JP2009191685A - ディーゼルエンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンを積んだ車両の加速性を高めることが出来るディーゼルエンジンの過給装置を提供する。
【解決手段】本発明は、排気通路５０に配置されたタービン６２の回転により吸気通路２０に配置されたコンプレッサ６６を回転させて吸気通路の空気を過給する排気ターボ過給機６０と、吸気通路に配置されたコンプレッサ３５を電動により回転させて吸気通路の空気を過給する電動過給機３４と、燃焼室容積及びピストンによる排気容積によって定まる圧縮比を変更させる圧縮比可変手段１０４、８ａと、加速時に、電動過給機を作動させると共に圧縮比可変手段により圧縮比を低下させるように制御する制御手段１００と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの過給装置に係り、特に、排気ターボ過給機及び電動過給機を有するディーゼルエンジンの過給装置に関する。

従来、所謂ターボラグを解消するために、排気圧によるターボ過給機の上流の吸気通路に電動による過給機を設けたエンジンが知られている（例えば、特許文献１）。
また、排気圧によるターボ過給機の上流の吸気通路に電動による過給機を設け、車両の加速要求時に電動による過給機を作動させ、吸気通路内の圧力が所定値に達したのちに電動による過給機の作動力を低下させるエンジンが知られている（特許文献２）。

特開２００２−０２１５７３号公報 特開２００６−１０５０３４号公報

ところで、上述した特許文献１及び２のエンジンはガソリンエンジンに適用可能なものであるが、ディーゼルエンジンについては、特許文献１及び２の排気圧によるターボ過給機及び電動によるターボ過給機では解決出来ない問題が生じている。即ち、ディーゼルエンジンでは、加速時に、吸入空気量がある程度増加した後に燃料の増量を行わないとスモークが発生してしまうので、加速時において、エンジンがある程度まで高回転になるまでの間吸入空気量が少なくなり、十分な燃料の増量を行えず、車両の加速性が悪いという問題が生じている。特に、排気ターボ過給機による過給の場合は、その過給機自体が作動するまでのタイムロス及び吸気が始まった後にも吸気管内を空気が移動する分のタイムロスがあり、それらにより、吸入空気量が少なくなり、スモーク発生を防止するために十分な燃料の増量を行えないのである。これらの結果、エンジン回転数の上昇が遅れてしまう。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ディーゼルエンジンを積んだ車両の加速性を高めることが出来るディーゼルエンジンの過給装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明によれば、排気通路に配置されたタービンの回転により吸気通路に配置されたコンプレッサを回転させて吸気通路の空気を過給する排気ターボ過給機と、吸気通路に配置されたコンプレッサを電動により回転させて吸気通路の空気を過給する電動過給機と、エンジンの圧縮比を変更させる圧縮比可変手段と、加速時に、電動過給機を作動させると共に圧縮比可変手段により圧縮比を低下させるように制御する制御手段と、を有することを特徴としている。

このように構成された本発明においては、加速時に、電動過給機を作動させるので排気ターボ過給機による過給遅れを軽減してエンジン回転数の上昇遅れを軽減し、さらに、圧縮比を低下させることによりピストンの運動の抵抗を軽減してエンジン回転数の上昇遅れを軽減するので、適切な燃料の増量により、ディーゼルエンジンを積んだ車両の加速性を高めることが出来る。

また、本発明において、好ましくは、圧縮比可変手段は吸気弁の閉時期を遅角させて圧縮比を低下させる。
このように構成された本発明においては、圧縮比を低下させることによりピストンの運動の抵抗を軽減してエンジン回転数の上昇遅れを軽減するが、圧縮比可変手段は吸気弁の閉時期を遅角させて圧縮比を低下させるので空気の吹き返しによる空気充填量の低下が懸念される。しかし、このような空気充填量の低下の分を、電動過給機を作動させることにより補うので、加速トルクを確保することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、制御手段は、変速機の変速段が低速段の加速時のみ、電動過給機を作動させると共に圧縮比可変手段により圧縮比を低下させるように制御する。
このように構成された本発明においては、低速段による加速時にエンジン回転数の上昇遅れを軽減するので、適切な燃料の増量によりディーゼルエンジンを積んだ車両の加速性を高めることが出来る。

また、本発明において、好ましくは、制御手段は、エンジン回転数が低回転領域の加速時のみ、電動過給機を作動させると共に圧縮比可変手段により圧縮比を低下させるように制御する。
このように構成された本発明においては、エンジン回転数が低回転の加速時にエンジン回転数の上昇遅れを軽減するので、適切な燃料の増量によりディーゼルエンジンを積んだ車両の加速性を高めることが出来る。

本発明のディーゼルエンジンの過給装置によれば、ディーゼルエンジンを積んだ車両の加速性を高めることが出来る。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの過給装置により制御されるディーゼルエンジンの全体構成図である。
エンジン本体１には複数の気筒２が設けられ、これらの気筒２には燃焼室２ａが形成されている。各燃焼室２ａに対して燃料噴射弁１２が設けられている。各燃焼室２ａには、吸気ポート４及び排気ポート６が開口し、これらのポートに吸気弁８および排気弁１０が設けられている。吸気弁８には、吸気弁可変機構（ＶＶＴ：バリアブルバルブタイミング装置）８ａが設けられており、本実施形態では、この吸気弁可変機構８ａにより吸気弁８の遅角を行うようにしている。

吸気ポート４及び吸気弁８の上流側には、各気筒２に空気を供給する吸気通路２０が接続され、排気ポート６及び排気弁１０の下流側には、各気筒２から排気ガスを導出する排気通路５０が接続されている。

吸気通路２０には、サージタンク２２と、サージタンク２２から各気筒２の吸気ポート４毎に分岐する吸気マニホールド２４が形成されている。吸気通路２０の上流側には、エアクリーナ２６が設けられており、このエアクリーナ２６とサージタンク２２との間には、吸気管２８が延びている。この吸気管２８のエアクリーナ２６の下流には、吸気スロットル弁３０が設けられている。また、吸気管２８にはインタークーラ３２が配置されている。

吸気管２８のインタークーラ３２とサージタンク２２との間には電動過給機３４が設けられている。電動過給機３４は、モータ３４ａにより直接駆動されるコンプレッサ３５を有する。また、吸気管２８から電動過給機３４をバイパスしてサージタンク２２の上流側に連通する電動過給機バイパス通路３６が設けられている。電動過給バイパス通路３６には電動過給機バイパス弁３８が設けられている。吸気管２８の電動過給機３４及び電動過給機バイパス弁３８と、インタークーラ３２との間には、吸気シャッター弁４０が設けられている。

次に、排気通路５０は、各気筒２の排気ポート６に接続される気筒別の排気マニホールド５２と、その下流の排気管５４と、排気管５４の下流に接続された排気浄化装置５６とを備えている。排気浄化装置５６は、触媒機能を有し、かつディーゼルスモークの排気微粒子（ＰＭ）を捕集するためのものであり、具体的には酸化触媒５６ａと、この酸化触媒の下流側に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）５６ｂとによって構成されている。

吸気通路２０と排気通路５０との間には、排気ターボ過給機６０が設けられている。排気ターボ過給機６０は、排気ガスのエネルギで駆動されて回転するタービン６２と、このタービン６２にシャフト６４を介して連結されたコンプレッサ６６とを備えている。排気ターボ過給機６０のタービン６２は排気管５４に設けられ、コンプレッサ６６は吸気管２８に設けられている。この排気ターボ過給機６０は、排気エネルギによるタービン６２の回転に連動したコンプレッサ６６の回転により吸気管２８の吸気を過給するようになっている。そして、インタークーラ３２がコンプレッサ６６で過給された空気を冷却するように構成されている。
なお、上述した電動過給機３４は、排気ターボ過給機６０にモータを取り付けたタイプのものでも良い。

また、吸気通路２０と排気通路５０の間には、高圧用ＥＧＲ通路７０と、低圧用ＥＧＲ通路８０とが設けられている。高圧用ＥＧＲ通路７０は、排気管５４のタービン６２よりも上流側とサージタンク２２との間を連通し、排気ターボ過給機６０を駆動する前の比較的高温で圧力の高い排気ガスの一部を吸気通路２０に還流するものである。高圧用ＥＧＲ通路７０にはＥＧＲ弁７２と、このＥＧＲ弁７２の上流側（排気側）のＥＧＲクーラ７４と、が設けられている。

また、低圧用ＥＧＲ通路８０は、排気管５４の排気浄化装置５６よりも下流側と吸気管２８のコンプレッサ６６よりも上流側との間を連通し、排気ターボ過給機６０のタービン６２を駆動した後の比較的圧力の低い排気ガスの一部を吸気通路２０に還流するものである。低圧用ＥＧＲ通路８０には、ＥＧＲ弁８２と、このＥＧＲ弁８２の上流側（排気側）のＥＧＲクーラ８４と、が設けられている。

次に、図２により本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの過給装置の制御系のシステムを説明する。図２は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの制御系ブロック図である。
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマー群、インターフェース並びにこれらのユニットを接続するバス等を有するマイクロプロセッサで構成された制御ユニットである。ＥＣＵ１００には、具体的には、電動過給機３４（３４ａ）、電動過給機バイパス弁３８、及び、吸気弁可変機構８ａに接続されている。

このＥＣＵ１００は、機能的に、後述するように所定条件下で回転するように電動過給機３４（３４ａ）を制御すると共に電動過給機バイパス３６の開閉を行うように電動過給機バイパス弁３８を制御する電動過給機制御部１０２、及び、所定条件のときエンジンの圧縮比を変更する圧縮比可変制御部１０４を含んでいる。ここで、電動過給機制御部１０２は、電動過給機３４を駆動させないときには電動過給機バイパス通路３６の電動過給機バイパス弁３８を開き、駆動させるときには電動過給機バイパス弁３８を閉じる。こうすることにより、電動過給機３４を駆動させないときには吸気を電動過給機バイパス通路３６に導いて吸気抵抗を低減し、電動過給機３４を駆動させるときには確実に吸気を電動過給機３４のコンプレッサ３５に導く。

ＥＣＵ１００には、アクセルの開度及び開度変化を検出するアクセル開度センサ１１０、変速段のポジションを検出するギアポジションセンサ１１２、及び、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１１４が接続されており、ＥＣＵ１００は、これらの各センサからの入力信号を受け、上述した各制御部１０２及び１０４により、各装置３４（３４ａ）、３８、８ａを制御する。

次に、図３及び図４により、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの過給装置の制御内容を説明する。図３は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの過給装置の制御フローを示すフローチャートであり、図４は、本発明の実施形態による吸気バルブの遅角を説明するためのクランク角とバルブリフト量との関係を示す線図である。図３において、Ｓは各ステップを示す。

先ず、図３に示すように、Ｓ１において、アクセル開度センサ１１０、ギアポジションセンサ１１２及びエンジン回転数センサ１１４の各信号を読み込む。次に、Ｓ２において、アクセル開度センサ１１０の信号に基づいて、どれだけ運転者がアクセルを踏み込もうとしているかを判定し、それにより、車両が加速しているか否かを判定する。なお、車速センサにより加速を判定しても良い。Ｓ２において、加速していないと判定された場合には、Ｓ３乃至Ｓ５の処理を行う。
Ｓ３では、圧縮比可変制御部１０４により、吸気弁８の閉時期が通常の状態となるように吸気弁可変機構８ａを制御する。具体的には、通常は、図４に破線で示すように、排気バルブの開放とオーバーラップするようなタイミングで吸気弁８を開く。
次に、Ｓ４及びＳ５において、電動過給機制御部１０２により、電動過給機３４を停止させると共に電動過給機バイパス弁３８を開く。これにより、電動過給機３４による過給は行われない。

次に、Ｓ２において、車両が加速していると判定された場合には、Ｓ６乃至Ｓ１０の処理を行う。
先ず、Ｓ６において、Ｓ１で読み込んだギアポジションセンサ１１２の信号により、ギアが低速段（例えば、１速、２速）に入っているか否かを判定する。Ｓ７では、Ｓ１で読み込んだエンジン回転数センサ１１４の信号により、エンジン回転数が低回転数（例えば、２５００ｒｐｍ以下）か否かを判定する。Ｓ６及びＳ７において、ギアが低速段に入り且つエンジンが低回転数である場合には、Ｓ８に進み、圧縮比可変制御部１０４により、吸気弁８の閉時期が通常の状態より遅角するように吸気弁可変機構８ａを制御する。具体的には、図４に一点鎖線で示すように、排気バルブが閉まった後に吸気弁８を開くようなタイミングで吸気弁８を作動させる。これにより、ピストンが圧縮を始めているのに吸気弁８が開いているので、空気が少し吸気系に押し戻されて圧縮比が低下する。圧縮比が低下することで、ピストンの抵抗が軽減され、エンジン回転数の上昇をアシストすることが出来る。

次に、Ｓ９及びＳ１０において、電動過給機３４を作動させると共に電動過給機バイパス弁３８を閉じる。これにより、吸気はバイパス３６を通らず、電動過給機３４により過給される。そして、排気ターボ過給機６０の過給遅れをカバーして、エンジン回転数の上昇をアシストすることが出来る。
Ｓ６及びＳ７の判定において、ギアが低速段に入っておらず、エンジンが低回転数でない場合には、Ｓ８の処理である吸気弁８の遅角化を行わず、Ｓ９及びＳ１０により、電動過給機３４を作動させると共に電動過給機バイパス弁３８を閉じる。

以上のように構成された本発明の実施形態では、加速時に、電動過給機３４を作動させるので排気ターボ過給機６０による過給遅れを軽減してエンジン回転数の上昇遅れを軽減し、さらに、圧縮比を低下させることによりピストンの運動の抵抗を軽減してエンジン回転数の上昇遅れを軽減するので、適切な燃料の増量により、ディーゼルエンジンを積んだ車両の加速性を高めることが出来る。これらは、特に、変速機の変速段が低速段での加速時、及び、エンジン回転数が低回転領域の加速時に有効である。

また、圧縮比を低下させることによりピストンの運動の抵抗を軽減してエンジン回転数の上昇遅れを軽減するが、圧縮比可変制御部１０４及び吸気弁可変機構８ａは吸気弁８の閉時期を遅角させて圧縮比を低下させるので空気の吹き返しによる空気充填量の低下が懸念される。しかし、このような空気充填量の低下の分を、電動過給機３４を作動させることにより補うので、加速トルクを確保することが出来る。

本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの過給装置により制御されるディーゼルエンジンの全体構成図である。 本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの制御系ブロック図である。 本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの過給装置の制御フローを示すフローチャートである。 本発明の実施形態による吸気バルブの遅角を説明するためのクランク角とバルブリフト量との関係を示す線図である。

符号の説明

２ 気筒
８ 吸気弁
８ａ 吸気弁可変機構
２０ 吸気通路
３４ 電動過給機
３６ 電動過給機バイパス通路
３８ 電動過給機バイパス弁
３４ａ モータ
３５ コンプレッサ
５０ 排気通路
５６ 排気浄化装置
６０ 排気ターボ過給機
６２ タービン
６６ コンプレッサ

Claims (4)

1. 排気通路に配置されたタービンの回転により吸気通路に配置されたコンプレッサを回転させて吸気通路の空気を過給する排気ターボ過給機と、
   吸気通路に配置されたコンプレッサを電動により回転させて吸気通路の空気を過給する電動過給機と、
   エンジンの圧縮比を変更させる圧縮比可変手段と、
   加速時に、上記電動過給機を作動させると共に上記圧縮比可変手段により圧縮比を低下させるように制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするディーゼルエンジンの過給装置。
2. 上記圧縮比可変手段は吸気弁の閉時期を遅角させて圧縮比を低下させる請求項１に記載のディーゼルエンジンの過給装置。
3. 上記制御手段は、変速機の変速段が低速段の加速時のみ、上記電動過給機を作動させると共に上記圧縮比可変手段により圧縮比を低下させるように制御する請求項１又は請求項２に記載のディーゼルエンジンの過給装置。
4. 上記制御手段は、エンジン回転数が低回転領域の加速時のみ、上記電動過給機を作動させると共に上記圧縮比可変手段により圧縮比を低下させるように制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの過給装置。

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