JP4511845B2 - Internal combustion engine with a supercharger - Google Patents
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Description
本発明はEGR装置を装備した過給機付内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a supercharged internal combustion engine equipped with an EGR device.
従来、排気再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)を適用した過給機付内燃機関では、エンジン排気経路から分流した排気をエンジン吸気経路へ送給して燃焼温度の低下を図り、NOxの発生を低減させている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in an internal combustion engine with a supercharger to which exhaust gas recirculation (EGR) is applied, exhaust gas diverted from the engine exhaust path is sent to the engine intake path to lower the combustion temperature, thereby generating NOx. (For example, refer to Patent Document 1).
この過給機付内燃機関は図4に示すように、ディーゼルエンジン1とターボチャージャ2を備え、当該ターボチャージャ2は、タービン3、コンプレッサ4、及びタービン翼車をコンプレッサ翼車に連結する伝達軸5などで構成されている。
As shown in FIG. 4, the internal combustion engine with a supercharger includes a diesel engine 1 and a
タービン3は、排気導入口がディーゼルエンジン1の排気マニホールド6に接続され、排気送出口が排気管7を介してマフラ8に連通し、排気導入口には、流路断面調整機構(図示せず)が設けられている。
また、コンプレッサ4は、吸気導入口が吸気管9によりエアクリーナ10に接続され、吸気送出口がインタクーラ11を有する吸気管12を介してディーゼルエンジン1の吸気マニホールド13に連通している。
The
The compressor 4 has an intake inlet connected to an
これに加えて、排気マニホールド6に、EGRクーラ14とEGRバルブ15を直列に組み込んだEGR管路16の上流端を接続し、吸気管12のインタクーラ11よりも下流側個所に、EGR管路16の下流端を接続している。
上記のインタクーラ11には、空冷方式のフィン形熱交換器が用いられ、EGRクーラ14には、液冷方式の管形熱交換器が用いられている。
In addition to this, an upstream end of an EGR
The
図4に示す過給機付内燃機関では、ディーゼルエンジン1が稼働状態であるとき、排気Gの大部分は、排気マニホールド6からタービン3へ流入してコンプレッサ4を駆動し、排気管7やマフラ8などを経て大気中に放出される。
また、エアクリーナ10、吸気管9を経てコンプレッサ4に流入し且つ圧縮された吸気Aは、吸気管12やインタクーラ11を通って吸気マニホールド13へ送給され、同時に排気Gの一部が排気マニホールド6からEGR管路16へ流入して、EGRクーラ14で冷却され且つEGRバルブ15により流量調整が行なわれた排気Gが吸気Aとともに吸気マニホールド13へ送給される。
In the internal combustion engine with a supercharger shown in FIG. 4, when the diesel engine 1 is in an operating state, most of the exhaust G flows from the
In addition, the compressed intake air A that flows into the compressor 4 through the
これにより、燃焼温度の低下が図られ、NOxの発生が低減することになる。
ターボチャージャ2は、排気Gのエネルギで回転するタービン3によりコンプレッサ4を駆動しているので、車両を加速するためにアクセルを踏み込んでエンジン回転数を高くする際(過渡運転時)に、コンプレッサ4の吸気Aの吐出量の増加が遅れる。
Since the
このような過渡運転時にEGR管路16を経て吸気マニホールド13に送給される排気Gを増やしてNOxの発生を抑えようすると、タービン3が排気Gから得る運動エネルギが減ってコンプレッサ4から吸気マニホールド13に送給される吸気Aが不足気味になり、ディーゼルエンジン1から送出される排気Gに含まれるパティキュレートが増える。
When the exhaust G fed to the
また反対に、吸気マニホールド13に送給される排気Gを減らせば、当然のことながらNOxの発生を抑えられない。
On the other hand, if the exhaust gas G supplied to the
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、過渡運転時にNOxとパティキュレートの発生を抑制できる過給機付内燃機関を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a supercharged internal combustion engine that can suppress generation of NOx and particulates during transient operation.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、エンジンの排気で回転するタービンによってコンプレッサを駆動し且つ該コンプレッサが圧縮した吸気をインタクーラを介してエンジンへ送給するように構成した過給機付内燃機関において、エンジン排気経路のタービン上流側からエンジン吸気経路のコンプレッサ下流側へ至るEGR管路を設け、エンジン吸気経路のEGR管路合流個所下流側に開閉弁を組み込み、エンジン吸気経路のEGR管路合流個所上流側から開閉弁設置個所下流側に至る送気管路を設け、モータを駆動源とし且つコンプレッサが送出する吸気の全量、及びEGR管路を経た排気を圧送可能なブロワを送気管路に組み込んでいる。 In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is configured such that a compressor is driven by a turbine rotated by exhaust of an engine, and intake air compressed by the compressor is supplied to the engine via an intercooler. In an internal combustion engine with a turbocharger, an EGR pipe is provided from the turbine upstream side of the engine exhaust path to the compressor downstream side of the engine intake path, and an on-off valve is incorporated downstream of the EGR pipe merging point of the engine intake path. A blower that provides an air supply line from the upstream side of the EGR line merging point of the path to the downstream side of the opening / closing valve installation point , and that can pump the entire amount of intake air sent from the compressor using the motor and the exhaust via the EGR line Is incorporated into the air supply line .
請求項2に記載の発明は、ブロワのモータへ駆動電力を送り且つ当該モータにより得られる回生電力を電池へ送るインバータ装置を装備している。
The invention described in
請求項1に記載の発明においては、過渡運転時に開閉弁を閉じてブロワを作動させ、コンプレッサが送出する吸気の全量とEGR管路を経た排気を、ブロワにより送気管路からエンジン吸気経路へ圧送する。 In the first aspect of the present invention, during the transient operation, the on-off valve is closed to operate the blower , and the entire amount of intake air sent by the compressor and the exhaust gas that has passed through the EGR line are pumped from the air supply line to the engine intake path by the blower. To do.
定常運転時にブロワを停止状態として開閉弁を開き、コンプレッサが送出する吸気の全量とEGR管路を経た排気を、送気管路を通さずにエンジン吸気経路に流通させる。 During normal operation, the blower is stopped and the on-off valve is opened, and the entire amount of intake air sent from the compressor and the exhaust gas that has passed through the EGR line are circulated through the engine intake path without passing through the air supply line.
軽負荷運転時にブロワを停止状態として開閉弁を閉じ、コンプレッサが送出する吸気の全量を送気管路からブロワに導いて当該吸気に流路抵抗を付与し、エンジンから送出される排気の昇温を図る。 During light load operation, the blower is stopped, the on-off valve is closed, the entire amount of intake air sent by the compressor is guided from the air supply line to the blower , and flow resistance is given to the intake air to raise the temperature of the exhaust gas sent from the engine. Plan.
請求項2に記載の発明においては、送気通路を流通する吸気でブロワを回転させ、その運動エネルギをブロワ駆動用のモータ及び電力回生手段によって電力に変換する。 In the second aspect of the present invention, the blower is rotated by the intake air flowing through the air supply passage, and the kinetic energy is converted into electric power by the blower driving motor and the power regeneration means.
(1)請求項1に記載の発明では、コンプレッサが送出する吸気の全量とEGR管路を経た排気をブロワによってエンジン吸気経路へ送り込むので、過渡運転時にエンジンに供給すべき吸気の量、及びエンジンに還流すべき排気の量を確保することが可能になり、NOxとパティキュレートの発生を抑制できる。 (1) In the first aspect of the present invention, the entire amount of intake air sent by the compressor and the exhaust gas that has passed through the EGR pipe are sent to the engine intake passage by the blower , so that the amount of intake air to be supplied to the engine during transient operation and the engine Therefore, it is possible to secure the amount of exhaust to be recirculated, and to suppress the generation of NOx and particulates.
(2)停止状態のブロワに吸気を導くと、エンジンが送出する排気の昇温が図られるので、エンジン排気経路に組み込んである排気浄化用触媒を活性化させることができる。 (2) When the intake air is guided to the blower in the stopped state, the temperature of the exhaust gas sent out by the engine is raised, so that the exhaust gas purification catalyst incorporated in the engine exhaust path can be activated.
(3)請求項2に記載の発明では、ブロワが吸気から得た運動エネルギを、電力に変換して有効に活用することができる。
(3) In the invention according to
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図1乃至図3は本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の一例を示すものであり、図中、図4と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 to FIG. 3 show an example of an embodiment of an internal combustion engine with a supercharger according to the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same parts.
この過給機付内燃機関では、吸気管12のEGR管路16接続個所下流側に開閉弁17を組み込み、吸気管12のEGR管路16接続個所とインタクーラ11出口との間に送気管路18の上流端を接続し、吸気管12の開閉弁17設置個所と吸気マニホールド13との間に前記送気管路18の下流端を接続し、当該送気管路18にブロワ19を組み込んでいる。
In this supercharger-equipped internal combustion engine, an on-off
ブロワ19は発電機を兼ねたモータ20を駆動源とし、当該ブロワ19には、電源21からモータ20へ駆動電力Dを送り且つモータ20により得られる回生電力Rを電池22へ送るインバータ装置23が装備されている。
また、マフラ8は、排気Gを浄化するための触媒が内装してある。
The
In addition, the
過渡運転時には、図1に示すように開閉弁17を閉じた後、モータ20に駆動電力Dを送ってブロワ19を作動させ、タービン3が排気Gから得る運動エネルギに依存せずに、コンプレッサ4が送出する吸気Aの全量を送気管路18から吸気マニホールド13へ送り込み、また、EGR管路16を経てきた排気Gを送気管路18から吸気マニホールド13へ送り込む。
At the time of transient operation, as shown in FIG. 1, after closing the on-off
ERG管路16の下流側(吸気管12側)は、上流側(排気マニホールド6側)よりも低圧になるので、ディーゼルエンジン1から出される排気Gが効率よく吸気マニホールド13へ還流する。
Since the downstream side (
よって、過渡運転時にディーゼルエンジン1に供給すべき吸気Aの量、及びディーゼルエンジン1に還流すべき排気Gの量が確保され、NOxとパティキュレートの発生を抑制できる。 Therefore, the amount of intake air A to be supplied to the diesel engine 1 during transient operation and the amount of exhaust gas G to be recirculated to the diesel engine 1 are ensured, and generation of NOx and particulates can be suppressed.
定常運転時には、図2に示すようにモータ20を停止状態にして開閉弁17を開くと、コンプレッサ4が送出する吸気Aの全量とEGR管路16を経た排気Gを、送気管路18よりも流路抵抗が少ない吸気管12を通って吸気マニホールド13へ送給される。
During steady operation, when the
よって、図4に示す従来の過給機付内燃機関と同様に、NOxの発生を抑制できる。 Therefore, the generation of NOx can be suppressed as in the conventional supercharged internal combustion engine shown in FIG.
軽負荷運転時には、図3に示すようにモータ20を停止状態にして開閉弁17を閉じ、コンプレッサ4が送出する吸気Aの全量を送気管路18から吸気マニホールド13へ導くようにし、吸気Aでブロワ19を回転させて流路抵抗を吸気Aに付与すると、吸気絞りと同様な原理によりディーゼルエンジン1から送出される排気Gの昇温が図られ、マフラ8に内装してある触媒を活性化させることができる。
At the time of light load operation, as shown in FIG. 3, the
更に、ブロワ19が吸気Aから得た運動エネルギをモータ20及びインバータ装置23により回生電力Rに変換したうえ、電池22に蓄えて有効に活用することができる。
Further, the kinetic energy obtained from the intake air A by the
なお、本発明の過給機付内燃機関は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。 Note that the supercharged internal combustion engine of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that changes can be made without departing from the scope of the present invention.
本発明の過給機付内燃機関は、車両用のディーゼルエンジンをはじめとして各種の内燃機関に適用できる。 The supercharged internal combustion engine of the present invention can be applied to various internal combustion engines including a diesel engine for vehicles.
1 ディーゼルエンジン
3 タービン
4 コンプレッサ
6 排気マニホールド(エンジン排気経路)
11 インタクーラ
12 吸気管(エンジン吸気経路)
16 EGR管路
17 開閉弁
18 送気管路
19 ブロワ
20 モータ
23 インバータ装置
A 吸気
G 排気
1
11 Intercooler 12 Intake pipe (engine intake path)
16 EGR
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