JP2009243449A - 過給機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気タービン式過給機自体に対策を施すことにより、当該排気タービン式過給機から発生する高周波異音を抑制するように構成された過給機制御装置を提供すること。
【解決手段】過給機制御装置１は、エンジン２に搭載された可変排気タービン式過給機４と、この可変排気タービン式過給機４から発生する音を検知するための異音センサ８と、異音センサ８からの信号に基づいて可変排気タービン式過給機４を制御するＥＣＵ３とを備えている。ＥＣＵ３は、異音センサ８からの信号が所定値に達すると可変排気タービン式過給機４のタービン回転数を下げる制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気タービン式過給機から発生する音を制御するための過給機制御装置に関する。

排気タービン式過給機搭載のエンジンにおいては、エンジンに搭載された過給機が高速回転するため、一般にターボ音と呼ばれる高周波の異音が過給機から発生する。過給機から発生するこのような異音を抑制する方法としては、一般に、マフラーや吸音材などを用いて音源（過給機）の下流側で異音を低下させる対応がとられている。しかしながら、このようなマフラーや吸音材を用いる方法により、高周波異音の抑制効果を高めようとすると、大型マフラーの設置や吸音材の追加などが主な対策となり、コスト、レイアウトの問題が常に存在する。これに対し、高周波の異音を抑制するために、排気タービン式過給機自体に直接的に対策を施した技術は確立されていない。

例えば、特許文献１には、アイドル時のエンジンから発生する騒音を低下させることを目的とするディーゼルエンジンのターボチャージャ（排気タービン式過給機）に関する技術が記載されている。この特許文献１に記載された技術は、手動操作される騒音スイッチを車両に設け、この騒音スイッチが運転者によりアイドル時にオンにされると、バッテリーの充電状態などの諸条件が満たされていることを条件に、エンジンの吸気ポートにチャージクーラを短絡して直接過給することで、シリンダ圧力を高くして着火遅れを短縮し、シリンダからの騒音の発生を低下させようとするものである。

また、特許文献２には、マフラーが破損するなど排気系に異常が発生した際に、排気音を低下させることを目的とする自動変速機の制御装置に関する技術が記載されている。この特許文献２に記載された技術は、マフラー周辺に騒音センサを設け、この騒音センサからの信号に基づき排気系の異常を検出して、異常が検出されれば、変速車速が低く設定されている異常時の変速パターンに切り換えて、エンジン回転速度を低下させることで排気音を低下させようとするものである。

特開平２−１８１０２０号公報 特開平５−２２３１６３号公報

ここで、上記特許文献１に記載された技術は、排気タービン式過給機搭載のエンジンに関するものではあるが、エンジンのシリンダからの騒音の発生を抑制するためにエンジンの吸気系に対策を施したものであり、また上記特許文献２に記載された技術は、異音（排気音）を抑制するために自動変速機の変速パターンに対策を施したものである。このように、特許文献１、２に記載された技術は、いずれも過給機自体に対策を施した技術ではない。すなわち、前記したように、高周波の異音を抑制するために、排気タービン式過給機自体に直接的に対策を施した技術は確立されていない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気タービン式過給機自体に対策を施すことにより、当該排気タービン式過給機から発生する高周波異音を抑制するように構成された過給機制御装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び効果

本発明は、可変排気タービン式過給機と、前記可変排気タービン式過給機から発生する音を検知するための異音センサと、前記異音センサからの信号が所定値に達すると前記可変排気タービン式過給機のタービン回転数を下げる制御を行う制御手段と、を備える過給機制御装置である。このように本発明の過給機制御装置は、排気タービン式過給機（ターボチャージャ）のうち、可変排気タービン式過給機（可変ターボチャージャ）を用いている。

この構成によると、異音センサからの信号に基づいて、可変排気タービン式過給機のタービン回転数を下げる制御を行うことで、排気タービン式過給機から発生する高周波異音を抑制することができる。すなわち、本発明は、排気タービン式過給機自体に対策を施すことにより、当該排気タービン式過給機から発生する高周波異音を抑制するように構成されてなるものである。

また好適には、前記可変排気タービン式過給機に接続する排気通路を備え、前記異音センサが、前記排気通路の末端部に取り付けられていることである。ここで、排気タービン式過給機から発生したほとんど全ての高周波異音は、上記排気通路を経由して外部へ排出し、周囲に拡がっていく。すなわち、排気通路の末端部における異音レベルが、運転者などの感じる異音レベルに近い。この構成によると、運転者などの感じる異音レベルに近い排気通路の末端部における異音レベルを、直接、異音センサで検知し、その検知信号に基づいてタービン回転数を制御するので、高周波異音の抑制制御の精度をより向上させることができる。

さらに好適には、前記制御手段は、前記タービン回転数を下げる制御のオンオフが切換自在となるように構成されていることである。この構成によると、排気タービン式過給機からの高周波音が気にかからない場合には、タービン回転数を下げる制御を運転者はオフにすることができる。このように、タービン回転数を下げる制御のオンオフを作業環境に合わせて運転者は自由に切り換えることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しつつ説明する。尚、以下の説明においては、本発明に係る過給機制御装置を、産業車両の一つであるフォークリフトに適用した場合の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る過給機制御装置１の構成をフォークリフト１００の構成とともに示すブロック図である。

（フォークリフトの構成）
図１に示すように、フォークリフト１００は、エンジン２と、エンジン２によって駆動される走行機構部１３と、エンジン２によって駆動されて荷（不図示）を昇降動作させるリフト装置１１とを備えている。エンジンの種類としては、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなどが挙げられる。また、リフト装置１１は、荷（不図示）を載せるフォーク１２を有し、フォークリフト１００の車体前部に取り付けられる。このリフト装置１１は、車体内に収納されエンジン２で駆動される油圧ポンプ１４からの圧油の供給及び排出によって作動するようになっている。すなわち、フォークリフト１００の走行機構部１３を駆動するエンジン２によって、油圧ポンプ１４も駆動される。

（過給機制御装置の構成）
次に、過給機制御装置１の構成について説明する。図１に示すように、本実施形態の過給機制御装置１は、エンジン２に搭載された可変排気タービン式過給機４と、この可変排気タービン式過給機４から発生する音を検知するための異音センサ８と、異音センサ８からの信号に基づいて可変排気タービン式過給機４を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit、制御手段）３とを備えている。

可変排気タービン式過給機（可変ターボチャージャ）４は、可変翼ノズル付タービン２１とコンプレッサ２２とをタービン軸で同軸に連結してなる。この可変翼ノズル付タービン２１には、当該タービンへの排気入口部全周にわたって可動ベーンが配置されている。この可動ベーンのベーン角度を変えて、タービンへ流入する排気ガスの方向および速度を制御することにより、タービン回転数を制御できる。尚、本発明に適用できる可変排気タービン式過給機は、本実施形態に係るものに限られることはなく、例えば、コンプレッサ入口部に可変機構を設けた可変インレット・ガイドベーン方式の可変排気タービン式過給機など様々な方式の可変排気タービン式過給機を用いることができる。

また、エンジン２には、吸気マニホールド１０を介して吸気通路５が接続され、可変排気タービン式過給機４のコンプレッサ２２は、この吸気通路５中に配置されている。また、エンジン２には、排気マニホールド９を介して排気通路６が接続され、可変排気タービン式過給機４の可変翼ノズル付タービン２１は、この排気通路６中に配置されている。また、排気通路６には、可変翼ノズル付タービン２１よりも下流側に、排気音を低下させるためのマフラー７が設けられている。さらに、このマフラー７よりも下流側であって且つ排気通路６の末端部に、異音センサ８が取り付けられている。異音センサ８は、可変排気タービン式過給機４から発生する高周波音を少なくとも検知できるセンサである。またエンジン２には、エンジン２の回転数を検知するための回転数センサ１６が取り付けられている。排気通路６の末端部に取り付けられた異音センサ８からの排気音（異音）の信号は、常に（連続して）ＥＣＵ３に送られている。尚、異音センサ８によって検知された高周波の異音レベルが所定値よりも高い場合にのみ、検知された信号がＥＣＵ３に送られてもよい。

ＥＣＵ３には、異音センサ８、回転数センサ１６、アクセルペダル１７、および可変翼ノズル付タービン２１が、それぞれ電気的に接続されている。そしてＥＣＵ３には、異音センサ８からの信号、回転数センサ１６からの信号、およびアクセルペダル１７の開度信号が取り込まれ、ＥＣＵ３は、これら信号に基づいて可変排気タービン式過給機４のタービン回転数を下げる制御を行うように構成されている。

具体的には、高周波音の異音レベルの上限設定値（所定値）、エンジン回転数の上限設定値、およびアクセル開度の上限設定値が、それぞれＥＣＵ３に予め入力されている。そして、エンジン回転数およびアクセル開度のうちのいずれもが上限設定よりも小さい値であるという条件を満たしている場合に、異音センサ８からの信号が所定値に達すると、可変排気タービン式過給機４のタービン回転数を下げる制御を行うようにＥＣＵ３は構成される。一方、エンジン回転数およびアクセル開度のうちの少なくともいずれか一方が上限設定値以上となっている場合には、可変排気タービン式過給機４のタービン回転数を下げる制御が行われない（タービン回転数を抑えない）ようにＥＣＵ３は構成される。

尚、エンジン回転数およびアクセル開度のうちの少なくともいずれか一方が上限設定値よりも小さい値であるという条件を満たしている場合に、タービン回転数を下げる制御を行うようにＥＣＵ３が構成されてもよいし、アクセルペダル１７のアクセル開度だけ、またはエンジン２の回転数だけを監視して、監視している値がその上限設定値よりも小さい値であるという条件を満たしている場合に、タービン回転数を下げる制御を行うようにＥＣＵ３が構成されてもよい。尚、異音センサ８、回転数センサ１６、およびアクセルペダル１７からの信号は、連続してＥＣＵ３に取り込まれる。

次に、本実施形態においては、可変排気タービン式過給機４のタービン回転数を下げる制御のオンオフが切換自在となるようにＥＣＵ３が構成されている。具体的には、ＥＣＵ３には、タービン回転数を下げる制御のオンオフを行う操作スイッチ１８が電気的に接続されている。この操作スイッチ１８は、フォークリフト１００の運転者が操作しやすい位置に設けられる。そして、運転者がこの操作スイッチ１８を操作することにより、上記したタービン回転数を下げる制御がオンオフするようにＥＣＵ３が構成される。

（過給機制御装置の動作）
次に、過給機制御装置１の動作について説明する。以下の説明においては、まず、フォークリフト１００の運転者が操作スイッチ１８を操作することにより、タービン回転数を下げる制御がオンにされている状態であることを前提とする。

運転者が、エンジン２の運転を開始すると、エンジン２から排気ガスが排出され、排気通路６内を流れる排気ガスにより、可変排気タービン式過給機４の可変翼ノズル付タービン２１が回転を開始する。そして、可変翼ノズル付タービン２１は、排気ガスの量、流速などに応じて、数万ｍｉｎ^−１以上の回転数で高速回転するようになる。これにより、タービンから高周波の異音が発生する。この異音は、マフラー７で減衰したのち、排気通路６の末端から外部へ出ていく。しかしながら、マフラー７による減衰効果には限界があるので、エンジン回転数およびアクセル開度のうちのいずれもが上限設定よりも小さい値であるという条件を満たし、且つ異音センサ８からの信号が、予め設定された所定値に達すると、この信号を異音センサ８から受けたＥＣＵ３は、可変翼ノズル付タービン２１に対してタービン回転数を下げる制御を行う。これにより、可変排気タービン式過給機４のタービン回転数が下がり、その結果、可変排気タービン式過給機４からの高周波の異音発生が抑えられる。

このように、本発明は、排気タービン式過給機自体に対策を施すことにより、当該排気タービン式過給機から発生する高周波異音を抑制するものである。また、本発明は、可変排気タービン式過給機の制御に対し、異音センサ８に基づく制御を付加するという極めてシンプルな構成のものであり、フォークリフトのどの機種に対しても、同様のシステムを用いることができ、汎用性の面で非常に優れている。

また、図１に示したように、異音センサ８は、排気通路６の末端部に取り付けられている。ここで、排気タービン式過給機から発生したほとんど全ての高周波異音は、排気通路を経由して外部へ排出し、周囲に拡がっていく。すなわち、排気通路の末端部における異音レベルが、運転者などの感じる異音レベルに近い。本実施形態によると、運転者などの感じる異音レベルに近い排気通路６の末端部における異音レベルを、直接、異音センサ８で検知し、その検知信号に基づいて可変翼ノズル付タービン２１のタービン回転数を制御するので、高周波異音の抑制制御の精度をより向上させることができる。尚、異音センサ８を、音源である可変翼ノズル付タービン２１の近傍に取り付けてもよい。

また、エンジン２の回転数が、アイドル近傍の低回転数領域にある場合、エンジン２本体の回転音に起因する音は、可変排気タービン式過給機４からの高周波音に比して小さく、すなわち、エンジン２がアイドル近傍の運転状態にある場合には、過給機からの高周波音（異音）が排気通路６から顕著に出てきてしまう。フォークリフト１００が、比較的静かな環境にある倉庫内などの空間で使用される場合は、さらに過給機からの高周波音（異音）が顕著となる。したがって、過給機制御装置１は、フォークリフト１００が、アイドル近傍の低回転数領域で、且つ静かな空間を走行する際に、過給機からの高周波異音を抑制するという効果を顕著に発揮する。

一方、フォークリフト１００が、アイドル近傍よりも高いエンジン回転数で走行している場合（通常の走行状態で走行している場合）や、リフト装置１１を作動させてフォーク１２に載せた荷を上昇させている場合などは、エンジン回転数およびアクセル開度のうちの少なくともいずれか一方が上限設定値以上となっていることをＥＣＵ３が判断することにより、ＥＣＵ３は、タービン回転数を下げる制御を行わない（タービン回転数を抑えない）。

フォークリフト１００が、通常の走行状態で走行している場合や、リフト装置１１を作動させている場合には、エンジン２本体の回転音に起因する音も大きくなる。すなわち、これら場合には、過給機からの高周波音（異音）がエンジン２本体からの音に紛れてくる。したがって、フォークリフト１００が、通常の走行状態で走行している場合や、リフト装置１１を作動させている場合は、高周波異音の抑制よりも、エンジン出力の維持、増大を優先させて、上記のように、タービン回転数を抑えない制御とすることが好ましい。

次に、フォークリフト１００の運転者は、操作スイッチ１８を操作して、タービン回転数を下げる制御を、作業環境などに応じてオフにすることもできる（タービン回転数を抑えない制御とすることもできる）。例えば、騒々しい屋外でフォークリフト１００を使用する場合には、アイドル近傍における可変排気タービン式過給機４からの高周波音も気にかからない場合がある。このような場合には、タービン回転数を下げる制御を運転者はオフにする。このように、フォークリフト１００の運転者は、タービン回転数を下げる制御のオンオフを作業環境に合わせて自由に切り換えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能なものである。

例えば、上記実施形態では、産業車両であるフォークリフトを例にとって説明したが、本発明は、可変排気タービン式過給機を備えた車両であれば適用でき、例えばショベルカー、クレーン車などの各種産業車両、ならびに乗用車に対しても本発明を適用することができる。

本発明の一実施形態に係る過給機制御装置の構成をフォークリフトの構成とともに示すブロック図である。

符号の説明

１：過給機制御装置
２：エンジン
３：ＥＣＵ（制御手段）
４：可変排気タービン式過給機
６：排気通路
８：異音センサ
２１：排気タービン
２２：コンプレッサ

Claims (3)

1. 可変排気タービン式過給機と、
   前記可変排気タービン式過給機から発生する音を検知するための異音センサと、
   前記異音センサからの信号が所定値に達すると前記可変排気タービン式過給機のタービン回転数を下げる制御を行う制御手段と、
   を備えていることを特徴とする、過給機制御装置。
2. 前記可変排気タービン式過給機に接続する排気通路を備え、
   前記異音センサが、前記排気通路の末端部に取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の過給機制御装置。
3. 前記制御手段は、前記タービン回転数を下げる制御のオンオフが切換自在となるように構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の過給機制御装置。
   

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