JP4134816B2 - ターボチャージャ付エンジン - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気通路と排気通路との間を連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁とを有するＥＧＲ装置を備えたターボチャージャ付エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減させる装置として、ＥＧＲ装置（排気再循環装置）が一般的に知られている。このＥＧＲ装置は、吸気通路と排気通路との間を連通するＥＧＲ通路と、そのＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁とを備えている。
【０００３】
ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ弁を開いて排気通路内の排気の一部をＥＧＲ通路を介して、吸気通路へと流し、吸気に混合させて燃焼室に導くことで、吸気中の酸素濃度を低下させ、燃焼温度を下げてＮＯｘの排出量を減少させる装置である。
【０００４】
このようなＥＧＲ装置は、ターボチャージャ付エンジンでも使用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１６５０００号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
係るＥＧＲ装置では、通常は車両が減速しているとき、アクセルはオフであり、燃料噴射が行われていないため、ＥＧＲ弁を全閉している。
【０００７】
ところで、ターボチャージャ付エンジンでは、車両が減速しているときに、吸気通路内にブースト圧が残っていることがあり、吸気圧力がターボチャージャのコンプレッサのサージラインを越えてしまうことがある。コンプレッサは、サージラインを越えると、サージングを引き起こし、振動や熱で破損する虞がある。そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、車両が減速しているときに起こる、コンプレッサのサージングを防止するターボチャージャ付エンジンを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、コンプレッサより下流側の吸気通路と排気通路との間を連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁とを有するＥＧＲ装置を備えたターボチャージャ付エンジンにおいて、上記ＥＧＲ通路の排気通路側接続口をタービンより上流側とし、車両の減速を判定する減速判定手段と、該減速判定手段が車両が減速していると判定したときに、上記コンプレッサの吸気流量がサージ流量を下回る前に上記ＥＧＲ弁を開いて、上記コンプレッサより下流側の上記吸気通路内の吸気の一部を上記ＥＧＲ通路を介して上記タービンより上流側の上記排気通路へと流して、上記コンプレッサより下流側の上記吸気通路内に残っているブースト圧を解放する吸気開放手段とを備え、該吸気開放手段は、上記ＥＧＲ弁を開いた後、所定時間が経過したとき、上記ＥＧＲ弁を閉じることを特徴とするターボチャージャ付エンジンである。
【００１０】
ここで、上記所定時間が３秒であっても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
本実施形態のターボチャージャ付ディーゼルエンジンを図１に示す。ターボチャージャ付ディーゼルエンジン１０は、エンジン本体１１と、ターボチャージャ１２と、吸気通路１５と、排気通路１６と、ＥＧＲ装置２６とを備えている。
【００１３】
エンジン本体１１には、燃焼室２５が設けられている。また、エンジン本体１１は、燃焼室２５に燃料を噴射するための燃料噴射弁１８と、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段としてのエンジン回転速度センサ２２とを備えている。ターボチャージャ１２は、タービン１３と、コンプレッサ１４とを備え、これらのタービン１３とコンプレッサ１４とは回転軸で互いに連結されている。
【００１４】
吸気通路１５は、上流側がコンプレッサ１４に、下流側が燃焼室２５にそれぞれ接続されている。また、吸気通路１５は、コンプレッサ１４と燃焼室２５との間に吸気を冷却するためのインタクーラ１７を備えている。排気通路１６は、上流側が燃焼室２５に、下流側がタービン１３にそれぞれ接続されている。
【００１５】
ＥＧＲ装置２６は、吸気通路１５と排気通路１６との間を連通するＥＧＲ通路１９と、ＥＧＲ通路１９を開閉自在とするＥＧＲ弁２０と、排気を冷却するためのＥＧＲクーラ２１とを備えている。ＥＧＲ通路１９は、一端が吸気通路１５のインタクーラ１７より下流側に、他端が排気通路１６のタービン１３より上流側にそれぞれ接続されている。
【００１６】
また、ターボチャージャ付ディーゼルエンジン１０は、ＥＣＵ（エンジン制御装置）２４と、アクセル開度を検出するアクセル開度検出手段としてのアクセル開度センサ２３とを備えている。
【００１７】
ＥＣＵ２４は、エンジン回転速度センサ２２と、アクセル開度センサ２３とに接続され、これらのセンサから信号が送信される。また、ＥＣＵ２４は、燃料噴射弁１８と、ＥＧＲ弁２０とに接続され、これらの弁を駆動制御する。
【００１８】
吸気は、コンプレッサ１４により加圧され、吸気通路１５を通って、インタクーラ１７に至る。吸気は、インタクーラ１７において冷却された後、下流側の吸気通路１５を通って、燃焼室２５に至る。吸気は、燃焼室２５において、燃料噴射弁１８が噴射する燃料と混合された後、燃焼され、排気として排出される。
【００１９】
排気は、排気通路１６を通って、タービン１３に至る。排気は、タービン１３を駆動した後、図示しない後処理装置等を通って、排出される。
【００２０】
排気通路１６内の排気の一部は、ＥＧＲ通路１９へと流れ、ＥＧＲクーラ２１に至る。排気は、ＥＧＲクーラ２１において冷却された後、吸気通路１５へと還流される。このときの排気の流れを実線で示す。排気は、吸気通路１５において吸気と混合され、燃焼室２５へと流れる。
【００２１】
ＥＣＵ２４は、エンジン本体１１の運転状態（エンジン回転速度、アクセル開度等）に基づいて、ＥＧＲ弁２０を開閉制御し、ＥＧＲ率を調節する。
【００２２】
さて、本発明は、このようなターボチャージャ付ディーゼルエンジン１０において、車両が減速しているときのコンプレッサ１４のサージングを防止するものである。具体的には、後述する車両の減速を判定する減速判定手段と、減速判定手段が車両が減速していると判定したときに、ＥＧＲ弁２０を開いて吸気通路１５内の吸気の一部をＥＧＲ通路１９を介して、排気通路１６へと流すことにより、吸気通路１５内の吸気圧力を低減させる吸気開放手段とを備える。
【００２３】
本実施形態では、減速判定手段は、ＥＣＵ２４と、エンジン回転速度センサ２２と、アクセル開度センサ２３とからなり、エンジン回転速度が所定の範囲内であって、アクセル開度がゼロであるときに、車両が減速していると判定する。
【００２４】
吸気開放手段は、ＥＣＵ２４からなり、減速判定手段が車両が減速していると判定したときに、ＥＧＲ弁２０を全開する。
【００２５】
図３のフローチャートを用いて、本実施形態のＥＣＵ２４により実行される制御方法を説明する。
【００２６】
まず、ＥＣＵ２４は、ステップ１において、エンジン回転速度が５００ｒｐｍ以上、且２０００ｒｐｍ以下であるかを判定する。エンジン回転速度が５００ｒｐｍ以下である場合は、エンジンがアイドリング運転であり、車両が停止していると見なせるので、車両が減速しているとは判定しない。
【００２７】
次に、ＥＣＵ２４は、ステップ２において、ＥＧＲ弁２０を全閉しているかを判定した後、ステップ３において、アクセル開度がゼロであるかを判定する。
【００２８】
ＥＣＵ２４は、ステップ１〜３の各ステップにおいて、各ステップの条件を満たすときは、次のステップにそれぞれ進むが、各ステップの条件を満たさないときは、ステップ１に戻り、判定を繰返し行う。
【００２９】
一方、ステップ１〜３の条件を全て満たした場合、ＥＣＵ２４は、ステップ４において、ＥＧＲ弁２０を全開する。つまり、ＥＣＵ２４は、エンジン回転速度が所定範囲（５００ｒｐｍ以上、２０００ｒｐｍ以下）であり、且アクセル開度がゼロであるときに車両が減速していると判定する。
【００３０】
そして、ＥＣＵ２４は、ステップ５において、アクセル開度がゼロでない・・・▲１▼、エンジン回転速度が５００ｒｐｍ以下である・・・▲２▼、エンジン回転速度が２０００ｒｐｍ以上である・・・▲３▼、ＥＧＲ弁を３秒以上開いた・・・▲４▼、の▲１▼〜▲４▼の条件を判定し、いずれかをひとつでも満たしたとき、ステップ６に進み、エンジンの運転状態に基づいた、ＥＧＲ弁２０の通常制御を行う。
【００３１】
次に、車両が減速しているときの吸気および排気の流れについて説明する。
【００３２】
図１において、車両が減速していると判定して、ＥＣＵ２４がＥＧＲ弁２０を全開したとき、通常制御のときとは逆に、吸気通路１５内の吸気の一部が、ＥＧＲ通路１９を介して、排気通路１６へと流れる。このときの吸気の流れを、破線の矢印で示す。吸気は、排気通路１６において排気と混合され、排出される。これによって、吸気通路１５内の吸気圧力が低下する。
【００３３】
次に、車両が減速しているときにＥＧＲ弁２０を開くことによる効果を説明する。
【００３４】
図２に、コンプレッサ１４内の吸気流量と入出口の圧力比（Ｐ２／Ｐ１）の関係を示す。Ｐ１は、コンプレッサ１４の入口側の吸気圧力であり、Ｐ２は、コンプレッサ１４の出口側の吸気圧力である。図中の一点鎖線は、サージラインであり、このサージラインより左側においてサージングが発生する。
【００３５】
図中の破線は、ＥＧＲ弁２０を全閉とする従来の車両が減速しているときの推移を示す。この場合、吸気通路１５内にブースト圧が残っているため、吸気圧力（コンプレッサ１４の出口側の吸気圧力Ｐ２）が高く、吸気流量は、サージラインを越えて減少してしまう。なお、吸気流量が時折増加しているのは、エンジン本体１１の吸気弁が開いて吸気通路１５内の吸気圧力が低下したためである。
【００３６】
図中の実線は、ＥＧＲ弁２０を全開とする本実施形態の車両が減速しているときの推移を示す。上述したように車両が減速しているときは、吸気通路１５内の吸気の一部がＥＧＲ通路１９を介して、排気通路１６に流れるため、吸気通路１５内の吸気圧力（コンプレッサ１４の出口側の吸気圧力Ｐ２）が低下する。そのため、従来と比べて吸気流量が増加し、サージラインを越えることはなく、サージングは発生しない。
【００３７】
このように、本実施形態のターボチャージャ付ディーゼルエンジン１０によれば、車両が減速しているときに、吸気通路１５内の吸気圧力を低下させることにより、コンプレッサ１４のサージングを防止することができる。
【００３８】
また、ＥＧＲ通路１９は、通常は排気が流れるため、すす等が付着していることがある。本実施形態においては、吸気がＥＧＲ通路１９を流れることにより、ＥＧＲ通路１９内のすす等を排気通路１６へ排出して掃除する効果もある。
【００３９】
また、吸気通路１５内の吸気圧力を開放するための手段として、ＥＧＲ装置２６を使用しているため、吸気開放用の通路や弁を別途設ける必要がなく、シンプルで低コストな構造とすることができる。
【００４０】
本発明は上記実施形態には限定されず、様々な変形例が考えられるものである。
【００４１】
例えば、上記実施形態において、減速判定手段は、エンジン回転速度の変化に基づき、車両の減速を判定してもよい。
【００４２】
また、図１のターボチャージャ付ディーゼルエンジン１０において、減速判定手段は、車両の車速を検出する車速センサを備え、車速の変化に基づき、車両の減速を判定してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、車両が減速しているときに起こる、ターボチャージャのサージングを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態を示すターボチャージャ付ディーゼルエンジンの概略図である。
【図２】コンプレッサの吸気流量−圧力比線図である。
【図３】ＥＣＵにより実行される本実施形態の制御方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１９ ＥＧＲ通路
２０ ＥＧＲ弁
２２ エンジン回転速度センサ
２３ アクセル開度センサ
２４ ＥＣＵ

Claims (2)

  1. コンプレッサより下流側の吸気通路と排気通路との間を連通するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路に備えられたＥＧＲ弁とを有するＥＧＲ装置を備えたターボチャージャ付エンジンにおいて、
    上記ＥＧＲ通路の排気通路側接続口をタービンより上流側とし、
    車両の減速を判定する減速判定手段と、該減速判定手段が車両が減速していると判定したときに、上記コンプレッサの吸気流量がサージ流量を下回る前に上記ＥＧＲ弁を開いて、上記コンプレッサより下流側の上記吸気通路内の吸気の一部を上記ＥＧＲ通路を介して上記タービンより上流側の上記排気通路へと流して、上記コンプレッサより下流側の上記吸気通路内に残っているブースト圧を解放する吸気開放手段とを備え、
    該吸気開放手段は、上記ＥＧＲ弁を開いた後、所定時間が経過したとき、上記ＥＧＲ弁を閉じることを特徴とするターボチャージャ付エンジン。
  2. 上記所定時間が３秒である請求項１に記載のターボチャージャ付エンジン。
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