| 【発明の名称】 |
ディーゼルエンジンのＥＧＲ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】三沢 昌宏
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| 【要約】 |
【課題】本発明はディーゼルエンジンのＥＧＲ装置に関し、ディーゼルエンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘る広い領域に亘って高ＥＧＲ率，ＥＧＲ率の安定化を可能としたＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】請求項１に係るディーゼルエンジンのＥＧＲ装置は、ディーゼルエンジンの排気系と吸気系との間に連結されたＥＧＲ管のＥＧＲ通路中に、アクチュエータの作動で当該ＥＧＲ通路を開閉する複数のＥＧＲバルブをバルブ径を変えて並列配置すると共に、ディーゼルエンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘って、各ＥＧＲバルブを、夫々のＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量で開閉制御することを特徴とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気系と吸気系とを連通するＥＧＲ通路内に、アクチュエータの作動で当該ＥＧＲ通路を開閉する複数のＥＧＲバルブをバルブ径を変えて並列配置すると共に、ディーゼルエンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘って、各ＥＧＲバルブを、夫々のＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量で開閉制御することを特徴とするディーゼルエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項２】 ＥＧＲ通路に並列配置された複数のＥＧＲバルブは、バルブ径の異なる二つのＥＧＲバルブからなり、ディーゼルエンジンの高負荷領域に於て、小径のＥＧＲバルブが、当該ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放し、ディーゼルエンジンの低負荷領域に於て、大径のＥＧＲバルブが、当該ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ装置。
【請求項３】 ＥＧＲ通路に並列配置された複数のＥＧＲバルブは、ディーゼルエンジンの負荷とエンジン回転数に応じ、各ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンのＥＧＲ装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジンのＥＧＲ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）の燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯX ）を減少させるため、排気ガスの一部を吸気系に排気還流（以下、「ＥＧＲ」という）させるＥＧＲ装置が知られている。窒素酸化物は、高温の燃焼ガスのもとで空気中の酸素と窒素が反応してできるため、図６に示すようにＥＧＲ装置１は、ＥＧＲによって燃焼温度を下げることにより、Ｏ2＋Ｎ2→２ＮＯの反応を抑制して窒素酸化物の排出量を減少させるもので、図中、３はエンジン５の吸気通路（図示せず）と排気通路７との間に連結されたＥＧＲ管を示し、当該ＥＧＲ管３と排気通路７との連結部に一つのＥＧＲバルブＶが装着されている。
【０００３】このＥＧＲバルブＶは、コントロールユニット９の指令を受けたアクチュエータ１１の作動でＥＧＲ管３のＥＧＲ通路４を開閉するもので、コントロールユニット９には、エンジン５に装着した回転センサ１３と燃料噴射ポンプ１５に装着したラックセンサ１７からの信号が入力されている。そして、コントロールユニット９は、両センサ１３，１７からの信号を基に、所定のＥＧＲ領域でＥＧＲバルブＶを開いてＥＧＲ通路４を開放することにより、排気ガスＧの一部を吸気通路にＥＧＲさせるようになっている。
【０００４】ところで、従来、ＥＧＲは、エンジンの耐久性や出力，スモーク等の悪化を考慮して比較的エンジンの低負荷領域で行われていたが、昨今の規制強化によって高負荷領域を含む広い領域でＥＧＲが求められ、また、従来、行われていた低負荷領域に於ても、ＥＧＲ率を上げてＥＧＲ流量を多くする必要が生じている。そして、斯様にＥＧＲ率を上げてＥＧＲ流量を増加させる手段として、従来、例えばＥＧＲバルブのバルブ径を大きくする方法が知られている。
【０００５】しかし、低負荷領域に比べ高負荷領域ではエンジンから排出される排気ガス流量が多いため、ＥＧＲバルブのバルブ径が大きいと、図７及び図８に示すようにＥＧＲバルブの低リフト領域に於て、バルブ径が小さい場合に比しバルブリフト量に対するＥＧＲ流量の変化が敏感となり、ＥＧＲバルブを僅かにリフトしただけで多量の排気ガスがＥＧＲ管に流入して排気ガス自体のばらつきが大きくなってしまう不具合が生じており、バルブリフト量の高精度な制御が必要とされていた。
【０００６】そして、図９に示すように特開平５−９９０８１号公報には、エンジンの吸気系と排気系とを連通するＥＧＲ通路１９が形成されたハウジング２１に、当該ＥＧＲ通路１９を開閉する大流量用バルブ２３と小流量用バルブ２５を並列配置すると共に、大流量用バルブ２３を開閉作動させる駆動手段としてダイアフラム装置２７を用い、小流量用バルブ２５を開閉作動させる駆動手段としてステッピングモータ２９を用いたＥＧＲ装置３１が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】而して、このＥＧＲ装置３１によれば、ステッピングモータ２９を用いたことにより、小流量用バルブ２５の低リフト領域に於ける高精度な流量制御が可能となるが、大流量用バルブ２３はダイアフラム装置２７で開閉するため、ステッピングモータ２９によって小流量用バルブ２５のバルブリフト量を制御しても、大流量用バルブ２３の開閉制御を高精度に行えない以上、依然として低リフト領域での大流量用バルブ２３のバルブリフト量に対するＥＧＲ流量の変化が敏感で、排気ガス自体のばらつきが大きくなってしまう欠点が指摘されていた。
【０００８】また、上述の如き大流量用バルブと小流量用バルブの開閉制御を、夫々に装着したステッピングモータで行うＥＧＲ装置が特開昭６２−２５３９５２号公報に開示されている。しかし乍ら、この従来例にあっては、大流量用バルブを制御するステッピングモータに大きな出力が要求されるため、ステッピングモータが大型化してしまう欠点があり、而も、斯様にステッピングモータを大型化しても、作動速度の高速化に一定の限度があるため、大きな流量変動を必要とする際の応答性に欠けるといった欠点が指摘されている。
【０００９】本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、エンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘る広い領域に亘って、高ＥＧＲ率，ＥＧＲ率の安定化を可能としたエンジンのＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するため、請求項１に係るエンジンのＥＧＲ装置は、エンジンの排気系と吸気系とを連通するＥＧＲ通路内に、アクチュエータの作動で当該ＥＧＲ通路を開閉する複数のＥＧＲバルブをバルブ径を変えて並列配置すると共に、エンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘って、各ＥＧＲバルブを、夫々のＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量で開閉制御することを特徴とする。
【００１１】そして、請求項２に係る発明は、請求項１記載のエンジンのＥＧＲ装置に於て、ＥＧＲ通路に並列配置された複数のＥＧＲバルブは、バルブ径の異なる二つのＥＧＲバルブからなり、ディーゼルエンジンの高負荷領域に於て、小径のＥＧＲバルブが、当該ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放し、ディーゼルエンジンの低負荷領域に於て、大径のＥＧＲバルブが、当該ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放することを特徴とし、請求項３に係る発明は、請求項１記載のエンジンのＥＧＲ装置に於て、ＥＧＲ通路に並列配置された複数のＥＧＲバルブは、ディーゼルエンジンの負荷とエンジン回転数に応じ、各ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放することを特徴としている。
【００１２】（作用）請求項１に係るＥＧＲ装置によれば、エンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘って、コントロールユニットの指令でアクチュエータが各ＥＧＲバルブを、夫々が有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量で開閉制御してＥＧＲが行われる。
【００１３】そして、請求項２に係るＥＧＲ装置によれば、エンジンの高負荷領域では、小径のＥＧＲバルブが、当該ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放し、エンジンの低負荷領域では、大径のＥＧＲバルブが、当該ＥＧＲバルブが有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放してＥＧＲが行われることとなる。
【００１４】また、請求項３に係るＥＧＲ装置では、エンジンの負荷とエンジン回転数に応じ、各ＥＧＲバルブが、夫々が有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でＥＧＲ通路を開放してＥＧＲが行われることとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１６】図１乃至図３は請求項１及び請求項２に係るＥＧＲ装置の一実施形態を示し、図１に於て、３３は図示しないエンジンの吸気通路と排気通路３５との間に連結されたＥＧＲ管で、図示するように当該ＥＧＲ管３３と排気通路３５との連結部に、バルブ径の異なる（Ｌ1＞Ｌ2）２つのＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2が並列配置されている。
【００１７】これらのＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2は、夫々、図示しないコントロールユニットの指令を受けたアクチュエータ３７，３９の作動でＥＧＲ管３３のＥＧＲ通路４１を開閉するもので、各ＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2は、アクチュエータ３７，３９によってバルブリフト量が多段階に調節可能な多段式構造のものが使用されており、従来と同様、コントロールユニットには、エンジンに装着した回転センサと燃料噴射ポンプに装着したラックセンサからの信号が入力されている。
【００１８】そして、コントロールユニットは、両センサからの信号を基に、エンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘って、所定のＥＧＲ領域でＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2を開いてＥＧＲ通路４１を開放させることにより、排気ガスの一部を吸気通路にＥＧＲさせるようになっているが、本実施形態に係るＥＧＲ装置４３は、所定のＥＧＲ領域でＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2を開くに当たり、以下の如き特徴を有する。
【００１９】即ち、既述したように、従来、ＥＧＲバルブの低リフト領域は、図７及び図８に示すようにバルブリフト量に対するＥＧＲ流量の変化が敏感であるが、バルブリフト量が所定量を超えるとバルブリフト量に対するＥＧＲ流量の変化は安定する。そして、本実施形態にあっても、図２に示すようにＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2の低リフト領域では、バルブリフト量に対するＥＧＲ流量の変化が敏感であるが、各ＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2のバルブリフト量が所定値Ｐ1，Ｐ2を超えるとＥＧＲ流量は安定する。
【００２０】そして、既述したように規制強化によって、今日では高負荷領域を含む広い領域でＥＧＲが求められ、また、低負荷領域に於ても、ＥＧＲ率を上げてＥＧＲ流量を多くする必要に迫られているが、各領域に於て必要とされる目標のＥＧＲ流量は予め決まっている。そこで、図３に示すように本実施形態は、排気ガス流量の多いエンジンの高負荷領域では、図２に示す円Ｓ内のＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量（図中、Ｐ2〜Ｐ3）でバルブ径の小さいＥＧＲバルブＶ2 をリフトさせてＥＧＲを行うことで目標のＥＧＲ流量を確保するようになっており、このＥＧＲバルブＶ2 のバルブリフト量は、目標のＥＧＲ流量とバルブ径を基に予め決定されてコントロールユニットに記憶されている。
【００２１】一方、図３に示すようにエンジンの低負荷領域では、高負荷領域に比し排圧が低く排気ガス流量も少ない反面、多量の排気ガスを吸気系にＥＧＲしてしまうとハイドロカーボンが多量に発生してしまうことを考慮して、図２の円Ｓ内のＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量（図中、Ｐ1〜Ｐ4）でＥＧＲバルブＶ1をリフトさせてＥＧＲを行うことで目標のＥＧＲ流量を確保するようになっており、このＥＧＲバルブＶ1 のバルブリフト量も、目標のＥＧＲ流量とバルブ径を基に予め決定されてコントロールユニットに記憶されている。
【００２２】そして、エンジンの中負荷領域は安定した燃焼領域であるため、図３に示すように両ＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2を、上述したようにＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量でリフトさせてＥＧＲを行うことで、目標のＥＧＲ流量を確保するようになっている。
【００２３】本実施形態はこのように構成されているから、図３に示すようにエンジンの低負荷領域では、コントロールユニットの指令でアクチュエータ３７が図２に示すＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量でＥＧＲバルブＶ1 をリフトさせるため、排気ガスの一部がＥＧＲ通路４１を介して吸気通路にＥＧＲされ、また、エンジンの中負荷領域では、コントロールユニットの指令でアクチュエータ３７，３９が、図２に示すＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量で両ＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2をリフトさせるため、排気ガスの一部がＥＧＲ通路４１を介して吸気通路にＥＧＲされることとなる。
【００２４】そして、図３に示すようにエンジンの高負荷領域では、コントロールユニットの指令でアクチュエータ３９が、図２に示すＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量でＥＧＲバルブＶ2 をリフトさせるため、排気ガスの一部がＥＧＲ通路４１を介して吸気通路にＥＧＲされることとなる。このように、本実施形態は、ＥＧＲ管３３と排気通路３５の連結部に、アクチュエータ３７，３９の作動でＥＧＲ通路４１を開閉する複数のバルブ径の異なるＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2を並列配置すると共に、エンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘り、各ＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2を、夫々が有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量で開閉制御させて必要なＥＧＲ流量を確保するようにしたので、ＥＧＲバルブのバルブリフト量を高精度に制御して排気通路の開放面積を調節し乍らＥＧＲ流量を調節する従来例に比し、エンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘る広い領域に亘って、高ＥＧＲ率及びＥＧＲ率の安定化が容易に図られることとなった。
【００２５】図４及び図５は請求項１及び請求項３に係るＥＧＲ装置の一実施形態を示し、本実施形態は、上述したＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2に加え、ＥＧＲバルブＶ2 よりバルブ径の小さな（Ｌ1＞Ｌ2＞Ｌ3）多段式構造のＥＧＲバルブＶ3とこれを作動させるアクチュエータ４５を、ＥＧＲ管３３と排気通路３５との連結部に並列配置すると共に、以下に示すようにエンジンの負荷とエンジン回転数に応じ、各ＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2，Ｖ3を、夫々のＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2，Ｖ3が有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でリフトさせてＥＧＲを行うようにしたものである。
【００２６】即ち、図２に示すようにＥＧＲバルブＶ3 も、低リフト領域ではバルブリフト量に対するＥＧＲ流量の変化が敏感であるが、バルブリフト量が所定値Ｐ5 を超えるとＥＧＲ流量は安定する。そこで、図５に示すように本実施形態は、排気ガス流量の多いエンジンの高負荷領域では、エンジン回転数の高低に関わりなくバルブ径が最も小さなＥＧＲバルブＶ3 を、図２に示すＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量（図中、Ｐ5〜Ｐ6）でリフトさせてＥＧＲを行うことで、目標のＥＧＲ流量を確保するようになっている。
【００２７】一方、図５に示すようにエンジンの低負荷領域では、所定のエンジン回転数Ｎを境に、このエンジン回転数Ｎより低回転側の排気ガス流量の少ない回転領域では、バルブ径の最も大きなＥＧＲバルブＶ1 を、図２に示すＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量（図中、Ｐ1〜Ｐ4）でリフトさせてＥＧＲを行い、そして、所定のエンジン回転数Ｎを超えると、次にバルブ径の大きなＥＧＲバルブＶ2 を、図２に示すＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量（図中、Ｐ1〜Ｐ4）でリフトさせてＥＧＲを行うようになっている。
【００２８】そして、図５に示すようにエンジンの安定した燃焼領域である中負荷領域では、所定のエンジン回転数Ｎを境に低回転側の排気ガス流量の少ない回転数領域で、ＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2を、図２に示すＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量でリフトさせてＥＧＲを行い、また、所定のエンジン回転数Ｎを境に、高回転側の排気ガス流量の多い回転数領域では、ＥＧＲバルブＶ2，Ｖ3を、上述したＥＧＲ流量の安定した領域のバルブリフト量でリフトさせてＥＧＲ流量を低回転側より抑えて、目標のＥＧＲ流量を確保するようになっている。
【００２９】本実施形態に係るＥＧＲ装置４７はこのように構成されており、本実施形態によっても、図１に示すＥＧＲ装置４３と同様、所期の目的を達成することが可能であるが、本実施形態ではバルブ径の異なる３つのＥＧＲバルブＶ1，Ｖ2，Ｖ3を用いて、エンジンの負荷とエンジン回転数に応じこれらを夫々が有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でリフトさせてＥＧＲを行うようにしたので、高ＥＧＲ率及びＥＧＲ率の安定化を更に高精度に行うことが可能となった。
【００３０】尚、本発明に係るＥＧＲ装置のＥＧＲバルブの数や配置は、上述した各実施形態に限定されるものではない。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１及び請求項２に係るＥＧＲ装置によれば、従来に比しエンジンの低負荷領域から高負荷領域に亘る広い領域に亘って、高ＥＧＲ率及びＥＧＲ率の安定化が容易に図られることとなった。
【００３２】また、請求項３に係る発明によれば、エンジンの負荷とエンジン回転数に応じて、複数のＥＧＲバルブを夫々が有する安定したＥＧＲ流量のバルブリフト量でリフトさせてＥＧＲを行うようにしたので、高ＥＧＲ率及びＥＧＲ率の安定化を更に高精度に行うことが可能となった。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９０８
【氏名又は名称】日産ディーゼル工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２９日（２０００．３．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７２７１８
【弁理士】
【氏名又は名称】古谷 史旺 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２７１７１３（Ｐ２００１−２７１７１３Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月５日（２００１．１０．５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−９１５１６（Ｐ２０００−９１５１６） |
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