エンジン
【課題】多段可変系過給システムを精度良く制御できるエンジンを提供する。
【解決手段】高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システム２０と、吸気マニホールド１２におけるブースト圧Ｂｐａを検出するブーストセンサー６２と、前記高圧過給機の高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐを検出する高圧ターボセンサー６１と、前記高圧過給機の容量を調整する可動ベーン２５と、前記可動ベーン２５のベーン開度を調整するＥＣＵ６０と、を具備し、前記ＥＣＵ６０は、前記ブースト圧Ｂｐａ及び前記高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐに基づいて、前記可動ベーン２５のベーン開度を調整するエンジン１００。
【解決手段】高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システム２０と、吸気マニホールド１２におけるブースト圧Ｂｐａを検出するブーストセンサー６２と、前記高圧過給機の高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐを検出する高圧ターボセンサー６１と、前記高圧過給機の容量を調整する可動ベーン２５と、前記可動ベーン２５のベーン開度を調整するＥＣＵ６０と、を具備し、前記ＥＣＵ６０は、前記ブースト圧Ｂｐａ及び前記高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐに基づいて、前記可動ベーン２５のベーン開度を調整するエンジン１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段可変系過給システムを備えるエンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムは公知である。また、排気ガスの流量を変化させて加給効果を高める可変容量手段を備える過給機も公知である。ここで、２つの過給機を直列に配置し、かつ、過給機のうち少なくとも一つが可変容量手段を備えるような過給システムを、多段可変系過給システムと定義する。例えば、特許文献１は、多段可変系過給システムを備えるエンジンを開示している。
【０００３】
従来、例えば可変容量手段等の過給機の制御手段は、ブーストセンサーによって検出される過給圧をフィードバック値としていた。しかし、過給圧は、過給機の作動に対し間接的な物理量であるため、過給圧をフィードバック値とする過給機の制御手段では、過給機を精度良く制御できない点で不利であった。特に、多段可変系過給システムを備えるエンジンでは、過給圧をフィードバック値とする制御手段では、過給システムを精度良く制御できない点で不利であった。
【特許文献１】特開２００６−２９１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、多段可変系過給システムを精度良く制御できるエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
即ち、請求項１においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジンである。
【０００７】
請求項２においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジンである。
【０００８】
請求項３においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジンである。
【０００９】
請求項４においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジンである。
【００１０】
請求項５においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、吸気経路と排気経路とを接続し排気ガスの一部であるＥＧＲ量を前記排気経路から前記吸気経路に還流させるためのＥＧＲ経路と、前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、前記高圧過給機の容量を調整する高圧可変容量手段と、前記低圧過給機の容量を調整する低圧可変容量手段と、前記ＥＧＲ量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記高圧過給機回転数及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記ＥＧＲ量を算出するエンジンである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、過給圧及び過給機回転数をフィードバック値として可変容量手段の開度を調整し、過給圧及び過給機回転数をフィードバック値としてバイパス流量調整弁の開度を調整するため、多段可変系過給システムを精度良く制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態１に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図、図２は同じく過給機制御のフローを示すフロー図、図３は同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図である。図４は本発明の実施形態２に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図、図５は同じく過給機制御のフローを示すフロー図、図６は同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図である。図７は本発明の実施形態３に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図である。
【００１３】
［実施形態１］
図１を用いて、本発明の実施形態１であるエンジン１００の構成について説明する。エンジン１００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、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コモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１５と、を備えている。
【００１４】
また、エンジン１００は、過給システム２０を備えている。過給システム２０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機と、低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機と、を直列に配置して備えている。
【００１５】
高圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段とは、高圧ターボ２２の上流側に設けられる可動ベーン２５のベーン開度を調整し、高圧過給機を通過する排気流量を調整し、高圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。以下では、本実施形態のように、２つの過給機を直列に配置し、かつ、過給機のうち少なくとも一つが可変容量手段を備えるような過給システムを、多段可変系過給システムと定義する。
【００１６】
吸気経路２は、上流側（外気側）から吸気マニホールド１２に向かって、低圧コンプレッサ３１と、低圧コンプレッサ３１で過給される空気を冷却するインタークーラー３３と、高圧コンプレッサ２１と、高圧コンプレッサ２１で過給される空気を冷却するインタークーラー２３と、を備えている。
【００１７】
排気経路３は、排気マニホールド１３から下流側（外気側）に向かって、高圧ターボ２２と、高圧ターボ２２を短絡するバイパス経路４と、バイパス経路４のバイパス流量を調整するバイパス流量調製手段としてのバイパス弁２４と、低圧ターボ３２と、を備えている。
【００１８】
制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して高圧コンプレッサ２１に設けられる高圧ターボセンサー６１と、吸気マニホールド１２に設けられるブーストセンサー６２と、バイパス弁２４と、燃料噴射装置１５と、可動ベーン２５と、を接続して構成されている。以下では、ＥＣＵ６０による可動ベーン２５のベーン開度の調整と、バイパス弁２４の開度の調整とを、過給機制御と定義する。
【００１９】
図２を用いて、エンジン１００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、エンジン１００が低回転数かつ低負荷であるとき、高圧過給機が最も効率良く作動する高圧過給機回転数と、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるように可動ベーン２５のベーン開度を調整する機能を有する。
まず、ＥＣＵ６０は、目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ１１０）。
目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐは、高圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップ（図示略）から算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップ（図示略）から算出される。
【００２０】
ＥＣＵ６０は、条件（１１）として、高圧ターボセンサー６１によって検出される高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐと目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐとの差の絶対値が所定値α１１より小さいかどうか、条件（１２）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α１２より小さいかどうか、について判断する（Ｓ１２０）。
【００２１】
ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１１）及び条件（１２）を満足する場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数であって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００２２】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１１）又は条件（１２）を満足しない場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００２３】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（１１）を満足するまで可動ベーン２５のベーン開度を調整する（Ｓ１４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（１２）を満足するまで可動ベーン２５のベーン開度を調整する（Ｓ１５０）。
【００２４】
図３を用いて、エンジン１００の別の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、エンジン１００の回転数及び負荷が増加するとき、高圧過給機が最も効率良く作動する高圧過給機回転数と、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるように高圧バイパス弁２４の開度を調整する機能を有する。
ＥＣＵ６０は、目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ２１０）。
目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐは、高圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
【００２５】
ＥＣＵ６０は、条件（１３）として、高圧ターボセンサー６１によって検出される高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐと目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐとの差の絶対値が所定値α１３より小さいかどうか、条件（１４）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α１４より小さいかどうか、について判断する（Ｓ２２０）。
【００２６】
ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０において、条件（１３）及び条件（１４）を満足する場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数とであって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００２７】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０において、条件（１３）又は条件（１４）を満足しない場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００２８】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（１３）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ２４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（１４）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ２５０）。
【００２９】
このようにして、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐ及びブースト圧Ｂｐａをフィードバック値として、可動ベーン２５のベーン開度を調整し、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐ及びブースト圧Ｂｐａをフィードバック値として、バイパス弁２４の開度を調整するため、多段可変系過給システムを精度良く制御できる。
すなわち、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐをフィードバック値とするため、過給機制御におけるタイムラグを減少させ、吸気系と排気系との応答遅れ（ターボラグ）を減少させ、ブースト圧Ｂｐａのオーバーシュート及びアンダーシュートの発生を極端に減少させることができる。
また、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐをフィードバック値とするため、高圧過給機の機械的なバラツキを考慮することなく、精度良く制御できる。
【００３０】
また、それぞれの過給機は、閾値として最高回転数を有している。従来の過給システムでは、ブースト値又は燃料噴射量によって、間接的に最高回転数を決定していたため、安全率を見込んだオフセット値が存在していた。
そこで、本発明は、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐを検出できるため、従来のような安全率を見込んだオフセット値は不要となって、効率良く過給機を作動できる。同時に、従来の過給システムのように、安全装置としてのウェイストゲート又は吸気側のバイパス弁等も不要とすることができ、簡素化及び低コスト化できる。
【００３１】
さらに、従来の可変ノズルターボでは、排気慣性によるオーバースピン（過回転）が問題となっていた。通常、過給システムでは、過回転とならないように燃料噴射量を制限していたため、効率良く最大ブーストで過給機を作動させることができなかった。
そこで、本発明は、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐを検出し、可動ベーン２５のベーン開度を減少する、或いはバイパス弁２４の開度を増加することによって過回転を防止でき、効率良く過給機を作動できる。
【００３２】
［実施形態２］
図４を用いて、本発明の実施形態２であるエンジン２００の構成について説明する。エンジン２００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、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コモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１５と、を備えている。
【００３３】
また、エンジン２００は、過給システム７０を備えている。過給システム７０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機と、低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機と、を直列に配置して備えている。上述したように過給システム７０を、多段可変系過給システムと定義する。
【００３４】
低圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段とは、低圧ターボ３２の上流側に設けられる可動ベーン３５のベーン開度を調整し、低圧過給機を通過する排気流量を調整し、低圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。
【００３５】
吸気経路２及び排気経路３は、実施形態１であるエンジン１００と同様であるため説明を省略する。
【００３６】
制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して低圧コンプレッサ３１に設けられる低圧ターボセンサー６６と、吸気マニホールド１２に設けられるブーストセンサー６２と、バイパス弁２４と、燃料噴射装置１５と、可動ベーン３５と、を接続して構成されている。上述したように、ＥＣＵ６０による可動ベーン３５のベーン開度の調整と、バイパス弁２４の開度の調整とを、過給機制御と定義する。
【００３７】
図５を用いて、エンジン２００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、エンジン２００が低回転数かつ低負荷であるとき、低圧過給機が最も効率良く作動する低圧過給機回転数と、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるように可動ベーン３５のベーン開度を調整する機能を有する。
ＥＣＵ６０は、目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ３１０）。
目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐは、低圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇ基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
【００３８】
ＥＣＵ６０は、条件（２１）として、低圧ターボセンサー６６によって検出される低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐと目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐとの差の絶対値が所定値α２１より小さいかどうか、条件（２２）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α２２より小さいかどうか、について判断する（Ｓ３２０）。
【００３９】
ＥＣＵ６０は、Ｓ３２０において、条件（２１）及び条件（２２）を満足する場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数であって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００４０】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ３２０において、条件（２１）又は条件（２２）を満足しない場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００４１】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（２１）を満足するまで可動ベーン３５のベーン開度を調整する（Ｓ３４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（２２）を満足するまで可動ベーン３５のベーン開度を調整する（Ｓ３５０）。
【００４２】
図６を用いて、エンジン２００の別の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、エンジン２００の回転数及び負荷が増加するとき、低圧過給機が最も効率良く作動する過給機回転数と、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるようにバイパス弁２４の開度を調整する機能を有する。
ＥＣＵ６０は、目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ４１０）。
目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐは、低圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
【００４３】
ＥＣＵ６０は、条件（２３）として、低圧ターボセンサー６６によって検出される低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐと目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐとの差の絶対値が所定値α２３より小さいかどうか、条件（２４）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α２４より小さいかどうか、について判断する（Ｓ４２０）。
【００４４】
ＥＣＵ６０は、Ｓ４２０において、条件（２３）及び条件（２４）を満足する場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数とであって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００４５】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ４２０において、条件（２３）又は条件（２４）を満足しない場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００４６】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（２３）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ４４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（２４）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ４５０）。
【００４７】
このようにして、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐ及びブースト圧Ｂｐａをフィードバック値として、可動ベーン３５のベーン開度を調整し、ブースト圧Ｂｐａ及び低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐをフィードバック値として、バイパス弁２４の開度を調整するため、多段可変系過給システムを精度良く制御できる。その他の効果は実施形態１のエンジン１００と同様であるため、説明を省略する。
【００４８】
［実施形態３］
図７を用いて、本発明の実施形態３であるエンジン３００の構成について説明する。エンジン３００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、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コモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１５と、を備えている。
【００４９】
また、エンジン３００は、過給システム８０を備えている。過給システム８０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機と、低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機と、を直列に配置して備えている。
【００５０】
ここで、高圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段は、高圧ターボ２２の上流側に設けられる可動ベーン２５の開度を調整し、高圧過給機を通過する排気流量を調整し、高圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。
また、低圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段は、低圧ターボ３２の上流側に設けられる可動ベーン３５の開度を調整し、低圧過給機を通過する排気流量を調整し、低圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。
【００５１】
吸気経路２及び排気経路３は、実施形態１であるエンジン１００と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスの一部をＥＧＲ量として吸気側へ再循環させる装置である。また、ＥＧＲ装置５０は、排気マニホールド１３と吸気マニホールド１２とを短絡するＥＧＲ経路５において、排気マニホールド１３から吸気マニホールド１２に向かって、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー５３と、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁５１と、を接続して構成されている。
【００５３】
制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して高圧コンプレッサ２１に設けられる高圧ターボセンサー６１と、アンプ６５を介して低圧コンプレッサ３１に設けられる低圧ターボセンサー６６と、吸気マニホールド１２に設けられるブーストセンサー６２と、バイパス弁２４と、燃料噴射装置１５と、ＥＧＲ弁５１と、可動ベーン２５と、可動ベーン３５と、を接続して構成されている。
【００５４】
ここで、エンジン３００のＥＧＲ制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、適正なＥＧＲ量が吸気側へ再循環するようにＥＧＲ弁５１の開度を調整する機能を有する。そのため、ＥＣＵ６０は、制御手段として、現在のＥＧＲ量を算出する機能を有する。このとき、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲ弁５１が全閉のときの高圧過給機回転数及び低圧過給機回転数と、現在の高圧過給機回転数及び低圧過給機回転数とを比較することで、正確なＥＧＲ量を算出することができる。
【００５５】
このようにして、高圧過給機回転数と低圧過給機回転数とを用いて、ＥＧＲ量を精度良く算出できる。ひいては、算出したＥＧＲ量をフィードバック値として、ＥＧＲ弁５１を精度良く調整できる。
【００５６】
さらに、エンジン３００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、過給システム８０が最も効率良く作動する過給機回転数となるようにバイパス弁２４を調整するため、現在のバイパス量を算出する機能を有する。
このとき、ＥＣＵ６０は、高圧過給機回転数と低圧過給機回転数との差を用いて、現在の正確なバイパス量を算出することができる。ひいては、算出したバイパス量をフィードバック値として、バイパス弁２４を精度良く調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図。
【図２】同じく過給機制御のフローを示すフロー図。
【図３】同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図。
【図４】本発明の実施形態２に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図。
【図５】同じく過給機制御のフローを示すフロー図。
【図６】同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図。
【図７】本発明の実施形態３に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図。
【符号の説明】
【００５８】
３ 排気経路
４ バイパス経路
１２ 吸気マニホールド
１３ 排気マニホールド
１５ 燃料噴射装置
２０ 過給システム
２１ 高圧コンプレッサ
２２ 高圧ターボ
２４ バイパス弁
２５ 可動ベーン
３１ 低圧コンプレッサ
３２ 低圧ターボ
３５ 可動ベーン
５０ ＥＧＲ装置
６０ Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ
６１ 高圧ターボセンサー
６２ ブーストセンサー
６６ 低圧ターボセンサー
７０ 過給システム
８０ 過給システム
１００ エンジン
２００ エンジン
３００ エンジン
Ｂｐａ ブースト圧
Ｂｐａｔｒｇ 目標ブースト圧
Ｎｔａ＿ｈｐ 高圧ターボ回転数
ωｃｔｒｇ＿ｈｐ 目標高圧ターボ回転数
Ｎｔａ＿ｌｐ 低圧ターボ回転数
ωｃｔｒｇ＿ｌｐ 目標低圧ターボ回転数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段可変系過給システムを備えるエンジンの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムは公知である。また、排気ガスの流量を変化させて加給効果を高める可変容量手段を備える過給機も公知である。ここで、２つの過給機を直列に配置し、かつ、過給機のうち少なくとも一つが可変容量手段を備えるような過給システムを、多段可変系過給システムと定義する。例えば、特許文献１は、多段可変系過給システムを備えるエンジンを開示している。
【０００３】
従来、例えば可変容量手段等の過給機の制御手段は、ブーストセンサーによって検出される過給圧をフィードバック値としていた。しかし、過給圧は、過給機の作動に対し間接的な物理量であるため、過給圧をフィードバック値とする過給機の制御手段では、過給機を精度良く制御できない点で不利であった。特に、多段可変系過給システムを備えるエンジンでは、過給圧をフィードバック値とする制御手段では、過給システムを精度良く制御できない点で不利であった。
【特許文献１】特開２００６−２９１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、多段可変系過給システムを精度良く制御できるエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【０００６】
即ち、請求項１においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジンである。
【０００７】
請求項２においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジンである。
【０００８】
請求項３においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジンである。
【０００９】
請求項４においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジンである。
【００１０】
請求項５においては、高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、吸気経路と排気経路とを接続し排気ガスの一部であるＥＧＲ量を前記排気経路から前記吸気経路に還流させるためのＥＧＲ経路と、前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、前記高圧過給機の容量を調整する高圧可変容量手段と、前記低圧過給機の容量を調整する低圧可変容量手段と、前記ＥＧＲ量を算出する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記高圧過給機回転数及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記ＥＧＲ量を算出するエンジンである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、過給圧及び過給機回転数をフィードバック値として可変容量手段の開度を調整し、過給圧及び過給機回転数をフィードバック値としてバイパス流量調整弁の開度を調整するため、多段可変系過給システムを精度良く制御できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の実施形態１に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図、図２は同じく過給機制御のフローを示すフロー図、図３は同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図である。図４は本発明の実施形態２に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図、図５は同じく過給機制御のフローを示すフロー図、図６は同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図である。図７は本発明の実施形態３に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図である。
【００１３】
［実施形態１］
図１を用いて、本発明の実施形態１であるエンジン１００の構成について説明する。エンジン１００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、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コモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１５と、を備えている。
【００１４】
また、エンジン１００は、過給システム２０を備えている。過給システム２０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機と、低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機と、を直列に配置して備えている。
【００１５】
高圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段とは、高圧ターボ２２の上流側に設けられる可動ベーン２５のベーン開度を調整し、高圧過給機を通過する排気流量を調整し、高圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。以下では、本実施形態のように、２つの過給機を直列に配置し、かつ、過給機のうち少なくとも一つが可変容量手段を備えるような過給システムを、多段可変系過給システムと定義する。
【００１６】
吸気経路２は、上流側（外気側）から吸気マニホールド１２に向かって、低圧コンプレッサ３１と、低圧コンプレッサ３１で過給される空気を冷却するインタークーラー３３と、高圧コンプレッサ２１と、高圧コンプレッサ２１で過給される空気を冷却するインタークーラー２３と、を備えている。
【００１７】
排気経路３は、排気マニホールド１３から下流側（外気側）に向かって、高圧ターボ２２と、高圧ターボ２２を短絡するバイパス経路４と、バイパス経路４のバイパス流量を調整するバイパス流量調製手段としてのバイパス弁２４と、低圧ターボ３２と、を備えている。
【００１８】
制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して高圧コンプレッサ２１に設けられる高圧ターボセンサー６１と、吸気マニホールド１２に設けられるブーストセンサー６２と、バイパス弁２４と、燃料噴射装置１５と、可動ベーン２５と、を接続して構成されている。以下では、ＥＣＵ６０による可動ベーン２５のベーン開度の調整と、バイパス弁２４の開度の調整とを、過給機制御と定義する。
【００１９】
図２を用いて、エンジン１００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、エンジン１００が低回転数かつ低負荷であるとき、高圧過給機が最も効率良く作動する高圧過給機回転数と、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるように可動ベーン２５のベーン開度を調整する機能を有する。
まず、ＥＣＵ６０は、目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ１１０）。
目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐは、高圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップ（図示略）から算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップ（図示略）から算出される。
【００２０】
ＥＣＵ６０は、条件（１１）として、高圧ターボセンサー６１によって検出される高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐと目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐとの差の絶対値が所定値α１１より小さいかどうか、条件（１２）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α１２より小さいかどうか、について判断する（Ｓ１２０）。
【００２１】
ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１１）及び条件（１２）を満足する場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数であって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００２２】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１１）又は条件（１２）を満足しない場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００２３】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（１１）を満足するまで可動ベーン２５のベーン開度を調整する（Ｓ１４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（１２）を満足するまで可動ベーン２５のベーン開度を調整する（Ｓ１５０）。
【００２４】
図３を用いて、エンジン１００の別の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、エンジン１００の回転数及び負荷が増加するとき、高圧過給機が最も効率良く作動する高圧過給機回転数と、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるように高圧バイパス弁２４の開度を調整する機能を有する。
ＥＣＵ６０は、目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ２１０）。
目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐは、高圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
【００２５】
ＥＣＵ６０は、条件（１３）として、高圧ターボセンサー６１によって検出される高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐと目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐとの差の絶対値が所定値α１３より小さいかどうか、条件（１４）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α１４より小さいかどうか、について判断する（Ｓ２２０）。
【００２６】
ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０において、条件（１３）及び条件（１４）を満足する場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数とであって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００２７】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０において、条件（１３）又は条件（１４）を満足しない場合は、現在、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐは、過給システム２０が最も効率良く作動する高圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００２８】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（１３）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ２４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（１４）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ２５０）。
【００２９】
このようにして、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐ及びブースト圧Ｂｐａをフィードバック値として、可動ベーン２５のベーン開度を調整し、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐ及びブースト圧Ｂｐａをフィードバック値として、バイパス弁２４の開度を調整するため、多段可変系過給システムを精度良く制御できる。
すなわち、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐをフィードバック値とするため、過給機制御におけるタイムラグを減少させ、吸気系と排気系との応答遅れ（ターボラグ）を減少させ、ブースト圧Ｂｐａのオーバーシュート及びアンダーシュートの発生を極端に減少させることができる。
また、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐをフィードバック値とするため、高圧過給機の機械的なバラツキを考慮することなく、精度良く制御できる。
【００３０】
また、それぞれの過給機は、閾値として最高回転数を有している。従来の過給システムでは、ブースト値又は燃料噴射量によって、間接的に最高回転数を決定していたため、安全率を見込んだオフセット値が存在していた。
そこで、本発明は、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐを検出できるため、従来のような安全率を見込んだオフセット値は不要となって、効率良く過給機を作動できる。同時に、従来の過給システムのように、安全装置としてのウェイストゲート又は吸気側のバイパス弁等も不要とすることができ、簡素化及び低コスト化できる。
【００３１】
さらに、従来の可変ノズルターボでは、排気慣性によるオーバースピン（過回転）が問題となっていた。通常、過給システムでは、過回転とならないように燃料噴射量を制限していたため、効率良く最大ブーストで過給機を作動させることができなかった。
そこで、本発明は、高圧過給機の作動とは直接的な関係にある高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐを検出し、可動ベーン２５のベーン開度を減少する、或いはバイパス弁２４の開度を増加することによって過回転を防止でき、効率良く過給機を作動できる。
【００３２】
［実施形態２］
図４を用いて、本発明の実施形態２であるエンジン２００の構成について説明する。エンジン２００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、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コモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１５と、を備えている。
【００３３】
また、エンジン２００は、過給システム７０を備えている。過給システム７０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機と、低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機と、を直列に配置して備えている。上述したように過給システム７０を、多段可変系過給システムと定義する。
【００３４】
低圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段とは、低圧ターボ３２の上流側に設けられる可動ベーン３５のベーン開度を調整し、低圧過給機を通過する排気流量を調整し、低圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。
【００３５】
吸気経路２及び排気経路３は、実施形態１であるエンジン１００と同様であるため説明を省略する。
【００３６】
制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して低圧コンプレッサ３１に設けられる低圧ターボセンサー６６と、吸気マニホールド１２に設けられるブーストセンサー６２と、バイパス弁２４と、燃料噴射装置１５と、可動ベーン３５と、を接続して構成されている。上述したように、ＥＣＵ６０による可動ベーン３５のベーン開度の調整と、バイパス弁２４の開度の調整とを、過給機制御と定義する。
【００３７】
図５を用いて、エンジン２００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、エンジン２００が低回転数かつ低負荷であるとき、低圧過給機が最も効率良く作動する低圧過給機回転数と、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるように可動ベーン３５のベーン開度を調整する機能を有する。
ＥＣＵ６０は、目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ３１０）。
目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐは、低圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇ基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
【００３８】
ＥＣＵ６０は、条件（２１）として、低圧ターボセンサー６６によって検出される低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐと目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐとの差の絶対値が所定値α２１より小さいかどうか、条件（２２）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α２２より小さいかどうか、について判断する（Ｓ３２０）。
【００３９】
ＥＣＵ６０は、Ｓ３２０において、条件（２１）及び条件（２２）を満足する場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数であって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００４０】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ３２０において、条件（２１）又は条件（２２）を満足しない場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００４１】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（２１）を満足するまで可動ベーン３５のベーン開度を調整する（Ｓ３４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（２２）を満足するまで可動ベーン３５のベーン開度を調整する（Ｓ３５０）。
【００４２】
図６を用いて、エンジン２００の別の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、エンジン２００の回転数及び負荷が増加するとき、低圧過給機が最も効率良く作動する過給機回転数と、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧と、なるようにバイパス弁２４の開度を調整する機能を有する。
ＥＣＵ６０は、目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐ及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇを算出する（Ｓ４１０）。
目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐは、低圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇに基づいて予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量、エンジン回転数、及び目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐに基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから算出される。
【００４３】
ＥＣＵ６０は、条件（２３）として、低圧ターボセンサー６６によって検出される低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐと目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐとの差の絶対値が所定値α２３より小さいかどうか、条件（２４）として、ブーストセンサー６２によって検出されるブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α２４より小さいかどうか、について判断する（Ｓ４２０）。
【００４４】
ＥＣＵ６０は、Ｓ４２０において、条件（２３）及び条件（２４）を満足する場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数とであって、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧であると判断する。
【００４５】
一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ４２０において、条件（２３）又は条件（２４）を満足しない場合は、現在、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐは、過給システム７０が最も効率良く作動する低圧過給機の過給機回転数ではない、或いは、ブースト圧Ｂｐａは、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧ではない、と判断する。
【００４６】
そこで、ＥＣＵ６０は、条件（２３）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ４４０）。次に、ＥＣＵ６０は、条件（２４）を満足するまでバイパス弁２４の開度を調整する（Ｓ４５０）。
【００４７】
このようにして、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐ及びブースト圧Ｂｐａをフィードバック値として、可動ベーン３５のベーン開度を調整し、ブースト圧Ｂｐａ及び低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐをフィードバック値として、バイパス弁２４の開度を調整するため、多段可変系過給システムを精度良く制御できる。その他の効果は実施形態１のエンジン１００と同様であるため、説明を省略する。
【００４８】
［実施形態３］
図７を用いて、本発明の実施形態３であるエンジン３００の構成について説明する。エンジン３００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、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コモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１５と、を備えている。
【００４９】
また、エンジン３００は、過給システム８０を備えている。過給システム８０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機と、低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機と、を直列に配置して備えている。
【００５０】
ここで、高圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段は、高圧ターボ２２の上流側に設けられる可動ベーン２５の開度を調整し、高圧過給機を通過する排気流量を調整し、高圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。
また、低圧過給機は、可変容量手段を備える過給機である。可変容量手段は、低圧ターボ３２の上流側に設けられる可動ベーン３５の開度を調整し、低圧過給機を通過する排気流量を調整し、低圧過給機の容量、すなわち加給効率を調整する手段である。
【００５１】
吸気経路２及び排気経路３は、実施形態１であるエンジン１００と同様であるため説明を省略する。
【００５２】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスの一部をＥＧＲ量として吸気側へ再循環させる装置である。また、ＥＧＲ装置５０は、排気マニホールド１３と吸気マニホールド１２とを短絡するＥＧＲ経路５において、排気マニホールド１３から吸気マニホールド１２に向かって、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー５３と、ＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁５１と、を接続して構成されている。
【００５３】
制御手段としてのＥｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して高圧コンプレッサ２１に設けられる高圧ターボセンサー６１と、アンプ６５を介して低圧コンプレッサ３１に設けられる低圧ターボセンサー６６と、吸気マニホールド１２に設けられるブーストセンサー６２と、バイパス弁２４と、燃料噴射装置１５と、ＥＧＲ弁５１と、可動ベーン２５と、可動ベーン３５と、を接続して構成されている。
【００５４】
ここで、エンジン３００のＥＧＲ制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、適正なＥＧＲ量が吸気側へ再循環するようにＥＧＲ弁５１の開度を調整する機能を有する。そのため、ＥＣＵ６０は、制御手段として、現在のＥＧＲ量を算出する機能を有する。このとき、ＥＣＵ６０は、ＥＧＲ弁５１が全閉のときの高圧過給機回転数及び低圧過給機回転数と、現在の高圧過給機回転数及び低圧過給機回転数とを比較することで、正確なＥＧＲ量を算出することができる。
【００５５】
このようにして、高圧過給機回転数と低圧過給機回転数とを用いて、ＥＧＲ量を精度良く算出できる。ひいては、算出したＥＧＲ量をフィードバック値として、ＥＧＲ弁５１を精度良く調整できる。
【００５６】
さらに、エンジン３００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、制御手段として、過給システム８０が最も効率良く作動する過給機回転数となるようにバイパス弁２４を調整するため、現在のバイパス量を算出する機能を有する。
このとき、ＥＣＵ６０は、高圧過給機回転数と低圧過給機回転数との差を用いて、現在の正確なバイパス量を算出することができる。ひいては、算出したバイパス量をフィードバック値として、バイパス弁２４を精度良く調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図。
【図２】同じく過給機制御のフローを示すフロー図。
【図３】同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図。
【図４】本発明の実施形態２に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図。
【図５】同じく過給機制御のフローを示すフロー図。
【図６】同じく別の過給機制御のフローを示すフロー図。
【図７】本発明の実施形態３に係るエンジンの全体的な構成を示す構成図。
【符号の説明】
【００５８】
３ 排気経路
４ バイパス経路
１２ 吸気マニホールド
１３ 排気マニホールド
１５ 燃料噴射装置
２０ 過給システム
２１ 高圧コンプレッサ
２２ 高圧ターボ
２４ バイパス弁
２５ 可動ベーン
３１ 低圧コンプレッサ
３２ 低圧ターボ
３５ 可動ベーン
５０ ＥＧＲ装置
６０ Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ
６１ 高圧ターボセンサー
６２ ブーストセンサー
６６ 低圧ターボセンサー
７０ 過給システム
８０ 過給システム
１００ エンジン
２００ エンジン
３００ エンジン
Ｂｐａ ブースト圧
Ｂｐａｔｒｇ 目標ブースト圧
Ｎｔａ＿ｈｐ 高圧ターボ回転数
ωｃｔｒｇ＿ｈｐ 目標高圧ターボ回転数
Ｎｔａ＿ｌｐ 低圧ターボ回転数
ωｃｔｒｇ＿ｌｐ 目標低圧ターボ回転数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、
前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジン。
【請求項２】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、
前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、
前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、
前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジン。
【請求項３】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、
前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジン。
【請求項４】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、
前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、
前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、
前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジン。
【請求項５】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、
吸気経路と排気経路とを接続し排気ガスの一部であるＥＧＲ量を前記排気経路から前記吸気経路に還流させるためのＥＧＲ経路と、
前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、
前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、
前記高圧過給機の容量を調整する高圧可変容量手段と、
前記低圧過給機の容量を調整する低圧可変容量手段と、
前記ＥＧＲ量を算出する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記高圧過給機回転数及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記ＥＧＲ量を算出するエンジン。
【請求項１】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、
前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジン。
【請求項２】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、
前記高圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、
前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、
前記過給圧及び前記高圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジン。
【請求項３】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置される過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、
前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記可変容量手段の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整するエンジン。
【請求項４】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、
吸気マニホールドにおける過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、
前記低圧過給機の容量を調整する可変容量手段と、
前記バイパス経路を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整弁と、
前記可変容量手段の開度、及び前記バイパス流量調整弁の開度を調整する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記可変容量手段の開度を調整し、
前記過給圧及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記バイパス流量調整弁の開度を調整するエンジン。
【請求項５】
高圧過給機と低圧過給機とが直列に配置され、前記高圧過給機の高圧ターボを短絡するバイパス経路を備える過給システムと、
吸気経路と排気経路とを接続し排気ガスの一部であるＥＧＲ量を前記排気経路から前記吸気経路に還流させるためのＥＧＲ経路と、
前記高圧過給機の過給機回転数を検出する高圧過給機回転数検出手段と、
前記低圧過給機の過給機回転数を検出する低圧過給機回転数検出手段と、
前記高圧過給機の容量を調整する高圧可変容量手段と、
前記低圧過給機の容量を調整する低圧可変容量手段と、
前記ＥＧＲ量を算出する制御手段と、
を具備し、
前記制御手段は、
前記高圧過給機回転数及び前記低圧過給機回転数に基づいて、前記ＥＧＲ量を算出するエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−９０７８０（Ｐ２０１０−９０７８０Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６０８６８（Ｐ２００８−２６０８６８）
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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