jī)稱為“LP壓縮機(jī)”，將高壓級(jí)壓縮機(jī)稱為“HP壓縮機(jī)”?！吧嫌蝹?cè)”及“下游側(cè)”是指圖中箭頭所示的進(jìn)氣或排氣的流動(dòng)方向上的上游側(cè)及下游側(cè)。
[0033]在進(jìn)氣通路5中，在低壓級(jí)壓縮機(jī)3LC的上游側(cè)設(shè)有用于檢測(cè)吸入空氣量的空氣流量計(jì)7，在高壓級(jí)壓縮機(jī)3HC的下游側(cè)串聯(lián)連接有中間冷卻器8和電子控制式節(jié)氣門9。在進(jìn)氣通路5的上游端設(shè)有未圖示的空氣濾清器。
[0034]在排氣通路6中，在低壓級(jí)渦輪3LT的下游側(cè)設(shè)有排氣凈化催化劑10。圖中僅示出一個(gè)排氣凈化催化劑10，但排氣凈化催化劑10可以設(shè)置多個(gè)。在本實(shí)施方式中，排氣凈化催化劑10由三元催化劑構(gòu)成。但排氣凈化催化劑10的種類可以是任意的。
[0035]另外，繞過低壓級(jí)渦輪3LT的LP渦輪旁通通路11與排氣通路6并聯(lián)設(shè)置。LP渦輪旁通通路11在高壓級(jí)渦輪3HT的下游側(cè)且低壓級(jí)渦輪3LT的上游側(cè)從排氣通路6分支，在低壓級(jí)渦輪3LT的下游側(cè)且排氣凈化催化劑10的上游側(cè)與排氣通路6合流。在LP渦輪旁通通路11設(shè)有泄氣閥12。
[0036]在排氣通路6上的高壓級(jí)渦輪3HT的入口部設(shè)有可變?nèi)~片或可變噴嘴(VN)13。并且，繞過高壓級(jí)渦輪3HT的HP渦輪旁通通路14與排氣通路6并聯(lián)設(shè)置。HP渦輪旁通通路14在可變噴嘴13的上游側(cè)的排氣歧管18的位置從排氣通路6分支，在高壓級(jí)渦輪3HT的下游側(cè)且LP渦輪旁通通路11的分支位置的上游側(cè)與排氣通路6合流。在HP渦輪旁通通路14設(shè)有HP渦輪旁通閥19。
[0037]繞過高壓級(jí)壓縮機(jī)3HC的HP壓縮機(jī)旁通通路20與進(jìn)氣通路5并聯(lián)設(shè)置。HP壓縮機(jī)旁通通路20在低壓級(jí)壓縮機(jī)3LC的下游側(cè)且高壓級(jí)壓縮機(jī)3HC的上游側(cè)從進(jìn)氣通路5分支，在高壓級(jí)壓縮機(jī)3HC的下游側(cè)且中間冷卻器8的上游側(cè)與進(jìn)氣通路5合流。在HP壓縮機(jī)旁通通路20設(shè)有HP壓縮機(jī)旁通閥21。
[0038]設(shè)有用于將來自發(fā)動(dòng)機(jī)主體2的排出氣體(也稱為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣)的一部分回流到進(jìn)氣側(cè)的EGR裝置44。EGR裝置44包括EGR通路45、EGR冷卻器46及EGR閥47。EGR通路45從構(gòu)成排氣通路6的最上游部的排氣歧管18延伸到構(gòu)成進(jìn)氣通路6的最下游部的進(jìn)氣歧管47。EGR冷卻器46及EGR閥47按該順序從上游側(cè)起依次設(shè)于EGR通路45。
[0039]為了向發(fā)動(dòng)機(jī)主體2的各汽缸的噴射器41供給燃料，設(shè)有電動(dòng)式的燃料泵22。燃料泵22向輸送管23輸送燃料，積蓄在輸送管23內(nèi)的燃料被從各汽缸的噴射器41直接噴射到缸內(nèi)。如此，本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)為直噴式，但噴射方式不特別限定，可以是端口噴射式。
[0040]另外，為了向燃料電池4供給燃料，設(shè)有電動(dòng)式的FC燃料泵15。在FC燃料泵15與燃料電池4之間設(shè)有用于調(diào)節(jié)向燃料電池4的燃料供給量的FC燃料調(diào)量閥16。如此在本實(shí)施方式中，按噴射器用和燃料電池用分別單獨(dú)設(shè)置燃料泵，但燃料泵也可以設(shè)為共用。
[0041]除此之外，設(shè)有用于向車輛的各電氣部件供給電力的電池17、為了發(fā)動(dòng)機(jī)主體2的起動(dòng)或啟動(dòng)而使發(fā)動(dòng)機(jī)主體2起轉(zhuǎn)(cranking)的電動(dòng)馬達(dá)即起動(dòng)馬達(dá)48。電池17的種類可以是任意的，在本實(shí)施方式中為一般的鉛蓄電池。起動(dòng)馬達(dá)48適當(dāng)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)主體2的曲軸旋轉(zhuǎn)。
[0042]為了向燃料電池4供給空氣而設(shè)置有供氣路25。供氣路25從HP壓縮機(jī)旁通閥21的上游側(cè)的HP壓縮機(jī)旁通通路20分支，連接于燃料電池4。用符號(hào)A表示供氣路25的分支位置。由此，結(jié)果，向燃料電池4供給的空氣(也稱為FC空氣)被從低壓級(jí)壓縮機(jī)3LC的下游側(cè)的進(jìn)氣通路5、尤其是低壓級(jí)壓縮機(jī)3LC的下游側(cè)且高壓級(jí)壓縮機(jī)3H