JP2688838B2 - ディーゼルエンジンの排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、スワールを生成する燃焼室を備えたディー
ゼルエンジンの排気還流制御装置に関するものであり、
さらに詳細には、トルクショックを防止して、走行フィ
ーリングを大幅に改善した、スワールを生成する燃焼室
を備えたディーゼルエンジンの排気還流制御装置に関す
るものである。

先行技術 ディーゼルエンジンにおける空気過剰率は、低負荷運
転領域ほど高く、エンジン負荷が高くなるにしたがっ
て、減少するようになっているため、高負荷運転領域に
おいては、空気と燃料とのミキシングが悪化して、燃焼
性が悪化するという問題があり、かかる問題を解決する
ため、スワールを生成するように燃焼室を構成したディ
ーゼルエンジンが知られている。

また、ディーゼルエンジンにおいても、近年、高速道
路を走行している場合などのような高負荷運転領域にお
けるエミッションを改善する必要性から、排気還流を高
負荷運転領域においてもおこなうことが要請されている
が、上述のように、ディーゼルエンジンにおける空気過
剰率は、高負荷運転領域になるほど、減少するようにな
っているため、高負荷運転領域において、排気還流をお
こなうとスモークが発生しやすいという問題があり、高
負荷運転領域において、排気還流をおこなうことによ
り、エミッションの改善とスモークの発生の抑制とを同
時におこなうことは困難であると考えられていた。

発明の解決しようとする問題点 しかしながら、上述のようなスワールを生成するよう
に構成された燃焼室を備えたディーゼルエンジンにおい
ては、スワールの流速は、エンジン回転数が高いほど速
くなり、空気と燃料とのミキシングも改善されるため、
スモークの発生を防止しつつ、より高負荷運転領域ま
で、排気還流をおこなうことができ、高エンジン負荷運
転領域において、エミッションの改善とスモークの発生
の防止とを同時におこない得る可能性があると考えられ
る。

第１図（ａ）は、低エンジン回転数運転領域における
スモークと燃料噴射量との関係を示すグラフであり、第
１図（ｂ）は、高エンジン回転数運転領域におけるスモ
ークと燃料噴射量との関係を示すグラフである。第１図
（ａ）および（ｂ）において、実線で示す曲線は、排気
還流をおこなわない場合、破線で示す曲線は、排気還流
をおこなった場合のスモークと燃料噴射量との関係を示
すものである。第１図（ａ）および（ｂ）より明らかな
ように、エンジン回転数のいかんにかかわらず、排気還
流をおこなった場合には、排気還流をおこなわない場合
に比し、燃料噴射量がより低い運転状態からスモークが
発生しやすく、また、排気還流をおこなうか否かにかか
わらず、高エンジン回転数運転領域においては、低エン
ジン回転数運転領域における場合より燃料噴射量がより
高い運転状態まで、スモークが発生しにくく、したがっ
て、スワールを生成するように構成された燃焼室を備え
たディーゼルエンジンにおいては、エンジン回転数が高
い運転領域では、エンジン回転数が低い運転領域に比し
て、エンジン負荷がより高い運転状態まで、排気還流を
おこなうようにして、エミッションの悪化とスモークの
発生を同時に防止し得る可能性がある。

すなわち、第１図（ａ）、（ｂ）に示されるディーゼ
ルエンジンの特性に基づき、第２図のように、排気還流
制御をおこなえば、高負荷運転領域においても、エミッ
ションの改善とスモークの発生の抑制を同時に行い得る
可能性があると考えられる。第２図において、縦軸はエ
ンジン負荷、横軸はエンジン回転数をそれぞれ示し、曲
線Ａは全負荷状態を、斜線で示す領域は排気還流をおこ
なう運転領域を、また、斜線で示された領域外は、排気
還流をおこなわない運転領域を、それぞれ示している。

しかしながら、第２図に示されるように、エンジン回
転数が高い運転領域では、エンジン回転数が低い運転領
域に比して、より高いエンジン負荷まで、排気還流がお
こなうようにし、エンジン負荷とエンジン回転数とによ
り、排気還流をおこなうか否かを判定して、排気還流バ
ルブを開閉し、排気還流を再開し、あるいは、排気還流
を中断する場合には、高エンジン回転数運転領域におい
ては、排気還流バルブを開閉するエンジン負荷が高く、
燃料噴射量が大きいため、排気還流バルブを開閉すると
きに、トルクショックが生じ、走行フィーリングが悪化
するという問題が生じることが認められた。この排気還
流バルブを開閉することによるトルクショックは、排気
還流を再開する場合にも、また、排気還流を中断する場
合にも生ずるが、ドライバーがアクセルペダルを操作し
て、車両を減速させた結果、排気還流バルブが開かれ
て、排気還流が再開されるときには、慣性によって、車
両の速度は急激には低下せず、トルクショックによる走
行フィーリングの悪化は、ドライバーがアクセルペダル
を操作して、車両を加速させ、排気還流バルブが閉じら
れ、排気還流が中断されるときに比して小さいため、と
くに、排気還流バルブが閉じられる場合に、トルクショ
ックによる走行フィーリングの悪化が問題になることが
認められた。

発明の目的 本発明は、スワールを生成する燃焼室と、排気還流通
路と、該排気還流通路を開閉する排気還流バルブとを備
えたディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
高エンジン負荷運転領域におけるエミッションの改善を
図るとともにスモークの発生を抑制しつつ、トルクショ
ックを防止することができ、走行フィーリングを大幅に
改善し得るディーゼルエンジンの排気還流制御装置を提
供することを目的とするものである。

発明の構成 本発明のかかる目的は、高エンジン負荷運転領域にお
いて、エンジン回転数に応じて、排気還流バルブの開閉
速度を制御する開閉速度制御手段と、エンジン回転数が
所定値以上のときに、前記開閉速度制御手段に低速閉作
動信号を出力して、排気還流バルブの閉じる速度を小さ
く制御するとともに、エンジン回転数が所定値未満のと
きに、前記開閉速度制御手段に高速閉作動信号を出力し
て排気還流バルブの閉じる速度を大きく制御する開閉速
度信号出力制御手段とを設けることによって達成され
る。

第３図（ａ）は、低エンジン回転数運転領域における
トルクと燃料噴射量との関係を示すグラフであり、第３
図（ｂ）は、高エンジン回転数運転領域におけるトルク
と燃料噴射量の関係を示すグラフである。第３図（ａ）
および（ｂ）において、実線で示す曲線は、排気還流を
おこなわない場合、破線で示す曲線は、排気還流をおこ
なった場合のトルクと燃料噴射量との関係を示すもので
ある。第３図（ａ）および（ｂ）より明らかように、エ
ンジン回転数のいかんにかかわらず、エンジントルク
は、排気還流をおこなった場合に比し、排気還流をおこ
なわない場合の方が高く、その差は、燃料噴射量が大き
いほど、すなわち、エンジン負荷が高いほど大きくな
る。第３図（ａ）および（ｂ）において、直線B1および
B2で示すラインは、それぞれ、低エンジン回転数運転領
域および高エンジン回転数運転領域における排気還流の
再開・中断燃料噴射量を示すものであり、第３図
（ａ）、（ｂ）を比較すると、高エンジン回転数運転領
域においては、低エンジン回転数運転領域に比して、排
気還流の再開・中断燃料噴射量が高いため、排気還流の
再開・中断によるエンジントルクの変化が大きいことが
わかる。

本発明によれば、トルクショックによる走行フィーリ
ングの悪化がとくに問題なる高エンジン回転数運転領域
において排気還流を中断する場合には、開閉速度制御信
号出力手段は、開閉速度制御手段に低速閉作動信号を出
力して、排気還流バルブを閉じる速度が小さく、徐々に
閉じられるように、その速度を制御して、排気還流が徐
々に中断されるように制御しているので、排気還流を中
断することによるトルク変化は急激には生じず、したが
って、トルクショックを防止して、走行フィーリングを
良好に維持することが可能となる。

本発明の好ましい実施態様においては、開閉速度信号
出力制御手段は、さらに、エンジン回転数が所定値以上
のときに、開閉速度制御手段に低速開作動信号を出力し
て、排気還流バルブの開く速度を小さく制御するととも
に、エンジン回転数が所定値未満のときに、開閉速度制
御手段に高速開作動信号を出力して排気還流バルブの開
く速度を大きく制御するように構成されている。このよ
うに構成することにより、さらに、高エンジン運転領域
において、排気還流が再開される場合にも、排気還流バ
ルブが徐々に開かれ、排気還流が徐々に再開されるか
ら、排気還流再開によるトルクショックをも防止して、
走行フィーリングをより良好に維持することが可能とな
る。

実施例 以下、添付図面に基づいて、本発明の実施例につき詳
細に説明を加える。

第４図は、本発明の実施例にかかる排気還流制御装置
を含むディーゼルエンジンの全体概略図である。

第４図において、ディーゼルエンジン１は、シリンダ
２とシリンダボア３内を上下方向に摺動するピストン４
を備え、シリンダボア３内のピストン４の上部空間は、
主燃焼室５を形成している。シリンダボア３には、吸気
通路６および排気通路７が接続され、排気通路７より分
岐し、吸気通路６に連通可能な排気還流通路８および排
気還流通路８を開閉する排気還流バルブ９が、それぞれ
設けられている。シリンダヘッド10内には、吸気通路６
の吸気ポート11を開閉する吸気弁12および排気通路７の
図示しない排気ポートを開閉する図示しない排気弁が、
それぞれ設けられている。シリンダヘッド10内には、ま
た、その軸がピストン４の移動方向に対して斜め方向に
形成された噴孔13を介して主燃焼室５と連通する副燃焼
室14が設けられており、さらに、副燃焼室14内に燃料を
噴射する燃料噴射ノズル15が設けられ、圧縮行程中の空
気を、噴孔13を介して副燃料室14内に導入することによ
り、その内部に、きわめて強度のスワール16を発生さ
せ、これに燃料噴射ノズル15より燃料を噴射して、混合
するとともに、空気を十分に圧縮して着火させて、混合
気を燃焼させ、さらに、主燃焼室５内で混合気の燃焼を
完成させるように構成されている。さらに、シリンダヘ
ッド10内には、始動時あるいは冷間時などに副燃焼室14
内に混合気に点火をおこなうグロープラグ17およびディ
ーゼルエンジン１を冷却するためのウォータジャケット
18が設けられている。

排気還流バルブ９は、ダイアフラム20によって、負圧
室21とバルブ側室22とに分割され、負圧室21内には、ダ
イアフラム20を、排気還流バルブ９が排気還流通路８を
閉じる方向に常時付勢しているスプリング23が設けられ
ている。負圧室21は、負圧通路24が接続されており、負
圧通路24の上流には、負圧通路24の下流側を真空ポンプ
26および大気と選択的に接続する三方ソレノイドバルブ
25が設けられ、三方ソレノイドバルブ25の下流側には、
負圧通路24の通路面積を変化させる負圧通路絞りバルブ
27が設けられている。

30はコントロールユニットであり、図示しないアクセ
ルペダルの踏み込み量またはアクセルペダルの踏み込み
量に連動する図示しない燃料噴射ポンプの燃料噴射レバ
ーの開度に基づき、エンジン負荷を検出する図示しない
エンジン負荷センサよりのエンジン負荷検出信号、図示
しないエンジン回転数センサよりのエンジン回転数検出
信号および図示しないエンジン冷却水温度センサよりの
エンジン冷却水温度センサ検出信号が、それぞれ入力さ
れている。

コントロールユニット30には、第２図に示されるよう
な排気還流制御マップが予め記憶されており、コントロ
ールユニット30は、これらのエンジン負荷検出信号、エ
ンジン回転数検出信号およびエンジン冷却水温度センサ
検出信号に基づいて、エンジン冷却水温度が所定値以上
の運転領域で、排気還流をおこなうべき運転領域か否か
を判定して、排気還流オン信号または排気還流オフ信号
を、三方ソレノイドバルブ25に出力する。他方、コント
ロールユニット30は、エンジン負荷検出信号に基づき、
エンジン回転数が所定値以上の高エンジン回転数運転領
域にあると判定したときは、負圧通路絞りオン信号を負
圧通路絞りバルブ27に出力し、エンジン回転数が所定値
未満と判定したときは、負圧通路絞りオフ信号を負圧通
路絞りバルブ27に出力する。

三方ソレノイドバルブ25は、コントロールユニット30
から排気還流オン信号を受けたときは、負圧通路24の下
流側を真空ポンプ26に接続し、その結果、負圧室21に
は、真空ポンプ26より負圧が導入され、スプリング23の
付勢力に打ち勝って、ダイアフラム20を上方に押上げ
て、排気還流バルブ９は、排気還流通路８を開き、排気
還流がなされる。これに対して、コントロールユニット
30から排気還流オフ信号を受けたときは、三方ソレノイ
ドバルブ25は、負圧通路24の下流側を大気に接続し、そ
の結果、負圧室21には、大気圧が導入されるので、スプ
リング23の付勢力により、排気還流バルブ９は、排気還
流通路８を閉じ、排気還流はおこなわれない。

一方、負圧通路絞りバルブ27は、コントロールユニッ
ト30から、負圧通路絞りオン信号を受けたときは、負圧
通路24の通路面積を所定値まで絞り、負圧通路絞りオフ
信号を受けたときは、負圧通路24の通路面積が全開にな
るように制御する。

その結果、エンジン回転数が所定値以上の高エンジン
回転数運転領域にあるときには、負圧通路24の通路面積
は、負圧通路絞りバルブ27によって、所定値まで絞られ
ているので、コントロールユニット30から三方ソレノイ
ドバルブ25に出力される信号が、排気還流オン信号から
排気還流オフ信号に変化し、三方ソレノイドバルブ25
が、負圧通路24の下流側を真空ポンプ26に接続された状
態から大気に接続された状態に変化させても、また、コ
ントロールユニット30から三方ソレノイドバルブ25に出
力される信号が、排気還流オフ信号から排気還流オン信
号に変化し、三方ソレノイドバルブ25が、負圧通路24の
下流側を大気に接続された状態から真空ポンプ26に接続
された状態に変化させても、負圧室21内の圧力変化は徐
々にしか生じず、したがって、排気還流バルブ９による
排気還流通路８の開閉速度は小さく、徐々に排気還流が
中断あるいは再開されるから、排気還流が中断あるいは
再開されることによるトルクショックを防止することが
でき、走行フィーリングを良好に保ことが可能になる。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく特許請
求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能
であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであ
ることはいうまでもない。

たとえば、前記実施例においては、副燃焼室型ディー
ゼルエンジンの例が示され、副燃焼室14を設け、この副
燃焼室14によりスワール16を形成しているが、本発明
は、空気が主燃焼室５の円周方向に沿って導入されるよ
うに、吸気通路６を形成することによって、スワール16
を形成するようにした直噴型ディーゼルエンジンにも適
用し得るものであることはいうまでもない。

また、本発明において、開閉速度制御手段および開閉
速度制御手段は、必ずしも物理的手段を意味するもので
はなく、それぞれの手段の機能がソフト的に実現される
場合も本発明は包含し、さらには、それぞれの手段の機
能が一つの物理的手段によって実現される場合も、それ
ぞれの手段または一方の手段の機能が２以上の物理的手
段により実現される場合も本発明は包含している。

発明の効果 本発明によれば、スワールを生成すると燃焼室と、排
気還流通路と、該排気還流通路を開閉する排気還流バル
ブとを備えたディーゼルエンジンの排気還流制御装置に
おいて、高エンジン負荷運転領域におけるエミッション
の改善を図るとともにスモークの発生を抑制しつつ、ト
ルクショックを防止することができ、走行フィーリング
を大幅に改善し得るディーゼルエンジンの排気還流制御
装置を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、低エンジン回転数運転領域におけるス
モークと燃料噴射量との関係を示すグラフであり、第１
図（ｂ）は、高エンジン回転数運転領域におけるスモー
クと燃料噴射量との関係を示すグラフである。第２図
は、排気還流をおこなう運転領域と、エンジ負荷および
エンジン回転数との関係を示すグラフである。第３図
（ａ）は、低エンジン回転数運転領域におけるトルクと
燃料噴射量との関係を示すグラフであり、第３図（ｂ）
は、高エンジン回転数運転領域におけるトルクと燃料噴
射量との関係を示すグラフである。第４図は、本発明の
実施例にかかる排気還流制御装置を含むディーゼルエン
ジンの全体概略図である。 １……ディーゼルエンジン、 ２……シリンダ、３……シリンダボア、 ４……ピストン、５……主燃焼室、 ６……吸気通路、７……排気通路、 ８……排気還流通路、９……排気還流バルブ、 10……シリンダヘッド、11……吸気ポート、 12……吸気弁、13……噴孔、 14……副燃焼室、15……燃料噴射ノズル、 16……スワール、17……グロープラグ、 18……ウォータジャケット、 20……ダイアフラム、21……負圧室、 22……バルブ側室、23……スプリング、 24……負圧通路、 25……三方ソレノイドバルブ、 26……真空ポンプ、 27……負圧通路絞りバルブ、 30……コントロールユニット。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スワールを生成する燃焼室と、排気還流通
   路と、該排気還流通を開閉する排気還流バルブとを備え
   たディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、高
   エンジン負荷運転領域において、エンジン回転数に応じ
   て、前記排気還流バルブの開閉速度を制御する開閉速度
   制御手段と、エンジン回転数が所定値以上のときに、前
   記開閉速度制御手段に低速閉作動信号を出力して、前記
   排気還流バルブの閉じる速度を小さく制御するととも
   に、エンジン回転数が所定値未満のときに、前記開閉速
   度制御手段に高速閉作動信号を出力して、前記排気還流
   バルブの閉じる速度を大きく制御する開閉速度信号出力
   制御手段とを設けたことを特徴とするディーゼルエンジ
   ンの排気還流制御装置。
2. 【請求項２】前記排気還流バルブの開閉速度が、前記排
   気還流バルブに加わる流体の圧力にしたがって、変化
   し、前記開閉速度制御手段が、前記排気還流バルブの開
   閉速度を、前記流体が流れる通路面積を変化させること
   によって、制御するように構成されたことを特徴とする
   請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装
   置。