JP2010090806A - Exhaust gas recirculation system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、過給機を備える内燃機関に使用される排気ガス再循環システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation system used for an internal combustion engine including a supercharger.
近年、自動車等のエンジンにおける窒素酸化物(NOx)の排出規制が厳しくなっている。しかしながら、ディーゼルエンジンにおいては、理論空燃比に対して空気が過剰な状態で燃焼が行われるため、窒素酸化物の排出量削減のために、ガソリンエンジンで使用される三元触媒を使用することができない。そこで、ディーゼルエンジンでは、排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジンの吸気系統に還流させ、吸入混合ガスに混入させることによって、エンジンにおける燃焼温度を下げ、窒素酸化物の発生を抑制するEGRシステムが一般的に使用されている。 In recent years, emission regulations of nitrogen oxides (NOx) in engines such as automobiles have become stricter. However, in a diesel engine, combustion is performed in a state where the air is excessive with respect to the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, a three-way catalyst used in a gasoline engine may be used to reduce nitrogen oxide emissions. Can not. Therefore, in a diesel engine, an EGR system that lowers the combustion temperature in the engine and suppresses the generation of nitrogen oxides by recirculating part of the exhaust gas as EGR gas to the intake system of the engine and mixing it with the intake mixed gas. Commonly used.
とくに、ディーゼルエンジンでは、燃焼に十分な酸素がある運転領域で、EGRガスをエンジンの吸気系統に還流させ、燃焼温度を下げることにより窒素酸化物(NOx)を減らすことができる、すなわちEGR率を高めることができる。一方、多量のEGRガスを還流すると、燃焼室に供給される混合ガスの温度が高くなり、エンジンの燃焼温度を効果的に下げることができない。また、酸素量が不足してくると煤が発生する。そこで、エンジンのシリンダ内に供給できる混合ガスの体積が同じである場合、還流される高温のEGRガスを冷却し、EGRガスの体積を減少させることで、多量のEGRガスを供給しても、燃焼温度を下げると共に十分な酸素の供給が可能である。そのため、エンジンへ還流されるEGRガスの通路にEGRクーラーが設けられる。 In particular, in diesel engines, nitrogen oxides (NOx) can be reduced by recirculating EGR gas to the intake system of the engine and lowering the combustion temperature in an operating region where there is sufficient oxygen for combustion. Can be increased. On the other hand, when a large amount of EGR gas is recirculated, the temperature of the mixed gas supplied to the combustion chamber increases, and the combustion temperature of the engine cannot be effectively reduced. Moreover, when the amount of oxygen is insufficient, soot is generated. Therefore, when the volume of the mixed gas that can be supplied into the engine cylinder is the same, even if a large amount of EGR gas is supplied by cooling the high-temperature EGR gas that is refluxed and reducing the volume of the EGR gas, Sufficient oxygen can be supplied while lowering the combustion temperature. Therefore, an EGR cooler is provided in the EGR gas passage that is recirculated to the engine.
例えば、特許文献1では、エンジンの吸気マニフォールド及び排気マニフォールドに接続されたターボチャージャが設けられている。さらに、このターボチャージャの排気側となるタービンハウジングに接続された排気管の途中に入口部が接続されると共に、ターボチャージャの吸気側となるコンプレッサハウジングに接続された吸気管の途中に出口部が接続されるEGRガス管が設けられている。さらに、EGRガス管には、入口部より出口部に向かって、内部を流通するEGRガスに含有される固形状の煤を捕捉するためのスートトラップ、EGRガスを冷却するためのEGRクーラー、EGRガスの還流量を制御するEGR率制御バルブが順次設けられており、これらは、EGRガス管と共にEGRガス還流回路、すなわち、EGRシステムを構成している。このEGRシステムは、ターボタービン通過後の排気ガスをターボチャージャのコンプレッサの上流に還流するものでLPL(Low Pressure Loop)−EGRと称される。LPL−EGRは、ターボタービン通過後の排気ガスをEGRガスとして利用するので、排気エネルギーを回収して有効に利用しターボチャージャの過給圧を向上させるという特徴と、EGRガスを過給前の吸気通路に還流するので大量のEGRガスの還流を可能とする特徴を有している。
For example, in
しかしながら、特許文献1のEGRガス還流回路において、還流するEGRガスの温度の低減手段としてEGRクーラーが設けられているが、EGRクーラーにおけるEGRガスの冷却時には、凝縮水が発生する。また、EGRガスは、エンジンに吸入される外気、すなわち、吸入空気と混合される際、吸入空気との温度差により凝縮水を発生させる。LPL−EGRシステムでは、過給前の低温の吸入空気に大量のEGRガスを還流するので、発生する凝縮水の量が多い。
この大量に発生した凝縮水が、EGRガス及び吸入空気の混合ガスに含まれた状態で、ターボチャージャのコンプレッサハウジング内に吸入されると、吸入された凝縮水によりコンプレッサホイールのインペラが破損してしまう問題がある。
また、EGRガスには、硫黄、酸素、窒素及び水素が含まれている。このため、凝縮水が、これらの物質と混ざり、硫酸や硝酸等の酸性水溶液となる場合や、アンモニア水等のアルカリ性水溶液になる場合がある。このような酸性又はアルカリ性の水溶液が、吸気管に吸い込まれると、ターボチャージャ、エンジンの吸気系統及びエンジンの内部に腐食が発生するという問題もある。
However, in the EGR gas recirculation circuit of
When this large amount of condensed water is contained in the mixed gas of EGR gas and intake air and is sucked into the compressor housing of the turbocharger, the impeller of the compressor wheel is damaged by the sucked condensed water. There is a problem.
The EGR gas contains sulfur, oxygen, nitrogen and hydrogen. For this reason, condensed water may be mixed with these substances to form an acidic aqueous solution such as sulfuric acid or nitric acid, or an alkaline aqueous solution such as ammonia water. When such an acidic or alkaline aqueous solution is sucked into the intake pipe, there is a problem that corrosion occurs in the turbocharger, the engine intake system, and the engine.
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、吸入空気及びEGRガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給する排気ガス再循環システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an exhaust gas recirculation system for supplying a mixed gas from which condensed water generated in a mixed gas of intake air and EGR gas is removed to an intake system of an engine. The purpose is to provide.
この発明に係る排気ガス再循環システムは、過給機を備える内燃機関に用いられる排気ガス再循環システムであって、過給機の吸気口に連通する吸気通路と、吸気通路におけるEGR接続部に接続し、排気ガスをEGRガスとして吸気通路に還流するEGRガス通路と、吸気通路のEGR接続部と過給機の吸気口との間に設けられ、吸気通路を流通する吸気通路への吸入空気及びEGRガスからなる混合ガスに、吸気通路の内周に沿って旋回する旋回流を発生させる旋回流発生手段と、吸気通路にて、過給機の吸気口と翼状体との間に遠心分離により気液を分離する気液分離部とを備えることを特徴とする。まず、EGRガスは、EGRクーラーによる冷却時、及び内燃機関への吸入空気との混合時において、凝縮水を発生する。そこで、この排気ガス再循環システムは、吸気通路に有する旋回流発生手段により、吸気通路において旋回流発生手段と過給機の吸気口との間に、EGRガス及び吸入空気からなる混合ガスに対して旋回流を発生させる。そして、気液分離部においてこの旋回流により、混合ガスに含まれる凝縮水が遠心分離される。従って、混合ガスに含まれている、EGRクーラーによって冷却されて発生しEGRガスに含まれていた凝縮水や、EGRガスが吸入空気と混合される際に発生した凝縮水が、過給機の吸気口に混合ガスが吸入される前に除去されるため、これらの凝縮水による過給機やさらには内燃機関の破損を防止することができる。 An exhaust gas recirculation system according to the present invention is an exhaust gas recirculation system used for an internal combustion engine including a supercharger, and includes an intake passage communicating with an intake port of the supercharger and an EGR connection portion in the intake passage. EGR gas passage that is connected and recirculates as exhaust gas as EGR gas to the intake passage, and is provided between the EGR connection portion of the intake passage and the intake port of the supercharger, and intake air to the intake passage that circulates through the intake passage And a swirl flow generating means for generating a swirl flow swirling along the inner periphery of the intake passage in the mixed gas composed of EGR gas, and centrifugal separation between the intake port of the supercharger and the wing-like body in the intake passage And a gas-liquid separator that separates the gas and liquid. First, the EGR gas generates condensed water when cooled by the EGR cooler and when mixed with the intake air into the internal combustion engine. In view of this, this exhaust gas recirculation system uses a swirl flow generating means provided in the intake passage to prevent a mixed gas composed of EGR gas and intake air between the swirl flow generating means and the intake port of the supercharger in the intake passage. To generate a swirling flow. And the condensed water contained in mixed gas is centrifuged by this swirl | vortex flow in a gas-liquid separation part. Accordingly, the condensed water contained in the mixed gas, which is generated by being cooled by the EGR cooler and contained in the EGR gas, and the condensed water generated when the EGR gas is mixed with the intake air are Since the mixed gas is removed before being sucked into the intake port, it is possible to prevent the turbocharger and further the internal combustion engine from being damaged by the condensed water.
旋回流発生手段が、回転自在な翼状体であり、翼状体の回転角度に応じて、混合ガスに発生する旋回流の回転する速度が変化してもよい。これにより、回転自在な翼状体を回転させることによって混合ガスの旋回流の回転する速度が変更されるため、翼状体へ流れる混合ガスの流量及び流速に関係なく、旋回流の回転する速度を確保することができる。従って、内燃機関の運転条件に合わせて旋回流の回転力を調整し、混合ガスに含まれる凝縮水を効果的に除去することができる。 The swirling flow generating means may be a rotatable wing-like body, and the rotating speed of the swirling flow generated in the mixed gas may be changed according to the rotation angle of the wing-like body. As a result, the rotating speed of the swirling flow of the mixed gas is changed by rotating the rotatable wing-like body, so that the rotating speed of the swirling flow is ensured regardless of the flow rate and flow velocity of the mixed gas flowing to the wing-like body. can do. Therefore, the rotational force of the swirling flow can be adjusted according to the operating conditions of the internal combustion engine, and the condensed water contained in the mixed gas can be effectively removed.
気液分離部が、気液分離部の内部の液体を排出するための液体排出口を有してもよい。これにより、気液分離部において、遠心分離された凝縮水は、液体排出口より気液分離部の外部に排出される。
気液分離部は、二重管式気液分離構造を有してもよい。これにより、気液分離部を二重管式気液分離構造とすることによって、EGRガス及び吸入空気からなる混合ガスはその旋回流により凝縮水が効果的に除去される。
The gas-liquid separation unit may have a liquid discharge port for discharging the liquid inside the gas-liquid separation unit. Thereby, the condensed water centrifuged in the gas-liquid separator is discharged from the liquid outlet to the outside of the gas-liquid separator.
The gas-liquid separation unit may have a double-pipe gas-liquid separation structure. As a result, the gas-liquid separation part has a double-pipe gas-liquid separation structure, so that the condensed gas is effectively removed by the swirling flow of the mixed gas composed of the EGR gas and the intake air.
吸気通路への吸入空気量を検出する空気量検出手段と、内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するEGR率算出手段と、混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、空気量検出手段によって検出される吸入空気量、EGR率算出手段によって算出されるEGR率及び凝縮水発生量算出手段によって算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスに含まれる凝縮水を分離する旋回流を発生する翼状体の回転角度を決定する回転角度決定手段とを備えてもよい。これにより、内燃機関の運転条件に合わせて翼状体の回転角度を決定し、混合ガスに含まれる凝縮水を除去することができる。さらに、このような内燃機関の運転条件に合わせた翼状体の制御により、翼状体が吸気抵抗となり内燃機関に影響を与える内燃機関の高回転時やEGRガスが吸気通路に流入しない場合等において、翼状体による吸気圧損を低減するように翼状体が制御されるため、内燃機関の性能を向上することができる。 An air amount detecting means for detecting the intake air amount to the intake passage, an EGR rate calculating means for calculating an EGR rate based on the operating conditions of the internal combustion engine, and a condensed water generation amount calculation for calculating a condensed water generation amount in the mixed gas And the intake water amount detected by the air amount detection means, the EGR rate calculated by the EGR rate calculation means, and the condensed water generation amount calculated by the condensed water generation amount calculation means. Rotation angle determination means for determining the rotation angle of the wing-like body that generates the swirling flow that separates the two. Thereby, the rotation angle of the wing body can be determined in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine, and the condensed water contained in the mixed gas can be removed. Furthermore, by controlling the wing body in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine, the wing body becomes an intake resistance and affects the internal combustion engine at the time of high rotation of the internal combustion engine or when EGR gas does not flow into the intake passage, etc. Since the airfoil is controlled so as to reduce the intake pressure loss due to the airfoil, the performance of the internal combustion engine can be improved.
さらに、吸気通路への吸入空気量を検出する空気量検出手段と、内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するEGR率算出手段と、混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、空気量検出手段によって検出される吸入空気量、EGR率算出手段によって算出されるEGR率及び凝縮水発生量算出手段によって算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスに含まれる凝縮水を分離する旋回流を発生する翼状体の回転角度である第一基準値を算出する第一回転角度算出手段と、過給機の吸気口における第一圧力を検出する第一圧力検出手段と、過給機から内燃機関に混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出する第二圧力検出手段と、第二圧力と第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するコンプレッサ圧力比算出手段と、空気量検出手段によって検出される吸入空気量、EGR率算出手段によって算出されるEGR率及びコンプレッサ圧力比算出手段によって算出されるコンプレッサ圧力比に基づき、過給機の吸気口におけるサージングを防ぐ旋回流を発生する翼状体の回転角度である第二基準値を算出する第二回転角度算出手段と、第一回転角度算出手段によって算出される第一基準値及び第二回転角度算出手段によって算出される第二基準値の内から一方を選択し、翼状体の回転角度を決定する第三回転角度決定手段とを備えてもよい。これにより、内燃機関の運転条件に合わせて、混合ガスに含まれる凝縮水の除去を可能にする翼状体の回転角度を算出すると共に、過給機の吸気口におけるサージングの防止を可能にする翼状体の回転角度を算出することができる。そして、これら2つの翼状体の回転角度から1つを選択し翼状体の回転角度を決定することによって、混合ガスからの凝縮水の分離だけでなく、過給機におけるサージングの防止も可能になる。 Furthermore, an air amount detecting means for detecting the intake air amount to the intake passage, an EGR rate calculating means for calculating an EGR rate based on the operating conditions of the internal combustion engine, and a condensed water generation for calculating the amount of condensed water generated in the mixed gas Included in the mixed gas based on the amount of intake air detected by the amount calculating means and the air amount detecting means, the EGR rate calculated by the EGR rate calculating means, and the amount of condensed water generated calculated by the condensed water generation amount calculating means First rotation angle calculation means for calculating a first reference value that is a rotation angle of a wing body that generates a swirling flow for separating condensed water, and first pressure detection means for detecting a first pressure at the intake port of the supercharger A second pressure detecting means for detecting a second pressure in a passage for supplying a mixed gas from the supercharger to the internal combustion engine, and a compressor for calculating a compressor pressure ratio that is a ratio of the second pressure to the first pressure Based on the intake air amount detected by the pressure ratio calculation means, the air amount detection means, the EGR rate calculated by the EGR rate calculation means, and the compressor pressure ratio calculated by the compressor pressure ratio calculation means, the intake air of the supercharger Second rotation angle calculation means for calculating a second reference value that is a rotation angle of the winged body that generates a swirling flow that prevents surging at the mouth, and a first reference value and a second rotation calculated by the first rotation angle calculation means You may provide the 3rd rotation angle determination means which selects one from the 2nd reference values calculated by an angle calculation means, and determines the rotation angle of a winged body. Thus, in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine, the rotation angle of the airfoil that enables the removal of condensed water contained in the mixed gas is calculated, and the airfoil that enables the supercharger intake port to prevent surging The rotation angle of the body can be calculated. Then, by selecting one of the rotation angles of these two wings and determining the rotation angle of the wings, not only the separation of the condensed water from the mixed gas but also the surging in the supercharger can be prevented. .
この発明に係る排気ガスを再循環させる方法は、過給機と、過給機の吸気口に連通する吸気通路と、吸気通路に接続し排気ガスをEGRガスとして吸気通路に還流するEGRガス通路とを備える内燃機関において、吸気通路におけるEGRガス通路と過給機の吸気口との間で、吸気通路への吸入空気及びEGRガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、(a)吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、(b)内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するステップと、(c)吸入空気及びEGRガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、(d)検出される吸入空気量、算出されるEGR率及び算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスの旋回流が混合ガスに含まれる凝縮水を分離するための、旋回流の大きさを決定するステップとを行うことを特徴とする。これにより、内燃機関の運転条件に合わせて旋回流の大きさを決定し、混合ガスに含まれる凝縮水を除去することができる。 A method of recirculating exhaust gas according to the present invention includes a supercharger, an intake passage communicating with an intake port of the supercharger, and an EGR gas passage connected to the intake passage and recirculating to the intake passage as exhaust gas as EGR gas In the internal combustion engine, the exhaust gas is regenerated while generating a swirling flow in the mixed gas composed of the intake air and the EGR gas to the intake passage between the EGR gas passage in the intake passage and the intake port of the supercharger. (A) a step of detecting an intake air amount into the intake passage; (b) a step of calculating an EGR rate based on operating conditions of the internal combustion engine; and (c) an intake air and EGR gas. And (d) a swirling flow of the mixed gas based on the detected intake air amount, the calculated EGR rate, and the calculated condensed water generation amount. For separating the condensed water contained, and performing the step of determining the magnitude of the swirling flow. Thereby, the magnitude | size of a turning flow can be determined according to the driving | running condition of an internal combustion engine, and the condensed water contained in mixed gas can be removed.
また、この発明に係る排気ガスを再循環させる方法は、過給機と、過給機の吸気口に連通する吸気通路と、吸気通路に接続し排気ガスをEGRガスとして吸気通路に還流するEGRガス通路とを備える内燃機関において、吸気通路におけるEGRガス通路と過給機の吸気口との間で、吸気通路への吸入空気及びEGRガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、(a)吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、(b)内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するステップと、(c)吸入空気及びEGRガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、(d)検出される吸入空気量、算出されるEGR率及び算出される凝縮水発生量に基づき、混合ガスの旋回流が混合ガスに含まれる凝縮水を分離するための、旋回流の第一の大きさを算出するステップと、(e)過給機の吸気口における第一圧力及び過給機から内燃機関に混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出し、第二圧力と第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するステップと、(f)検出される吸入空気量、算出されるEGR率及び算出されるコンプレッサ圧力比に基づき、混合ガスの旋回流が過給機の吸気口におけるサージングを防ぐための、旋回流の第二の大きさを算出するステップと、(g)ステップ(d)により算出された旋回流の第一の大きさ及びステップ(f)により算出された旋回流の第二の大きさの内から一方を選択し、旋回流の大きさを決定するステップとを行うことを特徴とする。 The exhaust gas recirculation method according to the present invention includes a supercharger, an intake passage communicating with the intake port of the supercharger, and an EGR connected to the intake passage and recirculated to the intake passage as exhaust gas as EGR gas. In an internal combustion engine having a gas passage, exhaust gas is generated while generating a swirling flow in a mixed gas composed of intake air and EGR gas into the intake passage between the EGR gas passage in the intake passage and the intake port of the supercharger. (A) detecting the amount of intake air into the intake passage, (b) calculating an EGR rate based on operating conditions of the internal combustion engine, (c) intake air and A step of calculating a condensed water generation amount in the mixed gas composed of EGR gas; and (d) a swirling flow of the mixed gas is mixed based on the detected intake air amount, the calculated EGR rate, and the calculated condensed water generation amount. A step of calculating a first magnitude of the swirl flow for separating condensed water contained in the gas; and (e) a first pressure at an intake port of the supercharger and a mixed gas from the supercharger to the internal combustion engine. Detecting a second pressure in the supply passage and calculating a compressor pressure ratio that is a ratio between the second pressure and the first pressure; and (f) a detected intake air amount, a calculated EGR rate, and a calculated And (g) calculating the second magnitude of the swirling flow to prevent surging of the swirling flow of the mixed gas at the intake port of the supercharger, and (g) step (d). Selecting one of the first swirl flow size and the second swirl flow size calculated in step (f) and determining the swirl flow size. To do.
これにより、内燃機関の運転条件に合わせて、混合ガスに含まれる凝縮水の除去を可能にする旋回流の大きさを算出すると共に、過給機の吸気口におけるサージングの防止を可能にする旋回流の大きさを算出することができる。そして、これら2つの算出された旋回流の大きさから1つを選択し旋回流の大きさを決定することによって、混合ガスからの凝縮水の分離だけでなく、過給機におけるサージングの防止も可能になる。 Thus, in accordance with the operating conditions of the internal combustion engine, the size of the swirling flow that enables the removal of condensed water contained in the mixed gas is calculated, and the swirling that enables the supercharger intake port to be prevented from surging. The magnitude of the flow can be calculated. Then, by selecting one of these two calculated swirl flow sizes and determining the swirl flow size, not only the separation of the condensed water from the mixed gas but also the prevention of surging in the supercharger is achieved. It becomes possible.
この発明によれば、吸入空気及びEGRガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給することが可能になる。 According to the present invention, it is possible to supply a mixed gas from which condensed water generated in a mixed gas of intake air and EGR gas is removed to an intake system of an engine.
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態は、ディーゼルエンジンを搭載する車両に用いられる形態を示すものである。
実施の形態
まず、図1〜5を使用して、この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システム101を備える内燃機関の構成を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In addition, the following embodiment shows the form used for the vehicle carrying a diesel engine.
Embodiment First, the configuration of an internal combustion engine including an exhaust
図1に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン1は、過給機であるターボチャージャ2に連通するが、エンジン吸気通路1bによって、内部にコンプレッサホイール2cを含むコンプレッサハウジング2aに連通する。また、エンジン1は、エンジン排気通路1cによって、内部にタービンホイール2dを含むタービンハウジング2bに連通する。なお、ターボチャージャ2は、エンジン1からエンジン排気通路1cを介して供給される排気ガスによりタービンホイール2dを回転させると共に、タービンホイール2dとタービンシャフト2eを介して連結されたコンプレッサホイール2cを回転させる。さらに、このコンプレッサホイール2cの回転により加圧された吸気を、エンジン吸気通路1bを介してエンジン1に供給し、エンジン1の出力を向上させるものである。
As shown in FIG. 1, a
また、ターボチャージャ2のタービンハウジング2bにおける排気口2baには、排気通路3の一方の端部が接続されている。さらに、排気通路3の他方の端部は、エンジン1の稼働時における排気音を低減するマフラ4に接続されており、排気通路3内の排気ガスはマフラ4を介して外部に排出される。
また、ターボチャージャ2及びマフラ4の間において、排気通路3には、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタであるDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)装置、及び排気ガス中に含まれる窒素酸化物の含有量を低減する触媒装置を含む排気ガス処理装置5が設けられている。さらに、排気通路3において、排気ガス処理装置5及びマフラ4の間には、排気ガスの温度を検出するための排気温度センサ15が設けられている。排気温度センサ15は、図示しない車両のECU8に電気的に接続されており、検出した排気温度情報をECU8に送る。
One end of the
Further, between the
一方、ターボチャージャ2のコンプレッサハウジング2aにおける吸気口2aaには、略円筒形状をした気液分離部である気液分離器6が設けられている。
ここで、図2を参照すると、気液分離器6は、吸気口2aaに向かってその断面積が2段階に増加する略円筒形状をした外殻6aを有している。外殻6aは、その略円筒形状をした円筒部が、互いに断面積の異なる円筒状をした第一円筒部6ab及び第二円筒部6acの2つの円筒部によって構成されている。なお、第二円筒部6acは、円筒の径が第一円筒部6abより小さくなっている。さらに、第一円筒部6ab及び第二円筒部6acは、吸気口2aa側から、第一円筒部6ab及び第二円筒部6acの順序で配置されており、互いの軸心を同一として軸方向に連結されている。また、外殻6aは、第一円筒部6abに端面6aa、第二円筒部6acに端面6adを有している。
On the other hand, a gas-
Here, referring to FIG. 2, the gas-
また、気液分離器6は、ターボチャージャ2の吸気口2aa側となる端面6aaを貫通して外殻6aの内部に突出する気体排出路6bを有し、気体排出路6bは、気液分離器6の外部で吸気口2aaと接続されている。なお、外殻6a内における気体排出路6bの端部6baは、第一円筒部6abの途中まで延びており、気体排出路6bの径は、略円筒状をした外殻6aの径より小さくなっている。さらに、気体排出路6bの軸心は、第一円筒部6abの軸心と同一になっている。よって、気液分離器6は、外殻6a及び気体排出路6bによる二重管構造を有する二重管式気液分離器となっている。
The gas-
また、気液分離器6における外殻6aの第二円筒部6acには、第二円筒部6acの内周面に沿って、4つの略扇形状をした板状の翼状体である可変翼21が等間隔に設けられている(図3参照)。可変翼21は、その回転中心軸である軸部21aの円筒面に2つの略扇形状をした翼部21bが対向するように配置されて形成されている。さらに、可変翼21は、その軸部21aが第二円筒部6acに対してその径方向に向かうようにして取り付けられており、さらに、軸部21aを中心として回転自在となっている。また、各可変翼21の軸部21aは、気液分離器6の外部に突出して、図示しないリンク機構により制御モータ22(図1参照)に接続されており、制御モータ22の動力により回転するようになっている。さらに、制御モータ22は、ECU8(図1参照)に電気的に接続されており、ECU8の制御により動作する。
Further, the second cylindrical portion 6ac of the
よって、可変翼21は、その中心軸21CLが気液分離器6の第二円筒部6acの軸心に対して傾斜角度αを有するように回転することによって、気液分離器6の端面6adから端面6aaに向かって流通するガスに対して、第二円筒部6ac及び第一円筒部6abの内周に沿って方向A(図3参照)に旋回する旋回流を発生させる。すなわち、可変翼21は、旋回流発生手段を構成している。さらに、可変翼21の傾斜角度α、すなわち、回転角度によって、発生する旋回流の回転する速度は変化し、これにより旋回流の回転力が変化する。そして、傾斜角度αが大きくなるほど、旋回流の回転力は大きくなる。なお、旋回流は、方向A(図3参照)に旋回しつつ、気液分離器6の端面6adから端面6aaに向かって進むらせん状の流れを形成するが、旋回流の回転する速度は、気液分離器6の軸心に垂直な平面上における、旋回流の回転方向の速度を示すものである。さらに、旋回流の回転力は、旋回流の回転する速度の方向に旋回流が回転する力を示すものである。また、旋回流の方向Aは、コンプレッサホイール2cの回転方向と同じ方向となるように設定される。
Therefore, the
また、気液分離器6における外殻6aの第一円筒部6abの下部には、液体排出路6cが接続されており、液体排出路6cは液体排出口6caにおいて外殻6aの内部に開口している。なお、液体排出口6caは、気体排出路6bの端部6baより外殻6aの端面6aa側、すなわち、ターボチャージャ2の吸気口2aa側に配置されている。
図1に戻り、ターボチャージャ2の吸気口2aaには、吸気口2aaを介してコンプレッサハウジング2aに吸入されるガスの圧力である第一圧力を検出するための第一圧力センサ16が設けられている。なお、第一圧力センサ16は、第一圧力検出手段を構成している。
さらに、ターボチャージャ2のコンプレッサハウジング2a及びエンジン吸気通路1bとの接続部であるコンプレッサ排気口2abには、コンプレッサハウジング2aよりコンプレッサ排気口2abを介してエンジン1に排出されるガスの圧力である第二圧力を検出するための第二圧力センサ17が設けられている。なお、第二圧力センサ17は、第二圧力検出手段を構成している。
また、第一圧力センサ16及び第二圧力センサ17はそれぞれ、ECU8に電気的に接続されており、検出した圧力値情報をECU8に送る。
Further, a
Returning to FIG. 1, a
Further, a compressor exhaust port 2ab which is a connection portion between the
The
また、気液分離器6における気体排出路6bに対向する端面6ad(図2参照)には、吸気通路11の一方の端部が接続されている。なお、吸気通路11の径は、気液分離器6の第二円筒部6ac(図2参照)の径より小さくなっている。この吸気通路11における気液分離器6との接続部11a(図2参照)において、吸気通路11の軸心は、気液分離器6の気体排出路6bの軸心と同一になっている。
ここで、気液分離器6は吸気通路の一部を形成しており、気液分離器6及び吸気通路11によって、ターボチャージャ2の吸気口2aaに連通する吸気通路が構成されている。
One end of the
Here, the gas-
また、吸気通路11の他方の端部はエアクリーナ7に接続されており、エアクリーナ7を介して吸気通路11内に外気が導入されるようになっている。なお、エアクリーナ7は、外気に含まれるゴミ、埃及び異物等を捕捉し、これらがエンジン1やターボチャージャ2に侵入することを防止するものである。
さらに、吸気通路11には、吸気通路11への外気の吸入空気量を検出するための空気量検出手段である空気量センサ12、及び吸気通路11に吸入された外気の温度を検出するための吸気温度センサ13が設けられている。空気量センサ12及び吸気温度センサ13はそれぞれ、ECU8に電気的に接続されており、検出した吸入空気量情報及び吸入空気温度情報をECU8に送る。また、吸気通路11には、吸気通路11に吸入された外気の湿度を検出するための湿度センサ14が設けられている。湿度センサ14も、ECU8に電気的に接続されており、検出した湿度情報をECU8に送る。
The other end of the
Further, in the
また、一方の端部が排気通路3における排気ガス処理装置5及びマフラ4の間に接続され、他方の端部が吸気通路11におけるEGR接続部11bに接続されるEGRガス通路41が設けられている。EGRガス通路41は、エンジン1から排出される排気ガスの一部をEGRガスとして、エンジン1の吸気系統であるターボチャージャ2のコンプレッサハウジング2aの上流に還流するものである。
さらに、EGRガス通路41の途中には、EGRガスを冷却するためのEGRクーラー51が設けられている。また、EGRガス通路41において、EGRクーラー51及び吸気通路11の間には、EGRガス通路41を開閉するEGR開閉弁であるEGRバルブ61が設けられている。なお、EGRバルブ61は、ECU8に電気的に接続されており、ECU8の制御により、EGRガス通路41の流路断面積を0〜100%まで変更することができる。
Further, an
Further, an
よって、EGRガス通路41、EGRクーラー51、及びEGRバルブ61によりEGRシステムが構成されている。そして、このEGRシステムは、排気ガス処理装置5におけるDPF装置及び触媒装置による処理後の排気ガスをターボチャージャ2の上流に還流するものでLPL(Low Pressure Loop)−EGRと称される。LPL−EGRは、低温且つ大量のEGRガスの還流を可能とし、さらに、排気エネルギーを回収して有効に利用しターボチャージャ2の過給圧を向上させるという特徴を有している。
Therefore, the EGR system is configured by the
また、気液分離器6の液体排出路6cは、液体排出路6cより排出された液体を貯留するための蓄液器71の内部に連通している。さらに、蓄液器71には、蓄液排出路81の一方の端部が接続されており、蓄液排出路81の他方の端部は、EGRガス通路41及びマフラ4の間において排気通路3と接続している。よって、蓄液器71内の液体は、蓄液排出路81を介して、排気通路3におけるマフラ4の上流に排出される。さらに、蓄液排出路81の途中には、蓄液排出路81を開閉する開閉バルブ91が設けられている。なお、開閉バルブ91は、ECU8に電気的に接続されており、ECU8の制御により、蓄液排出路81の流路断面積を0〜100%まで変更することができる。
上述より、この発明の実施の形態における排気ガス再循環システム101は、吸気通路11、気液分離器6、可変翼21及びEGRガス通路41によって構成されている。
In addition, the
As described above, the exhaust
次に、図1〜10を使用して、この発明の実施の形態に係る排気ガス再循環システム101及び排気ガス再循環システム101を備えるエンジン1の動作を示す。
そこで、まず、エンジン1の動作を説明する。
図1を参照すると、エンジン1の稼働時、エアクリーナ7を介して、吸気通路11に外気が吸入される。さらに、吸入された外気、すなわち、吸入空気は、吸気通路11を介して気液分離器6にそのまま流入する。そして、気液分離器6に流入した吸入空気は、ターボチャージャ2のコンプレッサハウジング2aに吸入される。
Next, the operation of the
First, the operation of the
Referring to FIG. 1, when the
また、ターボチャージャ2のコンプレッサハウジング2aに吸入された吸入空気は、コンプレッサハウジング2a内のコンプレッサホイール2cにより過給されて、エンジン吸気通路1bに送られる。送られた吸入空気は、エンジン1に過給された状態で供給され、エンジン1のシリンダ1a内において噴射された燃料と吸入空気とが混合されて、自己着火により燃料する。その後、排気ガスとして、エンジン排気通路1cに排出される。排出された排気ガスは、ターボチャージャ2のタービンハウジング2bに流入し、内部のタービンホイール2d及びタービンホイール2dに連結されたコンプレッサホイール2cの回転を上昇させつつ、排気通路3に排出される。排気通路3に排出された排気ガスは、排気ガス処理装置5において、粒子状物質及び窒素酸化物の含有量を低減された後、マフラ4を介して図示しない車両の外部に排出される。
The intake air drawn into the
次に、排気ガス再循環システム101の動作を説明する。
図1を参照すると、排気ガス処理装置5を通過した排気ガスの一部が、EGRガス通路41に流入する。流入した排気ガス、すなわち、EGRガスは、EGRクーラー51によって冷却された後、EGRバルブ61を経由して、吸気通路11に流入する。流入したEGRガスは、エアクリーナ7を介して吸気通路11に吸入された吸入空気と混合されて、気液分離器6に流入し、その後、吸入空気と混合された状態で、上述の吸入空気と同様にして流通する。なお、EGRガスは、EGRクーラー51によって冷却される際に凝縮水を発生させ、発生した凝縮水を含んだ状態で、吸気通路11に流入する。さらに、吸気通路11に流入するEGRガスは、吸気通路11内の吸入空気と混合される際、吸入空気との温度差によりさらなる凝縮水を発生する。よって、EGRガス及び吸入空気の混合ガスであるコンプレッサ吸入ガスは、EGRクーラー51及び吸気通路11において発生した凝縮水を含んだ状態で、気液分離器6に流入する。
Next, the operation of the exhaust
Referring to FIG. 1, a part of the exhaust gas that has passed through the exhaust
また、EGRガスの気液分離器6への流入量、すなわち、エンジン1の吸気系統への還流量は、ECU8によりEGRバルブ61の開閉度が制御されて調整される。
なお、ECU8は、エンジン1の回転数や負荷などの運転条件に合わせた所定のEGR率を予め記憶している。そして、ECU8は、エンジン1の運転条件に基づきその条件に適合したEGR率を算出し、さらに空気量センサ12の検出した吸入空気量情報等に基づき、算出したEGR率にEGRガスの還流量が適合するように、EGRバルブ61を制御する。よって、ECU8は、EGR率算出手段を構成している。また、EGR率は、EGRガス流量/(EGRガス流量+吸入空気量)によって示される。
The amount of EGR gas flowing into the gas-
Note that the
次に、ECU8の制御により可変翼21が図2に示す状態となる時、可変翼21の中心軸21CLが気液分離器6の第二円筒部6acの軸心に対して傾斜角度αだけ傾いた状態にある。このとき、吸気通路11より第二円筒部6acに流入したEGRガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスは、可変翼21の作用によりその流れの方向が変えられ、可変翼21の下流側において、図3に示すように第二円筒部6acの内周に沿った方向Aの旋回流を発生する。なお、可変翼21の傾斜角度αが増大するに伴って、可変翼21の作用によるコンプレッサ吸入ガスの旋回流の回転する速度が増大する。
Next, when the
旋回流を発生したコンプレッサ吸入ガスは、第二円筒部6ac及び第一円筒部6abの内周に沿って旋回しつつ、気体排出路6bに向かって流れる、すなわち、らせん状に拡がるようにして流れる。そして、コンプレッサ吸入ガスは、気体排出路6bを介して、吸気口2aaよりターボチャージャ2に吸入される。このコンプレッサ吸入ガスの旋回による遠心力によって、EGRクーラー51(図1参照)の冷却により発生してEGRガスに含まれていた凝縮水、及び、EGRガスが吸入空気と混合されることにより発生してコンプレッサ吸入ガスに含まれていた凝縮水は、コンプレッサ吸入ガスから遠心分離され、気液分離器6の第一円筒部6ab及び第二円筒部6acの内周面に付着する。なお、このコンプレッサ吸入ガスに含まれている凝縮水の分離は、コンプレッサ吸入ガスの旋回流の回転する速度が増大することによって、その効果が増大される。
The compressor suction gas that has generated the swirl flow flows toward the
また、コンプレッサ吸入ガスの旋回流はらせん状に拡がるような形状を有しその旋回半径が増大するようになっているため、吸気通路11において可変翼21へ流れるコンプレッサ吸入ガスの流量及び流速が小さい場合であっても、内部に含まれる凝縮水には遠心力が作用し、凝縮水の効果的な遠心分離が可能となっている。
付着した凝縮水は、さらなるコンプレッサ吸入ガスから遠心分離された凝縮水により、水滴状になり、気液分離器6の内周面に沿って底部に流下する。この底部に流下した水滴は、第一円筒部6abに流れ、第一円筒部6abの底部に設けられた液体排出口6caより液体排出路6cを介して気液分離器6の外部に排出される。
なお、気体排出路6bは、気液分離器6の端面6aaから内部に突出して二重管構造を形成しているため、遠心分離された凝縮水が、気体排出路6bに流入することはない。よって、気体排出路6bには、凝縮水が分離、除去されたEGRガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスのみが流入する。
よって、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水が、ターボチャージャ2、そして、さらにエンジン1(図1参照)に侵入することが防がれる。
Further, since the swirl flow of the compressor intake gas has a shape that expands in a spiral shape and its swirl radius increases, the flow rate and flow velocity of the compressor intake gas flowing to the
The adhering condensed water is formed into water droplets by the condensed water centrifugally separated from the compressor suction gas, and flows down to the bottom along the inner peripheral surface of the gas-
In addition, since the
Therefore, the condensed water contained in the compressor intake gas is prevented from entering the
また、図1を参照すると、気液分離器6より排出された凝縮水は、液体排出路6cを介して、蓄液器71に貯留される。蓄液器71は、蓄液排出路81を介して排気通路3と連通しており、蓄液器71に貯留された水は、排気通路3におけるEGRガス通路41及びマフラ4の間に排出される。排出された水は、排気ガスの排気温度によって水蒸気化されて、図示しない車両の外部に排出される。なお、蓄液器71からの水の排出流量は、蓄液排出路81に設けられた開閉バルブ91によって、蓄液排出路81の流路断面積が変更されて調整される。また、開閉バルブ91の開閉は、ECU8によって蓄液器71内の貯留量及び排気通路3における排気温度等の情報に基づいて制御される。
Referring to FIG. 1, the condensed water discharged from the gas-
一方、ECU8の制御により可変翼21が図4に示す状態となる時、可変翼21の中心軸21CLが気液分離器6の第二円筒部6acの軸心に対して平行となっている(図5参照)。このとき、吸気通路11より第二円筒部6acに流入したEGRガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスは、第二円筒部6ac及び第一円筒部6abを介して、そのまま、気体排出路6bに流入し、吸気口2aaよりターボチャージャ2に吸入される。よって、吸気通路11より気液分離器6に吸入されたEGRガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスは、旋回流を発生することなく、ターボチャージャ2の吸気口2aaに吸入される。
On the other hand, when the
なお、ECU8(図1参照)は、エンジン1(図1参照)が高回転状態にある場合等、吸気口2aaに吸入されるコンプレッサ吸入ガスにおける可変翼21より受ける吸気抵抗が、エンジン1(図1参照)の性能に悪影響を与える場合、この吸気抵抗による圧損を低減するために可変翼21を図4に示す状態となるように制御する。また、ECU8(図1参照)は、EGRバルブ61を閉じ、EGRガスがEGRガス通路41より吸気通路11に流通しない場合についても、可変翼21を図4に示す状態となるように制御する。さらに、このとき、エンジン1(図1参照)の吸気圧損が低減されるため、エンジン1(図1参照)の性能が向上する。
Note that the ECU 8 (see FIG. 1) indicates that the intake resistance received from the
次に、可変翼21の詳細な制御方法を以下に示す。
図6を参照すると、可変翼21の傾斜角度α(図2参照)を求めるためのフローチャートが示される。
まず、ステップS1において、空気量センサ12(図1参照)によって検出された吸入空気量情報がECU8(図1参照)に送られる。
ステップS2に進み、ECU8(図1参照)は、送られた吸入空気量の検出値と、エンジン1(図1参照)の回転数又は負荷とに基づき、これらの情報に対応するEGR率を算出する。さらに、ECU8(図1参照)は、算出したEGR率に適合するように、EGRバルブ61(図1参照)の開閉度を決定し、決定した開閉度に適合するように制御モータ22に指令を送りEGRバルブ61(図1参照)を動作させる。
さらに、ステップS3に進み、ECU8(図1参照)は、次に進むステップをステップS4或いはS6のいずれかから選択する。そこで、ECU8(図1参照)は、EGRバルブ61(図1参照)の開度が0%より大きい場合、ステップS4を選択する。また、ECU8(図1参照)は、EGRバルブ61(図1参照)の開度が0%の場合、ステップS6を選択する。
Next, a detailed control method of the
Referring to FIG. 6, a flowchart for obtaining the inclination angle α (see FIG. 2) of the
First, in step S1, intake air amount information detected by the air amount sensor 12 (see FIG. 1) is sent to the ECU 8 (see FIG. 1).
In step S2, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the EGR rate corresponding to the information based on the detected value of the intake air amount sent and the rotational speed or load of the engine 1 (see FIG. 1). To do. Further, the ECU 8 (see FIG. 1) determines the degree of opening / closing of the EGR valve 61 (see FIG. 1) so as to match the calculated EGR rate, and issues a command to the
Furthermore, it progresses to step S3 and ECU8 (refer FIG. 1) selects the step which advances next from either step S4 or S6. Therefore, the ECU 8 (see FIG. 1) selects step S4 when the opening degree of the EGR valve 61 (see FIG. 1) is larger than 0%. The ECU 8 (see FIG. 1) selects step S6 when the opening degree of the EGR valve 61 (see FIG. 1) is 0%.
ステップS4に進むと、ECU8(図1参照)は、EGRガス及び吸入空気が混合されたコンプレッサ吸入ガスにおける凝縮水発生量Wを算出する。
ここで、この凝縮水発生量Wの算出は、図7に示すフローチャートに基づき行われ、この算出方法について以下に説明する。
まず、ステップS21において、空気量センサ12(図1参照)による吸入空気量及び吸気温度センサ13(図1参照)による吸入空気温度の検出値がECU8(図1参照)に送られる。なお、吸入空気量の検出値は、上述のステップS1(図6参照)のものと同一である。
ステップS22に進み、ECU8(図1参照)は、吸入空気温度から吸入空気の飽和水蒸気量を算出する。さらに、ECU8(図1参照)は、吸気通路11に設けられた湿度センサ14(図1参照)により検出された吸入空気の湿度の検出値を取得し、この湿度の検出値と吸入空気量及び算出した飽和水蒸気量とから、吸入空気中の水分量を算出する。なお、湿度の検出値は、湿度センサ14(図1参照)を設けずに、予め固定値に設定してもよい。この場合、湿度の固定値は、安全側となる、凝縮水の発生量、すなわち、水分量が多い側に算出されるように設定され、例えば、90%といった高い値に設定される。
In step S4, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates a condensed water generation amount W in the compressor intake gas in which the EGR gas and the intake air are mixed.
Here, the calculation of the condensed water generation amount W is performed based on the flowchart shown in FIG. 7, and this calculation method will be described below.
First, in step S21, the intake air amount detected by the air amount sensor 12 (see FIG. 1) and the detected value of the intake air temperature by the intake temperature sensor 13 (see FIG. 1) are sent to the ECU 8 (see FIG. 1). The detected value of the intake air amount is the same as that in step S1 (see FIG. 6) described above.
In step S22, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the saturated water vapor amount of the intake air from the intake air temperature. Further, the ECU 8 (see FIG. 1) acquires the detected value of the humidity of the intake air detected by the humidity sensor 14 (see FIG. 1) provided in the
次に、ステップS23に進み、ECU8(図1参照)は、排気通路3(図1参照)に設けられた排気温度センサ15(図1参照)により検出された排気ガス温度の検出値を取得する。なお、この排気ガス温度の検出値は、排気温度センサ15(図1参照)を設けずに、吸入空気量及びエンジン1(図1参照)の回転数により算出してもよい。予め設定された空燃比により吸入空気量からエンジン1(図1参照)への燃料噴射量が算出され、この燃料噴射量とエンジン1(図1参照)の回転数とから、対応する排気ガス温度の算出が可能である。
さらに、ステップS24に進み、ECU8(図1参照)は、燃料噴射量から噴射された燃料の燃焼により発生する水分量を算出する。さらに、ECU8(図1参照)は、この燃料による水分量及びステップS22において算出した吸入空気中の水分量の和により、排気ガス中の水分量を算出する。
Next, in step S23, the ECU 8 (see FIG. 1) acquires the detected value of the exhaust gas temperature detected by the exhaust temperature sensor 15 (see FIG. 1) provided in the exhaust passage 3 (see FIG. 1). . The detected value of the exhaust gas temperature may be calculated from the intake air amount and the rotational speed of the engine 1 (see FIG. 1) without providing the exhaust temperature sensor 15 (see FIG. 1). A fuel injection amount to the engine 1 (see FIG. 1) is calculated from the intake air amount based on a preset air-fuel ratio, and a corresponding exhaust gas temperature is calculated from this fuel injection amount and the rotational speed of the engine 1 (see FIG. 1). Can be calculated.
In step S24, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the amount of water generated by the combustion of the injected fuel from the fuel injection amount. Further, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the moisture content in the exhaust gas from the sum of the moisture content by the fuel and the moisture content in the intake air calculated in step S22.
次に、ステップS25に進み、ECU8(図1参照)は、EGR率を算出する。なお、このEGR率は、ステップS2(図6参照)において算出したEGR率である。
その後、ステップS26に進み、ECU8(図1参照)は、ステップS21において検出した吸入空気量及び吸入空気温度、並びに、ステップS23において検出した排気ガス温度及びステップS24において算出したEGR率から、EGRガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスの温度を算出する。
さらに、ステップS27に進み、ECU8(図1参照)は、ステップS22において算出した吸入空気中の水分量、ステップS23において検出した排気ガス温度、ステップS24において算出した排気ガス中の水分量、及びステップS25において算出したEGR率から、コンプレッサ吸入ガス中の水分量を算出する。
Next, it progresses to step S25 and ECU8 (refer FIG. 1) calculates an EGR rate. This EGR rate is the EGR rate calculated in step S2 (see FIG. 6).
Thereafter, the process proceeds to step S26, where the ECU 8 (see FIG. 1) determines the EGR gas from the intake air amount and intake air temperature detected in step S21, the exhaust gas temperature detected in step S23, and the EGR rate calculated in step S24. And the temperature of the compressor intake gas comprising intake air is calculated.
In step S27, the ECU 8 (see FIG. 1) determines the moisture content in the intake air calculated in step S22, the exhaust gas temperature detected in step S23, the moisture content in the exhaust gas calculated in step S24, and the step. The amount of moisture in the compressor intake gas is calculated from the EGR rate calculated in S25.
そして、さらに、ステップS28に進み、ECU8(図1参照)は、ステップS27において算出したコンプレッサ吸入ガス中の水分量に対応する露点温度を算出する。なお、この露点温度は、飽和水蒸気量及び露点温度の関係を示すマップを予めECU8(図1参照)に記憶させておき、このマップを使用することによって容易に算出される。
最後に、ステップS29に進む。ECU8(図1参照)は、ステップS28において算出した露点温度、及びステップS26において算出したコンプレッサ吸入ガス温度の差から、コンプレッサ吸入ガスにおいて凝縮されている水分量を算出する。なお、この凝縮水の量は、ステップS27において算出したコンプレッサ吸入ガス中の水分量と、ステップS26において算出したコンプレッサ吸入ガス温度における飽和水蒸気量との差によっても算出することができる。
また、ステップS21〜29は一連して行われ、所定の単位周期毎に一連のステップS21〜29が繰り返される。
よって、ECU8(図1参照)は、凝縮水発生量算出手段を構成している。
Further, the process proceeds to step S28, and the ECU 8 (see FIG. 1) calculates a dew point temperature corresponding to the moisture content in the compressor intake gas calculated in step S27. The dew point temperature is easily calculated by storing a map indicating the relationship between the saturated water vapor amount and the dew point temperature in advance in the ECU 8 (see FIG. 1) and using this map.
Finally, the process proceeds to step S29. The ECU 8 (see FIG. 1) calculates the amount of water condensed in the compressor intake gas from the difference between the dew point temperature calculated in step S28 and the compressor intake gas temperature calculated in step S26. The amount of condensed water can also be calculated from the difference between the amount of moisture in the compressor intake gas calculated in step S27 and the amount of saturated water vapor at the compressor intake gas temperature calculated in step S26.
Further, steps S21 to S29 are performed in series, and a series of steps S21 to S29 are repeated every predetermined unit period.
Therefore, ECU8 (refer FIG. 1) comprises the condensed water generation amount calculation means.
図6に戻ると、ステップS4に続いて、ステップS5に進み、ECU8(図1参照)は、まず、ステップS1において送られた吸入空気量及びステップS2において算出したEGR率からコンプレッサ吸入ガスの流量であるコンプレッサ吸入ガス量Gを算出する。さらに、ECU8(図1参照)は、このコンプレッサ吸入ガス量GとステップS4において算出した凝縮水発生量Wとから、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離を可能とする旋回流を発生する可変翼21の傾斜角度α(図2参照)を算出し、この算出した傾斜角度をその第一基準値である第一傾斜角度α1とする。
そこで、ECU8(図1参照)には、図8に示すような、コンプレッサ吸入ガス量G及び凝縮水発生量Wと、可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1との関係を示すマップが記憶されている。
Returning to FIG. 6, following step S <b> 4, the process proceeds to step S <b> 5, where the ECU 8 (see FIG. 1) first calculates the compressor intake gas flow rate from the intake air amount sent in step S <b> 1 and the EGR rate calculated in step S <b> 2. The compressor intake gas amount G is calculated. Further, the ECU 8 (see FIG. 1) generates a swirl flow that enables separation of condensed water contained in the compressor intake gas from the compressor intake gas amount G and the condensed water generation amount W calculated in step S4. The inclination angle α (see FIG. 2) of the
Therefore, the ECU 8 (see FIG. 1) shows the relationship between the compressor intake gas amount G and the condensed water generation amount W and the first inclination angle α1 of the variable blade 21 (see FIG. 2) as shown in FIG. A map is stored.
この図8のマップにおける曲線Ca1、Ca2、Ca3及びCa4は、可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1が、45°を100%として、0%、20%、40%及び80%のそれぞれの場合において、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離が可能なコンプレッサ吸入ガス量G及び凝縮水発生量Wの関係の上限を示すものである。さらに、マップ上において、第一傾斜角度α1が100%の領域が曲線Ca4より上方の領域、80%の領域が曲線Ca4以下且つ曲線Ca3より上方の領域、40%の領域が曲線Ca3以下且つ曲線Ca2より上方の領域、20%の領域が曲線Ca2以下且つ曲線Ca1より上方の領域、及び0%の領域が曲線Ca1より下方の領域となる。よって、コンプレッサ吸入ガス量Gの値及び凝縮水発生量Wの値により画定される点が属する領域により、第一傾斜角度α1が求められる。
The curves Ca1, Ca2, Ca3, and Ca4 in the map of FIG. 8 indicate that the first inclination angle α1 of the variable wing 21 (see FIG. 2) is 0%, 20%, 40%, and 80% when 45 ° is 100%. In these cases, the upper limit of the relationship between the compressor intake gas amount G and the condensed water generation amount W that can separate the condensed water contained in the compressor intake gas is shown. Further, on the map, the region where the first inclination angle α1 is 100% is the region above the curve Ca4, the
そこで、例えば、このマップ上において、コンプレッサ吸入ガス量Gが値g1であり、凝縮水発生量Wが値w1である場合、これらに対応する点はGW1であり、この点GW1における可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1は80%、すなわち、36°となる。よって、このとき、可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1を36°とすることによって、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水は分離されることになる。
このようにして、ECU8(図1参照)は、図8のマップに基づいて、可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1を算出している。また、ECU8(図1参照)は、可変翼21(図2参照)の回転角度の第一基準値である第一傾斜角度α1を算出及び決定する第一回転角度算出手段及び回転角度決定手段を構成している。
Therefore, for example, on this map, when the compressor intake gas amount G is the value g1 and the condensed water generation amount W is the value w1, the point corresponding to these is GW1, and the variable blade 21 ( The first inclination angle α1 (see FIG. 2) is 80%, that is, 36 °. Therefore, at this time, by setting the first inclination angle α1 of the variable blade 21 (see FIG. 2) to 36 °, the condensed water contained in the compressor intake gas is separated.
In this way, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the first inclination angle α1 of the variable blade 21 (see FIG. 2) based on the map of FIG. The ECU 8 (see FIG. 1) includes first rotation angle calculation means and rotation angle determination means for calculating and determining a first inclination angle α1, which is a first reference value of the rotation angle of the variable blade 21 (see FIG. 2). It is composed.
従って、図8のマップより、可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1を増大することにより、凝縮水発生量Wの増加に対応して、コンプレッサ吸入ガスは、含有する凝縮水が分離されることが可能になる。
なお、凝縮水発生量Wは、ステップS4(図6参照)において説明したように、EGR率により受ける影響が大きくなっている。このため、図8に示すマップは、EGR率に基づき可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1を判定するためのマップであるともいえる。
そして、また、このステップS5において、ECU8(図1参照)は、可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1を算出することにより、コンプレッサ吸入ガスにおいて発生する旋回流の回転力、すなわち、旋回流の回転する速度を算出しているともいえる。
Accordingly, by increasing the first inclination angle α1 of the variable vane 21 (see FIG. 2) from the map of FIG. 8, the compressor intake gas contains the condensed water contained in the compressor intake gas in accordance with the increase in the condensed water generation amount W. It becomes possible to be separated.
The condensed water generation amount W is greatly affected by the EGR rate as described in step S4 (see FIG. 6). Therefore, it can be said that the map shown in FIG. 8 is a map for determining the first inclination angle α1 of the variable blade 21 (see FIG. 2) based on the EGR rate.
In step S5, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the first inclination angle α1 of the variable vane 21 (see FIG. 2), that is, the rotational force of the swirling flow generated in the compressor intake gas, that is, It can also be said that the rotational speed of the swirling flow is calculated.
図6に戻り、ステップS5の終了後、ステップS6に進む。なお、前述したように、ステップS3においてEGRバルブ61(図1参照)の開度が0%である場合、ステップS4及びS5においてコンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離を可能にするような可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1を算出する必要がないため、ステップS3からステップS6に直接進んでいる。また、この場合、第一傾斜角度α1は、0°に設定される。
ステップS6において、図2を参照すると、ECU8(図1参照)は、ターボチャージャ2のコンプレッサハウジング2aにおける出口圧力Pimと入口圧力Pinとの比である、コンプレッサ圧力比Rp=Pim/Pinを算出する。出口圧力Pimは、コンプレッサハウジング2aのコンプレッサ排気口2abにおける圧力であり、第二圧力センサ17(図1参照)によって検出される。また、入口圧力Pinは、コンプレッサハウジング2aの吸気口2aaにおける圧力であり、第一圧力センサ16(図1参照)によって検出される。
Returning to FIG. 6, after step S5 is completed, the process proceeds to step S6. As described above, when the opening degree of the EGR valve 61 (see FIG. 1) is 0% in step S3, it is variable so that the condensed water contained in the compressor intake gas can be separated in steps S4 and S5. Since it is not necessary to calculate the first inclination angle α1 of the blade 21 (see FIG. 2), the process directly proceeds from step S3 to step S6. In this case, the first inclination angle α1 is set to 0 °.
In step S6, referring to FIG. 2, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the compressor pressure ratio Rp = Pim / Pin, which is the ratio of the outlet pressure Pim and the inlet pressure Pin in the
さらに、第一圧力センサ16(図1参照)及び第二圧力センサ17(図1参照)によって検出された吸気口2aa及びコンプレッサ排気口2abにおける圧力の検出値がECU8(図1参照)に送られ、ECU8(図1参照)によりコンプレッサ圧力比Rpが算出される。よって、ECU8(図1参照)は、コンプレッサ圧力比Rpを算出するコンプレッサ圧力比算出手段を構成している。
なお、出口圧力Pimと入口圧力Pinとの関係は、コンプレッサホイール2c及びコンプレッサハウジング2aの形状によるものであるため、これらの関係は、例えばPin=Pim×係数Neのように設定することができる。これにより、出口圧力Pim及び入口圧力Pinを検出するためにコンプレッサハウジング2aの吸気口2aaに第一圧力センサ16(図1参照)、及びコンプレッサ排気口2abに第二圧力センサ17(図1参照)をそれぞれ設ける必要があったものが、いずれか一つにのみ圧力センサを設けるだけでよい。よって、コストを低減することができる。
Furthermore, detected pressure values at the intake port 2aa and the compressor exhaust port 2ab detected by the first pressure sensor 16 (see FIG. 1) and the second pressure sensor 17 (see FIG. 1) are sent to the ECU 8 (see FIG. 1). The compressor pressure ratio Rp is calculated by the ECU 8 (see FIG. 1). Therefore, ECU8 (refer FIG. 1) comprises the compressor pressure ratio calculation means which calculates compressor pressure ratio Rp.
Since the relationship between the outlet pressure Pim and the inlet pressure Pin depends on the shape of the
図6に戻り、ステップS6の終了後、ステップS7に進む。ステップS7において、ECU8(図1参照)は、ステップS5において算出されたコンプレッサ吸入ガス量Gと、ステップS6において算出されたコンプレッサ圧力比Rpとから、ターボチャージャ2のコンプレッサハウジング2aの吸気口2aaにおけるサージングの防止が可能な旋回流を発生する可変翼21の傾斜角度α(図2参照)を算出する。さらに、この算出した傾斜角度をその第二基準値である第二傾斜角度α2とする。
Returning to FIG. 6, after step S6 ends, the process proceeds to step S7. In step S7, the ECU 8 (see FIG. 1) determines the intake air amount 2aa of the
ここで、サージングについて以下に説明する。
図2を参照すると、ターボチャージャ2では、コンプレッサハウジング2aの吸気口2aaにおける入口圧力Pinが、コンプレッサハウジング2aのコンプレッサ排気口2abにおける出口圧力Pimより小さくなる。このため、コンプレッサ吸入ガスの流量が少ない流量領域では、コンプレッサハウジング2aに一旦流入したコンプレッサ吸入ガスがコンプレッサハウジング2a内を逆流するため、吸気口2aaに吸入されるコンプレッサ吸入ガスの流量及び圧力が大きく変動する現象が生じる。そして、このような現象をサージングという。このサージングにより、コンプレッサホイール2cは激しく振動し、ターボチャージャ2の安定した運転が損なわれてしまう。
Here, surging will be described below.
Referring to FIG. 2, in the
さらに、図10を参照すると、圧縮機マップが示される。この圧縮機マップは、ターボチャージャ2(図2参照)におけるコンプレッサホイール2c(図2参照)の様々な回転数について、コンプレッサ圧力比Rpに対するコンプレッサ吸入ガス量Gをプロットしたものである。
また、図10のマップにおいて、曲線r1〜r4は、コンプレッサホイール2c(図2参照)の回転数r1〜r4のそれぞれについて、コンプレッサ圧力比Rpに対するコンプレッサ吸入ガス量Gをプロットしたものである。さらに、曲線e1〜e4は、ターボチャージャ2の吸入効率を示すものであり、同一の曲線状では吸入効率は同一になっている。そして、吸入効率は、e1>e2>e3>e4という関係になっている。
Still referring to FIG. 10, a compressor map is shown. This compressor map is a plot of the compressor intake gas amount G against the compressor pressure ratio Rp for various rotational speeds of the
In the map of FIG. 10, curves r1 to r4 plot the compressor intake gas amount G against the compressor pressure ratio Rp for each of the rotation speeds r1 to r4 of the
また、曲線Saは、コンプレッサホイール2c(図2参照)の様々な回転数について、サージングが生じるコンプレッサ吸入ガス量Gを示す、サージラインである。そこで、サージラインを曲線Saから破線曲線Sbに遷移させるような作用をターボチャージャ2(図2参照)に付加することにより、サージングが生じるコンプレッサ吸入ガス量Gの下限値をさらに下げてサージングが生じにくくすることができる、すなわち、サージ限界を向上させることができる。例えば、コンプレッサハウジング2aの吸気口2aa(図2参照)の上流においてコンプレッサ吸入ガスにコンプレッサホイール2c(図2参照)の回転方向と同方向の旋回流を発生させることにより、コンプレッサ吸入ガスの流量が少ない流量領域においても、コンプレッサハウジング2a(図2参照)内におけるコンプレッサ吸入ガス逆流を抑え、サージ限界を向上させることができる。
Curve Sa is a surge line indicating the compressor intake gas amount G at which surging occurs at various rotational speeds of the
ステップS7の内容に戻り、図9を参照すると、ECU8(図1参照)には、コンプレッサ吸入ガス量G及びコンプレッサ圧力比Rpと、可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2との関係を示すマップが記憶されている。
この図9のマップにおける曲線Cb1、Cb2、Cb3及びCb4は、可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2が、45°を100%として、0%、20%、40%及び80%のそれぞれの場合において、ターボチャージャ2の吸気口2aa(図2参照)でサージ限界となる時のコンプレッサ吸入ガス量G及びコンプレッサ圧力比Rpの関係を示すものである。さらに、マップ上において、第二傾斜角度α2が100%の領域が曲線Cb4より左側の領域、80%の領域が曲線Cb4から右側且つ曲線Cb3より左側の領域、40%の領域が曲線Cb3から右側且つ曲線Cb2より左側の領域、20%の領域が曲線Cb2から右側且つ曲線Cb1より左側の領域、及び0%の領域が曲線Cb1より右側の領域となる。よって、コンプレッサ吸入ガス量Gの値及びコンプレッサ圧力比Rpの値により画定される点が属する領域により、第二傾斜角度α2が求められる。
Returning to the contents of step S7, referring to FIG. 9, the ECU 8 (see FIG. 1) has the compressor intake gas amount G and the compressor pressure ratio Rp and the second inclination angle α2 of the variable vane 21 (see FIG. 2). A map showing the relationship is stored.
The curves Cb1, Cb2, Cb3, and Cb4 in the map of FIG. 9 indicate that the second inclination angle α2 of the variable wing 21 (see FIG. 2) is 0%, 20%, 40%, and 80% when 45 ° is 100%. In these cases, the relationship between the compressor intake gas amount G and the compressor pressure ratio Rp when the surge limit is reached at the intake port 2aa (see FIG. 2) of the
そこで、例えば、このマップ上において、コンプレッサ吸入ガス量Gが値g1であり、コンプレッサ圧力比Rpが値rp1である場合、これらに対応する点はGR1であり、この点GR1における可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2は40%、すなわち、18°となる。よって、このとき、可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2を18°とすることによって、ターボチャージャ2の吸気口2aa(図2参照)におけるサージングが防止される。
このようにして、ECU8(図1参照)は、図9のマップに基づいて、可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2を算出している。また、ECU8(図1参照)は、可変翼21(図2参照)の回転角度の第二基準値である第二傾斜角度α2を算出する第二回転角度算出手段を構成している。
Therefore, for example, on this map, when the compressor intake gas amount G is the value g1 and the compressor pressure ratio Rp is the value rp1, the corresponding point is GR1, and the variable blade 21 (see FIG. 2) is 40%, that is, 18 °. Therefore, at this time, by setting the second inclination angle α2 of the variable blade 21 (see FIG. 2) to 18 °, surging at the intake port 2aa (see FIG. 2) of the
In this way, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the second inclination angle α2 of the variable blade 21 (see FIG. 2) based on the map of FIG. Moreover, ECU8 (refer FIG. 1) comprises the 2nd rotation angle calculation means which calculates 2nd inclination-angle (alpha) 2 which is the 2nd reference value of the rotation angle of the variable wing | blade 21 (refer FIG. 2).
従って、図9のマップより、可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2を増大することにより、コンプレッサ圧力比Rpの増大に対応して、ターボチャージャ2の吸気口2aa(図2参照)におけるサージングが防止されることが可能になる。よって、図10も参照すると、可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2を増大することは、サージ限界を向上することと同一であることになる。
また、図9に示すマップは、サージ限界に基づき可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2を判定するためのマップであるといえる。
そして、また、このステップS7において、ECU8(図1参照)は、可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2を算出することにより、コンプレッサ吸入ガスにおいて発生する旋回流の回転力、すなわち、旋回流の回転する速度を算出しているともいえる。
Accordingly, by increasing the second inclination angle α2 of the variable vane 21 (see FIG. 2) from the map of FIG. 9, the intake port 2aa (see FIG. 2) of the
9 can be said to be a map for determining the second inclination angle α2 of the variable blade 21 (see FIG. 2) based on the surge limit.
In step S7, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the second inclination angle α2 of the variable vane 21 (see FIG. 2), that is, the rotational force of the swirling flow generated in the compressor intake gas, that is, It can also be said that the rotational speed of the swirling flow is calculated.
次に、ステップS7の終了後、ステップS8に進む。ステップS8において、ECU8(図1参照)は、ステップS5において算出した、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を分離するための可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1、及びステップS7において算出した、ターボチャージャ2の吸気口2aa(図2参照)におけるサージングを防止するための可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2から、可変翼21の傾斜角度α(図2参照)を算出する。このとき、ECU8(図1参照)は、第一傾斜角度α1及び第二傾斜角度α2の内、安全側となる、傾斜角度の大きな方を選択する。すなわち、ECU8(図1参照)は、気液分離器(図2参照)内に発生するコンプレッサ吸入ガスの旋回流の回転力が大きくなる方の傾斜角度を選択する。
Next, after step S7 ends, the process proceeds to step S8. In step S8, the ECU 8 (see FIG. 1) calculates the first inclination angle α1 of the variable blade 21 (see FIG. 2) for separating the condensed water contained in the compressor intake gas calculated in step S5, and in step S7. From the calculated second inclination angle α2 of the variable blade 21 (see FIG. 2) for preventing surging at the intake port 2aa (see FIG. 2) of the
そこで、例えば、ある運転状態において、コンプレッサ吸入ガス量Gがg1、凝縮水発生量Wがw1であり、コンプレッサ圧力比Rpがrp1であった場合、図8より第一傾斜角度α1を決める点がGW1、図9より第二傾斜角度α2を決める点がGR1となる。点GW1における第一傾斜角度α1は36°であり、点GR1における第二傾斜角度α2は18°である。よって、このとき、ECU8(図1参照)は、可変翼21の傾斜角度α(図2参照)として第一傾斜角度α1の36°を選択する。
よって、ECU8(図1参照)は、可変翼21の回転角度である傾斜角度α(図2参照)を決定する第三回転角度決定手段を構成している。
さらに、ステップS8の終了後、ステップS9に進み、ECU8(図1参照)は、ステップS8において算出した可変翼21の傾斜角度α(図2参照)に適合するように、制御モータ22(図1参照)に指令を送り、可変翼21(図2参照)を動作させる。
また、ステップS1〜9は一連して行われ、所定の単位周期毎に一連のステップS1〜9が繰り返される。
Thus, for example, in a certain operating state, when the compressor intake gas amount G is g1, the condensed water generation amount W is w1, and the compressor pressure ratio Rp is rp1, the point at which the first inclination angle α1 is determined from FIG. The point which determines 2nd inclination-angle (alpha) 2 from GW1 and FIG. 9 becomes GR1. The first inclination angle α1 at the point GW1 is 36 °, and the second inclination angle α2 at the point GR1 is 18 °. Therefore, at this time, the ECU 8 (see FIG. 1) selects 36 ° of the first inclination angle α1 as the inclination angle α (see FIG. 2) of the
Therefore, ECU8 (refer FIG. 1) comprises the 3rd rotation angle determination means which determines inclination-angle (alpha) (refer FIG. 2) which is the rotation angle of the variable wing |
Further, after step S8 ends, the process proceeds to step S9, where the ECU 8 (see FIG. 1) controls the control motor 22 (see FIG. 1) so as to conform to the inclination angle α (see FIG. 2) of the
Steps S1 to S9 are performed in series, and a series of steps S1 to S9 are repeated every predetermined unit period.
上述のように、ステップS1〜S5を実施することにより、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を分離可能な可変翼21(図2参照)の第一傾斜角度α1を算出することができる。さらに、ステップS6〜S8を実施することにより、ターボチャージャ2の吸気口2aa(図2参照)におけるサージングの防止が可能な可変翼21(図2参照)の第二傾斜角度α2を算出し、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の分離及びサージングの防止の両方を可能とする可変翼21の傾斜角度α(図2参照)を算出することができる。
As described above, the first inclination angle α1 of the variable blade 21 (see FIG. 2) capable of separating the condensed water contained in the compressor intake gas can be calculated by performing steps S1 to S5. Further, by executing steps S6 to S8, the second inclination angle α2 of the variable blade 21 (see FIG. 2) capable of preventing surging at the intake port 2aa (see FIG. 2) of the
このように、この実施の形態に係る排気ガス再循環システム101は、ターボチャージャ2を備えるエンジン1に用いられ、ターボチャージャ2の吸気口2aaに連通する吸気通路11と、吸気通路11におけるEGR接続部11bに接続し、排気ガスをEGRガスとして吸気通路11に還流するEGRガス通路41と、吸気通路11のEGR接続部11bとターボチャージャ2の吸気口2aaとの間に設けられ、吸気通路11を流通する、吸気通路11への吸入空気及びEGRガスからなるコンプレッサ吸入ガスに、吸気通路11の内周に沿って旋回する旋回流を発生させる可変翼21とを備える。
Thus, the exhaust
そこで、まず、EGRガスは、EGRクーラー51による冷却時、及びエンジン1への吸入空気との混合時において、凝縮水を発生する。そして、この排気ガス再循環システム101は、可変翼21により、気液分離器6における可変翼21と吸気口2aaとの間において、EGRガス及び吸入空気からなるコンプレッサ吸入ガスに対して旋回流を発生させる。よって、この旋回流により、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水が遠心分離される。従って、コンプレッサ吸入ガスに含まれている、EGRクーラー51によって冷却されて発生しEGRガスに含まれていた凝縮水や、EGRガスが吸入空気と混合される際に発生した凝縮水が、ターボチャージャ2の吸気口2aaにコンプレッサ吸入ガスが吸入される前に除去されるため、これらの凝縮水によるターボチャージャ2、そしてエンジン1の破損を防止することができる。
Therefore, first, the EGR gas generates condensed water at the time of cooling by the
また、可変翼21は回転自在であるため、その傾斜角度αを調整することによって、コンプレッサ吸入ガスに発生する旋回流の回転する流速を調整することができる。さらに、ステップS1〜S5におけるECU8の制御により、エンジン1の運転条件に合わせて、可変翼21の傾斜角度αが算出され、この算出された傾斜角度αを可変翼21に適用することによって、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を効果的に除去することができる。また、このようなECU8の制御により、可変翼21が吸気抵抗となりエンジン1に影響を与えるエンジン1の高回転時やEGRバルブ61が閉じられ吸気通路11にEGRガスが流入しない場合等において、可変翼21は、エンジン1の吸気圧損を低減するように傾斜角度αを0°にして制御され得る。従って、凝縮水によるターボチャージャ2及びエンジン1の破損の防止だけでなく、エンジン1の性能の向上を図ることが可能となる。
Further, since the
また、排気ガス再循環システム101において、可変翼21により発生するコンプレッサ吸入ガスの旋回流は、コンプレッサ吸入ガスからの凝縮水の分離効果だけでなく、ターボチャージャ2におけるサージングを防止する効果を有している。そこで、ステップS1〜S9におけるECU8の制御により、エンジン1の運転条件に合わせて、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水の除去を可能にする可変翼21の第一傾斜角度α1を算出すると共に、ターボチャージャ2の吸気口2aaにおけるサージングの防止を可能にする可変翼21の第二傾斜角度α2を算出することができる。さらに、これら2つの第一傾斜角度α1及び第二傾斜角度α2から大きい方となる1つを選択し可変翼21の傾斜角度αを決定し、可変翼21に適用することによって、コンプレッサ吸入ガスの凝縮水の分離だけでなく、ターボチャージャ2におけるサージングの防止も可能となる。
Further, in the exhaust
また、吸気通路11及びターボチャージャ2の吸気口2aaの間に、内部の凝縮水を排出するための液体排出口6caを有する気液分離器6を設けることにより、気液分離器6において、コンプレッサ吸入ガスの旋回流が発生し、このコンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水が遠心分離されるが、遠心分離された凝縮水は、液体排出口6caより気液分離器6の外部に排出されることが可能になる。
また、気液分離器6を二重管式気液分離構造とすることによって、コンプレッサ吸入ガスは旋回流により凝縮水を効果的に除去されることが可能になる。さらに、二重管式気液分離構造により、コンプレッサ吸入ガスから分離された凝縮水が、気体排出路6b及びターボチャージャ2の吸気口2aaに流入することを防ぐことが可能となる。
Further, by providing a gas-
Further, by making the gas-
また、排気ガス再循環システム101において、可変翼21の傾斜角度αを増大することは、コンプレッサ吸入ガスからの凝縮水の分離効果の向上及びターボチャージャ2におけるサージ限界の向上効果を有している。さらに、このサージ限界の向上によりターボチャージャ2の過給性能を向上することができる。
また、実施の形態において、可変翼21は、気液分離器6の内部に設けられていたが、これに限定されるものではなく、吸気通路11におけるEGR接続部11b及び気液分離器6の間に設けてもよい。
Further, in the exhaust
In the embodiment, the
また、実施の形態において、気液分離器6は二重管構造を有していたが、これに限られるものではなく、気液分離器6が、吸気通路11の径、及びターボチャージャ2の吸気口2aaの径より大きい径を有する単管構造であってもよい。気液分離器6の径を吸気通路11の径より大きくすることにより、内部の旋回流による遠心力を増大することができ、コンプレッサ吸入ガスに含まれる凝縮水を効果的に分離することができる。さらに、気液分離器6の径を吸気口2aaの径より大きくすることにより、分離した凝縮水が吸気口2aaに流入することを防ぐことができる。
In the embodiment, the gas-
また、可変翼21の形状や枚数は実施の形態に限られるものではなく、気液分離器6に旋回流を発生させる形状、枚数であればよい。
また、実施の形態において、過給機としてターボチャージャ2のみを記載していたが、これに限定されるものではない。過給機は、スーパーチャージャであってもよい。
Further, the shape and the number of the
In the embodiment, only the
1 エンジン(内燃機関)、2 ターボチャージャ(過給機)、2aa 吸気口(吸気口)、6ca 液体排出口(液体排出口)、6 気液分離器(吸気通路、気液分離部)、8 ECU(EGR率算出手段、凝縮水発生量算出手段、回転角度決定手段、第一回転角度算出手段、コンプレッサ圧力比算出手段、第二回転角度算出手段、第三回転角度決定手段)、11 吸気通路(吸気通路)、11b 接続部(EGR接続部)、12 空気量センサ(空気量検出手段)、16 第一圧力センサ(第一圧力検出手段)、17 第二圧力センサ(第二圧力検出手段)、21 可変翼(旋回流発生手段、翼状体)、41 ガス通路(EGRガス通路)、101 排気ガス再循環システム、Pim 出口圧力(第二圧力)、Pin 入口圧力(第一圧力)、Rp コンプレッサ圧力比(コンプレッサ圧力比)、α 傾斜角度(回転角度)、α1 第一傾斜角度(回転角度の第1基準値)、α2 第二傾斜角度(回転角度の第2基準値)。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記過給機の吸気口に連通する吸気通路と、
前記吸気通路におけるEGR接続部に接続し、排気ガスをEGRガスとして前記吸気通路に還流するEGRガス通路と、
前記吸気通路の前記EGR接続部と前記過給機の前記吸気口との間に設けられ、前記吸気通路を流通する前記吸気通路への吸入空気及び前記EGRガスからなる混合ガスに、前記吸気通路の内周に沿って旋回する旋回流を発生させる旋回流発生手段と
前記吸気通路にて、前記過給機の前記吸気口と前記翼状体との間に遠心分離により気液を分離する気液分離部と、
を備える排気ガス再循環システム。 An exhaust gas recirculation system used for an internal combustion engine equipped with a supercharger,
An intake passage communicating with the intake port of the supercharger;
An EGR gas passage connected to an EGR connection portion in the intake passage and returning to the intake passage as an exhaust gas as an EGR gas;
The intake passage is provided between the EGR connection portion of the intake passage and the intake port of the supercharger, and the intake passage and the mixed gas composed of the EGR gas to the intake passage that flows through the intake passage A gas-liquid separating the gas-liquid by centrifugal separation between the intake port of the supercharger and the wing-like body in the intake passage in the swirl flow generating means for generating a swirl flow swirling along the inner periphery of the turbocharger A separation unit;
An exhaust gas recirculation system comprising.
前記翼状体の回転角度に応じて、前記混合ガスに発生する前記旋回流の回転する速度が変化する
請求項1に記載の排気ガス再循環システム。 The swirl flow generating means is a rotatable wing-like body,
The exhaust gas recirculation system according to claim 1, wherein a rotational speed of the swirl flow generated in the mixed gas changes according to a rotation angle of the wing-like body.
請求項1または2に記載の排気ガス再循環システム。 The exhaust gas recirculation system according to claim 1 or 2, wherein the gas-liquid separator has a liquid outlet for discharging the liquid inside the gas-liquid separator.
請求項3に記載の排気ガス再循環システム。 The exhaust gas recirculation system according to claim 3, wherein the gas-liquid separation unit has a double-pipe gas-liquid separation structure.
前記内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するEGR率算出手段と、
前記混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、
前記空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量、前記EGR率算出手段によって算出される前記EGR率及び前記凝縮水発生量算出手段によって算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離する前記旋回流を発生する前記翼状体の前記回転角度を決定する回転角度決定手段と
を備える請求項2〜4のいずれか一項に記載の排気ガス再循環システム。 An air amount detecting means for detecting an intake air amount to the intake passage;
EGR rate calculating means for calculating an EGR rate based on operating conditions of the internal combustion engine;
A condensed water generation amount calculating means for calculating a condensed water generation amount in the mixed gas;
Based on the intake air amount detected by the air amount detection unit, the EGR rate calculated by the EGR rate calculation unit, and the condensed water generation amount calculated by the condensed water generation amount calculation unit, The exhaust gas recirculation system according to any one of claims 2 to 4, further comprising: a rotation angle determination unit that determines the rotation angle of the wing-like body that generates the swirl flow that separates the condensed water contained therein.
前記内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するEGR率算出手段と、
前記混合ガスにおける凝縮水発生量を算出する凝縮水発生量算出手段と、
前記空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量、前記EGR率算出手段によって算出される前記EGR率及び前記凝縮水発生量算出手段によって算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離する前記旋回流を発生する前記翼状体の前記回転角度である第一基準値を算出する第一回転角度算出手段と、
前記過給機の前記吸気口における第一圧力を検出する第一圧力検出手段と、
前記過給機から前記内燃機関に前記混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出する第二圧力検出手段と、
前記第二圧力と前記第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するコンプレッサ圧力比算出手段と、
前記空気量検出手段によって検出される前記吸入空気量、前記EGR率算出手段によって算出される前記EGR率及び前記コンプレッサ圧力比算出手段によって算出される前記コンプレッサ圧力比に基づき、前記過給機の前記吸気口におけるサージングを防ぐ前記旋回流を発生する前記翼状体の前記回転角度である第二基準値を算出する第二回転角度算出手段と、
前記第一回転角度算出手段によって算出される前記第一基準値及び前記第二回転角度算出手段によって算出される前記第二基準値の内から一方を選択し、前記翼状体の前記回転角度を決定する第三回転角度決定手段と
を備える請求項2〜4のいずれか一項に記載の排気ガス再循環システム。 An air amount detecting means for detecting an intake air amount to the intake passage;
EGR rate calculating means for calculating an EGR rate based on operating conditions of the internal combustion engine;
A condensed water generation amount calculating means for calculating a condensed water generation amount in the mixed gas;
Based on the intake air amount detected by the air amount detection unit, the EGR rate calculated by the EGR rate calculation unit, and the condensed water generation amount calculated by the condensed water generation amount calculation unit, First rotation angle calculation means for calculating a first reference value that is the rotation angle of the wing-like body that generates the swirling flow that separates the condensed water contained;
First pressure detecting means for detecting a first pressure at the intake port of the supercharger;
Second pressure detecting means for detecting a second pressure in a passage for supplying the mixed gas from the supercharger to the internal combustion engine;
Compressor pressure ratio calculating means for calculating a compressor pressure ratio that is a ratio of the second pressure to the first pressure;
Based on the intake air amount detected by the air amount detection means, the EGR rate calculated by the EGR rate calculation means, and the compressor pressure ratio calculated by the compressor pressure ratio calculation means, the supercharger Second rotation angle calculation means for calculating a second reference value that is the rotation angle of the wing-like body that generates the swirling flow that prevents surging at the intake port;
One of the first reference value calculated by the first rotation angle calculation means and the second reference value calculated by the second rotation angle calculation means is selected, and the rotation angle of the winged body is determined. The exhaust gas recirculation system according to any one of claims 2 to 4, further comprising third rotation angle determination means for performing the operation.
前記吸気通路における前記EGRガス通路と前記過給機の前記吸気口との間で、前記吸気通路への吸入空気及び前記EGRガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、
(a)前記吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、
(b)前記内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するステップと、
(c)前記吸入空気及び前記EGRガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、
(d)検出される前記吸入空気量、算出される前記EGR率及び算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスの前記旋回流が前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離するための、前記旋回流の前記大きさを決定するステップと
を行う排気ガスを再循環させる方法。 In an internal combustion engine comprising a supercharger, an intake passage communicating with an intake port of the supercharger, and an EGR gas passage connected to the intake passage and returning to the intake passage as exhaust gas as EGR gas,
The exhaust gas is recirculated between the EGR gas passage in the intake passage and the intake port of the supercharger while generating a swirling flow in the mixed gas composed of the intake air and the EGR gas into the intake passage. A method of
(A) detecting an intake air amount into the intake passage;
(B) calculating an EGR rate based on operating conditions of the internal combustion engine;
(C) calculating a condensed water generation amount in a mixed gas composed of the intake air and the EGR gas;
(D) Based on the detected intake air amount, the calculated EGR rate, and the calculated condensed water generation amount, the swirling flow of the mixed gas separates the condensed water contained in the mixed gas. And recirculating the exhaust gas, wherein the step of determining the magnitude of the swirling flow is performed.
前記吸気通路における前記EGRガス通路と前記過給機の前記吸気口との間で、前記吸気通路への吸入空気及び前記EGRガスからなる混合ガスに旋回流を発生させつつ、排気ガスを再循環させる方法であって、
(a)前記吸気通路への吸入空気量を検出するステップと、
(b)前記内燃機関の運転条件に基づき、EGR率を算出するステップと、
(c)前記吸入空気及び前記EGRガスからなる混合ガスにおける凝縮水発生量を算出するステップと、
(d)検出される前記吸入空気量、算出される前記EGR率及び算出される前記凝縮水発生量に基づき、前記混合ガスの前記旋回流が前記混合ガスに含まれる前記凝縮水を分離するための、前記旋回流の第一の大きさを算出するステップと、
(e)前記過給機の前記吸気口における第一圧力及び前記過給機から前記内燃機関に前記混合ガスを供給する通路における第二圧力を検出し、前記第二圧力と前記第一圧力との比であるコンプレッサ圧力比を算出するステップと、
(f)前記検出される前記吸入空気量、前記算出される前記EGR率及び算出される前記コンプレッサ圧力比に基づき、前記混合ガスの前記旋回流が前記過給機の前記吸気口におけるサージングを防ぐための、前記旋回流の第二の大きさを算出するステップと、
(g)ステップ(d)により算出された前記旋回流の前記第一の大きさ及びステップ(f)により算出された前記旋回流の前記第二の大きさの内から一方を選択し、前記旋回流の前記大きさを決定するステップと
を行う排気ガスを再循環させる方法。 In an internal combustion engine comprising a supercharger, an intake passage communicating with an intake port of the supercharger, and an EGR gas passage connected to the intake passage and returning to the intake passage as exhaust gas as EGR gas,
The exhaust gas is recirculated between the EGR gas passage in the intake passage and the intake port of the supercharger while generating a swirling flow in the mixed gas composed of the intake air and the EGR gas into the intake passage. A method of
(A) detecting an intake air amount into the intake passage;
(B) calculating an EGR rate based on operating conditions of the internal combustion engine;
(C) calculating a condensed water generation amount in a mixed gas composed of the intake air and the EGR gas;
(D) Based on the detected intake air amount, the calculated EGR rate, and the calculated condensed water generation amount, the swirling flow of the mixed gas separates the condensed water contained in the mixed gas. Calculating a first magnitude of the swirling flow;
(E) detecting a first pressure at the intake port of the supercharger and a second pressure in a passage for supplying the mixed gas from the supercharger to the internal combustion engine, and the second pressure and the first pressure, Calculating a compressor pressure ratio that is a ratio of
(F) Based on the detected intake air amount, the calculated EGR rate, and the calculated compressor pressure ratio, the swirling flow of the mixed gas prevents surging at the intake port of the supercharger. Calculating a second magnitude of the swirling flow for,
(G) selecting one of the first magnitude of the swirl flow calculated in step (d) and the second magnitude of the swirl flow calculated in step (f); A method of recirculating the exhaust gas comprising: determining the magnitude of the flow.
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