WO2006016654A1 - 吸排気連通回路の開閉制御装置 - Google Patents

吸排気連通回路の開閉制御装置 Download PDF

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Yasuyuki Onodera
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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Definitions

  • the present invention relates to an open / close control device for an intake / exhaust communication circuit, and more particularly to an open / close control device for an internal combustion engine having an intake / exhaust communication circuit for communicating an intake side and an exhaust side.
  • an exhaust turbine supercharger uses the pressure of exhaust gas from the engine to rotate the turbine, and the compressor is driven by the rotational force of the turbine to supercharge the engine.
  • an engine equipped with an exhaust turbine supercharger includes a bypass passage in which an outlet passage of a compressor and an inlet passage of a turbine communicate with each other (for example, Patent Document 1).
  • An engine having this bypass passage is provided in order to efficiently operate an exhaust gas recirculation (EGR) system.
  • the EGR system recirculates part of the exhaust gas, including inert gas, to the intake air to the diesel engine to slow down combustion and lower the combustion temperature in the diesel engine, thereby reducing the nitrogen oxides in the exhaust gas ( NOx) is suppressed.
  • NOx nitrogen oxides in the exhaust gas
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-165000 (Page 9-10, Fig. 1)
  • the engine brake is applied during traveling.
  • the engine brake is used when the transmission is intentionally downshifted during high-speed driving or downhill driving. Is used relatively frequently. Ma Even if the driver does not intend, depending on the driving conditions, the engine brake is often applied.
  • the vehicle speed may increase more than necessary due to unexpected inclination, and engine braking is used even in such a situation.
  • An object of the present invention is to provide an intake / exhaust communication circuit open / close control device capable of effectively applying engine braking even in an internal combustion engine provided with an EGR system and a bypass passage. is there.
  • the intake / exhaust communication circuit extracts a part of the exhaust gas of the internal combustion engine and recirculates it to the supply side.
  • the opening / closing control device includes an opening / closing valve provided in the exhaust gas recirculation passage, and a fuel required for the internal combustion engine to be independent of the internal combustion engine, and the internal combustion engine has a rotational speed equal to or higher than a medium rotational speed.
  • An opening / closing valve opening control means for controlling the opening / closing valve in a closing direction when it is determined that the injection amount is equal to or less than the injection amount is provided.
  • the intake / exhaust circuit includes a compressor that sucks and pressurizes outside air and supplies the compressed air to the internal combustion engine, and an exhaust turbine that drives the compressor. And an exhaust gas recirculation passage that extracts a part of the exhaust gas from the inlet passage side of the exhaust turbine and recirculates it to the outlet passage side of the compressor. Is determined that the on-off valve provided in the exhaust gas recirculation passage and the rotational speed of the internal combustion engine are equal to or higher than the medium speed and lower than the fuel injection amount necessary for the internal combustion engine to be independent. And an opening / closing valve opening control means for controlling the opening / closing valve in the closing direction.
  • the intake / exhaust communication circuit includes a compressor that sucks and pressurizes outside air and supplies the compressed air to the internal combustion engine, and an exhaust that drives the compressor.
  • a supercharger having a turbine, and a bypass passage communicating the outlet passage of the compressor and the inlet passage of the exhaust turbine, and the opening / closing control device includes an opening / closing valve provided in the bypass passage;
  • An opening / closing valve opening degree that controls the opening / closing valve in the closing direction when it is determined that the rotation speed of the internal combustion engine is equal to or higher than a medium speed and equal to or less than a fuel injection amount necessary for the internal combustion engine to be independent.
  • a control means is provided.
  • the intake / exhaust communication circuit includes a compressor that sucks and pressurizes outside air and supplies the compressed air to the internal combustion engine, and an exhaust that drives the compressor.
  • a turbocharger having a turbine, an exhaust gas recirculation passage for extracting a part of exhaust gas from the inlet passage side of the exhaust turbine and recirculating it to the outlet passage side of the compressor, and an outlet passage of the compressor And a bypass passage communicating with an inlet passage of the exhaust turbine, wherein the opening / closing control device includes an opening / closing valve provided in the exhaust recirculation passage, another opening / closing valve provided in the bypass passage, and the internal combustion engine When it is determined that the engine speed is equal to or higher than the medium speed and equal to or less than the fuel injection amount necessary for the internal combustion engine to stand on its own, both the on-off valve and the other on-off valve are set in the closing direction. Open / close valve opening to be controlled Characterized by comprising a means.
  • “more than medium speed” means a range over 200 rpm before and after the torque point.
  • “below the fuel injection amount necessary to make it stand alone” means below the fuel injection amount necessary to maintain the idling state, and the engine rotates on the driven side (for example, wheel side rotation). This includes the case where the idling state is maintained even if fuel is not supplied, that is, the fuel injection amount is zero.
  • the on-off valve opening control means is used as an on-off valve or bypass of the EGR system. Since the control is performed so that the on-off valve of the passage is closed, the engine brake is effectively operated when the exhaust gas circulates between the exhaust side and the supply side of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an internal combustion engine provided with an opening / closing control device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an operating state of the internal combustion engine of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the main part of the first embodiment.
  • ⁇ 4 Schematic showing an internal combustion engine provided with an open / close control device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an internal combustion engine provided with an open / close control device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an internal combustion engine provided with an open / close control device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • Diesel engine which is an internal combustion engine, 13 ⁇ Operating state detection means, 20 ⁇ ⁇ ⁇ Exhaust turbine supercharger which is a supercharger, 21 ⁇ ⁇ ⁇ Compressor, 22 ⁇ ⁇ ⁇ Exhaust turbine, 23 ⁇ bypass passage constituting the intake / exhaust communication circuit, 24... bypass valve that is an on / off valve, 30 ⁇ open / close valve opening control means, 40 ⁇ open / close control device, 51 ⁇ Exhaust gas recirculation passage, 5 2 ... Exhaust gas recirculation (EGR) valve, which is an open / close valve, Fi- ⁇ Idle injection amount that is the fuel injection amount that the internal combustion engine can self-support, Nm ⁇ Medium speed rotation speed.
  • EGR Exhaust gas recirculation
  • FIG. 1 is a schematic view showing a diesel engine (internal combustion engine) 1 according to the first embodiment.
  • a diesel engine internal combustion engine 1
  • there are a plurality of diesel engines 1 (in this embodiment, The engine body 2 with four combustion chambers, the air supply line 3 that supplies air to the combustion chamber, the exhaust line 4 that discharges exhaust gas to the outside of the combustion chamber, and the diesel engine 1 are cooled.
  • an exhaust gas recirculation system hereinafter, “exhaust gas recirculation” may be referred to as EGR) 50 for reducing NOx emissions.
  • an air supply mark 3A is attached so that the air supplied from the air supply line 3 is distributed to the respective combustion chambers.
  • an exhaust manifold 4A is attached between the engine body 2 and the exhaust pipe 4 so that the exhausts of the respective combustion chamber forces collectively flow into the exhaust pipe 4.
  • the cooling mechanism 5 includes a pump 8 driven by a crankshaft (not shown) or the like housed in the engine body 2, and the cooling water pumped by the pump 8 is used for the engine body of the diesel engine 1. 2. After cooling necessary parts such as the exhaust turbine supercharger 20 and an oil cooler (not shown), the air is cooled by a radiator 6 provided in the cooling mechanism 5. An aftercooler 7 for cooling the air compressed by the exhaust turbine supercharger 20 is provided in the middle of the air supply line 3.
  • the radiator 6 and the aftercooler 7 are provided in the engine main body 2 and are cooled by a fan 9 that is driven to rotate by a crankshaft or the like.
  • the engine controller 10 includes engine rotation speed detection means 11 for detecting the rotation speed of the engine body 2, accelerator opening (throttle opening) detection means (not shown), engine water temperature detection means, and gas temperature in the intake manifold. It is connected to an operation state detection means 13 having detection means and the like, and these detection signals are taken in from this operation state detection means 13.
  • the engine controller 10 calculates the fuel injection amount and fuel injection timing into the combustion chamber so that the operation of the diesel engine 1 is optimized based on these detection signals, and sends these calculated values to a command value for a fuel injection device (not shown). As output.
  • the exhaust turbine supercharger 20 includes an exhaust turbine 22 provided in the middle of the exhaust pipeline 4, and a compressor 21 provided in the middle of the supply pipeline 3 and connected to the exhaust turbine 22 and driven. It is equipped with.
  • the outlet passages of the compressor 21 in the air supply line 3 the downstream side of the aftercooler 7 and the inlet passage of the exhaust turbine 22 in the exhaust pipe 4 communicate with each other through the bypass passage 23.
  • 23 is provided with a bypass solenoid (another on-off valve) 24 for adjusting the opening degree of the no-pass passage 23.
  • bypass valve 24 a valve having an arbitrary configuration such as a needle valve, a not-a-flyer valve, or a solenoid valve can be employed.
  • a two-position control valve that fully opens or closes the bypass passage 23 is employed. .
  • the bypass valve 24 is connected to an opening / closing valve opening degree control means 30 for controlling the operation of the bypass valve 24.
  • the EGR system 50 is provided with an exhaust gas recirculation passage 51 as an intake / exhaust communication circuit for extracting a part of the exhaust gas 4A force and recirculating it to the outlet passage of the compressor 21. .
  • the EGR passage 51 is provided with an EGR valve (open / close valve) 52 that opens and closes the EGR passage 51, and an EGR cooler 53 that cools exhaust gas having an exhaust manifold 4A force.
  • the end of the EGR passage 51 on the side of the air supply line 3 communicates with the narrow part of the bench lily 3B provided in the air supply line 3 on the downstream side of the branch position of the bypass passage 23 described above.
  • the on-off valve opening degree control means 30 is connected to the engine controller 10 and can receive the detection signal of the engine speed N and the value of the fuel injection amount F from the engine controller 10.
  • the on-off valve opening degree control means 30 has a map or a table indicating an input unit 31 that receives a detection signal from the engine controller 10 and a driving state of the diesel engine 1 obtained by the input signal to the input unit 31.
  • An output section 34 for outputting the signals CI and C2 to the valves 24 and 52 is provided.
  • the storage unit 32 is a map showing the operating state of the diesel engine 1, as shown in FIG. I remember M.
  • a predetermined region A indicating the operating state of the diesel engine 1 is set on a graph in which the horizontal axis is the engine rotation speed N and the vertical axis is the fuel injection amount F.
  • the operating state of the diesel engine 1 in the region A indicates that the engine speed N is equal to or higher than the medium speed Nm, and the fuel injection amount F is equal to or less than the idling injection amount Fi.
  • the idling injection amount Fi is the minimum injection amount necessary for the diesel engine 1 to operate independently, and includes the case where the injection amount is zero.
  • the control unit 33 determines that the diesel engine 1 is in a state of applying the engine brake, and controls the opening degree of the nozzles 24 and 52.
  • the control unit 33 includes a rotational speed determination means 331 for determining whether the rotational speed N of the diesel engine 1 is equal to or higher than the medium rotational speed Nm, and the fuel injection amount F is idling.
  • control signal generating means 333 for generating opening control signals CI and C2 in the closing direction for both the bypass valve 24 and the EGR valve (EGRZV) 52.
  • the opening / closing control device 40 of the present invention is configured by including the detection means 13, the opening / closing valve opening control means 30, and the EGR valve 52 of the EGR system 50.
  • the opening / closing valve opening degree control means 30 is connected to the operating state detection means 13 via the engine controller 10, so the opening / closing control apparatus 40 also includes the engine controller 10. It consists of
  • the opening / closing control device 40 having such a configuration operates as follows.
  • the engine controller 10 includes engine rotation speed detection means 11 for detecting the rotation speed of the engine body 2, accelerator opening (throttle opening) detection means (not shown), engine water temperature detection means, gas temperature detection means in the intake manifold, etc. Signal power such as the amount of fuel injected into the combustion chamber and diesel engine 1 Control the fuel injection timing, etc., and output these calculated values as command values to a fuel injection device (not shown), as well as the values of engine speed N and fuel injection amount F to the on-off valve opening control means 30 Is output.
  • the engine speed N and the fuel injection amount F from the engine controller 10 are received by the input unit 31.
  • Reception at the input unit 31 is performed at a rate of a plurality of times in a relatively short time (for example, 1 second, preferably several tens of milliseconds and several hundred milliseconds).
  • the rotational speed determination means 331 determines whether the rotational speed N of the diesel engine 1 is equal to or higher than the medium speed rotational speed Nm, and the fuel injection amount determination means 332 determines that the fuel injection amount F is equal to or less than the idling injection amount Fi. Determine if there is.
  • each determination means 331, 3 32 when the rotational speed N is not less than the medium speed rotation speed Nm and the fuel injection amount F is not more than the idling injection amount Fi, the control signal generation means 333 Jin 1 is determined to be operating in Area A.
  • the control signal generation means 333 determines that the engine brake is in an effective state, and determines that the bypass valve 24 and the EGR valve (EGRZV ) Opening control signals CI and C2 that control both 52 in the closing direction are generated and output.
  • the bypass valve 24 and the EGR valve 52 are fully closed in advance, the fully closed state is maintained. This prevents the exhaust gas from returning to the intake side through the bypass passage 23 and the exhaust recirculation passage 51, and the engine brake works well.
  • control for the original exhaust gas recirculation of the force EGR valve 52 may be performed by the engine controller 10 which may be performed by the on-off valve opening degree control means 30.
  • bypass passage 23 and the bypass valve 24 are provided to efficiently use the EGR system 50, and supply exhaust gas when the supply air pressure is higher than the exhaust pressure. It can be opened to bring it back to the side.
  • the bypass valve 24 is also controlled by the opening / closing valve opening control means 30 or the engine controller 10.
  • the control unit 33 of the opening / closing valve opening degree control means 30 is such that the rotational speed N of the diesel engine 1 is not less than the medium speed Nm and When the fuel injection amount F is equal to or less than the idling injection amount Fi, it is determined that the engine speed is not applied even if the fuel injection amount F is reduced in the operating state and the engine brake is in effect.
  • the control unit 33 performs control so that both the bypass valve 24 and the EGR valve 52 are closed, so that the exhaust gas does not have to worry about returning the exhaust turbine 22 inlet passage side force toward the outlet passage side of the compressor 21 or Downhill You can effectively work the engine brake while driving.
  • the engine rotation speed detecting means normally used in the engine controller 10 for controlling the operation of the diesel engine 1 is used.
  • the opening / closing control of the bypass valve 24 and the EGR valve 52 can be easily performed with simple logic by simply taking the value of the fuel injection amount calculated by the engine controller 10 and the engine controller 10.
  • FIG. 4 shows a schematic diagram of a diesel engine 1 equipped with an opening / closing control device 40 according to the second embodiment of the present invention.
  • This embodiment is largely different from the first embodiment in that the bino passage 23 and the bypass valve 24 shown in FIG. 1 are not provided. For this reason, the opening control signal C2 is output only to the EGR valve 52 from the output section 34 of the opening / closing valve opening control means 30. The timing at which the opening degree control signal C2 is output is the same as in the first embodiment.
  • control unit 33 of the on-off valve opening degree control means 30 is used when the diesel engine 1 has a medium rotational speed Nm or higher and a self-supporting idling injection amount Fi or lower.
  • Nm or higher a medium rotational speed
  • Fi a self-supporting idling injection amount
  • This embodiment having such a configuration can also achieve the same effect as (1) described in the first embodiment.
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a diesel engine 1 equipped with an open / close control device 40 according to a third embodiment of the present invention.
  • the EGR system 50 shown in FIG. 1 is provided, but the point is greatly different from the first embodiment. For this reason, the opening control signal C 1 is output from the output section 34 of 30 only to the bypass solenoid 24! /.
  • the timing at which the opening degree control signal C1 is output is the same as in the first embodiment.
  • the binos passage 23 and the bypass valve 24 in the present embodiment are provided exclusively for preventing surging in the exhaust turbine supercharger 20, and do not function as an EGR. .
  • the exhaust turbine supercharger 20 does not decrease its rotation immediately even if the diesel engine 1 becomes low in rotation and the amount of exhaust gas decreases, due to the rotor 3 ⁇ 4's characteristics. It will gradually decline. For this reason, although the exhaust turbine supercharger 20 discharges an air supply amount according to a medium and high load, the intake amount of the air supply decreases because the diesel engine 1 rotates at a low speed. Therefore, the degree of throttle of the air passage system of the compressor 21 increases, the operating point of the compressor 21 exceeds the surging limit line, and matching occurs on the low flow rate side, and surge is generated.
  • a bino passage 23 and a bypass valve 24 as in the present embodiment are provided.
  • the opening / closing valve opening control means 30 opens the bypass valve 24 in the direction to When the opening is made, the degree of throttling of the air passage system of the compressor 21 decreases, and the matching characteristic of the compressor 21 moves to the large flow rate side. As a result, the operating point of the compressor 21 passes through a position away from the surging region and moves to the matching position on the low speed rotation side, and surging is reliably avoided.
  • medium speed range means a range over 200 rpm before and after the torque point
  • high speed range means a rotational speed range larger than “medium speed range”.
  • Medium load means 30 to 70% of the load at the torque point
  • High load means larger load than “Medium load”.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a diesel engine 1 equipped with an opening / closing control device 40 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is greatly different from the first embodiment in that the bypass passage 23, the bypass valve 24, the exhaust turbine supercharger 20, and the aftercooler 7 shown in FIG. 1 shown in FIG. 1 are not provided. That is, the diesel engine 1 of this embodiment is a type in which the EGR system 50 is provided without a supercharger!
  • the opening degree of the bypass valve 24 and the EGR valve 52 when the engine brake is applied is adjusted according to the actual rotational speed N in the force region A in which the opening is fully closed.
  • the opening / closing valve opening control means 30 is connected to the engine controller 10.
  • the force may be provided separately by the same MPU as the engine controller 10. That is, in this case, the function of the opening / closing valve opening control means 30 may be provided to the engine controller 10.
  • the opening / closing valve opening control means of the present invention is the engine controller 10.
  • the present invention relates to various diesel engines having a flow path for connecting an intake side and an exhaust side of an internal combustion engine in addition to an open / close control device provided in a diesel engine for construction machinery such as a bulldozer, a wheel loader, and a dump truck. It can be used as a gasoline engine open / close control device. Therefore, the present invention can also be used for buses, cargo trucks, passenger cars and the like.

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Abstract

　ディーゼルエンジン１に設けられた開閉制御装置４０によれば、開閉弁開度制御手段３０の制御部３３は、ディーゼルエンジン１の回転速度Ｎが中速回転速度以上で、かつ燃料噴射量がアイドリング噴射量Ｆｉ以下にある場合には、エンジンブレーキを効かす状況にあると判断し、バイパスバルブ２４およびＥＧＲバルブ５２の両方を閉めるように制御する。このため、排気ガスが排気タービン２２の入口通路側から圧縮機２１の出口通路側に戻る心配がなく、高速走行中や降坂走行中のエンジンブレーキを効果的に働かせることができる。

Description

吸排気連通回路の開閉制御装置
技術分野
[0001] 本発明は、吸排気連通回路の開閉制御装置に係り、より詳しくは、吸気側と排気側 とを連通させる吸排気連通回路を有した内燃機関の開閉制御装置に関する。
背景技術
[0002] 内燃機関であるガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどには、排気タービン過 給機を備えたものがある。排気タービン過給機は、エンジンからの排気ガスの圧力を 利用してタービンを回転させ、このタービンの回転力によって圧縮機を駆動してェン ジンに過給を行うものである。このように排気タービン過給機を備えたエンジンとして は、圧縮機の出口通路とタービンの入口通路とを連通させたバイパス通路を備えたも のがある（例えば特許文献 1)。
[0003] このバイパス通路を備えたエンジンは、排気再循環 (EGR： Exhaust Gas Recirculati on)システムを効率よく運転するために設けられて 、るものである。 EGRシステムは、 不活性ガスを含む排気ガスの一部をディーゼルエンジンへの吸気に還流させて燃焼 を緩慢にさせ、ディーゼルエンジンでの燃焼温度を下げることによって排気ガス中の 窒素酸ィ匕物 (NOx)の発生を抑制するものである。この際、エンジンの給気圧力が排 気圧力より高ぐ排気ガスが給気側へ流れにくい場合には、バイパス回路を開いて吸 気の一部を排気管路へ流して給気圧力を低下させ、排気再循環を容易にする。この ような制御を行うことにより、 EGRを効率よく行うことができる。
[0004] 特許文献 1 :特開 2001— 165000号公報 （第 9 10頁、第 1図）
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] ところで、エンジンを搭載した車両にお!、ては、走行中にエンジンブレーキを効か せることがある。エンジンブレーキを用いる状況としては、例えば、乗用車あるいは貨 物トラックでいえば、高速走行中や降坂走行中に変速機を意図的にシフトダウンして 効かす場合であり、減速する目的でエンジンブレーキは比較的頻繁に用いられる。ま た、運転者が意図しない場合でも、走行条件によっては、エンジンブレーキが効いた 状態に陥ることが、しばしばある。さらに、ブルドーザなどの建設機械などにおいても 、不整地を走行する場合には、不意な傾斜によって車両速度が必要以上に大きくな ることがあり、このような状況でもエンジンブレーキを利用する。
[0006] しかしながら、上述のような EGRシステムやバイパス回路を備えているエンジンでは 、 EGRシステムの作動中や、この EGRシステムを効率的に行うためにバイパス回路 が開放している状態では、給気側と排気側とが連通しているため、この状況でェンジ ンブレーキを効力せようとしても、排気ガス（ほとんど燃焼ガスは含まれない）力EGR 用の再循環管路をいたずらに循環するだけであったり、バイパス管路を逆流すること になり、エンジンブレーキが効果的に効かないという問題がある。
[0007] 本発明の目的は、 EGRシステムやバイパス通路が設けられている内燃機関であつ ても、エンジンブレーキを効果的に効かすことができる吸排気連通回路の開閉制御 装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の請求項 1に係る吸排気連通回路の開閉制御装置では、前記吸排気連通 回路は、内燃機関の排気ガスの一部を抽出して給気側に再循環させる排気再循環 通路を備え、前記開閉制御装置は、前記排気再循環通路に設けられた開閉弁と、前 記内燃機関の回転速度が中速回転速度以上で、かつ内燃機関を自立させるのに必 要な燃料噴射量以下であると判断した場合に、前記開閉弁を閉方向に制御する開 閉弁開度制御手段とを備えたことを特徴とする。
[0009] 本発明の請求項 2に係る吸排気連通回路の開閉制御装置では、前記吸排気回路 は、外気を吸入、加圧して内燃機関に供給する圧縮機およびこの圧縮機を駆動する 排気タービンを有した過給機と、前記排気タービンの入口通路側カゝら排気ガスの一 部を抽出して前記圧縮機の出口通路側に再循環させる排気再循環通路とを備え、 前記開閉制御装置は、前記排気再循環通路に設けられた開閉弁と、前記内燃機関 の回転速度が中速回転速度以上で、かつ内燃機関を自立させるのに必要な燃料噴 射量以下であると判断した場合に、前記開閉弁を閉方向に制御する開閉弁開度制 御手段とを備えたことを特徴とする。 [0010] 本発明の請求項 3に係る吸排気連通回路の開閉制御装置では、前記吸排気連通 回路は、外気を吸入、加圧して内燃機関に供給する圧縮機およびこの圧縮機を駆動 する排気タービンを有した過給機と、前記圧縮機の出口通路および前記排気タービ ンの入口通路を連通するバイパス通路とを備え、前記開閉制御装置は、前記バイパ ス通路に設けられた開閉弁と、前記内燃機関の回転速度が中速回転速度以上で、 かつ内燃機関を自立させるのに必要な燃料噴射量以下であると判断した場合に、前 記開閉弁を閉方向に制御する開閉弁開度制御手段とを備えたことを特徴とする。
[0011] 本発明の請求項 4に係る吸排気連通回路の開閉制御装置では、前記吸排気連通 回路は、外気を吸入、加圧して内燃機関に供給する圧縮機およびこの圧縮機を駆動 する排気タービンを有した過給機と、前記排気タービンの入口通路側から排気ガス の一部を抽出して前記圧縮機の出口通路側に再循環させる排気再循環通路と、前 記圧縮機の出口通路および前記排気タービンの入口通路を連通するバイパス通路 とを備え、前記開閉制御装置は、前記排気再循環通路に設けられた開閉弁と、前記 バイパス通路に設けられた別の開閉弁と、前記内燃機関の回転速度が中速回転速 度以上で、かつ内燃機関を自立させるのに必要な燃料噴射量以下であると判断した 場合に、前記開閉弁および前記別の開閉弁の両方を閉方向に制御する開閉弁開度 制御手段とを備えたことを特徴とする。
[0012] 以上において、「中速回転速度以上」とは、トルク点を中心として前後 200rpmにわ たる範囲以上をいう。また、「自立させるのに必要な燃料噴射量以下」とは、アイドリン グ状態を維持させるのに必要な燃料噴射量以下のことであり、エンジンが被駆動側 の回転 (例えば車輪側の回転）によって連れ回され、燃料が供給されなくともアイドリ ング状態が維持されるような場合、すなわち燃料噴射量がゼロの場合を含むもので ある。
発明の効果
[0013] 請求項 1ないし請求項 4の発明によれば、内燃機関の回転速度が中速回転速度以 上で、かつ燃料噴射量がアイドリングを維持させるのに必要な噴射量以下の場合に は、内燃機関としてはエンジンブレーキを効力せようとしている状態といえる。従って 、このような状態のときに開閉弁開度制御手段は、 EGRシステムの開閉弁やバイパス 通路の開閉弁を閉じるように制御するので、排気ガスが内燃機関の排気側から給気 側との間でいたずらに循環するといつたことがなぐエンジンブレーキが効果的に働く ようになる。
図面の簡単な説明
[0014] [図 1]本発明の第 1実施形態に係る開閉制御装置が設けられた内燃機関を示す概略 図。
[図 2]第 1実施形態の内燃機関の運転状態を示す図。
[図 3]第 1実施形態の要部を示すブロック図。
圆 4]本発明の第 2実施形態に係る開閉制御装置が設けられた内燃機関を示す概略 図。
[図 5]本発明の第 3実施形態に係る開閉制御装置が設けられた内燃機関を示す概略 図。
[図 6]本発明の第 4実施形態に係る開閉制御装置が設けられた内燃機関を示す概略 図。
符号の説明
[0015] 1…内燃機関であるディーゼルエンジン、 13· ··運転状態検出手段、 20…過給機で ある排気タービン過給機、 21 · ··圧縮機、 22· ··排気タービン、 23· ··吸排気連通回路 を構成するバイパス通路、 24…開閉弁であるバイパスバルブ、 30· ··開閉弁開度制 御手段、 40· ··開閉制御装置、 51· ··吸排気連通回路を構成する排気再循環通路、 5 2…開閉弁である排気再循環 (EGR)バルブ、 Fi- · ·内燃機関が自立可能な燃料噴射 量であるアイドリング噴射量、 Nm…中速回転速度。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第 2ない し第 4実施形態で、以下に説明する第 1実施形態での構成部品と同じ部品および同 様な機能を有する部品には同一符号を付し、説明を簡単にあるいは省略する。
[0017] 〔第 1実施形態〕
図 1には、第 1実施形態に係るディーゼルエンジン（内燃機関） 1を示す概略図が示 されている。この図 1において、ディーゼルエンジン 1は、内部に複数 (本実施形態で は四つ）の燃焼室が形成されたエンジン本体 2と、燃焼室に給気を供給する給気管 路 3と、燃焼室外部へ排気ガスを排出する排気管路 4と、ディーゼルエンジン 1を冷 却するための冷却機構 5と、エンジン本体 2の動作を制御するエンジンコントローラ 1 0と、エンジン本体 2への過給を行うために給気を圧縮する排気タービン過給機 (過 給機） 20と、 NOx排出量低減のための排気再循環システム (以下、「排気再循環」を EGRと称する場合がある） 50とを備えて 、る。
[0018] 給気管路 3とエンジン本体 2との間には、給気管路 3からの給気がそれぞれの燃焼 室に分配されるように給気マ-ホールド 3Aが取り付けられて 、る。
また、エンジン本体 2と排気管路 4との間には、それぞれの燃焼室力もの排気がまと めて排気管路 4に流入するように排気マ-ホールド 4Aが取り付けられている。
[0019] 冷却機構 5は、エンジン本体 2内に収められたクランクシャフト（図示せず)等により 駆動されるポンプ 8を備え、ポンプ 8によって圧送された冷却水は、ディーゼルェンジ ン 1のエンジン本体 2、排気タービン過給機 20、図示しないオイルクーラ等の冷却必 要部位を冷却した後、冷却機構 5に設けられたラジェータ 6で空冷されるようになって いる。また、給気管路 3の途中には、排気タービン過給機 20で圧縮された空気を冷 却するためのアフタークーラ 7が設けられて 、る。
このラジェータ 6およびアフタークーラ 7は、エンジン本体 2に設けられ、かつクラン クシャフト等により回転駆動されるファン 9によって、その冷却作用が促進されるように なっている。
[0020] エンジンコントローラ 10は、エンジン本体 2の回転速度を検出するエンジン回転速 検出手段 11、図示しないアクセル開度 (スロットル開度)検出手段、エンジン水温検 出手段、吸気マ二ホールド内ガス温度検出手段等を備えた運転状態検出手段 13に 接続され、この運転状態検出手段 13から、これらの検出信号を取り込んでいる。ェン ジンコントローラ 10は、これらの検出信号によりディーゼルエンジン 1の運転が最適と なるよう燃焼室への燃料噴射量や燃料噴射タイミングなどを算出し、図示しない燃料 噴射装置にこれら算出値を指令値として出力するなどの制御を行っている。
ここで、エンジン回転速度検出手段 11は、例えばエンジン本体 2のクランクシャフト の回転速度を検出するもの等が採用できる。 [0021] 排気タービン過給機 20は、排気管路 4の途中に設けられた排気タービン 22と、給 気管路 3の途中に設けられ、排気タービン 22に連結されて駆動される圧縮機 21とを 備えている。給気管路 3での圧縮機 21の出口通路のうち、アフタークーラ 7の下流側 と、排気管路 4での排気タービン 22の入口通路とは、バイパス通路 23で連通しており 、このバイパス通路 23には、ノ ィパス通路 23の開度を調整するバイパスノ レブ (別 の開閉弁） 24が取り付けられている。このバイパスバルブ 24は、ニードル弁、ノ タフラ ィ弁、電磁弁など、任意の構成のバルブを採用でき、本実施形態ではバイパス通路 23を全開または全閉する二位置制御のバルブが採用されている。
このようなバイパスバルブ 24には、当該バイパスバルブ 24の動作を制御する開閉 弁開度制御手段 30が接続されて ヽる。
[0022] EGRシステム 50は、排気ガスの一部を排気マ-ホールド 4A力 抽出して圧縮機 2 1の出口通路に再循環させるための排気再循環通路 51を吸排気連通回路として備 えている。この EGR通路 51には、当該 EGR通路 51を開閉する EGRバルブ（開閉弁 ) 52と、排気マ-ホールド 4A力もの排気ガスを冷却する EGRクーラ 53とが設けられ ている。給気管路 3側の EGR通路 51端部は、前述したバイパス通路 23の分岐位置 の下流側にお 、て、給気管路 3に設けられたベンチユリ 3Bの狭隘部に連通して 、る
[0023] 以下には、開閉弁開度制御手段 30について詳説する。
開閉弁開度制御手段 30は、エンジンコントローラ 10に接続され、エンジンコント口 ーラ 10からのエンジン回転速度 Nの検出信号、燃料噴射量 Fの値を受信可能となつ ている。
[0024] 開閉弁開度制御手段 30には、エンジンコントローラ 10からの検出信号を受信する 入力部 31と、この入力部 31への入力信号により得られるディーゼルエンジン 1の運 転状態がマップやテーブルなどとして記憶されて 、る記憶部 32と、記憶部 32に記憶 された運転状態に基づいてバルブ 24, 52の最適な開度を決定する制御部 33と、制 御部 33からの開度制御信号 CI, C2を各バルブ 24, 52に出力する出力部 34とが設 けられている。
[0025] 記憶部 32は、図 2に示すように、ディーゼルエンジン 1の運転状態を示したマップ Mを記憶している。マップ Mには、横軸をエンジン回転速度 Nとし、縦軸を燃料噴射 量 Fとしたグラフ上で、ディーゼルエンジン 1の運転状態を示す所定の領域 Aが設定 されている。
ここで、領域 Aでのディーゼルエンジン 1の運転状態は、エンジン回転速度 Nが中 速回転速度 Nm以上にあり、かつ燃料噴射量 Fがアイドリング噴射量 Fi以下であるこ とを示している。アイドリング噴射量 Fiとは、ディーゼルエンジン 1を自立運転させるの に必要な最低限の噴射量であり、噴射量がゼロの場合も含む。
[0026] そして、制御部 33は、運転状態が領域 Aである場合を、ディーゼルエンジン 1がェ ンジンブレーキを効かす状況にあると判断し、ノ レブ 24, 52の開度を制御する。この ために制御部 33は、図 3に示すように、ディーゼルエンジン 1の回転速度 Nが中速回 転速度 Nm以上で有るかを判定する回転速度判定手段 331と、燃料噴射量 Fがアイ ドリング噴射量 Fi以下であるかを判定する燃料噴射量判定手段 332と、回転速度 N が中速回転速度 Nm以上で、かつ燃料噴射量 Fがアイドリング噴射量 Fi以下である 場合に、エンジンブレーキを効力せる状況にあると判断し、バイパスノ レブ 24および EGRバルブ (EGRZV) 52の両方に対して閉じる方向の開度制御信号 CI, C2を生 成する制御信号生成手段 333とを備えて 、る。
[0027] 以上のような本実施形態では、検出手段 13、開閉弁開度制御手段 30、 EGRシス テム 50の EGRバルブ 52を備えて、本発明の開閉制御装置 40が構成されている。ま た、本実施形態では、開閉弁開度制御手段 30は、エンジンコントローラ 10を介して 運転状態検出手段 13に接続されているため、開閉制御装置 40は、エンジンコント口 ーラ 10をも含んで構成されている。
[0028] このような構成の開閉制御装置 40は、次のように動作する。
まず、ディーゼルエンジン 1の運転中において、排気タービン過給機 20では、排気 ガスによって排気タービン 22を回転させ、圧縮機 21を駆動することにより、エンジン 本体 2への過給を行っている。エンジンコントローラ 10は、エンジン本体 2の回転速 度を検出するエンジン回転速度検出手段 11、図示しないアクセル開度 (スロットル開 度)検出手段、エンジン水温検出手段、吸気マ二ホールド内ガス温度検出手段等な どの信号力 ディーゼルエンジン 1の運転が最適となるよう燃焼室への燃料噴射量や 燃料噴射タイミングなどを算出し、図示しない燃料噴射装置にこれら算出値を指令値 として出力するなどの制御を行うとともに、開閉弁開度制御手段 30へエンジン回転速 度 Nおよび燃料噴射量 Fの値を出力する。
[0029] 開閉弁開度制御手段 30では、エンジンコントローラ 10からのエンジン回転速度 N および燃料噴射量 Fの値を入力部 31で受信する。入力部 31での受信は、比較的短 時間（例えば、 1秒秒、好ましくは数十ミリ秒力も数百ミリ秒)の間に複数回の割合で 行われる。そして、回転速度判定手段 331は、ディーゼルエンジン 1の回転速度 Nが 中速回転速度 Nm以上であるかを判定するとともに、燃料噴射量判定手段 332は、 燃料噴射量 Fがアイドリング噴射量 Fi以下であるかを判定する。各判定手段 331, 3 32での判定の結果、回転速度 Nが中速回転速度 Nm以上で、かつ燃料噴射量 Fが アイドリング噴射量 Fi以下である場合に制御信号生成手段 333は、ディーゼルェン ジン 1が領域 A内で運転されていると判断する。
[0030] さらに、ディーゼルエンジン 1が領域 A内で運転されていると判断された場合に制御 信号生成手段 333は、エンジンブレーキを効力せる状況にあると判断し、バイパスバ ルブ 24および EGRバルブ (EGRZV) 52の両方を閉じる方向に制御する開度制御 信号 CI, C2を生成して出力し、領域 Aを脱するまでの間全閉状態にする。ただし、 バイパスバルブ 24および EGRバルブ 52が予め全閉状態になっているのであれば、 この全閉状態を維持する。このこと〖こより、排気ガスがバイパス通路 23や排気再循環 通路 51を通って給気側に戻るのを防止し、エンジンブレーキが良好に働くようになる
[0031] なお、説明を省略した力 EGRバルブ 52の本来の排気再循環用としての制御は、 開閉弁開度制御手段 30で行われてもよぐエンジンコントローラ 10によって行われて ちょい。
また、バイパス通路 23およびバイパスバルブ 24は、背景技術でも説明したように、 EGRシステム 50を効率よく効かすために設けられており、給気圧力が排気圧力より も高い場合に、排気ガスを給気側に確実に戻すために開けられる。そして、このバイ パスバルブ 24の制御も、開閉弁開度制御手段 30またはエンジンコントローラ 10によ つて行われる。 [0032] このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
(1)すなわち、ディーゼルエンジン 1に設けられた開閉制御装置 40によれば、開閉 弁開度制御手段 30の制御部 33は、ディーゼルエンジン 1の回転速度 Nが中速回転 速度 Nm以上で、かつ燃料噴射量 Fがアイドリング噴射量 Fi以下にある場合には、運 転状態として燃料噴射量 Fを絞っても回転速度 Nが下がらない状況であり、エンジン ブレーキを効かす状況にあると判断する。これにより制御部 33は、バイパスバルブ 24 および EGRバルブ 52の両方を閉めるように制御するため、排気ガスが排気タービン 22入口通路側力も圧縮機 21の出口通路側に戻る心配がなぐ高速走行中や降坂 走行中のエンジンブレーキを効果的に働力せることができる。
[0033] (2)制御部 33がディーゼルエンジン 1の運転状態を領域 Aにあると判断するために は、ディーゼルエンジン 1の運転制御のためにエンジンコントローラ 10で通常用いら れるエンジン回転速度検出手段 11、およびエンジンコントローラ 10で算出される燃 料噴射量の値をそのまま取り込めばよぐバイパスバルブ 24や EGRバルブ 52の開 閉制御を簡易なロジックで容易にできる。
[0034] (3)バイパス通路 23は、アフタークーラ 7の下流側において給気管路 3から分岐して いるので、何らかの理由で排気ガスが給気管路 3側へ逆流してもアフタークーラ 7を 排気ガスが通ることがなく、アフタークーラ 7が腐食するのを防止できる。
[0035] 〔第 2実施形態〕
図 4には、本発明の第 2実施形態に係る開閉制御装置 40を備えたディーゼルェン ジン 1の概略図が示されて!/、る。
本実施形態では、図 1に示すバイノ ス通路 23およびバイパスバルブ 24が設けられ ていない点が第 1実施形態とは大きく異なる。このため、開閉弁開度制御手段 30の 出力部 34からは、 EGRバルブ 52に対してのみ開度制御信号 C2が出力される構成 になっている。この開度制御信号 C2が出力されるタイミングは、第 1実施形態と同様 である。
[0036] つまり、本実施形態では、開閉弁開度制御手段 30の制御部 33は、ディーゼルェン ジン 1が中速回転速度 Nm以上で、かつ自立可能なアイドリング噴射量 Fi以下の場 合に、エンジンブレーキを効かす必要があるとし、 EGRバルブ 52を全閉にして排気 ガスが給気側へ戻るのを防止するのである。
このような構成の本実施形態でも、第 1実施形態で説明した（1)と同様な効果を得 ることがでさる。
[0037] 〔第 3実施形態〕
図 5には、本発明の第 3実施形態に係る開閉制御装置 40を備えたディーゼルェン ジン 1の概略図が示されて!/、る。
本実施形態では、図 1に示す EGRシステム 50が設けられて 、な 、点が第 1実施形 態とは大きく異なる。このため、 30の出力部 34からは、バイパスノ レブ 24に対しての み開度制御信号 C 1が出力される構成になって!/、る。この開度制御信号 C 1が出力さ れるタイミングは、第 1実施形態と同様である。
[0038] ここで、本実施形態でのバイノ ス通路 23およびバイパスバルブ 24は、排気タービ ン過給機 20でのサージング防止用に専用に設けられたものであり、 EGRとして機能 させることはない。
[0039] つまり、ディーゼルエンジン 1の運転状態が中高速域でかつ中高負荷域にある状 態から、急減速した場合 (例えば、ブルドーザでいえば、中高速での押土作業中に デクセルペダルを踏み込んだ場合であり、ダンプトラックでいえば、土砂を積載した 状態での中高速による登板中にアクセルペダルを不意に戻した場合）には、燃料噴 射量が殆どゼロ近くになり、ディーゼルエンジン 1の出力が激減するため、エンジン摩 擦馬力や駆動系の連れ回りトルク等がブレーキとなり、急速に回転速度 Nが低下する
[0040] しかし、排気タービン過給機 20は、ディーゼルエンジン 1が低回転になって排気ガ ス量が少なくなつても、ロータアツシィの ¾'性のため、回転がすぐには低下せず、ゆつ くりと低下していく。このため、排気タービン過給機 20は、中高負荷に準じる給気量を 吐出しているのにもかかわらず、ディーゼルエンジン 1が低回転のために、給気の吸 入量が減る。従って、圧縮機 21の空気通路系の絞り度合いが大きくなり、圧縮機 21 の作動点がサージング限界線を越えて低流量側でマッチングすることになり、サージ ングが発生する。
[0041] これに対して、本実施形態のようなバイノ ス通路 23およびバイパスバルブ 24を設 けておき、ディーゼルエンジン 1の運転状態が中高速域でかつ中高負荷域にある状 態から、急減速したと判断された場合に、開閉弁開度制御手段 30がバイパスノ レブ 24を開く方向に開口させると、圧縮機 21の空気通路系の絞り度合いが少なくなり、 圧縮機 21のマッチング特性が大流量側へ移動する。これにより、圧縮機 21の作動点 はサージング領域カゝら離れた位置を通って低速回転側のマッチング位置に移行する ことになり、サージングが確実に回避されるようになる。
[0042] ここで、「中速域」とは、トルク点を中心として前後 200rpmにわたる範囲以上をいい 、「高速域」とは、「中速域」よりも大きい回転速度域をいう。また、「中負荷」とは、トル ク点での負荷の 30〜70%を 、、「高負荷」とは「中負荷」よりも大き 、負荷を 、う。
[0043] そして、このような構成においても、ディーゼルエンジン 1が中速回転速度 Nm以上 で、かつ自立可能なアイドリング噴射量 Fi以下の場合に、バイパスバルブ 24を全閉 にして排気ガスが給気側へ戻るのを防止すれば、第 1実施形態で説明した（1)と同 様な効果を得ることができる。
[0044] 〔第 4実施形態〕
図 6には、本発明の第 4実施形態に係る開閉制御装置 40を備えたディーゼルェン ジン 1の概略図が示されて!/、る。
本実施形態では、図 1に示す図 1に示すバイパス通路 23、バイパスバルブ 24、排 気タービン過給機 20、およびアフタークーラ 7が設けられていない点が第 1実施形態 とは大きく異なる。すなわち、本実施形態のディーゼルエンジン 1は、過給機なしで E GRシステム 50が設けられて!/、るタイプである。
このような場合でも、 EGRバルブ 52の制御を第 2実施形態と同様に行うことで、前 述した（1)の効果を得ることができ、本発明の目的を達成できる。
[0045] なお、本発明は、前記各実施形態に限定されるものではなぐ本発明の目的を達 成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記各実施形態では、エンジンブレーキを効かすときのバイパスバルブ 2 4、 EGRバルブ 52の開度は全閉であった力 領域 A内における実際の回転速度 N に応じて開度を調整してもよ 、。
[0046] また、前記各実施形態では、開閉弁開度制御手段 30がエンジンコントローラ 10と は別に設けられていた力 エンジンコントローラ 10と同一の MPU等で一体に設けら れていてもよい。つまり、開閉弁開度制御手段 30の機能をエンジンコントローラ 10に 持たせてもよぐこの場合、本発明の開閉弁開度制御手段としては、エンジンコント口 ーラ 10ということになる。
産業上の利用可能性
本発明は、ブルドーザ、ホイルローダ、ダンプトラック等の建設機械用のディーゼル エンジンに設けられた開閉制御装置の他、内燃機関の吸気側と排気側とを連通させ る流路を有した様々なディーゼルエンジン、ある 、はガソリンエンジンの開閉制御装 置として利用できる。従って、本発明は、バス、貨物トラック、乗用車等にも利用可能 である。

Claims

請求の範囲
[1] 吸排気連通回路の開閉制御装置において、
前記吸排気連通回路は、内燃機関の排気ガスの一部を抽出して給気側に再循環 させる排気再循環通路を備え、
前記開閉制御装置は、前記排気再循環通路に設けられた開閉弁と、
前記内燃機関の回転速度が中速回転速度以上で、かつ内燃機関を自立させるの に必要な燃料噴射量以下であると判断した場合に、前記開閉弁を閉方向に制御す る開閉弁開度制御手段とを備えた
ことを特徴とする吸排気連通回路の開閉制御装置。
[2] 吸排気連通回路の開閉制御装置において、
前記吸排気回路は、外気を吸入、加圧して内燃機関に供給する圧縮機およびこの 圧縮機を駆動する排気タービンを有した過給機と、
前記排気タービンの入口通路側力 排気ガスの一部を抽出して前記圧縮機の出 口通路側に再循環させる排気再循環通路とを備え、
前記開閉制御装置は、前記排気再循環通路に設けられた開閉弁と、
前記内燃機関の回転速度が中速回転速度以上で、かつ内燃機関を自立させるの に必要な燃料噴射量以下であると判断した場合に、前記開閉弁を閉方向に制御す る開閉弁開度制御手段とを備えた
ことを特徴とする吸排気連通回路の開閉制御装置。
[3] 吸排気連通回路の開閉制御装置において、
前記吸排気連通回路は、外気を吸入、加圧して内燃機関に供給する圧縮機およ びこの圧縮機を駆動する排気タービンを有した過給機と、
前記圧縮機の出口通路および前記排気タービンの入口通路を連通するバイパス 通路とを備え、
前記開閉制御装置は、前記バイパス通路に設けられた開閉弁と、
前記内燃機関の回転速度が中速回転速度以上で、かつ内燃機関を自立させるの に必要な燃料噴射量以下であると判断した場合に、前記開閉弁を閉方向に制御す る開閉弁開度制御手段とを備えた ことを特徴とする吸排気連通回路の開閉制御装置。
吸排気連通回路の開閉制御装置において、
前記吸排気連通回路は、外気を吸入、加圧して内燃機関に供給する圧縮機およ びこの圧縮機を駆動する排気タービンを有した過給機と、
前記排気タービンの入口通路側力 排気ガスの一部を抽出して前記圧縮機の出 口通路側に再循環させる排気再循環通路と、
前記圧縮機の出口通路および前記排気タービンの入口通路を連通するバイパス 通路とを備え、
前記開閉制御装置は、前記排気再循環通路に設けられた開閉弁と、
前記バイパス通路に設けられた別の開閉弁と、
前記内燃機関の回転速度が中速回転速度以上で、かつ内燃機関を自立させるの に必要な燃料噴射量以下であると判断した場合に、前記開閉弁および前記別の開 閉弁の両方を閉方向に制御する開閉弁開度制御手段とを備えた
ことを特徴とする吸排気連通回路の開閉制御装置。
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