JP2006105026A - Supercharging controller for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関(以下、エンジンと呼ぶ)の運転状態に応じて可変部材の開度を調整して過給圧を変更可能な可変ノズルターボチャージャを制御する内燃機関用過給制御装置に関する。 The present invention relates to a supercharging control device for an internal combustion engine that controls a variable nozzle turbocharger that can change a supercharging pressure by adjusting the opening of a variable member in accordance with the operating state of the internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine). .
近年、低速から高速の全域に渡ってトルクを向上させるために、可変ノズルターボチャージャを備えたエンジンの実用化が進んでいる。この種の可変ノズルターボチャージャは、可動ベーン等の可変部材によりタービンロータへのガス流入速度を変更可能に構成され、エンジンの運転状態に応じて可変部材を制御して、広い回転域で過給圧を適切に調整してエンジンのトルクを向上させている。 In recent years, an engine equipped with a variable nozzle turbocharger has been put into practical use in order to improve torque over the entire range from low speed to high speed. This type of variable nozzle turbocharger is configured so that the gas inflow speed to the turbine rotor can be changed by a variable member such as a movable vane, and the variable member is controlled in accordance with the operating state of the engine to supercharge in a wide rotation range. The engine torque is improved by adjusting the pressure appropriately.
例えば、車両をアイドル停車中から発進させる時や低速走行の最中に加速させる時等のように、低負荷状態から車両を加速させる場合には、可変部材を閉側に制御し、過給圧を上昇させることによってエンジントルクを増加させ、迅速な車両の加速を図っている(特許文献1)。
上記のような可変ノズルターボチャージャを備えたエンジンでは、加速が開始された後は可変部材の制御によって過給圧を適切に調整できるものの、低負荷状態から加速を開始する瞬間には、過給圧の立ち上がりが遅れる現象が生じてしまう。 In an engine equipped with a variable nozzle turbocharger as described above, the supercharging pressure can be adjusted appropriately by controlling the variable member after the acceleration is started, but at the moment of starting the acceleration from a low load state, the supercharging is performed. A phenomenon that the rise of pressure is delayed occurs.
詳述すると、アイドル停車中や低速走行等の低負荷状態ではエンジントルクをそれ程必要としないことから、可変部材を開側に制御してほぼ無過給状態に保持している。この状態から運転者によりアクセルが踏込み操作されると、まず、可変部材が閉側に制御されて排圧が上昇する。次いで、タービンロータ回転数と共に過給圧が上昇して体積効率が増加し、その後、燃料噴射量が増加方向に制御されるというステップを踏んだ後、エンジントルクが増大する。従って、運転者によるアクセル踏込み操作直後において十分な加速性能が得られないという問題があった。 More specifically, since the engine torque is not so much required during idling and low load conditions such as low speed running, the variable member is controlled to the open side and is kept in a substantially non-supercharged state. When the driver depresses the accelerator from this state, first, the variable member is controlled to the closed side, and the exhaust pressure increases. Next, the engine torque increases after taking the step of boosting the boost pressure with the turbine rotor speed and increasing the volumetric efficiency, and then controlling the fuel injection amount in the increasing direction. Therefore, there is a problem that sufficient acceleration performance cannot be obtained immediately after the accelerator is depressed by the driver.
本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みなされたもので、例えば低負荷状態からの加速時においても過給圧を速やかに立ち上げて、加速性能を向上させることができる内燃機関用過給制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. For example, a supercharging control for an internal combustion engine that can quickly increase a supercharging pressure and improve acceleration performance even when accelerating from a low load state. An object is to provide an apparatus.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の内燃機関用過給制御装置は、内燃機関の排気経路に設けられたタービンロータと、タービンロータを駆動させる排ガスの流速を可変とすべく開閉動作する可変ベーンと、吸気径路に設けられタービンロータの駆動トルクに応じて当該内燃機関へ空気を供給するコンプレッサとを有する可変ノズルターボチャージャを制御する内燃機関用過給制御装置において、運転者の加速要求の有無を判定する加速要求判定手段と、タービンロータの回転駆動を補助する補助手段と、加速要求判定手段が運転者の加速要求有りと判定したときは、補助手段を作動させる制御手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a supercharging control device for an internal combustion engine according to claim 1 is opened and closed to make the flow rate of exhaust gas for driving the turbine rotor and the turbine rotor provided in the exhaust path of the internal combustion engine variable. In a supercharging control device for an internal combustion engine that controls a variable nozzle turbocharger that has a variable vane that operates and a compressor that is provided in an intake passage and supplies air to the internal combustion engine in accordance with a driving torque of a turbine rotor, An acceleration request determining means for determining the presence or absence of an acceleration request; an auxiliary means for assisting the rotational drive of the turbine rotor; and a control means for operating the auxiliary means when the acceleration request determining means determines that the driver has requested acceleration. It is characterized by providing.
これによれば、エンジンにタービンロータの回転駆動を補助する補助手段を設け、加速要求判定手段が運転者の加速要求を判定したときに、制御手段が補助手段を作動させているので、過給圧を速やかに立ち上げることが可能となり、十分な加速性能を得ることができる。 According to this, the auxiliary means for assisting the rotational drive of the turbine rotor is provided in the engine, and the control means operates the auxiliary means when the acceleration request determining means determines the driver's acceleration request. The pressure can be quickly raised, and sufficient acceleration performance can be obtained.
請求項2に記載の内燃機関用過給制御装置の補助手段は、排ガスの流通により生じる圧力を上回る正圧を、排気経路に供給する正圧供給手段であることを特徴とする。
The auxiliary means of the supercharging control device for an internal combustion engine according to
これによれば、排ガスの流通により生じる圧力を上回る正圧を、排気経路に供給する正圧供給手段を設けることによって、タービンロータの回転駆動を補助しているので、タービンロータ、コンプレッサロータ、およびターボ回転軸に回転駆動を補助する装置を付加することなくタービンロータの回転駆動を補助することができる。 According to this, since the positive pressure supply means for supplying the positive pressure exceeding the pressure generated by the circulation of the exhaust gas to the exhaust path is provided to assist the rotational drive of the turbine rotor, the turbine rotor, the compressor rotor, and The rotational drive of the turbine rotor can be assisted without adding a device for assisting the rotational drive to the turbo rotating shaft.
請求項3に記載の内燃機関用過給制御装置の正圧供給手段は、正圧を発生させるエアコンプレッサと、エアコンプレッサで発生させた正圧を蓄積するエアタンクと、エアタンクに接続され、噴出口がタービンロータに向けられているノズル部と、ノズル部から噴出される正圧の供給を制御する制御弁とから成ることを特徴とする。
The positive pressure supply means of the supercharging control device for an internal combustion engine according to
これによれば、流速の速い正圧を直接タービンロータに向けて噴出させているので、応答よくタービンロータの回転駆動を補助することができる。 According to this, since the positive pressure with a high flow velocity is directly ejected toward the turbine rotor, the rotational drive of the turbine rotor can be assisted with good response.
請求項4に記載の内燃機関用過給制御装置のエアコンプレッサ、およびエアタンクは、内燃機関を搭載する車両に搭載されたフットブレーキ用の倍力装置に使用するエアコンプレッサ、およびエアタンクであることを特徴とする。
The air compressor and the air tank of the supercharging control device for an internal combustion engine according to
一般的に圧縮空気を倍力源とするフットブレーキ用の倍力装置は、比較的積載量の多いトラックなどの商用車に搭載されている。このフットブレーキ用の倍力装置には、倍力源となる圧縮空気を発生させるエアコンプレッサと、その圧縮空気を蓄積するエアタンクとが備えられている。 In general, a booster for a foot brake using a compressed air as a boosting source is mounted on a commercial vehicle such as a truck having a relatively large load. The foot brake booster includes an air compressor that generates compressed air that serves as a boost source, and an air tank that stores the compressed air.
これによれば、このエアコンプレッサとエアタンクとを本発明の正圧供給手段の構成要素の一部として使用しているので、エアコンプレッサとエアタンクの共有化が図れる。 According to this, since the air compressor and the air tank are used as part of the components of the positive pressure supply means of the present invention, the air compressor and the air tank can be shared.
請求項5に記載の内燃機関用過給制御装置は、エアタンク内の圧力を測定する圧力センサを備え、制御手段は、圧力センサが第1圧力以下の圧力を検出したとき、制御弁の開弁を禁止する禁止手段を有することを特徴とする。
The supercharging control device for an internal combustion engine according to
これによれば、制御手段は、圧力センサが第1圧力以下の圧力を検出したとき、制御弁の開弁を禁止する禁止手段を有しているので、エアタンク内の正圧を他の正圧を必要とする装置に供給することができる。 According to this, since the control means has the prohibition means for prohibiting the opening of the control valve when the pressure sensor detects a pressure equal to or lower than the first pressure, the positive pressure in the air tank is changed to another positive pressure. Can be supplied to devices that require
請求項6に記載の内燃機関用過給制御装置は、油圧で作動され、正圧を発生し、補助手段に正圧を供給する補助正圧発生手段を備え、制御手段は、圧力センサが第1圧力以上であり、かつ第2圧力以下の圧力を検出したとき、補助正圧発生手段を作動させる補助正圧制御手段を有することを特徴とする。
The supercharging control device for an internal combustion engine according to
これによれば、制御手段は、圧力センサが第1圧力以上であり、かつ第2圧力以下の圧力を検出したとき、補助正圧発生手段を作動させる補助正圧制御手段を有しているので、エアタンク内の圧力の状態に応じて補助正圧発生手段を制御することができる。 According to this, since the control means has the auxiliary positive pressure control means for operating the auxiliary positive pressure generating means when the pressure sensor detects the pressure not lower than the first pressure and not higher than the second pressure. The auxiliary positive pressure generating means can be controlled in accordance with the pressure state in the air tank.
請求項7に記載の第1圧力は、倍力装置によるフットブレーキの作動を保障する圧力値であることを特徴とする。
The first pressure described in
これによれば、第1圧力を倍力装置によるフットブレーキの作動を保障する圧力値としているので、圧力センサが第1圧力以下の圧力を検出したとき、制御弁の開弁が禁止され、倍力装置に供給する圧縮空気の圧力を確保することができ、安全に車両を走行させることができる。 According to this, since the first pressure is set to a pressure value that ensures the operation of the foot brake by the booster, when the pressure sensor detects a pressure equal to or lower than the first pressure, the control valve is prohibited from being opened, and the pressure is doubled. The pressure of the compressed air supplied to the force device can be ensured, and the vehicle can be driven safely.
請求項8に記載の第2圧力は、タービンロータを、排ガスの流通により生じる圧力により回転駆動される、その回転駆動を上回る回転駆動を生じさせるのに必要な圧力値であることを特徴とする。 The second pressure according to claim 8 is a pressure value required to cause the turbine rotor to be rotationally driven by the pressure generated by the flow of the exhaust gas and to generate a rotational drive exceeding the rotational drive. .
これによれば、第2圧力をタービンロータを、排ガスの流通により生じる圧力により回転駆動される、その回転駆動を上回る回転駆動を生じさせるのに必要な圧力値としているので、エアタンク内の圧力が第1圧力以上であり、かつ第2圧力以下となったとき、エアタンク内の正圧では、タービンロータを回転駆動させることできないと判断し、制御手段が補助正圧発生手段を作動させるので、この補助正圧発生手段が発生する正圧にてタービンロータの回転駆動を補助することができる。 According to this, since the second pressure is set to a pressure value necessary to cause the turbine rotor to be rotationally driven by the pressure generated by the flow of the exhaust gas and to exceed the rotational drive, the pressure in the air tank is When the pressure is equal to or higher than the first pressure and equal to or lower than the second pressure, the positive pressure in the air tank determines that the turbine rotor cannot be rotationally driven, and the control means operates the auxiliary positive pressure generation means. The rotational drive of the turbine rotor can be assisted by the positive pressure generated by the auxiliary positive pressure generating means.
請求項9に記載の内燃機関用過給制御装置の補助手段は、内燃機関の運転状態に応じて定まる所定時間の間、正圧を供給させることを特徴とする。
The auxiliary means of the supercharging control device for an internal combustion engine according to
排気系の圧力は、内燃機関の運転状態によって変化する。排気系の圧力が変化すると、タービンロータにかかる圧力も変化する。場合によっては、ノズルの開度を制御しても、タービンロータが適度に回転駆動しない場合がある。これに対し、請求項9に記載では、内燃機関の運転状態に応じて、正圧を供給させる時間を変化させているので、タービンロータの回転駆動を適切なものとすることができる。 The pressure of the exhaust system varies depending on the operating state of the internal combustion engine. When the pressure of the exhaust system changes, the pressure applied to the turbine rotor also changes. In some cases, even if the opening of the nozzle is controlled, the turbine rotor may not be driven to rotate appropriately. In contrast, according to the ninth aspect of the present invention, since the time for supplying the positive pressure is changed according to the operating state of the internal combustion engine, the rotational drive of the turbine rotor can be made appropriate.
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態による内燃機関の全体構成図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
本実施形態で説明するエンジン1は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図1に示されている。エンジン1は、その噴孔が各気筒の燃焼室に臨むように取り付けられている燃料噴射弁7を備えている。また、エンジン1には、吸気枝管3が接続され、吸気枝管3の各枝管が各気筒の燃焼室に連通している。吸気枝管3は、吸気管4に接続されている。吸気管4は、図示しないエアクリーナボックスに接続されている。エアクリーナには、新気をエアクリーナボックスに取り込むための図示しない吸気ダクトが接続されている。
The engine 1 described in the present embodiment is a multi-cylinder engine, but only one cylinder is shown in FIG. 1 as a sectional view. The engine 1 includes a
エアクリーナより下流の吸気管4には、可変ノズルターボチャージャ12のコンプレッサ13が設けられている。コンプレッサ13内には、吸気ダクトより吸入された新気を所定の圧力まで圧縮するためのコンプレッサロータ14が設けられている。コンプレッサ13より下流の吸気管4には、インタークーラ9が配置され、インタークーラ9より下流の吸気管4には、吸気スロットル弁8が設けられている。
A
一方、エンジン1には、排気枝管5が接続され、排気枝管5の各枝管が各気筒の燃焼室に連通している。排気枝管5は、可変ノズルターボチャージャ12のタービン15を介して排気管6に接続されている。タービン15内には、タービンロータ16が設けられている。タービンロータ16はターボ回転軸17を介してコンプレッサロータ14と連結されている。
On the other hand, an
タービンロータ16の周りには、タービンロータ16を取り巻くように多数のベーン18が設けられている。これらのベーン18はロッド19(ベーン18とロッド19の連結状態の図示は省略)を介してベーン調整アクチュエータ20により一斉に開度が変更される。ベーン18を閉側に調整することでタービンロータ16に導入される排ガスの流速は速くなり、開側に調整することでタービンロータ16に導入される排ガスの流速は遅くなる。排気管6の途中には、排気中の有毒ガス成分を浄化するための図示しない排気浄化触媒が設けられている。
A number of
このように構成されているエンジン1では、吸気ダクトから吸入された新気がエアクリーナボックスで埃や塵等を取除かれてコンプレッサ13に導入される。コンプレッサ13で圧縮された新気は、インタークーラ9で冷却され、ついで、吸気枝管3を介して各気筒の燃焼室に供給される。
In the engine 1 configured as described above, fresh air sucked from the intake duct is introduced into the
各気筒の燃焼室に供給された新気は、圧縮行程において圧縮され、圧縮行程後半に燃料噴射弁7から噴射された燃料を燃焼および爆発させ、その燃焼力および爆発力によってピストン2を下降させ、図示しないエンジン出力軸(クランクシャフト)を回転させる。
The fresh air supplied to the combustion chamber of each cylinder is compressed in the compression stroke, and the fuel injected from the
各気筒の燃焼室で燃焼および爆発した既燃ガス(以下、排ガスという)は、排気行程において燃焼室から排気枝管5へ排出される。排気枝管5に排出された排ガスは、ベーン18にて流速が調整され、タービンロータ16を回転させた後に排気管6へ排気される。例えば、車両が加速するとき、ベーン調整アクチュエータ20を駆動させ、ベーン18を閉側に調整し排ガスの流速を速くし、タービンロータ16の回転数を上昇させる。その後、排ガスは、排気浄化触媒にて排気中の有害ガス成分を浄化された後に大気中に放出される。
Burned gas (hereinafter referred to as exhaust gas) burned and exploded in the combustion chamber of each cylinder is discharged from the combustion chamber to the
エンジン1には、排気再循環(EGR)機構が併設されている。このEGR機構は、排気枝管5と吸気枝管3とを連通させるEGR通路21、EGR通路21内の排気還流量を調整する流量制御弁(以下、EGR弁という)22、およびEGR通路21内を流れる排ガスを冷却するEGRクーラ23から構成されている。
The engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation (EGR) mechanism. The EGR mechanism includes an
このように構成されたEGR機構では、EGR弁22が開弁されると、各気筒から排出された排ガスの一部がEGR通路21を経て吸気枝管3へ流れ、吸気系の上流から流れてきた新気と共に各気筒の燃焼室に供給される。
In the EGR mechanism configured as described above, when the
このとき、燃焼室内の新気の量は、吸気系に再循環された排ガスの分だけ減少する。そして、EGR弁22の開弁量を調整することにより燃焼室内に供給される新気の量を調整することができる。また、上記した廃棄の再循環を実行することにより、燃焼室内に排気中の不活性ガス成分が供給されることになるため、混合気の燃焼温度を低下させ、NOxなどの排出量を低減させることが可能となる。
At this time, the amount of fresh air in the combustion chamber decreases by the amount of exhaust gas recirculated to the intake system. The amount of fresh air supplied into the combustion chamber can be adjusted by adjusting the valve opening amount of the
エンジン1の排気系には、タービンロータ16の回転駆動を補助する補助手段としての正圧供給装置24が設けられている。この正圧供給装置24は、エアコンプレッサ25、エアタンク26、正圧制御弁27、および補助正圧発生装置28から成っており、エンジン1の排気系に、排ガスの流通により生じる圧力を上回る正圧(以下、圧縮空気と呼ぶ)を供給し、タービンロータ16の回転駆動を補助する。
The exhaust system of the engine 1 is provided with a positive
エアコンプレッサ25は、電動機またはエンジンの出力軸に接続され、圧縮空気を発生する。エアコンプレッサ25で発生した圧縮空気は、エアタンク26に蓄積される。エアタンク26内には、圧縮空気の圧力を監視するための圧力センサ29が設けられている。
The
エアタンク26には、配管30を介してノズル31が接続されている。ノズル31は、タービン15に設けられ、ノズル31の噴出口は、タービンロータ16に向けられている。タービンロータ16は、ノズル31から噴出される圧縮空気によって、回転駆動される。ノズル31の噴出口の径を、配管30の径よりも小さくすることによって、噴射される圧縮空気の流速を非常に速くしている。
A
このように、本実施形態では、流速の速い圧縮空気を直接タービンロータ16に向けて噴出させているので、排気系に圧縮空気を供給して、排気枝管5全体の圧力を高めてタービンロータ16を回転駆動させるよりも、応答よくタービンロータ16を回転駆動させることができる。
As described above, in the present embodiment, the compressed air having a high flow velocity is directly jetted toward the
配管30の途中には、正圧制御弁27が設けられ、この制御弁27を開閉することにより、ノズル31から圧縮空気を噴出させるか否かを制御することができる。そしてさらに、配管30の正圧制御弁27とエアタンク26との間には、補助正圧発生装置28が接続されている。補助正圧発生装置28は、図示しない油圧サーボで作動され、圧縮空気を発生し、制御弁27を介してノズル31に圧縮空気を追加供給することでエアタンク26からの圧縮空気の圧力を高めることができる。
In the middle of the pipe 30, a positive
また、エアタンク26は、このエンジン1を搭載する同じ車両に搭載された図示しないフットブレーキ用の倍力装置に接続され、エアタンク26内の圧縮空気は、フットブレーキ用の倍力装置の倍力源としても共通利用される。
The
一般的に圧縮空気を倍力源とするフットブレーキ用の倍力装置は、比較的積載量の多いトラックなどの商用車に搭載されている。このフットブレーキ用の倍力装置には、倍力源となる圧縮空気を発生させるエアコンプレッサと、その圧縮空気を蓄積するエアタンクとが備えられている。本実施形態では、このエアコンプレッサとエアタンクとを正圧供給装置24の構成要素の一部として使用しているので、エアコンプレッサ25とエアタンク26の共有化が図れる。
In general, a booster for a foot brake using a compressed air as a boosting source is mounted on a commercial vehicle such as a truck having a relatively large load. The foot brake booster includes an air compressor that generates compressed air that serves as a boost source, and an air tank that stores the compressed air. In the present embodiment, since the air compressor and the air tank are used as part of the components of the positive
このエンジン1には、図1に示すように、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ10が取り付けられ、そしてエアタンク26内の圧力Pを検出する圧力センサ29とが取り付けられている。更にこのエンジン1には、エンジン1を作動させるのに必要な図示しない各種センサ類(例えば、クランク角センサ、水温センサ、吸気圧センサ、吸気温センサ、エアフロメータ、吸気スロットル弁開度センサ等)が取り付けられている。これらアクセル開度センサ10、圧力センサ29、および各種センサ類は、夫々電気回線を介してエンジン制御用の電子制御ユニット(以下、ECUと呼ぶ)11に接続されている。
As shown in FIG. 1, an
ECU11は、CPU、ROM、RAM等を双方向性バスで相互に接続して構成され、上記各種センサの出力信号をパラメータとしてエンジン1の運転状態等を判定し、判定されたエンジン運転状態に応じて、燃料噴射弁7、EGR弁22、ベーン調整アクチュエータ20、吸気スロットル弁8等を制御する。そして、ECU11には、運転者の加速要求を判定する加速要求判定手段と、正圧供給装置24を制御する制御手段とが備えられており、さらにその制御手段の中には、正圧制御弁27の開弁を禁止する禁止手段と、補助正圧発生装置28を制御する補助正圧制御手段とが備えられている。
The
加速要求判定手段は、アクセル開度センサ10からの開度信号を取得し、その信号に基づき単位時間当たりのアクセル開度の変化量を算出する。そして、その変化量が所定値以上であるか否かで運転者が加速を要求しているか否かを判定する。運転者が加速していると判定した場合は、正圧供給装置24を制御する制御手段にそれに応じた信号を送信する。
The acceleration request determination means acquires an opening signal from the
正圧供給装置24を制御する制御手段は、エアコンプレッサ25、正圧制御弁27を制御するものであり、加速要求判定手段からの信号や、エアタンク26に設けられている圧力センサ29からの信号に基づき制御する。
The control means for controlling the positive
この制御手段は、加速要求判定手段から加速要求の信号と圧力センサ29から第1圧力P1、第2圧力P2以上であることを示す信号を取得すると、正圧制御弁27を開弁する信号を送信し、図示しない駆動回路にて正圧制御弁27を開弁させる。
When the control means acquires an acceleration request signal from the acceleration request determination means and a signal indicating that the pressure is higher than the first pressure P1 and the second pressure P2 from the
正圧制御弁27が開弁されると、エアタンク26内の圧縮空気が配管30を介してノズル31の噴出口からタービンロータ16に向かって噴出され、タービンロータ16の回転に寄与する駆動力が増え、タービンロータ16の回転数の上昇率が上がる(図3を参照)。タービンロータ16の回転数の上昇率を上げることにより、過給圧を速やかに立ち上げることができ、加速性能を向上させることができる。
When the positive
なお、上記第1圧力P1は、フットブレーキ用の倍力装置へ供給する圧縮空気の最低圧力、つまり、フットブレーキの作動を保障するための圧力値を示す。上記第2圧力P2は、エアタンク26内の圧縮空気の圧力によって、タービンロータ16を確実に回転駆動させるのに必要な最低の圧力値を示す。具体的に言うと、この圧力値は、タービンロータ16を、低速運転時からの初期加速要求時における排ガスの流通により生じる圧力により回転駆動される、その回転駆動を上回る回転駆動を生じさせるのに必要な最低の圧力値を示す。
The first pressure P1 indicates the minimum pressure of the compressed air supplied to the booster for the foot brake, that is, a pressure value for ensuring the operation of the foot brake. The second pressure P <b> 2 indicates a minimum pressure value necessary for reliably rotating the
また、この第2圧力P2の圧力値は、初期加速要求時のエンジン1の排気系の圧力値に応じて可変する値としても良い。このとき、排気系の圧力値は、排気枝管5に取り付けられる排気圧センサ(図示せず)を用いたり、エンジン1の運転状態から推定したりするなどして入手することが考えられる。
Further, the pressure value of the second pressure P2 may be a value that varies according to the pressure value of the exhaust system of the engine 1 at the time of the initial acceleration request. At this time, it is conceivable to obtain the pressure value of the exhaust system by using an exhaust pressure sensor (not shown) attached to the
禁止手段は、正圧制御弁27の開弁を強制的に閉弁させるように制御する。この禁止手段は、圧力センサ29から第1圧力P1以下であることを示す信号を取得すると、たとえ加速要求の信号を取得したとしても強制的に正圧制御弁27を閉弁する信号を送信し、上記駆動回路にて正圧制御弁27を閉弁させる。これにより、エアタンク内の圧縮空気を倍力装置用に確保することができ、安全に車両を走行させることができる。
The prohibiting unit controls the positive
補助正圧発生装置28を制御する補助正圧制御手段は、圧力センサ29から第1圧力P1以上であり、かつ第2圧力P2以下であることを示す信号を取得すると、補助正圧発生装置28を作動させる信号を送信し、図示しない駆動回路にて補助正圧発生装置28を作動させ、圧縮空気をタービンロータ16に供給する。これにより、エアタンク内の圧力Pが第1圧力P1以上であり、かつ第2圧力P2以下となったとき、補助正圧制御手段は、エアタンク26内の圧縮空気では、タービンロータ16を確実に回転駆動させることできないと判断し、補助正圧発生装置28を作動させるので、この装置28が発生する圧縮空気にてタービンロータ16の回転駆動させることができる。
When the auxiliary positive pressure control means for controlling the auxiliary
次に、ECU11によって実行される正圧供給装置24の作動を、図2、図3に基づいて説明する。図2は、ECU11が実行する正圧供給装置24の制御ルーチンを示すフローチャートである。図3は、正圧供給装置24を作動させるときのECU11内の処理とタービンロータ16の作動状態を示すタイムチャートである。
Next, the operation of the positive
ステップS101では、ECU11は、車両の加速状態の診断を許可することを示す加速診断許可フラグがON(加速診断許可)かOFF(加速診断不許可)であるかを判定する。加速診断が許可されている場合は、処理をステップS102に進めてアクセル開度センサ10からの開度信号に基づき単位時間当たりのアクセル開度の変化量を算出し、その変化量が所定値以上であるか否かを判定する。
In step S101, the
これは、運転者が車両を加速させようとしているのか否かを判定するためのものである。この加速要求の判定は、アクセル開度によって判定する方法以外にも、燃料噴射量やクランク軸の回転速度の変化量を算出することによっても判定が可能である。好ましくは、運転者の意志がより直接的に反映されるアクセル開度の変化量によって加速要求を判定する方が運転者の加速要求を応答よく検知でき、より加速性能を高めることが可能となる。 This is for determining whether or not the driver is going to accelerate the vehicle. The determination of the acceleration request can be made by calculating the fuel injection amount or the change amount of the rotation speed of the crankshaft in addition to the method of determining by the accelerator opening. Preferably, it is possible to detect the driver's acceleration request more responsively and to further improve the acceleration performance by determining the acceleration request based on the amount of change in the accelerator opening that directly reflects the driver's will. .
加速診断が許可されていない場合は、処理をステップS116に進めてステップS102と同様に、アクセル開度の変化量が所定値以上であるか否かを判定する。所定値以上であれば、アクセル変化量が所定値未満となるまでステップS116の処理を繰り返す。アクセル変化量が所定値未満となれば、処理をステップS117に進めて加速診断許可フラグをONにして、この制御ルーチンを終了する(図3(a)、(b)参照)。 If the acceleration diagnosis is not permitted, the process proceeds to step S116, and it is determined whether the amount of change in the accelerator opening is equal to or greater than a predetermined value, as in step S102. If it is equal to or greater than the predetermined value, the process of step S116 is repeated until the accelerator change amount becomes less than the predetermined value. If the accelerator change amount is less than the predetermined value, the process proceeds to step S117, the acceleration diagnosis permission flag is turned ON, and this control routine is ended (see FIGS. 3A and 3B).
ステップS102にて、アクセル開度の変化量が所定値以上であると判定されると、ECU11は、ステップS103にて加速診断許可フラグをOFFし、次いで、ステップS104にて加速判定フラグをONとする。さらに、ステップS105にて加速判定フラグの所定時間TとしてON時間Tを設定する(図3(b)、(c)参照)。
If it is determined in step S102 that the amount of change in the accelerator opening is equal to or greater than the predetermined value, the
このON時間Tは、エンジン1の種々の運転状態において、正圧が確実にタービンロータ16に加わるようにするための時間が設定されており、この場合、加速判定フラグがONされる時のエンジン回転数に基づいて設定される。例えば、エンジン回転数が低ければ低いほど加速判定フラグのON時間Tを長くする。これは、エンジン回転数が低い状態では、比較的排気枝管5の排気圧力も低く、たとえベーン18を閉側に調整してもタービンロータ16に導入される排ガスの流速は速くならないからである。そのため、ON時間Tを長くすることで必要な排気圧力を確保している。
The ON time T is set to ensure that positive pressure is applied to the
次に、処理がステップS106に進むとECU11は、ステップS105にて設定された加速判定フラグのON時間Tが経過したか否かを判定する。加速判定フラグのON時間Tが経過していない場合は、処理をステップS107に進め、加速判定フラグがONであるか否かを判定する。加速判定フラグのON時間Tが経過している場合は、処理をステップS118に進め、加速判定フラグをOFFにして、処理をステップS107に進める(図3(c)参照)。
Next, when the process proceeds to step S106, the
ステップS102にて、アクセル開度の変化量が所定値未満であると判定されると、ECU11は、処理をステップS118に進め、加速判定フラグをOFFにして、処理をステップS107に進める。
If it is determined in step S102 that the change amount of the accelerator opening is less than the predetermined value, the
ステップS107では、ECU11は、加速判定フラグがONであるか否かを判定する。加速判定フラグがONであれば、ステップS108にて正圧制御弁開弁フラグをONにして、処理をステップS110に進める。加速判定フラグがOFFであれば、ステップS109にて正圧制御弁開弁フラグをOFFにして、処理をステップS110へ進める(図3(d)参照)。
In step S107, the
ステップS110では、ECU11は、正圧制御弁開弁フラグがONであるか否かを判定する。正圧制御弁開弁フラグがONであれば、処理をステップS111に進める。正圧制御弁開弁フラグがOFFであれば、処理をステップS113に進め、正圧制御弁27を閉弁し、処理をステップS116に進める。
In step S110, the
ステップS111では、ECU11は、エアタンク26内の圧力Pが第1圧力P1以下であるか否かを判定する。圧力Pが第1圧力P1以下でなければ、処理をステップS112に進め、正圧制御弁27を開弁し、処理をステップS114に進める。圧力Pが第1圧力P1以下であれば、処理をステップS113に進め正圧制御弁27を強制的に閉弁し、処理をステップS116に進める。ステップS111からステップS113までの処理は、フットブレーキ用の倍力装置に供給する圧縮空気の圧力を確保するためのものである。ECU11は、エアタンク26内の圧力Pが第1圧力P1以下であるときは、正圧制御弁27を強制的に閉弁する。
In step S111, the
ステップS114では、エアタンク26内の圧力が第2圧力P2以下であるか否かを判定する。圧力Pが第2圧力P2以下でなければ、処理をステップS106に戻す。圧力Pが第2圧力P2以下であれば、処理をステップS115に進め、補助正圧発生装置28を作動させ、処理をステップS106に戻す。ステップS114での処理は、エアタンク26内の圧縮空気のみでタービンロータ16を確実に回転駆動させることができるか否かを判定するためのものである。第2圧力P2は、第1圧力P1よりも大きい値となっている(P2>P1)。ECU11は、エアタンク26内にタービンロータ16を確実に回転駆動させることができないような状態にあれば、油圧で作動される補助正圧発生装置28で発生させた圧縮空気をタービンロータ16供給し、タービンロータ16を回転駆動させる(図3(e)、(f)参照)。
In step S114, it is determined whether or not the pressure in the
この制御ルーチンでは、ステップS114またはステップS115から再びステップS106に処理を戻すようにしている。加速判定フラグのON時間Tが経過するか、エアタンク26内の圧力Pが第1圧力P1以下となって正圧制御弁27が閉弁されるまで、処理は繰り返し行われる。本実施形態では、ステップS114およびステップS115の処理を実行するときのECU11が補助正圧制御手段として機能している。
In this control routine, the process returns from step S114 or step S115 to step S106 again. The processing is repeated until the ON time T of the acceleration determination flag elapses or until the pressure P in the
ECU11がステップS110にて正圧制御弁開弁フラグがONでないと判定するか、ステップS111でエアタンク26内の圧力Pが第1圧力P1以下であると判定すると、処理をステップS113に進め、正圧制御弁27を閉弁する。本実施形態では、ステップS111およびステップS113の処理を実行するときのECU11が禁止手段として機能している。
If the
ステップS116では、ECU11は、アクセル開度の変化量が所定値以上であるか否かを判定する。変化量が所定値以上であれば、ステップS116での判定が否定されるまで処理が繰り返し行われる(図3の時刻t1〜t2)。変化量が所定値未満であると判定されれば、ステップS117にて加速診断許可フラグをONにして(図3の時刻t3)、この制御ルーチンを終了する。
In step S116, the
以上に述べたように、正圧供給装置24を作動させたときのECU11内の処理について説明した。次にこのECU11内の処理によってタービンロータ16回転数がどのように変化するかを図3のタイムチャートに基づいて説明する。
As described above, the processing in the
図3に示すようにECU11は、加速診断許可フラグがON、すなわち加速診断を許可しているときに、アクセル開度の変化量が所定値以上であると判定すると、加速判定フラグのON時間を設定した後、加速判定フラグをONにする(時刻t1)。
As shown in FIG. 3, when the acceleration diagnosis permission flag is ON, that is, when acceleration diagnosis is permitted, the
ECU11は、加速判定フラグがONであると判定するとき、エアタンク26内の圧力Pが第1圧力P1以下であるか否かを判定し、第1圧力P1以下でないと判定すると正圧制御弁開弁フラグをONにして、正圧制御弁27を開弁する。正圧制御弁開弁フラグがONの間、正圧制御弁27は開弁される(時刻t1〜t2)。
When the
正圧制御弁27を開弁することにより、エアタンク26内の圧縮空気がタービンロータ16に向かって噴出され、タービンロータ16の回転に寄与する駆動力が増える。結果、従来の排ガスの排気圧力のみでタービンロータ16を回転させたとき(図3中の破線で示す)に比べ、回転数の上昇率が上がる。回転数の上昇率が上がると、従来技術よりも短時間で目標のタービンロータ回転数に到達することとなり、過給圧を速やかに立ち上げることができるので、加速性能を向上させることができる。
By opening the positive
また、本実施形態では、可変ノズルターボチャージャ12の回転要素であるタービンロータ16、コンプレッサロータ14、ターボ回転軸17に回転モーメントを増加させるような補助装置を直接取り付けずに、タービンロータ16の回転駆動を補助する構成としているので、このものよりもタービンロータ16の応答性がよくなる。
In the present embodiment, the
1 エンジン
10 アクセル開度センサ
11 電子制御ユニット
12 可変ノズルターボチャージャ
16 タービンロータ
24 正圧供給装置(補助手段)
25 エアコンプレッサ
26 エアタンク
27 正圧制御弁
28 補助正圧発生装置
29 圧力センサ
31 ノズル
1
25
Claims (9)
運転者の加速要求の有無を判定する加速要求判定手段と、
前記タービンロータの回転駆動を補助する補助手段と、
前記加速要求判定手段が運転者の加速要求有りと判定したときは、前記補助手段を作動させる制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関用過給制御装置。 A turbine rotor provided in an exhaust path of the internal combustion engine, a variable vane that opens and closes to make the flow rate of exhaust gas that drives the turbine rotor variable, and an internal combustion engine that is provided in an intake path according to the driving torque of the turbine rotor. In a supercharging control device for an internal combustion engine for controlling a variable nozzle turbocharger having a compressor for supplying air to the engine,
Acceleration request determination means for determining whether or not the driver has requested acceleration;
Auxiliary means for assisting the rotational drive of the turbine rotor;
A supercharging control device for an internal combustion engine, comprising: a control unit that activates the auxiliary unit when the acceleration request determination unit determines that the driver has requested acceleration.
正圧を発生させるエアコンプレッサと、
前記エアコンプレッサで発生させた正圧を蓄積するエアタンクと、
前記エアタンクに接続され、噴出口が前記タービンロータに向けられているノズル部と、
前記ノズル部から噴出される正圧の供給を制御する制御弁とから成ることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関用過給制御装置。 The positive pressure supply means includes
An air compressor that generates positive pressure;
An air tank for accumulating positive pressure generated by the air compressor;
A nozzle portion connected to the air tank and having a jet outlet directed to the turbine rotor;
The supercharging control device for an internal combustion engine according to claim 2, comprising a control valve that controls supply of positive pressure ejected from the nozzle portion.
前記制御手段は、前記圧力センサが第1圧力以下の圧力を検出したとき、前記制御弁の開弁を禁止する禁止手段を有することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の内燃機関用過給制御装置。 A pressure sensor for measuring the pressure in the air tank;
5. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the control unit includes a prohibiting unit that prohibits the control valve from opening when the pressure sensor detects a pressure equal to or lower than a first pressure. 6. Supercharging control device.
前記制御手段は、前記圧力センサが前記第1圧力以上であり、かつ第2圧力以下の圧力を検出したとき、前記補助正圧発生手段を作動させる補助正圧制御手段を有することを特徴とする請求項5に記載の内燃機関用過給制御装置。 Auxiliary positive pressure generating means that is operated by hydraulic pressure, generates positive pressure, and supplies positive pressure to the auxiliary means,
The control means includes auxiliary positive pressure control means for operating the auxiliary positive pressure generating means when the pressure sensor detects a pressure not lower than the first pressure and not higher than a second pressure. The supercharging control device for an internal combustion engine according to claim 5.
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