JP2012136957A - Internal combustion engine and egr method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、外部駆動式過給機と排気ターボ式過給機を備えた内燃機関、及びそのEGR方法に関し、より詳細には、EGRガスによるインタークーラの腐食及び汚損を防止できると共に、内燃機関の冷間始動時に、排気ガス中に白煙が排出されることを防止することができる内燃機関、及びそのEGR方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine including an externally driven supercharger and an exhaust turbocharger, and to an EGR method thereof. More specifically, the internal combustion engine can prevent corrosion and fouling of an intercooler due to EGR gas. The present invention relates to an internal combustion engine capable of preventing white smoke from being discharged into exhaust gas during a cold start, and an EGR method thereof.
ディーゼル機関等の内燃機関においては、低燃費化及び排気ガスの改善化に対して、過給技術を使用しての高過給化及び高EGR化が有効かつ重要であり、これに関連して排気ターボ式過給機等の様々な過給技術が開発されている。 In internal combustion engines such as diesel engines, high supercharging and high EGR using supercharging technology are effective and important for reducing fuel consumption and improving exhaust gas. Various supercharging technologies such as an exhaust turbocharger have been developed.
しかしながら、排気ターボ式過給機を用いる場合には、ターボラグと呼ばれる過給遅れを解消することは難しく、内燃機関の急加速等の過渡運転条件におけるトルク応答性の改善や排気ガス対策には限界がある。この過給遅れにより、シリンダ内での燃焼に必要な空気量が不足して黒煙が発生したり、燃焼に必要な最低限の空気量を確保するために、EGRガスの導入が困難となって、瞬間的にNOxが発生したりする場合が生じる。 However, when using an exhaust turbo-type supercharger, it is difficult to eliminate the turbocharge delay called turbo lag, and there is a limit to improving torque response in transient operating conditions such as sudden acceleration of an internal combustion engine and measures against exhaust gas. There is. Due to the delay in supercharging, the amount of air necessary for combustion in the cylinder is insufficient and black smoke is generated, or the introduction of EGR gas becomes difficult in order to secure the minimum amount of air necessary for combustion. In some cases, NOx is generated instantaneously.
この過渡運転条件における過給遅れを改善するために、排気タービンを用いない、機械式や電動式等で駆動される外部駆動式過給機を採用することが行われている。この外部駆動式過給機には、容積型や遠心型の過給機がある。 In order to improve the supercharging delay in this transient operation condition, an externally driven supercharger that does not use an exhaust turbine and is driven by a mechanical type or an electric type is employed. Examples of the externally driven supercharger include a positive displacement type and a centrifugal type supercharger.
多くの外部駆動式過給機はその特性上、優れた過渡過給特性を有するが、その作動により、吸気圧力を排気圧力より高くすることが容易にできるため、図7に示すような従来技術で用いられている、外部駆動式過給機15の下流側にEGRガスを導入するハイプレーシャー(HI-EGR)方式のEGRガス導入方法ではEGRガスを吸気側に取り込むことができなくなる。これを解決するために、図8に示すような、外部駆動式過給機15の上流側にEGRガスを導入するロープレーシャー(LP-EGR)方式のEGRガス導入方法が採用されている。
Many externally driven superchargers have excellent transient supercharging characteristics due to their characteristics. However, since the operation can easily make the intake pressure higher than the exhaust pressure, the prior art as shown in FIG. In the high pressure (HI-EGR) type EGR gas introduction method that introduces EGR gas to the downstream side of the externally driven
このロープレーシャー方式のEGRガス導入方法では、インタークーラ(吸気中間冷却器)に排気ガスの一部であるEGRガスが流れ込むことになる。このインタークーラでは、走行風を用いて通過するガス(吸気又は吸気とEGRガス)を冷却してその温度を大幅に低下させるために、インタークーラの内部において水の凝縮等が生じる。従って、インタークーラの内部にEGRガスが流入する場合には、EGRガス中の成分が内部の凝縮水と反応して酸性物質が発生してインタークーラが腐食したり、EGRガス中の固体物質(ススなど)がインタークーラの内部に蓄積して目詰まりを起こしたりする等の問題がある。 In this low pressure type EGR gas introduction method, EGR gas, which is part of exhaust gas, flows into an intercooler (intake intermediate cooler). In this intercooler, the gas (intake air or intake air and EGR gas) passing using the traveling wind is cooled and the temperature thereof is greatly reduced, so that water condenses inside the intercooler. Therefore, when the EGR gas flows into the intercooler, the components in the EGR gas react with the condensed water in the interior to generate an acidic substance, and the intercooler is corroded, or the solid substance in the EGR gas ( Soot) accumulates inside the intercooler and causes clogging.
このインタークーラ内におけるカーボン粒子の堆積対策として、機械式過給機をバイパスする通路にカーボン粒子捕獲用のフィルタを設けたり(例えば、特許文献1参照。)、EGRガス中の水分の凝縮対策として、機械式過給機の上流側のEGR通路接続部分から機械式過給機にわたる範囲の吸気通路を下流側ほど高さが低くなるように傾斜若しくは湾曲させ、その最低部に機械式過給機本体のケーシングの内底壁が位置するように配置したり(例えば、特許文献2参照。)することが行われている。しかしながら、排気ガス中の成分を変化あるいは除去しない限り、インタークーラにおける腐食を回避することは極めて難しい。 As a countermeasure against the accumulation of carbon particles in the intercooler, a filter for capturing carbon particles is provided in a passage bypassing the mechanical supercharger (for example, refer to Patent Document 1), or as a countermeasure against condensation of moisture in the EGR gas. The intake passage in the range from the EGR passage connecting portion on the upstream side of the mechanical supercharger to the mechanical supercharger is inclined or curved so that the height becomes lower toward the downstream side, and the mechanical supercharger is at the lowest portion Arrangement is made such that the inner bottom wall of the casing of the main body is positioned (see, for example, Patent Document 2). However, it is very difficult to avoid corrosion in the intercooler unless the components in the exhaust gas are changed or removed.
また、機械式過給機単体で高圧力比運転、即ち高過給運転を行う場合には、高過給運転時に必要となる必要駆動力が非常に大きくなり、燃費に多大な影響を及ぼすことと、高圧力比運転が構造上の問題で困難であること等から得策ではない。これに対しては、高過給運転を必要としているディーゼル機関で、機械式過給機と排気ターボ式過給機と組み合わせることが提案されている(例えば、特許文献3参照。)。 In addition, when a high pressure ratio operation, that is, a high supercharging operation is performed with a mechanical supercharger alone, the required driving force required during the high supercharging operation becomes very large, which greatly affects fuel consumption. And it is not a good idea because high pressure ratio operation is difficult due to structural problems. In response to this, it has been proposed to combine a mechanical supercharger and an exhaust turbocharger in a diesel engine that requires high supercharging operation (see, for example, Patent Document 3).
また、冷間始動時においては次のような問題がある。この冷間始動直後は排気系統の温度が低下しているため、排気ガスの冷却損失が多く、その分タービンに供給される熱量が低下し、排気温度が低下する。さらに、潤滑油温度も低下しているため、潤滑油の粘度が増加しており、過給機におけるフリクションの増加により作動効率、作動量は大幅に低下する。その結果、過給機によって得られる過給圧、過渡応答性は著しく低下する。また、冷間始動時においては、EGRガス増加による排ガス対策が十分とれず、排気ガスの特性が著しく悪化する。 Moreover, there are the following problems at the time of cold start. Immediately after this cold start, the temperature of the exhaust system is lowered, so that there is a lot of exhaust gas cooling loss, and the amount of heat supplied to the turbine is reduced accordingly, and the exhaust temperature is lowered. Further, since the temperature of the lubricating oil is also lowered, the viscosity of the lubricating oil is increased, and the operation efficiency and the operation amount are greatly reduced due to the increase of friction in the supercharger. As a result, the supercharging pressure and the transient response obtained by the supercharger are significantly reduced. Further, at the time of cold start, exhaust gas countermeasures due to an increase in EGR gas cannot be taken sufficiently, and the exhaust gas characteristics are significantly deteriorated.
この冷間始動時の排気ガス対策と暖機促進対策に対しては、排気系部品の肉厚を低減することによる熱容量の減少対策や排気管を2重管にすることによる保温対策などが実施されている。しかし、排気系の熱容量の低減や保温等の対策では、これらの冷間始動時の問題を根本的に解決することは困難である。 For exhaust gas countermeasures and warm-up acceleration countermeasures during cold start, measures are taken to reduce heat capacity by reducing the thickness of exhaust system parts and heat insulation measures by using a double exhaust pipe. Has been. However, it is difficult to fundamentally solve these cold start problems by measures such as reducing the heat capacity of the exhaust system and keeping warm.
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、外部駆動式過給機と排気ターボ式過給機を備えた内燃機関、及びそのEGR方法において、EGRガスによるインタークーラの腐食及び汚損を防止できると共に、内燃機関の冷間始動時に、排気ガス中に白煙が排出されることを抑制することができる内燃機関、及びそのEGR方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine including an externally driven supercharger and an exhaust turbocharger, and an EGR method using an intercooler using EGR gas. It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine and an EGR method thereof that can prevent corrosion and fouling of the engine and prevent white smoke from being discharged into the exhaust gas when the internal combustion engine is cold started.
上記のような目的を達成するための本発明の内燃機関は、内燃機関の吸気通路に上流側から順に排気ターボ式過給機のコンプレッサとインタークーラと外部駆動式過給機を備え、排気通路に前記排気ターボ式過給機のタービンを備えると共に、流量調整バルブを有して前記外部駆動式過給機を迂回するバイパス通路を備えた内燃機関において、前記タービンの上流側の排気通路と、前記インタークーラよりも下流側で、かつ、前記外部駆動式過給機よりも上流側の吸気通路を接続して構成される。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine of the present invention comprises, in an intake passage of an internal combustion engine, a compressor, an intercooler, and an externally driven supercharger in order from the upstream side, and an exhaust passage. And an exhaust passage on the upstream side of the turbine in the internal combustion engine having a bypass passage that has a flow rate adjusting valve and bypasses the externally driven supercharger. An intake passage is connected downstream of the intercooler and upstream of the externally driven supercharger.
なお、この外部駆動式過給機は、排気ターボ式過給機のように、排気ガスのエネルギーから回転駆動力を得ずに、他の動力から駆動力を得る過給機のことを言い、この外部駆動式過給機としては、内燃機関の出力で駆動される機械式過給機と、内燃機関の出力で発電した電力で駆動される電動式過給機等があり、その構造に関しては、それぞれ容量型や遠心型がある。 In addition, this externally driven supercharger refers to a supercharger that obtains a driving force from other power without obtaining a rotational driving force from the energy of exhaust gas, like an exhaust turbo-type supercharger, As this externally driven supercharger, there are a mechanical supercharger driven by the output of the internal combustion engine, an electric supercharger driven by electric power generated by the output of the internal combustion engine, etc. Each has a capacity type and a centrifugal type.
この構成によれば、EGRガスがインタークーラ(吸気中間冷却器)を通過しないので、EGRガスによるインタークーラ内における凝縮水の発生や固体物質の堆積等の腐食及び汚損を防止できる。 According to this configuration, since EGR gas does not pass through the intercooler (intake intercooler), it is possible to prevent corrosion and fouling such as generation of condensed water and accumulation of solid substances in the intercooler due to EGR gas.
また、外部駆動式過給機を内燃機関本体の直近に配置し、外部駆動式過給機から内燃機関本体までの吸気系配管の長さを減少させることができ、これにより、吸気系配管の熱容量を減少できるので、暖機が促進され、その結果、内燃機関の冷間作動時間が短縮されるので、冷間始動時における、排気ガス中への白煙の排出量を減少することができる。 In addition, an externally driven supercharger can be arranged in the immediate vicinity of the internal combustion engine body to reduce the length of the intake system piping from the externally driven supercharger to the internal combustion engine body. Since the heat capacity can be reduced, warm-up is promoted, and as a result, the cold operation time of the internal combustion engine is shortened, so that the amount of white smoke discharged into the exhaust gas during cold start can be reduced. .
また、上記の内燃機関において、前記排気ターボ式過給機の制御装置が、内燃機関の暖機状態を示す暖機指標温度が所定の判定温度以下のときに、前記排気ターボ式過給機のタービンを迂回する排気ガス量を増加させて、前記排気ターボ式過給機の作動を低下させる制御を行うように構成すると、外部駆動式過給機による過給運転の仕事量を増加させて、シリンダ内に吸気されるガスの温度を増加させることができ、暖機をより促進できる。また、排気ターボ式過給機の作動を低下させることで、このタービンにおける排気エネルギー回収量を低下させることが可能になるため、タービン出口温度を昇温でき、その結果、後流に接続される触媒システムの暖機も同時に促進できる。 Further, in the internal combustion engine, when the exhaust turbo supercharger control device has a warm-up index temperature indicating a warm-up state of the internal combustion engine equal to or lower than a predetermined determination temperature, the exhaust turbo supercharger When it is configured to increase the amount of exhaust gas that bypasses the turbine and perform control to reduce the operation of the exhaust turbocharger, the amount of supercharging operation by the externally driven supercharger is increased, The temperature of the gas sucked into the cylinder can be increased, and warm-up can be further promoted. Moreover, since the exhaust energy recovery amount in this turbine can be reduced by reducing the operation of the exhaust turbocharger, the turbine outlet temperature can be raised, and as a result, connected to the downstream The warm-up of the catalyst system can be promoted at the same time.
この暖機指標温度としてはエンジン冷却水の温度、排気ガス温度、排気通路に設けられた排気ガス処理装置の触媒温度などがあり、また、排気ターボ式過給機のタービンを迂回する排気ガス量を増加させる方法としては、排気ターボ式過給機における、VGT(可変容量型ターボ)のタービンブレードの開度(開口面積)、ウェストゲートバルブの開度、又はこれらに相当の排気バイパスバルブの開度を大きくする方法がある。 The warm-up indicator temperature includes the temperature of the engine cooling water, the exhaust gas temperature, the catalyst temperature of the exhaust gas treatment device provided in the exhaust passage, and the amount of exhaust gas that bypasses the turbine of the exhaust turbocharger. As a method of increasing the exhaust gas pressure, an opening degree of a VGT (variable capacity turbo) turbine blade (opening area), an opening degree of a wastegate valve, or an opening of an exhaust bypass valve corresponding to these is used. There is a way to increase the degree.
また、上記の内燃機関において、前記外部駆動式過給機よりも下流側に第2のインタークーラを設けると共に、バイパスバルブを有して前記第2のインタークーラを迂回する第2のバイパス通路を設けて構成する。この第2のインタークーラは、外部駆動式過給機よりも上流側に配置されるインタークーラよりも容量が小さく、配管系並びに冷却器体積を最小限に抑制可能な空冷型吸気冷却装置、又は、EGRガス汚染対策を考えなくてもよい既存のEGRクーラのような水冷型の吸気冷却装置が好ましい。 In the above internal combustion engine, a second intercooler is provided on the downstream side of the externally driven supercharger, and a second bypass passage having a bypass valve and bypassing the second intercooler is provided. Provide and configure. This second intercooler has a smaller capacity than an intercooler arranged on the upstream side of the externally driven supercharger, and an air-cooled intake air cooling device capable of minimizing the piping system and the volume of the cooler, or A water-cooled intake air cooling device such as an existing EGR cooler that does not need to take measures against EGR gas contamination is preferable.
そして、上記のような目的を達成するための本発明の内燃機関のEGR方法は、内燃機関の吸気通路に上流側から順に排気ターボ式過給機のコンプレッサとインタークーラと外部駆動型過給機を備え、排気通路に前記排気ターボ式過給機のタービンを備えると共に、流量調整バルブを有して前記外部駆動式過給機を迂回するバイパス通路を備えた内燃機関のEGR方法において、EGRガスを前記タービンの上流側から前記外部駆動式過給機の上流側に供給することを特徴とする方法である。 And the EGR method of the internal combustion engine of the present invention for achieving the above-described object is a compressor, an intercooler, and an externally driven supercharger of an exhaust turbocharger in order from the upstream side to the intake passage of the internal combustion engine. In the EGR method for an internal combustion engine, the exhaust gas turbocharger turbine is provided in an exhaust passage, and a bypass passage that has a flow rate adjusting valve and bypasses the externally driven supercharger is provided. Is supplied from the upstream side of the turbine to the upstream side of the externally driven supercharger.
この方法によれば、EGRガスがインタークーラを通過しないので、EGRガスによるインタークーラ内における凝縮水の発生や固体物質の堆積等の腐食及び汚損を防止できる。 According to this method, since the EGR gas does not pass through the intercooler, it is possible to prevent corrosion and fouling such as generation of condensed water and accumulation of solid substances in the intercooler due to the EGR gas.
本発明に係る内燃機関、及びそのEGR方法によれば、インタークーラにおける腐食と汚損の防止、内燃機関の冷間始動時における外部過給機による暖機促進による白煙の発生の抑制という効果を奏することができる。 According to the internal combustion engine and the EGR method thereof according to the present invention, the effects of preventing corrosion and fouling in the intercooler, and suppressing the generation of white smoke by promoting warm-up by an external supercharger at the time of cold start of the internal combustion engine. Can play.
つまり、EGRガスがインタークーラを通過しないので、EGRガス中の成分によるインタークーラの腐食及び汚損を回避できる。そのため、EGRガスによる汚損に対しての対策は、外部駆動式過給機に対してのみ実施すればよいことになる。従って、外部駆動式過給機におけるEGR導入対策とEGR汚損対策を両立させることが可能となり、大幅なコスト低減が可能となる。 That is, since the EGR gas does not pass through the intercooler, it is possible to avoid corrosion and fouling of the intercooler due to components in the EGR gas. Therefore, countermeasures against contamination by EGR gas need only be implemented for the externally driven supercharger. Therefore, it is possible to achieve both the EGR introduction countermeasure and the EGR contamination countermeasure in the external drive supercharger, and the cost can be greatly reduced.
また、外部駆動式過給機を内燃機関本体の直近に配置し、外部駆動式過給機から内燃機関本体までの吸気系配管の長さを減少させることができ、これにより、吸気系配管の熱容量を減少できるので、暖機が促進され、その結果、内燃機関の冷間作動時間が短縮されるので、冷間始動時における、排気ガス中への白煙の排出量を減少することができる。 In addition, an externally driven supercharger can be arranged in the immediate vicinity of the internal combustion engine body to reduce the length of the intake system piping from the externally driven supercharger to the internal combustion engine body. Since the heat capacity can be reduced, warm-up is promoted, and as a result, the cold operation time of the internal combustion engine is shortened, so that the amount of white smoke discharged into the exhaust gas during cold start can be reduced. .
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関、及びそのEGR方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention and an EGR method thereof will be described with reference to the drawings.
図1に示すように、本発明に係る第1の実施の形態の内燃機関(以下、エンジンという)1は、エンジン本体10の吸気マニホールド10aに連結されている吸気通路11に上流側から順に排気ターボ式過給機13のコンプレッサ13aとインタークーラ(吸気中間冷却器)14と外部駆動式過給機15を備え、また、排気マニホールド10bに連結されている排気通路12に排気ターボ式過給機13のタービン13bを備えて構成される。
As shown in FIG. 1, an internal combustion engine (hereinafter referred to as an engine) 1 according to a first embodiment of the present invention exhausts exhaust air in order from an upstream side into an
更に、外部駆動式過給機15を迂回するバイパス通路16を設けて、このバイパス通路16にバイパス通路16を通過する吸気Aの流量を調整できるように流量調整バルブ16aを配置する。また、EGR通路17を、タービン13bの上流側の排気通路12と、インタークーラ14よりも下流側で、かつ、バイパス通路16の分岐点16bよりも上流側の吸気通路11を接続して設け、このEGR通路17にEGRクーラ17aとEGR弁17bを設ける。
Further, a
排気ターボ式過給機13は、タービン13bを通過する排気ガスによってタービン13bが回転駆動され、このタービン13bの回転軸に連結されたコンプレッサ13bが回転し、吸気Aを圧縮して高圧にして過給する。この排気ターボ式過給機13のタービン13bには回転を制御するために、図示しないが、排気ガスGの一部を迂回させるためのVGT(可変容量型ターボ)等のタービンブレードの開度(開口面積)やウェストゲートバルブやこれらに相当する排気バイパス通路と排気バイパスバルブを備えて形成される。なお、この排気ターボ式過給機13に関しては、排気ターボ式過給機を一つだけでなく複数備えた多段過給システムで構成してもよい。
In the
外部駆動式過給機15は、排気ターボ式過給機13のように、排気ガスGのエネルギーから回転駆動力を得ずに、他の動力から駆動力を得る過給機であり、この外部駆動式過給機15としては、エンジン1の出力で駆動される機械式過給機と、エンジン1の出力で発電した電力で駆動される電動式過給機等があり、その構造に関しては、それぞれ容量型や遠心型がある。
The externally driven
機械式過給機を採用する場合は、エンジン本体10の出力軸と、通常のギア、あるいはベルト等(図示しない)で接続して駆動され、機械式過給機15とエンジン本体10の出力軸との間は、必要に応じて、無段階変速機などを使用して増速比を可変にしてもよく、また、これらの変速機を設けずに増速比一定にしてよい。なお、機械式過給機15とエンジン10の出力軸との間にクラッチ(図示しない)を設けて、機械式過給機15をON/OFF可能に構成する。また、電動式過給機を用いる場合には、エンジン側の発電機で発電される電気により電動式過給機15の電動モータが駆動される。
When a mechanical supercharger is employed, the
そして、排気ターボ式過給機13の回転制御、外部駆動式過給機15のON/OFF動作と増速比制御(変速機を設けた場合)、流量調整バルブ16aのON/OFF動作と弁開度調整、EGR弁17bのON/OFF動作と弁開度調整等を制御する制御装置(図示しない)を設ける。この制御装置は、通常は、エンジン10の運転全般を制御するECU(エンジンコントロールユニット)と呼ばれる制御装置に組み込まれて構成される。
Then, the rotation control of the
次に、本発明に係る第2の実施の形態の内燃機関1Aは、図2に示すように、第1の実施の形態の内燃機関1の構成に加えて、第2のインタークーラ(第2の吸気中間冷却装置)20を外部駆動式過給機15から吸気マニホールド10aまでの吸気配管11aに配置して構成する。この第2のインタークーラ20は、インタークーラ14よりも容量が小さく、配管系並びに冷却器体積を最小限にした構成とすることが好ましい。更に、この第2のインタークーラ20には、第2のバイパス通路21と第2のバイパスバルブ21aを設けて、暖機状態等の状態に応じて、第2のインタークーラ20をバイパスさせて吸気混合気(吸気+EGRガス:A+(Ge))を流すことができるように構成する。その他の構成は第1の実施の形態の内燃機関1の構成と同じである。
Next, as shown in FIG. 2, the
これらの構成のエンジン1、1AにおけるEGR方法は、排気ガスGの一部であるEGRガスGeを、タービン13bの上流側から外部駆動式過給機15の上流側に供給することで行われる。
The EGR method in the
次に、上記の構成のエンジン1、1Aにおける制御方法について説明する。このエンジン1、1Aでは、エンジン1、1Aの暖機状態を示す暖機指標温度が所定の判定温度以下のときに、排気ターボ式過給機13のタービン13bを迂回する排気ガス量を増加させて、排気ターボ式過給機13の作動を低下させる。
Next, a control method in the
この排気ターボ式過給機13のタービン13bを迂回する排気ガス量を増加させる方法としては、排気ターボ式過給機13のタービンブレードの開度、ウェストゲートバルブの開度、又はこれらに相当の排気バイパスバルブの開度を大きくする方法がある。
As a method for increasing the amount of exhaust gas that bypasses the
上記の構成のエンジン1、1A、及びそのEGR方法によれば、EGRガスGeがインタークーラ14を通過しないので、EGRガスGeによるインタークーラ14内における凝縮水の発生や固体物質の堆積等の腐食及び汚損を防止できる。さらに、EGRガスGeによるインタークーラ14の汚損を気にせず、外部駆動式過給機15によって過給圧を確保することが可能となるため、EGRガス量及びEGR率の増加が可能となり、大幅な排気ガスGの改善が可能となる。
According to the
また、このエンジン1、1Aでは、外部駆動式過給機15をエンジン本体10の直近に配置し、外部駆動式過給機15からエンジン本体10までの吸気系配管11aの長さを減少させることができ、これにより、この吸気系配管11aの熱容量を減少できるので、暖機を促進してエンジン1、1Aの冷間作動時間を短縮でき、冷間始動時における、排気ガスG中への白煙の排出を抑制することができる。また、この吸気系配管11aの長さの減少に伴いその内部容積も減少できるので、外部駆動式過給機15の作動に伴う過給応答性を高めることができる。
In the
更に、外部駆動式過給機15の後流にインタークーラ14が配置されないことで、あるいは、EGRガス汚損対策がなされた第2のバイパス通路21付きで、小容量の第2のインタークーラ20が配置された場合でも、第2のバイパス通路21を使用することで、外部駆動式過給機15による過給運転により上昇した吸気をそのままシリンダに供給できるので、シリンダ内に入る吸気の温度を上昇させることが可能となる。
Further, since the
また、この制御方法によれば、冷間始動時の冷間運転中は排気ターボ式過給機13の作動を低下させるので、外部駆動式過給機15による過給運転の仕事量を増加させて、積極的に吸気温度を増加させることができ、エンジン本体10のシリンダ内に吸気されるガスA(又はA+Ge)の温度を増加させることができる。その結果、シリンダ内の圧縮端温度が上昇するので、COやHCの発生を抑制できる。
Further, according to this control method, since the operation of the
また、外部駆動式過給機15の駆動エネルギーは最終的にエンジン1、1Aの軸出力から得るエネルギーであるため、外部駆動式過給機15の仕事を増やすことは、燃料噴射量の増加を意味し、それは同時に排気温度と排気エネルギーの増加を意味する。従って、排気温度を高めることができ、暖機を促進できる。
Further, since the drive energy of the externally driven
冷間始動時には、これに加えて、排気ターボ式過給機13の作動を低下させることで、タービン13bにおける排気ガスGの熱エネルギーの消費量が低下することから、タービン13bの後流における排気ガスGの温度の低下を防ぐことができる。そのため、触媒系の早期活性化も期待できる。
In addition to this, at the time of cold start, since the consumption of the thermal energy of the exhaust gas G in the
図3に、図7と図8の従来例のインタークーラ14の配置と、図1におけるインタークーラ14の配置において、外部駆動式過給機15に対する吸気系体積の変化が過渡性能に及ぼす特性を評価するために「過渡過給特性の改善度合い」をシミュレーション計算した結果を示す。図3は、機関回転速度一定、かつ、EGRが0%の条件下で、図3の横軸の0(ゼロ)秒数より燃料噴射量を増量し、機械式過給機を作動開始した場合の過給圧を示す。本発明の排気ターボ式過給機13に加えて外部駆動式過給機15を用いた場合の実施例Aは、図7や図8の外部駆動式過給機15単独の場合の従来例Bに比べて、速やかに過給圧が増加していることが分かる。
FIG. 3 shows the characteristics of the change in the intake system volume with respect to the externally driven
図4〜図6に、図1の構成の内燃機関1における、吸気温度、圧縮端温度、排気温度に対する昇温効果の評価値を示す。この評価値は、50%機関回転速度、50%負荷、EGR0%の一定条件のもとで、例Cは、ターボ式過給器13のタービン13bのタービンブレード100%開度で、更にウェストゲートを全開し機械式過給機15を作動して過給した場合を示し、例Dはタービン13bのタービンブレード100%開度で機械式過給機を作動して過給した場合を示し、例Eは排気ターボ式過給機13のみで過給した場合を示す。
4 to 6 show evaluation values of the temperature rise effect with respect to the intake air temperature, the compression end temperature, and the exhaust gas temperature in the
本発明の内燃機関、そのEGR方法及びその制御方法は、EGRガスによるインタークーラの腐食及び汚損を防止できると共に、内燃機関の冷間始動時に、排気ガス中に白煙が排出されることを抑制することができるので、自動車搭載等の内燃機関、そのEGR方法及びその制御方法として使用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The internal combustion engine, the EGR method and the control method thereof according to the present invention can prevent corrosion and fouling of the intercooler due to EGR gas, and suppress the discharge of white smoke into the exhaust gas when the internal combustion engine is cold started Therefore, it can be used as an internal combustion engine mounted on an automobile, its EGR method and its control method.
1、1A、1X,1Y エンジン(内燃機関)
10 エンジン本体
11 吸気通路
12 排気通路
13 排気ターボ式過給機
14 インタークーラ(吸気中間冷却器)
15 外部駆動式過給機
16 バイパス通路
16a 流量調整バルブ
17 EGR通路
20 第2のインタークーラ(第2吸気中間冷却器)
21 第2のバイパス通路
21a 第2のバイパスバルブ
A 吸気
G 排気ガス
Ge EGRガス
1, 1A, 1X, 1Y engine (internal combustion engine)
10
15 Externally driven
21
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