JP3592247B2

JP3592247B2 - Exhaust gas recirculation system for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3592247B2
Application number: JP2001070067A
Authority: JP
Inventors: 秀明桜井
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP2002266706A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、過給機付の内燃機関において、再循環させる排気を給気ラインを通さずにシリンダ内に導入することができるようにした排気再循環装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の出力とトルクを上げる手段として、吸入空気の密度を高めると共に量を増やす過給機を設ける場合があり、この過給機によって内燃機関の出力とトルクの向上を計っている。
【０００３】
図３は、このような過給機付内燃機関の一例を示す構成図であり、図示するように、シリンダヘッド５１の給気通路５２に接続された給気ライン５３と、排気通路５４に接続された排気ライン５５との間に過給機５６が設けられている。この過給機５６は、排気によって駆動されるタービン５７でブロワ５８が駆動され、給気圧を高めてシリンダ５９内に給気するように構成されている。６０は給気弁であり、６１は排気弁、６２はピストンである。また、給気ライン５３には空気冷却器６３が設けられている。
【０００４】
このような構成の場合、図４に示す同過給機付内燃機関における給排気弁タイミング図のように給排気弁が開閉され、シリンダ内圧も変化する。このタイミング図では、圧縮行程と燃焼膨張行程を省略した排気行程と給気行程の間の３６０°の範囲のみを示している。
【０００５】
ピストン下死点前から排気弁をリフトして排気ガスを排出すると、シリンダ内圧力は下降し排気圧Ｐｅとなる。その状態でピストン上死点前に達すると、給気弁がリフトすると共に排気弁が閉じて、給気弁が開きながら排気弁が閉じるオーバーラップ期間がある。その後、ピストンが下降することにより給気弁から給気がシリンダ内に吸い込まれる。この給気行程時のシリンダ内圧力は給気圧Ｐｓとなる。このようなタイミングで給排気弁６０，６１を開閉することによって、シリンダ５９内の給排気がなされる。
【０００６】
そして、ピストン下死点から圧縮され、燃焼、膨張行程を経て、排気弁を開放する排気行程へと繰り返される。なお、図示するように、過給機付の内燃機関の場合、通常の負荷では排気圧Ｐｅよりも給気圧Ｐｓの方が高くなる。
【０００７】
一方、内燃機関において、排気の一部を給気と共にシリンダ内に再循環させて燃焼させる排気再循環は、窒素酸化物（ＮＯｘ）低減のために有効であり、特に再循環排気を冷却した場合の効果が大きいことは広く知られている。この排気を再循環させる方法として、通常、排気の一部を給気側へ戻して通常の給気と共に再循環させるような方法が採用されている。しかし、過給機付内燃機関の場合、前記したように給気圧Ｐｓが排気圧Ｐｅよりも高い運転条件となることから、再循環排気を給気側へ直接導入することができない。
【０００８】
そこで、例えば、特開平９−１４４６１０号公報記載の過給機を備えた内燃機関の排気ガス再循環装置では、給気によって駆動される昇圧機を設けて再循環排気を昇圧して給気ラインに導入するようにしている。この場合には、給気圧が排気圧よりも高い運転条件であっても、排気を再循環させることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した特開平９−１４４６１０号公報記載の排気ガス再循環装置の場合、特殊機械である昇圧機を設けるための構造上の加工や、そのための費用が必要となると共に、その昇圧機の駆動用に圧縮空気のエネルギーが消費されるため、過給機の効率が下がってしまう。そのため、一部の用途に限られてしまう。
【００１０】
また、再循環排気を給気ラインに導入するものであるため、排気によって昇圧機のコンプレッサーや給気ラインや空気冷却器等に汚れを生じると共に、排気ガス中のイオウ分等で給気系に腐食の問題を生じてしまう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、前記課題を解決するために、本願発明の排気再循環装置は、排気ラインに設けたタービンで駆動するブロワで給気ラインの給気を加圧する過給機を設け、前記排気ラインのタービン前に、該排気ラインの排気から一部の排気を取り出して再循環排気とする再循環排気ラインを設け、該再循環排気ラインの排気を排気通路に導く再循環排気通路をシリンダ出口に設け、ピストンが下降する給気行程の後半に、給気弁を早閉じしてシリンダ内を断熱膨張させることによりシリンダ内圧力を給気圧から排気圧まで低下させ、ほぼ排気圧となったら排気弁を開けて排気側からシリンダ内に再循環排気を吸い込んだ後、ピストンが下死点付近に達したら排気弁を閉じることにより、ピストンの下降によって排気側から再循環排気をシリンダ内に吸い込むバルブ機構を設け、前記再循環排気の吸い込み時に排気ラインから高温の排気をシリンダ内に吸い込むことを防止するために、排気通路に圧力差により開閉する逆止弁を設けると共に、排気行程時に再循環排気ラインに高温の排気が入ることを防止するために、再循環排気通路に圧力差により開閉する逆止弁を設けている。このように給気行程の後半で、給気弁を早閉じした後に排気弁を開けて排気側から再循環排気を吸い込むようにしているので、給気圧が排気圧よりも高い運転条件であっても、ピストンの運動により再循環排気をシリンダ内に吸い込むようにできる。従って、過給機付の内燃機関において、再循環排気を給気系を通すことなくシリンダ内に導入して再循環させることができるので、汚れた排気で給気系を汚すことなく排気を再循環させることができる。また、再循環排気による給気系の腐食も生じない。
【００１２】
また、このように過給機を有する内燃機関において、排気ラインから一部の排気を再循環排気として取り出し、給気行程の後半に排気弁を開いてシリンダ内に吸い込むようにしているので、排気を給気系に通すことなく再循環させることができるので、給気系を排気で汚すことのない排気再循環装置を構成することができる。しかも、再循環排気を吸込むために給気時に排気弁を開けても、シリンダ内に排気ライン側から高温の排気を吸込むことがないようにできるとともに、排気行程中に高温の排気が再循環排気通路側へ流れることを防止することができる。
【００１３】
前記再循環排気ラインに再循環排気を冷却する冷却器を設ければ、冷却した再循環排気で排気弁を冷却することができる。
【００１６】
また、再循環排気量を調整するために、給気ラインと再循環排気ラインとの間に流量調整部材を有する再循環排気量調整ラインを設ければ、流量調整部材の調整により再循環させる排気量を任意に調整することができる。この流量調整部材としては、例えば、絞り弁が用いられ、この絞り弁の開度調整によって再循環させる排気に混合する給気量を調整し、これにより再循環させる排気量を調整することができる。
【００１７】
さらに、バルブ機構に、給排気弁の開閉タイミング調整手段を設けて再循環排気量の調整を行えるようにすれば、給排気弁の開閉時間調整によって機械的に給気量と再循環排気量とを調整するようにできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本願発明における排気再循環装置の一実施形態を示す構成図である。なお、上述した従来の構成と同一の構成には、同一符号を付して説明する。
【００１９】
図示するように、シリンダヘッド５１の給気通路５２に接続された給気ライン５３と、排気通路５４に接続された排気ライン５５との間に過給機５６が設けられており、排気ライン５５に設けられたタービン５７が排気ガスで駆動され、給気ライン５３に設けられたブロワ５８を回転させて給気圧を高めるように構成されている。
【００２０】
シリンダヘッド５１に設けられたシリンダ５９のガス出口である排気通路５４には、排気通路５４側から排気ライン５５側へのみ開放する排気逆止弁１が設けられている。この実施形態の排気逆止弁１は、圧力差により開閉する逆止弁であり、排気通路５４側の圧力が排気ライン５５側の圧力よりも高い時に開放するように構成されている。この排気逆止弁１としては、耐熱材等を使用した簡便な構造が適用できる。
【００２１】
また、排気ライン５５には、排気の一部を再循環させる再循環排気ライン２が設けられている。この実施形態では、再循環排気ライン２に冷却器３が設けられており、再循環排気を所定温度まで冷却して再循環させるように構成されている。
【００２２】
そして、排気ガスを排出するシリンダ出口の排気通路５４には、再循環排気ライン２の排気をシリンダ内に導入するための再循環排気通路４が設けられている。この再循環排気通路４には、再循環排気ライン２側から排気通路５４側へのみ開放する再循環排気逆止弁５が設けられている。この再循環排気逆止弁５も、この実施形態では圧力差により開閉する逆止弁であり、再循環排気ライン２側の圧力が排気通路５４側の圧力よりも高い時に開放するように構成されている。この再循環排気逆止弁５も耐熱材等を使用した簡便な構造が適用できる。
【００２３】
一方、再循環させる排気量を調整するための再循環排気量調整ライン６が、給気ライン５３と再循環排気ライン２との間に設けられている。この再循環排気量調整ライン６には、流量調整部材である絞り弁７が設けられており、この絞り弁７の開度調整によって給気ライン５３から再循環排気ライン２へ流す給気量が調整できるようになっている。この実施形態では、給排気弁６０，６１の開閉タイミングを変更することなく、再循環させる排気に給気を混合させる量を調整することによって再循環させる排気量を調整できるようにしている。
【００２４】
図２は図１に示す排気再循環装置における給排気弁タイミング図である。このタイミング図に示すように、給排気弁が開閉されてシリンダ内圧力が変化する。このタイミング図では、圧縮行程と燃焼膨張行程を省略した排気行程と給気行程の間の３６０°の範囲のみを示している。
【００２５】
図示するように、ピストン下死点前から排気弁をリフトして燃焼ガスを排出すると、シリンダ内圧力は下降し排気圧Ｐｅとなる。その状態でピストン上死点前に達すると、給気弁が開きながら排気弁が閉じるオーバーラップ期間がある。その後、ピストンが下降することにより給気弁から給気がシリンダ内に吸込まれる。この給気行程時のシリンダ内圧力は、給気圧Ｐｓとなる。このように給排気弁６０，６１を作動させてシリンダ５９内に給排気する流れは従来と同様である。
【００２６】
そして、この給気行程において、ピストン６２が下死点に達する前に給気弁６１が早閉じされ、その給気弁６１を閉じた状態でピストン６２が所定期間下降させられる。これが断熱膨張期間である。これにより、シリンダ５９内を断熱膨張させて排気圧Ｐｅよりも高い圧力の給気圧Ｐｓとなっているシリンダ５９内の圧力をほぼ排気圧Ｐｅまで下げる。その後、排気弁６１をリフトさせてピストン６２を下降させることにより、下降するピストン６２によって圧力が下がるシリンダ５９内に排気側から再循環排気が吸い込まれる。この吸い込まれる再循環排気は、再循環排気通路４の逆止弁５が開いて再循環排気ライン２から所定量の再循環排気がシリンダ内に吸込まれる。この再循環排気を吸い込む時は、排気通路５４は給気圧Ｐｓ以下となるため排気逆止弁１は閉じた状態であり、排気通路５４からの逆流はない。この吸い込まれる再循環排気圧Ｐｒは、排気圧Ｐｅと同じである。そして、ピストン５９が下死点に達すると排気弁６１が閉じられる。この排気弁６１を２回開閉させる手段としては、２山のカムを用いることによって達成することができる。なお、弁の開閉手段は他の手段であってもよい。
【００２７】
このように給気行程の前半から後半にかけて給気を吸込み、給気行程の後半に再循環排気を吸込むようにしている。つまり、このタイミングで給排気弁６０，６１を開閉することによって、シリンダ５９内の排気が排出された後の給気行程において、加圧された通常の給気が吸込まれた後に再循環排気が吸込まれる。その後は、ピストン下死点から圧縮され、燃焼行程と膨張行程を経て、排気弁を開放する排気行程へと移り、以後、これらの行程が繰り返される。
【００２８】
以上のように、再循環排気は全く給気ライン５３を通らないため、排気を再循環させることによる給気ライン５３の汚れ、腐食の問題は発生しない。しかも、再循環排気が導かれる排気通路５４は、元々排気による汚れ、腐食（イオウ分等）に対応できるように設計されているため、排気側に再循環排気の通過に対する特殊な対策を必要としない。
【００２９】
その上、上述したように、給気行程における前半はきれいな給気のみを吸込み、後半の最後にシリンダ上部に再循環排気を吸込むので、再循環排気はシリンダ内の上部に溜まり、その状態で、圧縮、爆発、膨張が行われることとなるため、圧縮行程中にピストンリングとシリンダとの摺動面からクランクケース内に排気が漏れるのを効果的に抑止することができ、排気がクランクケース内に漏れることによる排気微粒子の潤滑油への混入を抑制することができる。
【００３０】
また、このように排気ライン５５から取り出した再循環排気を排気通路５４からシリンダ５９内に戻すようにしているので、新たに再循環排気ライン２と、排気通路５４と再循環排気通路４の逆止弁１，５を設け、給排気弁６０，６１を開閉させるカム（図示略）を交換すれば、少ない加工部品数で排気再循環装置を構成することができる。
【００３１】
さらに、給気弁６０，６１の早閉じによる給気の断熱膨張でシリンダ内の圧力が下がり温度も低下するため、エンジンの熱効率が改善するミラーサイクル効果を奏することもできる。
【００３２】
なお、上述した実施形態は一実施形態であり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
本願発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載するような効果を奏する。
【００３４】
給気圧が排気圧よりも高い運転条件であっても、再循環排気を給気系を通さずにシリンダ内に導入して再循環させることができるので、再循環排気で給気ラインを汚すことのない排気再循環装置を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明における排気再循環装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す排気再循環装置における給排気弁タイミング図である。
【図３】従来の過給機付内燃機関の一例を示す構成図である。
【図４】図３に示す過給機付内燃機関における給排気弁タイミング図である。
【符号の説明】
１…排気通路逆止弁
２…再循環排気ライン
３…冷却器
４…再循環排気通路
５…再循環排気ライン逆止弁
６…調整ライン
７…絞り弁
５１…シリンダヘッド
５２…給気通路
５３…給気ライン
５４…排気通路
５５…排気ライン
５６…過給機
５７…タービン
５８…ブロワ
５９…シリンダ
６０…吸気弁
６１…排気弁
６２…ピストン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention, in an internal combustion engine equipped with a supercharger, it relates to an exhaust re循installed circumferentially location was to be able to introduce the exhaust gas recirculated into the cylinder without passing through the air supply line.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a means for increasing the output and torque of an internal combustion engine, there has been a case where a supercharger that increases the density and the amount of intake air is provided to increase the output and torque of the internal combustion engine. .
[0003]
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of such an internal combustion engine with a supercharger. As shown, an air supply line 53 connected to an air supply passage 52 of a cylinder head 51 and an exhaust gas passage 54 are connected to the air supply line 53. The supercharger 56 is provided between the exhaust line 55 and the exhaust line 55. The supercharger 56 is configured such that a blower 58 is driven by a turbine 57 driven by exhaust gas to increase the supply pressure and supply air into a cylinder 59. Reference numeral 60 denotes an air supply valve, 61 denotes an exhaust valve, and 62 denotes a piston. The air supply line 53 is provided with an air cooler 63.
[0004]
In the case of such a configuration, the supply / exhaust valve is opened / closed and the cylinder internal pressure changes as shown in the timing diagram of the supply / exhaust valve in the internal combustion engine with the supercharger shown in FIG. In this timing chart, only the range of 360 ° between the exhaust stroke and the supply stroke where the compression stroke and the combustion expansion stroke are omitted is shown.
[0005]
When the exhaust valve is lifted to exhaust the exhaust gas from before the piston bottom dead center, the pressure in the cylinder drops to the exhaust pressure Pe. When the piston reaches the top dead center in this state, the air supply valve lifts and the exhaust valve closes, and there is an overlap period in which the exhaust valve closes while the air supply valve opens. Thereafter, when the piston descends, the supply air is sucked into the cylinder from the supply valve. The pressure in the cylinder during this air supply stroke is equal to the air supply pressure Ps. By opening / closing the supply / exhaust valves 60 and 61 at such timing, the supply / exhaust of the cylinder 59 is performed.
[0006]
Then, the piston is compressed from the bottom dead center of the piston, undergoes a combustion and expansion stroke, and is repeated to an exhaust stroke in which the exhaust valve is opened. As shown, in the case of an internal combustion engine with a supercharger, the supply pressure Ps is higher than the exhaust pressure Pe under a normal load.
[0007]
On the other hand, in an internal combustion engine, exhaust gas recirculation in which part of exhaust gas is recirculated in a cylinder together with air supply and burned is effective for reducing nitrogen oxides (NOx), and particularly when the recirculated exhaust gas is cooled. It is widely known that the effect is large. As a method of recirculating the exhaust gas, a method of returning a part of the exhaust gas to the air supply side and recirculating the exhaust gas together with the normal air supply is usually adopted. However, in the case of a supercharger-equipped internal combustion engine, since the supply pressure Ps is higher than the exhaust pressure Pe as described above, the recirculated exhaust gas cannot be directly introduced into the supply side.
[0008]
Therefore, for example, in an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine having a supercharger described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-144610, a booster driven by air supply is provided to boost the recirculated exhaust gas to increase the air supply line. I am trying to introduce it. In this case, the exhaust gas can be recirculated even when the supply pressure is higher than the exhaust pressure.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the exhaust gas recirculation device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-144610, structural processing for providing a booster, which is a special machine, and costs for the booster are required, and the Since the energy of the compressed air is consumed for driving, the efficiency of the supercharger is reduced. Therefore, it is limited to some uses.
[0010]
In addition, since the recirculated exhaust gas is introduced into the air supply line, the exhaust gas contaminates the compressor of the booster, the air supply line, the air cooler, etc. This causes corrosion problems.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in order to solve the above problem, the exhaust gas recirculation device of the present invention is provided with a supercharger that pressurizes the air in an air supply line with a blower driven by a turbine provided in the exhaust line. Before, a recirculation exhaust line for extracting a part of exhaust gas from the exhaust line exhaust gas and recirculating exhaust gas is provided, and a recirculation exhaust passage for guiding the exhaust gas of the recirculation exhaust line to an exhaust passage is provided at a cylinder outlet, In the latter half of the air supply stroke in which the piston descends, the air supply valve is closed early and the cylinder is adiabatically expanded to reduce the pressure in the cylinder from the supply pressure to the exhaust pressure. After the recirculated exhaust gas is sucked into the cylinder from the exhaust side, the exhaust valve is closed when the piston approaches the bottom dead center. A check valve that opens and closes due to a pressure difference in an exhaust passage is provided in order to prevent high-temperature exhaust gas from being sucked into the cylinder from the exhaust line when the recirculated exhaust gas is sucked. In order to prevent high-temperature exhaust gas from entering the recirculation exhaust line, a check valve that opens and closes due to a pressure difference is provided in the recirculation exhaust passage . As described above, in the latter half of the air supply stroke, the air supply valve is closed early, and then the exhaust valve is opened to suck the recirculated exhaust gas from the exhaust side. Also, the recirculated exhaust gas can be sucked into the cylinder by the movement of the piston. Therefore, in an internal combustion engine equipped with a supercharger, the recirculated exhaust gas can be introduced into the cylinder and recirculated without passing through the air supply system, so that the exhaust gas can be recirculated without dirtying the air supply system. Can be circulated. In addition, the air supply system is not corroded by the recirculated exhaust gas.
[0012]
Further, in the internal combustion engine having such a supercharger, a part of exhaust gas is taken out from the exhaust line as recirculated exhaust gas, and the exhaust valve is opened in the latter half of the air supply stroke so as to be sucked into the cylinder. Can be recirculated without passing through the air supply system, so that an exhaust gas recirculation device that does not pollute the air supply system with exhaust gas can be configured. Moreover, even if the exhaust valve is opened at the time of air supply to suck in the recirculated exhaust gas, it is possible to prevent the high-temperature exhaust gas from being sucked into the cylinder from the exhaust line side, and the high-temperature exhaust gas is recirculated during the exhaust stroke. It can be prevented from flowing to the side.
[0013]
If a cooler for cooling the recirculated exhaust gas is provided in the recirculated exhaust line, the exhaust valve can be cooled with the cooled recirculated exhaust gas.
[0016]
Further, if a recirculation exhaust amount adjustment line having a flow rate adjustment member is provided between the supply line and the recirculation exhaust line in order to adjust the recirculation exhaust amount, the exhaust gas to be recirculated by adjusting the flow adjustment member is provided. The amount can be adjusted arbitrarily. As the flow rate adjusting member, for example, a throttle valve is used, and by adjusting the opening degree of the throttle valve, the amount of air to be mixed with the exhaust gas to be recirculated can be adjusted, whereby the amount of exhaust gas to be recirculated can be adjusted. .
[0017]
Furthermore, if the valve mechanism is provided with an opening / closing timing adjustment means for the supply / exhaust valve so that the recirculation exhaust amount can be adjusted, the supply / exhaust valve opening / closing time adjustment mechanically adjusts the supply air amount and the recirculation exhaust amount. Can be adjusted.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an exhaust gas recirculation device according to the present invention. Note that the same components as those of the above-described conventional configuration are denoted by the same reference numerals and described.
[0019]
As shown, a supercharger 56 is provided between an air supply line 53 connected to an air supply passage 52 of a cylinder head 51 and an exhaust line 55 connected to an exhaust passage 54. Are driven by the exhaust gas, and the blower 58 provided in the air supply line 53 is rotated to increase the air supply pressure.
[0020]
The exhaust passage 54, which is a gas outlet of the cylinder 59 provided in the cylinder head 51, is provided with an exhaust check valve 1 that opens only from the exhaust passage 54 side to the exhaust line 55 side. The exhaust check valve 1 of this embodiment is a check valve that opens and closes due to a pressure difference, and is configured to open when the pressure on the exhaust passage 54 side is higher than the pressure on the exhaust line 55 side. As the exhaust check valve 1, a simple structure using a heat-resistant material or the like can be applied.
[0021]
Further, the exhaust line 55 is provided with a recirculation exhaust line 2 for recirculating a part of the exhaust gas. In this embodiment, a cooler 3 is provided in the recirculation exhaust line 2, and is configured to cool the recirculation exhaust gas to a predetermined temperature and recirculate the same.
[0022]
A recirculation exhaust passage 4 for introducing exhaust gas from the recirculation exhaust line 2 into the cylinder is provided in an exhaust passage 54 at a cylinder outlet for discharging exhaust gas. The recirculation exhaust passage 4 is provided with a recirculation exhaust check valve 5 that opens only from the recirculation exhaust line 2 to the exhaust passage 54. This recirculation exhaust check valve 5 is also a check valve that opens and closes due to a pressure difference in this embodiment, and is configured to open when the pressure on the recirculation exhaust line 2 side is higher than the pressure on the exhaust passage 54 side. ing. The recirculation exhaust check valve 5 can also adopt a simple structure using a heat-resistant material or the like.
[0023]
On the other hand, a recirculation exhaust amount adjustment line 6 for adjusting the amount of exhaust gas to be recirculated is provided between the air supply line 53 and the recirculation exhaust line 2. The recirculation exhaust amount adjustment line 6 is provided with a throttle valve 7 serving as a flow rate adjusting member. By adjusting the opening of the throttle valve 7, the amount of air supplied from the air supply line 53 to the recirculation exhaust line 2 can be reduced. It can be adjusted. In this embodiment, the amount of exhaust gas to be recirculated can be adjusted by adjusting the amount of supply air mixed with the exhaust gas to be recirculated without changing the opening / closing timing of the supply / exhaust valves 60 and 61.
[0024]
FIG. 2 is a timing chart of the supply and exhaust valves in the exhaust gas recirculation device shown in FIG. As shown in this timing chart, the supply / exhaust valve is opened / closed and the pressure in the cylinder changes. In this timing chart, only the range of 360 ° between the exhaust stroke and the supply stroke where the compression stroke and the combustion expansion stroke are omitted is shown.
[0025]
As shown in the figure, when the exhaust valve is lifted from the bottom dead center of the piston to discharge the combustion gas, the pressure in the cylinder drops to the exhaust pressure Pe. If the piston reaches the top dead center in this state, there is an overlap period in which the exhaust valve closes while the air supply valve opens. Thereafter, when the piston descends, supply air is sucked into the cylinder from the supply valve. The pressure in the cylinder during the air supply stroke is equal to the air supply pressure Ps. Thus, the flow of operating the air supply / exhaust valves 60 and 61 to supply / exhaust the air into / from the cylinder 59 is the same as the conventional flow.
[0026]
Then, in this air supply stroke, before the piston 62 reaches the bottom dead center, the air supply valve 61 is closed early, and the piston 62 is lowered for a predetermined period with the air supply valve 61 closed. This is the adiabatic expansion period. As a result, the pressure inside the cylinder 59, which is a supply pressure Ps higher than the exhaust pressure Pe, is reduced to almost the exhaust pressure Pe by adiabatically expanding the inside of the cylinder 59. Thereafter, the exhaust valve 61 is lifted to lower the piston 62, so that the recirculated exhaust gas is sucked from the exhaust side into the cylinder 59 whose pressure is reduced by the descending piston 62. As the recirculated exhaust gas is sucked, the check valve 5 of the recirculation exhaust passage 4 is opened, and a predetermined amount of recirculated exhaust gas is sucked from the recirculation exhaust line 2 into the cylinder. When the recirculated exhaust gas is sucked in, the exhaust passage 54 becomes lower than the supply pressure Ps, so that the exhaust check valve 1 is closed, and there is no backflow from the exhaust passage 54. The suctioned recirculation exhaust pressure Pr is the same as the exhaust pressure Pe. When the piston 59 reaches the bottom dead center, the exhaust valve 61 is closed. The means for opening and closing the exhaust valve 61 twice can be achieved by using a cam having two peaks. The valve opening / closing means may be another means.
[0027]
In this way, air is sucked in from the first half to the latter half of the air supply stroke, and recirculated exhaust gas is sucked in the latter half of the air supply stroke. That is, by opening and closing the supply / exhaust valves 60 and 61 at this timing, in the supply stroke after the exhaust in the cylinder 59 is discharged, the recirculated exhaust gas is supplied after the normal pressurized supply air is sucked. Inhaled. Thereafter, the piston is compressed from the bottom dead center, passes through a combustion stroke and an expansion stroke, and moves to an exhaust stroke in which an exhaust valve is opened. Thereafter, these strokes are repeated.
[0028]
As described above, since the recirculated exhaust gas does not pass through the air supply line 53 at all, the problem of contamination and corrosion of the air supply line 53 due to the recirculation of the exhaust gas does not occur. Moreover, since the exhaust passage 54 into which the recirculated exhaust gas is introduced is originally designed to cope with dirt and corrosion (sulfur content, etc.) due to the exhaust gas, a special measure is required on the exhaust side for the passage of the recirculated exhaust gas. do not do.
[0029]
In addition, as described above, the first half of the air supply stroke sucks only clean air supply, and at the end of the second half, sucks recirculated exhaust gas at the top of the cylinder. Since compression, explosion, and expansion are performed, it is possible to effectively prevent exhaust gas from leaking into the crankcase from the sliding surface between the piston ring and the cylinder during the compression stroke. It is possible to suppress the mixing of the exhaust fine particles into the lubricating oil due to the leakage to the lubricating oil.
[0030]
Further, since the recirculated exhaust gas taken out from the exhaust line 55 is returned from the exhaust passage 54 into the cylinder 59, the recirculation exhaust line 2 and the reverse of the exhaust passage 54 and the recirculation exhaust passage 4 are newly formed. If the stop valves 1 and 5 are provided and a cam (not shown) for opening and closing the supply / exhaust valves 60 and 61 is replaced, the exhaust gas recirculation device can be configured with a small number of processing parts.
[0031]
Further, since the pressure in the cylinder decreases and the temperature decreases due to the adiabatic expansion of the air supply due to the early closing of the air supply valves 60 and 61, the Miller cycle effect of improving the thermal efficiency of the engine can be achieved.
[0032]
The above-described embodiment is one embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment.
[0033]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0034]
Even under operating conditions where the supply air pressure is higher than the exhaust pressure, the recirculated exhaust gas can be introduced into the cylinder and recirculated without passing through the air supply system. This makes it possible to configure an exhaust gas recirculation device that does not have any exhaust gas.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an exhaust gas recirculation device according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart of a supply / exhaust valve in the exhaust gas recirculation device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a conventional internal combustion engine with a supercharger.
4 is a supply / exhaust valve timing chart in the supercharged internal combustion engine shown in FIG. 3;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exhaust passage check valve 2 ... Recirculation exhaust line 3 ... Cooler 4 ... Recirculation exhaust passage 5 ... Recirculation exhaust line check valve 6 ... Adjustment line 7 ... Throttle valve 51 ... Cylinder head 52 ... Supply passage 53 ... an air supply line 54 ... an exhaust passage 55 ... an exhaust line 56 ... a supercharger 57 ... a turbine 58 ... a blower 59 ... a cylinder 60 ... an intake valve 61 ... an exhaust valve 62 ... a piston

Claims

排気ラインに設けたタービンで駆動するブロワで給気ラインの給気を加圧する過給機を設け、前記排気ラインのタービン前に、該排気ラインの排気から一部の排気を取り出して再循環排気とする再循環排気ラインを設け、該再循環排気ラインの排気を排気通路に導く再循環排気通路をシリンダ出口に設け、ピストンが下降する給気行程の後半に、給気弁を早閉じしてシリンダ内を断熱膨張させることによりシリンダ内圧力を給気圧から排気圧まで低下させ、ほぼ排気圧となったら排気弁を開けて排気側からシリンダ内に再循環排気を吸い込んだ後、ピストンが下死点付近に達したら排気弁を閉じることにより、ピストンの下降によって排気側から再循環排気をシリンダ内に吸い込むバルブ機構を設け、前記再循環排気の吸い込み時に排気ラインから高温の排気をシリンダ内に吸い込むことを防止するために、排気通路に圧力差により開閉する逆止弁を設けると共に、排気行程時に再循環排気ラインに高温の排気が入ることを防止するために、再循環排気通路に圧力差により開閉する逆止弁を設けた内燃機関の排気再循環装置。A turbocharger is provided to pressurize the air in an air supply line with a blower driven by a turbine provided in the exhaust line. A recirculation exhaust line is provided, and a recirculation exhaust passage that guides exhaust gas from the recirculation exhaust line to the exhaust passage is provided at the cylinder outlet.In the latter half of the air supply stroke in which the piston descends, the air supply valve is closed early. The pressure inside the cylinder is reduced from the supply pressure to the exhaust pressure by adiabatic expansion inside the cylinder, and when almost exhaust pressure is reached, the exhaust valve is opened and the recirculated exhaust gas is sucked into the cylinder from the exhaust side. by closing the exhaust valve reaches the vicinity of the point, the valve mechanism for sucking the recirculated exhaust into the cylinder provided from the exhaust side by the downward movement of the piston, the exhaust line when the suction of the recirculation exhaust In order to prevent high-temperature exhaust gas from being sucked into the cylinder, a check valve that opens and closes due to a pressure difference is provided in the exhaust passage, and to prevent high-temperature exhaust gas from entering the recirculation exhaust line during the exhaust stroke. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, wherein a check valve that opens and closes due to a pressure difference is provided in a recirculation exhaust passage .

再循環排気ラインに再循環排気を冷却する冷却器を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気再循環装置。Exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that a cooler for cooling the recirculated exhaust gas in recirculation exhaust line.

再循環排気量を調整するために、給気ラインと再循環排気ラインとの間に流量調整部材を有する再循環排気量調整ラインを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気再循環装置。In order to adjust the recirculated exhaust amount, according to claim 1 or claim 2, wherein in that a recirculated exhaust gas amount adjustment line having a flow rate adjusting member between the air supply line and the recirculation exhaust line An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.

バルブ機構に、給排気弁の開閉タイミング調整手段を設けて再循環排気量の調整を行えるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気再循環装置。The exhaust gas recirculation of an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3 , wherein the valve mechanism is provided with opening / closing timing adjusting means for a supply / exhaust valve so as to adjust the amount of recirculated exhaust gas. apparatus.