JPH0571428A - デイーゼル機関の排気ガス還流装置 - Google Patents
デイーゼル機関の排気ガス還流装置Info
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- JPH0571428A JPH0571428A JP3259858A JP25985891A JPH0571428A JP H0571428 A JPH0571428 A JP H0571428A JP 3259858 A JP3259858 A JP 3259858A JP 25985891 A JP25985891 A JP 25985891A JP H0571428 A JPH0571428 A JP H0571428A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
- F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
- F02M26/35—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for cleaning or treating the recirculated gases, e.g. catalysts, condensate traps, particle filters or heaters
-
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-
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 過給機のブロワー下流からＥＧＲガスを取り
出すこととし、その取り出し部より下流側に可変の背圧
制御バルブを設け、さらには、ＥＧＲガス還流回路中に
もＥＧＲ率制御バルブを設けることによって、ＮＯｘを
低減するために最適なＥＧＲガス還流圧力を得られるよ
うにする。 【構成】 過給機のブロワー下流側に吸気側へのＥＧＲ
ガス取り出し部を設けるとともに、更にその取り出し部
よりも下流の排気通路中に可変背圧制御バルブを設け、
これによって、排気ガスの還流量を変更できるようにす
る。その際、排気ガス圧力等をセンシングすることで、
その背圧制御バルブの開量を制御し、最適なＥＧＲガス
還流圧力が得られようにする。他方、ＥＧＲガス還流回
路中にも微調整用のＥＧＲ率制御バルブを設けることに
よって、より精度の高い制御を行えるようにする。
出すこととし、その取り出し部より下流側に可変の背圧
制御バルブを設け、さらには、ＥＧＲガス還流回路中に
もＥＧＲ率制御バルブを設けることによって、ＮＯｘを
低減するために最適なＥＧＲガス還流圧力を得られるよ
うにする。 【構成】 過給機のブロワー下流側に吸気側へのＥＧＲ
ガス取り出し部を設けるとともに、更にその取り出し部
よりも下流の排気通路中に可変背圧制御バルブを設け、
これによって、排気ガスの還流量を変更できるようにす
る。その際、排気ガス圧力等をセンシングすることで、
その背圧制御バルブの開量を制御し、最適なＥＧＲガス
還流圧力が得られようにする。他方、ＥＧＲガス還流回
路中にも微調整用のＥＧＲ率制御バルブを設けることに
よって、より精度の高い制御を行えるようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主として定置型のデ
ィーゼル機関に使用される排気ガス還流装置（ＥＧＲ装
置）に関するものである。
ィーゼル機関に使用される排気ガス還流装置（ＥＧＲ装
置）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】排気ガスを吸気側に還流させることによ
って、ＮＯｘを低減できることが知られている。
って、ＮＯｘを低減できることが知られている。
【０００３】このようなＥＧＲ装置を備えた機関におい
て、過給機のタービン上流側から還流ガスを取り出すこ
とにすると、タービン効率が低下する不都合がある。そ
こで、過給機付きの機関では、その過給機のタービン下
流側にＥＧＲガス還流回路を接続して、その下流側の排
気ガスを還流させることになるが、タービンにより消費
された後であるので、ガス圧力が低く充分な還流圧力が
得られないという問題がある。
て、過給機のタービン上流側から還流ガスを取り出すこ
とにすると、タービン効率が低下する不都合がある。そ
こで、過給機付きの機関では、その過給機のタービン下
流側にＥＧＲガス還流回路を接続して、その下流側の排
気ガスを還流させることになるが、タービンにより消費
された後であるので、ガス圧力が低く充分な還流圧力が
得られないという問題がある。
【０００４】そこで、従来、、ＥＧＲガスを過給機出口
側である下流から取り出してブロワー入口に還流させる
とともに、背圧をアイドリング時と負荷運転時とでオン
−オフして、必要な還流ガス圧力を得られるようにした
ものがある。他方、スートトラップやＥＧＲガスクーラ
ーを取り付けるのは既に公知であるが、これらに組み合
わせたものはなかった。
側である下流から取り出してブロワー入口に還流させる
とともに、背圧をアイドリング時と負荷運転時とでオン
−オフして、必要な還流ガス圧力を得られるようにした
ものがある。他方、スートトラップやＥＧＲガスクーラ
ーを取り付けるのは既に公知であるが、これらに組み合
わせたものはなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来に
おいては、ＥＧＲガス還流回路の下流側に背圧バルブを
設けて十分な還流ガス圧力を得るようにしており、これ
によって必要なガス圧力を得ることができる。一般に、
排気ガス中のＮＯｘは、ＥＧＲガス還流量が多いほど低
下する傾向にあり、このことからすれば、背圧バルブに
よって還流量を多く設定するほどよいことになる。しか
しながら、ＮＯｘの発生量と燃料消費量及び黒煙の発生
量は一般に相反する関係にあり、負荷などの機関の諸条
件に応じて最適のＥＧＲガス還流量を得るよう制御する
必要があるのに対し、前記従来のように単純にオン−オ
フするものでは、かかる制御を行うことができないとい
う欠点があった。
おいては、ＥＧＲガス還流回路の下流側に背圧バルブを
設けて十分な還流ガス圧力を得るようにしており、これ
によって必要なガス圧力を得ることができる。一般に、
排気ガス中のＮＯｘは、ＥＧＲガス還流量が多いほど低
下する傾向にあり、このことからすれば、背圧バルブに
よって還流量を多く設定するほどよいことになる。しか
しながら、ＮＯｘの発生量と燃料消費量及び黒煙の発生
量は一般に相反する関係にあり、負荷などの機関の諸条
件に応じて最適のＥＧＲガス還流量を得るよう制御する
必要があるのに対し、前記従来のように単純にオン−オ
フするものでは、かかる制御を行うことができないとい
う欠点があった。
【０００６】即ち、上記従来の背圧バルブは自動車用機
関に取り付けることを目的としたもので、自動車用のＮ
Ｏｘの規制基準は、ある走行モードにおいて、決められ
た量以下であれば良いとされている。このような観点か
ら、自動車用エンジンでは、全負荷がかかったときでも
ＥＧＲを使用すると出力上不利となるので、バルブを閉
じてＥＧＲがかからないようにしている。即ち、自動車
用エンジンのＥＧＲはアイドリング時に使用するのが目
的であって、しかも特別の制御を行うことなく直接に還
流させるだけでも十分であった。
関に取り付けることを目的としたもので、自動車用のＮ
Ｏｘの規制基準は、ある走行モードにおいて、決められ
た量以下であれば良いとされている。このような観点か
ら、自動車用エンジンでは、全負荷がかかったときでも
ＥＧＲを使用すると出力上不利となるので、バルブを閉
じてＥＧＲがかからないようにしている。即ち、自動車
用エンジンのＥＧＲはアイドリング時に使用するのが目
的であって、しかも特別の制御を行うことなく直接に還
流させるだけでも十分であった。
【０００７】他方、定置用エンジンでは、どのような条
件下でもすなわちどのような使われ方をしても、一定量
以下であることが必要とされており、これらに応じて最
良のＮＯｘ低減効果を得ることが必要となるのであっ
て、むしろ、自動車用エンジンと異なって、定置型のエ
ンジンでは、全負荷時のＮＯｘの低減がもっとも必要と
され、燃料消費量や黒煙の問題を考慮しながら、適切な
制御を行うことが必要となるのである。
件下でもすなわちどのような使われ方をしても、一定量
以下であることが必要とされており、これらに応じて最
良のＮＯｘ低減効果を得ることが必要となるのであっ
て、むしろ、自動車用エンジンと異なって、定置型のエ
ンジンでは、全負荷時のＮＯｘの低減がもっとも必要と
され、燃料消費量や黒煙の問題を考慮しながら、適切な
制御を行うことが必要となるのである。
【０００８】この発明の目的は、過給機のブロワー下流
からＥＧＲガスを取り出すこととし、その取り出し部よ
り下流側に可変の背圧制御バルブを設け、さらには、Ｅ
ＧＲガス還流回路中にもＥＧＲ率制御バルブを設けるこ
とによって、ＮＯｘを低減するために最適なＥＧＲガス
還流圧力を得られるようにする点にある。更に、上記バ
ルブを負荷やその他の条件に応じて調節することで、そ
れらに応じて最適の環流ガス圧力を得られるようにする
ことも含まれる。
からＥＧＲガスを取り出すこととし、その取り出し部よ
り下流側に可変の背圧制御バルブを設け、さらには、Ｅ
ＧＲガス還流回路中にもＥＧＲ率制御バルブを設けるこ
とによって、ＮＯｘを低減するために最適なＥＧＲガス
還流圧力を得られるようにする点にある。更に、上記バ
ルブを負荷やその他の条件に応じて調節することで、そ
れらに応じて最適の環流ガス圧力を得られるようにする
ことも含まれる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明では、過給機のブロワー下流側に吸気側へ
のＥＧＲガス取り出し部を設けるとともに、更にその取
り出し部よりも下流の排気通路中に可変背圧制御バルブ
を設け、これによって、排気ガスの還流量を変更できる
ようにする。その際、排気ガス圧力等をセンシングする
ことで、その背圧制御バルブの開量を制御し、最適なＥ
ＧＲガス還流圧力が得られようにする。他方、ＥＧＲガ
ス還流回路中にも微調整用のＥＧＲ制御バルブを設ける
ことによって、より精度の高い制御を行えるようにす
る。
め、この発明では、過給機のブロワー下流側に吸気側へ
のＥＧＲガス取り出し部を設けるとともに、更にその取
り出し部よりも下流の排気通路中に可変背圧制御バルブ
を設け、これによって、排気ガスの還流量を変更できる
ようにする。その際、排気ガス圧力等をセンシングする
ことで、その背圧制御バルブの開量を制御し、最適なＥ
ＧＲガス還流圧力が得られようにする。他方、ＥＧＲガ
ス還流回路中にも微調整用のＥＧＲ制御バルブを設ける
ことによって、より精度の高い制御を行えるようにす
る。
【００１０】また、排気ガスの処理を行うために煤塵除
去用のスートトラップとＥＧＲガスクーラーを設けてい
る。更に、吸気温度の低い始動時などに、吸気温度を上
昇させる目的でＥＧＲガスクーラーの通らないバイパス
回路、または、過給機のタービン下流もしくは上流の排
気ガスを直接吸気側に還流させることのできるバイパス
回路を設けることが考えられる。一方、ＥＧＲガスの冷
却を促進して、よりＮＯｘの発生量を低減するため、Ｅ
ＧＲガスを圧縮・膨張させて冷却するターボクーリング
装置を設けることが考えられる。
去用のスートトラップとＥＧＲガスクーラーを設けてい
る。更に、吸気温度の低い始動時などに、吸気温度を上
昇させる目的でＥＧＲガスクーラーの通らないバイパス
回路、または、過給機のタービン下流もしくは上流の排
気ガスを直接吸気側に還流させることのできるバイパス
回路を設けることが考えられる。一方、ＥＧＲガスの冷
却を促進して、よりＮＯｘの発生量を低減するため、Ｅ
ＧＲガスを圧縮・膨張させて冷却するターボクーリング
装置を設けることが考えられる。
【００１１】更に、上記において、背圧制御バルブとＥ
ＧＲ率制御バルブの制御は、排気ガス圧力と吸気側に還
流するガスのＮＯｘ濃度を検出して行う制御手段と、Ｅ
ＧＲガス還流回路中と吸気側の炭酸ガス又は酸素濃度を
検出しておこなう制御手段と、大気の温度、湿度、大気
圧を検出し、更に、機関の負荷又は燃料消費量を検出し
て行う制御手段とがある。
ＧＲ率制御バルブの制御は、排気ガス圧力と吸気側に還
流するガスのＮＯｘ濃度を検出して行う制御手段と、Ｅ
ＧＲガス還流回路中と吸気側の炭酸ガス又は酸素濃度を
検出しておこなう制御手段と、大気の温度、湿度、大気
圧を検出し、更に、機関の負荷又は燃料消費量を検出し
て行う制御手段とがある。
【００１２】
〈図１の回路の説明〉図において、１は、エンジン本
体、２は、そのエンジン本体１の吸気マニホールド、３
は、排気マニホールドである。４は、排気タービン過給
機であって、そのタービン５が排気マニホールド３と排
気管６との接続部に取り付けられ、ブロワー７が吸気マ
ニホールド２と吸気管８との接続部に取り付けられてい
る。９は、吸気管８の吸入口に取り付けたエアクリーナ
である。また、吸気マニホールド２の途中にはインタク
ーラー１０が介装されている。排気管６の途中には、Ｅ
ＧＲガス還流回路１２を構成するＥＧＲガス管１３の入
口部が接続されているが、そのＥＧＲガス管１３の出口
側が、その途中のスートトラップ１４とそのスートトラ
ップ１４下流のＥＧＲガスクーラー２１を介して、吸気
管２の途中に接続され、これによって、排気管６中の排
気ガスを、ＥＧＲガスとして、ブロワー７手前の吸気管
８へ還流させるようにしている。そして、上記ＥＧＲガ
ス管１３の接続部よりも下流の排気管６の途中には、そ
の排気管６を流れる排気ガスの量を無段階に変更するこ
とのできる可変背圧制御バルブ１５が設けられ、この背
圧制御バルブ１５を調節することによって、ＥＧＲガス
管１３へ還流する排気ガス圧力を制御するものである。
なお、背圧制御バルブ１５よりも下流の排気管６の途中
には、その排気ガスとの熱交換によって、温水器その他
の装置に使用する熱を取り出す排気エコノマイザ１６が
取り付けられている。
体、２は、そのエンジン本体１の吸気マニホールド、３
は、排気マニホールドである。４は、排気タービン過給
機であって、そのタービン５が排気マニホールド３と排
気管６との接続部に取り付けられ、ブロワー７が吸気マ
ニホールド２と吸気管８との接続部に取り付けられてい
る。９は、吸気管８の吸入口に取り付けたエアクリーナ
である。また、吸気マニホールド２の途中にはインタク
ーラー１０が介装されている。排気管６の途中には、Ｅ
ＧＲガス還流回路１２を構成するＥＧＲガス管１３の入
口部が接続されているが、そのＥＧＲガス管１３の出口
側が、その途中のスートトラップ１４とそのスートトラ
ップ１４下流のＥＧＲガスクーラー２１を介して、吸気
管２の途中に接続され、これによって、排気管６中の排
気ガスを、ＥＧＲガスとして、ブロワー７手前の吸気管
８へ還流させるようにしている。そして、上記ＥＧＲガ
ス管１３の接続部よりも下流の排気管６の途中には、そ
の排気管６を流れる排気ガスの量を無段階に変更するこ
とのできる可変背圧制御バルブ１５が設けられ、この背
圧制御バルブ１５を調節することによって、ＥＧＲガス
管１３へ還流する排気ガス圧力を制御するものである。
なお、背圧制御バルブ１５よりも下流の排気管６の途中
には、その排気ガスとの熱交換によって、温水器その他
の装置に使用する熱を取り出す排気エコノマイザ１６が
取り付けられている。
【００１３】〈図２の回路の説明〉図２は、前記図１の
回路に更に、ＨＣヒータ１９、ＥＧＲガスクーラー２１
のバイパス回路２０、及び、気水分離器２２を取り付け
た回路図である。ＨＣヒータ１９は、スートトラップ１
４の上流において、ＥＧＲガス管１３の途中に設けら
れ、気水分離器２２は、ＥＧＲガスクーラー２１の下流
に取り付けられて、そのガスクーラー２１による冷却の
際に発生する酸性凝縮水を分離・還元処理して排出する
ようにしている。ＥＧＲガスクーラー２１をバイパスす
るバイパス回路２０には、ＥＧＲガスの温度に応じて、
温度の高いときは、全量をＥＧＲガスクーラー２１を通
過させ、低いときはバイパスさせるための開閉弁１８が
取り付けられている。
回路に更に、ＨＣヒータ１９、ＥＧＲガスクーラー２１
のバイパス回路２０、及び、気水分離器２２を取り付け
た回路図である。ＨＣヒータ１９は、スートトラップ１
４の上流において、ＥＧＲガス管１３の途中に設けら
れ、気水分離器２２は、ＥＧＲガスクーラー２１の下流
に取り付けられて、そのガスクーラー２１による冷却の
際に発生する酸性凝縮水を分離・還元処理して排出する
ようにしている。ＥＧＲガスクーラー２１をバイパスす
るバイパス回路２０には、ＥＧＲガスの温度に応じて、
温度の高いときは、全量をＥＧＲガスクーラー２１を通
過させ、低いときはバイパスさせるための開閉弁１８が
取り付けられている。
【００１４】更に、上記気水分離器２２の下流側には、
負荷に応じてＥＧＲガス還流量をより細かく制御するた
めのファイン制御用（微調整用）ＥＧＲ率制御バルブ２
６が設けられている。
負荷に応じてＥＧＲガス還流量をより細かく制御するた
めのファイン制御用（微調整用）ＥＧＲ率制御バルブ２
６が設けられている。
【００１５】また、上記ＥＧＲガス管１３の入口よりも
上流の排気管６の途中より分岐して、その排気管６中の
ガスを前記ＨＣヒータ１９、スートトラップ１４、及
び、気水分離器２２を通さないでブロワー７側に直接還
流させるため、切り替えバルブを備えた直接還流バイパ
ス回路２３が、前記ＥＧＲ率制御バルブ２６の上流側に
接続して、設けられている。このバイパス回路２３は、
上記ＥＧＲガスクーラー２１をバイパスする回路２０と
同じ目的に使用するものであり、特にこの回路２３は、
スートトラップ１４やＨＣヒータ１９及び気水分離器２
２といった通路の抵抗となる部分を通らないので、より
高温でかつ効率のよい還流量を得られる。すなわち、最
近のエンジンではＮＯｘ対策のため噴射時期を遅らせた
ものがあるが、低負荷時でも冷却を行なうと着火遅れが
長くなり、却ってＮＯｘが悪化したり未燃炭化水素が多
くなるが、かかるバイパス回路２３を設けることによっ
てそのような不都合を防止できる。この場合、図の破線
で示すように、過給機のタービン５より手前側から還流
させるようにこのバイパス回路２３を設けることも考え
られる。このようにすると、タービン５によって温度が
低下する前の排気ガスを還流させるので、より高温のＥ
ＧＲガスを得ることができ、始動性及び低負荷時の性能
をより改善できる効果がある。
上流の排気管６の途中より分岐して、その排気管６中の
ガスを前記ＨＣヒータ１９、スートトラップ１４、及
び、気水分離器２２を通さないでブロワー７側に直接還
流させるため、切り替えバルブを備えた直接還流バイパ
ス回路２３が、前記ＥＧＲ率制御バルブ２６の上流側に
接続して、設けられている。このバイパス回路２３は、
上記ＥＧＲガスクーラー２１をバイパスする回路２０と
同じ目的に使用するものであり、特にこの回路２３は、
スートトラップ１４やＨＣヒータ１９及び気水分離器２
２といった通路の抵抗となる部分を通らないので、より
高温でかつ効率のよい還流量を得られる。すなわち、最
近のエンジンではＮＯｘ対策のため噴射時期を遅らせた
ものがあるが、低負荷時でも冷却を行なうと着火遅れが
長くなり、却ってＮＯｘが悪化したり未燃炭化水素が多
くなるが、かかるバイパス回路２３を設けることによっ
てそのような不都合を防止できる。この場合、図の破線
で示すように、過給機のタービン５より手前側から還流
させるようにこのバイパス回路２３を設けることも考え
られる。このようにすると、タービン５によって温度が
低下する前の排気ガスを還流させるので、より高温のＥ
ＧＲガスを得ることができ、始動性及び低負荷時の性能
をより改善できる効果がある。
【００１６】上記において、スートトラップ１４は、基
本的には、固体状のススだけを取るためであって、気体
状のＨＣが通過するので、それが液化して管路中に付着
するのを防止するため、前記ＨＣヒータ１９を設けて、
予め燃焼させるようにしている。一般的に酸化触媒を用
いるパーティキュレートトラップ手段は、排気温度を高
くする必要があり、そのために、ヒータを設けたものは
あるが、本件では、ＨＣだけを燃焼させるもので、その
他は、スートトラップ１４で捕集するようにしている。
本的には、固体状のススだけを取るためであって、気体
状のＨＣが通過するので、それが液化して管路中に付着
するのを防止するため、前記ＨＣヒータ１９を設けて、
予め燃焼させるようにしている。一般的に酸化触媒を用
いるパーティキュレートトラップ手段は、排気温度を高
くする必要があり、そのために、ヒータを設けたものは
あるが、本件では、ＨＣだけを燃焼させるもので、その
他は、スートトラップ１４で捕集するようにしている。
【００１７】背圧制御バルブ１５の上流における排気管
６中には、その排気管６内の背圧を検出する圧力センサ
ー２４が取り付けられ、その検出センサー２４の検出結
果を背圧制御バルブ１５にフィードバックすることによ
って、ＥＧＲガス圧力が適切な値となるように背圧制御
バルブ１５の開度を制御するようにしている。
６中には、その排気管６内の背圧を検出する圧力センサ
ー２４が取り付けられ、その検出センサー２４の検出結
果を背圧制御バルブ１５にフィードバックすることによ
って、ＥＧＲガス圧力が適切な値となるように背圧制御
バルブ１５の開度を制御するようにしている。
【００１８】更に、ＥＧＲガス管１３の入口よりも上流
における排気管６中に、その排気管６を流れる排気ガス
のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサー２５が設けら
れ、このセンサー２５の検出結果を、ＥＧＲ率制御バル
ブ２６へフィードバックすることによって、ＥＧＲガス
の還流量を微調整する。即ち、ＮＯｘの発生量は、前記
背圧制御バルブ１５により、目的の量のＥＧＲガスを還
流させるよう制御させることによって、ある程度の抑制
は可能であるが、しかし、それだけでは精度の高い制御
は困難であり、還流ガス中のＮＯｘを直接検出してＥＧ
Ｒ率制御バルブ２６で更に微調整することによって、負
荷などの変動に応じた最適な制御を行うことが出来る。
特に、背圧制御バルブ１５は、その制御量が大きいため
急激な負荷変動に対して有効である。
における排気管６中に、その排気管６を流れる排気ガス
のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサー２５が設けら
れ、このセンサー２５の検出結果を、ＥＧＲ率制御バル
ブ２６へフィードバックすることによって、ＥＧＲガス
の還流量を微調整する。即ち、ＮＯｘの発生量は、前記
背圧制御バルブ１５により、目的の量のＥＧＲガスを還
流させるよう制御させることによって、ある程度の抑制
は可能であるが、しかし、それだけでは精度の高い制御
は困難であり、還流ガス中のＮＯｘを直接検出してＥＧ
Ｒ率制御バルブ２６で更に微調整することによって、負
荷などの変動に応じた最適な制御を行うことが出来る。
特に、背圧制御バルブ１５は、その制御量が大きいため
急激な負荷変動に対して有効である。
【００１９】〈図３の回路の説明〉図３は、ＥＧＲガス
冷却装置の他の実施例を示す回路図であり、上記ＥＧＲ
ガスクーラー２１に加えて、その下流に、ブロワー３０
とタービン３１とからなるターボクーリング装置２９を
設けて、より低温のＥＧＲガスを還流させるようにした
ものである。即ち、そのブロワー３０は、ＥＧＲガス回
路を流れる還流ガスによって駆動されると同時にその還
流ガスを圧縮し、タービン３１で膨張されることによっ
て、冷却される。また、ブロワー３０からタービン３１
までの通路中にアフタークーラー３２を設けることによ
って、圧縮されたガスを予備的に冷却するようにしてい
る。勿論、前記と同様に、始動時の吸気が過冷却され
て、始動性が悪くなり或は逆にＥＧＲ効率が低下するの
防止するため、図の破線で示す位置などにバイパス回路
３３を設けることが望ましい。
冷却装置の他の実施例を示す回路図であり、上記ＥＧＲ
ガスクーラー２１に加えて、その下流に、ブロワー３０
とタービン３１とからなるターボクーリング装置２９を
設けて、より低温のＥＧＲガスを還流させるようにした
ものである。即ち、そのブロワー３０は、ＥＧＲガス回
路を流れる還流ガスによって駆動されると同時にその還
流ガスを圧縮し、タービン３１で膨張されることによっ
て、冷却される。また、ブロワー３０からタービン３１
までの通路中にアフタークーラー３２を設けることによ
って、圧縮されたガスを予備的に冷却するようにしてい
る。勿論、前記と同様に、始動時の吸気が過冷却され
て、始動性が悪くなり或は逆にＥＧＲ効率が低下するの
防止するため、図の破線で示す位置などにバイパス回路
３３を設けることが望ましい。
【００２０】〈図４の制御の説明〉図４は、前記背圧制
御バルブ１５とＥＧＲ率制御バルブ２６の開度の制御を
マイクロコンピュータを用いて行う場合の実施例を示し
ている。図において、３５はＥＧＲガス還流回路のＥＧ
Ｒ率制御バルブ２６の上流に設けた第１のガス濃度セン
サー、３６は、同じく下流に設けた第２のガス濃度セン
サーであり、前者３５は還流ガス中のＯ２又はＣＯ２を
検出し、後者３６は吸入空気と還流ガスとの混合気中の
Ｏ２又はＣＯ２を検出するもので、その値をマイクロコ
ンピュータ３７に入力するようになっている。そして、
マイクロコンピュータ３７は、その入力された値に基づ
いて演算を行った後、制御信号を各制御バルブ１５、２
６に出力して、最適のＥＧＲ率となるようそれらのバル
ブ開度を調節するものである。この場合、ＥＧＲ率をＥ
Ｒとすると、ＥＧＲ率ＥＲは次式で表される。
御バルブ１５とＥＧＲ率制御バルブ２６の開度の制御を
マイクロコンピュータを用いて行う場合の実施例を示し
ている。図において、３５はＥＧＲガス還流回路のＥＧ
Ｒ率制御バルブ２６の上流に設けた第１のガス濃度セン
サー、３６は、同じく下流に設けた第２のガス濃度セン
サーであり、前者３５は還流ガス中のＯ２又はＣＯ２を
検出し、後者３６は吸入空気と還流ガスとの混合気中の
Ｏ２又はＣＯ２を検出するもので、その値をマイクロコ
ンピュータ３７に入力するようになっている。そして、
マイクロコンピュータ３７は、その入力された値に基づ
いて演算を行った後、制御信号を各制御バルブ１５、２
６に出力して、最適のＥＧＲ率となるようそれらのバル
ブ開度を調節するものである。この場合、ＥＧＲ率をＥ
Ｒとすると、ＥＧＲ率ＥＲは次式で表される。
【００２１】
【数１】 Ｖe ＝Ｖa ＋Ｖg （１）
【００２２】
【数２】 Ｖe 〔Ｏ2 〕e ＝Ｖa 〔Ｏ2 〕a ＋Ｖg 〔Ｏ2 〕g （２）
【００２３】
【数３】 Ｖe 〔Ｏ2 〕e ＝Ｖa 〔ＣＯ2 〕a ＋Ｖg 〔ＣＵ2 〕g （３）
【００２４】
【数４】 ＥＲ＝Ｖg ／Ｖe （４）
【００２５】ここで、
【００２６】Ｖ：ガス量〔m3／h 〕
【００２７】ＥＲ：ＥＧＲ率
【００２８】〔Ｏ2 〕：酸素濃度〔％〕
【００２９】〔ＣＯ2 〕：二酸化炭素濃度〔％〕
【００３０】e ：ＥＧＲガス混合後の吸入ガス
【００３１】a ：ＥＧＲガス混合前の新気空気
【００３２】g ：ＥＧＲガス
【００３３】（１）（２）（４）より
【００３４】
【数５】 ＥＲ＝〔Ｏ2 〕a −〔Ｏ2 〕e ／〔Ｏ2 〕a −〔Ｏ2 〕g ＝２１−〔Ｏ2 〕e ／２１−〔Ｏ2 〕g （５）
【００３５】同様に、
【００３６】
【数６】 ＥＲ＝〔ＣＯ2 〕e ／〔ＣＯ2 〕g （６）
【００３７】このようにして得られた現在のＥＧＲ率と
予め設定された目標ＥＧＲ率との差異を求め、これによ
って、その目標ＥＧＲ率となるようバルブ開度を制御す
るものである。図５が、その背圧制御バルブ１５につい
ての制御のフローチャートを示している。
予め設定された目標ＥＧＲ率との差異を求め、これによ
って、その目標ＥＧＲ率となるようバルブ開度を制御す
るものである。図５が、その背圧制御バルブ１５につい
ての制御のフローチャートを示している。
【００３８】なお、上記センサー３５、３６は、ＨＣヒ
ータ１９及びスートトラップ１４よりも下流に設けられ
ているから、カーボン等の付着を防止して精度の高い制
御を得ることができる。
ータ１９及びスートトラップ１４よりも下流に設けられ
ているから、カーボン等の付着を防止して精度の高い制
御を得ることができる。
【００３９】〈図６の制御の説明〉図６は、上記ガス濃
度を検出する代りに、大気圧、温度および湿度からなる
大気状態とエンジンの燃費或は負荷の双方又は一方をセ
ンシングして、制御するようにしたものである。即ち、
ＮＯｘは負荷などの他に大気圧や温度等の大気状態によ
っても影響されやすく、これらを検出することによって
も制御することが出来る。図６の回路において、３９
は、負荷又は燃料消費量を検出するセンサー、４０は、
大気温度、湿度及び大気圧を検出するセンサーであっ
て、これらの検出値をマイクロコンピュータ３７に入力
して、その結果に基づいて、背圧制御バルブ１５及びＥ
ＧＲ率制御バルブ２６を制御するようにしている。
度を検出する代りに、大気圧、温度および湿度からなる
大気状態とエンジンの燃費或は負荷の双方又は一方をセ
ンシングして、制御するようにしたものである。即ち、
ＮＯｘは負荷などの他に大気圧や温度等の大気状態によ
っても影響されやすく、これらを検出することによって
も制御することが出来る。図６の回路において、３９
は、負荷又は燃料消費量を検出するセンサー、４０は、
大気温度、湿度及び大気圧を検出するセンサーであっ
て、これらの検出値をマイクロコンピュータ３７に入力
して、その結果に基づいて、背圧制御バルブ１５及びＥ
ＧＲ率制御バルブ２６を制御するようにしている。
【００４０】図７は、その制御のフローチャートを示
し、まず、大気温度、大気圧及び湿度と燃料消費量又は
負荷を入力することによって、そのときの大気即ちエア
クリーナ９から吸入される吸入空気中の水分の重量を演
算し（ステップＳ１）、他方、入力した負荷又は燃料消
費量に基づいてＥＧＲガス中の水分の量を算出する（ス
テップＳ３）。更に、その負荷又は燃料消費量によっ
て、その負荷又は燃料消費量に応じた目標ＥＧＲガス還
流量を演算もしくは予め決められたデータに基づいて決
定する（ステップＳ２）。しかる後、吸入空気とＥＧＲ
ガスとの混合気中の水分の量と吸入空気中の水分の重量
の和を求め（ステップＳ４）、これにより目標ＥＧＲ量
ＥＧＲ１を決めるとともにその目標値と前記仮定したＥ
ＧＲ量を比較して（ステップＳ５、６）、それに合致す
るようＥＧＲ率制御バルブ２６の開度を制御するもので
ある（ステップＳ７）。このように大気温度や燃料消費
量などから水分を算出するのは、ＮＯｘの発生量は混合
気中の水分の量に影響されやすく、その水分の量に応じ
てＥＧＲ還流ガスの量を増加することで、もっともＮＯ
ｘの発生の少ないバルブ開度に制御することが可能とな
るためである。
し、まず、大気温度、大気圧及び湿度と燃料消費量又は
負荷を入力することによって、そのときの大気即ちエア
クリーナ９から吸入される吸入空気中の水分の重量を演
算し（ステップＳ１）、他方、入力した負荷又は燃料消
費量に基づいてＥＧＲガス中の水分の量を算出する（ス
テップＳ３）。更に、その負荷又は燃料消費量によっ
て、その負荷又は燃料消費量に応じた目標ＥＧＲガス還
流量を演算もしくは予め決められたデータに基づいて決
定する（ステップＳ２）。しかる後、吸入空気とＥＧＲ
ガスとの混合気中の水分の量と吸入空気中の水分の重量
の和を求め（ステップＳ４）、これにより目標ＥＧＲ量
ＥＧＲ１を決めるとともにその目標値と前記仮定したＥ
ＧＲ量を比較して（ステップＳ５、６）、それに合致す
るようＥＧＲ率制御バルブ２６の開度を制御するもので
ある（ステップＳ７）。このように大気温度や燃料消費
量などから水分を算出するのは、ＮＯｘの発生量は混合
気中の水分の量に影響されやすく、その水分の量に応じ
てＥＧＲ還流ガスの量を増加することで、もっともＮＯ
ｘの発生の少ないバルブ開度に制御することが可能とな
るためである。
【００４１】勿論、上記図５及び図７の制御のいずれに
おいても、ＮＯｘを直接測定して制御するのが最良であ
るが、未だ安価で精度のよいＮＯｘセンサーを入手する
のは困難であり、これらの代用特性として使用すること
で、低コストで比較的精度良く制御することが出来るの
である。
おいても、ＮＯｘを直接測定して制御するのが最良であ
るが、未だ安価で精度のよいＮＯｘセンサーを入手する
のは困難であり、これらの代用特性として使用すること
で、低コストで比較的精度良く制御することが出来るの
である。
【００４２】
【発明の効果】この発明によれば、次のような効果が得
られる。 排気通路のＥＧＲ還流回路よりも下流に可変背圧制
御バルブを設けているから、単純に排気通路より分岐さ
せたものと異なって、充分なＥＧＲ量を得ることが出来
て、ＮＯｘの低減効果を増大させ、しかも、この制御バ
ルブを可変制御することで、負荷などに応じたもっとも
最適なＥＧＲ量を得ることが可能となる。
られる。 排気通路のＥＧＲ還流回路よりも下流に可変背圧制
御バルブを設けているから、単純に排気通路より分岐さ
せたものと異なって、充分なＥＧＲ量を得ることが出来
て、ＮＯｘの低減効果を増大させ、しかも、この制御バ
ルブを可変制御することで、負荷などに応じたもっとも
最適なＥＧＲ量を得ることが可能となる。
【００４３】 上記において、ＥＧＲガス還流回路に
は、排気ガス中の煤塵を除去するスートトラップとガス
クーラーを設けているから、これらを前記背圧制御バル
ブと組み合わせることで、より効果的なＥＧＲ制御を行
うことが出来る。
は、排気ガス中の煤塵を除去するスートトラップとガス
クーラーを設けているから、これらを前記背圧制御バル
ブと組み合わせることで、より効果的なＥＧＲ制御を行
うことが出来る。
【００４４】 更に、ＥＧＲガス還流回路中により微
細な制御を行うためのＥＧＲ率制御バルブを設けている
ことから、背圧制御バルブのみでは困難な精度の高いＥ
ＧＲ量の制御が出来る。
細な制御を行うためのＥＧＲ率制御バルブを設けている
ことから、背圧制御バルブのみでは困難な精度の高いＥ
ＧＲ量の制御が出来る。
【００４５】 ＥＧＲガスクーラーをバイパスできる
バイパス回路を設けているから、排気温度の低い始動時
などにこのバイパス回路を通すことで、ＥＧＲ効率を低
下させることなく始動性能や低負荷時の性能を確保する
ことができる。
バイパス回路を設けているから、排気温度の低い始動時
などにこのバイパス回路を通すことで、ＥＧＲ効率を低
下させることなく始動性能や低負荷時の性能を確保する
ことができる。
【００４６】 また、上記クーラーのみならず、スー
トトラップなどをもバイパスして、過給機のタービンの
直後の下流もしくは上流から直接還流させるバイパス回
路を設けており、始動時及び低負荷時などにＥＧＲ回路
の抵抗による損失を回避して、効率のよいＥＧＲを行う
ことができる。
トトラップなどをもバイパスして、過給機のタービンの
直後の下流もしくは上流から直接還流させるバイパス回
路を設けており、始動時及び低負荷時などにＥＧＲ回路
の抵抗による損失を回避して、効率のよいＥＧＲを行う
ことができる。
【００４７】 上記背圧制御バルブとＥＧＲ率制御バ
ルブを、排気圧力とＥＧＲ回路中のＮＯｘ濃度に基づい
て制御することで、常に適切なＥＧＲ還流量を得ること
ができ、効果的なＥＧＲ制御が可能となる。
ルブを、排気圧力とＥＧＲ回路中のＮＯｘ濃度に基づい
て制御することで、常に適切なＥＧＲ還流量を得ること
ができ、効果的なＥＧＲ制御が可能となる。
【００４８】 また、排ガス及び大気中のＯ2又はＣ
Ｏ２濃度をＮＯｘの代用特性として用いてＥＧＲ量の制
御を行うことで、高価なＮＯｘセンサーを用いる必要が
なく、安価な制御装置を得ることができる。
Ｏ２濃度をＮＯｘの代用特性として用いてＥＧＲ量の制
御を行うことで、高価なＮＯｘセンサーを用いる必要が
なく、安価な制御装置を得ることができる。
【００４９】 同様に大気温度や湿度等の大気状態或
は燃料消費量や負荷をＮＯｘの代用特性として用いるこ
とで、安価な制御装置を得ることができる。
は燃料消費量や負荷をＮＯｘの代用特性として用いるこ
とで、安価な制御装置を得ることができる。
【００５０】 ＥＧＲガス還流回路にターボクーリン
グ装置を設けているので、通常のクーラーのみの場合よ
りもより低温のＥＧＲガスを得ることができ、ＥＧＲ効
率の低下を防止するととができるとともに、冷却装置自
身もコンパクトにすることができる。
グ装置を設けているので、通常のクーラーのみの場合よ
りもより低温のＥＧＲガスを得ることができ、ＥＧＲ効
率の低下を防止するととができるとともに、冷却装置自
身もコンパクトにすることができる。
【図１】この発明の第１の実施例を示す排気ガス還流装
置の回路図である。
置の回路図である。
【図２】この発明の別の実施例を示す排気ガス還流装置
の回路図である。
の回路図である。
【図３】この発明の更に別の実施例を示す排気ガス還流
装置の回路図である。
装置の回路図である。
【図４】制御装置を備えたこの発明の実施例の排気ガス
還流装置の回路図である。
還流装置の回路図である。
【図５】図５の回路の制御の流れを示すフローチャート
である。
である。
【図６】この発明の他の制御装置を備えた排気ガス還流
装置の回路図である。
装置の回路図である。
【図７】図６の回路における制御の流れを示すフローチ
ャートである。
ャートである。
１ 機関本体 ４ 過給機 ６ 排気管 ８ 吸気管 １２ ＥＧＲガス還流回路 １４ スートトラップ １５ 背圧制御バルグ １９ ＨＣヒータ ２０ バイパス回路 ２１ ＥＧＲガスクーラ ２３ バイパス回路 ２４ 圧力センサー ２５ ＮＯｘセンサー ２６ ＥＧＲ率制御バルグ ２９ ターボクーリング装置 ３７ マイクロコンピュータ（制御手段）
Claims (8)
- 【請求項１】排気タービン過給機を備えたディーゼル機
関において、上記過給機下流の排気ガスを吸気側に還流
させるためのＥＧＲガス還流回路を設け、このＥＧＲガ
ス還流回路中には、その回路中のガスの煤塵を除去する
スートトラップと、同じくガスクーラーとを設けるとと
もに、さらに、上記ＥＧＲガス還流回路の入口よりも下
流の排気通路中に前記ＥＧＲガス還流回路への還流圧力
を可変制御する背圧制御バルブを設けたことを特徴とす
るディーゼル機関の排気ガス還流装置。 - 【請求項２】ＥＧＲガス還流回路中のＥＧＲガスクーラ
ーをバイパスするバイパス回路を設けたことを特徴とす
る請求項１記載のディーゼル機関の排気ガス還流装置。 - 【請求項３】過給機のタービン下流もしくは上流から排
気ガスを前記スートトラップ及びＥＧＲガスクーラーを
通さないで直接吸気側に還流させることのできるバイパ
ス回路を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の
ディーゼル機関の排気ガス還流装置。 - 【請求項４】排気ガスタービン過給機を備えたディーゼ
ル機関において、上記過給機下流の排気ガスを吸気側に
還流させるためのＥＧＲガス還流回路を設け、そのＥＧ
Ｒガス還流回路の入口よりも下流の排気通路中に前記Ｅ
ＧＲガス還流回路への還流圧力を可変制御する背圧制御
バルブを設けるとともに、同じくＥＧＲガス還流回路中
に、その回路中のガス流量を微調整するＥＧＲ率制御バ
ルブを設けたことを特徴とする請求項１記載のディーゼ
ル機関の排気ガス還流装置。 - 【請求項５】ＥＧＲガス還流回路中に、その回路中のＥ
ＧＲガスクーラーに加えて又はＥＧＲガスクーラーに代
えてガスの圧縮・膨張によって冷却するターボクーリン
グ装置を設けたことを特徴とする請求項１記載のディー
ゼル機関の排気ガス還流装置。 - 【請求項６】排気通路中の排気圧力を検出する圧力セン
サーと、同じくＥＧＲガス還流回路中のＮＯｘ濃度を検
出するＮＯｘセンサーとを設けるとともに、圧力センサ
ーの検出結果に応じて背圧制御バルブの制御を行い、Ｎ
Ｏｘセンサーの検出結果に応じてＥＧＲ率制御バルブの
制御を行うようにしたことを特徴とする請求項３記載の
ディーゼル機関の排気ガス還流装置 - 【請求項７】ＥＧＲガス還流回路中の炭酸ガス又は酸素
の濃度を検出する第１の濃度センサーをＥＧＲガスクー
ラーの下流に設け、吸気中の炭酸ガス又は酸素の濃度を
検出する第２の濃度センサーを過給機のブロワー下流に
設けるとともに、それらの濃度センサーによって検出さ
れた検出結果に応じてＥＧＲ率を制御する制御装置を設
けたことを特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の
排気ガス還流装置。 - 【請求項８】大気の温度、湿度又は大気圧等の大気状態
を検出する検出手段、及び、機関の負荷又は燃料消費量
の双方又は一方を検出する検出手段とを備え、これらの
検出手段による検出手段に応じて、背圧制御バルブ及び
ＥＧＲ率制御バルブを制御する制御手段を設けたことを
特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の排気ガス還
流装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259858A JP3038512B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | ディーゼル機関の排気ガス還流装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3259858A JP3038512B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | ディーゼル機関の排気ガス還流装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0571428A true JPH0571428A (ja) | 1993-03-23 |
| JP3038512B2 JP3038512B2 (ja) | 2000-05-08 |
Family
ID=17339952
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3259858A Expired - Fee Related JP3038512B2 (ja) | 1991-09-10 | 1991-09-10 | ディーゼル機関の排気ガス還流装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3038512B2 (ja) |
Cited By (22)
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|---|---|---|---|---|
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