JP2008505271A - 内燃機関での排気圧力脈動を制御する装置 - Google Patents

内燃機関での排気圧力脈動を制御する装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2008505271A
JP2008505271A JP2007519147A JP2007519147A JP2008505271A JP 2008505271 A JP2008505271 A JP 2008505271A JP 2007519147 A JP2007519147 A JP 2007519147A JP 2007519147 A JP2007519147 A JP 2007519147A JP 2008505271 A JP2008505271 A JP 2008505271A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
cylinders
pressure pulsation
engine
egr
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007519147A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4429359B2 (ja
Inventor
ペルッソン,ペル
Original Assignee
ボルボ ラストバグナー アーベー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ボルボ ラストバグナー アーベー filed Critical ボルボ ラストバグナー アーベー
Publication of JP2008505271A publication Critical patent/JP2008505271A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4429359B2 publication Critical patent/JP4429359B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F01N13/10Other arrangements or adaptations of exhaust conduits of exhaust manifolds
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/40Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with timing means in the recirculation passage, e.g. cyclically operating valves or regenerators; with arrangements involving pressure pulsations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/42Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories having two or more EGR passages; EGR systems specially adapted for engines having two or more cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0871Regulation of absorbents or adsorbents, e.g. purging
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065Specific aspects of external EGR control
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008Controlling each cylinder individually
    • F02D41/0082Controlling each cylinder individually per groups or banks
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • F02M26/23Layout, e.g. schematics
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Abstract

本発明は、6つのシリンダ(12)からなる燃焼機関(10)の排気圧力脈動を制御するための装置に関する。前記燃焼機関はまた、シリンダに空気を供給するための入口(13)と、シリンダからの排気ガスを運搬するための排気マニホールド(14)とを備える。前記マニホールドは、排気システム(22)への第1の出口と、エンジンのシリンダのうちの少なくとも1つから前記入口(13)にEGR回路を介して排気ガスを戻すための導管(24)への第2の出口とが設けられている。シリンダの少なくとも1つは、排気システムに位置する排気ガス後処理ユニット(23)の再生のために、未燃炭化水素で排気ガスの質を高めるようにする。前記排気マニホールドの特別な構造により、EGRガスが排気マニホールド内で再生ガスから分離されるようになる。
【選択図】図1

Description

本発明は、請求項1の導入部分に係る燃焼機関の排気圧力脈動を制御する装置に関する。
ディーゼルエンジンは、動作上の信頼性があることや燃料消費量が少ないことで知られるが、例えば、三元触媒を設けたガソリンエンジンほどには生じる排気が少なくはない。ディーゼルエンジンからの排気を改善する1つの方法としては、排気ガスからのすすや粒子をろ過する粒子フィルタ、及び/又はNOx後処理システムを装着することがある。これらのフィルタは、通常、非常に効果的であり、大径及び小径の粒子の両方を捕集する。フィルタが、すすで充満したり、エンジンから出る排気ガスの主な圧力降下を生じるのを防ぐために、すすは燃焼されねばならない。このすすをディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物により燃焼させる1つの方法がある。その場合には、NOの形態をとる窒素酸化物の一部が、約250℃〜400℃の温度幅ですすを酸化させることができるが、この工程は、比較的長い時間がかかり、フィルタ前に酸化触媒があるか、あるいはフィルタ自身が触媒層で覆われていたとしても、多かれ少なかれ常時活性化されている必要がある。粒子フィルタ中に蓄積されたすすを酸化する他の方法としては、フィルタを約600℃〜650℃に加熱して、ディーゼルエンジンの燃焼からの余分な酸素Oですすを直接酸化することができる方法があり、これは迅速な工程である。多くの動作時間に亘って蓄積されたすすは、5〜10分のオーダの時間で酸化排出が可能である。通常、ディーゼルエンジンの排気温度は、特に、ターボユニットの後には、タービンが排気流から動力を取り出し温度の低下を生じることにより、600℃〜650℃に到達することがない。ターボユニットのタービン後の排気温度がしばしば250℃より低く、この温度では、酸化触媒が機能しないことは、珍しいことではない。このため、ディーゼルエンジンの排気温度を一時的に上昇させる多様な特別な手段がある。
NOxトラップ又はNOx触媒の再生には、例えば、1つ以上のシリンダ内へポスト噴射により供給することができる燃料の形態で、炭化水素を必要とする。
最新のディーゼルエンジンの中には、しばしば、窒素酸化物の排出を低減するために排気ガスの再循環部(EGR)が装備されたものがある。このシステムを、いわゆるNOxトラップ又はNOx触媒により粒子フィルタ及び/又はNOx後処理部と組み合わせることは、必然的に複雑な過程を伴う。例えば、排気流の温度を高めようとする手段の採用を希望する場合には、EGR流中の排気温度を高めることをしても意味がない。なぜならば、排気流がEGRクーラを通過せねばならず、ここで、排気熱の上昇が任意の積極的な方法を用いずにEGRクーラへの負荷を増すこととなり、むしろ排気温度の上昇により燃料消費が若干多くなるという結果を生じるためである。したがって、上昇した排気温度を排気システムに振り向けながらも、冷却されたEGRの形態で再循環されている排気ガスにおいてこのような温度上昇を防ぐことにより、燃料消費に関する利得が得られる。多様なシリンダの排気温度を故意に上昇させることは、例えば、追加した余分の燃料を燃やしてシリンダ内の膨張仕事に若干の程度貢献だけするように、通常の燃焼を遅らせたり及び/又はポスト噴射を行うことにより、実現することができる。
粒子フィルタ前の排気流の温度は、フィルタ前に装着された酸化触媒中で燃料を酸化(燃焼)することにより、600℃〜650℃まで上昇させることができる。この燃料は、触媒の直前の排気ライン中に噴射することができ、あるいは、余分な噴射は、シリンダ内だが、燃料がシリンダ内で点火する条件が満たされないクランク軸の角度範囲内で行われることができる。これは、例えば、膨張ストロークの後半中に又は排気ストローク中に、いわゆるレイトポスト噴射中に、燃料がシリンダ内に噴射される場合である。燃料がシリンダ内に噴射される場合には、通常の燃料噴射用のものと同じ噴射装置を使えることが好ましい。これにより、酸化触媒中で酸化される燃料用のさらに余分な噴射器のコスト及び複雑化が回避される。余分な燃料が全てのシリンダ中にレイトポスト噴射により供給され、同時にエンジンが排気ガスの入口(EGR)への帰還を用いるならば、このことは、触媒の対象とする未燃燃料の一部がEGR回路及び吸気ダクトに達していることを意味する。排気ストローク中にシリンダから排出された際に気化し、その後にEGRクーラ内で冷却される任意の燃料は、凝縮されることが可能であり、その結果得られる液体の一部が、動作の特定のモード中にくぼみ/ポケット内に蓄積する可能性がある。エンジンの動作モードが続いて変化し、ガス流が変化する際には、蓄積された液体は、瞬間的にガス流を追随し、制御されずに、1つ以上のシリンダにすぐに進入する可能性がある。これは、エンジンの制御不能な動作につながり、深刻な事故及び/又は損傷を引き起こしかねない。凝縮されていないが、気化形態でEGRクーラ及び吸気ダクトを通過する燃料もまた、変化した燃焼状況を生じる。ディーゼルエンジンでは、実際のところ、燃料は、吸気と同時に到着すべきではなく、燃料供給のタイミングは、噴射システムにより決定されるべきである。凝縮された燃料が漏れ口を通して漏れ出始めると、EGR回路内への若干の漏れさえも非常に明らかとなり得る。
EGR回路の燃料によるこのような悪影響は、レイトポスト噴射が生じた際にEGR回路を閉じるか、あるいは、その代わりに、燃焼から生じるNOxレベルの増加の結果として、EGRガスがレイトポスト噴射しないシリンダからのみ生じるように排気マニホールドを設計するのと組み合わせて、注意深く選択されたシリンダのみにレイトポスト噴射を行うことにより、防ぐことができる。特許文献1及び特許文献2は、排気システムが2つの部分に分割され、特定の指定されたシリンダにおけるレイトポスト噴射と組み合わされて、EGR回路の燃料により生じる上記の問題をいかに回避するかについて記載している。排気システムを2つの部分に分割する方法は、通常、排気システムを製造するにはよりコストがかかり、搭載するスペースをより多く必要とすることを意味する。
米国特許第5987884号明細書 米国特許第6141959号明細書
本発明の目的は、したがって、全ての排気ガスが各シリンダの排気ポートの完全な外側にある1つの同一のダクト内に収集される排気システムの場合であっても、排気システムに位置する排気後処理ユニット用の再生手段により生じる作用がEGR回路内の流れに影響するのを回避する装置を内燃機関内に提供することである。本発明の更なる目的は、排気マニホールドの排気口とEGR出口の両方で均一な圧力脈動を提供することである。
この目的のために、本発明に係る装置は、請求項1の特徴部分により示される特徴により、特徴付けられている。この装置は、高価な又はスペースをとる手段を用いずに、EGRガスから再生ガスを完全に分離するものである。
本発明の有利な変形例は、以下に示した従属請求項に開示される。
以下、本発明に係る装置について、添付図面に示された実施形態の実施例を参照して、より詳細に記載する。
図1に概略を示した燃焼機関10は、吸気マニホールド13と排気マニホールド14とを有する6つのピストンシリンダ12を備えるエンジンブロック11を備える。排気ガスは、排気通路15を介してターボユニット16のタービンホイール17に至る。タービン軸18は、吸込通路20を介して流入する空気を圧縮し、給気冷却器21を介して吸気マニホールド13に空気を通過させるターボユニットの圧縮ホイール19を駆動する。燃料は、噴射装置(図示せず)を介して各シリンダ12に供給される。
ターボユニット16を通過した排気ガスは、排気ライン22を介して外気に導かれ、この排気ラインは、例えば、粒子トラップ又はNOxトラップ23の排気後処理用の再生可能な装置に排気ガスを通す。粒子トラップの再生は、シリンダ12のいずれかから未燃燃料を供給することにより、例えば、いわゆる「ポスト噴射」により行われ、これは、粒子フィルタから上流側の触媒で燃料を酸化することにより、粒子トラップ内のすすを点火し燃やすのに十分に、粒子トラップの温度を上昇する。
また、排気ガスは、既存の技術によりエンジンからの窒素酸化物の排出を削減するために、いわゆるEGRガスとして、導管24を介してエンジンの吸気側に戻れる。このラインは、逆止め弁及びEGR流を調整するための制御弁として兼務する弁25を備える。また、EGRガスを冷却するための冷却器26もある。
弁25は、入力データに基づいてエンジンを制御する制御プログラム及び制御データを有するエンジン制御ユニット27に接続される。このエンジン制御ユニット27は、例えば、エンジン速度を検出するセンサ28に接続される。
ここで、排気システムが2つの個別の部分に分割されておらず、全ての排気ガスが各シリンダの排気ポートの完全な外側にある1つの同一のダクト内に収集されるにもかかわらず、EGR回路への未燃燃料の吸気がどのように防がれるかについて、以下に説明する。前提は、従来の点火順序が1−5−3−6−2−4である6気筒エンジンである。また、これは、エンジンの中央の一方の側にある3つのシリンダのシリンダ列と、エンジンの中央の他方の側にある3つのシリンダのシリンダ列とを備える、いわゆるV6エンジンにも適応され、これら2つのシリンダ列が排気マニホールドにより接続されている。
通常の直列6気筒エンジンに適応される点火順序は、多様なシリンダの排気脈動が前半のエンジン(シリンダ1、2、3)から交互に後半のエンジン(シリンダ4、5、6)へとうつる結果となる。V6構造では、排気脈動は、シリンダの左列からシリンダの右列へと交互に生じる。
可変タービンジオメトリー(VTG)を備えたターボユニットが設けられた6気筒エンジンの排気マニホールドでは、VTGタービンが通常分割壁部を備えていないため、排気ガスが、一般に、6つのシリンダ全てから合わせて導かれる。固定タービンを備えた6気筒エンジン用のターボユニットは、しばしば分割壁部を有し、その場合には、分割壁部は、排気脈動が交互に一方の半分で生じ、他方の排気脈動が他方の半分で生じるように、ガスを分割する排気マニホールドと組み合わされる。しかしながら、この種の分割された排気脈動装置は、例えば、VTGタービンなどの分割壁部を有さないタービンと組み合わされて用いられることはない。
交互に排気脈動を分割する分割壁部を有さずに6つの全てのシリンダから排気ガスを収集する排気マニホールドには、エンジンの範囲の外側端部にEGR出口が設けられ得、タービン抽気は、好ましくは、排気マニホールドの範囲の他方の端部に位置し得る。このような排気マニホールドでは、圧力脈動は、一方の端部がEGR用の出口により接続されているか否かに関わらず、EGR流の10%〜50%のオーダ(質量流量EGR/[質量流量EGR+質量流量exhaust])においてさえも、約6つの等しい圧力脈動を維持し得る。このような排気マニホールドがエンジンの2つの半分(前方/後方)からの排気流を分離しつつ、EGRが一方の半分からのみ接続される場合には、結果的に、跛行性の圧力脈動となり、すなわち、EGR回路とタービンの両方にガス流を供給する半分において優勢となっている圧力脈動よりも、タービンのみに排気ガスを供給する半分における圧力脈動のほうが著しくより強力となる。
跛行性の圧力脈動は、タービンにとって有利なものではなく、その結果、タービンは、より低い効率の動作範囲で動作する。このような分離は、EGR回路が2つの完全なエンジン回転数(全4行程作業サイクル)で3つの排気脈動だけを受け取ることになり、これは、6つのより小さい脈動と比較して不利である。なぜならば、戻されたガスがエンジンの吸気配管に導かれる前に、排気ガスが新鮮な空気と混合することが必要である場合に、この混合ガスは、空間的及び時間的の両方において出来る限り均質であることが必要である(希薄な脈動する流れにより、EGR量がクランク軸角の関数として変動することになり、完全な作業サイクル(2つのエンジン回転数)中に3又は6つの脈動によりEGR流が新鮮な空気に加えられるか否かによって変動するEGR量により、6つの異なるシリンダが吸込箱からのガスで充満される)。すなわち、跛行性の脈動よりもむしろ6つの等しい脈動がある場合に、タービン及びEGR機能の両方にとって有利である。これらの6つの等しい脈動は、好ましくは、長い配管を備えず、多様なシリンダからの排気流を分離する分割壁部を備えずに合わせて導出される6つの異なるシリンダからの排気流により提供される。
以下、レイトポスト噴射からの未燃燃料及び/又は意図的に加熱された排気ガスがEGR回路に加えられるのを回避するとともに、これと同時にタービンと排気マニホールド上のEGR出口に対して6つのほぼ等しい圧力脈動を提供するために、排気マニホールドが上述した全ての要求をどのように満たすのかを示す例を説明する。
図2及び図3は、以下に記載した方程式に用いられた部分容積の定義による排気マニホールド14の実施形態の異なる2つの実施例の概略を示している。このため、Vslagは、シリンダ12の各々の排気量を示している。Vportは、排気マニホールドの個別の分岐部30までのシリンダヘッド29内の各排気ポートの容積を示している。Vは、排気マニホールド14の共通部分までの個別の分岐部30の容積を示している。この排気マニホールド14の共通部分自身は、排気マニホールドの一方の側に位置する3つの上記分岐容積Vと排気システムへの出口31との両方に接続する第1の集合副容積Vs1、他の分岐容積のうちの少なくとも1つのVとEGR回路への出口32との両方に接続する第2の集合副容積Vs2、及び、残る分岐容積に接続するとともに第1及び第2の集合副容積Vs1及びVs2を関連付ける第3の集合副容積Vsamlに分離される。排気システムへの出口31を通る質量流量は、mavgとして示され、出口32を通る質量流量は、megrとして示される。
本発明に係る装置は、排気マニホールド上の(各シリンダからの)6つの異なる入口と2つの異なる出口における排気流のシリンダ生産量の計算、排気マニホールドの幾何学的配置や、エンジンの全作業サイクル中、つまり、2回転数における流れ及び圧力のパターンを含む先進CFD(数値流体力学)シミュレーションを必要とする計算に基づいている。これらの先進のシミュレーションは、各想定可能な排気マニホールド構成用に詳細に再生されることができない。そのため、以下で開示された内容は、2つの方程式(1)及び(2)の形態で、多様な排気マニホールド副容積、EGR量、及び圧力脈動が次の目的でどのように互いに関連しているかを示す単に非常に簡略化した概略の表示である。すなわち、ここでの目的とは、6気筒エンジンの半分において3シリンダ1〜3の1つ以上から未燃燃料が加えられること(後処理システムに意図されたレイトポスト噴射)を防ぐ条件を満たす目的か、あるいは、その群のシリンダのうちの1つ以上からの排気ガスの温度上昇がEGRクーラではなくタービン(後処理システム)のみに及ぶのを意図的に確実とする目的である。EGR回路は、エンジンの他方の端部でシリンダ5又は6の近傍にあるマニホールドに接続される。
前提は、このようになる。
Figure 2008505271
シリンダ4、5、又は6のいずれかが排気脈動を生じる場合には、EGR回路は、これら3つのシリンダのいずれからのガスが供給されるものとみなされる。シリンダ1、2、又は3が排気脈動を生じる際にこれらシリンダからのガスがEGR回路に供給されない場合には、方程式(1)及び(2)が満たされる必要がある。
Figure 2008505271
Figure 2008505271
方程式(1)は、シリンダ4、5、又は6からの排気脈動により生じる圧力ピーク(図5中の図を参照)の直後における圧力低下の状況を示している。さらに、圧力低下中の副容積Vsaml、V6、及びV5/2のガス量は、
Figure 2008505271
圧力低下から次の圧力のピークまでEGRガスをEGR回路に提供するのに十分であると想定される。
Figure 2008505271
シリンダ1、2、又は3からの排気脈動により生じるこの圧力ピークでは、ガス量は、
Figure 2008505271
式(1a)のガスの部分量とならねばならない。
方程式(1a)及び(1c)では、容積Vは、シリンダ1〜3からの排気脈動による将来の圧力上昇中にシリンダ1〜3からのガスで部分的に満たされるものとみなされ得るため、省略されるが、容積Vは、シリンダ1〜3からの排気脈動による将来の圧力上昇中にシリンダ1〜3からのガスで少しの程度だけ満たされるようになされているため、2で除算される。
圧力グラフの底部から圧力グラフの上部まで、EGR回路は、式(1b)による消費EGRとしてみなされる。
Figure 2008505271
ここで、2による第1の除算は、圧力脈動の半分(全作業サイクルの12分の1)によるものであり、さらに、2による第2の除算は、2つの圧力レベルPmin及びPmaxの平均化によるものである。
min及びVslag分、短縮した後、結果は、(1a)−(1b)>(1c)となり、これから、無次元方程式(1)が導出される。
方程式2は、シリンダ4、5、又は6からの排気脈動後の低い圧力の状況を、シリンダ1、2、又は3からの排気脈動後の低い圧力の状況と比較するようになされる。
シリンダ1〜3のいずれかからの排気脈動の前に、式(2a)におけるガス量の
Figure 2008505271
は、式(2b)による1つの脈動(作業サイクルの6分の1)中にEGR回路により接続されたガス量よりも多くならなければならない。
Figure 2008505271
slag及びpmin分、短縮した後、したがって、結果は、(2a)>(2b)となり、これから、無次元方程式(2)が導出される。
前方から後方にかけて上記で1〜6として用いたシリンダの番号付けは、勿論、逆であっても良いし、あるいは、排気マニホールド14は、EGRの出口がエンジンの前方端部に位置し、タービンの出口がエンジンの後方端部に位置する(左右反転)ように、逆転されても良い。シリンダ1〜3は、V6エンジンの一方の側(列)にあるシリンダとし、シリンダ4〜6は、V6エンジンの他方の側(列)にあるシリンダとしても良い。
EGR出口が図3による第4及び第5の排気分岐部間の位置に再配置される場合には、方程式(1)は、方程式(3)に変形される。
図3に従って構成された排気マニホールドの場合には、下記に示された方程式(3)は、方程式(2)と組み合わされて、多様な排気マニホールド副容積、EGR量、及び圧力脈動が次の目的でどのように互いに関連しているかを支配している。ここで、目的とは、6気筒エンジンの半分において3シリンダ1〜3の1つ以上から未燃燃料が加えられること(後処理システムに意図されたレイトポスト噴射)を防ぐ条件を満たす目的か、あるいは、シリンダ1〜3のうちの1つ以上からの排気ガスの意図された温度上昇がEGRクーラではなくタービン(後処理システム)のみに及ぶのを確実とする目的である。
Figure 2008505271
図2に対応する、本発明に係るエンジン装置でのCFD計算は、結果的に、以下に述べるタービン出口31とEGR出口32の各々における排気ガス間の比例関係となる。
シリンダ6から: 19.2%タービン出口、80.8%EGR出口
シリンダ5から: 34.8%タービン出口、65.2%EGR出口
シリンダ4から: 45.8%タービン出口、54.2%EGR出口
シリンダ3から: 99.7%タービン出口、0.3%EGR出口
シリンダ2から: 99.6%タービン出口、0.4%EGR出口
シリンダ1から: 99.0%タービン出口、1.0%EGR出口
結果的に、EGR出口32は、シリンダ1〜3からの排気ガスのせいぜい約1%よりも多くは受け取らず、よって、これは、例えば、粒子フィルタ23の再生時に、既存の噴射器を介してポスト噴射により未燃燃料の供給のために用いることができる。
本発明は、上述した実施形態の実施例に限定されるとみなされるものではなく、その代わりに、さらに多くの変更及び変形が、以下に示す特許請求の範囲内で考慮され得るものである。
本発明に係るEGR回路及び再生可能な排気後処理ユニットを備える燃焼機関の概略図である。 本発明の第1の実施形態に係る排気マニホールドの概略図である。 排気マニホールドの第2の実施形態に係る排気マニホールドを対応する態様で示す図である。 排気マニホールドのタービン出口における圧力を示す図である。 EGR回路に対する排気マニホールドの出口における圧力を示す図である。

Claims (10)

  1. 燃焼機関(10)の排気圧力脈動を制御する装置であって、6つのシリンダ(12)と、シリンダに空気を供給するための入口(13)と、シリンダからの排気ガスを運搬するための排気マニホールド(14)とを備え、前記装置は、排気システム(22)への第1の出口(31)と、エンジンの前記シリンダのうちの少なくとも1つから前記入口(13)にEGR回路を介して排気ガスを戻すための導管(24)への第2の出口(32)とが設けられ、シリンダの少なくとも1つが、排気システムに位置する排気ガス後処理ユニット(23)の再生手段を追加するように配置されており、前記排気マニホールド(14)は、それぞれが各シリンダポートに付属された分岐容積(V〜V)と、前記排気マニホールドの一方の側に位置する3つの前記分岐容積と排気システムへの前記出口(31)との両方に接続する第1の集合副容積(Vs1)と、他の分岐容積のうちの少なくとも1つとEGR回路への出口との両方に接続する第2の集合副容積(Vs2)と、残る分岐容積に接続するとともに第1及び第2の集合副容積を関連付ける第3の集合副容積(Vsaml)とを備えるように設計され、シリンダの排気量とマニホールドの容積と第3の集合副容積(Vsaml)との間の相互関係、排気ガスの質量流量に対するEGRの質量流量の比率、及び脈動する排気流における最大圧力と最小圧力の間の比率は、EGRガスが排気マニホールド内で再生ガスから分離されるようになされていることを特徴とする燃焼機関の排気圧力脈動の制御装置。
  2. 前記排気システムに位置する排気後処理ユニット(23)の再生手段は、通常の燃焼後にシリンダに加えられる未燃炭化水素を含むことを特徴とする請求項1に記載の排気圧力脈動の制御装置。
  3. 排気後処理ユニット(23)の再生手段は、排気温度を上昇させるために、遅延燃焼か、あるいは、通常の燃焼後における燃焼した炭化水素の追加のいずれかを含むことを特徴とする請求項1に記載の排気圧力脈動の制御装置。
  4. 前記排気後処理ユニットは、粒子トラップ(23)を構成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排気圧力脈動の制御装置。
  5. 前記排気後処理ユニットは、NOxトラップ/NOx触媒を構成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排気圧力脈動の制御装置。
  6. 前記排気システムは、排気ガスからのエネルギーを吸収するタービン(17)と、エンジンの入口(13)に供給された空気を圧縮する圧縮機(18)とをそれ自身で備える少なくとも1つのターボユニット(16)を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の排気圧力脈動の制御装置。
  7. 前記燃焼機関(10)は、直列6気筒エンジンの形態をとることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の排気圧力脈動の制御装置。
  8. 前記燃焼機関(10)は、V6エンジンの形態をとることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の排気圧力脈動の制御装置。
  9. 前記第2の集合副容積(Vs2)は、他の分岐容積の1つに接続することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の排気圧力脈動の制御装置。
  10. 前記第2の集合副容積(Vs2)は、前記他の分岐容積のうちの2つに接続することを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の排気圧力脈動の制御装置。
JP2007519147A 2004-07-02 2004-07-02 内燃機関での排気圧力脈動を制御する装置 Expired - Fee Related JP4429359B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/SE2004/001094 WO2006004469A1 (en) 2004-07-02 2004-07-02 Arrangement for controlling exhaust pressure pulses at an internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008505271A true JP2008505271A (ja) 2008-02-21
JP4429359B2 JP4429359B2 (ja) 2010-03-10

Family

ID=35783169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007519147A Expired - Fee Related JP4429359B2 (ja) 2004-07-02 2004-07-02 内燃機関での排気圧力脈動を制御する装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7637098B2 (ja)
EP (1) EP1766204B1 (ja)
JP (1) JP4429359B2 (ja)
CN (1) CN100436770C (ja)
AT (1) ATE464468T1 (ja)
BR (1) BRPI0418938B1 (ja)
DE (1) DE602004026644D1 (ja)
WO (1) WO2006004469A1 (ja)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007003116A1 (de) 2007-01-16 2008-07-17 Mahle International Gmbh Brennkraftmaschinensystem
WO2008153247A1 (en) * 2007-06-15 2008-12-18 Choon Nam Son Apparatus for removing exhaust gas pressure and preventing backflow of exhaust gas
US8437943B2 (en) * 2010-01-28 2013-05-07 Deere & Company NOx control during load increases
US8528530B2 (en) 2010-06-30 2013-09-10 General Electric Company Diesel engine system and control method for a diesel engine system
US9976499B2 (en) 2010-09-23 2018-05-22 General Electric Company Engine system and method
JP5447334B2 (ja) * 2010-10-25 2014-03-19 トヨタ自動車株式会社 排気還流装置の異常検出装置
US20120285427A1 (en) * 2011-05-10 2012-11-15 GM Global Technology Operations LLC Exhaust manifold assembly with integrated exhaust gas recirculation bypass
FI20116160L (fi) * 2011-11-22 2013-05-23 Waertsilae Finland Oy Mäntämoottori
US9309819B2 (en) 2012-11-14 2016-04-12 General Electric Company Multi-fuel system and method
US10344687B2 (en) * 2011-12-16 2019-07-09 Ge Global Sourcing Llc Fuel selection method and related system for a mobile asset
US20160222895A1 (en) 2011-12-16 2016-08-04 General Electric Company Multi-fuel system and method
US11643986B2 (en) * 2011-12-16 2023-05-09 Transportation Ip Holdings, Llc Multi-fuel system and method
US9157385B2 (en) * 2011-12-16 2015-10-13 General Electric Company Fuel selection method and related system for a mobile asset
US11905897B2 (en) * 2011-12-16 2024-02-20 Transportation Ip Holdings, Llc Fuel selection method and related system for a mobile asset
US8893687B2 (en) * 2012-02-25 2014-11-25 Southwest Research Institute Fuel injection strategy for internal combustion engine having dedicated EGR cylinders
US9243536B2 (en) 2012-03-14 2016-01-26 Volvo Lastvagnar Ab Method for enriching exhaust gases with unburnt hydrocarbon
US11578684B2 (en) 2012-05-31 2023-02-14 Transportation Ip Holdings, Llc Method for operating an engine
CN110914527B (zh) 2017-07-19 2022-06-07 卡明斯公司 专用egr发动机控制参数的瞬态估计和补偿技术
JP2019127851A (ja) * 2018-01-23 2019-08-01 マツダ株式会社 多気筒エンジン
US10815920B2 (en) 2018-10-19 2020-10-27 Deere & Company Engine system and method with hydrocarbon injection and EGR
EP3922826A1 (en) * 2020-06-12 2021-12-15 Volvo Truck Corporation A control unit and method therein for controlling exhaust valves of cylinders in an internal combustion engine

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI78768C (fi) * 1987-05-29 1989-09-11 Waertsilae Oy Ab Foerfarande och arrangemang foer effektivering av avgasernas utnyttjande.
GB2295647A (en) * 1994-12-02 1996-06-05 Ford Motor Co Engine exhaust manifold system
DE19808873A1 (de) * 1998-03-03 1999-09-09 Bayerische Motoren Werke Ag Mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Nacheinspritzung
KR100504422B1 (ko) * 2001-09-07 2005-07-29 미쓰비시 지도샤 고교(주) 엔진의 배기 정화 장치
FR2841602B1 (fr) * 2002-06-27 2004-09-03 Renault Sa Moteur a combustion interne muni d'un resonateur de helmholtz integre a un circuit de recirculation des gaz d'echappement qui est connecte a un circuit d'admission d'air

Also Published As

Publication number Publication date
CN1977096A (zh) 2007-06-06
EP1766204B1 (en) 2010-04-14
DE602004026644D1 (de) 2010-05-27
ATE464468T1 (de) 2010-04-15
CN100436770C (zh) 2008-11-26
US7637098B2 (en) 2009-12-29
WO2006004469A1 (en) 2006-01-12
JP4429359B2 (ja) 2010-03-10
EP1766204A1 (en) 2007-03-28
BRPI0418938A (pt) 2007-11-27
BRPI0418938B1 (pt) 2015-10-27
US20080110161A1 (en) 2008-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4429359B2 (ja) 内燃機関での排気圧力脈動を制御する装置
AU762474B2 (en) Low emission, diesel-cycle engine
US6067973A (en) Method and system for late cycle oxygen injection in an internal combustion engine
US7104048B2 (en) Low emission diesel particulate filter (DPF) regeneration
JP4392689B2 (ja) 気筒群個別制御エンジン
WO2007066835A1 (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JP2005054771A5 (ja)
JP5130933B2 (ja) エンジンの過給装置
JP2009002275A (ja) 内燃機関の制御装置
US9243536B2 (en) Method for enriching exhaust gases with unburnt hydrocarbon
JP5076942B2 (ja) エンジンの過給装置
JP6056740B2 (ja) 排気ガス還流制御装置
JP2008240682A (ja) ディーゼルエンジンの制御装置
JP4736969B2 (ja) ディーゼルエンジンの制御装置
JP2009191737A (ja) エンジンの過給装置
JP2009235944A (ja) エンジンの過給装置
JP5050903B2 (ja) エンジンの過給装置
JP4383983B2 (ja) ブローバイガス還流装置
JP5823842B2 (ja) ターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置
JP2005009437A (ja) 多気筒内燃機関の制御装置
JP6032802B2 (ja) Egr装置
JP7151209B2 (ja) 多気筒エンジンの吸気装置
JP5045475B2 (ja) エンジンの過給装置
JP2010270625A (ja) 内燃機関
JP4305194B2 (ja) 内燃機関の排気空燃比制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091208

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091215

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121225

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4429359

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121225

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131225

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees