(57)【要約】【課題】車両のシフトチェンジ時等に加速応答性を高められるエンジンの過給装置を提供する。【解決手段】排気通路７に直列に介装されるタービン１２と、吸気通路６に直列に介装されるコンプレッサ１３と、タービン１２及びコンプレッサ１３を同軸上に連結して吸気を過給するターボチャージャ１１と、排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路３２とを備えるディーゼルエンジン１の排気還流装置において、コンプレッサ１３を迂回して吸気を導くブロアバイパス通路２６と、タービン１２に導かれる排気流速を調節する可変ノズル（排気流速調節手段）と、エンジン１の燃料カットが行われるアクセル戻し領域ＡにてＥＧＲ通路３２を閉ざし、ブロアバイパス通路２６を開通し、タービン１２に導かれる排気流速を高めるコントロールユニット（タービン速度制御手段）３４とを備えるものとした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に介装されるタービンと、吸気通路に介装されるコンプレッサと、このタービン及びコンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給するターボチャージャと、排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路とを備えるエンジンの過給装置において、
前記コンプレッサを迂回して吸気を導くブロアバイパス通路と、前記タービンに導かれる排気流速を調節する排気流速調節手段と、前記エンジンの燃料カットが行われるアクセル戻し領域にて前記ＥＧＲ通路を閉ざし、ブロアバイパス通路を開通し、タービンに導かれる排気流速を高めるタービン速度制御手段とを備えたことを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項２】
前記排気流速調節手段として前記タービンに排気ガスを導くタービン流路に介装される可変ノズルを備え、前記タービン速度制御手段は前記アクセル戻し領域にてこの可変ノズルを介してタービン流路を絞る制御を行う構成としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの過給装置。
【請求項３】
前記排気通路に直列に介装される第一、第二タービンと、前記吸気通路に直列に介装される第一、第二コンプレッサと、この第一タービン及び第一コンプレッサを同軸上に連結した第一ターボチャージャと、この第二タービン及び第二コンプレッサを同軸上に連結した第二ターボチャージャとを備え、前記排気流速調節手段として、第一タービンの上流側と下流側を結ぶタービンバイパス通路と、このタービンバイパス通路を開閉するタービンバイパス弁とを備え、前記タービン速度制御手段は前記アクセル戻し領域にてタービンバイパス弁を介してタービンバイパス通路を閉ざす制御を行う構成としたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの過給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャを備えるエンジンの過給装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両の走行時にターボチャージャにおけるタービン及びコンプレッサの回転速度が維持されて過給が行われていても、例えば変速機のシフトチェンジ等が行われる際に運転者が一旦アクセルを戻すと、タービンに導かれる排気ガス量が減るのに伴って、タービン及びコンプレッサの回転速度が低下するため、再びアクセルが踏み込まれても、タービン及びコンプレッサの回転速度が上昇して過給圧が高まるのに時間がかかるターボラグが生じ、エンジンの加速応答性を高められないという問題点があった。
【０００３】
この対策として、タービンに排気ガスを導くタービン流路に介装される可変ノズルを備え、燃料の供給が停止される減速運転時に可変ノズルによってタービンに導かれる排気流速を高めるものがあった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５６８７５号公報
【特許文献２】
特開２００２−１６１７９１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路とを備えるエンジンにあっては、燃料の供給が停止される減速運転時に可変ノズルによってタービンに導かれる排気流速を高めようとしても、ＥＧＲ通路からの排気還流量が増えると、エンジンの加速応答性を十分に高められないという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、車両のシフトチェンジ時等に加速応答性を高められるエンジンの過給装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、排気通路に介装されるタービンと、吸気通路に介装されるコンプレッサと、このタービン及びコンプレッサを同軸上に連結して吸気を過給するターボチャージャと、排気通路と吸気通路を結ぶＥＧＲ通路とを備えるエンジンにおいて、コンプレッサを迂回して吸気を導くブロアバイパス通路と、タービンに導かれる排気流速を調節する排気流速調節手段と、エンジンの燃料カットが行われるアクセル戻し領域にてＥＧＲ通路を閉ざし、ブロアバイパス通路を開通し、タービンに導かれる排気流速を高めるタービン速度制御手段とを備えるものとした。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、排気流速調節手段としてタービンに排気ガスを導くタービン流路に介装される可変ノズルを備え、タービン速度制御手段はアクセル戻し領域にてこの可変ノズルを介してタービン流路を絞る制御を行う構成とした。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、排気通路に直列に介装される第一、第二タービンと、吸気通路に直列に介装される第一、第二コンプレッサと、この第一タービン及び第一コンプレッサを同軸上に連結した第一ターボチャージャと、この第二タービン及び第二コンプレッサを同軸上に連結した第二ターボチャージャとを備え、排気流速調節手段として、第一タービンの上流側と下流側を結ぶタービンバイパス通路と、このタービンバイパス通路を開閉するタービンバイパス弁とを備え、タービン速度制御手段はアクセル戻し領域にてタービンバイパス弁を介してタービンバイパス通路を閉ざす制御を行う構成とした。
【００１０】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、例えばシフトチェンジ等が行われるアクセル戻し領域にて、ブロアバイパス通路を開通させ、ＥＧＲ通路を閉ざし、タービンに導かれる排気流速を高める制御を行うことによって、タービン及びコンプレッサの回転速度が低下することが抑えられるため、再びアクセルが踏み込まれると、ブロアバイパス通路を閉じるのに伴って過給圧が速やかに立ち上がり、エンジンの加速応答性を高められる。
【００１１】
第２の発明において、シフトチェンジ等が行われるアクセル戻し領域にて、可変ノズルの角度を介してタービン流路を絞る制御を行うことにより、タービンに導かれる排気ガスの流速を高め、少ない排気ガス量でタービンに与える回転エネルギを高める。
【００１２】
第３の発明において、第一、第二ターボチャージャによって排気ガスの圧力エネルギーを回収し、吸気を二段階に過給することにより、低回転域から効率良く過給圧力を高められ、エンジンの出力向上及び燃費低減がはかられる。
【００１３】
シフトチェンジ等が行われるアクセル戻し領域にて、タービンバイパス通路を閉じる制御を行うことにより、第一タービンに導かれる排気ガスの流速を高め、少ない排気ガス量で第一タービンに与える回転エネルギを高める。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１において、１はディーゼルエンジン、６は吸気通路、８はエアクリーナ、７は排気通路、３１は排気浄化装置、１１はターボチャージャである。
【００１６】
ターボチャージャ１１は、排気ガスの圧力エネルギーにより回転するタービン１２と、タービン１２と同軸上に連結されて吸気を圧送するコンプレッサ１３を備える。
【００１７】
吸気通路６のコンプレッサ１３の下流側にインタクーラ１４が介装され、吸気を冷却するようになっている。インタクーラ１４は空冷式熱交換器であり、コンプレッサ１３によって圧縮されて温度上昇した吸気から外気への放熱を促す。なお、インタクーラ１４はこれに限らず、冷却媒体として冷却水が循環する水冷式熱交換器を用いても良い。
【００１８】
排気還流装置として、排気通路７と吸気通路６の間には、両者を結ぶ２つのＥＧＲ通路３２が配設される。このＥＧＲ通路３２は、排気通路７のタービン１２より上流側の通路７ａと、吸気通路６のコンプレッサ１３より下流側の通路６ａを連通する。本実施の形態では、ＥＧＲ通路３２はエンジン１の本体に取り付けられた排気マニホールド１６と吸気マニホールド１７を結んでいる。
【００１９】
ＥＧＲ通路３２の途中に電磁式のＥＧＲバルブ３３が介装される。このＥＧＲバルブ３３の開度によってＥＧＲ通路３２を流れる排気還流ガスの還流量が調節される。コントロールユニット３４はエンジン１の回転速度及び負荷等の運転状態に応じてＥＧＲバルブ３３の開度を制御し、運転状態に適した排気還流が行われる。
【００２０】
図５はエンジン１の回転速度Ｎ及び負荷Ｌに応じてＥＧＲバルブ３３の開度を設定したマップを示している。コントロールユニット３４はアクセル戻し領域Ａ以外の運転時に予め設定されたこのマップに基づいてＥＧＲバルブ３３の開度を制御する。
【００２１】
ＥＧＲ通路３２の途中にはＥＧＲクーラ３６が介装され、ＥＧＲ通路３２を流れる排気還流ガスを冷却するようになっている。このＥＧＲクーラ３６は冷却媒体として冷却水が循環する水冷式熱交換器であり、排気還流ガスから冷却水への放熱を促す。なお、ＥＧＲクーラ３６はこれに限らず、空冷式熱交換器を用いても良い。
【００２２】
本発明は、エンジン１の加速応答性を高めるため、コンプレッサ１３を迂回して吸気を導くブロアバイパス通路２６と、タービン１２に導かれる排気流速を調節する排気流速調節手段と、エンジン１の燃料カットが行われるアクセル戻し領域ＡにてＥＧＲ通路３２を閉ざし、ブロアバイパス通路２６を開通し、タービン１２に導かれる排気流速を高めるタービン速度制御手段とを備えるものとした。
【００２３】
ブロアバイパス通路２６は吸気通路６のコンプレッサ１３の上流側と下流側を結び、コンプレッサ１３を迂回して吸気を導く。吸気通路６の途中には電磁式のブロアバイパス弁２７が介装される。このブロアバイパス弁２７はコントロールユニット３４によってブロアバイパス通路２６を全開するポジションと、ブロアバイパス通路２６を全閉するポジションに切り換えられる。
【００２４】
本実施の形態では、排気流速調節手段として、ターボチャージャ１１はタービン流路を絞る可変ノズル（図示せず）を備える可変容量タイプとする。可変ノズルはタービン流路にその角度が調節可能に設けられ、その角度に応じてタービン流路を絞り、タービン１２に導かれる排気流速を高めるようになっている。
【００２５】
コントロールユニット３４はエンジン１の回転速度及び負荷等の運転状態に応じてエンジン１の燃料カットが行われるアクセル戻し領域Ａを判定し、このアクセル戻し領域Ａにて可変ノズルを介してタービン流路を絞る制御を行う。
【００２６】
図４はエンジン１の回転速度Ｎ及び負荷Ｌに応じて可変ノズルの角度を設定したマップを示している。コントロールユニット３４はアクセル戻し領域Ａ以外の運転時に予め設定されたこのマップに基づいて可変ノズルの角度を制御する。
【００２７】
図２のフローチャートはコントロールユニット３４において実行されるタービン１２に導かれる排気流速を高めるタービン速度制御を行うプログラムを示しており、これは一定周期毎に実行される。
【００２８】
これについて説明すると、ステップ１でエンジン回転速度Ｎ、負荷Ｌの各検出信号に応じてエンジン１の燃料カットが行われるアクセル戻し領域Ａかどうかを判定する。
【００２９】
ステップ１でアクセル戻し領域Ａ以外の運転時と判定された場合、ステップ５に進んで、ブロアバイパス弁２７をブロアバイパス通路２６を全閉するポジションに保持し、可変ノズルの角度を図４に示すマップに基づいて制御するとともに、ＥＧＲバルブ３３の開度を図５に示すマップに基づいて制御する。これにより、運転状態に応じた過給圧及び排気還流量が得られる。
【００３０】
ステップ１でアクセル戻し領域Ａの運転時と判定された場合、ステップ２に進んで、ブロアバイパス弁２７をブロアバイパス通路２６を全開するポジションに保持し、ステップ３に進んで、ＥＧＲバルブ３３をＥＧＲ通路３２を全閉するポジションに保持し、ステップ４に進んで、可変ノズルの角度を所定値に保持してタービン流路を絞る制御を行う。
【００３１】
図３は車両の走行時に変速機のシフト位置が２ｎｄから３ｒｄに切換えられる際、エンジン１の回転速度Ｎ、負荷Ｌが変化する様子を示している。２ｎｄから３ｒｄに切換えられる間に運転者が一旦アクセルを戻すことにより、エンジン１の供給燃料が停止されて減速するアクセル戻し領域Ａが存在する。
【００３２】
このアクセル戻し領域Ａにて、本発明の制御が行われない場合、タービン１２に導かれる排気ガス量が減るのに伴って、タービン１２及びコンプレッサ１３の回転速度が低下するため、再びアクセルが踏み込まれても、タービン１２及びコンプレッサ１３の回転速度が上昇して過給圧が高まるのに時間がかかり、エンジン１の加速応答性を高められない。
【００３３】
これに対処して本発明は、シフトチェンジ等が行われるアクセル戻し領域Ａにて、ＥＧＲ通路３２を閉ざし、可変ノズルの角度を所定値に保持してタービン流路を絞る制御を行うことにより、タービン１２に導かれる排気ガスの流速を高め、少ない排気ガス量でタービン１２に与える回転エネルギを最大限に高める。同時に、ブロアバイパス通路２６を全開することにより、コンプレッサ１３に付与される抵抗を小さくする。これによって、タービン１２及びコンプレッサ１３の回転速度が低下することが抑えられるため、再びアクセルが踏み込まれると、ブロアバイパス通路２６を閉じるのに伴って過給圧が速やかに立ち上がり、エンジン１の加速応答性を高められる。
【００３４】
アクセル戻し領域Ａにて、ＥＧＲ通路３２を閉ざして排気ガスの全量をタービン１２に導いているが、アクセル戻し領域Ａではエンジン１への燃料供給が停止されているので、排気還流を行う必要がなく、排気性能が悪化することを避けられる。
【００３５】
次に図６に示す他の実施の形態を説明する。なお、前記実施の形態と同一構成部には同一符号を付す。
【００３６】
図６において、１はディーゼルエンジンであり、シリンダ２内を摺動するピストン３と同期して、吸気弁４、排気弁５がそれぞれ吸気通路６の吸気ポート、排気通路７の排気ポートを開閉する。
【００３７】
エンジン１は、エアクリーナ８から吸気通路６に取り込まれた空気が吸気弁４を介してシリンダ２に吸入される吸入行程と、この空気をピストン３で圧縮する圧縮行程と、燃料噴射弁９から噴射された燃料を着火燃焼させ、ピストン３がこの燃焼圧力によって押し下げられることにより図示しないコンロッドを介してクランクシャフトを回転する燃焼行程と、ピストン３が上昇し排気弁５を介して排気が排気通路７に排出される排気行程とが連続して繰り返される。
【００３８】
エンジン１の吸気通路６と排気通路７には第一、第二ターボチャージャ１１，２１が直列に介装される。第一、第二ターボチャージャ１１，２１は排気通路７を流れる排気ガスの圧力エネルギーにより回転する第一、第二タービン１２，２２により、同軸の第一、第二コンプレッサ１３，２３を回転し、吸気通路６を流れる空気をシリンダ２内に圧送する。
【００３９】
排気通路７には第一タービン１２の下流側に第二タービン２２が介装される。排気通路７を流れる排気ガスの圧力エネルギーにより第一、第二タービン１２，２２がそれぞれ回転駆動される。排気通路７の第二タービン２２より下流側には排気浄化装置３１が介装される。
【００４０】
吸気通路６には第二コンプレッサ２３の下流側に第一コンプレッサ１３が介装される。吸気通路６を流れる吸気は第二コンプレッサ２３と第一コンプレッサ１３により二段階に過給される。吸気通路６には第二コンプレッサ２３の下流側に第二インタクーラ２４が介装され、第一コンプレッサ１３の下流側に第一インタクーラ１４が介装され、吸気を冷却するようになっている。第二、第一インタクーラ２４，１４は冷却媒体として冷却水が循環する水冷式熱交換器であり、第二、第一コンプレッサ２３，１３によって圧縮されて温度上昇した吸気から冷却水への放熱を促す。なお、第二、第一インタクーラ２４，１４はこれに限らず、空冷式熱交換器を用いても良い。
【００４１】
ＥＧＲ通路３２は、排気通路７の第一タービン１２より上流側と吸気通路６の第一コンプレッサ１３より下流側を結んでいる。ＥＧＲ通路３２の途中にはＥＧＲクーラ３６とＥＧＲバルブ３３がそれぞれ介装される。
【００４２】
ブロアバイパス通路２６は吸気通路６の第一コンプレッサ１３の上流側と下流側を結び、コンプレッサ１３を迂回して吸気を導く。吸気通路６の途中には電磁式のブロアバイパス弁２７が介装される。
【００４３】
本実施の形態では、排気流速調節手段として、第一タービン１２の上流側と下流側を結ぶタービンバイパス通路４１が設けられる。タービンバイパス通路４１の途中には電磁式のタービンバイパス弁４２が介装される。タービンバイパス弁４２がタービンバイパス通路４１を閉じると、第一タービン１２に導かれる排気流速を高めるようになっている。
【００４４】
コントロールユニット３４はエンジン１の回転速度及び負荷等の運転状態に応じてエンジン１の燃料カットが行われるアクセル戻し領域Ａを判定し、このアクセル戻し領域ＡにてＥＧＲ通路３２を閉ざすとともに、ブロアバイパス通路２６を開通し、タービンバイパス弁４２の開度を図４に示すマップに基づいて制御し、第一タービン１２に導かれる排気流速を高める制御を行う。
【００４５】
図２のフローチャートにおいて、ステップ１でアクセル戻し領域Ａ以外の運転時と判定された場合、ステップ５に進んで、ブロアバイパス弁２７をブロアバイパス通路２６を全閉するポジションに保持し、タービンバイパス弁４２を開弁させてタービンバイパス通路４１を開通させるとともに、ＥＧＲバルブ３３の開度を図５に示すマップに基づいて制御する。これにより、運転状態に応じた過給圧及び排気還流量が得られる。
【００４６】
ステップ１でアクセル戻し領域Ａの運転時と判定された場合、ステップ２に進んで、ブロアバイパス弁２７をブロアバイパス通路２６を全開するポジションに保持し、ステップ３に進んで、ＥＧＲバルブ３３をＥＧＲ通路３２を全開するポジションに保持し、ステップ４に進んで、タービンバイパス弁４２を閉弁させてタービンバイパス通路４１を閉ざす制御を行う。
【００４７】
以上のように構成されて、次に作用について説明する。
【００４８】
アクセル戻し領域Ａ以外の通常運転時、タービンバイパス弁４２の開度が運転条件に応じて制御され、シリンダ２から排出される排気ガスの一部により第一ターボチャージャ１１が回転し、第一ターボチャージャ１１を通過した排気ガス及びタービンバイパス通路４１を通過した排気ガスにより第二ターボチャージャ２１が回転する。エアクリーナ８から吸気通路６に取り込まれた吸気は第二ターボチャージャ２１に吸引され、第二ターボチャージャ２１から吐出される吸気が第一ターボチャージャ１１によってさらに加圧され、シリンダ２へと送られる。こうして排気ガスの圧力エネルギーが第一、第二ターボチャージャ１１，２１によって回収され、吸気を二段階に過給することにより、低回転域から効率良く過給圧力を高められ、エンジン１の出力向上及び燃費低減がはかられる。
【００４９】
アクセル戻し領域Ａにおける運転時、ＥＧＲ通路３２を閉ざし、タービンバイパス通路４１を閉じる制御を行うことにより、第一タービン１２に導かれる排気ガスの流速を高め、少ない排気ガス量で第一タービン１２に与える回転エネルギを最大限に高める。同時に、ブロアバイパス通路２６を全開することにより、コンプレッサ１３に付与される抵抗を小さくする。これによって、第一タービン１２及びコンプレッサ１３の回転速度が低下することが抑えられるため、再びアクセルが踏み込まれると、ブロアバイパス通路２６を閉じるのに伴って過給圧が速やかに立ち上がり、エンジン１の加速応答性を高められる。
【００５０】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す排気還流装置の構成図。
【図２】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図３】同じくシフトチェンジが行われる際の運転例を示す図。
【図４】同じく可変ノズルの角度またはタービンバイパス弁の開度を設定した制御マップ。
【図５】同じくＥＧＲバルブの開度を設定した制御マップ。
【図６】他の実施の形態を示す排気還流装置の構成図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  シリンダ
６  吸気通路
７  排気通路
１１  第一ターボチャージャ
２１  第二ターボチャージャ
２６  ブロアバイパス通路
２７  ブロアバイパス弁
３２  ＥＧＲ通路
３３  ＥＧＲバルブ
３４  コントロールユニット
４１  タービンバイパス通路
４２  タービンバイパス弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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