JP2018071531A - Device and method for controlling engine mounted with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付エンジンの制御装置及び制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and a control method for a supercharged engine.
従来より、排気ガスによってタービンを回転させることによりコンプレッサを駆動して、吸気を過給するターボ過給機であって、タービンへの排気ガスの入口通路における、排気ガスの流路断面積を調整するための複数の可動式ベーン(可動部材)を有するターボ過給機を備えたエンジンが知られている(例えば特許文献1)。 Conventionally, a turbocharger that supercharges intake air by driving a compressor by rotating the turbine with exhaust gas, and adjusting the cross-sectional area of the exhaust gas in the inlet passage of the exhaust gas to the turbine An engine including a turbocharger having a plurality of movable vanes (movable members) is known (for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載のターボ過給機は、上記コンプレッサによる過給圧が第1設定圧以上であるときに、該過給圧が低下するように上記可動式ベーンを開き側に作動させる信号を上記可動式ベーンのアクチュエータに送る第1過給圧低下制御手段と、上記コンプレッサによる過給圧が、上記第1設定圧よりも大きい値に設定された第2設定圧以上であるときに、上記可動式ベーンを上記第1過給圧低下制御手段よりも大きく開き側に作動させるように、上記アクチュエータに信号を送る第2過給圧低下制御手段と、上記コンプレッサによる過給圧が、上記第2設定圧よりも大きい値に設定された第3設定圧以上であるときに、エンジンへの燃料供給を中止させる燃料カット制御手段と、を備えている。 In the turbocharger described in Patent Document 1, when the supercharging pressure by the compressor is equal to or higher than a first set pressure, a signal for operating the movable vane to the open side so that the supercharging pressure is lowered is provided. When the supercharging pressure by the first supercharging pressure lowering control means to be sent to the actuator of the movable vane and the compressor is equal to or higher than the second set pressure set to a value larger than the first set pressure, The second supercharging pressure lowering control means for sending a signal to the actuator and the supercharging pressure by the compressor so as to operate the movable vane to the opening side larger than the first supercharging pressure lowering control means. Fuel cut control means for stopping the fuel supply to the engine when the pressure is equal to or higher than a third set pressure set to a value larger than the 2 set pressure.
ところで、タービンへの入口通路における、排気ガスの流路断面積を調整するための1つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機では、エンジンの燃焼室内で燃料を燃焼させた際に発生する煤が、上記可動部材に付着することによって、上記可動部材がタービンケーシング等に固着してしまうことがある。 By the way, in the turbocharger having one or a plurality of movable members for adjusting the cross-sectional area of the exhaust gas in the inlet passage to the turbine, it is generated when fuel is burned in the combustion chamber of the engine. When the soot adheres to the movable member, the movable member may adhere to the turbine casing or the like.
流路断面積を小さく絞った状態で上記可動部材が固着すると、タービンを回転させるための排気エネルギーが高くなるため、タービンの回転数が、ターボ過給機自体を損傷させるような回転数まで上昇する可能性が高くなる。 If the movable member is fixed with the flow passage cross-sectional area being reduced, the exhaust energy for rotating the turbine increases, so the turbine speed increases to such a level as to damage the turbocharger itself. Is more likely to do.
特許文献1に記載のターボ過給機付エンジンでは、コンプレッサによる過給圧が第2過給圧以上であるときに、上記可動部材を出来る限り大きく開き側に作動させるように上記可動部材のアクチュエータに信号を送り、該信号を送った後でも、過給圧が低下せず第3過給圧以上になったときに、上記可動部材が固着したと判定して、エンジンへの燃料供給を中止させるようにしている。これにより、上記エンジンからの排圧が抑えられるため、タービンの回転数を下げることができ、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 In the turbocharged engine described in Patent Document 1, when the supercharging pressure by the compressor is equal to or higher than the second supercharging pressure, the movable member actuator is operated to open the movable member as far as possible. Even after sending the signal, when the boost pressure does not decrease and exceeds the third boost pressure, it is determined that the movable member is fixed and the fuel supply to the engine is stopped. I try to let them. Thereby, since the exhaust pressure from the engine is suppressed, the rotational speed of the turbine can be reduced, and damage to the turbocharger can be prevented.
しかしながら、上記可動部材の固着の判定には一定時間が必要である。近年のターボ過給機は、小型化される傾向にあり、小型のターボ過給機は過給レスポンスが高いため、上記可動部材の固着の判定を行っている間に、ターボ過給機が損傷してしまうおそれがある。そのため、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止するという観点からは、改良の余地がある。 However, it takes a certain time to determine whether the movable member is fixed. In recent years, turbochargers tend to be miniaturized, and since small turbochargers have a high turbocharge response, the turbocharger is damaged while determining whether the movable member is stuck. There is a risk of it. Therefore, there is room for improvement from the viewpoint of appropriately controlling the rotational speed of the turbine to prevent damage to the turbocharger.
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる過給機付エンジンの制御装置及び制御方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide an engine with a supercharger that can appropriately control the rotational speed of the turbine and prevent damage to the turbocharger. The present invention provides a control device and a control method.
上記課題を解決するために、本発明は、過給機付エンジンの制御装置を対象として、上記エンジンの燃焼室内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁と、上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる排気ガスによって上記タービンを回転させることにより、上記コンプレッサを駆動するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記排気ガスの上記タービンへの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された1つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機と、上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定手段と、上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、上記過給圧検出手段によって検出された検出過給圧が第1所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定手段と、を備え、上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるときに、上記エンジンの1サイクルあたりの燃料の供給量を、上記上限燃料供給量設定手段によって設定された上限燃料供給量以下に制限する燃料供給量制限制御を実行するように構成されている、ものとした。 In order to solve the above-described problems, the present invention is directed to a control device for a supercharged engine, and is provided in a fuel injection valve configured to be able to supply fuel into a combustion chamber of the engine and an exhaust passage of the engine. A turbocharger that drives the compressor by rotating the turbine with exhaust gas flowing in the exhaust passage, In the exhaust passage, the turbocharger having one or a plurality of movable members configured to change the cross-sectional area of the exhaust gas in the inlet passage to the turbine of the exhaust gas, and the compressor A supercharging pressure detecting means for detecting the supercharging pressure of the intake air, and a cross-sectional area detection for detecting or estimating the cross-sectional area of the exhaust gas in the inlet passage; Determining means, engine speed detecting means for detecting the engine speed from the rotation angle of the output shaft of the engine, and fuel supply amount control means for controlling the amount of fuel supplied from the fuel injection valve to the combustion chamber And the flow path cross-sectional area detected or estimated by the flow path cross-sectional area detection or estimation means when the detected supercharging pressure detected by the supercharging pressure detection means is greater than or equal to a first predetermined boost pressure. An upper limit fuel supply amount setting means for setting an upper limit fuel supply amount based on the engine speed detected by the engine speed detection means, and the fuel supply amount control means has the detected supercharging pressure. Fuel supply for limiting the fuel supply amount per cycle of the engine to the upper limit fuel supply amount set by the upper limit fuel supply amount setting means when the pressure is equal to or higher than the first predetermined boost pressure. It is configured to perform the restriction control, and the things.
この構成によると、可動部材が固着状態であるか否かの判定を待つこと無く、検出過給圧が第1所定過給圧以上であるときに、燃料供給量制限制御が実行される。 According to this configuration, the fuel supply amount restriction control is executed when the detected supercharging pressure is equal to or higher than the first predetermined supercharging pressure without waiting for the determination as to whether or not the movable member is in the fixed state.
すなわち、検出過給圧は、コンプレッサの回転数が高いほど高く、コンプレッサの回転数はタービンの回転数が高いほど高いため、検出過給圧が上昇しているということは、タービンの回転数が上昇していることを意味する。そのため、タービンの回転数が上昇して、検出過給圧が第1所定過給圧以上まで上昇したときに、タービンの回転数が、ターボ過給機自体を損傷させるような回転数まで上昇する可能性が高い(以下、タービンが過回転状態となる可能性が高いという)として、燃料供給量制限制御が実行する。この燃料供給量制限制御により、燃料の供給量を制限して、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分(以下、排気上流部という)の排圧を低下させることができる。これにより、可動部材が固着状態であるか否かの判定の完了を待つこと無く、タービンが過回転状態となる可能性が高いときに、速やかに、タービンを回転させるための排気エネルギーを低下させて、タービンの回転数を低下させることができる。この結果、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 That is, the detected supercharging pressure is higher as the compressor speed is higher, and the compressor rotational speed is higher as the turbine speed is higher. Therefore, the detected supercharging pressure is increased. It means that it is rising. Therefore, when the rotational speed of the turbine rises and the detected supercharging pressure rises to the first predetermined supercharging pressure or higher, the rotational speed of the turbine rises to such a rotational speed that damages the turbocharger itself. The fuel supply amount restriction control is executed on the assumption that the possibility is high (hereinafter, the possibility that the turbine is in an overspeed state is high). By this fuel supply amount restriction control, the fuel supply amount can be restricted, and the exhaust pressure in the exhaust upstream side of the turbine in the exhaust passage (hereinafter referred to as the exhaust upstream portion) can be reduced. As a result, the exhaust energy for rotating the turbine is quickly reduced when there is a high possibility that the turbine will be in an overspeed state without waiting for the completion of the determination as to whether or not the movable member is in the fixed state. Thus, the rotational speed of the turbine can be reduced. As a result, it is possible to appropriately control the turbine speed and prevent the turbocharger from being damaged.
上記過給機付エンジンの制御装置において、上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が、上記第1所定過給圧よりも大きい値に設定された第2所定過給圧以上であるときには、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料供給量を0にするように構成されている、ことが望ましい。 In the control device for an engine with a supercharger, the fuel supply amount control means is configured such that the detected supercharging pressure is equal to or higher than a second predetermined supercharging pressure set to a value larger than the first predetermined supercharging pressure. In some cases, it is desirable that the fuel supply amount is set to zero in the fuel supply amount restriction control.
すなわち、例えば、可動部材が、排気ガスの流路断面積が最小となるような位置で固着してしまうと、上記排気上流部内の排圧が急激に上昇するため、タービンが過回転状態となる可能性がさらに高くなる。このときには、燃焼室への燃料供給自体を一時的に停止させて、排気上流部内の排圧を一気に低下させることが望ましい。そこで、検出過給圧が第2所定過給圧以上であり、タービンが過回転状態となる可能性がさらに高いときには、燃料供給量を0にすることにより、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排圧を急激に低下させる。これにより、一層、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 That is, for example, if the movable member is fixed at a position where the exhaust gas flow passage cross-sectional area is minimized, the exhaust pressure in the exhaust upstream portion increases rapidly, and the turbine is over-rotated. The possibility is even higher. At this time, it is desirable to temporarily stop the fuel supply itself to the combustion chamber to reduce the exhaust pressure in the exhaust upstream portion at once. Therefore, when the detected supercharging pressure is equal to or higher than the second predetermined supercharging pressure and there is a high possibility that the turbine will be in an overspeed state, the fuel supply amount is set to 0 so that the exhaust gas is exhausted more than the turbine in the exhaust passage. The exhaust pressure in the upstream part is rapidly reduced. Thereby, damage to the turbocharger can be further prevented.
上記過給機付エンジンの制御装置の一の実施形態では、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出手段をさらに備え、上記上限燃料供給量設定手段は、上記排圧検出手段によって検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定するように構成され、上記燃料供給量制御手段は、上記排圧検出手段によって検出された上記検出排圧が上記所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても、上記燃料供給量制限制御を実行するように構成されている。 In one embodiment of the control device for an engine with a supercharger, the controller further comprises exhaust pressure detecting means for detecting the pressure of exhaust gas in a portion of the exhaust passage upstream of the turbine in the exhaust passage, and the upper limit fuel supply amount When the detected exhaust pressure detected by the exhaust pressure detecting means is equal to or higher than a predetermined exhaust pressure, the setting means is configured to detect the flow path even when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure. The fuel supply is configured to set an upper limit fuel supply amount based on the flow path cross-sectional area detected or estimated by the cross-sectional area detection or estimation means and the engine speed detected by the engine speed detection means. When the detected exhaust pressure detected by the exhaust pressure detecting means is equal to or higher than the predetermined exhaust pressure, the amount control means is when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure. It is configured to perform a serial fuel supply quantity limiting control.
上述したように、検出過給圧は、コンプレッサの回転数が高いほど高く、コンプレッサの回転数はタービンの回転数が高いほど高くなるため、検出過給圧が上記第1所定過給圧以上になったときに、タービンが過回転状態となる可能性が高いとして、燃料供給量制限制御を実行していれば、基本的には、タービンが過回転状態となることを抑制することができる。しかしながら、検出過給圧は、上記排気上流部内の排圧が上昇し、タービンの回転数が上がることによって上昇するものであるため、例えば、排気ガスの流量が多く、タービンの回転数が急激に上昇するおそれがあるときには、検出過給圧よりも上記排気上流部内の排圧に基づいて、燃料供給量制限制御を実行する方が、上記排気上流部内の排圧を、速やかに低下させる観点からは望ましい。 As described above, the detected supercharging pressure increases as the compressor speed increases, and the compressor rotational speed increases as the turbine speed increases. Therefore, the detected supercharging pressure exceeds the first predetermined supercharging pressure. If the fuel supply amount restriction control is executed on the assumption that there is a high possibility that the turbine will be in an overspeed state at that time, basically, the turbine can be prevented from being in an overspeed state. However, the detected supercharging pressure increases when the exhaust pressure in the exhaust upstream portion increases and the rotational speed of the turbine increases. For example, the flow rate of exhaust gas is large and the rotational speed of the turbine is abruptly increased. When there is a risk of an increase, it is more effective to execute the fuel supply amount restriction control based on the exhaust pressure in the exhaust upstream portion than the detected supercharging pressure from the viewpoint of quickly reducing the exhaust pressure in the exhaust upstream portion. Is desirable.
そこで、燃料供給量制御手段を、検出排圧が所定排圧以上であるときには、検出過給圧が第1所定過給圧未満であるときであっても、燃料供給量制限制御を実行するように構成する。これにより、検出過給圧は、未だ第1所定過給圧以上になっていないが、上記排気上流部の排圧は、タービンが過回転状態となる可能性が高い排圧まで上昇しているようなときに、タービンが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 Therefore, the fuel supply amount control means performs the fuel supply amount restriction control when the detected exhaust pressure is equal to or higher than the predetermined exhaust pressure, even when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure. Configure. As a result, the detected supercharging pressure has not yet exceeded the first predetermined supercharging pressure, but the exhaust pressure in the exhaust upstream portion has increased to an exhaust pressure at which the turbine is likely to be in an overspeed state. In such a case, it is possible to prevent the turbocharger from being damaged by suppressing the turbine from being over-rotated.
上記検出過給圧が上記第2所定過給圧以上であるときに、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料供給量を0にするように構成されている上記過給機付エンジンの制御装置の一実施形態では、上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上かつ上記第2所定過給圧未満であるときに、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定するように構成されている。 The supercharger-equipped engine control device configured to set the fuel supply amount to 0 in the fuel supply amount restriction control when the detected supercharging pressure is equal to or higher than the second predetermined supercharging pressure. In one embodiment, the fuel supply amount control means, in the fuel supply amount restriction control, when the detected supercharging pressure is not less than the first predetermined supercharging pressure and less than the second predetermined supercharging pressure, When the fuel supply amount is set based on the detected boost pressure, the fuel supply amount is set to be smaller as the detected boost pressure is higher than the first predetermined boost pressure. Has been.
この構成により、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、検出過給圧が第1所定過給圧に対して大きいほど、燃料供給量が小さくなるよう制御されるため、コンプレッサによる吸気の過給圧が第1所定過給圧に対して、高い側に大きく離れていたとしても、上記排気上流部内の排圧を速やかに低下させて、過給圧を低下させることができる。これにより、ターボ過給機の損傷をより防止することができる。 With this configuration, when the fuel supply amount is set based on the detected boost pressure in the fuel supply amount restriction control, the fuel supply is increased as the detected boost pressure is larger than the first predetermined boost pressure. Since the amount is controlled to be small, even if the boost pressure of the intake air by the compressor is far away from the first predetermined boost pressure, the exhaust pressure in the exhaust upstream portion is quickly reduced. Thus, the supercharging pressure can be reduced. Thereby, damage to the turbocharger can be further prevented.
また、本発明の別の態様は過給機付きエンジンの制御方法の発明であり、この発明は、エンジンの燃焼室内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁と、上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる排気ガスによって上記タービンを回転させることにより、上記コンプレッサを駆動するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記タービンへの上記排気ガスの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された1つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機とを備えた過給機付エンジンの制御方法を対象として、上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出工程と、上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定工程と、上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出工程と、上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を設定する燃料供給量設定工程と、上記過給圧検出工程で検出された検出過給圧が、第1所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定工程で上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出工程で検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定工程とを含み、上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるときには、上記エンジンの1サイクルあたりの燃料の噴射量を、上記上限燃料供給量設定工程で設定された上限燃料供給量以下に設定する工程である、という構成とした。 Further, another aspect of the present invention is an invention of a control method for an engine with a supercharger. The present invention includes a fuel injection valve configured to be able to supply fuel into a combustion chamber of the engine, and an exhaust passage of the engine. A turbocharger having a turbine provided and a compressor provided in an intake passage of the engine, and driving the compressor by rotating the turbine by exhaust gas flowing in the exhaust passage; A turbocharger having one or a plurality of movable members configured to change a cross-sectional area of the exhaust gas in the exhaust gas inlet passage to the turbine; For a control method of a turbocharged engine, a supercharging pressure detection step for detecting a supercharging pressure of intake air by the compressor, and a flow of the exhaust gas in the inlet passage A flow path cross-sectional area detecting or estimating step for detecting or estimating a cross-sectional area, an engine speed detecting step for detecting an engine speed from a rotation angle of the output shaft of the engine, and the fuel injection valve supplied to the combustion chamber. When the detected supercharging pressure detected in the fuel supply amount setting step for setting the fuel supply amount and the supercharging pressure detection step is equal to or higher than the first predetermined supercharging pressure, An upper limit fuel supply amount setting step for setting an upper limit fuel supply amount based on the flow path cross-sectional area detected or estimated in the estimation step and the engine speed detected in the engine rotation number detection step, In the fuel supply amount setting step, when the detected supercharging pressure is equal to or higher than the first predetermined supercharging pressure, the fuel injection amount per cycle of the engine is set in the upper limit fuel supply amount setting step. Upper limit fuel supply A step of setting the following amounts, has a structure that.
この構成によると、タービンが過回転状態となる可能性が高いときには、燃料供給量設定工程において、燃料の供給量を制限して、上記排気上流部の排圧を速やかに低下させることができる。これにより、可動部材が固着状態であるか否かの判定の完了を待つこと無く、タービンが過回転状態となる可能性が高いときに、速やかに、タービンを回転させるための排気エネルギーを低下させて、タービンの回転数を低下させることができる。この結果、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 According to this configuration, when there is a high possibility that the turbine is in an over-rotation state, the fuel supply amount is limited in the fuel supply amount setting step, and the exhaust pressure in the exhaust upstream portion can be quickly reduced. As a result, the exhaust energy for rotating the turbine is quickly reduced when there is a high possibility that the turbine will be in an overspeed state without waiting for the completion of the determination as to whether or not the movable member is in the fixed state. Thus, the rotational speed of the turbine can be reduced. As a result, it is possible to appropriately control the turbine speed and prevent the turbocharger from being damaged.
上記過給機付エンジンの制御方法において、上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が、上記第1所定過給圧よりも大きい値に設定された第2所定過給圧以上であるときには、上記燃料の供給量を0に設定する工程である、ことが望ましい。 In the control method for an engine with a supercharger, in the fuel supply amount setting step, the detected supercharging pressure is equal to or higher than a second predetermined supercharging pressure set to a value larger than the first predetermined supercharging pressure. In some cases, it is desirable to set the fuel supply amount to zero.
この構成によると、検出過給圧が第2所定過給圧以上であり、タービンが過回転状態となる可能性がさらに高いときには、燃料供給量設定工程において、燃料供給量を0に設定することにより、上記排気上流部の排圧を急激に低下させることができる。これにより、一層、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 According to this configuration, the fuel supply amount is set to 0 in the fuel supply amount setting step when the detected supercharging pressure is equal to or higher than the second predetermined boost pressure and the turbine is more likely to be in the overspeed state. As a result, the exhaust pressure in the exhaust upstream portion can be rapidly reduced. Thereby, damage to the turbocharger can be further prevented.
上記過給機付エンジンの制御方法の一実施形態では、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出工程をさらに含み、上記上限燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記所定過給圧未満であるときであっても、上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する工程であり、上記燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても、上記エンジンの1サイクルあたりの燃料の供給量を上記上限燃料供給量以下に設定する工程である。 In one embodiment of the method for controlling the engine with a supercharger, the method further comprises an exhaust pressure detection step of detecting an exhaust gas pressure in a portion of the exhaust passage upstream of the turbine in the exhaust passage, and the upper limit fuel supply amount setting When the detected exhaust pressure detected in the exhaust pressure detecting step is equal to or higher than a predetermined exhaust pressure, the process is detected or estimated even when the detected supercharging pressure is less than the predetermined supercharging pressure. The upper limit fuel supply amount is set based on the flow path cross-sectional area and the detected engine speed, and the fuel supply amount setting step includes the detected exhaust pressure detected in the exhaust pressure detection step. When the exhaust pressure is equal to or higher than the predetermined exhaust pressure, the fuel supply amount per cycle of the engine is set to be equal to or lower than the upper limit fuel supply amount even when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure. It is a process to do.
すなわち、検出過給圧は、上記排気上流部内の排圧が上昇し、タービンの回転数が上がることによって上昇するものであるため、例えば、排気ガスの流量が多く、タービンの回転数が急激に上昇するおそれがあるときには、燃料供給量設定工程において、検出過給圧よりも上記排気上流部内の排圧に基づいて、上記燃料の供給量を設定する方が、上記排気上流部内の排圧を、速やかに低下させる観点からは望ましい。 That is, the detected supercharging pressure rises when the exhaust pressure in the exhaust upstream portion rises and the rotational speed of the turbine rises. For example, the flow rate of exhaust gas is large and the rotational speed of the turbine suddenly increases. When there is a risk of an increase, in the fuel supply amount setting step, setting the fuel supply amount based on the exhaust pressure in the exhaust upstream portion rather than the detected supercharging pressure reduces the exhaust pressure in the exhaust upstream portion. From the viewpoint of promptly lowering, it is desirable.
そこで、検出排圧が所定排圧以上であるときには、検出過給圧が第1所定過給圧未満であるときであっても、検出又は推定された流路断面積と、検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料噴射量を設定して、エンジンの1サイクルあたりの燃料の噴射量を上記上限燃料噴射量以下に制限する。これにより、検出過給圧は、未だ第1所定過給圧以上になっていないが、上記排気上流部の排圧は、タービンが過回転状態となる可能性が高い排圧まで上昇しているようなときに、タービンが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 Therefore, when the detected exhaust pressure is equal to or higher than the predetermined exhaust pressure, the detected or estimated flow passage cross-sectional area and the detected engine rotation even when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure. The upper limit fuel injection amount is set based on the number, and the fuel injection amount per cycle of the engine is limited to the upper limit fuel injection amount or less. As a result, the detected supercharging pressure has not yet exceeded the first predetermined supercharging pressure, but the exhaust pressure in the exhaust upstream portion has increased to an exhaust pressure at which the turbine is likely to be in an overspeed state. In such a case, it is possible to prevent the turbocharger from being damaged by suppressing the turbine from being over-rotated.
上記燃料供給量設定工程が、上記検出過給圧が上記第2所定過給圧以上であるときには、上記燃料の供給量を0にする設定する工程である、過給機付エンジンの制御方法において、上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上かつ上記第2所定過給圧未満であるときに、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定する工程である、ことが望ましい。 In the method for controlling a supercharged engine, wherein the fuel supply amount setting step is a step of setting the fuel supply amount to 0 when the detected supercharging pressure is equal to or higher than the second predetermined supercharging pressure. In the fuel supply amount setting step, the fuel supply amount is based on the detected boost pressure when the detected boost pressure is equal to or higher than the first predetermined boost pressure and lower than the second predetermined boost pressure. It is desirable that the fuel supply amount be set smaller as the detected boost pressure is higher than the first predetermined boost pressure.
この構成により、上記燃料供給量設定工程において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、検出過給圧が第1所定過給圧に対して大きいほど、燃料供給量が小さくなるよう制御されるため、コンプレッサによる吸気の過給圧が第1所定過給圧に対して、高い側に大きく離れていたとしても、上記排気上流部内の排圧を速やかに低下させて、過給圧を低下させることができる。これにより、ターボ過給機の損傷をより防止することができる。 With this configuration, when the fuel supply amount is set based on the detected boost pressure in the fuel supply amount setting step, the fuel supply is increased as the detected boost pressure is larger than the first predetermined boost pressure. Since the amount is controlled to be small, even if the boost pressure of the intake air by the compressor is far away from the first predetermined boost pressure, the exhaust pressure in the exhaust upstream portion is quickly reduced. Thus, the supercharging pressure can be reduced. Thereby, damage to the turbocharger can be further prevented.
以上説明したように、本発明の過給機付きエンジンの制御装置及び制御方法によると、可動部材が固着状態であるか否かに関わらず、検出過給圧が第1所定過給圧以上であるときに、流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積とエンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量が設定され、エンジンの1サイクルあたりの燃料の供給量が上記上限燃料供給量以下に制限されるため、タービンの回転数が、ターボ過給機自体を損傷させるような回転数まで上昇する可能性が高いときに、可動部材が固着状態であるか否かの判定を待つことなく、上記燃料の供給量を制限して、上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排圧を低下させて、速やかに、タービンを回転させるための排気エネルギーを低下させることができる。この結果、タービンの回転数を適切に制御して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。 As described above, according to the control device and the control method for an engine with a supercharger according to the present invention, the detected supercharging pressure is equal to or higher than the first predetermined supercharging pressure regardless of whether or not the movable member is in the fixed state. In some cases, an upper limit fuel supply amount is set based on the flow path cross-sectional area detected or estimated by the flow path cross-sectional area detection or estimation means and the engine speed detected by the engine speed detection means, Since the fuel supply amount per cycle is limited to the upper limit fuel supply amount or less, it is movable when the turbine speed is likely to increase to a speed that would damage the turbocharger itself. Without waiting for the determination of whether or not the member is in a fixed state, the fuel supply amount is limited, the exhaust pressure in the exhaust gas upstream side of the turbine in the exhaust passage is reduced, and promptly, Tar It is possible to reduce the exhaust energy for rotating the emission. As a result, it is possible to appropriately control the turbine speed and prevent the turbocharger from being damaged.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンシステム200を示す。エンジンシステム200は、主に、ディーゼルエンジンとしてのエンジンEと、エンジンEに吸気を供給する吸気系INと、エンジンEに燃料を供給するための燃料供給系FSと、エンジンEから排出される排気ガスを、エンジンEが搭載された車両の外部に排出するための排気系EXと、エンジンシステム200に関する各種の状態を検出する複数のセンサとエンジンシステム200の制御を行うパワートレインコントロールモジュール50(図4参照、以下、Powertrain Control Moduleを省略してPCM50という)と、を有している。
FIG. 1 shows an
エンジンEは、複数の気筒16a(図1では1つのみを記載)を有する多気筒エンジンであって、上記複数の気筒16aが設けられたシリンダブロック16と、このシリンダブロック16上に配設されたシリンダヘッド12と、シリンダブロック16の下側に配設され、エンジンEの駆動系の潤滑に用いられる潤滑油が貯留されたオイルパン18とを有している。エンジンEの各気筒16a内には、ピストン23が気筒16a内を往復運動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン23の頂面と気筒16aの側壁とシリンダヘッド14の下面とによって、燃焼室17が気筒16a毎に形成されている。
The engine E is a multi-cylinder engine having a plurality of
上記ピストン23は、コンロッド24を介して、エンジンEの出力軸としてのクランクシャフト25と連結されており、該クランクシャフト25は、ピストン23の往復運動によって回転される。
The
上記シリンダヘッド14には、気筒16a毎に吸気ポート19及び排気ポート29が形成されているとともに、これら吸気ポート19及び排気ポート29における燃焼室17側の開口を開閉する吸気バルブ15及び排気バルブ27がそれぞれ配設されている。また、シリンダヘッド14には、燃焼室17内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁20と、エンジンEの始動時等において、吸気と燃料との混合気への着火性を高めるためのグロープラグ21とが気筒16a毎にそれぞれ配設されている。
The
さらに、エンジンシステム200には、エンジンEの出力を利用して発電するオルタネータ26が設けられている。
Further, the
エンジンEには、エンジンE等を冷却するための冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ109と、クランクシャフト25の回転角からエンジンEの回転数を検出するエンジン回転数センサ110(エンジン回転数検出手段)と、オイルパン28内のオイルレベルを検出するための光学式オイルレベルセンサ111とが設けられている。
The engine E includes a cooling
また、このエンジンEは、その排気量を1.5リットル程度とした、比較的排気量の小さいエンジンとなるように構成されている。このエンジンEは、比較的小型軽量であり且つ、機械抵抗が低く、燃費性能が高い。 Further, the engine E is configured to be an engine having a relatively small displacement with an displacement of about 1.5 liters. The engine E is relatively small and light, has low mechanical resistance, and has high fuel efficiency.
吸気系INは、エンジンEの各気筒16aの吸気ポート19に連通する吸気通路1を有している。この吸気通路1の吸気上流側端部には、上記車両の外部から導入された吸気を濾過するエアクリーナー3が配設されている。一方、吸気通路1における吸気下流側端部の近傍部分には、エンジンEに供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク12が配設されている。吸気通路1におけるサージタンク12よりも吸気下流側の部分は、気筒16a毎に分岐する吸気マニホールド(図示省略)によって構成されており、該吸気マニホールドにおける吸気下流側の端部が、各気筒16aの吸気ポート19にそれぞれ接続されている。
The intake system IN has an intake passage 1 communicating with the
吸気通路1におけるエアクリーナー3とサージタンク12との間には、吸気上流側から吸気下流側に向かって順に、後述する低圧EGR装置48の低圧EGR通路48aと吸気通路1との接続部と、ターボ過給機5のコンプレッサ5aと、各気筒16aの燃焼室17への吸気の流量を調整するための吸気シャッター弁7と、上記コンプレッサ5aにより過給された空気を冷却するインタークーラー8と、後述する高圧EGR装置43の高圧EGR通路43aと吸気通路1との接続部とがそれぞれ配設されている。また、インタークーラー8には、冷却水が通る通路である冷却水通路10を介して、インタークーラー8に通水する冷却水の流量を調整するウォーターポンプ9が接続されている。尚、インタークーラー8に通水する冷却水(つまり、冷却水通路10を通る冷却水)は、エンジンEから供給されるようになっている。
Between the
吸気系INにおいて、吸気通路1の、エアクリーナー3よりも吸気下流側かつコンプレッサ5aよりも吸気上流側(厳密には、後述する低圧EGR通路48aと吸気通路1との接続部よりも吸気上流側)の部分には、吸気量を検出するエアフローセンサ102とエアクリーナー3通過直後の吸気の温度を検出する第1吸気温度センサ103とが設けられている。また、吸気シャッター弁7には、該吸気シャッター弁7の開度を検出する吸気シャッター弁開度センサ105が設けられ、吸気通路1の、インタークーラー8よりも吸気下流側かつサージタンク12よりも吸気上流側(厳密には、後述する高圧EGR通路43aと吸気通路1との接続部よりも吸気上流側)の部分には、インタークーラー8を通過した直後の吸気の温度を検出する第2吸気温度センサ106とターボ過給機5のコンプレッサ5aにより過給され、インタークーラー8を通過した後の吸気の過給圧を検出する過給圧センサ107(過給圧検出手段)とが設けられている。さらに、吸気通路1には、吸気通路1における上記吸気マニホールドの温度を検出する吸気マニホールド温度センサ108が設けられている。
In the intake system IN, the intake passage 1 is on the intake downstream side of the
燃料供給系FSは、燃料を貯留する燃料タンク30と、該燃料タンク30から燃料噴射弁20に燃料を供給するための燃料供給通路38とを有する。燃料供給通路38上には、上流側(燃料タンク30側)から順に、低圧燃料ポンプ31と、高圧燃料ポンプ33と、コモンレール35とが設けられている。低圧燃料ポンプ31には、燃料ウォーマー32が設けられ、高圧燃料ポンプ33には、燃圧レギュレーター34が設けられ、コモンレール35には、コモンレール減圧弁36が設けられている。燃料タンク30に貯留された燃料は、低圧燃料ポンプ31によって高圧燃料ポンプ33に送られ、高圧燃料ポンプ33に送られた燃料は、該高圧燃料ポンプ33によってコモンレール35に圧送される。コモンレール35は、圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能であり、コモンレール35に蓄えられた燃料は、燃料噴射弁20が開弁することによって、燃料噴射弁20の燃料噴射口から燃焼室17に噴射(供給)される。尚、図示は省略しているが、燃料供給通路38における、低圧燃料ポンプ31と高圧燃料ポンプ33との間の部分及び低圧燃料ポンプ31と高圧燃料ポンプ33との間の部分の少なくとも一方には、燃料タンク30に貯留された燃料に含まれる異物等を除去するための燃料フィルタが設けられている。
The fuel supply system FS includes a
また、燃料供給系FSには、高圧燃料ポンプ33に、燃料の温度を検出する燃料温度センサ114が設けられ、コモンレール35に、該コモンレール35内の燃料の圧力を検出する燃圧センサ115が設けられている。
Further, in the fuel supply system FS, a
排気系EXは、排気ガスが通過する排気通路41を有している。排気通路41は、エンジンEの各気筒16aの排気ポート29と連通しており、エンジンEと排気通路41との接続部分は、気筒16a毎に分岐して排気ポート29の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールド(図示省略)によって構成されている。
The exhaust system EX has an
排気通路41における排気マニホールドよりも排気下流側には、排気上流側から順に、後述する高圧EGR装置43の高圧EGR通路43aと排気通路41との接続部と、排気通路41を通過する排気ガスによって回転され、この回転によって上記コンプレッサ5aを回転駆動する、ターボ過給機5のタービン5bと、排気ガスの浄化機能を有する酸化触媒45及びディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、Diesel particulate filterを省略してDPFという)46と、後述する低圧EGR装置48の低圧EGR通路48aと排気通路41との接続部と、上記車両外部に排出する排気流量を調整する排気シャッター弁49とが設けられている。
In the
酸化触媒45は、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のCO及びHCが酸化されてCO2及びH2Oが生成する反応を促す触媒である。また、DPF46は、排気ガス中の煤等の微粒子を捕集して、該排気ガスを浄化するフィルタである。
The
排気系EXにおいて、排気通路41の、タービン5bよりも排気上流側の部分(以下、排気上流部41aという)には、該排気上流部41aにおける排気ガスの温度を検出する第1排気温度センサ116と、上記排気上流部41aにおける排気ガスの圧力(以下、単に排圧という)を検出する排圧センサ117(排圧検出手段)とが設けられている。また、排気通路41の、タービン5bよりも排気下流側かつ酸化触媒45よりも排気上流側の部分には、酸化触媒45を通過する前の排気ガスの温度を検出する第2排気温度センサ118が設けられ、排気通路41の、酸化触媒45とDPF46との間の部分には、酸化触媒45の通過後かつDPF46の通過前の排気ガスの温度を検出する第3排気温度センサ119が設けられ、DPF46には、該DPF46の排気上流側と排気下流側との排圧の差を検出するDPF差圧センサ120が設けられている。さらに、排気通路41の、DPF46よりも排気下流側(厳密には、後述する低圧EGR通路48aと排気通路41との接続部よりも排気下流側)かつ排気シャッター弁49よりも排気上流側の部分には、該部分における排気ガス中の酸素濃度を検出するリニアO2センサ121と、当該部分における排気ガスの温度を検出する第4排気温度センサ122とが設けられている。
In the exhaust system EX, a portion of the
本実施形態のエンジンシステム200は、さらに、排気ガスの一部を吸気側に還流させるための装置として、高圧EGR装置43と低圧EGR装置48とを有している。高圧EGR装置43は、排気通路41における上記排気マニホールドとターボ過給機5のタービン5bとの間の部分と、吸気通路1におけるインタークーラー8とサージタンク12との間の部分とを接続する高圧EGR通路43aと、該高圧EGR通路43aを通過させる排気ガスの流量を調整する高圧EGRバルブ43bとを有しており、排気通路41に排出された比較的高圧の排気ガスを吸気側に還流させる。一方、低圧EGR装置48は、排気通路41におけるDPF46と排気シャッター49との間の部分と吸気通路1におけるエアクリーナー3とターボ過給機5のコンプレッサ5aとの間の部分とを接続する低圧EGR通路48aと、該低圧EGR通路48aを通過する排気ガスを冷却するための低圧EGRガスクーラー48bと、上記低圧EGR通路48aを通過させる排気ガスの流量を調整する低圧EGRバルブ48cと、上記低圧EGR通路48aを通過させる排気ガスに含まれる煤等の混入物を捕集するための低圧EGRフィルタ48dとを有しており、排気通路41に排出された比較的低圧の排気ガスを吸気側に還流させる。
The
本実施形態のエンジンシステム200に設けられたターボ過給機5は、タービン5bが低速で回転するときでも効率良く過給を行うことができるように小型に形成されているとともに、エンジンEの運転状態に応じてタービン5bに流入する排気ガスの流路断面積を変化させることで、タービン5bに流入する排気ガスの流速を調整可能な可変容量型のターボ過給機(Variable Geometry Turbocharger:VGT)として構成されている。タービン5bの入口、つまり排気通路41におけるタービン5bの直上流部には、排気ガスの流路断面積を調整のための可動式ベーン5cが配設されている。
The
ここで、図2及び図3を参照しながら、ターボ過給機5のタービン5b周辺の構造について説明する。
Here, the structure around the
図2及び図3に示すように、タービン5bは、タービンケーシング153内に形成されたタービン室153aの略中央部に配設されており、該タービン5bの周囲を取り囲むように複数の可動式ベーン5cが配設されている。各可動式ベーン5cは、図3に示すように、タービン室153aの一方側の壁部(図3における可動式ベーン5cの右側の壁部)を貫通する支軸5dによって回動可能に支持されている。そして、可動式ベーン5cがそれぞれ支軸5dの周りに回動して(図2で時計回りに回動して)、相互に近接するように傾斜すると、可動式ベーン5c相互間に形成されるノズル155の開度(ノズル断面積)が小さく絞られて、排気流量が少ないときでも、タービン5bを回転させるための排気エネルギーを高くすることができるため、高い過給効率が得られるようになる。一方で、可動式ベーン5cが上記とは反対側に回動して(図2で反時計回りに回動して)、相互に離反するように傾斜すると、ノズル断面積が大きくなり、排気流量の多いときでも通気抵抗を低減して、過給効率を高くすることができる。ノズル断面積は、排気ガスの流路断面積に相当する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
より詳しくは、図3に示すように、タービンケーシング153の内部には、タービン室153aに対しタービン軸の延びる方向に隣接して、該タービン室153に対応するように環状の空洞部153bが形成されており、上記可動式ベーン5cの支軸5dは、それぞれ、上記空洞部153bとタービン室153aとの間の隔壁を貫通して、該空洞部153b内に突出している。この支軸5dの上記空洞部153bに突出した部分には、それぞれ馬蹄形状の連結部材156の基端部が取り付けられ、この各連結部材156の先端側に連結ピン156aの一端部が摺動可能に取り付けられている。また、該連結ピン156aの他端部は、可動式ベーン5cに対応するように空洞部153bの全周に亘って配置されたリング部材157に回動可能に固定されている。
More specifically, as shown in FIG. 3, an
リング部材157は、リンク機構158を介してアクチュエータ162(図4参照)のロッド163に駆動連結されている。詳しくは、図3に示すように、リンク機構158は、一端部がリング部材157に回動可能に連結された連結ピン158aと、該連結ピン158aの他端部に一端部を回動可能に連結された第1連結板部材158bと、該第1連結板部材158bの他端部に連結されるとともに、タービンケーシング153の外壁を貫通する柱状部材158cと、該柱状部材158cのタービンケーシング153外へ突出する突出端部に一端部を連結された第2連結板状部材158dとからなり、該第2連結板状部材158dの他端部が、連結ピン153eによりアクチュエータ162のロッド163に回動可能に連結されている。そして、上記アクチュエータ162の作動により、ロット163が動作して、該動作がリンク機構158を介してリング部材157に伝達されて、リング部材157がタービン軸の軸線X周りに回動することで、可動式ベーン5cがそれぞれ支軸5d周りに同期回動されるようになっている。すなわち、ノズル155の開度は、ロッド163の動作によって変更されるようになっている。
The
また、ターボ過給機5において、ロッド163の近傍位置には、ロッド163の位置を検出するノズルポジションセンサ123が設けられている。
In the
上述のように構成されたエンジンシステム200は、PCM50によって制御される。PCM50は、プログラムを実行するCPU、プログラムやデータを格納するメモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
The
PCM50には、図4に示すように、各種のセンサからの検出信号が入力される。センサとしては、例えば、上記車両の車速を検出する車速センサ100と、上記車両のドライバによるアクセルペダルの踏み込み量(ドライバの操作によるアクセル開度)を検出するアクセル開度センサ101と、エンジンEの回転数を検出するエンジン回転数センサ110と、ターボ過給機5のコンプレッサ5aにより過給され、インタークーラー8を通過した後の吸気の過給圧を検出する過給圧センサ107と、排気上流部41aにおける排圧を検出する排圧センサ117と、ロッド163の位置を検出するノズルポジションセンサ123とである。
As shown in FIG. 4, detection signals from various sensors are input to the
PCM50は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジンEや車両の状態を判定し、これに応じて燃料噴射弁20及びロッド163を駆動させるアクチュエータ162を含む種々の装置(グロープラグ19、及び、各種の弁(吸気シャッター弁7、排気シャッター弁49、高圧EGR弁43b、及び低圧EGR弁48c))へ制御信号を出力する。
The
PCM50は、基本的には、上記車両のドライバが要求するトルク(以下、要求トルクという)に基づいて、エンジンEの1サイクルあたりに燃焼室17内に噴射する燃料の噴射量(以下、単に燃料噴射量という)を設定して、該設定された燃料噴射量だけ燃料噴射弁20から燃焼室17に燃料が噴射されるように、上記燃料噴射量に基づくパルス幅を有する信号を、上記燃料噴射弁20に出力する。PCM50には、予め要求トルクに基づいて燃料噴射量を決定するためのマップが格納されており、PCM50は、要求トルクに基づいて燃料噴射量を設定するときには、上記マップに従って燃料噴射量を設定する。このことから、PCM50は燃料供給量制御手段を構成する。以下の説明において、要求トルクに基づいて設定された燃料噴射量を目標燃料噴射量という。尚、上記目標燃料噴射量は、後述する上限燃料噴射量(上限燃料供給量)に対して多くなることも少なくなることもある。また、上記要求トルクは、車速センサ100、アクセル開度センサ101及びエンジン回転数センサ110の検出信号に基づいて決定される。
The
また、PCM50は、ノズルポジションセンサ123によって検出されたロッド163の位置から、ノズル155の開度、すなわち、タービン5bの入口通路における、排気ガスの流路断面積を推定する。すなわち、PCM50は流路断面積推定手段を構成する。尚、上記排気ガスの流路断面積を直接検出することが可能なセンサを設けて、上記排気ガスの流路断面積を検出するようにしてもよい。
Further, the
さらに、PCM50は、排圧センサ117によって検出される検出排圧に基づいて、目標ノズル開度を設定し、ノズル開度が該目標ノズル開度になるようにアクチュエータ162を作動させ、ロッド163を駆動させて、適切な過給圧が得られつつ、タービン5bの回転数が、ターボ過給機5自体を損傷させるような回転数まで上昇しないように、ノズル開度を調整する。尚、以下の説明において、「回転数が、ターボ過給機5自体を損傷させるような回転数まで上昇した状態」のことを「過回転状態」という。
Further, the
上述のように、ノズル開度を調整することによって、吸気の過給圧を応答性よく立ち上げて、燃焼効率の向上等を図りつつ、タービン5bが過回転状態となることを防止することができる。しかしながら、可動式ベーン5cが正常に作動しなくなった場合、タービン5bが過回転状態となる可能性がある。すなわち、図3に示すように、可動式ベーン5cとタービン室153aの側壁部とのクリアランスは、極めて狭く形成されており、排気ガス中に含まれる煤などが可動式ベーン5cと上記側壁部との間の部分に堆積すると、可動式ベーン5cが、上記側壁部に固着した固着状態になってしまうことがある。特に、可動式ベーン5cが、閉じ側に位置している状態で固着してしまうと、タービン5bに作用する排気ガスの流速が異常に高くなり、タービン5bを回転させるための排気エネルギーが高くなるため、タービン5bが過回転状態となり、ターボ過給機5自体を損傷させてしまう可能性が高くなる。
As described above, by adjusting the nozzle opening, it is possible to raise the boost pressure of the intake air with good responsiveness and to improve the combustion efficiency and to prevent the
このような、可動式ベーン5cの固着に対する対策として、コンプレッサ5aによる吸気の過給圧を検出して、検出された過給圧が第1所定過給圧以上であるときに、可動式ベーン5cが固着状態であるか否かを判定して、可動式ベーン5cが固着状態であると判定された後に、燃焼室17への燃料噴射量を減少させ、排気量を減少させることで、排気上流部41a内の排圧を下げて、タービン5bの回転数の上昇を抑制するという方法がある。しかしながら、本実施形態のエンジンEのように、比較的小型のエンジンでは、ターボ過給機5も小型であり、このような小型のターボ過給機5では、過給レスポンスが高いため、可動式ベーン5cが固着した後、可動式ベーン5cの固着判定を行っている間に、タービン5bが過回転状態になるおそれがある。
As a countermeasure against such sticking of the
そこで、本実施形態では、PCM50は、過給圧センサ107によって検出された検出過給圧が第1所定過給圧以上であるときには、エンジン回転数センサ110によって検出される検出エンジン回転数と、ノズルポジションセンサ123によって検出される検出ノズル開度とに基づいて、上限燃料噴射量を設定し、固着判定がなされるよりも先に、上記燃料噴射量を、上記上限燃料噴射量以下に制限する燃料噴射量制限制御(燃料供給量制限制御)を実行する。ここで、上記第1所定過給圧は、可動式ベーン5cの開き側への応答遅れや、エンジンEから排出される排気ガスの流量の増大等による、排圧の異常増大を検出するための閾値である。また、上記上限燃料噴射量は、排気上流部41a内の排圧を下げて、コンプレッサ5aによる吸気の過給圧を上記第1所定過給圧よりも小さい過給圧にすることが可能な燃料噴射量である。
Therefore, in the present embodiment, the
以下、PCM50により実行される燃料噴射量制限制御について、具体的に説明する。
Hereinafter, the fuel injection amount restriction control executed by the
PCM50は、先ず、上記検出エンジン回転数と上記検出ノズル開度とに基づいて、上記上限燃料噴射量を設定する。PCM50には、図5に示すような上記上限燃料噴射量を決定するためのマップが予め格納されており、PCM50は該マップを読み込んで上記上限燃料噴射量を設定する。すなわち、PCM50は上限燃料供給量設定手段を構成する。
First, the
図5に示すように、PCM50は、上記検出エンジン回転数が同じであれば、上記検出ノズル開度が小さいほど上記上限燃料噴射量を小さい値に設定する。すなわち、ノズル開度が小さい状態では、排気上流部41a内の排圧が上昇しやすく、タービン5bを回転させる排圧エネルギーが高くなりやすい。そのため、上記検出ノズル開度が小さいほど、上記上限燃料噴射量を減少させ、エンジンEから排気通路41に排出される排気ガスの流量を小さくして、排気上流部41a内の排圧を下げるようにしている。また、PCM50は、排気ガスの流量が、タービン5bが過回転状態となり得ないような流量にしかならない程度にエンジン回転数が低い領域を除いて、上記検出ノズル開度が同じであれば、上記検出エンジン回転数が高いほど上記上限燃料噴射量を小さい値に設定する。すなわち、エンジン回転数が高い状態であれば、エンジンEから排気通路41に排出される排気ガスの流量が大きくなり、排気上流部41a内の排圧が上昇しやすくなる。そのため、上記上限燃料噴射量を減少させ、エンジンEから排気通路41に排出される排気ガスの流量を小さくして、排気上流部41a内の排圧を下げるようにしている。尚、図5に示すようなマップは、実験によって予め定められるものであり、ターボ過給機毎に異なるマップになり得るものである。
As shown in FIG. 5, if the detected engine speed is the same, the
PCM50は、上記上限燃料噴射量を設定した後、上記検出過給圧と上記第1所定過給圧とを比較して、上記第1所定過給圧に対する上記検出過給圧の大きさに基づいて係数ABOを決定する。PCM50は、係数ABOを決定した後、上記上限燃料噴射量に上記係数ABOを乗じて、エンジン回転数、ノズル開度及び過給圧に基づいて定められる燃料噴射量である制限燃料噴射量を算出する。
After setting the upper limit fuel injection amount, the
次に、PCM50は、上記制限燃料噴射量と上記目標燃料噴射量とを比較して、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量以下であるときには、上記制限燃料噴射量を、実際に燃焼室17に噴射する燃料の噴射量(以下、最終燃料噴射量という)に設定する一方、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量よりも大きいときには、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。
Next, the
そして、PCM50は、上記燃料噴射量が、設定した最終燃料噴射量となるよう燃料噴射弁20を作動させる。具体的には、燃料噴射弁20から最終燃料噴射量だけ燃料が燃焼室17に供給されるようなパルス幅を有する信号を、上記燃料噴射弁20に出力する。
Then, the
このように、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるときに、燃料噴射量制限制御を実行することによって、エンジンEから排気通路41に排出される排気量が減少するため、排気上流部41a内の排圧が減少する。これにより、タービン5bを回転させるための排気エネルギーが減少するため、タービン5bの回転数が上昇するのを抑えられる。この結果、可動式ベーン5cが閉じ側に位置した状態で固着したとしても、タービン5bが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機5の損傷を防止することができる。
Thus, when the detected boost pressure is equal to or higher than the first predetermined boost pressure, the exhaust amount discharged from the engine E to the
しかしながら、例えば、可動式ベーン5cが、上記ノズル開度が最小となる位置で固着してしまうと、排気上流部41a内の排圧が、タービン5bが過回転状態となるような排圧まで急激に上昇してしまうことがある。そのため、このときには、燃焼室17への燃料供給自体を一時的に停止させて、排気上流部41a内の排圧を一気に低下させることが望ましい。
However, for example, if the
そこで、本実施形態では、PCM50は、上記検出過給圧が、上記第1所定過給圧よりも高い値に設定された第2所定過給圧以上であるときには、最終燃料噴射量を0にするように構成されている。詳しくは、PCM50は、上記検出過給圧が上記第2所定過給圧以上であるときには、上記係数ABOを0にして、上記制限燃料噴射量を0にする。上記制限燃料噴射量が0になることにより、最終燃料噴射量が0に設定されて、燃料供給が一時的に停止されるため、エンジンEからの排気ガスの流量を急激に減少させて、排気上流部41a内の排圧を一気に低下させることができる。この結果、タービン5bを回転させるための排気エネルギーを減少させて、タービン5bが過回転状態になることを抑制して、ターボ過給機5の損傷を防止することができる。ここで、上記第2所定過給圧は、タービン5bが過回転状態となったときの過給圧よりも僅かに低い値に設定されており、ターボ過給機5の構成に基づいて設定される。
Therefore, in the present embodiment, the
上述のように、係数ABOは、上記検出過給圧が上記第2所定過給圧であるときに0に設定されるようになっている。係数AEXは、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上かつ上記第2所定過給圧未満の範囲において、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧に対して高い程小さい値に設定される。具体的には、係数ABOは、検出過給圧が上記第1所定過給圧であるときを1として、上記第1所定過給圧から上記第2所定過給圧に近づくほど0に近い値に設定される。尚、上記検出過給圧が、上記第1所定過給圧と上記第2所定過給圧との間の値であるときの係数ABOは、エンジンEとターボ過給機5との相互作用による過給圧の上昇及び低下を、予め実験によって検出することで定められており、ターボ過給機毎に異なる値に設定され得るものである。
As described above, the coefficient A BO is set to 0 when the detected supercharging pressure is the second predetermined supercharging pressure. The coefficient A EX is such that the detected supercharging pressure is higher than the first predetermined supercharging pressure in a range where the detected supercharging pressure is not less than the first predetermined supercharging pressure and less than the second predetermined supercharging pressure. Set to a small value. Specifically, the coefficient A BO is close to 0 as the detected supercharging pressure is 1 when the detected supercharging pressure is the first predetermined supercharging pressure, and approaches the second predetermined supercharging pressure from the first predetermined supercharging pressure. Set to a value. The coefficient A BO when the detected supercharging pressure is a value between the first predetermined supercharging pressure and the second predetermined supercharging pressure is an interaction between the engine E and the
尚、PCM50は、上述のような燃料噴射量制限制御を実行しつつ、可動式ベーン5cの固着判定についても同時進行で行っており、可動式ベーン5cが実際に固着しているか否かについても判定を行っている。該固着判定は、上記検出排圧に基づいて設定されたノズル155の上記目標ノズル開度に対する上記検出ノズル開度のずれ量が所定値以上である状態が、所定時間以上続いたか否か検出することによって行う。上記所定時間は3秒程度である。
The
ここで、検出過給圧は、コンプレッサ5aの回転数が高いほど高く、コンプレッサ5aの回転数はタービン5bの回転数が高いほど高いため、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるときに燃料噴射量制限制御を実行していれば、タービン5bが過回転状態となることを抑制することができる。しかしながら、検出過給圧は、排気上流部41a内の排圧が上昇し、タービン5bの回転数が上がることによって上昇するものであるため、例えば、エンジン回転数が高く、単位時間あたりの排気ガスの流量が多いときには、タービン5bの回転数が急激に上昇する。このように、タービン5bの回転数が急激に上昇する可能性がある場合には、検出過給圧よりも排気上流部41a内の排圧に基づいて、上記燃料噴射量制限制御を実行する方が、排気上流部41a内の排圧を、速やかに低下させる観点からは望ましい。
Here, since the detected supercharging pressure is higher as the rotational speed of the
そこで、本実施形態では、PCM50は、排圧センサ117によって検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても上記燃料噴射量制限制御を実行するように構成されている。
Therefore, in this embodiment, the
具体的には、PCM50は、上記検出エンジン回転数と上記検出ノズル開度とに基づいて、上限燃料噴射量を設定した後、上記検出排圧と上記所定排圧とを比較して、係数AEXを設定する。次に、PCM50は、上記上限燃料噴射量に係数AEXを乗じて制限燃料噴射量を設定する。そして、PCM50は、上記制限燃料噴射量と上記目標燃料噴射量とを比較して、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量以下であるときには、最終燃料噴射量を上記制限燃料噴射量に設定する一方、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量よりも大きいときには、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。その後、PCM50は、上記燃料噴射量が、設定した最終燃料噴射量となるよう燃料噴射弁20を作動させる。尚、係数AEXは、係数ABOと同様に、予め実験によって定められており、検出排圧が所定排圧に対して大きい程、小さい値に設定されるようになっている。また、係数AEXは、ターボ過給機毎に異なる値に設定され得るものである。
Specifically, the
これにより、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても、上記検出排圧が上記所定排圧以上であり、タービン5bが過回転状態となる可能性が高いときには、燃料噴射量が制限されるため、タービン5bが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機5の損傷を防止することができる。
Thereby, even when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure, the detected exhaust pressure is higher than the predetermined exhaust pressure, and the
上述のように、PCM50による燃料噴射量制限制御は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるという条件、及び、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされたときに実行される。上記2つの条件が両方満たされたときには、PCM50は、上記検出過給圧及び上記検出排圧に基づいて、係数AEXと係数ABOとをそれぞれ設定し、燃料噴射量をより抑えることができる方の係数、すなわち、小さい方の係数を選択して、上記制限燃料噴射量を算出する。逆に、上記2つの条件の両方が満たされなかったときには、上記燃料噴射量制限制御は実行されない。
As described above, the fuel injection amount restriction control by the
次に、燃料噴射量制限制御を実行する際のPCM50の処理動作について、図6のフローチャートに基づいて説明する。尚、以下で説明するフローチャートは、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるという条件、及び、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされた後に実行されるフローチャートである。
Next, the processing operation of the
最初のステップS101で、各種センサやスイッチからの入力信号を読み込み、次のステップS102で、上記ドライバの要求トルクに基づいて目標燃料噴射量を設定する。 In the first step S101, input signals from various sensors and switches are read, and in the next step S102, the target fuel injection amount is set based on the torque required by the driver.
続く、ステップS103では、検出エンジン回転数と検出ノズル開度とに基づいて上限燃料噴射量を設定する。 In subsequent step S103, an upper limit fuel injection amount is set based on the detected engine speed and the detected nozzle opening.
次のステップS104では、過給圧センサ107により、コンプレッサ5aによる吸気の過給圧を検出して、次のステップS105で、係数ABOを設定する。尚、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上の排圧でないときには、係数ABOは無限大に設定される。
In the next step S104, the supercharging
続く、ステップS106では、排圧センサ117により排圧を検出して、次のステップS107で、係数AEXを設定する。尚、上記排圧が上記所定排圧以上の排圧でないときには、係数AEXは無限大に設定される。
In step S106, the
次のステップS108では、係数ABOと係数AEXとを比較して、小さい方の係数を選択する。尚、上述したように、このフローチャートは、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるという条件、及び、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされた後に実行されるものであるため、係数AEX及び係数ABOの両方が無限大に設定されていることはなく、係数AEX及び係数ABOの少なくとも一方は、0以上かつ1以下の値に設定されている。 In the next step S108, the coefficient A BO and the coefficient A EX are compared, and the smaller coefficient is selected. As described above, this flowchart shows at least one of the condition that the detected supercharging pressure is not less than the first predetermined supercharging pressure and the condition that the detected exhaust pressure is not less than the predetermined exhaust pressure. for those to be executed after the condition is satisfied, never both coefficients a EX and coefficients a BO is set to infinity, at least one of the coefficients a EX and coefficients a BO, 0 or more and The value is set to 1 or less.
続く、ステップS109では、上記ステップS108で選択した方の係数を、上記上限燃料噴射量に乗じて上記制限燃料噴射量を算出する。 In step S109, the limited fuel injection amount is calculated by multiplying the upper limit fuel injection amount by the coefficient selected in step S108.
次のステップS110では、上記目標燃料噴射量と上記制限燃料噴射量とを比較して、上記制限燃料噴射量が上記目標燃料噴射量以下であるか否かを判定する。上記ステップS110の判定がNOであるときにはステップS112に進む一方、上記ステップS110の判定がYESであるときにはステップS111に進む。 In the next step S110, the target fuel injection amount is compared with the limit fuel injection amount to determine whether or not the limit fuel injection amount is equal to or less than the target fuel injection amount. When the determination in step S110 is NO, the process proceeds to step S112. When the determination in step S110 is YES, the process proceeds to step S111.
上記ステップS111では、上記制限燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。ステップS111の後は、燃料噴射弁20に、最終燃料噴射量(つまり、上記制限燃料噴射量)だけ燃料が噴射されるような出力信号(パルス信号)を送った後、リターンする。
In step S111, the limited fuel injection amount is set to the final fuel injection amount. After step S111, an output signal (pulse signal) is sent to the
一方、上記ステップS112では、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する。ステップS112の後は、燃料噴射弁20に、最終燃料噴射量(つまり、上記目標燃料噴射量)だけ燃料が噴射されるような出力信号(パルス信号)を送った後、リターンする。
On the other hand, in step S112, the target fuel injection amount is set to the final fuel injection amount. After step S112, an output signal (pulse signal) is sent to the
PCM50は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるという条件、かつ、上記検出排圧が上記所定排圧以上であるという条件の少なくとも一方の条件が満たされている間、エンジンEの1サイクル毎に、上記フローチャートに基づいて上記燃料噴射量制限制御を行う。
While the
次に、上述のように燃料噴射量制限制御を実行した場合の、過給圧及び燃料噴射量の変化について、図7を参照しながら説明する。過給圧のグラフに示している破線は、上記第1所定過給圧を表している。尚、図7に示す過給圧は、過給圧センサ107によって検出された検出過給圧である。また、図7は、該図7に示す時間範囲において、上記検出排圧が上記所定排圧未満の状態であるときのタイミングチャートを示している。
Next, changes in the supercharging pressure and the fuel injection amount when the fuel injection amount restriction control is executed as described above will be described with reference to FIG. The broken line shown in the supercharging pressure graph represents the first predetermined supercharging pressure. Note that the supercharging pressure shown in FIG. 7 is a detected supercharging pressure detected by the supercharging
図7に示すように、PCM50は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以下のときには、上記ドライバの要求トルクに基づいて設定された目標燃料噴射量で、燃料噴射弁20から燃焼室17へ燃料を噴射させる。そして、例えば時間t1において、上記ドライバから加速要求があると、PCM50は燃料噴射量が多くなるように上記目標燃料噴射量を設定して、燃料噴射弁20から燃焼室17へ燃料を噴射させる。また、上記ドライバから加速要求があったことによって、エンジン回転数も上昇する。このとき、エンジンEから排気上流部41aへの排気ガスの流量が増加するため、PCM50は、タービン5bが過回転状態となることを防ぐために、ノズル開度を大きくするように、アクチュエータ162を作動させる。
As shown in FIG. 7, when the detected supercharging pressure is equal to or lower than the first predetermined supercharging pressure, the
ここで、時間t2において、可動式ベーン5cが固着状態になると、排気上流部41a内の排圧が上昇して、タービン5bの回転数が上昇するため、コンプレッサ5aの回転数も上昇し、上記検出過給圧が上昇していく。そして、時間t3において、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上になると、PCM50は図6に示したフローチャートに基づいて、燃料噴射量制限制御を実行する。これにより、エンジンEから排気上流部41aへの排気ガスの流量が減少するため、可動式ベーン5cが固着状態のままであっても排圧が低下し、タービン5bの回転数が低下して、コンプレッサ5aの回転数が低下することで、上記検出過給圧が低下していく。
Here, at the time t2, when the
尚、図7では明確に示していないが、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧よりも小さくなったときには、PCM50は、上記燃料噴射量制限制御を停止させて、上記要求トルクに基づいて燃料噴射量を設定する(つまり、上記目標燃料噴射量を最終燃料噴射量に設定する)。そして、再び上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上になったときには、PCM50は、再び上記燃料噴射量制限制御を実行する。
Although not clearly shown in FIG. 7, when the detected supercharging pressure becomes smaller than the first predetermined supercharging pressure, the
また、PCM50は、時間t3において、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上になったときに、固着判定を開始する。上述したように、該固着判定は、上記目標ノズル開度に対する上記検出ノズル開度のずれ量が所定値以上である状態が、所定時間以上続いたか否か検出することで行われる判定であるため、判定開始から判定終了までに、所定時間程度(約3秒)の時間がかかる。そのため、時間t3から、所定時間程度の時間が経過した時間t4において固着判定が終了する。
Further, the
図7の過給圧のグラフには、上記燃料噴射量制限制御を実行せず、上記固着判定を行った後に燃料噴射量の制限を行う場合の過給圧の変化を一点鎖線で示している。図7の排圧のグラフから、上記燃料噴射量制限制御を実行しない場合、固着判定を行っている間も過給圧が上昇し続けることが分かる。このように、排圧が上昇し続けると、タービン5bが過回転状態となって、ターボ過給機5が損傷する可能性が高くなる。
In the supercharging pressure graph of FIG. 7, the change in supercharging pressure when the fuel injection amount is limited after the sticking determination is performed without performing the fuel injection amount limiting control is indicated by a one-dot chain line. . From the graph of the exhaust pressure in FIG. 7, it can be seen that when the fuel injection amount restriction control is not executed, the supercharging pressure continues to rise while the sticking determination is performed. In this way, if the exhaust pressure continues to rise, the
したがって、本実施形態では、図7に示すように、可動式ベーン5cの固着判定が完了する前に、排気上流部41a内の排圧を、タービン5bが過回転状態とならないような排圧まで低下させることができる。これにより、小型のターボ過給機など、過給レスポンスが高く、可動式ベーン5cの固着判定を行っている間に、タービンが過回転状態となる可能性が高いターボ過給機であっても、排気上流部41a内の排圧を速やかに減少させて、タービンが過回転状態となることを抑制して、ターボ過給機の損傷を防止することができる。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 7, before the determination of the fixation of the
以上のように、本実施形態では、PCM50は、過給圧センサ107によって検出された検出過給圧が第1所定過給圧以上であるときには、エンジン回転数センサ110によって検出される検出エンジン回転数と、ノズルポジションセンサ123によって検出される検出ノズル開度とに基づいて、上限燃料噴射量を設定し、上記燃料噴射量を、上記上限燃料噴射量以下に制限する燃料噴射量制限制御を実行するように構成されているため、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であり、タービン5bが過回転状態となる可能性が高いときに、可動式ベーン5cが固着状態であるか否かの判定を待つことなく、速やかに、排気上流部41a内の排圧を低下させて、タービン5bを回転させるための排気エネルギーを低下させることができる。この結果、タービン5bの回転数を適切に制御して、ターボ過給機5の損傷を防止することができる。
As described above, in this embodiment, the
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be substituted without departing from the spirit of the claims.
例えば、上述の実施形態では、ターボ過給機5は、タービン5bの周囲に複数の可動式ベーン5cが配置されるような構成であったが、これに限らず、タービンケーシング153内のタービン室153aへの入口部分に、排気ガスの流路断面積を調整するための可動式のダンパーを1つだけ配置するような構成であってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、ターボ過給機5は、比較的小型のターボ過給機であったが、これに限らず、小型のターボ過給機と比較して過給レスポンスが低い大型のターボ過給機であってもよい。
In the above-described embodiment, the
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。 The above-described embodiments are merely examples, and the scope of the present invention should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
本発明は、タービンへの入口通路における、排気ガスの流路断面積を調整するための可動部材を備えたターボ過給機を有する過給機付エンジンの制御装置及び制御方法として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a control device and a control method for a supercharged engine having a turbocharger having a movable member for adjusting a flow passage cross-sectional area of exhaust gas in an inlet passage to a turbine.
1 吸気通路
5 ターボ過給機
5a コンプレッサ
5b タービン
5c 可動式ベーン(可動部材)
20 燃料噴射弁
25 クランクシャフト(エンジンの出力軸)
41 排気通路
41a 排気上流部(排気通路におけるタービンよりも排気上流側の部分)
50 パワートレインコントロールモジュール(流路断面積検出手段、燃料供給量制御手段、上限燃料供給量設定手段)
107 過給圧センサ(過給圧検出手段)
110 エンジン回転数センサ(エンジン回転数検出手段)
117 排圧センサ(排圧検出手段)
123 ノズルポジションセンサ
E エンジン
1
20
41
50 Powertrain control module (channel cross-sectional area detection means, fuel supply amount control means, upper limit fuel supply amount setting means)
107 Supercharging pressure sensor (supercharging pressure detection means)
110 engine speed sensor (engine speed detection means)
117 Exhaust pressure sensor (exhaust pressure detecting means)
123 Nozzle position sensor E Engine
Claims (8)
上記エンジンの燃焼室内に燃料を供給可能に構成された燃料噴射弁と、
上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる排気ガスによって上記タービンを回転させることにより、上記コンプレッサを駆動するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記排気ガスの上記タービンへの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された1つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機と、
上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出手段と、
上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定手段と、
上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を制御する燃料供給量制御手段と、
上記過給圧検出手段によって検出された検出過給圧が第1所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定手段と、を備え、
上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるときに、上記エンジンの1サイクルあたりの燃料の供給量を、上記上限燃料供給量設定手段によって設定された上限燃料供給量以下に制限する燃料供給量制限制御を実行するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。 A control device for a supercharged engine,
A fuel injection valve configured to be able to supply fuel into the combustion chamber of the engine;
A turbine provided in the exhaust passage of the engine and a compressor provided in the intake passage of the engine, and a turbo engine that drives the compressor by rotating the turbine by exhaust gas flowing in the exhaust passage. A turbocharger comprising one or more movable members configured to change a cross-sectional area of the exhaust gas in an inlet passage of the exhaust gas to the turbine in the exhaust passage. Machine,
Supercharging pressure detecting means for detecting the supercharging pressure of the intake air by the compressor;
A flow passage cross-sectional area detecting or estimating means for detecting or estimating a flow passage cross-sectional area of the exhaust gas in the inlet passage;
Engine speed detecting means for detecting the engine speed from the rotation angle of the output shaft of the engine;
Fuel supply amount control means for controlling the amount of fuel supplied from the fuel injection valve to the combustion chamber;
The flow passage cross-sectional area detected or estimated by the flow passage cross-sectional area detection or estimation means when the detected supercharging pressure detected by the supercharging pressure detection means is greater than or equal to a first predetermined supercharging pressure; and Upper limit fuel supply amount setting means for setting an upper limit fuel supply amount based on the engine speed detected by the engine speed detection means,
The fuel supply amount control means sets the fuel supply amount per cycle of the engine by the upper limit fuel supply amount setting means when the detected boost pressure is equal to or higher than the first predetermined boost pressure. A control device for a supercharged engine, characterized in that fuel supply amount restriction control is performed to restrict the fuel supply amount to an upper limit fuel supply amount or less.
上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が、上記第1所定過給圧よりも大きい値に設定された第2所定過給圧以上であるときには、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量を0にするように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。 The control device for an engine with a supercharger according to claim 1,
When the detected supercharging pressure is equal to or higher than a second predetermined supercharging pressure set to a value larger than the first predetermined supercharging pressure, the fuel supply amount control means A control device for a supercharged engine, wherein the fuel supply amount is set to zero.
上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出手段をさらに備え、
上記上限燃料供給量設定手段は、上記排圧検出手段によって検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても、上記流路断面積検出又は推定手段によって検出又は推定される上記流路断面積と上記エンジン回転数検出手段によって検出されるエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定するように構成され、
上記燃料供給量制御手段は、上記排圧検出手段によって検出された上記検出排圧が上記所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても、上記燃料供給量制限制御を実行するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。 In the supercharger-equipped engine control device according to claim 1 or 2,
Exhaust pressure detecting means for detecting the pressure of the exhaust gas in the exhaust gas upstream side of the turbine in the exhaust passage,
The upper limit fuel supply amount setting means is when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure when the detected exhaust pressure detected by the exhaust pressure detecting means is greater than or equal to a predetermined exhaust pressure. The upper limit fuel supply amount is set based on the flow path cross-sectional area detected or estimated by the flow path cross-sectional area detection or estimation means and the engine speed detected by the engine speed detection means. And
The fuel supply amount control means is when the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure when the detected exhaust pressure detected by the exhaust pressure detecting means is greater than or equal to the predetermined exhaust pressure. However, the control device for the supercharged engine is configured to execute the fuel supply amount restriction control.
上記燃料供給量制御手段は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上かつ上記第2所定過給圧未満であるときに、上記燃料供給量制限制御において、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジンの制御装置。 The supercharger-equipped engine control device according to claim 2,
When the detected supercharging pressure is not less than the first predetermined supercharging pressure and less than the second predetermined supercharging pressure, the fuel supply amount control means determines whether the fuel supply amount is in the fuel supply amount restriction control. When set based on the detected supercharging pressure, the fuel supply amount is set to be smaller as the detected supercharging pressure is higher than the first predetermined supercharging pressure. A control device for a supercharged engine.
上記エンジンの排気通路に設けられたタービンと上記エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記排気通路内を流れる排気ガスによって上記タービンを回転させることにより、上記コンプレッサを駆動するターボ過給機であって、上記排気通路において、上記タービンへの上記排気ガスの入口通路における、該排気ガスの流路断面積を変更可能に構成された1つ又は複数の可動部材を有するターボ過給機とを備えた過給機付エンジンの制御方法であって、
上記コンプレッサのよる吸気の過給圧を検出する過給圧検出工程と、
上記入口通路における、上記排気ガスの流路断面積を検出又は推定する流路断面積検出又は推定工程と、
上記エンジンの出力軸の回転角からエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出工程と、
上記燃料噴射弁から上記燃焼室に供給される燃料の供給量を設定する燃料供給量設定工程と、
上記過給圧検出工程で検出された検出過給圧が、第1所定過給圧以上であるときに、上記流路断面積検出又は推定工程で上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記エンジン回転数検出工程で検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する上限燃料供給量設定工程とを含み、
上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上であるときには、上記エンジンの1サイクルあたりの燃料の噴射量を、上記上限燃料供給量設定工程で設定された上限燃料供給量以下に設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。 A fuel injection valve configured to be able to supply fuel into the combustion chamber of the engine;
A turbine provided in the exhaust passage of the engine and a compressor provided in the intake passage of the engine, and a turbo engine that drives the compressor by rotating the turbine by exhaust gas flowing in the exhaust passage. A turbocharger comprising one or a plurality of movable members configured to change a cross-sectional area of the exhaust gas in the exhaust gas inlet passage to the turbine in the exhaust passage. A method of controlling a turbocharged engine comprising a machine,
A supercharging pressure detection step for detecting the supercharging pressure of the intake air by the compressor;
A flow passage cross-sectional area detection or estimation step for detecting or estimating the flow passage cross-sectional area of the exhaust gas in the inlet passage;
An engine speed detection step of detecting the engine speed from the rotation angle of the output shaft of the engine;
A fuel supply amount setting step for setting a supply amount of fuel supplied from the fuel injection valve to the combustion chamber;
When the detected supercharging pressure detected in the supercharging pressure detection step is equal to or higher than a first predetermined supercharging pressure, the flow passage cross-sectional area detected or estimated in the flow passage cross-sectional area detection or estimation step And an upper limit fuel supply amount setting step for setting an upper limit fuel supply amount based on the engine speed detected in the engine speed detection step,
In the fuel supply amount setting step, when the detected supercharging pressure is equal to or higher than the first predetermined supercharging pressure, the fuel injection amount per cycle of the engine is set in the upper limit fuel supply amount setting step. A method for controlling an engine with a supercharger, characterized in that it is a step of setting to an upper limit fuel supply amount or less.
上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が、上記第1所定過給圧よりも大きい値に設定された第2所定過給圧以上であるときには、上記燃料の供給量を0に設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。 In the control method of the supercharged engine according to claim 5,
The fuel supply amount setting step sets the fuel supply amount to 0 when the detected supercharging pressure is equal to or greater than a second predetermined supercharging pressure set to a value larger than the first predetermined supercharging pressure. A method for controlling a supercharged engine, characterized by comprising:
上記排気通路における上記タービンよりも排気上流側の部分の排気ガスの圧力を検出する排圧検出工程をさらに含み、
上記上限燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記所定過給圧未満であるときであっても、上記検出又は推定された上記流路断面積と、上記検出されたエンジン回転数とに基づいて上限燃料供給量を設定する工程であり、
上記燃料供給量設定工程は、上記排圧検出工程で検出された検出排圧が所定排圧以上であるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧未満であるときであっても、上記エンジンの1サイクルあたりの燃料の供給量を上記上限燃料供給量以下に設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。 In the control method of the engine with a supercharger according to claim 5 or 6,
An exhaust pressure detecting step of detecting an exhaust gas pressure in a portion of the exhaust passage upstream of the turbine in the exhaust passage;
In the upper limit fuel supply amount setting step, when the detected exhaust pressure detected in the exhaust pressure detection step is greater than or equal to a predetermined exhaust pressure, even when the detected boost pressure is less than the predetermined boost pressure, A step of setting an upper limit fuel supply amount based on the detected or estimated flow passage cross-sectional area and the detected engine speed,
In the fuel supply amount setting step, even if the detected supercharging pressure is less than the first predetermined supercharging pressure when the detected exhaust pressure detected in the exhaust pressure detecting step is greater than or equal to a predetermined exhaust pressure. A method for controlling a supercharged engine, characterized in that the fuel supply amount per cycle of the engine is set to be equal to or less than the upper limit fuel supply amount.
上記燃料供給量設定工程は、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧以上かつ上記第2所定過給圧未満であるときに、上記燃料の供給量が上記検出過給圧に基づいて設定されるときには、上記検出過給圧が上記第1所定過給圧に対して高いほど、上記燃料の供給量を小さく設定する工程であることを特徴とする過給機付エンジンの制御方法。 In the control method of the engine with a supercharger according to claim 6,
In the fuel supply amount setting step, when the detected supercharging pressure is not less than the first predetermined supercharging pressure and less than the second predetermined supercharging pressure, the fuel supply amount is based on the detected supercharging pressure. When setting, the method for controlling the supercharged engine is a step of setting the fuel supply amount to be smaller as the detected supercharging pressure is higher than the first predetermined supercharging pressure.
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