ディーゼルエンジン用始動補助装置
【課題】始動時の低温条件下においてもディーゼルエンジンを容易に始動させ得るディーゼルエンジン用始動補助装置を提供することを目的とする。
【解決手段】排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲパイプ１４と、前記ＥＧＲパイプ１４に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブ９と、吸気管３ａ内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞り８と、前記ＥＧＲバルブ９と吸気絞り８とを開閉制御する制御手段となるＥＣＵ６と、シリンダ内の温度を検出する手段となる温度センサ１６、を備えるエンジン１において、前記エンジン１始動時に前記温度センサ１６によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、前記吸気絞り８を閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブ９を開勝手に制御した。
【解決手段】排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲパイプ１４と、前記ＥＧＲパイプ１４に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブ９と、吸気管３ａ内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞り８と、前記ＥＧＲバルブ９と吸気絞り８とを開閉制御する制御手段となるＥＣＵ６と、シリンダ内の温度を検出する手段となる温度センサ１６、を備えるエンジン１において、前記エンジン１始動時に前記温度センサ１６によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、前記吸気絞り８を閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブ９を開勝手に制御した。
【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用の始動補助装置に関する。より詳細には、低温始動時において、シリンダ内温度（吸気温度）を上昇させて始動性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低温条件下（例えば、マイナス２０度以下）にてディーゼルエンジンを始動させる際の始動性向上のために、グロープラグを用いて点火性を向上させたり、吸気系統に吸気ヒータを設けて吸気温度を上昇させたりする技術が広く知られている。また、始動時に吸気スロットルを絞り、始動トルクを下げて始動性を向上することとした技術は公知となっている（例えば、特許文献１）。
また、近年の排気ガス規制の要請に応えるべく、窒素酸化物（ＮＯｘ）対策となるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えるディーゼルエンジンでは、ＥＧＲガスによる副作用（不完全燃焼の誘発等）を回避するためにＥＧＲクーラを装着する等の技術が、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）対策となるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を備えるディーゼルエンジンでは、ＤＰＦの目詰まりを回避するため、ヒータにてＤＰＦを燃焼再生させる等の技術が広く知られている。
【特許文献１】特許第２７０４６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に開示された構成では、始動用のスタータモータの容量を小さくでき、軽量コンパクト化及び低コスト化を図ることができる。しかし、始動時のシリンダ内温度が低い場合には対応しきれず、燃焼が不完全となり、エンジンを始動できない可能性があった。
また、従来は低温条件下における始動性向上のためにグロープラグや吸気ヒータといった装置を補う必要があった。
【０００４】
本発明は係る課題を鑑みてなされたもので、始動時の低温条件下においてもディーゼルエンジンを容易に始動させ得るディーゼルエンジン用始動補助装置を提供することを目的とする。
【０００５】
さらには、近年の排ガス規制にも対応すべく、排気ガスに含まれるＰＭを除去するＤＰＦにおいて、該ＤＰＦの燃焼再生を促進する構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲガス還流路と、前記ＥＧＲガス還流路に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブと、吸気通路内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞りと、前記ＥＧＲバルブと吸気絞りとを開閉制御する制御手段と、シリンダ内の温度を検出する手段と、を備えるディーゼルエンジンにおいて、前記ディーゼルエンジン始動時に前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、前記吸気絞りを閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブを開勝手に制御したものである。
【０００８】
請求項２においては、排気ガス温度を上昇させる手段を備え、前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が前記設定温度より低い場合に、排気ガス温度を上昇させたものである。
【０００９】
請求項３においては、前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前に配置したものである。
【００１０】
請求項４においては、前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前と直後との二箇所に配置し、前取出部と後取出部との間に切換弁を設けたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１の如く構成したので、低温始動時においてディーゼルエンジン内で燃料を噴射させることなく排気を吸気へ再循環させることにより、シリンダ内温度を上昇させ、始動性が向上する。また、吸気を絞ることにより、シリンダ内に吸入する空気量が少なくなり、次の圧縮工程においてピストンを上昇させるのに必要な力、すなわち始動トルクが小さくなって、始動性が良くなる従来効果も期待できる。さらには、グロープラグや吸気ヒータ等の始動補助装置が不要となる。
【００１３】
請求項２の如く構成したので、排気ガス温度を上昇させることで、ディーゼルエンジン全体の温度を上昇させることができ、始動性がさらに向上する。
【００１４】
請求項３の如く構成したので、低温始動時には吸気絞りを閉勝手にしているため、吸排気ガスは脈動しており、ＥＧＲガス取出部でも脈動が起こるため、該ＥＧＲガス取出部の直後にある排気ガス温度上昇手段と一部熱交換して吸気へ再循環させることができ、シリンダ内の温度を上昇させることができる。さらに、通常運転時は、ＥＧＲガス取出部が該排気ガス温度上昇手段の直前にあるためＥＧＲガス温度を低くでき、シリンダ内での燃焼温度の上昇を抑制してＮＯｘの排出量を抑制できる。
【００１５】
請求項４の如く構成したので、低温始動時には後取出部から排気ガス温度上昇手段によって暖められたＥＧＲガスを取り出して吸気へ再循環させることで、シリンダ内の温度を確実に上げることができる。また、通常運転時には、前取出部からＥＧＲガスを取り出すことで、より温度の低いＥＧＲガスを吸気に再循環させることができて、シリンダ内の燃焼温度の上昇を抑制し、ＮＯｘの排出量を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る始動補助装置を備えるディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例に係るエンジンの吸排気系を示す模式図、図２は制御シーケンスを示す制御マップ、図３は本発明の第二実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図である。図４は本発明の第三実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図、図５は本実施例における制御シーケンスを示す制御マップである。
【実施例１】
【００１７】
まず、図１を参照して本発明の一実施例に係るエンジン１の吸排気系について説明する。
【００１８】
エンジン１に吸入される空気は、空気の取り入れ口となるエアクリーナ２より吸引され、該エアクリーナ２より吸気管３ａを介して接続される吸気マニホールド３に送り込まれる。そして、該吸気マニホールド３がエンジン１のシリンダヘッドの吸気ポートと接続され、シリンダ内に空気が吸入される。
また、前記吸気管３ａ内に吸気流量を調節する吸気絞り８が設けられている。該吸気絞り８はその内部に備わるモータ等のアクチュエータ（図示なし）によってその開度が変更されるバタフライ弁であり、該アクチュエータが後述する制御手段となるＥＣＵ６と接続されて、該ＥＣＵ６により開閉制御されている。
なお、この吸気絞り８の構成については本実施例に限られるものではなく、ＥＣＵ６からの電気的信号によって開閉動作を制御できる構成であれば適用可能である。
【００１９】
シリンダ内において燃料噴射装置によって供給される燃料と適宜混合されて燃焼された後の排気ガスは、シリンダからの排出口であるシリンダヘッドに備わる排気ポートを介して排気マニホールド４に送り込まれる。該排気マニホールド４の下流側には排気ガスを大気中に排気するための排ガスフィルタ５が装着され、排ガスフィルタ５の下流側に図示しない消音器が接続される。該排ガスフィルタ５の内部には排気上流側から排気ヒータ１１、酸化触媒１２、スートフィルター１３の順番に内装されている。該排気ヒータ１１は、ヒータリレー１５を介してバッテリ７と接続され、該ヒータリレー１５が後述するＥＣＵ６と接続されて、該ＥＣＵ６によりＯＮ／ＯＦＦ通電制御されている。
該排気ヒータ１１は、排気ガスの温度を上昇させることにより、その下流側に配置される酸化触媒１２、及びスートフィルター１３の作用を助長させる働きがある。なお、該排気ヒータ１１を作動させるヒータリレー１５の構成については、本実施例のものに限らず、ディレイ回路を組み込んで、ＥＣＵ６からのＯＮからＯＦＦへの切換信号を受けた場合に、徐々に該排気ヒータ１１に流れる電流量を減らす構成としてもよい。
【００２０】
前記排ガスフィルタ５に内装されるスートフィルター１３の下流側にＥＧＲガス取出口２０が設けられ、該ＥＧＲガス取出口２０にはＥＧＲパイプ１４の一端が接続されている。該スートフィルター１３は、排気ガスに含まれるＰＭを捕集して除去する構造を備え、その下流側からＥＧＲガスを取り出すことで、ＥＧＲガスに含まれていたスス等によるシリンダ内部の金属疲労等の不具合を回避することが可能となる。
該ＥＧＲパイプ１４の他端は吸気マニホールド３と接続されてＥＧＲ通路を形成している。該ＥＧＲパイプ１４中途部にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１０が装着されており、ＥＧＲパイプ１４におけるＥＧＲクーラ１０下流側にＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲバルブ９が装着されている。該ＥＧＲバルブ９には、その弁を開閉するアクチュエータ（図示なし）が備わっており、該アクチュエータが後述するＥＣＵ６と接続されて、該ＥＣＵ６により開閉制御されている。
排気ヒータ１１の下流側からＥＧＲガスを取り出すことにより、シリンダ内の温度が低い時にでも、吸気温度を上げることができ、不完全燃焼を防ぐことができる。さらには、後述する低温始動時においても、エンジン全体の温度を上昇させることができ、始動をさらに容易にすることが可能となる。また、シリンダの温度が所定温度に上昇すると排気ヒータ１１を停止させ、更に温度が上昇してＮＯｘを低減させる場合には、排ガスの一部をＥＧＲパイプ１４を介して吸気マニホールド３に還元させる。
【００２１】
また、エンジン１の運転を制御するためのＥＣＵ６がエンジン１近傍の適宜箇所に配置されている。ＥＣＵ６は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。
該ＥＣＵ６にはシリンダ内の温度を検出する手段となる温度センサ１６と、前記吸気管３ａを通過する吸気流量を検出する手段となる吸気流量センサ１７と、前記バッテリ７と排気ヒータ１１との間に配置されて該排気ヒータ１１のＯＮ／ＯＦＦの通電制御手段となるヒータリレー１５と、が接続されている。
また、ＥＣＵ６は、前記吸気絞り８に備わるアクチュエータの動作を制御して該吸気絞り８の開度を調節する開閉制御と、前記ＥＧＲバルブ９に備わるアクチュエータの動作を制御して該ＥＧＲバルブ９の開度を調節する開閉制御とを行ない、エンジン１のＥＧＲ率を調節している。
なお、ＥＣＵ６には、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ１８や、燃料噴射量を調量するラックアクチュエータ１９や、エンジン１の始動を補助するセルモータ（図示なし）や、その他のセンサ、アクチュエータ類が適宜接続されており、該ＥＣＵ６はエンジン１の運転を最適な状態にするべくこれらを制御している。
【００２２】
次に、図２は、オペレータがキースイッチをＯＮにすると同時に、ＥＣＵ６が前記温度センサ１６により検出されるシリンダ内温度を読み込んで、その温度が低温（例えば、マイナス２０度以下）であると判断した場合の制御シーケンスである。他方、低温ではないと判断した場合は、通常の始動制御を行なうことになっている。なお、この低温時以外の始動制御に関しては、広く知られているので、本発明においては説明を省略する。
【００２３】
以下、図２を参照して、低温始動時におけるＥＣＵ６によるエンジン１の制御シーケンスについて説明する。
【００２４】
キースイッチをＯＮにした直後の予熱時間帯においては、排気ヒータ１１をＯＮにし排気温度を上昇させる。また、吸気絞り８を閉勝手（閉じ方向に作動させる）にし、エンジン１に吸引される空気の量を少なくすることで始動トルクを下げるように制御する。そして、ＥＧＲバルブ９を開勝手（開方向に作動させる）にし、排気ヒータ１１によって暖められたＥＧＲガスをエンジン１に吸引させることでエンジン１全体の温度を上げる。
また、始動を補助するセルモータはＯＮにして、燃料噴射量を調量するラックアクチュエータ１９は無噴射に制御して、エンジン１を暖める時間帯を設けている。
つまり、ピストンの往復動でシリンダ内の空気が圧縮されて高温となった空気が燃焼されず、排気系から排気ヒータ１１によって更に暖められてＥＧＲパイプ１４を介して吸気系に還流することによってエンジン１に吸引される空気を暖めてシリンダ内温度を上昇させ、始動を容易にしているのである。
【００２５】
前記予熱時間帯に係る所定の時間経過後の始動時間帯においては、排気ヒータ１１はＯＮのままにして排気温度を上昇させ続ける。また、吸気絞り８、ＥＧＲバルブ９は前記予熱時間帯と同様の制御を行ない、エンジン１の始動性の向上を試みる。
また、セルモータもＯＮのままにしてフライホイルを回転させ回転数が上昇してから、ラックアクチュエータ１９は通常始動運転時と同様の制御を行ない、ラックを所定の始動時噴射量に合わせ燃焼させ、始動させる。
【００２６】
続いて、前記始動時間帯に係る所定の時間経過後には、エンジン１の始動が完了し、燃焼室内における燃焼が完全なものになるまでの完爆時間帯においては、排気ヒータ１１を適宜ＯＦＦにし、排気温度の上昇を助長しないようにする。但し、触媒による還元作用を行える温度に達していない場合には、その温度に達するまで排気ヒータ１１を作動させる。また、吸気絞り８を時間経過とともに徐々に全開状態へ制御し、一方、ＥＧＲバルブ９は開勝手のままに制御し続ける。これは、エンジン１始動直後のシリンダ内の急激な温度上昇に対応するためである。
そして、ここで、セルモータをＯＦＦにする。また、ラックアクチュエータ１９は通常運転時と同様の制御を行ない、エンジン１の目標回転数に合わせた最適な制御（通常ガバニング制御）を行なうようにする。
【００２７】
前記完爆時間帯において、エンジン１の運転が安定した後は、排気ヒータ１１及びセルモータはＯＦＦにする。また、吸気絞り８は全開状態に維持し、ＥＧＲバルブ９は全閉状態に維持する。そして、ラックアクチュエータ１９は通常運転時の制御を行なう。
【００２８】
以上のように、排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲパイプ１４と、前記ＥＧＲパイプ１４に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブ９と、吸気管３ａ内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞り８と、前記ＥＧＲバルブ９と吸気絞り８とを開閉制御する制御手段となるＥＣＵ６と、シリンダ内の温度を検出する手段となる温度センサ１６、を備えるエンジン１において、前記エンジン１始動時に前記温度センサ１６によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、前記吸気絞り８を閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブ９を開勝手に制御したので、低温始動時においてＥＣＵ６の制御によって、エンジン１内で燃料を噴射させることなく排気を吸気へ再循環させることにより、シリンダ内温度を上昇させ、始動性が向上する。また同時に、吸気絞り８を制御して吸気を絞ることにより、シリンダ内に吸入する空気量が少なくなり、次の圧縮工程においてピストンを上昇させるのに必要な力、すなわち始動トルクが小さくなって、始動性が良くなる。
また、エンジン１の構成に含まれる排ガスフィルタ５内の排気ヒータ１１を用いることで、別個にグロープラグや吸気ヒータ等の始動補助装置が不要となり、部品点数削減や低コスト化が可能となる。
さらに、排気ガス温度を上昇させる手段となる排気ヒータ１１を備え、前記温度センサによって検出された温度が前記設定温度より低い場合に、ＥＣＵ６の制御によって排気ヒータ１１を作動させて排気ガス温度を上昇させたので、エンジン１全体の温度を上昇させることができ、始動性がさらに向上する。
【実施例２】
【００２９】
次に、図３を参照して、本発明に係る第二実施例について説明する。
全体的な構成は前記実施例１と略同じであるので、本実施例においては主に実施例１との違いについて説明する。
すなわち、本実施例では、ＥＧＲガス取出口２０が排気ヒータ１１の直前（上流側）に配置され、該ＥＧＲガス取出口２０とＥＧＲパイプ１４の一端が接続されて、該ＥＧＲパイプ１４の他端は吸気マニホールド３に接続されて吸気へ再循環している。
【００３０】
以上のように、前記ＥＧＲガス取出部２０を前記排気ヒータ１１の直前に配置したので、低温始動時には吸気絞り８を閉勝手にしているため、吸排気ガスは脈動しており、ＥＧＲガス取出部２０でも脈動が起こるため、該ＥＧＲガス取出部２０の直後にある排気ヒータ１１と一部熱交換して吸気へ再循環させることができ、シリンダ内の温度を上昇させることができる。また、始動後の通常運転時は、前記ＥＧＲバルブ９を閉勝手に制御してＥＧＲガス取出部２０が該排気ヒータ１１の直前にあるため排気ヒータ１１の影響を受けない温度の低いＥＧＲガスを還流させて、一般に燃焼温度の高い高負荷域においてもシリンダ内温度上昇を抑制してＮＯｘの排出量を低減できる。
【実施例３】
【００３１】
図４及び図５を参照して、本発明に係る第三実施例について説明する。
全体的な構成は前記実施例１と略同じであるので、本実施例においては主に実施例１との違いについて説明する。
すなわち、本実施例では、第一ＥＧＲガス取出口（以下、単に「第一取出口」という）２０ａを前記排気ヒータ１１の直前（上流側）に配置して該第一取出口２０ａを第一配管２１ａの一端と接続し、第二ＥＧＲガス取出口（以下、単に「第二取出口」という）２０ｂを排気ヒータ１１の直後（下流側）に配置して該第二取出口２０ｂの一端を第二配管２１ｂと接続する。そして、該第一配管２１ａと第二配管２１ｂのそれぞれの他端を三方弁で構成した切換バルブ２２の一端に接続し、該切換バルブ２２の他端をＥＧＲパイプ１４に接続する。電磁弁である該切換バルブ２２はＥＣＵ６と接続されて制御され、その弁を切り換えることによって前記第一配管２１ａと第二配管２１ｂとのいずれかをＥＧＲパイプ１４に連通する構成となっている。
なお、前記第二取出口２０ｂの配置箇所は本実施例に限らず、ＥＧＲガス温度を上昇させる排気ヒータ１１の下流側ならばどこでもよい。
【００３２】
そして、図５の制御シーケンスに示すように低温始動時において、予熱時間帯、及び始動時間帯には、排気ヒータ１１直後に配置される第二取出口２０ｂに接続される第二配管２１ｂからＥＧＲガスを取り出して吸気系に還流することで、確実にシリンダ内の温度を上昇させることができ、始動性を向上させることができる。
他方、完爆時間帯、及び通常運転時間帯は、前記切換バルブ２２を切り換えて、排気ヒータ１１直前に配置される第一取出口２０ａに接続される第一配管２１ａからＥＧＲガスを取り出して吸気系に還流することで、シリンダ内の燃焼温度の上昇を抑制してＮＯｘの排出量を抑制することが可能となる。つまり、この時、吸気絞り８は全開状態となっているため、吸排気において脈動は発生し難く、第一取出口２０ａ近傍において排気ヒータ１１の影響を受けにくくなっているため、比較的温度の低いＥＧＲガスの還流が可能となっているのである。
また、エンジン１への負荷が高くなりシリンダ内での燃焼が完全燃焼に近づき、ＮＯｘ発生量が増加傾向に来ると、ＥＧＲバルブ９を適宜開けてＥＧＲガスを第一取出口２０ａから取り出して第一配管２１ａより還流することで、ＮＯｘの発生を抑制することも可能である。
【００３３】
以上のように、前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の前と後との二箇所に配置し、第一取出口２０ａと第二取出口２０ｂとの間に切換バルブ２２を設けたので、低温始動時には第二取出口２０ｂから排気ガスヒータ１１によって暖められたＥＧＲガスを取り出して吸気へ再循環させることで、シリンダ内の温度を確実に上げることができる。また、通常運転時には、第一取出口２０ａからＥＧＲガスを取り出すことで、より温度の低いＥＧＲガスを吸気に再循環させることができて、シリンダ内の燃焼温度の上昇を抑制し、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例に係るエンジンの吸排気系を示す模式図。
【図２】制御シーケンスを示す制御マップ。
【図３】本発明の第二実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図。
【図４】本発明の第三実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図。
【図５】本実施例における制御シーケンスを示す制御マップ。
【符号の説明】
【００３５】
１ エンジン（ディーゼルエンジン）
６ ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（制御手段）
８ 吸気絞り
９ ＥＧＲバルブ
１１ 排気ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン用の始動補助装置に関する。より詳細には、低温始動時において、シリンダ内温度（吸気温度）を上昇させて始動性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低温条件下（例えば、マイナス２０度以下）にてディーゼルエンジンを始動させる際の始動性向上のために、グロープラグを用いて点火性を向上させたり、吸気系統に吸気ヒータを設けて吸気温度を上昇させたりする技術が広く知られている。また、始動時に吸気スロットルを絞り、始動トルクを下げて始動性を向上することとした技術は公知となっている（例えば、特許文献１）。
また、近年の排気ガス規制の要請に応えるべく、窒素酸化物（ＮＯｘ）対策となるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えるディーゼルエンジンでは、ＥＧＲガスによる副作用（不完全燃焼の誘発等）を回避するためにＥＧＲクーラを装着する等の技術が、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）対策となるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を備えるディーゼルエンジンでは、ＤＰＦの目詰まりを回避するため、ヒータにてＤＰＦを燃焼再生させる等の技術が広く知られている。
【特許文献１】特許第２７０４６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１に開示された構成では、始動用のスタータモータの容量を小さくでき、軽量コンパクト化及び低コスト化を図ることができる。しかし、始動時のシリンダ内温度が低い場合には対応しきれず、燃焼が不完全となり、エンジンを始動できない可能性があった。
また、従来は低温条件下における始動性向上のためにグロープラグや吸気ヒータといった装置を補う必要があった。
【０００４】
本発明は係る課題を鑑みてなされたもので、始動時の低温条件下においてもディーゼルエンジンを容易に始動させ得るディーゼルエンジン用始動補助装置を提供することを目的とする。
【０００５】
さらには、近年の排ガス規制にも対応すべく、排気ガスに含まれるＰＭを除去するＤＰＦにおいて、該ＤＰＦの燃焼再生を促進する構成を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００７】
即ち、請求項１においては、排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲガス還流路と、前記ＥＧＲガス還流路に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブと、吸気通路内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞りと、前記ＥＧＲバルブと吸気絞りとを開閉制御する制御手段と、シリンダ内の温度を検出する手段と、を備えるディーゼルエンジンにおいて、前記ディーゼルエンジン始動時に前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、前記吸気絞りを閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブを開勝手に制御したものである。
【０００８】
請求項２においては、排気ガス温度を上昇させる手段を備え、前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が前記設定温度より低い場合に、排気ガス温度を上昇させたものである。
【０００９】
請求項３においては、前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前に配置したものである。
【００１０】
請求項４においては、前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前と直後との二箇所に配置し、前取出部と後取出部との間に切換弁を設けたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１２】
請求項１の如く構成したので、低温始動時においてディーゼルエンジン内で燃料を噴射させることなく排気を吸気へ再循環させることにより、シリンダ内温度を上昇させ、始動性が向上する。また、吸気を絞ることにより、シリンダ内に吸入する空気量が少なくなり、次の圧縮工程においてピストンを上昇させるのに必要な力、すなわち始動トルクが小さくなって、始動性が良くなる従来効果も期待できる。さらには、グロープラグや吸気ヒータ等の始動補助装置が不要となる。
【００１３】
請求項２の如く構成したので、排気ガス温度を上昇させることで、ディーゼルエンジン全体の温度を上昇させることができ、始動性がさらに向上する。
【００１４】
請求項３の如く構成したので、低温始動時には吸気絞りを閉勝手にしているため、吸排気ガスは脈動しており、ＥＧＲガス取出部でも脈動が起こるため、該ＥＧＲガス取出部の直後にある排気ガス温度上昇手段と一部熱交換して吸気へ再循環させることができ、シリンダ内の温度を上昇させることができる。さらに、通常運転時は、ＥＧＲガス取出部が該排気ガス温度上昇手段の直前にあるためＥＧＲガス温度を低くでき、シリンダ内での燃焼温度の上昇を抑制してＮＯｘの排出量を抑制できる。
【００１５】
請求項４の如く構成したので、低温始動時には後取出部から排気ガス温度上昇手段によって暖められたＥＧＲガスを取り出して吸気へ再循環させることで、シリンダ内の温度を確実に上げることができる。また、通常運転時には、前取出部からＥＧＲガスを取り出すことで、より温度の低いＥＧＲガスを吸気に再循環させることができて、シリンダ内の燃焼温度の上昇を抑制し、ＮＯｘの排出量を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る始動補助装置を備えるディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」という）について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施例に係るエンジンの吸排気系を示す模式図、図２は制御シーケンスを示す制御マップ、図３は本発明の第二実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図である。図４は本発明の第三実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図、図５は本実施例における制御シーケンスを示す制御マップである。
【実施例１】
【００１７】
まず、図１を参照して本発明の一実施例に係るエンジン１の吸排気系について説明する。
【００１８】
エンジン１に吸入される空気は、空気の取り入れ口となるエアクリーナ２より吸引され、該エアクリーナ２より吸気管３ａを介して接続される吸気マニホールド３に送り込まれる。そして、該吸気マニホールド３がエンジン１のシリンダヘッドの吸気ポートと接続され、シリンダ内に空気が吸入される。
また、前記吸気管３ａ内に吸気流量を調節する吸気絞り８が設けられている。該吸気絞り８はその内部に備わるモータ等のアクチュエータ（図示なし）によってその開度が変更されるバタフライ弁であり、該アクチュエータが後述する制御手段となるＥＣＵ６と接続されて、該ＥＣＵ６により開閉制御されている。
なお、この吸気絞り８の構成については本実施例に限られるものではなく、ＥＣＵ６からの電気的信号によって開閉動作を制御できる構成であれば適用可能である。
【００１９】
シリンダ内において燃料噴射装置によって供給される燃料と適宜混合されて燃焼された後の排気ガスは、シリンダからの排出口であるシリンダヘッドに備わる排気ポートを介して排気マニホールド４に送り込まれる。該排気マニホールド４の下流側には排気ガスを大気中に排気するための排ガスフィルタ５が装着され、排ガスフィルタ５の下流側に図示しない消音器が接続される。該排ガスフィルタ５の内部には排気上流側から排気ヒータ１１、酸化触媒１２、スートフィルター１３の順番に内装されている。該排気ヒータ１１は、ヒータリレー１５を介してバッテリ７と接続され、該ヒータリレー１５が後述するＥＣＵ６と接続されて、該ＥＣＵ６によりＯＮ／ＯＦＦ通電制御されている。
該排気ヒータ１１は、排気ガスの温度を上昇させることにより、その下流側に配置される酸化触媒１２、及びスートフィルター１３の作用を助長させる働きがある。なお、該排気ヒータ１１を作動させるヒータリレー１５の構成については、本実施例のものに限らず、ディレイ回路を組み込んで、ＥＣＵ６からのＯＮからＯＦＦへの切換信号を受けた場合に、徐々に該排気ヒータ１１に流れる電流量を減らす構成としてもよい。
【００２０】
前記排ガスフィルタ５に内装されるスートフィルター１３の下流側にＥＧＲガス取出口２０が設けられ、該ＥＧＲガス取出口２０にはＥＧＲパイプ１４の一端が接続されている。該スートフィルター１３は、排気ガスに含まれるＰＭを捕集して除去する構造を備え、その下流側からＥＧＲガスを取り出すことで、ＥＧＲガスに含まれていたスス等によるシリンダ内部の金属疲労等の不具合を回避することが可能となる。
該ＥＧＲパイプ１４の他端は吸気マニホールド３と接続されてＥＧＲ通路を形成している。該ＥＧＲパイプ１４中途部にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１０が装着されており、ＥＧＲパイプ１４におけるＥＧＲクーラ１０下流側にＥＧＲガスの流量を調節するためのＥＧＲバルブ９が装着されている。該ＥＧＲバルブ９には、その弁を開閉するアクチュエータ（図示なし）が備わっており、該アクチュエータが後述するＥＣＵ６と接続されて、該ＥＣＵ６により開閉制御されている。
排気ヒータ１１の下流側からＥＧＲガスを取り出すことにより、シリンダ内の温度が低い時にでも、吸気温度を上げることができ、不完全燃焼を防ぐことができる。さらには、後述する低温始動時においても、エンジン全体の温度を上昇させることができ、始動をさらに容易にすることが可能となる。また、シリンダの温度が所定温度に上昇すると排気ヒータ１１を停止させ、更に温度が上昇してＮＯｘを低減させる場合には、排ガスの一部をＥＧＲパイプ１４を介して吸気マニホールド３に還元させる。
【００２１】
また、エンジン１の運転を制御するためのＥＣＵ６がエンジン１近傍の適宜箇所に配置されている。ＥＣＵ６は図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。
該ＥＣＵ６にはシリンダ内の温度を検出する手段となる温度センサ１６と、前記吸気管３ａを通過する吸気流量を検出する手段となる吸気流量センサ１７と、前記バッテリ７と排気ヒータ１１との間に配置されて該排気ヒータ１１のＯＮ／ＯＦＦの通電制御手段となるヒータリレー１５と、が接続されている。
また、ＥＣＵ６は、前記吸気絞り８に備わるアクチュエータの動作を制御して該吸気絞り８の開度を調節する開閉制御と、前記ＥＧＲバルブ９に備わるアクチュエータの動作を制御して該ＥＧＲバルブ９の開度を調節する開閉制御とを行ない、エンジン１のＥＧＲ率を調節している。
なお、ＥＣＵ６には、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ１８や、燃料噴射量を調量するラックアクチュエータ１９や、エンジン１の始動を補助するセルモータ（図示なし）や、その他のセンサ、アクチュエータ類が適宜接続されており、該ＥＣＵ６はエンジン１の運転を最適な状態にするべくこれらを制御している。
【００２２】
次に、図２は、オペレータがキースイッチをＯＮにすると同時に、ＥＣＵ６が前記温度センサ１６により検出されるシリンダ内温度を読み込んで、その温度が低温（例えば、マイナス２０度以下）であると判断した場合の制御シーケンスである。他方、低温ではないと判断した場合は、通常の始動制御を行なうことになっている。なお、この低温時以外の始動制御に関しては、広く知られているので、本発明においては説明を省略する。
【００２３】
以下、図２を参照して、低温始動時におけるＥＣＵ６によるエンジン１の制御シーケンスについて説明する。
【００２４】
キースイッチをＯＮにした直後の予熱時間帯においては、排気ヒータ１１をＯＮにし排気温度を上昇させる。また、吸気絞り８を閉勝手（閉じ方向に作動させる）にし、エンジン１に吸引される空気の量を少なくすることで始動トルクを下げるように制御する。そして、ＥＧＲバルブ９を開勝手（開方向に作動させる）にし、排気ヒータ１１によって暖められたＥＧＲガスをエンジン１に吸引させることでエンジン１全体の温度を上げる。
また、始動を補助するセルモータはＯＮにして、燃料噴射量を調量するラックアクチュエータ１９は無噴射に制御して、エンジン１を暖める時間帯を設けている。
つまり、ピストンの往復動でシリンダ内の空気が圧縮されて高温となった空気が燃焼されず、排気系から排気ヒータ１１によって更に暖められてＥＧＲパイプ１４を介して吸気系に還流することによってエンジン１に吸引される空気を暖めてシリンダ内温度を上昇させ、始動を容易にしているのである。
【００２５】
前記予熱時間帯に係る所定の時間経過後の始動時間帯においては、排気ヒータ１１はＯＮのままにして排気温度を上昇させ続ける。また、吸気絞り８、ＥＧＲバルブ９は前記予熱時間帯と同様の制御を行ない、エンジン１の始動性の向上を試みる。
また、セルモータもＯＮのままにしてフライホイルを回転させ回転数が上昇してから、ラックアクチュエータ１９は通常始動運転時と同様の制御を行ない、ラックを所定の始動時噴射量に合わせ燃焼させ、始動させる。
【００２６】
続いて、前記始動時間帯に係る所定の時間経過後には、エンジン１の始動が完了し、燃焼室内における燃焼が完全なものになるまでの完爆時間帯においては、排気ヒータ１１を適宜ＯＦＦにし、排気温度の上昇を助長しないようにする。但し、触媒による還元作用を行える温度に達していない場合には、その温度に達するまで排気ヒータ１１を作動させる。また、吸気絞り８を時間経過とともに徐々に全開状態へ制御し、一方、ＥＧＲバルブ９は開勝手のままに制御し続ける。これは、エンジン１始動直後のシリンダ内の急激な温度上昇に対応するためである。
そして、ここで、セルモータをＯＦＦにする。また、ラックアクチュエータ１９は通常運転時と同様の制御を行ない、エンジン１の目標回転数に合わせた最適な制御（通常ガバニング制御）を行なうようにする。
【００２７】
前記完爆時間帯において、エンジン１の運転が安定した後は、排気ヒータ１１及びセルモータはＯＦＦにする。また、吸気絞り８は全開状態に維持し、ＥＧＲバルブ９は全閉状態に維持する。そして、ラックアクチュエータ１９は通常運転時の制御を行なう。
【００２８】
以上のように、排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲパイプ１４と、前記ＥＧＲパイプ１４に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブ９と、吸気管３ａ内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞り８と、前記ＥＧＲバルブ９と吸気絞り８とを開閉制御する制御手段となるＥＣＵ６と、シリンダ内の温度を検出する手段となる温度センサ１６、を備えるエンジン１において、前記エンジン１始動時に前記温度センサ１６によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、前記吸気絞り８を閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブ９を開勝手に制御したので、低温始動時においてＥＣＵ６の制御によって、エンジン１内で燃料を噴射させることなく排気を吸気へ再循環させることにより、シリンダ内温度を上昇させ、始動性が向上する。また同時に、吸気絞り８を制御して吸気を絞ることにより、シリンダ内に吸入する空気量が少なくなり、次の圧縮工程においてピストンを上昇させるのに必要な力、すなわち始動トルクが小さくなって、始動性が良くなる。
また、エンジン１の構成に含まれる排ガスフィルタ５内の排気ヒータ１１を用いることで、別個にグロープラグや吸気ヒータ等の始動補助装置が不要となり、部品点数削減や低コスト化が可能となる。
さらに、排気ガス温度を上昇させる手段となる排気ヒータ１１を備え、前記温度センサによって検出された温度が前記設定温度より低い場合に、ＥＣＵ６の制御によって排気ヒータ１１を作動させて排気ガス温度を上昇させたので、エンジン１全体の温度を上昇させることができ、始動性がさらに向上する。
【実施例２】
【００２９】
次に、図３を参照して、本発明に係る第二実施例について説明する。
全体的な構成は前記実施例１と略同じであるので、本実施例においては主に実施例１との違いについて説明する。
すなわち、本実施例では、ＥＧＲガス取出口２０が排気ヒータ１１の直前（上流側）に配置され、該ＥＧＲガス取出口２０とＥＧＲパイプ１４の一端が接続されて、該ＥＧＲパイプ１４の他端は吸気マニホールド３に接続されて吸気へ再循環している。
【００３０】
以上のように、前記ＥＧＲガス取出部２０を前記排気ヒータ１１の直前に配置したので、低温始動時には吸気絞り８を閉勝手にしているため、吸排気ガスは脈動しており、ＥＧＲガス取出部２０でも脈動が起こるため、該ＥＧＲガス取出部２０の直後にある排気ヒータ１１と一部熱交換して吸気へ再循環させることができ、シリンダ内の温度を上昇させることができる。また、始動後の通常運転時は、前記ＥＧＲバルブ９を閉勝手に制御してＥＧＲガス取出部２０が該排気ヒータ１１の直前にあるため排気ヒータ１１の影響を受けない温度の低いＥＧＲガスを還流させて、一般に燃焼温度の高い高負荷域においてもシリンダ内温度上昇を抑制してＮＯｘの排出量を低減できる。
【実施例３】
【００３１】
図４及び図５を参照して、本発明に係る第三実施例について説明する。
全体的な構成は前記実施例１と略同じであるので、本実施例においては主に実施例１との違いについて説明する。
すなわち、本実施例では、第一ＥＧＲガス取出口（以下、単に「第一取出口」という）２０ａを前記排気ヒータ１１の直前（上流側）に配置して該第一取出口２０ａを第一配管２１ａの一端と接続し、第二ＥＧＲガス取出口（以下、単に「第二取出口」という）２０ｂを排気ヒータ１１の直後（下流側）に配置して該第二取出口２０ｂの一端を第二配管２１ｂと接続する。そして、該第一配管２１ａと第二配管２１ｂのそれぞれの他端を三方弁で構成した切換バルブ２２の一端に接続し、該切換バルブ２２の他端をＥＧＲパイプ１４に接続する。電磁弁である該切換バルブ２２はＥＣＵ６と接続されて制御され、その弁を切り換えることによって前記第一配管２１ａと第二配管２１ｂとのいずれかをＥＧＲパイプ１４に連通する構成となっている。
なお、前記第二取出口２０ｂの配置箇所は本実施例に限らず、ＥＧＲガス温度を上昇させる排気ヒータ１１の下流側ならばどこでもよい。
【００３２】
そして、図５の制御シーケンスに示すように低温始動時において、予熱時間帯、及び始動時間帯には、排気ヒータ１１直後に配置される第二取出口２０ｂに接続される第二配管２１ｂからＥＧＲガスを取り出して吸気系に還流することで、確実にシリンダ内の温度を上昇させることができ、始動性を向上させることができる。
他方、完爆時間帯、及び通常運転時間帯は、前記切換バルブ２２を切り換えて、排気ヒータ１１直前に配置される第一取出口２０ａに接続される第一配管２１ａからＥＧＲガスを取り出して吸気系に還流することで、シリンダ内の燃焼温度の上昇を抑制してＮＯｘの排出量を抑制することが可能となる。つまり、この時、吸気絞り８は全開状態となっているため、吸排気において脈動は発生し難く、第一取出口２０ａ近傍において排気ヒータ１１の影響を受けにくくなっているため、比較的温度の低いＥＧＲガスの還流が可能となっているのである。
また、エンジン１への負荷が高くなりシリンダ内での燃焼が完全燃焼に近づき、ＮＯｘ発生量が増加傾向に来ると、ＥＧＲバルブ９を適宜開けてＥＧＲガスを第一取出口２０ａから取り出して第一配管２１ａより還流することで、ＮＯｘの発生を抑制することも可能である。
【００３３】
以上のように、前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の前と後との二箇所に配置し、第一取出口２０ａと第二取出口２０ｂとの間に切換バルブ２２を設けたので、低温始動時には第二取出口２０ｂから排気ガスヒータ１１によって暖められたＥＧＲガスを取り出して吸気へ再循環させることで、シリンダ内の温度を確実に上げることができる。また、通常運転時には、第一取出口２０ａからＥＧＲガスを取り出すことで、より温度の低いＥＧＲガスを吸気に再循環させることができて、シリンダ内の燃焼温度の上昇を抑制し、ＮＯｘの排出量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施例に係るエンジンの吸排気系を示す模式図。
【図２】制御シーケンスを示す制御マップ。
【図３】本発明の第二実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図。
【図４】本発明の第三実施例を示すエンジンの吸排気系を示す模式図。
【図５】本実施例における制御シーケンスを示す制御マップ。
【符号の説明】
【００３５】
１ エンジン（ディーゼルエンジン）
６ ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）（制御手段）
８ 吸気絞り
９ ＥＧＲバルブ
１１ 排気ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲガス還流路と、
前記ＥＧＲガス還流路に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブと、
吸気通路内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞りと、
前記ＥＧＲバルブと吸気絞りとを開閉制御する制御手段と、
シリンダ内の温度を検出する手段と、
を備えるディーゼルエンジンにおいて、
前記ディーゼルエンジン始動時に前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、
前記吸気絞りを閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブを開勝手に制御する
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジン用始動補助装置において、
排気ガス温度を上昇させる手段を備え、
前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が前記設定温度より低い場合に、
排気ガス温度を上昇させる
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【請求項３】
請求項２に記載のディーゼルエンジン用始動補助装置において、
前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前に配置する
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【請求項４】
請求項２に記載のディーゼルエンジン用始動補助装置において、
前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前と直後との二箇所に配置し、前取出部と後取出部との間に切換弁を設ける
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【請求項１】
排気系から排気ガスの一部を吸気系に再循環するためのＥＧＲガス還流路と、
前記ＥＧＲガス還流路に設けられてＥＧＲガス還流量を調節するＥＧＲバルブと、
吸気通路内に設けられて吸気流量を調節するための吸気絞りと、
前記ＥＧＲバルブと吸気絞りとを開閉制御する制御手段と、
シリンダ内の温度を検出する手段と、
を備えるディーゼルエンジンにおいて、
前記ディーゼルエンジン始動時に前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が予め設定した設定温度より低い場合に、
前記吸気絞りを閉勝手に制御し、前記ＥＧＲバルブを開勝手に制御する
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジン用始動補助装置において、
排気ガス温度を上昇させる手段を備え、
前記シリンダ温度検出手段によって検出された温度が前記設定温度より低い場合に、
排気ガス温度を上昇させる
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【請求項３】
請求項２に記載のディーゼルエンジン用始動補助装置において、
前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前に配置する
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【請求項４】
請求項２に記載のディーゼルエンジン用始動補助装置において、
前記ＥＧＲガス取出部を前記排気ガス温度上昇手段の直前と直後との二箇所に配置し、前取出部と後取出部との間に切換弁を設ける
ことを特徴とするディーゼルエンジン用始動補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１９６３２５（Ｐ２００８−１９６３２５Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９７６２（Ｐ２００７−２９７６２）
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月８日（２００７．２．８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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