JP2011099375A - Exhaust reflux device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気還流装置、特に排気干渉を回避するよう複数の気筒からの排気を2系統に分けてツインエントリー型の排気ターボ過給機に導入するようにした内燃機関に好適な内燃機関の排気還流装置に関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, particularly for an internal combustion engine in which exhaust from a plurality of cylinders is divided into two systems and introduced into a twin entry type exhaust turbocharger so as to avoid exhaust interference. The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
4サイクルの多気筒内燃機関では、全気筒の排気通路(排気管路)をそれらの排気ポート近くで集合させると排気干渉が生じるため、排気期間がつながる気筒同士の排気を分けたまま、排気期間が相互に離れる気筒同士からの排気ガスを合流させるように、2系統の合流排気通路に排気させるものがある。また、このようなエンジンで過給を行う場合、両合流排気通路の排気を排気干渉させることなく取り込むことのできるツインエントリー型の排気ターボ過給機が有効である。そこで、2つの合流排気通路およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を用いる内燃機関が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In a four-cycle multi-cylinder internal combustion engine, exhaust interference occurs when the exhaust passages (exhaust pipes) of all the cylinders are gathered near their exhaust ports. Some exhaust the exhaust gas from two cylinders so that the exhaust gases from the cylinders that are separated from each other merge. In addition, when supercharging is performed with such an engine, a twin-entry type exhaust turbocharger that can take in the exhaust gas from both combined exhaust passages without causing exhaust interference is effective. Therefore, an internal combustion engine using two combined exhaust passages and a twin entry type exhaust turbocharger has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
一方、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流装置が排気エミッションの低減や燃費向上に有効であることが知られている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, it is known that an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of exhaust gas to the intake side is effective in reducing exhaust emissions and improving fuel efficiency (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上述のような2つの合流排気通路およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備えたエンジンに排気還流装置を装備する場合に、次のような問題があった。 However, when an exhaust gas recirculation device is equipped in an engine having the above-described two merged exhaust passages and a twin entry type exhaust turbocharger, there are the following problems.
例えば、排気還流装置を装備するエンジンでその排気冷却器の上流側に排気浄化用の触媒ユニットを配置したいとき、2つの合流排気通路に排気干渉を抑える必要からある程度の管路長が要求されるため、その触媒ユニットの搭載が容易でない。 For example, in an engine equipped with an exhaust gas recirculation device, when it is desired to dispose an exhaust purification catalyst unit upstream of the exhaust cooler, a certain length of pipe line is required because it is necessary to suppress exhaust interference in the two combined exhaust passages. Therefore, it is not easy to mount the catalyst unit.
一方、2つの合流排気通路の長さを短くすると、排気干渉により残留ガスが増加してエンジンの燃焼が悪化してしまうことが懸念される。 On the other hand, if the length of the two merged exhaust passages is shortened, there is a concern that the residual gas increases due to exhaust interference and the engine combustion deteriorates.
そこで、本発明は、2つの合流排気通路およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備える内燃機関において、排気冷却器前に触媒ユニットを容易に搭載でき、かつ、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることの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。 Accordingly, the present invention provides an internal combustion engine having two merged exhaust passages and a twin entry type exhaust turbocharger, in which a catalyst unit can be easily mounted in front of an exhaust cooler, and exhaust pulsation can be effectively reduced. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can suppress interference.
本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上記目的達成のため、(1)排気行程順が隣り合う複数の気筒からの排気ガスを分けて排気させるとともに前記排気行程順が相互に離れた複数の気筒からの排気ガスを合流させる第1の合流排気通路および第2の合流排気通路と、前記第1の合流排気通路および第2の合流排気通路に接続される2つのノズル通路を有するツインエントリー型の排気ターボ過給機と、を備えた内燃機関に装備される排気還流装置であって、前記第1の合流排気通路に接続される第1通路部、前記第2の合流排気通路に接続される第2通路部および前記内燃機関の吸気通路に接続される第3通路部を有し、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記第1通路部および前記第2通路部と前記第3通路部とを通して前記吸気通路に還流させることができる排気還流通路と、前記排気還流通路の前記第1通路部および前記第2通路部と前記第3通路部との間に介在する三方排気還流弁と、前記排気還流通路の前記第1通路部の一部および前記第2通路部の一部に、それぞれ前記第1通路部および前記第2通路部を通る排気ガスの圧力の脈動を減衰させる脈動低減路を形成する脈動低減手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention (1) exhausts exhaust gases from a plurality of cylinders whose exhaust stroke order is adjacent to each other and exhausts them separately. Twin entry having a first combined exhaust passage and a second combined exhaust passage for combining exhaust gases from the cylinders, and two nozzle passages connected to the first combined exhaust passage and the second combined exhaust passage An exhaust gas recirculation device installed in an internal combustion engine having an exhaust turbocharger of a type, wherein the first recirculation device is connected to the first combined exhaust passage, and is connected to the second combined exhaust passage And a third passage portion connected to the intake passage of the internal combustion engine, and a part of the exhaust gas of the internal combustion engine is transferred to the first passage portion, the second passage portion, and the third passage. Through the passage and through the intake passage An exhaust gas recirculation passage that can be recirculated, a three-way exhaust gas recirculation valve interposed between the first and second passage portions of the exhaust gas recirculation passage, and the exhaust gas recirculation passage. Pulsation reducing means for forming a pulsation reducing path for attenuating pulsation of the pressure of exhaust gas passing through the first passage portion and the second passage portion in a part of the first passage portion and a part of the second passage portion, respectively. And.
この構成により、第1の合流排気通路および第2の合流排気通路から排気還流弁までの排気還流通路である第1通路部および第2通路部内で排気ガスの圧力の脈動を有効に減衰させることができ、排気干渉を有効に抑制することが可能となる。 With this configuration, the pulsation of the exhaust gas pressure is effectively attenuated in the first passage portion and the second passage portion, which are the exhaust gas recirculation passages from the first confluence exhaust passage and the second confluence exhaust passage to the exhaust gas recirculation valve. And exhaust interference can be effectively suppressed.
本発明の内燃機関の排気還流装置においては、(2)前記三方排気還流弁が、前記第1通路部および前記第2通路部と前記第3通路部とを連通させる開弁状態と、前記第1通路部、前記第2通路部および前記第3通路部のうちいずれの間の連通も遮断する閉弁状態とに切り換えられ、前記脈動低減手段が、前記第1通路部および前記第2通路部を通る排気ガスを冷却する排気冷却器と、該排気冷却器より上流側で前記第1通路部および前記第2通路部を通る排気ガスを浄化する排気浄化触媒ユニットと、によって構成されていることが好ましい。 In the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine of the present invention, (2) the three-way exhaust gas recirculation valve is in a valve open state in which the first passage portion, the second passage portion, and the third passage portion are in communication with each other; The first passage portion, the second passage portion, and the third passage portion are switched to a closed state in which communication between any one of them is blocked, and the pulsation reducing means is configured to be the first passage portion and the second passage portion. And an exhaust gas purification catalyst unit for purifying the exhaust gas passing through the first passage portion and the second passage portion on the upstream side of the exhaust cooler. Is preferred.
この構成により、排気浄化触媒ユニットまでの通路長さが短い場合でも、還流排気ガスの圧力損失を既存の排気還流通路と同等に抑えながら、還流排気ガスの圧力の脈動を有効に減衰させることができ、三方排気還流弁の開弁時に排気干渉を有効に抑制することができる。また、三方排気還流弁の閉弁時に第1通路部と第2通路部の間を遮断することで、排気干渉を確実に防止できる。さらに、排気浄化触媒ユニットまでの通路長さが短くできるので、排気浄化触媒ユニットの実装が容易となる。 With this configuration, even when the passage length to the exhaust purification catalyst unit is short, the pulsation of the pressure of the recirculated exhaust gas can be effectively attenuated while suppressing the pressure loss of the recirculated exhaust gas to be equal to that of the existing exhaust recirculation passage. It is possible to effectively suppress the exhaust interference when the three-way exhaust recirculation valve is opened. Further, by blocking between the first passage portion and the second passage portion when the three-way exhaust recirculation valve is closed, exhaust interference can be reliably prevented. Further, since the passage length to the exhaust purification catalyst unit can be shortened, the exhaust purification catalyst unit can be easily mounted.
なお、前記三方排気還流弁は排気冷却器より上流側(第1および第2の合流排気通路側)に配置されてもよいし、排気浄化触媒ユニットより上流側に配置されてもよい。ただし、三方排気還流弁が排気浄化触媒ユニットより上流側に配置される場合、前記脈動低減手段が、前記第1通路部の一部および前記第2通路部の一部を多数の網目状の細孔通路にする網状部材を含んで構成されるのが好ましい。 The three-way exhaust gas recirculation valve may be disposed on the upstream side (the first and second combined exhaust passage side) from the exhaust cooler, or may be disposed on the upstream side from the exhaust purification catalyst unit. However, when the three-way exhaust gas recirculation valve is arranged on the upstream side of the exhaust purification catalyst unit, the pulsation reducing means may include a part of the first passage part and a part of the second passage part with a large number of mesh-like fine details. It is preferable to include a net-like member for forming a hole passage.
本発明によれば、2つの合流排気通路およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備える内燃機関において、排気冷却器前に触媒ユニットを容易に搭載でき、かつ、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる内燃機関の排気還流装置を提供することができる。 According to the present invention, in an internal combustion engine including two merged exhaust passages and a twin entry type exhaust turbocharger, a catalyst unit can be easily mounted in front of an exhaust cooler, and exhaust pulsation can be effectively reduced and exhausted. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can suppress interference can be provided.
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1〜図3に、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の排気還流装置を示している。
(First embodiment)
1 to 3 show an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention.
図1に示すエンジン10は、車両用の多気筒内燃機関、例えば4気筒ガソリンエンジン(以下、単にエンジンという)で、複数の気筒11を有している。
An
このエンジン10には、各気筒11内の燃焼室(詳細を図示していない)に燃料を噴射する図示しない公知の燃料噴射装置と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置12と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置13と、排気装置13内の排気エネルギにより回転する排気タービン14Tおよびこれと一体回転する吸入空気コンプレッサ14Cを有するツインエントリー型の排気ターボ過給機14と、排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる排気還流装置15とが装備されている。なお、燃料噴射装置は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げる燃料ポンプと、後述する電子制御ユニット(以下、ECUという)30からの噴射指令信号に対応するタイミングおよびデューティ比で燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを含んで構成されている。
The
吸気装置12には、吸気マニホルド21と、それより上流側の吸気通路を形成する吸気管22と、吸気管22の上流側でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ23と、排気ターボ過給機14の吸入空気コンプレッサ14Cより下流側で過給により昇温した吸入空気を冷却するインタークーラ24と、吸入空気流量(新気の吸気量)を検出するエアフローメータ25と、エンジン10内への吸気量を調整するスロットルバルブ26と、吸気マニホルド21の上流側で吸気の脈動等を抑えるサージタンク27とが、それぞれ設けられている。
The
排気装置13は、排気マニホルド31と、それより下流側の排気通路を形成する排気管32と、排気ターボ過給機14の排気タービン14Tより下流側の排気管32に装着された空燃比センサ33と、排気浄化触媒を内蔵する排気後処理装置34と、を含んで構成されている。
The
ここで、排気マニホルド31には、エンジン10の複数の気筒のうち排気期間(排気行程順)が相互に離れる一組の気筒の排気ポート、例えば第1気筒および第4気筒(図1中の#1、#4)の排気ポート(図示せず)に接続する第1の合流排気通路31aと、エンジン10の複数の気筒のうち排気期間が相互に離れる残りの気筒の排気ポート、例えば第2気筒および第3気筒(図1中の#2、#3)の排気ポート(図示せず)に接続する第2の合流排気通路31bとが形成されており、これら第1、第2の合流排気通路31a、31bは、それぞれ独立してツインエントリー型の排気ターボ過給機14の後述する2つのノズル通路に接続されている。すなわち、排気行程順が隣り合い排気弁の開弁期間が部分的に重なる気筒同士(例えば、第1気筒と第3気筒)の間では排気干渉が生じるので排気通路を2系統に分けて排気させ、排気弁の開弁期間が重ならず離れている気筒同士(例えば、第1気筒と第4気筒)の間では排気ガスを同一系統で合流させるように、2系統の合流排気通路31a、31bを設けている。
Here, the
空燃比センサ33は、例えば下流側の排気管32を通る排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比(ガソリンと空気が完全に燃焼し余剰の酸素が残らない空燃比)に対応する値であるか否かによって出力が変化する排気酸素濃度センサで構成されている。
In the air-
排気後処理装置34は、例えば三元触媒で構成され、排気ガス中のNOxをNO2やNOに還元し排気ガス中のHCやCOと反応させてN2としたり、HCやCOを酸化させてH2OやCO2としたりすることができるようになっている。なお、エンジン10は、空燃比センサ33の検出情報を基にECU30によりフィードバック制御され、排気後処理装置34の良好な排気浄化特性が得られる理論空燃比で運転されるようになっている。
The
排気ターボ過給機14の吸入空気コンプレッサ14Cおよび排気タービン14Tは、互いに回転方向一体に連結されており、排気装置13内で排気タービン14Tを排気エネルギにより回転させるとともに吸気装置12内で吸入空気コンプレッサ14Cを回転させ、エンジン10内に自然吸気より多くの空気を吸入させる過給を行うことができる。
The
また、排気ターボ過給機14は、排気タービン14T内にエンジン10の第1気筒および第4気筒からの排気を導入するとともにその流路を絞って加速する第1ノズル通路部14aと、排気タービン14T内にエンジン10の第2気筒および第3気筒からの排気を導入するとともにその流路を絞って加速する第2ノズル通路部14bとを有している。そして、これら第1ノズル通路部14aおよび第2ノズル通路部14bから、排気タービン14Tのタービンロータ14cに排気干渉による圧力低下なく排気ガスを供給することで、排気ターボ過給機14は、高いタービン作動効率にて作動することができる。
Further, the
排気還流装置15には、エンジン10内の燃焼室をバイパスして排気マニホルド31内の排気通路と吸気マニホルド21内の吸気通路とを連通させる排気還流用のEGR通路51(排気還流通路)と、このEGR通路51による排気還流量を調整するEGRバルブ52(三方排気還流弁)と、EGR通路51を通って還流する排気ガスを冷却するEGRクーラ53(排気冷却器)と、EGRクーラ53に入る排気ガスを浄化するEGRクーラ前触媒ユニット54とが、それぞれ設けられている。
The exhaust
ここで、EGR通路51は、エンジン10の排気通路側から吸気通路側に排気の一部を還流させる排気還流通路であり、EGRクーラ53はその排気還流通路の一部を冷却通路としている。また、EGRバルブ52は、例えば排気ガスを吸気通路側に還流させる開弁状態と、その接続を遮断する閉弁状態とに切り換え可能で、ECU30からの所定時間当りの開弁指示信号の長さの比率(デューティ比)によりその開度を制御できるものである。勿論、EGRバルブ52は、回動式の弁体の回動角度を全開位置から全閉位置までの間で変化させるようなタイプのものでもよい。
Here, the
EGRクーラ53は、EGR通路51を通って還流する排気ガスを、エンジン10の冷却システムを通る冷却水との熱交換により冷却するものである。また、EGRクーラ前触媒ユニット54は、例えば排気後処理装置34と同様な三元触媒で構成されている。
The
一方、EGR通路51は、排気マニホルド31の第1の合流排気通路31aおよび第2の合流排気通路31bから三方弁であるEGRバルブ52まで延在する第1通路部51aおよび第2通路部51bと、EGRバルブ52からサージタンク27まで延在する第3通路部51cとによって構成されており、エンジン10の排気ガスの一部を第1通路部51aおよび第2通路部51bと第3通路部51cとを通して吸気通路側に還流させることができるようになっている。ここで、第1通路部51aは排気マニホルド31の第1の合流排気通路31aに接続され、第2通路部51bは排気マニホルド31の第2の合流排気通路31bに接続されており、第3通路部51cはエンジン10の吸気通路の一部であるサージタンク27の内部空間に接続されている。
On the other hand, the
さらに、EGRクーラ53は、EGR通路51の第1通路部51aおよび第2通路部51bに対応する第1クーラ領域53aおよび第2クーラ領域53bに区画されており、第1クーラ領域53aはEGR通路51の第1通路部51aの一部を、第2クーラ領域53bはEGR通路51の第2通路部51bの一部を、それぞれ形成している。
Further, the
また、EGRクーラ前触媒ユニット54は、EGR通路51の第1通路部51aおよび第2通路部51bに対応する第1触媒領域54aおよび第2触媒領域54bに区画されており、第1触媒領域54aはEGRクーラ53より上流側の第1通路部51aの一部を、第2触媒領域54bはEGRクーラ53より上流側の第2通路部51bの一部を、それぞれ形成している。
The EGR
これらEGRクーラ53の第1クーラ領域53aおよび第2クーラ領域53bと、EGRクーラ前触媒ユニット54の第1触媒領域54aおよび第2触媒領域54bは、EGR通路51の第1通路部51aの一部および第2通路部51bの一部の区間において、それぞれ内部に多数の細い排気ガス通路あるいはさらに曲がったり断面積が変化したりする多数の細い排気ガス通路を形成するものである(例えば、各クーラ領域53a、53bにおいて、特開2006−348873号公報に記載されるEGRクーラと同様な冷却通路構造をなし、各触媒領域54a、54bにおいて、特開2005−240641号公報に記載される浄化用触媒と同様な通路構造をなすように構成されている)。そして、EGRクーラ53の第1クーラ領域53aおよび第2クーラ領域53bと、EGRクーラ前触媒ユニット54の第1触媒領域54aおよび第2触媒領域54bとにおける多数の細い排気ガス通路は、各領域毎に、第1通路部51aおよび第2通路部51bを通る排気ガスの圧力の脈動を減衰させる脈動低減路53wa、53wb、54wa、54wbを構成しており、EGRクーラ53およびEGRクーラ前触媒ユニット54は、これら脈動低減路53wa、53wb、54wa、54wbを形成することでEGR通路51の第1通路部51aおよび第2通路部51bを通る排気ガスの脈動を低減させる脈動低減手段となっている。
The first
図3(a)〜図3(d)にEGR通路51の第1通路部51aおよび第2通路部51bの複数の区画形態をそれぞれの管路断面にて例示している。同図に示すように、少なくとも1つの仕切り板51vあるいは内筒51iを設けることで、あるいは、さらに追加の仕切り板51wを設けることで、両通路部51a、51bを区画できる。EGRクーラ53の第1クーラ領域53aおよび第2クーラ領域53bや、EGRクーラ前触媒ユニット54の第1触媒領域54aおよび第2触媒領域54bについても、同様で、詳細は図示はしないが、EGRクーラ53およびEGRクーラ前触媒ユニット54の内部の排気還流通路部分を仕切り板や53v、54v等により区画している。
FIG. 3A to FIG. 3D illustrate a plurality of partition forms of the
なお、EGRクーラ53の第1クーラ領域53aおよび第2クーラ領域53bと、EGRクーラ前触媒ユニット54の第1触媒領域54aおよび第2触媒領域54bとを、区画された領域でなく、それぞれ独立した2つのEGRクーラおよび2つのEGRクーラ前触媒ユニットとすることもできるが、触媒の暖機性能や構造の簡素化等の面から排気還流通路のみを2つに区分するのが好ましい。
The first
EGRバルブ52は、EGR通路51の第1通路部51aおよび第2通路部51bが接続される2つの入口ポート52a、52bと、EGR通路51の第3通路部51cが接続される1つの出口ポート52cとを有しており、EGR通路51の第1通路部51aおよび第2通路部51bと第3通路部51cとの間に介在する三方電磁弁として構成されている。また、EGRバルブ52は、第1通路部51aおよび第2通路部51bと第3通路部51cとを連通させる開弁状態と、第1通路部51a、第2通路部51bおよび第3通路部51cのうちいずれの間の連通も遮断する閉弁状態とに切り換えられるようになっている。
The
具体的には、EGRバルブ52は、図2中に示すように、入口ポート52a、52bを出口ポート52cに連通させる開弁位置[I]と入口ポート52a、52bおよび出口ポート52cを個別にブロックする閉弁位置[II]とに切り換えることができる弁体52vと、この弁体52vを常時閉弁方向に付勢するスプリング52pと、弁体52vを開弁方向に駆動することができる電磁操作部52sとを有している。なお、このような三方弁の構成自体は公知のものと同様であるが、電磁操作部52sはECU30からの所定時間当りの開弁指示信号により励磁駆動され、EGRバルブ52を開弁指示信号のデューティ比に応じた開度にすることができる。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
上述のように構成された本実施形態の内燃機関の排気還流装置では、第1の合流排気通路31aおよび第2の合流排気通路31bからEGRバルブ52までの排気還流通路である第1通路部51aおよび第2通路部51b内で、特にその一部であるEGRクーラ53の第1クーラ領域53aおよび第2クーラ領域53bと、EGRクーラ前触媒ユニット54の第1触媒領域54aおよび第2触媒領域54bとにおいて、多数の細い排気ガス通路あるいはさらに曲がったり断面積が変化したりする多数の細い排気ガス通路を通ることになり、第1通路部51aおよび第2通路部51bを通る排気ガスの圧力の脈動がEGRクーラ53およびEGRクーラ前触媒ユニット54の内部で有効に減衰することになる。したがって、EGRバルブ52の開弁時に、第1通路部51aおよび第2通路部51bを通る2系統の合流排気ガスがEGRバルブ52の内部でさらに合流されて全気筒分集合するときに、排気干渉が有効に抑制されることになる。
In the exhaust gas recirculation device for the internal combustion engine of the present embodiment configured as described above, the
また、本実施形態では、EGRバルブ52の閉弁時には、第1通路部51aと第2通路部51bの間が遮断されることで、排気干渉が確実に防止されることになる。
Further, in the present embodiment, when the
しかも、本実施形態では、EGRクーラ前触媒ユニット54までの通路長さが短くできるので、EGRクーラ前触媒ユニット54の実装が容易となる。
In addition, in this embodiment, the passage length to the pre-EGR
このように、本実施形態においては、2つの合流排気通路およびツインエントリー型の排気ターボ過給機14を備えるエンジン10において、EGRクーラ53の前(上流側)にEGRクーラ前触媒ユニット54を容易に搭載でき、かつ、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる排気還流装置15を提供することができる。
As described above, in the present embodiment, in the
なお、本実施形態においては、EGRバルブ52がEGRクーラ53より下流側(第1および第2の合流排気通路から離れる側)に配置されていたが、EGRバルブ52は、EGRクーラ53より上流側(第1および第2の合流排気通路側)あるいはさらにEGRクーラ前触媒ユニット54より上流側に配置されてもよい。ただし、その場合には、EGRクーラ53およびEGRクーラ前触媒ユニット54のうち少なくとも一方が脈動低減手段として機能し得なくなるので、次の実施形態において例示するような別の脈動低減手段が必要になる。
In the present embodiment, the
(第2実施形態)
図4〜図6に、本発明の第2実施形態に係る内燃機関の排気還流装置を示している。
(Second Embodiment)
4 to 6 show an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to a second embodiment of the present invention.
なお、本実施形態の内燃機関を含む全体構成は、第1実施形態におけるそれと類似するものであるので、同一のまたは類似する構成要素については、図1〜図3に示す第1実施形態の対応する構成要素の符号を用い、相違点についてのみ詳述する。 In addition, since the whole structure including the internal combustion engine of this embodiment is similar to that in 1st Embodiment, about the same or similar component, it respond | corresponds to 1st Embodiment shown in FIGS. 1-3. Only the differences will be described in detail.
図4に示す排気還流装置65には、エンジン10内の燃焼室をバイパスして排気マニホルド31内の排気通路と吸気マニホルド21内の吸気通路とを連通させる排気還流用のEGR通路71(排気還流通路)と、このEGR通路71による排気還流量を調整するEGRバルブ72(三方排気還流弁)と、EGR通路71を通って還流する排気ガスを冷却するEGRクーラ73(排気冷却器)と、EGRクーラ73に入る排気ガスを浄化するEGRクーラ前触媒ユニット74とが、それぞれ設けられている。
The exhaust
EGR通路71は、エンジン10の排気通路側から吸気通路側に排気の一部を還流させる排気還流通路である。このEGR通路71は、排気マニホルド31の第1の合流排気通路31aおよび第2の合流排気通路31bから三方弁であるEGRバルブ72まで延在する第1通路部71aおよび第2通路部71bと、EGRバルブ72からサージタンク27まで延在する第3通路部71cとによって構成されており、エンジン10の排気ガスの一部を第1通路部71aおよび第2通路部71bと第3通路部71cとを通して吸気通路側に還流させることができるようになっている。ここで、第1通路部71aは排気マニホルド31の第1の合流排気通路31aに接続され、第2通路部71bは排気マニホルド31の第2の合流排気通路31bに接続されており、第3通路部71cはエンジン10の吸気通路の一部であるサージタンク27の内部空間に接続されている。
The
EGR通路71の第1通路部71aおよび第2通路部71bには、それぞれ図6に示すような網目状通路形成部材77、78が配置されている。これら網目状通路形成部材77、78は、例えば網目状金属板からなり、第1通路部71aの一部および第2通路部71bの一部をそれぞれ図6(a)に示すような多数の網目状の細孔通路である脈動低減通路77a、78aとして形成している。さらに、図6(b)に示すように、網目状通路形成部材77、78は、EGR通路71の第1通路部71aを形成する2つの排気管91、92のフランジ部91f、92fの間に排気管91、92より大径の筒状部材93を介して支持されており、網目状通路形成部材77の前後で第1通路部71aが一定区間だけ拡径されることで圧損が低減されるようになっている。
In the
EGRバルブ72は、例えば排気ガスを吸気通路側に還流させる開弁状態と、その接続を遮断する閉弁状態とに切り換え可能で、所定時間当りの開弁指示信号のデューティ比に応じてその開度を制御できる二方弁で構成されている。
The
EGRクーラ73は、EGR通路71を通って還流する排気ガスを、エンジン10の冷却システムを通る冷却水との熱交換により冷却するものである。また、EGRクーラ前触媒ユニット74は、例えば酸化触媒または三元触媒で構成されている。これらEGRクーラ73およびEGRクーラ前触媒ユニット74は、それぞれ第3通路部71cの途中に配置されている。
The
ところで、EGRバルブ72は、第1実施形態の場合と同様に、EGR通路71の第1通路部71aおよび第2通路部71bが接続される2つの入口ポート72a、72bと、EGR通路71の第3通路部71cが接続される1つの出口ポート72cとを有しており、EGR通路71の第1通路部71aおよび第2通路部71bと第3通路部71cとの間に介在する三方電磁弁として構成されている。また、EGRバルブ72は、第1通路部71aおよび第2通路部71bと第3通路部71cとを連通させる開弁状態と、第1通路部71a、第2通路部71bおよび第3通路部71cのうちいずれの間の連通も遮断する閉弁状態とに切り換えられるようになっている。
By the way, the
具体的には、EGRバルブ72は、図5中に示すように、入口ポート72a、72bを出口ポート72cに連通させる開弁位置[I]と入口ポート72a、72bおよび出口ポート72cを個別にブロックする閉弁位置[II]とに切り換えることができる弁体72vと、この弁体72vを常時閉弁方向に付勢するスプリング72pと、弁体72vを開弁方向に駆動することができる電磁操作部72sとを有している。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
なお、EGRバルブ72に代えて、図5中に示すEGRバルブ82のような三位置切換弁を用いることも考えられる。このEGRバルブ82は、入口ポート82aを出口ポート82cに連通させる第1開弁位置[I]と、入口ポート82bを出口ポート82cに連通させる第2開弁位置[II]と、入口ポート82a、82bおよび出口ポート82cを個別にブロックする中立閉弁位置[III]とに切り換えることができる弁体82vと、この弁体82vを常時中立閉弁位置[III]に付勢する一対のスプリング82pと、弁体82vを第1、第2開弁位置に駆動することができる一対の電磁操作部82sとを有している。
Instead of the
しかし、この場合、EGR通路71を通る還流排気ガスがEGR通路71の第1通路部71aおよび第2通路部71bとのうち任意の一方からのみの1系統分の排気ガスとなることから還流量の不足や排気期間が離れた2系統の合流排気通路間の排気ガス圧力に差が生じて、エンジン10の燃焼に影響が出ないように別の手段を負荷しなければならないことになるので、EGRバルブ72の方が好ましい。
However, in this case, since the recirculated exhaust gas passing through the
本実施形態においても、第1の合流排気通路31aおよび第2の合流排気通路31bからEGRバルブ72までの排気還流通路である第1通路部71aおよび第2通路部71b内で、特にその一部である網目状通路形成部材77、78の脈動低減通路77a、78aとその前後の第1通路部71aおよび第2通路部71bの拡径区間において、圧力脈動する排気ガスが多数の細い排気ガス通路を通ることになり、第1通路部71aおよび第2通路部71bの内部で有効に減衰することになる。したがって、EGRバルブ72の開弁時に、第1通路部71aおよび第2通路部71bを通る2系統の合流排気ガスがEGRバルブ72の内部でさらに合流されて全気筒分集合するときに、排気干渉が有効に抑制されることになる。
Also in the present embodiment, in the
また、本実施形態でも、EGRバルブ72の閉弁時に第1通路部71aと第2通路部71bの間が遮断されることで、排気干渉が確実に防止され、EGRクーラ前触媒ユニット74までの通路長さが短くできるので、EGRクーラ前触媒ユニット74の実装が容易となる。
Also in the present embodiment, when the
なお、上述の各実施形態では、エンジン10をガソリンエンジンとしたが、ディーゼルエンジンであってもよいし、これとは異なる燃料を用いる任意の4サイクルエンジンであってもよい。また、排気冷却気前の触媒ユニットは、酸化触媒または三元触媒に限らず、NOx吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタであってもよい。さらに、三方弁構成のEGRバルブをEGRクーラより下流側に配置する場合に各一対のEGRクーラおよびEGRクーラ前触媒ユニットを並列配置してもよいし、三方弁構成のEGRバルブをEGRクーラより上流側でかつEGRクーラ前触媒ユニットより下流側に配置する場合には、各一対のEGRクーラ前触媒ユニットを並列配置してもよい。
In each of the above-described embodiments, the
以上のように、本実施形態に係る内燃機関の排気還流装置は、2つの合流排気通路およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備える内燃機関において、排気冷却器前に触媒ユニットを容易に搭載でき、かつ、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる内燃機関の排気還流装置を提供することができるという効果を奏するものであり、排気干渉を回避するよう複数の気筒からの排気を2系統に分けてツインエントリー型の排気ターボ過給機に導入するようにした内燃機関に装備される排気還流装置全般に有用である。 As described above, the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment easily mounts a catalyst unit in front of an exhaust cooler in an internal combustion engine including two merged exhaust passages and a twin entry type exhaust turbocharger. It is possible to provide an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine capable of effectively reducing exhaust pulsation and suppressing exhaust interference, and exhaust from a plurality of cylinders so as to avoid exhaust interference. This is useful for exhaust gas recirculation devices that are installed in internal combustion engines that are divided into two systems and introduced into twin-entry exhaust turbochargers.
10 エンジン(内燃機関)
11 気筒
12 吸気装置
13 排気装置
14 排気ターボ過給機
14C 吸入空気コンプレッサ
14T 排気タービン
15 排気還流装置
22 吸気管(吸気通路)
27 サージタンク(吸気通路)
30 ECU(電子制御ユニット)
31 排気マニホルド
31a 第1の合流排気通路
31b 第2の合流排気通路
32 排気管(排気通路)
51、71 EGR通路(排気還流通路)
51a、71a 第1通路部
51b、71b 第2通路部
51c、71c 第3通路部
51i 内筒
51v、51w 仕切り板
52、72 EGRバルブ(三方排気還流弁)
52a、52b、72a、72b 入口ポート
52c、72c 出口ポート
53、73 EGRクーラ(排気冷却器)
53a 第1クーラ領域
53b 第2クーラ領域
53wa、53wb、54wa、54wb 脈動低減路
54、74 EGRクーラ前触媒ユニット
54a 第1触媒領域
54b 第2触媒領域
77、78 網目状通路形成部材
77a、78a 脈動低減通路
10 Engine (Internal combustion engine)
11
27 Surge tank (intake passage)
30 ECU (Electronic Control Unit)
31
51, 71 EGR passage (exhaust gas recirculation passage)
51a, 71a
52a, 52b, 72a,
53a First
Claims (2)
前記第1の合流排気通路に接続される第1通路部、前記第2の合流排気通路に接続される第2通路部および前記内燃機関の吸気通路に接続される第3通路部を有し、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記第1通路部および前記第2通路部と前記第3通路部とを通して前記吸気通路に還流させることができる排気還流通路と、
前記排気還流通路の前記第1通路部および前記第2通路部と前記第3通路部との間に介在する三方排気還流弁と、
前記排気還流通路の前記第1通路部の一部および前記第2通路部の一部に、それぞれ前記第1通路部および前記第2通路部を通る排気ガスの圧力の脈動を減衰させる脈動低減路を形成する脈動低減手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。 A first combined exhaust passage and a second combined exhaust for exhausting exhaust gases from a plurality of cylinders adjacent to each other in the exhaust stroke order and merging exhaust gases from a plurality of cylinders that are separated from each other in the exhaust stroke order Exhaust gas recirculation apparatus equipped in an internal combustion engine comprising a passage and a twin entry type exhaust turbocharger having two nozzle passages connected to the first combined exhaust passage and the second combined exhaust passage Because
A first passage portion connected to the first combined exhaust passage, a second passage portion connected to the second combined exhaust passage, and a third passage portion connected to the intake passage of the internal combustion engine; An exhaust gas recirculation passage capable of recirculating a part of the exhaust gas of the internal combustion engine to the intake passage through the first passage portion, the second passage portion, and the third passage portion;
A three-way exhaust recirculation valve interposed between the first passage portion and the second passage portion and the third passage portion of the exhaust recirculation passage;
A pulsation reduction path for attenuating pulsation of exhaust gas pressure passing through the first passage part and the second passage part, respectively, in a part of the first passage part and a part of the second passage part of the exhaust gas recirculation passage An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, comprising: pulsation reducing means for forming an internal combustion engine.
前記脈動低減手段が、前記第1通路部および前記第2通路部を通る排気ガスを冷却する排気冷却器と、該排気冷却器より上流側で前記第1通路部および前記第2通路部を通る排気ガスを浄化する排気浄化触媒ユニットと、によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流装置。 The three-way exhaust recirculation valve is in a valve-open state in which the first passage portion, the second passage portion, and the third passage portion are communicated, and the first passage portion, the second passage portion, and the third passage portion. Is switched to a closed state that cuts off the communication between them,
The pulsation reducing means passes through the first passage portion and the second passage portion on the upstream side of the exhaust cooler, and an exhaust cooler that cools the exhaust gas that passes through the first passage portion and the second passage portion. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 1, characterized by comprising an exhaust gas purification catalyst unit for purifying exhaust gas.
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