JP2022018820A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】排気ガスの熱によるタービンへの悪影響を抑制すると共に、内燃機関の高出力を実現する。【解決手段】内燃機関は、内燃機関本体から発生する排気ガスが流れる排気通路に設けられた過給機のタービンと、排気ガスの一部を内燃機関本体へ還流させるためのEGR装置と、EGR装置に設けられ、還流する排気ガスの温度を検出する温度センサ55と、EGR装置の動作の有無を判定する動作判定部123と、EGR装置が動作していると判定された場合には、温度センサ55が検出した温度に基づいて内燃機関本体への燃料噴射を制御し、EGR装置が動作していないと判定された場合には、タービンへ向かう排気ガスの温度が予め定まった閾値を超えないように燃料噴射を制御する噴射制御部125とを備える。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To realize high output of an internal combustion engine while suppressing an adverse effect on a turbine due to heat of exhaust gas. An internal combustion engine includes a turbine of a supercharger provided in an exhaust passage through which an exhaust gas generated from the internal combustion engine main body flows, an EGR device for returning a part of the exhaust gas to the internal combustion engine main body, and an EGR. A temperature sensor 55 provided in the device for detecting the temperature of the exhaust gas recirculated, an operation determination unit 123 for determining whether or not the EGR device is operating, and a temperature when it is determined that the EGR device is operating. The fuel injection to the internal combustion engine body is controlled based on the temperature detected by the sensor 55, and when it is determined that the EGR device is not operating, the temperature of the exhaust gas toward the turbine does not exceed a predetermined threshold value. It is provided with an injection control unit 125 that controls fuel injection. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.
内燃機関には、排気ガスの流れを利用して内燃機関本体へ吸入される吸気を圧縮する過給機を有するものがある。過給機は、例えば、排気通路に設けられたタービンを有する。 Some internal combustion engines have a supercharger that compresses the intake air sucked into the main body of the internal combustion engine by using the flow of exhaust gas. The turbocharger has, for example, a turbine provided in the exhaust passage.
ところで、タービンは、排気通路を流れる排気ガスの熱によって高温になりやすい。このため、タービンの損傷を防ぐ観点から排気ガスが高温になることを抑制するために、内燃機関本体への燃料の噴射を抑制する方策が考えうる。
一方で、タービンの上流の排気ガスの温度を精度良く検出することが困難であった。このため、温度を精度良く検出できない状態で燃料噴射を抑制してしまうと、内燃機関の出力を低下させるおそれがある。
By the way, the turbine tends to become hot due to the heat of the exhaust gas flowing through the exhaust passage. Therefore, from the viewpoint of preventing damage to the turbine, it is conceivable to take measures to suppress the injection of fuel into the internal combustion engine main body in order to suppress the temperature of the exhaust gas from becoming high.
On the other hand, it was difficult to accurately detect the temperature of the exhaust gas upstream of the turbine. Therefore, if the fuel injection is suppressed in a state where the temperature cannot be detected accurately, the output of the internal combustion engine may decrease.
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、排気ガスの熱によるタービンへの悪影響を抑制すると共に、内燃機関の高出力を実現することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to suppress an adverse effect on a turbine due to heat of exhaust gas and to realize a high output of an internal combustion engine.
本発明の一の態様においては、内燃機関本体から発生する排気ガスが流れる排気通路に設けられた過給機のタービンと、前記排気ガスの一部を前記内燃機関本体へ還流させるためのEGR装置と、前記EGR装置に設けられ、還流する前記排気ガスの温度を検出する温度センサと、前記EGR装置の動作の有無を判定する動作判定部と、前記動作判定部によって前記EGR装置が動作していると判定された場合には、前記温度センサが検出した温度に基づいて前記内燃機関本体への燃料噴射を制御し、前記EGR装置が動作していないと判定された場合には、前記タービンへ向かう前記排気ガスの温度が予め定まった閾値を超えないように前記燃料噴射を制御する噴射制御部と、を備える、内燃機関を提供する。 In one aspect of the present invention, a turbine of a supercharger provided in an exhaust passage through which exhaust gas generated from the internal combustion engine main body flows, and an EGR device for returning a part of the exhaust gas to the internal combustion engine main body. The EGR device is operated by a temperature sensor provided in the EGR device to detect the temperature of the exhaust gas recirculating, an operation determination unit for determining the presence or absence of operation of the EGR device, and the operation determination unit. If it is determined that the EGR device is not operating, the fuel injection to the internal combustion engine main body is controlled based on the temperature detected by the temperature sensor, and if it is determined that the EGR device is not operating, the turbine is controlled. Provided is an internal combustion engine including an injection control unit that controls fuel injection so that the temperature of the exhaust gas toward the exhaust gas does not exceed a predetermined threshold value.
また、前記噴射制御部は、前記EGR装置が動作していると判定された場合には、前記温度センサが検出した温度が所定の上限温度を超えないように前記燃料噴射を制御し、前記EGR装置が動作していないと判定された場合には、前記上限温度よりも低い温度である前記閾値を超えないように前記燃料噴射を制御することとしてもよい。 Further, when it is determined that the EGR device is operating, the injection control unit controls the fuel injection so that the temperature detected by the temperature sensor does not exceed a predetermined upper limit temperature, and the EGR device is used. If it is determined that the device is not operating, the fuel injection may be controlled so as not to exceed the threshold value, which is a temperature lower than the upper limit temperature.
また、前記EGR装置は、前記内燃機関本体へ向かう吸気が流れる吸気通路と前記排気通路とを繋いているEGR通路を有し、前記温度センサは、前記EGR通路において前記吸気通路よりも前記排気通路側に位置していることとしてもよい。 Further, the EGR device has an EGR passage connecting an intake passage through which intake air directed to the internal combustion engine main body flows and the exhaust passage, and the temperature sensor has the exhaust passage rather than the intake passage in the EGR passage. It may be located on the side.
また、前記内燃機関は、前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化する後処理装置を更に備え、前記タービンは、前記排気通路において前記後処理装置よりも前記内燃機関本体側に位置していることとしてもよい。 Further, the internal combustion engine is provided in the exhaust passage and further includes an aftertreatment device for purifying the exhaust gas, and the turbine is located in the exhaust passage on the side of the internal combustion engine main body with respect to the aftertreatment device. It may be.
また、前記EGR装置は、還流する前記排気ガスの流量を調整するための開閉可能なEGR弁を有し、前記動作判定部は、前記EGR弁が開状態である場合に前記EGR装置が動作していると判定し、前記EGR弁が閉状態である場合に前記EGR装置が動作していないと判定することとしてもよい。 Further, the EGR device has an EGR valve that can be opened and closed for adjusting the flow rate of the exhaust gas that recirculates, and the operation determination unit operates the EGR device when the EGR valve is in the open state. It may be determined that the EGR device is not operating when the EGR valve is in the closed state.
本発明によれば、排気ガスの熱によるタービンへの悪影響を抑制すると共に、内燃機関の高出力を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to suppress an adverse effect on the turbine due to the heat of the exhaust gas and to realize a high output of the internal combustion engine.
<内燃機関の構成>
本発明の一の実施形態に係る内燃機関の構成について、図1を参照しながら説明する。
<Composition of internal combustion engine>
The configuration of the internal combustion engine according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図1は、一の実施形態に係る内燃機関1の構成を説明するための模式図である。内燃機関1は、例えば、トラック等の車両に搭載された多気筒エンジンである。内燃機関1は、ディーゼルエンジンであるが、これに限定されず、例えばガソリンエンジンであってもよい。内燃機関1は、図1に示すように、エンジン本体10と、燃料噴射装置15と、吸気通路20と、排気通路30と、ターボチャージャ40と、EGR装置50と、制御装置100とを有する。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the configuration of the
エンジン本体10は、ここでは4つのシリンダ12を有するが、これに限定されない。各シリンダ12内には、ピストン、クランクシャフト等の可動部品が設けられている。
The
燃料噴射装置15は、エンジン本体10内の燃焼室に燃料を噴射する噴射装置である。燃料噴射装置15は、ここではコモンレール式燃料噴射装置であり、インジェクタ16とコモンレール17を有する。インジェクタ16は、各シリンダ12内の燃焼室に燃料を噴射する。コモンレール17は、インジェクタ16から噴射される燃料を高圧状態で貯留する。
The
吸気通路20は、エンジン本体10に吸入する吸気が流れる通路である。吸気通路20は、エンジン本体10に接続された吸気マニホールド22と、吸気マニホールド22の上流端に接続された吸気管23とを有する。吸気マニホールド22は、吸気管23から送られてきた吸気を各気筒の吸気ポートに分配供給する。吸気管23には、エアクリーナ24、エアフローメータ25、ターボチャージャ40のコンプレッサ42C、インタークーラ27、吸気絞り弁28が設けられている。エアフローメータ25は、内燃機関1の単位時間当たりの吸入空気量すなわち吸気流量を検出する。
The
排気通路30は、エンジン本体10から発生する排気ガスが流れる通路である。排気通路30は、エンジン本体10に接続された排気マニホールド32と、排気マニホールド32の下流端に接続された排気管33とを有する。排気マニホールド32は、各気筒の排気ポートから送られてきた排気ガスを集合する。排気管33には、ターボチャージャ40のタービン42T、後処理装置35が設けられている。後処理装置35は、排気ガスを浄化するための装置であり、例えば、酸化触媒、DPF、SCR、アンモニア酸化触媒を含む。
The
ターボチャージャ40は、排気通路30を流れる排気ガスの流れを利用して、吸気通路20を流れる吸気を圧縮する過給機である。ターボチャージャ40は、排気通路30に設けられたタービン42Tと、吸気通路20に設けられたコンプレッサ42Cとを有する。タービン42Tは、排気通路30において後処理装置35よりもエンジン本体10側に位置している。
The
EGR装置50は、排気ガスの一部をエンジン本体10へ還流させる。具体的には、EGR装置50は、排気通路30内(ここでは、排気マニホールド32内)の排気ガスの一部(以下、EGRガスと呼ぶ)を、吸気通路20内(ここでは、吸気マニホールド22内)に還流させる。EGR装置50は、EGR通路52と、EGRクーラ53と、EGR弁54と、温度センサ55とを有する。
The
EGR通路52は、EGRガスが流れる流路である。EGR通路52は、吸気通路20(ここでは、吸気マニホールド22)と排気通路30(ここでは、排気マニホールド32)とを繋いでいる。EGRクーラ53は、EGR通路52に設けられ、EGRガスを冷却する。
EGR弁54は、EGRクーラ53の下流側に設けられた開閉可能な弁であり、EGRガスの流量を調整する。なお、EGR弁54が閉じている場合には、EGR通路52をEGRガスが流れない。
温度センサ55は、EGR通路52を流れるEGRガスの温度を検出するセンサである。温度センサ55は、EGRクーラ53の上流側に設けられており、EGR通路52において吸気通路20よりも排気通路30側に位置している。
The EGR
The
The
制御装置100は、内燃機関1全体の動作を制御する。本実施形態では、制御装置100は、詳細は後述するが、排気通路30を流れる排気ガスの温度に応じて、燃料噴射装置15による燃料噴射を制御する。これにより、排気ガスの熱によるタービン42Tへの悪影響を抑制すると共に、内燃機関1の高出力を実現できる。
The
<制御装置の詳細構成>
制御装置100の詳細構成について、図2を参照しながら説明する。
<Detailed configuration of control device>
The detailed configuration of the
図2は、制御装置100の詳細構成を説明するための模式図である。制御装置100は、記憶部110と、制御部120とを有する。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a detailed configuration of the
記憶部110は、例えばROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)を含む。記憶部110は、制御部120が実行するためのプログラムや各種データを記憶する。
The
制御部120は、例えばCPU(Central Processing Unit)である。制御部120は、記憶部110に記憶されたプログラムを実行することにより、内燃機関1の動作を制御する。本実施形態では、制御部120は、弁制御部122、動作判定部123、温度取得部124及び噴射制御部125として機能する。
The
弁制御部122は、EGR弁54の開閉を制御する。弁制御部122がEGR弁54を開状態にすることで、排気ガスの一部がEGRガスとしてEGR通路52内を流れる。一方で、弁制御部122がEGR弁54を閉状態にすることで、EGRガスがEGR通路52内を流れない。弁制御部122は、EGR弁54の開閉状態を示す情報を、動作判定部123に出力する。
The
動作判定部123は、EGR装置50の動作の有無を判定する。例えば、動作判定部123は、弁制御部122が制御したEGR弁54の開閉状態に基づいて、EGR装置50の動作の有無を判定する。具体的には、動作判定部123は、EGR弁54が開状態である場合にEGR装置50が動作していると判定し、EGR弁54が閉状態である場合にEGR装置50が動作していないと判定する。
The
温度取得部124は、EGR装置50の温度センサ55が検出したEGRガスの温度を取得する。ここで、温度取得部124は、温度センサ55が検出した温度を、排気通路30においてタービン42Tの上流の排気ガスの温度(以下、タービン上流温度と呼ぶ)と推定して取得する。具体的には、温度取得部124は、EGR装置50が動作している場合に、EGR装置50の温度センサ55が検出した温度を、タービン上流温度と推定して取得する。
The
本実施形態では、排気通路30において排気マニホールド32とタービン42Tの間に、排気ガスの温度を検出する温度センサは設けられていない。このため、EGR通路52に設けられた温度センサ55が、タービン42Tの上流に最も近くに配置された温度センサである。また、温度センサ55のエンジン本体10からの距離は、タービン42Tのエンジン本体10からの距離に近い大きさである。このため、温度センサ55が検出するEGRガスの温度は、タービン上流温度とほぼ同じである。
In the present embodiment, the temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas is not provided between the
噴射制御部125は、燃料噴射装置15によるエンジン本体10への燃料噴射を制御する。例えば、噴射制御部125は、燃料の噴射量を設定し、設定した噴射量に応じた噴射タイミングで燃料を噴射させる。
The
噴射制御部125は、EGR装置50の動作の有無に基づいて、燃料噴射を制御する。例えば、噴射制御部125は、動作判定部123によってEGR装置50が動作していると判定された場合には、温度センサ55が検出した温度に基づいてエンジン本体10への燃料噴射を制御する。すなわち、噴射制御部125は、タービン上流温度に基づいて、エンジン本体10への燃料噴射を制御する。例えば、噴射制御部125は、温度センサ55が検出した温度が上限温度を超えないように、エンジン本体10への燃料噴射を制御する。ここで、上限温度は、排気ガスの熱によってタービン42Tが損傷するおそれが無い温度であり、例えば150℃である。
The
一方で、噴射制御部125は、EGR装置50が動作していないと判定された場合には、タービンへ向かう排気ガスの温度が予め定まった閾値を超えないように燃料噴射を制御する。すなわち、噴射制御部125は、排気ガスの温度が閾値を超えないように、燃料の噴射量を制限する。排気ガスの温度は、例えば、後処理装置35に設けられた温度センサで検出しうる。閾値は、上述した上限温度よりも低い温度であり、例えば140℃である。これにより、排気ガスの温度が高温になることを抑制できるので、排気ガスの熱によってタービン42Tが損傷することを防止できる。なお、上限温度及び閾値は、例えば記憶部110に記憶されている。
On the other hand, when it is determined that the
本実施形態では、EGR装置50が動作している場合には、温度センサ55の検出結果を利用してタービン上流温度を精度良く推定して上限温度を超えないように燃料を噴射することで、過度に燃料の噴射量を制限することを抑制できるので、内燃機関1の高出力を実現できる。また、EGR装置50が動作していない場合には、EGR通路52内をEGRガスが流れないので、温度センサ55が検出した温度が、実際のタービン上流温度と乖離しているおそれがある。このため、EGR装置50が動作していない場合には、温度センサ55の検出結果を利用しないことで、噴射量を誤って制御することを防止できる。
In the present embodiment, when the
<内燃機関の動作例>
内燃機関1の動作例について、図3を参照しながら説明する。
<Operation example of internal combustion engine>
An operation example of the
図3は、内燃機関1の動作例を説明するためのフローチャートである。本フローチャートは、内燃機関1が動作を行っているところから開始される。これに伴い、エンジン本体10から発生した排気ガスが、排気通路30を流れている。
FIG. 3 is a flowchart for explaining an operation example of the
まず、制御装置100の動作判定部123は、EGR弁54が開状態か否かを判定する(ステップS102)。例えば、動作判定部123は、弁制御部122によるEGR弁54の制御状態から、EGR弁54が開状態か否かを判定する。
First, the
ステップS102でEGR弁54が開状態であると判定した場合には(Yes)、動作判定部123は、EGR装置50が動作していると判定する(ステップS104)。すなわち、動作判定部123は、EGR通路52内をEGRガスが流れていると判定する。
If it is determined in step S102 that the
次に、温度取得部124は、EGR通路52内を流れるEGRガスの温度を、タービン42Tの上流の排気ガスの温度であるタービン上流温度として取得する(ステップS106)。例えば、温度取得部124は、所定間隔で、タービン上流温度を取得する。
Next, the
次に、噴射制御部125は、温度取得部124が取得したタービン上流温度が上限温度を超えないように、燃料噴射装置15に燃料を噴射させる(ステップS108)。すなわち、噴射制御部125は、EGR装置50が動作している場合には、タービン42Tが損傷するおそれがない上限温度を超えないように、燃料噴射装置15に燃料を噴射させる。
Next, the
一方で、ステップS102でEGR弁54が閉状態であると判定した場合には(No)、動作判定部123は、EGR装置50が動作していないと判定する(ステップS110)。すなわち、動作判定部123は、EGR通路52内をEGRガスが流れていないと判定する。
On the other hand, when it is determined in step S102 that the
次に、噴射制御部125は、排気ガスの温度が閾値を超えないように、燃料噴射装置15に燃料を噴射させる(ステップS112)。すなわち、噴射制御部125は、EGR装置50が動作していない場合には、排気ガスの温度が上限温度よりも低い閾値を超えないように、燃料噴射装置15に燃料を噴射させる。
Next, the
<本実施形態における効果>
上述した実施形態の内燃機関1の制御装置100は、EGR装置50が動作していると判定された場合には、EGR装置50に設けられた温度センサ55が検出した温度に基づいてエンジン本体10への燃料噴射を制御する。一方で、内燃機関1は、EGR装置50が動作していないと判定された場合には、タービン42Tへ向かう排気ガスの温度が予め定まった閾値を超えないように燃料噴射を制御する。
これにより、EGR装置50が動作している場合には、EGR装置50の温度センサ55が検出したEGRガスの温度によってタービン42Tの上流の排気ガスの温度(タービン上流温度)を精度良く推定できるので、タービン42Tを損傷させることを抑制しつつ、内燃機関1を高出力にできる。一方で、EGR装置50が動作していない場合には、温度センサ55が検出した温度を用いずに、排気ガスの温度が所定の閾値を超えないように燃料噴射させることで、タービン上流温度を誤って推定することに起因する燃料噴射の誤制御を防止できる。
<Effect in this embodiment>
When the
As a result, when the
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist thereof. be. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed / integrated in any unit. Also included in the embodiments of the present invention are new embodiments resulting from any combination of the plurality of embodiments. The effect of the new embodiment produced by the combination has the effect of the original embodiment together.
1 内燃機関
10 エンジン本体
15 燃料噴射装置
20 吸気通路
30 排気通路
35 後処理装置
42T タービン
50 EGR装置
52 EGR通路
54 EGR弁
55 温度センサ
123 動作判定部
125 噴射制御部
1
Claims (5)
前記排気ガスの一部を前記内燃機関本体へ還流させるためのEGR装置と、
前記EGR装置に設けられ、還流する前記排気ガスの温度を検出する温度センサと、
前記EGR装置の動作の有無を判定する動作判定部と、
前記動作判定部によって前記EGR装置が動作していると判定された場合には、前記温度センサが検出した温度に基づいて前記内燃機関本体への燃料噴射を制御し、前記EGR装置が動作していないと判定された場合には、前記タービンへ向かう前記排気ガスの温度が予め定まった閾値を超えないように前記燃料噴射を制御する噴射制御部と、
を備える、内燃機関。 The turbine of the turbocharger installed in the exhaust passage through which the exhaust gas generated from the internal combustion engine body flows, and
An EGR device for returning a part of the exhaust gas to the internal combustion engine main body,
A temperature sensor provided in the EGR device and detecting the temperature of the exhaust gas recirculating,
An operation determination unit that determines the presence or absence of operation of the EGR device, and
When the operation determination unit determines that the EGR device is operating, the fuel injection to the internal combustion engine main body is controlled based on the temperature detected by the temperature sensor, and the EGR device is operating. If it is determined that the fuel injection is not, the injection control unit that controls the fuel injection so that the temperature of the exhaust gas toward the turbine does not exceed a predetermined threshold value.
With an internal combustion engine.
前記EGR装置が動作していると判定された場合には、前記温度センサが検出した温度が所定の上限温度を超えないように前記燃料噴射を制御し、
前記EGR装置が動作していないと判定された場合には、前記上限温度よりも低い温度である前記閾値を超えないように前記燃料噴射を制御する、
請求項1に記載の内燃機関。 The injection control unit
When it is determined that the EGR device is operating, the fuel injection is controlled so that the temperature detected by the temperature sensor does not exceed a predetermined upper limit temperature.
When it is determined that the EGR device is not operating, the fuel injection is controlled so as not to exceed the threshold value, which is a temperature lower than the upper limit temperature.
The internal combustion engine according to claim 1.
前記温度センサは、前記EGR通路において前記吸気通路よりも前記排気通路側に位置している、
請求項1又は2に記載の内燃機関。 The EGR device has an EGR passage connecting an intake passage through which intake air directed to the internal combustion engine main body flows and the exhaust passage.
The temperature sensor is located on the exhaust passage side of the intake passage in the EGR passage.
The internal combustion engine according to claim 1 or 2.
前記タービンは、前記排気通路において前記後処理装置よりも前記内燃機関本体側に位置している、
請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関。 A post-treatment device provided in the exhaust passage to purify the exhaust gas is further provided.
The turbine is located on the internal combustion engine main body side of the aftertreatment device in the exhaust passage.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記動作判定部は、前記EGR弁が開状態である場合に前記EGR装置が動作していると判定し、前記EGR弁が閉状態である場合に前記EGR装置が動作していないと判定する、
請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関。
The EGR device has an openable and closable EGR valve for adjusting the flow rate of the exhaust gas recirculated.
The operation determination unit determines that the EGR device is operating when the EGR valve is in the open state, and determines that the EGR device is not operating when the EGR valve is in the closed state.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
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