WO2014175269A1 - ディーゼルエンジン - Google Patents

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    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to the technology of a diesel engine.
  • a diesel engine is known as one of internal combustion engines.
  • diesel engines have a high pressure in the combustion chamber and take in excess air, so that a large amount of nitrogen oxide (NOx) is generated. Therefore, an exhaust gas recirculation device is provided in the diesel engine to reduce NOx (for example, Japanese Utility Model Publication No. 02-43447).
  • An exhaust gas recirculation device opens and closes an exhaust gas recirculation passage communicating between an exhaust passage and an intake passage by an exhaust gas recirculation valve, and recirculates part of the exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage via the exhaust gas recirculation passage It is.
  • the exhaust gas recirculation device the exhaust gas after combustion, which does not contain oxygen or is in a lean state, is mixed with the intake air, the oxygen concentration in the intake air is lowered, and the oxygen concentration is lower than the atmosphere. Combustion is performed, the combustion temperature is lowered, and the generation of NOx is suppressed.
  • Patent Document 1 discloses a configuration for correcting and controlling the opening degree of the exhaust gas recirculation valve based on a signal from an atmospheric pressure sensor, but does not disclose specific control means. Therefore, a diesel engine equipped with an exhaust gas recirculation device requires specific control means for preventing the generation of black smoke at high altitudes.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a diesel engine that can prevent the generation of black smoke at high altitudes.
  • an exhaust gas recirculation passage communicating between the exhaust passage and the intake air passage is opened and closed by an exhaust gas recirculation valve, and a part of the exhaust gas passes from the exhaust passage to the intake passage via the exhaust gas recirculation passage.
  • the control device when the atmospheric pressure detecting means is abnormal, the control device, even if the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure detecting means is not more than a predetermined pressure after the start is completed, It does not block the recirculation of the exhaust gas recirculation device.
  • the schematic diagram which shows the whole structure of a diesel engine.
  • the flowchart which shows the flow of EGR cut control.
  • time chart The side view which shows the whole structure of a tractor.
  • the schematic diagram which shows the tractor which travels at a high altitude.
  • the diesel engine 100 will be described with reference to FIG. In addition, in FIG. 1, the diesel engine 100 is represented typically. Moreover, the broken line of FIG. 1 represents the electric signal line.
  • the diesel engine 100 is an embodiment according to the diesel engine of the present invention.
  • the diesel engine 100 includes a crankshaft 5, a cylinder block (not shown) that supports the crankshaft 5, a cylinder head 6 provided on the cylinder block, an intake passage 10, an exhaust passage 20, and an exhaust gas recycle.
  • EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 30 as a circulation device
  • ECU (Engine Control Unit) 50 as a control device
  • an atmospheric pressure sensor 60 as an atmospheric pressure detection means
  • a fuel injection device (not shown), etc. is doing.
  • An intake manifold 11 is provided on one side of the cylinder head 6. One end of an intake passage 10 is communicated with the intake manifold 11, and an air cleaner 12 is provided at the other end of the intake passage 10. That is, the intake passage 10 communicates between the intake manifold 11 and the air cleaner 12.
  • An exhaust manifold 21 is provided on the other side of the cylinder head 6.
  • One end of an exhaust passage 20 is communicated with the exhaust manifold 21, and a muffler 22 is communicated with the other end of the exhaust passage 20. That is, the exhaust passage 20 communicates between the exhaust manifold 21 and the muffler 22.
  • the EGR device 30 returns a part of the exhaust gas from the exhaust passage 20 to the intake passage 10. Specifically, the EGR device 30 suppresses the generation of nitrogen oxides by lowering the oxygen concentration in the intake air and gradually burning the fuel.
  • the EGR device 30 includes an EGR passage 31 that is an exhaust recirculation passage that communicates between the exhaust passage 20 and the intake passage 10, and an EGR valve 32 that is an exhaust recirculation valve that opens and closes the EGR passage 31. .
  • the EGR valve 32 is connected to the ECU 50.
  • the ECU 50 controls the operation of the diesel engine 100.
  • An EGR valve 32 and an atmospheric pressure sensor 60 are connected to the ECU 50.
  • the ECU 50 has a function of determining atmospheric pressure by an atmospheric pressure sensor 60 described later.
  • the ECU 50 has a function of adjusting a degree of opening of the EGR valve 32 of the EGR device 30 and returning a part of the exhaust gas from the exhaust passage 20 to the intake passage 10 (EGR control).
  • the atmospheric pressure sensor 60 measures atmospheric pressure.
  • the atmospheric pressure sensor 60 is connected to the ECU 50.
  • the flow of the EGR cut control S100 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the flow of the EGR cut control S100 is schematically represented by a flowchart.
  • the EGR cut control S100 is a control for interrupting the reflux of the EGR device when the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor 60 is equal to or lower than a predetermined pressure after the start of the diesel engine 100 is completed.
  • step S110 the ECU 50 completes starting the diesel engine 100. Specifically, starting by the starter (cell motor) is completed, and driving of the diesel engine 100 is started.
  • step S120 the ECU 50 opens the EGR valve 32 of the EGR device 30 and recirculates a part of the exhaust gas from the exhaust passage 20 to the intake passage 10 (EGR control).
  • EGR control the opening degree of the EGR valve 32 is adjusted based on the engine speed and the engine load. However, in this embodiment, the description of the opening degree adjustment of the EGR valve 32 is omitted.
  • step S130 the ECU 50 confirms whether the atmospheric pressure sensor 60 is normal. Specifically, the ECU 50 energizes the atmospheric pressure sensor 60, and determines that it is normal if energized. On the other hand, when it cannot energize, it judges that it is abnormal by disconnection or sensor failure. If the atmospheric pressure sensor 60 is normal, the ECU 50 proceeds to step S140. On the other hand, if the atmospheric pressure sensor 60 is abnormal, the ECU 50 proceeds to step S170.
  • step S140 the ECU 50 measures the atmospheric pressure by the atmospheric pressure sensor 60.
  • step S150 the ECU 50 confirms whether or not the atmospheric pressure measured in step S140 is equal to or lower than a predetermined atmospheric pressure. Specifically, the ECU 50 confirms whether the current position of the diesel engine 100 is high or low based on the measured atmospheric pressure. If the measured atmospheric pressure is equal to or lower than the predetermined atmospheric pressure, that is, if the current position is highland, the ECU 50 proceeds to step S160. On the other hand, if the measured atmospheric pressure is greater than the predetermined atmospheric pressure, that is, if the current position is low, the ECU 50 proceeds to step S170.
  • step S160 the ECU 50 closes the EGR valve 32 of the EGR device 30 and blocks recirculation of a part of the exhaust gas from the exhaust passage 20 to the intake passage 10.
  • step S170 the EGR valve 32 of the EGR device 30 is opened as it is, and a part of the exhaust gas is recirculated from the exhaust passage 20 to the intake passage 10 (EGR control).
  • the EGR cut control S100 is control at the start of engine start, and does not operate during engine operation. For example, it is assumed that the EGR cut control S100 is not executed even when there is a change in atmospheric pressure during engine operation.
  • the tractor 500 is set.
  • the EGR cut control S100 is configured not to operate even when reciprocating between 1180 m and 1220 m above sea level (see FIG. 5).
  • the flow of the EGR cut control S100 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the flow of the EGR cut control S100 is schematically represented by a time chart.
  • the starter (cell motor) starts the engine. Further, when the key switch is set to START, the start of the engine is completed by the starter (cell motor), and engine driving is started.
  • the atmospheric pressure is measured by the atmospheric pressure sensor 60.
  • the atmospheric pressure is measured by the atmospheric pressure sensor 60 for 4 seconds.
  • the EGR valve 32 of the EGR device 30 is opened and a part of the exhaust gas is recirculated from the exhaust passage 20 to the intake passage 10 (EGR control).
  • the EGR control is interrupted when the current position is determined to be a high altitude by the measured atmospheric pressure.
  • the EGR control is continued.
  • the effect of the diesel engine 100 will be described. According to the diesel engine 100, generation of black smoke at high altitudes can be prevented.
  • the atmospheric pressure is measured by the atmospheric pressure sensor 60, and when it is determined that the current position is a highland based on the measured atmospheric pressure, EGR Since the control is interrupted, the generation of black smoke at high altitudes can be prevented.
  • tractor 500 which is embodiment of the diesel engine 100 which concerns on this invention using FIG. 4 and FIG. 5 is demonstrated.
  • the tractor 500 is shown in a side view.
  • the tractor 500 is equipped with various working machines (such as a rotary) and performs various operations using the worn working machines.
  • the tractor 500 is configured such that the body frame 520 is arranged with the longitudinal direction as the front-rear direction, and is connected to the diesel engine 100 at the rear part.
  • a transmission case 540 that houses a part of the power transmission mechanism of the tractor 500 is connected to the rear portion of the diesel engine 100 with the longitudinal direction being the front-rear direction.
  • the front part of the body frame 520 is supported by a pair of left and right front wheels 550 via a front axle
  • the rear part of the transmission case 540 is supported by a pair of left and right rear wheels 560 via a rear axle.
  • FIG. 5 schematically shows a tractor 500 that travels at a high altitude.
  • the tractor 500 is mounted with a rotary 600 that is a working machine.
  • the atmospheric pressure corresponding to the lowland acts on the tractor 500 traveling in the lowland, that is, the normal tractor 500.
  • an air pressure smaller than the atmospheric pressure in the lowland is acting on the tractor 500 that travels in a highland such as a mountainous area.
  • the oxygen concentration in the atmosphere is low.
  • the EGR cut control S100 does not operate even if the tractor 500 works by reciprocating between 1080 m and 1120 m above sea level. That is, even if the tractor 500 is traveling at an altitude near the reference pressure, the EGR cut control S100 does not operate frequently. Therefore, the operation of the diesel engine 100 does not become unstable due to the hunting of the EGR valve 32 of the EGR device 30, and the operator does not feel uncomfortable.
  • the present invention can be used for tractors.
  • Intake passage 20 Exhaust passage 30 EGR device (exhaust gas circulation device) 50 ECU (control device) 60 atmospheric pressure sensor (atmospheric pressure detection means) 100 diesel engine

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Abstract

高地での黒煙の発生を防止できるディーゼルエンジンを提供することを課題とする。排気通路(20)と吸気通路(10)との間を連通するEGR通路(31)をEGR弁(32)によって開閉し、EGR通路(31)を介して排気通路(20)から吸気通路(10)に排気ガスの一部を還流するEGR装置(30)と、EGR装置の還流を制御するECU(50)と、を備えるディーゼルエンジン(100)であって、大気圧を検出する大気圧センサ(60)を備え、ECU(50)は、始動完了後に、大気圧センサ(60)が検出する大気圧が所定圧以下であれば、EGR装置(30)の還流を遮断する。

Description

ディーゼルエンジン
 本発明は、ディーゼルエンジンの技術に関する。
 ディーゼルエンジンは、内燃機関の一つとして公知である。ディーゼルエンジンは、内燃機関の中でも、燃焼室が高圧であって、かつ、余分に空気を取り込むことから、窒素酸化物(NOx)の生成量が多い。そこで、ディーゼルエンジンには、NOxを低減させるため、排気ガス再循環装置が設けられている(例えば、実開平02-43447号公報)。
 排気ガス再循環装置は、排気通路と吸気通路との間を連通する排気還流通路を排気還流弁によって開閉し、排気還流通路を介して排気通路から吸気通路に排気ガスの一部を還流する装置である。排気ガス再循環装置では、酸素が含まれていない、或いは、希薄な状態にある燃焼後の排気ガスを吸気と混合させ、吸気中の酸素濃度を低下させ、大気より酸素濃度が低い状態にて燃焼させ、燃焼温度を低下させ、NOxの発生を抑制している。
 しかし、排気ガス再循環装置を備えたディーゼルエンジンを高地で運転した場合には、大気中の酸素濃度が低く、さらに排気ガス再循環装置によって吸気中の酸素濃度を低下させ、黒煙が発生する。例えば、特許文献1には、大気圧センサの信号に基づき排気還流弁の開度を補正制御する構成が開示されているものの、具体的な制御手段は開示されていない。そこで、排気ガス再循環装置を備えたディーゼルエンジンでは、高地での黒煙の発生を防止するための具体的な制御手段が必要とされている。
実開平02-43447号公報
 本発明の解決しようとする課題は、高地での黒煙の発生を防止できるディーゼルエンジ
ンを提供することである。
 本発明のディーゼルエンジンにおいては、排気通路と吸気通路との間を連通する排気還流通路を排気還流弁によって開閉し、該排気還流通路を介して前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流する排気ガス再循環装置と、該排気ガス循環装置の還流を制御する制御装置と、を備えるディーゼルエンジンであって、大気圧を検出する大気圧検出手段を備え、前記制御装置は、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であれば、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断することが好ましい。
 本発明のディーゼルエンジンにおいては、前記制御装置は、前記大気圧検出手段が異常である場合には、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であっても、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断しないものである。
 本発明のディーゼルエンジンによれば、高地での黒煙の発生を防止できる。
ディーゼルエンジンの全体構成を示す模式図。 EGRカット制御の流れを示すフロー図。 同じくタイムチャート図。 トラクタの全体構成を示す側面図。 高地走行するトラクタを示す模式図。
 図1を用いて、ディーゼルエンジン100について説明する。
 なお、図1では、ディーゼルエンジン100を模式的に表している。また、図1の破線は、電気信号線を表している。
 ディーゼルエンジン100は、本発明のディーゼルエンジンに係る実施形態である。ディーゼルエンジン100は、クランク軸5と、このクランク軸5を支持するシリンダブロック(図示省略)と、このシリンダブロック上に設けられるシリンダヘッド6と、吸気通路10と、排気通路20と、排気ガス再循環装置であるEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置30と、制御装置であるECU(Engine Control Unit)50と、大気圧検出手段としての大気圧センサ60と、燃料噴射装置(図示省略)等、を具備している。
 シリンダヘッド6の一側には、吸気マニホールド11が設けられている。吸気マニホールド11には、吸気通路10の一端部が連通されており、吸気通路10の他端部には、エアクリーナ12が設けられている。つまり、吸気通路10は、吸気マニホールド11とエアクリーナ12との間を連通している。
 シリンダヘッド6の他側には、排気マニホールド21が設けられている。排気マニホールド21には、排気通路20の一端部が連通されており、排気通路20の他端部には、マフラ22が連通されている。つまり、排気通路20は、排気マニホールド21とマフラ22との間を連通している。
 EGR装置30は、排気ガスの一部を排気通路20から吸気通路10に還流するものである。具体的には、EGR装置30は、吸入空気中の酸素濃度を低くして燃料をゆるやかに燃やすことで窒素酸化物の生成を抑えるものである。EGR装置30は、排気通路20と吸気通路10との間を連通する排気還流通路であるEGR通路31と、このEGR通路31を開閉する排気還流弁であるEGR弁32と、を具備している。EGR弁32は、ECU50に接続されている。
 ECU50は、ディーゼルエンジン100の運転を制御するものである。ECU50には、EGR弁32と、大気圧センサ60と、が接続されている。ECU50は、後述する大気圧センサ60によって大気圧の判定を行う機能を有している。ECU50は、EGR装置30のEGR弁32の開度を調整して、排気ガスの一部を排気通路20から吸気通路10に還流する機能を有している(EGR制御)。
 大気圧センサ60は、大気圧を計測するものである。大気圧センサ60は、ECU50に接続されている。
 図2を用いて、EGRカット制御S100の流れについて説明する。
 なお、図2では、EGRカット制御S100の流れをフローチャートによって模式的に表している。
 EGRカット制御S100は、ディーゼルエンジン100の始動完了後に、大気圧センサ60が検出する大気圧が所定圧以下であれば、EGR装置の還流を遮断させる制御である。
 ステップS110において、ECU50は、ディーゼルエンジン100の始動を完了させる。具体的には、スタータ(セルモータ)による始動が完了し、ディーゼルエンジン100の駆動が始まる。
 ステップS120において、ECU50は、EGR装置30のEGR弁32を開として、排気ガスの一部を排気通路20から吸気通路10に還流させる(EGR制御)。なお、EGR制御では、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいてEGR弁32の開度を調整するものの、本実施形態ではEGR弁32の開度調整については説明を省略する。
 ステップS130において、ECU50は、大気圧センサ60が正常であるかどうかを確認する。具体的には、ECU50は、大気圧センサ60に通電し、通電できれば正常と判断する。一方、通電できない場合には、断線、或いは、センサ故障による異常と判断する。ECU50は、大気圧センサ60が正常であれば、ステップS140へ移行する。一方、ECU50は、大気圧センサ60が異常であれば、ステップS170へ移行する。
 ステップS140において、ECU50は、大気圧センサ60によって大気圧の計測を行う。
 ステップS150において、ECU50は、ステップS140にて計測した大気圧が所定気圧以下であるかどうかを確認する。具体的には、ECU50は、計測した大気圧に基づいて、ディーゼルエンジン100の現在位置が高地なのか、或いは、低地なのかを確認する。ECU50は、計測した大気圧が所定気圧以下である、即ち現在位置が高地の場合には、ステップS160へ移行する。一方、ECU50は、計測した大気圧が所定気圧より大きい、即ち現在位置が低地の場合には、ステップS170へ移行する。
 ステップS160において、ECU50は、EGR装置30のEGR弁32を閉として、排気ガスの一部を排気通路20から吸気通路10に還流することを遮断する。
 ステップS170において、そのままEGR装置30のEGR弁32を開として、排気ガスの一部を排気通路20から吸気通路10に還流させる(EGR制御)。
 なお、EGRカット制御S100は、エンジン始動開始時の制御であって、エンジン運転中には作動しないものとする。例えば、エンジン運転中に気圧変動があった場合でも、EGRカット制御S100は実行されないものとする。
 例えば、現在位置が高地であると判定する海抜範囲(ボーダー域)である海抜1000mから海抜1500mにおいて、海抜1200mに対応する大気圧が高地判定の基準圧として設定されている場合には、トラクタ500が海抜1180m~1220mの間を往復して作業してもEGRカット制御S100は作動しないように構成されている(図5参照)。
 図3を用いて、EGRカット制御S100の流れについて説明する。
 なお、図3では、EGRカット制御S100の流れをタイムチャートによって模式的に表している。
 ディーゼルエンジン100では、キースイッチがONとされると、スタータ(セルモータ)によってエンジン始動が開始される。さらに、キースイッチがSTARTとされると、スタータ(セルモータ)によってエンジン始動が完了し、エンジン駆動が始まる。
 ディーゼルエンジン100では、エンジン始動が完了すると、大気圧センサ60によって大気圧の計測を行う。本実施形態では、4秒間の間、大気圧センサ60によって大気圧の計測を行うものとする。
 同時に、ディーゼルエンジン100では、エンジン始動が完了すると、EGR装置30のEGR弁32を開として、排気ガスの一部を排気通路20から吸気通路10に還流する(EGR制御)。
 ディーゼルエンジン100では、大気圧の計測が完了すると、計測した大気圧によって現在位置が高地と判断された場合には、EGR制御が遮断される。一方、ディーゼルエンジン100では、計測した大気圧によって現在位置が低地と判断された場合には、EGR制御が続行される。
 ディーゼルエンジン100の効果について説明する。
 ディーゼルエンジン100によれば、高地での黒煙の発生を防止できる。
 従来、EGR装置を備えたディーゼルエンジンを高地で運転した場合には、大気中の酸素濃度が低いため、さらにEGR装置によって吸気中の酸素濃度を低下させた場合には、黒煙が発生していた。
 本実施形態のディーゼルエンジン100によれば、エンジン始動完了後に、大気圧センサ60によって大気圧の計測を行い、計測した大気圧に基づいて現在位置が高地であると判断された場合には、EGR制御が遮断されるため、高地での黒煙の発生を防止できる。
 以下では、図4および図5を用いて本発明に係るディーゼルエンジン100の実施形態であるトラクタ500について説明する。
 なお、図4では、トラクタ500を側面視にて表している。
 トラクタ500は種々の作業機(ロータリ等)を装着し、装着した作業機を用いて種々の作業を行うものである。トラクタ500は、機体フレーム520が長手方向を前後方向として配置され、その後部でディーゼルエンジン100に連結される。ディーゼルエンジン100の後部には、トラクタ500の動力伝達機構の一部を収納するトランスミッションケース540が長手方向を前後方向として連結される。機体フレーム520の前部はフロントアクスルを介して左右一対の前輪550に支持され、トランスミッションケース540の後部はリアアクスルを介して左右一対の後輪560に支持される。
 図5を用いて、高地走行するトラクタ500について説明する。
 なお、図5では、高地走行するトラクタ500を模式的に表している。また、図5では、トラクタ500に作業機であるロータリ600が装着されている。
 低地走行するトラクタ500、すなわち通常のトラクタ500には、その低地に応じた大気圧が作用している。しかし、山間部等の高地走行するトラクタ500には、低地での大気圧よりも小さい気圧が作用している。さらに、山間部等の高地走行では、大気中の酸素濃度が低い。
 海抜1200mに対応する大気圧が高地判定の基準圧に設定されている場合、トラクタ500が海抜1080m~1120mの間を往復して作業してもEGRカット制御S100は作動しない。すなわち、トラクタ500が基準圧近傍の標高を走行していてもEGRカット制御S100が頻繁に作動しない。従って、EGR装置30のEGR弁32がハンチングを起こすことによってディーゼルエンジン100の動作が不安定になったり、作業者が違和感を覚えたりすることがない。
 本発明は、トラクタに利用可能である。
 10   吸気通路
 20   排気通路
 30   EGR装置(排気ガス循環装置)
 50   ECU(制御装置)
 60   大気圧センサ(大気圧検出手段)
 100  ディーゼルエンジン

Claims (2)

  1.  排気通路と吸気通路との間を連通する排気還流通路を排気還流弁によって開閉し、該排気還流通路を介して前記排気通路から前記吸気通路に排気ガスの一部を還流する排気ガス再循環装置と、該排気ガス循環装置の還流を制御する制御装置と、を備えるディーゼルエンジンであって、
     大気圧を検出する大気圧検出手段を備え、
     前記制御装置は、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であれば、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断する、ディーゼルエンジン。
  2.  請求項1記載のディーゼルエンジンであって、
     前記制御装置は、前記大気圧検出手段が異常である場合には、始動完了後に、前記大気圧検出手段が検出する大気圧が所定圧以下であっても、前記排気ガス再循環装置の還流を遮断しない、ディーゼルエンジン。
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