JP6075852B2

JP6075852B2 - エンジン

Info

Publication number: JP6075852B2
Application number: JP2012281650A
Authority: JP
Inventors: 敦仁岩瀬; 知広大谷; 智宏福田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-12-25
Also published as: JP2014125915A

Description

本発明は、エンジンに関する。詳しくは排気の一部を吸気に還流させるエンジンに関する。

従来、排気の一部を吸気に還流させるＥＧＲ装置（排気再循環システム）を設けたエンジンが知られている。ＥＧＲ装置によって吸気に酸素濃度の低い排気（ＥＧＲガス）を還流させることで燃焼温度を低下させ、窒素酸化物の発生を抑制するものである。吸気に還流させるＥＧＲガス重量（目標ＥＧＲガス流量）は、吸気圧力と排気圧力との差圧、及びＥＧＲガス重量を調整するＥＧＲ弁の開度に基づいて目標流量マップから算出される。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載のＥＧＲ装置は、単一の目標流量マップからＥＧＲガス重量が算出される。つまり、ＥＧＲガス重量は、差圧とＥＧＲ弁の開度とから一義的に算出される。しかし、エンジンの運転状態は、差圧とＥＧＲ弁の開度とから一義的に定まらない。つまり、エンジンの運転状態が異なっていても差圧と開度とがそれぞれ等しければ同一のＥＧＲガス重量が算出される。従って、エンジンの運転状態によっては実際のＥＧＲガス重量と算出されたＥＧＲガス重量との誤差が拡大し、ＥＧＲ装置による窒素酸化物の発生を抑制する効果が十分発揮されない場合があった。

特開２０１２−３１７４０号公報

本発明は、以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、運転状態に基づいたＥＧＲガス重量を算出することができるエンジンの提供を目的とする。

次に、該課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気に還流させるＥＧＲ装置を備えるエンジンであって、ＥＧＲガス重量を制限するＥＧＲ弁と、エンジンの吸気圧と排気圧との差であるＥＧＲ差圧を検出する差圧検出手段と、ＥＧＲ弁のＥＧＲ弁開度を変更してＥＧＲガス重量を調整する制御装置を具備し、前記制御装置は、前記ＥＧＲ弁開度と前記ＥＧＲ差圧とからＥＧＲ装置の有効通路断面積を算出する有効通路断面積マップを複数備え、前記吸気圧と前記排気圧との圧力比である吸排気圧力比と、排気圧とに基づいて、前記吸排気圧力比と所定値との大小を判定し、前記排気圧と所定値との大小を判定し、前記判定結果に基づいて、前記複数の有効通路断面積マップから一の有効通路断面積マップを選択し、複数の有効通路断面積マップのうち選択された一の有効通路断面積マップから有効通路断面積を算出するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

即ち、本発明によれば、複数の有効通路断面積マップの中からエンジンの運転状態に対応した有効通路断面積マップが選択され、その有効通路断面積マップから有効通路断面積が算出される。これにより、運転状態に基づいたＥＧＲガス重量を算出することができる。

本発明に係るエンジンの構成を示した概略図。本発明に係るエンジンの選択マップを示す図。本発明に係るエンジンの所定条件におけるＥＧＲ装置の有効通路断面積を示す図。本発明に係るエンジンの第一実施形態におけるＥＧＲ装置の有効通路断面積を算出する制御態様を表すフローチャートを示す図。本発明に係るエンジンの同一差圧の場合の各所定条件におけるＥＧＲ装置の有効通路断面積を示す図。本発明に係るエンジンの第二実施形態におけるＥＧＲ装置の有効通路断面積の閾値を示す図。本発明に係るエンジンの第二実施形態におけるＥＧＲ装置の有効通路断面積を算出する制御態様を表すフローチャートを示す図。

以下に、図１を用いて、本発明の第一実施形態に係るエンジン１について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、ディーゼルエンジン１であり、本実施形態においては、四つの気筒３・３・３・３を有する直列四気筒エンジン１である。

エンジン１は、吸気管２を介して気筒３の内部に供給される吸気と、燃料噴射弁４・４・４・４から気筒３の内部に供給される燃料とを、気筒３・３・３・３の内部において混合して燃焼させることで出力軸を回転駆動させる。エンジン１は、燃料の燃焼により発生する排気を、排気管５を介して外部へ排出する。

エンジン１は、エンジン回転数検出センサー６、燃料噴射弁の噴射量検出センサー７、ＥＧＲ装置８、及び制御装置であるＥＣＵ１５を具備する。

エンジン回転数検出センサー６は、エンジン１の回転数Ｎを検出するものである。エンジン回転数検出センサー６は、センサーとパルサーとから構成され、エンジン１の出力軸に設けられる。なお、本実施形態において、エンジン回転数検出センサー６をセンサーとパルサーとから構成しているが、回転数Ｎを検出することができるものであればよい。

噴射量検出センサー７は、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量Ｆを検出するものである。噴射量検出センサー７は、図示しない燃料供給管の途中部に設けられる。噴射量検出センサー７は、流量センサーから構成される。なお、本実施形態において、噴射量検出センサー７を流量センサーで構成しているがこれに限定するものでなく、燃料の噴射量Ｆを検出できるものであればよい。

ＥＧＲ装置８は、排気の一部を吸気に還流するものである。ＥＧＲ装置８は、ＥＧＲ管９、ＥＧＲ弁１０、吸気圧検出センサー１１、排気圧検出センサー１２、ＥＧＲガス温度検出センサー１３、開度検出センサー１４、ＥＧＲ制御部であるＥＣＵ１５を具備する。

ＥＧＲ管９は、排気を吸気管２に案内するための管である。ＥＧＲ管９は、吸気管２と排気管５とを連通するように設けられる。これにより、排気管５を通過する排気の一部がＥＧＲ管９を通じて吸気管２に案内される。すなわち、排気の一部がＥＧＲガスとして吸気に還流可能に構成される（以下、単に「ＥＧＲガス」と記す）。

ＥＧＲ弁１０は、ＥＧＲ管９を通過するＥＧＲガスの流量を制限するものである。ＥＧＲ弁１０は、ノーマルクローズドタイプの電磁式流量制御弁から構成される。ＥＧＲ弁１０は、ＥＧＲ管９の途中部に設けられる。ＥＧＲ弁１０は、後述のＥＣＵ１５からの信号を取得してＥＧＲ弁１０の開度を変更することができる。なお、本実施形態において、ＥＧＲ弁１０をノーマルクローズドタイプの電磁式流量制御弁から構成しているが、ＥＧＲガスの流量を制限することができるものであればよい。

差圧検出手段を構成する吸気圧検出センサー１１は、吸気圧Ｐ１を検出するものである。吸気圧検出センサー１１は、吸気圧Ｐ１を検出可能な吸気管２の途中部に配置される。同様に、差圧検出手段を構成する排気圧検出センサー１２は、排気圧Ｐ２を検出するものである。排気圧検出センサー１２は、排気圧Ｐ２を検出可能な排気管５の途中部に配置される。

ＥＧＲガス温度検出センサー１３は、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを検出するものである。ＥＧＲガス温度検出センサー１３は、熱電対から構成される。ＥＧＲガス温度検出センサー１３は、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒが検出可能なＥＧＲ管９の途中部に配置される。なお、本実施形態において、ＥＧＲガス温度検出センサー１３を熱電対から構成しているが、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを検出することができるものであればよい。

開度検出センサー１４は、ＥＧＲ弁開度Ｇを検出するものである。開度検出センサー１４は、位置検出センサーから構成される。開度検出センサー１４は、ＥＧＲ弁１０に設けられる。なお、本実施形態において、開度検出センサー１４を位置検出センサーから構成しているが、ＥＧＲ弁開度Ｇを検出することができるものであればよい。

ＥＣＵ１５は、エンジン１を制御するものである。具体的には、エンジン１本体やＥＧＲ装置８を制御する。ＥＣＵ１５には、エンジン１の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。ＥＣＵ１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

ＥＣＵ１５は、燃料噴射弁４・４・４・４と接続され、燃料噴射弁４・４・４・４を制御することが可能である。

ＥＣＵ１５は、エンジン回転数検出センサー６に接続され、エンジン回転数検出センサー６が検出する回転数Ｎを取得することが可能である。

ＥＣＵ１５は、噴射量検出センサー７に接続され、噴射量検出センサー７が検出する噴射量Ｆを取得することが可能である。

ＥＣＵ１５は、ＥＧＲ弁１０と接続され、ＥＧＲ弁１０の開閉を制御することが可能である。

ＥＣＵ１５は、差圧検出手段である吸気圧検出センサー１１及び排気圧検出センサー１２に接続され、吸気圧検出センサー１１が検出する吸気圧Ｐ１及び排気圧検出センサー１２が検出する排気圧Ｐ２を取得し、ＥＧＲ差圧ΔＰ、吸排気圧力比πを算出することが可能である。

ＥＣＵ１５は、ＥＧＲガス温度検出センサー１３に接続され、ＥＧＲガス温度検出センサー１３が検出するＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを取得することが可能である。

ＥＣＵ１５は、開度検出センサー１４に接続され、開度検出センサー１４が検出するＥＧＲ弁開度Ｇを取得することが可能である。

ＥＣＵ１５には、ＥＧＲ弁開度ＧとＥＧＲ差圧ΔＰとに基づいてＥＧＲ装置８の有効通路断面積Ａｒｅｄを算出するための有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・・Ｍｎ（本実施形態においては、有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４）が格納される。また、回転数Ｎと噴射量Ｆとに基づいて有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４のうち一の有効通路断面積マップＭｘを選択するための選択マップＭｙが格納される。

ＥＣＵ１５は、取得した回転数Ｎ及び噴射量Ｆに基づいて選択マップＭｙから一の有効通路断面積マップＭｘを選択することが可能である。吸気圧Ｐ１、排気圧Ｐ２、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ、ＥＧＲ弁開度Ｇ、に基づいて選択した一の有効通路断面積マップＭｘから有効通路断面積Ａｒｅｄを算出し、ＥＧＲ弁１０の開閉を制御することが可能である。

以下では、図２から図４を用いて、本発明の第一実施形態に係るエンジン１のＥＧＲ装置８におけるＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出するための制御態様について説明する。

ＥＣＵ１５は、取得した吸気圧Ｐ１及び排気圧Ｐ２に基づいて以下の数１に示すＥＧＲ差圧ΔＰを算出し、以下の数２に示す吸排気圧力比πを算出する。次に、図２に示すように、ＥＣＵ１５は、取得した回転数Ｎ及び噴射量Ｆに基づいて選択マップＭｙから有効通路断面積マップＭｘを選択する。さらに、図３に示すように、ＥＣＵ１５は、算出したＥＧＲ差圧ΔＰ及び取得したＥＧＲ弁開度Ｇに基づいて選択した有効通路断面積マップＭｘから有効通路断面積Ａｒｅｄを算出する。そして、ＥＣＵ１５は、取得した排気圧Ｐ２及びＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ、算出した吸排気圧力比π及び有効通路断面積Ａｒｅｄ、定数である排気比熱κ及び気体定数Ｒに基づいて以下の数３に示すＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出する。

次に、エンジン１のＥＧＲ装置８におけるＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出する制御態様について具体的に説明する。

図４に示すように、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１５は、エンジン回転数検出センサー６が検出する回転数Ｎ、噴射量検出センサー７が検出する噴射量Ｆ、開度検出センサー１４が検出するＥＧＲ弁開度Ｇ、吸気圧検出センサー１１が検出する吸気圧Ｐ１及び排気圧検出センサー１２が検出する排気圧Ｐ２、及びＥＧＲガス温度検出センサー１３が検出するＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒを取得し、ステップをステップＳ１２０に移行させる。

ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１５は、取得した吸気圧Ｐ１及び排気圧Ｐ２からＥＧＲ差圧ΔＰと吸排気圧力比πとを算出し、ステップをステップＳ１３０に移行させる。

ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１５は、取得した回転数Ｎ及び噴射量Ｆに基づいて選択マップＭｙから一の有効通路断面積マップＭｘを選択し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１４０において、ＥＣＵ１５は、算出したＥＧＲ差圧ΔＰ及び取得したＥＧＲ弁開度Ｇに基づいて有効通路断面積マップＭｘから有効通路断面積Ａｒｅｄを算出し、ステップをステップＳ１５０に移行させる。

ステップＳ１５０において、ＥＣＵ１５は、取得した吸気圧Ｐ１、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ、算出した吸排気圧力比π、有効通路断面積Ａｒｅｄ、定数である排気比熱κ及び気体定数ＲからＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出し、算出したＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒに基づいてＥＧＲ弁開度Ｇを制御する。ＥＣＵ１５は、ステップをステップＳ１１０に移行させる。

すなわち、図５に示すように、ＥＧＲ装置８は、エンジン１の回転数Ｎ及び噴射量Ｆの状態が異なる場合、ＥＧＲ差圧ΔＰ及びＥＧＲ弁開度Ｇが同一であっても有効通路断面積Ａｒｅｄが異なる値となる場合がある。従って、ＥＣＵ１５は、回転数Ｎ及び噴射量Ｆの状態に基づいて最適な有効通路断面積マップＭｘを選択するように制御を行う（図２参照）。

これにより、エンジン１の運転状態が異なっていてもＥＧＲ差圧ΔＰ及びＥＧＲ弁開度Ｇに基づいてＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒが算出される。従って、ＥＧＲ装置８による窒素酸化物の発生を抑制する効果が適切に発揮される。

以上の如く、本発明の第一実施形態に係るエンジン１は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気に還流させるＥＧＲ装置８を備えるエンジン１であって、ＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを制限するＥＧＲ弁１０と、吸気圧Ｐ１と排気圧Ｐ２との差圧を検出する差圧検出手段である吸気圧検出センサー１１及び排気圧検出センサー１２と、ＥＧＲ弁１０のＥＧＲ弁開度Ｇを変更してＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを調整する制御装置であるＥＣＵ１５を具備し、ＥＣＵ１５は、ＥＧＲ弁開度ＧとＥＧＲ差圧ΔＰとからＥＧＲ装置８の有効通路断面積Ａｒｅｄを算出する有効通路断面積マップＭｘを複数備え、複数の有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４のうち選択された一の有効通路断面積マップＭｘから有効通路断面積Ａｒｅｄを算出するものである。

また、ＥＣＵ１５は、エンジン１の回転数Ｎと噴射量Ｆとに基づいて複数の有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４から一の有効通路断面積マップＭｘを選択するものである。

このように構成することにより、複数の有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４の中からエンジン１の運転状態に対応した有効通路断面積マップＭｘが選択される。これにより、運転状態に基づいたＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出することができる。

次に、図１、図６及び図７を用いて、本発明に係るエンジン１の第二実施形態であるエンジン１について説明する。なお、以下の実施形態において、既に説明した実施形態と同様の点に関してはその具体的説明を省略し、相違する部分を中心に説明する。

図１に示すように、ＥＣＵ１５は、排気圧Ｐ２と吸排気圧力比πとに基づいてＥＧＲ装置８の有効通路断面積Ａｒｅｄを算出するための有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・・Ｍｎ（本実施形態においては、有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４）のうち一の有効通路断面積マップＭｘを選択することが可能である。

以下では、本発明の第一実施形態に係るエンジン１のＥＧＲ装置８におけるＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出するための制御態様について説明する。

図６に示すように、ＥＣＵ１５は、取得した排気圧Ｐ２及び算出した吸排気圧力比πに基づいてＥＧＲ装置８の有効通路断面積Ａｒｅｄを算出するために適した有効通路断面積マップＭｘを選択する。具体的には、ＥＣＵ１５は、吸排気圧力比πが所定値Ｘよりも大きく、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きい場合（図６における領域Ｄ）、有効通路断面積マップＭ４を選択する。また、ＥＣＵ１５は、吸排気圧力比πが所定値Ｘよりも大きく、排気圧Ｐ２が所定値Ｙ以下である場合（図６における領域Ｃ）、有効通路断面積マップＭ３を選択する。また、ＥＣＵ１５は、吸排気圧力比πが所定値Ｘ以下であり、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きい場合（図６における領域Ｂ）、有効通路断面積マップＭ２を選択する。また、ＥＣＵ１５は、吸排気圧力比πが所定値Ｘ以下であり、排気圧Ｐ２が所定値Ｙ以下である場合（図６における領域Ａ）、有効通路断面積マップＭ１を選択する。

次に、エンジン１のＥＧＲ装置８におけるＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出するための制御態様について具体的に説明する。

ステップ１１０からステップ１２０において、ＥＣＵ１５は、上述した制御と同一の制御を行う。

ステップＳ１３１において、ＥＣＵ１５は、吸排気圧力比πが所定値Ｘよりも大きいか否か判定する。その結果、吸排気圧力比πが所定値Ｘよりも大きいと判定した場合、ＥＣＵ１５はステップをステップＳ１３２に移行させる。一方、吸排気圧力比πが所定値Ｘよりも大きくないと判定した場合、ＥＣＵ１５はステップをステップＳ２３２に移行させる。

ステップＳ１３２において、ＥＣＵ１５は、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きいか否か判定する。その結果、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きいと判定した場合、ＥＣＵ１５はステップをステップＳ１３３に移行させる。一方、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きくないと判定した場合、ＥＣＵ１５はステップをステップＳ４３３に移行させる。

ステップＳ１３３において、ＥＣＵ１５は、有効通路断面積マップＭ４を選択し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ１４０からステップ１５０において、ＥＣＵ１５は、上述した制御と同一の制御を行う。

ステップＳ２３２において、ＥＣＵ１５は、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きいか否か判定する。その結果、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きいと判定した場合、ＥＣＵ１５はステップをステップＳ２３３に移行させる。一方、排気圧Ｐ２が所定値Ｙよりも大きくないと判定した場合、ＥＣＵ１５はステップをステップＳ３３３に移行させる。

ステップＳ２３３において、ＥＣＵ１５は、有効通路断面積マップＭ２を選択し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ３３３において、ＥＣＵ１５は、有効通路断面積マップＭ１を選択し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

ステップＳ４３３において、ＥＣＵ１５は、有効通路断面積マップＭ３を選択し、ステップをステップＳ１４０に移行させる。

以上の如く、本発明の第二実施形態に係るエンジン１は、ＥＣＵ１５は、吸気圧Ｐ１と排気圧Ｐ２との吸排気圧力比πと、排気圧Ｐ２とに基づいて複数の有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４から一の有効通路断面積マップＭｘを選択するものである。このように構成することにより、複数の有効通路断面積マップＭ１・Ｍ２・Ｍ３・Ｍ４の中からエンジン１の運転状態に対応した有効通路断面積マップＭｘが選択される。これにより、運転状態に基づいたＥＧＲガス重量Ｍｅｇｒを算出することができる。

１エンジン
８ＥＧＲ装置
１０ＥＧＲ弁
１１吸気圧検出センサー
１２排気圧検出センサー
１５ＥＣＵ
ＭｅｇｒＥＧＲガス重量
ＧＥＧＲ弁開度
ΔＰＥＧＲ差圧
Ａｒｅｄ有効通路断面積
Ｍｘ有効通路断面積マップ

Claims

排気の一部をＥＧＲガスとして吸気に還流させるＥＧＲ装置を備えるエンジンであって、
ＥＧＲガス重量を制限するＥＧＲ弁と、
エンジンの吸気圧と排気圧との差であるＥＧＲ差圧を検出する差圧検出手段と、
ＥＧＲ弁のＥＧＲ弁開度を変更してＥＧＲガス重量を調整する制御装置を具備し、
前記制御装置は、
前記ＥＧＲ弁開度と前記ＥＧＲ差圧とからＥＧＲ装置の有効通路断面積を算出する有効通路断面積マップを複数備え、
前記吸気圧と前記排気圧との圧力比である吸排気圧力比と、排気圧とに基づいて、前記吸排気圧力比と所定値との大小を判定し、前記排気圧と所定値との大小を判定し、
前記判定結果に基づいて、前記複数の有効通路断面積マップから一の有効通路断面積マップを選択し、
複数の有効通路断面積マップのうち選択された一の有効通路断面積マップから有効通路断面積を算出する
エンジン。