JP2006207382A

JP2006207382A - ターボチャージャのサージング防止装置

Info

Publication number: JP2006207382A
Application number: JP2005016482A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Horiuchi; 裕史堀内
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2005-01-25
Filing date: 2005-01-25
Publication date: 2006-08-10

Abstract

【課題】ターボチャージャ付きのエンジンで減筒運転を行ってもサージングを確実に防止し得るようにする。
【解決手段】一部の気筒８におけるバルブの開弁動作をバルブ動作休止手段により不作動として残りの気筒８だけで減筒運転を行い得るようにしたエンジン１に採用するためのターボチャージャ２のサージング防止装置に関し、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａにより圧縮された吸気４の一部を前記コンプレッサ２ａの入側に戻す吸気再循環ライン３４を設け、該吸気再循環ライン３４に開度調整可能な吸気再循環バルブ３５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャのサージング防止装置に関するものである。

一般的に、自動車等のエンジンにおける燃費率は、７０〜８０％負荷運転最高回転速度の４０〜６０％回転の付近で最良となるように設計されているため、普通走行時には負荷が設計値より低い燃費率の悪い条件で運転されることになる。

この対策として、必要な出力に応じてエンジンの着火気筒を減らし、その減らした気筒だけで負荷条件を上げてエンジンを駆動することにより燃費率の向上等を図る減筒運転が従来より提案されている。

また、近年においては、排気管途中に装備した排気浄化用触媒が低負荷時に活性温度に達し難いことへの対策として、減筒運転を低負荷時に実行することで排気温度を高温に維持できるようにすることも提案されている。

尚、この種の減筒運転に関連する先行技術文献情報としては、例えば、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等が既に存在している。
特開昭５７−２４４３２号公報

しかしながら、斯かる減筒運転をターボチャージャ付きのエンジンに採用しようとした場合、その減筒運転時に排気流量の急激な低下によりエンジン側の吸い込み特性が著しく下がり、通常の全筒運転に対応したターボチャージャがサージング（コンプレッサの吐出圧力と吸込風量の関係がサージング領域に入った時に圧力と風量が大きく脈動して振動や異常音が発生する現象；コンプレッサを所要の回転数で回転している時に所定限度以下の流量又は所定限度以上の吐出圧力になるとサージングに陥る）に陥り易くなって運転不能や性能低下を招くという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ターボチャージャ付きのエンジンで減筒運転を行ってもサージングを確実に防止し得るようにすることを目的とする。

本発明は、一部の気筒におけるバルブの開弁動作をバルブ動作休止手段により不作動として残りの気筒だけで減筒運転を行い得るようにしたエンジンに搭載されるターボチャージャのサージング防止装置であって、ターボチャージャのコンプレッサにより圧縮された吸気の一部を前記コンプレッサの入側に戻す吸気再循環ラインを設け、該吸気再循環ラインに開度調整可能な吸気再循環バルブを備えたことを特徴とするものである。

而して、このようにすれば、エンジンを全筒運転から減筒運転に切り替えた際に、ターボチャージャにおけるコンプレッサの吐出圧力と吸込風量の関係がサージング領域に近づいても、吸気再循環バルブをエンジンの運転状態に応じた所要の開度で開き、吸気再循環ラインを開通させてコンプレッサの出側から吸気の一部を入側に戻すと、該コンプレッサにおける見掛け上の吸込風量が増加し且つ吐出圧力が低下するので、前記コンプレッサの運転状態がサージング領域から遠ざけられることになる。

また、本発明をより具体的に実施するに際しては、バルブの開弁動作を不作動とするバルブ動作休止手段を、各気筒のバルブの開閉タイミング及びリフトを調節し得るようにした可変バルブ機構により構成することが可能である。

上記した本発明のターボチャージャのサージング防止装置によれば、ターボチャージャ付きのエンジンで減筒運転を行ってもサージングを確実に防止することができるので、ターボチャージャがサージングに陥ることによる運転不能や性能低下を未然に回避することができ、延いては、ターボチャージャ付きのエンジンでの減筒運転を支障なく実現することができるという優れた効果を奏し得る。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中１はターボチャージャ２を搭載したエンジンを示し、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてエンジン１の各気筒８に分配されるようになっている。

また、このエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１及びマフラ１２を介し車外へ排出されるようになっている。

更に、図１に示している例では、排気マニホールド１０における各気筒８の並び方向の一端部と、吸気マニホールド７の入口部分との間がＥＧＲパイプ１３により接続されており、排気マニホールド１０から抜き出した排気ガス９の一部を水冷式のＥＧＲクーラ１４及びＥＧＲバルブ１５を介して吸気管５に再循環するようになっており、排気側から吸気側へ再循環された排気ガス９で各気筒８内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減し得るようにしてある。

また、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１６には、図示しないアクセルの開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１７（負荷センサ）と、エンジン１の回転数を検出する回転センサ１８とからのアクセル開度信号１７ａ及び回転数信号１８ａが入力されるようになっており、これらのアクセル開度信号１７ａ及び回転数信号１８ａに基づいて、各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置１９に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１９ａが出力されるようになっている。

ここで、前記燃料噴射装置１９は、各気筒８毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記制御装置１６からの燃料噴射信号１９ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。

ただし、本形態例においては、制御装置１６でアクセル開度信号１７ａ及び回転数信号１８ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１９ａが決定されるようになっている一方、アクセル開度信号１７ａ及び回転数信号１８ａに基づきエンジン１が所定の運転領域で運転されていると判定された時に通常モードから減筒モードに切り替わり、この減筒モードに切り替わった際には、一部の気筒８の燃料噴射をカットするよう燃料噴射信号１９ａが出力されるようになっている。

例えば、ここで例示しているエンジン１が、図２に＃１〜＃６で示す如き６つの気筒８から成る直列６気筒エンジンであって、その着火順序が＃１→＃４→＃２→＃６→＃３→＃５である場合には、半分の気筒の燃料噴射をカットした後も燃焼が等間隔で行われるよう＃１，＃２，＃３の気筒８と＃４，＃５，＃６の気筒８とにグループ分けし、何れか一方のグループ（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）の燃料噴射をカットするようにすれば良い。

また、本形態例におけるエンジン１では、その回転数に応じた最適な熱効率を実現して燃費の向上を図ること等を目的として、図３に示す如きバルブ３１（図中には吸気弁を図示）の開閉タイミング及びリフトを変化させ得るようにした可変バルブ機構３２が採用されており、前述の減筒モードで燃料噴射をカットされるグループの気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）について、そのバルブ３１の開弁動作を減筒モードの間だけ不作動とするバルブ動作休止手段として前記可変バルブ機構３２が利用されるようになっている。

即ち、図３は油圧式の可変バルブ機構３２の一例を示し、気筒８の並び方向に延びるカムシャフト２０に、各気筒８に対応して吸気用と排気用のカム２１（図中では吸気用のカムを図示）が並設されており、前記カムシャフト２０の近傍を平行に延びるロッカーシャフト２２には、前記カム２１により一端をローラ２３ａを介し押し上げられて傾動するロッカーアーム２３が装備されている。

そして、このロッカーアーム２３の一端が上方の油圧ユニット２４に備えられたマスターピストン２５を押し上げ、前記油圧ユニット２４内に穿設された開弁用油通路２６に油圧を発生させてブリッジ３３直上のスレーブピストン２７を下降せしめ、このスレーブピストン２７によりブリッジ３３を介し両バルブ３１を押し下げて開弁し得るようになっている。

ここで、前記油圧ユニット２４内の開弁用油通路２６には、該開弁用油通路２６の油圧の保持・開放を切り替えるための３ウェイ式のソレノイドバルブ２８（油圧供給手段）を介して給油通路２９が接続されており、図示しないエンジン駆動のオイルポンプにより送り込まれる作動油３０を開弁用油通路２６に導き入れて該開弁用油通路２６内を満たし、マスターピストン２５の作動時には、前述の制御装置１６からの制御信号２８ａに基づき、開弁用油通路２６の油圧の保持・開放を適宜に切り替えてスレーブピストン２７の追従時期や作動量を制御することでバルブ３１の開閉タイミングやリフトを調節し得るようにしてある。

即ち、マスターピストン２５の作動時において、ソレノイドバルブ２８により開弁用油通路２６の油圧を保持すれば、マスターピストン２５の作動に直ちに追従してスレーブピストン２７が作動することになるが、マスターピストン２５の作動により生じる開弁用油通路２６の油圧をソレノイドバルブ２８の切り替えでアキュームレータ等へ逃がせば、マスターピストン２５が作動していてもスレーブピストン２７が追従しなくなるので、その追従時期を遅らせたり作動量を減らしたりすることが可能となり、更には、バルブ３１の開弁動作を全く不作動とすることも可能となる。

従って、前述の減筒モードで燃料噴射をカットされるグループの気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）に関し、そのバルブ３１の開弁動作を減筒モードの間だけ不作動とするバルブ動作休止手段として可変バルブ機構３２を利用するにあたっては、制御装置１６での制御が通常モードから減筒モードに切り替わった際に、制御装置１６から制御信号２８ａが休止指令として可変バルブ機構３２のソレノイドバルブ２８に出力されて、該ソレノイドバルブ２８がアキュームレータ等へ油圧を開放した状態に保持されるようにしておけば良い。

そして、以上に述べた如き減筒運転を行い得るようにしたエンジン１に関して、本形態例においては、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａにより圧縮された吸気４の一部を前記コンプレッサ２ａの入側に戻す吸気再循環ライン３４を設け、該吸気再循環ライン３４に開度調整可能な吸気再循環バルブ３５を備えるようにしており、アクセル開度信号１７ａ及び回転数信号１８ａ等から推定されるターボチャージャ２の現在の運転状態（コンプレッサ２ａ側の吐出圧力と吸込風量の関係）に基づき前記制御装置１６から前記吸気再循環バルブ３５に向け開度指令信号３５ａが出力されて、該吸気再循環バルブ３５が前記ターボチャージャ２のサージングを回避するための適宜な開度に制御されるようになっている。

尚、この制御装置１６からは、前記ＥＧＲパイプ１３のＥＧＲバルブ１５にも開度指令信号１５ａが出力されるようになっていて、やはりアクセル開度信号１７ａ及び回転数信号１８ａ等から推定される現在のエンジン１の運転状態に基づき前記ＥＧＲバルブ１５が適宜な開度に制御されるようになっている。

而して、制御装置１６にて通常モードから減筒モードに切り替わると、該制御装置１６からの休止指令として制御信号２８ａを受けた可変バルブ機構３２のソレノイドバルブ２８がアキュームレータ等へ油圧を開放した状態に保持され、マスターピストン２５が作動していてもスレーブピストン２７が追従しなくなる結果、一部の気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）におけるバルブ３１の開弁動作が不作動となり、しかも、バルブ３１の開弁動作が不作動となった気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）の燃料噴射が制御装置１６から燃料噴射装置１９に向けた燃料噴射信号１９ａによりカットされるので、これら一部の気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）が完全に休止状態となって残りの気筒８（例えば＃４，＃５，＃６の気筒８）だけで減筒運転が成されることになる。

この際、排気流量の急激な低下によりエンジン１側の吸い込み特性が著しく下がり、ターボチャージャ２におけるコンプレッサ２ａの吐出圧力と吸込風量の関係がサージング領域に近づいても、前記制御装置１６からの開度指令信号３５ａにより吸気再循環バルブ３５がエンジン１の運転状態に応じた所要の開度で開き、これにより吸気再循環ライン３４が開通してコンプレッサ２ａの出側から吸気４の一部が入側に戻されるので、該コンプレッサ２ａにおける見掛け上の吸込風量が増加し且つ吐出圧力が低下して、前記コンプレッサ２ａの運転状態がサージング領域から遠ざけられることになる。

尚、休止している気筒（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）では、バルブ３１が閉じた状態に保持されて内部に空気が封止されることになるが、この空気は気筒８内で拡縮されるだけで出力を下げる作用が生じることはなく（圧縮時の抵抗が膨張時に相殺されるため）、寧ろバルブ３１の開弁動作を継続させた場合（燃料噴射だけをカットした場合）に空気が出入りすることで生じる抵抗が回避されることになる。

従って、上記形態例によれば、ターボチャージャ２付きのエンジン１で減筒運転を行ってもサージングを確実に防止することができるので、ターボチャージャ２がサージングに陥ることによる運転不能や性能低下を未然に回避することができ、延いては、ターボチャージャ２付きのエンジン１での減筒運転を支障なく実現することができる。

尚、本発明のターボチャージャのサージング防止装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、吸気再循環バルブの制御は、必ずしもエンジン回転数や負荷に基づいて行う必要はなく、圧力センサや流量センサ、温度センサ等により圧力と風量のバランスを温度補正をかけながら実測して行うようにしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。図１のエンジンの減筒気筒について説明する模式図である。図１のエンジンに用いられている可変バルブ機構を示す概略図である。

符号の説明

１エンジン
２ターボチャージャ
２ａコンプレッサ
２ｂタービン
４吸気
８気筒
９排気ガス
１１排気管
１６制御装置
１９燃料噴射装置
１９ａ燃料噴射信号
３１バルブ
３２可変バルブ機構（バルブ動作休止手段）
３４吸気再循環ライン
３５吸気再循環バルブ
３５ａ開度指令信号

Claims

一部の気筒におけるバルブの開弁動作をバルブ動作休止手段により不作動として残りの気筒だけで減筒運転を行い得るようにしたエンジンに搭載されるターボチャージャのサージング防止装置であって、ターボチャージャのコンプレッサにより圧縮された吸気の一部を前記コンプレッサの入側に戻す吸気再循環ラインを設け、該吸気再循環ラインに開度調整可能な吸気再循環バルブを備えたことを特徴とするターボチャージャのサージング防止装置。
バルブの開弁動作を不作動とするバルブ動作休止手段が、各気筒のバルブの開閉タイミング及びリフトを調節し得るようにした可変バルブ機構により構成されていることを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャのサージング防止装置。