JP2016053340A - engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガスをシリンダに還流させるエンジンに関する。 The present invention relates to an engine that recirculates exhaust gas to a cylinder.
EGR(Exhaust Gas Recirculation)は、エンジンから排出された排気ガスをエンジンの給気に混入して循環させることで、酸素濃度を低下させて、エンジンの燃焼温度を低減して窒素酸化物(NOx)などの生成を抑える技術である(例えば、特許文献1、2)。EGRにおいては、排気ガスが流通する排気流路と、新気が流通する給気流路とを連通する還流路を設け、還流路を介して排気ガスを新気に混入させて、新気とともに排気ガスをシリンダに供給する。 EGR (Exhaust Gas Recirculation) reduces the oxygen concentration and reduces the combustion temperature of the engine by reducing the oxygen temperature by mixing the exhaust gas discharged from the engine with the engine supply air and circulating it. (For example, Patent Documents 1 and 2). In EGR, a recirculation passage that connects an exhaust passage through which exhaust gas circulates and an air supply passage through which fresh air circulates is provided, and exhaust gas is mixed with fresh air through the recirculation passage, and exhausted together with fresh air. Supply gas to the cylinder.
ところで、複数のシリンダを備えるエンジンにおいては、複数のシリンダからの排気流路が集結路で合流する構成がとられている。ここで、排気流路の形状は、エンジンの回転数に対するトルクカーブに影響を与える要因となっており、設計上要求されるトルクカーブとなるように、集結路より上流の排気流路である集結前流路の径や長さが決定される。このとき、集結路よりも上流から分岐させて還流路を設けることで、より高圧の排気ガスを還流路に流入させることができる。その結果、還流させる排気ガス(EGRガス)と給気流路における新気との圧力差が大きくなり、EGRガスの流量の増加が図られる。 By the way, in the engine provided with a some cylinder, the structure where the exhaust flow path from a some cylinder joins by a concentrating path is taken. Here, the shape of the exhaust flow path is a factor that affects the torque curve with respect to the engine speed, and the concentration of the exhaust flow path upstream of the concentration path so that the torque curve required by design is obtained. The diameter and length of the front channel are determined. At this time, by branching from the upstream of the concentrating path and providing the reflux path, higher-pressure exhaust gas can flow into the reflux path. As a result, the pressure difference between the exhaust gas to be recirculated (EGR gas) and the fresh air in the supply air passage becomes large, and the flow rate of the EGR gas is increased.
EGRガスの流量を増加させるため、複数の集結前流路それぞれから分岐させて還流路として合流させる構成が考えられる。この場合、複数の集結前流路内の排気ガスが干渉し合うことから、意図した排気脈動を得られない問題がある。また、還流路を、複数の排気流路から分岐させて合流させる構成とすると、その構造が複雑となり、コストが高くなってしまう。 In order to increase the flow rate of the EGR gas, a configuration in which the flow is branched from each of the plurality of pre-concentration flow paths and joined as a reflux path can be considered. In this case, since exhaust gases in a plurality of pre-concentration flow channels interfere with each other, there is a problem that an intended exhaust pulsation cannot be obtained. Further, if the reflux path is branched from the plurality of exhaust flow paths and merged, the structure becomes complicated and the cost increases.
本発明は、このような課題に鑑み、排気脈動への影響を抑えつつ、EGRガスの流量を増加させる構成を低コストで実現可能なエンジンを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an engine capable of realizing a configuration for increasing the flow rate of EGR gas at a low cost while suppressing the influence on exhaust pulsation.
上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、複数のシリンダと、分岐前流路と、分岐前流路から分岐して複数のシリンダそれぞれに連結される複数の分岐路とを有し、複数のシリンダに新気を導く給気部と、複数のシリンダそれぞれに連結される複数の集結前流路と、複数の集結前流路が集結した集結路とを有し、複数のシリンダからの排気ガスが導かれる排気部と、複数の集結前流路のうち、1の集結前流路に連結され、シリンダから1の集結前流路に排気された排気ガスを分岐前流路に還流させる還流路と、を備え、還流路が連結された集結前流路に排気ガスを排出するシリンダであるEGRシリンダは、他のシリンダよりも容量が大きいことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an engine of the present invention has a plurality of cylinders, a flow path before branching, and a plurality of branch paths branched from the flow path before branching and connected to each of the plurality of cylinders. An air supply section for introducing fresh air to the plurality of cylinders, a plurality of pre-concentration flow paths connected to each of the plurality of cylinders, and a collection path in which the plurality of pre-concentration flow paths are collected. An exhaust part through which exhaust gas is guided and a pre-concentration flow path among a plurality of pre-concentration flow paths are connected to the pre-concentration flow path, and the exhaust gas exhausted from the cylinder to the pre-concentration flow path is returned to the pre-branch flow path An EGR cylinder, which is a cylinder that discharges exhaust gas to a pre-collection flow path connected to the reflux path, has a larger capacity than other cylinders.
また、複数のシリンダそれぞれにおける燃料の点火タイミングを制御する点火制御部をさらに備え、点火制御部は、EGRシリンダにおいて燃料に点火するクランク角を、他のシリンダにおいて燃料に点火するクランク角よりも遅角させてもよい。 The ignition control unit further controls the ignition timing of the fuel in each of the plurality of cylinders, and the ignition control unit delays the crank angle for igniting the fuel in the EGR cylinder from the crank angle for igniting the fuel in the other cylinders. You may make it horn.
本発明によれば、排気脈動への影響を抑えつつ、EGRガスの流量を増加させる構成を低コストで実現可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the structure which increases the flow volume of EGR gas is suppressed at low cost, suppressing the influence on exhaust pulsation.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiment are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
図1は、エンジン100の吸排気系の概略的な構成を示した図である。エンジン100は、例えば、車両などに搭載され、車両に駆動力を供給する。エンジン100においては、シリンダヘッド102には、シリンダ104ごとに、点火プラグ106が、シリンダ104内に先端を向けて固定されている。そして、インジェクタ108がシリンダ104内に燃料を噴射すると、点火プラグ106が燃料に点火する。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an intake / exhaust system of
エンジン100の吸気系について説明すると、エアクリーナ110を通って過給機112のコンプレッサ112aで圧縮された空気は、インタークーラ114で冷却された後、給気部116に流入する。給気部116は、各シリンダ104に新気を供給する。スロットル弁118は、インタークーラ114から給気部116までの流路において流路幅を調整することで、給気の流量を制御する。
Explaining the intake system of the
各シリンダ104から排出された排気ガスは、排気部120に導かれた後、過給機112のタービン112bを回転させ、触媒が収容された触媒ユニット122で浄化されて排出される。
The exhaust gas discharged from each
還流路124は、排気部120とスロットル弁118の下流の流路とを連通させる流路であって、排気部120を流通する排気ガスの一部を給気部116に還流させる(EGRガス)。還流路124には、EGRクーラ126が設けられており、EGRクーラ126で冷却されたEGRガスがシリンダ104に還流する。EGRバルブ128は、還流路124に設けられ、還流路124の流路幅を調整することで、還流路124を流れるEGRガスの流量(以下、EGR流量と称す)を制御する。
The
還流路124を介して給気部116に流入したEGRガスは、スロットル弁118を通過した給気(新気)とともにシリンダ104に供給される。このように、EGRガスを給気と共にシリンダ104に供給することで、酸素濃度を低下させて、燃料の燃焼温度を低減してNOx(窒素酸化物)などの生成を抑えることが可能となる。
The EGR gas that has flowed into the
ECU(Engine Control Unit)130は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成され、エンジン100全体を制御する。また、ECU130は、点火制御部130aとして機能し、点火プラグ106およびインジェクタ108に制御信号を出力し、複数のシリンダ104それぞれにおける燃料の点火タイミングを制御する。
The ECU (Engine Control Unit) 130 is constituted by a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU), a ROM storing programs, a RAM as a work area, and the like, and controls the
図2は、給気部116、シリンダ104、および、排気部120の連結を説明するための斜視図である。ただし、図2(a)では、シリンダ104および排気部120の一部を透過して示す。
FIG. 2 is a perspective view for explaining the connection of the
図2(a)、(b)に示すように、給気部116は、給気管(分岐前流路)132と、給気マニホールド134とで構成される。給気マニホールド134は、給気管132から分岐する複数の分岐路134aを形成しており、それぞれの分岐路134aが各シリンダ104に給気を供給する。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
排気部120は、排気マニホールド136と、排気管138とで構成される。排気マニホールド136は、各シリンダ104に連結される複数の集結前流路136aと、各集結前流路136aが集結(合流)した集結路136bとを形成している。集結路136bで集結した排気ガスは、排気管138を通って過給機112のタービン112bに導かれる。
The
そして、還流路124は、複数の集結前流路136aのうち、1つの集結前流路136aに連結されている。すなわち、還流路124は、複数のシリンダ104のうち、1つのシリンダ104から排出された排気ガスを給気管132に還流させることとなる。
The
例えば、EGRガスの流量を増加させるため、集結路136bより上流の複数の集結前流路136aそれぞれから分岐させて還流路124として合流させる構成が考えられるが、複数の集結前流路136a内の排気ガスが干渉し合うことから、意図した排気脈動を得られない問題がある。また、還流路124は、複数の集結前流路136aから分岐させて合流させると、1つの集結前流路136aから分岐させる構成に比べて複雑となり、コストが高くなってしまう。
For example, in order to increase the flow rate of EGR gas, a configuration may be considered in which the flow is branched from each of the plurality of
そのため、本実施形態では、還流路124は、複数の集結前流路136aのうち、1つの集結前流路136aに連結される構成とし、シリンダ104に工夫をすることでEGRガスの流量を確保している。
Therefore, in this embodiment, the
図3は、複数のシリンダ104の説明図であり、図3(a)には、シリンダ104の軸方向に垂直な断面を示し、図3(b)には、シリンダ104の側面図を示す。図3(a)に示すように、複数のシリンダ104のうち、還流路124に排気ガスを還流させるシリンダ104(以下、EGRシリンダ104aと称す)のボア径aは、他のシリンダ104のボア径bよりも大きい。なお、図3(b)に示すように、複数のシリンダ104の軸方向の長さはいずれも等しい。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a plurality of
本実施形態では、排気ガスをEGRガスとして取り出す対象のシリンダ104のみ、他のシリンダ104よりも容量を大きくすることで、EGRガスの流量を増加させている。そのため、複数のシリンダ104における排気脈動の干渉を抑えることができるとともに、複数の還流路124を設ける必要もないことから、コスト上昇を抑えることが可能となる。
In the present embodiment, the flow rate of EGR gas is increased by increasing the capacity of only the
図4は、シリンダ104内の気体のPV線図である。図4中、縦軸は燃焼室内の気体の圧力Pであって、横軸は燃焼室内の気体の体積Vである。また、破線の凡例はEGRシリンダ104aのPV線図を示し、実線の凡例はEGRシリンダ104a以外の他のシリンダ104のPV線図を示す。
FIG. 4 is a PV diagram of the gas in the
EGRシリンダ104aは、他のシリンダ104よりも容量が大きい、すなわち、排気量が大きい。この場合、図4に示すように、EGRシリンダ104aは、他のシリンダ104よりも、IMEP(図示平均有効圧力)が大きくなることからトルクが大きくなる。その結果、点火プラグ106の点火時期を調整する必要がある。以下、点火プラグ106の点火時期について、図5を参照して説明する。
The
図5は、点火プラグ106の点火時期とトルクとの関係図である。図5中、縦軸はシリンダ104毎の出力トルクを示し、横軸は点火時期のクランク角を示す。また、破線の凡例は、EGRシリンダ104aにおける点火時期とトルクとの関係を示し、実線の凡例は、EGRシリンダ104a以外の他のシリンダ104における点火時期とトルクとの関係を示す。
FIG. 5 is a relationship diagram between the ignition timing of the
図5に示すように、EGRシリンダ104aと他のシリンダ104とのトルクについて、同じクランク角(例えば、クランク角A)で点火した場合を比較すると、EGRシリンダ104aは、他のシリンダ104よりもトルクが大きくなる。そのため、EGRシリンダ104aと他のシリンダ104を、同じクランク角で点火すると、エンジン100の出力トルクの変動が大きくなってしまう。
As shown in FIG. 5, when the torques of the
そこで、点火制御部130aは、EGRシリンダ104aにおいて燃料に点火するクランク角を、他のシリンダ104において燃料に点火するクランク角よりも遅角(リタード)させるように、点火プラグ106およびインジェクタ108を制御する。
Therefore, the
例えば、点火制御部130aは、EGRシリンダ104a以外の他のシリンダ104については、クランク角Aで燃料に点火し、EGRシリンダ104aについては、図5中、白抜き矢印で示すように、クランク角Aよりも遅角したクランク角Bで燃料に点火する。
For example, the
その結果、EGRシリンダ104aおよびEGRシリンダ104a以外の他のシリンダ104のトルクは、いずれも同じトルクCとなり、エンジン100の出力トルクを安定化させることが可能となる。
As a result, the torque of the
上述したように、本実施形態のエンジン100では、排気脈動への影響を抑えつつ、EGRガスの流量を増加させる構成を低コストで実現することが可能となる。
As described above, in the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
本発明は、排気ガスをシリンダに還流させるエンジンに利用することができる。 The present invention can be used in an engine that recirculates exhaust gas to a cylinder.
100 エンジン
104 シリンダ
104a EGRシリンダ
116 給気部
120 排気部
124 還流路
130a 点火制御部
132 給気管(分岐前流路)
134 給気マニホールド
134a 分岐路
136 排気マニホールド
136a 集結前流路
136b 集結路
DESCRIPTION OF
134
Claims (2)
分岐前流路と、該分岐前流路から分岐して前記複数のシリンダそれぞれに連結される複数の分岐路とを有し、該複数のシリンダに新気を導く給気部と、
前記複数のシリンダそれぞれに連結される複数の集結前流路と、該複数の集結前流路が集結した集結路とを有し、該複数のシリンダからの排気ガスが導かれる排気部と、
前記複数の集結前流路のうち、1の該集結前流路に連結され、前記シリンダから該1の集結前流路に排気された排気ガスを前記分岐前流路に還流させる還流路と、
を備え、
前記還流路が連結された前記集結前流路に排気ガスを排出するシリンダであるEGRシリンダは、他のシリンダよりも容量が大きいことを特徴とするエンジン。 Multiple cylinders;
A pre-branch flow path, a plurality of branch paths branched from the pre-branch flow path and connected to each of the plurality of cylinders, and an air supply unit for introducing fresh air to the plurality of cylinders;
A plurality of pre-concentration flow paths connected to each of the plurality of cylinders; and a concentration path in which the plurality of pre-concentration flow paths are concentrated, and an exhaust unit through which exhaust gas from the plurality of cylinders is guided;
A reflux path connected to one of the plurality of pre-concentration flow paths and returning the exhaust gas exhausted from the cylinder to the one pre-concentration flow path to the pre-branch flow path;
With
The EGR cylinder, which is a cylinder that discharges exhaust gas to the pre-collection flow path to which the reflux path is connected, has a larger capacity than other cylinders.
前記点火制御部は、前記EGRシリンダにおいて燃料に点火するクランク角を、前記他のシリンダにおいて燃料に点火するクランク角よりも遅角させることを特徴とする請求項1に記載のエンジン。 An ignition control unit for controlling the ignition timing of fuel in each of the plurality of cylinders;
2. The engine according to claim 1, wherein the ignition control unit retards a crank angle at which fuel is ignited in the EGR cylinder more than a crank angle at which fuel is ignited in the other cylinder.
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