JP2005273558A - Internal combustion engine with exhaust gas recirculation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼル機関等に適用され、エンジン(内燃機関)の排気通路から排気ガスの一部を抽出してなるEGR(排気ガス再循環)ガスを、給気通路に還流するEGR通路を備えた排気ガス再循環(EGR)装置付き内燃機関に関する。 The present invention is applied to a diesel engine or the like, and includes an EGR passage that recirculates EGR (exhaust gas recirculation) gas obtained by extracting a part of exhaust gas from an exhaust passage of an engine (internal combustion engine) to an air supply passage. The present invention relates to an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation (EGR) device.
ディーゼル機関において、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を低減する有効な手段として、排気ガス再循環(EGR)装置がある。該排気ガス再循環装置は、エンジンの排気通路から排気ガスの一部を抽出してなるEGR(排気ガス再循環)ガスを、EGR通路を通して給気通路に還流する構成となっている。
かかるディーゼル機関において、NOX,PM等の有害成分やスモークの発生防止の観点から、EGRガスと給気通路の吸入空気との混合を促進して、下流側に複数のシリンダを具備する場合、各シリンダに対しEGRガスと吸入空気との混合比が均一の混合流を供給する必要がある。
An exhaust gas recirculation (EGR) device is an effective means for reducing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas in a diesel engine. The exhaust gas recirculation device is configured to recirculate EGR (exhaust gas recirculation) gas obtained by extracting a part of exhaust gas from the exhaust passage of the engine through the EGR passage to the air supply passage.
In such a diesel engine, from the viewpoint of preventing generation of harmful components such as NO x and PM and smoke, the mixing of EGR gas and the intake air of the air supply passage is promoted, and a plurality of cylinders are provided on the downstream side. It is necessary to supply a mixed flow with a uniform mixing ratio of EGR gas and intake air to each cylinder.
しかるに、従来EGRガスと給気通路の吸入空気との混合を促進するような手段は特に採用されていなかった。たとえば特許文献1(特開平11−2134号公報)には、給気ポートにおいて給気の流れを転向させて燃焼室の壁面に対して接線方向に導く突起を設け、良好なスワール流を形成させることが記載されている。 However, a means for promoting the mixing of the EGR gas and the intake air in the air supply passage has not been particularly employed. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-2134), a protrusion that guides the flow of the supply air in the supply port and guides it tangentially to the wall surface of the combustion chamber is provided to form a good swirl flow. It is described.
即ち特許文献1においては、第1給気ポートおよび第2給気ポートを備えた燃焼室において、第1給気ポートにスワール制御弁を備え、第2給気ポートに、吸入空気の流れを転向させて燃焼室に対して接線方向に導く突起を設け、同突起には吸入空気を点火プラグに指向する貫通孔、及び同貫通孔の入口に積極的に吸入空気や燃料噴霧を導く段差が形成され、それらによって点火プラグ近傍の燃料を増加し、着火性や燃焼状態を改善するとともに、壁面近傍の燃料を減少してHC排出量を減少する手段が記載されている。
しかし特許文献1に開示されている内燃機関は、排気ガス再循環(EGR)装置付き内燃機関ではなく、またEGRガスと給気通路と合流部下流においてEGRガスと給気通路の吸入空気との混合を促進することを目的としたものではない。 However, the internal combustion engine disclosed in Patent Document 1 is not an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation (EGR) device, and the EGR gas and the intake air in the supply passage are downstream of the EGR gas and the supply passage. It is not intended to promote mixing.
従来EGRガスと給気通路との合流部においてとかくEGRガスと吸入空気との混合が十分になされず、EGRガスと吸入空気とが分離したまま層状に下流側に流れ、下流側に複数のシリンダを備えた内燃機関の場合、各シリンダごとにEGRガスと吸入空気との混合比率に偏りが生じ、これによってEGRガスの比率が高い混合流が供給されたシリンダではスモークが発生しやすく、また吸入空気の比率が高い混合流が供給されたシリンダでは、燃焼温度が上昇して、NOX発生濃度が高くなるという問題があった。 Conventionally, mixing of the EGR gas and the intake air is not sufficiently performed at the joint portion of the EGR gas and the supply passage, and the EGR gas and the intake air flow downstream in a layered state while being separated, and a plurality of cylinders are provided downstream. In the case of an internal combustion engine equipped with an engine, there is a bias in the mixing ratio of EGR gas and intake air for each cylinder, which makes it easy for smoke to be generated in a cylinder supplied with a mixed flow with a high ratio of EGR gas, and for intake. the cylinder air ratio is high mixed flow is supplied, the combustion temperature rises, there is a problem that the NO X generation density becomes high.
図4は、従来の排気ガス再循環装置を備えた内燃機関の概略立面図であり、01aは図示しない排気通路から一部導かれたEGRガスで、EGR通路01を通って、吸入空気06aを図示しないシリンダ(本装置では給気通路1系統につき2個具備し、総計4個具備する。)に導く給気通路06と開口部01bで合流する。EGRガスと吸入空気との混合流は給気ポート02a,02bを通って燃焼室に導入される。なお05a,05bは図示しない燃焼室に連なる給気フランジである。
FIG. 4 is a schematic elevational view of an internal combustion engine equipped with a conventional exhaust gas recirculation device. 01a is an EGR gas partially led from an exhaust passage (not shown), and passes through the
本装置において、EGRガス01aは開口部01bを通って吸入空気06aに合流するが、合流後吸入空気とあまり混合せず、開口部01b側の給気通路壁面近くを層状に流れるため、手前側の給気ポート02aにはEGRガスの混合比率が大きい混合流が供給され、一方他の給気ポート02bにはEGRガスの混合比率が小さい混合流が供給される傾向にある。
このためEGRガスの比率が高い混合流が供給されたシリンダではスモークが発生しやすく、また吸入空気の比率が高い混合流が供給されたシリンダでは、燃焼温度が上昇して、NOX、PM等有害成分の発生濃度が高くなるという問題がある。
In this device, the EGR
For this reason, smoke is likely to occur in a cylinder supplied with a mixed flow having a high EGR gas ratio, and combustion temperature rises in a cylinder supplied with a mixed flow having a high intake air ratio, and NO X, PM, etc. There is a problem that the generation concentration of harmful components becomes high.
排気ガス再循環(EGR)装置付き内燃機関において、従来EGR通路の給気通路開口部における混合流の撹拌を促進する手段は特に採られておらず、また同混合流の撹拌不良に起因した上記問題点も指摘されていなかった。
本発明者等は、ここに上記課題を見出し、これを解消するため、本発明に至ったものである。即ち本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、きわめて簡単な構造でエンジン製造コストの上昇を招くことなく、複数のシリンダそれぞれに対しEGRガスと吸入空気との混合比率が均一な混合流を供給し得る排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を提供することを目的とする。
In an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation (EGR) device, conventionally, no means for promoting the stirring of the mixed flow at the air supply passage opening of the EGR passage has been adopted, and the above-mentioned causes due to the poor stirring of the mixed flow No problems were pointed out.
The inventors of the present invention have found the above-mentioned problem and have reached the present invention in order to solve the problem. That is, in view of the problems of the prior art, the present invention supplies a mixed flow having a uniform mixing ratio of EGR gas and intake air to each of a plurality of cylinders without causing an increase in engine manufacturing cost with a very simple structure. An object of the present invention is to provide an internal combustion engine equipped with an exhaust gas recirculation device.
本発明はかかる目的を達成するもので、その手段は、複数個のシリンダを具備し、エンジンの排気通路から排気ガスの一部を抽出してなるEGR(排気ガス再循環)ガスを、給気通路に還流するEGR通路を備えた排気ガス再循環装置付き内燃機関において、前記EGR通路と前記給気通路との合流部下流側の給気通路に突出し、かつ所定のシリンダに流入する流れに対し絞り作用を生じさせると共に、吸入空気の割合を増加させる方向に流れを偏向させる突起を設けたことを特徴とする。
かかる手段において、好ましくは、前記突起を前記所定のシリンダの給気ポートの入り口近傍の給気通路壁面に設ける。さらに好ましくは、さらに別の突起を前記合流部の下流側でかつ合流側の給気通路壁面に設けるとよい。
The present invention achieves such an object, and its means includes a plurality of cylinders, and supplies EGR (exhaust gas recirculation) gas obtained by extracting a part of the exhaust gas from the exhaust passage of the engine. In an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation device provided with an EGR passage that recirculates to the passage, a flow that protrudes into a supply passage on the downstream side of the joining portion of the EGR passage and the supply passage and flows into a predetermined cylinder A projection is provided that causes a throttle action and deflects the flow in a direction that increases the ratio of intake air.
In such means, preferably, the projection is provided on the wall surface of the air supply passage near the inlet of the air supply port of the predetermined cylinder. More preferably, another protrusion may be provided on the air supply wall surface on the downstream side of the merging portion and on the merging side.
本発明においては、EGR通路の給気通路側合流部の下流側の給気通路に突出し、かつ所定の燃焼室に流入する流れに対し絞り作用を生じさせると共に、吸入空気の割合を増加させる方向に流れを偏向させる突起を設けたことにより、同合流部の下流側で吸入空気が所定のシリンダに流入するように同突起の表面に当って偏向され、かつ流れに対して絞り作用を生じさせて、流れが増速してさらなる吸入空気の流入をもたらし、これらの作用が相俟って、所定のシリンダに流入する混合流における吸入空気の混合比率を増加させることができる。
また同時に絞り作用による圧力損失によって、乱流(渦)が生じ、これによって層状となっていたEGRガスと吸入空気とを互いに混合、撹拌する効果も得られる。
In the present invention, the direction that protrudes into the supply passage on the downstream side of the supply passage side confluence portion of the EGR passage and causes the throttle action to flow into the predetermined combustion chamber and increases the proportion of intake air By providing a projection for deflecting the flow, the suction air is deflected against the surface of the projection so that the intake air flows into a predetermined cylinder on the downstream side of the joint portion, and causes a throttling action on the flow. As a result, the flow speed is increased to cause further intake air inflow, and these actions can be combined to increase the intake air mixing ratio in the mixed flow flowing into a predetermined cylinder.
At the same time, a turbulent flow (vortex) is generated due to the pressure loss due to the throttling action, and the effect of mixing and stirring the layered EGR gas and the intake air can be obtained.
従って複数配置されたシリンダに対し、流入する混合流においてEGRガスの割合が増加してしまう位置にあるシリンダについて、EGRガスの割合を低下させることができるとともに、上記合流部の下流側でEGRガスと吸入空気とを全体として混合、撹拌させる効果もあるため、全体として各シリンダに対しEGRガスと吸入空気との混合率が均一な混合流を供給することができ、各シリンダに対する混合比率のバラツキをなくすことができる。
従って本発明においては、主として、スモークの発生を効果的に防止できる効果があり、それのみならず、NOX,PM等の有害成分の排出量を低減するための制御を精度良く行うことができ、その結果としてそれら有害成分の発生も防止できるという効果もある。
Therefore, the ratio of EGR gas can be reduced with respect to the cylinder located at a position where the ratio of EGR gas increases in the inflowing mixed flow with respect to a plurality of arranged cylinders. And the intake air are mixed and stirred as a whole, so that a mixed flow with a uniform mixing ratio of EGR gas and intake air can be supplied to each cylinder as a whole, and the mixing ratio varies among the cylinders. Can be eliminated.
Therefore, in the present invention, there is mainly an effect that smoke can be effectively prevented, and not only that, but also control for reducing emission of harmful components such as NO x and PM can be performed with high accuracy. As a result, there is also an effect that generation of these harmful components can be prevented.
また好ましくは、前記突起を前記所定のシリンダの給気ポートの入り口近傍の給気通路壁面に設けることにより、上記効果を一層顕著に発揮せしめることができ、さらに前記突起と併用して、別の突起を前記合流部の下流側でかつ合流側の給気通路壁面に設けたことにより、同別の突起によるEGRガスと吸入空気との混合・撹拌効果との相乗効果を発揮できる。 Preferably, by providing the protrusion on the wall surface of the air supply passage near the inlet of the air supply port of the predetermined cylinder, the above effect can be exhibited more significantly. By providing the protrusion on the supply passage wall surface on the downstream side of the merging portion and on the merging side, a synergistic effect of the mixing / stirring effect of the EGR gas and the intake air by the separate protrusion can be exhibited.
以上のように本発明によれば、前記EGR通路と前記給気通路との合流部の下流側の給気通路に突出し、かつ所定のシリンダに流入する流れに対し絞り作用を生じさせると共に、吸入空気の割合を増加させる方向に流れを偏向させる突起を設けたことにより、EGRガスの混合比率が高い混合流が一部のシリンダに流入するのを効果的に防止でき、これによってスモークの発生を未然に防ぎ、一方でEGRガスと吸入空気との混合、攪拌の促進もあるため、全体として、複数のシリンダに供給される混合流のEGRガスと吸入空気との混合率を各燃焼室に対し均一にすることができ、NOX,PM等の有害成分の発生量低減のための制御を制度良く行うことができる。
さらに本発明においては、給気通路に突起を設けるだけという簡単な構造で済み、安価にしてかつ改造等が極めて容易である。
As described above, according to the present invention, a throttle action is generated for a flow that protrudes into a supply passage on the downstream side of a joining portion of the EGR passage and the supply passage, and flows into a predetermined cylinder, and is suctioned. By providing a projection that deflects the flow in the direction of increasing the air ratio, it is possible to effectively prevent a mixed flow having a high EGR gas mixing ratio from flowing into some cylinders, thereby preventing the generation of smoke. As a whole, there is also the promotion of mixing and stirring of EGR gas and intake air. As a whole, the mixing ratio of EGR gas and intake air in a mixed flow supplied to a plurality of cylinders is set for each combustion chamber. It can be made uniform, and control for reducing the amount of harmful components such as NO x and PM can be systematically performed.
Furthermore, in the present invention, a simple structure in which only a protrusion is provided in the air supply passage is sufficient, and the cost is low and remodeling is extremely easy.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1は本発明の第1実施例に係る図4(従来例)に相当する部分の一部断面立面図、図2は第1実施例に係る排気ガス再循環装置付きディーゼル機関における給気及び排気系の概略断面図、図3は本発明の第2実施例に係る図1に相当する部分の一部断面立面図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
1 is a partially sectional elevational view of a portion corresponding to FIG. 4 (conventional example) according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an air supply in a diesel engine with an exhaust gas recirculation device according to the first embodiment. FIG. 3 is a partially sectional elevational view of a portion corresponding to FIG. 1 according to the second embodiment of the present invention.
第1実施例を示す図1〜2(本実施例では、給気通路1系統につき2個のシリンダを具備し、総計4個のシリンダを具備する。)において、9はエンジン(ディーゼル機関)の燃焼室、7は各燃焼室に設けられた給気弁で、2は給気弁7によって開閉される給気ポートである。6は吸入空気6aを給気ポート2を介して燃焼室9に導く給気通路である。
8は各燃焼室9に設けられた排気弁で、燃焼室9で発生した排出ガス4aを排気ポート3を介して排気通路4に排出する。3は前記排気弁8によって開閉される排気ポートである。
In FIGS. 1 and 2 showing the first embodiment (in this embodiment, two cylinders are provided per one supply passage, and a total of four cylinders are provided), 9 is an engine (diesel engine). Combustion chambers 7 are air supply valves provided in the respective combustion chambers, and 2 is an air supply port opened and closed by the air supply valve 7. An air supply passage 6 guides the
8 is an exhaust valve provided in each combustion chamber 9, and exhaust gas 4 a generated in the combustion chamber 9 is exhausted to the exhaust passage 4 through the exhaust port 3. An exhaust port 3 is opened and closed by the exhaust valve 8.
1はEGR通路で、前記排気通路4のEGR取入口1cから分岐されて該排気通路4を流れる排気ガス4aの一部をEGRガス1aとして抽出し、給気通路6に設けられた開口部1bを介してEGRガス1aを給気通路6に供給する。なお1dはEGRガス1aの流量を制御するためEGR通路1に介設されたEGR弁である。
また図1において、11はEGR通路1と給気通路6との合流部である開口部1bの下流側であって、図示しない燃焼室の給気ポート2aの入り口近傍の給気通路壁面に設けられた突起であり、11aは突起11によって混合、攪拌された混合流である。
Reference numeral 1 denotes an EGR passage which extracts a part of the exhaust gas 4a branched from the EGR intake port 1c of the exhaust passage 4 and flowing through the exhaust passage 4 as the
In FIG. 1,
かかる第1実施例において、前記排気通路4のEGR取入口1cから取り入れられた排気ガスの一部であるEGRガス1aは、EGR通路1から給気通路6との合流地点である開口部1bに供給される。
開口部1bから通路6に供給されたEGRガス1aは燃焼室9の方向に向い、合流側の給気通路壁面に沿って層状態で流れようとし、また吸入空気6aも同様であるが、その後給気通路6内の中央付近の流れる比較的吸入空気の混合比率の多い流れは突起11の表面に当たって給気ポート2a側に偏向される。
また突起11によって流れに対し絞り効果が作用し、絞り効果によって流れが増速し、これによって吸入空気の給気ポート2a側へのさらなる流入がなされ、また同時に圧力損失等が生じて、乱れ(渦)が生じ、これによってEGRガス4aと吸入空気6aとが混合、攪拌され、混合比が均一な混合流11aとなる。
In the first embodiment, the
The
Further, the
かかる第1実施例においては、給気ポート2a側にEGRガスの混合比率が大きい混合流が流れるのを突起11によって効果的に阻止できるとともに、同時に突起11によりEGRガス1aと吸入空気6aとの混合、攪拌も促進されるので、他の燃焼室に対してもそれぞれ混合率が均一な混合ガスが供給されることになる。
そのためまず主目的としてスモーク発生が効果的に防止されるとともに、NOX、PM等の有害成分の排出量低減のための制御を精度良く行うことができるという効果も得られる。
さらに給気通路6の壁面に突起11を設けるだけという極めて簡単かつ安価な構造で、上記の効果が得られるとともに、既存設備への改造等も容易に可能である。
In the first embodiment, the
Therefore, first of all, smoke generation is effectively prevented as a main purpose, and there is also an effect that the control for reducing the emission amount of harmful components such as NO x and PM can be performed with high accuracy.
Furthermore, with the extremely simple and inexpensive structure in which only the
図3は、本発明の第2実施例を示し、第2実施例においては、図示のとおり、第1実施例と同様の突起11に加えて、さらに別の突起12を設けたものである。突起12は、EGR通路1と給気通路6との合流部である開口部1bの直下流の合流部側給気通路壁に設けられた突起である。
開口部1bから通路6に供給されたEGRガス1aは燃焼室9の方向に向い、合流側の給気通路壁面に沿って層状態で流れようとするが、その際突起12の表面に当たって給気通路6の中央側に偏向される。
また突起12によって流れに対し絞り効果が作用し、絞り効果による増速、圧力損失等が生じて、乱れ(渦)が生じ、これによってEGRガス4aと吸入空気6aとが混合、攪拌され、開口部1bの近傍ですでに混合比が均一な混合流11aとなる。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, as shown in the drawing, in addition to the
The
Further, the
混合流11aはさらに突起11によって給気通路6内の比較的中央部分の吸入空気の混合比率の大きい流れが給気ポート2a側に偏向させられるとともに、突起11の絞り作用で増速され、吸入空気の給気ポート2a側へのさらなる流入が生じる。また同時に圧力損失等が生じ、混合、撹拌が一層促進される。
従って第2実施例によれば、2つの突起11及び12による流れの偏向作用、及び絞り効果による混合流の混合、撹拌作用が相乗的に発揮されるため、本発明の目的、効果を十分に達成できる。
The
Therefore, according to the second embodiment, the flow deflection action by the two
以上のように、本発明によれば、複数のシリンダを備えると共に、排気ガス再循環装置を備えた内燃機関において、きわめて簡単な構造でエンジン製造コストの上昇を招くことなく、複数のシリンダのそれぞれに対して均一なEGRガスの混合率を有する混合ガスを供給し得ることができ、それによってNOX,スモーク等の発生を簡単かつ安価な構造により抑えることが可能となる。 As described above, according to the present invention, in an internal combustion engine that includes a plurality of cylinders and includes an exhaust gas recirculation device, each of the plurality of cylinders has an extremely simple structure without causing an increase in engine manufacturing cost. On the other hand, it is possible to supply a mixed gas having a uniform mixing ratio of EGR gas, whereby it is possible to suppress the generation of NO x , smoke and the like with a simple and inexpensive structure.
1 EGR通路
1a EGRガス
1b 開口部
1c EGR取入口
2 給気ポート
3 排気ポート
4 排気通路
6 給気通路
6a 吸入空気
7 給気弁
8 排気弁
9 燃焼室
11、12 突起
11a 混合流
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