JP3850017B2 - Egr装置 - Google Patents
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- F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャを搭載したエンジンに適用される高圧ループのEGR装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりディーゼル機関などのエンジンにおいては、排気ガスでタービンを駆動し且つ該タービンの駆動によりコンプレッサを駆動して正規の量以上の空気をエンジンに供給することによりエンジン出力を向上するターボチャージャを搭載したものがある。
【0003】
そして、この種のターボチャージャを搭載したエンジンに関し、タービンより上流の排気通路から排気ガスの一部を抜き出してコンプレッサより下流の吸気通路へと戻し、その吸気通路に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減するようにした高圧ループのEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)装置を装備することが検討されている。
【0004】
このようにした場合、エンジンの総吸入ガス量のうちの何割かが、吸気側に再循環される排気ガスにより賄われるため、該排気ガスの合流箇所より上流のコンプレッサに取り込まれる吸入空気量が少なくて済むことになり、ターボチャージャの容量が出力レンジに対し比較的小さめの設定でマッチングすることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、トラックやバスなどの大型車輌では、もともと車輌重量が大きい上に積載荷重が加わり、減速時に慣性力が大きく作用して常用ブレーキ装置にかかる負担が大きくなるため、圧縮圧開放型エンジンブレーキ(エンジンの圧縮上死点付近で排気弁を強制的に開作動して圧縮圧力を開放することにより次の膨張行程におけるピストンを押し下げる力の発生を少なくして圧縮行程で得た制動力を有効に作用させるようにした制動機構)を補助的に装備したものがあり、このような車両のエンジンに、前述した如き高圧ループのEGR装置を適用した場合を想定すると、圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動時にターボチャージャのコンプレッサにチョークやオーバーランが起こることが懸念された。
【0006】
つまり、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時は、アクセルオフの非燃焼状態となっていて排気ガスの再循環を行う必要がないため、排気ガスを吸気側へ再循環させるEGRパイプ途中のEGRバルブを全閉とする制御を行うのが通常であるが、このように圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動時にEGRバルブを全閉としてEGRガス(圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が再循環されることになる)を零にしてしまうと、エンジンの総吸入ガス量の全てを吸入新気で賄わなければならなくなり、排気ガスの再循環を前提として比較的小さめの容量としてあるターボチャージャのコンプレッサに取り込まれる吸入空気量が容量を超えて過剰に増加し、該コンプレッサがチョークやオーバーランを起こし易くなってしまうのである。
【0007】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にターボチャージャのコンプレッサにチョークやオーバーランが起こらないようにした高圧ループのEGR装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路と前記ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路との間をEGRパイプにより接続し、該EGRパイプを通し排気ガスの一部を排気側から吸気側へ再循環するようにしたEGR装置であって、前記EGRパイプの途中に開度調整可能なEGRバルブを設け、該EGRバルブに対し排気ガスの再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時でも適宜な開度の開状態が維持されるよう開度指令を出力する制御装置を備えると共に、ターボチャージャとしてバリアブルジオメトリーターボチャージャを採用し、該バリアブルジオメトリーターボチャージャに対し圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービンのノズルベーン開度の拡張を指示する開度指令を出力し得るよう前記制御装置を構成したことを特徴とするものである。
【0009】
而して、このようにすれば、排気ガスの再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にも、制御装置からの開度指令によりEGRバルブが適宜な開度で開いてEGRガス(圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が再循環されることになる)の適宜な再循環量が確保されるので、エンジンの総吸入ガス量の全てを吸入新気で賄う必要がなくなり、これによって、ターボチャージャのコンプレッサに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加が回避される結果、該コンプレッサのチョークやオーバーランが未然に防止される。
【0011】
また、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時に制御装置からの開度指令によりバリアブルジオメトリーターボチャージャにおけるタービンのノズルベーン開度が拡張される結果、タービンにおける作動ガス(圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が作動ガスとなる)の旋速が下がり、これによりタービンの回転数が下がってコンプレッサ側における吸入空気量が抑制されるので、該コンプレッサのチョークやオーバーランが一層確実に防止されることになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0013】
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1に示しているディーゼル機関を成すエンジン1は、ターボチャージャとして容量可変式のバリアブルジオメトリーターボチャージャ2を搭載しており、図示しないエアクリーナから導いた吸気3を吸気通路4を通し前記バリアブルジオメトリーターボチャージャ2のコンプレッサ2aへ導いて加圧し、その加圧された吸気3を図示しないターボインタークーラを介しエンジン1の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【0014】
また、このエンジン1の各気筒から排出された排気ガス5を排気通路6を通して前記バリアブルジオメトリーターボチャージャ2のタービン2bへ送り、該タービン2bを駆動した排気ガス5を車外へ排出するようにしてある。
【0015】
そして、タービン2b上流の排気通路6の適宜位置と、コンプレッサ2a下流の吸気通路4の適宜位置との間がEGRパイプ7により接続され、排気通路6側から排気ガス5の一部を抜き出して吸気通路4側に導き得るようにしてあり、また、このEGRパイプ7には、排気ガス5の再循環量を適宜に調節し得るよう開度調整可能なEGRバルブ8が装備されている。
【0016】
ここで、前記EGRバルブ8は、アクチュエータ9により開度調整されるようになっているが、このアクチュエータ9は、エンジン制御コンピュータ10(ECU:Electronic Control Unit:制御装置)からの開度指令信号11(開度指令)を受けて制御されるようになっている。
【0017】
他方、エンジン制御コンピュータ10においては、エンジン1の回転数を検出する回転センサ12からの回転数信号13と、エンジン1の負荷を検出するアクセルセンサ14からのアクセル開度信号15とが夫々入力されるようになっており、これら回転数信号13とアクセル開度信号15により判断される現在のエンジン1の回転数と負荷とに基づき、制御マップ(回転数と負荷とによる二次元マップ)にて運転状態に応じた最適な排気ガス5の再循環量が得られるよう開度指令信号11を決定するようにしてある。
【0018】
ただし、前記エンジン制御コンピュータ10には、運転席のリターダスイッチ16からのオン信号17も入力されるようになっており、このオン信号17と前記アクセル開度信号15(アクセルオフの検知)とに基づき圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動を検知した際には、排気ガス5の再循環が不必要であっても、EGRバルブ8を全閉とせずに適宜な開度の開状態が維持されるような開度指令信号11が出力されるようにしてある。
【0019】
尚、エンジン1に再循環する排気ガス5をEGRパイプ7の途中で冷却すると、排気ガス5の温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジン1の出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的にNOxの発生を低減させることができるので、EGRパイプ7の途中に水冷式のEGRクーラを適宜に装備させるようにしても良い。
【0020】
また、従来より周知である如く、前記バリアブルジオメトリーターボチャージャ2は、タービン2bのノズルベーン2cをアクチュエータ18により傾動して前記ノズルベーン2cの開度を調整し得るようになっており、例えば、ノズルベーン2cの開度を大きく開くと、タービン2bにおける排気ガス5の旋速が下がり、これによりタービン2bの回転数が下がってコンプレッサ2a側における吸気3の吸入量(吸入空気量)が減少し、これとは逆に、ノズルベーン2cの開度を絞ると、タービン2bにおける排気ガス5の旋速が上がり、これによりタービン2bの回転数が上がってコンプレッサ2a側における吸気3の吸入量が増加するようになっていて、タービン2bの駆動力が弱いために吸気3を取り込み難い低速運転領域と、タービン2bが回りすぎて吸気3が過剰に取り込まれる虞れのある高速運転領域とでターボチャージャの容量を適宜に変更して低速重視の過給特性と高速重視の過給特性とを使い分けできるようにしてある。
【0021】
ここで、前記アクチュエータ18は、エンジン制御コンピュータ10からの開度指令信号19(開度指令)を受けて制御されるようになっており、前記エンジン制御コンピュータ10においては、前記回転数信号13とアクセル開度信号15により判断される現在の運転状態に基づき、制御マップ(回転数と負荷とによる二次元マップ)にて運転状態に応じた最適な過給特性が得られるよう開度指令信号19を決定するようにしてある。
【0022】
ただし、リターダスイッチ16からのオン信号17と、アクセルセンサ14からのアクセル開度信号15(アクセルオフの検知)とに基づき圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動を検知した際には、タービン2bのノズルベーン2cの開度を拡張するよう指示する開度指令信号19が出力されるようにしてある。
【0023】
尚、図中20はシリンダ、21はピストン、22は排気弁、23は吸気弁を夫々示している。
【0024】
而して、このようにすれば、運転席のリターダスイッチ16がオンにされ且つアクセルオフの状態になった時に、エンジン1の圧縮上死点付近で排気弁22を強制的に開作動して圧縮圧力を開放する圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動が成されるものとして、エンジン制御コンピュータ10からEGRバルブ8を全閉とせずに適宜な開度の開状態が維持されるような開度指令信号11が出力される。
【0025】
即ち、排気ガス5の再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にも、エンジン制御コンピュータ10からの開度指令信号11によりEGRバルブ8が適宜な開度で開いてEGRガス(圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が再循環されることになる)の適宜な再循環量が確保されるので、エンジン1の総吸入ガス量の全てを吸入新気で賄う必要がなくなり、これによって、コンプレッサ2aに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加が回避される結果、該コンプレッサ2aのチョークやオーバーランが未然に防止される。
【0026】
特に本形態例においては、ターボチャージャとしてバリアブルジオメトリーターボチャージャ2を採用し、該バリアブルジオメトリーターボチャージャ2に対し圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービン2bのノズルベーン2cの開度の拡張する開度指令信号19が出力されるようにしているので、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時には、タービン2bのノズルベーン2cの開度が拡張されて前記タービン2bにおける作動ガス(圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時はアクセルオフの非燃焼状態にあるので圧縮空気が作動ガスとなる)の旋速が下がり、これによりタービン2bの回転数が下がってコンプレッサ2a側における吸入空気量が抑制されるので、該コンプレッサ2aのチョークやオーバーランが一層確実に防止されることになる。
【0027】
図2はコンプレッサ2aの本形態例による性能曲線A(四段階の回転数について線図で示したもの)と従来の性能曲線A’とを対比したグラフであり、このグラフの縦軸はコンプレッサ2aの入口圧力P1に対する出口圧力P2の比(P2/P1)を示し、このグラフの横軸はコンプレッサ2aの吸入空気量を示している。
【0028】
そして、グラフ中のBで囲んだ部分は、本形態例において、所定の運転条件下での圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にバリアブルジオメトリーターボチャージャ2におけるタービン2bのノズルベーン2cの開度を三段階で拡張して吸入空気量を抑制した時の作動線を示し、グラフ中のB’で囲んだ部分は、従来の場合における同じ運転条件下での同様の作動線を示している。
【0029】
このグラフから判る通り、本形態例のように圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にEGRバルブ8を適宜な開度で開けておくようにすれば、コンプレッサ2aの性能曲線Aが、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にEGRバルブ8を全閉とした場合のコンプレッサ2aの性能曲線A’より起立する傾向となり、バリアブルジオメトリーターボチャージャ2の容量制御により吸入空気量の上限値X(チョークやオーバーランを惹起する限界値)を超えないように保持することが可能となるのに対し、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にEGRバルブ8を全閉とした場合には、同じ運転条件でバリアブルジオメトリーターボチャージャ2を容量制御しても吸入空気量を上限値X内に抑制することが不可能となる。
【0030】
従って、以上に説明した如き形態例によれば、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にEGRバルブ8を適宜な開度で開けておくことにより、バリアブルジオメトリーターボチャージャ2のコンプレッサ2aに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加を回避することができるので、該コンプレッサ2aのチョークやオーバーランを未然に防止することができ、バリアブルジオメトリーターボチャージャ2の健全性を確実に保護することができる。
【0031】
尚、本発明のEGR装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、制御装置をエンジン制御コンピュータと別体で構成しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0032】
【発明の効果】
上記した本発明のEGR装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【0033】
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にEGRバルブを適宜な開度で開けておくことにより、ターボチャージャのコンプレッサに取り込まれる吸入空気量の過剰な増加を回避することができるので、該コンプレッサのチョークやオーバーランを未然に防止することができ、ターボチャージャの健全性を確実に保護することができる。
【0034】
(II)本発明の請求項1に記載の発明によれば、圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービンの回転数を下げてコンプレッサに取り込まれる吸入空気量を抑制することができるので、該コンプレッサのチョークやオーバーランを一層確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図2】コンプレッサの圧力比と吸入空気量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
2 バリアブルジオメトリーターボチャージャ(ターボチャージャ)
2a コンプレッサ
2b タービン
2c ノズルベーン
4 吸気通路
5 排気ガス
6 排気通路
7 EGRパイプ
8 EGRバルブ
10 エンジン制御コンピュータ(制御装置)
11 開度指令信号(開度指令)
19 開度指令信号(開度指令)
Claims (1)
- ターボチャージャのタービンより上流の排気通路と前記ターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路との間をEGRパイプにより接続し、該EGRパイプを通し排気ガスの一部を排気側から吸気側へ再循環するようにしたEGR装置であって、
前記EGRパイプの途中に開度調整可能なEGRバルブを設け、該EGRバルブに対し排気ガスの再循環を行う必要がない圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時でも適宜な開度の開状態が維持されるよう開度指令を出力する制御装置を備えると共に、ターボチャージャとしてバリアブルジオメトリーターボチャージャを採用し、該バリアブルジオメトリーターボチャージャに対し圧縮圧開放型エンジンブレーキ作動時にタービンのノズルベーン開度の拡張を指示する開度指令を出力し得るよう前記制御装置を構成したことを特徴とするEGR装置。
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