(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダに吸気経路と連通する掃気口を有する２サイクルエンジンにおいて、排気エネルギを利用して吸入空気を過給するターボチャージャとエンジン回転を利用して吸入空気を過給するスーパーチャージャとを備える過給システムを吸気経路に設けてなり、ターボチャージャが排気ガスを噴出するノズルのタービンに対する角度を変えて、あるいはタービンのフィンの傾斜角を可変してエンジンの出口の圧力である背圧を上昇させ得る駆動力可変手段を備えてなり、過給システムがスーパーチャージャの過給圧を制御弁により選択的に迂回させる迂回路を有し、その迂回路の制御弁を制御することにより２サイクルエンジンの過給圧を制御するものであって、吸気経路に設けて吸入空気の状態を検出する吸入空気状態検出手段の検出値が目標値となるように制御弁をフィードバック制御するとともに、駆動力可変手段を制御してターボチャージャのコンプレッサの駆動力を調整して掃気圧を制御することを特徴とする２サイクルエンジンの排気ガス再循環制御方法。
【請求項２】
吸入空気状態検出手段が、スーパーチャージャと２サイクルエンジンとの間に設けられてなることを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジンの排気ガス再循環制御方法。
【請求項３】
吸入空気状態検出手段が、ターボチャージャの吸気経路上流に設けられ、迂回路の出口が吸入空気状態検出手段の下流側に接続されることを特徴とする請求項１記載の２サイクルエンジンの排気ガス再循環制御方法。
【請求項４】
吸入空気状態検出手段が、スーパーチャージャから過給される吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサであることを特徴とする請求項１、２又は３記載の２サイクルエンジンの排気ガス再循環制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャ及びスーパーチャージャを備える２サイクルエンジンの排気ガス再循環制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２サイクルディーゼルエンジンにおいて、過給システムとしてメカニカルロスを低減する目的で、ターボチャージャとスーパーチャージャとを具備したものが知られている。すなわち、ターボチャージャで吸入空気を圧縮し、さらにスーパーチャージャで圧縮してエンジンに過給空気を供給するものである。このようなシステムにおいて、特開平８−２８２９２号公報に記載のもののように、スーパーチャージャの出口とターボチャージャの出口とを連通するバイパス通路を設け、そのバイパス通路に逆止弁を設けて、この逆止弁を開閉して発進時の吸気圧力を調整するようにしている。また、実開昭６３−１９０５２５号公報には、ターボチャージャ及びスーパーチャージャそれぞれに、その出口と入口とを連通するバイパス通路を設け、そのそれぞれのバイパス通路に制御弁を設けて、ターボチャージャのバイパス通路に設けた制御弁を運転状態に応じて制御するものが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、排気ガスの一部を吸入空気に混合することにより、最高燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減することが知られている。このような排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムは、４サイクルエンジンの場合、排気行程と吸気行程とがピストンの作動により別れているために、排気系から吸気系への循環通路を設けて、その循環通路における排気ガスの流量を制御することにより、排気ガスの再循環を実施している。
【０００４】
ところが、上記のような２サイクルエンジンでは、排気行程と吸気行程とが同時に起こる、つまり新気を吸入してその新気によりシリンダ内の燃焼ガスを掃気するので、４サイクルエンジンの排気ガス再循環システムを適用することはできない。そこで、上記のような過給システムを備えた２サイクルエンジンでは、新気を吸入してその新気によりシリンダ内の燃焼ガスを掃気する際に、過給圧を下げて、排気ガスの一部がシリンダ内に残るように掃気するものである。
【０００５】
この場合、過給システムのバイパス通路に設けた制御弁をエンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて計算した値により、オープンループ制御するものが一般的である。しかしながら、このようなオープンループ制御では、ターボチャージャの作動状態、つまりエンジンの負荷の高低で決まるターボチャージャの過給状態により、バイパス通路の過給空気の流量が異なることがある。このために、適正な量の排気ガスがシリンダ内に残留しないために、排気ガス再循環の効果が生じず、ディーゼルエンジンの場合では、黒煙、ＮＯｘ、ＣＯ、ＴＨＣ、ＰＭ（煤を主成分とする微粒子状物質）等の排出量が一定しないことがあった。
【０００６】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る２サイクルエンジンの排気ガス再循環制御方法は、エンジンの出口の圧力である背圧を上昇させ得る駆動力可変手段を備えてなるターボチャージャとスーパーチャージャとを備え、スーパーチャージャの過給圧を迂回させる迂回路を設けた過給システムを有する２サイクルエンジンにおいて、吸気経路に吸入空気の状態を検出する検出手段を設けて、検出手段の検出値が目標値となるよう迂回路に設けた制御弁をフィードバック制御するとともに駆動力可変手段を制御してターボチャージャのコンプレッサの駆動力を調整して掃気圧を制御する構成である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、シリンダに吸気経路と連通する掃気口を有する２サイクルエンジンにおいて、排気エネルギを利用して吸入空気を過給するターボチャージャとエンジン回転を利用して吸入空気を過給するスーパーチャージャとを備える過給システムを吸気経路に設けてなり、ターボチャージャが排気ガスを噴出するノズルのタービンに対する角度を変えて、あるいはタービンのフィンの傾斜角を可変してエンジンの出口の圧力である背圧を上昇させ得る駆動力可変手段を備えてなり、過給システムがスーパーチャージャの過給圧を制御弁により選択的に迂回させる迂回路を有し、その迂回路の制御弁を制御することにより２サイクルエンジンの過給圧を制御するものであって、吸気経路に設けて吸入空気の状態を検出する吸入空気状態検出手段の検出値が目標値となるように制御弁をフィードバック制御するとともに、駆動力可変手段を制御してターボチャージャのコンプレッサの駆動力を調整して掃気圧を制御することを特徴とする２サイクルエンジンの排気ガス再循環制御方法である。
【０００９】
このような構成のものであれば、吸入空気の圧力及び吸入量を、吸気経路の吸入空気の状態を吸入空気状態検出手段により検出して、その検出値が目標値になるように迂回路の制御弁をフィードバック制御するとともに、駆動力可変手段を制御してターボチャージャのコンプレッサの駆動力を調整して掃気圧を制御するので、２サイクルエンジンの過給圧が適正なものとなり、シリンダ内に残留する排気ガス量が制御される。つまり、実際の吸入空気の過給状態を吸入空気状態検出手段で検出しているので、過給システムにおける過給状態を考慮して制御弁を制御することになる。このため、例えばエンジン回転数が高いがエンジン負荷が低いような運転状態において、ターボチャージャにおける過給圧が低いにもかかわらずエンジン回転数と燃料噴射量とに基づいてオープンループ制御している場合と異なり、制御弁を過度に開きすぎて、過給圧及び吸入空気量を必要以上に低く及び少なくすると言った状態を回避することができる。この結果、過給圧に基づいて決まる掃気圧及び掃気量は、エンジン回転数の高低にかかわらずその時の運転状態に対応したものとなり、安定して排気ガスの一部をシリンダ内に確実に残留させて排気ガスをシリンダ内で再循環させることが可能になる。このため、排気ガス中の有害物質の排出量を減少させることが可能になるとともに、排出量のばらつきを抑制することが可能になる。
【００１０】
吸入空気量と過給圧との少なくともいずれか一方を正確に検出するためには、吸入空気状態検出手段が、スーパーチャージャと２サイクルエンジンとの間に設けられてなるものが好ましい。このような吸入空気状態検出手段としては、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサが挙げられる。このように、吸入空気状態検出手段を吸気圧センサとすれば、２サイクルエンジンの過給圧を検出することにより、２サイクルエンジンの背圧を確認することが可能になる。
【００１１】
また、吸入空気量を精度よく検出するためには、吸入空気状態検出手段が、ターボチャージャの吸気経路上流に設けられ、迂回路の出口が吸入空気状態検出手段の下流側に接続されるものが好適である。
加えて、２サイクルエンジンの背圧を正確に、かつ容易に制御するためには、吸入空気状態検出手段が、スーパーチャージャから過給される吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサであるものが好ましい。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
図１に概略構成を示す内燃機関は、ユニフロー２サイクルディーゼルエンジン１（以下、エンジンと略称する）で、シリンダ１ａの側壁部に掃気口１ｂを有し、シリンダヘッド１ｃに設けられた排気口１ｅを開閉する排気弁１ｄが取り付けられるもので、掃気口１ｂに連通する吸気経路２には過給システム３が設けてある。エンジン１は、掃気口１ｂから吸入された新気が排気口１ｅの方向にのみすなわち単一方向に流れる構成である。掃気口１ｂは、シリンダ１ａの周囲を取り巻くようにして複数カ所に開口しており、下死点前の所定クランク角度、例えば５０°ＣＡで開き、下死点後の所定クランク角度、例えば５０°ＣＡで閉じるように配設してあり、それぞれが吸気経路２に連通している。
【００１３】
過給システム３は、ターボチャージャ４とスーパーチャージャ５とを備えている。ターボチャージャ４は、エンジン１から見て吸気経路２の上流側に設けられ、ターボチャージャ４で過給された過給空気を冷却するためのインタークーラ６を介して、吸気経路２の下流側にスーパーチャージャ５が直列に設けてある。また、この過給システム３には、ターボチャージャ４とその上流に設けられるエアクリーナ７との間に、吸入空気量を検出するために吸入空気状態検出手段であるエアフロメータ８が設けてあるとともに、エンジン１の入り口すなわちスーパーチャージャ５とエンジン１との間に、過給圧つまり掃気圧を検出するための吸入空気状態検出手段である吸気圧センサ９が設けてある。さらに、この過給システム３には、スーパーチャージャ５の出口と、ターボチャージャ４にて上昇した吸気温度を下げるためのインタークーラ６の入口との間を連通する迂回路であるバイパス通路１０が設けてあり、そのバイパス通路１０には制御弁であるエアバイパスバルブ１０ａが設けてある。このエアバイパスバルブ１０ａは、エアフロメータ８により検出された空気量が、その時の運転状態に応じた適正値となる目標値である目標空気量（目標掃気量）ＧＡＴとなるように、電子制御装置１１により制御される。ターボチャージャ４は、いわゆる可変ノズルタイプのもので、排気ガスを噴出するノズルのタービンに対する角度を駆動力可変手段であるアクチュエータ４ａにより変えることにより、低負荷からの加速時の過給圧が効きはじめるまでのタイムラグをなくすことができ、またコンプレッサ４ｂの駆動力を調整してエンジン１の出口の背圧を変えることができるものである。このアクチュエータ４ａは、後述するエンジン１を制御する電子制御装置１１により、吸気圧センサ９による検出値である掃気圧が、目標値である目標吸気管圧力ＰＩＭＴとなるように制御される。
【００１４】
電子制御装置１１は、マイクロコンピュータを主要な構成要素として、各種センサ類からの入力信号に応じて、内蔵されている制御プログラムを実行することにより、エンジンの運転状態を制御するものである。この電子制御装置１１には、エンジン回転数ＮＥを検出する回転数センサ１２から回転数信号ｎｅが、エアフロメータ８から空気量信号ａｒが、及び吸気圧センサ９から吸気管圧力信号ｐｐがそれぞれ入力されるとともに、アクチュエータ４ａに対して可変ノズル制御信号ｖｎを、エアバイパスバルブ１０ａに対して制御デューティ信号ｄｓをそれぞれ出力する。さらに、この電子制御装置１１は、図２及び図３に概略構成を示す排気ガス再循環（内部ＥＧＲ）制御プログラムを内蔵しており、エアバイパスバルブ１０及びアクチュエータを空気量信号ａｒと吸気管圧力信号ｐｐとに基づいて制御する。制御手順は、以下の通りである。
【００１５】
シリンダ１ａ内に排気ガスの一部の残留させる内部ＥＧＲ制御は、実際の空気量ＧＡＲが目標空気量ＧＡＴとなるように、エアバイパスバルブ１０ａの制御デューティを決定し、決定した制御デューティによりエアバイパスバルブ１０ａを制御してシリンダ１ａに残留する一部の排気ガスの量を制御するものである。まずステップＳ１において、あらかじめマップにより設定されたエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量ＱＦＩＮとに基づいて、エアフロメータ８が吸入空気量を検出した時点の運転状態に対応する目標空気量ＧＡＴを演算する。このマップには、代表的なエンジン回転数ＮＥと燃料噴射量ＱＦＩＮとが設定してあり、それ以外のものについては、補間計算により求めるものである。ステップＳ２では、エアフロメータ８により検出した空気量信号ａｒにより実際の空気量ＧＡＲを計測する。ステップＳ３では、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量ＱＦＩＮとにより、エアバイパスバルブ１０ａの基本デューティＤＢＡＳＥを演算する。ステップＳ４では、目標空気量ＧＡＴと実際の空気量ＧＡＲとの差に基づいて、下式により最終デューティＦＤＵＴＹを決定する。
ＦＤＵＴＹ＝ＤＢＡＳＥ＋ＫＰ（ＧＡＴ−ＧＡＲ）
ただし、ＫＰは、フィードバック制御を行うための補正係数である。
【００１６】
次に、ＥＧＲ制御の精度を高くするためのターボチャージャ４の可変ノズル制御は、まずステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量ＱＦＩＮとにより吸気圧センサ９がエンジン１に過給される空気の過給圧を検出した時点の運転状態に対応する基本吸気管圧力ＰＩＭＢを演算する。ステップＳ１２では、ターボチャージャ４やエンジン１が運転限界とならないための限界吸気管圧力ＰＩＭＬを演算する。この限界吸気管圧力ＰＩＭＬは、エンジン１及びターボチャージャ４の上限における限界となる回転数に基づいて設定するものである。ステップＳ１３では、目標吸気管圧力ＰＩＭＴを、基本吸気管圧力ＰＩＭＢと限界吸気管圧力ＰＩＭＬとのいずれか小さい方に設定する。すなわち、ステップＳ１１で得られた基本吸気管圧力ＰＩＭＢが限界吸気管圧力ＰＩＭＬより小さい場合は、目標吸気管圧力ＰＩＭＴを基本吸気管圧力ＰＩＭＢで、基本吸気管圧力ＰＩＭＢが限界吸気管圧力ＰＩＭＬより大きい場合は、目標吸気管圧力ＰＩＭＴを限界吸気管圧力ＰＩＭＬで、それぞれ設定する。
【００１７】
ステップＳ１４では、吸気圧センサ９にて検出した吸気圧信号ｐｐにより実際の吸気管圧力ＰＩＭＲを計測する。このように実際の吸気管圧力ＰＩＭＲを計測することにより、エンジン１の出口の圧力すなわち背圧を推定的に測定できるものとなる。ステップＳ１５では、エンジン回転数ＮＥと燃料噴射量ＱＦＩＮとにより、アクチュエータ４ａの基本デューティＤＥＢＡＳＥを演算する。ステップＳ１６では、実際の吸気管圧力ＰＩＭＲと目標吸気管圧力ＰＩＭＴとの差に基づいて最終デューティＦＡＤＵＴＹを下式により決定する。
ＦＡＤＵＴＹ＝ＤＥＢＡＳＥ＋ＫＰ（ＰＩＭＲ−ＰＩＭＴ）
そして、この最終デューティＦＡＤＵＴＹにより可変ノズル制御信号ｖｎを制御して、ターボチャージャ４のアクチュエータ４ａを制御するものである。
【００１８】
このような構成において、エンジン１が運転されると、エアクリーナ７を介して吸気系路２に吸入される空気は、過給システム３を介して掃気口１ｂからシリンダ１ａに過給される。すなわち、このエンジン１にあっては、爆発行程の後にピストン１ｆが降下し掃気口１ｂが開成した時点から、燃焼ガスの掃気が行われ、排気弁１ｄを介して排気エネルギである排気ガスがターボチャージャ４に供給される。これによりターボチャージャ４が作動するとともにスーパーチャージャ５が作動し、エンジン１に吸入空気が過給される。
【００１９】
このような運転状態で、ステップＳ１〜ステップＳ４を実行し、エアバイパスバルブ１０ａをステップＳ４にて決定した最終デューティＦＤＵＴＹに基づいて開閉制御し、スーパーチャージャ５からエンジン１に入る吸入空気の一部をバイパス通路１０に迂回させて、実際にエンジン１に入る空気量が目標空気量ＧＡＴとなるようにフィードバック制御する。これにより、スーパーチャージャ５の過給圧が低下してスーパーチャージャ５の仕事量が減少し、掃気に係わる空気量が減少して目標空気量ＧＡＴになる。したがって、エンジンの運転状態に応じて、燃焼ガスの全てが新気と入れ代わることなく、排気ガスの一部がシリンダ１ａ内に残留することになり、次回の爆発において混合気に排気ガスの一部が混合して内部ＥＧＲ制御を行うことができる。しかもこの場合、エンジン１に吸入される空気量をエアバイパスバルブ１０ａを調整してフィードバック制御するので、スーパーチャージャ５はエンジン負荷の大小にかかわらず適正な量に制御され、エンジン１の運転状態により排気ガス中のエミッションの量がばらつくのを防止することができる。
【００２０】
これに並行して、ステップＳ１１〜ステップＳ１６を実行し、エンジン１の入口における吸入空気の圧力が、目標吸気管圧力ＰＩＭＴとなるようにターボチャージャ４のアクチュエータ４ａを、決定した最終デューティＦＡＤＵＴＹによりフィードバック制御する。すなわち、アクチュエータ４ａを変化させることにより、図示しないターボシャージャ４のノズル部分で排気抵抗が増加し、よって背圧が上昇することになる。この結果、エンジン１が２サイクルであるため、掃気口１ｂから入る新気はシリンダ１ａ内に入りにくくなり、掃気圧が減少することになる。つまり、アクチュエータ４ａを最終デューティＦＡＤＵＴＹによりエンジン１の背圧が上昇する方向に制御し、ターボチャージャ４からの過給気による掃気圧を下げるように制御することができる。このように、エンジン１の出口の圧力つまり背圧を制御することにより、掃気に際しての掃気圧が制御されるので、掃気圧の高低により残留する一部の排気ガスの量を運転状態に対して適正なものとすることができ、掃気における空気量を適正量に制御することと相乗して精度よく内部ＥＧＲ制御を行うことができる。この結果、排気ガスに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の排出量を低減することができ、エミッションを向上させることができる。
【００２１】
なお、本発明は以上に説明した実施例に限定されるものではない。
上記実施例にあっては、ユニフロー２サイクルディーゼルエンジンの例を説明したが、ユニフロー２サイクルガソリンエンジンであってもよい。
また、ターボチャージャとスーパーチャージャとが吸気系路において直列に配置される過給システムを説明したが、これらが並列に配置されるものであってもよい。また、エアバイパス通路は、スーパーチャージャの出口から大気に開放するように、あるいはエアクリーナの下流に接続するように構成するものであってもよい。
【００２２】
さらに、ターボチャージャにあっては、可変ノズル式のもの以外に、タービンのフィンの傾斜角を可変して、過給圧を制御するものであってもよい。
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、吸入空気の圧力及び吸入量を、吸気経路の吸入空気の状態を吸入空気状態検出手段により検出して、その検出値が目標値になるように迂回路の制御弁をフィードバック制御するとともに、駆動力可変手段を制御してターボチャージャのコンプレッサの駆動力を調整して掃気圧を制御するので、燃焼ガスの一部をシリンダ内に確実に残留させることができ、内部ＥＧＲ制御における排気ガス量を正確に制御することができ、エミッションを向上させることができる。また、フィードバック制御により吸入空気の状態を目標値に制御するため、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の排出量のばらつきを抑制することができる。
【００２４】
吸入空気状態検出手段が、スーパーチャージャと２サイクルエンジンとの間に設けられてなるものであれば、吸入空気量と過給圧との少なくともいずれか一方を正確に検出することができる。このように吸入空気状態検出手段を配置することにより、吸入空気量あるいは過給圧を２サイクルエンジンの入口において検出でき、迂回路の接続構造の自由度を高くすることができる。
【００２５】
また、吸入空気状態検出手段が、ターボチャージャの吸気経路上流に設けられ、迂回路の出口が吸入空気状態検出手段の下流側に接続されるものであれば、迂回路の配置のいかんにかかわらず、吸入空気量を精度よく検出することができる。したがって、吸気系路に吸入される吸入空気量言い換えれば２サイクルエンジンに吸入される空気量が、目標値となるように正確に制御できるので、シリンダ内に残留させる排気ガスの量を正確にフィードバック制御することができる。
【００２６】
加えて、吸入空気状態検出手段が、スーパーチャージャから過給される吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサであるものであれば、２サイクルエンジンの背圧を正確に、かつ容易に制御することができる。したがって、吸入空気の状態、つまり目標空気量となるように吸入空気量を制御し、２サイクルエンジンの入口における圧力を目標値となるように出口の背圧を制御でき、運転状態に応じた吸入空気量及び背圧を保持でき、シリンダ内に残留させる排気ガスの量を正確にフィードバック制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を適用するユニフロー２サイクルエンジンの概略構成を示す構成説明図。
【図２】同実施例の制御手順の概略を示すフローチャート。
【図３】同実施例の制御手順の概略を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…ユニフロー２サイクルエンジン
１ａ…シリンダ
１ｂ…掃気口
２…吸気経路
３…過給システム
４…ターボチャージャ
５…スーパーチャージャ
８…エアフロメータ
９…吸気圧センサ
１０…バイパス通路
１０ａ…エアバイパスバルブ
【図１】
0003718386.tif 000002
【図２】
0003718386.tif 000003
【図３】
0003718386.tif 000004