JP2018193899A - Intake/exhaust structure of compressed natural gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮天然ガス機関の吸排気構造に関する。 The present invention relates to an intake / exhaust structure of a compressed natural gas engine.
圧縮天然ガス自動車に於いては、排気中の窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素を浄化する為に三元触媒を使用している(例えば特許文献1を参照)。 In a compressed natural gas vehicle, a three-way catalyst is used to purify nitrogen oxides, hydrocarbons, and carbon monoxide in the exhaust (see, for example, Patent Document 1).
三元触媒を使用し排気中の窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素を浄化する為に圧縮天然ガス機関をストイキ燃焼運転領域に於いて運転する必要が有る。 In order to purify nitrogen oxides, hydrocarbons, and carbon monoxide in exhaust using a three-way catalyst, it is necessary to operate a compressed natural gas engine in a stoichiometric combustion operation region.
然し乍ら、圧縮天然ガス機関をストイキ燃焼運転領域に於いて運転すると、燃費の悪化と排気温度が高温と成る為、圧縮天然ガス機関の耐久性に悪影響を与える虞が有る。 However, when the compressed natural gas engine is operated in the stoichiometric combustion operation region, the fuel consumption is deteriorated and the exhaust temperature becomes high, which may adversely affect the durability of the compressed natural gas engine.
特に高負荷運転領域に於いては燃費悪化を伴う燃料リッチ化を使用せず排気再循環を使用し排気温度を低下させる必要が有るが、過給機を搭載した圧縮天然ガス自動車に於いては排気圧が吸気圧と比較し低圧と成り易く排気再循環率を上昇させ難い。 Especially in the high-load operation region, it is necessary to lower the exhaust temperature by using exhaust gas recirculation without using fuel enrichment that causes fuel consumption deterioration. However, in a compressed natural gas vehicle equipped with a supercharger, The exhaust pressure tends to be lower than the intake pressure, and it is difficult to increase the exhaust gas recirculation rate.
また、圧縮天然ガス機関はディーゼル機関と相違し所定のトルクを得る為に大量の空気を燃料と共に気筒に供給する必要が有る為、過給機を搭載した圧縮天然ガス自動車に於いては小容量の原動機を使用する事によって過渡応答性(発進応答性)を向上させている。 In addition, unlike a diesel engine, a compressed natural gas engine requires a large amount of air to be supplied to the cylinder together with fuel in order to obtain a predetermined torque. Therefore, a compressed natural gas vehicle equipped with a supercharger has a small capacity. The transient response (starting response) is improved by using the prime mover.
然し乍ら、過給機を搭載した小容量の原動機を使用すると全領域において最適にはならなく少なからず損失が発生し、高回転高負荷運転領域に於いて排気圧が高圧と成る為、排気温度が上昇する虞が有る。 However, if a small-capacity prime mover equipped with a turbocharger is used, it will not be optimal in all areas, and a considerable amount of loss will occur, and the exhaust pressure will become high in the high-rotation and high-load operation area. There is a risk of rising.
従って、本発明は、過給機の損失を削減し燃費悪化を低減させつつ、排気温度が上昇する事を抑制し圧縮天然ガス機関の耐久性に悪影響を与え難い圧縮天然ガス機関の吸排気構造を提供する事を目的とする。 Therefore, the present invention provides a compressed natural gas engine intake / exhaust structure that suppresses an increase in exhaust temperature and does not adversely affect the durability of the compressed natural gas engine while reducing the loss of the supercharger and reducing fuel consumption deterioration. The purpose is to provide.
本発明は、吸気通路に設置される過給機の圧縮機と、前記圧縮機の吸気下流側の前記吸気通路に設置される第一絞気弁と、前記圧縮機の吸気上流側の前記吸気通路を前記圧縮機と前記第一絞気弁との間の前記吸気通路と連通する迂回吸気通路と、前記迂回吸気通路に設置される第二絞気弁と、を備える圧縮天然ガス機関の吸排気構造を提供する。 The present invention provides a compressor of a supercharger installed in an intake passage, a first throttle valve installed in the intake passage on the intake downstream side of the compressor, and the intake air on the intake upstream side of the compressor An intake of a compressed natural gas engine, comprising: a bypass intake passage communicating with the intake passage between the compressor and the first throttle valve; and a second throttle valve installed in the bypass intake passage. Provide an exhaust structure.
排気通路に設置される過給機の原動機と、前記原動機の排気上流側の前記排気通路を前記原動機の排気下流側の前記排気通路に連通する迂回排気通路と、前記迂回排気通路に設置される排気逃し弁と、を更に備える事が望ましい。 A supercharger prime mover installed in the exhaust passage, a bypass exhaust passage that connects the exhaust passage upstream of the prime mover to the exhaust passage downstream of the prime mover, and a bypass exhaust passage It is desirable to further include an exhaust relief valve.
前記吸気通路の吸気下流端に接続される吸気多岐管と、前記排気通路の排気上流端に接続される排気多岐管と、前記排気多岐管を前記吸気多岐管と連通する排気再循環通路と、前記排気再循環通路に設置される排気再循環弁と、を更に備える事が望ましい。 An intake manifold connected to an intake downstream end of the intake passage, an exhaust manifold connected to an exhaust upstream end of the exhaust passage, an exhaust recirculation passage communicating the exhaust manifold with the intake manifold, It is desirable to further include an exhaust gas recirculation valve installed in the exhaust gas recirculation passage.
前記第一絞気弁と前記第二絞気弁と前記排気逃し弁と前記排気再循環弁とを開閉する制御装置を更に備える事が望ましい。 It is desirable to further include a control device that opens and closes the first throttle valve, the second throttle valve, the exhaust relief valve, and the exhaust recirculation valve.
前記制御装置は、低回転低負荷運転領域に於いては、前記第一絞気弁と前記第二絞気弁とを開くと共に前記排気逃し弁と前記排気再循環弁とを閉じ、過給圧が上昇するに連れ前記第二絞気弁を閉じていく事が望ましい。 The control device opens the first throttle valve and the second throttle valve and closes the exhaust relief valve and the exhaust recirculation valve in a low rotation low load operation region, It is desirable to close the second throttle valve as the valve rises.
前記制御装置は、低回転高負荷運転領域に於いては、前記第一絞気弁と前記排気再循環弁とを開くと共に前記第二絞気弁と前記排気逃し弁とを閉じる事が望ましい。 It is desirable that the control device opens the first throttle valve and the exhaust gas recirculation valve and closes the second throttle valve and the exhaust relief valve in the low rotation and high load operation region.
前記制御装置は、中高回転低負荷運転領域に於いては、前記第一絞気弁と前記第二絞気弁と前記排気再循環弁とを開くと共に前記排気逃し弁を閉じる事が望ましい。 It is desirable that the control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, and the exhaust gas recirculation valve and closes the exhaust relief valve in the middle and high rotation low load operation region.
前記制御装置は、低中高回転中負荷運転領域に於いては、前記第一絞気弁と前記第二絞気弁と前記排気逃し弁と前記排気再循環弁とを開く事が望ましい。 It is desirable that the control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, the exhaust relief valve, and the exhaust recirculation valve in the low, medium, and high rotation middle load operation region.
前記制御装置は、中高回転高負荷運転領域に於いては、前記第一絞気弁と前記第二絞気弁と前記排気再循環弁とを開くと共に前記排気逃し弁を閉じ、吸気圧をアクセル開度と機関回転数とに応じた目標吸気圧に到達させる事が出来ない時は吸気圧を目標吸気圧に到達させるべく前記排気逃し弁を開く事が望ましい。 The control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, and the exhaust recirculation valve and closes the exhaust relief valve in the middle / high rotation / high load operation region, thereby accelerating the intake pressure. When the target intake pressure according to the opening degree and the engine speed cannot be reached, it is desirable to open the exhaust relief valve so that the intake pressure reaches the target intake pressure.
前記制御装置は、低高温時の中高回転高負荷運転領域に於いては、前記第一絞気弁と前記第二絞気弁と前記排気逃し弁とを開くと共に前記排気再循環弁を閉じる事が望ましい。 The control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, and the exhaust relief valve and closes the exhaust recirculation valve in a medium / high rotation / high load operation region at low and high temperatures. Is desirable.
前記原動機の排気下流側の前記排気通路に設置される排気制動弁を更に備え、前記制御装置は、前記排気制動弁も開閉する事が望ましい。 It is desirable to further include an exhaust brake valve installed in the exhaust passage on the exhaust downstream side of the prime mover, and the control device also opens and closes the exhaust brake valve.
前記制御装置は、排気制動作動運転領域に於いては、前記第一絞気弁と前記第二絞気弁とを開くと共に前記排気制動弁を閉じる事が望ましい。 In the exhaust braking operation operation region, the control device preferably opens the first throttle valve and the second throttle valve and closes the exhaust brake valve.
本発明によって、過給機の損失を削減し燃費を向上させつつ、排気温度が上昇する事を抑制し圧縮天然ガス機関の耐久性に悪影響を与え難い圧縮天然ガス機関の吸排気構造を提供する事が出来る。 According to the present invention, an intake / exhaust structure for a compressed natural gas engine is provided which suppresses an increase in exhaust temperature and hardly adversely affects the durability of the compressed natural gas engine while reducing supercharger loss and improving fuel efficiency. I can do it.
以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1及び2に示す様に、本発明の実施の形態に係る圧縮天然ガス機関の吸排気構造100は、吸気通路101と、排気通路102と、吸気多岐管103と、排気多岐管104と、過給機105の圧縮機106と、過給機105の原動機107と、第一絞気弁108と、迂回吸気通路109と、第二絞気弁110と、迂回排気通路111と、排気逃し弁112と、排気再循環通路113と、排気再循環弁114と、排気制動弁115と、制御装置116と、を備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, an intake /
吸気通路101は、所謂、吸気管であって、複数の気筒117の夫々に吸気を供給する。排気通路102は、所謂、排気管であって、複数の気筒117の夫々から排気を排出する。吸気通路101と排気通路102は、車種に応じ種々の経路に沿い配索される。
The
吸気多岐管103は、吸気通路101の吸気下流端に接続されると共に吸気通路101を通じ圧縮天然ガス機関に供給される吸気を複数の気筒117の夫々に分流する。排気多岐管104は、排気通路102の排気上流端に接続されると共に複数の気筒117の夫々から排出される排気を排気通路102に合流する。
The
吸気多岐管103に第一圧力検出器118が設置される。第一圧力検出器118は、所謂、MAPセンサであって、制御装置116に接続され吸気多岐管103の絶対圧を検出する。本明細書に於いては、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管103の絶対圧を「吸気多岐管圧」と定義する。
A
過給機105は、圧縮機106と、原動機107と、回転軸119と、を有する。過給機105は、所謂、排気タービン式過給機であって、排気の運動エネルギを利用し原動機107が駆動されると共に原動機107の運動エネルギを利用し圧縮機106が駆動される事によって大量の空気を圧縮(過給)し複数の気筒117の夫々に供給する。圧縮機106は、所謂、コンプレッサであって、吸気通路101に設置される。原動機107は、所謂、タービンであって、排気通路102に設置される。回転軸119は、圧縮機106と原動機107とを同軸に於いて回転自在に連結する。
The
原動機107の排気下流側の排気通路102に三元触媒120が設置される。三元触媒120は、排気中の窒素酸化物、炭化水素、一酸化炭素を浄化する。
A three-
第一絞気弁108は、圧縮機106の吸気下流側の吸気通路101に設置されると共に吸気通路101を通じ吸気多岐管103に供給される吸気を開度に応じ増減量する。
The
圧縮機106と第一絞気弁108との間の吸気通路101にインタクーラ121が設置される。インタクーラ121は、所謂、熱交換器であって、過給機105が圧縮し昇温した空気を冷却する。
An
第一絞気弁108とインタクーラ121との間の吸気通路101に第二圧力検出器122が設置される。第二圧力検出器122は、所謂、MAPセンサであって、制御装置116に接続され第一絞気弁108とインタクーラ121との間の吸気通路101の絶対圧を検出する。本明細書に於いては、第二圧力検出器122が検出した第一絞気弁108とインタクーラ121との間の吸気通路101の絶対圧を「吸気通路圧」と定義する。
A
迂回吸気通路109は、所謂、迂回吸気管であって、圧縮機106の吸気上流側の吸気通路101を圧縮機106と第一絞気弁108との間、具体的に言えば、インタクーラ121と第一絞気弁108との間の吸気通路101と連通すると共に吸気通路101を通じ吸気多岐管103に供給される吸気を二経路に分流する。
The
第二絞気弁110は、迂回吸気通路109に設置されると共に迂回吸気通路109を通じ吸気多岐管103に供給される吸気を開度に応じ増減量する。尚、第二絞気弁110は、結果的に吸気通路101を通じ圧縮機106に供給される吸気を開度に応じ増減量する。
The
迂回排気通路111は、所謂、迂回排気管であって、原動機107の排気上流側の排気通路102を原動機107の排気下流側の排気通路102に連通すると共に排気通路102を通じ排出される排気を二経路に分流する。
The
排気逃し弁112は、迂回排気通路111に設置されると共に迂回排気通路111を通じ排出される排気を開度に応じ増減量する。尚、排気逃し弁112は、結果的に排気通路102を通じ原動機107に供給される排気を開度に応じ増減量する。
The
排気再循環通路113は、所謂、排気再循環管であって、排気多岐管104を吸気多岐管103と連通すると共に排気の一部を吸気に環流する。排気再循環通路113に排気再循環クーラ123が設置される。排気再循環クーラ123は、所謂、熱交換器であって、排気再循環通路113を通じ吸気に環流される排気を冷却する。
The exhaust
排気再循環弁114は、排気再循環クーラ123の環流下流側の排気再循環通路113に設置されると共に排気再循環通路113を通じ吸気に環流される排気を開度に応じ増減量する。
The exhaust
排気制動弁115は、原動機107の排気下流側の排気通路102に設置され、エキゾーストブレーキ作動時に排気通路102を通じ排出される排気を遮断しブレーキ力を高める。
The
制御装置116は、所謂、エンジンコントロールユニットであって、第一絞気弁108と第二絞気弁110と排気逃し弁112と排気再循環弁114と排気制動弁115とを開閉する。
The
尚、制御装置116にアクセル開度と機関回転数とが入力される。アクセル開度は、アクセル開度センサ124によって検出される。機関回転数は、機関回転数センサ125によって検出される。
Note that the accelerator opening and the engine speed are input to the
本明細書に於いては、機関回転数が低い運転領域を「低回転運転領域」と定義すると共に機関回転数が高い運転領域を「高回転運転領域」と定義する。「低回転運転領域」と「高回転運転領域」との間の運転領域を「中回転運転領域」と定義する。 In the present specification, an operation region where the engine speed is low is defined as a “low rotation operation region”, and an operation region where the engine speed is high is defined as a “high rotation operation region”. An operation region between the “low rotation operation region” and the “high rotation operation region” is defined as a “medium rotation operation region”.
同様に機関負荷が低い運転領域を「低負荷運転領域」と定義すると共に機関負荷が高い運転領域を「高負荷運転領域」と定義する。「低負荷運転領域」と「高負荷運転領域」との間の運転領域を「中負荷運転領域」と定義する。 Similarly, an operation region where the engine load is low is defined as a “low load operation region” and an operation region where the engine load is high is defined as a “high load operation region”. The operation region between the “low load operation region” and the “high load operation region” is defined as the “medium load operation region”.
尚、各運転領域を区画する境界は機関性能に応じ変化する為、本明細書に於いて各運転領域を区画する境界を特定する事はしない。 In addition, since the boundary which divides each operation area | region changes according to engine performance, the boundary which divides each operation area | region is not specified in this specification.
[低回転低負荷運転領域に於ける吸排気構造100の動作]
図3に示す様に、低回転低負荷運転領域Aに於いては、制御装置116は、図4及び5に示す様に、第一絞気弁108と第二絞気弁110とを開くと共に排気逃し弁112と排気再循環弁114とを閉じ、過給圧が上昇するに連れ第二絞気弁110を閉じていく。排気制動弁115は、当然に閉じている。
[Operation of Intake /
As shown in FIG. 3, in the low rotation and low load operation region A, the
具体的に言えば、運転者がアクセルを小さく踏み込むと、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第一絞気弁108を小さく開く。
Specifically, when the driver depresses the accelerator, the
尚、目標吸気多岐管圧は、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ設定する事が出来る。
The target intake manifold pressure can be set according to the accelerator opening detected by the
第一絞気弁108を小さく開くと、少量の吸気のみが複数の気筒117の夫々に供給されると共に複数の気筒117の夫々に於いて燃料との混合気とし燃焼される。
When the
尚、制御装置116は、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ燃料噴射のパルス幅と点火時期とを設定すると共に設定したパルス幅に応じ燃料をインジェクタによって噴射させ設定した点火時期に応じ点火プラグによって点火させる。
The
然し乍ら、負荷が低く排気が原動機107を駆動させるに足る運動エネルギを持たない為、圧縮機106が吸気の絞り損失と成る虞が有る。
However, since the load is low and the exhaust does not have enough kinetic energy to drive the
吸排気構造100に於いては、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が第二絞気弁110を開く事によって迂回吸気通路109を通じ圧縮機106を迂回させながら複数の気筒117の夫々に吸気を供給する事が出来る。
In the intake /
圧縮機106が吸気の絞り損失と成る事を抑制する事が出来る為、トルクを素早く立ち上げ排気に原動機107を駆動させるに足る運動エネルギを持たせる事が出来る。
Since it is possible to suppress the
また、迂回吸気通路109を通じ圧縮機106を迂回させながら複数の気筒117の夫々に吸気を供給している為、圧縮機106が原動機107に対し駆動抵抗と成り難く、原動機107(ひいては圧縮機106)の回転数を上昇させ易く、過給圧も上昇させ易い。
In addition, since the intake air is supplied to each of the plurality of
更に、排気逃し弁112と排気再循環弁114とを閉じている為、排気損失が小さく、排気圧を上昇させ易く、過給圧も上昇させ易い。
Further, since the
また、過給圧が上昇するに連れ第二絞気弁110を閉じていく為、小容量の原動機107を使用しなくても過渡応答性(発進応答性)を向上させる事が出来る。
Further, since the
従って、吸排気構造100に於いては、燃費の悪化を抑制しながらもトルクを素早く立ち上げる事が出来る。
Therefore, in the intake /
[低回転高負荷運転領域に於ける吸排気構造100の動作]
図3に示す様に、低回転高負荷運転領域Bに於いては、制御装置116は、図6及び7に示す様に、第一絞気弁108と排気再循環弁114とを開くと共に第二絞気弁110と排気逃し弁112とを閉じる。
[Operation of Intake /
As shown in FIG. 3, in the low rotation and high load operation region B, the
具体的に言えば、運転者がアクセルを大きく踏み込むと、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第一絞気弁108を完全に開く。また、過給圧と共にトルクを上昇させるべく制御装置116が第二絞気弁110を完全に閉じる。
Specifically, when the driver greatly depresses the accelerator, the
第一絞気弁108を完全に開くと共に第二絞気弁110を完全に閉じると、第一絞気弁108が吸気の絞り損失と成らず、圧縮機106が駆動し大量の吸気が複数の気筒117の夫々に供給されると共に複数の気筒117の夫々に於いて燃料との混合気とし燃焼される為、原動機107(ひいては圧縮機106)の回転数が上昇されると共に過給圧も上昇される。
When the
尚、制御装置116は、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ燃料噴射のパルス幅と点火時期とを設定すると共に設定したパルス幅に応じ燃料を噴射させ設定した点火時期に応じ点火させる。
The
同時に制御装置116が排気逃し弁112を閉じる為、排気圧が上昇される事によって吸気圧と排気圧との差が小さく成り、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が排気再循環弁114を開く事によってノッキングを防げる程度に排気再循環を掛ける事が出来る。
At the same time, since the
排気再循環が掛かると、ノッキング制御装置がノッキング判定をしない為、点火時期が遅く成らず、点火時期を最適値に設定する事が出来る。更に、排気再循環を掛ける事によって排気温度を低下させる事も出来る。 When exhaust gas recirculation is applied, the knocking control device does not make a knocking determination, so that the ignition timing is not delayed and the ignition timing can be set to an optimum value. Furthermore, exhaust temperature can be lowered by applying exhaust gas recirculation.
従って、吸排気構造100に於いては、吸気の絞り損失も無く、点火時期を最適値に設定する事が出来る為、燃費を向上させる事が出来る。
Therefore, in the intake /
[中高回転低負荷運転領域に於ける吸排気構造100の動作]
図3に示す様に、中高回転低負荷運転領域(と低回転低負荷運転領域の一部)Cに於いては、制御装置116は、図8及び9に示す様に、第一絞気弁108と第二絞気弁110と排気再循環弁114とを開くと共に排気逃し弁112を閉じる。
[Operation of the intake /
As shown in FIG. 3, in the middle / high rotation / low load operation region (and a part of the low rotation / low load operation region) C, the
具体的に言えば、運転者がアクセルを小さく踏み込むと、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第一絞気弁108を小さく開く。
Specifically, when the driver depresses the accelerator, the
第一絞気弁108を小さく開くと、少量の吸気のみが複数の気筒117の夫々に供給されると共に複数の気筒117の夫々に於いて燃料との混合気とし燃焼される。
When the
尚、制御装置116は、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ燃料噴射のパルス幅と点火時期とを設定すると共に設定したパルス幅に応じ燃料を噴射させ設定した点火時期に応じ点火させる。
The
然し乍ら、負荷が低く排気が原動機107を駆動させるに足る運動エネルギを持たない為、圧縮機106が吸気の絞り損失と成る虞が有る。
However, since the load is low and the exhaust does not have enough kinetic energy to drive the
吸排気構造100に於いては、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が第二絞気弁110を開く事によって迂回吸気通路109を通じ圧縮機106を迂回させながら複数の気筒117の夫々に吸気を供給する事が出来る。
In the intake /
圧縮機106が吸気の絞り損失と成る事を抑制する事が出来る為、トルクを素早く立ち上げ排気に原動機107を駆動させるに足る運動エネルギを持たせる事が出来る。
Since it is possible to suppress the
また、迂回吸気通路109を通じ圧縮機106を迂回させながら複数の気筒117の夫々に吸気を供給している為、圧縮機106が原動機107に対し駆動抵抗と成り難く、原動機107(ひいては圧縮機106)の回転数を上昇させ易く、過給圧も上昇させ易い。
In addition, since the intake air is supplied to each of the plurality of
同時に第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が排気再循環弁114を開くが、第一絞気弁108の開度が小さく吸気圧が低い為、吸気圧と排気圧との差が大きく、大量に排気再循環が掛かる。大量に排気再循環を掛ける事によってポンピング損失を小さくし燃費を向上させる事が出来る。
At the same time, the
更に、排気逃し弁112を閉じている為、排気損失が小さく、排気圧を上昇させ易く、過給圧も上昇させ易い。
Further, since the
従って、吸排気構造100に於いては、燃費の悪化を抑制しながらもトルクを素早く立ち上げる事が出来る。
Therefore, in the intake /
[低中高回転中負荷運転領域に於ける吸排気構造100の動作]
図3に示す様に、低中高回転中負荷運転領域Dに於いては、制御装置116は、図10及び11に示す様に、第一絞気弁108と第二絞気弁110と排気逃し弁112と排気再循環弁114とを開く。
[Operation of Intake /
As shown in FIG. 3, in the low, middle and high rotation middle load operation region D, the
具体的に言えば、運転者がアクセルを中程度(アクセル開度50%程度)に踏み込むと、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第一絞気弁108を中程度(開度50%程度)に開く。
Specifically, when the driver depresses the accelerator to a medium level (accelerator opening degree of about 50%), the control device is configured to make the intake manifold pressure detected by the
更に、加速力を得る為に、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が第二絞気弁110を小さく開く。
Further, in order to obtain acceleration force, the
第一絞気弁108を中程度に開くと共に第二絞気弁110を小さく開くと、圧縮機106が駆動し吸気が複数の気筒117の夫々に供給されると共に複数の気筒117の夫々に於いて燃料との混合気とし燃焼される為、原動機107(ひいては圧縮機106)の回転数が上昇されると共に過給圧も上昇される。
When the
尚、制御装置116は、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ燃料噴射のパルス幅と点火時期とを設定すると共に設定したパルス幅に応じ燃料を噴射させ設定した点火時期に応じ点火させる。
The
同時に第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が排気再循環弁114を開く。更に、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度に応じ排気逃し弁112を開く。
At the same time, the
排気圧が上昇するに連れ排気再循環が掛かり、たとえ第一絞気弁108が閉じていても吸気多岐管圧が正圧に近く成り、ポンピング損失が小さく成る為、燃費を向上させる事が出来る。
As the exhaust pressure rises, exhaust gas recirculation is applied. Even if the
また、制御装置116は、第一絞気弁108を極力(完全に)開くべく、且つ第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧と第二圧力検出器122が検出した吸気通路圧を一致させるべく、第二絞気弁110の開度を調整する。
Further, the
即ち、圧縮機106が送り込む吸気量が圧縮天然ガス機関の必要吸気量を超えた場合に第一絞気弁108を閉じていく為、吸気の絞り損失が発生するが、吸気の絞り損失を極力無くす様に、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧と第二圧力検出器122が検出した吸気通路圧を一致させるべく第二絞気弁110の開度を調整し、過給圧の上昇し過ぎに伴う圧縮機106の抵抗を低減させる。
That is, when the intake air amount fed by the
従って、吸排気構造100に於いては、トルクを制御する第一絞気弁108が吸気の絞り損失と成り難く、燃費を向上させる事が出来る。
Therefore, in the intake /
[中高回転高負荷運転領域に於ける吸排気構造100の動作]
図3に示す様に、中高回転高負荷運転領域Eに於いては、制御装置116は、図12及び13に示す様に、第一絞気弁108と第二絞気弁110と排気再循環弁114とを開くと共に排気逃し弁112を閉じ、吸気圧(第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧)をアクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じた目標吸気圧に到達させる事が出来ない時は吸気圧を目標吸気圧に到達させるべく排気逃し弁112を開く。
[Operation of Intake /
As shown in FIG. 3, in the middle / high rotation / high load operation region E, as shown in FIGS. 12 and 13, the
具体的に言えば、運転者がアクセルを大きく(アクセル開度70%以上)に踏み込むと、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第一絞気弁108を完全に開く。
Specifically, when the driver depresses the accelerator largely (accelerator opening 70% or more), the
更に、加速力を得る為に、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が第二絞気弁110を小さく開く。
Further, in order to obtain acceleration force, the
第一絞気弁108を完全に開くと共に第二絞気弁110を小さく開くと、圧縮機106が駆動し吸気が複数の気筒117の夫々に供給されると共に複数の気筒117の夫々に於いて燃料との混合気とし燃焼される為、原動機107(ひいては圧縮機106)の回転数が上昇されると共に過給圧も上昇される。更に、制御装置116が排気逃し弁112を閉じる事によって排気圧を上昇させる。
When the
尚、制御装置116は、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ燃料噴射のパルス幅と点火時期とを設定すると共に設定したパルス幅に応じ燃料を噴射させ設定した点火時期に応じ点火させる。
The
同時に第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が排気再循環弁114を開く事によってノッキングを防げる程度に排気再循環を掛ける事が出来る。
At the same time, the
排気再循環が掛かると、ノッキング制御装置がノッキング判定をせず、リタードしない。また、排気再循環が掛かり燃焼速度が遅くなる為、進角ができ、燃料リッチ化せずとも、排気温度が上昇しない。即ち、燃料の消費を抑制する事が出来る。 When exhaust gas recirculation is applied, the knocking control device does not make a knocking determination and does not retard. Further, since exhaust gas recirculation is applied and the combustion speed becomes slow, the advance angle can be made, and the exhaust gas temperature does not rise even if the fuel is not enriched. That is, fuel consumption can be suppressed.
尚、第一絞気弁108を完全に開く事によってトルクが上がり過ぎた場合は、第二絞気弁110を開き圧力を逃がす。更に、第二絞気弁110を完全に閉じても目標のトルクに成らない場合は、排気逃し弁112の開度を調整する事によって過給圧を調整する。
When the torque is excessively increased by completely opening the
以上の様に、中高回転高負荷運転領域に於いては排気温度が高温と成り、排気温度を低下させる為に排気再循環率を上昇させる必要が有るが、吸気多岐管圧と排気多岐管圧との差によって排気再循環を掛ける為、排気逃し弁112を閉じる事によって排気多岐管圧を上昇させる。
As described above, in the middle / high rotation / high load operation region, the exhaust gas temperature becomes high, and it is necessary to increase the exhaust gas recirculation rate in order to lower the exhaust gas temperature. Therefore, the exhaust manifold pressure is increased by closing the
然し乍ら、機関回転数の上昇と共に排気の運動エネルギが大きく成る為、排気の運動エネルギが大きい状態に於いては圧縮機106が送り込む吸気量も多く成り、吸気多岐管圧が上昇し、排気再循環が掛かり難く成る為、第二絞気弁110を開き圧力を逃がす事によって最適状態とする事が出来る。
However, since the exhaust kinetic energy increases as the engine speed increases, the amount of intake air sent by the
[低高温時の中高回転高負荷運転領域に於ける吸排気構造100の動作]
低高温時の中高回転高負荷運転領域に於いては、制御装置116は、図14及び15に示す様に、第一絞気弁108と第二絞気弁110と排気逃し弁112とを開くと共に排気再循環弁114を閉じる。
[Operation of Intake /
In the middle / high rotation / high load operation region at the time of low temperature and high temperature, the
具体的に言えば、冷却水の水温が低い又は異常に高い場合は、排気再循環装置が故障しやすくなる為、排気再循環制御を停止し、排気再循環弁114を完全に閉じている。従って、運転者がアクセルを大きく(アクセル開度70%以上)に踏み込むと、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第一絞気弁108を完全に開く。
More specifically, when the coolant temperature is low or abnormally high, the exhaust gas recirculation device is likely to break down, so the exhaust gas recirculation control is stopped and the exhaust
更に、加速力を得る為に、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じた排気再循環停止時用目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第二絞気弁110を小さく開く。
Further, in order to obtain an acceleration force, the intake manifold pressure detected by the
また、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧が排気再循環停止時用目標吸気多岐管圧に到達しない時は、第二絞気弁110の開度を調整する。
Further, when the intake manifold pressure detected by the
第一絞気弁108を完全に開くと共に第二絞気弁110を小さく開くと、圧縮機106が駆動し吸気が複数の気筒117の夫々に供給されると共に複数の気筒117の夫々に於いて燃料との混合気とし燃焼される為、原動機107(ひいては圧縮機106)の回転数が上昇されると共に過給圧も上昇される。
When the
尚、制御装置116は、第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を基に演算した吸気量と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ燃料噴射の排気再循環停止時用パルス幅と排気再循環停止時用点火時期とを設定すると共に設定した排気再循環停止時用パルス幅に応じ燃料を噴射させ設定した排気再循環停止時用点火時期に応じ点火させる。この時、過給圧を低下させると共にリタードした点火時期を使用する為、ノッキングが発生しない。
The
尚、排気再循環が掛からず、排気逃し弁112を完全に開いてもトルクが出過ぎる為、第二絞気弁110を開き第一絞気弁108が吸気の絞り損失と成らない様に圧力を逃がす。この時、排気再循環が無い為、ノッキングを回避する為にリタードする。タイミングリタードによって排気温度が上昇し過ぎない様に燃料を増量し排気温度を低下させる。
Since exhaust gas recirculation is not applied and torque is excessively generated even when the
以上の様に、低水温時は凝固水の影響、高水温時は排気再循環クーラ123の信頼性の問題から排気再循環を掛ける事が出来ない。排気再循環を使用する事が出来ない場合は、少量の吸気量によって出力を得る事が出来る為、排気逃し弁112と第二絞気弁110とを開く事によって吸気量を減らす様にする。
As described above, exhaust gas recirculation cannot be applied due to the influence of coagulated water at low water temperature and reliability problems of the exhaust gas recirculation cooler 123 at high water temperature. When exhaust gas recirculation cannot be used, an output can be obtained with a small amount of intake air, and therefore the intake air amount is reduced by opening the
[排気制動作動運転領域に於ける吸排気構造100の動作]
図3に示す様に、排気制動作動運転領域Fに於いては、制御装置116は、図16及び17に示す様に、第一絞気弁108と第二絞気弁110とを開くと共に排気制動弁115を閉じる。
[Operation of Intake /
As shown in FIG. 3, in the exhaust braking operation region F, the
具体的に言えば、運転者が排気制動スイッチを入れアクセルを抜くと、燃料をカットすると共に第一圧力検出器118が検出した吸気多岐管圧を目標吸気多岐管圧と一致させるべく制御装置116が第一絞気弁108を小さく開き少量の吸気を送り込む。
Specifically, when the driver turns on the exhaust brake switch and removes the accelerator, the
更に、制御装置116が排気制動弁115を閉じる事によって排気圧を上昇させ、回転しない圧縮機106を迂回させるべく、アクセル開度センサ124が検出したアクセル開度と機関回転数センサ125が検出した機関回転数とに応じ制御装置116が第二絞気弁110を開く。以上によって空気を圧縮し制動力を向上させる。温度が低下し圧力も低下すると制動力が下がる為、圧力を見ながら第一絞気弁108を開く。
Further, the
排気制動が不要と成ったら排気制動弁115を開き通常の制御に戻る。即ち、機関回転数が燃料復帰回転数未満と成ったら排気制動弁115を開くと共に燃料の噴射を再開する。
When exhaust braking is no longer necessary, the
以上の様に、排気制動作動時は圧縮機106が吸気の絞り損失と成り、吸気が入り込まず排気制動力が小さく成るが、吸排気構造100に於いては、第二絞気弁110を開く事によって吸気を送り込み、排気制動力を上昇させる事が出来る。
As described above, when the exhaust braking operation is performed, the
以上に説明した様に、本発明によって、過給機の損失を削減し燃費悪化を低減させつつ、排気温度が上昇する事を抑制し圧縮天然ガス機関の耐久性に悪影響を与え難い圧縮天然ガス機関の吸排気構造100を提供する事が出来る。
As described above, according to the present invention, the compressed natural gas that reduces the loss of the turbocharger and reduces the deterioration of fuel consumption, suppresses the rise of the exhaust temperature and hardly adversely affects the durability of the compressed natural gas engine. An engine intake /
100 吸排気構造
101 吸気通路
102 排気通路
103 吸気多岐管
104 排気多岐管
105 過給機
106 圧縮機
107 原動機
108 第一絞気弁
109 迂回吸気通路
110 第二絞気弁
111 迂回排気通路
112 排気逃し弁
113 排気再循環通路
114 排気再循環弁
115 排気制動弁
116 制御装置
117 気筒
118 第一圧力検出器
119 回転軸
120 三元触媒
121 インタクーラ
122 第二圧力検出器
123 排気再循環クーラ
124 アクセル開度センサ
125 機関回転数センサ
A 低回転低負荷運転領域
B 低回転高負荷運転領域
C 中高回転低負荷運転領域
D 低中高回転中負荷運転領域
E 中高回転高負荷運転領域
F 排気制動作動運転領域
100 Intake /
Claims (12)
前記圧縮機の吸気下流側の前記吸気通路に設置される第一絞気弁と、
前記圧縮機の吸気上流側の前記吸気通路を前記圧縮機と前記第一絞気弁との間の前記吸気通路と連通する迂回吸気通路と、
前記迂回吸気通路に設置される第二絞気弁と、
を備える
事を特徴とする圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 A turbocharger compressor installed in the intake passage;
A first throttle valve installed in the intake passage on the intake downstream side of the compressor;
A bypass intake passage communicating the intake passage on the intake upstream side of the compressor with the intake passage between the compressor and the first throttle valve;
A second throttle valve installed in the bypass intake passage;
A compressed natural gas engine intake and exhaust structure characterized by comprising
前記原動機の排気上流側の前記排気通路を前記原動機の排気下流側の前記排気通路に連通する迂回排気通路と、
前記迂回排気通路に設置される排気逃し弁と、
を更に備える
請求項1に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 A prime mover for the turbocharger installed in the exhaust passage;
A bypass exhaust passage communicating the exhaust passage on the exhaust upstream side of the prime mover with the exhaust passage on the exhaust downstream side of the prime mover;
An exhaust relief valve installed in the bypass exhaust passage;
The intake / exhaust structure for a compressed natural gas engine according to claim 1.
前記排気通路の排気上流端に接続される排気多岐管と、
前記排気多岐管を前記吸気多岐管と連通する排気再循環通路と、
前記排気再循環通路に設置される排気再循環弁と、
を更に備える
請求項2に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 An intake manifold connected to an intake downstream end of the intake passage;
An exhaust manifold connected to the exhaust upstream end of the exhaust passage;
An exhaust recirculation passage communicating the exhaust manifold with the intake manifold;
An exhaust gas recirculation valve installed in the exhaust gas recirculation passage;
The intake / exhaust structure for a compressed natural gas engine according to claim 2.
請求項3に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 The intake / exhaust structure of the compressed natural gas engine according to claim 3, further comprising a control device that opens and closes the first throttle valve, the second throttle valve, the exhaust relief valve, and the exhaust recirculation valve.
請求項4に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 The control device opens the first throttle valve and the second throttle valve and closes the exhaust relief valve and the exhaust recirculation valve in a low rotation low load operation region, The intake and exhaust structure of the compressed natural gas engine according to claim 4, wherein the second throttle valve is closed as the engine rises.
請求項4又は5に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 The control device opens the first throttle valve and the exhaust recirculation valve and closes the second throttle valve and the exhaust relief valve in a low-rotation and high-load operation region. The intake / exhaust structure of the compressed natural gas engine according to claim 5.
請求項4乃至6の何れか一項に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 7. The control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, and the exhaust recirculation valve and closes the exhaust relief valve in a middle and high rotation low load operation region. The intake / exhaust structure of the compressed natural gas engine according to any one of the above.
請求項4乃至7の何れか一項に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 The control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, the exhaust relief valve, and the exhaust recirculation valve in a low, medium, and high rotation middle load operation region. An intake / exhaust structure for a compressed natural gas engine according to any one of the preceding claims.
請求項4乃至8の何れか一項に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 The control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, and the exhaust recirculation valve and closes the exhaust relief valve in the middle / high rotation / high load operation region, thereby accelerating the intake pressure. 9. The exhaust relief valve is opened to allow the intake pressure to reach the target intake pressure when the target intake pressure according to the opening degree and the engine speed cannot be reached. Compressed natural gas engine intake and exhaust structure.
請求項4乃至9の何れか一項に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 The control device opens the first throttle valve, the second throttle valve, and the exhaust relief valve and closes the exhaust recirculation valve in a medium / high rotation / high load operation region at low and high temperatures. Item 10. The intake / exhaust structure of a compressed natural gas engine according to any one of Items 4 to 9.
前記制御装置は、前記排気制動弁も開閉する
請求項4乃至10の何れか一項に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 An exhaust brake valve installed in the exhaust passage on the exhaust downstream side of the prime mover;
The intake / exhaust structure of a compressed natural gas engine according to any one of claims 4 to 10, wherein the control device also opens and closes the exhaust brake valve.
請求項11に記載の圧縮天然ガス機関の吸排気構造。 12. The compressed natural gas engine intake according to claim 11, wherein the control device opens the first throttle valve and the second throttle valve and closes the exhaust brake valve in an exhaust brake operation region. Exhaust structure.
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