JP2018031283A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine accompanied by an exhaust turbocharger.
気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン(タービンホイール)を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ(コンプレッサホイール)に伝達し、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。 The energy of the exhaust gas discharged from the cylinder is used to rotate the exhaust turbine (turbine wheel), the rotation is transmitted to the compressor impeller (compressor wheel), and the intake air is pressurized and compressed (supercharged). An exhaust turbocharger that feeds into a cylinder is well known.
排気ターボ過給機を備える内燃機関には、ウェイストゲートを付設することが通例である(例えば、下記特許文献1を参照)。ウェイストゲートバルブは、排気通路におけるタービンの上流側と下流側とを接続するバイパスを開閉するものであり、吸気通路を流通する吸気の圧力が過剰に大きくならないよう抑制する役割を担う。ウェイストゲートバルブが開くのは、通常、スロットルバルブが全開または全開に近い全負荷ないし高負荷の運転領域においてである。 An internal combustion engine provided with an exhaust turbocharger is usually provided with a waste gate (see, for example, Patent Document 1 below). The waste gate valve opens and closes a bypass connecting the upstream side and the downstream side of the turbine in the exhaust passage, and plays a role of suppressing the pressure of the intake air flowing through the intake passage from becoming excessively large. The waste gate valve is normally opened in a full load or high load operation region where the throttle valve is fully open or close to full open.
一般的なウェイストゲートバルブは、ダイアフラム室に供給される過給気の圧力を利用するダイアフラム式アクチュエータにより駆動する。具体的には、ダイアフラムに接続したロッドを、ウェイストゲートバルブに固定したブラケットまたはウェイストゲートバルブの支軸に連結し、過給圧を受けたダイアフラムの変位をウェイストゲートバルブに伝達することで、当該ウェイストゲートバルブを開動作させる。 A general waste gate valve is driven by a diaphragm actuator that uses the pressure of supercharged air supplied to the diaphragm chamber. Specifically, the rod connected to the diaphragm is connected to a bracket fixed to the waste gate valve or a support shaft of the waste gate valve, and the displacement of the diaphragm subjected to the supercharging pressure is transmitted to the waste gate valve. Open the waste gate valve.
ダイアフラムに接続したロッドとウェイストゲートバルブのブラケットまたは支軸との連結部分が腐食して錆び付くと、アクチュエータによりウェイストゲートバルブを適切に開閉駆動することが困難となる。さすれば、ウェイストゲートを介して排気ガスのタービンへの流入を制限することができなくなり、過給圧が過大化して内燃機関が損傷する懸念が生じる。 If the connecting portion between the rod connected to the diaphragm and the bracket or support shaft of the waste gate valve corrodes and rusts, it becomes difficult to drive the waste gate valve appropriately by the actuator. Then, it becomes impossible to restrict the inflow of exhaust gas to the turbine through the waste gate, and there is a concern that the supercharging pressure becomes excessive and the internal combustion engine is damaged.
このような事象を回避するために、従来より、過給圧を常時センシングしておき、過給圧が上限値を超えて大きくなった場合には気筒への燃料供給を一時中断するフェイルセーフを実装している(例えば、下記特許文献2を参照)。しかしながら、フェイルセーフ機能が働いて燃料カットが実施されると、エンジントルクが低下し車両の加速度が低落するいわゆる「息付き」現象が発生して、ドライバビリティが悪化する。 In order to avoid such an event, conventionally, a fail-safe is provided in which the supercharging pressure is always sensed, and when the supercharging pressure exceeds the upper limit value, the fuel supply to the cylinder is temporarily interrupted. (For example, refer to Patent Document 2 below). However, when the fuel-cut is performed with the fail-safe function activated, a so-called “breathing” phenomenon occurs in which the engine torque decreases and the vehicle acceleration decreases, and drivability deteriorates.
本発明は、排気ターボ過給機が付帯する内燃機関において、ウェイストゲートバルブとこれを駆動するアクチュエータとを繋ぐリンク機構の固着を予防することを所期の目的としている。 An object of the present invention is to prevent sticking of a link mechanism that connects a waste gate valve and an actuator that drives the internal combustion engine accompanied by an exhaust turbocharger.
上述した課題を解決するべく、本発明では、排気通路上に配置したタービンにより吸気通路上に配置したコンプレッサを駆動するとともに、排気通路にタービンを迂回するバイパス通路及び当該バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを設けた内燃機関であって、吸気通路に設けたスロットルバルブの開度が所定以下となる減速時に、吸気通路におけるスロットルバルブの下流側に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブを開動作させる内燃機関を構成した。 In order to solve the above-described problems, the present invention drives a compressor disposed on an intake passage by a turbine disposed on an exhaust passage, and bypasses a bypass passage that bypasses the turbine in the exhaust passage and a waste gate that opens and closes the bypass passage. An internal combustion engine provided with a valve, which opens a waste gate valve using negative pressure generated downstream of the throttle valve in the intake passage when the throttle valve provided in the intake passage is opened to a predetermined value or less. An internal combustion engine to be operated was configured.
本発明によれば、排気ターボ過給機が付帯する内燃機関において、ウェイストゲートバルブとこれを駆動するアクチュエータとを繋ぐリンク機構の固着を予防することができる。 According to the present invention, in an internal combustion engine associated with an exhaust turbocharger, sticking of a link mechanism that connects a waste gate valve and an actuator that drives the waste gate valve can be prevented.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、火花点火式の4ストロークエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ11を設けている。また、各気筒1の燃焼室の天井部に、点火プラグ12を取り付けてある。点火プラグ12は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine of the present embodiment is a spark ignition type four-stroke engine and includes a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). In the vicinity of the intake port of each cylinder 1, an injector 11 for injecting fuel is provided. A
吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、排気ターボ過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ35、吸気絞り用のバルブである電子スロットルバルブ32、サージタンク33、吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an
排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生する排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、排気ターボ過給機5の排気タービン52及び排気浄化用の三元触媒41を配置している。加えて、タービン52を迂回する排気バイパス通路43、及びこのバイパス通路43の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ44を設けてある。
The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. An exhaust manifold 42, an
排気ターボ過給機5は、排気タービン52とコンプレッサのインペラ51とをシャフト53を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン52及びインペラ51を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that an
ウェイストゲートバルブ44は、ダイアフラム式のアクチュエータ6により開閉駆動する。アクチュエータ6は、ダイアフラム60により隔てられたダイアフラム室61及び定圧室62を有し、ダイアフラム室61と定圧室62との差圧を利用してダイアフラム60を変位させる。ダイアフラム60とウェイストゲートバルブ44とは、リンク機構63、442を介して連結している。具体的には、図1及び図2に示すように、ダイアフラム60の変位を伝動するためのバルブロッド63をダイアフラム60に接続するとともに、このロッド63をウェイストゲートバルブ44の支軸441に固定したブラケット442に連結している。
The
ダイアフラム室61と定圧室62との差圧が所定のセット圧を超えると、ダイアフラム60及びバルブロッド63が、スプリング64の弾性付勢力に抗して、ダイアフラム室61側から定圧室62側に向かって変位する。結果、バイパス43を閉鎖していたウェイストゲートバルブ44が支軸441回りに回動して、バイパス通路43を開放する。これに対し、ダイアフラム室61と定圧室62との差圧がセット圧以下であるときには、スプリング64の弾性付勢力によりダイアフラム60及びバルブロッド63が元の位置に復帰し、ウェイストゲートバルブ44が完全に閉じる。
When the differential pressure between the
アクチュエータ6のダイアフラム室61には、吸気通路3におけるコンプレッサ51の下流側かつスロットルバルブ32の上流側の部位の吸気の圧力、つまりは過給圧を導入する。そのために、ダイアフラム室61と吸気通路3の当該部位とを連通させる過給圧導入流路71と、過給圧導入流路71ひいてはダイアフラム室61を大気に開放する圧抜流路72と、圧抜流路72を開閉する調整バルブ(Vacuum Switching Valve)73とを設けている。
Into the
VSV73は、制御信号lを受けてその開度を変化させるソレノイドバルブ等の既知の流量制御弁である。VSV73の開度を操作すれば、吸気通路3から過給圧導入流路71に流入する過給気の一部を圧抜流路72経由で大気に逃がし、ダイアフラム室61の圧力の大きさを制御することができる。
The
アクチュエータ6の定圧室62には、通常、大気圧を導入する。但し、本実施形態の内燃機関にあっては、必要時に、アクチュエータ6の定圧室62に、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側の部位に生じる吸気の負圧を導入できるようにしている。そのために、定圧室62と吸気通路3の当該部位とを連通させる負圧導入流路74と、負圧導入通路74を開閉するVSV75と、定圧室62を大気に開放する圧抜流路76と、圧抜流路76を開閉するVSV77とを設けている。
Normally, atmospheric pressure is introduced into the
VSV75、VSV77はそれぞれ、制御信号m、nを受けてその開度を変化させるソレノイドバルブ等の既知の流量制御弁である。VSV75の開度を操作すれば、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側から吸気負圧を負圧導入通路74経由で定圧室62に導入することができる。並びに、VSV77の開度を操作すれば、定圧室62に導入した吸気負圧を圧抜通路76経由で大気に逃がすことができる。ひいては、定圧室62の圧力の大きさを制御することができる。
VSV 75 and VSV 77 are known flow control valves such as solenoid valves that receive control signals m and n and change their opening degrees. By manipulating the opening degree of the
本実施形態の内燃機関の運転制御を司るECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。 An ECU (Electronic Control Unit) 0 that controls the operation of the internal combustion engine of this embodiment is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.
ECU0の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号d、吸気通路3(特に、サージタンク33)内の吸気温及び吸気圧(過給圧)を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号e、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号f、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号g、バッテリの充電状態を示唆する指標(バッテリ電流及び/またはバッテリ電圧)を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号h等が入力される。
The input interface of the
ECU0の出力インタフェースからは、点火プラグ12のイグナイタに対して点火信号i、インジェクタ11に対して燃料噴射信号j、スロットルバルブ32に対して開度操作信号k、VSV73に対して開度操作信号l、VSV75に対して開度操作信号m、VSV77に対して開度操作信号n等を出力する。
From the output interface of the
ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒1に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、m、nを出力インタフェースを介して印加する。
The processor of the
ECU0は、運転状況に応じて、気筒1への燃料供給を中断する燃料カットを実施する。ECU0は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が0または0に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断し、インジェクタ11からの燃料噴射を一時的に中断する。その後、ECU0は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等のうちの何れかが成立したときに、燃料カット終了条件が成立したものと判断して、燃料カットを終了、インジェクタ11からの燃料噴射を再開する。
The
加えて、ECU0は、排気ターボ過給機5により過給された吸気圧が所要の上限値を超えた場合にも、フェイルセーフ制御として、気筒1への燃料供給を中断する燃料カットを実施する。
In addition, the
ところで、アクチュエータ6のロッド63とウェイストゲートバルブ44のブラケット442(または、支軸441)とを繋ぐ連結部分には、車両のエンジンルーム内に流入する水がかかることがある。車両が沿岸地域で運用されるときには、塩分を含んだ水がこの連結部分にかかる。また、車両が降雪地帯で運用されるときには、融雪剤の成分を含んだ水がこの連結部分にかかる。レアケースであるが、それらに起因してロッド63とブラケット442との連結部分が錆び付き、アクチュエータ6によるウェイストゲートバルブ44の駆動の妨げとなる可能性がある。
By the way, water flowing into the engine room of the vehicle may be applied to a connecting portion that connects the
とりわけ、運転者がアクセルペダルを強く踏み込まないエコロジカルな運転を日常的に行っている場合、即ち内燃機関が全負荷ないし高負荷運転を行う頻度が少ない場合には、排気ターボ過給機5があまり仕事をせず過給圧が顕著に高まらないことから、アクチュエータ6がウェイストゲートバルブ44を開動作させる機会も乏しくなる。それ故に、ロッド63とブラケット442との連結部分が錆びて固着する懸念が生じる。
In particular, when the driver routinely performs ecological driving without strongly depressing the accelerator pedal, that is, when the internal combustion engine is not frequently operated at full load or high load, the exhaust turbocharger 5 is Since the supercharging pressure does not increase remarkably without doing much work, the opportunity for the actuator 6 to open the
このような問題を回避するべく、本実施形態では、吸気の圧力が低く本来ウェイストゲートバルブ44を開く必要のない状況下においても、敢えてアクチュエータ6によりウェイストゲートバルブ44を開動作させ、リンク機構63、442の錆び付きを予防するようにしている。
In order to avoid such a problem, in the present embodiment, even in a situation where the pressure of the intake air is low and the
ECU0は、通常、VSV75を閉弁して負圧導入通路74を遮断し、かつVSV77を開弁して圧抜通路76を開通させ、アクチュエータ6の定圧室62を大気圧に開放する。その上で、VSV73の開度を操作することで、ウェイストゲートバルブ44が開弁する条件となる過給圧の大きさを制御する。これにより、内燃機関を全負荷ないし高負荷運転している最中における過給圧を、所要の上限値以下に抑制することができる。
The
一方で、ECU0は、スロットルバルブ32の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となる減速時に、VSV77を閉弁して圧抜通路76を遮断しつつ、VSV75を開弁して負圧導入通路74を開通させることで、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側に発生する吸気負圧をアクチュエータ6の定圧室62に導入する。さすれば、吸気通路3のコンプレッサ51とスロットルバルブ32との間の領域の吸気の圧力が高くなく、ダイアフラム室61が大気圧より高圧でないとしても、ダイアフラム室61と定圧室62との差圧が拡大し、アクチュエータ6によりウェイストゲートバルブ44を開くことができる。このようなウェイストゲートバルブ44の開弁は、燃料カット条件が成立しインジェクタ11からの燃料噴射を中断している最中に実行することが望ましい。
On the other hand, the
既に述べた通り、スロットルバルブ32の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となる減速時にウェイストゲートバルブ44を開くのは、あくまでもロッド63とブラケット442との連結部分の錆び付きを防止する意図である。従って、スロットルバルブ32の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となったときに、常にウェイストゲートバルブ44を開動作させる必要はない。
As already described, opening the
よって、例えば、一トリップ(イグニッションスイッチがONとなり内燃機関を始動してから、イグニッションスイッチがOFFとなり内燃機関を停止するまでの期間)中に所定回数(一回ないし数回)だけウェイストゲートバルブ44を開動作させることとし、トリップ中に所定回数の開動作を行った後はスロットルバルブ32の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となったとしても最早ウェイストゲートバルブ44の開動作を実施せず、VSV75を閉弁しかつVSV77を開弁した状態を維持する。
Thus, for example, during one trip (a period from when the ignition switch is turned on and the internal combustion engine is started to when the ignition switch is turned off and the internal combustion engine is stopped), the
あるいは、ウェイストゲートバルブ44の開動作に、一定のインターバルを設けてもよい。即ち、ウェイストゲートバルブ44の開動作を実施した後、所定の時間が経過するまでは、スロットルバルブ32の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となったとしてもウェイストゲートバルブ44の開動作を実施せず、VSV75を閉弁しかつVSV77を開弁した状態を維持する。
Alternatively, a certain interval may be provided for the opening operation of the
本実施形態では、排気通路4上に配置したタービン52により吸気通路3上に配置したコンプレッサ51を駆動するとともに、排気通路4にタービン52を迂回するバイパス通路443及び当該バイパス通路43を開閉するウェイストゲートバルブ44を設けた内燃機関であって、吸気通路3に設けたスロットルバルブ32の開度が所定以下となる減速時に、吸気通路3におけるスロットルバルブ32の下流側に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブ44を開動作させる内燃機関を構成した。
In this embodiment, the
本実施形態によれば、ウェイストゲートバルブ44とアクチュエータ6とを繋ぐリンク機構63、442の固着を効果的に予防することが可能である。アクチュエータ6によりウェイストゲートバルブ44を適切に開閉駆動できなくなる事態を回避でき、過給圧が上限値を超えて大きくなることを防止できるので、過給圧の過大化を是正するフェイルセーフ機能が働くことによる「息付き」現象が発生せず、ドライバビリティを高く保つことができる。
According to this embodiment, it is possible to effectively prevent the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. Various modifications can be made to the specific configuration of each part, processing procedure, and the like without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。 The present invention can be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…制御装置(ECU)
1…気筒
11…インジェクタ
3…吸気通路
32…スロットルバルブ
4…排気通路
43…バイパス通路
44…ウェイストゲートバルブ
441…支軸
442…ブラケット
5…排気ターボ過給機
51…コンプレッサ
52…タービン
6…アクチュエータ
60…ダイアフラム
61…ダイアフラム室
62…定圧室
63…ロッド
0 ... Control unit (ECU)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 11 ... Injector 3 ...
Claims (1)
吸気通路に設けたスロットルバルブの開度が所定以下となる減速時に、吸気通路におけるスロットルバルブの下流側に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブを開動作させる内燃機関。 An internal combustion engine that drives a compressor disposed on an intake passage by a turbine disposed on an exhaust passage, and includes a bypass passage that bypasses the turbine and a wastegate valve that opens and closes the bypass passage in the exhaust passage,
An internal combustion engine that opens a waste gate valve using negative pressure generated downstream of a throttle valve in an intake passage when the throttle valve provided in the intake passage is decelerated to a predetermined value or less.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016163512A JP2018031283A (en) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016163512A JP2018031283A (en) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | Internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018031283A true JP2018031283A (en) | 2018-03-01 |
Family
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Family Applications (1)
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JP2016163512A Pending JP2018031283A (en) | 2016-08-24 | 2016-08-24 | Internal combustion engine |
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JP (1) | JP2018031283A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111720223A (en) * | 2019-03-22 | 2020-09-29 | 丰田自动车株式会社 | Hybrid vehicle and method of braking a hybrid vehicle |
-
2016
- 2016-08-24 JP JP2016163512A patent/JP2018031283A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111720223A (en) * | 2019-03-22 | 2020-09-29 | 丰田自动车株式会社 | Hybrid vehicle and method of braking a hybrid vehicle |
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