JP2008196336A - 過給機付内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【課題】過給機付内燃機関において、背圧が過剰に高くなることを抑制できる技術を提供する。
【解決手段】過給圧を所望の圧力とすべくタービンに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの角度を変更することにより可変とする可変容量型ターボチャージャ50を備えた内燃機関1であって、ノズルベーンと接続され該ノズルベーンを駆動する駆動源56と、ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときには目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源56に与えた後に該目標開度と対応する指令値を駆動源56に与える駆動源制御手段10と、を具備する。
【選択図】図1
【解決手段】過給圧を所望の圧力とすべくタービンに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの角度を変更することにより可変とする可変容量型ターボチャージャ50を備えた内燃機関1であって、ノズルベーンと接続され該ノズルベーンを駆動する駆動源56と、ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときには目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源56に与えた後に該目標開度と対応する指令値を駆動源56に与える駆動源制御手段10と、を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、過給機付内燃機関に関する。
内燃機関においては、該内燃機関から排出される排気のエネルギを利用して駆動されるターボチャージャを設けると、燃焼室の充填効率を高めて機関出力をより大きくすることができる。
そして、可変容量型ターボチャージャは、例えば内燃機関の低回転運転領域のように排気の量が少ないときでも、ノズルベーンを閉方向に回転させると、排気の流速を高めタービンの回転速度及び回転力を増加させることができる。これにより、排気の量が少ないときであっても内燃機関の充填効率を高めることができる。
ここで、実過給圧と目標過給圧とに基づいてノズルベーンの開度を調節する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、ノズルベーンは排気通路の外部からベーンシャフトを介して駆動されている。このベーンシャフトは例えばリンク機構に接続された駆動リングにより回転される。これらの各部材は力を伝達するときに円滑に動く必要があるため、各部材間には回転方向にある程度の遊びが設けられている。そのため、各部材が力を伝達するときに、先ず遊びの分だけ動き、その遊びの分だけ動いた後に力が伝達される。つまり、アクチュエータ等の駆動源からの力はノズルベーンに直ぐには伝達されない。また、この遊びにより力が伝わり難くなるため、アクチュエータ等が作動してもその作動量が小さいと、ノズルベーンまで力が伝わらずに該ノズルベーンが動かないことがある。
ここで、ノズルベーンを開閉することにより背圧を調節することができる。しかし、ノズルベーンを閉じた後に背圧を下降させようとして該ノズルベーンを開く方向にアクチュエータを作動させても、前記遊びのためにノズルベーンの開度が大きくならない虞がある。つまり、背圧が過剰に高くなることにより過給圧が過剰に高くなる虞がある。
特開2005−83275号公報
特開2004−293537号公報
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、過給機付内燃機関において、背圧が過剰に高くなることを抑制できる技術を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために本発明による過給機付内燃機関は、
過給圧を所望の圧力とすべくタービンに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの角度を変更することにより可変とする可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関であって、
前記ノズルベーンと接続され該ノズルベーンを駆動する駆動源と、
前記ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときには前記目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源に与えた後に該目標開度と対応する指令値を駆動源に与える駆動源制御手段と、
を具備することを特徴とする。
過給圧を所望の圧力とすべくタービンに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの角度を変更することにより可変とする可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関であって、
前記ノズルベーンと接続され該ノズルベーンを駆動する駆動源と、
前記ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときには前記目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源に与えた後に該目標開度と対応する指令値を駆動源に与える駆動源制御手段と、
を具備することを特徴とする。
ここで、目標開度とは、例えば、目標となる過給圧を得るための開度、目標となる背圧を得るための開度、又は目標となるタービン回転数を得るための開度とすることができる。指令値とは、駆動源を作動させるために与えられる命令であり、この指令値に応じて駆動源が作動する。この駆動源の作動によりノズルベーンの開度が調節される。
ノズルベーンの開度を現時点よりも大きくすると、該ノズルベーンによる抵抗が小さくなるため、背圧が低下する。しかし、ノズルベーンを動かすために駆動源を作動させても、各部材間に設けられている遊びによりノズルベーンに力が伝達されないことがある。これに対し、例えば各部材間に設けられている遊びの分だけ駆動源がより多く作動するように指令値を与えることで、ノズルベーンの実際の開度を目標開度に合わせることができる。
つまり、ノズルベーンの目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源に与えても、ノズルベーンの実際の開度は各部材間に設けられた遊びによって目標開度に合わせられる。
そして、その後に目標開度と対応する指令値を駆動源に与えることにより、ノズルベーンの開度を小さくする側に動かす場合には、各部材間の遊びの分だけ各部材が動いた後なので、駆動源からの力を速やかに伝達させることができる。つまり、ノズルベーンの開度を小さくする側の遊びをなくしておくことにより、ノズルベーンの開度を速やかに小さくすることができる。
本発明においては、前記駆動源制御手段は、前記目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源に与えるときに、ノズルベーンの開度を大きくする前の開度が小さいほど、開き度合いをより大きくすることができる。
ここで、ノズルベーンの開度を大きくする前の開度が小さいほど、すなわちノズルベーンの元の開度が小さいほど、背圧の過剰な上昇が起こり易く、逆に元の開度が大きければ背圧の過剰な上昇が起こり難くなる。そのため前記指令値を目標開度と対応する値よりも大きくするときの度合いは、ノズルベーンの元の開度が小さいほど大きくする。これにより、背圧の過剰な上昇の起こり易さに応じて駆動源に指令値を与えることができる。
本発明によれば、過給機付内燃機関において、背圧が過剰に高くなることを抑制できる。
以下、本発明に係る過給機付内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
図1は、本実施例に係る内燃機関1とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼル機関である。
内燃機関1には、吸気通路3及び排気通路4が接続されている。吸気通路3は吸気ポート2Aを介して気筒2と接続されており、排気通路4は排気ポート2Bを介して気筒2と接続されている。
また、本実施例による内燃機関1は可変容量型ターボチャージャ50(以下、単に「ターボチャージャ50」という。)を備えている。このターボチャージャ50は、コンプレッサハウジング51、タービンハウジング52、及びセンタハウジング53を備えて構成されている。コンプレッサハウジング51は吸気通路3の途中に設けられ、該コンプレッサハウジング51の内部は吸気通路3の一部を構成している。また、タービンハウジング52は排気通路4の途中に設けられ、該タービンハウジング52の内部は排気通路4の一部を構成している。そして、コンプレッサハウジング51とタービンハウジング52とは、センタハウジング53を介して連結されている。
タービンハウジング52には、後述するノズルベーン73を回転させるためのリンク機構80の一部を格納するためのリンク室54を備えており、該リンク室54内のリンク機構80はリンクロッド55を介してアクチュエータ56と接続されている。
次に、ターボチャージャ50の具体的な構成について図2に基づいて説明する。ここで、図2(A)はターボチャージャ50の構成を示す断面図であり、図2(B)はターボチャージャ50の可変ノズル機構70を示す図である。
ターボチャージャ50は、前述のようにコンプレッサハウジング51とタービンハウジング52とセンタハウジング53とを備えて構成される。
コンプレッサハウジング51内には複数の羽をもったコンプレッサ60が備えられ、タービンハウジング52内には複数の羽を持ったタービン61が備えられている。コンプレッサ60とタービン61とは、ロータシャフト62を介して連結されている。
タービンハウジング52内には、タービン61の外周を包囲する渦巻き状のスクロール室63が形成されている。
更に、タービンハウジング52内には、可変ノズル機構70が内装されている。この可変ノズル機構70は、図2(B)に示すようにリング状に形成されたリングプレート71を備えている。このリングプレート71は、図示しないボルトによってタービンハウジング52に固定されている。そして、リングプレート71には、複数のベーンシャフト72が該リングプレート71の円心を中心として等角度毎に設けられている。
各ベーンシャフト72は、リングプレート71をその厚さ方向に貫通して回転可能に支持されている。各ベーンシャフト72のスクロール室63側の一端にはノズルベーン73が固定されている。一方、ベーンシャフト72の他端には、ベーンシャフト72と直交してリングプレート71の外縁部へ延びるベーンアーム74が固定されている。ベーンシャフト72とベーンアーム74とは、ベーンシャフト72の中心軸を中心として一体で回転可能になっている。
各ベーンアーム74とリングプレート71との間には、リングプレート71と重なり合うように環状の駆動リング75が設けられている。この駆動リング75は、その円心を中心に周方向へ回転可能となっている。また、駆動リング75には挟持部76が設けられ、リングプレート外縁側に延びたベーンアーム74の端部が該挟持部76に挟持されている。この挟持部76では、ベーンアーム74の端部が回転可能で且つ駆動リング75の直径方向に摺動可能となるように挟持されている。
このように構成された可変ノズル機構70では、上記した駆動リング75がその円心を中心に回転すると、挟持部76に挟持されているベーンアーム74の端部も一緒に回転しようとする。しかし、ベーンアーム74はベーンシャフト72を中心に回転することしか
できないので、各ベーンアーム74の端部がベーンシャフト72を中心として回転しつつ挟持部76内を駆動リング75の直径方向に移動する。その結果、ベーンアーム74がベーンシャフト72を回転させ、ベーンシャフト72の回転に同期してノズルベーン73がベーンシャフト72を中心に回転することになる。
できないので、各ベーンアーム74の端部がベーンシャフト72を中心として回転しつつ挟持部76内を駆動リング75の直径方向に移動する。その結果、ベーンアーム74がベーンシャフト72を回転させ、ベーンシャフト72の回転に同期してノズルベーン73がベーンシャフト72を中心に回転することになる。
次に、可変ノズル機構70の駆動、即ち、駆動リング75の回転駆動を行うリンク機構80について説明する。駆動リング75には、ベーンアーム74と同形状の駆動アーム81の一端を挟持する駆動アーム挟持部82が設けられている。この駆動アーム挟持部82は、前記挟持部76と同様に駆動アーム81の一端を摺動可能且つ回転可能に挟持している。
そして、駆動アーム81の他端側には、ベーンシャフト72の中心軸と同方向の中心軸を持つリンクシャフト83の一端側が固定されている。このリンクシャフト83は、コンプレッサハウジング51側に延びてセンタハウジング53を貫通している。つまり、リンクシャフト83の他端は大気に晒されている。そして、リンクシャフト83は、センタハウジング53に圧入されたガイド91により回転可能に支持されている。リンクシャフト83の他端側は、その一部が該リンクシャフト83の回転軸と直交する方向に延びて駆動リンク84を形成している。この駆動リンク84には、リンクシャフト83の回転軸と平行する軸を持ったピン85が固定されている。さらに、このピン85はリンクロッド55を回転可能に支持している。
このように構成された可変ノズル機構70では、アクチュエータ56と接続しているリンクロッド55の進退動作により、駆動リンク84がリンクシャフト83を中心に回転される。駆動リンク84が回転されると、それに同期してリンクシャフト83が回転し、さらにこのリンクシャフト83の回転に伴って駆動アーム81が該リンクシャフト83を中心に回転する。その結果、駆動アーム81が駆動リング75を周方向に押し、該駆動リング75を回転させることになる。
以上述べたターボチャージャ50では、リンク機構80によってノズルベーン73の回転方向と回転量とを調整することにより、該ノズルベーン73間の流路の向き、及びノズルベーン73間の間隙を変更することが可能となる。即ち、ノズルベーン73の回転方向と回転量とを制御することにより、スクロール室63からタービン61に吹き付けられる排気の方向と流速が調節されることになる。なお、本実施例ではアクチュエータ56が、本発明における駆動源に相当する。
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて該内燃機関1を制御するユニットである。
ECU10には、アクチュエータ56等が電気配線を介して接続され、上記した各部をECU10により制御することが可能になっている。
ところで、アクチュエータ56が作動してノズルベーン73が動くまでには、可変ノズル機構70やリンク機構80を構成する多くの部材間を力が伝達される。これらの部材間には、力の伝達を円滑に行なうための隙間若しくは遊びが設けられている。例えばベーンアーム74と挟持部76との間の遊びや、駆動アーム81と駆動アーム挟持部82との間の遊びは比較的大きい。そのため、駆動アーム81が一方向に回転してから他方向に回転すると、駆動アーム81が他方向に回転した直後には駆動リング75は回転しない。同様に、駆動リング75が一方向に回転してから他方向に回転すると、他方向に回転した直後にはベーンアーム74は回転しない。
つまり、アクチュエータ56の動作方向が逆転するときには、各部材で遊びの分が動いてから次の部材へ力が伝わることになる。そのため、アクチュエータ56が動く量に対して、ノズルベーン73が動く量は各部材間の遊びの分だけ少なくなる。これにより、背圧の調節が遅れてしまい過剰に上昇する虞がある。
これに対し本実施例では、ノズルベーン73を閉じ側に動かした後に開き側に動かすときに、各部材の遊びの総和の分だけアクチュエータ56を余計に開き側へ作動させ、その後にアクチュエータ56を閉じ側へ作動させる。このときに、ノズルベーン73は目標開度まで開いて停止するようにしている。つまり、アクチュエータ56はノズルベーン73の目標開度と対応する位置(以下、アクチュエータ56の目標位置という。)を一旦超えた後に目標位置へ戻るように作動するが、ノズルベーン73は目標開度まで動くだけで目標開度を超えない。
なお、本実施例ではこのようにアクチュエータ56を制御するECU10が、本発明における駆動源制御手段に相当する。
ここで、図3は、アクチュエータ56の制御指令値と背圧との関係を示した図である。アクチュエータ56の制御指令値とは、ECU10からアクチュエータ56に対して与える信号である。アクチュエータ56は制御指令値に応じた分だけ作動する。そして、各部材間に遊びが全く無いと仮定した場合には、アクチュエータ56の制御指令値とノズルベーン73の開度とが対応している。つまり、ノズルベーン73の全閉と対応する値が0%であり、ノズルベーン73の全開と対応する値が100%である。そして、各部材間に遊びが全く無いと仮定した場合には、アクチュエータ56の制御指令値を目標値として該アクチュエータ56を作動させると、ノズルベーン73が目標開度となる。なお図3では、各部材間の遊びの総和がアクチュエータ56の制御指令値の10%分あるとした場合を示している。ここで、ノズルベーン73の目標開度に対応するアクチュエータ56の制御指令値を目標値と称する。
ここで、アクチュエータ56の制御指令値を例えば40%から0%まで変えると、ノズルベーン73が閉じられるため、背圧はA,B,C,Dの点を順に通って上昇する。その後、アクチュエータ56の制御指令値を0%から40%まで変えると、背圧はD,E,F,G,Aの点を順に通って下降する。そのため、ノズルベーン73の開度を全閉の状態から10%開くときに、アクチュエータ56の制御指令値を0%から10%まで変化させると、背圧はD,Eの点を順に通るためXから変化しない。一方、本実施例では、アクチュエータ56の制御指令値を10%とするときに、0%から一旦例えば20%とした後に10%に戻している。これにより背圧はD,E,F,Cの点を順に通る。そのため背圧はXからYに低下する。このようにして背圧を低下させることができるため、背圧の過剰な上昇を抑制することができる。
なお、本実施例では各部材間の遊びの総和がアクチュエータ56の制御指令値の10%分あるとして説明したが、実際には各部材間の遊びの総和をアクチュエータ56の制御指令値として表したときにどの程度の値になるのかを実験等により求めておく。そして、ノズルベーン73を開くときには、この遊びの総和の分だけ、アクチュエータ56の制御指令値を目標値よりも一旦大きくする。
また、本実施例ではアクチュエータ56の制御指令値を目標値よりも一旦大きくする度合いを各部材間の遊びの総和に基づいて設定しているが、これに代えて、過給圧が規定値となるように設定しても良い。つまり、ノズルベーンを開きすぎると過給圧が低下するため、これを抑制する。過給圧が規定値よりも低下したときにアクチュエータ56の作動を
開き側から閉じ側へ反転させても良い。さらに、この反転させるタイミングをECU10に記憶させる学習制御を行なっても良い。
開き側から閉じ側へ反転させても良い。さらに、この反転させるタイミングをECU10に記憶させる学習制御を行なっても良い。
次に図4は、アクチュエータ56の制御指令値とノズルベーン73の通路面積との関係を示した図である。ノズルベーン73の通路面積とは、排気が各ノズルベーン73の間を通過するとき通路が最も狭くなる箇所における該通路の断面積である。なお、図4のAからFまでの点は、図3に示した同符号の点に対応している。
つまり、アクチュエータ56の制御指令値を40%から0%まで変えると、ノズルベーン73の通路面積はA,B,C,Dの点を順に通って小さくなる。一方、アクチュエータ56の制御指令値を0%から40%まで変えると、ノズルベーン73の通路面積はD,E,F,Aの点を順に通って大きくなる。そのため、ノズルベーン73の開度を全閉の状態から10%開かせようとして、アクチュエータ56の制御指令値を0%から10%まで変化させると、ノズルベーン73の通路面積はD,Eの点を順に通るためSから変化しない。一方、本実施例では、ノズルベーン73の開度を全閉の状態から10%開かせるときに、アクチュエータ56の制御指令値を0%から一旦例えば20%とした後に10%に戻している。つまり、各部材の遊びの総和の分だけ制御指令値を目標値よりも一旦大きくしている。これによりノズルベーン73の通路面積はD,E,F,Cの点を順に通る。そのためノズルベーン73の通路面積はSからTに変化して大きくなる。このようにしてノズルベーン73の通路面積が大きくなるため、背圧の過剰な上昇を抑制することができる。
また本実施例では、アクチュエータ56の制御指令値を目標値よりも一旦大きくする度合いを、ノズルベーン73を開く前の該ノズルベーン73の開度に応じて変えてもよい。ここで、ノズルベーン73の開度がある程度大きくなると、ノズルベーン73を開くときに図3のFからGの点の順のように背圧が変化する。つまり、背圧が急激に低くなる。そのため、各部材間の遊びの影響を受け難くなる。すなわち、このGの点よりもアクチュエータ56の制御指令値が大きい場合には、背圧の過剰な上昇は起こり難い。つまり、Gの点よりもアクチュエータ56の制御指令値が大きい場合には、ノズルベーン73の開度を大きくするときに、アクチュエータ56の制御指令値を目標値よりも一旦大きくする必要はほとんど無い。そのため、本実施例ではノズルベーン73の開度が例えば30%以上となっている場合には、該ノズルベーン73を開くときに制御指令値を目標値よりも一旦大きくすることは行なわない。
さらに、この目標値よりも一旦大きくする場合には、その度合いは、ノズルベーン73の開度を大きくする前の開度が小さいほど、大きくする。このようにすることで背圧の上昇のし易さに応じてアクチュエータ56を制御することができるため、アクチュエータ56が無駄に作動することを抑制できる。
ここで、図5は、アクチュエータ56の制御指令値と、制御指令値を目標値よりも一旦大きくするときの大きさの度合いの補正値との関係を示した図である。この補正値は、アクチュエータ56の制御指令値を目標値よりも大きくする分(図3の例では10%)に乗じて用いられる。
ノズルベーン73が全閉のときに背圧が最も上昇し易い。そのため、アクチュエータ56の制御指令値が0%のとき、すなわちノズルベーン73が全閉となっているときに補正値を1として、アクチュエータ56の作動量を最も大きくする。また、アクチュエータ56の制御指令値が例えば30%のときに補正値を0としている。このように補正値が0となると、ノズルベーン73を開くときに制御指令値を目標値よりも大きくすることは行なわれない。また、アクチュエータ56の制御指令値が0から30%の間は、制御指令値が小さいときほど補正値が大きくなる。
以上説明したように本実施例によれば、ノズルベーン73の開度を小さくした後に大きくする場合には、アクチュエータ56の制御指令値を一旦目標値よりも大きくした後に小さくして目標値とすることにより、背圧の過剰な上昇を抑制することができる。
1 内燃機関
2 気筒
2A 吸気ポート
2B 排気ポート
3 吸気通路
4 排気通路
10 ECU
50 可変容量型ターボチャージャ
51 コンプレッサハウジング
52 タービンハウジング
53 センタハウジング
54 リンク室
55 リンクロッド
56 アクチュエータ
60 コンプレッサ
61 タービン
62 ロータシャフト
63 スクロール室
70 可変ノズル機構
71 リングプレート
72 ベーンシャフト
73 ノズルベーン
74 ベーンアーム
75 駆動リング
76 挟持部
80 リンク機構
81 駆動アーム
82 駆動アーム挟持部
83 リンクシャフト
84 駆動リンク
85 ピン
91 ガイド
2 気筒
2A 吸気ポート
2B 排気ポート
3 吸気通路
4 排気通路
10 ECU
50 可変容量型ターボチャージャ
51 コンプレッサハウジング
52 タービンハウジング
53 センタハウジング
54 リンク室
55 リンクロッド
56 アクチュエータ
60 コンプレッサ
61 タービン
62 ロータシャフト
63 スクロール室
70 可変ノズル機構
71 リングプレート
72 ベーンシャフト
73 ノズルベーン
74 ベーンアーム
75 駆動リング
76 挟持部
80 リンク機構
81 駆動アーム
82 駆動アーム挟持部
83 リンクシャフト
84 駆動リンク
85 ピン
91 ガイド
Claims (2)
- 過給圧を所望の圧力とすべくタービンに吹き付けられる排気の流速をノズルベーンの角度を変更することにより可変とする可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関であって、
前記ノズルベーンと接続され該ノズルベーンを駆動する駆動源と、
前記ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときには前記目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源に与えた後に該目標開度と対応する指令値を駆動源に与える駆動源制御手段と、
を具備することを特徴とする過給機付内燃機関。 - 前記駆動源制御手段は、前記目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を駆動源に与えるときに、ノズルベーンの開度を大きくする前の開度が小さいほど、開き度合いをより大きくすることを特徴とする請求項1に記載の過給機付内燃機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007030322A JP2008196336A (ja) | 2007-02-09 | 2007-02-09 | 過給機付内燃機関 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007030322A JP2008196336A (ja) | 2007-02-09 | 2007-02-09 | 過給機付内燃機関 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008196336A true JP2008196336A (ja) | 2008-08-28 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007030322A Withdrawn JP2008196336A (ja) | 2007-02-09 | 2007-02-09 | 過給機付内燃機関 |
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2007
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20100511 |