JP6835655B2 - Egr装置 - Google Patents
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Description
特許文献2には、加速度に応じた通常EGRマップ、燃費最良EGRマップのマップ切換部を備え、いずれか一方のマップに基づいてEGR率を設定することが記載されている。
特許文献3には、EGR量制御の時間応答遅れを抑制するため、内燃機関の運転状態の変化に応じて目標開度の補正を行うことが記載されている。
特許文献4には、EGRの予測値に基づいて、予測値が所定値を超えると予測される場合に、EGRの減少開始時点を基準値よりも早める制御が記載されている。
しかし、吸入空気量に応じて目標EGR率を設定するEGR制御を行うエンジンの場合、スロットルバルブが徐々に開かれて吸入空気量が増加傾向にあるときには空気とともにEGRガスが導入されているのに対し、EGRガスの導入が中止された過給状態からスロットルバルブが徐々に戻されて吸入空気量が減少傾向にあるときには、空気のみが導入されていることから、吸入空気量が増加傾向にあるときと減少傾向にあるときとでは、吸入空気量自体は同等であっても吸気管圧力が異なる場合がある。
このため、既存の制御においては、実際には吸気管圧力がEGRガスの導入が可能である場合であっても、EGRが中止されている場合があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、EGRが可能な運転領域を拡大したEGR装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、エンジンの排ガスの一部をEGRガスとして吸気管内に導入するEGR流路と、前記EGR流路に設けられ前記EGRガスの流量を制御するEGRバルブと、前記エンジンの吸入空気量を検出する空気量検出手段と、前記吸入空気量に応じて目標EGR率を設定し前記EGRガスの流量の前記吸入空気量に対する比が前記目標EGR率に近づくよう前記EGRバルブの開度を制御する制御手段とを備えるEGR装置であって、前記目標EGR率は、前記吸入空気量が所定の上限空気量以上であるときに最小値となるように設定され、前記吸入空気量が増加傾向にあるときの前記上限空気量に対し、前記吸入空気量が減少傾向にあるときの前記上限空気量を大きく設定したことを特徴とするEGR装置である。
本発明によれば、吸入空気量が増加傾向にあるときの上限空気量に対し、吸入空気量が減少傾向にあるときの上限空気量を大きく設定したことによって、吸入空気量が減少傾向にあるときに早期にEGRを開始してEGRが可能な運転領域を拡大することができる。
実施形態のEGR装置は、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される水平対向4気筒のガソリン直噴ターボ過給エンジンに設けられるものである。
エンジン1は、クランクシャフト10、シリンダブロック20、シリンダヘッド30、ターボチャージャ40、インテークシステム50、エキゾーストシステム60、キャニスタ70、EGR装置80、エンジン制御ユニット(ECU)100等を有して構成されている。
クランクシャフト10の一方の端部には、図示しない変速機等の動力伝達機構が接続されている。
クランクシャフト10には、図示しないコンロッドを介してピストンが連結されている。
クランクシャフト10の端部には、クランクシャフトの角度位置を検出するクランク角センサ11が設けられている。
クランク角センサ11の出力は、ECU100に伝達される。
シリンダブロック20の中央部には、クランクシャフト10を収容するとともに、クランクシャフト10を回転可能に支持するメインベアリングを有するクランクケース部が設けられている。
クランクケース部を挟んで左右に配置されるシリンダブロック20の左右バンクの内部には、ピストンが挿入され内部で往復するシリンダが例えば一対ずつ(4気筒の場合)形成されている。
シリンダヘッド30は、燃焼室31、点火プラグ32、吸気ポート33、排気ポート34、吸気バルブ35、排気バルブ36、吸気カムシャフト37、排気カムシャフト38等を備えて構成されている。
燃焼室31は、シリンダヘッド30のピストン冠面と対向する箇所を、例えばペントルーフ状に凹ませて形成されている。
点火プラグ32は、燃焼室31の中央に設けられ、ECU100からの点火信号に応じてスパークを発生し、混合気に点火するものである。
排気ポート34は、燃焼室31から既燃ガス(排ガス)を排出する流路である。
吸気バルブ35、排気バルブ36は、吸気ポート33、排気バルブ34を所定のバルブタイミングで開閉するものである。
吸気バルブ35、排気バルブ36は、各気筒に例えば2本ずつ設けられる。
吸気バルブ35、排気バルブ36は、クランクシャフト10の1/2の回転数で同期して回転する吸気カムシャフト37、排気カムシャフト38によって開閉される。
吸気カムシャフト37、排気カムシャフト38のカムスプロケット部には、各カムシャフトの位相を進角・遅角させて各バルブの開弁時期、閉弁時期を変化させる図示しないバルブタイミング可変機構が設けられている。
ターボチャージャ40は、タービン41、コンプレッサ42、エアバイパス流路43、エアバイパスバルブ44、ウエストゲート流路45、ウエストゲートバルブ46等を備えている。
タービン41は、エンジン1の排ガスによって回転駆動される。
コンプレッサ42は、タービン41に同軸に取り付けられ、タービン41によって回転駆動され空気を圧縮する。
エアバイパスバルブ44は、エアバイパス流路43に設けられ、ECU100からの指令に応じてエアバイパス流路43を実質的に閉塞する閉状態と、エアバイパス流路43を空気が通過可能な開状態とを、二段階に切換えるものである。
エアバイパスバルブ44は、電動アクチュエータによって開閉駆動される弁体を有する電動バルブとなっている。
エアバイパスバルブ44は、例えば、スロットルバルブ56を急激に閉じた場合等に、ターボチャージャ40のサージング防止やブレードの保護等を図るため開状態とされ、コンプレッサ42よりも下流側の吸気管内の空気をコンプレッサ42の上流側に還流させ、余剰圧力を低減させる。
また、エアバイパスバルブ44は、過給時におけるキャニスタ70からのパージガスの流量を増加させるため、過給時に開状態としてコンプレッサ42の入口部の負圧を大きくするためにも用いられる。
ウエストゲート流路45は、タービン41のハウジングに一体に形成されている。
ウエストゲートバルブ46は、ウエストゲート流路45に設けられ流路を開閉する弁体を有し、ウエストゲート流路45を通過する排ガスの流量を制御するものである。
ウエストゲートバルブ46は、ECU100からの指令に応じて弁体を開閉駆動する電動アクチュエータを有する電動ウエストゲートバルブである。
ウエストゲートバルブ46は、全開状態と全閉状態とを切換可能であるとともに、これらの中間位置においても任意の開度設定が可能となっている。
インテークシステム50は、インテークダクト51、チャンバ52、エアクリーナ53、エアフローメータ54、インタークーラ55、スロットルバルブ56、インテークマニホールド57、吸気圧センサ58、インジェクタ59等を備えて構成されている。
チャンバ52は、インテークダクト51の入口部近傍に連通して設けられた空間部である。
エアクリーナ53は、インテークダクト51におけるチャンバ52との連通箇所の下流側に設けられ、空気を濾過してダスト等を取り除くものである。
エアフローメータ54は、エアクリーナ53の出口近傍に設けられ、インテークダクト51内を通過する空気流量を計測するものである。
エアフローメータ54は、本発明にいう空気量検出手段として機能する。
エアフローメータ54の出力は、ECU100に伝達される。
ターボチャージャ40のコンプレッサ42は、エアフローメータ54の下流側に設けられている。
スロットルバルブ56は、インテークダクト51におけるインタークーラ55の下流側に設けられ、空気の流量を調節してエンジン1の出力を制御するバタフライバルブである。
スロットルバルブ56は、ドライバによるアクセルペダル操作等に応じて、図示しないスロットルアクチュエータによって開閉駆動される。
また、スロットルバルブ56には、その開度を検出するスロットルセンサが設けられ、その出力はECU100に伝達される。
インテークマニホールド57は、スロットルバルブ56の下流側に設けられ、空気を各気筒の吸気ポート33に分配する分岐管である。
吸気圧センサ58は、インテークマニホールド57内の空気の圧力(吸気圧力)を検出するものである。
吸気圧センサ58の出力は、ECU100に伝達される。
インジェクタ59は、インテークマニホールド57のシリンダヘッド30側の端部に設けられ、ECU100が発する開弁信号に応じて、燃焼室31内に燃料を噴射して混合気を形成するものである。
エキゾーストシステム60は、エキゾーストマニホールド61、エキゾーストパイプ62、フロント触媒63、リア触媒64、サイレンサ65、空燃比センサ66、リアO2センサ67等を有して構成されている。
エキゾーストマニホールド61は、各気筒の排気ポート34から出た排ガスを集合させる集合管である。
ターボチャージャ40のタービン41は、エキゾーストマニホールド61の下流側に配置されている。
エキゾーストパイプ62は、タービン41から出た排ガスを外部に排出する管路である。
フロント触媒63、リア触媒64は、エキゾーストパイプ62の中間部分に設けられ、排ガス中のHC、NOx、CO等を浄化する三元触媒をそれぞれ備えている。
フロント触媒63は、タービン41の出口に隣接して設けられ、リア触媒64はフロント触媒の出口側に設けられている。
サイレンサ65は、エキゾーストパイプ62の出口近傍に設けられ、排ガスの音響エネルギを低減するものである。
リアO2センサ67は、フロント触媒63の出口とリア触媒64の入口との間に設けられている。
空燃比センサ66、リアO2センサ67は、ともに排ガス中の酸素濃度に応じた出力電圧を発生することによって、排ガス中の酸素量を検出するものである。
空燃比センサ66は、リアO2センサ67に対してより広範囲の空燃比における酸素濃度を検出可能なリニア出力センサとなっている。
空燃比センサ66、リアO2センサ67の出力は、ともにECU100に伝達される。
キャニスタ70は、燃料蒸発ガスを一時的に吸着可能な活性炭を、樹脂製の筐体であるキャニスタケース内に収容して構成されている。
キャニスタ70は、主に非過給時用のパージライン71、パージコントロールバルブ72、及び、主に過給時用のパージライン73、パージコントロールバルブ74等を備えて構成されている。
パージライン71は、インテークマニホールド57内が負圧となる非過給時に、キャニスタ70から放出された燃料蒸発ガスからなるパージガスを、インテークマニホールド57内に導入するものである。
パージコントロールバルブ(PCV)72は、パージライン71の途中に設けられたデューティ制御ソレノイドバルブである。
PCV72は、ECU100からの指令に応じて、開状態と閉状態との切換、及び、開状態における開度の設定が可能となっている。
パージライン73は、インテークマニホールド57内が正圧となり、パージライン71によるパージガスの導入が困難となる過給時に、パージガスをコンプレッサ42よりも上流側のインテークダクト51内に導入するものである。
パージコントロールバルブ(PCV)74は、パージライン73の途中に設けられた電磁弁である。
PCV74は、ECU100からの指令に応じて、開状態と閉状態との切換が可能となっている。
EGR装置80は、EGR流路81、EGRクーラ82、EGRバルブ83等を備えている。
EGRクーラ82は、EGR流路81の途中に設けられ、EGR流路81を流れるEGRガスを、エンジン1の冷却水との熱交換によって冷却するものである。
EGRバルブ83は、EGR流路81におけるEGRクーラ82の下流側に設けられ、EGR流路81内を通過するEGRガスの流量を調節する調量弁である。
EGRバルブ83は、ソレノイド等の電動アクチュエータによって駆動される弁体を有し、エンジン制御ユニット100によって、実際のEGR率(EGRガス流量/新気流量)が所定の目標EGR率に近づくよう開度をフィードバック制御される。
ECU100は、CPU等の情報処理手段、RAMやROM等の記憶手段、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を備えて構成されている。
また、ECU100には、ドライバによる図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ101が設けられている。
ECU100は、アクセルペダルセンサ101の出力等に基づいて、ドライバ要求トルクを設定する機能を備えている。
ECU100は、エンジン1が実際に発生するトルクが、設定されたドライバ要求トルクに近づくよう、スロットルバルブ開度、過給圧、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、バルブタイミング等を制御する。
また、ECU100は、エアフローメータ54が検出する吸入空気量に応じて目標EGR率を設定し、EGRガスの流量の吸入空気量に対する比(実際のEGR率)が目標EGR率に近づくようEGRバルブの開度を制御する制御手段としても機能する。
図2において、横軸はエアフローメータ54によって検出されるエンジン1の吸入空気量を示し、縦軸は吸気圧センサ58によって検出されるインテークマニホールド57内の圧力を示している。
図2において、吸入空気量が増加傾向(アクセル開度増加傾向)にあるときの相関を実線矢印、吸入空気量が減少傾向(アクセル開度減少傾向)にあるときの相関を破線矢印で示している。
これよりも吸入空気量が大きい状態は、ターボ過給エンジンでは過給域に相当し、インテークマニホールド57内の圧力がエキゾーストマニホールド61内の圧力よりも高圧になるとともに、EGRは中止されている。
このような状態から、アクセルペダルを徐々に戻すなどして吸入空気量が減少傾向となる場合について考える。過給域においては、EGRが中止されていることから、エンジン1は実質的に空気のみが導入されている。
このため、図2に示すように、吸入空気量は同等であっても、吸入空気量が減少傾向にある場合は吸入空気量が増加傾向にある場合に対して、インテークマニホールド57内の吸気圧力が低くなる領域Aが存在する(同じ空気量でも負圧が深くなる)。
このような領域Aにおいて、インテークマニホールド57内の圧力がエキゾーストマニホールド61内の圧力よりも低圧である場合には、EGRバルブ83を開くことによって、吸入空気量が減少傾向である場合のみEGRガスを導入することが可能となる。
図3は、実施形態のEGR装置における吸入空気量と目標EGR率との関係を示す図である。
図3において、横軸はエアフローメータ54によって検出されるエンジン1の吸入空気量を示し、縦軸はECU100が設定する目標EGR率(EGRガス流量/吸入空気量)を示している。
また、吸入空気量が増加傾向にある場合の目標EGR率を白丸及び実線で示し、吸入空気量が減少傾向にある場合の目標EGR率を黒四角及び破線で示している。なお、同図における目標EGR率の最小値は、EGRを停止しているときの目標EGR率であり、具体的には0に設定される。
図3に示すように、吸入空気量が増加傾向にある場合において、EGRバルブ83が閉じられる空気量(EGRを停止する空気量)である上限空気量L1に対して、吸入空気量が減少傾向にある場合にEGRバルブ83が開かれる空気量(EGRを再開する空気量)である上限空気量L2は大きく設定されている。
このため、仮に吸入空気量の増加傾向、減少傾向に関わらず同一の上限空気量L1を用いる場合よりも、負圧領域に入った直後からEGRバルブ83を早期に開いてEGRガスの導入を開始することができる。
これによって、ポンプ損失の低減による熱効率の改善、燃費の向上を図ることができる。
また、燃焼温度の抑制により排ガス中のNOxを低減することができる。
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)EGR装置及びエンジンの構成は、上述した実施形態に限らず、適宜変更することができる。
例えば、エンジンのシリンダレイアウト、気筒数、過給器の有無及びその種類、燃料噴射方式(直噴・ポート噴射・これらの併用)などは、適宜変更することができる。
また、排気装置においてEGRガスを抽出する箇所、吸気装置においてEGRガスを導入する箇所も特に限定されない。
さらに、EGRクーラの有無、EGRクーラの設置箇所、冷却方式等も特に限定されない。
(2)実施形態においてエンジンは火花点火式のガソリンエンジンであったが、本発明はディーゼルエンジンやHCCIを行うエンジン等の圧縮着火式のエンジンや、その他の燃料を用いるエンジンにも適用することができる。
(3)実施形態における吸入空気量と目標EGR率との関係は一例であって、エンジンの諸元、個体差等に応じて適宜変更することができる。また、エンジンの運転領域の一部(例えば、所定の回転速度範囲等)においてのみ本願発明のような目標EGR率の設定を行うことも可能である。
11 クランク角センサ 20 シリンダブロック
30 シリンダヘッド 31 燃焼室
32 点火プラグ 33 吸気ポート
34 排気ポート 35 吸気バルブ
36 排気バルブ 37 吸気カムシャフト
38 排気カムシャフト 40 ターボチャージャ
41 タービン 42 コンプレッサ
43 エアバイパス流路 44 エアバイパスバルブ
45 ウエストゲート流路 46 ウエストゲートバルブ
50 インテークシステム 51 インテークダクト
52 チャンバ 53 エアクリーナ
54 エアフローメータ 55 インタークーラ
56 スロットルバルブ 57 インテークマニホールド
58 吸気圧センサ 59 インジェクタ
60 エキゾーストシステム 61 エキゾーストマニホールド
62 エキゾーストパイプ 63 フロント触媒
64 リア触媒 65 サイレンサ
66 空燃比センサ 67 リアO2センサ
70 キャニスタ 71 パージライン
72 パージコントロールバルブ 73 パージライン
74 パージコントロールバルブ 80 EGR装置
81 EGR流路 82 EGRクーラ
83 EGRバルブ
100 エンジン制御ユニット(ECU)
101 アクセルペダルセンサ
Claims (1)
- エンジンの排ガスの一部をEGRガスとして吸気管内に導入するEGR流路と、
前記EGR流路に設けられ前記EGRガスの流量を制御するEGRバルブと、
前記エンジンの吸入空気量を検出する空気量検出手段と、
前記吸入空気量に応じて目標EGR率を設定し前記EGRガスの流量の前記吸入空気量に対する比が前記目標EGR率に近づくよう前記EGRバルブの開度を制御する制御手段と
を備えるEGR装置であって、
前記目標EGR率は、前記吸入空気量が所定の上限空気量以上であるときに最小値となるように設定され、
前記吸入空気量が増加傾向にあるときの前記上限空気量に対し、前記吸入空気量が減少傾向にあるときの前記上限空気量を大きく設定したこと
を特徴とするEGR装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017077933A JP6835655B2 (ja) | 2017-04-11 | 2017-04-11 | Egr装置 |
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