JP2008163794A - Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine - Google Patents

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Yusuke Matsumoto
祐介 松本
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, appropriately controlling an EGR rate regardless of the operation condition of a turbocharger during transient operation and besides appropriately eliminating a turbo lag of the turbocharger, while improving the durability of the device including the internal combustion engine. <P>SOLUTION: An exhaust gas recirculation passage (34) is branched from an exhaust gas passage on the further exhaust gas downstream side of the turbine (8b) of the turbocharger (8) and on the further exhaust gas downstream side of an exhaust gas post-processor (28) so that a part of exhaust gas is recirculated into an intake passage on the further intake air downstream side of the compressor (8a) of the turbocharger, and also an electric supercharger (36), a pressure accumulation tank (38) and a recirculation control valve (40) are arranged in the exhaust gas recirculation passage. During the transient operation of the internal combustion engine such as at starting of a vehicle or sudden acceleration thereof, the operation of the electric supercharger is controlled and also the opening of the recirculation control valve is controlled. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の排気再循環装置に関し、特にターボチャージャを備えた内燃機関の排気再循環(EGR)技術に関する。   The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas recirculation (EGR) technique for an internal combustion engine equipped with a turbocharger.

内燃機関(エンジン)から排出されるNOxを軽減したり燃費を改善する技術として、排ガスの一部を吸気系に還流させる排気再循環装置(EGR装置)が開発され実用化されている。
このEGR装置では、吸気流量に対する還流ガス(EGRガス)の流量割合(EGR率)を制御するようにしており、具体的には吸気圧と排気圧間の差圧及びEGR弁の開度に基づくEGRガス流量の調整によってEGR率を目標EGR率に向け制御するようにしている。
As a technique for reducing NOx discharged from an internal combustion engine (engine) and improving fuel efficiency, an exhaust gas recirculation device (EGR device) that recirculates a part of exhaust gas to an intake system has been developed and put into practical use.
In this EGR device, the flow rate ratio (EGR rate) of the recirculation gas (EGR gas) with respect to the intake flow rate is controlled, specifically based on the differential pressure between the intake pressure and the exhaust pressure and the opening of the EGR valve. The EGR rate is controlled toward the target EGR rate by adjusting the EGR gas flow rate.

また、最近では、エンジンの排気通路と吸気通路間にターボチャージャを備え、排ガスの圧力によってタービンを高速回転させ吸入空気をコンプレッサで過給して吸気の充填効率を向上させる技術が普及しており、このようなターボチャージャを備えたエンジンでは、当該ターボチャージャで加圧された過給圧と排気圧間の差圧及びEGR弁の開度に基づくEGRガス流量の調整によって当該EGR率を制御するようにしている。   In recent years, a technology that has a turbocharger between the exhaust passage and the intake passage of an engine, rotates the turbine at high speed by the exhaust gas pressure, and supercharges the intake air with a compressor has been widely used. In an engine equipped with such a turbocharger, the EGR rate is controlled by adjusting the EGR gas flow rate based on the differential pressure between the supercharging pressure and the exhaust pressure pressurized by the turbocharger and the opening of the EGR valve. I am doing so.

しかしながら、エンジンの過渡運転時(急加速時等)には、ターボチャージャの作動によって過給圧と排気圧とが大きく変動するため、EGR率を適切に制御できないという問題がある。このようにEGR率を適切に制御できないと、EGRが過大となってスモークを発生したり或いはEGRが過少となってNOxや騒音が増大したりして排気浄化性能等の悪化を招き、好ましいことではない。   However, during transient operation of the engine (during rapid acceleration, etc.), there is a problem that the EGR rate cannot be properly controlled because the supercharging pressure and the exhaust pressure vary greatly due to the operation of the turbocharger. If the EGR rate cannot be appropriately controlled in this way, it is preferable that the EGR becomes excessive and smoke is generated, or the EGR becomes excessive and NOx and noise increase, leading to deterioration of exhaust purification performance and the like. is not.

一方、例えば吸入空気量とEGRガス量とを精度よく制御して燃焼の安定性を向上させる技術として、排ガスの一部を蓄圧タンクで蓄圧しておき、EGRガス量が足りない場合に適宜蓄圧した排ガスを吸気系に供給する構成の内燃機関が知られている(特許文献1参照)。
また、単にEGRガス量の不足を補うのであれば、例えばターボチャージャを利用することによりEGRガス自体を過給して吸気系に供給する技術が公知である(特許文献2参照)。
特開2005−69143号公報 特開2005−76455号公報
On the other hand, for example, as a technique for improving the stability of combustion by accurately controlling the intake air amount and the EGR gas amount, a part of the exhaust gas is accumulated in the accumulator tank, and if the EGR gas amount is insufficient, the accumulator is appropriately accumulated. There has been known an internal combustion engine configured to supply exhausted exhaust gas to an intake system (see Patent Document 1).
Also, a technique for supercharging the EGR gas itself and supplying it to the intake system by using, for example, a turbocharger is known in order to simply compensate for the shortage of the EGR gas amount (see Patent Document 2).
JP 2005-69143 A JP-A-2005-76455

上記特許文献1に記載の技術の場合、ターボチャージャのタービン上流またはタービンと排気浄化装置との間の排ガスを蓄圧タンクで単に蓄圧するというものであり、排気通路を流れる排気圧が変動すると、それに応じて蓄圧タンク内の圧力も変動するという問題がある。このように、蓄圧タンク内の圧力が不安定であると、依然としてEGR率を適切に制御できず、排気浄化性能等の悪化を招き、好ましいことではない。   In the case of the technique described in Patent Document 1, exhaust gas upstream of the turbine of the turbocharger or between the turbine and the exhaust gas purification device is simply accumulated in an accumulator tank, and when the exhaust pressure flowing through the exhaust passage fluctuates, Accordingly, there is a problem that the pressure in the pressure accumulating tank also fluctuates. As described above, if the pressure in the pressure accumulating tank is unstable, the EGR rate cannot be appropriately controlled, and the exhaust purification performance and the like are deteriorated, which is not preferable.

この問題は、上記特許文献2に記載の技術のようにターボチャージャを利用してEGRガスを過給する場合であっても同様であり、ターボチャージャが排気圧に応じて作動するものである以上、EGR率を適切に制御することは困難と考えられる。
また、上記特許文献1に記載の技術では、排気浄化装置の上流側の排ガスを吸気系に還流させるようにしているが、特に内燃機関がディーゼルエンジンである場合には排ガス中に煤等のパティキュレートマター(PM)を多く含んでおり、当該PMがエンジンを含む装置の耐久性能を低下させるという問題もある。
This problem is the same even when the EGR gas is supercharged using the turbocharger as in the technique described in Patent Document 2, and the turbocharger operates according to the exhaust pressure. Therefore, it is considered difficult to appropriately control the EGR rate.
Further, in the technique described in Patent Document 1, exhaust gas upstream of the exhaust gas purification device is recirculated to the intake system. In particular, when the internal combustion engine is a diesel engine, soot and the like in the exhaust gas. There is also a problem in that a large amount of curated matter (PM) is contained, and the PM reduces the durability of the device including the engine.

また一方で、ターボチャージャの所謂ターボラグを解消したいという要求もある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関を含む装置の耐久性能の向上を図りつつ、過渡運転時においてターボチャージャの作動状況に拘わらずEGR率を適切に制御可能であり、併せてターボチャージャのターボラグをも適切に解消可能な内燃機関の排気再循環装置を提供することにある。
On the other hand, there is a demand for eliminating the so-called turbo lag of the turbocharger.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to improve the durability performance of an apparatus including an internal combustion engine and to perform EGR regardless of the operating state of the turbocharger during transient operation. An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can appropriately control the rate and can also appropriately eliminate the turbo lag of the turbocharger.

上記目的を達成するため、本発明の請求項1に係る内燃機関の排気再循環装置は、内燃機関の排気通路と吸気通路との間に配設され、排気圧によりタービンを駆動しコンプレッサを作動させて吸気の過給を行うターボチャージャと、前記タービンよりも排気下流側の前記排気通路から分岐して設けられ、排気の一部を前記コンプレッサよりも吸気下流側の前記吸気通路に還流させる排気還流通路と、該排気還流通路に介装され、バッテリからの電力供給により作動して前記排気の一部を強制過給する電動スーパチャージャと、前記排気還流通路の該電動スーパチャージャの吐出口側に設けられ、過給された前記排気の一部を貯蔵し蓄圧する蓄圧タンクと、前記排気還流通路の該蓄圧タンクの出口側に設けられ、前記排気の一部の前記吸気通路への還流量を調節する還流制御弁と、内燃機関の運転状態に応じて前記電動スーパチャージャを作動制御するとともに該還流制御弁の開度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention is disposed between an exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine, and drives a turbine by exhaust pressure to operate a compressor. And a turbocharger that supercharges intake air, and an exhaust that is branched from the exhaust passage downstream of the turbine and that recirculates a portion of the exhaust to the intake passage downstream of the compressor A recirculation passage, an electric supercharger that is interposed in the exhaust recirculation passage and is operated by power supply from a battery to forcibly supercharge a part of the exhaust, and a discharge port side of the electric supercharger in the exhaust recirculation passage An accumulator tank for storing and accumulating a part of the supercharged exhaust gas, and an intake passage for a part of the exhaust gas, provided on the outlet side of the accumulator tank of the exhaust gas recirculation passage A recirculation control valve for adjusting the amount of recirculated, characterized in that a control means for controlling the opening of the reflux control valve with operating controls the electric supercharger according to the operating state of the internal combustion engine.

請求項2の内燃機関の排気再循環装置では、請求項1において、前記制御手段は、内燃機関が所定の過渡運転状態にあるとき、前記電動スーパチャージャを作動させるとともに前記還流制御弁を開弁制御して前記排気の一部を前記吸気通路へ還流させることを特徴とする。
請求項3の内燃機関の排気再循環装置では、請求項1または2において、さらに前記蓄圧タンクの内圧を検出する圧力センサを備え、前記制御手段は、該圧力センサの検出情報に基づき前記蓄圧タンクの内圧が所定圧を維持するよう前記電動スーパチャージャを作動制御することを特徴とする。
The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the control means operates the electric supercharger and opens the reflux control valve when the internal combustion engine is in a predetermined transient operation state. Control is performed to recirculate a part of the exhaust gas to the intake passage.
The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 3 further comprises a pressure sensor for detecting an internal pressure of the pressure accumulating tank according to claim 1 or 2, wherein the control means is based on detection information of the pressure sensor. The operation of the electric supercharger is controlled so that the internal pressure of the motor maintains a predetermined pressure.

請求項4の内燃機関の排気再循環装置では、請求項1乃至3のいずれかにおいて、さらに前記ターボチャージャの前記タービンよりも排気下流側に排気後処理装置を備え、前記排気還流通路は、該排気後処理装置よりも排気下流側の部分から分岐して設けられていることを特徴とする。   An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to a fourth aspect of the present invention is the exhaust gas recirculation device according to any one of the first to third aspects, further comprising an exhaust aftertreatment device downstream of the turbine of the turbocharger. It is characterized by being branched from the exhaust downstream side of the exhaust aftertreatment device.

請求項1の内燃機関の排気再循環装置によれば、ターボチャージャのタービンよりも排気下流側の排気通路から分岐してターボチャージャのコンプレッサよりも吸気下流側の吸気通路に排気の一部を還流させるように排気還流通路を設けるとともに、該排気還流通路に電動スーパチャージャと蓄圧タンクと還流制御弁とを設け、内燃機関の運転状態に応じて電動スーパチャージャを作動制御するとともに還流制御弁の開度を制御するようにしたので、電動スーパチャージャを作動させて排気の一部を蓄圧タンクで一定圧に安定的に保持することができ、例えば内燃機関の運転状態が排気圧の大きく変動するような運転状態である場合において、ターボチャージャの作動状況に拘わらず、即ち過給圧と排気圧間の差圧に依らず、当該一定圧の下、還流制御弁の開度を調節し排気還流量を調整することによって排気の一部の還流量、即ちEGRガスの量を適切に制御することができ、よってEGR率を適切に制御することができる。   According to the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage downstream from the compressor of the turbocharger after branching from the exhaust passage downstream of the turbocharger turbine. The exhaust gas recirculation passage is provided, and an electric supercharger, an accumulator tank, and a recirculation control valve are provided in the exhaust gas recirculation passage to control the operation of the electric supercharger according to the operating state of the internal combustion engine and to open the recirculation control valve. Since the engine pressure is controlled, a part of the exhaust gas can be stably maintained at a constant pressure in the accumulator tank by operating the electric supercharger. For example, the operating state of the internal combustion engine greatly fluctuates in the exhaust pressure. In a normal operating state, regardless of the operating status of the turbocharger, that is, regardless of the differential pressure between the supercharging pressure and the exhaust pressure. By adjusting the opening degree of the recirculation control valve and adjusting the exhaust gas recirculation amount, it is possible to appropriately control the recirculation amount of a part of the exhaust gas, that is, the amount of EGR gas, and thus the EGR rate can be appropriately controlled. .

これにより、EGRの過大によるスモークの発生やEGRの過少によるNOxや騒音の増大を抑制でき、排気浄化性能の向上を図ることができる。
請求項2の内燃機関の排気再循環装置によれば、内燃機関が所定の過渡運転状態にあるときに電動スーパチャージャを作動させるとともに還流制御弁を開弁制御するので、内燃機関が所定の過渡運転状態にあるとき、例えば内燃機関が車両に搭載されている場合の当該車両の発進時や急加速時において、EGRガスの量を適切に制御することができ、よってEGR率を適切に制御することができる。
Thereby, generation of smoke due to excessive EGR and increase in NOx and noise due to excessive EGR can be suppressed, and exhaust purification performance can be improved.
According to the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine of claim 2, since the electric supercharger is operated and the recirculation control valve is controlled to open when the internal combustion engine is in a predetermined transient operation state, the internal combustion engine has a predetermined transient When in an operating state, for example, when the internal combustion engine is mounted on the vehicle, when the vehicle starts or suddenly accelerates, the amount of EGR gas can be controlled appropriately, and thus the EGR rate is controlled appropriately. be able to.

また、特に車両の発進時や低速からの急加速時には初期排気圧が低く、故にターボチャージャによる過給圧が低く、所謂ターボラグによって気筒内に新気を十分に過給できないのであるが、電動スーパチャージャを作動させるとともに還流制御弁を開弁制御することにより、アイドル運転時や低速回転時には排気中に比較的多くの酸素が含まれていることから、当該排気中の酸素を利用して燃焼効率を高めることができ、併せてターボラグを解消でき、低速トルクを確保して発進加速性能を向上させることが可能である。   In addition, the initial exhaust pressure is low especially when the vehicle starts or suddenly accelerates from a low speed. Therefore, the supercharging pressure by the turbocharger is low, and the so-called turbo lag cannot sufficiently supercharge fresh air into the cylinder. By operating the charger and opening the recirculation control valve, the exhaust gas contains a relatively large amount of oxygen during idle operation and low speed rotation. In addition, the turbo lag can be eliminated, and low-speed torque can be secured to improve the start acceleration performance.

請求項3の内燃機関の排気再循環装置によれば、蓄圧タンクの内圧が所定圧となるように電動スーパチャージャを作動制御するので、還流制御弁の開弁制御によって排気の一部が吸気通路に還流させられて蓄圧タンクの内圧が低下しても、電動スーパチャージャを速やかに作動させて排気の一部を補充して蓄圧タンクの内圧を常に一定圧に安定的に保持でき、EGR率をより一層適切に制御することができる。   According to the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 3, since the electric supercharger is operated and controlled so that the internal pressure of the pressure accumulating tank becomes a predetermined pressure, a part of the exhaust gas is taken into the intake passage by the opening control of the reflux control valve. Even if the internal pressure of the pressure accumulating tank decreases due to recirculation, the electric supercharger can be actuated quickly to replenish part of the exhaust gas so that the internal pressure of the pressure accumulating tank can be constantly maintained at a constant pressure, and the EGR rate can be increased. Even more appropriate control is possible.

請求項4の内燃機関の排気再循環装置によれば、排気還流通路は排気後処理装置よりも排気下流側の部分から分岐しているので、排気後処理装置によって浄化された排気の一部を吸気通路へ還流させるようにでき、例えば内燃機関がディーゼルエンジンである場合であって排気中にPMが多く含まれているような場合であっても、当該PMが除去された後の排気を還流させるようにでき、PMの及ぼす悪影響を排除し、内燃機関を含む装置の耐久性能の向上を図ることができる。   According to the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the fourth aspect, since the exhaust gas recirculation passage is branched from the portion downstream of the exhaust gas after the exhaust gas aftertreatment device, a part of the exhaust gas purified by the exhaust gas aftertreatment device is removed. For example, even when the internal combustion engine is a diesel engine and a large amount of PM is contained in the exhaust gas, the exhaust gas after the PM has been removed is recirculated. Thus, the adverse effect of PM can be eliminated, and the durability performance of the apparatus including the internal combustion engine can be improved.

また、この場合、排気後処理装置よりも排気下流側の部分では排気上流側に比べて排気温度も比較的低いため、排気還流通路に排気冷却装置(EGRクーラ)が不要となり、装置の簡素化及びコスト削減を図ることもできる。   In this case, since the exhaust gas temperature is relatively lower in the portion downstream of the exhaust gas after the exhaust gas after-treatment device than in the exhaust gas upstream side, an exhaust gas cooling device (EGR cooler) is not required in the exhaust gas recirculation passage, and the device is simplified. In addition, cost reduction can be achieved.

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図1は、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気再循環装置が適用される4気筒ディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る内燃機関の排気再循環装置の構成を説明する。
エンジン1は、例えばコモンレール式のディーゼルエンジンであり、コモンレール(図示せず)に蓄えられた高圧の燃料(軽油)を各気筒に設けられたインジェクタ4に供給し、各インジェクタ4からそれぞれの気筒内に軽油を噴射するように構成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a system configuration diagram of a four-cylinder diesel engine (hereinafter referred to as an engine) to which an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle is applied. The configuration of the exhaust gas recirculation device for the internal combustion engine will be described.
The engine 1 is, for example, a common rail type diesel engine, and supplies high pressure fuel (light oil) stored in a common rail (not shown) to an injector 4 provided in each cylinder. It is configured to inject light oil.

吸気通路6にはターボチャージャ8のコンプレッサ8aが装備されており、吸入された吸気は吸気通路6からコンプレッサ8aへと流入する。コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10を介して吸気マニホールド14に導入され、吸気ポートを経てエンジン1の各気筒に導入される。吸気通路6には吸入空気量を検出するエアフローセンサ7が設けられており、吸気マニホールド14には吸気圧を検出する吸気圧センサ16が設けられている。   The intake passage 6 is equipped with a compressor 8 a of a turbocharger 8, and the sucked intake air flows into the compressor 8 a from the intake passage 6. The intake air supercharged by the compressor 8a is introduced into the intake manifold 14 via the intercooler 10, and is introduced into each cylinder of the engine 1 via the intake port. The intake passage 6 is provided with an air flow sensor 7 for detecting the amount of intake air, and the intake manifold 14 is provided with an intake pressure sensor 16 for detecting intake pressure.

一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポートは、排気マニホールド18を介して排気管(排気通路)20に接続され連通している。排気マニホールド18には排気マニホールド18内の排気圧を検出する排気圧センサ19が設けられている。
排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通するEGR通路24が設けられており、EGR通路24にはEGR量を調節するEGR弁22及びEGRクーラ23が介装されている。これにより、排ガスの一部が、EGR弁22の開度に応じてEGRクーラ23で冷却されつつEGR通路24を介しEGRガスとして吸気側に還流(排気再循環)される。
On the other hand, an exhaust port through which exhaust is discharged from each cylinder of the engine 1 is connected to and communicated with an exhaust pipe (exhaust passage) 20 via an exhaust manifold 18. The exhaust manifold 18 is provided with an exhaust pressure sensor 19 that detects the exhaust pressure in the exhaust manifold 18.
An EGR passage 24 that connects the exhaust manifold 18 and the intake manifold 14 is provided between the exhaust manifold 18 and the intake manifold 14, and an EGR valve 22 and an EGR cooler 23 that adjust the EGR amount are provided in the EGR passage 24. Is intervening. Thereby, a part of the exhaust gas is recirculated (exhaust gas recirculation) to the intake side as EGR gas through the EGR passage 24 while being cooled by the EGR cooler 23 according to the opening degree of the EGR valve 22.

排気管20には、ターボチャージャ8のタービン8bの排気下流側に位置して排気後処理ユニット(排気後処理装置)28が接続されている。なお、タービン8bの回転軸は上記コンプレッサ8aの回転軸と連結されており、タービン8bは排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動する。
排気後処理ユニット28は、例えばディーゼル・パティキュレート・フィルタ(以下、DPFという)30とNOx触媒32とで構成される。DPF30は排気中のパティキュレートマター(PM)を捕集することによりエンジン1の排気を浄化する機能を有し、NOx触媒32は排気中のNOxを還元することによりエンジン1の排気を浄化する機能を有する。
An exhaust aftertreatment unit (exhaust aftertreatment device) 28 is connected to the exhaust pipe 20 on the exhaust downstream side of the turbine 8 b of the turbocharger 8. The rotating shaft of the turbine 8b is connected to the rotating shaft of the compressor 8a. The turbine 8b receives the exhaust flowing in the exhaust pipe 20 and drives the compressor 8a.
The exhaust aftertreatment unit 28 includes, for example, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as DPF) 30 and a NOx catalyst 32. The DPF 30 has a function of purifying the exhaust of the engine 1 by collecting particulate matter (PM) in the exhaust, and the NOx catalyst 32 is a function of purifying the exhaust of the engine 1 by reducing NOx in the exhaust. Have

排気管20のうち排気後処理ユニット28の排気下流側の部分からは、上記EGR通路24とは別の第2EGR通路(排気還流通路)34が吸気マニホールド14と連通するように延びている。第2EGR通路34には、バッテリ35からの電力供給を受けて排ガスの一部を強制過給する電動スーパチャージャ36が介装されており、電動スーパチャージャ36の吐出口側には逆止弁37を介して上記強制過給された排ガスを貯蔵し所定圧P1にて蓄圧する蓄圧タンク38が設けられている。また、第2EGR通路34の出口近傍、即ち第2EGR通路34の吸気マニホールド14との連通部分近傍には、吸気ポートに向けて排ガスを噴射するよう電磁式の気体インジェクタ(還流制御弁)40がエンジン1の各気筒に対応してそれぞれ設けられている。これにより、上記EGR通路24とは独立に、蓄圧タンク38に貯蔵された所定圧P1の排ガスが気体インジェクタ40の開度に応じ第2EGR通路34を介して吸気マニホールド14にEGRガスとして還流(排気再循環)可能である。   A second EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 34 different from the EGR passage 24 extends from a portion of the exhaust pipe 20 on the exhaust downstream side of the exhaust aftertreatment unit 28 so as to communicate with the intake manifold 14. The second EGR passage 34 is provided with an electric supercharger 36 for receiving a power supply from the battery 35 and forcibly supercharging a part of the exhaust gas. A check valve 37 is provided on the discharge port side of the electric supercharger 36. An accumulator tank 38 is provided for storing the exhaust gas that has been forcibly supercharged via a pressure and accumulating the exhaust gas at a predetermined pressure P1. An electromagnetic gas injector (reflux control valve) 40 is disposed in the vicinity of the outlet of the second EGR passage 34, that is, in the vicinity of the communication portion of the second EGR passage 34 with the intake manifold 14 so as to inject exhaust gas toward the intake port. One cylinder is provided for each cylinder. Thus, independently of the EGR passage 24, the exhaust gas having a predetermined pressure P1 stored in the pressure accumulation tank 38 is recirculated (exhaust gas) as EGR gas to the intake manifold 14 via the second EGR passage 34 in accordance with the opening of the gas injector 40. Recirculation) is possible.

そして、蓄圧タンク38には、蓄圧タンク38の内圧Pcを検出する内圧センサ(圧力センサ)42と蓄圧タンク38内の酸素濃度を検出する酸素センサ44とが設けられている。
ECU(電子コントロールユニット)50は、エンジン1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタ等から構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行う。
The pressure accumulation tank 38 is provided with an internal pressure sensor (pressure sensor) 42 for detecting the internal pressure Pc of the pressure accumulation tank 38 and an oxygen sensor 44 for detecting the oxygen concentration in the pressure accumulation tank 38.
The ECU (Electronic Control Unit) 50 is a control device for performing comprehensive control including operation control of the engine 1, and is composed of a CPU, a memory, a timer counter, and the like, and calculates various control amounts. Then, various devices are controlled based on the control amount.

ECU50の入力側には、上述したエアフローセンサ7、吸気圧センサ16、排気圧センサ19、内圧センサ42、酸素センサ44の他、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ52や図示しないアクセルペダルの踏み込み量、即ちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ54等の各種センサ類が接続されている。一方、出力側には、上述したインジェクタ4、EGR弁22、電動スーパチャージャ36、気体インジェクタ40等の各種デバイス類が接続されている。   On the input side of the ECU 50, in addition to the air flow sensor 7, the intake pressure sensor 16, the exhaust pressure sensor 19, the internal pressure sensor 42, and the oxygen sensor 44 described above, a rotation speed sensor 52 that detects the engine rotation speed and an accelerator pedal (not shown) are depressed. Various sensors such as an accelerator opening sensor 54 for detecting the amount, that is, the accelerator opening, are connected. On the other hand, various devices such as the above-described injector 4, EGR valve 22, electric supercharger 36, and gas injector 40 are connected to the output side.

これより、ECU50では、回転速度センサ52からのエンジン回転速度情報とアクセル開度センサ54からのアクセル開度情報とに基づきエンジン1の各気筒への燃料供給量が演算され、該演算した燃料供給量に基づいてインジェクタ4による燃料供給制御が行われる。
さらに、ECU50では、エアフローセンサ7、吸気圧センサ16、排気圧センサ19、内圧センサ42、酸素センサ44、回転速度センサ52、アクセル開度センサ54からの各情報に基づき、EGR弁22、電動スーパチャージャ36及び気体インジェクタ40の制御、即ちEGR制御が行われる。
Thus, the ECU 50 calculates the fuel supply amount to each cylinder of the engine 1 based on the engine rotation speed information from the rotation speed sensor 52 and the accelerator opening information from the accelerator opening sensor 54, and the calculated fuel supply The fuel supply control by the injector 4 is performed based on the amount.
Further, in the ECU 50, based on the information from the air flow sensor 7, the intake pressure sensor 16, the exhaust pressure sensor 19, the internal pressure sensor 42, the oxygen sensor 44, the rotational speed sensor 52, and the accelerator opening sensor 54, the EGR valve 22, the electric super Control of the charger 36 and the gas injector 40, that is, EGR control is performed.

以下、このように構成された本発明に係る内燃機関の排気再循環装置におけるEGR制御の制御内容について説明する。
図2を参照すると、ECU50が実行する本発明に係るEGR制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿い説明する。
ステップS10では、目標EGR率を設定する。即ち、吸入空気量に対するEGRガスの比率を設定する。詳しくは、回転速度センサ52及びアクセル開度センサ54からの情報に応じて予め設定したマップに基づき所望の目標EGR率を設定する。
Hereinafter, the control content of the EGR control in the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention configured as described above will be described.
Referring to FIG. 2, a control routine of EGR control according to the present invention executed by the ECU 50 is shown in a flowchart, and will be described below along the flowchart.
In step S10, a target EGR rate is set. That is, the ratio of EGR gas to the intake air amount is set. Specifically, a desired target EGR rate is set based on a map set in advance according to information from the rotation speed sensor 52 and the accelerator opening sensor 54.

ステップS12では、エンジン1の現在の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判別する。具体的には、車両の発進時や急加速時等であって、アクセル開度センサ54により検出されるアクセル開度が所定開度以上大きいか否かを判別する。判別結果が偽(No)でエンジン1の現在の運転状態が過渡運転状態ではなく定常運転状態(アイドル運転を含む)と判定された場合には、ステップS16に進み、通常のEGR制御を実施する。即ち、エアフローセンサ7により検出される吸入空気量、及び吸気圧センサ16により検出される吸気圧と排気圧センサ19により検出される排気圧との差圧に基づき、実際のEGR率が目標EGR率となるようにEGR弁22の開度を調節する。   In step S12, it is determined whether or not the current operating state of the engine 1 is a transient operating state. Specifically, it is determined whether the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 54 is greater than a predetermined opening, such as when the vehicle starts or suddenly accelerates. If the determination result is false (No) and it is determined that the current operation state of the engine 1 is not a transient operation state but a steady operation state (including idle operation), the process proceeds to step S16 and normal EGR control is performed. . That is, based on the intake air amount detected by the air flow sensor 7 and the differential pressure between the intake pressure detected by the intake pressure sensor 16 and the exhaust pressure detected by the exhaust pressure sensor 19, the actual EGR rate is determined as the target EGR rate. The opening of the EGR valve 22 is adjusted so that

一方、ステップS12の判別結果が真(Yes)でエンジン1の現在の運転状態が過渡運転状態である、即ち車両の発進時或いは急加速時等と判定された場合には、ステップS14に進む。
ステップS14では、電動スーパチャージャ36を制御するとともに気体インジェクタ40を制御する(制御手段)。
On the other hand, if the determination result in step S12 is true (Yes) and the current operation state of the engine 1 is a transient operation state, that is, it is determined that the vehicle is starting or suddenly accelerating, the process proceeds to step S14.
In step S14, the electric supercharger 36 and the gas injector 40 are controlled (control means).

詳しくは、当該電動スーパチャージャ36及び気体インジェクタ40の制御では、図3にフローチャートで示すスーパチャージャ制御及び気体インジェクタ制御のサブルーチンが実行される。
先ず、ステップS20において、気体インジェクタ40を開弁する。即ち、エアフローセンサ7により検出される吸入空気量、及び蓄圧タンク38の内圧Pcに基づき、実際のEGR率が目標EGR率となるように気体インジェクタ40の開弁時間を調節する。このとき、蓄圧タンク38では排ガスは所定圧P1にて蓄圧されることから、ここでは当該所定圧P1を蓄圧タンク38の内圧Pcとして用いて気体インジェクタ40の開弁時間を調節する。但し、蓄圧タンク38の内圧Pcとして内圧センサ42の実際の検出値を用いるようにしてもよい。また、この際、酸素センサ44により検出される蓄圧タンク38内の酸素濃度を加味して吸入空気量を補正するようにすれば、気体インジェクタ40の開弁時間をより適正なものにできる。
Specifically, in the control of the electric supercharger 36 and the gas injector 40, a subroutine of supercharger control and gas injector control shown in the flowchart of FIG. 3 is executed.
First, in step S20, the gas injector 40 is opened. That is, the valve opening time of the gas injector 40 is adjusted so that the actual EGR rate becomes the target EGR rate based on the amount of intake air detected by the air flow sensor 7 and the internal pressure Pc of the pressure accumulating tank 38. At this time, since the exhaust gas is accumulated at the predetermined pressure P1 in the pressure accumulation tank 38, here, the valve opening time of the gas injector 40 is adjusted using the predetermined pressure P1 as the internal pressure Pc of the pressure accumulation tank 38. However, the actual detection value of the internal pressure sensor 42 may be used as the internal pressure Pc of the pressure accumulation tank 38. At this time, if the intake air amount is corrected in consideration of the oxygen concentration in the pressure accumulation tank 38 detected by the oxygen sensor 44, the valve opening time of the gas injector 40 can be made more appropriate.

ステップS22では、蓄圧タンク38の内圧Pcが所定圧P1以上であるか否かを判別する。判別結果が偽(No)で内圧Pcが所定圧P1未満である場合には、ステップS24に進み、電動スーパチャージャ36を作動させる。一方、判別結果が真(Yes)で内圧Pcが所定圧P1以上である場合には、何もせず当該ルーチンを繰り返す。即ち、気体インジェクタ40の開弁により減少した排ガスを電動スーパチャージャ36の作動により速やかに補充して蓄圧タンク38の内圧Pcを所定圧P1に安定的に維持するようにする。これにより、蓄圧タンク38の内圧Pcが常に所定圧P1に維持される。   In step S22, it is determined whether or not the internal pressure Pc of the pressure accumulation tank 38 is equal to or higher than a predetermined pressure P1. When the determination result is false (No) and the internal pressure Pc is less than the predetermined pressure P1, the process proceeds to step S24, and the electric supercharger 36 is operated. On the other hand, if the determination result is true (Yes) and the internal pressure Pc is equal to or higher than the predetermined pressure P1, the routine is repeated without doing anything. That is, the exhaust gas reduced by opening the gas injector 40 is quickly supplemented by the operation of the electric supercharger 36 so that the internal pressure Pc of the pressure accumulating tank 38 is stably maintained at the predetermined pressure P1. Thereby, the internal pressure Pc of the pressure accumulation tank 38 is always maintained at the predetermined pressure P1.

このように、本発明に係る内燃機関の排気再循環装置では、エンジン1が過渡運転状態であるときには、EGR弁22の開度を調節する通常のEGR制御ではなく、電動スーパチャージャ36により安定的に蓄圧タンク38内に蓄圧されて内圧Pcが所定圧P1に維持された排ガスをEGRガスとして吸気マニホールド14に還流させるようにしている。
従って、車両の発進時や急加速時のようにエンジン1が過渡運転状態であるときには、排気圧が変動してしまい、故に吸気圧センサ16により検出される吸気圧と排気圧センサ19により検出される排気圧との差圧が変動し、当該差圧を用いてはEGR率を適切に制御することができないのであるが、当該差圧に代えて蓄圧タンク38に蓄圧された所定圧P1(一定圧)の内圧Pcを用いることにより、エンジン1の過渡運転状態においてEGRガスの流量を適切に制御でき、EGR率を目標EGR率に向けて適切に制御することができる。
As described above, in the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention, when the engine 1 is in a transient operation state, the electric supercharger 36 is stable instead of the normal EGR control for adjusting the opening degree of the EGR valve 22. The exhaust gas that has been stored in the pressure storage tank 38 and the internal pressure Pc is maintained at the predetermined pressure P1 is recirculated to the intake manifold 14 as EGR gas.
Therefore, when the engine 1 is in a transient operation state, such as when the vehicle starts or suddenly accelerates, the exhaust pressure fluctuates. Therefore, the intake pressure detected by the intake pressure sensor 16 and the exhaust pressure sensor 19 detect the exhaust pressure. The pressure difference with the exhaust pressure varies, and the EGR rate cannot be appropriately controlled using the pressure difference. However, instead of the pressure difference, a predetermined pressure P1 (a constant pressure) accumulated in the pressure accumulation tank 38 is used. By using the internal pressure Pc of the pressure), the flow rate of the EGR gas can be appropriately controlled in the transient operation state of the engine 1, and the EGR rate can be appropriately controlled toward the target EGR rate.

特に、エンジン1が予混合圧縮着火燃焼可能なディーゼルエンジンである場合には当該予混合圧縮着火燃焼時においてEGRガスを大量に気筒内に導入する傾向にあるのであるが、本発明に係る排気再循環装置は、エンジン1が過渡運転状態であるときに当該予混合圧縮着火燃焼を行う場合において極めて有効である。
また、初期排気圧が低くターボチャージャ8による過給圧が低い車両の発進時や低速からの急加速時には、ターボチャージャ8では所謂ターボラグにより気筒内に新気を十分に過給できないのであるが、気体インジェクタ40を開弁して所定圧P1の排ガスを吸気マニホールド14に還流させるようにすると、アイドル運転時や低速回転時には排ガス中に比較的多くの酸素が含まれていることから、当該排ガス中の酸素を利用して燃焼効率を高めることができ、併せてターボラグを解消でき、低速トルクを確保して発進加速性能を向上させることができるという利点もある。
In particular, when the engine 1 is a diesel engine capable of premixed compression ignition combustion, a large amount of EGR gas tends to be introduced into the cylinder during the premixed compression ignition combustion. The circulation device is extremely effective when the premixed compression ignition combustion is performed when the engine 1 is in a transient operation state.
In addition, when starting a vehicle with a low initial exhaust pressure and a low supercharging pressure by the turbocharger 8 or when suddenly accelerating from a low speed, the turbocharger 8 cannot sufficiently supercharge fresh air into the cylinder by a so-called turbo lag. If the gas injector 40 is opened so that the exhaust gas having a predetermined pressure P1 is recirculated to the intake manifold 14, a relatively large amount of oxygen is contained in the exhaust gas during idle operation or low speed rotation. There is also an advantage that the combustion efficiency can be improved by utilizing the oxygen, and the turbo lag can be eliminated, and the start acceleration performance can be improved by securing the low speed torque.

また、本発明に係る内燃機関の排気再循環装置では、第2EGR通路34は排気管20のうち排気後処理ユニット28の排気下流側の部分から延びて吸気マニホールド14に連通するよう構成されている。
従って、DPF30によりPMが十分に除去された後の排ガスを第2EGR通路34を介して吸気マニホールド14に還流させるようにでき、PMの及ぼす悪影響を排除し、エンジン1を含む排気再循環装置の耐久性能の向上を図ることができる。
In the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention, the second EGR passage 34 is configured to extend from the exhaust downstream side portion of the exhaust aftertreatment unit 28 in the exhaust pipe 20 and communicate with the intake manifold 14. .
Accordingly, the exhaust gas after PM is sufficiently removed by the DPF 30 can be recirculated to the intake manifold 14 via the second EGR passage 34, and the adverse effect of PM is eliminated, and the durability of the exhaust gas recirculation apparatus including the engine 1 is improved. The performance can be improved.

また、この場合、排気後処理ユニット28よりも排気下流側の部分では排気上流側に比べて排気温度も比較的低いため、第2EGR通路34には排気冷却装置(EGRクーラ)が不要となり、排気再循環装置の簡素化及びコスト削減を図ることもできる。
以上で本発明に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。
In this case, since the exhaust gas temperature is relatively lower in the portion downstream of the exhaust gas after the exhaust aftertreatment unit 28 than in the exhaust gas upstream side, an exhaust cooling device (EGR cooler) is not required in the second EGR passage 34. Simplification and cost reduction of the recirculation device can also be achieved.
Although the description of the exhaust emission control device according to the present invention is finished above, the embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、上記実施形態では、気体インジェクタ40を用いて排ガスを噴射するようにしているが、気体インジェクタに代えて通常のEGR弁を適用するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、第2EGR通路34の吸気マニホールド14との連通部分近傍に気体インジェクタ40を設け、所定圧P1の排ガスを吸気マニホールド14に還流させるようにしているが、気体インジェクタをエンジン1の気筒内に臨んで配設し、所定圧P1の排ガスを圧縮行程前に直接気筒内に噴射するようにしてもよい。
For example, in the above embodiment, the gas injector 40 is used to inject the exhaust gas, but a normal EGR valve may be applied instead of the gas injector.
In the above embodiment, the gas injector 40 is provided in the vicinity of the communication portion of the second EGR passage 34 with the intake manifold 14 to recirculate the exhaust gas having a predetermined pressure P1 to the intake manifold 14. The exhaust gas having a predetermined pressure P1 may be directly injected into the cylinder before the compression stroke.

また、上記実施形態では、EGR通路24と第2EGR通路34とを備え、エンジン1の運転状態に応じて使い分けるようにしているが、EGR通路24を設けず、第2EGR通路34のみでEGR制御を実施するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1を4気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジンの形式や気筒数等はこれに限られるものではない。
In the above-described embodiment, the EGR passage 24 and the second EGR passage 34 are provided and used in accordance with the operating state of the engine 1, but the EGR passage 24 is not provided, and the EGR control is performed only by the second EGR passage 34. You may make it implement.
In the above embodiment, the engine 1 is a four-cylinder diesel engine. However, the engine type, the number of cylinders, and the like are not limited thereto.

車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気再循環装置が適用される4気筒ディーゼルエンジンのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of a four-cylinder diesel engine to which an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle is applied. 本発明に係るEGR制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control routine of EGR control which concerns on this invention. スーパチャージャ制御及び気体インジェクタ制御のサブルーチンを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the subroutine of supercharger control and gas injector control.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
6 吸気通路
7 エアフローセンサ
8 ターボチャージャ
14 吸気マニホールド
18 排気マニホールド
20 排気管(排気通路)
28 排気後処理ユニット(排気後処理装置)
30 DPF
34 第2EGR通路(排気還流通路)
36 電動スーパチャージャ
38 蓄圧タンク
40 気体インジェクタ(還流制御弁)
42 内圧センサ(圧力センサ)
50 ECU
52 回転速度センサ
54 アクセル開度センサ
1 Engine 6 Intake Passage 7 Air Flow Sensor 8 Turbocharger 14 Intake Manifold 18 Exhaust Manifold 20 Exhaust Pipe (Exhaust Passage)
28 Exhaust aftertreatment unit (exhaust aftertreatment device)
30 DPF
34 Second EGR passage (exhaust gas recirculation passage)
36 Electric supercharger 38 Accumulation tank 40 Gas injector (reflux control valve)
42 Internal pressure sensor
50 ECU
52 Rotational speed sensor 54 Accelerator opening sensor

Claims (4)

内燃機関の排気通路と吸気通路との間に配設され、排気圧によりタービンを駆動しコンプレッサを作動させて吸気の過給を行うターボチャージャと、
前記タービンよりも排気下流側の前記排気通路から分岐して設けられ、排気の一部を前記コンプレッサよりも吸気下流側の前記吸気通路に還流させる排気還流通路と、
該排気還流通路に介装され、バッテリからの電力供給により作動して前記排気の一部を強制過給する電動スーパチャージャと、
前記排気還流通路の該電動スーパチャージャの吐出口側に設けられ、過給された前記排気の一部を貯蔵し蓄圧する蓄圧タンクと、
前記排気還流通路の該蓄圧タンクの出口側に設けられ、前記排気の一部の前記吸気通路への還流量を調節する還流制御弁と、
内燃機関の運転状態に応じて前記電動スーパチャージャを作動制御するとともに該還流制御弁の開度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
A turbocharger disposed between an exhaust passage and an intake passage of an internal combustion engine, driving a turbine by exhaust pressure and operating a compressor to supercharge intake air;
An exhaust gas recirculation passage that is branched from the exhaust passage downstream of the turbine and recirculates part of the exhaust gas to the intake air passage downstream of the compressor.
An electric supercharger interposed in the exhaust gas recirculation passage and operated by supplying power from a battery to forcibly supercharge a part of the exhaust gas;
A pressure accumulating tank that is provided on a discharge port side of the electric supercharger in the exhaust gas recirculation passage, and stores and accumulates a part of the supercharged exhaust;
A recirculation control valve that is provided on the outlet side of the pressure accumulation tank of the exhaust recirculation passage and adjusts the recirculation amount of the exhaust to the intake passage;
Control means for controlling the operation of the electric supercharger according to the operating state of the internal combustion engine and controlling the opening of the reflux control valve;
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
前記制御手段は、内燃機関が所定の過渡運転状態にあるとき、前記電動スーパチャージャを作動させるとともに前記還流制御弁を開弁制御して前記排気の一部を前記吸気通路へ還流させることを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の排気再循環装置。   When the internal combustion engine is in a predetermined transient operation state, the control means operates the electric supercharger and controls the opening of the return control valve to return a part of the exhaust to the intake passage. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 1. さらに前記蓄圧タンクの内圧を検出する圧力センサを備え、
前記制御手段は、該圧力センサの検出情報に基づき前記蓄圧タンクの内圧が所定圧を維持するよう前記電動スーパチャージャを作動制御することを特徴とする、請求項1または2記載の内燃機関の排気再循環装置。
Furthermore, a pressure sensor for detecting the internal pressure of the pressure accumulation tank is provided,
The exhaust of the internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the control means controls the operation of the electric supercharger so that the internal pressure of the pressure accumulating tank maintains a predetermined pressure based on detection information of the pressure sensor. Recirculation device.
さらに前記ターボチャージャの前記タービンよりも排気下流側に排気後処理装置を備え、
前記排気還流通路は、該排気後処理装置よりも排気下流側の部分から分岐して設けられていることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか記載の内燃機関の排気再循環装置。
Furthermore, an exhaust aftertreatment device is provided on the exhaust downstream side of the turbine of the turbocharger,
4. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation passage is provided so as to be branched from a portion downstream of the exhaust gas after the exhaust gas aftertreatment device.
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