(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンの制御装置において、高負荷運転であっても排気再循環ガスを適正に導入することで排気ガス特性の向上を図る。【解決手段】吸気管２０のコンプレッサ２５と排気管２２のタービン２６と多数のノズルベーン２８からなる可変容量式の過給機２４を設けると共に、排気管２２におけるタービン２６よりも上流側と吸気管２０におけるコンプレッサ２５よりも下流側を連結してＥＧＲ弁３２を有するＥＧＲ通路を設け、制御装置３３は、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ弁３２の開度を制御すると共に、ノズルベーン２８の開度を制御可能とすると共に、低回転高負荷時には、排気管２２の排気圧力が吸気管２０の吸気圧力よりも高くなるように、ノズルベーン２８の開度を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路の排気ガスを吸気通路に循環する排気再循環通路と、該排気再循環通路に設けられた排気流量調整弁と、前記排気通路に設けられたタービンと前記吸気通路に設けられたコンプレッサとが同軸上に連結されて排気可動ベーンの開度を調整することで過給圧を変更可能な可変容量過給機と、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて前記排気流量調整弁の開度を制御すると共に前記排気可動ベーンの開度を制御する制御手段とを具えたディーゼルエンジンの制御装置において、前記制御手段は、前記排気通路の排気圧力が前記吸気通路の吸気圧力よりも高くなるように前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンの低回転高負荷時に前記排気流量調整弁の開度を大きくすると共に前記排気可動ベーンの開度を小さくすることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、前記制御手段は、前記可変容量過給機のコンプレッサ効率が６０％より高く７０％より低くなるように前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置において、前記制御手段は、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて過給率が最適となる前記排気可動ベーンの最適開度を設定し、この最適開度より所定割合小さい角度に前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置において、前記排気通路の排気圧力を検出する排気圧センサと、前記吸気通路の吸気圧力を検出する吸気圧センサが設けられ、前記制御手段は、前記排気圧センサと前記吸気圧センサの検出結果に基づいて前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気系から排出される排気ガスを吸気系に循環させる排気ガス再循環機能を有するディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘの発生を抑制するために、排気ガスの一部を吸気系に循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置が適用されている。このＥＧＲ装置は、ディーゼルエンジンの排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路により連結すると共に、このＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を設けて構成されている。従って、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ弁を開閉することで、所定量の排気ガス（ＥＧＲガス）をＥＧＲ通路を介して吸気通路に戻すようにしている。即ち、ディーゼルエンジンは、高負荷状態になると、燃焼温度が高くなるために高濃度のＮＯｘが発生しやすく、このときに、ＥＧＲ弁を開放してＥＧＲガスを吸気通路に戻す。このＥＧＲガスは、比較的比熱が高くて多量の熱を吸収することができるため、ＥＧＲガスの循環量が増加するほど燃焼室内の燃焼温度が低下し、この燃焼温度の低下に伴ってＮＯｘの発生量を低下することができる。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンの出力を向上させる方法として、過給機（ターボチャージャ）が適用されている。この過給機は、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動軸で連結して構成されている。従って、排気ガスのエネルギによりタービンを駆動することで、このタービンと一体となったコンプレッサを駆動し、このコンプレッサにより吸気を圧縮して充填効率を高めることで、エンジン出力を向上させるものである。
【０００４】
なお、このようなＥＧＲ装置や過給機を適用したディーゼルエンジンとしては、下記特許文献１に記載されたものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１００５０８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５２８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来のディーゼルエンジンでは、高負荷運転時に、ＥＧＲ弁を開放してＥＧＲガスを吸気通路に戻すことで、燃焼温度を低下してＮＯｘの発生量を低下させると共に、排気ガスのエネルギによりタービンを駆動し、このタービンと一体となったコンプレッサにより吸気を圧縮して充填効率を高め、エンジン出力を向上させている。ところが、ディーゼルエンジンの低回転高負荷運転時に、過給機により吸気の充填効率を高めた状態でＥＧＲ弁を開放すると、排気通路のＥＧＲガスを吸気通路に戻すことが困難となる。即ち、過給機により過給率を高めると、吸気通路の圧力が上昇し、この吸気通路の圧力が排気通路の圧力よりも高くなってしまうことがあり、この場合、ＥＧＲ弁によりＥＧＲ通路を開放しても、排気通路のＥＧＲガスをＥＧＲ通路を通して吸気通路に導入することができない。そのため、ディーゼルエンジンの高負荷運転時に、ＥＧＲガスにより燃焼温度を低下することができず、ＮＯｘの発生量を低下させることができないという問題がある。
【０００７】
なお、上述した特許文献２では、ターボチャージャーの可変ノズルと排気絞り弁を絞ることで、排気圧力を高めてＥＧＲ量を拡大しており、構造が複雑になるばかりでなく、排気圧力が高くなりすぎてエンジン性能が悪化してしまうという問題がある。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、高負荷運転であっても排気再循環ガスを適正に導入することで排気ガス特性の向上を図ったディーゼルエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための請求項１の発明のディーゼルエンジンの制御装置は、排気通路の排気ガスを吸気通路に循環する排気再循環通路と、該排気再循環通路に設けられた排気流量調整弁と、前記排気通路に設けられたタービンと前記吸気通路に設けられたコンプレッサとが同軸上に連結されて排気可動ベーンの開度を調整することで過給圧を変更可能な可変容量過給機と、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて前記排気流量調整弁の開度を制御すると共に前記排気可動ベーンの開度を制御する制御手段とを具えたディーゼルエンジンの制御装置において、前記制御手段は、前記排気通路の排気圧力が前記吸気通路の吸気圧力よりも高くなるように前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明のディーゼルエンジンの制御装置では、前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンの低回転高負荷時に前記排気流量調整弁の開度を大きくすると共に前記排気可動ベーンの開度を小さくすることを特徴としている。
【００１１】
請求項３の発明のディーゼルエンジンの制御装置では、前記制御手段は、前記可変容量過給機のコンプレッサ効率が６０％より高く７０％より低くなるように前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項４の発明のディーゼルエンジンの制御装置では、前記制御手段は、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて過給率が最適となる前記排気可動ベーンの最適開度を設定し、この最適開度より所定割合小さい角度に前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項５の発明のディーゼルエンジンの制御装置では、前記排気通路の排気圧力を検出する排気圧センサと、前記吸気通路の吸気圧力を検出する吸気圧センサが設けられ、前記制御手段は、前記排気圧センサと前記吸気圧センサの検出結果に基づいて前記排気可動ベーンの開度を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明のディーゼルエンジンの制御装置によれば、排気流量調整弁を有する排気再循環通路と、可変容量過給機と、ディーゼルエンジンの運転状態に応じて排気流量調整弁の開度を制御すると共に排気可動ベーンの開度を制御する制御手段を設け、この制御手段は、排気通路の排気圧力が前記吸気通路の吸気圧力よりも高くなるように排気可動ベーンの開度を制御するので、可変容量過給機により吸気を適度に圧縮して充填効率を高めることで出力を向上することができると共に、排気圧力が吸気圧力より高いことで排気を排気再循環通路を通して吸気通路に戻すことができ、ＮＯｘの発生量を抑制して排気ガス特性を向上することができる。
【００１５】
請求項２の発明のディーゼルエンジンの制御装置によれば、制御手段は、ディーゼルエンジンの低回転高負荷時に排気流量調整弁の開度を大きくすると共に排気可動ベーンの開度を小さくするので、排気可動ベーンの開度を小さくすることで排気圧力が上昇し、このとき、排気流量調整弁の開度を大きくすることで排気を排気再循環通路により吸気通路に戻しやすくなり、排気ガス特性を向上することができる。
【００１６】
請求項３の発明のディーゼルエンジンの制御装置によれば、制御手段は、可変容量過給機のコンプレッサ効率が６０％より高く７０％より低くなるように排気可動ベーンの開度を制御するので、可変容量過給機を適正に制御することで、排気圧力が吸気圧力より高くなって排気を排気再循環通路を通して吸気通路に確実に戻すことができる。
【００１７】
請求項４の発明のディーゼルエンジンの制御装置によれば、制御手段は、エンジン回転数とエンジン負荷に応じて過給率が最適となる前記排気可動ベーンの最適開度を設定し、この最適開度より所定割合小さい角度に排気可動ベーンの開度を制御するので、過給効率が低下するものの、排気圧力を吸気圧力より高くして排気を吸気通路に確実に戻すことができ、排気ガス特性を向上することができる。
【００１８】
請求項５の発明のディーゼルエンジンの制御装置によれば、排気圧センサと吸気圧センサを設け、制御手段は、この排気圧センサ及び吸気圧センサの検出結果に基づいて排気可動ベーンの開度を制御するので、排気圧力を常時吸気圧力より高く制御することができ、排気を排気再循環通路を通して吸気通路に確実に戻し、ＮＯｘの発生量を抑制して排気ガス特性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照して、本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
図１は、本発明の一実施例に係るディーゼルエンジンの制御装置を表す概略構成図である。
【００２１】
本実施例のディーゼルエンジンの制御装置において、図１に示すように、エンジン本体１１には複数のシリンダボア１２が形成され、各シリンダボア１２にピストン１３がそれぞれ上下移動自在に支持されており、エンジン本体１１とピストン１３の頂面により区画された領域に燃焼室１４が形成されている。この燃焼室１４上部には、吸気ポート１５及び排気ポート１６が連通し、吸気弁１７及び排気弁１８の下端部が位置している。この吸気弁１７及び排気弁１８は、吸気ポート１５及び排気ポート１６を閉止する方向に付勢支持されており、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの吸気カム及び排気カムがこの吸気弁１７及び排気弁１８に作用することで、吸気ポート１７及び排気ポート１８を開閉することができる。また、エンジン本体１１には、燃焼室１４に高圧燃料を噴射する高圧インジェクタ１９が装着されている。
【００２２】
そして、吸気ポート１５には、インテークマニホールドを介して吸気管（吸気通路）２０が連結されており、この吸気管２０の空気取入口にはエアクリーナ２１が取付けられている。一方、排気ポート１６には、エギゾーストマニホールドを介して排気管（排気通路）２２が連結されており、この排気管２２には排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する触媒装置２３が装着されている。
【００２３】
また、本実施例のディーゼルエンジンには、可変容量式の過給機（可変容量過給機）２４が設けられている。この可変容量式の過給機２４は、吸気管２０に設けられたコンプレッサ２５と、排気管２２に設けられたタービン２６とが支持軸２７により一体回転自在に連結されると共に、タービン２６の周囲に多数のノズルベーン２８が周方向に等間隔で配設されて構成されている。そして、このノズルベーン２８は、アクチュエータ２９によりその開度が調節可能であり、ノズルベーン２８の開度を小さく（絞る）することで、タービン２６に流動する排気ガスの流速を高めることができる。
【００２４】
更に、排気管２２における過給機２４（タービン２６）よりも上流側と吸気管２０における過給機２４（コンプレッサ２５）よりも下流側との間には、排気ガスをＥＧＲガスとして還流するＥＧＲ通路（排気再循環通路）３０が設けられている。そして、このＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲガスをエンジン冷却水により冷却するＥＧＲクーラ３１と、還流するＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ弁（排気流量調整弁）３２が設けられている。
【００２５】
車両には、ディーゼルエンジンを総合的に制御する制御装置３３が設けられている。即ち、制御装置３３には、エンジン回転数センサ３４、アクセル開度センサ３５などの検出結果が入力されている。そして、制御装置３３は、入力されたエンジン回転数やアクセル開度などのエンジン運転時様態に基づいて燃料噴射量や噴射時期などの最適値を演算し、高圧インジェクタ１９を制御可能となっている。また、制御装置３３は、可変容量式の過給機２４を制御可能となっており、エンジン運転状態に基づいてノズルベーン２８の開度が調節することができる。更に、制御装置３３は、ＥＧＲ弁３２を制御可能となっており、エンジン運転状態に基づいてＥＧＲ弁３２の開度を調整することができる。
【００２６】
このように構成された本実施例のディーゼルエンジンの制御装置にて、制御装置３３は、排気管２２の排気圧力が吸気管２０の吸気圧力よりも高くなるように過給機２４におけるノズルベーン２８の開度を調節するようにしている。
【００２７】
即ち、上述したように、ＥＧＲ弁３２を有するＥＧＲ通路３０が設けられており、制御装置３３は、ディーゼルエンジンの運転状態、つまり、燃焼温度が高くて高濃度のＮＯｘが発生しやすい高負荷運転時に、ＥＧＲ弁３２の開度を大きくして大量のＥＧＲガスをＥＧＲ通路３０から吸気管２０に戻すことで、このＥＧＲガスにより燃焼室１４の燃焼温度を低下し、この燃焼温度の低下に伴ってＮＯｘの発生量を低下させることができる。また、可変容量式の過給機２４が設けられており、制御装置３３は、ディーゼルエンジンの運転状態、つまり、出力が不十分となる低回転時に、ノズルベーン２８の開度を小さくしてタービン２６に流動する排気ガスの速度を高めることで、拘束の排気ガス流によりタービン２６及びコンプレッサ２５を高速回転し、このコンプレッサ２５により吸気を圧縮して充填効率を高め、エンジン出力を向上させるものである。
【００２８】
ところが、ディーゼルエンジンの低回転高負荷運転時に、過給機２４により吸気の過給率を高めると、吸気管２０の吸気圧力が上昇し、この吸気圧力が排気管２２の排気圧力よりも高くなってしまうことがあり、この場合、ＥＧＲ弁３２によりＥＧＲ通路３０を開放しても、排気管２の排気ガス（ＥＧＲガス）をＥＧＲ通路３０から吸気管２０に導入することができず、ＥＧＲガスにより燃焼温度を低下してＮＯｘの発生を抑制することができない。
【００２９】
そこで、本実施例では、ＥＧＲ弁３２を開放してＥＧＲガスをＥＧＲ通路３０から吸気管２０に導入するとき、排気管２２の排気圧力が吸気管２０の吸気圧力よりも高くなるように、過給機２４におけるノズルベーン２８の開度を調節している。この場合、制御装置３３は、ディーゼルエンジンの低回転高負荷時には、ＥＧＲ弁３２の開度を大きくすると共に、ノズルベーン２８の開度を小さくする。
【００３０】
具体的に説明すると、制御装置３３は、エンジン回転数センサ３４が検出したエンジン回転数と、アクセル開度センサ３５が検出したアクセル開度（エンジン負荷）に基づいて過給率が最適となるノズルベーン２８の最適開度を設定しており、吸気管２０の吸気圧力が排気管２２の排気圧力よりも高くなりやすいディーゼルエンジンの低回転高負荷時には、ノズルベーン２８の開度をこの最適開度より所定割合小さい角度に設定している。即ち、制御装置３３は、過給機２４のコンプレッサ効率が６０％より高く、且つ、７０％より低くなるように、ノズルベーン２８の開度を調節している。
【００３１】
この場合、吸気ポート１５に連結された吸気管２０（または、インテークマニホールド）に吸気圧力を検出する吸気圧センサ３６が設けられると共に、排気ポート１６に連結された排気管２２（または、エギゾーストマニホールド）に排気圧力を検出する排気圧センサ３７が設けられており、制御装置３３は、この吸気圧センサ３６と排気圧センサ３７の検出結果に基づいてノズルベーン２８の開度を調節可能となっている。
【００３２】
従って、ディーゼルエンジンの低回転高負荷時に、過給機２４におけるノズルベーン２８の開度を、エンジン回転数及びアクセル開度に基づいて設定された最適開度より所定割合小さい角度に設定することで、排気管２２における過給機２４よりも上流側の排気圧力が高められ、このときにＥＧＲ弁３２を開放すると、排気管２２の排気ガスがＥＧＲ通路３０を通してＥＧＲガスとして吸気管２０に導入することができ、この大量のＥＧＲガスにより燃焼室１４の燃焼温度を低下し、この燃焼温度の低下に伴ってＮＯｘの発生量を低下させることができる。この場合、制御装置３３には、吸気圧センサ３６と排気圧センサ３７の検出結果が入力されており、この制御装置３３は、排気管２２の排気圧力が吸気管２０の吸気圧力よりも高くなるように、ノズルベーン２８の開度を調節する。
【００３３】
このように本実施例のディーゼルエンジンの制御装置にあっては、吸気管２０のコンプレッサ２５と排気管２２のタービン２６と多数のノズルベーン２８からなる可変容量式の過給機２４を設けると共に、排気管２２におけるタービン２６よりも上流側と吸気管２０におけるコンプレッサ２５よりも下流側を連結してＥＧＲ弁３２を有するＥＧＲ通路を設け、制御装置３３は、ディーゼルエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ弁３２の開度を制御すると共に、ノズルベーン２８の開度を制御可能とすると共に、低回転高負荷時には、排気管２２の排気圧力が吸気管２０の吸気圧力よりも高くなるように、ノズルベーン２８の開度を制御している。
【００３４】
従って、ディーゼルエンジンの低回転高負荷時には、可変容量式の過給機２４により吸気を適度に圧縮して充填効率を高めることで出力を向上することができると共に、排気圧力が吸気圧力より高いことで排気をＥＧＲ通路３２を通して吸気管２０に戻すことができ、ＮＯｘの発生量を抑制して排気ガス特性を向上することができる。
【００３５】
また、本実施例のディーゼルエンジンの制御装置では、制御装置３３は、ディーゼルエンジンの低回転高負荷時に、ＥＧＲ弁３２の開度を大きくすると共に、ノズルベーン２８の開度を小さくしている。従って、ノズルベーン２８の開度を小さくすることで排気圧力が上昇し、このとき、ＥＧＲ弁３２の開度を大きくすることで排気をＥＧＲ通路３０により吸気管２０に戻しやすくなり、排気ガス特性を向上することができる。
【００３６】
更に、本実施例のディーゼルエンジンの制御装置では、制御装置３３は、エンジン回転数とアクセル開度に応じて過給率が最適となるノズルベーン２８の最適開度を設定し、この最適開度より所定割合小さい角度にノズルベーン２８の開度を制御している。従って、過給効率が低下するものの、排気圧力を吸気圧力より高くして排気を吸気管２０に確実に戻すことができ、排気ガス特性を向上することができる。
【００３７】
なお、上述した実施例では、過給機２４におけるノズルベーン２８の開度を設定するパラメータとして、エンジン回転数とアクセル開度を適用したが、アクセル開度はエンジン負荷であれば良く、燃料噴射量や体積効率などであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置は、エンジンの運転状態に拘らず過給機によりエンジン出力を向上すると共に排気再循環により排気ガス特性を向上するものであり、いずれの種類のディーゼルエンジンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施例に係るディーゼルエンジンの制御装置を表す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１  エンジン本体
１４  燃焼室
２０  吸気管（吸気通路）
２２  排気管（排気通路）
２４  過給機（可変容量式過給機）
２５  コンプレッサ
２６  タービン
２８  ノズルベーン（排気可動ベーン）
２９  アクチュエータ
３０  ＥＧＲ通路（排気再循環通路）
３２  ＥＧＲ弁（排気流量地養生弁）
３３  制御装置（制御手段）
３６  吸気圧センサ
３７  排気圧センサ
【図１】
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