JP4107625B2 - Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば火花で点火する内燃機関の排ガスを浄化して排出する内燃機関の排気循環（以下単にＥＧＲという）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知の通り、内燃機関ではシリンダ内に供給された燃料の熱エネルギを回転力に変換し動力を取り出すようになっている。内燃機関の高効率化または高出力化の手段として排気再循環（ＥＧＲ）があるが、ＥＧＲガスにはノッキング促進効果を有するＮＯｘが含まれており、その結果、ノッキングが生じ、そのために、更なる高出力化や高効率化が阻害され、また内燃機関の耐久性も低下する。
【０００３】
また、燃焼温度を下げてＮＯｘそのものの発生を低減し、さらに高効率化・高出力化のためにＥＧＲ装置を設けることは知られており、それ自体、ＮＯｘ低減に効果的である。
【０００４】
他方、放電管に模擬排ガスを通すとＮＯｘが減少することが知られている（日本機械学会Ｎｏ．９４０−２３環境工学総合シンポジウム´９４講演論文集参照）。しかしながら、内燃機関に適用することは困難であった。
【０００５】
【知見】
そこで本発明者は種々研究の結果、ＥＧＲラインに放電部を設けることにより内燃機関からの発生するＮＯｘを除去でき、ノッキングの発生を防止できることを見出した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の主目的は、内燃機関の排気再循環装置（ＥＧＲ装置）にノッキング促進効果を持つＮＯｘを除去する後処理装置（放電装置）を提供するにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、排気再循環装置を持つ内燃機関の排気管に排気ガス中に含まれるＮＯｘを除去する効果を持つ放電装置を提供するにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、ＮＯｘから変換されたＮ２Ｏ又はＮ−ａｃｉｄによる排気管の腐食を防止できる内燃機関の放電部周辺装置を提供するにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、ＮＯｘの除去に伴う不都合を防止できる内燃機関の放電部周辺装置を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、シリンダ内を往復運動するピストンを有し、排気管と吸気管とを連結する排気循環管を有する内燃機関の排気再循環装置において、前記排気循環管内に電極を有する放電部が設けられ、その電極は高電圧発生源に接続されており、そして前記放電部の下流側に加熱装置が設けられ、シリンダにノッキングを検知するノッキングセンサを設け、そのノッキングセンサからの信号で放電部を放電させる制御手段を設けてある。
【００１１】
また、本発明によれば、制御手段がノッキングセンサからの信号により放電を行い、ノッキングが消滅すると放電を終了する機能を有している。
【００１２】
このように、放電部の放電により、ＥＧＲガス中に含まれるノッキング促進効果を有するＮＯｘが除去でき、耐ノッキング性が向上する。その結果、高圧縮比が可能となり、高効率運転が可能となる。またノッキングを防止できるため、内燃機関の損傷も防止でき、耐久性が向上する。
【００１６】
このように放電部の下流側に加熱装置を設けることにより放電部で生成されるＮ２ＯやＮ−ａｃｉｄが液化しないので、腐食を防止できる。
【００２３】
かつ本発明によれば、シリンダにノッキングを検知するノッキングセンサを設け、そのノッキングセンサからの信号で排気再循環装置に設けられた放電部を放電させる制御手段を設けてある。
【００２４】
さらに本発明によれば、制御手段がノッキングセンサからの信号により放電を行い、ノッキングが消滅すると、排気再循環装置に設けられた放電部からの放電を終了する機能を有している。
このようにして、ノッキングを確実に防止でき、高効率運転を可能にできる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１は本発明の実施例を示し、シリンダ１内をピストン２が往復運動するようになっており、ピストン２に設けたピストンロッド３により回転力が取り出される。シリンダヘッド４には吸気管５および排気管６がそれぞれ図示しない吸気弁および排気弁を開して連通している。この吸気管５は公知の態様で図示しない吸気源例えばエアクリーナに接続されると共に、例えばガス燃料の場合には燃料供給ライン７が連結されている。排気管６は図示しないマフラを介して大気に放出させるようになっている。
【００２７】
排気を吸気管５に循環させるためのＥＧＲ管８が排気管６と吸気管５とを連結しており、本発明に従って放電部１０がＥＧＲ管８に設けられている。
この放電部１０の１例が図２に示されている。図２において、ＥＧＲ管８には正極１２が取付けられており、その正極１２には、ライン１３を介して高電圧発生源１４が接続されている。
【００２８】
したがって、この放電部１０の正極１２からコロナ放電させることによってＥＧＲ管を流れる排ガス中に含まれるＮＯｘを除去することができる。
【００２９】
図３は本発明の他の実施例を示し、対応する部品は図１と同じ符号で示してある。この例では放電部１０は排気管６に設けられており、その位置はＥＧＲ管８の分岐点６ａの上流側すなわちシリンダ側である。
【００３０】
このようにすることによって、排気管のＮＯｘを除去でき、さらにＥＧＲ管を流れる排気中のＮＯｘを除去し、もってノッキングを防止できる。
【００３１】
図４は腐食対策を施した実施例である。図３の排気管６に設けた放電部１０の下流側にクーラ１５とドレン排出手段であるドレン弁１６を設けた例である。図中矢印Ａは排気ガスの流れの方向を示している。このようにクーラ１５を設けることによって、放電で生ずる排ガス中のＮ２Ｏ又はＮ−ａｃｉｄが冷却されて液化し、ドレン弁１６から排出される。
【００３２】
Ｎ２Ｏ又はＮ−ａｉｃｄは排気管を腐食させるので、このようにして排出すれば排気管の腐食を防止できる。なお、Ｎ２Ｏ又はＮ−ａｃｉｄは気体の場合は排 気管を腐食させないが、排気管を流れて下流に行くに従って冷却されて液化すると不都合であるから、このようにクーラおよび排出手段を設けるのがよい。
【００３３】
図中、２０は制御手段であり、２１は冷媒通路、２２はその制御弁である。
【００３４】
なお、図４の実施例では排気管６にクーラ１５を設けたものとして説明したが、図１の実施例でも同様に実施でき、この場合は図４の排気管６をＥＧＲ管８と読み代えればよい。
【００３５】
図５は図４の変形例を示し、放電部１０の下流側に加熱装置１７を設け、放電によって生ずるＮ２Ｏ又はＮ−ａｃｉｄが液化して管を腐食させないようにしたものである。図示の例では放電部を排気管６に設けてあるが、図１の例のようにＥＧＲ管８に設けてもよいことは明らかである。
【００３６】
図６は図４の例の制御の一例であり、制御部２０は、放電部１０が放電中であるか否かを検知すると（ステップＳ１）、制御弁２２を開けてクーラ１５に冷媒を供給する（ステップＳ２）。このようにすると無駄に冷媒を流す必要があない。
【００３７】
なお、図５の実施例でも同様に実施することができ、図５の場合はステップＳ２を「加熱装置を加熱する」と読み代えればよい。
【００３８】
図７は本発明のさらに別の実施例を示し、この例では排気管６に一定圧力で開く防爆弁２５、２６をその上流側および下流側に設けた例である。これらの防爆弁２５、２６はいずれか一方のみ設けるだけでもよい。
通常排気ガス中には燃料が含まれていないので、放電により着火し爆発するおそれは少ない。しかしながら、万一、燃料が残っていて放電により着火し圧力が上昇すると危険であり、排気管の破損のおそれがある。したがって、防爆弁２５、２６によって着火の際に圧力が上昇するのを防止している。
【００３９】
この実施例でも図１のＥＧＲ管にも実施できることは明らかである。
【００４０】
図８は本発明のさらに他の実施例を示し、シリンダ１にノッキングセンサ３０を取付けた例である。このノッキングセンサ３０からの信号は制御手段２０に送られ、高圧発生部３１を作動して、ＥＧＲ管に設置された放電部１０を放電させる。
【００４１】
図９は図８の実施例のフローを示し、ノッキングセンサ３０がノッキングを検知すると（ステップＳ３）、制御手段２０は高圧発生部３１に信号を送り、ＥＧＲ管に設置された放電部１０は放電する（ステップＳ４）。放電作業はノッキングが消滅するまで続けられ、ノッキングセンサ３０がノッキングを検知しなくなると（ステップＳ５）、制御手段２０は放電を終了するように作動する（ステップＳ６）。以上の作業はエンジンが停止するまで続けられる（ステップＳ７）。
【００４２】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、下記のすぐれた効果を奏する。
（ａ） ＥＧＲガス中に含まれるノッキング効果を有するＮＯｘを除去することにより、耐ノッキング性が向上し、その結果、高圧縮比が可能となる。
（ｂ） したがって、高効率運転ができ、ノッキングによる内燃機関の損傷を防止し、耐久性が向上する。
（ｃ） 放電部において生成されるＮ２Ｏ又はＮ−ａｃｉｄの液化を防止して排気管やＥＧＲ等の腐食を防止できる。
（ｄ） 放電部の放電により排気ガス中の未燃分が着火して爆発しても、防爆弁により圧力の上昇を防止し、排気管、ＥＧＲ管、吸気管および放電部の破損を防ぐことができる。
（ｅ） 排気ガス全体に含まれるＮＯｘを除去することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す説明図。
【図２】放電部の一例を示す説明図。
【図３】本発明の他の実施例を示す説明図。
【図４】本発明の別の実施例を示す説明図。
【図５】本発明のさらに別の実施例を示す説明図。
【図６】図４のフローを示す図。
【図７】本発明のさらに他の実施例を示す説明図。
【図８】本発明のもう１つ別の実施例を示す説明図。
【図９】図８のフローを示す図。
【符号の説明】
１・・・シリンダ
２・・・ピストン
３・・・ピストンロッド
４・・・シリンダヘッド
５・・・吸気管
６・・・排気管
７・・・燃料供給ライン
８・・・ＥＧＲ管
１０・・・放電部
１２・・・正極
１３・・・ライン
１４・・・高電圧発生源
１５・・・クーラ
１６・・・ドレン弁
１７・・・加熱装置
２０・・・制御手段
２１・・・冷媒通路
２２・・・制御弁
２５、２６・・・防爆弁
３０・・・ノッキングセンサ
３１・・・高圧発生部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas circulation (hereinafter simply referred to as EGR) device for an internal combustion engine that purifies and discharges exhaust gas from an internal combustion engine that is ignited with, for example, sparks.
[0002]
[Prior art]
As is well known, in an internal combustion engine, heat energy of fuel supplied into a cylinder is converted into rotational force to extract power. There is exhaust gas recirculation (EGR) as a means of improving the efficiency or output of an internal combustion engine, but EGR gas contains NOx having a knocking promoting effect, resulting in knocking. Higher output and higher efficiency are hindered, and the durability of the internal combustion engine is also lowered.
[0003]
In addition, it is known to reduce the generation of NOx itself by lowering the combustion temperature, and to provide an EGR device for higher efficiency and higher output, which is itself effective for reducing NOx.
[0004]
On the other hand, it is known that NOx decreases when simulated exhaust gas is passed through a discharge tube (see the Japan Society of Mechanical Engineers No. 940-23 Environmental Engineering General Symposium '94 Proceedings). However, it has been difficult to apply to an internal combustion engine.
[0005]
[Knowledge]
As a result of various studies, the present inventor has found that NOx generated from the internal combustion engine can be removed by providing a discharge portion in the EGR line, and knocking can be prevented.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, a main object of the present invention is to provide an aftertreatment device (discharge device) for removing NOx having an effect of promoting knocking in an exhaust gas recirculation device (EGR device) of an internal combustion engine.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a discharge device having an effect of removing NOx contained in exhaust gas in an exhaust pipe of an internal combustion engine having an exhaust gas recirculation device.
[0008]
Another object of the present invention is to provide a peripheral device for a discharge part of an internal combustion engine that can prevent corrosion of an exhaust pipe due to N 2 O or N-acid converted from NOx.
[0009]
Still another object of the present invention is to provide a peripheral device for a discharge part of an internal combustion engine that can prevent inconvenience associated with the removal of NOx.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine having a piston that reciprocates in a cylinder and having an exhaust gas circulation pipe that connects an exhaust pipe and an intake pipe, a discharge part having an electrode in the exhaust gas circulation pipe The electrode is connected to a high voltage generating source, and a heating device is provided downstream of the discharge unit, and a knocking sensor for detecting knocking is provided in the cylinder, and discharging is performed by a signal from the knocking sensor. Control means for discharging the part is provided.
[0011]
In addition, according to the present invention, the control means has a function of discharging according to a signal from the knocking sensor and terminating the discharge when knocking disappears.
[0012]
Thus, NOx which has the knocking promotion effect contained in EGR gas can be removed by discharge of a discharge part, and knocking resistance improves. As a result, a high compression ratio is possible, and high efficiency operation is possible. Further, since knocking can be prevented, damage to the internal combustion engine can be prevented, and durability is improved.
[0016]
Thus, by providing a heating device on the downstream side of the discharge part, N 2 O and N-acid generated in the discharge part are not liquefied, so that corrosion can be prevented.
[0023]
And according to this invention, the knocking sensor which detects knocking is provided in the cylinder, and the control means which discharges the discharge part provided in the exhaust gas recirculation device by the signal from the knocking sensor is provided.
[0024]
Furthermore, according to the present invention, the control means has a function of discharging according to a signal from the knocking sensor and terminating the discharge from the discharge portion provided in the exhaust gas recirculation device when the knocking disappears.
In this way, knocking can be reliably prevented and high-efficiency operation can be achieved.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a piston 2 reciprocates in a cylinder 1, and a rotational force is taken out by a piston rod 3 provided on the piston 2. An intake pipe 5 and an exhaust pipe 6 communicate with the cylinder head 4 by opening an intake valve and an exhaust valve (not shown), respectively. The intake pipe 5 is connected to an intake source (not shown) such as an air cleaner in a known manner, and a fuel supply line 7 is connected in the case of gas fuel, for example. The exhaust pipe 6 is discharged to the atmosphere through a muffler (not shown).
[0027]
An EGR pipe 8 for circulating exhaust gas through the intake pipe 5 connects the exhaust pipe 6 and the intake pipe 5, and a discharge portion 10 is provided in the EGR pipe 8 according to the present invention.
An example of the discharge part 10 is shown in FIG. In FIG. 2, a positive electrode 12 is attached to the EGR tube 8, and a high voltage generation source 14 is connected to the positive electrode 12 via a line 13.
[0028]
Therefore, NOx contained in the exhaust gas flowing through the EGR tube can be removed by performing corona discharge from the positive electrode 12 of the discharge unit 10.
[0029]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals as in FIG. In this example, the discharge part 10 is provided in the exhaust pipe 6, and the position thereof is the upstream side of the branch point 6 a of the EGR pipe 8, that is, the cylinder side.
[0030]
By doing so, NOx in the exhaust pipe can be removed, and NOx in the exhaust flowing through the EGR pipe can be removed, thereby preventing knocking.
[0031]
FIG. 4 shows an embodiment in which corrosion countermeasures are taken. It is the example which provided the cooler 15 and the drain valve 16 which is a drain discharge means in the downstream of the discharge part 10 provided in the exhaust pipe 6 of FIG. In the figure, an arrow A indicates the direction of the exhaust gas flow. By providing the cooler 15 in this way, N 2 O or N-acid in the exhaust gas generated by the discharge is cooled and liquefied and discharged from the drain valve 16.
[0032]
Since N 2 O or N-aicd corrodes the exhaust pipe, if exhausted in this way, corrosion of the exhaust pipe can be prevented. N 2 O or N-acid does not corrode the exhaust pipe in the case of gas, but it is inconvenient if it cools and liquefies as it flows downstream through the exhaust pipe. Is good.
[0033]
In the figure, 20 is a control means, 21 is a refrigerant passage, and 22 is its control valve.
[0034]
In the embodiment of FIG. 4, the exhaust pipe 6 is provided with the cooler 15. However, the embodiment of FIG. 1 can be similarly applied. In this case, the exhaust pipe 6 of FIG. 4 is replaced with the EGR pipe 8. That's fine.
[0035]
FIG. 5 shows a modification of FIG. 4, in which a heating device 17 is provided on the downstream side of the discharge unit 10 to prevent N 2 O or N-acid generated by the discharge from liquefying and corroding the tube. In the example shown in the figure, the discharge part is provided in the exhaust pipe 6, but it is obvious that it may be provided in the EGR pipe 8 as in the example of FIG.
[0036]
FIG. 6 is an example of the control of the example of FIG. 4. When the control unit 20 detects whether or not the discharge unit 10 is discharging (step S 1), the control valve 22 is opened to supply the refrigerant to the cooler 15. (Step S2). In this way, there is no need to wastefully flow the refrigerant.
[0037]
The embodiment shown in FIG. 5 can be carried out in the same manner. In the case shown in FIG. 5, step S2 may be read as “heating the heating device”.
[0038]
FIG. 7 shows still another embodiment of the present invention. In this example, explosion-proof valves 25 and 26 that open to the exhaust pipe 6 at a constant pressure are provided on the upstream side and the downstream side. Only one of these explosion-proof valves 25 and 26 may be provided.
Normally, fuel is not contained in exhaust gas, so there is little risk of ignition and explosion due to discharge. However, in the unlikely event that fuel remains, it will be dangerous if the pressure rises due to ignition, and the exhaust pipe may be damaged. Therefore, the explosion-proof valves 25 and 26 prevent the pressure from increasing during ignition.
[0039]
It is obvious that this embodiment can also be applied to the EGR pipe of FIG.
[0040]
FIG. 8 shows still another embodiment of the present invention, in which a knocking sensor 30 is attached to the cylinder 1. A signal from the knocking sensor 30 is sent to the control means 20 to operate the high pressure generating unit 31 to discharge the discharging unit 10 installed in the EGR tube.
[0041]
FIG. 9 shows the flow of the embodiment of FIG. 8, and when the knocking sensor 30 detects knocking (step S3), the control means 20 sends a signal to the high pressure generator 31 and the discharge part 10 installed in the EGR tube discharges. (Step S4). The discharging operation is continued until the knocking disappears. When the knocking sensor 30 does not detect the knocking (step S5), the control means 20 operates to end the discharging (step S6). The above operation is continued until the engine is stopped (step S7).
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
(A) By removing NOx having a knocking effect contained in the EGR gas, the knocking resistance is improved, and as a result, a high compression ratio is possible.
(B) Therefore, high-efficiency operation can be performed, damage to the internal combustion engine due to knocking can be prevented, and durability can be improved.
(C) It is possible to prevent liquefaction of N 2 O or N-acid generated in the discharge part and prevent corrosion of the exhaust pipe and EGR.
(D) Even if unburned parts in the exhaust gas are ignited and explode due to the discharge of the discharge part, the explosion-proof valve prevents the pressure from rising and prevents the exhaust pipe, EGR pipe, intake pipe and discharge part from being damaged. Can do.
(E) NOx contained in the entire exhaust gas can be removed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a discharge unit.
FIG. 3 is an explanatory view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing still another embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the flow of FIG.
FIG. 7 is an explanatory view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing another embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing the flow of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 2 ... Piston 3 ... Piston rod 4 ... Cylinder head 5 ... Intake pipe 6 ... Exhaust pipe 7 ... Fuel supply line 8 ... EGR pipe 10 ... -Discharge part 12 ... Positive electrode 13 ... Line 14 ... High voltage generation source 15 ... Cooler 16 ... Drain valve 17 ... Heating device 20 ... Control means 21 ... Refrigerant passage 22 ... Control valves 25, 26 ... Explosion-proof valve 30 ... Knocking sensor 31 ... High pressure generator

Claims (2)

シリンダ内を往復運動するピストンを有し、排気管と吸気管とを連結する排気循環管を有する内燃機関の排気再循環装置において、前記排気循環管内に電極を有する放電部が設けられ、その電極は高電圧発生源に接続されており、そして前記放電部の下流側に加熱装置が設けられ、シリンダにノッキングを検知するノッキングセンサを設け、そのノッキングセンサからの信号で放電部を放電させる制御手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。  In an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine having a piston that reciprocates in a cylinder and having an exhaust gas circulation pipe connecting an exhaust pipe and an intake pipe, a discharge portion having an electrode is provided in the exhaust gas circulation pipe, and the electrode Is connected to a high voltage generation source, and a heating device is provided downstream of the discharge unit, and a knocking sensor for detecting knocking is provided in the cylinder, and the discharge unit is discharged by a signal from the knocking sensor. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine. 制御手段がノッキングセンサからの信号により放電を行い、ノッキングが消滅すると放電を終了する機能を有する請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。  2. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means has a function of discharging according to a signal from the knocking sensor and terminating the discharge when knocking disappears.
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