JP3717311B2 - エンジンの排ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排ガスの一部を排気系から取出し、吸気系に再循環させてＮＯｘを低減するエンジンの排ガス再循環装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の排ガス再循環装置として、エンジンの排気管から分岐して吸気管に接続されたＥＧＲパイプにＥＧＲバルブが設けられ、ＥＧＲバルブに圧力ラインを介して圧力源が接続され、圧力ラインに設けられた電磁弁よりＥＧＲバルブが開閉されるように構成されたＥＧＲ制御装置が知られている（特開平８−２４０１５５）。この装置には、エンジンの回転速度を検出する回転センサと、エンジンの燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧をエンジンの負荷として検出する負荷センサと、両センサの検出出力に基づいて電磁弁を制御するコントローラとが備えられる。
【０００３】
図３に示すように、この装置では回転センサがエンジンのアイドル回転速度より高い所定の第１回転速度と第１回転速度より高くエンジンの最高回転速度より低い所定の第２回転速度との間の回転速度を検出し、かつ負荷センサが無負荷ラック電圧より低い所定の第１電圧と無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第２電圧との間を検出するとき、即ち、図の斜線部分のエンジン状態を回転センサ及び負荷センサが検出したときにＥＧＲバルブが開放されるようにコントローラは電磁弁を制御する。ＥＧＲバルブが開放されと排気管の排ガスがＥＧＲ通路を介して吸気管に供給されるので、エンジンの燃焼室内での燃焼ガスの温度が低くなって窒素と酸素との反応が抑制され、ＮＯｘの排出を低減できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のＥＧＲ制御装置では、発進時又は急加速時においてＮＯｘの排出を実質的に低減できない無用のＥＧＲバルブの動作がある。即ち、発進時又は急加速時にはアクセルペダルの踏込みにより図３の破線矢印ｆのように負荷ラック電圧に沿って回転速度が上昇し、最高回転速度付近でクラッチペダルを踏込むとともにアクセルペダルの踏込みを緩める。これにより、最高回転付近で破線矢印ｇで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下した後、回転速度が破線矢印ｈで示すように無負荷ラック電圧に沿って低下する。回転速度が低下した状態で、運転者はギヤチェンジを行いクラッチペダルを離すとともに、再びアクセルを踏込み車両を加速させる。この一連の加速動作において回転速度が無負荷ラック電圧に沿って低下する破線矢印ｈで示す状態は約１秒程度の僅かな時間であるが、この僅かな時間であっても図の斜線部分のエンジン状態を回転センサ及び負荷センサが検出すると、コントローラは一瞬ＥＧＲバルブが開放されるように電磁弁を制御する。このコントローラの１秒程度の電磁弁の制御は無用のＥＧＲバルブの動作であり、ＮＯｘの排出を実質的に低減できないものである。
【０００５】
この不具合を解消するために、図４に示すように、所定の第１電圧を無負荷ラック電圧と略同一にして回転速度が無負荷ラック電圧に沿って低下する際にコントローラによる電磁弁の制御を回避することも考えられるが、所定の第１電圧を無負荷ラック電圧と略同一にすると、車両の通常走行状態におけるＥＧＲバルブが開放されているいわゆる中負荷状態から、エンジンブレーキにより車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めたときに無用のＥＧＲバルブの動作を生じる不具合がある。即ち、中負荷状態からアクセルペダルを緩めると、図４の矢印ｊで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下して車速が僅かに低下した後再びアクセルを踏込むことによりラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置から再び上昇して中負荷状態に戻る。このアクセルを緩めた後再び踏込むまでの時間は一般的に僅かな時間であるけれども、この僅かな時間であっても図の斜線部分以外のエンジン状態を回転センサ及び負荷センサが検出すると、コントローラは一瞬ＥＧＲバルブを閉止するように電磁弁を制御する。このコントローラの電磁弁の制御は無用のＥＧＲバルブの動作であり、作動頻度が上昇してＥＧＲバルブの寿命を短くする不具合がある。
本発明の目的は、無用のＥＧＲバルブの動作を無くしてＥＧＲバルブの信頼性を向上しうるエンジンの排ガス再循環装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気管１６と吸気管１３とに接続されたＥＧＲ通路１８に設けられこの通路１８を開閉可能なＥＧＲバルブ１９と、ＥＧＲバルブ１９を作動させるアクチュエータ２３と、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ３６と、エンジン１１の燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧をエンジンの負荷として検出する負荷センサ３７と、両センサ３６，３７の検出出力に基づいてアクチュエータ２３を制御するコントローラ２４とを備え、図１に示すように、回転センサ３６がエンジン１１のアイドル回転速度より高い所定の第１回転速度と第１回転速度より高くエンジンの最高回転速度より低い所定の第２回転速度との間の回転速度を検出し、かつ負荷センサ３７が無負荷ラック電圧より低い所定の第１電圧と無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第２電圧との間を検出するときコントローラ２４がＥＧＲバルブ１９によりＥＧＲ通路１８を開放するようにアクチュエータ２３を制御するエンジンの排ガス再循環装置の改良である。
その特徴ある構成は、所定の第１電圧より高く無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値と設定し、負荷センサ３７がしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ２４はしきい値以下になる直前のＥＧＲバルブ１９の作動状態を維持するようにアクチュエータ２３を制御するところにある。
【０００７】
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス再循環装置では、発進時又は急加速時において、運転者がギヤをチェンジするために、クラッチペダルを踏込むとともにアクセルペダルの踏込みを緩めると、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下した後、回転速度が無負荷ラック電圧に沿って低下する。回転センサ３６は所定の第１回転速度と所定の第２回転速度との間の回転速度を検出するが、同時に負荷センサ３７はしきい値以下のラック電圧を検出するので、負荷センサ３７がしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ２４はＥＧＲバルブ１９の作動状態、即ち、ＥＧＲバルブ１９を閉止した状態を維持するようにアクチュエータ２３を制御し、コントローラ２４は無用のＥＧＲバルブ１９の動作を回避する。
【０００８】
一方、通常走行状態からエンジンブレーキにより車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めると、図１の矢印ｄで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下するが、同時に負荷センサ３７はしきい値以下のラック電圧を検出し、負荷センサ３７がしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ２４はＥＧＲバルブ１９の作動状態を維持するので、アクセルを踏込むことによりラック電圧が再び上昇するまでの間、コントローラ２４はＥＧＲバルブ１９を開放した状態を維持するようにアクチュエータ２３を制御し、コントローラ２４は無用のＥＧＲバルブ１９の動作を回避する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２を介して吸気管１３が接続され、排気ポートには排気マニホルド１４を介して排気管１６が接続される。排気管１６と吸気管１３との間には排ガス再循環装置１７が設けられる。この排ガス再循環装置１７は、一端が排気管１６に接続され他端が吸気管１３に接続されたＥＧＲ通路１８と、このＥＧＲ通路１８に設けられたＥＧＲバルブ１９と、一端がＥＧＲバルブ１９に接続され他端が圧縮流体源であるエアタンク２１に接続された制御流体通路２２と、この制御流体通路２２に設けられＥＧＲバルブを作動させるアクチュエータである電磁弁２３と、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ３６と、エンジン１１の図示しない燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧をエンジンの負荷として検出する負荷センサ３７と、両センサ３６，３７の検出出力に基づいて電磁弁２３を制御するコントローラ２４とを備える。
【００１０】
ＥＧＲ通路１８は排気管１６及び吸気管１３にエンジン１１をバイパスして接続され、このＥＧＲ通路１８は途中にＥＧＲバルブ１９を設けることにより排気管１６側の第１排ガス通路１８ａ及び吸気管１３側の第２排ガス通路１８ｂに分割される。ＥＧＲバルブ１９はエアタンク２１からの圧縮空気の圧力により駆動され、ＥＧＲ通路１８を開閉するように構成される。このＥＧＲバルブ１９は、第１及び第２排ガス通路１８ａ，１８ｂがそれぞれ接続され内部に弁体２６を収容可能な円錐台状の空洞２７ａを有する弁体用ケース２７と、この弁体用ケース２７に取付けられ内部に圧縮空気を導入可能な円柱状の空洞２８ａを有する空気導入用ケース２８とを備える。
【００１１】
弁体用ケース２７には同一孔芯上に第１及び第２排ガス用孔２７ｂ，２７ｃがそれぞれ形成され、これらの孔２７ｂ，２７ｃの一端には上記第１及び第２排ガス通路１８ａ，１８ｂがそれぞれ接続される。また第１及び第２排ガス用孔２７ｂ，２７ｃの他端は円錐台状の空洞２７ａのテーパ面からこの空洞２７ａに臨み、これにより第１及び第２排ガス用孔２７ｂ，２７ｃは円錐台状の空洞２７ａに連通する。弁体２６は円錐台状の空洞２７ａに対応する円錐台状に形成され、第１及び第２排ガス用孔２７ｂ，２７ｃを上記空洞２７ａを介して連通可能に閉止する。また弁体２６の基端にはロッド２９を介してピストン３１が一体的に設けられる。ロッド２９は滑り軸受３２により摺動可能に保持され、ピストン３１は円柱状の空洞２８ａに摺動可能に収容される。ピストン３１は円柱状の空洞２８ａに収容された圧縮コイルばね３３の弾性力により弁体用ケース２７から離れる方向に付勢され、これにより弁体２６も第１及び第２排ガス用孔２７ｂ，２７ｃを閉止する方向に付勢される。また空気導入用ケース２８にはピストン３１の頂面に対向して圧縮空気用孔２８ｂが形成される。図中符号３４は滑り軸受３２に隣接して設けられたシール部材であり、符号２８ｃは空気導入用ケース２８に形成された呼吸孔である。
【００１２】
制御流体通路２２の一端は上記空気導入用ケース２８に形成された圧縮空気用孔２８ｂに接続され、この通路２２の途中に電磁弁２３を設けることにより制御流体通路２２はエアタンク２１側の第１空気通路２２ａ及びＥＧＲバルブ１９側の第２空気通路２２ｂに分割される。また電磁弁２３は３方２位置切換えの電磁弁であり、第１空気通路２２ａが接続された第１ポート２３ａと、第２空気通路２２ｂが接続された第２ポート２３ｂと、第３ポート２３ｃとを有する。この電磁弁２３をオンすると第１及び第２ポート２３ａ，２３ｂが連通してエアタンク２１の圧縮空気がＥＧＲバルブ１９に供給され、オフすると第２ポート２３ｂ及び第３ポート２３ｃが連通してＥＧＲバルブ１９に供給された圧縮空気が第３ポート２３ｃから大気に排出されるように構成される。
【００１３】
エンジン１１の回転速度は回転センサ３６により検出され、エンジン１１の負荷は負荷センサ３７により検出される。コントローラ２４の制御入力には回転センサ３６及び負荷センサ３７の検出出力が接続され、コントローラ２４の制御出力は図示しない駆動回路を介して電磁弁２３に接続される。またコントローラ２４には図示しないメモリが設けられ、このメモリにはエンジン１１の回転速度及び負荷の変化によって電磁弁２３をオンオフする時期がマップとして記憶される。
【００１４】
具体的に、マップには図１に示すように、エンジン１１のアイドル回転速度より高い所定の第１回転速度と、この第１回転速度より高くエンジン１１の最高回転速度より低い所定の第２回転速度と、無負荷ラック電圧より低い所定の第１電圧と、無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第２電圧とが記憶される。回転センサが所定の第１回転速度と所定の第２回転速度との間の回転速度を検出し、かつ負荷センサが所定の第１電圧と所定の第２電圧との間を検出するとき、即ち、図１の斜線部分のエンジン状態のときにＥＧＲバルブが開放されるようにコントローラは電磁弁を制御するように構成される。
また、マップには所定の第１電圧より高く無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値として記憶され、負荷センサがこのしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラはしきい値以下になる直前のＥＧＲバルブの作動状態を維持するように電磁弁を制御するように構成される。
【００１５】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置の動作を説明する。
トラックを発進させるため又は加速するためにアクセルペダル（図示せず）を急激に踏込むと、エンジン状態はアクセルペダルの踏込みにより図１の破線矢印ａのように負荷ラック電圧に沿って回転速度が上昇し、図２に示すコントローラ２４は各センサ３６，３７の検出出力及びメモリのマップを比較演算して電磁弁２３をオフする。これにより第２ポート２３ｂと第３ポート２３ｃとは連通し、ＥＧＲバルブ１９に供給された圧縮空気が第２空気通路２２ｂは大気に排出され、ＥＧＲバルブ１９の弁体２６は圧縮コイルばね３３の弾性力により第１及び第２排ガス用孔２７ｂ，２７ｃを遮断するので、比較的多量の空気を必要とするエンジン１１の吸気管１３への排ガスの流入を停止する。これにより、発進又は加速時のエンジン１１のＥＧＲによる空気不足が解消されるので、エンジン１１からの黒煙の排出を低減できる。
【００１６】
アクセルペダルの踏込みにより所定量回転速度が上昇すると運転者はギヤをチェンジするために、最高回転速度付近でクラッチペダルを踏込むとともにアクセルペダルの踏込みを緩める。このため、最高回転付近で図１の破線矢印ｂで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下した後、回転速度が破線矢印ｃで示すように無負荷ラック電圧に沿って低下する。この時、回転センサ３６は所定の第１回転速度と所定の第２回転速度との間の回転速度を検出するが、同時に負荷センサ３７はしきい値以下のラック電圧を検出するので、負荷センサがしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラ２４はＥＧＲバルブ１９の作動状態、即ち、電磁弁２３をオフ状態に維持してエンジン１１の吸気管１３への排ガスの流入を停止する。
【００１７】
回転速度が低下した状態で、運転者はギヤチェンジを行いクラッチペダルを離すとともに、再びアクセルを踏込み車両を加速させる。この時は既に回転センサ３６が所定の第１回転速度より低い回転速度を検出するので、ラック電圧がしきい値より低い位置から再び上昇してもコントローラ２４は各センサ３６，３７の検出出力及びメモリのマップを比較演算して電磁弁２３をオフしてエンジン１１の吸気管１３への排ガスの流入を停止し、コントローラ２４の無用の電磁弁の制御が禁止される。
【００１８】
トラックが発進加速した後に平地を一定速度で走行するときは、エンジン１１は比較的軽負荷であるので、コントローラ２４は回転センサ３６及び負荷センサ３７の各検出出力とメモリ（図示せず）に記憶されたマップとを比較演算して電磁弁２３をオンする。これにより電磁弁２３の第１及び第２ポート２３ａ，２３ｂが連通し、エアタンク２１の圧縮空気が制御流体通路２２を介してＥＧＲバルブ１９の円柱状の空洞２８ａに導入されるので、ピストン３１がロッド２９及び弁体２６とともに圧縮コイルばね３３の弾性力に抗して実線矢印の方向に移動し、弁体２６は二点鎖線矢印で示す位置に至る。この結果、第１及び第２排ガス用孔２７ｂ，２７ｃが円錐台状の空洞２７ａを介して連通し、排気管１６の排ガスがＥＧＲ通路１８を介して吸気管１３に供給されるので、エンジン１１の燃焼室内での燃焼ガスの温度が低くなって窒素と酸素との反応が抑制され、ＮＯｘの排出を低減できる。
【００１９】
この平地を一定速度で走行する通常走行状態Ｄからエンジンブレーキにより車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めると、図１の矢印ｄで示すように、ラック電圧は無負荷ラック電圧より低い位置まで低下するが、同時に負荷センサ３７はしきい値以下のラック電圧を検出し、負荷センサ３７がしきい値以下のラック電圧を検出している間コントローラ２４はしきい値以下になる直前のＥＧＲバルブ１９の作動状態を維持するので、車速が僅かに低下した後再びアクセルを踏込むことによりラック電圧がしきい値より低い位置から再び上昇して中負荷状態に戻るまでの間、コントローラ２４はＥＧＲバルブ１９を開放した状態を維持するように電磁弁２３を制御し、コントローラ２４は無用のＥＧＲバルブ１９の動作を回避する。
【００２０】
なお、上記実施の形態では、圧縮流体として圧縮空気を挙げたが、その他の圧縮流体でもよい。
また、上記実施の形態では、エンジンをトラックに搭載したが、エンジンを乗用車、産業機械、建設機械又は船等に搭載してもよい。
更に、上記実施の形態では、自然給気エンジンに本発明の排ガス再循環装置を適用したが、ターボチャージャ付エンジン又はスーパチャージャ付エンジンに本発明の排ガス再循環装置を適用してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、所定の第１電圧より高く無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値と設定し、負荷センサがしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラはしきい値以下になる直前のＥＧＲバルブの作動状態を維持するようにアクチュエータを制御するので、発進時又は急加速時において、運転者がギヤをチェンジするためにアクセルペダルの踏込みを緩めることにより従来生じていたＮＯｘの排出を実質的に低減できない無用のＥＧＲバルブの動作を無くすことができる。
また、負荷センサがしきい値以下のラック電圧を検出している間、コントローラはしきい値以下になる直前のＥＧＲバルブの作動状態を維持するようにしたので、通常走行状態から車速を僅かに減速するためにアクセルペダルを緩めてエンジンブレーキをきかせても、負荷センサはしきい値以下のラック電圧を検出して再びアクセルを踏込むことによりラック電圧がしきい値より低い位置から再び上昇するまでの間にコントローラがアクチュエータを制御することもない。この結果、無用のＥＧＲバルブの動作を無くしてＥＧＲバルブの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス再循環装置のエンジン状態との関係における動作範囲を示す図。
【図２】その排ガス再循環装置の構成図。
【図３】従来の排ガス再循環装置の動作範囲を示す図１に対応する図。
【図４】従来の排ガス再循環装置の別の動作範囲を示す図１に対応する図。
【符号の説明】
１１ エンジン
１３ 吸気管
１６ 排気管
１８ ＥＧＲ通路
１９ ＥＧＲバルブ
２３ アクチュエータ（電磁弁）
２４ コントローラ
３６ 回転センサ
３７ 負荷センサ

Claims (1)

1. ディーゼルエンジン(11)の排気管(16)と吸気管(13)とに接続されたＥＧＲ通路(18)に設けられこの通路(18)を開閉可能なＥＧＲバルブ(19)と、前記ＥＧＲバルブ(19)を作動させるアクチュエータ(23)と、前記エンジン(11)の回転速度を検出する回転センサ(36)と、前記エンジン(11)の燃料噴射ポンプのコントロールラックの位置に応じたラック電圧を前記エンジンの負荷として検出する負荷センサ(37)と、前記両センサ(36,37)の検出出力に基づいて前記アクチュエータ(23)を制御するコントローラ(24)とを備え、
   前記回転センサ(36)が前記エンジン(11)のアイドル回転速度より高い所定の第１回転速度と前記第１回転速度より高く前記エンジンの最高回転速度より低い所定の第２回転速度との間の回転速度を検出し、かつ前記負荷センサ(37)が無負荷ラック電圧より低い所定の第１電圧と前記無負荷ラック電圧より高くフルラック電圧より低い所定の第２電圧との間を検出するとき前記コントローラ(24)が前記ＥＧＲバルブ(19)により前記ＥＧＲ通路(18)を開放するように前記アクチュエータ(23)を制御するエンジンの排ガス再循環装置において、
   前記所定の第１電圧より高く前記無負荷ラック電圧より低い電圧をラック電圧しきい値と設定し、前記負荷センサ(37)が前記しきい値以下のラック電圧を検出している間、前記コントローラ(24)は前記しきい値以下になる直前のＥＧＲバルブ(19)の作動状態を維持するように前記アクチュエータ(23)を制御することを特徴とするエンジンの排ガス再循環装置。

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