JP5823842B2 - Exhaust gas recirculation device for multi-cylinder internal combustion engine with turbocharger - Google Patents

Exhaust gas recirculation device for multi-cylinder internal combustion engine with turbocharger Download PDF

Info

Publication number
JP5823842B2
JP5823842B2 JP2011269283A JP2011269283A JP5823842B2 JP 5823842 B2 JP5823842 B2 JP 5823842B2 JP 2011269283 A JP2011269283 A JP 2011269283A JP 2011269283 A JP2011269283 A JP 2011269283A JP 5823842 B2 JP5823842 B2 JP 5823842B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exhaust
cylinder
exhaust gas
pipe
recirculation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2011269283A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2013119838A (en
Inventor
健一郎 今岡
健一郎 今岡
直利 天野
直利 天野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UD Trucks Corp filed Critical UD Trucks Corp
Priority to JP2011269283A priority Critical patent/JP5823842B2/en
Publication of JP2013119838A publication Critical patent/JP2013119838A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5823842B2 publication Critical patent/JP5823842B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

本発明は、ターボチャージャ付多気筒内燃機関において、排気を吸気側に還流させる排気還流装置に関する。   The present invention relates to an exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas to an intake side in a multi-cylinder internal combustion engine with a turbocharger.

従来、エンジン排気の一部を吸気系に還流させる排気還流装置として、ターボチャージャのタービン及び排気浄化装置(DPFや酸化触媒など)よりも下流側の排気管と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気管とを接続する排気還流管を設け、当該排気還流管に設けた調整弁によって、還流させる排気の量を調整する装置があった(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as an exhaust gas recirculation device that recirculates a part of engine exhaust gas to the intake system, an exhaust pipe downstream of a turbocharger turbine and an exhaust purification device (DPF, oxidation catalyst, etc.) and an upstream side of a turbocharger compressor There is an apparatus that provides an exhaust gas recirculation pipe connected to the intake pipe and adjusts the amount of exhaust gas to be recirculated by an adjustment valve provided in the exhaust gas recirculation pipe (see, for example, Patent Document 1).

特開2011−069305号公報JP 2011-069305 A

ところで、ターボチャージャ付内燃機関において、コンプレッサよりも下流側の吸気管に排気を還流させる場合には、過給圧が高くなる高負荷域や、過給圧及び背圧が共に低くなる低負荷域では、排気側と吸気側との差圧が小さくなり、排気を大量に還流させることが困難となる。
ここで、前記差圧を大きくするために、吸気側及び/又は排気側の管路を絞ると、ポンピングロスが増大して、エンジンの燃費性能が悪化する。
By the way, in an internal combustion engine with a turbocharger, when exhaust gas is recirculated to the intake pipe downstream of the compressor, a high load region where the boost pressure is high, or a low load region where both the boost pressure and the back pressure are low. Then, the differential pressure between the exhaust side and the intake side becomes small, and it becomes difficult to recirculate exhaust gas in large quantities.
Here, if the intake side and / or exhaust side pipes are throttled to increase the differential pressure, the pumping loss increases and the fuel efficiency of the engine deteriorates.

一方、特許文献1のように、排気還流管が、タービン及び排気浄化装置よりも下流側の排気管と、コンプレッサよりも上流側の吸気管とを接続する場合、高負荷時でも排気を還流させることが可能であるものの、排気還流管の配管が長くかつ取り回しが複雑になって、排気還流量制御の応答性が悪化する。   On the other hand, when the exhaust gas recirculation pipe connects the exhaust pipe downstream of the turbine and the exhaust gas purification device and the intake pipe upstream of the compressor as in Patent Document 1, the exhaust gas is recirculated even at a high load. Although it is possible, the piping of the exhaust gas recirculation pipe is long and the handling becomes complicated, and the responsiveness of the exhaust gas recirculation amount control deteriorates.

更に、排気還流管が、タービンよりも下流側で排気浄化装置よりも上流側の排気管と、コンプレッサよりも上流側の吸気管とを接続する場合、排気還流管は比較的短くなる。しかしながら、係る排気還流管を用いる場合は、還流排気中に、煤(黒煙)の他、燃料や潤滑油が未燃のまま排出されたものなどが含まれることになる。このため、これらの排気成分によって、コンプレッサが汚損したり、コンプレッサの腐食が進行したりする。   Further, when the exhaust gas recirculation pipe connects the exhaust pipe upstream of the exhaust gas purification device and the upstream side of the compressor, the exhaust gas recirculation pipe becomes relatively short. However, when such an exhaust recirculation pipe is used, the recirculation exhaust includes not only soot (black smoke) but also fuel and lubricating oil discharged without being burned. For this reason, these exhaust components cause the compressor to become dirty or the corrosion of the compressor to proceed.

そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、ターボチャージャ付多気筒内燃機関において、燃費性能の低下やコンプレッサの汚損,腐食を抑制しつつ、高い応答性で大量の排気還流を行える、排気還流装置を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a multi-cylinder internal combustion engine with a turbocharger that can perform a large amount of exhaust gas recirculation with high responsiveness while suppressing deterioration in fuel efficiency, compressor fouling, and corrosion. An object is to provide a reflux apparatus.

このため、本発明に係るターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置は、多気筒のうちの一部の排気還流専用気筒の排気を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気とは分離独立させ、前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気管に還流させる排気還流管と、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気が流入する前記ターボチャージャのタービンの下流側の排気管と前記排気還流管とを接続し、前記排気還流専用気筒の排気を前記ターボチャージャのタービンをバイパスさせて排出させる連通管と、前記排気還流管に設けた第1バルブと、前記連通管に設けた第2バルブと、前記排気還流管を介して前記吸気管に還流される排気中の所定成分を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気よりも低減させる排気成分低減手段と、を備えるようにした。 For this reason, the exhaust gas recirculation apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine with a turbocharger according to the present invention separates the exhaust gas of some exhaust gas recirculation dedicated cylinders from the exhaust gases of cylinders other than the exhaust gas recirculation dedicated cylinder. An exhaust gas recirculation pipe that recirculates to an intake pipe upstream of the compressor of the turbocharger, an exhaust pipe downstream of a turbine of the turbocharger into which exhaust from a cylinder other than the exhaust recirculation dedicated cylinder flows, and the exhaust gas recirculation A communication pipe that connects the pipe and exhausts exhaust from the exhaust recirculation dedicated cylinder by bypassing the turbine of the turbocharger, a first valve provided in the exhaust recirculation pipe, and a second valve provided in the communication pipe And an exhaust component reducing means for reducing a predetermined component in the exhaust gas recirculated to the intake pipe through the exhaust gas recirculation pipe, as compared with exhaust of a cylinder other than the exhaust recirculation dedicated cylinder , It was to prepare for the.

本発明によれば、排気還流専用気筒の排気をコンプレッサよりも上流側の吸気管に還流させるから、絞りを設けなくとも運転領域(過給圧)に影響されることなく大量の排気還流が可能で、また、還流排気中の所定成分を低減させるから、還流排気に含まれる所定成分によってコンプレッサが汚損,腐食することを抑制でき、更に、タービン下流やタービンの下流に配置される排気浄化装置の下流側から排気を取り出す場合に比べて、排気還流管路の全長を短くでき、かつ、配管の取り回しが単純になり、排気還流量を十分な応答性で制御できる。
また、タービンの下流側は上流側に比べて圧力が低く、連通管はタービンの下流側に接続されるから、第2バルブを開いたときに、排気管側から第1バルブ側に向けて排気が逆流することを抑制できる。
According to the present invention, the exhaust gas of the exhaust gas recirculation dedicated cylinder is recirculated to the intake pipe upstream of the compressor, so that a large amount of exhaust gas recirculation is possible without being affected by the operating region (supercharging pressure) without providing a throttle. In addition, since the predetermined component in the recirculated exhaust gas is reduced, the compressor can be prevented from being contaminated and corroded by the predetermined component contained in the recirculated exhaust gas, and further, the exhaust purification device disposed downstream of the turbine or downstream of the turbine. Compared with the case where exhaust gas is taken out from the downstream side, the overall length of the exhaust gas recirculation pipe line can be shortened, the piping can be simplified, and the exhaust gas recirculation amount can be controlled with sufficient responsiveness.
Further, the pressure on the downstream side of the turbine is lower than that on the upstream side, and the communication pipe is connected to the downstream side of the turbine. Therefore, when the second valve is opened, exhaust is performed from the exhaust pipe side to the first valve side. Can be prevented from flowing back.

本発明の実施形態において2連のコンプレッサを備えるディーゼルエンジンを示す概略図Schematic which shows the diesel engine provided with a double compressor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態において単独のコンプレッサを備えるディーゼルエンジンを示す概略図Schematic showing a diesel engine with a single compressor in an embodiment of the invention

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図1は、本発明に係る排気還流装置を適用する、車両用のディーゼルエンジン(ターボチャージャ付多気筒内燃機関)を示すものである。
排気還流(Exhaust Gas Recirculation)装置は、排気の一部を新気に混入させることで燃焼温度を下げ、これによって、エンジンからのNOx排出量を低減する装置である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a diesel engine for a vehicle (multi-cylinder internal combustion engine with a turbocharger) to which an exhaust gas recirculation apparatus according to the present invention is applied.
An exhaust gas recirculation device is a device that lowers the combustion temperature by mixing a part of exhaust gas into fresh air, thereby reducing NOx emission from the engine.

多気筒(一例として4気筒)であるディーゼルエンジン10において、排気マニホールド11は、第1気筒#1の排気を導くサブ排気マニホールド11Aと、第1気筒#1以外の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の排気をまとめるメイン排気マニホールド11Bと、に分割されている。
尚、サブ排気マニホールド11Aとメイン排気マニホールド11Bとは、別部品で構成することができる他、一体的に形成される部品とすることができる。
In the diesel engine 10 that is a multi-cylinder (four cylinders as an example), the exhaust manifold 11 includes a sub-exhaust manifold 11A that guides the exhaust of the first cylinder # 1, and cylinders other than the first cylinder # 1 (second cylinders # 2 to # 2). The main exhaust manifold 11B that collects the exhaust of the fourth cylinder # 4) is divided.
The sub exhaust manifold 11A and the main exhaust manifold 11B can be configured as separate parts or can be formed as an integral part.

また、ディーゼルエンジン10が例えば6気筒である場合に、サブ排気マニホールド11Aが2気筒の排気をまとめ、メイン排気マニホールド11Bが他の4気筒の排気をまとめるように構成できる。
即ち、ディーゼルエンジン10の気筒数、各排気マニホールド11A,11Bが排気をまとめる気筒の数を、図1に示した設定に限定するものではない。
Further, when the diesel engine 10 has, for example, six cylinders, the sub exhaust manifold 11A can collect the exhaust of two cylinders, and the main exhaust manifold 11B can collect the exhaust of other four cylinders.
That is, the number of cylinders of the diesel engine 10 and the number of cylinders in which the exhaust manifolds 11A and 11B collect exhaust are not limited to the settings shown in FIG.

メイン排気マニホールド11Bのコレクタには、排気を大気中に放出するための排気管12が接続される。
排気管12には、上流側から順に、ターボチャージャ13のタービン13A、排気浄化装置14を設けてあり、第1気筒#1以外の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の排気は、排気タービン13A及び排気浄化装置14を通過した後、大気中に放出される。
An exhaust pipe 12 is connected to the collector of the main exhaust manifold 11B for discharging the exhaust into the atmosphere.
The exhaust pipe 12 is provided with a turbine 13A of the turbocharger 13 and an exhaust purification device 14 in order from the upstream side, and exhausts from cylinders other than the first cylinder # 1 (second cylinder # 2 to fourth cylinder # 4). Is discharged into the atmosphere after passing through the exhaust turbine 13A and the exhaust purification device 14.

排気浄化装置14は、例えば、排気中に含まれる煤などの粒子状物質(固体成分、液体成分)やNOxなどのガス成分を浄化する装置であり、フィルタや各種の触媒装置などで構成される。
一例として、排気浄化装置14は、連続再生式DPF装置、還元剤噴射装置、NOx還元触媒、酸化触媒などで構成される。
The exhaust purification device 14 is a device that purifies particulate matter (solid component, liquid component) such as soot and gas components such as NOx contained in the exhaust gas, and includes a filter, various catalyst devices, and the like. .
As an example, the exhaust purification device 14 includes a continuous regeneration type DPF device, a reducing agent injection device, a NOx reduction catalyst, an oxidation catalyst, and the like.

連続再生式DPF装置は、排気中の粒子状物質(Particulate Matter)を捕捉して除去する装置であり、DPF(Diesel Particulate Filter)の前に酸化触媒を配置することで、DPFの連続再生温度を下げるようにしてある。
還元剤噴射装置は、還元剤(例えばアンモニア)又はその前駆体(例えば尿素水溶液)を排気中に噴射する装置であり、NOx還元触媒は、還元剤を用いて排気中のNOxを還元し、酸化触媒は、NOx還元触媒を通過した還元剤を酸化させる。
The continuous regeneration type DPF device captures and removes particulate matter (Particulate Matter) in the exhaust gas. By placing an oxidation catalyst in front of the DPF (Diesel Particulate Filter), the continuous regeneration temperature of the DPF is increased. I try to lower it.
The reducing agent injection device is a device that injects a reducing agent (for example, ammonia) or a precursor thereof (for example, an aqueous urea solution) into the exhaust gas, and the NOx reduction catalyst uses the reducing agent to reduce NOx in the exhaust gas and oxidizes it. The catalyst oxidizes the reducing agent that has passed through the NOx reduction catalyst.

尚、排気浄化フィルタとして、DPFの代わりに、フィルタ表面に触媒(活性成分及び添加成分)を担持させたCSF(Catalyzed Soot Filter)を使用できる。
一方、サブ排気マニホールド11Aのコレクタには、EGR管(排気還流管)15の一端が接続され、第1気筒#1の排気が、EGR管15を介して吸気側に還流される。
即ち、第1気筒#1の以外の気筒の排気は吸気側に還流されずに、第1気筒#1の排気が他気筒の排気と分離独立してEGR管15を介して吸気側に還流されるようになっており、第1気筒#1は、排気還流専用気筒である。
As an exhaust purification filter, a CSF (Catalyzed Soot Filter) having a catalyst (active component and additive component) supported on the filter surface can be used instead of the DPF.
On the other hand, one end of an EGR pipe (exhaust recirculation pipe) 15 is connected to the collector of the sub exhaust manifold 11A, and the exhaust of the first cylinder # 1 is recirculated to the intake side via the EGR pipe 15.
That is, the exhaust of the cylinders other than the first cylinder # 1 is not recirculated to the intake side, but the exhaust of the first cylinder # 1 is recirculated to the intake side via the EGR pipe 15 independently of the exhaust of other cylinders. The first cylinder # 1 is an exhaust recirculation dedicated cylinder.

換言すれば、全気筒の排気の一部として、第1気筒#1の排気を、吸気側に還流させるように構成されている。
尚、サブ排気マニホールド11Aとメイン排気マニホールド11Bとを一体的に形成する場合には、コレクタ部を、第1気筒#1の排気が導入されるサブコレクタと、他の気筒の排気が導入されるメインコレクタとに仕切り、サブコレクタにEGR管15を接続し、メインコレクタに排気管12を接続する。
In other words, the exhaust of the first cylinder # 1 is recirculated to the intake side as a part of the exhaust of all the cylinders.
When the sub exhaust manifold 11A and the main exhaust manifold 11B are integrally formed, the collector portion is introduced with the sub collector into which the exhaust of the first cylinder # 1 is introduced and the exhaust of other cylinders. The main collector is partitioned, the EGR pipe 15 is connected to the sub-collector, and the exhaust pipe 12 is connected to the main collector.

また、ディーゼルエンジン10の吸気マニホールド16は、排気還流専用気筒である第1気筒#1に空気を導くサブ吸気マニホールド16Aと、第1気筒#1以外の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)に空気を分配するメイン吸気マニホールド16Bとに分割されている。
尚、サブ吸気マニホールド16Aとメイン吸気マニホールド16Bとは、別部品で構成することができる他、一体的に形成される部品とすることができる。
In addition, the intake manifold 16 of the diesel engine 10 includes a sub intake manifold 16A that guides air to the first cylinder # 1, which is a dedicated exhaust gas recirculation cylinder, and cylinders other than the first cylinder # 1 (second cylinder # 2 to fourth cylinder). It is divided into a main intake manifold 16B for distributing air to # 4).
The sub intake manifold 16A and the main intake manifold 16B can be configured as separate parts or can be formed as an integral part.

サブ吸気マニホールド16Aのコレクタには、サブ吸気管17Aが接続され、メイン吸気マニホールド16Bのコレクタには、メイン吸気管17Bが接続される。
サブ吸気管17Aには、タービン13Aの回転軸13Cに支持され、タービン13Aによって回転駆動されるサブコンプレッサ13B1を設け、メイン吸気管17Bには、タービン13Aの回転軸13Cに支持され、タービン13Aによって回転駆動されるメインコンプレッサ13B2を設けてある。
即ち、メインコンプレッサ13B2とサブコンプレッサ13B1とは、同軸に支持される2連のコンプレッサである。
A sub intake pipe 17A is connected to the collector of the sub intake manifold 16A, and a main intake pipe 17B is connected to the collector of the main intake manifold 16B.
The sub-intake pipe 17A is provided with a sub-compressor 13B1 that is supported by the rotating shaft 13C of the turbine 13A and is driven to rotate by the turbine 13A. The main intake pipe 17B is supported by the rotating shaft 13C of the turbine 13A and is driven by the turbine 13A. A main compressor 13B2 that is driven to rotate is provided.
That is, the main compressor 13B2 and the sub compressor 13B1 are two series of compressors supported coaxially.

これにより、第1気筒#1に対しては、サブコンプレッサ13B1によって圧縮された空気が送り込まれ、他の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)に対しては、メインコンプレッサ13B2によって圧縮された空気が送り込まれる。
メインコンプレッサ13B2よりも下流側のメイン吸気管17Bには、メインコンプレッサ13B2で圧縮された吸気を冷却するためのインタクーラ18を設けてある。
As a result, the air compressed by the sub-compressor 13B1 is sent to the first cylinder # 1, and the main compressor 13B2 supplies the other cylinders (second cylinder # 2 to fourth cylinder # 4). Compressed air is sent in.
An intercooler 18 for cooling the intake air compressed by the main compressor 13B2 is provided in the main intake pipe 17B on the downstream side of the main compressor 13B2.

サブ吸気管17A及びメイン吸気管17Bは、コンプレッサ13B1,13B2の上流側で、吸気管19に接続され、吸気管19によって外部から導入された空気が、サブ吸気管17A及びメイン吸気管17Bに分岐して流れ、更に、吸気マニホールド16A,16Bを介して各気筒に分配される。
サブ排気マニホールド11Aに一端が接続されるEGR管15の他端は、メイン吸気管17Bのメインコンプレッサ13B2よりも上流側に接続される。
The sub intake pipe 17A and the main intake pipe 17B are connected to the intake pipe 19 on the upstream side of the compressors 13B1 and 13B2, and the air introduced from the outside by the intake pipe 19 branches to the sub intake pipe 17A and the main intake pipe 17B. And then distributed to each cylinder via the intake manifolds 16A and 16B.
The other end of the EGR pipe 15 having one end connected to the sub exhaust manifold 11A is connected to the upstream side of the main compressor 13B2 of the main intake pipe 17B.

即ち、排気還流専用気筒である第1気筒#1の排気を、他気筒の排気とは分離独立させて、ターボチャージャ13のメインコンプレッサ13B2よりも上流側のメイン吸気管17Bに還流させる。
これにより、第1気筒#1の排気が、第1気筒#1以外の第2気筒#2〜第4気筒#4の吸気側に還流され、第2気筒#2〜第4気筒#4は、還流排気と空気との混合ガスを吸引するが、第1気筒#1の吸気側には排気が還流されず、第1気筒#1は、排気が混入しない空気を吸引する。
That is, the exhaust of the first cylinder # 1 that is the exhaust recirculation dedicated cylinder is separated and independent from the exhaust of the other cylinders, and is recirculated to the main intake pipe 17B upstream of the main compressor 13B2 of the turbocharger 13.
Thus, the exhaust of the first cylinder # 1 is recirculated to the intake side of the second cylinder # 2 to the fourth cylinder # 4 other than the first cylinder # 1, and the second cylinder # 2 to the fourth cylinder # 4 are The mixed gas of the recirculated exhaust gas and air is sucked, but the exhaust gas is not recirculated to the intake side of the first cylinder # 1, and the first cylinder # 1 sucks air not mixed with the exhaust gas.

EGR管15には、上流側から順に、酸化触媒であるDOC(Diesel Oxidation Catalyst)20、EGRクーラ21、EGR弁(第1バルブ)22を設けてある。
DOC20は、第1気筒#1から未燃のまま排出される燃料など成分を酸化して浄化する触媒装置であり、還流排気中の未燃成分を後処理で低減させる排気浄化装置(排気成分低減手段)である。
In the EGR pipe 15, a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) 20, an EGR cooler 21, and an EGR valve (first valve) 22 that are oxidation catalysts are provided in order from the upstream side.
The DOC 20 is a catalyst device that oxidizes and purifies components such as fuel that is discharged from the first cylinder # 1 as unburned, and an exhaust purification device that reduces unburned components in the recirculated exhaust gas by post-processing (exhaust component reduction). Means).

上記のDOC20を設けてあることで、吸気側に還流される排気中に含まれる未燃成分は、第1気筒#1及び他気筒から排出される未燃成分よりも低減される。
EGRクーラ21は、吸気側に還流される排気を冷却することで、還流排気の密度を高めて大量の排気還流を行えるようし、また、還流排気が合流した後の空気の温度を低下させて、より大きなNOx低減率が得られるようにする。
By providing the DOC 20, the unburned component contained in the exhaust gas recirculated to the intake side is reduced more than the unburned component discharged from the first cylinder # 1 and the other cylinders.
The EGR cooler 21 cools the exhaust gas recirculated to the intake side, thereby increasing the density of the recirculated exhaust gas so that a large amount of exhaust gas can be recirculated, and lowering the temperature of the air after the recirculated exhaust gas merges. A larger NOx reduction rate is obtained.

EGR弁22は、EGR管15の開口面積を可変とするバルブであり、このEGR弁22の開度を調整することで、排気還流量が調整される。EGR弁22として、例えば、電磁弁を用いる。
また、EGRクーラ21とEGR弁22との間のEGR管15と、タービン13Aと排気浄化装置14との間の排気管12とを接続する連通管23を設けてあり、この連通管23には、逃がし弁(第2バルブ)24を設けてある。
The EGR valve 22 is a valve that makes the opening area of the EGR pipe 15 variable, and the exhaust gas recirculation amount is adjusted by adjusting the opening degree of the EGR valve 22. As the EGR valve 22, for example, an electromagnetic valve is used.
Further, a communication pipe 23 for connecting the EGR pipe 15 between the EGR cooler 21 and the EGR valve 22 and the exhaust pipe 12 between the turbine 13A and the exhaust purification device 14 is provided. A relief valve (second valve) 24 is provided.

逃がし弁24は、EGR弁22の開度を絞ったときの余分な排気、即ち、第1気筒#1の排気のうちで吸気側に還流されない排気を排気管12に逃がして外部に排出させるためのバルブである。逃がし弁24として、例えば、電磁弁を用いる。
また、各気筒の燃焼室に燃料を噴射するインジェクタ25を設けてある。
The relief valve 24 allows excess exhaust when the opening of the EGR valve 22 is throttled, that is, exhaust that is not recirculated to the intake side out of the exhaust of the first cylinder # 1 to the exhaust pipe 12 to be discharged outside. It is a valve. For example, an electromagnetic valve is used as the relief valve 24.
In addition, an injector 25 for injecting fuel into the combustion chamber of each cylinder is provided.

インジェクタ25は、一例として、図示を省略したサプライポンプや蓄圧室などと共に燃料噴射装置を構成し、サプライポンプで生成された高圧燃料を蓄える蓄圧室(コモンレール)から供給される高圧燃料を噴射する。
インジェクタ25は、例えば、ソレノイドコイル、ニードルバルブなどで構成され、外部からの電気信号によってソレノイドコイルのオン/オフを制御することで、噴射時期、燃料噴射量が制御される。但し、燃料噴射装置を、所謂コモンレール式に限定するものではない。
For example, the injector 25 constitutes a fuel injection device together with a supply pump, a pressure accumulating chamber, and the like (not shown), and injects high pressure fuel supplied from a pressure accumulating chamber (common rail) that stores high pressure fuel generated by the supply pump.
The injector 25 is composed of, for example, a solenoid coil, a needle valve, and the like, and the injection timing and the fuel injection amount are controlled by controlling on / off of the solenoid coil by an external electric signal. However, the fuel injection device is not limited to a so-called common rail type.

上記のように、ディーゼルエンジン10における排気還流装置(EGR装置)30は、サブ排気マニホールド11A、EGR管(排気還流管)15、DOC(酸化触媒)20、EGRクーラ21、EGR弁22、連通管23、逃がし弁24などで構成される。
コンピュータを内蔵したエンジンコントロールユニット(ECU)26は、ディーゼルエンジン10の回転速度NEを検出する回転速度センサ27、ディーゼルエンジン10の負荷Qを検出する負荷センサ28などの各種センサの出力信号を入力する。
As described above, the exhaust gas recirculation device (EGR device) 30 in the diesel engine 10 includes the sub exhaust manifold 11A, the EGR pipe (exhaust gas recirculation pipe) 15, the DOC (oxidation catalyst) 20, the EGR cooler 21, the EGR valve 22, and the communication pipe. 23, a relief valve 24, and the like.
An engine control unit (ECU) 26 having a built-in computer inputs output signals of various sensors such as a rotational speed sensor 27 that detects the rotational speed NE of the diesel engine 10 and a load sensor 28 that detects the load Q of the diesel engine 10. .

ここで、負荷センサ28は、ディーゼルエンジン10の負荷Qを示す状態量として、吸気流量、吸気圧力、過給圧力、アクセル開度など、ディーゼルエンジン10のトルクと密接に関連する状態量を検出する。
そして、エンジンコントロールユニット25は、内蔵するROM(Read Only Memory)などの不揮発性メモリに記憶した制御プログラムを実行することで、ディーゼルエンジン10の運転を制御する。
Here, the load sensor 28 detects a state quantity closely related to the torque of the diesel engine 10 such as an intake air flow rate, an intake pressure, a supercharging pressure, and an accelerator opening degree as a state quantity indicating the load Q of the diesel engine 10. .
The engine control unit 25 controls the operation of the diesel engine 10 by executing a control program stored in a nonvolatile memory such as a built-in ROM (Read Only Memory).

具体的には、エンジンコントロールユニット25は、各種センサからの信号に基づき、燃焼室内への燃料噴射(噴射時期、噴射量)、排気中への還元剤の噴射、排気還流量(排気還流率)、ターボチャージャ13における可変ノズルの開度などの操作信号を演算して出力する。
ここで、エンジンコントロールユニット26は、排気還流量の制御において、エンジン運転条件(例えば、エンジン回転速度NE、エンジン負荷Qなど)から排気還流量(還流率)の目標を設定し、係る目標値に基づいて、EGR弁22、逃がし弁24の開度を制御する。
Specifically, the engine control unit 25, based on signals from various sensors, injects fuel into the combustion chamber (injection timing, injection amount), injects reducing agent into the exhaust, and exhaust gas recirculation amount (exhaust gas recirculation rate). Then, an operation signal such as the opening of the variable nozzle in the turbocharger 13 is calculated and output.
Here, in the control of the exhaust gas recirculation amount, the engine control unit 26 sets a target of the exhaust gas recirculation amount (recirculation rate) from the engine operating conditions (for example, the engine speed NE, the engine load Q, etc.), and sets the target value. Based on this, the opening degree of the EGR valve 22 and the relief valve 24 is controlled.

例えば、排気還流を停止させる場合には、EGR弁22を閉じる一方で、逃がし弁24を開けば、第1気筒#1の排気は、メイン吸気管17Bに還流されることなく、連通管23を介して排気管12に流れ、他の気筒の排気と共に排気浄化装置(排気後処理装置)14で浄化されて大気中に放出される。
ここで、タービン13Aの下流側は上流側に比べて圧力が低く、連通管23は、タービン13Aの下流側に接続されるから、逃がし弁24を開いたときに、排気管12側からEGR弁22側に向けて排気が逆流することはない。
For example, when stopping the exhaust gas recirculation, if the EGR valve 22 is closed while the relief valve 24 is opened, the exhaust of the first cylinder # 1 is not recirculated to the main intake pipe 17B, and the communication pipe 23 is recirculated. Through the exhaust pipe 12 and purified by the exhaust purification device (exhaust aftertreatment device) 14 together with the exhaust of the other cylinders and released into the atmosphere.
Here, since the pressure on the downstream side of the turbine 13A is lower than that on the upstream side and the communication pipe 23 is connected to the downstream side of the turbine 13A, when the relief valve 24 is opened, the EGR valve is opened from the exhaust pipe 12 side. Exhaust gas does not flow backward toward the 22 side.

一方、EGR弁22を開くと、メインコンプレッサ13B2上流側のメイン吸気管17B内の圧力が大気圧若しくは負圧であるのに対し、サブ排気マニホールド11A内が正圧であるから、第1気筒#1の排気は、EGR弁22を通過して、メイン吸気管17B内に流入し、排気が混入した新気が第2気筒#2〜第4気筒#4に分配される。
ここで、エンジンコントロールユニット26は、EGR弁22の開度が小さくなるに応じて、逃がし弁24の開度を大きくすることで、排気還流量(排気還流率)を調整しつつ、メイン吸気管17B内に還流されない排気を、連通管23を介して排気管12に逃がし、排気還流量を絞る場合に第1気筒#1の背圧が過剰に高くなることを抑制する。
On the other hand, when the EGR valve 22 is opened, the pressure in the main intake pipe 17B upstream of the main compressor 13B2 is atmospheric pressure or negative pressure, whereas the pressure in the sub exhaust manifold 11A is positive pressure. 1 exhaust passes through the EGR valve 22 and flows into the main intake pipe 17B, and fresh air mixed with the exhaust is distributed to the second cylinder # 2 to the fourth cylinder # 4.
Here, the engine control unit 26 adjusts the exhaust gas recirculation amount (exhaust gas recirculation rate) by increasing the opening degree of the relief valve 24 as the opening degree of the EGR valve 22 decreases, and the main intake pipe. Exhaust gas that is not recirculated into 17B is released to the exhaust pipe 12 via the communication pipe 23, and the back pressure of the first cylinder # 1 is prevented from becoming excessively high when the exhaust gas recirculation amount is reduced.

上記のように、メインコンプレッサ13B2よりも上流側のメイン吸気管17B内に排気を還流させるようにすれば、メインコンプレッサ13B2による過給圧変化に影響されることなく(換言すれば、エンジン運転条件に大きく影響されることなく)、大量の排気還流を行える。
即ち、メインコンプレッサ13B2よりも下流側に排気を還流させる場合には、過給によって吸気圧が高まることで排気側と吸気側との差圧が小さくなり、特に高過給が行われる場合には、吸気側の圧力が排気側よりも高くなる場合があり、高負荷域では排気還流が行えない。
As described above, if the exhaust gas is recirculated into the main intake pipe 17B on the upstream side of the main compressor 13B2, it is not affected by the supercharging pressure change by the main compressor 13B2 (in other words, the engine operating condition). Large amount of exhaust gas recirculation can be performed.
That is, when the exhaust gas is recirculated downstream of the main compressor 13B2, the differential pressure between the exhaust side and the intake side is reduced by increasing the intake pressure due to supercharging, and particularly when high supercharging is performed. The pressure on the intake side may be higher than that on the exhaust side, and exhaust gas recirculation cannot be performed in a high load range.

これに対し、メインコンプレッサ13B2よりも上流側に排気を還流させる場合には、たとえ高過給が行われるとしても、排気側の圧力が吸気側よりも高い状態に維持でき、吸気系や排気系に絞りを設けることなく、即ち、絞りによってポンピングロスを増大させることなく、高負荷域での排気還流が可能である。
更に、第1気筒#1を排気還流専用気筒とし、第1気筒#1の排気を他気筒の排気から分離独立させ、第1気筒#1の排気の全量をEGR管15に導入させるから、排気側と吸気側との差圧が小さくなる低負荷時に、第1気筒#1の排気を強制的にEGR弁22に導いて、大量の排気還流を行える。
On the other hand, when the exhaust gas is recirculated to the upstream side of the main compressor 13B2, even if high supercharging is performed, the pressure on the exhaust side can be maintained higher than that on the intake side. The exhaust gas recirculation in a high load range is possible without providing a throttle in the pipe, that is, without increasing the pumping loss by the throttle.
Further, since the first cylinder # 1 is a dedicated exhaust gas recirculation cylinder, the exhaust of the first cylinder # 1 is separated and independent from the exhaust of the other cylinders, and the entire amount of the exhaust of the first cylinder # 1 is introduced into the EGR pipe 15. During a low load when the pressure difference between the intake and exhaust sides becomes small, the exhaust of the first cylinder # 1 is forcibly guided to the EGR valve 22 to perform a large amount of exhaust gas recirculation.

また、上記の排気還流装置30のEGR管15には、DOC(酸化触媒)20を設けてあるため、第1気筒#1から未燃のまま排出される燃料などの未燃成分はDOC20で酸化され、メイン吸気管17Bに還流される排気中に含まれる未燃成分が、第1気筒#1からの排出量に比べて低減される。
従って、メインコンプレッサ13B2が、還流排気に含まれる未燃成分で汚損,腐食することを抑制できる。
Further, since the EGR pipe 15 of the exhaust gas recirculation device 30 is provided with a DOC (oxidation catalyst) 20, unburned components such as fuel discharged from the first cylinder # 1 without being burned are oxidized by the DOC 20. Thus, the unburned component contained in the exhaust gas recirculated to the main intake pipe 17B is reduced as compared with the exhaust amount from the first cylinder # 1.
Therefore, it is possible to suppress the main compressor 13B2 from being contaminated and corroded by unburned components contained in the recirculated exhaust gas.

但し、第1気筒#1の排気に含まれる煤(soot)は、DOC(酸化触媒)20を通過し、メインコンプレッサ13B2よりも上流側のメイン吸気管17Bに還流されるから、この煤でメインコンプレッサ13B2が汚損することになってしまう。
そこで、第1気筒#1から排出される煤(粒子状成分)の濃度を、他気筒から排出される煤の濃度よりも低下させ、還流される排気中に含まれる煤(粒子状成分)を低減させる燃焼制御を実施して、還流排気に含まれる煤でメインコンプレッサ13B2が汚損することを抑制するようにしてある。
However, the soot contained in the exhaust of the first cylinder # 1 passes through the DOC (oxidation catalyst) 20 and is returned to the main intake pipe 17B on the upstream side of the main compressor 13B2. The compressor 13B2 will be soiled.
Therefore, the concentration of soot (particulate component) discharged from the first cylinder # 1 is made lower than the concentration of soot discharged from the other cylinders, and soot (particulate component) contained in the recirculated exhaust gas is reduced. Combustion control is performed to reduce the main compressor 13B2 from being contaminated with soot contained in the recirculated exhaust gas.

即ち、DOC20による後処理と、燃焼制御とにより、第2気筒#2〜第4気筒#4の排気をそのまま還流させる場合よりも、メイン吸気管17Bに還流される排気に含まれる未燃成分及び煤成分を低減させ、メインコンプレッサ13B2の汚損、腐食を抑制する。
前記燃焼制御として、第1気筒#1の空燃比を、他気筒の空燃比よりもリーンにすることで、第1気筒#1から排出される煤(粒子状成分)の濃度を、他気筒から排出される煤の濃度よりも低下させる。
That is, the unburned components contained in the exhaust gas recirculated to the main intake pipe 17B and the exhaust gas recirculated to the main intake pipe 17B as compared with the case where the exhaust gas of the second cylinder # 2 to the fourth cylinder # 4 is recirculated as it is by post-processing by the DOC 20 and combustion control The soot component is reduced, and the main compressor 13B2 is prevented from being damaged and corroded.
As the combustion control, by setting the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 to be leaner than the air-fuel ratio of the other cylinders, the concentration of soot (particulate component) discharged from the first cylinder # 1 is changed from the other cylinders. Lower than the concentration of soot discharged.

一般に、煤は、高当量比でかつ特定の温度域で生成されることが知られているから、空燃比をリーン化する(低当量比)とすることで、煤の発生を抑制することができる。
上記のディーゼルエンジン10では、第1気筒#1の吸気に対しては、排気が還流されないのに対し、他の気筒の吸気に対して排気が還流されるから、各気筒が吸引するガス量(新気と還流排気との総量)が同じでも、第1気筒#1が吸入する新気の量が他気筒に比べて多くなる。
In general, soot is known to be produced at a high equivalent ratio and in a specific temperature range, so that the generation of soot can be suppressed by making the air-fuel ratio lean (low equivalent ratio). it can.
In the diesel engine 10 described above, the exhaust gas is not recirculated with respect to the intake air of the first cylinder # 1, whereas the exhaust gas is recirculated with respect to the intake air of the other cylinders. Even if the total amount of fresh air and recirculated exhaust gas is the same, the amount of fresh air sucked into the first cylinder # 1 is larger than that of the other cylinders.

このため、各気筒に同じ量の燃料を噴射させても、第1気筒#1の空燃比が他気筒に比べてリーン(低当量比)になり、これによって、第1気筒#1が排出する煤の量を他気筒に比べて減らすことができる。
即ち、上記のディーゼルエンジン10では、排気還流の有無によって、第1気筒#1の空燃比と他気筒の空燃比とが異なるようにし、排気還専用気筒である第1気筒#1に対して排気を還流させないことで、第1気筒#1の空燃比を他気筒に比べてリーンとし、第1気筒#1から排出される煤を他気筒に比べて減らすことで、還流排気中に含まれる煤を低減させている。
For this reason, even if the same amount of fuel is injected into each cylinder, the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 becomes lean (low equivalence ratio) compared to the other cylinders, and thereby the first cylinder # 1 discharges. The amount of soot can be reduced compared to other cylinders.
That is, in the diesel engine 10 described above, the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 and the air-fuel ratio of the other cylinders are made different depending on the presence or absence of exhaust gas recirculation. Is not recirculated, the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 is made leaner than that of the other cylinders, and the soot discharged from the first cylinder # 1 is reduced as compared with the other cylinders, so that the soot contained in the recirculated exhaust gas is reduced. Is reduced.

従って、吸気マニホールド16を、サブ吸気マニホールド16Aとメイン吸気マニホールド16Bとに分割し、メイン吸気マニホールド16Bに接続させたメイン吸気管17Bに対して排気を還流させるようにした、吸気構造及び排気還流構造が、第1気筒#1が排出する煤の量を他気筒に比べて減らす、換言すれば、吸気側に還流される排気成分である煤を減らす手段(排気成分低減手段、燃焼制御手段)として機能することになる。
換言すれば、排気をコンプレッサの上流側に還流させつつ、第1気筒#1には還流排気が混入した新気を吸引させないことで、還流排気が混入した新気を吸引させる他気筒に比べて第1気筒#1の空燃比をリーン化させるために、コンプレッサ、吸気管、吸気マニホールドからなる吸気系を、第1気筒#1用と第2気筒#2〜第4気筒#4用との2系統備え、第2気筒#2〜第4気筒#4用の吸気系を構成するメインコンプレッサ13B2の上流側に排気を還流させるようにしてある。
Accordingly, the intake manifold 16 is divided into the sub intake manifold 16A and the main intake manifold 16B, and the exhaust structure is recirculated to the main intake pipe 17B connected to the main intake manifold 16B. However, as means for reducing soot that is exhaust gas recirculated to the intake side (exhaust component reducing means, combustion control means), the amount of soot discharged from the first cylinder # 1 is reduced as compared to other cylinders. Will work.
In other words, while the exhaust gas is recirculated to the upstream side of the compressor, the first cylinder # 1 does not suck the fresh air mixed with the recirculated exhaust gas, so that the fresh air mixed with the recirculated exhaust gas is sucked. In order to make the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 lean, an intake system including a compressor, an intake pipe, and an intake manifold is divided into two for the first cylinder # 1 and for the second cylinder # 2 to the fourth cylinder # 4. A system is provided, and exhaust gas is recirculated to the upstream side of the main compressor 13B2 constituting the intake system for the second cylinder # 2 to the fourth cylinder # 4.

尚、前述のように、排気還流の有無によって第1気筒#1の空燃比を他気筒に比べてリーンに設定しつつ、更に、第1気筒#1の燃料噴射量を他気筒の燃料噴射量に対して独立に補正することで、第1気筒#1における空燃比(リーン化レベル)を制御することができる。
また、図1に示した排気還流装置30では、吸気側に還流させる排気の取り出しを、排気浄化装置14下流側の排気管12から行う場合に比べて、EGR管15の管路長を短くかつ配管の取り回しを単純にできる。
As described above, the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 is set to be leaner than that of the other cylinders depending on the presence or absence of exhaust gas recirculation, and the fuel injection amount of the first cylinder # 1 is further set to the fuel injection amount of the other cylinders. As a result, the air-fuel ratio (lean level) in the first cylinder # 1 can be controlled.
Further, in the exhaust gas recirculation device 30 shown in FIG. 1, the pipe length of the EGR pipe 15 is made shorter than in the case where the exhaust gas recirculated to the intake side is taken out from the exhaust pipe 12 downstream of the exhaust gas purification device 14. The piping can be simplified.

このため、EGR弁22の開度変化に対して排気還流量を応答よく変化させることができ、エンジン運転条件の変化に伴う目標EGR率の変化に対して実際のEGR率を応答よく追従させて、排気還流量に過渡的に過不足が生じることを抑制できる。
尚、EGR管15に排気浄化装置としてのDPFを設け、第1気筒#1の排気中に含まれる煤をDPFで捕集させることで、吸気側に還流する排気に含まれる成分である煤を低減することができる。
Therefore, the exhaust gas recirculation amount can be changed with good response to changes in the opening degree of the EGR valve 22, and the actual EGR rate can be followed with good response to changes in the target EGR rate accompanying changes in engine operating conditions. It is possible to suppress a transient excess or deficiency in the exhaust gas recirculation amount.
The EGR pipe 15 is provided with a DPF as an exhaust purification device, and soot contained in the exhaust of the first cylinder # 1 is collected by the DPF, so that soot as a component contained in the exhaust gas recirculated to the intake side is obtained. Can be reduced.

しかし、DPFに煤が徐々に堆積することで、再生処理が必要となり、再生処理に伴って高温の排気が吸気側に還流されることになり、また、EGR管15のDPFを設けることで、EGR管15が長くなったり、EGR管15の取り回しが複雑になったりする。
従って、還流排気に含まれる煤(粒子状成分)を低減する手段(排気成分低減手段)としては、DPFなどの後処理手段ではなく、排気還流専用気筒である第1気筒#1から排出される煤を低減させる手段(燃焼制御手段)を用いることが好ましい。
However, since soot gradually accumulates in the DPF, regeneration processing is necessary, and high-temperature exhaust gas is recirculated to the intake side along with the regeneration processing, and by providing the DGR of the EGR pipe 15, The EGR pipe 15 becomes long or the handling of the EGR pipe 15 becomes complicated.
Therefore, as a means (exhaust component reducing means) for reducing soot (particulate component) contained in the recirculated exhaust gas, it is discharged from the first cylinder # 1, which is an exhaust recirculation dedicated cylinder, instead of post-processing means such as DPF. It is preferable to use means for reducing soot (combustion control means).

図2は、第1気筒#1の排気を、第1気筒#1〜第4気筒#4の全気筒に還流させるようにした例を示す。尚、図2において、図1と同一の要素には同一符号を付し、詳細な説明を省略する。
図2に示したディーゼルエンジン31では、図1に示したディーゼルエンジン10と同様に、排気マニホールド11が、第1気筒#1の排気を導くサブ排気マニホールド11Aと、第1気筒#1以外の気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)の排気をまとめるメイン排気マニホールド11Bと、に分割される。
FIG. 2 shows an example in which the exhaust of the first cylinder # 1 is recirculated to all of the first cylinder # 1 to the fourth cylinder # 4. In FIG. 2, the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the diesel engine 31 shown in FIG. 2, as in the diesel engine 10 shown in FIG. 1, the exhaust manifold 11 has a sub exhaust manifold 11A that guides the exhaust of the first cylinder # 1, and cylinders other than the first cylinder # 1. The main exhaust manifold 11B that collects the exhaust of (second cylinder # 2 to fourth cylinder # 4) is divided.

そして、メイン排気マニホールド11Bのコレクタには排気管12が接続され、サブ排気マニホールド11AのコレクタにはEGR管(排気還流管)15の一端が接続される。
一方、図2に示したディーゼルエンジン31では、吸気マニホールド32は全気筒に空気をそれぞれ分配するよう形成され、吸気マニホールド32のコレクタには、インタクーラ18及びコンプレッサ13Bが設けられる吸気管33が接続される。
An exhaust pipe 12 is connected to the collector of the main exhaust manifold 11B, and one end of an EGR pipe (exhaust gas recirculation pipe) 15 is connected to the collector of the sub exhaust manifold 11A.
On the other hand, in the diesel engine 31 shown in FIG. 2, the intake manifold 32 is formed so as to distribute air to all the cylinders, and an intake pipe 33 provided with the intercooler 18 and the compressor 13B is connected to the collector of the intake manifold 32. The

吸気管33のコンプレッサ13Bよりも上流側には、EGR管(排気還流管)15が
接続される。そして、還流排気が混入した空気がコンプレッサ13Bで圧縮され、その後インタクーラ18で冷却され、全気筒に分配される。
係るディーゼルエンジン31では、全気筒に還流排気が混入した空気が吸引され、各気筒が吸引する新気量は略同等であり、各気筒に略同量の燃料を噴射すると、各気筒の空燃比は略同等になり、第1気筒#1以外の気筒の排気に含まれる煤よりも第1気筒#1の排気に含まれる煤が低減されることはない。
An EGR pipe (exhaust gas recirculation pipe) 15 is connected to the intake pipe 33 upstream of the compressor 13B. Then, the air mixed with the recirculated exhaust gas is compressed by the compressor 13B, then cooled by the intercooler 18, and distributed to all the cylinders.
In the diesel engine 31, air in which recirculated exhaust gas is mixed is sucked into all cylinders, and the amount of fresh air sucked by each cylinder is substantially the same. When substantially the same amount of fuel is injected into each cylinder, the air-fuel ratio of each cylinder Are substantially the same, and soot contained in the exhaust of the first cylinder # 1 is not reduced more than soot contained in the exhaust of the cylinders other than the first cylinder # 1.

そこで、エンジンコントロールユニット25は、インジェクタ25による燃料噴射量の制御において、排気還流専用気筒である第1気筒#1に対する燃料噴射量を、他気筒(第2気筒#2〜第4気筒#4)に対する燃料噴射量に比して減らすことで、第1気筒#1の空燃比を他気筒に比べてリーンとし、これによって、第1気筒#1が排出する煤の量を他気筒に比べて減らすことができる。   Therefore, the engine control unit 25 controls the fuel injection amount for the first cylinder # 1, which is a dedicated exhaust gas recirculation cylinder, in the other cylinders (second cylinder # 2 to fourth cylinder # 4) in the control of the fuel injection amount by the injector 25. The air-fuel ratio of the first cylinder # 1 is made leaner than that of the other cylinders by reducing the fuel injection amount relative to the fuel injection amount, thereby reducing the amount of soot discharged from the first cylinder # 1 as compared to the other cylinders. be able to.

また、煤の排出は、ある空燃比で最大値を示し、煤の排出が最大となる空燃比よりもリッチ側及びリーン側の双方で煤の排出が低下する場合があり、この場合、第1気筒#1に対する燃料噴射量を他気筒よりも多くし、第1気筒#1の空燃比を他気筒よりもリッチにすることで、第1気筒#1から排出される煤を他気筒に比べて低減させることができる場合がある。
尚、第1気筒#1への燃料噴射量を多気筒に比べてリーン又はリッチに設定することで、第1気筒#1の発生トルクと他気筒の発生トルクとの差が生じることになってしまうので、気筒間における発生トルクの差異による運転安定性の低下を抑制しつつ、煤によるコンプレッサ13Bの汚損を抑制できるように、第1気筒#1の空燃比を制御する。
In addition, soot discharge exhibits a maximum value at a certain air-fuel ratio, and soot discharge may decrease on both the rich side and the lean side from the air-fuel ratio at which soot discharge becomes maximum. By making the fuel injection amount for cylinder # 1 larger than for the other cylinders and making the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 richer than for the other cylinders, soot discharged from the first cylinder # 1 can be larger than that for the other cylinders In some cases, it can be reduced.
Note that, by setting the fuel injection amount to the first cylinder # 1 to be leaner or richer than that of the multi-cylinder, a difference between the generated torque of the first cylinder # 1 and the generated torque of the other cylinders occurs. Therefore, the air-fuel ratio of the first cylinder # 1 is controlled so that the deterioration of the operation stability due to the difference in generated torque between the cylinders can be suppressed and the fouling of the compressor 13B due to soot can be suppressed.

第1気筒#1が排出する煤の量を他気筒に比べて減らす手段としては、この他、例えば、排気還流専用気筒である第1気筒#1において、主噴射終了直後に少量の燃料を噴射(アフタ噴射)、燃焼させることで、シリンダ内を攪乱し、第1気筒#1からの煤の排出量を低下させるなど、煤を低減できる公知の燃焼制御を適宜採用でき、更に、種々の燃焼制御を複数組み合わせて実施することができる。
上記のような燃料噴射制御によって、第1気筒#1から排出される煤が他気筒から排出される煤よりも減って、コンプレッサ13Bの上流側に還流される排気に含まれる煤の量が減り、コンプレッサ13Bが煤で汚損されることを抑制できる。
As another means for reducing the amount of soot discharged from the first cylinder # 1 as compared with other cylinders, for example, in the first cylinder # 1 which is a dedicated exhaust gas recirculation cylinder, a small amount of fuel is injected immediately after the end of the main injection. (After-injection), by burning, the inside of the cylinder is disturbed, so that the known combustion control capable of reducing soot such as reducing the amount of soot discharged from the first cylinder # 1 can be adopted as appropriate. A plurality of controls can be implemented in combination.
By the fuel injection control as described above, the soot discharged from the first cylinder # 1 is reduced from the soot discharged from the other cylinders, and the amount of soot contained in the exhaust gas recirculated upstream of the compressor 13B is reduced. It is possible to prevent the compressor 13B from being soiled with the soot.

従って、この場合、エンジンコントロールユニット25による第1気筒#1に対する燃料噴射の制御機能が、吸気側に還流される排気成分である煤を減らす手段(排気成分低減手段、燃焼制御手段)に相当することになる。
また、第1気筒#1から排出される未燃の燃料などは、図1に示したディーゼルエンジン10と同様に、EGR管15に設けられる排気浄化装置としてのDOC(酸化触媒)20で酸化されるから、コンプレッサ13Bの上流側に還流される排気に含まれる未燃燃料の量を減らし、コンプレッサ13Bが未燃の燃料や潤滑油などで腐食することを抑制する。
Accordingly, in this case, the fuel injection control function for the first cylinder # 1 by the engine control unit 25 corresponds to means for reducing soot that is an exhaust component recirculated to the intake side (exhaust component reducing means, combustion control means). It will be.
Further, unburned fuel or the like discharged from the first cylinder # 1 is oxidized by a DOC (oxidation catalyst) 20 as an exhaust purification device provided in the EGR pipe 15 as in the diesel engine 10 shown in FIG. Therefore, the amount of unburned fuel contained in the exhaust gas recirculated to the upstream side of the compressor 13B is reduced, and the compressor 13B is prevented from corroding with unburned fuel or lubricating oil.

尚、ディーゼルエンジン31が、例えば予混合圧縮着火などによって煤の排出量が十分に少ない燃焼が行われるエンジンであれば、第1気筒#1からの煤の排出を他気筒に比べて低下させるための燃焼制御(燃料噴射制御)を行わず、第1気筒#1から排出される未燃成分をEGR管15のDOC(酸化触媒)20で後処理することで、コンプレッサ13Bの汚損、腐食を十分に抑制できる。
また、ディーゼルエンジン31では、コンプレッサ13Bよりも上流側の吸気管33内に、排気還流専用気筒である第1気筒#1の排気を還流させるから、コンプレッサ13Bによる過給圧変化に影響されることなく(換言すれば、エンジン運転条件に大きく影響されることなく)、大量の排気還流を行える。
In addition, if the diesel engine 31 is an engine that performs combustion with a sufficiently small amount of soot discharged by, for example, premixed compression ignition or the like, in order to reduce soot discharge from the first cylinder # 1 as compared with other cylinders. Combustion control (fuel injection control) is not performed, and the unburned components discharged from the first cylinder # 1 are post-processed by the DOC (oxidation catalyst) 20 of the EGR pipe 15 so that the compressor 13B is sufficiently fouled and corroded. Can be suppressed.
Further, in the diesel engine 31, the exhaust of the first cylinder # 1, which is a dedicated exhaust gas recirculation cylinder, is recirculated into the intake pipe 33 upstream of the compressor 13B, so that it is affected by a change in the supercharging pressure by the compressor 13B. There is no (in other words, not greatly influenced by engine operating conditions), and a large amount of exhaust gas recirculation can be performed.

また、図2に示すディーゼルエンジン31では、1つのコンプレッサ13Bと当該コンプレッサ13Bで圧縮された空気を各気筒に導く1つの吸気管33とを備えるから、図1に示したディーゼルエンジン10に比べて吸気系の構造が簡略化され、エンジンの小型化、低コスト化を図ることができる。   Further, since the diesel engine 31 shown in FIG. 2 includes one compressor 13B and one intake pipe 33 that guides the air compressed by the compressor 13B to each cylinder, the diesel engine 31 is compared with the diesel engine 10 shown in FIG. The structure of the intake system is simplified, and the engine can be reduced in size and cost.

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、排気還流専用気筒から排出される煤の量を減らす手段(排気成分低減手段、燃焼制御手段)として、空燃比制御に代えて又は空燃比制御と共に、排気還流専用気筒に対して専用の燃料を供給したり、排気還流専用気筒の燃焼室内に煤を低減する装置を備えたりすることができる。
Although the contents of the present invention have been specifically described with reference to the preferred embodiments, it is obvious that those skilled in the art can take various modifications based on the basic technical idea and teachings of the present invention. It is.
For example, as means for reducing the amount of soot discharged from the exhaust recirculation dedicated cylinder (exhaust component reducing means, combustion control means), a fuel dedicated to the exhaust recirculation dedicated cylinder instead of or together with the air fuel ratio control Or a device for reducing soot in the combustion chamber of the exhaust recirculation dedicated cylinder.

具体的には、他気筒に対して軽油を供給する一方で、排気還流専用気筒に対しては、軽油と水とを混合したエマルジョン燃料、バイオディーゼル燃料100%、バイオディーゼル燃料と軽油との混合燃料などを供給することで、第1気筒#1から排出される煤を、他気筒から排出される煤よりも低減することができる。   Specifically, while supplying light oil to the other cylinders, for the exhaust gas recirculation dedicated cylinder, emulsion fuel mixed with light oil and water, biodiesel fuel 100%, biodiesel fuel and light oil mixed By supplying fuel or the like, soot discharged from the first cylinder # 1 can be reduced more than soot discharged from other cylinders.

また、例えば、特開2011−196331号公報に開示されるように、排気還流専用気筒の燃焼室内に振動を発生させる超音波発生装置を設け、超音波による振動を煤に付与することで煤を微粒化し、排気還流専用気筒からの煤の排出量を、超音波発生装置を備えない他気筒に比べて低減することができる。   Further, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-196331, an ultrasonic generator that generates vibration is provided in the combustion chamber of the exhaust recirculation dedicated cylinder, and the soot is applied by applying ultrasonic vibration to the soot. The amount of soot discharged from the cylinder dedicated to exhaust gas recirculation can be reduced as compared with other cylinders not equipped with an ultrasonic generator.

また、図1又は図2に示したディーゼルエンジン10,31において、EGR管15を、コンプレッサ13B2,13Bの上流側に接続する状態と、コンプレッサ13B2,13Bの下流側に接続する状態とに切り替えることができるようにする。
そして、コンプレッサ13B2,13Bの下流側に排気を還流させることが可能な条件であるか否かを、エンジン運転条件(エンジン負荷、エンジン回転速度、過給圧など)に基づいて判断し、コンプレッサ13B2,13Bの下流側に十分な量の排気を還流させることが可能な条件であれば、コンプレッサ13B2,13Bの下流側に排気を還流させるように排気還流の経路を切り替える。
Further, in the diesel engines 10 and 31 shown in FIG. 1 or FIG. 2, the EGR pipe 15 is switched between a state connected to the upstream side of the compressors 13B2 and 13B and a state connected to the downstream side of the compressors 13B2 and 13B. To be able to.
Then, whether or not the exhaust gas can be recirculated downstream of the compressors 13B2 and 13B is determined based on engine operating conditions (engine load, engine speed, supercharging pressure, etc.), and the compressor 13B2 , 13B, the exhaust gas recirculation path is switched so that the exhaust gas is recirculated downstream of the compressors 13B2, 13B.

ここで、コンプレッサ13B2,13Bの下流側に排気を還流させる場合には、排気還流気筒から排出される煤を低減させるための噴射制御などを停止させることができる。
一方、コンプレッサ13B2,13Bの下流側に十分な量の排気を還流させることができない条件であれば、コンプレッサ13B2,13Bの上流側に排気を還流させるように排気還流の経路を切り替え、かつ、排気還流気筒から排出される煤を低減させるための噴射制御など再開させる。
Here, when the exhaust gas is recirculated to the downstream side of the compressors 13B2 and 13B, the injection control for reducing soot discharged from the exhaust gas recirculation cylinder can be stopped.
On the other hand, if the conditions are such that a sufficient amount of exhaust gas cannot be recirculated downstream of the compressors 13B2 and 13B, the exhaust gas recirculation path is switched so that the exhaust gas is recirculated upstream of the compressors 13B2 and 13B, and the exhaust gas is exhausted. The injection control for reducing soot discharged from the reflux cylinder is resumed.

また、サブ排気マニホールド11Aのコレクタ部と、メイン排気マニホールド11Bのコレクタ部とを連通させる連通路を設け、この連通路に設けたバルブを、排気圧(背圧)が低くなる低負荷時に開くことで、全気筒の排気圧をEGR管15に作用させて、排気還流量の増大を図ることができる。   In addition, a communication passage is provided to connect the collector portion of the sub exhaust manifold 11A and the collector portion of the main exhaust manifold 11B, and a valve provided in the communication passage is opened at a low load when the exhaust pressure (back pressure) is low. Thus, the exhaust gas recirculation amount can be increased by applying the exhaust pressure of all cylinders to the EGR pipe 15.

10 ディーゼルエンジン
11 排気マニホールド
11A サブ排気マニホールド
11B メイン排気マニホールド
12 排気管
13 ターボチャージャ
13A タービン
13B1 サブコンプレッサ
13B2 メインコンプレッサ
14 排気浄化装置
15 EGR管(排気還流管)
16 吸気マニホールド
16A サブ吸気マニホールド
16B メイン吸気マニホールド
17A サブ吸気管
17B メイン吸気管
18 インタクーラ
19 吸気管
20 DOC(酸化触媒)
21 EGRクーラ
22 EGR弁(第1バルブ)
23 連通管
24 逃がし弁(第2バルブ)
25 インジェクタ
26 エンジンコントロールユニット
30 排気還流装置(EGR装置)
31 ディーゼルエンジン
32 吸気マニホールド
33 吸気管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Diesel engine 11 Exhaust manifold 11A Sub exhaust manifold 11B Main exhaust manifold 12 Exhaust pipe 13 Turbocharger 13A Turbine 13B1 Subcompressor 13B2 Main compressor 14 Exhaust purification device 15 EGR pipe (exhaust recirculation pipe)
16 Intake manifold 16A Sub intake manifold 16B Main intake manifold 17A Sub intake pipe 17B Main intake pipe 18 Intercooler 19 Intake pipe 20 DOC (oxidation catalyst)
21 EGR cooler 22 EGR valve (first valve)
23 Communication pipe 24 Relief valve (second valve)
25 Injector 26 Engine control unit 30 Exhaust gas recirculation device (EGR device)
31 Diesel engine 32 Intake manifold 33 Intake pipe

Claims (6)

ターボチャージャを備えた多気筒内燃機関において、
多気筒のうちの一部の排気還流専用気筒の排気を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気とは分離独立させ、前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気管に還流させる排気還流管と、
前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気が流入する前記ターボチャージャのタービンの下流側の排気管と前記排気還流管とを接続し、前記排気還流専用気筒の排気を前記ターボチャージャのタービンをバイパスさせて排出させる連通管と、
前記排気還流管に設けた第1バルブと、
前記連通管に設けた第2バルブと、
前記排気還流管を介して前記吸気管に還流される排気中の所定成分を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気よりも低減させる排気成分低減手段と、
を備えた、ターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。
In a multi-cylinder internal combustion engine equipped with a turbocharger,
An exhaust gas recirculation pipe that separates and separates the exhaust gas of a part of the multi-cylinder dedicated exhaust gas recirculation cylinder from the exhaust gas of cylinders other than the exhaust gas recirculation cylinder and returns the exhaust gas to the intake pipe upstream of the compressor of the turbocharger. When,
The exhaust pipe on the downstream side of the turbine of the turbocharger into which the exhaust of the cylinder other than the exhaust recirculation dedicated cylinder flows is connected to the exhaust recirculation pipe, and the exhaust of the exhaust recirculation dedicated cylinder is bypassed to the turbine of the turbocharger. A communication pipe to be discharged
A first valve provided in the exhaust gas recirculation pipe;
A second valve provided in the communication pipe;
Exhaust component reducing means for reducing a predetermined component in the exhaust gas recirculated to the intake pipe through the exhaust gas recirculation pipe, as compared with exhaust of a cylinder other than the exhaust recirculation dedicated cylinder;
An exhaust gas recirculation device for a turbocharged multi-cylinder internal combustion engine.
前記排気成分低減手段として、前記排気還流管に排気浄化装置を設けた、請求項1記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。 The exhaust gas recirculation apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine with a turbocharger according to claim 1, wherein an exhaust gas purification device is provided in the exhaust gas recirculation pipe as the exhaust component reducing means . 前記排気浄化装置が酸化触媒である、請求項2記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。 The exhaust gas recirculation device for a turbocharged multi-cylinder internal combustion engine according to claim 2, wherein the exhaust gas purification device is an oxidation catalyst . 前記排気成分低減手段として、前記排気還流専用気筒から排出される排気中の所定成分を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の排気に比べて低減させる燃焼制御手段を設けた、請求項1〜3のいずれか1つに記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。 4. The combustion control means for reducing a predetermined component in the exhaust discharged from the exhaust recirculation dedicated cylinder as compared with exhaust of a cylinder other than the exhaust recirculation dedicated cylinder as the exhaust component reducing means. An exhaust gas recirculation device for a turbocharged multi-cylinder internal combustion engine according to any one of the above. 前記燃焼制御手段が、前記排気還流専用気筒の空燃比を、前記排気還流専用気筒以外の気筒の空燃比に比べてリーンに設定する、請求項4記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。 The exhaust gas recirculation of a multi-cylinder internal combustion engine with a turbocharger according to claim 4, wherein the combustion control means sets the air-fuel ratio of the exhaust recirculation dedicated cylinder to be leaner than the air-fuel ratio of cylinders other than the exhaust recirculation dedicated cylinder. apparatus. 前記排気還流専用気筒に空気を導くサブ吸気管と、前記排気還流用気筒以外の気筒に空気を導くメイン吸気管とを独立して備える一方、
前記ターボチャージャが、同軸に支持されるサブコンプレッサ及びメインコンプレッサを備え、前記サブコンプレッサを前記サブ吸気管に介装し、前記メインコンプレッサを前記メイン吸気管に介装し、
前記メイン吸気管の前記メインコンプレッサよりも上流側に前記排気還流管を接続した、請求項1〜5のいずれか1つに記載のターボチャージャ付多気筒内燃機関の排気還流装置。
While independently including a sub intake pipe that guides air to the exhaust recirculation dedicated cylinder and a main intake pipe that guides air to cylinders other than the exhaust recirculation cylinder,
The turbocharger includes a sub compressor and a main compressor that are coaxially supported, the sub compressor is interposed in the sub intake pipe, and the main compressor is interposed in the main intake pipe.
The exhaust gas recirculation apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine with a turbocharger according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas recirculation pipe is connected upstream of the main compressor of the main intake pipe .
JP2011269283A 2011-12-08 2011-12-08 Exhaust gas recirculation device for multi-cylinder internal combustion engine with turbocharger Expired - Fee Related JP5823842B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011269283A JP5823842B2 (en) 2011-12-08 2011-12-08 Exhaust gas recirculation device for multi-cylinder internal combustion engine with turbocharger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011269283A JP5823842B2 (en) 2011-12-08 2011-12-08 Exhaust gas recirculation device for multi-cylinder internal combustion engine with turbocharger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013119838A JP2013119838A (en) 2013-06-17
JP5823842B2 true JP5823842B2 (en) 2015-11-25

Family

ID=48772599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011269283A Expired - Fee Related JP5823842B2 (en) 2011-12-08 2011-12-08 Exhaust gas recirculation device for multi-cylinder internal combustion engine with turbocharger

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5823842B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105683542B (en) 2013-11-04 2019-12-31 卡明斯公司 System and method for controlling EGR flow during transient conditions
DK178078B8 (en) * 2014-05-22 2015-05-18 Man Diesel & Turbo Deutschland A large slow running turbocharged two-stroke internal combustion engine with an exhaust gas receiver and a scavenge air receiver

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4108061B2 (en) * 2004-04-16 2008-06-25 三菱重工業株式会社 EGR system for turbocharged engine
JP2007023888A (en) * 2005-07-15 2007-02-01 Mitsubishi Motors Corp Control device of internal combustion engine
JP2009079527A (en) * 2007-09-26 2009-04-16 Isuzu Motors Ltd Egr device for multi-cylinder engine
JP5444996B2 (en) * 2009-09-25 2014-03-19 いすゞ自動車株式会社 Internal combustion engine and control method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013119838A (en) 2013-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7937207B2 (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
JP4442459B2 (en) Internal combustion engine having supercharger with electric motor
US9567945B2 (en) Exhaust circulation apparatus for internal combustion engine
JP4429359B2 (en) Device for controlling exhaust pressure pulsation in an internal combustion engine
JP2006233898A (en) Egr device
JP2005054771A (en) Cylinder group individual control engine
RU2569397C2 (en) Operation of supercharged gas engine (versions) and gas engine
JP2008163794A (en) Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine
JP2009002275A (en) Control system of internal combustion engine
JP5332674B2 (en) Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine
JP5716687B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP5823842B2 (en) Exhaust gas recirculation device for multi-cylinder internal combustion engine with turbocharger
EP2957737B1 (en) Engine exhaust-gas purification device
JP6108078B2 (en) Engine exhaust purification system
JP4506546B2 (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
JP5915856B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP2014005741A (en) Exhaust cleaning device of internal combustion engine
JP2008038622A (en) Exhaust emission control device and method of internal combustion engine
JP5915855B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP5774300B2 (en) Exhaust purification equipment
JP6115711B2 (en) Engine exhaust purification system
JP2010031750A (en) Control device for internal combustion engine
JP2009052504A (en) Controller of internal combustion engine
JP6032802B2 (en) EGR device
JP2011099335A (en) Exhaust gas treatment device of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20140529

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140925

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150624

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150630

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150826

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150915

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151008

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5823842

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees