JP2007327382A - Multicylinder engine and its egr cooler - Google Patents

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秀一 中村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce NO<SB>x</SB>, increase output, and improve fuel economy, by implementing high supercharge and a large amount of EGR, and to reduce the number of parts of an EGR device and reduce piping, in a multicylinder engine having an EGR device recirculating part of exhaust from upstream of a turbine of a turbocharger to downstream of a compressor. <P>SOLUTION: In the multicylinder engine, the EGR device 35 comprises: tributary passages 36a, 36b each having one end connected with an exhaust manifold; a confluence passage 36c connecting the other end side of them with a venturi; and an EGR cooler 37 disposed at a connecting part between the tributary passages 36a, 36b and the confluence passage 36c. The EGR cooler 37 has: respective inlet parts 50A, 50B each connected with the tributary passage; a common outlet part 51A connected with the confluence passage; cooling passages 52A, 52B connecting each inlet part with the common outlet part; and a reed valve 53A as a check valve opening/closing each cooling passage with respect to the common outlet part so as to suppress transmission of exhaust pulses between the cooling passages. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、ターボ過給機のタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させるEGR装置を備える多気筒エンジンにおいて、排気対策(NOxの低減など)および出力・燃費の向上を実現するための技術およびこれに好適なEGRクーラに関する。   The present invention relates to a technology for realizing exhaust measures (such as NOx reduction) and improving output and fuel consumption in a multi-cylinder engine equipped with an EGR device that circulates exhaust gas from the turbine upstream of the turbocharger to the compressor downstream. The present invention relates to a suitable EGR cooler.

エンジンのEGR(排気環流:Exhaust Gas Recirculation)システムとして、排気系から吸気系へ排気の一部をEGRクーラを経由して環流させるものがよく採用される。このようなEGRシステムにおいては、ターボ過給機のタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させる場合、過給圧が排気圧よりも高くなる運転領域が生じやすく、EGRが十分に得られない。特許文献1においては、EGR率の向上に排気脈動を利用するべく、排気マニホールドが排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分割され、これらマニホールド(ターボチャージャのタービン上流)と吸気通路(ターボチャージャのコンプレッサ下流)との間を個別的に接続する各EGR通路の途中にEGRガス(排気環流ガス)の逆流を規制する逆止弁(リードバルブ)が介装される。
特開2004−308487号
As an engine EGR (Exhaust Gas Recirculation) system, a system that circulates part of the exhaust gas from the exhaust system to the intake system via the EGR cooler is often used. In such an EGR system, when exhaust gas is circulated from the turbine upstream of the turbocharger to the compressor downstream, an operation region in which the supercharging pressure becomes higher than the exhaust pressure is likely to occur, and sufficient EGR cannot be obtained. In Patent Document 1, in order to use exhaust pulsation to improve the EGR rate, the exhaust manifold is divided into cylinder groups that do not overlap in the exhaust stroke, and the manifold (turbine upstream of the turbocharger) and the intake passage (turbocharger A check valve (reed valve) that restricts the backflow of EGR gas (exhaust gas) is provided in the middle of each EGR passage that is individually connected to the downstream of the compressor.
JP 2004-308487 A

このような従来例においては、気筒群毎の排気マニホールド下流にターボチャージャのタービンハウジングが接続される。このため、ターボチャージャについては、気筒群毎の排気マニホールドに対応する複数のタービン入口を持つものに制約される。タービン入口が1つ(シングルエントリ方式)の場合、タービンハウジングの内部を通して排気噴き出し中の気筒群側の排気マニホールドからのブローダウン流(排気行程初期の噴き出し排気)が排気(押し出し)行程中の気筒群側の排気マニホールドへ逃げてしまう。つまり、EGR率およびタービン効率の向上に排気パルス(正圧波の山)が十分に生かせない。また、EGR通路が個別的に配設され、各EGR通路にEGRクーラ,EGRバルブ,逆止弁が配置されるため、部品数が多くかつ配管も嵩張り、コストが高くなってしまう。   In such a conventional example, the turbine housing of the turbocharger is connected downstream of the exhaust manifold for each cylinder group. For this reason, the turbocharger is restricted to one having a plurality of turbine inlets corresponding to the exhaust manifold for each cylinder group. When the number of turbine inlets is one (single entry system), the blowdown flow from the exhaust manifold on the side of the cylinder group that is injecting exhaust gas through the inside of the turbine housing (the exhaust gas at the initial stage of the exhaust stroke) is in the exhaust (push-out) stroke cylinder Escape to the exhaust manifold on the group side. In other words, exhaust pulses (positive pressure wave peaks) cannot be fully utilized to improve the EGR rate and turbine efficiency. Further, since the EGR passages are individually arranged and the EGR cooler, the EGR valve, and the check valve are arranged in each EGR passage, the number of parts is large and the piping is bulky, resulting in an increase in cost.

この発明は、このような従来技術を踏まえつつ、ターボ過給機のタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させるEGR装置を備える多気筒エンジンにおいて、排気対策(NOxの低減など)および出力・燃費の向上を促進するべく、広い運転領域において、高過給・大量EGRを実現しえる手段の提供を目的とする。   In the multi-cylinder engine having an EGR device that circulates the exhaust gas from the turbine upstream of the turbocharger to the compressor downstream, based on such conventional technology, the present invention provides an exhaust countermeasure (NOx reduction, etc.), output and fuel consumption reduction. In order to promote improvement, the purpose is to provide a means that can achieve high supercharging and large EGR in a wide operating range.

第1の発明は、ターボチャージャのタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させるEGR装置、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に2分割される排気マニホールド、これら排気マニホールドの直下流を排気パルスが逆流するのを抑える排気脈動増幅手段、吸気マニホールドの上流に配置される吸気脈動増幅手段、を備え、EGR装置は、各排気マニホールドにそれぞれ一端が接続される支流路、各支流路の他端側と吸気脈動増幅手段との間を接続する合流路、これら支流路と合流路との接続部に配置されるEGRクーラ、を備え、EGRクーラは、支流路にそれぞれ接続する個別の入口部、合流路に接続する共通の出口部、各入口部と共通の出口部との間をそれぞれ接続する冷却通路と、これらの冷却通路間を排気パルスが行き来するのを抑えるように各冷却通路を共通の出口部に対して開閉する逆止弁としてのリードバルブ、を備えることを特徴とする。   The first invention is an EGR device that circulates exhaust from the turbine upstream of the turbocharger to the compressor downstream, an exhaust manifold that is divided into two for each cylinder group that does not overlap the exhaust stroke, and an exhaust pulse that flows directly downstream of these exhaust manifolds. An exhaust pulsation amplifying means that suppresses the intake pulsation, and an intake pulsation amplifying means that is disposed upstream of the intake manifold, and the EGR device includes a branch flow path having one end connected to each exhaust manifold, and the other end side of each branch flow path. An EGR cooler disposed at a connection portion between the branch flow path and the combined flow path, each of which is connected to each of the branch flow paths, and the combined flow path. A common outlet connected to each other, a cooling passage connecting each inlet and the common outlet, and an exhaust pulse between these cooling passages is suppressed. Characterized in that it comprises as a reed valve, as check valve for opening and closing the respective cooling passages to a common outlet.

第2の発明は、ターボチャージャのタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させるEGR装置、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に2分割される排気マニホールド、これら排気マニホールドの直下流を排気パルスが逆流するのを抑える排気脈動増幅手段、吸気マニホールドの上流に配置される吸気脈動増幅手段、を備え、EGR装置は、各排気マニホールドにそれぞれ一端が接続される支流路、これら支流路の他端側と吸気脈動増幅手段との間を接続する合流路、各支流路にそれぞれ配置されるEGRクーラ、これらクーラの出口部にそれぞれ配置される逆止弁としてのリードバルブ、を備えることを特徴とする。   The second invention is an EGR device that circulates exhaust gas from the turbine upstream of the turbocharger to the compressor downstream, an exhaust manifold that is divided into two for each cylinder group that does not overlap the exhaust stroke, and an exhaust pulse that flows directly downstream of these exhaust manifolds. And an exhaust pulsation amplifying means disposed upstream of the intake manifold, and the EGR device includes a branch flow path having one end connected to each exhaust manifold, and the other end side of these branch flow paths. It is characterized by comprising a combined flow path connecting the intake pulsation amplifying means, an EGR cooler disposed in each branch flow path, and a reed valve as a check valve disposed in an outlet portion of each cooler.

第3の発明は、第1の発明に係るリードバルブは、2つの冷却通路の互いに向き合う下流端間に介装され、各冷却通路の下流端に対応する1対のバルブシートを備え、一方の冷却通路から出口部へ噴き出る排気の動圧により、反対側のバルブシートに押圧され、他方の冷却通路を出口部に対して閉弁する仕組みの片持ち弁に構成されることを特徴とする。   In a third aspect of the invention, the reed valve according to the first aspect of the present invention is interposed between the downstream ends of the two cooling passages facing each other, and includes a pair of valve seats corresponding to the downstream ends of the respective cooling passages. It is configured as a cantilever valve that is pressed against the valve seat on the opposite side by the dynamic pressure of the exhaust gas ejected from the cooling passage to the outlet portion and closes the other cooling passage with respect to the outlet portion. .

第4の発明は、第1の発明〜第3の発明に係る排気脈動増幅手段として、各排気マニホールドを直下流の合流部へ先細ノズル形状に絞る混合部を備えたことを特徴とする。   The fourth invention is characterized in that the exhaust pulsation amplifying means according to the first to third inventions is provided with a mixing section for narrowing each exhaust manifold to a converging section immediately downstream in a tapered nozzle shape.

第5の発明は、第1の発明〜第3の発明に係る排気脈動増幅手段として、ターボチャージャのタービン入口が複数のタービンハウジングを各排気マニホールドの下流端に接続したことを特徴とする。   The fifth invention is characterized in that, as exhaust pulsation amplifying means according to the first to third inventions, a turbine inlet of a turbocharger connects a plurality of turbine housings to downstream ends of the respective exhaust manifolds.

第6の発明は、第1の発明〜第3の発明に係る吸気脈動増幅手段として、ベンチュリを吸気通路とEGR通路との接続部に配置したことを特徴とする。   The sixth invention is characterized in that, as the intake pulsation amplifying means according to the first to third inventions, a venturi is arranged at a connection portion between the intake passage and the EGR passage.

第7の発明は、第1の発明〜第3の発明に係る吸気脈動増幅手段として、絞り弁を吸気通路とEGR通路との接続部に配置したことを特徴とする。   The seventh invention is characterized in that, as the intake pulsation amplifying means according to the first to third inventions, a throttle valve is disposed at a connection portion between the intake passage and the EGR passage.

第1の発明においては、排気脈動増幅手段により、各排気マニホールドの直下流を排気パルスが逆流するのを抑えられ、EGRクーラへ排気パルスが弱められることなく伝えられる。また、EGRクーラにおいて、2つの冷却通路間を排気パルスが行き来するのを抑えるように各冷却通路を共通の出口部に対して開閉するリードバルブを備えるので、2つの冷却通路の高圧側から低圧側へ排気パルスが逆流するのを抑えられる。つまり、支流路と合流路との接続部に配置されるEGRクーラにおいても、排気の干渉が防止され、EGR率の向上に排気パルスを有効に利用できる。また、吸気脈動増幅手段により、吸気圧力が低下するため、EGRガスを吸気マニホールドへ吸い込みやすくなり、EGR率の向上が促進される。従って、各排気マニホールドの直下流にターボチャージャのタービンハウジングが接続される場合、タービン入口が1つシングルエントリ方式においても、タービン効率の向上が得られるばかりでなく、EGR率を十分に高められるのである。EGRクーラは、2つの冷却通路を備えるが、1つの部品であり、EGR流量を調整するEGRバルブについても、合流路に介装すれば、1つ部品で済むため、EGR装置の部品数および配管の削減が可能となり、コストの低減を実現できる。   In the first aspect of the invention, the exhaust pulsation amplifying means prevents the exhaust pulse from flowing back immediately downstream of each exhaust manifold, and the exhaust pulse is transmitted to the EGR cooler without being weakened. In addition, the EGR cooler is provided with a reed valve that opens and closes each cooling passage with respect to a common outlet so as to prevent the exhaust pulse from going back and forth between the two cooling passages. It is possible to prevent the exhaust pulse from flowing backward. That is, even in the EGR cooler arranged at the connection portion between the branch flow path and the combined flow path, the interference of the exhaust is prevented, and the exhaust pulse can be effectively used to improve the EGR rate. Further, since the intake air pressure is reduced by the intake pulsation amplifying means, it becomes easier to suck EGR gas into the intake manifold, and the improvement of the EGR rate is promoted. Therefore, when the turbine housing of the turbocharger is connected directly downstream of each exhaust manifold, not only the turbine efficiency can be improved but also the EGR rate can be sufficiently increased even in a single entry system with one turbine inlet. is there. The EGR cooler is equipped with two cooling passages, but it is a single component, and the EGR valve that adjusts the EGR flow rate can be one component if it is installed in the combined flow path. The cost can be reduced.

第2の発明においては、排気脈動増幅手段により、各排気マニホールドの直下流を排気パルスが逆流するのを抑えられる。このため、EGRクーラへ排気パルスが弱められることなく伝えられ、リードバルブを有効に作動させることができる。リードバルブは、各EGRクーラの出口部にそれぞれ配置されるので、排気パルスが逆流するのを抑えられる。つまり、各支流路のリードバルブにより、排気の干渉が防止され、EGR率の向上に排気パルスを有効に利用できる。また、吸気脈動増幅手段により、吸気圧力が低下するため、EGRガスを吸気マニホールドへ吸い込みやすくなり、EGR率の向上が促進される。従って、各排気マニホールドの直下流にターボチャージャのタービンハウジングが接続される場合、タービン入口が1つシングルエントリ方式においても、タービン効率の向上が得られるばかりでなく、EGR率を十分に高められるのである。EGR装置は、合流路を用いるので、配管が節約され、EGR流量を調整するEGRバルブについても、合流路に介装すれば、1つ部品で済むため、部品数の削減が可能となり、コストの低減を実現できる。   In the second aspect of the invention, the exhaust pulsation amplifying means can suppress the exhaust pulse from flowing back immediately downstream of each exhaust manifold. For this reason, the exhaust pulse is transmitted to the EGR cooler without being weakened, and the reed valve can be operated effectively. Since the reed valve is disposed at the outlet of each EGR cooler, it is possible to suppress the backflow of exhaust pulses. That is, the reed valve of each branch channel prevents the interference of the exhaust, and the exhaust pulse can be effectively used to improve the EGR rate. Further, since the intake air pressure is reduced by the intake pulsation amplifying means, it becomes easier to suck EGR gas into the intake manifold, and the improvement of the EGR rate is promoted. Therefore, when the turbine housing of the turbocharger is connected directly downstream of each exhaust manifold, not only the turbine efficiency can be improved but also the EGR rate can be sufficiently increased even in a single entry system with one turbine inlet. is there. Since the EGR device uses a combined flow path, piping can be saved, and an EGR valve that adjusts the EGR flow rate can be reduced by reducing the number of parts because only one component is required if it is installed in the combined flow path. Reduction can be realized.

第3の発明においては、一方の冷却通路から出口部へ噴き出る排気の動圧により、リードバルブは、反対側のバルブシートに押圧され、他方の冷却通路を出口部に対して閉弁するので、2つの冷却通路間を排気パルスが行き来するのを抑えられるばかりなく、低圧側の冷却通路が閉弁のときは、高圧側の冷却通路が開弁のため、吸気圧力(過給圧)が高圧側の排気圧力を上回らない限り、吸気圧力の上昇に伴うEGRガスの逆流も抑えられるのである。   In the third invention, the reed valve is pressed against the valve seat on the opposite side by the dynamic pressure of the exhaust gas ejected from the one cooling passage to the outlet portion, and the other cooling passage is closed with respect to the outlet portion. Not only can the exhaust pulse travel between the two cooling passages, but when the low-pressure side cooling passage is closed, the high-pressure side cooling passage is open, so the intake pressure (supercharging pressure) is reduced. As long as the exhaust pressure on the high pressure side is not exceeded, the backflow of EGR gas accompanying the rise in intake pressure can be suppressed.

第4の発明においては、先細ノズル形状の混合部により、排気の流れが加速され、動圧が上がるため、排気噴き出し中の気筒側の排気マニホールドから排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールドへ排気パルスが逃げるのを抑えられる。また、先細ノズル形状の混合部により、動圧が上がると、静圧が下がり、排気(押し出し)行程中の排気マニホールドから排気を吸引するため、排気(押し出し)行程中のポンピングロスも低減される。   In the fourth aspect of the invention, the flow of exhaust is accelerated and the dynamic pressure is increased by the tapered nozzle-shaped mixing portion, so that the exhaust manifold on the cylinder side during the exhaust (push-out) stroke from the exhaust manifold on the cylinder side being exhausted is discharged. The exhaust pulse can be prevented from escaping. In addition, when the dynamic pressure increases due to the tapered nozzle-shaped mixing section, the static pressure decreases and the exhaust is sucked from the exhaust manifold during the exhaust (push-out) stroke, so that the pumping loss during the exhaust (push-out) stroke is also reduced. .

第5の発明においては、タービン入口が2つのタービンハウジングにより、排気の干渉が防止され、タービンの回転を向上させることができるほか、EGR通路へ排気パルスを弱めることなく伝えられるため、EGR率を十分に高められるのである。   In the fifth aspect of the invention, the turbine inlet has two turbine housings to prevent the interference of exhaust and improve the rotation of the turbine. In addition, the EGR rate can be transmitted to the EGR passage without weakening the exhaust pulse. It can be raised enough.

第6の発明においては、ベンチュリにより、吸気の流れが加速され、動圧が上がり、静圧が下がるため、EGRガスを吸気マニホールドへ吸い込みやすくなり、EGR率の向上が促進される。   In the sixth aspect of the invention, the venturi accelerates the flow of intake air, increases the dynamic pressure, and lowers the static pressure. Therefore, EGR gas can be easily sucked into the intake manifold, and the improvement of the EGR rate is promoted.

第7の発明においては、絞り弁により、吸気の流れが抑制され、EGRガスを吸気マニホールドへ吸い込みやすくなり、EGR率の向上が促進される。   In the seventh invention, the flow of the intake air is suppressed by the throttle valve, and it becomes easy to suck the EGR gas into the intake manifold, thereby promoting the improvement of the EGR rate.

図1において、2は多気筒エンジン1(6気筒ディーゼルエンジン)の吸気通路であり、吸気マニホールド3と吸気管4とから構成される。6aはターボチャージャ6のコンプレッサであり、5はインタクーラであり、7はエアクリーナである。   In FIG. 1, reference numeral 2 denotes an intake passage of a multi-cylinder engine 1 (6-cylinder diesel engine), which includes an intake manifold 3 and an intake pipe 4. 6a is a compressor of the turbocharger 6, 5 is an intercooler, and 7 is an air cleaner.

8はエンジン1の排気通路であり、排気マニホールド9a,9bと排気管10とから構成される。排気マニホールド9a,9bは、排気行程が実質的にオーバラップしない気筒群(#1,2,3と#4,5,6)毎に分割され、これらマニホールド9a,9bの合流部11にターボチャージャ6のタービン6bを介して排気管10が接続される。ターボチャージャ6のコンプレッサ6aは、タービン6bの回転により駆動され、各気筒への吸気を過給する。ターボチャージャ6としては、タービン入口が1つ(シングルエントリ方式)の可変ノズル式が用いられる。12はマフラである。   Reference numeral 8 denotes an exhaust passage of the engine 1 and includes exhaust manifolds 9 a and 9 b and an exhaust pipe 10. The exhaust manifolds 9a and 9b are divided into cylinder groups (# 1, 2, 3 and # 4, 5, 6) in which the exhaust strokes do not substantially overlap, and a turbocharger is formed at the junction 11 of these manifolds 9a and 9b. The exhaust pipe 10 is connected via a turbine 6b. The compressor 6a of the turbocharger 6 is driven by the rotation of the turbine 6b and supercharges intake air to each cylinder. As the turbocharger 6, a variable nozzle type having one turbine inlet (single entry type) is used. 12 is a muffler.

図2のように、排気マニホールド9a,9bは、互いに集合部下流が1つのフランジ20に結集され、その接合面に合流部11を開口する。1つのフランジ20に結集する集合部下流は、合流部11へ向けて通路を先細形状に絞るノズル部23a,23bに形成される。25はタービンハウジングであり、排気マニホールド9a,9bのフランジ20に対応するフランジ26が形成され、タービン6bの入口がフランジ26の接合面に開口する。排気マニホールド9a,9bのフランジ20にタービンハウジング25のフランジ26が連結される。ノズル部23a,23b下流の合流部11を一旦絞ってから徐々に拡げるスロート形状のディフューザ部29がタービンハウジング25の内部に形成される。   As shown in FIG. 2, the exhaust manifolds 9 a and 9 b are gathered together at one flange 20 on the downstream side of the gathering part, and the joining part 11 is opened at the joint surface. The downstream of the gathering portion gathered in one flange 20 is formed in nozzle portions 23 a and 23 b that narrow the passage toward the joining portion 11 in a tapered shape. Reference numeral 25 denotes a turbine housing, in which a flange 26 corresponding to the flange 20 of the exhaust manifolds 9 a and 9 b is formed, and an inlet of the turbine 6 b opens at a joint surface of the flange 26. The flange 26 of the turbine housing 25 is connected to the flange 20 of the exhaust manifolds 9a and 9b. A throat-shaped diffuser portion 29 is formed inside the turbine housing 25 that once squeezes the merging portion 11 downstream of the nozzle portions 23 a and 23 b and then gradually expands.

合流部11においては、先細形状のノズル部23a,23bにより、排気の流れが加速され、動圧が上がり、静圧が下げるため、排気マニホールド9a,9b間を排気パルスが逆流するのを抑えられる。また、ノズル部23aまたは23bから噴き出るブローダウン流(排気行程初期の噴き出し排気)の流速により、動圧が上がり、静圧が下げられ、エゼクタ作用を生じると、排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールド9bまたは9aから排気がディフューザ部29へ吸引されるのである。その後は、ディフューザ部29により、排気の流れが減速され、スクロールの静圧(排気圧)を上げるようになっている。   In the merging portion 11, the flow of exhaust is accelerated by the tapered nozzle portions 23a and 23b, the dynamic pressure is increased, and the static pressure is lowered, so that the backflow of the exhaust pulse between the exhaust manifolds 9a and 9b can be suppressed. . Further, when the dynamic pressure is increased and the static pressure is lowered by the flow velocity of the blowdown flow (the exhaust gas discharged at the initial stage of the exhaust stroke) ejected from the nozzle portion 23a or 23b, and the ejector action is generated, the cylinder in the exhaust (extrusion) stroke The exhaust is sucked into the diffuser portion 29 from the side exhaust manifold 9b or 9a. Thereafter, the flow of the exhaust is decelerated by the diffuser unit 29, and the static pressure (exhaust pressure) of the scroll is increased.

図1において、35はターボチャージャ6のタービン6b上流からターボチャージャ6のコンプレッサ6a下流へ排気の一部を環流させるEGR装置であり、排気マニホールド9a,9bの集合部と後述のベンチュリ40(吸気脈動増幅手段)との間を接続するEGR通路36が備えられる。EGR通路36は、各排気マニホールド9a,9bの集合部にそれぞれ一端が接続される支流路36a,36bと、支流路36a,36bの他端側とベンチュリ40との間を接続する合流路36cと、これら支流路36a,36bにそれぞれ配置されるEGRクーラ37a,37bと、合流路36cに配置されるEGRバルブ38(EGR流量を調整する手段)と、から構成される。吸気マニホールド3の直上流(インタクーラ5の下流)にベンチュリ40が配置され、ベンチュリ40にEGR装置35の合流路36cが開口される。ベンチュリ40により、吸気の流れが加速され、動圧が上がり、静圧が下がるため、EGRガスを吸気マニホールド3へ吸い込みやすくなる。   In FIG. 1, reference numeral 35 denotes an EGR device that circulates a part of the exhaust gas from the upstream side of the turbine 6b of the turbocharger 6 to the downstream side of the compressor 6a of the turbocharger 6. An EGR passage 36 is provided for connection to the amplifying means. The EGR passage 36 includes branch passages 36a and 36b whose one ends are connected to the aggregate portions of the exhaust manifolds 9a and 9b, and a joint passage 36c that connects the other end of the branch passages 36a and 36b and the venturi 40, respectively. The EGR coolers 37a and 37b are disposed in the branch flow paths 36a and 36b, respectively, and the EGR valve 38 (means for adjusting the EGR flow rate) is disposed in the combined flow path 36c. A venturi 40 is disposed immediately upstream of the intake manifold 3 (downstream of the intercooler 5), and a joint channel 36c of the EGR device 35 is opened in the venturi 40. The venturi 40 accelerates the flow of intake air, increases the dynamic pressure, and lowers the static pressure, so that EGR gas can be easily sucked into the intake manifold 3.

図3,図4は、EGRクーラ37a,37bの構成を説明するものであり、排気(EGRガス)の入口部50と出口部51と、これらの間に構成される冷却通路52と、冷却通路52を出口部51に対して開閉するリードバルブ53(逆止弁)と、を備える。冷却通路52は、所定数の伝熱管52aから構成され、その周りに筒形の胴体52bで囲われる流路56が形成され、伝熱管52aを通過するEGRガスと胴体52bの内部(流路56)を流れる冷却水との間で熱交換を行うようになっている。55は冷却水の入口部であり、56は同じく出口部であり、これらはエンジン1の冷却水循環回路に接続される。   3 and 4 illustrate the configuration of the EGR coolers 37a and 37b. The exhaust (EGR gas) inlet 50 and outlet 51, the cooling passage 52 formed between them, and the cooling passage are illustrated. And a reed valve 53 (check valve) that opens and closes the outlet 52 with respect to the outlet 51. The cooling passage 52 is composed of a predetermined number of heat transfer tubes 52a, and a flow path 56 surrounded by a cylindrical body 52b is formed around the cooling passage 52, and the EGR gas passing through the heat transfer tubes 52a and the inside of the body 52b (flow path 56). ) To exchange heat with the cooling water flowing through. 55 is an inlet part of the cooling water, 56 is also an outlet part, and these are connected to the cooling water circulation circuit of the engine 1.

リードバルブ53は、撓み量が0の自然状態において、バルブシート54に接して冷却通路52と出口部51との間を遮断(閉弁)する一方、冷却通路側の圧力が出口側の圧力よりも増大すると、圧力差によりバルブシート54から離れ、冷却通路52と出口部51との間を連通(開弁)する片持ち弁に構成される。57はリードバルブの最大開度を規制するバルブストッパである。   The reed valve 53 is in contact with the valve seat 54 and shuts off (closes) between the cooling passage 52 and the outlet 51 in a natural state where the amount of bending is zero, while the pressure on the cooling passage side is higher than the pressure on the outlet side. If the pressure increases, the valve seat 54 is separated from the valve seat 54 due to the pressure difference, and the cantilever valve communicates (opens) between the cooling passage 52 and the outlet 51. A valve stopper 57 regulates the maximum opening of the reed valve.

このような構成により、エンジン1の排気は、各排気マニホールド9a,9bにより、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分けられ、先細ノズル形状の混合部23a,23bからターボチャージャ6のタービン6bを介して下流側へ排出される。その際、先細ノズル形状の混合部23a,23bにより、動圧が上がり、静圧が下がるため、排気噴き出し中の気筒側の排気マニホールド9aまたは9bから排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールド9bまたは9aへ排気パルスが逃げるのを抑えられる。このため、タービン6bに対するばかりでなく、EGR通路36に対しても、排気パルスが弱められることなく伝達される。   With such a configuration, the exhaust of the engine 1 is divided by the exhaust manifolds 9a and 9b for each cylinder group in which the exhaust strokes do not overlap, and the turbine 6b of the turbocharger 6 is fed from the tapered nozzle-shaped mixing portions 23a and 23b. To the downstream side. At that time, the dynamic pressure is increased and the static pressure is decreased by the mixing portions 23a and 23b having the tapered nozzle shape, and therefore, the exhaust manifold 9a or 9b on the cylinder side that is exhausting the exhaust gas from the cylinder side that is in the exhaust (extrusion) stroke process. The exhaust pulse is prevented from escaping to 9b or 9a. Therefore, the exhaust pulse is transmitted not only to the turbine 6b but also to the EGR passage 36 without being weakened.

リードバルブ53は、それ自体の弾性力により、冷却通路側の圧力が出口側の圧力よりも低下すると、バルブシート54に押圧され、冷却通路52と出口部51との連通を遮断する。つまり、吸気側の圧力が排気側の圧力を上回ると、リードバルブ53は閉弁するため、EGRガスが逆流するのを抑えられる。また、2つのEGRクーラ37a,37bの間において、一方からの排気パルスにより、他方のリードバルブ53が閉弁するため、排気の干渉が防止され、EGR率の向上に排気パルスを効率よく利用できるのである。   When the pressure on the cooling passage side becomes lower than the pressure on the outlet side due to its own elastic force, the reed valve 53 is pressed by the valve seat 54 and blocks the communication between the cooling passage 52 and the outlet portion 51. In other words, when the pressure on the intake side exceeds the pressure on the exhaust side, the reed valve 53 closes, so that the backflow of EGR gas can be suppressed. Further, between the two EGR coolers 37a, 37b, the other reed valve 53 is closed by the exhaust pulse from one, so that interference of the exhaust is prevented, and the exhaust pulse can be efficiently used to improve the EGR rate. It is.

ベンチュリ40により、吸気圧力が低下(吸気負圧が増幅)するため、EGRガスを吸気マニホールド3へ吸い込みやすくなり、EGR率の向上が促進される。従って、各排気マニホールド9a,9bの直下流にターボチャージャ6のタービンハウジング25が接続されるが、タービン入口が1つシングルエントリ方式においても、タービン効率の向上が得られるばかりでなく、EGR率を十分に高められるのである。また、先細ノズル形状の混合部23aまたは23bにより、動圧が上がると、静圧が下がり、排気(押し出し)行程中の排気マニホールド9bまたは9aから排気をディフューザ部29へ吸引するため、ポンピングロスも低減される。EGR装置35は、合流路36cを用いるので、配管が節約され、EGR流量を調整するEGRバルブ38についても、合流路36cに1つで済むため、部品数の削減が可能となり、コストの低減を実現できる。   Since the intake pressure is reduced (intake negative pressure is amplified) by the venturi 40, the EGR gas is easily sucked into the intake manifold 3, and the improvement of the EGR rate is promoted. Accordingly, the turbine housing 25 of the turbocharger 6 is connected directly downstream of the exhaust manifolds 9a and 9b. Even in the single entry system with one turbine inlet, not only the turbine efficiency is improved, but also the EGR rate is reduced. It can be raised enough. Further, when the dynamic pressure is increased by the mixing portion 23a or 23b having a tapered nozzle shape, the static pressure is reduced, and the exhaust is sucked from the exhaust manifold 9b or 9a during the exhaust (pushing) stroke to the diffuser portion 29. Reduced. Since the EGR device 35 uses the combined flow path 36c, piping is saved, and only one EGR valve 38 for adjusting the EGR flow rate is required for the combined flow path 36c, so the number of parts can be reduced and the cost can be reduced. realizable.

図5〜図9は別の実施形態を表すものであり、EGR通路36は、各排気マニホールド9a,9bの集合部にそれぞれ一端が接続される支流路36a,36bと、支流路36a,36bの他端側とベンチュリ40との間を接続する合流路36cと、支流路36a,36bと合流路36cとの接続部に配置されるEGRクーラ37と、合流路36cに配置されるEGRバルブ38(EGR流量を調整する手段)と、から構成される。   5 to 9 show other embodiments, and the EGR passage 36 includes branch passages 36a and 36b whose one ends are connected to the collection portions of the exhaust manifolds 9a and 9b, and branch passages 36a and 36b, respectively. A combined flow path 36c that connects the other end side and the venturi 40, an EGR cooler 37 that is disposed at a connection portion between the branch flow paths 36a and 36b and the combined flow path 36c, and an EGR valve 38 ( Means for adjusting the EGR flow rate).

EGRクーラ37は、支流路36a,36bにそれぞれ接続される個別の入口部50a,50bと、合流路36cに接続される共通の出口部51Aと、個別の入口部50a,50bと共通の出口部51aとの間にそれぞれ構成される冷却通路52A,52Bと、これら冷却通路52A,52Bを共通の出口部51Aに対して開閉するリードバルブ53Aと、を備える(図5,図6、参照)。冷却通路52A,52Bは、所定数の伝熱管52aから構成され、その周りに筒形の胴体52bで囲われる流路56Aが形成され、伝熱管52aを通過するEGRガスと胴体52bの内部(流路56A)を流れる冷却水との間で熱交換を行うようになっている。55Aは冷却水の入口部であり、56a,56bは同じく出口部であり、これらはエンジン1の冷却水循環回路に接続される。   The EGR cooler 37 includes individual inlet portions 50a and 50b connected to the branch passages 36a and 36b, a common outlet portion 51A connected to the combined passage 36c, and an outlet portion common to the individual inlet portions 50a and 50b. The cooling passages 52A and 52B are respectively formed between the cooling passage 52a and the reed valve 53A for opening and closing the cooling passages 52A and 52B with respect to the common outlet 51A (see FIGS. 5 and 6). Each of the cooling passages 52A and 52B includes a predetermined number of heat transfer tubes 52a, and a flow path 56A surrounded by a cylindrical body 52b is formed around the cooling passages 52A and 52B. The EGR gas passing through the heat transfer tubes 52a and the inside of the body 52b (flow) Heat exchange is performed with the cooling water flowing through the path 56A). 55A is an inlet part of the cooling water, 56a and 56b are also outlet parts, and these are connected to the cooling water circulation circuit of the engine 1.

リードバルブ53Aは、2つの冷却通路52A,52Bの互いに向き合う下流端間に介装される。具体的には、図8,図9のように筒形のケーシング60の内側に各冷却通路52A,52Bの下流端に対応する1対のバルブシート54a,54bが形成され、リードバルブ53Aは、バルブシート54a,54bの一側に挟持され、一方の冷却通路52Aまたは52Bから出口部51Aへ通過する排気パルスの動圧により、反対側のバルブシート54bまたは54aに押圧され、他方の冷却通路52Bまたは52Aを出口部51Aに対して閉弁する片持ち弁に構成される。この場合、リードバルブ53Aは、撓み量が0の自然状態において、バルブシート54a,54bから離れて開弁する片持ち弁のため、排気により押し開かれる通常タイプのリードバルブに較べると、排気パルスが通過しやすく、EGR率の向上効果を期待できる。   The reed valve 53A is interposed between the downstream ends of the two cooling passages 52A and 52B facing each other. Specifically, as shown in FIGS. 8 and 9, a pair of valve seats 54a and 54b corresponding to the downstream ends of the cooling passages 52A and 52B are formed inside the cylindrical casing 60, and the reed valve 53A is The other side of the cooling passage 52B is pressed against the opposite valve seat 54b or 54a by the dynamic pressure of the exhaust pulse that is sandwiched on one side of the valve seats 54a and 54b and passes from one cooling passage 52A or 52B to the outlet 51A. Or it is comprised by the cantilever valve which closes 52A with respect to 51 A of exit parts. In this case, the reed valve 53A is a cantilever valve that opens away from the valve seats 54a and 54b in a natural state where the amount of flexure is 0. Therefore, the reed valve 53A has an exhaust pulse as compared with a normal reed valve that is pushed open by exhaust. Can easily pass through, and can be expected to improve the EGR rate.

この実施形態においては、リードバルブ53Aにより、冷却通路52A,52B間を排気パルスが行き来するのを抑えられる。つまり、EGRクーラ37において、排気の干渉が防止され、EGR率の向上に排気パルスを有効に利用できる。また、リードバルブ53Aにより、冷却通路52A,52Bの低圧側が閉弁され、高圧側が開弁のため、吸気側の圧力が排気側の圧力を上回る場合においても、EGRガスが逆流するのを抑えられるのである。従って、各排気マニホールド9a,9bの直下流にターボチャージャ6のタービンハウジング6bが接続されるが、タービン入口が1つシングルエントリ方式においても、タービン効率の向上が得られるばかりでなく、EGR率を十分に高められるのである。EGRクーラ37は、2つの冷却通路52A,52Bを備えるが、1つの部品であり、リードバルブ53AおよびEGR流量を調整するEGRバルブ38についても、合流路36cに各々1つで済むため、EGR装置35の部品数および配管の削減が可能となり、コストの低減を実現できる。なお、EGR通路36とベンチュリ40との接続部にEGRガスの逆流を規制する逆止弁を配置することも考えられる。図5において、図1と同一の部品は、同一の符号を付け、重複説明は省略する。   In this embodiment, the reed valve 53A can prevent the exhaust pulse from going back and forth between the cooling passages 52A and 52B. In other words, in the EGR cooler 37, exhaust interference is prevented, and the exhaust pulse can be effectively used to improve the EGR rate. Further, the reed valve 53A closes the low pressure side of the cooling passages 52A and 52B and opens the high pressure side, so that the backflow of EGR gas can be suppressed even when the pressure on the intake side exceeds the pressure on the exhaust side. It is. Accordingly, the turbine housing 6b of the turbocharger 6 is connected immediately downstream of the exhaust manifolds 9a and 9b. Even in the single entry system with one turbine inlet, not only the turbine efficiency is improved, but also the EGR rate is reduced. It can be raised enough. The EGR cooler 37 includes two cooling passages 52A and 52B. However, the EGR cooler 37 is a single component, and only one recirculation valve 53A and one EGR valve 38 for adjusting the EGR flow rate are required for the combined flow path 36c. The number of parts and the number of pipes can be reduced to 35, and the cost can be reduced. It is also conceivable to arrange a check valve for restricting the backflow of the EGR gas at the connection portion between the EGR passage 36 and the venturi 40. 5, parts that are the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.

図1,図5において、ベンチュリ40の代替手段として絞り弁(スロットルバルブ)を用いてもよい。絞り弁により、吸気の流れが抑制され、EGRガスを吸気マニホールド3へ吸い込みやすくなり、EGR率の向上が促進される。先細ノズル形状の混合部23a,23bは、排気マニホールド9a,9bと一体に形成するのでなく、図10のように別体のスペーサとして排気マニホールド9a,9bのフランジ20とタービンハウジング25のフランジ26との間に介装してもよい。ディフューザ部29についても、タービンハウジング25と一体に形成するのでなく、図11のように別体のスペーサとしてタービンハウジング25のフランジ26と排気マニホールド9a,9bのフランジ20との間に介装してもよい。   1 and 5, a throttle valve (throttle valve) may be used as an alternative to the venturi 40. The throttle valve suppresses the flow of intake air, facilitates the intake of EGR gas into the intake manifold 3, and promotes the improvement of the EGR rate. The tapered nozzle-shaped mixing portions 23a and 23b are not formed integrally with the exhaust manifolds 9a and 9b, but as a separate spacer as shown in FIG. 10, the flange 20 of the exhaust manifolds 9a and 9b and the flange 26 of the turbine housing 25 You may interpose between. The diffuser portion 29 is not formed integrally with the turbine housing 25, but is interposed between the flange 26 of the turbine housing 25 and the flange 20 of the exhaust manifolds 9a and 9b as a separate spacer as shown in FIG. Also good.

この発明の実施形態を表す全体的な概要構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram showing an embodiment of the present invention. 同じく先細ノズル形状の混合部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the mixing part of a tapered nozzle shape similarly. 同じくEGRクーラを説明する断面図である。It is a sectional view explaining an EGR cooler similarly. 同じく図3のX-X断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along the line XX in FIG. 3. 別の実施形態を説明する全体的な概要構成図である。It is a general schematic block diagram explaining another embodiment. 同じくEGRクーラを説明する断面図である。It is a sectional view explaining an EGR cooler similarly. 同じく図6のX-X断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along the line XX in FIG. 6. 同じくリードバルブの断面図である。It is sectional drawing of a reed valve similarly. 同じく図8の左側面図である。FIG. 9 is a left side view of FIG. 8. 別の変形例として先細ノズル形状の混合部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the mixing part of a tapered nozzle shape as another modification. 別の変形例としてディフューザ部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining a diffuser part as another modification.

符号の説明Explanation of symbols

1 多気筒エンジン
2 吸気通路
3,3a,3b 吸気マニホールド
5 インタクーラ
6 ターボチャージャ(可変ノズル式ターボチャージャ)
6a コンプレッサ
6b タービン
8 排気通路
9a,9b 排気マニホールド
23a,23b 先細形状のノズル部
35 EGR装置
37a,37b,37 EGRクーラ
38 EGRバルブ
40 ベンチュリ
50,50A,50B EGRクーラの入口部
51,51A EGRクーラの出口部
52,52A,52B EGRクーラの冷却通路
53,53A リードバルブ
54,54a,54b バルブシート
57 バルブストッパ
1 Multi-cylinder engine 2 Intake passage 3, 3a, 3b Intake manifold 5 Intercooler 6 Turbocharger (variable nozzle type turbocharger)
6a Compressor 6b Turbine 8 Exhaust passage 9a, 9b Exhaust manifold 23a, 23b Tapered nozzle part 35 EGR device 37a, 37b, 37 EGR cooler 38 EGR valve 40 Venturi 50, 50A, 50B EGR cooler inlet 51, 51A EGR cooler 52, 52A, 52B EGR cooler cooling passage 53, 53A Reed valve 54, 54a, 54b Valve seat 57 Valve stopper

Claims (7)

ターボチャージャのタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させるEGR装置、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に2分割される排気マニホールド、これら排気マニホールドの直下流を排気パルスが逆流するのを抑える排気脈動増幅手段、吸気マニホールドの上流に配置される吸気脈動増幅手段、を備え、EGR装置は、各排気マニホールドにそれぞれ一端が接続される支流路、これら支流路の他端側と吸気脈動増幅手段との間を接続する合流路、これら支流路と合流路との接続部に配置されるEGRクーラ、を備え、EGRクーラは、支流路にそれぞれ接続する個別の入口部、合流路に接続する共通の出口部、各入口部と共通の出口部との間をそれぞれ接続する冷却通路と、これらの冷却通路間を排気パルスが行き来するのを抑えるように各冷却通路を共通の出口部に対して開閉する逆止弁としてのリードバルブ、を備えることを特徴とする多気筒エンジン。   EGR system that circulates exhaust gas from upstream of turbocharger turbine to downstream of compressor, exhaust manifold divided into two for each cylinder group where exhaust strokes do not overlap, and exhaust pulsation that suppresses backflow of exhaust pulses directly downstream of these exhaust manifolds The EGR device includes an amplifying means and an intake pulsation amplifying means disposed upstream of the intake manifold, and the EGR device includes a branch flow path having one end connected to each exhaust manifold, the other end side of these branch flow paths, and the intake pulsation amplification means. The EGR cooler is disposed at the connection portion between the branch flow path and the combined flow path, and the EGR cooler has an individual inlet portion connected to the branch flow path and a common outlet connected to the combined flow path. And cooling passages connecting the respective inlet portions and the common outlet portion, and so as to prevent the exhaust pulses from going back and forth between these cooling passages. Lead valve as a check valve for opening and closing the 却通 path to a common outlet section, a multi-cylinder engine, characterized in that it comprises a. ターボチャージャのタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させるEGR装置、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に2分割される排気マニホールド、これら排気マニホールドの直下流を排気パルスが逆流するのを抑える排気脈動増幅手段、吸気マニホールドの上流に配置される吸気脈動増幅手段、を備え、EGR装置は、各排気マニホールドにそれぞれ一端が接続される支流路、これら支流路の他端側と吸気脈動増幅手段との間を接続する合流路、各支流路にそれぞれ配置されるEGRクーラ、これらクーラの出口部にそれぞれ配置される逆止弁としてリードバルブ、を備えることを特徴とする多気筒エンジン。   EGR system that circulates exhaust gas from upstream of turbocharger turbine to downstream of compressor, exhaust manifold divided into two for each cylinder group where exhaust strokes do not overlap, and exhaust pulsation that suppresses backflow of exhaust pulses directly downstream of these exhaust manifolds The EGR device includes an amplifying means and an intake pulsation amplifying means disposed upstream of the intake manifold, and the EGR device includes a branch flow path having one end connected to each exhaust manifold, the other end side of these branch flow paths, and the intake pulsation amplification means. A multi-cylinder engine comprising: a combined flow path connecting the two, an EGR cooler disposed in each branch flow path, and a reed valve as a check valve disposed in an outlet portion of each cooler. リードバルブは、2つの冷却通路の互いに向き合う下流端間に介装され、各冷却通路の下流端に対応する1対のバルブシートを備え、一方の冷却通路から出口部へ噴き出る排気の動圧により、反対側のバルブシートに押圧され、他方の冷却通路を出口部に対して閉弁する仕組みの片持ち弁に構成されることを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   The reed valve is interposed between the downstream ends of the two cooling passages facing each other, and includes a pair of valve seats corresponding to the downstream ends of the respective cooling passages, and the dynamic pressure of the exhaust gas ejected from one cooling passage to the outlet portion The multi-cylinder engine according to claim 1, wherein the multi-cylinder engine is configured as a cantilever valve that is pressed by the valve seat on the opposite side and closes the other cooling passage with respect to the outlet portion. 排気脈動増幅手段として、各排気マニホールドを直下流の合流部へ先細ノズル形状に絞る混合部を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項3に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust pulsation amplifying means is provided with a mixing section that narrows each exhaust manifold into a converging section immediately downstream in a tapered nozzle shape. 排気脈動増幅手段として、ターボチャージャのタービン入口が2つのタービンハウジングを各排気マニホールドの下流端に接続したことを特徴とする請求項1〜請求項3に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3, wherein, as exhaust pulsation amplifying means, a turbine inlet of a turbocharger has two turbine housings connected to the downstream end of each exhaust manifold. 吸気脈動増幅手段として、ベンチュリまたはエゼクタを吸気通路とEGR通路との接続部に配置したことを特徴とする請求項1〜請求項3に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a venturi or an ejector is disposed at a connection portion between the intake passage and the EGR passage as the intake pulsation amplification means. 吸気脈動増幅手段として、絞り弁を吸気通路とEGR通路との接続部に配置したことを特徴とする請求項1〜請求項3に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to any one of claims 1 to 3, wherein a throttle valve is disposed at a connection portion between the intake passage and the EGR passage as the intake pulsation amplifying means.
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