JP2013072327A - Exhaust structure of internal combustion engine - Google Patents

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尚吾 井阪
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve a problem that supercharging pressure fluctuates since unbalance with the other cylinders is generated when extracting an EGR gas from an exhaust port of one cylinder of an engine having a plurality of cylinders each with a supercharger.SOLUTION: In the exhaust structure of an internal combustion engine having an exhaust gas junction point 34 where exhaust passages from the plurality of cylinders are joined, the supercharger 14 arranged at a downstream rather than the exhaust junction points, and at least one EGR gas supply and exhaust passage 16 having a communication section communicated with EGR gas passage between an outlet of the cylinder and the exhaust junction point in the exhaust passage. The EGR gas supply and exhaust passage has a narrowed section 40, where its cross section is smaller than the cross section of the other exhaust passage, between the communication section and the exhaust junction point.

Description

本発明は、内燃機関の排気構造に関するものであり、特に複数の気筒を有する内燃機関において、1つの気筒の排気通路中にEGRガス通路との連通部を有し、排気通路の下流側に過給機を有するタイプの内燃機関の排気構造に関するものである。   The present invention relates to an exhaust structure of an internal combustion engine, and in particular, in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, a communication portion with an EGR gas passage is provided in an exhaust passage of one cylinder, and an exhaust passage is provided downstream of the exhaust passage. The present invention relates to an exhaust structure of an internal combustion engine of a type having a feeder.

EGR(Exhaust Gas Recirculation)は、排気ガスの一部(以後「EGRガス」と呼ぶ。)を吸気側に戻すことで、燃焼温度を低下させ、NOxといった窒素酸化物の生成を抑制するシステムである。EGRガスの取得箇所は、排気系であればよいのであるが、エンジンの小型化および部品点数の減少を考慮すると、シリンダヘッド内であって、できるだけ吸気側に近い点が好適である。   EGR (Exhaust Gas Recirculation) is a system that reduces the combustion temperature and suppresses the generation of nitrogen oxides such as NOx by returning a part of the exhaust gas (hereinafter referred to as “EGR gas”) to the intake side. . The location where the EGR gas is acquired may be in the exhaust system. However, considering the downsizing of the engine and the reduction in the number of parts, it is preferable that the location in the cylinder head be as close to the intake side as possible.

特許文献1には、シリンダヘッド内の排気ポートにEGRガス通路を連通させた構成が開示されている。ここでは直列4気筒の内燃機関(以後「エンジン」とも呼ぶ。)の両端の気筒(#1および#4の気筒)の排気ポートにEGRガス通路への連通部を設け、シリンダヘッドの外側にEGR通路を配して、インテークマニホールドの中央部分にEGRガスを放出する構成が示されている。   Patent Document 1 discloses a configuration in which an EGR gas passage is communicated with an exhaust port in a cylinder head. Here, the exhaust port of the cylinders (# 1 and # 4 cylinders) at both ends of an in-line four-cylinder internal combustion engine (hereinafter also referred to as “engine”) is provided with a communication portion to the EGR gas passage, and EGR is provided outside the cylinder head. A configuration is shown in which a passage is provided to discharge EGR gas to the central portion of the intake manifold.

また、過給機は、タービンホイールとコンプレッサーホイールをシャフトで連結したものを、タービン室およびコンプレッサー室内に密閉し、排気ガスでタービンホイールを回転させ、コンプレッサーホイールで燃焼室に送る吸気に圧力を与える。   The turbocharger is a turbine wheel and compressor wheel connected by a shaft, sealed in the turbine chamber and compressor chamber, rotated by the exhaust gas, and pressurized by the compressor wheel to the intake air sent to the combustion chamber. .

このように過給機は排気ガスによってタービンホイールを回転させるため、排気ガスの圧力(以後「背圧」と呼ぶ。)の変動が、エンジン全体の出力変動の要因となる。   As described above, since the turbocharger rotates the turbine wheel by the exhaust gas, the fluctuation of the pressure of the exhaust gas (hereinafter referred to as “back pressure”) causes the fluctuation of the output of the entire engine.

例えば特許文献2には、内部に排気ポートおよびその集合部を設けた4気筒エンジンのシリンダヘッドの排気口に直接過給機を設ける際の課題として、第1気筒と第4気筒そして第2気筒と第3気筒では、排気ポートの長さが異なるため、これら2つのグループ間で背圧が異なり、過給機の回転が一定しないことを上げている。   For example, Patent Document 2 discloses a first cylinder, a fourth cylinder, and a second cylinder as a problem when a supercharger is directly provided at an exhaust port of a cylinder head of a four-cylinder engine having an exhaust port and a collecting portion therein. Since the length of the exhaust port is different between the third cylinder and the third cylinder, the back pressure is different between the two groups, and the rotation of the supercharger is not constant.

特許文献2では、この課題に対して、第1気筒と第4気筒のグループと、第2気筒と第3気筒のグループで、排気ポートの出口を上下に分け、それぞれの出口の断面積を調整することで、過給機から見た背圧が安定するようにしている。   In Patent Document 2, for this problem, the outlets of the exhaust ports are divided into upper and lower parts in the group of the first cylinder and the fourth cylinder, and the group of the second cylinder and the third cylinder, and the sectional areas of the respective outlets are adjusted. By doing so, the back pressure seen from the turbocharger is stabilized.

実開昭59−067564号公報Japanese Utility Model Publication No. 59-067564 特開2007−285169号公報JP 2007-285169 A

過給機を搭載したエンジンにEGRを搭載し、なおかつエンジンをコンパクトにしようとすると、シリンダヘッド中にEGRガス通路を設けることと、過給機に安定した背圧の排気ガスを供給することが必要である。この際、特許文献1のようにEGRガス通路を複数個設けるのは、構造が複雑になる。したがって、複数の気筒のうち、1つの気筒の排気系からEGRガスを取得するのが好適と考えられる。   If an EGR is mounted on an engine equipped with a supercharger and the engine is made compact, an EGR gas passage is provided in the cylinder head, and exhaust gas having a stable back pressure is supplied to the turbocharger. is necessary. At this time, providing a plurality of EGR gas passages as in Patent Document 1 makes the structure complicated. Therefore, it is considered preferable to acquire EGR gas from the exhaust system of one cylinder among the plurality of cylinders.

しかし、複数の気筒間の排気系にアンバランスを生じさせると、過給機へ供給する排気ガスの背圧(過給圧)がばらつき、エンジン全体の出力を低下させるという課題が生じる。   However, if an unbalance is generated in the exhaust system between a plurality of cylinders, the back pressure (supercharging pressure) of the exhaust gas supplied to the supercharger varies, causing a problem that the output of the entire engine is reduced.

本発明は上記の課題に鑑み想到された発明であり、過給機とEGRを搭載し、しかも小型化が可能となる内燃機関の排気構造を提供するものである。   The present invention has been conceived in view of the above-described problems, and provides an exhaust structure for an internal combustion engine that is equipped with a supercharger and EGR and that can be downsized.

より具体的に本発明の内燃機関の排気構造は、
複数の気筒からの排気通路が合流する排気合流点と、
前記排気合流点より下流に設けられた過給機と、
前記排気通路の内、前記気筒の出口から前記排気合流点までの間にEGRガス通路と連通する連通部を有するEGRガス供給排気通路を少なくとも1つ有する内燃機関の排気構造であって、
前記EGRガス供給排気通路は、前記連通部から前記排気合流点までの間に、他の排気通路の断面積より、断面積が小さくなる狭窄部を有することを特徴とする。
More specifically, the exhaust structure of the internal combustion engine of the present invention is:
An exhaust merge point where exhaust passages from a plurality of cylinders merge;
A supercharger provided downstream from the exhaust junction;
An exhaust structure for an internal combustion engine having at least one EGR gas supply exhaust passage having a communication portion communicating with an EGR gas passage between an outlet of the cylinder and the exhaust confluence in the exhaust passage,
The EGR gas supply exhaust passage has a constricted portion having a cross-sectional area smaller than the cross-sectional area of another exhaust passage between the communication portion and the exhaust junction.

本発明の内燃機関の排気構造は、EGRガスを採取する排気通路では他の排気通路より断面積を小さくするので、過給機に対する過給圧の変動を小さくすることができる。また、EGRガス通路への連通部より下流側の断面積が絞られるため、EGRガス通路のガス圧および流量が増加し、燃費を向上させることができる。   In the exhaust structure of the internal combustion engine of the present invention, the exhaust passage for collecting EGR gas has a smaller cross-sectional area than the other exhaust passages, so that the fluctuation of the supercharging pressure with respect to the supercharger can be reduced. In addition, since the cross-sectional area on the downstream side of the communication portion to the EGR gas passage is reduced, the gas pressure and flow rate of the EGR gas passage are increased, and the fuel consumption can be improved.

本発明の排気構造の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exhaust structure of this invention. 本発明の排気構造の他の実施形態を示す図である。It is a figure which shows other embodiment of the exhaust structure of this invention. 狭窄部を可変にした本発明の排気構造の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the exhaust structure of this invention which made the constriction part variable.

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、下記の実施形態を変形してもよい。   The present invention will be described below with reference to the drawings. The following description exemplifies an embodiment of the present invention, and the following embodiment may be modified without departing from the gist of the present invention.

図1は、本発明の内燃機関の排気構造1を示す図である。本発明の内燃機関の排気構造1では、複数の気筒を有するシリンダヘッド10と、シリンダヘッド10に連結された排気手段12と排気手段12の途中に配設された過給機14(タービンホイール14t側)と排気手段12から吸気系側にEGRガスを送るEGRガス通路16を含む。なお、シリンダヘッド10には、吸気系として、インテークマニホールド70、スロットルボディ71、インタークーラ72、過給機14(コンプレッサーホイール14c側)、エアクリーナ(図示せず)等が連結されていてもよい。また、インテークマニホールド70はサージタンクを含んでよい。   FIG. 1 is a diagram showing an exhaust structure 1 for an internal combustion engine according to the present invention. In the exhaust structure 1 for an internal combustion engine of the present invention, a cylinder head 10 having a plurality of cylinders, an exhaust means 12 connected to the cylinder head 10, and a supercharger 14 (turbine wheel 14t) disposed in the middle of the exhaust means 12. Side) and an EGR gas passage 16 for sending EGR gas from the exhaust means 12 to the intake system side. Note that an intake manifold 70, a throttle body 71, an intercooler 72, a supercharger 14 (compressor wheel 14c side), an air cleaner (not shown), and the like may be connected to the cylinder head 10 as an intake system. Intake manifold 70 may include a surge tank.

シリンダヘッド10には、複数の気筒20が形成される。図1では、2気筒の場合を示すが、3気筒以上であってもよい。第1気筒および第2気筒をそれぞれ符号20a、20bと表す。各気筒20には燃焼室21となる空間が設けられている。燃焼室21からは吸気ポート22と排気ポート24が、シリンダヘッド10の対向する側面側に向かって形成される。シリンダヘッド10の排気ポート24の出口24oが形成された方の面を排気面10exとし、吸気ポート22の出口が形成された面を吸気面10inと呼ぶ。なお、第1気筒20aと第2気筒20bの燃焼室21、吸気ポート22、排気ポート24をそれぞれ符号21a、21b、22a、22b、24a、24bとする。   A plurality of cylinders 20 are formed in the cylinder head 10. Although FIG. 1 shows a case of two cylinders, three or more cylinders may be used. The first cylinder and the second cylinder are denoted by reference numerals 20a and 20b, respectively. Each cylinder 20 is provided with a space serving as a combustion chamber 21. An intake port 22 and an exhaust port 24 are formed from the combustion chamber 21 toward the opposite side surfaces of the cylinder head 10. The surface of the cylinder head 10 on which the outlet 24o of the exhaust port 24 is formed is referred to as an exhaust surface 10ex, and the surface on which the outlet of the intake port 22 is formed is referred to as an intake surface 10in. The combustion chamber 21, the intake port 22, and the exhaust port 24 of the first cylinder 20a and the second cylinder 20b are denoted by reference numerals 21a, 21b, 22a, 22b, 24a, and 24b, respectively.

排気ポート24は、燃焼室21から排気面10exの間までに集合され、シリンダヘッド10の排気面10exでは1つの出口24oとして形成されている。つまり、排気マニホールド26はシリンダヘッド10中に形成されている。なお、図1の実施形態においては、排気ポート24の出口24oと排気マニホールド26の出口26oは一致する。シリンダヘッド10の排気面10exの出口24oには、接合管28が接合され、過給機14のタービンホイール入口14tiに連通される。   The exhaust port 24 is gathered between the combustion chamber 21 and the exhaust surface 10ex, and is formed as one outlet 24o on the exhaust surface 10ex of the cylinder head 10. That is, the exhaust manifold 26 is formed in the cylinder head 10. In the embodiment of FIG. 1, the outlet 24 o of the exhaust port 24 and the outlet 26 o of the exhaust manifold 26 coincide. A joining pipe 28 is joined to the outlet 24 o of the exhaust surface 10 ex of the cylinder head 10 and communicates with the turbine wheel inlet 14 ti of the supercharger 14.

過給機14は、タービンホイール14tとコンプレッサーホイール14cをシャフト14sで連結したものである。排気ガスによってタービンホイール14tを回転させる。タービンホイール14tの回転はシャフト14sによってコンプレッサーホイール14cを回転させる。コンプレッサーホイール14cは吸気系に配置されているので、スロットルボディ71、インテークマニホールド70を通じて、気筒20への吸気に圧力を加える。   The supercharger 14 is obtained by connecting a turbine wheel 14t and a compressor wheel 14c with a shaft 14s. The turbine wheel 14t is rotated by the exhaust gas. The rotation of the turbine wheel 14t rotates the compressor wheel 14c by the shaft 14s. Since the compressor wheel 14 c is arranged in the intake system, pressure is applied to the intake air to the cylinder 20 through the throttle body 71 and the intake manifold 70.

そのため、過給機14には、コンプレッサーホイール14cに吸気が入るコンプレッサーホイール入口14ciと、加圧された吸気が排出されるコンプレッサーホイール出口14coと、タービンホイール14tに排気ガスが入るタービンホイール入口14tiとタービンホイール14tを回転させた排気ガスが排出されるタービンホイール出口14toが形成されている。   Therefore, the turbocharger 14 includes a compressor wheel inlet 14ci through which intake air enters the compressor wheel 14c, a compressor wheel outlet 14co through which pressurized intake air is discharged, and a turbine wheel inlet 14ti through which exhaust gas enters the turbine wheel 14t. A turbine wheel outlet 14to is formed from which the exhaust gas that has rotated the turbine wheel 14t is discharged.

過給機14のタービンホイール出口14toには、排気管30が連結される。排気管30の下流側には、排気ガス中の未燃焼成分や煤を燃焼させるための触媒(図示せず)や消音マフラー(図示せず)が連結される。燃焼室21の出口から消音マフラーの先端までを排気手段12と呼ぶ。   An exhaust pipe 30 is connected to the turbine wheel outlet 14 to of the supercharger 14. A catalyst (not shown) and a muffler muffler (not shown) for burning unburned components and soot in the exhaust gas are connected to the downstream side of the exhaust pipe 30. The section from the outlet of the combustion chamber 21 to the tip of the muffler muffler is called exhaust means 12.

ここで、1つの気筒20の燃焼室21の排気口から形成される排気ガスの通路を排気通路32と呼ぶ。また、排気通路32同士が合流する点を排気合流点34と呼ぶ。図1では、シリンダヘッド10内で形成された排気マニホールド26が排気合流点34である。なお、第1気筒20aの排気通路および第2気筒20bの排気通路をそれぞれ符号32a、32bとする。   Here, an exhaust gas passage formed from the exhaust port of the combustion chamber 21 of one cylinder 20 is referred to as an exhaust passage 32. A point where the exhaust passages 32 join each other is called an exhaust junction 34. In FIG. 1, the exhaust manifold 26 formed in the cylinder head 10 is an exhaust junction 34. The exhaust passage of the first cylinder 20a and the exhaust passage of the second cylinder 20b are denoted by 32a and 32b, respectively.

図2には、排気通路32の他の形態を示す。図2(a)は、シリンダヘッド10の排気面10exに気筒20毎の排気ポート出口(24ao、24bo)が形成され、排気面10exに排気マニホールド26が別部品として接続されているタイプを示す。このタイプでは、排気通路32は、排気ポート24に等しい。排気合流点34はシリンダヘッド10に接合された排気マニホールド26である。   FIG. 2 shows another form of the exhaust passage 32. FIG. 2A shows a type in which exhaust port outlets (24ao, 24bo) for each cylinder 20 are formed on the exhaust surface 10ex of the cylinder head 10, and the exhaust manifold 26 is connected as a separate component to the exhaust surface 10ex. In this type, the exhaust passage 32 is equal to the exhaust port 24. An exhaust junction 34 is an exhaust manifold 26 joined to the cylinder head 10.

また、図2(b)には、シリンダヘッド10の排気ポート出口(24ao、24bo)に直接排気管30が接続され、排気管30同士が合流するタイプを示す。なお、第1気筒20aの排気管および第2気筒20bの排気管をそれぞれ符号30a、30bで表す。この場合は、排気通路32は排気ポート24とそれに続く排気管30をも含む。排気合流点34は、排気管30同士が合流する地点である。なお、本発明においては、排気合流点34が存在し、排気合流点34の下流に過給機14が設けられる。   FIG. 2B shows a type in which the exhaust pipe 30 is directly connected to the exhaust port outlets (24ao, 24bo) of the cylinder head 10 and the exhaust pipes 30 join each other. The exhaust pipe of the first cylinder 20a and the exhaust pipe of the second cylinder 20b are denoted by reference numerals 30a and 30b, respectively. In this case, the exhaust passage 32 also includes an exhaust port 24 followed by an exhaust pipe 30. The exhaust merge point 34 is a point where the exhaust pipes 30 merge. In the present invention, the exhaust junction 34 exists, and the supercharger 14 is provided downstream of the exhaust junction 34.

再び図1を参照して、複数ある気筒20からの排気通路32中の1つの排気通路32にはEGRガス通路16との連通部18が設けられる。EGRガス通路16との連通部18が設けられた排気通路32をEGRガス供給排気通路32xと呼ぶ。複数ある気筒20の中で、どの気筒20の排気通路32を、EGRガス供給排気通路32xとするかは、特に限定されるものではない。   Referring to FIG. 1 again, one exhaust passage 32 in the exhaust passage 32 from the plurality of cylinders 20 is provided with a communication portion 18 with the EGR gas passage 16. The exhaust passage 32 provided with the communication portion 18 with the EGR gas passage 16 is referred to as an EGR gas supply exhaust passage 32x. Of the plurality of cylinders 20, which exhaust passage 32 of which cylinder 20 is used as the EGR gas supply exhaust passage 32 x is not particularly limited.

ただし、EGRガス通路16は、EGRバルブ36が設置される地点に向かって、シリンダヘッド10中に形成される必要がある。一方、シリンダヘッド10中には、燃焼室21を開閉するためのバルブを配置する孔や、点火プラグを配置する孔のほか、バルブを駆動するカムシャフトの受けや、冷却水を流すためのウォータージャケットが設けられる(これらは図示していない)。なお、EGRバルブ36からは、下流側EGRガス通路16bが吸気系と連通している。ここではインテークマニホールド70の真ん中の開口に連通し、排気ガスを吸気と混合する例を示す。   However, the EGR gas passage 16 needs to be formed in the cylinder head 10 toward the point where the EGR valve 36 is installed. On the other hand, in the cylinder head 10, a hole for arranging a valve for opening and closing the combustion chamber 21, a hole for arranging a spark plug, a camshaft driving the valve, and water for flowing cooling water. Jackets are provided (these are not shown). From the EGR valve 36, the downstream EGR gas passage 16b communicates with the intake system. Here, an example is shown in which exhaust gas is mixed with intake air in communication with the opening in the middle of the intake manifold 70.

従って、複数ある気筒20の端にある気筒20の排気通路32をEGRガス供給排気通路32xとするのが好適である場合が多い。本実施の形態の場合は、2気筒の構成であるので、第1気筒20aの排気通路32a、若しくは第2気筒20bの排気通路32bのどちらでもEGRガス供給排気通路32xとしてよい。ここでは、第2気筒20bの排気通路32bをEGRガス供給排気通路32xとした。   Therefore, it is often preferable that the exhaust passage 32 of the cylinder 20 at the end of the plurality of cylinders 20 is the EGR gas supply exhaust passage 32x. In the present embodiment, since it has a two-cylinder configuration, either the exhaust passage 32a of the first cylinder 20a or the exhaust passage 32b of the second cylinder 20b may be used as the EGR gas supply exhaust passage 32x. Here, the exhaust passage 32b of the second cylinder 20b is an EGR gas supply exhaust passage 32x.

なお、図2(b)のように、排気通路32に排気管30を含む場合であって、排気管30にEGRガス通路16との連通部18を設ける場合は、どの排気管30をEGRガス供給排気通路32xとしてもよい。シリンダヘッド10の外部に連通部18を設ける場合は、スペース的な猶予があるからである。   As shown in FIG. 2B, when the exhaust pipe 30 is included in the exhaust passage 32 and the communication portion 18 with the EGR gas passage 16 is provided in the exhaust pipe 30, which exhaust pipe 30 is connected to the EGR gas. The supply exhaust passage 32x may be used. This is because when the communication portion 18 is provided outside the cylinder head 10, there is a space delay.

再び図1を参照し、EGRガス供給排気通路32xにおいて、EGRガス通路16との連通部18は、燃焼室21の出口から排気合流点34までの間に形成される。そして、さらに連通部18と排気合流点34までの間には、断面積が他の排気通路の断面積より狭くなる狭窄部40を有する。   Referring to FIG. 1 again, in EGR gas supply exhaust passage 32x, communication portion 18 with EGR gas passage 16 is formed between the outlet of combustion chamber 21 and exhaust junction 34. Further, a narrowed portion 40 having a cross-sectional area narrower than the cross-sectional areas of other exhaust passages is provided between the communication portion 18 and the exhaust junction 34.

燃焼室21から排気ガスを排出する際には、排気手段12の出口までの距離や形状と共に、背圧が重要な要因となる。特に複数ある気筒20間で背圧にばらつきがあると、過給機14付きの内燃機関は、過給圧がばらつくため、全体として出力の低下が生じる。したがって、気筒20間では背圧に大きなばらつきが生じないようにする必要がある。そこで、各気筒20の排気通路32の断面積は排気合流点34まではほぼ同じ断面積にするのが好ましい。   When exhaust gas is discharged from the combustion chamber 21, the back pressure is an important factor as well as the distance and shape to the outlet of the exhaust means 12. In particular, when there is a variation in back pressure among a plurality of cylinders 20, the internal combustion engine with the supercharger 14 has a reduced output as a whole because the supercharging pressure varies. Therefore, it is necessary to prevent a large variation in back pressure between the cylinders 20. Therefore, it is preferable that the cross-sectional area of the exhaust passage 32 of each cylinder 20 is substantially the same cross-sectional area up to the exhaust confluence 34.

EGRガス供給排気通路32xにおいては、排気合流点34までの間にEGRガス通路16との間の連通部18、すなわち開口端を有することとなる。つまり、EGRガス供給排気通路32xは、他の気筒20からの排気通路32と比較して、その断面積が連通部18の分だけ広くなる。そこで、排気合流点34までの間に狭窄部40を設け、排気合流点34から見たときに、他の気筒20(ここでは第1気筒20a)の排気通路32aと背圧が同程度になるようにEGRガス供給排気通路32xの断面積を調整する。   The EGR gas supply / exhaust passage 32x has a communicating portion 18 with the EGR gas passage 16, that is, an open end, up to the exhaust confluence 34. That is, the EGR gas supply exhaust passage 32 x has a cross-sectional area that is wider than the exhaust passage 32 from the other cylinders 20 by the communication portion 18. Therefore, the constricted portion 40 is provided up to the exhaust confluence 34, and when viewed from the exhaust confluence 34, the back pressure is comparable to the exhaust passage 32a of the other cylinder 20 (here, the first cylinder 20a). Thus, the cross-sectional area of the EGR gas supply / exhaust passage 32x is adjusted.

連通部18の形成箇所は上記のように、燃焼室21の出口から狭窄部40までの間であればよく、特に限定されるものではない。排気通路32の形状に応じて、最もEGRガスを取得しやすい場所を適宜決めることができる。   As described above, the communication portion 18 may be formed between the outlet of the combustion chamber 21 and the narrowed portion 40 and is not particularly limited. According to the shape of the exhaust passage 32, a place where the EGR gas can be most easily acquired can be appropriately determined.

また、排気合流点34から見たときに各気筒20の背圧が同じ程度にするには、狭窄部40の断面積と連通部18の断面積の合計が、他の排気通路32の断面積とほぼ等しくなるようにする。EGRガス供給排気通路32xでは、燃焼室21から出た排気ガスの一部がEGRガス通路16に逃げる。つまり、連通部18より下流のEGRガス供給排気通路32x中を通過する排気ガスの量は、他の排気通路32を通る排気ガスの量より少ない。しかし、狭窄部40で排気ガスの通過断面積を小さくすることで、排気合流点34から見た時のEGRガス供給排気通路32xの背圧は他の排気通路32の背圧と同じ程度になるからである。   In order to make the back pressure of each cylinder 20 the same when viewed from the exhaust confluence 34, the sum of the cross-sectional area of the narrowed portion 40 and the cross-sectional area of the communication portion 18 is the cross-sectional area of the other exhaust passage 32. To be approximately equal. In the EGR gas supply exhaust passage 32 x, a part of the exhaust gas exiting from the combustion chamber 21 escapes to the EGR gas passage 16. That is, the amount of exhaust gas that passes through the EGR gas supply exhaust passage 32 x downstream of the communication portion 18 is smaller than the amount of exhaust gas that passes through the other exhaust passages 32. However, by reducing the exhaust gas passage cross-sectional area at the constriction 40, the back pressure of the EGR gas supply exhaust passage 32x when viewed from the exhaust confluence 34 becomes approximately the same as the back pressure of the other exhaust passages 32. Because.

なお、これは、連通部18より上流側(燃焼室21の出口から連通部18までの間)の排気通路32の断面積とほぼ等しいとも言える。排気通路32は、燃焼室21から排気合流点34までほぼ一定の断面積で形成されるからである。   It can be said that this is substantially equal to the cross-sectional area of the exhaust passage 32 upstream of the communication portion 18 (between the outlet of the combustion chamber 21 and the communication portion 18). This is because the exhaust passage 32 is formed with a substantially constant cross-sectional area from the combustion chamber 21 to the exhaust junction 34.

また、ここで「ほぼ等しくする」とは、互いの断面積の差が±30%以下であることをいう。排気通路32の形状と連通部18の形成箇所によって背圧をほぼ同じにするために、この程度の違いは生じるからである。   Here, “substantially equal” means that the difference between the cross-sectional areas is ± 30% or less. This is because a difference of this degree occurs in order to make the back pressure substantially the same depending on the shape of the exhaust passage 32 and the location where the communication portion 18 is formed.

また、「他の排気通路32」とは、複数気筒20による複数の排気通路32のうち、少なくとも1つの排気通路32とほぼ等しければよい。シリンダヘッド10中に排気ポート24の集合部(排気マニホールド26)まで設けるタイプのシリンダヘッドの場合は、排気通路32は気筒20毎に大きく変化する場合が多い。シリンダヘッド10中のスペースは小さいからである。しかし、対称性を保つために、EGRガス供給排気通路32xと同じ形状で狭窄部40だけがない排気通路32が少なくとも1つは設けられ、その排気通路32と対で扱われることで、複数の排気通路32全体のバランスをとることができるからである。   Further, the “other exhaust passage 32” may be substantially equal to at least one exhaust passage 32 among the plurality of exhaust passages 32 formed by the plurality of cylinders 20. In the case of a cylinder head of the type provided in the cylinder head 10 up to the collecting portion (exhaust manifold 26) of the exhaust port 24, the exhaust passage 32 often varies greatly for each cylinder 20. This is because the space in the cylinder head 10 is small. However, in order to maintain symmetry, at least one exhaust passage 32 having the same shape as the EGR gas supply exhaust passage 32x and not having the constricted portion 40 is provided and handled in pairs with the exhaust passage 32. This is because the entire exhaust passage 32 can be balanced.

狭窄部40の形状も特に限定されるものではないが、音速に近い速度で通過する排気ガスに乱流を生じさせない形状が望ましい。   The shape of the narrowed portion 40 is not particularly limited, but a shape that does not cause turbulent flow in the exhaust gas passing at a speed close to the speed of sound is desirable.

このように、排気合流点34から見たときに各排気通路32の背圧が同程度になるようすることで、排気合流点34の下流に設けられた過給機14のタービンホイール入口14tiには、一定の圧力の排気ガスが供給されることとなる。結果、過給機14のシャフト14sは安定して回転し、コンプレッサーホイール14cも安定した回転で変動の少ない圧力を吸気に与えることができる。   In this way, when viewed from the exhaust merge point 34, the back pressures of the exhaust passages 32 are approximately the same, so that the turbine wheel inlet 14 ti of the supercharger 14 provided downstream of the exhaust merge point 34 is provided. The exhaust gas having a constant pressure is supplied. As a result, the shaft 14s of the supercharger 14 rotates stably, and the compressor wheel 14c can also apply a pressure with little fluctuation to the intake air with a stable rotation.

図3には、本発明の他の実施形態の構成を示す。図1と同じ部分の説明は省略する。図3は図1に対して狭窄部40が、狭窄部材40mと狭窄部材駆動部40dからなり、EGRガス通路16の先に配設されるEGRバルブ36と、エンジン回転数を検知するレブセンサ42と、狭窄部材駆動部40dとEGRバルブ36とレブセンサ42に接続される制御装置50を含む。なお、制御装置50はスロットルボディ71の開度を検知するスロットルセンサ44が連結されていてもよい。   FIG. 3 shows the configuration of another embodiment of the present invention. The description of the same part as in FIG. 1 is omitted. FIG. 3 shows that the constriction portion 40 comprises a constriction member 40m and a constriction member drive portion 40d, and an EGR valve 36 disposed at the end of the EGR gas passage 16, a rev sensor 42 for detecting the engine speed, and FIG. The control device 50 is connected to the constricting member driving unit 40d, the EGR valve 36, and the rev sensor 42. The control device 50 may be connected to a throttle sensor 44 that detects the opening of the throttle body 71.

EGRは、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気に戻すシステムであるが、常にEGRガスを還元しているのではない。例えば、燃焼が安定していないアイドリング時や、フルパワーが必要なアクセル全開時などは、EGRを停止させる場合もある。このような場合に、EGRバルブ36を閉じるように制御すると、EGRガス供給排気通路32xは、他の排気通路32と比較して、逆に排気ガスを排出しにくい排気通路32となる。結果、狭窄部40を設けたことにより、出力が低下してしまう。   EGR is a system that returns part of the exhaust gas to the intake air as EGR gas, but does not always reduce the EGR gas. For example, EGR may be stopped when idling when combustion is not stable or when the accelerator is fully open, which requires full power. In such a case, if the EGR valve 36 is controlled so as to be closed, the EGR gas supply exhaust passage 32x becomes an exhaust passage 32 that hardly exhausts the exhaust gas compared to the other exhaust passages 32. As a result, the output is reduced due to the provision of the constriction 40.

そこで、EGRバルブ36が閉じるような制御を行う場合は、狭窄部40でも断面積を広げて、他の排気通路32と同じ断面積にするように、狭窄部40を可変制御する。   Therefore, when performing control such that the EGR valve 36 is closed, the stenosis 40 is variably controlled so that the cross-sectional area of the stenosis 40 is widened to the same cross-sectional area as the other exhaust passages 32.

狭窄部材40mは、EGRガス供給排気通路32x中に突出する部材である。狭窄部材40mの突出によってEGRガス供給排気通路32xの断面積は所定の狭さになる。狭窄部材駆動部40dは、制御装置50からの指示信号Csによって狭窄部材40mをEGRガス供給排気通路32x中に突出させたり、収納位置に戻したりという移動を行うアクチュエータである。   The narrowing member 40m is a member protruding into the EGR gas supply / exhaust passage 32x. Due to the protrusion of the narrowing member 40m, the cross-sectional area of the EGR gas supply / exhaust passage 32x becomes a predetermined narrowness. The constriction member drive unit 40d is an actuator that moves the constriction member 40m into the EGR gas supply / exhaust passage 32x or returns it to the storage position by an instruction signal Cs from the control device 50.

制御装置50は、レブセンサ42からエンジン回転数に相当する信号Srを受信する。若しくはスロットルセンサ44からスロットルの開度に相当する信号Ssを受信してもよい。これらの信号に基づいて、EGRを稼働(EGRガスを吸気側に戻す)か、止める(EGRガスを吸気側に戻さない)かを判断する。この判断は、あらかじめブログラムされた処理フローに基づいて行うことができる。   The control device 50 receives a signal Sr corresponding to the engine speed from the rev sensor 42. Alternatively, a signal Ss corresponding to the throttle opening may be received from the throttle sensor 44. Based on these signals, it is determined whether the EGR is operated (EGR gas is returned to the intake side) or stopped (EGR gas is not returned to the intake side). This determination can be made based on a pre-programmed processing flow.

EGRを停止する際には、制御装置50は、制御信号CvでEGRバルブ36を閉じ、同時に制御信号Csで狭窄部材40mを収納位置に戻す。このようにすることで、EGRガス供給排気通路32xは他の排気通路32(ここでは32a)と同じ断面積となる。   When stopping the EGR, the control device 50 closes the EGR valve 36 with the control signal Cv and simultaneously returns the constriction member 40m to the storage position with the control signal Cs. By doing so, the EGR gas supply exhaust passage 32x has the same cross-sectional area as the other exhaust passages 32 (here, 32a).

EGRを稼働する際には、制御装置50は、制御信号CvでEGRバルブ36を開き、同時に制御信号Csで狭窄部材40mをEGRガス供給排気通路32x中に突出させる。このようにすることで、EGRガス供給排気通路32x断面積は狭くなる。結果EGRガス供給排気通路32xの連通部18からは排気ガスの一部がEGRガスとしてEGRガス通路16を吸気側に流れる。   When operating the EGR, the control device 50 opens the EGR valve 36 with the control signal Cv, and simultaneously causes the constriction member 40m to protrude into the EGR gas supply / exhaust passage 32x with the control signal Cs. By doing so, the cross-sectional area of the EGR gas supply / exhaust passage 32x becomes narrower. As a result, a part of the exhaust gas flows from the communication portion 18 of the EGR gas supply exhaust passage 32x to the intake side through the EGR gas passage 16 as EGR gas.

しかし、排気合流点34からはEGRガス供給排気通路32xの断面積が小さくなり、その結果、排気ガスの流量は少なくなっても、見かけの背圧は同じに見える。したがって、排気合流点34の下流に設けられた過給機14は、安定した圧力の排気ガスで駆動することができる。   However, the cross-sectional area of the EGR gas supply exhaust passage 32x decreases from the exhaust confluence 34, and as a result, the apparent back pressure looks the same even if the flow rate of the exhaust gas decreases. Therefore, the supercharger 14 provided downstream of the exhaust junction 34 can be driven by exhaust gas having a stable pressure.

このように、狭窄部材40mの突出によってEGRガス供給排気通路32xの断面積を変化させると、EGRの使用状態が変化しても背圧を一定にすることができる。また、狭窄部材40mの突出量は突出部材駆動部40dによって所望の程度に変化させることができる。従って、EGRガスの流量に応じて、狭窄部40の断面積を変化させることができるため、エンジン回転数のほぼ全域にわたって、EGRバルブ36の開度に関わらず背圧を一定にすることができる。   As described above, when the cross-sectional area of the EGR gas supply / exhaust passage 32x is changed by the protrusion of the constricting member 40m, the back pressure can be made constant even if the use state of the EGR changes. Further, the protruding amount of the constricting member 40m can be changed to a desired degree by the protruding member driving unit 40d. Therefore, since the cross-sectional area of the constriction 40 can be changed according to the flow rate of the EGR gas, the back pressure can be made constant regardless of the opening degree of the EGR valve 36 over almost the entire engine speed. .

本発明の内燃機関の排気構造は、シリンダヘッド直後に過給機を有する内燃機関に好適に利用できる。   The exhaust structure for an internal combustion engine of the present invention can be suitably used for an internal combustion engine having a supercharger immediately after a cylinder head.

1 排気構造
10 シリンダヘッド
10in 吸気面
10ex 排気面
12 排気手段
14 過給機
14s (過給機の)シャフト
14c コンプレッサーホイール
14ci コンプレッサーホイール入口
14co コンプレッサーホイール出口
14t タービンホイール
14ti タービンホイール入口
14to タービンホイール出口
16 EGRガス通路
16b 下流側EGRガス通路
18 連通部
20 気筒
20a 第1気筒、 20b 第2気筒
21 燃焼室
21a (第1気筒の)燃焼室、 21b (第2気筒の)燃焼室
22 吸気ポート
22a (第1気筒の)吸気ポート、 22b (第2気筒の)吸気ポート
24 排気ポート
24a (第1気筒の)排気ポート、 24b (第2気筒の)排気ポート
24o (排気ポートの)出口
24ao (第1気筒の排気ポートの)出口
24bo (第2気筒の排気ポートの)出口
26 排気マニホールド
26o (排気マニホールドの)出口
28 接合管
30 排気管
30a (第1気筒の)排気管、 30b (第2気筒の)排気管
32 排気通路
32a (第1気筒の)排気通路、 32b (第2気筒の)排気通路
32x EGRガス供給排気通路
34 排気合流点
36 EGRバルブ
40 狭窄部
40m 狭窄部材
40d 狭窄部材駆動部
42 レブセンサ
44 スロットルセンサ
50 制御装置
70 インテークマニホールド
71 スロットルボディ
72 インタークーラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust structure 10 Cylinder head 10in Intake surface 10ex Exhaust surface 12 Exhaust means 14 Supercharger 14s (supercharger) shaft 14c Compressor wheel 14ci Compressor wheel inlet 14co Compressor wheel outlet 14t Turbine wheel 14ti Turbine wheel inlet 14to Turbine wheel outlet 16 EGR gas passage 16b Downstream EGR gas passage 18 Communication portion 20 Cylinder 20a First cylinder, 20b Second cylinder 21 Combustion chamber 21a (First cylinder) Combustion chamber, 21b (Second cylinder) Combustion chamber 22 Intake port 22a ( Intake port of the first cylinder, 22b Intake port of the second cylinder 24 Exhaust port 24a Exhaust port of the first cylinder, 24b Exhaust port of the second cylinder 24o Out of the exhaust port 24ao (First of the cylinder) Outlet 24bo (exhaust port of the second cylinder) outlet 26 exhaust manifold 26o (exhaust manifold) outlet 28 joint pipe 30 exhaust pipe 30a (first cylinder) exhaust pipe, 30b (second cylinder exhaust port) ) Exhaust pipe 32 Exhaust passage 32a (First cylinder) exhaust passage, 32b (Second cylinder) exhaust passage 32x EGR gas supply exhaust passage 34 Exhaust confluence 36 EGR valve 40 Constriction portion 40m Constriction member 40d Constriction member drive portion 42 Reb sensor 44 Throttle sensor 50 Control device 70 Intake manifold 71 Throttle body 72 Intercooler

Claims (1)

複数の気筒からの排気通路が合流する排気合流点と、
前記排気合流点より下流に設けられた過給機と、
前記排気通路の内、前記気筒の出口から前記排気合流点までの間にEGRガス通路と連通する連通部を有するEGRガス供給排気通路を少なくとも1つ有する内燃機関の排気構造であって、
前記EGRガス供給排気通路は、前記連通部から前記排気合流点までの間に、他の排気通路の断面積より、断面積が小さくなる狭窄部を有することを特徴とする内燃機関の排気構造。
An exhaust merge point where exhaust passages from a plurality of cylinders merge;
A supercharger provided downstream from the exhaust junction;
An exhaust structure for an internal combustion engine having at least one EGR gas supply exhaust passage having a communication portion communicating with an EGR gas passage between an outlet of the cylinder and the exhaust confluence in the exhaust passage,
The exhaust structure of an internal combustion engine, wherein the EGR gas supply exhaust passage has a constricted portion having a cross-sectional area smaller than a cross-sectional area of another exhaust passage between the communication portion and the exhaust confluence.
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