JP2009270435A - Exhaust-gas recovering device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁を閉弁して、該排気絞り弁上流側の排気通路から蓄圧容器へ排気ガスの回収を行う排気ガス回収装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recovery device that closes an exhaust throttle valve provided in an exhaust passage of an internal combustion engine and recovers exhaust gas from an exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve to a pressure accumulator.
蓄圧容器内に高い圧力を有するガスを蓄え、そのガスを用いて種々の部材を作動させるあるいはその作動を補助することが提案されている。例えば、蓄圧容器内の圧縮空気を用いて、内燃機関に搭載されたターボ過給機の過渡応答性を向上させるようにしたターボ過給機の加速装置が特許文献1に開示されている。この装置は、機関運転状態に応じて圧縮空気を排気ポートとタービンとの間に供給可能な空気供給機構を備えていて、この空気供給機構は、ポンプから吐出された圧縮空気を蓄圧して保持可能な蓄圧容器と、該蓄圧容器内の圧縮空気を排気ポートとタービンとの間に供給する弁機構とを備えている。 It has been proposed to store a gas having a high pressure in a pressure accumulating vessel and operate various members or assist the operation using the gas. For example, Patent Document 1 discloses an acceleration device for a turbocharger that uses compressed air in a pressure accumulating vessel to improve the transient response of a turbocharger mounted in an internal combustion engine. This device is equipped with an air supply mechanism capable of supplying compressed air between the exhaust port and the turbine according to the engine operating state, and this air supply mechanism accumulates and holds the compressed air discharged from the pump. And a valve mechanism for supplying compressed air in the pressure accumulator between the exhaust port and the turbine.
上記特許文献1に記載の装置を車両に搭載する場合、車両の縮小化およびガス放出時期拡大の観点から、蓄圧容器を小型化することが望まれると共に蓄圧容器内により多くのガスを蓄えることが望まれる。 When the apparatus described in Patent Document 1 is mounted on a vehicle, it is desired to reduce the pressure accumulator vessel and to store more gas in the accumulator vessel from the viewpoint of reducing the size of the vehicle and expanding the gas discharge timing. desired.
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、蓄圧容器内に該蓄圧容器の内容積に対してより多くのガスを蓄えることにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to store more gas in the pressure accumulating vessel with respect to the internal volume of the pressure accumulating vessel.
上記目的を達成するため、本発明の排気ガス回収装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、該排気絞り弁上流側の排気通路に弁を介して連通可能な蓄圧容器とを備えた排気ガス回収装置であって、前記排気絞り弁上流側の排気通路と前記蓄圧容器内とをつなぐ排気ガス回収用通路に冷却機器を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an exhaust gas recovery apparatus according to the present invention includes an exhaust throttle valve provided in an exhaust passage of an internal combustion engine, and a pressure accumulating container capable of communicating with the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve via the valve. The exhaust gas recovery apparatus is provided with a cooling device in an exhaust gas recovery passage connecting the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve and the pressure accumulating vessel.
かかる構成によれば、前記排気絞り弁上流側の排気通路と前記蓄圧容器内とをつなぐ排気ガス回収用通路に冷却機器を設けたので、排気絞り弁上流側の排気通路から蓄圧容器へ回収される排気ガスは、その冷却機器によって適切に冷却される。したがって、蓄圧容器に回収される排気ガスの密度が高められるので、蓄圧容器の内容積に対してより多くの排気ガスを蓄圧容器内に蓄えることが可能になる。 According to this configuration, since the cooling device is provided in the exhaust gas recovery passage that connects the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve and the inside of the pressure accumulator vessel, the cooling device is recovered from the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve to the pressure accumulator vessel. The exhaust gas is appropriately cooled by the cooling device. Therefore, since the density of the exhaust gas collected in the pressure accumulating vessel is increased, it becomes possible to store more exhaust gas in the pressure accumulating vessel with respect to the internal volume of the pressure accumulating vessel.
より好ましくは、前記冷却機器は、前記内燃機関のEGR装置に設けられたEGRクーラであるとよい。この場合、排気絞り弁上流側の排気通路の排気ガスをEGRクーラによって冷却してから、蓄圧容器内へ回収することが可能になる。 More preferably, the cooling device may be an EGR cooler provided in an EGR device of the internal combustion engine. In this case, the exhaust gas in the exhaust passage on the upstream side of the exhaust throttle valve can be recovered by the EGR cooler and then recovered into the pressure accumulating vessel.
上記排気ガス回収装置は、燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定手段と、該燃料カット判定手段により肯定判定されたとき、燃料カット時間が所定時間経過したか否かを判定する燃料カット時間判定手段と、前記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、前記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、開弁状態にある前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段とを備えるとよい。この場合、燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、排気絞り弁制御手段により、開弁状態にある排気絞り弁が閉弁制御されるので、燃料カット時間が所定時間経過するまで排気絞り弁は開弁状態に保たれる。したがって、燃料カット時間が所定時間経過するまで、単に気筒を通過した空気を主とする排気ガスが、排気絞り弁上流側の排気通路に至り、排気絞り弁下流側に流れることが可能になる。したがって、上記排気絞り弁制御手段が排気絞り弁を閉弁制御するとき、排気絞り弁上流側の排気通路にある排気ガスは、ある程度温度が低く、かつ、空気を主とするガスであり得る。したがって、十分温度が低く、かつ、ある程度きれいな排気ガスを、蓄圧容器へ回収することが可能になる。 The exhaust gas recovery device includes a fuel cut determination unit that determines whether or not a fuel cut is in progress, and a fuel cut that determines whether or not a predetermined time has elapsed when the fuel cut determination unit makes an affirmative determination. When the affirmative determination is made by the time determination means and the fuel cut determination means, and the affirmative determination is made by the fuel cut time determination means, the exhaust throttle valve in the open state is closed to collect the exhaust gas. Exhaust throttle valve control means for controlling may be provided. In this case, when an affirmative determination is made by the fuel cut determination means and an affirmative determination is made by the fuel cut time determination means, the exhaust throttle valve control means determines whether the exhaust throttle valve in the open state is to be collected. Since the valve closing control is performed, the exhaust throttle valve is kept open until the fuel cut time elapses for a predetermined time. Therefore, until the fuel cut time elapses for a predetermined time, the exhaust gas mainly consisting of air that has passed through the cylinder reaches the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve and can flow downstream of the exhaust throttle valve. Therefore, when the exhaust throttle valve control means controls the exhaust throttle valve to close, the exhaust gas in the exhaust passage on the upstream side of the exhaust throttle valve can be a gas whose temperature is low to some extent and mainly air. Therefore, exhaust gas having a sufficiently low temperature and clean to some extent can be collected in the pressure accumulating vessel.
また、上記排気ガス回収装置は、燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定手段と、該燃料カット判定手段により肯定判定されたとき、燃料カット時間が所定時間経過したか否かを判定する燃料カット時間判定手段と、前記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、前記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、開弁状態にある前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段と、前記EGR装置の前記EGRクーラ下流側に設けられたEGR弁を制御するEGR弁制御手段であって、前記燃料カット判定手段により肯定判定されたとき前記EGR弁を開弁制御し、前記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、前記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき前記EGR弁を閉弁制御するEGR弁制御手段とを備えるとよい。この場合、燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、排気絞り弁制御手段により、開弁状態にある排気絞り弁が閉弁制御されるので、燃料カット時間が所定時間経過するまで排気絞り弁は開弁状態に保たれる。また、EGR弁制御手段により、燃料カット判定手段により肯定判定されたときEGR弁が開弁制御され、燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、燃料カット時間判定手段により肯定判定されたときEGR弁が閉弁制御されるので、燃料カット時間が所定時間経過するまでEGR弁は開かれ、燃料カット時間が所定時間経過したときEGR弁は閉じられる。したがって、燃料カット時間が所定時間経過するまでの間、単に気筒を通過した空気を主とする排気ガスが、排気絞り弁上流側の排気通路に至り、排気絞り弁下流側に流れることが可能になると共に、EGR通路に既に存在していた、既燃ガスを主とする排気ガスの、EGR通路からの排出を促すことが可能になる。それ故、上記排気絞り弁制御手段が排気絞り弁を閉弁制御するときあるいは上記EGR弁制御手段がEGR弁を閉弁制御するとき、排気絞り弁上流側の排気通路やEGR通路にある排気ガスは、ある程度温度が低く、かつ、空気を主とするガスであり得る。したがって、十分温度が低く、かつ、ある程度きれいな排気ガスを、蓄圧容器へ回収することが可能になる。 In addition, the exhaust gas recovery device determines whether or not a fuel cut time has elapsed when a fuel cut determination unit that determines whether or not a fuel cut is in progress and when the fuel cut determination unit makes an affirmative determination. When the fuel cut time determining means and the fuel cut time determining means are affirmatively determined and when the fuel cut time determining means is affirmatively determined, the exhaust throttle valve that is in an open state is used to collect exhaust gas. An exhaust throttle valve control means for performing valve closing control, and an EGR valve control means for controlling an EGR valve provided on the downstream side of the EGR cooler of the EGR device, wherein when the fuel cut determination means makes a positive determination, the EGR When the valve is controlled to open, the EGR valve is positively determined by the fuel cut determining means and when the fuel cut time determining means is positively determined. It may comprise an EGR valve control means for closing the control. In this case, when an affirmative determination is made by the fuel cut determination means and an affirmative determination is made by the fuel cut time determination means, the exhaust throttle valve control means determines whether the exhaust throttle valve in the open state is to be collected. Since the valve closing control is performed, the exhaust throttle valve is kept open until the fuel cut time elapses for a predetermined time. The EGR valve is controlled to open by the EGR valve control means when the fuel cut determination means makes an affirmative determination, and when the fuel cut determination means makes an affirmative determination and the fuel cut time determination means makes an affirmative determination, the EGR valve Therefore, the EGR valve is opened until the fuel cut time elapses for a predetermined time, and the EGR valve is closed when the fuel cut time elapses for the predetermined time. Therefore, until the fuel cut time elapses for a predetermined time, the exhaust gas mainly consisting of air that has passed through the cylinder reaches the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve and can flow downstream of the exhaust throttle valve. At the same time, the exhaust gas mainly existing in the burned gas that has already existed in the EGR passage can be promoted to be discharged from the EGR passage. Therefore, when the exhaust throttle valve control means controls the exhaust throttle valve to close or when the EGR valve control means controls the EGR valve to close, the exhaust gas in the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve or the EGR passage May be a gas mainly having a low temperature and mainly air. Therefore, exhaust gas having a sufficiently low temperature and clean to some extent can be collected in the pressure accumulating vessel.
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略構成を図1に示す。内燃機関10は、燃料である軽油を燃料噴射弁12から圧縮状態にある燃焼室内に直接噴射することにより自然着火させる型式の内燃機関、すなわちディーゼル機関である。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a vehicle internal combustion engine system to which the embodiment is applied. The
気筒14の燃焼室に臨むと共に吸気通路16の一部を区画形成する吸気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、吸気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、吸気通路16の一部を区画形成する吸気マニホールド18が接続され、さらにその上流側には同じく吸気通路16の一部を区画形成する吸気管20が接続されている。吸気管20の上流端側には、吸気通路16に導かれる空気中の塵埃などを除去するべくエアクリーナ22が設けられている。また、スロットルアクチュエータ24によって開度が調整されるスロットル弁26が、吸気通路16の途中に設けられている。
An intake port that faces the combustion chamber of the
他方、気筒14の燃焼室に臨むと共に排気通路28の一部を区画形成する排気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、排気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、排気通路28の一部を区画形成する排気マニホールド30が接続され、さらにその下流側には同じく排気通路28の一部を区画形成する排気管32が接続されている。なお、排気ガス浄化触媒が充填された触媒コンバータ34が排気通路28の途中に設けられている。
On the other hand, an exhaust port that faces the combustion chamber of the
さらに、排気通路28を流れる排気ガスの一部を吸気通路16に導くために排気ガス還流(EGR)装置36が設けられている。EGR装置36は、排気通路28と吸気通路16とをつなぐEGR通路38を区画形成するEGR管40と、EGR通路38の連通状態調節用のEGR弁42と、還流される排気ガス(EGRガス)冷却用のEGRクーラ44とを有している。ここでは、EGR管40上流側の一端は排気マニホールド30に接続され、その下流側の他端は吸気マニホールド18に接続されている。EGR弁42はEGRクーラ44下流側に設けられていて、その開度はアクチュエータ46により調節される。ここではEGR弁42はポペット式弁である。
Further, an exhaust gas recirculation (EGR)
さらに、排気通路28に設けられて排気ガスにより回転駆動されるタービンホイール48を含むタービン50が排気管32の途中に設けられている。これに対応して、タービンホイール48に回転軸52を介して同軸で連結され、タービンホイール48の回転力で回転するようにしたコンプレッサホイール54を含むコンプレッサ56が吸気管20の途中に設けられている。すなわち、内燃機関10は、排気エネルギーを取り出すタービン50と、タービン50により取り出された排気エネルギーによって内燃機関10に過給するコンプレッサ56とを有するターボ過給機58が設けられた、ターボ過給機付き内燃機関である。そして、コンプレッサ56により圧縮された空気を冷却すべく、インタークーラ60がコンプレッサ56下流側の吸気通路に設けられている。
Further, a
さらに、排気通路28の途中には、排気絞り弁62が設けられている。排気絞り弁62は、ここではタービン50下流側、且つ、触媒コンバータ34上流側に設けられているが、排気通路28の他の箇所に設けられてもよい。本実施形態では排気絞り弁62はバタフライ式弁であり、電動モータあるいは負圧ダイヤフラム方式のアクチュエータであるアクチュエータ64により駆動される。排気絞り弁62は、その閉弁時には排気通路28を流れる排気ガスすなわち既燃ガス(燃焼ガスを含む。)や空気である流体を効果的にせき止め、そのような流体の排気絞り弁62よりも下流側への流れを概ね遮断する遮断弁として機能する。なお、排気絞り弁62は、閉弁時に、排気通路の流路断面積を50%程度減少させるような構成を有する弁であってもよく、あるいは、閉弁時に、排気通路28を完全に閉塞するような構成を有する弁であってもよい。
Further, an
また、排気絞り弁62上流側の排気通路Jの排気ガスを取り出すことを可能にするべく、管部材66によって区画形成された連通路68が設けられている。連通路68の一端は、上記EGR通路38につなげられていて、具体的には、EGRクーラ44下流側のEGR通路につなげられている。さらに詳細には、連通路68の上記一端は、EGRクーラ44とEGR弁42との間のEGR通路につなげられている。そして、連通路68の他端は、蓄圧容器70につなげられている。蓄圧容器70は、加圧されたガスを貯留することができる容器である。なお、ここでは、蓄圧容器70は、相対的に小さな内容積を有する容器である。
Further, a
このように相互に関係付けられているので、連通路68とEGR通路38の一部とにより排気ガス回収用通路RPが構成され、排気絞り弁62上流側の排気通路Jと蓄圧容器70内とをつなぐ排気ガス回収用通路RPにEGRクーラ44が設けられることになる。なお、排気ガス回収用通路RPの一部を構成するEGR通路は、EGR通路38の内、EGR通路38の上流側端部からEGR弁42までの通路である。したがって、後述する排気ガス回収を行うとき、排気絞り弁62上流側の排気通路Jの排気ガスは、EGR通路38の一部を通る過程でEGRクーラ44を経て、連通路68に至り、蓄圧容器70内へ回収されるようになる。なお、EGRクーラ44は、排気ガス回収のときには回収される排気ガスを冷却する冷却機器として用いられる。
Thus, the
蓄圧容器70内と排気通路28との連通状態の調節用に、連通路68に流量制御弁72が設けられている。なお、アクチュエータ74によって流量制御弁72は作動される。なお、流量制御弁72の設置箇所は、通常時に連通路68への排気ガスの侵入を可能な限り防ぐように、連通路68の内、EGR通路よりであるほどよい。
A
上記排気ガス回収用通路RPは、ここでは後述するように、排気ガス放出用通路EPとしても利用される。この排気ガス放出用通路EPを介して、蓄圧容器70内とタービンホイール48上流側の排気通路Kとはつなげられ、蓄圧容器70内の排気ガスをタービンホイール48上流側の排気通路Kに供給することが可能になる。
The exhaust gas recovery passage RP is also used as an exhaust gas discharge passage EP, as will be described later. Through this exhaust gas discharge passage EP, the
ここで、上記蓄圧容器70に関して、図2に基づいて詳細に説明する。図2には、向かって左側が断面図とされた蓄圧容器70の拡大図が示されていて、蓄圧容器70は図2では左右対称であるとして描かれている。蓄圧容器70には、その下方部にガスすなわち圧力の出入口70mが設けられている。換言すると、出入口70mは、蓄圧容器70が設置されたときに蓄圧容器70の下方部に位置するように、蓄圧容器70に設けられている。なお、ここでは、出入口70mがそのような箇所に位置するように蓄圧容器70を支持する部材の図示および説明は省略される。より具体的には、図2から明らかなように、出入口70mは、蓄圧容器70の最下部に位置するように設けられている。ただし、「下方」とは鉛直方向下向きの方向を指し、「下方部」とは下方の部位を指す。具体的には、出入口70mは、蓄圧容器70内に液体がある場合にその液体が自重により溜まる部位あるいはその近傍に設けられている。なお、出入口70mは、蓄圧容器70の充填口とその放出口とを兼ねている。ただし、この充填口は主としてガスを充填するためのものであり、その放出口はガスを放出するためのものである。
Here, the
蓄圧容器70内には、ガスを吸着可能な吸着材80が備えられている。吸着材80は、主として活性炭から構成され、具体的には粉状体の活性炭を、ガスが流通可能な複数の孔を有して形成された網目状の袋体に詰めたものとして構成されている。なお、吸着材80は、活性炭以外のものを主成分として構成されてもよく、活性炭、ゼオライト、アルミナ、カーボンモレキュラーシーブの内の少なくとも1つを含んで構成され得る。また、吸着材80は、粉状体である以外に、成形体等のブロック状物であり得る。
In the
さらに、蓄圧容器70内には、フィルタ部材82が設けられている。フィルタ部材82は、ゼオライト系の物質を含んで構成され得、ここではゼオライトから構成されている。ゼオライトは、微細孔をもち、アルミノ珪酸塩を主成分とし、基本骨格として二酸化ケイ素からなる骨格を有している。ゼオライトは、その微細孔に水分子を吸着しまた放出することができ、また、硫黄分、例えばSOx(硫黄酸化物)といった有害排気ガス成分を吸着等することができる。本明細書では、フィルタ部材82によって除去されるガス中の成分を不純物と称し得、この不純物には水分、PM、硫黄分といった排気ガス成分が含まれる。ただし、フィルタ部材82は、ゼオライト以外のものを主成分として構成されてもよく、ゼオライト、シリカゲル、アルミナの内の少なくとも1つを含んで構成され得る。また、フィルタ部材82は、粉状体であっても、成形体等のブロック状物から構成されてもよい。フィルタ部材82が主として粉状体から構成される場合には、上記吸着材80と同様に、それら粉状体は袋体に入れられて一体にされ得る。
Further, a
ここでは、吸着材80とフィルタ部材82とは別の物質によって構成されている。これは、各々の用途および目的が相違するためである。しかしながら、吸着材80とフィルタ部材82とが同じものから構成されることを本発明は排除しない。
Here, the adsorbent 80 and the
図2から明らかなように、吸着材80と、蓄圧容器70の充填口としての出入口70mとの間に位置するように、フィルタ部材82は蓄圧容器70内に設けられている。これらの位置関係を確保するために、ここでは、支持部材84が蓄圧容器70内に配置される。支持部材84は、吸着材80と、フィルタ部材82と、そして出入口70mとの相互位置関係を明瞭にするべくそれらを離間させるセパレータとしても機能する。支持部材84は、上側板状部材84uと、そして下側板状部材84dとから構成されている。上側板状部材84uおよび下側板状部材84dには、ガスが適切に流通可能な程度の孔が複数個、全面に渡って形成されている。
As is clear from FIG. 2, the
蓄圧容器70内の支持部材84の下側板状部材84dの下方側に空間Sが確保されるように、下側板状部材84dは、出入口70mから所定距離、離間されて配置される。蓄圧容器70内に水といった液体がある場合に、その液体を、吸着材80およびフィルタ部材82から切り離して、空間Sに溜めることを可能にするためである。それ故、空間Sを形成する蓄圧容器70の一部を、水溜り部と称することができる。また、空間Sの上部端を形成する下側板状部材84dは、出入口70mと吸着材80との間のガスが移動可能な領域を幅広に確保するためにも、出入口70mから所定距離、離間させて配置される。好ましくは、蓄圧容器70の形状を、図2の平面外形をその中心軸C周りに回転してできた回転体そのものと考えると、下側板状部材84dの外径Aは、蓄圧容器70の最大内径Bの50%以上である。さらに好ましくは、下側板状部材84dの蓄圧容器70内の配置箇所の容器内断面(軸Cに直交)の断面積は、蓄圧容器70の最大内径Bを有する箇所の容器内断面(軸Cに直交)の断面積の50%以上であるとよい。
The
上記記載から明らかなように、蓄圧容器70内には、下方側から上方側に向けて順に、出入口70m近傍の空間S、フィルタ部材82、吸着材80が位置付けられる。したがって、出入口70mから蓄圧容器70内に入ったガスは、空間Sを通過してフィルタ部材82に至って、フィルタ部材82で不純物が除かれてから、吸着材80に至る。逆に、蓄圧容器70内の吸着材80側のガス、例えば吸着材80によって吸着されたガスは、吸着材80から離脱することで、吸着材80から放出され、フィルタ部材82に至って、フィルタ部材82および空間Sを順に通過して、出入口70mから放出される。
As is clear from the above description, the space S, the
ここで、蓄圧容器70内に入れられる吸着材80の量に関して説明する。図3に基づいて、蓄圧容器70へのガスの回収充填量と吸着材量との関係について説明する。図3のグラフにおける各曲線は、試験システムにおいて、ゲージ圧で450kPaの圧力を有する排気絞り弁62上流側の排気通路J相当部に、大気圧状態の蓄圧容器70内を連通させた場合の、蓄圧容器70内の重量(増加)の変化を表している。この実験では、蓄圧容器70内に吸着材を全く入れなかった場合(曲線α)と、吸着材80を蓄圧容器70にその半分だけ入れた場合(曲線β)と、吸着材80を蓄圧容器70内全体に入れた場合(曲線γ)とでの、蓄圧容器70内の重量変化を比較した。なお、この実験では吸着材量を異ならせる以外は、排気絞り弁62上流側の排気通路J相当部の圧力および蓄圧容器そのものの内容積等を同じにした。図3から明らかなように、蓄圧容器70内と排気通路J相当部との連通開始から、いずれの場合も蓄圧容器70の重量はほぼ一定割合で増加したが、吸着材量が多くなるほど重量増加期間は長くなった。そして、吸着材量が多いほど、重量増加幅が大きくなった。この重量増加は蓄圧容器70内への継続したガス導入と相関関係があるので、吸着材量が多くなるほど、蓄圧容器70内へのガス導入量が多くなることが分かる。この結果、蓄圧容器70内にできる限り多くの吸着材80を充填した方が、蓄圧容器70内により多くのガスを充填することができる、すなわちより高密度にガスを蓄えることができることが明らかになった。それ故、吸着材量をできるだけ多くしつつ、不純物除去機能を適切に発揮するだけの量のフィルタ部材82を入れ、かつ、水溜まり部として適切に機能すると共にガスの適切な循環移動を可能にするような大きさ、形状の空間Sを確保するように、蓄圧容器70の形状等が設計されるとよいことが分かった。
Here, the amount of the adsorbent 80 put in the
なお、適量の吸着材80とフィルタ部材82とを上記の如く備え、かつ、空間Sを出入口70m近傍の下方部に形成した蓄圧容器70を用いた、図3に結果を表した上記実験の如き実験では、ガス充填時にフィルタ部材82で不純物を除き、他方、ガス放出時に空間Sの水分やそれら不純物をガス放出に乗じて蓄圧容器70から排出することで、ガス充填あるいはガス放出に際して、同じような重量変化のグラフが得られた。つまり、所定圧力のガスを所定時間充填することを繰り返した場合、その時々の蓄圧容器70の重量変化(重量増加)曲線は、概ね重なった。また逆に、内部が大気圧になるまでガスを放出することを繰り返した場合、その時々の蓄圧容器70の重量変化(重量減少)曲線は、概ね重なった。したがって、上記構成を備えた蓄圧容器70を用いることで、蓄圧容器において、高密度のガス充填とガス放出とを同じように繰り返すことができることが分かった。なお、このように蓄圧容器において、ガス充填およびガス放出(すなわち圧力回収および圧力放出)を同じように繰り返すことができたとき、ガス充填前の大気圧状態の蓄圧容器70の重量と、ガス放出後の大気圧状態の蓄圧容器70の重量とは、概ね同じであった。
As shown in FIG. 3, the results are shown in FIG. 3 using the
さらに、内燃機関10は、電子制御ユニット(ECU)90に、各種値を求める(検出するあるいは推定する)ための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメーター92が吸気管20に備えられている。また、エアフローメーター92近傍に吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ94が、そしてインタークーラ60下流側にも温度を検出するための吸気温度センサ96が備えられている。また、吸気圧すなわち過給圧を検出するための圧力センサ98が吸気管20の途中に設けられている。また運転者によって操作されるアクセルペダル100の踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ102が備えられている。また、スロットル弁26の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ104も備えられている。さらに、EGR弁42の開度(EGR開度)を検出するため、ここではそのリフト量を検出するためのバルブリフトセンサ106も備えられている。また、ピストンが往復動する、シリンダブロック(あるいはその近傍)には、連接棒を介してピストンが連結されているクランクシャフトのクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ108が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ108は機関回転数(機関回転速度)を求めるための機関回転数センサとしても利用される。さらに、排気絞り弁62上流側の排気通路Jの排気ガスすなわち燃焼ガスや空気である流体の圧力を検出するための圧力センサ110が備えられている。また、蓄圧容器70内の圧力を検出するための圧力センサ112も備えられている。さらに、内燃機関10の冷却水温を検出するための温度センサ114が備えられている。
Further, the
ECU90は、CPU、ROM、RAM、A/D変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、上記各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号(検出信号)に基づき、予め設定されたプログラム(データを含む。)にしたがって円滑な内燃機関10の運転ないし作動がなされるように、ECU90は出力インタフェースから電気的に作動信号(駆動信号)を出力する。こうして、燃料噴射弁12の作動、スロットル弁26、EGR弁42、排気絞り弁62および流量制御弁72の各開度などが制御される。ただし、ECU90は、スロットル弁26、EGR弁42、排気絞り弁62、流量制御弁72の各開度を制御するため、各アクチュエータ24、46、64、74に作動信号を出力する。
The
なお、ここでは、燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定手段は、ECU90の一部を含んで構成され、また、燃料カット時間が所定時間経過したか否かを判定する燃料カット時間判定手段は、ECU90の一部を含んで構成される。また、排気ガス回収条件が満たされているか否かを判定する排気ガス回収条件判定手段も、ECU90の一部を含んで構成される。また、排気絞り弁制御手段は、排気絞り弁62駆動用のアクチュエータ64と、ECU90の一部とを含んで構成される。そして、EGR弁制御手段は、EGR弁42駆動用のアクチュエータ46とECU90の一部とを含んで構成される。さらに、流量制御弁制御手段は、流量制御弁72駆動用のアクチュエータ74と、ECU90の一部とを含んで構成される。
Here, the fuel cut determination means for determining whether or not the fuel cut is in progress includes a part of the
内燃機関10では、エアフローメーター92からの出力信号に基づいて求められる吸入空気量、クランクポジションセンサ108からの出力信号に基づいて求められる機関回転数など、すなわち機関負荷および機関回転数で表される機関運転状態に基づいて、通常は、燃料噴射量(燃料量)、燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁12からの燃料の噴射が行われる。
In the
ただし、内燃機関10では、クランクポジションセンサ108からの出力信号に基づいて求められる機関回転数が所定回転数(燃料カット回転数)以上であり、且つ、アクセル開度センサ102からの出力信号に基づいて求められるアクセル開度が0%、すなわちアクセルペダル100が踏まれていないときに、燃料噴射弁12からの燃料噴射が停止(燃料カット)されるように設定されている。すなわち、車両の走行中に機関回転数が予め設定された所定回転数領域にあり且つアクセル開度全閉状態にあるときに、燃料カットが行われる。ただし、このような燃料カット状態が続いて、機関回転数が低下して別の所定回転数(燃料カット復帰回転数)に達すると、燃料噴射は再開される。また、燃料カットが行われているときに、アクセルペダル100が踏まれてアクセル開度が開き側に大きくなって0%を超えるようになった場合にも、燃料噴射は再開される。なお、燃料カットが行われているときは、概ね減速時に対応する。
However, in the
そして、このように内燃機関10が燃料カット状態であるとき、上記スロットル弁26が閉じ側に制御されるように、予め上記プログラムは設定されている。ただし、後述する排気ガス回収のときには、強制的にスロットル弁26は開状態になるように制御される。なお、スロットル弁26は内燃機関10の始動時は全開に制御され、他方、内燃機関10の停止時は全閉に制御される。そして、通常走行時には、機関状態および冷却水温などに応じて、スロットル弁26の開度は適切な開度になるように制御される。
The program is set in advance so that the
また、上記各種センサ類からの出力信号に基づいて定まる内燃機関10の機関運転状態に基づいてEGR弁42の開度は制御される。ここでは、機関運転状態の属する領域が高負荷側にあるほどEGR量が減少するように構築された、予め実験により定められたデータがROMに記憶されている。また、アクセルペダル100が踏まれて内燃機関10すなわち車両が加速される過渡期には、EGR弁42が一旦閉弁するように、機関運転状態に基づいて導出されたEGR開度は補正される。
Further, the opening degree of the
ところで、通常走行時、排気絞り弁62は全開の開状態に保持制御されているので、排気通路28を流れる排気ガスは触媒コンバータ34を通過して外気に放出される。これに対して、排気ガス回収の所定条件が満たされたとき、排気絞り弁62は閉状態になるように制御され、排気通路28を流れる流体は概ねせき止められる。そして、このようにしてせき止めた流体を有効に活用して排気ガス回収(圧力エネルギー回収)すなわち蓄圧容器70へのガス充填が行われる。
By the way, during normal travel, the
以下、排気ガス回収について、図4のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図4のフローチャートは、所定時間毎、例えばおよそ8ms毎に繰り返されるものである。なお、以下の記載から明らかになるように、蓄圧容器70内に回収される排気ガスは概ね空気からなり、回収されるガスの温度は相対的に低いので、蓄圧容器70に回収されたガスの熱による吸着材80やフィルタ部材82の劣化や性能低下はほとんど生じない。
Hereinafter, exhaust gas recovery will be described in detail with reference to the flowchart of FIG. However, the flowchart of FIG. 4 is repeated every predetermined time, for example, approximately every 8 ms. As will be apparent from the following description, the exhaust gas recovered in the
ただし、以下で図4に基づいて説明される制御は、燃料カット実行中に、排気通路28の排気絞り弁62を閉弁制御して、排気絞り弁62上流側の排気通路Jの圧力が蓄圧容器70内の圧力以上になったときに、流量制御弁72を開弁制御して、排気通路Jから蓄圧容器70へ排気ガスすなわちこの排気ガスの有する圧力エネルギーを回収することを具体化した例である。
However, in the control described below with reference to FIG. 4, during the fuel cut, the
内燃機関10が起動されると、まずECU90は、ステップS401において、回収フラグが「1」、すなわちONであるか否かを判定する。ここで、回収フラグが「1」ということは、排気ガス回収が行われる所定条件が満たされていることを表す。これに対してそれが「0」ということは、排気ガス回収が行われる所定条件が満たされていないことを表す。初期状態では同回収フラグはリセットされているためここでは否定判定される。なお、本実施形態において、排気ガス回収のための所定条件が満たされるとは、以下の記載から明らかなように、燃料カット中であること、蓄圧容器70内の圧力が所定圧以下であること、および、排気絞り弁62上流側の排気通路JやEGR通路38からの既燃ガスを主とする排気ガスの排出が行われたことの3つが満たされることである。
When the
ステップS401で否定判定されると、次ぐステップS403で、内燃機関10が燃料カット状態か否か、すなわち燃料カット(実行)中か否かが判定される。ここでは、具体的には、燃料カット中か否かは、燃料噴射量が「0」とされているか否かで判定される。ただし、上記した燃料カット実行条件が満たされているか否かの判定が行われてもよい。なお、通常走行時には、概して、内燃機関10により所定出力を生み出すべく、「0」より大きな燃料噴射量が上述の如く導かれて燃料噴射が行われている。それ故、そのようなときには、ステップS403において否定判定される。
If a negative determination is made in step S401, then in step S403, it is determined whether or not the
上記ステップS403で燃料カット中として肯定判定されると、次ぐステップS405で、蓄圧容器70内の圧力(図4中の「容器内圧」)が、蓄圧容器70に許容される圧力であって、所定圧である予め決められてROMに記憶されている上限圧以下か否かが判定される。蓄圧容器70内に十分な量の圧力すなわち排気ガスが蓄えられているときに、さらに排気ガス回収が行われることを防ぐためである。蓄圧容器70内の圧力は圧力センサ112からの出力信号に基づいて求められる。ただし、ここでは、上限圧として、ゲージ圧で400kPaという値が設定されている。
If an affirmative determination is made in step S403 that the fuel cut is in progress, then in step S405, the pressure in the pressure accumulating container 70 ("container internal pressure" in FIG. 4) is a pressure allowed for the
ステップS405で肯定判定されると、次ぐステップS407でEGR弁42が開弁するようにアクチュエータ46へ作動信号が出力される(EGR弁42が開弁制御される)。これにより、ここでは、全開開度にまで、EGR弁42の開度は制御される。なお、このEGR弁42の開弁は、上記した通常の制御に優先して行われるので、このときに制御上目標とされるEGR弁42の開度は機関運転状態によらない。
If an affirmative determination is made in step S405, an operation signal is output to the
ステップS407の次のステップS409では、所定時間経過したか否かが判定される。ここで、判定対象となる時間は燃料カットをしている連続時間(燃料カット時間)であり、具体的には上記ステップS403で肯定判定されるルーチンが連続して繰り返される時間である。ここではECU90は、内蔵するタイマ手段で、複数の連続するルーチンにおいてステップS405で連続して肯定判定される内の最初のその肯定判定によってステップS407に至ったときからの時間を計測し、この時間を燃料カット時間と擬制して採用する。また、判定基準となる所定時間は、予め実験により求められて設定された時間であり、予めROMに記憶されている。好ましくは、この所定時間は、排気絞り弁62上流側の排気通路Jから既燃ガスを主とする排気ガスが排出されるのに必要とされる時間である。また、ここでは、上記の如く、この燃料カットの間、EGR弁42が開弁されるので、この所定時間は、EGR弁42の開弁開始時点にEGR通路38にあった排気ガスを、燃料カット実行中に気筒14を経て排気通路28に至った空気を主とする排気ガスと入れ替えるように、EGR通路38から排出するために必要とされる時間でもあり、換言するとEGR通路38を十分に換気するために必要とされる時間でもある。ただし、排気ガスの回収を迅速に実行可能にするように、この所定時間は可能な限り短い時間であるとよい。なお、このときに達成されることが望まれる排気絞り弁上流側の排気通路Jからの排気ガスの排出の程度や、EGR通路38の換気の程度は、この後、蓄圧容器70内へ回収される排気ガスが所望の温度以下の低い温度を有し、かつ、所望レベルの清浄ガスであるように予め定められ、これに基づいてステップS409での所定時間は定められる。
In step S409 following step S407, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed. Here, the time to be determined is a continuous time during which the fuel is cut (fuel cut time), and specifically, is a time during which the routine that is positively determined in step S403 is continuously repeated. Here, the
なお、ステップS409で否定判定される間は、ステップS403あるいはステップS405で否定判定されない限りは、排気絞り弁62上流側の排気通路JやEGR通路38からの既燃ガスを主とする排気ガスの排出が継続される。これに対して、ステップS409で否定判定されて、次のルーチンのステップS403あるいはステップS405で否定判定されると、ステップS411へ進み、ステップS407でのEGR弁42の強制開弁が解除される。したがって、EGR弁42は、上記の如く機関運転状態に基づいて制御されるようになる。なお、ステップS409で肯定判定されるかあるいはステップS411に至ることで、タイマ手段はリセットされる。
While a negative determination is made in step S409, unless the negative determination is made in step S403 or step S405, the exhaust gas mainly composed of burned gas from the exhaust passage J and the
ステップS409で肯定判定されると次ぐステップS413で、排気ガス回収の所定条件が満たされているとして、上記回収フラグが「1」にされる。これにより、内燃機関10の通常の上記制御よりも、排気ガス回収用の制御が優先して行われることになる。そして、ステップS415に至ると、EGR弁42が閉弁するようにアクチュエータ46に作動信号が出力される。これにより、EGR通路38の吸気通路16との連通は遮断されるようになり、排気ガス回収用通路RPは、排気絞り弁62上流側の排気通路Jと蓄圧容器70とだけをつなぐことが可能になる。なお、このとき、EGR弁42は、排気絞り弁62上流側の排気通路Jの圧力に応じた速度で閉側に駆動されてもよい。また、ステップS415では、流量制御弁72が閉弁するように、アクチュエータ74に作動信号が出力される。流量制御弁72は基本的には閉弁されているので、流量制御弁72はその閉弁状態に保たれることになる。次ぐステップS417では、開弁状態にある排気絞り弁62が閉弁するように、アクチュエータ64に作動信号が出力される(排気絞り弁62が閉弁制御される)。こうして当該ルーチンは終了する。
If an affirmative determination is made in step S409, the recovery flag is set to “1” in step S413, assuming that the predetermined condition for exhaust gas recovery is satisfied. As a result, the exhaust gas recovery control is prioritized over the normal control of the
なお、このように回収フラグが「1」にされるとき(実質的に回収フラグが「1」の間は)、スロットル弁26が開弁するように、アクチュエータ24に作動信号が出力される。これにより、ここでは、スロットル弁26は全開の開状態になる。これは、排気ガス回収をより適切に行うべく、排気絞り弁62上流側の排気通路Jの圧力をより適切に高めるためである。また、スロットル弁26は、ステップS407でEGR弁42が強制的に開弁制御されてから、その後ステップS411あるいはステップS415に至るまでの間、全開開度などの所定開度の開状態に維持制御されてもよい。これにより、排気絞り弁62がステップS417で閉弁制御される前に、排気絞り弁62上流側の排気通路Jからの排気ガスの排出および/またはEGR通路38の換気をより促すことが可能になる。
When the recovery flag is set to “1” (substantially while the recovery flag is “1”), an operation signal is output to the
次のルーチンのステップS401では回収フラグが「1」であるので肯定判定される。ステップS401で肯定判定されると、次ぐステップS419で、上記ステップS403と同様に燃料カット中か否かが判定される。ここで肯定判定されると次ぐステップS421で、上記ステップS405と同様に蓄圧容器70内の圧力が上記上限圧以下か否かが判定される。なお、ステップS419およびステップS421での判定が行われるのは、ステップS413で回収フラグが「1」にされた後、排気ガス回収の所定条件が満たされなくなったときに、排気ガス回収を終了する制御をするためである。
In step S401 of the next routine, an affirmative determination is made because the collection flag is “1”. If an affirmative determination is made in step S401, it is then determined in step S419 whether or not a fuel cut is in progress, as in step S403. If an affirmative determination is made here, then in step S421, it is determined whether or not the pressure in the
さてステップS421で肯定判定されると次ぐステップS423で、蓄圧容器70内の圧力が、排気通路Jの圧力(図4中の「背圧」)以下か否かが判定される。このとき既に、排気絞り弁62が閉弁制御されているので、時間の経過につれて、排気絞り弁62によってせき止められた排気ガスの圧力(圧力エネルギー)は高くなる。そして、その圧力が回収可能な程度にまで高まっているかを調べるために、ステップS423での判定が行われる。ステップS423で否定判定される場合には次ぐステップS425で、流量制御弁72が閉弁するようにアクチュエータ74に作動信号が出力される。これは、既に流量制御弁72が閉弁状態にされている場合には、流量制御弁72がそのままにされることを意味している。他方、ステップS423で肯定判定される場合には次ぐステップS427で、流量制御弁72が開弁するようにアクチュエータ74に作動信号が出力される(開弁制御される)。これにより、排気絞り弁上流側の排気通路Jの高められた圧力を有する排気ガスは、排気ガス回収用通路RPを介して、蓄圧容器70内に回収される。このとき、排気ガスは、排気ガス回収用通路RPを流れる間に、EGRクーラ44を通過することになるので、蓄圧容器70内に回収される排気ガスは十分に冷却される。したがって、蓄圧容器70内には相対的に高密度の排気ガスが至ることになるので、より多くの排気ガスを蓄圧容器70内に回収することが可能になる。
If an affirmative determination is made in step S421, it is next determined in step S423 whether or not the pressure in the
高い圧力すなわち高い圧力エネルギーを有する排気ガス(ここでは主に空気)が回収されることで、図3に示すように蓄圧容器70の重量増加が生じると共に、蓄圧容器70内の圧力は増す。こうした回収は、上記ステップS419あるいはステップS421で否定判定されない限りは概ね続けて行われる。
By collecting exhaust gas (mainly air here) having a high pressure, that is, high pressure energy, the weight of the
排気ガス回収中に、ステップS419あるいはステップS421で否定判定されるに至ると、排気ガス回収を終了するための制御が行われる。それらのいずれかで否定判定されると次ぐステップS429で、EGR弁42の強制的な閉弁が解除されるので、EGR弁42は通常の制御状態に復帰される。また、流量制御弁72が閉弁するように、アクチュエータ74へ作動信号が出力される。さらに、排気絞り弁62が開弁するようにアクチュエータ64へ作動信号が出力される。そして、次ぐステップS431で回収フラグが「0」にされる。この結果、内燃機関10は排気ガス回収を行わない通常の制御状態に復帰される。そして、スロットル弁26は機関運転状態に基づいて制御されるようになる。
If a negative determination is made in step S419 or step S421 during exhaust gas recovery, control for terminating exhaust gas recovery is performed. If a negative determination is made in any of them, the forced closing of the
上記したように、燃料カット開始後、燃料カット時間が所定時間経過してから、排気絞り弁62が閉弁されるので、排気絞り弁62閉弁時に排気絞り弁62上流側の排気通路Jにある排気ガスは、気筒14を単に経てそこに至った空気から主として構成される。また、燃料カット時間が所定時間経過する間、さらにEGR弁42が開弁されるので、燃料カット開始前に、EGR通路38にあった既燃ガスを主とする排気ガスは、排気絞り弁62が閉弁される前に、EGR通路38から排出される。さらに、上記の如く、EGR通路38にはEGRクーラ44が配設されているので、燃料カット時間が所定時間経過するまでに、EGR通路38を経て排気通路28に循環される排気ガスは十分に冷却される。したがって、排気絞り弁62閉弁開始時に排気ガス回収用通路RPにある排気ガス、特にEGR通路38にある排気ガスや、排気通路Jにある排気ガスは、十分に温度が低く(高密度であり)、かつ、きれいなガスである。したがって、蓄圧容器70内には、その内容積に対してより多くの排気ガスを回収して蓄積することが可能になる。なお、このように蓄圧容器70内に回収される排気ガスの温度は低温であるので、蓄圧容器70内の吸着材80等がその熱により劣化することは適切に抑制される。また、蓄圧容器70内に回収される排気ガスはきれいなガスであり、その排気ガス中に含まれる有害排気ガス成分量は少ないので、その有害排気ガス成分による蓄圧容器70自体および吸着材80等の劣化を抑制することが可能になる。
As described above, since the
このような排気ガス回収は、上記説明から明らかなように、燃料カット中か否かを判定する燃料カット判定手段と、該燃料カット判定手段により肯定判定されたとき、燃料カット時間が所定時間経過したか否かを判定する燃料カット時間判定手段と、前記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、前記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、開弁状態にある上記排気絞り弁62を閉弁制御する排気絞り弁制御手段と、EGR装置36のEGRクーラ44下流側に設けられたEGR弁42を制御するEGR弁制御手段であって、上記燃料カット判定手段により肯定判定されたときEGR弁42を開弁制御し、上記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、上記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたときEGR弁42を閉弁制御するEGR弁制御手段とを備える、排気ガス回収装置により行われる。ただし、燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、排気絞り弁制御手段が開弁状態にある排気絞り弁62を閉弁制御することを、燃料カット判定手段により肯定判定されたとき、該判定されたときから燃料カット時間が所定時間経過するまで、前記排気絞り弁制御手段による前記排気絞り弁の閉弁制御を遅らせることと換言することができる。すなわち、上記の如く、燃料カット判定手段と、燃料カット時間判定手段と、これら両判定手段により肯定判定されたときに排気絞り弁62を閉弁制御する排気絞り弁制御手段とを備えることは、燃料カット判定手段と、蓄圧容器70へ排気ガスを回収するように燃料カット実行中に排気絞り弁62を閉弁制御する排気絞り弁制御手段と、燃料カット判定手段により肯定判定されたとき、該判定されたときから燃料カット時間が所定時間経過するまで、その排気絞り弁制御手段による排気絞り弁62の閉弁制御を遅らせる遅延手段とを備えることに等しい。なお、このような遅延手段は、ECU90の一部を含んで構成され得る。
As is apparent from the above description, such exhaust gas recovery is performed when the fuel cut determination means for determining whether or not the fuel cut is in progress and when the fuel cut determination means makes an affirmative determination. A fuel cut time determination means for determining whether or not the fuel cut time is positively determined by the fuel cut determination means and when the fuel cut time determination means is The exhaust throttle valve control means for closing the
また、上記のように、主として空気からなる排気ガスが蓄圧容器70内に回収充填されるので、蓄圧容器70内に出入口70mから導かれた排気ガス中に、硫黄成分、PM、オイル分などが含まれていたとしても、それらの量は極わずかである。そして、排気ガス中の不純物はわずかにあり得るが、それらもフィルタ部材82により適切に除去される。フィルタ部材82によって取り除かれた、あるいは、高圧のために凝縮されて生成した水は、自重により下方に向けて移動して、好ましくは空間Sに溜まる。また、不純物としての硫黄成分や水分の一部などはフィルタ部材82に吸着され得る。そして、フィルタ部材82を通過した排気ガスのみが、放出可能に吸着材80に吸着される。このように、排気ガスを回収充填するとき、蓄圧容器70内に導かれた排気ガス中の不純物を吸着材80上流側のフィルタ部材82で適切に除去できるので、それら硫黄成分や水分などが吸着材80に至ることをより確実に防止できる。したがって、吸着材80のガス吸着性能低下を防ぐことが可能になる。
In addition, as described above, the exhaust gas mainly composed of air is collected and filled in the
ところで、一般的なターボ過給機において、機関回転数が低回転域に属するときには、排気ガスの流量が少ないためにターボ過給機の回転が低いので、アクセルペダル100を踏み込んでから吸入空気の過給効果が現れるまでに時間的な遅れすなわちタイムラグがある。そこで、アクセルペダル100が踏み込まれて車両が加速される過渡期に、速やかに過給圧を高めるべく、蓄圧容器70内の圧力すなわち高圧のガスが利用される。蓄圧容器70に回収された圧力すなわち排気ガスの利用に関して図5のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図5のフローチャートは、所定時間毎、例えばおよそ8ms毎に繰り返されるものである。
By the way, in a general turbocharger, when the engine speed belongs to a low speed range, the turbocharger rotation is low because the flow rate of the exhaust gas is small, so that the intake air flow is reduced after the
ただし、以下で図5に基づいて説明される排気ガス放出用の制御は、加速要求があったとき、タービン回転数の上昇率を上げてターボ過給機の応答性向上を図るべく、タービン50のタービンホイール48へ向けて蓄圧容器70内から圧力供給することを具体化した例である。
However, in the control for exhaust gas discharge described below with reference to FIG. 5, when there is an acceleration request, in order to increase the increase rate of the turbine rotation speed and improve the response of the turbocharger, the
まず、ECU90は、ステップS501において、上記回収フラグが「0」、すなわちOFFであるか否かを判定する。初期状態では同フラグはリセットされているためここでは肯定判定される。なお、ステップS501で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。
First, in step S501, the
ステップS501で肯定判定されると、次ぐステップS503では、アシストフラグが「1」、すなわちONであるか否かが判定される。ここで、アシストフラグが「1」であるということは、ターボ過給器58の作動をアシストする必要があることを表し、これに対してそれが「0」であるということは、そのような必要がないことを表す。初期状態では同アシストフラグはリセットされているためここでは否定判定される。
If an affirmative determination is made in step S501, in the next step S503, it is determined whether or not the assist flag is “1”, that is, ON. Here, when the assist flag is “1”, it means that the operation of the
ステップS503で否定判定されると、次ぐステップS505では、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。機関回転数が所定回転数より高いときには、過給器58の作動に関してアシストの必要がないので、機関回転数が上記所定回転数を越えているときにはステップS505で否定判定されて、当該ルーチンは終了する。他方、ステップS505で機関回転数が所定回転数以下であるとして肯定判定されると、ステップS507へ進む。例えば、ステップS505の判定での所定回転数は3000rpmである。
If a negative determination is made in step S503, it is determined in next step S505 whether or not the engine speed is equal to or lower than a predetermined speed. When the engine speed is higher than the predetermined speed, there is no need to assist the operation of the
ステップS507では、加速か否かすなわち加速要求の有無が判定される。加速か否かの判定は、加速開始時期を求めることに等しく、アクセル開度に基づいて行われる。アクセル開度が所定値以上であり、且つ、アクセル開度が大きくなる方へ変化したときであって単位所定時間におけるその変化量すなわちその開き速度(アクセル開度開き速度)が所定速度を超えたときに、ECU90は加速、すなわち加速要求有りと判断する。より具体的には、ECU90は、アクセル開度センサ102からの出力信号に基づいてアクセル開度を求め、そのアクセル開度が例えば20%開度以上であり、且つ、それのアクセル開度開き速度が、予め設定されてROMに記憶されている基準速度である上記所定速度を超えたとき、加速と判断する。ステップS507で肯定判定されると、次いでステップS509での判定が行われる。なお、ステップS507で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。
In step S507, it is determined whether or not acceleration, that is, whether or not there is an acceleration request. The determination as to whether or not the vehicle is accelerating is equivalent to obtaining the acceleration start time and is performed based on the accelerator opening. When the accelerator opening is greater than or equal to a predetermined value and the accelerator opening is increased, the amount of change in the unit predetermined time, that is, the opening speed (accelerator opening opening speed) exceeds the predetermined speed. Sometimes, the
ステップS509では、蓄圧容器70内の圧力が所定圧以上か否かが判定される。この所定圧とは、ターボ過給機58の作動アシストを行うのに最低限必要とされる圧力のことであり、予め実験により求められてROMに記憶されている。具体的には、この所定圧は、ゲージ圧で200kPaであり得る。なお、この所定圧は、タービンホイール48上流側の排気通路Kの圧力に、例えば100kPaである余裕分の圧力を足した値であってもよい。そして、ステップS509で否定判定されると、該ルーチンは終了する。他方、ステップS509で肯定判定されると、次ぐステップS511でアシストフラグが「1」にされ、次ぐステップS513で流量制御弁72が開弁するように、アクチュエータ74へ作動信号が出力される(流量制御弁72が開弁制御される)。このようにして、ターボ過給機58の作動アシストが開始される。
In step S509, it is determined whether or not the pressure in the
なお、流量制御弁72が開弁されてターボ過給機58の作動アシストが行われている間、EGR弁42は閉弁状態に維持されるとよい。本実施形態では、蓄圧容器70内の圧力すなわち排気ガスは、流量制御弁72の開弁時、EGR通路38の一部を介して排気通路Kに供給される。したがって、そのときにEGR弁42が閉弁されていることで、蓄圧容器70からの排気ガスは、吸気通路16に至らず、排気通路Kに適切に至ることが可能になる。
The
そして、次回以降のルーチンでは、回収フラグが「0」であり、且つ、アシストフラグが「1」であるので、上記ステップS501およびステップS503でそれぞれ肯定判定される。次ぐステップS515では、上記ステップS505と同様に、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。 In the next and subsequent routines, since the collection flag is “0” and the assist flag is “1”, affirmative determination is made in steps S501 and S503, respectively. In the next step S515, as in step S505, it is determined whether the engine speed is equal to or lower than a predetermined speed.
そして、ステップS515で肯定判定されると、次ぐステップS517で、供給時間が経過していないか否かが判定される。ここで、判定対象となる時間は流量制御弁72が開かれて排気ガス放出用通路EPが開通したときからの経過時間である。ここではECU90は、内蔵するタイマ手段で、ステップS511に至ったときからの時間を計測し、この時間を経過時間と擬制して採用する。また、判定基準となる供給時間は、予め実験により求められて設定された所定時間であり、ここでは変数ではなく固定値とされて、ROMに記憶されている。ただし、ステップS517での判定に用いられる供給時間は可変とされてもよく、加速要求があったときの機関運転状態や、タービンホイール48上流側の排気通路Kの圧力などに基づいて定められ得る。
If an affirmative determination is made in step S515, it is determined in a next step S517 whether or not the supply time has elapsed. Here, the time to be determined is an elapsed time from when the
ステップS517で供給時間が経過していないとして肯定判定されると、次ぐステップS519で、上記ステップS509と同様に、蓄圧容器70内の圧力が上記所定圧以上か否かが判定される。そして、ここで肯定判定されると、当該ルーチンは終了する。
If an affirmative determination is made in step S517 that the supply time has not elapsed, in the next step S519, it is determined whether or not the pressure in the
上記ステップS515から上記ステップS519のいずれかで否定判定されることで、ターボ過給器58の作動アシストを終了するための制御が行われる。ステップS515からステップS519のいずれかで否定判定されると、ステップS521で流量制御弁72が閉弁するように、アクチュエータ74へ作動信号が出力される。そして、次ぐステップS523でアシストフラグが「0」にされる。これにより、該ルーチンは終了する。なお、これにより、タイマ手段はリセットされる。
By making a negative determination in any of steps S515 to S519, control for terminating the operation assist of the
ただし、一旦、ターボ過給機58の作動アシストが開始された後、それを終了するか否かの判定には、上記ステップS515からステップS519の判定の他、さらに、加速(要求)が継続されているか否かの判定が加えられてもよい。加速が継続されていないときには、もはやターボ過給機58の作動アシストを行う必要はないからである。具体的には、アクセル開度が加速要求有りと判定されたときのアクセル開度から所定量分閉じ側に変化したり、あるいはアクセル開度開き速度が負になってその大きさが所定量以上になったりしたとき、加速が継続されていないとして、作動アシストを終了するための上記制御(ステップS521およびステップS523)が行われ得る。
However, once the assist operation of the
このように本実施形態では、フィルタ部材82で不純物が除去され、そして吸着材80のガス吸着能を利用して蓄圧容器70内に高密度に充填されたガスは、放出されるとき、フィルタ部材82や空間Sを通過して出入口70mから放出されて、ターボ過給機58の作動アシストに利用される。したがって、このときのガス放出に乗じて、空間Sに溜まった硫黄成分や窒素成分などを含み得る水やフィルタ部材82に吸着された不純物を、蓄圧容器70内から排出することが可能になる。なお、空間Sに水が有るか否かにかかわらず、それら不純物そのものも、場合によっては、自重により空間Sに集まり得、ガス放出に乗じて蓄圧容器70内から排出され得る。
As described above, in this embodiment, when the impurities are removed by the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、冷却機器としてEGRクーラを用いたが、それ以外の冷却機器を用いることも可能である。例えば、インタークーラが用いられてもよい。EGRクーラやインタークーラを用いる場合には、既存の設備を冷却機器として利用できるので、コスト面で有利である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to this. For example, in the above embodiment, an EGR cooler is used as the cooling device, but other cooling devices can be used. For example, an intercooler may be used. When using an EGR cooler or an intercooler, existing equipment can be used as a cooling device, which is advantageous in terms of cost.
また、上記実施形態では、蓄圧容器70内に吸着材等を配置したが、これらは設けられなくてもよい。上記の如く、排気絞り弁上流側の排気通路と蓄圧容器内とをつなぐ排気ガス回収用通路に冷却機器が設けられることで、蓄圧容器内に十分に多くの排気ガスを回収することができるからである。
Moreover, although the adsorbent etc. have been arrange | positioned in the
また、上記実施形態では、出入口70mは充填口と放出口との役目を担ったが、充填口と放出口とは別々に設けられてもよい。充填口と放出口とが別々に設けられる場合、排気ガス回収用通路と排気ガス放出用通路とは完全に独立するのが好ましい。また、充填口と放出口とが別々に設けられる場合、充填口から蓄圧容器内に充填される排気ガスはフィルタ部材を通過してからのみ吸着材に至ることができるように、それらの配置が定められるのがよい。ガスをフィルタ部材に通過させることで、吸着材にガス中の不純物が至ることを抑制できるので、吸着材の劣化を防止することができるからである。また、充填口と放出口とが別々に設けられる場合、吸着材に吸着されているガスは、フィルタ部材を通過することなしに、空間Sに至って放出口から排出されてもよい。蓄圧容器内のガスが少なくとも空間Sを通って放出口から放出されることで、空間Sの水や不純物を適切に排出することができるからである。さらに、フィルタ部材は、蓄圧容器の内部に配置されることに限定されず、その外部、例えば上記連通路68に配置されてもよい。蓄圧容器に充填されるガスが吸着材に至る前に通過する箇所であれば、すなわち、蓄圧容器へのガス流における吸着材上流側の箇所であれば、フィルタ部材は種々の箇所に配置され得る。
Moreover, in the said embodiment, although the entrance /
なお、排気ガス回収用通路と排気ガス放出用通路とは分けられてもよく、排気ガス回収用通路と排気ガス放出用通路とが分けられる場合には、排気ガス回収用通路に設けられる弁は逆止弁でもよい。また、排気ガス回収用通路と排気ガス放出用通路とが分けられる場合には、排気ガス放出用通路はタービンホイール上流側の排気通路の如何なる箇所に連通可能にされてもよく、例えばタービンハウジングに連通可能にされる。また、例えば排気ガス放出用通路の下流側端部にノズルが設けられてもよい。 The exhaust gas recovery passage and the exhaust gas discharge passage may be separated. When the exhaust gas recovery passage and the exhaust gas discharge passage are separated, a valve provided in the exhaust gas recovery passage is A check valve may be used. Further, when the exhaust gas recovery passage and the exhaust gas discharge passage are separated, the exhaust gas discharge passage may be communicated with any portion of the exhaust passage upstream of the turbine wheel, for example, in the turbine housing. Communication is enabled. Further, for example, a nozzle may be provided at the downstream end of the exhaust gas discharge passage.
また、上記実施形態では、加速するときに、タービンホイール上流側の排気通路に蓄圧容器内の圧力が供給されたが、加速するときに限らず、要求過給量が増加するときにそのような圧力供給がなされてもよい。要求過給量が増加するときには、加速するとき、および、車両が上り坂に面して負荷が上昇した場合などの内燃機関への要求負荷が増加するときが含まれる。 Further, in the above embodiment, when accelerating, the pressure in the pressure accumulating vessel is supplied to the exhaust passage upstream of the turbine wheel. However, not only when accelerating, but when the required supercharging amount increases. A pressure supply may be made. When the required supercharging amount increases, it includes a case where the required load on the internal combustion engine increases, such as when accelerating and when the load increases as the vehicle faces an uphill.
なお、上記実施形態では、蓄圧容器内の排気ガスすなわちそれが有する圧力を、ターボ過給器の作動アシストに用いることとした。しかしながら、これは蓄圧容器内の圧力すなわちガスの用途を制限するものではなく、それは種々の他の用途に用いられ得る。 In the above embodiment, the exhaust gas in the pressure accumulating vessel, that is, the pressure that it has is used for the operation assistance of the turbocharger. However, this does not limit the pressure or gas application within the accumulator vessel, which can be used for a variety of other applications.
また、上記実施形態では、排気絞り弁62はバタフライ式弁であったが、それ以外の形式の弁であってもよい。排気絞り弁62は、例えば、ポペット式弁、シャッター式弁であり得る。なお、排気絞り弁62として、排気ブレーキ用に設けられた弁が用いられてもよい。また、EGR弁42は、ポペット式弁以外の形式の弁でもよく、バタフライ式弁、シャッター式弁であり得る。また、流量制御弁72は、回収用と放出用との2つの弁に分けられてもよい。なお、これら弁を駆動させる種々の上記アクチュエータは、電動モータあるいは負圧ダイヤフラム方式のアクチュエータに限定されず、種々の、当業者が利用可能なアクチュエータであり得る。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、上記実施形態では、蓄圧容器70を1つ設けることにしたが、それは複数個設けられてもよい。そして蓄圧容器70を2つ以上複数個設ける場合には、それら蓄圧容器70は車両に分散して配置され得る。
Moreover, in the said embodiment, although it decided to provide one
なお、上記実施形態では、本発明をディーゼル機関に適用して説明したが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリン機関、筒内噴射形式のガソリン機関等の各種の内燃機関に適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、LPG(液化天然ガス)等でもよい。また、本発明が適用される内燃機関の気筒数などはいくつであってもよい。 In the above embodiment, the present invention is applied to a diesel engine. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to various internal combustion engines such as a port injection type gasoline engine and a cylinder injection type gasoline engine. It is applicable to. The fuel used is not limited to light oil or gasoline, but may be alcohol fuel, LPG (liquefied natural gas), or the like. Further, the number of cylinders of the internal combustion engine to which the present invention is applied may be any number.
なお、上記実施形態およびその変形例では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。 Although the present invention has been described with a certain degree of specificity in the above-described embodiments and modifications thereof, various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims. It must be understood that changes are possible. That is, the present invention includes modifications and changes that fall within the scope and spirit of the appended claims and their equivalents.
10 内燃機関
38 EGR通路
44 EGRクーラ
48 タービンホイール
50 タービン
58 ターボ過給機
62 排気絞り弁
68 連通路
70 蓄圧容器
72 流量制御弁
RP 排気ガス回収用通路
EP 排気ガス放出用通路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記排気絞り弁上流側の排気通路と前記蓄圧容器内とをつなぐ排気ガス回収用通路に冷却機器を設けたことを特徴とする排気ガス回収装置。 An exhaust gas recovery apparatus comprising: an exhaust throttle valve provided in an exhaust passage of an internal combustion engine; and an accumulator vessel that can communicate with the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve via the valve,
An exhaust gas recovery apparatus, wherein a cooling device is provided in an exhaust gas recovery passage connecting the exhaust passage upstream of the exhaust throttle valve and the pressure accumulating vessel.
該燃料カット判定手段により肯定判定されたとき、燃料カット時間が所定時間経過したか否かを判定する燃料カット時間判定手段と、
前記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、前記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、開弁状態にある前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段と
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の排気ガス回収装置。 Fuel cut determination means for determining whether or not a fuel cut is in progress;
A fuel cut time determination means for determining whether or not a predetermined time has elapsed when the fuel cut determination means makes a positive determination;
An exhaust throttle valve that controls closing of the exhaust throttle valve that is open to collect exhaust gas when the fuel cut determination means makes a positive determination and the fuel cut time determination means makes a positive determination. The exhaust gas recovery apparatus according to claim 1, further comprising a control unit.
該燃料カット判定手段により肯定判定されたとき、燃料カット時間が所定時間経過したか否かを判定する燃料カット時間判定手段と、
前記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、前記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき、排気ガスの回収を行うべく、開弁状態にある前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段と、
前記EGR装置の前記EGRクーラ下流側に設けられたEGR弁を制御するEGR弁制御手段であって、前記燃料カット判定手段により肯定判定されたとき前記EGR弁を開弁制御し、前記燃料カット判定手段により肯定判定され、かつ、前記燃料カット時間判定手段により肯定判定されたとき前記EGR弁を閉弁制御するEGR弁制御手段と
を備えることを特徴とする請求項2に記載の排気ガス回収装置。 Fuel cut determination means for determining whether or not a fuel cut is in progress;
A fuel cut time determination means for determining whether or not a predetermined time has elapsed when the fuel cut determination means makes a positive determination;
An exhaust throttle valve that controls closing of the exhaust throttle valve that is open to collect exhaust gas when the fuel cut determination means makes a positive determination and the fuel cut time determination means makes a positive determination. Control means;
EGR valve control means for controlling an EGR valve provided on the downstream side of the EGR cooler of the EGR device, wherein when the fuel cut determination means makes an affirmative determination, the EGR valve is controlled to open, and the fuel cut determination The exhaust gas recovery apparatus according to claim 2, further comprising: an EGR valve control means for closing the EGR valve when a positive determination is made by the means and a positive determination is made by the fuel cut time determination means. .
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US20150121849A1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-05-07 | King Fahd University Of Petroleum And Minerals | Engine emissions control system using ion transport membrane |
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2008
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