内燃机、搭载该内燃机的车辆及该内燃机的控制方法
【专利摘要】本发明涉及内燃机、搭载有该内燃机的车辆及该内燃机的控制方法。该内燃机具备S/C(15)和T/C(14)，将检测半挂车(1)所牵引的挂车(3)的牵引载荷(W1)的载荷传感器(S1)配置于连接器(5a)，在该牵引载荷(W1)比预先确定的牵引判定值(Wn)重时，进行基于S/C(15)和T/C(14)的复合增压，在牵引载荷(W1)为牵引判定值(Wn)以下时，进行仅T/C(14)的单一增压，因此能够进行与对车辆加载的载荷的增减相匹配的增压。
【专利说明】内燃机、搭载该内燃机的车辆及该内燃机的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及进行与对车辆加载的载荷的增减相匹配的增压的内燃机、搭载该内燃机的车辆及该内燃机的控制方法。
【背景技术】
[0002]近年来，从物流的国际化或者大量输送的观点出发，海上输送被频繁进行，且输送海上集装箱的半挂车(牵引车辆)的运行被频繁进行。此外，通过不仅利用船舶还利用铁路等公共大量输送网来进行集装箱输送，由此在陆上输送中，通过限定地进行利用挂车的输送，还能够抑制成为地球温暖化的原因的CO2的排出。
[0003]因此，利用半挂车的集装箱输送，可以考虑到从相对于船舶的卸载到集装箱堆放场的集装箱的移动、从集装箱堆放场到铁路集装箱基地的输送、从集装箱堆放场到货主的集装箱的输送。
[0004]此处，参照图8对以往的半挂车进行说明。半挂车IX由装载有集装箱4等的挂车3以及牵引挂车3的牵引车2X构成，该牵引车2X为如下车辆:为了对装载有集装箱4等的挂车3进行牵引，而搭载有包括大排气量的发动机主体IIX在内的发动机10X、以及包括大型的多级变速器21X在内的动力传动系20X。为了提高该半挂车IX的燃料消耗率，近年来，对于发动机10X、动力传动系20X发展尺寸减小、速度降低化。
[0005]利用半挂车IX对海上集装箱4进行的输送，通过进行与其他大量输送手段相协作的输送，能够将输送所花费的能量消耗抑制得较低。但是，由于挂车3的构造，能够装载的货物形状被限定为被标准化的海上集装箱4或者以此为基准的货物，因此在向搬送目的地输送了货物之后，在搬送目的地存在同样的集装箱4或者装载有集装箱4的挂车3的情况下，对它们进行牵引而返回到集装箱堆放场或者港湾设施。但是，除此之外，会成为对未装载集装箱4的状态的挂车3进行牵引而返回、或者使挂车3分离而仅通过牵引车2X进行行驶的某一个状态。
[0006]以往，牵引挂车3的牵引车2X以对装载有集装箱4等的挂车3进行牵引为目的，因此在牵引车2X中搭载有大排气量且输出较高的发动机1X以及大型的多级变速器21X。但是，如上述那样，在仅牵引车2X行驶、或者在对未装载集装箱4的状态的挂车3进行牵引的状态下的运行中，与搭载有集装箱4的状态相比，需要的发动机输出明显不同，在输出较低的状态下使用发动机10X。因此，不需要大型高输出的发动机10X、设置在大型的多级变速器21X中的在装载有集装箱4的状态下的起步时所需要的档位。
[0007]S卩，在装载有集装箱4时的运行中，需要大排气量、高输出高扭矩的发动机1X和多级变速器21X，在仅为牵引车2X的运行或者未装载集装箱4的状态下的运行中，能够通过小排气量发动机和小型多级变速器(另外，此处所说的小型多级变速器是指废除在挂车上装载有集装箱的状态下的起步时、过渡时(例如从低速开始加速时等)所使用的档位，变速数量更少的变速器)来运行。
[0008]与上述情况相关联，存在如下装置:根据由载荷传感开关检测到的装载时和空车时，来选择增压特性的控制模式，在空车时按照将喷射量减少大约20%程度的增压特性模式来进行指示喷射量的控制(例如，参照专利文献I)。
[0009]此外，还存在如下装置:通过使用基于对小排气量的发动机组合了高压级涡轮增压器和低压级涡轮增压器的两级的涡轮系统、VGS (可变翼涡轮机构)等的组合的小排气量且高增压发动机，在发动机的工作区域整体实现高扭矩，实现燃料消耗率以及输出的提高。
[0010]但是，在上述增压中，由于利用废气能量，所以在从废气能量较少的怠速开始起步时的增压、从稳定运转状态向过渡时的急剧转变的增压等中，产生涡轮增压器的增压响应延迟即涡轮滞后，由此产生在起步时以及过渡时产生扭矩不足等、产生烟等的问题。这些问题在装载量的变化激烈的半挂车中尤为显著。
[0011]此处，作为改善起步扭矩、改善过渡增压特性的方法，可以考虑从发动机曲轴取出旋转运动来进行增压的机械增压器(机械式增压装置；以下称作S/C)的利用。但是，在通过S/C的增压中，发动机运转速度尤其在高速侧有时会由于S/C的驱动损失而伴随燃料消耗率恶化。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1:日本特开平10-122007号公报
【发明内容】
[0015]发明要解决的课题
[0016]本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种内燃机、搭载该内燃机的车辆及该内燃机的控制方法，在牵引载荷或者装载载荷较重时，进行基于机械增压器和涡轮增压器的两级的复合增压，此外，在牵引载荷或者装载载荷较轻时，仅进行涡轮增压器的单一增压，由此能够弥补重载荷时的扭矩不足，且提高轻载荷时的燃料消耗率，能够实现尺寸减小、速度降低。
[0017]用于解决课题的手段
[0018]用于实现上述目的的本发明的内燃机为，具备机械增压器和涡轮增压器，该内燃机构成为，具备控制装置，该控制装置根据车辆所牵引的牵引载荷或者车辆所装载的装载载荷，来切换基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的复合增压以及仅上述涡轮增压器的单一增压。
[0019]根据该构成，能够根据对车辆加载的载荷即车辆所牵引的牵引载荷或者车辆所装载的装载载荷，来切换多个增压方式。详细来说，在对车辆加载的载荷较重时(以下，称作重载荷时)，进行机械增压器和涡轮增压器的两级的复合增压。另一方面，在对车辆加载的载荷较轻时(以下，称作轻载荷时)，进行仅基于涡轮增压器的单一增压。
[0020]由此，能够弥补重载荷时的扭矩不足，且能够提高轻载荷时的燃料消耗率，能够实现尺寸减小、速度降低。此外，变速装置也不需要高输出且高扭矩用的档位，因此能够成为小型化。
[0021]例如，以半挂车为例进行说明。在牵引车(牵引车辆)对装载有集装箱(货物)的挂车(被牵引车辆)进行牵引的情况下，在内燃机的起步时、过渡时(例如，从低速开始加速时等)的负载较高的状态下，使用机械增压器和涡轮增压器的两级的复合增压，由此能够实现起步时、过渡时的扭矩确保以及过渡增压特性的改善，并能够减少废气。此外，在牵引车未牵引挂车的情况、或者挂车未装载集装箱的情况下，使用仅基于涡轮增压器的单一增压，由此能够抑制燃料消耗率的恶化。
[0022]另外，该机械增压器是机械式增压器，是主要从内燃机获得驱动力的增压器，涡轮增压器是通过废气能量来驱动的增压器。也可以在该涡轮增压器中搭载VGS机构(可变翼涡轮机构)。
[0023]此外，在上述内燃机中，具备对上述牵引载荷或者上述装载载荷进行检测的载荷传感器，上述控制装置具备:载荷判定机构，判断上述牵引载荷或者上述装载载荷是否大于预先确定的判定值；复合增压机构，在上述牵引载荷或者上述装载载荷大于上述判定值的情况下，根据车辆的运转状态进行基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的上述复合增压；以及单一增压机构，在上述牵引载荷或者上述装载载荷为上述判定值以下的情况下，进行仅上述涡轮增压器的上述单一增压；此时，通过根据载荷传感器检测到的牵引载荷或者装载载荷来切换复合增压和单一增压，由此能够抑制重载荷时的起步时、过渡时的扭矩不足以及与此相伴的废气的增加，并能够防止轻载荷时的燃料消耗率的恶化。
[0024]另外，载荷传感器为，在牵引车辆的情况下，只要能够对牵引有被牵引车辆或者被牵引车辆的装载状态进行检测即可，设置于连接被牵引车辆的连结部即连接器(第五轮)即可。此外，在货物车辆的情况下，只要能够对轴重、轮载荷进行检测即可，设置于车轴、车轮轴等即可。
[0025]此处所说的牵引车辆是指半挂车、全挂车等，牵引载荷表示对牵引车辆加载的载荷、即牵引车辆牵引被牵引车辆时的载荷、对被牵引车辆装载了货物时的载荷。此外，货物车辆是指卡车等，装载载荷是指对货物车辆加载的载荷、即装载于货物车辆的货物的载荷。
[0026]并且，此处所说的车辆的运转状态表示内燃机的转速、指示喷射量、车速、油门操作或者吸入空气量等，例如对于涡轮增压器和机械增压器的切换，也可以使用基于内燃机的转速和指示喷射量的映射、吸入空气量的增减映射等。
[0027]此外，在上述内燃机中，具备在上述涡轮增压器的废气的下游侧对废气进行回流的低压EGR系统以及在上述涡轮增压器的废气的上游侧对废气进行回流的高压EGR系统，并且上述控制装置具备如下机构:在通过上述复合增压进行的基于上述机械增压器的增压时、以及通过上述单一增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，仅通过上述低压EGR系统对废气进行回流，在通过上述复合增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，根据上述车辆的运转状况，通过上述低压EGR系统和上述高压EGR系统对废气进行回流；此时，能够进行与上述增压机构相匹配的EGR控制。
[0028]详细来说，在包括轻载荷时在内的低负载时，进行仅基于涡轮增压器的单一增压，因此使用低压EGR系统以使废气的全部量通过涡轮增压器的涡轮机。此外，在包括重载荷时在内的高负载时，在机械增压器的运转区域中废气流量较少，因此使用低压EGR系统，在涡轮增压器的运转区域中，在废气流量变多时使用高压EGR系统。
[0029]由此，在包括轻载荷时在内的低负载时能够高效地驱动涡轮增压器而提高燃料消耗率，此外，在包括重载荷时在内的高负载时的机械增压器的运转区域中，使废气的全部量通过涡轮增压器的涡轮机，由此能够提早实现机械增压器和涡轮增压器的切换。
[0030]用于解决上述问题的车辆构成为，搭载有上述记载的内燃机。根据该构成，通过切换与对车辆加载的载荷相对应的增压的内燃机，能够获得上述作用效果。此外，能够搭载实现了尺寸减小、速度降低的内燃机以及小型化了的变速装置，因此能够进一步提高燃料消耗率，并且能够降低制造成本。
[0031]此外，在上述记载的车辆中，由对装载货物的被牵引车辆进行牵引的牵引车辆形成，在与上述被牵引车辆的连结部配置载荷传感器，该载荷传感器对是否牵引有上述被牵引车辆以及在上述牵引车辆中是否装载有上述货物进行检测；此时，能够根据牵引载荷来切换复合增压和单一增压。尤其是，本发明能够良好地应用于装载载荷的变化剧烈的半挂车等，在牵引车与挂车的连结部即连接器(第五轮)设置载荷传感器即可。
[0032]用于解决上述问题的内燃机的控制方法，是具备机械增压器和涡轮增压器的内燃机的控制方法，其特征在于，根据车辆所牵引的牵引载荷或者装载于车辆的装载载荷，来切换基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的复合增压以及仅上述涡轮增压器的单一增压。
[0033]此外，在上述内燃机的控制方法中，优选包括:载荷判定工序，判断载荷传感器检测到的上述牵引载荷或者上述装载载荷是否大于预先确定的判定值；复合增压工序，在上述牵引载荷或者上述装载载荷大于上述判定值的情况下，根据车辆的运转状态进行基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的上述复合增压；以及单一增压工序，在上述牵引载荷或者上述装载载荷为上述判定值以下的情况下，进行仅上述涡轮增压器的上述单一增压。
[0034]此外，在上述内燃机的控制方法中优选为，在通过上述复合增压进行的基于上述机械增压器的增压时、以及通过上述单一增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，仅通过在上述涡轮增压器的废气的下游侧对废气进行回流的低压EGR系统对废气进行回流，在通过上述复合增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，根据车辆的运转状况，通过上述低压EGR系统和在上述涡轮增压器的废气的上游侧对废气进行回流的高压EGR系统对废气进行回流。
[0035]根据该方法，通过使用组合了机械增压器和涡轮增压器的两级的复合增压、以及仅基于涡轮增压器的单一增压，由此即便使内燃机小排气量化也能够实现起步时、过渡时的扭矩的提高、以及燃料消耗率的提高。此外，通过使用两个EGR系统，由此能够与上述增压方法相匹配地对废气进行回流。
[0036]发明的效果
[0037]根据本发明，在对车辆加载的载荷较重的重载荷时，进行基于机械增压器和涡轮增压器的两级的复合增压，此外，在对车辆加载的载荷较轻的轻载荷时，进行仅基于涡轮增压器的单一增压，由此能够弥补重载荷时的扭矩不足，且能够提高轻载荷时的燃料消耗率。由此，能够实现内燃机的尺寸减小、速度降低。此外，还能够相应地实现变速装置的小型化。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是示意性地表示搭载有本发明的实施方式的内燃机的车辆的侧视图，(a)表示牵引车辆牵引装载有货物的被牵引车辆的状态，(b)表示牵引车辆牵引被牵引车辆的状态，(C)表示仅为牵引车辆的状态。
[0039]图2是表示本发明的实施方式的内燃机的概略图,表示重载荷时的起步时或者过渡时的状态。
[0040]图3表示图2的内燃机的重载荷时的通常行驶时的状态。
[0041]图4是表示本发明的实施方式的内燃机的控制方法的流程图。
[0042]图5表示图2的内燃机的轻载荷时的行驶时的状态。
[0043]图6表示本发明的实施方式的内燃机的重载荷时的增压切换映射。
[0044]图7表示本发明的实施方式的内燃机的重载荷时的EGR切换映射。
[0045]图8是示意性地表示搭载有以往的内燃机的车辆的侧视图。
【具体实施方式】
[0046]以下，参照附图对本发明的实施方式的内燃机、搭载有该内燃机的车辆及该内燃机的控制方法进行说明。在本实施方式中，如图1中(a)?(C)所示，半挂车(车辆)1具备牵引车(牵引车辆)2和挂车(被牵引车辆)3，在挂车3上装载集装箱(货物)4。在本实施方式中，以半挂车I为例进行说明，但本发明也能够良好地应用于装载货物而进行搬运的车辆，例如也能够应用于作为牵引车辆的全挂车、在货台上装载货物的货物车辆即卡本坐寸O
[0047]此外，作为设置于牵引车2的发动机(内燃机)10，以直列4气缸的柴油发动机为例进行说明，但本发明并不限定于柴油发动机，也能够应用于汽油发动机，其气缸数、气缸的排列不限定。另外，关于附图，为了便于理解构成而使尺寸变化，各部件、各构件的板厚、宽度、长度等的比率也并不一定与实际制造的比率一致。
[0048]首先，参照图1对搭载本发明的实施方式的内燃机的半挂车(车辆)1进行说明。该半挂车I为，代替图8所示的以往的半挂车IX的发动机1X而具备图1中(a)所示的能够切换复合增压和单一增压的小排气量的发动机10，代替图8所示的动力传动系20X的变速器21X而具备图1中(a)所示的动力传动系20的小型的变速器21，并且，在连结部5的连接器(第五轮)5a具备载荷传感器SI。
[0049]此外，如图2所示，该发动机10具备发动机主体11、E⑶(控制装置)12、曲轴13、涡轮增压器(以下称作T/C) 14、机械增压器(以下称作S/C) 15、机械增压器用离合器(以下称作S/C用离合器)16a以及进气切换阀17。
[0050]该发动机10的ECU12具备如下机构:根据载荷传感器SI检测的作用于牵引车2的牵引载荷Wl，通过S/C用离合器16a和进气切换阀17来切换基于T/C14和S/C15的两级的复合增压以及仅基于T/C14的单一增压。
[0051]如图1中(a)所示，在牵引车2牵引挂车3且在挂车3上装载有集装箱4时(以下，称作重载荷时)，在半挂车I的起步时或者过渡时(例如，是指从部分负载起的加速时、即从低速起的加速时、从怠速状态起的加速时)，如图2所示，通过将进气切换阀17全闭并连接S/C用离合器16a，由此通过S/C15进行增压，并且，根据车辆的运转状态对进气切换阀17进行控制而使用S/C15和T/C14的双方来进行增压。另一方面，在通常行驶时(包括高速且高负载区域)，如图3所示，通过将进气切换阀17全开并切断S/C用离合器16a，由此仅通过T/C14进行增压。
[0052]此外，在如图1中(b)所示那样，虽然牵引车2牵引挂车3但在挂车3上未装载集装箱4时，或者在如图1中(c)所示那样，牵引车2未牵引挂车3时(以下，将图1中(b)和图1中(c)统称为轻载荷时)，在全部的运转区域中仅通过T/C14进行增压。
[0053]根据该构成，通过根据由载荷传感器SI检测到的半挂车I的牵引载荷Wl来切换增压方式，由此，在重载荷时使用T/C14和S/C15的两级的复合增压，由此能够实现起步扭矩、加速时的扭矩的确保以及过渡增压特性的改善。此外，在轻载荷时使用仅为T/C14的单一增压，由此能够抑制燃料消耗率的恶化。
[0054]尤其是，在对半挂车I加载的牵引载荷Wl较重时，使用T/C14和S/C15的两级的复合增压，由此能够确保起步扭矩、加速时的扭矩，因此能够实现发动机10的尺寸减小(小排气量化)、速度降低，并能够大幅度提高半挂车I的燃料消耗率。
[0055]此外，在需要高扭矩且高输出的重载荷时的起步时、过渡时，进行基于S/C15的高增压，由此在以往为必须的高扭矩且高输出的齿轮比变得不必须，还能够使变速器21小型化。
[0056]对上述发动机10进行更详细的说明。如图2所示，将发动机10产生的旋转能量高效地传递至驱动轮6的动力传动系20具备变速器21、离合器22、传动轴23、差速器24以及驱动轴25。
[0057]此外，该发动机10具备排气歧管(以下，称作排气歧管)31、废气的后处理装置32、消声器33、空气滤清器34、进气门35、中间冷却器36以及进气歧管(intake manifold ；以下称作进气歧管)37。通过被称作排气配管或者进气配管的配管将各装置进行接合，形成排气通路Ex和进气通路In。
[0058]此外，该发动机10具备低压EGR系统(低压排气再循环系统；以下称作LP-EGR) 41以及高压EGR系统(高压排气再循环系统；以下称作HP-EGR)42。LP-EGR41设置于T/C14的废气下游侧，具备LP-EGR冷却器43和LP-EGR阀44。HP-EGR42设置于T/C14的废气上游侧，具备HP-EGR冷却器45和HP-EGR阀46。
[0059]并且，E⑶12是被称作发动机控制单元的控制装置，是通过电气回路来综合地进行负责发动机10的控制的电气控制的微型控制器，ECU12连接有载荷传感器S1、曲轴转角传感器S2、进气压力传感器S3、排气歧管压力传感器(以下，称作排气歧管压力传感器)S4、进气歧管压力传感器(以下，称作进气歧管压力传感器)S5、包括车速传感器和加速度传感器的车辆传感器S6、油门开度传感器S7以及制动传感器S8。
[0060]T/C14为如下装置:配置于排气歧管31的出口部，在涡轮机14a侧接受废气能量，将该能量传递至同轴上的压缩机14b来进行增压。当在该T/C14中搭载根据废气量来对增压状态进行可变控制的VGS机构(可变翼涡轮机构)时，在进行轻载荷时的单一增压的情况下，能够与半挂车I的运转状态(起步时以及过渡时、通常行驶时等)相匹配地改变增压量。此外，也可以在该T/C14中设置废气门。
[0061]S/C15是通过带16b等来传递曲轴13的旋转的装置。在该S/C15与曲轴13之间设置有S/C用离合器16a，通过连接或者切断该S/C用离合器16a，能够对S/C15的驱动进行控制。另外，在本实施方式中，成为通过曲轴13的旋转来进行驱动的构成，但也可以成为通过电动机来直接驱动的构成。
[0062]进气切换阀17为，当全开时将来自T/C14的增压朝进气歧管37引导，当全闭时将来自S/C15的增压朝进气歧管37引导。从T/C14的压缩机14b排出的吸入空气，分支到朝向S/C15的通路InU以及不通过S/C15而直接经由中间冷却器36到达进气歧管37的通路In2，通过设置于直接到达中间冷却器36的通路上的进气切换阀17来进行通路Inl和In2的切换。
[0063]可以将该进气切换阀17和S/C用离合器16a设定为，在将进气切换阀17保持为全开状态时切断S/C用离合器16a，并且，能够与进气切换阀17的开闭无关地进行S/C用离合器16a的连接。并且,设定为，能够根据半挂车I的运转状态、例如曲轴转角传感器S2检测的发动机转速Ne和指示喷射量Qf，来对进气切换阀17进行控制。
[0064]后处理装置32例如是DPF (柴油颗粒捕集过滤器)，是用于朝车外排放净化后的废气的装置。该后处理装置32并不限定于上述构成，例如也可以在DPF的上游侧追加配置有DOC (柴油机用氧化催化剂)的连续再生式DPF、在DPF的下游侧追加尿素SCR催化剂(尿素选择性还原催化剂)。
[0065]LP-EGR41是在重载荷时的通过S/C15的增压时、轻载荷时的仅通过T/C14的增压时使用的系统，HP-EGR42是在重载荷时的废气量较多的区域(包括T/C14的运转区域在内的区域)使用的系统。
[0066]该LP-EGR41和HP-EGR42根据发动机10的运转状态(发动机转速Ne、指示喷射量Qf等)、其EGR状态(EGR率等)，对设置于各个EGR通路上的LP-EGR阀44或者HP-EGR阀46进行控制，由此对废气的回流量进行调整。
[0067]各装置的配置并不限定于上述构成。例如，也可以将进气门35配置在中间冷却器36与进气歧管37之间，并且，也可以将LP-EGR41的废气的回流出口与进气歧管37附近的进气配管连接。
[0068]载荷传感器SI内置于牵引车2与挂车3的连结部5即连接器5a，是对加载于牵引车2的载荷状态进行测定的传感器。在本实施方式中，设置于连接器5a，对加载于牵引车2的牵引载荷Wl进行检测，但在代替半挂车I而将本发明应用于卡车等货物车辆的情况下，可以将该载荷传感器SI例如设置于加载货物的装载载荷的车轴、底盘。
[0069]通过该载荷传感器SI来判定牵引车2和挂车3的牵引状态、或者挂车3的集装箱4的装载状态，并通过ECU12来判定车辆运行时所需要的发动机负载状态(重载荷时或者轻载荷时)。此外，在本实施方式中，接收油门踏板Pl和制动踏板P2的操作信号、以及各传感器SI?S8检测的信号，并控制发动机主体11的未图示的喷射器的指示喷射量Qf、在T/C14的涡轮机14a中通过的废气量、S/C用离合器16a的连接和切断、进气切换阀17的开闭、进气门35的开度的调整、LP-EGR阀44的开闭以及HP-EGR阀46的开闭。
[0070]接着，参照图2?图7对本发明的实施方式的发动机10的动作进行说明。如图4的流程图所示，首先，进行载荷传感器SI取得牵引载荷Wl的步骤S10。该步骤SlO可以设定为，在连接器5a上连结了转向主销5b时进行。
[0071]接着，进行判定牵引载荷Wl是否比预先确定的牵引判定值Wn重的步骤S20。该牵引判定值fc设定为，成为能够判定在牵引车2上连结了挂车3的基准。
[0072]例如，当将该牵引判定值Wn设定为未装载集装箱4的挂车3的载荷时，能够将牵引载荷Wl小于牵引判定值Wn的情况判定为牵引车2未牵引挂车3的状态，将牵引载荷Wl等于牵引判定值Wn的情况判定为牵引车2牵引有未装载集装箱4的挂车3的状态，将牵引载荷Wl大于牵引判定值Wn的情况判定为牵引车2牵引有装载有集装箱4的挂车3的状态。
[0073]在步骤S20中，在牵引载荷Wl比牵引判定值Wn轻的情况下，判定为在牵引车2上未连结挂车3的状态、即未牵引挂车3的状态，接着，进行按照发动机控制映射Ml来控制发动机10的步骤S30。
[0074]如图5所示，该发动机控制映射Ml是用于控制进行仅为T/C14的单一增压的单一增压机构、以及仅通过LP-EGR41对废气进行回流的机构的映射。在未牵引挂车3的状态、即轻载荷时，起步时的需要扭矩较低，并且比通常行驶时、再加速时等的需要扭矩还低，作用于半挂车I的负载状态是总体较低的状态。
[0075]因此，通过将进气切换阀17保持为全开状态并切断S/C用离合器16a，由此进行仅为T/C14的单一增压。该S/C用离合器16a的切断控制为，将进气切换阀17控制为全闭，将该进气切换阀17的全闭信号传递到E⑶12，从E⑶12朝S/C用离合器16a发送切断信号。
[0076]此外，此时，当将HP-EGR42的HP-EGR阀46全闭并打开LP-EGR41的LP-EGR阀44而对废气的回流进行控制时，能够使废气的全部量通过T/C14，能够高效地进行T/C14的增压。
[0077]在步骤S20中，在牵引载荷Wl等于牵引判定值Wn的情况下，如图4所示，判定为在牵引车2上连结有未装载集装箱4的挂车3的状态，接着，进行按照发动机控制映射M2来控制发动机10的步骤S40。
[0078]如图5所示，该发动机控制映射M2是用于控制进行仅为T/C14的单一增压的单一增压机构、以及仅通过LP-EGR41对废气进行回流的机构的映射。如通过上述发动机控制映射Ml说明了的那样，在未装载集装箱4的状态下，起步时的需要扭矩较低，并且比通常行驶时、再加速时等的需要扭矩还低，作用于半挂车I的负载状态与装载状态相比较变低。
[0079]因此，将进气切换阀17保持为全开状态并切断S/C用离合器16a，进行仅为T/C14的单一增压。该S/C用离合器16a的切断控制为，将进气切换阀17控制为全闭，将该进气切换阀17的全闭信号传递到E⑶12，从E⑶12朝S/C用离合器16a发送切断信号。
[0080]此外，此时，将HP-EGR42的HP-EGR阀46全闭并打开LP-EGR41的LP-EGR阀44，而对废气的回流进行控制。由此，能够使废气的全部量通过T/C14。
[0081 ] 在步骤S20中，在牵引载荷Wl比牵弓丨判定值Wn重的情况下，判定为在挂车3上装载有集装箱4的状态，接着，进行按照发动机控制映射M3来控制发动机10的步骤S50。
[0082]如图2和图3所示，该发动机控制映射M3是用于控制进行基于S/C15和T/C14的两级的复合增压的复合增压机构、以及基于LP-EGR41和HP-EGR42的两级的对废气进行回流的机构的映射。
[0083]该基于S/C15和T/C14的两级的复合增压，是如图2所示那样重载荷时的起步时以及过渡时的基于S/C15的增压、以及如图3所示那样重载荷时的通常行驶时的基于T/C14的增压。此外，基于LP-EGR41和HP-EGR42的两级的废气的回流，是图2所示的废气流量较少时的基于LP-EGR41的废气的回流、以及图5所示的废气流量较多时的基于HP-EGR42的废气的回流。
[0084]首先，参照图2对重载荷时的起步时以及过渡时进行说明。在重载荷时的起步时以及过渡时，废气流量较少而废气的能量较低，因此通过T/C14无法进行充分的增压。因此，通过连接S/C用离合器16a，来进行基于S/C15的增压。
[0085]优选为，在从发动机10的停止时起的起步时，可以将进气切换阀17全闭而连接S/C用离合器16a，在从发动机10的怠速状态、低速侧起的加速时，可以与进气切换阀17的开闭角度无关地连接S/C16a。
[0086]此外，ECU12打开LP-EGR阀44、关闭HP-EGR阀46，将通过T/C14的涡轮机14a并由后处理装置32处理后的EGR气体朝发动机主体11供给。此时，根据基于EGR率的EGR映射，通过进气门35和LP-EGR阀44的开度对EGR气体量进行调整。
[0087]接着，参照图3对重载荷时的通常行驶时进行说明。在重载荷时的通常行驶时或者高速行驶时，废气流量较多而废气的能量较高，因此仅通过T/C14进行增压。因此，ECU12将进气切换阀17全开并切断S/C用离合器16a。此时，可以通过设置于T/C14的VGS机构对增压压力进行控制。
[0088]此外，E⑶12根据半挂车I的运转状态、例如发动机转速Ne和指示喷射量Qf，关闭LP-EGR阀44并打开HP-EGR阀46，通过HP-EGR42将EGR气体朝发动机主体11供给。
[0089]此处，参照图6对S/C15的增压和T/C14的增压的切换进行补充说明。该映射M4是以发动机转速Ne和指示喷射量Qf为基础的增压切换映射M4，表示S/C15和T/C14的同时运转区域即Al、以及T/C14的运转区域即A2。
[0090]在运转区域Al中，在连接了 S/C用离合器16a的状态下，对进气切换阀17进行控制，通过开闭控制对S/C15和T/C14的增压状态进行控制。可以与通过T/C14的涡轮机14a的废气流量相匹配地对此时的进气切换阀17进行控制，例如，在发动机转速Ne或者指示喷射量Qf较低的情况下可以朝全闭侧控制，在发动机转速Ne或者指示喷射量Qf较高的情况下可以朝全开侧控制。
[0091]在本实施方式中，判定根据曲轴转角传感器S2检测的信号计算的发动机转速Ne、指示喷射量Qf处于增压切换映射M4的哪个区域，而对S/C用离合器16a和进气切换阀17进行控制。
[0092]接着，参照图7对LP-EGR41和HP-EGR42的切换进行补充说明。该映射M5表示EGR切换映射M5，表示LP-EGR41的工作区域即BI和HP-EGR42的工作区域即B2。
[0093]该工作区域BI和工作区域B2的边界，是由排气歧管压力传感器S4检测的排气歧管内压力与由进气歧管压力传感器S5检测的进气歧管内压力变得相等的状态。S卩，从LP-EGR41朝HP-EGR42切换的定时，是排气歧管内压力变得大于进气歧管内压力时。由此，在废气流量较少的状态下，能够通过LP-EGR41来供给EGR气体，在废气流量较多的状态下，能够通过HP-EGR42来供给EGR气体。
[0094]基本上，在S/C15和T/C14的两级的复合增压的区域中，通过LP-EGR41对废气进行回流，在仅为T/C14的单一增压的区域中，通过HP-EGR42对废气进行回流。其原因为，在S/C15的增压区域中，机械地进行增压，因此进气歧管内压力变得高于排气歧管内压力，通过HP-EGR42无法充分对废气进行回流。
[0095]此外，当在T/C14的增压区域的高速高负载区域中通过LP-EGR41对废气进行回流时，排气歧管内压力上升，由此发动机主体11的泵损失上升。因此,需要通过HP-EGR42来降低排气歧管内压力。基于该EGR切换映射M5的切换有时根据T/C14的选定而不同。
[0096]接着，在上述补充说明的基础上，以从重载荷时的怠速状态起加速并朝通常行驶转移的状态为例进行说明。首先，在怠速状态下，为将进气切换阀17全闭并切断S/C用离合器16a的状态，S/C15为不旋转的状态。接着，当通过设置于油门踏板Pl的油门开度传感器S7检测到油门开启(ON)时，将该信号朝ECU12传递，并由ECU12传递连接S/C用离合器16a的信号。
[0097]接着，通过油门踏板Pl的操作，由此在发动机转速Ne上升的同时立即开始基于S/C15的增压，增压压力上升。此外，此时，在S/C15的运转区域中，使用LP-EGR41，根据基于EGR率的EGR映射，通过LP-EGR阀44的开度进行调整。
[0098]由此，在重载荷时的起步时、过渡时的废气流量较少的状态时，能够进行基于S/C15的增压，因此能够抑制增压的响应延迟、即涡轮滞后的产生，能够实现起步时的扭矩的提闻、从极低速起的加速性的提闻。
[0099]当发动机转速Ne变大时，根据以发动机转速Ne和指示喷射量Qf为基础的增压切换映射M4，对进气切换阀17进行控制。当发动机转速Ne以及指示喷射量Qf变高，并与此相伴随而成为废气能量较高的状态时，ECU12进一步打开进气切换阀17，当进气切换阀17成为全开时，切断S/C用离合器16a。
[0100]由此，进行仅基于T/C14的增压。此外，当废气流量变多时，根据EGR切换映射M5，ECU12关闭LP-EGR阀44并打开HP-EGR阀46，通过HP-EGR系统42对EGR气体进行回流。
[0101]此外，在废气流量较多的区域，能够不使用S/C15而使用通过废气能量驱动的T/C14,能够抑制因持续驱动S/C15而产生的燃料消耗率的恶化。并且，在废气能量较高的状态下，能够使用能够比LP-EGR41更稳定地供给EGR气体的HP-EGR42。
[0102]与设置于T/C14的废气下游侧的LP-EGR41相比，该HP-EGR42在T/C14的废气上游侦彳、且EGR气体的供给路径更短，因此能够防止T/C14的压缩机、排气管的内部腐蚀，并且能够防止燃料消耗率的恶化。
[0103]在通过油门踏板Pl的操作等而从通常运行状态朝加速运行转移的情况下，根据该状态来连接S/C用离合器16a，通过基于S/C15的增压、或者进气切换阀17的控制，来进行基于S/C15和T/C14的两级的复合增压。
[0104]通过上述动作，根据半挂车I的牵引载荷W1，判定重载荷时和轻载荷时，在重载荷时的起步时以及过渡时，进行基于S/C15的增压，在重载荷时的通常行驶时和轻载荷时的行驶时，进行基于T/C14的增压，由此能够实现发动机10的尺寸减小。此外，还能够使变速器21最佳化。
[0105]详细来说，在重载荷时，进行S/C15和T/C14的两级的复合增压，由此能够实现起步扭矩以及低速侧的扭矩增大，能够减少废气。此外，在轻载荷时，切断驱动S/C15的S/C用离合器16a，S/C15的驱动所需要的驱动力消失，因此能够实现燃料消耗率改善。
[0106]另外，在本实施方式中，按照以根据曲轴转角传感器S2检测的信号计算的发动机转速Ne、以及从喷射器喷射的指示喷射量Qf为基础的增压切换映射M4，对进气切换阀17进行控制，但对增压器的运转进行切换的方法并不限定于上述方法。例如，也可以使用根据进气门35的开度、空燃比等计算指示喷射量Qf的方法。
[0107]此外，当通过设置于制动踏板P2的制动传感器S8检测到制动器工作(ON)或者通过车辆传感器S6检测到车速成为零时，将进气切换阀17控制为全闭。由此，在从怠速状态等进行重新起动时，能够顺畅地进行上述动作。
[0108]并且，优选为，在进行仅为T/C14的单一增压时，通过设置于T/C14的VGS机构来进行与半挂车I的运转状态相匹配的增压。
[0109]进而，作为判定半挂车I所牵引的牵引载荷Wl的载荷判定机构，在本实施方式中，将牵引载荷Wl与预先确定的牵引判定值Wn进行比较来进行判定，但例如也可以使用判定牵引车2是否牵引有挂车3的步骤、以及判定在挂车3上是否装载有集装箱4的步骤的多个判定方法。此外，在卡车等货物车辆的情况下，使用预先确定的装载判定值来进行判定，但在该情况下，只要能够判定是否装载有货物即可。
[0110]搭载上述发动机10的半挂车I根据对半挂车I加载的牵引载荷Wl来切换增压方式，由此能够获得上述作用效果。此外，能够搭载实现了尺寸减小、速度降低的发动机10以及小型化了的变速器21，因此能够进一步提高燃料消耗率，并且能够减少制造成本。
[0111]本发明也能够应用于装载货物且其装载状态的变化较大的平板类型的卡车等。
[0112]产业上的可利用性
[0113]本发明的内燃机根据车辆所牵引的牵引载荷或者装载于车辆的装载载荷，来切换基于机械增压器和涡轮增压器的复合增压以及仅涡轮增压器的单一增压，由此能够实现内燃机的尺寸减小，因此尤其能够利用于装载状态的变化较大的半挂车、平板类型的卡车等车辆。
[0114]符号的说明:
[0115]I半挂车(车辆)
[0116]2牵引车(牵引车辆)
[0117]3挂车(被牵引车辆)
[0118]4集装箱(货物)
[0119]5连结部
[0120]5a连接器(第五轮)
[0121]5b转向主销
[0122]10发动机(内燃机)
[0123]11发动机主体
[0124]12 ECU (控制装置)
[0125]13 曲轴
[0126]14涡轮增压器(T/C)
[0127]15机械增压器(S/C)
[0128]16a机械增压器用离合器(S/C用离合器)
[0129]17进气切换阀
[0130]20动力传动系
[0131]21变速器(变速装置)
[0132]31 排气歧管(exhaust manifold)
[0133]32废气后处理装置
[0134]33消声器
[0135]34空气滤清器
[0136]35进气门
[0137]36中间冷却器
[0138]37 进气歧管(inlet manifold)
[0139]41 LP-EGR (低压 EGR 系统)
[0140]42 HP-EGR (高压 EGR 系统)
[0141]43 LP-EGR冷却器(第一 EGR冷却器)
[0142]44LP-EGR 阀(第一 EGR 阀)
[0143]45HP-EGR冷却器(第二 EGR冷却器)
[0144]46HP-EGR 阀(第二 EGR 阀)
[0145]SI载荷传感器
【权利要求】
1.一种内燃机，具备机械增压器和涡轮增压器，其特征在于， 具备控制装置，该控制装置根据车辆所牵引的牵引载荷或者车辆所装载的装载载荷，来切换基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的复合增压以及仅上述涡轮增压器的单一增压。
2.如权利要求1所述的内燃机，其特征在于， 具备对上述牵引载荷或者上述装载载荷进行检测的载荷传感器， 上述控制装置具备: 载荷判定机构，判断上述牵引载荷或者上述装载载荷是否大于预先确定的判定值； 复合增压机构，在上述牵引载荷或者上述装载载荷大于上述判定值的情况下，根据车辆的运转状态进行基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的上述复合增压；以及 单一增压机构，在上述牵引载荷或者上述装载载荷为上述判定值以下的情况下，进行仅上述涡轮增压器的上述单一增压。
3.如权利要求1或2所述的内燃机，其特征在于， 具备在上述涡轮增压器的废气的下游侧对废气进行回流的低压￡(?系统以及在上述涡轮增压器的废气的上游侧对废气进行回流的高压￡(?系统， 并且，上述控制装置具备如下机构:在通过上述复合增压进行的基于上述机械增压器的增压时、以及通过上述单一增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，仅通过上述低压￡(?系统对废气进行回流，在通过上述复合增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，根据上述车辆的运转状况，通过上述低压￡(?系统和上述高压￡(?系统对废气进行回流。
4.一种车辆，其特征在于， 搭载如权利要求1?3中任一项所述的内燃机。
5.一种车辆，其特征在于， 由对装载货物的被牵引车辆进行牵引的牵引车辆形成如权利要求4所述的车辆， 在与上述被牵引车辆的连结部配置载荷传感器，该载荷传感器对是否牵引有上述被牵弓丨车辆或者在上述牵弓I车辆中是否装载有上述货物进行检测。
6.一种内燃机的控制方法，是具备机械增压器和涡轮增压器的内燃机的控制方法，其特征在于， 根据车辆所牵引的牵引载荷或者装载于车辆的装载载荷，来切换基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的复合增压以及仅上述涡轮增压器的单一增压。
7.如权利要求6所述的内燃机的控制方法，其特征在于，包括: 载荷判定工序，判断载荷传感器检测到的上述牵引载荷或者上述装载载荷是否大于预先确定的判定值； 复合增压工序，在上述牵引载荷或者上述装载载荷大于上述判定值的情况下，根据车辆的运转状态进行基于上述机械增压器和上述涡轮增压器的上述复合增压；以及 单一增压工序，在上述牵引载荷或者上述装载载荷为上述判定值以下的情况下，进行仅上述涡轮增压器的上述单一增压。
8.如权利要求6或7所述的内燃机的控制方法，其特征在于， 在通过上述复合增压进行的基于上述机械增压器的增压时、以及通过上述单一增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，仅通过在上述涡轮增压器的废气的下游侧对废气进行回流的低压￡(?系统对废气进行回流， 在通过上述复合增压进行的基于上述涡轮增压器的增压时，根据车辆的运转状况，通过上述低压￡(?系统和在上述涡轮增压器的废气的上游侧对废气进行回流的高压￡(?系统对废气进行回流。
【文档编号】F02D21/08GK104364491SQ201380031718
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年6月14日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】伊东光 申请人:五十铃自动车株式会社