(57)【要約】【課題】圧縮機で発生するサージングを抑制することが可能な空気量制御装置、吸排気装置および車両を提供する。【解決手段】空気量制御装置は、車両における過給機を有する吸排気装置の空気量制御装置であって、車両の加速動作時において、内燃機関の動作に係るパラメータに基づいて過給機でサージングの発生可能性を判定する判定部と、判定部の判定結果に応じて、内燃機関に吸気される吸気量をサージング発生閾値より大きくなるように調整する調整部と、を備える。【選択図】図１
2020159277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両における過給機を有する吸排気装置の空気量制御装置であって、
前記車両の加速動作時において、内燃機関の動作に係るパラメータに基づいて前記過給機でサージングの発生可能性を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記内燃機関に吸気される吸気量をサージング発生閾値より大きくなるように調整する調整部と、
を備える空気量制御装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記吸気量と、前記過給機の圧縮機の入出口における圧力比との関係に基づいて前記サージングの発生可能性を判定する、
請求項１に記載の空気量制御装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記吸気量が前記サージング発生閾値以下になった場合、前記サージングが発生すると判定し、
前記調整部は、前記判定部により前記サージングが発生すると判定された場合、吸気管に吸気される新気量を調整前よりも増やすように調整する、
請求項２に記載の空気量制御装置。
【請求項４】
前記サージング発生閾値は、前記圧力比毎に設定されている、
請求項３に記載の空気量制御装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記吸排気装置における再循環経路部の排気ガスの再循環量を調整前よりも減らす、
請求項１〜４の何れか１項に記載の空気量制御装置。
【請求項６】
前記調整部は、前記判定部の判定結果に応じて、前記過給機のタービンにおける入口面積の絞り量を、調整前よりも増やす、
請求項１〜４の何れか１項に記載の空気量制御装置。
【請求項７】
内燃機関に空気を吸気する吸気管と、
前記内燃機関の排気ガスを排気する排気管と、
前記吸気管に設けられる圧縮機と、前記排気管に設けられるタービンとを有する過給機と、
前記排気管の排気ガスを前記吸気管に向けて再循環させる再循環経路部と、
請求項１〜６の何れか１項に記載の空気量制御装置と、
を備える吸排気装置。
【請求項８】
請求項７に記載の吸排気装置を備える、
車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、空気量制御装置、吸排気装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機およびタービンで構成される過給機を有する吸排気装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、車両の減速時（アクセルオフ時）に燃料噴射量を減量して、再循環経路部を全閉することで、圧縮機で発生するサージングを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６０５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両が登坂する際、加速のためにアクセルをオンしても、車両の重力に起因して、車両が減速する場合があり、ひいては上記のサージングが発生することがある。特許文献１に記載の構成の場合、このようなサージングを抑制できないため、サージングを抑制する構成として一定の限界のある構成となっていた。
【０００５】
本開示の目的は、圧縮機で発生するサージングを抑制することが可能な空気量制御装置、吸排気装置および車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る空気量制御装置は、
車両における過給機を有する吸排気装置の空気量制御装置であって、
前記車両の加速動作時において、内燃機関の動作に係るパラメータに基づいて前記過給機でサージングの発生可能性を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果に応じて、前記内燃機関に吸気される吸気量をサージング発生閾値より大きくなるように調整する調整部と、
を備える。
【０００７】
本開示に係る吸排気装置は、
内燃機関に空気を吸気する吸気管と、
前記内燃機関の排気ガスを排気する排気管と、
前記吸気管に設けられる圧縮機と、前記排気管に設けられるタービンとを有する過給機と、
前記排気管の排気ガスを前記吸気管に向けて再循環させる再循環経路部と、
上記の空気量制御装置と、
を備える。
【０００８】
本開示に係る車両は、
上記の吸排気装置を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、圧縮機で発生するサージングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施の形態に係る空気量制御装置が適用された車両の吸排気装置を示す図である。
【図２】圧力比に対する吸気量の推移を示す図である。
【図３】空気量制御装置における空気量制御の動作例を示すフローチャートである。
【図４】圧力比に対する吸気量の推移の理想線を示す図である。
【図５】内燃機関の回転数と、燃料噴射量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る空気量制御装置１００が適用された車両Ｖの吸排気装置１を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、車両Ｖの吸排気装置１は、内燃機関１０と、吸気管２０と、排気管３０と、冷却部４０と、再循環経路部５０と、過給機６０と、空気量制御装置１００とを有する。
【００１３】
内燃機関１０は、例えば車両Ｖに搭載されるディーゼルエンジンであり、吸気管２０および排気管３０に接続されている。吸気管２０は、内燃機関１０に外気を吸気する。
【００１４】
排気管３０は、内燃機関１０で生じた排気ガスを排気する。排気管３０のタービン６２の上流側には、空気過剰率検出部３１が設けられている。空気過剰率検出部３１は、例えばラムダセンサーであり、内燃機関１０における空気過剰率を検出する。なお、空気過剰率検出部３１は、排気管３０のタービン６２の下流側に設けられていても良い。
【００１５】
冷却部４０は、吸気管２０に配置されており、吸気管２０における、後述する圧縮機６１により圧縮された外気を冷却する。
【００１６】
再循環経路部５０は、排気管３０から分岐して排気管３０内の排気ガスを吸気管２０に向けて再循環させる経路である。
【００１７】
再循環経路部５０には、再循環経路部５０を介して排気管３０から吸気管２０に戻す排気ガスの流量を調整する再循環バルブ５１が設けられている。再循環バルブ５１は、空気量制御装置１００の制御の下、車両Ｖの加速動作時における、内燃機関１０に吸気される空気量（以下、「吸気量」という）に応じて、開閉状態を遷移させる、または、開度を調整することで、排気管３０から吸気管２０へ戻す排気ガスの流量を調整する。
【００１８】
過給機６０は、圧縮機６１と、タービン６２と、接続部６３とを有する。圧縮機６１は、吸気管２０に設けられている。
【００１９】
タービン６２は、排気管３０に設けられており、図示しないタービンインペラが、内燃機関１０から排出された排気ガスにより回転する。
【００２０】
圧縮機６１とタービン６２とは接続部６３により接続されており、圧縮機６１の図示しないコンプレッサインペラとタービンインペラとが図示しない回転軸により一体に回転する。これにより、圧縮機６１では、コンプレッサインペラが回転して、吸気管２０に送り込まれた外気を圧縮して内燃機関１０に送り出す。
【００２１】
空気量制御装置１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）および入出力回路を備えている。空気量制御装置１００は、予め設定されたプログラムに基づいて、過給機６０（圧縮機６１）で発生するサージングを抑制する制御を行うように構成されている。空気量制御装置１００は、判定部１１０と、調整部１２０とを有する。
【００２２】
判定部１１０は、車両Ｖの加速動作時において、吸気量と、圧縮機６１の入出口における圧力比（以下、圧力比という）との関係に基づいて、圧縮機６１でサージングの発生可能性を判定する。
【００２３】
吸気量は、吸気管２０に設けられる吸気量センサ（図示せず）の検出結果に基づく空気量である。また、圧力比は、圧縮機６１の入口側の圧力に対する、圧縮機６１の出口側の圧力の割合である。圧縮機６１の入口側の圧力、および、圧縮機６１の出口側の圧力は、吸気管２０の対応する部位に設けられる圧力センサ（図示せず）の検出結果に基づく圧力である。なお、圧力比は、圧力センサの検出結果の他に、圧縮機６１の入口側の圧力として大気圧等の数値、内燃機関１０の稼働状況に基づいて設けられる推定モデルやデータマップ等が用いられてもよい。
【００２４】
車両Ｖにおける吸気量と圧力比との関係に基づいて、圧縮機６１でサージングが発生することが知られている。例えば、図２に示すように、縦軸を圧力比、横軸を吸気量とした場合、図２に示す実線Ｓにより、サージングが発生する領域と、サージングが発生しない領域とが分けられる。
【００２５】
実線Ｓは、吸気量が増えるにつれ、圧力比が大きくなるように推移する。図２では、実線Ｓよりも左側の領域がサージングが発生する領域であり、実線Ｓよりも右側の領域がサージングが発生しない領域である。すなわち、実線Ｓは、後述するサージング発生閾値を示している。なお、図２では、理解しやすさを考慮して各線を簡略化して図示している。
【００２６】
圧縮機６１でサージングが発生すると、圧縮機６１で圧縮した空気が圧縮機６１側に逆流して圧縮機６１が損傷するおそれがある。
【００２７】
このようなサージングが発生する状況として、車両Ｖの加速動作時において、例えば、車両Ｖが登坂する際、加速のためにアクセルがオン状態だが、車両Ｖの重力に起因して車両Ｖが減速するような場合が挙げられる。この場合、例えば、図２に示す破線Ｌ１のように、車両Ｖの減速に起因して、吸気量が、任意の量であるＡから低下して、実線Ｓよりも左側の領域に突入する。
【００２８】
再循環バルブ５１が開いた状態では、吸気量の変動に応じて上記の排気ガス量も変動するため、吸気量と排気ガス量とのバランスが崩れて、吸気量が不安定な状態となり、サージングが連続的に発生する。
【００２９】
本実施の形態では、判定部１１０は、吸気量がサージング発生閾値以下になった場合、サージングが発生すると判定する。サージング発生閾値は、圧縮機６１でサージングが発生する基準となる空気量であり、例えば実線Ｓのように圧力比毎に任意に設定され得る。サージング発生閾値は、図２における実線Ｓのように設定されても良いし、実線Ｓよりも右側にシフトさせた線に設定されても良い。言い換えると、サージング発生閾値は、サージングが発生する領域と、サージングが発生しない領域との境界線となるように設定されても良いし、当該境界線よりもサージングが発生しない側にシフトさせた線になるように設定されても良い。
【００３０】
これにより、車両Ｖの加速動作時において、サージングの発生可能性を迅速に判定することができる。
【００３１】
調整部１２０は、再循環経路部５０における再循環バルブ５１を制御することで、吸気量がサージング発生閾値より大きくなるように調整する。具体的には、調整部１２０は、判定部１１０によりサージングが発生すると判定された場合、吸気管２０に吸気される新気量を調整前よりも増やすように調整する。つまり、調整部１２０は、再循環経路部５０の排気ガスの再循環量を調整前よりも減らすように再循環経路部５０の再循環バルブ５１を制御する。より具体的には、調整部１２０は、再循環経路部５０の再循環バルブ５１を閉じて、吸気管２０に再循環する排気ガス量を０にする。
【００３２】
このようにすることで、図２に示す実線Ｌ２のように、吸気量が実線Ｓの側に推移した後（実線矢印参照）、再循環する排気ガス量の減少に伴い、新気量が増える。その結果、吸気量が実線Ｓから右側に離れるように推移するので、車両Ｖの加速時において、サージングが連続的に発生することを抑制することができる。
【００３３】
また、調整部１２０は、例えば、吸気量とサージング発生閾値との差分が許容量となった場合、再循環経路部５０における再循環に係る制御を再開させる。許容量は、吸気量が実線Ｓに対してサージングが発生するおそれのない程度まで離れたとされる量に適宜設定され得る。
【００３４】
このようにすることで、再循環経路部５０における排気ガスの再循環に係る制御を行う定常の状態にスムーズに移行させることができる。
【００３５】
なお、調整部１２０により、吸気量を調整する期間（再循環経路部５０を停止する期間）については、排気ガスの状態を考慮して決定しても良い。また、判定部１１０は、車両Ｖの加速動作時以外でも、サージングの発生可能性を判定しても良い。
【００３６】
以上のように構成された空気量制御装置１００における空気量制御の動作例について説明する。図３は、空気量制御装置１００における空気量制御の動作例を示すフローチャートである。図３における処理は、例えば、車両Ｖの動作中に適宜実行される。
【００３７】
図３に示すように、制御部１００は、空気過剰率検出部３１から空気過剰率を取得する（ステップＳ１０１）。次に、制御部１００は、空気過剰率に基づく吸気量がサージング発生閾値以下であるか否かについて判定する（ステップＳ１０２）。
【００３８】
判定の結果、吸気量がサージング発生閾値より多い場合（ステップＳ１０２、ＮＯ）、本制御は終了する。一方、吸気量がサージング発生閾値以下である場合（ステップＳ１０２、ＹＥＳ）、制御部１００は、再循環バルブ５１を制御して、再循環経路部５０における排気ガス量を減らす側に調整して、吸気量を調整する（ステップＳ１０３）。
【００３９】
次に、制御部１００は、再循環経路部５０における再循環制御を再開するか否かについて判定する（ステップＳ１０４）。判定の結果、再循環制御を再開しない場合（ステップＳ１０４、ＮＯ）、ステップＳ１０４の処理を繰り返す。
【００４０】
一方、再循環制御を再開する場合（ステップＳ１０４、ＹＥＳ）、制御部１００は、再循環制御を再開するように再循環バルブ５１を制御する（ステップＳ１０５）。その後、本制御は終了する。
【００４１】
以上のように構成された本実施の形態によれば、圧縮機６１においてサージングが連続的に発生することを抑制することができ、ひいてはサージングに起因する圧縮機６１の損傷を抑制することができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態では、排気ガス中の空気過剰率に基づいて、吸気量を調整していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、吸気管２０に設けられる吸気量センサの検出結果に基づいて、吸気量を調整しても良い。
【００４３】
また、吸気量センサの検出結果に基づいて、吸気量を調整する場合、判定部１１０は、図４において、実線Ｉ（以下、「理想線Ｉ」という）で示される吸気量の理想的推移を算出し、当該理想線Ｉに対して、サージングが発生するか否かの境界線（図２や図４に示す実線Ｓ）側への吸気量のずれ量に応じて、サージングの発生可能性を判定しても良い。ずれ量の基準値は、吸気量の理想的推移と、サージング発生閾値との差分に応じて圧力比毎に適宜設定され得る。
【００４４】
例えば、図４には、吸気量がＡの状態から実線矢印の方向に推移する理想線Ｉが示されている。
【００４５】
判定部１１０は、破線Ｌ３のように、吸気量の理想的推移に対するずれ量が比較的小さい場合、サージングの発生可能性がないと判定し、破線Ｌ４のように、吸気量の理想的推移に対するずれ量が比較的大きい場合、サージングの発生可能性があると判定する。
【００４６】
このようにすることで、圧縮機６１におけるサージングの発生を未然に防ぐことができる。なお、判定部１１０による判定は一定期間毎に行うようにしても良い。
【００４７】
また、上記実施の形態では、吸気量がサージング発生閾値以下になったタイミングで、サージングが発生すると判定していたが、本開示はこれに限定されない。判定部１１０は、例えば、吸気量がサージング発生閾値以下となり、かつ、再度サージング発生閾値以上となったタイミングで、サージングが発生すると判定しても良い。
【００４８】
例えば、図２の例の場合、破線Ｌ１が、Ａの状態から実線Ｓを飛び越えて、左側の領域に推移した後、再び実線Ｓを飛び越えて右側の領域に推移したタイミングで、判定部１１０は、サージングが発生すると判定しても良い。
【００４９】
このようにしても、連続的なサージングの発生を抑制することができる。
【００５０】
また、上記実施の形態では、内燃機関１０の動作に係るパラメータとして、吸気量を例示したが、本開示はこれに限定されない。例えば、内燃機関１０の回転数および燃料噴射量であっても良い。
【００５１】
図５は、内燃機関１０の回転数と、燃料噴射量との関係を示す図である。車両Ｖが加速する場合、例えば図５に示すような関係となる。具体的には、内燃機関１０の回転数が増えるにつれ、燃料噴射量が上昇していき、その後、低下していく。
【００５２】
しかし、登坂時等、車両Ｖが加速しようとしているにも関わらず、車両Ｖにかかる重量に起因して車両Ｖが減速する場合、内燃機関１０および燃料噴射量は、ともに低下する。より詳細には、内燃機関１０の回転数および燃料噴射量がともに上昇する途中の段階（矢印Ｂ１参照）で、内燃機関１０の回転数および燃料噴射量がともに低下していく（矢印Ｂ２参照）。これは、燃料噴射量が上昇する段階の所定領域（例えば、回転数がＲ１〜Ｒ２の範囲の領域）が、サージングが発生しやすい領域であるためである。
【００５３】
そのため、判定部１１０は、所定の燃料噴射量以上となった場合、サージングの発生可能性があると判定する。つまり、判定部１１０は、少なくとも、サージングが発生する領域（回転数がＲ１〜Ｒ２の範囲の領域）を含む燃料噴射量となる場合、サージングの発生可能性があると判定する。
【００５４】
そして、調整部１２０は、サージングの発生可能性があると判定された場合、再循環バルブ５１を閉じる等して吸気量を調整する。このようにしても、サージングが発生することを未然に防ぐことができる。なお、吸気量の調整を終了するタイミングは、Ｒ１〜Ｒ２の範囲を過ぎた後のタイミングに適宜設定され得る。
【００５５】
また、上記実施の形態では、再循環経路部５０における排気ガス量を調整することで、吸気量を調整していたが、本開示はこれに限定されない。例えば、過給機６０がＶＧＳ（Variable Geometry Turbocharger System）型過給機である場合、調整部１２０は、タービン６２の入口側に設けられる複数のベーンノズル（図示せず）を制御することで、吸気量を調整しても良い。
【００５６】
この構成では、複数のベーンノズルがタービン６２におけるハウジングの内部に設けられており、可変駆動可能に構成されている。制御部１００は、ベーンノズルを駆動制御して、タービン６２の入口面積を可変に絞ることで、タービン６２の入口面積の絞り量を制御する。
【００５７】
例えば、調整部１２０は、判定部１１０によりサージングが発生すると判定された場合、タービン６２の入口面積を絞る側に制御して、排気ガスの流速を速めるように制御する。これにより、過給圧が高められて、実質的に吸気量が増加し、ひいてはサージングの発生を抑制することができる。
【００５８】
また、上記実施の形態では、吸気量を増加させるように制御していたが、本開示はこれに限定されず、例えば、圧力比を減少させるように制御しても良い。圧力比の調整については、過給機６０を適宜制御すれば良い。
【００５９】
サージング発生閾値（図２に示す実線Ｓ）は、吸気量が減少するにつれ、それに対応する圧力比が減少するように設定されるので、吸気量を増加させなくても、圧力比を低下させることで、その低下した圧力比に対応したサージング発生閾値とすることが可能となる。そのため、サージング発生閾値が圧力比に応じて低下するので、吸気量をサージング発生閾値よりも大きくなるように制御することが可能となる。
【００６０】
また、上記実施の形態では、吸気量の調整の際、再循環バルブ５１を閉じていたが、本開示はこれに限定されず、再循環バルブ５１を完全に閉じなくても良い。
【００６１】
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本開示の空気量制御装置は、圧縮機で発生するサージングを抑制することが可能な空気量制御装置、吸排気装置および車両として有用である。
【符号の説明】
【００６３】
１  吸排気装置
１０  内燃機関
２０  吸気管
３０  排気管
３１  空気過剰率検出部
４０  冷却部
５０  再循環経路部
５１  再循環バルブ
６０  過給機
６１  圧縮機
６２  タービン
６３  接続部
１００  空気量制御装置
１１０  判定部
１２０  調整部
Ｖ  車両
【図１】
2020159277.tif 000003
【図２】
2020159277.tif 000004
【図３】
2020159277.tif 000005
【図４】
2020159277.tif 000006
【図５】
2020159277.tif 000007