WO2004109088A1

WO2004109088A1 - ディーゼル機関の排気ガス還流制御装置

Info

Publication number: WO2004109088A1
Application number: PCT/JP2004/007741
Authority: WO
Inventors: Akihiro Nishimura; Michihiko Hara
Original assignee: Yanmar Co., Ltd.
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2004-05-28
Publication date: 2004-12-16
Also published as: EP1630402A1; EP1630402A4; US7201158B2; JP2004360516A; KR100693655B1; CN1798917A; KR20060032956A; CA2527943A1; CN100398805C; CA2527943C; JP3868926B2; US20060144374A1

Abstract

　排出されるＮＯＸとスモークを抑制することができるディーゼル機関の排気還流制御装置を提供する。吸気通路（３）における排気ガス還流通路（４）と合流する部分よりも上流側に第１温度センサ（１１）を設け、下流側に第２温度センサ（１２）を設ける。また、機関負荷検出センサ（６）と機関回転数検出センサ（７）とを設ける。排気ガスと混合する前の吸気温度と、機関負荷及び機関回転数から一義的に定義される適正な排気ガス還流量に対応する第２温度センサ設置箇所における温度値を予め記憶した記憶手段を設ける。さらに、対応する記憶手段に記憶した温度値と第２温度センサで検出した検出値とを比較し、且つ検出値が温度値から所定範囲内にある場合には還流排気ガス量が適正であると判定し、検出値が温度値から所定範囲内にない場合には還流排気ガス量が異常であると判定する判定手段を設ける。

Description

明細書

ディーゼル機関の排気ガス還流制御装置

技術分野

本発明は、スモークと NO_xの排出を抑制することができる排気還流式のディーゼル機関に関するものである。

背景技術

(従来の技術）

ディーゼル機関を取り巻く運転環境は、昨今規制が厳しくなりつつあり、その規制を満足する性能を備えたディーゼル機関の登場が望まれている。特開昭 6 3 - 1 3 4 8 4 4号公報には、排気還流式の内燃機関に関するものが記載されている。この文献では、 E GRガス量の減少に起因する ΝΟ_χ 出量の増大を回避するために、所定量以上の E G Rガス量を確保するように制御する技術が開示されている。ところで、特許文献 1の発明は、その特許請求の範囲の請求項 1に記載されているように、構成としてスロットルバルブが必ず設けられている内燃機関に関するものである。すなわち、内燃機関と記載されているものの、実施例ではガソリン機関を例に挙げて説明されており、第 1図にはス口ットルパルプが記載されている。したがって、特許文献 1の発明で表現されている内燃機関の中には、ディーゼル機関は明らかに包含されていない。

前記公報に開示されているガソリン機関からはスモーク（スス）は排出されず、基本的に NO_xが排出されないように配慮すれば足りる。それに対してディーゼル機関では、 E GRガス量が増加すると、 NO_x量は減少するがスモークの排出量が増加する。したがって、ディーゼル機関においては、特許文献 1の発明を適用しても、排気ガスの規制基準を守ることができない。

排気還流式のディーゼル機関においては、 E GRガス量を制御する際には、排出される NO_x量とスモーク量の両方を同時に抑制することができる範囲内に調整する必要がある。

(発明が解決しようとする技術的課題）

そこで本発明では、 E GR率が所定範囲内に収まるように制御することにより排出される NO_x とスモークの両方を同時に抑制することができるディ一ゼル機関の排気還流制御装置を提供することを課題としている。

発明の開示

(解決方法）

上記課題を解決するため請求項 1の発明では、吸気通路と排気通路とを連通させる排気ガス還流通路を設けたディーゼル機関において、前記吸気通路における排気ガス還流通路と合流する部分よりも上流側に第 1温度センサを設け、前記吸気通路における排気ガス還流通路と合流する部分よりも下流側に第 2温度センサを設け、機関負荷検出センサと機関回転数検出センサとを設け、排気ガスと混合する前の吸気温度と、機関負荷及び機関回転数から一義的に定義される適正な排気ガス還流量に対応する前記第 2温度センサ設置箇所における温度値と、を予め記憶した記憶手段を設け、前記機関負荷検出センサと機関回転数検出センサ及び第 1温度センサから検出された検出値に対応する前記記憶手段に記憶した温度値と、前記第 2温度センサで検出した検出値と、を比較し、かつ前記検出値が前記温度値から所定範囲内にある場合には還流排気ガス量が適正であると判定し、前記検出値が前記温度値から所定範囲内にない場合には還流排気ガス量が異常であると判定する判定手段を設けた。

請求項 2の発明では請求項 1の発明において、前記排気ガス還流通路を通過する排気ガス流量を調整可能な絞り弁を排気ガス還流通路に設け、前記絞り弁の開度を制御する制御手段を設け、前記制御手段で絞り弁の開度を制御することにより、吸気通路の前記排気ガス還流通路連通箇所より上流側の温度値に対応する吸気通路の前記排気ガス還流通路連通箇所より下流側の温度値が、予め設定した所定範囲内に収まるようにした。

請求項 3の発明では請求項 1又は 2の発明において、前記機関負荷検出センサと機関回転数検出センサ及び第 1温度センサから検出された検出値に対応する前記記憶手段に記憶した温度値を時間的に平均化し、前記第 2温度センサによる検出値の応答遅れを補正可能にした。

請求項 4の発明では請求項 1又は 2の発明において、機関負荷又は機関回転数を急激に変化させる運転が行われるディーゼル機関において、前記判定手段は、機関負荷と機関回転数とが安定する時期にのみ還流排気ガス量の判定を実行するようになっている。

請求項 5の発明では請求項 1又は 2の発明において、冷却水温度を検出する冷却水温度センサを設け、前記冷却水温度センサが検出した冷却水温度が所定温度に到達したことで暖機運転が完了したことを検出する検出手段を設け、暖機運転の終了後で且つ実稼動開始前、又は、実稼動終了後で且つ機関停止前のいずれかに前記判定手段により還流排気ガス量の判定を実行する。

請求項 6の発明では請求項 1の発明において、前記機関負荷検出センサと機関回転数検出センサ及び第 1温度センサから検出された検出値に対応する前記記憶手段に記憶した温度値と、前記第 2温度センサで検出した検出値と、を比較し、前記検出値が前記温度値から所定範囲内にない場合に還流排気ガス量が異常であると判定手段が判定する際に、前記所定範囲のマージンを第 2温度センサの検出値が高くなる側を検出値が低くなる側よりも小さく設定した。

請求項 7の発明では請求項：！〜 3のうちのいずれかの発明において、冷態時において、前記冷却水温度センサが検出した温度値で前記記憶手段に記憶した温度値を補正する補正手段を備えた。

(従来技術より有効な効果）

請求項 1の発明では、ディーゼル機関 1 0 0の運転状況を把握するために機関負荷検出センサ 6と機関回転数検出センサ 7とを設け、上流温度 1 と機関負荷及び機関回転数で一義的に定義される適正な排気ガス還流量に対応する下流温度を予め記憶した記憶手段を設け、さらに上流温度 1 を検出する第 1温度センサ 1 1と下流温度 T ₂ を検出する第 2温度センサ 1 2とを設けて、記憶手段に記憶した運転状況に対応する温度値と、第 2温度センサ 1 2で検出した下流温度 Τ ₂ とを比較し、両者の温度差が所定範囲内であるカゝ否かを判定する判定装置 1 3を設けたことにより、ディーゼル機関 1 0 0の E G R率が正常である力否かを判定することができるので、異常が検出されるまでは ΝΟ_χ とスモークの両方の排出を抑制することができ、異常が検出されたときには運転を停止したり、警報を発して適切な対策を講じる切っ掛けをつ力むことができる。

請求項 1の発明を実施することにより、吸気フィルタ 1 0の目詰まりや、マフラー 1 5のつまりによる E G R率の変動を認識することができ、メンテナンスを行う時期を適切に判断することができる。

請求項 2の発明では、排気還流通路 4に E G R弁 5を設け、この E G R弁 5の開度を調整して下流温度 T ₂ を適正な範囲内に入るように制御することにより、スモークや ΝΟ_χ の排出量を抑制するように E G R率を制御することができる。請求項 3の発明では、第 2温度センサ 1 2の検出の遅れを考慮して、時間的な平均を用いた判定を行うことにより、判定装置 1 3の誤判断を回避することができ、ディーゼル機関 1 0 0の燃焼変動が小さくなり、スモークや Ν Ο_χ の排出量を良好に抑制することができる。

請求項 4の発明では、機関負荷又は機関回転数を急激に変化させる運転が行われるディーゼル機関 1 0 0において、機関負荷と機関回転数とが安定する時期にのみ判定装置 1 3により還流排気ガス量の判定を行うようにしたので、ディーゼル機関 1 0 0の通常運転時における燃焼変動を回避することができる。

請求項 5の発明では、冷却水温度を検出する冷却水温度センサ 1 4により冷却水温度が所定温度に到達したことで暖機運転が完了したことを検出して、ディ一ゼル機関 1 0 0の暖機が十分に行われてから判定装置 1 3による判定を行うようにしたので、適切な判断が行いにくい冷態時における判定作業を回避し、燃焼変動を回避することができる。

請求項 6の発明では、第 2温度センサ 1 2で検出した検出値が、メモリ 1 9に記憶したマップ上の温度値から所定範囲内にない場合に E G Rガス量が異常であると判定装置 1 3が判定する際に、この所定範囲のマージンを第 2温度センサ 1 2の検出値が高くなる側を検出値が低くなる側よりも小さく設定することにより、スモークの排出を良好に抑制することができる。

請求項 7の発明では、冷態時において、冷却水温度センサ 1 4 S検出した温度値でメモリ 1 9 (記憶手段）に記憶した温度値を補正する補正手段を備えたので、冷態時においても適切な E G R率を確保することができ、スモークと NO_xの出量を低減することができる。

図面の簡単な説明

図 1は、本発明を実施したディーゼル機関の系統略図である。

図 2は、機関負荷、機関回転数の変化に対応して変化する下流温度 Τ ₂ の適正値（標準混合ガス温度 T s ) の一例と、上流温度 T とを対比させたグラフである。

図 3は、第 2温度センサが実測した下流温度 Τ ₂ の変化と、マップ上の下流温度の適正値である補正混合ガス温度 Tm rとを比較したダラフである。

図 4は、 E GR弁の開度と機関負荷の関係を示すグラフである。

図 5は、負荷変動に対する下流温度 T ₂ の変化を示すグラフである。

図 6は、機関負荷の変動と下流温度とを対比させたダラフである。

図 7は、異なる E GR率毎の軸平均有効圧力と機関回転数の関係を示すダラフである。

図 8は、排気ガス中に含まれる許容スモーク量と許容 ΝΟ_χ量で限定される排ガス規制許容範囲と、ディーゼル機関の E G R率の関係を示すグラフである。図 9は、補正混合ガス温度 Tm rを冷却水温度を考慮してさらに補正したダラフである。

発明を実施するための最良の形態

図 1は、本発明（請求項 1〜 7の各発明）を実施したディーゼル機関 1 0 0の系統略図である。ディーゼル機関 1 0 0には、途中に吸気フィルタ 1 0を備え機関本体 1内の燃焼室 1 7に空気を供給する吸気通路 3と、燃焼後の排気ガスを排出する排気通路 2とが設けてある。排気通路 2にはマフラー 1 5が設けてある。図 1に示すように、排気通路 2の途中には排気還流通路 4の一端が接続されており、排気還流通路 4の他端は合流部 9におレヽて吸気通路 3と接続されている。この排気還流通路 4には、電磁制御タイプの E G R弁 5 (絞り弁）が設けてある。 E GR弁 5の開度を変更することにより合流部 9で空気と混合する排気ガス（E GRガス）の量を調整することができるようになつている。

また、ディーゼル機関 1 0 0には、燃焼室 1 7に燃料を供給する燃料噴射ボンプ 1 6が設けてある。この燃料噴射ポンプ 1 6には、機関負荷検出センサ 6が設けてある。フライホイール 1 8には機関回転数検出センサ 7が設けてある。さらに機関本体 1には冷却水温度検出センサ 1 4が設けてある。機関負荷検出センサ 6、機関回転数検出センサ 7及び冷却水温度検出センサ 1 4は、詳しくは後述する判定装置 1 3とそれぞれ配線で接続されている。図 1に示すように吸気通路 3の吸気フィルタ 1 0と合流部 9の間には、第 1温度センサ 1 1が設けてある。また、吸気通路 3の合流部 9の下流側には、第 2温度センサ 1 2が設けてある。

第 1温度センサ 1 1、第 2温度センサ 1 2、機関負荷検出センサ 6、機関回転数検出センサ 7及び冷却水温度検出センサ 1 4で検出された各検出信号は、それぞれ配線を介して判定装置 1 3に伝送される。判定装置 1 3は入力された各検出信号に基!/、て E G R制御装置 8に指令を発し、 E G R制御装置 8は E G R弁 5の開度を適正に調整するようになっている。

判定装置 1 3は、 C P U 2 0及びメモリ 1 9 (記憶手段）を備えている。機関負荷、機関回転数及ぴ吸気フィルタ 1◦と合流部 9の間（第 1温度センサ 1 1の設置箇所）の吸気温度（以下、上流温度と呼ぶ）の組み合わせに対応する合流部 9より下流側の吸気通路 3内（第 2温度センサ 1 2の設置箇所）における適正な混合空気（E GRガスを含む吸気）の温度（以下、下流温度と呼ぶ）の適正値が予め実験で求めてある。これがマップとしてメモリ 1 9に記憶されている。 C P U 2 0は、後述する様々な演算や判定を行う。以上でディーゼル機関 1 0 0の排気ガス還流制御装置が構成されている。

図 2は、この機関負荷、機関回転数の変化に対応して変化する下流温度 T ₂ の適正値（標準混合ガス温度 T s ：後述）の一例と、上流温度 1\ とを対比させたグラフである。この標準混合ガス温度 T sは、ディーゼル機関 1 0 0が正常である限り、前述の機関負荷、機関回転数の組み合わせによって一義的に決まるものである。

図 2において、標準状態における機関負荷、機関回転数から一義的に決まる混合後の吸気温度を以下標準混合ガス温度 T sと呼ぶ。この標準混合ガス温度 T s を第 1温度センサ 1 1が検出した上流温度 1\ で補正した下流温度の目標値を捕正混合ガス温度 Tm rと呼ぶ。また、図 1の合流部 9より上流側の吸気通路 3内の吸気温度を上流温度 Τ 、合流部 9より下流側の吸気通路 3内の吸気温度を下流温度 T ₂ と呼ぶ。

(請求項 1の発明の実施例）

ディーゼル機関 1 0 0を始動させ、機関負荷と機関回転数とが急激に変化しないとき（例えば、 B爱機運転が完了した後のアイドリング時）に、判定装置 13は、第 1温度センサ 11で検出された排気ガス（EGRガス）と混合する前の吸気温度 1 と、機関負荷検出センサ 6、機関回転数検出センサ 7とでそれぞれ検出された機関負荷及び機関回転数の組み合わせに対応するメモリ 19に記憶されたマップ上の温度範囲と、第 2温度センサ 12で検出した実際の下流温度 T₂ とを比較する。その際、下流温度の目標値を捕正混合ガス温度 Tmrを上流温度 1 で補正（上流温度 1 が高くなるほど補正混合ガス温度 Tmrを高く補正し、逆に上流温度 1 が低くなるほど補正混合ガス温度 Tmrを低く補正）し、補正後の捕正混合ガス温度 Tm rを下流温度 T₂ と比較するのが好ましい。

仮に、下流温度 Τ ₂ がマップ上の温度範囲内にあれば、 EGRガス量は適正であると判定装置 13は判定する。逆に、下流温度 Τ₂ 力マップ上の温度範囲より小さレ、場合は E G Rガス量が不足しており、マツプ上の温度範囲より大きい場合は EG Rガス量が過剰であると判定装置 13は判定する。その際には例えば、警報ランプを点灯させたり、ブザーを鳴らすことにより、オペレータに異常を知らせるようにするのが好ましい。また、このようなとき、ディーゼル機関 100 の用途によっては、ディーゼル機関 100を停止させるようにしてもよい。

(請求項 2の発明の実施例）

請求項 1の発明の実施例において、 EGRガス量が少ない（EGR率が低い）と判定装置 13が判定した際には、判定装置 13は EGRガス量が適量となるように EGR制御弁 8に対して EGR弁 5の開度を大きくする（EGR率を高くする）ように指令を出す。

逆に EGRガス量が多い（EGR率が高い）と判定装置 13が判定した際には、判定装置 13は E G Rガス量が適量となるように E G R制御弁 8に対して E G R 弁 5の開度を小さくする（EGR率を低くする）ように指令を出す。このようにして EGR弁 5の開度が調整され、 EGRガス量は適量となる。

EGR率は機関負荷と機関回転数で一義的に定義されるが、これに第 1温度センサ 11で検出された上流温度 1 を加味することにより下流温度も一義的に決定される。そして、上流温度 1\ が上昇すると排気温度（EGRガス温度）も上昇し、その結果、第 2温度センサ 12が検出する下流温度 T₂ も上昇する。そのため、第 2温度センサ 1 2で検出される下流温度 T₂ と比較される正常な状態の下流温度（標準混合ガス温度 T s) は、例えば次式 (1) で補正する必要がある。この式（1) により、適正な EG R率を確保することができる。

Tmr = T s +^Tl "^Τ° χΤ e xxEGR (D

293 ここで、 Tmr ：捕正混合ガス温度、 T s ：標準混合ガス温度、

Ύ, ：上流温度、 To ：基準吸気温度 (K) 、

T e x :基準排気温度 (K) 、 EGR： EGR率

仮に上流温度 1\ が図 2に示すように変化すると、それに追従して下流温度 T

2 も変化する。上流温度 1 が基準温度近傍を変位しているのに対し、下流温度 τ₂ は、様々な理由で許容範囲を外れる。

図 2に示すように時刻 t_Aにおける下流温度 T₂ は、吸気温度 1 の影響を受けて、正常状態であるにも関わらず、標準混合ガス温度 T sに基く許容範囲を逸脱している。その一方で時刻 t Aにおける下流温度 T₂ は、吸気温度 1\ で捕正された捕正混合ガス温度 Tmrに基く適正範囲内にはあり、異常ではない。その後、時刻 t_B に至ると、フィルタの目詰まりやマフラ一の詰まりにより EGRガス量が増え（EGR率が上がり）、時刻における下流温度 T₂ は、補正混合ガス温度 Tm rに基く適正範囲からも外れ、時刻 t B における下流温度 T₂ は異常であると判定装置 1 3は判定する。

標準混合ガス温度 T sは、予め実験で求められているが、また、標準混合ガス温度 T sは機関負荷と機関回転数から一義的に決まるものである。さらに標準混合ガス温度 T sは、吸気温度（上流温度 1\ ) の変化に追従して変化する。この関係は、上述の式（1) としてメモリ 1 9に予め記憶してある。

仮に上流温度 1\ が変化した場合、 EGRガス量が正常な場合の実測した下流温度 T₂ は、 2つの細線で挟まれた領域内（適正範囲）を推移する。逆に、この下流温度 Τ₂ が 2つの細線の間から逸脱すると、 EGRガス量が異常であると判定することができる。

図 3は、第 2温度センサ 1 2が実測した下流温度 Τ ₂ の変化と、マツプ上の下流温度の適正値である補正混合ガス温度 Tm rとを比較したダラフである。図 3 では、補正混合ガス温度 Tm rを中心として、下流温度の適正範囲の上限と下限とが設定されている。何らかの不具合が発生し、下流温度 T ₂ が適正範囲を外れ 1た際には、判定装置 1 3は E GR弁 5の開度を補正して、下流温度 Τ ₂ が適正範囲内に収まるようにする。

図 4は、 E GR弁 5の開度と機関負荷の関係を示すグラフである。下流温度 Τ

₂ が適正範囲から外れている場合には、例えば式 ( 1 ) により図 4に示すようにマップ自体を基準値からシフトさせるのが有効である。また、グラフの傾き（係数）を変更して捕正することもできる。

E G R弁 5の開度が正常でない場合には、開度の一定量補正であるマップシフトが有効である。吸気フィルタ 1 0やマフラー 1 5の詰まりによる変化に対しては、グラフの直線の傾きを変更するのが効果的である。

(請求項 3の発明の実施例）

温度センサは、それ自体が熱容量をもっているために、どうしても応答遅れが生じてしまう。請求項 3の発明では、請求項 1、 2の発明を実施した際の、第 2 温度センサ 1 2の応答遅れに対処する。

第 2温度センサ 1 2が検出した下流温度 T ₂ I 機関負荷や機関回転数の急激な変化に追従できないために一時的に捕正混合ガス温度 Tm rとの差が大きくなつた場合、判定装置 1 3は、その都度 E GR制御装置 8に対して E GR弁 5の開度マップを補正する旨の指示を出し、燃焼が不安定になる恐れがある。つまり、判定装置 1 3が第 2温度センサ 1 2の検出信号に基いて忠実に判定を行うと、実際にはすでに適正な E GRガス量になっているところに E G Rガス量が異常であるという信号が入力されて E GR弁 5の開度が変更され、さらに燃焼を悪ィ匕させてスモークや NO_x を排出してしまうことが考えられる。

このような事態を回避し、燃焼が安定するように以下で説明する前進移動平均法を採用するのが好ましい。前進移動平均法とは、機関負荷検出センサ 6、機関回転数検出センサ 7で検出された検出値の例えば過去 4回の値（計算値） A l〜 A 4と、今回の実測値 B 5とを式（2 ) に代入して計算値 A 5を得て、この計算値 A 5を実測値 B 5の代わりに採用するものである。 A5= (Al +A2 + A3+A4 + B 5) /5 (2) 同様に A 6は、次式（3) で算出される。

A6= (A2+A3+A4+A5+B 6) /5 (3) このようにして算出された計算値 A 1〜AXは、実測値 B 1〜BXと比較して変動幅が少なくなる。その上、この変動の少ない計算値 A1〜AXを実測値 B 1 〜BXの代わりに判定装置 13で判定する信号として採用すると、ディーゼル機関 100の燃焼が安定し、たとえ実測値 B 1〜B Xの方が適正範囲を外れていても、計算値 A 1〜AXは適正範囲内にあり、 NO_x とスモークの排出を同時に良好に低減することができる。

図 5は負荷変動に対する下流温度 Τ₂ の変ィ匕を示すグラフである。第 2温度センサ 12自身が熱容量を有しているために、機関負荷（機関回転数も同様）が急変したとき、第 2温度センサ 12の出力値（下流温度 Τ₂ ) は、図 5に示すように遅れて徐々に追従する。

このように実際の E G Rガス量と第 2温度センサ 12による、温度検出とがリアルタイムに対応しないことによる不具合は、上述の前進移動平均法で変動幅を抑制した機関回転数検出信号と機関負荷検出信号から補正混合ガス温度 Tm rを算出することで解消することができる。その他、判定装置 13に入力される機関負荷検出信号や機関回転数検出信号を用いて算出された補正混合ガス温度 Tm rを同様に平均化し、変動幅を抑制するようにしても応答遅れによる不具合を解消することができる。

また、ディーゼル機関 100の運転形態によっては、 E G R弁 5の動作を緩慢にしても燃焼を安定ィ匕させる効果を奏する。さらに、第 2温度センサ 12の出力が機関負荷検出信号や機関回転数検出信号の出力よりも（例えば 1秒）必ず遅れるものと仮定して、図 5において符号 Dで示すように所定時間（例えば 1秒）送らせるだけでも実際の温度と検出した温度の差を小さくすることができる。

(請求項 4の発明の実施例）

吸気フィルタ 10が目詰まりしたり、マフラー 15に異物が詰まると、 EGR 弁 5の開度が適正であったとしても、空気と E GRガスの混合比率（E GR率）が変化してしまう。したがって、吸気フィルタ 1 0やマフラー 1 5が清浄状態であるか否かがディーゼル機関 1 0 0の燃焼に悪影響を及ぼすことがある。

また、吸気フィルタ 1 0やマフラー 1 5の劣化は、ゆっくりと進行するため、常時監視する必要はない。このような場合には、アイドル運転時等の比較的燃焼が安定しているときに判定装置 1 3による判定を行うようにする。特に自動車用のディーゼル機関は、運転状態が急激に変動（負荷変動）し易い。

そのため、通常の運転時には判定を行わず、燃焼が安定しているときにのみ判定する。このようにすると、通常運転時においても下流温度 T ₂ (E GRガス量）は、適正範囲から大きく外れることがなく、負荷変動や回転変動の大きな用途のディーゼル機関 1 0 0においても NO_x とスモークの排出を低減することができる。

図 6は、機関負荷の変動と下流温度とを対比させたグラフである。図 6では、時刻 t以降において負荷変動が小さくなつている。したがって、時刻 tから時間 t！の間、各センサによる検出を行い、これに基いて判定装置 1 3による判定を行うようにする。

(請求項 5の発明の実施例）

冷態時（暖機運転中等の機関温度が低いとき）は、各センサは正常な検出を行いにくレ、。そのようなときに、例えば E G R弁 5の開度を変更したりすると、却つて適正値を外すことになりかねない。そこで、以下のように冷態時以外で且つ燃焼が安定している時期に判定装置 1 3による判定を行うようにする。

判定装置 1 3 (図 1 ) は、暖機運転完了の検出機能を備えており、冷却水温度センサ 1 4から入力された信号により、ディーゼル機関 1 0 0が暖機運転を終了したことを認識する。暖機運転が完了したと判定装置 1 3が認識すると、さらに判定装置 1 3は通常運転を開始する前に各検出センサから検出信号を受け取り E G Rガス量が適正か否かを判定する。

上記の例では、暖機運転が完了した直後のアイドル運転時に判定を行う例を示したが、ディーゼル機関 1 0 0の運転が終了し、ディーゼル機関 1 0 0を停止させる前に判定するようにしてもよい。 (請求項 6の発明の実施例）

図 7は、異なる E G R率毎の軸平均有効圧力と機関回転数の関係を示すグラフである。また、図 8は排気ガス中に含まれる許容スモーク量と許容 NO_x量で限定される排ガス規制許容範囲と、ディーゼル機関 100の EGR率の関係を示すグラフである。

図 1の機関負荷検出センサ 6、機関回転数検出センサ 7及び第 1温度センサ 1 1で検出した機関負荷、機関回転数及び上流温度 1\ に対応するメモリ 19に記憶したマップ上の捕正混合ガス温度 Tm r力第 2温度センサ 12が検出した実際の下流温度 T₂ に対して所定温度（例えば 30°C) 以上外れた場合には、警報ランプを点灯させたり警報ブザーを鳴らして、ディーゼル機関 100に異常があることを喚起する。

E G R率が高くなるほど高温の E G Rガス量が増えるので、吸気温度は高くなる。また、図 8に示すように EGR率が高くなるほどスモークの排出量が多くなる。

EGR弁 5の誤作動（開き過ぎ）によって EGRガス量が増大した場合には、

EGR率は排ガス規制許容範囲領域（図 8においてハッチングを施した領域）内を EGR曲線 Aのように推移する。一方、吸気フィルタ 10やマフラー 15の詰まりによつて空気圧と E G Rガス圧の圧カバランスが崩れることにより、 EGR 率が増大することがある。その際には、ディーゼル機関 100の吸気量そのものが減少し、結果として酸欠状態になる。このとき EGR率は EGR曲線 Bのように推移して、 EGR曲線 Aよりも早期に排ガス許容範囲領域を外れ、急激にスモークが悪化する。

そのため、 EGR率が増大する側、つまり下流温度 T₂ が標準混合ガス温度 Τ mrよりも高くなる側には、判定レベル（マージン）を厳しくする必要がある。厳しくする度合いは、機関負荷によって異なるが、機関負荷が高い運転領域（定格の 50 %〜 100 %程度）では E GR率減少側の 50 %程度に設定し、また、機関負荷が低い運転領域（定格の 50%以下程度）では、概ね EGR率減少側の 80 %程度に設定するのが好ましい。

例えば、機関負荷が高い運転領域においては、 EGR率減少側（EGRガス量が不足する側）でマップ上の捕正混合ガス温度 Tm rよりも第 2温度センサ 12 で実測された下流温度 T₂ が 30°C以上低ければ EGR異常と判定する場合に、 EGR率増加側（EGRガス量過剰側）ではマップ上の捕正混合ガス温度 Tmr よりも第 2温度センサ 12で実測された下流温度 T₂ が 15°C以上高くなれば E GR異常であると判定装置 13が判定するように設定しておく。

逆に、機関負荷が低い運転領域においては、 EGR率減少側でマップ上の補正混合ガス温度 Tm rよりも第 2温度センサ 12で実測された下流温度 T ₂ が 3 0°C以上低ければ E GR異常であると判定する場合に、 E GR率増加側ではマップ上の捕正混合ガス温度 Tm よりも第 2温度センサ 12で実測された下流温度 T₂ が 24°C以上高くなれば E GR異常であると判定装置 13が判定するように

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このように下流温度 T₂ が標準混合ガス温度 T sカゝら所定温度以上に外れた場合には、判定装置 13は異常事態であると判定し、例えば警報を発するようにしたり、ディーゼル機関 100を停止させるなどの処置を講ずる。その結果、スモークと ΝΟ_χ の両方の排出を抑制することができる。

(請求項 7の発明の実施例）

図 9は、捕正混合ガス温度 Tm rを冷却水温度を考慮してさらに補正したダラフである。前述の式（1) において冷却水温度を考慮すると式（4) (補正手段）となる。

w R

Tmr=T s + (T -T₀)xi;r e x- a lx(T w₀-Tw) x-^- ' ■ - · (4) ここで T。：基準吸気温度（Κ) 、 Te x ：基準排気温度 (K)、

Two ：基準冷却水温度、 Tw：現在の冷却水温度、

a 1 ：冷却水温度の影響係数（エンジンによるが、例えば 0.3〜0.5) ディーゼル機関 100力作業機用である場合は、機関負荷 ·機関回転数の変動が激しく、図 6に示すような安定した領域は、エンジン始動直後の暖機運転時に限られるものが多い。

暖機運転中は各部品の温度が低く、 EGRガスの放熱量が多くなるため EGR ガス温度は低くなる。この影響を式（4) により考慮すると、暖機運転中であつても正確に E GRガス量の判定を行うことができる。

冷態時には、マップ上の補正混合ガス温度 Tm rと実測した下流温度 T ₂ は、必ずずれるものであると仮定し、式（1 ) を採用せず式（4 ) を採用して補正混合ガス温度 Tm rを算出する。

排気ガスの温度は、機関負荷及び機関回転数により一義的に決まるものである。ところが、排気ガス（E GRガス）が流れる途中の通路の温度が低いと、熱が通路部材に奪われてしまレ、、 E G Rガスの温度が低下してしまう。低下した E G R ガス温度を基準に E G R弁 5の開度を設定すると、正確な判定を行うことができない。

そこで請求項 7の発明では、冷却水温度の上昇の仕方をモニタすることにより暖機運転中である力、否かを判定するようにした。排気ガス（E GRガス）の熱を奪った通路部材の温度が上昇すると、冷却水温度も上昇する。例えば、もともと 3 0 0 °Cであった E G Rガスが 2 5 0 °Cまで低下したのか、又は 2 0 0 °Cまで低下したのかを概ね予想することができる。それを式（4 ) に反映させ、判定装置 1 3で演算するようにすれば、補正混合ガス温度 Tm rを適切に捕正することができる。

産業上の利用の可能性

本発明にかかる排ガス還流制御装置は、各種ディーゼル機関に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 吸気通路と排気通路とを連通させる排気ガス還流通路を設けたディーゼル機関において、

前記吸気通路における排気ガス還流通路と合流する部分よりも上流側に第 1温度センサを設け、

前記吸気通路における排気ガス還流通路と合流する部分よりも下流側に第 2温度センサを設け、

機関負荷検出センサと機関回転数検出センサとを設け、

排気ガスと混合する前の吸気温度と、機関負荷及び機関回転数から一義的に定義される適正な排気ガス還流量に対応する前記第 2温度センサ設置箇所における温度値と、を予め記憶した記憶手段を設け、

前記機関負荷検出センサと機関回転数検出センサ及び第 1温度センサから検出された検出値に対応する前記記憶手段に記憶した温度値と、前記第 2温度センサで検出した検出値と、を比較し、力、つ前記検出値が前記温度値から所定範囲内にある場合には還流排気ガス量が適正であると判定し、前記検出値が前記温度値から所定範囲内にない場合には還流排気ガス量が異常であると判定する判定手段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制御装置。

2. 前記排気ガス還流通路を通過する排気ガス流量を調整可能な絞り弁を排気ガス還流通路に設け、前記絞り弁の開度を制御する制御手段を設け、前記制御手段で絞り弁の開度を制御することにより、吸気通路の前記排気ガス還流通路連通箇所より上流側の温度値に対応する吸気通路の前記排気ガス還流通路連通箇所より下流側の温度値が、予め設定した所定範囲内に収まるようにした、請求項 1に記載のディーゼル機関の排気ガス還流制御装置。

3. 前記機関負荷検出センサと機関回転数検出センサ及び第 1温度センサから検出された検出値に対応する前記記憶手段に記憶した温度値を時間的に平均ィ匕し、前記第 2温度センサによる検出値の応答遅れを補正可能にした請求項 1又は 2に記載のディーゼル機関の排気ガス還流制御装置。

4. 機関負荷又は機関回転数を急激に変化させる運転が行われるディーゼル機関において、前記判定手段は、機関負荷と機関回転数とが安定する時期にのみ還流排気ガス量の判定を実行するようになっている請求項 1又は 2に記載のディーゼル機関の排気ガス還流制御装置。

5 . 冷却水温度を検出する冷却水温度センサを設け、前記冷却水温度センサが検出した冷却水温度が所定温度に到達したことで暖機運転が完了したことを検出する検出手段を設け、

B爱機運転の終了後で且つ実稼動開始前、又は、実稼動終了後で且つ機関停止前のいずれかに前記判定手段により還流排気ガス量の判定を実行する、請求項 1又は 2に記載のディーゼル機関の排気ガス還流制御装置。

6 . 前記機関負荷検出センサと機関回転数検出センサ及び第 1温度センサから検出された検出値に対応する前記記憶手段に記憶した温度値と、前記第 2温度センサで検出した検出値と、を比較し、前記検出値が前記温度値から所定範囲内にない場合に還流排気ガス量が異常であると判定手段が判定する際に、前記所定範囲のマージンを第 2温度センサの検出値が高くなる側を検出値が低くなる側よりも小さく設定した請求項 1に記載のディーゼル機関の排気ガス還流制御装置。

7. 冷態時において、前記冷却水温度センサが検出した温度値で前記記憶手段に記憶した温度値を補正する補正手段を備えた請求項 1〜 3のうちのいずれかに記載のディーゼル機関の排気ガス還流制御装置。