JP6058461B2

JP6058461B2 - ディーゼルエンジン

Info

Publication number: JP6058461B2
Application number: JP2013090811A
Authority: JP
Inventors: 塩見　秀雄; 秀雄塩見; 太一富樫; 康男野間
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-04-23
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: CN105143654A; CN105143654B; JP2014214639A; KR101788718B1; KR20150142017A; WO2014175269A1

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの技術に関する。

ディーゼルエンジンは、内燃機関の一つとして公知である。ディーゼルエンジンは、内燃機関の中でも、燃焼室が高圧であって、かつ、余分に空気を取り込むことから、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量が多い。そこで、ディーゼルエンジンには、ＮＯｘを低減させるため、排気ガス再循環装置が設けられている（例えば、特許文献１）。

排気ガス再循環装置は、排気通路と吸気通路との間を連通する排気還流通路を排気還流弁によって開閉し、排気還流通路を介して排気通路から吸気通路に排気ガスの一部を還流する装置である。排気ガス再循環装置では、酸素が含まれていない、或いは、希薄な状態にある燃焼後の排気ガスを吸気と混ぜ、吸気中の酸素濃度を低下させ、大気より酸素濃度が低い状態にて燃焼させ、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの発生を抑制している。

しかし、排気ガス再循環装置を備えたディーゼルエンジンを高地で運転した場合には、大気中の酸素濃度が低く、さらに排気ガス再循環装置によって吸気中の酸素濃度を低下させ、黒煙が発生する。例えば、特許文献１には、大気圧センサの信号に基づき排気還流弁の開度を補正制御する構成が開示されているものの、具体的な制御手段は開示されていない。そこで、排気ガス再循環装置を備えたディーゼルエンジンでは、高地での黒煙の発生を防止するための具体的な制御手段が必要とされている。

実開平０２−４３４４７号公報

本発明の解決しようとする課題は、高地での黒煙の発生を防止できるディーゼルエンジンを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、排気通路と吸気通路との間を連通する排気還流通路を排気還流弁によって開閉し、該排気還流通路を介して前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流する排気ガス再循環装置と、該排気ガス循環装置の還流を制御する制御装置と、を備えるディーゼルエンジンであって、大気圧を検出する大気圧検出手段を備え、前記制御装置は、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であれば、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断し、前記制御装置は、前記大気圧検出手段が異常である場合には、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であっても、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断しないものである。

本発明のディーゼルエンジンによれば、高地での黒煙の発生を防止できる。

ディーゼルエンジンの全体構成を示す模式図。ＥＧＲカット制御の流れを示すフロー図。同じくタイムチャート図。トラクタの全体構成を示す側面図。高地走行するトラクタを示す模式図。

図１を用いて、ディーゼルエンジン１００について説明する。なお、図１では、ディーゼルエンジン１００を模式的に表している。また、図１の破線は、電気信号線を表している。

ディーゼルエンジン１００は、本発明のディーゼルエンジンに係る実施形態である。ディーゼルエンジン１００は、クランク軸５と、このクランク軸５を支持するシリンダブロック（図示省略）と、このシリンダブロック上に設けられるシリンダヘッド６と、吸気通路１０と、排気通路２０と、排気ガス再循環装置であるＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置３０と、制御装置であるＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）５０と、大気圧検出手段としての大気圧センサ６０と、燃料噴射装置（図示省略）等、を具備している。

シリンダヘッド６の一側には、吸気マニホールド１１が設けられている。吸気マニホールド１１には、吸気通路１０の一端部が連通されており、吸気通路１０の他端部には、エアクリーナ１２が設けられている。つまり、吸気通路１０は、吸気マニホールド１１とエアクリーナ１２との間を連通している。

シリンダヘッド６の他側には、排気マニホールド２１が設けられている。排気マニホールド２１には、排気通路２０の一端部が連通されており、排気通路２０の他端部には、マフラ２２が連通されている。つまり、排気通路２０は、排気マニホールド２１とマフラ２２との間を連通している。

ＥＧＲ装置３０は、排気ガスの一部を排気通路２０から吸気通路１０に還流するものである。具体的には、ＥＧＲ装置３０は、吸入空気中の酸素濃度を低くして燃料をゆるやかに燃やすことで窒素酸化物の生成を抑えるものである。ＥＧＲ装置３０は、排気通路２０と吸気通路１０との間を連通する排気還流通路であるＥＧＲ通路３１と、このＥＧＲ通路３１を開閉する排気還流弁であるＥＧＲ弁３２と、を具備している。ＥＧＲ弁３２は、ＥＣＵ５０に接続されている。

ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１００の運転を制御するものである。ＥＣＵ５０には、ＥＧＲ弁３２と、大気圧センサ６０と、が接続されている。ＥＣＵ５０は、後述する大気圧センサ６０によって大気圧の判定を行う機能を有している。ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ装置３０のＥＧＲ弁３２の開度を調整して、排気ガスの一部を排気通路２０から吸気通路１０に還流する機能を有している（ＥＧＲ制御）。

大気圧センサ６０は、大気圧を計測するものである。大気圧センサ６０は、ＥＣＵ５０に接続されている。

図２を用いて、ＥＧＲカット制御Ｓ１００の流れについて説明する。なお、図２では、ＥＧＲカット制御Ｓ１００の流れをフローチャートによって模式的に表している。

ＥＧＲカット制御Ｓ１００は、エンジン１００の始動完了後に、大気圧センサ６０が検出する大気圧が所定圧以下であれば、ＥＧＲ装置の還流を遮断させる制御である。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、エンジン１００の始動を完了させる。具体的には、スタータ（セルモータ）による始動が完了し、エンジン１００の駆動が始まる。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ装置３０のＥＧＲ弁３２を開として、排気ガスの一部を排気通路２０から吸気通路１０に還流させる（ＥＧＲ制御）。なお、ＥＧＲ制御では、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてＥＧＲ弁３２の開度を調整するものの、本実施形態ではＥＧＲ弁３２の開度を調整については説明を省略する。

ステップＳ１３０において、ＥＣＵ５０は、大気圧センサ６０が正常であるかどうかを確認する。具体的には、ＥＣＵ５０は、大気圧センサ６０に通電し、通電できれば正常と判断する。一方、通電できない場合には、断線、或いは、センサ故障による異常と判断する。ＥＣＵ５０は、大気圧センサ６０が正常であれば、ステップＳ１４０へ移行する。一方、ＥＣＵ５０は、大気圧センサ６０が異常であれば、ステップＳ１７０へ移行する。

ステップＳ１４０において、ＥＣＵ５０は、大気圧センサ６０によって大気圧の計測を行う。

ステップＳ１５０において、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１４０にて計測した大気圧が所定気圧以下であるかどうかを確認する。具体的には、ＥＣＵ５０は、計測した大気圧に基づいて、エンジン１００の現在位置が高地なのか、或いは、低地なのかを確認する。ＥＣＵ５０は、計測した大気圧が所定気圧以下である、即ち現在位置が高地の場合には、ステップＳ１６０へ移行する。一方、ＥＣＵ５０は、計測した大気圧が所定気圧より大きい、即ち現在位置が低地の場合には、ステップＳ１７０へ移行する。

ステップＳ１６０において、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ装置３０のＥＧＲ弁３２を閉として、排気ガスの一部を排気通路２０から吸気通路１０に還流することを遮断する。

ステップＳ１７０において、そのままＥＧＲ装置３０のＥＧＲ弁３２を開として、排気ガスの一部を排気通路２０から吸気通路１０に還流させる（ＥＧＲ制御）。

なお、ＥＧＲカット制御Ｓ１００は、エンジン始動開始時の制御であって、エンジン運転中には作動しないものとする。例えば、エンジン運転中に気圧変動があった場合でも、ＥＧＲカット制御Ｓ１００は実行されないものとする。

例えば、現在位置が高地であると判定する海抜範囲（ボーダー域）である海抜１０００ｍから海抜１５００ｍにおいて、海抜１２００ｍに対応する大気圧が高地判定の基準圧として設定されている場合には、トラクタ５００が海抜１１８０ｍ〜１２２０ｍの間を往復して作業してもＥＧＲカット制御Ｓ１００は作動しないよに構成されている（図５参照）。

図３を用いて、ＥＧＲカット制御Ｓ１００の流れについて説明する。なお、図３では、ＥＧＲカット制御Ｓ１００の流れをタイムチャートによって模式的に表している。

エンジン１００では、キースイッチがＯＮとされると、スタータ（セルモータ）によってエンジン始動が開始される。さらに、キースイッチがＳＴＡＲＴとされると、スタータ（セルモータ）によってエンジン始動が完了し、エンジン駆動が始まる。

エンジン１００では、エンジン始動が完了すると、大気圧センサ６０によって大気圧の計測を行う。本実施形態では、４秒間の間、大気圧センサ６０によって大気圧の計測を行うものとする。

同時に、エンジン１００では、エンジン始動が完了すると、ＥＧＲ装置３０のＥＧＲ弁３２を開として、排気ガスの一部を排気通路２０から吸気通路１０に還流する（ＥＧＲ制御）。

エンジン１００では、大気圧の計測が完了すると、計測した大気圧によって現在位置が高地と判断された場合には、ＥＧＲ制御が遮断される。一方、エンジン１００では、計測した大気圧によって現在位置が低地と判断された場合には、ＥＧＲ制御が続行される。

ディーゼルエンジン１００の効果について説明する。ディーゼルエンジン１００によれば、高地での黒煙の発生を防止できる。

従来、ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンを高地で運転した場合には、大気中の酸素濃度が低いため、さらにＥＧＲ装置によって吸気中の酸素濃度を低下させた場合には、黒煙が発生していた。

本実施形態のディーゼルエンジン１００によれば、エンジン始動完了後に、大気圧センサ６０によって大気圧の計測を行い、計測した大気圧に基づいて現在位置が高地であると判断された場合には、ＥＧＲ制御が遮断されるため、高地での黒煙の発生を防止できる。

以下では、図４および図５を用いて本発明に係るディーゼルエンジン１００の実施形態であるトラクタ５００について説明する。なお、図４では、トラクタ５００を側面視にて表している。

トラクタ５００は種々の作業機（ロータリ等）を装着し、装着した作業機を用いて種々の作業を行うものである。トラクタ５００は、機体フレーム５２０が長手方向を前後方向として配置され、その後部でディーゼルエンジン１００に連結される。ディーゼルエンジン１００の後部には、トラクタ５００の動力伝達機構の一部を収納するトランスミッションケース５４０が長手方向を前後方向として連結される。機体フレーム５２０の前部はフロントアクスルを介して左右一対の前輪５５０に支持され、トランスミッションケース５４０の後部はリアアクスルを介して左右一対の後輪５６０に支持される。

図５を用いて、高地走行するトラクタ５００について説明する。なお、図５では、高地走行するトラクタ５００を模式的に表している。また、図５では、トラクタ５００に作業機であるロータリ６００が装着されている。

低地走行するトラクタ５００、すなわち通常のトラクタ５００には、その低地に応じた大気圧が作用している。しかし、山間部等の高地走行するトラクタ５００には、低地での大気圧よりも小さい気圧が作用している。さらに、山間部等の高地走行では、大気中の酸素濃度が低い。

海抜１２００ｍに対応する大気圧が高地判定の基準圧に設定されている場合、トラクタ５００が海抜１０８０ｍ〜１１２０ｍの間を往復して作業してもＥＧＲカット制御Ｓ１００は作動しない。すなわち、トラクタ５００が基準圧近傍の標高を走行していてもＥＧＲカット制御Ｓ１００が頻繁に作動しない。従って、ＥＧＲ装置３０のＥＧＲ弁３２がハンチングを起こすことによってディーゼルエンジン１００の動作が不安定になったり、作業者が違和感を覚えたりすることがない。

１０吸気通路
２０排気通路
３０ＥＧＲ装置（排気ガス循環装置）
５０ＥＣＵ（制御装置）
６０大気圧センサ（大気圧検出手段）
１００ディーゼルエンジン

Claims

排気通路と吸気通路との間を連通する排気還流通路を排気還流弁によって開閉し、該排気還流通路を介して前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流する排気ガス再循環装置と、該排気ガス循環装置の還流を制御する制御装置と、を備えるディーゼルエンジンであって、
大気圧を検出する大気圧検出手段を備え、
前記制御装置は、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であれば、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断し、
前記制御装置は、前記大気圧検出手段が異常である場合には、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であっても、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断しない
ディーゼルエンジン。