專利名稱：柴油機的排氣回流控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于能抑制煙氣及NOx排放的排氣回流式的柴油機。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，柴油機的周圍運轉(zhuǎn)環(huán)境的各種規(guī)定限制變得越來越嚴(yán)，人們期望能有滿足這些規(guī)定的性能的柴油機出現(xiàn)。特開昭63-134844號公報曾記載有關(guān)排氣回流式內(nèi)燃機的內(nèi)容。該文獻(xiàn)中揭示了這樣一種技術(shù)，即為了避免由于EGR氣量的減少而造成的NOx排放量增大，則進(jìn)行控制以確保EGR氣量大于等于規(guī)定量。然而，專利文獻(xiàn)1的發(fā)明如該專利權(quán)利要求范圍的第1項所述，其構(gòu)成是關(guān)于一定要設(shè)置節(jié)流閥的內(nèi)燃機。即所闡述的雖然為內(nèi)燃機，但在實施例中卻以汽油機為例進(jìn)行說明，在圖1中又記載著節(jié)流閥。因此，在專利文獻(xiàn)1的發(fā)明所表述的內(nèi)燃機中沒有明確地包含柴油機。
根據(jù)所述公報揭示的汽油機，只要考慮使得不排放煙氣(煙塵)，基本上不排放NOx便可。與此相反，對于柴油機，EGR氣量一增加，NOx量就減少，但煙氣排放量增加。因而，在柴油機中，即使采用專利文獻(xiàn)1的發(fā)明，也不能遵守排氣的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
在排氣回流式的柴油機中，在控制EGR氣量時，要調(diào)整在能同時抑制排放的NOx量和煙氣量兩者的范圍內(nèi)。
本發(fā)明之目的在于提供一種柴油機的排氣回流控制裝置，該裝置通過控制使EGR率收斂在規(guī)定范圍內(nèi)，從而能同時抑制排放的NOx和煙氣。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本申請的第1方面為在設(shè)有使吸氣通路和排氣通路連通的排氣回流通路的柴油機中，在所述吸氣通路中的和排氣回流通路合流的部分的上游一側(cè)設(shè)置第1溫度傳感器，在所述吸氣通路中的和排氣回流通路合流的部分的下游一側(cè)設(shè)置第2溫度傳感器，設(shè)置柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器，設(shè)置存儲手段，該手段預(yù)先存儲與和廢氣混合前的吸氣溫度、根據(jù)柴油機負(fù)載和柴油機轉(zhuǎn)速唯一定義的適當(dāng)?shù)呐艢饣亓髁繉?yīng)的所述第2溫度傳感器設(shè)置部位的溫度值，還設(shè)置判定手段，將與所述柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器以及第1溫度傳感器檢測出的檢測值對應(yīng)的存于所述存儲手段的溫度值、與所述第2溫度傳感器檢測出的檢測值進(jìn)行比較，而且，在所述檢測值偏離所述溫度值在規(guī)定范圍內(nèi)時，判定回流排氣量適當(dāng)，在所述檢測值偏離所述溫度值不在規(guī)定范圍內(nèi)時，判定回流排氣量異常。
本申請的第2方面為在第1方面中，再在排氣回流通路中設(shè)置能調(diào)節(jié)通過所述排氣回流通路的排氣流量的節(jié)流閥，設(shè)置控制所述節(jié)流閥開度的控制手段，通過利用所述控制手段控制節(jié)流閥開度，從而使與吸氣通路的所述排氣回流通路連通部位的上游一側(cè)的溫度值對應(yīng)的吸氣通路的所述排氣回流通路連通部位的下游一側(cè)的溫度值收斂于預(yù)設(shè)的規(guī)定范圍內(nèi)。
本申請的第3方面為在第1或第2方面中，將與所述柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器及第1溫度傳感器檢測出的檢測值對應(yīng)的存于所述存儲手段中的溫度值在時間上進(jìn)行平均處理，能修正因所述第2溫度傳感器造成的檢測值的響應(yīng)滯后。
本申請的第4方面為在第1或第2方面中，在進(jìn)行使柴油機負(fù)載或柴油機轉(zhuǎn)速急劇變化運轉(zhuǎn)的柴油機中，所述判定手段只在柴油機負(fù)載和柴油機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時才判定回流排體量。
本申請的第5方面為在第1或第2方面中，再設(shè)置檢測冷卻水溫度的冷卻水溫度傳感器，并設(shè)置根據(jù)所述冷卻水溫度傳感器檢測出的冷卻水溫度到達(dá)規(guī)定溫度、從而檢測出暖機運轉(zhuǎn)結(jié)束的檢測手段，在暖機運轉(zhuǎn)結(jié)束后而且實際工作開始前、或在實際工作結(jié)束后而且柴油機停止前的任何一種場合，利用所述判定手段判定回流排氣量。
本申請的第6方面為在第1方面中，將與所述柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器及第1溫度傳感器檢測出的檢測值對應(yīng)的存于所述存儲手段中的溫度值和用所述第2溫度傳感器檢測出的檢測值進(jìn)行比較，在所述檢測值偏離所述溫度值不在規(guī)定范圍內(nèi)時，判定手段判定回流排氣量異常，此時，這樣設(shè)定所述規(guī)定范圍的余量，使得第2溫度傳感器的檢測值外高一側(cè)的的余量小于檢測值降低的一側(cè)的余量。
本申請的第7方面為在第1至3中任一方面中，還包括在冷態(tài)時按照所述冷卻水溫度傳感器檢測出的溫度值對存于所述存儲手段中的溫度值進(jìn)行修正的修正手段。
在本申請的第1方面中，為了掌握柴油機100的運轉(zhuǎn)狀況，設(shè)置柴油機負(fù)載檢測傳感器6和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器7，設(shè)置預(yù)先存儲與按照上游溫度T1和柴油機負(fù)載及柴油機轉(zhuǎn)速唯一定義的合適的排氣回流量對應(yīng)的下游溫度的存儲手段，再設(shè)置檢測上游溫度T1的第1溫度傳感器11和檢測下游溫度T2的第2溫度傳感器12，設(shè)置將存于存儲手段的與運轉(zhuǎn)狀況對應(yīng)的溫度值和用第2溫度傳感器12檢測出的下游溫度T2進(jìn)行比較、來判定兩者的溫差是否在規(guī)定范圍內(nèi)的判定裝置13，通過這樣能判定柴油機100的ERG率是否正常，所以在檢測出異常之前能抑制NOx和煙氣的排放，在檢測出異常時停止運轉(zhuǎn)、或發(fā)出報警，從而能抓住采取適當(dāng)對策的時機。
通過實施本申請的第1方面，能識別因吸氣過濾器10網(wǎng)眼堵塞、或消聲器15的堵塞引起的EGR率的變化，能恰當(dāng)?shù)嘏袛噙M(jìn)行維護的時期。
本申請的第2方面中，在排氣回流通路4中設(shè)置EGR閥5，通過調(diào)節(jié)該EGR閥5的開度，控制下游溫度T2使其在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而能控制EGR率，以抑制煙氣或NOx的排放量。
本申請的第3方面中，考慮到第2溫度傳感器12的檢測滯后，通過采用時間平均處理進(jìn)行判定，因而能避免判定裝置13誤判，能使柴油機100的燃燒變動減小，較好地抑制煙氣或NOx的排放量。
本申請的第4方面中，在進(jìn)行使柴油機負(fù)載或柴油機轉(zhuǎn)速急劇變化運轉(zhuǎn)的柴油機100中，由于只在柴油機負(fù)載和柴油機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的時期利用判定裝置13判定回流排氣量，所以能避免柴油機100在正常運轉(zhuǎn)時的燃燒變化。
本申請的第5方面中，利用檢測冷卻水溫度的冷卻水溫度傳感器14在冷卻水溫度到達(dá)規(guī)定溫度時檢測出暖機運轉(zhuǎn)結(jié)束，由于能在對柴油機100充分暖機后利用判定裝置13進(jìn)行判定，所以能避開在難以作出恰切判斷的冷態(tài)時進(jìn)行判定作業(yè)，能避免燃燒變動。
本申請的第6方面中，在第2溫度傳感器12檢測出的檢測值偏離存于存儲器19中的映射圖上的溫度值并不在規(guī)定范圍內(nèi)時，判定裝置13判定EGR氣量異常，此時，通過設(shè)定該規(guī)定范圍的余量，使得第2溫度傳感器12的檢測值升高一側(cè)的的余量小于檢測值降低一側(cè)的余量，從而能較好地抑制煙氣的排放。
本申請的第7方面中，由于還具有修正手段，該手段在冷態(tài)時，按照冷卻水溫度傳感器14檢測出的溫度值，修正存于存儲器19(存儲手段)的溫度值，所以即便在冷態(tài)時仍能確保適當(dāng)?shù)腅GR率，減少煙氣或NOx的排放量。


圖1為實施本發(fā)明的柴油機系統(tǒng)概要圖。
圖2為將與柴油機負(fù)載、柴油機轉(zhuǎn)速的變化對應(yīng)變化的下游溫度T2的適當(dāng)值(標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度T3)的一示例和上游溫度T1進(jìn)行對比的示意圖。
圖3為第2溫度傳感器實測的下游溫度T2的變化、與圖上的下游溫度的適當(dāng)值即修正混合氣體溫度Tmr進(jìn)行比較用的圖。
圖4為表示EGR閥的開度和柴油機負(fù)載關(guān)系用的圖。
圖5為表示與負(fù)載變動對應(yīng)的下游溫度T2變化用的圖。
圖6為柴油機負(fù)載變化和下游溫度對比用的圖。
圖7為表示每個不同的EGR率的軸平均有效壓力和柴油機轉(zhuǎn)速間關(guān)系用的圖。
圖8為表示根據(jù)排出氣體中含有的允許煙氣量和允許的NOx量限定的排氣規(guī)定允許范圍、和柴油機EGR率間的關(guān)系用的圖。
圖9為考慮到冷卻水溫度再對修正混合氣體溫度Tmr進(jìn)行修正用的圖。
具體實施例方式
圖1為實施本發(fā)明(權(quán)利要求1～7)的柴油機100的系統(tǒng)概要圖。對于柴油機100設(shè)置在吸氣途中具有吸氣過濾器10并向柴油機本體1內(nèi)的燃燒室17供給空氣的吸氣通路3、以及排出燃燒后的廢氣的排氣通路2。在排氣通路2中設(shè)消聲器15。
如圖1所示，在排氣通路2的途中與排氣回流通路4的一端連接，排氣回流通路4的另一端在合流部9與吸氣通路3連接。在該排氣回流通路4中設(shè)置電磁控制型的EGR閥5(節(jié)流閥)。通過改變EGR閥5的開度，能調(diào)節(jié)在合流部9處和空氣混合的排放氣體(EGR氣體)的量。
另外，對于柴油機100設(shè)置向燃燒室17供給燃料的燃料噴射泵16。對燃料噴射泵16設(shè)置柴油機負(fù)載檢測傳感器6。對飛輪18設(shè)置柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器7，再在柴油機本體1上設(shè)置冷卻水溫度傳感器14。柴油機負(fù)載檢測傳感器6、柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器7及冷卻水溫度傳感器14分別用布線與以后將詳細(xì)介紹的判定裝置13連接。
如圖1所示，在吸氣通路3的吸氣過濾器10和合流部9之間，設(shè)置第1溫度傳感器11。另外，在吸氣通路3的合流部9的下游一側(cè)，設(shè)置第2溫度傳感器12。
用第1溫度傳感器11、第2溫度傳感器12、柴油機負(fù)載檢測傳感器6、柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器7、及冷卻水溫度檢測傳感器14檢測出的各檢測信號分別通過布線傳送給判定裝置13。判定裝置13根據(jù)輸入的各檢測信號，向EGR控制裝置8發(fā)出指令，EGR控制裝置8就適當(dāng)調(diào)節(jié)EGR閥5的開度。
判定裝置13具有CPU20及存儲器19(存儲手段)。預(yù)先通過實驗求出與柴油機負(fù)載、柴油機轉(zhuǎn)速及吸氣過濾器10和合流部9之間(第1溫度傳感器11設(shè)置部位)的吸氣溫度(以下稱上游溫度)的組合對應(yīng)的在合流部9下游一側(cè)吸氣通路3內(nèi)(第2溫度傳感器設(shè)置部位)的合適的混合空氣(包括EGR氣體在內(nèi)的吸氣)的溫度(以下稱下游溫度)的合適值。將其以映射圖的形式存于存儲器19。CPU20進(jìn)行后述的各種運算及判定。以上構(gòu)成柴油機100的排氣回流控制裝置。
圖2表示將與柴油機負(fù)載、柴油機轉(zhuǎn)速變化而對應(yīng)變化的下游溫度T2的合適值(標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts以后闡述)的一示例、和上游溫度T1進(jìn)行對比用的圖。該標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts只要柴油機100是正常的，就根據(jù)前述的柴油機負(fù)載、柴油機轉(zhuǎn)速的組合唯一決定。
在圖2中，將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的柴油機負(fù)載、柴油機轉(zhuǎn)速唯一決定的混合后吸氣溫度在以下稱為標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts。將對于該標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts利用第1溫度傳感器11檢測出的上游溫度T1進(jìn)行修正后的下游溫度目標(biāo)值稱為修正混合氣體溫度Tmr。另外，將圖1的合流部9上游一側(cè)的吸氣通路3內(nèi)的吸氣溫度稱為上游溫度T1，將合流部9下游一側(cè)的吸氣通路3內(nèi)的吸氣溫度稱為下游溫度T2。
(本發(fā)明權(quán)利要求1的實施例)起動柴油機100，在柴油機負(fù)載、和柴油機轉(zhuǎn)速未急劇變化時(例如暖機運轉(zhuǎn)完了后的慢速時)，判定裝置13將第1溫度傳感器11檢測出的和排放氣體(EGR氣體)混合前的吸氣溫度T1、與用柴油機負(fù)載檢測傳感器6、柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器7分別檢測出的柴油機負(fù)載及柴油機轉(zhuǎn)速的組合對應(yīng)的存于存儲器19的映射圖上的溫度范圍、同用第2溫度傳感器12檢測出的實際下游溫度T2進(jìn)行比較。此時，最好對下游溫度目標(biāo)值用上游溫度T1將修正混合氣體溫度Tmr進(jìn)行修正(上游溫度T1越高，修正混合氣體溫度Tmr就修正得越高，反之，上游溫度T1越低，修正混合氣體溫度Tmr就修正得越低)，將修正后的修正混合氣體溫度Tmr和下游溫度T2進(jìn)行比較。
假定下游溫度T2在映射圖上的溫度范圍內(nèi)，判定裝置13判定EGR氣量是合適的。反之，在下游溫度T2小于映射圖上的溫度范圍時，判定裝置13判定EGR氣量不足，在大于映射圖上的溫度范圍時，判定裝置13判定EGR氣量過剩。此時，最好例如使報警燈發(fā)光、或蜂鳴器鳴響，這樣來通知運行人員有異常。另外，此時，根據(jù)柴油機100的用途，也可使柴油機100停止。
(本發(fā)明權(quán)利要求2的實施例)在本發(fā)明權(quán)利要求1的實施例中，在判定裝置13判定EGR氣量少(EGR率低)時，判定裝置13對EGR控制閥8發(fā)出將EGR閥5的開度開大(提高EGR率)的指令，使得EGR氣量成為合適的量。
反之，在判定裝置13判定EGR氣量多(EGR率高)時，判定裝置13對EGR控制閥8發(fā)出將EGR閥5的開度關(guān)小(降低EGR率)的指令，使得EGR氣量成為合適的量。就這樣調(diào)節(jié)EGR閥5的開度，使EGR氣量成為合適的量。
EGR率是根據(jù)柴油機負(fù)載和柴油機轉(zhuǎn)速唯一定義，通過對其再加入第1溫度傳感器11檢測出的上游溫度T1，下游溫度也能唯一定義。而且，當(dāng)上游溫度T1上升時，排氣溫度(EGR氣溫度)也上升，最終第2溫度傳感器12檢測出的下游溫度T2也上升。
因此，和第2溫度傳感器12檢測出的下游溫度T2進(jìn)行比較的正常狀態(tài)的下游溫度(標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts)例如要按照下式(1)進(jìn)行修正。利用該式(1)能確保合適的EGR率。
Tmr=Ts+T1-T0293×Tex×EGR---(1)]]>式中，Tmr修正混合氣體溫度、Ts標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度、T1上游溫度、T0標(biāo)準(zhǔn)吸氣溫度(K)、Tex標(biāo)準(zhǔn)排氣溫度(K)、EGREGR率假定當(dāng)上游溫度T1如圖2所示地變化，則下游溫度T2也隨之而變化。上游溫度T1在標(biāo)準(zhǔn)溫度附近變化，但與之不同的是下游溫度T2由于種種原因?qū)⑵x允許范圍。
如圖2所示，時刻tA的下游溫度T2受吸氣溫度T1的影響，盡管是正常狀態(tài)，但偏離基于標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts的允許范圍。另一方面，時刻tA的下游溫度T2在基于用吸氣溫度T1修正過的修正混合氣體溫度Tmr的合適范圍內(nèi)，不是異常。此后，當(dāng)至?xí)r刻tB時，由于過濾器網(wǎng)眼堵塞或消聲器堵塞，而EGR氣量增加(EGR率上升)，在時刻tB的下游溫度T2也偏離基于修正混合氣體溫度Tmr的合適范圍以外，判定裝置3判定時刻tB的下游溫度T2異常。
標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts可以預(yù)先通過實驗求出，標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts又根據(jù)柴油機負(fù)載和柴油機轉(zhuǎn)速唯一決定。再有，標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts也隨著吸氣溫度(上游溫度T1)的變化而變化。這一關(guān)系以上述式(1)的形式預(yù)存于存儲器19。
假定在上游溫度T1變化時，在EGR氣量正常的情況下實測到的下游溫度T2移到被兩根細(xì)線夾著的區(qū)域內(nèi)(合適范圍)。反之，當(dāng)該下游溫度T2從這兩根細(xì)線之間脫出時，判定EGR氣量異常。
圖3為將第2溫度傳感器12實測到的下游溫度T2的變化、和映射圖上的下游溫度合適值即修正混合氣體溫度Tmr進(jìn)行比較用的圖。圖3中，以修正混合氣體溫度Tmr為中心，設(shè)定下游溫度的合適范圍的上限和下限。在發(fā)生某種問題，下游溫度T2偏離合適范圍時，判定裝置13修正EGR閥5的開度，使下游溫度T2收斂于合適范圍內(nèi)。
圖4為表示EGR閥5的開度和柴油機負(fù)載間的關(guān)系用的圖。在下游溫度T2偏離合適范圍時，一種有效的做法為例如利用式(1)如圖4所示，使映射圖自身偏移標(biāo)準(zhǔn)值。另外，也可改變圖中直線的斜率(系數(shù))進(jìn)行修正。
在EGR閥5的開度不正常時，對開度作一定量的修正即移動映射圖是相當(dāng)有效的。對于因吸氣過濾器10或消聲器15的堵塞而造成的壓差變化，改變圖中直線的斜率是相當(dāng)有效的。
(本發(fā)明權(quán)利要求3的實施例)溫度傳感器由于其自身有熱容量的原因，無論怎樣總會有響應(yīng)滯后。在權(quán)利要求3中，解決實施權(quán)利要求1、2時的第2溫度傳感器12的響應(yīng)滯后問題。
在因第2溫度傳感器12檢測出的下游溫度T2不能跟蹤柴油機負(fù)載或柴油機轉(zhuǎn)速的急劇變化而和修正混合氣體溫度Tmr之差暫時增大時，判定裝置13每次對EGR控制裝置8發(fā)出修正EGR閥5的開度映射圖的指示，有可能使燃燒變得不穩(wěn)定。即可以這樣認(rèn)為若判定裝置13忠實地根據(jù)第2溫度傳感器12的檢測信號進(jìn)行判定，則在實際上巳變成合適的EGR氣量時，反而輸入EGR氣量異常的信號，而改變EGR閥5的開度，再度使燃燒惡化，排出煙氣或NOx。
為了避免上述情況的發(fā)生，使燃燒穩(wěn)定，最好采用以下將要說明的向前移動平均法。所謂前進(jìn)移動平均法為將柴油機負(fù)載檢測傳感器6、柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器7檢測出的檢測值的例如過去4次的值(計算值)A1～A4、和本次的實測值B5代入式(2)，得到計算值A(chǔ)5，采用該計算值A(chǔ)5代替實測值B5。
A5＝(A1+A2+A3+A4+B5)/5·····(2)同樣A6能用下式(3)算出。
A6＝(A2+A3+A4+A5+B6)/5·····(3)這樣算出的計算值A(chǔ)1～AX比實測值B1～BX的變動幅度小。因此若采用該變動小的計算值A(chǔ)1～AX代替實測值B1～BX作為判定裝置13判定的信號，則柴油機100燃燒穩(wěn)定，例如即使實測值B1～BX偏離合適范圍，但計算值A(chǔ)1～AX仍在合適范圍內(nèi)，能同時很好地減少NOx和煙氣的排放。
圖5為表示與負(fù)載變動對應(yīng)的下游溫度T2的變化用的圖。由于第2溫度傳感器12自身有熱容量，所以在柴油機負(fù)載(柴油機轉(zhuǎn)速也一樣)急劇變化時，第2溫度傳感器12的輸出值(下游溫度T2)如圖5所示滯后，慢慢地跟蹤。
若根據(jù)用上述前進(jìn)移動平均法抑制變動幅度的柴油機轉(zhuǎn)速檢測信號和柴油機負(fù)載檢測信號，算出修正混合氣體溫度Tmr，則能解決這樣的實際的EGR氣量和第2溫度傳感器12的溫度檢測不能實時地對應(yīng)而帶來的問題。此外，將利用輸入判定裝置13的柴油機負(fù)載檢測信號或柴油機轉(zhuǎn)速檢測信號算出的修正混合氣體溫度Tmr同樣進(jìn)行平均，抑制變動幅度，也能解決由于響應(yīng)滯后而帶來的問題。
另外的效果是根據(jù)柴油機100的運轉(zhuǎn)形態(tài)，即使EGR閥5緩慢地動作，仍能穩(wěn)定燃燒。再有，假定第2溫度傳感器12的輸出一定比柴油機負(fù)載檢測信號或柴油機轉(zhuǎn)速檢測信號的輸出滯后(例如1秒)，在圖5中，如用標(biāo)號D所示，即使只滯后規(guī)定時間(例如1秒)但能縮小實際溫度和檢測出的溫度之差。
(本發(fā)明權(quán)利要求4的實施例)當(dāng)吸氣過濾器10網(wǎng)眼堵塞、消聲器15有異物堵塞時，即使EGR閥5開度合適，空氣和EGR氣的混合比率(EGR率)也變化。因此，有時吸氣過濾器10或消聲器15是否處于清潔狀態(tài)，會對柴油機100的燃燒帶來不良影響。
另外，因吸氣過濾器10或消聲器15的惡化是緩慢地進(jìn)行的，不必經(jīng)常監(jiān)視。在這樣的情況下，在慢速運轉(zhuǎn)時等燃燒比較穩(wěn)定時，由判定裝置13進(jìn)行判定。特別是汽車用柴油機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)容易急劇變動(負(fù)載變動)。
因此，在正常運轉(zhuǎn)時不作判定，只在燃燒穩(wěn)定時判定。這樣，即使在正常運轉(zhuǎn)時下游溫度T2(EGR氣量)不會過大地偏離合適范圍，即使柴油機100用于負(fù)載變動或轉(zhuǎn)速變動大的場合，仍能降低NOx和煙氣的排放。
圖6為柴油機負(fù)載變動和下游溫度對比用的圖。圖6中，在時刻t以后，負(fù)載變動變小。所以從時刻t開始，在時間t1期間各傳感器進(jìn)行檢測，據(jù)此判定裝置13進(jìn)行判定。
(本發(fā)明權(quán)利要求5的實施例)冷態(tài)時(正在暖機運轉(zhuǎn)中等情況下柴油機溫度低時)各傳感器難以正常檢測。此時，例如改變EGR閥5開度，相反也許會偏離合適的值。因而，如以下所述，在除冷態(tài)時以外而且在燃燒穩(wěn)定的時期判定裝置13進(jìn)行判定。
判定裝置13(圖1)具有檢測暖機運轉(zhuǎn)結(jié)束的功能，利用從冷卻水溫度傳感器14輸入的信號，識別柴油機100結(jié)束暖機運轉(zhuǎn)。當(dāng)判定裝置13識別暖機運轉(zhuǎn)已結(jié)束，則判定裝置13再在開始正常運轉(zhuǎn)前從各檢測傳感器接受檢測信號，判定EGR氣量是否合適。
上述的例子中表示暖機運轉(zhuǎn)剛結(jié)束后的慢速運轉(zhuǎn)時進(jìn)行判定的例子，但也可以在柴油機100的運轉(zhuǎn)結(jié)束、使柴油機100停止前進(jìn)行判定。
(本發(fā)明權(quán)利要求6的實施例)圖7為表示每一個不同EGR率的軸平均有效壓力和柴油機轉(zhuǎn)速間關(guān)系的圖。另外，圖8為表示根據(jù)排出氣體中含有的允許煙氣量和允許的NOx量限定的排氣限制允許范圍、和柴油機100的EGR率之間的關(guān)系用的圖。
與圖1的柴油機負(fù)載檢測傳感器6、柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器7及第1溫度傳感器11檢測出的柴油機負(fù)載、柴油機轉(zhuǎn)速及上游溫度T1對應(yīng)的存于存儲器19的映射圖上的修正混合氣體溫度Tmr，在相對第2溫度傳感器12檢測出的實際下游溫度T2偏離大于等于規(guī)定溫度(例如30℃)時，使報警燈發(fā)光，或報警蜂鳴器鳴響，告知柴油機100有異常。
EGR率越高，高溫的EGR氣量就越增加，所以吸氣溫度變高。另外，如圖8所示，EGR率越高，煙氣排放量越多。
在因EGR閥5誤動作(過于打開)而EGR氣量增大的情況下，EGR率如EGR曲線A那樣移到排氣限制允許范圍區(qū)域(在圖8中為畫斜線的區(qū)域)內(nèi)。另一方面，有時因吸氣過濾器10或消聲器15的堵塞，而使大氣壓和EGR氣體壓力間的壓力平衡破壞，致使EGR率增大。此時，柴油機100的吸氣量本身減少，結(jié)果呈缺氧狀態(tài)，這時，EGR率如EGR曲線B那樣推移，比EGR曲線A還要早地偏離排氣允許范圍區(qū)域，煙氣急劇地惡化。
因此，在EGR率增大的一側(cè)，即下游溫度T2變得比標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Tmr高的一側(cè)，要使判定級別(余量)更嚴(yán)格。嚴(yán)格的程度因柴油機負(fù)載而異，但最好在柴油機負(fù)載高的運轉(zhuǎn)區(qū)域(額定的50％～100％左右)，設(shè)定在EGR率減少一側(cè)的50％左右，另外，在柴油機負(fù)載低的運轉(zhuǎn)區(qū)域(低于額定的50％左右)，大致設(shè)定在EGR率減少一側(cè)的80％左右。
例如，可以預(yù)先設(shè)定成在柴油機負(fù)載高的運轉(zhuǎn)區(qū)域中，在第2溫度傳感器12實測的下游溫度T2比EGR率減少一側(cè)(EGR氣量不足的一側(cè))的映射圖上的修正混合氣體溫度Tmr低30℃以上，判定EGR異常時，若第2溫度傳感器12實測的下游溫度T2比EGR率增加一側(cè)(EGR氣量過剩一側(cè))的映射圖上的修正混合氣體溫度Tmr高于15℃以上，則判定裝置13判定EGR異常。
反之，可以預(yù)先設(shè)定成在柴油機負(fù)載低的運轉(zhuǎn)區(qū)域中，在第2溫度傳感器12實測的下游溫度T2比EGR率減少一側(cè)的映射圖上的修正混合氣體溫度Tmr低30℃以上，判定EGR異常時，若第2溫度傳感器12實測的下游溫度T2比EGR率增加一側(cè)的圖上的修正混合氣體溫度Tmr高于24℃以上，則判定裝置13判定EGR異常。
這樣，在下游溫度T2偏離標(biāo)準(zhǔn)混合氣體溫度Ts大于等于規(guī)定溫度時，判定裝置13判定為異常狀態(tài)，例如發(fā)出報警，或采取使柴油機100停止等措施。其結(jié)果，能抑制煙氣和NOx的兩方面的排放。
(本發(fā)明權(quán)利要求7的實施例)圖9為考慮到冷卻水溫度后再對修正混合氣體溫度Tmr進(jìn)行修正的圖。在前面的式(1)中如考慮到冷卻水溫度，則形成式(4)(修正手段)。
Tmr=Ts+(T1-T0)×{Tex-a1×(Tw0-Tw)}×EGR293---(4)]]>式中，T0；標(biāo)準(zhǔn)吸氣溫度(K)、Tex標(biāo)準(zhǔn)排氣溫度(K)、Tw0標(biāo)準(zhǔn)冷卻水溫度、Tw現(xiàn)在冷卻水溫度、a1冷卻水溫度的影響系數(shù)(取決于發(fā)動機，例如0.3～0.5)柴油機100在作為工作機械使用時，柴油機負(fù)載及柴油機轉(zhuǎn)速的變動劇烈，圖6示出的穩(wěn)定區(qū)域大多限于發(fā)動機剛起動后的暖機運轉(zhuǎn)時期。
在暖機運轉(zhuǎn)中，因各零部件的溫度低，EGR氣體的散熱量變多，EGR氣體溫度降低。利用式(4)考慮這一影響，即使在暖機運轉(zhuǎn)中也能準(zhǔn)確判定EGR氣量。
在冷態(tài)時，假定映射圖上的修正混合氣體溫度Tmr和實測的下游溫度T2一定偏離，則不用式(1)而用式(4)計算修正混合氣體溫度Tmr。
排氣溫度唯一由柴油機負(fù)載及柴油機轉(zhuǎn)速而定。然而，當(dāng)在排出的氣體(EGR氣體)流動途中的通路的溫度低時，熱量被通路的構(gòu)件奪走，EGR氣體溫度下降。當(dāng)以降低了的EGR氣體溫度為標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)定EGR閥5的開度時，不能作出正確的判定。
因而，本發(fā)明的權(quán)利要求7中，通過監(jiān)視冷卻水溫度的上升形態(tài)，判定是否正在暖機運轉(zhuǎn)中。當(dāng)奪去排放氣體(EGR氣體)的熱量的通路構(gòu)件的溫度上升時，冷卻水溫度也上升。例如能大概設(shè)想原本300℃的EGR氣體低到250℃，或200℃。若讓這一關(guān)系反映在式(4)中，使判定裝置13進(jìn)行運算，則能適當(dāng)?shù)貙π拚旌蠚怏w溫度Tmr進(jìn)行修正。
工業(yè)上的實用性本發(fā)明涉及的排氣回流控制裝置可適用于各種柴油機。
權(quán)利要求
1.一種柴油機的排氣回流控制裝置，其特征在于，在設(shè)有使吸氣通路和排氣通路連通的排氣回流通路的柴油機中，在所述吸氣通路中的和排氣回流通路合流部分的上游一側(cè)設(shè)置第1溫度傳感器，在所述吸氣通路中的和排氣回流通路合流部分的下游一側(cè)設(shè)置第2溫度傳感器，設(shè)置柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器，設(shè)置存儲手段，該手段預(yù)先存儲和廢氣混合前的吸氣溫度、以及與根據(jù)柴油機負(fù)載和柴油機轉(zhuǎn)速唯一定義的適當(dāng)?shù)呐艢饣亓髁繉?yīng)的所述第2溫度傳感器設(shè)置部位的溫度值，還設(shè)置判定手段，將與所述柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器以及第1溫度傳感器檢測出的檢測值對應(yīng)的存于所述存儲手段的溫度值、與所述第2溫度傳感器檢測出的檢測值進(jìn)行比較，而且，在所述檢測值偏離所述溫度值但在規(guī)定范圍內(nèi)時，判定回流排氣量適當(dāng)，在所述檢測值偏離所述溫度值不在規(guī)定范圍內(nèi)時，判定回流排氣量異常。
2.如權(quán)利要求1所述的柴油機的排氣回流控制裝置，其特征在于，再在排氣回流通路中設(shè)置能調(diào)節(jié)通過所述排氣回流通路的排氣流量的節(jié)流閥，設(shè)置控制所述節(jié)流閥開度的控制手段，通過利用所述控制手段控制節(jié)流閥開度，從而使與吸氣通路的所述排氣回流通路連通部位的上游一側(cè)的溫度值對應(yīng)的吸氣通路的所述排氣回流通路連通部位的下游一側(cè)的溫度值收斂于預(yù)設(shè)的規(guī)定范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的柴油機的排氣回流控制裝置，其特征在于，將與所述柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器及第1溫度傳感器檢測出的檢測值對應(yīng)的存于所述存儲手段中的溫度值在時間上進(jìn)行平均處理，能修正因所述第2溫度傳感器造成的檢測值的響應(yīng)滯后。
4.如權(quán)利要求1或2所述的柴油機的排氣回流控制裝置，其特征在于，在進(jìn)行使柴油機負(fù)載或柴油機轉(zhuǎn)速急劇變化運轉(zhuǎn)的柴油機中，所述判定手段只在柴油機負(fù)載和柴油機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時才判定回流排氣量。
5.如權(quán)利要求1或2所述的柴油機的排氣回流控制裝置，其特征在于，再設(shè)置檢測冷卻水溫度的冷卻水溫度傳感器，并設(shè)置根據(jù)所述冷卻水溫度傳感器檢測出的冷卻水溫度到達(dá)規(guī)定溫度、從而檢測出暖機運轉(zhuǎn)結(jié)束的檢測手段，在暖機運轉(zhuǎn)結(jié)束后而且實際工作開始前、或在實際工作結(jié)束后而且柴油機停止前的任何一種場合，利用所述判定手段判定回流排氣量。
6.如權(quán)利要求1所述的柴油機的排氣回流控制裝置，其特征在于，將與所述柴油機負(fù)載檢測傳感器和柴油機轉(zhuǎn)速檢測傳感器及第1溫度傳感器檢測出的檢測值對應(yīng)的存于所述存儲手段中的溫度值、和用所述第2溫度傳感器檢測出的檢測值進(jìn)行比較，在所述檢測值偏離所述溫度值不在規(guī)定范圍內(nèi)時判定手段判定回流排氣量異常，此時，這樣設(shè)定所述規(guī)定范圍的余量，使得第2溫度傳感器的檢測值升高一側(cè)的余量小于檢測值降低一側(cè)的余量。
7.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的柴油機的排氣回流控制裝置，其特征在于，還包括在冷態(tài)時按照所述冷卻水溫度傳感器檢測出的溫度值對存于所述存儲手段中的溫度值進(jìn)行修正的修正手段。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能抑制排放的NO
文檔編號F02M25/07GK1798917SQ20048001534
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月3日
發(fā)明者西村章広, 原道彥 申請人:洋馬株式會社