JP4580279B2 - 車両用エンジンのｅｇｒ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用エンジンのＥＧＲ装置に係り、特に、通常の運転域ではもとより、エキゾーストマニフォールドとインテークマニフォールドの差圧が小さい低速・軽負荷域での運転時においても高ＥＧＲ率を得ることができるようにしたＥＧＲ装置に関するものである。

排気中に含まれるＮＯｘ量を低減するために最も有効であるとされているＥＧＲ装置にあっては、排気流量の多い高速域での運転時において、ポンピングロスの増大による燃費の悪化を抑制しつつ大量ＥＧＲを行わせる手段としては、特許文献１に見られるように２系統のＥＧＲ装置を設けて経路圧損を低減することが有効である。

一方、排気の再循環に必要なエキゾーストマニフォールドとインテークマニフォールドの差圧は、エンジンの回転数および負荷が低下するにつれて小さくなるために、従来は特許文献２に見られるようにＥＧＲ通路に逆止弁を設けることにより、排気脈動の谷部分で懸念される排気の逆流を回避するようにしていた。

ところが、上記特許文献１のようにエンジンの回転数および負荷が低くなったときに通路面積を増大させるようにした場合は、通路面積の増大に伴って排気脈動による動圧が減衰するために、動圧を利用した再循環にも限界があった。また、特許文献２のように逆止弁を設けた場合は、この逆止弁によって経路圧損が増加してしまうために高速域での大量ＥＧＲが困難になるという不具合があった。
特開平１１−１４１４０７号公報 特開２００４−２５７３０６号公報

解決しようとする問題点は、エキゾーストマニフォールドとインテークマニフォールドの差圧が大きい通常の運転域での大量ＥＧＲを可能としつつ、例えば低速・軽負荷域での運転時のようにエキゾーストマニフォールドとインテークマニフォールドの差圧が小さい領域での運転時に高ＥＧＲ率を得ることができない点である。

本発明は、排気の一部を吸気系に再循環させる２系統のＥＧＲ装置と、各ＥＧＲ装置を有効状態と無効状態に切換制御するコントロールバルブと、エンジンの運転状態に応答して各系統のコントロールバルブを個々に開閉制御するコントロールユニットを備え、常時は両コントロールバルブを開弁保持させて両系統のＥＧＲ装置を有効状態に保持させる一方、エキゾーストマニフォールドとインテークマニフォールドの差圧が小さい領域でエンジンが運転されていることを検出したときに一方のコントロールバルブのみを閉作動させて当該コントロールバルブを設けたＥＧＲ装置を無効状態に切換制御するようにしたことを最も主要な特徴としている。

本発明のＥＧＲ装置によれば、エキゾーストマニフォールドとインテークマニフォールドの差圧が大きい通常の運転域にあっては、２系統のＥＧＲ装置をともに有効状態に保持させて経路圧損を小さくすることができるために、従来以上の大量ＥＧＲが可能となる。また、例えば低速・軽負荷域での運転時のようにエキゾーストマニフォールドとインテークマニフォールドの差圧が小さい領域でエンジンが運転されていることを検出したときは一方のコントロールバルブを閉作動させて該コントロールバルブを設けたＥＧＲ装置を無効状態に切換制御するようにしているために、この状態ではＥＧＲ装置を２系統化したことによる回路容積の増加が減少補正され、排気脈動の減衰を抑制する。従って、高流量域で抵抗となる逆止弁などを用いることなく、低速・軽負荷域などにおいても十分な量の排気を吸気系に再循環させてＥＧＲ率を高くすることができる、という利点がある。

図１は本発明に係る車両用エンジンのＥＧＲ装置の一例を示す概略構成図であり、直列６気筒ディーゼルエンジン１のエキゾーストマニフォールド２とインテークマニフォールド３を２系統のＥＧＲ装置ａ、ｂを介して接続することにより、エンジン１の各シリンダからエキゾーストマニフォールド２に排出された排気の一部をインテークマニフォールド３を経て各紙リンダに再循環させて燃焼過程におけるＮＯｘの生成を抑制するようにしている。なお、前記ＥＧＲ装置ａ、ｂはエキゾーストマニフォールド２からインテークマニフォールド３に至るＥＧＲ通路４ａ、４ｂに常開のコントロールバルブ５ａ、５ｂおよびＥＧＲクーラ６ａ、６ｂなどを設けることにより構成され、各ＥＧＲ装置ａ、ｂを独立させている。

また、前記コントロールバルブ５ａ、５ｂをともにＥＧＲ通路４ａ、４ｂの上流端近傍に設けることにより、これらコントロールバルブ５ａ、５ｂを閉弁作動させると、コントロールバルブを閉じた側のＥＧＲ装置の分だけ排気系の容量を減少させるようにしている。

前記コントロールバルブ５ａ、５ｂを制御するコントロールユニット７は、図示しないセンサから供給されたエンジン１の負荷信号および回転数信号などに基づいてエンジンの運転状態を判定し、エキゾーストマニフォールド２とインテークマニフォールド３の差圧が十分に高い通常の領域でエンジン１が運転されていると判断したときは、両コントロールバルブ５ａ、５ｂをともに開弁状態に保持させる。

このように差圧が十分に高い状態における再循環量は静圧が支配的となる。このために、このような通常領域での運転時には、従来の２系統のＥＧＲ装置の場合と同様に両コントロールバルブ５ａ、５ｂをともに等しく開度制御し、もって、経路圧損の少ない状態での大量ＥＧＲを行わせることができる。

一方、図示しないセンサから供給されたエンジン１の負荷信号および回転数信号などに基づいてエキゾーストマニフォールド２とインテークマニフォールド３の差圧が小さい領域でエンジン１が運転されていると判断したときは、コントロールユニット７からの信号で、一方のコントロールバルブ５ａを開いたまま他方のコントロールバルブ５ｂが閉弁作動される。

すると、コントロールバルブ５ｂを設けた側のＥＧＲ装置ｂが排気系から切り離されて排気系の容積が減少するために、排気の脈動が減衰され難くなる。従って、この状態ではコントロールバルブが開いている側のＥＧＲ装置を経てインテークマニフォールド３まで排気脈動が伝達されることになり、動圧を利用した効率の高いＥＧＲが行われる。なお、一方のコントロールバルブを閉弁作動させて当該コントロールバルブを設けた側のＥＧＲ装置を無効状態にすると経路断面積が減少するが、このような領域ではＥＧＲガス流量が少ないために、経路圧損が増加することもない。図１中、８は可変容量式の排気ターボチャージャ、９はインタークーラである。

ところで、ＥＧＲガスの低流量域において排気ターボチャージャ８のノズルベーン開度を小さくすると、エキゾーストマニフォールド２の圧力が上昇するためにエキゾーストマニフォールド２とインテークマニフォールド３の差圧が増加する。従って、ＥＧＲ率を制御するには可変容量式排気ターボチャージャ８のノズルベーン開度を変化させることも有効であるが、ＥＧＲ率を高くすべくノズルベーン開度を小さくして差圧を大きくすると、エキゾーストマニフォールド２の圧力が上昇して燃費が悪化する可能性がある。

しかしながら、本発明のようにＥＧＲ装置を２系統と１系統で切換制御するようにした場合は、ノズルベーン開度を小さくするなどの方法でエキゾーストマニフォールド２の圧力を上昇補正する必要性がない。このために、燃費の悪化を招くことなく、ＥＧＲガスの高流量域ではもちろんのこと、低流量域においても大量ＥＧＲが可能となる。図２はEGRガスの低流量域において排気ターボチャージャ８のノズルベーン開度を増減変化させた場合におけるエキゾーストマニフォールド２とインテークマニフォールド３の差圧、ＥＧＲ率およびＮＯｘ排出量の変化状態を示す特性図であり、ノズルベーン開度を小さくすれば当然のことながらエキゾーストマニフォールド２とインテークマニフォールド３の差圧が大きくなり、これに伴ってEGR率が高くなってＮＯｘ排出量が減少すること、および、２系統のEGR装置のうちの１系統のEGR装置を無効状態に切換制御して回路容積を減少させると排気脈動の減衰が抑制されるために、２系統のEGR装置をともに有効にした場合に対比してEGR率がより高くなってＮＯｘ排出量の抑制効果が改善されることを示している。

なお、上記では可変容量式の排気ターボチャージャ８およびインタークーラ９などを設けた過給式のディーゼルエンジンに本発明を適用しているが、過給機を設けないエンジンに本発明を適用することもできる。また、上記実施例においてはコントロールバルブ５ａ、５ｂを開閉することのみを説明しているが、このコントロールバルブ５ａ、５ｂの開度を従来のＥＧＲバルブのように開度制御してＥＧＲ率を最適制御し、あるいは、コントロールバルブ５ａ、５ｂの他に図示しないＥＧＲバルブを設けてＥＧＲ率を最適制御することもできる。

本発明に係る車両用エンジンのＥＧＲ装置の一例を示す概略構成図である。 図１に示したターボチャージャノズルベーン開度によるＥＧＲガスの低流量域での差圧、ＥＧＲ率およびＮＯｘ排出量の変化状態を示す特性図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２ エキゾーストマニフォールド
３ インテークマニフォールド
ａ、ｂ ＥＧＲ装置
４ａ、４ｂ ＥＧＲ通路
５ａ、５ｂ コントロールバルブ
６ａ、６ｂ ＥＧＲクーラ
７ コントロールユニット
８ 可変容量式排気ターボチャージャ
９ インタークーラ

Claims (1)

1. 排気の一部を吸気系に再循環させる２系統のＥＧＲ装置（ａ）（ｂ）と、各ＥＧＲ装置（ａ）（ｂ）を有効状態と無効状態に切換制御するコントロールバルブ（５ａ）（５ｂ）と、エンジン（１）の運転状態に応答して各系統のコントロールバルブ（５ａ）（５ｂ）を個々に開閉制御するコントロールユニット（７）を備え、常時は両コントロールバルブ（５ａ）（５ｂ）を開弁保持させて両系統のＥＧＲ装置（ａ）（ｂ）を有効状態に保持させる一方、エキゾーストマニフォールド（２）とインテークマニフォールド（３）の差圧が小さい領域でエンジン（１）が運転されていることを検出したときに一方のコントロールバルブ（５ａ）のみを閉作動させて当該コントロールバルブ（５ａ）を設けたＥＧＲ装置（ａ）を無効状態に切換制御するようにしたことを特徴とする車両用エンジンのＥＧＲ装置。
   

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