JP6503274B2 - Exhaust gas recirculation system for internal combustion engine - Google Patents
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本発明は、内燃機関の排気再循環装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine.
従来における内燃機関の排気再循環装置としては、例えば特許文献1に記載されている装置が知られている。特許文献1に記載の排気再循環装置は、左右のバンクに接続された2つの排気マニホールドにそれぞれ接続された2つのEGR通路と、各EGR通路にそれぞれ設けられた2つのEGRバルブと、各EGR通路と吸気管とを接続する合流EGR通路と、この合流EGR通路に設けられ、合流EGR通路を流れるガスを冷却するEGRクーラとを備えている。
As a conventional exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine, for example, a system described in
しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、EGRバルブが開いた状態で、インジェクタから燃料が添加されると、燃料がEGR通路に回り込んでしまう。このとき、燃料中の未燃ガス(例えばHC)がEGRクーラに流れ込み、当該未燃ガスがデポジットとしてEGRクーラに堆積することがある。また、2つのEGR通路の接続部(合流部)において2つのEGR通路のなす角度が大きいと、当該合流部の圧力損失が大きくなり、吸気管に供給されるEGRガスの流量が不足してしまう。 However, the following problems exist in the above-mentioned prior art. That is, when fuel is added from the injector in a state where the EGR valve is open, the fuel flows into the EGR passage. At this time, unburned gas (for example, HC) in the fuel may flow into the EGR cooler, and the unburned gas may be deposited on the EGR cooler as a deposit. In addition, when the angle formed by the two EGR passages at the connection portion (junction portion) of the two EGR passages is large, the pressure loss at the junction portion becomes large, and the flow rate of the EGR gas supplied to the intake pipe becomes insufficient. .
本発明の目的は、クーラに流れ込む未燃ガスを低減すると共に、排気再循環通路の合流部の圧力損失を低減することができる内燃機関の排気再循環装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine that can reduce unburned gas flowing into a cooler and reduce pressure loss at a junction of an exhaust gas recirculation passage.
本発明の一態様は、第1気筒群及び第2気筒群と、第1気筒群及び第2気筒群と接続された吸気マニホールドと、第1気筒群と接続された第1排気マニホールドと、第2気筒群と接続された第2排気マニホールドと、第2排気マニホールド内の排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁とを備えた内燃機関の排気再循環装置において、第1排気マニホールド及び第2排気マニホールドと吸気マニホールドとを接続し、第1排気マニホールド内及び第2排気マニホールド内の排気ガスを排気再循環ガスとして吸気マニホールドに導くための排気再循環通路と、排気再循環通路に配設され、排気再循環通路を流れる排気再循環ガスを冷却するクーラとを備え、排気再循環通路は、第1排気マニホールドと接続される第1個別通路と、第2排気マニホールドと接続される第2個別通路と、第1個別通路と第2個別通路との接続部とクーラとを接続する合流通路とを有し、第2個別通路は、主通路部と、主通路部よりも径が小さい絞り通路部とを有し、第1個別通路と第2個別通路との接続部において第1個別通路と第2個別通路とのなす角度が90度以下であることを特徴とする。 One aspect of the present invention includes a first cylinder group and a second cylinder group, an intake manifold connected to the first cylinder group and the second cylinder group, a first exhaust manifold connected to the first cylinder group, An exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine, comprising: a second exhaust manifold connected to a two-cylinder group; and a fuel addition valve for adding fuel to exhaust gas in the second exhaust manifold, the first exhaust manifold and the second exhaust An exhaust gas recirculation passage which connects the manifold and the intake manifold and guides exhaust gas in the first exhaust manifold and the second exhaust manifold to the intake manifold as exhaust gas recirculation gas; and an exhaust gas recirculation passage. A cooler for cooling the exhaust gas recirculation flowing through the exhaust gas recirculation passage, the exhaust gas recirculation passage comprising a first individual passage connected to the first exhaust manifold, and a second exhaust manifold And a junction passage connecting the connection portion between the first individual passage and the second individual passage and the cooler, wherein the second individual passage includes a main passage portion and a main passage portion. And a throttle passage portion having a diameter smaller than that of the portion, and an angle formed by the first individual passage and the second individual passage at the connection portion between the first individual passage and the second individual passage is 90 degrees or less. I assume.
このような排気再循環装置においては、第2個別通路は主通路部よりも径が小さい絞り通路部を有することにより、燃料添加弁から添加された燃料が第2個別通路に回り込んでも、燃料中の未燃ガスが絞り通路部により合流通路に流れにくくなる。これにより、クーラに流れ込む未燃ガスが低減される。また、第1個別通路と第2個別通路との接続部において第1個別通路と第2個別通路とのなす角度を90度以下することにより、第1個別通路を流れる排気再循環ガスと第2個別通路を流れる排気再循環ガスとのぶつかり合いが緩和される。これにより、排気再循環通路の合流部の圧力損失が低減される。 In such an exhaust gas recirculation device, the second individual passage has a throttle passage portion smaller in diameter than the main passage portion, so that even if the fuel added from the fuel addition valve gets around in the second individual passage, the fuel It becomes difficult for the unburned gas inside to flow into the merging passage by the throttle passage portion. Thereby, the unburned gas flowing into the cooler is reduced. Further, by setting the angle between the first individual passage and the second individual passage to be 90 degrees or less at the connection portion between the first individual passage and the second individual passage, the exhaust gas recirculation gas flowing through the first individual passage and the second The collision with the exhaust gas recirculation gas flowing through the individual passages is alleviated. This reduces the pressure loss at the junction of the exhaust gas recirculation passage.
第1個別通路及び合流通路は、第1配管により構成されており、第2個別通路は、第1配管に溶接された第2配管により構成されていてもよい。この場合には、第1個別通路と第2個別通路との接続部を簡単に構成することができる。 The first individual passage and the merging passage may be constituted by a first pipe, and the second individual passage may be constituted by a second pipe welded to the first pipe. In this case, the connection portion between the first individual passage and the second individual passage can be easily configured.
絞り通路部は、第2配管における第1配管との接続側の端部に設けられていてもよい。この場合には、主通路部よりも径が小さい絞り通路部が第1配管に溶接されることとなるため、第1配管と第2配管との溶接を容易に行うことができる。 The throttle passage portion may be provided at an end of the second pipe on the side of connection with the first pipe. In this case, since the throttle passage portion having a diameter smaller than that of the main passage portion is welded to the first pipe, welding of the first pipe and the second pipe can be easily performed.
本発明によれば、クーラに流れ込む未燃ガスを低減すると共に、排気再循環通路の合流部の圧力損失を低減することができる内燃機関の排気再循環装置が提供される。 According to the present invention, an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine is provided which can reduce unburned gas flowing into a cooler and reduce pressure loss at the junction of the exhaust gas recirculation passage.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description.
図1は、本発明の一実施形態に係る排気再循環装置を備えた内燃機関としてディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジン)1は、V型8気筒ディーゼルエンジンである。 FIG. 1 is a schematic configuration view showing a diesel engine as an internal combustion engine provided with an exhaust gas recirculation device according to an embodiment of the present invention. In the figure, a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 according to the present embodiment is a V-type 8-cylinder diesel engine.
エンジン1は、一方向に配列された4つの気筒2A(順に♯1気筒、♯3気筒、♯5気筒及び♯7気筒)からなる右バンク3A(第1気筒群)と、一方向に配列された4つの気筒2B(順に♯2気筒、♯4気筒、♯6気筒及び♯8気筒)からなる左バンク3B(第2気筒群)とを備えている。なお、図示はしないが、各気筒2A,2Bには、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタがそれぞれ配設されている。
The
各気筒2Aの爆発順序は、♯1気筒→♯7気筒→♯3気筒→♯5気筒である。各気筒2Bの爆発順序は、♯2気筒→♯4気筒→♯6気筒→♯8気筒である。各気筒2A,2B全体としての爆発順序は、♯1気筒→♯2気筒→♯7気筒→♯3気筒→♯4気筒→♯5気筒→♯6気筒→♯8気筒である。
The explosion order of each
また、エンジン1は、右バンク3A及び左バンク3Bの一方側(互いに対向する側)に接続された吸気マニホールド4を備えている。吸気マニホールド4には、各気筒2A,2Bの燃焼室内に空気を吸入するための吸気通路(図示せず)が接続されている。
The
また、エンジン1は、右バンク3Aの他方側に接続された排気マニホールド5A(第1排気マニホールド)と、左バンク3Bの他方側に接続された排気マニホールド5B(第2排気マニホールド)と、排気マニホールド5Aに接続され、各気筒2Aの燃焼室内で発生した排気ガスを排出するための排気通路6と、排気マニホールド5Bに接続され、各気筒2Bの燃焼室内で発生した排気ガスを各気筒2Aの燃焼室内で発生した排気ガスと共に排出するための排気通路7とを備えている。
The
排気通路6の一端は、排気マニホールド5Aにおける各気筒2Aのうち一方側の端に位置する♯7気筒の側の端部に接続され、排気通路6の他端は、排気マニホールド5Bにおける各気筒2Bのうち一方側の端に位置する♯8気筒の側の端部に接続されている。排気通路7の一端は、排気マニホールド5Bにおける♯8気筒の側の端部に排気通路6と連通するように接続されている。
One end of the
排気通路7には、ターボチャージャ8のタービンが配設されている。なお、図示しない吸気通路(前述)には、ターボチャージャ8のコンプレッサが配設されている。
The
また、エンジン1は、排気マニホールド5B内の排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁9を備えている。燃料添加弁9は、各気筒2Bのうち♯8気筒に対応する部位に配置されている。つまり、燃料添加弁9は、排気マニホールド5Bにおける排気通路6,7との接続部側の部位に配置されている。燃料添加弁9は、♯8気筒が爆発した後の♯8気筒の排気時に燃料を添加するように制御される。
The
さらに、エンジン1は、本実施形態の排気再循環装置であるEGR装置10を備えている。EGR装置10は、排気マニホールド5A,5Bと吸気マニホールド4とを接続し、排気マニホールド5A,5B内の排気ガスをEGRガス(排気再循環ガス)として吸気マニホールド4に導くためのEGR通路11(排気再循環通路)と、このEGR通路11に配設され、EGR通路11を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ12(クーラ)とを備えている。
Furthermore, the
EGR通路11は、排気マニホールド5Aと接続される個別通路13A(第1個別通路)と、排気マニホールド5Bと接続される個別通路13B(第2個別通路)と、個別通路13Aと個別通路13Bとの接続部MとEGRクーラ12とを接続する合流通路14とを有している。個別通路13Aと個別通路13Bとの接続部Mは、EGR通路11において、個別通路13Aを流れるEGRガスと個別通路13Bを流れるEGRガスとが合流する合流部である。なお、図示はしないが、個別通路13A,13Bには、EGRバルブがそれぞれ配設されている。
The EGR
個別通路13Aは、排気マニホールド5Aと排気通路6との接続部分に接続されている。つまり、個別通路13Aは、排気マニホールド5Aにおける各気筒2Aのうち♯7気筒に対応する部位の近傍に接続されている。個別通路13Bは、排気マニホールド5Bにおける各気筒2Bのうち♯4気筒に対応する部位に接続されている。つまり、個別通路13Bは、排気マニホールド5Bにおける排気通路7との接続部分から離れた部位に接続されている。
The
図2は、EGR装置10におけるEGR通路11の合流部を含む部分を示す拡大図である。図2において、個別通路13A及び合流通路14は、円筒状の配管15(第1配管)により共通化して構成されている。個別通路13Bは、配管15に溶接された円筒状の配管16(第2配管)により構成されている。配管15,16の材料は、例えばステンレス鋼等である。
FIG. 2 is an enlarged view showing a portion including the junction portion of the
個別通路13Bは、主通路部17と、この主通路部17よりも径が小さい絞り通路部18とを有している。絞り通路部18は、個別通路13Bにおける個別通路13Aとの接続側の端部に設けられている。つまり、絞り通路部18は、配管16における配管15との接続側の端部に設けられている。絞り通路部18の径は、EGRガスの流れを阻害しない程度に小さく設定されている。絞り通路部18の径は、例えば主通路部17の径の1/2以上であり且つ主通路部17の径の2/3以下である。なお、主通路部17の径は、個別通路13Aの径と同等である。主通路部17の径は、合流通路14の径よりも小さい。
The
個別通路13A及び合流通路14を構成する配管15は、湾曲部15aを有している。主通路部17及び絞り通路部18を有する個別通路13Bを構成する配管16は、配管15の湾曲部15aの湾曲外側部分に溶接されている。例えば、配管15,16を型で作った後、配管15の湾曲部15aの湾曲外側部分に孔を開け、その配管15の孔部の縁部に配管16の絞り通路部18側の端部を溶接する。
The
これにより、個別通路13Aと個別通路13Bとの接続部M(EGR通路11の合流部)が形成される。このとき、個別通路13Aと個別通路13Bとの接続部Mにおいて個別通路13Aと個別通路13Bとのなす角度(個別通路13A,13Bの合流角度)αは90度以下となっている。
As a result, a connection portion M between the
図3は、比較例として、従来のEGR装置におけるEGR通路の合流部を含む部分を示す拡大図である。図3において、EGR通路50は、上記の個別通路13A,13B及び合流通路14に代えて、個別通路51A,51B及び合流通路52を有している。
FIG. 3 is an enlarged view showing a portion including a junction of an EGR passage in a conventional EGR device as a comparative example. In FIG. 3, the
個別通路51Bは、上記の個別通路13Bと異なり絞り通路部を有していない。また、個別通路51Aと個別通路51Bとの接続部Mにおいて個別通路51Aと個別通路51Bとのなす角度(個別通路51A,51Bの合流角度)αは120度となっている。
Unlike the
ところで、上述したように、♯8気筒が爆発した後の♯8気筒の排気時に、燃料添加弁9から燃料が添加される。そして、♯8気筒が爆発した後は、♯2気筒が爆発する。また、個別通路51Bは、排気マニホールド5Bにおける各気筒2Bのうち♯4気筒に対応する部位に接続されている。このため、燃料添加弁9から添加された燃料は、♯2気筒から排出された排気ガスにより排気通路7側に押し戻される前に個別通路51Bに回り込んでしまう。この場合には、図3に示されるように、燃料中の未燃ガス(例えばHC)が個別通路51B及び合流通路52を通ってEGRクーラ12に流れ込み、当該未燃ガスがデポジットとしてEGRクーラ12に堆積することがある。
By the way, as described above, fuel is added from the
また、個別通路51A,51Bの合流角度αが120度と広くなっているため、個別通路51Aを流れるEGRガスと個別通路51Bを流れるEGRガスとがぶつかりやすくなり、EGR通路50の合流部の圧力損失が増大する。その結果、EGRガスが合流通路52を流れにくくなるため、吸気マニホールド4に供給されるEGRガスの流量が少なくなる。
Further, since the merging angle α of the
これに対し本実施形態では、個別通路13Bは主通路部17よりも径が小さい絞り通路部18を有しているので、燃料添加弁9から添加された燃料が個別通路13Bに回り込んでも、燃料中の未燃ガスが絞り通路部18により合流通路14に流れにくくなる。これにより、EGRクーラ12に流れ込む未燃ガスが低減される。その結果、未燃ガスがデポジットとしてEGRクーラ12に堆積することを防止できる。
On the other hand, in the present embodiment, since the
また、個別通路13A,13Bの合流角度αは90度以下となっているので、個別通路13Aを流れるEGRガスと個別通路13Bを流れるEGRガスとのぶつかり合いが緩和される。これにより、EGR通路11の合流部の圧力損失が低減される。その結果、EGRガスが合流通路14を流れやすくなるため、吸気マニホールド4に供給されるEGRガスの流量が増加する。
Further, since the merging angle α of the
さらに、個別通路13A及び合流通路14は、配管15により構成され、個別通路13Bは、配管15に溶接された配管16により構成されている。これにより、個別通路13Aと個別通路13Bとの接続部Mを簡単に構成することができる。
Further, the
また、絞り通路部18は、配管16における配管15との接続側の端部に設けられている。これにより、主通路部17よりも径が小さい絞り通路部18が配管15に溶接されることとなるため、配管15と配管16との溶接を容易に行うことができる。
Further, the
さらに、流量制御弁等の高価なデバイスを追加しなくても、個別通路13Bに絞り通路部18を設けるというように個別通路13Bの形状を変えるだけで、EGRクーラ12に流れ込む未燃ガスを低減することができる。
Furthermore, even if an expensive device such as a flow control valve is not added, the unburned gas flowing into the
なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、絞り通路部18は、個別通路13Bにおける個別通路13Aとの接続側の端部に設けられているが、特にその形態には限られず、例えば個別通路13Bの中間部分に絞り通路部18を設けることで、2つの主通路部17の間に絞り通路部18が位置するようにしてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、個別通路13A及び合流通路14が配管15により構成され、個別通路13Bが配管16により構成されているが、特にその形態には限られず、例えば個別通路13A,13B及び合流通路14が互いに異なる配管により構成されていてもよい。
Further, in the above embodiment, the
また、上記実施形態のEGR装置10は、V型8気筒ディーゼルエンジンに備えられているが、本発明は、特にそれには限られず、例えばV型6気筒ディーゼルエンジン等にも適用可能である。また、本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関にも適用可能である。
In addition, although the
1…ディーゼルエンジン(内燃機関)、3A…右バンク(第1気筒群)、3B…左バンク(第2気筒群)、4…吸気マニホールド、5A…排気マニホールド(第1排気マニホールド)、5B…排気マニホールド(第2排気マニホールド)、9…燃料添加弁、10…EGR装置(排気再循環装置)、11…EGR通路(排気再循環通路)、12…EGRクーラ(クーラ)、13A…個別通路(第1個別通路)、13B…個別通路(第2個別通路)、14…合流通路、15…配管(第1配管)、16…配管(第2配管)、17…主通路部、18…絞り通路部、M…接続部。
Claims (3)
前記第1排気マニホールド及び前記第2排気マニホールドと前記吸気マニホールドとを接続し、前記第1排気マニホールド内及び前記第2排気マニホールド内の排気ガスを排気再循環ガスとして前記吸気マニホールドに導くための排気再循環通路と、
前記排気再循環通路に配設され、前記排気再循環通路を流れる前記排気再循環ガスを冷却するクーラとを備え、
前記排気再循環通路は、前記第1排気マニホールドと接続される第1個別通路と、前記第2排気マニホールドと接続される第2個別通路と、前記第1個別通路と前記第2個別通路との接続部と前記クーラとを接続する合流通路とを有し、
前記第2個別通路は、主通路部と、前記主通路部よりも径が小さい絞り通路部とを有し、
前記第1個別通路と前記第2個別通路との接続部において前記第1個別通路と前記第2個別通路とのなす角度が90度以下であることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。 A first cylinder group and a second cylinder group, an intake manifold connected to the first cylinder group and the second cylinder group, a first exhaust manifold connected to the first cylinder group, and a second cylinder group An exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine, comprising: a second exhaust manifold connected to the first exhaust manifold; and a fuel addition valve for adding fuel to exhaust gas in the second exhaust manifold,
An exhaust for connecting the first exhaust manifold, the second exhaust manifold, and the intake manifold, and guiding the exhaust gas in the first exhaust manifold and the second exhaust manifold as the exhaust gas recirculation gas to the intake manifold Recirculation passage,
A cooler disposed in the exhaust gas recirculation passage for cooling the exhaust gas recirculation gas flowing through the exhaust gas recirculation passage;
The exhaust gas recirculation passage includes a first individual passage connected to the first exhaust manifold, a second individual passage connected to the second exhaust manifold, and the first individual passage and the second individual passage. And a junction passage connecting the connection portion and the cooler,
The second individual passage has a main passage portion and a throttle passage portion smaller in diameter than the main passage portion,
An exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine, wherein an angle between the first individual passage and the second individual passage is 90 degrees or less at a connection portion between the first individual passage and the second individual passage.
前記第2個別通路は、前記第1配管に溶接された第2配管により構成されていることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の排気再循環装置。 The first individual passage and the merging passage are constituted by a first pipe,
The exhaust gas recirculation system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the second individual passage is constituted by a second pipe welded to the first pipe.
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