JP2004515701A - 排気ターボチャージャを切り換える装置および排気ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

ここで提案されるのは、排気ターボチャージャを切り換えるための装置およびこのような装置を有する排気ターボチャージである。この装置は、可変のタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャ（１）に対しても、（電気的に）制御される調整素子を有する別のターボチャージャ（例えばウェストゲートターボチャージャ）に対しても共に適用される。ここでは切換信号Ｐを用いて、前記過給圧制御器（２）によって閉ループ制御される動作Ａから、過給圧調整部（３）による閉ループ制御されない動作Ｂに切り換えられる。ここでは遅延装置（４）が設けられており、この遅延装置によって、切換信号Ｂが時間的に遅延されて形成される。

Description

【０００１】
技術の分野
本発明は、請求項１および７に記載された、内燃機関に対する、例えばディーゼルエンジンに対する排気ターボチャージャを切り換えるための装置および排気ターボチャージャに関する。
【０００２】
従来の技術
殊に今日のディーゼルエンジンにおいて、調整可能なタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャがますます使用されるようになっている。タービンのせき止め特性（Ａｕｆｓｔａｕｖｅｒｈａｌｔｅｎ）を連続的に変更することのできる可変のタービン幾何学形状によって、排気ターボチャージャをエネルギー的に有利に制御することが可能である。それはその都度、排気ガスからの全エネルギーを利用できるからである。排気ターボチャージャはその都度目下のエンジン動作点に適合することができ、これによって排気ガス放出および燃料消費の点から最適化を行うことができる。このような排気ターボチャージャは、所定のエンジン動作領域において過給圧制御器の遮断により、閉ループ制御される動作から開ループ制御される動作に切り換えられる。このような切換により、調整可能なタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャにおいてつぎのような問題が発生することがある。すなわち内燃機関が低いエンジン回転数および少ない噴射量で作動される場合、高い過給圧が所望され、したがって排気ターボチャージャのタービンディフューザは、閉じのポジションに移行する。しかしながらこのタービンディフューザを閉じることによって、エンジンの閉ループ制御される動作から開ループ制御される動作への移行の時点においてつぎのような事態が発生し得る。すなわち、排気ターボチャージャの圧縮器が所定の時間、圧縮器特性マップにおいて「圧縮器のポンピング」（Ｖｅｒｄｉｃｈｔｅｒｐｕｍｐｅｎ）と称される動作点で作動される事態が発生し得るのである。これにより、新鮮空気質量流と、戻った排気ガス流とが大きな振動の状態になる。この結果、第１には排気ガス放出値が悪化し、第２には自動車の吸気システムにおいて流れによる大きな騒音が発生してしまう可能性があるのである。さらに例えば噴射量が、エンジンによって吸気される空気の強い脈動によって制限される場合、このような「圧縮器のポンピング」により、エンジン出力が一時的に損なわれることがある。これによって走行の快適さが悪化してしまう。
【０００３】
本発明の説明
本発明の課題は、排気ターボチャージャに対する切換装置と、可変のタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャとを提供して、これがすべての動作領域において一様かつ最適に動作し、例えば、排気ターボチャージャの閉ループ制御される動作と、開ループ制御される動作との間の移行領域においてこの排気ターボチャージャの動作が改善されるようにすることである。この課題は、請求項１に記載された装置と、請求項７に記載された排気ターボチャージャとによって解決される。有利な実施形態および発展形態は従属請求項に記載されている。
【０００４】
発明の利点
過給圧制御器を切り換える切換信号を時間的に遅延して形成する遅延装置によって、この過給圧制御器は、開ループ制御される動作から閉ループ制御される動作への移行時に所定の時間の間、オン状態のままになる。これにより「圧縮器のポンピング」が発生しない値に、排気ターボチャージャの目下の過給圧が低減される。この過給圧制御器によって目下の圧力が相応に低減されることにより、自動車の吸気システムにおける流れによる騒音が有利にも低減される。さらにこれにより過給圧制御器の開ループ制御される動作において、比較的大きな定常的な過給圧を達成することができ、このためこの自動車の引き続きの加速時に動力学的に有利である。これによりエンジン出力は、エンジンおよび排気ターボチャージャのすべての動作状態において格段に改善される。さらに本発明によってエンジンの排気ガス放出値が低減される。
【０００５】
本発明の有利な実施形態によれば、閉ループ制御される動作から閉ループ制御されない動作に切り換えるための切換信号は、エンジンの動作状態に依存して可変に遅延可能である。これによりこの装置は、各エンジンの種々異なる動作状態にダイナミックに反応することができ、そのために切換の遅延の効果が向上する。排気ガス特性および走行ダイナミックがさらに改善される。
【０００６】
本発明の別の有利な実施形態によれば、遅延装置はエンジンに依存する時定数を有する。タイプに依存して種々異なるエンジンにおいて最適に選択可能なこの時定数によって、この装置を種々異なるエンジンタイプに適合化することもできる。この時定数を固定的に一度調整することにより、この装置を簡単かつコスト的に有利に作製可能である。
【０００７】
本発明の別の有利な実施形態によれば、切換信号を形成するために、切換閾値としての上側の特性曲線と下側の特性曲線とを有するヒステリシス回路が設けられる。この切換閾値を上回ると、有利にもこの切換信号は直後に形成されず、時間的に遅延されて形成され、その結果、閉ループ制御される動作から開ループ制御される動作への移行の領域においても、この排気ターボチャージャを「圧縮器のポンピング」が回避される動作領域で作動させることができる。
【０００８】
本発明の別の有利な実施形態によれば、この装置は、既存の排気ターボチャージャシステムへの後付けの組み込みに対して適合化される。このことの利点は、ターボシステムにおける排気ガス放出および走行ダイナミックの改善のためにこの装置を後付けで組み込むこともできることである。すなわち既存のエンジンもこの点について最適化することができるのである。
【０００９】
請求項７に記載された、空気質量流を圧縮する排気ターボチャージャは、圧縮比を調整する可変のタービン幾何学形状と、過給圧制御器を閉ループ制御される動作から開ループ制御される動作に時間的に遅延して切り換えるための遅延装置とを有している。有利な実施形態によればこの遅延装置は過給圧制御器に組み込まれる。すなわち付加的な部材は不要である。
【００１０】
この点についての有利な実施形態によれば、この遅延装置は、中央のエンジン制御装置の一部である。このようにすることは有利である。それはすべての制御システムがまとめられ、したがって信号形成部と信号処理部との間のパスが短くなるからである。
【００１１】
図面
以下では図面を用いて本発明を詳しく説明する。
【００１２】
ここで、
図１は、過給圧制御器と排気ターボチャージャとを有する本発明の実施例の概略図を示しており、
図２は、図１の実施例における遅延装置のブロック図を示しており、
図３ａは、従来技術にしたがって排気ターボチャージャを切り換える際の新鮮空気質量と過給圧調整器のデューティ比とを時間経過にわたって示しており、
図３ｂは、本発明の装置によって時間を遅延して排気ターボチャージャを切り換える際の新鮮空気質量と過給圧調整器のデューティ比とを示している。
【００１３】
図１には、本発明にしたがって排気ターボチャージャを切り換える装置が概略的に全体図で示されている。可変のタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャ１は、過給圧制御器２によって閉ループ制御される。この可変のタービン幾何学形状は公知のように、例えばターボチャージャの調整可能な案内羽根を介して実現すること可能であり、または別の公知の構成を有することも可能である。（図示しない）エンジンの所定の動作状態では、過給気圧制御器２によって閉ループ制御される動作Ａから、過給圧調整部３による閉ループ制御されない動作Ｂに切り換えられる。この切換は切換信号Ｐを介して行われ、ここでこの信号はヒステリシス回路５において、入力量としてのエンジン回転数および噴射量を介して形成される。ヒステリシス回路５は、上側の特性曲線と、下側の特性曲線とを有しており、これらの特性曲線を上回るないしは下回ると、その都度切換信号Ｐが形成される。切換信号Ｐは遅延装置４に導かれ、遅延された切換信号Ｐ_Ｔがこの装置によって形成される。この遅延された切換信号Ｐ_Ｔは、過給圧制御器２と過給圧調整器３とに転送され、これによって動作モードＡとＢとの間で切換が行われる。遅延装置４において切換信号Ｐを時間的に遅延させるため、遅延装置４には時定数Ｋが格納ないしは記憶されている。遅延装置４においてこの時定数の分だけ入力信号Ｐは時間的に遅延される。時定数Ｋは種々異なるエンジンタイプに適合するために変化させることができる。択一的には時定数Ｋを、エンジンの動作状態に依存して変更することのできる可変の時間遅延量によって置き換えることも可能である。当然のことながら、遅延装置４における時間的な遅延の決定は、別の任意のやり方で実現することも可能である。
【００１４】
図２には、図１の実施例の本発明による遅延装置がブロック図で示されている。切換信号Ｐはヒステリシス回路５によって形成され、これは入力信号として噴射量ｑ_ｍｏｔを受け取る。ヒステリシス回路５は、上側の特性曲線５．１と、下側の特性曲線５．２とからなり、これらはそれぞれエンジン回転数ｎ_ｍｏｔに対する閾値を構成する。特性曲線５．１，５．２のいずれか１つを上回った際には回路５において信号Ｐを形成し、この信号によって排気ターボチャージャの動作を、閉ループ制御される動作Ａから閉ループ制御されない動作Ｂに切り換える。可変のタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャの切換時に発生し得る「圧縮器のポンピング」を回避するため、信号Ｐを遅延装置４において時定数Ｋの分だけ遅延して、図示しない過給気圧制御器２が、遅延された切換信号Ｐ_Ｔによってはじめて遮断されるようにする。これによって圧縮器における目下の過給圧が、「圧縮器のポンピング」が発生しない値に低減される。ここでこの「圧縮器のポンピング」は、吸気した空気質量流の大きな変動と、ひいては排気ガス体積流の戻りの変動とに示される。
【００１５】
図３ａには、従来技術にしたがって排気ターボチャージャを切り換える際の新鮮空気質量流と、過給圧調整器のデューティ比との線図が示されている。これに対して図３ｂには同じ線図が示されているが、ここでは本発明による装置が使用されているという違いがある。図３ａの下側の領域からわかるのは、パルスｔ１とｔ２とが同時刻に与えられていることである。このことが意味するのは、過給圧制御器２が時間的に遅延されずに遮断されることである。切換信号Ｐは過給圧制御器２に直接供給される。右側の領域からはっきりとわかるのは、過給圧制御器を遅延せずに遮断した後、短時間で新鮮空気質量流ｙ_１の経過が大きな値に跳躍し、また制御器の遮断時に過給圧制御器のデューティ比ｙ_２が直ちに大きな値に跳躍することである。このことが意味するのは、ここでは過給圧制御器の遮断がいわゆる「圧縮器のポンピング」に結びついていることである。
【００１６】
これに対して図３ｂでは本発明の装置が設けられており、このためここでは相応する経過はより一様である。遮断は２秒間だけ時間的に遅延されて行われ、このことはｔ２に対して時間的に遅延されたパルスｔ１によってわかる。このために過給圧制御器は２秒間長くオンされたままになり、このため新鮮空気質量流ｙ_１の経過は、この線図の右側の領域において一様に減少する。過給圧制御器ｙ_２のデューティ比ｙ２ももはや種々の値に跳躍しておらず、一様に増加する。これによって本発明の装置の有効性が示され、この装置により、調整可能なタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャにおいて、動作モードの切換時の「圧縮器のポンピング」が効果的に阻止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
過給圧制御器と排気ターボチャージャとを有する本発明の実施例の概略図である。
【図２】
図１の実施例における遅延装置のブロック図である。
【図３ａ】
従来技術にしたがって排気ターボチャージャを切り換える際の新鮮空気質量と過給圧調整器のデューティ比とを時間経過にわたって示す線図である。
【図３ｂ】
本発明の装置により時間を遅延して排気ターボチャージャを切り換える際の新鮮空気質量と過給圧調整器のデューティ比とを示す線図である。
【符号の説明】
１ 排気ターボチャージャ
２ 過給圧制御器
３ 過給圧調整部
４ 遅延装置
５ ヒステリシス回路
５．１ ヒステリシス回路の上側の特性曲線
５．２ ヒステリシス回路の下側の特性曲線
ｎ_ｍｏｔ エンジン回転数
ｑ_ｍｏｔ 噴射量
Ｐ 切換信号
Ｐ_ｔ 遅延された切換信号
Ｔ 遅延
Ｋ 遅延定数
ｔ_１，ｔ_２ 時間パルス
ｙ_１ 新鮮空気質量流
ｙ_２ 過給圧調整器のデューティ比

Claims (9)

1. 過給圧を閉ループ制御する過給圧制御器（２）を有し、可変のタービン幾何学形状を有する、内燃機関に対する排気ターボチャージャ（１）、例えばディーゼルエンジンに対する排気ターボチャージャを切り換える装置であって、
   前記排気ターボチャージャ（１）は、切換信号Ｐを用いて、前記過給圧制御器（２）によって閉ループ制御される動作Ａから、過給圧調整部（３）による閉ループ制御されない動作Ｂに切り換えられる形式の、排気ターボチャージャを切り換える装置において、
   遅延装置（４）が設けられており、
   該遅延装置によって前記切換信号Ｐが時間的に遅延されて形成されることを特徴とする、
   排気ターボチャージャを切り換える装置。
2. 前記切換信号Ｐは、エンジンの動作状態に依存して可変に遅延される、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記遅延装置（４）は、エンジンに依存する時定数Ｋを有する、
   請求項１または２に記載の装置。
4. ２秒の時定数Ｋを有する、
   請求項３に記載に装置。
5. 前記切換信号Ｐを形成するためにヒステリシス回路（５）が設けられており、
   該ヒステリシス回路は、切換閾値として上側の特性曲線と下側の特性曲線とを有する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置。
6. 前記装置は、既存の排気ターボチャージャシステムへの後付けの組み込みに適合化されている、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置。
7. エンジン例えばディーゼルエンジンの空気質量流を圧縮し、圧縮比を調整するために可変のタービン幾何学形状を有する排気ターボチャージャにおいて、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置を有することを特徴とする、
   排気ターボチャージャ。
8. 遅延装置（４）が過給圧制御器（２）に組み込まれている、
   請求項７に記載の排気ターボチャージャ。
9. 前記遅延装置（４）は、中央のエンジン制御装置の一部である、
   請求項７に記載の排気ターボチャージャ。