JP2005188314A - エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＥＧＲカット応答時間を短縮できるエンジンの排気還流装置を提供する。
【解決手段】 エンジンの吸気通路２０と、この吸気通路２０と排気通路３０とを結び、排気の一部を吸気通路２０に還流するＥＧＲ通路４と、このＥＧＲ通路４が吸気通路２０に開口する部分にて、ＥＧＲ通路４の連通状態を可変にする第１弁２５と、運転状態に応じて第１弁２５の開度を制御するコントローラ５０とを備え、このコントローラ５０は所定のＥＧＲカット時に第１弁２５を閉弁させる構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの排気還流装置の改良に関するものである。

従来のエンジンの排気還流装置として、排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を通して吸気通路に導き、吸気通路からシリンダ内に再循環させることにより、燃焼室における燃料の燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制するものがある。

この排気還流装置は、ＥＧＲ通路にＥＧＲ弁が介装され、ＥＧＲ弁の開度を制御するコントローラを備える。コントローラはエンジン吸入空気量やエンジン回転数に応じて予め設定されたＥＧＲ領域にてＥＧＲ弁を開弁させ、シリンダに再循環させるＥＧＲガス量を調節する。コントローラは予め設定された非ＥＧＲ領域にてＥＧＲ弁を閉弁させてＥＧＲガスの流れを止める制御を行う。これにより、エンジンの減速時等にはＥＧＲ弁が閉弁してＥＧＲガスの流れを止めることにより、エンスト等を起こさないようになっている。
特開２０００−４５８７８号公報

しかしながら、このような従来のエンジンの排気還流装置にあっては、ＥＧＲ弁がＥＧＲ通路の途中に介装されているため、ＥＧＲ弁が閉弁してからシリンダ内に再循環するＥＧＲガスの流れが止まるまでにかかるＥＧＲカット応答時間を短縮することが難しいという問題点があった。

このため、エンジンの減速時等にエンストを起こさないように予め設定されるＥＧＲ領域を狭めたり、ＥＧＲガス量を少なく設定する必要があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲカット応答時間を短縮できるエンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの吸気通路と、この吸気通路と排気通路とを結び、排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路が吸気通路に開口する部分にて、ＥＧＲ通路の連通状態を可変にする第１弁と、運転状態に応じて第１弁の開度を制御するコントローラとを備え、このコントローラは所定のＥＧＲカット時に第１弁を閉弁させる構成とする。

本発明の排気還流装置は、ＥＧＲ通路から導かれるＥＧＲガスを容積部を通して吸気通路に流入させ、所定のＥＧＲカット時に第１弁を閉弁する構成としたため、第１弁を介してＥＧＲガスの流れを吸気通路の直前で遮断することができる。

これにより、ＥＧＲカット時に第１弁が閉弁してからシリンダ内に再循環するＥＧＲガスの流れが止まるまでにかかるＥＧＲカット応答時間を短縮し、エンジンの減速時等に起きるエンストを防止できる。このため、本発明の排気還流装置は、従来装置に比べて、ＥＧＲ領域を広げたり、ＥＧＲガス量を増やすことが可能となり、燃費の低減がはかられるとともに、排気浄化性能を高められる。

本発明の第１実施形態の構成を説明する。

図１は、エンジンのシステム構成を示す。図１において、１０はシリンダ、１１はピストン、１は燃焼室、２０は吸気通路、３０は排気通路、４はＥＧＲ通路、６は燃料インジェクタ、７は点火プラグ、８はスロットルバルブ、３１はＮＯｘ吸蔵触媒を示す。

ピストン１１が下降する吸気行程にて、吸気バルブ２が開かれるのに伴って吸気通路２０を図１に白抜き矢印で示すように流れる吸気がインジェクタ６から噴射された燃料とともにシリンダ１０内に流入する。こうして燃焼室１に形成された混合気は、ピストン１１によって圧縮された状態で点火プラグ７を介して燃料が着火し、燃焼する。燃焼したガスはピストン１１を下降させてコンロッド１２およびクランクシャフト１３を介して回転力を取り出した後、ピストン１１が上昇する排気行程中に排気バルブ３が開かれるのに伴って排気通路３０を図１に黒矢印で示すように流れて排出される。エンジンは上記した各行程を連続して繰り返すことによって運転が行われる。

多気筒エンジンに備えられる吸気通路２０は、ある容積を有するコレクタ２１と、このコレクタ２１から分岐して各シリンダ１０に連通する複数のブランチ２２とを備える。図示しないエアクリーナから取り入れられた吸気はスロットルバルブ８を経てコレクタ２１に流入し、コレクタ２１から各ブランチ２２に分流し、各ブランチ２２を通って各シリンダ１０へと吸入される。

エンジンは運転条件に応じて吸気の慣性過給と共鳴過給を切り換えて行うため、コレクタ２１にはある容積の空間を画成する容積部２３を接続し、吸気通路２０に対する容積部２３の開口部２４にバタフライ式の第１弁２５を介装する。容積部２３は吸気通路２０の容積部であるコレクタ２１の一部であり、第１弁２５はこのコレクタ２１の容量を運転状態に応じて可変にする可変容量弁である。

第１弁２５が閉弁する運転条件では、各ブランチ２２の通路長と通路断面積等によって決まる所定のエンジン回転数域にて吸気圧の脈動効果により吸気の慣性過給が行われる。

第１弁２５が開弁する運転条件では、容積部２３内に生じる共鳴効果により吸気の共鳴過給が行われる。

第１弁２５の開閉作動はコントローラ５０によってアクチュエータ（図示せず）を介して制御される。コントローラ５０は回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数の検出値を入力し、共鳴過給を行う所定のエンジン回転数域にて第１弁２５を開弁させる。

エンジンの排気還流装置は、排気通路３０と吸気通路２０を結ぶＥＧＲ通路４を備え、排気通路３０から排気の一部をＥＧＲガスとして図１に矢印で示すようにＥＧＲ通路４を通って吸気通路２０からシリンダ１０内に導入する。こうして、不活性なＥＧＲガスをシリンダ１０に再循環させることにより、燃焼室１における燃料の燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制する。

ＥＧＲ通路４の途中にはＥＧＲ弁として第２弁５を介装し、この第２弁５によってＥＧＲ通路４からシリンダ１０に吸入されるＥＧＲガス量を調節する。第２弁５の開度はコントローラ５０によってアクチュエータ（図示せず）を介して制御される。第２弁５の開度が大きくなるほど、ＥＧＲ通路４を介してシリンダ１０に還流されるＥＧＲガス量は増大する。

コントローラ５０は回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数の検出値と、アクセル開度センサ５２によって検出されるエンジン要求負荷の検出値とを入力し、これら検出値に応じて予め設定されたマップに基づきＥＧＲ領域にて第２弁５を開弁し、非ＥＧＲ領域にて第２弁５を閉弁する。

そして本発明の要旨とするところであるが、ＥＧＲ通路４はその一端が容積部２３に開口し、ＥＧＲ通路４から導かれるＥＧＲガスは容積部２３を通って吸気通路２０に流入する構成とする。つまり、容積部２３はＥＧＲ通路４が吸気通路２０に連通する部分に形成されている。

コントローラ５０は、エンジンの減速時を判定するとともに、第２弁５を開弁するＥＧＲ領域から第２弁５を閉弁する非ＥＧＲ領域に移行するＥＧＲカット時を判定し、エンジンの減速時におけるこのＥＧＲカット時に第１弁２５を閉弁する制御を行う。

コントローラ５０は、さらにエンジンの急減速時と緩減速時を判定し、エンジンの急減速時におけるこのＥＧＲカット時に図２に示すように第２弁５と第１弁２５を略同時に閉弁し、エンジンの緩減速時におけるこのＥＧＲカット時に図３に示すように第２弁５を閉弁した後に第１弁２５を遅延して閉弁する制御を行う。

つまり、コントローラ５０は、所定のＥＧＲカット時に第１弁２５を、第２弁５の閉弁と同時に閉弁させる構成とした。そして、コントローラ５０は、所定のＥＧＲカット時に第１弁２５を、第２弁５の閉弁に先立って閉弁させる構成とした
図４のフローチャートは第２弁５と第１弁２５の開閉を制御するルーチンを示しており、コントローラ５０において一定周期毎に実行される。

まずステップ１にて、エンジン回転数、エンジン要求負荷に応じて、予め設定されたマップに基づきＥＧＲ領域にあるかどうかを判定する。ここで、ＥＧＲ領域にあると判定された場合に、ステップ２に進んで要求第２弁開度を演算し、ステップ３に進んで第１弁２５を開弁させ、ステップ１にて第２弁５に進んで第２弁５を要求開度に開弁させる。

こうしてステップ１〜４にて第２弁５の開度を制御し、シリンダ１０に再循環させるＥＧＲガス量を調節する。

続くステップ５に進んで、非ＥＧＲ領域にあるかどうかを判定する。ここで、非ＥＧＲ領域にあると判定された場合に、ステップ６に進んでエンジンの急減速時かどうかを判定する。ここで急減速時と判定された場合、ステップ７に進んで第１弁２５を閉弁させ、続くステップ８に進んで第２弁５を閉弁させる。

こうしてステップ５〜８にて、エンジンの急減速時におけるこのＥＧＲカット時に第２弁５と第１弁２５を略同時に閉弁する制御を行う。

一方、ステップ６にてエンジンの緩減速時と判定された場合、ステップ９に進んで第１弁２５を閉弁させ、続くステップ８に進んで所定の遅延時間が経過した後に第２弁５を閉弁させる。

こうしてステップ５，６，９，１０にて、エンジンの緩減速時におけるこのＥＧＲカット時に第２弁５を閉弁した後に第１弁２５を遅延して閉弁する制御を行う。

続くステップ１１に進んでエンジンの減速運転が終了したことを判定し、続くステップ１２にてエンジン安定度を判定する。ここで減速運転が終了し、かつエンジン回転数変動が所定値より小さくなるエンジン安定度が確保された運転状態であると判定された場合、ステップ１３に進んで、第１弁２５を開弁させる。続くステップ１４にて運転時間等に応じてＥＧＲパージ判定された場合、ステップ１５に進んで第１弁２５を閉弁させる。

エンジンの排気還流装置は以上のように構成されて、排気通路３０から排気の一部を図１に矢印で示すようにＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４と容積部２３を通して吸気通路２０からシリンダ１０内に再循環させることにより、燃焼室１における燃料の燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制する。

コントローラ５０は、エンジンの定常運転時や加速時に設定されたＥＧＲ領域にて第２弁５の開度を制御して、シリンダ１０に再循環させるＥＧＲガス量を調節する。予め設定された所定の非ＥＧＲ領域では、第２弁５を閉弁させてシリンダ１０内に再循環させるＥＧＲガスの流れを止めることにより、燃焼性を維持してエンスト等を防止する。

しかし、第２弁がＥＧＲ通路の途中に介装された従来の排気還流装置にあっては、第２弁が閉弁してからシリンダ内に再循環するＥＧＲガスの流れが止まるまでにかかるＥＧＲカット応答時間が長いため、第２弁５を閉弁させるＥＧＲカット時にエンスト等を起こさないように予め設定されるＥＧＲ領域を狭めたり、ＥＧＲガス量を少なく設定する必要があった。

本発明はこれに対処して、ＥＧＲ通路４から導かれるＥＧＲガスを容積部２３を通して吸気通路２０に流入させ、所定のＥＧＲカット時に第１弁２５を閉弁してＥＧＲガスの流れを吸気通路２０の直前で遮断する構成としたため、第１弁２５が閉弁してからシリンダ１０内に再循環するＥＧＲガスの流れが止まるまでにかかるＥＧＲカット応答時間を短縮し、ＥＧＲカット時に起きるエンストを防止できる。このため、本発明の排気還流装置は、従来装置に比べて、ＥＧＲ領域を広げたり、ＥＧＲガス量を増やすことが可能となり、燃費の低減がはかられるとともに、排気浄化性能を高められる。

エンジンの急減速時におけるＥＧＲカット時に、図２に示すように、第２弁５と第１弁２５を略同時に閉弁する。第１弁２５が容積部２３の開口部２４を閉じることにより、ＥＧＲガス量は速やかに減少する。これにより、エンジンの急減速時にシリンダ１０に過剰なＥＧＲガスが導入されることが抑えられ、燃焼性を維持してエンスト等が起きることを防止できる。また、ＥＧＲカット時にＥＧＲガス量が速やかに減少することにより、ＥＧＲガス量を図２に波線で示すように従来より多く設定することが可能となり、燃費の低減がはかられるとともに、排気浄化性能を高められる。

エンジンの緩減速時におけるＥＧＲカット時に、図３に示すように、第２弁５を閉弁した後に第１弁２５を遅延して閉弁する。これにより、第２弁５が閉弁した後も容積部２３内に残留したＥＧＲガスが第１弁２５を介して吸気通路２０に流入し、ＥＧＲガス量は図３に示すように緩やかに減少する。こうして、エンジンの緩減速時にシリンダ１０に吸入される空気量の減少する度合いに応じてＥＧＲガス量が次第に減少することにより、燃焼性を維持しながら排気浄化性能を高められる。

一方、コントローラ５０はエンジンの定常運転時や加速時にエンジン回転数に応じて第１弁２５を開閉し、吸気の共鳴過給と慣性過給を切り換える吸気過給制御を行う。エンジンの減速時以外の運転条件では第１弁２５を第２弁５に連携して閉弁するこのＥＧＲカット制御が行われないため、吸気過給制御が行われているときにＥＧＲカット制御によって第１弁２５が閉弁することなく、このＥＧＲカット制御が吸気過給制御と干渉することが避けられる。

本実施形態では、ＥＧＲ通路４から導かれるＥＧＲガスを容積部２３を通してコレクタ２１に導入する構成のため、吸気通路２０におけるＥＧＲガスの輸送経路を長くして、ＥＧＲガスと新気の混合がはかれる。

次に図５に示す第２実施形態を説明する。なお、前記実施形態と同一構成部には同一符号を付す。

このエンジンは運転条件に応じて慣性過給が行われる吸気通路長を切り換えるため、各ブランチ２２の途中にはある容積の空間を画成する容積部２７を接続し、吸気通路２０に対するこの容積部２７の開口部２８に第１弁２５を介装する。

第１弁２５が閉弁する運転条件では、各ブランチ２２の通路長と通路断面積等によって決まる所定のエンジン回転数域にて吸気圧の脈動効果により吸気の慣性過給が行われる。

第１弁２５が開弁する運転条件では、容積部２３内に生じる共鳴効果により吸気の共鳴過給が行われる。

エンジンの排気還流装置は以上のように構成されて、ＥＧＲ通路４から導かれるＥＧＲガスを容積部２７を通して吸気通路２０に流入させ、所定のＥＧＲカット時に第１弁２５を閉弁してＥＧＲガスの流れを吸気通路２０の直前で遮断する構成としたため、第１弁２５が閉弁してからシリンダ１０内に再循環するＥＧＲガスの流れが止まるまでにかかるＥＧＲカット応答時間を短縮し、ＥＧＲカット時に起きるエンストを防止できる。このため、ＥＧＲ領域を広げたり、ＥＧＲガス量を増やすことが可能となり、排気浄化性能を高められる。

本実施形態では、ＥＧＲ通路４から導かれるＥＧＲガスを容積部２７を通して各ブランチ２２に導入する構成のため、吸気通路２０におけるＥＧＲガスの輸送経路を短くして、ＥＧＲカット応答時間の短縮化がはかれる。

以上のように本発明は、吸気通路２０と排気通路３０を結ぶＥＧＲ通路４と、ＥＧＲ通路４に介装される第２弁５と、運転条件に応じて第２弁５の開度を制御するコントローラ５０とを備えるエンジンの排気還流装置において、吸気通路２０に接続した空間を画成する容積部２３と、吸気通路２０に対してこの容積部２３を開閉する第１弁２５とを備え、ＥＧＲ通路４を容積部２３に接続し、所定のＥＧＲカット時に第１弁２５を閉弁する構成とする。

これにより、第１弁２５を介してＥＧＲガスの流れを吸気通路２０の直前で遮断することができる。これにより、ＥＧＲカット時に第１弁２５が閉弁してからシリンダ２０内に再循環するＥＧＲガスの流れが止まるまでにかかるＥＧＲカット応答時間を短縮し、エンジンの減速時等に起きるエンストを防止できる。このため、本発明の排気還流装置は、従来装置に比べて、ＥＧＲ領域を広げたり、ＥＧＲガス量を増やすことが可能となり、排気浄化性能を高められる。

また、コントローラ５０は、エンジンの減速時を判定するとともに、第２弁５を開弁するＥＧＲ領域から第２弁５を閉弁する非ＥＧＲ領域に移行するＥＧＲカット時を判定し、エンジンの減速時におけるＥＧＲカット時に第１弁２５を閉弁する制御を行う構成とした。

これにより、エンジンの減速時にシリンダに過剰なＥＧＲガスが導入されることが抑えられ、燃焼性を維持してエンスト等が起きることを防止できる。

また、コントローラ５０は、エンジンの急減速時と緩減速時を判定し、エンジンの急減速時におけるこのＥＧＲカット時に第２弁５と第１弁２５を略同時に閉弁し、エンジンの緩減速時におけるこのＥＧＲカット時に第２弁５を閉弁した後に第１弁２５を遅延して閉弁する制御を行う構成とした。

これにより、エンジンの急減速時におけるＥＧＲカット時に、ＥＧＲガス量を速やかに減少させ、燃焼性を維持してエンスト等が起きることを防止できる。一方、エンジンの緩減速時におけるＥＧＲカット時に、シリンダに吸入される空気量の減少する度合いに応じてＥＧＲガス量を次第に減少させ、燃費の低減がはかられるとともに、排気浄化性能を高められる。

また、吸気通路２０は、ある容積を有するコレクタ２１と、このコレクタ２１から分岐して各シリンダ１０に連通する複数のブランチ２２とを備え、コレクタ２１に容積部２３を接続し、運転条件に応じて第１弁２５を開閉して慣性過給と共鳴過給を切り換える構成とした。

これにより、ＥＧＲ通路４から導かれるＥＧＲガスは容積部２３を通してコレクタ２１に導入されるため、吸気通路２０におけるＥＧＲガスの輸送経路を長くして、ＥＧＲガスと新気の混合がはかれる。

また、吸気通路２０は、ある容積を有するコレクタ２１と、このコレクタ２１から分岐して各シリンダ１０に連通する複数のブランチ２２とを備え、各ブランチ２２に容積部２７を接続し、運転条件に応じて第１弁２５を開閉して慣性過給が行われる吸気通路長を切り換える構成とした。

これにより、ＥＧＲ通路４から導かれるＥＧＲガスは容積部２７を通して各ブランチ２２に導入されるため、吸気通路２０におけるＥＧＲガスの輸送経路を短くして、ＥＧＲカット応答時間の短縮化がはかれる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、例えば自動車や他の装置の動力源として設けられるエンジンの排気還流装置に適用できる。

本発明の第１実施形態を示すエンジンのシステム図。 同じく急減速時における制御動作を示すタイミングチャート。 同じく緩減速時における制御動作を示すタイミングチャート。 同じく制御内容を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態を示すエンジンのシステム図。

符号の説明

１ 燃焼室
４ ＥＧＲ通路
５ 第２弁（ＥＧＲ弁）
６ 燃料インジェクタ
７ 点火プラグ
８ スロットルバルブ
１０ シリンダ
１１ ピストン
２０ 吸気通路
２１ コレクタ
２２ ブランチ
２３ 容積部
２５ 第１弁
２７ 容積部
３０ 排気通路
５０ コントローラ

Claims (7)

1. エンジンの吸気通路と、
   この吸気通路と排気通路とを結び、排気の一部を前記吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、
   このＥＧＲ通路が前記吸気通路に開口する部分にて、前記ＥＧＲ通路の連通状態を可変にする第１弁と、
   運転状態に応じて前記第１弁の開度を制御するコントローラとを備え、
   このコントローラは所定のＥＧＲカット時に前記第１弁を閉弁させる構成としたことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
2. 前記所定のＥＧＲカット時は、エンジンの減速状態でのＥＧＲカット時であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気還流装置。
3. 前記コントローラは、エンジンの急減速時と緩減速時を判定し、エンジンの急減速時に、前記第１弁を閉弁させる構成としたことを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気還流装置。
4. 前記ＥＧＲ通路が前記吸気通路に連通する部分に容積部を形成し、この容積部の前記吸気通路への連通部に前記第１弁を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジンの排気還流装置。
5. 前記第１弁の上流のＥＧＲ通路に第２弁を設け、
   前記コントローラは、所定のＥＧＲカット時に前記第１弁を、第２弁の閉弁と同時に閉弁させる構成としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のエンジンの排気還流装置。
6. 前記第１弁の上流のＥＧＲ通路に第２弁を設け、
   前記コントローラは、所定のＥＧＲカット時に前記第１弁を、第２弁の閉弁に先立って閉弁させる構成としたことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のエンジンの排気還流装置。
7. 前記ＥＧＲ通路が前記吸気通路に連通する部分に容積部を形成し、
   この容積部は吸気通路の容積部であるコレクタの一部であり、
   前記第１弁はこのコレクタの容量を運転状態に応じて可変にする可変容量弁であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のエンジンの排気還流装置。

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