JP4492406B2 - Diesel engine intake / exhaust system - Google Patents
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Description
本発明は、過給機付きディーゼルエンジンの吸排気装置に関するものである。 The present invention relates to an intake / exhaust device for a turbocharged diesel engine.
従来、過給機付きガソリンエンジンなどでは、過給機のコンプレッサに発生するサージング(サージ)を防止するために、コンプレッサの吸入側と吐出側とを、ブローオフバルブ(バイパス弁)が設けられたバイパス通路で連通し、そのブローオフバルブを開閉制御するようにしていた。 Conventionally, in a gasoline engine with a supercharger, in order to prevent surging (surge) generated in the compressor of the supercharger, a bypass provided with a blow-off valve (bypass valve) is provided between the suction side and the discharge side of the compressor. The blowoff valve communicates with the passage and is controlled to open and close.
そのサージングは、エンジンが高出力で運転されている時に、インテークスロットル(IT)を最低開度(アイドル開度)まで急激に閉じた場合に発生し易い。つまり、サージングは、エンジンが高出力状態にある車両を急減速させた場合に発生する。 The surging is likely to occur when the intake throttle (IT) is suddenly closed to the minimum opening (idle opening) when the engine is operated at a high output. That is, surging occurs when a vehicle whose engine is in a high output state is suddenly decelerated.
ところで、ガソリンエンジンの場合には、空燃比を一定に保つため、出力とインテークスロットル開度がほぼ比例する。このためガソリンエンジンでは、減速判定に加えて出力判定もインテークスロットル開度に基づき行うことができる。例えば、インテークスロットルが全開から急激に閉じられた場合には、そのインテークスロットルの開度を基に高出力状態からの急減速でありサージング発生のおそれがあると判断して、ブローオフバルブを開放するようにしていた。このように、ガソリンエンジンではインテークスロットル開度に基づいてブローオフバルブの開閉を制御していた。 By the way, in the case of a gasoline engine, the output and the intake throttle opening are substantially proportional to keep the air-fuel ratio constant. For this reason, in the gasoline engine, in addition to the deceleration determination, the output determination can be performed based on the intake throttle opening. For example, when the intake throttle is suddenly closed from full open, it is determined that there is a risk of surging due to sudden deceleration from a high output state based on the opening of the intake throttle, and the blow-off valve is opened. It was like that. As described above, in the gasoline engine, the opening / closing of the blow-off valve is controlled based on the intake throttle opening.
一方、ディーゼルエンジンでは、基本的に通常インテークスロットルは従来から付いておらず、インテークスロットルに起因するサージングを考慮する必要がなかった。 On the other hand, in a diesel engine, a normal intake throttle has not been conventionally provided, and it is not necessary to consider surging due to the intake throttle.
しかし、近年、低NOx化などのためにディーゼルエンジンにも吸気通路に絞り弁、すなわちインテークスロットルを設ける場合がある。例えば、EGR装置付きディーゼルエンジンにおいて吸気通路を絞りEGRガス注入口を負圧状態にしてEGR量を稼ぎたい場合や、排気ガス温度を昇温させたい場合に、インテークスロットルが設けられる。 However, in recent years, a throttle valve, that is, an intake throttle may be provided in the intake passage of diesel engines in order to reduce NOx. For example, if you want to earn EGR amount by the EGR gas inlet aperture an intake passage in a diesel engine with an EGR device in a negative pressure state, when it is desired to raise the temperature of the exhaust gas temperature, the intake throttle is provided.
つまり、ディーゼルエンジンでも、上述した目的で適宜吸気絞りが行われるようになってきている。 That is, even in a diesel engine, intake throttling is appropriately performed for the above-described purpose.
そのような吸気絞りを行うディーゼルエンジンでは、エンジンの出力状態によっては、ガソリンエンジンと同じく過給機の運転状態がサージング領域に入る(サージングが発生する)可能性が高くなる。 In a diesel engine that performs such intake throttling, there is a high possibility that the operating state of the supercharger enters the surging region (surging occurs), as in the gasoline engine, depending on the output state of the engine.
そこで、サージング発生を防止するためにガソリンエンジンと同様に、ブローオフバルブとバイパス通路とを設け、急減速時にブローオフバルブを開きサージング発生を防止するようにしたディーゼルエンジンが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a diesel engine is known in which a blow-off valve and a bypass passage are provided in order to prevent the occurrence of surging, and the blow-off valve is opened during sudden deceleration to prevent the occurrence of surging (for example, patents). Reference 1).
ところが、ディーゼルエンジンでは、元々出力の制御をインテークスロットルの開度で行っているわけではない。ディーゼルエンジンでは、基本的に空燃比を一定に保つ必要がないため、ガソリンエンジンのようにインテークスロットルの開度とエンジンの出力状態とが常に関連しているわけではない。したがって、ディーゼルエンジンでは、インテークスロットルが全開であるからといって、エンジンが必ずしも高出力状態であるとは限らない。よって、インテークスロットルがほぼ全開から急激に閉じられたからといって、高出力状態からの急減速とは限らない。インテークスロットルの開度に基づいてブローオフバルブを開放していたのでは、サージングが発生する可能性がない場合に、無駄に過給圧を逃がすこととなりエネルギーをロスしてしまう。つまり、従来のようなインテークスロットル開度などに基づく制御では、サージング発生を防止することはできるものの、必要時以外も過給圧を逃がすことになり、過給機ひいてはディーゼルエンジンの運転効率が低下してしまうという問題があった。 However, in a diesel engine, the output is not originally controlled by the intake throttle opening. In a diesel engine, basically, it is not necessary to keep the air-fuel ratio constant. Thus, unlike a gasoline engine, the intake throttle opening and the engine output state are not always related to each other. Therefore, in a diesel engine, just because the intake throttle is fully open, the engine is not always in a high output state. Therefore, just because the intake throttle is suddenly closed from almost fully open does not necessarily mean sudden deceleration from the high output state. If the blow-off valve is opened based on the opening of the intake throttle, when there is no possibility of surging, the supercharging pressure is lost and energy is lost. In other words, conventional control based on the intake throttle opening, etc. can prevent surging, but the supercharging pressure is released even when it is not necessary, and the operating efficiency of the turbocharger and thus the diesel engine decreases. There was a problem of doing.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、サージング発生を防止することができ、かつディーゼルエンジンの運転効率を向上させることができるディーゼルエンジンの吸排気装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a diesel engine intake / exhaust device that can solve the above-mentioned problems, prevent surging, and improve the operation efficiency of the diesel engine.
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの吸排気通路に各々配置されるコンプレッサとタービンとを有する過給機と、上記コンプレッサから上記エンジン本体に至る吸気通路に配置されて吸気を絞るインテークスロットルと、上記コンプレッサの吐出側と吸入側とを連通するバイパス通路と、そのバイパス通路に配置されたブローオフバルブと、そのブローオフバルブと上記インテークスロットルとを各々制御すると共に、車両の減速時に上記コンプレッサのサージング発生を防止すべく上記ブローオフバルブを開くようにしたエンジンコントロールユニット(ECU)とを備えたディーゼルエンジンの吸排気装置において、上記コンプレッサの運転状態を検出するコンプレッサ状態検出手段を設けると共に、そのコンプレッサ状態検出手段で検出したコンプレッサの運転状態を上記ECUに入力し、他方上記ECUに、予め上記コンプレッサの運転状態がサージング領域に突入する前の領域であるサージング危険領域を格納しておき、上記コンプレッサ状態検出手段は、上記コンプレッサの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、上記吸気通路における上記コンプレッサと上記コンプレッサの下流に設けられたインタークーラとの間で、上記バイパス通路よりも上流に配置され、上記コンプレッサの吐出側圧力を検出する吐出圧検出手段と、上記吸気通路における上記コンプレッサと上記吸気通路の上流端部に設けられたエアクリーナとの間で、上記バイパス通路よりも下流に配置され、上記コンプレッサの吸入側圧力を検出する吸入圧検出手段とからなり、上記ECUが、上記吐出側圧力と上記吸入側圧力との圧力比を算出すると共に、その圧力比と上記吸入空気量とに基づいて、コンプレッサマップ上の運転点を決定して、その運転点が上記サージング危険領域にあるか否かを判定するものであり、上記車両の減速時に、上記ECUが、上記コンプレッサマップ上の上記運転点が上記サージング危険領域内に入るまでは、上記ブローオフバルブを閉じたまま保持し、上記コンプレッサマップ上の上記運転点が上記サージング危険領域内に入ったら、上記ブローオフバルブを開くものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a supercharger having a compressor and a turbine that are respectively disposed in an intake / exhaust passage of an engine, and an intake that is disposed in an intake passage from the compressor to the engine body to throttle intake air. The throttle, a bypass passage communicating the discharge side and the suction side of the compressor, a blow-off valve disposed in the bypass passage, the blow-off valve and the intake throttle are each controlled, and the compressor is decelerated when the vehicle is decelerated. In a diesel engine intake / exhaust device having an engine control unit (ECU) that opens the blow-off valve to prevent the occurrence of surging, a compressor state detecting means for detecting the operating state of the compressor is provided, Compressor status detection The operating conditions of the compressor detected by the means is input to the ECU, the other to the ECU, it may be stored surging risk area which is an area before the pre-operation state of the compressor enters the surging area, the compressor state detecting The means is disposed upstream of the bypass passage between the intake air amount detection means for detecting the intake air amount of the compressor, and the compressor in the intake passage and an intercooler provided downstream of the compressor. The discharge pressure detecting means for detecting the discharge side pressure of the compressor and the compressor in the intake passage and an air cleaner provided at the upstream end of the intake passage are disposed downstream of the bypass passage, And suction pressure detecting means for detecting the suction side pressure of the compressor. U calculates a pressure ratio between the discharge side pressure and the suction side pressure, determines an operating point on the compressor map based on the pressure ratio and the intake air amount, and the operating point is is intended to determine whether the surging danger area, upon deceleration of the vehicle, the ECU is to the operating point on the upper SL compressor map falls on the surging danger area closes the blow-off valve When the operating point on the compressor map enters the surging danger area, the blow-off valve is opened .
上記排気通路と上記吸気通路とを連通するためのEGR通路とそのEGR通路を開閉すると共に上記ECUにより制御されるEGRバルブとを備え、また、吸気通路には、そのエアクリーナの上流には、バロメータおよび空気温度センサが設けられ、上記ECUが、上記インテークスロットルと上記EGRバルブとを制御して、上記EGR通路から上記エンジン本体へ流入する排ガスの環流量を調整するものでもよい。 An EGR passage for communicating the exhaust passage and the intake passage, and an EGR valve that opens and closes the EGR passage and is controlled by the ECU, and a barometer upstream of the air cleaner in the intake passage. In addition, an air temperature sensor may be provided, and the ECU may control the intake throttle and the EGR valve to adjust the flow rate of exhaust gas flowing into the engine body from the EGR passage.
本発明によれば、サージング発生を防止することができ、かつディーゼルエンジンの運転効率を向上させることができるという優れた効果を発揮するものである。 According to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of surging and to exhibit an excellent effect that the driving efficiency of the diesel engine can be improved.
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施形態のディーゼルエンジンの吸排気装置(以下、吸排気装置)は、例えば、トラックなどの車両に搭載されるディーゼルエンジンに適用したものである。 The diesel engine intake / exhaust device (hereinafter referred to as intake / exhaust device) of this embodiment is applied to a diesel engine mounted on a vehicle such as a truck, for example.
図1に示すように、ディーゼルエンジン1は、燃焼室が設けられたエンジン本体2と、そのエンジン本体2に接続された吸気通路4および排気通路5と、それら吸排気通路4、5に各々配置されるコンプレッサ8とタービン9とを有する過給機10と、排気の一部を吸気通路4に還流するEGR装置11と、エンジンコントロールユニット(ECU)12とを備える。
As shown in FIG. 1, a
本実施形態では、ディーゼルエンジンの吸排気装置が、過給機10と、EGR装置11と、ECU12と、吸気通路4に設けられ吸気を絞るためのインテークスロットル(IT)21と、過給機10のコンプレッサ8の吐出側と吸入側とを連通するためのバイパス通路22と、そのバイパス通路22に設けられたブローオフバルブ(バイパス弁)24と、過給機10のコンプレッサ8の運転状態を検出するコンプレッサ状態検出手段とから構成され、ディーゼルエンジン1の過給圧を制御する。
In this embodiment, the intake / exhaust device of the diesel engine includes a
吸気通路4は、下流端がエンジン本体2に接続され、上流端部にエアクリーナ26が設けられる。吸気通路4におけるエンジン本体2とエアクリーナ26との間には、過給機10のコンプレッサ8が配置され、そのコンプレッサ8の下流には、コンプレッサ8から吐出された吸気を冷却するインタークーラ28が設けられる。吸気通路4の下流端部には、インテークスロットル21が設けられる。そのインテークスロットル21は、後述するEGR通路31の注入口31aよりも上流側に配置される。
The intake passage 4 has a downstream end connected to the
排気通路5は、上流端がエンジン本体2に接続され、下流端部に過給機10のタービン9が設けられる。また、排気通路5におけるタービン9の上流には、アウトレットスロットル29が設けられる。アウトレットスロットル29は、EGR通路31の取出口31bよりも下流側に配置される。
The
過給機10は、排気により回転駆動されるタービン9と、吸入空気を圧縮するためのコンプレッサ8と、タービン9をコンプレッサ8に連結する回転軸35とを備える。コンプレッサ8が、回転軸35を介してタービン9により駆動される。回転軸35には、回転軸35の回転数を検出するためのターボ回転計(Rotation sensor)36が設けられる。本実施形態では、そのターボ回転計36が、過給機10の回転数を検出するターボ回転数検出手段をなす。
The
本実施形態の吸気通路4には、コンプレッサ8の吸入側と吐出側とを連通するバイパス通路22が接続される。そのバイパス通路22は、一端がコンプレッサ8とインタクーラ28との間の吸気通路4に接続され、他端がコンプレッサ8とエアクリーナ26との間の吸気通路4に接続される。バイパス通路22には、バイパス通路22を開閉自在にするブローオフバルブ24が設けられる。本実施形態では、ブローオフバルブ24が、電磁弁を有しバキュームタンクなどに接続された負圧アクチュエータ37により駆動される。ブローオフバルブ24を開放側に作動することで、コンプレッサ8の吸入側と吐出側とが連通し、コンプレッサ8から吐出された吸気の一部が、バイパス通路22を通り、再びコンプレッサ8に吸入される(その流れを図1中点線矢印で示す)。
A bypass passage 22 that connects the suction side and the discharge side of the compressor 8 is connected to the intake passage 4 of the present embodiment. One end of the bypass passage 22 is connected to the intake passage 4 between the compressor 8 and the
EGR装置11は、吸気通路4と排気通路5とを連通するためのEGR通路31と、EGR通路31を開閉するEGRバルブ(EGR valve,EGRV)32と、EGR通路31の排気を冷却するためのEGRクーラ(EGR cooler)34とを備える。EGR通路31は、一端(注入口31a側)が吸気通路4におけるエンジン本体2とインテークスロットル21との間に接続され、他端(取出口31b側)が排気通路5におけるエンジン本体2とアウトレットスロットル29との間に接続される。
The EGR device 11 includes an
本実施形態のコンプレッサ状態検出手段は、コンプレッサ8の吸入空気量(MAF)を検出する吸入空気量検出手段をなすMAFセンサ(吸入空気量センサ)41と、コンプレッサ8の吐出側圧力P2を検出する吐出圧検出手段をなす吐出圧センサ42と、コンプレッサ8の吸入側圧力P1を検出する吸入圧検出手段をなす吸入圧センサ43とを有する。MAFセンサ41は、吸気通路4におけるエアクリーナ26とコンプレッサ8との間で、バイパス通路22よりも上流に配置される。吐出圧センサ42は、吸気通路4におけるコンプレッサ8とインタークーラ28との間で、バイパス通路22よりも上流に配置される。吸入圧センサ43は、吸気通路4におけるエアクリーナ26とコンプレッサ8との間で、バイパス通路22よりも下流に配置される。
The compressor state detection means of the present embodiment detects an MAF sensor (intake air amount sensor) 41 serving as intake air amount detection means for detecting the intake air amount (MAF) of the compressor 8 and a discharge side pressure P2 of the compressor 8. A discharge pressure sensor 42 serving as a discharge pressure detection unit and a suction pressure sensor 43 serving as a suction pressure detection unit that detects a suction side pressure P1 of the compressor 8 are included. The
エアクリーナ26の上流には、バロメータおよび空気温度センサ46が設けられる。
A barometer and an
エンジン本体2には、ブースト圧を検出するブースト圧センサ45と、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ(図示せず)とが設けられる。
The
ECU12には、MAFセンサ41、吐出圧センサ42、吸入圧センサ43、ターボ回転計36、ブースト圧センサ45、バロメータおよび空気温度センサ46、エンジン回転数センサ、図示しないアクセル開度センサなどが接続され、これらセンサからの信号が入力される。ECU12は、インテークスロットル21、EGRバルブ32、アウトレットスロットル29、負圧アクチュエータ37などに接続され、これらを駆動制御する。また、ECU12には、後述するサージング危険領域のデータが予め格納される。
Connected to the
エアクリーナ26を通って導入された吸気は、コンプレッサ8により圧縮された後、インタクーラ28において冷却されて、エンジン本体2の燃焼室に供給される。排気は、排気通路5を通ってタービン9を駆動した後、図示しない後処理装置等を通って排出される。
The intake air introduced through the air cleaner 26 is compressed by the compressor 8, cooled by the
EGRバルブ32が開放される場合には、排気通路5を通る排気の一部が取出口31bからEGR通路31へ流れ、EGRクーラ34において冷却された後、注入口31aから吸気通路4へと還流される。その還流された排気(EGRガス)が、吸入空気(新気)と共にエンジン本体2に供給される。
When the EGR valve 32 is opened, a part of the exhaust gas passing through the
次に、図2に基づき本実施形態で行われるEGR率の制御方法を説明する。 Next, an EGR rate control method performed in this embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態では、MAFセンサ41により検出される吸入空気量を制御することで、EGR率を間接的に制御する。図2の上段のグラフは、吸入空気量(MAF)とEGR率との関係を示したものであり、EGR率が高くなると吸入空気量は低くなる。そこで、EGR率を高める場合には、吸入空気量を減少させるように、EGR率を低くする場合には、吸入空気量を増加させるように、ECU12がEGRバルブ32およびインテークスロットル21を開閉制御する。
In the present embodiment, the EGR rate is indirectly controlled by controlling the intake air amount detected by the
具体的には、吸入空気量(EGR率)を、所定量A以上、所定量A未満から所定量B以上、所定量B未満の三つの領域に分けて、各領域ごとに異なるEGR率制御を行う。 Specifically, the intake air amount (EGR rate) is divided into three regions of a predetermined amount A or more and less than the predetermined amount A to a predetermined amount B or more and less than the predetermined amount B, and different EGR rate control is performed for each region. Do.
図2の中段のグラフは、吸入空気量とインテークスロットル21の開度との関係を示したものである。グラフにおいて、インテークスロットル21の開度は、上側が閉、下側が開である。図2の下段のグラフは、吸入空気量とEGRバルブ32の開度との関係を示したものである。グラフにおいて、EGRバルブ32の開度は、インテークスロットル21の開度とは逆で、上側が開、下側が閉である。
The middle graph in FIG. 2 shows the relationship between the intake air amount and the opening of the
一例として、吸入空気量を所定量A以上から所定量B未満まで低減(EGR率を増加)させる場合について説明する。 As an example, a case where the intake air amount is reduced from the predetermined amount A to less than the predetermined amount B (increasing the EGR rate) will be described.
所定量A以上の領域では、インテークスロットル21を全開固定し、EGRバルブ32のみを開放側に作動する。これによりEGRガスが増加して、吸入空気量が低下する。
In the region of the predetermined amount A or more, the
吸入空気量が所定量A未満、かつ所定量B以上の領域では、EGRバルブ32を開放側に作動すると共に、インテークスロットル21を閉鎖側に作動する。この領域では、EGRバルブ32の感度が所定量A以上の領域に比べ低下し、かつインテークスロットル21の感度が、十分に高くない(所定量B以下の領域に比べ低い)ことから、EGRバルブ32とインテークスロットル21との両方を協調制御する。これによりEGRガスが増加すると共に新気が減少して、吸入空気量がより低下する。
In a region where the intake air amount is less than the predetermined amount A and greater than or equal to the predetermined amount B, the EGR valve 32 is operated to the open side and the
吸入空気量が、所定量B未満の領域では、EGRバルブ32を全開固定し、インテークスロットル21のみを閉鎖側に作動する。これにより吸入空気量がさらに低下する。
In a region where the intake air amount is less than the predetermined amount B, the EGR valve 32 is fully opened and only the
以上のように、ECU12が、EGRバルブ32とインテークスロットル21とを制御することで、EGR通路31からエンジン本体2へ流入する排ガスの環流量を調整され、目標とする吸入空気量(目標EGR率)が得られる。
As described above, the
本実施形態では、ECU12が、目標となる吸入空気量(EGR率)をエンジン運転状態(エンジン出力、エンジン回転数など)に基づいて決定する。具体的には、吸入空気量は、エンジン出力が高い場合には多く、エンジン出力が低い場合には、少なくなるように決定される。このため、インテークスロットル21の開度は、基本的に、エンジン出力が高い場合に大きく、エンジン出力が低い場合に小さくなる。
In the present embodiment, the
このことから、エンジン高出力状態から車両を急減速した場合には、インテークスロットル21が急激に閉じられ、サージングが発生する。
Therefore, when the vehicle is decelerated suddenly from the high engine output state, the
ここで、上述したように、インテークスロットル21は、エンジン高出力状態の場合に限らず、吸入空気量が所定量A以上の場合に常に全開となる。したがって、「背景技術」の欄で説明したガソリンエンジンのように、インテークスロットルの開度に基づいて、サージング発生を判断しようとすると、エンジン高出力状態でない状態から車両を急減速した場合にも、サージング発生のおそれがあると判断して、無駄にブローオフバルブを開放し、コンプレッサの運転効率を低下させてしまう。
Here, as described above, the
そこで、本実施形態の吸排気装置は、インテークスロットル24の開度にかかわらず、コンプレッサ8の運転効率の低下を防止すべく、以下のような過給圧制御を行う。
Therefore, the intake / exhaust device of the present embodiment performs the following supercharging pressure control in order to prevent a decrease in the operating efficiency of the compressor 8 regardless of the opening of the
その過給圧制御を実行するためのプログラムについて、図3のフローチャートを用いて説明する。プログラムは、ECU12に予め格納されており、ECU12により適宜実行される。
A program for executing the supercharging pressure control will be described with reference to the flowchart of FIG. The program is stored in advance in the
ステップS0は、スタートであり、例えば、ディーゼルエンジン1の始動時に開始される。
Step S0 is a start, for example, when the
ステップS1では、アクセル開度センサにより検出されるアクセル開度APSと、エンジン回転センサにより検出されるエンジン回転数Neと、それらアクセル開度APS及びエンジン回転数Neに基づいて決定される燃料噴射量QとがECU12に読み込まれる。
In step S1, the accelerator opening APS detected by the accelerator opening sensor, the engine speed Ne detected by the engine speed sensor, and the fuel injection amount determined based on the accelerator opening APS and the engine speed Ne. Q is read into the
ステップS2では、ECU12がアクセル開度APS、エンジン回転数Ne、および燃料噴射量Qに基づき車両が減速状態であるか否かを判断する。
In step S2, the
ステップS2で、減速状態であると判断された場合、ステップS3に進む。一方、減速状態でないと判断された場合、ステップS1に戻る。 If it is determined in step S2 that the vehicle is decelerating, the process proceeds to step S3. On the other hand, if it is determined that the vehicle is not in a deceleration state, the process returns to step S1.
ステップS3では、ECU12に、MAFセンサ41により検出される吸入空気量(MAF)と、吐出圧センサ42により検出される吐出側圧力P2と、吸入圧センサ43により検出される吸入側圧力P1とが読み込まれる。さらに、ECU12は、吐出側圧力P2および吸入側圧力P1から圧力比P2/P1を算出する。
In step S3, the intake air amount (MAF) detected by the
ステップS4では、ECU12が、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域にあるか否かを判断(判定)する。本実施形態では、ECU12が、圧力比P2/P1と吸入空気量とに基づいて、コンプレッサマップ上の運転点を決定して、その運転点がサージング危険領域にあるか否かを判断する。具体的には、ECU12内に予め関数F(MAF、P2/P1)が格納され、その関数F(MAF、P2/P1)と吸入空気量と圧力比P2/P1とからECU12が判断する。関数F(MAF、P2/P1)は、例えば、後述する図4のコンプレッサマップ上のサージング危険ラインC2に基づき定義され、C2(MAF)<=P2/P1ならばサージング危険領域内であり、C2(MAF)>P2/P1ならばサージング危険領域外であるような関数である。
In step S4, the
ステップS4で、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域にあると判断された場合、ステップS5に進む。一方、ステップS4で、サージング危険領域にないと判断された場合、ステップS1に戻る。 If it is determined in step S4 that the operating state of the compressor 8 is in the surging danger region, the process proceeds to step S5. On the other hand, if it is determined in step S4 that it is not in the surging danger area, the process returns to step S1.
ステップS5では、ECU12がブローオフバルブ24を開放側に作動する。
In step S5, the
ステップS6は、リターンであり、例えば、ステップ0(スタート)に再び戻る。 Step S6 is a return, for example, returning to step 0 (start) again.
次に、図4から図6に基づき、ステップ4で行われるコンプレッサ運転状態の判定と、ステップ5で行われるブローオフバルブ24との開放作動とについてより細かく説明する。
Next, based on FIG. 4 to FIG. 6, the determination of the compressor operation state performed in step 4 and the opening operation with the blow-off
図4および図5は、コンプレッサ8の性能特性を示すコンプレッサマップであり、縦軸が、コンプレッサ8の吐出側圧力P2と吸入側圧力P1との圧力比P2/P1、横軸が吸入空気量(MAF)である。このコンプレッサマップ上において、コンプレッサ8の運転状態は、ステップS3で読み込んだ吸入空気量(MAF)と、ステップS3で算出した圧力比(P2/P1)とにより、マップ上の運転点として一義的に決定される。 4 and 5 are compressor maps showing the performance characteristics of the compressor 8. The vertical axis represents the pressure ratio P2 / P1 between the discharge side pressure P2 and the suction side pressure P1 of the compressor 8, and the horizontal axis represents the intake air amount ( MAF). On the compressor map, the operating state of the compressor 8 is uniquely determined as an operating point on the map by the intake air amount (MAF) read in step S3 and the pressure ratio (P2 / P1) calculated in step S3. It is determined.
図4および図5中のサージングラインC1は、コンプレッサ8のサージング限界を規定するラインであり、コンプレッサ8の運転点が、サージングラインC1よりも左側のサージング領域(斜線部)に入ると、サージングが発生する。サージング危険ラインC2は、サージングラインC1を基にブローオフバルブ24の応答性などを考慮して、コンプレッサ8ごとに適切に(任意に)設定され、サージングラインC1とサージング危険ラインC2との間の斜線部が、コンプレッサ8の運転点(運転状態)がサージング領域に突入する前の領域(プレサージ領域)であるサージング危険領域として設定される。このサージング危険ラインC2に基づいて、ステップS4の関数F(MAF,P2/P1)が定義される。サージング危険ラインC2よりも右側は、安定運転領域である。
The surging line C1 in FIG. 4 and FIG. 5 is a line that defines the surging limit of the compressor 8. When the operating point of the compressor 8 enters the surging region (shaded portion) on the left side of the surging line C1, surging is performed. appear. The surging danger line C2 is appropriately (arbitrarily) set for each compressor 8 in consideration of the responsiveness of the blow-off
まず、サージングを防止するためにブローオフバルブ24を開放側に作動する場合の一例について、図4から図6を用いて説明する。
First, an example of operating the blow-off
図6は、上段から順に、アクセル開度(APS)、吸入空気量(MAF)、EGRバルブ開度およびインテークスロットル開度(EGRVおよびITV)、ブースト圧(Boost)および圧力比(P2/P1)のタイムチャートである。 FIG. 6 shows the accelerator opening (APS), intake air amount (MAF), EGR valve opening and intake throttle opening (EGRV and ITV), boost pressure (Boost), and pressure ratio (P2 / P1) in order from the top. It is a time chart.
時刻t0では、ブローオフバルブ24は閉鎖されており、エンジン1が高出力で運転されている(アクセル開度APSが全開)。このとき、コンプレッサ8の運転点が、図5中D1で示される位置にある。
At time t0, the blow-off
時刻t1で、車両が急減速されて(アクセル開度APSが全閉)、燃料噴射量(Qfin)が所定のアイドル噴射量まで急激に低減されると、エンジン出力が急激にかつ大幅に低下する。エンジン出力の低下に合わせて、目標とする吸入空気量(目標MAF)が低い値に決定され、ECU12が、EGRバルブ32を開放側に作動する。時刻t2で、実際の吸入空気量(実MAF)が所定値(図2において所定値A)まで低下すると、ECU12は、インテークスロットル21を閉鎖側に作動する。
If the vehicle is suddenly decelerated at time t1 (accelerator opening APS is fully closed) and the fuel injection amount (Qfin) is rapidly reduced to a predetermined idle injection amount, the engine output is drastically and greatly reduced. . As the engine output decreases, the target intake air amount (target MAF) is determined to be a low value, and the
これにより、実際の吸入空気量が減少すると共に、コンプレッサ吐出側圧力P2が上昇する。これは、図5のコンプレッサマップ上では、運転点が左上側にシフトすることを意味する。つまり、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域に近づくことになる。 As a result, the actual intake air amount decreases and the compressor discharge-side pressure P2 increases. This means that the operating point shifts to the upper left on the compressor map of FIG. That is, the operating state of the compressor 8 approaches the surging danger area.
時刻t3で、コンプレッサ8の運転点がサージング危険ラインC2上に位置すると(図5中D2で示す)、ECU12が、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域内に入ったと判定し、ブローオフバルブ24を開放側に作動する(本実施形態では、全開にする)。これにより、コンプレッサ8から吐出された吸気の一部がコンプレッサ8の吸入側に戻り、吐出側圧力P2が急激に減少する。一方、吸気の一部がコンプレッサ8で循環することで、吸入空気量は減少する(EGR率は高められる)。これは、図5のコンプレッサマップ上では、運転点がD2から左下側へシフトすることを意味する。
When the operating point of the compressor 8 is located on the surging danger line C2 at time t3 (indicated by D2 in FIG. 5), the
吐出側圧力P2が減少した結果、コンプレッサ8の状態が、サージング危険領域から外れる。本実施形態では、コンプレッサ8の状態がサージング危険領域から外れた後も、コンプレッサ8の運転点(吸入空気量と圧力比P2/P1)が所定の値(D3)となるまで(例えば、過給機10の回転数が低下しなくなるまで)、ブローオフバルブ24が開かれる。その後、ブローオフバルブ24が閉鎖される。
As a result of the decrease in the discharge side pressure P2, the state of the compressor 8 deviates from the surging danger area. In the present embodiment, even after the state of the compressor 8 deviates from the surging danger region, until the operating point of the compressor 8 (intake air amount and pressure ratio P2 / P1) reaches a predetermined value (D3) (for example, supercharging The blow-off
次に、車両が減速される場合であってもブローオフバルブ24が閉じたまま保持される場合について、図4および図5を用いて説明する。ここでは、一例として、エンジン中負荷状態から車両を減速させた場合を説明する。
Next, the case where the blow-off
エンジンが中負荷状態の場合には、エンジンの運転点は、高負荷(高出力)状態での運転点D1よりも安定運転領域側のd1に位置する。 When the engine is in a medium load state, the operating point of the engine is located at d1 on the stable operation region side of the operating point D1 in the high load (high output) state.
インテークスロットル21が閉鎖側に作動されると、上述したように吸入空気量が減少すると共にコンプレッサ吐出側圧力P2が上昇し、図5中運転点がd1からd2までシフトする。しかし、インテークスロットル作動前の運転点d1がD1よりも安定運転領域側に位置しているため、運転点d2でもコンプレッサ8の運転点がサージング危険領域内に入らない。つまり、この場合は、図3のステップS2で減速判定されるものの、ステップS4において、ECU12が、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域にないと判断し、ECU12は、ブローオフバルブ24を閉じたまま保持する。
When the
このように、本実施形態では、ディーゼルエンジン1に取り付けられた圧力センサ42、43と吸入空気量センサ41とを使用して、コンプレッサ8の運転状態(領域)がサージング危険領域になったら(サージング領域に近づいたら)、サージングを起こす前に電気的に(つまり、ECU12が制御することで)ブローオフバルブ24を開放する。一方、このコンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域にならない場合には、インテークスロットル21の開度にかかわらず、ブローオフバルブ24を閉じたままに保持して過給圧を低下させない。
As described above, in this embodiment, when the pressure sensor 42, 43 attached to the
本実施形態では、実際の過給機10のコンプレッサマップを用いて、より実際の過給機10の状態(状況)に即したブローオフバルブ24の制御を行うことができる。それにより、過給圧を無駄に逃すことなく、過給機10のサージング発生を防止することができ、過給機10や吸気通路4などの破損や、騒音発生を確実に防止しつつ、かつ過給機10およびディーゼルエンジン1の運転効率を向上させることができる。
In the present embodiment, the blow-off
本実施形態の吸排気装置は、インテークスロットルが設けられサージング発生の問題が起きるようなディーゼルエンジンにおいて、単に減速判定をしてブローオフバルブを開放するのではない。すなわち、従来は、単純にアクセル開度、スロットル開度或いはコンプレッサ吐出側の圧力を検出して、その検出値から急減速を判定した場合にブローオフバルブを開放するものであった。そのため、コンプレッサが実際にサージング危険領域にない場合にも、ブローオフバルブが開放され、エネルギーのロスを招いていた。本実施形態では、コンプレッサ状態検出手段により、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域にあるのか否かを判定することで、正確にコンプレッサ8の運転状態を把握することができ、インテークスロットル21が絞られてもサージング発生のおそれがないときにはブローオフバルブ24を無駄に開放することなく、コンプレッサ8のサージング発生を防止してディーゼルエンジン1を保護しつつ、コンプレッサ8およびディーゼルエンジン1の運転効率向上を図っている。
The intake / exhaust device of the present embodiment does not simply open the blow-off valve by making a deceleration determination in a diesel engine in which an intake throttle is provided and a problem of surging occurs. That is, conventionally, the accelerator opening, the throttle opening, or the pressure on the compressor discharge side is simply detected, and the blow-off valve is opened when the sudden deceleration is determined from the detected value. Therefore, even when the compressor is not actually in the surging danger area, the blow-off valve is opened, resulting in energy loss. In the present embodiment, it is possible to accurately grasp the operation state of the compressor 8 by determining whether or not the operation state of the compressor 8 is in the surging danger region by the compressor state detection means, and the
次に、図7に基づき参考形態を説明する。 Next, a reference embodiment will be described based on FIG.
参考形態のディーゼルエンジンの吸排気装置は、上述した実施形態のディーゼルエンジンの吸排気装置とは、コンプレッサ状態検出手段の構成のみが異なり、他は同様である。 The diesel engine intake / exhaust device of the reference embodiment is different from the diesel engine intake / exhaust device of the above-described embodiment only in the configuration of the compressor state detection means, and the other is the same.
図4および図5のコンプレッサマップ上において、コンプレッサ8の運転状態は、吸入空気量(MAF)とターボ回転数(図4および図5中点線で示す)とによってもマップ上の運転点として一義的に決定される。 On the compressor maps of FIGS. 4 and 5, the operating state of the compressor 8 is unambiguous as an operating point on the map also by the intake air amount (MAF) and the turbo rotational speed (shown by the dotted line in FIGS. 4 and 5). To be determined.
そこで、参考形態では、コンプレッサ状態検出手段を、MAFセンサ41と、ターボ回転計36から構成し、ECU12が、吸入空気量と過給機10の回転数とに基づいて、コンプレッサマップ上の運転点を決定して、その運転点がサージング危険領域にあるか否かを判定する。
Therefore, in the reference embodiment, the compressor state detection means is constituted by the
参考形態での過給圧制御を実行するためのプログラムについて、図7のフローチャートを用いて説明する。図7のフローチャートは、図3のフローチャートとステップS3およびステップS4が異なり、それ以外は同様である。以下では、ステップS3およびステップS4のみ説明する。 A program for executing the supercharging pressure control in the reference mode will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 7 differs from the flowchart of FIG. 3 in steps S3 and S4, and is otherwise the same. Only step S3 and step S4 will be described below.
ステップS3では、吸入空気量(MAF)と、過給機10(回転軸32)の回転数(Nturbo)とが読み込まれる。 In step S3, the intake air amount (MAF) and the rotation speed (Nturbo) of the supercharger 10 (rotary shaft 32) are read.
ステップS4では、ECU12が、ECU12内に予め格納された関数F(MAF、Nturbo)と、吸入空気量と、過給機10の回転数Nturboとからコンプレッサ8の運転状態(運転点)がサージング危険領域にあるか否かを判断(判定)する。
In step S4, the
さらに上述した実施形態と同様に、ステップS4で、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域にあると判断された場合には、ステップS5が実行される。一方、ステップS4で、サージング危険領域にないと判断された場合には、ステップS1に戻る。 Further, similarly to the above-described embodiment, when it is determined in step S4 that the operating state of the compressor 8 is in the surging danger region, step S5 is executed. On the other hand, if it is determined in step S4 that it is not in the surging danger area, the process returns to step S1.
参考形態でも上述の実施形態と同様の効果が得られる。 In the reference form, the same effect as in the above-described embodiment can be obtained.
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, Various modifications and application examples can be considered.
例えば、本実施形態では、コンプレッサ8の運転状態がサージング危険領域内に入った時に、ブローオフバルブ24を全開まで開放側に作動させたが、これに限定されず、ブローオフバルブ24の開度をコンプレッサ8の運転状態に応じてより細かく制御することも考えられる。
For example, in this embodiment, when the operating state of the compressor 8 enters the surging danger region, the blow-off
また、本発明の吸排気装置を、燃料をピストンの圧縮上死点よりも前に噴いて燃料噴射終了後、所定の予混合期間を経て混合気を着火させる予混合燃焼方式を採用するエンジンに設けることが考えられる。その予混合燃焼方式エンジンでは、従来の燃焼方式よりも多くのEGR量が必要であり、EGR量を得るために吸入空気量を従来よりもさらに絞ることとになるが、本発明の吸排気装置を設けることで、サージング発生を防止しつつ、運転効率の向上を図ることができる。 Further, the intake / exhaust device of the present invention is applied to an engine that employs a premixed combustion system in which fuel is injected before the compression top dead center of the piston and the fuel mixture is ignited after a predetermined premixing period. It is conceivable to provide. The premixed combustion type engine requires a larger amount of EGR than the conventional combustion type, and the intake air amount will be further reduced in order to obtain the EGR amount. By providing this, it is possible to improve the driving efficiency while preventing the occurrence of surging.
1 ディーゼルエンジン
4 吸気通路
5 排気通路
8 コンプレッサ
9 タービン
10 過給機
12 エンジンコントロールユニット(ECU)
21 インテークスロットル
22 バイパス通路
24 ブローオフバルブ
41、42、43 コンプレッサ状態検出手段
1 Diesel Engine 4
21 Intake throttle 22
Claims (2)
上記コンプレッサの運転状態を検出するコンプレッサ状態検出手段を設けると共に、そのコンプレッサ状態検出手段で検出したコンプレッサの運転状態を上記ECUに入力し、他方上記ECUに、予め上記コンプレッサの運転状態がサージング領域に突入する前の領域であるサージング危険領域を格納しておき、
上記コンプレッサ状態検出手段は、上記コンプレッサの吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、上記吸気通路における上記コンプレッサと上記コンプレッサの下流に設けられたインタークーラとの間で、上記バイパス通路よりも上流に配置され、上記コンプレッサの吐出側圧力を検出する吐出圧検出手段と、上記吸気通路における上記コンプレッサと上記吸気通路の上流端部に設けられたエアクリーナとの間で、上記バイパス通路よりも下流に配置され、上記コンプレッサの吸入側圧力を検出する吸入圧検出手段とからなり、 上記ECUが、上記吐出側圧力と上記吸入側圧力との圧力比を算出すると共に、その圧力比と上記吸入空気量とに基づいて、コンプレッサマップ上の運転点を決定して、その運転点が上記サージング危険領域にあるか否かを判定するものであり、
上記車両の減速時に、上記ECUが、上記コンプレッサマップ上の上記運転点が上記サージング危険領域内に入るまでは、上記ブローオフバルブを閉じたまま保持し、上記コンプレッサマップ上の上記運転点が上記サージング危険領域内に入ったら、上記ブローオフバルブを開くことを特徴とするディーゼルエンジンの吸排気装置。 A turbocharger having a compressor and a turbine respectively disposed in an intake / exhaust passage of the engine; an intake throttle disposed in an intake passage extending from the compressor to the engine main body to throttle intake air; and a discharge side and an intake side of the compressor; A bypass passage communicating with each other, a blow-off valve disposed in the bypass passage, the blow-off valve and the intake throttle are controlled, and the blow-off valve is opened to prevent the compressor from surging when the vehicle is decelerated. In a diesel engine intake / exhaust device comprising an engine control unit (ECU) as described above,
Compressor state detecting means for detecting the compressor operating state is provided, and the compressor operating state detected by the compressor state detecting means is input to the ECU, and the compressor operating state is previously set in the surging region. Store the surging danger area that is the area before entering,
The compressor state detection means includes an intake air amount detection means for detecting an intake air amount of the compressor, and the compressor in the intake passage and an intercooler provided downstream of the compressor than the bypass passage. Disposed downstream of the bypass passage between the discharge pressure detecting means disposed upstream and detecting the discharge side pressure of the compressor and the air cleaner provided at the upstream end of the intake passage and the compressor in the intake passage And an intake pressure detecting means for detecting the suction side pressure of the compressor, and the ECU calculates a pressure ratio between the discharge side pressure and the suction side pressure, and calculates the pressure ratio and the intake air. And determine the operating point on the compressor map based on the Is intended to determine Luke,
During deceleration of the vehicle, the ECU is, until the operating point on the upper SL compressor map falls on the surging danger region, and hold closed the blow-off valve, the operating point on the compressor map the An intake / exhaust device for a diesel engine, wherein the blow-off valve is opened when entering a surging danger region .
上記ECUが、上記インテークスロットルと上記EGRバルブとを制御して、上記EGR通路から上記エンジン本体へ流入する排ガスの環流量を調整する請求項1記載のディーゼルエンジンの吸排気装置。 An EGR passage for communicating the exhaust passage and the intake passage, and an EGR valve that opens and closes the EGR passage and is controlled by the ECU;
The diesel engine intake / exhaust device according to claim 1 , wherein the ECU controls the intake throttle and the EGR valve to adjust a recirculation flow rate of exhaust gas flowing into the engine body from the EGR passage .
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