(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状況などに応じて適切な冷却調整が行える吸気冷却システムを提供すること。【解決手段】エンジン１の吸気経路３の途中にコンプレッサ７、インタクーラ８及びタービン９により構成されるターボクーラ５０が設けられ、タービン９が流量特性を調整可能に設けられており、エンジン１の運転状態に基づいてタービン９の流量を調整する。これにより、タービン９の膨張比を調整してターボクーラ５０における冷却レベルを制御することができ、吸気冷却を細かく調整することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気経路の途中に設けられ、コンプレッサにより吸気エアを圧縮しクーラにより前記吸気エアを冷却した後にタービンにより前記吸気エアを膨張させるものであって、前記タービンが流量特性を可変としたターボクーラと、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記タービンの流量を調整する制御手段と、
を備えた吸気冷却システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関の負荷の増加に応じて前記タービンの流量を増加させること、
を特徴とする請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関が所定回転数以上の高速回転状態となっている場合において、前記内燃機関の負荷が所定の負荷以下のときには前記タービンの流量を低減した状態とし、前記内燃機関の負荷が前記所定の負荷を超えたときには前記負荷の増加に応じて前記タービンの流量を増加させること、
を特徴とする請求項２に記載の吸気冷却システム。
【請求項４】
内燃機関の吸気経路の途中に設けられ、コンプレッサにより吸気エアを圧縮しクーラにより前記吸気エアを冷却した後にタービンにより前記吸気エアを膨張させるものであって、前記タービンが流量特性を可変としたターボクーラと、
排気ガスの一部を前記吸気経路に還流させる排気還流部と、
前記排気還流部における還流量に応じて前記タービンの流量を調整する制御手段と、
を備えた吸気冷却システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記排気還流部が排気ガスを還流させて作動した場合、その非作動時に比べて前記タービンの流量を低減させて前記ターボクーラによる吸気エアの冷却効果を増大させること、
を特徴とする請求項４に記載の吸気冷却システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記タービンの流量低減制御を行う際、前記排気還流部の還流路に凝縮水又はデポジットが発生するおそれがある場合に、前記タービンの流量の低減量を抑制すること、
を特徴とする請求項５に記載の吸気冷却システム。
【請求項７】
前記制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定の時間が経過するまで前記タービンの流量を最大とすることを特徴とする請求項１に記載の吸気冷却システム。
【請求項８】
前記タービンは、可変ノズルを有し、前記可変ノズルの開閉状態を調整することにより流量を変更するものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の吸気冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気冷却を行う吸気冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の吸気冷却を行う吸気冷却装置として、例えば、特開昭６１−２３４２２４号公報に記載されるように、吸気経路の途中に空気ターボチャージャを設けたものが知られている。この空気ターボチャージャは、コンプレッサにより吸気エアを圧縮し、その圧縮された吸気エアをクーラにより冷却した後、タービンにより吸気エアを膨張させるものであり、低温高圧の吸気エアを内燃機関に供給しようとするものである。
【特許文献１】特開昭６１−２３４２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような吸気冷却装置にあっては、コンプレッサ及びタービンの回転状態により冷却レベルが決まってしまう。このため、その冷却レベルの調整が困難であり、内燃機関の運転状態に応じて冷却レベルを細かく調整することができない。
【０００４】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、内燃機関の運転状況などに応じて適切な冷却調整が行える吸気冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明に係る吸気冷却システムは、内燃機関の吸気経路の途中に設けられ、コンプレッサにより吸気エアを圧縮しクーラにより前記吸気エアを冷却した後にタービンにより前記吸気エアを膨張させるものであって、前記タービンが流量特性を可変としたターボクーラと、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記タービンの流量を調整する制御手段とを備えて構成されている。
【０００６】
この発明によれば、タービンの流量を調整可能とすることにより、タービンの膨張比を調整してターボクーラにおける冷却レベルを制御することができる。これにより、吸気冷却を細かく調整することが可能となる。
【０００７】
また本発明に係る吸気冷却システムにおいて、前記制御手段は、前記内燃機関の負荷の増加に応じて前記タービンの流量を増加させることが好ましい。また本発明に係る吸気冷却システムにおいて、前記制御手段は、前記内燃機関が所定回転数以上の高速回転状態となっている場合において、前記内燃機関の負荷が所定の負荷以下のときには前記タービンの流量を低減した状態とし、前記内燃機関の負荷が前記所定の負荷を超えたときには前記負荷の増加に応じて前記タービンの流量を増加させることが好ましい。
【０００８】
この発明によれば、内燃機関の負荷の増加に応じてタービンの流量が増加され膨張比が下げられる。これにより、内燃機関が低負荷状態のときには、タービンの流量が低く抑えられて膨張比が高められるため、吸気温度低減効果が大きく、点火時期を進角させることに伴って燃費の向上が図れる。一方、内燃機関が高負荷状態のときには、タービンの流量を大きくすることができ、内燃機関の軸トルクの向上が図れる。
【０００９】
また本発明に係る吸気冷却システムは、内燃機関の吸気経路の途中に設けられ、コンプレッサにより吸気エアを圧縮しクーラにより前記吸気エアを冷却した後にタービンにより前記吸気エアを膨張させるものであって、前記タービンが流量特性を可変としたターボクーラと、排気ガスの一部を前記吸気経路に還流させる排気還流部と、前記排気還流部における還流量に応じて前記タービンの流量を調整する制御手段とを備えて構成されている。
【００１０】
この発明によれば、タービンの流量を調整可能とすることにより、タービンの膨張比を調整してターボクーラにおける冷却レベルを制御することができる。これにより、吸気冷却を細かく調整することが可能となる。
【００１１】
また本発明に係る吸気冷却システムにおいて、前記制御手段は、前記排気還流部が排気ガスを還流させて作動した場合、その非作動時に比べて前記タービンの流量を低減させて前記ターボクーラによる吸気エアの冷却効果を増大させることが好ましい。
【００１２】
この発明によれば、排気還流部の作動により吸気温度を低下させる必要があるときに、タービン流量を調整してターボクーラによる冷却効果を増大させることができる。このため、吸気温度を迅速に低下させることができる。このため、ノッキング抑制を迅速に行える。また、エミッション低減を迅速に行える。
【００１３】
また本発明に係る吸気冷却システムにおいて、前記制御手段は、前記タービンの流量低減制御を行う際、前記排気還流部の還流路に凝縮水又はデポジットが発生するおそれがある場合に、前記タービンの流量の低減量を抑制することが好ましい。
【００１４】
この発明によれば、排気還流部の還流路に凝縮水又はデポジットが発生するおそれがある場合にタービンの流量の低減量を抑制することにより、凝縮水の発生及びデポジットの発生を抑制することができ、排気還流制御を適切に行える。
【００１５】
また本発明に係る吸気冷却システムにおいて、前記制御手段は、前記内燃機関の冷間始動時から所定の時間が経過するまで前記タービンの流量を最大とすることが好ましい。
【００１６】
この発明によれば、内燃機関の冷間始動時から所定の時間が経過するまでタービンの流量を最大とすることにより、ターボクーラの冷却効果を抑制でき、排気ガスの温度が上昇する。これにより、触媒の活性化が促進でき、エミッションの低減が図れる。
【００１７】
また本発明に係る吸気冷却システムにおいて、前記タービンは、可変ノズルを有し、前記可変ノズルの開閉状態を調整することにより流量を変更するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内燃機関の運転状況などに応じて適切な冷却調整を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第一実施形態）
図１に本発明の第一実施形態に係る吸気冷却システムの概略構成図を示す。本実施形態に係る吸気冷却システムは、車両に搭載されるエンジン１の吸気冷却を行うものである。
【００２０】
エンジン１の吸気側には、吸気マニホルド２が取り付けられている。吸気マニホルド２は、吸気エアを流通する吸気経路３の一部を構成する吸気管である。吸気経路３には、その上流側からエアークリーナ４、スーパーチャージャ５、低圧段インタクーラ６、ターボコンプレッサ７、高圧段インタクーラ８及びタービン９が順次設けられている。なお、吸気経路３には、これらの他エアフロメータ等の機器類も設けられているが、その図示を省略している。
【００２１】
スーパーチャージャ５は、吸気エアを圧縮する吸気圧縮手段として機能するものであり、コンプレッサ５１と駆動機５２を備えて構成されている。このスーパーチャージャ５は、駆動機５２によりコンプレッサ５１を回転させて吸気エアを圧縮して高圧状態とする。低圧段インタクーラ６は、吸気エアを冷却する冷却手段であり、例えば空冷又は水冷のものが用いられる。
【００２２】
コンプレッサ７、高圧段インタクーラ８及びタービン９は、吸気エアを冷却するターボクーラ５０を構成している。ターボクーラ５０は、空気過給機、すなわち空気ターボチャージャとして作動するものである。コンプレッサ７は、吸気エアを圧縮する圧縮手段であり、例えば回転ホイールに複数のインペラを形成したものが用いられる。高圧段インタクーラ８は、コンプレッサ７が圧縮した吸気エアを冷却する冷却手段であり、例えば空冷式又は水冷式のものが用いられる。
【００２３】
タービン９は、高圧段インタクーラ８により冷却された吸気エアを膨張させる膨張手段であり、例えば回転ホイールに複数のインペラを形成したものが用いられる。コンプレッサ７とタービン９は、シャフト５５により連結され、一体となって回転する構造となっている。
【００２４】
タービン９は、可変ノズルを有しており、流通する吸気エアの流量特性を可変としたものが用いられる。このタービン９としては、例えばＶＮ（Variable Nozzle）タービンが用いられる。
【００２５】
図２に示すように、タービン９は、回転ホイール９１の周囲に可動ベーン９２が配置され、可動ベーン９２と固定ベーン９３との間に可変ノズルが形成されている。可動ベーン９２が回転移動することにより、可変ノズルが開閉し、タービン９を流通する流量を調整することができる。
【００２６】
可動ベーン９２を動かしてタービン９の可変ノズルを絞ると、タービン９の流量が低減し、入口と出口の圧力比が大きくなって膨張比が大きくなる。一方、可動ベーン９２を動かしてタービン９の可変ノズルを開くと、タービン９の流量が増大し、入口と出口の圧力比が小さくなって膨張比が小さくなる。
【００２７】
図１において、エンジン１の排気側には、排気マニホルド１０が設けられている。排気マニホルド１０は、エンジン１の排気ガスを流通する排気経路１１の一部を構成する排気管である。排気経路１１には、排気マフラ１２が設けられている。なお、排気経路１１には、その他触媒等が設けられているが、その図示を省略している。
【００２８】
吸気マニホルド２と排気マニホルド１０の間には、排気還流路２０が設けられている。排気還流路２０は、エンジン１の排気ガスの一部を吸気経路３に還流させる経路である。排気還流路２０の途中には、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）弁２１が設けられている。ＥＧＲ弁２１を開くことにより、排気ガスの一部が吸気経路３側に戻されて再循環し、エンジン１の燃焼温度を低減させることができ、ＮＯｘの低減が図られる。
【００２９】
吸気冷却システムには、ＥＣＵ３０が設けられている。ＥＣＵ３０は、吸気冷却システムのシステム全体の制御処理を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ弁２１に制御信号を出力し、ＥＧＲ弁２１の開閉制御を行う。また、ＥＣＵ３０は、可動ベーン９２を駆動するアクチュエータ９４に制御信号を出力し、可動ベーン９２を作動させてタービン９の流量を調整する。
【００３０】
また、ＥＣＵ３０は、外気温度センサ３１と接続されており、外気温度センサ３１の検出信号を入力する。また、ＥＣＵ３０は、エンジン回転数検出センサ３２と接続されており、エンジン回転数検出センサ３２の検出信号を入力する。さらに、ＥＣＵ３０は、スロットル開度センサ３３と接続されており、スロットル開度センサ３３の検出信号を入力する。
【００３１】
次に本実施形態に係る吸気冷却システムの動作について説明する。
【００３２】
図３は本実施形態に係る吸気冷却システムの動作の一例を示すフローチャートである。この図３の制御処理は、車両のイグニッションオン時に開始され、例えばＥＣＵ３０により所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００３３】
図３のＳ１０に示すように、まずエンジン回転数及びスロットル開度の読み込みが行われる。エンジン回転数の読み込み処理は、エンジン回転数検出センサ３２の検出信号に基づいて行われる。また、スロットル開度の読み込み処理は、スロットル開度センサ３３の検出信号に基づいて行われる。
【００３４】
そして、Ｓ１２に移行し、排気還流動作（ＥＧＲ動作）が行われたか否かが判断される。排気還流動作とは、排気還流路２０を通じてエンジン１の排気ガスの一部を吸気経路３に再循環させる動作である。ＥＣＵ３０からＥＧＲ弁２１に制御信号を出力し、このＥＧＲ弁２１を開くことにより、排気還流動作が行われる。この排気還流動作は、例えばエンジン１が所定の運転領域に入ることにより開始される。このため、エンジン１が所定の運転領域に入ったか否かは、エンジン回転数及びスロットル開度に基づく推定により判断すればよい。
【００３５】
Ｓ１２にて排気還流動作が行われていないと判断されたときには、制御処理を終了する。一方、排気還流動作が行われたと判断されたときには、タービン９の可変ノズルの閉動作処理が行われる（Ｓ１４）。この可変ノズル閉動作処理は、可動ベーン９２を回転させて可変ノズルを絞る処理であり、ＥＣＵ３０からアクチュエータ９４に制御信号を出力し、このアクチュエータ９４を作動させ可動ベーン９２を回転させることにより行われる。
【００３６】
この可変ノズルの閉動作処理によって可変ノズルが絞られると、吸気マニホルド２内の圧力が低下し、排気還流量が増加し、ＥＧＲ効果が高まる。また、可変ノズルが絞られることにより、タービン９の膨張比が高まりターボクーラ５０の冷却効果が増大化する。これにより、吸気冷却が促進され、エミッション低減（ＮＯｘ低減）が図れる。
【００３７】
そして、Ｓ１４に移行し、排気還流路２０において凝縮水又はＥＧＲデポジットが発生するおそれがあるか否かが推定される。この推定処理は、例えば外気温度及び排気還流量に基づいて推定される。外気温度が所定温度以下であり、排気還流量が所定量以上であるときには、凝縮水又はＥＧＲデポジットが発生するおそれがあると推定される。
【００３８】
Ｓ１４にて排気還流路２０に凝縮水又はＥＧＲデポジットが発生するおそれがあると推定されたときには、タービン９の可変ノズルの開動作処理が行われる（Ｓ１８）。タービン９の可変ノズルの開動作処理は、可動ベーン９２を回転させて可変ノズルを開く処理であり、ＥＣＵ３０からアクチュエータ９４に制御信号を出力し、このアクチュエータ９４を作動させ可動ベーン９２を回転させることにより行われる。
【００３９】
この可変ノズルの開動作処理によって可変ノズルが開かれると、タービン９の膨張比が低下しターボクーラ５０の冷却効果が抑制される。これにより、吸気冷却が抑制され、凝縮水及びＥＧＲデポジットの発生が防止できる。
【００４０】
一方、Ｓ１４にて排気還流路２０に凝縮水又はＥＧＲデポジットが発生するおそれがないと推定されたときには、制御処理を終了する。
【００４１】
以上のように、本実施形態に係る吸気冷却システムによれば、可変ノズルの開閉によりタービンの流量を調整可能とすることにより、タービンの膨張比を調整してターボクーラ５０における冷却レベルを制御することができる。これにより、吸気の冷却調整を細かく行うことができる。
【００４２】
また、排気還流部の作動により吸気温度を低下させる必要があるときに、タービン流量を調整してターボクーラ５０による冷却効果を増大させることができる。このため、吸気温度を迅速に低下させることができる。このため、ノッキング抑制を迅速に行える。また、エミッション低減を迅速に行える。
【００４３】
さらに、本実施形態に係る吸気冷却システムによれば、タービンの流量を低減制御する際、排気還流路２０に凝縮水又はデポジットが発生するおそれがある場合にタービンの流量の低減量を抑制することにより、吸気の過冷却が防止される。これにより、凝縮水の発生及びデポジットの発生を抑制することができ、排気還流制御に支障を来すことなく適切に実行できる。
（第二実施形態）
次に本発明の第二実施形態に係る吸気冷却システムについて説明する。
【００４４】
本実施形態に係る吸気冷却システムは、図１に示す第一実施形態に係る吸気冷却システムと同様なハード構成を有している。なお、本実施形態に係る吸気冷却システムは、排気還流路２０やＥＧＲ弁２１の排気還流部の設置を省略したものであってもよい。
【００４５】
図４は本実施形態に係る吸気冷却システムの動作を示すフローチャートである。この図４の制御処理は、車両のイグニッションオン時に開始され、例えばＥＣＵ３０により所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００４６】
図４のＳ４０に示すように、まずエンジン回転数Ｎｅの読み込みが行われる。エンジン回転数Ｎｅの読み込み処理は、エンジン回転数検出センサ３２の検出信号に基づいて行われる。
【００４７】
そして、Ｓ４２に移行し、エンジン回転数Ｎｅが所定のエンジン回転数Ｎｅ０より大きいか否かが判断される。所定のエンジン回転数Ｎｅ０は、予めＥＣＵ３０に設定される設定値であり、高速回転時の値が設定される。
【００４８】
Ｓ４２にてエンジン回転数Ｎｅが所定のエンジン回転数Ｎｅ０より大きいと判断されたときには、エンジン負荷に応じたタービン９の可変ノズル開閉制御が行われる（Ｓ４４）。この可変ノズル開閉制御は、エンジン１の負荷の増加に応じてタービン９の流量を増加させるものであり、例えば、エンジン１の負荷が所定の負荷Ａ以下の場合には、可変ノズルを全閉としてタービン９の流量が低減した状態とされる。エンジン１の負荷が負荷Ａを超えたときにはその負荷の増加に応じて可変ノズルを開きタービンの流量が増加される。
【００４９】
一方、Ｓ４２にてエンジン回転数Ｎｅが所定のエンジン回転数Ｎｅ０より大きくないと判断されたときには、制御処理を終了する。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る吸気冷却システムによれば、エンジン１の負荷の増加に応じてタービン９の流量が増加され膨張比が下げられる。これにより、図５に示すように、エンジン１が低負荷状態のとき（図５では負荷Ａ以下の場合）には、タービンの流量が低く抑えられて膨張比が高められるため、吸気温度低減効果が大きく、点火時期を進角させることに伴って燃費の向上が図れる。また、エンジン１が高負荷状態のとき（図５では負荷Ａより大きい場合）には、タービン９の流量が大きくなり、内燃機関の軸トルクの向上が図れる。
（第三実施形態）
次に本発明の第三実施形態に係る吸気冷却システムについて説明する。
【００５１】
本実施形態に係る吸気冷却システムは、図１に示す第一実施形態に係る吸気冷却システムと同様なハード構成を有している。なお、本実施形態に係る吸気冷却システムは、排気還流路２０やＥＧＲ弁２１の排気還流部の設置を省略したものであってもよい。
【００５２】
図６は本実施形態に係る吸気冷却システムの動作を示すフローチャートである。この図６の制御処理は、車両のイグニッションオン時に開始され、例えばＥＣＵ３０により所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００５３】
図６のＳ６０に示すように、冷間始動時から所定時間が経過したか否かが判断される。例えば、エンジン１の始動時からタイマ計時を行い、そのタイマが所定の時間を経過したか否かによって判断される。この所定時間としては、エンジン１が始動して排気経路１１に設置される排気ガス浄化用の触媒が活性化するまでの時間が設定される。
【００５４】
Ｓ６０にて冷間始動時から所定時間が経過したと判断されたときには、タービン開動作処理が行われる（Ｓ６２）。タービン開動作処理は、タービン９の可変ノズルを全開にするように作動させる処理である。このタービン開動作処理により、ＥＣＵ３０からアクチュエータ９４に制御信号が出力され、アクチュエータ９４の作動により可動ベーン９２が回転し、可変ノズルが全開状態とされる。一方、Ｓ６０にて冷間始動時から所定時間が経過していないと判断されたときには、制御処理を終了する。
【００５５】
以上のように、本実施形態に係る吸気冷却システムによれば、エンジン１の冷間始動時から所定の時間が経過するまでタービン９の流量が最大とされる。これにより、ターボクーラ５０の冷却効果が低減し、排気ガスの温度が上昇する。これにより、触媒の活性化が促進され、エミッションの低減が図れる。
【００５６】
なお、各実施形態は本発明に係る吸気冷却システムの実施形態の一例を説明したものであり、本発明に係る吸気冷却システムは本実施形態に記載したものに限定されるものではない。本発明に係る吸気冷却システムは、各請求項の記載の趣旨に反しない範囲で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第一実施形態に係る吸気冷却システムの構成概要図である。
【図２】図１の吸気冷却システムにおけるタービン９の説明図である。
【図３】図１の吸気冷却システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第二実施形態に係る吸気冷却システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第二実施形態に係る吸気冷却システムの動作時における可変ノズル開閉制御の説明図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係る吸気冷却システムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１…エンジン、２…吸気マニホルド、３…吸気経路、４…エアークリーナ、５…スーパーチャージャ、６…低圧段インタクーラ、７…ターボコンプレッサ、８…高圧段インタクーラ、９…可変ノズルタービン、１０…排気マニホルド、１１…排気経路、１２…排気マフラ、２０…排気還流路、２１…ＥＧＲ弁、３０…ＥＣＵ、５０…ターボクーラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006291707.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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