JP2014098324A

JP2014098324A - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JP2014098324A
Application number: JP2012249729A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hasegawa; 浩之長谷川; Kimpei Asazuma; 金平浅妻
Original assignee: HKS Co Ltd
Current assignee: HKS Co Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-29
Also published as: US20140130494A1; CN103807005A

Abstract

【課題】ターボチャージャを設けたエンジンにＥＧＲシステムを採用するとき、エンジンの排気の有効利用によってターボチャージャの仕事を損なうことなく、ＥＧＲクーラーの負荷も軽減し、しかもＥＧＲガスを安定的に吸気マニホールドに送給すること。
【解決手段】エンジン１０の過給装置１００において、エンジン１０の排気管路１３におけるターボチャージャ１１０のタービンより後流側部位から分岐されるＥＧＲ管路１２１に介装され、エンジン１０の回転によって駆動されるコンプレッサによりＥＧＲ管路１２１に導入されたＥＧＲガスを加圧し、加圧されたＥＧＲガスをエンジン１０の吸気マニホールド１２へ送給するスーパーチャージャ１２０と、ＥＧＲ管路１２１におけるスーパーチャージャ１２０のコンプレッサより下流側部位に配置された絞り弁１３１の開度を調整し、該コンプレッサから吸気マニホールド１２へ送給されるＥＧＲガスの供給量を制御する制御手段１３０とを有してなるもの。
【選択図】図１

Description

本発明はディーゼルエンジン等に用いて好適なエンジンの過給装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンの排気再循環システム（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）として、エンジンの排気管路から分流した排気を吸気マニホールドへ戻し、燃焼温度を下げてＮＯxを低減させるものが提案されている。

特許文献１に記載のエンジンの過給装置にあっては、エンジンの排気管路にターボチャージャを設けるとともに、ＥＧＲ管路を設けている。ターボチャージャは、エンジンの排気管路に排出された排気によってタービンを回転され、かつコンプレッサで加圧した空気を吸気マニホールドへ送給する。ＥＧＲ管路は、エンジンの排気管路におけるターボチャージャのタービンより前流側部位から分岐され、エンジンの排気の一部をＥＧＲガス（再循環ガス）として給気マニホールドへ導入する。ＥＧＲ管路にはＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー、ＥＧＲバルブが介装されている。

特開2007-77854

特許文献１に記載のエンジンの過給装置には以下の問題点がある。
(1)エンジンの排気の一部がＥＧＲガスとしてターボチャージャのタービンより前流側部位からＥＧＲ管路に導入され、タービンの回転に供されないから、ターボチャージャの仕事を損なうものになる。また、ＥＧＲ管路に導入されたＥＧＲガスは、タービンの回転に供されることによる温度低下がなく、ＥＧＲクーラーに対する大きな負荷になる。

(2)ＥＧＲガスは格別に加圧されることなく、単にＥＧＲ管路によって吸気マニホールドに導入される。このため、ターボチャージャのコンプレッサによって加圧されて吸気マニホールドに送給されてくる空気の圧力に対し、ＥＧＲガスが低圧の故に吸気マニホールドに到達不能（又は逆流）に至るおそれがある。このようなＥＧＲガスの吸気マニホールドへの到達不能（又は逆流）を回避するために、ターボチャージャのタービンの入口部に可変ノズル翼機構を設けて排気圧力を高め、それによって高圧となるＥＧＲガスを上記ＥＧＲ管路から吸気マニホールドに送り込んでいるが、ターボチャージャが複雑高コストになる。

本発明の課題は、ターボチャージャを設けたエンジンにＥＧＲシステムを採用するとき、エンジンの排気の有効利用によってターボチャージャの仕事を損なうことなく、ＥＧＲクーラーの負荷も軽減し、しかもＥＧＲガスを安定的に吸気マニホールドに送給することにある。

請求項１に係る発明は、エンジンの過給装置において、エンジンの排気管路に排出された排気によってタービンを回転し、かつコンプレッサで加圧した空気をエンジンの吸気マニホールドへ送給するターボチャージャと、エンジンの排気管路におけるターボチャージャのタービンより後流側部位から分岐されるＥＧＲ管路に介装され、エンジンの回転によって駆動されるコンプレッサによりＥＧＲ管路に導入されたＥＧＲガスを加圧し、加圧されたＥＧＲガスをエンジンの吸気マニホールドへ送給するスーパーチャージャと、ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより下流側部位に配置された絞り弁の開度を調整し、該コンプレッサから吸気マニホールドへ送給されるＥＧＲガスの供給量を制御する制御手段とを有してなるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記スーパーチャージャが遠心コンプレッサ式スーパーチャージャであるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより上流側部位にＥＧＲクーラーを介装してなるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれかに係る発明において更に、前記ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより下流側部位に吸気マニホールドからの逆流を止める逆止弁を設けてなるようにしたものである。

（請求項１）
(a)ＥＧＲガスとしてＥＧＲ管路に導入される排気は、ターボチャージャのタービンの回転に供された後、該タービンより後流側部位からＥＧＲ管路に導入されるものであるから、ターボチャージャの仕事を損なうことがない。

また、ＥＧＲ管路に導入されたＥＧＲガスは、ターボチャージャの仕事に供されて温度低下したものになるから、ＥＧＲクーラーに対する負荷を軽減するものになる。

(b)ＥＧＲガスはスーパーチャージャにより加圧されて吸気マニホールドに導入される。このため、ターボチャージャによって加圧されて吸気マニホールドに送給されてくる空気の圧力に対し、ＥＧＲガスは加圧状態で吸気マニホールドに安定的に送給されて反吸気マニホールド側へ逆流することもない。

このとき、ＥＧＲガスは制御手段により開度調整される絞り弁により、ターボチャージャによって送給されてくる空気量に対して流量制御され、エンジンの負荷又は回転速度の変化に対してＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（空気量＋ＥＧＲガス量））を最適化し、ＮＯxの排出量を可及的に低減できる。

（請求項２）
(c)遠心コンプレッサ式スーパーチャージャでは、ターボチャージャによって送給されてくる空気量に対し、スーパーチャージャのコンプレッサから吐出されたＥＧＲガスの使用流量域（Ｑ1〜Ｑ2）における吐出流量（体積流量Ｑ）を絞り弁により制御したとき、スーパーチャージャの吐出圧力（Ｐ）の変化（Ｐ1〜Ｐ2）が小さい（Ｐ1、Ｐ2はそれぞれＱ1、Ｑ2に対応する値である）。これにより、ＥＧＲガスは、使用流量域で、ターボチャージャによって加圧されて吸気マニホールドに送給されてくる空気の圧力に対して殆ど低圧化することがなく、反吸気マニホールド側へ逆流するおそれがない。

尚、容積コンプレッサ式スーパーチャージャでは、スーパーチャージャのコンプレッサから吐出されたＥＧＲガスの使用流量域における吐出流量を絞り弁により制御したときに該コンプレッサの吐出圧力が大きく変化し、反吸気マニホールド側へ逆流するおそれがある。

(d)遠心コンプレッサ式スーパーチャージャでは、ターボチャージャによって送給されてくる空気量に対してＥＧＲ率を最適化するために、スーパーチャージャのコンプレッサから吐出されたＥＧＲガスの使用流量域（Ｑ1〜Ｑ2）における吐出流量（体積流量Ｑ）を絞り弁により制御したとき、駆動動力（Ｗ1〜Ｗ2）が所定値（Ｗ1）以下の範囲となって小さい（Ｗ1、Ｗ2はそれぞれＱ1、Ｑ2に対応する値である）。

尚、容積コンプレッサ式スーパーチャージャでは、スーパーチャージャのコンプレッサから吐出されたＥＧＲガスの使用流量域（Ｑ1〜Ｑ2）における吐出流量（体積流量Ｑ）を絞り弁により制御したとき、駆動動力（Ｗ1〜Ｗ2）が所定値（Ｗ1）以上の範囲で大幅に大きくなる。

（請求項３）
(e)ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより上流側部位にＥＧＲクーラーが介装される。

（請求項４）
(f)ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより下流側部位に吸気マニホールドからの逆流を止める逆止弁が設けられる。

図１はエンジンの過給装置を示す模式図である。図２は遠心コンプレッサ式スーパーチャージャと容積コンプレッサ式スーパーチャージャの特性線図である。

図１は本発明に係る自動車用ディーゼルエンジン１０のための過給装置１００の一実施例である。エンジン１０は、吸気管路１１に連なる吸気マニホールド１２と、排気管路１３に連なる排気マニホールド１４とを有し、排気マニホールド１４の出口側には排気処理装置１５を介装している。

過給装置１００は、ターボチャージャ１１０と、スーパーチャージャ１２０と、制御手段（エンジンＣＰＵ）１３０とを有する。

ターボチャージャ１１０は、エンジン１０の排気管路１３に排出された排気によってタービン１１１を回転し、かつ吸気管路１１に介装されているコンプレッサ１１２で加圧した燃焼用空気をインタークーラー１１３経由でエンジン１０の吸気マニホールド１２へ送給する。

スーパーチャージャ１２０は、エンジン１０の排気管路１３におけるターボチャージャ１１０のタービン１１１より後流側部位から分岐されるＥＧＲ管路１２１に介装される。スーパーチャージャ１２０は、エンジン１０の回転軸１６とベルト連結等され、エンジン１０の回転によって駆動されるコンプレッサ１２２によりＥＧＲ管路１２１に導入されたＥＧＲガス（再循環ガス）を加圧し、加圧されたＥＧＲガスをエンジン１０の吸気マニホールド１２へ送給する。

制御手段１３０は、ＥＧＲ管路１２１におけるスーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２より下流側部位（吸気マニホールド１２寄り）に配置された絞り弁１３１の開度を調整し、該コンプレッサ１２２から吸気マニホールド１２へ送給されるＥＧＲガスの供給量を制御する。制御手段１３０は、ターボチャージャ１１０のコンプレッサ１１２からインタークーラー１１３を経由して吸気マニホールド１２に投入された空気の圧力Ｐa、スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２の吐出圧力Ｐe、エンジン１０の回転数、エンジン１０への燃料供給量等の入力情報に基づき、該スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２により加圧されたＥＧＲガスが逆流することなくエンジン１０の吸気マニホールド１２へ送給されるように、絞り弁１３１の開度を調整するものである。図１において、１３２、１３３はＰa、Ｐeを検出するための圧力センサである。

過給装置１００にあっては、ＥＧＲ管路１２におけるスーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２より上流側部位にＥＧＲクーラー１２３を介装している。

また、ＥＧＲ管路１２１におけるスーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２より下流側部位に吸気マニホールド１２からコンプレッサ１２２の側への逆流を止める逆止弁１２４を設けている。本実施例では、絞り弁１３１の吸気マニホールド１２寄りに逆止弁１２４を設けている。

尚、スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２には、エンジン１２に接続されたブリーザーホース１２５を介してブローバイガスが導入可能にされている。

過給装置１００によれば以下の作用効果を奏する。
(a)ＥＧＲガスとしてＥＧＲ管路１２１に導入される排気は、ターボチャージャ１１０のタービン１１１の回転に供された後、該タービン１１１より後流側部位からＥＧＲ管路１２１に導入されるものであるから、ターボチャージャ１１０の仕事を損なうことがない。

また、ＥＧＲ管路１２１に導入されたＥＧＲガスは、ターボチャージャ１１０の仕事に供されて温度低下したものになるから、ＥＧＲクーラー１２３に対する負荷を軽減するものになる。

(b)ＥＧＲガスはスーパーチャージャ１２０により加圧されて吸気マニホールド１２に導入される。このため、ターボチャージャ１１０によって加圧されて吸気マニホールド１２に送給されてくる空気の圧力に対し、ＥＧＲガスは加圧状態で吸気マニホールド１２に安定的に送給されて反吸気マニホールド１２側へ逆流することもない。

このとき、ＥＧＲガスは制御手段１３０により開度調整される絞り弁１３１により、ターボチャージャ１１０によって送給されてくる空気量に対して流量制御され、エンジン１０の負荷又は回転速度の変化に対してＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（空気量＋ＥＧＲガス量））を最適化し、ＮＯxの排出量を可及的に低減できる。

ここで、スーパーチャージャ１２０は遠心コンプレッサ式スーパーチャージャと容積コンプレッサ式スーパーチャージャのいずれかを採用できる。スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２のある一定回転数で、コンプレッサ１２２から吐出されて絞り弁１３１により制御されるＥＧＲガスの使用流量域（Ｑ1〜Ｑ2）における吐出流量（体積流量）Ｑの変化に対し、該コンプレッサ１２２の吐出圧力Ｐと駆動動力Ｗがなす変化を特性線図として図２に示せば、遠心コンプレッサ式スーパーチャージャで実線（Ｐ、Ｗ）の通りになり、容積コンプレッサ式スーパーチャージャで破線（Ｐ´、Ｗ´）の通りになる。従って、スーパーチャージャ１２０として、遠心コンプレッサ式スーパーチャージャを採用したとき、下記(c)、(d)の作用効果を奏する。

(c)遠心コンプレッサ式スーパーチャージャ１２０では、ターボチャージャ１１０によって送給されてくる空気量に対し、スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２から吐出されたＥＧＲガスの使用流量域（Ｑ1〜Ｑ2）における吐出流量（体積流量Ｑ）を絞り弁１３１により制御したとき、スーパーチャージャ１２０の吐出圧力（Ｐ）の変化（Ｐ1〜Ｐ2）が小さい（Ｐ1、Ｐ2はそれぞれＱ1、Ｑ2に対応する値である）。これにより、ＥＧＲガスは、使用流量域で、ターボチャージャ１１０によって加圧されて吸気マニホールド１２に送給されてくる空気の圧力に対して殆ど低圧化することがなく、反吸気マニホールド側へ逆流するおそれがない。

尚、容積コンプレッサ式スーパーチャージャ１２０では、スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２から吐出されたＥＧＲガスの使用流量域における吐出流量を絞り弁１３１により制御したときに該コンプレッサ１２２の吐出圧力が大きく変化し、反吸気マニホールド側へ逆流するおそれがある。

(d)遠心コンプレッサ式スーパーチャージャ１２０では、ターボチャージャ１１０によって送給されてくる空気量に対してＥＧＲ率を最適化するために、スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２から吐出されたＥＧＲガスの使用流量域（Ｑ1〜Ｑ2）における吐出流量（体積流量Ｑ）を絞り弁１３１により制御したとき、駆動動力（Ｗ1〜Ｗ2）が所定値（Ｗ1）以下の範囲となって小さい（Ｗ1、Ｗ2はそれぞれＱ1、Ｑ2に対応する値である）。

尚、容積コンプレッサ式スーパーチャージャ１２０では、スーパーチャージャ１２０のコンプレッサ１２２から吐出されたＥＧＲガスの使用流量域（Ｑ1〜Ｑ2）における吐出流量（体積流量Ｑ）を絞り弁１３１により制御したとき、駆動動力（Ｗ1〜Ｗ2）が所定値（Ｗ1）以上の範囲で大幅に大きくなる。

また、スーパーチャージャ１２０として遠心コンプレッサ式スーパーチャージャを採用したとき、容積コンプレッサ式スーパーチャージャに比してコンパクトであり、自動車のエンジンルーム内におけるその占有スペースを小さくできる。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジン、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）エンジン等に用いることもできる。

本発明は、エンジンの過給装置において、エンジンの排気管路に排出された排気によってタービンを回転し、かつコンプレッサで加圧した空気をエンジンの吸気マニホールドへ送給するターボチャージャと、エンジンの排気管路におけるターボチャージャのタービンより後流側部位から分岐されるＥＧＲ管路に介装され、エンジンの回転によって駆動されるコンプレッサによりＥＧＲ管路に導入されたＥＧＲガスを加圧し、加圧されたＥＧＲガスをエンジンの吸気マニホールドへ送給するスーパーチャージャと、ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより下流側部位に配置された絞り弁の開度を調整し、該コンプレッサから吸気マニホールドへ送給されるＥＧＲガスの供給量を制御する制御手段とを有してなるものにした。これにより、ターボチャージャを設けたエンジンにＥＧＲシステムを採用するとき、エンジンの排気の有効利用によってターボチャージャの仕事を損なうことなく、ＥＧＲクーラーの負荷も軽減し、しかもＥＧＲガスを安定的に吸気マニホールドに送給することができる。

１０エンジン
１１吸気通路
１２吸気マニホールド
１３排気管路
１４排気マニホールド
１００過給装置
１１０ターボチャージャ
１１１タービン
１１２コンプレッサ
１２０スーパーチャージャ
１２１ＥＧＲ管路
１２２コンプレッサ
１２３ＥＧＲクーラー
１２４逆止弁
１３０制御手段
１３１絞り弁

Claims

エンジンの過給装置において、
エンジンの排気管路に排出された排気によってタービンを回転し、かつコンプレッサで加圧した空気をエンジンの吸気マニホールドへ送給するターボチャージャと、
エンジンの排気管路におけるターボチャージャのタービンより後流側部位から分岐されるＥＧＲ管路に介装され、エンジンの回転によって駆動されるコンプレッサによりＥＧＲ管路に導入されたＥＧＲガスを加圧し、加圧されたＥＧＲガスをエンジンの吸気マニホールドへ送給するスーパーチャージャと、
ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより下流側部位に配置された絞り弁の開度を調整し、該コンプレッサから吸気マニホールドへ送給されるＥＧＲガスの供給量を制御する制御手段とを有してなることを特徴とするエンジンの過給装置。
前記スーパーチャージャが遠心コンプレッサ式スーパーチャージャである請求項１に記載のエンジンの過給装置。
前記ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより上流側部位にＥＧＲクーラーを介装してなる請求項１又は２に記載のエンジンの過給装置。
前記ＥＧＲ管路におけるスーパーチャージャのコンプレッサより下流側部位に吸気マニホールドからの逆流を止める逆止弁を設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの過給装置。