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JP2007198342A - Multicylinder engine - Google Patents

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JP2007198342A
JP2007198342A JP2006020531A JP2006020531A JP2007198342A JP 2007198342 A JP2007198342 A JP 2007198342A JP 2006020531 A JP2006020531 A JP 2006020531A JP 2006020531 A JP2006020531 A JP 2006020531A JP 2007198342 A JP2007198342 A JP 2007198342A
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JP
Japan
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exhaust
intake
egr
check valve
cylinder engine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006020531A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Nakamura
秀一 中村
Kenichiro Imaoka
健一郎 今岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UD Trucks Corp
Original Assignee
UD Trucks Corp
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Publication date
Application filed by UD Trucks Corp filed Critical UD Trucks Corp
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)
  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a supercharged multicylinder engine having an efficient and sufficient flow amount of EGR and intake air while compatibly attaining the reduction of NOx and the improvement of an output and fuel economy. <P>SOLUTION: The multicylinder engine comprises exhaust manifolds 9a, 9b split in cylinder groups whose exhaust strokes are not overlapped with each other, intake manifolds 3a, 3b split in cylinder groups whose intake strokes are not overlapped with each other, EGR passages 36a, 36b provided between the exhaust manifolds 9a, 9b and the intake manifolds 3a, 3b for connecting the cylinder groups to each other, means 23a, 23b for preventing the back flow of exhaust gas between the exhaust manifolds 9a, 9b, and extension parts 50 set on upstream sides of check valves 39 in the EGR passages 36a, 36b to make timing for an exhaust pulse reaching the check valve 39 correspond to timing for an intake pulsation valley to reach the check valve 39. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、過給を行う多気筒エンジンにおいて、NOxの低減と出力や燃費の向上との両立を実現するための技術に関する。   The present invention relates to a technique for realizing both reduction of NOx and improvement of output and fuel consumption in a multi-cylinder engine that performs supercharging.

エンジンのEGR(排気環流:Exhaust Gas Recirculation)システムとして、排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるものがよく採用される。このようなEGR装置においては、ターボ過給機のタービン上流からコンプレッサ下流へ排気を環流させる場合、過給圧が排気圧よりも高くなる運転領域が生じやすく、EGRが十分に得られない。   As an engine EGR (Exhaust Gas Recirculation) system, one that circulates part of the exhaust gas from the exhaust system to the intake system is often used. In such an EGR device, when the exhaust gas is circulated from the turbine upstream of the turbocharger to the compressor downstream, an operation region in which the supercharging pressure becomes higher than the exhaust pressure tends to occur, and the EGR cannot be sufficiently obtained.

EGR率を高めるため、バタフライバルブによる排気絞りやスロットルバルブによる吸気絞りを行うことが考えられるが、ポンピングロスの悪化が問題となる。VNT(可変ノズル式ターボチャージャ)絞りは、排気マニホールド圧のみでなく、吸気マニホールド圧も上昇するので、EGR率を向上させるのに排気マニホールド圧の方が吸気マニホールド圧よりも高くなるまでVNT絞りを効かせる必要があり、ポンピングロスの悪化を招いてしまうのである。そのため、リードバルブ(逆止弁)を用いて排気脈動によりEGRを行う方式(特許文献1、特許文献2)、混合区間を用いて排気脈動を大きくする方式(特許文献3)、可変バルブを用いて内部EGRを行う方式(特許文献4)、が知られている。
特開2000−249004号 特開2005−147010号 特開2003−534488号 特開2001−107810号
In order to increase the EGR rate, exhaust throttling by a butterfly valve or intake throttling by a throttle valve can be considered, but deterioration of pumping loss becomes a problem. The VNT (variable nozzle turbocharger) throttle increases not only the exhaust manifold pressure but also the intake manifold pressure. Therefore, to improve the EGR rate, the VNT throttle is increased until the exhaust manifold pressure is higher than the intake manifold pressure. It is necessary to make it effective, and the pumping loss is worsened. Therefore, a method of performing EGR by exhaust pulsation using a reed valve (check valve) (Patent Document 1, Patent Document 2), a method of increasing exhaust pulsation using a mixing section (Patent Document 3), and a variable valve A method of performing internal EGR (Patent Document 4) is known.
JP 2000-249004 JP 2005-147010 A JP 2003-534488 A JP 2001-107810 A

特許文献1〜特許文献3の場合、分割型の排気マニホールドに接続されるターボ過給機がシングルエントリ方式(タービン入口が1つ)の場合、気筒群間の排気パルス(正圧波の山)が互いに打ち消し合うため、十分なEGR率が得られない。特許文献4の場合、排気(EGRガス)の冷却が行えないのである。特許文献2においては、分割型の排気マニホールドと分割型の吸気マニホールドとの間を同一の気筒群同士の関係に接続するEGR通路が設けられるものの、排気パルスが吸気行程の初期に到達するため、吸気脈動の谷とのタイミングが合わず、EGR率が十分に向上できない。   In the case of Patent Literature 1 to Patent Literature 3, when the turbocharger connected to the split type exhaust manifold is a single entry system (one turbine inlet), the exhaust pulse between the cylinder groups (the peak of the positive pressure wave) is generated. Since they cancel each other out, a sufficient EGR rate cannot be obtained. In the case of Patent Document 4, the exhaust (EGR gas) cannot be cooled. In Patent Document 2, although an EGR passage that connects the split type exhaust manifold and the split type intake manifold to each other in the relationship between the same cylinder groups is provided, the exhaust pulse reaches the initial stage of the intake stroke. The timing of the intake pulsation valley does not match and the EGR rate cannot be improved sufficiently.

この発明は、このような課題を解決するための有効な手段の提供を目的とする。   An object of this invention is to provide an effective means for solving such a problem.

第1の発明は、過給を行う多気筒エンジンにおいて、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、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マニホールドと、これらの排気マニホールドと吸気マニホールドとの間を同一の気筒群同士を接続するEGR通路と、排気マニホールド間を排気が逆流するのを防止する手段と、排気パルスが逆止弁に到達するタイミングを吸気脈動の谷が逆止弁に到達するタイミングと合致させるべくEGR通路の逆止弁上流に設定される延長部と、を備えたことを特徴とする。   In a multi-cylinder engine that performs supercharging, a first invention includes an exhaust manifold that is divided for each cylinder group in which the exhaust strokes do not overlap, an intake manifold that is divided for each cylinder group in which the intake strokes do not overlap, EGR passage connecting the same cylinder group between the exhaust manifold and the intake manifold, means for preventing exhaust from flowing back between the exhaust manifold, and the timing at which the exhaust pulse reaches the check valve And an extension set upstream of the check valve in the EGR passage so as to coincide with the timing at which the valley reaches the check valve.

第2の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、逆止弁は、EGR通路の最下流部に配置したことを特徴とする。   According to a second aspect of the invention, in the multi-cylinder engine according to the first aspect of the invention, the check valve is disposed at the most downstream portion of the EGR passage.

第3の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、延長部は、蛇行する配管により構成したことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the multi-cylinder engine according to the first aspect, the extension portion is constituted by meandering piping.

第4の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、延長部は、螺旋状の配管により構成したことを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, in the multi-cylinder engine according to the first aspect of the invention, the extension portion is configured by a spiral pipe.

第5の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、延長部は、配管の外周に冷却フィンを備えたことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the invention, in the multi-cylinder engine according to the first aspect of the invention, the extension portion includes a cooling fin on the outer periphery of the pipe.

第6の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、排気マニホールド間を排気が逆流を防止する手段として、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて先細形状に絞るノズル部を備えたことを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the multi-cylinder engine according to the first aspect, as a means for preventing the exhaust gas from flowing back between the exhaust manifolds, a nozzle that narrows the downstream side of the collecting portion of each exhaust manifold toward the merging portion. It has the part.

第7の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、排気マニホールド間を排気が逆流するのを防止する手段として、ツインエントリ方式のターボ過給機を備えたことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the invention, in the multi-cylinder engine according to the first aspect of the invention, a twin-entry turbocharger is provided as means for preventing the exhaust gas from flowing back between the exhaust manifolds.

第8の発明は、第1の発明に係る多気筒エンジンにおいて、吸気負圧を増幅する手段を備えたことを特徴とする。   An eighth invention is characterized in that the multi-cylinder engine according to the first invention is provided with means for amplifying the intake negative pressure.

第9の発明は、第8の発明に係る多気筒エンジンにおいて、吸気負圧を増幅する手段として、ベンチュリを吸気マニホールド毎に配置したことを特徴とする。   According to a ninth invention, in the multi-cylinder engine according to the eighth invention, a venturi is arranged for each intake manifold as means for amplifying the intake negative pressure.

第10の発明は、第8の発明に係る多気筒エンジンにおいて、吸気負圧を増幅する手段として、スロットルバルブを吸気マニホールド毎に配置したことを特徴とする。   According to a tenth aspect of the invention, in the multi-cylinder engine according to the eighth aspect of the invention, a throttle valve is disposed for each intake manifold as means for amplifying the intake negative pressure.

第11の発明は、第8の発明に係る多気筒エンジンにおいて、吸気負圧を増幅する手段として、吸気管の分岐部と各吸気マニホールドとの間をそれぞれ連結する共鳴管を備えたことを特徴とする。   According to an eleventh aspect of the invention, in the multi-cylinder engine according to the eighth aspect of the invention, as means for amplifying the intake negative pressure, a resonance pipe for connecting the branch portion of the intake pipe and each intake manifold is provided. And

第1の発明においては、ターボ過給機がシングルエントリ方式(タービン入口が1つ)の場合においても、分割型の排気マニホール間を排気が逆流するのを防止する手段により、EGR通路の逆止弁に排気パルス(正圧波の山)が弱められることなく伝えられ、逆止弁を有効に作動させるため、高いEGR率が得られるのである。また、排気マニホールド内の排気脈動が山となるタイミングは、吸気マニホールド内の吸気脈動が谷となるタイミングよりも早いが、延長部により、逆止弁上流のEGR通路が長くなるので、排気パルスが逆止弁に到達するタイミングを遅らせることができる。つまり、排気パルスが逆止弁に到達するタイミングを吸気脈動の谷が逆止弁に到達するタイミングに近づけられる。このため、逆止弁前後の瞬間的な差圧が増大するため、EGR率をさらに一段と向上させることができる。   In the first aspect of the invention, even when the turbocharger is of a single entry system (one turbine inlet), the EGR passage is non-returned by means for preventing the exhaust from flowing back between the split type exhaust manifolds. The exhaust pulse (crest of positive pressure wave) is transmitted to the valve without being weakened, and the check valve is operated effectively, so a high EGR rate is obtained. In addition, the timing at which the exhaust pulsation in the exhaust manifold reaches a peak is earlier than the timing at which the intake pulsation in the intake manifold becomes a trough, but the EGR passage upstream of the check valve becomes longer due to the extension. The timing to reach the check valve can be delayed. That is, the timing at which the exhaust pulse reaches the check valve can be made closer to the timing at which the valley of the intake pulsation reaches the check valve. For this reason, since the instantaneous differential pressure before and after the check valve increases, the EGR rate can be further improved.

第2の発明においては、逆止弁をEGR通路の最下流部に配置することにより、延長部の短縮が図れ、排気パルスが逆止弁に到達するタイミングを吸気脈動の谷が逆止弁に到達するタイミングと合致させやすくなる。   In the second aspect of the invention, the check valve is arranged at the most downstream portion of the EGR passage, so that the extension portion can be shortened, and the valley of the intake pulsation becomes the check valve when the exhaust pulse reaches the check valve. It becomes easier to match the arrival timing.

第3の発明においては、延長部が小型化され、エンジン周囲の厳しく制限されるレイアウトの中に納めやすくなる。   In the third aspect of the present invention, the extension portion is reduced in size and can be easily accommodated in a severely restricted layout around the engine.

第4の発明においては、延長部の小型化が得られる。螺旋状のため、空間の利用率が低く、蛇行の場合に較べると、全体のサイズが大きくなりやすいものの、圧損が小さいという利点がある。   In the fourth invention, the extension portion can be downsized. Due to the spiral shape, the space utilization rate is low, and the overall size tends to be large compared to the case of meandering, but there is an advantage that the pressure loss is small.

第5の発明においては、冷却フィンにより、延長部の良好な放熱性が得られ、空冷式または水冷式の熱交換器(例えば、EGRクーラ)として積極的に利用することが可能となる。   In the fifth aspect of the invention, the cooling fins provide good heat dissipation of the extension, and can be actively used as an air-cooled or water-cooled heat exchanger (for example, an EGR cooler).

第6の発明においては、先細形状のノズルにより、排気の流れが加速され、動圧が上がり、静圧(排気圧力)が下げられるため、排気マニホールド間を排気が逆流するのを抑えられる。このため、EGR通路の逆止弁に排気パルスが弱められることなく伝えられ、逆止弁を有効に作動させるため、高いEGR率が得られるのである。また、先細形状のノズルから吹き出るブローダウン流(排気行程初期の噴き出し排気)の流速により、エゼクタ作用が生じると、排気行程(押し出し)中の気筒側の排気マニホールドから排気が吸引されるため、ポンピングロスの改善も得られる。   In the sixth aspect of the invention, the tapered nozzle accelerates the flow of exhaust, increases the dynamic pressure, and lowers the static pressure (exhaust pressure), so that the exhaust can be prevented from flowing back between the exhaust manifolds. Therefore, the exhaust pulse is transmitted to the check valve in the EGR passage without being weakened, and the check valve is effectively operated, so that a high EGR rate is obtained. In addition, if the ejector action occurs due to the flow velocity of the blow-down flow (jet exhaust at the beginning of the exhaust stroke) that blows out from the tapered nozzle, the exhaust is sucked from the exhaust manifold on the cylinder side during the exhaust stroke (push-out). Loss can also be improved.

第7の発明においては、ターボ過給機がツインエントリ方式(タービン入口が2つのタイプ)のため、排気干渉が避けられ、タービンへのエネルギ伝達が良好に維持しえるほか、排気の逆流も抑えられ、EGR通路の逆止弁に排気パルスが弱められることなく伝えられ、逆止弁を有効に作動させるため、高いEGR率が得られるのである。   In the seventh invention, since the turbocharger is a twin entry system (two types of turbine inlets), exhaust interference can be avoided, energy transmission to the turbine can be maintained well, and exhaust backflow can be suppressed. Therefore, the exhaust pulse is transmitted to the check valve in the EGR passage without being weakened, and the check valve is effectively operated, so that a high EGR rate is obtained.

第8の発明においては、吸気負圧の増幅により、逆止弁前後の瞬間的な差圧がさらに増大するため、EGR率を一段と向上させることができる。   In the eighth invention, since the instantaneous differential pressure before and after the check valve further increases due to the amplification of the intake negative pressure, the EGR rate can be further improved.

第9の発明においては、スロットルバルブの吸気絞りにより、吸気負圧(吸気脈動)が増幅され、逆止弁前後の瞬間的な差圧を増大させることができる。   In the ninth invention, the intake negative pressure (intake pulsation) is amplified by the intake throttle of the throttle valve, and the instantaneous differential pressure before and after the check valve can be increased.

第10の発明においては、ベンチュリにより、吸気の流れが加速され、動圧が上がり、静圧が下げられる。つまり、吸気負圧が増幅され、エゼクタ作用により、逆止弁前後の瞬間的な差圧を増大させることができる。   In the tenth invention, the venturi accelerates the flow of intake air, increases the dynamic pressure, and reduces the static pressure. That is, the intake negative pressure is amplified, and the instantaneous differential pressure before and after the check valve can be increased by the ejector action.

第11の発明においては、共鳴管の共鳴作用により、吸気負圧が増幅され、逆止弁前後の瞬間的な差圧を増大させることができる。また、慣性過給が働くため、吸気流量も効率よく十分に得られる。   In the eleventh aspect of the invention, the intake negative pressure is amplified by the resonance action of the resonance tube, and the instantaneous differential pressure before and after the check valve can be increased. In addition, since the inertia supercharging works, the intake flow rate can be obtained efficiently and sufficiently.

図1において、2は多気筒エンジン1(6気筒ディーゼルエンジン)の吸気通路であり、吸気マニホールド3a,3bと吸気管4とから構成される。吸気マニホールド3a,3bは、吸気行程が実質的にオーバラップしない気筒群毎(#1,2,3と#4,5,6)に分割される。吸気管4は、インタクーラ5の下流側が分岐され、各マニホールド3a,3bの集合部に接続される。6aはターボチャージャ6のコンプレッサであり、7はエアクリーナである。   In FIG. 1, reference numeral 2 denotes an intake passage of a multi-cylinder engine 1 (6-cylinder diesel engine), which includes intake manifolds 3 a and 3 b and an intake pipe 4. The intake manifolds 3a and 3b are divided into cylinder groups (# 1, 2, 3 and # 4, 5, 6) in which the intake strokes do not substantially overlap. The intake pipe 4 is branched on the downstream side of the intercooler 5 and connected to the collective part of the manifolds 3a and 3b. 6a is a compressor of the turbocharger 6, and 7 is an air cleaner.

8はエンジン1の排気通路であり、排気マニホールド9a,9bと排気管10とから構成される。排気マニホールド9a,9bは、排気行程が実質的にオーバラップしない気筒群(#1,2,3と#4,5,6)毎に分割され、これらマニホールド9a,9bの合流部11にターボチャージャ6のタービン6bを介して排気管8が接続される。ターボチャージャ6のコンプレッサ6aは、タービン6bの回転により駆動され、各気筒への吸気を過給する。ターボチャージャ6としては、タービン入口が1つ(シングルエントリ方式)の可変ノズル式が用いられる。12はマフラである。   Reference numeral 8 denotes an exhaust passage of the engine 1 and includes exhaust manifolds 9 a and 9 b and an exhaust pipe 10. The exhaust manifolds 9a and 9b are divided into cylinder groups (# 1, 2, 3 and # 4, 5, 6) in which the exhaust strokes do not substantially overlap, and a turbocharger is formed at the junction 11 of these manifolds 9a and 9b. The exhaust pipe 8 is connected via a turbine 6b. The compressor 6a of the turbocharger 6 is driven by the rotation of the turbine 6b and supercharges intake air to each cylinder. As the turbocharger 6, a variable nozzle type having one turbine inlet (single entry type) is used. 12 is a muffler.

合流部11は、図2のように構成される。排気マニホールド9a,9bは、互いに集合部下流が1つのフランジ20に結集され、その接合面に合流部11を開口する。1つのフランジ20に結集する集合部下流は、合流部11へ向けて通路を先細形状に絞るノズル部23a,23bに形成される。25はタービンハウジングであり、排気マニホールド9a,9bのフランジ20に対応するフランジ26が形成され、タービン6bの入口がフランジ26の接合面に開口する。排気マニホールド9a,9bのフランジ20にタービンハウジング25のフランジ26が連結される。ノズル部23a,23b下流の合流部11を一旦絞ってから徐々に拡げるスロート形状のディフューザ部29がタービンハウジングの内部に形成される。   The junction 11 is configured as shown in FIG. The exhaust manifolds 9a and 9b are gathered together at one flange 20 on the downstream side of the gathering part, and the joining part 11 is opened at the joint surface. The downstream of the gathering portion gathered in one flange 20 is formed in nozzle portions 23 a and 23 b that narrow the passage toward the joining portion 11 in a tapered shape. Reference numeral 25 denotes a turbine housing, in which a flange 26 corresponding to the flange 20 of the exhaust manifolds 9 a and 9 b is formed, and an inlet of the turbine 6 b opens at a joint surface of the flange 26. The flange 26 of the turbine housing 25 is connected to the flange 20 of the exhaust manifolds 9a and 9b. A throat-shaped diffuser portion 29 is formed inside the turbine housing, which once squeezes the merging portion 11 downstream of the nozzle portions 23a and 23b and then gradually expands.

合流部11においては、先細形状のノズル部23a,23bにより、排気の流れが加速され、動圧が上がり、静圧が下げられるため、排気マニホールド9a,9b間を排気が逆流するのを抑えられるほか、ノズル部23aまたは23bから吹き出るブローダウン流(排気行程初期の噴き出し排気)の流速により、動圧が上がり、静圧が下げられ、エゼクタ作用を生じると、排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホールド9bまたは9aから排気がディフューザ部29へ吸引されるのである。その後は、ディフューザ部29により、排気の流れが減速され、スクロールの静圧(排気圧力)を上げるようになっている。   In the merging portion 11, the flow of exhaust is accelerated by the tapered nozzle portions 23 a and 23 b, the dynamic pressure is increased, and the static pressure is lowered, so that the exhaust is prevented from flowing back between the exhaust manifolds 9 a and 9 b. In addition, if the dynamic pressure increases and the static pressure decreases due to the flow velocity of the blow-down flow (the exhaust gas discharged at the initial stage of the exhaust stroke) that blows out from the nozzle portion 23a or 23b, and the ejector action occurs, the cylinder side during the exhaust (push-out) stroke The exhaust is sucked into the diffuser portion 29 from the exhaust manifold 9b or 9a. Thereafter, the flow of exhaust is decelerated by the diffuser unit 29, and the static pressure (exhaust pressure) of the scroll is increased.

図1において、35はターボチャージャ6のタービン6b上流からターボチャージャ6のコンプレッサ6a下流へ排気の一部を環流させるEGR装置であり、排気マニホールド9a,9bと吸気マニホールド3a,3b(吸気管4の分岐路)との間を同一の気筒群同士の関係に接続するEGR通路36a,36bが備えられる。EGR通路36a,36bにおいて、EGRガスを冷却するEGRクーラ37,EGR流量を調整するEGRバルブ38,EGRガスの逆流を規制する逆止弁(リードバルブ)39が介装される。吸気管4の分岐路にベンチュリ40a,40bが設けられ、ベンチュリ40a,40bにEGR通路36a,36bが開口される。ベンチュリ40a,40bにより、吸気の流れが加速され、動圧が上がり、静圧が下がられる。つまり、吸気負圧が増幅され、エゼクタ作用により、逆止弁39を開いてEGRガスを吸気マニホールド3a,3bへ吸引しやくなる。   In FIG. 1, reference numeral 35 denotes an EGR device that circulates part of the exhaust gas from the upstream side of the turbine 6b of the turbocharger 6 to the downstream side of the compressor 6a of the turbocharger 6, and includes exhaust manifolds 9a and 9b and intake manifolds 3a and 3b (intake pipe 4 EGR passages 36a and 36b are provided for connecting the same cylinder group to each other. In the EGR passages 36a and 36b, an EGR cooler 37 for cooling the EGR gas, an EGR valve 38 for adjusting the EGR flow rate, and a check valve (reed valve) 39 for regulating the backflow of the EGR gas are interposed. Venturis 40a and 40b are provided in the branch passages of the intake pipe 4, and EGR passages 36a and 36b are opened in the venturis 40a and 40b. By the venturis 40a and 40b, the flow of the intake air is accelerated, the dynamic pressure is increased, and the static pressure is decreased. That is, the intake negative pressure is amplified, and the check valve 39 is opened by the ejector action, so that the EGR gas is easily sucked into the intake manifolds 3a and 3b.

逆止弁39は、EGR通路36a,36bの最下流部(出口部付近)に配置され、その上流のEGR通路に延長部50が備えられる。延長部50は、後述のように排気パルスが逆止弁39に到達するタイミングAを吸気脈動の谷が逆止弁39に到達するタイミングBと合致させるべくEGR通路36a,36bの逆止弁39上流に設定されるものであり、蛇行する配管50aにより構成され、逆止弁39とEGRクーラ37下流のEGRバルブ38との間に配置される。EGRクーラ37により、EGRガスが冷やされ、圧力伝播速度が遅くなり、排気パルスが逆止弁39に到達するまでの時間を稼ぐことができる。従って、EGRクーラ37は、逆止弁39との区間(EGRガスの温度が低い通路長)を大きく取るため、EGR通路36a,36bの出来るだけ上流側に配置することが好ましい。   The check valve 39 is disposed in the most downstream portion (near the outlet portion) of the EGR passages 36a and 36b, and the extension portion 50 is provided in the upstream EGR passage. As will be described later, the extension portion 50 is configured so that the check valve 39 of the EGR passages 36a and 36b matches the timing A when the exhaust pulse reaches the check valve 39 with the timing B when the valley of the intake pulsation reaches the check valve 39. It is set upstream, is constituted by a meandering pipe 50 a, and is arranged between the check valve 39 and the EGR valve 38 downstream of the EGR cooler 37. The EGR cooler 37 cools the EGR gas, slows the pressure propagation speed, and allows time for the exhaust pulse to reach the check valve 39. Therefore, the EGR cooler 37 is preferably arranged as upstream as possible in the EGR passages 36a and 36b in order to increase the section (the passage length where the temperature of the EGR gas is low) with the check valve 39.

図3は、吸排気脈動のシミュレーション結果を例示する特性図であり、Eは逆止弁39の直上流の排気脈動、Fは逆止弁39の直下流の吸気脈動、Gは従前の逆止弁(例えば、延長部の無いEGR通路において、EGRクーラとEGRバルブとの中間部に配置される)の直下流の排気脈動、を表示する。   FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating the simulation result of intake and exhaust pulsation, where E is the exhaust pulsation immediately upstream of the check valve 39, F is the intake pulsation immediately downstream of the check valve 39, and G is the previous check. The exhaust pulsation immediately downstream of the valve (for example, in an EGR passage without an extension portion, disposed in the middle portion between the EGR cooler and the EGR valve) is displayed.

排気マニホールド9a,9b内の排気脈動が山となるタイミングは、吸気マニホールド3a,3b内の吸気脈動が谷となるタイミングよりも早く、Gの場合、排気パルスが吸気行程の初期に到達するため、吸気脈動の谷とのタイミングが合わず、EGR率が十分に向上できない。Eの場合、逆止弁39は、EGR通路36a,36bの最下流部に配置され、その上流に延長部50が備えられる。これにより、逆止弁39の下流側のEGR通路部分が短く上流側のEGR通路部分が長くなり、排気パルスが逆止弁39に到達するタイミングがその分だけ遅くなるので、排気パルスが逆止弁39に到達するタイミングAを吸気脈動の谷が逆止弁39に到達するタイミングBに近づけられるのである。   The timing at which the exhaust pulsation in the exhaust manifolds 9a and 9b reaches a peak is earlier than the timing at which the intake pulsation in the intake manifolds 3a and 3b becomes a trough. In the case of G, the exhaust pulse reaches the initial stage of the intake stroke. The timing of the intake pulsation valley does not match and the EGR rate cannot be improved sufficiently. In the case of E, the check valve 39 is disposed at the most downstream portion of the EGR passages 36a and 36b, and an extension 50 is provided upstream thereof. As a result, the EGR passage portion on the downstream side of the check valve 39 is short and the upstream EGR passage portion is long, and the timing at which the exhaust pulse reaches the check valve 39 is delayed by that amount. The timing A at which the valve 39 is reached can be brought close to the timing B at which the valley of the intake pulsation reaches the check valve 39.

図4は、Eの場合とGの場合とのEGR流量を比較する特性図であり、KはEの場合のEGR率、MはGの場合のEGR率、を表示する。Eの場合の方がGの場合よりも、逆止弁前後の瞬間的な差圧が大きく、Kの方がMよりも高いEGR率が得られる。   FIG. 4 is a characteristic diagram for comparing the EGR flow rates in the case of E and G. K represents the EGR rate in the case of E, and M represents the EGR rate in the case of G. In the case of E, the instantaneous differential pressure before and after the check valve is larger than that in the case of G, and K has a higher EGR rate than M.

このような構成により、シングルエントリ方式(タービン入口が1つ)のターボチャージャ6においても、先細形状のノズル23a,23bにより、排気の逆流(排気干渉)が抑えられ、合流部11のエゼクタ作用により、タービン6aへの排気パルスは強められるため、タービン効率の向上が得られる。また、排気の逆流が抑えられるので、EGR通路36a,36bの逆止弁39に排気パルスが弱められることなく伝えられ、逆止弁39を有効に作動させるため、高いEGR率が得られるのである。合流部11のエゼクタ作用により、排気(押し出し)行程中の気筒側の排気マニホール圧が低下するため、ポンピングロスの低減も得られる。   With such a configuration, in the turbocharger 6 of the single entry system (one turbine inlet), the backflow of exhaust (exhaust interference) is suppressed by the tapered nozzles 23a and 23b, and the ejector action of the merging portion 11 Since the exhaust pulse to the turbine 6a is strengthened, the turbine efficiency can be improved. Further, since the backflow of the exhaust gas is suppressed, the exhaust pulse is transmitted to the check valves 39 of the EGR passages 36a and 36b without being weakened, and the check valve 39 is effectively operated, so that a high EGR rate is obtained. . The exhaust manifold pressure on the cylinder side during the exhaust (push-out) stroke is reduced by the ejector action of the merging portion 11, so that the pumping loss can be reduced.

逆止弁39は、EGR通路36a,36bの最下流部に配置され、その上流に延長部50が備えられるので、排気パルスが逆止弁39に到達するタイミングを遅らせることができる。つまり、排気パルスが逆止弁39に到達するタイミングAを吸気脈動の谷が逆止弁39に到達するタイミングBに近づけられる(図3、参照)。その結果、逆止弁39前後の瞬間的な差圧が増大するため、EGR率をさらに一段と向上させることができる(図4、参照)。この場合、逆止弁39をEGR通路36a,36bの最下流部に配置することにより、延長部50(配管50a)の短縮が図れ、排気パルスが逆止弁39に到達するタイミングAを吸気脈動の谷が逆止弁39に到達するタイミングBと合致させやすくなる。延長部50は、配管50aが蛇行するので、効率よく小型化しえるのである。   Since the check valve 39 is disposed at the most downstream portion of the EGR passages 36a and 36b and the extension portion 50 is provided upstream thereof, the timing at which the exhaust pulse reaches the check valve 39 can be delayed. That is, the timing A at which the exhaust pulse reaches the check valve 39 is brought closer to the timing B at which the valley of the intake pulsation reaches the check valve 39 (see FIG. 3). As a result, since the instantaneous differential pressure before and after the check valve 39 increases, the EGR rate can be further improved (see FIG. 4). In this case, by arranging the check valve 39 at the most downstream part of the EGR passages 36a and 36b, the extension 50 (pipe 50a) can be shortened, and the intake pulse pulsates the timing A when the exhaust pulse reaches the check valve 39. This makes it easier to match the timing B at which the valley reaches the check valve 39. The extension 50 can be downsized efficiently because the pipe 50a meanders.

ターボチャージャ6が可変ノズル式のため、可変ノズルの制御を加えることにより、広い運転領域において、高過給と大量EGRが可能となり、NOxの低減と出力や燃費の向上との高度な両立も実現できるのである。EGR通路36a,36bにおいて、EGRクーラ37は、逆止弁39との区間(EGRガスの温度が低い通路長)を大きく取るため、EGR通路36a,36bの最上流部に配置すると、排気パルスが逆止弁39に到達するまでの時間を稼ぐことができる。また、EGRクーラ37の下流側にEGRバルブ38および逆止弁39(リードバルブ)を配置するので、これらバルブの耐久性も良好に確保される。   Since the turbocharger 6 is a variable nozzle type, by adding variable nozzle control, it is possible to achieve high supercharging and large-volume EGR in a wide operating range, and achieve a high degree of compatibility between NOx reduction and improved output and fuel efficiency. It can be done. In the EGR passages 36a and 36b, the EGR cooler 37 takes a large section (passage length where the temperature of the EGR gas is low) with the check valve 39. Therefore, when the EGR passage 37a is disposed at the most upstream portion of the EGR passages 36a and 36b, the exhaust pulse is generated. Time to reach the check valve 39 can be earned. Further, since the EGR valve 38 and the check valve 39 (reed valve) are disposed on the downstream side of the EGR cooler 37, the durability of these valves is also ensured.

ディフューザ部29は、タービンハウジング25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タービンハウジング25のフランジ26と排気マニホールド9a,9bのフランジ20との間に介装してもよい。先細形状のノズル部23a,23bについても、排気マニホールド9a,9bと一体に形成するのでなく、図6のように別体のスペーサとして排気マニホールド9a,9bのフランジ20とタービンハウジング25のフランジ30との間に介装してもよい。   The diffuser portion 29 is not formed integrally with the turbine housing 25 but may be interposed between the flange 26 of the turbine housing 25 and the flange 20 of the exhaust manifolds 9a and 9b as a separate spacer as shown in FIG. Good. The tapered nozzle portions 23a and 23b are not formed integrally with the exhaust manifolds 9a and 9b. As shown in FIG. 6, the flanges 20 of the exhaust manifolds 9a and 9b and the flange 30 of the turbine housing 25 are provided as separate spacers. You may interpose between.

排気マニホールド9a,9b間を排気が逆流するのを防止する手段としてツインエントリ方式のターボチャージャを用いることも考えられる。その場合、タービン入口が2つのため、排気干渉が避けられ、タービン6aへのエネルギ伝達を良好に維持しえる。また、ノズル部23a,23bおよびディフューザ部29のようなエゼクタ作用は生じないものの、EGR通路36a,36bの逆止弁39に排気パルスが弱められることなく伝えられ、逆止弁39を有効に作動させるため、高いEGR率が得られるのである。   It is conceivable to use a twin entry type turbocharger as means for preventing the exhaust gas from flowing backward between the exhaust manifolds 9a and 9b. In that case, since there are two turbine inlets, exhaust interference can be avoided, and energy transmission to the turbine 6a can be maintained well. In addition, although the ejector action unlike the nozzle portions 23a, 23b and the diffuser portion 29 does not occur, the exhaust pulse is transmitted to the check valves 39 of the EGR passages 36a, 36b without being weakened, and the check valves 39 are effectively operated. Therefore, a high EGR rate can be obtained.

図7の実施形態においては、ベンチュリ40a,40bの代わりにスロットルバルブ41a,41bが吸気マニホールド3a,3b毎に配置される。EGR通路36a,36bの出口部は、吸気マニホールド3a,3bの集合部に接続され、スロットルバルブ41a,41bの吸気絞りにより、吸気負圧(吸気脈動)が増幅され、逆止弁39前後の瞬間的な差圧を増大させるようになっている。   In the embodiment of FIG. 7, throttle valves 41a and 41b are arranged for each of the intake manifolds 3a and 3b instead of the venturis 40a and 40b. The outlet portions of the EGR passages 36a and 36b are connected to the collective portions of the intake manifolds 3a and 3b. The intake negative pressure (intake pulsation) is amplified by the intake throttles of the throttle valves 41a and 41b. The differential pressure is increased.

EGR通路36a,36bにおいて、延長部51は螺旋状の配管51aにより構成され、逆止弁39とEGRバルブ38との間に配置される。延長部51の配管51aが螺旋状のため、空間の利用率が低く、蛇行の場合(図1の延長部50)に較べると、全体のサイズが大径となりやすいものの、EGRガスが流れやすく圧損の面で有利となるのである。   In the EGR passages 36 a and 36 b, the extension 51 is constituted by a spiral pipe 51 a and is disposed between the check valve 39 and the EGR valve 38. Since the pipe 51a of the extension 51 is spiral, the space utilization rate is low, and compared to the meandering (extension 50 in FIG. 1), the overall size tends to be large, but EGR gas flows easily and pressure loss. This is advantageous.

図8の実施形態においては、ベンチュリ40a,40bの代わりに吸気管4の分岐部43と吸気マニホールド3a,3bとの間を連結する共鳴管42a,42bが配置され、共鳴管42a,42bにEGR通路36a,36bの出口部が接続されるのである。この場合、共鳴管42a,42bの共鳴作用により、吸気負圧が増幅され、逆止弁39前後の瞬間的な差圧を増大させることができる。また、慣性過給が働くため、吸気流量も効率よく十分に得られる。Lは、共鳴管42a,42bの長さである。   In the embodiment of FIG. 8, instead of the venturis 40a and 40b, resonance pipes 42a and 42b that connect the branch portion 43 of the intake pipe 4 and the intake manifolds 3a and 3b are arranged, and EGR is provided in the resonance pipes 42a and 42b. The outlet portions of the passages 36a and 36b are connected. In this case, the suction negative pressure is amplified by the resonance action of the resonance tubes 42a and 42b, and the instantaneous differential pressure before and after the check valve 39 can be increased. In addition, since the inertia supercharging works, the intake flow rate can be obtained efficiently and sufficiently. L is the length of the resonance tubes 42a and 42b.

EGR通路36a,36bにおいて、延長部52は蛇行する配管52aにより構成され、EGRバルブ38上流に配置される。延長部52の良好な放熱性を得るべく、配管52a(通路)外周に多数の冷却フィン(図示せず)が備えられる。これにより、延長部52は、空冷式または水冷式の熱交換器として積極的に利用可能となる。このため、図示の場合、EGRクーラ(図1および図7の37)が省略される。   In the EGR passages 36 a and 36 b, the extension 52 is constituted by a meandering pipe 52 a and is arranged upstream of the EGR valve 38. In order to obtain good heat dissipation of the extension 52, a large number of cooling fins (not shown) are provided on the outer periphery of the pipe 52a (passage). Thereby, the extension part 52 can be actively used as an air-cooled or water-cooled heat exchanger. For this reason, in the case of illustration, the EGR cooler (37 in FIGS. 1 and 7) is omitted.

図7および図8において、図1と同一の部位は、同一の符号を付け、重複説明は省略する。   7 and 8, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

この発明の実施形態を係る全体的な概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram according to an embodiment of the present invention. 同じく排気マニホールドの合流部に係る構成図である。It is the block diagram which similarly concerns on the confluence | merging part of an exhaust manifold. 同じく吸排気脈動と逆止弁の配置との関係を例示する特性図である。It is a characteristic view which similarly illustrates the relationship between intake / exhaust pulsation and the arrangement of check valves. 同じくEGR流量と逆止弁の配置との関係を例示する特性図である。It is a characteristic view which similarly illustrates the relationship between the EGR flow rate and the arrangement of check valves. 同じく排気マニホールドの合流部に係る構成図である。It is the block diagram which similarly concerns on the confluence | merging part of an exhaust manifold. 同じく排気マニホールドの合流部に係る構成図である。It is the block diagram which similarly concerns on the confluence | merging part of an exhaust manifold. 別の実施形態を係る全体的な概略構成図である。It is a whole schematic block diagram concerning another embodiment. 別の実施形態を係る全体的な概略構成図である。It is a whole schematic block diagram concerning another embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 多気筒エンジン(6気筒ディーゼルエンジン)
2 吸気通路
3a,3b 吸気マニホールド
5 インタクーラ
6 ターボチャージャ(可変ノズル式ターボチャージャ)
6a コンプレッサ
6b タービン
8 排気通路
9a,9b 排気マニホールド
23a,23b 先細形状のノズル部
25 タービンハウジング
29 スロート形状のディフューザ部
35 EGR装置
37 EGRクーラ
38 EGRバルブ
39 逆止弁(リードバルブ)
40a,40b ベンチュリ
41a,41b スロットルバルブ
42a,42b 共鳴管
50,51,52 延長部
50a,51a,52a 延長部の配管
1 Multi-cylinder engine (6-cylinder diesel engine)
2 Intake passage 3a, 3b Intake manifold 5 Intercooler 6 Turbocharger (variable nozzle type turbocharger)
6a Compressor 6b Turbine 8 Exhaust passages 9a, 9b Exhaust manifolds 23a, 23b Tapered nozzle part 25 Turbine housing 29 Throat diffuser part 35 EGR device 37 EGR cooler 38 EGR valve 39 Check valve (reed valve)
40a, 40b Venturi 41a, 41b Throttle valve 42a, 42b Resonant tube 50, 51, 52 Extension 50a, 51a, 52a Extension piping

Claims (11)

過給を行う多気筒エンジンにおいて、排気行程がオーバラップしない気筒群毎に分割される排気マニホールドと、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マニホールドと、これらの排気マニホールドと吸気マニホールドとの間を同一の気筒群同士を接続するEGR通路と、排気マニホールド間を排気が逆流するのを防止する手段と、排気パルスが逆止弁に到達するタイミングを吸気脈動の谷が逆止弁に到達するタイミングと合致させるべくEGR通路の逆止弁上流に設定される延長部と、を備えたことを特徴とする多気筒エンジン。   In a multi-cylinder engine that performs supercharging, an exhaust manifold that is divided for each cylinder group in which the exhaust strokes do not overlap, an intake manifold that is divided for each cylinder group in which the intake strokes do not overlap, and these exhaust manifolds and intake manifolds The EGR passage connecting the same cylinder group between each other, means for preventing the exhaust from flowing back between the exhaust manifold, and the intake pulsation trough check the timing when the exhaust pulse reaches the check valve A multi-cylinder engine comprising: an extension set upstream of the check valve in the EGR passage so as to match the timing of reaching the EGR passage. 逆止弁は、EGR通路の最下流部に配置したことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 1, wherein the check valve is arranged at the most downstream portion of the EGR passage. 延長部は、蛇行する配管により構成したことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 1, wherein the extension portion is constituted by meandering piping. 延長部は、螺旋状の配管により構成したことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 1, wherein the extension portion is constituted by a spiral pipe. 延長部は、配管の外周に冷却フィンを備えたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 1, wherein the extension portion includes a cooling fin on an outer periphery of the pipe. 排気マニホールド間を排気が逆流を防止する手段として、各排気マニホールドの集合部下流をこれらの合流部へ向けて先細形状に絞るノズル部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   2. The multi-cylinder according to claim 1, further comprising a nozzle portion that narrows a downstream portion of each exhaust manifold toward a joining portion as a means for preventing a backflow of exhaust gas between the exhaust manifolds. engine. 排気マニホールド間を排気が逆流するのを防止する手段として、ツインエントリ方式のターボ過給機を備えたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 1, further comprising a twin-entry turbocharger as a means for preventing the exhaust gas from flowing backward between the exhaust manifolds. 吸気負圧を増幅する手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 1, further comprising means for amplifying the intake negative pressure. 吸気負圧を増幅する手段として、ベンチュリを吸気マニホールド毎に配置したことを特徴とする請求項8に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 8, wherein a venturi is arranged for each intake manifold as means for amplifying the intake negative pressure. 吸気負圧を増幅する手段として、スロットルバルブを吸気マニホールド毎に配置したことを特徴とする請求項8に記載の多気筒エンジン。   The multi-cylinder engine according to claim 8, wherein a throttle valve is arranged for each intake manifold as means for amplifying the intake negative pressure. 吸気負圧を増幅する手段として、吸気管の分岐部と各吸気マニホールドとの間をそれぞれ連結する共鳴管を備えたことを特徴とする請求項8に記載の多気筒エンジン。   9. The multi-cylinder engine according to claim 8, further comprising: a resonance pipe that connects between a branch portion of the intake pipe and each intake manifold as means for amplifying the intake negative pressure.
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JP2014190172A (en) * 2013-03-26 2014-10-06 Kubota Corp Engine egr device

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