JPH09287526A - Exhaust gas recirculation system for compression ignition engine and exhaust gas recirculation control method in the engine - Google Patents

Exhaust gas recirculation system for compression ignition engine and exhaust gas recirculation control method in the engine

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JPH09287526A
JPH09287526A JP8121058A JP12105896A JPH09287526A JP H09287526 A JPH09287526 A JP H09287526A JP 8121058 A JP8121058 A JP 8121058A JP 12105896 A JP12105896 A JP 12105896A JP H09287526 A JPH09287526 A JP H09287526A
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JP
Japan
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exhaust gas
engine
gas recirculation
compression ignition
valve
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Oo Kurotsupu Jieahaado
オー・クロップ ジェアハード
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately and realtimely control a recirculation gas quantity by computing the most suitable rate of a recirculated exhaust gas from absolute pressure in an intake manifold and an exhaust manifold, engine speed, fuel supply speed and air suction temperature for controlling the opening of an exhaust gas recirculation valve. SOLUTION: An exhaust gas recirculation system is equipped with the first and the second pressure sensor 38, 40 for detecting absolute pressure in an intake manifold 22 and an exhaust manifold 24; an engine speed sensor 46; a fuel supply speed sensor 44 and an air suction temperature sensor 48, and their output signals are inputted into a controller 26. The optimum rate of recirculated gas to intake air is computed, and moreover a valve position which enables the recirculated gas having the optimum rate to flow from a conduit 30 to the intake manifold 22 is computed. The exhaust gas reciculation valve 28 is controlled according to the result of computation by a step motor 32. Thus the control ability of exhaust gas recirculation is improved to accomplish the maximum thermal efficiency and the minimum emission of pollution material.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、汚染物質をコン
トロールする方法としての内燃エンジンにおける排気ガ
ス再循環であって、特に、圧縮点火エンジンのための排
気ガス再循環システムに関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to exhaust gas recirculation in internal combustion engines as a method of controlling pollutants, and more particularly to an exhaust gas recirculation system for compression ignition engines.

【0002】[0002]

【従来の技術】1950年代後半、内燃エンジンの排出
物質は、世界中の工業都市を覆い隠す光化学作用による
煙およびスモッグに対する重要な誘因であると認定され
た。その排出物質の効果に起因する人間の健康、動物の
生活あるいは一般的な環境に対するダメージは、広範囲
に研究され、詳細に報告されている。スモッグのレベル
を減少させるため、政府は、内燃エンジンからの排出物
質を含め、その源において汚染物質の排出を制限するた
めの立法措置を講じた。
BACKGROUND OF THE INVENTION In the late 1950s, emissions from internal combustion engines were identified as important contributors to photochemical smoke and smog obscuring industrial cities around the world. The damage to human health, animal life or the general environment due to the effects of its emissions has been extensively studied and reported in detail. To reduce smog levels, the government has taken legislative measures to limit pollutant emissions at its sources, including emissions from internal combustion engines.

【0003】1960年代の前半に入り、火花点火(オ
ットーサイクル)式ガソリン燃料エンジンの製造業者
は、最初の基本的な汚染物質排除装置を備え始めた。そ
れらの中には現在でも使用されているものがある。自動
車の使用が急激に増加した何年かが経過して、オットー
サイクルエンジンの排出物質のレベルに関し、政府の立
法措置はますます厳しくなっていった。より厳しくなっ
た規制に対応すべく、自動車製造業者は彼らのエンジン
に、より複雑な装置を搭載した。オットーサイクルエン
ジンからの排出物質が厳しく規制されている間、政府
は、圧縮点火エンジン(ディーゼルエンジン)について
は寛大であった。圧縮点火エンジン(ディーゼルエンジ
ン)は、汚染物質規制装置を備えないオットーサイクル
エンジンよりも燃料効率が良く且つ排出レベルが比較的
低いからである。恐らく、ディーゼルエンジンの数が、
同じ時期に使用されているオットーサイクルエンジンの
数に比べてはるかに少なかったことも他の要因として挙
げられるだろう。
In the early 1960s, manufacturers of spark ignited (Otto cycle) gasoline fueled engines began to equip the first basic pollutant removal system. Some of them are still in use today. Over the years of the sharp increase in vehicle use, government legislation has become increasingly stringent regarding Otto cycle engine emission levels. To comply with tighter regulations, car manufacturers have installed more complex devices in their engines. While the emissions from Otto cycle engines were tightly regulated, the government was generous with compression ignition engines (diesel engines). This is because the compression ignition engine (diesel engine) has a higher fuel efficiency and a relatively lower emission level than the Otto cycle engine that does not include the pollutant control device. Probably the number of diesel engines
Another factor could be that it was far less than the number of Otto cycle engines used at the same time.

【0004】排出物質により汚染が惹き起こされること
の調査を通じて、より多くの知見が得られた。その結
果、政府は、そのような排出物質をより広い範囲でより
厳しく制限する法律を制定した。1980年代前半にお
いては、いかなるディーゼル車の排出物質も吟味の対象
になりはじめ、ディーゼルエンジン製造業者は、排出物
質の許容レベルを定めた政府の規則に多面的に応えるた
めにますます複雑化した対策および装置を多種多様に適
用したオットーサイクル動力車両の製造業者の先例にな
らわざるを得なくなった。
More information has been gained through investigations into the pollution caused by emissions. As a result, the government has enacted legislation that limits such emissions to a greater extent and more strictly. In the early 1980s, any diesel vehicle emissions began to be scrutinized, and diesel engine manufacturers were becoming increasingly complex to comply with government regulations that set acceptable levels of emissions. And they have had to set the precedent for manufacturers of Otto-cycle powered vehicles with a wide variety of equipment applications.

【0005】1970年代半ばにおいて、オットーサイ
クルエンジンの製造業者は、窒素酸化物(NOx)、一
酸化炭素(CO)および全ての炭化水素(THC)を制
御するため、再循環された排気部分を燃焼条件に適合さ
せるよう、排気ガスの一部を吸気マニホルドに再循環さ
せるための方法を開発した。排気ガス再循環(EGR)
は、排気から燃焼サイクルへのガスの導入によるもので
あるが、より低い燃焼室温度をひき起こし、例えば先に
燃え残った炭化水素のいくらかを酸化するのを促進する
ばかりでなく、NOxの形成を抑制する。排気ガスを再
循環させるための制御は、EGR弁によって実現され
る。このEGR弁は、オットーサイクルエンジンでは広
範囲に使用され、ディーゼルエンジンでもより少ない範
囲ではあるが使用されている。
In the mid-1970s, manufacturers of Otto cycle engines burned the recirculated exhaust fraction to control nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO) and all hydrocarbons (THC). A method has been developed to recirculate some of the exhaust gas to the intake manifold to meet the conditions. Exhaust gas recirculation (EGR)
Is due to the introduction of gas from the exhaust into the combustion cycle, which causes lower combustion chamber temperatures and, for example, not only promotes the oxidation of some previously burned out hydrocarbons, but also the formation of NOx. Suppress. The control for recirculating the exhaust gas is realized by the EGR valve. This EGR valve is used extensively in Otto cycle engines and in diesel engines to a lesser extent.

【0006】1990年代の初頭まで、EGR弁は空気
作用によって作動および制御され、従ってエンジン速度
および負荷の変化に対して正確な観測や迅速な応答を行
うことができなかった。空気式による作動および制御方
法はまた、その周囲の雰囲気における気圧変化に起因し
た弁の位置決め時における不正確さや、反応時間の遅れ
をひきおこす。1990年代の前半には、電気アクチュ
エータモータを使用したエンジンコントローラの基礎部
分を構成しているマイクロプロセッサによって制御され
るEGR弁が、オットーサイクルエンジンのために導入
された。
Until the early 1990s, EGR valves were operated and controlled pneumatically, and thus were unable to provide accurate observations and quick responses to changes in engine speed and load. Pneumatic actuation and control methods also cause inaccuracies in valve positioning and reaction time delays due to atmospheric pressure changes in the surrounding atmosphere. In the first half of the 1990's, EGR valves controlled by a microprocessor forming the basis of an engine controller using electric actuator motors were introduced for Otto cycle engines.

【0007】ディーゼルエンジンのための、再循環され
る排気ガスの量をコントロールするためのシステムとし
ては、1986年1月7日に発行された米国特許第45
62821号においてイケダによって記載されたものも
知られている。このシステムでは、ディーゼルエンジン
における排気ガスの再循環をコントロールするため、エ
ンジン速度、吸気マニホルド圧力、燃料供給割合、エン
ジン冷却温度および燃焼炎の明るさを電子式コントロー
ラが検知する。
A system for controlling the amount of recirculated exhaust gas for a diesel engine is described in US Pat. No. 45,751 issued Jan. 7, 1986.
Also known is the one described by Ikeda in 62821. In this system, an electronic controller senses engine speed, intake manifold pressure, fuel supply rate, engine cooling temperature and combustion flame brightness to control exhaust gas recirculation in a diesel engine.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記米
国特許にかかるシステムでは、2つの主な欠点をもつ。
第1番目は、高価な燃焼炎の明るさ検知システムが要求
されることである。そのセンサーは、エンジンに対して
特別に適合させることが必要であるから、既存のエンジ
ンには手易く取り付けることができない。更にそのシス
テムは真空で作動されるEGR弁に頼っており、それは
上記したように、エンジンの動作状態を瞬時に変化させ
るためには動作が遅い。
However, the system according to the above-mentioned US patent has two main drawbacks.
First, there is a need for an expensive combustion flame brightness detection system. The sensor needs to be specially adapted to the engine and therefore cannot be easily installed on existing engines. Further, the system relies on a vacuum operated EGR valve, which is slow to change the operating conditions of the engine instantaneously, as described above.

【0009】ディーゼルエンジンからの排出物質を減少
させるための他の取り組みとしては、内燃エンジン中で
通常燃焼されるディーゼル燃料の一部を、天然ガスのよ
うなより軽くてきれいな燃焼ガス燃料で置き変えるため
の、二重燃料および2種以上の燃料が使用可能なシステ
ムの開発があった。広範囲な調査により、EGRの互換
性という点において、オットーサイクルエンジンと二重
/多燃料エンジンは極めて異なっていることが示され
た。二重/多燃料エンジンにおける最適のEGRは、0
%から50%以上の間まで変更でき、更にマニホルド圧
力の差分は、極めて低い。このように、圧縮点火エンジ
ンは一般的に、そして二重/多燃料式の圧縮点火エンジ
ンは特に、オットーサイクルエンジンにおけるEGRシ
ステムおよび方法の使用に適さないことは明らかであ
る。
Another approach to reducing emissions from diesel engines is to replace some of the diesel fuel normally burned in internal combustion engines with lighter and cleaner combustion gas fuels such as natural gas. There has been the development of dual fuel and systems capable of using more than one fuel. Extensive research has shown that Otto cycle engines and dual / multifuel engines are quite different in terms of EGR compatibility. The optimum EGR in a dual / multifuel engine is 0
% To over 50%, and the manifold pressure differential is extremely low. Thus, it is clear that compression ignition engines in general, and dual / multifuel compression ignition engines in particular, are not suitable for use with EGR systems and methods in Otto cycle engines.

【0010】本発明の目的は、エンジンに再循環される
排気ガスの量を、正確に、リアルタイムで制御すること
を可能とする、圧縮点火エンジンのためのEGRシステ
ムを提供することにある。本発明の他の目的は、既存の
圧縮点火エンジンに対して改装して適用されるEGRシ
ステムを提供することにある。本発明の更に他の目的
は、エンジンの構成を再設計することなしに、圧縮点火
エンジンに最初から装備されているものとして適用でき
るEGRシステムを提供することにある。
It is an object of the present invention to provide an EGR system for a compression ignition engine which allows precise, real time control of the amount of exhaust gas recirculated to the engine. Another object of the present invention is to provide an EGR system retrofitted to an existing compression ignition engine. Yet another object of the present invention is to provide an EGR system that can be applied as originally installed in a compression ignition engine without redesigning the engine configuration.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】これらの目的は、以下の
構成の圧縮点火エンジンのための排気ガス再循環システ
ムにおいて実現される。すなわち、本発明にかかる排気
ガス再循環システムは、エンジンの吸気マニホルド内の
絶対圧力を検知するための第1の圧力センサと、エンジ
ンの排気マニホルド内の絶対圧力を検知するための第2
の圧力センサと、エンジンの回転速度を検出するための
エンジン速度センサと、エンジンに対する燃料供給速度
を検出するための燃料供給速度センサと、エンジンの吸
気マニホルド内で吸入空気の温度を検出する空気吸入温
度センサと、排気マニホルドと吸気マニホルドとの間に
流体の通路を提供する導管と、その導管内に配設され、
排気マニホルドから吸気マニホルドへの排気ガスの流れ
を調節するための排気ガス再循環弁と、上記導管を通る
排気マニホルドから吸気マニホルドへの排気ガスの流れ
を調節するために上記排気ガス再循環弁を制御する手段
とを有する。
These objects are achieved in an exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine of the following construction. That is, the exhaust gas recirculation system according to the present invention has a first pressure sensor for detecting the absolute pressure in the intake manifold of the engine and a second pressure sensor for detecting the absolute pressure in the exhaust manifold of the engine.
Pressure sensor, an engine speed sensor for detecting the engine rotation speed, a fuel supply speed sensor for detecting the fuel supply speed to the engine, and an air intake for detecting the temperature of intake air in the intake manifold of the engine. A temperature sensor, a conduit providing a fluid passage between the exhaust manifold and the intake manifold, and disposed within the conduit,
An exhaust gas recirculation valve to regulate the flow of exhaust gas from the exhaust manifold to the intake manifold, and an exhaust gas recirculation valve to regulate the flow of exhaust gas from the exhaust manifold through the conduit to the intake manifold. And means for controlling.

【0012】加えて、第1および第2の圧力センサ、エ
ンジン速度センサ、燃料供給速度センサおよび空気吸入
温度センサからの信号を受け、その受け取った信号に基
づいて、吸入される空気に対する再循環される排気ガス
の最適の割合を演算し、更に、その吸入される空気に対
する再循環される排気ガスの最適の割合で導管を通って
吸気マニホルドに流れることを可能とする弁位置を演算
し、更にまた、排気マニホルドから吸気マニホルドへ導
管を通って流れる吸入空気に対する排気ガスの最適割合
を可能とする演算された弁位置で弁を位置決めするため
に排気ガス再循環弁を制御するための手段を作動させる
ための電子式コントローラを含んでいる。
In addition, signals from the first and second pressure sensors, the engine speed sensor, the fuel supply speed sensor and the air intake temperature sensor are received, and the recirculated air to the intake air is received based on the received signals. Calculating an optimum ratio of exhaust gas to be exhausted, and further calculating a valve position that allows the optimum ratio of recirculated exhaust gas to the intake air to flow through the conduit to the intake manifold, and It also activates the means for controlling the exhaust gas recirculation valve to position the valve at a calculated valve position that allows an optimal ratio of exhaust gas to intake air flowing through the conduit from the exhaust manifold to the intake manifold. It includes an electronic controller for

【0013】本発明が適用される圧縮点火エンジンとし
ては、ディーゼルエンジン、二重燃料エンジン、特にデ
ィーゼルと天然ガスを燃料として動作するように装備さ
れた二重燃料エンジン、多燃料エンジン、特にディーゼ
ルと天然ガスと水素を燃料として動作するように装備さ
れた多燃料エンジンが挙げられる。これらの点は、次に
述べる圧縮点火エンジンにおける排気ガスの再循環を制
御する方法においても同じである。
The compression ignition engine to which the present invention is applied includes a diesel engine, a dual fuel engine, particularly a dual fuel engine equipped to operate with diesel and natural gas as a fuel, a multiple fuel engine, especially diesel. There is a multi-fuel engine equipped to operate on natural gas and hydrogen. These points are the same in the method of controlling the exhaust gas recirculation in the compression ignition engine described below.

【0014】本発明の他の観点から、圧縮点火エンジン
における排気ガス再循環を制御するための方法が提供さ
れているが、そこではむしろ%EGRを直接的に制御す
るものであり、さらにその方法は、その基本的な制御変
数としてエンジン速度と燃料供給速度とを関数とした空
気の質量流量を使用し、その空気の質量流量が、所定の
エンジン速度/エンジン負荷の組み合わせの下では略一
定であるべきであると仮定し、吸気および排気の温度と
圧力が変化した場合に、その空気の質量流量を維持する
ようにEGRを作用させる。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine, which rather directly controls% EGR, and further the method. Uses the air mass flow rate as a function of engine speed and fuel delivery speed as its basic control variables, which is substantially constant under a given engine speed / engine load combination. Assuming that it should, the EGR acts to maintain the mass flow of the air as intake and exhaust temperatures and pressures change.

【0015】特に、圧縮点火エンジンにおける排気ガス
の再循環を制御する方法が提供されているが、この方法
は、以下の動作を含んでいる。 a)エンジンに対する燃料供給速度を検知する、 b)エンジンの回転速度を検知する、 c)エンジンの排気マニホルドの絶対圧力と、吸気マニ
ホルドの絶対圧力とを検知し、排気マニホルドと吸気マ
ニホルドとの間の圧力降下を演算する、 d)回転速度と圧力降下を関数とし、エンジンを通じて
流れるガスの容積効率を決定する、 e)エンジンの回転速度と燃料供給速度とを関数とし、
%EGRを決定する、 f)エンジンの回転速度と燃料供給速度とを関数とし、
排気マニホルド中におけるガスの温度を決定する、 g)吸気マニホルドに流れ込む空気の吸気温度を決定す
る、 h)排気マニホルド中の絶対圧力と、排気ガスの分子量
と、排気ガスの温度に基づいて、排気ガスの流体密度を
演算する、 i)EGR弁を通る排気ガスの容積流量を演算する、 j)EGR弁を通る排気ガスの容積流量、排気ガスの流
体密度および圧力降下に基づいて、EGR弁を必要な位
置に持ってくるための変数を導出する、 k)EGR弁を必要な位置に動かす。
In particular, a method is provided for controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine, the method including the following operations. a) Detecting the fuel supply speed to the engine, b) Detecting the rotation speed of the engine, c) Detecting the absolute pressure of the exhaust manifold of the engine and the absolute pressure of the intake manifold, and between the exhaust manifold and the intake manifold. D) rotating speed and pressure drop as a function and determining the volumetric efficiency of gas flowing through the engine, e) engine rotating speed and fuel supply speed as a function,
%) Determine EGR, f) engine speed and fuel supply speed as a function,
Determining the temperature of the gas in the exhaust manifold, g) determining the intake temperature of the air flowing into the intake manifold, h) the exhaust gas based on the absolute pressure in the exhaust manifold, the molecular weight of the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas. Calculate the fluid density of the gas, i) calculate the volumetric flow rate of the exhaust gas through the EGR valve, j) determine the EGR valve based on the volumetric flow rate of the exhaust gas through the EGR valve, the fluid density of the exhaust gas and the pressure drop. Derive variables to bring to required position, k) Move EGR valve to required position.

【0016】従って本発明は、比較的簡単で、電子的に
制御された再循環システムを圧縮点火エンジンのために
提供するものであって、市場に出まわっている標準的な
部品を使用し、既存の圧縮点火エンジンに対する改装と
して、あるいは新エンジンの新規な装置として、高価で
ない汚染の減少装置を提供する。そのシステムには、電
子式エンジンコントローラ、エンジンの吸気マニホルド
の絶対圧力センサ、エンジンの排気マニホルドの絶対圧
力センサ、燃料供給速度センサ、エンジン回転速度セン
サ、および空気吸入温度センサが含まれる。排気ガスの
再循環は、電子的に作動されるEGR弁によって制御さ
れるものであって、その弁は、弁位置センサを備えたバ
タフライ弁であることが好ましい。弁の位置は、電子式
ステップモータで制御されることが好ましく、そうする
ことにより、エンジン負荷と動作条件の変化に対して、
正確で迅速な反応を可能とする。
The present invention thus provides a relatively simple, electronically controlled recirculation system for a compression ignition engine, using standard components on the market, Provide an inexpensive pollution abatement device as a retrofit to an existing compression ignition engine or as a new device in a new engine. The system includes an electronic engine controller, an engine intake manifold absolute pressure sensor, an engine exhaust manifold absolute pressure sensor, a fuel supply speed sensor, an engine speed sensor, and an air intake temperature sensor. Exhaust gas recirculation is controlled by an electronically actuated EGR valve, which is preferably a butterfly valve with a valve position sensor. The position of the valve is preferably controlled by an electronic step motor, so that it will respond to changes in engine load and operating conditions.
Enables accurate and quick reaction.

【0017】上記したように本発明は、圧縮点火エンジ
ンにおける排気ガス再循環を制御するための新規な方法
を提供するものであり、それによって、最大の熱効率と
最小の汚染物質との間で均衡が保たれるように、制御さ
れたテスト環境の下で、最適の%EGRが実験的に導出
される。
As described above, the present invention provides a novel method for controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine, which balances maximum thermal efficiency with minimum pollutants. The optimum% EGR is experimentally derived under a controlled test environment so that

【0018】更にエンジンを流れる質量流量は、その限
定された%EGRと、雰囲気温度と大気圧の変化に対し
て補償された空気密度を使って演算される。その質量流
量は、EGR弁を流れるEGRの量を計算するために使
われ、その結果として、最適の%EGRが達成されるよ
うにEGR弁の位置が調節される。その適正な弁位置
は、EGR弁を流れる排気ガスの容積流量と、排気ガス
の密度と、排気マニホルドから吸気マニホルドへの圧力
降下とからある無次元数を与える関数を使って導出され
る。更にその無次元数は、二次元的な表中において、適
切な弁位置をつきとめるために使用される。ガス再循環
を制御する方法は、次の仮定に依存している。 1)エンジンが動作中に遭遇する温度/圧力範囲では、
空気と排気ガスはともに、理想気体として振る舞う。 2)特定のエンジン速度/負荷条件に対する排気ガス温
度の変化は、吸気温度と大気圧の変化に対して無視でき
るほど小さい。 3)容積効率は、エンジン速度と、吸気および排気マニ
ホルド間の圧力差にのみ関係する。 4)排気ガスの特性を計算する場合、排気ガスの成分は
2 、N2 、CO2 およびH2 Oによって適正に表現さ
れ、他の排気ガス成分は全て無視できる。 5)多燃料エンジンでは、吸気マニホルド内における混
合された空気と排気ガスの分子質量に対するガス状燃料
の影響は無視できる。
Further, the mass flow rate through the engine is calculated using its limited% EGR and air density compensated for changes in ambient temperature and atmospheric pressure. The mass flow rate is used to calculate the amount of EGR flowing through the EGR valve, with the result that the position of the EGR valve is adjusted to achieve the optimum% EGR. The proper valve position is derived using a function that gives a dimensionless number from the volumetric flow rate of exhaust gas flowing through the EGR valve, the exhaust gas density, and the pressure drop from the exhaust manifold to the intake manifold. The dimensionless number is then used to locate the proper valve position in the two-dimensional table. The method of controlling gas recirculation relies on the following assumptions. 1) In the temperature / pressure range encountered while the engine is operating,
Both air and exhaust gas behave as ideal gases. 2) The change in exhaust gas temperature for a particular engine speed / load condition is negligible with respect to changes in intake air temperature and atmospheric pressure. 3) Volumetric efficiency is only related to engine speed and the pressure difference between the intake and exhaust manifolds. 4) When calculating the characteristics of the exhaust gas, the components of the exhaust gas are properly represented by O 2 , N 2 , CO 2 and H 2 O, and all other exhaust gas components can be ignored. 5) In a multi-fuel engine, the effect of gaseous fuel on the molecular mass of the mixed air and exhaust gas in the intake manifold is negligible.

【0019】[0019]

【実施例】本発明にかかる装置および方法は、物理的な
配置とハードウェア構成部品、制御ロジックおよび計算
手続きといった項目で記述できる。本発明の完全な理解
を容易にするため、以下、好適な実施例について詳細に
説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The apparatus and method according to the present invention can be described in terms of physical layout and hardware components, control logic and calculation procedures. In order to facilitate a complete understanding of the present invention, preferred embodiments are described in detail below.

【0020】(物理的な配置およびハードウェア構成部
品)図1は、本発明にかかる排気ガス再循環システムに
装備される圧縮点火エンジン20の概略図を示す。圧縮
点火エンジン20は、ディーゼルエンジンか、あるいは
ディーゼル/天然ガスエンジンのような多燃料エンジン
が可能で、その構成はその分野では知られているため、
この文書中では説明をしない。圧縮点火エンジン20
は、エンジンシリンダ(図示せず)に圧縮空気を供給す
るための吸気マニホルド22と、圧縮点火エンジン20
のシリンダから排気ガスを排出させる排気マニホルド2
4とを備える。排気ガス再循環システム(以下、EGR
システムと呼ぶ)は、電子式コントローラ26により制
御される。
(Physical Layout and Hardware Components) FIG. 1 shows a schematic diagram of a compression ignition engine 20 equipped in an exhaust gas recirculation system according to the present invention. The compression ignition engine 20 can be a diesel engine or a multi-fuel engine such as a diesel / natural gas engine, as its construction is known in the art,
No explanation is given in this document. Compression ignition engine 20
Includes an intake manifold 22 for supplying compressed air to an engine cylinder (not shown), and a compression ignition engine 20.
Exhaust manifold 2 for exhausting exhaust gas from the cylinder
4 is provided. Exhaust gas recirculation system (hereinafter referred to as EGR
The system) is controlled by an electronic controller 26.

【0021】電子式コントローラ26は、EGRシステ
ムを制御するばかりでなく、圧縮点火エンジン20にお
ける他の動作を制御するための電子式エンジンコントロ
ーラであることも可能であるし、本発明にかかるEGR
システムを制御する機能に特化した電子式コントローラ
とすることも可能である。電子式コントローラ26は、
エンジンコントロールシステムのために構成され、市場
に提供されている多くの処理装置のうちの1つである。
The electronic controller 26 not only controls the EGR system, but can also be an electronic engine controller for controlling other operations in the compression ignition engine 20, and the EGR according to the present invention.
It is also possible to use an electronic controller specialized for the function of controlling the system. The electronic controller 26
It is one of the many processing units on the market configured for engine control systems.

【0022】電子式エンジンコントローラの主たる機能
は、排気マニホルド24と吸気マニホルド22とを相互
に繋ぐ排気再循環用導管30中に配置されるEGR弁2
8の位置を制御することである。EGR弁28は、図2
と関連づけて、より詳細に説明される。EGR弁28は
制御用リンク機構36を有する。この制御用リンク機構
36は、モータリンク機構34に接続され、更に、EG
R弁28の旋回位置を制御する電子ステップモータ32
に旋回可能に接続されている。
The main function of the electronic engine controller is to position the EGR valve 2 in the exhaust gas recirculation conduit 30 which connects the exhaust manifold 24 and the intake manifold 22 to each other.
8 position. The EGR valve 28 is shown in FIG.
Will be described in more detail in connection with. The EGR valve 28 has a control link mechanism 36. The control link mechanism 36 is connected to the motor link mechanism 34, and further,
Electronic step motor 32 for controlling the turning position of the R valve 28
Is pivotally connected to.

【0023】EGR弁28を効率的かつ最適にコントロ
ールするためには、圧縮点火エンジン20の動作状態を
監視するための多くのセンサを必要とする。これらのセ
ンサには、吸気マニホルド22中に配置された吸気マニ
ホルド用の絶対圧力センサ(第1の圧力センサ)38
と、排気マニホルド24中に配置された排気マニホルド
用の絶対圧力センサ40(第2の圧力センサ)とが含ま
れる。
Efficient and optimal control of the EGR valve 28 requires many sensors to monitor the operating condition of the compression ignition engine 20. These sensors include an intake manifold absolute pressure sensor (first pressure sensor) 38 located in the intake manifold 22.
And an absolute pressure sensor 40 (second pressure sensor) for the exhaust manifold arranged in the exhaust manifold 24.

【0024】もし圧縮点火エンジン20が多燃料エンジ
ン(例えばディーゼル/天然ガス燃料の組み合わせのよ
うに)であるなら、ディーゼルのみから多燃料モードへ
エンジンを切り換えるための燃料モード選択スイッチ4
2をそのシステムに含むことができる。そのシステムに
はまた、燃料供給速度センサ44、一般的には、燃料ペ
ダルの位置を監視する高分解能のポテンショメータ、あ
るいはスロットルの位置センサのような幾つかの等価物
が含まれる。
If the compression ignition engine 20 is a multi-fuel engine (such as a diesel / natural gas fuel combination), the fuel mode select switch 4 for switching the engine from diesel only to multi-fuel mode.
2 can be included in the system. The system also includes a fuel delivery rate sensor 44, typically a high resolution potentiometer for monitoring fuel pedal position, or some equivalent such as a throttle position sensor.

【0025】エンジンには、エンジンクランクシャフト
の回転速度を決定するためのエンジン回転速度センサ4
6(以下、RPMセンサ46と呼ぶ)を備える。RPM
センサ46としてはホール効果センサが好ましく、それ
を必要に応じて、圧縮点火エンジン20におけるディー
ゼル燃料注入ポンプ、フライホイールあるいはクランク
シャフトの出力端に取り付けることができる。エンジン
のクランクシャフトの回転速度の信頼性ある表示を提供
できる限り、RPMセンサー46の位置は重要ではな
い。システムにはまた、吸気マニホルド22中に流れ込
む圧縮空気の温度を測定するための、空気吸入温度セン
サ48が含まれる。圧縮点火エンジン20の排気システ
ムは標準的にはまた触媒コンバータ52を備えるが、こ
の触媒コンバータ52は本発明にかかる排気ガス再循環
システムにとっては補助的なものである。
The engine includes an engine rotation speed sensor 4 for determining the rotation speed of the engine crankshaft.
6 (hereinafter, referred to as RPM sensor 46). RPM
The sensor 46 is preferably a Hall effect sensor and can be attached to the output end of the diesel fuel injection pump, flywheel or crankshaft of the compression ignition engine 20 as required. The position of the RPM sensor 46 is not critical as long as it can provide a reliable indication of the rotational speed of the engine crankshaft. The system also includes an air intake temperature sensor 48 for measuring the temperature of the compressed air flowing into the intake manifold 22. The exhaust system of compression ignition engine 20 typically also includes a catalytic converter 52, which is ancillary to the exhaust gas recirculation system of the present invention.

【0026】図2に、本発明に係る排気ガス再循環シス
テムで使用されるEGR弁28の好ましい構成につき、
部分的に破断した側面図を示す。EGR弁28は中央通
路54を有する。この中央通路54は、排気再循環用導
管30(図1参照)の直径と等しい直径を有しているこ
とが好ましいが、それより大きい直径を有していてもよ
い。中央通路54は、弁軸58によって回転されるよう
位置決めされたバタフライ弁56によって閉止できるも
のであって、弁軸58はその下端がEGR弁のリンク機
構34に接続され、その上端が自動車産業においてはよ
く知られるタイプの高分解能ポテンショメータ60に接
続されている。高分解能ポテンショメータ60は、以下
で詳細に説明されるように、バタフライ弁56の回動位
置を決定するために使用される。EGR弁28は、以下
でまた詳細に説明する如く、圧縮点火エンジン20内に
おいて変化する燃焼条件に対する応答が正確で迅速な制
御となるよう、電子的に制御されるバタフライ弁である
ことが好ましい。
FIG. 2 shows a preferred structure of the EGR valve 28 used in the exhaust gas recirculation system according to the present invention.
A partially broken side view is shown. The EGR valve 28 has a central passage 54. The central passage 54 preferably has a diameter equal to the diameter of the exhaust gas recirculation conduit 30 (see FIG. 1), but may have a larger diameter. The central passage 54 can be closed by a butterfly valve 56 positioned to rotate by a valve shaft 58, the valve shaft 58 having its lower end connected to the EGR valve linkage 34 and its upper end in the automotive industry. Is connected to a high resolution potentiometer 60 of the well known type. The high resolution potentiometer 60 is used to determine the pivot position of the butterfly valve 56, as described in detail below. The EGR valve 28 is preferably an electronically controlled butterfly valve so that the response to changing combustion conditions within the compression ignition engine 20 is accurate and rapid control, as will be described in more detail below.

【0027】(制御ロジック)図3は、EGR弁28の
位置を制御し、それによって排気マニホルド24から吸
気マニホルド22への排気ガス再循環量を制御するた
め、電子式エンジンコントローラ26によって実行され
る一般的な制御ロジックの流れ図を示す。電子式エンジ
ンコントローラ26はプログラムのループを実行する
が、そのループは、必要な燃料供給速度を燃料供給速度
センサ44から決定することから始まり、吸気マニホル
ド22に最適の排気ガスを再循環させるために要求され
る方向にEGR弁28のバタフライ弁56を方向付ける
ことで終わる。その制御ロジックをここで詳細に説明す
る。
Control Logic FIG. 3 is implemented by the electronic engine controller 26 to control the position of the EGR valve 28, and thereby the amount of exhaust gas recirculation from the exhaust manifold 24 to the intake manifold 22. 3 shows a flow chart of general control logic. The electronic engine controller 26 executes a loop of programs which begins by determining the required fuel delivery rate from the fuel delivery rate sensor 44 to recirculate the intake manifold 22 for optimal exhaust gas recirculation. It ends by orienting the butterfly valve 56 of the EGR valve 28 in the required direction. The control logic will now be described in detail.

【0028】図3に示すように、工程はステップ62で
始まり、そこで燃料供給速度センサ44からの入力信号
を解析することにより、圧縮点火エンジン20にとって
必要な燃料供給速度が決定される。ステップ64におい
て、RPMセンサ46、好ましくは4ストロークエンジ
ンのために半分のエンジン速度で走るエンジンのディー
ゼル燃料注入ポンプ(図示せず)に取り付けられたホー
ル効果センサ(図示せず)からの出力信号を解析するこ
とによって、電子式エンジンコントローラ26はエンジ
ンの回転速度を計算する。
As shown in FIG. 3, the process begins at step 62, where the analysis of the input signal from the fuel feed rate sensor 44 determines the fuel feed rate required for the compression ignition engine 20. In step 64, the output signal from the RPM sensor 46, preferably a Hall effect sensor (not shown) attached to the diesel fuel injection pump (not shown) of the engine running at half engine speed for a 4-stroke engine, is output. By analyzing, the electronic engine controller 26 calculates the rotational speed of the engine.

【0029】ステップ66で、電子式エンジンコントロ
ーラ26は、排気マニホルドの絶対圧力センサ40およ
び吸気マニホルドの絶対圧力センサ38からの出力信号
を読み込み、以下の公式に従って圧力降下(ΔP)を計
算する。
At step 66, the electronic engine controller 26 reads the output signals from the exhaust manifold absolute pressure sensor 40 and the intake manifold absolute pressure sensor 38 and calculates the pressure drop (ΔP) according to the following formula:

【0030】ステップ68では、当業界でよく知られる
ようにダイナモメータで監視された圧縮点火エンジンを
使用したエンジンテストから実験的に導き出されたデー
タの表から、ステップ62〜66での結果を利用し、容
積効率、%EGRおよび排気ガス温度を決定する。
In step 68, the results of steps 62-66 are utilized from a table of data experimentally derived from engine tests using a dynamometer monitored compression ignition engine as is well known in the art. Then, the volume efficiency,% EGR and exhaust gas temperature are determined.

【0031】図4には、エンジン速度と圧力降下(Δ
P)とを関数とし、エンジンの容積効率を引き出すため
に使用される表が示されている。好適な実施例に基づく
その表では、各行に対応してΔPの値が配列され、各列
に対応してRPMの値が配列されている。図4における
各行および各列に配列される各々の値は、増大するもの
とすることができるが、等量の増分として表現される必
要はない。割り当てられた値は、EGRを備えた個々の
エンジンモデルに依存するものであり、個々の排出物質
基準に適合させるため、個々の動作速度範囲内におい
て、より明確な決定とより良い制御が行えるように特定
のエンジン速度について集中させることができる。
FIG. 4 shows engine speed and pressure drop (Δ
P) as a function and the table used to derive the volumetric efficiency of the engine is shown. In that table according to the preferred embodiment, the values of ΔP are arranged for each row and the values of RPM are arranged for each column. Each value arranged in each row and each column in FIG. 4 can be increasing, but need not be expressed as an equal increment. The assigned values depend on the individual engine model with EGR and meet the individual emission standards so that a clearer decision and better control can be made within the individual operating speed range. Can be focused on a particular engine speed.

【0032】図4に示した表の大きさは、図示するため
だけのものであって、要求される実際の表サイズは、達
成される運転特性によって決まることもまた理解すべき
である。図4におけるデータは、エンジンの容積効率の
数学的な定義に基づいて実験的に導き出される。エンジ
ンの容積効率は、次の数式1で与えられる。
It should also be understood that the size of the table shown in FIG. 4 is for illustration purposes only, and the actual table size required will depend on the operating characteristics achieved. The data in Figure 4 is derived empirically based on a mathematical definition of engine volumetric efficiency. The volumetric efficiency of the engine is given by Equation 1 below.

【0033】[0033]

【数1】 [Equation 1]

【0034】ここで、ηvol はエンジンの容積効率、Q
tot は吸気マニホルドを介して流れる全容積流量を1秒
当りのリッター数で表したもの、RPMはエンジンのク
ランクシャフトの回転速度、Vdispはエンジンの排気量
をリッターで表したものである。4サイクル圧縮点火エ
ンジンにおいては、クランクシャフトの2回転当たりた
だ1回の吸気ストロークしかないので、吸気ストローク
の数は2で割られる。
Where η vol is the volumetric efficiency of the engine, Q
tot is the total volumetric flow rate through the intake manifold in liters per second, RPM is the engine crankshaft rotation speed, and V disp is the engine displacement in liters. In a 4-cycle compression ignition engine, there is only one intake stroke per two revolutions of the crankshaft, so the number of intake strokes is divided by two.

【0035】この定義および、多燃料エンジン中におい
て空気と排気ガスとガス状燃料とを混合した温度は正確
には測定できないという事実があるので、図4に示され
る表を完成するために使われるデータは、EGRを備え
ないディーゼルモードのみで運転されるエンジンから得
られることが好ましい。エンジンが試験台上においてデ
ィーゼルのみのモードで運転される場合、Qtot =Q
air であり、Qair はガス流量計で測定される。RPM
が測定され、方程式がηvol について解かれると、図4
における各セルに対する容積効率が得られる。
Due to this definition and the fact that the temperature of the mixture of air, exhaust gas and gaseous fuel in a multi-fuel engine cannot be measured accurately, it is used to complete the table shown in FIG. The data is preferably obtained from an engine operating only in diesel mode without EGR. If the engine is operated in diesel-only mode on the test bench, Q tot = Q
is the air, Q air is measured by the gas flow meter. RPM
Is measured and the equation is solved for η vol ,
Volume efficiency is obtained for each cell at.

【0036】%EGRは図5に示された表から得られる
が、そこでは%EGRは、エンジン回転速度と燃料供給
速度の関数として表現されている。この表中のデータ
は、次の数式2により表現される%EGRの数学的な定
義に基づき、テストエンジンのダイナモメータによるテ
ストから同様に実験的に導き出されることが好ましい。
% EGR is obtained from the table shown in FIG. 5, where% EGR is expressed as a function of engine speed and fuel delivery speed. The data in this table are preferably similarly empirically derived from testing with a dynamometer of the test engine, based on the mathematical definition of% EGR expressed by Equation 2 below.

【0037】[0037]

【数2】 [Equation 2]

【0038】ここで、Qair は所定の空気温度および吸
気マニホルド圧力下でエンジン中に流れる空気の容積流
量、Qgas は、もし圧縮点火エンジン20が多燃料エン
ジンであれば、エンジン中に流れるガス状燃料の容積流
量であり、Qtot は吸気マニホルドを介して流れる総容
積流量である。
Where Q air is the volumetric flow rate of air flowing into the engine under a predetermined air temperature and intake manifold pressure, and Q gas is the gas flowing into the engine if the compression ignition engine 20 is a multi-fuel engine. Is the volumetric flow rate of the solid fuel, and Q tot is the total volumetric flow rate through the intake manifold.

【0039】テスト台上で運転されるエンジンをもっ
て、最大の熱効率と最小の汚染物質排出との間に均衡が
保たれるよう、EGR弁28は位置決めがなされる。Q
gas は必要とする燃料供給速度から決定でき、Qtot
図4から知られまた導き出され、そしてQair はガス流
量計を使用して測定できる。そのようにして計算された
%EGRにより、図5のデータは完成される。
With the engine running on the test bench, the EGR valve 28 is positioned so that a maximum thermal efficiency and a minimum pollutant emission are balanced. Q
gas can be determined from the fuel supply rate in need, Q tot is also derived known from FIG. 4, and Q air can be measured using a gas flow meter. The% EGR so calculated completes the data of FIG.

【0040】排気ガス温度は図6に示す表から導き出さ
れるが、そこでは、排気ガス温度はエンジン回転速度と
燃料供給速度の関数として表現されている。温度はセ氏
(°C)で表され、所定のRPMと燃料供給速度とにお
ける望ましい%EGRが確定されたのち、実際の温度測
定からテストエンジンについて実験的に導き出される。
以下で説明するように、図6に示された表から導き出さ
れる温度は、排気ガスの流量密度と排気ガスの容積流量
とを算出するための計算の中で使用される前に、ケルビ
ン温度に変換されなければならない。
The exhaust gas temperature is derived from the table shown in FIG. 6, where the exhaust gas temperature is expressed as a function of engine speed and fuel supply speed. Temperatures are expressed in degrees Celsius (° C) and are experimentally derived for the test engine from actual temperature measurements after the desired% EGR at a given RPM and fuel delivery rate has been established.
As will be explained below, the temperature derived from the table shown in FIG. 6 is taken to be the Kelvin temperature before being used in the calculations for calculating the exhaust gas flow density and the exhaust gas volumetric flow. Must be converted.

【0041】図4〜6に示した表中における全ての増加
間隔および表中の全てのデータは、特定のエンジンモデ
ルであり、各特定モデルにおけるダイナモメータでのテ
スト運転を通じて実験的に導き出される。更にまた、電
子式コントローラ26は、センサの値が表に記載された
不連続な値の間に入ると、二次元的に線形な補間が実行
されるようにプログラムがなされている。これにより、
表を記憶するためのメモリの量が制限されるような場合
にあっても、動作環境に正確に応答できる。
All increment intervals in the tables shown in FIGS. 4-6 and all data in the tables are specific engine models and are derived experimentally through test runs on a dynamometer for each specific model. Furthermore, the electronic controller 26 is programmed to perform a two-dimensional linear interpolation when the sensor values fall between the discrete values listed in the table. This allows
It can respond accurately to the operating environment even when the amount of memory for storing the table is limited.

【0042】図3のステップ70において、電子式コン
トローラ26は、空気吸入温度センサ48を使用して空
気吸入温度を読み込む。ステップ74では、排気マニホ
ルド中における絶対圧力と、排気ガスの分子量と、気体
定数と、図6に示す表から得られた排気ガス温度とに基
づき、排気ガスの流体密度が次の数式3を使って演算さ
れる。
In step 70 of FIG. 3, the electronic controller 26 uses the air intake temperature sensor 48 to read the air intake temperature. In step 74, based on the absolute pressure in the exhaust manifold, the molecular weight of the exhaust gas, the gas constant, and the exhaust gas temperature obtained from the table shown in FIG. Is calculated.

【0043】[0043]

【数3】 (Equation 3)

【0044】ここで、ρexh は排気ガスの流体密度を表
し、Pexh は排気マニホルド中における絶対圧力を表
し、MWexh は排気ガスの分子量を表し、Rは気体定数
(8.3144kmol/kg ・ K )であり、Texh は図6の表から
導かれる排気ガス温度である。
Here, ρ exh represents the fluid density of the exhaust gas, P exh represents the absolute pressure in the exhaust manifold, MW exh represents the molecular weight of the exhaust gas, and R is the gas constant (8.3144 kmol / kg · K). ) And T exh is the exhaust gas temperature derived from the table of FIG.

【0045】ステップ76では、電子式コントローラは
流体密度(ρexh )と圧力降下(ΔP)を使用し、次の
数式4によりEGR弁28を流れる排気ガスの容積流量
(Qegr )を演算する。
In step 76, the electronic controller uses the fluid density (ρ exh ) and the pressure drop (ΔP) to calculate the volumetric flow rate (Q egr ) of the exhaust gas flowing through the EGR valve 28 according to the following equation (4).

【0046】[0046]

【数4】 (Equation 4)

【0047】ここでQegr はEGR弁を介した排気ガス
の容積流量を表し、mtot は吸気マニホルドを介して流
れるガスの全質量流量であり、mair は吸気マニホルド
を介して流れる空気の質量流量であり、mgas は複数燃
料エンジンの吸気マニホルドを介して流れるガス状燃料
の質量流量であり、Rは気体定数であり、Texh は図6
に示す表から導かれる排気ガスの温度であり、Pexh
排気マニホルド24における絶対圧力であり、MWexh
は排気マニホルド24中における排気ガスのg/mol
を単位とした分子量である。この式の右辺における変数
の全ては、mair 、mtot およびMWexh を除いて知ら
れている。mtot およびMWexh についての詳細な説明
は、後記する計算手順の項が参照れれるべきである。
Where Q egr represents the volumetric flow rate of the exhaust gas through the EGR valve, m tot is the total mass flow rate of the gas flowing through the intake manifold, and m air is the mass of the air flowing through the intake manifold. Is the flow rate, m gas is the mass flow rate of gaseous fuel flowing through the intake manifold of a multiple fuel engine, R is the gas constant, and T exh is FIG.
Is the temperature of the exhaust gas derived from the table shown in, P exh is the absolute pressure in the exhaust manifold 24, MW exh
Is g / mol of exhaust gas in the exhaust manifold 24
Is the molecular weight in units. All of the variables on the right side of this equation are known except m air , m tot and MW exh . For a detailed description of m tot and MW exh , reference should be made to the calculation procedure section below.

【0048】空気の容積流量(Qair )は、次の数式5
を使用して計算される。
The volumetric flow rate (Q air ) of air is expressed by the following equation (5).
Calculated using.

【0049】[0049]

【数5】 (Equation 5)

【0050】しかしながら結果として得られるQ
air は、%EGRが特定された場合の空気温度
(Tair cal と吸気マニホルド圧力(Pintakecal
で引用される。従って必要な空気の質量流量は、(MW
air =28.97 とともに)気体定数を使用して計算された
空気密度に、この公式から求めた空気の容積流量をかけ
ることにより数式6に示すように導出される。
However, the resulting Q
air is the air temperature (T air ) cal and the intake manifold pressure (P intake ) cal when% EGR is specified.
Quoted in. Therefore, the required mass flow rate of air is (MW
It is derived as shown in Equation 6 by multiplying the air density calculated using the gas constant (with air = 28.97) by the volumetric flow rate of air obtained from this formula.

【0051】[0051]

【数6】 (Equation 6)

【0052】このようにして空気の質量流量は計算され
るが、その質量流量は、気圧または吸入空気温度の変動
で変わることはない。エンジンに対する燃料の質量流量
は、雰囲気温度および圧力の変動によって変化すること
はないので、空気の最適量が、常時、注入された燃料を
すべて完全燃焼させるために供給される。
Although the mass flow rate of air is calculated in this manner, the mass flow rate does not change due to fluctuations in atmospheric pressure or intake air temperature. Since the mass flow rate of fuel to the engine does not change due to ambient temperature and pressure fluctuations, the optimum amount of air is always provided to completely burn all the injected fuel.

【0053】図3のステップ78では、次の関数を利用
し、EGR弁の必要な位置を決定するためのある変数が
導出される(数式7)。
In step 78 of FIG. 3, certain variables for determining the required position of the EGR valve are derived using the following function (Equation 7).

【0054】[0054]

【数7】 (Equation 7)

【0055】EGRの容積流量Qegr は上記したように
実行された計算から知られ、ρexhもまた上記したよう
に実行された計算から知られ、更にΔPは、上記した様
に排気マニホルドの絶対圧力から吸気マニホルドの絶対
圧力を減算することにより演算される。この関数から導
出される無次元数は、図7において弁位置(β弁)を配
置するために使用される。
The volumetric flow rate of the EGR Q egr is known from the calculations performed as described above, ρ exh is also known from the calculations performed as described above, and ΔP is also the absolute value of the exhaust manifold as described above. It is calculated by subtracting the absolute pressure of the intake manifold from the pressure. The dimensionless number derived from this function is used to position the valve position (β valve) in FIG.

【0056】ステップ80では、EGR弁28の現在位
置が、EGR弁28の弁軸58に結合された高分解能な
ポテンショメータ60からのポテンショメータ信号に対
応させて電子式エンジンコントローラにより積算された
クロック数を測定することにより決定される。図8に示
す表は、EGR弁28の中央通路54に対し、いっぱい
に閉じられた位置からのクロック数と度数によるシャフ
ト位置との間の関係を示している。EGR弁の現在位置
が決定された後、図8の表を参照することによりステッ
プ78で決定されたEGR弁の要求位置は、EGR弁の
現在位置と比較され、そして修正係数が演算される。
In step 80, the current position of the EGR valve 28 is set to the number of clocks accumulated by the electronic engine controller in correspondence with the potentiometer signal from the high resolution potentiometer 60 coupled to the valve shaft 58 of the EGR valve 28. It is determined by measuring. The table shown in FIG. 8 shows the relationship between the number of clocks from the fully closed position and the shaft position in degrees for the central passage 54 of the EGR valve 28. After the current position of the EGR valve is determined, the required position of the EGR valve determined in step 78 by referring to the table of FIG. 8 is compared with the current position of the EGR valve, and the correction coefficient is calculated.

【0057】ステップ84において、もし現在位置がス
テップ78で決定された要求位置と同じでないなら、電
子式コントローラ26は電子ステップモータ32に命令
を与え、EGR弁28をその現在位置から要求位置に動
かす。それからプログラムはステップ62に戻り、上記
工程を繰り返す。この工程を実行する頻度は、電子式コ
ントローラ26によって実行される他のタスクを含めた
ファクターの数に依存する。標準的には、その工程を4
〜12ミリ秒毎に繰り返すことにより、動作状態の変化
に調和して、EGR弁28がいつも最適な位置にあるこ
とを保証している。
In step 84, if the current position is not the same as the required position determined in step 78, electronic controller 26 commands electronic step motor 32 to move EGR valve 28 from its current position to the required position. . The program then returns to step 62 and repeats the above steps. The frequency with which this step is performed depends on a number of factors, including other tasks performed by electronic controller 26. As standard, 4 steps
Repeating every ~ 12 ms ensures that the EGR valve 28 is always in the optimum position, consistent with changes in operating conditions.

【0058】(計算手順)計算では、エンジンに流れる
ガスの総質量流量を決定することが必要になるが、排気
ガスの分子量と排気ガス成分の比熱が以下で説明されて
いる。計算の理解を助けるため、使用される変数が次に
定義されている。 m air' =エンジンに流れる空気の質量流量 megr ' =EGR弁を通じて流れる排気ガスの質量流量
(g/s ) mgas ' =エンジンに流れるガス状燃料の質量流量 mdsl ' =エンジンに流れるディーゼル燃料の質量流量 mtot ' =吸気マニホルドを通じて流れる総質量流量 Tair =混合点の丁度上流に当たる吸気マニホルド内
での空気温度 Texh =排気ガス温度 Tgas =吸気マニホルド内に入った時のガス状燃料の
温度 Tmix =空気と排気ガスとガス状燃料とが混合された
温度 Pintake=吸気マニホルドの絶対圧力 Pexh =排気マニホルドの絶対圧力 R =気体定数 8.33144kmol/kg・ K Qair =Tair とPintakeでエンジンに流れる空気の
容積流量(l/s) Qgas =Tair とPintakeでエンジンに流れるガス状
燃料の容積流量(l/s) Qtot =Tair とPintakeで吸気マニホルドを通じて
流れる総容積流量(l/s) Vdisp =エンジン排気量(l/s) MW =分子量(g/mol) h =エントロピー(kJ/kg・ K) Cp =比熱(kJ/kg・ K)
(Calculation Procedure) In the calculation, it is necessary to determine the total mass flow rate of the gas flowing through the engine. The molecular weight of the exhaust gas and the specific heat of the exhaust gas component are explained below. The variables used are defined below to aid in understanding the calculations. m air '= mass flow rate of air flowing through the engine m egr ' = mass flow rate of exhaust gas flowing through the EGR valve (g / s) m gas '= mass flow rate of gaseous fuel flowing through the engine m dsl ' = diesel flowing through the engine Mass flow rate of fuel m tot '= Total mass flow rate through the intake manifold T air = Air temperature in the intake manifold just upstream of the mixing point T exh = Exhaust gas temperature T gas = Gaseous state when entering the intake manifold Fuel temperature T mix = Temperature at which air, exhaust gas and gaseous fuel are mixed P intake = Absolute pressure of intake manifold P exh = Absolute pressure of exhaust manifold R = Gas constant 8.33144kmol / kg ・ K Q air = T Volumetric flow rate of air flowing to the engine with air and P intake (l / s) Q gas = T Air volumetric flow rate of gaseous fuel flowing to the engine with P intake (l / s) Q tot = T intake with T air and P intake Maniho The total volume flow flowing through the de (l / s) V disp = engine displacement (l / s) MW = Molecular weight (g / mol) h = entropy (kJ / kg · K) Cp = specific heat (kJ / kg · K)

【0059】(総質量流量の計算)総質量流量
(mtot ' )は、(多燃料エンジンの場合には)その混
合温度と吸気マニホルド圧力における総容積流量(Q
tot )に、空気と排気ガスとガス状燃料の混合物の密度
(ρintake)とを掛け合わせた結果として、次の数式8
に示すように得られる。
(Calculation of total mass flow rate) The total mass flow rate (m tot ') is (in the case of a multi-fuel engine) the total volumetric flow rate (Q) at its mixing temperature and intake manifold pressure.
tot ) multiplied by the density (ρ intake ) of the mixture of air, exhaust gas and gaseous fuel.
It is obtained as shown in.

【0060】[0060]

【数8】 (Equation 8)

【0061】ここで密度ρintakeは、気体定数を使用し
て、数式9のように計算できる。
Here, the density ρ intake can be calculated as in Expression 9 using the gas constant.

【0062】[0062]

【数9】 [Equation 9]

【0063】ここでMWmix は、28.5kg/kmol と見積も
られる。混合温度(Tmix )を計算するためには、熱力
学第一法則が必要である。混合過程に対する熱力学第一
法則は、次の数式10に示すようになる。
Here, the MW mix is estimated to be 28.5 kg / kmol. In order to calculate the mixing temperature (T mix ), the first law of thermodynamics is necessary. The first law of thermodynamics for the mixing process is as shown in Equation 10 below.

【0064】[0064]

【数10】 (Equation 10)

【0065】しかし、理想気体では次の数式11に示す
ようになる。
However, with the ideal gas, the following formula 11 is obtained.

【0066】[0066]

【数11】 [Equation 11]

【0067】従って、この数式11は次の数式12のよ
うになる。
Therefore, this formula 11 becomes like the following formula 12.

【0068】[0068]

【数12】 (Equation 12)

【0069】空気とガス状燃料の比熱は、空気が1.0035
kJ/kg ・ K であり、ガス(例えば、多燃料エンジンの為
のメタン)では2.2537kJ/kg ・ K で一定であると認めら
れる。しかしながら、排気ガスの比熱は排気ガスの構成
と温度によって変わる。
The specific heat of air and gaseous fuel is 1.035 for air.
kJ / kg · K and for gas (eg methane for multi-fuel engines) it is accepted to be constant at 2.2537 kJ / kg · K. However, the specific heat of the exhaust gas depends on the composition and temperature of the exhaust gas.

【0070】燃焼理論に基づいて行われる排気ガスの比
熱と分子量の計算は、以下で説明される。混合物の比熱
は、空気と排気ガスと天然ガスの比熱を質量平均したも
のであって、次の数式13から導出される。
The calculation of the specific heat and molecular weight of the exhaust gas, which is carried out on the basis of the combustion theory, is explained below. The specific heat of the mixture is a mass average of the specific heats of air, exhaust gas, and natural gas, and is derived from the following Equation 13.

【0071】[0071]

【数13】 (Equation 13)

【0072】上記した5つの式を組み合わせて整理する
と、次の数式14のようになる。
When the above five formulas are combined and arranged, the following formula 14 is obtained.

【0073】[0073]

【数14】 [Equation 14]

【0074】この式は、次の数式15に示すようにT
mix の二次方程式として表現される。
This equation is given by T as shown in the following equation 15.
Expressed as a quadratic equation of mix .

【0075】[0075]

【数15】 (Equation 15)

【0076】その二次方程式を解くことにより、次の数
式16が得られる。
By solving the quadratic equation, the following equation 16 is obtained.

【0077】[0077]

【数16】 (Equation 16)

【0078】混合時の温度Tmix が判ると、混合時の密
度ρintakeは次の数式17から計算できる。
When the temperature T mix during mixing is known, the density ρ intake during mixing can be calculated from the following equation 17.

【0079】[0079]

【数17】 [Equation 17]

【0080】更に次の数式18中で使用すると、総質量
流量mtot ' が計算される。
Further used in Equation 18 below, the total mass flow rate m tot 'is calculated.

【0081】[0081]

【数18】 (Equation 18)

【0082】(分子量と比熱の計算)EGR弁を通過す
る排気ガスの容積流量Qegr を決定するために必要な、
吸入空気に対する再循環排気ガスの最適の割合、排気ガ
スの構成、分子量、および比熱は、ディーゼル燃料をC
1.9 と表現することにより決定される。この場合のデ
ィーゼル燃料と空気の理論的な燃焼は、次のように書か
れる。 CH1.9+7.024(0.21O2+0.79N2) → CO2+0.95H2O+5.549N2 質量を基準におくと、この燃焼反応は次のように書け
る。
(Calculation of Molecular Weight and Specific Heat) Necessary for determining the volumetric flow rate Q egr of exhaust gas passing through the EGR valve,
The optimum ratio of recirculated exhaust gas to intake air, exhaust gas composition, molecular weight, and specific heat depend on diesel fuel.
It is determined by expressing it as H 1.9 . The theoretical combustion of diesel fuel and air in this case is written as CH 1.9 +7.024 (0.21O 2 + 0.79N 2 ) → CO 2 + 0.95H 2 O + 5.549N 2 Based on the mass, this combustion reaction can be written as follows.

【0083】 1kgCH1.9+3.39kgO2+11.16kgN2 → 3.16kgCO2+1.23kgH2O+11.16kgN2 ディーゼルばかりでなく、例えば天然ガスを燃やす多燃
料エンジンにあっては、天然ガスは100%メタン(C
4 )と表現できるかもしれないが、その場合にあって
は、空気中における天然ガスの理論的な燃焼は、次によ
うに書かれる: CH4+9.524(0.210O2+0.79N2) → CO2+2H2O+7.52N2 質量を基準におくと、この燃焼反応は次のように書け
る: 1kgCH4+3.39kgO2+13.14kgN2 → 2.74kgCO2+2.25kgH2O+13.14kgN2
1kgCH 1.9 + 3.39kgO 2 + 11.16kgN 2 → 3.16kgCO 2 + 1.23kgH 2 O + 11.16kgN 2 Not only diesel but also multi-fuel engine burning natural gas, natural gas is 100% methane. (C
H 4 ), in which case the theoretical combustion of natural gas in air is written as: CH 4 +9.524 (0.210O 2 + 0.79N 2 ). → CO 2 + 2H 2 O + 7.52N 2 Based on the mass, this combustion reaction can be written as: 1kgCH 4 + 3.39kgO 2 + 13.14kgN 2 → 2.74kgCO 2 + 2.25kgH 2 O + 13.14kgN 2

【0084】上記理論に基づき、吸入される空気に対す
る再循環される排気ガスの適切な割合φは、次の数式1
9によって与えられる。
Based on the above theory, an appropriate ratio φ of recirculated exhaust gas to intake air is
Given by 9.

【0085】[0085]

【数19】 [Equation 19]

【0086】xi およびyi をそれぞれ、成分iにおけ
る質量およびモルの分率とする。上記理論に基づき、排
気中における各成分の質量分率は、次の数式20、数式
21、数式22、数式23によって与えられる。
[0086] Each of the x i and y i, and the mass of component i and molar fraction. Based on the above theory, the mass fraction of each component in the exhaust gas is given by the following formula 20, formula 21, formula 22, and formula 23.

【0087】[0087]

【数20】 (Equation 20)

【0088】[0088]

【数21】 (Equation 21)

【0089】[0089]

【数22】 (Equation 22)

【0090】[0090]

【数23】 (Equation 23)

【0091】各成分のモル分率は、次の数式24によっ
て与えられる。
The molar fraction of each component is given by the following equation 24.

【0092】[0092]

【数24】 (Equation 24)

【0093】排気ガスの分子量は、次の数式25で与え
られる。
The molecular weight of the exhaust gas is given by the following equation 25.

【0094】[0094]

【数25】 (Equation 25)

【0095】排気ガスの比熱は、次の数式26で与えら
れる。
The specific heat of exhaust gas is given by the following equation 26.

【0096】[0096]

【数26】 (Equation 26)

【0097】ここで(Cp i は、次の数式27、数式
28、数式29、数式30に示すように各排気成分に対
するkJ/kmol・Kを単位とした定圧比熱である。
Here, (C p ) i is a constant pressure specific heat in units of kJ / kmol · K for each exhaust component as shown in the following formulas 27, 28, 29 and 30.

【0098】[0098]

【数27】 [Equation 27]

【0099】[0099]

【数28】 [Equation 28]

【0100】[0100]

【数29】 (Equation 29)

【0101】[0101]

【数30】 [Equation 30]

【0102】ここで、ケルビン温度によるTexh を用い
ると、θは次の数式31に示すように表される。
Here, using T exh depending on the Kelvin temperature, θ is expressed by the following formula 31.

【0103】[0103]

【数31】 (Equation 31)

【0104】これらの計算過程によって、電子式のコン
トローラ26は周囲温度と大気圧の変化を正確に補償
し、全ての動作条件の下で吸込み空気に対する再循環さ
れた排気ガスの割合が最適に維持されることを可能とし
ている。
Through these calculation steps, the electronic controller 26 accurately compensates for changes in ambient temperature and atmospheric pressure and maintains an optimum ratio of recirculated exhaust gas to intake air under all operating conditions. It is possible to be done.

【0105】(産業への適用性)本発明にかかるEGR
システムは、圧縮点火エンジンにおける主要な汚染物
質、すなわち酸化窒素(NOx )および一酸化炭素(C
0)のレベルを驚異的に減少させる。これらの酸化物が
大気中で水と結合すると、有機および無機の物質に対し
て非常に腐蝕性のある各種の酸が形成される。これらの
酸は酸性雨問題の原因となり、NOx はまた光化学スモ
ッグと地上でのオゾンの形成における主たる要素であ
る。本発明にかかるEGRシステムはまた炭化水素の燃
焼を高め、従って燃料効率をより大きく改善する。エン
ジン負荷が小さい状態では、EGRシステムは、エンジ
ンの吸気スロットルを絞るという力に頼ることなく、よ
り効率的な範囲で、空気/燃料比を維持するのを助け
る。同様に、活性化された化学的な基を含む高温の排気
ガスを空気/燃料と混合した混合体は、より速く、より
完全な燃焼を促進させ、従って排気ガス中における未燃
焼な総炭化水素のレベルを下げる。更にまた、本発明に
かかるEGRシステムでは、低温の吸入空気を高温の排
気ガスで置き換えることにも幾分か貢献して、エンジン
の排気温度が上昇し、その結果として、このエンジンの
排気システムに備えた貴金属触媒のより早期の活性化と
より効率の良い動作を実現する。触媒がより良く動作す
ることにより、排気の流れから、一酸化炭素や総炭化水
素のような汚染物質をより効率良く除去するのを促進す
る。
(Applicability to industry) EGR according to the present invention
The system uses the major pollutants in compression ignition engines: nitric oxide (NOx) and carbon monoxide (C).
The level of 0) is reduced tremendously. When these oxides combine with water in the atmosphere, various acids are formed which are highly corrosive to organic and inorganic substances. These acids cause acid rain problems, and NOx is also a major factor in the formation of photochemical smog and ozone above ground. The EGR system according to the invention also enhances the combustion of hydrocarbons and thus improves fuel efficiency to a greater extent. At low engine loads, the EGR system helps maintain the air / fuel ratio in a more efficient range without resorting to the forces of throttling the intake throttle of the engine. Similarly, a mixture of hot exhaust gas containing activated chemical groups with air / fuel promotes faster and more complete combustion, and thus total unburned hydrocarbons in the exhaust gas. Lower the level of. Furthermore, the EGR system according to the invention also contributes somewhat to the replacement of the cold intake air with the hot exhaust gas, increasing the exhaust temperature of the engine and consequently the exhaust system of the engine. It realizes earlier activation of the provided precious metal catalyst and more efficient operation. The better performance of the catalyst facilitates more efficient removal of pollutants such as carbon monoxide and total hydrocarbons from the exhaust stream.

【0106】EGR弁28は電子的に作動されるので、
空気式の制御よりもむしろ、システムはエンジン負荷の
変化に対して高速でより正確な応答がなされる。また電
子式のコントローラ26は、排気ガスの最適な再循環レ
ートを正確に決定し、EGR弁28の位置を極めて正確
に与える。システムはEGR弁28の正確な変化位置を
与えるので、エンジンは全ての動作状態においても定格
出力で対応し、更にそれは従来のEGR制御システムに
おける共通した問題であったのだが、排気ガスが過剰に
再循環された場合におこる黒煙および/またはエンジン
のエンストという望ましくない効果が除去される。
Since the EGR valve 28 is operated electronically,
Rather than pneumatic control, the system provides a faster and more accurate response to changes in engine load. The electronic controller 26 also accurately determines the optimum exhaust gas recirculation rate and provides the position of the EGR valve 28 very accurately. Since the system provides the exact changing position of the EGR valve 28, the engine responds at rated power in all operating conditions, which is also a common problem in conventional EGR control systems, but it is exhausted too much. The undesirable effects of black smoke and / or engine stalling that occur when recirculated are eliminated.

【0107】上記した好適な実施例に対し、本発明の趣
旨から離れることなく、当業者なら変形および修正を加
えることができる。従って本発明の範囲は、特許請求の
範囲によってのみ制限されるように意図されている。
Variations and modifications can be made by those skilled in the art to the above-described preferred embodiments without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the scope of the invention is intended to be limited only by the scope of the claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる排気ガス再循環システムが装備
された圧縮点火エンジンの概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram of a compression ignition engine equipped with an exhaust gas recirculation system according to the present invention.

【図2】図1に示された圧縮点火エンジンのための排気
ガス再循環システムにおいて使用されるEGR弁の好適
な実施例の一部破断した側面図である。
2 is a partially cutaway side view of a preferred embodiment of an EGR valve used in the exhaust gas recirculation system for the compression ignition engine shown in FIG.

【図3】本発明に関する圧縮点火エンジンにおける排気
ガスの再循環を制御する方法の論理図である。
FIG. 3 is a logic diagram of a method of controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine according to the present invention.

【図4】圧縮点火エンジンにおける、エンジン速度と、
排気マニホルドおよび吸気マニホルド間における圧力降
下とを関数とし、容積効率を決定するための図表を示
す。
FIG. 4 is an engine speed in a compression ignition engine,
FIG. 6 shows a diagram for determining volumetric efficiency as a function of pressure drop between an exhaust manifold and an intake manifold.

【図5】圧縮点火エンジンにおけるエンジン速度と燃料
供給速度を関数とし、%EGRを決定するための図表を
示す。
FIG. 5 shows a chart for determining% EGR as a function of engine speed and fuel delivery speed in a compression ignition engine.

【図6】圧縮点火エンジンにおけるエンジン速度と燃料
供給速度とを関数とし、排気ガス温度を決定するための
図表を示す。
FIG. 6 shows a chart for determining exhaust gas temperature as a function of engine speed and fuel delivery speed in a compression ignition engine.

【図7】圧縮点火エンジンにおける、排気ガス流量と排
気ガス密度と排気マニホルドおよび吸気マニホルド間の
圧力降下とを関数とし、EGR弁の位置を決定するため
の図表を示す。
FIG. 7 shows a chart for determining EGR valve position as a function of exhaust gas flow rate, exhaust gas density, and pressure drop between exhaust and intake manifolds in a compression ignition engine.

【図8】EGR弁の位置を監視するため、ポテンショメ
ータの出力に基づく電子式エンジンコントローラのクロ
ック数を関数とし、EGR弁の位置を決定するための図
表を示す。
FIG. 8 shows a diagram for determining the position of the EGR valve as a function of the number of clocks of the electronic engine controller based on the potentiometer output to monitor the position of the EGR valve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

20 圧縮点火エンジン 22 吸気マニホルド 24 排気マニホルド 26 電子式コントローラ 28 排気ガス再循環弁(EGR弁) 30 導管(排気再循環用導管) 32 排気ガス再循環弁を制御するための手段(電子ス
テップモータ) 34 モータリンク機構 36 制御用リンク機構 38 第1の圧力センサ(吸気マニホルド用の絶対圧力
センサ) 40 第2の圧力センサ(排気マニホルド用の絶対圧力
センサ) 42 燃料モード選択スイッチ 44 燃料供給速度センサ 46 エンジン速度センサ(RPMセンサ) 48 空気吸入温度センサ 52 触媒コンバータ 54 中央通路 56 バタフライ弁 58 弁軸
20 Compression Ignition Engine 22 Intake Manifold 24 Exhaust Manifold 26 Electronic Controller 28 Exhaust Gas Recirculation Valve (EGR Valve) 30 Conduit (Exhaust Gas Recirculation Conduit) 32 Means for Controlling Exhaust Gas Recirculation Valve (Electronic Step Motor) 34 Motor Link Mechanism 36 Control Link Mechanism 38 First Pressure Sensor (Absolute Pressure Sensor for Intake Manifold) 40 Second Pressure Sensor (Absolute Pressure Sensor for Exhaust Manifold) 42 Fuel Mode Selection Switch 44 Fuel Supply Speed Sensor 46 Engine speed sensor (RPM sensor) 48 Air intake temperature sensor 52 Catalytic converter 54 Central passage 56 Butterfly valve 58 Valve shaft

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エンジン20の吸気マニホルド22内の
絶対圧力を検知するための第1の圧力センサ38と、 エンジン20の排気マニホルド24内の絶対圧力を検知
するための第2の圧力センサ40と、 エンジンクランクシャフトの回転速度を検出するための
エンジン速度センサ46と、 エンジン20に対する燃料供給速度を検出するための燃
料供給速度センサ44と、 エンジン20の吸気マニホルド22内で吸気温度を検出
するための空気吸入温度センサ48と、 排気マニホルド24と吸気マニホルド22との間に流体
の通路を提供する導管30と、 その導管30内に配設され、排気マニホルド24から吸
気マニホルド22への排気ガスの流れを調節するための
排気ガス再循環弁28と、 上記導管30を通る排気マニホルド24から吸気マニホ
ルド22への排気ガスの流れを調節するために上記排気
ガス再循環弁28を制御する手段32と、 第1および第2の圧力センサ38・40、エンジン速度
センサ46、燃料供給速度センサ44および空気吸入温
度センサ48からの信号を受け、その受け取った信号に
基づいて、吸入される空気に対する再循環される排気ガ
スの最適な割合を演算し、更に、その吸入される空気に
対する再循環される排気ガスが最適な割合で導管を通っ
て吸気マニホルドに流れることを可能とする弁位置を演
算し、更にまた、排気マニホルドから吸気マニホルドへ
導管を通って流れる吸入空気に対する排気ガスの最適割
合を可能とする演算された弁位置で弁を位置決めするた
めに排気ガス再循環弁28を制御するための手段32を
作動させるための電子式コントローラ26と、を含む、
圧縮点火エンジンのための排気ガス再循環システム。
1. A first pressure sensor 38 for detecting the absolute pressure in the intake manifold 22 of the engine 20, and a second pressure sensor 40 for detecting the absolute pressure in the exhaust manifold 24 of the engine 20. , An engine speed sensor 46 for detecting the rotation speed of the engine crankshaft, a fuel supply speed sensor 44 for detecting the fuel supply speed to the engine 20, and an intake air temperature in the intake manifold 22 of the engine 20. Of the air intake temperature sensor 48, a conduit 30 providing a fluid passage between the exhaust manifold 24 and the intake manifold 22, and disposed in the conduit 30 for exhaust gas from the exhaust manifold 24 to the intake manifold 22. An exhaust gas recirculation valve 28 for regulating the flow and an intake manifold 24 through the conduit 30 described above. Means 32 for controlling the exhaust gas recirculation valve 28 to regulate the flow of exhaust gas to the manifold 22, first and second pressure sensors 38, 40, engine speed sensor 46, fuel supply speed sensor 44 and A signal from the air intake temperature sensor 48 is received, an optimum ratio of the exhaust gas to be recirculated to the intake air is calculated based on the received signal, and the recirculation is performed to the intake air. Calculates the valve position that allows the exhaust gas to flow through the conduit to the intake manifold at the optimum ratio, and also allows the optimum ratio of exhaust gas to intake air flowing through the conduit from the exhaust manifold to the intake manifold. An electronic for activating the means 32 for controlling the exhaust gas recirculation valve 28 to position the valve at the calculated valve position Includes a controller 26, a,
Exhaust gas recirculation system for compression ignition engines.
【請求項2】 エンジン速度センサ46が、エンジンの
燃料ポンプの出力シャフトに取り付けられたホール効果
センサである、請求項1記載の圧縮点火エンジンのため
の排気ガス再循環システム。
2. The exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine according to claim 1, wherein the engine speed sensor 46 is a Hall effect sensor mounted on the output shaft of an engine fuel pump.
【請求項3】 燃料供給速度センサ44が、エンジンの
燃料ペダルのペダル位置を測定する高分解能ポテンショ
メータである、請求項1記載の圧縮点火エンジンのため
の排気ガス再循環システム。
3. The exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine according to claim 1, wherein the fuel supply rate sensor 44 is a high resolution potentiometer that measures pedal position of a fuel pedal of the engine.
【請求項4】 排気ガス再循環弁28が、いっぱいに閉
じられた位置からいっぱいに開かれた位置へバタフライ
弁56を動かすための機械的なリンク機構を備えた機械
的に制御されるバタフライ弁56である、請求項1に記
載の圧縮点火エンジンのための排気ガス再循環システ
ム。
4. A mechanically controlled butterfly valve wherein the exhaust gas recirculation valve 28 comprises a mechanical linkage for moving the butterfly valve 56 from a fully closed position to a fully open position. An exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine according to claim 1, which is 56.
【請求項5】 排気ガス再循環弁28を制御するための
手段32が、機械的なリンク機構に接続されて動作する
電子的なステップモータである、請求項4記載の圧縮点
火エンジンのための排気ガス再循環システム。
5. A compression ignition engine as claimed in claim 4, wherein the means 32 for controlling the exhaust gas recirculation valve 28 is an electronic stepper motor operating in connection with a mechanical linkage. Exhaust gas recirculation system.
【請求項6】 バタフライ弁56は、そのいっぱいの閉
じ位置に対応する現在位置を示すため、高分解能ポテン
ショメータを備えている、請求項5記載の圧縮点火エン
ジンのための排気ガス再循環システム。
6. The exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine according to claim 5, wherein the butterfly valve 56 comprises a high resolution potentiometer to indicate the current position corresponding to its full closed position.
【請求項7】 電子式コントローラ26は、高分解能ポ
テンショメータの出力信号に基づくカウント数を積算す
るものであって、そのカウント数が、いっぱいに閉じら
れた位置に対応したバタフライ弁56の現在位置を決定
するために使用される、請求項6記載の圧縮点火エンジ
ンのための排気ガス再循環システム。
7. The electronic controller 26 integrates the count number based on the output signal of the high resolution potentiometer, and the count number indicates the current position of the butterfly valve 56 corresponding to the fully closed position. An exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine according to claim 6 used for determining.
【請求項8】a)エンジン20に対する燃料供給速度を
検知する、 b)エンジン20の回転速度を検知する、 c)エンジン20の排気マニホルド24の絶対圧力と、
吸気マニホルド22の絶対圧力とを検知し、排気マニホ
ルド24と吸気マニホルド22との間の圧力降下を演算
する、 d)上記回転速度と圧力降下とを関数とし、エンジン2
0を通じて流れるガスの容積効率を決定する、 e)エンジン20の回転速度と燃料供給速度とを関数と
し、%EGRを決定する、 f)エンジン20の回転速度と燃料供給速度とを関数と
し、排気マニホルド24中におけるガスの温度を決定す
る、 g)吸気マニホルド22に流れ込む空気の吸気温度を決
定する、 h)排気マニホルド24中の絶対圧力と、排気ガスの分
子量と、排気ガスの温度とに基づいて、排気ガスの流体
密度を演算する、 i)EGR弁28を通る排気ガスの容積流量を演算す
る、 j)上記容積流量、排気ガスの流体密度および圧力降下
に基づいて、EGR弁28を必要な位置に持ってくるた
めの変数を導出する、 k)EGR弁28を必要な位置に動かすことを含む、圧
縮点火エンジンにおける排気ガスの再循環を制御する方
法。
8. A) detecting a fuel supply speed to the engine 20, b) detecting a rotation speed of the engine 20, c) an absolute pressure of an exhaust manifold 24 of the engine 20, and
The absolute pressure in the intake manifold 22 is sensed and the pressure drop between the exhaust manifold 24 and the intake manifold 22 is calculated, d) the engine speed 2 as a function of the rotational speed and pressure drop.
0) determining the volumetric efficiency of the gas flowing through 0, e) determining the rotational speed of the engine 20 and the fuel supply rate as a function and determining the% EGR, f) the rotational speed of the engine 20 and the fuel supply rate as a function, and the exhaust gas Determine the temperature of the gas in the manifold 24, g) determine the intake temperature of the air flowing into the intake manifold 22, h) based on the absolute pressure in the exhaust manifold 24, the molecular weight of the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas. Calculate the fluid density of the exhaust gas, i) calculate the volumetric flow rate of the exhaust gas passing through the EGR valve 28, j) require the EGR valve 28 based on the volumetric flow rate, the fluid density of the exhaust gas and the pressure drop Control variables for exhaust gas recirculation in compression ignition engines, including moving the EGR valve 28 to the required position. Way.
【請求項9】 エンジン20を通じて流れるガスの容積
効率は、圧縮点火エンジンのダイナモメータテストから
実験的に導出されるデータを表から自動照合することに
よって決定される、請求項8記載の圧縮点火エンジンに
おける排気ガスの再循環を制御する方法。
9. The compression ignition engine of claim 8, wherein the volumetric efficiency of the gas flowing through the engine 20 is determined by automatically collating data from a table with experimentally derived data from a compression ignition engine dynamometer test. For controlling exhaust gas recirculation in a vehicle.
【請求項10】 %EGRは、圧縮点火エンジンの動作
テストから実験的に導出されるデータを表から自動照合
することによって決定される、請求項8記載の圧縮点火
エンジンにおける排気ガスの再循環を制御する方法。
10. The exhaust gas recirculation in a compression ignition engine according to claim 8, wherein the% EGR is determined by automatically collating data experimentally derived from compression ignition engine operational tests from a table. How to control.
【請求項11】 排気マニホルド24内のガス温度は、
圧縮点火エンジンの動作テストから実験的に導出される
データを表から自動照合することによって決定される、
請求項8記載の圧縮点火エンジンにおける排気ガスの再
循環を制御する方法。
11. The gas temperature in the exhaust manifold 24 is:
Determined by automatically matching data from a table with experimentally derived data from compression ignition engine operational tests,
A method of controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine according to claim 8.
【請求項12】 必要なEGR弁位置は、上記変数を関
数とし、弁位置を表から自動照合することにより決定さ
れる、請求項8記載の圧縮点火エンジンにおける排気ガ
スの再循環を制御する方法。
12. A method of controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine as set forth in claim 8 wherein the required EGR valve position is determined by a function of the variable and automatic lookup of the valve position from a table. .
【請求項13】a)EGR弁28の現在位置を決定す
る、 b)EGR弁28の現在位置と、EGR弁28の要求位
置とを比較する、 c)現在位置と要求位置との違いを導出する、 d)EGR弁28の位置を制御するための手段32を作
動させ、現在位置と要求位置との間の導出された違いに
等価な量だけEGR弁28を動かすのステップを更に含
む、請求項8記載の圧縮点火エンジンにおける排気ガス
の再循環を制御する方法。
13. A) determining the current position of the EGR valve 28, b) comparing the current position of the EGR valve 28 with a required position of the EGR valve 28, and c) deriving a difference between the current position and the required position. D) further comprising the step of actuating the means 32 for controlling the position of the EGR valve 28 and moving the EGR valve 28 by an amount equivalent to the derived difference between the current position and the demanded position. Item 9. A method for controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine according to item 8.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030032659A (en) * 2001-10-19 2003-04-26 현대자동차주식회사 an exhaust gas recirculation system of diesel engine
JP2006125354A (en) * 2004-11-01 2006-05-18 Hino Motors Ltd Exhaust emission control device

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