JP4566093B2 - Multi-cylinder engine - Google Patents
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Description
この発明は、ターボ過給機のタービン上流からターボ過給機のコンプレッサ下流へ排気の一部を環流させる多気筒エンジンに関する。 The present invention relates to a multi-cylinder engine that circulates part of exhaust gas from a turbine upstream of a turbocharger to a compressor downstream of the turbocharger.
ターボ過給機のタービン上流からターボ過給機のコンプレッサ下流へ排気の一部を環流させる多気筒エンジンにおいては、過給圧が排気圧よりも高くなる運転領域があり、排気環流(EGR:Exhaust Gas Recirculation)が十分に行えない。そのため、2つの排気コレクタ(マニホールド)を備えるエンジンにおいて、2つの排気コレクタからのEGRガス(排気の一部)を合流させる混合区間を設定したものが開示される(特許文献1)。混合区間により、EGRガスが加速され、排気コレクタ間を一方の高圧側から他方の低圧側へ排気が逃げるのを抑えられ、混合区間下流へ排気パルスを効率よく伝えられるのである。
特許文献1の場合、2つの排気コネクタは、ターボ過給機のタービン入口に接続される。ターボ過給機については、2つの排気コネクタに対応する2つのタービン入口を持つタイプに制約されるのである。タービン入口が1つの場合(例えば、可変ノズル式ターボチャージャ)、タービンハウジングの内部で排気の圧力どうしが干渉するため、タービン効率を良好に維持しえないばかりでなく、2つの排気コレクタ内の排気干渉により、混合区間の良好な効果(EGR率の向上)も有効に確保しえなくなってしまう。
In
この発明は、タービン入口が1つのターボ過給機を備える多気筒エンジンにおいても、タービン効率およびEGR率を有効に高めえる手段の提供を目的とする。 An object of the present invention is to provide means for effectively increasing the turbine efficiency and the EGR rate even in a multi-cylinder engine having a turbocharger having one turbine inlet.
第1の発明は、エンジン排気通路のターボ過給機のタービン上流からエンジン吸気通路のターボ過給機のコンプレッサ下流へ排気の一部を環流させるEGR通路を備える多気筒エンジンにおいて、前記排気通路は、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に排気マニホールドを分割し、これらの合流部に前記ターボ過給機のタービンハウジングを接続し、各排気マニホールドの下流側がこれらの合流部へ向けて先細ノズル形状の流路部に形成される一方、前記EGR通路は、上流側の分岐路と下流側の合流路とからなり、前記合流路にEGRクーラ、その下流にEGRバルブ、さらにその下流にリードバルブを介装し、各分岐路がこれらの合流部へ向けて先細ノズル形状の流路部に形成されるものにあって、前記エンジン吸気通路は、吸気マニホールドと吸気管とからなり、吸気マニホールドは吸気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割し、吸気管は、インタクーラ下流側でEGR通路の接続する部位下流が分岐されそれぞれ前記吸気マニホールドに接続することを特徴とする。 A first invention is a multi-cylinder engine having an EGR passage that circulates a part of exhaust from a turbine upstream of a turbocharger in an engine exhaust passage to a compressor downstream of a turbocharger in an engine intake passage. The exhaust manifold is divided for each cylinder group where the exhaust strokes do not overlap, the turbine housing of the turbocharger is connected to these merging portions, and the downstream side of each exhaust manifold is tapered toward these merging portions The EGR passage is composed of an upstream branch passage and a downstream combined passage, and an EGR cooler in the combined passage, an EGR valve downstream thereof, and a reed valve downstream thereof. interposed, in the which the branch path is formed in the flow path of the nozzle shape tapering towards these merging section, the engine intake passage, the intake and the intake manifold Consists of a intake manifold intake stroke is divided for each cylinder group do not overlap, the intake pipe, site downstream connecting the EGR passage intercooler downstream, characterized in that connected to the respective branches the intake manifold .
第2の発明は、エンジン排気通路のターボ過給機のタービン上流からエンジン吸気通路のターボ過給機のコンプレッサ下流へ排気の一部を環流させるEGR通路を備える多気筒エンジンにおいて、前記排気通路は、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に排気マニホールドを分割し、これらの合流部に前記ターボ過給機のタービンハウジングを接続し、各排気マニホールドの下流側がこれらの合流部へ向けて先細ノズル形状の流路部に形成される一方、前記EGR通路は、上流側の分岐路と下流側の合流路とからなり、前記合流路にEGRクーラ、その下流にEGRバルブを介装し、各分岐路がこれらの合流部へ向けて先細ノズル形状の流路部に形成され、前記吸気通路は、ターボ過給機のコンプレッサ下流にベンチュリ部を通過する吸気の流れによってEGRガスを吸引するエゼクタが介装されるものにあって、前記エンジン吸気通路は、吸気マニホールドと吸気管とからなり、吸気マニホールドは吸気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割し、吸気管は、インタクーラ下流側でEGR通路の接続するエゼクタ下流が分岐されそれぞれ前記吸気マニホールドに接続することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the multi-cylinder engine having an EGR passage for circulating a part of the exhaust from the turbine upstream of the turbocharger in the engine exhaust passage to the compressor downstream of the turbocharger in the engine intake passage, The exhaust manifold is divided for each cylinder group where the exhaust strokes do not overlap, the turbine housing of the turbocharger is connected to these merging portions, and the downstream side of each exhaust manifold is tapered toward these merging portions On the other hand, the EGR passage is composed of an upstream branch passage and a downstream joint passage, and the branch passage is provided with an EGR cooler in the joint passage and an EGR valve downstream thereof. Are formed in the flow path portion of the tapered nozzle shape toward these merging portions, and the intake passage is EGR by the flow of the intake air passing through the venturi portion downstream of the turbocharger compressor. In the one ejector for sucking the scan is interposed, the engine intake passage is composed of an intake manifold and the intake pipe, the intake manifold is divided for each cylinder group at which the intake stroke does not overlap the intake pipe, The ejector downstream to which the EGR passage is connected is branched on the downstream side of the intercooler, and each branch is connected to the intake manifold .
第3の発明は、第1の発明または第2の発明に係る多気筒エンジンにおいて、前記ターボ過給機は、可変ノズル式ターボチャージャを用いたことを特徴とする。 According to a third invention, in the multi-cylinder engine according to the first or second invention, the turbocharger uses a variable nozzle type turbocharger .
第1、第3の発明においては、エンジンの排気は、各排気マニホールドにより、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分けられ、合流部からターボ過給機のタービンへ流れる。その際、先細ノズル形状の流路部により、排気パルスが加速され、合流部に吹き出る排気の流速により、合流部の静圧が下がるため、各排気マニホールド間を排気が低圧側へ逆流するのが抑えられ、排気パルスも逃げることなく下流へ伝えられる。EGR通路においても、先細ノズル形状の流路部により、排気パルスが加速され、合流部に吹き出る排気の流速により、合流部の静圧が下がるため、各分岐路間を排気が低圧側へ逆流するのが抑えられ、排気パルスも逃げることなく下流へ伝えられる。このため、ターボ過給機のタービン入口が1つの場合においても、排気パルスが十分に生かせるようになり、タービン効率およびEGR効率を良好に維持しえることになる。排気マニホールドの合流部およびEGR通路の合流部におけるエゼクタ作用により、ポンピングロスが低減され、NOxを低減しつつ、燃費や出力の向上が得られる。EGRガスは、ターボ過給機のタービン下流の各排気マニホールドから分岐路および合流路を通してターボ過給機のコンプレッサ下流へ供給され、合流路において、EGRクーラによって冷却され、EGRバルブによってEGR量が調整され、リードバルブによってEGRガスの逆流が規制される。EGRバルブおよびリードバルブは、EGRクーラの下流側に配置するので、耐久性も良好に確保される。 In the first and third aspects of the invention , engine exhaust is divided by the exhaust manifolds into cylinder groups that do not overlap in the exhaust stroke, and flows from the junction to the turbine of the turbocharger. At that time, the exhaust nozzle is accelerated by the tapered nozzle-shaped flow path section, and the static pressure of the merging section is lowered by the flow velocity of the exhaust gas blown out to the merging section, so that the exhaust gas flows back to the low pressure side between the exhaust manifolds. The exhaust pulse is transmitted downstream without escaping. Also in the EGR passage, the exhaust pulse is accelerated by the tapered nozzle-shaped flow path section, and the static pressure of the merge section decreases due to the flow velocity of the exhaust gas blown out to the merge section, so that the exhaust gas flows back to the low pressure side between the branch paths. And the exhaust pulse is transmitted downstream without escaping. For this reason, even when there is one turbine inlet of the turbocharger, the exhaust pulse can be fully utilized, and the turbine efficiency and the EGR efficiency can be maintained well. The ejector action at the merging portion of the exhaust manifold and the merging portion of the EGR passage reduces the pumping loss and reduces NOx while improving fuel efficiency and output. EGR gas is supplied from each exhaust manifold downstream of the turbocharger turbine to the downstream of the turbocharger compressor through the branch and combined flow paths, cooled in the combined flow path by the EGR cooler, and adjusted by the EGR valve. The reflow of EGR gas is regulated by the reed valve. Since the EGR valve and the reed valve are arranged on the downstream side of the EGR cooler, good durability is ensured.
第2、第3の発明においては、エンジンの排気は、各排気マニホールドにより、排気行程のオーバラップしない気筒群毎に分けられ、合流部からターボ過給機のタービンへ流れる。その際、先細ノズル形状の流路部により、排気パルスが加速され、合流部に吹き出る排気の流速により、合流部の静圧が下がるため、各排気マニホールド間を排気が低圧側へ逆流するのが抑えられ、排気パルスも逃げることなく下流へ伝えられる。EGR通路においても、先細ノズル形状の流路部により、排気パルスが加速され、合流部に吹き出る排気の流速により、合流部の静圧が下がるため、各分岐路間を排気が低圧側へ逆流するのが抑えられ、排気パルスも逃げることなく下流へ伝えられる。このため、ターボ過給機のタービン入口が1つの場合においても、排気パルスが十分に生かせるようになり、タービン効率およびEGR効率を良好に維持しえることになる。排気マニホールドの合流部およびEGR通路の合流部におけるエゼクタ作用により、ポンピングロスが低減され、NOxを低減しつつ、燃費や出力の向上が得られる。EGRガスは、ターボ過給機のタービン下流の各排気マニホールドから分岐路および合流路を流れ、吸気通路のエゼクタによって吸引されるようになる。合流路においては、EGRクーラによって冷却され、EGRバルブによってEGR量が調整される。EGRバルブは、EGRクーラの下流側に配置するので、耐久性も良好に確保される。 In the second and third aspects of the invention , engine exhaust is divided by the exhaust manifolds into cylinder groups that do not overlap in the exhaust stroke, and flows from the junction to the turbine of the turbocharger. At that time, the exhaust nozzle is accelerated by the tapered nozzle-shaped flow path section, and the static pressure of the merging section is lowered by the flow velocity of the exhaust gas blown out to the merging section. The exhaust pulse is transmitted downstream without escaping. Also in the EGR passage, the exhaust pulse is accelerated by the tapered nozzle-shaped flow path section, and the static pressure of the merge section decreases due to the flow velocity of the exhaust gas blown out to the merge section, so that the exhaust gas flows back to the low pressure side between the branch paths. And the exhaust pulse is transmitted downstream without escaping. For this reason, even when there is one turbine inlet of the turbocharger, the exhaust pulse can be fully utilized, and the turbine efficiency and the EGR efficiency can be maintained well. The ejector action at the merging portion of the exhaust manifold and the merging portion of the EGR passage reduces the pumping loss and reduces NOx while improving fuel efficiency and output. The EGR gas flows from the exhaust manifolds downstream of the turbocharger turbine through the branch passage and the combined passage, and is sucked by the ejector in the intake passage. The combined flow path is cooled by the EGR cooler, and the EGR amount is adjusted by the EGR valve. Since the EGR valve is arranged on the downstream side of the EGR cooler, good durability is ensured.
第1の発明または第2の発明に係るEGR通路は、吸気管の分岐部上流に接続される(図1または図7、参照)。 The EGR passage according to the first invention or the second invention is connected upstream of the branch portion of the intake pipe (see FIG. 1 or FIG. 7).
第3の発明においては、可変ノズル式ターボチャージャを備えるので、可変ノズルの制御により、広い運転領域において、高過給および高EGRが可能となり、低NOxと低燃費との高度な両立を実現できる。 In the third aspect of the invention , since the variable nozzle type turbocharger is provided, it is possible to achieve high supercharging and high EGR in a wide operation range by controlling the variable nozzle, and to achieve a high degree of compatibility between low NOx and low fuel consumption. .
図1において、10はエンジン1の吸気通路であり、吸気マニホールド14と吸気管15とから構成される。吸気マニホールド14は、吸気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される。吸気管15は、インタクーラ13下流側が分岐され、各マニホールド14a,14bに接続される。12aはターボ過給機12のコンプレッサであり、11はエアクリーナである。
In FIG. 1,
20はエンジン1の排気通路であり、排気マニホールド23と排気管22とから構成される。排気マニホールド23は、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割され、これらマニホールド23a,23bの合流部25にターボ過給機12のタービン12aを介して排気管22が接続される。21はマフラである。
合流部25は、図2のように構成される。排気マニホールド23a,23bは、互いに下流側が1つの接合部24(フランジ)に結集され、合流部25を接合面に開口する。1つの接合部24に結集する下流側の流路部26a,26bが接合面の開口へ向けて先細ノズル形状になっている。30はタービンハウジングであり、排気マニホールド23a,23bの接合部24(フランジ)に対応する接合部31(フランジ)が形成され、タービン12bの入口が接合面に開口する。排気マニホールド23a,23bの接合部24にタービンハウジング30の接合部31が結合され、タービンハウジング30の内部へ接合面の開口(合流部25)を滑らかに延長するディフューザ部33が形成される。
The
この場合、ターボ過給機12として、可変ノズル式ターボチャージャが用いられ、合流部25の最小流面積はタービンハウジング30の内部に設定され、最小流路面積の下流側(流路)が可変ノズル32を囲むスクロールへ拡張するように形成される。合流部25の最小流路面積は、先細ノズル形状の流路部26a,26bの最大流路面積の総和よりも小さく設定され、先細ノズル形状の流路部26a,26bにより、排気パルスが加速され、合流部25において、先細ノズル形状の流路部26a,26bから吹き出る排気の流速によって動圧が上がり、静圧が下げられ、その後、ディフューザ部33により、排気の流れが減速され、スクロールの静圧を上げるようになっている。ターボ過給機12のコンプレッサ12aは、タービン12bの回転により駆動され、各気筒への吸気を過給する。
In this case, a variable nozzle type turbocharger is used as the
図1において、40はターボ過給機12のタービン12b上流からターボ過給機12のコンプレッサ12a下流へ排気の一部を環流させるEGR通路であり、上流側の分岐路40a,40bと下流側の合流路40cとからなり、分岐路40a,40bがそれぞれ排気マニホールド23a,23bに接続され、合流路40cがインタクーラ13下流の吸気管15に接続される。合流路40cにおいて、EGRガスを冷却するEGRクーラ41、EGR量を調整するEGRバルブ42、EGRガスの逆流を規制するリードバルブ43が介装される。
In FIG. 1,
分岐路40a,40bの合流部45は、図3のように構成される。分岐路40a,40bは、互いに下流側が1つの接合部46(フランジ)に結集され、接合面にそれぞれ開口する。1つの接合部46に結集する下流側の流路部44a,44bが接合面の開口へ向けて先細ノズル形状になっている。50はEGRクーラ41のケーシングであり、分岐路40a,40bの接合部46(フランジ)に対応する接合部51(フランジ)が形成され、EGRクーラ41の入口が接合面に開口する。分岐路40a,40bの接合部46にケーシング50の接合部51が結合され、ケージング50の内部へ接合面の開口(合流部45)を滑らかに延長するディフューザ部(図示せず)が形成される。分岐路40a,40bは、排気マニホールド23a,23bに接合部47a,47b(フランジ)を介して直接的または間接的に接続されるのである。
The
合流部45の最小流路面積は、先細ノズル形状の流路部の最大流路面積の総和よりも小さく設定され、先細ノズル形状の流路部44a,44bにより、排気パルスが加速され、合流部45において、先細ノズル形状の流路部44a,44bから吹き出る排気の流速によって動圧が上がり、静圧が下げられ、その後、ディフューザ部により、排気の流れが減速され、クーラコア前面の静圧を上げるようになっている。
The minimum flow area of the merging
このような構成により、排気マニホールド23a,23bの合流部25において、静圧が下がることにより、排気マニホールド23a,23b間を排気が低圧側へ逆流することが抑えられ、排気パルスも低圧側へ逃げることがなく下流へ伝えられる。また、EGR通路40の合流部45において、静圧が下がることにより、分岐路40a,40b間を排気が低圧側へ逆流することが抑えられ、排気パルスも低圧側へ逃げることがなく下流へ伝えられる。このため、タービン入口が1つの可変ノズル式ターボチャージャ12においても、排気パルスが十分に生かせるようになり、タービン効率およびEGR効率を良好に維持しえることになる。合流部25,45におけるエゼクタ作用により、ポンピングロスが低減され、NOxを低減しつつ、燃費や出力の向上が得られる。
With such a configuration, the static pressure is reduced at the
可変ノズル式ターボチャージャ12を備えるため、可変ノズルの制御により、広い運転領域において、高過給および高EGRが可能となり、低NOxと低燃費との高度な両立を実現できるのである。EGR通路40においては、EGRクーラ41の入口に分岐路40a,40bが接続され、EGRバルブ42およびリードバルブ43をEGRクーラ41の下流側に配置するので、これらバルブ42,43の耐久性も良好に確保される。
Since the variable
排気系において、ディフューザ部33は、タービンハウジング30と一体に形成するのでなく、図4のように別体のスペーサとしてタービンハウジング30の接合部31(フランジ)と排気マニホールド23a,23bの接合部24(フランジ)との間に介装してもよい。先細ノズル形状の流路部26a,26bについても、排気マニホールド23a,23bと一体に形成するのでなく、図5のように別体のスペーサとして排気マニホールド23a,23bの接合部24(フランジ)とタービンハウジング30の接合部 31(フランジ)との間に介装してもよい。EGR系において、分岐路40a,40bは、EGRクーラ41のケーシング50と別体に形成するのでなく、図6のようにケーシング50と一体に形成してもよい。
In the exhaust system, the
図7は、別の実施形態を表すものであり、吸気管15において、EGR通路40との接続部にベンチュリ型のエゼクタ60が設けられる。これにより、ベンチュリ部を通過する吸気の流速に応じた負圧が発生するので、この負圧に吸引され、EGRガスがエゼクタ60へ効率よく供給しえるようになる。この場合、リードバルブ43(図1、参照)は、EGR通路40から取り外される。他の構成は、図1の実施形態と実質的に同一のため、同一の符号を付ける。
FIG. 7 shows another embodiment. In the
12 ターボ過給機(可変ノズル式ターボチャージャ)
13 インタクーラ
23,23a,23b 排気マニホールド
25 合流部(排気通路)
26a,26b 先細ノズル形状の流路部(排気通路)
30 タービンハウジング
33 ディフューザ部
40 EGR通路
40a,40b 分岐路
40c 合流路(EGR通路)
41 EGRクーラ
44a,44b 先細ノズル形状の流路部(EGR通路)
45 合流部
12 Turbocharger (variable nozzle turbocharger)
13
26a, 26b Tapered nozzle-shaped channel section (exhaust passage)
30
41 EGR cooler 44a, 44b Tapered nozzle shaped flow path (EGR passage)
45 Junction
Claims (3)
ることを特徴とする多気筒エンジン。 In a multi-cylinder engine having an EGR passage that circulates part of the exhaust from the turbine upstream of the turbocharger in the engine exhaust passage to the compressor downstream of the turbocharger in the engine intake passage, the exhaust passage overlaps the exhaust stroke The exhaust manifold is divided for each cylinder group not to be connected, and the turbine housing of the turbocharger is connected to these merging portions, and the downstream side of each exhaust manifold is formed into a tapered nozzle-shaped flow path portion toward these merging portions. On the other hand, the EGR passage is composed of an upstream branch passage and a downstream joint passage, and an EGR cooler is provided in the joint passage, an EGR valve downstream thereof, and a reed valve downstream thereof. in the what road is formed in the flow path of the nozzle shape tapering towards these merging section, the engine intake passage is composed of an intake manifold and the intake pipe, Air manifold is divided for each cylinder group at which the intake stroke does not overlap, multi-cylinder engine intake pipe, characterized in that the portion downstream of connecting the EGR passage is connected to the respective branches the intake manifold with intercooler downstream.
This is a multi-cylinder engine.
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