JPH0370850A - 排ガスターボチャージャを備えた内燃機関 - Google Patents
排ガスターボチャージャを備えた内燃機関Info
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- JPH0370850A JPH0370850A JP2205943A JP20594390A JPH0370850A JP H0370850 A JPH0370850 A JP H0370850A JP 2205943 A JP2205943 A JP 2205943A JP 20594390 A JP20594390 A JP 20594390A JP H0370850 A JPH0370850 A JP H0370850A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、排ガスターボチャージャに加え必要の場合充
填紙冷却器を備えるとともに、さらに排ガス戻り流弁を
備えた内燃機関であって、前記排ガス戻り流弁が排ガス
タービンの上流で排ガス管から分岐するとともに流れ方
向に関して排ガスタービンの下流で充填気管に開口して
いる接続管に設けられているものに関する。
填紙冷却器を備えるとともに、さらに排ガス戻り流弁を
備えた内燃機関であって、前記排ガス戻り流弁が排ガス
タービンの上流で排ガス管から分岐するとともに流れ方
向に関して排ガスタービンの下流で充填気管に開口して
いる接続管に設けられているものに関する。
[従来の技術]
窒素酸化物の放出に関する予想される厳しい法的規制を
クリアするため自動車用ディーゼルエンジンのメーカは
将来エンジンの窒素酸化物の放出を大幅に減少させなけ
ればならない。
クリアするため自動車用ディーゼルエンジンのメーカは
将来エンジンの窒素酸化物の放出を大幅に減少させなけ
ればならない。
自動車用ディーゼルエンジンに対して法的に定められた
検査法(ヨーロッパでは13段階テスト、アメリカでは
Heavy Duty transient Cycl
e)では、窒素酸化物の約70〜80%が高負荷時に生
じる。これまで低負荷時には、窒素酸化物の低減のため
に効果があった排ガスの戻しは、高負荷時においては、
煙や粒子の放出が大きいことや、磨耗がおおきいことに
よる耐久性への影響から実施されていなかった。磨耗が
大きいのは、きれいにされていないディーゼルの排ガス
の場合、固体粒子がシリンダ壁のオイル膜を介してエン
ジンオイル中に入り込むためである。さらに、高負荷に
おいて排ガスを戻すことにより、充填式の温度が高くな
り、このことが燃焼にNOxの要因を与え、排ガス戻し
によるNOx低減の効果が打ち消されてしまうことも考
えられる。
検査法(ヨーロッパでは13段階テスト、アメリカでは
Heavy Duty transient Cycl
e)では、窒素酸化物の約70〜80%が高負荷時に生
じる。これまで低負荷時には、窒素酸化物の低減のため
に効果があった排ガスの戻しは、高負荷時においては、
煙や粒子の放出が大きいことや、磨耗がおおきいことに
よる耐久性への影響から実施されていなかった。磨耗が
大きいのは、きれいにされていないディーゼルの排ガス
の場合、固体粒子がシリンダ壁のオイル膜を介してエン
ジンオイル中に入り込むためである。さらに、高負荷に
おいて排ガスを戻すことにより、充填式の温度が高くな
り、このことが燃焼にNOxの要因を与え、排ガス戻し
によるNOx低減の効果が打ち消されてしまうことも考
えられる。
今日の自動車エンジンの大部分は、冒頭部に述べたよう
に、燃費向上とNOX低減のために充填式冷却器を備え
ている。高負荷領域での排ガスの戻しは、戻される排ガ
スが充填式冷却器の上流で吸気流に加えられる場合にの
み、効果を持つこととなる。この方法は、十分な冷却を
得るために構造的にもそしてエネルギー消費の点からも
要求されるものが実用的なものでないという事情から断
念されている。さらに従来の内燃機関の戻し排ガス中に
含まれる粒子が堆積によって充填式冷却器を汚し、その
作用を低下させたり機能停止を引き起こしたりすること
になる。つまり、戻り排ガスをきれいにするか又はきれ
いにせずに汚れや充填式の加熱という不利益を背負い込
むのを承知で充填式冷却器の下流で吸気流に加えるしか
選択の余地がない。
に、燃費向上とNOX低減のために充填式冷却器を備え
ている。高負荷領域での排ガスの戻しは、戻される排ガ
スが充填式冷却器の上流で吸気流に加えられる場合にの
み、効果を持つこととなる。この方法は、十分な冷却を
得るために構造的にもそしてエネルギー消費の点からも
要求されるものが実用的なものでないという事情から断
念されている。さらに従来の内燃機関の戻し排ガス中に
含まれる粒子が堆積によって充填式冷却器を汚し、その
作用を低下させたり機能停止を引き起こしたりすること
になる。つまり、戻り排ガスをきれいにするか又はきれ
いにせずに汚れや充填式の加熱という不利益を背負い込
むのを承知で充填式冷却器の下流で吸気流に加えるしか
選択の余地がない。
高性能エンジン、特にレーシング用エンジンのシリンダ
ヘッドやピストンの冷却のため、燃焼室に水を噴射する
ことは知られている。その際、副次的な効果として窒素
酸化物の低減が得られる。
ヘッドやピストンの冷却のため、燃焼室に水を噴射する
ことは知られている。その際、副次的な効果として窒素
酸化物の低減が得られる。
[発明が解決しようとする課題]
本発明の課題は、冒頭部で記載した形式の内燃機関にお
いて上述の問題点を解消し、エンジンの窒素酸化物放出
を低減するために高負荷領域において排ガスを戻す方法
を用いながらも充填式の温度上昇をできるだけ抑制すこ
とができるものを提供することである。
いて上述の問題点を解消し、エンジンの窒素酸化物放出
を低減するために高負荷領域において排ガスを戻す方法
を用いながらも充填式の温度上昇をできるだけ抑制すこ
とができるものを提供することである。
[課題を解決する手段]
上記課題を解決するために、本発明による内燃機関では
、機関の運転状態が温かくなっており、かつ高負荷の場
合、前記接続管を流れる排ガス部分流に水を噴射する手
段が設けられている。
、機関の運転状態が温かくなっており、かつ高負荷の場
合、前記接続管を流れる排ガス部分流に水を噴射する手
段が設けられている。
[作 用]
この構成によれば、噴射された水は蒸発し、取り出され
た気化熱により排ガス部分流が冷却される。噴射された
水は、排ガスによって、つまり空気−排ガス混合気によ
ってシリンダ内に送られ、そこでは、水噴射に基づく良
く知られた窒素酸化物を低減する作用か働く。
た気化熱により排ガス部分流が冷却される。噴射された
水は、排ガスによって、つまり空気−排ガス混合気によ
ってシリンダ内に送られ、そこでは、水噴射に基づく良
く知られた窒素酸化物を低減する作用か働く。
[効 果]
したがって、本発明による内燃機関では、エンジンの窒
素酸化物放出を低減するために高負荷領域において排ガ
スを戻す方法を用いなからも充填気の温度上昇をできる
だけ抑制すことができる。
素酸化物放出を低減するために高負荷領域において排ガ
スを戻す方法を用いなからも充填気の温度上昇をできる
だけ抑制すことができる。
また、自動車用ディーゼルエンジンにおける新しい燃焼
形態の開発の結果、高負荷領域において粒子が低く抑え
られるエンジンが実用化されると、10〜20%の排ガ
スの戻し割合が前もっての浄化なしでも又充填気冷部器
の下流で合流させることもなしで可能となる。戻される
排ガスの粒子が低く抑えられることにより、戻り排ガス
によるエンジンオイルの汚れに基づくエンジン磨耗の問
題が解消される。
形態の開発の結果、高負荷領域において粒子が低く抑え
られるエンジンが実用化されると、10〜20%の排ガ
スの戻し割合が前もっての浄化なしでも又充填気冷部器
の下流で合流させることもなしで可能となる。戻される
排ガスの粒子が低く抑えられることにより、戻り排ガス
によるエンジンオイルの汚れに基づくエンジン磨耗の問
題が解消される。
[その他の特徴]
さらに本発明による好適な実施形態において、水噴射手
段が水タンク及びこれに接続された前ポンプを備えてお
り、このポンプが電子制御される噴射弁に接続されてお
り、水噴射量はエンジン電子系のエンジン特性テーブル
に基づいて設定されるものがある。
段が水タンク及びこれに接続された前ポンプを備えてお
り、このポンプが電子制御される噴射弁に接続されてお
り、水噴射量はエンジン電子系のエンジン特性テーブル
に基づいて設定されるものがある。
さらに本発明により、前記水噴射弁が前記接続管におい
て排ガス部分流の流れ方向に関して排ガス戻り液弁の下
流に設けられている場合、特に好都合である。
て排ガス部分流の流れ方向に関して排ガス戻り液弁の下
流に設けられている場合、特に好都合である。
排ガス部分流に噴射される水の混合と蒸発を良好にする
ために、本発明による水噴射弁は排ガス部分流によって
包囲されるように配置させることができる。前記水噴射
弁を保護するために、本発明では、水噴射弁が水タンク
に戻される貫流によって冷却される構造とすることも可
能である。
ために、本発明による水噴射弁は排ガス部分流によって
包囲されるように配置させることができる。前記水噴射
弁を保護するために、本発明では、水噴射弁が水タンク
に戻される貫流によって冷却される構造とすることも可
能である。
冬場の運転のために、本発明の実施形態において、水タ
ンク用の加熱手段が備えられているものもあり、その際
、例えば、水タンク内に温度センサが設けられ、このセ
ンサか氷結時にエンジン電子系を介して排ガス管の枝管
の絞り調節弁を開放し、このことによって排ガスが加熱
のために水タンクを貫流するようにすることもできる。
ンク用の加熱手段が備えられているものもあり、その際
、例えば、水タンク内に温度センサが設けられ、このセ
ンサか氷結時にエンジン電子系を介して排ガス管の枝管
の絞り調節弁を開放し、このことによって排ガスが加熱
のために水タンクを貫流するようにすることもできる。
さらには、水タンク内に設けられた温度センサがエンジ
ン電子系を介して水タンクのための電気的に駆動する加
熱手段を制御するも可能である。
ン電子系を介して水タンクのための電気的に駆動する加
熱手段を制御するも可能である。
[実施例]
全体としてlで示された内燃機関は、シリンダ2、シリ
ンダヘッド3、往復ピストン4及び吸気弁5と排気弁6
を備えている。排気弁6に接続されている排気管7は排
ガスタービン9のスパイラルハウジング8に連通してい
る。排気タービン9の回転ホイール9′は軸itを介し
て空気圧縮機10の回転ホイール10゛ と連結され
ている。空気圧縮機のスパイラルハウジングは12で示
されており、排ガスタービン9と空気圧縮機IOとから
構成されたターボチャージャは全体として13で示され
ている。空気圧縮機10のスパイラルハウジング12内
にノズル14を介して軸方向に新鮮な空気が流れ込んで
くる。圧縮された空気はこのスパイラルハウジング12
から充填空気管15と集合器16を介して吸気弁5に流
れ、その際その流れは充填空気冷却器17を通過する。
ンダヘッド3、往復ピストン4及び吸気弁5と排気弁6
を備えている。排気弁6に接続されている排気管7は排
ガスタービン9のスパイラルハウジング8に連通してい
る。排気タービン9の回転ホイール9′は軸itを介し
て空気圧縮機10の回転ホイール10゛ と連結され
ている。空気圧縮機のスパイラルハウジングは12で示
されており、排ガスタービン9と空気圧縮機IOとから
構成されたターボチャージャは全体として13で示され
ている。空気圧縮機10のスパイラルハウジング12内
にノズル14を介して軸方向に新鮮な空気が流れ込んで
くる。圧縮された空気はこのスパイラルハウジング12
から充填空気管15と集合器16を介して吸気弁5に流
れ、その際その流れは充填空気冷却器17を通過する。
排気管7と充填管15との間に接続管18が設けられて
おり、これを介して、ここでは詳しく図示されていない
電気−空気式の排ガス戻り詭弁19によって制御されな
がら、排ガスの一部が排気管7から充填管15に矢印2
0の方向に流れることかできる。電気−空気式の圧力振
動手段が19°で真空ポンプが19″で示されている。
おり、これを介して、ここでは詳しく図示されていない
電気−空気式の排ガス戻り詭弁19によって制御されな
がら、排ガスの一部が排気管7から充填管15に矢印2
0の方向に流れることかできる。電気−空気式の圧力振
動手段が19°で真空ポンプが19″で示されている。
接続管18には、排ガス部分流の流れ方向に関して排ガ
ス戻り詭弁19の下流側に水噴射弁21が設けられ、噴
射された水が排ガス部分流とよく混合されるように排ガ
ス部分流が水噴射弁を包囲するように構成されている。
ス戻り詭弁19の下流側に水噴射弁21が設けられ、噴
射された水が排ガス部分流とよく混合されるように排ガ
ス部分流が水噴射弁を包囲するように構成されている。
接続管18の充填空気管15への開口部18゛ から、
充填空気管15への開口部18°から、充填空気管15
つまり吸い込み管16に、運転状態が熱くエンジン負荷
が高い場合、空気と排ガスと水滴からなる混合体が流入
し、このことは図では黒丸のシンボルで表現されている
。
充填空気管15への開口部18°から、充填空気管15
つまり吸い込み管16に、運転状態が熱くエンジン負荷
が高い場合、空気と排ガスと水滴からなる混合体が流入
し、このことは図では黒丸のシンボルで表現されている
。
電子的に制御されろ水噴射弁21は水タンク22から管
路23を介して水ポンプ24(前ポンプ)によって水を
供給される。水噴射弁21を冷却するために水ポンプ2
4が過剰の水を送り出し、これは管路25を通って再び
水タンクに戻される。電子制御装置26は、前もってエ
ンジン特性によって設定される水量が、運転状態が熱く
エンジン負荷が高いときにのみ噴射されるように設計さ
れている。
路23を介して水ポンプ24(前ポンプ)によって水を
供給される。水噴射弁21を冷却するために水ポンプ2
4が過剰の水を送り出し、これは管路25を通って再び
水タンクに戻される。電子制御装置26は、前もってエ
ンジン特性によって設定される水量が、運転状態が熱く
エンジン負荷が高いときにのみ噴射されるように設計さ
れている。
排ガスの本流は、管ノズル27を介して排ガスタービン
9のスパイラルハウジング8を通過し、さらに排気管2
8をへて、マフラーに達する。冬場の外気温度、例えば
O″CC以下合、絞り調整弁31を開くことにより、水
タンク22を貫通している排ガスの枝管30を排ガスの
一部が流れ出す。このメカニズは自動化することも可能
である。水噴射は冷間起動の後はいずれにせよ必要でな
いので、タンクが凍ってしまっても差しつかえない。水
タンク22の温度センサ32は電子制御装置26に場合
によって生じるかも知れない氷結を報知し、これに応答
して、絞り調節弁3Iを開けることにより、排ガスが水
タンク22を温めるために流れ込む。タンク内の氷が解
けると、絞り調節弁31は再び閉鎖される。
9のスパイラルハウジング8を通過し、さらに排気管2
8をへて、マフラーに達する。冬場の外気温度、例えば
O″CC以下合、絞り調整弁31を開くことにより、水
タンク22を貫通している排ガスの枝管30を排ガスの
一部が流れ出す。このメカニズは自動化することも可能
である。水噴射は冷間起動の後はいずれにせよ必要でな
いので、タンクが凍ってしまっても差しつかえない。水
タンク22の温度センサ32は電子制御装置26に場合
によって生じるかも知れない氷結を報知し、これに応答
して、絞り調節弁3Iを開けることにより、排ガスが水
タンク22を温めるために流れ込む。タンク内の氷が解
けると、絞り調節弁31は再び閉鎖される。
今述べた水タンクのヒーティングの代わりとして、電気
ヒータあるいは液体燃料やガス燃料で働くヒータを備え
ることもできる。水タンクはいずれにせよ、断熱処理を
施しておくとよい。
ヒータあるいは液体燃料やガス燃料で働くヒータを備え
ることもできる。水タンクはいずれにせよ、断熱処理を
施しておくとよい。
吸い込み部やシリンダにおける腐食という水噴射に伴う
問題点は、エンジンの高負荷運転と運転停止との間には
常に水噴射の伴わない部分負荷運転があり、場合によっ
ては水分が付着した部材も十分に乾燥してしまうという
事実から、解消するものである。それにもかかわらず、
排気系や排ガスの戻り系における腐食を抑制するために
硫黄分の少ない燃料を使用することが望ましい。
問題点は、エンジンの高負荷運転と運転停止との間には
常に水噴射の伴わない部分負荷運転があり、場合によっ
ては水分が付着した部材も十分に乾燥してしまうという
事実から、解消するものである。それにもかかわらず、
排気系や排ガスの戻り系における腐食を抑制するために
硫黄分の少ない燃料を使用することが望ましい。
本発明による実施例は、全ての排ガス処理手段、例えば
粒子フィル、触媒器等と組み合わせることが可能である
。
粒子フィル、触媒器等と組み合わせることが可能である
。
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするた
めに符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。
めに符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構
造に限定されるものではない。
図面は本発明に係る内燃機関の一実施例を示すブロック
図である。 (1)・・・・・・内燃機関、(7)・・・・・・排ガ
ス管、(13)・・・・・・ターボチャージャ、(18
)・・・・・・接続管、(19)・・・・・・排ガス戻
り液弁。
図である。 (1)・・・・・・内燃機関、(7)・・・・・・排ガ
ス管、(13)・・・・・・ターボチャージャ、(18
)・・・・・・接続管、(19)・・・・・・排ガス戻
り液弁。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、排ガスターボチャージャに加え必要の場合充填気冷
却器を備えるとともに、さらに排ガス戻り流弁を備えた
内燃機関であって、前記排ガス戻り流弁が排ガスタービ
ンの上流で排ガス管から分岐するとともに流れ方向に関
して排ガスタービンの下流で充填気管に開口している接
続管に設けられているものにおいて、 機関(1)の運転状態が温かくなっており、かつ高負荷
の場合、前記接続管(18)を流れる排ガス部分流に水
を噴射する手段が設けられていることを特徴とする排ガ
スターボチャージャを備えた内燃機関。 2、前記水噴射手段が水タンク(22)及びこれに接続
された前ポンプ(24)を備えており、前記ポンプが電
子制御される噴射弁(21)に接続されており、水噴射
量はエンジン電子系(26)のエンジン特性テーブルで
設定されることを特徴とする請求項1に記載の排ガスタ
ーボチャージャを備えた内燃機関。 3、前記水噴射弁(21)が前記接続管(18)におい
て前記排ガス部分流の流れ方向に関して前記排ガス戻り
流弁(19)の下流に設けられていることを特徴とする
請求項1又は2に記載の排ガスターボチャージャを備え
た内燃機関。 4、前記水噴射弁(21)が前記排ガス部分流によって
包囲されていることを特徴とする請求項2又は3に記載
の排ガスターボチャージャを備えた内燃機関。 5、前記水噴射弁(21)が水タンク(22)に戻され
る貫流によって冷却されることを特徴とする請求項2〜
4のいずれかに記載の排ガスターボチャージャを備えた
内燃機関。 6、冬場の運転のために水タンク(22)用の加熱手段
が備えられていることを特徴とする請求項2〜5のいず
れかに記載の排ガスターボチャージャを備えた内燃機関
。 7、前記水タンク(22)内に温度センサ(32)が設
けられ、このセンサが氷結時にエンジン電子系(26)
を介して排ガス管(28)の枝管(30)の絞り調節弁
(31)を開放し、このことによって排ガスが加熱のた
めに前記水タンク(22)を貫流することを特徴とする
請求項6に記載の排ガスターボチャージャを備えた内燃
機関。 8、前記水タンク(22)内に設けられた温度センサ(
32)がエンジン電子系(26)を介して水タンク(2
2)のための電気的に駆動する加熱手段を制御すること
を特徴とする請求項6に記載の排ガスターボチャージャ
を備えた内燃機関。
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