内燃机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机，尤其涉及具备燃料电池和多级式涡轮增压系统的内燃机。
【背景技术】
[0002]提出有在内燃机组合燃料电池的方案。例如专利文献I公开了具备燃料电池和具有增压器的内燃机的混合动力系统。其中，在内燃机的负荷增大时，将来自燃料电池的阳极气体供给到增压器的涡轮壳体，由此来抑制增压器的增压延迟。
[0003]另外，公知有具备多级式涡轮增压系统的内燃机。尤其是作为多级式涡轮增压系统，公知有将低压级涡轮增压器和高压级涡轮增压器这两个涡轮增压器串联连接而成的连续式二级涡轮系统。
[0004]在具备这样的多级式涡轮增压系统的内燃机组合燃料电池的情况下，希望确保从最佳部位向燃料电池供给空气，并将从燃料电池排出的排气供给到最佳部位。
[0005]前者的情况下，可考虑另外设置马达压缩机等空气源，从该空气源向燃料电池供给空气。但是，若另外设置这样的空气源，会导致装置的复杂化和/或成本增大，不优选。
[0006]后者的情况下，专利文献I仅公开了具有一个涡轮增压器的系统。因此，即使参照专利文献I，也无法特定来自燃料电池的排气的最佳供给目的地。
[0007]因此，本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的之一在于在具备燃料电池和多级式涡轮增压系统的内燃机中，至少达成确保从最佳部位向燃料电池供给空气、以及将从燃料电池排出的排气供给到最佳部位这两者的至少一方。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2007 - 016641号公报
【发明内容】
[0011]根据本发明的一方案，提供一种内燃机，其特征在于，所述内燃机具备:燃料电池、具有低压级涡轮及低压级压缩机的低压级涡轮增压器、以及具有高压级涡轮及高压级压缩机的高压级涡轮增压器，
[0012]所述内燃机构成为:从所述低压级压缩机的下游侧抽取向所述燃料电池供给的空气，将从所述燃料电池排出的排气供给到所述高压级涡轮的下游侧且所述低压级涡轮的上游侧。
[0013]在此，“压缩机的下游侧”是指在进气流动方向上收纳于压缩机的压缩机壳体内的压缩机叶轮的下游侧，包括压缩机壳体内的压缩机叶轮下游侧的部分。关于“压缩机的上游侦Γ也是同样。另外，同样，“涡轮的下游侧”是指在排气流动方向上收纳于涡轮的涡轮壳体内的涡轮叶轮的下游侧，包括涡轮壳体内的涡轮叶轮下游侧的部分。关于“涡轮的上游侧”也是同样。
[0014]优选是，所述内燃机构成为:从所述低压级压缩机的下游侧且所述高压级压缩机的上游侧抽取向所述燃料电池供给的空气。
[0015]优选是，所述内燃机具备:第一通路，其为了抽取向所述燃料电池供给的空气，而从所述低压级压缩机的下游侧的进气通路分支，连接于所述燃料电池；和第二通路，其为了供给从所述燃料电池排出的排气，而从所述燃料电池延伸，与所述高压级涡轮的下游侧且所述低压级涡轮的上游侧的排气通路合流。
[0016]优选是，所述内燃机具备:在所述第一通路设置的第一控制阀和在所述第二通路设置的第二控制阀。
[0017]优选是，所述内燃机具备发电控制单元，所述发电控制单元控制所述燃料电池的发电的执行及停止。
[0018]优选是，所述发电控制单元，在产生了对所述内燃机的加速要求时，使所述燃料电池的发电停止。
[0019]优选是，所述发电控制单元，在来自所述燃料电池的排气的供给目的地的压力为预定压力以上时，使所述燃料电池的发电停止。
[0020]根据本发明可发挥如下优异效果:在具备燃料电池和多级式涡轮增压系统的内燃机中，能够达成确保从最佳的部位向燃料电池供给空气、及将从燃料电池排出的排气供给到最佳部位的至少一方。
【附图说明】
[0021]图1是表示本发明的实施方式的结构的概要图。
[0022]图2是表示比较例的结构的概要图。
[0023]图3是表示发动机运转区域的映射的图。
[0024]图4是表示各阀的工作状态的表。
[0025]图5是表示发电控制的内容的流程图。
【具体实施方式】
[0026]以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。
[0027]如图1所示，内燃机(发动机)I具备发动机主体2、多个(2个)涡轮增压器即低压级涡轮增压器3L及高压级涡轮增压器3H、燃料电池4。发动机I可以是火花点火式内燃机(汽油发动机)及压缩着火式内燃机(柴油发动机)的任意形式，本实施方式中为火花点火式内燃机。发动机I搭载于未图示的车辆(汽车)。
[0028]以下，也将低压级涡轮增压器称为“LP涡轮”，将高压级涡轮增压器称为“HP涡轮增压器”。低压级也记作“LP”，高压级也记作“HP”，燃料电池也记作“FC”。
[0029]发动机主体2包括汽缸体、汽缸盖、曲轴箱、油盘、盖罩、活塞、连杆、曲轴、凸轮轴、进排气阀等基本的发动机构成部件。此外，发动机主体2包括多个(四个)汽缸，在各汽缸设有燃料喷射用喷射器41和火花塞42。
[0030]在发动机主体2连接有进气通路5及排气通路6，并以跨过该进气通路5及排气通路6的方式串联设置低压级涡轮增压器3L和高压级涡轮增压器3H。高压级涡轮增压器3H设于相对于发动机主体2较近的一侧，低压级涡轮增压器3L设于相对于发动机主体2较远的一侧。
[0031]低压级涡轮增压器3L及高压级涡轮增压器3H构成多级式涡轮增压系统，尤其是构成连续式两级涡轮系统。在排气通路6中，在其上游侧设有高压级涡轮增压器3H的高压级涡轮3HT，在其下游侧设有低压级涡轮增压器3L的低压级涡轮3LT。另外，在进气通路5中，在其上游侧设有低压级涡轮增压器3L的低压级压缩机3LC，在其下游侧设有高压级涡轮增压器3H的高压级压缩机3LC。
[0032]以下，也将低压级涡轮称为“LP涡轮”，将高压级涡轮称为“HP涡轮”，将低压级压缩机称为“LP压缩机”，将高压级压缩机称为“HP压缩机”。“上游侧”及“下游侧”是指图中箭头所示的进气或排气的流动方向上的上游侧及下游侧。
[0033]在进气通路5中，在低压级压缩机3LC的上游侧设有用于检测吸入空气量的空气流量计7，在高压级压缩机3HC的下游侧串联连接有中间冷却器8和电子控制式节气门9。在进气通路5的上游端设有未图示的空气滤清器。
[0034]在排气通路6中，在低压级涡轮3LT的下游侧设有排气净化催化剂10。图中仅示出一个排气净化催化剂10，但排气净化催化剂10可以设置多个。在本实施方式中，排气净化催化剂10由三元催化剂构成。但排气净化催化剂10的种类可以是任意的。
[0035]另外，绕过低压级涡轮3LT的LP涡轮旁通通路11与排气通路6并联设置。LP涡轮旁通通路11在高压级涡轮3HT的下游侧且低压级涡轮3LT的上游侧从排气通路6分支，在低压级涡轮3LT的下游侧且排气净化催化剂10的上游侧与排气通路6合流。在LP涡轮旁通通路11设有泄气阀12。
[0036]在排气通路6上的高压级涡轮3HT的入口部设有可变叶片或可变喷嘴(VN)13。并且，绕过高压级涡轮3HT的HP涡轮旁通通路14与排气通路6并联设置。HP涡轮旁通通路14在可变喷嘴13的上游侧的排气歧管18的位置从排气通路6分支，在高压级涡轮3HT的下游侧且LP涡轮旁通通路11的分支位置的上游侧与排气通路6合流。在HP涡轮旁通通路14设有HP涡轮旁通阀19。
[0037]绕过高压级压缩机3HC的HP压缩机旁通通路20与进气通路5并联设置。HP压缩机旁通通路20在低压级压缩机3LC的下游侧且高压级压缩机3HC的上游侧从进气通路5分支，在高压级压缩机3HC的下游侧且中间冷却器8的上游侧与进气通路5合流。在HP压缩机旁通通路20设有HP压缩机旁通阀21。
[0038]设有用于将来自发动机主体2的排出气体(也称为发动机排气)的一部分回流到进气侧的EGR装置44。EGR装置44包括EGR通路45、EGR冷却器46及EGR阀47。EGR通路45从构成排气通路6的最上游部的排气歧管18延伸到构成进气通路6的最下游部的进气歧管47。EGR冷却器46及EGR阀47按该顺序从上游侧起依次设于EGR通路45。
[0039]为了向发动机主体2的各汽缸的喷射器41供给燃料，设有电动式的燃料泵22。燃料泵22向输送管23输送燃料，积蓄在输送管23内的燃料被从各汽缸的喷射器41直接喷射到缸内。如此，本实施方式的发动机为直喷式，但喷射方式不特别限定，可以是端口喷射式。
[0040]另外，为了向燃料电池4供给燃料，设有电动式的FC燃料泵15。在FC燃料泵15与燃料电池4之间设有用于调节向燃料电池4的燃料供给量的FC燃料调量阀16。如此在本实施方式中，按喷射器用和燃料电池用分别单独设置燃料泵，但燃料泵也可以设为共用。
[0041]除此之外，设有用于向车辆的各电气部件供给电力的电池17、为了发动机主体2的起动或启动而使发动机主体2起转(cranking)的电动马达即起动马达48。电池17的种类可以是任意的，在本实施方式中为一般的铅蓄电池。起动马达48适当驱动发动机主体2的曲轴旋转。
[0042]为了向燃料电池4供给空气而设置有供气路25。供气路25从HP压缩机旁通阀21的上游侧的HP压缩机旁通通路20分支，连接于燃料电池4。用符号A表示供气路25的分支位置。由此，结果，向燃料电池4供给的空气(也称为FC空气)被从低压级压缩机3LC的下游侧的进气通路5、尤其是低压级压缩机3LC的下游侧且高压级压缩机3H