JP2010174647A - Internal combustion engine with egr device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、EGR装置を備えた内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine provided with an EGR device.
従来から、内燃機関からの窒素酸化物(NOx)の排出を低減させる技術として、排気系を流れる排気の一部を取り出してEGRガスとして吸気系に還流させる内燃機関の排気還流装置(EGR装置)が公知である。このように、EGRガスが吸気系に還流されると内燃機関の燃焼が緩慢となるため、窒素酸化物(NOx)の生成量を低減させることができる。 Conventionally, as a technique for reducing the emission of nitrogen oxides (NOx) from an internal combustion engine, an exhaust gas recirculation device (EGR device) for an internal combustion engine that extracts a part of the exhaust gas flowing through the exhaust system and recirculates it to the intake system as EGR gas Is known. As described above, when the EGR gas is recirculated to the intake system, combustion of the internal combustion engine becomes slow, so that the amount of nitrogen oxide (NOx) generated can be reduced.
特許文献1には、シリンダブロックに形成されたウォータージャケットの下方、且つこれに近接した内部通路を気筒列に沿ってシリンダブロック内に形成し、これを排気還流路の主要部分とする排気還流装置が提案されている。
ところで、内燃機関を冷間始動させる時には、当該機関を速やかに暖機することが要求される。ここで、上記の構成のように、排気還流路の主要部分としての内部通路をウォータージャケットの下方近傍部分のみに配置する場合、内部通路を流れる還流排気(EGRガス)とウォータージャケット内の冷却水との熱交換が局所的なものに限られてしまう。そうすると、冷間始動時にシリンダボア全体を効率的に暖機することが難しくなり、内燃機関の早期暖機が難しくなるという実情があった。 By the way, when the internal combustion engine is cold-started, it is required to quickly warm up the engine. Here, when the internal passage as the main portion of the exhaust gas recirculation path is disposed only in the lower vicinity of the water jacket as in the above configuration, the recirculation exhaust gas (EGR gas) flowing through the internal passage and the cooling water in the water jacket The heat exchange with is limited to local ones. If it does so, it became difficult to warm up the whole cylinder bore efficiently at the time of a cold start, and there existed the actual situation that early warming up of an internal combustion engine became difficult.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷間始動時における速やかな暖機が可能であって、且つ、よりコンパクトなEGR装置を備えた内燃機関を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can be quickly warmed up at the time of cold start and includes a more compact EGR device. There is to do.
上記目的を達成するため、本発明に係るEGR装置を備えた内燃機関は以下の手段を採用する。すなわち、内燃機関の排気系から排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気系に還流させるEGR装置を備えた内燃機関であって、前記EGR装置がEGRガスを還流させるEGR通路は、シリンダボア壁面とシリンダブロック外壁面との間に形成されると共にその内部を流れるEGRガスとシリンダボア壁面との間で熱交換可能な通路であって、シリンダボア壁面に近接しつつ該シリンダボア壁面を覆い、且つシリンダボア軸方向に延設された内部通路を、含んで構成されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an internal combustion engine equipped with an EGR device according to the present invention employs the following means. That is, an internal combustion engine including an EGR device that extracts a part of exhaust gas from the exhaust system of the internal combustion engine as EGR gas and recirculates it to the intake system, and the EGR passage through which the EGR device recirculates EGR gas includes a cylinder bore wall surface and A passage formed between the outer wall surface of the cylinder block and capable of exchanging heat between the EGR gas flowing through the cylinder block wall surface and the cylinder bore wall surface, covering the cylinder bore wall surface while being close to the cylinder bore wall surface, and the cylinder bore axial direction It is characterized by including the internal passage extended in this.
この構成においては、内燃機関の排気系を流れる排気の一部が、シリンダブロック内に形成された内部流路を経由してから吸気系へと還流される。本発明においては、内燃機関の冷間始動時において、内燃機関から排出された直後の高温排気をEGRガスとして内部流路へと導き、該EGRガスとシリンダボアと間で熱交換を行わせる。ここで、内部流路は、シリンダボアの軸方向に延設されているため、シリンダボアの上下方向に延設されているということもできる。そのため、この構成によれば、シリンダボアの外周全体をEG
Rガスとの間で熱交換させることが可能となる。それ故、冷間始動時にシリンダボア全体を効率的に昇温させることができるので、早期暖機が可能となる。尚、シリンダボア壁面の上下方向はシリンダボア内のピストンの摺動方向と一致し、且つシリンダボアの軸方向に一致する。
In this configuration, a part of the exhaust gas flowing through the exhaust system of the internal combustion engine is recirculated to the intake system after passing through the internal flow path formed in the cylinder block. In the present invention, when the internal combustion engine is cold-started, the high-temperature exhaust immediately after being discharged from the internal combustion engine is led to the internal flow path as EGR gas, and heat exchange is performed between the EGR gas and the cylinder bore. Here, since the internal flow path extends in the axial direction of the cylinder bore, it can be said that the internal flow path extends in the vertical direction of the cylinder bore. Therefore, according to this configuration, the entire outer periphery of the cylinder bore is EG
It is possible to exchange heat with the R gas. Therefore, since the temperature of the entire cylinder bore can be efficiently raised at the time of cold start, early warm-up is possible. The vertical direction of the cylinder bore wall surface coincides with the sliding direction of the piston in the cylinder bore and coincides with the axial direction of the cylinder bore.
また、この構成によれば、EGR装置がEGRガスを還流させるEGR通路の一部が、シリンダブロック内に形成される内部通路によって構成されるため、当該EGR通路の省スペース化・コンパクト化を実現することができる。 Further, according to this configuration, a part of the EGR passage through which the EGR device recirculates the EGR gas is configured by an internal passage formed in the cylinder block, so that the EGR passage can be saved in space and compact. can do.
また、本発明において、EGR通路は、更に、シリンダヘッド及びシリンダブロックの内部に形成され、内部通路における上端縁部或いはその近傍部位と排気ポートとを連通し、排気ポートを流れる排気の一部をEGRガスとして該内部通路に導入させるEGRガス導入ポートと、シリンダブロックの吸気側の側壁に開口された孔を介して内部通路における下端縁部或いはその近傍部位と内燃機関の吸気管とを連通し、該内部通路内のEGRガスを吸気管に導入させる導入管と、を含んで構成されても良い。 In the present invention, the EGR passage is further formed inside the cylinder head and the cylinder block, communicates the upper end edge of the internal passage or its vicinity and the exhaust port, and part of the exhaust flowing through the exhaust port. An EGR gas introduction port to be introduced into the internal passage as EGR gas, and a lower end edge portion of the internal passage or a portion in the vicinity thereof and an intake pipe of the internal combustion engine communicate with each other through a hole opened in a side wall on the intake side of the cylinder block. And an introduction pipe for introducing the EGR gas in the internal passage into the intake pipe.
この構成によれば、排気ポートを流れる排気が、シリンダブロック外部に形成された外部通路ではなく、シリンダヘッドに形成されたEGRガス導入ポートを介して内部通路へと導入される。そのため、EGR装置の更なるコンパクト化を達成することができる。また、EGRガス導入ポートは、シリンダブロックにおける吸気側の側面に開口しているため、導入管の配管構造をより簡易なものにすることができる。また、導入管を流れるEGRガスを冷却する冷却装置(EGRクーラ)を導入管に別途設ける場合においても、EGRガスは内部通路においてシリンダボアとの間で熱交換を行ってから導入管に導入される。つまり、内部通路を通過する際にEGRガスの冷却効果が見込めるため、冷却装置の冷却能力をそれほど大きくする必要がない。そのため、当該冷却装置をよりコンパクトにすることができ、以ってEGR装置の小型化が可能となり、製造コストの削減も期待することができる。 According to this configuration, the exhaust gas flowing through the exhaust port is introduced into the internal passage through the EGR gas introduction port formed in the cylinder head, not the external passage formed outside the cylinder block. Therefore, further downsizing of the EGR device can be achieved. Further, since the EGR gas introduction port is opened on the side surface on the intake side of the cylinder block, the piping structure of the introduction pipe can be simplified. Even when a cooling device (EGR cooler) for cooling the EGR gas flowing through the introduction pipe is separately provided in the introduction pipe, the EGR gas is introduced into the introduction pipe after exchanging heat with the cylinder bore in the internal passage. . That is, since the cooling effect of the EGR gas can be expected when passing through the internal passage, it is not necessary to increase the cooling capacity of the cooling device so much. Therefore, the cooling device can be made more compact, so that the EGR device can be miniaturized and a reduction in manufacturing cost can be expected.
ところで、内部流路を形成するシリンダブロック壁面は、耐食性が比較的に低い材料によって構成されることが多い。この実情に対し、EGRガスがシリンダボアとの熱交換によって冷却されると凝縮水(排気凝縮水)が生成されてしまう。そして、この凝縮水が内部流路内に長期間溜まった状態に維持されてしまうと、シリンダブロックが腐食する虞がある。 By the way, the cylinder block wall surface forming the internal flow path is often made of a material having relatively low corrosion resistance. In contrast to this situation, when the EGR gas is cooled by heat exchange with the cylinder bore, condensed water (exhaust condensed water) is generated. If this condensed water is maintained in a state where it has been accumulated in the internal flow path for a long time, the cylinder block may be corroded.
そこで本発明においては、導入管と内部通路との接続箇所において、孔の縁部のうち最も低い部位と内部通路の下端縁部との高さが等しく、且つ、導入管との接続箇所における内部通路の下端縁部の高さを、EGRガス導入ポートとの接続箇所における内部通路の下端縁部の高さに比べて低くすると良い。 Therefore, in the present invention, at the connection point between the introduction pipe and the internal passage, the lowest part of the edge of the hole and the lower end edge of the internal passage are equal in height, and the inside at the connection part with the introduction pipe The height of the lower end edge of the passage may be made lower than the height of the lower end edge of the internal passage at the connection point with the EGR gas introduction port.
この構成によれば、内部通路の内部で生成された凝縮水を、該内部通路と導入管との接続箇所に容易に集めることができ、且つ、その凝縮水を導入管へと円滑に排出することができる。これにより、内部通路に凝縮水が長期に亘って溜まることがなく、該内部通路を形成する部材(すなわち、シリンダブロックの内壁面)の腐食が確実に抑制される。尚、導入管は、内部通路と比べて耐食性が高い材料によって構成されていると好適である。これによれば、内部通路から排出された凝縮水によって導入管が腐食することもない。また、内部通路の下端縁部は、EGRガス導入ポートとの接続箇所から導入管との接続箇所に向けて、その高さが徐々に低くなっていくように傾斜していても良い。これにより、より好適に内部通路内の凝縮水を導入管へと導くことができる。 According to this configuration, the condensed water generated inside the internal passage can be easily collected at the connection portion between the internal passage and the introduction pipe, and the condensed water is smoothly discharged to the introduction pipe. be able to. Thereby, the condensed water does not accumulate in the internal passage for a long time, and corrosion of the member forming the internal passage (that is, the inner wall surface of the cylinder block) is reliably suppressed. The introduction pipe is preferably made of a material having higher corrosion resistance than the internal passage. According to this, the introduction pipe is not corroded by the condensed water discharged from the internal passage. Moreover, the lower end edge part of the internal passage may be inclined so that its height gradually decreases from the connection point with the EGR gas introduction port toward the connection point with the introduction pipe. Thereby, the condensed water in an internal channel can be led to an introduction pipe more suitably.
また、本発明に係る内燃機関は、シリンダブロックの排気側の側壁に開口された孔を介
して内部流路内の凝縮水をシリンダブロック外部に排出する凝縮水排出管と、凝縮水排出管に接続され、該凝縮水排出管を介した凝縮水が溜められる凝縮水集合部と、内燃機関の排気系を流れる排気の熱を回収して、凝縮水集合部の凝縮水を蒸発させる熱交換器と、を更に備えても良い。
Further, the internal combustion engine according to the present invention includes a condensed water discharge pipe for discharging condensed water in the internal flow path to the outside of the cylinder block through a hole opened in a side wall on the exhaust side of the cylinder block, and a condensed water discharge pipe. A condensate collecting unit connected to store condensed water via the condensed water discharge pipe, and a heat exchanger for recovering heat of exhaust flowing through the exhaust system of the internal combustion engine and evaporating the condensed water in the condensate collecting unit And may be further provided.
この構成によれば、凝縮水排出管を介して凝縮水集合部に集められた凝縮水は、排気系を流れる排気の排気熱を利用して加熱される。これにより、凝縮水集合部に集められた凝縮水を積極的に蒸発させることができるので、内部通路に凝縮水が長期にわたり溜まることがなく、シリンダブロックの内壁面が腐食することを抑制できる。ここで、内燃機関の排気系にターボチャージャのタービンが配置されている場合、熱交換器は、タービンに流入した排気の排気熱を回収しても良い。尚、本構成のように、凝縮水排出管を、シリンダブロックの排気側の側壁に開口された孔に接続することで、凝縮水集合部を熱源(排気管、ターボチャージャのタービン等)に近接させるにあたり、凝縮水排出管の配管構造が複雑になることもなく、好適である。 According to this configuration, the condensed water collected in the condensed water collecting part via the condensed water discharge pipe is heated using the exhaust heat of the exhaust flowing through the exhaust system. Thereby, the condensed water collected in the condensed water collecting portion can be positively evaporated, so that the condensed water does not accumulate in the internal passage for a long time, and corrosion of the inner wall surface of the cylinder block can be suppressed. Here, when the turbine of the turbocharger is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine, the heat exchanger may recover the exhaust heat of the exhaust gas flowing into the turbine. As in this configuration, the condensate drain pipe is connected to a hole opened in the side wall on the exhaust side of the cylinder block, so that the condensate collection part is close to the heat source (exhaust pipe, turbocharger turbine, etc.). In doing so, the piping structure of the condensed water discharge pipe does not become complicated, which is preferable.
尚、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。 The means for solving the problems in the present invention can be used in combination as much as possible.
本発明により、冷間始動時における速やかな暖機が可能であって、且つ、よりコンパクトなEGR装置を備えた内燃機関を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine that can be quickly warmed up during a cold start and that includes a more compact EGR device.
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 The best mode for carrying out the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention only to those unless otherwise specified.
図1は、本実施例に係るエンジンの縦断面の概略構成を示す図である。図1において、エンジン1は、4つの気筒を直列に配置したエンジンであり、シリンダブロック2及び該シリンダブロック2上部に締結されたシリンダヘッド4を備えている。シリンダブロック2には、4つのシリンダボア(気筒)2aが直列に並んで形成されている。ここで、シリンダブロック2において、シリンダボア2aを形成する内周面(内周壁)を「シリンダボア壁面2b」と称し、外壁面を「シリンダブロック外壁面2c」と称する。尚、エンジン1の縦断面とは、エンジン1をシリンダボア2aの軸方向に沿って切断したときの断面をいう。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a longitudinal section of an engine according to the present embodiment. In FIG. 1, an
シリンダボア2a内には、ピストン3がシリンダボア壁面2bに沿って摺動自在に設けられている。このピストン3は、コンロッドを介してクランクシャフトに接続されており、ピストン3の往復運動に伴ってクランクシャフトが回転する。以下、シリンダボア壁面2bの上下方向、シリンダブロック2の上下方向と用いる場合には、特記しない限りシリンダボア2aの軸線方向、すなわちピストン3の摺動方向を意味するものとする。
In the
シリンダヘッド4には、吸気ポート11及び排気ポート12が形成されており、これらには吸気バルブ13及び排気バルブ14が夫々設けられている。さらに、吸気ポート11及び排気ポート12には、夫々、吸気マニホールド15及び排気マニホールド16が接続されている。また、吸気マニホールド15には吸気管17が接続され、排気マニホールド16は排気管18が接続されている。排気管18の途中には図示しない排気浄化装置が設けられており、更に下流にてマフラーが接続されている。
An
エンジン1には、該エンジン1の運転条件や運転者の要求に応じて運転状態を制御するための電子制御ユニットであるECU(Electronic Control Unit)10が併設されてい
る。このECU10は、エンジン1の制御に係る各種演算処理を実行するCPU、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたROM、CPUの演算結果等が一時記憶されるRAM、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成される。
The
エンジン1は、該エンジン1の排気系を流れる排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気系に還流させる排気還流装置(EGR装置)20を備える。EGR装置20によって吸気系に還流(再循環)されるEGRガスは、吸気管17を流れる空気と混ざりつつ各シリンダボア2aへと吸入(導入)される。EGRガスには、水や二酸化炭素のように自らが燃焼することなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれている。そのため、EGRガスを混合気中に含有させると、混合気の燃焼温度が低くなり、以って窒素酸化物(NOx)の発生量が低減される。
The
次に、EGR装置20がEGRガスを還流させる際のEGRガスの流路であるEGR通路(還流路)について説明する。図示のように、シリンダブロック2内部において、シリンダボア壁面2bとシリンダブロック外壁面2cとの間には、後記するEGR内部通路22がシリンダボア2aの軸方向に延設して形成されている。図2は、本実施例に係るエンジンの水平断面の概略構成図である。当該水平断面はエンジンの縦断面に直交する断面である。具体的には、図2は、シリンダボアの軸線と直交する方向のシリンダブロック断面を模式的に表す。図示したように、EGR内部通路22は、シリンダブロック2内部において、シリンダボア壁面2bに対して近接しつつシリンダボア列(気筒列)に沿って該シリンダボア壁面2bを覆っている(囲んでいる)。
Next, an EGR passage (reflux passage) that is a flow path of the EGR gas when the
また、EGR内部通路22は、図1に示すようにシリンダボア2aの軸方向(シリンダボア壁面2bの上下方向)に延設されているため、シリンダボア列に沿って筒状に形成されている。また、EGR内部通路22の上端縁部22aは、シリンダボア壁面2bの上下方向(シリンダボア2aの軸方向)に関しての高さがシリンダボア壁面2bの上端縁部と概ね一致しており、EGR内部通路22の下端縁部22bは、その高さがシリンダボア壁面2bの下端縁部に比較的近い部位と一致するように形成されている。それ故、EGR内部通路22は、シリンダボア壁面2bの上端縁部から下端縁部の大部分を覆うように、シリンダボア壁面2bの軸方向に延設される。
Further, since the EGR
シリンダヘッド4及びシリンダブロック2には、EGR内部通路22における上端縁部22aと排気ポート12とを連通する連通孔であるEGRガス導入ポート23が形成され
ている。EGRガス導入ポート23は、具体的には、シリンダヘッド4とシリンダブロック2の締結部分を貫通している。また、図2に示したように、EGRガス導入ポート23は、各々のシリンダボア2aに対応して形成されており、排気ポート12の各々とEGR内部通路22とを、その上端縁部22aにて連通している。
The
シリンダブロック外壁面2cのうち吸気側(吸気管17が配置されている側)の側壁面を符号2c’で表し、「シリンダブロック吸気側外壁面」と称する。図1を参照すると、シリンダブロック吸気側外壁面2c’には、EGR内部通路22における下端縁部22b近傍部位とシリンダブロック外部とを連通する貫通孔24が開口されている。そして、この貫通孔24には、一端が吸気管17に接続された導入管25の他端が接続されている。つまり、導入管25は、貫通孔24を介してEGR内部通路22における下端縁部22bの近傍部位と吸気管17とを連通する。
The side wall surface of the cylinder block
そして、導入管25の途中には、導入管25を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ26、及び導入管25を流れるEGRガスの流量を調節するEGRバルブ27が、貫通孔24に近い側からこれらの順で設けられている。EGRバルブ27は、ECU10に電気配線を介して接続されており、その開度がECU10によって制御されることでEGRガス量が調節される。
In the middle of the
以上のように構成されたEGR装置20においては、各排気ポート12を流れる排気の一部が各EGRガス導入ポート23へと流入し、EGRガスとしてEGR内部通路22へと上端縁部22aから導入される。そして、EGR内部通路22に導かれたEGRガスは、シリンダボア2aとの間で直接的に熱交換を行いつつ、シリンダブロック吸気側外壁面2c’に開口された貫通孔24に向かって流れ、この貫通孔24を介して導入管25へと流出する。その後、EGRクーラ26に流入したEGRガスは該EGRクーラ26において冷却され、更に、EGRバルブ27によってその流量を調節された上で、吸気管17へと導入される。
In the
従って、EGRガスが還流する際のEGR通路(還流路)は、本実施例においては、EGRガス導入ポート23、EGR内部通路22、(貫通孔24)、導入管25、EGRクーラ26、EGRバルブ27によって構成される。尚、本実施例においてはEGR内部通路22が本発明における内部通路に相当する。
Therefore, the EGR passage (reflux passage) when the EGR gas recirculates is, in this embodiment, the EGR
ところで、冷間始動時においてはエンジン1の速やかな暖機が求められるところ、前述の特許文献1(特開2008−082307号公報)では、内部通路がウォータージャケットの下方にのみ配置しており、ウォータージャケットを流れる冷却水とEGRガスと間で熱交換を行っていた。そのため、EGRガスと冷却水との熱交換が行われる部分が局所的なものとなり、これが冷間始動時におけるエンジン1の暖機の速やかな遂行を阻害する虞があった。
By the way, when the
これに対して、本実施例に係るエンジン1の構造によれば、EGR内部通路22は、シリンダボア壁面2bの上端縁部から下端縁部の大部分の領域を覆うように、シリンダボア2aの軸方向に関して延設されているため、シリンダボア2a全体を効率的に昇温させることができる。従って、冷間始動時にエンジン1を速やかに暖機することができ、フリクションロスを低減することができる。
On the other hand, according to the structure of the
また、EGRガスは、シリンダボア2aとの直接的な熱交換によって冷却されるので、エンジン1におけるNOxの生成を低減することができる。また、本実施例では、EGR内部通路22を通過する際にEGRガスの冷却効果が見込めるため、EGRクーラ26の冷却能力をそれほど大きくする必要がない。つまり、EGRクーラ26に関してそれほど
大きな冷却能力は要求されないため、EGRクーラ36をよりコンパクトにすることができる。従って、EGR装置20の小型化を実現し、製造コストの削減を実現することができる。
Further, since the EGR gas is cooled by direct heat exchange with the
また、本実施例では、EGR通路の一部が、シリンダブロック2内に形成されたEGR内部通路22によって構成されるため、EGR装置20の配管構造の省スペース化・コンパクト化を実現する。また、排気ポート12を流れる排気が、シリンダブロック2の外部に配置された外部通路ではなく、シリンダヘッド4内部に形成された各EGRガス導入ポート23を介してEGR内部通路22に導入されるため、EGR装置20の配管構造をより簡易なものとすることができる。また、導入管25が接続される貫通孔24をシリンダブロック吸気側外壁面2c’に開口することで(排気側の外壁面に開口する場合と比して)導入管25の配管構造が複雑になることを抑制し、以ってEGR装置のコンパクト化を実現することができる。
Further, in this embodiment, a part of the EGR passage is constituted by the EGR
次に、本実施例における変形例について説明する。図3は、第1変形例におけるEGR内部通路を説明するための説明図である。具体的には、図2と同様、シリンダボアの軸線と直交する方向のシリンダブロック断面を模式的に表している。図中の符号2a#1〜2a#4は、1番気筒から4番気筒を区別して表したものである。図3においても、EGR内部通路32は、図1及び2において示したEGR内部通路22と同様、シリンダボア壁面2bに対して近接しつつシリンダボア列(気筒列)に沿って該シリンダボア壁面2bを覆い、且つ、シリンダボア2a軸方向に延設されている。
Next, a modified example of the present embodiment will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an EGR internal passage in the first modification. Specifically, like FIG. 2, a cylinder block cross section in a direction orthogonal to the axis of the cylinder bore is schematically shown.
ここで、双方の相違点を中心に説明すると、EGR内部通路32における2a#2と2a#3との境界部にはシリンダボア2aの上下方向に延びた区画壁33が設けられている。そして、EGR内部通路32がこの区画壁33を境に、2a#1及び2a#2側の領域と、2a#3及び2a#4側の領域とに隔てられている。ここで、前者を第1EGR内部通路32aとすると、該第1EGR内部通路32aには、シリンダボア2a#1及び2a#2から排出された排気の一部が、EGRガスとして導入される。一方、後者を第2EGR内部通路32bとすると、該第2EGR内部通路32bにはシリンダボア2a#3及び2a#4から排出された排気の一部が、EGRガスとして導入される。
Here, the difference will be mainly described. A
実施例1に係るEGR装置では、EGR内部通路24内のEGRガスを、単一の貫通孔24と導入管25とによって吸気管17に導入した。これに対して第1変形例においては2本の導入管35a,35b、具体的にはEGRクーラ26を設置しないクーラ非設置導入管35aとEGRクーラ26を設置するクーラ設置導入管35bによってEGR内部通路32内のEGRガスを吸気管17に還流させる。
In the EGR device according to the first embodiment, the EGR gas in the EGR
図3において、2a#1及び2a#2の境界部近傍におけるシリンダブロック吸気側外壁面2c’には、図1に図示した貫通孔24と同様の貫通孔34aが開口している。同様に、2a#3及び2a#4の境界部近傍における吸気側外壁面2c’には貫通孔24と同等の貫通孔34bが開口している。貫通孔34a,34bのシリンダボア壁面2bの上下方向に関する配置位置は、貫通孔24と同様である。ここで、クーラ非設置導入管35aは、貫通孔34aを介して第1EGR内部通路32aの下端縁部近傍部位と吸気管17とを連通する。また、クーラ設置導入管35bは、貫通孔34bを介して第2EGR内部通路32bの下端縁部近傍部位と吸気管17とを連通する。
In FIG. 3, a through
クーラ非設置導入管35aに配置されているEGRバルブ27a、クーラ設置導入管35bに配置されているEGRバルブ27bの夫々の開度は、エンジン1の運転状態、運転条件等に応じてECU10によって制御される。つまり、エンジン1に還流されるEGRガスのうち、EGRクーラ26をバイパスするEGRガスの割合は、エンジン1の運転状
態や運転条件等に応じて調節されるようになっている。
The respective opening degrees of the EGR valve 27a arranged in the cooler
ところで、EGRガスにEGRクーラ26を通過させることなく(バイパスさせてから)吸気管17に導入させる目的として、エンジン1に吸入される吸入ガスの温度が過度に低くなることを抑制することを挙げることができる。吸入ガスの温度が過度に低くなると、エンジン1からのHC排出量が増えるからである。この第1変形例では、クーラ非設置導入管35aを経由して(EGRクーラ26をバイパスして)から吸気管17に導入されるEGRガスに関しては、第1EGR内部通路32aを流れる際におけるシリンダボア2aとの熱交換を積極的には行わず、むしろ該第1EGR内部通路32aを流れるEGRガスを保温させる。具体的には、第1EGR内部通路32を断熱構造とすべく、第1EGR内部通路32を形成しているシリンダブロック2壁面に断熱層を設けることとした。図中、シリンダブロック2壁面に沿って形成された断熱層を斜めハッチングにて表す。これによれば、第1EGR内部通路32aを流れるEGRガスを保温することが可能となり、クーラ非設置導入管35aを経由して吸気管17に導入されるEGRガスの温度が低くなりすぎることがない。従って、エンジン1に吸入される吸入ガスの温度が過度に低くなることが抑制され、エンジン1からのHC排出量を低減することができる。
By the way, the purpose of introducing the EGR gas into the
尚、EGRクーラ26を通過した上で吸気管17へと導入されるEGRガスは、第2EGR内部通路32bを通過するときにシリンダボア2a#3及び2a#4と間で熱交換が行われるため、冷間始動時におけるエンジン1の早期暖機が担保されるのは勿論である。また、本変形例においては、第1EGR内部通路32a及び第2EGR内部通路32bとにより構成されるEGR内部通路32が本発明における内部通路に相当する。
The EGR gas introduced into the
また、本変形例においては、シリンダボア2a#1及び2a#2を覆う第1EGR内部通路32aに断熱層を形成させているが、他の部分に断熱層を形成させても構わない。例えば、シリンダボア2aの配列方向において両端部に位置するシリンダボア2a#1及び2a#4は、内側に位置する2a#2及び2a#3に比べて外部から冷やされ易い。そこで、EGR内部通路のうち、外部からの冷気によって冷却され易いシリンダボア2a#1及び2a#4を覆う部分に断熱層を形成し、他の部分(シリンダボア2a#2及び2a#3を覆う部分)には断熱層を形成しないようにすることもできる。これによれば、シリンダボア2a同士の温度差を減少させることが可能となり、該シリンダボア2aの変形等の不具合が生じることが抑制される。
Moreover, in this modification, although the heat insulation layer is formed in the 1st EGR internal channel |
図4は、第2変形例におけるEGR内部通路を説明するための説明図である。ここでは、図3に示した第1変形例との相違点を中心に説明する。本変形例では外部からの冷気によって冷やされ易いシリンダボア2a#1及び2a#4のみを囲むようにEGR内部通路を形成することとした。符号42a、42bの夫々は、シリンダボア2a#1と2a#4の夫々を覆うEGR内部通路である。すなわち、EGR内部通路42a,42bの夫々は、シリンダボア2a#1,2a#4の夫々を形成する壁面に近接しつつこれを覆い、シリンダボア2a軸方向に延設されている。
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an EGR internal passage in the second modification. Here, it demonstrates centering on difference with the 1st modification shown in FIG. In this modification, the EGR internal passage is formed so as to surround only the cylinder bores
EGR内部通路42a,42bへは、シリンダボア2a#1,2a#4の夫々に対応するEGRガス導入ポート23を介して排気ポート12を流れる排気の一部が導入される。また、図示のように、クーラ非設置導入管35aが接続される貫通孔34aは、シリンダブロックの吸気側外壁面2c’におけるシリンダボア2a#1に対応する部分に形成されている。また、クーラ設置導入管35bが接続される貫通孔34bは、シリンダブロックの吸気側外壁面2c’におけるシリンダボア2a#4に対応する部分に形成されている。ここでは、EGR内部通路符号42aを経由してきたEGRガスが、EGRクーラ26で冷却されることなく吸気管17へと導入されるため、本変形例においてはEGR内部通路42aを形成するシリンダブロック2壁面に断熱層(図3と同様に、斜めハッチングにて
表す)を形成させている。これにより、エンジン1に吸入される吸入ガスの温度が過度に低温となることが抑制され、HC排出量の増加が抑制される。
A part of the exhaust gas flowing through the
図中の符号46はいわゆるウォータージャケット(図中、格子ハッチングにて表す)を示している。この図において、ウォータージャケット46はシリンダボア2a#2,2a#3に沿って形成されており、その内部を冷却水が循環するようになっている。本変形例においては、シリンダボア2aの配列方向において内側に位置するシリンダボア2a#2及び2a#3が比較的に高温となりやすいため、ウォータージャケット46内を循環する冷却水との間で熱交換を行わせる。これにより、シリンダボア2a#1〜2a#4間における温度差が過度に大きくなることを抑制できる。尚、図中における符号43a,43bは、各EGR内部通路42a,42bとウォータージャケット46との間を区画する隔壁である。
図5は、第3変形例に係るエンジンの縦断面の概略構成を示す図である。図示のように、本変形例では、EGRバルブ27が導入管ではなく、シリンダブロック2の内部に設けられている(組み込まれている)。この構成によれば、EGR装置20の省スペース化という観点から有利である。また、当該構成においては、EGRバルブ27をEGR通路におけるより上流側(EGRガスの取り出し口であるEGRガス導入ポート23により近い位置を上流側と定義する)に設置することができる。故に、例えばECU10によってEGRバルブ27が閉弁されている状態でのエンジン1の排気系容積を小さくすることができる。ここで、EGRバルブ27が閉弁されている状態での排気系容積が小さいほど、排気バルブ14の開弁動作に伴って生じる排気の脈動、つまり排気圧力の変動幅が大きくなる。そのため、本変形例に係る構成はターボチャージャを備えるエンジンに適用すると、排気の脈動効果を利用して吸気の過給圧を高めることができるので好適である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of a longitudinal section of an engine according to a third modification. As illustrated, in this modification, the
次に、本実施形態における実施例2について説明する。図6は、本実施例に係るエンジンの縦断面の概略構成を示す図である。図1及び2と共通する構成部材については同じ符号を付すことで詳しい説明を省略する。排気管18には、吸蔵還元型NOx触媒(以下、「NOx触媒」という)52が設けられている。NOx触媒52は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤(例えば、燃料等)が存在するときは吸蔵していたNOxを還元する機能を有する。
Next, Example 2 in the present embodiment will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of a longitudinal section of the engine according to the present embodiment. Components that are the same as those in FIGS. 1 and 2 are given the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The
シリンダヘッド4には、排気ポート12を流れる排気中に還元剤としての燃料を添加する燃料添加弁53が取り付けられている。燃料添加弁は、燃料を噴射する噴射孔が排気ポート12内に臨んでいる。本実施例では、シリンダボア2a#4と接続された排気ポート12のみに燃料添加弁53を設けているが、別の排気ポートに設けても良い。この燃料添加弁53はECU10と電気配線を介して接続されており、ECU10によって燃料添加に係る制御が行われる。燃料添加弁53からの燃料添加は、例えばNOx触媒52に吸蔵されたNOxを還元するNOx還元処理、SOxを放出させることにより硫黄被毒を回復する硫黄被毒回復処理を行う際に行われる。これらの処理内容自体は周知な事項であるため、ここでの詳しい説明を割愛する。
The
排気ポート12における燃料添加弁53は、該排気ポート12とEGRガス導入ポート23との接続位置よりも下流側に配置されている。これにより、燃料添加弁53からの燃料添加時に排気中に添加された添加燃料が、排気と共にEGRガス導入ポート23に流入することが抑制される。つまり、添加燃料がEGRガスとともに吸気管17に導入され、これに起因してエンジン1の燃焼が悪化することが抑制される。また、この構成によれば、添加燃料の吸気系への回り込みを防止しつつ、シリンダヘッド4に燃料添加弁53を取り付けることができる。従って、NOx触媒52に添加燃料が導入されるまでに、添加燃
料を排気中で充分に分散させることができる。尚、本実施例では、NOx触媒52との関係で排気ポート12に燃料添加弁53を設けているが、例えば排気管18に選択還元型NOx触媒が配置される場合等には燃料添加弁53の代わりに尿素添加弁を設置しても構わない。
The
次に、本実施例に係るEGR内部通路22について説明する。EGR内部通路22を流れるEGRガスは各シリンダボア2aとの熱交換を行うことで冷却されるため、凝縮水(排気凝縮水)が生成されることがある。本実施例において、各シリンダボア2aを形成するシリンダブロック2の壁面はアルミニウムによって構成されており、材料特性上、耐食性があまり高くない。一方、導入管25はステンレスによって構成されておりシリンダブロック2に比して耐食性が優れている。ここで、EGR内部通路22内で生成された凝縮水が長期に亘って該EGR内部通路22に溜まってしまうと、シリンダブロック2が腐食する虞がある。
Next, the EGR
そこで、本実施例では、EGR内部通路22内に生成された凝縮水が貫通孔24から導入管25に確実に排出されるように、EGR内部通路22の下端縁部22b(以下、「底部」ともいう)の高さを変化(傾斜)させている(図6参照)。尚、ここでいう「高さ」とは、シリンダボア壁面2bの上下方向、つまりシリンダボア2aの軸方向に関する高低の程度を表したものである。
Therefore, in the present embodiment, the lower
図7は、本実施例に係るエンジン水平断面内において、EGR内部通路22における各EGRガス導入ポート23との接続箇所(符号A〜D)及び導入管24との接続箇所(符号E)を説明するための説明図である。すなわち、接続箇所A〜Dの各々からは、シリンダボア2a#1〜2a#4に対応するEGRガス導入ポート23から排気がEGR内部通路22内に導入される。そして、接続箇所Eからは、EGR内部通路22内のEGRガスが、貫通孔24に接続されている導入管25へと排出される。ここで、接続箇所A〜EにおけるEGR内部通路22の底部の高さをAh〜Ehにて表すと、本実施例においては接続箇所Eに係る底部の高さEhが他の部分に係る底部の高さ(Ah,Bh,Ch,Dh)の何れと比較しても低くなるように設定されている。
FIG. 7 illustrates the connection locations (reference characters A to D) with the respective EGR
更に詳しく述べると、シリンダ水平断面内において、接続箇所Eから離れた箇所(地点)ほど、EGR内部通路22の底部の高さが高くなるように該EGR内部通路22が形成されている。Ah,Bh,Ch,Dhの各々におけるEGR内部通路22の底部の高さについて対比すると、接続箇所Eに対しては接続箇所B及びCが最も離れているため、これらBh及びChにおける底部の高さが最も高くなっている。また、接続箇所Aは接続箇所BとEとの間に位置するため、AhはBhよりも低く且つEhよりも高くなっている。ここでは、接続箇所BからEに向かって底部の高さが徐々に低くなるように傾斜している。同様に、接続箇所Dは接続箇所CとEとの間に位置するため、DhはChよりも低く且つEhよりも高くなっている。そして、本実施例においては接続箇所DからEに向かって底部の高さが徐々に低くなるように傾斜している。
More specifically, the EGR
以上のことから、EGR内部通路22における導入管25との接続箇所Eは、EGR内部通路22のうちで最も底部の高さが低くなっているため、EGR内部通路22内で生成された凝縮水を上記接続箇所Eに導くことができる。
From the above, the connection point E with the
また、本実施例では、導入管25とEGR内部通路22との接続箇所Eにおいて、貫通孔24の縁部24aのうち最も低い部位(以下、「縁最下部」という)とEGR内部通路22の下端縁部22b(底部)との高さが等しくなるように、双方のシリンダボア2aの上下方向に関する位置関係が設定されている。これによれば、シリンダボア壁面2bの上下方向に関して貫通孔24の縁最下部と、EGR内部通路22の下端縁部22b(底部)
との間に段差(レベル差)が生じないため、接続箇所Eに集められた凝縮水を円滑に導入管25へと排出することができる。従って、EGR内部通路22の下端縁部22b(底部)に、凝縮水が長期に亘って溜まることが防止され、シリンダブロック2が腐食することを抑制できる。尚、本実施例における導入管25は耐食性の優れたステンレスによって構成されているため、導入管25に排出された凝縮水によって該導入管25が腐食する虞はない。
Further, in this embodiment, at the connection point E between the
Therefore, the condensed water collected at the connection point E can be smoothly discharged to the
次に、本実施形態における実施例3について説明する。図8は、本実施例に係るエンジンの縦断面の概略構成を示す図である。本実施例におけるエンジン1はターボチャージャを備えたターボチャージャ付きエンジンである。符号51はターボチャージャのタービンを表し、排気管18に配置されている。また、本実施例に係るエンジン1は、EGR内部通路22内に生成された凝縮水を、排気熱を利用して蒸発させる凝縮水蒸発機構60を備える点で実施例2と相違する。
Next, Example 3 in the present embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of a longitudinal section of the engine according to the present embodiment. The
シリンダブロック外壁面2cにおける排気側の側壁面、すなわちシリンダブロック吸気側外壁面2c’に対向する面(以下、「シリンダブロック排気側外壁面」と称し、符号2c’’にて表す)には、貫通孔(以下、「凝縮水排出孔」という)61が開口されている。この凝縮水排出孔61は、EGR内部通路22における下端縁部22b(底部)とシリンダブロック2の外部とを貫通するようにシリンダブロック排気側外壁面2c’’に開口している。より詳しくは、凝縮水排出孔61の縁部のうち最も低い部位である縁最下部とEGR内部通路22の下端縁部22b(底部)との高さが等しくなるように、双方のシリンダボア2aの軸方向に関する位置関係が設定されている。また、エンジン1の水平断面内において、凝縮水排出孔61は、EGR内部通路22におけるシリンダボア2a#2及び2a#3の境界部近傍に配置されている。
On the side wall surface on the exhaust side of the cylinder block
また、凝縮水排出孔61には凝縮水排出管62の一端が接続されている。前述のように、EGR内部通路22の下端縁部22bと凝縮水排出孔61の縁最下部とはその高さが等しいため、EGR内部通路22で生成された凝縮水は凝縮水排出孔61から凝縮水排出管62へと円滑に排出される。凝縮水排出管62の他端側には凝縮水集合部63が接続されており、この凝縮水集合部63には凝縮水排出管62を介して集められた凝縮水が溜められるようになっている。
Further, one end of a condensed
符号64は、タービン51に流入する排気の排気熱を回収し、凝縮水集合部63内の凝縮水を蒸発させる熱交換器である。この熱交換器64は熱媒体循環路65を具備し、該熱媒体循環路65内を流れる熱媒体とタービン51に流入する排気との間で熱交換が可能なように構成されている。更に、この熱媒体循環路65は、凝縮水集合部63と熱交換が可能なように接続されている。
本実施例における凝縮水蒸発機構60は、前述した凝縮水排出孔61、凝縮水排出管62、凝縮水集合部63、熱交換器64、熱媒体循環路65によって構成される。このように構成される凝縮水蒸発機構60によれば、凝縮水集合部63内に溜められた凝縮水がタービン51に流入する排気の排気熱を利用して加熱されて蒸発する。そのため、凝縮水が長期に亘ってEGR内部通路22の下端縁部22bに溜まった状態となることがなく、シリンダブロック2の腐食を抑制することができる。
The condensed
尚、この構成においては、凝縮水集合部63に溜められていた凝縮水が蒸発して生成されたガスは、凝縮水排出管62を介して再びEGR内部通路22内に戻されるが、凝縮水排出管62とは個別に凝縮水集合部63とEGR内部通路22とを接続する連通路を介して上記ガスをEGR内部通路22へと戻しても構わない。
In this configuration, the gas generated by the evaporation of the condensed water stored in the condensed
1 エンジン
2 シリンダブロック
2a シリンダボア
2b シリンダボア壁面
2c シリンダブロック外壁面
4 シリンダヘッド
11 吸気ポート
12 排気ポート
17 吸気管
18 排気管
20 EGR装置
22 EGR内部通路
23 EGRガス導入ポート
24 貫通孔
25 導入管
27 EGRバルブ
1
Claims (4)
前記EGR装置がEGRガスを還流させるEGR通路は、シリンダボア壁面とシリンダブロック外壁面との間に形成されると共にその内部を流れるEGRガスとシリンダボア壁面との間で熱交換可能な通路であって、シリンダボア壁面に近接しつつ該シリンダボア壁面を覆い、且つシリンダボア軸方向に延設された内部通路を、含んで構成されていることを特徴とするEGR装置を備えた内燃機関。 An internal combustion engine comprising an EGR device that extracts a part of exhaust gas from an exhaust system of the internal combustion engine as EGR gas and recirculates the exhaust gas to an intake system,
The EGR passage through which the EGR device recirculates EGR gas is a passage formed between the cylinder bore wall surface and the cylinder block outer wall surface and capable of exchanging heat between the EGR gas flowing through the cylinder block wall surface and the cylinder bore wall surface, An internal combustion engine provided with an EGR device, characterized in that it includes an internal passage that is close to the cylinder bore wall surface and covers the cylinder bore wall surface and extends in the cylinder bore axial direction.
シリンダヘッド及びシリンダブロックの内部に形成され、前記内部通路における上端縁部或いはその近傍部位と排気ポートとを連通し、排気ポートを流れる排気の一部をEGRガスとして該内部通路に導入させるEGRガス導入ポートと、
シリンダブロックの吸気側の側壁に開口された孔を介して前記内部通路における下端縁部或いはその近傍部位と内燃機関の吸気管とを連通し、該内部通路内のEGRガスを吸気管に導入させる導入管と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項1に記載のEGR装置を備えた内燃機関。 The EGR passage further includes:
EGR gas that is formed inside the cylinder head and cylinder block, communicates the upper end edge of the internal passage or its vicinity and the exhaust port, and introduces a part of the exhaust gas flowing through the exhaust port into the internal passage as EGR gas. Introduction port,
The lower end edge of the internal passage or its vicinity is communicated with the intake pipe of the internal combustion engine via a hole opened in the intake side wall of the cylinder block, and the EGR gas in the internal passage is introduced into the intake pipe. An introduction tube;
An internal combustion engine comprising the EGR device according to claim 1, comprising:
且つ、前記導入管との接続箇所における前記内部通路の下端縁部の高さを、前記EGRガス導入ポートとの接続箇所における前記内部通路の下端縁部の高さに比べて低くすることを特徴とする請求項2に記載のEGR装置を備えた内燃機関。 In the connection part of the introduction pipe and the internal passage, the height of the lowest part of the edge of the hole and the lower edge of the internal passage is equal,
And the height of the lower end edge of the internal passage at the connection location with the introduction pipe is made lower than the height of the lower end edge of the internal passage at the connection location with the EGR gas introduction port. An internal combustion engine comprising the EGR device according to claim 2.
前記凝縮水排出管に接続され、該凝縮水排出管を介した凝縮水が溜められる凝縮水集合部と、
内燃機関の排気系を流れる排気の熱を回収して、前記凝縮水集合部の凝縮水を蒸発させる熱交換器と、
を更に備えることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のEGR装置を備えた内燃機関。 A condensed water discharge pipe for discharging condensed water in the internal flow path to the outside of the cylinder block through a hole opened in a side wall on the exhaust side of the cylinder block;
A condensed water collecting part connected to the condensed water discharge pipe, in which condensed water is stored via the condensed water discharge pipe;
A heat exchanger that recovers heat of exhaust flowing through the exhaust system of the internal combustion engine and evaporates the condensed water in the condensed water collecting section;
An internal combustion engine comprising the EGR device according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
Priority Applications (1)
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JP2009015375A JP2010174647A (en) | 2009-01-27 | 2009-01-27 | Internal combustion engine with egr device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR20180053102A (en) * | 2016-11-11 | 2018-05-21 | 현대자동차주식회사 | Engine system for removing condensed water |
-
2009
- 2009-01-27 JP JP2009015375A patent/JP2010174647A/en not_active Withdrawn
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Legal Events
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---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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