內燃機、搭載該內燃機的車輛及該內燃機的控制方法

2023-09-22 23:19:50

內燃機、搭載該內燃機的車輛及該內燃機的控制方法
【專利摘要】本發明涉及內燃機、搭載有該內燃機的車輛及該內燃機的控制方法。該內燃機具備S/C(15)和T/C(14)，將檢測半掛車(1)所牽引的掛車(3)的牽引載荷(W1)的載荷傳感器(S1)配置於連接器(5a)，在該牽引載荷(W1)比預先確定的牽引判定值(Wn)重時，進行基於S/C(15)和T/C(14)的複合增壓，在牽引載荷(W1)為牽引判定值(Wn)以下時，進行僅T/C(14)的單一增壓，因此能夠進行與對車輛加載的載荷的增減相匹配的增壓。
【專利說明】內燃機、搭載該內燃機的車輛及該內燃機的控制方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及進行與對車輛加載的載荷的增減相匹配的增壓的內燃機、搭載該內燃機的車輛及該內燃機的控制方法。

【背景技術】
[0002]近年來，從物流的國際化或者大量輸送的觀點出發，海上輸送被頻繁進行，且輸送海上貨櫃的半掛車(牽引車輛)的運行被頻繁進行。此外，通過不僅利用船舶還利用鐵路等公共大量輸送網來進行貨櫃輸送，由此在陸上輸送中，通過限定地進行利用掛車的輸送，還能夠抑制成為地球溫暖化的原因的CO2的排出。
[0003]因此，利用半掛車的貨櫃輸送，可以考慮到從相對於船舶的卸載到貨櫃堆放場的貨櫃的移動、從貨櫃堆放場到鐵路貨櫃基地的輸送、從貨櫃堆放場到貨主的貨櫃的輸送。
[0004]此處，參照圖8對以往的半掛車進行說明。半掛車IX由裝載有貨櫃4等的掛車3以及牽引掛車3的牽引車2X構成，該牽引車2X為如下車輛:為了對裝載有貨櫃4等的掛車3進行牽引，而搭載有包括大排氣量的發動機主體IIX在內的發動機10X、以及包括大型的多級變速器21X在內的動力傳動系20X。為了提高該半掛車IX的燃料消耗率，近年來，對於發動機10X、動力傳動系20X發展尺寸減小、速度降低化。
[0005]利用半掛車IX對海上貨櫃4進行的輸送，通過進行與其他大量輸送手段相協作的輸送，能夠將輸送所花費的能量消耗抑制得較低。但是，由於掛車3的構造，能夠裝載的貨物形狀被限定為被標準化的海上貨櫃4或者以此為基準的貨物，因此在向搬送目的地輸送了貨物之後，在搬送目的地存在同樣的貨櫃4或者裝載有貨櫃4的掛車3的情況下，對它們進行牽引而返回到貨櫃堆放場或者港灣設施。但是，除此之外，會成為對未裝載貨櫃4的狀態的掛車3進行牽引而返回、或者使掛車3分離而僅通過牽引車2X進行行駛的某一個狀態。
[0006]以往，牽引掛車3的牽引車2X以對裝載有貨櫃4等的掛車3進行牽引為目的，因此在牽引車2X中搭載有大排氣量且輸出較高的發動機1X以及大型的多級變速器21X。但是，如上述那樣，在僅牽引車2X行駛、或者在對未裝載貨櫃4的狀態的掛車3進行牽引的狀態下的運行中，與搭載有貨櫃4的狀態相比，需要的發動機輸出明顯不同，在輸出較低的狀態下使用發動機10X。因此，不需要大型高輸出的發動機10X、設置在大型的多級變速器21X中的在裝載有貨櫃4的狀態下的起步時所需要的檔位。
[0007]S卩，在裝載有貨櫃4時的運行中，需要大排氣量、高輸出高扭矩的發動機1X和多級變速器21X，在僅為牽引車2X的運行或者未裝載貨櫃4的狀態下的運行中，能夠通過小排氣量發動機和小型多級變速器(另外，此處所說的小型多級變速器是指廢除在掛車上裝載有貨櫃的狀態下的起步時、過渡時(例如從低速開始加速時等)所使用的檔位，變速數量更少的變速器)來運行。
[0008]與上述情況相關聯，存在如下裝置:根據由載荷傳感開關檢測到的裝載時和空車時，來選擇增壓特性的控制模式，在空車時按照將噴射量減少大約20%程度的增壓特性模式來進行指示噴射量的控制(例如，參照專利文獻I)。
[0009]此外，還存在如下裝置:通過使用基於對小排氣量的發動機組合了高壓級渦輪增壓器和低壓級渦輪增壓器的兩級的渦輪系統、VGS (可變翼渦輪機構)等的組合的小排氣量且高增壓發動機，在發動機的工作區域整體實現高扭矩，實現燃料消耗率以及輸出的提高。
[0010]但是，在上述增壓中，由於利用廢氣能量，所以在從廢氣能量較少的怠速開始起步時的增壓、從穩定運轉狀態向過渡時的急劇轉變的增壓等中，產生渦輪增壓器的增壓響應延遲即渦輪滯後，由此產生在起步時以及過渡時產生扭矩不足等、產生煙等的問題。這些問題在裝載量的變化激烈的半掛車中尤為顯著。
[0011]此處，作為改善起步扭矩、改善過渡增壓特性的方法，可以考慮從發動機曲軸取出旋轉運動來進行增壓的機械增壓器(機械式增壓裝置；以下稱作S/C)的利用。但是，在通過S/C的增壓中，發動機運轉速度尤其在高速側有時會由於S/C的驅動損失而伴隨燃料消耗率惡化。
[0012]現有技術文獻
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開平10-122007號公報


【發明內容】

[0015]發明要解決的課題
[0016]本發明是鑑於上述問題而進行的，其目的在於提供一種內燃機、搭載該內燃機的車輛及該內燃機的控制方法，在牽引載荷或者裝載載荷較重時，進行基於機械增壓器和渦輪增壓器的兩級的複合增壓，此外，在牽引載荷或者裝載載荷較輕時，僅進行渦輪增壓器的單一增壓，由此能夠彌補重載荷時的扭矩不足，且提高輕載荷時的燃料消耗率，能夠實現尺寸減小、速度降低。
[0017]用於解決課題的手段
[0018]用於實現上述目的的本發明的內燃機為，具備機械增壓器和渦輪增壓器，該內燃機構成為，具備控制裝置，該控制裝置根據車輛所牽引的牽引載荷或者車輛所裝載的裝載載荷，來切換基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的複合增壓以及僅上述渦輪增壓器的單一增壓。
[0019]根據該構成，能夠根據對車輛加載的載荷即車輛所牽引的牽引載荷或者車輛所裝載的裝載載荷，來切換多個增壓方式。詳細來說，在對車輛加載的載荷較重時(以下，稱作重載荷時)，進行機械增壓器和渦輪增壓器的兩級的複合增壓。另一方面，在對車輛加載的載荷較輕時(以下，稱作輕載荷時)，進行僅基於渦輪增壓器的單一增壓。
[0020]由此，能夠彌補重載荷時的扭矩不足，且能夠提高輕載荷時的燃料消耗率，能夠實現尺寸減小、速度降低。此外，變速裝置也不需要高輸出且高扭矩用的檔位，因此能夠成為小型化。
[0021]例如，以半掛車為例進行說明。在牽引車(牽引車輛)對裝載有貨櫃(貨物)的掛車(被牽引車輛)進行牽引的情況下，在內燃機的起步時、過渡時(例如，從低速開始加速時等)的負載較高的狀態下，使用機械增壓器和渦輪增壓器的兩級的複合增壓，由此能夠實現起步時、過渡時的扭矩確保以及過渡增壓特性的改善，並能夠減少廢氣。此外，在牽引車未牽引掛車的情況、或者掛車未裝載貨櫃的情況下，使用僅基於渦輪增壓器的單一增壓，由此能夠抑制燃料消耗率的惡化。
[0022]另外，該機械增壓器是機械式增壓器，是主要從內燃機獲得驅動力的增壓器，渦輪增壓器是通過廢氣能量來驅動的增壓器。也可以在該渦輪增壓器中搭載VGS機構(可變翼渦輪機構)。
[0023]此外，在上述內燃機中，具備對上述牽引載荷或者上述裝載載荷進行檢測的載荷傳感器，上述控制裝置具備:載荷判定機構，判斷上述牽引載荷或者上述裝載載荷是否大於預先確定的判定值；複合增壓機構，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷大於上述判定值的情況下，根據車輛的運轉狀態進行基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的上述複合增壓；以及單一增壓機構，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷為上述判定值以下的情況下，進行僅上述渦輪增壓器的上述單一增壓；此時，通過根據載荷傳感器檢測到的牽引載荷或者裝載載荷來切換複合增壓和單一增壓，由此能夠抑制重載荷時的起步時、過渡時的扭矩不足以及與此相伴的廢氣的增加，並能夠防止輕載荷時的燃料消耗率的惡化。
[0024]另外，載荷傳感器為，在牽引車輛的情況下，只要能夠對牽引有被牽引車輛或者被牽引車輛的裝載狀態進行檢測即可，設置於連接被牽引車輛的連結部即連接器(第五輪)即可。此外，在貨物車輛的情況下，只要能夠對軸重、輪載荷進行檢測即可，設置於車軸、車輪軸等即可。
[0025]此處所說的牽引車輛是指半掛車、全掛車等，牽引載荷表示對牽引車輛加載的載荷、即牽引車輛牽引被牽引車輛時的載荷、對被牽引車輛裝載了貨物時的載荷。此外，貨物車輛是指卡車等，裝載載荷是指對貨物車輛加載的載荷、即裝載於貨物車輛的貨物的載荷。
[0026]並且，此處所說的車輛的運轉狀態表示內燃機的轉速、指示噴射量、車速、油門操作或者吸入空氣量等，例如對於渦輪增壓器和機械增壓器的切換，也可以使用基於內燃機的轉速和指示噴射量的映射、吸入空氣量的增減映射等。
[0027]此外，在上述內燃機中，具備在上述渦輪增壓器的廢氣的下遊側對廢氣進行回流的低壓EGR系統以及在上述渦輪增壓器的廢氣的上遊側對廢氣進行回流的高壓EGR系統，並且上述控制裝置具備如下機構:在通過上述複合增壓進行的基於上述機械增壓器的增壓時、以及通過上述單一增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，僅通過上述低壓EGR系統對廢氣進行回流，在通過上述複合增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，根據上述車輛的運轉狀況，通過上述低壓EGR系統和上述高壓EGR系統對廢氣進行回流；此時，能夠進行與上述增壓機構相匹配的EGR控制。
[0028]詳細來說，在包括輕載荷時在內的低負載時，進行僅基於渦輪增壓器的單一增壓，因此使用低壓EGR系統以使廢氣的全部量通過渦輪增壓器的渦輪機。此外，在包括重載荷時在內的高負載時，在機械增壓器的運轉區域中廢氣流量較少，因此使用低壓EGR系統，在渦輪增壓器的運轉區域中，在廢氣流量變多時使用高壓EGR系統。
[0029]由此，在包括輕載荷時在內的低負載時能夠高效地驅動渦輪增壓器而提高燃料消耗率，此外，在包括重載荷時在內的高負載時的機械增壓器的運轉區域中，使廢氣的全部量通過渦輪增壓器的渦輪機，由此能夠提早實現機械增壓器和渦輪增壓器的切換。
[0030]用於解決上述問題的車輛構成為，搭載有上述記載的內燃機。根據該構成，通過切換與對車輛加載的載荷相對應的增壓的內燃機，能夠獲得上述作用效果。此外，能夠搭載實現了尺寸減小、速度降低的內燃機以及小型化了的變速裝置，因此能夠進一步提高燃料消耗率，並且能夠降低製造成本。
[0031]此外，在上述記載的車輛中，由對裝載貨物的被牽引車輛進行牽引的牽引車輛形成，在與上述被牽引車輛的連結部配置載荷傳感器，該載荷傳感器對是否牽引有上述被牽引車輛以及在上述牽引車輛中是否裝載有上述貨物進行檢測；此時，能夠根據牽引載荷來切換複合增壓和單一增壓。尤其是，本發明能夠良好地應用於裝載載荷的變化劇烈的半掛車等，在牽引車與掛車的連結部即連接器(第五輪)設置載荷傳感器即可。
[0032]用於解決上述問題的內燃機的控制方法，是具備機械增壓器和渦輪增壓器的內燃機的控制方法，其特徵在於，根據車輛所牽引的牽引載荷或者裝載於車輛的裝載載荷，來切換基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的複合增壓以及僅上述渦輪增壓器的單一增壓。
[0033]此外，在上述內燃機的控制方法中，優選包括:載荷判定工序，判斷載荷傳感器檢測到的上述牽引載荷或者上述裝載載荷是否大於預先確定的判定值；複合增壓工序，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷大於上述判定值的情況下，根據車輛的運轉狀態進行基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的上述複合增壓；以及單一增壓工序，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷為上述判定值以下的情況下，進行僅上述渦輪增壓器的上述單一增壓。
[0034]此外，在上述內燃機的控制方法中優選為，在通過上述複合增壓進行的基於上述機械增壓器的增壓時、以及通過上述單一增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，僅通過在上述渦輪增壓器的廢氣的下遊側對廢氣進行回流的低壓EGR系統對廢氣進行回流，在通過上述複合增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，根據車輛的運轉狀況，通過上述低壓EGR系統和在上述渦輪增壓器的廢氣的上遊側對廢氣進行回流的高壓EGR系統對廢氣進行回流。
[0035]根據該方法，通過使用組合了機械增壓器和渦輪增壓器的兩級的複合增壓、以及僅基於渦輪增壓器的單一增壓，由此即便使內燃機小排氣量化也能夠實現起步時、過渡時的扭矩的提高、以及燃料消耗率的提高。此外，通過使用兩個EGR系統，由此能夠與上述增壓方法相匹配地對廢氣進行回流。
[0036]發明的效果
[0037]根據本發明，在對車輛加載的載荷較重的重載荷時，進行基於機械增壓器和渦輪增壓器的兩級的複合增壓，此外，在對車輛加載的載荷較輕的輕載荷時，進行僅基於渦輪增壓器的單一增壓，由此能夠彌補重載荷時的扭矩不足，且能夠提高輕載荷時的燃料消耗率。由此，能夠實現內燃機的尺寸減小、速度降低。此外，還能夠相應地實現變速裝置的小型化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是示意性地表示搭載有本發明的實施方式的內燃機的車輛的側視圖，(a)表示牽引車輛牽引裝載有貨物的被牽引車輛的狀態，(b)表示牽引車輛牽引被牽引車輛的狀態，(C)表示僅為牽引車輛的狀態。
[0039]圖2是表示本發明的實施方式的內燃機的概略圖,表示重載荷時的起步時或者過渡時的狀態。
[0040]圖3表示圖2的內燃機的重載荷時的通常行駛時的狀態。
[0041]圖4是表示本發明的實施方式的內燃機的控制方法的流程圖。
[0042]圖5表示圖2的內燃機的輕載荷時的行駛時的狀態。
[0043]圖6表示本發明的實施方式的內燃機的重載荷時的增壓切換映射。
[0044]圖7表示本發明的實施方式的內燃機的重載荷時的EGR切換映射。
[0045]圖8是示意性地表示搭載有以往的內燃機的車輛的側視圖。

【具體實施方式】
[0046]以下，參照附圖對本發明的實施方式的內燃機、搭載有該內燃機的車輛及該內燃機的控制方法進行說明。在本實施方式中，如圖1中(a)?(C)所示，半掛車(車輛)1具備牽引車(牽引車輛)2和掛車(被牽引車輛)3，在掛車3上裝載貨櫃(貨物)4。在本實施方式中，以半掛車I為例進行說明，但本發明也能夠良好地應用於裝載貨物而進行搬運的車輛，例如也能夠應用於作為牽引車輛的全掛車、在貨臺上裝載貨物的貨物車輛即卡本坐寸O
[0047]此外，作為設置於牽引車2的發動機(內燃機)10，以直列4氣缸的柴油發動機為例進行說明，但本發明並不限定於柴油發動機，也能夠應用於汽油發動機，其氣缸數、氣缸的排列不限定。另外，關於附圖，為了便於理解構成而使尺寸變化，各部件、各構件的板厚、寬度、長度等的比率也並不一定與實際製造的比率一致。
[0048]首先，參照圖1對搭載本發明的實施方式的內燃機的半掛車(車輛)1進行說明。該半掛車I為，代替圖8所示的以往的半掛車IX的發動機1X而具備圖1中(a)所示的能夠切換複合增壓和單一增壓的小排氣量的發動機10，代替圖8所示的動力傳動系20X的變速器21X而具備圖1中(a)所示的動力傳動系20的小型的變速器21，並且，在連結部5的連接器(第五輪)5a具備載荷傳感器SI。
[0049]此外，如圖2所示，該發動機10具備發動機主體11、E⑶(控制裝置)12、曲軸13、渦輪增壓器(以下稱作T/C) 14、機械增壓器(以下稱作S/C) 15、機械增壓器用離合器(以下稱作S/C用離合器)16a以及進氣切換閥17。
[0050]該發動機10的ECU12具備如下機構:根據載荷傳感器SI檢測的作用於牽引車2的牽引載荷Wl，通過S/C用離合器16a和進氣切換閥17來切換基於T/C14和S/C15的兩級的複合增壓以及僅基於T/C14的單一增壓。
[0051]如圖1中(a)所示，在牽引車2牽引掛車3且在掛車3上裝載有貨櫃4時(以下，稱作重載荷時)，在半掛車I的起步時或者過渡時(例如，是指從部分負載起的加速時、即從低速起的加速時、從怠速狀態起的加速時)，如圖2所示，通過將進氣切換閥17全閉並連接S/C用離合器16a，由此通過S/C15進行增壓，並且，根據車輛的運轉狀態對進氣切換閥17進行控制而使用S/C15和T/C14的雙方來進行增壓。另一方面，在通常行駛時(包括高速且高負載區域)，如圖3所示，通過將進氣切換閥17全開並切斷S/C用離合器16a，由此僅通過T/C14進行增壓。
[0052]此外，在如圖1中(b)所示那樣，雖然牽引車2牽引掛車3但在掛車3上未裝載貨櫃4時，或者在如圖1中(c)所示那樣，牽引車2未牽引掛車3時(以下，將圖1中(b)和圖1中(c)統稱為輕載荷時)，在全部的運轉區域中僅通過T/C14進行增壓。
[0053]根據該構成，通過根據由載荷傳感器SI檢測到的半掛車I的牽引載荷Wl來切換增壓方式，由此，在重載荷時使用T/C14和S/C15的兩級的複合增壓，由此能夠實現起步扭矩、加速時的扭矩的確保以及過渡增壓特性的改善。此外，在輕載荷時使用僅為T/C14的單一增壓，由此能夠抑制燃料消耗率的惡化。
[0054]尤其是，在對半掛車I加載的牽引載荷Wl較重時，使用T/C14和S/C15的兩級的複合增壓，由此能夠確保起步扭矩、加速時的扭矩，因此能夠實現發動機10的尺寸減小(小排氣量化)、速度降低，並能夠大幅度提高半掛車I的燃料消耗率。
[0055]此外，在需要高扭矩且高輸出的重載荷時的起步時、過渡時，進行基於S/C15的高增壓，由此在以往為必須的高扭矩且高輸出的齒輪比變得不必須，還能夠使變速器21小型化。
[0056]對上述發動機10進行更詳細的說明。如圖2所示，將發動機10產生的旋轉能量高效地傳遞至驅動輪6的動力傳動系20具備變速器21、離合器22、傳動軸23、差速器24以及驅動軸25。
[0057]此外，該發動機10具備排氣歧管(以下，稱作排氣歧管)31、廢氣的後處理裝置32、消聲器33、空氣濾清器34、進氣門35、中間冷卻器36以及進氣歧管(intake manifold ；以下稱作進氣歧管)37。通過被稱作排氣配管或者進氣配管的配管將各裝置進行接合，形成排氣通路Ex和進氣通路In。
[0058]此外，該發動機10具備低壓EGR系統(低壓排氣再循環系統；以下稱作LP-EGR) 41以及高壓EGR系統(高壓排氣再循環系統；以下稱作HP-EGR)42。LP-EGR41設置於T/C14的廢氣下遊側，具備LP-EGR冷卻器43和LP-EGR閥44。HP-EGR42設置於T/C14的廢氣上遊側，具備HP-EGR冷卻器45和HP-EGR閥46。
[0059]並且，E⑶12是被稱作發動機控制單元的控制裝置，是通過電氣迴路來綜合地進行負責發動機10的控制的電氣控制的微型控制器，ECU12連接有載荷傳感器S1、曲軸轉角傳感器S2、進氣壓力傳感器S3、排氣歧管壓力傳感器(以下，稱作排氣歧管壓力傳感器)S4、進氣歧管壓力傳感器(以下，稱作進氣歧管壓力傳感器)S5、包括車速傳感器和加速度傳感器的車輛傳感器S6、油門開度傳感器S7以及制動傳感器S8。
[0060]T/C14為如下裝置:配置於排氣歧管31的出口部，在渦輪機14a側接受廢氣能量，將該能量傳遞至同軸上的壓縮機14b來進行增壓。當在該T/C14中搭載根據廢氣量來對增壓狀態進行可變控制的VGS機構(可變翼渦輪機構)時，在進行輕載荷時的單一增壓的情況下，能夠與半掛車I的運轉狀態(起步時以及過渡時、通常行駛時等)相匹配地改變增壓量。此外，也可以在該T/C14中設置廢氣門。
[0061]S/C15是通過帶16b等來傳遞曲軸13的旋轉的裝置。在該S/C15與曲軸13之間設置有S/C用離合器16a，通過連接或者切斷該S/C用離合器16a，能夠對S/C15的驅動進行控制。另外，在本實施方式中，成為通過曲軸13的旋轉來進行驅動的構成，但也可以成為通過電動機來直接驅動的構成。
[0062]進氣切換閥17為，當全開時將來自T/C14的增壓朝進氣歧管37引導，當全閉時將來自S/C15的增壓朝進氣歧管37引導。從T/C14的壓縮機14b排出的吸入空氣，分支到朝向S/C15的通路InU以及不通過S/C15而直接經由中間冷卻器36到達進氣歧管37的通路In2，通過設置於直接到達中間冷卻器36的通路上的進氣切換閥17來進行通路Inl和In2的切換。
[0063]可以將該進氣切換閥17和S/C用離合器16a設定為，在將進氣切換閥17保持為全開狀態時切斷S/C用離合器16a，並且，能夠與進氣切換閥17的開閉無關地進行S/C用離合器16a的連接。並且,設定為，能夠根據半掛車I的運轉狀態、例如曲軸轉角傳感器S2檢測的發動機轉速Ne和指示噴射量Qf，來對進氣切換閥17進行控制。
[0064]後處理裝置32例如是DPF (柴油顆粒捕集過濾器)，是用於朝車外排放淨化後的廢氣的裝置。該後處理裝置32並不限定於上述構成，例如也可以在DPF的上遊側追加配置有DOC (柴油機用氧化催化劑)的連續再生式DPF、在DPF的下遊側追加尿素SCR催化劑(尿素選擇性還原催化劑)。
[0065]LP-EGR41是在重載荷時的通過S/C15的增壓時、輕載荷時的僅通過T/C14的增壓時使用的系統，HP-EGR42是在重載荷時的廢氣量較多的區域(包括T/C14的運轉區域在內的區域)使用的系統。
[0066]該LP-EGR41和HP-EGR42根據發動機10的運轉狀態(發動機轉速Ne、指示噴射量Qf等)、其EGR狀態(EGR率等)，對設置於各個EGR通路上的LP-EGR閥44或者HP-EGR閥46進行控制，由此對廢氣的回流量進行調整。
[0067]各裝置的配置並不限定於上述構成。例如，也可以將進氣門35配置在中間冷卻器36與進氣歧管37之間，並且，也可以將LP-EGR41的廢氣的回流出口與進氣歧管37附近的進氣配管連接。
[0068]載荷傳感器SI內置於牽引車2與掛車3的連結部5即連接器5a，是對加載於牽引車2的載荷狀態進行測定的傳感器。在本實施方式中，設置於連接器5a，對加載於牽引車2的牽引載荷Wl進行檢測，但在代替半掛車I而將本發明應用於卡車等貨物車輛的情況下，可以將該載荷傳感器SI例如設置於加載貨物的裝載載荷的車軸、底盤。
[0069]通過該載荷傳感器SI來判定牽引車2和掛車3的牽引狀態、或者掛車3的貨櫃4的裝載狀態，並通過ECU12來判定車輛運行時所需要的發動機負載狀態(重載荷時或者輕載荷時)。此外，在本實施方式中，接收油門踏板Pl和制動踏板P2的操作信號、以及各傳感器SI?S8檢測的信號，並控制發動機主體11的未圖示的噴射器的指示噴射量Qf、在T/C14的渦輪機14a中通過的廢氣量、S/C用離合器16a的連接和切斷、進氣切換閥17的開閉、進氣門35的開度的調整、LP-EGR閥44的開閉以及HP-EGR閥46的開閉。
[0070]接著，參照圖2?圖7對本發明的實施方式的發動機10的動作進行說明。如圖4的流程圖所示，首先，進行載荷傳感器SI取得牽引載荷Wl的步驟S10。該步驟SlO可以設定為，在連接器5a上連結了轉向主銷5b時進行。
[0071]接著，進行判定牽引載荷Wl是否比預先確定的牽引判定值Wn重的步驟S20。該牽引判定值fc設定為，成為能夠判定在牽引車2上連結了掛車3的基準。
[0072]例如，當將該牽引判定值Wn設定為未裝載貨櫃4的掛車3的載荷時，能夠將牽引載荷Wl小於牽引判定值Wn的情況判定為牽引車2未牽引掛車3的狀態，將牽引載荷Wl等於牽引判定值Wn的情況判定為牽引車2牽引有未裝載貨櫃4的掛車3的狀態，將牽引載荷Wl大於牽引判定值Wn的情況判定為牽引車2牽引有裝載有貨櫃4的掛車3的狀態。
[0073]在步驟S20中，在牽引載荷Wl比牽引判定值Wn輕的情況下，判定為在牽引車2上未連結掛車3的狀態、即未牽引掛車3的狀態，接著，進行按照發動機控制映射Ml來控制發動機10的步驟S30。
[0074]如圖5所示，該發動機控制映射Ml是用於控制進行僅為T/C14的單一增壓的單一增壓機構、以及僅通過LP-EGR41對廢氣進行回流的機構的映射。在未牽引掛車3的狀態、即輕載荷時，起步時的需要扭矩較低，並且比通常行駛時、再加速時等的需要扭矩還低，作用於半掛車I的負載狀態是總體較低的狀態。
[0075]因此，通過將進氣切換閥17保持為全開狀態並切斷S/C用離合器16a，由此進行僅為T/C14的單一增壓。該S/C用離合器16a的切斷控制為，將進氣切換閥17控制為全閉，將該進氣切換閥17的全閉信號傳遞到E⑶12，從E⑶12朝S/C用離合器16a發送切斷信號。
[0076]此外，此時，當將HP-EGR42的HP-EGR閥46全閉並打開LP-EGR41的LP-EGR閥44而對廢氣的回流進行控制時，能夠使廢氣的全部量通過T/C14，能夠高效地進行T/C14的增壓。
[0077]在步驟S20中，在牽引載荷Wl等於牽引判定值Wn的情況下，如圖4所示，判定為在牽引車2上連結有未裝載貨櫃4的掛車3的狀態，接著，進行按照發動機控制映射M2來控制發動機10的步驟S40。
[0078]如圖5所示，該發動機控制映射M2是用於控制進行僅為T/C14的單一增壓的單一增壓機構、以及僅通過LP-EGR41對廢氣進行回流的機構的映射。如通過上述發動機控制映射Ml說明了的那樣，在未裝載貨櫃4的狀態下，起步時的需要扭矩較低，並且比通常行駛時、再加速時等的需要扭矩還低，作用於半掛車I的負載狀態與裝載狀態相比較變低。
[0079]因此，將進氣切換閥17保持為全開狀態並切斷S/C用離合器16a，進行僅為T/C14的單一增壓。該S/C用離合器16a的切斷控制為，將進氣切換閥17控制為全閉，將該進氣切換閥17的全閉信號傳遞到E⑶12，從E⑶12朝S/C用離合器16a發送切斷信號。
[0080]此外，此時，將HP-EGR42的HP-EGR閥46全閉並打開LP-EGR41的LP-EGR閥44，而對廢氣的回流進行控制。由此，能夠使廢氣的全部量通過T/C14。
[0081 ] 在步驟S20中，在牽引載荷Wl比牽弓丨判定值Wn重的情況下，判定為在掛車3上裝載有貨櫃4的狀態，接著，進行按照發動機控制映射M3來控制發動機10的步驟S50。
[0082]如圖2和圖3所示，該發動機控制映射M3是用於控制進行基於S/C15和T/C14的兩級的複合增壓的複合增壓機構、以及基於LP-EGR41和HP-EGR42的兩級的對廢氣進行回流的機構的映射。
[0083]該基於S/C15和T/C14的兩級的複合增壓，是如圖2所示那樣重載荷時的起步時以及過渡時的基於S/C15的增壓、以及如圖3所示那樣重載荷時的通常行駛時的基於T/C14的增壓。此外，基於LP-EGR41和HP-EGR42的兩級的廢氣的回流，是圖2所示的廢氣流量較少時的基於LP-EGR41的廢氣的回流、以及圖5所示的廢氣流量較多時的基於HP-EGR42的廢氣的回流。
[0084]首先，參照圖2對重載荷時的起步時以及過渡時進行說明。在重載荷時的起步時以及過渡時，廢氣流量較少而廢氣的能量較低，因此通過T/C14無法進行充分的增壓。因此，通過連接S/C用離合器16a，來進行基於S/C15的增壓。
[0085]優選為，在從發動機10的停止時起的起步時，可以將進氣切換閥17全閉而連接S/C用離合器16a，在從發動機10的怠速狀態、低速側起的加速時，可以與進氣切換閥17的開閉角度無關地連接S/C16a。
[0086]此外，ECU12打開LP-EGR閥44、關閉HP-EGR閥46，將通過T/C14的渦輪機14a並由後處理裝置32處理後的EGR氣體朝發動機主體11供給。此時，根據基於EGR率的EGR映射，通過進氣門35和LP-EGR閥44的開度對EGR氣體量進行調整。
[0087]接著，參照圖3對重載荷時的通常行駛時進行說明。在重載荷時的通常行駛時或者高速行駛時，廢氣流量較多而廢氣的能量較高，因此僅通過T/C14進行增壓。因此，ECU12將進氣切換閥17全開並切斷S/C用離合器16a。此時，可以通過設置於T/C14的VGS機構對增壓壓力進行控制。
[0088]此外，E⑶12根據半掛車I的運轉狀態、例如發動機轉速Ne和指示噴射量Qf，關閉LP-EGR閥44並打開HP-EGR閥46，通過HP-EGR42將EGR氣體朝發動機主體11供給。
[0089]此處，參照圖6對S/C15的增壓和T/C14的增壓的切換進行補充說明。該映射M4是以發動機轉速Ne和指示噴射量Qf為基礎的增壓切換映射M4，表示S/C15和T/C14的同時運轉區域即Al、以及T/C14的運轉區域即A2。
[0090]在運轉區域Al中，在連接了 S/C用離合器16a的狀態下，對進氣切換閥17進行控制，通過開閉控制對S/C15和T/C14的增壓狀態進行控制。可以與通過T/C14的渦輪機14a的廢氣流量相匹配地對此時的進氣切換閥17進行控制，例如，在發動機轉速Ne或者指示噴射量Qf較低的情況下可以朝全閉側控制，在發動機轉速Ne或者指示噴射量Qf較高的情況下可以朝全開側控制。
[0091]在本實施方式中，判定根據曲軸轉角傳感器S2檢測的信號計算的發動機轉速Ne、指示噴射量Qf處於增壓切換映射M4的哪個區域，而對S/C用離合器16a和進氣切換閥17進行控制。
[0092]接著，參照圖7對LP-EGR41和HP-EGR42的切換進行補充說明。該映射M5表示EGR切換映射M5，表示LP-EGR41的工作區域即BI和HP-EGR42的工作區域即B2。
[0093]該工作區域BI和工作區域B2的邊界，是由排氣歧管壓力傳感器S4檢測的排氣歧管內壓力與由進氣歧管壓力傳感器S5檢測的進氣歧管內壓力變得相等的狀態。S卩，從LP-EGR41朝HP-EGR42切換的定時，是排氣歧管內壓力變得大於進氣歧管內壓力時。由此，在廢氣流量較少的狀態下，能夠通過LP-EGR41來供給EGR氣體，在廢氣流量較多的狀態下，能夠通過HP-EGR42來供給EGR氣體。
[0094]基本上，在S/C15和T/C14的兩級的複合增壓的區域中，通過LP-EGR41對廢氣進行回流，在僅為T/C14的單一增壓的區域中，通過HP-EGR42對廢氣進行回流。其原因為，在S/C15的增壓區域中，機械地進行增壓，因此進氣歧管內壓力變得高於排氣歧管內壓力，通過HP-EGR42無法充分對廢氣進行回流。
[0095]此外，當在T/C14的增壓區域的高速高負載區域中通過LP-EGR41對廢氣進行回流時，排氣歧管內壓力上升，由此發動機主體11的泵損失上升。因此,需要通過HP-EGR42來降低排氣歧管內壓力。基於該EGR切換映射M5的切換有時根據T/C14的選定而不同。
[0096]接著，在上述補充說明的基礎上，以從重載荷時的怠速狀態起加速並朝通常行駛轉移的狀態為例進行說明。首先，在怠速狀態下，為將進氣切換閥17全閉並切斷S/C用離合器16a的狀態，S/C15為不旋轉的狀態。接著，當通過設置於油門踏板Pl的油門開度傳感器S7檢測到油門開啟(ON)時，將該信號朝ECU12傳遞，並由ECU12傳遞連接S/C用離合器16a的信號。
[0097]接著，通過油門踏板Pl的操作，由此在發動機轉速Ne上升的同時立即開始基於S/C15的增壓，增壓壓力上升。此外，此時，在S/C15的運轉區域中，使用LP-EGR41，根據基於EGR率的EGR映射，通過LP-EGR閥44的開度進行調整。
[0098]由此，在重載荷時的起步時、過渡時的廢氣流量較少的狀態時，能夠進行基於S/C15的增壓，因此能夠抑制增壓的響應延遲、即渦輪滯後的產生，能夠實現起步時的扭矩的提聞、從極低速起的加速性的提聞。
[0099]當發動機轉速Ne變大時，根據以發動機轉速Ne和指示噴射量Qf為基礎的增壓切換映射M4，對進氣切換閥17進行控制。當發動機轉速Ne以及指示噴射量Qf變高，並與此相伴隨而成為廢氣能量較高的狀態時，ECU12進一步打開進氣切換閥17，當進氣切換閥17成為全開時，切斷S/C用離合器16a。
[0100]由此，進行僅基於T/C14的增壓。此外，當廢氣流量變多時，根據EGR切換映射M5，ECU12關閉LP-EGR閥44並打開HP-EGR閥46，通過HP-EGR系統42對EGR氣體進行回流。
[0101]此外，在廢氣流量較多的區域，能夠不使用S/C15而使用通過廢氣能量驅動的T/C14,能夠抑制因持續驅動S/C15而產生的燃料消耗率的惡化。並且，在廢氣能量較高的狀態下，能夠使用能夠比LP-EGR41更穩定地供給EGR氣體的HP-EGR42。
[0102]與設置於T/C14的廢氣下遊側的LP-EGR41相比，該HP-EGR42在T/C14的廢氣上遊偵彳、且EGR氣體的供給路徑更短，因此能夠防止T/C14的壓縮機、排氣管的內部腐蝕，並且能夠防止燃料消耗率的惡化。
[0103]在通過油門踏板Pl的操作等而從通常運行狀態朝加速運行轉移的情況下，根據該狀態來連接S/C用離合器16a，通過基於S/C15的增壓、或者進氣切換閥17的控制，來進行基於S/C15和T/C14的兩級的複合增壓。
[0104]通過上述動作，根據半掛車I的牽引載荷W1，判定重載荷時和輕載荷時，在重載荷時的起步時以及過渡時，進行基於S/C15的增壓，在重載荷時的通常行駛時和輕載荷時的行駛時，進行基於T/C14的增壓，由此能夠實現發動機10的尺寸減小。此外，還能夠使變速器21最佳化。
[0105]詳細來說，在重載荷時，進行S/C15和T/C14的兩級的複合增壓，由此能夠實現起步扭矩以及低速側的扭矩增大，能夠減少廢氣。此外，在輕載荷時，切斷驅動S/C15的S/C用離合器16a，S/C15的驅動所需要的驅動力消失，因此能夠實現燃料消耗率改善。
[0106]另外，在本實施方式中，按照以根據曲軸轉角傳感器S2檢測的信號計算的發動機轉速Ne、以及從噴射器噴射的指示噴射量Qf為基礎的增壓切換映射M4，對進氣切換閥17進行控制，但對增壓器的運轉進行切換的方法並不限定於上述方法。例如，也可以使用根據進氣門35的開度、空燃比等計算指示噴射量Qf的方法。
[0107]此外，當通過設置於制動踏板P2的制動傳感器S8檢測到制動器工作(ON)或者通過車輛傳感器S6檢測到車速成為零時，將進氣切換閥17控制為全閉。由此，在從怠速狀態等進行重新起動時，能夠順暢地進行上述動作。
[0108]並且，優選為，在進行僅為T/C14的單一增壓時，通過設置於T/C14的VGS機構來進行與半掛車I的運轉狀態相匹配的增壓。
[0109]進而，作為判定半掛車I所牽引的牽引載荷Wl的載荷判定機構，在本實施方式中，將牽引載荷Wl與預先確定的牽引判定值Wn進行比較來進行判定，但例如也可以使用判定牽引車2是否牽引有掛車3的步驟、以及判定在掛車3上是否裝載有貨櫃4的步驟的多個判定方法。此外，在卡車等貨物車輛的情況下，使用預先確定的裝載判定值來進行判定，但在該情況下，只要能夠判定是否裝載有貨物即可。
[0110]搭載上述發動機10的半掛車I根據對半掛車I加載的牽引載荷Wl來切換增壓方式，由此能夠獲得上述作用效果。此外，能夠搭載實現了尺寸減小、速度降低的發動機10以及小型化了的變速器21，因此能夠進一步提高燃料消耗率，並且能夠減少製造成本。
[0111]本發明也能夠應用於裝載貨物且其裝載狀態的變化較大的平板類型的卡車等。
[0112]產業上的可利用性
[0113]本發明的內燃機根據車輛所牽引的牽引載荷或者裝載於車輛的裝載載荷，來切換基於機械增壓器和渦輪增壓器的複合增壓以及僅渦輪增壓器的單一增壓，由此能夠實現內燃機的尺寸減小，因此尤其能夠利用於裝載狀態的變化較大的半掛車、平板類型的卡車等車輛。
[0114]符號的說明:
[0115]I半掛車(車輛)
[0116]2牽引車(牽引車輛)
[0117]3掛車(被牽引車輛)
[0118]4貨櫃(貨物)
[0119]5連結部
[0120]5a連接器(第五輪)
[0121]5b轉向主銷
[0122]10發動機(內燃機)
[0123]11發動機主體
[0124]12 ECU (控制裝置)
[0125]13 曲軸
[0126]14渦輪增壓器(T/C)
[0127]15機械增壓器(S/C)
[0128]16a機械增壓器用離合器(S/C用離合器)
[0129]17進氣切換閥
[0130]20動力傳動系
[0131]21變速器(變速裝置)
[0132]31 排氣歧管(exhaust manifold)
[0133]32廢氣後處理裝置
[0134]33消聲器
[0135]34空氣濾清器
[0136]35進氣門
[0137]36中間冷卻器
[0138]37 進氣歧管(inlet manifold)
[0139]41 LP-EGR (低壓 EGR 系統)
[0140]42 HP-EGR (高壓 EGR 系統)
[0141]43 LP-EGR冷卻器(第一 EGR冷卻器)
[0142]44LP-EGR 閥(第一 EGR 閥)
[0143]45HP-EGR冷卻器(第二 EGR冷卻器)
[0144]46HP-EGR 閥(第二 EGR 閥)
[0145]SI載荷傳感器
【權利要求】
1.一種內燃機，具備機械增壓器和渦輪增壓器，其特徵在於， 具備控制裝置，該控制裝置根據車輛所牽引的牽引載荷或者車輛所裝載的裝載載荷，來切換基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的複合增壓以及僅上述渦輪增壓器的單一增壓。
2.如權利要求1所述的內燃機，其特徵在於， 具備對上述牽引載荷或者上述裝載載荷進行檢測的載荷傳感器， 上述控制裝置具備: 載荷判定機構，判斷上述牽引載荷或者上述裝載載荷是否大於預先確定的判定值； 複合增壓機構，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷大於上述判定值的情況下，根據車輛的運轉狀態進行基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的上述複合增壓；以及 單一增壓機構，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷為上述判定值以下的情況下，進行僅上述渦輪增壓器的上述單一增壓。
3.如權利要求1或2所述的內燃機，其特徵在於， 具備在上述渦輪增壓器的廢氣的下遊側對廢氣進行回流的低壓￡(?系統以及在上述渦輪增壓器的廢氣的上遊側對廢氣進行回流的高壓￡(?系統， 並且，上述控制裝置具備如下機構:在通過上述複合增壓進行的基於上述機械增壓器的增壓時、以及通過上述單一增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，僅通過上述低壓￡(?系統對廢氣進行回流，在通過上述複合增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，根據上述車輛的運轉狀況，通過上述低壓￡(?系統和上述高壓￡(?系統對廢氣進行回流。
4.一種車輛，其特徵在於， 搭載如權利要求1?3中任一項所述的內燃機。
5.一種車輛，其特徵在於， 由對裝載貨物的被牽引車輛進行牽引的牽引車輛形成如權利要求4所述的車輛， 在與上述被牽引車輛的連結部配置載荷傳感器，該載荷傳感器對是否牽引有上述被牽弓丨車輛或者在上述牽弓I車輛中是否裝載有上述貨物進行檢測。
6.一種內燃機的控制方法，是具備機械增壓器和渦輪增壓器的內燃機的控制方法，其特徵在於， 根據車輛所牽引的牽引載荷或者裝載於車輛的裝載載荷，來切換基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的複合增壓以及僅上述渦輪增壓器的單一增壓。
7.如權利要求6所述的內燃機的控制方法，其特徵在於，包括: 載荷判定工序，判斷載荷傳感器檢測到的上述牽引載荷或者上述裝載載荷是否大於預先確定的判定值； 複合增壓工序，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷大於上述判定值的情況下，根據車輛的運轉狀態進行基於上述機械增壓器和上述渦輪增壓器的上述複合增壓；以及 單一增壓工序，在上述牽引載荷或者上述裝載載荷為上述判定值以下的情況下，進行僅上述渦輪增壓器的上述單一增壓。
8.如權利要求6或7所述的內燃機的控制方法，其特徵在於， 在通過上述複合增壓進行的基於上述機械增壓器的增壓時、以及通過上述單一增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，僅通過在上述渦輪增壓器的廢氣的下遊側對廢氣進行回流的低壓￡(?系統對廢氣進行回流， 在通過上述複合增壓進行的基於上述渦輪增壓器的增壓時，根據車輛的運轉狀況，通過上述低壓￡(?系統和在上述渦輪增壓器的廢氣的上遊側對廢氣進行回流的高壓￡(?系統對廢氣進行回流。
【文檔編號】F02D21/08GK104364491SQ201380031718
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年6月14日 優先權日:2012年6月28日
【發明者】伊東光 申請人:五十鈴自動車株式會社