JP2013083204A - Diesel engine - Google Patents

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祐介 米虫
Teppei Suzuki
哲平 鈴木
Shigeru Sakamoto
繁 坂本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diesel engine in which an EGR amount is increased without deteriorating a fuel efficiency in a low load region.SOLUTION: The diesel engine 10 includes: a turbo-charger 20 including a turbine 22 driven by exhaust and a compressor 21 driven by the turbine and compressing fresh air; a first EGR device 60 for extracting part of an exhaust gas from an exhaust pipe line 42 on a downstream side of the turbine to introduce the gas into an intake pipe line 31 on an upstream side of the compressor; a second EGR device 90 for extracting part of the exhaust gas from an exhaust pipe line 41 on an upstream side of the turbine to introduce the gas into the intake pipe line on an upstream side of the compressor; and a controller 100 for switching the first EGR device and the second EGR device according to a load condition of the engine.

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに関し、特に低負荷領域で燃費を悪化させることなくEGR量(再循環される排ガス量)を増加させたものに関する。   The present invention relates to a diesel engine, and more particularly, to an engine in which the amount of EGR (the amount of exhaust gas recirculated) is increased without deteriorating fuel consumption in a low load region.

自動車用等のエンジンにおいては、排ガス中の有害物質であるNO(窒素酸化物)を低減することが求められている。
特に、空燃比がリーンな状態で運転されることが多いディーゼルエンジンにおいては、ストイキ領域で運転されるガソリンエンジンのように三元触媒を用いたNO処理を図ることが困難であり、燃焼温度の抑制等によってNOの発生自体を低減させる必要がある。
Engines for automobiles and the like are required to reduce NO x (nitrogen oxide), which is a harmful substance in exhaust gas.
In particular, in a diesel engine that is often operated with a lean air-fuel ratio, it is difficult to achieve NO X treatment using a three-way catalyst as in a gasoline engine that is operated in a stoichiometric range, and the combustion temperature it is necessary to reduce the occurrence itself of the NO X by such inhibition.

ディーゼルエンジンから排出されるNOの低減技術として、排気ガス再循環(EGR)が知られている。EGRは、実質的に不活性ガスといえる排ガスを新気(燃焼用空気)に混合して燃焼室内に導入することによって、燃焼温度を低下させて高温時に発生しやすいNOを低減する技術である。
このようなEGRに関する技術として、ターボ過給器のタービン上流側の高圧の排ガスを、吸気側のコンプレッサ下流側へ導入する高圧EGR(HP−EGR)が知られている。
As reduction technique of the NO X discharged from a diesel engine, an exhaust gas recirculation (EGR) is known. EGR is substantially by mixing to be introduced into the combustion chamber fresh air to the exhaust gas said inert gas (combustion air) lowers the combustion temperature to reduce the easy NO X that occurs during a high temperature technology is there.
As a technique related to such EGR, high-pressure EGR (HP-EGR) is known in which high-pressure exhaust gas upstream of the turbocharger turbine is introduced downstream of the intake-side compressor.

また、近年、NO規制の強化などによって従来よりも大量のEGRを行なうことが必要となり、タービン下流側の排ガスを、コンプレッサ上流側の吸気管路内に導入する低圧EGR(LP−EGR)が普及している。
このような低圧EGRの場合、コンプレッサ上流側の比較的低圧な箇所に排ガスを導入することによって、EGR量を増大することが可能であり、さらに、EGRクーラやインタークーラなどによってEGRを冷却することによって、高密度なEGRを導入することが可能である。
In recent years, it becomes necessary to perform a large amount of EGR than before, such as by strengthening of the NO X regulations, a turbine downstream of the exhaust gas, the low-pressure EGR introduced into the compressor upstream of the intake channel (LP-EGR) is It is popular.
In the case of such a low pressure EGR, it is possible to increase the amount of EGR by introducing exhaust gas into a relatively low pressure portion upstream of the compressor, and further, the EGR is cooled by an EGR cooler, an intercooler, or the like. It is possible to introduce high-density EGR.

このようなディーゼルエンジンの高圧、低圧EGRに関する従来技術として、例えば特許文献1には、エンジンに低圧、高圧用のEGRパイプをそれぞれ設けるとともに、低中速・低負荷域では高圧EGRを主に低圧EGRを補助的に用い、低中速・高負荷域では低圧EGRを用い、高速時には高圧EGRを用いることが記載されている。   As a conventional technique related to such high-pressure and low-pressure EGR of a diesel engine, for example, in Patent Document 1, an EGR pipe for low-pressure and high-pressure is provided in the engine, and high-pressure EGR is mainly used in a low, medium-speed and low-load region. It is described that EGR is used as an auxiliary, low pressure EGR is used in low, medium and high load ranges, and high pressure EGR is used at high speeds.

特開2004−150319号公報JP 2004-150319 A

一般に、低圧EGRを実施する場合には、例えば排気管路を絞る排圧調整バルブで排気圧力(排圧)を高めたり、吸気管路を絞る吸気圧調整バルブで吸気圧力を下げることによって、低圧EGR配管の入り側、出側の差圧を大きくしてEGRの導入促進を図っている。
しかし、このように排気管路や吸気管路を絞る場合には、ポンプ損失が悪化して燃費の悪化を招いてしまう。
特に低負荷領域で大量EGRを実施する場合には、排圧調整バルブ等を多めに絞る必要があり、ポンプ損失の悪化が顕著となる。
本発明の課題は、低負荷領域で燃費を悪化させることなくEGR量を増加させたディーゼルエンジンを提供することである。
In general, when the low pressure EGR is performed, for example, the exhaust pressure (exhaust pressure) is increased by an exhaust pressure adjustment valve that restricts the exhaust line, or the intake pressure is reduced by an intake pressure adjustment valve that restricts the intake line. The introduction pressure of EGR is promoted by increasing the differential pressure on the entry side and exit side of the EGR pipe.
However, when the exhaust pipe and the intake pipe are throttled in this way, the pump loss is worsened and fuel consumption is worsened.
In particular, when a large amount of EGR is performed in a low load region, it is necessary to restrict the exhaust pressure adjusting valve or the like more, and the deterioration of the pump loss becomes remarkable.
The subject of this invention is providing the diesel engine which increased the amount of EGR, without deteriorating a fuel consumption in a low load area | region.

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1に係る発明は、排気によって駆動されるタービン及び前記タービンによって駆動され新気を圧縮するコンプレッサを有するターボ過給器と、前記タービンの下流側の排気管路から排ガスの一部を抽出して前記コンプレッサの上流側の吸気管路内に導入する第1のEGR装置と、前記タービンの上流側の排気管路から排ガスの一部を抽出して前記コンプレッサの上流側の吸気管路内に導入する第2のEGR装置と、エンジンの負荷状況に応じて前記第1のEGR装置と前記第2のEGR装置とを切り替える制御手段とを備えることを特徴とするディーゼルエンジンである。
これによれば、第1のEGR装置では排圧調整バルブ等を用いなければEGR量の確保が困難となる低負荷時に、タービン上流側の高圧の排ガスをEGRする第2のEGR装置に切り替えることによって、ポンプ損失を増大させることなく大量EGRを実施することができ、燃費を悪化させずに排ガス中のNOを低減することが可能となる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
According to a first aspect of the present invention, a turbocharger having a turbine driven by exhaust and a compressor driven by the turbine and compressing fresh air, and a part of exhaust gas is extracted from an exhaust pipe downstream of the turbine. A first EGR device to be introduced into the intake pipe upstream of the compressor, and a part of the exhaust gas is extracted from the exhaust pipe upstream of the turbine, and the inside of the intake pipe upstream of the compressor A diesel engine comprising: a second EGR device to be introduced into the vehicle; and a control unit that switches between the first EGR device and the second EGR device according to a load state of the engine.
According to this, the first EGR device is switched to the second EGR device that EGRs the high-pressure exhaust gas upstream of the turbine at a low load when it is difficult to ensure the EGR amount unless an exhaust pressure adjusting valve or the like is used. Therefore, a large amount of EGR can be performed without increasing the pump loss, and NO X in the exhaust gas can be reduced without deteriorating the fuel consumption.

請求項2に係る発明は、前記制御手段は、所定の高負荷領域では前記第1のEGR装置を作動させ、前記高負荷領域に対して負荷が低い低負荷領域では前記第2のEGR装置を作動させることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンである。   According to a second aspect of the present invention, the control means operates the first EGR device in a predetermined high load region, and operates the second EGR device in a low load region where the load is lower than the high load region. The diesel engine according to claim 1, wherein the diesel engine is operated.

請求項3に係る発明は、前記第2のEGR装置は、酸化触媒及びディーゼルパティキュレートフィルタを有することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、排ガス中に含まれる燃料の未燃分(HC等)や粒子状物質(PM)がコンプレッサに流入することを防止し、コンプレッサを保護することができる。
The invention according to claim 3 is the diesel engine according to claim 1 or 2, wherein the second EGR device includes an oxidation catalyst and a diesel particulate filter.
According to this, it is possible to prevent unburned fuel (such as HC) and particulate matter (PM) contained in the exhaust gas from flowing into the compressor and protect the compressor.

請求項4に係る発明は、前記低負荷領域においてエンジンの燃焼状態を予混合圧縮自着火燃焼とする燃焼制御手段を備え、前記第2のEGR装置は、酸化触媒を有することを特徴とする請求項2に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、予混合圧縮自着火(PCCI)燃焼として実質的にPMが発生しないスートフリー状態で第2のEGR装置を用いることによって、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)を用いることなく、コンプレッサを未燃燃料及びPMから保護することができる。
The invention according to claim 4 is provided with combustion control means for setting the combustion state of the engine to premixed compression self-ignition combustion in the low load region, and the second EGR device has an oxidation catalyst. Item 3. The diesel engine according to Item 2.
According to this, by using the second EGR device in a soot-free state in which PM is not substantially generated as premixed compression auto-ignition (PCCI) combustion, the compressor can be operated without using a diesel particulate filter (DPF). Protection from unburned fuel and PM.

以上説明したように、本発明によれば、低負荷領域で燃費を悪化させることなくEGR量を増加させたディーゼルエンジンを提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a diesel engine with an increased EGR amount without deteriorating fuel consumption in a low load region.

本発明を適用したディーゼルエンジンの実施例の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the Example of the diesel engine to which this invention is applied. 実施例のディーゼルエンジンにおける運転状態に応じたEGRの切替を示す図である。It is a figure which shows switching of EGR according to the driving | running state in the diesel engine of an Example.

本発明は、低負荷領域で燃費を悪化させることなくEGR量を増加させたディーゼルエンジンを提供する課題を、タービン下流側からコンプレッサ上流側にEGRを行なう第1のEGR装置と、タービン上流側からコンプレッサ上流側にEGRを行なう第2のEGR装置とをエンジンの負荷状態に応じて切り替えることによって解決した。   The present invention aims to provide a diesel engine having an increased EGR amount without deteriorating fuel efficiency in a low load region, and a first EGR device that performs EGR from the turbine downstream side to the compressor upstream side, and from the turbine upstream side. The problem was solved by switching the second EGR device that performs EGR upstream of the compressor in accordance with the load state of the engine.

以下、本発明を適用したディーゼルエンジンの実施例について説明する。
図1は、実施例のディーゼルエンジンの構成を示す模式図である。
エンジン10は、ターボチャージャ20、インテークシステム30、エキゾーストシステム40、燃料供給装置50、第1EGR装置60、酸化触媒(DOC)70、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)80、第2EGR装置90、エンジン制御ユニット(ECU)100等を備えて構成されている。
Embodiments of a diesel engine to which the present invention is applied will be described below.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a diesel engine according to an embodiment.
The engine 10 includes a turbocharger 20, an intake system 30, an exhaust system 40, a fuel supply device 50, a first EGR device 60, an oxidation catalyst (DOC) 70, a diesel particulate filter (DPF) 80, a second EGR device 90, and an engine control unit. (ECU) 100 is provided.

エンジン10は、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として用いられる4ストロークのディーゼルエンジンである。
エンジン10は、クランクシャフト11、ピストン12、シリンダブロック13、ヘッド14、燃焼室15、グロープラグ16、グローコントローラ17等を備えて構成されている。
クランクシャフト11は、エンジン10の出力軸である。
ピストン12は、シリンダ内を往復運動し、コンロッドを介して燃焼圧力をクランクシャフト11に伝達する部材である。
シリンダブロック13は、ピストン12が収容されるシリンダ部及びクランクシャフト11が回転可能に支持されるクランクケース部を一体に形成したものである。
シリンダブロック13は、クランク角センサ13a及び水温センサ13bを備えている。
クランク角センサ13aは、クランクシャフト11の角度位置を検出するものである。
水温センサ13bは、エンジン10内のウォータージャケット内を循環する冷却水温を検出するものである。
ヘッド14は、シリンダブロック13のピストン12の冠側の端部に設けられ、吸気ポート、排気ポート及びこれらに設けられた吸気バルブ及び排気バルブを開閉する動弁駆動機構等を備えている。
燃焼室15は、ピストン12の冠面とヘッド14のこれに対向する部分との間に形成されている。
グロープラグ16は、先端部が燃焼室15内に露出した状態でヘッド14に設けられた予備加熱装置である。
グローコントローラ17は、ECU100の制御に応じてグロープラグ16への通電量を制御するものである。
The engine 10 is, for example, a four-stroke diesel engine used as a driving power source for automobiles such as passenger cars.
The engine 10 includes a crankshaft 11, a piston 12, a cylinder block 13, a head 14, a combustion chamber 15, a glow plug 16, a glow controller 17, and the like.
The crankshaft 11 is an output shaft of the engine 10.
The piston 12 is a member that reciprocates in the cylinder and transmits the combustion pressure to the crankshaft 11 via the connecting rod.
The cylinder block 13 is formed integrally with a cylinder portion in which the piston 12 is accommodated and a crankcase portion in which the crankshaft 11 is rotatably supported.
The cylinder block 13 includes a crank angle sensor 13a and a water temperature sensor 13b.
The crank angle sensor 13a detects the angular position of the crankshaft 11.
The water temperature sensor 13 b detects the cooling water temperature circulating in the water jacket in the engine 10.
The head 14 is provided at the crown-side end of the piston 12 of the cylinder block 13 and includes an intake port, an exhaust port, a valve drive mechanism that opens and closes the intake valve and the exhaust valve, and the like.
The combustion chamber 15 is formed between the crown surface of the piston 12 and the portion of the head 14 facing this.
The glow plug 16 is a preheating device provided in the head 14 with the tip portion exposed in the combustion chamber 15.
The glow controller 17 controls the energization amount to the glow plug 16 according to the control of the ECU 100.

ターボチャージャ20は、エンジン10の排ガス(既燃ガス)のエネルギを用いて、エンジン10が吸入する燃焼用空気(新気)を圧縮するものである。
ターボチャージャ20は、コンプレッサ21、タービン22、アクチュエータ23、負圧制御弁24等を備えている。
コンプレッサ21は、燃焼用空気を圧縮する遠心型圧縮機である。
タービン22は、コンプレッサ21と同軸に設けられ、エンジン10の排ガスによって駆動されるとともに、コンプレッサ21を駆動するものである。タービン22は、タービンホイールの周囲のノズルに設けられる可動式のべーンによってジオメトリを連続的に変更可能な可変ジオメトリ式のものである。
アクチュエータ23は、タービン22の可動ベーンを駆動する負圧式のアクチュエータである。
負圧制御弁24は、図示しない負圧源からの負圧を、ECU100の制御に従ってアクチュエータ23に導入する電磁弁である。
ターボチャージャ20は、ECU100が設定する目標過給圧に対して、実際の過給圧が低い場合には、可動式のベーンを閉じてノズルを絞ることによってタービン22の回転数を高め、過給圧を高める制御が行われる。
The turbocharger 20 compresses combustion air (fresh air) taken in by the engine 10 using energy of exhaust gas (burned gas) of the engine 10.
The turbocharger 20 includes a compressor 21, a turbine 22, an actuator 23, a negative pressure control valve 24, and the like.
The compressor 21 is a centrifugal compressor that compresses combustion air.
The turbine 22 is provided coaxially with the compressor 21 and is driven by the exhaust gas of the engine 10 and drives the compressor 21. The turbine 22 is of a variable geometry type in which the geometry can be continuously changed by a movable vane provided in nozzles around the turbine wheel.
The actuator 23 is a negative pressure type actuator that drives a movable vane of the turbine 22.
The negative pressure control valve 24 is an electromagnetic valve that introduces a negative pressure from a negative pressure source (not shown) into the actuator 23 according to the control of the ECU 100.
When the actual supercharging pressure is lower than the target supercharging pressure set by the ECU 100, the turbocharger 20 increases the rotational speed of the turbine 22 by closing the movable vane and narrowing the nozzle, Control to increase the pressure is performed.

インテークシステム30は、エンジン10に燃焼用空気を導入するものである。
インテークシステム30は、インテークダクト31、エアクリーナ32、エアフローメータ33、インタークーラ34、スロットルバルブ35、アクチュエータ36、インテークチャンバ37、吸気圧センサ38、インテークマニホールド39等を備えて構成されている。
The intake system 30 introduces combustion air into the engine 10.
The intake system 30 includes an intake duct 31, an air cleaner 32, an air flow meter 33, an intercooler 34, a throttle valve 35, an actuator 36, an intake chamber 37, an intake pressure sensor 38, an intake manifold 39, and the like.

インテークダクト31は、大気から燃焼用空気を導入し、ターボチャージャ20のコンプレッサ21を経由してエンジン10に供給する空気流路である。
エアクリーナ32は、空気を濾過して埃等を除去するフィルタエレメントを備えている。エアクリーナ32を通過した空気はターボチャージャ20のコンプレッサ21に導入され、圧縮される。
エアフローメータ33は、エアクリーナ32の出口部に設けられ、空気流量を検出するセンサを備えている。また、エアフローメータ33には、吸気温度を検出する吸気温度センサが内蔵されている。
The intake duct 31 is an air flow path that introduces combustion air from the atmosphere and supplies it to the engine 10 via the compressor 21 of the turbocharger 20.
The air cleaner 32 includes a filter element that filters air to remove dust and the like. The air that has passed through the air cleaner 32 is introduced into the compressor 21 of the turbocharger 20 and compressed.
The air flow meter 33 is provided at the outlet of the air cleaner 32 and includes a sensor that detects the air flow rate. The air flow meter 33 includes an intake air temperature sensor for detecting the intake air temperature.

インタークーラ34は、ターボチャージャ20のコンプレッサ21を出た空気を、走行風との熱交換によって冷却する熱交換器である。
スロットルバルブ35は、インタークーラ34の下流側に設けられ、エンジン10の吸入空気量を調節するものである。
アクチュエータ36は、ECU100からの制御信号に応じてスロットルバルブ35を開閉駆動するものである。
インテークチャンバ37は、スロットルバルブ35を通過した空気が導入される空気室であって、インテークマニホールド39を介してエンジン10の吸気ポートに接続されている。
吸気圧センサ38は、インテークチャンバ37に設けられ、エンジン10の吸気圧力と実質的に等しいインテークチャンバ37内の圧力を検出するものである。
インテークマニホールド39は、インテークチャンバ37からエンジン10の各気筒の吸気ポートに空気を導入する分岐管路である。
The intercooler 34 is a heat exchanger that cools the air that has exited the compressor 21 of the turbocharger 20 by heat exchange with the traveling wind.
The throttle valve 35 is provided on the downstream side of the intercooler 34 and adjusts the intake air amount of the engine 10.
The actuator 36 opens and closes the throttle valve 35 in response to a control signal from the ECU 100.
The intake chamber 37 is an air chamber into which air that has passed through the throttle valve 35 is introduced, and is connected to an intake port of the engine 10 via an intake manifold 39.
The intake pressure sensor 38 is provided in the intake chamber 37 and detects a pressure in the intake chamber 37 substantially equal to the intake pressure of the engine 10.
The intake manifold 39 is a branch pipe that introduces air from the intake chamber 37 to the intake port of each cylinder of the engine 10.

エキゾーストシステム40は、エキゾーストマニホールド41、エキゾーストパイプ42、排圧調整バルブ43等を備えて構成されている。
エキゾーストマニホールド41は、エンジン10の各気筒の排気ポートから排出される排ガスを集合させてターボチャージャ20のタービン22に導入する管路である。
エキゾーストパイプ42は、タービン22から出た排気を車外に排出する管路である。エキゾーストパイプ42には、DOC70、DPF80等の排ガス後処理装置が設けられている。
排圧調整バルブ43は、DPF80の下流側(出側)に設けられ、第1EGR装置60の使用時にEGR量を確保するために排気を絞って排圧を向上するものである。
The exhaust system 40 includes an exhaust manifold 41, an exhaust pipe 42, an exhaust pressure adjustment valve 43, and the like.
The exhaust manifold 41 is a pipe line that collects exhaust gas discharged from the exhaust port of each cylinder of the engine 10 and introduces the exhaust gas into the turbine 22 of the turbocharger 20.
The exhaust pipe 42 is a pipe line that discharges the exhaust discharged from the turbine 22 to the outside of the vehicle. The exhaust pipe 42 is provided with an exhaust gas aftertreatment device such as a DOC 70 and a DPF 80.
The exhaust pressure adjusting valve 43 is provided on the downstream side (exit side) of the DPF 80, and throttles the exhaust gas to improve the exhaust pressure in order to secure the EGR amount when the first EGR device 60 is used.

燃料供給装置50は、エンジン10の燃焼室15内に燃料を供給するものである。燃料供給装置50は、サプライポンプ51、吸入調量電磁弁52、燃料温度センサ53、コモンレール54、燃圧センサ55、インジェクタ56等を備えたコモンレール式の高圧燃料噴射装置である。   The fuel supply device 50 supplies fuel into the combustion chamber 15 of the engine 10. The fuel supply device 50 is a common rail type high pressure fuel injection device including a supply pump 51, a suction metering solenoid valve 52, a fuel temperature sensor 53, a common rail 54, a fuel pressure sensor 55, an injector 56, and the like.

サプライポンプ51は、例えばインナカム式の圧送系を備え、燃料である軽油を加圧してコモンレール54に供給するものである。
吸入調量電磁弁52は、サプライポンプ51の燃料の吸入量を調整するものであって、ECU100からの制御信号に応じて駆動される。
燃料温度センサ53は、サプライポンプ51における燃料の温度を検出するものである。
The supply pump 51 includes, for example, an inner cam type pressure feeding system, and pressurizes light oil as fuel and supplies it to the common rail 54.
The intake metering solenoid valve 52 adjusts the fuel intake amount of the supply pump 51 and is driven according to a control signal from the ECU 100.
The fuel temperature sensor 53 detects the temperature of the fuel in the supply pump 51.

コモンレール54は、サプライポンプ51が吐出した高圧の燃料を貯留する蓄圧器である。
燃圧センサ55は、コモンレール54内の燃料の圧力(燃圧)を検出するものである。上述した吸入調量電磁弁52は、燃圧センサ55の出力を用いたフィードバック制御により、燃圧が例えばエンジン回転数及び負荷に応じて設定される所定の目標値となるようにその開度を調節される。
インジェクタ56は、コモンレール54から供給される燃料を各気筒の燃焼室15内に噴射するものである。インジェクタ56は、例えばピエゾ素子やソレノイド等のアクチュエータによって開閉される弁体を有し、ECU100からの噴射パルス信号に応じて開弁される。インジェクタ56の噴射タイミング及び噴射量はECU100によって制御されている。
インジェクタ56は、メイン噴射、メイン噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射などを行なう。
The common rail 54 is a pressure accumulator that stores high-pressure fuel discharged from the supply pump 51.
The fuel pressure sensor 55 detects the fuel pressure (fuel pressure) in the common rail 54. The above-mentioned intake metering solenoid valve 52 is adjusted in its opening degree by feedback control using the output of the fuel pressure sensor 55 so that the fuel pressure becomes a predetermined target value set according to, for example, the engine speed and load. The
The injector 56 injects fuel supplied from the common rail 54 into the combustion chamber 15 of each cylinder. The injector 56 has a valve body that is opened and closed by an actuator such as a piezo element or a solenoid, and is opened in response to an injection pulse signal from the ECU 100. The injection timing and injection amount of the injector 56 are controlled by the ECU 100.
The injector 56 performs main injection, pilot injection for injecting a small amount of fuel prior to the main injection, post injection for injecting a small amount of fuel after the main injection, and the like.

第1EGR装置60は、燃焼温度を抑制してNOの排出量を低減することを目的とし、タービン22よりも下流側のエキゾーストパイプ42から抽出したエンジン10の排ガスの一部を、コンプレッサ21によりも上流側のインテークダクト31内に還流させるものである。
第1EGR装置60は、EGR通路61、EGR制御弁62、EGRクーラ63等を備えて構成されている。
EGR通路61は、エキゾーストパイプ42におけるDPF80の出口側でありかつ排圧調整バルブ43の上流側の領域から排ガスを抽出し、これをインテークダクト31におけるエアフローメータ33とターボチャージャ20のコンプレッサ21との中間の部分に導入する管路である。
EGR制御弁62は、ECU100の制御に応じてEGR通路61の排ガス流量(EGR量)を調節するものである。
EGRクーラ63は、EGR通路61を流れる排ガスを冷却水との熱交換によって冷却するものである。
The 1EGR device 60, intended to reduce the emissions of the NO X by suppressing the combustion temperature, part of the exhaust gas of the engine 10 extracted from the exhaust pipe 42 downstream of the turbine 22, the compressor 21 Is also refluxed into the intake duct 31 on the upstream side.
The first EGR device 60 includes an EGR passage 61, an EGR control valve 62, an EGR cooler 63, and the like.
The EGR passage 61 extracts exhaust gas from a region on the outlet side of the DPF 80 in the exhaust pipe 42 and on the upstream side of the exhaust pressure adjusting valve 43, and this is extracted between the air flow meter 33 in the intake duct 31 and the compressor 21 of the turbocharger 20. It is a pipeline introduced into the middle part.
The EGR control valve 62 adjusts the exhaust gas flow rate (EGR amount) of the EGR passage 61 according to the control of the ECU 100.
The EGR cooler 63 cools the exhaust gas flowing through the EGR passage 61 by heat exchange with cooling water.

DOC70は、エキゾーストパイプ42に設けられ、排ガス中の主として炭化水素(HC)を酸化処理するものである。DOC70は、例えばコーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に、白金やパラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持させて形成されている。
DOC70には、入口部分の排ガス温度を検出する温度センサ71が設けられている。
The DOC 70 is provided in the exhaust pipe 42 and mainly oxidizes hydrocarbons (HC) in the exhaust gas. The DOC 70 is formed by supporting a noble metal such as platinum or palladium or a metal oxide such as alumina on the surface of a ceramic carrier such as a cordierite honeycomb structure.
The DOC 70 is provided with a temperature sensor 71 for detecting the exhaust gas temperature at the inlet portion.

DPF80は、エキゾーストパイプ42のDOC70よりも下流側に設けられ、排ガスを濾過して粒子状物質(PM)を捕集するフィルタを備えている。ここで、PMには、スート(煤)、有機溶剤可溶性成分(SOF)、サルフェート(SO4)等が含まれる。
フィルタは、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に形成し、ガス流路となる多数のセルを、入口側、出口側が互い違いとなるように端面に封をして形成されたいわゆるクローズドタイプ(ウォールフロータイプ)のものである。
DPF80は、入口圧力と出口圧力との間の差圧を検出する差圧センサ81、及び、出口の排ガス温度を検出する温度センサ82を備えている。
The DPF 80 is provided on the downstream side of the DOC 70 of the exhaust pipe 42 and includes a filter that collects particulate matter (PM) by filtering the exhaust gas. Here, PM includes soot (soot), organic solvent-soluble components (SOF), sulfate (SO4), and the like.
For example, the filter is formed by forming heat resistant ceramics such as cordierite in a honeycomb structure, and sealing a large number of cells serving as gas flow paths at the end face so that the inlet side and the outlet side are staggered. It is a closed type (wall flow type).
The DPF 80 includes a differential pressure sensor 81 that detects a differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure, and a temperature sensor 82 that detects the exhaust gas temperature at the outlet.

第2EGR装置90は、エンジン10の低負荷領域においてNOの排出量を低減するため、タービン22よりも上流側のエキゾーストマニホールド41から抽出したエンジン10の排ガスの一部を、第1EGR装置60のEGRクーラ63を経由してインテークダクト31内に還流させるものである。
第2EGR装置90は、EGR通路91、DOC92、DPF93、EGR制御弁94等を備えて構成されている。
EGR通路91は、タービン22よりも上流側であるエキゾーストマニホールド41から排ガスを抽出し、第1EGR装置60のEGR通路61のEGRクーラ63の上流側の領域に導入する管路である。EGR通路91から出た排ガスは、第1EGR装置60と共用のEGRクーラ63で冷却された後に、インテークダクト31におけるエアフローメータ33とターボチャージャ20のコンプレッサ21との中間の部分に導入される。
DOC92は、EGR通路91の途中に設けられ、排ガス中の主として炭化水素(HC)を酸化処理するものである。
DPF93は、EGR通路91におけるDOC92の下流側に設けられ、排ガスを濾過してPMを捕集するものである。
なお、DOC92、DPF93には、上述したDOC70、DPF80と実質的に同様の温度センサ、差圧センサ等が設けられている。
EGR制御弁94は、ECU100の制御に応じてEGR通路91の排ガス流量(EGR量)を調節するものである。
The second EGR device 90 reduces a part of the exhaust gas of the engine 10 extracted from the exhaust manifold 41 upstream of the turbine 22 in order to reduce the NO X emission amount in the low load region of the engine 10. The refrigerant is refluxed into the intake duct 31 via the EGR cooler 63.
The second EGR device 90 includes an EGR passage 91, a DOC 92, a DPF 93, an EGR control valve 94, and the like.
The EGR passage 91 is a pipe line that extracts exhaust gas from the exhaust manifold 41 that is upstream of the turbine 22 and introduces the exhaust gas into an upstream region of the EGR cooler 63 of the EGR passage 61 of the first EGR device 60. The exhaust gas discharged from the EGR passage 91 is cooled by an EGR cooler 63 shared with the first EGR device 60 and then introduced into an intermediate portion of the intake duct 31 between the air flow meter 33 and the compressor 21 of the turbocharger 20.
The DOC 92 is provided in the middle of the EGR passage 91, and mainly oxidizes hydrocarbons (HC) in the exhaust gas.
The DPF 93 is provided on the downstream side of the DOC 92 in the EGR passage 91, and collects PM by filtering the exhaust gas.
The DOC 92 and DPF 93 are provided with a temperature sensor, a differential pressure sensor, and the like that are substantially the same as the DOC 70 and DPF 80 described above.
The EGR control valve 94 adjusts the exhaust gas flow rate (EGR amount) of the EGR passage 91 according to the control of the ECU 100.

ECU100は、上述したエンジン10及びその補機類を統括的に制御するものであって、CPU等の情報処理装置、ROMやRAM等の記憶装置、入出力インターフェイス、及び、A/D変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。
ECU100には、上述した各種センサのほか、アクセルペダルセンサ101、大気圧センサ102の出力が入力される。
アクセルペダルセンサ101は、ドライバが操作するアクセルペダルのポジションを検出することによって、ドライバ要求トルクを検出する要求トルク検出手段である。
大気圧センサ102は、車両の周囲雰囲気における大気圧を検出するものである。
The ECU 100 controls the above-described engine 10 and its auxiliary devices in an integrated manner, and includes an information processing device such as a CPU, a storage device such as a ROM and a RAM, an input / output interface, an A / D converter, Peripheral circuits such as timers, counters and various logic circuits are provided.
In addition to the various sensors described above, the outputs of the accelerator pedal sensor 101 and the atmospheric pressure sensor 102 are input to the ECU 100.
The accelerator pedal sensor 101 is request torque detection means for detecting driver request torque by detecting the position of the accelerator pedal operated by the driver.
The atmospheric pressure sensor 102 detects atmospheric pressure in the ambient atmosphere of the vehicle.

ECU100は、アクセルペダルセンサ101の出力に応じて設定される要求トルクに応じて、エンジン10の目標トルクを設定し、これに基づいてスロットルバルブ35の開度、燃料供給装置50の燃料噴射量及び時期、燃圧等を制御する。   The ECU 100 sets the target torque of the engine 10 according to the required torque set according to the output of the accelerator pedal sensor 101, and based on this, the opening of the throttle valve 35, the fuel injection amount of the fuel supply device 50, and Control timing, fuel pressure, etc.

また、ECU100は、エンジン10の運転状態に応じて、上述した第1EGR装置60及び第2EGR装置90を切り替えながらEGRを実施する制御手段としても機能する。
図2は、本実施例におけるエンジンの運転状態に応じたEGRの切替を示す図である。
図2に示すように、ECU100は、第1EGR装置60、第2EGR装置90のEGR制御弁62、94を制御し、エンジン10のトルクが所定の閾値以上である高負荷領域においては、第1EGR装置60によるEGRを実施し、トルクが閾値未満である低負荷領域においては、第2EGR装置90によるEGRを実施する。
Further, the ECU 100 also functions as a control unit that performs EGR while switching the first EGR device 60 and the second EGR device 90 described above according to the operating state of the engine 10.
FIG. 2 is a diagram illustrating EGR switching according to the operating state of the engine in the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the ECU 100 controls the EGR control valves 62 and 94 of the first EGR device 60 and the second EGR device 90, and in the high load region where the torque of the engine 10 is equal to or greater than a predetermined threshold value, the first EGR device In the low load region where the torque is less than the threshold value, the EGR by the second EGR device 90 is performed.

以上説明した本実施例によれば、第1EGR装置60で大量EGRを実施するには、排圧調整バルブ43を大きく絞らざるを得ない低負荷領域において、第2EGR装置90を用いてタービン22の上流側から比較的高圧の排ガスを抽出し、コンプレッサ21の上流側へEGRを実施することによって、ポンプ損失を悪化させることなくEGR量を増大することができる。
これによって、燃費を悪化させずに排ガス中のNOを低減することができる。
また、第1EGR装置60、第2EGR装置90でEGRされる排ガスを共通のEGRクーラ63で冷却することによって、シンプルな構成によって両者のEGRガスを冷却し、高密度のEGRを行なうことができる。なお、EGRガスは、インタークーラ34においてさらに冷却される。
また、第1EGR装置60、第2EGR装置90によってEGRされる排ガスがともにDOC70,92、DPF80,93を通過することによって、コンプレッサ21に燃料の未燃分やPMが流入することを防止し、コンプレッサ21を保護することができる。
According to the present embodiment described above, in order to perform a large amount of EGR with the first EGR device 60, the turbine 22 can be used by using the second EGR device 90 in the low load region where the exhaust pressure adjustment valve 43 must be greatly throttled. By extracting a relatively high-pressure exhaust gas from the upstream side and performing EGR to the upstream side of the compressor 21, the amount of EGR can be increased without deteriorating the pump loss.
This makes it possible to reduce the NO X in the exhaust gas without deteriorating the fuel economy.
Further, by cooling the exhaust gas EGRed by the first EGR device 60 and the second EGR device 90 with the common EGR cooler 63, both EGR gases can be cooled with a simple configuration, and high-density EGR can be performed. The EGR gas is further cooled in the intercooler 34.
Further, the exhaust gas EGR by the first EGR device 60 and the second EGR device 90 passes through the DOCs 70 and 92 and the DPF 80 and 93, thereby preventing unburned fuel and PM from flowing into the compressor 21. 21 can be protected.

(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)ディーゼルエンジン及びその補機類の構成は上述した実施例のものに限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例では、エキゾーストパイプに設けられた排圧調整バルブを用いて第1EGR装置のEGR量を確保しているが、これに代えて、あるいは併用して、吸気管路に設けた絞り弁で吸気側を負圧とすることによって第1EGR装置のEGR量を確保するようにしてもよい。
(2)実施例では、第2EGR装置にDOC及びDPFを設けているが、第2EGR装置が用いられる低負荷領域でのエンジン10の燃焼を、燃焼制御によって予混合圧縮自着火燃焼(PCCI)とし、実質的にPMが発生しないスートフリー状態とした場合には、DPFは省略し、DOCのみを有する構成とすることができる。
(3)実施例では、第1、第2のEGR装置で共通のEGRクーラを用いているが、各EGR装置に独立したEGRクーラを設けてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The configurations of the diesel engine and its accessories are not limited to those of the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
For example, in the embodiment, the EGR amount of the first EGR device is ensured by using the exhaust pressure adjusting valve provided in the exhaust pipe, but instead of or in combination with this, the throttle valve provided in the intake pipe line Thus, the EGR amount of the first EGR device may be secured by setting the intake side to a negative pressure.
(2) Although the DOC and DPF are provided in the second EGR device in the embodiment, the combustion of the engine 10 in the low load region where the second EGR device is used is premixed compression auto-ignition combustion (PCCI) by combustion control. In a soot-free state in which PM is not substantially generated, the DPF can be omitted and only the DOC can be provided.
(3) In the embodiment, the common EGR cooler is used in the first and second EGR devices. However, an independent EGR cooler may be provided in each EGR device.

10 エンジン 11 クランクシャフト
12 ピストン 13 シリンダブロック
13a クランク角センサ 13b 水温センサ
14 ヘッド 15 燃焼室
16 グロープラグ 17 グローコントローラ
20 ターボチャージャ 21 コンプレッサ
22 タービン 23 アクチュエータ
24 負圧制御弁
30 インテークシステム 31 インテークダクト
32 エアクリーナ 33 エアフローメータ
34 インタークーラ 35 スロットルバルブ
36 アクチュエータ 37 インテークチャンバ
38 吸気圧センサ 39 インテークマニホールド
40 エキゾーストシステム 41 エキゾーストマニホールド
42 エキゾーストパイプ 43 排圧調整バルブ
50 燃料供給装置 51 サプライポンプ
52 吸入調量電磁弁 53 燃料温度センサ
54 コモンレール 55 燃圧センサ
56 インジェクタ
60 第1EGR装置 61 EGR通路
62 EGR制御弁 63 EGRクーラ
70 酸化触媒(DOC) 71 温度センサ
80 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
81 差圧センサ 82 温度センサ
90 第2EGR装置 91 EGR通路
92 DOC 93 DPF
94 EGR制御弁
100 エンジン制御ユニット(ECU)
101 アクセルペダルセンサ 102 大気圧センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 11 Crankshaft 12 Piston 13 Cylinder block 13a Crank angle sensor 13b Water temperature sensor 14 Head 15 Combustion chamber 16 Glow plug 17 Glow controller 20 Turbocharger 21 Compressor 22 Turbine 23 Actuator 24 Negative pressure control valve 30 Intake system 31 Intake duct 32 Air cleaner 33 Air flow meter 34 Intercooler 35 Throttle valve 36 Actuator 37 Intake chamber 38 Intake pressure sensor 39 Intake manifold 40 Exhaust system 41 Exhaust manifold 42 Exhaust pipe 43 Exhaust pressure adjustment valve 50 Fuel supply device 51 Supply pump 52 Suction adjustment solenoid valve 53 Fuel Temperature sensor 54 Common rail 55 Pressure sensor 56 injector 60 first 1EGR device 61 EGR passage 62 EGR control valve 63 EGR cooler 70 oxidation catalyst (DOC) 71 Temperature sensor 80 diesel particulate filter (DPF)
81 Differential pressure sensor 82 Temperature sensor 90 2nd EGR device 91 EGR passage 92 DOC 93 DPF
94 EGR control valve 100 Engine control unit (ECU)
101 accelerator pedal sensor 102 atmospheric pressure sensor

Claims (4)

排気によって駆動されるタービン及び前記タービンによって駆動され新気を圧縮するコンプレッサを有するターボ過給器と、
前記タービンの下流側の排気管路から排ガスの一部を抽出して前記コンプレッサの上流側の吸気管路内に導入する第1のEGR装置と、
前記タービンの上流側の排気管路から排ガスの一部を抽出して前記コンプレッサの上流側の吸気管路内に導入する第2のEGR装置と、
エンジンの負荷状況に応じて前記第1のEGR装置と前記第2のEGR装置とを切り替える制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジン。
A turbocharger having a turbine driven by exhaust and a compressor driven by the turbine to compress fresh air;
A first EGR device that extracts a part of exhaust gas from an exhaust pipe downstream of the turbine and introduces the exhaust gas into an intake pipe upstream of the compressor;
A second EGR device that extracts a part of exhaust gas from an exhaust pipe upstream of the turbine and introduces it into an intake pipe upstream of the compressor;
A diesel engine comprising: control means for switching between the first EGR device and the second EGR device in accordance with an engine load state.
前記制御手段は、所定の高負荷領域では前記第1のEGR装置を作動させ、前記高負荷領域に対して負荷が低い低負荷領域では前記第2のEGR装置を作動させること
を特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジン。
The control means operates the first EGR device in a predetermined high load region, and operates the second EGR device in a low load region where the load is lower than the high load region. Item 2. The diesel engine according to Item 1.
前記第2のEGR装置は、酸化触媒及びディーゼルパティキュレートフィルタを有すること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のディーゼルエンジン。
The diesel engine according to claim 1, wherein the second EGR device includes an oxidation catalyst and a diesel particulate filter.
前記低負荷領域においてエンジンの燃焼状態を予混合圧縮自着火燃焼とする燃焼制御手段を備え、
前記第2のEGR装置は、酸化触媒を有すること
を特徴とする請求項2に記載のディーゼルエンジン。
Combustion control means for making the combustion state of the engine a premixed compression auto-ignition combustion in the low load region,
The diesel engine according to claim 2, wherein the second EGR device includes an oxidation catalyst.
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