(57)【要約】【課題】複数可変式過給システムを精度良く制御できるエンジンを提供する。【解決手段】第一過給機１０と、前記第一過給機１０とは容量が異なり前記第一過給機１０と並列に配置される第二過給機２０と、を備える過給システム９と、第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１を検出する第一ターボセンサー６１と、第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２を検出する第二ターボセンサー６２と、前記第一過給機１０の容量を調整する第一可動ベーン１３と、前記第二過給機の容量を調整する第二可動ベーン２３と、前記第一可動ベーン１３の開度、及び前記第二可動ベーン２３の開度を調整するＥＣＵ６０と、を具備し、前記ＥＣＵ６０は、過給圧及び前記第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１に基づいて、前記第一可動ベーン１３の開度を調整し、前記過給圧及び前記第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２に基づいて、前記第二可動ベーン２３の開度を調整するエンジン。【選択図】図１
2010090779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一過給機と、前記第一過給機とは容量が異なり前記第一過給機と並列に配置される第二過給機と、を備える過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記第一過給機の過給機回転数を検出する第一過給機回転数検出手段と、
前記第二過給機の過給機回転数を検出する第二過給機回転数検出手段と、
前記第一過給機の容量を調整する第一可変容量手段と、
前記第二過給機の容量を調整する第二可変容量手段と、
前記第一可変容量手段の開度、及び前記第二可変容量手段の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記第一過給機回転数に基づいて、前記第一可変容量手段の開度を調整し、
前記過給圧及び前記第二過給機回転数に基づいて、前記第二可変容量手段の開度を調整するエンジン。
【請求項２】
第一過給機と、前記第一過給機とは容量が異なり前記第一過給機と並列に配置される第二過給機と、前記第一過給機の排気経路の上流側と前記第二過給機の排気経路の上流側とを接続するバイパス経路と、を備える過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記第一過給機の過給機回転数を検出する第一過給機回転数検出手段と、
前記第二過給機の過給機回転数を検出する第二過給機回転数検出手段と、
前記第一過給機の容量を調整する第一可変容量手段と、
前記第二過給機の容量を調整する第二可変容量手段と、
前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、
前記第一可変容量手段の開度、前記第二可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記第一過給機回転数に基づいて、前記第一可変容量手段の開度を調整し、
前記過給圧及び前記第二過給機回転数に基づいて、前記第二可変容量手段の開度を調整し、
前記過給圧、前記第一過給機回転数、及び前記第二過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数可変式過給システムを備えるエンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの過給機が並列に配置される過給システムは公知である。例えば、常時ツインターボは、同容量の２台の過給機が並列に配置される過給システムである。また、シーケンシャル・ツインターボは、異なる容量である２台の過給機が並列に配置される過給システムである。特許文献１は、シーケンシャル・ツインターボを備えるエンジンを開示している。
【０００３】
また、排気ガスの流量を変化させて加給効果を高める可変容量手段を備える過給機も公知である。ここで、２つの過給機が並列に配置され、かつ、過給機のうち少なくとも一つが可変容量手段を備えるような過給システムを、複数可変式過給システムと定義する。
【０００４】
従来、例えば可変容量手段等の過給機の制御手段は、ブーストセンサーによって検出される過給圧をフィードバック値としていた。しかし、過給圧は、過給機の作動に対し、間接的な物理量であって、過給システムを精度良く制御できない点で不利であった。特に、複数可変式過給システムを備えるエンジンでは、過給圧をフィードバック値とする制御手段では、過給システムを精度良く制御できない点で不利であった。
【特許文献１】特開平５−２８８１１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、複数可変式過給システムを精度良く制御できるエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しよ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。
【０００７】
即ち、請求項１においては、第一過給機と、前記第一過給機とは容量が異なり前記第一過給機と並列に配置される第二過給機と、を備える過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記第一過給機の過給機回転数を検出する第一過給機回転数検出手段と、前記第二過給機の過給機回転数を検出する第二過給機回転数検出手段と、前記第一過給機の容量を調整する第一可変容量手段と、前記第二過給機の容量を調整する第二可変容量手段と、前記第一可変容量手段の開度、及び前記第二可変容量手段の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記第一過給機回転数に基づいて、前記第一可変容量手段の開度を調整し、前記過給圧及び前記第二過給機回転数に基づいて、前記第二可変容量手段の開度を調整するエンジンである。
【０００８】
請求項２においては、第一過給機と、前記第一過給機とは容量が異なり前記第一過給機と並列に配置される第二過給機と、前記第一過給機の排気経路の上流側と前記第二過給機の排気経路の上流側とを接続するバイパス経路と、を備える過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記第一過給機の過給機回転数を検出する第一過給機回転数検出手段と、前記第二過給機の過給機回転数を検出する第二過給機回転数検出手段と、前記第一過給機の容量を調整する第一可変容量手段と、前記第二過給機の容量を調整する第二可変容量手段と、前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、前記第一可変容量手段の開度、前記第二可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記第一過給機回転数に基づいて、前記第一可変容量手段の開度を調整し、前記過給圧及び前記第二過給機回転数に基づいて、前記第二可変容量手段の開度を調整し、前記過給圧、前記第一過給機回転数、及び前記第二過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジンである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、過給圧及び過給機回転数をフィードバック値として可変容量手段の開度を調整し、過給圧及び過給機回転数をフィードバック値としてバイパス流量調整弁の開度を調整するため、複数可変式過給システムを精度良く制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示した構成図、図２は同じく実施形態１である過給機制御のフローを示すフロー図、図３は同じく実施形態２である過給機制御のフローを示すフロー図である。
図１を用いて、本発明の実施形態であるエンジン１００の構成について説明する。エンジン１００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路３が接続される吸気マニホールド３０と、排気経路４１・４２が接続される排気マニホールド４０・４０と、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタによって各気筒に噴射するコモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）８と、を備えている。
【００１１】
また、エンジン１００は、過給システム９を備えている。過給システム９は、第一コンプレッサ１１と第一ターボ１２とからなる第一過給機１０と、第二コンプレッサ２１と第二ターボ２２とからなる第二過給機２０と、を並列に配置して備えている。なお、第二過給機２０は、第一過給機１０よりも大きい容量の過給機である。
【００１２】
ここで、第一過給機１０は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段とは、第一ターボ１２の上流側に設けられる第一可動ベーン１３のベーン開度を調整し、第一過給機１０を通過する排気流量を調整し、第一過給機１０の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。また、第二過給機２０は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段とは、第二ターボ２２の上流側に設けられる第二可動ベーン２３のベーン開度を調整し、第二過給機２０を通過する排気流量を調整し、第二過給機２０の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。
【００１３】
第二過給機２０は、第一過給機１０よりも容量が大きいものの、第二可動ベーン２３のベーン開度を調整し、第一過給機１０と同じ容量の過給機として作動する。以下では、本実施形態のように、２つの過給機を並列に配置し、かつ、過給機のうち少なくとも一つが可変容量手段を備えるような過給システムを、複数可変式過給システムと定義する。
【００１４】
吸気経路３は、上流側から吸気マニホールド３０に向かって、第一コンプレッサ１１と、第一コンプレッサ１１で過給される空気を冷却するインタークーラー３１と、を備える吸気経路と、第二コンプレッサ２１と、第二コンプレッサ２１で過給される空気を冷却するインタークーラー３２と、を備える吸気経路と、から構成されている。
【００１５】
排気マニホールド４０・４０は、それぞれ３つの気筒を包含するように設けられている。排気経路は、排気マニホールド４０から下流側に向かって、第一ターボ１２を備える排気経路４１と、第二ターボ２２を備える排気経路４２と、から構成されている。
【００１６】
バイパス経路５は、排気経路４１における第一ターボ１２の上流側と、排気経路４２における第二ターボ２２の上流側と、を接続する経路である。バイパス経路５には、バイパス経路５を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁としてのバイバス弁２４が設けられている。
【００１７】
制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して第一コンプレッサ１１に設けられる第一ターボセンサー６１と、アンプ６５を介して第二コンプレッサ２１に設けられる第二ターボセンサー６２と、吸気マニホールド３０に設けられるブーストセンサー６３と、バイパス弁２４と、燃料噴射装置８と、第一可動ベーン１３と、第二可動ベーン２３と、を接続して構成されている。以下では、ＥＣＵ６０によるバイパス弁２４の開度の調整と、第一可動ベーン１３のベーン開度の調整と、第二可動ベーン２３のベーン開度の調整と、を過給機制御と定義する。
【００１８】
［実施形態１］
図２を用いて、実施形態１である過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、エンジン１００が低回転数かつ低負荷であるとき、制御手段として、第一過給機１０と第二過給機２０とが同じ容量として作動するように、第一可動ベーン１３のベーン開度と、第二可動ベーン２３のベーン開度と、を調整する機能を有する。
まず、ＥＣＵ６０は、目標ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ１１０）。
目標ターボ回転数ωｃｔｒｇは、第一過給機１０及び第二過給機２０について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップ（図示略）から算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び後述する目標ターボ回転数ωｃｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップ（図示略）から算出される。
【００１９】
ＥＣＵ６０は、条件（１１）として、第一ターボセンサー６１によって検出される第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１と目標ターボ回転数ωｃｔｒｇとの差の絶対値が所定値α１１より小さいかどうか、条件（１２）として、第二ターボセンサー６２によって検出される第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２と目標第二ターボ回転数ωｃｔｒｇとの差の絶対値が所定値α１２より小さいかどうか、条件（１３）として、ブーストセンサー６３によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α１３より小さいかどうか、について判断する（Ｓ１２０）。
【００２０】
ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１１）、条件（１２）、及び条件（１３）を満足する場合は、現在、第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１及び第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２は、過給システム２０が最も効率良く作動する過給機回転数であって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００２１】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１１）、条件（１２）、及び条件（１３）を満足しない場合は、現在、第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１及び第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２は、過給システム２０が最も効率良く作動する過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００２２】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（１１）を満足するまで第一可動ベーン１３のベーン開度を調整し、条件（１２）を満足するまで第二可動ベーン２３のベーン開度を調整する（Ｓ１４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（１３）を満足するまで第一可動ベーン１３のベーン開度及び第二可動ベーン２３のベーン開度を調整する（Ｓ１５０）。
【００２３】
［実施形態２］
図３を用いて、実施形態２である過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、エンジン１００の回転数及び負荷が増加して第一過給機１０が最も効率良く作動する過給機回転数のうちで最高回転数に到達した場合、第二過給機２０が最も効率良く作動する過給機回転数となり、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧となるようにバイパス弁２４の開度を調整する機能を有する。
ＥＣＵ６０は、目標第一ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿１、目標第二ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿２、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ２１０）。
目標第一ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿１は、第一過給機１０について、最も効率良く作動する過給機回転数のうちで最高回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標第二ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿２は、第二過給機２０について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、目標第一ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿１、及び目標第二ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿２に基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
【００２４】
ＥＣＵ６０は、条件（２１）として、第一ターボセンサー６１によって検出される第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１と目標第一ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿１との差の絶対値が所定値α２１より小さいかどうか、条件（２２）として、第二ターボセンサー６２によって検出される第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２と目標第二ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿２との差の絶対値が所定値α２２より小さいかどうか、条件（２３）として、ブーストセンサー６３によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α２３より小さいかどうか、について判断する（Ｓ２２０）。
【００２５】
ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０において、条件（２１）、条件（２２）及び条件（２３）を満足する場合は、現在、第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１及び第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２は、過給システム２０が最も効率良く作動する過給機回転数であって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００２６】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０において、条件（２１）、条件（２２）及び条件（２３）を満足しない場合は、現在、第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１及び第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２は、過給システム９が最も効率良く作動する過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００２７】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（２１）及び条件（２２）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ２４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（２３）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ２５０）。
【００２８】
このようにして、第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１、第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２、及びブースト圧Ｂｐａをフィードバック値として、第一可動ベーン１３のベーン開度、第二可動ベーン２３のベーン開度、及びバイパス弁２４の開度を調整するため、複数可変式過給システムを精度良く制御できる。
すなわち、過給機の作動とは直接的な関係にある第一ターボ回転数Ｎｔａ＿１及び第二ターボ回転数Ｎｔａ＿２をフィードバック値とするため、エンジン負荷に応じて、それぞれが異なる容量である第一過給機１０と第二過給機２０とを、同じ容量として作動させる、或いは異なる容量として作動させる、といった２つの作動パターンを精度良く切り替えることができる。
【００２９】
また、容量が小さい第一過給機１０の過給機回転数の上限値を超えた場合に、バイパス弁２４の開度を開くことで、第一過給機１０の過回転を精度良く機械的に回避できる。
さらに、過給機の作動とは直接的な関係にある過給機回転数をフィードバック値とするため、第一過給機１０及び第二過給機２０の機械的なバラツキを考慮することなく、煩雑な流量調整を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの全体的な構成を示した構成図。
【図２】同じく実施形態１である過給機制御のフローを示すフロー図。
【図３】同じく実施形態２である過給機制御のフローを示すフロー図。
【符号の説明】
【００３１】
３      吸気経路
５      バイパス経路
９      過給システム
１０    第一過給機
１１    第一コンプレッサ
１２    第一ターボ
１３    第一可動ベーン
２０    第二過給機
２１    第二コンプレッサ
２２    第二ターボ
２３    第二可動ベーン
２４    バイパス弁
３０    吸気マニホールド
４０    排気マニホールド
４１    排気経路
４２    排気経路
６１    第一ターボセンサー
６２    第二ターボセンサー
６３    ブーストセンサー
１００  エンジン
Ｂｐａ            ブースト圧
Ｂｐａｔｒｇ      目標ブースト圧
ωｃｔｒｇ    目標ターボ回転数
Ｎｔａ＿１        第一ターボ回転数
ωｃｔｒｇ＿１    目標第一ターボ回転数
Ｎｔａ＿２        第二ターボ回転数
ωｃｔｒｇ＿２    目標第二ターボ回転数
【図１】
2010090779.tif 000003
【図２】
2010090779.tif 000004
【図３】
2010090779.tif 000005