JP2005147030A - Exhaust gas reflux device for engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付エンジンの排気還流装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for a supercharged engine.
過給機を設けたエンジンでは、給気圧が排気圧より高くなる運転領域(特に低速高負荷域)があるために、EGRを十分に行うことができない。吸排気圧脈動を利用してEGRを行うパルスEGR方式のものもあるが、吸気脈動が小さいと効果が少なかった。これに対し、吸気脈動を大きくするために慣性(共鳴)過給を用いるものもあるが、吸気系がかさばってしまう。また、内部EGR方式ではEGRガスの温度が高いためにNOx低減効果が十分に得られない。 In an engine provided with a supercharger, there is an operation region (particularly, a low speed and high load region) in which the supply air pressure becomes higher than the exhaust pressure, and therefore EGR cannot be performed sufficiently. There is also a pulse EGR type that performs EGR using intake and exhaust pressure pulsation, but the effect is small when the intake pulsation is small. On the other hand, some use inertia (resonance) supercharging to increase intake pulsation, but the intake system becomes bulky. Further, in the internal EGR system, the temperature of the EGR gas is high, so that the NOx reduction effect cannot be obtained sufficiently.
従来技術の排気還流装置として、例えば、特許文献1に開示されたものがある。この排気還流装置は、図4に示すように、エンジン51と、エンジン51に吸気を導く吸気通路56と、エンジン51からの排気を導く排気通路53と、排気ガスの一部をEGRガスとして排気通路53から吸気通路56に導くEGR通路57と、吸気を過給する過給機54と、を備える。
As an exhaust gas recirculation device of the prior art, for example, there is one disclosed in
EGR通路57には、EGRガスを、排気通路53のマフラー58の下流から吸引し、排気還流弁52を介して吸気通路56に圧送する排気還流用送気装置59が設けられる。この排気還流用送気装置59は排気通路53を流れる排気ガスの排気圧により駆動される。
The EGR
このような構成としたことにより、EGRを支障なく行おうとしている。
このような排気還流用送気装置を用いた排気還流装置では、排気通路の最下流からEGRガスを吸引するため、排気還流用送気装置で増圧してもEGR圧力が給気圧に対して十分高くなく、特に高過給エンジンにおいて、十分なEGRを行うことができない。 In the exhaust gas recirculation device using such an exhaust gas recirculation device, since the EGR gas is sucked from the most downstream side of the exhaust passage, the EGR pressure is sufficient with respect to the supply air pressure even if the exhaust gas recirculation gas supply device increases the pressure. It is not high, and sufficient EGR cannot be performed particularly in a high supercharged engine.
本発明の目的は、上述の問題を解決し、高過給エンジンにおいて、EGRを十分に行える過給機付エンジンの排気還流装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device for an engine with a supercharger that solves the above-described problems and can sufficiently perform EGR in a high supercharged engine.
上記目的を達成するために、第1の発明は、排気通路から排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に導くEGR通路と、吸気を過給する過給機と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置において、前記EGR通路に、吸気圧力を利用してEGRガスを前記吸気通路に圧送するEGRブースタを設け、前記過給機の下流側で、前記吸気通路を、前記EGRブースタのタービンを介装した第1通路と、前記タービンに導く高圧吸気の流量を制御する可変絞り弁を介装した第2通路と、に分割した。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a supercharger comprising: an EGR passage that leads a part of exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage as EGR gas; and a supercharger that supercharges intake air. In the exhaust gas recirculation apparatus for an engine with an engine, an EGR booster that pumps EGR gas into the intake passage using intake pressure is provided in the EGR passage, and the intake passage is connected to the EGR booster downstream of the supercharger. The first passage is provided with a turbine, and the second passage is provided with a variable throttle valve for controlling the flow rate of high-pressure intake air that is led to the turbine.
第2の発明は、第1の発明において、EGR率を上げるときは前記可変絞り弁を開き、EGR率を下げるときは前記可変絞り弁を絞る制御手段を設けた。 According to a second aspect, in the first aspect, a control means is provided for opening the variable throttle valve when increasing the EGR rate, and throttleting the variable throttle valve when decreasing the EGR rate.
第3の発明は、第1の発明において、前記吸気通路に、EGRガスを引き込むベンチュリを設け、前記EGR通路を前記ベンチュリに連通した。 According to a third aspect, in the first aspect, a venturi that draws EGR gas is provided in the intake passage, and the EGR passage communicates with the venturi.
第4の発明は、第1の発明において、前記EGR通路にEGRガスを冷却するEGRクーラーを設けた。 In a fourth aspect based on the first aspect, an EGR cooler that cools EGR gas is provided in the EGR passage.
第5の発明は、第1の発明において、前記吸気通路に吸気を冷却する吸気クーラーを設けた。 In a fifth aspect based on the first aspect, an intake air cooler for cooling intake air is provided in the intake passage.
第6の発明は、第1の発明において、前記可変絞り弁に代えて、前記EGRブースタを、ノズル翼を回動させてその角度を変化させる構成とし、前記ノズル翼の角度を制御することにより、前記タービンに導く高圧吸気の流量を制御する。
前記EGRブースタは、ノズル翼を回動させてその角度を変化させる構成とし、前記ノズル翼の角度を制御することにより、前記EGRブースタの過給圧を制御する。
According to a sixth invention, in the first invention, instead of the variable throttle valve, the EGR booster is configured to change the angle by rotating the nozzle blade, and by controlling the angle of the nozzle blade. The flow rate of high-pressure intake air that is led to the turbine is controlled.
The EGR booster is configured to rotate the nozzle blade to change its angle, and controls the supercharging pressure of the EGR booster by controlling the angle of the nozzle blade.
第7の発明は、第1の発明において、前記過給機を2段階に分割して吸気を過給するように構成し、前記過給気にインタークーラーを設けた。 According to a seventh invention, in the first invention, the supercharger is divided into two stages to supercharge intake air, and an intercooler is provided in the supercharged air.
第1の発明によると、排気通路から排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に導くEGR通路と、吸気を過給する過給機と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置において、前記EGR通路に、吸気圧力を利用してEGRガスを前記吸気通路に圧送するEGRブースタを設け、前記過給機の下流側で、前記吸気通路を、前記EGRブースタのタービンを介装した第1通路と、前記タービンに導く高圧吸気の流量を制御する可変絞り弁を介装した第2通路と、に分割したことにより、高過給エンジンにおいて、特に低速高負荷域のように給気圧が排気圧よりも高くなる運転領域がある場合でも、十分なEGRを行うことができ、EGRを行える運転領域を拡大することができる。 According to a first aspect of the present invention, in an exhaust gas recirculation device for a supercharged engine, comprising: an EGR passage that guides a part of exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage as EGR gas; and a supercharger that supercharges intake air. The EGR passage is provided with an EGR booster that pumps EGR gas into the intake passage using intake pressure, and the intake passage is provided downstream of the supercharger with the turbine of the EGR booster interposed therebetween. By dividing the passage into one passage and a second passage having a variable throttle valve for controlling the flow rate of high-pressure intake air leading to the turbine, the supply air pressure can be increased particularly in a low-speed high-load region in a high-supercharged engine. Even when there is an operation region in which the exhaust pressure is higher than that, sufficient EGR can be performed, and the operation region in which EGR can be performed can be expanded.
第2の発明は、第1の発明において、EGR率を上げるときは前記可変絞り弁を絞り、EGR率を下げるときは前記可変絞り弁を開く制御手段を設けたことにより、EGRブースタの過給圧の制御ができ、EGR率の制御を簡単に行うことができる。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, by providing a control means for opening the variable throttle valve when increasing the EGR rate and opening the variable throttle valve when decreasing the EGR rate, supercharging of the EGR booster is provided. The pressure can be controlled, and the EGR rate can be easily controlled.
第3の発明によると、前記吸気通路に、EGRガスを引き込むベンチュリを設け、前記EGR通路を前記ベンチュリに連通したことにより、前記EGRブースタより圧送されたEGRガスを吸気の流れ内に引き込むことができ、EGRブースタの圧送力とベンチュリの吸引力の両方を利用してEGRを行うことができ、高過給エンジンにおいて、特に低速高負荷域のように給気圧が排気圧よりも高くなる運転領域がある場合でも、十分なEGRを行うことができ、EGRを行える運転領域を拡大することができる。 According to the third invention, a venturi for drawing EGR gas is provided in the intake passage, and the EGR passage communicated with the venturi allows the EGR gas pumped from the EGR booster to be drawn into the flow of intake air. EGR can be performed using both the EGR booster's pumping force and the venturi's suction force, and the operating range where the supply pressure is higher than the exhaust pressure, especially in the low-speed, high-load region, in high-supercharged engines Even if there is, sufficient EGR can be performed, and the operation range in which EGR can be performed can be expanded.
第4の発明によると、前記EGR通路にEGRガスを冷却するEGRクーラーを設けたことにより、EGRガスを冷却することができる。 According to the fourth invention, the EGR gas can be cooled by providing an EGR cooler for cooling the EGR gas in the EGR passage.
第5の発明によると、前記吸気通路に吸気を冷却する吸気クーラーを設けたことにより、吸気を冷却することができる。 According to the fifth invention, the intake air can be cooled by providing the intake air cooler for cooling the intake air in the intake passage.
第6の発明によると、第1の発明において、前記可変絞り弁に代えて、前記EGRブースタを、ノズル翼を回動させてその角度を変化させる構成とし、前記ノズル翼の角度を制御することにより、前記タービンに導く高圧吸気の流量を制御することにより、前記EGRブースタの過給圧を制御し、EGR率を制御することができる。 According to a sixth invention, in the first invention, instead of the variable throttle valve, the EGR booster is configured to change the angle by rotating the nozzle blade, and to control the angle of the nozzle blade. Thus, by controlling the flow rate of the high-pressure intake air led to the turbine, the supercharging pressure of the EGR booster can be controlled and the EGR rate can be controlled.
第7の発明によると、第1の発明において、前記過給機を低圧段と高圧段の2段階に分割して給気を過給するように構成し、前記低圧段と高圧段の過給機の間にインタークーラーを設けたことにより、過給機の過給量を増加することができる。 According to a seventh invention, in the first invention, the supercharger is divided into two stages, a low pressure stage and a high pressure stage, to supercharge the supply air, and the supercharging of the low pressure stage and the high pressure stage is configured. By providing an intercooler between the machines, the supercharging amount of the supercharger can be increased.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の排気還流装置の第1実施形態を示す。 FIG. 1 shows a first embodiment of the exhaust gas recirculation apparatus of the present invention.
エンジン1は、6つのシリンダを有する6気筒エンジンであり、各シリンダに吸気を導く吸気通路6と、各シリンダから排気を導く排気通路3と、を備える。
The
排気通路3および吸気通路6には、過給機4のタービン40およびコンプレッサ41がそれぞれ設けられ、排気ガスのエネルギーを利用して吸気を高過給するようになっている。
The
排気通路3には、排気音を消音するマフラー22が設けられる。
The
吸気通路6と排気通路3はEGR通路7により連通され、排気ガスの一部がEGRガスとして排気通路3から吸気通路6に還流される。
The
吸気通路6には、吸気通路6を絞ることによって吸気の流速を速めるベンチュリ9が設けられる。ベンチュリ9の好ましくは最狭部にはEGR通路7が連通され、エゼクタ効果によってEGRガスは吸気の流れの中に引き込まれる。
The
EGR通路7には、EGRガスを増圧するEGRブースタ8が設けられる。EGRブースタ8は、タービン8aとコンプレッサ8bとから構成される。タービン8aは、吸気通路6の過給機4とベンチュリ9の間に配置され、過給機4で加圧された高圧空気を利用して回転する。コンプレッサ8bはタービン8aの回転力を利用して駆動され、EGRガスをベンチュリ9に圧送する。EGRブースタ8は過給機4からの高圧空気で駆動されるため、電気モータや油圧モータなどの外部動力源が不要である。
The EGR
EGR通路7のEGRブースタ8の下流には、EGRガスの温度を下げるEGRクーラー11が設けられる。EGRクーラー11は、EGRガスの温度を下げてEGRガスの密度を上げることにより、より多くのEGRガスを還流させる。
An
吸気通路6は、過給機4の下流で第1通路6aと第2通路6bとに分割される。
The
第1通路6aにはEGRブースタ8のタービン8aが介装され、第1通路を流れる高圧の吸気がタービン8aを回転させる。
A
第2通路6bには、第1通路6aを流れる高圧空気の流量を制御する可変絞り弁19が設けられる。可変絞り弁19は、アクチュエータにより、弁体を回動させてその開度を変える構成とする。制御手段であるコントローラ20は、可変絞り弁19の開度を制御することにより、第2通路6bを絞ったり開いたりして、第2通路6bを流れる吸気の流量を制御する。これにより、EGRブースタ8の過給圧を制御し、EGR率を制御することができる。
The
EGRブースタ8のタービン8aの下流の吸気通路6には、吸気クーラー60が設けられる。これにより、EGRブースタ8のタービン8aで膨張することによって温度低下した吸気温度を、さらに冷却することができる。
An
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。 Here, the effect of this embodiment is demonstrated.
EGR通路7に導いたEGRガスを、EGRブースタ8によってベンチュリ9に圧送し、ベンチュリ9で圧送されたEGRガスをエゼクタ効果によって吸気の流れ内に引き込ませる。これにより、EGRブースタ8の圧送力とベンチュリ9の吸引力の両方を利用してEGRを行うことができる。したがって、高過給のエンジン1において、特に低速高負荷域のように給気圧が排気圧よりも高くなる運転領域がある場合でも、十分なEGRを行うことができ、EGRを行える運転領域を拡大することができる。
The EGR gas guided to the
第1通路6aのタービン8aに導かれる高圧吸気は、第2通路6bに介装された可変絞り弁19の開度によって増減される。例えば、可変絞り弁19を絞るとタービン8aへ流れる吸気流量が増え、コンプレッサ8bによるEGR量が増加する。反対に、可変絞り弁19を開くとタービン8aへ流れる吸気流量が減り、コンプレッサ8bによるEGR量が減少する。したがって、可変絞り弁19の開度を制御することにより、EGRブースタ8の過給圧を制御してEGR率を制御することができる。
The high-pressure intake air that is guided to the
図2は本発明の排気還流装置の第2実施形態を示す。 FIG. 2 shows a second embodiment of the exhaust gas recirculation device of the present invention.
第1実施形態と同一の構成には同一の参照符号を付す。 The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
この実施形態では、EGRブースタ8のタービン8aを、ノズル翼とタービン翼から構成し、アクチュエータにより、ノズル翼を回動させてその角度を変化させる。制御手段であるコントローラ20は、ノズル翼の角度を制御することにより、可変ノズルタービン8aの負荷を制御し、EGRブースタ8の過給圧を制御する。
In this embodiment, the
したがって、第2実施形態では、第1実施形態において設けた可変絞り弁19を設ける必要がない。また、吸気通路6を第1通路6aと第2通路6bとに分割する必要もない。他の構成は、第1実施形態と同じである。
Therefore, in the second embodiment, there is no need to provide the
図2は本発明の排気還流装置の第3実施形態を示す。 FIG. 2 shows a third embodiment of the exhaust gas recirculation apparatus of the present invention.
第1実施形態と同一の構成には同一の参照符号を付す。 The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
この実施形態では、過給機4を、2段階で吸気を過給する2段過給ターボチャージャー4で構成した。
In this embodiment, the
2段過給ターボチャージャー4の1段目には、排気通路3には第1タービン40aが設けられ、第1タービン40aは排気通路3の排気圧を利用して回転する。吸気通路6には第1コンプレッサ41aが設けられ、第1コンプレッサ41aは第1タービン40aよって駆動されて吸気を過給する。
In the first stage of the two-
2段過給ターボチャージャー4の2段目には、排気通路3には第2タービン40bが設けられ、第2タービン40bは排気通路3の排気圧を利用して回転する。吸気通路6には第2コンプレッサ41bが設けられ、第2コンプレッサ41bは第2タービン40bよって駆動され、第1コンプレッサ41aによって過給された吸気をさらに過給する。
In the second stage of the two-
第2タービン40bには、調節バルブ43が介装されたバイパス通路45が設けられ、調節バルブ43の開度を調整することにより、第2タービン40bに導く排気ガスの流量を調節する。第2コンプレッサ41bには、調節バルブ44が介装されたバイパス通路46が設けられ、調節バルブ44の開度を調整することにより、第2コンプレッサ41bに導く排気ガスの流量を調節する。
The
吸気通路6上の第1、第2コンプレッサ41a、41bの間には、第1コンプレッサ41aで過給されて高温になった吸気を冷却するインタークーラ42が設けられる。
Between the first and
他の構成は、第1実施形態と同じである。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.
過給機4を2段過給ターボチャージャー4としたことにより、吸気の過給圧を高めることができる。そして、吸気の過給圧を高めても、十分なEGRを行うことができる。
By using the
本発明を、構造的と方法的特徴に関してある程度特定的な言葉で説明したが、本明細書に開示した手段は本発明を実施する好ましい形態を含むものであり、本発明はこれら図示し記載された特定の特徴に制限されないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等の原則に従って適切に解釈される特許請求の範囲に記載された範囲内におけるいかなる形態または変更についても含むものである。 Although the present invention has been described in certain terms with regard to structural and methodological features, the means disclosed herein include preferred forms of practicing the invention, and the invention is illustrated and described. It should be understood that the invention is not limited to specific features. Accordingly, the present invention includes any forms or modifications within the scope of the claims as appropriately interpreted in accordance with the principle of equality.
本発明は過給機付エンジンの排気還流装置に適用できる。 The present invention can be applied to an exhaust gas recirculation device for a supercharged engine.
1 エンジン
3 排気通路
4 過給機
6 吸気通路
6a 第1通路
6b 第2通路
7 EGR通路
8 EGRブースタ
9 ベンチュリ
11 EGRクーラー
19 可変絞り弁
20 コントローラ
22 マフラー
1
Claims (7)
前記EGR通路に、吸気圧力を利用してEGRガスを前記吸気通路に圧送するEGRブースタを設け、
前記過給機の下流側で、前記吸気通路を、前記EGRブースタのタービンを介装した第1通路と、前記タービンに導く高圧吸気の流量を制御する可変絞り弁を介装した第2通路と、に分割した、
ことを特徴とする過給機付エンジンの排気還流装置。 In an exhaust gas recirculation device for a supercharged engine comprising: an EGR passage for leading a part of exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage as EGR gas; and a supercharger for supercharging intake air.
The EGR passage is provided with an EGR booster that pumps EGR gas into the intake passage using intake pressure,
On the downstream side of the supercharger, the intake passage is provided with a first passage through which the turbine of the EGR booster is interposed, and a second passage through which a variable throttle valve for controlling the flow rate of high-pressure intake air leading to the turbine is provided. Divided into,
An exhaust gas recirculation device for an engine with a supercharger.
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