JP6593082B2 - Intake and exhaust system for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の吸排気システムに関し、より詳細には、ツインスクロール型のターボチャージャを有する内燃機関の吸排気システムに関する。   The present invention relates to an intake / exhaust system for an internal combustion engine, and more particularly to an intake / exhaust system for an internal combustion engine having a twin scroll turbocharger.

従来、内燃機関の吸排気システムとして、第1スクロール部及び第2スクロール部を有するツインスクロール型のターボチャージャを備える内燃機関の吸排気システムが知られている(例えば特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an intake / exhaust system for an internal combustion engine, an intake / exhaust system for an internal combustion engine including a twin scroll turbocharger having a first scroll portion and a second scroll portion is known (see, for example, Patent Document 1).

この内燃機関は、排気行程が隣り合わないことで排気脈動の干渉が生じない第1気筒群(#1の気筒及び#4の気筒)と第2気筒群(#2の気筒及び#3の気筒)とを有している。そして、この吸排気システムは、第1気筒群から排出された排気を第1排気通路部によって第1スクロール部に導入し、第2気筒群から排出された排気を第2排気通路部によって第2スクロール部に導入している。この構成により、この吸排気システムはターボチャージャに導入される排気脈動の干渉の抑制を図り、以ってポンピングロスを低減して燃費の向上を図っている。   This internal combustion engine has a first cylinder group (# 1 cylinder and # 4 cylinder) and a second cylinder group (# 2 cylinder and # 3 cylinder) that do not cause interference of exhaust pulsation because the exhaust strokes are not adjacent to each other. ). In this intake / exhaust system, the exhaust discharged from the first cylinder group is introduced into the first scroll portion by the first exhaust passage portion, and the exhaust discharged from the second cylinder group is secondly supplied by the second exhaust passage portion. It is introduced in the scroll part. With this configuration, this intake / exhaust system suppresses interference of exhaust pulsation introduced into the turbocharger, thereby reducing pumping loss and improving fuel efficiency.

また、この吸排気システムにおいて、EGR通路は、第1排気通路部及び第2排気通路部の両方の通路途中から分岐して吸気通路の通路途中に接続している。これにより、この吸排気システムは、ターボチャージャに導入される前の第1排気通路部及び第2排気通路部の両方の排気を吸気通路に還流している。   Further, in this intake / exhaust system, the EGR passage branches from the middle of both the first exhaust passage portion and the second exhaust passage portion and is connected to the middle of the intake passage. As a result, this intake / exhaust system recirculates the exhaust from both the first exhaust passage and the second exhaust passage before being introduced into the turbocharger to the intake passage.

特開2011−241723号公報JP 2011-241723 A

上記吸排気システムでは、EGR通路を介して排気の一部を吸気通路に還流させた場合に、ターボチャージャに導入される排気量が減少してしまう。この場合、ターボチャージャの過給効率が悪化してしまい、その結果、ターボチャージャによる燃費向上の実現が困難になってしまう。   In the above intake / exhaust system, when a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage via the EGR passage, the amount of exhaust gas introduced into the turbocharger is reduced. In this case, the supercharging efficiency of the turbocharger is deteriorated, and as a result, it is difficult to realize fuel efficiency improvement by the turbocharger.

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、排気脈動の干渉を抑制しつつ、排気の一部を吸気通路に還流させた場合におけるターボチャージャの過給効率の低下を抑制して燃費の向上を図ることができる内燃機関の吸排気システムを提供することである。   The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to reduce the supercharging efficiency of a turbocharger when a part of exhaust gas is recirculated to the intake passage while suppressing interference of exhaust pulsation. An intake / exhaust system for an internal combustion engine that can suppress fuel consumption and improve fuel efficiency.

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の吸排気システムは、排気脈動の干渉が生じない複数の気筒によってそれぞれ構成された第1気筒群及び第2気筒群と、第1スクロール部及び第2スクロール部を有するツインスクロール型のターボチャージャと、前記第2気筒群の排気を前記第2スクロール部に導入する排気通路部と、前記ターボチャージャよりも下流側の排気通路部の途中に配置された排気後処理装置と、を有する内燃機関に適用された吸排気システムにおいて、前記第1気筒群の中から選択された1つの気筒である特定気筒の排気を前記ターボチャージャをバイパスさせて該ターボチャージャよりも下流側の排気通路部における前記排気後処理装置よりも上流側の箇所に導入するバイパス通路部と、前記第1気筒群のうち前記特定気筒以外の気筒の排気を前記第1スクロール部に導入する排気通路部と、前記バイパス通路部の途中から分岐して前記内燃機関の吸気通路の途中に接続するEGR通路と、前記バイパス通路部の排気を制御する排気制御バルブと、を備え、前記排気制御バルブは、少なくとも、前記内燃機関の冷媒の温度が予め設定された設定値よりも低い場合に、開の状態になることを特徴とする。 In order to achieve the above object, an intake / exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention includes a first cylinder group and a second cylinder group each composed of a plurality of cylinders that do not cause interference of exhaust pulsation, a first scroll unit, A twin-scroll turbocharger having a second scroll part, an exhaust passage part for introducing the exhaust of the second cylinder group into the second scroll part, and an exhaust passage part downstream of the turbocharger In the intake and exhaust system applied to the internal combustion engine having the exhaust aftertreatment device, the exhaust of a specific cylinder, which is one cylinder selected from the first cylinder group, is bypassed by the turbocharger , a bypass passage for introducing a portion of the upstream side of the exhaust post-treatment device in the exhaust passage downstream of the turbocharger, the first cylinder group Wherein the exhaust passage part for introducing the exhaust gas cylinders other than the specific cylinder in the first scroll portion, the EGR passage connecting branches from the middle of the bypass passage in the middle of the intake passage of the internal combustion engine, the bypass passage An exhaust control valve for controlling the exhaust of the engine , wherein the exhaust control valve is in an open state at least when the temperature of the refrigerant of the internal combustion engine is lower than a preset set value. And

本発明に係る内燃機関の吸排気システムによれば、排気脈動の干渉を抑制しつつ、バイパス通路部の排気の一部をEGR通路によって吸気通路に還流させることができる。それにより、排気脈動の干渉を抑制しつつ、ターボチャージャを通過する排気量の減少を抑制できるので、ターボチャージャの過給効率の低下を抑制して燃費の向上を図ることができる。   According to the intake / exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention, a part of the exhaust of the bypass passage can be recirculated to the intake passage through the EGR passage while suppressing interference of exhaust pulsation. As a result, it is possible to suppress a decrease in the amount of exhaust gas passing through the turbocharger while suppressing the interference of exhaust pulsation, and therefore it is possible to improve fuel efficiency by suppressing a decrease in turbocharging efficiency of the turbocharger.

上記構成は、前記EGR通路の排気を制御するEGRバルブと、前記第2気筒群の排気を前記第2スクロール部に導入する前記排気通路部の途中から分岐して前記ターボチャージャよりも下流側の前記排気通路部における前記排気後処理装置よりも上流側の箇所に接続する第2のバイパス通路部と、前記第2のバイパス通路部の排気を制御する排気制御バルブと、をさらに備え、前記第2のバイパス通路部の排気を制御する前記排気制御バルブは、前記内燃機関の負荷が予め設定された設定値よりも低い低負荷の場合に開弁し、前記内燃機関の負荷が前記設定値以上である高負荷の場合に閉弁する構成とすることができる。 The above configuration branches from the middle of the EGR valve that controls the exhaust of the EGR passage and the exhaust passage portion that introduces the exhaust of the second cylinder group into the second scroll portion, and is downstream of the turbocharger. A second bypass passage portion connected to a location upstream of the exhaust aftertreatment device in the exhaust passage portion, and an exhaust control valve for controlling the exhaust of the second bypass passage portion. The exhaust control valve that controls the exhaust of the bypass passage 2 is opened when the load of the internal combustion engine is a low load lower than a preset set value, and the load of the internal combustion engine is equal to or greater than the set value. The valve can be closed when the load is high .

本発明に係る内燃機関の吸排気システムによれば、排気脈動の干渉を抑制しつつ、バイパス通路部の排気の一部をEGR通路によって吸気通路に還流させることができる。それにより、排気脈動の干渉を抑制しつつ、ターボチャージャを通過する排気量の減少を抑制できるので、ターボチャージャの過給効率の低下を抑制して燃費の向上を図ることができる。   According to the intake / exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention, a part of the exhaust of the bypass passage can be recirculated to the intake passage through the EGR passage while suppressing interference of exhaust pulsation. As a result, it is possible to suppress a decrease in the amount of exhaust gas passing through the turbocharger while suppressing the interference of exhaust pulsation, and therefore it is possible to improve fuel efficiency by suppressing a decrease in turbocharging efficiency of the turbocharger.

本発明の実施形態1に係る内燃機関の吸排気システムの模式図である。1 is a schematic diagram of an intake / exhaust system for an internal combustion engine according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施形態2に係る内燃機関の吸排気システムの模式図である。It is a schematic diagram of the intake and exhaust system of the internal combustion engine according to Embodiment 2 of the present invention.

(実施形態1)
以下、本発明の実施形態1に係る内燃機関の吸排気システム1(以下、吸排気システム1と略称する)について図面を参照しつつ説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an intake / exhaust system 1 for an internal combustion engine (hereinafter abbreviated as an intake / exhaust system 1) according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は実施形態1に係る吸排気システム1の模式図である。吸排気システム1は車両に搭載されている。車両の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてバス、トラック等の大型車両を用いる。吸排気システム1は、内燃機関10と、
吸気(A)が通過する吸気通路20と、排気(G)が通過する排気通路30と、内燃機関10を制御する制御装置40とを備えている。内燃機関10の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例としてディーゼルエンジンを用いる。
FIG. 1 is a schematic diagram of an intake / exhaust system 1 according to the first embodiment. The intake / exhaust system 1 is mounted on a vehicle. The type of vehicle is not particularly limited, but a large vehicle such as a bus or a truck is used as an example in the present embodiment. The intake / exhaust system 1 includes an internal combustion engine 10,
An intake passage 20 through which intake air (A) passes, an exhaust passage 30 through which exhaust gas (G) passes, and a control device 40 that controls the internal combustion engine 10 are provided. The type of the internal combustion engine 10 is not particularly limited, but a diesel engine is used as an example in the present embodiment.

内燃機関10は複数の気筒11を備えている。気筒11の個数は複数であれば特に限定されるものではないが、本実施形態においては一例として4個である。具体的には内燃機関10は、一方向に配列した#1〜#4の気筒11を有している。着火は#1の気筒11、#3の気筒11、#4の気筒11及び#2の気筒11の順に行われる。この場合、#1の気筒11と#3の気筒11は排気行程が隣り合い、#3の気筒11と#4の気筒11は排気行程が隣り合い、#4の気筒11と#2の気筒11は排気行程が隣り合う。一方、#1の気筒11と#4の気筒11は排気行程が隣り合わず、#2の気筒11と#3の気筒11は排気行程が隣り合わない。そのため、#1の気筒11と#4の気筒11は排気弁の開弁期間が重ならず、#2の気筒11と#3の気筒11は排気弁の開弁期間が重ならない。   The internal combustion engine 10 includes a plurality of cylinders 11. The number of cylinders 11 is not particularly limited as long as it is plural, but is four as an example in the present embodiment. Specifically, the internal combustion engine 10 has # 1 to # 4 cylinders 11 arranged in one direction. Ignition is performed in the order of the cylinder 11 of # 1, the cylinder 11 of # 3, the cylinder 11 of # 4, and the cylinder 11 of # 2. In this case, the # 1 cylinder 11 and the # 3 cylinder 11 are adjacent in the exhaust stroke, the # 3 cylinder 11 and the # 4 cylinder 11 are adjacent in the exhaust stroke, and the # 4 cylinder 11 and the # 2 cylinder 11. Is next to the exhaust stroke. On the other hand, the # 1 cylinder 11 and the # 4 cylinder 11 are not adjacent to each other in the exhaust stroke, and the # 2 cylinder 11 and the # 3 cylinder 11 are not adjacent to each other in the exhaust stroke. Therefore, the # 1 cylinder 11 and the # 4 cylinder 11 do not overlap in the exhaust valve opening period, and the # 2 cylinder 11 and the # 3 cylinder 11 do not overlap in the exhaust valve opening period.

排気行程が隣り合わない#1の気筒11と#4の気筒11は、これらの気筒11から排出された排気を合流させても排気脈動の干渉が生じない。同様に、排気行程が隣り合わない#2の気筒11と#3の気筒11は、これらの気筒11から排出された排気を合流させても排気脈動の干渉が生じない。本実施形態においては、排気脈動の干渉が生じない#1の気筒11及び#4の気筒11を第1気筒群と称し、排気脈動の干渉が生じない#2の気筒11及び#3の気筒11を第2気筒群と称する。   The # 1 cylinder 11 and the # 4 cylinder 11 whose exhaust strokes are not adjacent to each other do not cause interference of exhaust pulsation even if the exhaust exhausted from these cylinders 11 is merged. Similarly, the # 2 cylinder 11 and the # 3 cylinder 11 in which the exhaust strokes are not adjacent to each other do not cause interference of exhaust pulsation even if the exhaust discharged from these cylinders 11 is merged. In the present embodiment, the # 1 cylinder 11 and the # 4 cylinder 11 that do not cause the exhaust pulsation interference are referred to as a first cylinder group, and the # 2 cylinder 11 and the # 3 cylinder 11 that do not cause the exhaust pulsation interference. Is referred to as a second cylinder group.

なお、他の一例を挙げると、例えば内燃機関10が#1〜#6の合計6つの気筒11を有する場合、例えば、一方の排気脈動の干渉が生じない第1気筒群として#1、#2及び#3の気筒11を用いることができ、他方の排気脈動の干渉が生じない第2気筒群として#4、#5及び#6の気筒11を用いることができる。   As another example, for example, when the internal combustion engine 10 has a total of six cylinders 11 of # 1 to # 6, for example, # 1, # 2 as the first cylinder group that does not cause interference of one exhaust pulsation, for example. And the cylinder 11 of # 3 can be used, and the cylinder 11 of # 4, # 5, and # 6 can be used as the second cylinder group that does not cause interference of the other exhaust pulsation.

なお本実施形態において、#4の気筒11は、第1気筒群の中から選択された1つの気筒11である特定気筒に相当する。   In the present embodiment, the # 4 cylinder 11 corresponds to a specific cylinder that is one cylinder 11 selected from the first cylinder group.

吸気通路20の下流側端部はインテークマニホールド21となっており、このインテークマニホールド21の下流側端部が分岐して各気筒11に接続している。排気通路30の詳細は後述する。   The downstream end portion of the intake passage 20 is an intake manifold 21, and the downstream end portion of the intake manifold 21 is branched and connected to each cylinder 11. Details of the exhaust passage 30 will be described later.

制御装置40は、CPU、ROM、RAM等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置(Electric Control Unit)であり、内燃機関10の燃料噴射時期、燃料噴射量等を制御することで内燃機関10の運転状態を統合的に制御する。また本実施形態に係る制御装置40は、後述するスロットルバルブ80及び排気制御バルブ110の動作も制御する。   The control device 40 is an electronic control unit (Electric Control Unit) including a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and controls the fuel injection timing, the fuel injection amount, and the like of the internal combustion engine 10 to control the internal combustion engine 10. Integrated control of operating conditions. The control device 40 according to the present embodiment also controls operations of a throttle valve 80 and an exhaust control valve 110 described later.

また吸排気システム1は、エアクリーナ50と、ターボチャージャ60と、CAC(Charge Air Cooler:過給冷却器)70と、スロットルバルブ80とを備えている。エアクリーナ50、ターボチャージャ60の後述するコンプレッサ62、CAC70及びスロットルバルブ80は、上流側から順に吸気通路20に配置されている。吸気通路20に吸入された吸気(空気)はエアクリーナ50を通過することで不純物が除去される。次いで吸気は、コンプレッサ62によって過給され、CAC70において冷却され、スロットルバルブ80によって流量が調整されて各気筒11に流入する。なお、ターボチャージャ60の詳細は後述する。   The intake / exhaust system 1 includes an air cleaner 50, a turbocharger 60, a CAC (Charge Air Cooler) 70, and a throttle valve 80. A compressor 62, a CAC 70, and a throttle valve 80 (to be described later) of the air cleaner 50 and the turbocharger 60 are arranged in the intake passage 20 in order from the upstream side. The intake air (air) sucked into the intake passage 20 passes through the air cleaner 50 to remove impurities. Next, the intake air is supercharged by the compressor 62, cooled by the CAC 70, the flow rate is adjusted by the throttle valve 80, and flows into each cylinder 11. Details of the turbocharger 60 will be described later.

また吸排気システム1は、排気通路30の排気の一部を吸気通路20に還流するEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気還流)通路90と、EG
R通路90に配置されてEGR通路90の排気を冷却するEGRクーラ92とを備えている。EGR通路90は、排気通路30の後述する排気通路部31dの通路途中から分岐して吸気通路20のスロットルバルブ80とインテークマニホールド21との間の部分に接続している。これ以降、EGR通路90を通過する排気をEGRガスと称する。
In addition, the intake / exhaust system 1 includes an EGR (Exhaust Gas Recirculation) passage 90 that recirculates a part of the exhaust gas in the exhaust passage 30 to the intake passage 20, an EG
An EGR cooler 92 that is disposed in the R passage 90 and cools the exhaust gas in the EGR passage 90 is provided. The EGR passage 90 is branched from the passage of an exhaust passage portion 31d (described later) of the exhaust passage 30 and connected to a portion of the intake passage 20 between the throttle valve 80 and the intake manifold 21. Hereinafter, the exhaust gas passing through the EGR passage 90 is referred to as EGR gas.

また吸排気システム1は、排気通路30の排気を浄化するEAT(Exhaust After−Treatment:排気後処理装置)100を備えている。EAT100は、排気通路30の後述する排気通路部31eの通路途中に配置されている。タービン61を通過した排気はEAT100を通過することで浄化されて外部に排出される。   The intake / exhaust system 1 also includes an EAT (Exhaust After-Treatment) 100 that purifies the exhaust gas in the exhaust passage 30. The EAT 100 is arranged in the middle of a later-described exhaust passage portion 31e of the exhaust passage 30. Exhaust gas that has passed through the turbine 61 is purified by passing through the EAT 100 and is discharged to the outside.

ターボチャージャ60は、内燃機関10に吸入される吸気を過給する装置である。ターボチャージャ60は、タービン61、コンプレッサ62、タービン61とコンプレッサ62とを連結する連結軸63、タービン61を収容するタービンハウジング64、及びコンプレッサ62を収容するコンプレッサハウジング65を有している。タービン61は排気通路30に配置されており、排気のエネルギを受けて回転する。タービン61が回転することで、タービン61に接続したコンプレッサ62が回転して吸気通路20の吸気を過給する。   The turbocharger 60 is a device that supercharges intake air taken into the internal combustion engine 10. The turbocharger 60 includes a turbine 61, a compressor 62, a connecting shaft 63 that connects the turbine 61 and the compressor 62, a turbine housing 64 that houses the turbine 61, and a compressor housing 65 that houses the compressor 62. The turbine 61 is disposed in the exhaust passage 30 and rotates upon receiving the energy of the exhaust. As the turbine 61 rotates, the compressor 62 connected to the turbine 61 rotates to supercharge the intake air in the intake passage 20.

タービンハウジング64は、タービン61に供給される排気が通過する2つのスクロール通路として、第1スクロール部66及び第2スクロール部67を備えている。すなわち、本実施形態に係るターボチャージャ60はツインスクロール型のターボチャージャである。   The turbine housing 64 includes a first scroll portion 66 and a second scroll portion 67 as two scroll passages through which exhaust gas supplied to the turbine 61 passes. That is, the turbocharger 60 according to the present embodiment is a twin scroll type turbocharger.

なお、本実施形態において、第1スクロール部66の入口の断面積(mm)は、第2スクロール部67の入口の断面積よりも小さく設定されている。すなわち、本実施形態に係るターボチャージャ60は、第1スクロール部66の入口の断面積と第2スクロール部67の入口の断面積とが互いに異なるアシンメトリックタイプのツインスクロール型のターボチャージャである。但し、ターボチャージャ60の構成はこれに限定されるものではなく、例えばターボチャージャ60は、第1スクロール部66の入口の断面積が第2スクロール部67の入口の断面積と同じシンメトリックタイプのツインスクロール型のターボチャージャであってもよい。 In the present embodiment, the sectional area (mm 2 ) of the inlet of the first scroll part 66 is set smaller than the sectional area of the inlet of the second scroll part 67. That is, the turbocharger 60 according to the present embodiment is an asymmetric twin scroll turbocharger in which the cross-sectional area of the inlet of the first scroll portion 66 and the cross-sectional area of the inlet of the second scroll portion 67 are different from each other. However, the configuration of the turbocharger 60 is not limited to this. For example, the turbocharger 60 is a symmetric type whose cross-sectional area of the inlet of the first scroll portion 66 is the same as the cross-sectional area of the inlet of the second scroll portion 67. A twin scroll type turbocharger may be used.

排気通路30は、タービンハウジング64よりも下流側にある排気通路部31eと、タービンハウジング64よりも上流側にある排気通路部31a〜31dとを備えている。排気通路部31aは、#1の気筒11とタービン61の第1スクロール部66とを連通している。排気通路部31bは、#2の気筒11と第2スクロール部67とを連通している。排気通路部31cは、#3の気筒11と第2スクロール部67とを連通している。なお、排気通路部31b及び排気通路部31cは、下流側の通路途中で合流して1本の通路となって第2スクロール部67に接続している。排気通路部31dは、#4の気筒11と排気通路部31eの途中とを連通している。   The exhaust passage 30 includes an exhaust passage portion 31 e on the downstream side of the turbine housing 64 and exhaust passage portions 31 a to 31 d on the upstream side of the turbine housing 64. The exhaust passage portion 31 a communicates the # 1 cylinder 11 and the first scroll portion 66 of the turbine 61. The exhaust passage portion 31 b allows the # 2 cylinder 11 and the second scroll portion 67 to communicate with each other. The exhaust passage portion 31 c communicates the # 3 cylinder 11 and the second scroll portion 67. The exhaust passage portion 31b and the exhaust passage portion 31c join in the middle of the downstream passage to form one passage and are connected to the second scroll portion 67. The exhaust passage 31d communicates the # 4 cylinder 11 and the middle of the exhaust passage 31e.

すなわち、排気通路部31dは、特定気筒(#4の気筒11)の排気をターボチャージャ60をバイパスさせてターボチャージャ60よりも下流側の排気通路部31eに導入するバイパス通路部に相当する。排気通路部31aは、第1気筒群(#1及び#4の気筒11)のうち特定気筒以外の気筒11である#1の気筒11の排気を第1スクロール部66に導入する排気通路部に相当する。排気通路部31b及び排気通路部31cは、第2気筒群(#2及び#3の気筒11)の排気を第2スクロール部67に導入する排気通路部に相当する。そして、EGR通路90は、バイパス通路部(排気通路部31d)の途中から分岐して吸気通路20の途中に接続している。   In other words, the exhaust passage portion 31d corresponds to a bypass passage portion that bypasses the turbocharger 60 and introduces the exhaust of the specific cylinder (# 4 cylinder 11) into the exhaust passage portion 31e on the downstream side of the turbocharger 60. The exhaust passage portion 31 a is an exhaust passage portion that introduces exhaust of the cylinder 11 of # 1 that is a cylinder 11 other than the specific cylinder among the first cylinder group (cylinder 11 of # 1 and # 4) into the first scroll portion 66. Equivalent to. The exhaust passage portion 31 b and the exhaust passage portion 31 c correspond to an exhaust passage portion that introduces the exhaust of the second cylinder group (the cylinders 11 of # 2 and # 3) into the second scroll portion 67. The EGR passage 90 is branched from the middle of the bypass passage portion (exhaust passage portion 31d) and connected to the middle of the intake passage 20.

また、吸排気システム1は、排気通路部31dに排気制御バルブ110を備えている。具体的には本実施形態に係る排気制御バルブ110は、排気通路部31dのEGR通路90の接続箇所(C点)よりも下流側の部分に配置されている。   The intake / exhaust system 1 includes an exhaust control valve 110 in the exhaust passage portion 31d. Specifically, the exhaust control valve 110 according to the present embodiment is disposed at a portion downstream of the connection location (point C) of the EGR passage 90 of the exhaust passage portion 31d.

排気制御バルブ110は、制御装置40の指示を受けて、内燃機関10の負荷に基づいて、排気通路部31dの排気の流量を制御する。本実施形態においては、この負荷の一例として、新気量(空気量)を用いる。すなわち、本実施形態に係る排気制御バルブ110は、内燃機関10の新気量に基づいて排気制御バルブ110の開度を調整することで、排気通路部31dの排気の流量を制御する。排気制御バルブ110が排気通路部31dの排気の流量を制御することで、排気通路部31dの排気圧も制御される。その結果、EGR通路90を通過して吸気通路20に還流するEGRガスの流量も制御される。すなわち、本実施形態に係る排気制御バルブ110は、排気通路部31dの排気の流量を制御することで、EGR通路90を通過するEGRガスの流量も制御している。   The exhaust control valve 110 receives an instruction from the control device 40 and controls the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage portion 31d based on the load of the internal combustion engine 10. In the present embodiment, a fresh air amount (air amount) is used as an example of this load. That is, the exhaust control valve 110 according to the present embodiment controls the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage portion 31d by adjusting the opening degree of the exhaust control valve 110 based on the fresh air amount of the internal combustion engine 10. The exhaust control valve 110 controls the exhaust flow rate in the exhaust passage 31d, whereby the exhaust pressure in the exhaust passage 31d is also controlled. As a result, the flow rate of EGR gas that passes through the EGR passage 90 and returns to the intake passage 20 is also controlled. That is, the exhaust control valve 110 according to the present embodiment controls the flow rate of EGR gas passing through the EGR passage 90 by controlling the flow rate of exhaust gas in the exhaust passage portion 31d.

なお、上述した新気量に基づく排気制御バルブ110の具体的な制御内容は、例えば、周知のEGRシステムに用いられているEGRバルブの空気量制御(例えばMAF制御)を適用することができるので、この制御内容の詳細な説明は省略する。また、排気制御バルブ110の具体的な種類は、排気を制御可能なバルブであれば特に限定されるものではなく、周知の流量制御バルブ等を用いることができる。   The specific control content of the exhaust control valve 110 based on the new air amount described above can be applied to, for example, the air amount control (for example, MAF control) of the EGR valve used in the well-known EGR system. Detailed description of this control content is omitted. The specific type of the exhaust control valve 110 is not particularly limited as long as it is a valve capable of controlling exhaust, and a known flow control valve or the like can be used.

さらに、本実施形態に係る排気制御バルブ110は、内燃機関10の始動時の場合のように、内燃機関10の温度が予め設定された設定値よりも低い低温の場合には、開の状態に制御される。具体的には本実施形態においては、この内燃機関10の温度として、内燃機関10の冷媒の温度を用いる。制御装置40は、冷媒の温度を検出する温度センサの検出結果に基づいて冷媒の温度を取得し、取得された冷媒の温度が設定値よりも低い場合に、排気制御バルブ110を開に制御する。このように排気制御バルブ110が制御されることにより、内燃機関10が低温の場合において、#4の気筒11から排出された排気はタービン61を経由せずにEAT100に直接導入される。   Further, the exhaust control valve 110 according to the present embodiment is in an open state when the temperature of the internal combustion engine 10 is a low temperature lower than a preset set value, such as when the internal combustion engine 10 is started. Be controlled. Specifically, in the present embodiment, the temperature of the refrigerant of the internal combustion engine 10 is used as the temperature of the internal combustion engine 10. The control device 40 acquires the temperature of the refrigerant based on the detection result of the temperature sensor that detects the temperature of the refrigerant, and controls the exhaust control valve 110 to be opened when the acquired temperature of the refrigerant is lower than a set value. . By controlling the exhaust control valve 110 in this manner, when the internal combustion engine 10 is at a low temperature, the exhaust discharged from the # 4 cylinder 11 is directly introduced into the EAT 100 without passing through the turbine 61.

なお、低温時に排気制御バルブ110を開にする上記制御は、前述した新気量に基づく排気制御バルブ110の制御よりも優先的に実行される。   The above-described control for opening the exhaust control valve 110 at a low temperature is executed with priority over the above-described control of the exhaust control valve 110 based on the new air amount.

以上説明した本実施形態に係る吸排気システム1によれば、排気脈動の干渉を抑制しつつ、排気通路部31d(バイパス通路部)の排気の一部をEGR通路90によって吸気通路20に還流させることができる。それにより、排気脈動の干渉を抑制しつつターボチャージャ60を通過する排気量の減少を抑制することができる。その結果、排気脈動の干渉を抑制しつつ、排気を吸気通路20に還流させた場合におけるターボチャージャ60の過給効率の低下を抑制して燃費の向上を図ることができる。   According to the intake / exhaust system 1 according to the present embodiment described above, a part of the exhaust in the exhaust passage portion 31d (bypass passage portion) is recirculated to the intake passage 20 by the EGR passage 90 while suppressing interference of exhaust pulsation. be able to. Thereby, it is possible to suppress a decrease in the amount of exhaust gas passing through the turbocharger 60 while suppressing interference of exhaust pulsation. As a result, the fuel efficiency can be improved by suppressing the reduction in the supercharging efficiency of the turbocharger 60 when the exhaust gas is recirculated to the intake passage 20 while suppressing the interference of the exhaust pulsation.

また、吸排気システム1によれば、排気制御バルブ110によって排気通路部31dの排気を制御することで、排気通路部31dから吸気通路20に還流する排気(EGRガス)を制御することができる。それにより、内燃機関10の燃費を効果的に向上させることができる。   Further, according to the intake / exhaust system 1, the exhaust (EGR gas) recirculated from the exhaust passage portion 31 d to the intake passage 20 can be controlled by controlling the exhaust passage 31 d by the exhaust control valve 110. Thereby, the fuel consumption of the internal combustion engine 10 can be improved effectively.

また、吸排気システム1によれば、内燃機関10の温度が低温の場合に排気制御バルブ110が開の状態に制御されるので、内燃機関10の温度が低温の場合に、#4の気筒11から排出された排気をタービン61を経由せずにEAT100に直接導入することができる。それにより、EAT100に導入される排気の温度がタービン61を経由することによって低下することを抑制できるので、EAT100の昇温時間を短縮させることができ、EAT100による排気処理の効率を高めることができる。   Further, according to the intake / exhaust system 1, the exhaust control valve 110 is controlled to be open when the temperature of the internal combustion engine 10 is low. Therefore, when the temperature of the internal combustion engine 10 is low, the cylinder 11 of # 4 Exhaust gas discharged from the engine can be directly introduced into the EAT 100 without going through the turbine 61. As a result, the temperature of the exhaust gas introduced into the EAT 100 can be prevented from being lowered by passing through the turbine 61, so that the temperature raising time of the EAT 100 can be shortened and the efficiency of the exhaust treatment by the EAT 100 can be increased. .

なお、EGRガスの吸気通路20への還流を促進させるためだけであれば、例えばタービン61よりも上流側の排気通路部にオリフィス等の絞りを配置する等の手法で、タービン61の上流側の排気通路部の排気圧を上昇させることによっても、EGRガスの吸気通路20への還流を促進させることは可能と考えられる。しかしながら、この手法の場合、気筒11の排気圧が必要以上に上昇してしまい、その結果、ポンピングロスが増加し、燃費が悪化してしまう。これに対して本実施形態に係る吸排気システム1によれば、このようにオリフィス等の絞りをタービン61の上流側の排気通路部に配置する必要がないので、ポンピングロスの低減を図り、燃費の向上を図ることができる。   If it is only for promoting the return of the EGR gas to the intake passage 20, for example, by arranging a throttle such as an orifice in the exhaust passage upstream of the turbine 61, the upstream side of the turbine 61 may be arranged. It is considered possible to promote the recirculation of the EGR gas to the intake passage 20 by increasing the exhaust pressure in the exhaust passage portion. However, in the case of this method, the exhaust pressure of the cylinder 11 increases more than necessary, and as a result, the pumping loss increases and the fuel consumption deteriorates. On the other hand, according to the intake / exhaust system 1 according to the present embodiment, it is not necessary to arrange a restriction such as an orifice in the exhaust passage section on the upstream side of the turbine 61 in this way, so that the pumping loss can be reduced and the fuel consumption can be reduced. Can be improved.

なお、本実施形態において、特定気筒の一例として#4の気筒11を用いたが、この構成に限定されるものではない。例えば特定気筒として、第1気筒群のうちの#4の気筒11以外の気筒11(本実施形態では#1の気筒11)を用いることもできる。この場合、排気通路部31dの上流側端部が#1の気筒11に接続し、排気通路部31aの上流側端部が#4の気筒11に接続すればよい。あるいは特定気筒として、第2気筒群を構成する複数の気筒11から選択された1つの気筒(本実施形態では#2の気筒11または#3の気筒11)を用いることもできる。なお、これは後述する実施形態2においても同様である。   In the present embodiment, the # 4 cylinder 11 is used as an example of the specific cylinder. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, as the specific cylinder, a cylinder 11 other than the # 4 cylinder 11 in the first cylinder group (the # 1 cylinder 11 in the present embodiment) may be used. In this case, the upstream end of the exhaust passage 31d may be connected to the # 1 cylinder 11, and the upstream end of the exhaust passage 31a may be connected to the # 4 cylinder 11. Alternatively, as the specific cylinder, one cylinder selected from the plurality of cylinders 11 constituting the second cylinder group (# 2 cylinder 11 or # 3 cylinder 11 in the present embodiment) may be used. This also applies to Embodiment 2 described later.

(実施形態2)
図2は本発明の実施形態2に係る吸排気システム1aの模式図である。吸排気システム1aは、EGRバルブ91、排気通路部31f及び排気制御バルブ120をさらに備えている点において、図1に示す吸排気システム1と異なっている。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic diagram of an intake / exhaust system 1a according to Embodiment 2 of the present invention. The intake / exhaust system 1a differs from the intake / exhaust system 1 shown in FIG. 1 in that it further includes an EGR valve 91, an exhaust passage portion 31f, and an exhaust control valve 120.

EGRバルブ91は、EGR通路90に配置されている。EGRバルブ91は、内燃機関10の負荷に基づいてEGR通路90の排気(EGRガス)を制御する。本実施形態においては、この負荷の一例として、新気量を用いる。なお、EGRバルブ91の構成は周知の内燃機関のEGRバルブを適用でき、EGRバルブ91の制御も周知のEGRバルブの制御(例えば前述した空気量制御等)を適用できるため、これらに関する詳細な説明は省略する。   The EGR valve 91 is disposed in the EGR passage 90. The EGR valve 91 controls the exhaust gas (EGR gas) in the EGR passage 90 based on the load of the internal combustion engine 10. In the present embodiment, a fresh air amount is used as an example of this load. The configuration of the EGR valve 91 can be a well-known internal combustion engine EGR valve, and the control of the EGR valve 91 can also be a well-known EGR valve control (for example, the air amount control described above). Is omitted.

排気通路部31fは、排気通路部31b及び排気通路部31cの合流した部分の途中から分岐してターボチャージャ60よりも下流側の排気通路部31eの途中に接続している。すなわち、排気通路部31fは、第2気筒群(#2及び#3の気筒11)の排気を第2スクロール部67に導入する排気通路部(排気通路部31b,31c)の途中から分岐してターボチャージャ60よりも下流側の排気通路部31eの途中に接続する第2のバイパス通路部に相当する。なお、具体的には本実施形態に係る排気通路部31fの下流側端部は、排気通路部31eのタービンハウジング64とEAT100との間の部分に接続している。   The exhaust passage portion 31f branches from the middle of the joined portion of the exhaust passage portion 31b and the exhaust passage portion 31c and is connected to the middle of the exhaust passage portion 31e on the downstream side of the turbocharger 60. That is, the exhaust passage portion 31f branches off from the middle of the exhaust passage portions (exhaust passage portions 31b, 31c) for introducing the exhaust of the second cylinder group (# 2 and # 3 cylinders 11) into the second scroll portion 67. This corresponds to a second bypass passage portion connected in the middle of the exhaust passage portion 31e on the downstream side of the turbocharger 60. Specifically, the downstream end portion of the exhaust passage portion 31f according to the present embodiment is connected to a portion between the turbine housing 64 and the EAT 100 of the exhaust passage portion 31e.

排気制御バルブ120は排気通路部31fに配置されている。排気制御バルブ120は、制御装置40の指示を受けて、内燃機関10の負荷(本実施形態においては一例として新気量)に基づいて排気通路部31fの排気の流量を制御する。この制御の一例を挙げると、例えば排気制御バルブ120は、制御装置40の指示を受けて、内燃機関10の負荷が予め設定された設定値よりも低い低負荷の場合に開弁し、内燃機関10の負荷が設定値以上である高負荷の場合に閉弁する。このように低負荷の場合に排気制御バルブ120が開弁することで、低負荷の場合において、第2気筒群の排気をターボチャージャ60をバイパスさせてEAT100に導入することができる。   The exhaust control valve 120 is disposed in the exhaust passage portion 31f. The exhaust control valve 120 receives an instruction from the control device 40 and controls the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage portion 31f based on the load of the internal combustion engine 10 (in this embodiment, as an example, a fresh air amount). As an example of this control, for example, the exhaust control valve 120 is opened when the load of the internal combustion engine 10 is a low load lower than a preset set value in response to an instruction from the control device 40. The valve is closed when the load of 10 is a high load equal to or higher than the set value. Thus, by opening the exhaust control valve 120 when the load is low, the exhaust of the second cylinder group can be introduced into the EAT 100 by bypassing the turbocharger 60 when the load is low.

また、本実施形態において、内燃機関10へのEGRガスの導入を停止させる場合には
、制御装置40はEGRバルブ91を閉弁させる(なお、この場合、排気制御バルブ110は開弁していてもよく、閉弁していてもよい)。このように、EGRバルブ91が閉弁することで、吸気通路20に還流するEGRガスを確実にゼロにすることができる。また、吸気通路20の吸気がEGR通路90を逆流して排気通路部31dに流入することも確実に抑制することができる。
In the present embodiment, when the introduction of EGR gas to the internal combustion engine 10 is stopped, the control device 40 closes the EGR valve 91 (in this case, the exhaust control valve 110 is open). Or it may be closed). As described above, the EGR valve 91 is closed, so that the EGR gas recirculated to the intake passage 20 can be surely made zero. Further, it is possible to reliably suppress the intake air in the intake passage 20 from flowing backward through the EGR passage 90 and flowing into the exhaust passage portion 31d.

なお、排気制御バルブ120の具体的な種類は、特に限定されるものではなく、周知のウエストゲートバルブ等を用いることができる。   The specific type of the exhaust control valve 120 is not particularly limited, and a well-known waste gate valve or the like can be used.

以上説明した本実施形態に係る吸排気システム1aによれば、実施形態1の作用効果に加えて次の作用効果を奏することができる。具体的には吸排気システム1aによれば、排気制御バルブ110を備えるとともにEGRバルブ91を備えているので、排気制御バルブ110とEGRバルブ91の両方によって吸気通路20に還流する排気を制御することができる。これにより、吸気通路20に還流する排気を精度よく制御することができる。   According to the intake / exhaust system 1a according to the present embodiment described above, the following operational effects can be achieved in addition to the operational effects of the first embodiment. Specifically, according to the intake / exhaust system 1a, since the exhaust control valve 110 and the EGR valve 91 are provided, the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 is controlled by both the exhaust control valve 110 and the EGR valve 91. Can do. Thereby, the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 can be accurately controlled.

また、前述したように、内燃機関10へのEGRガスの導入を停止させる場合にEGRバルブ91が閉弁するので、吸気通路20に還流するEGRガスの量を確実にゼロにすることができるとともに、吸気通路20の吸気がEGR通路90を逆流して排気通路部31dに流入することも確実に抑制することができる。   Further, as described above, since the EGR valve 91 is closed when the introduction of the EGR gas to the internal combustion engine 10 is stopped, the amount of the EGR gas recirculated to the intake passage 20 can be surely made zero. In addition, it is possible to reliably suppress intake air in the intake passage 20 from flowing backward into the EGR passage 90 and flowing into the exhaust passage portion 31d.

また、排気制御バルブ120によってターボチャージャ60に導入される排気量を制御することができる。これにより、ターボチャージャ60の過給圧を調整することができる。   Further, the exhaust amount introduced into the turbocharger 60 can be controlled by the exhaust control valve 120. Thereby, the supercharging pressure of the turbocharger 60 can be adjusted.

ここで、仮に、内燃機関10が低負荷の場合において、EAT100に導入前の排気がターボチャージャ60を通過した場合、ターボチャージャ60を通過することで排気の温度が低下し、この温度が低下した排気がEAT100に導入される。この場合、EAT100の昇温時間が長くなってしまい、EAT100による排気処理効率が悪化してしまう。これに対して、本実施形態によれば、前述したように、内燃機関10が低負荷の場合に排気制御バルブ120が開弁することで、第2気筒群の排気をターボチャージャ60をバイパスさせてEAT100に導入することができる。これにより、EAT100の昇温時間を短縮させることができ、EAT100による排気処理効率を向上できる。   Here, if the internal combustion engine 10 has a low load and the exhaust gas before being introduced into the EAT 100 passes through the turbocharger 60, the temperature of the exhaust gas decreases by passing through the turbocharger 60, and this temperature decreases. Exhaust is introduced into EAT100. In this case, the temperature raising time of the EAT 100 becomes long, and the exhaust processing efficiency by the EAT 100 is deteriorated. On the other hand, according to the present embodiment, as described above, the exhaust control valve 120 is opened when the internal combustion engine 10 is under a low load, thereby bypassing the turbocharger 60 with the exhaust of the second cylinder group. Can be introduced into EAT100. As a result, the temperature raising time of the EAT 100 can be shortened, and the exhaust treatment efficiency by the EAT 100 can be improved.

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Is possible.

1,1a 内燃機関の吸排気システム
10 内燃機関
11 気筒
31a,31e 排気通路部
31d 排気通路部(バイパス通路部)
31f 排気通路部(第2のバイパス通路部)
90 EGR通路
91 EGRバルブ
110 排気制御バルブ
120 排気制御バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Intake / exhaust system 10 of an internal combustion engine Internal combustion engine 11 Cylinders 31a, 31e Exhaust passage part 31d Exhaust passage part (bypass passage part)
31f Exhaust passage part (second bypass passage part)
90 EGR passage 91 EGR valve 110 Exhaust control valve 120 Exhaust control valve

Claims (2)

排気脈動の干渉が生じない複数の気筒によってそれぞれ構成された第1気筒群及び第2気筒群と、第1スクロール部及び第2スクロール部を有するツインスクロール型のターボチャージャと、前記第2気筒群の排気を前記第2スクロール部に導入する排気通路部と、前記ターボチャージャよりも下流側の排気通路部の途中に配置された排気後処理装置と、を有する内燃機関に適用された吸排気システムにおいて、
前記第1気筒群の中から選択された1つの気筒である特定気筒の排気を前記ターボチャージャをバイパスさせて該ターボチャージャよりも下流側の排気通路部における前記排気後処理装置よりも上流側の箇所に導入するバイパス通路部と、
前記第1気筒群のうち前記特定気筒以外の気筒の排気を前記第1スクロール部に導入する排気通路部と、
前記バイパス通路部の途中から分岐して前記内燃機関の吸気通路の途中に接続するEGR通路と、
前記バイパス通路部の排気を制御する排気制御バルブと、を備え
前記排気制御バルブは、少なくとも、前記内燃機関の冷媒の温度が予め設定された設定値よりも低い場合に、開の状態になることを特徴とする内燃機関の吸排気システム。
A first cylinder group and a second cylinder group each constituted by a plurality of cylinders that do not cause interference of exhaust pulsation, a twin scroll type turbocharger having a first scroll part and a second scroll part, and the second cylinder group An intake / exhaust system applied to an internal combustion engine having an exhaust passage portion for introducing the exhaust gas into the second scroll portion, and an exhaust aftertreatment device disposed in the middle of the exhaust passage portion downstream of the turbocharger In
The exhaust of a specific cylinder, which is one cylinder selected from the first cylinder group, bypasses the turbocharger , and is upstream of the exhaust aftertreatment device in the exhaust passage section downstream of the turbocharger. A bypass passage section to be introduced at
An exhaust passage portion for introducing exhaust gas of cylinders other than the specific cylinder in the first cylinder group into the first scroll portion;
An EGR passage branched from the middle of the bypass passage portion and connected to the middle of the intake passage of the internal combustion engine;
An exhaust control valve for controlling exhaust of the bypass passage portion ,
The intake / exhaust system for an internal combustion engine, wherein the exhaust control valve is opened at least when the temperature of the refrigerant of the internal combustion engine is lower than a preset value .
前記EGR通路の排気を制御するEGRバルブと、
前記第2気筒群の排気を前記第2スクロール部に導入する前記排気通路部の途中から分岐して前記ターボチャージャよりも下流側の前記排気通路部における前記排気後処理装置よりも上流側の箇所に接続する第2のバイパス通路部と、
前記第2のバイパス通路部の排気を制御する排気制御バルブと、をさらに備え、
前記第2のバイパス通路部の排気を制御する前記排気制御バルブは、前記内燃機関の負荷が予め設定された設定値よりも低い低負荷の場合に開弁し、前記内燃機関の負荷が前記設定値以上である高負荷の場合に閉弁する請求項1記載の内燃機関の吸排気システム。
An EGR valve that controls the exhaust of the EGR passage;
A location upstream of the exhaust aftertreatment device in the exhaust passage section downstream from the turbocharger after branching from the middle of the exhaust passage section introducing the exhaust of the second cylinder group into the second scroll section A second bypass passage connected to
An exhaust control valve for controlling the exhaust of the second bypass passage,
The exhaust control valve for controlling the exhaust of the second bypass passage is opened when the load of the internal combustion engine is a low load lower than a preset set value, and the load of the internal combustion engine is set to the set value The intake / exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1 , wherein the valve is closed when the load is higher than the value .
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