JP2013234591A - エンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備えたエンジンにおいて、低回転域においても前記過給機の回転数を精度良く検出することを可能とし、且つ、前記制御装置への負荷を低減させる。
【解決手段】エンジン1は、過給機40と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサ51と、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置60とを備えている。前記過給機は、周方向に配置された複数の大羽根45a及び複数の小羽根45bを含む羽根車45を有している。前記ターボセンサは、前記大羽根の通過に応じて第1振幅の第1信号S1を出力し、前記小羽根の通過に応じて第2振幅の第2信号S2を出力するものとされる。前記制御装置は、前記第1又は第2信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識する。
【選択図】図3
【解決手段】エンジン1は、過給機40と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサ51と、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置60とを備えている。前記過給機は、周方向に配置された複数の大羽根45a及び複数の小羽根45bを含む羽根車45を有している。前記ターボセンサは、前記大羽根の通過に応じて第1振幅の第1信号S1を出力し、前記小羽根の通過に応じて第2振幅の第2信号S2を出力するものとされる。前記制御装置は、前記第1又は第2信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識する。
【選択図】図3
Description
本発明は、過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備えたエンジンに関する。
タービンとコンプレッサとを連結する連結軸の回転数をターボセンサによって検出することで、過給機の回転数を得る構成が提案されている。
しかしながら、前記ターボセンサは前記連結軸の1回転当たり一つのパルス信号を出力することになり、従って、低回転域においては精度良く前記過給機の回転数を検出することができないという問題があった。
この点を考慮して、コンプレッサ又はタービンの羽根車の回転数をターボセンサによって検出する構成が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の構成においては、ターボセンサは、当該ターボセンサ上を通過するコンプレッサの羽根車における複数の羽根を検出している。従って、前記ターボセンサは、タービン及び前記コンプレッサを連結する連結軸の1回転当たり複数のパルス信号を出力する。
斯かる構成は、低回転域においても過給機の回転数を精度良く検出できる点においては有用であるが、高回転域においては前記ターボセンサから出力される信号の周波数が非常に高くなる。従って、制御装置での処理の為に、前記ターボセンサの信号出力を分周器で変換する必要があり、部品点数の増大によるコスト高を招くという問題があった。
本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備えたエンジンにおいて、低回転域においても前記過給機の回転数を精度良く検出することができ、且つ、前記制御装置への負荷を低減できるエンジンの提供を目的とする。
本発明の一態様は、前記目的を達成するために、エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の大羽根及び複数の小羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、前記ターボセンサは、前記大羽根の通過に応じて第1振幅の第1信号を出力し、前記小羽根の通過に応じて第2振幅の第2信号を出力するものとされ、前記制御装置は、前記第1又は第2信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識するエンジンを提供する。
好ましくは、前記エンジンは、エンジン負荷を検出する負荷センサと、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサとをさらに備えている。前記制御装置は、前記負荷センサからの信号に基づくエンジン負荷が所定値以下且つ前記クランク角センサからの信号に基づくエンジン回転数が所定回転数以上である場合に、前記ターボセンサから出力される前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方の周期を計測する周期計測手段と、前記周期計測手段により計測された最初の信号の周期に対する以後の信号の周期の差分を算出する周期差分算出手段と、前記周期差分算出手段により算出された周期の差分に基づき前記過給機の固有振動数を算出する固有振動数算出手段とを有している。
好ましくは、前記制御装置は、前記固有振動数算出手段により算出された過給機の固有振動数を用いて、前記過給機の回転数を補正する。
好ましくは、前記エンジンは、前記制御装置によって作動制御され、前記エンジン本体に設けられた複数の気筒にそれぞれ燃料を供給する複数の燃料噴射装置をさらに備えている。前記クランク角センサは、前記クランク軸の軸線回り1回転に応じて複数のパルス信号を出力すると共に少なくとも一の気筒の作動状態を示す気筒状態信号を出力する。前記制御装置は、前記クランク角センサからの気筒状態信号に基づき前記複数の気筒のそれぞれの爆発行程を認識する爆発行程認識手段と、前記複数の気筒の爆発行程毎のターボ回転速度を検知する気筒別ターボ回転速度検知手段と、前記固有振動数算出手段により算出された前記過給機の固有振動数を用いて前記気筒別ターボ回転速度検知手段による検知結果を補正することによって前記各気筒に対応する補正ターボ回転速度を算出する補正ターボ回転速度算出手段と、前記補正ターボ回転速度算出手段により算出された補正ターボ回転速度に基づき平均ターボ回転速度を算出する平均ターボ回転速度算出手段と、前記補正ターボ回転速度算出手段及び前記平均ターボ回転速度算出手段による算出結果に基づき気筒毎のターボ回転速度偏差を算出するターボ回転速度偏差算出手段と、前記負荷センサ及び前記クランク角センサからの検出信号に基づき前記複数の気筒の各々に供給すべき基準燃料噴射量を算出する基準燃料噴射量算出手段と、予め記憶されているターボ回転速度偏差に応じた補正値で前記基準燃料噴射量を補正することによって前記複数の気筒のそれぞれに供給すべき補正燃料噴射量を算出する補正燃料噴射量算出手段とをさらに有し、前記複数の気筒毎に算出された前記補正燃料噴射量を用いて前記複数の燃料噴射装置の作動制御を行う。
又、本発明の他態様は、前記目的を達成するために、エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、前記ターボセンサは、前記羽根の通過に応じて信号を出力するものとされ、前記制御装置は、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するエンジンを提供する。
本発明の一態様は、ターボセンサが、過給機の羽根車における大羽根の通過に応じて第1振幅の第1信号を出力し、小羽根の通過に応じて第2振幅の第2信号を出力するので、前記過給機の1回転当たり複数の信号を前記ターボセンサから得ることができ、従って、前記過給機の回転数を高精度に認識することができる。
さらに、本発明の一態様は、制御装置が、前記第1又は第2信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置への負荷を軽減できる。
さらに、本発明の一態様は、制御装置が、前記第1又は第2信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置への負荷を軽減できる。
本発明の他態様は、ターボセンサが過給機の羽根車における羽根の通過に応じて信号を出力するので、前記過給機の1回転当たり複数の信号を前記ターボセンサから得ることができ、従って、前記過給機の回転数を高精度に認識することができる。
さらに、本発明の他態様は、制御装置が、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置への負荷を軽減できる。
さらに、本発明の他態様は、制御装置が、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置への負荷を軽減できる。
本発明に係るエンジンの好ましい実施の形態について添付図面を参照しつつ説明する。
[実施の形態1]
図1に、実施の形態1に係るエンジン1の概略構成を示す。
図1に示すように、前記エンジン1は、エンジン本体10と、前記エンジン本体10が吸入する空気を過給する過給機40とを備えている。
図1に、実施の形態1に係るエンジン1の概略構成を示す。
図1に示すように、前記エンジン1は、エンジン本体10と、前記エンジン本体10が吸入する空気を過給する過給機40とを備えている。
前記エンジン本体10は、シリンダブロック及びシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドに連結された吸気マニホールド15及び排気マニホールド16とを有している。前記シリンダブロックには、クランク軸5が回転自在に支持されている。
前記エンジン本体10には、吸入空気流れ方向下流側の端部が当該エンジン本体10の燃焼室18と連通するように吸気ライン20が流体接続されていると共に、排気ガス流れ方向上流側の端部が前記燃焼室18と連通するように排気ライン30が流体接続されている。
前記過給機40は、前記エンジン本体10からの排気エネルギーを利用して吸入空気を前記燃焼室18へ強制的に送り込むためのものである。
詳しくは、前記過給機40は、前記排気ライン30に介挿されたタービン41、及びこのタービン41によって駆動される状態で前記吸気ライン20に介挿されたコンプレッサ42を有している。
詳しくは、前記過給機40は、前記排気ライン30に介挿されたタービン41、及びこのタービン41によって駆動される状態で前記吸気ライン20に介挿されたコンプレッサ42を有している。
前記タービン41は、前記燃焼室18から前記排気ライン30を介して排出される排気ガスのエネルギーによって回転されるように構成されている。前記コンプレッサ42は、前記タービン41と共に回転するように当該タービン41と連結軸43を介して連結されている。
図2に、前記過給機40のコンプレッサ42の一部断面図を示す。
前記コンプレッサ42は、図2に示すように、羽根車45を備えている。なお、前記タービン41も、前記コンプレッサ42と同様に羽根車を備えている。
前記コンプレッサ42は、図2に示すように、羽根車45を備えている。なお、前記タービン41も、前記コンプレッサ42と同様に羽根車を備えている。
前記羽根車45は、周方向に配置された複数の大羽根45a及び複数の小羽根45bを有している。
本実施の形態においては、前記複数の大羽根45a及び前記複数の小羽根45bは、前記連結軸43に相対回転不能に支持されたボス部45cに設けられており、前記連結軸43の周方向に関し交互に略等間隔に配置されている。
本実施の形態においては、前記複数の大羽根45a及び前記複数の小羽根45bは、前記連結軸43に相対回転不能に支持されたボス部45cに設けられており、前記連結軸43の周方向に関し交互に略等間隔に配置されている。
なお、本実施の形態においては、前記羽根車は、前記大羽根45a及び前記小羽根45bが交互に配設されているが、本発明は斯かる構成に限定されるものではない。
即ち、所定数の前記大羽根45a毎に1個の前記小羽根45bを配設することも可能であるし、これとは逆に、所定数の前記小羽根45b毎に1個の前記大羽根45aを配設することも可能である。
又、前記羽根車に、前記大羽根45a及び前記小羽根45bに加えて、他の形状及び/又は大きさの羽根(例えば、中羽根)を備えることも可能である。
即ち、所定数の前記大羽根45a毎に1個の前記小羽根45bを配設することも可能であるし、これとは逆に、所定数の前記小羽根45b毎に1個の前記大羽根45aを配設することも可能である。
又、前記羽根車に、前記大羽根45a及び前記小羽根45bに加えて、他の形状及び/又は大きさの羽根(例えば、中羽根)を備えることも可能である。
図1に示すように、前記エンジン1は、さらに、ターボセンサ51と、前記ターボセンサ51の検出信号を入力する制御装置60とを備えている。
前記制御装置60は、演算部(CPU)と、制御プログラムや制御データ等を記憶するROM、設定値等を電源を切っても失われない状態で保存し且つ前記設定値等が書き換え可能とされたEEPROM、及び前記演算部による演算中に生成されるデータを一時的に保持するRAM等を含む記憶部とを有している。
図2及び3に示すように、前記ターボセンサ51は、前記過給機40の回転数(回転速度)を検出し、その検出信号を前記制御装置60に入力し得るように構成されている。本実施の形態においては、前記ターボセンサ51は、前記コンプレッサ42に設けられており、前記大羽根45a及び前記小羽根45bを検出し得るものとされている。好ましくは、前記ターボセンサ51は渦電流式のセンサとされる。
図3に、前記ターボセンサ51によって出力される信号の信号波形を示す。
図3に示すように、前記ターボセンサ51は、当該ターボセンサ51上を通過する前記コンプレッサ42の羽根車45における前記複数の大羽根45aに応じた出力信号及び前記複数の小羽根45bに応じた出力信号を出力するように構成されている。即ち、前記ターボセンサ51は、前記連結軸43の1回転当たり複数のパルス信号(複数の第1信号S1及び複数の第2信号S2)を出力する。
例えば、前記羽根車が9個の前記大羽根45a及び9個の前記小羽根45bを有すると仮定すると、前記ターボセンサ51は、前記連結軸43の1回転当たり、9個の第1信号S1及び9個の第2信号S2を出力する。
図3に示すように、前記ターボセンサ51は、当該ターボセンサ51上を通過する前記コンプレッサ42の羽根車45における前記複数の大羽根45aに応じた出力信号及び前記複数の小羽根45bに応じた出力信号を出力するように構成されている。即ち、前記ターボセンサ51は、前記連結軸43の1回転当たり複数のパルス信号(複数の第1信号S1及び複数の第2信号S2)を出力する。
例えば、前記羽根車が9個の前記大羽根45a及び9個の前記小羽根45bを有すると仮定すると、前記ターボセンサ51は、前記連結軸43の1回転当たり、9個の第1信号S1及び9個の第2信号S2を出力する。
このように、本実施の形態においては、前記ターボセンサ51は、前記過給機40の1回転当たり(前記連結軸43の1回転当たり)に複数のパルス信号を出力する。
従って、前記過給機40が低回転状態であっても、前記過給機40の回転数を高精度に検出することができる。
従って、前記過給機40が低回転状態であっても、前記過給機40の回転数を高精度に検出することができる。
一方、前記エンジン1が高回転域で駆動されている場合には、前記過給機40も高速回転することになる。
この場合において、前記複数の第1信号S1及び前記複数の第2信号S2をそのまま前記制御装置60に入力すると、前記制御装置60が計算不能状態となり得る。従って、分周器を別途備える必要があり、部品点数の増大によるコスト高を招く。
この場合において、前記複数の第1信号S1及び前記複数の第2信号S2をそのまま前記制御装置60に入力すると、前記制御装置60が計算不能状態となり得る。従って、分周器を別途備える必要があり、部品点数の増大によるコスト高を招く。
この点に関し、本実施の形態に係るエンジン1においては、前記制御装置60は、前記ターボセンサ51によって出力される前記大羽根45aに応じた前記第1信号S1及び前記小羽根45bに応じた前記第2信号S2のうちの何れか一方に基づいて、前記過給機40の回転数を認識するように構成されている。
斯かる構成によれば、前記過給機40の1回転当たりに複数の検出信号を得つつ、検出信号の周波数が不当に高くなることによる前記制御装置60への負荷を軽減できる。
斯かる構成によれば、前記過給機40の1回転当たりに複数の検出信号を得つつ、検出信号の周波数が不当に高くなることによる前記制御装置60への負荷を軽減できる。
詳しくは、前記ターボセンサ51は、被検出体との距離に応じた振幅の信号を出力する。
即ち前記大羽根45aは前記ターボセンサ51に近接状態で通過し、前記小羽根45bは前記大羽根45aよりも離間状態で前記ターボセンサ51を通過する。
従って、図3に示すように、前記ターボセンサ51は、前記大羽根45aに応じた大きな振幅の第1信号S1と、前記小羽根45bに応じた小さな振幅の第2信号S2とを出力する。
即ち前記大羽根45aは前記ターボセンサ51に近接状態で通過し、前記小羽根45bは前記大羽根45aよりも離間状態で前記ターボセンサ51を通過する。
従って、図3に示すように、前記ターボセンサ51は、前記大羽根45aに応じた大きな振幅の第1信号S1と、前記小羽根45bに応じた小さな振幅の第2信号S2とを出力する。
前記制御装置60は、しきい値となる所定振幅値を有しており、前記しきい値よりも大きい又は小さい振幅の信号の何れか一方のみに基づいて、前記過給機40の回転数を認識する。斯かる構成によれば、前記制御装置60の負荷を低減できる。
なお、本実施の形態においては、前述の通り前記複数の大羽根45a及び前記複数の小羽根45bが同数とされていることから、前記ターボセンサ51からの信号の周波数を1/2にすることができる。
なお、本実施の形態においては、前述の通り前記複数の大羽根45a及び前記複数の小羽根45bが同数とされていることから、前記ターボセンサ51からの信号の周波数を1/2にすることができる。
なお、前記ターボセンサ51は、前記大羽根45aの通過に応じて第1振幅a1が所定値より大きい前記第1信号S1を出力し、且つ前記小羽根45bの通過に応じて第2振幅a2が前記所定値より小さい前記第2信号S2を出力することができるセンサであればよく、特に限定されるものではないが、前述の通り渦電流式のセンサであることが好ましい。
ところで、前記制御装置60が把握する前記過給機40の回転数は、前記過給機40の固有振動数に起因する成分を含んでいる。そこで、より正確な前記過給機40の回転数を得るためには、前記ターボセンサ51の検出信号に基づく前記過給機40の回転数から前記過給機40の固有振動数に起因する成分を除くことが好ましい。この点に関し、以下に説明する。
図1に示すように、前記エンジン1は、さらに、エンジン負荷を検出する負荷センサと、前記クランク軸5の回転角度を検出するクランク角センサ53とを備えている。
詳しくは、前記負荷センサは、本実施の形態においては、アクセル開度センサ52とされている。前記アクセル開度センサ52は、人為操作可能なアクセル操作レバー等のアクセル操作部材58に設けられており、前記アクセル操作部材58の操作量を開度として検出し、その検出信号をエンジン負荷として前記制御装置60に入力し得るように構成されている。
なお、前記負荷センサは、本実施の形態においてはアクセル開度センサ52とされているが、これに限定されるものではない。例えば、前記負荷センサは、エンジン負荷として吸入空気量を検出するセンサとされ得る。
前記クランク角センサ53は、前記クランク軸5の軸線回り1回転に応じて複数のパルス信号を出力すると共に少なくとも一の気筒の作動状態を示す気筒状態信号を出力し、これらのパルス信号及び気筒状態信号を前記制御装置60に入力し得るように構成されている。
前記制御装置60は、前記クランク角センサ53によって出力されるパルス信号の周期を計測することによって、エンジン回転数を把握することができる。
前記制御装置60は、前記過給機40の固有振動数を求める固有振動数算出モードを有している。
本実施の形態においては、前記制御装置60は、前記負荷センサからの信号に基づくエンジン負荷が所定値以下且つ前記クランク角センサ53からの信号に基づくエンジン回転数が所定回転数以上であるとき、即ち燃料無噴射状態(例えば、エンジンブレーキ作動状態)となったとき、固有振動数算出モードを実行する。
本実施の形態においては、前記制御装置60は、前記負荷センサからの信号に基づくエンジン負荷が所定値以下且つ前記クランク角センサ53からの信号に基づくエンジン回転数が所定回転数以上であるとき、即ち燃料無噴射状態(例えば、エンジンブレーキ作動状態)となったとき、固有振動数算出モードを実行する。
なお、前記制御装置60は、本実施形態においては燃料無噴射状態になると固有振動数算出モードを即座に実行するが、これに代えて、燃料無噴射状態において固有振動数算出モード切替操作部材の人為操作に基づき人為操作信号が入力されることによって固有振動数算出モードを実行することもできる。
ここで、固有振動数算出モードによる前記過給機40の固有振動数の求め方について説明する。
図4に、前記制御装置60の構成を概略的に示す。
図4に、前記制御装置60の構成を概略的に示す。
前記エンジン1が燃料無噴射状態で回転されている状態においては、前記エンジン本体10の気筒は爆発動作を行わない。従って、仮に、この状態において、前記ターボセンサ51によって出力される信号の周期にズレが生じているとすると、このズレは、前記過給機40の固有振動数に起因するものと考えられる。
本実施の形態に係るエンジン1は、斯かる点に着想したものである。
具体的には、図4に示すように、前記制御装置60は、周期計測手段61、周期差分算出手段62及び固有振動数算出手段63を有している。
本実施の形態に係るエンジン1は、斯かる点に着想したものである。
具体的には、図4に示すように、前記制御装置60は、周期計測手段61、周期差分算出手段62及び固有振動数算出手段63を有している。
詳しくは、前記周期計測手段61は、固有振動数算出モードの実行時において、前記ターボセンサ51から出力される信号の周期を計測するように構成されている。
本実施の形態においては、前記周期計測手段61は、図3に示すように、第1信号S1及び第2信号S2の周期T1・T2・T3・T4・・・を計測するように構成されている。なお、これに代えて、何れか一方の信号周期を計測することも可能であるし、一対の第1信号S1及び第2信号S2の周期を計測することも可能である。
本実施の形態においては、前記周期計測手段61は、図3に示すように、第1信号S1及び第2信号S2の周期T1・T2・T3・T4・・・を計測するように構成されている。なお、これに代えて、何れか一方の信号周期を計測することも可能であるし、一対の第1信号S1及び第2信号S2の周期を計測することも可能である。
前記周期差分算出手段62は、前記周期計測手段61により計測された最初の信号S1の周期T1に対する以後の信号S2・S1・S2・・・の周期T2・T3・T4・・・の差分Δ2・Δ3・Δ4・・・を算出するように構成されている。
前記固有振動数算出手段63は、前記周期差分算出手段62により算出された周期の差分Δ2・Δ3・Δ4・・・に基づき前記過給機40の固有振動数を算出するように構成されている。
図5に、固有振動数算出モードにおいて算出される信号波形W1を示す。
図5に、固有振動数算出モードにおいて算出される信号波形W1を示す。
具体的には、例えば、前記固有振動数算出手段63は、図5に示すように、まず前記周期差分算出手段62により算出された周期の差分Δ2・Δ3・Δ4・・・と前記クランク角センサ53からの信号に基づく前記クランク軸5の回転角度とを対応させることによって両者の関係を表す信号波形W1を求める。この信号波形W1が前記過給機40の固有振動数に関する信号波形となることから、前記固有振動数算出手段63は、次に信号波形W1の平均周期を算出する。そして、前記固有振動数算出手段63は、この平均周期に基づいて前記過給機40の固有振動数を算出する。
なお、前記制御装置60は、前記過給機40の固有振動数を算出すると、該過給機40の固有振動数を前記記憶部に記憶してから固有振動数算出モードを終了する。その後、前記制御装置60は、固有振動数算出モードを実行する度に前記過給機40の固有振動数を算出して、前記記憶部に記憶されている前記過給機40の固有振動数を更新し得る。
ここで、前記過給機40の固有振動数に起因する成分の除き方について説明する。
図4に示すように、本実施の形態においては、前記制御装置60は、さらに、過給機回転数補正手段64を有している。
前記過給機回転数補正手段64は、前記固有振動数算出手段63により算出された前記過給機40の固有振動数を用いて、前記過給機40の回転数を補正するように構成されている。
前記過給機回転数補正手段64は、前記固有振動数算出手段63により算出された前記過給機40の固有振動数を用いて、前記過給機40の回転数を補正するように構成されている。
詳しくは、前記過給機回転数補正手段64は、燃料噴射状態でのエンジン運転時において前記ターボセンサ51から出力される信号に基づき得られたターボ回転速度から前記過給機40の固有振動数を引くことによって当該ターボ回転速度を補正し、この補正後のターボ回転速度に基づき補正後の前記過給機40の回転数を把握する。
斯かる構成によれば、前記ターボセンサ51からの信号に基づく前記過給機40の回転数から前記過給機40の固有振動数に起因する成分を除くことができるので、より正確な前記過給機40の回転数を得ることができる。その結果、前記エンジン1の各種制御に前記過給機40の回転数を制御パラメータとして用いる場合に、高精度な制御を行うことができる。
また、本実施の形態においては、前記エンジン1は、図1に示すように、複数(4つ)の気筒No.1・No.2・No.3・No.4を有するディーゼルエンジンであって、吸気、圧縮、膨張、排気の4行程を繰り返す4サイクルエンジンとされている。
図1に示すように、前記エンジン1は、前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4にそれぞれ燃料を供給する複数の燃料噴射装置71・72・73・74を備えている。
前記複数の燃料噴射装置71・72・73・74は、それぞれ前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4に設けられている。本実施の形態においては、前記複数の燃料噴射装置71・72・73・74は、前記エンジン1に備えられたコモンレール式燃料供給装置70にその一部として含まれている。
詳しくは、前記コモンレール式燃料供給装置70は、所定圧の燃料を蓄えるコモンレール76と、前記コモンレール76に蓄えられている燃料を前記燃焼室18に供給する前記複数の燃料噴射装置71・72・73・74と、燃料タンクに蓄えられた燃料を加圧して前記コモンレール76に送る高圧ポンプ77と、前記コモンレール76から噴射される燃料の噴射圧を調整するための圧力調整弁78とを有している。
前記複数の燃料噴射装置71・72・73・74は、それぞれインジェクタ71a・72a・73a・74aと、前記インジェクタ71a・72a・73a・74aと前記コモンレール76とを接続する燃料配管と、前記燃料配管に介挿された噴射量制御用電磁弁71b・72b・73b・74bとを有している。
前記制御装置60は、前記複数の燃料噴射装置71・72・73・74の各噴射量制御用電磁弁71b・72b・73b・74bの開閉制御を実行し得るように構成されている。前記各噴射量制御用電磁弁71b・72b・73b・74bが開いている間(インジェクタ開弁期間)、前記コモンレール76内の燃料が前記各インジェクタ71a・72a・73a・74aから前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4の各燃焼室18内へ噴射される。
前記制御装置60は、インジェクタ開弁期間と噴射圧を変更することによって、前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4の各燃焼室18内への燃料噴射量を調整し得る。
さらに、前記制御装置60は、図4に示すように、爆発行程認識手段81、気筒別ターボ回転速度検知手段82、補正ターボ回転速度算出手段83、平均ターボ回転速度算出手段84、ターボ回転速度偏差算出手段85、基準燃料噴射量算出手段86、及び補正燃料噴射量算出手段87を有している。
前記爆発行程認識手段81は、前記クランク角センサ53からの気筒状態信号に基づき前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4のそれぞれの爆発行程を認識するように構成されている。
本実施の形態においては、前記クランク角センサ53によって検出される気筒状態信号が一又は複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4の上死点の位置と対応している。
本実施の形態においては、前記クランク角センサ53によって検出される気筒状態信号が一又は複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4の上死点の位置と対応している。
前記気筒別ターボ回転速度検知手段82は、前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4の爆発行程毎のターボ回転速度を検知するように構成されている。つまり、前記気筒別ターボ回転速度検知手段82は、ターボ回転速度を用いて前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4の爆発行程における燃焼エネルギーを個別に検知するものとされている。
前記気筒別ターボ回転速度検知手段82は、前記爆発行程認識手段81が前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4の上死点タイミングに基づき爆発行程を認識したとき、爆発行程における所定タイミングの瞬時ターボ回転速度又は爆発行程における所定期間の平均ターボ回転速度を検知し、この瞬時ターボ回転速度又は平均ターボ回転速度を前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4の爆発行程毎のターボ回転速度として検知する。
ここで、前記爆発行程における所定タイミングとは、前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4の上死点位置に対応したクランク角から所定量だけクランク角が変化した時点を指す。また、前記爆発行程における所定期間とは、前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4の上死点位置に対応したクランク角から下死点位置に対応したクランク角までの範囲においてクランク角が所定量だけ変化する期間を指す。
前記補正ターボ回転速度算出手段83は、前記固有振動数算出手段63により算出された前記過給機40の固有振動数を用いて、前記気筒別ターボ回転速度検知手段82により検知された前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4の爆発行程毎のターボ回転速度を補正することによって、前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4に対応する補正ターボ回転速度を算出するように構成されている。
前記平均ターボ回転速度算出手段84は、前記補正ターボ回転速度算出手段83により算出された補正ターボ回転速度の平均値を平均ターボ回転速度として算出する。
前記ターボ回転速度偏差算出手段85は、前記補正ターボ回転速度算出手段83及び前記平均ターボ回転速度算出手段84による算出結果に基づき前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4毎のターボ回転速度偏差を算出するように構成されている。
ここで、前記ターボ回転速度偏差算出手段85は、平均ターボ回転速度と前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4に対応する補正ターボ回転速度との偏差を算出し、その偏差を前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4のターボ回転速度偏差とする。
ここで、前記ターボ回転速度偏差算出手段85は、平均ターボ回転速度と前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4に対応する補正ターボ回転速度との偏差を算出し、その偏差を前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4のターボ回転速度偏差とする。
前記基準燃料噴射量算出手段86は、前記負荷センサ及び前記クランク角センサ53の検出信号に基づき前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4の各々に供給すべき基準燃料噴射量を算出するように構成されている。
詳しくは、前記制御装置60には、エンジン負荷及びエンジン回転数と基準燃料噴射量との関係を表す基準燃料噴射量データが予め記憶されており、前記基準燃料噴射量算出手段86は、前記負荷センサの検出信号に基づくエンジン負荷及び前記クランク角センサ53の検出信号に基づくエンジン回転数を前記基準燃料噴射量データに適用して基準燃料噴射量を算出する。
詳しくは、前記制御装置60には、エンジン負荷及びエンジン回転数と基準燃料噴射量との関係を表す基準燃料噴射量データが予め記憶されており、前記基準燃料噴射量算出手段86は、前記負荷センサの検出信号に基づくエンジン負荷及び前記クランク角センサ53の検出信号に基づくエンジン回転数を前記基準燃料噴射量データに適用して基準燃料噴射量を算出する。
前記補正燃料噴射量算出手段87は、予め記憶されているターボ回転速度偏差に応じた補正値で前記基準燃料噴射量を補正することによって前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4のそれぞれに次の燃焼サイクルで供給すべき補正燃料噴射量を算出するように構成されている。
本実施の形態においては、前記制御装置60には、ターボ回転速度偏差と補正値との関係を表す補正値データが予め記憶されており、前記補正燃料噴射量算出手段87は、前記ターボ回転速度偏差算出手段85により算出されたターボ回転速度偏差を前記補正値データに適用して補正値を算出する。
本実施の形態においては、前記制御装置60には、ターボ回転速度偏差と補正値との関係を表す補正値データが予め記憶されており、前記補正燃料噴射量算出手段87は、前記ターボ回転速度偏差算出手段85により算出されたターボ回転速度偏差を前記補正値データに適用して補正値を算出する。
そして、前記制御装置60は、前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4毎に算出された前記補正燃料噴射量を用いて前記複数の燃料噴射装置71・72・73・74の作動制御を行うように構成されている。
斯かる構成によれば、前記エンジン1の次の燃焼サイクルにおいて、前記複数の燃料噴射装置71・72・73・74によって対応する気筒No.1・No.2・No.3・No.4の燃焼室18内へ供給する燃料噴射量を、前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4毎に算出された補正燃料噴射量に変更することができる。従って、前記複数の気筒No.1・No.2・No.3・No.4間の爆発力のばらつきを抑えることができる。
図6に、前記制御装置60による補正燃料噴射量の算出処理に関するフローチャートを示す。
補正燃料噴射量の算出処理は、例えば、キー操作による前記エンジン本体10の運転開始に伴って開始される。
補正燃料噴射量の算出処理は、例えば、キー操作による前記エンジン本体10の運転開始に伴って開始される。
まず、前記制御装置60は、図6に示すように、ステップ11において前記クランク角センサ53からの気筒状態信号に基づき前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4の爆発行程を認識し、前記各気筒No.1・No.2・No.3・No.4・の爆発行程毎のターボ回転速度を検知する。
次に、ステップ12において、前記制御装置60は、前記過給機40の固有振動数を用いて、前記ステップ11で検知した各気筒No.1・No.2・No.3・No.4の爆発行程毎のターボ回転速度を補正することによって、各気筒No.1・No.2・No.3・No.4に対応する補正ターボ回転速度を算出する。
次に、ステップ13において、前記制御装置60は、前記ステップ12で算出した補正ターボ回転速度に基づき平均ターボ回転速度を算出する。
次に、ステップ14において、前記制御装置60は、前記ステップ13で算出した平均ターボ回転速度と前記ステップ12で算出した各気筒No.1・No.2・No.3・No.4に対応する補正ターボ回転速度との偏差、即ちターボ回転速度偏差を算出する。
次に、ステップ15において、前記制御装置60は、前記負荷センサ及び前記クランク角センサ53の検出信号に基づき前記エンジン1の次の燃焼サイクルで各気筒No.1・No.2・No.3・No.4に供給すべき基準燃料噴射量を算出する。
次に、ステップ16において、前記制御装置60は、前記ステップ14で算出した各気筒No.1・No.2・No.3・No.4のターボ回転速度偏差に応じて前記各燃料噴射装置71・72・73・74毎の補正値を算出する。
次に、ステップ17において、前記制御装置60は、前記ステップ16で算出した補正値を用いて前記ステップ15で算出した基準燃料噴射量を補正することによって前記エンジン1の次の燃焼サイクルで各気筒No.1・No.2・No.3・No.4に供給すべき補正燃料噴射量を算出する。
その後、ステップ18において、前記制御装置60は、前記エンジン本体10が停止されたか否かを判断し、YESの場合には算出処理を終了し、NOの場合には前記ステップ11へ移行する。
[実施の形態2]
以下、本発明の実施の形態2に係るエンジンについて説明する。
以下、本発明の実施の形態2に係るエンジンについて説明する。
本実施の形態に係るエンジンは、制御装置による過給機の回転数の把握方法に関して、実施の形態1に係る前記エンジン1と相違している。
即ち、実施の形態1においては、前述の通り前記制御装置60が第1信号S1又は第2信号S2の何れか一方に基づいて前記過給機40の回転数を認識するが、これに代えて、本実施の形態においては、制御装置がターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて過給機の回転数を認識する。
即ち、実施の形態1においては、前述の通り前記制御装置60が第1信号S1又は第2信号S2の何れか一方に基づいて前記過給機40の回転数を認識するが、これに代えて、本実施の形態においては、制御装置がターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて過給機の回転数を認識する。
図7に、前記ターボセンサから出力される信号に基づく信号波形を示す。
具体的には、例えば、図7に示すように、前記制御装置は、前記ターボセンサから出力される信号のうち3つの信号S1・S2・S1(S2・S1・S2)をカウントする毎に一つの信号を生成し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識する。なお、前記ターボセンサは、ここでは渦電流式のセンサとしているが、これに代えて、電磁ピックアップ(MPU)式のセンサとし得る。
具体的には、例えば、図7に示すように、前記制御装置は、前記ターボセンサから出力される信号のうち3つの信号S1・S2・S1(S2・S1・S2)をカウントする毎に一つの信号を生成し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識する。なお、前記ターボセンサは、ここでは渦電流式のセンサとしているが、これに代えて、電磁ピックアップ(MPU)式のセンサとし得る。
斯かる構成によれば、前記ターボセンサが、前記過給機の羽根車における羽根の通過に応じて信号を出力するので、前記過給機の連結軸の1回転当たり複数の信号を前記ターボセンサから得ることができ、従って、前記過給機の回転数を高精度に認識することができる。
さらに、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置60への負荷を軽減できる。
さらに、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識するので、前記ターボセンサからの信号の周波数を低下させることができ、従って、前記制御装置60への負荷を軽減できる。
なお、前記制御装置は、前述のように前記過給機40の回転数を認識する代わりに、前記ターボセンサから出力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に当該所定数の信号のうち予め定められた順番に入力される一つの信号を選択し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識することも可能である。
なお、本実施の形態においては、実施の形態1とは異なり、振幅の大きさに拘わらず、前記過給機40の羽根車における複数の羽根の通過に応じて前記ターボセンサから信号を出力さえできればよい。そのため、前記複数の羽根は、複数の大羽根及び複数の小羽根を含んでもよいし、全て同一形状であってもよい。
[実施の形態3]
以下、本発明の実施の形態3に係るエンジンについて説明する。
以下、本発明の実施の形態3に係るエンジンについて説明する。
本実施の形態に係るエンジンは、実施の形態2に係るエンジンと比して、前記ターボセンサとして渦電流式のセンサの代わりに、電磁ピックアップ式のセンサを有している。
本実施の形態においては、制御装置は、過給機の固有振動数を求める固有振動数算出モードを有すると共に、第1信号波形生成手段及び第2信号波形生成手段の機能を含んで構成されている。
図8(a)に、固有振動数算出モードにおいて前記ターボセンサによって出力される信号の信号波形W2及び前記過給機の固有振動数を表す信号波形SW1を示す。図8(b)に、前記ターボセンサによって出力される信号から前記過給機の固有振動数に起因する成分を除いた信号波形SW2を示す。
前記第1信号波形生成手段は、固有振動数算出モードの実行時において、前記ターボセンサから出力される信号に基づく信号波形W2の振幅の中央値に基づいて、図8(a)に示されるような第1の信号波形SW1を生成するように構成されている。この第1の信号波形SW1は、前記過給機40の固有振動数を表すものとなる。
前記第2信号波形生成手段は、エンジン運転時に前記ターボセンサから出力される信号に基づく信号波形から前記第1の信号波形SW1を減算することによって、図8(b)に示されるような第2の信号波形SW2を生成するように構成されている。この第2の信号波形SW2は、前記過給機40の固有振動数に起因する成分を除いたものとなる。
そして、前記制御装置は、前記第2信号波形生成手段により生成された第2の信号波形SW2の信号を前記ターボセンサから入力された信号として用い、前記実施の形態2のように当該信号に基づき前記過給機の回転数を認識する。これにより、前記過給機の固有振動数に起因する成分を除いた、より正確な過給機の回転数を得ることができる。
1 エンジン
5 クランク軸
10 エンジン本体
40 過給機
45 羽根車
45a 大羽根
45b 小羽根
51 ターボセンサ
52 クランク角センサ
53 アクセル開度センサ(負荷センサ)
60 制御装置
61 周期計測手段
62 周期差分算出手段
63 固有振動数算出手段
64 過給機回転数補正手段
71 燃料噴射装置
72 燃料噴射装置
73 燃料噴射装置
74 燃料噴射装置
81 爆発行程認識手段
82 気筒別ターボ回転速度検知手段
83 補正ターボ回転速度算出手段
84 平均ターボ回転速度算出手段
85 ターボ回転速度偏差算出手段
86 基準燃料噴射量算出手段
87 補正燃料噴射量算出手段
5 クランク軸
10 エンジン本体
40 過給機
45 羽根車
45a 大羽根
45b 小羽根
51 ターボセンサ
52 クランク角センサ
53 アクセル開度センサ(負荷センサ)
60 制御装置
61 周期計測手段
62 周期差分算出手段
63 固有振動数算出手段
64 過給機回転数補正手段
71 燃料噴射装置
72 燃料噴射装置
73 燃料噴射装置
74 燃料噴射装置
81 爆発行程認識手段
82 気筒別ターボ回転速度検知手段
83 補正ターボ回転速度算出手段
84 平均ターボ回転速度算出手段
85 ターボ回転速度偏差算出手段
86 基準燃料噴射量算出手段
87 補正燃料噴射量算出手段
Claims (5)
- エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の大羽根及び複数の小羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、
前記ターボセンサは、前記大羽根の通過に応じて第1振幅の第1信号を出力し、前記小羽根の通過に応じて第2振幅の第2信号を出力するものとされ、
前記制御装置は、前記第1又は第2信号の何れか一方に基づいて前記過給機の回転数を認識することを特徴とするエンジン。 - エンジン負荷を検出する負荷センサと、
クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサとをさらに備え、
前記制御装置は、
前記負荷センサからの信号に基づくエンジン負荷が所定値以下且つ前記クランク角センサからの信号に基づくエンジン回転数が所定回転数以上である場合に、前記ターボセンサから出力される前記第1信号及び前記第2信号の少なくとも一方の周期を計測する周期計測手段と、
前記周期計測手段により計測された最初の信号の周期に対する以後の信号の周期の差分を算出する周期差分算出手段と、
前記周期差分算出手段により算出された周期の差分に基づき前記過給機の固有振動数を算出する固有振動数算出手段とを有することを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 - 前記制御装置は、前記固有振動数算出手段により算出された前記過給機の固有振動数を用いて、前記過給機の回転数を補正することを特徴とする請求項2に記載のエンジン。
- 前記制御装置によって作動制御され、前記エンジン本体に設けられた複数の気筒にそれぞれ燃料を供給する複数の燃料噴射装置をさらに備え
前記クランク角センサは、前記クランク軸の軸線回り1回転に応じて複数のパルス信号を出力すると共に少なくとも一の気筒の作動状態を示す気筒状態信号を出力し、
前記制御装置は、
前記クランク角センサからの気筒状態信号に基づき前記複数の気筒のそれぞれの爆発行程を認識する爆発行程認識手段と、
前記複数の気筒の爆発行程毎のターボ回転速度を検知する気筒別ターボ回転速度検知手段と、
前記固有振動数算出手段により算出された前記過給機の固有振動数を用いて前記気筒別ターボ回転速度検知手段による検知結果を補正することによって前記各気筒に対応する補正ターボ回転速度を算出する補正ターボ回転速度算出手段と、
前記補正ターボ回転速度算出手段により算出された補正ターボ回転速度に基づき平均ターボ回転速度を算出する平均ターボ回転速度算出手段と、
前記補正ターボ回転速度算出手段及び前記平均ターボ回転速度算出手段による算出結果に基づき気筒毎のターボ回転速度偏差を算出するターボ回転速度偏差算出手段と、
前記負荷センサ及び前記クランク角センサからの検出信号に基づき前記複数の気筒の各々に供給すべき基準燃料噴射量を算出する基準燃料噴射量算出手段と、
予め記憶されているターボ回転速度偏差に応じた補正値で前記基準燃料噴射量を補正することによって前記複数の気筒のそれぞれに供給すべき補正燃料噴射量を算出する補正燃料噴射量算出手段とをさらに有し、
前記複数の気筒毎に算出された前記補正燃料噴射量を用いて前記複数の燃料噴射装置の作動制御を行うことを特徴とする請求項2記載のエンジン。 - エンジン本体と、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する過給機と、前記過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記ターボセンサの検出信号を入力する制御装置とを備え、前記過給機が周方向に配置された複数の羽根を含む羽根車を有しているエンジンであって、
前記ターボセンサは、前記羽根の通過に応じて信号を出力するものとされ、
前記制御装置は、前記ターボセンサから入力される信号のうち所定数の信号をカウントする毎に一つの信号を出力し、前記一つの信号に基づいて前記過給機の回転数を認識することを特徴とするエンジン。
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