JP7137413B2 - Egrシステム浄化装置 - Google Patents
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Description
このような排ガス再循環(EGR)を行うことにより、燃費の改善や、燃焼温度の抑制によるNOxの排出量低減等を図ることができる。
特許文献2には、吸気バイパス弁の内部にEGRガスが滞留して内部に凝縮水が発生することを防止するため、エアバイパスバルブの圧力平衡室に残留する排気還流ガスを排出するために圧力平衡室を掃気するための掃気手段を設けることが記載されている。
特許文献3には、エアバイパスバルブ内の残留EGRガスによる凝縮水の発生を防止するため、残留ガス除去通路の一端がスロットル弁より下流の吸気通路に接続され、他端がエアバイパスバルブに接続されることが記載されている。
また、ディーゼルエンジンの場合には、EGRガス中にスート(煤)等の粒子状物質(PM)が含まれており、これが例えばEGRバルブのシャフト等に堆積すると、EGRバルブの固着等の故障の原因となる場合がある。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、EGRシステムの内部を浄化して信頼性を確保することができるEGRシステム浄化装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、エンジンの排気装置から吸気装置へ排ガスを搬送するEGR流路と、前記EGR流路を開閉するEGRバルブとを有するEGRシステムを浄化するEGRシステム浄化装置であって、大気圧よりも高圧に加圧された空気を貯留する蓄圧タンクと、前記エンジンの運転終了後に前記蓄圧タンクに貯留された空気を前記EGRシステムの内部に導入する加圧空気導入部とを備え、前記加圧空気導入部は、前記EGRバルブの弁体、前記弁体を駆動する駆動機構部の少なくとも一方を指向するよう空気を噴出するノズルを有し、前記吸気装置は吸気量を調節するスロットルバルブを有し、前記EGR流路の前記吸気装置側の端部は、前記スロットルバルブの下流側において前記吸気装置の内部と連通し、前記加圧空気導入部による前記EGRシステムの内部への空気導入を開始する前に、前記スロットルバルブを全閉とするスロットル制御部を備えることを特徴とするEGRシステム浄化装置である。
これによれば、エンジンの運転終了後に蓄圧タンクに貯留された空気をEGRシステムの内部に導入することによって、EGRシステムの内部に残留しているEGRガス(排ガス)を掃気し、EGRシステムの内部を浄化することができる。
これによって、ソーク中に凝縮水が発生して凍結し、EGRバルブの固着やEGRガス流路の目詰まりが発生することを防止できる。その結果、従来は凍結防止のためにEGRを行うことが困難であった低温環境等であってもEGRを行うことが可能となり、燃費等を改善することができる。
また、排ガス中に含まれるスート等の異物がソーク中にEGRシステムの内部に付着し
、固着することも防止できる。
また、ノズルから噴出された空気がEGRバルブの弁体、駆動機構部の少なくとも一方に噴きつけられ、これらの表面に蓄積したスート等の異物を除去し、EGRバルブの固着故障等を防止して信頼性を確保することができる。
また、加圧空気をEGRシステムに導入する際に、導入された空気が吸気装置側に吹き抜けてEGRシステムの浄化効果が損なわれることを防止できる。
これによれば、過給機が新気(燃焼用空気)を圧縮して発生する過給圧を蓄圧タンクに蓄圧するための圧力源とすることができ、専用の圧力源を設ける必要がないことから、装置の構成を簡素化することができる。
これによれば、吸気装置の内圧が蓄圧タンクよりも高い場合に蓄圧バルブを開くことによって、蓄圧タンクから吸気装置への空気の逆流を防止し、蓄圧タンクに確実に加圧された空気を導入することができる。
これによれば、EGRシステムの内部に残留するEGRガス(排ガス)の全量を、導入される空気により置換し、EGRシステムの浄化効果を促進することができる。
実施形態のEGRシステム浄化装置は、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直噴ディーゼルターボエンジンのEGRシステムに設けられている。
図1は、実施形態のEGRシステム浄化装置を有するエンジンの構成を示す図である。
実施形態において、主機10は、例えば、水平対向4気筒となっている。
クランクケースは、エンジン1の出力軸であるクランクシャフト11が収容されるとともに、クランクシャフト11を回転可能に支持するメインベアリングが設けられている。
クランクシャフト11に回転中心軸から偏心して形成されたクランクピンは、図示しないピストンとコネクティングロッドを介して連結される。
シリンダヘッドは、シリンダブロックのクランクケース側とは反対側の端部に設けられ、燃焼室、吸排気ポート、吸排気バルブ及びその駆動系などを有する。
シリンダヘッドには、燃焼室内に燃料を噴射する図示しないインジェクタが設けられている。
吸気装置20は、エアインテーク21、エアクリーナ22、インテークダクト23,24、インタークーラ25、スロットル26、インテークマニホールド27、吸気圧センサ28等を有して構成されている。
エアインテーク21は、例えば、図示しない車体のエンジン房内において、外気が流入する箇所に設置される。
エアクリーナ22は、エアインテーク21により取り込まれた燃焼用空気(新気)をろ過し、ダスト等の異物を除去するものである。
インテークダクト24は、コンプレッサ41から出た圧縮後(過給後)の空気を、インタークーラ25に搬送する空気流路である。
インタークーラ25から出た空気は、スロットル26に導入される。
スロットル26は、エンジン1の吸入空気量を調節する調量弁であるスロットルバルブを備えている。
スロットルバルブは、例えば、電動式のスロットルアクチュエータにより開閉駆動されるバタフライバルブを有する。
スロットルアクチュエータは、エンジン制御ユニット100からの指令に応じて制御される。
吸気圧センサ28は、インテークマニホールド27の内圧を検出する圧力センサである。
吸気圧センサ28の出力は、エンジン制御ユニット100に伝達される。
排気装置30は、エキゾーストマニホールド31、エキゾーストパイプ32、触媒コンバータ33、ディーゼルパティキュレートフィルタ34、サイレンサ35等を有して構成されている。
エキゾーストマニホールド31から出た排ガスは、ターボチャージャ40のタービン42に導入される。
触媒コンバータ33、ディーゼルパティキュレートフィルタ34、サイレンサ35は、エキゾーストパイプ32に上流側から順次設けられている。
DOCは、例えばコーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に、白金やパラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持させて形成されている。
ディーゼルパティキュレートフィルタ34は、排気を濾過して粒子状物質(PM)を捕集するフィルタを備えている。ここで、PMには、スート(煤)、有機溶剤可溶性成分(SOF)、サルフェート(SO4)等が含まれる。
フィルタは、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に形成し、ガス流路となる多数のセルを、入口側、出口側が互い違いとなるように端面に封をして形成されたいわゆるクローズドタイプ(ウォールフロータイプ)のものである。
サイレンサ35は、排ガスの音響エネルギを抑制して静音化する消音器である。
ターボチャージャ40は、コンプレッサ41、タービン42等を有する。
コンプレッサ41は、インテークダクト23から導入される空気を圧縮して吐出する圧縮機である。
タービン42は、エキゾーストマニホールド31から導入される排ガスのエネルギにより回転し、コンプレッサ41を駆動するものである。
EGRシステム50は、EGRライン51、EGRバルブ52、EGRクーラ53等を有して構成されている。
EGRライン51の一方の端部は、エキゾーストマニホールド31に接続され、エキゾーストマニホールド31の内部と連通している。
EGRライン51の他方の端部は、インテークマニホールド27に接続され、インテークマニホールド27の内部と連通している。
EGRバルブ52は、EGRライン51におけるインテークマニホールド27側の端部近傍に配置されている。
EGRクーラ53は、EGRバルブ52に対してエキゾーストマニホールド31側に配置されている。
EGRシステム浄化装置60は、蓄圧タンク61、タンク内圧センサ62、蓄圧ライン63、蓄圧バルブ64、掃気ライン65、ノズル66、掃気バルブ67等を有して構成されている。
蓄圧タンク61の容量は、所定の目標圧力まで蓄圧された場合に、EGRシステム50の内部に残留するEGRガス(排ガス)を完全に置換可能なよう、EGRシステム50の内部容量よりも多量の空気(大気圧まで膨張した際にEGRシステム50の内部容量以上となる空気量)を導入可能な程度に設定される。
タンク内圧センサ62は、蓄圧タンク61の内圧を検出する圧力センサである。
タンク内圧センサ62の出力は、エンジン制御ユニット100に伝達される。
蓄圧ライン63の一方の端部は、インテークマニホールド27に接続され、連通している。
蓄圧ライン63の他方の端部は、蓄圧タンク61に接続され、連通している。
蓄圧バルブ64は、蓄圧ライン63の中間部分に設けられ、インテークマニホールド27と蓄圧タンク61とが連通する開状態と、遮断された閉状態とを切替え可能な電磁弁である。
蓄圧バルブ64は、エンジン制御ユニット100からの指令に応じて開状態と閉状態とを切替えられる。
掃気ライン65の一方の端部は、蓄圧タンク61に接続され、蓄圧タンク61の内部と連通している。
掃気ライン65の他方の端部は、ノズル66を介してEGRバルブ52に接続され、EGRバルブ52内のEGRガス流路と連通している。
掃気バルブ67は、エンジン制御ユニット100からの指令に応じて開状態と閉状態とを切替えられる。
エンジン制御ユニット100は、例えば、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有して構成されている。
エンジン制御ユニット100は、例えばドライバによるアクセル操作量などに応じてドライバ要求トルクを設定するとともに、エンジン1の実際の出力がドライバ要求トルクに近づくよう、燃料噴射量、燃料噴射時期、スロットルバルブ開度、過給圧、EGR率、バルブタイミング等を制御し、エンジン1の出力制御を行う。
以下、EGRシステム浄化装置60の動作について、より詳細に説明する。
図2は、実施形態のEGRシステム浄化装置におけるタンク蓄圧処理を示すフローチャートである。
この処理は、エンジン1の運転中(車両のドライビングサイクル中)に行われる。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
エンジン制御ユニット100は、タンク内圧センサ62の出力に基づいて、蓄圧タンク61の内圧Ptを検出する。
その後、ステップS02に進む。
エンジン制御ユニット100は、ステップS01において検出した蓄圧タンク61の内圧Ptを、予め設定された目標値(蓄圧完了時内圧)と比較する。
内圧Ptが目標値よりも小さい場合には、さらなる蓄圧が必要であるとして、ステップS03に進む。
一方、内圧Ptが目標値以上となっている場合には、十分な蓄圧が行われているものとして、一連の処理を終了する。
エンジン制御ユニット100は、吸気圧センサ28の出力に基づいて、インテークマニホールド27の内圧(吸気圧)Piを検出する。
その後、ステップS04に進む。
エンジン制御ユニット100は、ステップS01において検出した蓄圧タンク61の内圧Ptと、ステップS03において検出したインテークマニホールド27の内圧Piとを比較する。
インテークマニホールド27の内圧Piが蓄圧タンク61の内圧Ptよりも高い場合には、蓄圧が可能であると判断してステップS05に進み、その他の場合はステップS06に進む。
エンジン制御ユニット100は、蓄圧バルブ64を開状態とする。
これによって、インテークマニホールド27から、蓄圧ライン63を経由して蓄圧タンク61の内部へ、加圧された空気が流入する。
その後、ステップS01に戻って以降の処理を繰り返す。
エンジン制御ユニット100は、蓄圧タンク61からインテークマニホールド27側へ空気が逆流することを防止するため、蓄圧バルブ64を閉状態とする。
その後、ステップS01に戻って以降の処理を繰り返す。
EGRシステム50の浄化処理は、エンジン1の運転終了時(ドライビングサイクル終了時)に行われる。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
エンジン制御ユニット100は、エンジン1が運転終了したか否か(ドライビングサイクルが終了したか否か)を判別する。
例えば、イグニッションスイッチの状態がオン状態(走行可能状態)からオフ状態(走行不可能状態)へ切替えられたか否かを判別する。
イグニッションスイッチのオフ状態への切替えが検出された場合はステップS12に進み、その他の場合は一連の処理を終了(リターン)する。
エンジン制御ユニット100は、タンク内圧センサ62の出力に基づいて、蓄圧タンク61の内圧Ptを検出する。
その後、ステップS13に進む。
エンジン制御ユニット100は、ステップS12において検出した蓄圧タンク61の内圧Ptを、予め設定された所定値と比較する。
所定値は、蓄圧タンク61内の圧縮空気をノズル66からEGRバルブ52の内部に噴出した際に、スート等の異物を噴流により吹き飛ばす効果が十分に得られる内圧を考慮して設定される。
内圧Ptが所定値以上である場合には、EGRバルブ52のクリーニング効果を得られるものとしてステップS15に進み、所定値未満である場合はステップS14に進む。
エンジン制御ユニット100は、図示しない外気温センサ等を用いて、外気温(車両の周囲の雰囲気温度)を検出する。
そして、検出された外気温が予め設定された所定値(例えば0℃)以下である場合には、EGRシステム50内での凝縮水の凍結が問題となり得る低温状態であるとして、噴流を利用したEGRバルブ52のクリーニング効果としては不十分であっても、可能な限りEGRシステム50内の掃気を図るためにステップS15に進む。
その他の場合には、一連の処理を終了する。
エンジン制御ユニット100は、蓄圧タンク61からEGRシステム50内への空気の導入に先立ち、スロットル26のスロットルバルブを全閉とする。
これにより、導入された空気がスロットル26よりも上流側の吸気装置20内へ吹き抜けることが防止される。
その後、ステップS16に進む。
エンジン制御ユニット100は、EGRバルブ52を全開とする。
その後、ステップS17に進む。
エンジン制御ユニット100は、掃気バルブ67を開状態とする。
これにより、蓄圧タンク61内に貯留された圧縮空気は、掃気ライン65を経由してノズル66からEGRバルブ52の内部へ噴出する。
このとき、蓄圧タンク61内の圧力が十分に高い場合には、噴流によってEGRバルブ52のシャフト部等に付着したスート等の異物が吹き飛ばされる。
EGRシステム50内に導入された空気は、EGRライン51及びEGRクーラ53を経由して排気装置30側へ流れ、EGRシステム50の内部に滞留していたEGRガス(排ガス)をエキゾーストマニホールド31内へ掃気(パージ)する。
また、一部の空気は、EGRライン51をインテークマニホールド27側へ流れ、EGRライン51のEGRバルブ52よりもインテークマニホールド27側の領域を掃気する。
最終的には、EGRシステム50の内部は、導入された空気により満たされ、EGRシステム50の浄化処理が完了する。
その後、一連の処理を終了する。
(1)エンジン1の運転終了後に、蓄圧タンク61に貯留された空気をEGRシステム50の内部に導入することによって、EGRシステム50の内部に残留しているEGRガス(排ガス)を掃気し、EGRシステム50の内部を浄化することができる。
これによって、ソーク中にEGRガスから凝縮水が発生して凍結し、EGRバルブ52の固着やEGRクーラ53等のEGRガス流路の目詰まりが発生することを防止できる。
これによって、従来は凍結防止のためにEGRを行うことが困難であった低温環境下であってもEGRを行なうことが可能となり、燃費等の改善効果を得ることができる。
また、排ガス中に含まれるスート等の異物がソーク中にEGRシステム50の内部に付着し、固着することも防止できる。
(2)蓄圧タンク61に蓄圧するための圧力源として、ターボチャージャ40の過給圧を用いることによって、専用の圧力源を設ける必要がないことから、装置の構成を簡素化することができる。
(3)蓄圧時にインテークマニホールド27の内圧Piが蓄圧タンク61の内圧Ptよりも高い状態で蓄圧バルブ64を開くことにより、蓄圧タンク61から吸気装置20内への空気の逆流を防止し、蓄圧タンク61に確実に加圧された空気を導入することができる。
(4)加圧された空気をノズル66からEGRバルブ52のシャフト部に向けて噴出することによって、EGRバルブ52のシャフト部に蓄積したスート等の異物を除去し、EGRバルブ52の固着故障等を防止して信頼性を確保することができる。
(5)蓄圧タンク61からEGRシステム50の内部容量以上の容量の空気をEGRシステム50の内部に導入することによって、EGRシステム50の内部に残留するEGRガス(排ガス)の全量を導入される空気により置換し、EGRシステム50の浄化効果を促進することができる。
(6)EGRシステム50内に空気を導入する際に、スロットルバルブを全閉とすることによって、導入された空気が吸気装置20側に吹き抜けてEGRシステム50の浄化効果が損なわれることを防止できる。
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)エンジン、EGRシステム、EGRシステム浄化装置の構成は、上述した実施形態に限定されることなく適宜変更することが可能である。
例えば、実施形態では、エンジンは一例として水平対向4気筒のターボディーゼルエンジンであったが、エンジンの気筒数、シリンダレイアウト等は特に限定されず適宜変更することができる。
また、本発明はディーゼルエンジンに限らず、EGRシステムを有する他種のエンジンにも適用することが可能である。
例えば、本発明はガソリンエンジンや、ガソリン以外の燃料を用いる予混合火花点火式エンジン、予混合圧縮着火式のエンジン等にも適用することができる。
(2)EGRシステムを、例えば低圧用、高圧用等の複数系統有するエンジンの場合、少なくとも1つのEGRシステム、あるいは、複数のEGRシステムに本発明の浄化装置を設ける構成とすることができる。
(3)実施形態においては、ターボチャージャの過給圧をタンクに蓄圧するための圧力源(圧縮空気供給源)としているが、これに限らず、例えば機械式スーパチャージャ等の他種の過給機が発生する過給圧を圧力源としてもよい。
また、過給機とは独立した圧縮装置(コンプレッサ)を用いて、タンクに蓄圧するための圧力源としてもよい。このような構成であれば、過給機を持たない自然吸気エンジンにも本発明を適用することができる。
11 クランクシャフト 20 吸気装置
21 エアインテーク 22 エアクリーナ
23,24 インテークダクト 25 インタークーラ
26 スロットル 27 インテークマニホールド
28 吸気圧センサ 30 排気装置
31 エキゾーストマニホールド 32 エキゾーストパイプ
33 触媒コンバータ
34 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
35 サイレンサ
40 ターボチャージャ 41 コンプレッサ
42 タービン 50 EGRシステム
51 EGRライン 52 EGRバルブ
53 EGRクーラ 60 EGRシステム浄化装置
61 蓄圧タンク 62 タンク内圧センサ
63 蓄圧ライン 64 蓄圧バルブ
65 掃気ライン 66 ノズル
67 掃気バルブ 100 エンジン制御ユニット(ECU)
Claims (4)
- エンジンの排気装置から吸気装置へ排ガスを搬送するEGR流路と、前記EGR流路を開閉するEGRバルブとを有するEGRシステムを浄化するEGRシステム浄化装置であって、
大気圧よりも高圧に加圧された空気を貯留する蓄圧タンクと、
前記エンジンの運転終了後に前記蓄圧タンクに貯留された空気を前記EGRシステムの内部に導入する加圧空気導入部とを備え、
前記加圧空気導入部は、前記EGRバルブの弁体、前記弁体を駆動する駆動機構部の少なくとも一方を指向するよう空気を噴出するノズルを有し、
前記吸気装置は吸気量を調節するスロットルバルブを有し、
前記EGR流路の前記吸気装置側の端部は、前記スロットルバルブの下流側において前記吸気装置の内部と連通し、
前記加圧空気導入部による前記EGRシステムの内部への空気導入を開始する前に、前記スロットルバルブを全閉とするスロットル制御部を備えること
を特徴とするEGRシステム浄化装置。 - 前記エンジンは過給機を有し、
前記吸気装置における前記過給機の下流側の領域から前記蓄圧タンクに加圧された空気を供給する蓄圧用空気導入部を備えること
を特徴とする請求項1に記載のEGRシステム浄化装置。 - 前記蓄圧用空気導入部に設けられ前記吸気装置と前記蓄圧タンクとの連通又は遮断を切替可能な蓄圧バルブと、
前記吸気装置の内圧を検出する第1の圧力センサと、
前記蓄圧タンクの内圧を検出する第2の圧力センサと、
前記第1の圧力センサの検出値と前記第2の圧力センサの検出値との比較結果に応じて前記蓄圧バルブを制御する蓄圧バルブ制御部と
を備えることを特徴とする請求項2に記載のEGRシステム浄化装置。 - 前記加圧空気導入部は、前記EGRシステムの内部容量よりも多量の空気を前記EGRシステムの内部に導入すること
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のEGRシステム浄化装置。
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