JP2019105196A - Engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
ここに開示する技術は、過給機付エンジンに関する。 The technology disclosed herein relates to a supercharged engine.
排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有するターボ過給機を備える過給機付エンジンが知られている。 A supercharged engine is known that includes a turbocharger having a turbine disposed in an exhaust passage and a compressor disposed in an intake passage.
また、例えば特許文献1には、ターボ過給機に加えて、吸気通路に電動式過給機が設けられた過給機付のディーゼルエンジンが開示されている。 Further, for example, Patent Document 1 discloses a supercharged diesel engine in which an electric supercharger is provided in an intake passage in addition to a turbocharger.
ディーゼルエンジンにおいては、燃焼速度及び燃焼温度を低くしてRawNOxの生成を抑制するために、排気ガスの一部を吸気通路に還流させている。特許文献1に記載されたディーゼルエンジンは、高圧EGRシステムと低圧EGRシステムとを備えている。高圧EGRシステムは、ターボ過給機のタービンよりも上流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサよりも下流の吸気通路とを連通する高圧EGR通路を有している。低圧EGRシステムは、ターボ過給機のタービンよりも下流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサよりも上流の吸気通路とを連通する低圧EGR通路と、低圧EGR通路を流れる排気ガスを冷却するEGRクーラとを有する低圧EGRシステムを有している。エンジン温間時の、部分負荷領域においてエンジンが定常状態で運転しているときは、低圧EGRシステム及び/又は高圧EGRシステムによってEGRガスを吸気通路に還流させると共に、ターボ過給機の過給圧によって、燃料量に応じた量の新気を気筒内に導入する。このことにより、混合気の当量比及び燃焼室内の温度をそれぞれ適切に調整することができて、RawNOxの生成、及び、スート(煤)の発生が抑制される。 In a diesel engine, a part of exhaust gas is recirculated to the intake passage in order to lower the combustion rate and the combustion temperature to suppress the generation of RawNOx. The diesel engine described in Patent Document 1 includes a high pressure EGR system and a low pressure EGR system. The high pressure EGR system has a high pressure EGR passage communicating the exhaust passage upstream of the turbine of the turbocharger with the intake passage downstream of the compressor of the turbocharger. The low pressure EGR system comprises a low pressure EGR passage communicating the exhaust passage downstream of the turbocharger turbine with the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger, and an EGR for cooling the exhaust gas flowing through the low pressure EGR passage. It has a low pressure EGR system with a cooler. When the engine is operating in a steady state in a partial load region during engine warm-up, EGR gas is recirculated to the intake passage by a low pressure EGR system and / or a high pressure EGR system, and the turbocharger supercharging pressure Introduces fresh air into the cylinder according to the amount of fuel. As a result, the equivalence ratio of the air-fuel mixture and the temperature in the combustion chamber can be appropriately adjusted, and the generation of RawNOx and the generation of soot (soot) can be suppressed.
ところが、部分負荷領域において車両の運転者がアクセルペダルを踏んで加速要求を行ったときに、燃料量が増加することに対応して気筒内に導入する新気量を増やそうとしても、排気エネルギーが比較的低いため、ターボ過給機の過給圧が上がりにくく、気筒内に導入する新気量が不足してしまう。新気量の不足は、スートの発生を招いてしまう。スートの発生を回避するために、新気量が増えることを待って燃料量を増やすと、加速フィーリングが低下してしまう。 However, when the driver of the vehicle depresses the accelerator pedal to request acceleration in the partial load region, exhaust energy may be increased in order to increase the amount of fresh air introduced into the cylinder in response to the increase in fuel amount. Is relatively low, the boost pressure of the turbocharger is difficult to increase, and the amount of fresh air introduced into the cylinder is insufficient. Lack of fresh air will lead to the occurrence of soot. If the amount of fuel is increased after waiting for the amount of fresh air to avoid the occurrence of soot, the acceleration feeling is reduced.
特に変速機が低速段のときには、車両の加速時に、エンジンの、単位時間当たりの回転数上昇(Δrpm/Δt)が、高速段のときよりも大幅に高くなる。Δrpm/Δtが高くなるとエンジンの冷却損失が増えるため、ターボ過給機のタービンに供給される排気エネルギーが増えにくくなる。その結果、ターボ過給機の過給圧は、ますます上がりにくくなって、加速フィーリングがさらに低下してしまう。 In particular, when the transmission is in the low gear, the engine speed increase per unit time (Δrpm / Δt) is much higher than that in the high gear during acceleration of the vehicle. As the Δrpm / Δt increases, the cooling loss of the engine increases, which makes it difficult to increase the exhaust energy supplied to the turbine of the turbocharger. As a result, the supercharging pressure of the turbocharger becomes more difficult to rise, and the acceleration feeling is further reduced.
ここに開示する技術は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させる。 The technology disclosed herein improves acceleration feeling while preventing deterioration of emission performance at the time of acceleration.
ここに開示する技術は、過給機付エンジンにおいて、少なくとも車両の加速時に、電動式過給機を利用して、混合気の当量比を能動的に調整することを特徴とする。 The technology disclosed herein is characterized in that in the supercharged engine, at least at the time of acceleration of the vehicle, the equivalence ratio of the air-fuel mixture is actively adjusted using the electric supercharger.
具体的に、ここに開示する過給機付エンジンは、車両に搭載されたエンジン本体と、上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、上記吸気通路に設けられかつ、電動モータによって過給する電動式過給機と、上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流に配設されたコンプレッサとを有しかつ、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機と、上記タービンよりも下流の上記排気通路と上記コンプレッサよりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるEGR通路と、上記エンジン本体に取り付けられたセンサの検知信号に基づいて、上記車両の加速時における上記エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさを算出するパラメータ算出部と、加速要求信号を受けて上記車両を加速させる時に、上記パラメータ算出部が算出した上記回転数上昇が所定よりも大きいときには、上記EGR通路を開くと共に、上記電動式過給機の過給圧が上昇するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する制御部と、を備えている。 Specifically, the supercharged engine disclosed herein is provided in an engine main body mounted on a vehicle, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine main body, and the intake passage, and is overheated by an electric motor. An electric supercharger for feeding, a turbine disposed in the exhaust passage, and a compressor disposed upstream of the electrically driven turbocharger in the intake passage, using exhaust energy A supercharger turbocharger, an EGR passage communicating the exhaust passage downstream of the turbine with the intake passage upstream of the compressor, and recirculating a portion of the exhaust gas to the intake passage; Parameter calculation for calculating the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body at the time of acceleration of the vehicle based on the detection signal of a sensor attached to the engine body And, when the acceleration request signal is received to accelerate the vehicle, the EGR passage is opened when the rotation speed increase calculated by the parameter calculation unit is larger than a predetermined value, and the charge of the electric turbocharger is increased. And a control unit that outputs a control signal to the electric supercharger to increase the pressure.
この構成によると、車両の加速時に、エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きいと、電動式過給機は、過給圧が上昇するように動作する。ここで、電動式過給機は、停止した状態から駆動することによって過給圧を上昇させてもよいし、駆動している状態において、過給圧を上昇させてもよい。エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きいと、エンジン本体の冷却損失が大きくなって、ターボ過給機のタービンに供給される排気エネルギーが上がりにくくなる。その結果、ターボ過給機による過給圧は上がりにくくなる。上記の構成では、ターボ過給機による過給圧が上がりにくい状況において、電動式過給機により過給圧を上げることによって、気筒内に導入される新気を速やかに増やすことができる。 According to this configuration, at the time of acceleration of the vehicle, the electric supercharger operates such that the supercharging pressure increases if the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body is larger than a predetermined value. Here, the electric supercharger may increase the supercharging pressure by driving from a stopped state, or may increase the supercharging pressure in a driving state. If the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body is larger than a predetermined value, the cooling loss of the engine body becomes large, and the exhaust energy supplied to the turbine of the turbocharger becomes difficult to rise. As a result, the supercharging pressure by the turbocharger becomes difficult to rise. In the above configuration, it is possible to quickly increase the amount of fresh air introduced into the cylinder by raising the supercharging pressure by the electric supercharger in a situation where the supercharging pressure by the turbocharger is difficult to increase.
また、上記の構成では、電動式過給機により過給圧を上げるときに、吸気通路において電動式過給機よりも上流に接続されたEGR通路を開いている。電動式過給機の作動によって、EGR通路を介してEGRガスが吸気通路に吸い出されるから、新気量の増量と共に、気筒内に導入されるEGRガス量も増やすことができる。 Further, in the above configuration, when the charging pressure is increased by the electric supercharger, the EGR passage connected upstream of the electric supercharger is opened in the intake passage. Since the EGR gas is sucked into the intake passage through the EGR passage by the operation of the electric supercharger, the amount of EGR gas introduced into the cylinder can also be increased along with the increase of the fresh air amount.
車両の加速時に、気筒内に導入される新気及びEGRガスの両方が速やかに増えるから、RawNOx及びスートの発生を防止しながら、エンジン本体のPmaxを速やかに高めて、加速フィーリングを向上させることができる。 Since both fresh air and EGR gas introduced into the cylinders increase rapidly when the vehicle accelerates, Pmax of the engine main body can be rapidly increased to improve the acceleration feeling while preventing the generation of RawNOx and soot. be able to.
上記制御部は、加速後期には、加速開始時よりも上記電動式過給機の過給圧が低下するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する、としてもよい。 The control unit may output a control signal to the electric supercharger so that the supercharging pressure of the electric supercharger is lower than that at the start of acceleration at the late stage of acceleration.
前述したように、加速開始時に電動式過給機によって過給圧を速やかに高めると、エンジン本体のPmaxが速やかに高まるから、排気エネルギーが上がる。それにより、ターボ過給機による過給圧が上昇する。加速後期においては、ターボ過給機によって目標過給圧を満たすことができるようになるから、電動式過給機の過給圧を低下させることにより、消費電力を少なくすることができる。ここで、電動式過給機は、停止することにより過給圧を低下させてもよいし、過給圧を低下させた状態で駆動を継続してもよい。 As described above, when the boost pressure is rapidly increased by the electric supercharger at the start of acceleration, Pmax of the engine main body is rapidly increased, so the exhaust energy is increased. Thereby, the supercharging pressure by the turbocharger is increased. At the late stage of acceleration, the target supercharging pressure can be satisfied by the turbocharger, so power consumption can be reduced by reducing the supercharging pressure of the electric supercharger. Here, the electric supercharger may lower the supercharging pressure by stopping, or may continue driving in a state where the supercharging pressure is reduced.
上記制御部は、上記加速要求信号の有無にかかわらず、上記電動式過給機をパーシャル状態で作動させるように構成されている、としてもよい。 The control unit may be configured to operate the electric supercharger in a partial state regardless of the presence or absence of the acceleration request signal.
一般に、電動式過給機を停止状態から駆動させる際には大きな電力が必要となる。このため、加速要求信号を受けた車両の加速時に電動式過給機を駆動し、加速要求信号を受けていない車両の定常走行時に電動式過給機を停止するよりも、加速時及び定常走行時にかかわらず、電動式過給機をパーシャル状態で作動させるようにすれば、電動式過給機による過給圧を上昇させる際の電力消費を抑えることができる。 In general, a large amount of power is required to drive the electric turbocharger from a stopped state. For this reason, the electric supercharger is driven at the time of acceleration of the vehicle receiving the acceleration request signal, and at the time of acceleration and steady traveling rather than stopping the electric turbocharger at steady traveling of the vehicle not receiving the acceleration request signal Regardless of time, by operating the electric supercharger in the partial state, it is possible to suppress power consumption when raising the supercharging pressure by the electric supercharger.
尚、「電動式過給機をパーシャル状態で作動させる」とは、電動式過給機の電動モータが最高トルクよりも低いトルクとなるように、電動式過給機が作動する、及び/又は、電動式過給機のコンプレッサホイールが限界回転数よりも低い回転数となるように、電動式過給機が作動することを意味するとしてもよい。電動式過給機をパーシャル状態で作動させると、電動モータの消費電力が低くなると共に、コンプレッサホイールの効率が高くなる。そして、ターボ過給機と電動式過給機との両方を備えた過給機付エンジンにおいて、電動式過給機を補助的に作動させることによって、電力消費を少なくすることができる。 "Operating the electric supercharger in partial state" means that the electric supercharger operates so that the electric motor of the electric supercharger has a torque lower than the maximum torque, and / or It may mean that the electric supercharger operates so that the compressor wheel of the electric supercharger has a rotational speed lower than the limit rotational speed. When the electric supercharger is operated in the partial state, the power consumption of the electric motor decreases and the efficiency of the compressor wheel increases. Then, in the supercharged engine provided with both the turbocharger and the electric supercharger, the power consumption can be reduced by operating the electric supercharger auxiliary.
上記制御部は、上記加速要求信号を受ける前に、上記エンジン本体に接続された変速機が低速段のときには、高速段のときよりも高回転で上記電動式過給機を作動させる、としてもよい。 When the transmission connected to the engine body is in the low gear stage before the acceleration request signal is received, the control unit operates the electric supercharger at a higher rotation speed than in the high gear stage. Good.
変速機が低速段のときには、車両の加速時に、エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きくなりやすい。逆に、変速機が高速段のときには、車両の加速時に、エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きくなりにくい。 When the transmission is in the low speed stage, the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body tends to be larger than a predetermined level when the vehicle accelerates. On the other hand, when the transmission is in the high gear, when the vehicle accelerates, the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body is unlikely to be greater than a predetermined value.
そのため、加速要求信号を受ける前に、変速機が低速段のときに電動式過給機を予め高い回転数で作動させると、車両の加速時には、電動式過給機による過給圧を速やかに高めることができ、エミッション性能の低下を抑制しながら、加速フィーリングを向上させることができる。逆に、加速要求信号を受ける前に、変速機が高速段のときには、車両の加速時のエンジンの冷却損失が低く、ターボ過給機による過給圧が速やかに高まる可能性が高いため、電動式過給機による過給圧を高める必要性が低い。そこで、電動式過給機を予め低い回転数で作動させることにより、電力消費を少なくすることができる。 Therefore, when the electric supercharger is operated at a high rotational speed in advance when the transmission is in the low gear stage before receiving the acceleration request signal, the supercharging pressure by the electric supercharger can be swiftly when the vehicle is accelerating. The acceleration feeling can be improved while suppressing the deterioration of the emission performance. On the contrary, when the transmission is in the high gear before receiving the acceleration request signal, the cooling loss of the engine at the time of acceleration of the vehicle is low, and the supercharging pressure by the turbocharger is likely to increase rapidly. There is little need to increase the supercharging pressure by the supercharger. Therefore, power consumption can be reduced by operating the electric supercharger at a low rotational speed in advance.
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が16以下のディーゼルエンジンである、としてもよい。幾何学的圧縮比が16以下のディーゼルエンジンは、圧縮端温度が低くなりやすい。前述したように、車両の加速時に、電動式過給機による過給圧を高めることによって気筒内の新気量の割合を増やすと、気筒内のガスの比熱比が上がって、圧縮開始前の気筒内の温度が低くても、圧縮端温度は高くなる。従って、前記の構成の過給機付エンジンは、低圧縮比のディーゼルエンジンにおいて、混合気の着火性を確保する上で有利である。 The engine body may be a diesel engine having a geometric compression ratio of 16 or less. A diesel engine having a geometric compression ratio of 16 or less tends to have a low compression end temperature. As described above, when the ratio of fresh air in the cylinder is increased by increasing the supercharging pressure by the electric turbocharger at the time of acceleration of the vehicle, the specific heat ratio of the gas in the cylinder is increased, and the pressure before the start of compression is increased. Even if the temperature in the cylinder is low, the compression end temperature is high. Therefore, the supercharged engine of the above configuration is advantageous in securing the ignitability of the mixture in a low compression ratio diesel engine.
以上説明したように、ここに開示する技術は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させることができる。 As described above, the technology disclosed herein can improve the acceleration feeling while preventing the decrease in emission performance at the time of acceleration.
以下、過給機付エンジン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。図1は、実施形態に係るエンジン1を示す。このエンジン1のエンジン本体10は、車両に搭載されるとともに、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒30a(図2において1つのみ図示している)が設けられたシリンダブロック30と、このシリンダブロック30上に配設されたシリンダヘッド31と、シリンダブロック30の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン39とを有している。このエンジン1の各気筒30a内には、ピストン32(図2参照)が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン32と、シリンダブロック30と、シリンダヘッド31とによって燃焼室33(図2参照)が区画されている。ピストン32の頂面には、図2に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ32aが形成されている。キャビティ32aは、ピストン32が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ38に相対する。また、ピストン32は、シリンダブロック30内においてコンロッドを介してクランクシャフトと連結されている。尚、燃焼室33の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ32aの形状、ピストン32の頂面形状、及び、燃焼室33の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
Hereinafter, embodiments of a supercharged engine will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an engine 1 according to the embodiment. An
図2に示すように、シリンダヘッド31には、気筒30a毎に、吸気ポート34及び排気ポート35が形成されているとともに、これら吸気ポート34及び排気ポート35には、燃焼室33側の開口を開閉する吸気弁36及び排気弁37がそれぞれ配設されている。
As shown in FIG. 2, an
各吸気弁36は吸気側カム40によって開閉され,各排気弁37は排気側カム41によって開閉される。吸気側カム40及び排気側カム41は、上記クランクシャフトの回転と連動してそれぞれ回転駆動される。図示は省略するが、吸気弁36及び排気弁37のそれぞれの開閉タイミングや開閉期間を調整するための、例えば油圧作動式の弁可変機構が設けられている。
Each
シリンダヘッド31にはまた、気筒30a毎に、気筒30a内に燃料を直接噴射するインジェクタ38が取り付けられている。インジェクタ38は、図2に示すように、その噴口が燃焼室33の天井面の中央部分から、その燃焼室33内に臨むように配設されている。インジェクタ38は、エンジン1の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン1の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室33内に直接噴射する。
Further, an
図1に示すように、エンジン本体10の一側面には、各気筒30aの吸気ポート34に連通する様に吸気通路50が接続されている。一方、エンジン本体10の他側面には、各気筒30aからの既燃ガス(つまり、排気ガス)を排出する排気通路60が接続されている。詳しくは後述するが、吸気通路50及び排気通路60には、吸気の過給を行うターボ過給機56が設けられている。
As shown in FIG. 1, an
吸気通路50の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ54が配設されている。一方、吸気通路50における下流側近傍には、サージタンク51が配設されている。このサージタンク51よりも下流側の吸気通路50は、気筒30a毎に分岐する独立吸気通路とされ、これら各独立吸気通路の下流端が各気筒30aの吸気ポート34にそれぞれ接続されている。
An
吸気通路50におけるエアクリーナ54とサージタンク51との間には、上流側から下流側へ向かって順に、ターボ過給機56のコンプレッサ56aと、電動式過給機18と、スロットル弁55と、熱交換器としての水冷式のインタークーラ57とが配設されている。スロットル弁55は基本的には全開状態とされるが、エンジン1の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。インタークーラ57は、例えば吸気マニホールド内に設けられる。
Between the
吸気通路50には、電動式過給機18をバイパスする吸気側バイパス通路53が設けられている。吸気側バイパス通路53は、その上流端が、吸気通路50におけるコンプレッサ56aと電動式過給機18との間に接続される一方、下流端が、吸気通路50における電動式過給機18とスロットル弁55との間に接続されている。吸気側バイパス通路53には、吸気側バイパス通路53へ流れる空気量を調整するための吸気側バイパス弁58が配設されている。この吸気側バイパス弁58の開度を調整することによって、電動式過給機18で過給される吸気量と、吸気側バイパス通路53を通る吸気量との割合を段階的に又は連続的に変更することができるようになる。
The
電動式過給機18は、吸気通路50内に設けられたコンプレッサホイール18aと、このコンプレッサホイール18aを駆動する電動モータ18bとから構成されている。電動モータ18bを駆動することによって、コンプレッサホイール18aが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。つまり、電動式過給機18は、排気エネルギーを利用しない過給機である。電動式過給機18の過給圧能力(つまり、電動式過給機18による過給圧)は、電動モータ18bの駆動力を変更することで変更される。詳しくは後述するが、電動式過給機18は、エンジン1の作動中はパーシャル状態で作動されるようになっている。
The
電動モータ18bは、上記車両に搭載されたバッテリ19に蓄積された電力によって駆動される。電動モータ18bの駆動力の大きさは、該電動モータ18bに供給される電力の大きさによって変更される。バッテリ19には、例えば、車両に搭載されたオルタネータ(図示省略)によって発電された電力が蓄積される。バッテリ19は、例えば48Vバッテリとしてもよい。電動モータ18bは、48V電流が供給されて駆動してもよい。
The
上記インタークーラ57は、水冷式であって、ラジエータ90に対して、供給経路91及びリターン経路92を介して接続されている。供給経路91には、ウォータポンプ93が接続されている。ウォータポンプ93によって、供給経路91に吐出された冷媒としての冷却水は、供給経路91、インタークーラ57、リターン経路92及びラジエータ90を通って、再びウォータポンプ93に戻り、再度供給経路91に吐出されて、インタークーラ57へ供給される。そして、冷却水がインタークーラ57を通過するときに、該冷却水と吸気との間で熱交換されて、吸気が冷却される。インタークーラ57で温度が上昇した冷却水は、ラジエータ90で例えば大気と熱交換されて冷却される。
The
上記排気通路60の上流側の部分は、気筒30a毎に分岐して排気ポート35の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
The upstream side portion of the
この排気通路60における上記排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、ターボ過給機56のタービン56bと、酸化触媒61と、ディーゼルパティキュレートフィルタ62(以下、DPF62という)と、排気シャッター弁64とが配設されている。
A
ターボ過給機56は、排気ガスのエネルギー(つまり、排気エネルギー)を受けて回転駆動されるものである。具体的には、ターボ過給機56のタービン56bが排気エネルギーを受けて回転駆動されると、連結シャフト56cを介してコンプレッサ56aが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。排気通路60には、ターボ過給機56をバイパスするための排気側バイパス通路63が設けられている。この排気側バイパス通路63には、該排気側バイパス通路63へ流れる排気ガスの流量を調整するためのウエストゲートバルブ65が配設されている。ターボ過給機56はタービンケース(図示省略)内に収容されている。
The
ターボ過給機56は、タービンケース内に可動ベーンが配設された可変容量式のターボ過給機としてもよい。可動ベーンの開度を調整することによって、タービン56bを実質的にバイパスして排気ガスを流すことができるのであれば、排気側バイパス通路63及びウエストゲートバルブ65を省略することもできる。
The
酸化触媒61は、排気ガス中のCO及びHCが酸化されてCO2及びH2Oが生成される反応を促すものである。また、DPF62は、エンジン1の排気ガス中に含まれるスート等の微粒子を捕集するものである。
The
排気シャッター弁64は、その開度を調整することで、排気通路60内の排気圧を調整することが可能な弁である。この排気シャッター弁64は、例えば、後述する低圧EGR通路70によって、排気通路60を流れる排気ガスの一部を吸気通路50に還流させる際に、排気通路60内の排気圧を高めるために利用される場合がある。
The
このエンジン1は、NOxを浄化するための触媒を備えていない。但し、ここに開示する技術は、NOxを浄化するための触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。 The engine 1 does not have a catalyst for purifying NOx. However, the technology disclosed herein does not exclude application to an engine equipped with a catalyst for purifying NOx.
本実施形態では、吸気通路50と排気通路60とに接続され、排気通路60を流れる排気ガスの一部を吸気通路50に還流可能な高圧EGR通路80及び低圧EGR通路70が設けられている。
In the present embodiment, a high
高圧EGR通路80は、吸気通路50におけるインタークーラ57とサージタンク51との間の部分(つまり、電動式過給機18よりも下流側の部分)と、排気通路60における上記排気マニホールドとターボ過給機56のタービン56bとの間の部分(つまり、ターボ過給機56のタービン56bよりも上流側の部分)とに接続されている。高圧EGR通路80内には、該高圧EGR通路80を通って吸気通路50に還流される排気ガス(以下、高圧EGRガスという)の流量を調整する電磁式の高圧EGR弁82が設けられている。該高圧EGR弁82は、その開度を調整することによって、高圧EGRガスの流量を調整するように構成されている。以下、高圧EGR通路80を含むシステムを、高圧EGRシステム8と呼ぶ。
The high
一方で、低圧EGR通路70は、吸気通路50におけるエアクリーナ54とターボ過給機56のコンプレッサ56aとの間の部分(つまり、ターボ過給機56のコンプレッサ56aよりも上流側の部分)と、排気通路60におけるDPF62と排気シャッター弁64との間の部分(つまり、ターボ過給機56のタービン56bよりも下流側の部分)とに接続されている。低圧EGR通路70には、該低圧EGR通路70を通って吸気通路50に還流される排気ガス(以下、低圧EGRガスという)を冷却するEGRクーラ71と、低圧EGRガスの流量を調整する電磁式の低圧EGR弁72とが設けられている。該低圧EGR弁72は、高圧EGR弁82と同様に、その開度を調整することによって、低圧EGRガスの流量を調整するように構成されている。以下、低圧EGR通路70を含むシステムを、低圧EGRシステム7と呼ぶ。
On the other hand, the low
上述のように構成されたエンジン1は、図3に示すように、パワートレイン・コントロール・モジュール(以下、PCMという)100によって制御される。PCM100は、CPU101、メモリ102、カウンタタイマ群103、インターフェース104及びこれらのユニットを接続するバス105を有するマイクロプロセッサで構成されている。PCM100は、制御部の一例である。PCM100には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサSW1、過給圧を検出する過給圧センサSW2、吸入空気温度を検出する吸気温度センサSW3、排気温度を検出する排気温度センサSW4、上記クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサSW5、車両のアクセルペダル(図示省略)の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサSW6、車両の車速を検出する車速センサSW7、及び、ターボ過給機56のタービン56bの回転数を検出するタービン回転数センサSW8からの検出信号が入力される。
The engine 1 configured as described above is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as "PCM") 100 as shown in FIG. The
PCM100は、クランク角センサSW5の検出結果からエンジン1のエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサSW6の検出結果からエンジン負荷を算出する。また、PCM100は、水温センサSW1の検出温度が所定温度Tcよりも低いときに、気筒30a内の温度が低い、エンジン1の冷間状態であると判定し、アクセル開度センサSW4で検出されたアクセル開度に基づいて、車両の運転者の加速要求の有無を判定する。
The
PCM100は、入力された検出信号に基づいて、インジェクタ38、電動モータ18b、各種の弁55,58,64,65,72,82のアクチュエータへ制御信号を出力する。PCM100は、また吸気弁36及び排気弁37の弁可変機構にも制御信号を出力する。
The
PCM100にはまた、図示は省略するが、エンジン本体10のクランク軸に連結されると共に、エンジン本体10の出力を変速する、自動又は手動の変速機106が、電気的に接続されている。変速機106は、変速段に関する信号をPCM100に出力する。
The
上記エンジン1は、その幾何学的圧縮比を12以上16以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによってエミッション性能の向上及び燃焼効率の向上を図るようにしている。このエンジン1では、ターボ過給機56及び電動式過給機18による新気量の調整と、低圧EGRガス及び高圧EGRガスの調整と、によって、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。
The engine 1 is configured to have a relatively low compression ratio with a geometric compression ratio of 12 or more and 16 or less, thereby improving emission performance and combustion efficiency. . In this engine 1, the reduction of the geometric compression ratio is compensated by the adjustment of the amount of fresh air by the
(電動式過給機の制御の概要)
次に、PCM100による電動式過給機18の制御について説明する。図4には、電動式過給機18の制御の態様を示す。PCM100は、基本的には、エンジン本体10の運転中は電動式過給機18を常時回転させるようにしているが、変速機106の変速段と、クランク角センサSW5によって検出されるエンジン1の回転数とに基づいて、電動式過給機18の回転数(すなわち過給圧)を制御している。具体的には、変速段が一速ないしエンジン低回転の領域が、電動式過給機18の回転数が最も高く、そこから、変速段が高くなるに連れて又はエンジン高回転となるに連れて、回転数を減少させるように制御する。
(Outline of Control of Electric Turbocharger)
Next, control of the
また、本実施形態では、変速機106の変速段が高速段になるか、又は、エンジン回転数がr1を超えることによって、ターボ過給機56のコンプレッサ56aの圧力比が1.2以上になるような領域においては、電動式過給機18をアイドル回転状態にするとともに、吸気側バイパス弁58を全開にして、該電動式過給機18による過給が、実質的に行われないようにする。「高速段」は、変速機106の最高変速段を二等分したときの高速側の変速段としてもよい。このようにすれば、変速機106が高速段になるか又は上記圧力比が1.2以上になるエンジン回転の領域において、電動式過給機18の回転を止めることなく、ターボ過給機56によってのみ過給を行うようにすることができる。
Further, in the present embodiment, the pressure ratio of the
例えば前進6速の変速機106においては、1速、2速及び3速を低速段、4速、5速及び6速を高速段としてもよい。図4においては、エンジンの回転数が低いときにおいて、変速段が1速であれば、電動式過給機18は高回転数で回転し、変速段が2速であれば、電動式過給機18は中回転数で回転し、変速段が3速であれば、電動式過給機18は低回転数で回転するとし、変速段が4速、5速、6速であれば、電動式過給機18はアイドル回転状態にするとしてもよい。
For example, in the
上記のように、電動式過給機18を常時回転させることによって、後述するように、電動式過給機18による過給圧を上昇させる際に、電動式過給機18を一時的に停止させて、必要な場面で駆動させるようなオン−オフの制御を行うよりも、電動式過給機18(厳密には、電動式過給機18を作動させるための電動モータ18b)を効率的に作動させることができる。また、変速機106の変速段に応じて、電動式過給機18の回転数を変更することによって、後述するように、電動式過給機18による過給圧を上昇させる際に、速やかに過給圧を上昇させることができるようになる一方で、電力消費をできるだけ少なくすることが可能になる。
As described above, when the supercharging pressure by the
図5には、電動式過給機18の特性を表す性能曲線を示している。図5の上図は電動式過給機18のコンプレッサホイール18aの特性を示す性能曲線グラフであり、縦軸は電動式過給機18の圧力比(つまり、下流側の圧力に対する上流側の圧力の比)、横軸は吐出流量である。図5の上図において、曲線LLは回転限界ライン、直線SLはサージライン、直線CLはチョークラインを表している。これらのラインで囲まれた領域が電動式過給機18の運転可能領域である。この領域の中央側に位置するほど電動式過給機18の運転効率が高くなる。
FIG. 5 shows a performance curve that represents the characteristics of the
電動式過給機18は、ターボ過給機56を補助すると共に、気筒30a内に導入する新気量の調整を目的として使用するため、図5の上図にメッシュで示すような、回転限界ラインから離れた領域内において、エンジン冷却水の水温とエンジン回転数とに応じて、適切な回転数でもって作動される。つまり、電動式過給機18は限界回転数から大きく離れたパーシャル状態で運転される。
The
図5の下図は、電動式過給機18の電動モータ18bの特性を例示しており、縦軸は電動モータ18bのトルク、横軸は電動モータ18bの回転数である。図5の下図の一点鎖線は、等消費電力となる線を示しており、図の右上になるほど消費電力が高く、左下になるほど消費電力が低い。電動式過給機18は、図5の上図におけるメッシュで示す領域内において作動されるが、このとき電動モータ18bは、図5の下図におけるメッシュで示す領域内において作動する。電動モータ18bの消費電力は比較的低くかつ、電動モータ18bの効率は比較的高い。電動モータ18bが最高トルクよりも低いトルクで作動している状態を、電動式過給機18のパーシャル状態で運転していると呼んでもよい。前述したように、電動式過給機18は、エンジン本体10の運転中は常時回転しているものの、電動式過給機18をパーシャル状態で運転することによって、消費電力を少なくすることが可能である。
The lower part of FIG. 5 exemplifies the characteristics of the
尚、図4に示すアイドル回転領域においては、電動式過給機18を停止させるようにしてもよい。
In the idle rotation region shown in FIG. 4, the
(エンジンの燃焼制御)
上記PCM100によるエンジン1の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて要求駆動力を決定し、これに対応する燃焼状態が実現するように、気筒30a内に導入する新気量、高圧EGRガス量、及び、低圧EGRガス量を調整すると共に、燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ38の作動制御によって実現するものである。
(Engine combustion control)
The basic control of the engine 1 by the
図6は、エンジン1のφ−Tマップを例示している。φ−Tマップは、燃焼温度(T)と、混合気の当量比(φ)とからなる平面において、未燃成分であるCO/HC、スート及びNOxが発生する領域を示すマップである。燃焼温度が高いとNOxの領域に入ってしまうと共に、当量比が高いとスートの領域に入ってしまう。また、燃焼温度が低すぎると、CO/HCの領域に入ってしまう。エンジン1は、新気量、高圧EGRガス量、及び、低圧EGRガス量を調整すると共に、燃料の噴射量や噴射時期等を調整することにより、φ−Tマップにおける、CO/HC、スート及びNOxが発生する領域に入らないような燃焼を実現する。 FIG. 6 illustrates the φ-T map of the engine 1. The φ-T map is a map showing a region in which unburned components CO / HC, soot and NOx are generated on a plane consisting of the combustion temperature (T) and the equivalence ratio (φ) of the air-fuel mixture. When the combustion temperature is high, it enters the region of NOx, and when the equivalence ratio is high, it enters the region of soot. In addition, if the combustion temperature is too low, it will enter the CO / HC region. The engine 1 adjusts the amount of fresh air, the amount of high pressure EGR gas, and the amount of low pressure EGR gas, and adjusts the injection amount of fuel, the injection timing, and the like to obtain CO / HC, soot and Achieve combustion that does not enter the area where NOx is generated.
具体的に、エンジン1は、部分負荷運転(つまり、全開負荷を除く負荷における運転)時には、ターボ過給機56による過給圧によって、燃料供給量に対応する量の新気を気筒30a内に導入することにより、混合気の当量比が高くなり過ぎないよう調整すると共に、気筒30a内にEGRガスを導入することにより、燃焼速度及び燃焼温度が高くなり過ぎることを回避して、RawNOxの発生を抑制する。気筒30a内に導入するEGRガスは、エンジン1の温間時には、主に、低温の低圧EGRガスであり、必要に応じて高温の高圧EGRガスを気筒30a内に導入してもよい。
Specifically, during partial load operation (that is, operation at a load other than fully open load), the engine 1 charges the amount of fresh air corresponding to the fuel supply amount into the
また、RawNOxの生成を抑制するために、エンジン1は、図9に例示するように、部分負荷運転時において、圧縮上死点(TDC)よりも前に少なくとも1回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行する。図9の噴射例では、圧縮上死点(TDC)前の圧縮行程中において2回の前段噴射を実行し、圧縮上死点付近で、前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射を1回実行し、さらにメイン噴射の後、プレ噴射と同等の燃料噴射量でアフタ噴射を1回実行している。以下、この噴射形態を予混合燃焼制御という。 Also, in order to suppress the generation of RawNOx, as illustrated in FIG. 9, the engine 1 performs pre-injection that performs at least one fuel injection before compression top dead center (TDC) during partial load operation, as illustrated in FIG. And, after the pre-stage injection, the main injection having a larger fuel injection amount than the pre-stage injection is executed. In the injection example of FIG. 9, two pre-injections are performed during the compression stroke before compression top dead center (TDC), and main injection with a larger fuel injection amount than the pre-injection is performed once near compression top dead center. After the main injection, the after injection is performed once with a fuel injection amount equivalent to that of the pre-injection. Hereinafter, this injection form is referred to as premixed combustion control.
この予混合燃焼制御で実行される2回の前段噴射のうち、相対的に噴射時期の早い1回目の燃料噴射はパイロット噴射であり、2回目の燃料噴射はプレ噴射である。圧縮上死点よりも前にパイロット噴射及びプレ噴射を行うことにより、空気と燃料とのミキシング性が高くなって、圧縮行程中に混合気の化学反応が進行する。これにより、筒内温度が比較的低くても燃焼が可能となって、図9の熱発生履歴に示すように、圧縮上死点前に、前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼が発生する。 Of the two pre-injections performed in this premixed combustion control, the first fuel injection at a relatively early injection timing is pilot injection, and the second fuel injection is pre-injection. By performing the pilot injection and the pre-injection before the compression top dead center, the mixing property of the air and the fuel becomes high, and the chemical reaction of the mixture proceeds during the compression stroke. As a result, combustion becomes possible even if the in-cylinder temperature is relatively low, and as shown in the heat generation history of FIG. 9, pre-combustion by fuel injected by pre-injection occurs before compression top dead center .
上記予混合燃焼制御による前段燃焼によって、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における気筒内の温度及び圧力を最適にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点付近で、安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン1の仕事量を大きくすることができ、ひいては燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、スートの発生を抑制することができるとともに、メイン燃焼での熱発生の急上昇、すなわち燃焼期間が極端に短くなることを防止することができ、NOxの発生を抑制することができる。 The compression end temperature and the compression end pressure can be increased by the pre-combustion by the above-described premixed combustion control. As a result, the temperature and pressure in the cylinder at the start of the main injection can be optimized, and the ignitability and combustibility in the main injection can be improved. As a result, since the main combustion can be stably generated near the compression top dead center, the amount of work of the engine 1 can be increased, and the fuel consumption can be improved. Further, the improvement of the ignitability makes it possible to suppress the generation of soot and to prevent the rapid increase of heat generation in the main combustion, that is, the extremely short combustion period, and the generation of NOx. Can be suppressed.
また、筒内圧力が低下する膨張行程期間内にアフタ噴射を行うことによって、スートを燃焼させることができ、燃焼室33からのスートの排出を抑制することができる。
Further, by performing after injection within the expansion stroke period in which the in-cylinder pressure decreases, the soot can be burned, and the discharge of the soot from the
(車両加速時のエンジン制御)
ここで、エンジン1が部分負荷運転をしている状態で、車両の運転者がアクセルペダルを踏んで加速要求を行ったときに、燃料量が増加することに対応して気筒30a内に導入する新気量を増やそうとしても、部分負荷運転時は排気エネルギーが比較的低いため、ターボ過給機56の過給圧が上がりにくく、気筒30a内に導入する新気量が不足してしまう。新気量の不足は、スートの発生を招いてしまうため、新気量が増えることを待って燃料量を増やすと、加速フィーリングが低下してしまう。
(Engine control during vehicle acceleration)
Here, when the driver of the vehicle depresses the accelerator pedal and issues an acceleration request while the engine 1 is in partial load operation, the engine 1 is introduced into the
特に、エンジン1に接続されている変速機106が低速段であるときには、高速段であるときよりも、車両の加速時に、エンジン1の、単位時間当たりの回転数上昇(Δrpm/Δt)が、大幅に高くなる。Δrpm/Δtが高くなるとエンジン1の冷却損失が増えるため、ターボ過給機56のタービン56bに供給される排気エネルギーが増えにくくなる。その結果、その結果、ターボ過給機56の過給圧は、ますます上がりにくくなる。図7は、車両の加速時におけるPmaxの変化の一例を示しているが、図7に破線で例示するように、車両の加速時にターボ過給機56のみによって過給圧を高めようとすると、Pmaxが上昇し難くなって、加速フィーリングが低下してしまう。
In particular, when the
ここで、エンジン1の単位時間当たりの回転数上昇(Δrpm/Δt)について説明をする。一速から六速までの変速段を有する前進六速の変速機106において、アクセルペダルの踏み込み量及び踏み込み速度を同じと仮定したときの、単位時間当たりの回転数上昇は、例えば次のような関係を有する場合がある。すなわち、Δrpm/Δtは、一速のときが最も大きく、二速及び三速の順に小さくなる。また、Δrpm/Δtは、四速のときは、三速のときに比べて大きく低下し、五速及び六速の順に小さくなる。この構成例では、車両の加速時におけるエンジン1のΔrpm/Δtの値に関して、前進六速の変速機106の一速、二速、及び三速は、Δrpm/Δtの値が比較的大きくなる低速段であり、四速、五速、及び六速は、Δrpm/Δtの値が比較的小さくなる高速段である。
Here, the increase in the number of revolutions per unit time (Δ rpm / Δt) of the engine 1 will be described. In the forward six-
このエンジン1は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させるために、電動式過給機18を利用する。具体的には、運転者がアクセルペダルを踏んで加速要求を行ったときに、PCM100は、電動式過給機18の駆動が必要か否かを判断し、必要であると判断したときに、電動式過給機18を駆動して過給圧を高める。これにより、気筒30a内に導入する新気量を増やすことができるから、燃料噴射量を増やすことができて、スートの発生を回避しながら、加速フィーリングを向上させることができる。
The engine 1 utilizes an
図8は、変速機106の一速から六速の各変速段について、車速とエンジン回転数との関係を例示する図である。同図に一点鎖線で囲む領域は、ターボ過給機56によって過給圧が上昇し得る領域を示している。ターボ過給機56は、変速機106が高速段であって、相対的に高車速のエンジン1の高回転時に有効である。
FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the vehicle speed and the engine speed for each of the first to sixth gear positions of the
これに対し、電動式過給機18は、図8に二点鎖線で囲む領域において作動させる。つまり、ターボ過給機56が有効でない領域、つまり、変速機106が低速段であって、相対的に低車速のエンジン1の低回転時に、電動式過給機18を駆動して過給圧を高める。
On the other hand, the
車両の加速時に、気筒30a内に導入する新気量だけを増やすと、燃焼速度及び燃焼温度が高くなり過ぎて、RawNOxの生成を招いてしまう。そのため、電動式過給機18を駆動して過給圧を高めるときに、低圧EGR弁72を開けておく。電動式過給機18の駆動に伴い、排気シャッター弁64を閉じなくても、低圧EGR通路70を通じて低温の低圧EGRガスを吸気通路50に吸い出すことが可能になる。その結果、新気と共に、気筒30a内に導入するEGRガス量が増えるから、燃焼速度及び燃焼温度が高くなることを防止して、RawNOxの生成を抑制することができる。また、排気シャッター弁64を閉じないから、燃費の向上に有利になる。
If only the amount of fresh air introduced into the
こうして、車両の加速時にエミッション性能の低下を防止しながら、図7に実線で示すように、Pmaxを速やかに高めることができ、加速フィーリングを向上させることができる。Pmaxが高まると、排気エネルギーが上がるから、ターボ過給機56による過給圧が上昇する。Pmaxが高まった加速後期においては、ターボ過給機56によって目標過給圧を満たすことができるようになるから、図7に例示するように、電動式過給機18による過給圧を低下させる。電動式過給機18を停止してもよいし、電動式過給機18をアイドル回転状態にしてもよい。このことにより、電動式過給機18の消費電力を少なくすることができる。電動式過給機18の過給圧を低下させるタイミングは、適宜のタイミングに設定すればよい。例えばPmaxの変化履歴に基づいて、電動式過給機18の過給圧を低下させるタイミングを設定してもよい。
Thus, Pmax can be rapidly increased as shown by a solid line in FIG. 7 while acceleration performance of the vehicle is prevented, and acceleration feeling can be improved. When Pmax is increased, exhaust energy is increased, and hence the supercharging pressure by the
ここで、車両の加速時に、前述した電動式過給機18を駆動して過給圧を高めることに加えて、図10に例示するように、燃料の噴射開始時期を、車両の加速前に比べて遅角させてもよい。
Here, at the time of acceleration of the vehicle, in addition to driving the
具体的には、前段噴射におけるパイロット噴射を停止させかつアフタ噴射を停止させるとともに、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を遅角させる。また、図10の例では、メイン噴射を2回に分けて行う。以下、この噴射形態をリタード燃焼制御という。尚、2回のメイン噴射の燃料噴射量の合計値は、リタード燃焼制御での前段噴射(プレ噴射)よりも多い。尚、ここで示す燃料の噴射形態は一例であって、リタード燃焼制御時のプレ噴射及びメイン噴射の噴射時期及び燃料の噴射量は、車両の要求駆動力に基づいて適宜変更される。 Specifically, the pilot injection in the pre-stage injection is stopped and the after injection is stopped, and the injection timing of the pre-injection and the main injection is retarded. Further, in the example of FIG. 10, the main injection is performed twice. Hereinafter, this injection form is referred to as retarded combustion control. The total value of the fuel injection amounts of the two main injections is larger than that of the pre-injection (pre-injection) in the retarded combustion control. The fuel injection mode shown here is an example, and the injection timing of the pre-injection and the main injection at the time of retarded combustion control and the injection amount of the fuel are appropriately changed based on the required driving force of the vehicle.
パイロット噴射を停止させかつプレ噴射を遅角させると、空気と燃料とのミキシング性自体は低下するため、図10の上図に示すように、圧縮上死点前に前段燃焼が発生しなくなる。電動式過給機18によって過給を行うことで、吸気密度を高くして、気筒30a内に出来る限り多くの新気を導入することによって、気筒30a内のガスの比熱比が上がって、圧縮端温度は十分に高くなるから、圧縮上死点よりも後に、前段燃焼及びメイン燃焼が発生する。
When the pilot injection is stopped and the pre-injection is retarded, the mixing property of the air and the fuel is reduced, so that the pre-combustion does not occur before the compression top dead center as shown in the upper drawing of FIG. The specific heat ratio of the gas in the
上記リタード燃焼制御によって、圧縮比が低くても安定したメイン燃焼が可能となるため、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、NOxの発生を抑制することができる。また、新気量が多くなれば、吸気温度が低下するため、これによっても燃焼温度の上昇を抑えて、NOxの発生を抑制することができる。リタード燃焼制御においては、燃焼後期においても、図9に示す予混合燃焼制御時よりも燃焼温度が高く、アフタ噴射を行わなくても、スートを燃焼させることができる。アフタ噴射を省略することによって、燃費性能の向上に有利になる。 By the above retarded combustion control, stable main combustion can be performed even if the compression ratio is low. Therefore, the combustion temperature can be prevented from becoming excessively high, and generation of NOx can be suppressed. Further, if the amount of fresh air increases, the intake air temperature decreases, so that the increase in the combustion temperature can also be suppressed, and the generation of NOx can be suppressed. In the retarded combustion control, the combustion temperature is higher than in the premixed combustion control shown in FIG. 9 even in the late stage of the combustion, and the soot can be burned without performing the after injection. By omitting the after injection, the fuel consumption performance is improved.
車両の加速時に、電動式過給機18を駆動して過給圧を高めることに加えて、リタード燃焼制御を行うことによって、Pmaxを、より速やかに高めることができる。そこで、車両の加速時には、Pmaxの変化履歴に基づいて、具体的には、Pmaxの立ち上がりの傾きが小さいときには、電動式過給機18を駆動して過給圧を高めることに加えて、リタード燃焼制御を行うことによって、Pmaxを、より速やかに高める一方、Pmaxの立ち上がりの傾きが小さいときには、電動式過給機18を駆動して過給圧を高めることを行う一方、リタード燃焼制御は行わないようにしてもよい。
In addition to driving the
次に、PCM100によるエンジン制御の処理動作を、図11のフローチャートに基づいて説明する。尚、図11に示すフローチャートは、エンジン本体10が、温間時でかつ、部分負荷領域において運転しているときのフローチャートである。
Next, processing operation of engine control by the
最初のステップS101で、PCM100は、各種センサからの信号を読み込みエンジン1の運転状態を判定する。次のステップS102で、PCM100は、図4に例示するマップに従って、電動式過給機18を、アイドル回転状態にするか否かを判定する。ステップS102の判定がNOのときには、制御プロセスはステップS103に進む。ステップS103において、PCM100は、電動式過給機18を駆動する。PCM100は、変速機106の変速段と、エンジン回転数とに応じて、電動式過給機18の回転数を、高回転数、中回転数、又は、低回転数とする。
In the first step S101, the
ステップS102の判定がYESのときには、制御プロセスはステップS104に進む。電動式過給機18は、アイドル回転状態になる。
When the determination in step S102 is YES, the control process proceeds to step S104. The
ステップS104でPCM100は、運転者の加速要求があったか否かを判定する。PCM100は、運転者の加速要求の有無を、アクセル開度センサSW6の検出値に基づいて判定する。加速要求があったときには、制御プロセスはステップS105に進み、加速要求がないときには、制御プロセスはステップS114に進む。
In step S104, the
次のステップS105でPCM100は、エンジン1の要求駆動力(アクセル開度等に基づくに駆動力)を算出する。ステップS106では、PCM100は、上記ステップS105で算出された要求駆動力を実現するための、燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定すし、ステップS107では、PCM100は、上記ステップS105で算出された要求駆動力を実現するための、目標EGR率を算出し、ステップS108では、上記ステップS105で算出された要求駆動力を実現するための、目標過給圧を算出する。
In the next step S105, the
続くステップS109では、PCM100は、エンジン1の、単位時間当たりの回転数上昇(Δrpm/Δt)を算出し、ステップS110では、PCM100は、目標過給圧と実過給圧との差を算出する。
In the following step S109, the
そして、ステップS111において、PCM100は、ステップS109において算出したΔrpm/Δtと、ステップS110において算出した目標過給圧と実過給圧との差に基づいて、電動式過給機18の駆動が必要か否かを判定する。具体的には、Δrpm/Δtが所定よりも大きいときには、エンジン1の冷却損失が増えるため、車両の加速時に、ターボ過給機56のタービン56bに供給される排気エネルギーが増えにくくなる。そこで、制御プロセスは、ステップS113に進み、PCM100は、前述したように、電動式過給機18を駆動することによって過給圧を高める。
Then, in step S111, the
一方、ステップS111において、PCM100が、電動式過給機18の駆動が不要と判断したときには、制御プロセスは、ステップS113に進まずに、ステップS112に進む。
On the other hand, when the
ステップS112においてPCM100は、ステップS107において算出した目標EGR率を実現するように低圧EGR弁72及び高圧EGR弁82の開度を調整して、気筒30a内のガス組成を所望の状態にした上で、ステップS106において決定した燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って、インジェクタ38に燃料噴射を実行させる。
In step S112, the
制御プロセスはその後、ステップS101に戻る。車両の加速後期において、電動式過給機18の駆動が不要になれば、ステップS111の判定がNOになって、電動式過給機18による過給圧は低下する。
The control process then returns to step S101. If the drive of the
一方、加速要求がないため移行をしたステップS114において、PCM100は、ステップS105と同様に、エンジン1の要求駆動力を算出し、続くステップS115において、PCM100は、ステップS106と同様に、上記ステップS114で算出された要求駆動力を実現するための、燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定する。
On the other hand, in step S114, where there is no acceleration request, the
ステップS116において、PCM100は、ステップS107と同様に、上記ステップS114で算出された要求駆動力を実現するための、目標EGR率を算出し、ステップS117では、ステップS108と同様に、PCM100は、上記ステップS105で算出された要求駆動力を実現するための、目標過給圧を算出する。
In step S116, the
そして、ステップS118で、PCM100は、ステップS116において算出した目標EGR率を実現するように低圧EGR弁72及び高圧EGR弁82の開度を調整して、気筒30a内のガス組成を所望の状態にした上で、ステップS115において決定した燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って、インジェクタ38に燃料噴射を実行させる。
Then, in step S118, the
したがって、PCM100は、車両の加速時に、エンジン1の単位時間当たりの回転数上昇(Δrpm/Δt)が高いときには、電動式過給機18によって過給圧を高めるから、エンジン1の排気エネルギーの大小に関わらず、過給圧を速やかに高めることができる。その結果、気筒30a内に導入される新気を速やかに増やすことができるから、スートの発生を抑制しながら、エンジン本体10のPmaxを速やかに高めて、加速フィーリングを向上させることができる。
Therefore, since the boost pressure of the
また、電動式過給機18の駆動に伴い、低圧EGR通路70から低圧EGRガスを吸気通路50に吸い出して、気筒30a内に導入されるEGRガスも増やすことができるから、燃焼速度及び燃焼温度が高くなり過ぎることを抑制して、RawNOxの生成を抑制することができる。
In addition, since the low pressure EGR gas can be sucked from the low
よって、このエンジン1は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させることができる。 Therefore, the engine 1 can improve the acceleration feeling while preventing the decrease in the emission performance at the time of acceleration.
また、加速開始時に電動式過給機18によって過給圧を速やかに高めて、エンジン本体10のPmaxを速やかに高めることにより、排気エネルギーが上がるから、ターボ過給機56による過給圧も、速やかに上昇させることができる。加速後期において、ターボ過給機56によって目標過給圧を満たすことができるようになれば、電動式過給機18の過給圧を低下させることにより、エミッション性能の低下を防止すると共に、消費電力を少なくすることができる。
In addition, since the exhaust energy is increased by rapidly increasing the supercharging pressure by the
また、電動式過給機18は、加速要求の有無にかかわらず、図4及び図5に示すように、パーシャル状態で作動するため、電動式過給機18により過給圧を上昇させる際の電力消費を抑えることができる。
In addition, since the
さらに、電動式過給機18は、加速要求がないときに、図4に示すように、変速機の変速段が低いときには、変速段が高いときよりも高回転で作動する。車両の加速時に、エンジン本体のΔrpm/Δtが大きくなりやすい変速段(一速、二速又は三速)においては、電動式過給機18が、予め、相対的に高回転で作動しているため、過給圧を速やかに高めることができ、エミッション性能の低下を抑制しながら、加速フィーリングを向上させることができる。逆に、車両の加速時に、エンジン本体のΔrpm/Δtが小さくなりやすい変速段(四速、五速又は六速)においては、ターボ過給機56によって過給圧を速やかに高めることができる可能性が高いから、電動式過給機18を、相対的に低い回転数で作動させる(例えばアイドル回転状態にする)ことにより、電力消費を少なくすることができる。
Furthermore, 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 above embodiment, and can be substituted without departing from the scope of the claims.
例えばここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することに限定されず、ガソリンや、ナフサを含む燃料を用いるエンジンに、適用することも可能である。 For example, the technology disclosed herein is not limited to the application to a diesel engine, but may be applied to an engine using fuel including gasoline and naphtha.
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 embodiments described above are merely illustrative and should not be construed as limiting the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the claims, and all variations and modifications that fall within the equivalent scope of the claims fall within the scope of the present invention.
1 エンジン
10 エンジン本体
18 電動式過給機
50 吸気通路
56 ターボ過給機
56a コンプレッサ
56b タービン
60 排気通路
70 低圧EGR通路(EGR通路)
100 PCM
106 変速機
SW5 クランク角センサ(センサ)
1
100 PCM
106 Transmission SW5 Crank angle sensor (sensor)
Claims (5)
上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、
上記吸気通路に設けられかつ、電動モータによって過給する電動式過給機と、
上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流に配設されたコンプレッサとを有しかつ、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機と、
上記タービンよりも下流の上記排気通路と上記コンプレッサよりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるEGR通路と、
上記エンジン本体に取り付けられたセンサの検知信号に基づいて、上記車両の加速時における上記エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさを算出するパラメータ算出部と、
加速要求信号を受けて上記車両を加速させる時に、上記パラメータ算出部が算出した上記回転数上昇が所定よりも大きいときには、上記EGR通路を開くと共に、上記電動式過給機の過給圧が上昇するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する制御部と、を備えている過給機付エンジン。 An engine body mounted on a vehicle,
An intake passage and an exhaust passage connected to the engine body;
An electric supercharger provided in the intake passage and supercharged by an electric motor;
A turbocharger having a turbine disposed in the exhaust passage and a compressor disposed upstream of the electric turbocharger in the intake passage, the turbocharger being supercharged using exhaust energy;
An EGR passage communicating the exhaust passage downstream of the turbine and the intake passage upstream of the compressor, and recirculating part of the exhaust gas to the intake passage;
A parameter calculation unit that calculates the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body during acceleration of the vehicle based on a detection signal of a sensor attached to the engine body;
When the acceleration request signal is received and the vehicle is accelerated, the EGR passage is opened and the charging pressure of the electric supercharger is increased when the increase in the rotational speed calculated by the parameter calculation unit is larger than a predetermined value. An engine with a supercharger, comprising: a control unit that outputs a control signal to the electric supercharger.
上記制御部は、加速後期には、加速開始時よりも上記電動式過給機の過給圧が低下するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する過給機付エンジン。 In the supercharged engine according to claim 1,
The control unit outputs a control signal to the electric supercharger so that the supercharging pressure of the electric supercharger is lower than that at the start of acceleration at the late stage of acceleration.
上記制御部は、上記加速要求信号の有無にかかわらず、上記電動式過給機をパーシャル状態で作動させるように構成されている過給機付エンジン。 The supercharged engine according to claim 1 or 2
An engine with a supercharger, wherein the control unit is configured to operate the electric supercharger in a partial state regardless of the presence or absence of the acceleration request signal.
上記制御部は、上記加速要求信号を受ける前に、上記エンジン本体に接続された変速機が低速段のときには、高速段のときよりも高回転で上記電動式過給機を作動させる過給機付エンジン。 In the supercharged engine according to claim 3,
The control unit operates the electric supercharger at a higher revolution when the transmission connected to the engine main body is in the low gear stage before receiving the acceleration request signal, than when the transmission gear is in the high gear stage. Engine.
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が16以下のディーゼルエンジンである過給機付エンジン。 In the supercharged engine according to any one of claims 1 to 4,
The engine body is a supercharged engine, which is a diesel engine having a geometric compression ratio of 16 or less.
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