(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサー（４１）とタービン（４２）からなる過給機（４０）を有するエンジン（１）において、前記タービン軸または羽根（４５）上に少なくとも一つの指標手段（４４）を設け、前記指標手段（４４）の回転と複数の羽根（４５）の回転とをそれぞれ検知する検知手段を設けて制御手段と接続し、該タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度（ω）の演算手段を備え、前記検知手段により得られたパルスの間隔の大きさをターボ角速度（ω）として算出し、該ターボ角速度（ω）に変動がある場合には振幅値（ωｃ）を算出し、該振幅値（ωｃ）が所定閾値を超えた場合は、前記過給機（４０）がサージング領域に接近したと判断する過給機サージング検出手段を備え、該過給機（４０）の運転が、サージング領域に接近したと判断した場合は、燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを、排気流量が減少するように制御するサージング回避手段を備えたことを特徴とする過給機を備えるエンジン。
【請求項２】
タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサー（４１）とタービン（４２）からなる過給機（４０）を有するエンジン（１）において、前記タービン軸または羽根（４５）上に少なくとも一つの指標手段（４４）を設け、前記指標手段（４４）の回転と複数の羽根（４５）の回転とをそれぞれ検知する検知手段を設けて制御手段と接続し、タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度（ω）の演算手段を備え、前記検知手段により得られたパルスの間隔の大きさをターボ角速度（ω）として算出し、エンジン負荷（Ａｃ）を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数（Ｎｅ）を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷（Ａｃ）とエンジン回転数（Ｎｅ）とに基づき前記ターボ角速度（ω）の所定閾値を記憶した適正角速度振幅値マップ（７１）と、前記ターボ角速度（ω）が、前記適正角速度振幅値マップ（７１）の適正な角速度振幅値（ωａ）を超えた場合は、前記過給機（４０）の運転がサージング領域に接近したと判断する制御手段を備え、該過給機（４０）の運転がサージング領域に接近したと判断した場合は、燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを、排気流量が減少するように制御するサージング回避手段を備えたことを特徴とする過給機を備えるエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機を備える電子噴射制御式エンジンにおいて、過給機の角速度の変化を検知し、過給機がサージング域に入らないようにエンジンを制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンは、吸入する空気の質量を増せば、燃焼する燃料も増加でき出力を増すことができる。過給機は、外気を圧縮し空気の密度を増してシリンダー内に導く装置である。例えば、ターボ・チャージャーは、排気の持つエネルギーにてタービンを回し、コンプレッサーで過給する過給機として良く知られている。
【０００３】
過給機を使用するエンジンにおいては、通常の過給機であっても、可変容量式の過給機（ＶＧＴ）であっても、サージング領域によって過給圧が制限される。サージングは、遠心・軸流送風機又は圧縮機等を管路につないで風量を絞って運転するとき、振動が発生し、風量、風圧及び回転速度が変動し、甚だしいときには運転不能になる現象である。サージング領域は、過給機の特性を圧力と風量とからなる圧力曲線で表したとき、高回転・低風量領域に存在する。このサージング領域境界をサージング限界と称している。サージング限界は、圧力の高低、羽根車の設計又は過給機の機種等によって異なるものである。
【０００４】
過給機の運転状態がサージング限界を超えたとき、給気圧の変動又は圧力波振動による異常音が発生し、ひいてはコンプレッサー振動による損傷に至る場合がある。通常、エンジンは製品として性能ばらつきが存在するため、エンジン噴射量は、サージング限界からスリッページ（余裕代）を設けた領域にて運転するように制御されている。エンジンにとってスリッページの必要性は、重要な低速トルク向上の制限となっていた。
【０００５】
従来、サージング状態に陥ったときに、過給圧センサー等を用いて噴射量を制限する方法は公知である。しかし、この方法は、実際にサージングが発生しない限り、噴射量を制限することができない。つまり、実際にサージングが起こり不快な吸気音や過給機振動が発生することに変わりはない。この方法では信頼性の観点から問題がある。
【０００６】
例えば、特許文献１は、過給機の圧力変動又はターボ回転数センサーから、ターボ回転数を測定し過給機の制御に用いる手段を開示している。しかし、ターボ回転数を検出するのみの特許文献１記載の手段は、サージングが発生する回転数を踏まえてスリッページを小さくすることはできるが、スリッページを完全になくすことができない。また、ＥＧＲ遮断時又は加減速時等の過渡時にターボ特有のオーバースピンが発生した場合、誤判定する又は急激に噴射量が増減することも考えられるため、実用面では課題が残る。また、特許文献１のターボ回転数センサーは、センサーがシャフトから信号を受け取るので１回転に１信号しか計測できない。つまり、回転変動を伴うターボサージングの検知は困難である。さらに、特許文献１のターボ回転数センサーは、信号にノイズが発生した場合を考慮して周波数分析を行ないピーク出力の高い点を回転数と定義している。このため、フィルタリングを行なう結果となるために、瞬時の回転変動を検出することは不可能である。
【特許文献１】特開２００３−２４０７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
つまり、公知技術及び特許文献１のターボ回転数センサーではターボサージングの限界点を捉えることは困難であるため、スリッページが必要とされ、エンジン及び過給機を効率よく運転できないのが現状である。そこで、解決しようとする課題は、サージング限界を見極めることによってエンジンを効率良く運転することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
請求項１においては、タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサー（４１）とタービン（４２）からなる過給機（４０）を有するエンジン（１）において、前記タービン軸または羽根（４５）上に少なくとも一つの指標手段（４４）を設け、前記指標手段（４４）の回転と複数の羽根（４５）の回転とをそれぞれ検知する検知手段を設けて制御手段と接続し、該タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度（ω）の演算手段を備え、前記検知手段により得られたパルスの間隔の大きさをターボ角速度（ω）として算出し、該ターボ角速度（ω）に変動がある場合には振幅値（ωｃ）を算出し、該振幅値（ωｃ）が所定閾値を超えた場合は、前記過給機（４０）がサージング領域に接近したと判断する過給機サージング検出手段を備え、該過給機（４０）の運転が、サージング領域に接近したと判断した場合は、燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを、排気流量が減少するように制御するサージング回避手段を備えたものである。
【００１０】
請求項２においては、タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサー（４１）とタービン（４２）からなる過給機（４０）を有するエンジン（１）において、前記タービン軸または羽根（４５）上に少なくとも一つの指標手段（４４）を設け、前記指標手段（４４）の回転と複数の羽根（４５）の回転とをそれぞれ検知する検知手段を設けて制御手段と接続し、タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度（ω）の演算手段を備え、前記検知手段により得られたパルスの間隔の大きさをターボ角速度（ω）として算出し、エンジン負荷（Ａｃ）を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数（Ｎｅ）を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷（Ａｃ）とエンジン回転数（Ｎｅ）とに基づき前記ターボ角速度（ω）の所定閾値を記憶した適正角速度振幅値マップ（７１）と、前記ターボ角速度（ω）が、前記適正角速度振幅値マップ（７１）の適正な角速度振幅値（ωａ）を超えた場合は、前記過給機（４０）の運転がサージング領域に接近したと判断する制御手段を備え、該過給機（４０）の運転がサージング領域に接近したと判断した場合は、燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを、排気流量が減少するように制御するサージング回避手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１においては、タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサー（４１）とタービン（４２）からなる過給機（４０）を有するエンジン（１）において、前記タービン軸または羽根（４５）上に少なくとも一つの指標手段（４４）を設け、前記指標手段（４４）の回転と複数の羽根（４５）の回転とをそれぞれ検知する検知手段を設けて制御手段と接続し、該タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度（ω）の演算手段を備え、前記検知手段により得られたパルスの間隔の大きさをターボ角速度（ω）として算出し、該ターボ角速度（ω）に変動がある場合には振幅値（ωｃ）を算出し、該振幅値（ωｃ）が所定閾値を超えた場合は、前記過給機（４０）がサージング領域に接近したと判断する過給機サージング検出手段を備え、該過給機（４０）の運転が、サージング領域に接近したと判断した場合は、燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを、排気流量が減少するように制御するサージング回避手段を備えたので、過給器の１回転中における角速度の変化を容易に検出することができる。また、羽根に指標手段を施すことでターボ角速度を一つの検知手段で適確に検出することができ、コスト低減化が図れる。
【００１３】
また、ターボ角速度検出手段と従来のターボ角速度検出手段を兼用できる。つまり、角速度検出手段の汎用性を向上でき、コストを低減できる。
【００１４】
また、ターボ角速度が変動したことでサージング限界へ接近したことを判断できる。つまり、サージング領域に対してスリッページをとる必要がない、または、サージング領域との境界許容範囲をできるだけ小さくすることができるため、エンジンを効率良く運転できる。
【００１５】
また、ターボ運転がサージング境界に接近したならば、直ちに燃料噴射制御することでサージング領域での運転を回避できる。つまり、サージング領域に入る前に回避対応できエンジンの信頼性を向上できる。
【００１６】
請求項２においては、タービン軸上に複数の羽根を備えるコンプレッサー（４１）とタービン（４２）からなる過給機（４０）を有するエンジン（１）において、前記タービン軸または羽根（４５）上に少なくとも一つの指標手段（４４）を設け、前記指標手段（４４）の回転と複数の羽根（４５）の回転とをそれぞれ検知する検知手段を設けて制御手段と接続し、タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度（ω）の演算手段を備え、前記検知手段により得られたパルスの間隔の大きさをターボ角速度（ω）として算出し、エンジン負荷（Ａｃ）を検出するエンジン負荷検出手段と、エンジン回転数（Ｎｅ）を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷（Ａｃ）とエンジン回転数（Ｎｅ）とに基づき前記ターボ角速度（ω）の所定閾値を記憶した適正角速度振幅値マップ（７１）と、前記ターボ角速度（ω）が、前記適正角速度振幅値マップ（７１）の適正な角速度振幅値（ωａ）を超えた場合は、前記過給機（４０）の運転がサージング領域に接近したと判断する制御手段を備え、該過給機（４０）の運転がサージング領域に接近したと判断した場合は、燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち少なくとも一つを、排気流量が減少するように制御するサージング回避手段を備えたので、サージング領域の判断が従来よりも格段に向上でき、エンジン状態に応じたサージング回避ができる。つまり、エンジンの操作性を向上できる。
【００１７】
また、ターボ運転がサージング境界に接近したならば、直ちに燃料噴射制御することでサージング領域での運転を回避できる。つまり、サージング領域に入る前に回避対応できエンジンの信頼性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施例に係る過給機を備えた４気筒ディーゼルエンジンのシステムを示す構成図である。
【００２０】
図２は本発明の実施例に係る過給機のコンプレッサーの構成を示す断面構成図、図３は本発明に係るターボ角速度検出装置の構成を示す構成図である。
【００２１】
図４はパルスに対するパルス間隔の変化を示すグラフ図、図５はパルスに対するパルス間隔の別の変化を示すグラフ図、図６は風量と圧力の相関よりサージング領域を示すグラフ図である。
【００２２】
図７はエンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ角速度を示すマップ図である。
【００２３】
図８はサージング回避制御のフローを示すフロー図、図９はエンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正な燃料噴射量を示すマップ図である。
【００２４】
図１０はエンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ回転数範囲を示すマップ図である。  
【００２５】
図１１は過給機故障検知制御のフローを示すフロー図、図１２はターボ回転数とＥＧＲ量との相関を示すグラフ図である。
【００２６】
図１３はＥＧＲシステムであるＬＰＬシステムの構成を示す構成図、図１４はＬＰＬシステムにおけるターボ回転数とＥＧＲ量との相関を示すグラフ図である。
【００２７】
図１５はディレーティング手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と時間との相関を示すグラフ図である。
【００２８】
図１６はディレーティング手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と加速度との相関を示すグラフ図である。
【００２９】
図１７は減筒運転中の４気筒ディーゼルエンジンのシステムを示す構成図である。
【００３０】
まず、本発明の実施例として、過給機４０を備えた４気筒ディーゼルエンジン１について説明する。
【００３１】
図１に示すように、ディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンと称す）は、４個の気筒９１・９２・９３・９４を備えた４気筒エンジンである。エンジン１は、第１気筒９１、第２気筒９２、第３気筒９３及び第４気筒９４の各気筒より構成されている。各気筒９１〜９４は、それぞれに燃料噴射用のインジェクタ８１・８２・８３・８４が配置されている。燃料は、燃料タンク（図示なし）に接続されたサプライポンプ２からコモンレール３にて蓄圧され、各インジェクタ８１〜８４に供給される。コモンレール３は、圧力調整弁４又はリリーフ配管（図示なし）への還流燃料を調整することで、コモンレール５２内の燃料圧力が目標となる燃料噴射圧力とされるように調整可能である。
【００３２】
また、エンジン１の吸気系統について説明する。吸気マニホールド（インテークマニホード）１０は、エンジン１の一側に配置されている。また、吸気マニホールド１０は、吸気通路１１の下流側に接続されている。吸気通路１１は、エアーフィルタ１３、過給機４０に備えられたコンプレッサー４１及びインタークーラー１２を介して吸気マニホールド１０まで構成されている。このようにして、外気は、吸気通路１１に導入され吸気マニホールド１０により各気筒９１〜９４に供給される。さらに、インタークーラー１２より下流の吸気通路１１内にはスロットルバルブ５が配置されている。
【００３３】
さらに、エンジン１の排気系統について説明する。排気マニホールド（エキゾーストマニホールド）２０が、エンジン１の吸気マニホールド１０の対向側に配置されている。また、排気マニホールド２０は、排気通路２１の上流側に接続されている。排気通路２１は、排気浄化フィルタ２２及び過給機４０に備えられたタービン４２を介して排気マニホールド２０まで構成されている。排気浄化フィルタ２２には触媒２３が担持されている。このようにして、排気ガスは、各気筒９１〜９４より排気マニホールド２０を介して排気通路２１に導入され、外部へ流出される。
【００３４】
ここで、エンジン１に設けられた排気ガス再循環装置（以下、単にＥＧＲ装置と称す）５０について説明する。ＥＧＲ装置５０は、排気ガスの一部を吸気側に還流して窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する装置である。ＥＧＲ装置は、吸気通路１１及び排気通路２１に接続されている。また、ＥＧＲ通路５１は、排気マニホールド２０とスロットルバルブ５より下流の吸気通路１１とを接続している。ＥＧＲ通路５１は、排気マニホールド２０を出たＥＧＲガス（排気ガス）を冷却するＥＧＲ用クーラー５２及びＥＧＲガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ５３より構成されている。
【００３５】
次に、エンジン１を全体的に制御する制御手段となるＥｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ（ＥＣＵ）６０について説明する。ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭなどを備え、予めプログラム及びマップ等が記憶されている。ＥＣＵ６０は、センサー類の信号に基づいて各種の演算処理を行ない、各アクチュエータに制御信号を指令する制御装置である。また、ＥＣＵ６０は、予め記憶されたプログラムの補正手段ともなりうる。図１に示すように、本実施例では、エンジン１の状態を検出するセンサーとして、コモンレール３の圧力を検出するコモンレール圧力センサー６１、過給機４０のコンプレッサー４１のターボ回転数及びターボ角速度を検出するターボ角速度センサー６２、エンジン負荷等を検出するアクセル開度センサー６３、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサー６４がＥＣＵ６０に接続されている。また、エンジン１を制御するアクチュエータとして、各インジェクタ（ソレノイド）８１〜８４、サプライポンプ２、圧力調製弁（ソレノイド）４及びＥＧＲバルブ（ソレノイド）５３がＥＣＵ６０に接続されている。
【００３６】
ここで、本発明に係わるターボ角速度センサー６２の構成について詳細に説明する。図１に示すように、過給機４０は、タービン軸上に複数の羽根を設けた排気タービン４２と複数の羽根を設けたコンプレッサー４１を設けて筐体内に回転自在に収納され、排気通路２１に配置されたタービン４２と吸気通路１１に配置されたコンプレッサー４１とが一体的に同方向に回転される構成とされている。このような構成とすることで、排気ガスによって駆動されたタービン４２がコンプレッサー４１を駆動し、圧縮した空気を送り酸素量を増加させることができる。図２に示すように、ターボ角速度センサー６２は、タービン軸の一回転あたり複数のパルスを得て角速度を演算するターボ角速度演算手段としている。即ち、過給機４０のコンプレッサー４１側の外郭４３に設けられている。ターボ角速度センサー６２は、高感度のギャップセンサーであってアルミ材に反応する。また、コンプレッサー４１の羽根４５ａ・４５ｂ・４５ｃ・・・４５ｈには、各羽根４５それぞれに一つアルミ製の指標４４が施されている。本実施例では、８枚の羽根４５に１つの指標４４を施している。このような構成とすることで、ターボ角速度センサー６２は、コンプレッサー４１の羽根４５が通過する度に、指標４４を検知し羽根４５の通過（回転数）を検出できる。
【００３７】
次に、ターボ角速度センサー６２の検出について詳細に説明する。図３に示すように、ＴＴＬ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｌｏｇｉｃ）変換アンプ６５は、ＥＣＵ６０に組み込まれた変換手段である。ＴＴＬ変換は、１や０のような情報を、電気パルスのような物理的実体に変換する。ＴＴＬ変換は、具体的には、２進数１を＋５Ｖ又は３．３Ｖに変換し、２進数０を０Ｖの電圧に変換する。つまり、電圧の高低にて電気信号の伝達を行なう。本実施例のコンプレッサー４１は８枚の羽根４５を備えているので、１回転につき８パルスの信号を含んだ電気的信号がＥＣＵ７０に伝達される。このようにして、ターボ角速度センサー６２の指標４４の検知は、ＴＴＬ変換アンプ６５によりパルス信号に変換され、ＥＣＵ７０に伝達される。
【００３８】
次に、ターボ角速度及びターボ回転数の算出について説明する。ＥＣＵ７０は、ターボ角速度センサー６２で検出しＴＴＬ変換されたパルス間隔を角速度又は平均回転数に演算する。図４及び５に示すように、ＥＣＵ６０は、横軸にパルス数、縦軸にパルス数に対するパルス間隔を示し、ターボ角速度の変化を算出している。すなわち、ＥＣＵ６０は、ターボ角速度を無次元化して算出している。ここで、図４に示すように、ＥＣＵ６０は、ターボ角速度ωに変動があれば（後述するように過給機４０の運転がサージング領域に近接したような場合）は、振幅値ωｃを算出する。また、ＥＣＵ６０は、振幅値ωｃを後述する平均角速度ωｍ（図４参照）に対する相対値として算出しても良いし、そのまま絶対値ωｃとして算出しても良い。さらに、図５に示すように、ＥＣＵ６０は、ターボ角速度ωが一定すなわちコンプレッサー４１に回転変動が無ければ、振幅値ωｃは一定となる。この場合は、ＥＣＵ６０は、ωｃを積分したものを平均角速度ωｍすなわちターボ回転数Ｎｔとして算出する。
【００３９】
このようして、ターボ角速度ωを無次元化することは、通常の時間に対してターボ角速度を求める手段に比較して以下の利点が得られる。すなわち、従来、例えばターボ平均回転数を算出する場合には、回転数Ｎ＝パルス周波数Ｆ／羽根枚数Ｚの演算が必要であった。このため、コンプレッサーの羽根枚数が変わる毎に演算設定が必要とされた。本発明のターボ角速度センサー６２は、角速度を無次元化していることから、羽根枚数に影響なく角速度の算出が可能である。また、パルス数に対するパルス間隔のみにて角速度ωを算出するので、従来手段に比較して演算速度を向上できる。
【００４０】
ここで、過給機４０の運転中に発生するサージングについて簡単に説明する。サージングは、送風機等を管路につないで風量を絞って運転するとき、振動を起こし、風量、風圧及び回転速度が変動し、甚だしい時は運転不能になる現象である。図６に示すように、サージングが発生するサージング領域は、過給機４０において、過給機４０の特性を圧力と風量とからなる圧力曲線で表した場合に高圧・低風量領域に存在する（図６中領域α）。このサージング領域境界をサージング限界（図６中の実線Ａ）と称している。サージング限界は、圧力の高低、羽根車の設計又は過給機の機種等によって異なるものである。過給機４０の運転状態がサージング限界を超えサージング領域に入ると、給気圧の変動や圧力波振動による異常音が発生し、ひいてはコンプレッサー振動による損傷に至る場合もある。通常、エンジン１は、製品として性能ばらつきが存在するため、エンジン噴射量は、サージング限界から余裕代（スリッページ）をとった限界（例えば図６中破線Ｂ）にて運転するように制御されている。つまり、過給機４０を使用するエンジン１では、サージング領域及びサージング境界のスリッページによって過給圧が制限されている。サージング領域によって過給圧が制限される過給機は、従来の通常の過給機であっても、可変容量式の過給機（ＶＧＴ）であっても同様である。
【００４１】
次に、ターボ角速度検出手段を用いたサージング検知手段について説明する。サージング検知手段は、ターボ角速度センサー６２を用いて、サージング領域に近接したことを検知する検知手段である。図７に示すように、ＥＣＵ６０は、エンジン１のエンジン負荷及びエンジン回転数からなるエンジン状態に応じた適正な角速度振幅値ωａを、それぞれのエンジン負荷及びエンジン回転数毎にマップとして予め記憶している。適正な角速度振幅値ωａは、過給機４０のサージング境界での角速度振幅値より所定の余裕率を設けて設定されている。この記憶されたマップを、適正角速度振幅値マップ７１と定義する。このような構成とすることで、ＥＣＵ６０は、現在の過給機４０のターボ角速度センサー６２により検出される角速度振幅値ωＬを、現在のアクセル開度センサー６３によるエンジン負荷及びエンジン回転数センサー６４によるエンジン回転数に基づき予め記憶された適正角速度振幅値マップ７１より得られる適正な角速度振幅値ωａと比較することができる。過給機４０は、サージング領域において、激しい圧力変動及びコンプレッサー４１自体の大きい震動を伴いながら、回転変動を発生する。この回転変動は、サージング境界に近接すると発生する。つまり、現在の過給機４０の角速度振幅値ωｃが適正な角速度振幅値ωａ以上であれば、過給機４０がサージング境界に近接したことを検知できる。このようにして、過給機４０の角速度振幅値を常時検出し、適正角速度振幅値マップ７１と比較することで、過給機４０がサージング領域に近接することを直前で検知できる。このサージング検知手段の特色は、従来のようにスリッページを考慮する必要がないことである。つまり、過給機４０は、サージング境界に近接するまで運転可能であるため、過給機４０の運転性能が向上できる。これらを踏まえ、エンジン１は効率良く運転ができる。
【００４２】
ここで、過給機４０がサージング検知手段においてサージング境界に近接した場合に、過給機４０の運転をサージング領域より回避するサージング回避手段について説明する。過給機４０がサージング領域に近接した場合は、燃料噴射量を減少する又は噴射時期を進角することで、排気エネルギーを減少させる必要がある。図８に示すように、燃料噴射を減少させるサージング回避制御１００について具体的に説明する。ＥＣＵ６０は、ターボ角速度センサー６２より角速度振幅値ωｃを検出する（Ｓ１０１）。また、ＥＣＵ６０は、エンジン回転数センサー６４よりエンジン回転数Ｎｅを、アクセル開度センサー６３よりエンジン負荷Ａｃを検出し、このエンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃから適正な角速度振幅値ωａを算出する（Ｓ１０２）。ここで、ＥＣＵ６０は、比較計算値Ｄ（Ｄ＝ωｃ−ωａ）を算出し、角速度振幅値ωｃと適正な角速度振幅値ωａとを比較する（Ｓ１０３）。ＥＣＵ６０は、比較計算値Ｄが０以上であれば（Ｓ１０４）、燃料噴射量Ｑを減少させ（Ｓ１０５）、０以下であればそのままサージング回避制御を終了する（Ｓ１０６）。サージング回避手段は、本実施例においては、サージング回避手段を燃料噴射量としたが、本実施例に限定されるものではない。例えば、サージング回避手段を、コモンレール３の燃料噴射圧を減少させる又は燃料噴射時期を進角させる等の排気エネルギーを減少させる手段とすることも可能である。サージング回避手段は、ターボ角速度センサー６２よりサージング境界に近接したことを検知し、排気エネルギーを減少させる手段を実施すれば本実施例同様の効果が得られる。このようにして、エンジン１は、サージング回避手段を用いることで信頼性を向上できる。
【００４３】
さらに、サージング回避手段によるサージング回避後の燃料噴射制御補正手段について説明する。燃料噴射制御補正手段は、サージング回避手段によって変更した燃料噴射量、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期のうち変更したものに応じて補正する手段である。通常、ＥＣＵ６０は、図９に示すように、エンジン１のエンジン負荷Ａｃ及びエンジン回転数Ｎｅからなるエンジン状態に応じた適正な燃料噴射量Ｑを、それぞれのエンジン負荷Ａｃ及びエンジン回転数Ｎｅ毎にマップとして予め記憶している。この記憶されたマップを、適正燃料噴射量マップ７２と定義する。ＥＣＵ６０は、サージング回避手段において燃料噴射量Ｑを減少させた場合は、この適正燃料噴射量マップ７２を補正する。補正手段は、減少させた燃料噴射量Ｑをそのまま書き換える補正手段であっても、減少させた燃料噴射量Ｑに余裕率を加味してさらに減少させた値を書き換える補正手段であっても良い。また、補正範囲は、適正燃料噴射量マップ７２全体を補正する補正手段であっても、サージング回避手段が実行されたエンジン負荷Ａｃ及びエンジン回転数Ｎｅからなるエンジン状態のみであっても良い。このようにして、サージング回避手段で施された回避手段は記憶されるため、エンジン１の信頼性を向上することができる。なお、本実施例では適正燃料噴射量マップ７２についての補正手段としたが、サージング回避手段が燃料噴射圧を減少させる又は燃料噴射時期を進角させる手段であれば、それらの回避手段に応じたマップを補正するようにする。
【００４４】
ここで、ターボ角速度検出手段を用いた過給機故障検知手段について説明する。過給機故障検知手段は、ターボ角速度センサー６２を用いて過給機４０の故障を検知する故障検知手段である。ＥＣＵ６０は、図１０に示すように、エンジン１のエンジン負荷Ａｃ及びエンジン回転数Ｎｅからなるエンジン状態に応じた適正なターボ回転数Ｎｔの範囲を、それぞれのエンジン負荷Ａｃ及びエンジン回転数Ｎｅ毎にマップとして予め記憶している。この記憶されたマップを、適正ターボ回転数範囲マップ７３と定義する。図１１に示すように、過給機故障検知手段としての過給機故障検知制御（Ｓ２００）を、適正ターボ回転数範囲マップ７３を用いて具体的に説明する。ＥＣＵ６０は、ターボ角速度センサー６２よりターボ回転数Ｎｔを検出する（Ｓ２０１）。また、ＥＣＵ６０は、エンジン回転数センサー６４よりエンジン回転数Ｎｅを、アクセル開度センサー６３よりエンジン負荷Ａｃを検出し、このエンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃから適正なターボ回転数範囲Ｎａ〜Ｎｂを算出する（Ｓ２０２）。ここで、ＥＣＵ６０は、ターボ回転数Ｎｔが適正なターボ回転数範囲Ｎａ〜Ｎｂ以内であれば（Ｓ２０３）、正常と判断して過給機故障検知制御を終了し（Ｓ２０４）、ターボ回転数範囲Ｎａ〜Ｎｂの範囲にない場合は異常と判断する（Ｓ２０５）。また、ＥＣＵ６０は、ターボ角速度センサー６２を用いてターボサージング以外の異常、例えば、気筒内への燃料混入や噴射量の異常やターボ焼付きも診断することが可能である。このような異常が発生すると、気筒内への燃料混入の異常の場合は、ターボ回転数が増加し、噴射量が異常となるとターボ回転数が増減し、ターボが焼付くとターボ回転数が減少するので、それぞれの回転数異常範囲を記憶しておくことで、前記と同様のフローで異常を検知することができる。このようにして、エンジン１の信頼性を向上できる。
【００４５】
また、ターボ角速度検出手段を用いたＥＧＲ量制御手段について説明する。図１に示すように、本実施例は、エンジン１にＥＧＲ装置５０が設けられている。ＥＧＲ量は、吸気側に還流して窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する排気ガス量である。図１２に示すように、ＥＧＲ量は、ターボ回転数と比例することが分かっている。ＥＧＲ量制御手段は、このＥＧＲ量とターボ回転数との相関（比例）を予め記憶しておくことで、ＥＧＲ量を制御する制御手段である。つまり、ターボ角速度センサー６２によるターボ回転数をＥＧＲ量の代替とする。本実施例は、具体的制御内容について特に限定しない。例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を目的として、所定のＥＧＲ量を必ず還流させる等の制御も可能である。このような構成とすることで、従来のλセンサー又はエアフローセンサーを用いたＥＧＲ量の検出手段に比較して以下の利点が得られる。すなわち、λセンサー又はエアフローセンサーは、例えば船舶等に搭載されるエンジンにおいて海上雰囲気にさらされるため、塩害を被り信頼性が低かった。また、排気ガスを直接計測する圧力センサー等は制御精度が悪かった。本発明のＥＧＲ量制御手段は、過給機内部に設けられるターボ角速度センサー６２のみにてＥＧＲ量を検出できるため、その他のセンサーが不要である。また、ターボ角速度センサー６２によるＥＧＲ量の代替えは、温度や圧力を検出するよりも精度良くＥＧＲ量を検出できる。このようにして、エンジン１の制御性を向上できる。
【００４６】
ここで、図１に示すＥＧＲシステムとは異なったＥＧＲシステムについて説明する。図１３に示すように、ＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）システム９は、排気通路２１において過給機４０よりも下流にＥＧＲ装置５０が設けられている。ＬＰＬシステム９は、排気通路２１において過給機４０とＥＧＲバルブ５３との間に、排気浄化フィルタ２２及び触媒２３を構成している。また、ＬＰＬシステム９は、吸気通路において過給機４０の下流側にインタークーラー１２を構成している。図１４に示すように、このような構成のＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲ量は、ターボ回転数と反比例することが分かっている。ＥＧＲ量制御手段は、このＥＧＲ量とターボ回転数との相関（反比例）を予め記憶しておくことで、ＥＧＲ量を制御することができる。  このようにして、ＬＰＬシステム９のようにＥＧＲシステムの構成が異なっている場合であっても、ＥＧＲ量制御手段は同様の効果を得ることができる。
【００４７】
次に、ターボ角速度検出手段を用いたディレーティング手段について説明する。一般的には、ディレーティングは、安全余裕を与えて偶発的な過大ストレスによる故障の可能性を低減するという手法である。ここでは、エンジン１が異常発生のため停止するまでの停止手段として考える。以下に、エンジン１に何らかのエラーが発生し、エンジン１を停止しなければならない場合のディレーティング手段について説明する。図１５に示すように、ＥＣＵ６０は、ディレーティング手段として、時間変化によるエンジン負荷の減少及びエンジン回転数の減少を実施する。このとき、エンジン負荷の減少については、過給機４０のターボ回転数の減少として代替する。つまり、ＥＣＵ６０は、ターボ角速度センサー６２とエンジン回転数センサー６４とに基づき、所定時間内にてエンジン負荷及びエンジン回転数を減速させて停止させる。
【００４８】
さらに、別のターボ角速度検出手段を用いたディレーティング手段について説明する。図１６に示すように、ＥＣＵ６０は、ディレーティング手段として、例えば船舶に搭載されたエンジン１において、船舶の加速度変化（減速）によるエンジン負荷の減少及びエンジン回転数の減少を実施する。なお、船舶は減速を検出できるＧセンサー６６を備えているものとする。このとき、エンジン負荷の減少については、過給機４０のターボ回転数の減少として代替する。つまり、ＥＣＵ６０は、ターボ角速度センサー６２とエンジン回転数センサー６４とに基づき、所定の減速度でエンジン負荷及びエンジン回転数を減速させて停止させる。このような構成とすることで、エンジン負荷及びエンジン回転数の双方を減少させながらエンジンを停止することができる。ディレーティング手段は、例えば前述した過給機故障検知手段にて異常と判断された場合にエンジン１を停止させるときに、とられる手段として有効である。このようにして、エンジン損傷の危険性を最小限として、エンジンの安全性を向上できる。ディレーティング手段は、特に大型船舶や大型乗用車に搭載されたエンジンにおいて、エンジンの急停止（急減速）は乗客に急激な負荷を感じさせることになるので、上記の如く徐々に減速して停止できるため、非常に有効である。
【００４９】
さらに、ターボ角速度検出手段を用いた減筒運転時燃料噴射制御手段について説明する。減筒運転は、多気筒エンジンにおいて、一つの気筒に何らかの異常が発生した場合であっても、残りの気筒においてエンジンを暫定的に運転続行する運転手段である。例えば、インジェクタの一つが噴射を停止するようなフェイルが発生した場合に、減筒運転が実施される。図１７に示すように、例えばエンジン１のインジェクタ８２（図１７中の点線）に異常が発生した場合は、ＥＣＵ６０は、残りのインジェクタ８１・８２・８４を使ってエンジン１を運転させる。このとき、インジェクタ同士にも性能ばらつきが存在するため、排気側でエンジン１の出力を確認することが望ましい。ＥＣＵ６０は、ターボ角速度センサー６２によるターボ回転数に基づいて、燃料噴射制御を行なう。例えば、ＥＣＵ６０は、ターボ角速度センサー６２によるターボ回転数が減筒前のターボ回転数と等しくなるように、残りの気筒の燃料噴射量Ｑを増加する。減筒運転時燃料噴射制御手段は、減筒分の出力を補うように制御するのであれば、燃料噴射圧力又は燃料噴射時期であっても同様の効果が得られる。このような構成とすることで、簡易な手段で減筒運転時の燃料噴射制御を実施でき以下の利点が得られる。従来、減筒運転時の燃料噴射制御は、過給圧センサー又は排気温度センサーに基づいて行われてきた。過給圧センサー又は排気温度センサーは、フィードバックの応答精度が悪かった。また、過給圧センサーは、特に高地では大気圧が異なるため、信頼性が低かった。本実施例の減筒運転時燃料噴射制御手段は、これらのセンサーと比較して、簡易な手段で減筒運転時の確実に燃料噴射制御を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例に係る過給機を備えた４気筒ディーゼルエンジンのシステムを示す構成図。
【図２】本発明の実施例に係る過給機のコンプレッサーの構成を示す断面構成図。
【図３】本発明に係るターボ角速度検出装置の構成を示す構成図。
【図４】パルスに対するパルス間隔の変化を示すグラフ図。
【図５】パルスに対するパルス間隔の別の変化を示すグラフ図。
【図６】風量と圧力の相関よりサージング領域を示すグラフ図。
【図７】エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ角速度を示すマップ図。
【図８】サージング回避制御のフローを示すフロー図。
【図９】エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正な燃料噴射量を示すマップ図。
【図１０】エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく適正なターボ回転数範囲を示すマップ図。
【図１１】過給機故障検知制御のフローを示すフロー図。
【図１２】ターボ回転数とＥＧＲ量との相関を示すグラフ図。
【図１３】ＥＧＲシステムであるＬＰＬシステムの構成を示す構成図。
【図１４】ＬＰＬシステムにおけるターボ回転数とＥＧＲ量との相関を示すグラフ図。
【図１５】ディレーティング手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と時間との相関を示すグラフ図。
【図１６】ディレーティング手段におけるエンジン回転数及びターボ回転数と加速度との相関を示すグラフ図。
【図１７】減筒運転中の４気筒ディーゼルエンジンのシステムを示す構成図。
【符号の説明】
【００５１】
１    エンジン
４０    過給機
４１    コンプレッサー
４２    タービン
４４    指標手段（４４）                                                        ４５    羽根
６０    ＥＣＵ
６２    ターボ角速度センサー
【図１】
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【図２】
0004502277.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図５】
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【図１３】
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