JP5757709B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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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 accompanied by an exhaust turbocharger.
排気を利用してタービンを回転させコンプレッサを駆動して吸気を過給するターボ過給機が付帯した内燃機関にあっては、過過給を防止するべく、排気ガスの一部をタービンに流入させずに迂回させるウェイストゲートバルブを設けることが通例となっている(例えば、下記特許文献を参照)。このウェイストゲートバルブの開閉を通じて、過給圧を、エンジン回転数に応じた所要の目標過給圧に制御することが可能である。 In an internal combustion engine with a turbocharger that uses exhaust gas to rotate the turbine and drive the compressor to supercharge intake air, a portion of the exhaust gas flows into the turbine to prevent supercharging. It is customary to provide a waste gate valve that bypasses without making it (see, for example, the following patent document). Through the opening and closing of the waste gate valve, it is possible to control the supercharging pressure to a required target supercharging pressure corresponding to the engine speed.
タービンを迂回する排気ガスは、排気通路におけるタービンの下流側に導かれ、タービンを通過した排気ガスと混交した上で排気浄化用の触媒へと流れ込む。このとき、タービンを迂回した排気ガスは、タービンにおける温度降下を経ていないために高温のままである。従って、触媒に流れ込む排気の温度が上昇して触媒が過熱され、その劣化を招く恐れがある。 The exhaust gas that bypasses the turbine is guided downstream of the turbine in the exhaust passage, and flows into the exhaust purification catalyst after being mixed with the exhaust gas that has passed through the turbine. At this time, the exhaust gas that bypasses the turbine remains at a high temperature because it has not undergone a temperature drop in the turbine. Therefore, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst rises and the catalyst is overheated, which may cause deterioration.
そこで、ウェイストゲートバルブが開放された暁には、燃料供給量を増量して燃焼温度を抑制し、以て触媒の保護を図るようにしている。しかしながら、このような処置は、燃費の点から見て不利であることは否めない。 Therefore, when the waste gate valve is opened, the fuel supply amount is increased to suppress the combustion temperature, thereby protecting the catalyst. However, it cannot be denied that such a treatment is disadvantageous in terms of fuel consumption.
また、ウェイストゲートバルブは高温の排気ガスに曝されることから、過給圧の制御性能を犠牲にしてでも高い耐熱性を有する態様のバルブ(バタフライバルブ等)を採用せざるを得なかった。 In addition, since the waste gate valve is exposed to high-temperature exhaust gas, a valve having a high heat resistance (such as a butterfly valve) has to be employed even at the expense of supercharging pressure control performance.
本発明は、排気ターボ過給機による過過給を防止するにあたり、タービンを迂回する排気ガスを効果的に冷却し、触媒を適切に保護できるようにすることを所期の目的としている。 An object of the present invention is to effectively cool the exhaust gas that bypasses the turbine and appropriately protect the catalyst when preventing supercharging by the exhaust turbocharger.
本発明に係る排気ターボ過給機付きの内燃機関は、シリンダヘッドの外部にある排気通路におけるタービンの上流側から枝分かれし、シリンダヘッド内部におけるエンジン冷却水の流路の近傍を経由して前記排気通路におけるタービンの下流かつ触媒の上流に合流する排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路におけるシリンダヘッド内部のエンジン冷却水の流路の近傍を通過した後の領域に設けられた、当該排気バイパス通路を開閉するバルブとを備える。 An internal combustion engine with an exhaust turbocharger according to the present invention branches from an upstream side of a turbine in an exhaust passage outside a cylinder head and passes through the vicinity of a flow path of engine cooling water inside the cylinder head. An exhaust bypass passage that merges downstream of the turbine and upstream of the catalyst in the passage, and the exhaust bypass passage provided in a region after passing through the vicinity of the flow path of the engine cooling water inside the cylinder head in the exhaust bypass passage. And a valve for opening and closing.
排気バイパス通路は、シリンダヘッド内部のエンジン冷却水の流路の近傍を通過する。当該バイパス通路を流通してタービンを迂回する排気ガスは、エンジン冷却水によって冷却される。これにより、触媒の過熱を阻止することができる。 The exhaust bypass passage passes through the vicinity of the engine coolant flow path inside the cylinder head. The exhaust gas that flows through the bypass passage and bypasses the turbine is cooled by engine cooling water. Thereby, overheating of the catalyst can be prevented.
本発明によれば、タービンを迂回する排気ガスを効果的に冷却して触媒を適切に保護することが可能である。 According to the present invention, the exhaust gas that bypasses the turbine can be effectively cooled to appropriately protect the catalyst.
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態の車両用内燃機関0の概要を示す。本実施形態における内燃機関0は、複数の気筒1と、各気筒1内に燃料を噴射するインジェクタ2と、各気筒1に吸気を供給するための吸気通路3と、各気筒1から排気を排出するための排気通路4と、吸気通路3を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機5と、排気通路4から吸気通路3に向けてEGRガスを還流させる外部EGR通路6とを備えている。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the outline | summary of the internal combustion engine 0 for vehicles of this embodiment is shown. The internal combustion engine 0 in the present embodiment includes a plurality of cylinders 1, an injector 2 that injects fuel into each cylinder 1, an intake passage 3 for supplying intake air to each cylinder 1, and exhaust from each cylinder 1. And an exhaust turbocharger 5 that supercharges intake air flowing through the intake passage 3, and an external EGR passage 6 that recirculates EGR gas from the exhaust passage 4 toward the intake passage 3. Yes.
本実施形態における内燃機関0は、二気筒の4サイクルエンジンであり、第一気筒1の行程と第二気筒1の行程との間には360°CA(クランク角度)の位相差が存在する。換言すれば、第一気筒1のピストンと第二気筒1のピストンとは同時に上昇し、また同時に下降する。 The internal combustion engine 0 in this embodiment is a two-cylinder four-cycle engine, and there is a phase difference of 360 ° CA (crank angle) between the stroke of the first cylinder 1 and the stroke of the second cylinder 1. In other words, the piston of the first cylinder 1 and the piston of the second cylinder 1 are simultaneously raised and simultaneously lowered.
吸気通路3は、外部から空気を取り入れて、シリンダヘッド7に形成された吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、過給機5のコンプレッサ51、インタクーラ32、スロットルバルブ33、サージタンク34、吸気マニホルド35を、上流からこの順序に配置している。
The intake passage 3 takes in air from the outside and guides it to an intake port formed in the
排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を、シリンダヘッド7に形成された排気ポートを介して外部へと導く。排気通路4上には、排気マニホルド41、過給機5の駆動タービン52及び三元触媒42を配置している。
The exhaust passage 4 guides exhaust generated as a result of burning fuel in the cylinder 1 to the outside through an exhaust port formed in the
排気ターボ過給機5は、駆動タービン52とコンプレッサ51とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン52を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ51にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。
The exhaust turbocharger 5 is configured such that the
しかして、本実施形態では、排気ターボ過給機5による過過給を防止するべく、排気通路4におけるタービン52の上流側と下流側とをバイパスする排気バイパス通路8を配設している。排気バイパス通路8は、排気マニホルド41から枝分かれし、途中でシリンダヘッド7内部を通過した上で、排気通路4におけるタービン52の下流かつ触媒42の上流の所定箇所に合流している。
Therefore, in the present embodiment, the
さらに、その排気バイパス通路8における、シリンダヘッド7内部を通過した後の領域81に、当該排気バイパス通路8を開閉するバルブ82を設けている。本実施形態において、バルブ82は、弁体が排気バイパス通路8の延伸方向に沿って進退動作(弁座に対して接近/離間)する形式の、いわゆるポペットバルブである。このポペットバルブ82は、例えばモータ一体型のもので、電子制御装置(ECU。図示せず)から制御信号の入力を受けることでその開度を拡縮させることが可能である。ポペットバルブ82は、排気バイパス通路8がシリンダヘッド7内部から外部へと突出する箇所に配置しており、ちょうどシリンダヘッド7の側面に外側から組み付けられる様相を呈している。
Further, a
排気バイパス通路8は、シリンダヘッド7内部において、シリンダヘッド7に形成されているエンジン冷却水の流路(ウォータージャケット)の近傍を通っている。
The
本実施形態によれば、排気通路4におけるタービン52の上流側から枝分かれしシリンダヘッド7内部を経由してタービン52の下流側に合流する排気バイパス通路8と、前記排気バイパス通路8におけるシリンダヘッド7内部を通過した後の領域81に設けられた、当該排気バイパス通路8を開閉するバルブ82とを備える内燃機関0を構成したため、当該バイパス通路8を流通してタービン52を迂回する排気ガスがエンジン冷却水によって好適に冷却され、触媒42の過熱を阻止して触媒42を適切に保護することができる。
According to this embodiment, the
気筒1での燃焼温度を低下させる目的で徒に燃料供給量を増量せずに済むことから、燃料消費を節約でき、燃費の向上にもつながる。 Since it is not necessary to increase the fuel supply amount for the purpose of lowering the combustion temperature in the cylinder 1, fuel consumption can be saved and fuel efficiency can be improved.
その上、排気バイパス通路8を開閉するためのバルブ82を、(既に排気ガスが冷却水により冷却されている)比較的温度の低い箇所に設置するようにしているので、このバルブ82には高い耐熱性が要求されず、熱に強くないポペットバルブ等を採用することが許容される。ポペットバルブは、バタフライバルブ形式のウェイストゲートバルブと比べて制御性が良く、排気バイパス通路8を開放するべき場合において過給圧の制御性能が高く、排気バイパス通路8を完全に閉鎖するべき場合においてもシール性が高い。また、低速トルクの向上が期待できる。
In addition, a
しかも、本実施形態のような二気筒エンジンは、三気筒以上の多気筒エンジンよりも排気脈動が大きくなる傾向にあるが、排気ガスの一部を排気バイパス通路8内で冷却、圧縮することで、排気脈動を抑制することにもつながる。
In addition, the two-cylinder engine as in the present embodiment tends to have larger exhaust pulsation than a multi-cylinder engine having three or more cylinders. However, by cooling and compressing a part of the exhaust gas in 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。各部の具体的構成は、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。 The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. The specific configuration of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.
本発明は、車両等に搭載される過給機付きの内燃機関に適用することができる。 The present invention can be applied to an internal combustion engine with a supercharger mounted on a vehicle or the like.
0…内燃機関
4…排気通路
5…過給機
52…タービン
7…シリンダヘッド
8…排気バイパス通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 0 ... Internal combustion engine 4 ... Exhaust passage 5 ... Supercharger 52 ... Turbine 7 ...
Claims (1)
シリンダヘッドの外部にある排気通路におけるタービンの上流側から枝分かれし、シリンダヘッド内部におけるエンジン冷却水の流路の近傍を経由して前記排気通路におけるタービンの下流かつ触媒の上流に合流する排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路におけるシリンダヘッド内部のエンジン冷却水の流路の近傍を通過した後の領域に設けられた、当該排気バイパス通路を開閉するバルブと
を備えることを特徴とする内燃機関。 An internal combustion engine with an exhaust turbocharger,
An exhaust bypass passage that branches from the upstream side of the turbine in the exhaust passage outside the cylinder head and joins the downstream of the turbine and the upstream of the catalyst in the exhaust passage via the vicinity of the flow path of the engine cooling water inside the cylinder head When,
An internal combustion engine comprising: a valve provided in a region after passing through the vicinity of the flow path of engine cooling water inside the cylinder head in the exhaust bypass passage and opening and closing the exhaust bypass passage.
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