JP3010918B2 - 過給機付ディーゼル機関の排気ガス再循環制御装置 - Google Patents

過給機付ディーゼル機関の排気ガス再循環制御装置

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JP3010918B2
JP3010918B2 JP4209931A JP20993192A JP3010918B2 JP 3010918 B2 JP3010918 B2 JP 3010918B2 JP 4209931 A JP4209931 A JP 4209931A JP 20993192 A JP20993192 A JP 20993192A JP 3010918 B2 JP3010918 B2 JP 3010918B2
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、過給機を搭載したディ
ーゼル機関の排気ガス循環装置に関し、特に急減速時に
おけるサージングの発生防止と通常運転時におけるEG
R量の確保を両立するようにした過給機付ディーゼル機
関の排気ガス再循環制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】排気ガスの一部を排気系から取り出し、
適当な温度、時期、流量などの制御をして吸気系へ再循
環させるEGR装置は、NOx低減に有効であることか
らディーゼル機関にも採用されている。ディーゼル機関
は、大気圧の空気を絞ることなくそのまま燃焼室に導入
するので吸入空気量は常に一定であるが、負荷に応じて
吸入空気量を絞ると、圧縮比の低下によって機関振動お
よび機関騒音が低減することが従来から知られている。
【0003】ディーゼル機関の吸気絞り制御に関連する
先行技術として、たとえば特開昭59−5845号公報
が知られている。ここでは、吸気通路の途中が2つに分
岐されており、一方の通路に大径の主吸気絞り弁が設け
られており、他方の通路に小径の副吸気絞り弁が設けら
れている。主吸気絞り弁は、アクセルペダルに連動して
おり、アクセルペダルの踏込み量によってその開度が変
化するようになっている。
【0004】副吸気絞り弁は、コンピュータ制御される
アクチュエータによってたとえば全開、半開、全閉の3
段階に調整される。これは、アイドリング時に吸入空気
量を絞ってエンジン爆発圧力を下げ、振動や騒音を低減
するためと、エンジン停止時に吸入空気を遮断するため
である。また、副吸気絞り弁を半開〜全開制御すること
により、軽負荷域での大量のEGR量を確保し、NOx
を大幅に低減させるような制御も行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、過給機
を搭載したディーゼル機関においては、つぎのような新
たな問題が存在する。過給機付ディーゼル機関において
は、加速動作から急減速動作に移行した際に主吸気絞り
弁の急速な閉弁によって過給気の流れが遮断されるた
め、過給機のコンプレッサ下流の圧力が異常に上昇す
る。これにより、過給気がコンプレッサ側に逆流し、サ
ージ現象による吸気異音が発生するという問題がある。
【0006】サージ現象による吸気異音の発生は、副吸
気絞り弁を特定の運転領域で全開とすることで回避する
ことが可能と考えられるが、その設定領域では常にEG
R量が減少しNOxを十分に低減することができないと
いう問題がある。このように、過給機を搭載したディー
ゼル機関においては、急減速時のサージ現象による異音
発生の低減しつつ、通常運転時におけるEGR量を十分
に確保することが難しい。
【0007】本発明は、通常運転時におけるEGR量を
十分に確保しつつ、急減速時におけるサージ現象による
吸気異音の発生を防止することが可能な過給機付ディー
ゼル機関の排気ガス循環制御装置を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る過給機付ディーゼル機関の排気ガス再循
環制御装置は、過給機から圧送される過給気が通過する
吸気通路の途中を、主吸気通路と該主吸気通路をバイパ
スする副吸気通路とに分岐し、主吸気通路にアクセルペ
ダルと連動する主吸気絞り弁を配置するとともに副吸気
通路にアクチュエータによって駆動される副吸気絞り弁
を配置し、該副吸気絞り弁の開度調整によりEGR量制
御を行う過給機付ディーゼル機関の排気ガス再循環制御
装置であって、前記過給機のコンプレッサ下流でかつ前
記主吸気絞り弁上流過給圧を検知する過給圧検知手段
を設け、該過給圧検知手段により検知された過給圧の変
化割合に基づいて前記コンプレッサ下流の過給気の圧力
が急激に上昇したと判断した場合は優先的に前記副吸気
絞り弁を全開にする旨の指令を出力する開度制御手段を
設けたものから成る。
【0009】
【作用】このように構成された過給機付ディーゼル機関
の排気ガス再循環制御装置においては、開度制御手段に
よって副吸気絞り弁の開度制御が行われる。通常運転時
は、機関の負荷状態等に応じて副吸気絞り弁の開度制御
が行われ、吸入空気量に基づきEGR量が調整される。
【0010】アクセルペダルの急減速動作により主吸気
絞り弁が急速に閉弁すると、過給機のコンプレッサ下流
過給圧が大幅に上昇する。この過給圧は過給圧検知手
段によって検知されており、開度制御手段は過給圧検知
手段からの過給圧の変化割合に基づいて急減速と判断し
た場合は、副吸気絞り弁を全開にする旨の指令をする。
【0011】開度制御手段によって副吸気絞り弁が全開
とされると、主吸気絞り弁の全閉によって大幅に圧力上
昇していたコンプレッサ下流の過給気は、副吸気絞り弁
を介して燃焼室側に流れるので、コンプレッサ下流の圧
力は低下し、過給圧の異常上昇が阻止される。したがっ
て、過給圧の異常上昇によるサージ現象の発生が回避さ
れ、吸気異音の発生が防止される。
【0012】このように、副吸気絞り弁は急減速によっ
てコンプレッサ下流の過給気の圧力が著しく上昇した時
のみ強制的に全開とされるので、通常時の運転状態にお
いてはEGR量を十分に確保することができ、EGR量
の確保と吸気異音の発生防止とを両立させることが可能
となる。
【0013】
【実施例】以下に、本発明に係る過給機付ディーゼル機
関の排気ガス再循環制御装置の望ましい実施例を、図面
を参照して説明する。
【0014】図1ないし図5は、本発明の一実施例を示
しており、とくに機械式タイマによって燃料噴射時期を
設定する場合の構成を示している。図2において、1は
過給機(排気タービン過給機)を示している。燃焼室2
内の排気ガスは、エキゾーストマニホールドによって構
成される排気通路3を介して過給機1のタービン1aに
導かれるようになっている。過給機1のコンプレッサ1
bによって圧送される過給気は、コンプレッサ1b下流
の吸気通路4を介して燃焼室2に導かれるようになって
いる。
【0015】吸気通路4の途中は、主吸気通路4aと、
この主吸気通路4aをバイパスする副吸気通路4bとに
分岐されている。主吸気通路4aの流路断面積は、副吸
気通路4bの流路断面積よりも大となっている。主吸気
通路4aには主吸気絞り弁5が配置されており、副吸気
通路4bには副吸気絞り弁6が配置されている。
【0016】主吸気絞り弁5は、車両のアクセルペダル
7と連動し、アクセルペダル7の踏込み量に応じてその
開度が変化するようになっている。したがって、アクセ
ルペダル7を踏込まない状態では主吸気絞り弁5は全閉
となり、主吸気通路4aは主吸気絞り弁5によって遮断
される。
【0017】副吸気絞り弁6は、ダイヤフラムアクチュ
エータ8によって開閉駆動されるようになっている。ダ
イヤフラムアクチュエータ8のダイヤフラム室8aに
は、バキュームスイッチングバルブ(VSV)9を介し
てバキュームポンプ10からの負圧が導かれるようにな
っている。VSV9は、後述する電子制御装置(EC
U)21からの信号に基づいてデューティ制御され、こ
のデューティ制御によってダイヤフラム室8aの圧力を
変化させることにより、副吸気絞り弁6の開閉制御する
ようになっている。本実施例では、副吸気絞り弁6は
開、閉のいずれかに制御される。
【0018】燃焼室2と主吸気絞り弁5との間に位置す
る吸気通路4の部位と、タービン1a上流の排気通路3
とは、排気ガス再循環通路11によって接続されてい
る。排気ガス再循環通路11には、EGRバルブ12が
設けられている。EGRバルブ12は、排気ガスの圧力
を感知するEGRバキュームモジュレータ(図示略)に
よって制御されており、排気通路3を流れる排気ガスの
一部を排気ガス再循環通路11から吸気通路4を介して
燃焼室2に再流入させる機能を有する。
【0019】過給機1のコンプレッサ1bの下流で主吸
気絞り弁5の上流の吸気通路4には、過給圧を検知する
過給圧検知手段としての圧力センサ15が設けられてい
る。吸気通路4の主吸気通路4a側には、主吸気絞り弁
5の開度からアクセルペダル7の位置を間接的に検知す
るアクセル開度センサ16が設けられている。
【0020】図2の電子制御装置(ECU)21には、
開度制御手段25が形成されている。開度制御手段25
は、ECU21に格納されたプログラムから構成されて
いる。図1に示すように、開度制御手段25には、圧力
センサ15、アクセル開度センサ16、エンジン回転数
センサ17からの信号がそれぞれ入力されている。
【0021】開度制御手段25は、通常運転時にはエン
ジン回転数とアクセル開度に基づいてVSV9を制御
し、副吸気絞り弁6の開度を半開状態に制御するように
なっている。したがって、通常の緩減速時のようにコン
プレッサ1b上流における過給圧の上昇の割合が小さい
時は、図4のマップM1 に基づき副吸気絞り弁6の開度
が半開制御される。
【0022】開度制御手段25は、アクセルペダル7の
急減速動作による主吸気絞り弁5の急速閉弁によりコン
プレッサ1b下流の過給圧(圧力センサ15からの圧力
値)の上昇割合が大(所定値以上)であると判断した場
合は、副吸気絞り弁6を全開とする旨の指令信号をVS
V9に出力するようになっている。したがって、加速状
態からの急減速のようにコンプレッサ1b上流における
過給圧の上昇の割合が大きい時は、図5のマップM2
基づき副吸気絞り弁6の開度が全開制御される。
【0023】このように、従来ではエンジン回転数とア
クセル開度のみによって副吸気絞り弁の開度を制御した
のに対し、本実施例においては過給機1のコンプレッサ
1b上流の過給圧も副吸気絞り弁6の開度制御の条件入
力信号としている。これによって、急減速時を考慮した
EGR量の制御が可能となる。
【0024】なお、本実施例では機械式タイマによって
燃料噴射時期を設定するディーゼル機関について説明し
たが、噴射時期をコンピュータで算出する電子制御式の
場合にも適用される。この場合は、エンジン回転数、燃
料噴射量指令値に圧力センサ15によるコンプレッサ1
b上流の過給圧が入力信号として付加される。
【0025】つぎに、上記の過給機付ディーゼル機関の
排気ガス再循環制御装置における作用について説明す
る。
【0026】図3は、電子制御装置(ECU)21にお
ける副吸気絞り弁6の開度制御の処理手順を示してい
る。図3のステップ51において、所定時間Δt間隔毎
に割り込まれて制御ルーチンの演算が開始され、ステッ
プ52に進んでエンジン回転数が読み込まれる。つぎ
に、ステップ53に進みアクセル開度が読み込まれ、ス
テップ54に進む。
【0027】ステップ54においては、図4のマップM
1 に基づき半開制御域であるか否かが判断される。ここ
で、半開制御域でないと判断された場合は、全開制御と
された後、ステップ58で処理のリターンが行われる。
ステップ54において、半開制御域であると判断された
場合は、ステップ55に進み、圧力センサ15による過
給圧の読み込みと過給圧の変化量が求められる。
【0028】このように、ステップ55では、今回読み
込まれた過給圧P2 前回読み込まれた過給圧P1 との
差を演算し、所定時間Δt当たりの過給圧変化量△P
(すなわち過給圧の変化割合)が算出される。ステップ
55において過給圧変化量△Pが求められると、ステッ
プ56に進み、所定時間Δt当たりの過給圧変化量△P
と基準値Aとの比較が行われる。
【0029】ステップ56において、所定時間Δt当た
りの過給圧変化量△Pが基準値Aを超えていると判断さ
れた場合は、図5のマップM2 に基づいて副吸気絞り弁
6が全開とされる。すなわち、図5のマップM2 の矢印
に示すように、アクセルペダル7の急減速動作によって
主吸気絞り弁5が急速に全閉状態となり、コンプレッサ
1b下流の過給圧が大幅に上昇した際には、開度制御手
段25からVSV9に全開指令信号が出力され、ダイヤ
フラムアクチュエータ8によって副吸気絞り弁6が全開
とされる。
【0030】したがって、主吸気絞り弁5の全閉によっ
て圧力が大幅に上昇していたコンプレッサ1b下流の過
給気は、副吸気絞り弁6を介して燃焼室2側に流れ、コ
ンプレッサ1b下流の圧力が低下し、過給圧の異常上昇
が阻止される。これにより、過給圧の異常上昇によるサ
ージ現象の発生が回避され、吸気異音の発生が防止され
る。
【0031】ステップ56において、所定時間Δt当た
りの過給圧変化量△Pが基準値Aよりも小さいと判断さ
れた場合は、ステップ57に進み、図5のマップM2
基づく副吸気絞り弁6の半開制御が実施される。つま
り、この場合は緩減速とみなされるので、副吸気絞り弁
6の全開制御は行われない。ステップ57における処理
が終了すると、ステップ58に進み、リターンが行われ
る。
【0032】実施例ではコンプレッサ1b下流でかつ
主吸気絞り弁5上流所定時間Δt当たりの過給圧変化
量△Pと基準値Aの比較によって急減速時であるか否か
を判断し、この判断に基づいて副吸気絞り弁6の開度を
制御する構成とした。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、つぎの効果が得られ
る。
【0034】(1)過給機のコンプレッサ下流でかつ主
吸気絞り弁上流過給圧を検知する過給圧検知手段を設
け、この過給圧検知手段で検知された過給圧が急激に上
昇したと判断した場合は優先的に副吸気絞り弁を全開に
する旨の指令を出力する開度制御手段を設けたので、通
常運転時におけるEGR量を十分に確保しつつ、急減速
時におけるサージ現象による吸気異音の発生を防止する
ことができる。
【0035】(2)サージ発生域への突入を確実に防止
することが可能となるので、吸気異音の発生のみならず
過給機のコンプレッサの振動を十分に抑えることがで
き、過給機の耐久信頼性を高めることができる。
【0036】(3)主吸気絞り弁の全閉時の緩減速状態
においては、副吸気絞り弁の半開制御が可能となり、減
速こもり音を低減することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る過給機付ディーゼル機
関の排気ガス再循環制御装置のブロック図である。
【図2】図1に示す過給機付ディーゼル機関の排気ガス
再循環制御装置の概略構成図である。
【図3】図2の装置における副吸気絞り弁の開度制御の
処理手順を示すフローチャートである。
【図4】図2における電子制御装置に格納された通常運
転時の開度制御マップ図である。
【図5】図2における電子制御装置に格納された急減速
時の開度制御マップ図である。
【符号の説明】
1 過給機 1b コンプレッサ 4a 主吸気通路 4b 副吸気通路 5 主吸気絞り弁 6 副吸気絞り弁 7 アクセルペダル 8 ダイヤフラムアクチュエータ 9 バキュームスイッチングバルブ(VSV) 12 EGRバルブ 15 過給圧検知手段としての圧力センサ 16 アクセル開度センサ 17 エンジン回転数センサ 21 電子制御装置(ECU) 25 開度制御手段 M1 通常運転時における開度制御マップ M2 急減速時における開度制御マップ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 過給機から圧送される過給気が通過する
    吸気通路の途中を、主吸気通路と該主吸気通路をバイパ
    スする副吸気通路とに分岐し、主吸気通路にアクセルペ
    ダルと連動する主吸気絞り弁を配置するとともに副吸気
    通路にアクチュエータによって駆動される副吸気絞り弁
    を配置し、該副吸気絞り弁の開度調整によりEGR量制
    御を行う過給機付ディーゼル機関の排気ガス再循環制御
    装置であって、 前記過給機のコンプレッサ下流でかつ前記主吸気絞り弁
    上流過給圧を検知する過給圧検知手段を設け、該過給
    圧検知手段により検知された過給圧の変化割合に基づい
    て前記コンプレッサ下流の過給気の圧力が急激に上昇し
    たと判断した場合は優先的に前記副吸気絞り弁を全開に
    する旨の指令を出力する開度制御手段を設けたことを特
    徴とする過給機付ディーゼル機関の排気ガス再循環制御
    装置。
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