JP4827757B2 - Multi-cylinder engine - Google Patents

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Description

この発明は、ターボチャージャを備える多気筒エンジンにおいて、排気対策(NOxの低減など)および出力・燃費の向上を促進するべく、広い運転領域において、高過給と大量EGRを実現するための技術に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technique for realizing high supercharging and large amount of EGR in a wide operating range in order to promote exhaust countermeasures (NOx reduction, etc.) and improvement of output and fuel consumption in a multi-cylinder engine equipped with a turbocharger. .

エンジンのEGR(排気環流:Exhaust Gas Recirculation)システムとして、排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるものがよく採用される。このようなEGRシステムにおいては、ターボチャージャのタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させる場合、過給圧が排気圧よりも高くなる運転領域が生じやすく、EGRを十分に行えない。   As an engine EGR (Exhaust Gas Recirculation) system, a system that circulates part of the exhaust gas from the exhaust system to the intake system is often used. In such an EGR system, when exhaust gas is circulated from the turbocharger upstream of the turbocharger to the compressor downstream, an operation region in which the supercharging pressure becomes higher than the exhaust pressure tends to occur, and EGR cannot be performed sufficiently.

特許文献1の場合、EGR通路に逆止弁(リードバルブ)が介装される。特許文献2の場合、ターボチャージャのコンプレッサ下流に断面翼型の中空構造体(EGRノズル)が吸気通路の中央を横断するように配置され、吸気(給気)が断面翼型の中空構造体により分流され、その下流に負圧が発生すると、中空構造体の出口からEGRガスが下流側へ吸い出されるようになっている。特許文献3の場合、ターボチャージャのコンプレッサ下流(吸気通路の途中)にベンチュリが形成され、その入口部にEGR通路の出口部(インジェクションチューブ)をこれと同軸的に配置することにより、ベンチュリの入口部とEGR通路の出口部との間に吸気(給気)の流速を高める環状路が形成される。この環状路により、吸気の動圧が上がり、静圧が下がるため、EGR通路の出口からEGRガスが下流側へ吸い出されるのである。
特開平09−137754号 特開2000−097111号 特表2003−507633号
In the case of Patent Document 1, a check valve (reed valve) is interposed in the EGR passage. In the case of Patent Document 2, a cross-section airfoil hollow structure (EGR nozzle) is arranged downstream of the turbocharger compressor so as to cross the center of the intake passage, and intake air (air supply) is provided by the cross-section airfoil hollow structure. When the flow is divided and a negative pressure is generated downstream thereof, the EGR gas is sucked downstream from the outlet of the hollow structure. In the case of Patent Document 3, a venturi is formed downstream of the compressor of the turbocharger (in the middle of the intake passage), and an outlet portion (injection tube) of the EGR passage is coaxially disposed at the inlet portion thereof, so An annular path that increases the flow rate of the intake air (supply air) is formed between the section and the outlet of the EGR passage. Due to this annular path, the dynamic pressure of the intake air increases and the static pressure decreases, so that the EGR gas is sucked downstream from the outlet of the EGR passage.
JP 09-137754 A JP 2000-097111 A Special table 2003-507633

特許文献1のような従来例においては、EGR通路の逆止弁により、排気脈動と吸気脈動との干渉が避けられるものの、ターボチャージャがシングルエントリ方式(タービン入口が1つ)の場合、排気噴き出し中の気筒側の排気マニホールドから排気(押し出し)行程中の排気マニホールドへ排気パルス(正圧波)が逃げやすく、EGR率の向上に排気脈動を十分に利用しえない。   In the conventional example such as Patent Document 1, interference between the exhaust pulsation and the intake pulsation can be avoided by the check valve of the EGR passage. However, when the turbocharger is of a single entry system (one turbine inlet), the exhaust jet The exhaust pulse (positive pressure wave) easily escapes from the exhaust manifold on the cylinder side to the exhaust manifold during the exhaust (push-out) stroke, and exhaust pulsation cannot be fully used to improve the EGR rate.

特許文献2,特許文献3のような従来例においては、断面翼型の中空構造体やベンチュリ入口部の環状路により、吸気絞りが効いてEGRガスが吸い出されるようになっているため、低中負荷域において、吸気絞りによりEGRを行うと、EGR量が過剰となり、吸入空気量の不足を招きかねない。中空構造体(特許文献2)やインジェクションチューブ(特許文献3)は、吸気絞りを行う作動状態と吸気の流れを妨げない退避状態との間を変換可能になっているが、部品数が多く構造も複雑のため、コストが高くつきやすい。   In the conventional examples such as Patent Document 2 and Patent Document 3, since the intake throttle is effective and the EGR gas is sucked out by the hollow structure having a cross-sectional wing shape or the annular passage of the venturi inlet portion, the low pressure is low. If EGR is performed with an intake throttle in the middle load range, the EGR amount becomes excessive, which may lead to a shortage of intake air amount. The hollow structure (Patent Document 2) and the injection tube (Patent Document 3) can be converted between an operating state in which intake air is throttled and a retracted state in which the flow of intake air is not hindered. Is also complicated and expensive.

この発明は、このような解決すべき課題を踏まえつつ、排気対策および出力・燃費の向上を促進するべく、広い運転領域において、高過給・大量EGRを実現することを目的とする。   An object of the present invention is to realize a high supercharging and a large amount of EGR in a wide operating region so as to promote exhaust countermeasures and improvement of output and fuel consumption in consideration of such problems to be solved.

第1の発明は、ターボチャージャを備える多気筒エンジンにおいて、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、各排気マニホールドの下流部を前記ターボチャージャのタービン入口へ向けて先細形状に絞る排気系エゼクタと、吸気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される吸気マニホールドと、を備え、前記ターボチャージャのタービン上流とコンプレッサ下流との間を接続するEGR通路と、吸気通路の途中および前記EGR通路の出口部をこれらの合流部へ向けてそれぞれ先細形状に絞る吸気系エゼクタと、を備えるA first invention is a multi-cylinder engine equipped with a turbocharger , wherein an exhaust manifold divided for each cylinder group in which exhaust strokes do not overlap, and a tapered shape with a downstream portion of each exhaust manifold directed toward a turbine inlet of the turbocharger An exhaust system ejector that restricts the intake stroke and an intake manifold that is divided for each cylinder group in which the intake strokes do not overlap, and an EGR passage that connects between the turbine upstream of the turbocharger and the compressor downstream, and an intermediate portion of the intake passage And an intake system ejector for narrowing the outlet portion of the EGR passage toward the merging portion .

そして、前記吸気系エゼクタは、吸気通路の途中の通路面積をEGR通路との合流部へ向けて縮小する吸気ノズルと、EGR通路の出口部の通路面積を吸気通路との合流部へ向けて縮小するEGRノズルと、これら合流部の通路面積を下流側へ縮小してから拡大するスロート形状のディフューザ、を備え、前記EGR通路は、下流側に配置される逆止弁と、その上流側に配置されるEGRバルブおよびEGRクーラと、を備えたことを特徴とする。 Then, the intake system ejector reduces the passage area in the middle of the intake passage toward the junction with the EGR passage, and the passage area of the exit portion of the EGR passage toward the junction with the intake passage. The EGR nozzle, and a throat-shaped diffuser that expands after reducing the passage area of the merged portion to the downstream side, and the EGR passage is disposed on the upstream side of the check valve disposed on the downstream side The EGR valve and the EGR cooler are provided.

第2の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、前記吸気ノズルの合流部に臨む開口面積と、前記EGRノズルの合流部に臨む開口面積と、はそれぞれ直上流の吸気通路面積の1/4程度に設定したことを特徴とする。 The second invention is the multi-cylinder engine according to the first invention, the opening area facing the merging portion of the intake nozzle, the opening area facing the confluent portion of the EGR nozzle, the intake passage area immediately upstream each It is characterized by being set to about 1/4.

第3の発明は、第1の発明または第2の発明に係る多気筒エンジンにおいて、前記ディフューザの最小通路面積は、前記吸気ノズルの合流部に臨む開口面積と、前記EGRノズルの合流部に臨む開口面積と、の和と同程度に設定したことを特徴とする。 The third invention is the multi-cylinder engine according to the first or second aspect, the minimum passage area of the diffuser, the opening area facing the merging portion of the intake nozzle, facing the confluent portion of the EGR nozzle It is characterized by being set to be approximately the same as the sum of the opening area.

第4の発明は、第1の発明〜第3の発明のいずれか1つに係る多気筒エンジンにおいて、前記EGR通路は、前記各排気マニホールドと前記各吸気マニホールドとの間を同一の気筒群同士の関係に接続することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the multi-cylinder engine according to any one of the first to third aspects, the EGR passage is connected to the same cylinder group between the exhaust manifolds and the intake manifolds. It is characterized by connecting to the relationship .

第1の発明〜第5の発明においては、ターボチャージャがシングルエントリ方式(タービン入口が1つ)の場合においても、排気系エゼクタにより、排気の流れが加速され、動圧が上がるため、排気噴き出し中の気筒側の排気マニホールドから排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールドへ排気パルス(正圧波)が逃げるのを抑えられ、タービン効率の向上が得られるばかりでなく、EGR通路の逆止弁へ排気パルスが弱められることなく伝えられ、逆止弁を有効に作動させるため、高いEGR率が得られる。また、動圧が上がると、静圧が下がるため、排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールドから排気が吸引され、ポンピングロスも低減される。   In the first to fifth aspects of the invention, even when the turbocharger is of a single entry system (one turbine inlet), the exhaust system ejector accelerates the exhaust flow and increases the dynamic pressure. The exhaust pulse (positive pressure wave) is prevented from escaping from the exhaust manifold on the cylinder side to the exhaust manifold on the cylinder side during the exhaust (push-out) stroke, which not only improves turbine efficiency but also reverses the EGR passage The exhaust pulse is transmitted to the valve without being weakened, and the check valve is operated effectively, so a high EGR rate is obtained. Further, when the dynamic pressure increases, the static pressure decreases, so that the exhaust is sucked from the cylinder side exhaust manifold during the exhaust (pushing) stroke, and the pumping loss is reduced.

過給圧の方が排気圧よりも高くなる運転領域においては、吸気系エゼクタにより、吸気の動圧が上がり、合流部の静圧が下がるため、EGRガスが吸引される。このため、逆止弁前後の瞬間的な差圧が拡大され、EGR率の向上が得られる。排気圧の方が過給圧よりも高くなる運転領域においては、吸気系エゼクタにより、EGRガスの動圧が上がり、静圧が下がるため、吸気が吸引される。つまり、吸気系エゼクタにより、ターボチャージャの過給仕事を補助することになり、EGR率のアップに伴う吸入空気量の低下を抑える効果が得られる。   In the operation region where the supercharging pressure is higher than the exhaust pressure, the intake system ejector increases the dynamic pressure of the intake air and decreases the static pressure at the merging portion, so that EGR gas is sucked. For this reason, the instantaneous differential pressure before and after the check valve is expanded, and the EGR rate is improved. In the operation region where the exhaust pressure is higher than the supercharging pressure, the intake system ejector raises the dynamic pressure of the EGR gas and lowers the static pressure, so that the intake air is sucked. That is, the intake system ejector assists the turbocharger supercharging work, and the effect of suppressing the decrease in the intake air amount accompanying the increase in the EGR rate can be obtained.

これらの結果、広い運転領域において、高過給・大量EGRが可能となり、排気対策および出力・燃費の向上を促進することができる。   As a result, high supercharging and large amount of EGR are possible in a wide range of operation, and it is possible to promote exhaust countermeasures and improvements in output and fuel consumption.

吸気エゼクタにおいては、ディフューザにより、動圧が静圧に効率よく変換され、吸気マニホールド圧を高められる。 In the intake ejector , the dynamic pressure is efficiently converted into static pressure by the diffuser, and the intake manifold pressure can be increased.

第2の発明または第3の発明においては、吸気の噴流によるエゼクタ効果とEGRガスの噴流によるエゼクタ効果との最適化が得られ、広い運転領域において、ポンピングロスを抑えつつ、高過給・大量EGRが可能となる。 In the second invention or the third invention , optimization of the ejector effect by the jet of intake air and the ejector effect by the jet of EGR gas can be obtained, and high supercharging and large volume can be achieved while suppressing the pumping loss in a wide operating range. EGR is possible.

第4の発明においては、EGR通路が各排気マニホールドと各吸気マニホールドとの間を同一気筒群同士の関係に接続する場合、吸気脈動の谷に排気脈動の山が重なるようになるまた、EGR通路が各排気マニホールドと各吸気マニホールドとの間を異なる気筒群同士の関係に接続する場合、吸気行程終期に排気脈動の山が重なるようになるIn the fourth aspect of the invention, when the EGR passage connects each exhaust manifold and each intake manifold in the same cylinder group relationship, the exhaust pulsation peaks overlap the intake pulsation valleys . Further, when the EGR passage connects each exhaust manifold and each intake manifold in a relationship between different cylinder groups, exhaust pulsation peaks overlap at the end of the intake stroke .

図1において、10は多気筒エンジン1(6気筒ディーゼルエンジン)の吸気通路であり、吸気マニホールド3a,3bと吸気管4とから構成される。吸気マニホールド3a,3bは、吸気行程が実質的にオーバラップしない気筒群毎(#1,2,3と#4,5,6)に分割される。吸気管4は、インタクーラ5の下流側が分岐され、各マニホールド3a,3bの集合部に接続される。6aはターボチャージャ6のコンプレッサであり、7はエアクリーナである。   In FIG. 1, reference numeral 10 denotes an intake passage of a multi-cylinder engine 1 (6-cylinder diesel engine), which includes intake manifolds 3 a and 3 b and an intake pipe 4. The intake manifolds 3a and 3b are divided into cylinder groups (# 1, 2, 3 and # 4, 5, 6) in which the intake strokes do not substantially overlap. The intake pipe 4 is branched on the downstream side of the intercooler 5 and connected to the collective part of the manifolds 3a and 3b. 6a is a compressor of the turbocharger 6, and 7 is an air cleaner.

8はエンジンの排気通路であり、排気マニホールド9a,9bと排気管20とから構成される。排気マニホールド9a,9bは、排気行程が実質的にオーバラップしない気筒群(#1,2,3と#4,5,6)毎に分割され、これらマニホールド9a,9bの合流部11にターボチャージャ6のタービン6bを介して排気管20が接続される。ターボチャージャ6のコンプレッサ6aは、タービン6bの回転により駆動され、各気筒(#1,2,3、#4,5,6)への吸気を過給する。ターボチャージャ6としては、タービン入口が1つの可変ノズル式が採用される。12はマフラである。   Reference numeral 8 denotes an engine exhaust passage, which includes exhaust manifolds 9a and 9b and an exhaust pipe 20. The exhaust manifolds 9a and 9b are divided into cylinder groups (# 1, 2, 3 and # 4, 5, 6) in which the exhaust strokes do not substantially overlap, and a turbocharger is formed at the junction 11 of these manifolds 9a and 9b. The exhaust pipe 20 is connected via the 6 turbine 6b. The compressor 6a of the turbocharger 6 is driven by the rotation of the turbine 6b, and supercharges intake air to each cylinder (# 1, 2, 3, # 4, 5, 6). As the turbocharger 6, a variable nozzle type having one turbine inlet is employed. 12 is a muffler.

合流部11は、図2のように構成される。排気マニホールド9a,9bは、互いに集合部下流が1つのフランジ21に結集され、その接合面に合流部11を開口する。1つのフランジ21に結集する集合部下流は、合流部11へ向けて通路を絞る先細形状の排気ノズル23a,23b(後述のディフューザ29と共に排気系エゼクタ23を構成する)に形成される。   The junction 11 is configured as shown in FIG. The exhaust manifolds 9a and 9b are gathered together at one flange 21 on the downstream side of the gathering portion, and the joining portion 11 is opened at the joint surface. The downstream of the gathering portion gathered in one flange 21 is formed in tapered exhaust nozzles 23a and 23b (which constitute an exhaust system ejector 23 together with a diffuser 29 described later) for narrowing the passage toward the joining portion 11.

25はタービンハウジングであり、排気マニホールド9a,9bのフランジ21に対応するフランジ26が形成され、タービン6bの入口がフランジ26の接合面に開口する。排気マニホールド9a,9bのフランジ21にタービンハウジング25のフランジ26が連結される。排気ノズル23a,23b下流の合流部11の通路面積を下流側へ縮小してから拡大するスロート形状のディフューザ29がタービンハウジング25の内部に形成される。   A turbine housing 25 is formed with a flange 26 corresponding to the flange 21 of the exhaust manifolds 9 a and 9 b, and an inlet of the turbine 6 b opens at a joint surface of the flange 26. The flange 26 of the turbine housing 25 is connected to the flange 21 of the exhaust manifolds 9a and 9b. A throat-shaped diffuser 29 is formed inside the turbine housing 25 that expands after the passage area of the merging portion 11 downstream of the exhaust nozzles 23a and 23b is reduced to the downstream side.

合流部11においては、排気ノズル23a,23bにより、排気の流れが加速され、動圧が上がるため、排気噴き出し中の気筒側の排気マニホールド9aまたは9bから排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールド9bまたは9aへ排気が逃げるのを抑えられる。排気系エゼクタ23においては、先細形状の排気ノズル23a,23bにより、動圧が上がると、静圧が下がるため、排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールド9bまたは9aから排気がディフューザ29へ吸引されるのである。その後は、ディフューザ29により、動圧が静圧に効率よく変換され、スクロールへの排気圧を高めるようになっている。   In the merging portion 11, the exhaust nozzles 23a and 23b accelerate the exhaust flow and increase the dynamic pressure. Therefore, the exhaust on the cylinder side during the exhaust (push-out) stroke from the exhaust manifold 9a or 9b on the cylinder side during exhaust ejection is performed. Exhaust gas is prevented from escaping to the manifold 9b or 9a. In the exhaust system ejector 23, when the dynamic pressure increases by the tapered exhaust nozzles 23 a and 23 b, the static pressure decreases. Therefore, the exhaust gas is exhausted from the cylinder side exhaust manifold 9 b or 9 a during the exhaust (pushing) stroke to the diffuser 29. It is sucked. Thereafter, the dynamic pressure is efficiently converted into a static pressure by the diffuser 29, and the exhaust pressure to the scroll is increased.

図2において、Aは排気ノズル23a,23bの合流部11に臨む開口面積であり、1気筒あたりの排気弁33の最大開口面積Bの1/4程度に設定される(図3、参照)。最大開口面積Bは、B=n×π×D×L(n:1気筒あたりの排気弁33の数 D:排気弁33の実質的な直径 L:排気弁33の排気行程の最大リフト)に定義される。図3の場合、各気筒に排気弁33が2個(33a,33b)ずつ備えられるので、nは2となる。   In FIG. 2, A is an opening area facing the merging portion 11 of the exhaust nozzles 23a and 23b, and is set to about 1/4 of the maximum opening area B of the exhaust valve 33 per cylinder (see FIG. 3). The maximum opening area B is B = n × π × D × L (n: number of exhaust valves 33 per cylinder D: substantial diameter of the exhaust valve 33 L: maximum lift of the exhaust stroke of the exhaust valve 33) Defined. In the case of FIG. 3, each cylinder is provided with two exhaust valves 33 (33a, 33b), so n is 2.

排気ノズル部23a,23bの合流部11に臨む開口面積Aが1気筒あたりの排気弁33の最大開口面積Bの1/4程度よりも大きいと、排気マニホールド圧が相対的に低い運転領域において、排気ノズル23a,23bから噴き出る排気の流速が不足がちになり、NOxの低減効果が小さくなる一方、同じく開口面積Aが最大開口面積Bの1/4程度よりも小さくなると、排気マニホールド圧が相対的に高くなる運転領域において、ポンピングロスが大きくなり、燃費を悪化させることになる。排気ノズル23a,23bの開口面積Aを排気弁33の最大開口面積Bの1/4程度に設定することにより、ポンピングロスを抑えつつ、最適なEGR流量が得られるのである。   When the opening area A facing the merging portion 11 of the exhaust nozzle portions 23a and 23b is larger than about ¼ of the maximum opening area B of the exhaust valve 33 per cylinder, in an operation region where the exhaust manifold pressure is relatively low, When the flow velocity of the exhaust gas ejected from the exhaust nozzles 23a and 23b tends to be insufficient and the NOx reduction effect is reduced, if the opening area A is smaller than about 1/4 of the maximum opening area B, the exhaust manifold pressure becomes relative. In a driving region that becomes higher in general, the pumping loss increases, and the fuel consumption deteriorates. By setting the opening area A of the exhaust nozzles 23a and 23b to about 1/4 of the maximum opening area B of the exhaust valve 33, an optimal EGR flow rate can be obtained while suppressing pumping loss.

Cはディフューザの最小通路面積であり、排気ノズル23aの開口面積Aと、排気ノズル23bの開口面積Aと、の和と同程度(0.75〜1.1倍)に設定される。0.75<C/(A+A)<1.1の場合、排気ノズル23a,23bから噴き出る排気の動圧が効率よく静圧に変換され、排気の噴流によるエゼクタ効果を最大限に効かせられるようになり、ポンピングロスを抑えつつ、EGR流量を十分に確保することができる。C/A<1.5の場合、ディフューザの流路抵抗により、排圧が過度に上昇するため、排気パルスが逆流しやすくなる。C/A>2.2の場合、排気ノズル23a,23bから噴き出る排気の動圧が急速に減衰され、静圧が十分に下がらず、排気パルスが逆流しやすくなる。   C is the minimum passage area of the diffuser, and is set to approximately the same (0.75 to 1.1 times) as the sum of the opening area A of the exhaust nozzle 23a and the opening area A of the exhaust nozzle 23b. In the case of 0.75 <C / (A + A) <1.1, the dynamic pressure of the exhaust gas ejected from the exhaust nozzles 23a and 23b is efficiently converted to a static pressure, and the ejector effect due to the exhaust jet can be maximized. Sufficient EGR flow can be secured while suppressing pumping loss. In the case of C / A <1.5, the exhaust pressure rises excessively due to the flow path resistance of the diffuser, so that the exhaust pulse easily flows backward. In the case of C / A> 2.2, the dynamic pressure of the exhaust gas ejected from the exhaust nozzles 23a and 23b is rapidly attenuated, the static pressure is not sufficiently lowered, and the exhaust pulse easily flows backward.

図1において、35はターボチャージャ6のタービン6b上流からターボチャージャ6のコンプレッサ6a下流へ排気の一部を環流させるEGR通路であり、上流側の分岐路36a,36bと下流側の合流路36cとからなり、分岐路36a,36bがそれぞれ排気マニホールド9a,9bに接続され、合流路36cが吸気系エゼクタ40のEGRノズル40b(図4、参照)に接続される。   In FIG. 1, reference numeral 35 denotes an EGR passage that circulates a part of the exhaust gas from the upstream side of the turbine 6b of the turbocharger 6 to the downstream side of the compressor 6a of the turbocharger 6; The branch passages 36a and 36b are connected to the exhaust manifolds 9a and 9b, respectively, and the combined passage 36c is connected to the EGR nozzle 40b (see FIG. 4) of the intake system ejector 40.

分岐路36a,36bにおいて、EGRガスを冷却するEGRクーラ37,EGR流量を調整するEGRバルブ38,EGRガスの逆流を規制する逆止弁39(リードバルブ)が介装される。逆止弁39は、EGR通路36a,36bの下流側に配置され、その上流にEGRバルブ38が配置される。EGRクーラ37は、EGRバルブ38の上流に介装される。EGRガスは、EGRクーラ37により冷却され、EGRバルブ38および逆止弁39を流れるので、これらバルブ38,39の耐久性を良好に確保することができる。   In the branch paths 36a and 36b, an EGR cooler 37 that cools the EGR gas, an EGR valve 38 that adjusts the EGR flow rate, and a check valve 39 (reed valve) that regulates the backflow of the EGR gas are interposed. The check valve 39 is disposed on the downstream side of the EGR passages 36a and 36b, and the EGR valve 38 is disposed on the upstream side thereof. The EGR cooler 37 is interposed upstream of the EGR valve 38. Since the EGR gas is cooled by the EGR cooler 37 and flows through the EGR valve 38 and the check valve 39, the durability of the valves 38 and 39 can be ensured satisfactorily.

吸気管4の分岐点45上流に吸気系エゼクタ40が設けられる。図4は、吸気系エゼクタ40の構成を表すものであり、吸気管4の途中の通路面積をEGR通路36との合流部へ向けて縮小する吸気ノズル40aと、EGR通路36の出口部の通路面積を吸気管4との合流部へ向けて縮小するEGRノズル40bと、これら合流部の通路面積を下流側へ縮小してから拡大するスロート形状のディフューザ40cと、から構成される。吸気ノズル40aにインタクーラ5下流の分岐管4が接続され、EGRノズル40bにEGR通路36の合流路36cが接続され、ディフューザ40cに分岐点45上流の吸気管4が接続される。   An intake system ejector 40 is provided upstream of the branch point 45 of the intake pipe 4. FIG. 4 shows the configuration of the intake system ejector 40, and an intake nozzle 40 a that reduces the passage area in the middle of the intake pipe 4 toward the junction with the EGR passage 36, and a passage at the outlet of the EGR passage 36. An EGR nozzle 40b that reduces the area toward the junction with the intake pipe 4 and a throat-shaped diffuser 40c that expands after the passage area of the junction is reduced downstream. The branch pipe 4 downstream of the intercooler 5 is connected to the intake nozzle 40a, the combined flow path 36c of the EGR passage 36 is connected to the EGR nozzle 40b, and the intake pipe 4 upstream of the branch point 45 is connected to the diffuser 40c.

過給圧の方が排気圧よりも高くなる運転領域においては、吸気ノズル40aにより、吸気の流速が加速され、動圧が上がり、静圧が下がると、EGRノズル40bからEGRガスがディフューザ40cへ吸い出される。このため、逆止弁39前後の瞬間的な差圧が拡大され、EGR率の向上が得られる。排気圧の方が過給圧よりも高くなる運転領域においては、EGRノズル40bにより、EGRガスの流速が加速され、動圧が上がり、静圧が下がると、吸気ノズル40aから給気がディフューザ40cへ吸い出される。つまり、EGRガスの噴流によるエゼクタ作用により、ターボチャージャ6の過給仕事が補助されることになり、EGR率のアップに伴う吸入空気量の低下を抑える効果が得られる。   In the operation region where the boost pressure is higher than the exhaust pressure, when the intake air flow velocity is accelerated by the intake nozzle 40a, the dynamic pressure increases, and the static pressure decreases, the EGR gas is transferred from the EGR nozzle 40b to the diffuser 40c. Sucked out. For this reason, the instantaneous differential pressure before and after the check valve 39 is expanded, and the EGR rate is improved. In the operation region where the exhaust pressure is higher than the supercharging pressure, the EGR nozzle 40b accelerates the flow rate of the EGR gas, the dynamic pressure increases, and the static pressure decreases, so that the intake air is supplied from the intake nozzle 40a to the diffuser 40c. Sucked out. That is, the supercharge work of the turbocharger 6 is assisted by the ejector action by the jet of EGR gas, and the effect of suppressing the reduction of the intake air amount accompanying the increase of the EGR rate can be obtained.

図4において、Xは吸気ノズル40aのディフューザ40cに臨む開口面積であり、YはEGRノズル40bのディフューザ40cに臨む開口面積であり、Zはディフューザ40cの最小通路面積である。吸気の噴流によるエゼクタ効果と、EGRガスの噴流によるエゼクタ効果と、の最適化を図るべく、実験結果に基づいて、吸気ノズル40aの開口面積Xと、EGRノズル40bの開口面積Yと、は吸気管4の通路面積の1/4程度に設定される。ディフューザ40cの最小通路面積Zについては、吸気ノズル40aの開口面積Xと、EGRノズル40bの開口面積Yと、の和と同程度に設定される。   In FIG. 4, X is an opening area facing the diffuser 40c of the intake nozzle 40a, Y is an opening area facing the diffuser 40c of the EGR nozzle 40b, and Z is a minimum passage area of the diffuser 40c. Based on the experimental results, the opening area X of the intake nozzle 40a and the opening area Y of the EGR nozzle 40b are determined based on the experimental results in order to optimize the ejector effect by the jet of intake air and the ejector effect by the jet of EGR gas. It is set to about 1/4 of the passage area of the tube 4. The minimum passage area Z of the diffuser 40c is set to be approximately equal to the sum of the opening area X of the intake nozzle 40a and the opening area Y of the EGR nozzle 40b.

このように構成すると、シングルエントリ方式のターボチャージャ6においても、排気系エゼクタ23により、排気パルス(正圧波)の逆流が抑えられるため、タービン効率の向上が得られる。また、EGR通路36の逆止弁39へ排気パルスが弱められることなく伝えられ、逆止弁39を有効に作動させるため、高いEGR率が得られるのである。また、排気の噴流によるエゼクタ作用により、排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールド圧が低下するため、ポンピングロスの改善も得られる。   With this configuration, even in the single entry type turbocharger 6, the exhaust system ejector 23 suppresses the back flow of the exhaust pulse (positive pressure wave), so that the turbine efficiency can be improved. Further, since the exhaust pulse is transmitted to the check valve 39 in the EGR passage 36 without being weakened, and the check valve 39 is effectively operated, a high EGR rate is obtained. Further, the pumping loss can be improved because the exhaust manifold pressure on the cylinder side during the exhaust (pushing) stroke is lowered by the ejector action by the exhaust jet.

吸気系エゼクタ40おいては、例えば、高負荷域のときは、過給圧の方が排気圧よりも高くなるが、吸気の噴流によるエゼクタ作用により、EGR通路36の逆止弁39前後の瞬間的な差圧が拡大され、EGR率の向上が得られる。また、低中負荷域のときは、排気圧の方が過給圧よりも高くなるが、EGRガスの噴流によるエゼクタ作用により、ターボチャージャの過給仕事が補助されることになり、EGR率のアップに伴う吸入空気量の低下を抑える効果が得られるのである。つまり、低中負荷域においても、各気筒(#1〜#6)の吸入空気量が十分に確保され、ディーゼルエンジンの場合、PM(粒子状物質:Particulate Matter)の発生量を抑えることができる。   In the intake system ejector 40, for example, in a high load range, the supercharging pressure is higher than the exhaust pressure, but the moment before and after the check valve 39 in the EGR passage 36 is caused by the ejector action of the intake air jet. The differential pressure is expanded and the EGR rate is improved. In the low and medium load range, the exhaust pressure is higher than the supercharging pressure, but the turbocharger's supercharging work is assisted by the ejector action of the EGR gas jet, and the EGR rate The effect of suppressing the decrease in the intake air amount accompanying the increase can be obtained. That is, the intake air amount of each cylinder (# 1 to # 6) is sufficiently ensured even in the low and medium load range, and in the case of a diesel engine, the generation amount of PM (particulate matter) can be suppressed. .

これらの結果、広い運転領域において、ポンピングロスを抑えつつ、高過給と大量EGRが可能となる。ターボチャージャ6の可変ノズル制御を加えることにより、高負荷高回転域においても、ポンピングロスを抑えつつ、高過給と大量EGRが可能となり、排気対策(NOxの低減など)と出力・燃費の向上との両立を高度に実現できることになる。   As a result, high supercharging and large amount of EGR are possible in a wide operating range while suppressing pumping loss. By adding variable nozzle control of the turbocharger 6, it is possible to achieve high supercharging and large-volume EGR while suppressing pumping loss even in high-load and high-speed ranges, and measures against exhaust (such as NOx reduction) and improved output and fuel consumption It is possible to achieve a high balance between

ターボチャージャ6については、シングルエントリ方式の代わりにツインエントリ方式(タービン入口が2つ)を用いることも考えられる。ツインエントリ方式の場合、タービン内部において、2つのタービン入口からスクロールへ至る通路が仕切られるので、図1の排気系エゼクタ23については、これを省略することができる。   As for the turbocharger 6, it is conceivable to use a twin entry system (two turbine inlets) instead of the single entry system. In the case of the twin entry system, since the passage from the two turbine inlets to the scroll is partitioned inside the turbine, this can be omitted for the exhaust system ejector 23 of FIG.

ディフューザ部29は、タービンハウジング25と一体に形成するのでなく、図5のように別体のスペーサとしてタービンハウジング25のフランジ26と排気マニホールド9a,9bのフランジ21との間に介装してもよい。排気ノズル23a,23bについても、排気マニホールド9a,9bと一体に形成するのでなく、図6のように別体のスペーサとして排気マニホールド9a,9bのフランジ21とタービンハウジング25のフランジ26との間に介装してもよい。   The diffuser portion 29 is not formed integrally with the turbine housing 25, but may be interposed between the flange 26 of the turbine housing 25 and the flange 21 of the exhaust manifolds 9a and 9b as a separate spacer as shown in FIG. Good. The exhaust nozzles 23a and 23b are not formed integrally with the exhaust manifolds 9a and 9b, but are provided as separate spacers between the flange 21 of the exhaust manifolds 9a and 9b and the flange 26 of the turbine housing 25 as shown in FIG. You may interpose.

EGR通路36は、図7のように排気マニホールド9a,9bと吸気マニホールド3a,3bとの間を同一の気筒群同士の関係(パラレル状態)に接続してもよい。この場合、各吸気分岐管の途中に吸気系エゼクタ40が配置される。これにより、同一の気筒群間において、吸気脈動の谷と排気脈動の山が重なるようになり、特に高いEGR率が得られる。   As shown in FIG. 7, the EGR passage 36 may connect the exhaust manifolds 9a and 9b and the intake manifolds 3a and 3b to the same relationship (parallel state) between the cylinder groups. In this case, the intake system ejector 40 is disposed in the middle of each intake branch pipe. As a result, the intake pulsation valleys and the exhaust pulsation peaks overlap between the same cylinder group, and a particularly high EGR rate is obtained.

EGR通路36については、図8のように排気マニホールド9a,9bと吸気マニホールド3a,3bとの間を異なる気筒群同士の関係(クロス状態)に接続することも考えられる。この場合、各吸気分岐管の途中に吸気系エゼクタ40が配置される。これにより、異なる気筒群間において、吸気行程終期に排気脈動の山が重なるようになり、吸入空気量の低下を抑えつつ、高いEGR率が得られる。   As for the EGR passage 36, it is conceivable that the exhaust manifolds 9a and 9b and the intake manifolds 3a and 3b are connected in a relationship (cross state) between different cylinder groups as shown in FIG. In this case, the intake system ejector 40 is disposed in the middle of each intake branch pipe. As a result, exhaust pulsation peaks overlap at the end of the intake stroke between different cylinder groups, and a high EGR rate can be obtained while suppressing a decrease in the intake air amount.

図7,図8において、図1と同一の部位は、同一の符号を付け、重複説明は省略する。   7 and FIG. 8, the same parts as those in FIG.

全体的な概略構成図である。It is a whole schematic block diagram. 排気系エゼクタの構成に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on the structure of an exhaust system ejector. 排気系エゼクタの構成に係る説明図である。It is explanatory drawing which concerns on the structure of an exhaust system ejector. 吸気系エゼクタの構成に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on the structure of an intake system ejector. 排気系エゼクタの構成に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on the structure of an exhaust system ejector. 排気系エゼクタの構成に係る断面図である。It is sectional drawing which concerns on the structure of an exhaust system ejector. 全体的な概略構成図である。It is a whole schematic block diagram. 全体的な概略構成図である。It is a whole schematic block diagram.

符号の説明Explanation of symbols

1 多気筒エンジン(6気筒ディーゼルエンジン)
3a,3b 吸気マニホールド
4 吸気管
5 インタクーラ
6 ターボチャージャ(可変ノズル式ターボチャージャ)
6a コンプレッサ
6b タービン
8 排気通路
9a,9b 排気マニホールド
10 吸気通路
20 排気管
23 排気系エゼクタ
25 タービンハウジング
36 EGR通路
37 EGRクーラ
38 EGRバルブ
39 逆止弁(リードバルブ)
40 吸気系エゼクタ
40a 吸気ノズル
40b EGRノズル
40c ディフューザ
1 Multi-cylinder engine (6-cylinder diesel engine)
3a, 3b Intake manifold 4 Intake pipe 5 Intercooler 6 Turbocharger (variable nozzle type turbocharger)
6a Compressor 6b Turbine 8 Exhaust passage 9a, 9b Exhaust manifold 10 Intake passage 20 Exhaust pipe 23 Exhaust system ejector 25 Turbine housing 36 EGR passage 37 EGR cooler 38 EGR valve 39 Check valve (reed valve)
40 Intake system ejector 40a Intake nozzle 40b EGR nozzle 40c Diffuser

Claims (4)

ターボチャージャを備える多気筒エンジンにおいて、
排気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、各排気マニホールドの下流部を前記ターボチャージャのタービン入口へ向けて先細形状に絞る排気系エゼクタと、吸気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される吸気マニホールドと、を備え、
前記ターボチャージャのタービン上流とコンプレッサ下流との間を接続するEGR通路と、吸気通路の途中および前記EGR通路の出口部をこれらの合流部へ向けてそれぞれ先細形状に絞る吸気系エゼクタと、を備え、
前記吸気系エゼクタは、吸気通路の途中の通路面積をEGR通路との合流部へ向けて縮小する吸気ノズルと、EGR通路の出口部の通路面積を吸気通路との合流部へ向けて縮小するEGRノズルと、これら合流部の通路面積を下流側へ縮小してから拡大するスロート形状のディフューザ、を備え、
前記EGR通路は、下流側に配置される逆止弁と、その上流側に配置されるEGRバルブおよびEGRクーラと、を備えたことを特徴とする多気筒エンジン。
In a multi-cylinder engine equipped with a turbocharger,
Exhaust manifolds divided for each cylinder group in which the exhaust strokes do not overlap, an exhaust system ejector that narrows the downstream portion of each exhaust manifold toward the turbine inlet of the turbocharger, and a cylinder group in which the intake strokes do not overlap An intake manifold that is divided every time,
An EGR passage that connects between the turbine upstream of the turbocharger and the compressor downstream, and an intake system ejector that narrows the outlet portion of the EGR passage toward the joining portion in the middle of the intake passage and the EGR passage. ,
The intake system ejector includes an intake nozzle that reduces the passage area in the middle of the intake passage toward the junction with the EGR passage, and an EGR that reduces the passage area of the exit portion of the EGR passage toward the junction with the intake passage. A nozzle, and a throat-shaped diffuser that expands after reducing the passage area of these junctions to the downstream side,
The multi-cylinder engine , wherein the EGR passage includes a check valve disposed on the downstream side, and an EGR valve and an EGR cooler disposed on the upstream side .
前記吸気ノズルの合流部に臨む開口面積と、前記EGRノズルの合流部に臨む開口面積と、はそれぞれ直上流の吸気通路面積の1/4程度に設定したことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。 2. The opening area facing the merging portion of the intake nozzle and the opening area facing the merging portion of the EGR nozzle are each set to about ¼ of the intake passage area immediately upstream. Multi-cylinder engine. 前記ディフューザの最小通路面積は、前記吸気ノズルの合流部に臨む開口面積と、前記EGRノズルの合流部に臨む開口面積と、の和と同程度に設定したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の多気筒エンジン。 Minimum passage area of the diffuser, said the opening area facing the confluent portion of the intake nozzle, the opening area facing the confluent portion of the EGR nozzle, the sum and claim 1 or claim, wherein the set to the same extent Item 3. The multi-cylinder engine according to Item 2. 前記EGR通路は、前記各排気マニホールドと前記各吸気マニホールドとの間を同一の気筒群同士の関係または異なる気筒群同士の関係に接続することを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか1つに記載の多気筒エンジン。 4. The EGR passage according to claim 1, wherein the exhaust manifold and the intake manifold are connected in a relationship between the same cylinder groups or in a relationship between different cylinder groups. The multi-cylinder engine as described in one .
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