JP2009264339A - Exhaust recirculation device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボチャージャーを備えた内燃機関に適用され、排気通路から排気の一部を取り出して冷却した後に吸気通路へ導入する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 that is applied to an internal combustion engine equipped with a turbocharger and takes out a part of exhaust gas from an exhaust passage and cools it to introduce it into an intake passage.
内燃機関の排気還流装置として、ターボチャージャーのタービンの下流から排気の一部を取り出して冷却した後にターボチャージャーのコンプレッサの上流へ導入するものが知られている(特許文献1)。その他に、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2〜4が存在する。
As an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, there is known an exhaust gas recirculation device that takes out a part of exhaust gas from a downstream side of a turbine of a turbocharger, cools it, and introduces it to an upstream side of a compressor of the turbocharger (Patent Document 1). In addition,
特許文献1の排気還流装置は、排気通路から取出した排気の一部を冷却するため、その温度低下により凝縮水が発生し、取り出された排気とともにその凝縮水もコンプレッサの上流に導かれる。コンプレッサに凝縮水が導入されると、その凝縮水をインペラが撹拌することにより気泡が発生し、その気泡がインペラの翼背面の高圧場に到達して消滅する際に衝撃を引き起こすキャビテーションが発生する。キャビテーションの程度にもよるが、キャビテーションの衝撃によってコンプレッサのインペラが損傷する場合も起こり得る。 Since the exhaust gas recirculation device of Patent Document 1 cools part of the exhaust gas taken out from the exhaust passage, condensed water is generated due to the temperature drop, and the condensed water is also introduced upstream of the compressor together with the extracted exhaust gas. When condensed water is introduced into the compressor, bubbles are generated when the impeller stirs the condensed water, and cavitation that causes impact occurs when the bubbles reach the high-pressure field on the back of the impeller blade and disappear. . Depending on the degree of cavitation, the impeller of the compressor may be damaged by the impact of cavitation.
そこで、本発明は、コンプレッサへの凝縮水の導入を抑制することによりキャビテーションの発生を防止できる内燃機関の排気還流装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can prevent the occurrence of cavitation by suppressing the introduction of condensed water into the compressor.
本発明の排気還流装置は、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャーを備えた内燃機関に適用され、前記タービンの下流側の前記排気通路から排気の一部を取り出して冷却した後に前記コンプレッサの上流側の前記吸気通路へ導入する内燃機関の排気還流装置において、前記コンプレッサは、インペラと、前記インペラにガスを導く主通路を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、かつ前記主通路から分岐して再び前記主通路に合流する副通路を形成するケーシングトリートメントとを有し、前記ケーシングトリートメントにて形成された前記副通路には、水分を捕捉できかつ捕捉した水分を前記副通路を流れるガスによって乾燥させることができる吸着材が設けられていることにより、上述した課題を解決する(請求項1)。 The exhaust gas recirculation device according to the present invention is applied to an internal combustion engine including a turbocharger having a turbine provided in an exhaust passage and a compressor provided in an intake passage, and exhaust gas from the exhaust passage on the downstream side of the turbine. In the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine that is introduced into the intake passage upstream of the compressor after the part is taken out and cooled, the compressor includes an impeller, a casing that forms a main passage that guides gas to the impeller, and the casing And a casing treatment that forms a sub-passage that branches off from the main passage and merges with the main passage again, and the sub-passage formed by the casing treatment can capture moisture and An adsorbent capable of drying the trapped moisture by the gas flowing through the sub-passage is provided. By Rukoto, to solve the problems described above (Claim 1).
この排気還流装置によれば、排気通路から取り出された排気を冷却することにより生じる凝縮水がコンプレッサの上流に導かれた場合でも、コンプレッサのケーシングトリートメントに設けられた吸着材にてその凝縮水を捕捉することができる。これにより、コンプレッサへの凝縮水の導入が抑制されるためキャビテーションの発生を防止することができる。そして、吸着材が凝縮水を捕捉した後には、ケーシングトリートメントの副通路を流れるガスによって凝縮水が乾燥により放出されるから吸着材の機能を維持できる。つまり、吸着材が捕捉した凝縮水を放出させるために特別な操作を行わなくても、内燃機関の運転を続行することで自然に吸着材の機能を回復させることができる。例えば、内燃機関が低回転軽負荷状態の場合にはEGR量が多く凝縮水の発生量が多くなるが、そのような運転状態の時には吸着材によって凝縮水を捕捉することができる。そして、内燃機関が高回転高負荷状態の場合にはEGR量が少なく凝縮水の発生量も少なくなり、しかもケーシングトリートメントを流れるガスの流量が多くなるので吸着材を乾燥することができる。 According to this exhaust gas recirculation device, even when the condensed water generated by cooling the exhaust gas taken out from the exhaust passage is led upstream of the compressor, the condensed water is removed by the adsorbent provided in the compressor casing treatment. Can be captured. Thereby, since the introduction of condensed water to the compressor is suppressed, the occurrence of cavitation can be prevented. Then, after the adsorbent captures the condensed water, the condensed water is released by drying by the gas flowing through the secondary passage of the casing treatment, so that the function of the adsorbent can be maintained. That is, the function of the adsorbent can be naturally recovered by continuing the operation of the internal combustion engine without performing a special operation for releasing the condensed water captured by the adsorbent. For example, when the internal combustion engine is in a low rotation light load state, the amount of EGR is large and the amount of condensed water generated is large. In such an operating state, the condensed water can be captured by the adsorbent. When the internal combustion engine is in a high rotation and high load state, the amount of EGR is small, the amount of condensed water generated is small, and the flow rate of gas flowing through the casing treatment is large, so that the adsorbent can be dried.
本発明の排気還流装置の一態様において、前記副通路は、前記インペラに向かう方向に延びているとともに、前記インペラから遠い側において前記主通路に開口する上流側開口部と、前記インペラに近い側において前記主通路に開口する下流側開口部とを有し、前記吸着材は、前記上流側開口部に設けられてもよい(請求項2)。この態様によれば、主通路に凝縮水が進入した場合にはインペラから遠い上流側でその凝縮水を吸着材にて捕捉できるので凝縮水がインペラーに近づくことを防止できる。 In one aspect of the exhaust gas recirculation apparatus of the present invention, the sub-passage extends in a direction toward the impeller, and has an upstream opening that opens to the main passage on a side far from the impeller, and a side close to the impeller The adsorbent may be provided in the upstream opening portion (Claim 2). According to this aspect, when condensed water enters the main passage, the condensed water can be captured by the adsorbent on the upstream side far from the impeller, so that the condensed water can be prevented from approaching the impeller.
この態様においては、前記吸着材は、前記上流側開口部の一部を塞ぐ状態で設けられてもよい(請求項3)。この場合は、上流側開口部の全部が吸着材にて塞がれることがない。従って、副通路のガスの流れが完全に制限されることがないから、ケーシングトリートメントの機能が損なわれることがない。 In this aspect, the adsorbent may be provided in a state of blocking a part of the upstream opening (Claim 3). In this case, the entire upstream opening is not blocked by the adsorbent. Therefore, since the gas flow in the sub passage is not completely restricted, the function of the casing treatment is not impaired.
これらの態様においては、前記コンプレッサは、前記上流側開口部が鉛直上方に向かって前記主通路に開口する向きとなるように前記吸気通路に設けられていてもよい(請求項4)。吸気通路に導かれた凝縮水は重力によって主通路の鉛直下方に集まるため、鉛直上方に開口する上流側開口部に凝縮水を効果的に導くことができる。これにより、上流側開口部に設けられた吸着材によって凝縮水を効率的に捕捉することができるようになる。 In these aspects, the compressor may be provided in the intake passage such that the upstream side opening is oriented vertically upward in the main passage (claim 4). Since the condensed water guided to the intake passage gathers vertically below the main passage due to gravity, the condensed water can be effectively guided to the upstream opening that opens vertically upward. Thereby, condensed water can be efficiently captured by the adsorbent provided in the upstream opening.
以上説明したように、本発明によれば、コンプレッサのケーシングトリートメントに設けられた吸着材にて凝縮水を捕捉することによりコンプレッサへの凝縮水の導入を抑制できるため、キャビテーションの発生を防止することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to suppress the introduction of condensed water into the compressor by capturing the condensed water with the adsorbent provided in the casing treatment of the compressor, thereby preventing the occurrence of cavitation. Can do.
図1は本発明の排気還流装置が適用された内燃機関の要部を示している。内燃機関1は不図示の車両に走行用動力源として搭載され、4つの気筒2が一列に並べられた直列4気筒のディーゼルエンジンとして構成されている。各気筒2には吸気通路3及び排気通路4がそれぞれ接続されている。吸気通路3にはスロットル弁5、ターボチャージャー6のコンプレッサ6A及びインタークーラ7が設けられている。排気通路4にはターボチャージャー6のタービン6B及び排気浄化装置8が設けられている。また、内燃機関1は各気筒2にそれぞれ設けられる燃料噴射弁9と、各燃料噴射弁9に供給する高圧の燃料を蓄えるコモンレール10とを備えており、そのコモンレール10には不図示の燃料ポンプにて燃料が高圧状態で供給される。
FIG. 1 shows a main part of an internal combustion engine to which an exhaust gas recirculation apparatus of the present invention is applied. The internal combustion engine 1 is mounted on a vehicle (not shown) as a driving power source, and is configured as an in-line four-cylinder diesel engine in which four
排気浄化装置8は、排気通路4の一部をなすケーシング11と、そのケーシング11に収容される酸化触媒12及びフィルタ13とを備えている。フィルタ13は排気中のパティキュレートを捕集可能な不図示の基材を有している。フィルタ13の基材に吸蔵還元型のNOx触媒物質をコーティングすることにより、フィルタ13に排気中のNOxを浄化させる機能を与えることも可能である。フィルタ13に捕集されたパティキュレートの捕集量が限界に達した場合には、排気通路4に設けられた燃料添加弁14にて排気通路4内に燃料を噴射し、その噴射燃料を酸化触媒10で酸化(燃焼)させることによって生じた熱を利用してフィルタ13に捕集されたパティキュレートを燃焼させてフィルタ13の機能を回復させるPM再生処理が行われる。
The exhaust purification device 8 includes a casing 11 that forms part of the exhaust passage 4, and an oxidation catalyst 12 and a filter 13 that are accommodated in the casing 11. The filter 13 has a base material (not shown) that can collect particulates in the exhaust. By coating the base material of the filter 13 with the NOx storage reduction catalyst material, the filter 13 can be given a function of purifying NOx in the exhaust gas. When the amount of particulates collected by the filter 13 reaches the limit, fuel is injected into the exhaust passage 4 by the
内燃機関1には吸気系に排気を還流させる排気還流装置15が設けられている。排気還流装置15はタービン6Bの下流側の排気通路4とコンプレッサ6Aの上流側の吸気通路3とを結ぶEGR通路16と、EGRガスを冷却するEGRクーラ17と、EGRガスの吸気通路3への導入量を調整するEGR弁18とを備えている。これにより、排気還流装置15はタービン6Bの下流側の排気通路4から排気の一部を取り出して、そのEGRガスをEGRクーラ17にて冷却した後にコンプレッサ6Aの上流側の吸気通路3に導入することができる。排気還流装置15はタービン6Bの下流から排気を取り出してコンプレッサ6Aの上流に導入することからロープレッシャーループ型の排気還流装置と呼ばれることがある。
The internal combustion engine 1 is provided with an exhaust
EGRクーラ17によるEGRガスの冷却に伴い、排気中の水分を原因とした凝縮水が発生する。凝縮水は排気中に含まれる種々の物質が水に溶け込んだ液体である。この凝縮水はEGR通路16を通じてコンプレッサ6Aの上流に導かれる。凝縮水がコンプレッサ6Aに導かれると、上述したキャビテーションが発生してコンプレッサ6Aのインペラーを損傷させる原因となり得る。そこで、本形態の排気還流装置15はコンプレッサ6Aへの凝縮水の導入を抑制する対策が施されている。
As the EGR gas is cooled by the EGR cooler 17, condensed water is generated due to moisture in the exhaust. Condensed water is a liquid in which various substances contained in exhaust gas are dissolved in water. This condensed water is guided upstream of the compressor 6A through the EGR
図2はコンプレッサ6Aの内部構造の詳細を模式的に示している。図2に示すように、コンプレッサ6Aはインペラ21と、インペラ21にガスを導く主通路24を形成するケーシング22と、ケーシング22に設けられて、かつ主通路24から分岐して再び主通路24に合流する副通路25を形成するケーシングトリートメント23とを有している。主通路24は吸気通路3の一部として機能している。副通路25はインペラ21に向かう方向に延びている。副通路25はインペラ21から遠い側(図2の左側)において主通路24に開口する上流側開口部25aと、インペラ21に近い側(図2の右側)において主通路24に開口する下流側開口部25bとを有している。周知のように、ケーシングトリートメント23は低流量時のサージングを防止するため、副通路25を利用して図2の矢印方向にガスを循環させる機能を持っている。
FIG. 2 schematically shows details of the internal structure of the compressor 6A. As shown in FIG. 2, the compressor 6 </ b> A includes an
ケーシングトリートメント23の副通路25には水分を捕捉できかつ副通路25を流れるガスによって捕捉した水分を乾燥できる吸着材26が設けられている。吸着材26の素材としては、シリカゲルやゼオライト等を選択することができる。本形態では、副通路25の上流側開口部25aにその一部を塞ぐ状態で吸着材26が設けられている。そのため、図2に示すように、主通路24に凝縮水Wが進入した場合にはインペラ21から遠い上流側でその凝縮水Wを吸着材26にて捕捉できるので、凝縮水Wがインペラー21に近づくことを防止できる。そして、吸着材26は上流側開口部25aの一部を塞いでいるだけでその全部を塞いでいない。このため、副通路25のガスの流れが完全に制限されることがないから、ケーシングトリートメント23の機能が損なわれることがない。
The
また、コンプレッサ6Aは、副通路25の上流側開口部25aが鉛直上方に向かって主通路24に開口する向きとなるように吸気通路3に設けられている。吸気通路3に導かれた凝縮水は重力によって主通路24の鉛直下方に集まるため、鉛直上方に開口する上流側開口部25aに凝縮水を効果的に導くことができる。これにより、上流側開口部25aに設けられた吸着材26によって凝縮水を効率的に捕捉することができるようになる。
The compressor 6A is provided in the
図3は吸着材26の機能を内燃機関1の運転状態に関連付けて説明する説明図であり、その横軸は内燃機関1の回転速度(回転数)を、縦軸は内燃機関1の燃料噴射量をそれぞれ示している。図示の各曲線は同一吸気流量の運転状態を示している。一般に内燃機関1が低回転軽負荷であるほどEGR量が増えるため凝縮水の発生量が増加する。従って、図3に示すように、吸気流量が少ないほど凝縮水の発生量は増加する。そのため、ハッチングで示した吸気流量が少ない領域では凝縮水が停留し、それにより吸着材26にてその凝縮水は捕捉される。これに対して、吸気流量が多い領域ではEGR量が少なく凝縮水の発生量も少ないので、ケーシングトリートメント23の副通路25のガスの流れにより吸着材26が捕捉した凝縮水が乾燥し、吸着材26の機能が回復する。吸着材26はこうした機能を持っているので、捕捉した凝縮水を放出させるために特別な操作を行わなくても、内燃機関1の運転を続行することで自然に吸着材26の機能を回復させることができる。
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the function of the adsorbent 26 in relation to the operating state of the internal combustion engine 1. Each amount is shown. Each curve shown in the figure shows the operating state at the same intake flow rate. In general, the amount of EGR increases because the EGR amount increases as the internal combustion engine 1 has a lower rotation and light load. Therefore, as shown in FIG. 3, the amount of condensed water generated increases as the intake flow rate decreases. Therefore, the condensed water stops in the region where the intake flow rate indicated by hatching is small, and the condensed water is captured by the adsorbent 26. On the other hand, in a region where the intake air flow rate is large, the amount of EGR is small and the amount of condensed water generated is small, so that the condensed water captured by the adsorbent 26 is dried by the gas flow in the
本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実施することができる。ケーシングトリートメントにて形成される副通路は、周囲が囲まれた管状であってもよいし、主通路に開口した溝状であってもよい。また、副通路の延びる方向も任意である。更に、副通路は主通路の周方向に一巡する環状の通路であってもよい。要はケーシングトリートメントにて形成される副通路のいずれかの位置に凝縮水を捕捉し得る吸着材が設けられていればよい。 This invention is not limited to the above form, It can implement with a various form. The sub-passage formed by the casing treatment may have a tubular shape surrounded by the periphery, or may have a groove shape opened to the main passage. Further, the direction in which the sub passage extends is also arbitrary. Furthermore, the secondary passage may be an annular passage that makes a circuit in the circumferential direction of the main passage. In short, it is only necessary that an adsorbent capable of capturing condensed water is provided at any position of the sub-passage formed by the casing treatment.
吸着材の材質や大きさは凝縮水の発生量や常用される運転領域等の内燃機関の仕様に応じて適宜設定すればよい。また、本発明の適用対象となり得る内燃機関の形式はディーゼル機関に限らず、火花点火型内燃機関であってもよい。 What is necessary is just to set the material and magnitude | size of an adsorbent suitably according to the specifications of internal combustion engines, such as the generation amount of condensed water, and the operating area | region normally used. The type of the internal combustion engine that can be applied to the present invention is not limited to a diesel engine, but may be a spark ignition type internal combustion engine.
1 内燃機関
3 吸気通路
4 排気通路
6 ターボチャージャー
6A コンプレッサ
6B タービン
15 排気還流装置
21 インペラ
22 ケーシング
23 ケーシングトリートメント
24 主通路
25 副通路
25a 上流側開口部
25b 下流側開口部
26 吸着材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記コンプレッサは、インペラと、前記インペラにガスを導く主通路を形成するケーシングと、前記ケーシングに設けられ、かつ前記主通路から分岐して再び前記主通路に合流する副通路を形成するケーシングトリートメントとを有し、
前記ケーシングトリートメントにて形成された前記副通路には、水分を捕捉できかつ捕捉した水分を前記副通路を流れるガスによって乾燥させることができる吸着材が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。 The invention is applied to an internal combustion engine including a turbocharger having a turbine provided in an exhaust passage and a compressor provided in an intake passage, and after a part of exhaust gas is taken out from the exhaust passage on the downstream side of the turbine and cooled, the In the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine to be introduced into the intake passage on the upstream side of the compressor,
The compressor includes an impeller, a casing that forms a main passage that guides gas to the impeller, and a casing treatment that is provided in the casing and that forms a sub-passage that branches from the main passage and merges with the main passage again. Have
The sub-passage formed by the casing treatment is provided with an adsorbent capable of trapping moisture and drying the trapped moisture by gas flowing through the sub-passage. Exhaust gas recirculation device.
前記吸着材は、前記上流側開口部に設けられている請求項1に記載の排気還流装置。 The sub-passage extends in a direction toward the impeller, and has an upstream opening that opens to the main passage on a side far from the impeller, and a downstream opening that opens to the main passage on a side close to the impeller And
The exhaust gas recirculation apparatus according to claim 1, wherein the adsorbent is provided in the upstream opening.
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