JP6385841B2 - Internal combustion engine negative pressure system - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の負圧システムに関し、詳細には圧力式アクチュエータを使用して過給装置を制御する負圧システムに関する。 The present invention relates to a negative pressure system for an internal combustion engine, and more particularly to a negative pressure system that controls a supercharging device using a pressure actuator.
従来、内燃機関の過給装置のバイパス弁を開閉駆動するために、圧力式アクチュエータを使用した負圧システムが使用されている(例えば、特許文献1)。圧力式アクチュエータは、ダイヤフラムによって区画された複数の部屋を有し、各部屋に圧力制御弁を介して大気圧や、吸気通路の各部における吸気圧が供給されることによって駆動され、パイパス弁を開閉する。 Conventionally, a negative pressure system using a pressure actuator has been used to open and close a bypass valve of a supercharging device for an internal combustion engine (for example, Patent Document 1). The pressure actuator has a plurality of chambers partitioned by a diaphragm, and is driven by supplying atmospheric pressure or intake pressure in each part of the intake passage to each room via a pressure control valve, opening and closing the bypass valve. To do.
特許文献1に係る負圧システムは、吸気通路の様々な個所から様々な値の吸気圧を取得し、これらを圧力式アクチュエータ毎に選択して供給するため、配管構造が複雑になるという問題がある。この問題に対して、負圧ポンプを有し、ブレーキブースタに負圧を供給する負圧供給装置から負圧を取得し、圧力制御弁を介して各圧力式アクチュエータに供給する構造とする解決策が考えられる。この場合、圧力源が共通化されるため、配管構造が簡素になる。
Since the negative pressure system according to
このようにした場合、圧力式アクチュエータと負圧ポンプとを繋ぐ配管に漏れがあると、ブレーキブースタに供給される負圧が低下し、ブレーキブースタの作動が損なわれる虞がある。この問題は、負圧ポンプと圧力式アクチュエータとを繋ぐ配管に絞り部を設け、圧力式アクチュエータ側の漏れがブレーキブースタに与える影響を小さくすることで解決することができる。このような負圧供給装置において、絞り部より圧力式アクチュエータ側部分の漏れを圧力式アクチュエータの作動によって変化する状態パラメータに基づいて検知する場合がある。この場合、絞り部より圧力式アクチュエータ側部分の漏れは、圧力式アクチュエータの作動にしか影響を与えないため、圧力式アクチュエータが駆動されるまで漏れ等の異常を検知することができず、例えば圧力式アクチュエータが内燃機関の高負荷運転時等の発生頻度が比較的少ない状態でのみ駆動される場合、漏れを検知するまでに時間を要することになる。 In this case, if there is a leak in the pipe connecting the pressure actuator and the negative pressure pump, the negative pressure supplied to the brake booster may be reduced, and the operation of the brake booster may be impaired. This problem can be solved by providing a throttle portion in the pipe connecting the negative pressure pump and the pressure actuator to reduce the influence of leakage on the pressure actuator side on the brake booster. In such a negative pressure supply device, there is a case in which leakage from the throttle portion on the side of the pressure actuator is detected based on a state parameter that changes due to the operation of the pressure actuator. In this case, the leakage on the side of the pressure actuator from the restrictor only affects the operation of the pressure actuator, so that an abnormality such as leakage cannot be detected until the pressure actuator is driven. When the type actuator is driven only in a state where the occurrence frequency is relatively low, such as during high-load operation of the internal combustion engine, it takes time to detect a leak.
本発明は、以上の背景を鑑み、内燃機関の負圧システムにおいて、漏れが生じた場合にブレーキブースタへの影響を小さくすると共に、漏れの早期検知を可能にすることを課題とする。 In view of the above background, it is an object of the present invention to reduce the influence on a brake booster when a leak occurs in a negative pressure system of an internal combustion engine, and to enable early detection of the leak.
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関(1)の負圧システム(100)であって、負圧源(81)と、前記負圧源に接続されると共に、ブレーキブースタ(86)に接続された主通路(84)と、前記主通路から分岐した第1分岐通路(87A)、前記第1分岐通路から分岐した複数の第2分岐通路(87B、87C)、及び前記第1分岐通路に設けられた絞り部(97)を備えた少なくとも1つの副通路(87)と、過給装置(12)を制御するために、前記第2分岐通路のそれぞれに接続された複数の圧力式アクチュエータ(32、66)と、前記第2分岐通路のそれぞれに設けられ、前記圧力式アクチュエータへの負圧の供給を制御する複数の圧力制御弁(91、94)とを有し、前記副通路のそれぞれは、前記内燃機関が低負荷域運転状態のときに前記圧力式アクチュエータに負圧を供給する前記圧力制御弁(91)を少なくとも1つ含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention is a negative pressure system (100) of an internal combustion engine (1), which is connected to a negative pressure source (81), the negative pressure source, and a brake booster (86). ) Connected to the main passage (84), a first branch passage (87A) branched from the main passage, a plurality of second branch passages (87B, 87C) branched from the first branch passage, and the first A plurality of pressures connected to each of the second branch passages to control the supercharger (12) and at least one sub-passage (87) provided with a throttle (97) provided in the branch passages Actuators (32, 66) and a plurality of pressure control valves (91, 94) provided in each of the second branch passages for controlling the supply of negative pressure to the pressure actuators. In each of the passages, the internal combustion engine It said pressure control valve for supplying a negative pressure to the pressure actuator when the load range operating state (91), characterized in that it comprises at least one.
この構成によれば、副通路の絞り部よりも圧力制御弁側に圧力漏れが発生しても、主通路の圧力低下が抑制され、ブレーキブースタの作動への影響が小さくなる。また、絞り部が副通路の第1分岐通路に設けられているため、副通路における絞り部と圧力制御弁との間の部分に圧力漏れが生じている場合、第2分岐通路のいずれに接続された圧力式アクチュエータも負圧の供給を受けることができず作動不能になる。そして、副通路に接続された少なくとも1つの圧力式アクチュエータは、自動車の運転初期に発生する低負荷運転状態において作動するべきものであるため、運転初期において内燃機関の実際の状態と通常あるべき状態との間に差が生じる。そのため、生じる差を検出することによって、運転初期において異常を早期に検出することができる。 According to this configuration, even if a pressure leak occurs on the pressure control valve side of the throttle portion of the sub-passage, the pressure drop in the main passage is suppressed, and the influence on the operation of the brake booster is reduced. In addition, since the throttle portion is provided in the first branch passage of the sub-passage, if there is a pressure leak in the portion of the sub-passage between the throttle portion and the pressure control valve, it is connected to any of the second branch passages The pressure-type actuator thus made cannot receive the negative pressure and becomes inoperable. The at least one pressure-type actuator connected to the sub-passage should operate in a low-load operation state that occurs in the initial operation of the automobile. A difference occurs between Therefore, the abnormality can be detected early in the initial operation by detecting the difference that occurs.
また、上記の発明において、前記副通路のそれぞれは、前記内燃機関が高負荷運転状態のときに前記圧力式アクチュエータに負圧を供給する前記圧力制御弁(94)を少なくとも1つ含むとよい。 In the above invention, each of the sub passages may include at least one pressure control valve (94) for supplying a negative pressure to the pressure actuator when the internal combustion engine is in a high load operation state.
この構成によれば、1つの副通路に接続される2つの圧力制御弁が、それぞれ圧力式アクチュエータに負圧を供給するタイミングが異なるため、第1分岐通路に絞り部があっても各圧力式アクチュエータに供給する負圧が不足することが防止される。 According to this configuration, the two pressure control valves connected to one sub-passage have different timings for supplying negative pressure to the pressure-type actuators. Insufficient negative pressure supplied to the actuator is prevented.
また、上記の発明において、前記内燃機関の気筒(3)に供給される吸気圧を検出する吸気圧センサ(16)と、前記吸気圧センサによって検出された吸気圧と、前記内燃機関の運転状態及び前記圧力制御弁の作動状態に対応して予め設定された吸気圧の正常値との比較によって異常を検出する異常診断手段(99)とを更に有するとよい。 In the above invention, the intake pressure sensor (16) for detecting the intake pressure supplied to the cylinder (3) of the internal combustion engine, the intake pressure detected by the intake pressure sensor, and the operating state of the internal combustion engine And an abnormality diagnosing means (99) for detecting an abnormality by comparison with a normal value of the intake pressure set in advance corresponding to the operating state of the pressure control valve.
この構成によれば、吸気圧に基づいて負圧システムの異常を検出することができる。 According to this configuration, an abnormality in the negative pressure system can be detected based on the intake pressure.
また、上記の発明において、前記過給装置は、高圧段タービン(21A)及び高圧段コンプレッサ(21B)を備えた高圧段過給装置(21)と、低圧段タービン(22A)及び低圧段コンプレッサ(22B)を備え、前記高圧段過給装置に対して直列に接続された低圧段過給装置(22)と、前記高圧段タービンに設けられ、タービンブレード(25)に供給される排気圧力を変化させる可変ノズル機構(30)と、前記高圧段タービンを迂回するバイパス通路(44)に設けられた高圧段タービンバイパスバルブ(45)と、前記低圧段タービンを迂回するバイパス通路(51)に設けられた低圧段タービンバイパスバルブ(52)と、前記高圧段コンプレッサを迂回するバイパス通路(64)に設けられた高圧段コンプレッサバイパスバルブ(65)とを有し、前記圧力式アクチュエータは、前記可変ノズル機構を駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第1圧力式アクチュエータ(32)と、前記高圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第2圧力式アクチュエータ(46)と、前記低圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第3圧力式アクチュエータ(54)と、前記高圧段コンプレッサバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第4圧力式アクチュエータ(66)とを有し、前記副通路は、前記第1圧力式アクチュエータ及び前記第4圧力式アクチュエータに接続された第1副通路(87)と、前記第2圧力式アクチュエータ及び前記第3圧力式アクチュエータに接続された第2副通路(88)とを有するとよい。 In the above invention, the supercharging device includes a high pressure stage turbocharger (21) including a high pressure stage turbine (21A) and a high pressure stage compressor (21B), a low pressure stage turbine (22A), and a low pressure stage compressor ( 22B), and a low-pressure stage supercharger (22) connected in series to the high-pressure stage supercharger, and an exhaust pressure supplied to the turbine blade (25) provided in the high-pressure stage turbine is changed. A variable nozzle mechanism (30) to be provided, a high-pressure turbine bypass valve (45) provided in a bypass passage (44) bypassing the high-pressure turbine, and a bypass passage (51) bypassing the low-pressure turbine. The low pressure turbine bypass valve (52) and the high pressure compressor bypass provided in the bypass passage (64) bypassing the high pressure compressor A first pressure actuator (32) that consumes more negative pressure in a low-load operation state than in a high-load operation state so as to drive the variable nozzle mechanism. ), A second pressure actuator (46) having a larger negative pressure consumption in a low load operation state than in a high load operation state, and the low pressure stage turbine bypass valve to drive the high pressure stage turbine bypass valve. In order to drive, the third pressure actuator (54), which consumes a lot of negative pressure in the high load operation state than in the low load operation state, and the high pressure compressor bypass valve to drive the higher pressure compressor bypass valve than in the low load operation state. A fourth pressure actuator (66) that consumes a large amount of negative pressure during a high load operation state, and the sub-passage includes the first pressure actuator and the fourth pressure actuator. The first and the auxiliary passage (87) that 4 connected to a pressure actuator, a second may have a sub-passage (88) connected to said second pressure actuator, and the third pressure actuator.
この構成によれば、多段過給装置を制御するために多くの圧力式アクチュエータを使用する負圧システムにおいても、漏れが生じた場合にブレーキブースタへの影響を小さくすると共に、漏れの早期検知を可能にすることができる。 According to this configuration, even in a negative pressure system that uses a large number of pressure actuators to control the multistage turbocharger, the effect on the brake booster is reduced when leakage occurs, and early detection of leakage is performed. Can be possible.
以上の構成によれば、内燃機関の負圧供給装置において、漏れが生じた場合にブレーキブースタへの影響を小さくすると共に、漏れの早期検知が可能になる。 According to the above configuration, in the negative pressure supply device for an internal combustion engine, when leakage occurs, the influence on the brake booster is reduced, and early detection of leakage is possible.
以下、図面を参照して、本発明に係る負圧システムを自動車の多段過給装置を備えた内燃機関に適用した実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment in which a negative pressure system according to the present invention is applied to an internal combustion engine equipped with a multistage supercharging device for an automobile will be described in detail with reference to the drawings.
図1に示すように、自動車の内燃機関1は、内燃機関本体2を有している。内燃機関本体2は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであってよく、シリンダブロックやシリンダヘッド等から構成され、内部に気筒3を有している。
As shown in FIG. 1, an
内燃機関本体2には、気筒3に連続する吸気ポート4及び排気ポート5が形成されている。吸気ポート4は内燃機関本体2の一方の側面に開口し、排気ポート5は内燃機関本体2の他方の側面に開口している。内燃機関本体2の一方の側面には吸気装置7が結合され、内燃機関本体2の他方の側面には排気装置8が結合されている。
In the internal
吸気装置7は、吸気ポート4と共に気筒3に連通する一連の吸気通路11を形成する。吸気装置7は、上流側から順に、エアインレット、エアクリーナ、多段過給装置12の吸気側部分、インタークーラ13、スロットルバルブ14、吸気マニホールド15を直列に有し、吸気マニホールド15において吸気ポート4に接続されている。吸気装置7の多段過給装置12の吸気側部分よりも下流側(気筒3側)には、この部分の吸気圧を検出する吸気圧センサ16が設けられている。本実施形態では、スロットルバルブ14と吸気マニホールド15の間に、吸気圧センサ16が設けられている。
The
排気装置8は、排気ポート5と共に気筒3に連通する一連の排気通路17を形成する。排気通路17は、上流側から順に、排気マニホールド18、多段過給装置12の排気側部分、触媒コンバータ、マフラー、排気出口を有し、排気マニホールド18において排気ポート5に接続されている。
The
多段過給装置12は、高圧段過給装置21と、低圧段過給装置22とを備え、シーケンシャルターボチャージャシステムを構成している。高圧段過給装置21は高圧段タービン21A及び高圧段コンプレッサ21Bを有し、低圧段過給装置22は低圧段タービン22A及び低圧段コンプレッサ22Bを有する。
The
高圧段過給装置21は、高圧段シャフト24によって同軸かつ一体回転するように連結された高圧段タービンブレード25及び高圧段コンプレッサブレード26と、高圧段タービンブレード25を収容する高圧段タービンハウジング27と、高圧段コンプレッサブレード26を収容する高圧段コンプレッサハウジング28と、高圧段タービンハウジング27と高圧段コンプレッサハウジング28とを連結すると共に高圧段シャフト24を回転可能に支持する高圧段ベアリングハウジング29とを備えている。
The high-pressure
高圧段過給装置21は、高圧段タービンハウジング27に可変ノズル機構30を有する可変ノズルターボチャージャ(Variable Nozzle Turbo: VNT)である。可変ノズル機構30は、高圧段タービンハウジング27にそれぞれ回転可能に支持された複数の可変ノズルベーン30Aと、各可変ノズルベーン30Aに結合されたリンク部材30Bとを有する。複数の可変ノズルベーン30Aは、高圧段シャフト24の軸線を中心とした円周上に、それぞれの回転軸線が高圧段シャフト24の軸線と平行になり、かつ先端側が高圧段タービンハウジング27の径方向内側を向くように配置されている。リンク部材30Bは、例えば円環形状に形成され、高圧段シャフト24の軸線と同軸に配置されている。リンク部材30Bが変位(回転)することによって、各可変ノズルベーン30Aの向きが変化し、各可変ノズルベーン間に形成される排気の流路断面積が変化する。可変ノズルベーン30Aは、例えば、エンジン回転数が低い場合に流路断面積を絞る(閉じる)ことによって、排気圧力(排気流速)を大きくして過給効率を高め、エンジン回転数が高い場合に流路断面積を広げる(開く)ことによって排気圧力(排気流速)を下げて排気抵抗を低減する。リンク部材30Bは、第1アクチュエータ32(VNTアクチュエータ)によって駆動される。可変ノズル機構30は、排気を制御するバルブの一種であるため、以下の説明ではバルブ30と記載する場合がある。
The high-pressure
低圧段過給装置22は、低圧段シャフト33によって同軸かつ一体回転するように連結された低圧段タービンブレード34及び低圧段コンプレッサブレード35と、低圧段タービンブレード34を収容する低圧段タービンハウジング36と、低圧段コンプレッサブレード35を収容する低圧段コンプレッサハウジング37と、低圧段タービンハウジング36と低圧段コンプレッサハウジング37とを連結すると共に低圧段シャフト33を回転可能に支持する低圧段ベアリングハウジング38とを備えている。低圧段タービンハウジング36は高圧段タービンハウジング27よりも容積が大きく、低圧段コンプレッサハウジング37は高圧段コンプレッサハウジング28よりも容積が大きい。
The low-pressure
高圧段タービンハウジング27の排気入口は、第1排気通路41によって排気マニホールド18と接続されている。高圧段タービンハウジング27の排気出口は、排気連結通路42によって低圧段タービンハウジング36の排気入口に接続されている。低圧段タービンハウジング36の排気出口は、第2排気通路43によって触媒コンバータに接続されている。
The exhaust inlet of the high-
第1排気通路41と排気連結通路42とは、高圧段タービン21Aを迂回するタービンバイパス通路44によって互いに接続されている。タービンバイパス通路44には、タービンバイパス通路44を開閉するタービンバイパスバルブ45(TBV)が設けられている。タービンバイパスバルブ45は、スイングバルブであり、第2アクチュエータ46(TBVアクチュエータ)によって開閉駆動される。
The
排気連結通路42と第2排気通路43とは、低圧段タービン22Aを迂回するウェイストゲート通路51によって互いに接続されている。ウェイストゲート通路51には、ウェイストゲート通路51を開閉するウェイストゲートバルブ52(WGV)が設けられている。ウェイストゲートバルブ52は、スイングバルブであり、第3アクチュエータ46(WGVアクチュエータ)によって開閉駆動される。
The
低圧段コンプレッサハウジング37の吸気入口は、第1吸気通路61によってエアクリーナに接続されている。低圧段コンプレッサハウジング37の吸気出口は、吸気連結通路62によって高圧段コンプレッサハウジング28の吸気入口に接続されている。高圧段コンプレッサハウジング28の吸気出口は、第2吸気通路63によってインタークーラ13に接続されている。
An intake inlet of the low-
吸気連結通路62と第2吸気通路63とは、高圧段コンプレッサ21Bを迂回するコンプレッサバイパス通路64によって互いに接続されている。コンプレッサバイパス通路64には、コンプレッサバイパス通路64を開閉するコンプレッサバイパスバルブ65(CBV)が設けられている。コンプレッサバイパスバルブ65は、スイングバルブであり、第4アクチュエータ66(CBVアクチュエータ)によって開閉駆動される。
The
可変ノズル機構30を駆動する第1アクチュエータ32と、タービンバイパスバルブ45を駆動する第2アクチュエータ46と、ウェイストゲートバルブ52を駆動する第3アクチュエータ54と、コンプレッサバイパスバルブ65を駆動する第4アクチュエータ66とは、それぞれ圧力式アクチュエータである。各アクチュエータ32、46、54、66は、同様の構成を有するため、以下に第1アクチュエータ32の構成について説明し、他のアクチュエータ46、54、66の説明を省略する。
A
図2に示すように、第1アクチュエータ32は、内室を有する中空の本体71と、本体71の内室を大気圧室72と圧力室73とに区画する隔壁74と、隔壁74に結合された基端と、本体71から突出して作動対象に接続される先端とを備えた駆動軸75とを有する。
As shown in FIG. 2, the
隔壁74は、本体71内において変位可能であり、大気圧室72及び圧力室73の圧力差に応じて大気圧室72及び圧力室73の体積を変化させる。本実施形態では、隔壁74は可撓性を有するダイヤフラムであり、縁部が本体71に結合されている。他の実施形態では、隔壁74は本体71の内室に摺動可能に設けられたピストンであってもよい。
The
駆動軸75は、隔壁74に結合された基端から大気圧室72内を通過して本体71の外方に突出している。本体71は、本体71の外面から大気圧室72に延びる貫通孔である呼吸孔77を有している。呼吸孔77によって大気圧室72は大気圧に維持される。また、本体71は、本体71の外面から圧力室73に延びる貫通孔である圧力供給孔78を有している。各アクチュエータ32、46、54、66の各圧力供給孔78は以下に説明する負圧供給装置80に接続されている。
The
圧力室73には、隔壁74を大気圧室72側に付勢する付勢部材79が設けられている。本実施形態では、付勢部材79は圧縮コイルばねであり、隔壁74の圧力室73側部分に当接した一端と、本体71の隔壁74と対向する部分に当接した他端とを有している。付勢部材79により、圧力室73に大気圧が供給された初期状態では、隔壁74は大気圧室側に位置し、駆動軸75は最も突出した位置にある。圧力供給孔78を介して圧力室73に負圧が供給されると、隔壁74は付勢部材79の付勢力に抗して圧力室73側に移動し、駆動軸75の突出長さが小さくなる。
The
図1に示すように、負圧供給装置80は、負圧源としての負圧ポンプ81を有する。負圧ポンプ81は、公知の負圧ポンプ(真空ポンプ)であり、本実施形態では内燃機関本体2のクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと自身の駆動軸が連結され、カムシャフトの回転力を受けて負圧を発生する。
As shown in FIG. 1, the negative
負圧ポンプ81には主通路84が接続されている。主通路84は、負圧ポンプ81の吸引作用によって負圧となる。主通路84には、一方向弁85を介してブレーキブースタ86(倍力装置)が接続されている。ブレーキブースタ86は、公知のブレーキブースタであり、供給される負圧を利用して、乗員によるブレーキペダルの踏み込みをアシストする。一方向弁85はブレーキブースタ86側から主通路84側への気体の流れを許容する一方、逆の流れを阻止する。
A
主通路84には、第1副通路87及び第2副通路88が接続されている。第1副通路87は、主通路84から分岐した第1分岐通路87Aと、第1分岐通路87Aから分岐した2つの第2分岐通路87B、87Cとを有する。同様に、第2副通路88は、主通路84から分岐した第1分岐通路88Aと、第1分岐通路88Aから分岐した2つの第2分岐通路88B、88Cとを有する。第1副通路87の一方の第2分岐通路87Bの端部は第1アクチュエータ32の圧力供給孔78に接続され、他方の第2分岐通路87Cの端部は第4アクチュエータ66の圧力供給孔78に接続されている。第2副通路88の一方の第2分岐通路88Bの端部は第2アクチュエータ46の圧力供給孔78に接続され、他方の第2分岐通路88Cの端部は第3アクチュエータ54の圧力供給孔78に接続されている。
A
第2分岐通路87Bには第1圧力制御弁91が設けられ、第2分岐通路88Bには第2圧力制御弁92が設けられ、第2分岐通路88Cには第3圧力制御弁93が設けられ、第2分岐通路87Cには第4圧力制御弁94が設けられている。第1〜第3圧力制御弁91〜93は、主通路84側から供給される元圧(負圧)と大気圧とが入力され、元圧から大気圧の間の任意の値に調圧された圧力を出力として各アクチュエータ32、46、54側に供給するEVRV(Electric Vacuum Regulating Valve、またはリニアソレノイドバルブ)である。第4圧力制御弁94は、主通路84側から供給される元圧(負圧)と大気圧とが入力され、元圧又は大気圧を第4アクチュエータ66側に供給するVSV(Vacuum Switching Valve)である。各圧力制御弁91〜94は、ECU95によって制御され、各アクチュエータ32、46、54、66に指令に応じた圧力を供給する。ECU95は、後述するように内燃機関1の運転状態に応じて圧力制御弁91〜94への指令信号を生成する。
A first
各アクチュエータ32、46、54、66は、第1〜第4圧力制御弁91〜94から大気圧が供給されたときに、駆動軸75の突出長さが最大になり、第1〜第4圧力制御弁91〜94から負圧が供給されたときに駆動軸75の突出長さが小さくなる。駆動軸75の突出長さが最大となるときをアクチュエータ32、46、54、66の初期状態とし、突出長さが最小となるときを最駆動状態とする。第1〜第3圧力制御弁91〜93は、第1〜第3アクチュエータ32、46、54に供給する負圧の大きさを調整可能であるため、第1〜第3アクチュエータ32、46、54は初期状態と最駆動状態との間の任意の駆動状態となることができる。一方、第4圧力制御弁91〜93は、第4アクチュエータ66に供給可能な圧力が元圧と大気圧の2つのみであるため、第4アクチュエータ66は初期状態及び最駆動状態の2つの状態となることができる。
When the atmospheric pressure is supplied from the first to fourth
可変ノズル機構30では、第1アクチュエータ32が初期状態であるときに各可変ノズルベーン30A間の流路断面積が最大となり、第1アクチュエータ32が最駆動状態であるときに各可変ノズルベーン30A間の流路断面積が最小となる。タービンバイパスバルブ45は、第2アクチュエータ46が初期状態であるときに全開となり、第2アクチュエータ46が最駆動状態であるときに全閉となる。ウェイストゲートバルブ52は、第3アクチュエータ54が初期状態であるときに全閉となり、第2アクチュエータ54が最駆動状態であるときに全開となる。コンプレッサバイパスバルブ65は、第4アクチュエータ66が初期状態であるときに全閉となり、第4アクチュエータ66が最駆動状態であるときに全開となる。
In the
図3は、内燃機関1の運転状態、各アクチュエータ32、46、54、66の負圧消費量、各バルブ30、45、52、65の開度を示す図である。図3に示すように、可変ノズル機構30は、エンジン回転数が低い内燃機関1の低負荷運転状態で開度を小さくし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくし、エンジン回転数が高い内燃機関1の高負荷運転状態で開度を全開にする。可変ノズル機構30の作動によって、多段過給装置12に供給される排気圧が低い低負荷運転状態では、可変ノズルベーン30A間の流路が絞られて高圧段タービンブレード25に供給される排気圧力が増加し、排気圧が高い高負荷運転状態では、可変ノズルベーン30A間の流路が開かれて高圧段タービンブレード25に供給される排気圧力が低下する。可変ノズル機構30の作動を行うために、第1アクチュエータ32は、低負荷運転状態で負圧消費量が多くなり、高負荷運転状態で負圧消費量が少なくなる。
FIG. 3 is a diagram showing the operating state of the
タービンバイパスバルブ45は、内燃機関1の低負荷運転状態で開度を全閉にし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくし、内燃機関1の高負荷運転状態で開度を全開にする。タービンバイパスバルブ45の作動によって、排気圧が低い低負荷運転状態では、タービンバイパス通路44が閉じられて排気の全量が高圧段タービン21Aを通過する。その後、運転状態が高負荷に変化すると、タービンバイパスバルブ45によってタービンバイパス通路44が開かれ、排気の大部分が高圧段タービン21Aを迂回して低圧段タービン22Aに直接に流れる。これにより、排気圧が高い状態では、高圧段過給装置21よりも低圧段過給装置22が使用される。タービンバイパスバルブ45は初期状態において全開であるため、第2アクチュエータ46は、タービンバイパスバルブ45の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が多くなり、高負荷運転状態で負圧消費量が少なくなる。
The
ウェイストゲートバルブ52は、内燃機関1の低負荷運転状態で開度を全閉にし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくする。ウェイストゲートバルブ52の作動によって、排気圧が低い低負荷運転状態では、ウェイストゲート通路51が閉じられて排気の全量が低圧段タービン22Aを通過する。その後、運転状態が高負荷に変化すると、ウェイストゲートバルブ52によってウェイストゲート通路51が開かれ、排気の一部が低圧段タービン22Aを迂回して下流側に流れるようになる。これにより、過給圧の制御が可能になると共に、低圧段過給装置22の過回転が防止される。ウェイストゲートバルブ52は初期状態において全閉であるため、第3アクチュエータ54は、ウェイストゲートバルブ52の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が少なくなり、高負荷運転状態で負圧消費量が多くなる。
The
コンプレッサバイパスバルブ65は、内燃機関1の低負荷運転状態で開度を全閉にし、内燃機関1の高負荷運転状態で開度を全開にする。コンプレッサバイパスバルブ65の作動によって、低負荷運転状態ではコンプレッサバイパス通路64が閉じられて吸気の全量が高圧段コンプレッサ21Bを通過し、高負荷運転状態ではコンプレッサバイパス通路64が開かれて吸気の大部分が高圧段コンプレッサ21Bを迂回して流れる。これにより、高圧段コンプレッサ21Bが吸気抵抗となることが防止される。コンプレッサバイパスバルブ65は初期状態において全閉であるため、第4アクチュエータ66は、コンプレッサバイパスバルブ65の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が少なくなり、高負荷運転状態で負圧消費量が多くなる。
The
第1及び第2副通路87、88の第1分岐通路87A、88Aには、それぞれ絞り部97が設けられている。絞り部97は、第1分岐通路87A、88Aの内径よりも小さい内径を有する。絞り部97は、第1分岐通路87A、88Aを形成する管部材と一体に形成されてもよく、管部材に対して別体に形成された部品を管部材に組み込むことによって形成されてもよい。
The
絞り部97は、各副通路87、88の絞り部97よりも第2分岐通路87B、87C、88B、88C側が破損して大気圧になる場合に、絞り部97よりも主通路84側の負圧に与える影響を小さくする目的で設けられている。絞り部97の内径は、各副通路87、88の主通路側がブレーキブースタ86の作動を可能にする圧力以上に維持されるように設定されているとよい。また、絞り部97の内径は、各アクチュエータ32、46、54、66の応答時間を考慮して設定されるとよい。
When the
以上のように、内燃機関1の多段過給装置12を制御するための負圧システム100は、各アクチュエータ32、46、54、66と、負圧ポンプ81、主通路84、第1及び第2副通路87、88、及び第1〜第4圧力制御弁91〜94を含む負圧供給装置80とによって構成される。
As described above, the
ECU95は、負圧供給装置80の異常を検出する異常診断部99を有する。異常診断部99は、内燃機関1の状態量に応じて予め設定された吸気圧の正常値のマップを有する。内燃機関1の状態量は、エンジン回転数や燃料噴射量、アクセルペダル踏込量や、車速等を含む。本実施形態では、状態量としてエンジン回転数及び燃料噴射量が採用され、これらに対して吸気圧の正常値が設定されている。なお、各バルブ30、45、52、65は、内燃機関1の状態量に応じて制御されるため、吸気圧の正常値のマップは各バルブ30、45、52、65の作動を考慮したものとなっている。
The
異常診断部99は、マップを参照して内燃機関1の状態量に基づいて吸気圧の正常値を取得し、吸気圧の正常値と、吸気圧センサ16によって検出された吸気圧との比較によって、負圧供給装置80の異常を検出する。例えば、異常診断部99は、吸気圧の正常値と、実際の吸気圧との差が所定値以上の場合に異常が生じていると判断する。この判断手法は、通常であれば作動するべき各バルブ30、45、52、65のいずれかが圧力漏れや固着等によって作動しない場合、吸気圧の正常値と実際の吸気圧との間に所定値以上の差が生じることに基づいている。
The
異常診断部99は、内燃機関1の運転状態に関わらず、主通路84の異常、第1副通路87の第1及び第4圧力制御弁91、94よりも主通路側部分の異常、第2副通路88の第2及び第3圧力制御弁92、93よりも主通路側部分の異常を検出することができる。また、異常診断部99は、内燃機関1の運転状態が低負荷領域の場合、第1圧力制御弁91の異常、第1副通路87における第1圧力制御弁91と第1アクチュエータ32との間の部分の異常、第1アクチュエータ32の異常、可変ノズル機構30の異常、第2圧力制御弁92の異常、第2副通路88における第2圧力制御弁92と第2アクチュエータ46との間の部分の異常、第2アクチュエータ46の異常、タービンバイパスバルブ45の異常を更に検出することができる。また、異常診断部99は、内燃機関1の運転状態が高負荷領域の場合、第4圧力制御弁94の異常、第1副通路87における第4圧力制御弁94と第4アクチュエータ66との間の部分の異常、第4アクチュエータ66の異常、コンプレッサバイパスバルブ65の異常、第3圧力制御弁93の異常、第2副通路88における第3圧力制御弁93と第3アクチュエータ54との間の部分の異常、第3アクチュエータ54の異常、ウェイストゲートバルブ52の異常を更に検出することができる。ここでの各通路の異常は圧力漏れを伴う破損を含み、各バルブや各圧力制御弁の異常は圧力漏れを伴う破損や固着等による作動不良を含む。
The
以上のように構成した実施形態に係る負圧システム100の効果について説明する。負圧システム100では、絞り部97が第1及び第2副通路87、88の第1分岐通路87A、88Aに設けられているため、各副通路87、88の絞り部97よりも第2分岐通路側に圧力漏れが発生しても、主通路84の圧力低下が抑制され、ブレーキブースタ86の作動への影響が小さくなる。
The effect of the
また、絞り部97が第1副通路87の第1分岐通路87Aに設けられているため、副通路87における絞り部97と第1及び第4圧力制御弁91、94との間の部分に圧力漏れが生じている場合、第1及び第4アクチュエータ32、66のいずれも負圧の供給を受けることができず作動不能になる。そして、第1圧力式アクチュエータが、自動車の運転初期に発生する低負荷運転状態において作動するものであるため、運転初期において想定される吸気圧と、実際の吸気圧との間に差が生じ、異常診断部99によって検出される。そのため、運転初期において異常を早期に検出することができる。仮に、第1副通路87に後負荷運転状態時に負圧を消費する第3アクチュエータ54及び第4アクチュエータ66のみが接続されていると、低負荷運転状態である運転初期には、副通路87における絞り部97と第1及び第4圧力制御弁91、94との間の部分に圧力漏れは異常診断部99によって検知することができない。なお、第2副通路88についても第1副通路87と同様の効果を奏する。
Further, since the
第1副通路87に接続された第1及び第4圧力制御弁91、94は、各アクチュエータ32、66に負圧を供給するタイミングが異なるため、第1分岐通路87Aに絞り部97があっても各アクチュエータ32、66に供給する負圧が不足することが防止される。なお、第2副通路88についても第1副通路87と同様の効果を奏する。
The first and fourth
内燃機関1が低負荷運転状態のときに、負圧を供給する第1及び第2圧力制御弁91、92が第1及び第2副通路87、88に分散されて配置されているため、絞り部97があっても各アクチュエータ32、46に供給する負圧が不足することが防止される。なお、第3及び第4圧力制御弁93、94についても同様の効果を奏する。
When the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、2つの副通路87、88を有する負圧システム100の例を示したが、副通路の数はアクチュエータの数に応じて任意の数にすることができる。また、副通路87、88に設ける第2分岐通路の数は2以上の任意の数であればよい。
Although the description of the specific embodiment is finished as described above, the present invention is not limited to the above embodiment and can be widely modified. For example, in the above-described embodiment, the example of the
1 :内燃機関
12 :多段過給装置
16 :吸気圧センサ
21 :高圧段過給装置
21A :高圧段タービン
21B :高圧段コンプレッサ
22 :低圧段過給装置
22A :低圧段タービン
22B :低圧段コンプレッサ
30 :可変ノズル機構
32 :第1アクチュエータ
44 :タービンバイパス通路
45 :タービンバイパスバルブ
46 :第2アクチュエータ
51 :ウェイストゲート通路
52 :ウェイストゲートバルブ
54 :第3アクチュエータ
64 :コンプレッサバイパス通路
65 :コンプレッサバイパスバルブ
66 :第4アクチュエータ
80 :負圧供給装置
81 :負圧ポンプ(負圧源)
92 :第2圧力制御弁
84 :主通路
86 :ブレーキブースタ
87、88 :副通路
87A、88A :第1分岐通路
87B、87C、88B、88C :第2分岐通路
91〜94 :圧力制御弁
95 :ECU
97 :絞り部
99 :異常診断部
100 :負圧システム
1: Internal combustion engine 12: Multi-stage turbocharger 16: Intake pressure sensor 21: High-
92: Second pressure control valve 84: Main passage 86:
97: Restriction part 99: Abnormality diagnosis part 100: Negative pressure system
Claims (4)
負圧源と、
前記負圧源に接続されると共に、ブレーキブースタに接続された主通路と、
前記主通路から分岐した第1分岐通路、前記第1分岐通路から分岐した複数の第2分岐通路、及び前記第1分岐通路に設けられた絞り部を備えた少なくとも1つの副通路と、
過給装置を制御するために、前記第2分岐通路のそれぞれに接続された複数の圧力式アクチュエータと、
前記第2分岐通路のそれぞれに設けられ、前記圧力式アクチュエータへの負圧の供給を制御する複数の圧力制御弁とを有し、
前記副通路のそれぞれは、前記内燃機関が低負荷域運転状態のときに前記圧力式アクチュエータに負圧を供給する前記圧力制御弁を少なくとも1つ含むことを特徴とする内燃機関の負圧システム。 A negative pressure system for an internal combustion engine,
A negative pressure source,
A main passage connected to the negative pressure source and connected to a brake booster;
A first branch passage branched from the main passage, a plurality of second branch passages branched from the first branch passage, and at least one sub-passage provided with a throttle portion provided in the first branch passage;
A plurality of pressure actuators connected to each of the second branch passages to control the supercharging device;
A plurality of pressure control valves provided in each of the second branch passages for controlling supply of negative pressure to the pressure actuator;
Each of the sub passages includes at least one pressure control valve for supplying a negative pressure to the pressure actuator when the internal combustion engine is in a low load region operation state.
前記吸気圧センサによって検出された吸気圧と、前記内燃機関の運転状態及び前記圧力制御弁の作動状態に対応して予め設定された吸気圧の正常値との比較によって異常を検出する異常診断手段とを更に有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の負圧システム。 An intake pressure sensor for detecting an intake pressure supplied to a cylinder of the internal combustion engine;
Abnormality diagnosis means for detecting an abnormality by comparing the intake pressure detected by the intake pressure sensor with a normal value of the intake pressure set in advance corresponding to the operating state of the internal combustion engine and the operating state of the pressure control valve The negative pressure system for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising:
前記圧力式アクチュエータは、前記可変ノズル機構を駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第1圧力式アクチュエータと、前記高圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第2圧力式アクチュエータと、前記低圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第3圧力式アクチュエータと、前記高圧段コンプレッサバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第4圧力式アクチュエータとを有し、
前記副通路は、前記第1圧力式アクチュエータ及び前記第4圧力式アクチュエータに接続された第1副通路と、前記第2圧力式アクチュエータ及び前記第3圧力式アクチュエータに接続された第2副通路とを有することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つの項に記載の内燃機関の負圧システム。 The supercharger comprises a high-pressure stage turbocharger comprising a high-pressure stage turbine and a high-pressure stage compressor, and a low-pressure stage supercharger comprising a low-pressure stage turbine and a low-pressure stage compressor and connected in series to the high-pressure stage supercharger. A variable nozzle mechanism that is provided in the high-pressure turbine and changes exhaust pressure supplied to the turbine blades, a high-pressure turbine bypass valve that is provided in a bypass passage that bypasses the high-pressure turbine, and the low-pressure A low pressure turbine bypass valve provided in a bypass passage that bypasses the stage turbine, and a high pressure compressor bypass valve provided in a bypass passage that bypasses the high pressure compressor,
In order to drive the variable nozzle mechanism, the pressure actuator drives the first pressure actuator that consumes a larger amount of negative pressure in the low load operation state than in the high load operation state, and the high pressure turbine bypass valve. Therefore, in order to drive the second pressure actuator, which consumes a lot of negative pressure in a low load operation state than in a high load operation state, and the low pressure turbine bypass valve, a higher load operation state than in a low load operation state. A third pressure actuator that sometimes consumes a negative pressure, and a fourth pressure actuator that consumes a lot of negative pressure in a high load operation state rather than a low load operation state to drive the high pressure compressor bypass valve And
The sub passage includes a first sub passage connected to the first pressure actuator and the fourth pressure actuator, a second sub passage connected to the second pressure actuator and the third pressure actuator, and The negative pressure system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, characterized by comprising:
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