JP2004100508A - 内燃機関のegr装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】EGRシステムを備えた過給機付き内燃機関のEGR装置において、EGR通路に、排気通路から分岐されたEGR排気通路を経た排気ガスにより駆動されるタービンと該タービンに同軸駆動されるコンプレッサとを備え該コンプレッサにより前記EGR通路中のEGRガスを加圧しEGR弁を経て給気通路に送給するEGR過給機を設置したことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として過給機付きディーゼル機関に適用され、排気通路から分岐して給気通路に接続されるEGR(排気ガス再循環)通路と該EGR通路に設けられて開度変化によりEGRガス量を調整するEGR弁とを備え給気圧力の高い高負荷域におけるEGRガス量を増大可能にした過給機付き内燃機関のEGR装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、過給機付きディーゼル機関に一般的に用いられているEGR(排気ガス再循環)システムの1例を示す。図において、100はエンジン(ディーゼル機関)、101は過給機であり、該過給機101はエンジン100から排気管105を経た排気ガスにより駆動されるタービン101aと該タービン101aに同軸駆動されるコンプレッサ101bとを備え該コンプレッサ101bにより給気を加圧し給気管109を通してエンジン100に供給する。
107はコンプレッサ101bへの給気入口管、106はタービン101aからの排気出口管である。
【0003】
104は前記排気管105から分岐して給気管109に接続されるEGR(排気ガス再循環)管、102は該EGR管104に設けられて開度変化により該EGR管104の通路面積つまりEGRガス量を調整するEGR弁である。
また113は前記EGR管104の給気管109との合流部に設けられたベンチュリ、3は前記EGR管104内のEGRガスを冷却するEGRクーラである。
【0004】
かかるEGRシステムにおいては、出力検出器110によりエンジン100の出力を、回転数検出器111によりエンジン100の回転数を夫々検出してEGR弁制御装置103に入力し、該EGR弁制御装置103において前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応するEGRガス量つまりEGR弁開度を算出し、該開度にEGR弁102を制御している。
また、EGR管104の給気管109との合流部に設けられたベンチュリ113のエジェクタ作用によりEGR管104から給気管109に流入するEGRガス量を増大している。
【0005】
また、前記特許文献1(特開平9−228902号公報)の特に図1に示されるEGRシステムにおいては、EGR弁を有するEGR通路とは別個の開閉弁付きのEGRバイパス通路を設け、低負荷時には開閉弁を閉じてEGRガスをEGR通路を通して、EGR弁による高精度制御を行い、高負荷時には開閉弁を開いてEGRガスをEGRバイパス通路を通すことにより大量のEGRガス量を確保するように構成されている。
【0006】
また、前記特許文献2(特開平7−174048号公報)の特に図1に示されるEGRシステムにおいては、エンジンの吸気圧力、スロットル開度、空気流量、水温等のエンジン運転条件及びEGRガス圧力を検出してEGR弁制御手段に入力し、該EGR弁制御手段によってEGR弁を前記エンジン運転条件及びEGRガス圧力に適応した開度に制御している。
【0007】
【特許文献1】特開平9−228902号公報 (例えば、図1参照)
【特許文献2】特開平7−174048号公報 (例えば、図1参照)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
EGRシステムを備えたエンジンにおいては、エンジン負荷(エンジン出力)が増大するに従い給気圧力も増大する。一方、EGR通路(EGR管)から給気通路内へのEGRガスの供給は、EGRガス圧力P1と給気圧力P2との圧力差ΔP=P1−P2によって行うため、常時前記圧力差ΔP>0つまりEGRガス圧力P1を給気圧力P2よりも大きく保持することを要する。
【0009】
従って、かかるEGRシステム付きエンジンにおいては、エンジン負荷が増大し給気圧力P2が増大すると、これに従いEGRガス圧力P1も増大せしめて前記圧力差ΔP>0をエンジンの全運転域で保持する必要がある。
然るに、図4に示される従来技術にあっては、EGR管104の給気管109との合流部に設けられたベンチュリ113のエジェクタ作用によりEGR管104から給気管109に流入するEGRガス量を増大しているが、ベンチュリ113の圧力低下による吸入作用であるので、前記圧力差ΔPの増大には限界があり高負荷運転時には十分な機能を果たし得ない。
【0010】
さらに、前記特許文献1にあっては高負荷時にEGRガスをEGRバイパス通路を通してEGRガス量を増大するようになっており、また前記特許文献2にあってはエンジン運転条件及びEGRガス圧力に適応するようにEGRガス量を制御しているが、何れの技術においても、EGRガス圧力は過給機出口の排気通路内圧力によって一義的に決まるため、高負荷時における給気圧力の増大に対して追従できず、所要のEGRガス量を確保し難く、所要のNOx(窒素酸化物)濃度の低減効果が得られ難い、
等の問題点を有している。
【0011】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジンの高負荷時における給気圧力の増大に対して確実に追従してEGRガス量を増大可能として、エンジンの全運転域において所要のEGRガス量を確保し、所要のNOx(窒素酸化物)濃度の低減を実現し得る内燃機関のEGR装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項1記載の発明として、過給機への排気通路から分岐して給気通路に接続されるEGR(排気ガス再循環)通路と該EGR通路に設けられて開度変化によりEGRガス量を調整するEGR弁とを備えた過給機付き内燃機関のEGR装置において、前記EGR通路に、前記排気通路から分岐されたEGR排気通路を経た排気ガスにより駆動されるタービンと該タービンに同軸駆動されるコンプレッサとを備え該コンプレッサにより前記EGR通路中のEGRガスを加圧し前記EGR弁を経て前記給気通路に送給するEGR過給機を設置したことを特徴とする内燃機関のEGR装置を提案する。
【0013】
請求項1において、好ましくは請求項2のように、前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサの上流側部位及び下流側部位の双方に、EGRガスを冷却するEGRクーラを設置するのがよい。
【0014】
かかる発明によれば、エンジンの過給機への排気通路から分岐された排気ガスにより駆動されるEGR過給機のコンプレッサでEGR通路中のEGRガスを加圧し、この加圧EGRガスをエンジンに運転条件により開度が制御されるEGR弁を通して前記給気通路に送給する。
【0015】
したがって、EGRガスはEGR過給機のコンプレッサにより給気通路の圧力つまり給気圧力以上に加圧されるので、エンジンの高負荷時において給気圧力が増大しても給気通路に合流するEGRガスの圧力が常時給気圧力よりも高く保持されている。
これにより、所要のEGRガス量を保持することができ、図4に示される従来技術及び前記特許文献1、2のように高負荷時においてEGRガス圧力が給気圧力の増大に対して追従できず、所要のEGRガス量が得られないという問題点を回避することができる。
【0016】
従ってかかる発明によれば、エンジンの高負荷時においても給気圧力の増大に正確に追従してEGRガス量を増大することが可能となり、これによりエンジンの全運転域において所要のEGRガス量を保持することができ、酸素濃度抑制によるNOx(窒素酸化物)の低減を実現できる。
また、請求項2のように構成すれば、EGRクーラによりEGRガス温度を給気温度近くの所要温度まで低下せしめることができるとともに、前記EGR過給機コンプレッサが配置されるEGR通路のEGRガス温度を低下させることにより、該コンプレッサの高温化による耐久性の低下を防止できる。
【0017】
請求項3ないし5記載の発明は、前記給気通路側からEGR通路側への給気の逆流防止に関する発明であり、請求項3の発明は請求項1において、前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサよりも下流側部位に、該EGR過給機コンプレッサ側から給気通路側に向かうEGRガスの流れのみを許容する逆止弁を設置してなることを特徴とする。
【0018】
請求項4の発明は請求項1において、前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサとEGR弁との間のEGRガス圧力を検出するEGR圧力検出器と、前記給気通路の圧力を検出する給気圧力検出器と、該EGR圧力検出器から入力されるEGRガス圧力検出値(P1)と給気圧力検出器から入力される給気圧力検出値(P2)との差圧(ΔP=P1−P2)を算出して該差圧(ΔP)により前記EGR弁を開閉し該差圧(ΔP)が正のときにのみ該EGR弁を開放するEGR弁制御装置とを備えてなることを特徴とする。
【0019】
請求項5の発明は請求項1において、前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサより下流側のEGRクーラとEGR弁の間のEGRガス温度を検出するEGR温度検出器と、該EGR温度検出器から入力されるEGRガス温度検出値が設定された許容温度を超えるとき前記EGR弁を閉塞するEGR弁制御装置とを備えてなることを特徴とする。
【0020】
請求項3ないし5のように構成すれば、請求項3のようにEGR過給機コンプレッサ側から給気通路側に向かうEGRガスの流れのみを許容する逆止弁を設けることにより給気通路側からEGR通路側への給気の逆流を防止し、請求項4のように給気圧力(P2)がEGR通路の圧力(P1)よりも大きくなったときEGR弁を閉じて給気通路側からEGR通路側への給気の逆流を防止することにより、給気がEGR通路側に流入してエンジンへの給気量(新気量)が減少し、空気過剰率が低下し燃焼性能が低下するのを防止できる。
【0021】
また、前記EGR過給機は、請求項6のように、ノズル翼角を変化させることによりタービン容量を変化させる可変ノズル機構を備えた可変容量タービン過給機にて構成することもできる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【0023】
図1は本発明の第1実施例に係るディーゼル機関のEGRシステムの構成を示す系統図である。図2は第2実施例を示す図1対応図、図3は第3実施例を示す図1対応図である。
第1実施例を示す図1において、100はエンジン(ディーゼル機関)、101は過給機であり、該過給機101はエンジン100から排気管105を経た排気ガスにより駆動されるタービン101aと該タービン101aに同軸駆動されるコンプレッサ101bとを備え該コンプレッサ101bにより給気を加圧し給気管109を通してエンジン100に供給する。
107はコンプレッサ101bへの給気入口管、106はタービン101aからの排気出口管である。
【0024】
1はEGR(排気ガス再循環)過給機で、前記排気管105の前記過給機101上流部位から分岐されたEGR排気管4を通った排気ガスにより駆動されるタービン1aと該タービン1aに同軸駆動されるコンプレッサ1bとを備えたもので、該過給機1自体の構造は公知の過給機と同様である。
該EGR過給機1のコンプレッサ1b入口には前記排気管105の前記EGR排気管4の分岐部よりも下流側部位から分岐されたEGR管6を通ってEGRガスとしての排気ガスが導入されている。そして該コンプレッサ1bの出口はEGR弁102が介装されたEGR管104を通して前記給気管109に接続されている。
【0025】
2は第1段のEGRクーラで、前記EGR管6の前記コンプレッサ1b上流部位に設置されている。3は第2段のEGRクーラで、前記EGR管104の前記コンプレッサ1b出口とEGR弁102の間の部位に設置されている。
110は前記エンジン100の出力を検出する出力検出器、111は前記エンジン100の回転数を検出する回転数検出器、103はEGR弁制御装置で、該出力検出器110からのエンジン負荷(エンジン出力)の検出信号及び回転数検出器111からのエンジン回転数の検出信号はEGR弁制御装置103に入力され、該EGR弁制御装置103において前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応するEGRガス量つまりEGR弁102の開度を算出し、該開度にEGR弁102を制御している。この第1実施例におけるEGR弁制御装置103の構成、作動は図4に示される従来のものと同様である。
【0026】
かかる構成からなる過給機付きディーゼル機関のEGRシステムにおいて、エンジン100から排気管105を通して過給機101のタービン101aに送られる排気ガスから分流された分流排気ガスは、EGR排気管4を通ってEGR過給機1のタービン1aに導入され該タービン1aを駆動し、これにより該タービン1aと同軸のコンプレッサ1bが回転駆動される。
一方、前記コンプレッサ1b入口には排気管105の前記EGR排気管4の分岐部よりも下流側部位から分岐されたEGR管6を通り、
第1段のEGRクーラ2により冷却されたEGRガスとしての排気ガスが導入されており、該コンプレッサ1bはこのEGRガスを加圧して第2段のEGRクーラ3に送給する。
そして該EGRクーラ3にて所定の温度まで冷却されたEGRガスは、後述する手段により開度が設定されたEGR弁102を通って給気管109に投入され、前記過給機101のコンプレッサ1bにより圧送された給気と混合されてエンジン100に供給される。
【0027】
また、かかるEGRシステムにおいては、出力検出器110によりエンジン100の出力を、回転数検出器111によりエンジン100の回転数を夫々検出してEGR弁制御装置103に入力し、該EGR弁制御装置103において前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応するEGRガス量つまりEGR弁開度を算出し、当該開度にEGR弁102を制御している。
【0028】
かかる実施例によれば、排気管105から分岐されたEGR管6を通り、第1段のEGRクーラ2により冷却されたEGRガスは、EGR過給機1のコンプレッサ1bにより給気管109内の圧力つまり給気圧力以上に加圧されるので、エンジン100の高負荷時において給気圧力が増大しても、EGR管104を通って給気管109に合流するEGRガスの圧力を前記給気圧力よりも常時高く保持することができ、これにより所要のEGRガス量を保持することができる。
【0029】
従ってかかる実施例によれば、エンジン100の高負荷時においても給気圧力の増大に正確に追従してEGRガス量を増大することが可能となり、これによりエンジン100の全運転域において給気に混入する所要のEGRガス量を保持することができ、酸素濃度抑制によるNOxの低減を実現できる。
【0030】
また、第1、第2のEGRクーラ2、3によりEGRガス温度を給気温度近くの所要温度まで低下せしめて給気に合流させることができる。さらに第1のEGRクーラ2によって前記EGR過給機1のコンプレッサ1bが配置されるEGR通路のEGRガス温度を低下させることが可能となるので、該コンプレッサ1bの高温化による耐久性の低下を防止できる。
【0031】
図2に示される第2実施例においては、前記EGR管104の前記EGR過給機1のコンプレッサ1bよりも下流側部位、具体的には前記EGR弁102の下流側部位に、該EGR過給機コンプレッサ1b側から給気管109側に向かうEGRガスの流れのみを許容するように構成された逆止弁11を設置している。
かかる第2実施例によれば、前記逆止弁11により給気管109側からEGR管104側への給気の逆流を防止することにより、給気管109内の給気がEGR管104側に流入してエンジン100への給気量(新気量)が減少し、空気過剰率が低下して燃焼性能が低下するのを防止できる。
その他の構成は前記第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
【0032】
図3に示される第3実施例においては、前記第1実施例(図1)と同一構造のEGRシステムに加えて、前記EGR管104の前記EGR過給機コンプレッサ1bとEGR弁102との間のEGRガス圧力を検出するEGR圧力検出器8及び前記給気管109内の給気圧力を検出する給気圧力検出器9を設けている。
【0033】
そして、EGR弁制御装置103を、前記第1、2実施例における機能に加えて、前記該EGR圧力検出器8から入力されるEGRガス圧力検出値P1と給気圧力検出器9から入力される給気圧力検出値P2との差圧ΔP=P1−P2を算出して該差圧ΔPにより前記EGR弁を開閉するように構成する。
これにより、該差圧ΔPが正のときつまり前記EGRガス圧力P1が給気圧力検出値P2よりも大きいときにのみ該EGR弁102を開放してEGR管104側から給気管109側へのEGRガスの流入を可能とし、該差圧ΔPが負のときつまり前記給気圧力検出値P2がEGRガス圧力P1よりも大きいときには該EGR弁102を閉じて給気管109側からEGR管104側への給気の逆流を阻止して、前記第2実施例と同様に、給気管109内の給気がEGR管104側に流入してエンジン100への給気量(新気量)が減少し、空気過剰率が低下して燃焼性能が低下するのを防止する。
【0034】
さらに、図3に追記した第4実施例においては、前記EGR管6の前記EGR過給機コンプレッサ1bより下流側のEGRクーラ3とEGR弁102の間に、EGRガス温度を検出するEGR温度検出器10を設け、前記EGR弁制御装置103を、前記第1、2実施例における機能に加えて、該EGR温度検出器10から入力されるEGRガス温度圧力検出値が、予め設定された許容温度を超えるとき前記EGR弁102を閉塞せしめるように構成する。
これにより、EGRガスの逆流を検知し、給気管109側からEGR管104側への給気の逆流を阻止して、前記第2実施例と同様に、給気管109内の給気がEGR管104側に流入してエンジン100への給気量(新気量)が減少し、空気過剰率が低下して燃焼性能が低下するのを防止する。
【0035】
また、前記EGR過給機1は、ノズル翼角を変化させることによりタービン容量を変化させる可変ノズル機構を備えた公知の可変容量タービン過給機にて構成することもできる。
【0036】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、EGRガスはEGR過給機のコンプレッサにより給気通路の圧力つまり給気圧力以上に加圧されるので、エンジンの高負荷時において給気圧力が増大しても、給気通路に合流するEGRガスの圧力が常時給気圧力よりも高く保持されているため所要のEGRガス量を保持することができ、図4に示される従来技術及び前記特許文献1、2のように高負荷時においてEGRガス圧力が給気圧力の増大に対して追従できず所要のEGRガス量が得られないという不具合の発生を回避することができて、エンジンの高負荷時においても給気圧力の増大に正確に追従してEGRガス量を増大することが可能となる。これによりエンジンの全運転域において所要のEGRガス量を保持することができ、酸素濃度抑制によるNOx(窒素酸化物)の低減を実現できる。
【0037】
また請求項2のように構成すれば、EGRクーラによりEGRガス温度を給気温度近くの所要温度まで低下せしめることができるとともに、前記EGR過給機コンプレッサが配置されるEGR通路のEGRガス温度を低下させることができて該コンプレッサの高温化による耐久性の低下を防止できる。
【0038】
また、請求項3ないし5のように構成すれば、請求項3のようにEGR過給機コンプレッサ側から給気通路側に向かうEGRガスの流れのみを許容する逆止弁を設けることにより給気通路側からEGR通路側への給気の逆流を防止し、請求項4のように給気圧力(P2)がEGR通路の圧力(P1)よりも大きくなったとき、もしくは請求項5のように、EGRクーラ3とEGR弁102の間の温度が許容値を超えたとき、EGR弁を閉じて給気通路側からEGR通路側への給気の逆流を防止することにより、給気がEGR通路側に流入してエンジンへの給気量(新気量)が減少し、空気過剰率が低下し燃焼性能が低下するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るディーゼル機関のEGRシステムの構成を示す系統図である。
【図2】第2実施例を示す図1対応図である。
【図3】第3実施例を示す図1対応図である。
【図4】従来技術を示す図1対応図である。
【符号の説明】
1 EGR過給機
1a タービン
1b コンプレッサ
2 EGRクーラ
3 EGRクーラ
4 EGR排気管
6、7 EGR管
8 EGR圧力検出器
9 給気圧力検出器
11 逆止弁100 エンジン(ディーゼル機関)
101 過給機
102 EGR弁
103 EGR弁制御装置
104 EGR管
105 排気管
109 給気管
110 出力検出器
111 回転数検出器
Claims (6)
- 過給機への排気通路から分岐して給気通路に接続されるEGR(排気ガス再循環)通路と該EGR通路に設けられて開度変化によりEGRガス量を調整するEGR弁とを備えた過給機付き内燃機関のEGR装置において、前記EGR通路に、前記排気通路から分岐されたEGR排気通路を経た排気ガスにより駆動されるタービンと該タービンに同軸駆動されるコンプレッサとを備え該コンプレッサにより前記EGR通路中のEGRガスを加圧し前記EGR弁を経て前記給気通路に送給するEGR過給機を設置したことを特徴とする内燃機関のEGR装置。
- 前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサの上流側部位及び下流側部位の双方に、EGRガスを冷却するEGRクーラを設置したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関のEGR装置。
- 前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサよりも下流側部位に、該EGR過給機コンプレッサ側から給気通路側に向かうEGRガスの流れのみを許容する逆止弁を設置してなることを特徴とする請求項1記載の内燃機関のEGR装置。
- 前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサとEGR弁との間のEGRガス圧力を検出するEGR圧力検出器と、前記給気通路の圧力を検出する給気圧力検出器と、該EGR圧力検出器から入力されるEGRガス圧力検出値(P1)と給気圧力検出器から入力される給気圧力検出値(P2)との差圧(ΔP=P1−P2)を算出して該差圧(ΔP)により前記EGR弁を開閉し該差圧(ΔP)が正のときにのみ該EGR弁を開放するEGR弁制御装置とを備えてなることを特徴とする請求項1記載の内燃機関のEGR装置。
- 前記EGR通路の前記EGR過給機コンプレッサより下流側のEGRクーラとEGR弁の間のEGRガス温度を検出するEGR温度検出器と、該EGR温度検出器から入力されるEGRガス温度検出値が設定された許容温度を超えるとき前記EGR弁を閉塞するEGR弁制御装置とを備えてなることを特徴とする請求項1記載の内燃機関のEGR装置。
- 前記EGR過給機は、ノズル翼角を変化させることによりタービン容量を変化させる可変ノズル機構を備えた可変容量タービン過給機にて構成されてなることを特徴とする請求項1記載の内燃機関のEGR装置。
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