JP2014001673A

JP2014001673A - 機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法

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Publication number: JP2014001673A
Application number: JP2012137042A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Imamura; 稔朗今村
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: JP5970972B2

Abstract

【課題】機械式過給器を含む複数の過給器が、互いに干渉することなくそれぞれ過給圧力を制御することができる機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ８は、機械式過給器３の過給圧力を第１バイパスバルブ５のフィードバック制御により制御するときは、ターボチャージャー２の過給圧力は予め設定した第１のマップデータに従って制御し、機械式過給器３の第１バイパスバルブ５のフィードバック制御をしないときは、その機械式過給器３の過給圧力は予め設定した第２のマップデータに従って制御する一方で、ターボチャージャー２の過給圧力を第２バイパスバルブ１０及び可動ベーン１２のフィードバック制御により制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法に関し、更に詳しくは、機械式過給器を含む複数の過給器が、互いに干渉することなくそれぞれ過給圧力を制御することができる機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法に関する。

一般に、機械式過給器を備える内燃機関には、その機械式過給器の上流側の吸気管と下流側の吸気管との間をバイパスするバルブ付きの経路が備えられており、そのバルブの開度を調節することで、機械式過給器の過給仕事量を調整し、過給圧力を制御することができるようになっている。このバイパスバルブは、機械式過給器の過給圧力が、エンジン回転速度、燃料噴射量や吸入空気量などの情報に基づいて定めた目標過給圧力になるように開度が制御される。

しかしながら、例えば特許文献１の内燃機関のように、機械式過給器の上流側に、コンプレッサーのバイパスバルブ及びタービンの可動ベーンによって過給圧力を調整可能な過給器を配置した場合には、双方の過給器のバイパスバルブ又は可動ベーンの制御が互いに干渉して、過給圧力の制御に支障を来すおそれがある。このことは、機械式過給器とその上流側の過給器との間にＥＧＲガスの合流部が設けられていると、ＥＧＲガス流量の制御にまで影響を与える可能性がある。

特開２０１１−１８７７号公報

本発明の目的は、機械式過給器を含む複数の過給器が、互いに干渉することなくそれぞれ過給圧力を制御することができる機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法を提供することにある。

上記の目的を達成する第１発明の機械式過給器付き内燃機関は、機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関において、前記機械式過給器の過給圧力をフィードバック制御するときは、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力はフィードバック制御することなく予め設定した第１のマップデータに従って制御し、前記機械式過給器の過給圧力のフィードバック制御をしないときは、該機械式過給器の過給圧力は予め設定した第２のマップデータに従って制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力をフィードバック制御する制御装置を備えることを特徴とするものである。

第２発明の機械式過給器付き内燃機関は、機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関において、前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、前記少なくとも１台の過給器のフィードバック制御の応答速度を、前記機械式過給器のフィードバック制御の応答速度よりも遅くする制御装置を備えることを特徴とするものである。

第３発明の機械式過給器付き内燃機関は、機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関において、前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、前記機械式過給器において、該機械式過給器の下流の吸気圧力が、又は該機械式過給器の上流の吸気圧力と前記下流の吸気圧力との比が、予め設定した目標値になるようにフィードバック制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器において、該過給器の下流の吸気圧力が予め設定した目標値になるようにフィードバック制御する制御装置を備えることを特徴とする。

第４発明の機械式過給器付き内燃機関の過給方法は、機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関の過給方法であって、
前記機械式過給器の過給圧力をフィードバック制御するときは、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力はフィードバック制御することなく予め設定した第１のマップデータに従って制御し、前記機械式過給器の過給圧力のフィードバック制御をしないときは、該機械式過給器の過給圧力は予め設定した第２のマップデータに従って制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力をフィードバック制御することを特徴とするものである。

第５発明の機械式過給器付き内燃機関の過給方法は、機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関の過給方法であって、前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、前記少なくとも１台の過給器のフィードバック制御の応答速度を、前記機械式過給器のフィードバック制御の応答速度よりも遅くすることを特徴とするものである。

第６発明の機械式過給器付き内燃機関の過給方法は、機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関の過給方法であって、前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、前記機械式過給器において、該機械式過給器の下流の吸気圧力が、又は該機械式過給器の上流の吸気圧力と前記下流の吸気圧力との比が、予め設定した目標値になるようにフィードバック制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器において、該過給器の下流の吸気圧力が予め設定した目標値になるようにフィードバック制御することを特徴とするものである。

第１発明の機械式過給器付き内燃機関及び第４発明の過給方法によれば、機械式過給器におけるフィードバック制御と、その上流に配置された少なくとも１台の過給器におけるフィードバック制御とを同時に行わないようにしたので、機械式過給器と少なくとも１台の過給器とは互いに干渉することなくそれぞれの過給圧力を正常に制御することができる。

第２発明の機械式過給器付き内燃機関及び第５発明の過給方法によれば、機械式過給器の過給圧力と、その上流に配置された少なくとも１台の過給器の過給圧力とを同時にフィードバック制御する際に、少なくとも１台の過給器における応答速度を、機械式過給器における応答速度よりも遅くするようにしたので、機械式過給器と少なくとも１台の過給器とは互いに干渉することなくそれぞれの過給圧力を正常に制御することができる。

第３発明の機械式過給器付き内燃機関及び第６発明の過給方法によれば、機械式過給器の過給圧力と、その上流に配置された少なくとも１台の過給器の過給圧力とを同時にフィードバック制御する際に、機械式過給器におけるフィードバック制御の目標値として、機械式過給器の下流の吸気圧力、又は機械式過給器の上流の吸気圧力と下流の吸気圧力との比を追加する一方で、少なくとも１台の過給器におけるフィードバック制御の目標値として、その過給器の下流の吸気圧力を追加するようにしたので、機械式過給器と少なくとも１台の過給器とは互いに干渉することなくそれぞれの過給圧力を正常に制御することができる。

本発明の実施形態からなる機械式過給器付き内燃機関の構成図である。過給方法の第１実施形態におけるフィードバック制御の許可条件を定めるマップの例である。過給方法の第３実施形態における制御内容の例を示す制御図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態からなる機械式過給器付き内燃機関の構成を示す。なお、図中における一点鎖線は信号線を示す。

この機械式過給器付き内燃機関は、吸気管１の上流側から順に配置された低圧段過給器であるターボチャージャー２と、高圧段過給器である機械式過給器３とを備えている。なお、図１の構成ではターボチャージャー２は１台であるが、複数台のターボチャージャー２を直列に接続するようにしても良い。

機械式過給器３は、吸気管１をバイパスする第１バイパス経路４に介設された第１バイパスバルブ５の開度を変化させることで、過給圧力を調節できるようになっている。通常時には、第１バイパスバルブ５の開度は、過給圧力が予め設定された目標値になるように、吸気マニホールド６に設置された第１圧力センサ７の測定値に基づいてＥＣＵ８によりフィードバック制御される。

ターボチャージャー２は、吸気管１をバイパスする第２バイパス経路９に介設された第２バイパスバルブ１０の開度及びタービン１１の可動ベーン１２の開度を変化させることで、過給圧力を調節できるようになっている。通常時には、第２バイパスバルブ１０の開度及び可動ベーン１２の開度は、過給圧力が予め設定された目標値になるように、下流側の吸気管１に設置された第２圧力センサ１３の測定値に基づいてＥＣＵ８によりフィードバック制御される。

この機械式過給器付き内燃機関の吸気管１へ吸入された空気１４は、ターボチャージャー２のコンプレッサ１５により低圧に圧縮され、更に機械式過給器３のコンプレッサ１６により高圧に圧縮された後に、インタークーラー１７で冷却されてから吸気スロットル１８を経て吸気マニホールド６からエンジン本体１９の４つの気筒２０のそれぞれに供給される。そして、各気筒２０で噴射燃料を燃焼させた後に排気ガスとなって排気マニホールド２１を経て排気管２２へ排気されるが、その一部は機械式過給器３とターボチャージャー２との間の吸気管１に接続するＥＧＲ通路２３にＥＧＲガスとなって分流する。ＥＧＲ通路２３には、水冷式のＥＧＲクーラー２４と、ＥＣＵ８により制御されるＥＧＲバルブ２５とが、排気管２２側から順に配置されている。ＥＧＲ通路２３に分流しなかった排気ガスは、ターボチャージャー２のタービン１１を回転駆動させた後に外部へ排出ガス２６となって放出される。

このような機械式過給器付き内燃機関における過給方法を以下に説明する。
機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法の第１実施形態では、ＥＣＵ８は、第１バイパスバルブ５をフィードバック制御して機械式過給器２の過給圧力を調整するときは、第２バイパスバルブ１０及び可動ベーン１２を予め設定した第１マップデータに従って制御することでターボチャージャー２の過給圧力を調整する。その一方で、第１バイパスバルブ５をフィードバック制御しないときは、その第１バイパスバルブ５を予め設定した第２マップデータに従って制御することで機械式過給器３の過給圧力を調整する一方で、第２バイパスバルブ１０及び可動ベーン１２をフィードバック制御してターボチャージャー２の過給圧力を調整する。

上記のＥＣＵ８による制御において、機械式過給器３とターボチャージャー２のいずれをフィードバック制御するかは、例えば図２に示すような、エンジン回転速度と燃料噴射量（又はトルク）との関係を示すマップから定められる。この図２の例では、エンジン回転速度及び燃料噴射量が低くなる領域では、機械式過給機３の過給圧力をフィードバック制御するとともに、ターボチャージャー２の過給圧力はマップ制御する。その一方で、エンジン回転速度及び燃料噴射量が高くなる領域では、機械式過給機３の過給圧力をマップ制御するとともに、ターボチャージャー２の過給圧力をフィードバック制御するようにしている。なお、両者の中間の領域では、エンジン本体１９の状態を示す他のパラメータに基づいて、いずれか一方の過給圧力を適宜フィードバック制御する。

このように、機械式過給器３におけるフィードバック制御とターボチャージャー２におけるフィードバック制御とを同時に行わないようにすることで、機械式過給器３とターボチャージャー２とは互いに干渉することなくそれぞれの過給圧力を正常に制御することができる。また、過給圧力を正常に制御することにより、ＥＣＵ８によるＥＧＲバルブ２５の制御に影響を及ぼさないようにすることができる。

機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法の第２実施形態では、ＥＣＵ８は、第１バイパスバルブ５をフィードバック制御して機械式過給器３の過給圧力を調整すると同時に、第２バイパスバルブ１０及び可動ベーン１２をフィードバック制御してターボチャージャー２の過給圧力を調整するとともに、第２バイパスバルブ１０及び可動ベーン１２のフィードバック制御の応答速度を、第１バイパスバルブ５のフィードバック制御の応答速度よりも遅くする。

このように、機械式過給器３の過給圧力とターボチャージャー２の過給圧力とを同時にフィードバック制御する際に、ターボチャージャー２における応答速度を、機械式過給器３における応答速度よりも遅くすることで、機械式過給器３とターボチャージャー２とは互いに干渉することなくそれぞれの過給圧力を正常に制御することができる。また、過給圧力を正常に制御することにより、ＥＣＵ８によるＥＧＲバルブ２５の制御に影響を及ぼさないようにすることができる。

機械式過給器付き内燃機関及びその過給方法の第３実施形態では、ＥＣＵ８は、第１バイパスバルブ５をフィードバック制御して機械式過給器３の過給圧力を調整すると同時に、第２バイパスバルブ１０及び可動ベーン１２をフィードバック制御してターボチャージャー２の過給圧力を調整するとともに、第１バイパスバルブ５のフィードバック制御の目標値として、機械式過給器３の下流の吸気圧力、又は機械式過給器３の上流の吸気圧力と下流の吸気圧力との比を用いる。その一方で、第２バイパスバルブ１０及び可動ベーン１２のフィードバック制御の目標値として、ターボチャージャー２の下流の吸気圧力を追加する。

機械式過給器３及びターボチャージャー２におけるフィードバック制御の新たな目標値の設定方法を図３に示す。この図３では、機械式過給器３におけるフィードバック制御の目標値として、下流の吸気圧力又は吸気圧力の比のいずれかを追加する例を示している。
ＥＣＵ８は、エンジン回転速度と燃料噴射量のデータからマップＡに基づいて、機械式過給器３の上流の吸気圧力をターボチャージャー２におけるフィードバック制御の目標値Ｘとして追加する。また、同様にマップＢに基づいて、機械式過給器３の下流の吸気圧力（例えば、吸気マニホールド圧力）を、機械式過給器３におけるフィードバック制御の目標値Ｙとして追加する。後者の機械式過給器３のフィードバック制御においては、ターボチャージャー２の下流の吸気圧力（例えば、第２圧力センサの測定値）と、上記の機械式過給器３の下流の吸気圧力との比を、目標値Ｙの代わりに目標値Ｚとして追加するようにしても良い。

このように、機械式過給器３の過給圧力とターボチャージャー２の過給圧力とを同時にフィードバック制御する際に、機械式過給器３におけるフィードバック制御の目標値として、機械式過給器３の下流の吸気圧力、又は機械式過給器３の上流の吸気圧力と下流の吸気圧力との比を用い又は追加する一方で、ターボチャージャー２におけるフィードバック制御の目標値として、そのターボチャージャー２の下流の吸気圧力を追加することで、機械式過給器３とターボチャージャー２とは互いに干渉することなくそれぞれの過給圧力を正常に制御することができる。また、過給圧力を正常に制御することにより、ＥＣＵ８によるＥＧＲバルブ２５の制御に影響を及ぼさないようにすることができる。

１吸気管
２ターボチャージャー
３機械式過給器
４第１バイパス経路
５第１バイパスバルブ
７第１圧力センサ
８ＥＣＵ
９第２バイパス経路
１０第２バイパスバルブ
１２可動ベーン
１３第２圧力センサ

Claims

機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関において、
前記機械式過給器の過給圧力をフィードバック制御するときは、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力はフィードバック制御することなく予め設定した第１のマップデータに従って制御し、
前記機械式過給器の過給圧力のフィードバック制御をしないときは、該機械式過給器の過給圧力は予め設定した第２のマップデータに従って制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力をフィードバック制御する制御装置を備えることを特徴とする機械式過給器付き内燃機関。
機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関において、
前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、
前記少なくとも１台の過給器のフィードバック制御の応答速度を、前記機械式過給器のフィードバック制御の応答速度よりも遅くする制御装置を備えることを特徴とする機械式過給器付き内燃機関。
機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関において、
前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、
前記機械式過給器において、該機械式過給器の下流の吸気圧力が、又は該機械式過給器の上流の吸気圧力と前記下流の吸気圧力との比が、予め設定した目標値になるようにフィードバック制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器において、該過給器の下流の吸気圧力が予め設定した目標値になるようにフィードバック制御する制御装置を備えることを特徴とする機械式過給器付き内燃機関。
前記制御装置は、前記機械式過給器の過給圧力を、該機械式過給器のコンプレッサをバイパスする流路に介設されたバルブの開度により制御する請求項１〜３のいずれかに記載の機械式過給器付き内燃機関。
前記少なくとも１台の過給器がターボチャージャーであって、前記制御装置は前記ターボチャージャーの過給圧力を、該ターボチャージャーのコンプレッサをバイパスする流路に介設されたバルブの開度及び該ターボチャージャーのタービンの可動ベーンの開度により制御する請求項１〜４のいずれかに記載の機械式過給器付き内燃機関。
機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関の過給方法であって、
前記機械式過給器の過給圧力をフィードバック制御するときは、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力はフィードバック制御することなく予め設定した第１のマップデータに従って制御し、
前記機械式過給器の過給圧力のフィードバック制御をしないときは、該機械式過給器の過給圧力は予め設定した第２のマップデータに従って制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器の過給圧力をフィードバック制御することを特徴とする機械式過給器付き内燃機関の過給方法。
機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関の過給方法であって、
前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、前記少なくとも１台の過給器のフィードバック制御の応答速度を、前記機械式過給器のフィードバック制御の応答速度よりも遅くすることを特徴とする機械式過給器付き内燃機関の過給方法。
機械式過給器と、その機械式過給器の上流に配置された少なくとも１台の過給器とを備えた内燃機関の過給方法であって、
前記機械式過給器及び少なくとも１台の過給器のそれぞれの過給圧力を同時にフィードバック制御するときは、前記機械式過給器において、該機械式過給器の下流の吸気圧力が、又は該機械式過給器の上流の吸気圧力と前記下流の吸気圧力との比が、予め設定した目標値になるようにフィードバック制御する一方で、前記少なくとも１台の過給器において、該過給器の下流の吸気圧力が予め設定した目標値になるようにフィードバック制御することを特徴とする機械式過給器付き内燃機関の過給方法。