JP2010116853A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】EGR量を増量するEGR過渡期における大流量の排気還流を抑制することができる排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。
【解決手段】排気ガス再循環装置1は、吸気ポート22に開口する第1の出口10aと、サージタンク5の上流に開口する第2の出口10bとを備えた排気ガス再循環通路10と備える。また、この排気ガス再循環通路10の排気ガス再循環量を制御するEGR制御弁11、第1の出口10aと第2の出口10bとを切り換える出口切替弁13を備える。さらに、吸気圧センサ9と、排気圧センサ8と、これらの吸気圧センサ9により取得された吸気圧と排気圧センサ8により取得された排気圧とに基づいて、出口切替弁13を制御するCDU14を備えている。
【選択図】図2
【解決手段】排気ガス再循環装置1は、吸気ポート22に開口する第1の出口10aと、サージタンク5の上流に開口する第2の出口10bとを備えた排気ガス再循環通路10と備える。また、この排気ガス再循環通路10の排気ガス再循環量を制御するEGR制御弁11、第1の出口10aと第2の出口10bとを切り換える出口切替弁13を備える。さらに、吸気圧センサ9と、排気圧センサ8と、これらの吸気圧センサ9により取得された吸気圧と排気圧センサ8により取得された排気圧とに基づいて、出口切替弁13を制御するCDU14を備えている。
【選択図】図2
Description
本発明は、排気ガス再循環装置に関する。
従来、排気ガスを各気筒の吸排気系の2箇所に独立に還流する機構を有し、エンジンの運転状態により2系統の排気還流路を切り替え、EGRバルブを制御することで気筒間のバラツキを解消する排気還流制御装置が知られている(特許文献1参照)。
ところで、特許文献1に開示された排気還流制御装置をはじめ、外部排気再循環(外部EGR)によって大量の排気ガスを還流させるシステムにおいて、高速で開閉可能なEGR弁を有する場合、燃焼限界を超越するような過度の排気ガス還流が起こることが懸念される。このような過度の排気ガス還流が発生すると失火が誘発される。
大量の排気還流が起こるメカニズムは以下の如くである。
EGR流量は、吸排気管内圧力比、及び、EGR弁の絞り度合い、すなわち、流量係数によって決定される。このような状況下、近年、排気ガス再循環量を制御する弁、すなわち、EGR制御弁の動作速度が向上している。EGR制御弁の動作速度が速い場合、吸排気管圧力比が高く、かつ、EGR制御弁の流量係数が高い、すなわち、絞り度合いが低い状態が出現し得る。このような状態が出現すると、EGR量を増量する過渡状態において瞬間的に非常に大流量の排気還流が起こる。
このようなメカニズムにより大流量の排気還流が起こると、EGR量を増量するEGR過渡時に燃焼の不安定化や失火によるドラビリ悪化、エミッション悪化が引き起こされるおそれがある。
EGR流量は、吸排気管内圧力比、及び、EGR弁の絞り度合い、すなわち、流量係数によって決定される。このような状況下、近年、排気ガス再循環量を制御する弁、すなわち、EGR制御弁の動作速度が向上している。EGR制御弁の動作速度が速い場合、吸排気管圧力比が高く、かつ、EGR制御弁の流量係数が高い、すなわち、絞り度合いが低い状態が出現し得る。このような状態が出現すると、EGR量を増量する過渡状態において瞬間的に非常に大流量の排気還流が起こる。
このようなメカニズムにより大流量の排気還流が起こると、EGR量を増量するEGR過渡時に燃焼の不安定化や失火によるドラビリ悪化、エミッション悪化が引き起こされるおそれがある。
そこで、本発明は、EGR量を増量するEGR過渡期における大流量の排気還流を抑制することができる排気ガス再循環装置を提供することを目的とする。
かかる課題を解決するために、本明細書開示の排気ガス再循環装置は、吸気ポートに開口する第1の出口と、サージタンクの上流に開口する第2の出口とを備えた排気ガス再循環通路と、当該排気ガス再循環通路の排気ガス再循環量を制御する制御弁と、前記第1の出口と前記第2の出口とを切り換える出口切替弁と、吸気圧センサと、排気圧センサと、前記吸気圧センサにより取得された吸気圧と前記排気圧センサにより取得された排気圧とに基づいて、前記出口切替弁を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
このように吸気圧と排気圧との差に基づいて排気ガスの再循環制御を行うことにより、大流量の排気還流が発生することを抑制することができる。
本明細書開示の排気ガス再循環装置によれば、EGR過渡期における大流量の排気還流を抑制することができる
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
図1は、実施例の排気ガス再循環装置1を備えたエンジン100の吸排気系周辺を示した説明図である。
エンジン100は、シリンダヘッド2は、排気ポート21、吸気ポート22を有しており、排気バルブ23、吸気バルブ24が組み込まれている。エンジン100の排気ポート21には排気管3が接続されている。排気管3には排気圧センサ8が設けられている。また、エンジン100の吸気ポート22には吸気管4が接続されている。吸気管4にはサージタンク5が設けられている。サージタンク5には吸気圧センサ9が設けられている。エンジン100は、吸気ポート22に混合気を供給できるようにインジェクター25を備えている。吸気管4のサージタンク5の上流側にはスロットル6及びスロットル開度センサ7が装着されている。
エンジン100は、シリンダヘッド2は、排気ポート21、吸気ポート22を有しており、排気バルブ23、吸気バルブ24が組み込まれている。エンジン100の排気ポート21には排気管3が接続されている。排気管3には排気圧センサ8が設けられている。また、エンジン100の吸気ポート22には吸気管4が接続されている。吸気管4にはサージタンク5が設けられている。サージタンク5には吸気圧センサ9が設けられている。エンジン100は、吸気ポート22に混合気を供給できるようにインジェクター25を備えている。吸気管4のサージタンク5の上流側にはスロットル6及びスロットル開度センサ7が装着されている。
排気管3と吸気管4との間には、排気ガス再循環(EGR)装置が設けられている。すなわち、排気管3と吸気管4とは、排気ガス再循環通路(以下、EGR通路という)10によって接続されている。このEGR通路10には、本発明における制御弁に相当するEGR制御弁11が設けられている。
EGR通路10は、途中で二股に分岐している。その一方は、吸気バルブ24の直前の吸気ポート22に開口する第1の出口10aを有し、他方は、サージタンク5の上流に開口する第2の出口10bを有している。またEGR通路10の分岐点には、出口切替弁13が設けられている。第1の出口10aが選択された場合にEGRの流路は長管となり、第2の出口10bが選択されたときにEGRの流路は短管となる。
EGR通路10は、途中で二股に分岐している。その一方は、吸気バルブ24の直前の吸気ポート22に開口する第1の出口10aを有し、他方は、サージタンク5の上流に開口する第2の出口10bを有している。またEGR通路10の分岐点には、出口切替弁13が設けられている。第1の出口10aが選択された場合にEGRの流路は長管となり、第2の出口10bが選択されたときにEGRの流路は短管となる。
制御装置1は、制御部に相当するECU(Electronic control unit)14を備えている。ECU14は、エンジン100の各部の制御を行うものであり、リードオンリーメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、中央演算装置(CPU)、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ(DAコンバータ)、アナログデジタルコンバータ(ADコンバータ)等を双方向バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成されている。
このECU14には、スロットル開度センサ7、排気圧センサ8、吸気圧センサ9が電気的に接続されている。また、エンジン回転数センサ15、エンジン吸気流量センサ16、吸排気バルブタイミングセンサ17、水温センサ27、イグニション28が電気的に接続されている。さらに、バルブオーバーラップ調節機構18、EGR制御弁11、出口切替弁13、インジェクター25が接続されている。なお、ECU14には、エンジン100を制御するための各種センサ類が接続されている。
以上のような排気ガス再循環装置1を備えたエンジン100の動作につき、図2に示すフロー図を参照しつつ説明する。排気ガス再循環装置1における各種盛業はECU14によって行われる。
ECU14は、まず、ステップS1において、イグニション28がon状態となっているか否かの判断をする。このステップS1においてyesと判断したときは、ステップS2へ進む。一方、ステップS1でnoと判断したときは、ステップS1の処理を繰り返す。
ステップS2では、エンジン100の暖機が完了したか否かの判断を行う。暖機が完了したか否かは水温センサ27により取得された水温データに基づき判断する。水温データが予め定めたエンジン暖機に関する閾値を越えていればエンジン100の暖機は完了していると判断する。エンジン100の暖機が完了しており、ステップS2でyesと判断したときは、ステップS3へ進む。一方、ステップS2でnoと判断したときは、ステップS1からの処理を繰り返す。
ステップS3では、ECU14は、エンジン回転数センサ15より、エンジン回転数:Neを取得する。また、ステップS3に引き続いて行うステップS4において、エンジン吸気流量センサ16より、吸入空気量:GAを取得する。なお、ステップS3の処理と、ステップS4の処理は、順番を入れ換えて行ってもよいし、同時に行うようにしてもよい。
ステップS3、ステップS4の処理を終えた後は、ステップS5へ進む。ステップS5では、EGR目標値:EGRtを算出する。ここで、EGRtは、図3にその一例を示すマップを参照することによって算出する。マップは、ECU14内に格納されている。マップは、横軸にエンジン回転数Neが設定され、エンジン回転数Neに応じたEGRtが求められるようになっている。
ステップS5に引き続き行うステップS6では、吸気圧センサ9により吸気管圧力:Pmを取得する。また、ステップS7では、排気圧センサ8により排気管圧力:Pexを取得する。なお、ステップS6の処理と、ステップS7の処理は、順番を入れ換えて行ってもよいし、同時に行うようにしてもよい。
ステップS6、S7の処理を終えた後、ステップS8において、EGR制御弁11の開度目標値:θtを算出する。開度目標値:θtは、以下の工程を経て算出する。
まず、式1より、定常目標EGR流量:MEGRstを算出する
式1
MEGRst=GA×EGRt
まず、式1より、定常目標EGR流量:MEGRstを算出する
式1
MEGRst=GA×EGRt
そして、EGR制御弁11の制御弁開口面積:AE1を下記式2により算出する。ここで、式2は、EGRの流れを可逆断熱圧縮・膨張過程にあると仮定し、1次元渦無し流れの式として構築されている。
式2
ρ0:常温常圧時排気ガス密度
a0:モデル定数
γ:新気、排気ガス平均比熱比(=1.3)
式2
ρ0:常温常圧時排気ガス密度
a0:モデル定数
γ:新気、排気ガス平均比熱比(=1.3)
次に、式2により算出した制御弁開口面積:AE1に基づいて開度目標値:θtを算出する。具体的には、図4に示すマップを参照することによって算出する。図4に示すマップは、横軸に制御弁開口面積:AE1がとられ、縦軸に開度目標値:θtがとられており、このマップを参照することにより開度目標値:θtが算出される。
ステップS8の処理を終えた後は、ステップS9へ進む。ステップS9では、EGR制御弁開度現在値:θpを取得する。ECU14は、EGR制御弁11に開閉指令を行うが、このときの指令値がEGR制御弁開度現在値:θpとして利用される。
ステップS10では、EGRが過渡状態にあるか否かを判断する。すなわち、非定常判定を行う。ここで、定常状態とは、EGR量が増加している状態であり、非定常状態とは、EGR量が一定であるか又は減少している状態を指す。
非定常判定は、ステップS8で算出したEGR制御弁目標値:θtと、ステップS9で算出したEGR制御弁開度現在値:θpを用いて行う。
具体的には、
θt−θp>C1 非定常判定 →yes
θt−θp≦C1 定常判定 →no
との判定を行う。
ここで、C1は予め設定された閾値である。
非定常判定は、ステップS8で算出したEGR制御弁目標値:θtと、ステップS9で算出したEGR制御弁開度現在値:θpを用いて行う。
具体的には、
θt−θp>C1 非定常判定 →yes
θt−θp≦C1 定常判定 →no
との判定を行う。
ここで、C1は予め設定された閾値である。
ステップS10でyesと判断したときはステップS11へ進む。一方、ステップS10でnoと判断したときは、ステップS1からの処理を繰り返す。ステップS11では、吸排気管圧力比の判定を行う。吸排気管圧力比判定を行うことにより、EGRのオーバーシュートが発生するか否かの判定を行う。
吸排気管圧力比判定は、ステップS6で取得した吸気管圧力:Pmと、ステップS7で取得した排気管圧力:Pexを用いて行う。
具体的には、
Pex/Pm>C2 オーバーシュート発生 →yes
Pex/Pm≦C2 オーバーシュート回避 →no
との判定を行う。
ここで、C2は予め設定された閾値である。
吸排気管圧力比判定は、ステップS6で取得した吸気管圧力:Pmと、ステップS7で取得した排気管圧力:Pexを用いて行う。
具体的には、
Pex/Pm>C2 オーバーシュート発生 →yes
Pex/Pm≦C2 オーバーシュート回避 →no
との判定を行う。
ここで、C2は予め設定された閾値である。
ステップS11でnoと判断したときは、ステップS12へ進む。ステップS12では、第2の出口10bが開口するように出口切替弁13を切り換える。そしてステップS13へ進み、EGR制御弁開度:θEGRをステップS8で算出したθtに設定する。ステップS13の処理が終了した後は、制御はリターンとなる。
一方、ステップS11でyesと判断したときはステップS14へ進む。ステップS14では、ステップS14では、第1の出口10aが開口するように出口切替弁13を切り換える。ステップS14の処理を終えるとステップS15へ進む。ステップS15では、バルブオーバーラップ縮小量:ΔOLを算出する。また、ステップS16では、吸排気バルブタイミングセンサ17により、現在のバルブオーバーラップ量であるバルブオーバーラップ現在量OLpを取得する。そして、ステップS17において、OLp>ΔOLの条件を満たすか否かの判断を行う。
このステップS17においてyesと判断したときは、ステップS18へ進む。ステップS18では、バルブオーバーラップ調節機構18により調節される新たなバルブオーバーラップ量:OLとしてOLp−ΔOLを設定する。ステップS18の処理を終えるとステップS13へ進む。ステップS13では、上述したようにEGR制御弁開度:θEGRをステップS8で算出したθtに設定する。ステップS13の処理が終了した後は、制御はリターンとなる。
一方、ステップS17においてnoと判断したときは、ステップS19へ進む。ステップS19では、バルブオーバーラップ調節機構18により調節される新たなバルブオーバーラップ量:OLを0に設定する。そして、ステップS20へ進む。ステップS20では、空燃比リッチ補正を行う。ステップS20の処理を終えるとステップS13へ進む。ステップS13では、上述したようにEGR制御弁開度:θEGRをステップS8で算出したθtに設定する。ステップS13の処理が終了した後は、制御はリターンとなる。
排気ガス再循環装置1による以上のような制御が行われることにより、過度の、すなわち、燃焼限界を越えるほどの排気ガス還流による失火を抑制することができる。また、これとともに素早いEGR応答を得ることができ、ドライバビリティ、エミッション、燃費性能を高次元でバランスさせることができる。
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
1…排気ガス再循環装置 2…シリンダヘッド
3…排気管 4…吸気管
5…サージタンク 6…スロットル
7…スロットル開度センサ 8…排気圧センサ
9…吸気圧センサ 10…EGR通路
10a…第1の出口 10b…第2の出口
11…EGR制御弁 13…出口切替弁
14…ECU 15エンジン回転数センサ
16…エンジン吸気流量センサ 17…吸排気バルブタイミングセンサ
18…バルブオーバーラップ調節機構 21…排気ポート
22…吸気ポート 23…排気バルブ
24…吸気バルブ 25…インジェクター
27…水温センサ 28…イグニション
100…エンジン
3…排気管 4…吸気管
5…サージタンク 6…スロットル
7…スロットル開度センサ 8…排気圧センサ
9…吸気圧センサ 10…EGR通路
10a…第1の出口 10b…第2の出口
11…EGR制御弁 13…出口切替弁
14…ECU 15エンジン回転数センサ
16…エンジン吸気流量センサ 17…吸排気バルブタイミングセンサ
18…バルブオーバーラップ調節機構 21…排気ポート
22…吸気ポート 23…排気バルブ
24…吸気バルブ 25…インジェクター
27…水温センサ 28…イグニション
100…エンジン
Claims (1)
- 吸気ポートに開口する第1の出口と、サージタンクの上流に開口する第2の出口とを備えた排気ガス再循環通路と、
当該排気ガス再循環通路の排気ガス再循環量を制御する制御弁と、
前記第1の出口と前記第2の出口とを切り換える出口切替弁と、
吸気圧センサと、
排気圧センサと、
前記吸気圧センサにより取得された吸気圧と前記排気圧センサにより取得された排気圧とに基づいて、前記出口切替弁を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする排気ガス再循環装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008290961A JP2010116853A (ja) | 2008-11-13 | 2008-11-13 | 排気ガス再循環装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008290961A JP2010116853A (ja) | 2008-11-13 | 2008-11-13 | 排気ガス再循環装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010116853A true JP2010116853A (ja) | 2010-05-27 |
Family
ID=42304666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008290961A Pending JP2010116853A (ja) | 2008-11-13 | 2008-11-13 | 排気ガス再循環装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010116853A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015090080A (ja) * | 2013-11-05 | 2015-05-11 | キャタピラー エス エー アール エル | 作業機械 |
-
2008
- 2008-11-13 JP JP2008290961A patent/JP2010116853A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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