JP5163517B2

JP5163517B2 - Ｅｇｒ装置の制御装置

Info

Publication number: JP5163517B2
Application number: JP2009014117A
Authority: JP
Inventors: 大輔氷見
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2009-01-26
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2029-01-26
Also published as: JP2010169056A

Description

本発明はＥＧＲ装置の制御装置に関する。

従来の排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という）装置の制御装置として、排気還流通路の途中において分岐すると共に合流部において合流する第１分岐排気還流通路及び第２分岐排気還流通路を設けたものがある。そして、内燃機関の負荷運転状態に応じて吸気通路に還流するＥＧＲガスを何れかの通路に切り替える切替弁を設け、ＥＧＲガスの温度が必要以上に低下しないようにしていた（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−１６７２５２号公報

しかしながら、従来のＥＧＲ装置の制御装置は、排気脈動を考慮していなかった。そのため、第１分岐排気還流通路を介してＥＧＲガスが吸気通路に還流するように切替弁を切り替えているときに、切替弁の表側に作用する排気脈動と、裏側に作用する排気脈動と、の位相差（圧力差）によって過大な力が作用し、切替弁が劣化するという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、切替弁の劣化を抑制することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路（３１）に導くＥＧＲ通路（４２１）と、ＥＧＲ通路（４２１）に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁（４２４）と、ＥＧＲ弁（４２４）よりも上流に設けられ、ＥＧＲ通路（４２１）から一旦分離して再びＥＧＲ通路（４２１）に接続されるＥＧＲガス冷却通路（４２５）と、ＥＧＲガス冷却通路（４２５）にＥＧＲガスを導入する切替弁（４２３）と、を備えるＥＧＲ装置（４２）の制御装置であって、ＥＧＲ弁（４２４）を閉じているときは、切替弁（４２３）の開度を、ＥＧＲガス冷却通路（４２５）にＥＧＲガスを導入する全開状態と、ＥＧＲガス冷却通路（４２５）にＥＧＲガスを導入しない全閉状態と、の間の開度に維持するＥＧＲ停止時切替弁制御手段（Ｓ５）を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＥＧＲ弁を閉じているときは、切替弁の開度を全開状態と全閉状態の間の開度に維持することにした。これにより、切替弁の表側に作用する排気脈動と、裏側に作用する排気脈動と、の間に位相差が生じても、切替弁の表裏に圧力差が生じることがない。したがって、切替弁に過大な力がかかるのを抑制でき、切替弁の劣化を抑制できる。

ＥＧＲ制御装置のシステム概略図である。ＥＧＲクーラを通してから吸気通路に還流させるとき及びＥＧＲクーラを通さずに吸気通路に還流させるときの切替弁の様子を示した図である。エンジン運転状態と、ＥＧＲ実施領域と、の関係を示したマップである。ＥＧＲ弁が全閉状態の場合であって、切替弁を冷却側に維持しているときのＥＧＲ装置を示す図である。ＥＧＲ弁が全閉状態の場合であって、切替弁を冷却側に維持しているときのＥＧＲクーラの入口及び出口の圧力を示した図である。本実施形態による切替弁開度制御について説明するフローチャートである。切替弁の開度を冷却側と非冷却側との中間に維持しているときのＥＧＲ装置を示す図である。他の実施形態によるＥＧＲ装置の構成を示す図である。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるＥＧＲ制御装置のシステム概略図である。

ＥＧＲ制御装置は、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という）１と、燃料装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、コントローラ５と、を備える。

エンジン１は、吸入空気を圧縮したときの圧縮熱で燃料を着火燃焼させて動力を発生する。

燃料装置２は、燃料ポンプ２１と、コモンレール２２と、インジェクタ２３と、を備える。

燃料ポンプ２１は、高圧にした燃料をコモンレール２２に供給する。

コモンレール２２は、高圧燃料を蓄えた後、燃料をインジェクタ２３へ供給する。

インジェクタ２３は、エンジン１の各気筒の燃焼室に臨むように設けられ、各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する。

吸気装置３は、吸気通路３１と、ターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ａと、インタークーラ３３と、吸気絞り弁３４と、を備える。

吸気通路３１は、エンジン１の各気筒の燃焼室に接続される。吸気通路３１を介して燃焼室に吸入空気が供給される。

コンプレッサ３２ａは、同軸上に取り付けられたタービン３２ｂによって回されて、吸入空気を圧縮して各気筒へ供給する。

インタークーラ３３は、ターボチャージャ３２によって圧縮された吸入空気を冷却する。

吸気絞り弁３４は、吸気通路３１の通路断面積を変化させることで、エンジン１に吸入させる吸気量を調整する。吸気絞り弁３４を通過した吸気は、吸気コレクタ３５で分配されてエンジン１の各気筒に流入する。

排気装置４は、排気通路４１と、排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下「ＥＧＲ」という）装置４２と、ターボチャージャ３２のタービン３２ｂと、酸化触媒４３と、ＤＰＦ４４と、を備える。

排気通路４１は、エンジンの各気筒の燃焼室に接続される。排気通路４１を介してエンジンから排出された排気が外部へ放出される。

ＥＧＲ装置４２は、ＥＧＲ通路４２１と、ＥＧＲクーラ４２２と、切替弁４２３と、ＥＧＲ弁４２４と、備える。ＥＧＲ装置４２は、ＥＧＲ通路４２１を介してエンジン１から排出された排気の一部を吸気通路３１に還流させ、燃焼温度を低減して窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する。以下、ＥＧＲ通路４２１を流れる排気のことを「ＥＧＲガス」という。

ＥＧＲ通路４２１は、排気通路４１と吸気通路３１の吸気コレクタ３５とを連通する。

ＥＧＲクーラは、ＥＧＲ通路４２１から一旦分離して再びＥＧＲ通路４２１に接続されるＥＧＲガス冷却通路４２５に設けられる。ＥＧＲクーラ４２２は、ＥＧＲガスを冷却する。

切替弁４２３は、ＥＧＲクーラ４２２よりも上流のＥＧＲ通路４２１に設けられる。切替弁４２３は、ＥＧＲガスを、ＥＧＲクーラ４２２を通してから吸気通路３１に還流させるか、ＥＧＲクーラ４２２を通さずに吸気通路３１に還流させるか、を切り替える。すなわち、ＥＧＲガス冷却通路４２５にＥＧＲガスを導入するか否かを切り替える。

ＥＧＲ弁４２４は、ＥＧＲ通路４２１に設けられ、吸気通路３１に流入するＥＧＲガス流量（ＥＧＲ量）を調整する。

タービン３２ｂは、排気のエネルギによって回されて、同軸上に取り付けられたコンプレッサ３２ａを駆動する。

酸化触媒４３は、排気中の炭化水素及び一酸化炭素を浄化する。

ＤＰＦ４４は、排気中の粒子状物質（Particulate Matter；以下「ＰＭ」という）を捕捉する。

コントローラ５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ５には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ５１やアクセルペダルの踏み込み量（エンジン負荷）を検出するアクセルストロークセンサ５２などのエンジン１の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。コントローラ５は、検出したエンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁４２４の開度を制御してＥＧＲを実施する。

図２は、ＥＧＲクーラ４２２を通してから吸気通路３１に還流させるとき及びＥＧＲクーラ４２２を通さずに吸気通路３１に還流させるときの切替弁４２３の様子を示した図である。なお、発明の理解を容易にするため、ＥＧＲ装置４２のみを記載した。

図２（Ａ）は、ＥＧＲガスを、ＥＧＲクーラ４２２を通してから吸気通路３１に還流させる「冷却側」に切替弁４２３を維持しているときの図である。切替弁４２３は、非通電状態のときに冷却側に維持される。切替弁４２３が冷却側に維持されているときは、ＥＧＲクーラ４２２によって冷却させられたＥＧＲガスが吸気通路３１に還流させられる。

図２（Ｂ）は、ＥＧＲガスを、ＥＧＲクーラ４２２を通さずに吸気通路３１に還流させる「非冷却側」に維持しているときの図である。切替弁４２３は、通電量に応じてその開度が変化し、最大通電量のときに非冷却側に維持される。切替弁４２３が非冷却側に維持されているときは、冷却されない排気がそのままＥＧＲガスとして吸気通路３１に還流させられる。

図３は、エンジン運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）と、ＥＧＲ実施領域と、の関係を示したマップである。

図３に示すように、ＥＧＲは、高回転領域又は高負荷領域（以下「ＥＧＲ禁止領域」という）で運転しているときは実施されない。したがって、ＥＧＲ禁止領域では、ＥＧＲ弁４２４が全閉状態となるように制御される。

ここで、発明者の鋭意研究によって、ＥＧＲ弁４２４が全閉状態の場合であって、図３に示すＥＧＲ禁止領域内の高回転高負荷領域で運転しているときに、切替弁４２３を冷却側に維持していると、切替弁４２３が劣化することがわかった。以下、この問題について図４及び図５を参照して説明する。

図４は、ＥＧＲ弁４２４が全閉状態の場合であって、切替弁４２３を冷却側に維持しているときのＥＧＲ装置４２を示す図である。なお、発明の理解を容易にするため、ＥＧＲ装置４２のみを記載した。

ＥＧＲ弁４２４が全閉状態の場合であって、切替弁４２３を冷却側に維持しているときは、ＥＧＲクーラ４２２の入口Ｐ１を通過した排気脈動がＥＧＲクーラ４２２の出口Ｐ２を通過した後にＥＧＲ弁４２４で反射して、再びＥＧＲクーラ４２２の出口Ｐ２に戻ってくる。そのため、排気脈動の位相がずれて、ＥＧＲクーラ４２２の入口Ｐ１と出口Ｐ２との間で圧力差が発生する。

図５は、ＥＧＲ弁４２４が全閉状態の場合であって、切替弁４２３を冷却側に維持しているときのＥＧＲクーラ４２２の入口Ｐ１及び出口Ｐ２の圧力を示した図である。

図５に示すように、排気脈動の位相がずれることによって、ＥＧＲクーラ４２２の入口Ｐ１と出口Ｐ２との間で圧力差が発生する。この圧力差によって、切替弁４２３に力がかかる。高回転高負荷で運転しているときほど排気脈動の周期及び振幅は大きくなるので、この圧力差も大きくなる。そのため、切替弁４２３にかかる力も大きくなり、切替弁４２３を劣化させる原因となる。

そこで本実施形態では、ＥＧＲ弁４２４が全閉状態の場合であって、高回転高負荷で運転しているときは、切替弁４２３の開度を冷却側と非冷却側との中間に維持する。
以下、この切替弁開度制御について説明する。

図６は、本実施形態による切替弁開度制御について説明するフローチャートである。コントローラ１０は、このルーチンを所定の演算周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、コントローラ５は、冷機時か否かを判定する。具体的には、エンジン水温が所定温度より低いか否かを判定する。コントローラ５は、冷機時であればステップＳ６に処理を移行する。一方で、冷機時でなければステップＳ２に処理を移行する。

ステップＳ２において、コントローラ５は、前述した図３のマップを参照して、高回転高負荷領域で運転しているか否かを判定する。コントローラ５は、高回転高負荷領域で運転していればステップＳ５に処理を移行する。一方で、高回転高負荷領域で運転していなければステップＳ３に処理を移行する。

ステップＳ３において、コントローラ５は、切替弁４２３を冷却側に維持して、ＥＧＲクーラ４２２にＥＧＲガスが流れ込むようにする。

ステップＳ４において、コントローラ５は、現在の運転状態に基づいて、ＥＧＲ弁４２４の開度を制御する。具体的には、図５のマップにおいて、運転状態がＥＧＲ実施領域内であれば、そのときの運転状態に基づいてＥＧＲ弁４２４の開度を制御する。一方で、運転状態がＥＧＲ実施領域内になければ、ＥＧＲ弁４２４を全閉にしてＥＧＲを停止する。

ステップＳ５において、コントローラ５は、切替弁４２３の開度を冷却側と非冷却側との中間に維持する。

ステップＳ６において、コントローラ５は、切替弁４２３を非冷却側に維持して、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ４２２に流れ込まないようにする。これは、冷機時にＥＧＲクーラ４２２で冷却したＥＧＲガスを還流させると、燃焼安定度が低下して運転性が悪化するためである。

図７は、切替弁４２３の開度を冷却側と非冷却側との中間に維持しているときのＥＧＲ装置４２を示す図である。なお、発明の理解を容易にするため、ＥＧＲ装置４２のみを記載した。

図７に示すように、切替弁４２３の開度を冷却側と非冷却側との中間に維持することで、ＥＧＲクーラ４２２の入口Ｐ１と出口Ｐ２との間に圧力差が発生するのを防止できる。これにより、切替弁４２３に力がかかるのを防止できるので、切替弁４２３の劣化を防止できる。

以上説明した本実施形態によれば、ＥＧＲ弁４２４が全閉状態の場合であって、高回転高負荷で運転しているときは、切替弁４２３の開度を冷却側と非冷却側との中間に維持することとした。これにより、排気脈動が大きくなる高回転高負荷領域において、ＥＧＲクーラ４２２の入口Ｐ１と出口Ｐ２との間に圧力差が発生するのを防止できる。これにより、切替弁４２３に過大な力がかかるのを防止でき、切替弁４２３の劣化を防止できる。

また、非通電状態のときに切替弁４２３が冷却側に維持されるようにした。そのため、エンジン冷機時及び高回転高負荷運転時以外は、切替弁４２３に対して通電する必要がない。高回転高負荷領域で運転する頻度は、それ以外の運転領域で運転する頻度よりも少ない。したがって、消費電力を節約でき、結果として燃費を向上させることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、本実施形態ではＥＧＲガス冷却通路４２５にＥＧＲクーラ４２２を設けたが、ＥＧＲクーラ４２２を設けなくても、ＥＧＲガス冷却通路４２５を流れる過程でＥＧＲガスを十分に冷却できるときは、ＥＧＲクーラ４２２を設けなくてもよい。

また、本実施形態では切替弁４２３によってＥＧＲガス冷却通路４２５の入口と出口とを同時に開閉できる構成としたが、図８に示すように入口のみを開閉する構成のものであってもよい。

４２ＥＧＲ装置
４２１ＥＧＲ通路
４２２ＥＧＲクーラ
４２３切替弁
４２４ＥＧＲ弁
４２５ＥＧＲガス冷却通路
Ｓ５ＥＧＲ停止時切替弁制御手段
Ｓ６冷機時切替弁制御手段

Claims

排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁よりも上流に設けられ、前記ＥＧＲ通路から一旦分離して再び前記ＥＧＲ通路に接続されるＥＧＲガス冷却通路と、
前記ＥＧＲガス冷却通路にＥＧＲガスを導入する切替弁と、
を備えるＥＧＲ装置の制御装置であって、
前記ＥＧＲ弁を閉じているときは、前記切替弁の開度を、前記ＥＧＲガス冷却通路にＥＧＲガスを導入する全開状態と、前記ＥＧＲガス冷却通路にＥＧＲガスを導入しない全閉状態と、の間の開度に維持するＥＧＲ停止時切替弁制御手段を備える
ことを特徴とするＥＧＲ装置の制御装置。
前記ＥＧＲ停止時切替弁制御手段は、前記ＥＧＲ弁を閉じている場合であって、高回転高負荷運転しているときに、前記切替弁の開度を全開状態と全閉状態の間の開度に維持する
ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置の制御装置。
エンジン冷機時は前記切替弁を全閉状態にする冷機時切替弁制御手段を備える
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲ装置の制御装置。
前記切替弁は、非通電状態のときに全開状態である
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載のＥＧＲ装置の制御装置。
前記ＥＧＲガス冷却通路にＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを設けた
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載のＥＧＲ装置の制御装置。
前記切替弁は、前記ＥＧＲガス冷却通路の入口と出口とを同時に開閉可能な弁である
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載のＥＧＲ装置の制御装置。