JP2002004904A - 過給機付きエンジンのｅｇｒ装置 - Google Patents
過給機付きエンジンのｅｇｒ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＥＧＲ制御の精度を低下させることなく、運
転領域に関わらず確実にＥＧＲを還流できる過給機付き
エンジンのＥＧＲ装置を提供する。 【解決手段】 タービン３ｂの流入口にベーン開度を変
更可能な可変ノズルベーン装置１１を設け、コンプレッ
サ３ａの流入口に吸入空気の流入角度を変更可能な可変
案内翼装置５を設け、機関１のＥＧＲ情報を含む運転状
態に基づいて可変ノズルベーン装置１１のベーン開度を
制御すると共に、タービン上流側の圧力（過給圧）とコ
ンプレッサ下流側の圧力（排気圧）との差圧が機関１の
運転状態から設定した目標差圧となるように可変案内翼
装置５を駆動制御し、これにより吸排気差圧を発生させ
てＥＧＲを還流させる。可変案内翼装置５では比較的流
速の遅い吸入空気を制御することから、可変ノズルベー
ン装置側に比較してより緻密な圧力調整が可能となる。
転領域に関わらず確実にＥＧＲを還流できる過給機付き
エンジンのＥＧＲ装置を提供する。 【解決手段】 タービン３ｂの流入口にベーン開度を変
更可能な可変ノズルベーン装置１１を設け、コンプレッ
サ３ａの流入口に吸入空気の流入角度を変更可能な可変
案内翼装置５を設け、機関１のＥＧＲ情報を含む運転状
態に基づいて可変ノズルベーン装置１１のベーン開度を
制御すると共に、タービン上流側の圧力（過給圧）とコ
ンプレッサ下流側の圧力（排気圧）との差圧が機関１の
運転状態から設定した目標差圧となるように可変案内翼
装置５を駆動制御し、これにより吸排気差圧を発生させ
てＥＧＲを還流させる。可変案内翼装置５では比較的流
速の遅い吸入空気を制御することから、可変ノズルベー
ン装置側に比較してより緻密な圧力調整が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変ノズルベーン
により過給圧を調整可能な可変容量型の過給機を備えた
エンジンのＥＧＲ装置に関するものである。
により過給圧を調整可能な可変容量型の過給機を備えた
エンジンのＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】周知のようにＮＯｘ（窒素酸化
物）を低減する手法の１つとして、エンジンから排出さ
れた排ガスの一部を吸気側に還流して燃焼温度を低下さ
せるＥＧＲ制御が実施されている。このＥＧＲの還流
は、排気通路と吸気通路との圧力差を利用して行われる
ため、吸気を過給する過給機付きのエンジンでは、エン
ジンの運転領域によっては吸気通路の圧力が排気通路の
圧力より高くなって、ＥＧＲを還流不能となる場合があ
る。
物）を低減する手法の１つとして、エンジンから排出さ
れた排ガスの一部を吸気側に還流して燃焼温度を低下さ
せるＥＧＲ制御が実施されている。このＥＧＲの還流
は、排気通路と吸気通路との圧力差を利用して行われる
ため、吸気を過給する過給機付きのエンジンでは、エン
ジンの運転領域によっては吸気通路の圧力が排気通路の
圧力より高くなって、ＥＧＲを還流不能となる場合があ
る。
【０００３】その対策として、例えば特公平６−４７９
３４号公報に記載の技術では、可変ノズルベーン装置で
過給圧を調整可能な可変容量型の過給機を備えたエンジ
ンにおいて、上記ＥＧＲを還流不能な領域ではベーンを
閉側に制御することにより、排気通路の圧力を高めてＥ
ＧＲの還流を図っている。
３４号公報に記載の技術では、可変ノズルベーン装置で
過給圧を調整可能な可変容量型の過給機を備えたエンジ
ンにおいて、上記ＥＧＲを還流不能な領域ではベーンを
閉側に制御することにより、排気通路の圧力を高めてＥ
ＧＲの還流を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本来の
可変ノズルベーン装置の機能は過給圧制御にあり、例え
ば、エンジンが低回転域で排ガス流量が少ないときに
は、可変ノズルベーンを閉側に制御して排ガスを絞るこ
とでタービンに衝突するガス流速を高めて、過給圧の上
昇により低速トルクを確保する等の役割を奏する。つま
り、可変ノズルベーン装置は、過給圧の調整に適するよ
うにベーン形状や制御内容等が設定されている上に、膨
張後の流速の高い排ガスを狭い通路内で制御することか
ら、僅かにベーンを閉じただけで排気側の圧力が急増し
てラフな調整しかできない結果となる。従って、排気側
と吸気側との差圧を目標差圧に正確に制御できず、ＥＧ
Ｒ制御の精度が低下してしまうという問題があった。
可変ノズルベーン装置の機能は過給圧制御にあり、例え
ば、エンジンが低回転域で排ガス流量が少ないときに
は、可変ノズルベーンを閉側に制御して排ガスを絞るこ
とでタービンに衝突するガス流速を高めて、過給圧の上
昇により低速トルクを確保する等の役割を奏する。つま
り、可変ノズルベーン装置は、過給圧の調整に適するよ
うにベーン形状や制御内容等が設定されている上に、膨
張後の流速の高い排ガスを狭い通路内で制御することか
ら、僅かにベーンを閉じただけで排気側の圧力が急増し
てラフな調整しかできない結果となる。従って、排気側
と吸気側との差圧を目標差圧に正確に制御できず、ＥＧ
Ｒ制御の精度が低下してしまうという問題があった。
【０００５】本発明の目的は、ＥＧＲ制御の精度を低下
させることなく、運転領域に関わらず確実にＥＧＲを還
流させることができる過給機付きエンジンのＥＧＲ装置
を提供することにある。
させることなく、運転領域に関わらず確実にＥＧＲを還
流させることができる過給機付きエンジンのＥＧＲ装置
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、過給機のタービン上流側の排気通路と
過給機のコンプレッサ下流側の吸気通路とを接続するＥ
ＧＲ通路と、タービンの流入口に備えられて、排ガスが
流通するベーン開度を変更可能な可変ノズルベーン装置
と、コンプレッサの流入口に備えられて、コンプレッサ
への吸入空気の流入角度を変更可能な可変案内翼装置
と、機関のＥＧＲ情報を含む運転状態を検出する運転状
態検出手段と、タービン上流側の圧力とコンプレッサ下
流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、運転状
態検出手段により検出された運転状態に応じて、可変ノ
ズルベーン装置のベーン開度を設定するベーン開度設定
手段と、機関の運転状態に応じてタービン上流側の圧力
とコンプレッサ下流側の圧力との目標差圧を設定する目
標差圧設定手段と、ベーン開度設定手段の情報を基に可
変ノズルベーン装置を駆動制御すると共に、差圧検出手
段により検出された差圧が目標差圧設定手段により設定
された目標差圧となるように可変案内翼装置を駆動制御
する駆動制御手段とを備えた。
め、本発明では、過給機のタービン上流側の排気通路と
過給機のコンプレッサ下流側の吸気通路とを接続するＥ
ＧＲ通路と、タービンの流入口に備えられて、排ガスが
流通するベーン開度を変更可能な可変ノズルベーン装置
と、コンプレッサの流入口に備えられて、コンプレッサ
への吸入空気の流入角度を変更可能な可変案内翼装置
と、機関のＥＧＲ情報を含む運転状態を検出する運転状
態検出手段と、タービン上流側の圧力とコンプレッサ下
流側の圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、運転状
態検出手段により検出された運転状態に応じて、可変ノ
ズルベーン装置のベーン開度を設定するベーン開度設定
手段と、機関の運転状態に応じてタービン上流側の圧力
とコンプレッサ下流側の圧力との目標差圧を設定する目
標差圧設定手段と、ベーン開度設定手段の情報を基に可
変ノズルベーン装置を駆動制御すると共に、差圧検出手
段により検出された差圧が目標差圧設定手段により設定
された目標差圧となるように可変案内翼装置を駆動制御
する駆動制御手段とを備えた。
【０００７】従って、可変ノズルベーン装置のベーン開
度が機関の運転状態に応じて制御されて、排ガスの流通
状態が変化してタービン上流側の圧力が調整され、その
タービン上流側の圧力とコンプレッサ下流側の圧力との
差圧が目標差圧となるように可変案内翼装置の作動状態
が制御される。これによりコンプレッサへの吸入空気の
流入角度と共にコンプレッサ効率が変化して、コンプレ
ッサ下流側の圧力が調整され、結果として吸排気差圧を
調整してＥＧＲを還流可能となる。
度が機関の運転状態に応じて制御されて、排ガスの流通
状態が変化してタービン上流側の圧力が調整され、その
タービン上流側の圧力とコンプレッサ下流側の圧力との
差圧が目標差圧となるように可変案内翼装置の作動状態
が制御される。これによりコンプレッサへの吸入空気の
流入角度と共にコンプレッサ効率が変化して、コンプレ
ッサ下流側の圧力が調整され、結果として吸排気差圧を
調整してＥＧＲを還流可能となる。
【０００８】そして、膨張後の流速の高い排ガスを制御
する可変ノズルベーン装置に比較して、比較的流速の遅
い吸入空気を制御する可変案内翼装置では、より緻密な
圧力調整が可能であることから、結果としてエンジンの
運転領域（過給機の過給状態）に関わらず、差圧を目標
差圧に確実に保持可能となる。
する可変ノズルベーン装置に比較して、比較的流速の遅
い吸入空気を制御する可変案内翼装置では、より緻密な
圧力調整が可能であることから、結果としてエンジンの
運転領域（過給機の過給状態）に関わらず、差圧を目標
差圧に確実に保持可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を過給機付きディー
ゼルエンジンのＥＧＲ装置に具体化した一実施形態を説
明する。図１の全体構成図に示すように、エンジン１の
吸気通路２には過給機としてのターボチャージャ３のコ
ンプレッサ３ａが設けられると共に、その下流側にはイ
ンタクーラ４が設けられ、コンプレッサ３ａにより過給
された吸入空気がインタクーラ４により冷却された後
に、吸気通路２を経てエンジン１の図示しない燃焼室内
に導入される。コンプレッサ３ａの上流側の吸気通路に
は、可変案内翼装置５が設けられている。この可変案内
翼装置５の一対のベーン６は吸気通路２内でコンプレッ
サ３ａの回転軸線を中心として対向配置され、これらの
ベーン６は吸気通路２外に設置されたステップモータ８
にそれぞれ連結されている。
ゼルエンジンのＥＧＲ装置に具体化した一実施形態を説
明する。図１の全体構成図に示すように、エンジン１の
吸気通路２には過給機としてのターボチャージャ３のコ
ンプレッサ３ａが設けられると共に、その下流側にはイ
ンタクーラ４が設けられ、コンプレッサ３ａにより過給
された吸入空気がインタクーラ４により冷却された後
に、吸気通路２を経てエンジン１の図示しない燃焼室内
に導入される。コンプレッサ３ａの上流側の吸気通路に
は、可変案内翼装置５が設けられている。この可変案内
翼装置５の一対のベーン６は吸気通路２内でコンプレッ
サ３ａの回転軸線を中心として対向配置され、これらの
ベーン６は吸気通路２外に設置されたステップモータ８
にそれぞれ連結されている。
【００１０】ステップモータ８によりベーン６は、吸入
空気の流通方向に沿った姿勢（ベーン角度＝０°）から
コンプレッサ３ａの回転方向に向けて回動した姿勢（ベ
ーン角度＝６０°）の間で回動され、ベーン角度の増加
に伴って吸入空気には旋回流が与えられて、コンプレッ
サ３ａに対して所定の角度をもって流入する。尚、この
可変案内翼装置５は、例えば特開平１０−３３９１５２
号公報に記載されているものと同一構成であり、詳細は
同公報を参照されたい。
空気の流通方向に沿った姿勢（ベーン角度＝０°）から
コンプレッサ３ａの回転方向に向けて回動した姿勢（ベ
ーン角度＝６０°）の間で回動され、ベーン角度の増加
に伴って吸入空気には旋回流が与えられて、コンプレッ
サ３ａに対して所定の角度をもって流入する。尚、この
可変案内翼装置５は、例えば特開平１０−３３９１５２
号公報に記載されているものと同一構成であり、詳細は
同公報を参照されたい。
【００１１】一方、エンジン１の排気通路１０には、前
記コンプレッサ３ａと同軸上に結合されたターボチャー
ジャ３のタービン３ｂが設けられ、燃焼室内で燃焼後の
排ガスは排気通路１０を経てタービン３ｂを回転駆動し
た後に外部に排出される。タービン３ｂの上流側の排気
通路１０には可変ノズルベーン装置１１が設けられてい
る。この可変ノズルベーン装置１１の多数のベーン１２
はタービン３ｂの外周を取り巻くように環状に配設され
（図では１つのベーン１２のみを図示）、これらのベー
ン１２は空圧式のベーン開閉アクチュエータ１３に連結
されている。ベーン開閉アクチュエータ１３は圧縮エア
を貯留するエアタンク１５にソレノイド弁１４を介して
接続され、ソレノイド弁１４の開閉に応じてエアタンク
１５から供給される圧縮エアを利用して各ベーン１２の
開度を一斉に変更する。
記コンプレッサ３ａと同軸上に結合されたターボチャー
ジャ３のタービン３ｂが設けられ、燃焼室内で燃焼後の
排ガスは排気通路１０を経てタービン３ｂを回転駆動し
た後に外部に排出される。タービン３ｂの上流側の排気
通路１０には可変ノズルベーン装置１１が設けられてい
る。この可変ノズルベーン装置１１の多数のベーン１２
はタービン３ｂの外周を取り巻くように環状に配設され
（図では１つのベーン１２のみを図示）、これらのベー
ン１２は空圧式のベーン開閉アクチュエータ１３に連結
されている。ベーン開閉アクチュエータ１３は圧縮エア
を貯留するエアタンク１５にソレノイド弁１４を介して
接続され、ソレノイド弁１４の開閉に応じてエアタンク
１５から供給される圧縮エアを利用して各ベーン１２の
開度を一斉に変更する。
【００１２】吸気通路２のインタクーラ４の下流側と排
気通路１０のタービン３ｂの上流側とはＥＧＲ通路１６
により接続され、このＥＧＲ通路１６にはＥＧＲ弁１７
が設けられている。ＥＧＲ弁１７はソレノイド弁１８を
介して前記エアタンク１５に接続され、ソレノイド弁１
８の開閉に応じてエアタンク１５から供給される圧縮エ
アを利用して、その開度が変更される。
気通路１０のタービン３ｂの上流側とはＥＧＲ通路１６
により接続され、このＥＧＲ通路１６にはＥＧＲ弁１７
が設けられている。ＥＧＲ弁１７はソレノイド弁１８を
介して前記エアタンク１５に接続され、ソレノイド弁１
８の開閉に応じてエアタンク１５から供給される圧縮エ
アを利用して、その開度が変更される。
【００１３】車室内には、図示しない入出力装置、制御
プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置
（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ２１（電子制
御ユニット）が設置されており、このＥＣＵ２１はＥＧ
Ｒ制御やターボチャージャ３の制御を含めたエンジン１
の総合的な制御を行う。ＥＣＵ２１の入力側には、運転
者によるアクセル操作量ＡＰＳを検出するアクセルセン
サ２２、エンジン１の回転速度Ｎeを検出する回転速度
センサ２３、吸気通路２のインタクーラ下流側の圧力
（以下、過給圧という）を検出する差圧検出手段として
の過給圧センサ２４、排気通路４のタービン上流側の圧
力（以下、排気圧という）を検出する差圧検出手段とし
ての排気圧センサ２５等の各種センサが接続され、ＥＣ
Ｕ２１の出力側には、前記ステップモータ８、及びソレ
ノイド弁１４，１８等の各種アクチュエータが接続され
ている。
プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置
（ＲＯＭ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等）、中央処理装置（Ｃ
ＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ２１（電子制
御ユニット）が設置されており、このＥＣＵ２１はＥＧ
Ｒ制御やターボチャージャ３の制御を含めたエンジン１
の総合的な制御を行う。ＥＣＵ２１の入力側には、運転
者によるアクセル操作量ＡＰＳを検出するアクセルセン
サ２２、エンジン１の回転速度Ｎeを検出する回転速度
センサ２３、吸気通路２のインタクーラ下流側の圧力
（以下、過給圧という）を検出する差圧検出手段として
の過給圧センサ２４、排気通路４のタービン上流側の圧
力（以下、排気圧という）を検出する差圧検出手段とし
ての排気圧センサ２５等の各種センサが接続され、ＥＣ
Ｕ２１の出力側には、前記ステップモータ８、及びソレ
ノイド弁１４，１８等の各種アクチュエータが接続され
ている。
【００１４】本実施例のディーゼルエンジン１は、図示
しない燃料噴射ポンプのスリーブ位置をアクチュエータ
で駆動して燃料噴射量を制御する電子制御式として構成
されている。ＥＣＵ２１はアクセル操作量ＡＰＳ及びエ
ンジン回転速度Ｎeに基づいて、予め設定されたマップ
から燃料噴射量Ｑを決定し、その燃料噴射量Ｑが達成さ
れるように燃料噴射ポンプのスリーブ位置をアクチュエ
ータにて調整する。
しない燃料噴射ポンプのスリーブ位置をアクチュエータ
で駆動して燃料噴射量を制御する電子制御式として構成
されている。ＥＣＵ２１はアクセル操作量ＡＰＳ及びエ
ンジン回転速度Ｎeに基づいて、予め設定されたマップ
から燃料噴射量Ｑを決定し、その燃料噴射量Ｑが達成さ
れるように燃料噴射ポンプのスリーブ位置をアクチュエ
ータにて調整する。
【００１５】次に、以上のように構成された過給機付き
エンジン１のＥＧＲ装置により実施されるＥＧＲ制御に
ついて説明する。ＥＧＲ弁１７の制御は一般的なＥＧＲ
制御と同じく、燃料噴射量Ｑ（エンジン負荷に相当す
る）及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて予め設定され
たマップに従って実施される。このマップでは、ＥＧＲ
の実行域と非実行域とが設定されると共に、実行域では
燃料噴射量Ｑとエンジン回転速度Ｎeに応じた適切な目
標ＥＧＲ量が設定されており、ＥＣＵ２１はこのマップ
から目標ＥＧＲ量を決定し、その目標ＥＧＲ量が達成さ
れるようにソレノイド弁１８によりＥＧＲ弁１７の開度
を調整する。このＥＧＲ制御により、排気通路１０の排
ガスがＥＧＲ通路１６を経てＥＧＲとして吸気通路２へ
と還流されて、燃焼温度の低下によりＮＯｘの排出が低
減される。
エンジン１のＥＧＲ装置により実施されるＥＧＲ制御に
ついて説明する。ＥＧＲ弁１７の制御は一般的なＥＧＲ
制御と同じく、燃料噴射量Ｑ（エンジン負荷に相当す
る）及びエンジン回転速度Ｎeに基づいて予め設定され
たマップに従って実施される。このマップでは、ＥＧＲ
の実行域と非実行域とが設定されると共に、実行域では
燃料噴射量Ｑとエンジン回転速度Ｎeに応じた適切な目
標ＥＧＲ量が設定されており、ＥＣＵ２１はこのマップ
から目標ＥＧＲ量を決定し、その目標ＥＧＲ量が達成さ
れるようにソレノイド弁１８によりＥＧＲ弁１７の開度
を調整する。このＥＧＲ制御により、排気通路１０の排
ガスがＥＧＲ通路１６を経てＥＧＲとして吸気通路２へ
と還流されて、燃焼温度の低下によりＮＯｘの排出が低
減される。
【００１６】そして、このときのＥＧＲ弁１７の開度に
対するＥＧＲ量は、排気通路１０と吸気通路２との差圧
（以下、吸排気差圧という）の影響を受けることから、
本実施形態では、上記可変ノズルベーン装置１１のベー
ン開度及び可変案内翼装置５のベーン角度を制御するこ
とにより、エンジン１の運転状態に応じた所定の吸排気
差圧を保持し、その吸排気差圧を前提として上記目標Ｅ
ＧＲ量マップを設定してＥＧＲ制御を実施している。
対するＥＧＲ量は、排気通路１０と吸気通路２との差圧
（以下、吸排気差圧という）の影響を受けることから、
本実施形態では、上記可変ノズルベーン装置１１のベー
ン開度及び可変案内翼装置５のベーン角度を制御するこ
とにより、エンジン１の運転状態に応じた所定の吸排気
差圧を保持し、その吸排気差圧を前提として上記目標Ｅ
ＧＲ量マップを設定してＥＧＲ制御を実施している。
【００１７】そこで、この可変ノズルベーン装置１１及
び可変案内翼装置５を利用して行われる吸排気差圧の制
御について説明する。ここで、両装置１１，５は共に、
ターボチャージャ３の過給圧が高い運転領域にあって
も、所定の吸排気差圧を確保してＥＧＲの還流を可能と
する機能を奏するが、双方の特性は大きく異なる。従っ
て、まず、両装置１１，５の特性の相違を述べる。
び可変案内翼装置５を利用して行われる吸排気差圧の制
御について説明する。ここで、両装置１１，５は共に、
ターボチャージャ３の過給圧が高い運転領域にあって
も、所定の吸排気差圧を確保してＥＧＲの還流を可能と
する機能を奏するが、双方の特性は大きく異なる。従っ
て、まず、両装置１１，５の特性の相違を述べる。
【００１８】可変ノズルベーン装置１１については、従
来と同じくベーン開度を小として排ガスを絞るほどター
ビン上流側の排気通路１０の圧力が高まるため、結果と
して吸排気差圧を増加させる作用を奏することになる。
一方、可変案内翼装置５については、図２に示すような
影響を及ぼす。この図では、ベーン角度０〜２０°付近
でコンプレッサ効率が最良となるエンジン１の運転状態
において、ベーン角度を変更したときの各パラメータの
変化を示しており、ベーン角度を増加させるほど、過給
機回転速度が増加すると共にコンプレッサ効率が低下
し、それに伴って過給圧及び排気圧が低下し、排気圧に
比較して過給圧の低下幅が大であることから、吸排気差
圧が増加するのがわかる。
来と同じくベーン開度を小として排ガスを絞るほどター
ビン上流側の排気通路１０の圧力が高まるため、結果と
して吸排気差圧を増加させる作用を奏することになる。
一方、可変案内翼装置５については、図２に示すような
影響を及ぼす。この図では、ベーン角度０〜２０°付近
でコンプレッサ効率が最良となるエンジン１の運転状態
において、ベーン角度を変更したときの各パラメータの
変化を示しており、ベーン角度を増加させるほど、過給
機回転速度が増加すると共にコンプレッサ効率が低下
し、それに伴って過給圧及び排気圧が低下し、排気圧に
比較して過給圧の低下幅が大であることから、吸排気差
圧が増加するのがわかる。
【００１９】図３の試験結果は以下のように説明でき
る。上記したＥＧＲを還流させない非ＥＧＲ実行域では
ベーン開度は０〜２０°付近に制御され、このときのベ
ーン６により吸入空気にはコンプレッサ３ａの回転方向
の旋回流が与えられる（０°のときは発生せず）。旋回
流がない場合には、コンプレッサ３ａの回転が増加する
ほど吸入空気が反回転方向の角度をもってコンプレッサ
３ａに流入して効率を低下させるが、このように旋回流
が与えられることで吸入空気はコンプレッサ３ａに対し
て理想的な角度で流入し、良好なコンプレッサ効率が実
現される。
る。上記したＥＧＲを還流させない非ＥＧＲ実行域では
ベーン開度は０〜２０°付近に制御され、このときのベ
ーン６により吸入空気にはコンプレッサ３ａの回転方向
の旋回流が与えられる（０°のときは発生せず）。旋回
流がない場合には、コンプレッサ３ａの回転が増加する
ほど吸入空気が反回転方向の角度をもってコンプレッサ
３ａに流入して効率を低下させるが、このように旋回流
が与えられることで吸入空気はコンプレッサ３ａに対し
て理想的な角度で流入し、良好なコンプレッサ効率が実
現される。
【００２０】そして、この状態からベーン角度を増加さ
せると、吸入空気はコンプレッサ３ａの回転に対して急
角度過ぎる不適切な角度で流入するようになり、当然な
がらコンプレッサ効率が低下して過給圧も低下すること
になる。また、このように吸入空気の流入角度が急にな
ることでコンプレッサ３ａの負荷が軽減されることか
ら、排ガスはより円滑にタービン３ｂを通過してタービ
ン上流側の排気圧は低下する。
せると、吸入空気はコンプレッサ３ａの回転に対して急
角度過ぎる不適切な角度で流入するようになり、当然な
がらコンプレッサ効率が低下して過給圧も低下すること
になる。また、このように吸入空気の流入角度が急にな
ることでコンプレッサ３ａの負荷が軽減されることか
ら、排ガスはより円滑にタービン３ｂを通過してタービ
ン上流側の排気圧は低下する。
【００２１】上記のように過給圧はベーン角度の変更に
直接的に影響されるが、排気圧は間接的にしか影響され
ないため、給気圧の低下に比較して排気圧の低下は小さ
く、結果として両者の差である吸排気差圧は増加するこ
とになる。よって、可変ノズルベーン装置１１と同様に
可変案内翼装置５のベーン角度を変更しても吸排気差圧
を調整できることがわかる。
直接的に影響されるが、排気圧は間接的にしか影響され
ないため、給気圧の低下に比較して排気圧の低下は小さ
く、結果として両者の差である吸排気差圧は増加するこ
とになる。よって、可変ノズルベーン装置１１と同様に
可変案内翼装置５のベーン角度を変更しても吸排気差圧
を調整できることがわかる。
【００２２】ここで、図１の構成からもわかるように、
可変ノズルベーン装置１１は、膨張後の流速の高い排ガ
スを狭い通路内で制御するため、僅かなベーン開度の変
化で排気圧が大きく変化することになり、排気圧に対す
る制御範囲は広いがラフな調整しかできない。これに対
して可変案内翼装置５は、比較的流速の遅い吸入空気を
広い通路内で制御する構成であることから、ベーン角度
の変化に対する過給圧の変化が小さくて、過給圧の制御
範囲は狭いものの緻密な調整が可能であるという特性を
有する。
可変ノズルベーン装置１１は、膨張後の流速の高い排ガ
スを狭い通路内で制御するため、僅かなベーン開度の変
化で排気圧が大きく変化することになり、排気圧に対す
る制御範囲は広いがラフな調整しかできない。これに対
して可変案内翼装置５は、比較的流速の遅い吸入空気を
広い通路内で制御する構成であることから、ベーン角度
の変化に対する過給圧の変化が小さくて、過給圧の制御
範囲は狭いものの緻密な調整が可能であるという特性を
有する。
【００２３】一方、ＥＣＵ２１は図３に示す吸排気差圧
制御ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。ま
ず、ステップＳ２で目標吸排気差圧ΔＰtgtを設定す
る。この目標吸排気差圧ΔＰtgtは、現在のエンジン１
の運転状態を前提として効率良くＥＧＲを還流可能な差
圧として、例えばエンジン回転速度Ｎe、アクセル操作
量ＡＰＳ、燃料噴射量Ｑ、過給圧Ｐb等に応じて予めマ
ップ化されており、ステップＳ２ではこれらのパラメー
タに基づいてマップから目標吸排気差圧ΔＰtgtを設定
する（運転状態検出手段、目標差圧設定手段）。尚、Ｅ
ＧＲの還流を行わないＥＧＲ非実行域では、ここで設定
された目標吸排気差圧ΔＰtgtは利用されない。
制御ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。ま
ず、ステップＳ２で目標吸排気差圧ΔＰtgtを設定す
る。この目標吸排気差圧ΔＰtgtは、現在のエンジン１
の運転状態を前提として効率良くＥＧＲを還流可能な差
圧として、例えばエンジン回転速度Ｎe、アクセル操作
量ＡＰＳ、燃料噴射量Ｑ、過給圧Ｐb等に応じて予めマ
ップ化されており、ステップＳ２ではこれらのパラメー
タに基づいてマップから目標吸排気差圧ΔＰtgtを設定
する（運転状態検出手段、目標差圧設定手段）。尚、Ｅ
ＧＲの還流を行わないＥＧＲ非実行域では、ここで設定
された目標吸排気差圧ΔＰtgtは利用されない。
【００２４】続くステップＳ４では可変ノズルベーン装
置１１のベーン開度θOUTvaneを設定する（ベーン開度
設定手段）。この設定処理は、例えばエンジン回転速度
Ｎe、アクセル操作量ＡＰＳ、燃料噴射量Ｑ等に従って
設定されたマップに基づき行われるが、上記したＥＧＲ
非実行域では、可変ノズルベーン装置１１の本来の機能
である過給圧の制御を目的としてベーン開度θOUTvane
が設定され、ＥＧＲ実行域では目標吸排気差圧ΔＰtgt
の達成を目的としたベーン開度θOUTvaneが設定され
る。ＥＧＲ実行域のベーン開度θOUTvaneは、次に述べ
る可変案内翼装置５による吸排気差圧の調整代を残す意
味で、目標吸排気差圧ΔＰtgtより若干小さい差圧に対
応するベーン開度がベーン開度θOUTvaneとして設定さ
れる。
置１１のベーン開度θOUTvaneを設定する（ベーン開度
設定手段）。この設定処理は、例えばエンジン回転速度
Ｎe、アクセル操作量ＡＰＳ、燃料噴射量Ｑ等に従って
設定されたマップに基づき行われるが、上記したＥＧＲ
非実行域では、可変ノズルベーン装置１１の本来の機能
である過給圧の制御を目的としてベーン開度θOUTvane
が設定され、ＥＧＲ実行域では目標吸排気差圧ΔＰtgt
の達成を目的としたベーン開度θOUTvaneが設定され
る。ＥＧＲ実行域のベーン開度θOUTvaneは、次に述べ
る可変案内翼装置５による吸排気差圧の調整代を残す意
味で、目標吸排気差圧ΔＰtgtより若干小さい差圧に対
応するベーン開度がベーン開度θOUTvaneとして設定さ
れる。
【００２５】更にステップＳ６で可変案内翼装置５のベ
ーン角度θINvaneを設定する。この設定処理はステップ
Ｓ４の可変ノズルベーン装置１１の場合と同じく、エン
ジン回転速度Ｎe、アクセル操作量ＡＰＳ、燃料噴射量
Ｑ等に従って設定されたマップに基づき行われるが、Ｅ
ＧＲ非実行域では、ターボチャージャ３のコンプレッサ
効率が最良となるようにベーン角度θINvaneが設定さ
れ、ＥＧＲ実行域では、目標吸排気差圧ΔＰtgtの達成
を目的としたベーン角度θINvaneが設定される。ＥＧＲ
実行域では、上記した可変ノズルベーン装置１１による
不足分（可変ノズルベーン装置１１のベーン開度θOUTv
aneにより達成される吸排気差圧と目標吸排気差圧ΔＰt
gtとの差）に相当するベーン角度がベーン角度θINvane
として設定される。
ーン角度θINvaneを設定する。この設定処理はステップ
Ｓ４の可変ノズルベーン装置１１の場合と同じく、エン
ジン回転速度Ｎe、アクセル操作量ＡＰＳ、燃料噴射量
Ｑ等に従って設定されたマップに基づき行われるが、Ｅ
ＧＲ非実行域では、ターボチャージャ３のコンプレッサ
効率が最良となるようにベーン角度θINvaneが設定さ
れ、ＥＧＲ実行域では、目標吸排気差圧ΔＰtgtの達成
を目的としたベーン角度θINvaneが設定される。ＥＧＲ
実行域では、上記した可変ノズルベーン装置１１による
不足分（可変ノズルベーン装置１１のベーン開度θOUTv
aneにより達成される吸排気差圧と目標吸排気差圧ΔＰt
gtとの差）に相当するベーン角度がベーン角度θINvane
として設定される。
【００２６】続くステップＳ８では可変ノズルベーン装
置１１のソレノイド弁１４を駆動して、前記ステップＳ
４で設定したベーン開度θOUTvaneに基づいて実際のベ
ーン開度を制御し、同様にステップＳ１０でステップモ
ータ８を駆動して、前記ステップＳ６で設定したベーン
角度θINvaneに基づいて可変案内翼装置５のベーン角度
を制御する。更にステップＳ１２で、過給圧センサ２４
にて検出された過給圧、及び排気圧センサ２５にて検出
された排気圧から実際の吸排気差圧ΔＰを算出し、ステ
ップＳ１４で、吸排気差圧ΔＰが前記ステップＳ２で設
定した目標吸排気差圧ΔＰtgtを基準とした所定の範囲
内（ΔＰtgt＋α＞ΔＰ＞ΔＰtgt−α：αは所定値）か
否かを判定する。
置１１のソレノイド弁１４を駆動して、前記ステップＳ
４で設定したベーン開度θOUTvaneに基づいて実際のベ
ーン開度を制御し、同様にステップＳ１０でステップモ
ータ８を駆動して、前記ステップＳ６で設定したベーン
角度θINvaneに基づいて可変案内翼装置５のベーン角度
を制御する。更にステップＳ１２で、過給圧センサ２４
にて検出された過給圧、及び排気圧センサ２５にて検出
された排気圧から実際の吸排気差圧ΔＰを算出し、ステ
ップＳ１４で、吸排気差圧ΔＰが前記ステップＳ２で設
定した目標吸排気差圧ΔＰtgtを基準とした所定の範囲
内（ΔＰtgt＋α＞ΔＰ＞ΔＰtgt−α：αは所定値）か
否かを判定する。
【００２７】ステップS１４の判定がＹＥＳのとき、つ
まり吸排気差圧ΔＰが目標吸排気差圧ΔＰtgt付近に制
御されており、ＥＧＲ制御側で目標ＥＧＲ量を達成可能
と推測されるときには、ルーチンを終了する。又、ステ
ップＳ１４でのＮＯの判定を下したときには、ステップ
Ｓ１６で吸排気差圧ΔＰを目標吸排気差圧ΔＰtgtに接
近させる方向に補正、即ち、ΔＰ≦ΔＰtgt−αのとき
には、可変案内翼装置５のベーン角度θINvaneを増加設
定して吸排気差圧ΔＰを増加させ、逆にΔＰ≧ΔＰtgt
＋αのときには、ベーン角度θINvaneを減少設定して吸
排気差圧ΔＰを減少させて、吸排気差圧ΔＰを目標吸排
気差圧ΔＰtgt付近に収束させる（駆動制御手段）。
まり吸排気差圧ΔＰが目標吸排気差圧ΔＰtgt付近に制
御されており、ＥＧＲ制御側で目標ＥＧＲ量を達成可能
と推測されるときには、ルーチンを終了する。又、ステ
ップＳ１４でのＮＯの判定を下したときには、ステップ
Ｓ１６で吸排気差圧ΔＰを目標吸排気差圧ΔＰtgtに接
近させる方向に補正、即ち、ΔＰ≦ΔＰtgt−αのとき
には、可変案内翼装置５のベーン角度θINvaneを増加設
定して吸排気差圧ΔＰを増加させ、逆にΔＰ≧ΔＰtgt
＋αのときには、ベーン角度θINvaneを減少設定して吸
排気差圧ΔＰを減少させて、吸排気差圧ΔＰを目標吸排
気差圧ΔＰtgt付近に収束させる（駆動制御手段）。
【００２８】以上のように本実施形態の過給機付きエン
ジンのＥＧＲ装置では、吸排気差圧ΔＰに対する制御幅
が比較的広い可変ノズルベーン装置１１と緻密に制御可
能な可変案内翼装置５とを併用して吸排気差圧ΔＰを制
御し、可変ノズルベーン装置１１のベーン開度を制御し
て吸排気差圧ΔＰの大まかな調整を行い、このときの吸
排気差圧ΔＰと目標吸排気差圧ΔＰtgtとに基づいて、
可変案内翼装置５のベーン角度をフィードバックして、
吸排気差圧ΔＰを目標吸排気差圧ΔＰtgt付近（所定値
αの範囲内）に収束させている。
ジンのＥＧＲ装置では、吸排気差圧ΔＰに対する制御幅
が比較的広い可変ノズルベーン装置１１と緻密に制御可
能な可変案内翼装置５とを併用して吸排気差圧ΔＰを制
御し、可変ノズルベーン装置１１のベーン開度を制御し
て吸排気差圧ΔＰの大まかな調整を行い、このときの吸
排気差圧ΔＰと目標吸排気差圧ΔＰtgtとに基づいて、
可変案内翼装置５のベーン角度をフィードバックして、
吸排気差圧ΔＰを目標吸排気差圧ΔＰtgt付近（所定値
αの範囲内）に収束させている。
【００２９】従って、可変ノズルベーン装置１１側のベ
ーン開度により吸排気差圧ΔＰを制御する際の応答性を
確保した上で、可変案内翼装置５側のベーン角度により
吸排気差圧ΔＰを微調整して高い精度で制御可能とな
る。その結果、例えば可変ノズルベーン装置１１のベー
ン開度のみを利用した特公平６−４７９３４号公報に記
載の従来技術に比較して、吸排気差圧ΔＰを目標吸排気
差圧ΔＰtgt付近に確実に保持して、ひいては、その吸
排気差圧ΔＰを前提として実施されるＥＧＲ制御の精度
が向上させることができる。よって、本実施形態の過給
機付きエンジンのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ制御の精
度を低下させることなく、エンジン１の運転領域（換言
すれば、ターボチャージャ３の過給状態）に関わらず確
実にＥＧＲを還流させることができる。
ーン開度により吸排気差圧ΔＰを制御する際の応答性を
確保した上で、可変案内翼装置５側のベーン角度により
吸排気差圧ΔＰを微調整して高い精度で制御可能とな
る。その結果、例えば可変ノズルベーン装置１１のベー
ン開度のみを利用した特公平６−４７９３４号公報に記
載の従来技術に比較して、吸排気差圧ΔＰを目標吸排気
差圧ΔＰtgt付近に確実に保持して、ひいては、その吸
排気差圧ΔＰを前提として実施されるＥＧＲ制御の精度
が向上させることができる。よって、本実施形態の過給
機付きエンジンのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ制御の精
度を低下させることなく、エンジン１の運転領域（換言
すれば、ターボチャージャ３の過給状態）に関わらず確
実にＥＧＲを還流させることができる。
【００３０】又、高回転で運転されるターボチャージャ
３では、タービン３ｂの形状誤差や軸受部の僅かなガタ
等が大きな個体差の要因となり、結果として吸排気差圧
ΔＰの制御にもかなりの影響を及ぼすが、上記のように
可変案内翼装置５側のベーン角度θINvaneにより微調整
することで、これらの固体差に起因して発生する吸排気
差圧ΔＰの制御誤差も解消することができる。
３では、タービン３ｂの形状誤差や軸受部の僅かなガタ
等が大きな個体差の要因となり、結果として吸排気差圧
ΔＰの制御にもかなりの影響を及ぼすが、上記のように
可変案内翼装置５側のベーン角度θINvaneにより微調整
することで、これらの固体差に起因して発生する吸排気
差圧ΔＰの制御誤差も解消することができる。
【００３１】一方、上記のように可変案内翼装置５のベ
ーン角度θINvaneを変更してコンプレッサ３の効率を変
化させることは、サージングライン（圧力比πcと空気
流量Ｑとから規定される周知のコンプレッサ効率マップ
上において、運転可能な上限圧力比を規定したもの）を
変更可能なことを意味している。よって、このような可
変案内翼装置５の機能を利用して、可変ノズルベーン装
置１１のみではサージングが発生して排気圧を十分に増
加できない運転領域でも、要求される吸排気差圧ΔＰを
確保可能となる。
ーン角度θINvaneを変更してコンプレッサ３の効率を変
化させることは、サージングライン（圧力比πcと空気
流量Ｑとから規定される周知のコンプレッサ効率マップ
上において、運転可能な上限圧力比を規定したもの）を
変更可能なことを意味している。よって、このような可
変案内翼装置５の機能を利用して、可変ノズルベーン装
置１１のみではサージングが発生して排気圧を十分に増
加できない運転領域でも、要求される吸排気差圧ΔＰを
確保可能となる。
【００３２】以下、この場合を説明すると、例えば可変
ノズルベーン装置１１のベーン開度を閉側に制御したと
きにサージングが発生して、十分に排気圧を上昇できず
に必要なＥＧＲ量（目標ＥＧＲ量）を確保できない場
合、可変案内翼装置５のベーン角度を変更して、サージ
ングラインが圧力比増加側に変更されるように、コンプ
レッサ効率の特性を変更する。結果として現在の圧力比
に対するサージングラインの余裕が生じ、可変ノズルベ
ーン装置１１のベーン開度を更に閉側に制御して排気圧
を増加し、もって、必要なＥＧＲ量を確保してＮＯｘ低
減を達成できる。つまり、このように可変案内翼装置５
のベーン角度を制御すれば、ＥＧＲ制御可能な運転領域
を拡大することができる。尚、言うまでもなく、以上の
制御と図３に基づいて説明した制御とを組み合わせても
よい。
ノズルベーン装置１１のベーン開度を閉側に制御したと
きにサージングが発生して、十分に排気圧を上昇できず
に必要なＥＧＲ量（目標ＥＧＲ量）を確保できない場
合、可変案内翼装置５のベーン角度を変更して、サージ
ングラインが圧力比増加側に変更されるように、コンプ
レッサ効率の特性を変更する。結果として現在の圧力比
に対するサージングラインの余裕が生じ、可変ノズルベ
ーン装置１１のベーン開度を更に閉側に制御して排気圧
を増加し、もって、必要なＥＧＲ量を確保してＮＯｘ低
減を達成できる。つまり、このように可変案内翼装置５
のベーン角度を制御すれば、ＥＧＲ制御可能な運転領域
を拡大することができる。尚、言うまでもなく、以上の
制御と図３に基づいて説明した制御とを組み合わせても
よい。
【００３３】以上で実施形態の説明を終えるが、本発明
の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例え
ば、上記実施形態では、ディーゼルエンジン１用のＥＧ
Ｒ装置に具体化したが、適用するエンジンの種別はこれ
に限定されるものではなく、例えばガソリンエンジン用
のＥＧＲ装置に具体化してもよい。又、上記実施形態で
は、一対のベーンの角度をステップモータ８にて変更す
るように構成された可変案内翼装置５を備えたが、コン
プレッサ３ａへの吸入空気の流入角度を変更可能なもの
であれば、その構造は限定されず、例えばベーンの枚数
を変更したり、駆動手段を空圧式のアクチュエータに変
更したりしてもよい。
の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例え
ば、上記実施形態では、ディーゼルエンジン１用のＥＧ
Ｒ装置に具体化したが、適用するエンジンの種別はこれ
に限定されるものではなく、例えばガソリンエンジン用
のＥＧＲ装置に具体化してもよい。又、上記実施形態で
は、一対のベーンの角度をステップモータ８にて変更す
るように構成された可変案内翼装置５を備えたが、コン
プレッサ３ａへの吸入空気の流入角度を変更可能なもの
であれば、その構造は限定されず、例えばベーンの枚数
を変更したり、駆動手段を空圧式のアクチュエータに変
更したりしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明の過給機付き
エンジンのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ制御の精度を低
下させることなく、運転領域に関わらず確実にＥＧＲを
還流させることができる。
エンジンのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ制御の精度を低
下させることなく、運転領域に関わらず確実にＥＧＲを
還流させることができる。
【図１】実施形態の過給機付きディーゼルエンジンのＥ
ＧＲ装置を示す全体構成図である。
ＧＲ装置を示す全体構成図である。
【図２】可変案内翼装置のベーン角度を変更したときの
ターボチャージャの特性変化を示す説明図である。
ターボチャージャの特性変化を示す説明図である。
【図３】ＥＣＵが実行する吸排気差圧制御ルーチンを示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
１ エンジン ２ 吸気通路 ３ ターボチャージャ（過給機） ３ａ コンプレッサ ３ｂ タービン ５ 可変案内翼装置 １０ 排気通路 １１ 可変ノズルベーン装置 １２ ベーン １６ ＥＧＲ通路 ２１ ＥＣＵ（運転状態検出手段、ベーン開度設定手
段、目標差圧設定手段、駆動制御手段） ２４ 過給圧センサ（差圧検出手段） ２５ 排気圧センサ（差圧検出手段）
段、目標差圧設定手段、駆動制御手段） ２４ 過給圧センサ（差圧検出手段） ２５ 排気圧センサ（差圧検出手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１Ｂ ３１１ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｃ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ ５７０Ｄ ５７０ ５７０Ｊ ５７０Ｐ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｑ (72)発明者 高橋 政行 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 宮崎 孝一 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 石崎 誠 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA14 FA06 GA01 GA04 GB15 GB24 GC04 GC08 GE01 GE08 GE09 HA12 JA24 JA28 JA39 JA42 JB02 3G062 AA01 AA05 CA06 EA08 ED01 ED04 GA04 GA06 GA14 GA15 GA22 3G092 AA02 AA06 AA17 AA18 AB03 BB01 DB03 DC03 DC09 DE07S DF01 DF02 DF06 DG06 DG08 EB05 EC09 FA06 FA17 GA03 HA05Z HA16Z HB01Z HD08Z HE01Z HF08Z
Claims (1)
- 【請求項１】 過給機のタービン上流側の排気通路と該
過給機のコンプレッサ下流側の吸気通路とを接続するＥ
ＧＲ通路と、 上記タービンの流入口に備えられて、排ガスが流通する
ベーン開度を変更可能な可変ノズルベーン装置と、 上記コンプレッサの流入口に備えられて、該コンプレッ
サへの吸入空気の流入角度を変更可能な可変案内翼装置
と、 機関のＥＧＲ情報を含む運転状態を検出する運転状態検
出手段と、 上記タービン上流側の圧力と上記コンプレッサ下流側の
圧力との差圧を検出する差圧検出手段と、 上記運転状態検出手段により検出された運転状態に応じ
て、上記可変ノズルベーン装置のベーン開度を設定する
ベーン開度設定手段と、 上記機関の運転状態に応じて上記タービン上流側の圧力
と上記コンプレッサ下流側の圧力との目標差圧を設定す
る目標差圧設定手段と、 上記ベーン開度設定手段の情報を基に上記可変ノズルベ
ーン装置を駆動制御すると共に、上記差圧検出手段によ
り検出された差圧が上記目標差圧設定手段により設定さ
れた目標差圧となるように上記可変案内翼装置を駆動制
御する駆動制御手段とを備えたことを特徴とする過給機
付きエンジンのＥＧＲ装置。
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