JP2009085186A - Internal combustion engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付内燃機関に関する。 The present invention relates to a supercharged internal combustion engine.
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。 In the internal combustion engine, if a turbocharger that is driven by using the energy of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is provided, the charging efficiency of the combustion chamber can be increased and the engine output can be further increased.
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。 The variable displacement turbocharger increases the flow rate of the exhaust gas and increases the rotational speed and rotational force of the turbine by rotating the nozzle vane in the closing direction even when the amount of exhaust gas is small, such as in the low rotation operation region of the internal combustion engine. Can be increased. Thereby, even when the amount of exhaust is small, the charging efficiency of the internal combustion engine can be increased.
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。このように、ノズルベーンにはヒステリシスが発生する。 By the way, the nozzle vane is driven from the outside of the exhaust passage via the vane shaft. This vane shaft is rotated by, for example, a drive ring connected to a link mechanism. Since each of these members needs to move smoothly when transmitting force, a certain amount of play is provided between the members. Therefore, when each member transmits a force, it first moves by the amount of play, and then the force is transmitted after moving by the amount of play. That is, the force from a drive source such as an actuator is not immediately transmitted to the nozzle vane. In addition, since it becomes difficult for force to be transmitted due to this play, even if an actuator or the like is operated, if the operation amount is small, the force may not be transmitted to the nozzle vane and the nozzle vane may not move. Thus, hysteresis occurs in the nozzle vane.
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。 Here, the back pressure can be adjusted by opening and closing the nozzle vanes. However, even if the actuator is operated in the direction to open the nozzle vane in order to lower the back pressure after the nozzle vane is closed, the opening degree of the nozzle vane may not increase due to the play. That is, when the back pressure becomes excessively high, the supercharging pressure may become excessively high.
そして、排気切替弁のデューティ制御時におけるデューティ比に、排気切替弁を駆動させるアクチュエータのヒステリシスを補正するスキップ値を付加する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 A technique is known in which a skip value for correcting hysteresis of an actuator that drives an exhaust gas switching valve is added to a duty ratio during duty control of the exhaust gas switching valve (see, for example, Patent Document 1).
しかし、このような制御をノズルベーンに適用すると、該ノズルベーンを開きすぎることにより過給圧が下がりすぎたり、または背圧が過剰に高くなったりすることがある。
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、ノズルベーンのヒステリシスにより過給圧または背圧が不安定と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。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a technology capable of suppressing the supercharging pressure or the back pressure from becoming unstable due to the hysteresis of the nozzle vanes in an internal combustion engine with a supercharger. For the purpose.
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において、
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までの開度の変化量が、所定値未満のときには目標開度に応じた開度と対応する指令値を駆動源に与え、所定値以上の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へ与えた後に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、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, an internal combustion engine with a supercharger according to the present invention comprises:
In an internal combustion engine equipped with a variable displacement turbocharger that changes a flow rate of exhaust gas blown to a turbine by changing a nozzle vane angle so that a supercharging pressure becomes a desired pressure.
A drive source connected to the nozzle vane for driving the nozzle vane;
When the amount of change in the opening until the nozzle vane opening is increased to the target opening is less than a predetermined value, a command value corresponding to the opening corresponding to the target opening is given to the drive source, and the predetermined value or more Drive source control means for giving a command value corresponding to the target opening to the drive source after giving a command value corresponding to an opening larger than the target opening to the drive source,
It is characterized by providing.
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。 Here, the target opening is, for example, an opening for obtaining a target supercharging pressure, an opening for obtaining a target back pressure, or an opening for obtaining a target turbine speed. can do. The command value is a command given to operate the drive source, and the drive source operates according to the command value. The opening degree of the nozzle vane is adjusted by the operation of the drive source.
そして、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。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の分は変化しない。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。 And if the opening degree of a nozzle vane is enlarged from the present time, since the resistance by this nozzle vane will become small, a back pressure will fall. However, even if the drive source is operated to move the nozzle vane, force may not be transmitted to the nozzle vane due to play provided between the members. That is, even if a command value corresponding to an opening larger than the target opening of the nozzle vane is given to the drive source, the actual opening of the nozzle vane does not change by the amount of play provided between the members. On the other hand, for example, the actual opening degree of the nozzle vane can be adjusted to the target opening degree by giving a command value so that the drive source operates more by the play provided between the members.
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。 Then, by giving a command value corresponding to the target opening to the drive source after that, when moving the nozzle vane to the side to reduce the opening, after each member has moved by the amount of play between each member, The force from the drive source can be quickly transmitted. That is, the opening degree of the nozzle vane can be quickly reduced by eliminating play on the side of reducing the opening degree of the nozzle vane.
また駆動源制御手段は、ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときの開度の変化量が所定値以上のときに、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へ与えている。つまり、目標開度とするときの開度の変化量が所定値未満の場合には、駆動源へそのときの目標開度と対応する指令値を与える。仮にノズルベーンを少し動かすために、該ノズルベーンの開度を一旦大きくすると、過給圧に与える影響が大きい。すなわち、ノズルベーンを少し動かすことにより内燃機関の過給圧を目標値に合わせても、そこに至るまでに過給圧の変動が生じる虞がある。そのため、運転状態にあまり影響の無い範囲ではノズルベーンを動かさないほうが良好な運転状態を維持することができる場合もある。 Further, the drive source control means provides a command value corresponding to an opening larger than the target opening when the amount of change in the opening when the opening of the nozzle vane is increased to the target opening is a predetermined value or more. It is given to the drive source. That is, when the amount of change in opening when the target opening is set is less than a predetermined value, a command value corresponding to the target opening at that time is given to the drive source. If the opening degree of the nozzle vane is once increased in order to slightly move the nozzle vane, the effect on the supercharging pressure is large. That is, even if the supercharging pressure of the internal combustion engine is adjusted to the target value by slightly moving the nozzle vane, there is a possibility that the supercharging pressure fluctuates until reaching the target value. Therefore, there are cases where it is possible to maintain a better operating state if the nozzle vanes are not moved in a range that does not significantly affect the operating state.
このようにノズルベーンを動かさないほうが良い範囲として、前記所定値を設定している。この所定値は、例えば各部材の遊びの総和と対応する開度の変化量としてもよい。つまり、目標開度の変化量が各部材の遊びの範囲内の場合には、目標開度と対応する指令値を駆動源に直接与える。 The predetermined value is set as a range in which it is better not to move the nozzle vane. This predetermined value may be, for example, the amount of change in opening corresponding to the total play of each member. That is, when the amount of change in the target opening is within the range of play of each member, the command value corresponding to the target opening is directly given to the drive source.
また、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において、
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、
過給圧を測定する過給圧測定手段と、
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ときの実際の過給圧と目標の過給圧とを比較して該実際の圧力を目標の圧力に近づけるように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学習する学習手段と、
を具備することを特徴としてもよい。
In order to achieve the above object, an internal combustion engine with a supercharger according to the present invention comprises:
In an internal combustion engine equipped with a variable displacement turbocharger that changes a flow rate of exhaust gas blown to a turbine by changing a nozzle vane angle so that a supercharging pressure becomes a desired pressure.
A drive source connected to the nozzle vane for driving the nozzle vane;
When the opening degree of the nozzle vane is increased to the target opening degree, a command value corresponding to an opening degree larger than the target opening degree is given to the driving source, and then the command value corresponding to the target opening degree is used as the driving source. Drive source control means for providing,
A supercharging pressure measuring means for measuring the supercharging pressure;
The actual boost pressure when a command value corresponding to an opening larger than the target opening is given to the drive source is compared with the target boost pressure so that the actual pressure approaches the target pressure. Learning means for learning a command value corresponding to an opening larger than the target opening;
It is good also as comprising.
ここで、各部材の遊びの量(以下、ノズルベーンに生じるヒステリシスの大きさともいう。)は、経時変化、個体差、温度等によって変化する。つまり、ヒステリシスを考慮して目標開度よりもさらに大きな開度と対応する指令値を与えるときの該指令値の最適値が変化することがある。そのため、常に一定の指令値を与えていると、遊びの分よりも指令値が大きくなることにより、ノズルベーンの開度を大きくしすぎることがあり、これにより過給圧が下がりすぎる虞がある。 Here, the amount of play of each member (hereinafter, also referred to as the magnitude of hysteresis generated in the nozzle vane) changes with time, individual differences, temperature, and the like. That is, the optimum value of the command value when the command value corresponding to an opening larger than the target opening is given in consideration of hysteresis may change. Therefore, if a constant command value is always given, the command value becomes larger than the amount of play, so that the opening degree of the nozzle vane may be excessively increased, which may cause the supercharging pressure to decrease too much.
そこで、学習手段は、実際の過給圧と目標の過給圧との差が小さくなるように、指令値を補正し、これを学習値として記憶する。その後のノズルベーンの制御においては、この学習値が用いられる。 Therefore, the learning means corrects the command value so as to reduce the difference between the actual supercharging pressure and the target supercharging pressure, and stores this as a learning value. In the subsequent nozzle vane control, this learning value is used.
ここで、実際の過給圧が目標の過給圧よりも低い場合には、ノズルベーンを開きすぎていることになるため、開度が小さくなる方向へ指令値を補正する。これにより、過給圧が必要以上に低くなることを抑制できる。 Here, when the actual supercharging pressure is lower than the target supercharging pressure, the nozzle vane is opened too much, so that the command value is corrected in a direction in which the opening becomes smaller. Thereby, it can suppress that supercharging pressure becomes lower than necessary.
本発明においては、前記駆動源制御手段は、内燃機関の負荷が低負荷から所定の中負荷以上となった場合に、現在の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へ与えた後に現在の開度と対応する指令値を駆動源に与えることができる。 In the present invention, when the load of the internal combustion engine changes from a low load to a predetermined medium load or more, the drive source control means sends a command value corresponding to an opening larger than the current opening to the drive source. After the application, the command value corresponding to the current opening can be given to the drive source.
ここで、ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときの開度の変化量が、所定値未満のときには目標開度に応じた開度と対応する指令値を駆動源に与えている。この場合には、ノズルベーンの実際の開度は変化しない。このようにノズルベーンの開度が変化しなくても、内燃機関の低負荷時には背圧が上がりすぎることが殆どない。しかし、内燃機関が中負荷以上で運転されているときには排気の量が増加するため、ノズルベーンの開度を実際に変化させなくては背圧が過剰に上昇する虞がある。これに対し、内燃機関の中負荷以上の運転時には、ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときの開度の変化量によらず、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へ与えた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、背圧の上昇を抑制できる。 Here, when the amount of change in the opening when the opening of the nozzle vane is increased to the target opening is less than a predetermined value, a command value corresponding to the opening corresponding to the target opening is given to the drive source. . In this case, the actual opening of the nozzle vane does not change. Thus, even if the opening degree of the nozzle vane does not change, the back pressure hardly increases at a low load of the internal combustion engine. However, since the amount of exhaust gas increases when the internal combustion engine is operated at a medium load or higher, the back pressure may increase excessively unless the nozzle vane opening is actually changed. On the other hand, when the internal combustion engine is operated at a medium load or higher, it corresponds to a larger opening than the target opening regardless of the amount of change in the opening when the opening of the nozzle vane is increased to the target opening. By giving a command value corresponding to the target opening to the drive source after giving the command value to the drive source, an increase in back pressure can be suppressed.
しかし、内燃機関の低負荷時において、ノズルベーンの開度を大きくして目標開度とするときの開度の変化量が所定値未満であった後に、内燃機関の負荷が中負荷以上に高くなった場合には、ノズルベーンの実際の開度が目標開度よりも小さい状態で負荷が高くなる。このように、実際にはノズルベーンが目標開度まで開いていないのに、目標開度となっているものとして負荷が高くなると、背圧が上昇してしまう。 However, at a low load of the internal combustion engine, the load of the internal combustion engine becomes higher than the medium load after the amount of change in the opening when the nozzle vane opening is increased to the target opening is less than a predetermined value. In such a case, the load becomes high in a state where the actual opening degree of the nozzle vane is smaller than the target opening degree. As described above, when the nozzle vane is not actually opened to the target opening, but the load is increased assuming that the nozzle is at the target opening, the back pressure increases.
このように、低負荷時においては実際の開度と目標開度との差が所定値未満であればノズルベーンを動かさなくても背圧は上昇しなかったが、高負荷時においては低負荷時に問題とならなかった開度の差であっても背圧を上昇させることがある。 As described above, the back pressure did not increase without moving the nozzle vane if the difference between the actual opening and the target opening was less than the predetermined value at low load, but at low load at low load. Even if the difference in opening is not a problem, the back pressure may be increased.
そこで、内燃機関の負荷が低負荷から所定の中負荷以上となった場合には、例え目標開
度に変更がなくても、現在の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へ与えた後に現在の開度と対応する指令値を駆動源に与える。これにより、ノズルベーンの開度が目標開度となるため、背圧の上昇を抑制できる。
Therefore, when the load on the internal combustion engine changes from a low load to a predetermined medium load or higher, even if there is no change in the target opening, a command value corresponding to a larger opening than the current opening is driven. After giving to the power source, the command value corresponding to the current opening is given to the driving source. Thereby, since the opening degree of a nozzle vane turns into a target opening degree, the raise of a back pressure can be suppressed.
なお、所定の中負荷以上とは、ノズルベーンの実際の開度が目標開度になっていない場合に背圧が許容値以上に上昇する虞のある負荷としてもよい。 The predetermined medium load or more may be a load that may cause the back pressure to rise above an allowable value when the actual opening degree of the nozzle vane is not the target opening degree.
本発明によれば、過給機付内燃機関において、ノズルベーンのヒステリシスにより過給圧または背圧が不安定となることを抑制できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress that a supercharging pressure or a back pressure becomes unstable by the hysteresis of a nozzle vane in an internal combustion engine with a supercharger.
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。 Hereinafter, specific embodiments of an internal combustion engine with a supercharger according to the present invention will be described with reference to the drawings.
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。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 and its intake / exhaust system according to the present embodiment. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four
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。
An intake passage 3 and an exhaust passage 4 are connected to the internal combustion engine 1. The intake passage 3 is connected to the
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。
Further, the internal combustion engine 1 according to this embodiment includes a variable displacement turbocharger 50 (hereinafter simply referred to as “
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。
The
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。
Next, a specific configuration of the
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。
As described above, the
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。
The
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。
A
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。
Further, a
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。
Each
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。
An
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。
In the
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。
Next, the
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。
Then, one end side of a
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。
In the
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。
In the
また、コンプレッサハウジング51よりも下流の吸気通路3には、該吸気通路3内の圧力を測定する圧力センサ11が取り付けられている。この圧力センサ11により過給圧が測定される。なお、本実施例では圧力センサ11が、本発明における過給圧測定手段に相当する。
A pressure sensor 11 that measures the pressure in the intake passage 3 is attached to the intake passage 3 downstream of the
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。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
ECU10には、圧力センサ11が電気配線を介して接続され、該圧力センサ11からの電気信号がECU10へ入力される。また、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。
A pressure sensor 11 is connected to the
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する。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。
By the way, before the
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、背圧が目標値よりも高くなる虞がある。
That is, when the operating direction of the
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以上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。
On the other hand, in this embodiment, when the
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5%分あるとした場合を示し
ている。この遊びの総和に対応するアクチュエータ56の制御指令値を「制御ヒステリシス」と称する。また、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。
Here, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the control command value of the
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。また、例えばノズルベーン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、最初の5%はノズルベーン73の実際の開度は殆ど変わらない。
Here, when the control command value of the
ここで、背圧をXからYへ下降させたいときに、単にアクチュエータ56の制御指令値を目標値とするだけだと、背圧はDからEへ変化するだけなので、そのときの背圧はXまま変わらない。これに対し本実施例では、アクチュエータ56の制御指令値を0%から10%とするときに、0%から一旦例えば25%とした後に10%に戻している。つまり、アクチュエータ56の制御指令値を15%余計に大きくしている。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に下降する。
Here, when it is desired to lower the back pressure from X to Y, if the control command value of the
そして、余計に大きくする制御指令値を「最大ヒステリシス」と称する。つまり、最大ヒステリシスはEからFに至るまでに要する制御指令値の変化量である。これは、ノズルベーンが閉まり側へ作動しているときの背圧と等しい背圧を得るために要する制御指令値の変化量から、制御ヒステリシスの分を減じた値となる。 The control command value that is excessively increased is referred to as “maximum hysteresis”. That is, the maximum hysteresis is a change amount of the control command value required from E to F. This is a value obtained by subtracting the amount of control hysteresis from the amount of change in the control command value required to obtain a back pressure equal to the back pressure when the nozzle vane is operating toward the closing side.
なお、アクチュエータ56の制御指令値の目標値がGよりも大きい場合には、ヒステリシスの影響を受けないため、制御指令値を目標値より大きくする必要はない。
When the target value of the control command value of the
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5%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、最大ヒステリシス(15%)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。
In the present embodiment, it has been described that the total sum of play between each member is 5% of the control command value of the
なお、本実施例では、アクチュエータ56の制御指令値の変化量が、制御ヒステリシス(5%)よりも小さい場合には、アクチュエータ56の制御指令値を一旦大きくすることなく目標値に合わせる。つまり、ノズルベーン73の開度を目標値よりも一旦開き側へ作動させることは行なわない。
In this embodiment, when the change amount of the control command value of the
図4は、アクチュエータ56の制御指令値の推移を示したタイムチャートである。図4のC,D,E,Fは、図3の各符号に対応している。ここで、一点鎖線は制御ヒステリシス、破線は最大ヒステリシスを夫々示している。制御指令値がDからEへ変化した場合には、その変化量が制御ヒステリシスよりも大きいため、制御指令値を目標値よりも一旦大きなFとしている。その後、制御指令値をCとしている。なお、EとCとの大きさは等しい。
FIG. 4 is a time chart showing the transition of the control command value of the
一方、制御指令値がCからHへ変化した場合には、その変化量は制御ヒステリシスよりも小さいため、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。つまり、Hから制御指令値を大きくすることはない。その後、制御指令値の目標値がIまで小さくなったときには、DからIへ制御指令値が直接小さくされる。本実施例では、このような制御を行うECU10が、本発明における駆動源制御手段に相当する。
On the other hand, when the control command value changes from C to H, since the amount of change is smaller than the control hysteresis, the control command value is never once larger than the target value. That is, the control command value is not increased from H. Thereafter, when the target value of the control command value decreases to I, the control command value is directly decreased from D to I. In this embodiment, the
このようにして、必要以上にノズルベーン73が開かれることを抑制できるため、過給圧が下降することを抑制できる。
In this way, it is possible to suppress the
実施例1における最大ヒステリシスは一定とは限らない。つまり、経年変化により各部材間の遊びが大きくなったり、温度による各部材の膨張または収縮により遊びの大きさが変わったりすると最大ヒステリシスも変化する。また、内燃機関の運転状態によっても変化し得る。そして、例えばノズルベーン73の最大ヒステリシスが、想定しているよりも小さい場合には、ノズルベーン73を必要以上に開くことになるため、過給圧が下がりすぎる虞がある。そこで本実施例では、過給圧が目標値となるように最大ヒステリシスの大きさを補正する。
The maximum hysteresis in the first embodiment is not always constant. That is, when the play between the members increases due to secular change, or the size of the play changes due to expansion or contraction of each member due to temperature, the maximum hysteresis also changes. It can also vary depending on the operating state of the internal combustion engine. For example, when the maximum hysteresis of the
図5は、アクチュエータ56の制御指令値と背圧との関係をヒステリシスの大きさ毎に示した図である。破線はヒステリシスが最大のとき、実線はヒステリシスが比較的小さいときを示している。この図は、補正を加える前のものである。また、ノズルベーン73の目標開度が15%の場合を示している。ヒステリシスが最大のときには、図3と同じ軌跡となる。ヒステリシスが小さくなると、アクチュエータ56の制御指令値の変化に対する背圧の下降の度合いが大きくなる。そのため、アクチュエータ56の制御指令値を一旦25%としてから15%とすると、その軌跡は、E’,F’,B’,B,B’,Cとなる。つまり、F’,B’,B,B’,Cを通過するときには、背圧がY以下となり必要以上に下降している。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the control command value of the
ここで、図6は、図5に対応する過給圧を示した図である。横軸はアクチュエータ56の制御指令値である。一点鎖線はヒステリシスが最大のとき、実線はヒステリシスが比較的小さいときを示している。また、夫々の記号は、図5のものに対応している。このように、目標過給圧がYであっても、Zまで一旦下降した後にYまで上昇するため、過給圧が目標値よりも下降する時期がある。
Here, FIG. 6 is a diagram showing the supercharging pressure corresponding to FIG. The horizontal axis represents the control command value for the
これに対し、最大ヒステリシスを以下の式により補正する。 On the other hand, the maximum hysteresis is corrected by the following equation.
補正後最大ヒステリシス=(実際の過給圧/目標の過給圧)×補正前最大ヒステリシス Maximum hysteresis after correction = (actual boost pressure / target boost pressure) x maximum hysteresis before correction
このようにして得られた補正後最大ヒステリシスをECU10に学習値として記憶させておき、次回のノズルベーン73の制御時にこの学習値を最大ヒステリシスとして用いる。このようにすることで、過給圧を目標値に維持することができる。なお、本実施例では、このような制御を行うECU10が、本発明における学習手段に相当する。
The corrected maximum hysteresis obtained in this way is stored in the
ここで、図7は、上記の式に基づいて最大ヒステリシスの補正を行った場合の過給圧の推移を示した図である。横軸はアクチュエータ56の制御指令値である。一点鎖線はヒステリシスが最大のとき、実線はヒステリシスが比較的小さいときを示している。また、夫々の記号は、図5のものに対応している。このように、ヒステリシスが比較的大きな場合には、アクチュエータ56の制御指令値を25%まで下降させていたが、ヒステリシスが比較的小さな場合には補正により20%まで下降させるようにした。これにより、過給圧がE’,F’,Cの順に推移するため、過給圧を目標値に維持することができる。
Here, FIG. 7 is a graph showing the transition of the supercharging pressure when the maximum hysteresis is corrected based on the above formula. The horizontal axis represents the control command value for the
本実施例においては、内燃機関1が低負荷から、所定の中負荷以上となった場合には、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した後に目標値とする。これは、たとえノズルベーン73の目標開度に変更がなくても行なう。
In the present embodiment, when the internal combustion engine 1 becomes a predetermined medium load or more from a low load, the control command value of the
ここで、制御ヒステリシスを例えば10%とすると、アクチュエータ56の制御指令値の目標値が0%から10%へ変化しても、該アクチュエータ56の制御指令値を目標値(10%)よりも一旦大きくせずに、目標値(10%)へ直接合わせることにしている。
Here, assuming that the control hysteresis is 10%, for example, even if the target value of the control command value of the actuator 56 changes from 0% to 10%, the control command value of the
つまり、低負荷時にアクチュエータ56の制御指令値が0%の状態となっているときに、その目標値が10%へ変化したときには、制御指令値は10%へ変化するだけなので、図3において背圧はD,Eの順に変化する。
In other words, when the control command value of the
つまり、アクチュエータ56の制御指令値が目標値よりも一旦大きくされた後に目標値とされた場合には、背圧はCの大きさ(すなわち、Y)になるが、一旦大きくされることなく目標値とされた場合には、背圧はEの大きさ(すなわち、X)になる。
In other words, when the control command value of the
ここで低負荷時においては排気の量が少ないために背圧が元々低いので、図3のEの状態であっても背圧が過剰に高くなることはない。しかし、高負荷時においては排気の量が多くなるため、Eの状態であると、背圧が過剰に高くなる虞がある。 Here, at the time of low load, since the amount of exhaust gas is small, the back pressure is originally low, so the back pressure does not become excessively high even in the state of E in FIG. However, since the amount of exhaust increases at high loads, the back pressure may be excessively high in the E state.
これに対し、負荷が所定値以上高くなるときには、アクチュエータ56の制御指令値を目標値から最大ヒステリシスまで一旦大きくした後に目標値とすることで、目標とされている背圧を得ることができる。このときの閾値となる負荷は、背圧が過剰に高くならない値として予め実験等により求めておく。これにより、背圧の上昇を抑制することができる。 On the other hand, when the load becomes higher than a predetermined value, the target back pressure can be obtained by once increasing the control command value of the actuator 56 from the target value to the maximum hysteresis and then setting the target value. The load serving as the threshold at this time is obtained in advance by experiments or the like as a value that does not cause the back pressure to increase excessively. Thereby, the raise of a back pressure can be suppressed.
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
11 圧力センサ
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
1
11
Claims (3)
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までの開度の変化量が、所定値未満のときには目標開度に応じた開度と対応する指令値を駆動源に与え、所定値以上の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へ与えた後に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、
を備えることを特徴とする過給機付内燃機関。 In an internal combustion engine equipped with a variable displacement turbocharger that changes a flow rate of exhaust gas blown to a turbine by changing a nozzle vane angle so that a supercharging pressure becomes a desired pressure.
A drive source connected to the nozzle vane for driving the nozzle vane;
When the amount of change in the opening until the nozzle vane opening is increased to the target opening is less than a predetermined value, a command value corresponding to the opening corresponding to the target opening is given to the drive source, and the predetermined value or more Drive source control means for giving a command value corresponding to the target opening to the drive source after giving a command value corresponding to an opening larger than the target opening to the drive source,
An internal combustion engine with a supercharger.
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、
過給圧を測定する過給圧測定手段と、
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ときの実際の過給圧と目標の過給圧とを比較して該実際の圧力を目標の圧力に近づけるように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学習する学習手段と、
を具備することを特徴とする過給機付内燃機関。 In an internal combustion engine equipped with a variable displacement turbocharger that changes a flow rate of exhaust gas blown to a turbine by changing a nozzle vane angle so that a supercharging pressure becomes a desired pressure.
A drive source connected to the nozzle vane for driving the nozzle vane;
When the opening degree of the nozzle vane is increased to the target opening degree, a command value corresponding to an opening degree larger than the target opening degree is given to the driving source, and then the command value corresponding to the target opening degree is used as the driving source. Drive source control means for providing,
A supercharging pressure measuring means for measuring the supercharging pressure;
The actual boost pressure when a command value corresponding to an opening larger than the target opening is given to the drive source is compared with the target boost pressure so that the actual pressure approaches the target pressure. Learning means for learning a command value corresponding to an opening larger than the target opening;
An internal combustion engine equipped with a supercharger.
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JP2007259508A JP2009085186A (en) | 2007-10-03 | 2007-10-03 | Internal combustion engine with supercharger |
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2007
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