WO2007145021A1 - 過給器を備えるエンジン - Google Patents

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WO2007145021A1
WO2007145021A1 PCT/JP2007/058542 JP2007058542W WO2007145021A1 WO 2007145021 A1 WO2007145021 A1 WO 2007145021A1 JP 2007058542 W JP2007058542 W JP 2007058542W WO 2007145021 A1 WO2007145021 A1 WO 2007145021A1
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turbo
angular velocity
speed
supercharger
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PCT/JP2007/058542
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French (fr)
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Kouji Shimizu
Takashi Miyamoto
Takao Kawabe
Tetsuo Sakaki
Isamu Kawashima
Toshiro Itatsu
Original Assignee
Yanmar Co., Ltd.
Applied Electronics Corporation
Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a technology for detecting a change in angular velocity of a supercharger and controlling the engine so that the supercharger does not enter a surging region in an electronic injection control engine including a supercharger.
  • a turbocharger is a device that compresses outside air and increases the density of air to guide it into a cylinder.
  • a turbo charger is well known as a supercharger that rotates a turbine with the energy of exhaust and supercharges it with a compressor.
  • the supercharging pressure is limited by the surging region, whether it is a normal supercharger or a variable displacement supercharger (VGT).
  • VVT variable displacement supercharger
  • the surging area exists in the high rotation / low air volume area when the characteristics of the turbocharger are represented by a pressure curve consisting of pressure and air volume. This surging region boundary is called the surging limit.
  • the surging limit differs depending on the pressure level, impeller design, turbocharger model, and so on.
  • Patent Document 1 discloses means for measuring turbo pressure from a turbocharger pressure fluctuation or turbo speed sensor and using it for controlling the supercharger.
  • the means described in Patent Document 1 that only detects the turbo rotational speed cannot completely eliminate the slit page, because it can reduce the slit page based on the rotational speed at which surging occurs.
  • turbo overspins occur during transitions such as when EGR is interrupted or during acceleration / deceleration, misjudgment or sudden increase / decrease of the injection amount can be considered.
  • the turbo rotational speed sensor of Patent Document 1 can measure only one signal per rotation because the sensor receives a signal from the shaft. In other words, it is difficult to detect turbo surging with rotational fluctuation. Furthermore, the turbo rotational speed sensor of Patent Document 1 performs frequency analysis in consideration of the case where noise occurs in the signal, and defines a point with a high peak output as the rotational speed. For this reason, since it results in filtering, it is impossible to detect instantaneous rotational fluctuation.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-240788
  • the problem to be solved is to operate the engine efficiently by determining the surging limit.
  • the problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems will be described. [0009]
  • the present invention provides an engine having a turbocharger comprising a compressor having a plurality of blades on a turbine shaft and a turbine, wherein at least one indicator means is provided on the turbine shaft or the blades, Detection means for detecting the rotation of each of the plurality of blades is provided and connected to the control means, and turbo angular velocity calculation means for calculating a plurality of pulses per rotation of the turbine shaft and calculating the angular velocity is provided.
  • the present invention calculates a pulse magnitude obtained by the detection means as a turbo angular velocity, and calculates a turbo rotational speed (turbo average angular velocity) if the turbo angular velocity is constant. .
  • control means for setting the turbo angular velocity to an absolute value of the turbo angular velocity or a relative value of the turbo average angular velocity.
  • the present invention includes a supercharger surging detecting means for determining that the supercharger has approached a surging region when the turbo angular velocity amplitude value exceeds a predetermined threshold value.
  • the present invention provides an engine load detecting means for detecting an engine load, an engine speed detecting means for detecting the engine speed, and a predetermined threshold value of the turbo angular speed based on the engine load and the engine speed. And a control means for determining that the operation of the turbocharger has approached the surge region when the turbo angular velocity exceeds the appropriate angular velocity amplitude value. It is.
  • the exhaust flow rate is reduced by at least one of the fuel injection amount, the fuel injection pressure, and the fuel injection timing. Surging avoiding means for controlling the above is provided.
  • the present invention provides an engine load detecting means for detecting an engine load, an engine speed detecting means for detecting the engine speed, and an appropriate turbo set in advance based on the engine load and the engine speed.
  • the turbo rotational speed by the turbo angular velocity detecting means in the engine state based on the rotational speed threshold, the engine load by the engine load detecting means, and the engine rotational speed by the engine rotational speed detecting means is outside the appropriate turbo rotational speed threshold value. If so, a supercharger failure detection means for determining that there is an abnormality is provided.
  • the present invention provides an exhaust gas recirculation system and a turbo angular velocity detection means. And an exhaust gas recirculation amount control means for controlling the recirculation amount of the exhaust gas recirculation system based on the engine rotation speed.
  • the present invention provides an arbitrary system when an abnormality is detected based on the engine speed detecting means, the engine speed by the engine speed detecting means, and the turbo speed by the turbo angular velocity detecting means. And a deflating means for reducing the engine speed and load in time.
  • the present invention provides at least two or more cylinders and a reduced-cylinder operation means for stopping the operation of the cylinder when an abnormality occurs in a certain cylinder and continuing the operation with the remaining cylinders other than the cylinder. And during the reduced-cylinder operation, the fuel injection during reduced-cylinder operation that controls at least one of the fuel injection amount, fuel injection pressure, or fuel injection timing of the remaining cylinders based on the turbo rotational speed by the turbo angular velocity detecting means. And a control means.
  • the turbo angular velocity can be accurately detected by a single detecting means, and the cost can be reduced.
  • the turbo angular velocity detecting means and the conventional turbo angular velocity detecting means can be used together. That is, the versatility of the angular velocity detection means can be improved and the cost can be reduced.
  • the calculated turbo angular velocity value can be easily used for other controls, and versatility can be improved.
  • the engine can be operated efficiently.
  • the determination of the surging area can be remarkably improved as compared with the prior art, and surging according to the engine state can be avoided. In other words, the operability of the engine can be improved.
  • the fuel injection control can avoid the operation in the surging region. In other words, avoidance is possible before entering the servicing area, and engine reliability can be improved.
  • turbo rotation speed is proportional to the EGR amount (in some cases, inversely proportional to the system), the operability of the engine can be improved.
  • the engine speed can be improved because the engine speed is better compared to the temperature sensor and pressure sensor because the engine speed is detected in proportion to the EGR amount.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a system of a four-cylinder diesel engine equipped with a supercharger according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram showing the configuration of the compressor of the supercharger according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing a configuration of a turbo angular velocity detection device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the change in pulse interval with respect to the pulse.
  • FIG. 5 is a graph showing another change in the pulse interval with respect to the pulse.
  • FIG. 6 is a graph showing a surging region based on the correlation between air volume and pressure.
  • FIG. 7 is a map showing an appropriate turbo angular velocity based on the engine speed and the engine load.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of surging avoidance control.
  • FIG. 9 is a map diagram showing an appropriate fuel injection amount based on the engine speed and the engine load.
  • FIG. 13 is a configuration diagram showing the configuration of an LPL system which is a BGR system.
  • FIG. 14 is a graph showing the correlation between the turbo rotation speed and the EGR amount in the LPL system.
  • FIG. 17 A block diagram showing the system of a 4-cylinder diesel engine during reduced-cylinder operation.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a system of a four-cylinder diesel engine equipped with a supercharger according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram showing a configuration of a compressor of the supercharger according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a configuration diagram showing the configuration of the turbo angular velocity detection device according to the present invention.
  • Fig. 4 is a graph showing the change in the no-les interval with respect to the pulse
  • Fig. 5 is a graph showing another change in the pan-less interval with respect to the pulse
  • Fig. 6 is a graph showing the surging region based on the correlation between the air volume and the pressure.
  • Fig. 7 is a map showing the appropriate turbo angular velocity based on the engine speed and engine load
  • Fig. 8 is a flowchart showing the flow of surging avoidance control
  • Fig. 9 is an appropriate fuel based on the engine speed and engine load. It is a map figure which shows injection quantity.
  • Figure 10 is a map showing the appropriate turbo speed range based on engine speed and engine load
  • Figure 11 is a flow chart showing the flow of turbocharger failure detection control
  • Figure 12 is the turbo speed and EGR amount. It is a graph which shows these correlations.
  • Fig. 13 is a block diagram showing the configuration of the LPL system, which is an EGR system
  • Fig. 14 is a graph showing the correlation between the turbo speed and the EGR amount in the LPL system
  • Fig. 15 is the engine speed and turbo in the derating means. It is a graph which shows the correlation between rotation speed and time.
  • FIG. 16 is a graph showing the correlation between engine speed and turbo speed and acceleration in the derating means
  • FIG. 17 is a block diagram showing a system of a four-cylinder diesel engine during reduced-cylinder operation.
  • a diesel engine 1 (hereinafter simply referred to as an engine) is a four-cylinder engine having four cylinders 91, 92, 93, and 94.
  • the engine 1 includes a first cylinder 91, a second cylinder 92, a third cylinder 93, and a fourth cylinder 94.
  • Each of the cylinders 91 to 94 is provided with injectors 81, 82, 83, and 84 for fuel injection.
  • Fuel is accumulated in a common rail 3 from a supply pump 2 connected to a fuel tank (not shown) and supplied to each of the indicators 81 to 84.
  • the common rail 3 can be adjusted so that the fuel pressure in the common rail 52 becomes the target fuel injection pressure by adjusting the return fuel to the pressure adjusting valve 4 or the relief pipe (not shown).
  • An intake manifold (intake 2) 10 is arranged on one side of the engine 1.
  • the intake manifold 10 is connected to the downstream side of the intake passage 11.
  • the intake passage 11 includes an air filter 13, a compressor 41 provided in the supercharger 40, and an intercooler 12 to the intake manifold 10. In this way, outside air is introduced into the intake passage 11 and is taken into the intake manifold. It is supplied to each of the cylinders 91 to 94 by a single 10. Further, a slot valve 5 is arranged in the intake passage 11 downstream from the intercooler 12.
  • Exhaust manifold hold exhaust manifold hold 20 force S
  • engine 1 is arranged on the opposite side of intake manifold 10.
  • the exhaust manifold 20 is connected to the upstream side of the exhaust passage 21.
  • the exhaust passage 21 is configured to the exhaust manifold 20 through a turbine 42 provided in the exhaust purification filter 22 and the supercharger 40.
  • a catalyst 23 is carried on the exhaust purification filter 22. In this way, the exhaust gas is introduced into the exhaust passage 21 from the cylinders 9:! To 94 via the exhaust manifold 20 and flows out to the outside.
  • an exhaust gas recirculation device (hereinafter simply referred to as an EGR device) provided in the engine 1
  • the EGR device 50 is a device that reduces nitrogen oxides (Nx) by recirculating part of the exhaust gas to the intake side.
  • the EGR device is connected to the intake passage 11 and the exhaust passage 21.
  • the EGR passage 51 connects the exhaust manifold 20 and the intake passage 11 downstream from the slot valve 5.
  • the EGR passage 51 includes an EGR cooler 52 that cools the EGR gas (exhaust gas) that has exited the exhaust manifold 20 and an EGR valve 53 that adjusts the recirculation amount of the EGR gas.
  • the ECU 60 serving as a control means for controlling the engine 1 as a whole will be described.
  • the ECU 60 includes a CPU, RAM, ROM, and the like, and stores a program, a map, and the like in advance.
  • the ECU 60 is a control device that performs various types of arithmetic processing based on signals from sensors and commands control signals to each actuator.
  • the ECU 60 can also serve as a means for correcting a program stored in advance.
  • a common rail pressure sensor 61 for detecting the pressure of the common rail 3 for detecting the pressure of the common rail 3
  • a turbo speed and a turbo angular speed of the compressor 41 of the supercharger 40 are used as a sensor for detecting the state of the engine 1.
  • a turbo angular velocity sensor 62 for detecting engine speed, an accelerator opening sensor 63 for detecting engine load, and an engine speed sensor 64 for detecting engine speed are connected to the ECU 60.
  • each of the indicators (solenoids) 81 to 84, the supply pump 2, the pressure regulator the configuration of the turbo angular velocity sensor 62 according to the present invention will be described in detail. As shown in FIG.
  • the supercharger 40 includes an exhaust turbine 42 provided with a plurality of blades on a turbine shaft and a compressor 41 provided with a plurality of blades, and is rotatably accommodated in a casing.
  • the turbine 42 arranged in the above and the compressor 41 arranged in the intake passage 11 are integrally rotated in the same direction. With such a configuration, the turbine 42 driven by the exhaust gas can drive the compressor 41 and send compressed air to increase the amount of oxygen.
  • the turbo angular velocity sensor 62 is a turbo angular velocity calculating means for calculating the angular velocity by obtaining a plurality of pulses per one rotation of the turbine shaft. That is, it is provided in the outer shell 43 of the turbocharger 40 on the compressor 41 side.
  • the turbo angular velocity sensor 62 is a highly sensitive gap sensor that reacts to aluminum.
  • the blades 45a'45b '45c' and '45h of the compressor 41 are provided with an aluminum index 44 for each blade 45. In this embodiment, one index 44 is given to eight blades 45. With this configuration, the turbo angular velocity sensor 62 can detect the indicator 44 and detect the passage (rotation speed) of the blade 45 each time the blade 45 of the compressor 41 passes.
  • a TTL (Transistor-Transistor Logic) conversion amplifier 65 is a conversion means incorporated in the ECU 60.
  • TTL conversion converts information such as 1 and 0 into physical entities such as electrical pulses. Specifically, TTL conversion converts binary 1 to + 5V or 3.3V, and binary 0 to 0V voltage. That is, electric signals are transmitted at high and low voltages. Since the compressor 41 of this embodiment includes eight blades 45, an electrical signal including a signal of 8 panelless per rotation is transmitted to the ECU. In this way, detection of the index 44 of the turbo angular velocity sensor 62 is converted into a pulse signal by the TTL conversion amplifier 65 and transmitted to the ECU 70.
  • the ECU 70 calculates the pulse interval detected by the turbo angular velocity sensor 62 and converted to TTL to the angular velocity or the average rotational speed. As shown in FIGS. 4 and 5, the ECU 60 calculates the change in the turbo angular velocity by indicating the number of pulses on the horizontal axis and the pulse interval with respect to the number of pulses on the vertical axis. That is, EC U60 is calculated by making the turbo angular velocity dimensionless.
  • the ECU 60 calculates the amplitude value ⁇ c when the turbo angular velocity ⁇ varies (when the operation of the turbocharger 40 is close to the surging region as described later). Put out. Further, the ECU 60 can calculate the amplitude value co c as a relative value with respect to the average angular velocity co m (see FIG. 4), which will be described later, or can calculate it as the absolute value ⁇ c as it is.
  • the ECU 60 has a constant amplitude value co c if the turbo angular velocity ⁇ is constant, that is, if there is no rotational fluctuation in the compressor 41.
  • the ECU 60 calculates a value obtained by integrating co c as an average angular velocity com, that is, a turbo rotational speed Nt.
  • Surging is a phenomenon that causes vibration when operating with a blower or the like connected to a conduit to reduce the air volume, causing the air volume, wind pressure, and rotation speed to fluctuate, making it impossible to operate when it is severe.
  • the surging region where surging occurs is in the high pressure / low air flow region in the supercharger 40 when the characteristics of the supercharger 40 are represented by a pressure curve consisting of pressure and air flow ( The middle area in Fig. 6).
  • This surging region boundary is called the surging limit (solid line ⁇ in Fig. 6).
  • the surging limit varies depending on the pressure level, impeller design, turbocharger type, etc.
  • turbocharger 40 When the operating state of the turbocharger 40 exceeds the surging limit and enters the surging region, abnormal noise is generated due to fluctuations in the supply air pressure or pressure wave vibration, which may result in damage due to compressor vibration.
  • engine 1 has a performance variation as a product, so the engine injection amount is limited to the surging limit to the margin (slit page). It is controlled to operate at the middle broken line B). That is, in engine 1 using the supercharger 40, the supercharging pressure is limited by the surging area and the slit page of the surging boundary.
  • the turbocharger in which the supercharging pressure is limited by the surging area is the same whether it is a conventional normal supercharger or a variable capacity supercharger (VGT).
  • VVT variable capacity supercharger
  • the sizing detection means is a detection means for detecting that the turbo angular velocity sensor 62 has approached the surging area.
  • the ECU 60 stores in advance, as a map for each engine load and engine speed, an appropriate angular velocity amplitude value ⁇ a corresponding to the engine state consisting of the engine load of the engine 1 and the engine speed. is doing .
  • the appropriate angular velocity amplitude value ⁇ a is set with a predetermined margin rate from the angular velocity amplitude value at the surging boundary of the turbocharger 40.
  • This stored map is defined as an appropriate angular velocity amplitude value map 71.
  • the ECU 60 uses the current angular speed sensor 63 for the engine load and engine speed sensor to detect the angular velocity amplitude value co L detected by the turbo angular velocity sensor 62 of the turbocharger 40.
  • the force S can be compared with an appropriate angular velocity amplitude value ⁇ a obtained from an appropriate angular velocity amplitude value map 71 stored in advance based on the engine speed of 64.
  • the turbocharger 40 generates rotational fluctuations in the surging region, accompanied by severe pressure fluctuations and large vibrations of the compressor 41 itself. This rotational variation occurs when it is close to the surging boundary. That is, if the current angular velocity amplitude value co c of the supercharger 40 is equal to or greater than the appropriate angular velocity amplitude value ⁇ a, it can be detected that the supercharger 40 has approached the surging boundary.
  • this surging detecting means is that it is necessary to consider the slit page as in the prior art. That is, since the supercharger 40 can be operated until it approaches the surging boundary, the operation performance of the supercharger 40 can be improved. Based on these, Engine 1 can be operated efficiently.
  • the surging avoiding means for avoiding the operation of the supercharger 40 from the surging area when the supercharger 40 comes close to the surging boundary in the surging detecting means will be described.
  • the turbocharger 40 comes close to the surging region, it is necessary to reduce the exhaust energy by reducing the fuel injection amount or by advancing the injection timing.
  • the ECU 60 detects the angular velocity amplitude value c c from the turbo angular velocity sensor 62 (S101).
  • the ECU 60 detects the engine speed Ne from the engine speed sensor 64 and the engine load Ac from the accelerator opening sensor 63, and calculates an appropriate angular velocity amplitude value ⁇ a from the engine speed Ne and the engine load Ac. (S102).
  • the surging avoidance means is the fuel injection amount.
  • the surging avoidance means is not limited to this embodiment.
  • the surging avoidance means may be a means for reducing exhaust energy such as reducing the fuel injection pressure of the common rail 3 or advancing the fuel injection timing. If the surging avoiding means detects that the turbo angular velocity sensor 62 is close to the surging boundary and implements means for reducing the exhaust energy, the same effect as in this embodiment can be obtained. In this way, the engine 1 can improve the reliability by using the surging avoiding means.
  • the fuel injection control correcting means is a means for correcting according to the changed fuel injection amount, fuel injection pressure, or fuel injection timing changed by the surging avoidance means.
  • the ECU 60 sets an appropriate fuel injection amount Q corresponding to the engine state consisting of the engine load Ac and the engine speed Ne of the engine 1 for each engine load Ac and the engine speed Ne. Store it as a map in advance. This stored map is defined as an appropriate fuel injection amount map 72.
  • the correction means is a correction means for rewriting the decreased fuel injection amount Q by adding a margin ratio to the reduced fuel injection amount Q even if the reduced fuel injection amount Q is rewritten as it is. It ’s good.
  • the correction range may be correction means for correcting the entire proper fuel injection amount map 72 or only the engine state including the engine load Ac and the engine speed Ne for which the surging avoidance means is executed.
  • the avoidance means applied by the surging avoidance means since the avoidance means applied by the surging avoidance means is stored, the reliability of the engine 1 can be improved.
  • the correction means for the appropriate fuel injection amount map 72 is used.
  • the surging avoiding means is a means for reducing the fuel injection pressure or advancing the fuel injection timing, it will be determined according to the avoiding means. Try to correct the map.
  • the supercharger failure detection means is a failure detection means for detecting a failure of the supercharger 40 using the turbo angular velocity sensor 62.
  • the ECU 60 sets an appropriate range of turbo speed Nt according to the engine state consisting of engine load Ac and engine speed Ne of engine 1 for each engine load Ac and engine speed Ne. Pre-stored as a map. This stored map is defined as an appropriate turbo speed range map 73.
  • the supercharger failure detection control (S200) as supercharger failure detection means will be specifically described using an appropriate turbo speed range map 73.
  • the ECU 60 detects the turbo rotation speed Nt from the turbo angular velocity sensor 62 (S201).
  • the ECU 60 detects the engine speed Ne from the engine speed sensor 64, and detects the engine load Ac from the accelerator opening sensor 63. From the engine speed Ne and the engine load Ac, the ECU 60 detects the appropriate engine speed.
  • the range Na to Nb is calculated (S202).
  • the turbo speed Nt is within an appropriate turbo speed range Na to Nb (S203)
  • the ECU 60 determines that the turbo speed is normal and terminates the turbocharger failure detection control (S204). If it is not in the range of Na to Nb, it is judged as abnormal (S205).
  • the ECU 60 uses the turbo angular velocity sensor 62 to detect abnormalities other than turbo surging. For example, it is possible to diagnose fuel mixing in the cylinder, abnormality in the injection amount, and turbo seizure. When such an abnormality occurs, the turbo rotation speed increases in the case of an abnormal fuel mixture in the cylinder, the turbo rotation speed increases or decreases when the injection amount becomes abnormal, and the turbo rotation speed increases when the turbo is seized. Since it decreases, it is possible to detect an abnormality in the same flow as described above by storing each rotation speed abnormality range. In this way, the reliability of engine 1 can be improved.
  • EGR amount control means using turbo angular velocity detection means will be described.
  • an EGR device 50 is provided in the engine 1.
  • the amount of EGR is the amount of exhaust gas that recirculates to the intake side to reduce nitrogen oxides (NOx).
  • the EGR amount is known to be proportional to the turbo speed.
  • the EGR amount control means is a control means for controlling the EGR amount by storing in advance the correlation (proportional) between the EGR amount and the turbo speed.
  • the turbo rotation speed by the turbo angular velocity sensor 62 is substituted for the EGR amount.
  • the specific control content is not particularly limited. For example, for the purpose of reducing nitrogen oxides (NOx), it is possible to control such that a predetermined amount of EGR is always returned.
  • the following advantages can be obtained as compared to the conventional EGR amount detection means using an air sensor or an air flow sensor.
  • the ⁇ sensor or the airflow sensor is exposed to a marine atmosphere in an engine mounted on a ship, for example, and thus suffers from salt damage and has low reliability.
  • the pressure sensor that directly measures the exhaust gas has poor control accuracy. Since the EGR amount control means of the present invention can detect the EGR amount only by the turbo angular velocity sensor 62 provided in the supercharger, no other sensor is required. In addition, replacing the EGR amount with the turbo angular velocity sensor 62 can detect the EGR amount more accurately than detecting the temperature and pressure. In this way, the controllability of engine 1 can be improved.
  • an EGR system different from the EGR system shown in Fig. 1 will be described.
  • an LPL (Low Pressure Loop) system 9 is provided with an EGR device 50 downstream of the supercharger 40 in the exhaust passage 21.
  • the LPL system 9 is connected to the exhaust passage 21 between the turbocharger 40 and the EGR vano reb 53. Is configured.
  • the LPL system 9 forms an intercooler 12 on the downstream side of the supercharger 40 in the intake passage.
  • the EGR amount control means can control the EGR amount by storing in advance the correlation (inverse proportion) between the EGR amount and the turbo rotation speed. In this way, even when the configuration of the EGR system is different as in the LPL system 9, the EGR amount control means can obtain the same effect.
  • derating is a technique that provides a safety margin to reduce the possibility of failure due to accidental overstress.
  • it is considered as a stopping means until the engine 1 stops due to an abnormality.
  • the following describes the derating method in the event that an error occurs in engine 1 and engine 1 must be stopped.
  • the ECU 60 performs a reduction in engine load and a decrease in engine speed as a derating means.
  • the reduction of the engine load is replaced with the reduction of the turbo speed of the turbocharger 40. That is, the ECU 60 decelerates and stops the engine load and the engine speed within a predetermined time based on the turbo angular velocity sensor 62 and the engine speed sensor 64.
  • the ECU 60 performs derating means, for example, in the engine 1 mounted on the ship, to reduce the engine load and the engine speed due to a change (deceleration) of the ship's acceleration. It is assumed that the ship is equipped with a G sensor 66 that can detect deceleration. At this time, the engine load is reduced as a reduction in the turbo speed of the turbocharger 40.
  • the ECU 60 decelerates and stops the engine load and the engine speed at a predetermined deceleration.
  • the engine can be stopped with a force S without reducing both the engine load and the engine speed.
  • the derating means is used, for example, when the engine 1 is stopped when it is judged abnormal by the turbocharger failure detection means described above. This is an effective means. In this way, engine safety can be improved with minimal risk of engine damage. Derating means, especially in engines mounted on large ships and large passenger cars, sudden stop (rapid deceleration) of the engine causes passengers to feel a sudden load. Since it can be stopped, it is very effective.
  • Reduced-cylinder operation is an operating means for continually operating the engine in the remaining cylinders even if some abnormality occurs in one cylinder in a multi-cylinder engine. For example, reduced cylinder operation is performed when a failure occurs in which one of the indicators stops the injection.
  • the ECU 60 drives the engine 1 using the remaining injectors 81, 82, and 84. At this time, since there is performance variation between the injectors, it is desirable to check the output of engine 1 on the exhaust side.
  • the ECU 60 performs fuel injection control based on the turbo rotation speed by the turbo angular velocity sensor 62. For example, the ECU 60 increases the fuel injection amount Q of the remaining cylinders so that the turbo rotational speed by the turbo angular velocity sensor 62 becomes equal to the turbo rotational speed before the cylinder reduction. If the fuel injection control means during the reduced-cylinder operation is controlled so as to compensate for the output of the reduced cylinder, the same effect can be obtained even at the fuel injection pressure or the fuel injection timing.
  • fuel injection control during reduced-cylinder operation can be performed with simple means, and the following advantages are obtained.
  • fuel injection control during reduced-cylinder operation has been performed based on a boost pressure sensor or an exhaust temperature sensor.
  • the boost pressure sensor or exhaust temperature sensor had poor feedback response accuracy.
  • the supercharging pressure sensor was low in reliability because the atmospheric pressure was different especially at high altitudes.
  • the fuel injection control means during reduced-cylinder operation of the present embodiment can perform fuel injection control reliably during reduced-cylinder operation using simple means.
  • the present invention is applicable to a common rail type diesel engine.

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Abstract

　タービン４２軸上に複数の羽根４５を備えるコンプレッサー４１とタービン４２からなる過給機４０を有するエンジン１において、前記タービン４２軸または羽根４５上に少なくとも一つの指標４４を設け、前記指標４４の回転と複数の羽根４５の回転とをそれぞれ検知するターボ角速度センサー６２を設けてＥＣＵ６０と接続し、タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度演算手段を備えるエンジン１。

Description

明 細 書
過給器を備えるエンジン
技術分野
[0001] 本発明は、過給器を備える電子噴射制御式エンジンにおいて、過給機の角速度の 変化を検知し、過給機がサージング域に入らないようにエンジンを制御する技術に関 する。
背景技術
[0002] エンジンは、吸入する空気の質量を増せば、燃焼する燃料も増加でき出力を増す ことができる。過給機は、外気を圧縮し空気の密度を増してシリンダー内に導く装置 である。例えば、ターボ'チャージヤーは、排気の持つエネルギーにてタービンを回し 、コンプレッサーで過給する過給機として良く知られている。
[0003] 過給機を使用するエンジンにおいては、通常の過給機であっても、可変容量式の 過給機 (VGT)であっても、サージング領域によって過給圧が制限される。サージン グは、遠心'軸流送風機又は圧縮機等を管路につないで風量を絞って運転するとき 、振動が発生し、風量、風圧及び回転速度が変動し、甚だしいときには運転不能に なる現象である。
サージング領域は、過給機の特性を圧力と風量とからなる圧力曲線で表したとき、 高回転'低風量領域に存在する。このサージング領域境界をサージング限界と称し ている。サージング限界は、圧力の高低、羽根車の設計又は過給機の機種等によつ て異なるものである。
[0004] 過給機の運転状態がサージング限界を超えたとき、給気圧の変動又は圧力波振動 による異常音が発生し、ひいてはコンプレッサー振動による損傷に至る場合がある。 通常、エンジンは製品として性能ばらつきが存在するため、エンジン噴射量は、サー ジング限界からスリツページ（余裕代）を設けた領域にて運転するように制御されてい る。エンジンにとってスリツページの必要性は、重要な低速トルク向上の制限となって いた。
[0005] 従来、サージング状態に陥ったときに、過給圧センサー等を用いて噴射量を制限 する方法は公知である。しかし、この方法は、実際にサージングが発生しない限り、 噴射量を制限することができない。つまり、実際にサージングが起こり不快な吸気音 や過給機振動が発生することに変わりはない。この方法では信頼性の観点から問題 力 Sある。
[0006] 例えば、特許文献 1は、過給機の圧力変動又はターボ回転数センサーからターボ 回転数を測定し過給機の制御に用いる手段を開示している。しかし、ターボ回転数を 検出するのみの特許文献 1記載の手段は、サージングが発生する回転数を踏まえて スリツページを小さくすることはできる力 s、スリツページを完全になくすことができない。 また、 EGR遮断時又は加減速時等の過渡時にターボ特有のオーバースピンが発生 した場合、誤判定する又は急激に噴射量が増減することも考えられるため、実用面で は課題が残る。
また、特許文献 1のターボ回転数センサーは、センサーがシャフトから信号を受け 取るので 1回転に 1信号しか計測できない。つまり、回転変動を伴うターボサージング の検知は困難である。さらに、特許文献 1のターボ回転数センサーは、信号にノイズ が発生した場合を考慮して周波数分析を行ないピーク出力の高い点を回転数と定義 している。このため、フィルタリングを行なう結果となるために、瞬時の回転変動を検 出することは不可能である。
特許文献 1 :特開 2003— 240788号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] つまり、公知技術及び特許文献 1のターボ回転数センサーではターボサージング の限界点を捉えることは困難であるため、スリツページが必要とされ、エンジン及び過 給機を効率よく運転できないのが現状である。
そこで、解決しょうとする課題は、サージング限界を見極めることによってエンジンを 効率良く運転することである。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の解決しょうとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するため の手段を説明する。 [0009] 本発明は、タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサーとタービンからなる 過給機を有するエンジンにおいて、前記タービン軸または羽根上に少なくとも一つの 指標手段を設け、前記指標手段の回転と複数の羽根の回転とをそれぞれ検知する 検知手段を設けて制御手段と接続し、タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得 て角速度を演算するターボ角速度演算手段を備えるものである。
[0010] さらに、本発明は、前記検知手段により得られたパルスの大きさをターボ角速度とし て算出し、前記ターボ角速度が一定であればターボ回転数 (ターボ平均角速度）を 算出するものである。
[0011] さらに、本発明は、前記ターボ角速度を、該ターボ角速度の絶対値とする又はター ボ平均角速度の相対値とする制御手段、を備えたものである。
[0012] さらに、本発明は、前記ターボ角速度振幅値が所定閾値を超えた場合は前記過給 機がサージング領域に接近したと判断する過給機サージング検出手段を備えたもの である。
[0013] さらに、本発明は、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回 転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷とエンジン回転数とに基 づき前記ターボ角速度の所定閾値を記憶した適正角速度振幅値マップと、前記ター ボ角速度が、前記適正角速度振幅値を超えた場合は、前記過給機の運転がサージ ング領域に接近したと判断する制御手段、を備えたものである。
[0014] さらに、本発明は、過給機の運転がサージング領域に接近したと判断した場合は、 燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを排気流量が減 少するように制御するサージング回避手段を備えたものである。
[0015] さらに、本発明は、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回 転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷とエンジン回転数によりあ らかじめ設定された適正ターボ回転数閾値と、前記エンジン負荷検出手段によるェ ンジン負荷と前記エンジン回転数検出手段によるエンジン回転数とに基づくエンジン 状態での前記ターボ角速度検出手段によるターボ回転数が、前記適正ターボ回転 数閾値外であれば異常と判断する過給機故障検知手段と、を備えたものである。
[0016] さらに、本発明は、排気ガス還流システムと、前記ターボ角速度検出手段によるタ ーボ回転数に基づいて排気ガス還流システムの還流量を制御する排気ガス還流量 制御手段と、を備えたものである。
[0017] さらに、本発明は、前記エンジン回転数検出手段と、前記エンジン回転数検出手段 によるエンジン回転数と前記ターボ角速度検出手段によるターボ回転数とに基づい て、異常を検知したとき、任意の時間内にエンジン回転数及び負荷を減少させるディ フレーティング手段と、を備えたものである。
[0018] さらに、本発明は、少なくとも 2つ以上の気筒と、ある気筒に異常が発生すれば該気 筒の運転を停止して、該気筒以外の残気筒で運転を継続する減筒運転手段と、前 記減筒運転時には前記ターボ角速度検出手段によるターボ回転数に基づいて前記 残気筒の燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つの制 御を行なう減筒運転時燃料噴射制御手段と、を備えたものである。
発明の効果
[0019] 本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
[0020] 本発明においては、過給器の 1回転中における角速度の変化を容易に検出するこ とができる。また、羽根に指標手段を施すことでターボ角速度を一つの検知手段で適 確に検出することができ、コスト低減化が図れる。
[0021] さらに、本発明においては、ターボ角速度検出手段と従来のターボ角速度検出手 段を兼用できる。つまり、角速度検出手段の汎用性を向上でき、コストを低減できる。
[0022] さらに、本発明においては、算出したターボ角速度の値を他の制御にも容易に利 用することができて、汎用性が向上できる。
[0023] さらに、本発明においては、ターボ角速度が変動したことでサージング限界へ接近 したことを判断できる。つまり、サージング領域に対してスリツページをとる必要がない
、または、サージング領域との境界許容範囲をできるだけ小さくすることができるため
、エンジンを効率良く運転できる。
[0024] さらに、本発明においては、サージング領域の判断が従来よりも格段に向上でき、 エンジン状態に応じたサージング回避ができる。つまり、エンジンの操作性を向上で きる。
[0025] さらに、本発明においては、ターボ運転がサージング境界に接近したならば、直ち に燃料噴射制御することでサージング領域での運転を回避できる。つまり、サージン グ領域に入る前に回避対応できエンジンの信頼性を向上できる。
[0026] さらに、本発明においては、ターボ異常の診断が簡単に行えるようになり、ターボ運 転の信頼性を向上できる。
[0027] さらに、本発明においては、ターボ回転数が EGR量に比例（システムによっては反 比例）することから、エンジンの操作性を向上できる。
また、温度センサーや圧力センサーと比較して EGR量に比例する回転数を検出す るため EGR量に対する応答性が良いので、エンジンの制御性を向上できる。
[0028] さらに、本発明においては、負荷をターボ回転数にて代替することで、ディレーティ ング運転の際に回転数及び負荷に基づレ、たディレーティング運転が可能である。つ まり、負荷を考慮しながらディレーティングを行えるのでエンジンの安全性を向上でき る。
[0029] さらに、本発明においては、負荷をターボ回転数にて代替することで、欠筒運転の 際に負荷に基づいた燃料噴射制御が可能である。つまり、エンジンの安全性を向上 できる。
図面の簡単な説明
[0030] [図 1]本発明の実施例に係る過給機を備えた 4気筒ディーゼルエンジンのシステムを 示す構成図。
[図 2]本発明の実施例に係る過給機のコンプレッサーの構成を示す断面構成図。
[図 3]本発明に係るターボ角速度検出装置の構成を示す構成図。
[図 4]パルスに対するパルス間隔の変化を示すグラフ図。
[図 5]パルスに対するパルス間隔の別の変化を示すグラフ図。
[図 6]風量と圧力の相関よりサージング領域を示すグラフ図。
[図 7]エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ角速度を示すマップ図 [図 8]サージング回避制御のフローを示すフロー図。
[図 9]エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正な燃料噴射量を示すマップ図。
[図 10]エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ回転数範囲を示すマツ プ図。
園 11]過給機故障検知制御のフローを示すフロー図。
園 12]ターボ回転数と EGR量との相関を示すグラフ図。
[図 13BGRシステムである LPLシステムの構成を示す構成図。
[図 14]LPLシステムにおけるターボ回転数と EGR量との相関を示すグラフ図。
園 15]ディレーティング手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と時間との相 関を示すグラフ図。
園 16]ディレーティング手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と加速度との 相関を示すグラフ図。
園 17]減筒運転中の 4気筒ディーゼルエンジンのシステムを示す構成図。
符号の説明
1 エンジン
40 過給機
41 コンプレッサー
42 タービン
44 指標手段
45 羽根
60 ECU
62 ターボ角速度センサ
発明を実施するための最良の形態
次に、発明の実施の形態を説明する。
図 1は本発明の実施例に係る過給機を備えた 4気筒ディーゼルエンジンのシステム を示す構成図、図 2は本発明の実施例に係る過給機のコンプレッサーの構成を示す 断面構成図、図 3は本発明に係るターボ角速度検出装置の構成を示す構成図であ る。
図 4はパルスに対するノ^レス間隔の変化を示すグラフ図、図 5はパルスに対するパ ノレス間隔の別の変化を示すグラフ図、図 6は風量と圧力の相関よりサージング領域を 示すグラフ図である。 図 7はエンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ角速度を示すマップ 図、図 8はサージング回避制御のフローを示すフロー図、図 9はエンジン回転数とェ ンジン負荷とに基づく適正な燃料噴射量を示すマップ図である。
図 10はエンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ回転数範囲を示す マップ図、図 11は過給機故障検知制御のフローを示すフロー図、図 12はターボ回 転数と EGR量との相関を示すグラフ図である。
図 13は EGRシステムである LPLシステムの構成を示す構成図、図 14は LPLシス テムにおけるターボ回転数と EGR量との相関を示すグラフ図、図 15はディレーティン グ手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と時間との相関を示すグラフ図で ある。
図 16はディレーティング手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と加速度 との相関を示すグラフ図、図 17は減筒運転中の 4気筒ディーゼルエンジンのシステ ムを示す構成図である。
[0033] まず、本発明の実施例として、過給機 40を備えた 4気筒ディーゼルエンジン 1につ いて説明する。
図 1に示すように、ディーゼルエンジン 1 (以下、単にエンジンと称す）は、 4個の気 筒 91 · 92 · 93 · 94を備えた 4気筒エンジンである。エンジン 1は、第 1気筒 91、第 2気 筒 92、第 3気筒 93及び第 4気筒 94の各気筒より構成されている。
各気筒 91〜 94は、それぞれに燃料噴射用のインジェクタ 81 · 82 · 83 · 84が配置さ れている。燃料は、燃料タンク（図示なし）に接続されたサプライポンプ 2からコモンレ ール 3にて蓄圧され、各インジヱクタ 81〜84に供給される。コモンレール 3は、圧力 調整弁 4又はリリーフ配管（図示なし)への還流燃料を調整することで、コモンレール 52内の燃料圧力が目標となる燃料噴射圧力とされるように調整可能である。
[0034] また、エンジン 1の吸気系統について説明する。吸気マ二ホールド（インテークマ二 ホード） 10は、エンジン 1の一側に配置されている。また、吸気マ二ホールド 10は、吸 気通路 11の下流側に接続されている。吸気通路 11は、エアーフィルタ 13、過給機 4 0に備えられたコンプレッサー 41及びインタークーラー 12を介して吸気マ二ホールド 10まで構成されている。このようにして、外気は、吸気通路 11に導入され吸気マニホ 一ルド 10により各気筒 91〜94に供給される。さらに、インタークーラー 12より下流の 吸気通路 11内にはスロットノレバルブ 5が配置されてレ、る。
[0035] さらに、エンジン 1の排気系統について説明する。排気マ二ホールド（ェキゾースト マ二ホールド） 20力 S、エンジン 1の吸気マ二ホールド 10の対向側に配置されている。 また、排気マ二ホールド 20は、排気通路 21の上流側に接続されている。排気通路 2 1は、排気浄化フィルタ 22及び過給機 40に備えられたタービン 42を介して排気マ二 ホールド 20まで構成されている。排気浄化フィルタ 22には触媒 23が担持されている 。このようにして、排気ガスは、各気筒 9：!〜 94より排気マ二ホールド 20を介して排気 通路 21に導入され、外部へ流出される。
[0036] ここで、エンジン 1に設けられた排気ガス再循環装置（以下、単に EGR装置と称す）
50について説明する。 EGR装置 50は、排気ガスの一部を吸気側に還流して窒素酸 化物（N〇x)を低減する装置である。 EGR装置は、吸気通路 11及び排気通路 21に 接続されている。また、 EGR通路 51は、排気マ二ホールド 20とスロットノレバルブ 5より 下流の吸気通路 11とを接続している。 EGR通路 51は、排気マ二ホールド 20を出た EGRガス（排気ガス）を冷却する EGR用クーラー 52及び EGRガスの還流量を調整 する EGRバルブ 53より構成されている。
[0037] 次に、エンジン 1を全体的に制御する制御手段となる Engine Control Unit (EC U) 60について説明する。 ECU60は、 CPU, RAM及び ROMなどを備え、予めプロ グラム及びマップ等が記憶されている。 ECU60は、センサー類の信号に基づいて各 種の演算処理を行ない、各ァクチユエータに制御信号を指令する制御装置である。 また、 ECU60は、予め記憶されたプログラムの補正手段ともなりうる。
図 1に示すように、本実施例では、エンジン 1の状態を検出するセンサーとして、コ モンレール 3の圧力を検出するコモンレール圧力センサー 61、過給機 40のコンプレ ッサー 41のターボ回転数及びターボ角速度を検出するターボ角速度センサー 62、 エンジン負荷等を検出するアクセル開度センサー 63、エンジン回転数を検出するェ ンジン回転数センサー 64が ECU60に接続されている。また、エンジン 1を制御する ァクチユエータとして、各インジヱクタ（ソレノイド） 81〜84、サプライポンプ 2、圧力調 [0038] ここで、本発明に係わるターボ角速度センサー 62の構成について詳細に説明する 。図 1に示すように、過給機 40は、タービン軸上に複数の羽根を設けた排気タービン 42と複数の羽根を設けたコンプレッサー 41を設けて筐体内に回転自在に収納され、 排気通路 21に配置されたタービン 42と吸気通路 11に配置されたコンプレッサー 41 とが一体的に同方向に回転される構成とされている。このような構成とすることで、排 気ガスによって駆動されたタービン 42がコンプレッサー 41を駆動し、圧縮した空気を 送り酸素量を増加させることができる。
図 2に示すように、ターボ角速度センサー 62は、タービン軸の一回転あたり複数の パルスを得て角速度を演算するターボ角速度演算手段としている。即ち、過給機 40 のコンプレッサー 41側の外郭 43に設けられている。ターボ角速度センサー 62は、高 感度のギャップセンサーであってアルミ材に反応する。また、コンプレッサー 41の羽 根 45a'45b '45c' · '45hには、各羽根 45それぞれに一つアルミ製の指標 44が施さ れている。本実施例では、 8枚の羽根 45に 1つの指標 44を施している。このような構 成とすることで、ターボ角速度センサー 62は、コンプレッサー 41の羽根 45が通過す る度に、指標 44を検知し羽根 45の通過（回転数）を検出できる。
[0039] 次に、ターボ角速度センサー 62の検出について詳細に説明する。図 3に示すよう に、 TTL (Transistor— Transistor Logic)変換アンプ 65は、 ECU60に組み込ま れた変換手段である。 TTL変換は、 1や 0のような情報を、電気パルスのような物理的 実体に変換する。 TTL変換は、具体的には、 2進数 1を + 5V又は 3. 3Vに変換し、 2 進数 0を 0Vの電圧に変換する。つまり、電圧の高低にて電気信号の伝達を行なう。 本実施例のコンプレッサー 41は 8枚の羽根 45を備えているので、 1回転につき 8パ ノレスの信号を含んだ電気的信号が ECU70に伝達される。このようにして、ターボ角 速度センサー 62の指標 44の検知は、 TTL変換アンプ 65によりパルス信号に変換さ れ、 ECU70に伝達される。
[0040] 次に、ターボ角速度及びターボ回転数の算出について説明する。 ECU70は、ター ボ角速度センサー 62で検出し TTL変換されたパルス間隔を角速度又は平均回転 数に演算する。図 4及び 5に示すように、 ECU60は、横軸にパルス数、縦軸にパルス 数に対するパルス間隔を示し、ターボ角速度の変化を算出している。すなわち、 EC U60は、ターボ角速度を無次元化して算出している。
ここで、図 4に示すように、 ECU60は、ターボ角速度 ωに変動があれば（後述する ように過給機 40の運転がサージング領域に近接したような場合）は、振幅値 ω cを算 出する。また、 ECU60は、振幅値 co cを後述する平均角速度 co m (図 4参照）に対す る相対値として算出しても良レ、し、そのまま絶対値 ω cとして算出しても良レ、。
さらに、図 5に示すように、 ECU60は、ターボ角速度 ωが一定すなわちコンプレツ サー 41に回転変動が無ければ、振幅値 co cは一定となる。この場合は、 ECU60は、 co cを積分したものを平均角速度 co mすなわちターボ回転数 Ntとして算出する。
[0041] このようして、ターボ角速度 ωを無次元化することは、通常の時間に対してターボ角 速度を求める手段に比較して以下の利点が得られる。すなわち、従来、例えばター ボ平均回転数を算出する場合には、回転数 Ν =パルス周波数 F/羽根枚数 Ζの演 算が必要であった。このため、コンプレッサーの羽根枚数が変わる毎に演算設定が 必要とされた。本発明のターボ角速度センサー 62は、角速度を無次元化しているこ とから、羽根枚数に影響なく角速度の算出が可能である。また、パルス数に対するパ ノレス間隔のみにて角速度 ωを算出するので、従来手段に比較して演算速度を向上 できる。
[0042] ここで、過給機 40の運転中に発生するサージングについて簡単に説明する。サー ジングは、送風機等を管路につないで風量を絞って運転するとき、振動を起こし、風 量、風圧及び回転速度が変動し、甚だしい時は運転不能になる現象である。
図 6に示すように、サージングが発生するサージング領域は、過給機 40において、 過給機 40の特性を圧力と風量とからなる圧力曲線で表した場合に高圧 ·低風量領域 に存在する（図 6中領域ひ )。このサージング領域境界をサージング限界（図 6中の実 線 Α)と称している。サージング限界は、圧力の高低、羽根車の設計又は過給機の機 種等によって異なるものである。
過給機 40の運転状態がサージング限界を超えサージング領域に入ると、給気圧の 変動や圧力波振動による異常音が発生し、ひいてはコンプレッサー振動による損傷 に至る場合もある。通常、エンジン 1は、製品として性能ばらつきが存在するため、ェ ンジン噴射量は、サージング限界から余裕代 (スリツページ)をとつた限界 (例えば図 6中破線 B)にて運転するように制御されている。つまり、過給機 40を使用するェンジ ン 1では、サージング領域及びサージング境界のスリツページによって過給圧が制限 されている。サージング領域によって過給圧が制限される過給機は、従来の通常の 過給機であっても、可変容量式の過給機 (VGT)であっても同様である。
次に、ターボ角速度検出手段を用いたサージング検知手段について説明する。サ 一ジング検知手段は、ターボ角速度センサー 62を用いて、サージング領域に近接し たことを検知する検知手段である。図 7に示すように、 ECU60は、エンジン 1のェンジ ン負荷及びエンジン回転数からなるエンジン状態に応じた適正な角速度振幅値 ω a を、それぞれのエンジン負荷及びエンジン回転数毎にマップとして予め記憶している 。適正な角速度振幅値 ω aは、過給機 40のサージング境界での角速度振幅値より所 定の余裕率を設けて設定されている。この記憶されたマップを、適正角速度振幅値 マップ 71と定義する。
このような構成とすることで、 ECU60は、現在の過給機 40のターボ角速度センサ 一 62により検出される角速度振幅値 co Lを、現在のアクセル開度センサー 63による エンジン負荷及びエンジン回転数センサー 64によるエンジン回転数に基づき予め記 憶された適正角速度振幅値マップ 71より得られる適正な角速度振幅値 ω aと比較す ること力 Sできる。
過給機 40は、サージング領域において、激しい圧力変動及びコンプレッサー 41自 体の大きい震動を伴いながら、回転変動を発生する。この回転変動は、サージング 境界に近接すると発生する。つまり、現在の過給機 40の角速度振幅値 co cが適正な 角速度振幅値 ω a以上であれば、過給機 40がサージング境界に近接したことを検知 できる。
このようにして、過給機 40の角速度振幅値を常時検出し、適正角速度振幅値マツ プ 71と比較することで、過給機 40がサージング領域に近接することを直前で検知で きる。このサージング検知手段の特色は、従来のようにスリツページを考慮する必要 カ¾いことである。つまり、過給機 40は、サージング境界に近接するまで運転可能で あるため、過給機 40の運転性能が向上できる。これらを踏まえ、エンジン 1は効率良 く運転ができる。 [0044] ここで、過給機 40がサージング検知手段においてサージング境界に近接した場合 に、過給機 40の運転をサージング領域より回避するサージング回避手段について説 明する。過給機 40がサージング領域に近接した場合は、燃料噴射量を減少する又 は噴射時期を進角することで、排気エネルギーを減少させる必要がある。
図 8に示すように、燃料噴射を減少させるサージング回避制御 100について具体的 に説明する。 ECU60は、ターボ角速度センサー 62より角速度振幅値 c cを検出する (S101)。また、 ECU60は、エンジン回転数センサー 64よりエンジン回転数 Neを、 アクセル開度センサー 63よりエンジン負荷 Acを検出し、このエンジン回転数 Ne及び エンジン負荷 Acから適正な角速度振幅値 ω aを算出する（S102)。ここで、 ECU60 は、比較計算値 D (D= ω c— ω a)を算出し、角速度振幅値 ω cと適正な角速度振幅 値 co aとを比較する（S103)。 ECU60は、比較計算値 Dが 0以上であれば（S104)、 燃料噴射量 Qを減少させ（S105)、 0以下であればそのままサージング回避制御を 終了する（S106)。
サージング回避手段は、本実施例においては、サージング回避手段を燃料噴射量 としたが、本実施例に限定されるものではない。例えば、サージング回避手段を、コ モンレール 3の燃料噴射圧を減少させる又は燃料噴射時期を進角させる等の排気ェ ネルギーを減少させる手段とすることも可能である。サージング回避手段は、ターボ 角速度センサー 62よりサージング境界に近接したことを検知し、排気エネルギーを 減少させる手段を実施すれば本実施例同様の効果が得られる。このようにして、ェン ジン 1は、サージング回避手段を用いることで信頼性を向上できる。
[0045] さらに、サージング回避手段によるサージング回避後の燃料噴射制御補正手段に ついて説明する。燃料噴射制御補正手段は、サージング回避手段によって変更した 燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち変更したものに応じて補正する 手段である。通常、 ECU60は、図 9に示すように、エンジン 1のエンジン負荷 Ac及び エンジン回転数 Neからなるエンジン状態に応じた適正な燃料噴射量 Qを、それぞれ のエンジン負荷 Ac及びエンジン回転数 Ne毎にマップとして予め記憶してレ、る。この 記憶されたマップを、適正燃料噴射量マップ 72と定義する。
ECU60は、サージング回避手段において燃料噴射量 Qを減少させた場合は、この 適正燃料噴射量マップ 72を補正する。補正手段は、減少させた燃料噴射量 Qをそ のまま書き換える補正手段であっても、減少させた燃料噴射量 Qに余裕率をカ卩味し てさらに減少させた値を書き換える補正手段であっても良レ、。また、補正範囲は、適 正燃料噴射量マップ 72全体を補正する補正手段であっても、サージング回避手段 が実行されたエンジン負荷 Ac及びエンジン回転数 Neからなるエンジン状態のみで あっても い。
このようにして、サージング回避手段で施された回避手段は記憶されるため、ェン ジン 1の信頼性を向上することができる。なお、本実施例では適正燃料噴射量マップ 72についての補正手段としたが、サージング回避手段が燃料噴射圧を減少させる又 は燃料噴射時期を進角させる手段であれば、それらの回避手段に応じたマップを補 正するようにする。
ここで、ターボ角速度検出手段を用いた過給機故障検知手段について説明する。 過給機故障検知手段は、ターボ角速度センサー 62を用いて過給機 40の故障を検 知する故障検知手段である。 ECU60は、図 10に示すように、エンジン 1のエンジン 負荷 Ac及びエンジン回転数 Neからなるエンジン状態に応じた適正なターボ回転数 Ntの範囲を、それぞれのエンジン負荷 Ac及びエンジン回転数 Ne毎にマップとして 予め記憶している。この記憶されたマップを、適正ターボ回転数範囲マップ 73と定義 する。
図 11に示すように、過給機故障検知手段としての過給機故障検知制御（S200)を 、適正ターボ回転数範囲マップ 73を用いて具体的に説明する。 ECU60は、ターボ 角速度センサー 62よりターボ回転数 Ntを検出する（S201)。また、 ECU60は、ェン ジン回転数センサー 64よりエンジン回転数 Neを、アクセル開度センサー 63よりェン ジン負荷 Acを検出し、このエンジン回転数 Ne及びエンジン負荷 Acから適正なター ボ回転数範囲 Na〜Nbを算出する（S202)。ここで、 ECU60は、ターボ回転数 Ntが 適正なターボ回転数範囲 Na〜Nb以内であれば（S203)、正常と判断して過給機故 障検知制御を終了し (S204)、ターボ回転数範囲 Na〜Nbの範囲にない場合は異 常と判断する（S205)。
また、 ECU60は、ターボ角速度センサー 62を用いてターボサージング以外の異常 、例えば、気筒内への燃料混入や噴射量の異常やターボ焼付きも診断することが可 能である。このような異常が発生すると、気筒内への燃料混入の異常の場合は、ター ボ回転数が増加し、噴射量が異常となるとターボ回転数が増減し、ターボが焼付くと ターボ回転数が減少するので、それぞれの回転数異常範囲を記憶しておくことで、 前記と同様のフローで異常を検知することができる。このようにして、エンジン 1の信 頼性を向上できる。
[0047] また、ターボ角速度検出手段を用いた EGR量制御手段について説明する。図 1に 示すように、本実施例は、エンジン 1に EGR装置 50が設けられている。 EGR量は、 吸気側に還流して窒素酸化物（NOx)を低減する排気ガス量である。
図 12に示すように、 EGR量は、ターボ回転数と比例することが分かっている。 EGR 量制御手段は、この EGR量とターボ回転数との相関（比例）を予め記憶しておくこと で、 EGR量を制御する制御手段である。つまり、ターボ角速度センサー 62によるター ボ回転数を EGR量の代替とする。本実施例は、具体的制御内容について特に限定 しない。例えば、窒素酸化物（NOx)の低減を目的として、所定の EGR量を必ず還 流させる等の制御も可能である。
このような構成とすることで、従来のえセンサー又はエアフローセンサーを用いた E GR量の検出手段に比較して以下の利点が得られる。すなわち、 λセンサー又はェ アフロ一センサーは、例えば船舶等に搭載されるエンジンにおいて海上雰囲気にさ らされるため、塩害を被り信頼性が低かった。また、排気ガスを直接計測する圧力セ ンサ一等は制御精度が悪かった。本発明の EGR量制御手段は、過給機内部に設け られるターボ角速度センサー 62のみにて EGR量を検出できるため、その他のセンサ 一が不要である。また、ターボ角速度センサー 62による EGR量の代替えは、温度や 圧力を検出するよりも精度良く EGR量を検出できる。このようにして、エンジン 1の制 御性を向上できる。
[0048] ここで、図 1に示す EGRシステムとは異なった EGRシステムについて説明する。図 13に示すように、 LPL (Low Pressure Loop)システム 9は、排気通路 21において 過給機 40よりも下流に EGR装置 50が設けられている。 LPLシステム 9は、排気通路 21におレ、て過給機 40と EGRバノレブ 53との間に、排気浄化フィルタ 22及び触媒 23 を構成している。また、 LPLシステム 9は、吸気通路において過給機 40の下流側にィ ンタークーラー 12を構成している。
図 14に示すように、このような構成の EGRシステムにおいて、 EGR量は、ターボ回 転数と反比例することが分かっている。 EGR量制御手段は、この EGR量とターボ回 転数との相関（反比例）を予め記憶しておくことで、 EGR量を制御することができる。 このようにして、 LPLシステム 9のように EGRシステムの構成が異なっている場合で あっても、 EGR量制御手段は同様の効果を得ることができる。
[0049] 次に、ターボ角速度検出手段を用いたディレーティング手段について説明する。一 般的には、ディレーティングは、安全余裕を与えて偶発的な過大ストレスによる故障 の可能性を低減するという手法である。ここでは、エンジン 1が異常発生のため停止 するまでの停止手段として考える。以下に、エンジン 1に何らかのエラーが発生し、ェ ンジン 1を停止しなければならない場合のディレーティング手段について説明する。 図 15に示すように、 ECU60は、ディレーティング手段として、時間変化によるェン ジン負荷の減少及びエンジン回転数の減少を実施する。このとき、エンジン負荷の減 少については、過給機 40のターボ回転数の減少として代替する。つまり、 ECU60は 、ターボ角速度センサー 62とエンジン回転数センサー 64とに基づき、所定時間内に てエンジン負荷及びエンジン回転数を減速させて停止させる。
[0050] さらに、別のターボ角速度検出手段を用いたディレーティング手段について説明す る。図 16に示すように、 ECU60は、ディレーティング手段として、例えば船舶に搭載 されたエンジン 1において、船舶の加速度変化 (減速）によるエンジン負荷の減少及 びエンジン回転数の減少を実施する。なお、船舶は減速を検出できる Gセンサー 66 を備えているものとする。このとき、エンジン負荷の減少については、過給機 40のタ ーボ回転数の減少として代替する。
つまり、 ECU60は、ターボ角速度センサー 62とエンジン回転数センサー 64とに基 づき、所定の減速度でエンジン負荷及びエンジン回転数を減速させて停止させる。 このような構成とすることで、エンジン負荷及びエンジン回転数の双方を減少させな 力 Sらエンジンを停止することができる。ディレーティング手段は、例えば前述した過給 機故障検知手段にて異常と判断された場合にエンジン 1を停止させるときに、とられ る手段として有効である。このようにして、エンジン損傷の危険性を最小限として、ェ ンジンの安全性を向上できる。ディレーティング手段は、特に大型船舶や大型乗用 車に搭載されたエンジンにおいて、エンジンの急停止（急減速）は乗客に急激な負 荷を感じさせることになるので、上記の如く徐々に減速して停止できるため、非常に 有効である。
[0051] さらに、ターボ角速度検出手段を用いた減筒運転時燃料噴射制御手段について 説明する。減筒運転は、多気筒エンジンにおいて、一つの気筒に何らかの異常が発 生した場合であっても、残りの気筒においてエンジンを暫定的に運転続行する運転 手段である。例えば、インジヱクタの一つが噴射を停止するようなフェイルが発生した 場合に、減筒運転が実施される。
図 17に示すように、例えばエンジン 1のインジヱクタ 82 (図 17中の点線）に異常が 発生した場合は、 ECU60は、残りのインジェクタ 81 · 82 · 84を使ってエンジン 1を運 転させる。このとき、インジェクタ同士にも性能ばらつきが存在するため、排気側でェ ンジン 1の出力を確認することが望ましい。 ECU60は、ターボ角速度センサー 62に よるターボ回転数に基づいて、燃料噴射制御を行なう。例えば、 ECU60は、ターボ 角速度センサー 62によるターボ回転数が減筒前のターボ回転数と等しくなるように、 残りの気筒の燃料噴射量 Qを増加する。減筒運転時燃料噴射制御手段は、減筒分 の出力を補うように制御するのであれば、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期であって も同様の効果が得られる。
このような構成とすることで、簡易な手段で減筒運転時の燃料噴射制御を実施でき 以下の利点が得られる。従来、減筒運転時の燃料噴射制御は、過給圧センサー又 は排気温度センサーに基づいて行われてきた。過給圧センサー又は排気温度セン サ一は、フィードバックの応答精度が悪かった。また、過給圧センサーは、特に高地 では大気圧が異なるため、信頼性が低かった。本実施例の減筒運転時燃料噴射制 御手段は、これらのセンサーと比較して、簡易な手段で減筒運転時の確実に燃料噴 射制御を実施できる。
産業上の利用可能性
[0052] 本発明は、コモンレール式のディーゼルエンジンに利用可能である。

Claims

請求の範囲
[1] タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサーとタービンからなる過給機を有 するエンジンにおいて、
前記タービン軸または羽根上に少なくとも一つの指標手段を設け、
前記指標手段の回転と複数の羽根の回転とをそれぞれ検知する検知手段を設け て制御手段と接続し、
タービン軸の一回転あたり複数のノ^レスを得て角速度を演算するターボ角速度演 算手段
を備えることを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[2] 請求項 1記載のターボ角速度検出手段において、
前記検知手段により得られたパルスの大きさをターボ角速度として算出し、 前記ターボ角速度が一定であればターボ回転数 (ターボ平均角速度）を算出する ことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[3] 請求項 2記載のターボ角速度検出手段において、
前記ターボ角速度を、該ターボ角速度の絶対値とする又はターボ平均角速度の相 対値とする制御手段、
を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[4] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載のエンジンであって、
前記ターボ角速度振幅値が所定閾値を超えた場合は前記過給機がサージング領 域に接近したと判断する過給機サージング検出手段
を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[5] 請求項 4に記載のエンジンであって、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン負荷とエンジン回転数とに基づき前記ターボ角速度の所定閾値を記憶し た適正角速度振幅値マップと、
前記ターボ角速度が、前記適正角速度振幅値を超えた場合は、前記過給機の運 転がサージング領域に接近したと判断する制御手段、 を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[6] 請求項 4又は 5に記載のエンジンであって、
過給機の運転がサージング領域に接近したと判断した場合は、燃料噴射量、燃料 噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを排気流量が減少するように制御 するサージング回避手段
を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[7] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載のエンジンであって、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン負荷とエンジン回転数によりあら力、じめ設定された適正ターボ回転数閾値 と、
前記エンジン負荷検出手段によるエンジン負荷と前記エンジン回転数検出手段に よるエンジン回転数とに基づくエンジン状態での前記ターボ角速度検出手段によるタ ーボ回転数が、前記適正ターボ回転数閾値外であれば異常と判断する過給機故障 検知手段と、
を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[8] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載のエンジンであって、
排気ガス還流システムと、
前記ターボ角速度検出手段によるターボ回転数に基づいて排気ガス還流システム の還流量を制御する排気ガス還流量制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[9] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載のエンジンであって、
前記エンジン回転数検出手段と、
前記エンジン回転数検出手段によるエンジン回転数と前記ターボ角速度検出手段 によるターボ回転数とに基づいて、異常を検知したとき、任意の時間内にエンジン回 転数及び負荷を減少させるディフレーティング手段と、
を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
[10] 請求項 1乃至 3のいずれかに記載のエンジンであって、 少なくとも 2つ以上の気筒と、
ある気筒に異常が発生すれば該気筒の運転を停止して、該気筒以外の残気筒で 運転を継続する減筒運転手段と、
前記減筒運転時には前記ターボ角速度検出手段によるターボ回転数に基づいて 前記残気筒の燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つ の制御を行なう減筒運転時燃料噴射制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給器を備えるエンジン。
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