JP6636352B2 - Internal combustion engine and method of operating the same - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1のおいて書きに記載の内燃機関に関する。本発明はまた、請求項7に記載の、内燃機関運転方法に関する。 The invention relates to an internal combustion engine according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for operating an internal combustion engine according to claim 7.
排気過給式内燃機関は、以前から実地より知られている。排気過給式内燃機関は、少なくとも一つの排気ターボチャージャーを有しており、内燃機関のシリンダーから出た排気は、特定の又はそれぞれの排気ターボチャージャーのタービン内で膨張することができる。排気の膨張の際に得られるエネルギーはそれぞれの排気ターボチャージャーのコンプレッサー内で、内燃機関のシリンダーに供給すべき燃焼空気を圧縮するために利用される。このとき代表的には、それぞれの排気ターボチャージャーのそれぞれのコンプレッサーにチャージエアクーラーが後置されており、それぞれのコンプレッサー内で圧縮されたチャージエアはそれぞれのエアクーラーの領域内で冷却される。 Exhaust-charge internal combustion engines have been known for some time. The supercharged internal combustion engine has at least one exhaust turbocharger, and the exhaust from the cylinder of the internal combustion engine can be expanded in the turbine of the specific or respective exhaust turbocharger. The energy obtained during the expansion of the exhaust gas is used in the compressor of the respective exhaust turbocharger to compress the combustion air to be supplied to the cylinders of the internal combustion engine. At this time, typically, each compressor of each exhaust turbocharger is followed by a charge air cooler, and the charge air compressed in each compressor is cooled in the area of each air cooler.
圧縮されたチャージエアをそれぞれのチャージエアクーラーの領域において冷却する際、凝縮物が発生することがあり、これは、チャージエアの冷却の際に、水に関してチャージエアの受容力が低下するためである。実地より知られる内燃機関においては、この凝縮物は内燃機関から排出されて処分される。 When cooling the compressed charge air in the area of the respective charge air cooler, condensate may form due to the reduced capacity of the charge air with respect to water during the cooling of the charge air. is there. In internal combustion engines known from practice, this condensate is discharged from the internal combustion engine and disposed of.
これに鑑みて、本発明の課題は、新規の内燃機関及びその運転方法を提供することである。 In view of this, an object of the present invention is to provide a new internal combustion engine and a method of operating the same.
この課題は、請求項1に記載の内燃機関により解決される。本発明においては、チャージエア冷却の際にそれぞれのチャージエアクーラー内で発生する凝縮物は排気内に供給可能である。 This object is achieved by an internal combustion engine according to claim 1. In the present invention, the condensate generated in each charge air cooler at the time of charge air cooling can be supplied to the exhaust gas.
本発明の内燃機関においては、チャージエア冷却の際にそれぞれのチャージエアクーラーの領域内で発生する凝縮物は、内燃機関から排出されて処分されるのではなく、排気内に供給される。それにより、それぞれの排気ターボチャージャーのそれぞれのタービンの上流で排気を冷却することができる。このことは、内燃機関の排気温度限界値付近における内燃機関のいわゆる熱帯運転モードにおいて長所となる。また、凝縮物を処分する必要もなくなる。 In the internal combustion engine of the present invention, the condensate generated in the region of each charge air cooler during charge air cooling is supplied to the exhaust rather than being discharged from the internal combustion engine and disposed of. Thereby, the exhaust gas can be cooled upstream of each turbine of each exhaust turbocharger. This is advantageous in the so-called tropical operation mode of the internal combustion engine near the exhaust temperature limit of the internal combustion engine. Also, there is no need to dispose of the condensate.
第1の好適な発展形によると、内燃機関はただ一つの排気ターボチャージャーを有しており、排気ターボチャージャーのコンプレッサーのチャージエアクーラー内においてチャージエア冷却の際に発生する凝縮物は、排気ターボチャージャーのタービンの上流で排気内に供給可能である。代替的な第2の好適な発展形によると内燃機関は、高圧タービン及び高圧コンプレッサーを持つ第1排気ターボチャージャー、及び、低圧タービン及び低圧コンプレッサーを持つ第2排気ターボチャージャーを有しており、第1排気ターボチャージャーの高圧コンプレッサーのーチャージエアクーラー内でチャージエア冷却の際に発生する凝縮物は、第1排気ターボチャージャーの高圧タービンの上流において排気内に供給可能である。第2排気ターボチャージャーの低圧コンプレッサーのチャージエアクーラー内においてチャージエア冷却の際に発生する凝縮物は、第1排気ターボチャージャーの高圧タービンの上流において、及び/又は、第2排気ターボチャージャーの低圧タービンの上流において、排気内に供給可能である。本発明の第1の好適な発展形、及び、本発明の第2の好適な発展形のいずれを用いても、チャージエアクーラーの領域内で発生する凝縮物を定義通りに排気内に供給することができる。 According to a first preferred development, the internal combustion engine has only one exhaust turbocharger, the condensate generated during charge air cooling in the charge air cooler of the compressor of the exhaust turbocharger being exhaust gas turbocharger. It can be supplied into the exhaust upstream of the charger turbine. According to an alternative second preferred development, the internal combustion engine has a first exhaust turbocharger having a high pressure turbine and a high pressure compressor, and a second exhaust turbocharger having a low pressure turbine and a low pressure compressor. Condensate generated during charge air cooling in the charge air cooler of the high pressure compressor of the first exhaust turbocharger can be supplied to the exhaust upstream of the high pressure turbine of the first exhaust turbocharger. Condensate generated during charge air cooling in the charge air cooler of the low pressure compressor of the second exhaust turbocharger may be upstream of the high pressure turbine of the first exhaust turbocharger and / or the low pressure turbine of the second exhaust turbocharger. Upstream, can be supplied into the exhaust. With both the first preferred development of the invention and the second preferred development of the invention, the condensate generated in the region of the charge air cooler is fed into the exhaust as defined. be able to.
望ましくは凝縮物は、チャージエアライン又はそれぞれのチャージエアクーラーから出発して排気ラインの方向に向かうパイプラインを介して、排気内に供給可能である。この実施形態は構造的に単純である。 Desirably, the condensate can be fed into the exhaust via a charge air line or a pipeline starting from the respective charge air cooler and heading towards the exhaust line. This embodiment is structurally simple.
本発明の内燃機関運転方法は請求項7に定義されている。 An internal combustion engine operating method according to the present invention is defined in claim 7.
本発明の望ましい発展形は従属請求項及び以下の説明から理解できる。本発明の実施例について図を用いて説明するが、これに限定されるわけではない。 Preferred developments of the invention can be taken from the dependent claims and the following description. An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, but is not limited thereto.
本発明は、内燃機関、及び、そのような内燃機関の運転方法に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine and a method for operating such an internal combustion engine.
図1には、複数のシリンダー11を有する本発明の内燃機関10の第1の実施例が図示されており、内燃機関10のシリンダー11内で燃料が燃焼される。図1では、内燃機関のシリンダー11から出た排気12は排気ラインを介して、排気ターボチャージャー14のタービン13に供給可能であり、排気12はタービン13内で膨張し、膨張した排気15としてタービン13から出る。
FIG. 1 shows a first embodiment of an
排気12が排気ターボチャージャー14のタービン13内で膨張する際に得られるエネルギーは、排気ターボチャージャーのコンプレッサー16内で使用され、それにより燃焼空気17が圧縮されて、圧縮されたチャージエア18として内燃機関10に、つまり、内燃機関10のシリンダー11に、チャージエアライン24を介して提供される。このとき、排気ターボチャージャー14のコンプレッサー16にはチャージエアクーラー19が割り当てられており、チャージエアクーラー19の領域において、コンプレッサー16内で圧縮されたチャージエア18を冷却することができ、それにより、冷却されたチャージエア20が内燃機関10のシリンダー11に供給される。
The energy obtained when the
本発明の内燃機関10において、チャージエアクーラー19内でチャージエア18が冷却される際に発生する凝縮物21は排気内に、つまり、内燃機関10のシリンダー11から出た排気12内に供給可能である。
In the
ここで凝縮物21は、排気ターボチャージャー14のタービン13の領域においてすべての凝縮物21が蒸発するよう、凝縮物21にとって十分な蒸発区間が提供される距離をもって、排気ターボチャージャー14のタービン13の上流において排気12内に供給される。本発明により、手間のかかる凝縮物処分を行わずに済ますことができる。排気12内の凝縮物21が蒸発することにより排気12の温度を下げることができ、これは、いわゆる熱帯運転モードにおいてタービン13がその温度限界値付近で運転されるときにとりわけ好適である。
Here, the
図2には、2段式排気チャージを行う内燃機関10が図示されており、内燃機関10のシリンダー11から出た排気12は、排気ライン23を介してまず、第1排気ターボチャージャー14aの高圧タービン13aを介して、次に、第2排気ターボチャージャー14bの低圧タービン13bを介して導かれる。両方のタービン13a、13b内で膨張した排気12は、膨張した排気15として内燃機関から出る。
FIG. 2 shows an
タービン13a、13b内で得られたエネルギーは、燃焼空気17を段階的に圧縮するために、排気ターボチャージャー14a、14bのコンプレッサー16a、16b内で使用される。このとき、それぞれのコンプレッサー14a、14bから出た圧縮済みチャージエア18a、18bを冷却するために、各コンプレッサー16a、16bにはそれぞれチャージエアクーラー19a、19bが割り当てられている。そのため、第2排気ターボチャージャー14bの低圧コンプレッサー16bを出たチャージエア18bは、チャージエアクーラー19bの領域内で冷却される。第1排気ターボチャージャー14aの高圧コンプレッサー16aから出たチャージエア18aは、チャージエアクーラー19aの領域内で冷却される。チャージエアクーラー19aの領域内で冷却されたチャージエア20は、チャージエアライン24を介して内燃機関10のシリンダー11に供給される。
The energy obtained in the
図2の実施例において高圧コンプレッサー16aのチャージエアクーラー19a内においてチャージエア18a冷却の際に発生する凝縮物21aは、排気12に、つまり高圧タービン13aの上流に供給され、低圧コンプレッサー16bのチャージエアクーラー19bの領域で発生する凝縮物21bは、低圧タービン13bの上流で排気に供給される。このときそれぞれの凝縮物21aもしくは21bはそれぞれ、それぞれのタービン13aもしくは13bの領域においてすべての凝縮物が蒸発するよう、凝縮物21aもしくは21bの蒸発のために十分な蒸発区間が提供されるように、それぞれのタービン13aもしくは13bの上流で排気に供給される。
In the embodiment of FIG. 2, the
多段式の排気チャージの場合には図3の変形例が望ましい。図3の変形例では、低圧コンプレッサー16bのチャージエアクーラー19bの領域で発生する凝縮物21bは、高圧コンプレッサー16aのチャージエアクーラー19aの領域で発生する凝縮物21aと同様、第1排気ターボチャージャー14aの高圧タービン13aの上流で、シリンダー11から出た排気12に供給され、その際やはり、高圧タービン13aの上流において排気12内の凝縮物21a、21bが蒸発するために十分な蒸発区間が提供されるようにされる。
In the case of a multistage exhaust charge, the modification shown in FIG. 3 is desirable. 3, the
低圧コンプレッサー16bのチャージエアクーラー19bの領域で発生する凝縮物21bを高圧タービン13aの上流で排気12に供給するために、図3ではポンプ22が設けられており、このポンプ22を用いて、排気チャージの低圧領域と高圧領域との間の圧力差を克服することができる。
In order to supply the
図4に図示された本発明の変形例では、低圧コンプレッサー16bのチャージエアクーラー19bの領域で発生する凝縮物21bが部分的に、ポンプ22を介して、高圧コンプレッサー16aのチャージエアクーラー19aの領域で発生する凝縮物21aと一緒に、高圧タービン13aの上流で排気12に供給され、これに対して凝縮物21bのその他の部分は、低圧タービン13bの上流で排気内に戻される。
In the variant of the invention shown in FIG. 4, the
したがって本発明においては、チャージエアクーラー内においてチャージエアが冷却される際に発生する凝縮物を内燃機関から排出して処分するのではなく、この凝縮物を排気に戻し、排気内の凝縮物を蒸発させることにより排気温度を下げるようにする。 Therefore, in the present invention, instead of discharging and disposing of the condensate generated when the charge air is cooled in the charge air cooler from the internal combustion engine, the condensate is returned to the exhaust gas, and the condensate in the exhaust gas is removed. The temperature of the exhaust gas is reduced by evaporation.
それぞれのチャージエアクーラー19、19a、19bの領域で発生する凝縮物21、21a、21bは、それぞれのチャージエアクーラー19、19a、19bの領域において、いわゆる凝縮物分離装置(図示されず)を介して、チャージエアから分離することができる。
The
凝縮物を排気に混合するために、凝縮物21、21a、21bは、それぞれのチャージエアクーラー19、19a、19bもしくはチャージエアライン24から出発してパイプライン25を介して排気ライン23に向かって導くことができる。
To mix the condensate with the exhaust, the
10 内燃機関
11 シリンダー
12 排気
13 タービン
13a 高圧タービン
13b 低圧タービン
14 排気ターボチャージャー
14a 排気ターボチャージャー
14b 排気ターボチャージャー
15 排気
16 コンプレッサー
16a 高圧コンプレッサー
16b 低圧コンプレッサー
17 燃焼空気
18 チャージエア
18a チャージエア
18b チャージエア
19 チャージエアクーラー
19a チャージエアクーラー
19b チャージエアクーラー
20 チャージエア
21 凝縮物
21a 凝縮物
21b 凝縮物
22 ポンプ
23 排気ライン
24 チャージエアライン
25 パイプライン
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記内燃機関が、高圧タービン(13a)及び高圧コンプレッサー(16a)を備える第1排気ターボチャージャー(14a)、及び、低圧タービン(13b)及び低圧コンプレッサー(16b)を備える第2排気ターボチャージャー(14b)を有しており、前記第1排気ターボチャージャー(14a)の前記高圧コンプレッサー(16a)の前記チャージエアクーラー(19a)内でのチャージエア冷却の際に発生する凝縮物(21a)は、前記第1排気ターボチャージャー(14a)の前記高圧タービン(13a)の上流で排気内に供給可能であり、
前記第2排気ターボチャージャー(14b)の前記低圧コンプレッサー(16b)の前記チャージエアクーラー(19b)内でチャージエア冷却の際に発生する凝縮物(21b)が、前記第1排気ターボチャージャー(14a)の前記高圧タービン(13a)の上流で排気内に供給可能であることを特徴とする、内燃機関。 An internal combustion engine (10) having a plurality of cylinders (11) and at least one exhaust turbocharger (14, 14a, 14b), wherein a turbine of a specific or each exhaust turbocharger (14, 14a, 14b). 13a, 13b), the exhaust gas leaving the cylinder (11) is expandable, the energy obtained then being supplied to the compressor (16, 16a, 14a, 14a, 14b) of the respective exhaust turbocharger (14, 14a, 14b). 16b), which is available for compressing the charge air to be supplied to the cylinder (11), and also the compressor (16, 16a, 16b) of the respective exhaust turbocharger (14, 14a, 14b) Downstream of the respective exhaust turbochargers (14, 14a, 14b) The charge air cooler (19, 19a, 19b) is arranged to cool the charge air after the charge air is compressed in the compressor (16, 16a, 16b). cooler (19, 19a, 19b) condensate is charge air in generated when being cooled (21, 21a, 21b) is, Ri can be supplied der into the exhaust,
The internal combustion engine has a first exhaust turbocharger (14a) including a high-pressure turbine (13a) and a high-pressure compressor (16a), and a second exhaust turbocharger (14b) including a low-pressure turbine (13b) and a low-pressure compressor (16b). The condensate (21a) generated during charge air cooling in the charge air cooler (19a) of the high pressure compressor (16a) of the first exhaust turbocharger (14a) A single exhaust turbocharger (14a) can be supplied into the exhaust upstream of the high pressure turbine (13a);
Condensate (21b) generated during charge air cooling in the charge air cooler (19b) of the low-pressure compressor (16b) of the second exhaust turbocharger (14b) forms the first exhaust turbocharger (14a). An internal combustion engine capable of supplying the exhaust gas upstream of the high pressure turbine (13a) .
第1排気ターボチャージャーの高圧コンプレッサーのチャージエアクーラー内でチャージエア冷却の際に発生する凝縮物が、前記第1排気ターボチャージャーの高圧タービンの上流において排気内に供給され、
第2排気ターボチャージャーの低圧コンプレッサーのチャージエアクーラー内でチャージエア冷却の際に発生する凝縮物が、前記第1排気ターボチャージャーの前記高圧タービンの上流において排気内に供給されることを特徴とする、運転方法。 A method of operating an internal combustion engine comprising a plurality of cylinders and at least one exhaust turbocharger, wherein in a specific or each exhaust turbocharger turbine, the exhaust leaving the cylinder expands and the energy obtained thereby is: In the compressor of the respective exhaust turbocharger, it is used to compress the charge air to be supplied to the cylinder, and the charge air is cooled in the charge air cooler downstream of the compressor of the respective exhaust turbocharger. Condensate generated during charge air cooling in the compressor of each respective exhaust turbocharger is supplied to the exhaust ,
Condensate generated during charge air cooling in the charge air cooler of the high pressure compressor of the first exhaust turbocharger is supplied to the exhaust upstream of the high pressure turbine of the first exhaust turbocharger,
Condensate generated during charge air cooling in the charge air cooler of the low pressure compressor of the second exhaust turbocharger is supplied into the exhaust upstream of the high pressure turbine of the first exhaust turbocharger. ,how to drive.
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