JP2004360692A - 内燃エンジンの過給吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再循環排気ガスを凝縮復水なしに導入利用する、内燃エンジン用過給空気装置を提供する。
【解決手段】内燃エンジン（１０）用の過給空気装置が、空気吸気チャンバ（１２）と、第一空気供給ダクト（２４）と、その第一空気供給ダクトに直列に設けられた過給空気冷却器（２８）と、第二空気供給ダクト（３０）とを具備する。第二空気供給ダクトはその上流側で、過給空気冷却器から上流で第一空気供給ダクトに連結し、その下流側で、過給空気冷却器から下流で第一空気供給ダクトに連結している。ターボ過給器（２０）が第一・第二空気供給ダクトの上流に設けられて、ダクト内空気の密度を増加させる。按分バルブ（２６）が第一・第二空気供給ダクトの前記上流又は下流の連結部に設けられて、そこを通って流れる空気を按分調整する。
【選択図】図１

Description

この発明は、排気ガス再循環式圧縮点火内燃エンジン用の過給吸気装置に関し、又、その吸気における水蒸気の復水（凝縮）を減らす方法に関する。

ディーゼルエンジンへの吸気のターボ過給器又は過給器が、性能改善のために普通に用いられる。空気の過給は空気の供給密度を高くして、空気をより多く供給して内燃サイクルを増強する。しかし、吸気空気は過給工程の間に過熱される。従って、過給空気冷却器が普通設けられて、吸気空気から過剰熱を奪い、不完全圧縮点火を防止する。

過給吸気を過冷却すると吸気系統に復水が生じる。復水は排気ガスが再循環するディーゼルエンジンではより深刻である。排気ガス再循環が一般的には大気への排出物質を減らすために使用されている。ディーゼル燃料の高い硫黄含有量により、冷却吸気空気に排気ガスが導入されると、硫黄が硫酸となり凝縮する。硫酸が凝縮形成されると、吸気系統が腐食する。エンジンに硫酸が流入すると、シリンダー壁及びピストンリングに悪影響を与えてエンジンの消耗を早める。

提案された解決作には、エンジン燃料内の硫黄量を減らすこと、特別な耐腐食性材料の使用とがあるが、これらはコストが高い。別の解決策は、先ず再循環ガスの凝縮を防止して、硫酸の生成を妨げることである。凝縮を妨げる以前の方策では、空気ドライアーを使用して、吸気空気から水蒸気を除いてから、再循環ガスを混ぜている。しかし、これもエンジン価格を著しく増加させる。

また、別のシステムでは、過給空気冷却器にバイパス路を設けて、ターボ過給器を完全に迂回させている。その場合は、過給されない空気が吸気系統に導入されるので、そのバイパス路はターボ過給器系統の効率に悪影響がある。また、別のシステムでは、完全に分離した再循環ガス導路を設けているが、その別の導路が増加する。

従って、過給空気冷却器とバイパスダクトとの間で吸気を按分して、吸気空気をその露点以上に保って、再循環ガスを凝縮することなしに導入して、効率的な吸気路配置を提供する過給吸気系統が必要である。

この発明の一様態に従って、内燃エンジン、特にディーゼルエンジンのための過給吸気装置（系統）は、エンジンに空気を供給するための空気吸気チャンバと、その吸気チャンバに空気を供給するための第一空気供給ダクトと、その第一空気供給ダクトに直列に設けられ第一空気供給ダクト内の空気から熱を奪う過給空気冷却器と、その吸気チャンバに空気を供給するための第二空気供給ダクトとを具備する。その第二空気供給ダクトはその上流側で、過給空気冷却器から上流で、第一空気供給ダクトに連結し、その下流側で、過給空気冷却器から下流で第一空気供給ダクトに連結している。好ましくはターボ過給器である過給ブースターが第一・第二空気供給ダクトの上流に設けられて、それらダクトから空気入口に流れる空気密度を増加させる。分流弁が第一・第二空気供給ダクトの上流又は下流転結部に設けられて、該第一・第二空気供給ダクトを通って流れる空気を按分調整して該吸気チャンバに送る。

好ましくは、過給吸気装置は排気ガス再循環ダクトを有し、そのダクトの上流端は、エンジンの排気チャンバに連結され、その下流端は第二空気供給ダクトに連結されている。再循環ガス弁が該再循環ダクトに作動するように設けられる。

好ましくは、ターボ過給器が、前記排気チャンバの下流に設けられたインペラを有し、該インペラは排気ガスにより駆動される。排気ガス再循環ダクトの上流端は、排気チャンバと該インペラの間にある。再循環排気ガス冷却器が、好ましくは排気ガス再循環ダクトのラインに設けられて作動する。

又、好ましくは、前記分流弁は少なくとも一つの閉鎖壁を有し、該閉鎖壁は前記第一・第二空気供給ダクトの少なくとも一つを選択的に閉じることができる。前記分流弁は、バタフライ弁でも良く、そのバタフライ弁は、第一空気供給ダクトを選択的に制限し閉じる第一壁と、第二空気供給ダクトを選択的に制限し閉じる第二壁とを有する。そのバタフライ弁は、前記第一・第二空気供給ダクトにその上流側で通じるように配置され得る。

この発明の別の様態では、内燃エンジン用の過給吸気装置は、エンジンに空気を供給する吸気チャンバと、該吸気チャンバに供給される空気の密度を増加する過給ブースターとを有する。第一空気供給ダクトがその過給ブースターから吸気チャンバに空気を供給する。過給空気冷却器がその第一空気供給ダクトに直列に設けられ、第一空気供給ダクト内の空気から熱を奪う。第二空気供給ダクトがその上流側で、該過給ブースターと該過給空気冷却器の上流端との間で、第一空気供給ダクトに連結する。該第二空気供給ダクトは、その下流側で、該過給空気冷却器の下流端と該吸気チャンバとの間で、該第一空気供給ダクトに連結している。弁が第一空気供給ダクトに設けられて、該第一・第二空気供給ダクトを通って流れる空気を按分する。

この発明の別の様態では、この発明は、再循環排気ガスを使用するディーゼルエンジンの吸気導管内の復水を防ぐ方法に関する。この方法は、ディーゼルエンジンに燃焼用空気の密度を増加させる空気過給工程と、第一・第二流路内の過給空気を按分する工程と、過給空気冷却器により該第一流路を通る吸気を冷却する工程とを有する。該方法はまた、該過給空気冷却器をバイパスして、該第二流路内の空気を吸気チャンバに送ること、再循環排気ガスを該第二流路に導くこと、吸気空気を選択的に按分調整して、吸気マニホールド内の温度をその露点以上に保つこととを含む。好ましくは、その選択的按分は、弁の制御により達成される。その弁は、全吸気が過給された下流で、該過給空気冷却器の上流に配置されている。

図１を説明すると、ディーゼルエンジン１０は、従来の吸気マニホールド１２と排気マニホールド１４とを有する。排気マニホールド１４はパイプ部１６を有し、パイプ部１６はターボ過給器２０の排気ガスインペラ部１８に至る。吸気インペラ部２２は、駆動されると、吸気ダクト２４内に新鮮空気を押し込む。

吸気ダクト２４は、そこに設けられた按分弁（分流弁）２６と、按分弁２６の下流に過給空気冷却器２８とを有する。按分弁２６は第二又はバイパスダクト３０に至る第二出口３２を有する。言い変えれば、バイパスダクト３０は、その上流端３４で、過給空気冷却器２８の上流で吸気ダクト２４に通じる。又、バイパスダクト３０はその下流端３６で、過給空気冷却器２８の下流で、吸気マニホールド１２に至る吸気ダクト２４に通じる。これら上流・下流端連結部は符号３５、３７で表される。

排気マニホールドはまた、再循環排気ガス冷却器４２に至る排気ガス再循環弁４０を有し、再循環排気ガス冷却器４２は排気ガス再循環ダクト３８に至る。排気ガス再循環ダクト３８は、バイパスダクト３０に連結され、再循環排気ガスをバイパスダクト３０に送る。

図２に示すように、按分弁２６は吸気ダクト２４に設けられて、その入口４４と第一出口４６とは吸気ダクト２４の一部を形成する。第二出口３２は入口４４と第一出口４６との間にある。その按分弁はバタフライ弁４８でも良く、二つの壁部５０、５２とを有して、第一出口４６、第二出口３２を選択的に閉じる。壁部５０、５２は互いに固定されて、軸５４の周りに枢動する。

図３に示す弁１２６もまた、第二出口３２、第一出口４６を通る按分流を提供する。この実施例では、壁部５０、５２は互いに固定されているが、軸５４は第一出口４６、第二出口３２の間にあり、第二出口３２、第一出口４６を按分して制限し閉鎖する。

図４は、ダクト１２４内に、過給空気冷却器の下流に配置された弁１２６を示し、弁１２６はバイパスダクト３０の下流端３６に連結されている。この実施例では、軸５４は吸気ダクト２４の第二出口１４６とバイパスダクト出口１３４との間に配置される。その弁の壁部５０と５２とは二つの出口を通るガスを按分して制限し閉鎖し、それらの二つの出口は吸気マニホールド１２に至る出口１４４につながる。

運転状態では、全新鮮吸気空気は、ターボ過給器２０の吸気インペラ部２２により押し込まれる。吸気空気は、過給空気冷却器に至る吸気ダクト２４とバイパスダクト３０とに按分される。排気マニホールド１４からの再循環排気ガスは、排気ガス再循環弁４０と、再循環排気ガス冷却器４２とを通ってバイパスダクト３０に流れて、そこで、按分弁２６からのバイパス路と合流する。

バイパスガスと再循環排気ガスは、過給空気冷却器２８からの冷却された空気と合流し、そこから吸気マニホールド１２に、そして、ディーゼルエンジン１０内に流れて燃焼に使われる。

按分弁２６によるガスの按分は、一般的な制御ユニットにより決められ、その制御では、湿度、温度、露点を考慮して、マニホールド内空気の露点付近に、吸気マニホールド１２内の混合空気の温度を保つ。従って、過給空気冷却器２８を通る空気を少なくする必要があれば、按分弁２６は動いて、バイパスダクト３０に入る空気を増加させ、一方、吸気ダクト２４を介して過給空気冷却器２８を通る空気を減少させる。バイパスダクト３０を通ってガスが全部が流れても、排気ガス再循環ダクト３８からバイパスダクト３０に合流する再循環ガスを制限することはないようにする。

このように、吸気系統での凝縮復水はなく、吸気マニホールド圧又は空気密度を減少させることがない。更に、再循環排気ガスは吸気系統内に再導入されて、全く別の再循環ガス導管系統を設けなくてよく、吸気導管に組み込まれる高価な特別な耐腐食材が不要であり、高価な空気乾燥器も不要であり、効率的な吸気配置ができる。

請求項に記載したこの発明の範囲内で他の変化例が可能である。

この発明の一実施例の概念図である。 図１に示す按分弁の拡大上面図である。 按分弁の他の例であり、図２と同様な図である。 按分弁の他の例であり、図２と同様な図である。

符号の説明

１０ ディーゼルエンジン
１２ 吸気マニホールド
１４ 排気マニホールド
１６ パイプ部
１８ 排気ガスインペラ部
２０ ターボ過給器
２２ 吸気インペラ部
２４ 吸気ダクト
２５ 出口
２６ 按分弁（分流弁）
２８ 過給空気冷却器
３０ バイパスダクト
３２ 第二出口
３４ 上流端
３５ 上流連結部
３６ 下流端
３７ 下流連結部
３８ 排気ガス再循環ダクト
４０ 排気ガス再循環弁
４２ 再循環排気ガス冷却器
４４ 入口
４６ 第二出口
４８ バタフライ弁
５０ 壁部
５２ 第二壁部
５４ 軸
１２６ 弁
１３４ バイパスダクト出口
１４４ 出口
１４６ 第二出口

Claims (11)

1. 内燃エンジン用の過給吸気装置であって、
   該エンジンに空気を供給するための吸気チャンバと、
   該吸気チャンバに空気を供給するための第一空気供給ダクトと、
   該第一空気供給ダクトに直列に設けられ該第一空気供給ダクト内の空気から熱を奪う過給空気冷却器と、
   該吸気チャンバに空気を供給するための第二空気供給ダクトと、を具備し、
   該第二空気供給ダクトは、その上流連結部で、該過給空気冷却器から上流で、該第一空気供給ダクトに連結し、該第二空気供給ダクトは、その下流連結部で、該過給空気冷却器から下流で、該第一空気供給ダクトに連結し、
   該第一・第二空気供給ダクトの上流に設けられて、空気入口から該第一・第二空気供給ダクトに流れる空気の密度を増加させる過給ブースターと、
   分流弁と、を具備し、
   該分流弁が該第一・第二空気供給ダクトの該上流又は下流連結部に設けられて、該第一・第二空気供給ダクトを通って流れる空気を按分調整して該吸気チャンバに送る、ことを特徴とする上記装置。
2. 排気ガス再循環ダクトを有し、該ダクトの上流端は、エンジンの排気チャンバに連結され、該ダクトの下流端は前記第二空気供給ダクトに連結され、再循環ガス弁が該排気ガス再循環ダクトに設けられた請求項１記載の装置。
3. 前記過給ブースターはターボ過給器であり、該ターボ過給器は前記排気チャンバの下流に設けられたインペラを有し、該インペラは排気ガスにより駆動され、前記排気ガス再循環ダクトの前記上流端は、前記排気チャンバと該インペラの間にあり、再循環排気ガス冷却器が該排気ガス再循環ダクトに設けられた請求項２記載の装置。
4. 前記分流弁は少なくとも一つの閉鎖壁を有し、該閉鎖壁は、前記第一・第二空気供給ダクトの少なくとも一つを選択的に閉じることができる請求項１記載の装置。
5. 前記分流弁は、バタフライ弁であり、該バタフライ弁は、前記第一空気供給ダクトを選択的に制限し閉じる第一壁と、前記第二空気供給ダクトを選択的に制限し閉じる第二壁とを有する請求項４記載の装置。
6. 前記バタフライ弁は、前記第一・第二空気供給ダクトの前記上流連結部に配置された請求項５記載の装置。
7. 内燃エンジン用の過給吸気装置であって、
   該エンジンに空気を供給するための空気吸気チャンバと、
   該空気吸気チャンバに供給される空気の密度を増加する過給ブースターと、
   該過給ブースターから該吸気チャンバに空気を供給するための第一空気供給ダクトと、
   該第一空気供給ダクトに直列に設けられ、該第一空気供給ダクト内の空気から熱を奪う過給空気冷却器と、
   第二空気供給ダクトと、を具備し、
   該第二空気供給ダクトは、その上流連結部で、該過給ブースターと該過給空気冷却器の上流端との間で、該第一空気供給ダクトに連結し、該第二空気供給ダクトは、その下流連結部で、該過給空気冷却器の下流端と該吸気チャンバとの間で、該第一空気供給ダクトに連結し、
   該第一空気供給ダクトに設けられて、該第一・第二空気供給ダクトを通って流れる空気を按分する弁を具備する、ことを特徴とする上記装置。
8. 排気ガス再循環ダクトを具備し、該再循環ダクトの上流端は、前記エンジンの排気チャンバに連結され、該再循環ダクトの下流端は、前記第二空気供給ダクトに連結され、再循環排気ガス弁が該再循環ダクトに組み込まれた請求項７記載の装置。
9. 前記過給ブースターはターボ過給器であり、該ターボ過給器は前記排気チャンバの下流に設けられたインペラを有し、該インペラは排気ガスにより駆動され、前記再循環ダクトの前記上流端は、前記排気チャンバと該インペラの間にあり、再循環排気ガス冷却器が前記再循環ダクトに直列に設けられた請求項８記載の装置。
10. 再循環排気ガスを使用するディーゼルエンジンの吸気導管内の水蒸気の復水を防ぐ方法であって、
    該ディーゼルエンジンに燃焼用空気の密度を増加するために全吸気空気を過給すること、
    第一・第二流路内の過給空気を選択的に按分すること、
    過給空気冷却器により該第一流路を通る過給空気を冷却すること、
    該過給空気冷却器をバイパスして、該第二流路内の空気を吸気チャンバに送ること、
    再循環排気ガスを該第二流路に導くこと、
    前記過給空気の按分を制御して、吸気マニホールド内の温度をその露点以上に保つこととを、含む上記方法。
11. 前記過給空気の按分は、弁の制御により達成され、該弁は、過給工程の下流で、該過給空気冷却器の上流に配置されている請求項１０記載の方法。

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