JP2016020672A - engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの技術に関する。 The present invention relates to engine technology.
従来、過給機を備えたエンジンは公知となっている。また、過給機特有の現象としてサージング現象が公知である。サージング現象とは、過給機における圧縮機の失速、後段の圧縮空気が前段に向かって逆流する等によって過給機が正常に機能しなくなる現象である。 Conventionally, an engine equipped with a supercharger has been publicly known. A surging phenomenon is known as a phenomenon unique to a supercharger. The surging phenomenon is a phenomenon in which the turbocharger does not function normally due to the stall of the compressor in the supercharger, the back-stage compressed air flowing backward toward the front stage, or the like.
例えば、特許文献1には、圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力等からサージング発生を予測し、サージング発生を防止するエンジンが開示されている。しかし、特許文献1に開示されるエンジンでは、サージング発生の予測に応答性の悪い圧力センサーを用いるため、サージング発生後にのみサージング発生を検知することができる。 For example, Patent Document 1 discloses an engine that predicts the occurrence of surging from the discharge pressure and suction pressure of a compressor and prevents the occurrence of surging. However, since the engine disclosed in Patent Document 1 uses a pressure sensor with poor responsiveness in predicting the occurrence of surging, the occurrence of surging can be detected only after the occurrence of surging.
本発明の解決しようとする課題は、過給機のサージング状態を事前に検知できるエンジンを提供する。 The problem to be solved by the present invention is to provide an engine that can detect a surging state of a supercharger in advance.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、過給機と、前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、前記過給機がサージング状態になると予測する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記過給機の回転数の変動率が所定変動率以上であれば、前記過給機がサージング状態になると予測するものである。 That is, in claim 1, it comprises a supercharger, a supercharger rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the supercharger, and a control means for predicting that the supercharger is in a surging state, The control means predicts that the supercharger enters a surging state if the fluctuation rate of the rotation speed of the supercharger is equal to or greater than a predetermined fluctuation rate.
請求項2においては、請求項1記載のエンジンであって、前記所定変動率は、前記過給機の回転数が大きいほど少なくなるものである。 According to a second aspect of the present invention, in the engine according to the first aspect, the predetermined fluctuation rate decreases as the rotational speed of the supercharger increases.
本発明のエンジンによれば、過給機のサージング状態を事前に検知できる。 According to the engine of the present invention, the surging state of the supercharger can be detected in advance.
図1を用いて、エンジン100の構成について説明する。
なお、図1では、エンジン100の構成をブロック線図にて模式的に表している。また、図1の破線は、電気信号線を表している。
The configuration of the
In addition, in FIG. 1, the structure of the
エンジン100は、本発明のエンジンに係る実施形態である。エンジン100は、給気経路10と、排気経路20と、エンジン本体30と、高圧過給機60と、低圧過給機70と、制御手段としてのEngine Control Unit(以下、ECU)50と、を備えている。
The
本実施形態のエンジン100は、二段式過給機を備えた直噴式6気筒ディーゼルエンジンとされている。なお、本発明のエンジンは、直噴式6気筒ディーゼルエンジンとする構成としたが、これに限定されない。本発明のエンジンは、直噴式4気筒エンジン、V型エンジン、副室式エンジンであっても良い。
The
給気経路10は、エンジン本体30に空気を供給する経路であって、給気配管に給気マニホールド11と、インタークーラー12・13と、高圧コンプレッサ61と、低圧コンプレッサ71と、エアクリーナー14と、を接続して構成されている。
The
給気マニホールド11、インタークーラー12・13、高圧コンプレッサ61、低圧コンプレッサ71及びエアクリーナー14は、外部からエンジン本体30に向かって、エアクリーナー14、低圧コンプレッサ71、インタークーラー13、高圧コンプレッサ61、インタークーラー12、給気マニホールド11の順に配置され、給気管によって接続されている。
The air supply manifold 11, the
給気マニホールド11は、エンジン本体30の各気筒31・31・・・に空気を導入するための多岐管である。インタークーラー12は、高圧コンプレッサ61及び低圧コンプレッサ71の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。インタークーラー13は、低圧コンプレッサ71の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。
The air supply manifold 11 is a manifold for introducing air into the
高圧コンプレッサ61は、高圧過給機60の構成部品であって詳しくは後述する。低圧コンプレッサ71は、低圧過給機70の構成部品であって詳しくは後述する。エアクリーナー14は、不織布等の濾材で給気中に含まれる粉塵などを分離するものである。
The high-
排気経路20は、エンジン本体30から空気(排気)を排出する経路であって、排気管に排気マニホールド21と、高圧タービン62と、低圧タービン72と、を接続して構成されている。排気マニホールド21、高圧タービン62及び低圧タービン72は、エンジン本体30から外部に向かって、排気マニホールド21、高圧タービン62、低圧タービン72の順に配置され、排気管によって接続されている。
The
排気マニホールド21は、エンジン本体30の各気筒31・31・・・からの複数の排気管を1つにまとめる多岐管である。高圧タービン62は、高圧過給機60の構成部品であって詳しくは後述する。低圧タービン72は、低圧過給機70の構成部品であって詳しくは後述する。
The
エンジン本体30は、シリンダブロック(図示略)と、シリンダヘッド(図示略)と、燃料噴射装置35と、を備えている。シリンダブロックには、複数(6つ)の気筒31・31・・・が形成されている。燃料噴射装置35は、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタによって各気筒に噴射する装置である。燃料噴射装置35は、ECU50と接続されている。
The
高圧過給機60は、エンジン100が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の上流側(排気経路20から見て)に設けられている。高圧過給機60は、高圧コンプレッサ61と、高圧タービン62と、を備えている。
The high-
高圧タービン62は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。高圧コンプレッサ61は、高圧タービン62によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン100に送り込むものである。
The high-
高圧過給機60には、過給機回転数Ntを検知する過給機回転数センサー55が設けられている。過給機回転数センサー55は、ECU50と接続されている。
The high-
低圧過給機70は、エンジン100が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の下流側(排気経路20から見て)に設けられている。低圧過給機70は、低圧コンプレッサ71と、低圧タービン72と、を備えている。
The low-
低圧タービン72は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。低圧コンプレッサ71は、低圧タービン72によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン100に送り込むものである。
The low-
バイパス経路40は、高圧タービン62の上流側と下流側とを接続している。バイパス経路40には、過給機回転数増減手段としてのバイパス弁22(ウエストゲートバルブ)が設けられている。バイパス弁22は、バイパス経路40を通過する排気の流量を制限するものである。
The
ECU50は、エンジン100の運転を総合的に制御するものである。ECU50には、エンジン回転数センサー51と、負荷センサー52と、過給機回転数センサー55と、燃料噴射装置35と、に接続されている。
The ECU 50 comprehensively controls the operation of the
エンジン回転数センサー51は、エンジン100のエンジン回転数Neを検知するものである。負荷センサー52は、エンジン100の負荷Ac(本実施形態では、アクセル開度)を検知するものである。
The
ECU50は、後述するサージング予測制御S100によって、高圧過給機60がサージング状態に陥る前の状態であることを予測する機能を有している。また、ECU50には、後述するサージング発生変動率RNt1が予め記憶されている。
The ECU 50 has a function of predicting that the high-
図2を用いて、過給機回転数マップFntについて説明する。
なお、図2では、過給機回転数マップFntについて、エンジン回転数Ne、負荷Ac、適正過給機回転数Ntmの3次元グラフによって表している。
The supercharger rotation speed map Fnt will be described with reference to FIG.
In FIG. 2, the supercharger speed map Fnt is represented by a three-dimensional graph of the engine speed Ne, the load Ac, and the appropriate supercharger speed Ntm.
過給機回転数マップFntは、エンジン回転数Neと負荷Acと適正過給機回転数Ntmとの相関を表したものである。過給機回転数マップFntは、予めECU50に記憶されているものとする。
The supercharger rotational speed map Fnt represents the correlation among the engine rotational speed Ne, the load Ac, and the appropriate supercharger rotational speed Ntm. The supercharger rotation speed map Fnt is stored in the
過給機回転数マップFntは、エンジン回転数Ne及び負荷Acにおける高圧過給機60の適正な回転数としての適正過給機回転数Ntmを表している。すなわち、適正過給機回転数Ntmは、エンジン回転数Neと負荷Acと過給機回転数マップFntとによって算出される。
The supercharger rotation speed map Fnt represents an appropriate supercharger rotation speed Ntm as an appropriate rotation speed of the high-
図3を用いて、サージング発生変動率マップFrnt1について説明する。
なお、図3では、サージング発生変動率マップFrnt1について、横軸を過給機回転数Nt、縦軸をサージング発生変動率RNt1としてグラフ図によって表している。
The surging occurrence variation rate map Frnt1 will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, the surging occurrence fluctuation rate map Frnt1 is represented by a graph with the horizontal axis representing the turbocharger rotation speed Nt and the vertical axis representing the surging occurrence fluctuation rate RNt1.
サージング発生変動率マップFrnt1は、サージング発生変動率RNt1を過給機回転数Nt毎に表したものである。サージング発生変動率マップFrnt1は、予めECU50に記憶されている。
The surging occurrence fluctuation rate map Frnt1 represents the surging occurrence fluctuation rate RNt1 for each turbocharger rotation speed Nt. The surging occurrence variation rate map Frnt1 is stored in the
サージング発生変動率RNt1は、高圧過給機60がサージング状態に陥る直前の過給機回転数変動率RNtである。サージング発生変動率RNt1では、過給機回転数Ntが大きくなるにしたがってサージング発生変動率RNt1が少なくなるように設定されている。
The surging occurrence fluctuation rate RNt1 is the supercharger rotation speed fluctuation rate RNt immediately before the high-
図4を用いて、別のサージング発生変動率マップFrnt2について説明する。
なお、図4では、サージング発生変動率マップFrnt2について、横軸を過給機回転数Nt、縦軸をサージング発生変動率RNt2としてグラフ図によって表している。
Another surging occurrence fluctuation rate map Frnt2 will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, the surging occurrence fluctuation rate map Frnt2 is represented by a graph with the horizontal axis representing the turbocharger rotation speed Nt and the vertical axis representing the surging occurrence fluctuation rate RNt2.
サージング発生変動率マップFrnt2は、サージング発生変動率RNt2を過給機回転数Nt毎に表したものである。サージング発生変動率マップFrnt2は、予めECU50に記憶されている。
The surging occurrence fluctuation rate map Frnt2 represents the surging occurrence fluctuation rate RNt2 for each turbocharger rotation speed Nt. The surging occurrence variation rate map Frnt2 is stored in the
サージング発生変動率RNt2は、高圧過給機60がサージング状態に陥る直前の過給機回転数変動率RNtである。サージング発生変動率RNt2では、どの過給機回転数Ntであってもサージング発生変動率RNt2が一定であるように設定されている。
The surging occurrence fluctuation rate RNt2 is the supercharger rotation speed fluctuation rate RNt immediately before the high-
図5を用いて、サージング予測制御S100の流れについて説明する。
なお、図5では、サージング予測制御S100の流れをフローチャートによって表している。
The flow of the surging prediction control S100 will be described with reference to FIG.
In FIG. 5, the flow of the surging prediction control S100 is represented by a flowchart.
サージング予測制御S100は、ECU50によって、高圧過給機60の過給機回転数Ntの過給機回転数変動率RNtを算出し、高圧過給機60がサージング状態に陥る前の状態であることを予測する制御である。
Surging prediction control S100 is a state before the
ステップS110において、ECU50は、エンジン回転数センサー51によってエンジン回転数Neを取得し、負荷センサー52によって負荷Acを取得し、エンジン回転数Neと負荷Acと過給機回転数マップFntとから適正過給機回転数Ntmを算出する。
In step S110, the
ステップS120において、ECU50は、過給機回転数センサー55によって高圧過給機60の過給機回転数Ntを取得する。
In step S120, the
ステップS130において、ECU50は、取得した過給機回転数Ntの過給機回転数変動率RNtを算出する。具体的には、ECU50は、取得した過給機回転数NtからステップS110にて算出した適正過給機回転数Ntmに対してどれくらいの割合になるかを算出する。
In step S130, the
ステップS140において、ECU50は、現在取得した過給機回転数Ntとサージング発生変動率マップFrnt1とによってサージング発生変動率RNt1を算出する。
In step S140, the
ステップS150において、ECU50は、算出した過給機回転数変動率RNtが算出したサージング発生変動率RNt1より大きいかどうかを確認する。ECU50は、算出した過給機回転数変動率RNtが算出したサージング発生変動率RNt1より大きい場合には、ステップS160に移行する。
In step S150, the
ステップS160において、ECU50は、高圧過給機60がサージング状態に陥る前の状態であると判断する。
In step S160, the
エンジン100の効果について説明する。
エンジン100によれば、高圧過給機60のサージング状態を事前に検知できる。
The effect of
According to the
すなわち、エンジン100によれば、取得した過給機回転数Ntの過給機回転数変動率RNtを算出し、サージング発生変動率RNt1を算出し、過給機回転数変動率RNtがサージング発生変動率RNt1より大きい場合には、高圧過給機60がサージング状態に陥る前の状態であると判断することによって、高圧過給機60のサージング状態を事前に検知できる。
That is, according to the
なお、本実施形態では、高圧過給機60に過給機回転数センサー55を設け、高圧過給機60のサージング状態を事前に検知できる構成としたが、これに限定されない。例えば、低圧過給機70に過給機回転数センサーを設け、低圧過給機70のサージング状態を事前に検知できる構成としても良い。
In the present embodiment, the supercharger
また、本実施形態では、サージング予測制御S100においてサージング発生変動率マップFrnt1を用いる構成としたが、これに限定されない。例えば、サージング予測制御S100においてサージング発生変動率マップFrnt2を用いる構成としても良い。 In the present embodiment, the surging occurrence variation rate map Frnt1 is used in the surging prediction control S100. However, the present invention is not limited to this. For example, in the surging prediction control S100, a configuration using the surging occurrence variation rate map Frnt2 may be used.
10 給気経路
11 給気マニホールド
12 インタークーラー
13 インタークーラー
14 エアクリーナー
20 排気経路
21 排気マニホールド
22 バイパス弁
30 エンジン本体
31 気筒
35 燃料噴射装置
40 バイパス経路
50 ECU(制御手段)
55 過給機回転数センサー(過給機回転数検知手段)
60 高圧過給機(過給機)
61 高圧コンプレッサ
62 高圧タービン
70 低圧過給機
71 低圧コンプレッサ
72 低圧タービン
DESCRIPTION OF
55 Supercharger rotation speed sensor (supercharger rotation speed detection means)
60 High-pressure turbocharger (supercharger)
61 High-
Claims (2)
前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、
前記過給機がサージング状態になると予測する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記過給機の回転数の変動率が所定変動率以上であれば、前記過給機がサージング状態になると予測する、
エンジン。 A turbocharger,
Supercharger rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the supercharger;
Control means for predicting that the supercharger is in a surging state;
With
The control means predicts that the supercharger is in a surging state if the fluctuation rate of the rotation speed of the supercharger is equal to or greater than a predetermined fluctuation rate.
engine.
前記所定変動率は、前記過給機の回転数が大きいほど少なくなる、
エンジン。 The engine according to claim 1,
The predetermined fluctuation rate decreases as the rotation speed of the supercharger increases.
engine.
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WO2022202431A1 (en) * | 2021-03-25 | 2022-09-29 | 三菱重工マリンマシナリ株式会社 | Supercharger abnormality determination device and supercharger abnormality determination method |
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JP2007332793A (en) * | 2006-06-12 | 2007-12-27 | Yanmar Co Ltd | Engine provided with supercharger |
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