JP2004116427A - Egr装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】EGRバルブ47をステッピングモータ49で駆動する。ステッピングモータ49の駆動がそのままEGRバルブ47の駆動に伝達され、応答性が格段に向上するとともに、制御装置50からステッピングモータ49への制御指令を細かく行うことによりEGRバルブ47のきめ細かな制御を実現できる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、EGR装置に関し、特に、エンジン駆動式空気調和機に使用されるエンジンに取り付けられるEGR装置に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
EGR(排気ガス再循環)装置は、エンジンからの排気ガスを吸気側に戻すための装置である。このEGR装置は、エンジンから排出されるNOX(窒素酸化物)成分を低減させるのに効果がある。即ち、エンジンでの燃焼温度が高くなると、NOX成分の排出量が多くなるが、このような場合にEGR装置を作動させると、比熱の大きな排気ガスが吸気側に還流するため、燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下する結果、NOX排出量が低減するものである。
【0003】
NOX規制などの環境規制に対応する方策としては、その他、リーンバーン方式を採用したり、触媒を取り付けて化学的にNOX除去を行ったりすることも考えられるが、EGR装置を取り付けるのが、最も安価である。また、これらの併用(例えば、リーンバーン+EGR装置)も効果的である。
【0004】
上述の機能を持つEGR装置において、特開平7−12010号公報では、エンジン吸気通路の負圧に応動する負圧作動弁を途中に備えたEGR通路を有するEGR装置において、エンジンスロットル弁と連動するスロットル棒にカムを設け、このカムによって高負荷域でEGR通路を閉じる機械式弁を設けたEGR装置が提案されている。かかるEGR装置によれば、高負荷域では機械式弁によりEGR通路が遮断されるため、高負荷域でEGRが作動することによる出力低下が防止できるとともに、低負荷域では負圧作動弁によりEGR通路が遮断されてEGRが停止されるために運転の安定性を確保することができるというものである。
【0005】
また、特開2001−280736号公報では、外気温センサ、水温センサ、エンジン回転数センサ、運転モード検出器からの情報に基づいて、負圧作用管中の作用弁を開閉制御することにより、EGR装置の作動を制御しているものが提案されている。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−12010号公報 (第2−3頁、図1)
【0007】
【特許文献2】
特開2000−20736号公報 (第5頁、図2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平7−12010号公報に記載の技術は、EGR装置の作動が負圧にのみ依存するため、負圧が小さいとき(例えばエンジンの最大トルク付近のとき)にはEGR装置を作動させることができないという問題がある。また、負圧力を利用しているために応答性が悪く、例えばEGR装置を直ぐにでも不作動としたいときなどになかなか不作動とすることができず、運転に支障を来たす場合があるという問題もある。さらに、EGR装置の作動制御が複雑になると、それにともなってカム形状が複雑になり、場合によってはカム形状で作動制御を対応することができない場合も考えられる。
【0009】
また、特開2001−280736号公報に記載の技術は、各センサやモード検出器からの情報に基づいて作用弁を開閉制御しているため、EGR装置の作動のON−OFF制御しかできず、きめ細かな制御ができないという問題がある。
【0010】
ゆえに、本発明は、上記実情に鑑みて成されたものであり、EGR装置において、応答性が良く、かつ、きめ細かな制御を行うことを、技術的課題とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記技術的課題を解決するためになされた請求項1の発明は、
エンジンに連結した排気経路に連通するEGRガス入口通路と、エンジンに連結した吸気経路に連通するEGRガス出口通路と、前記EGRガス入口通路と前記EGRガス出口通路とを連通する連通路と、前記連通路を開閉するEGRバルブと、制御装置から出力される制御指令に基づいて駆動制御されるとともに該駆動制御に基づいて前記EGRバルブを駆動するステッピングモータとを具備することを特徴とするEGR装置とすることである。
【0012】
請求項1の発明によれば、EGRバルブをステッピングモータで駆動するため、ステッピングモータの駆動がそのままEGRバルブの駆動となり、応答性が格段に向上するとともに、ステッピングモータへの制御指令を細かく行うことによりEGRバルブのきめ細かな制御を実現できる。
【0013】
また、請求項2の発明は、請求項1において、
前記制御装置は、エンジンの運転に関する情報が入力されるとともに、該入力されたエンジンの運転に関する情報に基づいて前記制御指令を出力することを特徴としている。
【0014】
請求項2の発明によれば、制御装置に入力されるエンジンに関する情報に基づいて制御装置から制御指令が出力され、かかる制御指令に基づいてステッピングモータが駆動制御されるので、ステッピングモータにより駆動されるEGRバルブは、エンジンに関する情報を反映した動作を行うことができ、エンジンの状態を考慮したきめ細かなEGR装置の制御を行うことができる。
【0015】
エンジンの関する情報としては、以下の請求項3の発明に示すようなNOX排出量に関連する情報のほか、 エンジン水温、エンジン油温、排気ガス温度、スロットルバルブ変動、排気圧力変動などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【0016】
また、請求項3の発明は、請求項2において、
前記エンジンの運転に関する情報は、エンジンスロットル開度情報、燃料弁開度情報、エンジン回転数情報、エンジン点火時期情報、吸気負圧情報のうちの1つ又は2つ以上を含むこと特徴としている。
【0017】
請求項3の発明によれば、エンジンスロットル開度情報、燃料弁開度情報、エンジン回転数情報、エンジン点火時期情報、吸気負圧情報などが制御装置に入力される。これらの情報からNOX排出量その他の情報を推定することができるので、推定されるNOX排出量等に基づいて制御装置から制御指令を出力し、かかる制御指令に基づいてステッピングモータを駆動制御するようにすれば、NOX排出量等を反映したEGRバルブの動作を行うことができ、NOX排出量を考慮したきめ細かなEGR装置の制御を行うことができる。
【0018】
また、請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1項において、
前記EGR装置はエンジン駆動式空気調和機に使用するガスエンジンに取り付けられ、
前記制御装置は、前記空気調和機に使用する冷媒の圧力情報が入力されるとともに、該入力された冷媒の圧力情報に基づいて前記制御指令を出力することを特徴としている。
【0019】
請求項4の発明によれば、EGR装置をGHPなどのエンジン駆動式空気調和機のガスエンジンに取り付けるようにする。また、制御装置には、エンジン駆動式空気調和機の冷媒回路中を流れる冷媒の圧力情報が入力される。冷媒の圧力情報からNOX排出量その他の情報を推定することができるので、推定されるNOX排出量等に基づいて制御装置から制御指令を出力し、かかる制御指令に基づいてステッピングモータを駆動制御するようにすれば、NOX排出量等を反映したEGRバルブの動作を行うことができ、NOX排出量を考慮したきめ細かなEGR装置の制御を行うことができる。
【0020】
また、請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか1項において、
エンジンの停止時又は起動時に前記EGRバルブが反復駆動するように前記制御装置から前記ステピングモータに制御指令が出力されることを特徴としている。
【0021】
請求項5の発明によれば、エンジンの停止時又は起動時にEGRバルブが「開」状態と「閉」状態とを反復駆動するので、実際にEGRバルブが駆動する際の駆動動作の確認ができるとともに、EGRバルブに付着しているカーボンなどの異物を反復駆動時の衝撃により除去することができ、より一層EGRバルブの駆動動作を保証することができる。
【0022】
また、請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか1項において、
前記EGRバルブは前記連通路に当接可能な弁体を有し、該弁体はテーパー形状を呈していることを特徴としている。
【0023】
請求項6の発明によれば、EGRバルブの弁体がテーパー形状を呈するように構成したので、弁体の駆動量により連通路の開口面積を制御することができ、このためEGR装置にて還流させるEGRガスの流量を制御することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施の形態により具体的に説明する。
【0025】
図1は、本例のEGR装置が適用されるエンジン駆動式空気調和機のエンジン回りの構成の概略図である。図において、1はエンジンである。エンジン1には、吸気経路を構成する吸気系部材(吸気経路)20及び排気経路を構成する排気系部材(排気経路)30が連結されている。
【0026】
吸気系部材20は、吸気系空気管路21、吸気系燃料管路22、ミキサー23を備えて構成されている。吸気系空気管路21の一方端にはエアクリーナー24が接続され、他方端にはミキサー23が接続される。吸気系燃料管路22の一方端にはレギュレータ25が接続され、他方端にはミキサー23が接続される。ミキサー23内では、吸気系空気管路21と吸気系燃料管路22とが合流され、その合流管路がエンジン1の燃焼室(図示せず)に連通するように構成されている。
【0027】
排気系部材30は、排気系管路31を備えて構成される。この排気系管路31の一方端はエンジン1の燃焼室(図示せず)に連通され、他方端はドレントラッパ32に接続されている。また、排気系管路31の途中には、排気熱交換器33、ドレンフィルタ34、マフラー35が上流から順に介設されてなる。
【0028】
また、吸気系部材20(吸気経路)と排気系部材30(排気経路)とを接続するように、EGR装置40が取り付けられている。
【0029】
上記構成において、エアクリーナー24を通って清浄化された空気が、吸気系空気管路21を通ってミキサー23に導入される。一方、レギュレータ25によってその圧力を制御された燃料ガスが、吸気系燃料管路22を通ってミキサー23に導入される。ミキサー23では、導入された空気と燃料が混合され、この混合気がエンジン1の燃焼室(図示せず)に導入される。燃焼室に導入された混合気は、爆発して燃焼し、エンジン1に動力を付与するとともに、爆発した後は排気ガスとして燃焼室から排気系管路31に導出する。排気系管路31に導出された排気ガスは、まず排気熱交換器33に流入し、ここで冷却水と熱交換してその温度を低下させる。その後、マフラー35に流入して消音され、ドレントラッパ32を経て大気に放出される。
【0030】
尚、排気系管路31の途中で排気ガスの一部が凝縮して凝縮水となったものは、ドレンフィルタ34に落とし込まれる。ドレンフィルタ34では、排気ガス中のNOX成分が凝縮水に溶け、硝酸成分を持った凝縮水を中和し、中和された凝縮水が、ドレンフィルタより外部に流出される。また、ドレントラッパ32は、その上部に格子状の枠体(図示せず)が形成されており、この格子状の枠体を経て大気に連通している。そして、排気ガスがドレントラッパ32の格子条の枠体に衝突することにより凝縮して凝縮水となり、斯かる凝縮水が排気系管路を伝ってドレンフィルタ34に落とし込まれるようになっている。このようにドレントラッパ32を設けることにより、硝酸成分を含む凝縮水が大気に放出されるのを防止している。
【0031】
図2、図3は、EGR装置40の断面図であり、図2は後述するEGRバルブ47が連通路44を遮蔽するいわゆる「閉」状態を示し、図3はEGRバルブ47が連通路44を開放する「開」状態を示す。図に示すように、EGR装置40は、ハウジング41を有する。このハウジング41は、図に示すように円筒状の主ハウジング部411と、該主ハウジング部411の図示下部に同軸的に形成された入口側ハウジング部412と、主ハウジング部411の側壁から突出した出口側ハウジング部413とを備えて構成されている。入口側ハウジング部412の内周にはEGRガス入口通路42が形成され、出口側ハウジング部413の内周にはEGRガス出口側通路43が形成されている。EGRガス入口通路42の一方端(図示していない方の端)は、排気系部材(排気経路)30に連通している。本例では、図1に示すように、EGRガス入口通路42が排気系部材30の一つである排気通路31に連通する例を示している。また、EGRガス出口通路43の一方端(図示していない方の端)は、吸気系部材(吸気経路)20に連通している。本例では、図1に示すように、EGRガス出口通路43が吸気系部材20の一つであるミキサー23に連通する例を示している。
【0032】
入口側ハウジング部412と出口側ハウジング部413との間には遮蔽部分414が形成されている。この遮蔽部分414には連通路44が形成され、この連通路44を通じて、EGRガス入口通路42とEGRガス出口通路43とが連通されるようになっている。
【0033】
主ハウジング部411の図示上端には、フランジ45が取り付けられている。このフランジ45は、主ハウジング部411の図示上端から水平方向に放射状に延びたフランジ部451と、該フランジ部451の内周から鉛直方向に延びた筒部452を備えて形成され、筒部452は主ハウジング部411の内周側に内挿されている。また、主ハウジング部411の内周略中央部には、周方向に切り欠かれた段差部411aが形成されており、この段差部411aには円盤状の止め具46が係合している。
【0034】
止め具46の略中央部には、弁挿通用孔461が形成されている。この弁挿通用孔は、連通路44と同軸的に配置形成されている。そして、弁挿通用孔461及び連通路44には、EGRバルブ47が挿通されている。このEGRバルブ47は、図示下端に形成された弁体部(弁体)471と、該弁体部471から図示上側に接続された筒部472と、該筒部472の図示上端に連結した脚部473とを備えて構成されている。弁体部471は、図に示すようにその側周面がテーパ状に形成されており、その最大径である図示下端部の径は、連通路44の径よりも大きく設定されている。筒部472は、弁体部471の図示上端から連続した円柱形状に形成されてなり、その図示上端は止め具46の弁挿通孔461から突き抜けて図示上方へ突出している。脚部473は、筒部472の図示上端に連結され、図に示すように筒部472の上端から図示水平方向に拡がる円盤部473aと、該円盤部473aの外周から図示上方向に延びる筒部473bと、該筒部473bの図示上端から径方向に更に広がったバネ受け部473cとを備えて形成されている。このバネ受け部473cと止め具46との間にはバネ48がはめ込まれている。このバネ48は、脚部473を常に止め具46から離間する方向に伸長力を発生している。
【0035】
フランジ45の図示上側にはステッピングモータ49が取り付けられている。このステッピングモータ49は、周知のように、コイルを有するステータ491及び永久磁石を有するロータ492を備えて構成され、コイルに通電することによりロータ492が回転するものである。
【0036】
ロータ492の中心には、図に示すように軸493が取り付けてある。この軸493の外周には、螺子溝493aが形成されている。そして、この螺子溝493aに、駆動部材494が螺合されている。この駆動部材494は、図からわかるように、段階的に径を変えた段付き円柱状に形成され、図において下に行くほど径が大きくされている。また、その中心には螺子孔が形成され、該螺子孔に螺子溝494aが形成されている。この螺子溝494aが、軸493の外周に形成された螺子溝493aと羅合している。また、駆動部材494は、構造的な規制によって、その径方向への回転ができないようにされている。さらに駆動部材494の図示下端面には、脚部473のバネ受け部473cが係合している。上述したようにバネ受け部473cはバネ48の付勢力により止め具46と離間する方向に付勢されているので、この付勢力によりバネ受け部473cが常に駆動部494の下端面に係合するようにされている。
【0037】
上記構成において、ステッピングモータ49のコイルに通電されると、ロータ492が回転する。この回転力はロータ492の中心に取り付けられた軸493に伝達され、軸493が回転する。軸493が回転することにより、該軸493の外周の螺子溝493aに羅合した駆動部494に回転力が伝達されるが、上述のように駆動部494は構造的に回転規制されているので、駆動部は回転せずに螺子溝493a、494aの羅合により回転力が図示上下への駆動力に変換され、駆動部494が図示上下方向に駆動する。駆動部494が上下方向に駆動すると、該駆動部494に係合しているEGRバルブ47の脚部47もバネ48の付勢力に抗して上下方向に駆動する。これによりEGRバルブ47全体が上下方向に駆動する。EGRバルブ47全体の上下方向への駆動により、弁体部471が連通路44を開閉する。これにより、EGRガス出口通路43とEGRガス入口通路42との連通及び遮断が制御され、EGR装置40を流れる排気ガス(EGRガス)の連通、遮断を制御する。この場合において、EGRバルブ47の弁体部471がテーパー形状を呈しているため、EGRバルブ47の開度によって連通路44の開放面積が変化する。このためEGRバルブ47の開度をステッピングモータ49の駆動制御により調整することにより、EGR装置40を流れるEGRガスの流量を調整することもできる。
【0038】
また、図2、図3からわかるように、ステッピングモータ49は、制御装置50と電気的に接続されている。制御装置50は一般的にはCPUであり、制御装置50からの制御指令がステッピングモータ49に出力され、ステッピングモータ49はこの制御指令に従って駆動する。このような制御装置50によるステッピングモータ49の駆動制御に基づいて、EGRバルブ47がきめ細かく駆動される。
【0039】
以上のように、本例のEGR装置40は、エンジン1に連結した排気経路(排気系部材30)に連通するEGRガス入口通路42と、エンジン1に連結した吸気経路(吸気系部材20)に連通するEGRガス出口通路43と、EGRガス入口通路42とEGRガス出口通路43とを連通する連通路44と、連通路44を開閉するEGRバルブ47と、制御装置50から出力される制御指令に基づいて駆動制御されるとともに該駆動制御に基づいてEGRバルブ47を駆動するステッピングモータ49とを具備し、EGRバルブ47をステッピングモータ49で駆動する構成としたため、ステッピングモータ49の駆動が直接EGRバルブ47に伝達されて駆動する。このためEGRバルブ47の応答性が格段に向上する。また、制御装置50からステッピングモータ49へ出力する制御指令を細かく行うことによりEGRバルブ47のきめ細かな駆動制御を実現できる。
【0040】
制御装置50は、エンジンの運転に関する様々な情報が入力される。例えば、エンジン回転数情報、スロットルバルブの開度情報、燃料弁の開度情報、エンジンの点火時期情報、吸気負圧情報等が入力される。また、本例におけるEGR装置40がGHPなどのエンジン駆動式空気調和機に使用するガスエンジンに取り付けられる場合等においては、GHPの運転開始情報、運転終了情報、その空気調和機に使用する冷媒の圧力情報なども入力される。そして、制御装置50は、これら入力される情報に基づいて制御指令をステッピングモータ49に出力する。これにより、これらの情報を反映させたEGRバルブ47の動作を保証することができ、状況に則したEGR装置の制御を実現することができる。
【0041】
例えば、スロットル開度、エンジン回転数、燃料弁開度により空燃比(A(Air)/F(Fuel))が計算できる。空燃比(A/F)が濃い(小さい)ほど排気ガス中のNOXが多く、薄い(大きい)ときには少なくなる傾向がある。そこで、この傾向を利用し、空燃比の濃いときにはEGRバルブ47の開度を大きくしてEGR装置40を流れるEGRガス量を増やし、NOXを低減させることができる。このような制御を行うためには、スロットル開度情報、エンジン回転数情報、燃料弁開度情報を制御装置50に入力させておき、これらの情報から空燃比を計算し、空燃比の大きさに応じた制御指令(この例においては、空燃比が小さいほどEGRバルブ47の開度が大きくなるような制御指令)をステッピングモータ49へ出力すれば良い。
【0042】
また、エンジンは点火時期を最適点火時期に進角して近づけるとエンジン効率は上昇するが、NOXは増大する傾向にある。そこで、この傾向を利用し、点火時期を進角して最適点火時期に近づけたときにEGRバルブ47の開度を大きくしてEGR装置40を流れるEGRガス量を増やし、NOXを低減させることができる。このような制御を行うためには、エンジン点火時期情報を制御装置50に入力させておき、この点火時期情報に応じた制御指令をステッピングモータ49へ出力すれば良い。
【0043】
また、本例におけるEGR装置をエンジン駆動式空気調和機のガスエンジンに使用した場合において、エンジン駆動式空気調和機の冷媒回路中の冷媒の圧力が高い時は、エンジンにより駆動されるコンプレッサの負荷が大きくなるので、エンジンの負荷も高くなり、その結果NOX排出量も多くなる傾向がある。そこで、この傾向を利用し、冷媒圧力の高いときにEGRバルブ47の開度を大きくしてEGR装置40を流れるEGRガス量を増やし、NOX排出量を低減させることができる。このような制御を行うためには、冷媒の圧力情報を制御装置50に入力させておき、この圧力情報に応じた制御指令(この例においては、圧力が高いほどEGRバルブ47の開度が大きくなるような制御指令)をステッピングモータ49へ出力すれば良い。
【0044】
また、排気ガス中のカーボンなどがEGRバルブ47に付着すると、EGRバルブ47の動きが悪くなり、EGR装置が機能しなくなるおそれがある。そこで、運転開始時又は終了時にEGRバルブ47を全開・全閉となるように反復動作を繰り返すことにより、EGRバルブ47の動きを確認することができる。また、反復動作時の衝撃でカーボンなどの異物を払い落とし、上記不具合の発生を未然に防止することができる。このような制御を行うためには、エンジンの運転開始情報又は運転終了情報を制御装置50に入力させておき、この情報に応じてEGRバルブ47が上記反復動作をするようにステッピングモータ49へ制御指令を出力すれば良い。また、運転開始情報又は運転終了情報が制御装置50に入力されなくても、運転開始直後又は運転終了直後に、必ずEGRバルブ47が上記反復動作をするように予めプログラムを制御装置50に組み込んでも良い。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、応答性が良く、かつ、きめ細かな制御を行うEGR装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるEGR装置が適用されるエンジン駆動式空気調和機のエンジン回りの構成の概略図である。
【図2】本発明の実施の形態におけるEGR装置の断面図であり、EGRバルブが連通路を遮蔽するいわゆる「閉」状態を示す図である。
【図3】本発明の実施の形態におけるEGR装置の断面図である、EGRバルブが連通路を開放する「開」状態を示す図である。
【符号の説明】
1…エンジン(ガスエンジン)
20…吸気系部材(吸気経路)
30…排気系部材(排気経路)
40…EGR装置
41…ハウジング
42…EGRガス入口通路
43…EGRガス出口通路
44…連通路
45…フランジ
47…EGRバルブ、471…弁体部
49…ステッピングモータ
50…制御装置
Claims (6)
- エンジンに連結した排気経路に連通するEGRガス入口通路と、エンジンに連結した吸気経路に連通するEGRガス出口通路と、前記EGRガス入口通路と前記EGRガス出口通路とを連通する連通路と、前記連通路を開閉するEGRバルブと、制御装置から出力される制御指令に基づいて駆動制御されるとともに該駆動制御に基づいて前記EGRバルブを駆動するステッピングモータとを具備することを特徴とするEGR装置。
- 請求項1において、
前記制御装置は、エンジンの運転に関する情報が入力されるとともに、該入力されたエンジンの運転に関する情報に基づいて前記制御指令を出力することを特徴とするEGR装置。 - 請求項2において、
前記エンジンの運転に関する情報は、エンジンスロットル開度情報、燃料弁開度情報、エンジン回転数情報、エンジン点火時期情報、吸気負圧情報のうちの1つ又は2つ以上を含むこと特徴とするEGR装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項において、
前記EGR装置はエンジン駆動式空気調和機に使用するガスエンジンに取り付けられ、
前記制御装置は、前記空気調和機に使用する冷媒の圧力情報が入力されるとともに、該入力された冷媒の圧力情報に基づいて前記制御指令を出力することを特徴とするEGR装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項において、
エンジンの停止時又は起動時に前記EGRバルブが反復駆動するように前記制御装置から前記ステピングモータに制御指令が出力されることを特徴とするEGR装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項において、
前記EGRバルブは前記連通路に当接可能な弁体を有し、該弁体はテーパー形状を呈していることを特徴とするEGR装置。
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