JP2009293550A

JP2009293550A - ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JP2009293550A
Application number: JP2008149304A
Authority: JP
Inventors: Sadakazu Nakajima; 貞和中嶋
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンの低温始動時において、ＥＧＲ装置によって積極的に吸気温度を上昇させ、青白煙の発生を防止する。
【解決手段】排気を再循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置を有するディーゼルエンジンにおいて、始動時において吸気温度が所定温度以上となるように前記ＥＧＲ装置によって排気を再循環させる吸気温度上昇制御手段、並びに吸気量を抑制する吸気絞り手段を備え、前記吸気温度上昇制御手段は、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁が許容開度以上のときには、吸気温度が所定温度以上となるまで前記吸気絞り手段によって吸気量を抑制する。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気を再循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置を有するディーゼルエンジンに関する。

従来、ディーゼルエンジンの低温始動時において、青白煙の発生が問題となっている。低温始動とは、寒冷地又は外気温の低い環境におけるディーゼルエンジンの始動である。また、青白煙とは、吸気温度が低いため、混合気が燃焼温度まで上昇せず、燃焼しないまま排出される未燃焼の燃料である。ここで、吸気ポートにヒーターを設けて、吸気を温めて、青白煙の発生を防止する構成も公知であるが、コストが嵩むことになる。

ディーゼルエンジンにおいて、排気を再循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置は公知である。ＥＧＲ装置は、排気を吸気側に再循環して酸素濃度を低下させ、燃焼温度を下げ、窒素酸化物(ＮＯｘ)の発生を抑制する装置である。より詳しくは、ＥＧＲ装置は、燃焼室における局所的な高温部を抑制するため、空気と燃料との混合気の熱容量を大きくする目的で使用されている。

ここで、発明者は、低温始動時の吸気温度を上昇させる手段として、ＥＧＲ装置により再循環させる排気熱量に着目した。例えば、特許文献１は、吸気絞り弁及びＥＧＲ装置を備えるエンジンにおいて、低温始動時には、吸気量を抑制しＥＧＲ量の割合を小さくするエンジンの構成を開示している。
特開平６−１０８９２６号公報

しかし、特許文献１の構成において、ＥＧＲ装置は、混合気の熱容量を大きくする従来機能を前提としており、積極的に吸気温度を上昇させる構成ではない。
そこで、解決しようとする課題は、ディーゼルエンジンの低温始動時において、ＥＧＲ装置によって積極的に吸気温度を上昇させ、青白煙の発生を防止することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、排気を再循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置を有するディーゼルエンジンにおいて、始動時において吸気温度が所定温度以上となるように前記ＥＧＲ装置によって排気を再循環させる吸気温度上昇制御手段を備えるものである。

請求項２においては、請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、吸気量を抑制する吸気絞り手段を備えるものである。

請求項３においては、請求項２記載のディーゼルエンジンにおいて、前記吸気温度上昇制御手段は、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁が許容開度以上のときには、吸気温度が所定温度以上となるまで前記吸気絞り手段によって吸気量を抑制するものである。

請求項４においては、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンにおいて、始動時より所定時間経過したとき、又は、エンジン負荷が投入されたときには、前記吸気温度上昇制御手段を中止するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、ディーゼルエンジンの低温始動時において、ＥＧＲ装置によって積極的に吸気温度を上昇させ、青白煙の発生を防止できる。また、亜硫酸の結露を防止して硫酸腐食を回避できる。

請求項２においては、吸気絞り装置によって、ＥＧＲ装置による吸気温度上昇を補足できる。

請求項３においては、ＥＧＲ装置による再循環を優先して用いて、できるだけ新鮮空気を取り込むことでディーゼルエンジンの失火を防止できる。

請求項４においては、適正なタイミングでＥＧＲ装置による排気の再循環、並びに前記吸気絞り装置による吸気量の抑制を中止することができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係るディーゼルエンジンの全体的な構成を示した構成図、図２は吸気温度上昇制御のフロー図、図３は同じくタイムチャート図である。

まず、図１を用いて、本発明の実施例として、定置式非常用発電機の４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジン）１について、簡単に説明する。なお、図１中の矢印は吸気又は排気の流れの向きを示している。
エンジン１は、本体と、吸気経路と、排気経路と、ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下ＥＣＵと称する）１００と、を備えて構成されている。本体は、吸気マニホールド２０と、排気マニホールド３０と、４つの気筒５・５・５・５と、を備えて構成されている。

吸気経路は、吸気マニホールド２０から、後述するＥＧＲ経路４１と、インタークーラー２２と、ターボチャージャー２３と、吸気絞り手段としての吸気絞り装置２４と、の順に接続され構成されている。ターボチャージャー２３は、排気経路の排気エネルギーを利用しタービンを高速回転させ、遠心式圧縮機を駆動することにより圧縮した空気を吸気経路に送り込む過給機である。吸気絞り装置２４は、吸気絞り弁２５を開閉制御することで、吸気量を抑制する装置である。

また、吸気経路において吸気マニホールド２０と後述するＥＧＲ経路４１との間には、吸気温度検出手段として吸気温度センサー５６が設けられている。

排気経路は、排気マニホールド３０から、ターボチャージャー２３と、ＥＧＲ経路４１と、を接続して構成されている。

ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ装置（以下、ＥＧＲ装置）４０は、吸気経路と排気経路とを接続するＥＧＲ経路４１に設けられている。また、ＥＧＲ装置４０は、開閉制御されることでＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁４２を備えて構成されている。従来、ＥＧＲ装置４０は、排気を吸気に再循環して酸素濃度を低下させることで、窒素酸化物(ＮＯｘ)の発生を抑制する装置である。より詳しくは、ＥＧＲ装置４０は、燃焼室の局所的な高温部を抑制するため、空気と燃料の混合気の熱容量を大きくする目的で使用されている。

ＥＣＵ１００は、吸気絞り装置２４と、ＥＧＲ装置４０と、吸気温度センサー５６と、制御盤６０と、を接続して構成されている。制御盤６０は、エンジン１に接続される定置式非常用発電機を総合的に制御する装置である。

また、ＥＣＵ１００は、コントローラ５０と、記憶部５５と、を含んで構成されている。
コントローラ５０は、吸気温度センサー５６によって吸気温度Ｔｉｎを検出する機能を有している。また、コントローラ５０は、吸気温度上昇制御手段５１として、後述する吸気温度上昇制御を行う機能を有している。記憶部５５は、後述する所定温度Ｔｉｎ１、所定時間ｔ１等の定数や制御プログラム等が記憶されている。

ここで、図２を用いて、吸気温度上昇制御のフローについて、詳細に説明する。なお、以下のステップは所定のサンプリング周期毎に実行されるものとする。また、本実施例の吸気温度上昇制御は、低温始動時から所定時間又は低温始動時の負荷投入前に実施されるものとする。

まず、コントローラ５０は、Ｓ１００において、制御盤６０からエンジン１に対して始動指令が発信されたときから吸気温度上昇制御を開始するものとする（Ｓ１００）。
コントローラ５０は、Ｓ１１０において、エンジン１の始動時より所定時間ｔ１経過したか否かを判定する。このとき、判定が正であれば、吸気温度上昇制御を中止する（Ｓ１６０）。一方、判定が否であれば、Ｓ１２０に移行する。なお、所定時間ｔ１は負荷投入までの所要時間以下に設定する。従って、Ｓ１１０においては、負荷投入か否かを判定しても良い。換言すれば、負荷投入後は青白煙の発生はないので、吸気温度上昇制御を禁止するのである。

コントローラ５０は、Ｓ１２０において、低温始動であるか否かを判断する。具体的には、吸気温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎ１より小さいか否かを判定する。このとき、吸気温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎ１以上であれば、Ｓ１１０に戻る。一方、コントローラ５０は、吸気温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎ１より小さければ、Ｓ１３０へ移行し、ＥＧＲ弁４２の開度Ｆが許容開度Ｆｐ以上か否かを判定する（Ｓ１３０）。

そして、コントローラ５０は、ＥＧＲ弁４２の開度Ｆが許容開度Ｆｐ以上ならば、Ｓ１５０へ移行し、吸気絞り弁２５の開度Ｇを所定開度ΔＧ分減少して吸気量を抑制する。一方で、許容開度Ｆｐ未満の間は、Ｓ１４０へ移行してＥＧＲ弁４２の開度Ｆを所定開度ΔＦ分増加して排気の再循環量を増加させる。

また、図３を用いて、吸気温度上昇制御の推移について、詳細に説明する。図３において、横軸は時系列を、縦軸は、上段から制御盤６０からエンジン１に対する始動指令のＯＮ／ＯＦＦ、エンジン１のエンジン回転数、吸気絞り弁２５の開度Ｇ、並びにＥＧＲ弁４２の開度Ｆを表している。

外気が十分低い場合には吸気温度も十分低く、制御盤６０からエンジン１に対して始動指令がＯＮとされれば、吸気温度上昇制御が実行される。まず、エンジン１の始動と同時に、ＥＧＲ弁４２の開度Ｆがサンプリング周期毎に所定開度ΔＦ分増加される。また、ＥＧＲ弁４２の開度Ｆが許容開度Ｆｐになってもなお吸気温度Ｔｉｎが所定温度Ｔｉｎ１より小さければ、吸気絞り弁２５の開度Ｇが所定開度ΔＧ分減少される。さらに、始動時からの所定時間ｔ１経過すれば、吸気温度上昇制御は中止される。

このような構成とすることで、ＥＧＲ装置４０によって積極的に吸気温度Ｔｉｎを上昇させ、青白煙の発生を防止できる。また、亜硫酸の結露を防止して硫酸腐食を回避できる。また、吸気絞り装置２４によって、ＥＧＲ装置４０による吸気温度上昇制御を補足できる。このとき、ＥＧＲ装置４０による再循環を優先して用いることで、できるだけ新鮮空気を取り込み、エンジン１の失火を防止できる。さらに、エンジン始動時より適正なタイミングで吸気温度上昇制御を中止することができる。
なお、本実施例では、ＥＣＵ１００のコントローラ５０によって吸気温度上昇制御を行っているが、手動によって吸気絞り弁２５又はＥＧＲ弁４２を制御しても、同様の効果が得られる。

本発明の実施例に係るディーゼルエンジンの全体的な構成を示した構成図。吸気温度上昇制御のフロー図。同じくタイムチャート図。

符号の説明

１エンジン
２２インタークーラー
２３ターボチャージャー
２４吸気絞り装置
２５吸気絞り弁
４０ＥＧＲ装置
４２ＥＧＲ弁
５０コントローラ
５１吸気温度上昇制御手段
５６吸気温度センサー
６０制御盤
１００ＥＣＵ
ＦＥＧＲ弁の開度
Ｇ吸気絞り弁の開度
ΔＦ所定開度
ΔＧ所定開度
ｔ１所定時間
Ｔｉｎ吸気温度
Ｔｉｎ１所定温度

Claims

排気を再循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置を有するディーゼルエンジンにおいて、
始動時において吸気温度が所定温度以上となるように前記ＥＧＲ装置によって排気を再循環させる吸気温度上昇制御手段を備えることを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、
吸気量を抑制する吸気絞り手段を備えることを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項２記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記吸気温度上昇制御手段は、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁が許容開度以上のときには、吸気温度が所定温度以上となるまで前記吸気絞り手段によって吸気量を抑制することを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンにおいて、
始動時より所定時間経過したとき、又は、エンジン負荷が投入されたときには、前記吸気温度上昇制御手段を中止することを特徴とするディーゼルエンジン。