JP6947118B2 - Supercharger - Google Patents

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Description

本発明は、過給機の可変ノズル機構の制御に関する。 The present invention relates to the control of a variable nozzle mechanism of a turbocharger.

従来、エンジンには、排気マニホールドからの排気エネルギーを利用してエンジンに吸入される空気を過給するターボチャージャー等の過給機が設けられることが知られている。過給機には、ベーンを用いて排気の流路を絞ってタービンホイールに供給される排気の流速を増加させたり、排気の流路を拡げて流速を低減させたりする可変ノズル機構が設けられる場合がある。 Conventionally, it is known that an engine is provided with a supercharger such as a turbocharger that supercharges the air sucked into the engine by using the exhaust energy from the exhaust manifold. The turbocharger is provided with a variable nozzle mechanism that uses a vane to narrow the exhaust flow path to increase the flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine wheel, or to widen the exhaust flow path to reduce the flow velocity. In some cases.

可変ノズル機構が設けられる過給機について、たとえば、特開2009−275620号公報(特許文献1)には、実過給圧を目標過給圧にするために可変ノズルの開度をPID制御によって調整する技術が開示される。 Regarding a supercharger provided with a variable nozzle mechanism, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-275620 (Patent Document 1) states that the opening degree of the variable nozzle is controlled by PID in order to set the actual supercharging pressure to the target supercharging pressure. The technology to adjust is disclosed.

特開2009−275620号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-275620

上述の可変ノズル機構が設けられる過給機においては、エンジン保護のため排気マニホールドの圧力が圧力上限値を超えないように可変ノズル機構のベーン開度が制御される。ベーン開度は、たとえば、排気の流量の変動が少ない安定した状態であることを前提とし、エンジン回転数と燃料噴射量とを用いて設定される。しかしながら、エンジンの運転状態が過渡状態である場合には、エンジン回転数と燃料噴射量とが同じでも想定された排気の流量に到達していない場合がある。そのため、エンジン回転数と燃料噴射量とを用いて排気マニホールドの圧力が圧力上限値に到達するようなベーン開度が設定される場合にも、実際の排気の流量が想定よりも少ないときには、排気マニホールドの圧力が圧力上限値よりも余裕がある状態になり得る。このように排気の流量によっては設定されるベーン開度が、実際に排気マニホールドの圧力を圧力上限値に到達させるベーン開度に対してマージンが大きいベーン開度になる可能性がある。その結果、過給機の機能を十分に発揮し得るベーン開度を適切に設定することができない場合がある。 In the turbocharger provided with the above-mentioned variable nozzle mechanism, the vane opening degree of the variable nozzle mechanism is controlled so that the pressure of the exhaust manifold does not exceed the pressure upper limit value in order to protect the engine. The vane opening degree is set using, for example, the engine speed and the fuel injection amount on the premise that the exhaust flow rate is in a stable state with little fluctuation. However, when the operating state of the engine is in a transient state, the expected exhaust flow rate may not be reached even if the engine speed and the fuel injection amount are the same. Therefore, even when the vane opening is set so that the pressure of the exhaust manifold reaches the pressure upper limit value using the engine speed and the fuel injection amount, when the actual exhaust flow rate is smaller than expected, the exhaust is exhausted. The pressure of the manifold can be more than the upper limit of the pressure. As described above, the vane opening degree set depending on the flow rate of the exhaust gas may be a vane opening degree having a large margin with respect to the vane opening degree that actually causes the pressure of the exhaust manifold to reach the pressure upper limit value. As a result, it may not be possible to appropriately set the vane opening degree at which the function of the turbocharger can be fully exerted.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、可変ノズル機構を有する過給機において、排気流量に応じてベーン開度を適切に設定する過給機を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a supercharger having a variable nozzle mechanism in which a vane opening degree is appropriately set according to an exhaust flow rate. To provide.

この発明のある局面に係る過給機は、エンジンから排出される排気によって作動するタービンと、タービンの作動によってエンジンに吸入される空気を過給するコンプレッサと、複数のノズルベーンを有し、複数のノズルベーンを回転させて隣接するノズルベーンとの隙間の大きさを示すベーン開度を変化させることにより、タービンを作動させる排気の流速を変化させる流速可変装置と、流速可変装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、隣接するノズルベーンとの隙間における開口面積の総和と流速可変装置における排気の流れやすさを示す第1係数との積を示す第1有効開口面積と、エンジンからの排気流量とを用いてベーン開度の下限値を設定する。制御装置は、排気流量が少なくなるほど、ベーン開度の下限値を小さく設定する。 A supercharger according to a certain aspect of the present invention has a turbine operated by exhaust gas discharged from the engine, a compressor supercharging air taken into the engine by the operation of the turbine, and a plurality of nozzle vanes. A flow velocity variable device that changes the flow velocity of the exhaust gas that operates the turbine by rotating the nozzle vane to change the vane opening degree that indicates the size of the gap between the nozzle vanes and the adjacent nozzle vanes, and a control device that controls the flow velocity variable device. Be prepared. The control device uses the first effective opening area indicating the product of the sum of the opening areas in the gap between the adjacent nozzle vanes and the first coefficient indicating the ease of flow of exhaust in the flow velocity variable device, and the exhaust flow rate from the engine. Set the lower limit of the vane opening. The control device sets the lower limit of the vane opening smaller as the exhaust flow rate decreases.

このようにすると、第1有効開口面積と排気流量とに応じたベーン開度の下限値が設定されるので、排気マニホールドの圧力を圧力上限値よりも低くしつつ、要求に応じたベーン開度に適切に設定することができる。そのため、過給機の機能を十分に発揮することができる。 In this way, the lower limit of the vane opening according to the first effective opening area and the exhaust flow rate is set, so that the vane opening according to the request while keeping the pressure of the exhaust manifold lower than the pressure upper limit. Can be set appropriately. Therefore, the function of the supercharger can be fully exerted.

好ましくは、制御装置は、エンジンの回転数とエンジンにおける燃料噴射量とを用いてベーン開度の基本値を算出するとともに、過給機の目標過給圧と実過給圧との差分に応じてベーン開度のフィードバック量を算出する。制御装置は、基本値とフィードバック量との和と、ベーン開度の下限値との比較結果に基づいてベーン開度の指令値を設定する。 Preferably, the control device calculates the basic value of the vane opening using the engine speed and the fuel injection amount in the engine, and responds to the difference between the target supercharging pressure of the turbocharger and the actual supercharging pressure. Calculate the feedback amount of the vane opening. The control device sets the command value of the vane opening degree based on the comparison result of the sum of the basic value and the feedback amount and the lower limit value of the vane opening degree.

このようにすると、ベーン開度の下限値が適切に設定されたことによって、排気マニホールドの圧力が圧力上限値を超えることを抑制しつつ、たとえば、実過給圧を目標過給圧まで速やかに上昇するようにフィードバック量をより大きく設定することができるため、過給機の機能を速やかに発揮することができる。 By doing so, the lower limit of the vane opening is appropriately set, so that the pressure of the exhaust manifold is prevented from exceeding the upper limit of the pressure, and for example, the actual supercharging pressure is quickly reached to the target supercharging pressure. Since the amount of feedback can be set larger so as to rise, the function of the supercharger can be quickly exerted.

さらに好ましくは、エンジンには、吸気通路と、タービンよりも上流側の排気通路とをエンジンの気筒を経由せずに接続する接続通路と、接続通路を流通する排気の流量を調整する調整弁とを有する排気再循環装置が設けられる。制御装置は、調整弁における開口面積と調整弁における排気の流れやすさを示す第2係数との積を示す第2有効開口面積と、吸気通路の圧力と、排気流量とを用いて第1有効開口面積を算出する。 More preferably, the engine includes a connecting passage that connects the intake passage and the exhaust passage on the upstream side of the turbine without passing through the cylinder of the engine, and a regulating valve that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the connecting passage. An exhaust gas recirculation device is provided. The control device uses the second effective opening area indicating the product of the opening area of the regulating valve and the second coefficient indicating the ease of flow of exhaust in the regulating valve, the pressure of the intake passage, and the exhaust flow rate as the first effective. Calculate the opening area.

このようにすると、排気再循環装置が設けられるエンジンにおいて、調整弁の開度の過渡時においても、第1有効開口面積と排気流量とを用いてベーン開度の下限値を設定することができる。そのため、排気マニホールドの圧力を圧力上限値よりも低くしつつ、要求に応じたベーン開度に適切に設定することができる。 In this way, in an engine provided with an exhaust gas recirculation device, the lower limit of the vane opening can be set by using the first effective opening area and the exhaust flow rate even when the opening of the adjusting valve is transient. .. Therefore, it is possible to appropriately set the vane opening degree according to the demand while lowering the pressure of the exhaust manifold below the pressure upper limit value.

この発明によると、可変ノズル機構を有する過給機において、排気流量に応じてベーン開度を適切に設定する過給機を提供することができる。 According to the present invention, in a supercharger having a variable nozzle mechanism, it is possible to provide a supercharger that appropriately sets a vane opening degree according to an exhaust flow rate.

本実施の形態に係る過給機を備えたエンジンの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the engine provided with the supercharger which concerns on this embodiment. 可変ノズル機構の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the structure of the variable nozzle mechanism. 制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control process executed by a control device. 可変ノズル機構における隣接するベーン間の有効開口面積を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effective opening area between adjacent vanes in a variable nozzle mechanism. 可変ノズル機構における有効開口面積と排気流量とベーン開度の下限値との関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the effective opening area, the exhaust flow rate, and the lower limit value of a vane opening degree in a variable nozzle mechanism.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, detailed explanations about them are not repeated.

図1は、本実施の形態に係る過給機を備えたエンジン1の概略構成を示す図である。本実施の形態において、エンジン1は、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンを一例として説明するが、その他の形式のエンジン(たとえば、ガソリンエンジン等)であってもよい。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine 1 provided with a supercharger according to the present embodiment. In the present embodiment, the engine 1 will be described as, for example, a common rail type diesel engine as an example, but may be an engine of another type (for example, a gasoline engine or the like).

エンジン1は、エンジン本体10と、エアクリーナ20と、インタークーラ26と、吸気マニホールド28と、過給機30と、排気マニホールド50と、排気処理装置55と、排気再循環装置(以下、EGR(Exhaust Gas Recirculation)装置と記載する)60と、エンジン回転数センサ102と、エアフローメータ104と、過給圧センサ106と、制御装置200とを備える。 The engine 1 includes an engine body 10, an air cleaner 20, an intercooler 26, an intake manifold 28, a supercharger 30, an exhaust manifold 50, an exhaust treatment device 55, and an exhaust gas recirculation device (hereinafter, EGR (Exhaust)). A gas recirculation) device) 60, an engine rotation speed sensor 102, an air flow meter 104, a supercharging pressure sensor 106, and a control device 200 are provided.

エンジン本体10は、気筒12と、インジェクタ16とを含む。エンジン1は、直列型のエンジンであってもよいし、その他の気筒レイアウト(たとえば、V型あるいは水平型)のエンジンであってもよい。 The engine body 10 includes a cylinder 12 and an injector 16. The engine 1 may be an in-line engine or an engine having another cylinder layout (for example, V-type or horizontal type).

インジェクタ16は、気筒12の頂部に設けられ、コモンレール(図示せず)に接続されている燃料噴射装置である。燃料タンク(図示せず)に貯留された燃料は、サプライポンプ(図示せず)によって所定圧まで加圧されてコモンレールへ供給される。コモンレールに供給された燃料はインジェクタ16から所定のタイミングで噴射される。インジェクタ16は、制御装置200からの制御信号に応じて指令された燃料噴射量Qvを気筒12内に供給する。 The injector 16 is a fuel injection device provided at the top of the cylinder 12 and connected to a common rail (not shown). The fuel stored in the fuel tank (not shown) is pressurized to a predetermined pressure by a supply pump (not shown) and supplied to the common rail. The fuel supplied to the common rail is injected from the injector 16 at a predetermined timing. The injector 16 supplies the fuel injection amount Qv commanded in response to the control signal from the control device 200 into the cylinder 12.

エアクリーナ20は、エンジン1の外部から吸入される空気から異物を除去する。エアクリーナ20には、第1吸気管22の一方端が接続される。 The air cleaner 20 removes foreign matter from the air sucked from the outside of the engine 1. One end of the first intake pipe 22 is connected to the air cleaner 20.

第1吸気管22の他方端には、過給機30のコンプレッサ32の吸気流入口に接続される。コンプレッサ32の吸気流出口には、第2吸気管24の一方端が接続される。コンプレッサ32は、第1吸気管22から流通する空気を過給して第2吸気管24に供給する。コンプレッサ32の詳細な動作については後述する。 The other end of the first intake pipe 22 is connected to the intake inlet of the compressor 32 of the supercharger 30. One end of the second intake pipe 24 is connected to the intake outlet of the compressor 32. The compressor 32 supercharges the air flowing from the first intake pipe 22 and supplies it to the second intake pipe 24. The detailed operation of the compressor 32 will be described later.

第2吸気管24の他方端には、インタークーラ26の一方端が接続される。インタークーラ26は、第2吸気管24を流通する空気を冷却する空冷式あるいは水冷式の熱交換器である。 One end of the intercooler 26 is connected to the other end of the second intake pipe 24. The intercooler 26 is an air-cooled or water-cooled heat exchanger that cools the air flowing through the second intake pipe 24.

インタークーラ26の他方端には、第3吸気管27の一方端が接続される。第3吸気管27の他方端には、吸気マニホールド28が接続される。吸気マニホールド28は、エンジン本体10の気筒12の吸気ポートに連結される。第3吸気管27の途中であって、後述するEGR60との分岐点よりもインタークーラ26側には、ディーゼルスロットル25が設けられる。 One end of the third intake pipe 27 is connected to the other end of the intercooler 26. An intake manifold 28 is connected to the other end of the third intake pipe 27. The intake manifold 28 is connected to the intake port of the cylinder 12 of the engine body 10. A diesel throttle 25 is provided in the middle of the third intake pipe 27, on the intercooler 26 side of the branch point with the EGR 60 described later.

排気マニホールド50は、エンジン本体10の気筒12の排気ポートに連結される。排気マニホールド50には、第1排気管52の一方端が接続される。第1排気管52の他方端は、過給機30のタービン36の排気流入口に接続される。そのため、各気筒の排気ポートから排出される排気は、排気マニホールド50および第1排気管52を経由してタービン36に供給される。ディーゼルスロットル25は、制御装置200から制御信号に応じて吸気の流量を調整する。 The exhaust manifold 50 is connected to the exhaust port of the cylinder 12 of the engine body 10. One end of the first exhaust pipe 52 is connected to the exhaust manifold 50. The other end of the first exhaust pipe 52 is connected to the exhaust inlet of the turbine 36 of the turbocharger 30. Therefore, the exhaust gas discharged from the exhaust port of each cylinder is supplied to the turbine 36 via the exhaust manifold 50 and the first exhaust pipe 52. The diesel throttle 25 adjusts the flow rate of intake air from the control device 200 according to a control signal.

タービン36の排気流出口には、第2排気管54の一方端が接続される。第2排気管54の他方端には、酸化触媒56とPM(Particulate Matter)除去フィルタ57とSCR触媒58とを含む排気処理装置55およびマフラー等が接続される。そのため、タービン36の排気流出口から排出された排気は、第2排気管54、排気処理装置55およびマフラー等を経由して車外に排出される。 One end of the second exhaust pipe 54 is connected to the exhaust outlet of the turbine 36. An exhaust treatment device 55 including an oxidation catalyst 56, a PM (Particulate Matter) removal filter 57, and an SCR catalyst 58, a muffler, and the like are connected to the other end of the second exhaust pipe 54. Therefore, the exhaust gas discharged from the exhaust outlet of the turbine 36 is discharged to the outside of the vehicle via the second exhaust pipe 54, the exhaust treatment device 55, the muffler, and the like.

第3吸気管27と排気マニホールド50とは、エンジン本体10の気筒12を経由せずにEGR装置60によって接続される。EGR装置60は、EGRバルブ62と、EGR通路66とを含む。EGR通路66は、第3吸気管27と排気マニホールド50とを接続する。EGRバルブ62は、EGR通路66の途中に設けられる。 The third intake pipe 27 and the exhaust manifold 50 are connected by the EGR device 60 without passing through the cylinder 12 of the engine body 10. The EGR device 60 includes an EGR valve 62 and an EGR passage 66. The EGR passage 66 connects the third intake pipe 27 and the exhaust manifold 50. The EGR valve 62 is provided in the middle of the EGR passage 66.

EGRバルブ62は、制御装置200からの制御信号に応じて、EGR通路66を流通するEGRガスの流量を調整する調整弁である。排気マニホールド50内の排気がEGR装置60を経由してEGRガスとして吸気側に戻されることによって気筒12内の燃焼温度が低下され、NOxの生成量が低減される。 The EGR valve 62 is a regulating valve that adjusts the flow rate of the EGR gas flowing through the EGR passage 66 in response to a control signal from the control device 200. The exhaust gas in the exhaust manifold 50 is returned to the intake side as EGR gas via the EGR device 60, so that the combustion temperature in the cylinder 12 is lowered and the amount of NOx produced is reduced.

過給機30は、コンプレッサ32と、タービン36と、可変ノズル機構40と、アクチュエータ44とを含む。コンプレッサ32のハウジング内にはコンプレッサホイール34が収納され、タービン36のハウジング内にはタービンホイール38が収納される。コンプレッサホイール34とタービンホイール38とは、連結軸42によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイール34は、タービンホイール38に供給される排気の排気エネルギーによって回転駆動される。 The turbocharger 30 includes a compressor 32, a turbine 36, a variable nozzle mechanism 40, and an actuator 44. The compressor wheel 34 is housed in the housing of the compressor 32, and the turbine wheel 38 is housed in the housing of the turbine 36. The compressor wheel 34 and the turbine wheel 38 are connected by a connecting shaft 42 and rotate integrally. Therefore, the compressor wheel 34 is rotationally driven by the exhaust energy of the exhaust gas supplied to the turbine wheel 38.

可変ノズル機構40は、タービンホイール38の回転軸を中心とした周囲の排気流入部に配置され、第1排気管52から供給される排気をタービンホイール38に導く複数のベーン(図2参照)と、複数のベーンの各々を回転させることによって隣接するベーン間の隙間(以下の説明においてこの隙間の大きさをベーン開度として記載する)を変化させるリンク機構とを含む。アクチュエータ44は、制御装置200からの動作指示に応じてリンク機構を動作させることによって、可変ノズル機構40のベーン開度を変化させる。 The variable nozzle mechanism 40 is arranged in an exhaust inflow portion around the rotation axis of the turbine wheel 38, and includes a plurality of vanes (see FIG. 2) that guide the exhaust gas supplied from the first exhaust pipe 52 to the turbine wheel 38. Includes a link mechanism that changes the gap between adjacent vanes (the size of this gap is referred to as the vane opening degree in the following description) by rotating each of the plurality of vanes. The actuator 44 changes the vane opening degree of the variable nozzle mechanism 40 by operating the link mechanism in response to an operation instruction from the control device 200.

可変ノズル機構40のベーン開度を変化させることによって、タービンホイール38への排気流入部における排気の流路が絞られたり、拡げられたりする。これにより、タービンホイール38に吹き付けられる排気の流速を変化させることができる。 By changing the vane opening degree of the variable nozzle mechanism 40, the flow path of the exhaust gas in the exhaust inflow portion to the turbine wheel 38 is narrowed or widened. Thereby, the flow velocity of the exhaust gas blown to the turbine wheel 38 can be changed.

図2は、可変ノズル機構40の構成の一例を示す図である。図2(a)は、図1において左方向から可変ノズル機構40を見た図である。図2(b)は、図1において右方向から可変ノズル機構40を見た図である。可変ノズル機構40の構成は、第1排気管52からタービンホイール38までの排気の流路を絞ることでタービンホイール38に供給される排気の流速を変化させるものであればよく、特に、図2に示される構成に限定されるものではない。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the variable nozzle mechanism 40. FIG. 2A is a view of the variable nozzle mechanism 40 viewed from the left in FIG. FIG. 2B is a view of the variable nozzle mechanism 40 viewed from the right in FIG. The configuration of the variable nozzle mechanism 40 may be any structure as long as it changes the flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine wheel 38 by narrowing the flow path of the exhaust gas from the first exhaust pipe 52 to the turbine wheel 38, and in particular, FIG. It is not limited to the configuration shown in.

図2(a)および図2(b)に示すように、可変ノズル機構40は、タービンホイール38の外周の排気流入部に配置された複数のノズルベーン67と、複数の軸68を回転中心として複数のノズルベーン67をそれぞれ揺動可能に保持するノズルプレート69と、各軸68の端部に固定されたアーム70を用いて軸68を回転させるユニゾンリング71とを含む。ユニゾンリング71は、リンク機構72を介してアクチュエータ44の動作によって回転されるようになっており、リンク機構72の回転軸72aの端部に固定されたアーム72bを、アクチュエータ44を用いて揺動させることで、アーム72bと係合するユニゾンリング71を回転させることができる。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the variable nozzle mechanism 40 includes a plurality of nozzle vanes 67 arranged in an exhaust inflow portion on the outer periphery of the turbine wheel 38, and a plurality of shafts 68 as rotation centers. Includes a nozzle plate 69 that oscillates each of the nozzle vanes 67, and a unisonring 71 that rotates the shaft 68 using an arm 70 fixed to the end of each shaft 68. The unisonring 71 is rotated by the operation of the actuator 44 via the link mechanism 72, and the arm 72b fixed to the end of the rotation shaft 72a of the link mechanism 72 is swung by the actuator 44. By doing so, the unisonring 71 that engages with the arm 72b can be rotated.

たとえば、図2(a)に示されるように、アーム72bをリンク機構72によって矢印に示す方向に揺動させると、ユニゾンリング71は、矢印に示す方向、すなわち、図2(a)では反時計回り、図2(b)では時計回りに回転する。さらに、このユニゾンリング71の回転によって、各軸68は、矢印に示す方向、すなわち、図2(a)では反時計回り、図2(b)では時計回りに回転される。したがって、ノズルベーン67の開度は閉じ側(隣接する2つのノズルベーンの間の隙間が狭くなるように)に制御されることとなる。また、アーム72bを矢印とは逆の方向に搖動させると、ノズルベーン67の開度は開き側(隣接する2つのノズルベーンの間の隙間が拡がるように)に制御されることとなる。 For example, as shown in FIG. 2A, when the arm 72b is swung by the link mechanism 72 in the direction indicated by the arrow, the unisonring 71 is moved in the direction indicated by the arrow, that is, counterclockwise in FIG. 2A. Rotate, and in FIG. 2B, it rotates clockwise. Further, due to the rotation of the unisonring 71, each axis 68 is rotated in the direction indicated by the arrow, that is, counterclockwise in FIG. 2A and clockwise in FIG. 2B. Therefore, the opening degree of the nozzle vane 67 is controlled to the closed side (so that the gap between two adjacent nozzle vanes becomes narrower). Further, when the arm 72b is swung in the direction opposite to the arrow, the opening degree of the nozzle vane 67 is controlled to the opening side (so that the gap between two adjacent nozzle vanes is widened).

図1に戻って、エンジン1の動作は、制御装置200によって制御される。制御装置200は、各種処理を行なうCPU(Central Processing Unit)と、プログラムおよびデータを記憶するROM(Read Only Memory)およびCPUの処理結果等を記憶するRAM(Random Access Memory)等を含むメモリと、外部との情報のやり取りを行なうための入・出力ポート(いずれも図示せず)とを含む。入力ポートには、上述したセンサ類(たとえば、エンジン回転数センサ102、エアフローメータ104および過給圧センサ106等)が接続される。出力ポートには、制御対象となる機器(たとえば、インジェクタ16、アクチュエータ44およびEGRバルブ62等)が接続される。 Returning to FIG. 1, the operation of the engine 1 is controlled by the control device 200. The control device 200 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs various processes, a memory that includes a ROM (Read Only Memory) that stores programs and data, a RAM (Random Access Memory) that stores the processing results of the CPU, and the like. Includes input / output ports (neither shown) for exchanging information with the outside. The above-mentioned sensors (for example, engine speed sensor 102, air flow meter 104, boost pressure sensor 106, etc.) are connected to the input port. Devices to be controlled (for example, injector 16, actuator 44, EGR valve 62, etc.) are connected to the output port.

制御装置200は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン1が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)により処理することも可能である。また、制御装置200には、時間の計測を行うためのタイマー回路(図示せず)が内蔵されている。 The control device 200 controls various devices so that the engine 1 is in a desired operating state based on the signals from each sensor and the device, and the map and the program stored in the memory. Note that various controls are not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits). Further, the control device 200 has a built-in timer circuit (not shown) for measuring the time.

エンジン回転数センサ102は、エンジン1の出力軸であるクランクシャフトの回転数をエンジン回転数NEとして検出する。エンジン回転数センサ102は、検出したエンジン回転数NEを示す信号を制御装置200に送信する。 The engine speed sensor 102 detects the speed of the crankshaft, which is the output shaft of the engine 1, as the engine speed NE. The engine speed sensor 102 transmits a signal indicating the detected engine speed NE to the control device 200.

エアフローメータ104は、第1吸気管22に導入される新気の流量(吸入空気量)Qinを検出する。エアフローメータ104は、検出した吸入空気量Qinを示す信号を制御装置200に送信する。 The air flow meter 104 detects the flow rate (intake air amount) Qin of fresh air introduced into the first intake pipe 22. The air flow meter 104 transmits a signal indicating the detected intake air amount Qin to the control device 200.

過給圧センサ106は、吸気マニホールド28内の圧力を過給圧として検出する。過給圧センサ106は、検出された過給圧を示す信号を制御装置200に送信する。 The boost pressure sensor 106 detects the pressure in the intake manifold 28 as the boost pressure. The boost pressure sensor 106 transmits a signal indicating the detected boost pressure to the control device 200.

以上のような構成を有するエンジン1において、制御装置200は、エンジン1の状態に基づいて可変ノズル機構40を制御する。より具体的には、制御装置200は、エンジン1の状態(たとえば、エンジン回転数NEや燃料噴射量Qv)に基づいて可変ノズル機構40のベーン開度の基本値を設定する。 In the engine 1 having the above configuration, the control device 200 controls the variable nozzle mechanism 40 based on the state of the engine 1. More specifically, the control device 200 sets the basic value of the vane opening degree of the variable nozzle mechanism 40 based on the state of the engine 1 (for example, the engine speed NE and the fuel injection amount Qv).

制御装置200は、たとえば、エンジン回転数NEが低回転領域であって、かつ、負荷が低負荷領域である場合においては、タービンホイール38に供給される排気の流速が速くなるように(すなわち、ベーン開度が小さくなるように)、基本値を設定する。 The control device 200 increases the flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine wheel 38, for example, when the engine speed NE is in the low speed region and the load is in the low load region (that is,). Set the basic value (so that the vane opening becomes smaller).

一方、制御装置200は、たとえば、エンジン回転数NEが高回転領域であって、かつ、負荷が高負荷領域である場合においては、タービンホイール38に供給される排気の流速が遅くなるように(すなわち、ベーン開度が大きくなるように)、基本値を設定する。 On the other hand, in the control device 200, for example, when the engine speed NE is in the high speed region and the load is in the high load region, the flow velocity of the exhaust gas supplied to the turbine wheel 38 is slowed down ( That is, the basic value is set so that the vane opening becomes large).

さらに、制御装置200は、目標過給圧と実過給圧との差分を用いてベーン開度のフィードバック量を算出する。制御装置200は、たとえば、エンジン回転数NEと吸入空気量Qinと燃料噴射量Qv等を用いて目標過給圧を設定する。制御装置200は、過給圧センサ106を用いて実過給圧を取得する。 Further, the control device 200 calculates the feedback amount of the vane opening degree by using the difference between the target boost pressure and the actual boost pressure. The control device 200 sets a target boost pressure using, for example, the engine speed NE, the intake air amount Qin, the fuel injection amount Qv, and the like. The control device 200 acquires the actual boost pressure by using the boost pressure sensor 106.

制御装置200は、設定された基本値にフィードバック量を加算した値をベーン開度の指令値としてアクチュエータ44を制御するための制御信号を生成し、アクチュエータ44に送信する。可変ノズル機構40のアクチュエータ44は、受信した制御信号に基づいてベーン開度を変化させる。このように、エンジン1の状態に基づいて可変ノズル機構40のベーン開度を適切に調整することにより、過給機30の過給圧を最適な過給圧に調整することができる。 The control device 200 generates a control signal for controlling the actuator 44 using a value obtained by adding the feedback amount to the set basic value as a command value of the vane opening degree, and transmits the control signal to the actuator 44. The actuator 44 of the variable nozzle mechanism 40 changes the vane opening degree based on the received control signal. In this way, by appropriately adjusting the vane opening degree of the variable nozzle mechanism 40 based on the state of the engine 1, the supercharging pressure of the supercharger 30 can be adjusted to the optimum supercharging pressure.

このような可変ノズル機構40を有する過給機30においては、エンジン保護のため排気マニホールド50の圧力が圧力上限値を超えないように可変ノズル機構40のベーン開度が制御される。すなわち、上述の基本値にフィードバック量を加算した値にベーン開度の下限値が設定され、基本値にフィードバック量を加算した値が下限値よりも小さい場合には、下限値をベーン開度の指令値として可変ノズル機構40のアクチュエータ44が制御されることになる。ベーン開度の下限値は、たとえば、排気流量の変動が少ない安定した状態であることを前提として、エンジン回転数NEと燃料噴射量Qvとを用いて設定される。 In the turbocharger 30 having such a variable nozzle mechanism 40, the vane opening degree of the variable nozzle mechanism 40 is controlled so that the pressure of the exhaust manifold 50 does not exceed the pressure upper limit value in order to protect the engine. That is, when the lower limit of the vane opening is set to the value obtained by adding the feedback amount to the above-mentioned basic value and the value obtained by adding the feedback amount to the basic value is smaller than the lower limit value, the lower limit value is set to the vane opening. The actuator 44 of the variable nozzle mechanism 40 is controlled as a command value. The lower limit of the vane opening degree is set using, for example, the engine speed NE and the fuel injection amount Qv on the premise that the exhaust flow rate is in a stable state with little fluctuation.

しかしながら、エンジン1の運転状態が過渡状態である場合には、エンジン回転数NEと燃料噴射量Qvとが同じでも想定された排気の流量に到達していない場合がある。そのため、エンジン回転数NEと燃料噴射量Qvとを用いて排気マニホールド50の圧力が圧力上限値に到達するようなベーン開度が設定される場合にも、実際の排気マニホールド50の圧力が圧力上限値よりも余裕がある状態になり得る。このように排気流量によっては設定されるベーン開度が、実際に排気マニホールド50の圧力を圧力上限値に到達させるベーン開度に対してマージンが大きいベーン開度になる可能性がある。その結果、過給機の機能を十分に発揮し得るベーン開度を適切に設定することができない場合がある。 However, when the operating state of the engine 1 is a transient state, the expected exhaust flow rate may not be reached even if the engine speed NE and the fuel injection amount Qv are the same. Therefore, even when the vane opening is set so that the pressure of the exhaust manifold 50 reaches the pressure upper limit value using the engine rotation speed NE and the fuel injection amount Qv, the actual pressure of the exhaust manifold 50 is the pressure upper limit. It can be in a state where there is more room than the value. As described above, the vane opening degree set depending on the exhaust flow rate may be a vane opening degree having a large margin with respect to the vane opening degree that actually causes the pressure of the exhaust manifold 50 to reach the pressure upper limit value. As a result, it may not be possible to appropriately set the vane opening degree at which the function of the turbocharger can be fully exerted.

そこで、本実施の形態においては、制御装置200が、以下のように動作するものとする。すなわち、制御装置200は、隣接するノズルベーン67との隙間における開口面積の総和Aと可変ノズル機構40における排気の流れやすさを示す第1係数μとの積を示す第1有効開口面積μと、エンジン1からの排気流量mとを用いてベーン開度の下限値Vaを設定する。制御装置200は、排気流量mが少なくなるほど、ベーン開度の下限値Vaを小さく設定する。 Therefore, in the present embodiment, it is assumed that the control device 200 operates as follows. That is, the control device 200 has a first effective opening area μ indicating the product of the total opening area A 1 in the gap between the adjacent nozzle vanes 67 and the first coefficient μ 1 indicating the ease of exhaust flow in the variable nozzle mechanism 40. 1 A 1 and the exhaust flow rate m from the engine 1 are used to set the lower limit value Va of the vane opening. The control device 200 sets the lower limit value Va of the vane opening degree smaller as the exhaust flow rate m decreases.

このようにすると、第1有効開口面積μと排気流量mとに応じたベーン開度の下限値Vaが設定されるので、排気マニホールド50の圧力を圧力上限値よりも低くしつつ、要求に応じたベーン開度に適切に設定することができる。そのため、過給機の機能を十分に発揮することができる。 In this way, the lower limit value Va of the vane opening according to the first effective opening area μ 1 A 1 and the exhaust flow rate m is set, so that the pressure of the exhaust manifold 50 is made lower than the pressure upper limit value while being lowered. The vane opening can be appropriately set according to the request. Therefore, the function of the supercharger can be fully exerted.

以下に、図3を参照して、本実施の形態における制御装置200で実行される制御処理について説明する。図3は、制御装置200で実行される制御処理を示すフローチャートである。このフローチャートに示される処理は、所定の制御周期毎にメインルーチン(図示せず)から呼び出されて実行される。なお、以下の説明においては、EGRバルブ62は全閉状態あるいは後述するベーン開度の下限値Vaの算出に影響を及ぼさない程度に開弁している場合を想定して説明する。 Hereinafter, the control process executed by the control device 200 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a control process executed by the control device 200. The process shown in this flowchart is called and executed from the main routine (not shown) at predetermined control cycles. In the following description, it is assumed that the EGR valve 62 is fully closed or opened to such an extent that it does not affect the calculation of the lower limit value Va of the vane opening, which will be described later.

ステップ(以下、ステップをSと記載する)100にて、制御装置200は、ベーン開度の基本値Vbを算出する。制御装置200は、上述したとおり、エンジン回転数NEと燃料噴射量Qvとを用いてベーン開度の基本値Vbを算出する。制御装置200は、たとえば、エンジン回転数NEと燃料噴射量Qvとベーン開度の基本値Vbとの関係を示すマップを用いてベーン開度の基本値Vbを算出する。エンジン回転数NEと燃料噴射量Qvとベーン開度の基本値Vbとの関係を示すマップは、たとえば、実験等によって適合され、予め制御装置200のメモリに記憶される。 In step 100 (hereinafter, step is referred to as S) 100, the control device 200 calculates the basic value Vb of the vane opening degree. As described above, the control device 200 calculates the basic value Vb of the vane opening degree by using the engine speed NE and the fuel injection amount Qv. The control device 200 calculates the basic value Vb of the vane opening degree by using, for example, a map showing the relationship between the engine speed NE, the fuel injection amount Qv, and the basic value Vb of the vane opening degree. A map showing the relationship between the engine speed NE, the fuel injection amount Qv, and the basic value Vb of the vane opening degree is adapted by, for example, an experiment, and is stored in the memory of the control device 200 in advance.

なお、制御装置200は、エンジン回転数センサ102からエンジン回転数NEを取得する。制御装置200は、インジェクタ16に対する指令値を用いて燃料噴射量Qvを取得する。 The control device 200 acquires the engine speed NE from the engine speed sensor 102. The control device 200 acquires the fuel injection amount Qv using the command value for the injector 16.

S102にて、制御装置200は、ベーン開度のフィードバック量Vcを算出する。制御装置200は、上述したとおり、目標過給圧と実過給圧との差分からフィードバック量Vcを算出する。制御装置200は、目標過給圧と実過給圧との差分とフィードバック量Vcとの関係を示すマップを用いてフィードバック量Vcを算出する。目標過給圧と実過給圧との差分とフィードバック量Vcとの関係を示すマップは、たとえば、実験等によって適合され、予め制御装置200のメモリに記憶される。なお、目標過給圧および実過給圧の取得方法については、上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。 In S102, the control device 200 calculates the feedback amount Vc of the vane opening degree. As described above, the control device 200 calculates the feedback amount Vc from the difference between the target boost pressure and the actual boost pressure. The control device 200 calculates the feedback amount Vc using a map showing the relationship between the difference between the target boost pressure and the actual boost pressure and the feedback amount Vc. A map showing the relationship between the difference between the target boost pressure and the actual boost pressure and the feedback amount Vc is adapted by, for example, an experiment, and is stored in the memory of the control device 200 in advance. Since the method of obtaining the target boost pressure and the actual boost pressure is as described above, the detailed description thereof will not be repeated.

S104にて、制御装置200は、ベーン開度の基本値Vbとフィードバック量Vcとの和Vb+Vcを算出する。S106にて、制御装置200は、可変ノズル機構40の有効開口面積μを算出する。 In S104, the control device 200 calculates the sum Vb + Vc of the basic value Vb of the vane opening degree and the feedback amount Vc. In S106, the control device 200 calculates the effective opening area μ 1 A 1 of the variable nozzle mechanism 40.

図4は、可変ノズル機構40における隣接するベーン間の有効開口面積μを説明するための図である。図4に示すように、ノズルベーン67aと隣接するノズルベーン67bとの間に隙間には、図4の実線に示す直線を一辺とする方形の開口部が形成される。可変ノズル機構40の各ベーン間には、同様の開口部が形成される。この各ベーン間の開口部の面積の総和によって開口面積が示される。可変ノズル機構40の有効開口面積は、この各ベーン間の開口部の面積の総和Aと、可変ノズル機構40における排気の流れやすさを示す係数μとの積によって示される。この有効開口面積μは、以下の式(1)を用いて推定することができる。 FIG. 4 is a diagram for explaining an effective opening area μ 1 A 1 between adjacent vanes in the variable nozzle mechanism 40. As shown in FIG. 4, a square opening having a straight line as one side shown in the solid line of FIG. 4 is formed in the gap between the nozzle vane 67a and the adjacent nozzle vane 67b. Similar openings are formed between each vane of the variable nozzle mechanism 40. The opening area is indicated by the sum of the areas of the openings between the vanes. Effective opening area of the variable nozzle mechanism 40 is indicated by the product of the total sum A 1 of the area of the opening between the vanes, the coefficient mu 1 showing the ease of flow of exhaust gas in the variable nozzle mechanism 40. This effective opening area μ 1 A 1 can be estimated using the following equation (1).

Figure 0006947118
Figure 0006947118

ここで、「a」および「b」は、所定の係数を示す。「R」は、ガス定数を示す。「m」は、排気マニホールド50からの排気流量を示す。排気流量mは、たとえば、吸入空気量Qinを用いて算出される気筒12内のガス量と、燃料噴射量Qvとを用いて推定される。 Here, "a" and "b" indicate predetermined coefficients. "R" indicates the gas constant. “M” indicates the exhaust flow rate from the exhaust manifold 50. The exhaust flow rate m is estimated using, for example, the amount of gas in the cylinder 12 calculated using the intake air amount Qin and the fuel injection amount Qv.

さらに「T4」は、排気マニホールド50内の排気温度を示す。排気温度T4は、たとえば、エンジン回転数NEと、吸気温度と、水温と、燃料噴射量Qvおよび噴射時期等の燃焼パラメータと、吸入空気量Qinと、吸気マニホールド28の温度と、気筒12内のガス量とを用いて推定される。吸気温度、水温および吸気マニホールド28の温度は、たとえば、図示しないセンサ等を用いて検出される。 Further, “T4” indicates the exhaust temperature in the exhaust manifold 50. The exhaust temperature T4 is, for example, the engine speed NE, the intake air temperature, the water temperature, the combustion parameters such as the fuel injection amount Qv and the injection timing, the intake air amount Qin, the temperature of the intake manifold 28, and the inside of the cylinder 12. Estimated using the amount of gas. The intake air temperature, the water temperature, and the temperature of the intake intake manifold 28 are detected by using, for example, a sensor (not shown).

「P6」は、過給機30から第2排気管54に流出する排気の圧力を示す。排気圧力P6は、たとえば、大気圧と、PM除去フィルタ57の前後差圧と、SCR58の圧損値とを用いて推定される。大気圧およびPM除去フィルタ57の前後差圧は、たとえば、図示しないセンサ等を用いて検出される。 “P6” indicates the pressure of the exhaust gas flowing out from the supercharger 30 to the second exhaust pipe 54. The exhaust pressure P6 is estimated using, for example, the atmospheric pressure, the front-rear differential pressure of the PM removal filter 57, and the pressure loss value of the SCR 58. The atmospheric pressure and the front-rear differential pressure of the PM removal filter 57 are detected by using, for example, a sensor (not shown).

「P4」は、排気マニホールド50内の排気の圧力を示す。排気圧力P4としては、たとえば、排気温度T4と、吸入空気量Qinと、燃料噴射量Qvおよび燃料噴射時期等の燃焼パラメータと、排気圧力P6と、EGR装置60の状態と、ベーン開度等の可変ノズル機構40の状態とを用いて想定される圧力上限値が設定される。 “P4” indicates the pressure of the exhaust gas in the exhaust manifold 50. The exhaust pressure P4 includes, for example, the exhaust temperature T4, the intake air amount Qin, the fuel injection amount Qv, the combustion parameters such as the fuel injection timing, the exhaust pressure P6, the state of the EGR device 60, and the vane opening degree. The assumed pressure upper limit value is set using the state of the variable nozzle mechanism 40.

なお、排気温度T4、排気圧力P4,P6は、それぞれ所定の計算モデルが予め実験的あるいは設計的に構築され、上記したそれぞれのパラメータを入力することによってその推定値および上限値が算出される。 For the exhaust temperature T4 and the exhaust pressures P4 and P6, predetermined calculation models are constructed experimentally or designly in advance, and the estimated values and the upper limit values are calculated by inputting the respective parameters described above.

上述の式(1)は、たとえば、可変ノズル機構40の隣接するノズルベーン67の開度と、ノズルベーン67の上流および下流の温度と圧力と排気流量とからエネルギー保存の法則や運動量保存の法則等を用いて導かれる関係式から導出される。このような関係式は、周知の技術を用いて導出されるためその詳細な説明は行なわない。 In the above equation (1), for example, the law of energy conservation, the law of momentum conservation, etc. are obtained from the opening degree of the adjacent nozzle vanes 67 of the variable nozzle mechanism 40, the temperature, pressure, and exhaust flow rate upstream and downstream of the nozzle vanes 67. Derived from the relational expression derived using. Since such a relational expression is derived using a well-known technique, its detailed description will not be given.

S108にて、制御装置200は、ベーン開度の下限値Vaを算出する。具体的には、制御装置200は、排気流量mと可変ノズル機構40の有効開口面積μとを用いてベーン開度の下限値Vaを算出する。制御装置200は、たとえば、排気流量mと有効開口面積μとベーン開度の下限値Vaとの関係を示すマップを用いてベーン開度の下限値Vaを算出する。排気流量mと有効開口面積μとベーン開度の下限値Vaとの関係を示すマップは、たとえば、実験等によって適合され、予め制御装置200のメモリに記憶される。 In S108, the control device 200 calculates the lower limit value Va of the vane opening degree. Specifically, the control device 200 calculates the lower limit value Va of the vane opening degree by using the exhaust flow rate m and the effective opening area μ 1 A 1 of the variable nozzle mechanism 40. The control device 200 calculates, for example, the lower limit value Va of the vane opening degree by using a map showing the relationship between the exhaust flow rate m, the effective opening area μ 1 A 1, and the lower limit value Va of the vane opening degree. A map showing the relationship between the exhaust flow rate m, the effective opening area μ 1 A 1, and the lower limit value Va of the vane opening degree is adapted by, for example, an experiment, and is stored in the memory of the control device 200 in advance.

図5は、可変ノズル機構40における有効開口面積μと排気流量mとベーン開度の下限値Vaとの関係の一例を示す図である。図5の太実線LN1、一点鎖線LN2、二点鎖線LN3、細線LN4および破線LN5の各々は、排気流量毎にとり得る有効開口面積μとベーン開度の下限値Vaとの関係を示す。太実線LN1〜破線LN5のうち太実線LN1における排気流量が最も小さく、破線LN5における排気流量が最も大きい。排気流量は、太実線LN1、一点鎖線LN2、二点鎖線LN3、細線LN4および破線LN5の順序で大きくなっているものとする。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the effective opening area μ 1 A 1 in the variable nozzle mechanism 40, the exhaust flow rate m, and the lower limit value Va of the vane opening. Each of the thick solid line LN1, the one-dot chain line LN2, the two-dot chain line LN3, the thin line LN4, and the broken line LN5 in FIG. 5 shows the relationship between the effective opening area μ 1 A 1 that can be taken for each exhaust flow rate and the lower limit value Va of the vane opening. .. Of the thick solid lines LN1 to the broken line LN5, the exhaust flow rate on the thick solid line LN1 is the smallest, and the exhaust flow rate on the broken line LN5 is the largest. It is assumed that the exhaust flow rate increases in the order of the thick solid line LN1, the one-dot chain line LN2, the two-dot chain line LN3, the thin line LN4, and the broken line LN5.

また、太実線LN1〜破線LN5のうち破線LN5は、排気流量がF(0)である場合の有効開口面積とベーン開度の下限値Vaとの関係を示し、細線LN4は、排気流量がF(0)の半分の流量(F(0)×0.5)である場合の有効開口面積μとベーン開度の下限値Vaとの関係を示している。 Further, among the thick solid lines LN1 to the broken line LN5, the broken line LN5 indicates the relationship between the effective opening area and the lower limit value Va of the vane opening when the exhaust flow rate is F (0), and the thin line LN4 has the exhaust flow rate F. The relationship between the effective opening area μ 1 A 1 and the lower limit value Va of the vane opening when the flow rate is half that of (0) (F (0) × 0.5) is shown.

たとえば、排気流量mがF(0)であって、かつ、有効開口面積μがS(0)でる場合には(図中A点参照)、V(0)がベーン開度の下限値Vaとして設定されることになる。これに対して、排気流量mがF(0)の半分の流量になる場合を想定する。なお、説明の便宜上、有効開口面積μ以外のパラメータに関しては、同一であるものとする。この場合、排気流量mがF(0)の半分の流量になると、式(1)から明らかなとおり有効開口面積μも半分の値になることから(図中B点参照)、V(0)よりも閉じ側のV(1)がベーン開度の下限値Vaとして設定されることになる。このように、排気流量が少なくなるほどベーン開度の下限値Vaは小さく設定されることになる。 For example, when the exhaust flow rate m is F (0) and the effective opening area μ 1 A 1 is S (0) (see point A in the figure), V (0) is the lower limit of the vane opening. It will be set as the value Va. On the other hand, it is assumed that the exhaust flow rate m is half the flow rate of F (0). For convenience of explanation, the parameters other than the effective opening area μ 1 A 1 are assumed to be the same. In this case, when the exhaust flow rate m becomes half the flow rate of F (0), the effective opening area μ 1 A 1 also becomes half the value as is clear from the equation (1) (see point B in the figure), so V V (1) on the closing side of (0) is set as the lower limit value Va of the vane opening. In this way, the lower limit value Va of the vane opening degree is set smaller as the exhaust flow rate decreases.

S110にて、制御装置200は、基本値Vb+フィードバック量Vcの値がベーン開度の下限値Va以上であるか否かを判定する。基本値Vb+フィードバック量Vcの値がベーン開度の下限値Va以上であると判定される場合(S110にてYES)、処理はS112に移される。 In S110, the control device 200 determines whether or not the value of the basic value Vb + the feedback amount Vc is equal to or greater than the lower limit value Va of the vane opening degree. When it is determined that the value of the basic value Vb + the feedback amount Vc is equal to or greater than the lower limit value Va of the vane opening degree (YES in S110), the process is transferred to S112.

S112にて、制御装置200は、基本値Vb+フィードバック量Vcの値をベーン開度の指令値として設定し、設定された指令値に基づいて可変ノズル機構40の開度制御を実行する。 In S112, the control device 200 sets the value of the basic value Vb + the feedback amount Vc as the command value of the vane opening degree, and executes the opening degree control of the variable nozzle mechanism 40 based on the set command value.

なお、ベーン開度の基本値Vb+フィードバック量Vcの値がベーン開度の下限値Vaよりも小さいと判定される場合(S110にてNO)、処理はS114に移される。 When it is determined that the value of the basic value Vb of the vane opening degree + the feedback amount Vc is smaller than the lower limit value Va of the vane opening degree (NO in S110), the process is transferred to S114.

S114にて、制御装置200は、ベーン開度の下限値Vaをベーン開度の指令値として設定し、設定された指令値に基づいて可変ノズル機構40の開度制御を実行する。 In S114, the control device 200 sets the lower limit value Va of the vane opening degree as a command value of the vane opening degree, and executes the opening degree control of the variable nozzle mechanism 40 based on the set command value.

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態における制御装置200の動作について説明する。 The operation of the control device 200 in the present embodiment based on the above structure and flowchart will be described.

エンジン1が作動状態である場合には、エンジン回転数NEと燃料噴射量Qvとに基づいてベーン開度の基本値Vbが算出され(S100)、目標過給圧と実過給圧との差に応じてベーン開度のフィードバック量Vcが算出され(S102)、算出されたベーン開度の基本値Vbとフィードバック量Vcとの和が算出される(S104)。 When the engine 1 is in the operating state, the basic value Vb of the vane opening is calculated based on the engine speed NE and the fuel injection amount Qv (S100), and the difference between the target boost pressure and the actual boost pressure. The feedback amount Vc of the vane opening degree is calculated according to (S102), and the sum of the calculated basic value Vb of the vane opening degree and the feedback amount Vc is calculated (S104).

一方、排気流量mと排気温度T4と排気圧力P6とが所定の計算モデルを用いて推定され、推定された値を用いて排気圧力P4の上限値に対応する有効開口面積μが算出される(S106)。そして、排気流量mと有効開口面積μとを用いてベーン開度の下限値Vaが算出される(S108)。ベーン開度の基本値Vbとフィードバック量Vcとの和がベーン開度の下限値Va以上である場合には(S110にてYES)、ベーン開度の基本値Vbとフィードバック量Vcとの和をベーン開度の指令値として開度制御が実行される(S112)。一方、ベーン開度の基本値Vbとフィードバック量Vcとの和がベーン開度の下限値Vaよりも小さい場合には(S110にてNO)、ベーン開度の下限値Vaをベーン開度の指令値として開度制御が実行される(S114)。 On the other hand, the exhaust flow rate m, the exhaust temperature T4, and the exhaust pressure P6 are estimated using a predetermined calculation model, and the effective opening area μ 1 A 1 corresponding to the upper limit value of the exhaust pressure P4 is calculated using the estimated values. (S106). Then, the lower limit value Va of the vane opening degree is calculated using the exhaust flow rate m and the effective opening area μ 1 A 1 (S108). When the sum of the basic value Vb of the vane opening and the feedback amount Vc is equal to or greater than the lower limit value Va of the vane opening (YES in S110), the sum of the basic value Vb of the vane opening and the feedback amount Vc is calculated. Opening control is executed as a command value of the vane opening degree (S112). On the other hand, when the sum of the basic value Vb of the vane opening and the feedback amount Vc is smaller than the lower limit value Va of the vane opening (NO in S110), the lower limit value Va of the vane opening is commanded for the vane opening. Opening control is executed as a value (S114).

以上のようにして、本実施の形態に係る過給機30によると、有効開口面積μと排気流量mとに応じたベーン開度の下限値Vaが設定されるので(特に、排気流量mが少なくなるほどベーン開度の下限値Vaが小さく設定されるので)、排気マニホールド50の圧力P4を圧力上限値よりも低くしつつ、要求に応じたベーン開度に適切に設定することができる。そのため、過給機30の機能を十分に発揮することができる。したがって、可変ノズル機構を有する過給機において、排気流量に応じてベーン開度を適切に設定する過給機を提供することができる。 As described above, according to the turbocharger 30 according to the present embodiment, the lower limit value Va of the vane opening according to the effective opening area μ 1 A 1 and the exhaust flow rate m is set (particularly, the exhaust). Since the lower limit value Va of the vane opening is set smaller as the flow rate m decreases), the pressure P4 of the exhaust manifold 50 can be appropriately set to the required vane opening while being lower than the pressure upper limit value. can. Therefore, the function of the supercharger 30 can be fully exerted. Therefore, in a supercharger having a variable nozzle mechanism, it is possible to provide a supercharger that appropriately sets the vane opening degree according to the exhaust flow rate.

さらに、ベーン開度の下限値Vaが適切に設定されたことによって、排気マニホールド50の圧力が圧力上限値を超えることを抑制しつつ、たとえば、実過給圧を目標過給圧まで速やかに上昇するようにフィードバック量をより大きく設定することができるため、過給機30の機能を速やかに発揮することができる。 Further, by appropriately setting the lower limit value Va of the vane opening degree, the pressure of the exhaust manifold 50 is prevented from exceeding the upper limit value of the pressure, and the actual supercharging pressure is quickly increased to the target supercharging pressure, for example. Since the feedback amount can be set larger so as to be performed, the function of the supercharger 30 can be quickly exerted.

特に、車両の加速時等のエンジン過渡時(過給機30の過渡時)においては、過渡時のベーン開度に影響の大きいフィードバック量を調整することで、排気マニホールド50の圧力が圧力上限値付近になるまでベーン開度を閉じることができるため、過給圧を速やかに上昇させることができる。その結果、エンジン1に吸入される空気量が速やかに増加し、車両の加速性能を向上させることができる。 In particular, when the engine is transient (when the supercharger 30 is transient) such as when the vehicle is accelerating, the pressure of the exhaust manifold 50 is the upper limit of the pressure by adjusting the feedback amount which has a large effect on the vane opening during the transient. Since the vane opening can be closed until it is close to the vicinity, the boost pressure can be increased quickly. As a result, the amount of air taken into the engine 1 is rapidly increased, and the acceleration performance of the vehicle can be improved.

以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態では、EGRバルブ62が全閉状態であるかベーン制限開度の算出に影響を及ぼさない程度の開度である場合を一例として説明したが、排気の一部がEGR通路66に流通する場合を考慮して可変ノズル機構40における有効開口面積μを算出するようにしてもよい。
Hereinafter, a modified example will be described.
In the above-described embodiment, the case where the EGR valve 62 is fully closed or has an opening degree that does not affect the calculation of the vane limit opening degree has been described as an example, but a part of the exhaust gas is the EGR passage 66. The effective opening area μ 1 A 1 in the variable nozzle mechanism 40 may be calculated in consideration of the case of distribution to the variable nozzle mechanism 40.

具体的には、制御装置200は、有効開口面積μを以下の式(2)を用いて算出してもよい。 Specifically, the control device 200 may calculate the effective opening area μ 1 A 1 using the following equation (2).

Figure 0006947118
Figure 0006947118

ここで、「a」、「b」、「c」および「d」は、所定の係数を示す。「R」は、ガス定数を示す。「m」は、排気マニホールド50からの排気流量を示す。 Here, "a", "b", "c" and "d" indicate predetermined coefficients. "R" indicates the gas constant. “M” indicates the exhaust flow rate from the exhaust manifold 50.

さらに、「T4」は、排気マニホールド50内の排気温度を示す。「P6」は、過給機30から第2排気管54に流出する排気の圧力を示す。「P4」は、排気マニホールド50内の排気の圧力を示す。排気流量m、排気温度T4、排気圧力P6の推定方法や排気圧力P4の上限値の設定方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。 Further, "T4" indicates the exhaust temperature in the exhaust manifold 50. “P6” indicates the pressure of the exhaust gas flowing out from the supercharger 30 to the second exhaust pipe 54. “P4” indicates the pressure of the exhaust gas in the exhaust manifold 50. Since the method of estimating the exhaust flow rate m, the exhaust temperature T4, and the exhaust pressure P6 and the method of setting the upper limit value of the exhaust pressure P4 are as described above, the detailed description thereof will not be repeated.

「Pb」は、吸気マニホールド28内の吸気の圧力を示す。吸気圧力Pbは、たとえば、過給圧センサ106によって取得される。「μ」は、EGRバルブ62における有効開口面積を示し、たとえば、EGRバルブ62における流れやすさを示す第2係数μと、EGRバルブ62の開度から算出される開口面積Aとの積によって示される。 “Pb” indicates the pressure of the intake air in the intake manifold 28. The intake pressure Pb is acquired by, for example, the boost pressure sensor 106. “Μ 2 A 2 ” indicates the effective opening area of the EGR valve 62. For example, the opening area A 2 calculated from the second coefficient μ 2 indicating the ease of flow in the EGR valve 62 and the opening degree of the EGR valve 62. Indicated by the product of.

制御装置200は、たとえば、EGRガスの流量と、EGRバルブ62の開度と、μとの関係を示すマップを用いて有効開口面積μを算出する。EGRガスの流量と、EGRバルブ62の開度と、有効開口面積μとの関係は、たとえば、実験等により適合され、予め制御装置200のメモリに記憶される。 The control device 200 calculates the effective opening area μ 2 A 2 by using, for example, a map showing the relationship between the flow rate of EGR gas, the opening degree of the EGR valve 62, and μ 2 A 2. The relationship between the flow rate of the EGR gas, the opening degree of the EGR valve 62, and the effective opening area μ 2 A 2 is adapted by, for example, an experiment or the like, and is stored in advance in the memory of the control device 200.

このようにすると、排気の一部を吸気通路に還流するEGR60が設けられるエンジン1においても、有効開口面積μと排気流量mとを用いてベーン開度の下限値Vaを設定することができる。そのため、排気マニホールド50の圧力を圧力上限値よりも低くしつつ、要求に応じたベーン開度に適切に設定することができる。 In this way, even in the engine 1 provided with the EGR 60 that returns a part of the exhaust gas to the intake passage, the lower limit value Va of the vane opening can be set by using the effective opening area μ 1 A 1 and the exhaust flow rate m. Can be done. Therefore, the pressure of the exhaust manifold 50 can be appropriately set to the vane opening degree according to the demand while being lower than the pressure upper limit value.

上述の式(2)は、たとえば、上述の式(1)に加えて、EGRバルブ62の開度と、EGRバルブ62の上流および下流の温度と圧力とガス流量とからエネルギー保存の法則や運動量保存の法則等を用いて導かれる関係式から導出される。このような関係式は、周知の技術を用いて導出されるためその詳細な説明は行なわない。 In the above equation (2), for example, in addition to the above equation (1), the law of energy conservation and the momentum are based on the opening degree of the EGR valve 62, the temperature, pressure and gas flow rate upstream and downstream of the EGR valve 62. It is derived from the relational expression derived by using the law of conservation. Since such a relational expression is derived using a well-known technique, its detailed description will not be given.

さらに上述の実施の形態では、EGR装置60は、EGRバルブ62と、EGR通路66とによって構成されるものとして説明したが、EGR通路66に、あるいは、EGR通路66に並列に接続され、EGR通路66から分岐可能に設定された通路に、EGRクーラを設けるようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the EGR device 60 has been described as being composed of the EGR valve 62 and the EGR passage 66, but is connected to the EGR passage 66 or in parallel with the EGR passage 66 and is connected to the EGR passage 66. An EGR cooler may be provided in a passage set so as to be branchable from 66.

さらに上述の実施の形態では、排気温度T4、排気圧力P4,P6をエンジン1の状態等に基づいて推定するものとして説明したが、排気マニホールド50内に温度センサを設けて排気温度T4を直接検出してもよいし、排気マニホールド50内に圧力センサを設けて排気圧力P4を直接検出してもよいし、第2排気管54に圧力センサを設けて排気圧力P6を直接検出してもよい。 Further, in the above-described embodiment, the exhaust temperature T4 and the exhaust pressures P4 and P6 are estimated based on the state of the engine 1 and the like. However, a temperature sensor is provided in the exhaust manifold 50 to directly detect the exhaust temperature T4. Alternatively, a pressure sensor may be provided in the exhaust manifold 50 to directly detect the exhaust pressure P4, or a pressure sensor may be provided in the second exhaust pipe 54 to directly detect the exhaust pressure P6.

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
The above-mentioned modification may be carried out in whole or in combination.
It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 エンジン、10 エンジン本体、12 気筒、16 インジェクタ、20 エアクリーナ、22,24,27 吸気管、25 ディーゼルスロットル、26 インタークーラ、28 吸気マニホールド、30 過給機、32 コンプレッサ、34 コンプレッサホイール、36 タービン、38 タービンホイール、40 可変ノズル機構、42 連結軸、44 アクチュエータ、50 排気マニホールド、52,54 排気管、55 排気処理装置、56 酸化触媒、57 PM除去フィルタ、58 SCR触媒、60 EGR装置、62 EGRバルブ、64 EGRクーラ、66 EGR通路、67,67a,67b ノズルベーン、68 軸、69 ノズルプレート、70,72b アーム、71 ユニゾンリング、72 リンク機構、72a 回転軸、102 エンジン回転数センサ、104 エアフローメータ、106 過給圧センサ、200 制御装置。 1 engine, 10 engine body, 12 cylinders, 16 injectors, 20 air cleaners, 22, 24, 27 intake pipes, 25 diesel throttles, 26 intercoolers, 28 intake manifolds, 30 superchargers, 32 compressors, 34 compressor wheels, 36 turbines , 38 turbine wheel, 40 variable nozzle mechanism, 42 connecting shaft, 44 actuator, 50 exhaust manifold, 52, 54 exhaust pipe, 55 exhaust treatment device, 56 oxidation catalyst, 57 PM removal filter, 58 SCR catalyst, 60 EGR device, 62 EGR valve, 64 EGR cooler, 66 EGR passage, 67, 67a, 67b nozzle vane, 68 shaft, 69 nozzle plate, 70, 72b arm, 71 unison ring, 72 link mechanism, 72a rotation shaft, 102 engine rotation speed sensor, 104 airflow Meter, 106 boost pressure sensor, 200 controller.

Claims (3)

エンジンから排出される排気によって作動するタービンと、
前記タービンの作動によって前記エンジンに吸入される空気を過給するコンプレッサと、
複数のノズルベーンを有し、前記複数のノズルベーンを回転させて隣接するノズルベーンとの隙間の大きさを示すベーン開度を変化させることにより、前記タービンを作動させる前記排気の流速を変化させる流速可変装置と、
前記流速可変装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
隣接するノズルベーンとの隙間における開口面積の総和と前記流速可変装置における排気の流れやすさを示す第1係数との積を示す第1有効開口面積と、前記エンジンからの排気流量とを用いて前記ベーン開度の下限値を設定し、
前記排気流量が少なくなるほど、前記ベーン開度の下限値を小さく設定する、過給機。
A turbine operated by the exhaust gas discharged from the engine and
A compressor that supercharges the air that is taken into the engine by the operation of the turbine, and
A flow velocity variable device having a plurality of nozzle vanes and rotating the plurality of nozzle vanes to change the flow velocity of the exhaust gas that operates the turbine by changing the vane opening degree indicating the size of the gap between the plurality of nozzle vanes. When,
A control device for controlling the flow velocity variable device is provided.
The control device is
The first effective opening area indicating the product of the total opening area in the gap between the adjacent nozzle vanes and the first coefficient indicating the ease of exhaust flow in the flow velocity variable device, and the exhaust flow rate from the engine are used. Set the lower limit of the vane opening,
A supercharger that sets the lower limit of the vane opening degree smaller as the exhaust flow rate decreases.
前記制御装置は、
前記エンジンの回転数と前記エンジンにおける燃料噴射量とを用いて前記ベーン開度の基本値を算出するとともに、前記過給機の目標過給圧と実過給圧との差分に応じて前記ベーン開度のフィードバック量を算出し、
前記基本値と前記フィードバック量との和と、前記ベーン開度の下限値との比較結果に基づいて前記ベーン開度の指令値を設定する、請求項1に記載の過給機。
The control device is
The basic value of the vane opening is calculated using the engine speed and the fuel injection amount in the engine, and the vane is calculated according to the difference between the target supercharging pressure and the actual supercharging pressure of the turbocharger. Calculate the amount of feedback of the opening,
The supercharger according to claim 1, wherein a command value of the vane opening degree is set based on a comparison result of the sum of the basic value and the feedback amount and the lower limit value of the vane opening degree.
前記エンジンには、吸気通路と、前記タービンよりも上流側の排気通路とを前記エンジンの気筒を経由せずに接続する接続通路と、前記接続通路を流通する排気の流量を調整する調整弁とを有する排気再循環装置が設けられ、
前記制御装置は、前記調整弁における開口面積と前記調整弁における排気の流れやすさを示す第2係数との積を示す第2有効開口面積と、前記吸気通路の圧力と、前記排気流量とを用いて前記第1有効開口面積を算出する、請求項1または2に記載の過給機。
The engine includes a connection passage that connects an intake passage and an exhaust passage on the upstream side of the turbine without passing through the cylinder of the engine, and a regulating valve that adjusts the flow rate of exhaust gas flowing through the connection passage. Exhaust gas recirculation device with
The control device has a second effective opening area indicating the product of an opening area in the adjusting valve and a second coefficient indicating the ease of flow of exhaust in the adjusting valve, a pressure in the intake passage, and an exhaust flow rate. The supercharger according to claim 1 or 2, wherein the first effective opening area is calculated by using the turbocharger.
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