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JP2002539358A - 排気再循環を行う内燃機関 - Google Patents

排気再循環を行う内燃機関

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JP2002539358A
JP2002539358A JP2000604119A JP2000604119A JP2002539358A JP 2002539358 A JP2002539358 A JP 2002539358A JP 2000604119 A JP2000604119 A JP 2000604119A JP 2000604119 A JP2000604119 A JP 2000604119A JP 2002539358 A JP2002539358 A JP 2002539358A
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JP
Japan
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exhaust
intake
pressure
internal combustion
combustion engine
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Application number
JP2000604119A
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English (en)
Inventor
ペルソン，ペル
Original Assignee
ボルボ ラストバグナー アーベー
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Publication date
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 個別のシリンダーグループからの二つの独立の排気マニホールド（２ａ、２ｂ）と、それぞれがそれぞれのシリンダーグループに導く二つの独立の吸気マニホールド（３ａ、３ｂ）とを有するスーパーチャージド内燃機関。スーパーチャージャー（６）からの吸気導管（９）はバランス室（１１）に導き、該室からの二つの調整された共鳴管（１２、１３）が吸気マニホールドに導く。排気マニホールドからの一対の排気再循環導管（１９ａ、２１ａ、１９ｂ、２１ｂ）が吸気マニホールドに導く。排気再循環導管はそれぞれ、排気再循環を制御するための制御ユニット（１６）によって制御される制御弁（１８ａ、１８ｂ）を有する。制御ユニットは、排気圧力が吸気マニホールド内の圧力よりも大きいときに制御弁を開くために備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、複数のシリンダーを有する内燃機関であって、 該内燃機関の前記シリンダーに吸気を導く吸気導管、 個別のシリンダーグループからの排気をそれぞれが受け取る二つの独立の排気
マニホールド、 圧力側が吸気導管と連絡している過給ユニット、 前記内燃機関の排気側から吸気側へ排気を再循環させるために、各排気マニホ
ールドから吸気導管に導く再循環導管、 それぞれの再循環導管と連絡しており、制御手段を有する弁手段であって、該
制御手段が、排気を再循環させるべき条件下で、それぞれの排気マニホールド内
の排気圧力が過給ユニットの圧力側の吸気圧力よりも大きい場合に弁手段を開く
ために備えてある弁手段、 を有する内燃機関に関する。
【０００２】 スーパーチャージド内燃機関たとえばターボエンジンにおいては、吸気マニホ
ールド内の吸気の過給圧力がしばしば排気マニホールド内の排気の平均圧力より
も大きくなる。これが意味するのは、自然吸気エンジン（ｓｕｃｔｉｏｎ ｅｎ
ｇｉｎｅ）で使用されている通常のダンパーおよび弁手段を、そのまま、スーパ
ーチャージドエンジンでコンプレッサーの圧力側に排気を戻すために使用するこ
とはできない、ということである。この排気を戻すことを実現するために、排気
側に、何らかの圧力増大手段、たとえばいろいろな構造のターボユニットの形の
圧縮手段（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）、またはある種のポンプ装置を使用する
ことが知られている。
【０００３】 この圧力増大原理の使用が意味するのは、内燃機関が、全排気流の一部分だけ
たとえば約１０％だけ吸気側に戻しつつ、全排気流による圧力に抗して動作する
ということであり、この場合、望ましくない効率低下がもたらされる。ポンプ原
理は、余分の出費と複雑化に加えて、排気流の約１０％の圧力増大をポンプの効
率で割ったもの、すなわち全体で排気流と圧力増大とをかけたものの約２０％に
対応する寄生損失（ｐａｒａｓｉｔｅ ｌｏｓｓ）を必要とする。
【０００４】 ＳＥ−Ａ−９６０３０２８−３号明細書により、弁制御手段を有する弁手段を
配置するための再循環導管によって排気再循環を行う内燃機関であって、前記弁
制御手段が前記弁手段を制御し、排気を再循環させるべき動作条件のときに、マ
ニホールド内の排気圧力が過給ユニットの圧力側の吸気圧力よりも大きい場合に
のみ前記弁手段が開くようにする内燃機関が知られている。この解決策は、ポン
プ装置よりもずっと簡単かつ安価であり、効率の低下なしで排気が吸気側に戻る
のを可能にするものである。この解決策は、排気マニホールド内の圧力脈動時の
圧力が、吸気マニホールド内の過給圧力を越える圧力最大値を有するという事実
にもとづいており、圧力最大のときには開いているが、これらの圧力最大値の間
では吸気が排気側に流れるのを防ぐために閉じたままになる弁手段を使用してい
る。
【０００５】 本発明の目的は、上記のやり方で制御される排気再循環導管の弁であって、こ
れまでに可能であったものよりも大きな、チャージャーの圧力側への再循環ガス
質量流動を可能にする弁、を有する内燃機関を実現することである。
【０００６】 この目的は、本発明により、 吸気導管が、バランス室（ｅｑｕａｌｉｓａｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）、二
つの独立吸気マニホールド、および二つの共鳴管を有し、該共鳴管のそれぞれが
、バランス室をそれぞれのシリンダーグループへのそれぞれの吸気マニホールド
と連結し、前記吸気マニホールドのそれぞれが、それぞれの再循環導管を介して
それぞれの排気マニホールドと連絡し、また制御手段が、排気圧力が吸気マニホ
ールド内の圧力よりも大きいときに弁手段を開くために備えられている、 ということによって実現される。
【０００７】 この原理自体は公知であるが、この原理を、バランス室および独立の吸気管か
らの調整された共鳴管、および排気再循環弁のやはりそれ自体は公知の制御装置
とともに、使用することにより、ここで示したところによれば、再循環排気の質
量流量を予想外の程度まで増大させることができ、ある種の動作条件下では、調
整された共鳴管を有しない吸気システムに比して、５０％も増大させることがで
きる。
【０００８】 以下、添付の図面に示す実施形態により、本発明をさらに詳しく説明する。
【０００９】 図１において、１は、６気筒のディーゼルエンジンを示し、このエンジンは、
排気マニホールド２と吸気マニホールド３とを有する。排気マニホールド２は二
つの部分２ａと２ｂに分かれており、それぞれが、エンジンの排気管に開口して
いる三つの枝管を有する。これに対応して、吸気マニホールド３は二つの部分３
ａと３ｂに分かれており、それぞれが、エンジンの吸気管に開口している三つの
枝管を有する。マニホールドの部分２ａ、２ｂは、排気タービン５の入口４に開
口しており、該タービンには、コンプレッサー６が駆動されるように連結してあ
る。コンプレッサー６は、吸気のための入口７と、吸気導管９に連結した出口９
とを有し、該導管は、過給空気クーラー１０を経由して、吸気をバランス容器内
の室１１に導き、該室は、第一の共鳴管１２と第二の共鳴管１３とを介して、そ
れぞれの吸気マニホールド３ａと３ｂに連絡している。排気タービン５は圧力調
節器１４を経由して排気管１５に接続している。
【００１０】 １６は、それ自体は公知の制御ユニットの全体を示す。該制御ユニットは、好
ましくはマイクロコンピュータであり、該制御ユニットに与えられるエンジンデ
ータ、たとえば過給圧力、エンジンｒｐｍ、および空気温度、ならびに自動車デ
ータ、たとえばＡＢＳオン／オフ、自動車速度、アクセル位置、その他、に応じ
て、いろいろなエンジン機能および自動車機能を制御する。
【００１１】 各マニホールド部分２ａ、２ｂは、短い管１７ａ、１７ｂに接続され、１７ａ
、１７ｂはそれぞれのマニホールド部分内に開口し、制御弁１８ａ、１８ｂの入
口に接続されている。制御弁１８ａ、１８ｂは、それぞれ排気再循環導管１９ａ
、１９ｂに接続され、１９ａ、１９ｂは、それぞれ個別のクーラー２０ａ、２０
ｂに開口しており、２０ａ、２０ｂからは、導管２１ａ、２１ｂがそれぞれの吸
気マニホールド３ａ、３ｂに導いている。制御ユニット１６は、制御弁１８ａ、
１８ｂを制御し、したがって吸気側への再循環排気の流量を決定する。
【００１２】 エンジンの動作条件が、排気を吸気側に再循環させるべきものである場合、制
御ユニット１６は、増幅器２２経由で、制御弁１８ａ、１８ｂを開くための信号
を送るが、しかしこの送信は、それぞれの排気マニホールド内の排気パルスの圧
力がそれぞれの吸気マニホールド３ａ、３ｂ内の過給空気圧力を越えたあとだけ
に行われる。最大の排気再循環の場合、これらの弁は、排気圧力と過給圧力とが
事実上等しくなるまで、完全に開いたままに保たれる。弁開放時間と解放の程度
とを変えることにより、再循環排気の量を調節することができる。三つのシリン
ダーに対して共通の弁１８ａ、１８ｂを有する６気筒のエンジンの場合、これら
の弁は２回のクランク軸回転あたり３回開かれるべきである。
【００１３】 図２に示すグラフでは、２回のクランク軸回転の場合について、曲線Ａは、排
気マニホールド２ａ内の圧力変化、曲線Ｂは、吸気マニホールド３ａ内の圧力変
化、曲線Ｃは、過給空気クーラー１０内の圧力を示す。排気マニホールド２ｂと
吸気マニホールド３ｂとにおいては、これらに対応する圧力ＡとＢが生じるが、
１２０°ずれている。比較すればわかるように、排気圧力Ａと共鳴圧力Ｂとの間
では、排気圧力Ａと事実上一定の過給圧力Ｃとの間におけるよりも著しく大きな
差が得られる。また、図から明らかなように、排気圧力はやや大きなクランク角
にわたって大きくなる。これら二つの要因は、ある種の動作条件下で、再循環排
気の量を、共鳴過給のない過給圧力と排気圧力との差のみを前記ＳＥ−Ａ−９６
０３０２８−３号明細書によって公知の方法にしたがって使用する場合に比して
、５０％まで増大させることができる、という事実に寄与する。
【００１４】 図３は、３回目のクランク軸回転における圧力曲線Ａ、Ｂ、およびＣを、曲線
ＤおよびＥとともに示す。曲線Ｄは、制御弁１８ａの下流の再循環導管１９ａ内
の圧力を示し、曲線Ｅは、この弁を通る質量流量を示す。導管１９ｂと弁１８ｂ
の場合には、同じ値が１２０°の位相ずれで現れる。曲線Ｅからわかるように、
制御弁を通る質量流量は、約７０°のクランク軸角にわたって得られる。これを
、共鳴過給がない場合の約４５°の角度と比較されたい。圧力と質量流量との間
の位相のずれは、再循環導管の長さに依存する。ここで示す実施形態の場合、こ
れらの導管は割合に短く、これらの導管は、それぞれのシリンダーグループの排
気マニホールド２ａ、２ｂから同じシリンダーグループの吸気マニホールド３ａ
、３ｂに導く。導管１９ａ、１９ｂが長くて、管長と音速との関係で、許容でき
ないほど大きな位相ずれが生じる場合、これは、これらの導管が、一つのシリン
ダーグループからの排気マニホールド２ａ、２ｂから、他のシリンダーグループ
からの吸気マニホールド３ｂ、３ａに導くようにすることによって補正すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による内燃機関の一つの実施形態を模式的に示す図である。
【図２】 ６気筒エンジンの２回のクランク軸回転にわたる、排気マニホールド内の排気
圧力の変化、および過給空気クーラーと吸気マニホールドとの内部における過給
圧力の変化を示すグラフである。
【図３】 ３回目のクランク軸回転における図２に対応するグラフであるが、弁の下流の
再循環導管内の排気圧力と弁を通る質量流量のグラフをも一緒に示す。
【符号の説明】
１ ６気筒のディーゼルエンジン ２ａ、２ｂ 排気マニホールド ３ａ、３ｂ 吸気マニホールド ９ 吸気導管 １１ バランス室 １２、１３ 共鳴管 １６ 制御ユニット １８ａ、１８ｂ 制御弁 １９ａ、１９ｂ 排気再循環導管 ２０ａ、２０ｂ クーラー ２１ａ、２１ｂ 排気再循環導管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 25/07 Ｆ０２Ｍ 25/07 ５８０Ｅ Ｆ０２Ｂ 27/00 Ｆ０２Ｂ 27/00 Ｂ Ｅ Ｇ 37/00 ３０２ 37/00 ３０２Ｆ 37/12 ３０２ 37/12 ３０２Ｚ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１Ｂ Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA16 FA41 GB17 GB22 HA12 JA24 JA28 3G031 AA02 AA11 AA17 AA25 AA28 AB07 AC01 AD07 BA08 DA07 DA31 DA36 EA02 FA01 FA06 FA11 FA12 FA16 FA24 GA18 HA01 HA02 HA07 HA12 3G062 AA01 AA03 AA05 DA01 ED01 ED04 ED05 ED08 ED10 ED12 ED15 GA04 GA06 GA12 GA14 GA25 GA28 3G092 AA02 AA13 AA17 AA18 AB03 DB01 DB03 DC08 DC09 EA01 EA29 FA17 HA04Z HA06Z HA16Z HE01Z HF08Z HF21Z HF26Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のシリンダーを有する内燃機関であって、 該内燃機関の前記シリンダーに吸気を導く吸気導管、 個別のシリンダーグループからの排気をそれぞれが受け取る二つの独立の排気
    マニホールド、 圧力側が吸気導管と連絡している過給ユニット、 前記内燃機関の排気側から吸気側へ排気を再循環させるために、各排気マニホ
    ールドから吸気導管に導く再循環導管、 それぞれの再循環導管と連絡しており、制御手段を有する弁手段であって、該
    制御手段が、排気を再循環させるべき条件下で、それぞれの排気マニホールド内
    の排気圧力が過給ユニットの圧力側の吸気圧力よりも大きい場合に弁手段を開く
    ために備えてある弁手段、 を有する内燃機関において、 吸気導管（９）が、バランス室（１１）、二つの独立吸気マニホールド（３ａ
    、３ｂ）、および二つの共鳴管（１２、１３）を有し、該共鳴管のそれぞれが、
    バランス室をそれぞれのシリンダーグループへのそれぞれの吸気マニホールドと
    連結し、前記吸気マニホールドのそれぞれが、それぞれの再循環導管（１９ａ、
    ２１ａ、１９ｂ、２１ｂ）を介してそれぞれの排気マニホールド（２ａ、２ｂ）
    と連絡し、また制御手段（１６）が、排気圧力が吸気マニホールド内の圧力より
    も大きいときに弁手段（１８ａ、１８ｂ）を開くために備えられている、ことを
    特徴とする内燃機関。
  2. 【請求項２】 一つのシリンダーグループに属する排気マニホールド（２ａ
    、２ｂ）からの再循環導管（１９ａ、２１ａ、１９ｂ、２１ｂ）が、同じシリン
    ダーグループに属する吸気マニホールド（３ａ、３ｂ）に導くことを特徴とする
    請求項１に記載の内燃機関。
  3. 【請求項３】 一つのシリンダーグループに属する排気マニホールド（２ａ
    、２ｂ）からの再循環導管が、他のシリンダーグループに属する吸気マニホール
    ド（３ｂ、３ａ）に導くことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  4. 【請求項４】 弁手段（１８ａ、１８ｂ）が、制御ユニット（１６）によっ
    て制御される二つのソレノイド弁から成り、前記制御ユニットが、該制御ユニッ
    トに供給される内燃機関データに応じて、それぞれの弁を、対応する排気マニホ
    ールド（２ａ、２ｂ）内の排気圧力が対応する吸気マニホールド（３ａ、３ｂ）
    内の吸気圧力よりも大きいときに、開くために備えられている、ことを特徴とす
    る請求項１から３の中のいずれか１つに記載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 再循環導管（１９ａ、２１ａ、１９ｂ、２１ｂ）が、クーラ
    ー（２０ａ、２０ｂ）を介して、吸気マニホールドに連絡していることを特徴と
    する請求項１から５の中のいずれか１つに記載の内燃機関。
JP2000604119A 1999-03-09 2000-03-07 排気再循環を行う内燃機関 Pending JP2002539358A (ja)

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SE9900839-3 1999-03-09
SE9900839A SE521798C2 (sv) 1999-03-09 1999-03-09 Förbränningsmotor med avgasåtercirkulation
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US (1) US6675782B1 (ja)
EP (1) EP1159524B1 (ja)
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DE (1) DE60013563T2 (ja)
SE (1) SE521798C2 (ja)
WO (1) WO2000053917A1 (ja)

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