JP2007315230A - Apparatus for recirculating exhaust gas of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路とコンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続する低圧EGR通路により低温低圧のEGRガス(以下、低圧EGRという。)を供給することができる。また、ターボチャージャのタービンよりも上流の排気通路とコンプレッサよりも下流の吸気通路とを接続する高圧EGR通路により高温高圧のEGRガス(以下、高圧EGRという。)を供給することができる。 Low-temperature and low-pressure EGR gas (hereinafter referred to as low-pressure EGR) can be supplied by a low-pressure EGR passage that connects an exhaust passage downstream of the turbine of the turbocharger and an intake passage upstream of the compressor. Further, high-temperature and high-pressure EGR gas (hereinafter referred to as high-pressure EGR) can be supplied by a high-pressure EGR passage that connects an exhaust passage upstream of the turbine of the turbocharger and an intake passage downstream of the compressor.
しかし、低圧EGRは、排気がタービンを通過したり、インタークーラを通過したりすることによりEGRガスの温度が低下する。そのため、低負荷時に低圧EGRを行うと、インテークマニホルドの温度が低下しすぎて燃焼温度の低下を招き、HCの排出量が増加するおそれがある。 However, in the low pressure EGR, the temperature of the EGR gas is lowered by the exhaust gas passing through the turbine or the intercooler. For this reason, if low pressure EGR is performed at low load, the temperature of the intake manifold will decrease too much, leading to a decrease in combustion temperature, which may increase the amount of HC emissions.
そして、高負荷から中負荷までの運転状態で低圧EGRを行い、低負荷からアイドリングまでの運転状態で高圧EGRを行うことで、高負荷運転状態を除く運転状態において予混合圧縮着火の実施を実現し得る内燃機関の排気還流装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
例えばNOx低減および出力増大を狙って低圧縮比化された内燃機関では、燃焼温度が
低いため、低負荷において高圧EGRを行ったとしても燃焼温度の低下を抑制することが困難となる。また、高圧EGRでは、排気がタービンよりも上流から吸気通路に流れ込むので、タービンへ供給されるエネルギが減少する。これにより、過給圧の低下および吸入空気量の減少を招くおそれがある。
For example, in an internal combustion engine with a low compression ratio aimed at reducing NOx and increasing output, the combustion temperature is low, so it is difficult to suppress a decrease in combustion temperature even if high pressure EGR is performed at a low load. Further, in the high pressure EGR, the exhaust gas flows into the intake passage from the upstream side of the turbine, so that the energy supplied to the turbine is reduced. This may lead to a decrease in supercharging pressure and a decrease in intake air amount.
また、内部EGRを行う従来技術では、可変容量型ターボチャージャのノズルを過度に閉じている。そうすると、タービンよりも上流の排気の圧力が上昇してしまうので、ポンプ損失が増加して燃費が悪化する。また、内部EGRはEGRクーラにより温度が低下されないので、燃焼室温度を過度に上昇させてNOxの排出量が増加するおそれがある。 Further, in the prior art that performs internal EGR, the nozzles of the variable capacity turbocharger are excessively closed. If it does so, since the pressure of exhaust_gas | exhaustion upstream from a turbine will rise, pump loss will increase and a fuel consumption will deteriorate. Further, since the temperature of the internal EGR is not lowered by the EGR cooler, there is a possibility that the combustion chamber temperature is excessively raised and the amount of NOx emission increases.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気還流装置において、より適切にEGRガスを供給することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of supplying EGR gas more appropriately in an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気還流装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気還流装置は、
排気通路にタービンを備え吸気通路にコンプレッサを備えた過給機と、
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続
するEGR通路と、
内燃機関の内部EGR量を変更する内部EGR量変更手段と、
を備え、
前記内燃機関からの排気を前記EGR通路に流すことにより気筒内に導入される外部EGR量と、気筒内に残留する内部EGR量と、の割合を内燃機関の負荷に応じて変更することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention employs the following means. That is, the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention is:
A turbocharger equipped with a turbine in the exhaust passage and a compressor in the intake passage;
An EGR passage connecting an exhaust passage downstream of the turbine and an intake passage upstream of the compressor;
Internal EGR amount changing means for changing the internal EGR amount of the internal combustion engine;
With
The ratio of the external EGR amount introduced into the cylinder by flowing exhaust gas from the internal combustion engine through the EGR passage and the internal EGR amount remaining in the cylinder is changed in accordance with the load of the internal combustion engine. And
外部EGRは、内燃機関から排気通路へ排出された既燃ガスを、EGR通路、吸気通路の順に流して気筒内に導入することにより行われる。EGR通路は、タービンよりも下流の排気通路とコンプレッサにより圧縮される前の吸気が流れる吸気通路とを接続しているので、過給圧が高い場合であってもEGR通路内において排気通路側よりも吸気通路側の圧力を低くすることができる。そのため、過給圧が高い場合であってもEGRガスを循環させることができる。 The external EGR is performed by introducing the burned gas discharged from the internal combustion engine into the exhaust passage into the cylinder by flowing in the order of the EGR passage and the intake passage. Since the EGR passage connects the exhaust passage downstream of the turbine and the intake passage through which the intake air before being compressed by the compressor flows, even in the case where the supercharging pressure is high, the EGR passage is closer to the exhaust passage side. Also, the pressure on the intake passage side can be lowered. Therefore, the EGR gas can be circulated even when the supercharging pressure is high.
一方、内部EGRは、EGR通路を介さずに気筒内に残留する既燃ガスである。たとえば、吸気通路に吹き返した既燃ガスを気筒内に再吸入したり、排気通路に排出された既燃ガスを逆流させて気筒内に吸入したり、気筒内から排出される既燃ガスの量を減少させて気筒内に残留する既燃ガスの量を増加させたりして内部EGRが行われる。この内部EGRは、例えば可変動弁機構が排気弁の開閉特性を変更することにより行うことができる。この可変動弁機構は、排気弁の開弁時期、閉弁時期、リフト量、作用角を調整することにより、内燃機関の気筒内に吸入される新気量、EGR量、残留ガス量(内部EGR量)、ポンプ損失等を調整し、内燃機関の運転状態を変更する。例えば、排気弁の閉弁時期を排気上死点よりも早くすると、吸気通路側に吹き返す既燃ガスの量が増加し、この既燃ガスは吸気行程で気筒内に吸入される。そのため、気筒内に残留する既燃ガスが多くなる。また、排気弁の閉弁時期を排気上死点よりも遅くすると、排気通路に一旦排出された既燃ガスが吸気行程で気筒内に逆流する。そのため、気筒内に残留する既燃ガスが多くなる。このようにして、内部EGR量を増加させることができる。 On the other hand, the internal EGR is burned gas remaining in the cylinder without passing through the EGR passage. For example, the amount of burned gas blown back into the intake passage is re-inhaled into the cylinder, the burned gas discharged into the exhaust passage is backflowed into the cylinder, or the amount of burned gas discharged from the cylinder. The internal EGR is performed by reducing the amount of burnt gas remaining in the cylinder. This internal EGR can be performed, for example, by a variable valve mechanism changing the opening / closing characteristics of the exhaust valve. This variable valve mechanism adjusts the opening timing, closing timing, lift amount, and operating angle of the exhaust valve to adjust the amount of fresh air, EGR amount, and residual gas amount (internal EGR amount), pump loss, etc. are adjusted to change the operating state of the internal combustion engine. For example, if the closing timing of the exhaust valve is made earlier than the exhaust top dead center, the amount of burned gas that blows back to the intake passage increases, and this burned gas is sucked into the cylinder in the intake stroke. Therefore, the burnt gas remaining in the cylinder increases. Further, if the closing timing of the exhaust valve is made later than the exhaust top dead center, the burnt gas once discharged into the exhaust passage flows back into the cylinder in the intake stroke. Therefore, the burnt gas remaining in the cylinder increases. In this way, the internal EGR amount can be increased.
そして、内部EGRガスの温度は外部EGRガスの温度よりも高いので、気筒内における内部EGRガスの割合を増加させることにより、気筒内の温度を上昇させることができる。しかし、内燃機関の負荷が高いほど内部EGRによる気筒内の温度上昇が大きくなるため、燃焼温度が過度に上昇してNOxの排出量が増加するおそれがある。その点、外部
EGRガスの温度は内部EGRガスの温度よりも低いので、気筒内における外部EGRガスの割合を増加させることにより、気筒内の温度を低下させることができる。したがって、燃焼温度が低くなる低負荷運転ほど内部EGRの割合を高くし、外部EGRの割合を低くすることにより、燃焼温度の過度の低下を抑制することができる。これにより、HCの排出量を低減することができる。また、燃焼温度が高くなる高負荷運転ほど内部EGRの割合を低くし、外部EGRの割合を高くすることにより、燃焼温度が過度に上昇することを抑制することができる。これにより、NOxの排出を抑制することができる。さらに、
内部EGRを行うことにより、タービンを通過する排気の量の減少を抑制できるので機関出力の低下を抑制することができる。
And since the temperature of internal EGR gas is higher than the temperature of external EGR gas, the temperature in a cylinder can be raised by increasing the ratio of internal EGR gas in a cylinder. However, as the load on the internal combustion engine increases, the temperature rise in the cylinder due to the internal EGR increases, so that the combustion temperature may increase excessively and the NOx emissions may increase. In that respect, since the temperature of the external EGR gas is lower than the temperature of the internal EGR gas, the temperature in the cylinder can be lowered by increasing the ratio of the external EGR gas in the cylinder. Therefore, an excessive decrease in the combustion temperature can be suppressed by increasing the ratio of the internal EGR and decreasing the ratio of the external EGR as the low-load operation in which the combustion temperature is lowered. Thereby, the discharge amount of HC can be reduced. Further, by increasing the internal EGR rate and increasing the external EGR rate for higher load operation where the combustion temperature becomes higher, it is possible to suppress an excessive increase in the combustion temperature. Thereby, NOx emission can be suppressed. further,
By performing the internal EGR, a decrease in the amount of exhaust gas passing through the turbine can be suppressed, so that a decrease in engine output can be suppressed.
本発明においては、気筒内の温度を上昇させるときには上昇させる前よりも前記内部EGRの割合を高くし、気筒内の温度を低下させるときには低下させる前よりも前記外部EGRの割合を高くすることにより、気筒内の温度を調整することができる。 In the present invention, when the temperature in the cylinder is raised, the ratio of the internal EGR is made higher than before the temperature is raised, and when the temperature in the cylinder is lowered, the ratio of the external EGR is made higher than before the temperature is lowered. The temperature in the cylinder can be adjusted.
すなわち、外部EGRガスと内部EGRガスとでは、その温度が異なるため、気筒内での外部EGR量と内部EGR量との割合を変更することによりEGRガス全体としての温度を調整することができる。これにより、気筒内の温度を所望の温度に調整することができる。例えば気筒内の温度を低下させたい場合には、温度の低い外部EGRガスの割合を
高くし、気筒内の温度を上昇させたい場合には、温度の高い内部EGRガスの割合を低くする。
That is, since the temperature differs between the external EGR gas and the internal EGR gas, the temperature of the EGR gas as a whole can be adjusted by changing the ratio of the external EGR amount and the internal EGR amount in the cylinder. Thereby, the temperature in a cylinder can be adjusted to desired temperature. For example, when the temperature in the cylinder is to be lowered, the ratio of the external EGR gas having a low temperature is increased, and when the temperature in the cylinder is to be increased, the ratio of the internal EGR gas having a high temperature is decreased.
本発明においては、内燃機関の高負荷運転時には低負荷運転時よりも前記外部EGRの割合を高くすることができる。 In the present invention, the ratio of the external EGR can be made higher during high load operation of the internal combustion engine than during low load operation.
高負荷時においては気筒内の温度が高くなるが、このときに外部EGRの割合を高くすることにより、EGRガス全体の温度を低下させることがでるので、燃焼温度の過度の上昇によるNOxの発生を抑制することができる。なお、所定の負荷範囲において、負荷が
高くなるほど外部EGRの割合を高くしてもよい。
When the load is high, the temperature in the cylinder becomes high. At this time, by increasing the ratio of the external EGR, the temperature of the entire EGR gas can be lowered. Therefore, generation of NOx due to an excessive increase in the combustion temperature Can be suppressed. In the predetermined load range, the ratio of the external EGR may be increased as the load increases.
本発明においては、内燃機関の低負荷運転時には前記外部EGRの割合を0とすることができる。 In the present invention, the ratio of the external EGR can be set to zero during low load operation of the internal combustion engine.
ここで、低負荷運転時には、燃焼温度が過度に低下することがあるので、外部EGRにより燃焼温度を低下させる必要はほとんどない。一方、低負荷運転時に外部EGRの割合を0とすることにより、EGRガス全体の温度をより高くすることができるので、HCの排出をより減少させることができる。したがって、燃焼温度が所定温度よりも低いときに外部EGRを禁止してもよい。すなわち、ここでいう「低負荷」とは、例えばアイドルやアイドル近傍の低い負荷をいい、外部EGRを行うとHCが排出されるおそれのある負荷、またはHCの排出量が許容値を超えるおそれのある負荷とすることができる。 Here, at the time of low load operation, the combustion temperature may be excessively lowered, so that there is almost no need to lower the combustion temperature by the external EGR. On the other hand, by setting the ratio of external EGR to 0 during low-load operation, the temperature of the entire EGR gas can be increased, and HC emissions can be further reduced. Therefore, external EGR may be prohibited when the combustion temperature is lower than a predetermined temperature. In other words, the “low load” here means, for example, a low load in the vicinity of an idle or idle, a load that may discharge HC when external EGR is performed, or a discharge amount of HC may exceed an allowable value. It can be a certain load.
本発明においては、前記過給機は可変容量型ターボチャージャであり、前記外部EGRの割合を高くするときには割合を高くさせないときと比較して該可変容量型ターボチャージャのノズルを開くことができる。 In the present invention, the supercharger is a variable displacement turbocharger, and the nozzle of the variable displacement turbocharger can be opened when the proportion of the external EGR is increased compared to when the proportion is not increased.
内燃機関が低負荷運転しているときのように排気の量が少ない場合でも、可変容量型ターボチャージャのノズルを閉方向に回動させることにより、排気の流速を高めて排気タービンの回転速度及び回転力を増加させることができる。しかし、ノズルを閉方向に回動させると背圧が高くなる。これにより、内部EGRガスの割合が高くなり外部EGRガスの割合が低くなる。また、背圧が高くなることによりポンプ損失が増加する。 Even when the amount of exhaust is small, such as when the internal combustion engine is operating at a low load, by rotating the nozzle of the variable displacement turbocharger in the closing direction, the exhaust flow rate is increased and the rotational speed of the exhaust turbine The rotational force can be increased. However, when the nozzle is rotated in the closing direction, the back pressure increases. Thereby, the ratio of internal EGR gas becomes high and the ratio of external EGR gas becomes low. In addition, the pump loss increases as the back pressure increases.
ここで、例えば可変動弁機構により排気弁の開閉時期を変更することによっても内部EGRガスの割合を高くすることができる。そして、可変動弁機構により内部EGRガスの割合を増加させた場合には、前記ノズルを閉方向に回動させた場合と比較して背圧を低下させることができるので、ポンプ損失を低下させることができる。さらに、内部EGRガスの割合が増加する分だけノズルを開方向に回動させることができるので、ポンプ損失をより低減させることができる。 Here, for example, the ratio of the internal EGR gas can also be increased by changing the opening / closing timing of the exhaust valve by a variable valve mechanism. When the ratio of the internal EGR gas is increased by the variable valve mechanism, the back pressure can be reduced compared with the case where the nozzle is rotated in the closing direction, so that the pump loss is reduced. be able to. Furthermore, since the nozzle can be rotated in the opening direction by an amount corresponding to an increase in the ratio of the internal EGR gas, the pump loss can be further reduced.
本発明に係る内燃機関の排気還流装置によれば、内燃機関の負荷に応じて内部EGR量と外部EGR量との割合を変更することで、より適切にEGRガスを供給することができる。これにより、NOxおよびHCの排出量を低減させることができる。また、過給圧を
上昇させて機関出力を向上させることができる。
According to the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the EGR gas can be supplied more appropriately by changing the ratio between the internal EGR amount and the external EGR amount according to the load of the internal combustion engine. As a result, NOx and HC emissions can be reduced. Further, the engine output can be improved by increasing the supercharging pressure.
以下、本発明に係る内燃機関の排気還流装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, specific embodiments of an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・排気系および過給機の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。また内燃機関1は、圧縮比が例えば14から15.8の低圧縮比内燃機関である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment is applied, its intake / exhaust system, and a supercharger. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four
内燃機関1には、吸気管3および排気管4が接続されている。この吸気管3の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ5のコンプレッサハウジング5aが設けられている。また、コンプレッサハウジング5aよりも上流の吸気管3には、該吸気管3内を流通する吸気の流量を調節する吸気スロットル6が設けられている。この吸気スロットル6は、電動アクチュエータにより開閉される。吸気スロットル6よりも上流の吸気管3には、該吸気管3内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ7が設けられている。このエアフローメータ7により、内燃機関1の吸入空気量が測定される。
An
一方、排気管4の途中には、前記ターボチャージャ5のタービンハウジング5bが設けられている。また、タービンハウジング5bよりも下流の排気管4には、排気浄化触媒8が設けられている。
On the other hand, a
そして、内燃機関1には、排気管4内を流通する排気の一部を吸気管3へ再循環させるEGR装置30が備えられている。このEGR装置30は、EGR通路31、EGR弁32、およびEGRクーラ33を備えて構成されている。EGR通路31は、タービンハウジング5bよりも下流側の排気管4と、コンプレッサハウジング5aよりも上流の吸気管3と、を接続している。このEGR通路31を通って、排気が再循環される。そして、本実施例では、EGR通路31を通って再循環される排気を外部EGRガスと称している。また、EGR弁32は、EGR通路31の通路断面積を調整することにより、該EGR通路31を流れる外部EGRガスの量を調整する。さらに、EGRクーラ33は、該EGRクーラ33を通過する外部EGRガスの温度を低下させる。
The internal combustion engine 1 is provided with an
なお、本実施例では、前記ターボチャージャ5に可変容量型ターボチャージャを採用している。図2は、可変容量型ターボチャージャの構成を示す断面図である。図2(A)はノズルベーン51が開いている場合を示し、図2(B)はノズルベーン51が閉じている場合を示している。
In the present embodiment, a variable capacity turbocharger is adopted as the turbocharger 5. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the variable capacity turbocharger. 2A shows the case where the
可変容量型ターボチャージャは、図に示すように、タービンハウジング5b内に設けられた排気タービン5cの周囲に複数のノズルベーン51を備えて構成されている。このノズルベーン51は、アクチュエータ52により開閉される。このノズルベーン51を閉じ側へ回動させると、隣接するノズルベーン51間の間隙が狭くなり、ノズルベーン51間の流路が閉じられることになる。一方、ノズルベーン51を開き側へ回動すると、隣接するノズルベーン51間の間隙が広くなり、ノズルベーン51間の流路が開かれることになる。
As shown in the figure, the variable displacement turbocharger is configured to include a plurality of
このように構成された可変容量型ターボチャージャでは、アクチュエータ52によってノズルベーン51の回動方向と回動量とを調整することにより、ノズルベーン51間の流路の向き、及びノズルベーン51間の間隙を変更することが可能となる。即ち、ノズルベーン51の回動方向と回動量とを制御することにより、排気タービン5cに吹き付けられる排気の方向、流速、量が調節されることになる。
In the variable displacement turbocharger configured as described above, the direction of the flow path between the
また、本実施例に係る内燃機関1は可変動弁機構60を備えている。各気筒2には排気弁61が2つ備えられおり、各排気弁61の開閉動作は排気側カム62によって行われる。この排気側カム62は排気側カムシャフト63に取り付けられ、更に排気側カムシャフ
ト63の端部には排気側プーリ64が設けられている。更に、排気側カムシャフト63と排気側プーリ64との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構(以下、「排気側VVT」という)65が設けられている。この排気側VVT65は、ECU10からの指令に従って排気側カムシャフト63と排気側プーリ64との相対的な回転位相を制御する。
Further, the internal combustion engine 1 according to this embodiment includes a
そして、排気側カムシャフト63の回転駆動は、クランクシャフトの駆動力によって行われる。そして、クランクシャフトの駆動力によって排気側カムシャフト63が回転駆動され、さらには排気側カム62が回転されて、以て排気弁61の開閉動作が行われる。そして、本実施例では、可変動弁機構60により排気弁61の開閉時期を排気上死点よりも進角または遅角して、気筒2内の既燃ガスの量が変更される。本実施例では、このようにして気筒2内に残留する既燃ガスを内部EGRガスと称している。
The rotation of the
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。また、ECU10には、運転者がアクセルペダル11を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し、機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ12、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ13の他、各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がECU10に入力されるようになっている。一方、ECU10には、吸気スロットル6、EGR弁32、アクチュエータ52、およびVVT65が電気配線を介して接続されており、該ECU10によりこれらの機器が制御される。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an
そして、本実施例では、内部EGR量および外部EGR量がECU10により調整される。内部EGRの量は、VVT65を制御することにより調整することができる。排気弁61の閉じる時期を排気上死点よりも早くするほど、排気管4に排出されずに気筒2内に残留する既燃ガスの量が多くなる。その後吸気弁が開弁することにより既燃ガスが吸気管3に逆流するが、この逆流した既燃ガスは直後の吸気行程に再度気筒2内に流入する。すなわち、排気弁61の閉じる時期を排気上死点よりも早くするほど、内部EGR量を増加させることができる。また、排気弁61の閉じる時期を排気上死点よりも遅くするほど、吸気行程中に排気管4から気筒2内に逆流する既燃ガスの量が多くなる。すなわち、排気弁61の閉じる時期を排気上死点よりも遅くするほど、内部EGR量を増加させることができる。なお、本実施例においては可変動弁機構60が、本発明における内部EGR量変更手段に相当する。
In this embodiment, the internal EGR amount and the external EGR amount are adjusted by the
一方、外部EGRの量は、吸気スロットル6を制御することにより調整することができる。吸気スロットル6の開弁量が小さくすることにより該吸気スロットル6よりも下流の吸気管3内の圧力を低下させることができる。これにより、排気管4と吸気管3との圧力差が大きくなるので、より多くの排気がEGR通路31を流れて外部EGR量が増加する。このときには、EGR弁32を全開としておく。このように吸気スロットル6の開度を調整することにより外部EGR量を調整することができる。なお、吸気スロットル6の代わりに、排気管4にEGR通路31が接続されている箇所よりも下流の排気管4に排気スロットルを設け、この排気スロットルの開閉により外部EGR量を調整することもできる。この場合、排気スロットルの開度を小さくするほど排気管4内の圧力が増加して外部EGR量が多くなる。さらに、EGR弁32の開度を調整することにより外部EGR量を調整することもできる。この場合、EGR弁32の開度を大きくするほど外部EGR量が増加する。
On the other hand, the amount of external EGR can be adjusted by controlling the
そして、内部EGRガスは外部EGRガスと比較して温度が高いため、内部EGRガスの量を多くするほど気筒2内の温度を上昇させることができる。また、外部EGRガスは
EGR通路31やEGRクーラ33を通過することにより温度が低下しているので、外部EGRガスの量を多くするほど気筒2内の温度を低下させることができる。また、内部EGRガスと外部EGRガスとの割合を調整することにより、気筒2内の温度を所望の温度に調整することができる。これにより、燃焼温度の過度の上昇を抑制することもできる。そして、内部EGR量の増減に応じて外部EGR量を増減させれば、EGRガスの総量を変化させないようにすることができる。また、可変動弁機構60により内部EGRガスの割合を高めることができるので、ノズルベーン51を過度に閉じる必要はなくなり、さらにはノズルベーン51を開くこともできる。これによりポンプ損失を低減させることができる。さらに、EGR通路31はタービンハウジング5bよりも下流に接続されているため、タービンハウジング5bよりも上流に接続されているEGR装置と比較して該タービンハウジング5bを通過する排気の量を多くすることができる。これにより、排気タービン5cの回転数をより高くすることができるため、過給圧をより高めることができるので機関出力を向上させることができる。
Since the internal EGR gas has a higher temperature than the external EGR gas, the temperature in the
このようにして、燃焼温度の低い低圧縮比内燃機関であっても気筒2内の温度を上昇させてHCの排出量を低減させることができる。また、気筒2内の温度が過度に上昇することを抑制することができるので、NOxの排出量を低減することができる。さらに、機関
負荷が低いときであっても過給圧を高くすることができるので、気筒2内に十分な酸素を導入することができるため、未燃HCの排出量をより低減することができる。
In this way, even in a low compression ratio internal combustion engine having a low combustion temperature, the temperature in the
本実施例においては、機関負荷が低いときには外部EGRガスよりも内部EGRガスの割合を多くし、機関負荷が高いときには内部EGRガスよりも外部EGRガスの割合を多くする。その他のハードウェアについては、実施例1と同じなので説明を省略する。 In this embodiment, when the engine load is low, the ratio of the internal EGR gas is larger than that of the external EGR gas, and when the engine load is high, the ratio of the external EGR gas is larger than that of the internal EGR gas. The other hardware is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
図3は、機関回転数および機関負荷と、EGRの種類の分布との関係を示した図である。また、図4は、図3においてAで示される機関回転数における、機関負荷とEGRの種類の分布との関係を示した図である。図3において、「外部EGR領域」は、気筒2内の全EGRガスに対して外部EGRガスの割合を可及的に高くする領域である。なお、気筒2内に残留する既燃ガスを完全に取り除くことは困難であるため、内部EGRの割合は厳密には0とならないが、簡単のため図3および図4では、内部EGRの割合を0としている。また、「内部EGR併用領域」では、内部EGRの割合が高められる。図4において、横軸は機関負荷であり、縦軸は全EGR量に占める内部EGRと外部EGRとの割合を示している。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the engine speed and the engine load, and the distribution of EGR types. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the engine load and the distribution of EGR types at the engine speed indicated by A in FIG. In FIG. 3, the “external EGR region” is a region in which the ratio of the external EGR gas to the total EGR gas in the
図3に示したように、低負荷の場合には「内部EGR併用領域」となる。すなわち、低負荷の場合には排気の温度が低いため内部EGRが併用される。一方、中・高負荷の場合には「外部EGR領域」となる。すなわち、中・高負荷の場合には、排気の温度が高いため外部EGRのみを供給して気筒2内の温度が過度に上昇しないようにしている。また、図4に示すように、極低負荷の場合には外部EGRの割合を0としている。すなわち、機関負荷が0の場合には気筒2内に内部EGRのみが供給される。そして、機関負荷が少し大きくなると外部EGRが併用される。そして、機関負荷が大きくなるに従い外部EGRガスの割合が徐々に大きくなる。さらに中負荷以上となると気筒2内に外部EGRのみが供給される。
As shown in FIG. 3, in the case of a low load, it becomes an “internal EGR combined use region”. That is, in the case of a low load, the internal EGR is used together because the exhaust gas temperature is low. On the other hand, in the case of medium / high load, it becomes an “external EGR region”. That is, in the case of medium and high loads, since the exhaust gas temperature is high, only the external EGR is supplied so that the temperature in the
そして、本実施例では、内部EGR量の目標値を内燃機関1の運転状態から決定し、実際の内部EGR量が目標値となるようにVVT65が制御される。具体的には、機関回転数、機関負荷、およびVVT65の制御値の関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに機関回転数および機関負荷を代入してVVT65の制御値を得る。このときに、内燃機関1の冷却水温度、外気温度、または排出されるHC量も考慮してVVT
65の制御値を得ても良い。このVVT65の制御値に基づいてECU10がVVT65を制御することにより内部EGR量が調整される。一方、気筒2内の総EGR量の目標値を内燃機関1の運転状態から決定し、この総EGR量の目標値となるように吸気スロットル6が制御される。このときに、内燃機関1の冷却水温度、外気温度、または排出されるHC量も考慮して吸気スロットル6の制御値を得ても良い。例えば、エアフローメータ7により得られる吸入空気量に基づいて吸気スロットル6の開度が調整される。ここで、気筒2内の総EGR量の分だけエアフローメータ7により検出される吸入空気量が少なくなるため、この吸入空気量に基づいて気筒2内の総EGR量を間接的に求めることができる。具体的には、機関回転数、機関負荷、吸入空気量、および吸気スロットル6の開度の関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに機関回転数、機関負荷、および吸入空気量を代入して吸気スロットル6の開度を得ることができる。以上のように、本実施例では内部EGRはオープンループ制御され、外部EGRは吸入空気量に基づいてフィードバック制御される。
In this embodiment, the target value of the internal EGR amount is determined from the operating state of the internal combustion engine 1, and the
A control value of 65 may be obtained. The
このように構成された内燃機関の排気還流装置では、内燃機関1が低負荷で運転されている場合には、内部EGRガスの割合を高くすることにより気筒2内の温度を上昇させることができる。これにより、燃焼温度が高くなるので未燃HCの排出を抑制することができる。一方、内燃機関1が高負荷で運転されている場合には、外部EGRガスの割合を高くする若しくは外部EGRガスのみを供給することにより燃焼温度を低下させることができるので、NOxの排出を抑制することができる。また、内部EGRを行うことにより従
来のような高圧EGRを行う必要がなくなるので、ノズルベーン51を従来よりも開くことができる。これにより、ポンプ損失を低減させることができるので、燃費を向上させることができる。さらに、内部EGRガスと外部EGRガスとの割合を徐々に変えることにより、気筒内のEGR温度を徐々に変えることができるので、気筒2内のEGRガスの温度および燃焼温度が急変することが抑制される。これにより、気筒2内の温度制御を容易に行うことができる。
In the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine configured as described above, when the internal combustion engine 1 is operated at a low load, the temperature in the
さらに、アイドルおよびアイドル近傍の低負荷の場合には、外部EGRの割合を0とすることにより気筒2内でのEGR温度の低下を抑制することができるので、低圧縮比内燃機関であっても気筒2内での燃焼温度の低下を抑制することができる。これにより、未燃HCの排出量を低減することができる。
Further, in the case of idling and a low load near the idling, the EGR temperature drop in the
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気管
4 排気管
5 ターボチャージャ
5a コンプレッサハウジング
5b タービンハウジング
5c 排気タービン
6 吸気スロットル
7 エアフローメータ
8 排気浄化触媒
10 ECU
11 アクセルペダル
12 アクセル開度センサ
13 クランクポジションセンサ
30 EGR装置
31 EGR通路
32 EGR弁
33 EGRクーラ
51 ノズルベーン
52 アクチュエータ
60 可変動弁機構
61 排気弁
62 排気側カム
63 排気側カムシャフト
64 排気側プーリ
65 可変回転位相機構(排気側VVT)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
11
Claims (5)
前記タービンよりも下流の排気通路と前記コンプレッサよりも上流の吸気通路とを接続するEGR通路と、
内燃機関の内部EGR量を変更する内部EGR量変更手段と、
を備え、
前記内燃機関からの排気を前記EGR通路に流すことにより気筒内に導入される外部EGR量と、気筒内に残留する内部EGR量と、の割合を内燃機関の負荷に応じて変更することを特徴とする内燃機関の排気還流装置。 A turbocharger equipped with a turbine in the exhaust passage and a compressor in the intake passage;
An EGR passage connecting an exhaust passage downstream of the turbine and an intake passage upstream of the compressor;
Internal EGR amount changing means for changing the internal EGR amount of the internal combustion engine;
With
The ratio of the external EGR amount introduced into the cylinder by flowing exhaust gas from the internal combustion engine through the EGR passage and the internal EGR amount remaining in the cylinder is changed in accordance with the load of the internal combustion engine. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20081029 |