JP2014080897A - ターボ過給機付エンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンは、タービン22およびコンプレッサ23を含むターボ過給機20と、排気還流のためのEGR通路45と、EGR通路45に設けられたEGR弁47と、タービン22をバイパスするバイパス通路42と、バイパス通路42に設けられたウェストゲート弁43とを備える。インターセプト回転速度よりも高速側に設定された第1領域での運転時は、EGR弁47を開いてウェストゲート弁43を閉じる第1の過給圧制御が実行され、上記第1領域よりも排気ガスの流量が多くなる第2領域での運転時は、EGR弁47およびウェストゲート弁43の双方を開く第2の過給圧制御が実行される。
【選択図】図1
Description
図1および図2は、本発明の一実施形態にかかるターボ過給機付多気筒エンジンを示している。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される4サイクルの火花点火式多気筒エンジンである。具体的に、当実施形態のエンジンは、列状に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有する直列4気筒型のエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための吸気通路10と、エンジン本体1で生成された排気ガスを排出するための排気通路30とを備えている。
当実施形態では、ターボ過給機20として、比較的大型のタービン22とコンプレッサ23とを組み合わせたものが用いられる。それは、次のような理由による。
次に、図6を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部がECU(エンジン制御ユニット)50によって統括的に制御される。ECU50は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。
次に、ECU50が行うエンジン制御の具体例について、図7の制御マップを参照しつつ説明する。
まず、第4領域R4でエンジンが運転されているときの制御について説明する。第4領域R4での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を開く(独立排気絞り制御の非実行)。
・ウェストゲート弁43を閉じる。
第3領域R3での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を閉じる(独立排気絞り制御の実行)。
・吸排気弁6,7のバルブオーバーラップ期間を拡大する。
・ウェストゲート弁43およびEGR弁47の双方を閉じる。
第1領域R1での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を開く(独立排気絞り制御の非実行)。
・EGR弁47を開き、ウェストゲート弁43を閉じる(第1の過給圧制御)。
第2領域R2での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を開く(独立排気絞り制御の非実行)。
・EGR弁47およびウェストゲート弁43の双方を開く(第2の過給圧制御)
第2領域R2は、最も高回転かつ高負荷の領域であり、排気ガスの流量が最も多くなる条件であるから、コンプレッサ23による過給圧が最も上昇し易い。このため、上述した第1領域R1のようにEGR弁47を開くだけ(排気還流を行うだけ)では、過給圧を上限値に維持することが困難になる。もちろん、第1領域R1のときよりもEGR弁47をさらに大きく開くことで過給圧の上昇を抑えることも考えられるが、このようにすると、気筒2A〜2D内に供給される新気の量が不足し、燃焼が不安定になったり失火を起こしたりするおそれがある。
以上説明したように、当実施形態のエンジンは、ターボ過給機20のタービン22よりも上流側の排気通路30(具体的には排気集合部34)と吸気通路10とを互いに連結するEGR通路45と、EGR通路45に設けられた開閉可能なEGR弁47と、タービン22をバイパスするように排気通路30に設けられたバイパス通路42と、バイパス通路42に設けられた開閉可能なウェストゲート弁43と、EGR弁47およびウェストゲート弁43を含むエンジンの各部を制御するECU50(制御手段)とを備える。ECU50は、インターセプト回転速度Niよりも高速側に設定された第1領域R1での運転時に、EGR弁47を開いてウェストゲート弁43を閉じる第1の過給圧制御を実行し、第1領域R1よりも回転速度または負荷が高い(よって排気ガスの流量が相対的に多い)第2領域R2での運転時に、EGR弁47およびウェストゲート弁43の双方を開く第2の過給圧制御を実行する。このような構成によれば、過給圧を抑制する過給圧制御をエンジンの高速域で適正に実行しつつ、エンジンの燃費性能を改善できるという利点がある。
4 排気ポート
5 吸気弁
6 排気弁
9 VVT(バルブ可変機構)
10 吸気通路
20 ターボ過給機
22 タービン
23 コンプレッサ
30 排気通路
31 第1独立排気通路
32 第2独立排気通路
33 第3独立排気通路
34 排気集合部
40 排気絞り弁
42 バイパス通路
43 ウェストゲート弁
45 EGR通路
47 EGR弁
50 ECU(制御手段)
R1 第1領域
R2 第2領域
R3 第3領域
Ni インターセプト回転速度
Nx (エンジンの)定格回転速度
Claims (4)
- 排気通路を通過する排気ガスのエネルギーにより駆動されるタービンと、タービンにより駆動されて吸気通路内の空気を加圧するコンプレッサとを含むターボ過給機を備えたターボ過給機付エンジンであって、
上記タービンよりも上流側の排気通路と吸気通路とを互いに連結するEGR通路と、
上記EGR通路に設けられた開閉可能なEGR弁と、
上記タービンをバイパスするように上記排気通路に設けられたバイパス通路と、
上記バイパス通路に設けられた開閉可能なウェストゲート弁と、
上記EGR弁およびウェストゲート弁の開閉動作を制御する制御手段とを備え、
エンジン全負荷で上記コンプレッサの過給圧が予め定められた上限値に達するときのエンジン回転速度をインターセプト回転速度としたとき、上記制御手段は、上記インターセプト回転速度よりも高速側に設定された第1領域での運転時に、上記EGR弁を開いてウェストゲート弁を閉じる第1の過給圧制御を実行し、上記第1領域よりも排気ガスの流量が多くなる第2領域での運転時に、上記EGR弁およびウェストゲート弁の双方を開く第2の過給圧制御を実行する、ことを特徴とするターボ過給機付エンジン。 - 請求項1記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
上記インターセプト回転速度がエンジンの定格回転速度の1/3以上になるように上記ターボ過給機の緒元が設定されている、ことを特徴とするターボ過給機付エンジン。 - 請求項2記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
上記エンジンが複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、
1つの気筒もしくは排気順序が連続しない複数の気筒の各排気ポートに上流端部が接続された複数の独立排気通路と、各独立排気通路の下流端部どうしが1つに集合した排気集合部と、上記独立排気通路内を通る排気ガスの流通面積を可変的に設定する排気絞り弁とを備え、
上記ターボ過給機のタービンは、上記排気集合部の下流側に配設されており、
上記制御手段は、上記インターセプト回転速度よりも低速側に設定された第3領域での運転時に、上記排気絞り弁を閉じる独立排気絞り制御を実行する、ことを特徴とするターボ過給機付エンジン。 - 請求項3記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
上記EGR通路の排気側の端部が上記排気集合部に接続された、ことを特徴とするターボ過給機付エンジン。
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