JP2004019589A - Exhaust gas recirculation equipment for supercharging diesel engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼルエンジンから排出される排気ガスの一部を再循環して使用する際に空気過剰率を保ったまま再循環量を増加させることができるようにした過給ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
大型のトラックやバス等に搭載されているディーゼルエンジンの排気ガスを浄化させる方式の一つとして、排気ガス再循環(EGR)方式がある。かかるEGR方式は、図2にその一例の概略を示す如く、タービン2と圧縮機3とをタービン軸2aで連結してなる過給機1を、ディーゼルエンジン4の排気マニホールド5及び給気マニホールド6に、タービン入口通路となる排気通路7及び圧縮機出口通路となる給気通路8を介して接続し、ディーゼルエンジン4からの排気ガス9を、排気通路7を通してタービン2に送り、該排気ガス9によるタービン2の駆動により圧縮機3を作動させて、圧縮空気10を給気通路8を通してディーゼルエンジン4に給気するようにしてある構成において、上記ディーゼルエンジン4の排気通路7と給気通路8との間に、循環通路(EGR通路)11を設け、且つ該循環通路11の途中に調節弁(EGR弁)12を設けた構成として、排気通路7を通る排気ガス9の一部を、給気側との圧力差に基づいて循環通路11より給気通路8に送り、給気通路8を通る圧縮空気10に混入させてディーゼルエンジン4に循環供給できるようにし、これにより、燃焼混合気中の不活性ガスの割合を増加させて、酸素濃度を低下させると共に燃焼温度を下げてNOxの発生を抑えることができるようにしてある。なお、13は圧縮空気10を必要に応じて冷却するインタークーラー、14は再循環させる排気ガス9を必要に応じて冷却するEGRクーラーを示す。
【0003】
ところで、トラック等で用いられている大型のディーゼルエンジン4では、しばしば低速のトルクが要求されるが、そのためには高い過給圧が必要となる。このような大型のディーゼルエンジン4の低回転数領域での運転時にEGRを実施するために、最近では、タービン2として、可変容量型タービンを用い、タービン流量を小容量とすることによってタービン2の入口圧力を上昇させるようにすることが行われている。すなわち、タービン流量を小容量とすることにより給気側と排気側の圧力の差を増大させ、結果として圧縮機作動線をサージ側へ移動させ、効率低下によりバランスさせている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、EGR量を増加させようとタービン2の容量を小容量へ変化させると、次第にディーゼルエンジン4の空気過剰率が低下して煙が排出され易くなるため、エンジン出力を制限したりする必要が生じてしまう。又、過給ディーゼルエンジン4の低回転数領域では、エンジン排気の脈動が大きいため、循環通路11内を給気側の圧縮空気10と排気側の排気ガス9とが行き来しながら排気ガス9が給気通路8に流入することになり、その結果、EGR量を増やすことはできずにNOxが多く排出され易くなってしまう。
【0005】
したがって、過給ディーゼルエンジンの低回転数領域での運転時においても、排気ガス規制強化に対応するために、より多くのEGRを行いたいが、空気過剰率を高く保ったまま高EGRを達成することは、現時点では困難である。
【0006】
そこで、本発明は、過給ディーゼルエンジンの低回転数領域での運転時でも、空気過剰率を保ったままEGR量を増加させることができるようにしようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの給気通路に過給機の圧縮機出口を接続すると共に、ディーゼルエンジンの排気通路を過給機のタービン入口に接続し、上記ディーゼルエンジンの排気ガスの一部を循環通路を通し給気側に戻して再循環させるようにしてある過給ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置において、上記ディーゼルエンジンの排気側と給気側との間に、給気側の圧縮空気の一部を排気側へ流すようにする給気バイパス通路を接続して設けた構成とする。
【0008】
ディーゼルエンジンの低回転数領域での運転時において、給気側の圧縮空気の一部を給気バイパス通路を通して排気側へ流すようにすると、排気通路の圧力が上昇するので、空気過剰率を保ったままEGR量を増やすことができる。
【0009】
又、給気バイパス通路に逆止弁を設けた構成とすることにより、給気バイパス通路を通っての排気ガスの逆流を確実に防ぐことができる。
【0010】
更に、給気バイパス通路の逆止弁よりも下流位置に流量調整弁を設けた構成とすることにより、流量調整弁の開度を調整することで、圧縮空気の排気側への流れ過ぎを防ぐことができる。
【0011】
更に又、給気バイパス通路の接続位置をタービン入口及び圧縮機出口に近い位置とし、循環通路の位置をディーゼルエンジンに近い位置とした構成とすることにより、濃い排気ガスを効率よく給気通路へ流してディーゼルエンジンに過給することができるようになるので、NOxをより低減できることになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0013】
図1は本発明の実施の一形態を示すもので、図2に示したと同様に、タービン2と圧縮機3とからなる過給機1を、タービン入口通路となる排気通路7と圧縮機出口通路となる給気通路8を介してディーゼルエンジン4の排気マニホールド5と給気マニホールド6に接続し、ディーゼルエンジン4の排気ガス9の一部を、循環通路11を通すことにより給気側に戻して再循環させるようにしてある過給ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置において、上記給気通路8の圧縮機出口部と排気通路7のタービン入口部(又は排気マニホールド5)との間に給気バイパス通路16を接続して設けて、上記循環通路11を、該給気バイパス通路16の接続位置よりもタービン2及び圧縮機3から離れた遠い位置として、排気マニホールド5と給気マニホールド6との間に接続し、ディーゼルエンジン4の低回転数領域での運転時に、圧縮機3から給気通路8へ吐出された圧縮機出口部の圧縮空気10の一部を、上記給気バイパス通路16を通して排気通路7に送り、排気通路7を通る排気ガス9に混入させることにより、排気側の圧力が高められるようにする。
【0014】
又、上記給気バイパス通路16の途中に、圧縮空気10が排気側へのみ流れるように逆止弁17を設けて、給気バイパス通路16を通しての排気通路7から給気通路8への排気ガス9の逆流を防止できるようにし、且つ上記給気バイパス通路16の逆止弁17よりも下流位置に、流量調整弁18を設けて、該流量調整弁18の開度調整により、ディーゼルエンジン4の低回転数領域での運転時に、給気側から排出側へ流れる圧縮空気10の流量を適正に調整できるようにする。
【0015】
その他の構成は図2に示したものと同様であり、図2と同一部分には同一符号が付してある。
【0016】
ディーゼルエンジン4の低回転数領域(たとえば、800rpm)での運転時には、排気側に高回転より大きな脈動があり、定期的に給気側よりも排気側の圧力が低くなるときがあるので、このようなときには、圧縮機3から給気通路8に吐出された圧縮機出口部の圧縮空気10の一部が給気バイパス通路16を通って排気通路7に流入することになる。なお、給気バイパス通路16には逆止弁17が設けてあるため、排気側に脈動があって、排気側の圧力が給気側の圧力よりも高くなる時期でも、排気ガス9が給気バイパス通路16を通って給気通路8に逆流することはなく、したがって、安定した運転を行うことができる。このようにして、圧縮空気10の一部が排気通路7に流入すると、排気通路7の圧力、すなわち、ディーゼルエンジン4の排気マニホールド5側の圧力が上昇するので、循環通路11を通してのEGRが掛け易くなり、空気過剰率を保ったままEGR量を増加させることができる。この場合において、循環通路11は給気バイパス通路16よりもディーゼルエンジン4に近い位置にあるので、圧縮空気10が混入する前の濃い排気ガス9を再循環させることができる。したがって、NOxを減少させ且つ出力も向上できることになり、更に、燃料消費率の悪化も抑制することができるようになる。
【0017】
上記において、給気バイパス通路16には、逆止弁17の下流位置に流量調整弁18が設けてあるため、該流量調整弁18の開度を適正に選定しておくことにより、圧縮空気10の排気側への流れ過ぎを防ぐことができ、又、ディーゼルエンジン4の中、高速回転領域での運転時には、上記流量調整弁18を閉じておくことによって、排気側に脈動が発生するような事態が発生したとしても、あるいは、逆止弁17の機能が低下するような事態が発生したとしても、給気側から排気側への圧縮空気10の流入を確実に防止することができて、安定した運転を行うことができる。又、上述したように、ディーゼルエンジン4の低回転数領域時に、給気をバイパスさせると、タービン流量を増やすことができるので、低速域の圧縮機流量を増やして駆動力を大きくすることができ、これにより、圧縮機レンジの実質作動レンジが縮小するので、圧縮機3の設計が容易になるという利点があり、これに伴い、タービン2の効率が高い領域を使えるようになるので有利である。
【0018】
なお、上記実施の形態では、便宜上、ディーゼルエンジン4の排気マニホールド5と排気通路7とを別のものとして説明したが、排気通路7は排気マニホールド5の一部を構成するものであること、更に、本発明で採用するタービン2としては、可変容量型であってもよく、又、可変容量型でなくてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは勿論である。
【0019】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明の過給ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。
(1)ディーゼルエンジンの給気通路に過給機の圧縮機出口を接続すると共に、ディーゼルエンジンの排気通路を過給機のタービン入口に接続し、上記ディーゼルエンジンの排気ガスの一部を循環通路を通し給気側に戻して再循環させるようにしてある過給ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置において、上記ディーゼルエンジンの排気側と給気側との間に、給気側の圧縮空気の一部を排気側へ流すようにする給気バイパス通路を接続して設けた構成としてあるので、ディーゼルエンジンの低回転数領域での運転時に、給気側の圧縮空気の一部を給気バイパス通路を通して排気側に流すことにより、排気側の圧力を高めることができ、これにより空気過剰率を保ったままEGR量を増加させることができ、出力も向上させることができる。
(2)給気バイパス通路に逆止弁を設けた構成とすることにより、給気バイパス通路を通しての排気側から給気側への排気ガスの逆流を確実に防ぐことができる。
(3)給気バイパス通路の逆止弁よりも下流位置に流量調整弁を設けた構成とすることにより、流量調整弁の開度を適正に選定することで、圧縮空気の排気側への流れ過ぎを防ぐことができて、安定した運転を行うことができる。
(4)給気バイパス通路の接続位置をタービン入口及び圧縮機出口に近い位置とし、循環通路の位置をディーゼルエンジンに近い位置とした構成とすることにより、濃い排気ガスを効率よく給気通路に流入させてディーゼルエンジンに過給することができるので、NOxをより低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の過給ディーゼルエンジンの排気ガス再循環装置の実施の一形態を示す概略図である。
【図2】排気ガス再循環方式を採用した従来の過給ディーゼルエンジンの一例を示す概略図である。
【符号の説明】
1 過給機
2 タービン
3 圧縮機
4 ディーゼルエンジン
7 排気通路
8 給気通路
9 排気ガス
10 圧縮空気
11 循環通路
16 給気バイパス通路
17 逆止弁
18 流量調整弁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an exhaust gas recirculation system for a supercharged diesel engine in which a part of exhaust gas discharged from a diesel engine can be recirculated for use while increasing the amount of recirculation while maintaining an excess air ratio. The present invention relates to a circulation device.
[0002]
[Prior art]
An exhaust gas recirculation (EGR) method is one of the methods for purifying exhaust gas of a diesel engine mounted on a large truck or a bus. As shown schematically in FIG. 2, one example of such an EGR system is that a supercharger 1 having a
[0003]
By the way,
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, when the capacity of the
[0005]
Therefore, even during operation of the supercharged diesel engine in the low rotation speed region, it is desired to perform more EGR to cope with the stricter exhaust gas regulations, but achieve high EGR while maintaining the excess air ratio high. That is difficult at the moment.
[0006]
Therefore, the present invention is intended to increase the EGR amount while maintaining the excess air ratio even during the operation of the supercharged diesel engine in the low rotation speed region.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention connects the compressor outlet of a supercharger to a supply passage of a diesel engine, and connects an exhaust passage of a diesel engine to a turbine inlet of a supercharger. A part of the exhaust gas of the supercharged diesel engine is returned to the air supply side through the circulation passage and recirculated, in the exhaust gas recirculation device of the supercharged diesel engine, between the exhaust side and the air supply side of the diesel engine In addition, a configuration is provided in which an air supply bypass passage for connecting a part of the compressed air on the air supply side to the exhaust side is connected.
[0008]
During operation of the diesel engine in the low rotation speed region, if a part of the compressed air on the air supply side is caused to flow to the exhaust side through the air supply bypass passage, the pressure in the exhaust passage increases, so that the excess air ratio is maintained. It is possible to increase the EGR amount while maintaining.
[0009]
Further, by providing the check valve in the air supply bypass passage, it is possible to reliably prevent the exhaust gas from flowing back through the air supply bypass passage.
[0010]
Further, by providing a flow control valve at a position downstream of the check valve in the air supply bypass passage, the opening of the flow control valve is adjusted to prevent excessive flow of compressed air to the exhaust side. be able to.
[0011]
Furthermore, by making the connection position of the air supply bypass passage close to the turbine inlet and the compressor outlet and the circulation passage close to the diesel engine, rich exhaust gas can be efficiently supplied to the air supply passage. Since it becomes possible to flow and supercharge the diesel engine, NOx can be further reduced.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0013]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a supercharger 1 including a
[0014]
Also, a
[0015]
Other configurations are the same as those shown in FIG. 2, and the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
[0016]
During operation of the
[0017]
In the above description, since the
[0018]
In the above embodiment, for convenience, the
[0019]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust gas recirculation system for a supercharged diesel engine of the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) The compressor outlet of the supercharger is connected to the supply passage of the diesel engine, the exhaust passage of the diesel engine is connected to the turbine inlet of the supercharger, and a part of the exhaust gas of the diesel engine is circulated to the circulation passage. In the exhaust gas recirculation system for a supercharged diesel engine, which is returned to the air supply side through the air passage and recirculated, one of the compressed air on the air supply side is provided between the exhaust side and the air supply side of the diesel engine. When the diesel engine is operated in a low rotational speed range, a part of the compressed air on the air supply side is supplied to the air supply bypass passage. , The pressure on the exhaust side can be increased, whereby the EGR amount can be increased while maintaining the excess air ratio, and the output can be improved.
(2) By providing a check valve in the air supply bypass passage, it is possible to reliably prevent exhaust gas from flowing back from the exhaust side to the air supply side through the air supply bypass passage.
(3) The configuration in which the flow control valve is provided at a position downstream of the check valve in the air supply bypass passage allows the flow of the compressed air to the exhaust side by appropriately selecting the opening of the flow control valve. Can be prevented, and stable operation can be performed.
(4) By making the connection position of the air supply bypass passage close to the turbine inlet and the compressor outlet and the circulation passage close to the diesel engine, rich exhaust gas can be efficiently supplied to the air supply passage. NOx can be further reduced because the diesel engine can be supercharged by inflow.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of an exhaust gas recirculation device for a supercharged diesel engine according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a conventional supercharged diesel engine employing an exhaust gas recirculation system.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1
Claims (4)
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- 2002-06-18 JP JP2002177455A patent/JP2004019589A/en active Pending
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