JP5946245B2

JP5946245B2 - 蓄圧式ｅｇｒシステム

Info

Publication number: JP5946245B2
Application number: JP2011051230A
Authority: JP
Inventors: 創大原
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JP2012188948A

Description

本発明は、蓄圧式ＥＧＲシステムに関するものである。

従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側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、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。

図２は排気ガス再循環を行うためのＥＧＲ装置を搭載したエンジンの一例を示すもので、図２中における１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１は、ターボチャージャ２を備えており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３を吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３をインタクーラ５へと送って冷却し、該インタクーラ５から更に吸気マニホールド６へと吸気３を導いてエンジン１の各気筒７（図２では直列６気筒の場合を例示している）に分配するようにしてある。

また、このエンジン１の各気筒７から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介し前記ターボチャージャ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８を排気管１０を介し車外へ排出するようにしてある。

そして、排気マニホールド９における各気筒７の並び方向の一端部と、吸気マニホールド６に接続されている吸気管４の一端部との間がＥＧＲパイプ１１により接続されており、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出してＥＧＲガス８’として吸気管４に導き得るようにしてある。

ここで、前記ＥＧＲパイプ１１には、該ＥＧＲパイプ１１を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１２と、ＥＧＲガス８’を冷却するためのＥＧＲクーラ１３とが装備されており、該ＥＧＲクーラ１３では、図示しない冷却水とＥＧＲガス８’とを熱交換させることによりＥＧＲガス８’の温度を低下し得るようになっている。

即ち、ＥＧＲガス８’をＥＧＲパイプ１１の途中で冷却すると、ＥＧＲガス８’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の出力をあま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可能となる。

尚、排気マニホールド９から抜き出した排気ガス８の一部をＥＧＲガス８’として吸気管４へ再循環するようにした例を開示する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

特開２００１−１２３８８９号公報

しかしながら、斯かる従来システムにおいては、エンジン１で燃焼される燃料噴射量とエンジン回転数とに基づき必要なＥＧＲガス８'の再循環量を確保するためのＥＧＲバルブ１２の目標リフトが決定されるようになっており、この目標リフトに従いＥＧＲバルブ１２の開閉制御が行われるようになっているが、燃料噴射量と吸気量の関係制御は、黒煙の発生や失火等を確実に回避する観点から前記目標リフトに基づく開閉制御よりも優先されるため、例えば、過渡加速時等にあっては、図３のグラフ中に一点鎖線で示す如く、必要な吸気量を確保するためにＥＧＲバルブ１２が一時的に閉じられることになり、図３のグラフ中に実線で示す如き目標リフト通りにはならない。

即ち、過渡加速時等にアクセルが踏み込まれると、これに即応して燃料噴射量が増加して排気ガス８が増加するが、ＥＧＲバルブ１２が開いたままの状態にあると、タービン２ｂの通過が抵抗となって排気ガス８の多くがＥＧＲガス８’として吸気側へ再循環してしまい、タービン２ｂを効率良く駆動することができなくなって吸気量が燃料噴射量の増加に追いつかなくなってしまうため、必要な吸気量を確保するためにＥＧＲバルブ１２を一時的に閉じて排気ガス８の全量をタービン２ｂに導き、該タービン２ｂを効率良く駆動して吸気量の早期の増加を促すようにしている。

このため、同じ時間軸を横軸にとった図４のグラフ（縦軸は図示範囲の排出量ピークを１としたときのＮＯx排出量の比率を示す）でＮＯx排出量の推移を示す如く、ＥＧＲバルブ１２を一時的に閉じたタイミングでＥＧＲガス８’の再循環が遮断されることでＮＯx排出量が突発的に増加してしまうという問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、既存のＥＧＲ装置でＥＧＲガスを再循環できない運転条件下であっても、任意のタイミングでＥＧＲガスを吸気通路に供給し得る蓄圧式ＥＧＲシステムを提供することを目的とする。

本発明は、ＥＧＲパイプとＥＧＲバルブとＥＧＲクーラとを装備した既存のＥＧＲ装置と併用する蓄圧式ＥＧＲシステムにおいて、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接続して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気側から吸気側へ再循環するＥＧＲパイプと、該ＥＧＲパイプの途中に装備されてＥＧＲガスを蓄圧するＥＧＲガスタンクと、前記ＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスタンクと排気通路との間に装備された入側制御弁と、前記ＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスタンクと吸気通路との間に装備された出側制御弁と、前記ＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスタンクと排気通路との間に装備され且つＥＧＲガスタンクから排気通路へのＥＧＲガスの逆流を防ぐ逆止弁と、ＥＧＲガスタンクの内部圧力を検出する圧力センサと、前記入側制御弁と前記出側制御弁を開閉操作する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記圧力センサにより検出されるＥＧＲガスタンク内の圧力が所定圧に達していない時に排気通路側で圧力が高まるたびに逆止弁によりＥＧＲガスが封止されＥＧＲガスタンク内に所定圧のＥＧＲガスが蓄圧されるように燃焼が安定している時を狙って出側制御弁を閉じた状態で入側制御弁を開け、前記圧力センサによりＥＧＲガスタンク内の圧力が所定圧に達したことが確認された時に所定量のＥＧＲガスが蓄圧された状態に保持されるように出側制御弁を閉じた状態で入側制御弁を閉じ、ＥＧＲガスタンク内に所定圧のＥＧＲガスが封止された状態で既存のＥＧＲ装置でＥＧＲガスを再循環できない運転条件の時に適宜な量の排気ガスをＥＧＲガスタンクから吸気通路へ開放するよう入側制御弁を閉じた状態で出側制御弁を開けるように構成されたことを特徴とするものである。

而して、このような蓄圧式ＥＧＲシステムを採用した場合、圧力センサにより検出されるＥＧＲガスタンク内の圧力が所定圧に達していない時に、定常運転時等における燃焼が安定している時を狙って出側制御弁を閉じた状態で入側制御弁を開けるように制御装置により制御すると、排気通路側で圧力が高まる度にＥＧＲガスタンクにＥＧＲガスが導入されて逆止弁により封止される結果、ＥＧＲガスタンク内に所定量のＥＧＲガスが蓄圧されることになり、ＥＧＲガスタンク内に所定量のＥＧＲガスが蓄圧されたら、圧力センサの検出値に基づき制御装置により出側制御弁を閉じた状態で入側制御弁を閉じるように制御して所定量のＥＧＲガスが蓄圧された状態を保持させる。

次いで、過渡加速時等のように既存のＥＧＲ装置でＥＧＲバルブを閉じなければならないようなＥＧＲガスの再循環ができない運転条件下で、制御装置により入側制御弁を閉じた状態で出側制御弁を適宜なリフト量で開けるように制御すると、ＥＧＲガスタンク内に蓄圧されたＥＧＲガスが吸気通路に開放され、吸気と混合してエンジンに導かれて該エンジン内での燃料の燃焼を抑制する役割を果たし、これにより燃焼温度が低下してＮＯｘの発生が抑制されることになる。

上記した本発明の蓄圧式ＥＧＲシステムによれば、既存のＥＧＲ装置でＥＧＲガスを再循環できない運転条件下であっても、任意のタイミングでＥＧＲガスを吸気通路に供給することができるので、特定の運転条件下でＮＯx排出量が突発的に増加してしまうことを防止することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。従来例を示す概略図である。ＥＧＲバルブの目標リフトと実リフトの違いを説明するグラフである。図３と同じ時間軸でのＮＯx排出量の推移を示すグラフである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図２と略同様のエンジン１に後述の蓄圧式ＥＧＲシステム１４を搭載した場合を例示しており、このエンジン１には、既存のＥＧＲ装置を成すＥＧＲパイプ１１とＥＧＲバルブ１２とＥＧＲクーラ１３とが装備されており、このような既存のＥＧＲ装置と併用して前記蓄圧式ＥＧＲシステム１４が用いられるようになっている。

ここに図示している例では、ターボチャージャ２のタービン２ｂより上流の排気通路を成す排気マニホールド９と、前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより下流の吸気通路を成す吸気マニホールド６との間が、ＥＧＲパイプ１５により接続されて排気ガス８の一部がＥＧＲガス８’として排気側から吸気側へ再循環されるようになっており、このＥＧＲパイプ１５の途中には、ＥＧＲガス８’を蓄圧するＥＧＲガスタンク１６が装備されている。

更に、前記ＥＧＲパイプ１５におけるＥＧＲガスタンク１６と排気マニホールド９との間には、ＥＧＲガス８’が流れる流路を開閉する入側制御弁１７と、ＥＧＲガスタンク１６から排気マニホールド９へのＥＧＲガス８’の逆流を防ぐ逆止弁１８とが装備されており、前記ＥＧＲパイプ１５におけるＥＧＲガスタンク１６と吸気マニホールド６との間には、ＥＧＲガス８’が流れる流路を開閉する出側制御弁１９が装備されている。

また、ＥＧＲガスタンク１６の適宜位置には、該ＥＧＲガスタンク１６の内部圧力を検出する圧力センサ２０が装備されており、該圧力センサ２０の検出信号２０ａが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置２１に入力されてＥＧＲガスタンク１６内の圧力が監視されるようになっている。

そして、前記制御装置２１から入側制御弁１７と出側制御弁１９に向け制御信号１７ａ，１９ａが出力され、前記圧力センサ２０の検出値に基づきＥＧＲガスタンク１６内に所定圧のＥＧＲガス８’が蓄圧されるように出側制御弁１９を閉じた状態で入側制御弁１７が開閉操作されると共に、必要時に適宜な量の排気ガス８をＥＧＲガスタンク１６から吸気マニホールド６へ開放するよう出側制御弁１９が開閉操作されるようになっている。

より具体的には、圧力センサ２０により検出されるＥＧＲガスタンク１６内の圧力が所定圧に達していない時に、定常運転時等における燃焼が安定している時を狙って出側制御弁１９を閉じた状態で入側制御弁１７を開け、圧力センサ２０によりＥＧＲガスタンク１６内の圧力が所定圧に達したことが確認されたら入側制御弁１７を閉じるようにしており、ＥＧＲガスタンク１６内に所定圧のＥＧＲガス８’が蓄圧された状態においては、例えば、過渡加速時等のように既存のＥＧＲ装置でＥＧＲバルブ１２を閉じなければならないようなＥＧＲガス８’の再循環ができない運転条件下において出側制御弁１９を適宜なリフト量で開けるようになっている。

而して、このようにした場合、定常運転時等における燃焼が安定している時に制御装置２１からの制御信号１９ａ，１７ａにより出側制御弁１９を閉じた状態で入側制御弁１７を開けると、排気マニホールド９側で圧力が高まる度にＥＧＲガスタンク１６にＥＧＲガス８’が導入されて逆止弁１８により封止される結果、ＥＧＲガスタンク１６内に所定量のＥＧＲガス８’が蓄圧されることになり、ＥＧＲガスタンク１６内に所定量のＥＧＲガス８’が蓄圧されたならば、これを圧力センサ２０からの検出信号２０ａにより確認した制御装置２１からの制御信号１７ａにより入側制御弁１７が閉じられて所定量のＥＧＲガス８’が蓄圧された状態に保持される。

次いで、過渡加速時等のように既存のＥＧＲ装置でＥＧＲバルブ１２を閉じなければならないようなＥＧＲガス８’の再循環ができない運転条件下で制御装置２１からの制御信号１９ａにより出側制御弁１９を適宜なリフト量で開けると、ＥＧＲガスタンク１６内に蓄圧されたＥＧＲガス８’が吸気マニホールド６に開放され、吸気３と混合してエンジン１に導かれて該エンジン１内での燃料の燃焼を抑制する役割を果たし、これにより燃焼温度が低下してＮＯxの発生が抑制されることになる。

従って、上記形態例によれば、既存のＥＧＲ装置でＥＧＲガス８’を再循環できない運転条件下であっても、任意のタイミングでＥＧＲガス８’を吸気マニホールド６に供給することができるので、特定の運転条件下でＮＯx排出量が突発的に増加してしまうことを防止することができる。

尚、本発明の蓄圧式ＥＧＲシステムは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、ＥＧＲガスタンクからのＥＧＲガスの放出は、必ずしも過渡加速時の運転条件下で行うことに限定されるものではなく、必要時に任意のタイミングで行うようにして良いこと、また、例えば、排気バルブのリフト量と開閉タイミングを任意に変更できる可変バルブタイミング・リフト機構（ＶＶＡ）等を備えたエンジンにあっては、膨張行程中の高圧の排気ガスを排気通路に抜き出してＥＧＲガスタンク内の高圧化を図るようにしても良いこと、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。

１エンジン
２ターボチャージャ
２ａコンプレッサ
２ｂタービン
３吸気
６吸気マニホールド（吸気通路）
８排気ガス
８’ ＥＧＲガス
９排気マニホールド（排気通路）
１４蓄圧式ＥＧＲシステム
１５ＥＧＲパイプ
１６ＥＧＲガスタンク
１７入側制御弁
１８逆止弁
１９出側制御弁
２０圧力センサ
２１制御装置

Claims

ＥＧＲパイプとＥＧＲバルブとＥＧＲクーラとを装備した既存のＥＧＲ装置と併用する蓄圧式ＥＧＲシステムにおいて、
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接続して排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気側から吸気側へ再循環するＥＧＲパイプと、該ＥＧＲパイプの途中に装備されてＥＧＲガスを蓄圧するＥＧＲガスタンクと、前記ＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスタンクと排気通路との間に装備された入側制御弁と、前記ＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスタンクと吸気通路との間に装備された出側制御弁と、前記ＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスタンクと排気通路との間に装備され且つＥＧＲガスタンクから排気通路へのＥＧＲガスの逆流を防ぐ逆止弁と、ＥＧＲガスタンクの内部圧力を検出する圧力センサと、前記入側制御弁と前記出側制御弁を開閉操作する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記圧力センサにより検出されるＥＧＲガスタンク内の圧力が所定圧に達していない時に排気通路側で圧力が高まるたびに逆止弁によりＥＧＲガスが封止されＥＧＲガスタンク内に所定圧のＥＧＲガスが蓄圧されるように燃焼が安定している時を狙って出側制御弁を閉じた状態で入側制御弁を開け、前記圧力センサによりＥＧＲガスタンク内の圧力が所定圧に達したことが確認された時に所定量のＥＧＲガスが蓄圧された状態に保持されるように出側制御弁を閉じた状態で入側制御弁を閉じ、ＥＧＲガスタンク内に所定圧のＥＧＲガスが封止された状態で既存のＥＧＲ装置でＥＧＲガスを再循環できない運転条件の時に適宜な量の排気ガスをＥＧＲガスタンクから吸気通路へ開放するよう入側制御弁を閉じた状態で出側制御弁を開けるように構成されたことを特徴とする蓄圧式ＥＧＲシステム。