JP4284649B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、過給圧制御可能な過給機を備えた内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine including a supercharger capable of supercharging pressure control.
従来から、過給機を備えた内燃機関として、機関回転数とスロットル開度とによる機関運転状態に基づいて、標準大気圧に対応した基本目標過給圧を設定するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。この内燃機関では、大気圧の低下に応じて、標準大気圧に対応した基本目標過給圧が補正(減少)され、実過給圧が補正後の目標過給圧と一致するように設定される。これにより、この内燃機関では、大気圧の低い高地等において運転される場合であっても、目標過給圧と大気圧との差圧が大きくなることに起因して生じる過給機の過回転が抑制される。
Conventionally, as an internal combustion engine equipped with a supercharger, there is known an engine that sets a basic target supercharging pressure corresponding to a standard atmospheric pressure based on an engine operating state based on an engine speed and a throttle opening ( For example, see
しかしながら、上述の従来の内燃機関では、大気圧が相対的に低いと、過給機の過回転が生じるおそれが少ない場合であっても、大気圧に応じて基本目標過給圧が補正される。このような場合、従来の内燃機関では、大気圧による補正を伴って設定された過給圧が本来要求されている過給圧を下回ってしまい、燃焼状態の悪化を招くおそれがあった。 However, in the above-described conventional internal combustion engine, if the atmospheric pressure is relatively low, the basic target supercharging pressure is corrected according to the atmospheric pressure, even when the turbocharger is less likely to over-rotate. . In such a case, in the conventional internal combustion engine, the supercharging pressure set with correction by the atmospheric pressure is lower than the originally required supercharging pressure, which may cause deterioration of the combustion state.
そこで、本発明は、大気圧の高低に拘らず、過給圧を要求値に応じるように設定可能な内燃機関の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine in which the supercharging pressure can be set according to a required value regardless of the level of atmospheric pressure.
本発明による内燃機関は、過給圧制御可能な過給機を備えた内燃機関において、機関要求過給圧が低い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される絶対圧力を用いて過給機による過給圧が設定され、機関要求過給圧が高い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される相対圧力を用いて過給機による過給圧が設定されることを特徴とする。 The internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine provided with a supercharger capable of supercharging pressure control, and when the required engine supercharging pressure is low, a predetermined intake pipe downstream of the compressor outlet of the supercharger. When the supercharging pressure by the turbocharger is set using the absolute pressure detected at the location, and the engine required supercharging pressure is high, at the predetermined location of the intake pipe downstream from the compressor outlet of the turbocharger The supercharging pressure by the supercharger is set using the detected relative pressure.
この内燃機関では、大気圧の高低に拘らず、機関要求過給圧が低い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される絶対圧力を用いて過給機による過給圧が設定される一方、機関要求過給圧が低い場合には、過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される相対圧力(ゲージ圧)を用いて過給機による過給圧が設定される。このように、機関要求過給圧が低い場合、すなわち、過給機の過回転が生じるおそれが少ない場合に絶対圧力を用いて過給圧を設定することにより、大気圧の高低に拘らず、過給圧を本来の要求値に設定することが可能となり、吸入空気量を十分に確保して燃焼状態を良好に保つことができる。 In this internal combustion engine, when the required engine supercharging pressure is low regardless of the atmospheric pressure level, the absolute pressure detected at a predetermined position of the intake pipe downstream from the compressor outlet of the turbocharger is used. When the supercharging pressure by the supercharger is set and the engine required supercharging pressure is low, the relative pressure (gauge pressure) detected at a predetermined location in the intake pipe downstream from the compressor outlet of the supercharger. ) Is used to set the supercharging pressure by the supercharger. Thus, when the engine required supercharging pressure is low, i.e., when the turbocharger is less likely to over-rotate, by setting the supercharging pressure using the absolute pressure, regardless of the level of atmospheric pressure, It is possible to set the supercharging pressure to the original required value, and a sufficient intake air amount can be secured to keep the combustion state good.
また、本発明の内燃機関は、排気ガスを吸気系統に還流させるためのEGR流路を含む排ガス還流系統と、EGR流路および吸気管の合流部分と過給機の圧縮機出口との間に配置されたスロットルバルブとを更に備え、前記機関要求過給圧が低い場合には、前記圧縮機出口と前記スロットルバルブとの間で検出される絶対圧力が目標値に一致するように前記過給機による過給圧が設定されると好ましい。 Further, the internal combustion engine of the present invention includes an exhaust gas recirculation system including an EGR flow path for recirculating exhaust gas to the intake system, and between the EGR flow path and the merged portion of the intake pipe and the compressor outlet of the supercharger. And when the engine required supercharging pressure is low, the supercharging is performed so that an absolute pressure detected between the compressor outlet and the throttle valve matches a target value. It is preferable that the supercharging pressure by the machine is set.
背圧変化によりEGR率が変化してしまっているにも拘らず、スロットルバルブ下流側の圧力が変化しなければ、EGR率を正常値に戻すべく新気の量が変化するように過給機が制御されないことになり、スモークの発生等の問題が生じるおそれがある。これに対して、スロットルバルブの上流側は背圧変化の影響を受け難いことから、機関要求過給圧が低い場合に、圧縮機出口とスロットルバルブとの間で検出される絶対圧力が目標値に一致するように過給機による過給圧を設定すれば、過給圧を本来の要求値に精度よく設定し、吸入空気量を十分に確保して燃焼状態を良好に保つことが可能となる。 If the pressure on the downstream side of the throttle valve does not change even though the EGR rate has changed due to the back pressure change, the turbocharger will change the amount of fresh air to return the EGR rate to the normal value. Is not controlled, and there is a risk that smoke and other problems may occur. On the other hand, since the upstream side of the throttle valve is not easily affected by changes in the back pressure, the absolute pressure detected between the compressor outlet and the throttle valve is the target value when the engine required supercharging pressure is low. If the supercharging pressure by the supercharger is set so as to match the above, it is possible to accurately set the supercharging pressure to the original required value, secure a sufficient amount of intake air, and maintain a good combustion state Become.
更に、前記スロットルバルブの開度が所定量を上回っている場合、前記機関要求過給圧が高いと判断され、前記スロットルバルブの開度が前記所定量以下である場合、前記機関要求過給圧が低いと判断されると好ましい。 Further, when the opening degree of the throttle valve exceeds a predetermined amount, it is determined that the engine required supercharging pressure is high, and when the opening degree of the throttle valve is equal to or less than the predetermined amount, the engine required supercharging pressure is determined. Is preferably low.
このように、スロットルバルブの開度に基づいて機関要求過給圧の高低を判断することにより、機関要求過給圧が低い場合には、過給圧を本来の要求値に確実に設定すると共に吸入空気量を十分に確保することが可能となり、機関要求過給圧が高い場合には、過給機の過回転を抑制することが可能となるので、適切な過給圧制御を実行することができる。 Thus, by determining whether the engine required supercharging pressure is high or low based on the opening of the throttle valve, when the engine required supercharging pressure is low, the supercharging pressure is reliably set to the original required value. It is possible to secure a sufficient amount of intake air, and when the engine required supercharging pressure is high, it is possible to suppress over-rotation of the supercharger. Can do.
上述のように、本発明によれば、大気圧の高低に拘らず、過給圧を要求値に応じるように設定可能な内燃機関の実現が可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize an internal combustion engine in which the supercharging pressure can be set according to the required value regardless of the level of atmospheric pressure.
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関1は、例えば多気筒形のディーゼルエンジンとして構成されており、例えば車両の走行駆動源として使用されるものである。内燃機関1は、複数(本実施形態では、4つ)の燃焼室#1,#2,#3および#4を備えており、各燃焼室#1〜#4における混合気の燃焼により図示されないピストンを往復移動させて動力を発生する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine according to the present invention. The
各燃焼室#1〜#4には、吸気管2を介して空気が供給される。吸気管2の先端には、エアクリーナ(図示省略)が接続されており、吸気管2には、エアクリーナと各燃焼室#1〜#4との間においてスロットルバルブ(吸気絞り弁)3が組み込まれている。また、内燃機関1は、各燃焼室#1〜#4に対して燃料を供給するために、図1に示されるように、燃料ポンプ4、コモンレール5および複数(4体)のインジェクタ6を有している。燃料は、燃料ポンプ4によって昇圧され、コモンレール5を介して各燃焼室#1〜#4のインジェクタ6に分配される。各インジェクタ6は、所定のタイミングで要求される量の燃料を各燃焼室#1〜#4内に噴射する。各燃焼室#1〜#4における燃焼によって生成された排気ガスは、排気管7に排出される。排気管7には、例えばNOx吸蔵還元型触媒を含む触媒装置8が設けられており、この触媒装置8において燃焼室#1〜#4からの排気ガスが浄化される。
Air is supplied to each of the
更に、本実施形態の内燃機関1は、排気管7から吸気管2に排気ガスを還流させるためのEGR(Exhaust Gas Recirculation)流路9を有する。EGR流路9の中途には、排気ガスの還流量を調節するためのEGR弁10が備えられており、EGR流路9およびEGR弁10は、排ガス還流系統を構成する。排気管7から吸気管2への排気ガスの還流量は、EGR弁10の開度を調節することによって制御される。このように、EGR流路9を介して二酸化炭素を含む排気ガスを吸気管2内の空気に混入させることにより、燃焼温度を低下させ、NOxの発生や燃焼騒音を抑制することができる。
Furthermore, the
さて、上述のような内燃機関1は、高出力化および低燃費化の双方を達成すべく、更に、過給機(ターボチャージャー)11を備える。過給機11は、図1に示されるように、吸気管2に接続された圧縮機ケーシング内に配置された圧縮機インペラ(圧縮機要素)12と、排気管7に接続されたタービンケーシング内に配置されたタービンインペラ(タービン要素)14とを含む。圧縮機インペラ12とタービンインペラ14とは、回転軸15により互いに連結されて一体化している。なお、圧縮機インペラ12を収容する圧縮機ケーシングと、スロットルバルブ3との間には、インタークーラ16が配置されている。
The
過給機11は、いわゆる可変容量型(可変ノズル型)過給機として構成されており、図1に示されるように、タービンインペラ14(タービンケーシング)の排気入口近傍に配された複数の可動ベーン17と、各可動ベーン17の傾きを調整するためのアクチュエータ(過給圧設定手段)18とを含む。これにより、アクチュエータ18を作動させて可動ベーン17により形成される複数のノズルの開度を調整すれば、タービンインペラ14の回転数が変化し、過給機11による過給圧を所望値に設定することができる。各燃焼室#1〜#4から排出された排気ガスにより過給機11のタービンインペラ14が回転駆動されると、回転軸15を介して圧縮機インペラ12が回転し、圧縮機インペラ12は、エアクリーナを介して流入した空気を圧縮して各燃焼室#1〜#4に供給する。
The
そして、上述のように構成される内燃機関1は、制御手段として機能する電子制御ユニット(以下「ECU」という)20を含む。ECU20は、何れも図示されないCPU、ROM、RAM、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。上述の燃料ポンプ4、各インジェクタ6、EGR弁10等は、それぞれECU20の入出力ポートに接続されており、これらは、ECU20によって制御される。同様に、過給機11のアクチュエータ18も、ECU20の入出力ポートに接続されており、ECU20によって制御される。また、吸気管2には、過給機11に流入する空気量を検出するエアフローメータ19が組み込まれている。エアフローメータ19は、ECU20の入出力ポートに接続されており、検出値を示す信号をECU20に与える。
And the
次に、図2を参照しながら、上述の内燃機関1における過給圧制御の手順について説明する。
Next, the procedure of the supercharging pressure control in the
内燃機関1が始動されると、制御手段としてのECU20は、図2に示される手順に従い過給機11による過給圧を制御する。この場合、ECU20は、スロットル開度センサ23からの信号に基づいて、スロットルバルブ3の開度を取得する(S10)。そして、EUC20は、取得したスロットルバルブ3の開度が予め定められている閾値以下であるか否かを判定する(S12)。
When the
S12にてスロットルバルブ3の開度が予め定められている閾値以下であり、内燃機関1の運転状態が、機関要求過給圧が低くなる低負荷領域にあると判断した場合、ECU20は、第1圧力センサ21からの信号に基づいて、過給機11の圧縮機出口とスロットルバルブ3との間における吸気管2内の空気の絶対圧力P1を取得する(S14)。なお、実際の過給機11の圧縮機出口圧力を正確に検出する上では、本実施形態のように、インタークーラ16の上流側(かつ過給機11の圧縮機出口下流側)で圧力を検出することが好ましい。更に、ECU20は、予め記憶装置に記憶されている第1の過給圧制御用マップからその時点における要求トルク等に応じた目標過給圧(絶対圧力換算)を読み出し、過給機11の圧縮機出口とスロットルバルブ3との間における絶対圧力P1が目標過給圧と一致するように過給機11のアクチュエータ18を制御する(S16)。
When it is determined in S12 that the opening degree of the
このように、過給機11(圧縮機インペラ12およびタービンインペラ14)の過回転が生じるおそれが少ない低負荷領域(機関要求過給圧が低い領域)において絶対圧力P1を用いて過給機11による過給圧を設定することにより、内燃機関1の周囲の大気圧の高低に拘らず、過給圧を本来の要求値に確実に設定すると共に、吸入空気量を十分に確保して燃焼状態を良好に保つことができる。すなわち、各インジェクタ6からの燃料噴射量の上限値は、基本的に吸入空気量に応じて設定されるので、大気圧による補正を伴って過給圧を設定した場合、過給圧の低下と共に吸入空気量が低下してしまい、それに応じて燃料噴射量が減少して出力が低下するといったようなことが起こり得る。これに対して、内燃機関1のように、低負荷領域(機関要求過給圧が低い領域)において絶対圧力P1を用いて過給機11による過給圧を設定すれば、低負荷領域(機関要求過給圧が低い領域)であっても、過給圧が本来の要求値に確実に設定され、吸入空気量と燃料噴射量とが十分に確保されるので、出力の低下を抑制することができる。
In this way, the
特に、本実施形態では、スロットルバルブ3の動作やEGR流路9を介して還流される排気ガスの影響を受けない過給機11の圧縮機出口とスロットルバルブ3との間で絶対圧力P1が検出されるので、過給機11による過給圧等を適切に設定することが可能となる。また、EGR流路9を介した排気ガスの還流量(EGR弁10の開度)は、基本的に、エアフローメータ19によって検出される過給機11への流入空気量に基づいて設定されるが、上述のように低負荷領域において絶対圧力P1を用いて過給機11による過給圧が設定されれば、過給機11に流入する空気量が適正に設定されることになるので、それに伴って、EGR流路9を介した排気ガスの還流量も適切に設定されることになる。
In particular, in this embodiment, the absolute pressure P1 is between the
一方、S12にてスロットルバルブ3の開度が予め定められている閾値を上回っており、内燃機関1の運転状態が、機関要求過給圧が高くなる高負荷領域にあると判断した場合、ECU20は、第2圧力センサ22からの信号と、図示されない大気圧センサからの信号とに基づいて、スロットルバルブ3の下流側における吸気管2内の空気の相対圧力P2を取得する(S18)。なお、圧力センサ22を省略して、S18では、過給機11の圧縮機出口とスロットルバルブ3との間において吸気管2内の空気の相対圧力を取得してもよい。更に、ECU20は、予め記憶装置に記憶されている第2の過給圧制御用マップから要求トルク等に応じた目標過給圧(相対圧力換算)を読み出し、スロットルバルブ3の下流側における相対圧力P2が目標過給圧と一致するように過給機11のアクチュエータ18を制御する(S20)。これにより、スロットルバルブ3の開度が予め定められている閾値を上回っている高負荷領域(機関要求過給圧が高い領域)では、大気圧が低い場合であっても、過給機11(圧縮機インペラ12およびタービンインペラ14)の過回転が抑制されることになる。S16およびS20における処理の後、ECU20は、所定のタイミングになるたびにS10〜S20までの過給圧制御を繰り返し実行する。
On the other hand, when it is determined in S12 that the opening of the
なお、本発明がディーゼルエンジン以外の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。また、上述の内燃機関1に適用される過給機は、タービンインペラと圧縮機インペラとを連結する回転軸に装備されたターボ用電動機を有するいわゆるモータアシスト式過給機であってもよい。
Needless to say, the present invention can be applied to internal combustion engines other than diesel engines. The supercharger applied to the
1 内燃機関
2 吸気管
3 スロットルバルブ
4 燃料ポンプ
5 コモンレール
6 インジェクタ
7 排気管
8 触媒装置
9 EGR流路
10 EGR弁
11 過給機
12 圧縮機インペラ
14 タービンインペラ
15 回転軸
16 インタークーラ
17 可動ベーン
18 アクチュエータ
19 エアフローメータ
21 第1圧力センサ
22 第2圧力センサ
23 スロットル開度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
機関要求過給圧が低い場合には、前記過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される絶対圧力を用いて前記過給機による過給圧が設定され、機関要求過給圧が高い場合には、前記過給機の圧縮機出口よりも下流側の吸気管の所定箇所で検出される相対圧力を用いて前記過給機による過給圧が設定されることを特徴とする内燃機関。 In an internal combustion engine equipped with a supercharger capable of supercharging pressure control,
When the engine required supercharging pressure is low, the supercharging pressure by the supercharger is set using the absolute pressure detected at a predetermined location of the intake pipe downstream from the compressor outlet of the supercharger, When the engine required supercharging pressure is high, the supercharging pressure by the supercharger is set using a relative pressure detected at a predetermined location of the intake pipe downstream from the compressor outlet of the supercharger. An internal combustion engine characterized by that.
When the opening degree of the throttle valve exceeds a predetermined amount, it is determined that the engine required supercharging pressure is high. When the opening degree of the throttle valve is equal to or less than the predetermined amount, the engine required supercharging pressure is low. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the internal combustion engine is determined.
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