JP2005069092A - ターボコンパウンドエンジンの排気還流装置 - Google Patents
ターボコンパウンドエンジンの排気還流装置Info
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Abstract
【課題】 ターボコンパウンドエンジンの、排気の低公害化と、出力及び燃費の向上と、を同時に実現させる。
【解決手段】 高圧タービン14と低圧タービン3との間の排気通路6と、コンプレッサ11の上流側の吸気通路8と、をEGR通路18を介して連通させる。これにより、高圧タービン14を通過した排気の一部は、EGR通路18を通過して、コンプレッサ11の上流側の吸気通路8に還流するので、コンプレッサ11によって圧縮される前の吸気と、低圧タービン3によって背圧がかかった排気との圧力差によって、排気還流が効率よく行われる。また、エンジン1の排気の全てが、高圧タービン14を通過するので、排気エネルギーが効率よく高圧タービン14に伝達され、高圧タービン14の出力が向上する。
【選択図】 図1
【解決手段】 高圧タービン14と低圧タービン3との間の排気通路6と、コンプレッサ11の上流側の吸気通路8と、をEGR通路18を介して連通させる。これにより、高圧タービン14を通過した排気の一部は、EGR通路18を通過して、コンプレッサ11の上流側の吸気通路8に還流するので、コンプレッサ11によって圧縮される前の吸気と、低圧タービン3によって背圧がかかった排気との圧力差によって、排気還流が効率よく行われる。また、エンジン1の排気の全てが、高圧タービン14を通過するので、排気エネルギーが効率よく高圧タービン14に伝達され、高圧タービン14の出力が向上する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、ターボコンパウンドエンジンに設けられた排気還流装置において、排気の低公害化と、エンジンの出力及び燃費の向上と、を同時に実現させる技術に関する。
従来から、特開平9−222026号公報(特許文献1)に記載されているようなターボコンパウンドエンジンが提案されている。かかるターボコンパウンドエンジンは、ターボチャージャと排気エネルギー回収装置とを有している。ターボチャージャは、排気系に設けられたタービンと、このタービンに連結されるとともに吸気系に設けられたコンプレッサと、を含んで構成されており、排気によりタービンが回転することによってコンプレッサが回転しエンジンへの吸気を過給させる。排気エネルギー回収装置は、ターボチャージャの下流の排気系に更にタービンを設け、排気により回転するこのタービンの回転力をエンジンの出力軸に伝達する。これらにより、ターボコンパウンドエンジンは、出力及び燃費が向上する。
また、エンジンの排気の一部を吸気マニホールドに戻し、これを一種の不活性気体として燃焼温度を下げることで、排気中の窒素酸化物の低減を図る排気還流装置が知られている。
特開平9−222026号公報
ところで、このような排気還流装置は、排気マニホールド内と吸気マニホールド内との圧力差を利用して、排気の一部を吸気系に還流する構成であるため、ターボコンパウンドエンジンに排気還流装置を設けると、次のような問題点があった。即ち、ターボチャージャの効率が高い場合には、吸気マニホールド内の圧力が、排気マニホールド内の圧力より高くなってしまい、排気を吸気系に還流させることができなくなってしまう恐れがある。
また、このような排気還流装置は、排気が還流された場合には、排気の一部が高圧タービンを通過しなくなるので、ターボチャージャの出力を低下させてしまい、エンジンの出力及び燃費を低下させてしまうという問題点があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、高圧タービンと低圧タービンとの間の排気通路からコンプレッサの上流側の吸気通路に排気を還流させることによって、排気の低公害化と、エンジンの出力及び燃費の向上と、を同時に実現させる、ターボコンパウンドエンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、高圧タービンと低圧タービンとの間の排気通路からコンプレッサの上流側の吸気通路に排気を還流させることによって、排気の低公害化と、エンジンの出力及び燃費の向上と、を同時に実現させる、ターボコンパウンドエンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。
このため、請求項1記載の発明は、排気エネルギーにより吸気を過給するターボチャージャを有するとともに、前記ターボチャージャの高圧タービンを通過した後の排気により低圧タービンを回転させることによって排気のエネルギーを回収するターボコンパウンドエンジンにおいて、前記高圧タービンと低圧タービンとの間の排気通路と、前記ターボチャージャのコンプレッサの上流側の吸気通路と、を排気還流通路を介して連通させたことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、前記高圧タービンの上流側の排気通路に、酸化触媒を介装したことを特徴とする。
請求項3記載の発明は、前記排気還流通路の流路断面積を増減させる可変絞り弁と、前記エンジンの運転状態に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
請求項3記載の発明は、前記排気還流通路の流路断面積を増減させる可変絞り弁と、前記エンジンの運転状態に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
請求項4記載の発明は、前記制御手段は、前記エンジンの回転速度及び負荷に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行うことを特徴とする。
請求項5記載の発明は、前記排気還流通路内を流通する排気を冷却する冷却手段を有することを特徴とする。
請求項5記載の発明は、前記排気還流通路内を流通する排気を冷却する冷却手段を有することを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、高圧タービンを通過した排気の一部は、排気還流通路を通過して、コンプレッサの上流側の吸気通路に還流する。これにより、コンプレッサによって圧縮される前の吸気と、低圧タービンによって背圧がかかった排気との圧力差によって、排気還流が効率よく行われるので、エンジンの吸気に大量の排気が還流して、エンジンの燃焼温度が低下し、排気中の窒素酸化物を低減させることができる。また、ターボコンパウンドエンジンの排気の全てが、高圧タービンを通過するので、排気エネルギーが効率よく高圧タービンに伝達され、高圧タービンの出力が向上する。これにより、ターボチャージャによる過給効果が向上し、エンジンの出力及び燃費を向上させることができる。
請求項2記載の発明によれば、排気還流通路を通過して吸気通路に還流される排気は、あらかじめ酸化触媒を通過するので、排気に含まれる一酸化炭素や炭化水素が酸化除去される。これにより、コンプレッサやその下流に設けられたインタークーラ等の機器の内部が還流された排気によって汚染されることを抑制できる。また、エンジンの排気は高圧タービンを通過する前に酸化触媒に供給されるので、酸化触媒に供給される排気の温度低下が抑制される。これにより、酸化触媒はエンジンの始動直後から短時間で高温になって活性化するので、排気中の一酸化炭素や炭化水素をすぐに効率よく除去することができる。
請求項3記載の発明によれば、エンジンの運転状態に基づいて排気還流通路の流路断面積が増減するので、最適な排気還流を行うことができる。
請求項4記載の発明によれば、エンジンの回転速度及び負荷に基づいて、可変絞り弁の作動制御が行なわれるので、エンジンの制御等を行うために設けられているセンサを流用して排気還流の制御を行うことができる。
請求項4記載の発明によれば、エンジンの回転速度及び負荷に基づいて、可変絞り弁の作動制御が行なわれるので、エンジンの制御等を行うために設けられているセンサを流用して排気還流の制御を行うことができる。
請求項5記載の発明によれば、排気還流通路を流通する排気が冷却されるので、排気が低温となってエンジンの吸気に還流する。これにより、エンジンの燃焼温度がより低下するので、排気中の窒素酸化物をより低減することができる。
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図1は、本発明の実施例の構成図である。
ターボコンパウンドエンジン(以下エンジンという)1は、エネルギー回収装置2を有している。エネルギー回収装置2は、低圧タービン3、減速装置4及び流体継手5を含んで構成されている。低圧タービン3は、エンジン1の排気通路6に介装され、排気通路6内を通過する排気により回転する。減速装置4は、低圧タービン3の回転を減速する。流体継手5は、エンジン1の回転変動によるエンジン1の出力軸7と減速装置4との間の相対変位を吸収しつつ、減速装置4からエンジン1の出力軸7へ回転力を伝達する。これにより、エネルギー回収装置2は、排気エネルギーを回収してエンジン1の回転エネルギーに用いることによって、エンジン1の熱効率を向上させることができる。
図1は、本発明の実施例の構成図である。
ターボコンパウンドエンジン(以下エンジンという)1は、エネルギー回収装置2を有している。エネルギー回収装置2は、低圧タービン3、減速装置4及び流体継手5を含んで構成されている。低圧タービン3は、エンジン1の排気通路6に介装され、排気通路6内を通過する排気により回転する。減速装置4は、低圧タービン3の回転を減速する。流体継手5は、エンジン1の回転変動によるエンジン1の出力軸7と減速装置4との間の相対変位を吸収しつつ、減速装置4からエンジン1の出力軸7へ回転力を伝達する。これにより、エネルギー回収装置2は、排気エネルギーを回収してエンジン1の回転エネルギーに用いることによって、エンジン1の熱効率を向上させることができる。
エンジン1の吸気通路8には、上流より、外気から塵埃等の不純物を取り除くエアクリーナ9、ターボチャージャ10を構成するコンプレッサ11及び吸気を冷却するインタークーラ12が介装されている。
一方、低圧タービン3の上流側の排気通路6には、上流より順番に、排気中の一酸化炭素や炭化水素を酸化させて除去する酸化触媒13と、ターボチャージャ10を構成する高圧タービン14と、が介装されている。更に、低圧タービン3の下流側の排気通路6には、排気を消音するマフラ15が介装されている。
一方、低圧タービン3の上流側の排気通路6には、上流より順番に、排気中の一酸化炭素や炭化水素を酸化させて除去する酸化触媒13と、ターボチャージャ10を構成する高圧タービン14と、が介装されている。更に、低圧タービン3の下流側の排気通路6には、排気を消音するマフラ15が介装されている。
高圧タービン14と低圧タービン3との間の排気通路6と、コンプレッサ11とエアクリーナ9との間の吸気通路8とは、EGRバルブ16(可変絞り弁)及びEGRクーラ17(冷却手段)を介装したEGR通路18(排気還流通路)により連通している。EGRバルブ16は、マイクロコンピュータを内蔵したコントローラ19(制御手段)からの信号により、EGR通路18の流路断面積を増減させる。
エンジン1には、回転速度を検出する回転速度センサ20と、燃料供給量、吸入空気流量、又は吸入負圧等の負荷を検出する負荷センサ21と、が設けられている。コントローラ19は、回転速度センサ20及び負荷センサ21からエンジン1の回転速度及び負荷を入力して、EGR流量を演算し、このEGR流量に基づいてEGRバルブ16をデューティ制御する。なお、このEGR流量の演算は、あらかじめコントローラ19に、エンジン1の回転速度及び負荷に対応したEGR流量を設定したマップを記憶させておき、このマップから、エンジン1の回転速度及び負荷に対応したEGR流量を読み出すことによって行われる。
次に、このようなエンジン1の排気還流装置の動作について説明する。
エンジン1から排出された排気は、まず酸化触媒13を通過することによって、排気中の一酸化炭素や炭化水素が酸化除去される。エンジン1の排気は高圧タービン14を通過する前に酸化触媒13に供給されるので、酸化触媒13に供給される排気の温度低下が抑制される。これにより、酸化触媒13はエンジン1の始動直後から短時間で高温になって活性化するので、排気中の一酸化炭素や炭化水素をすぐに効率よく除去することができる。
エンジン1から排出された排気は、まず酸化触媒13を通過することによって、排気中の一酸化炭素や炭化水素が酸化除去される。エンジン1の排気は高圧タービン14を通過する前に酸化触媒13に供給されるので、酸化触媒13に供給される排気の温度低下が抑制される。これにより、酸化触媒13はエンジン1の始動直後から短時間で高温になって活性化するので、排気中の一酸化炭素や炭化水素をすぐに効率よく除去することができる。
酸化触媒13を通過した排気は、高圧タービン14に供給される。これにより、高圧タービン14が回転し、コンプレッサ11が回転駆動する。エンジン1の排気は、全て高圧タービン14を通過するので、排気エネルギーが効率よく高圧タービン14に伝達され、高圧タービン14の出力が向上する。これにより、ターボチャージャ10による吸気の過給効果が高められ、エンジン1の出力が向上する。
高圧タービン14を通過した排気は、低圧タービン3を通過した後、マフラ15を通過して大気中へ放出される。低圧タービン3は、この排気により回転駆動する。低圧タービン3の回転は、減速装置4により減速され、流体継手5を介してエンジン1の回転変動を吸収しつつ、エンジン1の出力軸7に伝達される。これにより、エンジン1の排気エネルギーが回収されエンジン1の回転エネルギーに用いられるので、エンジン1の出力及び燃費が向上する。
一方、エアクリーナ9に吸い込まれた外気は、エンジン1の吸気として、エアクリーナ9により塵埃等の不純物が除去された後、コンプレッサ11により圧縮される。この圧縮された吸気は、高温となるが、インタークーラ12を通過することによって冷却される。これにより、吸気の体積が減少し、エンジン1の吸気効率が向上する。インタークーラ12にて冷却された吸気は、エンジン1に供給される。
更に、高圧タービン14を通過した排気の一部は、EGR通路18を通過して、コンプレッサ11の上流側の吸気通路8に還流する。これにより、コンプレッサ11によって圧縮される前の吸気と、低圧タービン3によって背圧がかかった排気との圧力差によって、排気還流が効率よく行われるので、エンジン1の吸気に大量の排気が還流して、エンジン1の燃焼温度を低下させ、排気中の窒素酸化物を低減させることができる。なお、EGR通路18を通過して還流する排気は、酸化触媒13により一酸化炭素や炭化水素が除去されるので、コンプレッサ11やその下流に設けられたインタークーラ12の内部が汚染することが抑制される。
また、回転速度センサ20及び負荷センサ21により夫々検出されたエンジン1の回転速度及び負荷に基づいて、コントローラ19は、EGRバルブ16を作動制御する。これにより、エンジン1の制御等を行うために設けられているセンサを流用して、最適な排気還流を行うことができる。
更に、EGR通路18に、EGRクーラ17を設けたので、EGR通路18を通過する排気は冷却され、低温となってエンジン1の吸気に還流する。これにより、エンジン1の燃焼温度がより低下するので、排気中の窒素酸化物をより低減することができる。
更に、EGR通路18に、EGRクーラ17を設けたので、EGR通路18を通過する排気は冷却され、低温となってエンジン1の吸気に還流する。これにより、エンジン1の燃焼温度がより低下するので、排気中の窒素酸化物をより低減することができる。
1 ターボコンパウンドエンジン
3 低圧タービン
6 排気通路
8 吸気通路
10 ターボチャージャ
11 コンプレッサ
13 酸化触媒
14 高圧タービン
16 EGRバルブ
17 EGRクーラ
18 EGR通路
19 コントローラ
3 低圧タービン
6 排気通路
8 吸気通路
10 ターボチャージャ
11 コンプレッサ
13 酸化触媒
14 高圧タービン
16 EGRバルブ
17 EGRクーラ
18 EGR通路
19 コントローラ
Claims (5)
- 排気エネルギーにより吸気を過給するターボチャージャを有するとともに、前記ターボチャージャの高圧タービンを通過した後の排気により低圧タービンを回転させることによって排気のエネルギーを回収するターボコンパウンドエンジンにおいて、
前記高圧タービンと低圧タービンとの間の排気通路と、前記ターボチャージャのコンプレッサの上流側の吸気通路と、を排気還流通路を介して連通させたことを特徴とするターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。 - 前記高圧タービンの上流側の排気通路に、酸化触媒を介装したことを特徴とする請求項1に記載のターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。
- 前記排気還流通路の流路断面積を増減させる可変絞り弁と、
前記ターボコンパウンドエンジンの運転状態に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。 - 前記制御手段は、前記ターボコンパウンドエンジンの回転速度及び負荷に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行うことを特徴とする請求項3に記載のターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。
- 前記排気還流通路内を流通する排気を冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載のターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003299746A JP2005069092A (ja) | 2003-08-25 | 2003-08-25 | ターボコンパウンドエンジンの排気還流装置 |
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Publications (1)
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-
2003
- 2003-08-25 JP JP2003299746A patent/JP2005069092A/ja active Pending
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