JP2012047093A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関において、減速時の失火や高負荷運転時のＥＧＲ量の不安定化を回避する。
【解決手段】吸気通路３におけるＥＧＲ通路２の接続箇所よりも上流側に吸気絞り弁３５を設け、なおかつ、当該ＥＧＲ通路２の接続箇所付近の圧力を検出する圧力センサを設ける。そして、圧力センサを介して検出される圧力ｅが大気圧よりもやや低い所定の目標値に収束するように、吸気絞り弁３５の開度を操作するフィードバック制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ターボ過給機及び排気ガス再循環装置が付帯した内燃機関に関する。

気筒内の燃焼温度を低下させ、以て有害物質であるＮＯ_xの排出量を削減する排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が知られている。ＥＧＲ装置は、燃焼により発生した排気ガスの一部を吸気に混入するものである。

気筒から排出された直後の高温高圧の排気ガスを吸気通路に還流する高圧ループＥＧＲに対し、排気ターボ過給機のタービン及び排気ガス浄化用の触媒を通過した低温低圧の排気ガスを吸気通路に還流する低圧ループＥＧＲ（例えば、下記特許文献１を参照）は、大量のＥＧＲガスを吸気に混入できる点で有利である。

低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近い低圧の排気ガスを吸気通路に還流する。そのために、ＥＧＲ通路の出口を、吸気通路における、排気ターボ過給機のコンプレッサの上流に接続し、さらに、そのＥＧＲ通路の出口よりも上流に吸気絞り弁を設けている。吸気絞り弁の開度を絞ることで、ＥＧＲ通路の出口の周囲が負圧化し、ＥＧＲガスの流速を高めて安定的にＥＧＲガスを吸気通路に導き入れることができる。

ＥＧＲ実行中の吸気絞り弁の開度は、エンジン回転数及び要求負荷に応じて決定することが専らである。しかしながら、コンプレッサ上流の圧力が成り行きとなってしまい、減速時にコンプレッサ上流の圧力が低下しすぎてＥＧＲ量過多による失火を引き起こしたり、あるいは、高負荷運転時に排気脈動が影響してＥＧＲ量が不安定になったりすることがあった。

特開２００７−２１１７６７号公報

本発明は、上記の問題に初めて着目してなされたものであって、低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関において、減速時の失火や高負荷運転時のＥＧＲ量の不安定化を回避することを所期の目的としている。

本発明では、排気通路に設けられたタービンと、吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の接続箇所付近の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサを介して検出される圧力が所定の目標値に収束するように前記吸気絞り弁の開度を操作する制御部とを具備する内燃機関を構成した。

本発明によれば、低圧ループＥＧＲ装置が付帯した内燃機関において、減速時の失火や高負荷運転時のＥＧＲ量の不安定化を回避することができる。

本発明の一実施形態における内燃機関及び排気ガス再循環装置の構成を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態のブローバイガス還流装置６が適用される車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態における内燃機関０は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを備えている。

本実施形態における内燃機関０は、二気筒の４サイクルエンジンであり、第一気筒１の行程と第二気筒１の行程との間には３６０°ＣＡ（クランク角度）の位相差が存在する。つまり、第一気筒１のピストン１２と第二気筒１のピストン１２とは同時に上昇し、また同時に下降する。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、吸気絞り弁３５、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、スロットル弁３３、サージタンク３４を、上流からこの順序に配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものである。低圧ループＥＧＲ通路２の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４における三元触媒４１の下流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３における吸気絞り弁３５の下流、かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２上には、ＥＧＲクーラ２１及びＥＧＲ弁２２を設けてある。

内燃機関０の運転制御を司るＥＣＵ（電子制御装置）６は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェースには、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、スロットル弁３３の開度を検出するスロットルポジションセンサから出力されるスロットル開度信号ｃ、サージタンク３４内の吸気圧（過給圧）を検出する圧力センサから出力される吸気圧信号ｄ、コンプレッサ５１上流の圧力を検出する圧力センサから出力されるコンプレッサ前圧信号ｅ等が入力される。出力インタフェースからは、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｆ、点火プラグ（のイグニッションコイル）に対して点火信号ｇ、ＥＧＲ弁２２に対して開度操作信号ｈ、吸気絞り弁３５に対して開度操作信号ｉ等を出力する。

ＥＣＵ６のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。ＥＣＵ６は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを入力インタフェースを介して取得し、それらに基づいて吸入空気量や要求燃料噴射量、点火時期、要求ＥＧＲ量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｆ、ｇ、ｈ、ｉを出力インタフェースを介して印加する。

その上で、本実施形態では、コンプレッサ５１上流の圧力、換言すればＥＧＲ通路２の出口の周囲の圧力に目標値を設定し、当該圧力を目標値に収束させるフィードバック制御を行うこととしている。

コンプレッサ５１上流の圧力の目標値は、大気圧よりもやや低い（負圧となる）値、例えば−２ｋＰａ程度とする。これは、コンプレッサ上流の圧力が極端に低くなる（負圧が極端に大きくなる）と、コンプレッサ５１が油漏れ等の不具合を引き起こすおそれがあるからである。なお、コンプレッサ５１上流の圧力の目標値は、スロットル弁３３の開度や、ＥＧＲ弁２２の開度等によらず一定とする。

ＥＣＵ６は、圧力センサを介して検出されるコンプレッサ５１上流の圧力の実測値ｅと上記目標値との偏差に基づき、当該偏差を縮小する方向に吸気絞り弁３５の開度を操作する。フィードバック制御系の種類は一意に限定されず、古典制御系（ＰＩＤ制御等）でもよく、現代制御系（最適制御、ロバスト制御等）でもよい。

本実施形態によれば、排気通路４に設けられたタービン５２と、吸気通路３に設けられ前記タービン５２により駆動されるコンプレッサ５１と、前記排気通路４における前記タービン５１の下流側と前記吸気通路３における前記コンプレッサ５１の上流側とを接続するＥＧＲ通路２にＥＧＲ弁２２が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、前記吸気通路３における前記ＥＧＲ通路２の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁３５と、前記吸気通路３における前記ＥＧＲ通路３５の接続箇所付近の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサを介して検出される圧力ｅが所定の目標値に収束するように前記吸気絞り弁３５の開度を操作する制御部６とを具備する内燃機関０を構成したため、コンプレッサ５１上流の圧力を所定の目標値近傍に保つことができ、減速時のＥＧＲ量過多に起因する失火や、高負荷運転時の排気脈動の影響を受けたＥＧＲ量の不安定化を有効に回避し得る。

ＥＧＲ量が過多になることを好適に予防できるため、ＥＧＲ量の限界値を引き上げることが可能となる。ひいては、ポンピングロスの低減に奏効し、燃費の向上につながる。

また、過渡期を含め、コンプレッサ５１上流の圧力を若干の負圧にフィードバック制御することで、コンプレッサ５１上流の圧力が極端な負圧とならず、コンプレッサ５１の油漏れその他の故障、破損を阻止できる。

本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。

０…内燃機関
２…ＥＧＲ通路
３…吸気通路
３５…吸気絞り弁
５…過給機
５１…コンプレッサ
ｅ…圧力センサを介して検出されるＥＧＲ通路の接続箇所付近の圧力

Claims (1)

1. 排気通路に設けられたタービンと、
   吸気通路に設けられ前記タービンにより駆動されるコンプレッサと、
   前記排気通路における前記タービンの下流側と前記吸気通路における前記コンプレッサの上流側とを接続するＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が設けられてなる低圧ループ式の排気ガス再循環装置と、
   前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の接続箇所よりも上流側に設けられた吸気絞り弁と、
   前記吸気通路における前記ＥＧＲ通路の接続箇所付近の圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサを介して検出される圧力が所定の目標値に収束するように前記吸気絞り弁の開度を操作する制御部と
   を具備する排気ターボ過給機付きの内燃機関。

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