JP2005337011A

JP2005337011A - 排気環流装置

Info

Publication number: JP2005337011A
Application number: JP2004152686A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Narabe; 靖奈良部
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2005-12-08

Abstract

【課題】ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、ＥＧＲを行う際のＥＧＲ管内でのＥＧＲ逆流を防止するＥＧＲ装置とその制御方法の提供。
【解決手段】エンジン（１）の運転状態からＥＧＲが必要か否かを判断し、ＥＧＲが必要な場合で且つＥＧＲ弁（Ｖｅ）を全開しても必要なＥＧＲ量を得られない場合には前記絞り機構（Ｖｄ）の開度を減少し、以ってターボチャージャ（３）のタービン（３１）の回転数を減少させてＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）を降下させる制御を行うように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、排気ガスの一部を吸気系に戻すことにより、シリンダ内での燃焼温度を下げ、排気ガス中に含まれるＮＯｘの量を削減して排気ガスの浄化を図る排気環流（ＥＧＲ）装置に関するものである。

ターボチャージャを有するエンジンの場合、排気側の圧力が吸気側の圧力よりも低くなる場合がある。そのような場合には、排気環流管（ＥＧＲ管）において排気還流ガスはＥＧＲ管内を逆流してしまう恐れがある。

ここで、排気ブレーキと第３ブレーキ（デコンプ式ブレーキ）の併用可能な車両の補助ブレーキにおいて、排気ブレーキのみの作動時に排気シャッターを所定の開度以上に閉じる単数又は複数のアクチュエータを備えた技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。
実用新案登録第２５７１４４７号公報然るに、係る技術はあくまでも補助ブレーキに関するものであり、前述の問題を解消することを意図したものではない。

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、ＥＧＲを行う際のＥＧＲ管内での還流するべき排気が逆流すること（ＥＧＲ逆流）を防止するＥＧＲ装置とその制御方法の提供を目的としている。

本発明のＥＧＲ装置は、ターボチャージャ（３）を備えたエンジンのＥＧＲ装置において、排気管（４）から排気環流系統（ＥＧＲ系統：８）が分岐する箇所（Ｂ）よりも下流側の排気管（４）に絞り機構（Ｖｄ）を介装したことを特徴としている（請求項１）。

前記ＥＧＲ系統（８）には排気環流弁（ＥＧＲ弁：Ｖｅ）が介装されており、当該ＥＧＲ系統（８）を流れる排気環流量（ＥＧＲ量）を計測或いは演算する手段（Ｓｑ）を設けている（請求項２）。

前記ＥＧＲ系統（８）が吸気管（７）と合流する箇所（Ｇ）の圧力を計測する第１の圧力計測手段（Ｓｐ１）と、前記ＥＧＲ系統（８）が排気管（４）から分岐する箇所（Ｂ）の圧力を計測する第２の圧力計測手段（Ｓｐ２）とを有している（請求項３）。

前記ＥＧＲ系統（８）には逆止弁（Ｖｃ）が介装されている（請求項４）。

また、本発明のＥＧＲ装置は、エンジン（１）の運転状態から排気環流（ＥＧＲ）が必要か否かを判断し、ＥＧＲが必要な場合で且つＥＧＲ弁（Ｖｅ）を全開しても必要なＥＧＲ量を得られない場合には前記絞り機構（Ｖｄ）の開度を減少させ、以ってターボチャージャ（３）のタービン（３１）の回転数を減少させてＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）を降下させる制御を行うように構成されている（請求項５）。

本発明のＥＧＲ装置の制御方法は、上述したＥＧＲ装置（請求項３、５の何れかのＥＧＲ装置）の制御方法において、前記制御手段（１０）によってＥＧＲが必要か否かを判断する工程（Ｓ２）と、前記第１の圧力計測手段（Ｓｐ１）及び前記第２の圧力計測手段（Ｓｐ２）によって当該２箇所の圧力（Ｐ１、Ｐ２）を計測する工程（Ｓ４）と、制御手段（１０）は第１の圧力計測手段（Ｓｐ１）で計測した圧力値（Ｐ１）が第２の圧力計測手段（Ｓｐ２）で計測した圧力値（Ｐ２）以上であるか否かを判断する工程（Ｓ５）と、第１の圧力計測手段（Ｓｐ１）で計測した圧力値（Ｐ１）が第２の圧力計測手段（Ｓｐ２）で計測した圧力値（Ｐ２）以上である場合で且つＥＧＲ弁（Ｖｅ）を全開しても必要なＥＧＲ量を得られない場合に、前記絞り機構（Ｖｄ）の開度を減少させる工程（Ｓ９）とを含み、前記絞り機構（Ｖｄ）の開度を減少させることによってターボチャージャ（３）のタービン（３１）の回転数を減少させてＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）を降下させるように制御することを特徴としている（請求項６）。

また、本発明のＥＧＲ装置の制御方法は、前記ＥＧＲ装置（請求項４のＥＧＲ装置）の制御方法において、前記制御手段（１０Ａ）によってＥＧＲが必要か否かを判断する工程（Ｓ２２）と、ＥＧＲが必要な場合、制御手段（１０Ａ）はＥＧＲ弁（Ｖｅ）の開度を所定量だけ増加させた後、ＥＧＲ量の計測又は演算を行う工程（Ｓ２５）と、ＥＧＲ量が適正であるか否かを判断する工程（Ｓ２６）と、ＥＧＲ弁が全開か否かを判断する工程（Ｓ２８）とを有し、ＥＧＲ量が不適当で且つＥＧＲ弁（Ｖｅ）が全開の場合に前記絞り機構（Ｖｄ）の開度を所定量だけ減少させるように制御することを特徴としている（請求項７）。

上述した構成のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）がＥＧＲ系統（８）における排気管（４）側の圧力よりも高く、且つＥＧＲ弁（Ｖｅ）を全開しても必要なＥＧＲ量を得られない場合に、排気管（４）側の絞り機構（Ｖｄ）の開度を減少させることによってターボチャージャ（３）のタービン（３１）の回転数を減少させてＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）を降下させるように制御出来る。ＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）が降下することにより、ＥＧＲ量を増加させることが出来、排気ガス中のＮＯｘ低減効果が向上する。

又、ＥＧＲ系統（８）のＥＧＲ弁（Ｖｅ）よりも下流側に逆止弁（Ｖｃ）を設けることにより、ＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）がＥＧＲ系統（８）における排気側（４）の圧力よりも高い場合であってもＥＧＲ系統（８）内ではＥＧＲの逆流は阻止出来る。さらに、ＥＧＲが必要な場合、制御手段（１０Ａ）はＥＧＲ弁（Ｖｅ）の開度を所定量だけ増加させた後、ＥＧＲ量が不適当で且つＥＧＲ弁（Ｖｅ）が全開の場合に絞り機構（Ｖｄ）の開度を所定量だけ減少させることによってターボチャージャ（３）のタービン（３１）の回転数を減少させてＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）を降下させるように制御出来る。ＥＧＲ系統（８）と吸気系統（７）との合流箇所（Ｇ）の圧力（Ｐ１）が降下することにより、ＥＧＲ量を増加させることが出来、排気ガス中のＮＯｘ低減効果が向上する。

添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

先ず、図１及び図２を参照して第１実施形態を説明する。

図１において、当該エンジン１のエキゾーストマニフォールド２には、排気によって回転するタービン３１と、そのタービン３１の回転によって回転させられ、その回転によって吸気を圧縮するコンプレッサ３２とで構成されたターボチャージャ３が取り付けられている。

前記ターボチャージャのタービンアウトレット３１ａには排気管４が接続され、その排気管４には絞り弁Ｖｄが介装されている。

一方、前記ターボチャージャ３のコンプレッサ３２のコンプレッサアウトレット３２ａには、途中にインタークーラ５を介装した吸気管６の一端６ａが接続され、該吸気管６の他端６ｂはインテークマニフォールド７のインレット７ａに接続されている。

前記排気管４において、ターボチャージャ３のタービンアウトレット３１ａと前記絞り弁Ｖｄとの間の領域からは、一端がインテークマニフォールド７の合流部Ｇに連通し、排気ガスを吸気側に還流させる還流管（ＥＧＲ管）８の他端が分岐している（分岐点を符号Ｂで示す）。

当該ターボチャージャにはウェーストゲート９が設けられており、そのウェーストゲート９にはウェーストゲート弁Ｖｗが介装されている。

前記ＥＧＲ管８にはＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ弁Ｖｅが介装され、そのＥＧＲ弁Ｖｅとインテークマニフォールド７との間の領域にはＥＧＲ流量を計測するためのＥＧＲ流量計Ｓｑが介装されている。

インテークマニフォールド７とＥＧＲ管８との合流点Ｇの近傍にはその箇所の吸気圧力を検出するための第１の圧力センサＳｐ１が介装されている。また、排気管４における前記ＥＧＲ管８の分岐点Ｂ近傍にはその箇所の排気圧を検出するための第２の圧力センサＳｐ２が介装されている。

一方エンジン１本体にはエンジン負荷を検出するための負荷センサ１１とエンジン回転センサ１２が取り付けられている。

前記ＥＧＲ流量計Ｓｑと第１の圧力センサＳｐ１と第２の圧力センサＳｐ２と負荷センサ１１とエンジン回転センサ１２とは、夫々入力信号ラインＬｉによって当該ＥＧＲ装置を制御するコントロールユニット１０に接続されている。

又、コントロールユニット１０は、データベース１３を備えており、制御信号ラインＬｏを介して、排気管４に介装された前記絞り弁Ｖｄ及びＥＧＲ管８に介装されたＥＧＲ弁Ｖｅの開度を制御するべく制御信号を発信するように構成されている。

即ち、コントロールユニット１０は、前記第１の圧力センサＳｐ１で検出された第１の圧力値（Ｐ１）が前記第２の圧力センサＳｐ２で検出された第２の圧力値（Ｐ２）以上である場合で、且つＥＧＲ弁Ｖｅを全開しても必要なＥＧＲ量を得られない場合には、データベース１３の、例えば図示しないマップ等を参照してその時点での運転状態を把握し、前記絞り弁Ｖｄの開度を適量だけ減少させることによってターボチャージャ３のタービン３１の回転数を減少させて、ＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力を降下させるべく制御するように構成されている。

図２を参照して、第１実施形態のＥＧＲ装置の制御方法について説明する。
先ず、コントロールユニット１０は、負荷センサ１１及びエンジン回転センサ１２を用いて、エンジン負荷とエンジン回転数を読み込み（ステップＳ１）、データベース１３に記憶されたマップから現時点でＥＧＲが必要か否かを判断する（ステップＳ２）。

ＥＧＲが必要でなければ（ステップＳ２のＮＯ）、エンジンを停止するか否かを判断して（ステップＳ３）、停止であれば（ステップＳ３のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方エンジン停止で無ければ（ステップＳ３のＮＯ）、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１から繰り返す。

ＥＧＲが必要であれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、前記第１の圧力センサＳｐ１および第２の圧力センサＳｐ２を用いて、第１の圧力値（Ｐ１）及び第２の圧力値（Ｐ２）を計測する（ステップＳ４）。

そしてコントロールユニット１０は、第１の圧力値（Ｐ１）が第２の圧力値（Ｐ２）以上となっているか否か、即ち、吸気側の圧力のほうが排気側の圧力よりも大きくなっているか否かを判断する（ステップＳ５）。
第１の圧力値（Ｐ１）が第２の圧力値（Ｐ２）以上となっていれば（吸気側の圧力のほうが排気側の圧力よりも大きくなっていれば）（ステップＳ５のＹＥＳ）、ステップＳ９まで進み、一方、第１の圧力値（Ｐ１）が第２の圧力値（Ｐ２）未満であれば（吸気側の圧力のほうが排気側の圧力よりも小さければ）（ステップＳ５のＮＯ）、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６ではコントロールユニット１０はＥＧＲ量を増加するか否かを判断しており、増加しないのであれば（ステップＳ６のＮＯ）、ステップＳ１に戻り、再びステップＳ１から繰り返す。一方、増加するのであれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、ステップＳ７に進みＥＧＲ弁Ｖｅを全開するのか否かを判断する。

ＥＧＲ弁Ｖｅを全開しないのであれば（ステップＳ７のＮＯ）、ステップＳ９に進み、全開するのであれば（ステップＳ７のＹＥＳ）、ＥＧＲ弁Ｖｅの弁開度を増加させ（ステップＳ８）、ステップＳ１０まで進む。

ステップＳ９では、コントロールユニット１０は、排気管４に介装した前記絞り弁Ｖｄの開度を減少させるべく制御信号を送り、ステップＳ１０に進み、ＥＧＲ管８に介装したＥＧＲ流量計Ｓｑからの信号に基づき、ＥＧＲ量を直接計測する、又はＥＧＲ流量計Ｓｑからの信号に基づき、ＥＧＲ量を間接的に演算する。

次のステップＳ１１では、ＥＧＲ量が適正であるか否かを判断して、適正であれば（ステップＳ１１のＹＥＳ）、適当なクロック数が経過（ステップＳ１２）後、再びステップＳ１の戻り、ステップＳ１以降を繰り返す。一方、ＥＧＲ量が適正でなければ（ステップＳ１１のＮＯ）、そのままステップＳ１に戻り、再びステップＳ１以降を繰り返す。

上述したような構成及び制御方法の第１実施形態によれば、ＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力Ｐ１がＥＧＲ管８における排気管４側の圧力よりも高く、且つＥＧＲ弁Ｖｅを全開しても必要なＥＧＲ量を得られない場合に、排気管４側の絞り弁Ｖｄの開度を減少させることによってターボチャージャ３のタービン３１の回転数を減少させてＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力Ｐ１を降下させるように制御出来る。
ＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力Ｐ１が降下することにより、ＥＧＲ量を増加させることが出来、排気ガス中のＮＯｘ低減効果が上がる。

次に、図３及び図４を参照して第２実施形態を説明する。
図１及び図２の第１実施形態はＥＧＲ管８の前後の圧力、即ち、吸気側の圧力（第１の圧力値Ｐ１）と排気側の圧力（第２の圧力値Ｐ２）を第１の圧力センサＳｐ１および第２の圧力センサＳｐ２を用いて検出し比較して、第１（吸気側）の圧力値Ｐ１が第２（排気側）の圧力値Ｐ２以上であれば絞り弁Ｖｄを絞って、ターボチャージャ３のタービン３１の回転数を減少させて、ＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力を降下させるべく制御する実施形態であった。

それに対して、図３及び図４の第２実施形態はＥＧＲ管８の前後の圧力、即ち、吸気側の圧力（第１の圧力値Ｐ１）と排気側の圧力（第２の圧力値Ｐ２）圧力の大小の如何に関わらず、ＥＧＲ管８において、ＥＧＲの逆流を阻止する機構を組込んだ実施形態である。
即ち、第１実施形態の構成（図１）に対して、第１及び第２の圧力センサＳｐ１、Ｓｐ２を廃止し、代りにＥＧＲ管８においてＥＧＲ弁Ｖｅの下流（吸気側）に逆止弁Ｖｃを介装したことが相違点であり、その他の構成に対しては実質的には第１実施形態と同様である。

図４を参照して、第２実施形態のＥＧＲ装置の制御方法について説明する。
先ず、コントロールユニット１０Ａは、負荷センサ１１及びエンジン回転センサ１２を用いて、エンジン負荷とエンジン回転数を読み込み（ステップＳ２１）、データベース１３に記憶されたマップから現時点でＥＧＲが必要か否かを判断する（ステップＳ２２）。

ＥＧＲが必要でなければ（ステップＳ２２のＮＯ）、エンジンを停止するか否かを判断して（ステップＳ２３）、停止であれば（ステップＳ２３のＹＥＳ）、そのまま制御を終了する。一方エンジン停止で無ければ（ステップＳ２３のＮＯ）、ステップＳ２１に戻り、再びステップＳ２１から繰り返す。

ＥＧＲが必要であれば（ステップＳ２２のＹＥＳ）、ＥＧＲバルブＶｅの開度を所定量だけ増加させて（ステップＳ２４）、ＥＧＲ量の計測又は演算を行う（ステップＳ２５）。次のステップＳ２６ではコントロールユニット１０Ａは、ＥＧＲ量は適正であるか否かを判断する。

ＥＧＲ量が適正であれば（ステップＳ２６のＹＥＳ）、適当なクロック数が経過（ステップＳ２７）後、再びステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１以降を繰り返す。一方、ＥＧＲ量が適正でなければ（ステップＳ２６のＮＯ）、コントロールユニット１０ＡはＥＧＲが全開であるか否かを判断する（ステップＳ２８）。

ＥＧＲが全開であれば（ステップＳ２８のＹＥＳ）、ステップＳ２９において前記絞り弁Ｖｄを所定量だけ減少させた後、ステップＳ２５まで戻り、再びステップＳ２５以降を繰り返す。一方、ＥＧＲ弁が全開でなければ、ステップＳ２４まで戻り、再びステップＳ２４以降を繰り返す。

係る構成及び制御方法を有する第２実施形態によれば、ＥＧＲ管８のＥＧＲ弁Ｖｅよりも下流側に逆止弁Ｖｃを設けることにより、ＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力Ｐ１がＥＧＲ管８における排気管４側の圧力よりも高い場合であってもＥＧＲ管８内ではＥＧＲの逆流は阻止出来る。
さらに、ＥＧＲが必要な場合、制御手段１０ＡはＥＧＲ弁Ｖｅの開度を所定量だけ増加させた後、ＥＧＲ量が不適正で且つＥＧＲ弁Ｖｅが全開の場合に絞り弁Ｖｄの開度を所定量だけ減少させることによってターボチャージャ３のタービン３１の回転数を減少させてＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力Ｐ１を降下させるように制御出来る。ＥＧＲ管８とインテークマニフォールド７との合流箇所Ｇの圧力Ｐ１が降下することにより、ＥＧＲ量を増加させることが出来、排気ガス中のＮＯｘ低減効果が上がる。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。

本発明の第１実施形態の装置全体を示す構成図。本発明の第１実施形態の制御方法を示す制御フローチャート。本発明の第２実施形態の装置全体を示す構成図。本発明の第１実施形態の制御方法を示す制御フローチャート。

符号の説明

１・・・エンジン
２・・・エキゾーストマニフォールド
３・・・ターボチャージャ
４・・・排気管
５・・・インタークーラ
６・・・吸気管
７・・・インテークマニフォールド
８・・・ＥＧＲ管
１０、１０Ａ・・・コントロールユニット
１１・・・負荷センサ
１２・・・エンジン回転センサ
１３・・・データベース
３１・・・ターボチャージャ
３２・・・コンプレッサ
Ｓｐ１・・・第１の圧力センサ
Ｓｐ２・・・第２の圧力センサ
Ｓｑ・・・ＥＧＲ流量計
Ｖｃ・・・逆止弁
Ｖｄ・・・絞り弁
Ｖｅ・・・ＥＧＲ弁

Claims

ターボチャージャを備えたエンジンの排気環流装置において、排気管から排気環流系統が分岐する箇所よりも下流側の排気管に絞り機構を介装したことを特徴とする排気環流装置。
前記排気環流系統には排気環流弁が介装されており、当該排気環流系統を流れる排気環流量を計測或いは演算する制御手段を設けた請求項1の排気環流装置。
前記排気環流系統が吸気管と合流する箇所の圧力を計測する第１の圧力計測手段と、前記排気環流系統が排気管から分岐する箇所の圧力を計測する第２の圧力計測手段とを有する請求項２の排気環流装置。
前記排気環流系統の排気環流弁の下流側には逆止弁が介装されている請求項１のＥＧＲ装置。
エンジンの運転状態から排気環流が必要か否かを判断し、排気環流が必要な場合で且つ排気環流弁を全開しても必要な排気環流量を得られない場合には前記絞り機構の開度を減少させ、以ってターボチャージャのタービンの回転数を減少させて排気環流系統と吸気系統との合流箇所の圧力を降下させる制御を行うように構成された請求項１〜４の何れか１項に記載の排気環流装置。
請求項３、５の何れかの排気環流装置の制御方法において、前記制御手段によって排気環流が必要か否かを判断する工程と、前記第１の圧力計測手段及び前記第２の圧力計測手段によって当該２箇所の圧力を計測する工程と、制御手段は第１の圧力計測手段で計測した圧力値が第２の圧力計測手段で計測した圧力値以上であるか否かを判断する工程と、第１の圧力計測手段で計測した圧力値が第２の圧力計測手段で計測した圧力値以上である場合で且つ排気環流弁を全開しても必要なＥＧＲ量を得られない場合に、前記絞り機構の開度を減少させる工程とを含み、前記絞り機構の開度を減少させることによってターボチャージャのタービンの回転数を減少させて排気環流系統と吸気系統との合流箇所の圧力を降下させるように制御することを特徴とする排気環流装置の制御方法。
請求項４の排気環流装置の制御方法において、前記制御手段によって排気環流が必要か否かを判断する工程と、排気環流が必要な場合、前記制御手段は排気環流弁の開度を所定量だけ増加させた後、排気環流量の計測又は演算を行う工程と、排気環流量が適当であるか否かを判断する工程と、排気環流弁が全開か否かを判断する工程とを有し、排気環流量が不適正で且つ排気環流弁が全開の場合に前記絞り機構の開度を所定量だけ減少させるように制御することを特徴とする排気環流装置の制御方法。