JP2001329849A - Two-stage supercharging system - Google Patents
Two-stage supercharging systemInfo
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- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、２段過給システム
に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a two-stage supercharging system.
【０００２】[0002]
【従来の技術】２段過給システムとして、ディーゼルエ
ンジンの排気経路に直列に配置された高圧段タービンお
よび低圧段タービンと、ディーゼルエンジンの吸気経路
に直列に配置され各タービンによって夫々駆動される高
圧段コンプレッサおよび低圧段コンプレッサとを備えた
ものが知られている。かかる２段過給システムにおいて
は、２つのコンプレッサによって最終的な過給圧が決定
されるわけであるが、特に、高圧段コンプレッサの仕事
量を正確に把握し制御することが重要となる。2. Description of the Related Art As a two-stage supercharging system, a high-pressure stage turbine and a low-pressure stage turbine are arranged in series in an exhaust path of a diesel engine, and a high-pressure stage turbine is arranged in series in an intake path of a diesel engine and driven by each turbine. 2. Description of the Related Art A compressor having a stage compressor and a low-pressure stage compressor is known. In such a two-stage supercharging system, the final supercharging pressure is determined by two compressors. In particular, it is important to accurately grasp and control the work amount of the high-pressure compressor.
【０００３】そこで、排気経路に高圧段タービンをバイ
パスするようにバイパス通路を接続し、バイパス通路に
設けられた排気バイパス弁の開度を調節することで、高
圧段コンプレッサの仕事量を制御する装置が開発されて
いる（実開昭５９−１８３３号公報等）。しかし、この
装置は、高圧段コンプレッサの下流側に設けられた圧力
センサによって最終的な過給圧力を検出するものであ
り、高圧段コンプレッサのみの仕事量（圧力比）を正確
に把握することはできない。[0003] Therefore, a device for controlling the work of the high-pressure stage compressor by connecting a bypass passage to the exhaust passage so as to bypass the high-pressure stage turbine and adjusting the opening of an exhaust bypass valve provided in the bypass passage. Has been developed (Japanese Utility Model Laid-Open No. 59-1833, etc.). However, in this device, the final supercharging pressure is detected by a pressure sensor provided on the downstream side of the high-pressure stage compressor, and it is impossible to accurately grasp the work (pressure ratio) of only the high-pressure stage compressor. Can not.
【０００４】すなわち、高圧段コンプレッサの下流側に
設けられた圧力センサから得られる最終的な過給圧力
は、高圧段コンプレッサの仕事量のみならず低圧段コン
プレッサの仕事量の影響をも受けるため、そのような最
終的な過給圧力に基いて高圧段コンプレッサのみの仕事
量（圧力比）を正確に把握することはできないのであ
る。つまり、上記装置には、高圧段コンプレッサの仕事
量（圧力比）を正確に把握し、高圧段コンプレッサの仕
事量（圧力比）を正確に制御するという技術思想は存在
しない。That is, the final supercharging pressure obtained from the pressure sensor provided on the downstream side of the high-pressure compressor is affected by not only the work of the high-pressure compressor but also the work of the low-pressure compressor. The work (pressure ratio) of only the high-pressure compressor cannot be accurately grasped based on the final supercharging pressure. That is, in the above-mentioned device, there is no technical idea of accurately grasping the work (pressure ratio) of the high-pressure compressor and accurately controlling the work (pressure ratio) of the high-pressure compressor.
【０００５】また、通常の１段過給システムとして、デ
ィーゼルエンジンの吸排気経路にターボチャージャを１
個介設し、排気経路にタービンをバイパスするようにバ
イパス通路を接続し、バイパス通路に排気バイパス弁を
設けたシステムにおいて、コンプレッサの上流および下
流の圧力を夫々検出し、それらの検出値からコンプレッ
サの吸気圧力比を算出し、その吸気圧力比がコンプレッ
サのサージラインを割る場合にはバイパス弁を開くよう
に制御するものが開発されている（実開昭６１−９５９
３８号公報等）。[0005] As a normal one-stage supercharging system, a turbocharger is provided in the intake / exhaust path of a diesel engine.
In a system in which a bypass passage is connected to the exhaust path so as to bypass the turbine and an exhaust bypass valve is provided in the bypass passage, upstream and downstream pressures of the compressor are respectively detected, and the compressor pressure is detected from the detected values. Has been developed which calculates the intake pressure ratio of the compressor and controls the opening of the bypass valve when the intake pressure ratio breaks the surge line of the compressor (actual opening 61-959).
No. 38).
【０００６】しかし、このシステムは、車両が４０００
ｍ級の超高地を走行するときに、タービンの排圧が相対
的に低くなってタービンの回転数が高まることに起因し
て、コンプレッサの作動線がサージラインに近付くこと
を未然に回避することを目的とするものであり、２段過
給システムの高圧段コンプレッサの仕事量を正確に把握
して制御するものではない。すなわち、上記システム
は、２段過給によって高圧過給を実現した上で、高圧段
コンプレッサの仕事量を正確に把握して効率最大となる
ように正確に制御し、燃費の悪化を回避する技術とは無
関係である。[0006] However, in this system, the vehicle is 4000
To prevent the compressor operation line from approaching the surge line due to the relatively low exhaust pressure of the turbine and the increase in the number of rotations of the turbine when traveling on an m-class highland. It is not intended to accurately grasp and control the work amount of the high-pressure stage compressor of the two-stage supercharging system. That is, the above-described system achieves high-pressure supercharging by two-stage supercharging, and then accurately grasps the work amount of the high-pressure stage compressor and controls accurately so as to maximize efficiency, thereby avoiding deterioration of fuel efficiency. Has nothing to do with.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】以上要するに、従来、
２段過給システムにおいて、高圧段コンプレッサの仕事
量（圧力比）を正確に把握し、２段過給システムを正確
に制御するものは開発されていない。SUMMARY OF THE INVENTION In summary,
No two-stage supercharging system has been developed that accurately grasps the work (pressure ratio) of the high-pressure stage compressor and accurately controls the two-stage supercharging system.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
発明は、ディーゼルエンジンの排気経路に直列に配置さ
れた高圧段タービンおよび低圧段タービンと、上記エン
ジンの吸気経路に直列に配置され上記各タービンによっ
て夫々駆動される高圧段コンプレッサおよび低圧段コン
プレッサと、上記排気経路に上記高圧段タービンをバイ
パスするように接続されたバイパス通路と、該バイパス
通路に設けられた排気バイパス弁と、該排気バイパス弁
の開度を制御する制御部とを備えた２段過給システムで
あって、上記制御部は、少なくともエンジン回転数に基
づいて排気バイパス弁の基本開度を設定する基本開度設
定手段と、エンジンの運転状態に基いて高圧段コンプレ
ッサの目標圧力比を設定する目標圧力比設定手段と、高
圧段コンプレッサの上流および下流の圧力に基いて現実
の測定圧力比を検出する測定圧力比検出手段と、測定圧
力比と目標圧力比とを比較してそれらが一致するように
排気バイパス弁の基本開度を補正する補正手段とを有す
るものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention is directed to a high pressure stage turbine and a low pressure stage turbine arranged in series in an exhaust passage of a diesel engine, and the high pressure stage turbine and the low pressure stage turbine arranged in series in an intake passage of the engine. A high-pressure compressor and a low-pressure compressor driven by the respective turbines; a bypass passage connected to the exhaust passage so as to bypass the high-pressure turbine; an exhaust bypass valve provided in the bypass passage; A control unit for controlling the opening of the bypass valve, wherein the control unit sets a basic opening of the exhaust bypass valve based on at least an engine speed. Target pressure ratio setting means for setting a target pressure ratio of the high-pressure stage compressor based on the operating state of the engine; Measured pressure ratio detecting means for detecting the actual measured pressure ratio based on the upstream and downstream pressures, and comparing the measured pressure ratio with the target pressure ratio and correcting the basic opening of the exhaust bypass valve so that they match. Correction means for performing the correction.
【０００９】また、上記基本開度設定手段は、エンジン
の回転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッサ
を所望の作動線に沿って運転させるべく、排気バイパス
弁の基本開度を設定するものであってもよい。The basic opening setting means sets the basic opening of the exhaust bypass valve based on the engine speed and the load state so that the high-pressure compressor operates along a desired operating line. It may be.
【００１０】また、上記目標圧力比設定手段は、エンジ
ンの回転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッ
サの目標圧力比を設定するものであってもよい。The target pressure ratio setting means may set a target pressure ratio of the high-pressure stage compressor based on an engine speed and a load state.
【００１１】また、上記制御部は、高圧段コンプレッサ
の現実の測定修正流量を検出する測定修正流量検出手段
と、エンジン運転状態に基いて高圧段コンプレッサの目
標修正流量を設定する目標修正流量設定手段と、測定修
正流量が目標修正流量と一致しないとき異常と判断する
異常判断手段とを更に備えたものであってもよい。The control unit includes a measured and corrected flow rate detecting means for detecting an actual measured and corrected flow rate of the high-pressure stage compressor, and a target corrected flow rate setting means for setting a target corrected flow rate of the high-pressure stage compressor based on an engine operating state. And abnormality determining means for determining an abnormality when the measured corrected flow rate does not match the target corrected flow rate.
【００１２】また、上記測定修正流量検出手段は、吸気
経路に設けられたエアフローセンサと、高圧段コンプレ
ッサの上流側に夫々設けられた圧力センサおよび温度セ
ンサと、これら各センサの検出値に基いて測定修正流量
を算出する演算手段とを備えたものであってもよい。The above-mentioned measuring and correcting flow rate detecting means includes an air flow sensor provided in the intake path, a pressure sensor and a temperature sensor provided respectively on the upstream side of the high-pressure stage compressor, and a detection value of each of these sensors. And a calculating means for calculating the measurement correction flow rate.
【００１３】また、上記制御部は、高圧段コンプレッサ
の測定圧力比および測定修正流量に基いて高圧段コンプ
レッサの運転状態を判断する運転状態判断手段と、高圧
段コンプレッサがサージ領域またはオーバーレブ領域で
運転されていると判断されたとき上記排気バイパス弁を
開放する非常手段とを更に備えたものであってもよい。The control unit includes an operating state determining means for determining an operating state of the high-pressure compressor based on a measured pressure ratio and a measured corrected flow rate of the high-pressure compressor, and operating the high-pressure compressor in a surge region or an over-rev region. Emergency means for opening the exhaust bypass valve when it is determined that the operation has been performed.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を添付図面に
基いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
【００１５】図１は、本実施形態に係る２段過給システ
ム１の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a two-stage supercharging system 1 according to this embodiment.
【００１６】図示するように、ディーゼルエンジン２の
排気経路３には、高圧段タービン４と低圧段タービン５
とが排気ガスの流れ方向に間隔を隔てて直列に介設され
ており、ディーゼルエンジン２の吸気経路６には、高圧
段コンプレッサ７と低圧段コンプレッサ８とが吸入空気
の流れ方向に間隔を隔てて直列に介設されている。高圧
段コンプレッサ７と高圧段タービン４とは回転軸１０で
連結されて高圧段ターボ１１を構成し、低圧段コンプレ
ッサ８と低圧段タービン５とは回転軸１２で連結されて
低圧段ターボ１３を構成する。As shown, a high-pressure stage turbine 4 and a low-pressure stage turbine 5
Are arranged in series at intervals in the flow direction of the exhaust gas, and a high-pressure stage compressor 7 and a low-pressure stage compressor 8 are arranged in the intake path 6 of the diesel engine 2 at intervals in the flow direction of the intake air. Are installed in series. The high-pressure stage compressor 7 and the high-pressure stage turbine 4 are connected by a rotating shaft 10 to form a high-pressure stage turbo 11, and the low-pressure stage compressor 8 and the low-pressure stage turbine 5 are connected by a rotating shaft 12 to form a low-pressure stage turbo 13. I do.
【００１７】低圧段コンプレッサ８と高圧段コンプレッ
サ７との間の吸気経路６には、インタークーラ１４が介
設されており、高圧段コンプレッサ７とエンジン２との
間の吸気経路６には、アフタークーラ１５が介設されて
いる。インタークーラ１４とアフタークーラ１５とは、
圧縮によって昇温した吸入空気を冷却するものである
が、発明の構成上必ずしも必要なものではなく、いずれ
か一方でもよくまた双方ともなくても構わない。An intercooler 14 is provided in an intake passage 6 between the low-pressure compressor 8 and the high-pressure compressor 7, and an aftercooler is provided in the intake passage 6 between the high-pressure compressor 7 and the engine 2. A cooler 15 is provided. Intercooler 14 and aftercooler 15
Although the intake air whose temperature has been raised by compression is cooled, it is not always necessary for the configuration of the present invention, and either one or both may be omitted.
【００１８】排気経路３には、高圧段タービン４をバイ
パスするように、高圧段タービン４の上流側と下流側と
に接続されたバイパス通路１６が、設けられている。バ
イパス通路１６には、排気バイパス弁１７が介設されて
いる。排気バイパス弁１７は、アクチュエータ１８によ
ってその開度が調節され、バイパス通路１６内を流れる
排気ガスの流量を調節（ 0〜100 % ）するものである。
アクチュエータ１８の作動は、制御部１９によって制御
される。The exhaust passage 3 is provided with a bypass passage 16 connected to the upstream and downstream sides of the high-pressure turbine 4 so as to bypass the high-pressure turbine 4. An exhaust bypass valve 17 is provided in the bypass passage 16. The opening degree of the exhaust bypass valve 17 is adjusted by an actuator 18 to adjust the flow rate of exhaust gas flowing in the bypass passage 16 (0 to 100%).
The operation of the actuator 18 is controlled by the control unit 19.
【００１９】低圧段コンプレッサ８の上流側の吸気経路
６には、吸入空気流量Ｍを検出するエアフローセンサ２
０が設けられている。また、インタークーラ１４と高圧
段コンプレッサ７との間の吸気経路６には、高圧段コン
プレッサ７の吸気圧力Ｐ１を検出する第１圧力センサ２
１と、吸気温度Ｔ１を検出する温度センサ２２とが設け
られている。また、高圧段コンプレッサ７とアフターク
ーラ１５との間の吸気経路６には、高圧段コンプレッサ
７の吐出圧力Ｐ２を検出する第２圧力センサ２３が設け
られている。An air flow sensor 2 for detecting an intake air flow rate M is provided on an intake path 6 upstream of the low-pressure stage compressor 8.
0 is provided. A first pressure sensor 2 for detecting an intake pressure P1 of the high-pressure stage compressor 7 is provided in an intake path 6 between the intercooler 14 and the high-pressure stage compressor 7.
1 and a temperature sensor 22 for detecting the intake air temperature T1. Further, a second pressure sensor 23 for detecting a discharge pressure P2 of the high-pressure stage compressor 7 is provided in the intake path 6 between the high-pressure stage compressor 7 and the aftercooler 15.
【００２０】また、エンジン２には、エンジン２の回転
数RPM を検出する回転センサ２４および負荷LDを検出す
る負荷センサ２５が設けられている。これらエアフロー
センサ２０、第１圧力センサ２１、第２圧力センサ２
３、温度センサ２２、回転センサ２４および負荷センサ
２５は、制御部１９に接続されており、各センサ２０〜
２５の出力が制御部１９に送られるようになっている。
制御部１９は、各センサ２０〜２５から送られてきた出
力値に応じてアクチュエータ１８を制御し、排気バイパ
ス弁１７の開度を後述のように制御する。The engine 2 is provided with a rotation sensor 24 for detecting a rotation speed RPM of the engine 2 and a load sensor 25 for detecting a load LD. These air flow sensor 20, first pressure sensor 21, second pressure sensor 2
3, the temperature sensor 22, the rotation sensor 24, and the load sensor 25 are connected to the control unit 19, and each of the sensors 20 to
The output of 25 is sent to the control unit 19.
The control unit 19 controls the actuator 18 according to the output value sent from each of the sensors 20 to 25, and controls the opening of the exhaust bypass valve 17 as described later.
【００２１】この制御部１９の制御フローを図２乃至図
６を用いて説明する。The control flow of the control unit 19 will be described with reference to FIGS.
【００２２】スタート後、ステップ１にて、回転センサ
２４によって現在のエンジン回転数RPM を検出すると共
に、負荷センサ２５によって現在のエンジン負荷LDを検
出する。検出された現在のエンジン回転数RPM と現在の
負荷LDとは、制御部１９に送られる。After the start, in step 1, the current engine speed RPM is detected by the rotation sensor 24, and the current engine load LD is detected by the load sensor 25. The detected current engine speed RPM and the current load LD are sent to the control unit 19.
【００２３】次に、ステップ２にて、ステップ１で検出
した現在のエンジン回転数RPM と負荷LDとが、制御部１
９内に書き込まれた図４に示すバイパス弁開度マップＭ
１に入力され、バイパス弁１７の基本開度が決定され
る。すなわち、制御部１９は、少なくともエンジン回転
数RPM に基づいて排気バイパス弁１７の基本開度を設定
する基本開度設定手段を備えている。Next, at step 2, the current engine speed RPM and load LD detected at step 1 are stored in the control unit 1.
The bypass valve opening map M shown in FIG.
1 and the basic opening of the bypass valve 17 is determined. That is, the control unit 19 includes basic opening setting means for setting the basic opening of the exhaust bypass valve 17 based on at least the engine speed RPM.
【００２４】基本開度設定手段は、エンジン２の回転数
RPM および負荷LDの状態に基いて、排気バイパス弁１７
の基本開度を設定するバイパス弁開度マップＭ１からな
る。このバイパス弁開度マップＭ１により、排気バイパ
ス弁１７の基本開度を制御することで高圧段タービン４
の通過排気ガス量を制御し、高圧段コンプレッサ７をエ
ンジン２の運転状態（回転数RPM 、負荷LD）に合わせて
予め定められた所望の作動線（例えば燃費が良好となる
高効率域に設定された作動線）に沿って運転させること
ができる。The basic opening degree setting means is provided for controlling the number of revolutions of the engine 2.
Based on the RPM and load LD conditions, the exhaust bypass valve 17
, A bypass valve opening map M1 for setting the basic opening of. By controlling the basic opening of the exhaust bypass valve 17 based on the bypass valve opening map M1, the high pressure stage turbine 4
The high-pressure stage compressor 7 is set to a predetermined desired operating line (for example, a high-efficiency region where fuel efficiency is good) in accordance with the operating state of the engine 2 (speed RPM, load LD). Operation line).
【００２５】本実施形態では、バイパス弁１７の基本開
度は、図４のバイパス弁開度マップＭ１に示すように、
回転数RPM が高く負荷LDが大きくなれば大きくなり、回
転数RPM が低く負荷LDが小さくなれば小さくなるよう
に、その基本特性が設定されている。これにより、高回
転高負荷時の過剰過給を回避すると共に、低回転低負荷
時の過給圧を確保するようにしている。In the present embodiment, the basic opening of the bypass valve 17 is determined as shown in a bypass valve opening map M1 in FIG.
The basic characteristics are set so that the rotation speed increases and the load LD increases when the rotation speed RPM is high and the load decreases when the rotation speed RPM is low and the load LD decreases. This avoids excessive supercharging at high rotation and high load, and ensures supercharging pressure at low rotation and low load.
【００２６】次に、ステップ３にて、ステップ１で検出
した現在のエンジン回転数RPM と負荷LDとが、制御部１
９内に書き込まれた図５に示す目標圧力比・目標修正流
量マップＭ２に入力され、高圧段コンプレッサ７の目標
圧力比ＰＲTARGETと目標修正流量ＭｃTARGETとが決定さ
れる。すなわち、制御部１９は、エンジン２の運転状態
（エンジン回転数RPM 、負荷LD）に基いて、高圧段コン
プレッサ７の目標圧力比ＰＲTARGETを設定する目標圧力
比設定手段と、高圧段コンプレッサ７の目標修正流量Ｍ
ｃTARGETを設定する目標修正流量設定手段とを備えてい
る。Next, at step 3, the current engine speed RPM and load LD detected at step 1 are stored in the control unit 1.
The target pressure ratio / target corrected flow rate map M2 shown in FIG. 5 written in FIG. 9 is input to the target pressure ratio PR TARGET and the target corrected flow rate Mc TARGET of the high-pressure compressor 7. That is, the control unit 19 includes a target pressure ratio setting unit that sets the target pressure ratio PR TARGET of the high-pressure stage compressor 7 based on the operation state of the engine 2 (the engine speed RPM and the load LD). Target corrected flow rate M
c Target correction flow rate setting means for setting TARGET .
【００２７】目標圧力比設定手段および目標修正流量設
定手段は、目標圧力比・目標修正流量マップＭ２からな
る。このマップＭ２に書き込まれた目標圧力比ＰＲ
TARGETおよび目標修正流量ＭｃTARGETは、エンジン２の
運転状態（回転数RPM 、負荷LD）の変化に応じて、高圧
段コンプレッサ７を予め定められた所望の作動線（例え
ば燃費が良好となる高効率域に設定された作動線）に沿
ってトレースさせる値に設定されている。The target pressure ratio setting means and the target correction flow rate setting means comprise a target pressure ratio / target correction flow rate map M2. Target pressure ratio PR written in this map M2
TARGET and target corrected flow rate Mc TARGET are based on a change in the operating state of the engine 2 (rotational speed RPM, load LD), and change the high-pressure stage compressor 7 to a predetermined desired operating line (for example, high efficiency at which fuel efficiency is improved). (The operation line set in the area).
【００２８】本実施形態では、図５に示すように、目標
圧力比・目標修正流量マップＭ２は、1000RPM 程度まで
はエンジン回転数RPM の上昇に伴って目標圧力比ＰＲ
TARGETを大きくし、1000RPM 程度以上となると目標圧力
比ＰＲTARGETを下げるように、その基本特性が設定され
ている。これにより、低中速回転域での過給圧を確保し
つつ高回転時の過剰過給を回避している。In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the target pressure ratio / target corrected flow rate map M2 shows that the target pressure ratio PR increases with an increase in the engine speed RPM up to about 1000 RPM.
Increasing the TARGET, to decrease the target pressure ratio PR TARGET If the above order of 1000 RPM, the basic characteristics are set. As a result, the supercharging at the time of high rotation is avoided while the supercharging pressure in the low to medium speed rotation region is secured.
【００２９】次に、ステップ４にて、第１および第２圧
力センサ２１、２３によって、高圧段コンプレッサ７の
上流側の圧力Ｐ１および下流側の圧力Ｐ２を検出し、制
御部１９にて現在の測定圧力比ＰＲ＝Ｐ２／Ｐ１を計算
する。すなわち、制御部１９は、高圧段コンプレッサ７
の上流および下流の圧力Ｐ１、Ｐ２に基いて現実の測定
圧力比ＰＲを検出する測定圧力比検出手段を有する。測
定圧力比検出手段は、第１および第２圧力センサ２１、
２３を有する。Next, in step 4, the first pressure sensor 21 and the second pressure sensor 23 detect the pressure P1 on the upstream side and the pressure P2 on the downstream side of the high-pressure compressor 7, and the control unit 19 detects the current pressure P1. Calculate the measured pressure ratio PR = P2 / P1. That is, the control unit 19 controls the high-pressure stage compressor 7
Pressure ratio detection means for detecting the actual measured pressure ratio PR based on the upstream and downstream pressures P1 and P2. The measurement pressure ratio detection means includes first and second pressure sensors 21,
23.
【００３０】次に、ステップ５にて、測定圧力比ＰＲと
目標圧力比ＰＲTARGETとが制御部１９内で比較される。
そして、制御部１９は、測定圧力比ＰＲ＞目標圧力比Ｐ
ＲTARGETならステップ６にて排気バイパス弁１７の開度
を大きくする指令をアクチュエータ１８に送り、測定圧
力比ＰＲ＜目標圧力比ＰＲTARGETならステップ７にて排
気バイパス弁１７の開度を小さくする指令をアクチュエ
ータ１８に送る。ステップ６またはステップ７を通過し
た後には、再びステップ４に戻る。Next, in step 5, the measured pressure ratio PR and the target pressure ratio PR TARGET are compared in the control unit 19.
Then, the control unit 19 determines that the measured pressure ratio PR> the target pressure ratio P
If R TARGET, a command to increase the opening of the exhaust bypass valve 17 is sent to the actuator 18 in step 6, and if the measured pressure ratio PR <target pressure ratio PR TARGET, a command to decrease the opening of the exhaust bypass valve 17 in step 7. Is sent to the actuator 18. After passing through step 6 or step 7, the process returns to step 4 again.
【００３１】そして、ステップ４にて再び圧力Ｐ１、Ｐ
２を検出し、測定圧力比ＰＲ＝Ｐ２／Ｐ１を計算し、ス
テップ５にて測定圧力比ＰＲと目標圧力比ＰＲTARGETと
を比較する。この循環は、ステップ５にて測定圧力比Ｐ
Ｒが目標圧力比ＰＲTARGETと一致するまで行われる。こ
のフィードバック制御により、ステップ２で決定された
排気バイパス弁１７の基本開度が、測定圧力比ＰＲと目
標圧力比ＰＲTARGETとが一致するように補正される。す
なわち、制御部１９は、測定圧力比ＰＲと目標圧力比Ｐ
ＲTARGETとを比較してそれらが一致するように排気バイ
パス弁１７の基本開度を補正する補正手段を有する。Then, at step 4, the pressures P1, P
2, the measured pressure ratio PR = P2 / P1 is calculated, and in step 5, the measured pressure ratio PR is compared with the target pressure ratio PR TARGET . In this circulation, the measured pressure ratio P
The process is performed until R matches the target pressure ratio PR TARGET . By this feedback control, the basic opening degree of the exhaust bypass valve 17 determined in step 2 is corrected so that the measured pressure ratio PR and the target pressure ratio PR TARGET match. That is, the control unit 19 controls the measured pressure ratio PR and the target pressure ratio P
A correction means is provided for comparing R TARGET and correcting the basic opening of the exhaust bypass valve 17 so that they match.
【００３２】補正手段は、ステップ４〜７から構成され
る。この補正手段による排気バイパス弁１７の開度制御
によって、高圧段コンプレッサ７の圧力比（測定圧力比
ＰＲ）が、そのときのエンジン２の運転状態（回転数RP
M 、負荷LD）にマッチした圧力比（目標圧力比ＰＲ
TARGET）とされる。これにより、高圧段コンプレッサ７
は、エンジン２の運転状態（回転数RPM 、負荷LD）に合
わせて予め定められた所望の作動線（例えば燃費が良好
となる高効率域に設定された作動線）に沿って運転され
ることになる。The correction means comprises steps 4 to 7. By controlling the degree of opening of the exhaust bypass valve 17 by this correction means, the pressure ratio (measured pressure ratio PR) of the high-pressure stage compressor 7 is changed to the operating state (rotation speed RP) of the engine 2 at that time.
M, pressure ratio (target pressure ratio PR) that matches load LD
TARGET ). Thereby, the high-pressure stage compressor 7
Is to be operated along a predetermined desired operation line (for example, an operation line set in a high-efficiency region where fuel efficiency is good) in accordance with the operation state of the engine 2 (revolution speed RPM, load LD). become.
【００３３】次に、ステップ５にて測定圧力比ＰＲ＝目
標圧力比ＰＲTARGETとなったなら、ステップ８に向か
う。ステップ８では、エアフローセンサ２０によって吸
入空気流量Ｍが検出され、温度センサ２２によって空気
温度Ｔ１が検出される。そして、制御部１９にて、現在
の測定修正流量Ｍｃが、Ｍｃ＝（Ｍ×（Ｔ１／Ｔｒ）
0.5 ）／（Ｐ１／Ｐｒ）によって算出される。Next, if the measured pressure ratio PR = the target pressure ratio PR TARGET in step 5, the process proceeds to step 8. In step 8, the intake air flow rate M is detected by the air flow sensor 20, and the air temperature T1 is detected by the temperature sensor 22. Then, in the control unit 19, the current measured correction flow rate Mc is calculated as Mc = (M × (T1 / Tr)).
0.5 ) / (P1 / Pr).
【００３４】ここで、Ｔｒは、補正用の基準温度であり
20℃（ 293Ｋ）が用いられ、Ｐｒは、補正用の基準圧力
であり大気圧（1.013 BAR ）が用いられる。すなわち、
制御部１９は、高圧段コンプレッサ７の現実の測定修正
流量Ｍｃを検出する測定修正流量設定手段（ステップ
８）を有する。測定修正流量設定手段は、エアフローセ
ンサ２０と第１圧力センサ２１と温度センサ２２とを有
する。そして、ステップ９に向かう。Here, Tr is a reference temperature for correction.
20 ° C. (293 K) is used, Pr is a reference pressure for correction, and atmospheric pressure (1.013 BAR) is used. That is,
The control unit 19 includes a measurement correction flow rate setting unit (step 8) for detecting the actual measurement correction flow rate Mc of the high-pressure stage compressor 7. The measurement correction flow rate setting means has an air flow sensor 20, a first pressure sensor 21, and a temperature sensor 22. Then, the procedure proceeds to step 9.
【００３５】ステップ９では、ステップ８で算出した測
定修正流量Ｍｃとステップ３でマップＭ２から求めた目
標修正流量ＭｃTARGETとが、制御部１９内で比較され
る。そして、測定修正流量Ｍｃ＝目標修正流量Ｍｃ
TARGETならステップ１０に向かいスタートに戻り、測定
修正流量Ｍｃ＝目標修正流量ＭｃTARGETでなければステ
ップ１１に向かい警告灯（警告ブザー等）を作動させ
る。In step 9, the measured corrected flow rate Mc calculated in step 8 and the target corrected flow rate Mc TARGET obtained from the map M 2 in step 3 are compared in the control section 19. Then, the measured corrected flow rate Mc = the target corrected flow rate Mc
If it is TARGET , return to step 10 and return to the start. If it is not the measured correction flow rate Mc = target correction flow rate Mc TARGET , go to step 11 and activate a warning light (warning buzzer or the like).
【００３６】すなわち、ステップ５で測定圧力比ＰＲが
目標圧力比ＰＲTARGETと一致したとき、ステップ９で測
定修正流量Ｍｃが目標修正流量ＭｃTARGETと一致してい
るか否かの確認がなされ、測定修正流量Ｍｃが目標修正
流量ＭｃTARGETと一致していなければ、何等かの異常で
あると考えられるので、ステップ１１で警告灯（警告ブ
ザー等）を作動させるのである。すなわち、制御部１９
は、測定修正流量Ｍｃが目標修正流量ＭｃTARGETと一致
しないとき異常と判断する異常判断手段（ステップ９、
１１）を有する。That is, when the measured pressure ratio PR matches the target pressure ratio PR TARGET in step 5, it is confirmed in step 9 whether the measured corrected flow rate Mc matches the target corrected flow rate Mc TARGET, and the measurement correction is performed. If the flow rate Mc does not match the target corrected flow rate McTARGET , it is considered that something is abnormal, and a warning light (warning buzzer or the like) is activated in step 11. That is, the control unit 19
, The abnormality determining means for determining an abnormality when the measured corrected flow Mc does not coincide with the target corrected flow Mc TARGET (step 9,
11).
【００３７】測定圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲTARGETに
達していても測定修正流量Ｍｃが目標修正流量Ｍｃ
TARGETに達しない原因としては、例えば、低圧段コンプ
レッサ８に異常が生じて適正に作動していない場合や、
吸気経路６に詰まりや管の破損（ガス抜け）が生じてい
る場合が想定される。ここで、本実施形態のステップ４
〜７に示すように圧力比ＰＲでフィードバック制御を行
ってしまうと、上記のような異常があっても排気バイパ
ス弁１７の開度制御によって圧力比ＰＲだけは正常値に
なってしまう場合が考えられ、異常判断ができなくなる
可能性がある。よって、修正流量Ｍｃによって異常判断
することは極めて有用である。Even if the measured pressure ratio PR has reached the target pressure ratio PR TARGET , the measured corrected flow rate Mc is equal to the target corrected flow rate Mc.
The reason why TARGET is not reached is that, for example, the low-pressure compressor 8 is not operating properly due to an abnormality.
It is assumed that the intake path 6 is clogged or the pipe is damaged (gas is released). Here, step 4 of the present embodiment
If feedback control is performed at the pressure ratio PR as shown in FIGS. 7 to 7, there is a case where only the pressure ratio PR becomes a normal value due to the opening degree control of the exhaust bypass valve 17 even if there is such an abnormality. And it may not be possible to determine the abnormality. Therefore, it is extremely useful to determine an abnormality based on the corrected flow rate Mc.
【００３８】なお、算出された測定修正流量Ｍｃとマッ
プＭ２から求めた目標修正流量ＭｃTARGETとの比較結果
に基いて排気バイパス弁１７の基本開度の補正を行って
も構わないが、本実施形態ではステップ５に示すように
算出された測定圧力比ＰＲとマップＭ２から求めた目標
圧力比ＰＲTARGETとの比較結果を優先させている。すな
わち、ステップ５とステップ９とを入れ替えても構わな
いが、本実施形態では圧力比ＰＲを修正流量Ｍｃに優先
させている。[0038] Although it may be corrected in the basic opening of the exhaust bypass valve 17 based on the comparison result between the target correction flow rate Mc TARGET obtained from the calculated measured corrected flow Mc and map M2, present In the embodiment, priority is given to the result of comparison between the measured pressure ratio PR calculated as shown in step 5 and the target pressure ratio PR TARGET obtained from the map M2. That is, step 5 and step 9 may be interchanged, but in the present embodiment, the pressure ratio PR is prioritized over the corrected flow rate Mc.
【００３９】何故なら、修正流量Ｍｃの算出は、ステ
ップ８に示すように計算が複雑であってセンサも多く必
要（エアフローセンサ２０、第１圧力センサ２１、温度
センサ２２）であるのに対し、圧力比ＰＲの算出は、ス
テップ４に示すように計算が簡単であってセンサも少な
くて済む（第１および第２圧力センサ２１、２３）から
である。また、修正流量Ｍｃでは、高圧段コンプレッ
サ７の作動点を特定することが難しく、その制御の方向
も簡単には決められないのに対し、圧力比ＰＲでは、高
圧段コンプレッサ７の作動点を特定でき、その制御の方
向も明確に定めることができるからである。この差異
は、圧力比ＰＲ＝Ｐ２／Ｐ１が高圧段コンプレッサ７の
圧力比そのものであるのに対し、修正流量Ｍｃは低圧段
コンプレッサ８の作動の影響を強く受けるために生じ
る。This is because the calculation of the corrected flow rate Mc is complicated as shown in step 8 and requires many sensors (the air flow sensor 20, the first pressure sensor 21, and the temperature sensor 22). The calculation of the pressure ratio PR is because the calculation is simple and the number of sensors is small (first and second pressure sensors 21 and 23) as shown in step 4. Also, it is difficult to specify the operating point of the high-pressure stage compressor 7 with the corrected flow rate Mc, and the control direction cannot be easily determined, whereas the operating ratio of the high-pressure stage compressor 7 is specified with the pressure ratio PR. This is because the control direction can be clearly determined. This difference occurs because the pressure ratio PR = P2 / P1 is the pressure ratio itself of the high-pressure stage compressor 7, whereas the corrected flow rate Mc is strongly affected by the operation of the low-pressure stage compressor 8.
【００４０】ステップ１１の次はステップ１２に向か
う。ステップ１２では、測定修正流量Ｍｃと測定圧力比
ＰＲとが、制御部１９に書き込まれた図６に示す作動領
域制限マップＭ３に入力され、現在の高圧段コンプレッ
サ７の運転状態を読み出し、ステップ１３にて、サージ
領域か適正領域かオーバレブ領域かのいずれの領域にあ
るか判断する。そして、適性領域であれば、ステップ１
４にてスタートに戻り、サージ領域またはオーバレブ領
域であれば、ステップ１５にて排気バイパス弁１７の開
度を全開にし、ステップ１６にてスタートに戻る。After step 11, the process goes to step 12. In step 12, the measured corrected flow rate Mc and the measured pressure ratio PR are input to the operation region restriction map M3 shown in FIG. 6 written in the control unit 19, and the current operation state of the high-pressure stage compressor 7 is read out. It is determined whether the current region is in the surge region, the proper region, or the over-rev region. And if it is an appropriate area, step 1
At 4, the process returns to the start. If it is in the surge range or the over-rev range, the opening degree of the exhaust bypass valve 17 is fully opened at Step 15, and the process returns to Start at Step 16.
【００４１】これにより、ステップ５で圧力比ＰＲが目
標値ＰＲTARGETに達したとき、ステップ９で流量Ｍｃが
目標値ＭｃTARGETに達していなければ、前述のように何
等かの異常であると考えて警告灯（警告ブザー等）を作
動させるが、その後、ステップ１３でその異常状態が高
圧段コンプレッサ７がサージ領域またはオーバレブ領域
であると判断されるとき、排気バイパス弁１７を全開に
し、サージ領域またはオーバレブ領域で運転されている
高圧段コンプレッサ７を適正領域に戻し、高圧段コンプ
レッサ７を保護するのである。Accordingly, when the pressure ratio PR reaches the target value PR TARGET in step 5 and the flow rate Mc does not reach the target value Mc TARGET in step 9, it is considered that there is some abnormality as described above. A warning light (warning buzzer or the like) is activated, and thereafter, when it is determined in step 13 that the high-pressure stage compressor 7 is in the surge region or the over-rev region, the exhaust bypass valve 17 is fully opened and the surge region is opened. Alternatively, the high-pressure compressor 7 operating in the over-rev region is returned to the appropriate region, and the high-pressure compressor 7 is protected.
【００４２】すなわち、制御部１９は、高圧段コンプレ
ッサ７の測定圧力比ＰＲおよび測定修正流量Ｍｃに基い
て高圧段コンプレッサ７の運転状態を判断する運転状態
判断手段と、高圧段コンプレッサ７がサージ領域または
オーバーレブ領域で運転されていると判断されたとき排
気バイパス弁１７を開放する非常手段とを備えている。
運転状態判断手段は図６に示す作動領域制限マップＭ３
を有し、非常手段はステップ１３および１５を有する。That is, the control unit 19 includes operating state determination means for determining the operating state of the high-pressure stage compressor 7 based on the measured pressure ratio PR and the measured corrected flow rate Mc of the high-pressure stage compressor 7, Or emergency means for opening the exhaust bypass valve 17 when it is determined that the vehicle is operating in the overrev region.
The operation state determination means is an operation area restriction map M3 shown in FIG.
And the emergency means has steps 13 and 15.
【００４３】以上説明したように、本実施形態は、２段
過給システム１において、エンジン２の回転数RPM と負
荷LDとから高圧段コンプレッサ７の目標とする圧力比Ｐ
ＲTARGETを設定し、この圧力比ＰＲTARGETとなるように
排気バイパス弁１７を常に制御するものである。これに
より、高圧段コンプレッサ７を所望の作動線に沿って正
確に運転させることができ、例えば、高圧段コンプレッ
サ８を燃費の良好な作動線に沿って正確に運転させるこ
とが可能となる。As described above, in the present embodiment, in the two-stage supercharging system 1, the target pressure ratio P of the high-pressure stage compressor 7 is determined from the rotational speed RPM of the engine 2 and the load LD.
R TARGET is set, and the exhaust bypass valve 17 is constantly controlled so as to achieve the pressure ratio P TARGET . Thus, the high-pressure stage compressor 7 can be operated accurately along a desired operation line, and for example, the high-pressure stage compressor 8 can be accurately operated along an operation line with good fuel efficiency.
【００４４】[0044]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような効果を発揮できる。As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
【００４５】(1)高圧段コンプレッサの圧力比を正確に
把握して制御できるので、高圧段コンプレッサを所望の
作動線に沿って正確に運転させることができる。よっ
て、例えば、高圧段コンプレッサを燃費の良好な作動線
に沿って運転させることが可能となる。(1) Since the pressure ratio of the high-pressure compressor can be accurately grasped and controlled, the high-pressure compressor can be operated accurately along a desired operating line. Therefore, for example, it is possible to operate the high-pressure stage compressor along an operation line with good fuel efficiency.
【００４６】(2)ターボおよびエンジンの吸排気系の異
常を診断できる。(2) It is possible to diagnose abnormalities in the intake and exhaust systems of the turbo and the engine.
【図１】本発明の一実施形態に係る２段過給システムの
概要を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a two-stage supercharging system according to an embodiment of the present invention.
【図２】上記２段過給システムの制御フローを示す流れ
図である。FIG. 2 is a flowchart showing a control flow of the two-stage supercharging system.
【図３】上記制御フローの続きを示す流れ図である。FIG. 3 is a flowchart showing a continuation of the control flow.
【図４】上記制御フローに用いられるバイパス弁開度マ
ップである。FIG. 4 is a bypass valve opening map used in the control flow.
【図５】上記制御フローに用いられる目標圧力比・目標
修正流量マップである。FIG. 5 is a target pressure ratio / target corrected flow rate map used in the control flow.
【図６】上記制御フローに用いられる作動領域制限マッ
プである。FIG. 6 is an operation area restriction map used in the control flow.
１ ２段過給システム ２ ディーゼルエンジン ３ 排気経路 ４ 高圧段タービン ５ 低圧段タービン ６ 吸気経路 ７ 高圧段コンプレッサ ８ 低圧段コンプレッサ １６ バイパス通路 １７ 排気バイパス弁 １９ 制御部 ＰＲ 測定圧力比 ＰＲTARGET 目標圧力比 Ｍｃ 測定修正流量 ＭｃTARGET 目標修正流量 Ｐ１ 圧力 Ｐ２ 圧力DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Two-stage supercharging system 2 Diesel engine 3 Exhaust path 4 High-pressure stage turbine 5 Low-pressure stage turbine 6 Intake path 7 High-pressure stage compressor 8 Low-pressure stage compressor 16 Bypass passage 17 Exhaust bypass valve 19 Control part PR Measured pressure ratio PR TARGET target pressure ratio Mc measurement correction flow rate Mc TARGET target correction flow rate P1 pressure P2 pressure
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬戸 雄史 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞ中央研究所内 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA14 EA16 EA23 FA23 FA37 FA57 GB27 GE01 GE08 GE09 JA02 JA13 JA24 JA39 JA45 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yuji Seto No. 8 Tsuchiya, Fujisawa-shi, Kanagawa F-term in Isuzu Central Research Institute Co., Ltd. 3G005 DA02 EA04 EA14 EA16 EA23 FA23 FA37 FA57 GB27 GE01 GE08 GE09 JA02 JA13 JA24 JA39 JA45
Claims (6)
配置された高圧段タービンおよび低圧段タービンと、上
記エンジンの吸気経路に直列に配置され上記各タービン
によって夫々駆動される高圧段コンプレッサおよび低圧
段コンプレッサと、上記排気経路に上記高圧段タービン
をバイパスするように接続されたバイパス通路と、該バ
イパス通路に設けられた排気バイパス弁と、該排気バイ
パス弁の開度を制御する制御部とを備えた２段過給シス
テムであって、上記制御部は、少なくともエンジン回転
数に基づいて排気バイパス弁の基本開度を設定する基本
開度設定手段と、エンジンの運転状態に基いて高圧段コ
ンプレッサの目標圧力比を設定する目標圧力比設定手段
と、高圧段コンプレッサの上流および下流の圧力に基い
て現実の測定圧力比を検出する測定圧力比検出手段と、
測定圧力比と目標圧力比とを比較してそれらが一致する
ように排気バイパス弁の基本開度を補正する補正手段と
を有するものであることを特徴とする２段過給システ
ム。1. A high-pressure stage turbine and a low-pressure stage turbine arranged in series in an exhaust passage of a diesel engine, and a high-pressure stage compressor and a low-pressure stage compressor arranged in series in an intake passage of the engine and driven by each of the turbines. A bypass passage connected to the exhaust passage so as to bypass the high-pressure stage turbine; an exhaust bypass valve provided in the bypass passage; and a control unit for controlling an opening degree of the exhaust bypass valve. In the two-stage supercharging system, the control unit includes: a basic opening setting unit configured to set a basic opening of the exhaust bypass valve based on at least an engine speed; A target pressure ratio setting means for setting a pressure ratio, and an actual measured pressure ratio based on pressures upstream and downstream of the high-pressure compressor. Pressure ratio detecting means for detecting
Correction means for comparing the measured pressure ratio with the target pressure ratio and correcting the basic opening of the exhaust bypass valve so that they match.
転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッサを所
望の作動線に沿って運転させるべく、排気バイパス弁の
基本開度を設定するものである請求項１記載の２段過給
システム。2. The basic opening setting means sets a basic opening of an exhaust bypass valve based on an engine speed and a load state so that a high-pressure compressor operates along a desired operating line. The two-stage supercharging system according to claim 1, wherein
回転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッサの
目標圧力比を設定するものである請求項１乃至２記載の
２段過給システム。3. The two-stage supercharging system according to claim 1, wherein the target pressure ratio setting means sets a target pressure ratio of the high-pressure compressor based on an engine speed and a load state.
実の測定修正流量を検出する測定修正流量検出手段と、
エンジン運転状態に基いて高圧段コンプレッサの目標修
正流量を設定する目標修正流量設定手段と、測定修正流
量が目標修正流量と一致しないとき異常と判断する異常
判断手段とを更に備えたものである請求項１乃至３記載
の２段過給システム。4. The controller according to claim 1, wherein the controller is configured to detect an actual measured and corrected flow rate of the high-pressure stage compressor;
The apparatus further includes target correction flow rate setting means for setting a target correction flow rate of the high-pressure stage compressor based on an engine operation state, and abnormality determination means for determining an abnormality when the measured correction flow rate does not match the target correction flow rate. Item 2. A two-stage supercharging system according to items 1 to 3.
に設けられたエアフローセンサと、高圧段コンプレッサ
の上流側に夫々設けられた圧力センサおよび温度センサ
と、これら各センサの検出値に基いて測定修正流量を算
出する演算手段とを備えたものである請求項４記載の２
段過給システム。5. The measuring and correcting flow rate detecting means includes an air flow sensor provided in an intake path, a pressure sensor and a temperature sensor provided respectively on the upstream side of a high-pressure stage compressor, and a detection value of each of these sensors. 5. The method according to claim 4, further comprising a calculating means for calculating the measurement correction flow rate.
Stage supercharging system.
定圧力比および測定修正流量に基いて高圧段コンプレッ
サの運転状態を判断する運転状態判断手段と、高圧段コ
ンプレッサがサージ領域またはオーバーレブ領域で運転
されていると判断されたとき上記排気バイパス弁を開放
する非常手段とを更に備えたものである請求項１乃至５
記載の２段過給システム。6. The control unit includes: an operating state determining unit configured to determine an operating state of the high-pressure compressor based on a measured pressure ratio and a measured corrected flow rate of the high-pressure compressor; and operating the high-pressure compressor in a surge region or an over-rev region. An emergency means for opening the exhaust bypass valve when it is determined that the operation has been performed.
A two-stage supercharging system as described.
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|---|---|---|---|
| JP2000155966A JP3783527B2 (en) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | Two-stage turbocharging system |
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