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JP4511845B2 - 過給機付内燃機関 - Google Patents

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JP4511845B2 JP2004031618A JP2004031618A JP4511845B2 JP 4511845 B2 JP4511845 B2 JP 4511845B2 JP 2004031618 A JP2004031618 A JP 2004031618A JP 2004031618 A JP2004031618 A JP 2004031618A JP 4511845 B2 JP4511845 B2 JP 4511845B2
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Hino Motors Ltd
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
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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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
特開平９−２５６９１５号公報
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
（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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の一例の過渡運転時を示す概念図である。 本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の一例の定常運転時を示す概念図である。 本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の一例の軽負荷運転時を示す概念図である。 従来の過給機付内燃機関の一例を示す概念図である。
符号の説明
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

Claims (2)

  1. 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だことを特徴とする過給機付内燃機関。
  2. 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た請求項１に記載の過給機付内燃機関。
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