JP2006057476A - Engine determining degree of clogging of exhaust particulate collector by supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関(以下エンジンという)に係り、特にエンジンの排気系に設けられた粒子捕集器の目詰まりを判断することに係わる。 The present invention relates to an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine), and more particularly, to determining clogging of a particle collector provided in an exhaust system of an engine.
エンジンの排気系に排気中の粒子を捕集する粒子捕集器が設けられた場合、粒子捕集器はエンジンがある期間運転されると捕集された粒子の蓄積により目詰まりを生じるので、蓄積された粒子を燃焼により消失させる等の再生が必要となる。粒子捕集器に蓄積された粒子を燃焼させて粒子捕集器を再生させることについては、燃焼用空気を供給する電動式エアポンプの電動機を、低周波デューティ信号を出力するマイコンと、高周波パルス信号を出力する高周波パルス信号発生回路からの低周波デューティ信号と高周波パルス信号との論理積をとって出力するゲートを備えた制御回路により制御することが、下記の特許文献1に記載されている。また下記の特許文献2には、排気ガス浄化装置の目詰まり度を判断すべく、排気ガス浄化装置の上流側と下流側の圧力を圧力検出手段により検出し、それぞれの圧力の比を演算し、該比を逐次平均することにより目詰まり度を判断することが記載されている。
排気ガス浄化装置の上流側と下流側とに圧力検出手段が設けられれば、上記特許文献2の方法に限らず、種々の要領にて排気ガス浄化装置の目詰まりを判断することができる。しかし、排気ガス浄化装置の上流側と下流側とに圧力検出手段を設けるには、それなりのコストを要する。 If pressure detection means are provided on the upstream side and the downstream side of the exhaust gas purification device, clogging of the exhaust gas purification device can be determined not only by the method of Patent Document 2 but in various ways. However, in order to provide the pressure detection means on the upstream side and the downstream side of the exhaust gas purification device, a certain amount of cost is required.
本発明は、そのような格別の圧力検出手段を要することなく、排気粒子捕集器の目詰まりを判断することができるエンジンを提供することを課題としている。 An object of the present invention is to provide an engine capable of determining clogging of an exhaust particle collector without requiring such special pressure detection means.
上記の課題を解決するものとして、本発明は、可変ノズルを備えた排気タービンにより過給圧が目標制御される過給装置と排気粒子捕集器とを備えたエンジンにして、前記可変ノズルの開度により前記排気粒子捕集器の目詰まり度を判断するようになっていることを特徴とするエンジンを提案するものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an engine including a supercharging device whose supercharging pressure is target-controlled by an exhaust turbine including a variable nozzle and an exhaust particle collector. The present invention proposes an engine characterized in that the degree of clogging of the exhaust gas collector is judged from the opening degree.
かかるエンジンは、前記可変ノズル開度が所定の限界値まで減小したとき前記排気粒子捕集器を再生する運転モードに切り換えられるようになっていてよい。この場合、前記可変ノズル開度が前記限界値より所定の偏差だけ復したとき前記再生モードへの切換えを終了するようになっていてよい。 Such an engine may be switched to an operation mode in which the exhaust particle collector is regenerated when the variable nozzle opening is reduced to a predetermined limit value. In this case, the switching to the regeneration mode may be terminated when the variable nozzle opening is restored by a predetermined deviation from the limit value.
また、かかるエンジンは、運転開始時に前記可変ノズルの開度検定を行うようになっていてよい。この開度検定は前記可変ノズルのアクチュエータに可変ノズル全閉を指令して該アクチュエータの変位を実測することにより行われてよい。また、かかる開度検定に基づいて可変ノズル開度の前記限界値が修正されるようになっていてよい。 Further, such an engine may be adapted to perform an opening degree test of the variable nozzle at the start of operation. This opening degree test may be performed by instructing the variable nozzle actuator to fully close the variable nozzle and measuring the displacement of the actuator. Further, the limit value of the variable nozzle opening degree may be corrected based on the opening degree test.
過給装置の排気タービンが可変ノズルを備え、過給圧が目標制御されるようになっていると、排気系に設けられた排気粒子捕集器の目詰まりが昂じて排気タービンの背圧が上昇してくるに連れて排気タービンの出力が出にくくなるので、可変ノズルをより大きく絞る(即ち閉じる)よう、可変ノズル開度は低下していく。そこで、可変ノズルの開度により排気粒子捕集器の目詰まり度を判断することができる。 If the exhaust turbine of the turbocharger is equipped with a variable nozzle and the supercharging pressure is targeted, the exhaust particle collector clogged in the exhaust system becomes clogged and the exhaust turbine back pressure Since the output of the exhaust turbine is less likely to increase as the engine speed increases, the variable nozzle opening decreases so that the variable nozzle is more narrowed (ie, closed). Therefore, the degree of clogging of the exhaust particle collector can be determined from the opening of the variable nozzle.
可変ノズル開度が所定の限界値まで減小したときエンジン運転がそれを再生する運転モードに切り換えられるようになっていれば、排気粒子捕集器の目詰まり度が所定の限界に達したとき、自動的にその再生を行うことができる。また、可変ノズル開度が前記限界値より所定の偏差だけ復したとき再生モードへの切換えを終了するようになっていれば、排気粒子捕集器の目詰まりの解消の度合を同じく可変ノズル開度の変化により判断して、エンジン運転を再生モードから通常の運転に復帰させることができる。 When the variable nozzle opening is reduced to the predetermined limit value, the engine operation can be switched to the operation mode to regenerate it, and when the degree of clogging of the exhaust gas collector reaches the predetermined limit That can be played automatically. In addition, if switching to the regeneration mode is terminated when the variable nozzle opening returns by a predetermined deviation from the limit value, the degree of elimination of clogging of the exhaust particle collector can be similarly increased. Judging by the change in the degree, the engine operation can be returned from the regeneration mode to the normal operation.
運転開始時に可変ノズルの開度検定を行うようになっていれば、可変ノズルの開閉機構に遊びがあり、またそれが気温や可変ノズル開閉機構の作動に伴う磨耗により変化したときにも、可変ノズル開度が所定の限界値まで低下することによる排気粒子捕集器の目詰まり度の判断を常に予定通りに正確に行うことができる。開度検定が可変ノズルのアクチュエータに可変ノズル全閉を指令してアクチュエータの変位を実測することにより行われれば、可変ノズル開度が所定の限界値まで減小した状態、即ち、可変ノズルが大きく絞られた(閉じられた)状態に近い全閉という明確な開度に照らして可変ノズル開閉機構を正確に検定することができる。そして、かかる開度検定に基づいて可変ノズル開度の前記限界値を修正するようになっていれば、検定結果をその目的に対し的確に反映させることができる。 If the variable nozzle opening degree test is performed at the start of operation, there is play in the variable nozzle opening / closing mechanism, and even when it changes due to temperature or wear due to the operation of the variable nozzle opening / closing mechanism, it is variable. The determination of the degree of clogging of the exhaust gas collector due to the nozzle opening being reduced to a predetermined limit value can always be performed accurately as scheduled. If the opening test is performed by instructing the variable nozzle actuator to fully close the variable nozzle and measuring the displacement of the actuator, the variable nozzle opening is reduced to a predetermined limit value, that is, the variable nozzle is large. The variable nozzle opening / closing mechanism can be accurately verified in the light of a clear opening degree that is close to the closed (closed) state. If the limit value of the variable nozzle opening is corrected on the basis of the opening degree test, the test result can be accurately reflected for the purpose.
添付の図1は、本発明のエンジンを車輌用ディーゼルエンジンに於いて実施した一つの実施の形態を示す概略図である。図に於いて、10は4気筒のディーゼルエンジンであり、4つに分岐した吸気マニホールド12を経て吸気を供給され、4つの燃料噴射弁14にて燃料を噴射され、4つの気筒から排気を集める排気マニホールド16を経て排気が排出されるようになっている。排気は排気マニホールド16から排気管18により可変ノズル20を備えた排気タービン22へ該排気ノズルを経て供給されるようになっている。排気タービン22を出た排気は、排気粒子捕集器24に通され、必要なら更に他の排気浄化装置を経て大気へ排出される。
FIG. 1 attached herewith is a schematic view showing one embodiment in which the engine of the present invention is implemented in a vehicle diesel engine. In the figure, 10 is a four-cylinder diesel engine, which is supplied with intake air via an
吸気はエアクリーナ26を経て過給コンプレッサ28に取り入れられ、該過給コンプレッサが排気タービン22により駆動されることによって加圧され、吸気管30を経て吸気マニホールド12よりエンジンの気筒へ供給される。
The intake air is taken into a
ECU32はマイクロコンピュータを備えた電子式制御装置であり、運転者による図には示されていないアクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサからのアクセル開度を示す信号、図には示されていない車速センサからの車速を示す信号、エンジン回転速度センサ34からのエンジン回転速度を示す信号、吸気圧センサ36からの吸気管30内に於ける吸気圧(過給圧)を示す信号を受け、そこに組み込まれた制御プログラムに基づいて制御演算を行い、燃料噴射量を算出して燃料噴射弁14を作動させ、また目標過給圧を算出し、これと吸気圧センサ36にて検出された実過給圧とを比較し、実過給圧を目標過給圧に一致させるように可変ノズル20の開度を制御する。
The
図2は図1に於ける排気タービン22と可変ノズル20の組合せの如き可変ノズル型排気タービンの一つの基本的構造の例を幾分解図的に示す概略図である。排気タービンは、回転軸38により担持されてその中心軸線の周りに図にて時計回り方向に回転するタービンロータ40と、これを包囲するハウジング42とを有している。ハウジング42は排気導入口44よりタービンロータへ向けて排気を導入し、それを環状室空間46によりタービンロータの周りに配分し、これより該環状室空間内に配置された可動ベーン48の列によりそれらの間に形成された可変ノズル50を経て排気をタービンロータの周りに吹き付けるようになっている。可動ベーン48はベーン軸52により担持され、該ベーン軸がハウジング42により回動可能に支持されていることにより、該ベーン軸の軸心の周りに傾動し、これによって可変ノズル50の開度をその傾きと共に変えるようになっている。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an exploded view of an example of one basic structure of a variable nozzle type exhaust turbine such as the combination of the
より詳細には、各ベーン軸52の一端部にはベーン回動レバー54が取り付けられており、その自由端部に設けられた短円筒形のカムフォロワ56がユニソンリング58の内周縁に沿って形成されたカム溝60に係合しており、このユニソンリング58が、アクチュエータ62により、ユニソンリング駆動レバー64を経て回動されることにより、各ベーン回動レバー54が一斉に傾動されるようになっている。ユニソンリング駆動レバー64はその中央部66にてハウジングより枢支されて傾動し、その一端にてはアクチュエータ62の作動ロッド68と枢動連結部70にて連結され、その自由端部にてはそこに設けられた短円筒形のカムフォロワ72によりユニソンリング58の外縁部に設けられたカム溝74に係合している。
More specifically, a vane rotation lever 54 is attached to one end portion of each
上記の例の如く、各可動ベーン48のベーン回動レバー54がその自由端部にてカムフォロワ56によりユニソンリングのカム溝60に係合し、またユニソンリング駆動レバー64がその自由端部にてカムフォロワ72によりユニソンリングのカム溝74に係合することによって、各可動ベーンの傾動角がアクチュエータ62により変えられるようになっていると、カムフォロワ56とカム溝60の係合およびカムフォロワ72とカム溝74の係合には不可避的に或る程度の遊びが伴い、またそれは気温や可変ノズル開閉機構の作動に伴う磨耗により変化するので、図1の電子式制御装置32の如き制御装置より可変ノズルへ出される開度指令は、そのような遊びに対する修正を含んだものであるのが好ましい。
As in the above example, the vane rotation lever 54 of each
そのような指令修正のためには、個別の製品についての可変ノズル開度の検定が必要である。そのためには、一例として、運転開始時毎にアクチュエータ62をその作動ロッド68が点線にて示されている状態となるよう作動させ、可変ノズル開度が零となるよう可動ベーン48を点線にて示されている如く全閉位置へもたらし、そのときのアクチュエータの作動ロッド68の位置を可変ノズル開度零の位置として検定すればよい。
In order to correct such a command, it is necessary to verify the variable nozzle opening degree for each individual product. For this purpose, as an example, the
図3は、上に説明した運転開始時の可変ノズル開度検定を伴って、本発明によるエンジンが、排気粒子捕集器の目詰まり度を判断しつつ、また該目詰まり度が所定の限界に達したときにはそれを再生しつつ、運転される要領を、ディーゼルエンジンの場合の一つの実施の形態について示すフローチャートである。 FIG. 3 shows that the engine according to the present invention judges the degree of clogging of the exhaust particle collector while the variable nozzle opening degree test at the start of operation described above is performed, and the degree of clogging is a predetermined limit. It is a flowchart which shows the point to be operated about one embodiment in the case of a diesel engine, reproducing it, when reaching to.
制御が開始されると、ステップ10にてフラグF1が1であるか否かが判断される。このフラグは後述のステップ40にて1にセットされるものであり、この種の制御に於いては、かかるフラグは制御の開始時に一度 0にリセットされるので、運転開始後制御が初めてこのステップに至ったときには答はノーであり、制御はステップ20へ進む。ステップ20に於いては、上記のアクチュエータ62の如き可変ノズル開閉手段を作動させて可変ノズルを全閉とすることが行われる。次いで制御はステップ30へ進み、上記の遊びの如き可変ノズル開閉の偏差がチェックされ、可変ノズル開度指令に対する修正値ΔRoが求められる。修正値ΔRoは後述のステップ110および150に於いて使用される。その後制御はステップ40へ進み、フラグF1が1にセットされる。従って、その後は、制御はステップ20〜40をバイパスして行われる。
When the control is started, it is determined in
ステップ50に於いては、アクセル開度、車速、機関回転速度より燃料噴射量および目標過給圧Pstを算出することが行われる。
In
次いで、制御はステップ60へ進み、図1の過給圧センサ36の如き過給圧センサにより実測された実過給圧Psが上に算出された目標過給圧Pstより低いか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ70へ進み、現在の可変ノズル開度を少しずつ減少させることが行われる。これは、現在の可変ノズル開度をRvとすれば、このフローチャートを通る1回の制御毎に、それを微小開度δRだけ小さくすることである。逆に、ステップ60の答がノーであれば、制御はステップ80へ進み、実過給圧Psが上に算出された目標過給圧Pstより高いか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ90へ進み、現在の可変ノズル開度を少しずつ増大させることが行われる。これは、現在の可変ノズル開度をRvとすれば、このフローチャートを通る1回の制御毎に、それを微小開度δRだけ大きくすることである。ステップ80の答がノーであれば、これは実過給圧Psが上に算出された目標過給圧Pstに一致したことを示すので、制御はそのままステップ100へ進む。
Control then proceeds to step 60, where it is determined whether the actual boost pressure Ps actually measured by a boost pressure sensor such as the
以上いずれにしても、次のステップ100に於いては、フラグF2が1であるか否かが判断される。このフラグは後述のステップ140にて1にセットされるものであり、それまでこのステップの答はノーであり、制御はステップ110へ進む。ステップ110に於いては、現在の可変ノズル開度Rvが或る所定の限界値Rvcよりステップ30にて求められた修正値ΔRoを差し引いた値より大きいか否かが判断される。これは可変ノズル開度が所定の限界値Rvcまで減少したか否かをステップ30にて検定した可変ノズル開閉偏差修正値ΔRoを加味して判断することである。答がイエスであれば、このことは排気粒子捕集器の目詰まり度がまだ所定の限界に達していないことを示すので、制御はステップ120へ進み、通常のエンジン運転が行われる。
In any case, in the next step 100, it is determined whether or not the flag F2 is 1. This flag is set to 1 in step 140 to be described later. Until then, the answer to this step is no, and the control proceeds to step 110. In step 110, it is determined whether or not the current variable nozzle opening degree Rv is larger than a value obtained by subtracting the correction value ΔRo obtained in
一方、ステップ110の答がノーであれば、これは排気粒子捕集器の目詰まり度が所定の限界に達したことを示すので、制御はステップ130 へ進み、燃料噴射量を増大させて排気ガス温度を高める等のエンジン運転を排気粒子捕集器(DPF)の再生を促す運転モードに切り換えることが行われる。このときには、更に制御をステップ140へ進め、フラグF2が1にセットされる。 On the other hand, if the answer to step 110 is no, this indicates that the degree of clogging of the exhaust particle collector has reached a predetermined limit, so control proceeds to step 130 where the fuel injection amount is increased and the exhaust gas is increased. The engine operation such as increasing the gas temperature is switched to an operation mode that promotes regeneration of the exhaust particle collector (DPF). At this time, the control further proceeds to step 140, and the flag F2 is set to 1.
排気粒子捕集器再生モードのエンジン運転が開始されると、排気粒子捕集器の目詰まりは次第に解消されて行き、排気タービンの背圧が下がって排気タービンの出力が増し、実過給圧が上昇してくるので、制御はステップ60よりステップ80、90を通って進むようになり、可変ノズル開度Rvは次第に増大してくる。排気粒子捕集器再生モード運転中は、フラグF2は1にセットされているので、制御はステップ100よりステップ150 へ進み、可変ノズル開度Rvが修正値ΔRoを加味した限界値Rvcより所定の再生偏差ΔRr以上増大したか否かが判断される。答がノーである間、制御はステップ130へ進み、排気粒子捕集器再生モードによる運転が続けられるが、排気粒子捕集器の再生が進み、ステップ150の答がノーからイエスに転ずると、制御はステップ160 へ進み、フラグF2が0にリセットされる。従って、この後は制御はステップ100よりステップ110へ進み、その答はイエスとなるので、制御はステップを120へ進むようになり、エンジンは通常運転に戻される。
When the engine operation in the exhaust particle collector regeneration mode is started, the clogging of the exhaust particle collector is gradually resolved, the exhaust turbine back pressure decreases, the exhaust turbine output increases, and the actual boost pressure Therefore, the control proceeds from
図4は、エンジン運転の継続に伴う排気粒子捕集器の目詰まりの進行により可変ノズル開度Rvが減小し、それが修正値ΔRoを加味した所定限界値Rvcまで減小したところで、排気粒子捕集器の再生が行われ、排気粒子捕集器の目詰まりが可変ノズル開度で見て再生偏差ΔRrに対応するところまで回復したとき再生終了とされる上記のステップ60〜160による制御によって排気粒子捕集器が目詰まり状態が変化する様子を、時間軸に対する可変ノズル開度にて例示したグラフである。
FIG. 4 shows that when the variable nozzle opening Rv is decreased due to the progress of clogging of the exhaust particle collector as the engine operation continues, and when the variable nozzle opening Rv is decreased to a predetermined limit value Rvc including the correction value ΔRo, When the particle collector is regenerated, and the clogging of the exhaust particle collector is recovered to a position corresponding to the regeneration deviation ΔRr when viewed at the variable nozzle opening, the regeneration is terminated and the control is performed by the
以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。 While the present invention has been described in detail with respect to one embodiment thereof, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made within the scope of the present invention.
10…4気筒のディーゼルエンジン、12…吸気マニホールド、14…燃料噴射弁、16…排気マニホールド、18…排気管、20…可変ノズル、22…排気タービン、24…排気粒子捕集器、26…エアクリーナ、28…過給コンプレッサ、30…吸気管、32…電子式制御装置、34…エンジン回転速度センサ、36…吸気圧センサ、38…回転軸、40…タービンロータ、42…ハウジング、44…排気導入口、46…環状室空間、48…可動ベーン、50…可変ノズル、52…ベーン軸、54…ベーン回動レバー、56…カムフォロワ、58…ユニソンリング、60…カム溝、62…アクチュエータ、64…ユニソンリング駆動レバー、66…レバー中央部、68…アクチュエータの作動ロッド、70…枢動連結部、72…カムフォロワ、74…カム溝
DESCRIPTION OF
Claims (6)
6. The engine according to claim 4, wherein the limit value of the variable nozzle opening is corrected based on the opening test.
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Cited By (1)
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CN114263514A (en) * | 2021-12-22 | 2022-04-01 | 江阴市硕淳环保科技有限公司 | Vehicle exhaust efficient treatment device with multiple purification media |
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2004
- 2004-08-18 JP JP2004237931A patent/JP2006057476A/en active Pending
Cited By (2)
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CN114263514B (en) * | 2021-12-22 | 2022-11-15 | 江阴市硕淳环保科技有限公司 | Vehicle exhaust efficient treatment device with multiple purification media |
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