JP6232345B2 - エンジン - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの技術に関する。

従来、過給機を備えたエンジンは公知となっている。また、エンジンの負荷に応じて過給機の過給機回転数を増減させる、ウェイストゲートバルブ、ＶＧＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｏ）等の機構が公知である。

例えば、特許文献１は、ブースト圧が目標ブースト圧となるように、過給機回転数を増減させるエンジンを開示している。しかし、特許文献１に開示されるエンジンのように、ブースト圧に基づいて過給機回転数を増減させるエンジンでは、ブースト圧を検知する圧力センサーの応答性が鈍いため、負荷が投入されてから加速するまでの加速応答性が悪い。

特開２０１２−９７６０６号公報

本発明の解決しようとする課題は、加速応答性を向上できるエンジンを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、過給機と、前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、前記過給機の回転数を増加又は減少させる過給機回転数増減手段と、前記過給機の回転数が目標回転数となるように前記過給機回転数増減手段を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、定常時の前記過給機の目標回転数を算出する定常時過給機回転数マップと、過渡時の前記過給機の目標回転数を算出する過渡時過給機回転数マップと、を備え、前記過給機の回転数と前記定常時過給機回転数マップによる目標回転数との差の絶対値が所定値以上であれば、前記過渡時過給機回転数マップによる目標回転数となるように前記過給機回転数増減手段を制御するものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンであって、前記定常時過給機回転数マップ及び前記過渡時過給機回転数マップは、前記エンジンの回転数と、前記エンジンの負荷と、前記過給機の目標回転数と、の相関であるものである。

本発明のエンジンによれば、加速応答性を向上できる。

エンジンの構成を示した模式図。 定常時過給機回転数マップを示すグラフ図。 過渡時過給機回転数マップを示すグラフ図。 加速時過給機回転数制御の流れを示すフロー図。

図１を用いて、エンジン１００の構成について説明する。
なお、図１では、エンジン１００の構成をブロック線図にて模式的に表している。また、図１の破線は、電気信号線を表している。

エンジン１００は、本発明のエンジンに係る実施形態である。エンジン１００は、給気経路１０と、排気経路２０と、エンジン本体３０と、高圧過給機６０と、低圧過給機７０と、制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）５０と、を備えている。

本実施形態のエンジン１００は、二段式過給機を備えた直噴式６気筒ディーゼルエンジンとされている。なお、本発明のエンジンは、直噴式６気筒ディーゼルエンジンとする構成としたが、これに限定されない。本発明のエンジンは、直噴式４気筒エンジン、Ｖ型エンジン、副室式エンジンであっても良い。

給気経路１０は、エンジン本体３０に空気を供給する経路であって、給気配管に給気マニホールド１１と、インタークーラー１２・１３と、高圧コンプレッサ６１と、低圧コンプレッサ７１と、エアクリーナー１４と、を接続して構成されている。

給気マニホールド１１、インタークーラー１２・１３、高圧コンプレッサ６１、低圧コンプレッサ７１及びエアクリーナー１４は、外部からエンジン本体３０に向かって、エアクリーナー１４、低圧コンプレッサ７１、インタークーラー１３、高圧コンプレッサ６１、インタークーラー１２、給気マニホールド１１の順に配置され、給気管によって接続されている。

給気マニホールド１１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・に空気を導入するための多岐管である。インタークーラー１２は、高圧コンプレッサ６１及び低圧コンプレッサ７１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。インタークーラー１３は、低圧コンプレッサ７１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。

高圧コンプレッサ６１は、高圧過給機６０の構成部品であって詳しくは後述する。低圧コンプレッサ７１は、低圧過給機７０の構成部品であって詳しくは後述する。エアクリーナー１４は、不織布等の濾材で給気中に含まれる粉塵などを分離するものである。

排気経路２０は、エンジン本体３０から空気（排気）を排出する経路であって、排気管に排気マニホールド２１と、高圧タービン６２と、低圧タービン７２と、を接続して構成されている。排気マニホールド２１、高圧タービン６２及び低圧タービン７２は、エンジン本体３０から外部に向かって、排気マニホールド２１、高圧タービン６２、低圧タービン７２の順に配置され、排気管によって接続されている。

排気マニホールド２１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・からの複数の排気管を１つにまとめる多岐管である。高圧タービン６２は、高圧過給機６０の構成部品であって詳しくは後述する。低圧タービン７２は、低圧過給機７０の構成部品であって詳しくは後述する。

エンジン本体３０は、シリンダブロック（図示略）と、シリンダヘッド（図示略）と、燃料噴射装置３５と、を備えている。シリンダブロックには、複数（６つ）の気筒３１・３１・・・が形成されている。燃料噴射装置３５は、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタによって各気筒に噴射する装置である。燃料噴射装置３５は、ＥＣＵ５０と接続されている。

高圧過給機６０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の上流側（排気経路２０から見て）に設けられている。高圧過給機６０は、高圧コンプレッサ６１と、高圧タービン６２と、を備えている。

高圧タービン６２は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。高圧コンプレッサ６１は、高圧タービン６２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。

高圧過給機６０には、過給機回転数Ｎｔを検知する過給機回転数センサー５５が設けられている。過給機回転数センサー５５は、ＥＣＵ５０と接続されている。

低圧過給機７０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の下流側（排気経路２０から見て）に設けられている。低圧過給機７０は、低圧コンプレッサ７１と、低圧タービン７２と、を備えている。

低圧タービン７２は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。低圧コンプレッサ７１は、低圧タービン７２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。

バイパス経路４０は、高圧タービン６２の上流側と下流側とを接続している。バイパス経路４０には、過給機回転数増減手段としてのバイパス弁２２（ウエストゲートバルブ）が設けられている。バイパス弁２２は、バイパス経路４０を通過する排気の流量を制限するものである。

言い換えれば、バイパス弁２２は、過給機回転数増減手段として、バイパス経路４０を通過する排気の流量を制限することによって、高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔを増加又は減少させるものである。

ＥＣＵ５０は、エンジン１００の運転を総合的に制御するものである。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数センサー５１と、負荷センサー５２と、過給機回転数センサー５５と、燃料噴射装置３５と、に接続されている。

エンジン回転数センサー５１は、エンジン１００のエンジン回転数Ｎｅを検知するものである。負荷センサー５２は、エンジン１００の負荷Ａｃ（本実施形態では、アクセル開度）を検知するものである。

ＥＣＵ５０は、後述する加速時過給機制御Ｓ１００によって、高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔを制御する機能を有している。また、ＥＣＵ５０には、後述する定常時過給機回転数マップＦｓ及び過渡時過給機回転数マップＦｔが予め記憶されている。

図２を用いて、定常時過給機回転数マップＦｓについて説明する。
なお、図２では、定常時過給機回転数マップＦｓについて、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ａｃ、定常時過給機回転数Ｎｔｓの３次元グラフによって表している。

定常時過給機回転数マップＦｓは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと定常時過給機回転数Ｎｔｓとの相関を表したものである。定常時過給機回転数マップＦｓは、予めＥＣＵ５０に記憶されているものとする。

定常時過給機回転数Ｎｔｓは、エンジン１００が定常運転をしている際のエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ａｃにおける目標回転数としての過給機回転数Ｎｔを表している。すなわち、定常時過給機回転数Ｎｔｓは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと定常時過給機回転数マップＦｓとによって算出される。

図３を用いて、過渡時過給機回転数マップＦｔについて説明する。
なお、図３では、過渡時過給機回転数マップＦｔについて、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ａｃ、過渡時過給機回転数Ｎｔｔの３次元グラフによって表している。

過渡時過給機回転数マップＦｔは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと過渡時過給機回転数Ｎｔｔとの相関を表したものである。過渡時過給機回転数マップＦｔは、予めＥＣＵ５０に記憶されているものとする。

過渡時過給機回転数Ｎｔｔは、エンジン１００が過渡運転をしている際のエンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ａｃにおける目標回転数としての過給機回転数Ｎｔを表している。すなわち、過渡時過給機回転数Ｎｔｔは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと過渡時過給機回転数マップＦｔとによって算出される。

図４を用いて、加速時過給機回転数制御Ｓ１００の流れについて説明する。なお、図４では、加速時過給機回転数制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。

加速時過給機回転数制御Ｓ１００は、ＥＣＵ５０によって、エンジン１００が定常運転から過渡運転に移行する加速時に高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔが定常時過給機回転数Ｎｔｓ（又は過渡時過給機回転数Ｎｔｔ）となるようにバイパス弁２２を制御するものである。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数センサー５５によって高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔを取得する。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数センサー５１によってエンジン回転数Ｎｅを取得し、負荷センサー５２によって負荷Ａｃを取得し、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと定常時過給機回転数マップＦｓとから定常時過給機回転数Ｎｔｓを算出する。

ステップＳ１３０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔと定常時過給機回転数Ｎｔｓとの差の絶対値が所定値ΔＮｔよりも大きいかどうかを確認する。ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔと定常時過給機回転数Ｎｔｓとの差の絶対値が所定値ΔＮｔよりも大きい場合には、エンジン１００が定常運転から過渡運転に移行する加速時であると判断する。

ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔと定常時過給機回転数Ｎｔｓとの差の絶対値が所定値ΔＮｔよりも大きい場合には、ステップＳ１４０に移行する。一方、ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔと定常時過給機回転数Ｎｔｓとの差の絶対値が所定値ΔＮｔよりも大きくない場合（所定値ΔＮｔ以下の場合）には、ステップＳ１６０に移行する。

ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと過渡時過給機回転数マップＦｔとから過渡時過給機回転数Ｎｔｔを算出する。

ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数センサー５５によって取得する高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔが過渡時過給機回転数Ｎｔｔとなるように、バイパス弁２２を制御する。

ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数センサー５５によって取得する高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔが定常時過給機回転数Ｎｔｓとなるように、バイパス弁２２を制御する。

エンジン１００の効果について説明する。
エンジン１００によれば、加速応答性を向上できる。

すなわち、エンジン１００によれば、過給機回転数Ｎｔが定常時過給機回転数Ｎｔｓから乖離すれば、定常運転から過渡運転に移行する加速時であると判断し、過渡時過給機回転数Ｎｔｔを算出し、過給機回転数Ｎｔが過渡時過給機回転数Ｎｔｔとなるように、バイパス弁２２を制御することによって、加速応答性を向上できる。

１０ 給気経路
１１ 給気マニホールド
１２ インタークーラー
１３ インタークーラー
１４ エアクリーナー
２０ 排気経路
２１ 排気マニホールド
２２ バイパス弁（過給機回転数増減手段）
３０ エンジン本体
３１ 気筒
３５ 燃料噴射装置
４０ バイパス経路
５０ ＥＣＵ（制御手段）
５５ 過給機回転数センサー（過給機回転数検知手段）
６０ 高圧過給機（過給機）
６１ 高圧コンプレッサ
６２ 高圧タービン
７０ 低圧過給機
７１ 低圧コンプレッサ
７２ 低圧タービン

Claims (2)

1. 過給機と、
   前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、
   前記過給機の回転数を増加又は減少させる過給機回転数増減手段と、
   前記過給機の回転数が目標回転数となるように前記過給機回転数増減手段を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、定常時の前記過給機の目標回転数を算出する定常時過給機回転数マップと、過渡時の前記過給機の目標回転数を算出する過渡時過給機回転数マップと、を備え、前記過給機の回転数と前記定常時過給機回転数マップによる目標回転数との差の絶対値が所定値以上であれば、前記過渡時過給機回転数マップによる目標回転数となるように前記過給機回転数増減手段を制御する、
   エンジン。
2. 請求項１に記載のエンジンであって、
   前記定常時過給機回転数マップ及び前記過渡時過給機回転数マップは、前記エンジンの回転数と、前記エンジンの負荷と、前記過給機の目標回転数と、の相関である、
   エンジン。

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