JP2012167639A - Recirculation system for exhaust gas of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機を備える内燃機関において排気ガスの一部を吸気通路に還流させる内燃機関の排気ガス再循環システムに関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine that recirculates part of the exhaust gas to an intake passage in an internal combustion engine equipped with a supercharger.
従来、例えば車両に搭載される内燃機関にあっては、排気ガス中の大気汚染物質の低減及び燃費の向上を図るために、排気ガスの一部を吸気通路に還流する排気ガス再循環システムを備えるものが知られている。例えば、特許文献1に記載のものでは、ターボチャージャのコンプレッサ下流側に吸気絞り弁を設け、低負荷運転時に排気ガスを還流する場合、吸気絞り弁を閉じることで吸気通路内の圧力を低下させ、タービン上流側とコンプレッサ下流側とを連通するEGR通路の吸気通路側と排気通路側との差圧を増大し、排気ガスを吸気通路内に還流させる構成である。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in an internal combustion engine mounted on a vehicle, an exhaust gas recirculation system that recirculates part of the exhaust gas to the intake passage is used in order to reduce air pollutants in the exhaust gas and improve fuel consumption. What you have is known. For example, in the one described in Patent Document 1, when an intake throttle valve is provided on the downstream side of the compressor of the turbocharger and exhaust gas is recirculated during low load operation, the pressure in the intake passage is reduced by closing the intake throttle valve. The differential pressure between the intake passage side and the exhaust passage side of the EGR passage connecting the upstream side of the turbine and the downstream side of the compressor is increased, and the exhaust gas is recirculated into the intake passage.
上記構成にあって、吸気絞り弁を閉じることで、前記差圧を増大することはできるが、内燃機関の運転状態によっては前記差圧を増大するまで吸気絞り弁を閉じると、吸気絞り弁の開度がきわめて小さくなる場合がある。このような場合、吸気絞り弁の開度が小さくなることで、吸気絞り弁が吸気抵抗を生み出すことになり、ポンピングロスが増加することになる。 In the above configuration, the differential pressure can be increased by closing the intake throttle valve, but depending on the operating state of the internal combustion engine, if the intake throttle valve is closed until the differential pressure is increased, the intake throttle valve The opening may be very small. In such a case, when the opening of the intake throttle valve is reduced, the intake throttle valve generates intake resistance, and the pumping loss increases.
このような事情に鑑みて、吸気絞り弁を開いた状態で排気ガスを吸気通路内に還流させようとすると、内燃機関の運転状態によっては排気ガスの圧力よりコンプレッサで圧縮された吸入空気となる新気の圧力の方が高くなり、排気ガスを還流できない場合が生じる。つまり、前記差圧が発生せず、しかも排気ガスの圧力が新気の圧力より低いために、新気がEGR通路を介して排気通路に流れ込むことがある。この場合、新気が触媒に達すると、触媒内の雰囲気が排気ガスの浄化に必要な酸素量より過剰な状態となって、排気ガス浄化能力が低下する可能性がある。 In view of such circumstances, if the exhaust gas is recirculated into the intake passage with the intake throttle valve opened, the intake air is compressed by the compressor from the pressure of the exhaust gas depending on the operating state of the internal combustion engine. The fresh air pressure becomes higher and the exhaust gas cannot be recirculated. That is, since the differential pressure does not occur and the pressure of the exhaust gas is lower than the pressure of fresh air, fresh air may flow into the exhaust passage through the EGR passage. In this case, when the fresh air reaches the catalyst, the atmosphere in the catalyst becomes more than the amount of oxygen necessary for purifying the exhaust gas, and the exhaust gas purification ability may be reduced.
そこで本発明は以上の点に着目し、圧縮された吸入空気となる新気の圧力が排気ガスの圧力を上回る内燃機関の運転領域にあっても排気ガスの一部を還流して、燃費の向上及びノッキングの抑制によるトルクの向上を図ることを目的としている。 Therefore, the present invention pays attention to the above points and recirculates a part of the exhaust gas even in the operating region of the internal combustion engine in which the pressure of the fresh air that becomes the compressed intake air exceeds the pressure of the exhaust gas, thereby improving the fuel efficiency. The purpose is to improve the torque by improving and suppressing knocking.
すなわち、本発明の内燃機関の排気ガス再循環システムは、過給機を備える内燃機関において排気ガスの一部を吸気通路に還流する排気ガス再循環装置及び吸入空気を過給するための過給機を備える内燃機関の排気ガス再循環システムであって、吸気通路に連通する管部及び管部に連通し所定容量の気体を貯留し得る容器からなり吸気脈動の位相を変更する位相変更手段と、吸気通路と管部との間に設けられ位相変更手段と吸気通路との連通状態を制御する開閉弁と、排気ガス再循環装置による排気ガスの還流を検知する還流検知手段と、還流検知手段が排気ガスの還流を検知した場合に開閉弁を開いて位相変更手段を作動させる弁制御手段とを備えてなることを特徴とする。 That is, an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine according to the present invention includes an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of exhaust gas to an intake passage in an internal combustion engine equipped with a supercharger, and a supercharge for supercharging intake air. An exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine comprising a machine, comprising: a pipe portion communicating with an intake passage; and a phase change means for changing a phase of intake pulsation comprising a vessel communicating with the pipe portion and capable of storing a predetermined volume of gas; An on-off valve provided between the intake passage and the pipe portion for controlling the communication state between the phase change means and the intake passage, a recirculation detection means for detecting recirculation of exhaust gas by the exhaust gas recirculation device, and a recirculation detection means Is provided with valve control means for opening the on-off valve and operating the phase changing means when the exhaust gas recirculation is detected.
このような構成によれば、排気ガス再循環装置により排気ガスの一部を吸気通路に還流している運転状態を還流検知手段により検知した場合、弁制御手段が開閉弁を開くことにより吸気通路から位相変更手段の管部に吸入空気が流入出し、容器内の気体に作用して吸入空気の脈動と1/2波長異なる位相で容器内の気体が吸気通路の吸入空気に作用する。これにより、吸入空気の圧力を排気ガスの圧力より低くすることが可能になる。 According to such a configuration, when the operating state in which a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage by the exhaust gas recirculation device is detected by the recirculation detection means, the valve control means opens the on-off valve to open the intake passage. The suction air flows into and out of the pipe portion of the phase change means, acts on the gas in the container, and the gas in the container acts on the suction air in the suction passage with a phase that is ½ wavelength different from the pulsation of the suction air. As a result, the pressure of the intake air can be made lower than the pressure of the exhaust gas.
本発明は、以上説明したような構成であり、排気ガス再循環装置が作動している運転状態において、吸入空気の圧力が排気ガスの圧力を上回るような運転状態であっても、吸入空気つまり新気が排気ガス再循環装置を介して排気通路に逆流することを抑制することができる。このため、より多量の排気ガスを吸気通路に還流することができ、燃費を向上させることができるとともに、ノッキングを抑制することでトルクを向上させることができる。加えて、新気により空燃比がリーン側に変化した排気ガスが触媒に流入することを抑制できるので、排出物質の浄化性能が低下することを防止することができる。 The present invention is configured as described above, and in the operating state in which the exhaust gas recirculation device is operating, even in the operating state in which the pressure of the intake air exceeds the pressure of the exhaust gas, It is possible to prevent fresh air from flowing back into the exhaust passage via the exhaust gas recirculation device. Therefore, a larger amount of exhaust gas can be recirculated to the intake passage, fuel efficiency can be improved, and torque can be improved by suppressing knocking. In addition, since the exhaust gas whose air-fuel ratio has changed to the lean side due to fresh air can be suppressed from flowing into the catalyst, it is possible to prevent the exhaust gas purification performance from being deteriorated.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
このエンジン100は、二気筒360°位相のもので、シリンダ1と、各シリンダ1に吸入空気を供給するための吸気通路2と、排気ガスを排出するための排気通路3と、排気通路3に配置されるタービン4a及び吸気通路2に配置されるコンプレッサ4bを備える排気タービン式のターボチャージャ4とを基本的に備えている。
The
吸気通路2には、コンプレッサ4b以外に、エアクリーナ7、エアフロメータ6、吸気絞り弁8、インタークーラ9及び電子制御式スロットル弁(以下、電子スロットル弁と称する)10を、吸気通路2の上流から下流に向かってこの順に配置している。すなわち、エアクリーナ7の下流、したがって吸気絞り弁8の上流に、空気流量を検出するためのエアフロメータ6を配置する。このように、吸気通路2は、エアクリーナ7の下流に、エアフロメータ6、吸気絞り弁8、インタークーラ9及び電子スロットル弁10を配置しているので、その全長が長くなる。
In addition to the
また、エアフロメータ6と吸気絞り弁8との間の吸気通路2には、スロットルバルブ10の上流でインタークーラ9の下流に通じる吸気バイパス通路24aと吸気バイパス通路24aを開閉する吸気バイパス弁24bとからなる過給圧迂回機構24が設けてある。
Further, in the
各シリンダ1に対して、点火プラグ15及び燃料噴射弁16が取り付けてある。燃料噴射弁16には、デリバリパイプ17を介して高圧燃料ポンプ18から燃料が供給される。
A
排気通路3には、タービン4a以外に、空燃比センサ20、三元触媒21及びリアO2センサ22を、排気通路3の上流から下流に向かってこの順に配置している。すなわち、タービン5の下流に空燃比センサ20が配置され、その空燃比センサ20の下流に三元触媒21が、さらに三元触媒21の下流にリアO2センサ22が配置される構成である。空燃比センサ20及びリアO2センサ22は、後述する電子制御装置33に電気的に接続される。
In the exhaust passage 3, in addition to the
ターボチャージャ4は、この分野でよく知られたものを適用することができ、過給圧を制御するために、タービン4aの上流と下流とを連通可能にする排気バイパス通路23aを備え、その排気バイパス通路23aを開閉するウェイストゲート弁23bを備えている。
As the turbocharger 4, those well-known in this field can be applied. In order to control the supercharging pressure, the turbocharger 4 includes an
エンジン100は、吸気通路2と排気通路3との間に、エアクリーナ7を介して吸気通路2に流入する新気に排気ガスを混合するための、いわゆる高圧ループ式の排気ガス再循環装置(以下、EGR装置と称する)25を備えている。吸気通路2と排気通路3とを連通する排気ガス再循環管路(以下、EGR管路と称する)26と、EGR管路26に設けられてEGR管路26を通過する排気ガスの一部つまりEGRガスの量を制御する排気ガス再循環制御弁(以下、EGR弁と称する)27とを備えている。EGR管路26は、その一端が吸気通路2を構成する吸気マニホルド2aに接続され、かつその他端が排気通路3を構成する排気マニホルド3aに接続される。
The
このEGR装置25に加えて、電子スロットル弁10の下流で、かつ吸気マニホルド2aの上流には、吸気通路2に連通する管部40及び管部40に連通し所定容量の気体を貯留し得る容器41からなり吸気脈動の位相を変更する位相変更手段42と、吸気通路2と管部40との間に設けられ位相変更手段42と吸気通路2との連通状態を制御する開閉弁43とが取り付けてある。位相変更手段42は、いわゆるヘルムホルツの共振の原理を用いるレゾネータである。位相変更手段42は、開閉弁43を開いている間に、管部40が吸気マニホルド2aの上流位置の吸気通路2部分と連通し、ヘルムホルツの共振の原理により、吸入空気の脈動の位相と半波長異なる位相の脈動を生成する。これにより、吸入空気の脈動が低減される。
In addition to the
以上に説明した位相変更手段42と、後述する還流検知手段及び弁制御手段と、EGR装置25とにより、排気ガス再循環システムが構成される。
The phase change means 42 described above, the recirculation detection means and valve control means described later, and the
電子制御装置33は、プロセッサ33a、メモリ33b、入力インターフェース33c、出力インターフェース33dなどを備えるコンピュータシステムである。入力インターフェース33cには、エアフロメータ6から出力される空気流量信号a、車速を検出する車速センサから出力される車速信号b、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号c、スロットルバルブ10の開度すなわちスロットル開度を検出するスロットルセンサから出力されるスロットル開度信号d、吸気マニホルド2aの上流に吸気マニホルド2aと一体であるサージタンク(図示しない)に取り付けられて吸気圧を検出する吸気圧センサから出力される吸気圧信号e、冷却水温を検出する水温センサから出力される水温信号f、空燃比センサ20から出力される第一空燃比信号g、リアO2センサから出力される第二空燃比信号hなどが入力される。また出力インターフェース33dからは、吸気絞り弁8に対して絞り弁開度信号k、スロットルバルブ10に対して弁駆動信号m、EGR弁27に対してEGR弁開度信号n、燃料噴射弁15に対して燃料噴射信号o、点火プラグ16に対して点火信号p、開閉弁43に対して開閉信号qなどが出力される。
The
この電子制御装置33は、還流検知手段及び弁制御手段としても機能する。還流検知手段は、EGR装置25により排気ガスの一部が吸気通路2に還流されていることを検知するもので、この実施形態にあっては、EGR装置25のEGR弁27のEGR弁開度信号sに基づいてEGR弁27の弁開度を推定し、その弁開度によりEGR装置25が排気ガスの一部を還流していることを検知するものである。そして、この還流を検知することで、電子制御装置33は開閉弁43に対して、開弁するための開閉信号qを出力する。したがって、電子制御装置33が還流検知手段及び弁制御手段として機能するものである。
The
このような構成において、運転状態に応じてEGR装置25により排気ガスの一部を吸気通路2に還流している低回転中高負荷運転領域において、図2に示すように、ターボチャージャ4により新気を過給しているために、吸入空気の圧力つまり吸気圧が排気ガスの圧力つまり排圧より高くなる場合がある(図中の区間A、B)。この場合に、還流検知手段が排気ガスのEGR装置25による還流を検知し、弁制御手段が開閉弁43を開くと、吸気圧の脈動に対して脈動変更手段が作動し、吸気圧の脈動とは異なる位相で脈動変更手段から脈動が出力される。つまり、位相変更手段42の管部40に流入出した吸入空気により容器41内の気体が圧縮と膨張を繰り返し、吸気圧の脈動とは異なる位相で振動する。これにより、吸気圧の脈動が干渉され、吸気圧が低下し、排圧を下回るものとなる。
In such a configuration, as shown in FIG. 2, fresh air is generated by the turbocharger 4 in the low-rotation medium-high load operation region in which a part of the exhaust gas is recirculated to the
その結果、吸気マニホルド2aにおいて排圧が吸気圧を上回ることになるので、EGR装置25のEGR管路26及びEGR弁27を介して排気ガスの一部が吸入空気に混合されることになる。したがって、このように吸気圧が排圧を上回るような運転状態であっても、排気ガスの還流を行うことができ、燃費及びトルクの向上を図ることができる。又、排圧が吸気圧より高くなっているので、吸入空気がEGR管路26を介して排気マニホルド3aに吹き抜けることを抑制することができる。このため、排気ガスの酸素濃度が高くなることを抑制でき、三元触媒21内の空燃比がリーンになることを抑制することができる。したがって、三元触媒21の排気ガス浄化性能が低下することを防ぐことができる。
As a result, since the exhaust pressure exceeds the intake pressure in the
以上のようにして、開閉弁43を開いた運転状態にあって、例えば電子スロットル弁10を全開にするあるいは全閉にするような運転状態になり、EGR弁27を閉じる制御をする、つまりEGR装置25により排気ガスの還流を行わない場合は、還流検知手段がEGR弁27の開度に基づいて排気ガスを還流していないことを検知する。この結果、弁制御手段は、開閉弁43に対して所定の遅延時間の後に閉弁するための開閉信号qを出力する。所定の遅延時間は、排圧が吸気圧を上回っている状態で排気ガスの還流を完了するべくEGR弁27を閉じるに要する十分な時間に設定する。このように、開閉弁43の閉弁のための開閉信号qを出力して開閉弁43を閉じることで、確実に新気が排気通路3に吹き抜けることを防止するものである。したがって、上記したように、三元触媒21の排気ガス浄化性能が低下することを防ぐことができる。
As described above, when the on-off
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
還流検知手段としては、エンジン回転数と負荷とにもとづいて演算される要求EGR率又は要求EGR量が、所定のEGR率又はEGR量以上となることを検知することで、EGR装置25による排気ガスの還流を検知するものであってもよい。
As the recirculation detection means, the exhaust gas from the
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明の活用例として、ターボチャージャを備え、例えば2気筒あるいは3気筒のように吸気脈動が大きなガソリン及びディーゼルエンジンが挙げられる。 Examples of utilization of the present invention include gasoline and diesel engines that are equipped with a turbocharger and have a large intake pulsation such as two or three cylinders.
2…吸気通路
3…排気通路
4…ターボチャージャ
25…排気ガス再循環装置
33…電子制御装置
40…管部
41…容器
42…位相変更手段
43…開閉弁
DESCRIPTION OF
Claims (1)
吸気通路に連通する管部及び管部に連通し所定容量の気体を貯留し得る容器からなり吸気脈動の位相を変更する位相変更手段と、
吸気通路と管部との間に設けられ位相変更手段と吸気通路との連通状態を制御する開閉弁と、
排気ガス再循環装置による排気ガスの還流を検知する還流検知手段と、
還流検知手段が排気ガスの還流を検知した場合に開閉弁を開いて位相変更手段を作動させる弁制御手段とを備えてなる内燃機関の排気ガス再循環システム。 An exhaust gas recirculation device for recirculating a part of exhaust gas to an intake passage in an internal combustion engine including a supercharger, and an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine including a supercharger for supercharging intake air,
A phase change means for changing the phase of the intake pulsation, comprising a tube communicating with the intake passage and a container communicating with the tube and capable of storing a predetermined volume of gas;
An on-off valve provided between the intake passage and the pipe portion for controlling the communication state between the phase change means and the intake passage;
Recirculation detection means for detecting recirculation of exhaust gas by the exhaust gas recirculation device;
An exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine, comprising: valve control means for opening a switching valve and operating phase change means when the recirculation detection means detects recirculation of exhaust gas.
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