JP5691399B2 - 過給制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンへの吸気を過給する過給制御装置に関するものである。
一般にエンジンは出力やトルクを上げると排気温度も上がるが、排気温度が過度に高温になった場合、エンジンシステムの劣化やさまざまな環境下で耐久性の問題が生じる。
ゆえに、排気温度はいかなる状況下でも排気温度の限界を超えないように設定されている。
なお、エンジンには、組立てのバラツキ、部品のバラツキ、センサのバラツキ等があるため、バラツキによる悪条件が重なった場合でも必要な耐久性を得られるように排気温度の限界は低めに設定されている。
特開２００６−１７７１７１号公報 特開平８−１８２３８２号公報
ところで、本発明者は、排気ガスの状態を制御することで、エンジンの燃費、出力、トルク、耐久性等のパフォーマンスを更に向上できることを見出した。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジンのパフォーマンスを向上できる過給制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明は、エンジンに設けられ過給または制動回生可能な電動ターボチャージャと、該電動ターボチャージャを制御する制御部と、エンジンの運転状態と排気ガスの空燃比との関係をマップとして記憶する記憶部と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段とを備え、前記制御部は、前記記憶部の前記マップから空燃比を読み取り、該空燃比を目標空燃比とし、前記空燃比検出手段で検出された検出空燃比が前記目標空燃比より低いとき前記電動ターボチャージャを駆動してブースト圧を上げ、前記検出空燃比が前記目標空燃比より高いとき前記検出空燃比が前記目標空燃比以下になるまで前記電動ターボチャージャで制動回生させ続けてブースト圧を下げるように構成されたものである。
本発明によれば、エンジンのパフォーマンスを向上できる。
図１はエンジンと過給制御装置の説明図である。 図２は過給制御を示す流れ図である。
図１に示すように、過給制御装置２は、エンジン１に設けられ排気ガスからのエネルギーで過給、または制動回生可能な電動ターボチャージャ３と、電動ターボチャージャ３を制御する制御部４と、制御部４にディーゼルエンジン１等の各種情報を提供するための記憶部６と、制御部４に接続され排気ガスの空燃比を検出するλセンサ（空燃比センサ）５と、制御部４に接続されエンジン回転数を検出する回転数センサ７とを備える。
エンジン１はディーゼルエンジンからなり車両（図示せず）に搭載されている。エンジン１は、エンジン本体１ａに吸気ガスを供給する吸気通路１１を有すると共に、排気ガスを排出する排気通路１２を有する。
電動ターボチャージャ３は、排気通路１２に設けられ排気ガスにより回転駆動されるタービン１３と、吸気通路１１に設けられタービン１３からの駆動力で吸気ガスを加圧するコンプレッサ１４と、タービン１３の動力をコンプレッサ１４に伝達するタービン軸１５と、タービン軸１５を回転駆動し、またはタービン軸１５からの動力で発電するモータジェネレータ１６とを備える。モータジェネレータ１６には、その出力を調節するためのインバータＩＶが接続されており、インバータＩＶには、放電可能かつ充電可能な電源としてのバッテリ（リチウムイオン電池等）ＢＴが接続されると共に制御部４が接続されている。制御部４は、インバータＩＶを介して電動ターボチャージャ３のモータジェネレータ１６を制御するようになっている。
コンプレッサ１４より下流の吸気通路１１には、インタークーラー１７が設けられている。また、タービン１３よりも上流の排気通路１２とコンプレッサ１４よりも下流の吸気通路１１とには、排気ガスを吸気側に還流するためのＥＧＲ装置１８が設けられている。ＥＧＲ装置１８は、吸気通路１１と排気通路１２を接続するＥＧＲ通路１９と、ＥＧＲ通路１９に設けられ排気通路１２から吸気側に還流する排気ガスの量を調節するためのＥＧＲバルブ２０と、ＥＧＲバルブ２０より下流のＥＧＲ通路１９に設けられたＥＧＲクーラー２１とを備える。
λセンサ５は、排気マニフォールド２２に取り付けられており、検出した空燃比を制御部４に電気信号として出力するようになっている。
回転数センサ７は、エンジン１に設けられており、検出したエンジン回転数を制御部４に電気信号として出力するようになっている。
制御部４と記憶部６は、ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）２３に形成されている。記憶部６は、エンジン回転数と、燃料流量と、排気ガスの空燃比との関係をマップ（図示せず）として記憶している。特にマップ中の空燃比は、エンジン回転数及び燃料流量に応じた理想的な空燃比であり、エンジンの運転状態に応じた最適な空燃比である。制御部４は、記憶部６のマップから空燃比を読み取り、この空燃比を目標空燃比として設定し、λセンサ５で検出された空燃比（以下、検出空燃比という）が目標空燃比より低いとき電動ターボチャージャ３を駆動してブースト圧を上げ、検出空燃比が目標空燃比より高いとき電動ターボチャージャ３で制動回生させてブースト圧を下げるように構成されている。
次に過給制御とその作用について説明する。
図２に示すように、ステップＳ１にて、エンジン駆動中、制御部４は、回転数センサ７からエンジン回転数を取得すると共に、エンジン運転条件（エンジン回転数、トルク（アクセル開度））で決まる燃料流量を取得し、これらエンジン回転数と燃料流量とに基づいて記憶部６のマップから空燃比を読み取り、この空燃比を目標空燃比として設定する。この後、制御部４は、λセンサ５から空燃比を取得し、この空燃比（検出空燃比）と目標空燃比とを比較する。検出空燃比が目標空燃比より低い場合、ステップＳ２に進む。
ステップＳ２にて、制御部４は、インバータＩＶを介して電動ターボチャージャ３を駆動するように制御してブースト圧を上げる。空燃比は上がり、目標空燃比に近づく。制御部４は、検出空燃比が目標空燃比以上になるまで電動ターボチャージャ３を駆動させ続ける。これにより、空燃比は最適化され、燃焼効率が向上し、エンジン１の出力、トルク、燃費、耐久性等のパフォーマンスが向上する。
ステップＳ１にて検出空燃比が目標空燃比より高い場合、ステップＳ３に進む。
ステップＳ３にて、制御部４は、インバータＩＶを介して電動ターボチャージャ３を制御して電動ターボチャージャ３で制動回生させる。すなわち、電動ターボチャージャ３のモータジェネレータ１６で発電すると共に、その電気をバッテリＢＴに充電することでタービン１３及びコンプレッサ１４を制動する。空燃比は下がり、目標空燃比に近づく。制御部４は、検出空燃比が目標空燃比以下になるまで電動ターボチャージャ３で制動回生し続ける。これにより、無駄な過給を防止できると共に排気ガスから無駄なエネルギを回収でき、エンジン１のパフォーマンスを向上できる。
このように、過給制御装置２が、エンジン１に設けられ過給または制動回生可能な電動ターボチャージャ３と、電動ターボチャージャ３を制御する制御部４と、エンジン回転数と燃料流量と排気ガスの空燃比との関係をマップとして記憶する記憶部６と、排気ガスの空燃比を検出するλセンサ５とを備え、制御部４は、記憶部６のマップから空燃比を読み取り、この空燃比を目標空燃比とし、λセンサ５で検出された検出空燃比が目標空燃比より低いとき電動ターボチャージャ３を駆動してブースト圧を上げ、検出空燃比が目標空燃比より高いとき電動ターボチャージャ３で制動回生させてブースト圧を下げるように構成されるものとしたため、空燃比を最適化でき、燃焼効率を向上でき、排気ガスから無駄なエネルギを回収でき、エンジン１のパフォーマンスを向上できる。また、各種部品のバラツキとは無関係に空燃比を最適化でき、エンジン１のパフォーマンスを最大に生かすことができる。
なお、λセンサ５は、排気マニフォールド２２に取り付けられるものとしたが、排気通路１２の排気管に取り付けられるものとしてもよい。
また、制御部４に燃料流量センサを接続し、この燃料流量センサで検出される燃料流量を用いて記憶部６のマップから空燃比を読み取るものとしてもよい。精度向上を図ることができる。
１ エンジン
２ 過給制御装置
３ 電動ターボチャージャ
４ 制御部
５ λセンサ
６ 記憶部
７ 回転数センサ

Claims (1)

  1. エンジンに設けられ過給または制動回生可能な電動ターボチャージャと、該電動ターボチャージャを制御する制御部と、エンジンの運転状態と排気ガスの空燃比との関係をマップとして記憶する記憶部と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段とを備え、前記制御部は、前記記憶部の前記マップから空燃比を読み取り、該空燃比を目標空燃比とし、前記空燃比検出手段で検出された検出空燃比が前記目標空燃比より低いとき前記電動ターボチャージャを駆動してブースト圧を上げ、前記検出空燃比が前記目標空燃比より高いとき前記検出空燃比が前記目標空燃比以下になるまで前記電動ターボチャージャで制動回生させ続けてブースト圧を下げるように構成されたことを特徴とする過給制御装置。
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