(57)【要約】【課題】過給機回転数センサーを用いてエンジンの燃焼状態を検知できるエンジンを提供する。【解決手段】高圧過給機６０と、ＥＧＲ経路８０と、高圧過給機６０の回転数を検知する過給機回転数センサー５５と、排気ガスのＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘ濃度センサー５６と、燃焼状態を検知するＥＣＵ５０と、を備え、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準過給機回転数Ｎｔｍとの相関である過給機回転数マップＦｎｔによって基準過給機回転数Ｎｔｍを算出し、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍとの相関であるＮＯｘ濃度マップＦｄｘによって基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍを算出し、基準過給機回転数Ｎｔｍと過給機回転数センサー５５によって検知される過給機回転数Ｎｔとの大小関係と、基準ＮＯｘ濃度ＤｘｍとＮＯｘ濃度センサー５６によって検知されるＮＯｘ濃度Ｄｘとの大小関係と、に基づいて燃焼状態を判断する。【選択図】図１
2016020674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機と、
ＥＧＲ経路と、
前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、
排気ガスのＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘ濃度検知手段と、
燃焼状態を判断する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
エンジン回転数と負荷と基準過給機回転数との相関である過給機回転数マップによって該基準過給機回転数を算出し、
前記エンジン回転数と前記負荷と基準ＮＯｘ濃度との相関であるＮＯｘ濃度マップによって該基準ＮＯｘ濃度を算出し、
前記基準過給機回転数と前記過給機回転数検知手段によって検知される過給機回転数との大小関係と、前記基準ＮＯｘ濃度と前記ＮＯｘ濃度検知手段によって検知されるＮＯｘ濃度との大小関係と、に基づいて燃焼状態を判断する、
エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンであって、
前記制御手段は、
前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より大きい場合にはＥＧＲ量が不足であると判断し、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より小さく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より小さい場合には前記ＥＧＲ量が過剰であると判断する、
エンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンであって、
前記制御手段は、
前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より小さい場合には、燃料噴射時期が遅角、或いは、燃料噴射期間が増加していると判断し、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より小さく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より大きい場合には、前記燃料噴射時期が進角、或いは、前記燃料噴射期間が減少していると判断する、
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、過給機の回転数を検知する過給機センサーを備えたエンジンも公知である。例えば、特許文献１には、検知される過給機回転数を用いて過給機のサージング状態を検知するエンジンが開示されている。
【０００３】
しかし、特許文献１に開示されたエンジンでは、検知される過給機回転数を用いてエンジンの燃焼状態を判断する構成は示唆されていない。また、検知される過給機回転数のみを用いてエンジンの燃焼状態を判断することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２７４５３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、過給機回転数センサーを用いてエンジンの燃焼状態を判断できるエンジンを提供することである。
【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、ＥＧＲ経路と、前記過給機の回転数を検知する過給機回転数検知手段と、排気ガスのＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘ濃度検知手段と、燃焼状態を判断する制御手段と、を備え、前記制御手段は、エンジン回転数と負荷と基準過給機回転数との相関である過給機回転数マップによって該基準過給機回転数を算出し、前記エンジン回転数と前記負荷と基準ＮＯｘ濃度との相関であるＮＯｘ濃度マップによって該基準ＮＯｘ濃度を算出し、前記基準過給機回転数と前記過給機回転数検知手段によって検知される過給機回転数との大小関係と、前記基準ＮＯｘ濃度と前記ＮＯｘ濃度検知手段によって検知されるＮＯｘ濃度との大小関係と、に基づいて燃焼状態を判断するものである。
【０００８】
請求項２においては、請求項１記載のエンジンであって、前記制御手段は、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より大きい場合にはＥＧＲ量が不足であると判断し、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より小さく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より小さい場合には前記ＥＧＲ量が過剰であると判断するものである。
【０００９】
請求項３においては、請求項１又は２記載のエンジンであって、前記制御手段は、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より大きく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より小さい場合には、燃料噴射時期が遅角、或いは、燃料噴射期間が増加していると判断し、前記過給機回転数が前記基準過給機回転数より小さく、かつ、前記ＮＯｘ濃度が前記基準ＮＯｘ濃度より大きい場合には、前記燃料噴射時期が進角、或いは、前記燃料噴射期間が減少していると判断するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエンジンによれば、過給機回転数及びＮＯｘ濃度を用いてエンジンの燃焼状態を判断できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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示すグラフ図。
【図３】ＮＯｘ濃度マップを示すグラフ図。
【図４】燃焼状態判断制御の流れを示すフロー図。
【図５】燃焼状態判断パターンの流れを示すテーブル図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
排気経路２０の最下流側（低圧タービン７２の下流）には、ＮＯｘ濃度センサー５６が設けられている。ＮＯｘ濃度センサー５６は、排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｄｘを検知するものである。ＮＯｘ濃度センサー５６は、ＥＣＵ５０と接続されている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
言い換えれば、バイパス弁２２は、過給機回転数増減手段として、バイパス経路４０を通過する排気の流量を制限することによって、高圧過給機６０の過給機回転数Ｎｔを増加又は減少させるものである。
【００３０】
ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｒａｔｉｏｎ）経路８０は、排気ガス中の未燃焼ガスをエンジン本体３０に戻して再度燃焼させるための経路である。ＥＧＲ経路８０は、給気経路１０のインタークーラーの１２の下流側と排気経路２０の高圧タービン６２の上流側とを接続している。
【００３１】
ＥＧＲ経路８０には、再循環させる排気ガス量を調整するＥＧＲ流量調整弁８１が設けられている。
【００３２】
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、ＮＯｘ濃度センサー５６と、燃料噴射装置３５と、ＥＧＲ流量調整弁８１と、に接続されている。
【００３３】
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。
【００３４】
ＥＣＵ５０は、後述する燃焼状態判断制御Ｓ１００によって、エンジン本体３０の燃焼状態を判断する機能を有している。また、ＥＣＵ５０には、後述する過給機回転数マップＦｎｔ及びＮＯｘ濃度マップＦｄｘが予め記憶されている。
【００３５】
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、基準過給機回転数Ｎｔｍの３次元グラフによって表している。
【００３６】
過給機回転数マップＦｎｔは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準過給機回転数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。
【００３７】
過給機回転数マップＦｎｔは、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ａｃにおける適正な回転数としての基準過給機回転数Ｎｔｍを表している。すなわち、基準過給機回転数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。
【００３８】
図３を用いて、ＮＯｘ濃度マップＦｄｘについて説明する。
なお、図３では、ＮＯｘ濃度マップＦｄｘについて、エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ａｃ、基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍの３次元グラフによって表している。
【００３９】
ＮＯｘ濃度マップＦｄｘは、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃと基準ＮＯｘ濃度Ｄｘとの相関を表したものである。ＮＯｘ濃度マップＦｄｘは、予めＥＣＵ５０に記憶されているものとする。
【００４０】
ＮＯｘ濃度マップＦｄｘは、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷Ａｃにおける適正なＮＯｘ濃度としての基準ＮＯｘ濃度Ｄｘを表している。すなわち、基準ＮＯｘ濃度Ｄｘは、エンジン回転数Ｎｅと負荷ＡｃとＮＯｘ濃度マップＦｄｘとによって算出される。
【００４１】
図４を用いて、燃焼状態判断制御Ｓ１００の流れについて説明する。
なお、図４では、燃焼状態判断制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって表している。
【００４２】
燃焼状態判断制御Ｓ１００は、ＥＣＵ５０によって、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、ＮＯｘ濃度Ｄｘと基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍとの大小関係とに基づいて、燃焼状態を判断する制御である。
【００４３】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数センサー５５によって過給機回転数Ｎｔを取得する。
【００４４】
ステップＳ１２０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とから基準過給機回転数Ｎｔｍを算出する。
【００４５】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ５０は、ＮＯｘ濃度センサー５６によって排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｄｘを取得する。
【００４６】
ステップＳ１４０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ＮＯｘ濃度マップＦｄｘとから基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍを算出する。
【００４７】
ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、ＮＯｘ濃度Ｄｘと基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍとの大小関係とに基づいて、エンジン本体３０の燃焼状態を判断する。燃焼状態判断制御Ｓ１００の判断パターンについて、詳細は後述する。
【００４８】
図５を用いて、燃焼状態判断制御Ｓ１００の判断パターンについて説明する。なお、図５では、燃焼状態判断制御Ｓ１００の判断パターンをテーブルによって表している。
【００４９】
燃焼状態判断制御Ｓ１００では、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、ＮＯｘ濃度Ｄｘと基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍとの大小関係とに基づいて、エンジン本体３０の燃焼状態が判断される。
【００５０】
ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍと等しくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍと等しい場合には、エンジン本体３０及び高圧過給機６０は正常であって、エンジン本体３０の燃焼状態も正常であると判断する。
【００５１】
ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより大きくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍと等しい場合、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍと等しくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍより大きい又は小さい場合、或いは、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより小さくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍと等しい場合には、エンジン本体３０、高圧過給機６０、過給機回転数センサー５５又はＮＯｘ濃度センサー５６が異常であると判断する。
【００５２】
ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより小さくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍより大きい場合には、エンジン本体３０の燃焼状態が進角又は噴射期間が減少していると判断する。
【００５３】
ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより小さくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍより小さい場合には、ＥＧＲ量の過剰を判断する。
【００５４】
ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより大きくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍより大きい場合には、ＥＧＲ量が不足していると判断する。
【００５５】
ＥＣＵ５０は、過給機回転数Ｎｔが基準過給機回転数Ｎｔｍより大きくかつＮＯｘ濃度Ｄｘが基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍより小さい場合には、エンジン本体３０の燃焼状態が遅角又は噴射期間が増加していると判断する。
【００５６】
なお、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔとが等しい、或いは、ＮＯｘ濃度Ｄｘと基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍとが等しいとは、例えば過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔとの絶対値が所定範囲内であれば良いものとする。
【００５７】
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、過給機回転数Ｎｔと基準過給機回転数Ｎｔｍとの大小関係と、ＮＯｘ濃度Ｄｘと基準ＮＯｘ濃度Ｄｘｍとの大小関係とに基づいて、エンジン本体３０の燃焼状態を判断できる。
【符号の説明】
【００５８】
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）
５６      ＮＯｘ濃度センサー（ＮＯｘ濃度検知手段）
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
８０      ＥＧＲ経路
【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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