JP2009228448A - Supercharging device of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動過給機を備えたエンジンの過給装置に関するものである。 The present invention relates to a supercharging device for an engine provided with an electric supercharger.
一般に、エンジンにより駆動される車両においては、通常の走行時にはエンジンにより車輪が駆動されているが、この状態からアクセルペダルの踏み込みが解除されたとき、又はアクセルペダルの踏み込み量が低減されエンジンの駆動力がエンジンの回転抵抗より小さくなったときには、エンジンブレーキによる制動力が生じ、エンジンの回転抵抗によって車輪が制動される。したがって、車両の運転者は、減速を必要とするときには、フットブレーキとともに、又はフットブレーキに代えて適宜にエンジンブレーキを利用すれば、車両を効果的に制動することができる。 In general, in a vehicle driven by an engine, wheels are driven by the engine during normal driving. When the accelerator pedal is released from this state, or when the accelerator pedal is depressed, the engine is driven. When the force becomes smaller than the rotational resistance of the engine, a braking force is generated by the engine brake, and the wheel is braked by the rotational resistance of the engine. Therefore, when the driver of the vehicle needs to decelerate, the vehicle can be effectively braked if the engine brake is appropriately used together with the foot brake or instead of the foot brake.
ここで、運転者の減速要求ないしは車両又はエンジンの状態に応じてエンジンブレーキ力を調節することができれば、車両をその運転状態ないしは走行環境に応じてより適切に制動することができる。そこで、減速時に、制動力の要求態様に応じてターボ過給機の過給圧を変えることにより、エンジンブレーキ力を調節するようにした車両ないしはエンジンが提案されている(例えば、特許文献1参照)。なお、特許文献1に記載されたエンジンでは、電動機によりターボ過給機のタービンの回転を補助するようにしている。
ところで一方、エンジンの排気ガスには、NOx(窒素酸化物)、HC(炭化水素)等の大気汚染物質が含まれているので、通常、エンジンの排気通路には、排気ガスを浄化するために、排気ガス浄化触媒を備えた排気ガス浄化装置が設けられる。そして、排気ガス浄化触媒は、一般に、その温度が活性化温度以上になっていなければ、排気ガスを有効に浄化することができない。 On the other hand, since the engine exhaust gas contains air pollutants such as NOx (nitrogen oxide) and HC (hydrocarbon), the engine exhaust passage is usually used to purify the exhaust gas. An exhaust gas purification device including an exhaust gas purification catalyst is provided. In general, the exhaust gas purification catalyst cannot effectively purify the exhaust gas unless its temperature is equal to or higher than the activation temperature.
そして、ターボ過給機の過給圧を変えることにより、減速時におけるエンジンブレーキ力を調節するようにした従来の車両ないしはエンジンにおいては、タービンの駆動に伴って排気ガスのエネルギが消費されるので、排気ガスの温度が低下する。このため、減速時に排気ガス浄化触媒の温度をその活性化温度以上に維持することができないことがあり、この場合は大気汚染物質の排出量が増加し、エミッションが悪化するといった問題が生じる。 In a conventional vehicle or engine in which the engine braking force during deceleration is adjusted by changing the supercharging pressure of the turbocharger, the energy of exhaust gas is consumed as the turbine is driven. The temperature of the exhaust gas decreases. For this reason, the temperature of the exhaust gas purification catalyst may not be maintained above its activation temperature during deceleration, and in this case, the amount of air pollutant emissions increases and emissions become worse.
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、車両の減速時にエンジンの排気ガス浄化触媒が活性化温度よりも低下するのを有効に防止しつつ、運転者ないしは車両の要求減速度に応じてエンジンブレーキ力を適切に調節することを可能する手段を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and effectively prevents the exhaust gas purification catalyst of the engine from lowering below the activation temperature when the vehicle is decelerated, while the driver or the vehicle. It is an object of the present invention to provide a means capable of appropriately adjusting the engine braking force in accordance with the required deceleration.
上記課題を解決するためになされた本発明に係るエンジンの過給装置は、吸気通路に配設されたコンプレッサと該コンプレッサを駆動するモータとを有する電動過給機と、排気通路に配設された排気ガス浄化装置と、エンジン又は該エンジンを搭載している車両の減速時に該エンジンへの燃料供給を停止させるとともに電動過給機を作動させる減速制御手段とを備えていることを特徴とするものである。 An engine supercharging device according to the present invention made to solve the above-described problems is provided with an electric supercharger having a compressor disposed in an intake passage and a motor for driving the compressor, and an exhaust passage. An exhaust gas purifying device, and a deceleration control means for stopping the fuel supply to the engine and operating the electric supercharger when the engine or a vehicle equipped with the engine is decelerated. Is.
本発明に係るエンジンの過給装置において、エンジンが排気ガス浄化装置の温度又は該温度に関連又は対応する温度(例えば、排気ガス温度)を検出する温度検出手段を備えている場合、減速制御手段は、温度検出手段によって検出された上記温度(以下「センサ検出温度」という。)が予め設定された基準温度以下のときは、電動過給機の上記作動を停止させる(禁止する)とともに、エンジンへの燃料供給を減量補正して行うよう構成されているのが好ましい。 In the supercharging device for an engine according to the present invention, when the engine is provided with temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas purifying device or a temperature related to or corresponding to the temperature (for example, exhaust gas temperature), the deceleration control means When the temperature detected by the temperature detecting means (hereinafter referred to as “sensor detected temperature”) is equal to or lower than a preset reference temperature, the operation of the electric supercharger is stopped (prohibited) and the engine It is preferable that the fuel supply to the vehicle is performed by correcting the decrease.
本発明に係るエンジンの過給装置において、エンジンが排気ターボ過給機と、該排気ターボ過給機のブロワ(コンプレッサ)より下流で吸気通路に配設されたインタークーラとを備えている場合、電動過給機はインタークーラより下流で吸気通路に配設されているのが好ましい。 In the engine supercharging device according to the present invention, when the engine includes an exhaust turbocharger and an intercooler disposed in the intake passage downstream from the blower (compressor) of the exhaust turbocharger, The electric supercharger is preferably disposed in the intake passage downstream of the intercooler.
本発明に係るエンジンの過給装置において、減速制御手段は、エンジン又は該エンジンを搭載している車両の要求減速度に応じて電動過給機の作動回転数を設定するよう構成されているのが好ましい。この場合、減速制御手段は、車速、アクセル戻し速度及び変速機のギヤ比のうちの少なくとも1つのパラメータに基づいて要求減速度を算出又は設定するよう構成されているのがより好ましい。 In the engine supercharging device according to the present invention, the deceleration control means is configured to set the operating rotational speed of the electric supercharger according to the required deceleration of the engine or a vehicle equipped with the engine. Is preferred. In this case, the deceleration control means is more preferably configured to calculate or set the required deceleration based on at least one parameter among the vehicle speed, the accelerator return speed, and the gear ratio of the transmission.
本発明に係るエンジンの過給装置によれば、減速時に、吸気通路に配設された電動過給機により過給が行われるが、この過給はエンジンの排気ガスのエネルギを消費しないので、排気ガスの温度は低下しない。このため、減速時に排気ガス浄化装置ないしは排気ガス浄化触媒の温度の低下を抑制しつつ、電動過給機の作動により圧縮抵抗を増加させてエンジンブレーキ力を適切に調整することができる。すなわち、高車速状態からの減速時における燃料カットを可能にしつつ、エンジンブレーキ力を生じさせることができる。よって、車両の減速時にエンジンの排気ガス浄化触媒がその活性化温度よりも低下するのを有効に防止しつつ、運転者ないしは車両の要求減速度に応じてエンジンブレーキ力を適切に調節することができる。 According to the supercharger for an engine according to the present invention, supercharging is performed by the electric supercharger disposed in the intake passage during deceleration, but this supercharging does not consume the energy of the exhaust gas from the engine. The temperature of the exhaust gas does not decrease. For this reason, it is possible to appropriately adjust the engine braking force by increasing the compression resistance by the operation of the electric supercharger while suppressing a decrease in the temperature of the exhaust gas purification device or the exhaust gas purification catalyst during deceleration. That is, the engine braking force can be generated while enabling fuel cut during deceleration from a high vehicle speed state. Therefore, it is possible to appropriately adjust the engine braking force according to the driver or the required deceleration of the vehicle while effectively preventing the engine exhaust gas purification catalyst from lowering its activation temperature when the vehicle decelerates. it can.
本発明に係るエンジンの過給装置において、センサ検出温度が基準温度以下のときに電動過給機の作動を停止させるとともに、エンジンへの燃料供給を減量補正して行うようになっている場合は、燃料の燃焼により排気ガスの温度が高められる。このため、排気ガス浄化装置ないしは排気ガス浄化触媒の温度の低下をより有効に防止又は抑制することができる。 In the engine supercharging device according to the present invention, when the sensor detected temperature is equal to or lower than the reference temperature, the operation of the electric supercharger is stopped, and the fuel supply to the engine is corrected by reducing the amount. The temperature of the exhaust gas is increased by the combustion of the fuel. For this reason, the fall of the temperature of an exhaust-gas purification apparatus or an exhaust-gas purification catalyst can be prevented or suppressed more effectively.
本発明に係るエンジンの過給装置において、電動過給機がインタークーラより下流で吸気通路に配設されている場合は、電動過給機によって断熱圧縮され温度が上昇した空気が、インタークーラで冷却されることなくエンジンの燃焼室に供給されるので、排気ガスの温度の低下、ひいては排気ガス浄化装置ないしは排気ガス浄化触媒の温度の低下を一層有効に防止又は抑制することができる。 In the engine supercharging device according to the present invention, when the electric supercharger is disposed in the intake passage downstream from the intercooler, the air that is adiabatically compressed by the electric supercharger and the temperature thereof is increased is the intercooler. Since it is supplied to the combustion chamber of the engine without being cooled, it is possible to more effectively prevent or suppress a decrease in the temperature of the exhaust gas, and thus a decrease in the temperature of the exhaust gas purification device or the exhaust gas purification catalyst.
本発明に係るエンジンの過給装置において、減速時に、例えば車速、アクセル戻し速度、変速機のギヤ比等に基づいて算出された要求減速度に応じて電動過給機の作動回転数を設定するようになっている場合は、エンジン又は車両の運転状態ないしは走行環境又は該車両の運転者の減速要求に応じたエンジンブレーキ力を作用させることができ、さらに適切に車両を制動することができる。 In the engine supercharging device according to the present invention, at the time of deceleration, the operating rotational speed of the electric supercharger is set according to the required deceleration calculated based on, for example, the vehicle speed, the accelerator return speed, the gear ratio of the transmission, and the like. In such a case, it is possible to apply an engine braking force according to the driving state or driving environment of the engine or the vehicle or the deceleration request of the driver of the vehicle, and to brake the vehicle appropriately.
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態1、2を具体的に説明する。実施の形態1はディーゼルエンジンの過給装置に係るものであり、実施の形態2はガソリンエンジンの過給装置に係るものである。なお、実施の形態1、2に係る各図面において、構造又は機能が共通又は対応する各構成要素には、それぞれ、同一の参照番号が付されている。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る直噴式のディーゼルエンジンDE(以下、略して「エンジンDE」という。)のシステム構成を示している。なお、エンジンDEは多気筒(例えば、4気筒、6気筒…)エンジンであるが、図1では1つの気筒のみを示し、他の気筒の図示は省略している。図1に示すように、エンジンDEにおいては、吸気弁1が開かれたときに、吸気ポート2から燃焼室3内に燃料燃焼用の空気が吸入される(以下、この空気を「吸入空気」という。)。この燃焼室3内の吸入空気は、ピストン4によって圧縮され、高温・高圧状態となる。そして、圧縮行程上死点付近で、燃料噴射弁5から燃焼室3内に燃料(軽油等)が噴射され、この燃料は自己着火して燃焼する。燃焼により生じたガスすなわち排気ガスは、排気弁6が開かれたときに排気ポート7に排出される。なお、図示していないが、燃料は、燃料タンクからコモンレールを介して高圧で燃料噴射弁5に供給される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a system configuration of a direct injection diesel engine DE (hereinafter referred to as “engine DE” for short) according to the present invention. The engine DE is a multi-cylinder (for example, four cylinders, six cylinders, etc.) engine, but only one cylinder is shown in FIG. 1, and the other cylinders are not shown. As shown in FIG. 1, in the engine DE, when the
これらの一連の動作が繰り返され、ピストン4はシリンダ8内でシリンダ軸方向に往復運動を繰り返す。このピストン4の往復運動は、コネクチングロッド9、クランクアーム(図示せず)、クランクピン(図示せず)等を備えたリンク機構により、クランクシャフト10の回転運動(トルク)に変換される。クランクシャフト10の回転運動は、エンジン出力として取り出され、図示していないが、エンジンDEを搭載している車両を駆動するとともに、オルタネータやエアコンなどの補機を駆動する。エンジンDEは、始動時には、エンジンスタータ11によって駆動(クランキング)される。なお、図示していないが、クランクシャフト10の駆動力は、変速機、ファイナルギヤ等を介して駆動輪に伝達される。
A series of these operations is repeated, and the
エンジンDEにおいて、吸気弁1は、吸気弁開閉カム機構12によって所定のタイミングで開閉される。そして、吸気弁開閉カム機構12に対して、電磁式の吸気弁カム制御装置13(VVT:可変バルブタイミング制御装置)が設けられている。この吸気弁カム制御装置13は、コントロールユニットCからの制御信号に従って、吸気弁開閉カム機構12を介して、吸気弁1の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。
In the engine DE, the
他方、排気弁6は、排気弁開閉カム機構14によって所定のタイミングで開閉される。そして、排気弁開閉カム機構14に対して、電磁式の排気弁カム制御装置15(VVT)が設けられている。この排気弁カム制御装置15は、コントロールユニットCからの制御信号に従って、排気弁開閉カム機構14を介して、排気弁6の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。
On the other hand, the
エンジンDEの各気筒の燃焼室3に吸入空気を供給する吸気系(吸気システム)には、全気筒に共通な単一の共通吸気通路16が設けられている。共通吸気通路16の先端(上流端)は大気に開放され、その先端部近傍には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入空気中のダスト等を除去するエアクリーナ(図示せず)と、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ17(図3参照)とが設けられている。
An intake system (intake system) that supplies intake air to the
さらに、共通吸気通路16には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、コントロールユニットCによって弁開度(すなわち、共通吸気通路16の流路断面積)が制御される電磁式の吸気制御弁18と、排気ターボ過給機19のブロワ19a(コンプレッサ)と、空冷式のインタークーラ20とが設けられている。ここで、ブロワ19a(排気ターボ過給機19)は、吸入空気を加圧・圧縮してエンジンDEを過給する。また、インタークーラ20は、ブロワ19aの加圧・圧縮(ほぼ断熱圧縮)により温度が上昇した吸入空気を冷却する。
Further, in the
共通吸気通路16は、インタークーラ20の下流側で第1分岐吸気通路16aと第2分岐吸気通路16bとに分岐し、分岐部よりやや下流で両分岐吸気通路16a、16bは集合して再び単一の共通吸気通路16となっている。そして、第1分岐吸気通路16aには電動過給機21が設けられている。この電動過給機21は、第1分岐吸気通路16a内に配設されたコンプレッサ21aと、バッテリ(図示せず)又はオルタネータ(図示せず)から電力が供給されコンプレッサ21aを回転駆動するモータ21b(電動機)とを有している。他方、第2分岐吸気通路16bには、該第2分岐吸気通路16bを開閉する逆止弁22が設けられている。ここで、逆止弁22は、電動過給機21(コンプレッサ21a)が駆動されているときには第2分岐吸気通路16bを閉じ、電動過給機21が停止しているときには第2分岐通路16bを開く。
The
第1分岐吸気通路16aと第2分岐吸気通路16bとの集合部より下流側において、共通吸気通路16の下流端は、吸入空気の脈動を減衰させてその流れを安定させるサージタンク23に接続されている。サージタンク23には、各気筒の燃焼室3に個別に吸入空気を供給する複数の独立吸気通路24が接続され、これらの独立吸気通路24の下流端は、それぞれ対応する気筒の吸気ポート2に接続されている。なお、サージタンク23には、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ25が設けられている。
The downstream end of the
また、エンジンDEには、各燃焼室3から排出された排気ガスを大気中に排出する排気系(排気システム)が設けられ、この排気系には、各気筒に共通な単一の共通排気通路26が設けられている。ただし、排気ガスの流れ方向にみて、上流端近傍部(排気マニホールド)では、排気系は気筒毎に分岐して、対応する気筒の排気ポート7に接続されている。そして、共通排気通路26には、排気ガスによって駆動される排気ターボ過給機19のタービン19bが設けられている。
Further, the engine DE is provided with an exhaust system (exhaust system) that exhausts exhaust gas discharged from each
排気ターボ過給機19は、多数の可動ベーン27によりタービン19bへの排気ガスの通路断面積を変化させることができる可変容量機構を備えた可変容量式過給機(VGT)である。これらの可動ベーン27の角度ないし向きは、可動ベーンアクチュエータ28によって制御される。そして、コントロールユニットCは、可動ベーンアクチュエータ28と可動ベーン27とを介して、排気ガスの通路断面積を変化させ、タービン19b(排気ターボ過給機19)の回転数すなわちブロワ19aの回転数、ひいては過給圧を制御する。なお、排気ターボ過給機19の可変容量機構の具体的な構造及び機能は、後で説明する(図2参照)。
The
さらに、共通排気通路26には、排気の流れ方向にみてタービン19bより下流側に、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒30と、煤(パティキュレート)を捕集するパティキュレートフィルタ31(DPF)とを備えた排気ガス浄化装置32が設けられている。
Further, in the
図示していないが、排気ガス浄化触媒30は、HC及びCOを酸化して浄化する酸化触媒(例えば、白金、ロジウム、パラジウム等からなる触媒)と、NOxを還元して浄化する還元触媒(白金、バリウム等からなる触媒)とが、例えばゼオライト等からなるサポート材に担持されたものであり、その温度が活性化温度(例えば、200〜250℃)以上であるときに、触媒作用ないしは排気ガス浄化作用を有効に発揮する触媒である。またパティキュレートフィルタ31に捕集された煤は、適宜に、例えばパティキュレートフィルタ31の前後の差圧が設定値を超えたときに、排気ガス浄化触媒31が高温化する運転状態とすることにより、例えば膨張行程で燃料噴射を行うことにより、燃焼させられて除去される。
Although not shown, the exhaust
排気ガスの流れ方向にみて、排気ガス浄化触媒30のすぐ下流側の部位と、パティキュレートフィルタ31の下流側の部位とには、それぞれ、第1温度センサ33と第2温度センサ34とが設けられている。ここで、第1温度センサ33は、排気ガス浄化触媒30を出る排気ガスの温度を検出する。この部位における排気ガスの温度は、排気ガス浄化触媒30の温度に関連ないしは対応し、実質的には排気ガス浄化触媒30の温度と同一である。したがって、第1温度センサ33は、実質的には排気ガス浄化触媒30の温度を検出するものといえる。なお、排気ガス浄化触媒30の温度を直接測定する温度センサを設けてもよい。
A
さらに、共通排気通路26には、パティキュレートフィルタ31ないしは第2温度センサ34より下流側に、該共通排気通路26を開閉する排気開閉弁35が設けられている。なお、排気開閉弁35の弁開度(すなわち、共通排気通路26の通路断面積)は、コントロールユニットCによって制御される。
Further, the
また、エンジンDEには、燃料の燃焼に起因するNOxの発生量を低減することを主な目的として、共通排気通路26のタービン上流の比較的高圧の排気ガスの一部を、EGRガスとして吸気系に還流させる高圧EGR装置36が設けられている。この高圧EGR装置36には、EGRガス流路となる高圧EGR通路37が設けられている。ここで、EGRガスの流れ方向にみて高圧EGR通路37の上流端は、排気ガスの流れ方向にみてタービン19bより上流側の部位で共通排気通路26に接続されている。他方、EGRガスの流れ方向にみて高圧EGR通路37の下流端はサージタンク23に接続されている。そして、高圧EGR通路37には、EGRガスの流れ方向にみて上流側から順に、高温(例えば、600〜800℃)のEGRガスを冷却する水冷式の高圧EGRクーラ38と、EGRガスの供給量を制御する高圧EGR制御弁39とが設けられている。
Further, the engine DE mainly takes a part of the relatively high-pressure exhaust gas upstream of the turbine in the
さらに、エンジンDEには、燃料の燃焼に起因するNOxの発生量を低減することを主な目的として、共通排気通路26のパティキュレートフィルタ下流(タービン下流)の比較的低圧の排気ガスの一部を、EGRガスとして吸気系に還流させる低圧EGR装置41が設けられている。この低圧EGR装置41には、EGRガスの流路となる低圧EGR通路42が設けられている。ここで、EGRガスの流れ方向にみて低圧EGR通路42の上流端は、パティキュレートフィルタ31と排気開閉弁35との間の部位で共通排気通路26に接続されている。他方、EGRガスの流れ方向にみて低圧EGR通路42の下流端は、吸気制御弁18とブロワ19aとの間の部位で共通吸気通路16に接続されている。そして、低圧EGR通路42には、EGRガスの流れ方向にみて上流側から順に、EGRガスを冷却する空冷式の低圧EGRクーラ43と、EGRガスの供給量を制御する低圧EGR制御弁44とが設けられている。
Further, the engine DE mainly has a purpose of reducing the amount of NOx generated due to fuel combustion, and a part of the relatively low pressure exhaust gas downstream of the particulate filter (downstream of the turbine) of the
次に、図2を参照しつつ、可変容量式過給機(VGT)である排気ターボ過給機19の可変容量機構の具体的な構造及び機能を説明する。図2は、排気ターボ過給機19のタービン19bの断面図である。図2に示すように、タービン19bは、タービン室52を有し、このタービン室52内には、矢印Dで示す方向に排気ガスが流入する。タービン室52内において、排気ガスが流入する側、すなわち排気入口側には、タービン翼53を取り囲むように複数の可動ベーン27が配置されている。これらの可動ベーン27は、それぞれ、軸55回りに回動可能であり、これらの可動ベーン27はその回動により角度ないし向きが変化するようになっている。
Next, a specific structure and function of the variable capacity mechanism of the
ここで、図2中に実線で示すように、可動ベーン27を、互いに近接するように、すなわち可動ベーン27がタービン翼53の円周方向により近い向きで延びるようにすれば、各可動ベーン27間に形成されるノズル54の開度(以下「ベーンノズル開度」という。)が小さくなる。とくに、エンジン回転数が低いときにベーンノズル開度を小さくすると、排気ガスの流速が高くなり、さらに排気ガスの流れがタービン19bの接線方向(円周方向)に向くので、過給効率が高くなる。ただし、この場合、エンジンDEの排圧(排気ガスの圧力)は上昇する。
Here, as shown by a solid line in FIG. 2, if the
また、図2中に仮想線(二点鎖線)で示すように、可動ベーン27を、互いに離反するように、すなわち可動ベーン27がタービン翼53の半径方向により近い向きで延びるようにすれば、ベーンノズル開度が大きくなる。とくに、エンジン回転数が高いときに開度を大きくすると、排気ガスの流量をより大きくすることができるので、過給効率が高くなる。コントロールユニットCは、これらの可動ベーン27の角度ないし向きすなわちベーンノズル開度を、可動ベーンアクチュエータ28を介して、全閉から全開まで制御するようになっている。
Further, as shown by a virtual line (two-dot chain line) in FIG. 2, if the
以下、エンジンDEの制御システムを説明する。
図3に示すように、エンジンDEには、その運転状態に関する各種情報を収集するために種々のセンサが設けられている。すなわち、前記のエアフローセンサ17、吸気圧センサ25、第1温度センサ33及び第2温度センサ34のほかに、さらに、クランクシャフト10の回転数(エンジン回転数)を検出するエンジン回転数センサ56、クランク角を検出するクランク角センサ57、エンジンDEの冷却水温度(エンジン水温)を検出するエンジン水温センサ58、アクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ59、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ60及び車速を検出する車速センサ61が設けられている。これらの各センサの検出信号は、エンジンDE等の制御情報としてコントロールユニットCに入力される。
Hereinafter, the control system of the engine DE will be described.
As shown in FIG. 3, the engine DE is provided with various sensors for collecting various types of information regarding the operating state. That is, in addition to the
コントロールユニットCは、課題を解決するための手段の欄に記載された「減速制御手段」を含むエンジンDEないしはその付属機器の総合的な制御手段である。詳しくは図示していないが、コントロールユニットCは、制御信号の入出力を行う入出力部(インターフェース)、データや制御情報等を記憶する記憶部(ROM、RAM等)、各種演算処理を行う中央処理装置(CPU)、タイマ、カウンタ等を備えたコンピュータである。 The control unit C is an overall control means for the engine DE or its accessory devices including the “deceleration control means” described in the section for solving the problems. Although not shown in detail, the control unit C includes an input / output unit (interface) that inputs and outputs control signals, a storage unit (ROM, RAM, and the like) that stores data and control information, and a central unit that performs various arithmetic processes. A computer including a processing unit (CPU), a timer, a counter, and the like.
そして、コントロールユニットCは、前記各センサによって検出された各種データに基づいて、燃料噴射弁5、吸気弁カム制御装置13、排気弁カム制御装置15、吸気制御弁18、電動過給機21、逆止弁22、可動ベーンアクチュエータ28、排気開閉弁35、高圧EGR制御弁39、低圧EGR制御弁44等を制御ないしは駆動することにより、燃料噴射制御、EGR制御、過給圧制御、パティキュレートフィルタ31の再生制御等の普通のエンジン制御を行うとともに、エンジンDE又は該エンジンDEを搭載している車両の減速時に適切なエンジンブレーキ力を生じさせるための電動過給機21及び燃料噴射弁5の制御(以下「エンジンブレーキ制御」という。)を行うようになっている。しかしながら、普通のエンジン制御については、その制御手法は当業者にはよく知られており、またこのような普通のエンジン制御は本発明の要旨とするところでもないので、その説明を省略する。
And the control unit C is based on the various data detected by each said sensor, the
以下、図4に示すフローチャートに従って、コントロールユニットCによって実行される、本発明に係るエンジンブレーキ制御の制御手順を具体的に説明する。図4に示すように、このエンジンブレーキ制御においては、制御が開始されると(スタート)、まずステップS1で、各センサ17、25、33、34、56〜61によって検出された物性値ないしは検出値に対応する各種信号が読み込まれる。
Hereinafter, according to the flowchart shown in FIG. 4, the control procedure of the engine brake control according to the present invention, which is executed by the control unit C, will be specifically described. As shown in FIG. 4, in this engine brake control, when the control is started (start), first, in step S1, the physical property values or detections detected by the
次に、ステップS2で、アクセル開度ないしはその減少速度に基づいて、エンジンDE(ないしは車両)が減速状態であるか否かが判定される。ここで、エンジンDEが減速状態であると判断された場合は(YES)、ステップS3〜S7で、エンジンDEないしは車両の運転状態若しくは走行環境、又は運転者の減速要求に応じたエンジンブレーキ力を生じさせるための制御が行われる。なお、後で説明するように、エンジンDEが減速状態でないと判断された場合は(NO)、ステップS8〜S11で、エンジンブレーキ力の制御を行わない通常の電動過給機制御ないしは燃料噴射制御が行われる。 Next, in step S2, it is determined whether or not the engine DE (or vehicle) is in a decelerating state based on the accelerator opening or the decreasing speed. Here, when it is determined that the engine DE is in a deceleration state (YES), in steps S3 to S7, the engine DE or the driving state or driving environment of the vehicle, or the engine braking force corresponding to the driver's deceleration request is applied. Control is performed to produce it. As will be described later, when it is determined that the engine DE is not in a deceleration state (NO), normal electric supercharger control or fuel injection control in which engine braking force is not controlled in steps S8 to S11. Is done.
ステップS2でエンジンDEが減速状態であると判定された場合は、まずステップS3で、排気ガス浄化触媒30の温度ないしはこれに関連する温度(以下「触媒温度」という。)が予め設定された基準温度αを超えているか否かが判定される。ここで、基準温度αは、排気ガス浄化触媒30の活性化温度又はこれよりやや高い(例えば10℃)温度に設定される。
When it is determined in step S2 that the engine DE is in a decelerating state, first, in step S3, the temperature of the exhaust
ステップS3で触媒温度が基準温度αを超えていると判定された場合は(YES)、ステップS4で車速、減速度等に応じた回転数で電動過給機21が作動させられる一方、逆止弁22が閉弁される。続いて、ステップS5で燃料噴射弁5からの燃料噴射が停止される(燃料カット)、この後ステップS1に復帰する(リターン)。つまり、ステップS4〜S5では、減速時に電動過給機21を作動させて燃焼室3に流入する吸入空気の量を制御することにより、エンジンブレーキ力を要求減速度が得られるように制御する一方、燃料カットにより、エンジンブレーキ力を高めるとともに燃費性を高めるようにしている。
If it is determined in step S3 that the catalyst temperature exceeds the reference temperature α (YES), in step S4, the
図5は、アクセル戻し速度と要求減速度の関係を示している。なお、アクセル戻し速度は、アクセルペダルの踏み込み量の減少方向の変化率、すなわちアクセル開度の減少速度である。また要求減速度は、車両の運転者の意思又は車両の走行状態等に応じて要求されるエンジンDE又は車両の減速度すなわち速度の減少方向の変化率である。図5から明らかなとおり、アクセル戻し速度が大きいときほど要求減速度は大きい。このようなエンジンブレーキ力の制御は、フットブレーキを使用するほどの減速度は要求されていないが、単にアクセルペダルを戻すだけでは、要求される減速度が得られない場合に最適な制御である。 FIG. 5 shows the relationship between the accelerator return speed and the required deceleration. The accelerator return speed is the rate of change in the decreasing direction of the accelerator pedal depression amount, that is, the accelerator opening decreasing speed. The requested deceleration is the engine DE or the deceleration of the vehicle, that is, the rate of change in the speed decreasing direction, which is requested according to the intention of the driver of the vehicle or the traveling state of the vehicle. As is apparent from FIG. 5, the required deceleration is larger as the accelerator return speed is larger. Such control of the engine braking force is optimal when the required deceleration is not obtained by simply returning the accelerator pedal, although the deceleration enough to use the foot brake is not required. .
図6は、車速と要求減速度の関係を示している。図6から明らかなとおり、低速域では車速の上昇に伴って要求減速度が大きくなるが、高速域では逆に車速の上昇に伴って要求減速度が小さくなる。これは、ある程度の車速に達すると、エンジンブレーキ力は駆動輪に強いブレーキとして作用して車両の走行安定性を低下させるので、高速域では減速度を緩やかに制御する必要があるからである。 FIG. 6 shows the relationship between the vehicle speed and the requested deceleration. As is apparent from FIG. 6, the required deceleration increases as the vehicle speed increases in the low speed range, but conversely in the high speed range, the required deceleration decreases as the vehicle speed increases. This is because, when the vehicle speed reaches a certain level, the engine braking force acts as a strong brake on the drive wheels to reduce the running stability of the vehicle, so that it is necessary to moderately control the deceleration in the high speed range.
かくして、このエンジンブレーキ制御では、基本的には、アクセル戻し速度に係る要求と、車速に係る要求とを満たすように、エンジンブレーキ力を、アクセル戻し速度、車速、変速機のギヤ比等に基づいて制御するようにしている。エンジンブレーキ力は、燃焼室3内に入る吸入空気の圧縮仕事により生じるが、一般に、この圧縮仕事は無駄な仕事と考えられている。なお、従来のこの種のエンジンないしは車両では、減速時に、燃料カットや可変容量式過給機(VGT)の可動ベーン27の開放などにより燃費性の向上を図っているが、エンジンブレーキの制御は行われていない。
Thus, in this engine brake control, basically, the engine braking force is based on the accelerator return speed, the vehicle speed, the gear ratio of the transmission, etc. so as to satisfy the request for the accelerator return speed and the request for the vehicle speed. To control. The engine braking force is generated by the compression work of the intake air entering the
本発明に係るエンジンブレーキ制御では、電動過給機21を用いることにより、排気ターボ過給機19(VGT)の作動時又は燃料カット状態においても、エンジンブレーキを有効に利用して、車両の運転者が要求する減速度を実現することができる。前記のとおり、このエンジンブレーキ制御では、要求減速度は、車両の運転者の要求に係るアクセル戻し速度と、車両の運転状態である車速とに基づいて算出ないしは設定される。そして、このように要求減速度を調節ないしは制御するためには、その時の車両の駆動力と車両の走行抵抗の関係を予め知っておくことが必要である。
In the engine brake control according to the present invention, by using the
図7は、車両の駆動力及び車両の通常の走行抵抗の車速に対する変化特性を示している。図7から明らかなとおり、車両の駆動力は、変速ギヤ比が高い(高速段)ときほど小さくなる。また、通常の走行状態では、車速が上昇すれば車両の走行抵抗は増加する。 FIG. 7 shows the change characteristics of the driving force of the vehicle and the normal running resistance of the vehicle with respect to the vehicle speed. As is apparent from FIG. 7, the driving force of the vehicle becomes smaller as the transmission gear ratio is higher (high speed stage). Further, in a normal traveling state, the traveling resistance of the vehicle increases as the vehicle speed increases.
図8は、例えば図7に示す車両の駆動力と車両の走行抵抗の関係を考慮して作成された、要求減速度を車速及びアクセル戻し速度をパラメータとしてあらわしたエンジンブレーキ制御のための基本マップである。なお、この基本マップは、コントロールユニットCのメモリに予め記憶されている。ステップS4では、この基本マップを用いて、使用されている変速機のギヤ比と、車速、アクセル戻し速度等に基づいて、その時の要求減速度が算出又は設定される。図8に示すように、この基本マップでは、要求減速度は、基本的には、車速が高いときほど小さくなり、アクセル戻し速度が大きいときほど大きくなるように設定されている。例えば車速が低く、かつアクセス戻し速度が大きいときには、設定される要求減速度は大きくなる。 FIG. 8 is a basic map for engine brake control, for example, which takes the relationship between the driving force of the vehicle and the running resistance of the vehicle shown in FIG. 7 and shows the required deceleration as the vehicle speed and the accelerator return speed as parameters. It is. This basic map is stored in advance in the memory of the control unit C. In step S4, the required deceleration at that time is calculated or set based on the gear ratio of the transmission being used, the vehicle speed, the accelerator return speed, and the like using this basic map. As shown in FIG. 8, in this basic map, the required deceleration is basically set so as to decrease as the vehicle speed increases and to increase as the accelerator return speed increases. For example, when the vehicle speed is low and the access return speed is high, the set required deceleration becomes large.
そして、基本マップに基づいて算出された要求減速度に相応するトルクをエンジンDEで発生させることができる吸入空気量となるよう電動過給機21を駆動して過給を行い、要求減速度に相応するエンジンブレーキ力を得るようにしている。なお、電動過給機21の停止時には、このように生成されたエンジンブレーキ力ないしは減速度に急激な変化が生じるのを防止するため、ある程度の時間でもって緩やかに電動過給機21を停止させることが必要である。
Then, the
他方、前記のステップS3で触媒温度が基準温度α以下であると判定された場合は(NO)、ステップS6で電動過給機1が停止される一方、逆止弁22が開弁される。続いて、ステップS7で、減量補正された噴射量で燃料噴射弁5から燃料が噴射される。このように、減速時であるのにもかかわらず電動過給機21を停止させて減量補正された噴射量で燃料を噴射するのは、排気ガスの温度を高めて触媒温度の低下による排気ガス浄化触媒30の活性の低下を防止するためである。この後ステップS1に復帰する(リターン)。
On the other hand, when it is determined in step S3 that the catalyst temperature is equal to or lower than the reference temperature α (NO), in step S6, the
ところで、前記のステップS2でエンジンDEが減速状態でないと判断された場合は(NO)、前記のとおりエンジンブレーキ力の制御を行わない通常の制御が行われるが、この場合、まずステップS8で、アクセル開度ないしはその増加速度に基づいて、エンジンDE(ないしは車両)が加速状態にあるか否かが判定される。一般に、アクセルペダルが踏み込まれてエンジンDEが加速を開始したときには、アクセルペダルの踏み込み動作に対して、排気ターボ過給機19のタービン19b及びブロワ19aの動作遅れに起因する過給遅れ(ターボラグ)が生じる。このため、吸入空気の圧力の上昇(過給)の遅れにより吸入空気が不足し、エンジンDEを迅速に加速することができなくなる。そこで、このエンジンDEでは、エンジンDEが加速状態であるときは、電動過給機21を駆動して吸入空気の圧力の上昇(過給)を助勢し、過給遅れの発生を防止ないしは抑制するようにしている。
By the way, when it is determined in step S2 that the engine DE is not in a decelerating state (NO), normal control without engine brake force control is performed as described above. In this case, first, in step S8, It is determined whether or not the engine DE (or the vehicle) is in an acceleration state based on the accelerator opening or the increasing speed. In general, when the accelerator pedal is depressed and the engine DE starts accelerating, a supercharging delay (turbo lag) due to the operation delay of the
ステップS8でエンジンDEが加速状態であると判定された場合は(YES)、ステップS3で、電動過給機21が所定の作動回転数(例えば、50000〜70000rpm)で作動させられる一方、逆止弁22が閉弁される。この場合、吸入空気は電動過給機21によって迅速に加圧され、過給遅れの発生が防止ないしは抑制される。次に、ステップS11で通常の燃料噴射制御が行われた後、ステップS1に復帰する(リターン)。
If it is determined in step S8 that the engine DE is in an accelerated state (YES), in step S3, the
他方、ステップS8でエンジンDEが加速状態でないと判定された場合は(NO)、電動過給機21を駆動する必要はないので、ステップS10で電動過給機21が停止させられるとともに、逆止弁22が開弁される。この場合、吸入空気は、電動過給機21をバイパスし、第2分岐吸気通路16bを経由して流れる。この後、ステップS1に復帰する(リターン)。
On the other hand, if it is determined in step S8 that the engine DE is not in an accelerated state (NO), there is no need to drive the
以上、実施の形態1に係るエンジンDEないしはエンジンブレーキ制御によれば、エンジンDEないしは車両の減速時に、排気ガス浄化触媒30がその活性化温度よりも低下するのを有効に防止しつつ、運転者ないしは車両の要求減速度に応じてエンジンブレーキ力を適切に調節することができる。
As described above, the engine DE or engine brake control according to the first embodiment effectively prevents the exhaust
(実施の形態2)
以下、図9及び図10を参照しつつ、本発明の実施の形態2を説明する。ただし、実施の形態2は、エンジンがディーゼルエンジンではなく点火火花式のガソリンエンジンであることと、これに付随して生じる相違点とを除けば、実施の形態1と実質的に同一である。そこで、以下では説明の重複を避けるため、主として実施の形態1と異なる点を説明する。なお、実施の形態2ではレシプロ型のガソリンエンジンについて説明を行っているが、本発明はその他の火花点火式エンジン、例えば燃料として水素又はプロパン等を用いるレシプロ型又はロータリ型の火花点火式エンジンにも適用することができるのはもちろんである。
(Embodiment 2)
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. However, the second embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the engine is an ignition spark type gasoline engine instead of a diesel engine, and the differences that accompany this. Therefore, in the following, in order to avoid duplication of explanation, differences from the first embodiment will be mainly described. Although the reciprocating type gasoline engine is described in the second embodiment, the present invention is applied to other spark ignition type engines, for example, reciprocating type or rotary type spark ignition engines using hydrogen or propane as fuel. Of course it can also be applied.
図9及び図10に示すように、ガソリンエンジンCE(以下、略して「エンジンCE」という。)においては、吸気弁1が開かれたときに、吸気ポート2から燃焼室3内に混合気が吸入される。そして、燃焼室3内の混合気はピストン4によって圧縮され、所定のタイミングで点火プラグ63により点火されて燃焼する。燃焼によって生じたガスすなわち排気ガスは、排気弁6が開かれたときに排気ポート7に排出される。これらの一連の動作が繰り返され、ピストン4はシリンダ8内で往復運動を繰り返す。ピストン4の往復運動をクランクシャフト10の回転運動に変換する機構、及び、エンジンCEを始動させるための機構は、実施の形態1に係るエンジンDEと同様である。
As shown in FIGS. 9 and 10, in the gasoline engine CE (hereinafter referred to as “engine CE” for short), when the
エンジンCEの吸気系では、共通吸気通路16に吸気制御弁18は設けられていない。なお、共通吸気通路16には、電動過給機21より下流側にスロットル弁64が設けられている。さらに、各独立吸気通路24には、それぞれ、燃料を噴射する燃料噴射弁65が設けられている。なお、燃料噴射弁65は、燃焼室3内に直接燃料を噴射するようにしてもよい。また、エンジンCEはガソリンエンジンであるので、ディーゼルエンジン用のコモンレールを備えていないのはもちろんである。エンジンCEの吸気系のその他の構成は、実施の形態1に係るエンジンDEと同様である。
In the intake system of the engine CE, the
エンジンCEの排気システムでは、排気ターボ過給機19のタービン19bより下流側において共通排気通路26に、排気ガスを浄化するために、例えば三元触媒からなる排気ガス浄化触媒66を備えた排気ガス浄化装置32が介設されている。なお、エンジンCEはガソリンエンジンであり、煤は発生しないので、排気ガス浄化装置32内にパティキュレートフィルタは設けられていない。また、共通排気通路26に排気開閉弁は設けられていない。エンジンCEの排気システムのその他の構成は、実施の形態1に係るエンジンDEと同様である
In the exhaust system of the engine CE, in order to purify the exhaust gas in the
エンジンCEでは、エンジンDEと同様に、共通排気通路26のタービン上流の比較的高圧の排気ガスの一部を、EGRガスとして吸気系に還流させる高圧EGR装置36が設けられている。そして、高圧EGR装置36は、エンジンDEと同様に、高圧EGR通路37と、高圧EGRクーラ38と、高圧EGR制御弁39とを備えている。しかしながら、エンジンCEには低圧EGR装置は設けられていない。
In the engine CE, as in the engine DE, a high-
コントロールユニットCは、点火プラグ63とスロットル弁64と燃料噴射弁65とを制御して、ガソリンエンジンにおける普通のスロットル弁開度制御と燃料噴射制御と点火時期制御とを行う点を除けば、エンジンDEの場合と同様のエンジン制御を行う。さらに、コントロールユニットCは、基本的には図4に示すフローチャートに従って、エンジンDEの場合と同様のエンジンブレーキ制御を行う。なお、エンジンCEでは、排気ガス浄化触媒66の温度ないしはこれに関連する温度(触媒温度)は、第2温度センサ34によって検出される。
The control unit C controls the
エンジンCEのその他の構成及び機能は、エンジンDEと同様である。かくして、実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、車両の減速時にエンジンCEの排気ガス浄化触媒66(例えば三元触媒)がその活性化温度よりも低下するのを有効に防止しつつ、運転者ないしは車両の要求減速度に応じてエンジンブレーキ力を適切に調節することができる。 Other configurations and functions of the engine CE are the same as those of the engine DE. Thus, in the second embodiment, as in the first embodiment, the exhaust gas purification catalyst 66 (for example, a three-way catalyst) of the engine CE is effectively prevented from lowering its activation temperature when the vehicle is decelerated. However, the engine braking force can be appropriately adjusted according to the driver's or vehicle's required deceleration.
DE ディーゼルエンジン、CE ガソリンエンジン、C コントロールユニット、1 吸気弁、2 吸気ポート、3 燃焼室、4 ピストン、5 燃料噴射弁、6 排気弁、7 排気ポート、8 シリンダ(気筒)、9 コネクチングロッド、10 クランクシャフト、11 エンジンスタータ、12 吸気弁開閉カム機構、13 吸気弁カム制御装置、14 排気弁開閉カム機構、15 排気弁カム制御装置、16 共通吸気通路、16a 第1分岐吸気通路、16b 第2分岐吸気通路、17 エアフローセンサ、18 吸気制御弁、19 排気ターボ過給機、19a ブロワ、19b タービン、20 インタークーラ、21 電動過給機、21a コンプレッサ、21b モータ、22 逆止弁、23 サージタンク、24 独立吸気通路、25 吸気圧センサ、26 共通排気通路、27 可動ベーン、28 可動ベーンアクチュエータ、30 排気ガス浄化触媒、31 パティキュレートフィルタ、32 排気ガス浄化装置、33 第1温度センサ、34 第2温度センサ、35 排気開閉弁、36 高圧EGR装置、37 高圧EGR通路、38 高圧EGRクーラ、39 高圧EGR制御弁、41 低圧EGR装置、42 低圧EGR通路、43 低圧EGRクーラ、44 低圧EGR制御弁、52 タービン室、53 タービン翼、54 ノズル、55 可動ベーンの軸、56 エンジン回転数センサ、57 クランク角センサ、58 エンジン水温センサ、59 アクセル開度センサ、60 吸気温センサ、61 車速センサ、63 点火プラグ、64 スロットル弁、65 燃料噴射弁、66 排気ガス浄化触媒。 DE diesel engine, CE gasoline engine, C control unit, 1 intake valve, 2 intake port, 3 combustion chamber, 4 piston, 5 fuel injection valve, 6 exhaust valve, 7 exhaust port, 8 cylinder (cylinder), 9 connecting rod, 10 crankshaft, 11 engine starter, 12 intake valve opening / closing cam mechanism, 13 intake valve cam control device, 14 exhaust valve opening / closing cam mechanism, 15 exhaust valve cam control device, 16 common intake passage, 16a first branch intake passage, 16b first 2-branch intake passage, 17 air flow sensor, 18 intake control valve, 19 exhaust turbocharger, 19a blower, 19b turbine, 20 intercooler, 21 electric supercharger, 21a compressor, 21b motor, 22 check valve, 23 surge Tank, 24 independent intake passages, 25 intake pressure Sensor, 26 common exhaust passage, 27 movable vane, 28 movable vane actuator, 30 exhaust gas purification catalyst, 31 particulate filter, 32 exhaust gas purification device, 33 first temperature sensor, 34 second temperature sensor, 35 exhaust opening / closing valve, 36 High pressure EGR device, 37 High pressure EGR passage, 38 High pressure EGR cooler, 39 High pressure EGR control valve, 41 Low pressure EGR device, 42 Low pressure EGR passage, 43 Low pressure EGR cooler, 44 Low pressure EGR control valve, 52 Turbine chamber, 53 Turbine blade, 54 nozzle, 55 movable vane shaft, 56 engine speed sensor, 57 crank angle sensor, 58 engine water temperature sensor, 59 accelerator opening sensor, 60 intake air temperature sensor, 61 vehicle speed sensor, 63 spark plug, 64 throttle valve, 65 fuel Injection valve, 66 exhaust gas Catalyst.
Claims (5)
排気通路に配設された排気ガス浄化装置と、
エンジン又は該エンジンを搭載している車両の減速時に、該エンジンへの燃料供給を停止させるとともに、上記電動過給機を作動させる減速制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの過給装置。 An electric supercharger having a compressor disposed in the intake passage and a motor for driving the compressor;
An exhaust gas purification device disposed in the exhaust passage;
An engine supercharger comprising: deceleration control means for stopping the fuel supply to the engine and operating the electric supercharger when the engine or a vehicle equipped with the engine is decelerated apparatus.
上記減速制御手段は、上記温度検出手段によって検出された上記温度が予め設定された基準温度以下のときは、上記電動過給機の上記作動を停止させるとともに、該エンジンへの燃料供給を減量補正して行うよう構成されていることを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの過給装置。 The engine includes temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas purifying device or a temperature related to the temperature;
The deceleration control means stops the operation of the electric supercharger and corrects the fuel supply to the engine to be reduced when the temperature detected by the temperature detection means is equal to or lower than a preset reference temperature. The supercharging device for an engine according to claim 1, wherein the supercharging device for the engine is configured to be performed as described above.
上記電動過給機が上記インタークーラより下流で上記吸気通路に配設されていることを特徴とする、請求項1に記載のエンジンの過給装置。 An exhaust turbocharger, and an intercooler disposed in the intake passage downstream from the blower of the exhaust turbocharger,
The supercharger for an engine according to claim 1, wherein the electric supercharger is disposed in the intake passage downstream from the intercooler.
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