JP2024013520A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの吸気管におけるインタークーラよりも下流側の温度が過度に高くなるのを抑制する。
【解決手段】吸気管、吸気管に取り付けられたインタークーラ、排気管を有するエンジンと、吸気管におけるインタークーラよりも上流側に配置されたコンプレッサ、排気管に配置されると共にコンプレッサと一体に回転するタービン、タービンをバイパスするように排気管に取り付けられたバイパス管に設けられたウェイストゲートバルブを有する過給機と、を備えるエンジン装置であって、吸気管におけるインタークーラよりも下流側に取り付けられた温度センサと、温度センサの検出値が温度閾値以上であるときには、ウェイストゲートバルブを閉じ側にする閉じ制御を禁止する制御装置とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジン装置に関する。

従来、この種のエンジン装置としては、吸気管および排気管を有するエンジンとインタークーラと過給機とを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、インタークーラは、吸気管に取り付けられている。過給機は、吸気管におけるインタークーラよりも上流側に配置されたコンプレッサ、排気管に配置されると共にコンプレッサと一体に回転するタービン、タービンをバイパスするように排気管に取り付けられたバイパス管に設けられたウェイストゲートバルブを有する。このエンジン装置では、インタークーラの冷却能力の低下を検知したときには、ノッキング防止のために、点火時期を遅角する。

特開昭６１－１８５６２７号公報

エンジン装置では、インタークーラの冷却能力が低下している場合に過給機を作動させているときに、吸気管におけるインタークーラよりも下流側の温度が高くなりやすく、燃焼室内の温度が高くなりやすいため、上述のように、ノッキング防止のための点火遅角が行なわれる。この点火遅角以外の手法により、吸気管におけるインタークーラよりも下流側の温度が過度に高くなるのを抑制することが求められている。

本発明のエンジン装置は、エンジンの吸気管におけるインタークーラよりも下流側の温度が過度に高くなるのを抑制することを主目的とする。

本発明のエンジン装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のエンジン装置は、
吸気管、前記吸気管に取り付けられたインタークーラ、排気管を有するエンジンと、
前記吸気管における前記インタークーラよりも上流側に配置されたコンプレッサ、前記排気管に配置されると共に前記コンプレッサと一体に回転するタービン、前記タービンをバイパスするように前記排気管に取り付けられたバイパス管に設けられたウェイストゲートバルブを有する過給機と、
を備えるエンジン装置であって、
前記吸気管における前記インタークーラよりも下流側に取り付けられた温度センサと、
前記温度センサの検出値が温度閾値以上であるときには、前記ウェイストゲートバルブを閉じ側にする閉じ制御を禁止する制御装置と、
を備えることを要旨とする。

本発明のエンジン装置では、エンジンの吸気管におけるインタークーラよりも下流側に取り付けられた温度センサの検出値が温度閾値以上であるときには、ウェイストゲートバルブを閉じ側にする閉じ制御を禁止する。これにより、吸気管におけるインタークーラよりも下流側の温度が過度に高くなるのを抑制することができる。

エンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット７０の入出力信号の一例を示す説明図である。 許否判定処理の一例を示すフローチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのエンジン装置１０の構成の概略を示す構成図である。図２は、電子制御ユニット７０の入出力信号の一例を示す説明図である。実施例のエンジン装置１０は、エンジン１２からの動力を用いて走行する一般的な車両や、エンジン１２に加えてモータを備える各種のハイブリッド車に搭載される。このエンジン装置１０は、図１や図２に示すように、エンジン１２と、過給機４０と、電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン１２は、燃料タンクからのガソリンや軽油などの燃料を用いて吸気、圧縮、膨張（爆発燃焼）、排気の４行程により動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン１２は、燃焼室３０内に燃料を噴射する筒内噴射弁２８と、点火プラグ３１とを有する。筒内噴射弁２８は、燃焼室３０の頂部の略中央に配置されており、燃料をスプレー状に噴射する。点火プラグ３１は、筒内噴射弁２８からスプレー状に噴霧される燃料に点火できるように筒内噴射弁２８の近傍に配置されている。

エンジン１２は、エアクリーナ２２により清浄された空気を吸気管２３に吸入してインタークーラ２５、スロットルバルブ２６、サージタンク２７の順に通過させ、更に吸気バルブ２９を介して燃焼室３０に吸入する。また、エンジン１２は、吸気行程や圧縮行程あるいは膨張行程において筒内噴射弁２８から１回または複数回に分けて燃料を噴射し、点火プラグ３１による電気火花により爆発燃焼させる。そして、エンジン１２は、爆発燃焼によるエネルギにより押し下げられるピストン３２の往復運動をクランクシャフト１４の回転運動に変換する。特に膨張行程で燃料噴射する場合、筒内噴射弁２８から噴射したスプレー状の燃料に点火できるように、膨張行程での筒内噴射弁２８の燃料噴射と点火プラグ３１の点火とが同期して行なわれる。燃焼室３０から排気バルブ３３を介して排気管３５に排出される排気は、浄化装置３７を介して外気に排出される。浄化装置３７は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）３７ａを有する。

過給機４０は、ターボチャージャとして構成されており、コンプレッサ４１と、タービン４２と、回転軸４３と、ウェイストゲートバルブ４４と、ブローオフバルブ４５とを備える。コンプレッサ４１は、吸気管２３のインタークーラ２５よりも上流側に配置されている。タービン４２は、排気管３５の浄化装置３７よりも上流側に配置されている。回転軸４３は、コンプレッサ４１とタービン４２とを連結する。ウェイストゲートバルブ４４は、排気管３５におけるタービン４２よりも上流側と下流側とを連絡するバイパス管３６に設けられており、電子制御ユニット７０により制御される。ブローオフバルブ４５は、吸気管２３におけるコンプレッサ４１よりも上流側と下流側とを連絡するバイパス管２４に設けられており、電子制御ユニット７０により制御される。

この過給機４０では、ウェイストゲートバルブ４４の開度の調節により、バイパス管３６を流通する排気量とタービン４２を流通する排気量との分配比が調節され、タービン４２の回転駆動力が調節され、コンプレッサ４１による圧縮空気量が調節され、エンジン１２の過給圧（吸気圧）が調節される。ここで、分配比は、詳細には、ウェイストゲートバルブ４４の開度が小さいほど、バイパス管３６を流通する排気量が少なくなると共にタービン４２を流通する排気量が多くなるように調節される。なお、エンジン１２は、ウェイストゲートバルブ４４が全開のときには、過給機４０を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作可能になっている。

また、過給機４０では、吸気管２３におけるコンプレッサ４１よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度高いときに、ブローオフバルブ４５を開弁させることにより、コンプレッサ４１よりも下流側の余剰圧力を解放することができる。なお、ブローオフバルブ４５は、電子制御ユニット７０により制御されるバルブに代えて、吸気管２３におけるコンプレッサ４１よりも下流側の圧力が上流側の圧力よりもある程度高くなると開弁する逆止弁として構成されるものとしてもよい。

インタークーラ２５には、インタークーラ２５の熱交換媒体（冷却水など）を冷却する冷却装置５０が取り付けられている。冷却装置５０は、循環流路５２と、ラジエータ５４と、電動ポンプ５６とを備える。循環流路５２は、インタークーラ２５とラジエータ５４とに熱交換媒体（冷却水など）を循環させるための流路である。ラジエータ５４は、内部の熱交換媒体と外気との熱交換を行なう。循環ポンプ５６は、循環流路５２の熱交換媒体を循環させる。

電子制御ユニット７０は、図２に示すように、ＣＰＵ７１やＲＯＭ７２、ＲＡＭ７３、フラッシュメモリ７４、入出力ポートを有するマイクロコンピュータを備える。電子制御ユニット７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット７０に入力される信号としては、例えば、エンジン１２のクランクシャフト１４の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒや、エンジン１２の冷却水の温度を検出する水温センサ１５からの冷却水温Ｔｗ、エンジンオイルの温度を検出する油温センサ１６からの油温Ｔｏを挙げることができる。スロットルバルブ２６の開度を検出するスロットルポジションセンサ２６ａからのスロットル開度ＴＨも挙げることができる。吸気管２３におけるコンプレッサ４１よりも上流側に取り付けられたエアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａや、吸気管２３におけるコンプレッサ４１よりも上流側に取り付けられた吸気温センサ２３ｔからの吸気温Ｔｉｎ、吸気管２３におけるコンプレッサ４１よりも上流側に取り付けられた吸気圧センサ２３ｂからの吸気圧（コンプレッサ前圧）Ｐｉｎ、吸気管２３におけるコンプレッサ４１とインタークーラ２５との間に取り付けられた過給圧センサ２３ｃからの過給圧Ｐｃも挙げることができる。サージタンク２７に取り付けられたサージ圧センサ２７ａからのサージ圧（スロットル後圧）Ｐｓや、サージタンク２７に取り付けられたサージ温センサ２７ｂからのサージ温Ｔｓも挙げることができる。排気管３５における過給機４０のタービン４２と浄化装置３７との間に取り付けられたフロント空燃比センサ３８ａからのフロント空燃比ＡＦ１や、排気管３５における浄化装置３７の下流側に取り付けられたリヤ空燃比センサ３８ｂからのリヤ空燃比ＡＦ２も挙げることができる。

電子制御ユニット７０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット７０から出力される信号としては、例えば、スロットルバルブ２６への制御信号や、筒内噴射弁２８への制御信号、点火プラグ３１への制御信号を挙げることができる。ウェイストゲートバルブ４４への制御信号や、ブローオフバルブ４５への制御信号も挙げることができる。循環ポンプ５６への制御信号も挙げることができる。

電子制御ユニット７０は、エンジン１２の回転数Ｎｅや負荷率（エンジン１２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の割合）ＫＬを演算している。回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ１４ａからのクランク角θｃｒに基づいて演算される。負荷率ＫＬは、エアフローメータ２３ａからの吸入空気量Ｑａと回転数Ｎｅとに基づいて演算される。

こうして構成された実施例のエンジン装置１０では、電子制御ユニット７０は、エンジン１２の要求負荷率ＫＬ＊に基づいて、スロットルバルブ２６の開度を制御する吸入空気量制御や、筒内噴射弁２８からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御、点火プラグ３１の点火時期を制御する点火制御、ウェイストゲートバルブ４４の開度を制御する過給制御などを行なう。

次に、実施例のエンジン装置１０の動作、特に、過給制御においてウェイストゲートバルブ４４を閉じ側にする閉じ制御の許否を判定する動作について説明する。図３は、電子制御ユニット７０により繰り返し実行される許否判定処理の一例を示すフローチャートである。

図３の許否判定処理が実行されると、電子制御ユニット７０は、最初に、サージ温センサ２７ｂからのサージ温Ｔｓが閾値Ｔｓｒｅｆ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１００）。インタークーラ２５の冷却性能が低下している場合に、ウェイストゲートバルブ４４の閉じ制御を行なうと、吸気管２３におけるインタークーラ２５よりも下流側の温度（サージ温Ｔｓや燃焼室３０内の温度）が高くなりやすい。閾値は、インタークーラ２５の冷却性能が低下しているか否かの判定に用いられる閾値であり、例えば、６０℃～７０℃程度が用いられる。

ステップＳ１００でサージ温Ｔｓが閾値Ｔｓｒｅｆ未満であると判定したときには、インタークーラ２５の冷却性能が低下していないと判断し、ウェイストゲートバルブ４４の閉じ制御を許可して（ステップＳ１１０）、本処理を終了する。これにより、負荷率ＫＬを比較的高くすることが可能となる。

ステップＳ１００でサージ温Ｔｓが閾値Ｔｓｒｅｆ以上であると判定したときには、インタークーラ２５の冷却性能が低下していると判断し、ウェイストゲートバルブ４４の閉じ制御を禁止して（ステップＳ１２０）、本処理を終了する。これにより、吸気管２３におけるインタークーラ２５よりも下流側の温度（サージ温Ｔｓや燃焼室３０内の温度）が過度に高くなるのを抑制することができる。この結果、燃焼室３０内の温度が過度に高くなることに起因してノッキング防止のための点火遅角が行なわれるのを抑制することができる。

以上説明した実施例のエンジン装置１０では、サージ温Ｔｓが閾値Ｔｓｒｅｆ以上であるときには、ウェイストゲートバルブ４４の閉じ制御を禁止する。これにより、吸気管２３におけるインタークーラ２５よりも下流側の温度（サージ温Ｔｓや燃焼室３０内の温度）が過度に高くなるのを抑制することができる。

実施例では、電子制御ユニット７０は、サージ温Ｔｓが閾値Ｔｓｒｅｆ以上であるか否かにより、ウェイストゲートバルブ４４の閉じ制御を許可または禁止するものとした。しかし、ウェイストゲートバルブ４４の閉じ制御の許可と禁止との頻繁な切替を回避するために、温度についてのヒステリシス（マージン）を持たせるものとしてもよい。

実施例では、インタークーラ２５は、水冷式の冷却装置５０により冷却されるものとしたが、空冷式の冷却装置により冷却されるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン１２が「エンジン」に相当し、インタークーラ２５が「インタークーラ」に相当し、過給機４０が「過給機」に相当し、サージ温センサ２７ｔが「温度センサ」に相当し、電子制御ユニット７０が「制御装置」に相当する。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、エンジン装置の製造産業などに利用可能である。

１０ エンジン装置、１２ エンジン、２７ｂ サージ温センサ、４０ 過給機、７０ 電子制御ユニット。

Claims (1)

1. 吸気管、前記吸気管に取り付けられたインタークーラ、排気管を有するエンジンと、
   前記吸気管における前記インタークーラよりも上流側に配置されたコンプレッサ、前記排気管に配置されると共に前記コンプレッサと一体に回転するタービン、前記タービンをバイパスするように前記排気管に取り付けられたバイパス管に設けられたウェイストゲートバルブを有する過給機と、
   を備えるエンジン装置であって、
   前記吸気管における前記インタークーラよりも下流側に取り付けられた温度センサと、
   前記温度センサの検出値が温度閾値以上であるときには、前記ウェイストゲートバルブを閉じ側にする閉じ制御を禁止する制御装置と、
   を備えるエンジン装置。

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