JP2013170520A - Egr制御装置およびegr制御装置を備えたエンジン - Google Patents
Egr制御装置およびegr制御装置を備えたエンジン Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】過給機を備えた2サイクルディーゼルエンジン1のEGR制御装置2において、コンプレッサ5の上流側と排気タービン3の下流側を接続するEGR通路33と、EGR通路33に設けられたEGR制御弁35と、EGR制御弁35の開度制御を行うEGR制御手段41とを備え、EGR制御手段41は、目標吸気酸素濃度と運転状態における吸気酸素濃度を算出した推定吸気酸素濃度との偏差に基づいてEGR制御弁35の開度をフィードバック制御するフィードバック制御部57とを備えることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
この特許文献1には、低圧EGR及び高圧EGRを制御するEGRガス量制御手段が備えられるEGR制御装置について開示されており、コンプレッサの前後圧力とコンプレッサの回転数とからコンプレッサ通過ガス量を取得し、コンプレッサ通過ガス量と新気量とから低圧EGRガス量を算出すると共に、コンプレッサ通過ガス量と吸気量とから高圧EGRガス量を算出し、低圧EGRガス量と高圧EGRガス量とをそれぞれの目標量に制御することが開示されている。
また、EGR量の制御を吸気酸素濃度に基づいて制御することについても開示されていない。
2サイクルエンジンは、新気により既燃ガスを排出する掃気行程を備えており、そのため2サイクルエンジンでは排気ガス中に新気が混合する吹き抜け現象があるため、排気管内を流れる排気ガス中の酸素濃度を検出した場合、正確な空燃比を求めることはでき難い。従って、2サイクルエンジンのEGR装置としては適さない。
ここで、目標吸気酸素濃度とはエンジンの運転状態に対して排ガス性能を目標値に保つことができる吸気酸素濃度のことをいう。
また、新気流量は、エアフローセンサによって検出し、EGRガス中の酸素濃度(O2egr)は、還流遅れを無視することで燃焼後の酸素濃度(Oex)と同等とする。さらに、この燃焼後の酸素濃度(Oex)は燃料が理論空燃比で燃焼したものとして算出式を用いて算出される。
このようにフィードフォワード制御を加算することで、EGR制御弁の制御性が向上する。具体的にはフィードフォワードマップにEGR制御弁開度が設定されている。
過給機のコンプレッサの回転数を検出する回転数センサや、酸素濃度センサを用いずにエンジンの運転状態から算出した推定吸気酸素濃度が目標吸気酸素濃度になるように、EGR制御弁の開度をフィードバック制御することによって、EGR制御によるNOx低減効果の安定化とEGR制御装置の簡素化を図ることができ、このようなEGR制御装置を備えたエンジンを得ることができる。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
2サイクルディーゼルエンジン(以下エンジンという)1は、排気タービン3とこれに同軸駆動されるコンプレッサ5を有する排気ターボ過給機7を備えており、該排気ターボ過給機7のコンプレッサ5から吐出された空気は吸気通路9を通って、インタークーラー11に入り吸気が冷却された後、インテークマニホールド15からシリンダ16の下部に設けられた掃気ポート17に流入するようになっている。
また、EGR制御弁35に対しては、後述するEGR制御手段41によって開度制御が行われてEGRガス量が制御される。
目標吸気酸素濃度設定部53には、目標吸気酸素濃度マップ64を有しており、エンジン回転数および燃料噴射量(エンジン負荷)に対しての目標吸気酸素濃度が設定されている。この目標吸気酸素濃度マップ64を用いて目標吸気酸素濃度が算出される。
なお、目標吸気酸素濃度とはエンジン1の各運転条件において排ガス性能(NOx)が目標値に保持される吸気酸素濃度のことをいい、予め試験またはシミュレーション演算によって運転条件ごとの目標値として設定される。
推定吸気酸素濃度(O2in)は、燃焼室24に流入する吸気総量である吸気流量(Ga2)と、EGR量(Gegr)と、空気酸素濃度(O2a)と、EGRガス中の酸素濃度(O2egr)とを用いて、(1)式の関係に基づいて算出される。
推定吸気酸素濃度(O2in)=(O2a・Ga2+O2egr・Gegr)/(Ga2+Gegr) …(1)
吸気流量(Ga2)=Pm/(Tm・R)・(Ne/60)・NCYL/ICYC・2・EV…(2)
Tm:インマニ(吸気マニホールド)温度
R:気体定数
Ne:エンジン回転数
NCYL:シリンダ数(4気筒エンジンであれば4)
ICYC:サイクル数(2サイクルであれば2)
EV:体積効率
体積効率を予め運転条件毎に設定した体積効率マップを用いて設定するため、吸気流量を正確に算出でき、その結果、吸気流量から新気流量を減算して求めるEGR流量を正確に算出することができるようになる。
フィードバック制御部57では、PID演算が行われる。設定されたPゲインKp、微分ゲインTd、積分ゲイン1/Tiを基に、比例要素(P)の演算、微分要素(D)の演算、積分要素(I)の演算が行われ、それぞれの演算結果が、加算器71に入力されて、EGR制御弁35のフィードバック制御指令値67が算出される。
そして、フィードフォワード制御指令値72と、フィードバック制御指令値67とが加算器73に入力されて、加算指令値を出力する。
また、2サイクルエンジンにおいては、新気により既燃ガスを排出する掃気行程を備えており、排気管内を流れる排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサによって正確に検出し難いが、本実施形態では、酸素濃度センサを用いないため、2サイクルエンジンにおいても適用することができ、精度良いEGR制御が可能になる。
2 EGR制御装置
3 排気タービン
5 コンプレッサ
7 排気ターボ過給機
9 吸気通路
15 インテークマニホールド
27 燃料噴射弁
29 燃料噴射制御装置
31 排気通路
33 EGR通路
35 EGR制御弁
37 スクラバー
39 ブロワー
41 EGR制御手段
45 エンジン回転数センサ
47 インマニ温度センサ
49 インマニ圧力センサ
51 エアフローメータ
53 目標吸気酸素濃度設定部
55 吸気酸素濃度推定部
57 フィードバック制御部
59 フィードフォワード制御部
61 開度指令リミッタ部
79 自動調合手段
Claims (7)
- 過給機を備えた2サイクルエンジンのEGR制御装置において、
吸気通路に配置された過給機のコンプレッサの上流側と排気通路に配置された過給機の排気タービンの下流側を接続して、前記コンプレッサの上流側に前記排気タービンの下流側の排ガスを還流するEGR通路と、該EGR通路に設けられたEGR制御弁と、該EGR制御弁の開度制御を行うEGR制御手段とを備え、
前記EGR制御手段は、エンジンの運転状態に対して排ガス性能を目標値に保つことができる目標吸気酸素濃度を設定する目標吸気酸素濃度設定部と、
エンジンの運転状態を表す少なくともエンジン回転数、燃料噴射量、吸気マニホールド圧力、吸気マニホールド温度、新気流量に基づいて、該運転状態における吸気酸素濃度を算出して推定する吸気酸素濃度推定部と、
前記目標吸気酸素濃度と前記吸気酸素濃度推定部によって算出される推定吸気酸素濃度との偏差に基づいて前記EGR制御弁の開度をフィードバック制御するフィードバック制御部とを有することを特徴とするEGR制御装置。 - 前記吸気酸素濃度推定部は、推定吸気酸素濃度(O2in)を、燃焼室に流入する吸気総量である吸気流量(Ga2)、EGR量(Gegr)、空気酸素濃度(O2a)、EGRガス中の酸素濃度(O2egr)を用いて、吸気酸素濃度O2in=(O2a・Ga2+O2egr・Gegr)/(Ga2+Gegr)の関係式によって算出することを特徴とする請求項1記載のEGR制御装置。
- 前記EGR量は前記吸気流量から新気流量を減算して求めると共に、該吸気流量を少なくとも吸気マニホールド圧力、吸気マニホールド温度を基に算出して求めることを特徴する請求項2記載のEGR制御装置。
- 前記EGR通路には、再循環する排ガスを浄化するスクラバーと、排ガスを吸気通路側へ送込むために増圧するブロワーが設けられていることを特徴とする請求項1記載のEGR制御装置。
- 前記EGR制御手段は、エンジン回転数、燃料噴射量指令値に基づいて予めEGR制御弁の開度を設定したフィードフォワード制御部を有し、該フィードフォワード制御部の出力を前記フィードバック制御部の出力に加算することを特徴とする請求項1記載のEGR制御装置。
- 前記EGR制御手段には、EGR制御弁の開度指令リミッタ部が設けられるとともに、該開度指令リミッタ部の入力信号と出力信号との偏差に基づいて前記フィードバック制御部の積分器に対して入力飽和を調整する自動調合手段が設けられることを特徴とすると請求項1記載のEGR制御装置。
- 前記請求項1乃至6のいずれか1項に記載のEGR制御装置を備えた舶用の大型2サイクルディーゼルエンジンであることを特徴するエンジン。
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