(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機と、前記過給機の過給機回転数（Ｎｔ）を検知する過給機回転数検知手段と、前記過給機がサージング状態になると予測する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、取得した過給機回転数（Ｎｔ）の適正過給機回転数（Ｎｔｍ）に対する割合である過給機回転数変動率（ＲＮｔ）が、前記過給機回転数（Ｎｔ）毎に記憶されたサージング発生変動率（ＲＮｔ１）以上であれば、前記過給機がサージング状態になると予測する、
エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンであって、
前記サージング発生変動率（ＲＮｔ１）は、前記過給機の過給機回転数（Ｎｔ）が大きいほど少なくなる、
エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過給機を備えたエンジンは公知となっている。また、過給機特有の現象としてサージング現象が公知である。サージング現象とは、過給機における圧縮機の失速、後段の圧縮空気が前段に向かって逆流する等によって過給機が正常に機能しなくなる現象である。
【０００３】
例えば、特許文献１には、圧縮機の吐出圧力及び吸入圧力等からサージング発生を予測し、サージング発生を防止するエンジンが開示されている。しかし、特許文献１に開示されるエンジンでは、サージング発生の予測に応答性の悪い圧力センサーを用いるため、サージング発生後にのみサージング発生を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２６６２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は、過給機のサージング状態を事前に検知できるエンジンを提供する。
【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、過給機と、前記過給機の過給機回転数（Ｎｔ）を検知する過給機回転数検知手段と、前記過給機がサージング状態になると予測する制御手段と、を備え、前記制御手段は、取得した過給機回転数（Ｎｔ）の適正過給機回転数（Ｎｔｍ）に対する割合である過給機回転数変動率（ＲＮｔ）が、前記過給機回転数（Ｎｔ）毎に記憶されたサージング発生変動率（ＲＮｔ１）以上であれば、前記過給機がサージング状態になると予測するものである。
【０００８】
請求項２においては、前記サージング発生変動率（ＲＮｔ１）は、前記過給機の過給機回転数（Ｎｔ）が大きいほど少なくなるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のエンジンによれば、過給機のサージング状態を事前に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】エンジンの構成を示すブロック線図。
【図２】過給機回転数マップを表すグラフ図。
【図３】サージング発生変動率マップを表すグラフ図。
【図４】別のサージング発生変動率マップを表すグラフ図。
【図５】サージング予測制御の流れを示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１を用いて、エンジン１００の構成について説明する。なお、図１では、エンジン１００の構成をブロック線図にて模式的に表している。また、図１の破線は、電気信号線を表している。
【００１２】
エンジン１００は、本発明のエンジンに係る実施形態である。エンジン１００は、給気経路１０と、排気経路２０と、エンジン本体３０と、高圧過給機６０と、低圧過給機７０と、制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）５０と、を備えている。
【００１３】
本実施形態のエンジン１００は、二段式過給機を備えた直噴式６気筒ディーゼルエンジンとされている。なお、本発明のエンジンは、直噴式６気筒ディーゼルエンジンとする構成としたが、これに限定されない。本発明のエンジンは、直噴式４気筒エンジン、Ｖ型エンジン、副室式エンジンであっても良い。
【００１４】
給気経路１０は、エンジン本体３０に空気を供給する経路であって、給気配管に給気マニホールド１１と、インタークーラー１２・１３と、高圧コンプレッサ６１と、低圧コンプレッサ７１と、エアクリーナー１４と、を接続して構成されている。
【００１５】
給気マニホールド１１、インタークーラー１２・１３、高圧コンプレッサ６１、低圧コンプレッサ７１及びエアクリーナー１４は、外部からエンジン本体３０に向かって、エアクリーナー１４、低圧コンプレッサ７１、インタークーラー１３、高圧コンプレッサ６１、インタークーラー１２、給気マニホールド１１の順に配置され、給気管によって接続されている。
【００１６】
給気マニホールド１１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・に空気を導入するための多岐管である。インタークーラー１２は、高圧コンプレッサ６１及び低圧コンプレッサ７１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。インタークーラー１３は、低圧コンプレッサ７１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。
【００１７】
高圧コンプレッサ６１は、高圧過給機６０の構成部品であって詳しくは後述する。低圧コンプレッサ７１は、低圧過給機７０の構成部品であって詳しくは後述する。エアクリーナー１４は、不織布等の濾材で給気中に含まれる粉塵などを分離するものである。
【００１８】
排気経路２０は、エンジン本体３０から空気（排気）を排出する経路であって、排気管に排気マニホールド２１と、高圧タービン６２と、低圧タービン７２と、を接続して構成されている。排気マニホールド２１、高圧タービン６２及び低圧タービン７２は、エンジン本体３０から外部に向かって、排気マニホールド２１、高圧タービン６２、低圧タービン７２の順に配置され、排気管によって接続されている。
【００１９】
排気マニホールド２１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・からの複数の排気管を１つにまとめる多岐管である。高圧タービン６２は、高圧過給機６０の構成部品であって詳しくは後述する。低圧タービン７２は、低圧過給機７０の構成部品であって詳しくは後述する。
【００２０】
エンジン本体３０は、シリンダブロック（図示略）と、シリンダヘッド（図示略）と、燃料噴射装置３５と、を備えている。シリンダブロックには、複数（６つ）の気筒３１・３１・・・が形成されている。燃料噴射装置３５は、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装置である。燃料噴射装置３５は、ＥＣＵ５０と接続されている。
【００２１】
高圧過給機６０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の上流側（排気経路２０から見て）に設けられている。高圧過給機６０は、高圧コンプレッサ６１と、高圧タービン６２と、を備えている。
【００２２】
高圧タービン６２は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。高圧コンプレッサ６１は、高圧タービン６２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。
【００２３】
高圧過給機６０には、過給機回転数Ｎｔを検知する過給機回転数センサー５５が設けられている。過給機回転数センサー５５は、ＥＣＵ５０と接続されている。
【００２４】
低圧過給機７０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置であって、二段式過給機の下流側（排気経路２０から見て）に設けられている。低圧過給機７０は、低圧コンプレッサ７１と、低圧タービン７２と、を備えている。
【００２５】
低圧タービン７２は、排気管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。低圧コンプレッサ７１は、低圧タービン７２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。
【００２６】
バイパス経路４０は、高圧タービン６２の上流側と下流側とを接続している。バイパス経路４０には、過給機回転数増減手段としてのバイパス弁２２（ウエストゲートバルブ）が設けられている。バイパス弁２２は、バイパス経路４０を通過する排気の流量を制限するものである。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、エンジン１００の運転を総合的に制御するものである。ＥＣＵ５０には、エンジン回転数センサー５１と、負荷センサー５２と、過給機回転数センサー５５と、燃料噴射装置３５と、に接続されている。
【００２８】
エンジン回転数センサー５１は、エンジン１００のエンジン回転数Ｎｅを検知するものである。負荷センサー５２は、エンジン１００の負荷Ａｃ（本実施形態では、アクセル開度）を検知するものである。
【００２９】
ＥＣＵ５０は、後述するサージング予測制御Ｓ１００によって、高圧過給機６０がサージング状態に陥る前の状態であることを予測する機能を有している。また、ＥＣＵ５０には、後述するサージング発生変動率ＲＮｔ１が予め記憶されている。
【００３０】
図２を用いて、過給機回転数マップＦｎｔについて説明する。なお、図２では、過給機回転数マップＦｎｔについて、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ａｃ、適正過給機回転数Ｎｔｍの３次元グラフによって表している。
【００３１】
過給機回転数マップＦｎｔは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと適正過給機回転数Ｎｔｍとの相関を表したものである。過給機回転数マップＦｎｔは、予めＥＣＵ５０に記憶されているものとする。
【００３２】
過給機回転数マップＦｎｔは、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ａｃにおける高圧過給機６０の適正な回転数としての適正過給機回転数Ｎｔｍを表している。すなわち、適正過給機回転数Ｎｔｍは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと過給機回転数マップＦｎｔとによって算出される。
【００３３】
図３を用いて、サージング発生変動率マップＦｒｎｔ１について説明する。なお、図３では、サージング発生変動率マップＦｒｎｔ１について、横軸を過給機回転数Ｎｔ、縦軸をサージング発生変動率ＲＮｔ１としてグラフ図によって表している。
【００３４】
サージング発生変動率マップＦｒｎｔ１は、サージング発生変動率ＲＮｔ１を過給機回転数Ｎｔ毎に表したものである。サージング発生変動率マップＦｒｎｔ１は、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００３５】
サージング発生変動率ＲＮｔ１は、高圧過給機６０がサージング状態に陥る直前の過給機回転数変動率ＲＮｔである。サージング発生変動率ＲＮｔ１では、過給機回転数Ｎｔが大きくなるにしたがってサージング発生変動率ＲＮｔ１が少なくなるように設定されている。
【００３６】
図４を用いて、別のサージング発生変動率マップＦｒｎｔ２について説明する。なお、図４では、サージング発生変動率マップＦｒｎｔ２について、横軸を過給機回転数Ｎｔ、縦軸をサージング発生変動率ＲＮｔ２としてグラフ図によって表している。
【００３７】
サージング発生変動率マップＦｒｎｔ２は、サージング発生変動率ＲＮｔ２を過給機回転数Ｎｔ毎に表したものである。サージング発生変動率マップＦｒｎｔ２は、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００３８】
サージング発生変動率ＲＮｔ２は、高圧過給機６０がサージング状態に陥る直前の過給機回転数変動率ＲＮｔである。サージング発生変動率ＲＮｔ２では、どの過給機回転数Ｎｔであってもサージング発生変動率ＲＮｔ２が一定であるように設定されている。
【００３９】
図５を用いて、サージング予測制御Ｓ１００の流れについて説明する。なお、図５では、サージング予測制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。
【００４０】
サージング予測制御Ｓ１００は、ＥＣＵ５０によって、高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔの過給機回転数変動率ＲＮｔを算出し、高圧過給機６０がサージング状態に陥る前の状態であることを予測する制御である。
【００４１】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数センサー５１によってエンジン回転数Ｎｅを取得し、負荷センサー５２によって負荷Ａｃを取得し、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと過給機回転数マップＦｎｔとから適正過給機回転数Ｎｔｍを算出する。
【００４２】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数センサー５５によって高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔを取得する。
【００４３】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ５０は、取得した過給機回転数Ｎｔの過給機回転数変動率ＲＮｔを算出する。具体的には、ＥＣＵ５０は、取得した過給機回転数ＮｔからステップＳ１１０にて算出した適正過給機回転数Ｎｔｍに対してどれくらいの割合になるかを算出する。
【００４４】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５０は、現在取得した過給機回転数Ｎｔとサージング発生変動率マップＦｒｎｔ１とによってサージング発生変動率ＲＮｔ１を算出する。
【００４５】
ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５０は、算出した過給機回転数変動率ＲＮｔが算出したサージング発生変動率ＲＮｔ１より大きいかどうかを確認する。ＥＣＵ５０は、算出した過給機回転数変動率ＲＮｔが算出したサージング発生変動率ＲＮｔ１より大きい場合には、ステップＳ１６０に移行する。
【００４６】
ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５０は、高圧過給機６０がサージング状態に陥る前の状態であると判断する。
【００４７】
エンジン１００の効果について説明する。エンジン１００によれば、高圧過給機６０のサージング状態を事前に検知できる。
【００４８】
すなわち、エンジン１００によれば、取得した過給機回転数Ｎｔの過給機回転数変動率ＲＮｔを算出し、サージング発生変動率ＲＮｔ１を算出し、過給機回転数変動率ＲＮｔがサージング発生変動率ＲＮｔ１より大きい場合には、高圧過給機６０がサージング状態に陥る前の状態であると判断することによって、高圧過給機６０のサージング状態を事前に検知できる。
【００４９】
なお、本実施形態では、高圧過給機６０に過給機回転数センサー５５を設け、高圧過給機６０のサージング状態を事前に検知できる構成としたが、これに限定されない。例えば、低圧過給機７０に過給機回転数センサーを設け、低圧過給機７０のサージング状態を事前に検知できる構成としても良い。
【００５０】
また、本実施形態では、サージング予測制御Ｓ１００においてサージング発生変動率マップＦｒｎｔ１を用いる構成としたが、これに限定されない。例えば、サージング予測制御Ｓ１００においてサージング発生変動率マップＦｒｎｔ２を用いる構成としても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０      給気経路
１１      給気マニホールド
１２      インタークーラー
１３      インタークーラー
１４      エアクリーナー
２０      排気経路
２１      排気マニホールド
２２      バイパス弁
３０      エンジン本体
３１      気筒
３５      燃料噴射装置
４０      バイパス経路
５０      ＥＣＵ（制御手段）
５５      過給機回転数センサー（過給機回転数検知手段）
６０      高圧過給機（過給機）
６１      高圧コンプレッサ
６２      高圧タービン
７０      低圧過給機
７１      低圧コンプレッサ
７２      低圧タービン
【図１】
0006375561.tif 000002
【図２】
0006375561.tif 000003
【図３】
0006375561.tif 000004
【図４】
0006375561.tif 000005
【図５】
0006375561.tif 000006