JP2018119472A - engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンに関し、更に詳しくは、圧縮解放機構及びエンジン冷却系への負担を回避しつつ、圧縮解放ブレーキの制動力を向上したエンジンに関する。 The present invention relates to an engine, and more particularly to an engine that improves the braking force of a compression release brake while avoiding a burden on the compression release mechanism and the engine cooling system.
近年、ターボチャージャーやスーパーチャージャーなどの過給器を採用することにより、ベースとなるエンジンと同等の動力性能を確保しつつ、エンジンを小排気量化して燃費の改善を図るダウンサイジングが注目されている。しかし、ダウンサイジングには、排気量を削減しているため、エンジンブレーキの能力が低下してしまうという欠点がある。 In recent years, downsizing has been attracting attention to improve fuel efficiency by reducing the engine displacement while maintaining the same power performance as the base engine by adopting turbochargers such as turbochargers and superchargers. Yes. However, downsizing has the disadvantage that the engine braking capability is reduced because the engine displacement is reduced.
このエンジンブレーキの能力低下の補完手段として、補助ブレーキである圧縮解放ブレーキを用いることが考えられる。圧縮解放ブレーキは、圧縮行程中の上死点付近で排気弁を開いてシリンダ内の高圧空気を排出すると共に、シリンダ内の圧力が低い状態で膨張行程を行わせる事で、吸収トルクを発生させて制動力を得るものである。この圧縮解放ブレーキの制動力は、過給圧の増加により圧縮行程における筒内圧力を高めて、膨張行程中の吸収仕事量を増やすことにより向上することが可能である。 It is conceivable to use a compression release brake, which is an auxiliary brake, as a supplementary means for reducing the engine brake capacity. The compression release brake generates absorption torque by opening the exhaust valve near the top dead center during the compression stroke to discharge high-pressure air in the cylinder and causing the expansion stroke to be performed in a state where the pressure in the cylinder is low. Thus, braking force is obtained. The braking force of the compression release brake can be improved by increasing the in-cylinder pressure during the compression stroke by increasing the supercharging pressure and increasing the amount of work absorbed during the expansion stroke.
しかし、過給圧の増加は、圧縮解放時の筒内圧の最大値(以下、「最大筒内圧」という。)の増加をもたらすので、動弁装置等からなる圧縮解放機構の強度の観点からは限界がある。そのため、圧縮解放ブレーキの作動時には、過給圧を十分なレベルまで低下させて、最大筒内圧を上限値未満にすることが必要である。なお、ここでいう最大筒内圧とは、排気弁の開放直前における筒内圧に相当するものである。 However, the increase in the supercharging pressure causes an increase in the maximum value of the in-cylinder pressure at the time of compression release (hereinafter referred to as “maximum in-cylinder pressure”). There is a limit. For this reason, when the compression release brake is operated, it is necessary to lower the supercharging pressure to a sufficient level so that the maximum in-cylinder pressure is less than the upper limit value. Note that the maximum in-cylinder pressure here corresponds to the in-cylinder pressure immediately before the exhaust valve is opened.
一方で、排ガス規制強化と燃費改善の市場要求に対して、エンジンには高過給システムの採用が必須となっている。一般的な排気ターボ型の高過給システムは、高膨張比特性を有しているため、圧縮解放ブレーキの作動時に、特に高エンジン回転数域において過給圧を十分なレベルまで低下させることが困難となり、最大筒内圧の上昇を招いてしまう。 On the other hand, in response to market demands for stricter exhaust gas regulations and fuel efficiency improvements, it is essential to use high-supercharging systems for engines. A general exhaust turbo type high supercharging system has a high expansion ratio characteristic, and therefore, when the compression release brake is operated, the supercharging pressure can be lowered to a sufficient level particularly in a high engine speed range. It becomes difficult and causes an increase in the maximum in-cylinder pressure.
このような問題を解決するために、圧縮解放ブレーキの作動時にEGR弁を開くことで、排ガスを吸気側に還流して過給圧を低下させることが行われている(例えば、特許文献1を参照)。しかしながら、EGR弁を開くとエンジンの排気圧力が低下してしまうため、ポンピングロスが減少して吸収仕事量が低下してしまうことになる。また、高温の排ガスがEGRクーラーを通過するため、エンジンの冷却系の負担が大きくなってしまう。 In order to solve such a problem, an exhaust gas is recirculated to the intake side to lower the supercharging pressure by opening the EGR valve when the compression release brake is operated (for example, see Patent Document 1). reference). However, when the EGR valve is opened, the exhaust pressure of the engine decreases, so that the pumping loss decreases and the work of absorption decreases. Moreover, since the high-temperature exhaust gas passes through the EGR cooler, the burden on the engine cooling system is increased.
本発明の目的は、圧縮解放機構及びエンジン冷却系への負担を回避しつつ、圧縮解放ブレーキの制動力を向上することができるエンジンを提供することにある。 The objective of this invention is providing the engine which can improve the braking force of a compression release brake, avoiding the burden to a compression release mechanism and an engine cooling system.
上記の目的を達成する本発明のエンジンは、排気通路に介設されたタービンの上流に可動ベーンを有するターボチャージャーと、気筒から前記排気通路に連通する排気口を開閉する排気弁を有する圧縮解放ブレーキ装置と、制御装置とを備えたエンジンにおいて、前
記タービンの下流側の前記排気通路に排気スロットルを設けるとともに、前記エンジンの回転数を測定する回転数センサと、該エンジンの過給圧を測定する第1圧力センサ又は前記排ガスの圧力を測定する第2圧力センサとを設置し、前記第1圧力センサを設置した場合に、前記制御装置は、前記圧縮解放ブレーキ装置の作動要求があったときは、該第1圧力センサの測定値が、エンジン回転数と最大過給圧と最大筒内圧との関係を示す予め設定された第1マップデータに基づき決定される目標過給圧になるように、又は、前記第2圧力センサを設置した場合に、前記制御装置は、前記圧縮解放ブレーキ装置の作動要求があったときは、該第2圧力センサの測定値が、エンジン回転数と最大排気圧と最大筒内圧との関係を示す第2マップデータに基づき決定される目標排気圧になるように、前記回転数センサの測定値が低中速域にある場合は、前記可動ベーンの開度のみを制御する一方で、該回転数センサの測定値が中高速域にある場合は、該可動ベーンの開度及び前記排気スロットルの開度を制御するように構成されていることを特徴とするものである。
An engine of the present invention that achieves the above object is a compression release having a turbocharger having a movable vane upstream of a turbine interposed in an exhaust passage, and an exhaust valve that opens and closes an exhaust port communicating with the exhaust passage from a cylinder. In an engine including a brake device and a control device, an exhaust throttle is provided in the exhaust passage on the downstream side of the turbine, a rotational speed sensor that measures the rotational speed of the engine, and a supercharging pressure of the engine is measured. When the first pressure sensor is installed or the second pressure sensor that measures the pressure of the exhaust gas is installed, and the first pressure sensor is installed, the control device is requested to operate the compression release brake device. The measured value of the first pressure sensor is based on preset first map data indicating the relationship among the engine speed, the maximum boost pressure and the maximum in-cylinder pressure. When the second booster is installed so that the target boost pressure is determined or when the second pressure sensor is installed, the control device, when requested to operate the compression release brake device, The measured value of the rotational speed sensor is set to a low / medium speed range so that the measured value becomes a target exhaust pressure determined based on the second map data indicating the relationship between the engine speed, the maximum exhaust pressure, and the maximum in-cylinder pressure. In some cases, only the opening degree of the movable vane is controlled, while when the measured value of the rotational speed sensor is in the middle / high speed range, the opening degree of the movable vane and the opening degree of the exhaust throttle are controlled. It is comprised by these.
本発明のエンジンによれば、圧縮解放ブレーキの作動時に、エンジン回転数が中高速域にあるときは排気スロットルを用いることで、筒内圧の増加を上限値未満に抑制しつつ過給圧を最大にするようにしたので、圧縮解放機構への負担を回避しつつ、圧縮解放ブレーキの制動力を向上することができる。また、EGR弁を開放する必要がないので、エンジン冷却系への負担を回避することができる。 According to the engine of the present invention, when the compression release brake is operated, when the engine speed is in the middle / high speed range, the exhaust pressure is used, and the boost pressure is maximized while suppressing the increase in the in-cylinder pressure below the upper limit value. Therefore, the braking force of the compression release brake can be improved while avoiding a burden on the compression release mechanism. Moreover, since it is not necessary to open the EGR valve, it is possible to avoid a burden on the engine cooling system.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態からなるエンジンを示す。なお、図中における矢印は、流体の流れる方向を示している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an engine according to a first embodiment of the present invention. In addition, the arrow in a figure has shown the direction through which the fluid flows.
このエンジン1Aは、車両に搭載されたディーゼルエンジンである。エンジン1Aにおいては、吸気通路2へ吸入された空気Aは、吸入空気3となって図示しないエアクリーナーを通過してから高過給の可変容量型ターボチャージャー4(VGSターボチャージャー)のコンプレッサー5により圧縮され、インタークーラー6で冷却された後にインテークマニホールド7を経てエンジン本体8に供給される。
This
エンジン本体8に供給された吸入空気3は、クランクシャフト9に連結するピストン10とシリンダ11とからなる気筒12内で噴射燃料と混合・燃焼して熱エネルギーを発生させた後に、排気弁13が設置された排気口14を通じてエキゾーストマニホールド15から排ガス16となって排気通路17へ排気される。その排ガス16の一部は、排気通路17から分岐してインタークーラー6の上流側或いは下流側何れかで吸気通路2に接続するEGR通路18にEGRガス19となって分流する。EGR通路18には、EGRガス19を冷却する水冷式のEGRクーラー20と、EGRガス19の流量を調整するEGR弁21とが、排気通路17側から順に配置されている。
The
一方で、EGR通路18に分流しなかった排ガス16は、VGSターボチャージャー4
のタービン22の手前に設置された可動ベーン23を通過してタービン22を回転駆動させた後に、図示しない排ガス処理装置を経て排出ガスGとして大気中へ放出される。このVGSターボチャージャー4の可動ベーン23の開度は、エンジン1Aの運転状態に応じて、ECUなどの制御装置24により制御される。
On the other hand, the
After passing through a
エンジン本体8は、冷却水25が循環するエンジン冷却回路26により冷却される。この冷却水25の一部は、水冷式のEGRクーラー20におけるEGRガス19の冷却に用いられる。
The engine body 8 is cooled by an
また、エンジン1Aには、圧縮解放ブレーキ装置27が装備されている。制御装置24は、ドライバーによる圧縮解放ブレーキ装置27の作動要求があったときは、動弁装置(図示せず)を通じて、ピストン10が圧縮行程の上死点付近に達したときに排気弁13を開放する制御を行う。
Further, the
そして、VGSターボチャージャー4のタービン22の直後の排気通路17には、排ガス16の流量を調整可能な排気スロットル28が設けられている。また、エンジン1Aのエンジン回転数を測定する回転数センサ29が、クランクシャフト9に取り付けられている。更に、インテークマニホールド7には、エンジン1Aの過給圧を測定する第1圧力センサ30が設置されている。これらの排気スロットル28、回転数センサ29及び第1圧力センサ30は、信号線(一点鎖線で示す)を通じて制御装置24に接続している。
In the
このようなエンジン1Aにおける制御装置24の機能を以下に説明する。
The function of the
制御装置24は、ドライバーによる圧縮解放ブレーキ装置27の作動要求の有無を判定し、作動要求があったときは、回転数センサ29の測定値R及び第1圧力センサ30の測定値Kをそれぞれ入力する。
The
次に、制御装置24は、測定値Rが低中速域又は中高速域のいずれかに属するかを判定する。ここで、低中速域及び中高速域とは、エンジン回転数が定格回転速度に対して、それぞれ30〜70%及び70〜100%の大きさとなる領域を指す。
Next, the
そして、制御装置24は、測定値Rが低中速域にある場合は、第1圧力センサ30の測定値Kが、エンジン回転数と最大過給圧と最大筒内圧との関係を示す予め設定された第1マップデータに基づき決定される目標過給圧になるように、VGSターボチャージャー4の可動ベーン23の開度のみを制御する。このとき、可動ベーン23の開度と測定値Kとは、負の相関関係になる。
When the measured value R is in the low / medium speed range, the
その一方で、制御装置24は、測定値Rが中高速域にある場合は、測定値Kが第1マップデータに基づき決定される目標過給圧になるように、可動ベーン23の開度及び排気スロットル28の開度を制御する。その制御内容は、特に限定するものではないが、以下に示す2つの手法が例示される。
(a)排気スロットル28の開度を、エンジン回転数から予め定まる目標開度に設定した後に、可動ベーン23の開度を徐々に大きくする。
(b)可動ベーン23の開度を全開にした後に、排気スロットル30の開度を徐々に小さくする。
On the other hand, when the measured value R is in the middle / high speed range, the
(A) After setting the opening of the
(B) After the opening degree of the
なお、目標過給圧とは、最大筒内圧が圧縮解放機構に影響を及ぼすおそれのある上限値未満となる範囲における過給圧の最大値であり、測定値Rと第1マップデータとから決定される。 The target boost pressure is the maximum value of the boost pressure in a range where the maximum in-cylinder pressure is less than the upper limit value that may affect the compression release mechanism, and is determined from the measured value R and the first map data. Is done.
図2は、本発明の第2の実施形態からなるエンジンを示す。なお、図1と同じ箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 2 shows an engine according to a second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same location as FIG. 1, and the description is abbreviate | omitted.
このエンジン1Bでは、第1圧力センサ30の代わりに、排ガス16の圧力(排気圧)を測定する第2圧力センサ31がエキゾーストマニホールド15に設置されている。
In this
このエンジン1Bにおける制御装置24の機能を以下に説明する。
The function of the
制御装置24は、ドライバーによる圧縮解放ブレーキ装置27の作動要求の有無を判定し、作動要求があったときは、回転数センサ29の測定値R及び第2圧力センサ31の測定値Hをそれぞれ入力する。
The
そして、制御装置24は、測定値Rが低中速域にある場合は、第2圧力センサ31の測定値Hが、エンジン回転数と最大排気圧と最大筒内圧との関係を示す予め設定された第2マップデータに基づき決定される目標排気圧になるように、VGSターボチャージャー4の可動ベーン23の開度のみを制御する。このとき、可動ベーン23の開度と測定値Hとは、負の相関関係となる。
When the measured value R is in the low / medium speed range, the
その一方で、制御装置24は、測定値Rが中高速域にある場合は、測定値Hが第2マップデータに基づき決定される目標排気圧になるように、可動ベーン23の開度及び排気スロットル28の開度を制御する。この制御内容については、エンジン1Aの場合と同じく2つの手法が例示される。
On the other hand, when the measured value R is in the middle / high speed range, the
このように測定値H(排気圧)を低下させることで、エンジン1Bの過給圧が低下する。
By reducing the measured value H (exhaust pressure) in this way, the supercharging pressure of the
なお、目標排気圧とは、最大筒内圧が圧縮解放機構に影響を及ぼすおそれのある上限値未満となる範囲における排気圧の最大値であり、測定値Rと第2マップデータとから決定される。 The target exhaust pressure is the maximum value of the exhaust pressure in a range where the maximum in-cylinder pressure is less than the upper limit value that may affect the compression release mechanism, and is determined from the measured value R and the second map data. .
以上のように、圧縮解放ブレーキの作動時に、特に過給圧を十分なレベルまで低下させることが困難となるエンジン回転数の中高速域において、排気スロットル28を用いてタービン22の出口圧を調整することで、筒内圧の増加を上限値未満に抑制しつつ過給圧を最大にするようにしたので、圧縮解放機構への負担を回避しつつ、圧縮解放ブレーキの制動力を向上することができるのである。また、EGR弁21を開放する必要がないので、エンジン冷却回路26への負担を回避することができる。
As described above, when the compression release brake is operated, the outlet pressure of the
本発明のエンジン1A(実施例)と、EGR弁の開度を制御する従来のエンジン(従来例)とにおいて、特定のエンジン回転数で圧縮解放ブレーキを作動した場合の、過給圧を比較した結果を図3に、最大筒内圧を比較した結果を図4に、冷却水25の吸収熱量を比較した結果を図5に、それぞれ示す。
In the
これらの結果から、実施例のエンジン1Aは、特にエンジン回転数が中高速域にあるときは、従来例のエンジンよりも過給圧を十分なレベルまで低下させて、最大筒内圧の増加を抑制できるとともに、冷却水25の吸収熱量が低下することが分かる。
From these results, the
1A、1B エンジン
4 VGSターボチャージャー
8 エンジン本体
10 ピストン
12 気筒
13 排気弁
14 排気口
16 排ガス
17 排気通路
21 EGR弁
22 タービン
23 可動ベーン
24 制御装置
25 冷却水
27 圧縮解放ブレーキ装置
28 排気スロットル
29 回転数センサ
30 第1圧力センサ
31 第2圧力センサ
1A,
Claims (3)
前記タービンの下流側の前記排気通路に排気スロットルを設けるとともに、
前記エンジンの回転数を測定する回転数センサと、該エンジンの過給圧を測定する第1圧力センサ又は前記排ガスの圧力を測定する第2圧力センサとを設置し、
前記第1圧力センサを設置した場合に、前記制御装置は、前記圧縮解放ブレーキ装置の作動要求があったときは、該第1圧力センサの測定値が、エンジン回転数と最大過給圧と最大筒内圧との関係を示す予め設定された第1マップデータに基づき決定される目標過給圧になるように、
又は、前記第2圧力センサを設置した場合に、前記制御装置は、前記圧縮解放ブレーキ装置の作動要求があったときは、該第2圧力センサの測定値が、エンジン回転数と最大排気圧と最大筒内圧との関係を示す第2マップデータに基づき決定される目標排気圧になるように、
前記回転数センサの測定値が低中速域にある場合は、前記可動ベーンの開度のみを制御する一方で、該回転数センサの測定値が中高速域にある場合は、該可動ベーンの開度及び前記排気スロットルの開度を制御するように構成されていることを特徴とするエンジン。 In an engine comprising a turbocharger having a movable vane upstream of a turbine interposed in an exhaust passage, a compression release brake device having an exhaust valve for opening and closing an exhaust port communicating with the exhaust passage from a cylinder, and a control device ,
Providing an exhaust throttle in the exhaust passage downstream of the turbine;
A rotational speed sensor for measuring the rotational speed of the engine, and a first pressure sensor for measuring a supercharging pressure of the engine or a second pressure sensor for measuring the pressure of the exhaust gas,
In the case where the first pressure sensor is installed, when the control device is requested to operate the compression release brake device, the measured values of the first pressure sensor are the engine speed, the maximum boost pressure, and the maximum. In order to achieve a target supercharging pressure determined based on preset first map data indicating the relationship with the in-cylinder pressure,
Alternatively, in the case where the second pressure sensor is installed, and when the operation request for the compression release brake device is made, the control device determines that the measured value of the second pressure sensor is the engine speed and the maximum exhaust pressure. In order to achieve the target exhaust pressure determined based on the second map data indicating the relationship with the maximum in-cylinder pressure,
When the measured value of the rotational speed sensor is in the low / medium speed range, only the opening degree of the movable vane is controlled, whereas when the measured value of the rotational speed sensor is in the medium / high speed range, An engine configured to control an opening and an opening of the exhaust throttle.
前記制御装置は、前記排気スロットルの開度を、エンジン回転数から予め定まる目標開度に設定した後に、前記可動ベーンの開度を制御するように構成されている請求項1に記載のエンジン。 When the control device controls the opening degree of the movable vane and the opening degree of the exhaust throttle when the measured value of the rotation speed sensor is in a medium to high speed range,
2. The engine according to claim 1, wherein the control device is configured to control the opening degree of the movable vane after the opening degree of the exhaust throttle is set to a target opening degree determined in advance from an engine speed.
前記制御装置は、前記可動ベーンの開度を全開に設定した後に、前記排気スロットルの開度を制御するように構成されている請求項1に記載のエンジン。 When the control device controls the opening degree of the movable vane and the opening degree of the exhaust throttle when the measured value of the rotation speed sensor is in a medium to high speed range,
The engine according to claim 1, wherein the control device is configured to control the opening degree of the exhaust throttle after the opening degree of the movable vane is set to be fully open.
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