JP2005315163A - 内燃機関用多段過給システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の内燃機関用多段過給システムは、可動ベーン6d,7dを備えた可変容量式の高圧ターボチャージャー6と低圧ターボチャージャー7とが直列に配置されている。そして、高圧ターボチャージャー6のタービン6a及び低圧ターボチャージャー7のタービン7aの少なくとも一つを迂回し、排気通路4に設けられたバイパス通路8と、バイパス通路8に流れる排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブ9と、目標となる過給圧が得られるように、高圧ターボチャージャー6の可動ベーン6dの開度、低圧ターボチャージャー7の可動ベーン7dの開度、及び排気バイパスバルブ9の開度をそれぞれ制御する。
【選択図】図1
Description
前記燃焼切替制御手段は、前記第3の制御領域内に設定された燃焼切替領域に基づいて、前記燃焼態様を切り替えてもよい(請求項4)。この場合は、主として高圧ターボチャージャーにより予混合圧縮着火燃焼のための過給を行うことができる。
図1は本発明の多段過給システムを内燃機関としてのディーゼルエンジン(以下エンジンという)1に適用した一実施形態を示した全体構成図である。エンジン1は予混合圧縮着火燃焼と通常燃焼とを切り替えることが可能なものである。予混合圧縮着火燃焼は、燃料噴射を吸気行程から圧縮行程の中期に行うように進角させて気筒内に予め均一な混合気を生成し、この混合気を圧縮行程の終期に着火させる燃焼態様である。これは、窒素酸化物(NOx)及び煤の発生を抑えることができる点で通常燃焼よりも優れている。但し、エンジン1が高負荷になると圧縮上死点前に着火するいわゆる過早着火が生じ易くなるため、予混合圧縮着火燃焼の実行可能領域は低負荷側の領域に限定され、それ以外の領域では通常燃焼へ切り替えられる。本実施形態のエンジン1は予混合圧縮着火燃焼の実行可能領域を広げるため、排気ガスの還流量を通常燃焼時よりも大幅に増量して排気還流率を高めるとともに、本発明の多段過給システムを適用して過給圧を高めている。
次に本発明の第2実施形態について説明する。この実施形態はECU12を各制御対象に異常が生じた場合にこれらの異常を回避するフェールセーフ手段として機能させるものである。エンジン1及びその付属装置の構成は図1と同じである。本実施形態の第1の態様は、気筒内の圧力(筒内圧)の異常を検出したときに排気バイパスバルブ9を開き側に制御するものである。ECU12は筒内圧センサ16(図1)からの信号を監視し、筒内圧の最大値が所定の限界値を超えている場合に排気バイパスバルブ9を全開状態に制御する。可動ベーン6d,7dの開度を開き側に制御しても筒内圧を下げることができるが、タービン6a,7aの慣性により過給が継続するため速やかに筒内圧を下げることが困難である。この態様によれば、可動ベーン6d,7dよりも応答性の良い排気バイパスバルブ9の開度を制御するため、速やかに筒内圧を下げて異常を回避することができる。
6 高圧ターボチャージャー
7 低圧ターボチャージャー
6a,7a タービン
6b,7b コンプレッサ
6d,7d 可動ベーン
8 バイパス通路
9 排気バイパスバルブ
12 ECU(過給圧制御手段、フェールセーフ手段、異常検出手段、可動ベーン固着判定手段、排気バイパスバルブ固着判定手段)
AR1 第1の制御領域
AR2 第2の制御領域
AR3 第3の制御領域
Claims (7)
- 可動ベーンを備え互いに最大容量が異なる可変容量式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムにおいて、
前記排気通路に設けられ、前記高圧ターボチャージャーの前記タービン及び前記低圧ターボチャージャーの前記タービンの少なくとも一つを迂回するバイパス通路と、
前記バイパス通路に流れる排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブと、
目標となる過給圧が得られるように、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御する過給圧制御手段と、を具備し、
前記過給圧制御手段は、内燃機関の運転状態が予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合には、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、及び前記排気バイパスバルブの開度の優先順序に従ってこれらを制御することを特徴とする内燃機関用多段過給システム。 - 可動ベーンを備え互いに最大容量が異なる可変容量式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムにおいて、
前記排気通路に設けられ、前記高圧ターボチャージャーの前記タービン及び前記低圧ターボチャージャーの前記タービンの少なくとも一つを迂回するバイパス通路と、
前記バイパス通路に流れる排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブと、
目標となる過給圧が得られるように、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を制御すべき領域として前記内燃機関の低回転、低負荷側に設定された第1の制御領域、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を制御すべき領域として前記内燃機関の高回転、高負荷側に設定された第2の制御領域、及び前記排気バイパスバルブの開度を制御すべき領域として前記第1の制御領域と前記第2の制御領域の間に設定された第3の制御領域に基づいて前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御する過給圧制御手段と、を具備し、
前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の加速時であってその運転状態が予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合には、前記第1の制御領域が前記定常状態の場合よりも高回転、高負荷側に拡大するように変更された前記各制御領域に基づいて、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御することを特徴とする内燃機関用多段過給システム。 - 前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の加速時であってその運転状態が予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合には、前記第2の制御領域が前記定常状態の場合よりも低回転、低負荷側に拡大するように変更された前記各制御領域に基づいて、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度、及び前記排気バイパスバルブの開度をそれぞれ制御することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関用多段過給システム。
- 前記内燃機関はディーゼル機関であって、該内燃機関は、低回転、低負荷側の領域では予混合圧縮着火燃焼を行い、高回転、高負荷側の領域では通常燃焼を行うように燃焼態様を切り替える燃焼切替制御手段を備え、
前記燃焼切替制御手段は、前記第3の制御領域内に設定された燃焼切替領域に基づいて、前記燃焼態様を切り替えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用多段過給システム。 - 前記内燃機関の気筒内圧力の異常又は過給圧のオーバーシュートを検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段の検出結果に応じて前記排気バイパスバルブの開度を開き側に制御するフェールセーフ手段と、を更に具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用多段過給システム。 - 前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの固着を判定する可動ベーン固着判定手段と、
前記可動ベーン固着判定手段により前記可動ベーンの閉じ側での固着が判定された場合には、前記排気バイパスバルブの開度を開き側に制御するフェールセーフ手段と、を更に具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用多段過給システム。 - 前記排気バイパスバルブの固着を判定する排気バイパスバルブ固着判定手段と、
前記排気バイパスバルブ固着判定手段により前記排気バイパスバルブの閉じ側での固着が判定された場合には、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を開き側に制御するフェールセーフ手段と、を更に具備することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関用多段過給システム。
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