JP2010203329A - 制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高地でのシリンダの冷却に起因した失火または白煙の発生を抑制する。
【解決手段】可変ノズル開度が制御可能な可変容量型過給機２と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、車両の減速を検出する減速判定手段とを具備するディーゼル機関０の制御において、車両が減速状態にあると判定された状況の下では、大気圧検出手段により検出される大気圧が低い場合における可変ノズルの開度の閉じ量を、大気圧が高い場合における可変ノズルの開度の閉じ量よりも大きくする。即ち、高地では可変ノズルの開度を絞ることで背圧を上げ、シリンダ７内の空気量を増加させて圧縮行程におけるシリンダ７内の温度上昇を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、高地等の低気圧環境におけるディーゼル機関の制御に関する。

ほとんどの車両用ディーゼル機関には、排気ターボ過給機が付帯している。排気ターボ過給機は、排気ガスのエネルギーで排気タービンを回転させてコンプレッサを駆動し、吸気を圧縮して機関に供給するものである。

中でも、タービンの周囲またはタービンに至る排気ガス通路に可変ノズルを設け、ノズルの開度を変化させることでＡ／Ｒ比を変化させる可変容量型の過給機がしばしば採用される（例えば、下記特許文献を参照）。可変容量型過給機では、燃費や排気ガス浄化性能の向上を目指して可変ノズルの開度を制御する。通常は、エンジン回転数及び燃料噴射量を基に定まるノズル開度の基本量に、目標過給圧を達成するためのフィードバック補正を加えて最終的な開度を決定する。

特開２００４−１００４８０号公報

高地では、平地に比べて空気の密度が薄く、機関の圧縮行程におけるシリンダ（または、燃焼室）内の温度の上昇が低い。そのため、アクセルオフに伴う燃料カットが実施されるとシリンダが冷えてしまい、再加速時に失火または白煙を生ずるおそれがある。

本発明は、上記の問題に初めて着目してなされたものであり、高地でのシリンダの冷却に起因した失火または白煙の発生を抑制することを所期の目的としている。

本発明では、可変ノズル開度が制御可能な可変容量型過給機と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、車両の減速を検出する減速判定手段とを具備するディーゼル機関の制御において、前記減速判定手段により車両が減速状態にあると判定された状況の下では、前記大気圧検出手段により検出される大気圧が低い場合における前記可変ノズルの開度の閉じ量を、大気圧が高い場合における可変ノズルの開度の閉じ量よりも大きくすることとした。

つまり、減速時に高地では可変ノズルの開度を絞ることで背圧を上げ、排気行程においてシリンダ内に残留する空気量を増加させ、以て圧縮行程におけるシリンダ内の温度上昇を高めるようにしたのである。これにより、燃料カット終了後の失火または白煙の発生を予防できる。

加えて、副効用として、高地におけるエンジンブレーキ性能の低下が抑えられる。

背圧を上げるために排気シャッタではなく可変容量型過給機の可変ノズルを用いることから、排気マニホルドの内圧を適切に制御することが可能である。それ故、バルブステムシールの吹き抜けや動弁系の耐久性の維持にも寄与し得る。

本発明によれば、高地でのシリンダの冷却に起因した失火または白煙の発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態におけるディーゼル機関の概要を示す図。 同実施形態における可変容量型過給機のタービンハウジングを軸心方向に沿って見た要部断面図。 同実施形態の制御方法の処理手順を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、車両用のディーゼル機関０を概略的に示している。ディーゼル機関０は、タービン２１容量を変化させることのできる可変容量型の排気ターボ過給機２を伴う。

排気ターボ過給機２は、排気ガスのエネルギーを利用して回転するタービン２１と、タービン２１を収納するタービンハウジング２２と、回転軸を介してタービン２１と連結しそのタービン２１によって駆動される新気圧縮用のコンプレッサ２３と、コンプレッサ２３を収納するコンプレッサハウジング２４と、タービン２１とコンプレッサ２３とを連結する回転軸を軸支するセンタハウジング２５と、過給圧を制御するための容量変更機構２６とを備える。

図２に示すように、容量変更機構２６は、タービン２１の周囲に複数個の可変ノズル（ノズルベーン）２６１をそれぞれピン２６２を中心に回動可能に配設してなる。各可変ノズル２６１が同期して回動することにより、各可変ノズル２６１の角度ひいては可変ノズル開度（個々のノズルベーン２６１間の空隙の開度）を増減させることができ、結果タービン２１に吹き当たる排気ガスの流速が変化して過給圧が上下する。可変ノズル２６１の回動はアクチュエータ２６３によって惹起し、このアクチュエータ２６３を電子制御装置１が制御する。

排気ターボ過給機２のタービンハウジング２２は、排気ガスをタービン２１に導くようにディーゼル機関０の排気管３と連通している。コンプレッサハウジング２４は、コンプレッサ２３で新気を圧縮してディーゼル機関０に供給するべく吸気管４と連通している。吸気管４の入口には、エアフィルタ５を装着する。また、タービンハウジング２２の排気出口の下流には、排気ガス浄化触媒６を設置する。

ディーゼル機関０のシリンダ７のシリンダヘッドには、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁８を設けている。

加えて、図示していないが、排気ガスの一部を吸気側に還流して新気に混合するための外部ＥＧＲ装置が付随することも少なくない。外部ＥＧＲ装置は、この分野においてよく知られている通り、吸気管４と排気管３とを連絡する還流路に、ＥＧＲガス流量を調節する外部ＥＧＲ弁を介設しているものである。

このようなディーゼル機関０の運転状況を検知するために、各所に種々のセンサを配している。具体的には、吸気管４における過給圧を検出するための過給圧センサ９１、エンジン回転数を検出するための回転数センサ９２、車速を検出するための車速センサ９３、アクセルペダルの踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ９４、大気圧を検出するための大気圧センサ９５、冷却水温を検出するための水温センサ９６等が該当する。各センサ９１、９２、９３、９４、９５、９６が出力する信号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、電子制御装置１に提供される。

電子制御装置１は、中央演算処理装置１１と、記憶装置１２と、入力インターフェース１３と、出力インターフェース１４とを備えるマイクロコンピュータシステムを主体とする。入力インタフェース１３には上述した各種センサ９１、９２、９３、９４、９５、９６が接続しており、センサ９１、９２、９３、９４、９５、９６からの信号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆを入力インタフェース１３を介して受信する。出力インタフェース１４には、燃料噴射弁８や図示しない燃料噴射ポンプ、可変ノズル２６１駆動用のアクチュエータ２６３等が接続しており、燃料噴射時期及び噴射量を操作制御する制御信号ｇ、可変ノズル２６１の開度を操作制御する制御信号ｈ等を出力インタフェース１４を介して出力しこれらに印加する。記憶装置１２には、中央演算処理装置１１によって実行されるべき制御プログラムを格納している。電子制御装置１は、プログラムに従い、各種センサ９１、９２、９３、９４、９５、９６からの信号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆに基づいた燃料噴射制御、過給圧制御等を実施する。

本実施形態にあって、電子制御装置１は、大気圧検出手段、減速判定手段及び可変ノズル制御手段としての機能を発揮する。

大気圧検出手段は、大気圧センサ９５を介して大気圧を検出する。

減速判定手段は、車速センサ９３を介して車速を計測し、現在車両が減速状態にあるか否かを判定する。但し、アクセルセンサ９４を介して検出したアクセル踏み込み量が所定値（特に、０）以下となったときに車両が減速状態にあると判定することを妨げない。

可変ノズル制御手段は、ディーゼル機関０の運転状況に対応して適切な過給圧を達成できるように可変ノズル２６１の開度を決定し、可変ノズル２６１を操作する。

通常は、回転数センサ９２を介して検出したエンジン回転数、及び燃料噴射制御プログラムにより算定した燃料噴射量に基づいて可変ノズル開度の基本量を定め、その基本量に、過給圧センサ９１を介して検出した過給圧と目標過給圧との偏差に応じたフィードバック補正を加えて、最終的な可変ノズル開度を算定する。記憶装置１２には予め、エンジン回転数及び燃料噴射量と可変ノズル開度の基本量との関係を示す二次元マップデータを格納しており、現状のエンジン回転数及び燃料噴射量をキーとしてマップデータを検索することで基本量を知得する。同様に、目標過給圧も、記憶装置１２に格納しているマップデータを参照して知得する。目標過給圧は、エンジン回転数が低いほど、また機関０への要求負荷（アクセル踏み込み量）が大きいほど大きくなる傾向にある。

その上で、減速判定手段により車両が減速状態にあると判定された状況下では、上記の可変ノズル開度の算定値にさらに大気圧に応じた補正を加える。電子制御装置１は、車両が減速状態にあり、エンジン回転数が所定値よりも高い場合に、燃料噴射を一時的に中断する燃料カットを実行する。このような状況においては、大気圧が低いほど、換言すれば車両の所在地点の高度が高いほど可変ノズル開度の閉じ量を大きくする、即ち可変ノズル開度を絞る。記憶装置１２には予め、大気圧及びエンジン回転数と可変ノズル開度の閉じ量との関係を示す二次元マップデータを格納しており、現状の大気圧及びエンジン回転数をキーとしてマップデータを検索することで閉じ量を知得し、その閉じ量を上記の可変ノズル開度の算定値に足し込む。

図３に、可変ノズル開度の決定に際して電子制御装置１が実行する処理の手順を示す。電子制御装置１は、エンジン回転数及び燃料噴射量を基に可変ノズル開度の基本量を得（ステップＳ１）、これを実際の過給圧と目標過給圧との偏差に応じてフィードバック補正する（ステップＳ２）。そして、車両が減速状態にあり、燃料カットを実行する状況にあると判定した暁には（ステップＳ３）、大気圧に応じた閉じ量を可変ノズル開度に加味する開度補正を施す（ステップＳ４）。翻って、車両が減速状態でなければ、可変ノズル開度の補正は行わない。しかして、電子制御装置１は、決定した可変ノズル開度を実現するべく可変ノズル２６１を操作する（ステップＳ５）。以上のステップＳ１ないしＳ５を、所定周期で反復的に実行する。

本実施形態では、可変ノズル２６１の開度が制御可能な可変容量型過給機２と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、車両の減速を検出する減速判定手段とを具備するディーゼル機関０の制御にあたり、前記減速判定手段により車両が減速状態にあると判定された状況の下で、前記大気圧検出手段により検出される大気圧が低い場合における前記可変ノズル２６１の開度の閉じ量を、大気圧が高い場合における可変ノズル２６１の開度の閉じ量よりも大きくすることとしたため、高地においても背圧が補強されてシリンダ内部残留空気量が増す。従って、シリンダ７内の空気量が増加して圧縮行程におけるシリンダ７内の温度上昇が高まり、シリンダ７内が著しく冷却されることがなくって、燃料カット終了後の失火または白煙の発生を予防できる。

加えて、背圧の補強により、高地におけるエンジンブレーキ性能の低下が抑えられる。

さらに、排気シャッタではなく可変容量型過給機２の可変ノズル２６１を操作するようにしていることから、排気マニホルドの内圧を適切に制御することが可能である。それ故、バルブステムシールの吹き抜けや動弁系の耐久性の維持にも寄与し得る。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、タービンの周囲に配設した複数個のノズルベーンを可変ノズルとしてその開度を操作していたが、タービンに至る排気ガス通路の途中に少数（特に、一個）の可変ノズルを設けてこの可変ノズルの開度を操作するようにしても構わない。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、例えば、自動車に搭載されるディーゼル機関の制御に利用することができる。

０…ディーゼル機関
１…制御装置
２…可変容量型過給機
２１６…可変ノズル

Claims (1)

1. 可変ノズル開度が制御可能な可変容量型過給機と、大気圧を検出する大気圧検出手段と、車両の減速を検出する減速判定手段とを具備するディーゼル機関の制御において、
   前記減速判定手段により車両が減速状態にあると判定された状況の下で、前記大気圧検出手段により検出される大気圧が低い場合における前記可変ノズルの開度の閉じ量を、大気圧が高い場合における可変ノズルの開度の閉じ量よりも大きくすることを特徴とする制御方法。

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