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JP2008196419A - Egr device for engine - Google Patents

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JP2008196419A
JP2008196419A JP2007033653A JP2007033653A JP2008196419A JP 2008196419 A JP2008196419 A JP 2008196419A JP 2007033653 A JP2007033653 A JP 2007033653A JP 2007033653 A JP2007033653 A JP 2007033653A JP 2008196419 A JP2008196419 A JP 2008196419A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
egr
passage
engine
cooled
air
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007033653A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Matsuda
洋 松田
Naoya Harayama
直也 原山
Shinichi Sasaoka
伸一 笹岡
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by UD Trucks Corp filed Critical UD Trucks Corp
Priority to JP2007033653A priority Critical patent/JP2008196419A/en
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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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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an EGR device for an engine capable of executing EGR even in a heavy load region. <P>SOLUTION: The EGR device for the engine 1 provided with a turbocharger 4 is provided with an air cooled EGR cooler 37 cooling EGR gas, a bypass passage 40 leading part of intake air from a compressor 5 of the turbocharger 4 to the air cooled EGR cooler 37 as cooling medium, and a control means (control unit 14) controlling opening/closing of a bypass valve 50 according to an operation condition, and is constructed to make EGR gas passing through the EGR passage 33 radiate heat to intake air passing through the bypass passage 40 under an operation condition where the bypass valve 5 opens. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ターボチャージャを有するエンジンに設けられるEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)装置の改良に関するものである。   The present invention relates to an improvement of an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device provided in an engine having a turbocharger.

一般に、エンジンの排気通路から吸気通路に排気の一部(EGRガス)を再循環させるEGR装置には、EGRガスを冷却する水冷式EGRクーラが設けられ、EGR率を部分負荷域等において高めるようになっている(特許文献1参照)。
特開2005−9404号公報
In general, an EGR device that recirculates a part of exhaust gas (EGR gas) from an exhaust passage of an engine to an intake passage is provided with a water-cooled EGR cooler that cools the EGR gas so as to increase the EGR rate in a partial load region or the like. (See Patent Document 1).
JP 20059404 A

しかしながら、このようなターボチャージャを有するエンジンのEGR装置にあっては、高負荷域において排気温度、吸気温度がそれぞれ高くなり、EGRを行うと吸気温度がさらに上昇し、ノッキングが生じるため、高負荷域ではEGRを行うことができず、エンジンの出力を十分に高められないという問題点があった。   However, in an EGR device for an engine having such a turbocharger, the exhaust gas temperature and the intake air temperature become higher in the high load region, and if EGR is performed, the intake air temperature further rises and knocking occurs. There was a problem that the EGR could not be performed in the region, and the engine output could not be sufficiently increased.

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、高負荷域でもEGRを行うことができるエンジンのEGR装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an EGR device for an engine that can perform EGR even in a high load range.

本発明では、排気エネルギにより吸気を過給するターボチャージャを備えるエンジンのEGR装置であって、排気通路と吸気通路とを連通するEGR通路と、このEGR通路を通過するEGRガスを冷却する空冷式EGRクーラと、ターボチャージャのコンプレッサから吐出される吸気の一部を空冷式EGRクーラに冷却媒体として導くバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパス弁と、このバイパス弁の開閉を運転条件に応じて制御する制御手段とを備え、バイパス弁が開く運転状態では空冷式EGRクーラにてEGR通路を通過するEGRガスがバイパス通路を通過する吸気に放熱する構成とした。   In the present invention, an EGR device for an engine having a turbocharger that supercharges intake air by exhaust energy, an EGR passage that communicates an exhaust passage and an intake passage, and an air-cooling type that cools EGR gas that passes through the EGR passage The EGR cooler, a bypass passage for leading a part of the intake air discharged from the compressor of the turbocharger to the air-cooled EGR cooler as a cooling medium, a bypass valve for opening and closing the bypass passage, and opening and closing of the bypass valve according to operating conditions In the operation state in which the bypass valve is opened, the EGR gas passing through the EGR passage is radiated to the intake air passing through the bypass passage in the operation state in which the bypass valve is opened.

本発明によると、ターボチャージャのコンプレッサから吐出される余剰の吸気を利用してEGRガスが冷却され、EGRガスが混合した吸気の温度を低減することによってエンジンのノッキングを抑えられる。このため、高負荷域でもEGRを行うことができ、エンジンのノッキング限界を延長できる。   According to the present invention, surplus intake air discharged from the compressor of the turbocharger is used to cool the EGR gas, and knocking of the engine can be suppressed by reducing the temperature of the intake air mixed with the EGR gas. For this reason, EGR can be performed even in a high load region, and the engine knock limit can be extended.

本発明を圧縮天然ガスを燃料とするCNGエンジンに適用した実施形態を添付図面に基づいて説明する。   An embodiment in which the present invention is applied to a CNG engine using compressed natural gas as a fuel will be described with reference to the accompanying drawings.

図1に示すように、CNGエンジン1は、吸気を各気筒に導く吸気通路2、各気筒からの排気を排出する排気通路22、排気の一部(以下EGRガスという)を吸気通路2に再循環させるEGR通路33、排気エネルギによって吸気を過給するターボチャージャ4等を備える。   As shown in FIG. 1, the CNG engine 1 includes an intake passage 2 that guides intake air to each cylinder, an exhaust passage 22 that discharges exhaust from each cylinder, and a part of the exhaust (hereinafter referred to as EGR gas) is recirculated to the intake passage 2. A circulating EGR passage 33, a turbocharger 4 for supercharging intake air by exhaust energy, and the like are provided.

吸気通路2には、上流側より順に、外気から塵埃等の異物を取り除くエアクリーナ3、ターボチャージャ4を構成するコンプレッサ5、吸気を冷却するインタークーラ6、燃料を噴射する燃料噴射ノズル8、吸気流路断面積を増減するスロットルバルブ7、吸気圧力を検出する吸気圧力センサ9がそれぞれ介装される。   In the intake passage 2, in order from the upstream side, an air cleaner 3 that removes foreign matters such as dust from the outside air, a compressor 5 that constitutes a turbocharger 4, an intercooler 6 that cools intake air, a fuel injection nozzle 8 that injects fuel, an intake air flow A throttle valve 7 for increasing / decreasing the road cross-sectional area and an intake pressure sensor 9 for detecting intake pressure are provided.

排気通路22には、上流側より順に、ターボチャージャ4を構成するタービン25、排気流路を開閉する排気シャッタ26、排気中の酸素濃度に応じて信号を出力するO2センサ27、触媒を介して排気を浄化するとともに排気音を消音する触媒付きマフラ28がそれぞれ介装される。   In order from the upstream side, the exhaust passage 22 is connected via a turbine 25 constituting the turbocharger 4, an exhaust shutter 26 that opens and closes the exhaust passage, an O2 sensor 27 that outputs a signal according to the oxygen concentration in the exhaust, and a catalyst. A catalyst-equipped muffler 28 that cleans the exhaust gas and silences the exhaust noise is provided.

EGR通路33は排気通路22の排気マニフォルド23とスロットルバルブ7より下流側の吸気通路2とを連通している。EGR通路33には、排気マニフォルド23から吸気通路2に向かって順に、水冷式EGRクーラ34、EGRバルブ35、EGRガス温度センサ36、空冷式EGRクーラ37がそれぞれ介装されている。   The EGR passage 33 communicates the exhaust manifold 23 of the exhaust passage 22 and the intake passage 2 downstream of the throttle valve 7. In the EGR passage 33, a water-cooled EGR cooler 34, an EGR valve 35, an EGR gas temperature sensor 36, and an air-cooled EGR cooler 37 are interposed in order from the exhaust manifold 23 toward the intake passage 2.

水冷式EGRクーラ34は、図中矢印で示すようにエンジン冷却水が循環し、EGR通路33を通過するEGRガスがこのエンジン冷却水に放熱することによって冷却される。エンジン冷却水はエンジン1を循環し、図示しないラジエータによって外気に放熱することにより、例えば80℃程度に保たれる。   The water-cooled EGR cooler 34 is cooled by circulating engine cooling water as indicated by arrows in the drawing, and the EGR gas passing through the EGR passage 33 dissipates heat to the engine cooling water. The engine cooling water circulates through the engine 1 and dissipates heat to the outside air by a radiator (not shown), so that it is maintained at about 80 ° C., for example.

EGRバルブ35は、コントロールユニット14からの信号により、EGR通路33の流路断面積を増減し、吸気通路2に再循環するEGRガスの流量を制御する。   The EGR valve 35 increases or decreases the cross-sectional area of the EGR passage 33 according to a signal from the control unit 14, and controls the flow rate of EGR gas recirculated to the intake passage 2.

コントロールユニット14は、回転速度センサ17からエンジン1の回転速度と、吸気圧力センサ9から吸気圧力、すなわちエンジン1の負荷等に応じて、EGR流量を演算してEGRバルブ35の開度を制御する。図5はエンジン1の負荷率とEGR率の関係を示す特性図である。   The control unit 14 calculates the EGR flow rate and controls the opening degree of the EGR valve 35 according to the rotational speed of the engine 1 from the rotational speed sensor 17 and the intake pressure from the intake pressure sensor 9, that is, the load of the engine 1. . FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the load factor of the engine 1 and the EGR rate.

そして本発明の要旨とするところであるが、ターボチャージャ4のコンプレッサ5から吐出される吸気の一部を空冷式EGRクーラ37に冷却媒体として導くバイパス通路40が設けられる。   As a gist of the present invention, a bypass passage 40 is provided that guides a part of the intake air discharged from the compressor 5 of the turbocharger 4 to the air-cooled EGR cooler 37 as a cooling medium.

バイパス通路40は空冷式EGRクーラ37より上流側通路41の上流端(入口)が吸気通路2のインタークーラ6より下流側に接続され、空冷式EGRクーラ37より下流側通路42の下流端(出口)が大気に開放される。   In the bypass passage 40, the upstream end (inlet) of the upstream passage 41 from the air-cooled EGR cooler 37 is connected downstream from the intercooler 6 in the intake passage 2, and the downstream end (exit) of the downstream passage 42 from the air-cooled EGR cooler 37. ) Is released to the atmosphere.

空冷式EGRクーラ37は、図中矢印で示すようにインタークーラ6を通過した吸気の一部が循環する流路と、EGR通路33を通過するEGRガスが循環する流路を備える熱交換器であり、EGR通路33を流れるEGRガスがバイパス通路40を流れる吸気に放熱することによって冷却される。   The air-cooled EGR cooler 37 is a heat exchanger having a flow path through which a part of the intake air that has passed through the intercooler 6 circulates and a flow path through which the EGR gas that passes through the EGR passage 33 circulates, as indicated by arrows in the drawing. Yes, the EGR gas flowing through the EGR passage 33 is cooled by releasing heat to the intake air flowing through the bypass passage 40.

バイパス通路40には空冷式EGRクーラ37より上流側にバイパス弁50が介装される。バイパス弁50は、コントロールユニット14からの信号により、バイパス通路40を開閉し、バイパス通路40を通って空冷式EGRクーラ37に導かれる吸気流量を制御する。   A bypass valve 50 is interposed in the bypass passage 40 upstream of the air-cooled EGR cooler 37. The bypass valve 50 opens and closes the bypass passage 40 according to a signal from the control unit 14, and controls the intake air flow rate that is guided to the air-cooled EGR cooler 37 through the bypass passage 40.

コントロールユニット14は、エンジン1の回転速度と、吸気圧力センサ9から吸気圧力を入力し、エンジン1の低中回転速度、部分負荷域にバイパス弁50を閉じ、高回転速度、高負荷域にバイパス弁50を開く制御をする。   The control unit 14 inputs the rotational speed of the engine 1 and the intake pressure from the intake pressure sensor 9, closes the bypass valve 50 in the low / medium rotational speed and partial load areas of the engine 1, and bypasses in the high rotational speed and high load areas. The valve 50 is controlled to open.

図2のフローチャートは上記バイパス弁50の制御ルーチンを示しており、コントロールユニット14において一定周期毎に実行される。   The flowchart of FIG. 2 shows the control routine of the bypass valve 50, which is executed by the control unit 14 at regular intervals.

まずステップ1(図ではS1と表記する、以下同様)では、エンジン1の回転速度Neを入力し、続くステップ2では、エンジン回転速度Neが設定値Nes以下か否かを判定する。エンジン回転速度Neが設定値Nes以下であるときはステップ3に進み、バイパス弁50を閉じる。   First, in step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the rotational speed Ne of the engine 1 is input, and in the subsequent step 2, it is determined whether or not the engine rotational speed Ne is equal to or less than a set value Nes. When the engine speed Ne is equal to or lower than the set value Ne, the process proceeds to step 3 and the bypass valve 50 is closed.

一方、エンジン回転速度Neが設定値Nesより高いときはステップ4に進み、吸気圧力センサ9から吸気圧力Piを入力し、続くステップ5では、吸気圧力Pi(エンジン1の負荷)が設定値Pis以下か否かを判定する。吸気圧力Piが設定値Pis以下であるときはステップ3に進み、バイパス弁50を閉じる一方、吸気圧力Piが設定値Pisより高いときはステップ6に進み、バイパス弁50を開く。   On the other hand, when the engine speed Ne is higher than the set value Ne, the routine proceeds to step 4 where the intake pressure Pi is input from the intake pressure sensor 9, and in the subsequent step 5, the intake pressure Pi (load of the engine 1) is equal to or less than the set value Pis. It is determined whether or not. When the intake pressure Pi is equal to or lower than the set value Pis, the process proceeds to step 3 and the bypass valve 50 is closed. On the other hand, when the intake pressure Pi is higher than the set value Pis, the process proceeds to step 6 and the bypass valve 50 is opened.

図3はエンジン1の回転速度と負荷に対する発生トルクの関係を示す特性図であり、図中斜線を入れた領域にてバイパス弁50が開かれ、空冷式EGRクーラ37が作動する。   FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the rotational speed of the engine 1 and the generated torque with respect to the load. The bypass valve 50 is opened in the hatched region in the figure, and the air-cooled EGR cooler 37 is operated.

また、コントロールユニット14は、EGRガス温度センサ36からEGRガス温度を入力し、EGRガス温度が所定値を超えて高まるのに伴ってバイパス弁50を開く制御をしても良い。   In addition, the control unit 14 may input the EGR gas temperature from the EGR gas temperature sensor 36 and perform control to open the bypass valve 50 as the EGR gas temperature increases beyond a predetermined value.

図4のフローチャートは上記バイパス弁50の制御ルーチンを示しており、コントロールユニット14において一定周期毎に実行される。   The flowchart of FIG. 4 shows a control routine for the bypass valve 50, which is executed by the control unit 14 at regular intervals.

まずステップ11では、EGRガス温度Tiを入力し、続くステップ12では、EGRガス温度Tiが設定値Tis以下か否かを判定する。EGRガス温度Tiが設定値Tis以下であるときはステップ13に進み、バイパス弁50を閉じる一方、EGRガス温度Tiが設定値Tisより高いときはステップ14に進み、バイパス弁50を開く。   First, in step 11, the EGR gas temperature Ti is input, and in the subsequent step 12, it is determined whether or not the EGR gas temperature Ti is equal to or lower than a set value Tis. When the EGR gas temperature Ti is equal to or lower than the set value Tis, the process proceeds to step 13 and the bypass valve 50 is closed. On the other hand, when the EGR gas temperature Ti is higher than the set value Tis, the process proceeds to step 14 and the bypass valve 50 is opened.

以上のように構成されて、次に作用及び効果について説明する。   Next, the operation and effect will be described.

エアクリーナ3に吸い込まれた外気は、エンジン1の吸気として、エアクリーナ3により塵埃等の異物が除去された後、コンプレッサ5により圧縮される。この圧縮された吸気は、高温となるが、インタークーラ6を通過することによって冷却される。これにより、吸気の体積が減少し、エンジン1の吸気効率が向上する。インタークーラ6にて冷却された吸気は、スロットルバルブ7によってその流量を調節されつつエンジン1の各気筒に供給される。   The outside air sucked into the air cleaner 3 is compressed by the compressor 5 after the foreign matter such as dust is removed by the air cleaner 3 as the intake air of the engine 1. Although this compressed intake air becomes high temperature, it is cooled by passing through the intercooler 6. Thereby, the volume of the intake air is reduced and the intake efficiency of the engine 1 is improved. The intake air cooled by the intercooler 6 is supplied to each cylinder of the engine 1 while its flow rate is adjusted by the throttle valve 7.

一方、エンジン1の各気筒から排出された排気は、タービン25に供給され、排気の圧力エネルギによってタービン25が回転し、タービン25と同軸上に設けられるコンプレッサ5が回転駆動される。タービン25を通過した排気は、触媒付きマフラ28を通過して大気中へ放出される。   On the other hand, the exhaust discharged from each cylinder of the engine 1 is supplied to the turbine 25, and the turbine 25 is rotated by the pressure energy of the exhaust, and the compressor 5 provided coaxially with the turbine 25 is rotationally driven. Exhaust gas that has passed through the turbine 25 passes through the muffler 28 with catalyst and is released into the atmosphere.

また、エンジン1の各気筒から排出された排気の一部は、タービン25に供給されずに、EGRガスとして、排気マニフォルド23からEGR通路33に流入する。そして、EGRガスは、水冷式EGRクーラ34を通過することによって冷却され、さらに空冷式EGRクーラ37を経て吸気通路2に再循環する。このようにして、低温になったEGRガスが吸気通路2に再循環するので、エンジン1の燃焼温度が低下し、排気中の窒素酸化物を低減させることができる。   A part of the exhaust discharged from each cylinder of the engine 1 is not supplied to the turbine 25 but flows into the EGR passage 33 from the exhaust manifold 23 as EGR gas. The EGR gas is cooled by passing through the water-cooled EGR cooler 34 and further recirculated to the intake passage 2 via the air-cooled EGR cooler 37. In this way, the EGR gas having a low temperature is recirculated to the intake passage 2, so that the combustion temperature of the engine 1 is lowered and nitrogen oxides in the exhaust can be reduced.

エンジン1の低中回転速度、部分負荷域にバイパス弁50が閉じられることにより、コンプレッサ5から吐出される吸気の全量が吸気通路2に導かれる。このとき、空冷式EGRクーラ37を通過するEGRガスの冷却はほとんど行われないが、この部分負荷域では排気マニフォルド23からEGR通路33に流入するEGRガス温度が高負荷域に比べて低いため、EGRガスは水冷式EGRクーラ34を通過することで十分に冷却されている。   By closing the bypass valve 50 in the low / medium rotational speed and partial load range of the engine 1, the entire amount of intake air discharged from the compressor 5 is guided to the intake passage 2. At this time, the EGR gas passing through the air-cooled EGR cooler 37 is hardly cooled, but in this partial load region, the temperature of the EGR gas flowing into the EGR passage 33 from the exhaust manifold 23 is lower than that in the high load region. The EGR gas is sufficiently cooled by passing through the water-cooled EGR cooler 34.

エンジン1の高回転速度、高負荷域にバイパス弁50が開かれることにより、コンプレッサ5から吐出される余剰の吸気がバイパス通路40を通って空冷式EGRクーラ37に導かれ、水冷式EGRクーラ34を通過したEGRガスを空冷式EGRクーラ37にてさらに冷却する。エンジン1の高負荷域に排気マニフォルド23からEGR通路33に流入するEGRガス温度は例えば700〜800℃程度となり、水冷式EGRクーラ34にてエンジン冷却水(例えば80℃程度)に放熱することにより、水冷式EGRクーラ34を通過したEGRガス温度は例えば120〜130℃程度となるが、空冷式EGRクーラ37を通過する過程でインタークーラ6から出た吸気に放熱することにより、吸気マニフォルド10内の吸気温度を例えば60〜70℃程度以下に低下させることができる。   By opening the bypass valve 50 in the high rotation speed and high load region of the engine 1, surplus intake air discharged from the compressor 5 is guided to the air-cooled EGR cooler 37 through the bypass passage 40, and the water-cooled EGR cooler 34. The EGR gas that has passed through is further cooled by an air-cooled EGR cooler 37. The EGR gas temperature flowing into the EGR passage 33 from the exhaust manifold 23 into the high load region of the engine 1 is about 700 to 800 ° C., for example, and is dissipated to the engine cooling water (for example, about 80 ° C.) by the water-cooled EGR cooler 34. The temperature of the EGR gas that has passed through the water-cooled EGR cooler 34 is, for example, about 120 to 130 ° C., but by dissipating heat to the intake air that has exited from the intercooler 6 in the process of passing through the air-cooled EGR cooler 37, The intake air temperature can be lowered to about 60 to 70 ° C. or less, for example.

図6はエンジン負荷と吸気マニフォルド10内の圧力、タービン25の入口圧力、インタークーラ6の出口圧力の関係を示すとともに、エンジン負荷と吸気マニフォルド10内の温度、タービン25の入口圧力の関係を示す特性図である。この図6において、C線とD線の間の負荷領域がバイパス弁50が開かれて空冷式EGRクーラ37が稼働する領域である。吸気マニフォルド10内の吸気温度は空冷式EGRクーラ37を使用しない場合のA線で示す特性に比べて、空冷式EGRクーラ37を使用する場合のB線で示す特性にて低くなる。こうして高負荷域では空冷式EGRクーラ37が作動して各気筒に供給される吸気温度が低下することにより、エンジン1のノッキングを抑えられ、図6に白抜き矢印で示すようにノッキング限界を延長できる。   FIG. 6 shows the relationship between the engine load and the pressure in the intake manifold 10, the inlet pressure of the turbine 25, the outlet pressure of the intercooler 6, and the relationship between the engine load and the temperature in the intake manifold 10, and the inlet pressure of the turbine 25. FIG. In FIG. 6, a load region between the C line and the D line is a region where the bypass valve 50 is opened and the air-cooled EGR cooler 37 is operated. The intake air temperature in the intake manifold 10 is lower than the characteristic indicated by the A line when the air-cooled EGR cooler 37 is not used, and the characteristic indicated by the B line when the air-cooled EGR cooler 37 is used. Thus, in the high load range, the air-cooled EGR cooler 37 operates and the intake air temperature supplied to each cylinder decreases, so that knocking of the engine 1 can be suppressed and the knocking limit is extended as shown by the white arrow in FIG. it can.

以上のように、排気エネルギにより吸気を過給するターボチャージャ4を備えるエンジン1のEGR装置であって、排気マニフォルド23(排気通路22)と吸気通路2とを連通するEGR通路33と、このEGR通路を通過するEGRガスを冷却する空冷式EGRクーラ37と、ターボチャージャ4のコンプレッサ5から吐出される吸気の一部を空冷式EGRクーラ37に冷却媒体として導くバイパス通路40と、このバイパス通路40を開閉するバイパス弁50と、このバイパス弁50の開閉を運転条件に応じて制御する制御手段(コントロールユニット14)とを備え、バイパス弁50が開く運転状態では空冷式EGRクーラ37にてEGR通路33を通過するEGRガスがバイパス通路40を通過する吸気に放熱する構成としたため、ターボチャージャ4のコンプレッサ5から吐出される余剰の吸気を利用してEGRガスが冷却され、EGRガスと新気が混合した吸気の温度を低減することによってエンジン1のノッキングを抑えられる。このため、高負荷域でもEGRを行うことができ、エンジンのノッキング限界を延長できる。   As described above, the EGR device of the engine 1 includes the turbocharger 4 that supercharges the intake air by the exhaust energy, the EGR passage 33 communicating the exhaust manifold 23 (exhaust passage 22) and the intake passage 2, and the EGR An air-cooled EGR cooler 37 that cools the EGR gas passing through the passage, a bypass passage 40 that guides a part of the intake air discharged from the compressor 5 of the turbocharger 4 to the air-cooled EGR cooler 37 as a cooling medium, and the bypass passage 40 And a control means (control unit 14) for controlling the opening and closing of the bypass valve 50 according to operating conditions. When the bypass valve 50 is open, the air-cooled EGR cooler 37 is used for the EGR passage. Because the EGR gas that passes through 33 radiates heat to the intake air that passes through the bypass passage 40 The cooled EGR gas by utilizing the intake of excess discharged from the compressor 5 of the turbocharger 4 is suppressed knocking of the engine 1 by reducing the temperature of the intake fresh air and EGR gas are mixed. For this reason, EGR can be performed even in a high load region, and the engine knock limit can be extended.

また、コントロールユニット14(制御手段)は、エンジンの回転速度と吸気圧力(負荷)を入力し、エンジンの低中回転速度、部分負荷域にバイパス弁50を閉じ、高回転速度、高負荷域にバイパス弁50を開く制御をするため、EGRガスの冷却が必要な運転条件を的確に判定し、空冷式EGRクーラ37を有効に作動させることができる。   The control unit 14 (control means) inputs the engine rotational speed and the intake pressure (load), closes the bypass valve 50 in the low and medium rotational speed and partial load areas of the engine, and in the high rotational speed and high load areas. Since the bypass valve 50 is controlled to open, it is possible to accurately determine the operating conditions that require cooling of the EGR gas, and to effectively operate the air-cooled EGR cooler 37.

また、コントロールユニット14(制御手段)は、EGRガス温度を入力し、EGRガス温度が所定値を超えて高まるのに伴ってバイパス弁50を開く制御をするため、EGRガスの冷却が必要な運転条件を的確に判定し、空冷式EGRクーラ37を有効に作動させることができる。   Further, the control unit 14 (control means) inputs the EGR gas temperature and controls the opening of the bypass valve 50 as the EGR gas temperature rises above a predetermined value, so that the EGR gas needs to be cooled. It is possible to accurately determine the conditions and operate the air-cooled EGR cooler 37 effectively.

次に図7に示す他の実施形態を説明する。これは基本的には図1の実施形態と同じ構成を有し、相違する部分のみ説明する。   Next, another embodiment shown in FIG. 7 will be described. This basically has the same configuration as that of the embodiment of FIG. 1, and only different portions will be described.

バイパス通路40の空冷式EGRクーラ37より下流側通路42が、EGR通路33の水冷式EGRクーラ34より上流側通路38と排気マニフォルド23内に設けられ、下流側通路42の下流端(出口)が大気に開放される。   A downstream passage 42 from the air-cooled EGR cooler 37 of the bypass passage 40 is provided in the upstream passage 38 and the exhaust manifold 23 from the water-cooled EGR cooler 34 of the EGR passage 33, and a downstream end (exit) of the downstream passage 42 is provided. Open to the atmosphere.

この場合も、所定の運転条件にてバイパス弁50が開かれることにより、コンプレッサ5から吐出される余剰の吸気がバイパス通路40を通って空冷式EGRクーラ37に導かれ、水冷式EGRクーラ34を通過したEGRガスを空冷式EGRクーラ37にて冷却する。そして、空冷式EGRクーラ37から出た吸気がEGR通路33の上流側通路38内と排気マニフォルド23内に設けられたバイパス通路40を通る過程で上流側通路38と排気マニフォルド23を流れるEGRガスを冷却する。こうして、ターボチャージャ4のコンプレッサ5から吐出される余剰の吸気を利用してEGRガスは水冷式EGRクーラ34より上流側と下流側で冷却される。   Also in this case, when the bypass valve 50 is opened under predetermined operating conditions, surplus intake air discharged from the compressor 5 is guided to the air-cooled EGR cooler 37 through the bypass passage 40, and the water-cooled EGR cooler 34 is The passed EGR gas is cooled by an air-cooled EGR cooler 37. Then, the EGR gas flowing through the upstream passage 38 and the exhaust manifold 23 in the course of the intake air discharged from the air-cooled EGR cooler 37 passing through the upstream passage 38 of the EGR passage 33 and the bypass passage 40 provided in the exhaust manifold 23 is removed. Cooling. Thus, the EGR gas is cooled upstream and downstream of the water-cooled EGR cooler 34 by using surplus intake air discharged from the compressor 5 of the turbocharger 4.

さらに、他の実施の形態として、図8に示すように、バイパス通路40の空冷式EGRクーラ37より下流側通路42が、EGR通路33の水冷式EGRクーラ34より上流側通路38を包囲する包囲部42aと、排気マニフォルド23内に設けられ貫通部42bとを有し、下流側通路42の下流端(出口)が大気に開放されるようにしても良い。   Furthermore, as another embodiment, as shown in FIG. 8, an enclosure in which the downstream passage 42 from the air-cooled EGR cooler 37 in the bypass passage 40 surrounds the upstream passage 38 from the water-cooled EGR cooler 34 in the EGR passage 33. It may have a portion 42a and a through portion 42b provided in the exhaust manifold 23 so that the downstream end (exit) of the downstream passage 42 is opened to the atmosphere.

この場合、空冷式EGRクーラ37から出た吸気がEGR通路33の上流側通路38の外側の包囲部42aと排気マニフォルド23の内側の貫通部42bを通る過程で上流側通路38と排気マニフォルド23を流れるEGRガスを冷却する。こうして、ターボチャージャ4のコンプレッサ5から吐出される余剰の吸気を利用してEGRガスは水冷式EGRクーラ34より上流側と下流側で冷却される。   In this case, the intake air discharged from the air-cooled EGR cooler 37 passes through the upstream side passage 38 and the exhaust manifold 23 in the process of passing through the surrounding portion 42a of the upstream side passage 38 of the EGR passage 33 and the through portion 42b inside the exhaust manifold 23. Cool the flowing EGR gas. Thus, the EGR gas is cooled upstream and downstream of the water-cooled EGR cooler 34 by using surplus intake air discharged from the compressor 5 of the turbocharger 4.

以上のように、EGR通路33に水冷式EGRクーラ34を設け、空冷式EGRクーラ37をEGR通路33の水冷式EGRクーラ34より下流側に設け、空冷式EGRクーラ37から出た吸気によってEGR通路33の水冷式EGRクーラ34より上流側を流れるEGRガスを冷却する構成としたため、EGRガスはターボチャージャ4のコンプレッサ5から吐出される余剰の吸気を利用して水冷式EGRクーラ34より上流側と下流側で冷却され、エンジン1のノッキングを有効に抑えられる。   As described above, the EGR passage 33 is provided with the water-cooled EGR cooler 34, the air-cooled EGR cooler 37 is provided downstream of the EGR passage 33 with respect to the water-cooled EGR cooler 34, Since the EGR gas flowing upstream from the 33 water-cooled EGR cooler 34 is cooled, the EGR gas is supplied upstream of the water-cooled EGR cooler 34 by using surplus intake air discharged from the compressor 5 of the turbocharger 4. Cooling is performed on the downstream side, and knocking of the engine 1 can be effectively suppressed.

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.

本発明のEGR装置は、CNGエンジンに限らず、ガソリンや他の燃料を用いる火花点火式のエンジンに利用できる。   The EGR device of the present invention is not limited to a CNG engine, but can be used for a spark ignition type engine using gasoline or other fuel.

また、本発明のEGR装置をディーゼルエンジンに適用し、EGR率を高めるようにしても良い。   Further, the EGR device of the present invention may be applied to a diesel engine to increase the EGR rate.

本発明の実施形態を示すエンジンのEGR装置の構成図。The block diagram of the EGR apparatus of the engine which shows embodiment of this invention. 同じくバイパス弁の制御内容を示すフローチャート。The flowchart which similarly shows the control content of a bypass valve. 同じくエンジンの回転速度と負荷に対する発生トルクの関係を示す特性図。The characteristic view which similarly shows the relationship between the engine speed and the generated torque with respect to the load. 同じくバイパス弁の制御内容を示すフローチャート。The flowchart which similarly shows the control content of a bypass valve. 同じくエンジンの負荷率とEGR率の関係を示す特性図。The characteristic view which similarly shows the relationship between an engine load factor and an EGR rate. 同じくエンジン負荷と吸気マニフォルド内の温度等の関係を示す特性図。The characteristic view which similarly shows the relationship between the engine load and the temperature in the intake manifold. 他の実施形態を示すエンジンのEGR装置の構成図。The block diagram of the engine EGR apparatus which shows other embodiment. さらに他の実施形態を示すエンジンのEGR装置の構成図。The block diagram of the engine EGR apparatus which shows other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン
2 吸気通路
4 ターボチャージャ
5 コンプレッサ
6 インタークーラ
9 吸気圧力センサ
14 コントロールユニット
17 回転速度センサ
22 排気通路
25 タービン
33 EGR通路
34 水冷式EGRクーラ
35 EGRバルブ
36 EGRガス温度センサ
37 空冷式EGRクーラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Intake passage 4 Turbocharger 5 Compressor 6 Intercooler 9 Intake pressure sensor 14 Control unit 17 Rotation speed sensor 22 Exhaust passage 25 Turbine 33 EGR passage 34 Water-cooled EGR cooler 35 EGR valve 36 EGR gas temperature sensor 37 Air-cooled EGR cooler

Claims (4)

排気エネルギにより吸気を過給するターボチャージャを備えるエンジンのEGR装置であって、
排気通路と吸気通路とを連通するEGR通路と、このEGR通路を通過するEGRガスを冷却する空冷式EGRクーラと、前記ターボチャージャのコンプレッサから吐出される吸気の一部を前記空冷式EGRクーラに冷却媒体として導くバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパス弁と、このバイパス弁の開閉を運転条件に応じて制御する制御手段とを備え、前記バイパス弁が開く運転状態では前記空冷式EGRクーラにて前記EGR通路を通過するEGRガスが前記バイパス通路を通過する吸気に放熱する構成としたことを特徴とするエンジンのEGR装置。
An EGR device for an engine having a turbocharger that supercharges intake air by exhaust energy,
An EGR passage that connects the exhaust passage and the intake passage, an air-cooled EGR cooler that cools EGR gas that passes through the EGR passage, and a part of the intake air discharged from the compressor of the turbocharger to the air-cooled EGR cooler A bypass passage that leads as a cooling medium; a bypass valve that opens and closes the bypass passage; and a control unit that controls opening and closing of the bypass valve according to operating conditions, and the air-cooled EGR cooler is in an operating state in which the bypass valve is open. An EGR device for an engine characterized in that the EGR gas passing through the EGR passage dissipates heat to the intake air passing through the bypass passage.
前記制御手段は、前記エンジンの負荷を入力し、前記エンジンの部分負荷域に前記バイパス弁を閉じ、前記エンジンの高負荷域に前記バイパス弁を開くことを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGR装置。   2. The engine according to claim 1, wherein the control unit inputs a load of the engine, closes the bypass valve in a partial load region of the engine, and opens the bypass valve in a high load region of the engine. EGR device. 前記制御手段は、EGRガス温度を入力し、このEGRガス温度が所定値を超えて高まるのに伴って前記バイパス弁を開くことを特徴とする請求項1または2に記載のエンジンのEGR装置。   3. The engine EGR device according to claim 1, wherein the control unit inputs an EGR gas temperature and opens the bypass valve as the EGR gas temperature rises beyond a predetermined value. 4. 前記EGR通路に水冷式EGRクーラを設け、前記空冷式EGRクーラを前記EGR通路の前記水冷式EGRクーラより下流側に設け、前記空冷式EGRクーラから出た吸気によって前記EGR通路の前記水冷式EGRクーラより上流側を流れるEGRガスを冷却することを特徴とする請求項1から3のいずれか一つに記載のエンジンのEGR装置。   A water-cooled EGR cooler is provided in the EGR passage, the air-cooled EGR cooler is provided on the downstream side of the water-cooled EGR cooler in the EGR passage, and the water-cooled EGR in the EGR passage is provided by intake air discharged from the air-cooled EGR cooler. The EGR device for an engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the EGR gas flowing upstream from the cooler is cooled.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012202365A (en) * 2011-03-28 2012-10-22 Hino Motors Ltd Egr system
JP2014520996A (en) * 2011-07-01 2014-08-25 ワルトシラ フィンランド オサケユキチュア Internal combustion engine and driving method of internal combustion engine

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