JP2001329849A - 2段過給システム - Google Patents
2段過給システムInfo
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Abstract
し、高圧段コンプレッサの圧力比を正確に制御するこ
と。 【解決手段】 吸気経路6に直列に配置される高圧段コ
ンプレッサ7および低圧段コンプレッサ8と、排気経路
3に高圧段タービン4をバイパスするバイパス通路16
と、排気バイパス弁17の開度を制御する制御部19と
を備え、制御部19は、エンジン回転数RPM に基づいて
排気バイパス弁17の基本開度を設定する手段と、高圧
段コンプレッサ7の目標圧力比PRTARGETを設定する手
段と、高圧段コンプレッサ7の上流および下流の圧力P
1、P2に基いて現実の測定圧力比PRを検出する手段
と、測定圧力比PRと目標圧力比PRTARGETとを比較し
てそれらが一致するように排気バイパス弁17の基本開
度を補正する手段とを有する。
Description
に関する。
ンジンの排気経路に直列に配置された高圧段タービンお
よび低圧段タービンと、ディーゼルエンジンの吸気経路
に直列に配置され各タービンによって夫々駆動される高
圧段コンプレッサおよび低圧段コンプレッサとを備えた
ものが知られている。かかる2段過給システムにおいて
は、2つのコンプレッサによって最終的な過給圧が決定
されるわけであるが、特に、高圧段コンプレッサの仕事
量を正確に把握し制御することが重要となる。
パスするようにバイパス通路を接続し、バイパス通路に
設けられた排気バイパス弁の開度を調節することで、高
圧段コンプレッサの仕事量を制御する装置が開発されて
いる(実開昭59−1833号公報等)。しかし、この
装置は、高圧段コンプレッサの下流側に設けられた圧力
センサによって最終的な過給圧力を検出するものであ
り、高圧段コンプレッサのみの仕事量(圧力比)を正確
に把握することはできない。
設けられた圧力センサから得られる最終的な過給圧力
は、高圧段コンプレッサの仕事量のみならず低圧段コン
プレッサの仕事量の影響をも受けるため、そのような最
終的な過給圧力に基いて高圧段コンプレッサのみの仕事
量(圧力比)を正確に把握することはできないのであ
る。つまり、上記装置には、高圧段コンプレッサの仕事
量(圧力比)を正確に把握し、高圧段コンプレッサの仕
事量(圧力比)を正確に制御するという技術思想は存在
しない。
ィーゼルエンジンの吸排気経路にターボチャージャを1
個介設し、排気経路にタービンをバイパスするようにバ
イパス通路を接続し、バイパス通路に排気バイパス弁を
設けたシステムにおいて、コンプレッサの上流および下
流の圧力を夫々検出し、それらの検出値からコンプレッ
サの吸気圧力比を算出し、その吸気圧力比がコンプレッ
サのサージラインを割る場合にはバイパス弁を開くよう
に制御するものが開発されている(実開昭61−959
38号公報等)。
m級の超高地を走行するときに、タービンの排圧が相対
的に低くなってタービンの回転数が高まることに起因し
て、コンプレッサの作動線がサージラインに近付くこと
を未然に回避することを目的とするものであり、2段過
給システムの高圧段コンプレッサの仕事量を正確に把握
して制御するものではない。すなわち、上記システム
は、2段過給によって高圧過給を実現した上で、高圧段
コンプレッサの仕事量を正確に把握して効率最大となる
ように正確に制御し、燃費の悪化を回避する技術とは無
関係である。
2段過給システムにおいて、高圧段コンプレッサの仕事
量(圧力比)を正確に把握し、2段過給システムを正確
に制御するものは開発されていない。
発明は、ディーゼルエンジンの排気経路に直列に配置さ
れた高圧段タービンおよび低圧段タービンと、上記エン
ジンの吸気経路に直列に配置され上記各タービンによっ
て夫々駆動される高圧段コンプレッサおよび低圧段コン
プレッサと、上記排気経路に上記高圧段タービンをバイ
パスするように接続されたバイパス通路と、該バイパス
通路に設けられた排気バイパス弁と、該排気バイパス弁
の開度を制御する制御部とを備えた2段過給システムで
あって、上記制御部は、少なくともエンジン回転数に基
づいて排気バイパス弁の基本開度を設定する基本開度設
定手段と、エンジンの運転状態に基いて高圧段コンプレ
ッサの目標圧力比を設定する目標圧力比設定手段と、高
圧段コンプレッサの上流および下流の圧力に基いて現実
の測定圧力比を検出する測定圧力比検出手段と、測定圧
力比と目標圧力比とを比較してそれらが一致するように
排気バイパス弁の基本開度を補正する補正手段とを有す
るものである。
の回転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッサ
を所望の作動線に沿って運転させるべく、排気バイパス
弁の基本開度を設定するものであってもよい。
ンの回転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッ
サの目標圧力比を設定するものであってもよい。
の現実の測定修正流量を検出する測定修正流量検出手段
と、エンジン運転状態に基いて高圧段コンプレッサの目
標修正流量を設定する目標修正流量設定手段と、測定修
正流量が目標修正流量と一致しないとき異常と判断する
異常判断手段とを更に備えたものであってもよい。
経路に設けられたエアフローセンサと、高圧段コンプレ
ッサの上流側に夫々設けられた圧力センサおよび温度セ
ンサと、これら各センサの検出値に基いて測定修正流量
を算出する演算手段とを備えたものであってもよい。
の測定圧力比および測定修正流量に基いて高圧段コンプ
レッサの運転状態を判断する運転状態判断手段と、高圧
段コンプレッサがサージ領域またはオーバーレブ領域で
運転されていると判断されたとき上記排気バイパス弁を
開放する非常手段とを更に備えたものであってもよい。
基いて説明する。
ム1の概要を示す図である。
排気経路3には、高圧段タービン4と低圧段タービン5
とが排気ガスの流れ方向に間隔を隔てて直列に介設され
ており、ディーゼルエンジン2の吸気経路6には、高圧
段コンプレッサ7と低圧段コンプレッサ8とが吸入空気
の流れ方向に間隔を隔てて直列に介設されている。高圧
段コンプレッサ7と高圧段タービン4とは回転軸10で
連結されて高圧段ターボ11を構成し、低圧段コンプレ
ッサ8と低圧段タービン5とは回転軸12で連結されて
低圧段ターボ13を構成する。
サ7との間の吸気経路6には、インタークーラ14が介
設されており、高圧段コンプレッサ7とエンジン2との
間の吸気経路6には、アフタークーラ15が介設されて
いる。インタークーラ14とアフタークーラ15とは、
圧縮によって昇温した吸入空気を冷却するものである
が、発明の構成上必ずしも必要なものではなく、いずれ
か一方でもよくまた双方ともなくても構わない。
パスするように、高圧段タービン4の上流側と下流側と
に接続されたバイパス通路16が、設けられている。バ
イパス通路16には、排気バイパス弁17が介設されて
いる。排気バイパス弁17は、アクチュエータ18によ
ってその開度が調節され、バイパス通路16内を流れる
排気ガスの流量を調節( 0〜100 % )するものである。
アクチュエータ18の作動は、制御部19によって制御
される。
6には、吸入空気流量Mを検出するエアフローセンサ2
0が設けられている。また、インタークーラ14と高圧
段コンプレッサ7との間の吸気経路6には、高圧段コン
プレッサ7の吸気圧力P1を検出する第1圧力センサ2
1と、吸気温度T1を検出する温度センサ22とが設け
られている。また、高圧段コンプレッサ7とアフターク
ーラ15との間の吸気経路6には、高圧段コンプレッサ
7の吐出圧力P2を検出する第2圧力センサ23が設け
られている。
数RPM を検出する回転センサ24および負荷LDを検出す
る負荷センサ25が設けられている。これらエアフロー
センサ20、第1圧力センサ21、第2圧力センサ2
3、温度センサ22、回転センサ24および負荷センサ
25は、制御部19に接続されており、各センサ20〜
25の出力が制御部19に送られるようになっている。
制御部19は、各センサ20〜25から送られてきた出
力値に応じてアクチュエータ18を制御し、排気バイパ
ス弁17の開度を後述のように制御する。
6を用いて説明する。
24によって現在のエンジン回転数RPM を検出すると共
に、負荷センサ25によって現在のエンジン負荷LDを検
出する。検出された現在のエンジン回転数RPM と現在の
負荷LDとは、制御部19に送られる。
した現在のエンジン回転数RPM と負荷LDとが、制御部1
9内に書き込まれた図4に示すバイパス弁開度マップM
1に入力され、バイパス弁17の基本開度が決定され
る。すなわち、制御部19は、少なくともエンジン回転
数RPM に基づいて排気バイパス弁17の基本開度を設定
する基本開度設定手段を備えている。
RPM および負荷LDの状態に基いて、排気バイパス弁17
の基本開度を設定するバイパス弁開度マップM1からな
る。このバイパス弁開度マップM1により、排気バイパ
ス弁17の基本開度を制御することで高圧段タービン4
の通過排気ガス量を制御し、高圧段コンプレッサ7をエ
ンジン2の運転状態(回転数RPM 、負荷LD)に合わせて
予め定められた所望の作動線(例えば燃費が良好となる
高効率域に設定された作動線)に沿って運転させること
ができる。
度は、図4のバイパス弁開度マップM1に示すように、
回転数RPM が高く負荷LDが大きくなれば大きくなり、回
転数RPM が低く負荷LDが小さくなれば小さくなるよう
に、その基本特性が設定されている。これにより、高回
転高負荷時の過剰過給を回避すると共に、低回転低負荷
時の過給圧を確保するようにしている。
した現在のエンジン回転数RPM と負荷LDとが、制御部1
9内に書き込まれた図5に示す目標圧力比・目標修正流
量マップM2に入力され、高圧段コンプレッサ7の目標
圧力比PRTARGETと目標修正流量McTARGETとが決定さ
れる。すなわち、制御部19は、エンジン2の運転状態
(エンジン回転数RPM 、負荷LD)に基いて、高圧段コン
プレッサ7の目標圧力比PRTARGETを設定する目標圧力
比設定手段と、高圧段コンプレッサ7の目標修正流量M
cTARGETを設定する目標修正流量設定手段とを備えてい
る。
定手段は、目標圧力比・目標修正流量マップM2からな
る。このマップM2に書き込まれた目標圧力比PR
TARGETおよび目標修正流量McTARGETは、エンジン2の
運転状態(回転数RPM 、負荷LD)の変化に応じて、高圧
段コンプレッサ7を予め定められた所望の作動線(例え
ば燃費が良好となる高効率域に設定された作動線)に沿
ってトレースさせる値に設定されている。
圧力比・目標修正流量マップM2は、1000RPM 程度まで
はエンジン回転数RPM の上昇に伴って目標圧力比PR
TARGETを大きくし、1000RPM 程度以上となると目標圧力
比PRTARGETを下げるように、その基本特性が設定され
ている。これにより、低中速回転域での過給圧を確保し
つつ高回転時の過剰過給を回避している。
力センサ21、23によって、高圧段コンプレッサ7の
上流側の圧力P1および下流側の圧力P2を検出し、制
御部19にて現在の測定圧力比PR=P2/P1を計算
する。すなわち、制御部19は、高圧段コンプレッサ7
の上流および下流の圧力P1、P2に基いて現実の測定
圧力比PRを検出する測定圧力比検出手段を有する。測
定圧力比検出手段は、第1および第2圧力センサ21、
23を有する。
目標圧力比PRTARGETとが制御部19内で比較される。
そして、制御部19は、測定圧力比PR>目標圧力比P
RTARGETならステップ6にて排気バイパス弁17の開度
を大きくする指令をアクチュエータ18に送り、測定圧
力比PR<目標圧力比PRTARGETならステップ7にて排
気バイパス弁17の開度を小さくする指令をアクチュエ
ータ18に送る。ステップ6またはステップ7を通過し
た後には、再びステップ4に戻る。
2を検出し、測定圧力比PR=P2/P1を計算し、ス
テップ5にて測定圧力比PRと目標圧力比PRTARGETと
を比較する。この循環は、ステップ5にて測定圧力比P
Rが目標圧力比PRTARGETと一致するまで行われる。こ
のフィードバック制御により、ステップ2で決定された
排気バイパス弁17の基本開度が、測定圧力比PRと目
標圧力比PRTARGETとが一致するように補正される。す
なわち、制御部19は、測定圧力比PRと目標圧力比P
RTARGETとを比較してそれらが一致するように排気バイ
パス弁17の基本開度を補正する補正手段を有する。
る。この補正手段による排気バイパス弁17の開度制御
によって、高圧段コンプレッサ7の圧力比(測定圧力比
PR)が、そのときのエンジン2の運転状態(回転数RP
M 、負荷LD)にマッチした圧力比(目標圧力比PR
TARGET)とされる。これにより、高圧段コンプレッサ7
は、エンジン2の運転状態(回転数RPM 、負荷LD)に合
わせて予め定められた所望の作動線(例えば燃費が良好
となる高効率域に設定された作動線)に沿って運転され
ることになる。
標圧力比PRTARGETとなったなら、ステップ8に向か
う。ステップ8では、エアフローセンサ20によって吸
入空気流量Mが検出され、温度センサ22によって空気
温度T1が検出される。そして、制御部19にて、現在
の測定修正流量Mcが、Mc=(M×(T1/Tr)
0.5 )/(P1/Pr)によって算出される。
20℃( 293K)が用いられ、Prは、補正用の基準圧力
であり大気圧(1.013 BAR )が用いられる。すなわち、
制御部19は、高圧段コンプレッサ7の現実の測定修正
流量Mcを検出する測定修正流量設定手段(ステップ
8)を有する。測定修正流量設定手段は、エアフローセ
ンサ20と第1圧力センサ21と温度センサ22とを有
する。そして、ステップ9に向かう。
定修正流量Mcとステップ3でマップM2から求めた目
標修正流量McTARGETとが、制御部19内で比較され
る。そして、測定修正流量Mc=目標修正流量Mc
TARGETならステップ10に向かいスタートに戻り、測定
修正流量Mc=目標修正流量McTARGETでなければステ
ップ11に向かい警告灯(警告ブザー等)を作動させ
る。
目標圧力比PRTARGETと一致したとき、ステップ9で測
定修正流量Mcが目標修正流量McTARGETと一致してい
るか否かの確認がなされ、測定修正流量Mcが目標修正
流量McTARGETと一致していなければ、何等かの異常で
あると考えられるので、ステップ11で警告灯(警告ブ
ザー等)を作動させるのである。すなわち、制御部19
は、測定修正流量Mcが目標修正流量McTARGETと一致
しないとき異常と判断する異常判断手段(ステップ9、
11)を有する。
達していても測定修正流量Mcが目標修正流量Mc
TARGETに達しない原因としては、例えば、低圧段コンプ
レッサ8に異常が生じて適正に作動していない場合や、
吸気経路6に詰まりや管の破損(ガス抜け)が生じてい
る場合が想定される。ここで、本実施形態のステップ4
〜7に示すように圧力比PRでフィードバック制御を行
ってしまうと、上記のような異常があっても排気バイパ
ス弁17の開度制御によって圧力比PRだけは正常値に
なってしまう場合が考えられ、異常判断ができなくなる
可能性がある。よって、修正流量Mcによって異常判断
することは極めて有用である。
プM2から求めた目標修正流量McTARGETとの比較結果
に基いて排気バイパス弁17の基本開度の補正を行って
も構わないが、本実施形態ではステップ5に示すように
算出された測定圧力比PRとマップM2から求めた目標
圧力比PRTARGETとの比較結果を優先させている。すな
わち、ステップ5とステップ9とを入れ替えても構わな
いが、本実施形態では圧力比PRを修正流量Mcに優先
させている。
ップ8に示すように計算が複雑であってセンサも多く必
要(エアフローセンサ20、第1圧力センサ21、温度
センサ22)であるのに対し、圧力比PRの算出は、ス
テップ4に示すように計算が簡単であってセンサも少な
くて済む(第1および第2圧力センサ21、23)から
である。また、修正流量Mcでは、高圧段コンプレッ
サ7の作動点を特定することが難しく、その制御の方向
も簡単には決められないのに対し、圧力比PRでは、高
圧段コンプレッサ7の作動点を特定でき、その制御の方
向も明確に定めることができるからである。この差異
は、圧力比PR=P2/P1が高圧段コンプレッサ7の
圧力比そのものであるのに対し、修正流量Mcは低圧段
コンプレッサ8の作動の影響を強く受けるために生じ
る。
う。ステップ12では、測定修正流量Mcと測定圧力比
PRとが、制御部19に書き込まれた図6に示す作動領
域制限マップM3に入力され、現在の高圧段コンプレッ
サ7の運転状態を読み出し、ステップ13にて、サージ
領域か適正領域かオーバレブ領域かのいずれの領域にあ
るか判断する。そして、適性領域であれば、ステップ1
4にてスタートに戻り、サージ領域またはオーバレブ領
域であれば、ステップ15にて排気バイパス弁17の開
度を全開にし、ステップ16にてスタートに戻る。
標値PRTARGETに達したとき、ステップ9で流量Mcが
目標値McTARGETに達していなければ、前述のように何
等かの異常であると考えて警告灯(警告ブザー等)を作
動させるが、その後、ステップ13でその異常状態が高
圧段コンプレッサ7がサージ領域またはオーバレブ領域
であると判断されるとき、排気バイパス弁17を全開に
し、サージ領域またはオーバレブ領域で運転されている
高圧段コンプレッサ7を適正領域に戻し、高圧段コンプ
レッサ7を保護するのである。
ッサ7の測定圧力比PRおよび測定修正流量Mcに基い
て高圧段コンプレッサ7の運転状態を判断する運転状態
判断手段と、高圧段コンプレッサ7がサージ領域または
オーバーレブ領域で運転されていると判断されたとき排
気バイパス弁17を開放する非常手段とを備えている。
運転状態判断手段は図6に示す作動領域制限マップM3
を有し、非常手段はステップ13および15を有する。
過給システム1において、エンジン2の回転数RPM と負
荷LDとから高圧段コンプレッサ7の目標とする圧力比P
RTARGETを設定し、この圧力比PRTARGETとなるように
排気バイパス弁17を常に制御するものである。これに
より、高圧段コンプレッサ7を所望の作動線に沿って正
確に運転させることができ、例えば、高圧段コンプレッ
サ8を燃費の良好な作動線に沿って正確に運転させるこ
とが可能となる。
のような効果を発揮できる。
把握して制御できるので、高圧段コンプレッサを所望の
作動線に沿って正確に運転させることができる。よっ
て、例えば、高圧段コンプレッサを燃費の良好な作動線
に沿って運転させることが可能となる。
常を診断できる。
概要を示す説明図である。
図である。
ップである。
修正流量マップである。
プである。
Claims (6)
- 【請求項1】 ディーゼルエンジンの排気経路に直列に
配置された高圧段タービンおよび低圧段タービンと、上
記エンジンの吸気経路に直列に配置され上記各タービン
によって夫々駆動される高圧段コンプレッサおよび低圧
段コンプレッサと、上記排気経路に上記高圧段タービン
をバイパスするように接続されたバイパス通路と、該バ
イパス通路に設けられた排気バイパス弁と、該排気バイ
パス弁の開度を制御する制御部とを備えた2段過給シス
テムであって、上記制御部は、少なくともエンジン回転
数に基づいて排気バイパス弁の基本開度を設定する基本
開度設定手段と、エンジンの運転状態に基いて高圧段コ
ンプレッサの目標圧力比を設定する目標圧力比設定手段
と、高圧段コンプレッサの上流および下流の圧力に基い
て現実の測定圧力比を検出する測定圧力比検出手段と、
測定圧力比と目標圧力比とを比較してそれらが一致する
ように排気バイパス弁の基本開度を補正する補正手段と
を有するものであることを特徴とする2段過給システ
ム。 - 【請求項2】 上記基本開度設定手段は、エンジンの回
転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッサを所
望の作動線に沿って運転させるべく、排気バイパス弁の
基本開度を設定するものである請求項1記載の2段過給
システム。 - 【請求項3】 上記目標圧力比設定手段は、エンジンの
回転数および負荷状態に基いて、高圧段コンプレッサの
目標圧力比を設定するものである請求項1乃至2記載の
2段過給システム。 - 【請求項4】 上記制御部は、高圧段コンプレッサの現
実の測定修正流量を検出する測定修正流量検出手段と、
エンジン運転状態に基いて高圧段コンプレッサの目標修
正流量を設定する目標修正流量設定手段と、測定修正流
量が目標修正流量と一致しないとき異常と判断する異常
判断手段とを更に備えたものである請求項1乃至3記載
の2段過給システム。 - 【請求項5】 上記測定修正流量検出手段は、吸気経路
に設けられたエアフローセンサと、高圧段コンプレッサ
の上流側に夫々設けられた圧力センサおよび温度センサ
と、これら各センサの検出値に基いて測定修正流量を算
出する演算手段とを備えたものである請求項4記載の2
段過給システム。 - 【請求項6】 上記制御部は、高圧段コンプレッサの測
定圧力比および測定修正流量に基いて高圧段コンプレッ
サの運転状態を判断する運転状態判断手段と、高圧段コ
ンプレッサがサージ領域またはオーバーレブ領域で運転
されていると判断されたとき上記排気バイパス弁を開放
する非常手段とを更に備えたものである請求項1乃至5
記載の2段過給システム。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000155966A JP3783527B2 (ja) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | 2段過給システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000155966A JP3783527B2 (ja) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | 2段過給システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001329849A true JP2001329849A (ja) | 2001-11-30 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000155966A Expired - Fee Related JP3783527B2 (ja) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | 2段過給システム |
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