JP2005180234A - Engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可変容量ターボ及びEGR装置を用いたディーゼルエンジンを急加速或は急減速するような過渡時にも、排ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)の排出量を低減させ得るようにしたエンジンシステムに関するものである。 The present invention has made it possible to reduce the emission of nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas even during a transient such as sudden acceleration or deceleration of a diesel engine using a variable capacity turbo and EGR device. It relates to the engine system.
ディーゼルエンジンにおいては、エンジンからの排ガスの一部を吸気と共にエンジン燃焼室に供給し、燃料の燃焼温度を押えて窒素酸化物(NOx)の生成を抑制するようにしたEGR装置が用いられている。 In a diesel engine, an EGR device is used in which a part of exhaust gas from an engine is supplied to an engine combustion chamber together with intake air to suppress the generation of nitrogen oxides (NOx) by suppressing the combustion temperature of the fuel. .
斯かるEGR装置では、例えば急加速時のように燃料噴射量を急に増大させるような過渡時には、黒煙が発生する現象があることが知られている。このように過渡時に黒煙が発生するのは、エンジン回転が急上昇すると、排気管の内圧が上昇するが、吸気管の内圧の上昇が遅れるため、排気管からEGRバルブを介して吸気側に排ガスが大量に還流し、燃焼状態が悪化するからであると考えられている。 In such an EGR device, for example, it is known that there is a phenomenon in which black smoke is generated in a transient state in which the fuel injection amount is suddenly increased, for example, during rapid acceleration. As described above, black smoke is generated during a transition because when the engine speed rises rapidly, the internal pressure of the exhaust pipe rises, but since the rise of the internal pressure of the intake pipe is delayed, the exhaust gas is exhausted from the exhaust pipe to the intake side via the EGR valve. It is thought that this is because a large amount of gas is recirculated and the combustion state deteriorates.
そこで、過渡時に黒煙を減少させるために、吸気量や過給圧等を用いて、フィードバック制御によりEGRバルブを閉止し、吸気側に還流される排ガスの量を減少させることが行われている。 Therefore, in order to reduce black smoke during the transition, the EGR valve is closed by feedback control using the intake air amount, the supercharging pressure, etc., and the amount of exhaust gas recirculated to the intake side is reduced. .
又、排ガス中のNOxを減少させるようにしたものとしては、特許文献1があり、黒煙やNOxを低減するためのものとしては、特許文献2、3がある。
しかしながら、上述のごとく、過渡時に黒煙を減少させるために、吸気量や過給圧等を用いて、フィードバック制御によりEGRバルブを閉止し、吸気側に還流される排ガスの量を減少させる場合には、還流される排ガスの減少に対応して吸気量が増大するため、燃焼状態は良くなるが、燃料の燃焼温度が上昇し、逆にNOxの発生量が増加してしまう。 However, as described above, when reducing the amount of exhaust gas recirculated to the intake side by closing the EGR valve by feedback control using intake air amount, supercharging pressure, etc., in order to reduce black smoke at the time of transition. Since the intake air amount increases corresponding to the reduction of the exhaust gas being recirculated, the combustion state is improved, but the combustion temperature of the fuel rises, and on the contrary, the amount of NOx generated increases.
又、特許文献1、2、3はNOxや黒煙を減少させるようにしてはいるが、手段が異なり、本件とは直接的な関連性はない。
本発明は、斯かる実情に鑑み、ディーゼルエンジンの過渡運転時にも、NOxの発生が増大するのを防止し得るようにしたエンジンシステムを提供することを目的としてなしたものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an engine system capable of preventing an increase in the generation of NOx even during a transient operation of a diesel engine.
請求項1の発明は、吸気を過給してエンジンの燃焼室に送給するための可変容量ターボと、前記エンジンからの排ガスの一部を吸気側に還流するEGR装置を備えたエンジンシステムにおいて、前記EGR装置におけるEGRバルブの開度の変化量、若しくは吸気側の不足吸気量を基に、前記エンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射圧を制御するようにした手段を設けたものである。 The invention of claim 1 is an engine system comprising a variable capacity turbocharger for supercharging intake air and supplying it to a combustion chamber of the engine, and an EGR device for recirculating a part of exhaust gas from the engine to the intake side. And means for controlling the injection pressure of the fuel injected into the combustion chamber of the engine based on the amount of change in the opening of the EGR valve in the EGR device or the insufficient intake amount on the intake side. is there.
請求項2の発明は、吸気を過給してエンジンの燃焼室に送給するための可変容量ターボと、前記エンジンからの排ガスの一部を吸気側に還流するEGR装置を備えたエンジンシステムにおいて、加速時には、前記EGR装置におけるEGRバルブの開度の変化量、若しくは吸気側の不足吸気量を基に、前記エンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射圧を減少させるように制御する手段を設けたものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an engine system including a variable capacity turbocharger for supercharging intake air and supplying it to a combustion chamber of the engine, and an EGR device for recirculating a part of exhaust gas from the engine to the intake side. And means for controlling to reduce the injection pressure of the fuel injected into the combustion chamber of the engine based on the amount of change in the opening of the EGR valve in the EGR device or the insufficient intake amount on the intake side during acceleration. It is provided.
本発明のエンジンシステムによれば、エンジンの過渡運転時にも、NOxの発生が増大することを防止することができ、排ガスの性能を向上させることができる、という優れた効果を奏し得る。 According to the engine system of the present invention, it is possible to prevent an increase in the generation of NOx even during the transient operation of the engine, and to obtain an excellent effect that the performance of exhaust gas can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図1〜図18は本発明を実施する形態の一例である。
図1に可変容量ターボ1を備えたディーゼルエンジン2を示す。エンジン2の吸気ポート3には、吸気マニホールド4を介して吸気管5が接続され、排気ポート6には排気マニホールド7を介して排気管8が接続されている。吸気管5には吸気を冷却するためのインタクーラ9が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 18 are examples of embodiments for carrying out the present invention.
FIG. 1 shows a
可変容量ターボ1は、吸気管5に設けられたコンプレッサ1aと、排気管8に設けられたタービン1bを備えており、タービン1bの駆動によりコンプレッサ1aを駆動し得るようになっている。又、タービン1bはエアシリンダ又はサーボモータ等により駆動されて可変静翼の角度を調整するようにした容量可変手段10を備えている。
The variable displacement turbo 1 includes a
エンジン2には排気マニホールド7内の排ガスの一部をEGRパイプ11を介して吸気マニホールド4へ還流させるEGR装置12が設けられている。EGR装置12は、一端が排気マニホールド7に接続され、他端が吸気マニホールド4に接続された前記EGRパイプ11と、EGRパイプ11に設けられて排気マニホールド7からEGRパイプ11を通って吸気マニホールド4に還流される排ガスの流量を調整するようにしたEGRバルブ13と、同様にEGRパイプ11に設けられて吸気マニホールド4へ還流される排ガス(EGRガス)を冷却するようにしたEGRクーラ14を備えている。
The
又、図中、15は燃料噴射ポンプ、16は蓄圧式噴射装置(コモンレール)、17はエンジン2の回転数(エンジン回転数N)を検出するための回転センサ、18は踏込まれたアクセルの開度(アクセル開度Ac)を検出するアクセル開度センサ、19は吸気管5のコンプレッサ1aよりも上流側に接続されて実吸気量Fを検出するための流量センサ、20は吸気管5のコンプレッサ1a下流側に設けられて、吸気の過給圧Pbを検出するための吸気圧センサであり、各センサで検出した出力は演算制御装置21に与え得るようになっている。
In the figure, 15 is a fuel injection pump, 16 is an accumulator (common rail), 17 is a rotation sensor for detecting the rotational speed of the engine 2 (engine rotational speed N), and 18 is the opening of the depressed accelerator.
又、演算制御装置21からは、指令として、EGRバルブ13に総補正開度Deを与え得るようになっており、タービン1bの容量可変手段10に総補正開度Dtを与え得るようになっており、燃料噴射ポンプ15の圧力制御弁に指示噴射圧Pを与え得るようになっており、燃料噴射ポンプ15の流量制御弁に燃料噴射量Qを与え得るようになっている。
Further, the
演算制御装置21は、図2に示すように、吸気量偏差算出部22、補正開度算出部23、補正噴射圧決定部24、指示噴射圧算出部25を備えている。又、演算制御装置21には各種マップが記憶されている。
As shown in FIG. 2, the
次に、上記図示例の作動を説明する。
車両の走行時には、回転センサ17で検出したエンジン回転数N、アクセル開度センサ18で検出したアクセル開度Ac、流量センサ19で検出した実吸気量F、吸気センサ20で検出した過給圧Pbは、演算制御装置21へ与えられる。
Next, the operation of the illustrated example will be described.
When the vehicle is traveling, the engine speed N detected by the rotation sensor 17, the accelerator opening Ac detected by the
演算制御装置21では、エンジン回転数N及びアクセル開度Acから、図6に示すマップを基に燃料噴射量Qが求められ、求められた燃料噴射量Qは吸気量偏差算出部22、補正開度算出部23、指示噴射圧算出部25へ与えられる。又、エンジン回転数Nは、吸気量偏差算出部22、補正開度算出部23、補正噴射圧決定部24、指示噴射圧算出部25へ与えられ、実吸気量Fは吸気量偏差算出部22へ与えられ、過給圧Pbは、補正開度算出部23へ与えられる。
In the arithmetic and
吸気量偏差算出部22では、エンジン回転数N及び燃料噴射量Qから、図7に示すマップを基に目標吸気量Foを求め、目標吸気量Foから流量センサ19からの実吸気量Fを差引いて吸気量偏差ΔFを求める(ΔF=Fo−F)。求めた吸気量偏差ΔFは補正開度算出部23へ与えられる。
The intake air amount
補正開度算出部23では、エンジン回転数N及び燃料噴射量Qから、図8に示すマップを基にEGRバルブ13の基本開度Doが求められると共に、吸気量偏差ΔFを基に、図9に示すマップを基にEGRバルブ13の補正開度D1が求められ、又、エンジン回転数N及び燃料噴射量Qの時間的変化量ΔQから、図10に示すマップを基にEGRバルブ13の補正開度D2が求められ、基本開度Do及び補正開度D1,D2を合計して総補正開度Deが求められる(De=Do+D1+D2)。ここで、燃料噴射量Qの時間的変化量ΔQは、ある時間と、その時間から僅かに異なる時間との間における燃料噴射量の差として求められる。補正開度算出部23で求められた総補正開度DeはEGRバルブ13に与えられてその開度が補正されると共に、補正噴射圧決定部24へ与えられる。
The correction
本図示例では、補正開度D2は、燃料噴射量Qの時間的変化量ΔQから求める場合について説明したが、アクセル開度Acの時間的変化量から求めるようにしても良い。又、図10のマップにより補正開度D2が求められるのは、エンジン2が加速或は減速の過渡時の時であり、定速走行時には、補正開度D2は零となる。
In the illustrated example, the correction opening degree D2 has been described as being obtained from the temporal change amount ΔQ of the fuel injection amount Q, but may be obtained from the temporal change amount of the accelerator opening degree Ac. Further, the correction opening degree D2 is obtained from the map of FIG. 10 when the
又、補正開度算出部23においては、例えば燃料噴射量Qの時間的変化率ΔQ等を基に急加速と判断された場合には、図3〜図5のフローに従って演算が行われ、最終EGRV開度(総補正開度De)はEGRバルブ13に与えられてEGRバルブ13は閉止され、且つ、最終VGTV開度(総補正開度Dt)は容量可変手段10へ与えられて可変容量ターボ1の容量可変手段10が調整され、タービン1bの静翼が絞られる。
Further, in the corrected opening
補正噴射圧決定部24では、エンジン回転数N及び総補正開度Deを基に、図11に示すマップから補正噴射圧P1が求められ、求められた補正噴射圧P1は、指示噴射圧算出部25へ与えられる。
In the corrected injection
指示噴射圧算出部25では、エンジン回転数N及び燃料噴射量Qを基に、図12に示すマップにより目標噴射圧Poが求められ、目標噴射圧Poと補正噴射圧P1が加算されて指示噴射圧Pが求められ(P=Po+P1)、求められた指示噴射圧Pは燃料噴射ポンプ15の圧力制御弁に与えられる。このため、燃料噴射ノズルから吐出される燃料は所定の圧力に制御された状態でピストン燃焼室へ噴射される。
The command injection
上記制御においては、例えば加速時には上記したようにEGRバルブ13を略全閉にするが、EGRバルブ13を閉め過ぎた場合には、排ガスが減少して実吸気量Fが多くなるため、燃料の指示噴射圧Pは減少するよう制御が行われる。又、このロジックは減速時においても働き、実吸気量Fが多くなると指示噴射圧Pは減少するよう制御が行われる。一方、実吸気量Fが少ない場合には、指示噴射圧Pは増加するよう制御が行われる。更に、同時に、EGRバルブ13は開度が多くなって、実吸気量Fが減少するよう制御が行われる。従って、補正噴射圧P1は+の場合も−の場合もある。
In the above control, for example, during acceleration, the
図13には、アイドル運転状態を基点として、エンジンの加速時に、燃料の噴射圧制御を行った場合と行わなかった場合の黒煙とNOxとの関係が図示されている。この図から、噴射圧制御が行われなかった場合には、黒煙は若干減少するが、NOxが著しく増加するのに対し、噴射圧制御を行った場合には、黒煙は噴射圧制御を行わなかった場合に比較して、若干増加するが、NOxは著しく減少することが明らかである。従って、燃料の噴射圧制御を行うことにより、過渡時のNOxの増大を抑制することができ、エンジン2の過渡運転時における排ガス性能を向上させることができる。なお、加速時にはアクスル開度Acを大きくしてエンジン回転数Nと燃料噴射量Qとを増加させることになる。
FIG. 13 shows the relationship between black smoke and NOx when the fuel injection pressure control is performed and when the fuel injection pressure control is not performed during the acceleration of the engine with the idle operation state as a base point. From this figure, when the injection pressure control is not performed, the black smoke slightly decreases, but NOx increases remarkably, whereas when the injection pressure control is performed, the black smoke does not perform the injection pressure control. It is clear that NOx decreases significantly, although it increases slightly compared to the case where it is not performed. Therefore, by controlling the fuel injection pressure, it is possible to suppress an increase in NOx during the transition and to improve the exhaust gas performance during the transient operation of the
図14には、アイドル状態を基点として同じパターンで加速を行い、指示噴射圧Pをどの程度減少させれば排ガス性能が向上するかが図示されている。すなわち、基点における燃料の噴射圧に対し、指示噴射圧Pの減少幅を5MPa、10MPa、20MPaと変化させた場合には、減少幅を大きくするに従い黒煙は若干増加するが、NOxは減少することが分かる。これを他の加速パターンについても行ってプロットすれば、加速時に指示噴射圧Pをどれ程減少させれば良いかのマップを作成することができる。 FIG. 14 shows how much the indicated injection pressure P is reduced by accelerating in the same pattern with the idle state as a base point to improve the exhaust gas performance. That is, when the decrease range of the command injection pressure P is changed to 5 MPa, 10 MPa, and 20 MPa with respect to the fuel injection pressure at the base point, the black smoke slightly increases but the NOx decreases as the decrease range is increased. I understand that. If this is performed for other acceleration patterns and plotted, a map of how much the command injection pressure P should be reduced during acceleration can be created.
図15には、噴射圧制御を行わなかった場合と、噴射圧制御を行った場合のNOxと黒煙の関係が図示されている。このグラフから、噴射圧制御を行うと、噴射圧制御を行わなかった場合と比較して、黒煙は若干増加するが、NOxは著しく減少することが分かる。 FIG. 15 shows the relationship between NOx and black smoke when the injection pressure control is not performed and when the injection pressure control is performed. From this graph, it can be seen that when the injection pressure control is performed, the black smoke slightly increases but the NOx significantly decreases as compared with the case where the injection pressure control is not performed.
図16〜図18には、[背景技術]で説明した従来技術のように燃料の噴射圧を制御しなかった場合と、本図示例のように燃料の噴射圧を制御した場合のEGRバルブ開度の経時的変化の状態、可変容量ターボの開度の経時的変化の状態、新気吸入量の経時的変化の状態を図示している。図16〜図18中、実線は本図示例の場合を示し、点線は[背景技術]に示す従来の場合を示している。これらの図から、加速のような過渡時において、従来はEGRバルブ開度がそれほど絞られないのに対し、本図示例では略全閉状態まで絞られ、又、可変容量ターボ開度も従来はそれほど絞られなかったのに対し、本図示例ではかなり絞られ、その結果、新気吸入量は従来よりも本図示例において多量となることが明らかである。これは、急加速時には還流する排ガスが減少することを意味している。しかし、燃料の噴射圧を減少させる制御を行うことにより、上述のように、NOxの増加を抑制することができ、排ガス性能を向上させることができる。 FIGS. 16 to 18 show the EGR valve opening when the fuel injection pressure is not controlled as in the prior art described in [Background Art] and when the fuel injection pressure is controlled as in this illustrated example. The state of the change over time of the degree, the state of change over time of the opening of the variable capacity turbo, and the state of change over time of the fresh air intake amount are illustrated. 16 to 18, the solid line indicates the case of this illustrated example, and the dotted line indicates the conventional case shown in [Background Art]. From these figures, during a transition such as acceleration, the EGR valve opening is not throttled so much in the past, but in the illustrated example, it is throttled to a substantially fully closed state. Although it was not squeezed so much, it is clearly squeezed in the illustrated example, and as a result, it is clear that the fresh air intake amount is larger in the illustrated example than in the past. This means that the exhaust gas that recirculates during rapid acceleration decreases. However, by controlling the fuel injection pressure to decrease, as described above, it is possible to suppress an increase in NOx and improve exhaust gas performance.
なお、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。すなわち、燃料の指示噴射圧PはEGRバルブ13の開度(変化量)を基に制御する場合について説明したが、EGRバルブ開度を実吸気量によりフィードバック制御する場合には、当該EGRバルブ開度は不足する吸気量により決まるため、不足吸気量で噴射圧を制御するようにしても、本図示例と同様の作用効果を奏することができる。
The present invention is not limited to the illustrated examples described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. That is, the case where the command injection pressure P of the fuel is controlled based on the opening degree (change amount) of the
1 可変容量ターボ
2 ディーゼルエンジン(エンジン)
12 EGR装置
13 EGRバルブ
21 演算制御装置(手段)
23 補正開度算出部(手段)
24 補正噴射圧決定部(手段)
25 指示噴射圧算出部(手段)
D1 補正開度(開度の変化量)
D2 補正開度(開度の変化量)
P 指示噴射圧(噴射圧)
1
12
23 Correction Opening Calculation Unit (Means)
24 Correction Injection Pressure Determination Unit (Means)
25 Instructed injection pressure calculation unit (means)
D1 Corrected opening (change in opening)
D2 Corrected opening (change in opening)
P Instructed injection pressure (injection pressure)
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003419247A JP2005180234A (en) | 2003-12-17 | 2003-12-17 | Engine system |
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---|---|---|---|
JP2003419247A JP2005180234A (en) | 2003-12-17 | 2003-12-17 | Engine system |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012163107A (en) * | 2012-04-16 | 2012-08-30 | Yanmar Co Ltd | Electronic control system engine |
JP2014080980A (en) * | 2013-12-18 | 2014-05-08 | Yanmar Co Ltd | Electronic control type engine |
-
2003
- 2003-12-17 JP JP2003419247A patent/JP2005180234A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012163107A (en) * | 2012-04-16 | 2012-08-30 | Yanmar Co Ltd | Electronic control system engine |
JP2014080980A (en) * | 2013-12-18 | 2014-05-08 | Yanmar Co Ltd | Electronic control type engine |
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Legal Events
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