JP2019044601A - Method for detecting turbo response lag - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変ノズルベーン式のターボチャージャの応答遅れを検出する検出方法に関する。 The present invention relates to a detection method for detecting response delay of a variable nozzle vane type turbocharger.
エンジンのパワーアップ技術の1つにターボチャージャがある。この種のターボチャージャは、エンジンの排気を利用して過給機を駆動して吸入気を圧縮し、これによってエンジンに対する吸入気の充填効率を高めるものである。例えば、特許文献1には、エンジン回転数に対する排気の流路を調整して過給機の駆動量を制御することにより、ターボ効率を向上させる可変ノズルベーン式のターボチャージャ、所謂VGターボ(VG:Variable Geometry)が開示されている。
One of the engine power-up technologies is a turbocharger. This type of turbocharger utilizes the exhaust of the engine to drive the supercharger to compress the intake air, thereby enhancing the efficiency of charging the intake air to the engine. For example,
特許文献1に開示されたVGターボは、より詳しくは、ターボチャージャが備える排気タービンのタービンブレードの周囲に等間隔に対向配置されたノズルベーンの角度(開度)を、その周囲に設けた環状リングの回動位置調整によって可変し、これによって排気タービンに流入するエンジンからの排気の速度(流量)を制御するものである。尚、上記環状リングの回動位置の調整は、当該環状リングに連結されたロッドを備えた、例えばエアシリンダからなるアクチュエータを駆動することによって行われている。ここで、上記したアクチュエータの実作動位置は、ターボチャージャが備えるポジションセンサにより検出され、目標作動位置に対する公差範囲内となるようにフィードバック制御される。
More specifically, the VG turbo disclosed in
ところで、上記のようなノズルベーンの開度を制御する制御機構に故障が生じると、ロッドの実作動位置が目標作動位置に到達しない場合や、到達するまでに想定以上の時間がかかる場合が起こり得るため、このような異変をターボチャージャの応答遅れとして検出する必要がある。しかしながら、上記のようなVGターボの中には、ポジションセンサを備えることなく、アクチュエータの制御量とノズルベーンの開度との対応関係に基づくフィードフォーワード制御によってロッドを変位させるタイプのターボチャージャがある。そのため、ポジションセンサを備えないVGターボでは、アクチュエータの実作動位置を特定することができず、ターボチャージャの応答遅れを検出できない虞が生じる。また、VGターボに新たにポジションセンサを追加する場合には、ポジションセンサのコストに加え、VGターボ自体の設計変更に伴う製造コストの上昇を招来する虞が生じる。 By the way, when a failure occurs in the control mechanism that controls the opening of the nozzle vane as described above, the actual operating position of the rod may not reach the target operating position, or it may take longer than expected to reach the target operating position. Therefore, it is necessary to detect such a change as the response delay of the turbocharger. However, among the above-mentioned VG turbos, there is a type of turbocharger that displaces the rod by feed forward control based on the correspondence between the control amount of the actuator and the opening degree of the nozzle vane without providing a position sensor. . Therefore, in the VG turbo without the position sensor, the actual operating position of the actuator can not be specified, and there is a possibility that the response delay of the turbocharger can not be detected. Further, when a position sensor is newly added to the VG turbo, in addition to the cost of the position sensor, the manufacturing cost may be increased due to the design change of the VG turbo itself.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャの応答遅れを検出することができるターボ応答遅れ検出方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to detect a turbo response delay which can detect a response delay of a turbocharger even when the position sensor is not provided. To provide a way.
上記した目的を達成するために、本発明に係るターボチャージャの応答遅れ検出方法は、排気タービンに流入する排ガスの流量を制御するノズルベーンを含むターボチャージャと、エアタンクから供給される圧縮空気の制御圧力により前記ノズルベーンの開度を制御するアクチュエータと、前記アクチュエータに供給される前記圧縮空気の前記制御圧力を調整するソレノイドバルブと、エンジンの回転数と負荷とに従って前記アクチュエータの目標作動位置を設定する目標位置設定手段と、前記エンジンのブースト圧を検出するブースト圧検出手段と、を備え、前記制御圧力を変化させたときの前記ブースト圧の変化に基づいて前記ターボチャージャの応答遅れを検出する。 In order to achieve the above object, the method for detecting response delay of a turbocharger according to the present invention comprises: a turbocharger including a nozzle vane for controlling the flow rate of exhaust gas flowing into an exhaust turbine; and control pressure of compressed air supplied from an air tank. An actuator for controlling the opening degree of the nozzle vanes, a solenoid valve for adjusting the control pressure of the compressed air supplied to the actuator, and a target for setting a target operating position of the actuator according to the number of rotations and load of the engine Position setting means and boost pressure detection means for detecting a boost pressure of the engine are provided, and the response delay of the turbocharger is detected based on a change in the boost pressure when the control pressure is changed.
目標位置設定手段がアクチュエータの目標作動位置を設定すると、ソレノイドバルブは、エアタンクからアクチュエータへ供給される圧縮空気の制御圧力を調整する。このとき、アクチュエータは、ノズルベーンの開度を制御することにより、ターボチャージャの排気タービンに流入する排ガスの流量を制御する。それによって、ターボチャージャは、排気タービンの回転数の制御を通してターボ効率を向上させることができる。ここで、ターボチャージャの回転数が変化した場合、エンジンに供給される空気のブースト圧に変化が生じたことをブースト圧検出手段により検出することができる。そのため、ソレノイドバルブに対する制御圧力を変化させたときのブースト圧の変化の速さに基づいて、ターボチャージャの応答遅れを検出することができる。従って、本発明に係る応答遅れ検出方法によれば、ポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャの応答遅れを検出することができる。 When the target position setting means sets the target operating position of the actuator, the solenoid valve adjusts the control pressure of the compressed air supplied from the air tank to the actuator. At this time, the actuator controls the flow rate of the exhaust gas flowing into the exhaust turbine of the turbocharger by controlling the opening degree of the nozzle vanes. Thereby, the turbocharger can improve turbo efficiency through control of the number of revolutions of the exhaust turbine. Here, when the rotation speed of the turbocharger changes, it is possible to detect that the boost pressure of the air supplied to the engine has changed by the boost pressure detection means. Therefore, the response delay of the turbocharger can be detected based on the speed of change of the boost pressure when the control pressure to the solenoid valve is changed. Therefore, according to the response delay detection method according to the present invention, even if the position sensor is not provided, the response delay of the turbocharger can be detected.
本発明により、ポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャの応答遅れを検出することができるターボ応答遅れ検出方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a turbo response delay detection method capable of detecting the response delay of the turbocharger even when the position sensor is not provided.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described below, and can be arbitrarily changed and implemented without changing the gist of the present invention. Further, the drawings used for describing the embodiments all schematically show constituent members, and in order to deepen understanding, partial emphasis, enlargement, reduction, or omission, etc. are performed. There are cases where the scale, shape, etc. are not accurately represented.
図1は、車両のエンジン周辺機構を示す構成図であり、車両に搭載されるエンジン1、及びその吸排気に係る構成を示すシステム構成図である。本システムは、エンジン1、ターボチャージャ2、吸気経路3、排気経路4、VG制御機構5、及びエンジンECU6を備える。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an engine peripheral mechanism of a vehicle, and is a system configuration diagram showing an
エンジン1は、本実施形態においては4気筒のディーゼルエンジンであり、コモンレール11、インジェクタ12、吸気マニホールド13、排気マニホールド14、EGR通路15、及びEGR弁16を備える。
The
コモンレール11は、各気筒共通の高圧蓄圧室であり、図示しない燃料噴射ポンプから供給される高圧燃料としての軽油を一時的に貯蔵する。インジェクタ12は、コモンレール11に貯蔵された高圧燃料をそれぞれの気筒内に噴射する。吸気マニホールド13は、エンジン1の内部へ空気を送り込む配管であり、4つの気筒内に空気を分配する。排気マニホールド14は、エンジン1の外部へ空気を送り出す配管であり、4つの気筒内の空気を集約する。EGR通路15は、吸気マニホールド13と排気マニホールド14とを連通する空気の通路である。EGR通路15は、排気マニホールド14から送り出される空気の一部を吸気マニホールド13に送り出すことにより排気再循環(Exhaust Gas Recirculation)を行い、排気ガスに含まれる窒素酸化物の低減や燃費向上のために設けられる。EGR弁16は、排気マニホールド14から吸気マニホールド13へ送り出す空気量を調整すると共に、空気の逆流を防止する弁機構である。
The
ターボチャージャ2は、吸気タービン20、排気タービン21、及びノズルベーン22を備える。
The
吸気タービン20は、エンジン1へ空気を送り込む吸気経路3の途中に設けられる風車であり、高速で回転することにより、導入される空気を圧縮してエンジン1へ供給する。排気タービン21は、排気マニホールド14から送り出される排ガスの流動によって高速で回転する羽根車であり、共通の回転軸を有する吸気タービン20に回転トルクを発生させる。すなわち、吸気タービン20は、排ガスが生み出す排気タービン21の動力により回転して、エンジン1に送り込む空気を増加させる。ノズルベーン22は、排気タービン21の図示しないタービンブレードの周囲に配置され、開度の調整により排ガスの流路を変化させることによって、排気マニホールド14から流入する排ガスの流量を制御する。ここで、ノズルベーン22は、後述するロッド50に連結され、ロッド50の変位によって開度が制御される。
The
吸気経路3は、外気から空気を取り込んでエンジン1へ供給する空気の流路であり、エアフィルタ30、エアフローセンサ31、インタークーラ32、及び「ブースト圧検出手段」としてのブースト圧センサ33を含む。
The intake path 3 is a flow path of air taken in from the outside air and supplied to the
エアフィルタ30は、外気から吸気経路3へ取り込んだ空気から塵や埃などの不純物を取り除くことにより、エンジン1へ送り込む空気を浄化するフィルターである。エアフローセンサ31は、エンジン1へ送り込む空気の流量を計測するセンサである。インタークーラ32は、吸気タービン20において急激に圧縮されることにより温度上昇した空気を冷却し、エンジン1へ送り込まれる空気の密度低下を抑制する。ブースト圧センサ33は、吸気マニホールド13へ供給される空気の圧力、すなわちブースト圧を計測するセンサである。
The
排気経路4は、エンジン1が排出する排ガスを浄化して外気へ放出する流路であり、排気絞り弁40、排気後処理ユニット41、及び図示しないマフラを含む。
The
排気絞り弁40は、排気マニホールド14から排気タービン21を介して送り出される排ガスの排気流量を制御するための弁機構である。排気後処理ユニット41は、酸化触媒及びDPF(Diesel Particulate Filter:ディーゼル微粒子捕集フィルター)を収容し、排ガスに含まれるPM(Particulate Matter)を捕集することにより排ガスを浄化する。排気後処理ユニット41を通過した排ガスは、図示しないマフラにより騒音が低減され、車両の外部に排出される。
The
VG制御機構5は、ターボチャージャ2におけるノズルベーン22の開度を制御する機構であり、ロッド50、アクチュエータ51、ソレノイドバルブ52、エアタンク53を含む。
The
ロッド50は、一端がノズルベーン22に連結され、長さ方向に変位することによりノズルベーン22の開度を制御する部材である。アクチュエータ51は、ロッド50の他端に連結され、圧縮空気が供給されることにより、当該圧縮空気の制御圧力に応じてロッド50を変位させる動力変換機構である。ソレノイドバルブ52は、エンジンECU6からの制御信号に基づいて、アクチュエータ51へ供給する圧縮空気の制御圧力を調整するバルブ機構である。エアタンク53は、アクチュエータ51を駆動するための圧縮空気の供給源である。すなわち、VG制御機構5は、アクチュエータ51の目標作動位置に係る制御信号をエンジンECU6から受信し、ソレノイドバルブ52が圧縮空気を当該目標作動位置に対応する制御圧力に調整してアクチュエータ51を駆動させることにより、ロッド50を変位させてノズルベーン22の開度を制御する。
The
エンジンECU6(Electronic Control Unit)は、CPU、メモリ、及びタイマカウンタなどから構成され、エンジン1及びエンジン周辺機構に係るシステム全体の駆動制御を行う制御装置である。エンジンECU6は、エンジン1の各気筒におけるインジェクタ12、EGR弁16、排気絞り弁40、及びソレノイドバルブ52に接続され、これらの各デバイスを制御する。
The engine ECU 6 (Electronic Control Unit) is a control device that includes a CPU, a memory, a timer counter, etc., and performs drive control of the entire system related to the
また、エンジンECU6は、上記のように車両の様々な制御を行うと共に、エンジン1及びエンジン周辺機構に係るシステムに搭載された各種センサ情報を取得する。例えば、エンジンECU6は、エアフローセンサ31及びブースト圧センサ33の他、エンジン1の回転数、燃料噴射量、ターボチャージャ2の回転数を計測する各種センサ(図示せず)からの計測値を取得し、当該計測値に基づいてエンジン1の制御を最適化する。具体的には、エンジンECU6は、エンジン1の回転数と要求される負荷とに従って、ターボチャージャ2の駆動量を制御すべく、アクチュエータ51の目標作動位置Xを設定し、制御信号としてソレノイドバルブ52に送信する(目標位置設定手段)。
Further, the
次に、ターボチャージャ2の応答遅れを検出する方法について説明する。図2は、ターボ応答を模式的に示すタイミングチャートである。より具体的には、図2(A)は、エンジンECU6からソレノイドバルブ52へ出力される制御信号であり、アクチュエータ51の目標作動位置Xの変化を示している。また、図2(B)は、目標作動位置Xの変化に対するブースト圧センサ33の計測値、すなわちエンジン1へ供給される空気のブースト圧Pの時間変化を示している。
Next, a method of detecting the response delay of the
エンジンECU6は、ソレノイドバルブ52へ出力する制御信号を変化させることにより、ターボチャージャ2の駆動量を制御する。ここでは、エンジンECU6は、図2(A)に示すように、時刻t1においてアクチュエータ51の目標作動位置XをX1からX2へ変化させ、排気タービン21を通る排ガスの流量を制限するものとする。
The
時刻t1においてソレノイドバルブ52に入力される制御信号が変化すると、エアタンク53からアクチュエータ51へ供給される空気の制御圧力が上昇し、アクチュエータ51をX2に向けて変位させる。これにより、ロッド50を介してノズルベーン22の開度が制限されてターボチャージャ2の回転数が上昇し、エンジン1へ供給される空気の流量が増加する。そのため、ターボ応答が正常である場合には、ブースト圧Pは、図2(B)の圧力P1として示すように、時刻t1から所定時間後の時刻t2において圧力上昇を開始する。そして、ブースト圧Pが事前に設定した圧力閾値thを時刻t3において比較的速やかに超えることになる。
When the control signal input to the
これに対し、ターボ応答に異常が生じた場合には、図2(B)の圧力P2として示すように、ブースト圧Pの上昇速度が遅く、圧力閾値thを超えるまでに時刻t4までの時間を要することになる。また、ターボチャージャ2又はVG制御機構5が故障により機能しなくなった場合には、図2(B)の圧力P3として示すように、ブースト圧Pが圧力閾値thを超えないことになる。
On the other hand, when an abnormality occurs in the turbo response, as shown by the pressure P2 in FIG. 2B, the increase speed of the boost pressure P is slow, and the time until the time t4 is exceeded until the pressure threshold th is exceeded. It will be necessary. Further, when the
このように、エンジンECU6は、ソレノイドバルブ52に制御信号を出力する時刻を基準として、ブースト圧Pが圧力閾値thに達する時刻までに要する経過時間をカウントすることにより、ターボ応答に遅れが生じているか否かを検出することができる。従って、本発明に係る応答遅れ検出方法によれば、ターボチャージャ2がポジションセンサを備えない場合であっても、ターボチャージャ2の応答遅れを検出することができる。
As described above, the
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態においては、ブースト圧Pの変化によりターボチャージャ2の応答遅れを検出する方法を例示したが、図1に示すエアフローセンサ31が計測する空気流量によっても同様の方法により、ターボチャージャ2の応答遅れを検出することができる。また、ブースト圧センサ33及びエアフローセンサ31のそれぞれの計測値を組み合わせて、ターボチャージャ2の応答遅れを検出してもよい。
This is the end of the description of the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, although the method for detecting the response delay of the
1 エンジン
2 ターボチャージャ
21 排気タービン
22 ノズルベーン
33 ブースト圧センサ
51 アクチュエータ
52 ソレノイドバルブ
53 エアタンク
1
Claims (1)
エアタンクから供給される圧縮空気の制御圧力により前記ノズルベーンの開度を制御するアクチュエータと、
前記アクチュエータに供給される前記圧縮空気の前記制御圧力を調整するソレノイドバルブと、
エンジンの回転数と負荷とに従って前記アクチュエータの目標作動位置を設定する目標位置設定手段と、
前記エンジンのブースト圧を検出するブースト圧検出手段と、を備え、
前記制御圧力を変化させたときの前記ブースト圧の変化に基づいて前記ターボチャージャの応答遅れを検出する、ターボチャージャの応答遅れ検出方法。 A turbocharger including nozzle vanes for controlling the flow rate of exhaust gas flowing into the exhaust turbine;
An actuator for controlling an opening degree of the nozzle vane by a control pressure of compressed air supplied from an air tank;
A solenoid valve for adjusting the control pressure of the compressed air supplied to the actuator;
Target position setting means for setting a target operating position of the actuator according to the number of revolutions and load of the engine;
Boost pressure detecting means for detecting a boost pressure of the engine;
A method for detecting a response delay of a turbocharger, which detects a response delay of the turbocharger based on a change in the boost pressure when the control pressure is changed.
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