JP2013245589A - Exhaust gas recirculation apparatus for engine - Google Patents
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Abstract
【課題】EGR通路に作用する排気圧力又は吸気圧力の脈動に対応してEGR弁を閉弁状態から開弁させることで、EGR弁に作用する負荷を軽減させること。
【解決手段】EGR装置は、EGR通路17と、EGR通路17におけるEGR流量を調節するためにEGR通路17に設けられたEGR弁18とを備える。EGR弁18は、弁体33が弁座32に着座した閉弁状態から弁体33をエンジン1の排気圧力又は吸気圧力に抗してEGR通路17の上流側へ移動させることで開弁するタイプである。エンジン1の運転状態に応じてEGR弁18を制御する電子制御装置(ECU)50は、EGR弁18を閉弁状態から開弁させるときには、エンジン1の排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を避けてEGR弁18の開弁を開始させる。
【選択図】 図1A load acting on an EGR valve is reduced by opening the EGR valve from a closed state in response to pulsation of exhaust pressure or intake pressure acting on an EGR passage.
An EGR device includes an EGR passage and an EGR valve provided in the EGR passage to adjust an EGR flow rate in the EGR passage. The EGR valve 18 is a type that is opened by moving the valve body 33 to the upstream side of the EGR passage 17 against the exhaust pressure or intake pressure of the engine 1 from the closed state in which the valve body 33 is seated on the valve seat 32. It is. An electronic control unit (ECU) 50 that controls the EGR valve 18 according to the operating state of the engine 1 determines when the exhaust pressure or the intake pressure of the engine 1 reaches a peak when the EGR valve 18 is opened from the closed state. Avoid opening the EGR valve 18.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、エンジンから排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流してエンジンへ還流させるエンジンの排気還流装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an engine, in which a part of exhaust gas discharged from an engine to an exhaust passage flows into an intake passage and is returned to the engine.
従来、この種の技術が、例えば、自動車用エンジンにおいて採用されている。排気還流装置(Exhaust Gas Recirculation(EGR)装置)は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される燃焼後の排気の一部をEGR通路を介して吸気通路へ導き、吸気通路を流れる吸気と混合させて燃焼室へ還流させるようになっている。EGR通路を流れるEGRガスは、EGR通路に設けられるEGR弁により調節されるようになっている。このEGRによって、主として排気中の窒素酸化物(NOx)を低減させことができ、エンジンの部分負荷時における燃費向上を図ることができる。 Conventionally, this type of technology has been employed in, for example, automobile engines. An exhaust gas recirculation (EGR) device guides part of the exhaust after combustion discharged from the combustion chamber of the engine to the exhaust passage to the intake passage via the EGR passage, and mixes it with the intake air flowing through the intake passage It is made to return to a combustion chamber. EGR gas flowing through the EGR passage is adjusted by an EGR valve provided in the EGR passage. With this EGR, nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas can be mainly reduced, and fuel consumption can be improved at the time of partial load of the engine.
エンジンの排気は、酸素が含まれていないか酸素が希薄な状態にある。従って、EGRにより排気の一部を吸気と混ぜることで、吸気中の酸素濃度が低下する。このため、燃焼室では、酸素濃度が低い状態で燃料が燃焼することから、燃焼時のピーク温度が低下し、NOxの発生を抑制することができる。ガソリンエンジンでは、EGRにより吸気中の酸素含有量を増加させることなく、スロットルバルブをある程度閉じた状態においても、エンジンのポンピングロスを低減することができる。 The engine exhaust is either free of oxygen or lean. Therefore, by mixing a part of the exhaust gas with the intake air by EGR, the oxygen concentration in the intake air decreases. For this reason, in the combustion chamber, fuel burns in a state where the oxygen concentration is low, so that the peak temperature at the time of combustion is lowered and the generation of NOx can be suppressed. In a gasoline engine, the pumping loss of the engine can be reduced even when the throttle valve is closed to some extent without increasing the oxygen content in the intake air by EGR.
ここで、近時は、エンジンの更なる燃費向上を図るために、エンジンの全運転領域でEGRを行うことが考えられ、大量EGRを実現することが求められている。大量EGRを実現するためには、従前の技術に対し、EGR通路の内径を拡大したり、EGR弁の弁体や弁座の流路開口面積を大きくしたりする必要がある。 Here, recently, in order to further improve the fuel efficiency of the engine, it is conceivable to perform EGR in the entire operation region of the engine, and it is required to realize a large amount of EGR. In order to realize a large amount of EGR, it is necessary to enlarge the inner diameter of the EGR passage or increase the flow passage opening area of the valve body or the valve seat of the EGR valve as compared with the conventional technology.
下記の特許文献1には、過給機付きディーゼルエンジンに設けられるEGR装置が開示されている。過給機付きディーゼルエンジンでは、エンジン回転速度が増加するに従い、あるいは、エンジン負荷が高くなるに従い、吸気圧力が排気圧力よりも高くなってしまう。このため、主として軽負荷領域でしかEGRを行うことができず、高負荷領域ではEGRを行うことができなかった。そこで、特許文献1に記載のEGR装置では、エンジンの各気筒の排気ポートに接続する排気マニホールドの分岐管部のそれぞれに、排気圧力に脈動が生じるタイミングで周期的に動作して吸気圧力より高い排気圧力をEGR通路へ導くロータリー弁を設けている。この構成により、排気ポートから排出される排気の一部を、高い排気圧力を利用してEGR通路へ導き、吸気圧力に抗して吸気通路へ流して燃焼室へ還流させるようにしている。これにより、エンジンにおいて吸排気のポンピングロスをなくし、高負荷領域でもEGRを行えるようにしている。
ところが、特許文献1に記載のEGR装置では、エンジンの吸気圧力及び排気圧力がピークとなるタイミングにおいてEGR弁を閉弁状態から開弁しようとした場合に、EGR弁の上流側と下流側との間の圧力差が過大となり、弁体が開き難くなり、EGR弁の駆動機構に過大な負荷がかかるおそれがあった。このため、EGR弁の駆動機構に故障のおそれがあり、駆動機構がモータを含む場合は、モータに脱調が起きてモータを狙い通りに制御できなくなり、EGR弁の開度を正確に調節できなくなるおそれがあった。このような問題は、EGR装置を大量EGRに対応させるために、EGR通路の流路径を拡げたり、EGR弁の弁体や弁座を大型化したりした場合により顕著になると考えられる。
However, in the EGR device described in
この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気還流通路に作用する排気圧力又は吸気圧力の脈動に対応して排気還流弁を閉弁状態から開弁させることで、排気還流弁に作用する負荷を軽減することを可能としたエンジンの排気還流装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to open the exhaust gas recirculation valve from the closed state in response to the pulsation of the exhaust pressure or the intake pressure acting on the exhaust gas recirculation passage. Another object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device for an engine that can reduce the load acting on the exhaust gas recirculation valve.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、エンジンの燃焼室から排気通路へ排出される排気の一部を吸気通路へ流して燃焼室へ還流させる排気還流通路と、排気還流通路における排気流量を調節するために排気還流通路に設けられた排気還流弁とを備えたエンジンの排気還流装置において、排気還流弁は、弁座と弁体を含み、弁体が弁座に着座した閉弁状態から弁体をエンジンの排気圧力又は吸気圧力に抗して排気還流通路の上流側へ移動させることで開弁するタイプであることと、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を検出するための圧力ピーク時期検出手段と、排気還流弁をエンジンの運転状態に応じて制御するための制御手段とを備え、制御手段は、排気還流弁を閉弁状態から開弁させるときには、圧力ピーク時期検出手段により検出される排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を避けて排気還流弁の開弁を開始させることを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas recirculation passage for flowing a part of exhaust discharged from a combustion chamber of an engine to an exhaust passage to the intake passage and returning the exhaust gas to the combustion chamber; An exhaust gas recirculation apparatus for an engine having an exhaust gas recirculation valve provided in an exhaust gas recirculation passage for adjusting an exhaust gas flow rate in the passage. The exhaust gas recirculation valve includes a valve seat and a valve body, and the valve body is seated on the valve seat. From the closed state, the valve body is opened by moving it upstream of the exhaust gas recirculation passage against the exhaust pressure or intake pressure of the engine, and the exhaust pressure or intake pressure of the engine peaks. Pressure peak timing detection means for detecting the timing, and control means for controlling the exhaust gas recirculation valve in accordance with the operating state of the engine, the control means when opening the exhaust gas recirculation valve from the closed state ,pressure Exhaust pressure or intake pressure is detected and spirit that initiates the opening of the EGR valve to avoid the time when the peak by chromatography click timing detection means.
上記発明の構成によれば、排気還流通路における排気流量を調節するために、排気還流弁がエンジンの運転状態に応じて制御手段により制御される。そして、排気還流弁を閉弁状態から開弁させるときには、圧力ピーク時期検出手段により検出される排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を避けて、排気還流弁の開弁が開始される。従って、排気還流弁が、閉弁状態から弁体をエンジンの排気圧力又は吸気圧力に抗して排気還流通路の上流側へ移動させることで開弁するタイプであっても、その開弁の際に、弁体に過大な排気圧力又は吸気圧力が作用することがない。 According to the configuration of the invention, the exhaust gas recirculation valve is controlled by the control means in accordance with the operating state of the engine in order to adjust the exhaust gas flow rate in the exhaust gas recirculation passage. When the exhaust gas recirculation valve is opened from the closed state, the exhaust gas recirculation valve is opened to avoid the time when the exhaust pressure or the intake pressure detected by the pressure peak timing detection means reaches a peak. Therefore, even if the exhaust gas recirculation valve is of a type that opens from the closed state by moving the valve body upstream of the exhaust gas recirculation passage against the exhaust pressure or intake pressure of the engine, In addition, an excessive exhaust pressure or intake pressure does not act on the valve body.
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、圧力ピーク時期検出手段は、エンジンのクランク角を検出するためのクランク角センサと、検出されるクランク角に基づいて排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を判断するための判断手段とを備えたことを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the pressure peak timing detection means is detected with a crank angle sensor for detecting the crank angle of the engine. It is intended to include determination means for determining when the exhaust pressure or the intake pressure reaches a peak based on the crank angle.
上記発明の構成によれば、請求項1に記載の発明の作用に加え、クランク角センサにより検出されるエンジンのクランク角に基づいて、判断手段により、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期が正確に検出される。
According to the configuration of the above invention, in addition to the operation of the invention described in
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の発明において、判断手段は、検出されるクランク角に基づいてエンジンの回転速度を算出し、算出されるエンジンの回転速度に応じて排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を判断することを趣旨とする。 In order to achieve the above object, according to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the judging means calculates the engine speed based on the detected crank angle, and calculates the calculated engine. The purpose is to determine the time when the exhaust pressure or the intake pressure reaches a peak according to the rotation speed of the engine.
上記発明の構成によれば、請求項2に記載の発明の作用に加え、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期が、エンジンの回転速度に応じて判断手段により判断されるので、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期がより正確に検出される。
According to the configuration of the above invention, in addition to the operation of the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、排気還流通路に作用する排気圧力又は吸気圧力の脈動に対応して排気還流弁を閉弁状態から開弁させることができ、排気還流弁に作用する負荷を軽減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the exhaust gas recirculation valve can be opened from the closed state in response to the pulsation of the exhaust pressure or the intake pressure acting on the exhaust gas recirculation passage, and the load acting on the exhaust gas recirculation valve Can be reduced.
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期を確実に避けて排気還流弁を閉弁状態から開弁させることができる。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明によれば、請求項2に記載の発明の効果に対し、エンジンの排気圧力又は吸気圧力がピークとなる時期をより確実に避けて排気還流弁を閉弁状態から開弁させることができる。
According to the invention of
<第1実施形態>
以下、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第1実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of an engine exhaust gas recirculation device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、この実施形態におけるエンジンの排気還流装置(EGR装置)を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。このエンジンシステムは、レシプロタイプのエンジン1を備える。エンジン1の吸気ポート2には、吸気通路3が接続され、排気ポート4には、排気通路5が接続される。吸気通路3の入口には、エアクリーナ6が設けられる。エアクリーナ6より下流の吸気通路3には、排気通路5との間に、吸気通路3における吸気を昇圧させるための過給機7が設けられる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine system with a supercharger including an engine exhaust gas recirculation device (EGR device) in this embodiment. This engine system includes a
過給機7は、吸気通路3に配置されたコンプレッサ8と、排気通路5に配置されたタービン9と、コンプレッサ8とタービン9を一体回転可能に連結する回転軸10とを含む。過給機7は、排気通路5を流れる排気によりタービン9を回転させて回転軸10を介してコンプレッサ8を一体的に回転させることにより、吸気通路3における吸気を昇圧させる、すなわち過給を行うようになっている。
The
過給機7に隣接して排気通路5には、タービン9を迂回する排気バイパス通路11が設けられる。この排気バイパス通路11には、ウェイストゲートバルブ12が設けられる。ウェイストゲートバルブ12により排気バイパス通路11を流れる排気が調節されることにより、タービン9に供給される排気流量が調節され、タービン9及びコンプレッサ8の回転速度が調節され、過給機7による過給圧が調節されるようになっている。
An
吸気通路3において、過給機7のコンプレッサ8とエンジン1との間には、インタークーラ13が設けられる。このインタークーラ13は、コンプレッサ8により昇圧されて高温となった吸気を適温に冷却するためのものである。インタークーラ13とエンジン1との間の吸気通路3には、サージタンク3aが設けられる。また、インタークーラ13の下流側であってサージタンク3aの上流側には、電動式のスロットル弁である電子スロットル装置14が設けられる。この電子スロットル装置14は、吸気通路3に配置されるバタフライ形のスロットル弁21と、そのスロットル弁21を開閉駆動するためのステップモータ22と、スロットル弁21の開度(スロットル開度)TAを検出するためのスロットルセンサ23とを備える。この電子スロットル装置14は、運転者によるアクセルペダル26の操作に応じてスロットル弁21がステップモータ22により開閉駆動され、開度が調節されるように構成される。この電子スロットル装置14の構成として、例えば、特開2011−252482号公報の図1及び図2に記載される「スロットル装置」の基本構成を採用することができる。タービン9の下流側の排気通路5には、排気を浄化するための排気触媒としての触媒コンバータ15が設けられる。
In the
この実施形態において、大量EGRを実現するためのEGR装置は、エンジン1の燃焼室16から排気通路5へ排出される排気の一部を吸気通路3へ流して燃焼室16へ還流させる排気還流通路(EGR通路)17と、EGR通路17における排気流量(EGR流量)を調節するためにEGR通路17に設けられた排気還流弁(EGR弁)18とを備える。EGR通路17は、タービン9の上流側の排気通路5と、サージタンク3aとの間に設けられる。すなわち、排気通路5を流れる排気の一部をEGRガスとしてEGR通路17を通じて吸気通路3へ流して燃焼室16へ還流させるために、EGR通路17の出口17aが、電子スロットル装置14の下流側にてサージタンク3aに接続される。また、EGR通路17の入口17bは、タービン9の上流側における排気通路5に接続される。
In this embodiment, the EGR device for realizing a large amount of EGR is an exhaust gas recirculation passage for flowing a part of the exhaust discharged from the
EGR通路17の入口17bの近傍には、EGRガスを浄化するためのEGR用触媒コンバータ19が設けられる。また、EGR用触媒コンバータ19より下流のEGR通路17には、同通路17を流れるEGRガスを冷却するためのEGRクーラ20が設けられる。この実施形態で、EGR弁18は、EGRクーラ20より下流のEGR通路17に配置される。
In the vicinity of the
図2に、EGR弁18の概略構成を断面図により示す。図2に示すように、EGR弁18は、ポペット弁により、かつ、電動弁により構成される。すなわち、EGR弁18は、ハウジング31と、ハウジング31の中に設けられた弁座32と、ハウジング31の中で弁座32に対して移動可能に設けられた弁体33と、弁体33をストローク運動させるためのステップモータ34とを備える。ハウジング31は、排気通路5の側(排気側)よりEGRガスが導入される導入口31aと、吸気通路3の側(吸気側)へEGRガスを導出する導出口31bと、導入口31aと導出口31bとを連通する連通路31cとを含む。弁座32は、連通路31cの中間に設けられる。ここで、EGR通路17の入口17bには、排気通路5におけるエンジン1の排気圧力の脈動が作用し、EGR通路17の出口17aには、サージタンク3aにおけるエンジン1の吸気圧力の脈動が作用する。従って、EGR弁18の弁体33には、導入口31aを通じて、EGR通路17の上流側における排気圧力の脈動が作用し、導出口31bを通じて、EGR通路17の下流側における吸気圧力の脈動が作用することになる。
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
ステップモータ34は、直進的に往復運動(ストローク運動)可能に構成された出力軸35を備え、その出力軸35の先端に弁体33が固定される。出力軸35はハウジング31に設けられた軸受36を介してストローク運動可能に支持される。出力軸35の上端部には、雄ねじ部37が形成される。出力軸35の中間(雄ねじ部37の下端付近)には、スプリング受け38が形成される。スプリング受け38は、下面が圧縮スプリング39の受け面となっており、上面にはストッパ40が形成される。
The
弁体33は円錐形状をなし、その円錐面が弁座32に対して当接又は離間するようになっている。弁体33は、スプリング受け38とハウジング31との間に設けられた圧縮スプリング39によりステップモータ34の側へ、すなわち弁座32に着座する閉弁方向へ付勢されている。そして、閉弁状態の弁体33が、ステップモータ34の出力軸35により圧縮スプリング39の付勢力に抗してストローク運動することにより、弁体33が弁座32から離間して開弁する。すなわち、開弁時には、弁体33は、EGR通路17の上流側(排気側)へ向けて移動する。このように、EGR弁18は、弁体33が弁座32に着座した閉弁状態から弁体33をエンジン1の排気圧力又は吸気圧力に抗してEGR通路17の上流側へ移動させることで開弁するタイプとなっている。一方、開弁状態から弁体33が、ステップモータ34の出力軸35により圧縮スプリング39の付勢方向へストローク運動することにより、弁体33が弁座32に近付いて閉弁する。すなわち、閉弁時には、弁体33はEGR通路17の下流側(吸気側)へ向けて移動する。
The
そして、ステップモータ34の出力軸35をストローク運動させることにより、弁座32に対する弁体33の開度が調節されるようになっている。EGR弁18の出力軸35は、弁体33が弁座32に着座する全閉状態から、弁体33が弁座32から最大限離間する全開状態までの間で所定のストロークだけストローク運動可能に設けられる。この実施形態では、大量EGRを実現するために、従前の技術に比べて弁座32の開口面積が拡大されている。それに合わせて、弁体33が大型化されている。
The opening degree of the
ステップモータ34は、コイル41、マグネットロータ42及び変換機構43を含む。ステップモータ34は、コイル41が通電により励磁されることで、マグネットロータ42を所定ステップ数だけ回転させ、変換機構43によりマグネットロータ42の回転運動を出力軸35のストローク運動に変換し、弁体33をストローク運動させるようになっている。
The
マグネットロータ42は、樹脂製のロータ本体44と、円環状のプラスチックマグネット45とを含む。ロータ本体44の中心には、出力軸35の雄ねじ部37に螺合する雌ねじ部46が形成される。そして、ロータ本体44の雌ねじ部46と出力軸35の雄ねじ部37とが螺合した状態で、ロータ本体44が回転することで、その回転運動が出力軸35のストローク運動に変換されるようになっている。ここで、雄ねじ部37と雌ねじ部46により、上記した変換機構43が構成される。ロータ本体44の下部には、スプリング受け38のストッパ40が当接する当接部44aが形成される。EGR弁18の全閉時には、ストッパ40の端面が、当接部44aの端面に面接触して、出力軸35の初期位置が規制されるようになっている。
The
この実施形態では、EGR弁18が上記のように構成されることから、構造上、EGR弁18の閉弁速度が電子スロットル装置14の閉弁速度よりも遅くなっている。
In this embodiment, since the
この実施形態では、エンジン1の運転状態に応じて電子スロットル装置14とEGR弁18をそれぞれ制御するために、電子スロットル装置14のステップモータ22とEGR弁18のステップモータ34のそれぞれが電子制御装置(ECU)50により制御されるようになっている。ECU50は、中央処理装置(CPU)と、所定の制御プログラム等を予め記憶したり、CPUの演算結果等を一時的に記憶したりする各種メモリと、これら各部と接続される外部入力回路及び外部出力回路とを備え、EGR弁18をエンジン1の運転状態に応じて制御するための本発明の制御手段に相当する。外部出力回路には各ステップモータ22,34が接続される。外部入力回路には、スロットルセンサ23をはじめエンジン1の運転状態を検出するための運転状態検出手段に相当する各種センサ27,51〜53が接続され、各種エンジン信号が入力されるようになっている。また、ECU50は、ステップモータ34を制御するために、所定の指令信号をステップモータ34へ出力するようになっている。
In this embodiment, in order to control the
ここで、各種センサとして、スロットルセンサ23の他に、アクセルセンサ27、吸気圧センサ51、回転速度センサ52及び水温センサ53が設けられる。アクセルセンサ27は、アクセルペダル26の操作量であるアクセル開度ACCを検出する。アクセルペダル26は、エンジン1の動作を操作するための本発明の操作手段に相当する。吸気圧センサ51は、サージタンク3aにおける吸気圧PMを検出する。回転速度センサ52は、エンジン1のクランクシャフト1aの回転角(クランク角)を検出するとともに、そのクランク角の変化をエンジン1の回転速度(エンジン回転速度)NEとして検出するためのものであり、本発明のクランク角センサに相当する。水温センサ53は、エンジン1の冷却水温THWを検出する。
Here, in addition to the
ECU50は、後述するように回転速度センサ52により検出されるクランク角に基づいてエンジン1の排気圧力がピークとなる時期を判断するようになっている。回転速度センサ52とECU50は、本発明の圧力ピーク時期検出手段を構成する。
The
次に、上記のように構成したEGR装置につき、ECU50が実行するEGR制御の処理内容について説明する。図3に、EGR制御の処理内容の一例をフローチャートにより示す。図4に、エンジン1の排気圧力の脈動と、それに対応するEGR要求と実際のEGR弁制御のタイミングをタイムチャートにより示す。
Next, processing contents of EGR control executed by the
処理がこのルーチンへ移行すると、先ず、ステップ100で、ECU50は、エンジン1の運転状態を示す各種信号を取り込む。
When the processing shifts to this routine, first, at
次に、ステップ110で、ECU50は、高負荷EGRカットからの復帰条件が成立したか否かを判断する。すなわち、エンジン1が高負荷運転となってEGRを遮断(EGRカット)した状態から、エンジン1の運転状態が変わりEGR実行へ復帰する条件が成立したか否かを判断する。ECU50は、アクセル開度ACC、スロットル開度TA及び吸気圧PM等の信号と、EGR弁18の指令信号に基づいてこの判断を行う。ECU50は、この判断結果が否定である場合、EGRカットを継続するために、処理をステップ210へ移行する。
Next, at
そして、ステップ210で、ECU50は、ステップモータ34を制御することにより、EGR弁18の閉弁を継続する。次いで、ステップ220で、ECU50は、EGR実行フラグXEGRを「0」に設定する。
In
一方、ステップ110の判断結果が肯定である場合、EGRカットからEGR実行へ復帰するために、ECU50は、処理をステップ120へ移行する。そして、ステップ120で、ECU50は、エンジン回転速度NE及びエンジン負荷KLを取り込む。ここで、エンジン負荷KLは、エンジン回転速度NEと吸気圧PMとの関係から求めることができ、ECU50が算出する。
On the other hand, if the determination result in
次に、ステップ130で、ECU50は、エンジン回転速度NEとエンジン負荷KLに応じたEGR弁18の目標開度Tegrを求める。ECU50は、この処理を、予め設定された関数データである目標開度マップ(図示略)を参照して行う。
Next, at
次に、ステップ140で、ECU50は、エンジン1の高回転及び高負荷からの復帰であるか否かを判断する。すなわち、ECU50は、高回転及び高負荷から低回転又は低負荷へ向けてエンジン1の運転状態が変わったか否かを判断する。ECU50は、アクセル開度ACC、スロットル開度TA、エンジン回転速度NE及び吸気圧PM等の信号に基づいてこの判断を行う。ECU50は、この判断結果が肯定である場合、処理をステップ150へ移行し、この判断結果が否定である場合、処理をステップ180へ移行する。
Next, in
ステップ150では、ECU50は、クランク角が所定の範囲か否かを判断する。この実施形態で、ECU50は、クランク角が「150〜300(℃A)又は510〜660(℃A)」の範囲にあるか否かを判断する。図4に示すように、上記したクランク角の範囲は、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期と、ピークへ向けて排気圧力が立ち上がる期間と、ピークから排気圧力が立ち下がる期間とを含み、クランク角の変化に応じて周期的に到来する。このクランク角の範囲は、レシプロタイプのエンジン1の一連のサイクル、すなわち、吸気行程、圧縮行程、爆発工程及び排気行程のうち、排気行程に対応するものである。ECU50は、エンジン回転速度NEの信号に基づいてこの判断を行う。この判断結果が否定である場合、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期でないとして、ECU50は、処理をステップ180へ移行する。この判断結果が肯定である場合、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期であるとして、ECU50は、処理をステップ160へ移行する。
In
そして、ステップ160では、ECU50は、EGR実行フラグXEGRが「0」か否かを判断する。この判断結果が肯定である場合、EGRをカットするために、ECU50は、ステップ170で、ステップモータ34を制御することにより、EGR弁18の閉弁を継続させ、処理をステップ150へ戻す。この判断結果が否定である場合、EGR実行を継続するために、ECU50は、ステップ200で、ステップモータ34を制御することにより、EGR弁18を目標開度Tegrに制御する。
In
一方、ステップ140又はステップ150から移行してステップ180では、ECU50は、EGR実行フラグXEGRが「0」か否かを判断する。この判断結果が否定である場合、EGR実行を継続するために、ステップ200で、ECU50はステップモータ34を制御することにより、EGR弁18を目標開度Tegrに制御する。この判断結果が肯定である場合、EGRカットからEGR実行へ復帰するために、ECU50は、ステップ190で、EGR実行フラグXEGRを「1」に設定した後、ステップ200の処理を実行する。
On the other hand, in
上記したEGR制御によれば、ECU50は、エンジン1の運転状態に応じてEGR弁18を制御するようになっている。また、ECU50は、EGR弁18を閉弁状態から開弁させるとき、すなわちEGRカットからEGR実行へ復帰するときには、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期を避けてEGR弁18の開弁を開始させる。例えば、図4に実線で示すように、排気圧力がピークとなる「150〜300(℃A)」の範囲内でEGR要求がオンとなった場合は、実際のEGR弁18は、その「150〜300(℃A)」の範囲を避けてオンされ、開弁されることになる。一方で、図4に破線で示すように、排気圧力がピークとならない「0〜150(℃A)」の範囲内でEGR要求がオンとなった場合は、実際のEGR弁18は、EGR要求がオンとなったタイミングでオンされ、開弁されることになる。
According to the above-described EGR control, the
以上説明したこの実施形態におけるEGR装置によれば、エンジン1の運転時であって過給機7の非作動時に、EGR弁18が開いているときは、電子スロットル装置14より下流のサージタンク3aで発生する負圧がEGR通路17の出口17aに作用し、排気通路5を流れる排気の一部がEGRガスとして、EGR用触媒コンバータ19、EGR通路17及びEGRクーラ20を通じてサージタンク3aへ引き込まれる。このため、過給機7の非作動時に、EGR通路17を通じて適量のEGRガスを吸気通路3へ流して燃焼室16へ還流させることがきる。このとき、EGR通路17におけるEGR流量は、EGR弁18の開度を適宜制御することで任意に調節することができる。
According to the EGR device in this embodiment described above, when the
一方、エンジン1の運転時であって過給機7の作動時に、EGR弁18が開いているときは、排気通路5における過給排気圧がEGR通路17の入口17bに作用し、排気通路5を流れる排気の一部が、EGRガスとして、EGR用触媒コンバータ19、EGR通路17及びEGRクーラ20を通じてサージタンク3aへ押し込まれる。このため、過給機7の作動時に、EGR通路17を通じて適量のEGRガスを吸気通路3へ流して燃焼室16へ還流させることがきる。このとき、EGR通路17におけるEGR流量は、EGR弁18の開度を適宜制御することで任意に調節することができる。
On the other hand, when the
この実施形態によれば、EGR弁18がポペット弁により構成されるので、その開閉によるEGR流量の特性は、一般的には、開度に対して徐々に変化する。また、EGR弁18が電動弁により構成されるので、その開度を連続的に可変とすることができる。このため、EGR弁18の開度を制御することにより、EGR通路17における大量のEGR流量を徐々に変化させて調節することができる。これにより、エンジン1の全運転領域において、主としてエンジン1の排気中の窒素酸化物(NOx)を低減させて排気エミッションの悪化を防止することができ、エンジン1の燃費向上を図ることができる。
According to this embodiment, since the
この実施形態によれば、EGR通路17におけるEGR流量を調節するために、EGR弁18がエンジン1の運転状態に応じてECU50により制御される。そして、EGR弁18を閉弁状態から開弁させるときには、排気圧力がピークとなる時期を避けて、EGR弁18の開弁が開始される。従って、この実施形態のようにEGR弁18が、閉弁状態から弁体33をエンジン1の排気圧力に抗してEGR通路17の上流側(排気側)へ移動させることで開弁するタイプであっても、その開弁の際に、弁体33に過大な排気圧力が作用することがない。このため、EGR通路17に作用する排気圧力の脈動に対応して排気圧力がピークとなる時期を避けてEGR弁18を閉弁状態から開弁することができ、EGR弁18に作用する負荷を軽減することができる。つまり、排気圧力がピークとなる時期を避けてEGR弁18を閉弁状態から開弁するので、弁体33を過大な排気圧力に抗して弁座32から引き離すことがなく、EGR弁18のステップモータ34に作用する負荷を軽減することができる。この結果、EGR弁18の信頼性及び耐久性を確保、向上させることができる。また、ステップモータ34の駆動力を排気圧力のピークに対抗させる必要がなく、ステップモータ34の駆動力を増強したり、ステップモータ34を大型化したりする必要がない。
According to this embodiment, the
この実施形態によれば、クランク角センサである回転速度センサ52により検出されるクランク角に基づいて、ECU50により、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期が正確に検出される。この意味から、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期を確実に避けてEGR弁18を閉弁状態から開弁させること、すなわち、EGRカットからEGR実行へ復帰させることができる。
According to this embodiment, the
<第2実施形態>
次に、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第2実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the engine exhaust gas recirculation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
なお、以下に説明する各実施形態において前記第1実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。 In each embodiment described below, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and different points are mainly described.
この実施形態では、EGR制御の処理内容の点で第1実施形態と構成が異なる。図5に、EGR制御の処理内容の一例をフローチャートにより示す。 This embodiment is different from the first embodiment in terms of processing contents of EGR control. FIG. 5 is a flowchart showing an example of processing contents of EGR control.
図5に示すフローチャートは、そのステップ250〜ステップ280の処理内容の点で、図3に示すフローチャートのステップ150の処理内容と異なる。図5におけるその他のステップ100〜140,160〜210の処理内容については、図3のフローチャートのそれと同じである。
The flowchart shown in FIG. 5 differs from the processing contents of
図5に示すように、ステップ140から移行してステップ250では、ECU50は、エンジン回転速度NEに応じたEGRオンを回避するクランク角(EGRオン回避クランク角)Aadを求める。ECU50は、この処理を図6に示すタイミングマップを参照することにより行う。図6に示すタイミングマップでは、EGRオン回避タイミングが、エンジン回転速度NEとEGRオン回避クランク角Aadとの関係で設定される。そして、EGRオン回避タイミングでは、EGRオン回避クランク角Aadがエンジン回転速度NEに応じて変わるように設定される。
As shown in FIG. 5, the process proceeds from
次に、ステップ260で、ECU50は、エンジン回転速度NEに応じたEGR制御遅れクランク角Adyを求める。ECU50は、この処理を図7に示す補正マップを参照することにより行う。図7に示す補正マップでは、エンジン回転速度NEとEGR制御遅れクランク角Adyとの関係が設定される。この補正マップでは、エンジン回転速度NEが高くなるに連れてEGR制御遅れクランク角Adyが大きくなるように設定される。ECU50の制御では、演算及び処理タイミングの関係で制御遅れが存在する。エンジン1の高回転域では、この制御遅れ時間によるクランク角のずれが無視できなくなる。そこで、このステップ260では、EGRオン回避クランク角Aadについて、クランク角がずれる分だけECU50の制御指示を補正するために、EGR制御遅れクランク角Adyを求める。ここで、ECU50の制御遅れ時間が「4 ms」である場合、図7の補正マップでは、エンジン回転速度NEが「6000 rpm」のときEGR制御遅れクランク角Adyは「144 ℃A」となり、エンジン回転速度NEが「2000 rpm」のときEGR制御遅れクランク角Adyは「48 ℃A」となる。
Next, at
次に、ステップ270で、ECU50は、補正後EGRオン回避クランク角AADを求める。ECU50は、EGRオン回避クランク角AadからEGR制御遅れクランク角Adyを減算することにより、この補正後EGRオン回避クランク角AADを求める。すなわち、ECU50では、作動遅れが派生するので、その遅れ分制御の前だし補正として、この補正後EGRオン回避クランク角AADが求められる。
Next, at
そして、ステップ280で、ECU50は、補正後EGRオン回避クランク角AADのタイミングであるか否かを判断する。この判断結果が否定である場合、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期でないとして、ECU50は、処理をステップ180へ移行する。この判断結果が肯定である場合、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期であるとして、ECU50は、処理をステップ160へ移行する。
In
従って、この実施形態では、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期が、エンジン回転速度NEに応じてECU50により判断される。ここで、排気圧力がピークとなる時期、すなわち、エンジンの排気行程の時期が到来する周期は、エンジン回転速度NEが高くなるに連れて短くなり、エンジン回転速度NEが低くなるに連れて長くなる。従って、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期が、エンジン回転速度NEの変化に合わせてより正確に検出される。この意味から、エンジン1の排気圧力がピークとなる時期をより確実に避けてEGR弁18を閉弁状態から開弁させること、すなわち、EGRカットからEGR実行へ復帰させることができる。
Therefore, in this embodiment, the
<第3実施形態>
次に、本発明におけるエンジンの排気還流装置を具体化した第3実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the engine exhaust gas recirculation apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図8に、この実施形態におけるEGR装置を含む過給機付エンジンシステムを概略構成図により示す。図8に示すように、この実施形態では、EGR装置の配置の点で第1及び第2の実施形態と構成が異なる。すなわち、この実施形態で、EGR通路17は、その入口17bが触媒コンバータ15より下流の排気通路5に接続され、その出口17aが過給機7のコンプレッサ8より上流の吸気通路3に接続される。その他の構成については、第1及び第2の実施形態のそれと同じである。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a supercharged engine system including the EGR device in this embodiment. As shown in FIG. 8, this embodiment is different from the first and second embodiments in terms of the arrangement of the EGR device. That is, in this embodiment, the
従って、この実施形態によれば、エンジン1の運転時であって、過給機7の作動時にEGR弁18が開いているときは、過給吸気圧による負圧が、コンプレッサ8より上流の吸気通路3にてEGR通路17の出口17aに作用し、触媒コンバータ15より下流の排気通路5に流れる排気の一部がEGR通路17、EGRクーラ20及びEGR弁18を介して吸気通路3へ引き込まれる。ここで、高過給域であっても触媒コンバータ15の下流側では、触媒コンバータ15が抵抗となって排気圧力がある程度低減される。このため、高過給域までEGR通路17に過給吸気圧による負圧を作用させてEGRを行うことができる。また、触媒コンバータ15で浄化される排気ガスの一部がEGR通路17に導入されるので、第1実施形態と比較して、EGR通路17からEGR用触媒コンバータ19を省略することができる。この実施形態におけるその他の作用効果は、第1及び第2の実施形態のそれと同じである。
Therefore, according to this embodiment, when the
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and a part of the configuration can be changed as appropriate without departing from the spirit of the invention.
(1)前記各実施形態では、EGR弁18を閉弁状態から開弁させるときに、排気圧力がピークとなる時期を避けてEGR弁18の開弁を開始させるように構成したが、吸気圧力がピークとなる時期を避けてEGR弁18の開弁を開始させるように構成することもできる。すなわち、ハウジング31の導出口31bには、脈動する吸気圧力が作用することから、EGR弁18の弁体33が開弁により弁座32から離れるときに、その弁体33の移動方向とは逆向きに過大な吸気圧力が作用しないようにするのである。この場合も、前記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
(1) In each of the above embodiments, when the
(2)前記各実施形態では、本発明のEGR装置を過給機7を備えたエンジン1に具体化したが、本発明のEGR装置を過給機を備えていないエンジンに具体化することもできる。
(2) In each of the above embodiments, the EGR device of the present invention is embodied in the
この発明は、例えば、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンにかかわらず車両用エンジンに利用することができる。 The present invention can be used for a vehicle engine regardless of, for example, a gasoline engine or a diesel engine.
1 エンジン
1a クランクシャフト
3 吸気通路
3a サージタンク
16 燃焼室
17 EGR通路(排気還流通路)
17a 出口
17b 入口
18 EGR弁(排気還流弁)
32 弁座
33 弁体
34 ステップモータ
50 ECU(制御手段、判断手段、圧力ピーク時期検出手段)
52 回転速度センサ(クランク角センサ、圧力ピーク時期検出手段)
NE エンジン回転速度
KL エンジン負荷
XEGR EGR実行フラグ
Tegr 目標開度
1
32
52 Rotational speed sensor (crank angle sensor, pressure peak timing detection means)
NE Engine speed KL Engine load XEGR EGR execution flag Tegr Target opening
Claims (3)
前記排気還流弁は、弁座と弁体を含み、前記弁体が前記弁座に着座した閉弁状態から前記弁体を前記エンジンの排気圧力又は吸気圧力に抗して前記排気還流通路の上流側へ移動させることで開弁するタイプであることと、
前記エンジンの前記排気圧力又は前記吸気圧力がピークとなる時期を検出するための圧力ピーク時期検出手段と、
前記排気還流弁を前記エンジンの運転状態に応じて制御するための制御手段と
を備え、前記制御手段は、前記排気還流弁を閉弁状態から開弁させるときには、前記圧力ピーク時期検出手段により検出される前記排気圧力又は前記吸気圧力がピークとなる時期を避けて前記排気還流弁の開弁を開始させることを特徴とするエンジンの排気還流装置。 Provided in the exhaust gas recirculation passage for adjusting a flow rate of exhaust gas in the exhaust gas recirculation passage, and an exhaust gas recirculation passage for flowing a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine to the exhaust gas passage and returning it to the combustion chamber An exhaust gas recirculation device for an engine comprising the exhaust gas recirculation valve
The exhaust recirculation valve includes a valve seat and a valve body, and the valve body is placed upstream of the exhaust recirculation passage against the exhaust pressure or intake pressure of the engine from a closed state where the valve body is seated on the valve seat. It is a type that opens by moving to the side,
Pressure peak timing detection means for detecting a timing at which the exhaust pressure or the intake pressure of the engine peaks.
Control means for controlling the exhaust gas recirculation valve in accordance with the operating state of the engine, and the control means detects the pressure peak timing detection means when the exhaust gas recirculation valve is opened from the closed state. An exhaust gas recirculation apparatus for an engine, wherein opening of the exhaust gas recirculation valve is started while avoiding a time when the exhaust pressure or the intake air pressure reaches a peak.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012118637A JP2013245589A (en) | 2012-05-24 | 2012-05-24 | Exhaust gas recirculation apparatus for engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP2013245589A true JP2013245589A (en) | 2013-12-09 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115492704A (en) * | 2022-10-30 | 2022-12-20 | 赛力斯集团股份有限公司 | EGR system |
-
2012
- 2012-05-24 JP JP2012118637A patent/JP2013245589A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115492704A (en) * | 2022-10-30 | 2022-12-20 | 赛力斯集团股份有限公司 | EGR system |
| CN115492704B (en) * | 2022-10-30 | 2024-04-23 | 赛力斯集团股份有限公司 | EGR system |
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