JPH0571428A - Exhaust gas reflux device of diesel engine - Google Patents
Exhaust gas reflux device of diesel engineInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、主として定置型のデ
ィーゼル機関に使用される排気ガス還流装置（ＥＧＲ装
置）に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust gas recirculation system (EGR system) mainly used for stationary diesel engines.
【０００２】[0002]
【従来の技術】排気ガスを吸気側に還流させることによ
って、ＮＯｘを低減できることが知られている。2. Description of the Related Art It is known that NOx can be reduced by returning exhaust gas to the intake side.
【０００３】このようなＥＧＲ装置を備えた機関におい
て、過給機のタービン上流側から還流ガスを取り出すこ
とにすると、タービン効率が低下する不都合がある。そ
こで、過給機付きの機関では、その過給機のタービン下
流側にＥＧＲガス還流回路を接続して、その下流側の排
気ガスを還流させることになるが、タービンにより消費
された後であるので、ガス圧力が低く充分な還流圧力が
得られないという問題がある。In an engine equipped with such an EGR device, if the reflux gas is taken out from the turbine upstream side of the supercharger, there is a disadvantage that the turbine efficiency is lowered. Therefore, in an engine with a supercharger, an EGR gas recirculation circuit is connected to the turbine downstream side of the supercharger to recirculate exhaust gas on the downstream side, but after exhaustion by the turbine. Therefore, there is a problem that the gas pressure is low and a sufficient reflux pressure cannot be obtained.
【０００４】そこで、従来、、ＥＧＲガスを過給機出口
側である下流から取り出してブロワー入口に還流させる
とともに、背圧をアイドリング時と負荷運転時とでオン
−オフして、必要な還流ガス圧力を得られるようにした
ものがある。他方、スートトラップやＥＧＲガスクーラ
ーを取り付けるのは既に公知であるが、これらに組み合
わせたものはなかった。Therefore, conventionally, EGR gas is taken out from the downstream side, which is the outlet side of the supercharger, and is recirculated to the inlet of the blower, and the back pressure is turned on and off at the time of idling and at the time of load operation to obtain the necessary recirculation gas. There are some that are designed to get pressure. On the other hand, it is already known to attach a soot trap or an EGR gas cooler, but there was no combination of these.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来に
おいては、ＥＧＲガス還流回路の下流側に背圧バルブを
設けて十分な還流ガス圧力を得るようにしており、これ
によって必要なガス圧力を得ることができる。一般に、
排気ガス中のＮＯｘは、ＥＧＲガス還流量が多いほど低
下する傾向にあり、このことからすれば、背圧バルブに
よって還流量を多く設定するほどよいことになる。しか
しながら、ＮＯｘの発生量と燃料消費量及び黒煙の発生
量は一般に相反する関係にあり、負荷などの機関の諸条
件に応じて最適のＥＧＲガス還流量を得るよう制御する
必要があるのに対し、前記従来のように単純にオン−オ
フするものでは、かかる制御を行うことができないとい
う欠点があった。As described above, in the prior art, a back pressure valve is provided on the downstream side of the EGR gas recirculation circuit to obtain a sufficient recirculation gas pressure. Can be obtained. In general,
The NOx in the exhaust gas tends to decrease as the EGR gas recirculation amount increases, and from this fact, the higher the recirculation amount set by the back pressure valve, the better. However, the NOx generation amount, the fuel consumption amount, and the black smoke generation amount are generally in a contradictory relationship, and it is necessary to control so as to obtain an optimum EGR gas recirculation amount according to various engine conditions such as a load. On the other hand, the conventional one that simply turns on and off has a drawback that such control cannot be performed.
【０００６】即ち、上記従来の背圧バルブは自動車用機
関に取り付けることを目的としたもので、自動車用のＮ
Ｏｘの規制基準は、ある走行モードにおいて、決められ
た量以下であれば良いとされている。このような観点か
ら、自動車用エンジンでは、全負荷がかかったときでも
ＥＧＲを使用すると出力上不利となるので、バルブを閉
じてＥＧＲがかからないようにしている。即ち、自動車
用エンジンのＥＧＲはアイドリング時に使用するのが目
的であって、しかも特別の制御を行うことなく直接に還
流させるだけでも十分であった。That is, the above-mentioned conventional back pressure valve is intended to be attached to an engine for an automobile, and is an N valve for an automobile.
It is said that the regulation standard of Ox may be a certain amount or less in a certain traveling mode. From this point of view, in an automobile engine, the use of EGR is disadvantageous in terms of output even when full load is applied, so the valve is closed to prevent EGR from being applied. That is, the EGR of the automobile engine is intended to be used at the time of idling, and moreover, it is sufficient to directly recirculate the EGR without any special control.
【０００７】他方、定置用エンジンでは、どのような条
件下でもすなわちどのような使われ方をしても、一定量
以下であることが必要とされており、これらに応じて最
良のＮＯｘ低減効果を得ることが必要となるのであっ
て、むしろ、自動車用エンジンと異なって、定置型のエ
ンジンでは、全負荷時のＮＯｘの低減がもっとも必要と
され、燃料消費量や黒煙の問題を考慮しながら、適切な
制御を行うことが必要となるのである。On the other hand, the stationary engine is required to have a certain amount or less under any condition, that is, in any usage, and the optimum NOx reduction effect is corresponding to these. However, unlike a vehicle engine, a stationary engine is most required to reduce NOx at full load, taking into consideration the problems of fuel consumption and black smoke. However, it is necessary to perform appropriate control.
【０００８】この発明の目的は、過給機のブロワー下流
からＥＧＲガスを取り出すこととし、その取り出し部よ
り下流側に可変の背圧制御バルブを設け、さらには、Ｅ
ＧＲガス還流回路中にもＥＧＲ率制御バルブを設けるこ
とによって、ＮＯｘを低減するために最適なＥＧＲガス
還流圧力を得られるようにする点にある。更に、上記バ
ルブを負荷やその他の条件に応じて調節することで、そ
れらに応じて最適の環流ガス圧力を得られるようにする
ことも含まれる。An object of the present invention is to take out EGR gas from the downstream side of a blower of a supercharger, and to provide a variable back pressure control valve downstream from the taking-out portion.
By providing an EGR rate control valve also in the GR gas recirculation circuit, the optimum EGR gas recirculation pressure for reducing NOx can be obtained. Furthermore, it is also possible to adjust the valve according to the load and other conditions so that an optimum recirculation gas pressure can be obtained according to them.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明では、過給機のブロワー下流側に吸気側へ
のＥＧＲガス取り出し部を設けるとともに、更にその取
り出し部よりも下流の排気通路中に可変背圧制御バルブ
を設け、これによって、排気ガスの還流量を変更できる
ようにする。その際、排気ガス圧力等をセンシングする
ことで、その背圧制御バルブの開量を制御し、最適なＥ
ＧＲガス還流圧力が得られようにする。他方、ＥＧＲガ
ス還流回路中にも微調整用のＥＧＲ制御バルブを設ける
ことによって、より精度の高い制御を行えるようにす
る。In order to achieve the above object, in the present invention, an EGR gas take-out portion for the intake side is provided on the downstream side of the blower of the supercharger, and the exhaust gas further downstream of the take-out portion is provided. A variable back pressure control valve is provided in the passage so that the recirculation amount of exhaust gas can be changed. At that time, the opening amount of the back pressure control valve is controlled by sensing the exhaust gas pressure, etc.
Allow the GR gas reflux pressure to be obtained. On the other hand, by providing an EGR control valve for fine adjustment also in the EGR gas recirculation circuit, more precise control can be performed.
【００１０】また、排気ガスの処理を行うために煤塵除
去用のスートトラップとＥＧＲガスクーラーを設けてい
る。更に、吸気温度の低い始動時などに、吸気温度を上
昇させる目的でＥＧＲガスクーラーの通らないバイパス
回路、または、過給機のタービン下流もしくは上流の排
気ガスを直接吸気側に還流させることのできるバイパス
回路を設けることが考えられる。一方、ＥＧＲガスの冷
却を促進して、よりＮＯｘの発生量を低減するため、Ｅ
ＧＲガスを圧縮・膨張させて冷却するターボクーリング
装置を設けることが考えられる。Further, a soot trap for removing dust and an EGR gas cooler are provided for treating the exhaust gas. Further, when the intake air temperature is low, it is possible to directly recirculate exhaust gas on the bypass circuit where the EGR gas cooler does not pass or the turbine downstream or upstream of the supercharger to the intake side for the purpose of raising the intake air temperature. It is conceivable to provide a bypass circuit. On the other hand, in order to accelerate the cooling of the EGR gas and further reduce the amount of NOx generated, E
It is conceivable to provide a turbo cooling device that compresses and expands GR gas to cool it.
【００１１】更に、上記において、背圧制御バルブとＥ
ＧＲ率制御バルブの制御は、排気ガス圧力と吸気側に還
流するガスのＮＯｘ濃度を検出して行う制御手段と、Ｅ
ＧＲガス還流回路中と吸気側の炭酸ガス又は酸素濃度を
検出しておこなう制御手段と、大気の温度、湿度、大気
圧を検出し、更に、機関の負荷又は燃料消費量を検出し
て行う制御手段とがある。Further, in the above, the back pressure control valve and the E
The control of the GR rate control valve is performed by a control means that detects the exhaust gas pressure and the NOx concentration of the gas that recirculates to the intake side, and E
Control means for detecting the concentration of carbon dioxide or oxygen in the GR gas recirculation circuit and on the intake side, and control for detecting temperature, humidity and atmospheric pressure of the atmosphere, and further detecting load or fuel consumption of the engine There are means.
【００１２】[0012]
〈図１の回路の説明〉図において、１は、エンジン本
体、２は、そのエンジン本体１の吸気マニホールド、３
は、排気マニホールドである。４は、排気タービン過給
機であって、そのタービン５が排気マニホールド３と排
気管６との接続部に取り付けられ、ブロワー７が吸気マ
ニホールド２と吸気管８との接続部に取り付けられてい
る。９は、吸気管８の吸入口に取り付けたエアクリーナ
である。また、吸気マニホールド２の途中にはインタク
ーラー１０が介装されている。排気管６の途中には、Ｅ
ＧＲガス還流回路１２を構成するＥＧＲガス管１３の入
口部が接続されているが、そのＥＧＲガス管１３の出口
側が、その途中のスートトラップ１４とそのスートトラ
ップ１４下流のＥＧＲガスクーラー２１を介して、吸気
管２の途中に接続され、これによって、排気管６中の排
気ガスを、ＥＧＲガスとして、ブロワー７手前の吸気管
８へ還流させるようにしている。そして、上記ＥＧＲガ
ス管１３の接続部よりも下流の排気管６の途中には、そ
の排気管６を流れる排気ガスの量を無段階に変更するこ
とのできる可変背圧制御バルブ１５が設けられ、この背
圧制御バルブ１５を調節することによって、ＥＧＲガス
管１３へ還流する排気ガス圧力を制御するものである。
なお、背圧制御バルブ１５よりも下流の排気管６の途中
には、その排気ガスとの熱交換によって、温水器その他
の装置に使用する熱を取り出す排気エコノマイザ１６が
取り付けられている。<Description of Circuit in FIG. 1> In FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is an intake manifold of the engine body 1, and 3 is an engine body.
Is an exhaust manifold. Reference numeral 4 denotes an exhaust turbine supercharger, a turbine 5 of which is attached to a connecting portion between the exhaust manifold 3 and the exhaust pipe 6, and a blower 7 is attached to a connecting portion between the intake manifold 2 and the intake pipe 8. .. An air cleaner 9 is attached to the intake port of the intake pipe 8. An intercooler 10 is provided in the middle of the intake manifold 2. In the middle of the exhaust pipe 6, E
The inlet portion of the EGR gas pipe 13 that constitutes the GR gas recirculation circuit 12 is connected, but the outlet side of the EGR gas pipe 13 is connected via the soot trap 14 on the way and the EGR gas cooler 21 downstream of the soot trap 14. The exhaust gas in the exhaust pipe 6 is recirculated to the intake pipe 8 before the blower 7 as EGR gas by being connected in the middle of the intake pipe 2. A variable back pressure control valve 15 capable of continuously changing the amount of exhaust gas flowing through the exhaust pipe 6 is provided in the exhaust pipe 6 downstream of the connecting portion of the EGR gas pipe 13. By adjusting the back pressure control valve 15, the exhaust gas pressure recirculating to the EGR gas pipe 13 is controlled.
An exhaust economizer 16 is attached to the exhaust pipe 6 downstream of the back pressure control valve 15 in the middle of the exhaust pipe 6 to take out heat used for the water heater and other devices by exchanging heat with the exhaust gas.
【００１３】〈図２の回路の説明〉図２は、前記図１の
回路に更に、ＨＣヒータ１９、ＥＧＲガスクーラー２１
のバイパス回路２０、及び、気水分離器２２を取り付け
た回路図である。ＨＣヒータ１９は、スートトラップ１
４の上流において、ＥＧＲガス管１３の途中に設けら
れ、気水分離器２２は、ＥＧＲガスクーラー２１の下流
に取り付けられて、そのガスクーラー２１による冷却の
際に発生する酸性凝縮水を分離・還元処理して排出する
ようにしている。ＥＧＲガスクーラー２１をバイパスす
るバイパス回路２０には、ＥＧＲガスの温度に応じて、
温度の高いときは、全量をＥＧＲガスクーラー２１を通
過させ、低いときはバイパスさせるための開閉弁１８が
取り付けられている。<Explanation of the Circuit of FIG. 2> FIG. 2 shows the circuit of FIG. 1 in addition to the HC heater 19 and the EGR gas cooler 21.
It is a circuit diagram which attached the bypass circuit 20 and the steam separator 22 of FIG. The HC heater 19 is the soot trap 1.
4, the steam separator 22 is provided in the middle of the EGR gas pipe 13 and is installed downstream of the EGR gas cooler 21 to separate acidic condensed water generated during cooling by the gas cooler 21. It is reduced and discharged. In the bypass circuit 20 that bypasses the EGR gas cooler 21, depending on the temperature of the EGR gas,
An on-off valve 18 is attached to allow the entire amount to pass through the EGR gas cooler 21 when the temperature is high and to bypass the temperature when the temperature is low.
【００１４】更に、上記気水分離器２２の下流側には、
負荷に応じてＥＧＲガス還流量をより細かく制御するた
めのファイン制御用（微調整用）ＥＧＲ率制御バルブ２
６が設けられている。Further, on the downstream side of the steam separator 22,
Fine control (fine adjustment) EGR rate control valve 2 for finely controlling the EGR gas recirculation amount according to the load
6 is provided.
【００１５】また、上記ＥＧＲガス管１３の入口よりも
上流の排気管６の途中より分岐して、その排気管６中の
ガスを前記ＨＣヒータ１９、スートトラップ１４、及
び、気水分離器２２を通さないでブロワー７側に直接還
流させるため、切り替えバルブを備えた直接還流バイパ
ス回路２３が、前記ＥＧＲ率制御バルブ２６の上流側に
接続して、設けられている。このバイパス回路２３は、
上記ＥＧＲガスクーラー２１をバイパスする回路２０と
同じ目的に使用するものであり、特にこの回路２３は、
スートトラップ１４やＨＣヒータ１９及び気水分離器２
２といった通路の抵抗となる部分を通らないので、より
高温でかつ効率のよい還流量を得られる。すなわち、最
近のエンジンではＮＯｘ対策のため噴射時期を遅らせた
ものがあるが、低負荷時でも冷却を行なうと着火遅れが
長くなり、却ってＮＯｘが悪化したり未燃炭化水素が多
くなるが、かかるバイパス回路２３を設けることによっ
てそのような不都合を防止できる。この場合、図の破線
で示すように、過給機のタービン５より手前側から還流
させるようにこのバイパス回路２３を設けることも考え
られる。このようにすると、タービン５によって温度が
低下する前の排気ガスを還流させるので、より高温のＥ
ＧＲガスを得ることができ、始動性及び低負荷時の性能
をより改善できる効果がある。Further, the gas in the exhaust pipe 6 is branched from the middle of the exhaust pipe 6 upstream of the inlet of the EGR gas pipe 13, and the gas in the exhaust pipe 6 is separated into the HC heater 19, the soot trap 14, and the steam separator 22. In order to directly recirculate to the blower 7 side without passing it through, a direct recirculation bypass circuit 23 having a switching valve is provided by being connected to the upstream side of the EGR rate control valve 26. This bypass circuit 23 is
It is used for the same purpose as the circuit 20 that bypasses the EGR gas cooler 21, and especially this circuit 23
Soot trap 14, HC heater 19 and steam separator 2
Since it does not pass through a portion such as 2 which becomes a resistance of the passage, it is possible to obtain an efficient reflux amount at a higher temperature. That is, although some recent engines have delayed the injection timing as a measure against NOx, if the cooling is performed even at a low load, the ignition delay becomes long, and NOx worsens and unburned hydrocarbons increase, but this takes time. By providing the bypass circuit 23, such inconvenience can be prevented. In this case, as shown by the broken line in the figure, it is conceivable that the bypass circuit 23 is provided so as to recirculate the turbocharger from the front side of the turbine 5. By doing so, the exhaust gas before the temperature is lowered by the turbine 5 is recirculated, so that the E
GR gas can be obtained, and there is an effect that startability and performance under low load can be further improved.
【００１６】上記において、スートトラップ１４は、基
本的には、固体状のススだけを取るためであって、気体
状のＨＣが通過するので、それが液化して管路中に付着
するのを防止するため、前記ＨＣヒータ１９を設けて、
予め燃焼させるようにしている。一般的に酸化触媒を用
いるパーティキュレートトラップ手段は、排気温度を高
くする必要があり、そのために、ヒータを設けたものは
あるが、本件では、ＨＣだけを燃焼させるもので、その
他は、スートトラップ１４で捕集するようにしている。In the above, the soot trap 14 is basically for collecting only solid soot, and since gaseous HC passes therethrough, it is liquefied and attached to the pipeline. To prevent this, the HC heater 19 is provided,
I try to burn it in advance. In general, the particulate trap means using an oxidation catalyst needs to raise the exhaust temperature, and there are heaters provided for that purpose, but in this case, only HC is burned, and the others are soot traps. I try to collect at 14.
【００１７】背圧制御バルブ１５の上流における排気管
６中には、その排気管６内の背圧を検出する圧力センサ
ー２４が取り付けられ、その検出センサー２４の検出結
果を背圧制御バルブ１５にフィードバックすることによ
って、ＥＧＲガス圧力が適切な値となるように背圧制御
バルブ１５の開度を制御するようにしている。A pressure sensor 24 for detecting the back pressure in the exhaust pipe 6 is attached in the exhaust pipe 6 upstream of the back pressure control valve 15, and the detection result of the detection sensor 24 is sent to the back pressure control valve 15. By feedback, the opening degree of the back pressure control valve 15 is controlled so that the EGR gas pressure becomes an appropriate value.
【００１８】更に、ＥＧＲガス管１３の入口よりも上流
における排気管６中に、その排気管６を流れる排気ガス
のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサー２５が設けら
れ、このセンサー２５の検出結果を、ＥＧＲ率制御バル
ブ２６へフィードバックすることによって、ＥＧＲガス
の還流量を微調整する。即ち、ＮＯｘの発生量は、前記
背圧制御バルブ１５により、目的の量のＥＧＲガスを還
流させるよう制御させることによって、ある程度の抑制
は可能であるが、しかし、それだけでは精度の高い制御
は困難であり、還流ガス中のＮＯｘを直接検出してＥＧ
Ｒ率制御バルブ２６で更に微調整することによって、負
荷などの変動に応じた最適な制御を行うことが出来る。
特に、背圧制御バルブ１５は、その制御量が大きいため
急激な負荷変動に対して有効である。Further, a NOx sensor 25 for detecting the NOx concentration of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 6 is provided in the exhaust pipe 6 upstream of the inlet of the EGR gas pipe 13, and the detection result of the sensor 25 is By feeding back to the EGR rate control valve 26, the recirculation amount of the EGR gas is finely adjusted. That is, the amount of NOx generated can be suppressed to a certain extent by controlling the back pressure control valve 15 to recirculate a desired amount of EGR gas, but it is difficult to control with high accuracy. The NOx in the recirculation gas is directly detected and the EG
By further finely adjusting the R rate control valve 26, it is possible to perform optimum control according to fluctuations in load and the like.
In particular, the back pressure control valve 15 is effective for a sudden load change because its control amount is large.
【００１９】〈図３の回路の説明〉図３は、ＥＧＲガス
冷却装置の他の実施例を示す回路図であり、上記ＥＧＲ
ガスクーラー２１に加えて、その下流に、ブロワー３０
とタービン３１とからなるターボクーリング装置２９を
設けて、より低温のＥＧＲガスを還流させるようにした
ものである。即ち、そのブロワー３０は、ＥＧＲガス回
路を流れる還流ガスによって駆動されると同時にその還
流ガスを圧縮し、タービン３１で膨張されることによっ
て、冷却される。また、ブロワー３０からタービン３１
までの通路中にアフタークーラー３２を設けることによ
って、圧縮されたガスを予備的に冷却するようにしてい
る。勿論、前記と同様に、始動時の吸気が過冷却され
て、始動性が悪くなり或は逆にＥＧＲ効率が低下するの
防止するため、図の破線で示す位置などにバイパス回路
３３を設けることが望ましい。<Description of Circuit in FIG. 3> FIG. 3 is a circuit diagram showing another embodiment of the EGR gas cooling device.
In addition to the gas cooler 21, a blower 30 is provided downstream thereof.
A turbo cooling device 29 including a turbine 31 and a turbine 31 is provided to recirculate a lower temperature EGR gas. That is, the blower 30 is driven by the recirculation gas flowing through the EGR gas circuit, and at the same time, the recirculation gas is compressed and expanded by the turbine 31, thereby being cooled. In addition, the blower 30 to the turbine 31
By providing an aftercooler 32 in the passage up to, the compressed gas is preliminarily cooled. Of course, in the same manner as described above, the bypass circuit 33 is provided at the position shown by the broken line in the figure in order to prevent the intake air at the time of starting from being supercooled and the startability being deteriorated or conversely the EGR efficiency being lowered. Is desirable.
【００２０】〈図４の制御の説明〉図４は、前記背圧制
御バルブ１５とＥＧＲ率制御バルブ２６の開度の制御を
マイクロコンピュータを用いて行う場合の実施例を示し
ている。図において、３５はＥＧＲガス還流回路のＥＧ
Ｒ率制御バルブ２６の上流に設けた第１のガス濃度セン
サー、３６は、同じく下流に設けた第２のガス濃度セン
サーであり、前者３５は還流ガス中のＯ２又はＣＯ２を
検出し、後者３６は吸入空気と還流ガスとの混合気中の
Ｏ２又はＣＯ２を検出するもので、その値をマイクロコ
ンピュータ３７に入力するようになっている。そして、
マイクロコンピュータ３７は、その入力された値に基づ
いて演算を行った後、制御信号を各制御バルブ１５、２
６に出力して、最適のＥＧＲ率となるようそれらのバル
ブ開度を調節するものである。この場合、ＥＧＲ率をＥ
Ｒとすると、ＥＧＲ率ＥＲは次式で表される。<Description of Control in FIG. 4> FIG. 4 shows an embodiment in which the microcomputer controls the opening of the back pressure control valve 15 and the EGR rate control valve 26. In the figure, 35 is an EG of the EGR gas recirculation circuit.
A first gas concentration sensor 36 provided upstream of the R rate control valve 26 is a second gas concentration sensor similarly provided downstream, and the former 35 detects O 2 or CO 2 in the reflux gas, and the latter 36. Detects O2 or CO2 in a mixture of intake air and reflux gas, and inputs the value to the microcomputer 37. And
The microcomputer 37 performs a calculation based on the input value and then sends a control signal to each of the control valves 15 and 2.
It outputs to 6 and adjusts those valve opening so that it may become an optimal EGR rate. In this case, the EGR rate is E
When R, the EGR rate ER is expressed by the following equation.
【００２１】[0021]
【数１】 Ｖe ＝Ｖa ＋Ｖg （１）[Equation 1] V e = V a + V g (1)
【００２２】[0022]
【数２】 Ｖe 〔Ｏ2 〕e ＝Ｖa 〔Ｏ2 〕a ＋Ｖg 〔Ｏ2 〕g （２）[Equation 2] V e [O 2 ] e = V a [O 2 ] a + V g [O 2 ] g (2)
【００２３】[0023]
【数３】 Ｖe 〔Ｏ2 〕e ＝Ｖa 〔ＣＯ2 〕a ＋Ｖg 〔ＣＵ2 〕g （３）[Equation 3] V e [O 2 ] e = V a [CO 2 ] a + V g [CU 2 ] g (3)
【００２４】[0024]
【数４】 ＥＲ＝Ｖg ／Ｖe （４）ER = V g / V e (4)
【００２５】ここで、Here,
【００２６】Ｖ：ガス量〔m3／h 〕V: Gas amount [m 3 / h]
【００２７】ＥＲ：ＥＧＲ率ER: EGR rate
【００２８】〔Ｏ2 〕：酸素濃度〔％〕[O 2 ]: oxygen concentration [%]
【００２９】〔ＣＯ2 〕：二酸化炭素濃度〔％〕[CO 2 ]: carbon dioxide concentration [%]
【００３０】e ：ＥＧＲガス混合後の吸入ガスE: Intake gas after mixing EGR gas
【００３１】a ：ＥＧＲガス混合前の新気空気A: Fresh air before EGR gas mixing
【００３２】g ：ＥＧＲガスG: EGR gas
【００３３】（１）（２）（４）よりFrom (1) (2) (4)
【００３４】[0034]
【数５】 ＥＲ＝〔Ｏ2 〕a −〔Ｏ2 〕e ／〔Ｏ2 〕a −〔Ｏ2 〕g ＝２１−〔Ｏ2 〕e ／２１−〔Ｏ2 〕g （５）Equation 5] ER = [O 2] a - [O 2] e / [O 2] a - [O 2] g = 21- [O 2] e / 21- [O 2] g (5)
【００３５】同様に、Similarly,
【００３６】[0036]
【数６】 ＥＲ＝〔ＣＯ2 〕e ／〔ＣＯ2 〕g （６）[Equation 6] ER = [CO 2 ] e / [CO 2 ] g (6)
【００３７】このようにして得られた現在のＥＧＲ率と
予め設定された目標ＥＧＲ率との差異を求め、これによ
って、その目標ＥＧＲ率となるようバルブ開度を制御す
るものである。図５が、その背圧制御バルブ１５につい
ての制御のフローチャートを示している。The difference between the current EGR rate thus obtained and the preset target EGR rate is obtained, and the valve opening is controlled so as to attain the target EGR rate. FIG. 5 shows a flow chart of control of the back pressure control valve 15.
【００３８】なお、上記センサー３５、３６は、ＨＣヒ
ータ１９及びスートトラップ１４よりも下流に設けられ
ているから、カーボン等の付着を防止して精度の高い制
御を得ることができる。Since the sensors 35 and 36 are provided downstream of the HC heater 19 and the soot trap 14, it is possible to prevent carbon and the like from adhering to obtain highly accurate control.
【００３９】〈図６の制御の説明〉図６は、上記ガス濃
度を検出する代りに、大気圧、温度および湿度からなる
大気状態とエンジンの燃費或は負荷の双方又は一方をセ
ンシングして、制御するようにしたものである。即ち、
ＮＯｘは負荷などの他に大気圧や温度等の大気状態によ
っても影響されやすく、これらを検出することによって
も制御することが出来る。図６の回路において、３９
は、負荷又は燃料消費量を検出するセンサー、４０は、
大気温度、湿度及び大気圧を検出するセンサーであっ
て、これらの検出値をマイクロコンピュータ３７に入力
して、その結果に基づいて、背圧制御バルブ１５及びＥ
ＧＲ率制御バルブ２６を制御するようにしている。<Explanation of Control of FIG. 6> FIG. 6 shows that, instead of detecting the gas concentration, an atmospheric condition consisting of atmospheric pressure, temperature and humidity and / or fuel consumption or load of the engine are sensed. It is designed to be controlled. That is,
NOx is easily affected by atmospheric conditions such as atmospheric pressure and temperature as well as load, and can be controlled by detecting these. In the circuit of FIG. 6, 39
Is a sensor for detecting load or fuel consumption, 40 is
A sensor for detecting atmospheric temperature, humidity, and atmospheric pressure. These detection values are input to the microcomputer 37, and the back pressure control valves 15 and E are input based on the results.
The GR rate control valve 26 is controlled.
【００４０】図７は、その制御のフローチャートを示
し、まず、大気温度、大気圧及び湿度と燃料消費量又は
負荷を入力することによって、そのときの大気即ちエア
クリーナ９から吸入される吸入空気中の水分の重量を演
算し（ステップＳ１）、他方、入力した負荷又は燃料消
費量に基づいてＥＧＲガス中の水分の量を算出する（ス
テップＳ３）。更に、その負荷又は燃料消費量によっ
て、その負荷又は燃料消費量に応じた目標ＥＧＲガス還
流量を演算もしくは予め決められたデータに基づいて決
定する（ステップＳ２）。しかる後、吸入空気とＥＧＲ
ガスとの混合気中の水分の量と吸入空気中の水分の重量
の和を求め（ステップＳ４）、これにより目標ＥＧＲ量
ＥＧＲ１を決めるとともにその目標値と前記仮定したＥ
ＧＲ量を比較して（ステップＳ５、６）、それに合致す
るようＥＧＲ率制御バルブ２６の開度を制御するもので
ある（ステップＳ７）。このように大気温度や燃料消費
量などから水分を算出するのは、ＮＯｘの発生量は混合
気中の水分の量に影響されやすく、その水分の量に応じ
てＥＧＲ還流ガスの量を増加することで、もっともＮＯ
ｘの発生の少ないバルブ開度に制御することが可能とな
るためである。FIG. 7 shows a flow chart of the control. First, by inputting atmospheric temperature, atmospheric pressure and humidity and fuel consumption amount or load, the atmosphere at that time, that is, the intake air sucked from the air cleaner 9 is The weight of water is calculated (step S1), and the amount of water in the EGR gas is calculated based on the input load or fuel consumption (step S3). Further, the target EGR gas recirculation amount corresponding to the load or the fuel consumption amount is calculated or determined based on predetermined data according to the load or the fuel consumption amount (step S2). After that, intake air and EGR
The sum of the amount of water in the air-fuel mixture and the weight of water in the intake air is calculated (step S4), and the target EGR amount EGR1 is determined by this, and the target value and the above-mentioned E
The GR amount is compared (steps S5 and S6), and the opening degree of the EGR rate control valve 26 is controlled so as to match it (step S7). In calculating the water content from the atmospheric temperature and the fuel consumption amount, the NOx generation amount is easily influenced by the water content of the air-fuel mixture, and the EGR recirculation gas amount is increased according to the water content. By that, the most NO
This is because it is possible to control the valve opening so that x is less likely to occur.
【００４１】勿論、上記図５及び図７の制御のいずれに
おいても、ＮＯｘを直接測定して制御するのが最良であ
るが、未だ安価で精度のよいＮＯｘセンサーを入手する
のは困難であり、これらの代用特性として使用すること
で、低コストで比較的精度良く制御することが出来るの
である。Of course, in any of the controls shown in FIGS. 5 and 7, it is best to directly measure and control NOx, but it is still difficult to obtain an inexpensive and accurate NOx sensor. By using these as substitute characteristics, it is possible to control with comparative accuracy with low cost.
【００４２】[0042]
【発明の効果】この発明によれば、次のような効果が得
られる。 排気通路のＥＧＲ還流回路よりも下流に可変背圧制
御バルブを設けているから、単純に排気通路より分岐さ
せたものと異なって、充分なＥＧＲ量を得ることが出来
て、ＮＯｘの低減効果を増大させ、しかも、この制御バ
ルブを可変制御することで、負荷などに応じたもっとも
最適なＥＧＲ量を得ることが可能となる。According to the present invention, the following effects can be obtained. Since the variable back pressure control valve is provided downstream of the EGR recirculation circuit in the exhaust passage, it is possible to obtain a sufficient EGR amount unlike the one simply branched from the exhaust passage, and to reduce NOx. By increasing and variably controlling this control valve, it becomes possible to obtain the most optimal EGR amount according to the load and the like.
【００４３】 上記において、ＥＧＲガス還流回路に
は、排気ガス中の煤塵を除去するスートトラップとガス
クーラーを設けているから、これらを前記背圧制御バル
ブと組み合わせることで、より効果的なＥＧＲ制御を行
うことが出来る。In the above, since the EGR gas recirculation circuit is provided with a soot trap and a gas cooler for removing soot and dust in the exhaust gas, by combining these with the back pressure control valve, more effective EGR control can be achieved. Can be done.
【００４４】 更に、ＥＧＲガス還流回路中により微
細な制御を行うためのＥＧＲ率制御バルブを設けている
ことから、背圧制御バルブのみでは困難な精度の高いＥ
ＧＲ量の制御が出来る。Further, since the EGR rate control valve for performing finer control is provided in the EGR gas recirculation circuit, it is difficult to achieve high precision E which is difficult only with the back pressure control valve.
The amount of GR can be controlled.
【００４５】 ＥＧＲガスクーラーをバイパスできる
バイパス回路を設けているから、排気温度の低い始動時
などにこのバイパス回路を通すことで、ＥＧＲ効率を低
下させることなく始動性能や低負荷時の性能を確保する
ことができる。Since a bypass circuit that can bypass the EGR gas cooler is provided, by passing this bypass circuit at the time of starting when the exhaust temperature is low, the starting performance and the performance at low load are ensured without lowering the EGR efficiency. can do.
【００４６】 また、上記クーラーのみならず、スー
トトラップなどをもバイパスして、過給機のタービンの
直後の下流もしくは上流から直接還流させるバイパス回
路を設けており、始動時及び低負荷時などにＥＧＲ回路
の抵抗による損失を回避して、効率のよいＥＧＲを行う
ことができる。Further, not only the cooler but also the soot trap and the like are provided, and a bypass circuit is provided to directly recirculate from the downstream or upstream immediately after the turbine of the supercharger. It is possible to avoid loss due to the resistance of the EGR circuit and perform efficient EGR.
【００４７】 上記背圧制御バルブとＥＧＲ率制御バ
ルブを、排気圧力とＥＧＲ回路中のＮＯｘ濃度に基づい
て制御することで、常に適切なＥＧＲ還流量を得ること
ができ、効果的なＥＧＲ制御が可能となる。By controlling the back pressure control valve and the EGR rate control valve based on the exhaust pressure and the NOx concentration in the EGR circuit, an appropriate EGR recirculation amount can always be obtained, and effective EGR control can be performed. It will be possible.
【００４８】 また、排ガス及び大気中のＯ2又はＣ
Ｏ２濃度をＮＯｘの代用特性として用いてＥＧＲ量の制
御を行うことで、高価なＮＯｘセンサーを用いる必要が
なく、安価な制御装置を得ることができる。Further, exhaust gas and O 2 or C in the atmosphere
By controlling the EGR amount by using the O2 concentration as a substitute characteristic of NOx, it is not necessary to use an expensive NOx sensor, and an inexpensive control device can be obtained.
【００４９】 同様に大気温度や湿度等の大気状態或
は燃料消費量や負荷をＮＯｘの代用特性として用いるこ
とで、安価な制御装置を得ることができる。Similarly, an inexpensive control device can be obtained by using the atmospheric conditions such as atmospheric temperature and humidity or the fuel consumption amount and the load as the substitute characteristics of NOx.
【００５０】 ＥＧＲガス還流回路にターボクーリン
グ装置を設けているので、通常のクーラーのみの場合よ
りもより低温のＥＧＲガスを得ることができ、ＥＧＲ効
率の低下を防止するととができるとともに、冷却装置自
身もコンパクトにすることができる。Since the EGR gas recirculation circuit is provided with the turbo cooling device, it is possible to obtain EGR gas at a lower temperature than in the case of using only a normal cooler, and it is possible to prevent a decrease in EGR efficiency and to cool the cooling device. You can also make yourself compact.
【図１】この発明の第１の実施例を示す排気ガス還流装
置の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of an exhaust gas recirculation device showing a first embodiment of the present invention.
【図２】この発明の別の実施例を示す排気ガス還流装置
の回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of an exhaust gas recirculation device showing another embodiment of the present invention.
【図３】この発明の更に別の実施例を示す排気ガス還流
装置の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an exhaust gas recirculation device showing yet another embodiment of the present invention.
【図４】制御装置を備えたこの発明の実施例の排気ガス
還流装置の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of an exhaust gas recirculation device according to an embodiment of the present invention including a control device.
【図５】図５の回路の制御の流れを示すフローチャート
である。5 is a flowchart showing a control flow of the circuit of FIG.
【図６】この発明の他の制御装置を備えた排気ガス還流
装置の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of an exhaust gas recirculation device including another control device of the present invention.
【図７】図６の回路における制御の流れを示すフローチ
ャートである。7 is a flowchart showing a control flow in the circuit of FIG.
１ 機関本体 ４ 過給機 ６ 排気管 ８ 吸気管 １２ ＥＧＲガス還流回路 １４ スートトラップ １５ 背圧制御バルグ １９ ＨＣヒータ ２０ バイパス回路 ２１ ＥＧＲガスクーラ ２３ バイパス回路 ２４ 圧力センサー ２５ ＮＯｘセンサー ２６ ＥＧＲ率制御バルグ ２９ ターボクーリング装置 ３７ マイクロコンピュータ（制御手段） 1 Engine Main Body 4 Supercharger 6 Exhaust Pipe 8 Intake Pipe 12 EGR Gas Reflux Circuit 14 Soot Trap 15 Back Pressure Control Valve 19 HC Heater 20 Bypass Circuit 21 EGR Gas Cooler 23 Bypass Circuit 24 Pressure Sensor 25 NOx Sensor 26 EGR Rate Control Valve 29 Turbo cooling device 37 Microcomputer (control means)
Claims (8)
関において、上記過給機下流の排気ガスを吸気側に還流
させるためのＥＧＲガス還流回路を設け、このＥＧＲガ
ス還流回路中には、その回路中のガスの煤塵を除去する
スートトラップと、同じくガスクーラーとを設けるとと
もに、さらに、上記ＥＧＲガス還流回路の入口よりも下
流の排気通路中に前記ＥＧＲガス還流回路への還流圧力
を可変制御する背圧制御バルブを設けたことを特徴とす
るディーゼル機関の排気ガス還流装置。1. A diesel engine equipped with an exhaust turbine supercharger is provided with an EGR gas recirculation circuit for recirculating exhaust gas downstream of the supercharger to the intake side. A soot trap for removing soot and dust of gas in the circuit and a gas cooler are also provided, and the recirculation pressure to the EGR gas recirculation circuit is variably controlled in the exhaust passage downstream of the inlet of the EGR gas recirculation circuit. An exhaust gas recirculation device for a diesel engine, which is provided with a back pressure control valve for controlling the exhaust gas.
ーをバイパスするバイパス回路を設けたことを特徴とす
る請求項１記載のディーゼル機関の排気ガス還流装置。2. The exhaust gas recirculation system for a diesel engine according to claim 1, further comprising a bypass circuit for bypassing the EGR gas cooler in the EGR gas recirculation circuit.
気ガスを前記スートトラップ及びＥＧＲガスクーラーを
通さないで直接吸気側に還流させることのできるバイパ
ス回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の
ディーゼル機関の排気ガス還流装置。3. A bypass circuit for directing exhaust gas from the downstream or upstream of the turbine of the supercharger to the intake side without passing through the soot trap and the EGR gas cooler. Alternatively, the exhaust gas recirculation device for a diesel engine according to item 2.
ル機関において、上記過給機下流の排気ガスを吸気側に
還流させるためのＥＧＲガス還流回路を設け、そのＥＧ
Ｒガス還流回路の入口よりも下流の排気通路中に前記Ｅ
ＧＲガス還流回路への還流圧力を可変制御する背圧制御
バルブを設けるとともに、同じくＥＧＲガス還流回路中
に、その回路中のガス流量を微調整するＥＧＲ率制御バ
ルブを設けたことを特徴とする請求項１記載のディーゼ
ル機関の排気ガス還流装置。4. A diesel engine equipped with an exhaust gas turbine supercharger is provided with an EGR gas recirculation circuit for recirculating exhaust gas downstream of the supercharger to the intake side,
In the exhaust passage downstream of the inlet of the R gas recirculation circuit, the E
A back pressure control valve that variably controls the recirculation pressure to the GR gas recirculation circuit is provided, and an EGR rate control valve that finely adjusts the gas flow rate in the circuit is also provided in the EGR gas recirculation circuit. The exhaust gas recirculation device for a diesel engine according to claim 1.
ＧＲガスクーラーに加えて又はＥＧＲガスクーラーに代
えてガスの圧縮・膨張によって冷却するターボクーリン
グ装置を設けたことを特徴とする請求項１記載のディー
ゼル機関の排気ガス還流装置。5. An EGR gas recirculation circuit is provided with an E in the circuit.
The exhaust gas recirculation device for a diesel engine according to claim 1, further comprising a turbo cooling device that cools the gas by compression and expansion in addition to the GR gas cooler or in place of the EGR gas cooler.
サーと、同じくＥＧＲガス還流回路中のＮＯｘ濃度を検
出するＮＯｘセンサーとを設けるとともに、圧力センサ
ーの検出結果に応じて背圧制御バルブの制御を行い、Ｎ
Ｏｘセンサーの検出結果に応じてＥＧＲ率制御バルブの
制御を行うようにしたことを特徴とする請求項３記載の
ディーゼル機関の排気ガス還流装置6. A pressure sensor for detecting the exhaust pressure in the exhaust passage and a NOx sensor for detecting the NOx concentration in the EGR gas recirculation circuit are also provided, and a back pressure control valve for the back pressure control valve is provided according to the detection result of the pressure sensor. Control, N
The exhaust gas recirculation device for a diesel engine according to claim 3, wherein the EGR rate control valve is controlled according to the detection result of the Ox sensor.
の濃度を検出する第１の濃度センサーをＥＧＲガスクー
ラーの下流に設け、吸気中の炭酸ガス又は酸素の濃度を
検出する第２の濃度センサーを過給機のブロワー下流に
設けるとともに、それらの濃度センサーによって検出さ
れた検出結果に応じてＥＧＲ率を制御する制御装置を設
けたことを特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の
排気ガス還流装置。7. A second concentration sensor for detecting the concentration of carbon dioxide gas or oxygen in the EGR gas recirculation circuit is provided downstream of the EGR gas cooler to detect a concentration of carbon dioxide gas or oxygen in the intake air. The exhaust gas of a diesel engine according to claim 3, wherein a sensor is provided downstream of the blower of the supercharger, and a control device is provided to control the EGR rate according to a detection result detected by those concentration sensors. Reflux device.
を検出する検出手段、及び、機関の負荷又は燃料消費量
の双方又は一方を検出する検出手段とを備え、これらの
検出手段による検出手段に応じて、背圧制御バルブ及び
ＥＧＲ率制御バルブを制御する制御手段を設けたことを
特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の排気ガス還
流装置。8. A detection means for detecting an atmospheric condition such as atmospheric temperature, humidity or atmospheric pressure, and a detection means for detecting both or one of a load of an engine and a fuel consumption amount, and these detection means are provided. The exhaust gas recirculation system for a diesel engine according to claim 3, further comprising control means for controlling the back pressure control valve and the EGR rate control valve according to the detection means.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3259858A JP3038512B2 (en) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | Exhaust gas recirculation system for diesel engine |
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Publications (2)
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|---|---|
| JPH0571428A true JPH0571428A (en) | 1993-03-23 |
| JP3038512B2 JP3038512B2 (en) | 2000-05-08 |
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