JP4209305B2 - 排気ガス再循環装置付き内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、過給式ディーゼル機関等に適用され、排気タービンに供給される排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスを、コンプレッサからの給気通路に還流するとともに、前記ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁を有するＥＧＲ通路を備えた排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置付き内燃機関に関する。

ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する有効な手段として、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置がある。該排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置は、エンジンから排気通路を通して排気タービンに供給される排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスを、ＥＧＲ通路を通してコンプレッサからの給気通路に還流するとともに、該ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁を備えた構成となっている。
過給機付きディーゼルエンジンにおいて、前記のようにして排気ガスを再循環させるには、排気タービン上流側の排気圧力（排気ガスの圧力）をコンプレッサからの給気通路における給気圧力よりも高める必要がある。
前記のように、排気圧力を給気通路よりも常時高く保持する手段として、たとえば特許文献１（特開平１１−６２６０３号公報）にて開示されているような、過給機の排気タービン側に設けた可変ノズル機構によってノズル面積を絞り、排気タービン上流側の排気圧力を上昇させるようにした可変容量型排気ターボ過給機が多く用いられている。

特許文献１においては、タービンケーシングに取り付けられたノズルマウントに回動可能に支持されたノズルベーンを備え、アクチュエータの駆動力を駆動レバー装置を介してドライブリングに伝達し、該ドライブリングを回動させることにより、レバープレートを含むリング組立品を介して前記ノズルベーンに伝達して該ノズルベーンを回動させ、その翼角を変化させるように構成された可変ノズル機構によって排気タービンの容量を変化させるとともに、排気タービン上流側の排気圧力をコンプレッサからの給気通路における給気圧力よりも高めることを可能としている。
また、特許文献２（特開２００３−２３９７５５号公報）には、過給機の排気タービンとコンプレッサとの間に、発電機の機能を有する電動モータを介装して該電動モータをバッテリーに接続し、該電動モータの回転制御を行うことにより過給圧を制御する技術が開示されている。
特開平１１−６２６０３号公報 特開２００３−２３９７５５号公報

特許文献１に開示されている可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機にあっては、高温の排気ガス中に機械的な制御操作部分があるため、機械部分の製作公差や熱変形等により制御誤差が発生し易く、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置によるＥＧＲ量制御を行うエンジンにおいては、高精度のＥＧＲ量制御は不可能となる。
また、可変ノズル機構によって排気タービン上流側の排気圧力が上昇すると過給機回転数が上昇し、これに伴ってコンプレッサ後流側の給気圧力も上昇し、排気圧力と給気圧力との差圧が小さくなってＥＧＲ量の増加が抑制され、所望のＥＧＲ効果が得られ難い。

また、特許文献２に開示されている過給圧制御システムにあっては、前記特許文献１の可変ノズル機構のような機械的な制御操作部分を有しないため、これを排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置によるＥＧＲ量制御に適用する場合には、前記のような問題点はある程度解消されるが、過給機の排気タービンとコンプレッサとを発電機の機能を有する電動モータを介して直結した構造であるため、排気タービン側の回転とコンプレッサ側の回転が一義的に決まり、排気タービン側の回転制御とコンプレッサ側の回転制御とを独立して行うことは不可能であり、ＥＧＲ量の制御性能の向上は制限されざるを得ない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、過給機付き内燃機関において、排気タービン側の回転制御とコンプレッサ側の回転制御を独立して自在に行うことを可能とするとともに、機械的な制御操作部分による制御誤差の発生を回避して、エンジンの運転状態に最適のＥＧＲ量制御を行い得て、高精度のＥＧＲ量制御を行うことができる排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、その第１の手段は、エンジンから排気通路を通して排気タービンに供給される排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスを、コンプレッサで加圧された給気を前記エンジンに供給する給気通路に還流するとともに、前記ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁を有するＥＧＲ通路を備えた排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置付き内燃機関において、前記排気タービンに駆動される発電機と、前記コンプレッサを駆動する電動モータと、前記発電機による発電電力を蓄電して前記電動モータに供給するバッテリーと、前記ＥＧＲガスの流量即ちＥＧＲ量が予め設定された目標値即ち目標ＥＧＲ量になるように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数とをそれぞれ制御するコントローラとを備えたことを特徴とする。

かかる第１の手段において、好ましくは、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、前記エンジンの負荷を検出する負荷検出器とを備え、前記コントローラは、前記エンジン回転数検出器からのエンジン回転数の検出値及び前記負荷検出器からのエンジン負荷の検出値に基づき該エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値に対応する目標ＥＧＲ量を算出する目標ＥＧＲ量算出手段と、該目標ＥＧＲ量算出手段から出力される前記目標ＥＧＲ量に適合する前記排気タービン及び前記発電機の回転数である目標発電機回転数を算出する発電機回転数算出手段と、前記目標ＥＧＲ量に適合する電動モータ及びコンプレッサの回転数である目標モータ回転数を算出するモータ回転数算出手段とを有してなり、さらに、前記発電機回転数算出手段から出力される前記目標発電機回転数になるように前記発電機の回転制御を行う発電機コントローラ、及び前記モータ回転数算出手段から出力される前記目標モータ回転数になるように前記電動モータの回転制御を行うモータコントローラを備える。

かかる第１の手段によれば、エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値に対応する目標ＥＧＲ量を算出し、この目標ＥＧＲ量に適合する排気タービン及び発電機の回転数である目標発電機回転数を算出し、該目標発電機回転数になるように排気タービン及び発電機の回転制御を行って、実際のＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量に一致せしめる排気タービン側回転制御と、この目標ＥＧＲ量に適合する電動モータ及びコンプレッサの回転数である目標モータ回転数を算出し、該目標モータ回転数になるように前記電動モータ及びコンプレッサの回転制御を行って、実際のＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量に一致せしめるコンプレッサ側回転制御とを独立して自在に行うことができる。

これにより、前記排気タービン側回転制御とコンプレッサ側回転制御とを、必要によって使い分け、あるいは両者を組み合わせて、エンジンの運転状態に最適のＥＧＲ量制御を行うことが可能となり、高い制御精度で以ってＥＧＲ量を制御することができる。

また、かかる第１の手段において、つぎの３通りの規制制御を行うのが好ましい。
（１）ＥＧＲガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを備え、前記コントローラにより、該酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づき前記ＥＧＲガス中の酸素濃度が予め設定された基準酸素濃度を超えないように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数をそれぞれ制御する。
（２）排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）量を検出するＮＯｘ量センサを備え、前記コントローラにより、該ＮＯｘ量センサからのＮＯｘ量検出値に基づき前記排気ガス中のＮＯｘ量が予め設定された基準ＮＯｘ量以下になるように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数をそれぞれ制御する。
（３）前記排気ガス中の煤塵濃度を検出する煤塵濃度センサを備え、前記コントローラにより、該煤塵濃度センサからの煤塵濃度検出値に基づき前記排気ガス中の煤塵濃度が予め設定された基準煤塵濃度以下になるように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数をそれぞれ制御する。

かかる３通りの規制制御によって、ＥＧＲガス中の酸素濃度の過大によるＥＧＲ効果の低下、ＥＧＲ量の減少等によるＮＯｘ発生量の増大、及びＥＧＲ量の過大による排気ガス中の煤塵濃度の増大を確実に回避でき、前記第１の手段によるＥＧＲ量の制御精度をさらに向上することができる。

また前記第１の手段において、前記コントローラを、前記エンジンの実験データあるいはシミュレーション計算に基づくエンジン回転数及びエンジン負荷に適応する目標ＥＧＲ量がマップ状に設定された目標ＥＧＲ量設定手段を備え、前記目標ＥＧＲ量算出手段は前記エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値に対応する目標ＥＧＲ量を前記目標ＥＧＲ量設定手段から抽出するように構成し、
また前記第２の手段において、前記コントローラを、前記エンジンの実験データあるいはシミュレーション計算に基づくエンジン回転数及びエンジン負荷に適応する目標酸素量がマップ状に設定された目標酸素量設定手段を備え、前記目標酸素量算出手段は前記給気圧力の検出値及び給気温度の検出値に基づく目標酸素量を前記目標酸素量設定手段から抽出するように構成するのがよい。

このように構成すれば、エンジンの実験データあるいはシミュレーション計算によって、エンジン回転数及びエンジン負荷に適応する目標ＥＧＲ量、あるいは目標酸素量を予めマップ状に設定しておけば、エンジン回転数及びエンジン負荷の検出値が得られれば直ちに該検出値に最適の目標ＥＧＲ量あるいは目標酸素量を、それぞれのマップから簡単に抽出でき、目標ＥＧＲ量あるいは目標酸素量の算出を、高い精度を維持して簡単に行うことができる。

以上のように本発明によれば、目標ＥＧＲ量に適合する目標発電機回転数を算出して該目標発電機回転数になるように排気タービン及び発電機の回転制御を行う前記排気タービン側回転制御と、前記目標ＥＧＲ量に適合する目標モータ回転数を算出して該目標モータ回転数になるようにコンプレッサ及び電動モータの回転制御を行うコンプレッサ側回転制御とを、必要によって使い分けあるいは両者を組み合わせて、エンジンの運転状態に最適のＥＧＲ量制御を行うことが可能となり、高い制御精度で以ってＥＧＲ量を制御することができる。
また、従来の可変ノズル式排気ターボ過給機のような、機械的な制御操作部分が極めて少ないので、機械部分の製作公差や熱変形等による制御誤差の発生がなく、ＥＧＲ量制御の信頼性が向上する。
さらに本発明によれば、前記のようなＥＧＲ量制御とは別個に、酸素量制御によってエンジンの運転状態に最適のＥＧＲ量を得ることも可能となる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係る排気ガス再循環装置付きディーゼルエンジンの全体構成図である。図２は前記実施例における制御ブロック図である。図３は前記実施例におけるエンジン回転数及びエンジン負荷と目標ＥＧＲ量との関係線図、図４は前記実施例におけるエンジン回転数及びエンジン負荷と目標酸素量との関係線図、図５は前記実施例におけるＥＧＲ量と発電機回転数及びモータ回転数との関係線図である。

全体構成を示す図１において、１００はエンジン、１は排気タービン、２はコンプレッサ、１３は排気管、１２は給気管で、前記エンジン１００から排気管１３を通った排気ガスにより排気タービン１が駆動されるとともに、コンプレッサ２によって加圧された給気（空気）がエンジン１００に供給されるようになっている。
３は前記排気タービン１に直結駆動される発電機、４は前記コンプレッサ２を直結駆動する電動モータである。５は前記発電機３での発生電力を蓄電して前記電動モータ４に供給するバッテリーである。
６は前記発電機３の回転制御を行う発電機コントローラ、７は前記電動モータ４の回転制御を行うモータコントローラ、１０は後述する演算を行って前記発電機コントローラ６及びモータコントローラ７を制御するコントローラである。

１４はＥＧＲ管で、前記排気タービン１への排気管から分岐されて前記コンプレッサ２からエンジン１００への給気管１２に接続されている。前記ＥＧＲ管１４には、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁９及びＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ８が設置されている。１１はＥＧＲ弁駆動装置で、前記コントローラ１０からの制御操作信号により前記ＥＧＲ弁９を開閉駆動するとともに該ＥＧＲ弁９の開度を制御するものである。

２５は前記エンジン１００の回転数を検出するエンジン回転数検出器、２６は前記エンジン１００の負荷を検出する負荷検出器、２０は前記排気管１３内の排気圧力を検出する排気圧力センサ、２２は前記排気管１３内の排気温度を検出する排気温度センサ、２３は前記給気管１２内の給気圧力を検出する給気圧力センサ、２４は前記給気管１２内の給気温度を検出する給気温度センサである。
また、２７はＥＧＲガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ、２８は前記排気管１３内の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）量を検出するＮＯｘ量センサ、２９は前記排気管１３内の排気ガス中の煤塵濃度を検出する煤塵濃度センサである。
前記検出器及びセンサによる検出信号は、前記コントローラ１０に入力される。

次に図２ないし図５に基づき、この実施例における排気ガス再循環装置付きディーゼルエンジンの動作を説明する。
前記エンジン回転数検出器２５からのエンジン回転数の検出値及び負荷検出器２６からのエンジン負荷の検出値は、コントローラ１０のＥＧＲ量算出部５２に入力される。
５１は目標ＥＧＲ量設定部である。図３に示されるように、該目標ＥＧＲ量設定部５１には、エンジンの実験結果あるいはシミュレーション計算結果によって求められた、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌと、該エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌに適合するＥＧＲ量の基準値即ち目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０との関係がマップ状に設定されている。尚、図３とは逆にエンジン負荷Ｌをベース、エンジン回転数Ｎｅをパラメータとしてもよい。

前記ＥＧＲ量算出部５２においては、前記エンジン回転数Ｎｅの検出値及びエンジン負荷Ｌの検出値に対応する目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０を前記目標ＥＧＲ量設定部５２から抽出して、ＥＧＲ量補正部５５及びＥＧＲ弁開度算出部６７に入力する。
該ＥＧＲ弁開度算出部６７においては、前記エンジン回転数Ｎｅの検出値及びエンジン負荷Ｌの検出値に対応するＥＧＲ弁９の開度を算出し、ＥＧＲ弁駆動装置１１に出力する。該ＥＧＲ弁駆動装置１１は、前記ＥＧＲ弁開度算出部６７による算出開度にＥＧＲ弁９を制御する。
ＥＧＲ量補正部５５には、前記給気圧力センサ２３から給気圧力Ｐａの検出値、排気圧力センサ２０から排気圧力Ｐｅの検出値、排気温度センサ２２から排気温度Ｔｅの検出値が入力されている。
ここで、ＥＧＲ量Ｇｅは、排気圧力Ｐｅ、給気圧力Ｐａに対して次のように表せる。
Ｇｅ∝Ａｅｇ×（Ｐｅ−Ｐａ）^１／２ （１）
但し、ＡｅｇはＥＧＲ通路の通路断面積
従って前記ＥＧＲ量補正部５５においては、前記排気圧力Ｐｅ及び給気圧力Ｐａの検出値と前記（１）式とによって、さらに排気温度Ｔｅによって前記目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０を補正し、ＥＧＲ量２次補正部６２に入力する。

一方、５９は基準酸素濃度設定部で、ＥＧＲによる所要のＮＯｘ低減効果が得られなくなる限界酸素濃度即ち基準酸素濃度が設定されている。５６は酸素濃度補正量算出部で、前記酸素濃度センサ２７からＥＧＲ管１４（図１参照）における酸素濃度の検出値が入力され、該酸素濃度の検出値と前記基準酸素濃度とを突合わせて、実際の酸素濃度が基準酸素濃度超えないような目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の補正信号をＥＧＲ量２次補正部６２に入力する。
６０は基準ＮＯｘ量設定部で、排気管１３（図１参照）内における許容ＮＯｘ量即ち基準ＮＯｘ量が設定されている。５７はＮＯｘ量補正量算出部で、前記ＮＯｘ量センサ２８から排気管１３（図１参照）内におけるＮＯｘ量の検出値が入力され、該ＮＯｘ量の検出値と前記基準ＮＯｘ量とを突合わせて、該ＮＯｘ量の検出値が基準ＮＯｘ量以下になるような目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の補正信号をＥＧＲ量２次補正部６２に入力する。

６１は基準煤塵濃度設定部で、排気管１３内における許容煤塵濃度即ち基準煤塵濃度が設定されている。５８は煤塵濃度補正量算出部で、前記煤塵濃度センサ２９から排気管１３内における煤塵濃度の検出値が入力され、該煤塵濃度の検出値と前記基準煤塵濃度とを突合わせて、排気管１３内における煤塵濃度が前記基準基準煤塵濃度以下になるような目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の補正信号をＥＧＲ量２次補正部６２に入力する。

前記ＥＧＲ量２次補正部６２においては、前記ＥＧＲ量補正部５５からの目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の補正値に、さらに前記酸素濃度補正量算出部５６からの基準酸素濃度による補正、前記ＮＯｘ量補正量算出部５７からの基準ＮＯｘ量による補正、前記煤塵濃度補正量算出部５８からの基準煤塵濃度による補正を行って、この目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の２次補正値を発電機回転数算出部６４及びモータ回転数算出部６５に入力する。

前記のように、目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０を、酸素濃度の検出値、ＮＯｘ量の検出値、及び煤塵濃度の検出値に基づく規制を行うことによって、ＥＧＲガス中の酸素濃度の過大によるＥＧＲ効果の低下、ＥＧＲ量の減少等によるＮＯｘ発生量の増大、及びＥＧＲ量の過大による排気ガス中の煤塵濃度の増大を確実に回避できる。

６３は発電機回転数設定部で、図５に示されるように、該発電機回転数設定部６３には、エンジンの実験結果あるいはシミュレーション計算結果によって求められた、ＥＧＲ量Ｇｅと発電機回転数Ｎｔとの関係がマップ状に設定されている。
前記発電機回転数算出部６４においては、前記目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の２次補正値に対応する発電機回転数Ｎｔを発電機回転数設定部６３から抽出して、発電機コントローラ６に入力する。該発電機コントローラ６は、発電機３及び該発電機３に直結された排気タービン１の回転数を前記目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の２次補正値に対応する回転数Ｎｔに回転制御する。

６６はモータ回転数設定部で、図５に示されるように、該モータ回転数設定部６６には、エンジンの実験結果あるいはシミュレーション計算結果によって求められた、ＥＧＲ量Ｇｅとモータ回転数Ｎｃとの関係がマップ状に設定されている。
前記モータ回転数算出部６５においては、前記目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の２次補正値に対応するモータ回転数Ｎｃをモータ回転数設定部６６から抽出して、モータコントローラ７に入力する。該モータコントローラ７は、電動モータ４及び該電動モータ４に直結されたコンプレッサ２の回転数を前記目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０の２次補正値に対応する回転数Ｎｃに回転制御する。

以上のように、かかる実施例によれば、エンジン回転数Ｎｅの検出値及びエンジン負荷Ｌの検出値に対応する目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０を算出し、この目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０に適合する排気タービン１及び前記発電機３の回転数である目標発電機回転数Ｎｔを算出して、該目標発電機回転数Ｎｔになるように前記排気タービン１及び発電機３の回転制御を行って実際のＥＧＲ量Ｇ_ｅを目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０に一致せしめる排気タービン側回転制御と、この目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０に適合する電動モータ４及びコンプレッサ２の回転数である目標モータ回転数Ｎｃを算出して、該目標モータ回転数Ｎｃになるように前記電動モータ及びコンプレッサの回転制御を行って実際のＥＧＲ量Ｇ_ｅを目標ＥＧＲ量Ｇ_ｅ０に一致せしめるコンプレッサ側回転制御とを独立して自在に行うことができる。
これにより、前記排気タービン側回転制御とコンプレッサ側回転制御とを、必要によって使い分け、あるいは両者を組み合わせて、エンジン１００の運転状態に最適のＥＧＲ量制御を行うことが可能となる。

さらに、次に示すように、前記排気タービン側回転制御及びコンプレッサ側回転制御を、ＥＧＲガス中の酸素量によって行うことができる。
即ち、図２において、５３は目標酸素量設定部である。該目標酸素量設定部５３には、図４に示されるように、エンジンの実験結果あるいはシミュレーション計算結果によって求められた、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌと、該エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌに適合するＥＧＲガス中の酸素量の基準値即ち目標酸素量Ｓ_０との関係がマップ状に設定されている。尚、図４とは逆にエンジン負荷Ｌをベース、エンジン回転数Ｎｅをパラメータとしてもよい。

５４は酸素量算出部で、前記エンジン回転数検出器２５からエンジン回転数Ｎｅの検出値、負荷検出器２６からエンジン負荷Ｌの検出値、給気圧力センサ２３から給気圧力Ｐａの検出値、給気温度センサ２４から給気温度Ｔａの検出値がそれぞれ入力されている。該酸素量算出部５４においては、かかる検出値に基づき、次の手順で酸素量Ｓを算出する。

先ず、ＥＧＲ量Ｇｅは、前記のように、排気圧力Ｐｅ、給気圧力Ｐａに対して次のように表せる。
Ｇｅ∝Ａｅｇ×（Ｐｅ−Ｐａ）^１／２ （１）
但し、ＡｅｇはＥＧＲ通路の通路断面積
また、給気流量Ｇａは、次のように表せる。
Ｇａ＝１．２９３×（２７３．１５／Ｔａ）×（Ｐａ／１）×Ｎｅ×１／２×Ｖｈ×Ｅｖ×１／６０ （２）
但し、Ｎｅはエンジン回転数
Ｔａは給気温度
Ｖｈは排気量
Ｅｖは体積効率
（２）式により、給気圧力Ｐａ、給気温度Ｔａ、エンジン回転数Ｎｅから給気流量Ｇａを算出する。

次いで、前記給気流量Ｇａと（１）式のＥＧＲ量ＧｅからＥＧＲ割合Ｒを（３）式で算出する。
Ｒ＝（Ｇ_ｅ／Ｇ_ａ） （３）
次いで、前記ＥＧＲ割合Ｒから酸素濃度Ｓ_１を（４）式で算出する。
Ｓ_１∝Ｒ×Ｘ （４）
但し、Ｘは係数
次いで、前記酸素濃度Ｓ_１と（２）式の給気流量Ｇａから（５）式で酸素量Ｓつまり前記検出値に基づく実際の酸素量を算出する。
Ｓ∝Ｓ_１×Ｇａ （５）
従って、前記酸素量算出部５４においては、前記手順によって算出した当該エンジン運転条件（エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌ）における実際の酸素量Ｓを、前記目標酸素量設定部５３に設定されている目標酸素量Ｓ_０と突合せて、該目標酸素量Ｓ_０と実際の酸素量Ｓとの偏差ΔＳを算出して、発電機回転数算出部６４及びモータ回転数算出部６５に入力する。

前記発電機回転数算出部６４においては、前記酸素量Ｓとの偏差ΔＳに対応する発電機回転数の補正量ΔＮｔを算出し、該補正量ΔＮｔで補正した発電機回転数Ｎｔを発電機コントローラ６に入力する。該発電機コントローラ６は、発電機３及び該発電機３に直結された排気タービン１の回転数を前記目標酸素量Ｓ_０に対応する回転数Ｎｔに回転制御する。

一方、前記モータ回転数算出部６５においては、前記酸素量Ｓとの偏差ΔＳに対応するモータ回転数の補正量ΔＮｃを算出し、該補正量ΔＮｃで補正したモータ回転数Ｎｃをモータコントローラ７に入力する。該モータコントローラ７は、電動モータ４及び該電動モータ４に直結されたコンプレッサ２の回転数を前記目標酸素量Ｓ_０に対応する回転数Ｎｃに回転制御する。

前記実施例によれば、エンジンの給気圧力Ｐａ及び給気温度Ｔａの検出値に対応する目標酸素量Ｓ_０を算出し、この目標酸素量Ｓ_０に適合する排気タービン１及び発電機３の回転数である目標発電機回転数Ｎｔを算出して、該目標発電機回転数Ｎｔになるように前記排気タービン１及び発電機３の回転制御を行って、実際のＥＧＲガス中の酸素量Ｓを目標酸素量Ｓ_０に一致せしめる排気タービン側回転制御と、この目標酸素量Ｓ_０に適合する電動モータ４及びコンプレッサ２の回転数である目標モータ回転数Ｎｃを算出して、該目標モータ回転数Ｎｃになるように前記電動モータ４及びコンプレッサ２の回転制御を行って、実際のＥＧＲガス中の酸素量Ｓを目標酸素量Ｓ_０に一致せしめるコンプレッサ側回転制御とを独立して自在に行うことができる。

本発明の実施例に係る排気ガス再循環装置付きディーゼルエンジンの全体構成図である。 前記実施例における制御ブロック図である。 前記実施例におけるエンジン回転数及びエンジン負荷と目標ＥＧＲ量との関係線図である。 前記実施例におけるエンジン回転数及びエンジン負荷と目標酸素量との関係線図である。 前記実施例におけるＥＧＲ量と発電機回転数及びモータ回転数との関係線図である。

符号の説明

１ 排気タービン
２ コンプレッサ
３ 発電機
４ 電動モータ
５ バッテリー
６ 発電機コントローラ
７ モータコントローラ
９ ＥＧＲ弁
１０ コントローラ
１１ ＥＧＲ弁駆動装置
１２ 給気管
１３ 排気管
１４ ＥＧＲ管
２０ 排気圧力センサ
２２ 排気温度センサ
２３ 給気圧力センサ
２４ 給気温度センサ
２５ エンジン回転数検出器
２６ 負荷検出器
２７ 酸素濃度センサ
２８ ＮＯｘ量センサ
２９ 煤塵濃度センサ
１００ エンジン

Claims (7)

1. エンジンから排気通路を通して排気タービンに供給される排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスを、コンプレッサで加圧された給気を前記エンジンに供給する給気通路に還流するとともに、前記ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁を有するＥＧＲ通路を備えた排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置付き内燃機関において、前記排気タービンに駆動される発電機と、前記コンプレッサを駆動する電動モータと、前記発電機による発電電力を蓄電して前記電動モータに供給するバッテリーと、前記ＥＧＲガスの流量即ちＥＧＲ量が予め設定された目標値即ち目標ＥＧＲ量になるように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数をそれぞれ制御するコントローラとを備えたことを特徴とする排気ガス再循環装置付き内燃機関。
2. 前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出器と、前記エンジンの負荷を検出する負荷検出器とを備え、前記コントローラは、前記エンジン回転数検出器からのエンジン回転数の検出値及び前記負荷検出器からのエンジン負荷の検出値に基づき該エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値に対応する目標ＥＧＲ量を算出する目標ＥＧＲ量算出手段と、該目標ＥＧＲ量算出手段から出力される前記目標ＥＧＲ量に適合する前記排気タービン及び前記発電機の回転数である目標発電機回転数を算出する発電機回転数算出手段と、前記目標ＥＧＲ量に適合する電動モータ及びコンプレッサの回転数である目標モータ回転数を算出するモータ回転数算出手段とを有してなり、さらに、前記発電機回転数算出手段から出力される前記目標発電機回転数になるように前記発電機の回転制御を行う発電機コントローラ、及び前記モータ回転数算出手段から出力される前記目標モータ回転数になるように前記電動モータの回転制御を行うモータコントローラを備えたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環装置付き内燃機関。
3. 前記コントローラは、前記エンジンの実験データあるいはシミュレーション計算に基づくエンジン回転数及びエンジン負荷に適応する目標ＥＧＲ量がマップ状に設定された目標ＥＧＲ量設定手段を備え、前記目標ＥＧＲ量算出手段は前記エンジン回転数の検出値及びエンジン負荷の検出値に対応する目標ＥＧＲ量を前記目標ＥＧＲ量設定手段から抽出するように構成されたことを特徴とする請求項２記載の排気ガス再循環装置付き内燃機関。
4. 前記ＥＧＲガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサを備え、前記コントローラは、該酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づき前記ＥＧＲガス中の酸素濃度が予め設定された基準酸素濃度を超えないように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数とをそれぞれ制御するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環装置付き内燃機関。
5. 前記排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）量を検出するＮＯｘ量センサを備え、前記コントローラは、該ＮＯｘ量センサからのＮＯｘ量検出値に基づき前記排気ガス中のＮＯｘ量が予め設定された基準ＮＯｘ量以下になるように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数とをそれぞれ制御するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環装置付き内燃機関。
6. 前記排気ガス中の煤塵濃度を検出する煤塵濃度センサを備え、前記コントローラは、該煤塵濃度センサからの煤塵濃度検出値に基づき前記排気ガス中の煤塵濃度が予め設定された基準煤塵濃度以下になるように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数とをそれぞれ制御するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気ガス再循環装置付き内燃機関。
7. エンジンから排気通路を通して排気タービンに供給される排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスを、コンプレッサで加圧された給気を前記エンジンに供給する給気通路に還流するとともに、前記ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲ弁を有するＥＧＲ通路を備えた排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置付き内燃機関において、前記排気タービンに駆動される発電機と、前記コンプレッサを駆動する電動モータと、前記発電機による発電電力を蓄電して前記電動モータに供給するバッテリーと、前記ＥＧＲガス中の酸素量が予め設定された目標値即ち目標酸素量になるように前記排気タービンの回転数と前記コンプレッサの回転数をそれぞれ制御するコントローラとを備えたことを特徴とする排気ガス再循環装置付き内燃機関。
   

Images