JP2006083717A - 可変過給システムの過給圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の可変ターボを搭載するシステムにおいて、或る特定の可変ターボのみがオーバーブーストしてしまうことを防止し、各可変ターボの個体差を学習し、できる限り同じ過給のできる可変過給システムの過給圧調整装置を提供する。
【解決手段】ノズルベーンを開閉してエンジンへの吸気の過給圧を変更する複数の可変ターボと、運転状態に基づいてノズルベーンの目標開度を設定する目標ノズルベーン開度設定手段＃１０２と、可変ターボの各々の吸気状態を検出する吸気状態検出手段＃１１１と、検出した吸気状態の差分を算出する状態差分算出手段＃１１３と、差分値に基づいて各可変ターボの目標ノズルベーン開度を補正するノズルベーン開度補正手段＃１１５とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、可変過給システムの過給圧調整装置に関する。

実過給圧と目標過給圧とを一致させるために、アクチュエータでノズルベーン開度をフィードバック制御するシステムが知られている（特許文献１参照）。
特開２００２−１１５７２号公報

ところで、このような過給機を左右バンクにそれぞれ設けるツインターボシステムでは、部品の精度バラツキや経時劣化等により、左右バンクに供給する吸気量に差異が生じることがある。このように左右バンクの吸気量に差異が生じては、エンジン回転のバラツキによる振動が発生するなどの不具合が生じる可能性があり、左右バンクの吸気量を同じにすることが望ましい。特に吸気量が過剰になってオーバブースト状態になっては、ターボが過剰に回転して部品にかかる負荷が増大したり、騒音や排気性能が悪化するおそれがある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、複数の可変ターボを搭載するシステムにおいて、或る特定の可変ターボのみがオーバーブーストしてしまうことを防止し、各可変ターボの個体差を学習し、できる限り同じ過給のできる可変過給システムの過給圧調整装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、ノズルベーン（１３）を開閉してエンジンへの吸気の過給圧を変更する複数の可変ターボ（１０）と、運転状態に基づいて前記ノズルベーン（１３）の目標開度を設定する目標ノズルベーン開度設定手段（＃１０２）と、前記可変ターボの各々の吸気状態を検出する吸気状態検出手段（＃１１１；Ｓ１１１）と、前記検出した吸気状態の差分を算出する状態差分算出手段（＃１１３；Ｓ１１３）と、前記差分値に基づいて各可変ターボの目標ノズルベーン開度を補正するノズルベーン開度補正手段（＃１１５；Ｓ１１５，Ｓ１１７）と、を有することを特徴とする。

本発明は、複数のターボを搭載するシステムにおいて、可変ターボの各々の吸気状態を検出し、検出した吸気状態の差分を算出し、その差分値に基づいて各可変ターボの目標ノズルベーン開度を補正するようにした。このようにすることで、各可変ターボの個体差を学習し、できる限り同じように過給できるのである。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。

図１は、本発明による可変過給システムの過給圧調整装置の一実施形態を示す図である。

本実施形態では、左右バンクをそれぞれ過給するツインターボのＶ型ディーゼルエンジンに適用する場合を例示して説明する。

可変ターボ１０は、コンプレッサ１１と、タービン１２と、ノズルベーン１３と、アクチュエータ１４と、リフトセンサ１５を有する。

コンプレッサ１１は吸気通路２０に配置される。コンプレッサ１１はタービン１２と同軸に形成される。コンプレッサ１１は、タービン１２の回転にともない、吸気を圧送する。

タービン１２は、排気通路３０に配置され、エンジンの排気によって回転する。

ノズルベーン１３は、アクチュエータ１４によって開閉され、ブースト圧を調整する。アクチュエータ１４の作動量がノズルベーン１３の開閉量であり、この作動量はアクチュエータ１４に設けられたリフトセンサ１５によって検出される。

コンプレッサ１１の配置される吸気通路２０には、エアフローメータ２１と、インタークーラ２２と、コレクタ２３と、過給圧センサ２４とが設けられている。

エアフローメータ２１は、吸気量を検出し、検出信号をコントローラ７０に出力する。

インタークーラ２２は、可変ターボ１０（コンプレッサ１１）によって圧送された空気を冷却する。

コレクタ２３は、吸気を一時的に蓄え、吸気脈動を低減する。コレクタ２３内の圧力は、過給圧センサ２４によって検出され、検出信号がコントローラ７０に出力される。

タービン１２の配置される排気通路３０には、λセンサ３１が設けられている。λセンサ３１は、排気の空気過剰率λを検出する。

排気通路３０からはＥＧＲ通路４０が分岐する。ＥＧＲ通路４０にはＥＧＲバルブ４１が設けられている。ＥＧＲバルブ４１は、排気通路３０から還流する排気量を調整する。

エンジンのシリンダ６１には、燃料噴射装置５０から燃料が噴射される。燃料噴射装置５０は、燃料ポンプ５１と、コモンレール５２と、フューエルインジェクタ５３とを備える。

燃料ポンプ５１は、燃料を高圧化してコモンレール５２に供給する。コモンレール５２は、高圧燃料を蓄え、各フューエルインジェクタ５３へ均一に供給する。フューエルインジェクタ５３は、コモンレール５２の燃料をシリンダ６１に噴射する。

以上のような構成において、空気は、吸気通路２０から吸入され、その流量がエアフローメータ２１で測定される。そしてコンプレッサ１１で圧送され、インタークーラ２２で冷却され、コレクタ２３を介して、シリンダ６１に流入する。そしてフューエルインジェクタ５３から噴射された燃料と混合され、燃焼した後、排気通路３０を通流し、ノズルベーン１３で流量が調整されて、タービン１２を回転させ、λセンサ３１で空気過剰率λが検出されて、排出される。なお排気の一部はＥＧＲ通路４０を通ってコレクタ２３に還流される。

可変ターボシステムは、以上のように構成され、運転条件に基づいて算出された目標吸気量になるようにノズルベーン開度を制御するのである。

ところが、図２に示すように、部品の精度バラツキや経時劣化等により、左右のバンクに供給する吸気量に差異が生じることがある。図２では目標吸気量（点線）に対して、左バンクの実吸気量ｒＱａｃ１が大幅に増大してしまい、時刻ｔ１においてオーバブースト判定値を超えてしまった状態を図示している。この時刻ｔ１では、左バンクの実吸気量ｒＱａｃ１は右バンクの実吸気量ｒＱａｃ２に比べてΔＱａｃ（＝ｒＱａｃ１−ｒＱａｃ２）大きくなっている。このように左右バンクの吸気量に差異が生じては、エンジン回転のバラツキによる振動が発生するなどの不具合が生じる可能性があり、左右バンクの吸気量を同じにすることが望ましい。また、特に吸気量が過剰になってオーバブースト状態になっては、ターボが過剰に回転して部品にかかる負荷が増大してしまう。

そこで、本発明では、一方のバンクの吸気量（ｒＱａｃ１）が、或る規定量（オーバブースト判定値）を超えたときにオーバブーストであると判定し、この時点で左右バンクの吸気量差をΔＱａｃ（＝ｒＱａｃ１−ｒＱａｃ２）を算出し、そのΔＱａｃに基づいて、オーバーブーストしているバンクの吸気量が低減するように、可変ターボのノズルベーン開度を開くように補正する。

以下ではこの制御装置について詳述する。

図３は、本発明による可変過給システムの過給圧調整装置の機能ブロック図である。

可変ターボシステムは、目標吸気量設定手段＃１０１と、目標ノズルベーン開度設定手段＃１０２と、ノズルベーン開度制御手段＃１０３と、ノズルベーン開度検出手段＃１０４とを備える。

目標吸気量設定手段＃１０１は、運転状態に基づいて目標吸気量を設定する。

目標ノズルベーン開度設定手段＃１０２は、目標吸気量に基づいて目標ノズルベーン開度を設定する。

ノズルベーン開度制御手段＃１０３は、ノズルベーン１３の開度を制御する。このノズルベーン開度制御手段＃１０３とは具体的にはアクチュエータ１４である。

ノズルベーン開度検出手段＃１０４は、ノズルベーン１３の開度を検出する。ノズルベーン開度検出手段＃１０４は、アクチュエータ１４に設けられたリフトセンサ１５である。このノズルベーン開度検出手段＃１０４で検出されたノズルベーン１３の開度がフィードバックされてノズルベーン開度制御手段＃１０３がノズルベーン１３の開度を制御する。

以上の構成は従来の可変ターボシステムと同じである。本発明では、さらに吸気量検出手段＃１１１と、オーバブースト判定手段＃１１２と、実吸気量差分検出手段＃１１３と、ノズルベーン開度補正量算出手段＃１１５とを備える。

吸気量検出手段＃１１１は、吸気量を検出する手段であって、本実施形態では、エアフローメータ２１である。

オーバブースト判定手段＃１１２は、吸気量検出手段＃１１１で検出された吸気量に基づいてオーバブーストか否かを判定する。

実吸気量差分検出手段＃１１３は、オーバブーストしているターボの実吸気量と、他方のターボの実吸気量との差分ΔＱａｃを算出する。

ノズルベーン開度補正量算出手段＃１１５は、オーバブーストしたターボに対するノズルベーン１３の開度の補正量を求める。具体的には図５に示すマップに基づいて補正量を求める。この図５のマップは予め実験によってマッチングさせたものである。この図５から吸気量差分ΔＱａｃが大きいほどノズルベーン開度が大きく補正され、過給圧が低められることが分かる。

以下、コントローラ７０の具体的な制御ロジックについてフローチャートに沿って説明する。

コントローラ７０は、一定時間ごと（例えば、１０ｍｓｅｃごと、１クランク回転ごと等）に繰り返し実行する。

ステップＳ１１１において、コントローラ７０は、エアフローメータ２１の信号に基づいて吸気量を検出する。このステップＳ１１１が吸気量検出手段＃１１１である。

ステップＳ１１２において、コントローラ７０は、その吸気量に基づいて、２つのターボのうち、一方のターボがオーバブースト状態であるか否かを判定する。具体的には、予め予備実験によって求めておいた規定量を超えたときにオーバブーストであると判定する。そして２つのターボのうち、一方のターボがオーバブースト状態であるときは、ステップＳ１１３以降の処理を行う。このステップＳ１１２がオーバブースト判定手段＃１１２である。

ステップＳ１１３において、コントローラ７０は、２つのターボの吸気量差ΔＱａｃを算出する。このステップＳ１１３が実吸気量差分検出手段＃１１３である。

ステップＳ１１４において、コントローラ７０は、吸気量差ΔＱａｃが所定値ＣｏｎｓｔＱａｃ以上であるか否かを判定する。吸気量差ΔＱａｃが所定値ＣｏｎｓｔＱａｃ以上のときは、ステップＳ１１５以降の処理を行い、吸気量差ΔＱａｃが所定値ＣｏｎｓｔＱａｃ未満のときは、ステップＳ１９に進んでベーン開度補正を行わない（ステップＳ１１８）。なおこの所定値ＣｏｎｓｔＱａｃは予め実験によってマッチングさせたものである。このように吸気量差ΔＱａｃが所定値ＣｏｎｓｔＱａｃ未満のときは、ベーン開度補正を行わないようにしたので、過剰に制御されてしまうことを防止できる。

ステップＳ１１５において、コントローラ７０は、オーバブーストしたターボに対するノズルベーン１３の開度補正量を図５のマップに基づいて算出する。このステップＳ１１５がノズルベーン開度補正量算出手段＃１１５であり、またこのステップＳ１１５及び後述のステップＳ１１７がノズルベーン開度補正手段である。

ステップＳ１１６において、コントローラ７０は、その算出した補正量を学習する。

ステップＳ１１７において、コントローラ７０は、この学習値でノズルベーン開度を補正して、ノズルベーンを動作させてベーン開度を補正する。なお以降はこの学習値が更新されるまでは、この学習値でノズルベーン開度を補正する。

本実施形態によれば、ツインターボシステムにおいて、可変ターボの各々の吸気状態を検出し、検出した吸気状態の差分を算出し、その差分値に基づいて各可変ターボの目標ノズルベーン開度を補正するようにした。このようにすることで、各可変ターボの個体差を学習し、できる限り同じように過給できるのである。

特に吸気量が過剰になってオーバブースト状態になっては、ターボが過剰に回転して部品にかかる負荷が増大したり、騒音や排気性能が悪化するおそれがある。そこで本発明では、オーバブーストを検出したら可変ターボのノズルベーンを開くように補正することで、過給圧を下げることができ、部品の耐久性を向上させることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、吸気量検出手段＃１１１としてコレクタ２３に設けられた過給圧センサ２４を用いてもよい。

また、過給圧センサ２４での検出圧力に基づいてオーバブースト状態であるか否かを判定してもよい。

さらに上記実施形態では、吸気量の差分Ｑａｃ（＝ｒＱａｃ１−ｒＱａｃ２）に基づいて制御したが、比ｒＱａｃ１／ｒＱａｃ２に基づいて制御してもよい。

また搭載するターボの数は、２台に限られず、さらに多くのターボを搭載するシステムであってもよい。

さらにエンジンはディーゼルエンジンに限定されない。

さらにまた上記実施形態では、左右バンクを有するＶ型エンジンを想定して説明したが、Ｖ型エンジンに限定されるものではない。

本発明による可変過給システムの過給圧調整装置の一実施形態を示す図である。 本発明の課題を説明する図である。 本発明による可変過給システムの過給圧調整装置の機能ブロック図である。 制御ロジックのフローチャートである。 ノズルベーン開度補正量の算出マップである。

符号の説明

１０ 可変ターボ
１１ コンプレッサ
１２ タービン
１３ ノズルベーン
１４ アクチュエータ（ノズルベーン開度制御手段）
１５ リフトセンサ（ノズルベーン開度検出手段）
２１ エアフローメータ（吸気量検出手段）
２３ コレクタ
２４ 過給圧センサ（吸気量検出手段）
＃１０２ 目標ノズルベーン開度設定手段
＃１０３ ノズルベーン開度制御手段
＃１０４ ノズルベーン開度検出手段
＃１１１，Ｓ１１１ 吸気量検出手段（吸気状態検出手段）
＃１１２ オーバブースト判定手段
＃１１３，Ｓ１１３ 実吸気量差分検出手段（状態差分算出手段）
＃１１５，Ｓ１１５ ノズルベーン開度補正量算出手段（ノズルベーン開度補正手段）
Ｓ１１６ ノズルベーン開度補正量学習手段
Ｓ１１７ ノズルベーン開度補正手段

Claims (11)

1. ノズルベーンを開閉してエンジンへの吸気の過給圧を変更する複数の可変ターボと、
   運転状態に基づいて前記ノズルベーンの目標開度を設定する目標ノズルベーン開度設定手段と、
   前記可変ターボの各々の吸気状態を検出する吸気状態検出手段と、
   前記検出した各々の吸気状態の差分を算出する状態差分算出手段と、
   前記差分値に基づいて各可変ターボの目標ノズルベーン開度を補正するノズルベーン開度補正手段と、
   を有する可変過給システムの過給圧調整装置。
2. 前記吸気状態検出手段は、吸気状態として各々の吸気量を検出し、
   前記状態差分算出手段は、検出した各々の吸気量の差分を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
3. 前記吸気状態検出手段は、吸気状態として各々の過給圧を検出し、
   前記状態差分算出手段は、検出した各々の過給圧の差分を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
4. 前記複数の可変ターボは、ツインターボである、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
5. 前記ノズルベーン開度補正手段は、算出した差分値が予め設定されている規定値よりも大きいときに目標ノズルベーン開度を補正する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
6. 前記検出した吸気状態に基づいて、各々の可変ターボがオーバブーストか否かを判定するオーバブースト判定手段を備え、
   前記ノズルベーン開度補正手段は、前記複数の可変ターボのうち、ひとつの可変ターボのオーバブーストを判定したときに、オーバブーストでない可変ターボの吸気状態と、オーバブーストの可変ターボの吸気状態とに基づいて、各可変ターボの目標ノズルベーン開度を補正する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
7. 前記オーバブースト判定手段は、予め設定されている基準値に基づいてオーバブーストを判定する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
8. 前記ノズルベーン開度補正手段は、オーバブーストしている可変ターボのノズルベーンを開くように補正する、
   ことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
9. 前記ノズルベーン開度補正手段は、さらにオーバブーストしていない可変ターボのノズルベーンを閉じるように補正する、
   ことを特徴とする請求項８に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
10. 前記ノズルベーンの開度を検出するノズルベーン開度検出手段と、
    前記ノズルベーン開度の検出値をフィードバックしてノズルベーン開度を制御するノズルベーン開度制御手段を有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。
11. 前記目標ノズルベーン開度の補正量を学習値として記憶するノズルベーン開度補正量学習手段を有する、
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の可変過給システムの過給圧調整装置。

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