(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機(11)を有する車両用エンジン(12)の排ガス再循環装置であって、前記エンジン(12)の回転速度を検出する回転センサ(22)とアクセルベダルの踏込み量を検出するアクセルセンサ(23)の各検出出力に基づいてＥＧＲバルブ(21b)を開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させるコントローラ(24)を備えた車両用エンジンの排ガス再循環装置において、
車両のクラッチの接断状態を検出するクラッチセンサ(31)と、
前記ターボ過給機(11)の回転速度を検出する速度センサ(32)と、
前記車両の変速機のシフト位置を検出するポジションセンサ(33)と、
前記エンジン(12)の吸気流量を検出する吸気量センサ(34)と
を備え、
前記コントローラ(24)は、前記クラッチセンサ(31)がクラッチの断状態を検出し，前記ターボ過給機(11)が所定の下限回転速度未満であることを前記速度センサ(32)が検出し，かつ前記ポジションセンサ(33)がニュートラル以外のシフト位置を検出するときに前記ＥＧＲバルブ(21b)を閉じて排ガスの吸気系への再循環を停止し、
前記コントローラ(24)は、前記アクセルセンサ(23)により検出される前記アクセルベダルの踏込み量の時間的変化率が所定の変化率以下であり，前記ターボ過給機(11)が所定の下限回転速度以上であることを前記速度センサ(32)が検出し、かつ前記吸気量センサ(34)の検出出力が前記回転センサ(22)と前記アクセルセンサ(23)の各検出出力に基づいて設定される必要空気量以上であるときに閉じた前記ＥＧＲバルブ(21b)を開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させる
ことを特徴とする車両用エンジンの排ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスの一部を排気系から取出して吸気系に再循環させ、ＮＯｘを低減する車両用エンジンの排ガス再循環装置に関する。更に詳しくは、ベダル操作クラッチとターボ過給機を有する車両に設けられた車両用エンジンの排ガス再循環装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排ガス再循環装置として、エンジンの排気マニホルドから分岐して吸気マニホルドに接続されたＥＧＲパイプにＥＧＲバルブを設け、エンジンの回転速度及び負荷に基づいてコントローラがＥＧＲバルブを制御するように構成されたものが知られている。この装置は、定常走行状態ではコントローラがＥＧＲバルブを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させてその排ガスの持つ熱容量により最高燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減するとともに、高負荷時にはコントローラがＥＧＲバルブを閉じて排ガスの再循環を停止してエンジンの空気不足を解消することによりエンジンからの黒煙の排出を減少させるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エンジンがアイドル状態にある停車状体から車両を発進させるためにアクセルペダルを急激に踏込んで急加速を行なうと、アクセルペダルの踏込みとともに燃料の噴射量は直ちに増加するが、アクセルペダルが比較的多く踏込まれてコントローラが高負荷であることを認識しない限りＥＧＲバルブは閉じることはなく、ＥＧＲバルブが閉じてＥＧＲの作動が停止されるタイミングが遅れる不具合がある。
【０００４】
特にエンジンにターボ過給機が設けられている場合には、エンジンがアイドル状態ではターボ過給機のコンプレッサ羽根車の回転速度が低下しているため、車両の発進のためにアクセルペダルを踏込んでも、そのコンプレッサ羽根車の回転速度は急激に上昇することはなく、その回転速度の上昇が遅れるいわゆるターボラグにより、シリンダ内における空気と燃料とのバランスが崩れ、これによって一時的に燃焼が悪化して黒煙が排気ガス中に含まれる問題が生じる。すなわちＥＧＲの作動停止の過渡時における黒煙対策を行なう上で、発進又は急加速認識をいかに早くするかが重要なポイントになる。
【０００５】
本発明の目的は、発進認識を早期に行い、車両発進時における黒煙の発生を抑制するとともにその発進時におけるトルク不足を解消し得る車両用エンジンの排ガス再循環装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように、ターボ過給機１１を有する車両用エンジン１２の排ガス再循環装置であって、エンジン１２の回転速度を検出する回転センサ２２とアクセルベダルの踏込み量を検出するアクセルセンサ２３の各検出出力に基づいてＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させるコントローラ２４を備えた車両用エンジンの排ガス再循環装置の改良である。
【０００７】
その特徴ある構成は、車両のクラッチの接断状態を検出するクラッチセンサ３１と、ターボ過給機１１の回転速度を検出する速度センサ３２と、車両の変速機のシフト位置を検出するポジションセンサ３３と、エンジン１２の吸気流量を検出する吸気量センサ３４とを備え、コントローラ２４は、クラッチセンサ３１がクラッチの断状態を検出し，ターボ過給機１１が所定の下限回転速度未満であることを速度センサ３２が検出し，かつポジションセンサ３３がニュートラル以外のシフト位置を検出するときにＥＧＲバルブ２１ｂを閉じて排ガスの吸気系への再循環を停止し、コントローラ２４は、アクセルセンサ２３により検出されるアクセルベダルの踏込み量の時間的変化率が所定の変化率以下であり，ターボ過給機１１が所定の下限回転速度以上であることを速度センサ３２が検出し、かつ吸気量センサ３４の検出出力が回転センサ２２とアクセルセンサ２３の各検出出力に基づいて設定される必要空気量以上であるときに閉じたＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させるところにある。
【０００８】
この請求項１に記載された車両用エンジンの排ガス再循環装置では、エンジン１１が停車時のアイドル状態である場合であってコントローラ２４が過渡状態であることを検出しない時、コントローラ２４はＥＧＲバルブ２１ｂを開放してＥＧＲパイプ２１ａを連通させる。このため、排気マニホルド１７ａの排ガスはそのＥＧＲパイプ２１ａを介して吸気マニホルド１５ａに供給され、エンジン１２の燃焼室内での燃焼ガスの温度が低くなって窒素と酸素との反応が抑制され、ＮＯｘの排出は低減される。
【００１０】
一方、エンジン１２がアイドル状態では速度センサ３２はターボ過給機１１が下限回転速度以下であることを検出する。そのアイドル状態で停車している車両を発進させようとしてクラッチペダルを踏込み、変速機レバーをシフトさせると、クラッチセンサ３１がクラッチの断状態を検出し、ポジションセンサ３３がニュートラル以外のシフト位置を検出する。この状態が生じるとコントローラ２４は過渡状態になると判断してＥＧＲバルブ２１ｂを閉じ、ＥＧＲの作動を停止させる。このため、その後実際に車両が発進する際におけるアクセルペダルの踏込みに起因する燃料の噴射量の増加に対してＥＧＲバルブ２１ｂの閉止は遅れることを回避することができる。
【００１１】
また、アクセルペダルが実際に踏込まれる以前にＥＧＲバルブ２１ｂが閉じられるので、ターボ過給機１１の回転速度はアクセルペダルが実際に踏込まれる以前から上昇し、アクセルペダルが踏込まれて燃料の噴射量が増加すると同時に吸気を加圧する。このため、ＥＧＲバルブ２１ｂの閉止とともにターボ過給機１１の回転速度が燃料噴射量の増量に対して遅れることはなく、車両発進時にシリンダ内における空気と燃料とのバランスは保たれて黒煙の発生は防止される。
【００１２】
ＥＧＲバルブ２１ｂが閉じられたことによりターボ過給機１１の回転速度が上昇し、ターボ過給機１１の回転速度が上限回転速度を越えていることを速度センサ３２が検出するに至った場合には、コントローラ２４はＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させる通常走行における制御状態に復帰する。このため、ＥＧＲバルブ２１ｂが閉じることに起因するターボ過給機１１の過回転が防止され、ターボ過給機１１の信頼性を維持することができる。
【００１３】
また、過渡状態から車両が通常の走行状態に移行すると、ターボ過給機１１が所定の下限回転速度以上であることを速度センサ３２が検出し、ターボ過給機１１における吸気の加圧が十分になされてエンジン１２の吸気流量を検出する吸気量センサ３４の検出出力が回転センサ２２とアクセルセンサ２３の各検出出力に基づいて設定される必要空気量以上となっており、定常走行状態であることを示すアクセルベダルの踏込み量の時間的変化率が所定の変化率以下であることがアクセルセンサ２３の検出出力により検出される。これによりコントローラ２４はＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させる通常走行における制御状態に速やかに復帰し、エンジン１２の燃焼室内での燃焼ガスの温度を低くしてＮＯｘの排出を低減する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１にターボ過給機１１が設けられた車両用のディーゼルエンジン１２を示す。このエンジン１２はベダル操作クラッチを有する車両に設けられるディーゼルエンジン１２であり、エンジン１２の吸気ポート１４には吸気通路１５、即ち吸気マニホルド１５ａを介して吸気管１５ｂが接続され、排気ポート１６には排気通路１７、即ち排気マニホルド１７ａを介して排気管１７ｂが接続される。ターボ過給機１１は吸気管１５ｂに設けられコンプレッサ羽根車（図示せず）を回転可能に収容するコンプレッサハウジング１１ａと、排気管１７ｂに設けられタービン羽根車（図示せず）を回転可能に収容するタービンハウジング１１ｂとを有する。タービンハウジング１１ｂ及びコンプレッサハウジング１１ａはシャフト（図示せず）の中央を回転可能に保持する接続部１１ｃにより接続され、このシャフトの両端に上記タービン羽根車及びコンプレッサ羽根車がそれぞれ嵌着される。なお、図１の符号１９はコンプレッサハウジング１１ａ及び吸気マニホルド１５ａ間の吸気管１５ｂに設けられ吸気を冷却するインタクーラである。
【００１５】
またエンジン１２には排気マニホルド１７ａ内の排ガスの一部をＥＧＲパイプ２１ａを通って吸気マニホルド１５ａに還流するＥＧＲ装置２１が設けられる。ＥＧＲ装置２１は、一端が排気マニホルド１７ａに接続されエンジン１２をバイパスして他端が吸気マニホルド１５ａに接続された上記ＥＧＲパイプ２１ａと、ＥＧＲパイプ２１ａに設けられ排気マニホルド１７ａからＥＧＲパイプ２１ａを通って吸気マニホルド１５ａに還流される排ガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブ２１ｂとを有する。ＥＧＲバルブ２１ｂは図示しないがモータにより弁体を駆動してバルブ本体の開度を調節する電動弁である。なおＥＧＲバルブとして電動弁ではなくエア駆動型弁等を用いてもよい。図１の符号２１ｃはＥＧＲパイプ２１ａに設けられ、吸気マニホルド１５ａに還流される排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラである。
【００１６】
また、エンジン１２にはクランク軸の回転速度を検出する回転センサ２２と、アクセルペダルの踏込み量をエンジン１２の負荷として検出するアクセルセンサ２３とが設けられる。回転センサ２２及びアクセルセンサ２３の各検出出力はコントローラ２４の制御入力に接続され、コントローラ２４の制御出力はＥＧＲバルブ２１ｂに接続される。コントローラ２４にはメモリ２４ａが設けられ、このメモリ２４ａにはエンジン１２の定常運転状態における回転速度及びエンジン１２の負荷に基づいて定められた定常ＥＧＲ開度がマップとして記憶される。このコントローラ２４は、回転センサ２２とアクセルセンサ２３の各検出出力をメモリに記憶されたマップに照らして定常の走行状態に応じたＥＧＲ開度に基づいてＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させるように構成される。
【００１７】
一方、図示しないベダル操作クラッチにはそのクラッチの接断状態を検出するクラッチセンサ３１が設けられ、ターボ過給機１１にはコンプレッサ羽根車の回転速度を検出する速度センサ３２が設けられる。また、車両の図示しない変速機にはその変速機のシフト位置を検出するポジションセンサ３３が設けられ、コンプレッサハウジング１１ａより上流側の吸気管１５ｂには吸気マニホルド１５ａへの吸気流量を検出する吸気量センサ３４が設けられる。クラッチセンサ３１と速度センサ３２とポジションセンサ３３と吸気量センサ３４の各検出出力はコントローラ２４の制御入力に接続され、コントローラ２４のメモリ２４ａにはターボ過給機１１におけるコンプレッサ羽根車の下限回転速度と上限回転速度、及びアクセルベダルの踏込み量の時間的変化率から車両が過渡状態であることを示す所定の変化率が記憶される。ここで、コンプレッサ羽根車の下限回転速度とはエンジンのアイドル時であることを検出するためのコンプレッサ羽根車の回転速度であり、上限回転速度とはコンプレッサ羽根車の限界回転速度を示す。
【００１８】
このように構成された排ガス再循環装置のコントローラ２４は、過渡状態であることを検出しない場合、例えば停車時におけるアイドル状態、又はトラック（図示せず）が平地を一定速度で走行するときには、コントローラ２４は回転センサ２２及びアクセルセンサ２３の各検出出力とメモリ２４ａに記憶されたマップとを比較演算してＥＧＲバルブ２１ｂを開放するように構成される。ＥＧＲバルブ２１ｂが開放されるとＥＧＲパイプ２１ａは連通し、排気マニホルド１７ａの排ガスがそのＥＧＲパイプ２１ａを介して吸気マニホルド１５ａに供給される。この結果、エンジン１２の燃焼室内での燃焼ガスの温度が低くなって窒素と酸素との反応が抑制され、ＮＯｘの排出を低減できる。
次に、停車時のアイドル状態から車両を発進させるとき又は定常走行状態から急加速を行う場合のコントローラの制御を図２を用いて説明する。
【００１９】
定常走行状態から例えば前方を走行する車両を追い越すためにアクセルペダルを急激に踏込むと、アクセルセンサ２３はその開度を検出して出力する。コントローラ２４は、そのアクセル開度信号を入力してアクセルベダルの踏込み量の時間的変化率を求める。そしてその変化率が所定の変化率を越えていることをコントローラ２４が検出したときにＥＧＲバルブ２１ｂを閉じ、加速時のＥＧＲの作動の遅れを防止する。また定常走行状態ではターボ過給機１１におけるコンプレッサ羽根車の回転速度はアイドル時における回転速度に比較して高く、ＥＧＲバルブ２１ｂが閉止されてアクセルペダルが踏込まれることにより燃料の噴射量が増加すると同時に吸気を加圧する。このため、車両加速時にシリンダ内における空気と燃料とのバランスは保たれて黒煙の発生は防止される。
【００２０】
一方、停車時のアイドル状態では、クラッチセンサ３１はクラッチの接続状態を検出し、コンプレッサ羽根車が下限回転速度以下であることを速度センサ３２が検出し、ポジションセンサ３３はニュートラル位置を検出している。この状態から車両を発進させようとする運転者は、先ず図示しないクラッチペダルを踏込み、そして変速機レバーをシフトさせる。するとクラッチセンサ３１はクラッチの断状態を検出し、ポジションセンサ３３はニュートラル以外のシフト位置を検出する。このようにして車両が実際に発進する以前にクラッチセンサ３１がクラッチの断状態を検出し、コンプレッサ羽根車が下限回転速度以下であることを速度センサ３２が検出し、ポジションセンサ３３がニュートラル以外のシフト位置を検出する状態が生じる。この状態が生じた場合にもコントローラ２４はＥＧＲバルブ２１ｂを閉じる。
【００２１】
そして運転者は次にアクセルペダルを踏込みつつクラッチペダルの踏込みを徐々に緩め、エンジン１２の動力が車両の車輪に伝達されて車両が実際に動き出す。ここで、アクセルペダルが実際に踏込まれる以前にＥＧＲバルブ２１ｂが閉じられているので、ターボ過給機１１におけるコンプレッサ羽根車の回転速度はアクセルペダルが実際に踏込まれる以前から上昇し、アクセルペダルが踏込まれて燃料の噴射量が増加すると同時に吸気を加圧する。このため、ＥＧＲバルブ２１ｂの閉止とともにターボ過給機１１におけるコンプレッサ羽根車の回転速度が燃料噴射量の増量に対して遅れることはなく、車両発進時にシリンダ内における空気と燃料とのバランスは保たれて黒煙の発生は防止される。また、燃料の噴射量はアクセルペダルの踏込み量に応じて増加するので、車両発進時のトルク不足は解消されて車両の発進にもたつきを生じさせることは回避される。
【００２２】
次に、過渡状態から車両が通常の走行状態に移行したときのコントローラの制御を図３を用いて説明する。
【００２３】
ＥＧＲバルブ２１ｂが閉じられた状態で車両を加速させると、ターボ過給機１１におけるコンプレッサ羽根車の回転速度は更に上昇して吸気を更に加圧する。ターボ過給機１１におけるコンプレッサ羽根車の回転速度は速度センサ３２により検出され、コンプレッサ羽根車の回転信号が上限回転速度を越えていることを検出するに至ったときにコントローラ２４はＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させる通常走行における制御状態に復帰する。これによりＥＧＲバルブ２１ｂが閉じることに起因するターボ過給機１１におけるコンプレッサ羽根車の過回転が防止され、ターボ過給機１１の信頼性を維持することができる。
【００２４】
また、コンプレッサ羽根車の回転信号が上限回転速度未満であっても下限回転速度以上であることを検出している場合には、コントローラ２４は吸気量センサ３４と回転センサ２２とアクセルセンサ２３の各検出出力を取り込む。そして、ターボ過給機１１における吸気の加圧が十分になされて吸気量センサ３４の検出出力によるエンジン１２の吸気流量が回転センサ２２とアクセルセンサ２３の各検出出力に基づいて設定される必要空気量以上となっており、定常走行状態であることを示すアクセルベダルの踏込み量の時間的変化率が所定の変化率以下であることがアクセルセンサ２３の検出出力により検出するに至ったときには、コントローラ２４はＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させる通常走行における制御状態に復帰して、通常走行状態におけるエンジン１２の燃焼室内での燃焼ガスの温度を低くしてＮＯｘの排出を低減する。
【００２５】
なお、上記の実施の形態では、エンジンを車両としてのトラックに搭載した例を示したが、車両はペダル操作クラッチを有する限り乗用車や、建設現場で使用される建設用の特殊車両であってもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、クラッチの接断状態を検出するクラッチセンサと、ターボ過給機の回転速度を検出する速度センサと、変速機のシフト位置を検出するポジションセンサと、エンジンの吸気流量を検出する吸気量センサとを備え、アクセルセンサの検出出力によりアクセルベダルの踏込み量の時間的変化率が所定の変化率を越えているときにＥＧＲバルブ２１ｂを閉じるように構成したので、定常走行状態からアクセルペダルを急激に踏込むと同時にＥＧＲバルブが閉じられ、定常走行状態における急加速時のＥＧＲの作動の遅れが防止される。
【００２７】
また、コントローラは、クラッチセンサがクラッチの断状態を検出し、ターボ過給機が所定の下限回転速度未満であることを速度センサが検出し、かつポジションセンサがニュートラル以外のシフト位置を検出するときにＥＧＲバルブを閉じるように構成したので、ターボ過給機が下限回転速度以下であることを速度センサが検出するアイドル状態で停車している車両を発進させようとしてクラッチペダルを踏込み、変速機レバーをシフトさせると、クラッチセンサがクラッチの断状態を検出し、ポジションセンサがニュートラル以外のシフト位置を検出してＥＧＲバルブが閉じられる。このため、その後実際に車両が発進する際におけるアクセルペダルの踏込みに起因する燃料の噴射量の増加に対してＥＧＲバルブの閉止は遅れることを回避することができる。
【００２８】
この場合、アクセルペダルが実際に踏込まれる以前にＥＧＲバルブが閉じられるので、ターボ過給機の回転速度はアクセルペダルが実際に踏込まれる以前から上昇し、アクセルペダルが踏込まれて燃料の噴射量が増加すると同時に吸気を加圧する。この結果、ＥＧＲバルブの閉止とともにターボ過給機の回転速度が燃料噴射量の増量に対して遅れることはなく、車両発進時にシリンダ内における空気と燃料とのバランスは保たれて黒煙の発生は防止するとともに、燃料の噴射量はアクセルペダルの踏込み量に応じて増加するので、車両発進時のトルク不足は解消されて車両の発進にもたつきを生じさせることは回避される。
【００２９】
一方、吸気量センサの検出出力が回転センサとアクセルセンサの各検出出力に基づいて設定される必要空気量以上であり，アクセルセンサの各検出出力によりアクセルベダルの踏込み量の時間的変化率が所定の変化率以下でありかつターボ過給機が所定の下限回転速度以上であることを速度センサが検出するとき、ＥＧＲバルブ２１ｂを開いて排ガスの一部を吸気系に再循環させるように構成したので、過渡状態から車両が通常の走行状態に移行した場合に、速やかに通常走行における制御状態に復帰し、エンジンの燃焼室内での燃焼ガスの温度を低くしてＮＯｘの排出を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス再循環装置の構成図。
【図２】車両を発進させ又は走行状態から加速を行う場合のコントローラの制御状態を示す図。
【図３】過渡状態から通常走行状態に移行したときのコントローラの制御状態を示す図。
【符号の説明】
１１  ターボ過給機
１２  エンジン
１５ａ  吸気マニホルド
１７ａ  排気マニホルド
２１ａ  ＥＧＲパイプ
２１ｂ  ＥＧＲバルブ
２２  回転センサ
２３  アクセルセンサ
２４  コントローラ
３１  クラッチセンサ
３２  速度センサ
３３  ポジションセンサ
３４  吸気量センサ
【図１】
0003962802.tif 000002
【図２】
0003962802.tif 000003
【図３】
0003962802.tif 000004