CN105339624B - 内燃机的排气再循环装置 - Google Patents
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Abstract
根据本发明，可以使在压缩机的上游产生的冷凝水流入到槽(44)中而临时积存。流入到了槽(44)内的冷凝水在槽(44)内向重力方向下方(即，ABV(38)侧)移动。在打开ABV(38)时，槽(44)中积存的冷凝水借助返回气体的流动被吹到入口(46)的中心部，与在该中心部流动的进气一同从叶轮(42)的前端面的中央部(42b)流入到压缩机(20)内。中央部(42b)的圆周速度比外周部(42a)低，因此，与外周部(42a)相比，可以抑制因与冷凝水的接触而产生腐蚀。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的排气再循环装置。详细而言，涉及应用于增压式内燃机的排气再循环(EGR：Exhaust Gas Recirculation)装置。
背景技术
以往，例如如专利文献1所公开的那样，在增压式内燃机中应用EGR装置是公知的。该EGR装置构成低压(LP：Low Pressure)回路EGR装置。LP回路EGR装置通过将比排气涡轮机更靠下游的排气通路和比压缩机更靠上游的进气通路连接，从而使低压的排气回流到内燃机中。根据LP回路EGR装置，可以将EGR气体导入到增压前的进气中，因此，可以使大量的EGR气体回流到内燃机中。
另一方面，在LP回路EGR装置中，存在当EGR气体与进气汇合时EGR气体被冷却而产生冷凝水这种问题。一旦产生冷凝水，则牵涉到压缩机的叶轮产生腐蚀。针对这一点，专利文献1的EGR装置在EGR通路的中途具有将EGR气体加热到规定温度的EGR加热器。若使EGR加热器工作，则可以在与进气汇合前使EGR气体的温度上升。因此，可以减小压缩机上游的冷凝水量来抑制腐蚀的产生。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-174444号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述EGR加热器是加热专用的加热器，因其设置而不可避免地产生成本增加、需要确保空间的问题。而且，上述EGR加热器处的压力损失增大，因此，也有可能损害能够使大量的EGR气体回流到内燃机中的、LP回路EGR装置的这种优点。
本发明是鉴于上述课题而作出的。即，其目的在于提供一种能够使用现有的装置来抑制压缩机叶轮产生腐蚀的内燃机的排气再循环装置。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，第一发明的内燃机的排气再循环装置的特征在于，具有：排气再循环通路，所述排气再循环通路将内燃机的进气通路和排气通路连接；压缩机，所述压缩机设置在所述进气通路的与所述排气再循环通路连接的连接部的下游，并收容叶轮；储存部，所述储存部形成于所述连接部和所述叶轮之间的所述进气通路的内壁，储存在所述压缩机的上游产生的冷凝水；以及旁通通路，所述旁通通路与所述储存部连通，并且，使进气绕过所述叶轮从所述叶轮的下游回到上游。
另外，第二发明在第一发明的基础上，其特征在于，所述旁通通路的与所述储存部连接的连接部，设置在比所述叶轮的旋转轴中心更靠下方的位置。“比叶轮的旋转轴中心更靠下方”意味着比叶轮的旋转轴中心低的位置。“比叶轮的旋转轴中心更靠下方”不仅包括叶轮的旋转轴中心的正下方(铅直下方)的区域，而且也包括比该旋转轴中心更靠下侧且比该区域更靠外侧的区域。
另外，第三发明在第一或第二发明的基础上，其特征在于，所述储存部形成在所述压缩机的内部。
另外，第四发明在第一至第三发明中的任一发明的基础上，其特征在于，所述储存部是以包围所述进气通路的方式形成的环状的槽。
发明的效果
当在压缩机的上游产生的冷凝水与叶轮的前端面的外周部接触时，在该外周部产生腐蚀。针对这一点，根据第一发明，可以将该冷凝水积存在储存部。该储存部形成于叶轮和进气通路的与排气再循环通路连接的连接部之间的进气通路的内壁，并与使进气绕过叶轮从叶轮的下游回到上游的旁通通路连通。因此，可以利用从叶轮的下游回到了上游的进气将储存部中积存的冷凝水排出并吹到进气通路的中心部，使其与叶轮的前端面的中央部接触。在叶轮的前端面，中央部的圆周速度比外周部低，因此，在中央部，难以因与冷凝水的接触而产生腐蚀。另外，旁通通路是通常设置于增压式内燃机的通路。因此，根据第一发明，可以使用现有的装置来抑制压缩机叶轮产生腐蚀。
根据第二发明，将旁通通路的与储存部连接的连接部设置在比叶轮的旋转轴中心更靠下方的位置，因此，可以将从储存部排出的冷凝水吹到进气通路的中心部。
根据第三发明，在压缩机的内部形成有储存部，因此，可以在叶轮的正上游积存冷凝水。另外，可以缩短从储存部排出的冷凝水直至到达叶轮为止的移动距离，因此，可以减少冷凝水与叶轮接触时的接触能量。因此，可以进一步抑制压缩机叶轮产生腐蚀。
根据第四发明，可以将在压缩机的上游产生的冷凝水积存在以包围进气通路的方式形成的环状的槽中。
附图说明
图1是用于说明实施方式的LP回路EGR装置的结构的图。
图2是图1的A方向示意图。
图3是图2的BB方向示意图。
图4是用于说明以往的LP回路EGR装置中的问题的图。
图5是用于说明防腐蚀对策ABV动作控制的图。
图6是表示在实施方式中由ECU50执行的防腐蚀对策ABV动作控制的处理程序的流程图。
图7是用于说明实施方式的变形例的图。
图8是用于说明实施方式的变形例的图。
图9是用于说明实施方式的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。另外，在各图中通用的构件标注相同的附图标记而省略重复的说明。
[装置结构的说明]
图1是用于说明本实施方式的LP回路EGR装置的结构的图。如图1所示，LP回路EGR装置具有搭载于车辆等的作为内燃机的发动机10。在发动机10的各气缸，设置有活塞、进气门、排气门、燃料喷射器等。另外，在图1中，作为直列4缸发动机示出发动机10，但发动机10的气缸数以及气缸配置并不限于此。
LP回路EGR装置具有增压器12。增压器12具有：设置于排气通路14的涡轮机16、以及设置于进气通路18的压缩机20。涡轮机16和压缩机20相互连结。在增压器12工作时，涡轮机16受到排气压而旋转，由此，压缩机20被驱动，流入到了压缩机20内部的气体被压缩。在进气通路18中设置有对压缩气体进行冷却的中间冷却器22。在中间冷却器22的下游设置有节气门24。
LP回路EGR装置具有用于将在排气通路14中流动的排气导入到进气通路18中的EGR通路26。EGR通路26将比排气处理装置28更靠下游的排气通路14和比压缩机20更靠上游的进气通路18连接。在EGR通路26的中途，设置有对在EGR通路26中流动的排气(即EGR气体)进行冷却的EGR冷却器30。在EGR冷却器30，安装有对导入到进气通路18中的EGR气体的流量进行控制的EGR阀32。
图2是图1的A方向示意图。如图2所示，压缩机20具有：构成压缩机20的外壳且正面呈大致圆形的壳体34、设置在壳体34的中央部的凸缘36、以及设置在壳体34的外周部的空气旁通阀(ABV)38。在壳体34内，收纳有绕轴40旋转自如地设置的叶轮42。ABV38是常闭的电磁阀，设置在重力方向(铅垂方向)下方。
在凸缘36与叶轮42之间的壳体34上形成有圆环状的槽44。图3是图2的BB方向示意图。如图3所示，槽44在向叶轮42的吸引侧引导气体的入口46的外周部形成。该槽44的一部分，与一部分被ABV38堵塞了的空气旁通通路48的空气出口部连通。空气旁通通路48的空气入口部与壳体34的涡旋件(未图示)连通。即，空气旁通通路形成在壳体34内部。通过打开ABV38，空气旁通通路48的堵塞被解除，涡旋件与空气旁通通路48连通。若在增压时打开ABV38，则利用叶轮42上下游的压力差，叶轮42下游的压缩气体回到叶轮42上游。
再次回到图1，继续说明装置结构。LP回路EGR装置具有作为控制装置的ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)50。在ECU50的输入侧，除电连接有对流入到了进气通路18的进气(新鲜空气)的流量以及温度进行检测的空气流量计52、对节气门24的开度进行检测的节气门开度传感器54、对EGR阀32的开度进行检测的EGR开度传感器56之外，还电连接有发动机10的控制所需的各种传感器(例如，对发动机冷却水温进行检测的温度传感器、对发动机转速进行检测的曲轴转角传感器等)。另一方面，在ECU50的输出侧，除电连接有节气门24、EGR阀32、ABV38之外，还电连接有各种促动器。ECU50基于来自上述各种传感器的输入信息，执行规定的程序，使上述各种促动器等工作，由此，除执行以下说明的防腐蚀对策ABV动作控制之外，还执行与发动机10的运转相关的各种控制。
[实施方式的特征]
图4是用于说明以往的LP回路EGR装置中的问题的图。如图4所示，在以往的装置中，有时在叶轮60上游的进气通路62内产生冷凝水。其理由是EGR气体中的水蒸气被进气通路62的内壁或新鲜空气冷却，在室外气温低的情况下，特别容易产生该冷凝水。因与新鲜空气的接触而产生的冷凝水，流过进气通路62以及入口64的中心部而从叶轮60的中央部(即，轴66附近)流入到叶轮60内。另一方面，因与进气通路62的内壁的接触而产生的冷凝水、因与新鲜空气的接触而产生并附着在该内壁上的冷凝水，沿着该内壁移动。沿着该内壁移动的冷凝水在其大小扩大的同时向入口64的内壁移动，并与叶轮60的前端面的外周部60a接触。于是，在外周部60a产生腐蚀，其结果是，存在增压效率降低这种问题。
针对这一点，根据本实施方式的LP回路EGR装置，可以将沿进气通路18的内壁移动的冷凝水收集到槽44中。因此，可以将因与冷凝水的接触而导致叶轮42前端面的外周部产生损伤这种情形防患于未然。但是，由于槽44的容量存在极限，因此，存在冷凝水从槽44溢出的可能性。冷凝水长时间积存在槽44中的状态持续这种情形也有可能牵涉到槽44周边的腐蚀。于是，在本实施方式中，进行如下控制：一边在槽44中收集冷凝水一边使ABV38动作以便将冷凝水从槽44排出(防腐蚀对策ABV动作控制)。
[防腐蚀对策ABV动作控制]
防腐蚀对策ABV动作控制指的是在ABV38的动作条件且冷凝水产生条件成立的情况下打开ABV38的控制。上述动作条件是ABV38的通常的动作条件，当在高增压时急剧地关闭了节气门24时成立。在上述动作条件成立时打开ABV38的理由是：若在高增压时急剧地关闭节气门24，则叶轮42下游的压力增高且涡轮转速降低，在下次加速时不能产生发动机转矩而不能进行车辆等的驾驶员所预期那样的运转。另外，上述冷凝水产生条件是本实施方式的特征性的条件，当在叶轮42上游的进气通路18的内壁产生冷凝水或附着冷凝水时成立。通过在上述冷凝水产生条件成立时打开ABV38，可以使涡旋件和槽44连通而将槽44中收集的冷凝水排出。
图5是用于说明防腐蚀对策ABV动作控制的图。与在图4中已说明的以往的装置同样地，在本实施方式的LP回路EGR装置中也有时在叶轮42上游的进气通路18的内壁产生冷凝水。针对这一点，根据本实施方式，可以使所产生的冷凝水流入到槽44中而临时积存(图5(a))。流入到了槽44内的冷凝水在槽44内向重力方向下方(即，ABV38侧)移动(图5(a))。
在执行防腐蚀对策ABV动作控制时，ABV38侧的槽44中积存的冷凝水被排出(图5(b))。ABV38侧的槽44中积存的冷凝水借助从叶轮42的下游朝向上游的返回气体的流动被吹到入口46的中心部，与在该中心部流动的进气一同从叶轮42的前端面的中央部42b(即，轴40附近)流入到压缩机20内(图5(b))。在叶轮42的前端面，中央部42b的圆周速度比外周部42a低，因此，与外周部42a相比，难以因冷凝水的接触而产生腐蚀。即，可以抑制叶轮42产生腐蚀。
[具体处理]
图6是表示在本实施方式中由ECU50执行的防腐蚀对策ABV动作控制的处理程序的流程图。另外，图6所示的程序在增压压力为设定值以上的情况下反复执行。
在图6所示的程序中，首先，ECU50取得EGR气体的温度和流量、以及进气的温度和流量(步骤100)。在该步骤中，使用另行存储在ECU50内的模型等来计算EGR气体的温度。EGR气体的流量根据EGR开度传感器56的信号进行计算。进气温度以及流量根据空气流量计52的信号进行计算。
接着，ECU50使用在步骤100中取得的值，判定上述冷凝水产生条件是否成立(步骤110)。具体而言，ECU50首先使用在步骤100中取得的值来计算叶轮42上游的进气通路18的内壁温度，并且计算EGR气体和进气的混合气体的露点温度。在内壁温度低于露点温度的情况下，可以判断为在该内壁上产生冷凝水或附着冷凝水，因此，ECU50进入步骤120。另一方面，在内壁温度为露点温度以上的情况下，可以判断为上述冷凝水产生条件不成立，因此，ECU50结束本程序。
在步骤120中，ECU50判定上述动作条件是否成立。具体而言，ECU50根据节气门开度传感器54的信号，使用节气门开度的梯度来判定上述动作条件是否成立。在上述梯度的绝对值超过规定的基准值的情况下，可以判断为节气门24急剧地被关闭，因此，ECU50进入步骤130，使ABV38动作。另一方面，在上述梯度的绝对值为规定基准值以下的情况下，可以判断为上述动作条件不成立，因此，ECU50结束本程序。
根据以上所述的图6所示的程序，在进气通路18的内壁温度低于露点温度且节气门开度的梯度的绝对值超过规定的基准值的情况下，可以使ABV38动作。因此，可以利用返回气体排出ABV38侧的槽44中收集的冷凝水并使其与中央部42b接触后流入到叶轮42内。因此，可以抑制叶轮42的外周部42a产生腐蚀。
另外，在上述实施方式中，EGR通路26相当于上述第一发明的“排气再循环通路”，压缩机20相当于该发明的“压缩机”，槽44相当于该发明的“储存部”，空气旁通通路48相当于该发明的“旁通通路”。
另外，空气旁通通路48的空气出口部相当于上述第二发明的“连接部”。
另外，在上述实施方式中，在与进气的流动方向垂直的方向上形成了槽44，但该槽44的形成方向并不限于此，可以进行各种变形。图7是用于说明本实施方式的变形例的图。例如，也可以在与进气的流动方向平行的方向上形成槽70(图7(a))。或者，也可以沿着入口46的倾斜方向形成槽72(图7(b))。若为这样的槽70、72，则能够临时积存在进气通路18的内壁产生等的冷凝水，因此，可以得到与上述实施方式相同的效果。
进一步说，只要是能够临时储存该冷凝水的壳体，就能够得到与上述实施方式相同的效果。图8是用于说明本实施方式的变形例的图。在图8所示的壳体74中，入口76的直径从进气通路18侧到内壁78大致恒定，在内壁78的下游侧减小。内壁78形成与叶轮42的前端面平行的面并以包围该前端面的外周部的方式形成。因此，如图8所示，沿进气通路18的内壁移动的冷凝水被内壁78挡住，向重力方向下方(即空气旁通通路48侧)临时储存。因此，若如上所述的挡水部形成于壳体，则可以得到与上述实施方式相同的效果。
另外，在上述实施方式中，将ABV38设置在重力方向下方，并且，使空气旁通通路48的空气出口部从重力方向下方与槽44连接，但空气出口部与槽44连接的连接方法、ABV38的位置并不限于此，可以进行各种变形。图9是用于说明本实施方式的变形例的图。如图9所示，即便在槽44的外周设置有具有多个返回部80a～80d的空气出口部80，也可以利用返回气体排出槽44内积存的冷凝水并使其从叶轮42的中央部流入到叶轮42内。因此，可以得到与本实施方式相同的效果。
另外，在上述实施方式中，在壳体34内部形成有空气旁通通路48以及槽44，但也可以形成在壳体34外部。即，也可以在EGR通路26的气体出口部和叶轮42之间的进气通路18的内壁上形成空气旁通通路48以及槽44。
附图标记说明
10 发动机
12 增压器
14 排气通路
18、62 进气通路
20 压缩机
24 节气门
26 EGR通路
34、74 壳体
38 空气旁通阀(ABV)
42、60 叶轮
44、70、72 槽
46、64、76 入口
48 空气旁通通路
50 ECU
Claims (5)
1.一种内燃机的排气再循环装置，其特征在于，包括：
排气再循环通路，所述排气再循环通路将所述内燃机的进气通路和排气通路连接；
压缩机，所述压缩机设置在所述进气通路的与所述排气再循环通路连接的连接部的下游，并收容叶轮；
入口，所述入口向所述叶轮的吸引侧引导气体；
储存部，所述储存部储存在所述压缩机的上游产生的冷凝水，所述储存部设置于所述连接部和所述叶轮之间的所述进气通路的内壁；
旁通通路，所述旁通通路与所述储存部连通，并且，使进气绕过所述叶轮从所述叶轮的下游回到所述叶轮的上游的空气出口部；以及
空气旁通阀，其中，
所述旁通通路的一部分被所述空气旁通阀堵塞，通过打开所述空气旁通阀，所述旁通通路的堵塞被解除，
一边在所述储存部中收集冷凝水一边使所述空气旁通阀动作以便从所述储存部排出冷凝水，
通过使所述旁通通路的空气出口部与所述储存部连通，在所述储存部中积存的冷凝水借助从所述叶轮的下游朝向上游的返回气体的流动被吹到所述入口的中心部，与在该中心部流动的进气一同从所述叶轮的前端面的中央部流入到所述压缩机内。
2.如权利要求1所述的内燃机的排气再循环装置，其特征在于，
所述旁通通路的与所述储存部连接的连接部，设置在比所述叶轮的旋转轴中心更靠下方的位置。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的排气再循环装置，其特征在于，
所述储存部形成在所述压缩机的内部。
4.如权利要求1或2所述的内燃机的排气再循环装置，其特征在于，
所述储存部是以包围所述进气通路的方式形成的环状的槽。
5.如权利要求3所述的内燃机的排气再循环装置，其特征在于，
所述储存部是以包围所述进气通路的方式形成的环状的槽。
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