JP6282192B2

JP6282192B2 - エンジン

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Publication number: JP6282192B2
Application number: JP2014150711A
Authority: JP
Inventors: 豪朝井
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: JP2016023632A

Description

本発明はエンジンに関する。詳しくは過給機付きエンジンに関する。

従来、エンジンにおいて、出力トルクをクランク軸の角速度の振幅（変動幅）に基づいて算出するエンジンが知られている。このエンジンは、エンジンの回転速度毎に予め測定されている所定の負荷に対する角速度変動幅に基づいてエンジンの出力トルクを算出するように構成されている。これにより、エンジンは、角速度変動幅を測定するだけで出力トルクを算出することができる。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載のエンジンは、エンジンのクランク軸の角速度の変動を検出することでエンジンの出力トルクを算出している。しかし、エンジンのクランク軸の角速度が変動する要因は、エンジンの気筒の爆発時期によるものだけでなく負荷の変動によるものが含まれる。従って、負荷の変動が大きい場合、算出されるエンジンの出力トルクに含まれる負荷の変動による影響が増大する場合があった。

特開２００７−３０３３８２号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、負荷の変動による影響を抑制しつつ、エンジンのトルクを容易に算出することができるエンジンの提供を目的とする。

即ち、本発明においては、過給機と過給機回転速度検出手段を備えるエンジンであって、任意のエンジン回転速度において、実過給機回転速度と、無負荷状態における過給機回転速度と、過給機回転速度の単位増加量あたりのエンジンのトルク増加量とからエンジンのトルクが算出されるものである。

また、本発明においては、冷却水温度検出手段と、吸気温度検出手段と、大気圧検出手段と、ディーゼルパティキュレートフィルタ差圧検出手段とを更に備え、前記エンジンのトルクが、冷却水温度と、吸気温度と、大気圧と、ディーゼルパティキュレートフィルタ差圧とに基づいて補正されるものである。

また、本発明においては、排気を吸気に還流させるＥＧＲ装置と、還流させる排気流量を調整するＥＧＲ弁の開度検出手段とを更に備え、前記エンジンのトルクが、ＥＧＲ弁の開度に基づいて補正されるものである。

また、本発明においては、前記過給機に供給される排気の一部をバイパスさせるバイパス管と、バイパス管を流れる排気流量を制御するバイパス弁を更に備え、前記エンジンのトルクが、バイパス弁の開度に基づいて補正されるものである。

また、本発明においては、前記過給機がベーン開度を変更することで過給機回転速度を変更する可変容量型過給機から構成され、前記エンジンのトルクが、ベーン開度に基づいて補正されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明によれば、エンジンが出力したトルクに応じて排出される排気流量に基づいてエンジンのトルクが算出される。これにより、負荷の変動による影響を抑制しつつ、エンジンの出力トルクを容易に算出することができる。

本発明によれば、エンジンの運転環境に影響されることなくエンジンのトルクが算出される。これにより、エンジン側の状態変動による影響と負荷の変動による影響とを抑制しつつ、エンジンの出力トルクを容易に算出することができる。

本発明によれば、エンジンの構成に影響されることなくエンジンのトルクが算出される。これにより、エンジン側の状態変動による影響と負荷の変動による影響とを抑制しつつ、エンジンの出力トルクを容易に算出することができる。

本発明の第一実施形態に係るエンジンの構成を示した概略図。本発明の第一実施形態に係るエンジンでの任意の実エンジン回転速度における実過給機回転速度とトルクとの関係を表すマップを示す図。（ａ）第一実施形態に係るエンジンでの冷却水温度に対する補正係数を表すマップを示す図（ｂ）第一実施形態に係るエンジンでの吸気温度に対する補正係数を表すマップを示す図。（ａ）第一実施形態に係るエンジンでの大気圧に対する補正係数を表すマップを示す図（ｂ）第一実施形態に係るエンジンでのＤＰＦ差圧に対する補正係数を表すマップを示す図。第一実施形態に係るエンジンでのバイパス弁開度に対する補正係数を表すマップを示す図。第一実施形態に係るエンジンのトルクを算出するための制御態様を表すフローチャートを示す図。本発明の第二実施形態に係るエンジンの構成を示した概略図。第二実施形態に係るエンジンでのＥＧＲ弁開度に対する補正係数を表すマップを示す図。第三実施形態に係るエンジンのトルクを算出するための制御態様を表すフローチャートを示す図。（ａ）本発明の第三実施形態に係るエンジンに設けられる可変容量型過給機の可変ノズルベーンが全開状態における動作態様を示した概略図（ｂ）同じく可変容量型過給機の可変ノズルベーンが全閉状態における動作態様を示した概略図。第三実施形態に係るエンジンでのノズルベーン開度に対する補正係数を表すマップを示す図。第三実施形態に係るエンジンのトルクを算出するための制御態様を表すフローチャートを示す図。

以下に、図１を用いて、本発明の第一実施形態に係る第１過給機６と第２過給機１０とを備える直列六気筒のディーゼルエンジンであるエンジン１について説明する。なお、本実施形態において、エンジン１は、第１過給機６と第２過給機１０とを備える直列六気筒エンジンとしたが、エンジンの種類や気筒数および過給機の数を限定するものではない。また、本実施形態において、エンジン１は、バイパス弁１６を備えるものとしたがバイパス弁１６を具備しないものにも適用可能である。

図１に示すように、エンジン１は、ディーゼルエンジンであり、本実施形態においては、気筒３を六つ有する直列六気筒エンジン１である。エンジン１は、吸気装置２を介して供給される空気と、六つの燃料噴射弁４から供給される燃料とをＥＣＵ２４の制御により各気筒３の内部において適切な比率で混合して燃焼させることで出力軸を回転駆動させる。エンジン１は、燃料の燃焼により発生する吸気を、排気装置５を介して外部へ排出する。

吸気装置２は、吸気管２ａ・２ｂ・２ｃ・２ｄ、第１過給機６の第１コンプレッサ部８、第２過給機１０の第２コンプレッサ部１２、第１インタークーラー１４及び第２インタークーラー１５から構成される。排気装置５は、排気管５ａ・５ｂ・５ｃ・５ｄ、第１過給機６の第１タービン部７および第２過給機１０の第２タービン部１１から構成される。また、排気装置５は、排気管５ａと排気管５ｂとをバイパス弁１６を介したバイパス管５ｄによって連通されている。

エンジン１は、吸気装置２の吸気管２ｄを介して第１インタークーラー１４に接続される。また、エンジン１は、排気装置５の排気管５ａを介して第２過給機１０の第２タービン部１１に接続される。

第１過給機６は、吸気の排気圧を駆動源として吸気を加圧圧縮するものである。第１過給機６は、第１タービン部７と第１コンプレッサ部８とを備える。第１タービン部７は、排気管５ｂを介して第２過給機１０の第２タービン部１１から供給される排気の排気圧によって回転可能に構成される。また、第１タービン部７は、排気管５ｃを介して外部に連通され、吸気を外部に排出可能に構成される。

第１コンプレッサ部８は、連結軸９によって第１タービン部７と連結され回転可能に構成される。第１コンプレッサ部８は、回転によって空気を吸入し、加圧圧縮可能に構成される。第１コンプレッサ部８は、外部の空気を吸入可能に構成される。第１コンプレッサ部８は、吸気管２ａを介して第１インタークーラー１４に接続される。

第２過給機１０は、排気圧を駆動源として第１過給機６で加圧圧縮された給気を再び加圧圧縮するものである。第２過給機１０は、第２タービン部１１と第２コンプレッサ部１２とを備える。さらに、第２タービン部１１は、排気管５ａを介してエンジン１から供給される排気の排気圧によって回転可能に構成される。また、第２タービン部１１は、排気管５ｂを介して第１過給機６の第１タービン部７に接続される。

第２コンプレッサ部１２は、連結軸１３によって第２タービン部１１と連結され回転可能に構成される。第２コンプレッサ部１２は、回転によって空気を吸入し、加圧圧縮可能に構成される。第２コンプレッサ部１２は、吸気管２ｃを介して第２インタークーラー１５に接続される。

第１インタークーラー１４と第２インタークーラー１５とは、給気を冷却するものである。第１インタークーラー１４と第２インタークーラー１５とは、図示しない冷却水ポンプによって供給される冷却水と給気との間で熱交換を行うことで給気を冷却する。第１インタークーラー１４は、吸気管２ｂを介して第２過給機１０の第２コンプレッサ部１２に接続される。第２インタークーラー１５は、吸気管２ｄを介してエンジン１に接続される。

排気装置５には、第２過給機１０の第２タービン部１１に供給される排気をバイパスさせるために、第２タービン部１１の上流側の排気管５ａと第２タービン部１１の下流側の排気管５ｂとを連通しているバイパス管５ｄが設けられている。バイパス管５ｄの途中部には、バイパス弁１６（ウエストゲートバルブ）が設けられている。バイパス弁１６は、バイパス管５ｄを通過する排気の流量を制限するものである。バイパス弁１６は、ノーマルクローズドタイプの電磁式流量制御弁から構成される。バイパス弁１６は、後述のＥＣＵ２４からの信号を取得して開度を変更することができる。なお、本実施形態において、バイパス弁１６をノーマルクローズドタイプの電磁式流量制御弁から構成しているが、排気の流量を制限することができるものであればよい。

エンジン１には、エンジン回転速度検出センサー１７が設けられている。エンジン回転速度検出センサー１７は、エンジン１の実エンジン回転速度Ｎを検出するものである。エンジン回転速度検出センサー１７は、センサーとパルサーとから構成され、エンジン１の出力軸に設けられる。なお、本実施形態において、エンジン回転速度検出センサー１７をセンサーとパルサーとから構成しているが、実エンジン回転速度Ｎを検出することができるものであればよい。

さらに、エンジン１には、燃料噴射圧検出センサー１８が設けられている。燃料噴射圧検出センサー１８は、燃料噴射弁４から噴射される燃料の燃料噴射圧Ｐｆを検出するものである。燃料噴射圧検出センサー１８は、燃料供給管４ａの途中部に設けられる。なお、本実施形態において、燃料噴射圧検出センサー１８は、燃料噴射圧Ｐｆを検出することができるものであればよい。

さらに、エンジン１には、冷却水温度検出手段である冷却水温度検出センサー１９が設けられている。冷却水温度検出センサー１９は、エンジン１の本体を構成しているシリンダブロックやシリンダヘッドを冷却している冷却水の冷却水温度Ｔｗを検出するものである。冷却水温度検出センサー１９は、エンジン１の冷却水流路に設けられる。なお、本実施形態において、冷却水温度検出センサー１９は、冷却水温度Ｔｗを検出することができるものであればよい。

さらに、吸気装置２には、吸気温度検出手段である吸気温度検出センサー２０が第１過給機６の第１コンプレッサ部８の外気取り入れ口近傍に設けられている。吸気温度検出センサー２０は、吸気温度Ｔｉを検出するものである。なお、本実施形態において、吸気温度検出センサー２０は、吸気温度Ｔｉを検出することができるものであればよい。

さらに、吸気装置２には、大気圧検出手段である大気圧検出センサー２１が設けられている。大気圧検出センサー２１は、大気圧Ｐａを検出するものである。なお、本実施形態において、大気圧検出センサー２１は、大気圧Ｐａを検出することができるものであればよい。

吸気装置２には、過給機回転速度検出手段である過給機回転速度検出センサー２２が設けられている。過給機回転速度検出センサー２２は、実過給機回転速度ＮＴを検出するものである。なお、本実施形態において、過給機回転速度検出センサー２２は、実過給機回転速度ＮＴを検出することができるものであればよい。

排気装置５には、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、単に「ＤＰＦ」と記す）差圧検出手段であるＤＰＦ差圧検出センサー２３が図示しないＤＰＦの入口側と出口側とに設けられている。ＤＰＦ差圧検出センサー２３は、ＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆを検出するものである。なお、本実施形態において、ＤＰＦ差圧検出センサー２３は、ＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆを検出することができるものであればよい。

以上より、吸気装置２は、上流側から順に第１コンプレッサ部８、吸気管２ａ、第１インタークーラー１４、吸気管２ｂ、第２コンプレッサ部１２、吸気管２ｃ、及び第２インタークーラー１５がエンジン１に接続されて構成される。また、排気装置５は、上流側から順に排気管５ａ、第２タービン部１１、排気管５ｂ、及び第１タービン部７、排気管５ｃが接続されて構成される。さらに、排気装置５は、排気管５ａと排気管５ｂとをバイパス弁１６を介したバイパス管５ｄによって連通されている。

ＥＣＵ２４は、エンジン１を制御するものである。具体的には、エンジン１本体やバイパス弁１６を制御する。ＥＣＵ２４には、エンジン１の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。ＥＣＵ２４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

ＥＣＵ２４は、燃料噴射弁４・４・４・４・４・４と接続され、任意の燃料噴射時期θにおいて任意の燃料噴射圧Ｐｆで任意の燃料噴射量Ｆを噴射するように燃料噴射弁４・４・４・４・４・４を制御することが可能である。

ＥＣＵ２４は、バイパス弁１６に接続され、バイパス弁１６を任意のバイパス弁開度Ｖｂに制御することが可能である。

ＥＣＵ２４は、エンジン回転速度検出センサー１７に接続され、エンジン回転速度検出センサー１７が検出する実エンジン回転速度Ｎを取得することが可能である。

ＥＣＵ２４は、燃料噴射圧検出センサー１８に接続され、燃料噴射圧検出センサー１８が検出する燃料噴射圧Ｐｆを取得することが可能である。

ＥＣＵ２４は、冷却水温度検出センサー１９に接続され、冷却水温度検出センサー１９が検出する冷却水温度Ｔｗを取得することが可能である。

ＥＣＵ２４は、吸気温度検出センサー２０に接続され、吸気温度検出センサー２０が検出する吸気温度Ｔｉを取得することが可能である。

ＥＣＵ２４は、大気圧検出センサー２１に接続され、大気圧検出センサー２１が検出する大気圧Ｐａを取得することが可能である。

ＥＣＵ２４は、ＤＰＦ差圧検出センサー２３に接続され、ＤＰＦ差圧検出センサー２３が検出するＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆを取得することが可能である。

ＥＣＵ２４は、過給機回転速度検出センサー２２に接続され、過給機回転速度検出センサー２２が検出する実過給機回転速度ＮＴを取得することが可能である。

ＥＣＵ２４には、所定の運転条件において、実過給機回転速度ＮＴの場合にエンジン１が出力しているトルクＴＱを算出するためのトルクマップＭ０が実エンジン回転速度Ｎ毎に格納されている。また、ＥＣＵ２４には、任意の冷却水温度ＴｗにおけるトルクＴＱの補正係数Ｃｓ１を算出するための冷却水温度補正マップＭ１、任意の吸気温度ＴｉにおけるトルクＴＱの補正係数Ｃｓ２を算出するための吸気温度補正マップＭ２、任意の大気圧ＰａにおけるトルクＴＱの補正係数Ｃｓ３を算出するための大気圧補正マップＭ３、任意のＤＰＦ差圧ＰｄｐｆにおけるトルクＴＱの補正係数Ｃｓ４を算出するためのＤＰＦ差圧補正マップＭ４および任意のバイパス弁開度ＶｂにおけるトルクＴＱの補正係数Ｃｓ５を算出するためのバイパス弁補正マップＭ５が格納されている。つまり、ＥＣＵ２４は、エンジン１の運転条件が、トルクマップＭ０を設定した際におけるエンジン１の運転条件と異なる場合に補正係数Ｃｓ１から補正係数Ｃｓ５によって補正するように構成されている。

次に、図２を用いて、トルクマップＭ０について詳細に説明する。

図２に示すように、実過給機回転速度ＮＴは、エンジン１のトルクＴＱに比例して増加する。すなわち、実過給機回転速度ＮＴは、以下の数１に示すように、所定の運転条件での任意の実エンジン回転速度Ｎにおいて、エンジン１が無負荷状態における過給機回転速度である無負荷過給機回転速度ＮＴ０（エンジン回転速度成分）と、エンジン１のトルク増加量ΔＴＱに対する過給機の回転速度増加量ΔＮＴの比にトルクＴＱ（補正前トルクＴＱ０）を乗じた値（トルク成分）との和で表される。

実過給機回転速度ＮＴを算出する数１は、以下の数２に示すように、実過給機回転速度ＮＴからエンジン１のトルクＴＱ（補正前トルクＴＱ０）を算出する式に変形される。トルクＴＱ（補正前トルクＴＱ０）は、数２に示すように、実過給機回転速度ＮＴと無負荷過給機回転速度ＮＴ０との差に回転速度増加量ΔＮＴに対するトルク増加量ΔＴＱの比を乗じることで算出される。そして、トルクマップＭ０は、数２に基づいて、予め試験等で取得した所定の運転条件での第２過給機１０の無負荷過給機回転速度ＮＴ０および回転速度増加量ΔＮＴに対するトルク増加量ΔＴＱの比が取得した実エンジン回転速度Ｎ毎に定められている。従って、ＥＣＵ２４は、取得した任意の実エンジン回転速度Ｎと、実過給機回転速度ＮＴとからトルクマップＭ０に基づいてエンジン１のトルクＴＱ（補正前トルクＴＱ０）を算出することが可能である。

次に、図３から図５を用いて、冷却水温度補正マップＭ１、吸気温度補正マップＭ２、大気圧補正マップＭ３、ＤＰＦ差圧補正マップＭ４およびバイパス弁補正マップＭ５について詳細に説明する。各補正マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４・Ｍ５は、所定の運転条件における補正係数Ｃｓ１・Ｃｓ２・Ｃｓ３・Ｃｓ４・Ｃｓ５が１に設定されている。なお、本実施形態において、予め設定された各補正マップから補正係数を決定しているがこれに限定されるものではなく補正係数毎に補正式を定めて、補正式から算出してもよい。

図３（ａ）に示すように、冷却水温度補正マップＭ１は、任意の冷却水温度Ｔｗに対する補正係数Ｃｓ１を決定するものである。冷却水温度Ｔｗが所定の運転条件における冷却水温度Ｔｗｓよりも高い場合、トルクＴＱは、潤滑油の粘性や摩擦等を原因とするトルク損失の低減により増大する。従って、冷却水温度Ｔｗが冷却水温度Ｔｗｓよりも高い場合、冷却水温度補正マップＭ１は、補正係数Ｃｓ１が１よりも大きい値に設定されている。一方、冷却水温度Ｔｗが冷却水温度Ｔｗｓよりも低い場合、トルクＴＱは、潤滑油の粘性や摩擦等を原因とするトルク損失の増大により減少する。従って、冷却水温度Ｔｗが冷却水温度Ｔｗｓよりも低い場合、冷却水温度補正マップＭ１は、補正係数Ｃｓ１が１よりも小さい値に設定されている。

図３（ｂ）に示すように、吸気温度補正マップＭ２は、任意の吸気温度Ｔｉに対する補正係数Ｃｓ２を決定するものである。吸気温度Ｔｉが所定の運転条件における吸気温度Ｔｉｓよりも高い場合、トルクＴＱは、吸気中の単位体積当たりの酸素濃度の低下により減少する。従って、吸気温度Ｔｉが吸気温度Ｔｉｓよりも高い場合、吸気温度補正マップＭ２は、補正係数Ｃｓ２が１よりも小さい値に設定されている。一方、吸気温度Ｔｉが吸気温度Ｔｉｓよりも低い場合、トルクＴＱは、吸気中の単位体積当たりの酸素濃度の上昇により増大する。従って、吸気温度Ｔｉが吸気温度Ｔｉｓよりも低い場合、吸気温度補正マップＭ２は、補正係数Ｃｓ２が１よりも大きい値に設定されている。

図４（ａ）に示すように、大気圧補正マップＭ３は、任意の大気圧Ｐａに対する補正係数Ｃｓ３を決定するものである。大気圧Ｐａが所定の運転条件における大気圧Ｐａｓ（１気圧）よりも低い場合、トルクＴＱは、吸気中の単位体積当たりの酸素濃度の低下により減少する。従って、大気圧Ｐａが大気圧Ｐａｓ（１気圧）よりも低い場合大気圧補正マップＭ３は、補正係数Ｃｓ３が１よりも小さい値に設定されている。

図４（ｂ）に示すように、ＤＰＦ差圧補正マップＭ４は、任意のＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆに対する補正係数Ｃｓ４を決定するものである。ＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆが所定の運転条件におけるＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆｓよりも高い場合、トルクＴＱは、第２過給機１０の出口背圧の上昇を原因とする実過給機回転速度ＮＴの低下により減少する。従って、ＤＰＦ差圧ＰｄｐｆがＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆｓよりも高い場合、ＤＰＦ差圧補正マップＭ４は、補正係数Ｃｓ４が１よりも小さい値に設定されている。一方、ＤＰＦ差圧ＰｄｐｆがＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆｓよりも低い場合、トルクＴＱは、第２過給機１０の出口背圧の低下を原因とする実過給機回転速度ＮＴの上昇によりトルクＴＱが増大する。従って、ＤＰＦ差圧ＰｄｐｆがＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆｓよりも低い場合、ＤＰＦ差圧補正マップＭ４は、補正係数Ｃｓ４が１よりも大きい値に設定されている。

図５に示すように、バイパス弁補正マップＭ５は、任意のバイパス弁開度Ｖｂに対する補正係数Ｃｓ５を決定するものである。バイパス弁開度Ｖｂが所定の運転条件におけるバイパス弁開度Ｖｂｓ（閉状態）よりも大きい場合、トルクＴＱは、排気のバイパス量の増加を原因とする実過給機回転速度ＮＴの低下により減少する。従って、バイパス弁開度Ｖｂがバイパス弁開度Ｖｂｓ（閉状態）よりも大きい場合、バイパス弁補正マップＭ５は、補正係数Ｃｓ５が１よりも小さい値に設定されている。

次に、図１を用いて、吸気（給気）と排気の流れについて説明する。

図１に示すように、エンジン１からの排気は、排気管５ａを介して第２過給機１０の第２タービン部１１に供給される。第２タービン部１１は、排気の排気圧によって回転される。第２タービン部１１の回転動力は、連結軸１３を介して第２コンプレッサ部１２に伝達される。第２コンプレッサ部１２は、第２タービン部１１から伝達される回転動力によって回転される。第２タービン部１１に供給された排気は、排気管５ｂを介して第２過給機１０から排出される。

バイパス弁１６が開状態である場合、エンジン１からの排気は、その一部が排気管５ａと排気管５ｂとを連通しているバイパス管５ｄに流入する。バイパス管５ｄに流入した排気は、第２過給機１０の第２タービン部１１に供給されずに（第２タービン部１１をバイパスして）排気管５ｂを介して第１過給機６の第１タービン部７に供給される。つまり、バイパス弁１６の開度によって第２タービン部１１に供給される排気の流量が変更される。

第２過給機１０から排出された排気は、排気管５ｂを介して第１過給機６の第１タービン部７に供給される。第１タービン部７は、排気の排気圧によって回転される。第１タービン部７の回転動力は、連結軸９を介して第１コンプレッサ部８に伝達される。第１コンプレッサ部８は、第１タービン部７から伝達される回転動力によって回転される。第１タービン部７に供給された排気は、排気管５ｃ、図示しない浄化装置等を介して外部に排出される。

外部の空気は、第１過給機６の第１タービン部７からの回転動力によって回転される第１コンプレッサ部８によって吸入されるとともに加圧圧縮される。この際、吸気は、加圧圧縮されることにより圧縮熱が発生し温度が上昇する。第１コンプレッサ部８で加圧圧縮された給気は、吸気管２ａを介して第１過給機６から排出される。

第１過給機６から排出された給気は、吸気管２ａを介して第１インタークーラー１４に供給されて冷却される。第１インタークーラー１４に供給された給気は、吸気管２ｂを介して第１インタークーラー１４から排出される。

第１インタークーラー１４から排出された給気は、吸気管２ｂを介して第２過給機１０の第２コンプレッサ部１２に供給される。給気は、第２過給機１０の第２タービン部１１からの回転動力によって回転される第２コンプレッサ部１２によって吸入されるとともに加圧圧縮される。この際、給気は、加圧圧縮されることにより圧縮熱が発生し温度が上昇する。第２コンプレッサ部１２で加圧圧縮された給気は、吸気管２ｃを介して第２過給機１０から排出される。

第２過給機１０から排出された給気は、吸気管２ｃを介して第２インタークーラー１５に供給されて冷却される。第２インタークーラー１５に供給された給気は、吸気管２ｄを介して第２インタークーラー１５から排出される。第２インタークーラー１５から排出された給気は、吸気管２ｄを介してエンジン１に供給される。

以下では、図６を用いて、本発明の第一実施形態に係るエンジン１におけるトルクＴＱを算出するための制御態様について説明する。

図６に示すように、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２４は、エンジン回転速度検出センサー１７が検出した実エンジン回転速度Ｎおよび過給機回転速度検出センサー２２が検出した実過給機回転速度ＮＴを取得し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ２４は、冷却水温度検出センサー１９が検出した冷却水温度Ｔｗ、吸気温度検出センサー２０が検出した吸気温度Ｔｉ、大気圧検出センサー２１が検出した大気圧ＰａおよびＤＰＦ差圧検出センサー２３が検出したＤＰＦ差圧Ｐｄｐｆを取得し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。

ステップＳ１３０において、ＥＣＵ２４は、取得した冷却水温度Ｔｗから冷却水温度補正マップＭ１に基づいて補正係数Ｃｓ１を算出し、取得した吸気温度Ｔｉから吸気温度補正マップＭ２に基づいて補正係数Ｃｓ２を算出し、取得した大気圧Ｐａから大気圧補正マップＭ３に基づいて補正係数Ｃｓ３を算出し、取得したＤＰＦ差圧ＰｄｐｆからＤＰＦ差圧補正マップＭ４に基づいて補正係数Ｃｓ４を算出し、バイパス弁開度Ｖｂからバイパス弁補正マップＭ５に基づいて補正係数Ｃｓ５を算出し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１４０において、ＥＣＵ２４は、取得した実エンジン回転速度Ｎと実過給機回転速度ＮＴとからトルクマップＭ０に基づいて補正前トルクＴＱ０を算出し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

ステップＳ１５０において、ＥＣＵ２４は、算出した補正前トルクＴＱ０と算出した補正係数Ｃｓ１・Ｃｓ２・Ｃｓ３・Ｃｓ４・Ｃｓ５とからトルクＴＱを算出し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

この様に構成することで、エンジン１が出力したトルクＴＱに応じて排出される排気流量に基づいてエンジン１のトルクＴＱが算出される。また、エンジン１の運転環境やエンジン１の構成に影響されることなく影響されることなくエンジン１のトルクＴＱが算出される。これにより、エンジン１側の状態変動による影響と負荷の変動による影響とを抑制しつつ、エンジン１のトルクＴＱを容易に算出することができる。

なお、本実施形態において、実過給機回転速度ＮＴが一定時間以上安定した状態を継続している場合にトルクＴＱを算出してもよい。例えば、エンジン１の運転状態が定常であると判定された場合、ＥＣＵ２４は、トルクＴＱの演算を実施するように構成することができる。また、第２過給機１０の応答遅れを考慮して所定条件下において補正係数によって補正しつつトルクＴＱを算出してもよい。例えば、加速度もしくは減速度が所定値以上になった場合、ＥＣＵ２４は、所定時間のみ補正係数Ｋ１を利用して演算を実施するように構成することができる。ここで、補正係数Ｋ１は、実験的に求められるものである。

以下では、図７と図８とを用いて、本発明に係るエンジンの第二実施形態におけるエンジン１ａについて説明する。エンジンは、本発明の第一実施形態に係るエンジン１に加えてＥＧＲ装置２５を更に備えるものである。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

ＥＧＲ装置２５は、排気の一部を吸気に還流するものである。ＥＧＲ装置２５は、ＥＧＲ管２６、ＥＧＲ弁２７、を具備する。

ＥＧＲ管２６は、排気を吸気管２に案内するための管である。ＥＧＲ管２６は、吸気管２ｄと排気管５ａとを連通するように設けられている。これにより、排気管５ａを通過する排気の一部がＥＧＲ管２６を通じて吸気管２ｄに案内される。すなわち、排気の一部がＥＧＲガスとして吸気に還流可能に構成されている（以下、単に「ＥＧＲガス」と記す）。

ＥＧＲ弁２７は、ＥＧＲ管２６を通過するＥＧＲガスの流量を制限するものである。ＥＧＲ弁２７は、ノーマルクローズドタイプの電磁式流量制御弁から構成されている。ＥＧＲ弁２７は、ＥＧＲ管２６の途中部に設けられている。ＥＧＲ弁２７は、ＥＣＵ２４からの信号を取得してＥＧＲ弁２７の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、ＥＧＲ弁２７をノーマルクローズドタイプの電磁式流量制御弁から構成しているが、ＥＧＲガスの流量を制限することができるものであればよい。

ＥＣＵ２４は、ＥＧＲ弁２７と接続され、ＥＧＲ弁２７を任意のＥＧＲ弁開度Ｖｅｇｒに制御することが可能である。

ＥＣＵ２４には、任意のＥＧＲ弁開度ＶｅｇｒにおけるトルクＴＱの補正係数Ｃｓ６を算出するためのＥＧＲ弁補正マップＭ６が格納されている。つまり、ＥＣＵ２４は、エンジン１ａの運転条件が、トルクマップＭ０を設定した際におけるエンジン１ａの運転条件と異なる場合に補正係数Ｃｓ１から補正係数Ｃｓ６によって補正するように構成されている。

図８に示すように、ＥＧＲ弁補正マップＭ６は、任意のＥＧＲ弁開度Ｖｅｇｒに対する補正係数Ｃｓ６を決定するものである。ＥＧＲ弁開度Ｖｅｇｒが所定の運転条件におけるＥＧＲ弁開度Ｖｅｇｒｓよりも大きい場合、トルクＴＱは、ＥＧＲガスの増加を原因とする実過給機回転速度ＮＴの低下により減少する。従って、ＥＧＲ弁補正マップＭ６は、ＥＧＲ弁開度ＶｅｇｒがＥＧＲ弁開度Ｖｅｇｒｓよりも大きい場合、補正係数Ｃｓ６が１よりも小さい値に設定されている。一方、ＥＧＲ弁開度ＶｅｇｒがＥＧＲ弁開度Ｖｅｇｒｓよりも小さい場合、トルクＴＱは、ＥＧＲガスの減少を原因とする実過給機回転速度ＮＴの上昇により増大する。従って、ＥＧＲ弁補正マップＭ６は、ＥＧＲ弁開度ＶｅｇｒがＥＧＲ弁開度Ｖｅｇｒｓよりも小さい場合、補正係数Ｃｓ６が１よりも大きい値に設定されている。

以下では、図９を用いて、本発明の第二実施形態に係るエンジン１ａにおけるトルクＴＱを算出するための制御態様について説明する。

図９に示すように、ステップＳ１３１において、ＥＣＵ２４は、ＥＧＲ弁開度ＶｅｇｒからＥＧＲ弁補正マップＭ６に基づいて補正係数Ｃｓ６を算出し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１５１において、ＥＣＵ２４は、算出した補正前トルクＴＱ０と算出した補正係数Ｃｓ１・Ｃｓ２・Ｃｓ３・Ｃｓ４・Ｃｓ５・Ｃｓ６とからトルクＴＱを算出し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

この様に構成することで、エンジン１ａが出力したトルクＴＱに応じて排出される排気流量に基づいてエンジンのトルクが算出される。また、エンジン１ａの運転環境やエンジン１ａの構成に影響されることなく影響されることなくエンジン１ａのトルクＴＱが算出される。これにより、エンジン１ａ側の状態変動による影響と負荷の変動による影響とを抑制しつつ、エンジン１ａのトルクＴＱを容易に算出することができる。

以下では、図１０と図１１とを用いて、本発明に係るエンジンの第三実施形態におけるエンジン１ｃについて説明する。エンジン１ｃは、本発明の第一実施形態に係るエンジン１または第二実施形態に係るエンジン１ｂの第２過給機を可変容量型過給機２８から構成したものである。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

図１０に示すように、可変容量型過給機２８は、タービンの流路構成を制御することで過給機の特性を変更するものである。可変容量型過給機２８は、可変ノズルベーン２９と可変ノズルベーン２９を駆動させるアクチュエータ３０とを更に具備する。

可変ノズルベーン２９は、タービン本体に対する相対角度が変更できるものである。可変ノズルベーン２９は、可変容量型過給機２８のタービン部に設けられている。可変容量型過給機２８は、アクチュエータ３０によって複数の可変ノズルベーン２９の位置を変更することにより、図１０（ａ）に示される全開状態（流通面積最大状態）から図１０（ｂ）に示される全閉状態（流通面積最小状態）に至るまでノズル開口面積を変更可能に構成されている。これにより、可変容量型過給機２８は、可変ノズルベーン２９の開度が全開状態となる場合に容量が大きい過給機の特性を備えるように構成され、全閉状態となる場合に容量が小さい過給機の特性を備えるように構成されている。つまり、可変容量型過給機２８は、可変ノズルベーン２９の位置を変更することにより、可変容量型過給機２８の特性を容量が異なる過給機の様に変更することができる。したがって、可変容量型過給機２８は、可変ノズルベーン２９の開度変更によって、排気流量が変わらない状態で、実過給機回転速度ＮＴを変更することができる。

ＥＣＵ２４は、アクチュエータ３０と接続され、可変ノズルベーン２９を任意のノズルベーン開度ＮＶに制御することが可能である。

ＥＣＵ２４には、任意のノズルベーン開度ＮＶにおけるトルクＴＱの補正係数Ｃｓ７を算出するためのノズルベーン補正マップＭ７が格納されている。つまり、ＥＣＵ２４は、エンジン１ｃの運転条件が、トルクマップＭ０を設定した際におけるエンジン１ｃの運転条件と異なる場合に補正係数Ｃｓ１から補正係数Ｃｓ７によって補正するように構成されている。

図１１に示すように、ノズルベーン補正マップＭ７は、任意のノズルベーン開度ＮＶに対する補正係数Ｃｓ７を決定するものである。ノズルベーン開度ＮＶが所定の運転条件における所定ノズルベーン開度ＮＶｓよりも大きい場合、トルクＴＱは、可変容量型過給機２８が容量の大きい過給機の特性を備えることを原因とする実過給機回転速度ＮＴの低下により減少する。従って、ノズルベーン補正マップＭ７は、ノズルベーン開度ＮＶが所定ノズルベーン開度ＮＶｓよりも大きい場合、補正係数Ｃｓ７が１よりも小さい値に設定されている。一方、ノズルベーン開度ＮＶが所定ノズルベーン開度ＮＶｓよりも小さい場合、トルクＴＱは、可変容量型過給機２８が容量の小さい過給機の特性を備えることを原因とする実過給機回転速度ＮＴの上昇により増大する。従って、ノズルベーン補正マップＭ７は、ノズルベーン開度ＮＶが所定ノズルベーン開度ＮＶｓよりも小さい場合、補正係数Ｃｓ７が１よりも大きい値に設定されている。

以下では、図１２を用いて、本発明の第三実施形態に係るエンジン１ｃにおけるトルクＴＱを算出するための制御態様について説明する。

図１２に示すように、ステップＳ１３２において、ＥＣＵ２４は、ノズルベーン開度ＮＶからノズルベーン補正マップＭ７に基づいて補正係数Ｃｓ７を算出し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１５２において、ＥＣＵ２４は、算出した補正前トルクＴＱ０と算出した補正係数Ｃｓ１・Ｃｓ２・Ｃｓ３・Ｃｓ４・Ｃｓ５・Ｃｓ６・Ｃｓ７とからトルクＴＱを算出し、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

この様に構成することで、エンジン１ｃが出力したトルクＴＱに応じて排出される排気流量に基づいてエンジン１ｃのトルクが算出される。また、エンジン１ｃの運転環境やエンジンの構成に影響されることなく影響されることなくエンジン１ｃのトルクＴＱが算出される。これにより、エンジン１ｃ側の状態変動による影響と負荷の変動による影響とを抑制しつつ、エンジン１ｃのトルクＴＱを容易に算出することができる。

１エンジン
６第１過給機
１０第２過給機
２２過給機回転速度検出センサー
Ｎ実エンジン回転速度
ＮＴ実過給機回転速度
ＮＴ０無負荷過給機回転速度
ΔＮＴ過給機回転速度の単位増加量
ΔＴＱトルクの単位増加量
ＴＱトルク

Claims

過給機と過給機回転速度検出手段を備えるエンジンであって、
任意のエンジン回転速度において、
実過給機回転速度と、無負荷状態における過給機回転速度と、過給機回転速度の単位増加量あたりのエンジンのトルク増加量とからエンジンのトルクが算出されるエンジン。
冷却水温度検出手段と、吸気温度検出手段と、大気圧検出手段と、ディーゼルパティキュレートフィルタ差圧検出手段とを更に備え、
前記エンジンのトルクが、冷却水温度と、吸気温度と、大気圧と、ディーゼルパティキュレートフィルタ差圧とに基づいて補正される請求項１に記載のエンジン。
排気を吸気に還流させるＥＧＲ装置と、還流させる排気流量を調整するＥＧＲ弁の開度検出手段とを更に備え、
前記エンジンのトルクが、ＥＧＲ弁の開度に基づいて補正される請求項１または請求項２に記載のエンジン。
前記過給機に供給される排気の一部をバイパスさせるバイパス管と、バイパス管を流れる排気流量を制御するバイパス弁を更に備え、
前記エンジンのトルクが、バイパス弁の開度に基づいて補正される請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジン。
前記過給機がベーン開度を変更することで過給機回転速度を変更する可変容量型過給機から構成され、
前記エンジンのトルクが、ベーン開度に基づいて補正される請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンジン。