JP2009057944A - Supercharging control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャを利用して吸気を過給する内燃機関の過給制御装置に関する。 The present invention relates to a supercharging control device for an internal combustion engine that supercharges intake air using a turbocharger.
ターボチャージャを備えた内燃機関に適用される過給制御装置として、タービンを迂回してそのタービンの上流と下流とを接続するバイパス通路と、そのバイパス通路を開閉するウェストゲートバルブとを具備し、過給圧が予め定められた上限値を超えた場合にウェストゲートバルブを開放することにより、過給圧の過剰な上昇、あるいはタービンの過回転を防止する装置が知られている(例えば特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
As a supercharging control device applied to an internal combustion engine equipped with a turbocharger, it comprises a bypass passage that bypasses the turbine and connects the upstream and downstream of the turbine, and a wastegate valve that opens and closes the bypass passage, There is known a device that prevents excessive increase of the supercharging pressure or excessive rotation of the turbine by opening the waste gate valve when the supercharging pressure exceeds a predetermined upper limit value (for example, patent document). 1). In addition, there is
従来の過給制御装置では、ウェストゲートバルブを開いてからその効果が生じるまでに応答遅れがあるため、安全を見込んで過給圧の上限値を本来の限界値よりも低く設定せざるを得ない。また、ウェストゲートバルブを開くことにより過給圧の上昇を抑えることはできるが、過給圧を積極的に低下させることは困難である。従って、従来の過給制御装置では、ターボチャージャの性能を十分に活かしきれないことがある。 In conventional supercharging control devices, there is a delay in response until the effect occurs after the wastegate valve is opened, so the upper limit value of the supercharging pressure must be set lower than the original limit value for safety reasons. Absent. Moreover, although the rise of a supercharging pressure can be suppressed by opening a waste gate valve, it is difficult to reduce a supercharging pressure actively. Therefore, the conventional supercharging control device may not fully utilize the performance of the turbocharger.
そこで、本発明は、ターボチャージャの過給性能を十分に活用することが可能な内燃機関の過給制御装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a supercharging control device for an internal combustion engine that can fully utilize the supercharging performance of a turbocharger.
本発明は、排気通路のタービンにて排気エネルギを回収して吸気通路のコンプレッサを駆動するターボチャージャを有し、前記タービンの下流には複数の排気浄化触媒が排気の流れ方向に沿って設けられた内燃機関に適用される過給制御装置において、前記タービンを迂回して、前記排気通路の前記タービンよりも上流側の区間と、前記複数の排気浄化触媒に挟まれた区間とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、前記ターボチャージャによる過給の程度と相関する物理量に基づいて前記過給が限界に達しているか否かを判別し、限界に達していない場合には前記バイパス弁を閉鎖し、前記限界に達している場合には前記バイパス弁を開放するバイパス制御手段とを備えることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 The present invention has a turbocharger that recovers exhaust energy in a turbine in an exhaust passage and drives a compressor in an intake passage, and a plurality of exhaust purification catalysts are provided downstream of the turbine along the exhaust flow direction. In the supercharging control device applied to the internal combustion engine, the bypass bypasses the turbine and connects a section upstream of the turbine in the exhaust passage and a section sandwiched between the plurality of exhaust purification catalysts. When determining whether or not the supercharging has reached a limit based on a physical quantity that correlates with the degree of supercharging by the passage, the bypass valve that opens and closes the bypass passage, and the turbocharger. Is provided with bypass control means for closing the bypass valve and opening the bypass valve when the limit is reached. (Claim 1).
本発明の過給制御装置によれば、バイパス弁を開放することにより、排気通路のタービンよりも上流側の区間に発生する排気背圧を、排気浄化触媒間の低圧な区間へと逃がすことができる。これにより、タービン上流の排気背圧及び排気ガス流量を迅速に低下させることができる。従って、排気ガスのバイパスを開始する時期を従来よりも過給の限界時期に近付け、それによりターボチャージャによる過給域を拡大してその過給性能を十分に発揮させることができる。タービンをバイパスした排気ガスが排気浄化触媒に導かれるので、排気ガスが未浄化のまま大気に放出されるおそれもない。 According to the supercharging control device of the present invention, the exhaust back pressure generated in the section upstream of the turbine in the exhaust passage can be released to the low-pressure section between the exhaust purification catalysts by opening the bypass valve. it can. Thereby, the exhaust back pressure and the exhaust gas flow rate upstream of the turbine can be quickly reduced. Therefore, the timing for starting the exhaust gas bypass can be made closer to the limit timing of supercharging than before, whereby the turbocharging range by the turbocharger can be expanded and the supercharging performance can be fully exhibited. Since the exhaust gas bypassing the turbine is guided to the exhaust purification catalyst, there is no possibility that the exhaust gas is released into the atmosphere without being purified.
本発明の過給制御装置の一形態において、前記バイパス制御手段は、前記物理量に関する実際の値と目標値との偏差が所定の閾値を超える場合に前記過給が限界に達していると判別してもよい(請求項2)。あるいは、本発明の過給制御装置の一形態において、前記バイパス制御手段は、前記物理量に関する実際の値と目標値との偏差の時間的な変化量が所定の閾値を超える場合に前記過給が限界に達していると判別してもよい(請求項3)。さらに、これらの形態においては、前記物理量が過給圧又はタービン回転数であってもよい(請求項4)。これらの形態によれば、過給圧、あるいはタービン回転数といった物理量が目標回転数に対してどの程度まで上昇したかを判別して、過給の限界付近でバイパス弁を開放することができる。なお、閾値を超える場合とは、実際の値が目標値以下の段階において偏差又はその時間的な変化量が閾値を超えて減少すること、あるいは、実際の値が目標値を超える段階において偏差又はその時間的な変化量が閾値を超えて増加することのいずれであってもよい。 In one form of the supercharging control device of the present invention, the bypass control means determines that the supercharging has reached a limit when a deviation between an actual value relating to the physical quantity and a target value exceeds a predetermined threshold. (Claim 2). Alternatively, in one form of the supercharging control device of the present invention, the bypass control means performs the supercharging when the temporal change amount of the deviation between the actual value related to the physical quantity and the target value exceeds a predetermined threshold. It may be determined that the limit has been reached (claim 3). Furthermore, in these forms, the physical quantity may be a supercharging pressure or a turbine rotational speed (Claim 4). According to these embodiments, it is possible to determine how much the physical quantity such as the supercharging pressure or the turbine rotational speed has increased with respect to the target rotational speed, and to open the bypass valve near the supercharging limit. Note that when the threshold value is exceeded, the deviation or the temporal change amount thereof decreases beyond the threshold value when the actual value is less than or equal to the target value, or when the actual value exceeds the target value, the deviation or The amount of change over time may be increased beyond a threshold value.
本発明の過給制御装置の一形態において、前記バイパス制御手段は、前記タービンよりも上流側の区間に発生する排気背圧を前記物理量として監視し、該排気背圧が所定の閾値を超える場合に前記過給が限界に達していると判別してもよい(請求項5)。排気背圧が上昇すれば、それに伴ってタービン回転数が上昇して過給圧も上昇する。従って、排気背圧を監視することにより、過給圧あるいはタービン回転数がどの程度まで上昇したかを判別して、過給の限界付近でバイパス弁を開放することができる。 In one form of the supercharging control device of the present invention, the bypass control means monitors the exhaust back pressure generated in the section upstream of the turbine as the physical quantity, and the exhaust back pressure exceeds a predetermined threshold value. Alternatively, it may be determined that the supercharging has reached a limit (claim 5). If the exhaust back pressure increases, the turbine speed increases accordingly, and the supercharging pressure also increases. Therefore, by monitoring the exhaust back pressure, it is possible to determine how much the boost pressure or the turbine speed has increased, and to open the bypass valve near the limit of the boost.
以上説明したように、本発明の過給制御装置によれば、過給が限界に達したと判定された場合にバイパス弁を開放することにより、排気通路のタービンよりも上流側の区間に発生する排気背圧を排気触媒間の低圧な区間へと効率よく逃がすことができる。これにより、タービン上流の排気背圧及び排気ガス流量を迅速に低下させることが可能となる。よって、排気ガスのバイパスを開始する時期を従来よりも過給の限界時期に近付け、それによりターボチャージャによる過給域を拡大してその過給性能を十分に発揮させることができる。 As described above, according to the supercharging control device of the present invention, when it is determined that the supercharging has reached the limit, the bypass valve is opened, and is generated in the section upstream of the turbine in the exhaust passage. The exhaust back pressure can be efficiently released to the low pressure section between the exhaust catalysts. As a result, the exhaust back pressure and the exhaust gas flow rate upstream of the turbine can be quickly reduced. Therefore, the timing for starting the bypass of exhaust gas can be made closer to the limit timing of supercharging than before, whereby the turbocharging range by the turbocharger can be expanded and the supercharging performance can be fully exhibited.
図1は、本発明の第1の形態に係る過給制御装置が適用された内燃機関(以下、エンジンと称することがある。)を示している。エンジン1は車両に走行用の動力源として搭載されるものであり、エンジン本体2と、そのエンジン本体2の複数(図では4つ)のシリンダ3のそれぞれに吸気を導く吸気通路4と、各シリンダ3からの排気が導かれる排気通路5と、吸気通路4と排気通路5との間に設けられたターボチャージャ6とを備えている。ターボチャージャ6は、排気通路5に設けられたタービン6aで排気エネルギを回収し、そのエネルギでタービン6aと一体回転可能に連結された吸気通路4のコンプレッサ6bを回転駆動することにより、シリンダ3に対して吸気を過給する。
FIG. 1 shows an internal combustion engine (hereinafter sometimes referred to as an engine) to which a supercharging control device according to a first embodiment of the present invention is applied. The engine 1 is mounted on a vehicle as a power source for traveling, and includes an engine
吸気通路4には、コンプレッサ6bにて過給された吸気の圧力を検出する吸気圧センサ7と、吸気をシリンダ3に分配するインテークマニホールド8とが設けられている。排気通路5には、シリンダ3からの排気を合流させるエキゾーストマニホールド9が設けられている。エキゾーストマニホールド9で合流した排気はタービン6aに導かれる。排気通路5のタービン6aよりも下流には、第1排気浄化触媒10及び第2排気浄化触媒11が排気の流れ方向に沿って順次設けられている。なお、以下ではこれらを第1触媒10、第2触媒11と略称することがある。
The
排気通路5のタービン6aよりも上流側の区間5aには、その区間5aにおける排気の圧力(排気背圧)を検出する排気圧センサ12が設けられている。タービン6aには、タービン6aの回転数(回転速度)を検出するタービン回転センサ13が設けられている。さらに、排気通路5には、タービン6aを迂回して、タービン6aよりも上流の区間5aと、触媒10、11に挟まれた区間5bとを接続するバイパス通路14が設けられている。バイパス通路14にはこれを開閉するバイパス弁15が設けられている。
An
バイパス弁15の開度は、エンジンコントロールユニット(ECU)16により制御される。ECU16はマイクロプロセッサ及びその動作に必要なROM、RAM等の周辺装置を備えたコンピュータユニットとして構成され、そのROMに格納されたプログラムに従ってエンジン1の運転状態を制御する。バイパス弁15の開度に関する制御として、ECU16は図2に示すバイパス弁制御ルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。それにより、ECU16は本発明のバイパス制御手段として機能する。
The opening degree of the
図2のバイパス弁制御ルーチンにおいて、ECU16はまずステップS1で、ターボチャージャ6による過給の程度に相関する物理量を取得し、続くステップS2で、取得した物理量に基づいて過給が限界に達しているか否かを判別する。過給の程度に相関する物理量としては、例えば吸気圧センサ7が検出する実過給圧、排気圧センサ12が検出するタービン6aの上流の排気背圧、タービン回転センサ13が検出するタービン回転数等がある。過給の限界の判定に関しては、例えば、エンジン1の運転状態に応じて設定される目標過給圧に対する実過給圧の偏差が所定の閾値を超えた場合に限界と判定することができる。この場合、実過給圧が目標過給圧以下の段階において偏差が閾値よりも減少したときに偏差が所定の閾値を超えたと判定してもよいし、実過給圧が目標過給圧を超えた段階において偏差が閾値よりも増加したときに所定の閾値を超えたと判定してもよい。あるいは、目標過給圧に対する実過給圧の偏差の偏差、すなわち、目標過給圧に対する実過給圧の偏差の時間的な変化量が所定の閾値を超えた場合に限界と判定することができる。この場合も、実過給圧が目標過給圧以下の段階において偏差の偏差が閾値よりも減少したときに偏差が所定の閾値を超えたと判定してもよいし、実過給圧が目標過給圧を超えた段階において偏差の偏差が閾値よりも増加したときに所定の閾値を超えたと判定してもよい。実過給圧に代えてタービン回転数をステップS1で取得する場合には、タービン回転数の目標回転数に対する偏差、あるいはその偏差の偏差に着目して過給限界か否かを同様に判別することができる。ステップS1で排気背圧を取得する場合には、その排気背圧を監視してその検出値が所定の閾値を超えた場合に過給が限界と判定することができる。この場合は、排気背圧が閾値以上に上昇したときに過給が限界と判定されることになる。
In the bypass valve control routine of FIG. 2, the ECU 16 first acquires a physical quantity that correlates with the degree of supercharging by the turbocharger 6 in step S <b> 1, and in the subsequent step S <b> 2, the supercharging reaches a limit based on the acquired physical quantity. It is determined whether or not. The physical quantity correlated with the degree of supercharging includes, for example, the actual supercharging pressure detected by the intake pressure sensor 7, the exhaust back pressure upstream of the
ステップS2で過給が限界ではないと判定された場合、ECU16はステップS3に進んでバイパス弁15を閉鎖する。閉鎖状態にあるときはその状態を保持する。一方、ステップS2で過給が限界と判定された場合、ECU16はステップS4に進んでバイパス弁15を開放する。これにより、タービン6aの上流側の区間5aにおける排気背圧がバイパス通路14を介して触媒10、11間の区間5bへと逃がされ、タービン5aの回転数が低下する。ステップS3又はステップS4でバイパス弁15の開度を設定した後、ECU16は今回のルーチンを終了する。
If it is determined in step S2 that the supercharging is not the limit, the
図3は、車両の加速時におけるバイパス弁15の開度とタービン回転数との対応関係の一例を示している。図中の実線は図2のルーチンが適用された場合の開度及びタービン回転数を示し、想像線は従来の過給制御装置による制御効果の一例を示している。時刻t0でタービン6aが回転を開始すると、タービン回転数は上限回転数(目標回転数)Nmaxに向かって上昇を開始する。従来の過給制御装置では、応答遅れを見込んでタービン回転数にまだ余裕がある時刻t1で過給を制限する処理が行われる。例えば時刻t1でウェストゲートバルブが開放される。あるいは、可変ノズル式のターボチャージャであれば、時刻t1にて可変ノズルが全開状態へと切り替えられる。そして、時刻t1以降はタービン回転数がそれ以前と比較して緩やかに上昇しつつ上限回転数Nmax付近に達する。これに対して、本形態では、バイパス弁15を開くことにより、排気通路5の区間5a、5bの間に存在する比較的大きな圧力差を利用してタービン6aの上流の排気背圧、及びタービン6aに流入する排気ガス量を瞬時に低下させることができる。そのため、タービン回転数が上限回転数Nmax付近に達する時刻t2まではバイパス弁15を閉じた状態に保持し、時刻t2で過給が限界と判定してバイパス弁15を開放することにより、タービン6aの過回転を防止することができる。よって、タービン回転数を従来よりも高回転側に保持することが可能となり、それにより、従来は使用不可能又は困難であった運転領域まで過給域を拡大して加速の応答性を向上させることができる。さらに、バイパス通路14が触媒10、11に挟まれた区間5bに接続されているため、バイパス通路14を通過した排気は第2排気浄化触媒11にて浄化される。よって、タービン6aを迂回した排気が未浄化のまま放出されるおそれはない。
FIG. 3 shows an example of a correspondence relationship between the opening degree of the
本発明は上述した形態に限ることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上記の形態では、吸気圧センサ7による過給圧の検出値、排気圧センサ12による排気背圧の検出値、あるいはタービン回転センサ13によるタービン回転数の検出値を利用して過給が限界にあるか否かを判定したが、これらの検出値に代え、マップ等を用いて過給圧、タービン回転数、排気背圧といった物理量を推定し、その推定値を実際の値とみなして目標値と比較することにより、過給が限界か否かを判定してもよい。
The present invention is not limited to the above-described form and can be implemented in various forms. For example, in the above embodiment, supercharging is performed using the detected value of the supercharging pressure by the intake pressure sensor 7, the detected value of the exhaust back pressure by the
1 内燃機関
2 エンジン本体
4 吸気通路
5 排気通路
6 ターボチャージャ
6a タービン
6b コンプレッサ
10 第1の排気浄化触媒
11 第2の排気浄化触媒
14 バイパス通路
15 バイパス弁
16 エンジンコントロールユニット(バイパス制御手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記タービンを迂回して、前記排気通路の前記タービンよりも上流側の区間と、前記複数の排気浄化触媒に挟まれた区間とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、
前記ターボチャージャによる過給の程度と相関する物理量に基づいて前記過給が限界に達しているか否かを判別し、限界に達していない場合には前記バイパス弁を閉鎖し、前記限界に達している場合には前記バイパス弁を開放するバイパス制御手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。 An internal combustion engine having a turbocharger that recovers exhaust energy in a turbine in an exhaust passage and drives a compressor in an intake passage, and a plurality of exhaust purification catalysts are provided downstream of the turbine along the exhaust flow direction In the applied supercharging control device,
Bypassing the turbine and connecting a section upstream of the turbine in the exhaust passage and a section sandwiched between the plurality of exhaust purification catalysts;
A bypass valve for opening and closing the bypass passage;
Based on a physical quantity that correlates with the degree of supercharging by the turbocharger, it is determined whether or not the supercharging has reached a limit. If the limit has not been reached, the bypass valve is closed and the limit is reached. Bypass control means for opening the bypass valve if
A supercharging control device for an internal combustion engine, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2007228009A JP2009057944A (en) | 2007-09-03 | 2007-09-03 | Supercharging control device for internal combustion engine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014005811A (en) * | 2012-06-27 | 2014-01-16 | Hino Motors Ltd | Turbo rotational frequency detecting device |
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- 2007-09-03 JP JP2007228009A patent/JP2009057944A/en active Pending
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