JP3539255B2 - Internal combustion engine with supercharger - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関関連要素を昇温する燃焼式ヒータを備えるとともに、過給機を有する内燃機関に関する。さらに詳しくは、燃焼式ヒータの燃焼ガスの利用技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の内燃機関は、例えば直噴エンジンやディーゼルエンジンのように熱効率が高くなっており、余分に排出される熱量が少なくなっている。従って、内燃機関とは別に燃焼式ヒータを設け、機関始動時にヒータコア等の機関関連要素を加熱するようにしている。
【0003】
このような燃焼式ヒータを備える以上、排出される燃焼ガスを効率的に使用することが望まれる。
燃焼式ヒータの燃焼ガスを利用する例として、例えば、特開昭60−78819号に記載された例が知られている。
【0004】
これは、暖房空気を車室へ供給する燃焼式ヒータを備えるとともに、この燃焼式ヒータの排気口を排気管の排気浄化装置の上流に設けた構造である。
一方、内燃機関の排気系に設けたタービンで吸気系に設けたコンプレッサを回転駆動することで吸気を過給するターボチャージャを備えた内燃機関が知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の始動時には、排気圧は大きくないのでターボチャージャの過給圧も大きくない。従って、吸気量も多くはないので、内燃機関の始動性が良好であるとは言い難い。
【0006】
さらに、このようなターボチャージャ付きの内燃機関において、上記のような燃焼式ヒータを備えたとしても、従来、ターボチャージャと燃焼式ヒータとの間に何らかの関連性を見い出した例はない。
【0007】
本発明は、このような背景の下、燃焼式ヒータの燃焼ガスを効果的に使用することで内燃機関の始動性を向上させることを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の過給機を有する内燃機関は、以下の手段を採用した。
【0009】
すなわち、本発明の内燃機関は、燃料を燃焼することで得られた熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータと、内燃機関の排気系に設けたタービンで吸気系に設けたコンプレッサを回転駆動することで吸気を過給する過給機を備えた内燃機関において、内燃機関の始動時すなわちクランキング時に、燃焼式ヒータの燃焼ガスを排気系に流し、過給機のタービンを回転させる動力源とすることで、コンプレッサによる過給を行うようにしたものである。
【0010】
より具体的には、本発明の構成は、燃料を燃焼することで得られた熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータと、内燃機関の排気管に設けられたタービンを回転させることで、吸気管に設けたコンプレッサを回転させて吸気を過給する過給機と、前記内燃機関がクランキングしたとき前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記過給機のタービンへと導く燃焼ガス供給手段と、を備えたことを特徴とする過給機を有する内燃機関である。
【0011】
ここでさらに、前記過給機のタービンに設けられ、閉時にタービンの回転数を上げてコンプレッサによる過給圧を高める開閉自在の可変ノズルと、前記燃焼ガス供給手段での燃焼ガス供給時に、前記タービンの可変ノズルを閉じる可変ノズル制御手段とを備えるようにすることが好適である。可変ノズルを閉じると、タービンに排気ガスが集中してその流速が速くなるので、タービンはより速く回転する。その結果、コンプレッサも速く回転して過給圧がより高まる。結果的に内燃機関の始動性がより良好となる。
【0012】
本発明では、内燃機関の排気管から分岐して内燃機関の排気ガスを吸気管に戻すEGR管を備えるとともに、前記過給機のタービンをこのEGR管への分岐点よりも下流側の排気管に設け、このタービンを回転させることで、吸気管に設けたコンプレッサを回転させて吸気を過給するようにし、さらに、前記内燃機関がクランキングしたとき前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記EGR管を経由して排気管へと供給する燃焼ガス供給手段を備えるようにしてもよい。
【0013】
すなわち、EGR管を利用して燃焼式ヒータの燃焼ガスを排気管に設けたタービンに供給することとした。
この場合も、前記タービンに前記可変ノズルを設け、前記燃焼ガス供給手段での燃焼ガス供給時に、前記タービンの可変ノズルを閉じる可変ノズル制御手段をを備えることが好ましい。
【0014】
さらに、前記排気管上に内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒を備えるとともに、燃焼式ヒータからの燃焼ガスを燃焼ガスを触媒の下流側に位置する排気管に導入する燃焼ガス排出管を備え、また、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを、EGR管を介して触媒上流側の排気管へと導く第1のルートと、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを燃焼ガス排出管を介して触媒の下流側に位置する排気管に導入する第2のルートとを選択的に切り換える排気切換弁を備えるように構成してもよい。
【0015】
内燃機関を始動前あるいは始動時に、排気切換弁で第1のルートを選択し、EGR管から燃焼式ヒータの燃焼ガスを触媒上流側に導入すれば、触媒を昇温して排気浄化作用を内燃機関始動時に十分発揮できるようにすることが可能となる。一方、触媒温度を加熱しすぎるときは、排気切換弁で第2のルートを選択すれば、燃焼式ヒータの燃焼ガスを触媒下流側に排出することができるので、触媒温度が過剰に高くなってサルフェートが増加するという問題を避けることができる。
【0016】
ここで、内燃機関とは、通常のポート噴射ガソリンエンジンだけでなく、ガソリン直噴リーンバーンエンジンやディーゼルエンジンあるいはCNG(commpressed natural gas;圧縮天然ガス)エンジン等、排気系における雰囲気が酸素過剰でかつ炭化水素や一酸化炭素が少ない内燃機関も含む。
【0017】
燃焼式ヒータは、内燃機関本体とは別物として内燃機関に付属するヒータであって、内燃機関本体のシリンダ内での燃焼に何等影響されることなく独自の燃焼を行って燃焼ガスを排出するものである。機関始動前から機関関連要素の温度を高める必要上、内燃機関本体とは別途設けたものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明に係る過給機を有する内燃機関の実施の形態について図1〜図6に基づいて説明する。
【0019】
図1は、本実施の形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関は、多気筒の水冷式ディーゼルエンジンである。
ディーゼルエンジンは、機関冷却水を含むウォータジャケットを有するエンジン本体1と、エンジン本体1の複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置2と、混合気が燃焼した後の排気ガスを大気中に放出する排気装置3と、エンジン搭載車輌の室内を暖める暖房装置のヒータコア4とを有する。
【0020】
前記吸気装置2は、吸気を濾過するエアクリーナ5と、このエアクリーナ5を通過した吸気を圧送するターボチャージャ6のコンプレッサ6aと、このコンプレッサ6aで圧縮される際に生じる熱で昇温された吸気を冷却するインタークーラ7と、このインタークーラ7を通過した吸気をエンジン本体1の各気筒へと送入するインテークマニホールド8とを備えており、これらは吸気管9で互いに接続されている。また、インタークーラ7とエンジン本体1との間には、吸気絞り弁11が配置されている。
【0021】
前記排気装置3は、エンジン本体1の排気ポートに接続されるエキゾーストマニホールド12と、ターボチャージャ6のタービン6bと、排気ガスを浄化する排気浄化触媒13と、この触媒13に接続される図示しないマフラーとを排気管14上に備えている。排気浄化触媒13として、本例ではNOx 触媒13aを上流側に、酸化触媒13bを下流側に備えている。NOx 触媒としては、選択還元型リーンNOx 触媒、吸蔵還元型リーンNOx 触媒を例示できる。
【0022】
選択還元型リーンNOx 触媒とは、酸素過剰の雰囲気(リーン雰囲気)で、かつ、炭化水素(HC)が存在する状態でNOx を還元または分解する触媒であり、例えば、ゼオライトにCu等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒や、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触媒等を例示できる。選択還元型NOx 触媒は、触媒床温が触媒浄化ウインド内にあって、流入する排気の空燃比がリーン雰囲気であり、更に排気中にHC、好ましくは熱分解されて分子サイズが小さくなったHCが存在していれば、HCの一部が部分酸化して活性種を生成し、その活性種が排気中のNOx と反応して、NOx をN2、H2O、CO2等に還元する。
【0023】
吸蔵還元型リーンNOx 触媒は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されている。機関吸気通路及びNOx 触媒上流での排気通路内に供給された空気及び燃料(炭化水素)の比をNOx 触媒への流入排気ガスの空燃比と称するとき、このNOx 触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはNOx を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOx を放出する。
【0024】
前記酸化触媒は、NOx 触媒に添加された還元剤(ディーゼルの場合燃料)の消費されなかったもの、すなわちHC、CO等の成分を酸化してCO2、水にして排出する。
【0025】
前記選択還元型リーンNOx 触媒は、触媒床温が所定の温度範囲(触媒浄化ウインド)内にある場合に、浄化能力を発揮するが、この点は吸蔵還元型リーンNOx 触媒や酸化触媒も同様である。図2に、触媒に入る排気ガスの温度とNOx 浄化率との関係を示す。この図から、例えば160℃から300℃の間で、NOx 浄化率が高いことが理解できる。
【0026】
また、エンジン本体1には、排気ガスの一部を吸気系に戻すことで、燃焼温度を下げ、排気ガス中のNOx を低減させる排気ガス再循環装置(EGR)を設けてある。EGRは、排気管14としてのエキゾーストマニホールド12と吸気管9のインテークマニホールド8とを結ぶEGR管20を備えている。
【0027】
EGR管20には、ここを通る流通ガス量を制御するEGR弁21が設けられている。EGR弁21は、ECU18に電気的に接続してある。このEGR弁21は、定常的な機関の運転中にECU18の指令により開くことで、EGR装置が排気再循環装置としての機能を発揮する。このEGR弁21は、エンジンが始動する前の停止状態にあって燃焼式ヒータ22が作動している場合に開くことで、EGR管20を介して、燃焼式ヒータ22が出す燃焼ガスを吸気管9から排気管14に送る。このように、エンジンが停止しているときであっても燃焼式ヒータの燃焼ガスが既存のEGR管20を通過して排気管14上の触媒13に流れるため、エンジンが始動するときには、触媒13は有効に機能し得る温度にまで達している。したがって、エンジン始動後は、触媒13の浄化性能を十分に高めることができる。それに加え、既存のEGR管20を利用するので構造簡単でコストも下げられる。
【0028】
さらに、EGR管20への分岐点よりも下流側の排気管14上であって、触媒13より上流側に、ターボチャージャ6のタービン6bが設けられている。
ターボチャージャ6は図3に示したようにタービン6bに可変ノズルベーン62を有している。図4はこの可変ノズルベーン62の詳細を示したものであり、図4において、61はタービンホイールを示しており、タービンホイール61に排気ガスを導くタービン入口に、開度を可変可能なノズルベーン(可変ノズル)62が設けられている。
【0029】
本実施例では、ノズルベーン62の開度は、駆動リング63の回動をリンク64を介して伝達することによって調整されるようになっており、駆動リング63は、空気圧で駆動されるアクチュエータ65のロッド66に連結されている。図4において、ロッド66が左側に作動されるとノズルベーン62の開度は大となり、右側に作動されるとノズルベーン62の開度は小となる。
【0030】
アクチュエーター65には、ダイヤフラム67、68に隔成された2つのダイヤフラム室内69、70が形成されている。ダイヤフラム67、68は、それぞれロッド66に連結されている。また、ダイヤフラム67、68は、それぞれスプリング71、72によって一方に付勢されている。なお、73はロッド66部分からの空気の洩れを防止するためのベローズである。
【0031】
ダイヤフラム室69、70の入口ポート74、75は、それぞれエレクトリック・バキュームレギュレーティングバルブ(以下EVRVという。)76、77に接続されており、EVRV76,77は負圧源としてのバキュームポンプ78に接続されている。また、EVRV76、77は、ECU18に接続されており、ECU18からの信号に基いて、ダイヤフラム室69、70に導入する負圧を、バキュームポンプ78からの負圧と、大気ポート80、81からの大気圧とに切換える。なお、本実施例では、アクチュエータ65の中間作動位置、すなわちダイヤフラム室69、70に同時に大気圧が導入されるか同圧の負圧が同時に導入された場合の動作位置は、ノズルベーン62の開度が全開と全閉の中間開度となるような作動位置となっている。
【0032】
そして、エンジン始動時、EVRV77をオンにし、EVRV76をオフにすることで負圧をダイヤフラム室70に導入すると、ロッド66は図4の右方向に進出し、ノズルベーン62が閉じる。すると、タービン6bに排気管14を流れるガスが集中し、タービン6bの回転数を上げるので、これに伴い、コンプレッサ6aの回転数も上がり、よって、吸気が過給され、エンジンの始動性が向上する。
次に、燃焼式ヒータ22について説明する。
【0033】
図1に示したように、前記エアクリーナ5とターボチャージャ6のコンプレッサ6aとを結ぶ吸気管9から分岐して、ヒータ用枝管31が設けられ、このヒータ用枝管31に燃焼式ヒータ22が接続されている。
【0034】
この燃焼式ヒータ22は、エンジンとは別途に燃料を燃焼することで発生する熱で熱媒体(冷却水)を加熱し、この熱媒体を機関関連要素として前記ヒータコア4やエンジン本体1を循環させ、その際生じる熱交換によりこれら機関関連要素を加熱する。このため、燃焼式ヒータ22からヒータコア4やエンジン本体1のウォータージャケットを経由して熱媒体(冷却水)を循環させる熱媒体循環路が設けられている。
【0035】
このような熱媒体循環路として、前記燃焼式ヒータ22には、エンジンの冷却水を燃焼式ヒータ22へ導く冷却水導入通路32と、燃焼式ヒータ22内で暖められた冷却水をヒータコア4を経由してエンジン本体1へ導く冷却水排出通路33とが接続されている。
【0036】
ここで、燃焼式ヒータ22の具体的な構成について図5に基づいて説明する。燃焼式ヒータ22の内部には、前記ウォータジャケットからの冷却水を流すため、冷却水導入通路32と、冷却水排出通路33とに連通するヒータ内部冷却水通路22aが形成されている。
【0037】
前記ヒータ内部冷却水通路22aは、燃焼式ヒータ22の内部に形成された燃焼室22dの周りを巡回するよう配置され、ヒータ内部冷却水路22a内を流れる冷却水が燃焼室22dからの熱を受けて昇温するようになっている。
【0038】
燃焼室22dは、火炎を発生させる燃焼源としての燃焼筒22bと、燃焼筒22bを覆うことで火炎が外部に漏れないようにする円筒状の隔壁22cとから構成されている。このように燃焼筒22bを隔壁22cで覆うことにより、燃焼室22dが隔壁22c内に画されることになる。そして、隔壁22cは、燃焼式ヒータ22の外壁24によって覆われている。尚、隔壁22cと外壁24との間には、環状の隙間が設けられ、この隙間が前述したヒータ内部冷却水路22aとして機能するようになっている。
【0039】
燃焼式ヒータ22には、空気供給口22eと排気排出口22fとが形成され、これらの空気供給口22eと排気排出口22fとが燃焼室22dに連通している。そして、前記空気供給口22eには吸気導入のため前記ヒータ用枝管31が接続され、前記排気排出口22fは、吸気管9に接続されている。排気排出口22fから排出される燃焼ガスは、吸気管9とEGR管20とを介して排気管14へと導入されるようになっている。
【0040】
前記燃焼筒22bには、燃料導入通路25が接続され、燃料ポンプ16から吐出された燃料の一部が燃焼筒22bに供給されるようになっている。さらに、燃焼筒22bには、前記燃料導入通路25によって供給された燃料を気化するための気化グロープラグ(図示せず)と、気化燃料に着火するための点火グロープラグ(図示せず)とが内装されている。尚、気化グロープラグと点火グロープラグとは、単一のグロープラグで兼用されるようにしてもよい。
【0041】
このように構成された燃焼式ヒータ22では、ヒータ用枝管31から空気供給口22eに流れ込んだ吸気が燃焼室22dに導かれるとともに、燃料導入通路25によって燃焼筒22bに供給された燃料が気化グロープラグによって気化される。そして、前記吸気と前記気化燃料とが混合して混合気を形成し、その混合気が燃焼室22d内の点火グロープラグによって着火されて燃焼する。
【0042】
また、燃焼式ヒータ22には、前記したように燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスを、吸気管9とEGR管20とを介して排気管14へと導入するようになっているが、吸気管9と燃焼式ヒータの排気排出口22fとEGR管20との接続点には、図1に示したように、排気切換弁50が設けられており、さらに、この排気切換弁50を介して排気排出口22fからの燃焼ガスを触媒13の下流側に位置する排気管14に導入する燃焼ガス排出管51が設けられている。
【0043】
ぞして、前記排気切換弁50は、ECU18に電気的に接続され、ECU18からの指令により、排気排出口22fからの燃焼ガスを吸気管9からエンジン本体3内もしくはEGR管20を介して触媒上流側の排気管14へと導く第1のルートと、排気排出口22fからの燃焼ガスを燃焼ガス排出管51を介して触媒13の下流側に位置する排気管14に導入する第2のルートとを選択的に切り換えるように構成されている。
【0044】
排気切換弁の切換のため、エンジン水温(THW)を検出する水温センサや、触媒13入口部分に触媒への入りガス温度を検出する温度センサが設けられ、あるいは、触媒内に触媒温度を検出する温度センサが設けられ、これらセンサで検出された温度がECUに送信されるようになっている。
【0045】
ECU18では、これらセンサから送られてくるエンジン水温、排気ガス温度、触媒温度のいずれかの温度に基づいて、排気切換弁50を切り換えて第1のルートを選択すべきか、第2のルートを選択すべきかを判定する切換弁切換制御手段を実現している。
【0046】
エンジンの始動前あるいは始動後の暖機中、排気切換弁50が第1のルートを選択しているとき、燃焼ガスは、EGR管20を介して、NOx 触媒13上流の排気管14に導かれる。排気管14に導入された燃焼ガスは、タービン6bを経由してNOx 触媒13aに流入する。よって、燃焼ガスはタービン6bを回転させてこれに伴うコンプレッサ6aの回転により吸気を過給する。このとき、タービン6bの回転数を上げるため、ノスルベーン62を閉じる。さらに、触媒13に導入された燃焼ガスの熱がNOx 触媒13aに伝達され、NOx 触媒13aの触媒床温が上昇する。
【0047】
エンジンの始動後、排気ガスが発生するが、NOx 触媒13aの触媒床温が既に触媒浄化ウインド内にあり、排気ガス中に十分な酸素が存在しることを条件に、排気ガス中に含まれていたHCが部分酸化して活性種を形成し、その活性種が排気中のNOXと反応してNOXをN2、H2O、CO2等に還元する。
【0048】
また、燃焼式ヒータ22では、燃焼室22d内の燃焼によって発生した熱が隔壁22cを介して前記ヒータ内部冷却水通路22a内を流れる冷却水に伝達され、冷却水を昇温させる。
【0049】
エンジンの始動後に、エンジンの水温が上がって暖機が終了したとみなされると、切換弁切換制御手段は第2のルートを選択する。このとき、燃焼式ヒータからの燃焼ガスは、燃焼ガス排出管51を介して触媒13の下流側に位置する排気管14に排出されるので、それ以後、燃焼ガスによる触媒の加熱はなくなり排気ガスによる触媒の加熱のみとなる。よって、触媒が過剰に加熱されてサルフェートが生じることがない。なお、第2のルートが選択されているとき、当然新気は吸気管9からエンジン本体3に供給されていることは言うまでもない。
【0050】
次に、本実施の形態に係る排気切換弁の制御について述べる。
本実施の形態に係る排気制御弁の制御は、ECU18により図6に示すようなルーチンを実行することによって実現される。この排気切換弁制御ルーチンは、エンジンのクランキング時を含む所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンである。
【0051】
先ずS101で初期化が行われ、水温センサで検出したエンジン水温とエンジン回転数が取り込まれる。
次いで、S102において、エンジン水温THWが所定の温度例えば20℃より低いか否かが判定される。
【0052】
ここで、エンジン水温THWが所定の温度より高ければ、S105で排気切換弁OFF、可変ノズル開のままルーチンを終了するが、エンジン水温THWが所定の温度より低い場合はS103に移行し、エンジン回転数NEが所定の回転数より低いか否かが判定される。
【0053】
エンジン回転数NEが所定の回転数より高い場合はS105で排気切換弁OFF、可変ノズル開のままルーチンを終了するが、低い場合は排気切換弁をオンにして、第1のルートを選択する。同時に、可変ノズルのノズルベーン62を閉じる。エンジン回転数が低い場合、排気ガスの流量も少ないので、第1のルートを選択することで、燃焼式ヒータ22からの燃焼ガスを、EGR管20を介して排気管14へと導入する。燃焼ガスを含む排気ガスはノズルベーン62が閉じた状態でタービン6bを回転させるので、タービン6bの回転数が上がり、コンプレッサ6aによる吸気の過給が行われる。このため、エンジンの始動性能が向上する。また、EGR管20を介して排気管14へと導入された燃焼式ヒータの燃焼ガスは、排気管14から触媒13へと導入され、触媒を加熱するので、触媒の活性化が早まる。
【0054】
暖機が終了すると、エンジン水温は所定温度より高くなるので、S102で否定判定される。すると、S105で排気切換弁OFF、可変ノズル開に戻すので、第2のルートが選択され、燃焼式ヒータの燃焼ガスは燃焼ガス排出管51を介して触媒13の下流側に位置する排気管14に排出される。よって、それ以後、燃焼ガスによる触媒の加熱はなくなり、触媒は排気ガスのみにより加熱される。
【0055】
【発明の効果】
本発明によれば、燃焼式ヒータの燃焼ガスを利用して、内燃機関の始動時に過給機による吸気の過給を行うことができるので、内燃機関の始動性を高めることができる。
【0056】
また、可変ノズル付きのタービンを利用すればより過給性能を高めることができる。
さらに、燃焼式ヒータの燃焼ガスを過給機のタービンに導入するにあたり既存設備であるEGR管を利用するので、安価に構成することができる。
【0057】
また、内燃機関の始動時に燃焼式ヒータの燃焼ガスを触媒に導入することができ、触媒を加熱して活性化を促進することができるとともに、触媒の加熱後は、触媒の下流側に燃焼ガスを排気することができるので、必要以上に触媒を加熱することがなく、サルフェートの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る過給機を有する内燃機関の実施形態の概略構成図
【図2】触媒入りガス温度と触媒浄化率との関係を示す図
【図3】可変ノズルを有する過給機を示す斜視図
【図4】可変ノズルベーンの詳細図
【図5】燃焼式ヒータの概略断面図
【図6】実施形態に係る排気切換弁制御ルーチンを示す図
【符号の説明】
1…エンジン本体
2…吸気装置
3…排気装置
4…ヒータコア
5…エアクリーナ
6…ターボチャージャ
6a…コンプレッサ
6b…ターボチャージャのタービン
7…インタークーラ
8…インテークマニホールド
9…吸気管
11…吸気絞り弁
12…エキゾーストマニホールド
13…排気浄化触媒
13a…NOx 触媒
13b…酸化触媒
14…排気管
15…燃料添加ノズル
16…燃料ポンプ
17…電磁弁
18…ECU
19…温度センサ(排気温度検出手段)
20…EGR通路
21…EGR弁
22a…ヒータ内部冷却水通路
22b…燃焼筒
22c…隔壁
22d…燃焼室
22e…空気供給口
22f…排気排出口
24…外壁
25…燃料導入通路
31…ヒータ用枝管
32…冷却水導入通路
33…冷却水排出通路
50…排気切換弁
51…燃焼ガス排出管
61…タービンホイール
62…可変ノズルベーン(可変ノズル)
63…駆動リング
64…リンク
65…アクチュエータ
66…ロッド
67、68…ダイヤフラム
69、70…ダイヤフラム室
71、72…スプリング
73…ベローズ
74、75…入口ポート
76、77…エレクトリック・バキュームレギュレーティングバルブ
78…バキュームポンプ
80、81…大気ポート
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine that includes a combustion heater that raises the temperature of an engine-related element and has a supercharger. More specifically, the present invention relates to a technique for using combustion gas of a combustion heater.
[0002]
[Prior art]
In recent years, internal combustion engines have high thermal efficiencies, such as direct injection engines and diesel engines, for example, and the amount of excess heat discharged is small. Therefore, a combustion-type heater is provided separately from the internal combustion engine to heat engine-related elements such as a heater core when the engine is started.
[0003]
Since such a combustion type heater is provided, it is desired to use the exhausted combustion gas efficiently.
As an example of using a combustion gas of a combustion heater, an example described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-78819 is known.
[0004]
This is a structure in which a combustion-type heater for supplying heating air to a vehicle compartment is provided, and an exhaust port of the combustion-type heater is provided upstream of an exhaust purification device of an exhaust pipe.
On the other hand, there is known an internal combustion engine having a turbocharger that supercharges intake air by rotating a compressor provided in an intake system by a turbine provided in an exhaust system of the internal combustion engine.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the internal combustion engine is started, the supercharging pressure of the turbocharger is not large because the exhaust pressure is not large. Therefore, since the intake air amount is not large, it is difficult to say that the startability of the internal combustion engine is good.
[0006]
Further, even in such an internal combustion engine equipped with a turbocharger, even if the above-described combustion type heater is provided, there has been no example of finding any relationship between the turbocharger and the combustion type heater.
[0007]
Under such a background, an object of the present invention is to improve the startability of an internal combustion engine by effectively using the combustion gas of a combustion heater.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the following means has been adopted for an internal combustion engine having a supercharger of the present invention.
[0009]
That is, the internal combustion engine of the present invention is provided in the intake system with a combustion heater provided to raise the temperature of the engine-related elements by the heat obtained by burning the fuel, and a turbine provided in the exhaust system of the internal combustion engine. An internal combustion engine provided with a supercharger that supercharges intake air by rotating a compressor that is driven at the time of starting the internal combustion engine, that is, at the time of cranking, by flowing combustion gas of a combustion type heater to an exhaust system, and forming a turbine of the supercharger Is used as a power source for rotating the compressor, thereby performing supercharging by a compressor.
[0010]
More specifically, the configuration of the present invention includes a combustion type heater provided to raise the temperature of an engine-related element by heat obtained by burning fuel, and a turbine provided in an exhaust pipe of an internal combustion engine. By rotating, a supercharger that rotates a compressor provided in an intake pipe to supercharge intake air, and guides combustion gas of the combustion heater to a turbine of the supercharger when the internal combustion engine is cranked. And a combustion gas supply means.
[0011]
Here, further, a variable nozzle that is provided in the turbine of the supercharger and that can be opened and closed to increase the rotation speed of the turbine when closed and to increase the supercharging pressure by the compressor, and when the combustion gas is supplied by the combustion gas supply means, Preferably, a variable nozzle control means for closing the variable nozzle of the turbine is provided. When the variable nozzle is closed, the turbine rotates faster because the exhaust gas concentrates on the turbine and its flow velocity increases. As a result, the compressor rotates at a high speed, and the supercharging pressure is further increased. As a result, the startability of the internal combustion engine becomes better.
[0012]
According to the present invention, an EGR pipe which branches off from an exhaust pipe of the internal combustion engine and returns exhaust gas of the internal combustion engine to an intake pipe is provided, and the turbine of the supercharger is connected to an exhaust pipe downstream of a branch point to the EGR pipe. By rotating this turbine, the compressor provided in the intake pipe is rotated to supercharge the intake air. Further, when the internal combustion engine is cranked, the combustion gas of the combustion heater is supplied to the EGR pipe. And a combustion gas supply means for supplying to the exhaust pipe via
[0013]
That is, the combustion gas of the combustion heater is supplied to the turbine provided in the exhaust pipe using the EGR pipe.
Also in this case, it is preferable that the variable nozzle is provided in the turbine, and a variable nozzle control unit that closes the variable nozzle of the turbine when the combustion gas is supplied by the combustion gas supply unit is provided.
[0014]
Further, a combustion gas exhaust pipe is provided with a catalyst for purifying exhaust gas exhausted from the internal combustion engine on the exhaust pipe, and introducing combustion gas from a combustion type heater into an exhaust pipe located downstream of the catalyst. A first route for guiding the combustion gas discharged from the combustion type heater to an exhaust pipe on the upstream side of the catalyst via an EGR pipe; and a combustion gas discharged from the combustion type heater to a combustion gas. An exhaust switching valve may be provided to selectively switch between a second route introduced into an exhaust pipe located downstream of the catalyst via the exhaust pipe.
[0015]
Before or at the time of starting the internal combustion engine, if the first route is selected by the exhaust gas switching valve and the combustion gas of the combustion type heater is introduced from the EGR pipe to the upstream side of the catalyst, the temperature of the catalyst is raised and the exhaust purification action is performed. It is possible to make full use of it when starting the engine. On the other hand, when the catalyst temperature is excessively heated, if the second route is selected by the exhaust gas switching valve, the combustion gas of the combustion heater can be discharged to the downstream side of the catalyst, so that the catalyst temperature becomes excessively high. The problem of increased sulfate can be avoided.
[0016]
Here, the internal combustion engine means not only a normal port injection gasoline engine but also a gasoline direct injection lean burn engine, a diesel engine or a CNG (compressed natural gas) engine, and the atmosphere in the exhaust system is excessive in oxygen and Includes internal combustion engines low in hydrocarbons and carbon monoxide.
[0017]
The combustion type heater is a heater attached to the internal combustion engine as a separate product from the internal combustion engine body, and performs a unique combustion without being affected by the combustion in the cylinder of the internal combustion engine body and discharges combustion gas. It is. Since it is necessary to raise the temperature of the engine-related elements before the engine is started, it is provided separately from the internal combustion engine body.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of an internal combustion engine having a supercharger according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0019]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to the present embodiment. The internal combustion engine shown in FIG. 1 is a multi-cylinder water-cooled diesel engine.
The diesel engine has an engine main body 1 having a water jacket containing engine cooling water, an intake device 2 for feeding air required for combustion into a plurality of cylinders of the engine main body 1, and an exhaust gas after the air-fuel mixture is burned. It has an exhaust device 3 for discharging into the inside and a heater core 4 of a heating device for warming the interior of the vehicle equipped with the engine.
[0020]
The intake device 2 includes an air cleaner 5 that filters intake air, a compressor 6a of a turbocharger 6 that pumps intake air that has passed through the air cleaner 5, and intake air that has been heated by heat generated when compressed by the compressor 6a. An intercooler 7 for cooling and an intake manifold 8 for sending intake air passing through the intercooler 7 to each cylinder of the engine body 1 are connected to each other by an intake pipe 9. Further, an intake throttle valve 11 is arranged between the intercooler 7 and the engine body 1.
[0021]
The exhaust device 3 includes an exhaust manifold 12 connected to an exhaust port of the engine body 1, a turbine 6b of the turbocharger 6, an exhaust purification catalyst 13 for purifying exhaust gas, and a muffler (not shown) connected to the catalyst 13. Are provided on the exhaust pipe 14. In this example, the exhaust purification catalyst 13 includes a NOx catalyst 13a on the upstream side and an oxidation catalyst 13b on the downstream side. As the NOx catalyst, a selective reduction type lean NOx catalyst and a storage reduction type lean NOx catalyst can be exemplified.
[0022]
The selective reduction type lean NOx catalyst is a catalyst that reduces or decomposes NOx in an oxygen-excess atmosphere (lean atmosphere) and in the presence of hydrocarbons (HC). And a catalyst in which a noble metal is supported on zeolite or alumina. In the selective reduction type NOx catalyst, the catalyst bed temperature is in the catalyst purification window, the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean atmosphere, and HC in the exhaust gas, preferably HC which has been thermally decomposed to have a reduced molecular size. Is present, a part of HC is partially oxidized to generate active species, and the active species reacts with NOx in the exhaust gas to reduce NOx to N 2 , H 2 O, CO 2, and the like. .
[0023]
The storage-reduction type lean NOx catalyst uses, for example, alumina as a carrier, and on the carrier, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earths such as barium Ba, calcium Ca, and lanthanum La. , And at least one selected from rare earths such as yttrium Y and a noble metal such as platinum Pt. When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied to the engine intake passage and the exhaust passage upstream of the NOx catalyst is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst, the NOx catalyst generates When the fuel ratio is lean, NOx is absorbed, and when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the absorbed NOx is released.
[0024]
The oxidizing catalyst oxidizes components of the reducing agent (fuel in the case of diesel) that have not been consumed, that is, components such as HC and CO, and discharges them as CO 2 and water.
[0025]
The selective reduction type lean NOx catalyst exhibits a purification ability when the catalyst bed temperature is within a predetermined temperature range (catalyst purification window), but this is the same for the occlusion reduction type lean NOx catalyst and the oxidation catalyst. is there. FIG. 2 shows the relationship between the temperature of the exhaust gas entering the catalyst and the NOx purification rate. From this figure, it can be understood that the NOx purification rate is high, for example, between 160 ° C. and 300 ° C.
[0026]
Further, the engine body 1 is provided with an exhaust gas recirculation device (EGR) for lowering the combustion temperature and reducing NOx in the exhaust gas by returning a part of the exhaust gas to the intake system. The EGR includes an EGR pipe 20 that connects the exhaust manifold 12 as the exhaust pipe 14 and the intake manifold 8 of the intake pipe 9.
[0027]
The EGR pipe 20 is provided with an EGR valve 21 for controlling the amount of gas flowing therethrough. The EGR valve 21 is electrically connected to the ECU 18. The EGR valve 21 opens as a command of the ECU 18 during steady operation of the engine, so that the EGR device functions as an exhaust gas recirculation device. The EGR valve 21 is opened when the combustion type heater 22 is operating in a stop state before the engine is started, so that the combustion gas emitted by the combustion type heater 22 is supplied through the EGR pipe 20 to the intake pipe. 9 to the exhaust pipe 14. As described above, even when the engine is stopped, the combustion gas from the combustion heater flows through the existing EGR pipe 20 to the catalyst 13 on the exhaust pipe 14, so that when the engine starts, the catalyst 13 Has reached a temperature at which it can function effectively. Therefore, after the engine is started, the purification performance of the catalyst 13 can be sufficiently improved. In addition, since the existing EGR pipe 20 is used, the structure is simple and the cost can be reduced.
[0028]
Further, a turbine 6 b of the turbocharger 6 is provided on the exhaust pipe 14 downstream of the branch point to the EGR pipe 20 and upstream of the catalyst 13.
As shown in FIG. 3, the turbocharger 6 has a variable nozzle vane 62 in the turbine 6b. FIG. 4 shows the details of the variable nozzle vane 62. In FIG. 4, reference numeral 61 denotes a turbine wheel. A nozzle vane (variable) whose opening is variable is provided at a turbine inlet for guiding exhaust gas to the turbine wheel 61. Nozzle) 62 is provided.
[0029]
In this embodiment, the opening degree of the nozzle vane 62 is adjusted by transmitting the rotation of the drive ring 63 via the link 64, and the drive ring 63 is connected to the actuator 65 driven by air pressure. It is connected to a rod 66. In FIG. 4, when the rod 66 is operated to the left, the opening of the nozzle vane 62 becomes large, and when the rod 66 is operated to the right, the opening of the nozzle vane 62 becomes small.
[0030]
The actuator 65 is formed with two diaphragm chambers 69 and 70 separated by diaphragms 67 and 68. The diaphragms 67 and 68 are connected to the rod 66, respectively. The diaphragms 67 and 68 are biased to one side by springs 71 and 72, respectively. Reference numeral 73 denotes a bellows for preventing air from leaking from the rod 66.
[0031]
The inlet ports 74, 75 of the diaphragm chambers 69, 70 are connected to electric vacuum regulating valves (hereinafter, EVRV) 76, 77, respectively, and the EVRVs 76, 77 are connected to a vacuum pump 78 as a negative pressure source. ing. Further, the EVRVs 76 and 77 are connected to the ECU 18, and based on a signal from the ECU 18, reduce the negative pressure introduced into the diaphragm chambers 69 and 70 with the negative pressure from the vacuum pump 78 and the atmosphere ports 80 and 81. Switch to atmospheric pressure. In the present embodiment, the intermediate operating position of the actuator 65, that is, the operating position when the atmospheric pressure is simultaneously introduced into the diaphragm chambers 69 and 70 or when the same negative pressure is simultaneously introduced is determined by the opening degree of the nozzle vane 62. Is in an operating position such that the opening degree is an intermediate opening between the fully opened state and the fully closed state.
[0032]
Then, when the engine is started, when the negative pressure is introduced into the diaphragm chamber 70 by turning on the EVRV 77 and turning off the EVRV 76, the rod 66 advances rightward in FIG. 4 and the nozzle vane 62 closes. Then, the gas flowing through the exhaust pipe 14 concentrates on the turbine 6b, and the rotation speed of the turbine 6b is increased. As a result, the rotation speed of the compressor 6a is also increased, so that the intake air is supercharged and the startability of the engine is improved. I do.
Next, the combustion type heater 22 will be described.
[0033]
As shown in FIG. 1, a branch pipe 31 for a heater is provided branching from an intake pipe 9 connecting the air cleaner 5 and the compressor 6 a of the turbocharger 6, and a combustion type heater 22 is provided on the branch pipe 31 for the heater. It is connected.
[0034]
The combustion heater 22 heats a heat medium (cooling water) with heat generated by burning fuel separately from the engine, and circulates the heater core 4 and the engine body 1 using the heat medium as an engine-related element. The resulting heat exchange heats these engine-related elements. Therefore, a heat medium circulation path is provided for circulating a heat medium (cooling water) from the combustion heater 22 via the heater core 4 and the water jacket of the engine body 1.
[0035]
As such a heat medium circulation path, the combustion type heater 22 includes a cooling water introduction passage 32 that guides engine cooling water to the combustion type heater 22, and a heater core 4 that supplies the cooling water heated in the combustion type heater 22. A cooling water discharge passage 33 that leads to the engine main body 1 via the cooling water discharge passage 33 is connected.
[0036]
Here, a specific configuration of the combustion heater 22 will be described with reference to FIG. Inside the combustion type heater 22, a heater internal cooling water passage 22 a communicating with a cooling water introduction passage 32 and a cooling water discharge passage 33 is formed for flowing cooling water from the water jacket.
[0037]
The heater internal cooling water passage 22a is arranged to circulate around a combustion chamber 22d formed inside the combustion type heater 22, and cooling water flowing in the heater internal cooling water passage 22a receives heat from the combustion chamber 22d. To increase the temperature.
[0038]
The combustion chamber 22d includes a combustion tube 22b as a combustion source for generating a flame, and a cylindrical partition wall 22c that covers the combustion tube 22b to prevent the flame from leaking to the outside. By covering the combustion cylinder 22b with the partition 22c in this way, the combustion chamber 22d is defined inside the partition 22c. The partition wall 22c is covered by the outer wall 24 of the combustion type heater 22. An annular gap is provided between the partition wall 22c and the outer wall 24, and this gap functions as the above-described heater internal cooling water passage 22a.
[0039]
The combustion heater 22 has an air supply port 22e and an exhaust discharge port 22f, and the air supply port 22e and the exhaust discharge port 22f communicate with the combustion chamber 22d. The heater branch pipe 31 is connected to the air supply port 22e for introducing the intake air, and the exhaust discharge port 22f is connected to the intake pipe 9. The combustion gas discharged from the exhaust outlet 22f is introduced into the exhaust pipe 14 via the intake pipe 9 and the EGR pipe 20.
[0040]
A fuel introduction passage 25 is connected to the combustion cylinder 22b, and a part of the fuel discharged from the fuel pump 16 is supplied to the combustion cylinder 22b. Further, a vaporizing glow plug (not shown) for vaporizing the fuel supplied through the fuel introduction passage 25 and an ignition glow plug (not shown) for igniting the vaporized fuel are provided in the combustion cylinder 22b. It is decorated. The vaporizing glow plug and the ignition glow plug may be shared by a single glow plug.
[0041]
In the combustion type heater 22 configured as described above, the intake air flowing into the air supply port 22e from the heater branch pipe 31 is guided to the combustion chamber 22d, and the fuel supplied to the combustion cylinder 22b by the fuel introduction passage 25 is vaporized. Vaporized by glow plug. Then, the intake air and the vaporized fuel are mixed to form an air-fuel mixture, and the air-fuel mixture is ignited by an ignition glow plug in the combustion chamber 22d and burns.
[0042]
In addition, the combustion type heater 22 is configured to introduce the combustion gas generated by the combustion of the fuel into the exhaust pipe 14 through the intake pipe 9 and the EGR pipe 20 as described above. An exhaust switching valve 50 is provided at a connection point between the intake pipe 9, the exhaust outlet 22 f of the combustion heater, and the EGR pipe 20, as shown in FIG. There is provided a combustion gas discharge pipe 51 for introducing the combustion gas from the exhaust discharge port 22f to the exhaust pipe 14 located on the downstream side of the catalyst 13.
[0043]
The exhaust switching valve 50 is electrically connected to the ECU 18, and in accordance with a command from the ECU 18, the combustion gas from the exhaust outlet 22 f is catalyzed from the intake pipe 9 into the engine body 3 or via the EGR pipe 20. A first route leading to the exhaust pipe 14 on the upstream side and a second route introducing the combustion gas from the exhaust outlet 22f to the exhaust pipe 14 located downstream of the catalyst 13 via the combustion gas exhaust pipe 51. Are selectively switched.
[0044]
A water temperature sensor for detecting the engine water temperature (THW) and a temperature sensor for detecting the temperature of gas entering the catalyst at the inlet of the catalyst 13 are provided for switching the exhaust switching valve, or the catalyst temperature is detected in the catalyst. Temperature sensors are provided, and the temperatures detected by these sensors are transmitted to the ECU.
[0045]
The ECU 18 switches the exhaust switching valve 50 to select the first route or selects the second route based on one of the engine water temperature, the exhaust gas temperature, and the catalyst temperature sent from these sensors. A switching valve switching control means for determining whether to perform switching is realized.
[0046]
During warm-up before or after the start of the engine, when the exhaust gas switching valve 50 is selecting the first route, the combustion gas is guided through the EGR pipe 20 to the exhaust pipe 14 upstream of the NOx catalyst 13. . The combustion gas introduced into the exhaust pipe 14 flows into the NOx catalyst 13a via the turbine 6b. Therefore, the combustion gas rotates the turbine 6b and supercharges the intake air by the rotation of the compressor 6a accompanying the rotation. At this time, in order to increase the number of rotations of the turbine 6b, the nosle vane 62 is closed. Further, the heat of the combustion gas introduced into the catalyst 13 is transmitted to the NOx catalyst 13a, and the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 13a rises.
[0047]
After the engine is started, exhaust gas is generated. The exhaust gas is included in the exhaust gas on condition that the catalyst bed temperature of the NOx catalyst 13a is already in the catalyst purification window and that sufficient oxygen exists in the exhaust gas. The HCs that have been partially oxidized to form active species, which react with NO x in the exhaust gas to reduce NO x to N 2 , H 2 O, CO 2 and the like.
[0048]
Further, in the combustion type heater 22, the heat generated by the combustion in the combustion chamber 22d is transmitted to the cooling water flowing in the heater internal cooling water passage 22a through the partition wall 22c to raise the temperature of the cooling water.
[0049]
After the start of the engine, when it is considered that the warm-up is completed due to the rise of the water temperature of the engine, the switching valve switching control means selects the second route. At this time, the combustion gas from the combustion type heater is discharged to the exhaust pipe 14 located downstream of the catalyst 13 via the combustion gas discharge pipe 51, and thereafter, the catalyst is not heated by the combustion gas and the exhaust gas is exhausted. Only heating of the catalyst. Therefore, the catalyst is not heated excessively to generate sulfate. Needless to say, when the second route is selected, fresh air is supplied from the intake pipe 9 to the engine body 3.
[0050]
Next, control of the exhaust gas switching valve according to the present embodiment will be described.
The control of the exhaust control valve according to the present embodiment is realized by executing a routine as shown in FIG. This exhaust switching valve control routine is a routine that is repeatedly executed at predetermined time intervals, including when the engine is cranked.
[0051]
First, initialization is performed in S101, and the engine water temperature and the engine speed detected by the water temperature sensor are taken in.
Next, in S102, it is determined whether the engine coolant temperature THW is lower than a predetermined temperature, for example, 20 ° C.
[0052]
Here, if the engine coolant temperature THW is higher than the predetermined temperature, the routine ends with the exhaust gas switching valve OFF and the variable nozzle open in S105. However, if the engine coolant temperature THW is lower than the predetermined temperature, the process proceeds to S103, and the engine speed is reduced. It is determined whether or not the number NE is lower than a predetermined rotation speed.
[0053]
If the engine rotational speed NE is higher than the predetermined rotational speed, the routine is terminated with the exhaust switching valve turned off and the variable nozzle opened in S105, but if lower, the exhaust switching valve is turned on and the first route is selected. At the same time, the nozzle vane 62 of the variable nozzle is closed. When the engine speed is low, the flow rate of the exhaust gas is also small. Therefore, by selecting the first route, the combustion gas from the combustion type heater 22 is introduced into the exhaust pipe 14 via the EGR pipe 20. Since the exhaust gas containing the combustion gas rotates the turbine 6b with the nozzle vanes 62 closed, the rotation speed of the turbine 6b increases, and the compressor 6a supercharges the intake air. Therefore, the starting performance of the engine is improved. Further, the combustion gas of the combustion type heater introduced into the exhaust pipe 14 through the EGR pipe 20 is introduced from the exhaust pipe 14 to the catalyst 13 and heats the catalyst, so that the activation of the catalyst is accelerated.
[0054]
When the warm-up is completed, the engine water temperature becomes higher than the predetermined temperature, so that a negative determination is made in S102. Then, in S105, the exhaust gas switching valve is turned off and the variable nozzle is returned to the open state. Therefore, the second route is selected, and the combustion gas of the combustion type heater is discharged via the combustion gas discharge pipe 51 to the exhaust pipe 14 located downstream of the catalyst 13. Is discharged. Therefore, thereafter, the catalyst is not heated by the combustion gas, and the catalyst is heated only by the exhaust gas.
[0055]
【The invention's effect】
According to the present invention, the intake gas can be supercharged by the supercharger at the time of starting the internal combustion engine using the combustion gas of the combustion type heater, so that the startability of the internal combustion engine can be improved.
[0056]
Further, if a turbine with a variable nozzle is used, the supercharging performance can be further improved.
Further, since the EGR pipe, which is an existing facility, is used to introduce the combustion gas of the combustion heater into the turbine of the supercharger, the configuration can be made inexpensively.
[0057]
In addition, when the internal combustion engine is started, the combustion gas of the combustion heater can be introduced into the catalyst, and the catalyst can be heated to promote activation. After the catalyst is heated, the combustion gas flows downstream of the catalyst. Can be exhausted, so that the catalyst is not heated more than necessary and the generation of sulfate can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an internal combustion engine having a supercharger according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a temperature of a gas containing a catalyst and a catalyst purification rate. FIG. 3 is a supercharger having a variable nozzle. FIG. 4 is a detailed view of a variable nozzle vane. FIG. 5 is a schematic sectional view of a combustion type heater. FIG. 6 is a view showing an exhaust switching valve control routine according to the embodiment.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine body 2 ... Intake device 3 ... Exhaust device 4 ... Heater core 5 ... Air cleaner 6 ... Turbocharger 6a ... Compressor 6b ... Turbocharger turbine 7 ... Intercooler 8 ... Intake manifold 9 ... Intake pipe 11 ... Intake throttle valve 12 ... Exhaust manifold 13 Exhaust purification catalyst 13a NOx catalyst 13b Oxidation catalyst 14 Exhaust pipe 15 Fuel addition nozzle 16 Fuel pump 17 Solenoid valve 18 ECU
19 temperature sensor (exhaust gas temperature detecting means)
20 EGR passage 21 EGR valve 22a Heater internal cooling water passage 22b Combustion cylinder 22c Partition wall 22d Combustion chamber 22e Air supply port 22f Exhaust outlet 24 Outer wall 25 Fuel introduction passage 31 Heater branch pipe 32 cooling water introduction passage 33 cooling water discharge passage 50 exhaust switching valve 51 combustion gas discharge pipe 61 turbine wheel 62 variable nozzle vane (variable nozzle)
63 ... drive ring 64 ... link 65 ... actuator 66 ... rods 67, 68 ... diaphragms 69, 70 ... diaphragm chambers 71, 72 ... spring 73 ... bellows 74, 75 ... inlet ports 76, 77 ... electric vacuum regulating valve 78 ... Vacuum pumps 80, 81 ... Atmospheric ports

Claims (3)

燃料を燃焼することで得られた熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータと、
内燃機関の排気管から分岐して内燃機関の排気ガスを吸気管に戻すEGR管と、
このEGR管への分岐点よりも下流側の排気管に設けられたタービンを回転させることで、吸気管に設けたコンプレッサを回転させて吸気を過給する過給機と、
前記過給機のタービンに設けられ、閉時にタービンの回転数を上げてコンプレッサによる過給圧を高める開閉自在の可変ノズルと、
前記内燃機関がクランキングしたとき前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記EGR管を経由して排気管へと供給する燃焼ガス供給手段と、
前記燃焼ガス供給手段での燃焼ガス供給時に、前記タービンの可変ノズルを閉じる可変ノズル制御手段と、
を備えたことを特徴とする過給機を有する内燃機関。
A combustion-type heater provided to raise the temperature of the engine-related elements by heat obtained by burning the fuel,
An EGR pipe that branches off from an exhaust pipe of the internal combustion engine and returns exhaust gas of the internal combustion engine to an intake pipe;
A supercharger that supercharges intake air by rotating a turbine provided in an exhaust pipe downstream of a branch point to the EGR pipe to rotate a compressor provided in an intake pipe;
An openable and closable variable nozzle that is provided in the turbine of the supercharger and increases the turbocharger pressure by increasing the rotation speed of the turbine when closed,
Combustion gas supply means for supplying combustion gas from the combustion heater to an exhaust pipe via the EGR pipe when the internal combustion engine is cranked;
A variable nozzle control unit that closes a variable nozzle of the turbine when supplying combustion gas with the combustion gas supply unit;
An internal combustion engine having a supercharger, comprising:
燃料を燃焼することで得られた熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式ヒータと、A combustion-type heater provided to raise the temperature of the engine-related elements by heat obtained by burning the fuel,
内燃機関の排気管から分岐して内燃機関の排気ガスを吸気管に戻すEGR管と、An EGR pipe that branches off from an exhaust pipe of the internal combustion engine and returns exhaust gas of the internal combustion engine to an intake pipe;
このEGR管への分岐点よりも下流側の排気管に設けられたタービンを回転させることで、吸気管に設けたコンプレッサを回転させて吸気を過給する過給機と、A supercharger for supercharging intake air by rotating a turbine provided in an exhaust pipe downstream of a branch point to the EGR pipe to rotate a compressor provided in an intake pipe;
前記内燃機関がクランキングしたとき前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを前記EGR管を経由して前記過給機のタービンへと導く燃焼ガス供給手段と、Combustion gas supply means for guiding combustion gas of the combustion heater to the turbine of the supercharger via the EGR pipe when the internal combustion engine is cranked;
前記排気管上に内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒と、A catalyst for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine on the exhaust pipe,
燃焼式ヒータからの燃焼ガスを触媒の下流側に位置する排気管に導入する燃焼ガス排出管と、A combustion gas exhaust pipe for introducing combustion gas from the combustion heater into an exhaust pipe located downstream of the catalyst;
前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスをEGR管を介して触媒上流側の排気管へと導く第1のルートと、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを燃焼A first route for guiding the combustion gas discharged from the combustion type heater to an exhaust pipe on the upstream side of the catalyst via an EGR pipe; ガス排出管を介して触媒の下流側に位置する排気管に導入する第2のルートとを選択的に切り換える排気切換弁と、An exhaust switching valve for selectively switching between a second route introduced to an exhaust pipe located downstream of the catalyst via a gas exhaust pipe;
を備えたことを特徴とする過給機を有する内燃機関。An internal combustion engine having a supercharger, comprising:
前記排気管上に内燃機関から排出された排気ガスを浄化する触媒を備えるとともに、燃焼式ヒータからの燃焼ガスを触媒の下流側に位置する排気管に導入する燃焼ガス排出管を備え、
さらに、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスをEGR管を介して触媒上流側の排気管へと導く第1のルートと、前記燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを燃焼ガス排出管を介して触媒の下流側に位置する排気管に導入する第2のルートとを選択的に切り換える排気切換弁を備えたことを特徴とする請求項1に記載の過給機を有する内燃機関。
以上
A catalyst for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine is provided on the exhaust pipe, and a combustion gas exhaust pipe for introducing combustion gas from a combustion heater into an exhaust pipe located downstream of the catalyst is provided.
Further, a first route for guiding the combustion gas discharged from the combustion type heater to an exhaust pipe on the upstream side of the catalyst via an EGR pipe, and a combustion gas discharged from the combustion type heater via a combustion gas discharge pipe. 2. An internal combustion engine having a supercharger according to claim 1, further comprising an exhaust switching valve for selectively switching a second route introduced into an exhaust pipe located downstream of the catalyst.
that's all
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