JP2023056916A - internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine with an exhaust turbocharger.
内燃機関の気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン(タービンホイール)を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ(コンプレッサホイール)に伝達し、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が公知である。 The energy of the exhaust gas discharged from the cylinders of the internal combustion engine is used to rotate the exhaust turbine (turbine wheel), and the rotation is transmitted to the compressor impeller (compressor wheel) to pressurize and compress the intake air (supercharging). ) to feed the exhaust gas into the cylinder.
また、内燃機関の排気通路と吸気通路とをEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路を介して接続し、排気ガスの一部をEGR通路経由で吸気通路に還流させて吸入空気に混交する外部EGR装置も広く採用されている。EGRにより、気筒内での燃焼温度を低下させて有害物質NOxの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図ることができる(以上、下記特許文献を参照)。 There is also an external EGR device that connects an exhaust passage and an intake passage of an internal combustion engine via an EGR (Exhaust Gas Recirculation) passage, recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage via the EGR passage, and mixes it with the intake air. Widely adopted. By using EGR, the combustion temperature in the cylinder can be lowered to reduce the emission amount of NOx , which is a harmful substance, and at the same time, it is possible to reduce the pumping loss (see the following patent documents).
吸気に占めるEGRガスの割合であるEGR率を飛躍的に高め(例えば、30%超)、または空燃比を理論空燃比よりも大きく(例えば、空燃比λ≧2)リーン化して、燃料消費量を削減しようとする場合、気筒から排出されるガスの温度が顕著に低温化する。排気ガスの温度が350℃以下となることもある。 The EGR rate, which is the ratio of EGR gas in the intake air, is dramatically increased (eg, over 30%), or the air-fuel ratio is made leaner than the theoretical air-fuel ratio (eg, air-fuel ratio λ≧2) to reduce fuel consumption. is reduced, the temperature of the gas discharged from the cylinder is significantly lowered. The temperature of the exhaust gas may be 350° C. or less.
排気ターボ過給機のタービンに供給される排気ガスが有する熱エネルギの量が少ないと、過給機の効率が低下して吸気を過給する仕事が減少してしまう。その上、タービンを通過する過程で熱エネルギが持ち去られてさらに低温化した排気が三元触媒に流入することで、触媒の温度降下が起こり、排気に含まれる有害物質HC、CO、NOxの酸化/還元反応が阻害される懸念も生じる。 If the amount of heat energy contained in the exhaust gas supplied to the turbine of the exhaust turbocharger is small, the efficiency of the turbocharger will decrease and the work of supercharging the intake air will decrease. In addition, the heat energy is taken away in the process of passing through the turbine, and the temperature of the exhaust gas, which is further cooled, flows into the three-way catalyst, which causes the temperature of the catalyst to drop, and the harmful substances HC, CO, and NOx contained in the exhaust gas are reduced. There is also concern that the oxidation/reduction reaction will be inhibited.
本発明は、排気ターボ過給機が十分に吸気の過給の仕事を行い得るようにし、かつ三元触媒による排気中の有害物質の浄化能率を高く保つことを所期の目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to enable an exhaust turbocharger to sufficiently perform the work of supercharging intake air, and to maintain a high purification efficiency of harmful substances in exhaust gas by a three-way catalyst.
本発明では、排気ターボ過給機が付帯する内燃機関にあって、気筒から排出される排気が流通する排気通路上に、排気浄化用の触媒と、この触媒の下流に配した過給機のタービンと、タービンの下流に接続しタービンを通過した排気を触媒に近接する箇所に導く復流路とを設けることとした。 In the present invention, in an internal combustion engine with an exhaust turbosupercharger, a catalyst for purifying exhaust gas and a supercharger disposed downstream of the catalyst are provided in an exhaust passage through which exhaust gas discharged from a cylinder flows. A turbine and a return path connected to the downstream of the turbine and guiding the exhaust that has passed through the turbine to a location close to the catalyst are provided.
前記触媒及び前記タービンは、当該内燃機関の側面において、隣接させて配列することが好ましい。 Preferably, the catalyst and the turbine are arranged side by side on the side of the internal combustion engine.
前記復流路は、前記触媒の内を貫くように配設することが好ましい。 It is preferable that the return channel is arranged so as to penetrate through the inside of the catalyst.
本発明によれば、内燃機関に付帯する排気ターボ過給機が十分に吸気の過給の仕事を行い得、また三元触媒による排気中の有害物質の浄化能率を高く保つことができる。 According to the present invention, the exhaust gas turbocharger attached to the internal combustion engine can sufficiently perform the task of supercharging the intake air, and the three-way catalyst can maintain a high purification efficiency of harmful substances in the exhaust gas.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。本実施形態の内燃機関0は、複数の気筒(例えば、三気筒)を有する4ストロークレシプロエンジンである。図1は、本実施形態の内燃機関0を側方から見た状態を示している。内燃機関0の各気筒は、図1中の左右方向に沿って並立しており、内燃機関0の出力軸であるクランクシャフトは、図1中の左右方向に沿って伸長している。
One embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The
内燃機関0の各気筒で燃料を燃焼させることにより発生する排気ガスは、シリンダヘッドに開設した排気ポートを介して内燃機関0外に排出される。各気筒に連通する排気ポートは、図1の手前側に開口する。それら排気ポートもまた、図1中の左右方向に沿って並ぶ。
Exhaust gas generated by burning fuel in each cylinder of the
各排気ポートには、集合管である排気マニホルドを接続しており、各気筒から排出される排気ガスを当該排気マニホルドにおいて合流させる。排気マニホルドの出口は、排気浄化用の三元触媒を包有する触媒ケース11の入口12に接続している。即ち、排気マニホルドを流通した排気ガスが、当該入口12から触媒ケース11内に流入する。補足として、排気マニホルドが図示されていないのは、図1の触媒ケース11の奥側に排気マニホルドが存在し、これが触媒ケース11により隠されているからである。
An exhaust manifold, which is a collecting pipe, is connected to each exhaust port, and the exhaust gas discharged from each cylinder is joined at the exhaust manifold. An outlet of the exhaust manifold is connected to an
図2ないし図5に示すように、触媒ケース11は、内燃機関0の各気筒及びその吸気ポートが並ぶ方向、換言すればクランクシャフトの伸長方向に対し平行または略平行に延伸した筒状体である。触媒ケース11の入口12は、当該触媒ケース11の一端側、図1、図4及び図5中の右端側に位置する。触媒ケース11の入口12は、触媒ケース11の延伸方向に対し直交または略直交する方向に突出して、排気マニホルドの出口に連接する。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
触媒ケース11内に実装される排気浄化用の三元触媒は、既知のそれと同様、例えば白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属を、アルミナ等のコーティングを施すセラミック製の担体13に担持させてなるものである。担体13は、触媒ケース11の延伸方向に対し平行または略平行な方向に沿って拡張する。その内部には、同方向に沿ってこれを貫通する無数の小孔が形成されていて、排気ガスを流通させることができる。
The three-way catalyst for purifying exhaust gas mounted in the
本実施形態にあって、触媒1の担体13の中心部には、触媒ケース11の延伸方向に対し平行または略平行な方向に沿って当該担体13を貫く大径の軸孔を穿ってある。即ち、担体13が、いわばドーナツまたはバウムクーヘンのような形状をなしている。この軸孔には、後述する復流路3を配設する。
In this embodiment, at the center of the
図4中に矢印で表しているように、排気マニホルドから触媒ケース11に流入した排気ガスは、触媒1の担体13内を流通する。このとき、排気が含有する有害物質HC、CO、NOxの酸化/還元反応が促進され、有害物質が無害物質に変化する、つまりは排気が浄化される。
As indicated by arrows in FIG. 4 , the exhaust gas that has flowed into the
触媒ケース11の他端側、図1、図4及び図5中の左端側には、排気ターボ過給機2のタービンを連結している。触媒1を通過した排気ガスは、直接的にこのタービンに流入する。
The turbine of the
排気ターボ過給機2は、排気ガスの持つエネルギを利用してタービンを回転させ、その回転をコンプレッサのインペラに伝達し、コンプレッサにより吸気通路を流れる吸入空気を加圧圧縮、即ち過給して気筒へと送り込む、この分野では周知のものである。
The
しかして、図5中に矢印で表しているように、排気ターボ過給機2のタービンを通過した排気ガスは、触媒1の担体13内を貫くように配管した復流路3に流入し、この復流路3に沿って、ちょうど触媒1を流れるときとは逆方向に流れる。復流路3の配管の外周には、触媒1の担体13が当接ないし極近接している。最終的に、排気ガスは、復流路3の出口からマフラに向かい、外部に排出される。
5, the exhaust gas that has passed through the turbine of the
本実施形態では、排気ターボ過給機2が付帯する内燃機関0にあって、気筒から排出される排気が流通する排気通路上に、排気浄化用の触媒1と、この触媒1の下流に配した過給機2のタービンと、タービンの下流に接続しタービンを通過した排気を触媒1に近接する箇所に導く復流路3とを設けた。
In this embodiment, in an
排気浄化用の触媒1を排気マニホルドの下流かつ排気ターボ過給機2の上流に配置すれば、極低温のガスが触媒1に流入することを回避できる。ひいては、触媒1の温度降下を抑制し、触媒1の活性を維持して、排気中の有害物質の浄化能率を高く保つことができる。内燃機関0の冷間始動時等、触媒1の温度が低いときにも、その昇温を早めることができる。
If the
加えて、触媒1及びタービンを通過した排気を流通させる復流路3を、触媒1に近接ないし隣接する箇所に配管している。タービンから流下した排気ガスといえども、その温度が外気温並の冷温(常温)となることはなく、依然としてある程度以上の高温を有している。これを触媒1の近傍に流すことにより、触媒1の保温を図り、触媒1を通過してタービンに流入する排気ガスが触媒1に奪われる熱量を減少させて、過給機2の効率の低下を抑止し、以て吸気を過給する仕事を増大させることができる。
In addition, a
本実施形態では、内燃機関0の側面において、触媒1及びタービンを隣接させて配列している。触媒ケース11の直上流に排気マニホルドを直結し、触媒ケース11の直下流にタービンを直結することで、タービンに流入する前の排気ガスが有する熱エネルギが逃げる量を低減でき、過給機2による過給の仕事をより増強できる。のみならず、排気通路をコンパクト化でき、不要な部材を排除することにも繋がる。
In this embodiment, the
触媒ケース11及び復流路3はそれぞれ、各気筒の排気ポートの並ぶ方向に対し平行または略平行に延伸している。触媒ケース11及び復流路3は、排気マニホルドや、内燃機関0のシリンダヘッド及び/またはシリンダブロックの上部の側面に近接している。内燃機関0の運転中の排気マニホルド、シリンダヘッド、シリンダブロックは当然ながら高温であり、触媒ケース11をそれらに近づけることで、触媒1がそれらから受熱することになり、触媒1の保温効果がより一層高まる。
The
総じて、吸気のEGR率を高め、または空燃比をリーン化したリーンバーンを実行したとしても、過給機2が十分に吸気の過給の仕事を行い得、触媒1による排気中の有害物質の浄化能率も高く保つことが可能になる。
In general, even if the EGR rate of the intake air is increased or the air-fuel ratio is made leaner to perform lean burn, the
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、触媒1の担体13が円筒状をなし、その内を復流路3が貫いていたが、触媒と復流路との内外を逆にしてもよい。即ち、触媒の外周に隣接または近接させて円環状の復流路を設けるようにしてもよい。何れにせよ、復流路を流れる排気ガスが有している残存熱により、触媒を保温することが、本発明の骨子である。
The present invention is not limited to the embodiments detailed above. For example, in the above-described embodiment, the
その他、各部の具体的な構成は、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 can be modified in various ways without departing from the gist of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.
0…内燃機関
1…触媒
2…排気ターボ過給機
3…復流路
0...
Claims (3)
気筒から排出される排気が流通する排気通路上に、排気浄化用の触媒と、この触媒の下流に配した過給機のタービンと、タービンの下流に接続しタービンを通過した排気を触媒に近接する箇所に導く復流路とを設けた内燃機関。 An internal combustion engine accompanied by an exhaust turbocharger,
A catalyst for purifying exhaust gas, a turbine of a supercharger arranged downstream of the catalyst, and a turbine connected downstream of the turbine in an exhaust passage through which exhaust gas discharged from a cylinder flows are placed near the catalyst. An internal combustion engine provided with a return path leading to a point where the
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