JP2005344675A - Exhaust gas recirculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、EGR装置に関するものである。 The present invention relates to an EGR device.
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)が行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an automobile engine or the like, a part of exhaust gas is extracted from the exhaust side and returned to the intake side, and combustion of fuel in the engine is suppressed by the exhaust gas returned to the intake side so that the combustion temperature is increased. So-called exhaust gas recirculation (EGR) is performed in which the generation of NOx is reduced by lowering.
一般的に、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気管に亘る排気通路の適宜位置と、吸気管から吸気マニホールドに亘る吸気通路の適宜位置との間をEGRパイプにより接続し、該EGRパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。 In general, when this type of exhaust gas recirculation is performed, an EGR pipe is used between an appropriate position of the exhaust passage extending from the exhaust manifold to the exhaust pipe and an appropriate position of the intake passage extending from the intake pipe to the intake manifold. The exhaust gas is recirculated through the EGR pipe.
尚、エンジンに再循環する排気ガスをEGRパイプの途中で冷却すると、排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができるため、エンジンに排気ガスを再循環するEGRパイプの途中に水冷式のEGRクーラを装備したものもある。 In addition, if the exhaust gas recirculated to the engine is cooled in the middle of the EGR pipe, the temperature of the exhaust gas is reduced and the volume thereof is reduced, so that the combustion temperature is effectively reduced without significantly reducing the output of the engine. Since the generation of nitrogen oxides can be reduced, a water-cooled EGR cooler is provided in the middle of an EGR pipe for recirculating exhaust gas to the engine.
図7は前述した排気ガス再循環を行うためのEGR装置の一例を示すもので、図中1はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン1は、ターボチャージャ2を備えており、図示しないエアクリーナから導いた吸気3を吸気管4を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへ送り、該コンプレッサ2aで加圧された吸気3をインタクーラ5へと送って冷却し、該インタクーラ5から更に吸気マニホールド6へと吸気3を導いてエンジン1の各気筒7(図7では直列6気筒の場合を例示している)に分配するようにしてある。
FIG. 7 shows an example of the EGR device for performing the above-described exhaust gas recirculation. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes an engine that is a diesel engine. The engine 1 includes a
又、このエンジン1の各気筒7から排出された排気ガス8を排気マニホールド9を介し前記ターボチャージャ2のタービン2bへ送り、該タービン2bを駆動した排気ガス8を排気管10を介し車外へ排出するようにしてある。
The
そして、排気マニホールド9における各気筒7の並び方向の一端部と、吸気マニホールド6に接続されている吸気管4の一端部との間がEGRパイプ11により接続されており、排気マニホールド9から排気ガス8の一部を抜き出し再循環用排気ガス8’として吸気管4に導き得るようにしてある。
An end portion of the
ここで、前記EGRパイプ11には、該EGRパイプ11を適宜に開閉するEGRバルブ12と、再循環用排気ガス8’を冷却するためのEGRクーラ13とが装備されており、該EGRクーラ13では、図示しない冷却水と再循環用排気ガス8’とを熱交換させることにより、該再循環用排気ガス8’の温度を低下させ得るようになっている。
Here, the EGR
尚、図7中、14は排気マニホールド9内における前側三気筒分の排気流路と後側三気筒分の排気流路とを分割する隔壁を示し、該隔壁14により排気行程の一部が重複した気筒7同士の排気干渉を抑制してタービン2bに対し排気脈動を効率良く送り込めるようにしてある。
In FIG. 7,
一方、前述の如き、ターボチャージャ2を備えたエンジン1の排気マニホールド9から排気ガス8の一部を抜き出して吸気管4へ再循環するようにしたEGR装置を開示するものとしては、例えば、特許文献1がある。
しかしながら、前述の如きターボチャージャ2付きのエンジン1に装備されるEGR装置においては、吸気側が過給されているために排気側との圧力差が少なくなってしまい、高いEGR率を実現することが難しいという問題があり、特に高負荷領域では、ターボチャージャ2による過給圧が排気圧力より高くなってしまう領域が生じるので、排気マニホールド9から吸気管4へ向けて排気ガス8の一部を再循環することができなくなる虞れがあった。
However, in the EGR device equipped in the engine 1 with the
このように過給圧が排気圧力より高くなってしまった場合の対策としては、吸気絞りを実行して過給圧を下げることが考えられるが、高負荷領域等で過度な吸気絞りを行うと、新気量が大幅に不足して気筒内の燃焼不良や燃費の悪化を招き、しかも、ターボチャージャ2によるエンジン性能の向上も損なわれてしまう結果となる。
As a countermeasure when the supercharging pressure becomes higher than the exhaust pressure in this way, it is conceivable to lower the supercharging pressure by executing the intake throttle, but if excessive intake throttling is performed in a high load region, etc. As a result, the amount of fresh air is drastically insufficient, resulting in poor combustion in the cylinders and deterioration in fuel consumption, and the improvement in engine performance by the
本発明は、斯かる実情に鑑み、ターボチャージャを備えたエンジンにおいても高いEGR率を実現し得、排気ガスの再循環によるNOxの大幅な低減と、過給によるエンジン性能向上とを両立でき、将来的な厳しい排気ガス規制にも対応し得るEGR装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention can achieve a high EGR rate even in an engine equipped with a turbocharger, and can achieve both a significant reduction in NOx due to exhaust gas recirculation and an improvement in engine performance due to supercharging, The aim is to provide an EGR device that can meet future strict exhaust gas regulations.
本発明は、ターボチャージャを備えたエンジンの排気マニホールドの一方の側から排気ガスの一部を抜き出して吸気管へ再循環させるようにしたEGR装置であって、
排気マニホールド内を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画すると共に、該排気マニホールドの出口流路と連続するようにターボチャージャのタービンスクロール内も隔壁により全周に亘り分割し、該分割されたタービンスクロール流路のうち再循環用排気ガスの抜き出しを行う一方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路が、再循環用排気ガスの抜き出しを行わない他方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路よりも流路断面積が小さくなるよう構成したことを特徴とするEGR装置にかかるものである。
The present invention is an EGR device in which a part of exhaust gas is extracted from one side of an exhaust manifold of an engine equipped with a turbocharger and recirculated to an intake pipe,
The exhaust manifold is partitioned by partition walls so that exhaust interference of each cylinder does not occur, and the turbine scroll of the turbocharger is also divided over the entire circumference by the partition so as to be continuous with the outlet flow path of the exhaust manifold. The turbine scroll flow path connected to the outlet flow path on the one side where the exhaust gas for recirculation is extracted out of the turbine scroll flow paths thus formed is connected to the outlet flow on the other side where the exhaust gas for recirculation is not extracted. The present invention is directed to an EGR apparatus characterized in that the flow path cross-sectional area is smaller than the turbine scroll flow path connected to the road.
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
前述の如く構成すると、排気マニホールドの再循環用排気ガスの抜き出しを行う側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路における背圧が、排気マニホールドの再循環用排気ガスの抜き出しを行わない側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路の背圧より高められる結果、吸気側が過給されていても排気側との充分な圧力差が確保されることになり、従来より高いEGR率が実現されることになる。 When configured as described above, the back pressure in the turbine scroll passage connected to the outlet passage on the side of the exhaust manifold where the exhaust gas for recirculation is withdrawn is on the side where the exhaust manifold for exhaust gas on the exhaust manifold is not withdrawn. As a result, a sufficient pressure difference from the exhaust side is ensured even if the intake side is supercharged, resulting in a higher EGR rate than before. Will be realized.
前記EGR装置においては、タービンスクロール流路のスロート部に角度調整可能な多数のノズルベーンを配設することができる。 In the EGR device, a large number of nozzle vanes capable of adjusting the angle can be disposed in the throat portion of the turbine scroll flow path.
更に、前記EGR装置においては、隔壁により分割された各タービンスクロール流路のそれぞれのスロート部に角度調整可能な多数のノズルベーンを配設し、該各ノズルベーンの角度調整をタービンスクロール流路毎に独立して制御し得るよう構成することが望ましく、このようにした場合、ターボチャージャのタービンスクロール内における再循環用排気ガスの抜き出しを行う側のタービンスクロール流路において、各ノズルベーンの開度を小さく絞り込んでスロート部の開口断面積を縮小させると、該スロート部の開口断面積を縮小させたタービンスクロール流路における背圧が更に高められて排気マニホールドの再循環用排気ガスの抜き出しを行う側の圧力が更に上昇し、吸気側と排気側との圧力差を更に高めてより高いEGR率を実現させることが可能となる。 Further, in the EGR device, a large number of nozzle vanes capable of adjusting the angle are arranged in the respective throat portions of the respective turbine scroll passages divided by the partition walls, and the angle adjustment of each nozzle vane is independently performed for each turbine scroll passage. In this case, the opening degree of each nozzle vane is narrowed down in the turbine scroll passage on the side where the exhaust gas for recirculation in the turbine scroll of the turbocharger is extracted. If the opening cross-sectional area of the throat portion is reduced by the above, the back pressure in the turbine scroll flow path in which the opening cross-sectional area of the throat portion is reduced is further increased, and the pressure on the side for extracting the exhaust gas for recirculation of the exhaust manifold is increased. Increases further, and the pressure difference between the intake and exhaust sides is further increased to achieve a higher EGR rate. It is possible to.
他方、ターボチャージャのタービンスクロール内における再循環用排気ガスの抜き出しを行わない側のタービンスクロール流路において、前述した反対側のタービンスクロール流路での絞り込みにより不足するタービン駆動力を補うべく各ノズルベーンを角度調整して適切な開度を設定すれば、排気マニホールドの再循環用排気ガスの抜き出しを行う側の圧力を過給圧が超えない範囲内で、ターボチャージャとしての効率が最大限高められることになる。 On the other hand, in the turbine scroll passage on the side where exhaust gas for recirculation is not extracted in the turbine scroll of the turbocharger, each nozzle vane is made up to compensate for the turbine driving force that is insufficient due to the narrowing in the opposite turbine scroll passage. By adjusting the angle and setting an appropriate opening, the efficiency of the turbocharger can be maximized as long as the supercharging pressure does not exceed the pressure on the exhaust manifold recirculation exhaust gas extraction side. It will be.
そして、このようにターボチャージャとしての効率を高めることができれば、今までEGRのために絞らざるを得なかった吸気量を増やすことが可能となって、高負荷領域等における過度な吸気絞りが不要となる結果、気筒内の燃焼不良や燃費の悪化が回避されると共に、ターボチャージャによるエンジン性能の向上が図られることになる。 And if the efficiency as a turbocharger can be increased in this way, it becomes possible to increase the intake amount that had to be throttled for EGR so far, and excessive intake throttling in high load areas etc. is unnecessary As a result, combustion failure in the cylinder and deterioration of fuel consumption are avoided, and engine performance is improved by the turbocharger.
本発明のEGR装置によれば、ターボチャージャを備えたエンジンにおいても高いEGR率を実現し得、排気ガスの再循環によるNOxの大幅な低減と、過給によるエンジン性能向上とを両立でき、将来的な厳しい排気ガス規制にも対応し得るという優れた効果を奏し得る。 According to the EGR device of the present invention, a high EGR rate can be realized even in an engine equipped with a turbocharger, and both NOx reduction by exhaust gas recirculation and engine performance improvement by supercharging can be achieved at the same time. It is possible to achieve an excellent effect of being able to cope with strict exhaust gas regulations.
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1〜図6は本発明を実施する形態の一例であって、図7と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図7に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図1〜図6に示す如く、内部を各気筒7の排気干渉が生じないように隔壁14で区画した排気マニホールド9の出口流路と連続するようにターボチャージャ2のタービンスクロール15内も隔壁16により全周に亘り分割し、該分割されたタービンスクロール流路15A,15Bのうち再循環用排気ガス8’の抜き出しを行う一方の側(図7においてEGRパイプ11が接続されている側)の出口流路に接続されるタービンスクロール流路15Aが、再循環用排気ガス8’の抜き出しを行わない他方の側(図7においてEGRパイプ11が接続されていない側)の出口流路に接続されるタービンスクロール流路15Bよりも流路断面積が小さくなるよう構成した点にある。
1 to 6 show an example of an embodiment for carrying out the present invention. The parts denoted by the same reference numerals as those in FIG. 7 represent the same components, and the basic configuration is the same as the conventional one shown in FIG. However, as shown in FIGS. 1 to 6, the feature of this illustrated example is that it is continuous with the outlet flow path of the
即ち、従来のタービンスクロール流路15A,15Bは、図2(b)及び図3(b)に示す如く、互いに同じ流路断面積となるように隔壁16により二等分されていたが、これを、図2(a)及び図3(a)に示す如く、タービンスクロール流路15Aの流路断面積がタービンスクロール流路15Bの流路断面積より小さくなるようにしているのである。
That is, the conventional turbine
又、本図示例の場合、前記隔壁16により分割された各タービンスクロール流路15A,15Bのそれぞれのスロート部17a,17bには、角度調整可能な多数のノズルベーン18a,18bを配設し、該各ノズルベーン18a,18bの角度調整をタービンスクロール流路15A,15B毎に独立して制御し得るよう構成してある。
Further, in the case of the illustrated example, a plurality of
ここで、前記各ノズルベーン18a,18bは、異なる角度調整機構により角度調整されるようになっているが、その機構自体は同じ形式のものであって良いので、以下ではノズルベーン18aの角度調整機構について図4を参照しつつ説明し、ノズルベーン18bの角度調整機構についてはその説明を割愛する。
Here, each of the
即ち、前記各ノズルベーン18aは、図4に示す如く、タービンホイール19を取り囲むように配置され、ノズルリングプレート20にピン21を介し傾動自在に取り付けられており、これら各ノズルベーン18aの角度が前記ノズルリングプレート20に対するリンクプレート22の円周方向への相対変位により連動して変更されるようになっており、このリンクプレート22がアクチュエータ23によるレバー24の傾動操作でリンク25を介し回動操作されるようになっている。
That is, as shown in FIG. 4, each
次に、上記図示例の作用を説明する。 Next, the operation of the illustrated example will be described.
前述の如く構成したターボチャージャ2を図7に示されるようなエンジン1に採用すると、排気マニホールド9の再循環用排気ガス8’の抜き出しを行う側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路15Aにおける背圧が、排気マニホールド9の再循環用排気ガス8’の抜き出しを行わない側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路15Bの背圧より高められる結果、吸気側が過給されていても排気側との充分な圧力差が確保されることになり、従来より高いEGR率が実現されることになる。
When the
更に、本図示例においては、隔壁16により分割された各タービンスクロール流路15A,15Bのそれぞれのスロート部17a,17bに角度調整可能な多数のノズルベーン18a,18bを配設し、該各ノズルベーン18a,18bの角度調整をタービンスクロール流路15A,15B毎に独立して制御し得るよう構成してあるため、ターボチャージャ2のタービンスクロール15内における再循環用排気ガス8’の抜き出しを行う側のタービンスクロール流路15Aにおいて、図5に模式的に示す如く、各ノズルベーン18aの開度を小さく絞り込んでスロート部17aの開口断面積を縮小させると、該スロート部17aの開口断面積を縮小させたタービンスクロール流路15Aにおける背圧が更に高められて排気マニホールド9の再循環用排気ガス8’の抜き出しを行う側の圧力が更に上昇し、吸気側と排気側との圧力差を更に高めてより高いEGR率を実現させることが可能となる。
Further, in the illustrated example, a large number of
他方、ターボチャージャ2のタービンスクロール15内における再循環用排気ガス8’の抜き出しを行わない側のタービンスクロール流路15Bにおいて、前述した反対側のタービンスクロール流路15Aでの絞り込みにより不足するタービン駆動力を補うべく各ノズルベーン18bを角度調整して適切な開度を設定すれば、排気マニホールド9の再循環用排気ガス8’の抜き出しを行う側の圧力を過給圧が超えない範囲内で、ターボチャージャ2としての効率が最大限高められることになる。
On the other hand, in the
ここで、ターボチャージャ2としての効率を上げるにあたっては、基本的に各ノズルベーン18bの開度を小さく絞ることでタービン2bにおける排気ガス8の旋速を上げてタービン2bの回転数を高めるようにすれば良いが、あまり極端に各ノズルベーン18bの開度を小さく絞り込んでしまうと、排気ガス8のタービン2bへの流入抵抗が増して排気ガス8の旋速が逆に下がってきてしまうので、各ノズルベーン18bは適当な開度までの絞り込みにとどめる必要がある。
Here, in order to increase the efficiency of the
但し、ターボチャージャ2の効率を上げるといっても、高負荷領域等でコンプレッサ2a側での過給圧が上がりすぎて、排気マニホールド9の再循環用排気ガス8’の抜き出しを行う側の圧力との充分な圧力差が失われたり、過給圧の方が高くなってしまったりすることは避けなければならないため、過給圧が必要以上に上昇してしまう虞れがある場合には、図6に模式的に示す如く、寧ろ各ノズルベーン18bの開度を多少開き気味にしてターボチャージャ2の効率を適当に抑制する必要もあり得ることを付言しておく。
However, even if the efficiency of the
そして、このようにターボチャージャ2としての効率を高めることができれば、今までEGRのために絞らざるを得なかった吸気量を増やすことが可能となって、高負荷領域等における過度な吸気絞りが不要となる結果、気筒7内の燃焼不良や燃費の悪化が回避されると共に、ターボチャージャ2によるエンジン性能の向上が図られることになる。
If the efficiency of the
こうして、ターボチャージャ2を備えたエンジンにおいても高いEGR率を実現し得、排気ガスの再循環によるNOxの大幅な低減と、過給によるエンジン性能向上とを両立でき、将来的な厳しい排気ガス規制にも対応し得る。
In this way, even an engine equipped with a
尚、本発明のEGR装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、隔壁16をスロート部17a,17bの部分だけなくし、ノズルベーン18a,18bを分割せずに一体のものとして角度調整可能に配設するようにしても良いこと等、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。
Note that the EGR device of the present invention is not limited to the above-described illustrated example, and the angle adjustment is made so that the
1 エンジン
2 ターボチャージャ
4 吸気管
7 気筒
8 排気ガス
8’ 再循環用排気ガス
9 排気マニホールド
10 排気管
11 EGRパイプ
14 隔壁
15 タービンスクロール
15A タービンスクロール流路
15B タービンスクロール流路
16 隔壁
17a スロート部
17b スロート部
18a ノズルベーン
18b ノズルベーン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
排気マニホールド内を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画すると共に、該排気マニホールドの出口流路と連続するようにターボチャージャのタービンスクロール内も隔壁により全周に亘り分割し、該分割されたタービンスクロール流路のうち再循環用排気ガスの抜き出しを行う一方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路が、再循環用排気ガスの抜き出しを行わない他方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路よりも流路断面積が小さくなるよう構成したことを特徴とするEGR装置。 An EGR device that extracts a part of exhaust gas from one side of an exhaust manifold of an engine equipped with a turbocharger and recirculates it to an intake pipe,
The exhaust manifold is partitioned by partition walls so that exhaust interference of each cylinder does not occur, and the turbine scroll of the turbocharger is also divided over the entire circumference by the partition so as to be continuous with the outlet flow path of the exhaust manifold. The turbine scroll flow path connected to the outlet flow path on the one side where the exhaust gas for recirculation is extracted out of the turbine scroll flow paths thus formed is connected to the outlet flow on the other side where the exhaust gas for recirculation is not extracted. An EGR device configured to have a flow path cross-sectional area smaller than a turbine scroll flow path connected to a road.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016211449A (en) * | 2015-05-11 | 2016-12-15 | いすゞ自動車株式会社 | Supercharging system of internal combustion engine |
CN110344967A (en) * | 2019-08-20 | 2019-10-18 | 中国重汽集团济南动力有限公司 | A kind of single channel of in-line five cylinders diesel engine takes EGR exhaust system |
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- 2004-06-07 JP JP2004168101A patent/JP2005344675A/en active Pending
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