JP2009174364A - Engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばシーケンシャルタ−ボチャージャを備えるリーンバーンエンジンを制御するための、エンジン制御装置の技術分野に関する。 The present invention relates to a technical field of an engine control device for controlling a lean burn engine including, for example, a sequential turbocharger.
エンジンが所定運転状態にある時に空燃比を理論空燃比(例えば、14.7)よりも燃料希薄側(すなわち、リーン側)の目標値(例えば、22)に制御して、エンジンの燃費特性等を改善するリーンバーンエンジンが知られている。 When the engine is in a predetermined operating state, the air-fuel ratio is controlled to a target value (for example, 22) on the lean side of the fuel (that is, lean side) rather than the stoichiometric air-fuel ratio (for example, 14.7). Lean burn engines that improve the performance are known.
ところが、このような燃料希薄において、従来の三元触媒装置では排気中の窒素酸化物(NOx)が充分に浄化できないという問題がある。 However, in such a lean fuel, there is a problem that the conventional three-way catalyst device cannot sufficiently purify nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas.
そこで、所謂NOx触媒が知られている。NOx触媒は、リーン空燃比制御によって形成される酸素富過状態(すなわち、酸化雰囲気)において、排気中のNOxを吸着し、その後、リッチ空燃比制御によって形成される炭化水素HC過剰状態(すなわち、還元雰囲気)において、吸着したNOxを還元させる。 Thus, so-called NOx catalysts are known. The NOx catalyst adsorbs NOx in the exhaust in an oxygen-rich state (that is, an oxidizing atmosphere) formed by lean air-fuel ratio control, and then a hydrocarbon HC excess state (that is, formed by rich air-fuel ratio control) In the reducing atmosphere), the adsorbed NOx is reduced.
ところで、このNOx触媒には、硫黄被毒という別の問題がある。すなわち、NOxを吸着する部分に硫黄Sやその化合物SOx等が付着してしまうと、NOx吸着能力が低下してしまう。 By the way, this NOx catalyst has another problem of sulfur poisoning. That is, if sulfur S, its compound SOx, or the like adheres to the portion that adsorbs NOx, the NOx adsorption capacity is reduced.
そこで、特許文献2には、硫黄S等が所定の高温状態(例えば、650℃以上)のもとでNOx触媒から脱離する性質を利用して、硫黄被毒からの回復を試みるバンク制御が提案されている。このバンク制御によると、燃焼に供する混合ガスの空燃比を気筒毎にリッチ側あるいはリーン側の所定の値にそれぞれ振り分け、これによりNOx触媒に未燃焼ガスが適宜供給され、この未燃焼ガスに含まれる未燃炭化水素と残存酸素とを燃焼させ、NOx触媒を所定の高温状態(例えば、650℃以上)に昇温し、もって硫黄S等が脱離される。 Therefore, Patent Document 2 discloses bank control that attempts to recover from sulfur poisoning by utilizing the property that sulfur S or the like is desorbed from the NOx catalyst under a predetermined high temperature state (for example, 650 ° C. or higher). Proposed. According to this bank control, the air-fuel ratio of the mixed gas used for combustion is allocated to a predetermined value on the rich side or lean side for each cylinder, whereby unburned gas is appropriately supplied to the NOx catalyst, and is included in the unburned gas. The unburned hydrocarbon and residual oxygen are combusted, and the NOx catalyst is heated to a predetermined high temperature state (for example, 650 ° C. or higher), so that sulfur S and the like are desorbed.
ここで、リーンバーンエンジンが、並列に配置された大・小のタ−ボチャージャからなるシーケンシャルタ−ボチャージャを備えている場合には、エンジン運転領域のうち、上記バンク制御を行うバンク制御領域(図5(a)を参照)において、大・小何れか一方のタ−ボチャージャを作動させるだけではなく、両方のタ−ボチャージャを作動させる。なお、小タ−ボチャージャのみを作動させる運転領域を「小ターボ領域」といい、大タ−ボチャージャのみを作動させる運転領域を適宜「大ターボ領域」ともいう。 Here, when the lean burn engine includes a sequential turbocharger composed of large and small turbochargers arranged in parallel, a bank control region (see FIG. 5 (a)), not only one of the large and small turbochargers is activated, but also activates both turbochargers. Note that an operation region in which only the small turbocharger is operated is referred to as a “small turbo region”, and an operation region in which only the large turbocharger is operated is appropriately referred to as a “large turbo region”.
ところが、運転ポイントがバンク制御領域から、高回転数または高トルク側の大ターボ領域に切り換えられると、つまり、大・小両方のタ−ボチャージャの作動から、大タ−ボチャージャのみの作動へ切り換わると、以下の問題が生じうる。すなわち、大ターボ領域への切り換え直前までは大・小両方に排気エネルギが分散されているので、大タ−ボチャージャには単独で所望の過給圧を出力するのに必要な排気エネルギが蓄積されていない。そのため、バンク制御領域から、高回転数または高トルク側の大ターボ領域に遷移する場合には、大タ−ボチャージャに必要な排気エネルギに到達するまでに相応の時間を要し、トルクの上昇が遅れ、もってターボラグやトルクショックが生じうるのである。 However, when the operating point is switched from the bank control region to the high turbo region on the high speed or high torque side, that is, the operation of both large and small turbochargers is switched to the operation of only the large turbocharger. The following problems can occur. That is, until just before switching to the large turbo range, the exhaust energy is distributed in both large and small, so the exhaust energy necessary to output the desired boost pressure alone is accumulated in the large turbocharger. Not. For this reason, when transitioning from the bank control region to the high turbo region on the high speed or high torque side, it takes a certain amount of time to reach the exhaust energy required for the large turbocharger, and the torque rises. Delays can cause turbo lag and torque shocks.
この種のターボラグやトルクショックの発生を防止する技術として、例えば特許文献1には、大・小何れか一方のタ−ボチャージャのみの過給作動から両方のターボチャージャの過給作動への切り換え時に、空燃比をリーン側に補正することで、燃料気化に伴う気化熱量を減少させ、排気温度の低下分を補う技術が提案されている。 As a technology for preventing the occurrence of this type of turbo lag and torque shock, for example, Patent Document 1 discloses that when switching from supercharging operation of only one large or small turbocharger to supercharging operation of both turbochargers. A technique has been proposed in which the air-fuel ratio is corrected to the lean side, thereby reducing the amount of heat of vaporization accompanying fuel vaporization to compensate for the decrease in exhaust temperature.
しかし、特許文献1では、上述のようなリーンバーンエンジンに固有のバンク制御は想定されていない。すなわち、リーンバーンエンジンにおいて、大・小両方のタ−ボチャージャの作動から、大タ−ボチャージャのみの作動へ切り換え時ついては特段考慮がなされていない。この場合特に、大・小両方のタ−ボチャージャに排気エネルギが分散されているため、切り換え後にターボラグやトルクショックが生じうる。 However, in Patent Document 1, bank control specific to the lean burn engine as described above is not assumed. That is, in the lean burn engine, no special consideration is given when switching from the operation of both large and small turbochargers to the operation of only the large turbocharger. In this case, in particular, since the exhaust energy is distributed to both large and small turbochargers, turbo lag and torque shock may occur after switching.
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、NOx触媒を備えるリーンバーンエンジンの吸、排気系に、大・小のタ−ボチャージャを並列に配置した構成において、ターボラグやトルクショックを低減又は解消可能なエンジン制御装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, for example, in a configuration in which large and small turbochargers are arranged in parallel in the intake and exhaust systems of a lean burn engine equipped with a NOx catalyst. It is an object to provide an engine control device capable of reducing or eliminating shock.
本発明に係るエンジン制御装置は、上記課題を解決するため、リーンバーンエンジンを制御するためのエンジン制御装置であって、複数の気筒群の各々からの排気を並行して導くとともに連通管によって互いに連通されている複数の排気管と、該複数の排気管の各々に配置されており互いに容量の異なる複数のタービンと、前記複数の気筒群からの排気を、前記複数のタービンのうち少なくとも一つへと誘導するように、前記複数の排気管及び前記連通管からなる排気通路を切り換える切換手段と、当該エンジンの目標回転数、及び目標トルクにより規定される運転ポイントが属する運転領域に応じて、前記切換手段を制御する制御手段とを備え、前記運転領域は、前記複数のタービンのうち容量が比較的小さい小タービンにのみ排気が導かれる小ターボ領域、前記小タービンよりも容量が大きい大タービンにのみ排気が導かれる大ターボ領域、及び前記小タービン及び前記大タービンの両方に排気が導かれる両ターボ領域を含んでなり、前記運転領域において、前記両ターボ領域が、高回転数側又は高トルク側で前記大ターボ領域と接する場合には、該接する範囲において少なくとも部分的に前記小ターボ領域を介在させる。 An engine control apparatus according to the present invention is an engine control apparatus for controlling a lean burn engine in order to solve the above-described problem, and guides exhaust from each of a plurality of cylinder groups in parallel and communicates with each other by a communication pipe. At least one of the plurality of exhaust pipes that communicates with each other, a plurality of turbines that are disposed in each of the plurality of exhaust pipes and have different capacities, and exhaust from the plurality of cylinder groups. Switching means for switching the exhaust passage composed of the plurality of exhaust pipes and the communication pipe, the target engine speed of the engine, and the operating region to which the operating point defined by the target torque belongs, Control means for controlling the switching means, and in the operating region, exhaust is guided only to a small turbine having a relatively small capacity among the plurality of turbines. The small turbo region, the large turbo region in which exhaust gas is guided only to a large turbine having a capacity larger than that of the small turbine, and both turbo regions in which exhaust gas is guided to both the small turbine and the large turbine. In the region, when the two turbo regions are in contact with the large turbo region on the high rotation speed side or the high torque side, the small turbo region is interposed at least partially in the contact range.
この構成において、リーンバーンエンジンは、燃費向上の目的で、燃料を、常時は空燃比がリーン(すなわち、空気過剰)の条件下で燃焼させ、一時的にストイキ(すなわち、理論空燃比)〜リッチ(すなわち、燃料過剰)の条件下で燃焼させるエンジンをいう。リーンバーンエンジンは、典型的には、三元触媒のほかに、NOx触媒をその排気管に備える。NOx触媒は、酸素の共存する排気に含まれる窒素酸化物(すなわち、NOx)を効果的に浄化する触媒であり、例えば、リーン雰囲気でNOxを吸蔵する吸蔵材を付加させたリーン吸蔵還元型NOx触媒である。 In this configuration, the lean burn engine burns fuel under the condition that the air-fuel ratio is always lean (ie, excess air) for the purpose of improving fuel efficiency, and is temporarily stoichiometric (ie, stoichiometric air-fuel ratio) to rich. An engine that burns under conditions (ie, excess fuel). A lean burn engine typically includes a NOx catalyst in its exhaust pipe in addition to a three-way catalyst. The NOx catalyst is a catalyst that effectively purifies nitrogen oxides (that is, NOx) contained in the exhaust gas in which oxygen coexists. For example, a lean storage reduction type NOx to which a storage material that stores NOx in a lean atmosphere is added. It is a catalyst.
気筒群は、好ましくは、排気の干渉を避けるために、互いの作動位相が極力離れている複数の気筒からなる。一の気筒群を構成する複数の気筒からの排気はマニホールドによって集められ、該一の気筒群に対応した一の排気管によって、他の排気管と並行して車外へと導かれる。ただし、各排気管は連通管によって互いに連通されている。それゆえ、後述する切換手段によって、一の気筒群からの排気を、選択的に他の排気管へと誘導することも可能となる。 The cylinder group is preferably composed of a plurality of cylinders whose operation phases are separated as much as possible in order to avoid interference of exhaust. Exhaust gas from a plurality of cylinders constituting one cylinder group is collected by a manifold, and is led to the outside of the vehicle in parallel with other exhaust pipes by one exhaust pipe corresponding to the one cylinder group. However, the exhaust pipes communicate with each other through a communication pipe. Therefore, the exhaust from one cylinder group can be selectively guided to another exhaust pipe by the switching means described later.
複数のタービンは、複数の排気管の各々に配置されている。上記したように、複数の排気管は並行しているので、複数のタービンは並列に配置されているともいえる。各タービンは、吸気管に配置されたコンプレッサとペアを組み、ターボチャージャとして機能する。これらのタービンは、互いに容量が異なる。すなわち、吹き付けられる排気ガスの流量、あるいは流速等が異なる。タービンの容量は、予め構造的に異ならしめてもよいし、いわゆる可変容量 型ターボチャージャとすることで事後的に異ならしめてもよい。 The plurality of turbines are disposed in each of the plurality of exhaust pipes. As described above, since the plurality of exhaust pipes are arranged in parallel, it can be said that the plurality of turbines are arranged in parallel. Each turbine is paired with a compressor disposed in the intake pipe and functions as a turbocharger. These turbines have different capacities. That is, the flow rate or flow rate of the exhaust gas to be sprayed is different. The turbine capacities may be structurally different in advance, or may be different afterwards by using a so-called variable capacity turbocharger.
排気通路は、複数の排気管及び連通管、及び排気が通過しうる他の管路からなり、これらの管路のうち排気が通過するものを示す。 The exhaust passage is composed of a plurality of exhaust pipes and communication pipes, and other pipes through which the exhaust can pass, and indicates the pipe through which the exhaust passes.
切換手段は、例えば複数の排気管や連通管の管路に備わる1又は複数の切替弁からなり、これらの開閉状態を切り換えることによって、何れの管路に排気を通過させるか否かを切り換え、もって排気通路を切り換える。これにより、複数の気筒群からの排気を、複数のタービンのうち少なくとも一つへと誘導できる。 The switching means is composed of, for example, one or a plurality of switching valves provided in a plurality of exhaust pipes and communication pipes, and by switching these open / closed states, it is switched whether or not exhaust gas is allowed to pass through, Switch the exhaust passage. Thereby, the exhaust from the plurality of cylinder groups can be guided to at least one of the plurality of turbines.
制御手段は、例えば電子制御ユニットであり、各種センサからの信号、及び所定のマップに基づいて設定される当該エンジンの目標回転数、及び目標トルクにより運転ポイントを規定し、該運転ポイントが属する運転領域に応じて、切換手段を制御する。 The control means is, for example, an electronic control unit, and defines an operation point based on signals from various sensors and a target engine speed and target torque set based on a predetermined map, and the operation to which the operation point belongs. The switching means is controlled according to the area.
この運転領域は、小ターボ領域、大ターボ領域、及び両ターボ領域を含んでなる。ここで、小ターボ領域では、複数のタービンのうち容量が比較的小さい小タービンにのみ排気が導かれる。大ターボ領域では、小タービンよりも容量が大きい大タービンにのみ排気が導かれる。両ターボ領域では、小タービン及び大タービンの両方に排気が導かれる。ただし、小ターボ領域は、小タービンに100%の排気が導かれる態様だけではなく、他のタービンにも少量の排気が導かれる態様も含まれてよい。大ターボ領域についても同様である。 This operating region includes a small turbo region, a large turbo region, and both turbo regions. Here, in the small turbo region, exhaust is guided only to a small turbine having a relatively small capacity among a plurality of turbines. In the large turbo region, exhaust is guided only to a large turbine having a larger capacity than a small turbine. In both turbo regions, exhaust is directed to both small and large turbines. However, the small turbo region may include not only a mode in which 100% exhaust gas is guided to the small turbine but also a mode in which a small amount of exhaust gas is guided to other turbines. The same applies to the large turbo region.
そして、運転領域において、両ターボ領域が、高回転数側または高トルク側で大ターボ領域と接する場合には、該接する範囲において少なくとも部分的に小ターボ領域を介在させる。なお、「少なくとも部分的に」としたのは、両ターボ領域が、高回転数側または高トルク側で大ターボ領域と接する範囲の全てにわたって、小ターボ領域を介在させることまでは要しない趣旨である。すなわち、運転領域において、高回転数側または高トルク側に向かって、両ターボ領域、小ターボ領域、及び大ターボ領域が基本的にはこの順に存在することとなるが、例外的には、小ターボ領域を介在させない場合も許容する趣旨である。 In the operation region, when both turbo regions are in contact with the large turbo region on the high rotation speed side or the high torque side, the small turbo region is interposed at least partially in the contact region. Note that “at least partially” means that both turbo regions do not need to intervene the small turbo region over the entire range where the high turbo speed side or the high torque side contacts the large turbo region. is there. That is, in the operation region, both the turbo region, the small turbo region, and the large turbo region basically exist in this order toward the high rotation speed side or the high torque side. This is to allow the case where no turbo region is interposed.
この構成によると、運転ポイントが、両ターボ領域から、高回転数側または高トルク側の大ターボ領域に遷移する場合には、直接的に大ターボ領域に遷移するのではなく、小ターボ領域を経由して間接的に大ターボ領域に遷移する。そうすると、大タービンの容量よりも小タービンの容量の方が小さいので、経由する小ターボ領域において、過給が立ち上がるまでに要する時間が短縮される。その結果、直接的に大ターボ領域に遷移する場合に比べて、ターボラグやトルクショックを低減又は解消できる。 According to this configuration, when the operating point transitions from both turbo regions to the large turbo region on the high speed side or the high torque side, the small turbo region is not directly transitioned to the large turbo region. Transition to the large turbo region indirectly via Then, since the capacity of the small turbine is smaller than the capacity of the large turbine, the time required for the supercharging to start up is shortened in the small turbo region that passes through. As a result, turbo lag and torque shock can be reduced or eliminated as compared with the case of direct transition to the large turbo region.
本発明に係るエンジン制御装置の一態様では、前記両ターボ領域はバンク制御領域であり、該バンク制御領域においては、前記前記複数の気筒群のうち、空燃比がリーンに制御された第1気筒群からの排気が前記複数のタービンのうち一方へ導入され、空燃比がリーン以外に制御された第2気筒群からの排気が他方へ導入されるように、前記排気通路が切り換えられる、バンク制御が前記制御手段によって行われる。 In one aspect of the engine control apparatus according to the present invention, the two turbo regions are bank control regions, and in the bank control region, the first cylinder in which the air-fuel ratio is controlled to be lean among the plurality of cylinder groups. Bank control wherein the exhaust passage is switched so that exhaust from a group is introduced into one of the plurality of turbines and exhaust from a second cylinder group whose air-fuel ratio is controlled to other than lean is introduced into the other Is performed by the control means.
この構成によると、両ターボ領域においてバンク制御が行われるので、硫黄被毒したNOx触媒において未燃焼ガスを燃焼させ、所定の高温状態(例えば、650℃以上)を形成し、もって被毒回復が可能となる。そして、その後に運転ポイントが高回転数側または高トルク側の大ターボ領域に遷移する際にも、直接的に大ターボ領域に遷移する場合に比べて、ターボラグやトルクショックを低減又は解消できる。 According to this configuration, since the bank control is performed in both turbo regions, the unburned gas is burned in the sulfur-poisoned NOx catalyst to form a predetermined high-temperature state (for example, 650 ° C. or more), and thus the poisoning recovery can be performed. It becomes possible. Then, when the operating point subsequently transitions to the high turbo region on the high speed side or the high torque side, turbo lag and torque shock can be reduced or eliminated as compared to the case of transitioning directly to the large turbo region.
本発明に係るエンジン制御装置の他の態様では、前記運転領域において、前記大ターボ領域は、前記小ターボ領域と高回転数側または高トルク側で接しており、前記両ターボ領域が、前記小ターボ領域と前記大ターボ領域との境界にまたがっている。 In another aspect of the engine control apparatus according to the present invention, in the operation region, the large turbo region is in contact with the small turbo region on the high rotation speed side or the high torque side, and both the turbo regions are in the small region. It straddles the boundary between the turbo region and the large turbo region.
この構成によると、両ターボ領域が、高回転数側または高トルク側で大ターボ領域と接することになる。そこで、上述のように、該接する範囲において少なくとも部分的に前記小ターボ領域を介在させれば、同様にターボラグやトルクショックを低減又は解消できる。 According to this configuration, both turbo regions are in contact with the large turbo region on the high rotation speed side or the high torque side. Therefore, as described above, turbo lag and torque shock can be similarly reduced or eliminated if the small turbo region is interposed at least partially in the contact area.
本発明に係るエンジン制御装置の他の態様では、前記複数のタービンの対となる複数のコンプレッサが配置された吸気管における吸気圧を検出する吸気圧検出手段を更に備え、前記制御手段は、前記介在させた小ターボ領域において、前記検出される吸気圧が所定の圧力閾値を超えた場合に、前記大ターボ領域に遷移するように、前記切換手段を制御する。 In another aspect of the engine control apparatus according to the present invention, the engine control device further includes an intake pressure detection unit that detects an intake pressure in an intake pipe in which a plurality of compressors that are a pair of the plurality of turbines is disposed, In the interposed small turbo region, when the detected intake pressure exceeds a predetermined pressure threshold, the switching means is controlled so as to transition to the large turbo region.
この構成において、所定の圧力閾値は、小タービンによる過給の立ち上がりを示す圧力として、予め経験、実験、又はシミュレーションによって特定される値であり、該特定される圧力に若干のマージン加味した値としてもよい。なお、「吸気圧が所定の圧力閾値を超えた場合」には、「吸気圧が所定の圧力閾値以上となる場合」、或いは「「吸気圧が所定の圧力閾値よりも大きくなった場合」が含まれる。 In this configuration, the predetermined pressure threshold is a value that is specified in advance by experience, experiment, or simulation as a pressure that indicates the rise of supercharging by a small turbine, and is a value that takes into account the margin to the specified pressure. Also good. In addition, “when the intake pressure exceeds a predetermined pressure threshold” includes “when the intake pressure exceeds a predetermined pressure threshold” or “when the intake pressure exceeds a predetermined pressure threshold”. included.
この構成によると、小ターボ領域を介在させているのでターボラグやトルクショックを低減又は解消でき、加えて、小タービンによる過給の立ちを確認してから、適切なタイミングで大ターボ領域に遷移できる。 According to this configuration, since the small turbo region is interposed, turbo lag and torque shock can be reduced or eliminated, and in addition, after confirming the start of supercharging by the small turbine, it is possible to transition to the large turbo region at an appropriate timing. .
本発明の作用及び他の利得は、次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。 The operation and other advantages of the present invention will become apparent from the best mode for carrying out the invention described below.
以下、発明を実施するための最良の形態として本発明の一実施形態を、図面に基いて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as the best mode for carrying out the invention.
図1は、実施形態に係るエンジン、及びその制御装置の模式的な上面図である。図1に示すように、当該エンジンは例えば4気筒からなるリーンバーンエンジンであり、シリンダブロック10内には4つの気筒12a,12b,12c,12dが設けられている。
FIG. 1 is a schematic top view of an engine and a control device thereof according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the engine is, for example, a lean burn engine having four cylinders, and four
吸気は、吸気管38の管路に設けられた小ターボチャージャ31の小コンプレッサ31C,大ターボチャージャ32の大コンプレッサ32Cの入口へ導かれる。小コンプレッサ31C,大コンプレッサ32Cにて加圧された吸気は、不図示のインタークーラにより冷却され、スロットル弁40、及び吸気マニホールド42を経て気筒12a〜12dへ供給される。なお、小コンプレッサ31C,大コンプレッサ32Cは、小タービン31T,大タービン32Tによって各々駆動され、吸気管38の管路に直列に設けられてもよいし、あるいは並列に設けられてもよい。
The intake air is guided to the inlets of the small compressor 31C of the
電子制御ユニット46は、演算処理装置、及びメモリを備えており、エンジンの運転状態を示す種々のセンサからの信号が供給される入力ポートと、スロットル弁40や可変動弁装置44に対する制御信号を出力する出力ポートを備える。なお、種々のセンサは、例えば、スロットル弁40の開度(ポジション)を検出するスロットルバルブポジションセンサ、スロットル弁40よりも上流の吸気圧を検出する吸気圧センサ381、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ382、当該エンジンが搭載された車両の車速を検出する車速センサ383、クランクシャフト13の回転数及び回転角度を検出する回転数センサ及び回転角度センサなどである。ここで、エンジンの目標回転数と目標トルクの組み合わせを、エンジンの運転ポイントともいう。電子制御ユニット46は、予め定められたマップに従って、基本的にはエンジンの運転効率を優先して、運転ポイントを設定する。
The
各気筒における点火順序は、共有するクランクシャフト13の回転をスムーズにするために、吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程、排気行程が互いに極力重複しないように調整されている。特に、各気筒からクランクシャフト13に加わる力が分散するように、点火順序は、例えば12a−12c−12d−12bとされている。この際、各気筒からの排気をマニホールドにより一つに集めてタービンへ送るにあたっては、各気筒からの排気の干渉を避けるため、作動位相が互いに最も離れている気筒12a、及び12dからなる第1気筒群からの排気が排気サブマニホールド201により集められ、その下流端と連通する排気管211を介して、その管路に設けられた小ターボチャージャ31の小タービン31Tに導入される。一方で、同じく作動位相が互いに最も離れている気筒12bと12cからなる第2気筒群からの排気が排気サブマニホールド202により集められ、その下流端と連通する排気管212を介して、その管路に設けられた大ターボチャージャ32の大タービン32Tに導入される。小タービン31T,大タービン32Tの各々からの排気に含まれる炭化水素(HC)は、三元触媒よりなるプリ触媒231,232において浄化される。浄化後の排気はその後段で排気管24によりまとめられ、残りの窒素酸化物(以下、NOxという)が、NOx触媒26において浄化される。その後、排気は不図示の消音器等を経て大気へ放出される。
The order of ignition in each cylinder is adjusted so that the intake stroke, the compression stroke, the combustion / expansion stroke, and the exhaust stroke do not overlap each other as much as possible in order to smoothly rotate the shared
ここで、排気通路の切り換え制御に利用される制御弁について、図1に加えて、図2から図5を参照して説明を加える。ここで、図2は、実施形態に係るエンジン制御装置において、小タービン31Tのみに排気を導入するための各制御弁の開閉状態を示す模式的な平面図である。図3は、実施形態に係るエンジン制御装置において、大タービン32Tのみに排気を導入するための各制御弁の開閉状態を示す模式的な平面図である。図4は、実施形態に係るエンジン制御装置において、小タービン31T、及び大タービン32Tの両方に排気を導入するための各制御弁の開閉状態を示す模式的な平面図である。排気通路の切り換え制御のために、排気管211と排気管212とは、小タービン31T,大タービン32Tの各々よりも上流において、排気連通管213によって連通されている。そして、第1制御弁221が、排気管211の管路において、排気連通管213との接続部と小タービン31Tとの間に設けられている。第2制御弁222が、排気管212の管路において、排気連通管213との接続部と大タービン32Tとの間に設けられている。連通制御弁223が、排気連通管213の管路に設けられている。
Here, the control valve used for the exhaust passage switching control will be described with reference to FIGS. 2 to 5 in addition to FIG. Here, FIG. 2 is a schematic plan view showing an open / close state of each control valve for introducing the exhaust gas only to the small turbine 31T in the engine control apparatus according to the embodiment. FIG. 3 is a schematic plan view showing an open / close state of each control valve for introducing exhaust gas only to the large turbine 32T in the engine control apparatus according to the embodiment. FIG. 4 is a schematic plan view showing an open / close state of each control valve for introducing exhaust gas into both the small turbine 31T and the large turbine 32T in the engine control apparatus according to the embodiment. For the exhaust passage switching control, the
図2に示すように、第1制御弁221を開き、第2制御弁222を閉じ、連通制御弁223を開くと、第1気筒群からの排気、及び第2気筒群からの排気の何れも、小タービン31Tのみに導入される。
As shown in FIG. 2, when the
図3に示すように、第1制御弁221を閉じ、第2制御弁222を開き、連通制御弁223を開くと、第1気筒群からの排気、及び第2気筒群からの排気の何れも、大タービン32Tのみに導入される。
As shown in FIG. 3, when the
図4に示すように、第1制御弁221も第2制御弁222も開き、連通制御弁223を閉じると、第1気筒群からの排気、及び第2気筒群からの排気は夫々、小タービン31T、及び大タービン32Tに導入される。
As shown in FIG. 4, when the
これら第1制御弁221,第2制御弁222,連通制御弁223の開閉制御は電子制御ユニット46により、図5に示すエンジンの運転領域における運転ポイントに応じて行われる。図5は、実施形態に係るエンジンの運転領域を、エンジンの目標回転数と目標トルクの組み合わせによって示すマップである。
The opening / closing control of the
まず、図5(a)を参照して比較例とその課題について説明する。図5(a)には、WOTトルク、すなわちスロットル弁40全開時のトルクを上限として、当該エンジンの運転領域である小ターボ領域、大ターボ領域、及びバンク制御領域が夫々示されている。一般に、広い運転領域にわたって高効率にて過給できるように、低回転数・低負荷領域が小ターボ領域とされ、高回転数・高トルク領域が大ターボ領域とされる。バンク制御領域は、小ターボ領域と大ターボ領域との境界にまたがる。バンク制御領域においては、NOx触媒26の温度を硫黄S等の脱離温度にするために、第1気筒群の空燃比が例えばリーンに制御されると、第2気筒群の空燃比がリッチに制御され、夫々の気筒群からの排気が小タービン31T,大タービン32Tの各々に導入される。ここで、図5(a)の太矢印で示すように、運転ポイントがバンク制御領域から、高回転数または高トルク側の大ターボ領域に切り換えられると、上述の背景技術において指摘したように、大ターボチャージャ32による過給に必要な排気エネルギに到達するまでに相応の時間を要し、トルクの上昇が遅れ、もってターボラグやトルクショックが生じうる。
First, a comparative example and its problem will be described with reference to FIG. FIG. 5A shows the small turbo region, the large turbo region, and the bank control region, which are operating regions of the engine, with the upper limit being the WOT torque, that is, the torque when the
これに対し、本実施形態では、図5(b)に示すように、バンク制御領域と大ターボ領域との間に拡張小ターボ領域を設ける。小ターボチャージャ31単独で所望の過給圧を出力するのに十分な排気の流量は、大ターボチャージャ32単独でのそれよりも少ない。よって、排気の流量が変わらないとすれば、所望の過給圧を出力するのに十分な排気の流量に達するまでの時間は、大ターボチャージャ32単独よりも短縮される。その結果、過給の立ち上がりが早期化され、ターボラグが低減される。このときの具体的な制御を、図6を参照して説明する。ここで、図6は、実施形態に係るエンジン制御装置による制御を示すフローチャートである。
In contrast, in the present embodiment, as shown in FIG. 5B, an extended small turbo region is provided between the bank control region and the large turbo region. The exhaust flow rate sufficient to output the desired supercharging pressure by the
図6に示すように、先ず、バンク制御の実行条件が成立するか否かが判定される(ステップS1)。ここで、バンク制御の実行条件は、例えば、前回のバンク制御実行時期から所定時間が経過しており、NOx触媒26が再び硫黄被毒していると想定されるか否かが判定される。
As shown in FIG. 6, first, it is determined whether or not a bank control execution condition is satisfied (step S1). Here, the bank control execution condition is determined, for example, whether or not a predetermined time has elapsed from the previous bank control execution timing and the
ここで、バンク制御の実行条件が成立しないと判定される場合(ステップS1:No)、バンク制御は実行されないので、運転ポイントがバンク制御領域から大ターボ領域に切り換えられることはない。よって、本制御を終了する。 Here, when it is determined that the execution condition of the bank control is not satisfied (step S1: No), the bank control is not executed, so that the operation point is not switched from the bank control area to the large turbo area. Therefore, this control is finished.
他方で、バンク制御の実行条件が成立すると判定される場合(ステップS1:Yes)、次いで、当該エンジンの運転ポイントがバンク制御領域にあるか否かが、判定される(ステップS2)。 On the other hand, when it is determined that the bank control execution condition is satisfied (step S1: Yes), it is then determined whether or not the operating point of the engine is in the bank control region (step S2).
ここで、当該エンジンの運転ポイントがバンク制御領域にあると判定される場合(ステップS2:Yes)、小タービン31T、及び大タービン32Tの両方に排気を導入するべく、図4に示すように第1制御弁221も第2制御弁222も開き、連通制御弁223を閉じる(ステップS3)。
Here, when it is determined that the operation point of the engine is in the bank control region (step S2: Yes), in order to introduce exhaust into both the small turbine 31T and the large turbine 32T, as shown in FIG. Both the
他方で、当該エンジンの運転ポイントがバンク制御領域にないと判定される場合(ステップS2:No)、小ターボ領域であるか否かが判定される(ステップS4)。 On the other hand, when it is determined that the operating point of the engine is not in the bank control region (step S2: No), it is determined whether or not the engine is in the small turbo region (step S4).
ここで、当該エンジンの運転ポイントが小ターボ領域にあると判定される場合(ステップS4:Yes)、排気を小タービン31Tのみに導入するべく、図2に示すように、第1制御弁221を開き、第2制御弁222を閉じ、連通制御弁223を開く(ステップS5)。
Here, when it is determined that the operating point of the engine is in the small turbo region (step S4: Yes), as shown in FIG. 2, the
他方で、当該エンジンの運転ポイントが小ターボ領域にないと判定される場合(ステップS4:No)、残る大ターボ領域にあると想定される。当該エンジンの運転ポイントが大ターボ領域にあるということは、バンク制御領域から高回転数または高トルク側の大ターボ領域に運転ポイントが切り換わった直後の可能性もある。そうすると、上述の背景技術で指摘したターボラグやトルクショックが生じる可能性もある。そこで、目標回転数、又は目標トルクが、バンク制御領域以上の値であるか否かが判定される(ステップS6)。 On the other hand, when it is determined that the operating point of the engine is not in the small turbo region (step S4: No), it is assumed that the engine is in the remaining large turbo region. The fact that the operation point of the engine is in the large turbo region may be immediately after the operation point is switched from the bank control region to the large turbo region on the high rotation speed or high torque side. Then, the turbo lag and torque shock pointed out in the background art described above may occur. Therefore, it is determined whether or not the target rotational speed or the target torque is a value that is greater than or equal to the bank control region (step S6).
ここで、目標回転数、及び目標トルクの何れもが、バンク制御領域以上の値ではないと判定される場合(ステップS6:No)、大ターボ領域に切り換えてもターボラグやトルクショックが生じる虞は殆どない。そこで、排気を大タービン32Tのみに導入するべく、図3に示すように、第1制御弁221を閉じ、第2制御弁222を開き、連通制御弁223を開く(ステップS8)。
Here, when it is determined that neither the target rotational speed nor the target torque is a value greater than or equal to the bank control region (step S6: No), there is a possibility that turbo lag or torque shock may occur even when switching to the large turbo region. Almost no. Therefore, in order to introduce the exhaust gas only to the large turbine 32T, as shown in FIG. 3, the
他方で、目標回転数、又は目標トルクが、バンク制御領域以上の値であると判定される場合(ステップS6:Yes)、直接に大ターボ領域に切り換えると、上述の背景技術で指摘したターボラグやトルクショックが生じうる。そこで先ず、排気を小タービン31Tのみに導入するべく、図2に示すように、第1制御弁221を開き、第2制御弁222を閉じ、連通制御弁223を開く(ステップS7)。そうすると、排気を小タービン31Tのみに導入する場合に比べて、所望の過給圧を出力するのに十分な排気の流量に達するまでの時間が短縮される。その結果、過給の立ち上がりが早期化され、ターボラグが低減される。
On the other hand, when it is determined that the target rotational speed or the target torque is a value that is greater than or equal to the bank control region (step S6: Yes), if the turbo lag or Torque shock can occur. Therefore, first, in order to introduce exhaust gas only to the small turbine 31T, as shown in FIG. 2, the
その後、スロットル弁40の上流の吸気圧が、吸気圧センサ381によって検出され、その値が、小ターボチャージャ31の過給の立ち上がりを示す所定の圧力閾値以上であるか否かが判定される(ステップS9)。
Thereafter, the intake pressure upstream of the
ここで、スロットル弁40の上流圧力が所定の圧力閾値以上ではないと判定される場合(ステップS9:No)、まだ過給の立ち上がりが不十分であり、ターボラグの虞がある。そこで、引き続き排気を小タービン31Tのみに導入する(RETURN)。
Here, when it is determined that the upstream pressure of the
他方で、スロットル弁40の上流圧力が所定の圧力閾値以上であると判定される場合(ステップS9:Yes)、過給の立ち上がりが十分であり、ターボラグの虞も解消されている。そこで、排気を大タービン32Tのみに導入するべく、図3に示すように、第1制御弁221を閉じ、第2制御弁222を開き、連通制御弁223を開く(ステップS10)。
On the other hand, when it is determined that the upstream pressure of the
以上説明した実施形態によれば、NOx触媒26を備えるリーンバーンエンジンの吸、排気系に、大・小のタ−ボチャージャを並列に配置した構成において、運転ポイントがバンク制御領域から、高回転数または高トルク側の大ターボ領域に切り換えられる場合に生じうるターボラグやトルクショックを低減又は解消可能となる。
According to the embodiment described above, in the configuration in which the large and small turbochargers are arranged in parallel in the intake and exhaust systems of the lean burn engine including the
なお、上記実施形態において、NOx触媒26は、本発明に係る「NOx触媒」の一例である。気筒12a、及び12dからなる第1気筒群、及び気筒12bと12cからなる第2気筒群は、本発明に係る「気筒群」の一例である。排気連通管213は、本発明に係る「連通管」の一例である。排気管211、及び排気管212は、本発明に係る「排気管」の一例である。小タービン31T、及び大タービン32Tは、本発明に係る「タービン」の一例である。第1制御弁221、第2制御弁222、及び連通制御弁223は、本発明に係る「切換手段」の一例である。電子制御ユニット46は、本発明に係る「制御手段」の一例である。小ターボ領域は、本発明に係る「小ターボ領域」の一例である。大ターボ領域は、本発明に係る「大ターボ領域」の一例である。バンク制御領域は、本発明に係る「両ターボ領域」の一例である。小コンプレッサ31C、及び大コンプレッサ32Cは、本発明に係る「コンプレッサ」の一例である。吸気圧センサ381は、本発明に係る「吸気圧検出手段」の一例である。
In the above embodiment, the
なお、上述の実施形態では、4気筒エンジンを用いて説明したが、その他の多気筒エンジンについても本発明は適用可能である。或いは、上述の実施形態では、大・小のタ−ボチャージャが一つずつ備わる構成を用いて説明したが、各々が2以上備わる構成についても本発明は適用可能である。 In the above-described embodiment, the description has been given using the four-cylinder engine, but the present invention is applicable to other multi-cylinder engines. Or although the above-mentioned embodiment demonstrated using the structure provided with one large and small turbocharger, this invention is applicable also to the structure provided with each two or more.
すなわち、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うエンジン制御装置も又、本発明の技術的範囲に含まれるものである。 That is, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within a scope not departing from the gist or philosophy of the invention that can be read from the claims and the entire specification. The control device is also included in the technical scope of the present invention.
38…吸気管、40…スロットル弁、42…吸気マニホールド、44…可変動弁装置、10…シリンダブロック、12a,12b,12c.12d…気筒、201…排気サブマニホールド、202…排気サブマニホールド、213…排気連通管、221…第1制御弁、222…第2制御弁、223…連通制御弁、31…小ターボチャージャ、31T…小タービン、31C…小コンプレッサ、32…大ターボチャージャ、32T…大タービン、32C…大コンプレッサ、231…プリ触媒、232…プリ触媒、24…排気管、26…NOx触媒 38 ... Intake pipe, 40 ... Throttle valve, 42 ... Intake manifold, 44 ... Variable valve operating device, 10 ... Cylinder block, 12a, 12b, 12c. 12d ... cylinder, 201 ... exhaust sub manifold, 202 ... exhaust sub manifold, 213 ... exhaust communication pipe, 221 ... first control valve, 222 ... second control valve, 223 ... communication control valve, 31 ... small turbocharger, 31T ... Small turbine, 31C ... small compressor, 32 ... large turbocharger, 32T ... large turbine, 32C ... large compressor, 231 ... pre-catalyst, 232 ... pre-catalyst, 24 ... exhaust pipe, 26 ... NOx catalyst
Claims (4)
複数の気筒群の各々からの排気を並行して導くとともに連通管によって互いに連通されている複数の排気管と、
該複数の排気管の各々に配置されており互いに容量の異なる複数のタービンと、
前記複数の気筒群からの排気を、前記複数のタービンのうち少なくとも一つへと誘導するように、前記複数の排気管及び前記連通管からなる排気通路を切り換える切換手段と、
当該エンジンの目標回転数、及び目標トルクにより規定される運転ポイントが属する運転領域に応じて、前記切換手段を制御する制御手段とを備え、
前記運転領域は、前記複数のタービンのうち容量が比較的小さい小タービンにのみ排気が導かれる小ターボ領域、前記小タービンよりも容量が大きい大タービンにのみ排気が導かれる大ターボ領域、及び前記小タービン及び前記大タービンの両方に排気が導かれる両ターボ領域を含んでなり、
前記運転領域において、前記両ターボ領域が、高回転数側または高トルク側で前記大ターボ領域と接する場合には、該接する範囲において少なくとも部分的に前記小ターボ領域を介在させる
ことを特徴とするエンジン制御装置。 An engine control device for controlling a lean burn engine,
A plurality of exhaust pipes that guide exhaust from each of the plurality of cylinder groups in parallel and communicate with each other by a communication pipe;
A plurality of turbines disposed in each of the plurality of exhaust pipes and having different capacities from each other;
Switching means for switching an exhaust passage composed of the plurality of exhaust pipes and the communication pipe so as to guide exhaust from the plurality of cylinder groups to at least one of the plurality of turbines;
Control means for controlling the switching means according to the target engine speed of the engine and the operating region to which the operating point defined by the target torque belongs,
The operating region includes a small turbo region in which exhaust is guided only to a small turbine having a relatively small capacity among the plurality of turbines, a large turbo region in which exhaust is guided only to a large turbine having a larger capacity than the small turbine, and the Comprising both turbo regions where exhaust is directed to both the small turbine and the large turbine,
In the operation region, when the two turbo regions are in contact with the large turbo region on the high rotation speed side or the high torque side, the small turbo region is interposed at least partially in the contact region. Engine control device.
該バンク制御領域においては、前記前記複数の気筒群のうち、空燃比がリーンに制御された第1気筒群からの排気が前記複数のタービンのうち一方へ導入され、空燃比がリーン以外に制御された第2気筒群からの排気が他方へ導入されるように、前記排気通路が切り換えられる、バンク制御が前記制御手段によって行われる
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置。 Both turbo areas are bank control areas,
In the bank control region, exhaust from the first cylinder group in which the air-fuel ratio is controlled to be lean among the plurality of cylinder groups is introduced into one of the turbines, and the air-fuel ratio is controlled to other than lean. 2. The engine control device according to claim 1, wherein the control unit performs bank control in which the exhaust passage is switched so that exhaust from the second cylinder group is introduced to the other.
前記大ターボ領域は、前記小ターボ領域と高回転数側又は高トルク側で接しており、
前記両ターボ領域が、前記小ターボ領域と前記大ターボ領域との境界にまたがっている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジン制御装置。 In the operating region,
The large turbo region is in contact with the small turbo region on the high speed side or the high torque side,
The engine control device according to claim 1, wherein the both turbo regions straddle a boundary between the small turbo region and the large turbo region.
前記制御手段は、前記介在させた小ターボ領域において、前記検出される吸気圧が所定の圧力閾値を超えた場合に、前記大ターボ領域に遷移するように、前記切換手段を制御する
ことを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載のエンジン制御装置。 An intake pressure detecting means for detecting an intake pressure in an intake pipe in which a plurality of compressors that are paired with the plurality of turbines are disposed;
The control means controls the switching means so as to transition to the large turbo area when the detected intake pressure exceeds a predetermined pressure threshold in the interposed small turbo area. The engine control device according to any one of claims 1 to 3.
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