JPH1089080A5

JPH1089080A5 -

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Publication number: JPH1089080A5
Application number: JP1997238544A
Authority: JP
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2017-09-03

Description

本発明は、排気逃がし弁を備えたターボ過給形内燃機関に適用される。ターボ過給機は、タービンと圧縮機とを備えているターボ過給形内燃機関においては、排気はタービン内のタービンホイールを駆動し、次いでタービンホイールは、圧縮機内の圧縮機ホイールに連結された軸を駆動する。ターボ過給機を出る排気は、排気出口ダクトを通って排出される。典型的に、圧縮機は、周囲空気を加圧し又はターボ過給し、加圧された吸気をインタークーラと気化器（又は電子式燃料噴射装置のような燃料付加装置）とに押込み、絞り弁を通って吸気マニホルド内へ押し込まれる。若干のシステムにおいては、気化器は、圧縮機の上流側に位置させられるから、圧縮機は、燃料と空気との混合気を加圧する。
排気は、排気マニホルドを通ってターボ過給形内燃機関から排出され、排気マニホルド排出ダクトを通ってターボ過給機のタービンへ差向けられる。排気逃がし弁は、ターボ過給機のタービンから遠ざけられる機関排気エネルギーの全部又は若干をそらせるために設けられることが多い。
最大ブーストレギュレータとして知られている標準の排気逃がし弁制御を使用するときは、圧縮機からの加圧された吸気の圧力が、排気逃がし弁アクチュエータ内のばね機構を作動して排気逃がし弁を開くまでは、排気逃がし弁は閉じたままである。したがってシステムは、圧縮機排出圧力が、最大ブースト値に達するときに、エンジン排気をタービンから遠ざけるようにそらせる。このような最大ブーストシステムにおいては、軽負荷においては排気逃がし弁は閉じたままであり、エンジンが全負荷の約８０％ないし９０％に達するまで排気逃がし弁は閉じたままである。最大ブーストシステムにおいて絞り弁が充分に開いているときでさえ、排気逃がし弁の開放によって、ターボ過給機内のタービンに供給されるエネルギー量は減少させられ、ついで圧縮機排出圧力は最大ブースト値に維持される。
最大ブーストレギュレータに関して、以上の固定ΔＰ排気逃がし弁制御を使用することは、当業界において知られている。固定ΔＰ排気逃がし弁制御は、最大ブーストレギュレータのみを使用する標準形排気逃がし弁制御に比べ、排気圧力の低下およびこれに付随するポンピング損失の低下により、低負荷および中負荷時のエンジン効率を改善できる。固定ΔＰ排気逃がし弁制御における最大ブーストレギュレータは、標準形排気逃がし弁制御と同様に作動して、圧縮機の最大吐出圧力を制限する。
固定ΔＰ排気逃がし弁制御においては、絞り弁圧力リザーブは、絞り弁の上流側の圧力タップと、絞り弁の下流側の他の圧力タップを使用することによって機械的にモニタされる。圧力タップ間の圧力差は、ばね作動の排気逃がし弁アクチュエータを典型的に駆動する。その代りに、絞り弁の上流側と下流側との圧力を感知し、この感知された２つの圧力を電子的に差し引きして絞り弁の前後の圧力差を決定することにより、絞り弁圧力リザーブが決定される。

【００２９】本発明は、エンジンと、
タービンおよび圧縮機を備えたターボ過給機と、
前記圧縮機と前記エンジンとの間に連結された絞り弁と、
前記絞り弁と前記圧縮機との間で前記絞り弁の上流側の圧力を検出し、該圧力に応答して上流側圧力信号を発生する上流側圧力センサと、
前記絞り弁と前記エンジンとの間で前記絞り弁の下流側の圧力を検出し、該圧力に応答して下流側圧力信号を発生する下流側圧力センサと、
エンジン負荷信号を発生するエンジン負荷センサと、
前記上流側圧力信号、前記下流側圧力信号および前記エンジン負荷信号を受信し、排気逃がし弁制御信号を出力する電子コントローラと、
排気逃がし弁制御信号に応答してエンジン排気を前記タービンからそらせるための、前記エンジンと前記タービンとの間に連結された排気逃がし弁と、
を備えたターボ過給形内燃機関において、
少なくとも所定のエンジン負荷において、前記電子コントローラが、前記排気逃がし弁制御信号を発生し、かつ前記電子コントローラは、所望の時間長さに亘って前記エンジン負荷センサにより発生した複数の過去のエンジン負荷信号を使用することによって所望の絞り弁圧力リザーブ値の少なくとも一部を発生することにより、
前記電子コントローラは、エンジン負荷が変動しているか又は比較的定常であるかどうかを考慮し、前記所望の絞り弁圧力リザーブ値を使用する排気逃がし弁制御信号を発生することを特徴とするターボ過給形内燃機関を提供する。
第１の変型においては、前記エンジン負荷センサがエンジン速度センサであり、前記エンジン負荷信号がエンジン速度信号である。
第２の変型においては、前記エンジン速度センサがエンジン回転（ｒｐｍ）センサであり、前記エンジン速度信号がエンジン回転（ｒｐｍ）信号である。
第３の変型においては、前記エンジン負荷センサが、前記エンジンにより駆動される発電機の電気出力をモニタリングするための電気センサである。
第４の変型においては、前記エンジン負荷センサが、吸気マニホルドの絶対圧力を測定し、この絶対圧力に応答してエンジン負荷信号を発生するマニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）センサである。
第５の変型においては、前記電子コントローラが、前記過去のエンジン負荷信号及び現在のエンジン負荷信号を使用する排気逃がし弁制御信号所望の絞り弁圧力リザーブ値を発生する。
第６の変型においては、前記ヒストリカルなエンジン負荷信号を使用することによって少なくとも一部が前記電子コントローラにより発生させられた連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を使用することにより、前記排気逃がし弁制御信号を発生する。
第７の変型においては、前記電子コントローラが、前記所望のリザーブ値を高めるために、前記連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値をエンジン負荷の大きい変動がない低い値にする負の固定ゲインを使用する前記連続的な絞り弁圧力リザーブ値を発生する。
第８の変型においては、前記電子コントローラが、現在のエンジン負荷信号を使用する前記連続的な絞り弁圧力リザーブ値を発生する。
第９の変型においては、前記電子コントローラは、連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を使用する前記排気逃がし弁制御信号を発生し、
前記排気逃がし弁制御信号は、次式、すなわち、
ΔＰ（ｔ＋１）＝−ＧＡＩＮ＋Ｐ^＊ＮＳＥ＋Ｉ^＊∫ＮＳＥ＋ΔＰ（ｔ）
ここで、
ΔＰ（ｔ）＝現在の時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ値
ΔＰ（ｔ＋１）＝次の連続時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ
ＧＡＩＮ＝所望の絞り弁圧力リザーブ値を、エンジン負荷の大きな変動がない
ゼロに向かってゆっくり駆動するように選択された固定値
Ｐ＝比例ゲイン
ＮＳＥ＝負の速度誤差（これは、現在の時間中にエンジン速度センサにより測定
されたエンジン速度が、ＮＳＥがゼロに等しくなるように予め選択され
たエンジン速度セットポイントより速くなければ、現在の時間中に前記
エンジン速度センサにより測定されたエンジン速度より小さい予め選択
されたエンジン速度セットポイントに等しい）
Ｉ＝積分ゲイン
∫ＮＳＥ＝過去の前記所望の時間長さに亘っての前記負の速度誤差の積分
に従って、前記電子コントローラにより決定される。
第１０の変型においては、前記所定のエンジン負荷が、最大定格負荷の２５％より大きいエンジン負荷である。
第１１の変型においては、前記エンジン速度センサにより測定されたエンジン速度が、前記予め選択されたエンジン速度セットポイントより非常に小さくない限り、前記負の速度誤差がゼロに等しく設定されるデッドゾーンを説明するように、前記負の速度誤差が計算される。
また本発明は、ターボ過給形内燃機関内の絞り弁の前後の圧力差を測定するステップと、
エンジンに作用する負荷を常時反復測定するステップと、
を含むターボ過給形内燃機関内の排気逃がし弁の位置を制御する制御方法において、
エンジン負荷が変動しているか又は比較的定常であるかどうかを考慮するように、所望の時間長さに亘って測定された複数の過去のエンジン負荷信号を使用することによって、少なくとも所定のエンジン負荷において少なくとも一部の所望の絞り弁圧力リザーブ値を発生するステップと、
測定された前記絞り弁の前後の圧力差を前記所望の絞り弁圧力リザーブと比較し、これに応答して排気逃がし弁制御信号を電子的に発生するステップと、
前記測定された前記絞り弁の前後の圧力差が、前記所望の絞り弁圧力リザーブより大きいときに、排気逃がし弁を開き、前記測定された前記絞り弁の前後の圧力差が、前記所望の絞り弁圧力リザーブより小さいときに、前記排気逃がし弁を閉じるように、排気逃がし弁アクチュエータを制御するために、前記排気逃がし弁制御信号を使用するステップと、
を含む制御方法を提供する。
この制御方法の第１の変型においては、発生される前記所望の絞り弁圧力リザーブ値の少なくとも一部が、一定の負の固定ゲインに基づいており、前記負の固定ゲインは、所望の絞り弁圧力リザーブ値を高めるため、連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を、エンジン負荷に大きな変動がない低い値にする。
第２の変型においては、前記連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を、ループ更新スキームにより適宜に発生させる。
第３の変型においては、前記エンジン負荷は、エンジン速度センサによってエンジン速度が測定されることにより測定され、
前記所望の絞り弁圧力リザーブ値は、次式、すなわち、
ΔＰ（ｔ＋１）＝−ＧＡＩＮ＋Ｐ^＊ＮＳＥ＋Ｉ^＊∫ＮＳＥ＋ΔＰ（ｔ）
ここで、
ΔＰ（ｔ）＝現在の時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ値
ΔＰ（ｔ＋１）＝次の連続時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ
ＧＡＩＮ＝所望の絞り弁圧力リザーブ値を、エンジン負荷の大きな変動がない
ゼロに向かってゆっくり駆動するように選択された固定値
Ｐ＝比例ゲイン
ＮＳＥ＝負の速度誤差（これは、現在の時間中にエンジン速度センサにより測定
されたエンジン速度が、ＮＳＥがゼロに等しくなるように予め選択され
たエンジン速度セットポイントより速くなければ、現在の時間中に前記
エンジン速度センサにより測定されたエンジン速度より小さい予め選択
されたエンジン速度セットポイントに等しい）
Ｉ＝積分ゲイン
∫ＮＳＥ＝過去の前記所望の時間長さに亘っての前記負の前記速度誤差の積分
に従って、適宜に発生させられる。
第４の変型においては、前記２つの連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値間の所望の絞り弁圧力リザーブ値の増大の大きさが予め選択された値に制限される。
第５の変型においては、長期負荷定常状態後の局部的増大の開始時に、前記エンジンに流入する燃料／空気混合気の遷移濃厚化を行なうステップをさらに含む。
本発明を充分に理解するために、その実施例を添付図面に関して説明するが、これは本発明の単なる一例に過ぎないものである。当業者は本発明の精神を逸脱しないで各種の変化変形を行なうことは容易である。
【発明の実施の形態】
図３は本発明に係る一実施形態において、制御されるターボ過給機１２および排気逃がし弁１４を備えた大形の産業用内燃機関システムを概略的に示すものである。なお、図３に示す基本実施形態のシステムは、排気逃がし弁制御を除き図１および図２に示したシステムと同様であり、対応する構成部品については図３においても同じ参照番号を使用している。

Claims

エンジン（１０）と、
タービン（２２）および圧縮機（２４）を備えたターボ過給機（１２）と、
前記圧縮機と前記エンジンとの間に連結された絞り弁（４０）と、
前記絞り弁と前記圧縮機との間で前記絞り弁の上流側の圧力を検出し、該圧力に応答して上流側圧力信号を発生する上流側圧力センサ（６６）と、
前記絞り弁と前記エンジンとの間で前記絞り弁の下流側の圧力を検出し、該圧力に応答して下流側圧力信号を発生する下流側圧力センサ（７０）と、
エンジン負荷信号を発生するエンジン負荷センサ（７４）と、
前記上流側圧力信号、前記下流側圧力信号および前記エンジン負荷信号を受信し、排気逃がし弁制御信号を出力する電子コントローラ（６４）と、
排気逃がし弁制御信号に応答してエンジン排気を前記タービンからそらせるための、前記エンジンと前記タービンとの間に連結された排気逃がし弁（１４）と、
を備えたターボ過給形内燃機関において、
少なくとも所定のエンジン負荷において、前記電子コントローラが、前記排気逃がし弁制御信号を発生し、かつ前記電子コントローラは、所望の時間長さに亘って前記エンジン負荷センサ（７４）により発生した複数の過去のエンジン負荷信号を使用することによって所望の絞り弁圧力リザーブ値の少なくとも一部を発生することにより、
前記電子コントローラは、エンジン負荷が変動しているか又は比較的定常であるかどうかを考慮し、前記所望の絞り弁圧力リザーブ値を使用する排気逃がし弁制御信号を発生することを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項１に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記エンジン負荷センサがエンジン速度センサであり、
前記エンジン負荷信号がエンジン速度信号であることを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項２に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記エンジン速度センサがエンジン回転センサであり、
前記エンジン速度信号がエンジン回転信号であることを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項１に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記エンジン負荷センサが、前記エンジンにより駆動される発電機の電気出力をモニタリングするための電気センサであることを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記エンジン負荷センサが、吸気マニホルドの絶対圧力を測定し、この絶対圧力に応答してエンジン負荷信号を発生するマニホルド絶対圧力（ＭＡＰ）センサであることを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記電子コントローラが、前記過去のエンジン負荷信号及び現在のエンジン負荷信号を使用する排気逃がし弁制御信号所望の絞り弁圧力リザーブ値を発生することを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項１ないし６のいずれか一項に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記ヒストリカルなエンジン負荷信号を使用することによって少なくとも一部が前記電子コントローラにより発生させられた連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を使用することにより、前記排気逃がし弁制御信号を発生することを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項７に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記電子コントローラが、前記所望のリザーブ値を高めるために、前記連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値をエンジン負荷の大きい変動がない低い値にする負の固定ゲインを使用する前記連続的な絞り弁圧力リザーブ値を発生することを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項７又は８に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記電子コントローラが、現在のエンジン負荷信号を使用する前記連続的な絞り弁圧力リザーブ値を発生することを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項２又は３に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記電子コントローラは、連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を使用する前記排気逃がし弁制御信号を発生し、
前記排気逃がし弁制御信号は、次式、すなわち、
ΔＰ（ｔ＋１）＝−ＧＡＩＮ＋Ｐ^＊ＮＳＥ＋Ｉ^＊ ∫ＮＳＥ＋ΔＰ（ｔ）
ここで、
ΔＰ（ｔ）＝現在の時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ値
ΔＰ（ｔ＋１）＝次の連続時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ
ＧＡＩＮ＝所望の絞り弁圧力リザーブ値を、エンジン負荷の大きな変動がないゼロに向かってゆっくり駆動するように選択された固定値
Ｐ＝比例ゲイン
ＮＳＥ＝負の速度誤差（これは、現在の時間中にエンジン速度センサにより測定されたエンジン速度が、ＮＳＥがゼロに等しくなるように予め選択されたエンジン速度セットポイントより速くなければ、現在の時間中に前記エンジン速度センサにより測定されたエンジン速度より小さい予め選択されたエンジン速度セットポイントに等しい）
Ｉ＝積分ゲイン
∫ＮＳＥ＝過去の前記所望の時間長さに亘っての負の前記速度誤差の積分
に従って、前記電子コントローラにより決定されることを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項１０に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記エンジン速度センサにより測定されたエンジン速度が、前記予め選択されたエンジン速度セットポイントより非常に小さくない限り、前記負の速度誤差がゼロに等しく設定されるデッドゾーンを説明するように、前記負の速度誤差が計算されることを特徴とするターボ過給形内燃機関。
請求項１ないし１１のいずれか一項に記載のターボ過給形内燃機関において、
前記所定のエンジン負荷が、最大定格負荷の２５％より大きいエンジン負荷であることを特徴とするターボ過給形内燃機関。
ターボ過給形内燃機関内の絞り弁（４０）の前後の圧力差を測定するステップと、
エンジン（１０）に作用する負荷を常時反復測定するステップと、
を含むターボ過給形内燃機関内の排気逃がし弁の位置を制御する制御方法において、
エンジン負荷が変動しているか又は比較的定常であるかどうかを考慮するように、所望の時間長さに亘って測定された複数の過去のエンジン負荷信号を使用することによって、少なくとも所定のエンジン負荷において少なくとも一部の所望の絞り弁圧力リザーブ値を発生するステップと、
測定された前記絞り弁の前後の圧力差を前記所望の絞り弁圧力リザーブと比較し、これに応答して排気逃がし弁制御信号を電子的に発生するステップと、
前記測定された前記絞り弁の前後の圧力差が、前記所望の絞り弁圧力リザーブより大きいときに、排気逃がし弁（１４）を開き、前記測定された前記絞り弁の前後の圧力差が、前記所望の絞り弁圧力リザーブより小さいときに、前記排気逃がし弁を閉じるように、排気逃がし弁アクチュエータ（８０）を制御するために、前記排気逃がし弁制御信号を使用するステップと、
を含む制御方法。
請求項１３に記載の制御方法において、
発生される前記所望の絞り弁圧力リザーブ値の少なくとも一部が、一定の負の固定ゲインにも基づいており、前記負の固定ゲインは、所望の絞り弁圧力リザーブ値を高めるため、連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を、エンジン負荷に大きな変動がない低い値にする、
ことを特徴とする制御方法。
請求項１３又は１４に記載の制御方法において、
前記連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値を、ループ更新スキームにより適宜に発生させる、ことを特徴とする制御方法。
請求項１５に記載の制御方法において、
前記エンジン負荷は、エンジン速度センサによってエンジン速度が測定されることにより測定され、
前記所望の絞り弁圧力リザーブ値は、次式、すなわち、
ΔＰ（ｔ＋１）＝−ＧＡＩＮ＋Ｐ^＊ＮＳＥ＋Ｉ^＊ ∫ＮＳＥ＋ΔＰ（ｔ）
ここで、
ΔＰ（ｔ）＝現在の時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ値
ΔＰ（ｔ＋１）＝次の連続時間についての所望の絞り弁圧力リザーブ
ＧＡＩＮ＝所望の絞り弁圧力リザーブ値を、エンジン負荷の大きな変動がないゼロに向かってゆっくり駆動するように選択された固定値
Ｐ＝比例ゲイン
ＮＳＥ＝負の速度誤差（これは、現在の時間中にエンジン速度センサにより測定されたエンジン速度が、ＮＳＥがゼロに等しくなるように予め選択されたエンジン速度セットポイントより速くなければ、現在の時間中に前記エンジン速度センサにより測定されたエンジン速度より小さい予め選択されたエンジン速度セットポイントに等しい）
Ｉ＝積分ゲイン
∫ＮＳＥ＝過去の所望の時間長さに亘っての負の速度誤差の積分
に従って、連続時間に亘って適宜に発生させられる、
ことを特徴とする制御方法。
請求項１５又は１６に記載の制御方法において、
前記２つの連続的な所望の絞り弁圧力リザーブ値間の所望の絞り弁圧力リザーブ値の増大の大きさが予め選択された値に制限される、
ことを特徴とする制御方法。
請求項１３ないし１７のいずれか一項に記載の制御方法において、
長期負荷定常状態後の局部的増大の開始時に、前記エンジンに流入する燃料／空気混合気の遷移濃厚化を行なうステップをさらに含むことを特徴とする制御方法。