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JP2017180154A - Internal combustion engine - Google Patents

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JP2017180154A
JP2017180154A JP2016064863A JP2016064863A JP2017180154A JP 2017180154 A JP2017180154 A JP 2017180154A JP 2016064863 A JP2016064863 A JP 2016064863A JP 2016064863 A JP2016064863 A JP 2016064863A JP 2017180154 A JP2017180154 A JP 2017180154A
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JP
Japan
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turbocharger
exhaust
compressor
passage
turbine
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JP2016064863A
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Japanese (ja)
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真人 澤下
Masato Sawashita
真人 澤下
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Daihatsu Motor Co Ltd
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Daihatsu Motor Co Ltd
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten as much as possible the length of a low pressure loop EGR passage at the time of assembling a low pressure loop EGR device into a second stage turbo engine.SOLUTION: An internal combustion engine comprises: an exhaust turbine 62 of a first turbocharger 6 for rotating in the response of the inflow of an exhaust gas; a compressor 61 of a first turbocharger driven by the exhaust turbine of the first turbocharger; an exhaust turbine 52 of a second turbocharger 5 disposed downstream of and below the exhaust turbine of the first turbo supercharger; a compressor 51 of the second supercharger driven by the exhaust turbine of the second turbocharger disposed upstream of and below the compressor of the first turbo supercharger in an intake passage 3 and compressing intake air; and a low-pressure loop EGR passage connecting a predetermined portion downstream of the exhaust turbine of the second turbo supercharger and a predetermined portion upstream of the compressor of the second turbo supercharger.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、排気ターボ過給機及び低圧ループEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置が付随する内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine accompanied by an exhaust turbocharger and a low pressure loop EGR (Exhaust Gas Recirculation) device.

車両用の内燃機関として、排気ターボ過給機を備えたターボエンジンが公知である。ターボ過給機は、内燃機関の排気通路側に配置した駆動タービンと、吸気通路側に配置したコンプレッサとを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、排気が持つ残存エネルギを利用してタービンひいてはコンプレッサのインペラ(コンプレッサホイール)を回転させ、コンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒に送り込むことができる。   As an internal combustion engine for vehicles, a turbo engine provided with an exhaust turbocharger is known. The turbocharger is configured such that a drive turbine disposed on the exhaust passage side of the internal combustion engine and a compressor disposed on the intake passage side are coaxially connected and interlocked. The remaining energy of the exhaust is used to rotate the turbine, and thus the compressor impeller (compressor wheel), and pump the compressor so that the intake air is compressed (supercharged) and sent to the cylinder. Can do.

近時では、容量の相異なる二基のターボ過給機を併用する2ステージターボ(シーケンシャルターボ)エンジンも開発されている(例えば、下記特許文献1を参照)。直列式の2ステージターボシステムでは、比較的大容量のターボ過給機と比較的小容量のターボ過給機とを直列に接続し、エンジン回転数の高い運転領域において前者を用いて吸気の過給を行い、エンジン回転数の低い運転領域においては後者を用いて吸気の過給を行う。   Recently, a two-stage turbo (sequential turbo) engine using two turbochargers with different capacities has been developed (see, for example, Patent Document 1 below). In an in-line two-stage turbo system, a turbocharger with a relatively large capacity and a turbocharger with a relatively small capacity are connected in series, and the former is used in the operating region where the engine speed is high to In the operating region where the engine speed is low, the latter is used to supercharge the intake air.

また、気筒内での混合気の燃焼温度を低下させてNOxの排出量を削減しつつ、ポンピングロスの低減を図るEGR装置が公知である。EGR装置は、排気経路と吸気経路とをEGR通路を介して連通させ、気筒内で発生する燃焼ガスの一部をEGR通路経由で吸気経路に還流させて吸気に混入するものである。 Further, while reducing the emissions of the combustion temperature is lowered by NO x in the gas mixture in the cylinder, a EGR device known to reduce the pumping loss. In the EGR device, an exhaust path and an intake path are communicated with each other via an EGR passage, and a part of combustion gas generated in the cylinder is returned to the intake path via the EGR passage and mixed into the intake air.

ターボ過給機の排気タービン及び排気浄化装置を通過した後の排気ガスを吸気通路に還流させるものが、低圧ループEGRである(例えば、下記特許文献2を参照)。低圧ループEGRは、比較的低温かつ多量のEGRガスを吸気に混入できる点で有利である。   A low-pressure loop EGR is one that recirculates exhaust gas after passing through an exhaust turbine and an exhaust purification device of a turbocharger to an intake passage (see, for example, Patent Document 2 below). The low-pressure loop EGR is advantageous in that a relatively low temperature and a large amount of EGR gas can be mixed into the intake air.

国際公開WO2012/081062号パンフレットInternational Publication WO2012 / 081062 Pamphlet 特開2014−088782号公報JP 2014-087882 A

2ステージターボエンジンに低圧ループEGR装置を組み込むとき、排気通路と吸気通路とを繋ぐ低圧ループEGR通路がどうしても長くなる。具体例として、第一のターボ過給機のタービン及びコンプレッサを各気筒の排気ポート及び吸気ポートが存在するシリンダヘッド付近に配置し、第二のターボ過給機のタービン及びコンプレッサを第一のターボ過給機のそれよりも上方に位置づけることを考える。第二のターボ過給機のタービンを出た排気を浄化するための排気浄化装置を内燃機関のシリンダブロックまたはクランクケースの高さに位置づける場合、排気浄化装置の出口は第二のターボ過給機よりもかなり下に位置することとなる。このため、排気通路における排気浄化装置の下流側から、吸気通路における第二のターボ過給機のコンプレッサの上流側まで、低圧ループEGR通路の配管を持ち上げるように引き回さなければならなくなる。EGRの経路長が長いことは、気筒に充填される吸気のEGR率(EGRガスが吸気に占める割合)の制御の即応性、応答性の低下につながる。   When a low pressure loop EGR device is incorporated into a two-stage turbo engine, the low pressure loop EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage is inevitably long. As a specific example, the turbine and compressor of the first turbocharger are arranged in the vicinity of the cylinder head where the exhaust port and the intake port of each cylinder exist, and the turbine and compressor of the second turbocharger are arranged in the first turbocharger. Consider positioning it above the turbocharger. When the exhaust gas purification device for purifying the exhaust gas exiting the turbine of the second turbocharger is positioned at the height of the cylinder block or crankcase of the internal combustion engine, the outlet of the exhaust gas purification device is the second turbocharger Will be well below. For this reason, the piping of the low-pressure loop EGR passage must be routed from the downstream side of the exhaust purification device in the exhaust passage to the upstream side of the compressor of the second turbocharger in the intake passage. A long EGR path length leads to a decrease in the responsiveness and responsiveness of control of the EGR rate (the ratio of EGR gas to the intake air) of the intake air filled in the cylinder.

あるいは、第一のターボ過給機と第二のターボ過給機とを同等の高さに位置づけるとしても、両ターボ過給機のコンプレッサ間を接続する吸気通路の配管が長くなり、その分だけEGRの経路長が長くなることから、やはり吸気のEGR率の制御の遅れを招いてしまう。   Alternatively, even if the first turbocharger and the second turbocharger are positioned at the same height, the piping of the intake passage connecting the compressors of both turbochargers becomes longer, and only that much Since the EGR path length becomes long, the control of the intake EGR rate is also delayed.

以上の問題に着目してなされた本発明は、2ステージターボエンジンに低圧ループEGR装置を組み込む際の低圧ループEGR通路の長さをできるだけ短縮することを所期の目的としている。   The present invention, which has been made paying attention to the above problems, aims to shorten the length of the low-pressure loop EGR passage as much as possible when the low-pressure loop EGR device is incorporated into the two-stage turbo engine.

本発明では、気筒から排出される排気の流入を受けて回転する第一のターボ過給機の排気タービンと、前記第一のターボ過給機の排気タービンにより駆動されて気筒に充填するべき吸気を圧縮する第一のターボ過給機のコンプレッサと、排気通路における前記第一のターボ過給機の排気タービンよりも下流にあり、かつ第一のターボ過給機の排気タービンよりも下方に位置し、排気の流入を受けて回転する第二のターボ過給機の排気タービンと、吸気通路における前記第一のターボ過給機のコンプレッサよりも上流にあり、かつ第一のターボ過給機のコンプレッサよりも下方に位置し、第二のターボ過給機の排気タービンにより駆動されて吸気を圧縮する第二のターボ過給機のコンプレッサと、排気通路における前記第二のターボ過給機の排気タービンよりも下流の所定箇所と吸気通路における前記第二のターボ過給機のコンプレッサよりも上流の所定箇所とを接続する低圧ループEGR通路とを具備する内燃機関を構成した。   In the present invention, the exhaust turbine of the first turbocharger that rotates in response to the inflow of exhaust gas discharged from the cylinder, and the intake air that is driven by the exhaust turbine of the first turbocharger to fill the cylinder A compressor of the first turbocharger for compressing the first turbocharger, and located downstream of the exhaust turbine of the first turbocharger in the exhaust passage and below the exhaust turbine of the first turbocharger And an exhaust turbine of the second turbocharger that rotates in response to the inflow of exhaust gas, and an upstream of the compressor of the first turbocharger in the intake passage, and the first turbocharger A compressor of the second turbocharger, which is positioned below the compressor and driven by the exhaust turbine of the second turbocharger to compress the intake air, and the exhaust of the second turbocharger in the exhaust passage Of the turbine is constituted an internal combustion engine; and a low-pressure loop EGR passage which connects the predetermined portion of the upstream of the compressor of the second turbocharger downstream of the predetermined position and the intake passage.

本発明によれば、2ステージターボエンジンに低圧ループEGR装置を組み込む際の低圧ループEGR通路の長さを短縮することができる。   According to the present invention, it is possible to shorten the length of the low-pressure loop EGR passage when the low-pressure loop EGR device is incorporated into the two-stage turbo engine.

本発明の一実施形態の車両用内燃機関の構成を模式的に示す図。The figure which shows typically the structure of the internal combustion engine for vehicles of one Embodiment of this invention. 同実施形態の内燃機関の排気ターボ過給機及び排気浄化装置の位置関係を示す正面図。The front view which shows the positional relationship of the exhaust gas turbocharger and exhaust gas purification device of the internal combustion engine of the embodiment. 同実施形態の内燃機関の排気ターボ過給機及び排気浄化装置の位置関係を示す側面図。The side view which shows the positional relationship of the exhaust gas turbocharger and exhaust gas purification device of the internal combustion engine of the embodiment.

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を模式的に示す。本実施形態の内燃機関は、例えばディーゼルエンジンやHCCI(Homogeneous−Charge Compression Ignition)エンジン等のような圧縮着火式の4ストロークエンジンであり、複数の気筒1(図1には、そのうち一つを図示している)を具備している。各気筒1の燃焼室の天井部には、当該気筒1の燃焼室内に直接に燃料を噴射するインジェクタ11を設置している。また、各気筒1の吸気ポート近傍に、グロープラグ(余熱プラグ)12及びスワールコントロールバルブ13を設けている。   An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows an outline of an internal combustion engine for a vehicle in the present embodiment. The internal combustion engine of the present embodiment is a compression ignition type four-stroke engine such as a diesel engine or a HCCI (homogeneous-charge compression ignition) engine, and a plurality of cylinders 1 (one of which is shown in FIG. 1). Are shown). An injector 11 that directly injects fuel into the combustion chamber of the cylinder 1 is installed on the ceiling of the combustion chamber of each cylinder 1. Further, a glow plug (residual heat plug) 12 and a swirl control valve 13 are provided in the vicinity of the intake port of each cylinder 1.

吸気を供給するための吸気通路3は、外部から空気を取り入れて各気筒1の吸気ポートへと導く。吸気通路3上には、エアクリーナ31、第二のターボ過給機5のコンプレッサ51、第一のターボ過給機6のコンプレッサ61、水冷式インタクーラ35、電子スロットルバルブ32、サージタンク33及び吸気マニホルド34を、上流からこの順序に配置している。   The intake passage 3 for supplying intake air takes in air from the outside and guides it to the intake port of each cylinder 1. On the intake passage 3, an air cleaner 31, a compressor 51 of the second turbocharger 5, a compressor 61 of the first turbocharger 6, a water-cooled intercooler 35, an electronic throttle valve 32, a surge tank 33, and an intake manifold 34 are arranged in this order from the upstream.

排気を排出するための排気通路4は、気筒1内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒1の排気ポートから外部へと導く。この排気通路4上には、排気マニホルド42、第一のターボ過給機6の排気タービン62、第二のターボ過給機5の排気タービン52及び排気浄化装置41を、上流からこの順序に配置している。排気浄化装置41は、排気に含まれる粒子状物質(Particulate Material)を漉し取るフィルタ(Praticulate Filter)や、有害物質の酸化または還元を促す触媒を包含する既知のものである。   The exhaust passage 4 for discharging the exhaust guides the exhaust generated as a result of burning the fuel in the cylinder 1 from the exhaust port of each cylinder 1 to the outside. On this exhaust passage 4, an exhaust manifold 42, an exhaust turbine 62 of the first turbocharger 6, an exhaust turbine 52 of the second turbocharger 5, and an exhaust purification device 41 are arranged in this order from the upstream. doing. The exhaust emission control device 41 is a known device that includes a filter that removes particulate matter contained in the exhaust gas (Particulate Material) and a catalyst that promotes oxidation or reduction of harmful substances.

排気ターボ過給機5、6は、排気タービン52、62とコンプレッサ51、61のインペラとをシャフトを介して同軸で連結し、連動するように構成したものである。そして、タービン52、62及びコンプレッサ51、61のインペラを排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮(過給)して気筒1に送り込む。   The exhaust turbochargers 5 and 6 are configured such that the exhaust turbines 52 and 62 and the impellers of the compressors 51 and 61 are coaxially connected via a shaft and interlocked with each other. Then, the impellers of the turbines 52 and 62 and the compressors 51 and 61 are rotationally driven using the energy of the exhaust, and the compressor is pumped with the rotational force to compress and compress (supercharge) the intake air. Into cylinder 1.

本実施形態の内燃機関は、ターボ過給機5、6を二基備える、いわゆる2ステージターボ(シーケンシャルターボ)エンジンである。第一のターボ過給機6は、エンジン回転数が比較的低い運転領域で仕事をする低速用ターボ過給機である。他方、第二のターボ過給機5は、エンジン回転数が比較的高い運転領域で仕事をする高速用ターボ過給機である。低速用ターボ過給機6の容量は、高速用ターボ過給機5の容量と比較して小さい。   The internal combustion engine of the present embodiment is a so-called two-stage turbo (sequential turbo) engine including two turbochargers 5 and 6. The first turbocharger 6 is a low-speed turbocharger that works in an operation region where the engine speed is relatively low. On the other hand, the second turbocharger 5 is a high-speed turbocharger that works in an operation region where the engine speed is relatively high. The capacity of the low-speed turbocharger 6 is smaller than the capacity of the high-speed turbocharger 5.

吸気通路3においては、低速用ターボ過給機6のコンプレッサ61を迂回する吸気バイパス通路36を設け、かつこの吸気バイパス通路36の出口を開閉するバルブ37を設置している。バルブ37は、吸気バイパス通路36を流通する吸気の流量を制御する。高速用ターボ過給機5のコンプレッサ51を迂回する吸気バイパス通路は、存在しない。   In the intake passage 3, an intake bypass passage 36 that bypasses the compressor 61 of the low-speed turbocharger 6 is provided, and a valve 37 that opens and closes the outlet of the intake bypass passage 36 is provided. The valve 37 controls the flow rate of intake air flowing through the intake bypass passage 36. There is no intake bypass passage that bypasses the compressor 51 of the high-speed turbocharger 5.

さらに、排気通路4においても、低速用ターボ過給機6のタービン62を迂回する排気バイパス通路43、及び高速用ターボ過給機5のタービン52を迂回する排気バイパス通路44を設けており、かつこれら排気バイパス通路43、44のそれぞれの入口を開閉する排気バイパスバルブ45、46を設置している。バルブ45は排気バイパス通路43を流通する排気の流量を制御し、バルブ46は排気バイパス通路44を流通する排気の流量を制御する。排気バイパスバルブ45、46は、WGV(Waste Gate Valve)と呼称されることもある。   Further, the exhaust passage 4 also includes an exhaust bypass passage 43 that bypasses the turbine 62 of the low-speed turbocharger 6, and an exhaust bypass passage 44 that bypasses the turbine 52 of the high-speed turbocharger 5, and Exhaust bypass valves 45 and 46 for opening and closing the respective inlets of the exhaust bypass passages 43 and 44 are provided. The valve 45 controls the flow rate of exhaust flowing through the exhaust bypass passage 43, and the valve 46 controls the flow rate of exhaust flowing through the exhaust bypass passage 44. The exhaust bypass valves 45 and 46 may be referred to as WGV (Waste Gate Valve).

バルブ37、46は、負圧アクチュエータ371、461を使用したVSV(Vaccum Switching Valve)である。負圧アクチュエータ371、461はダイヤフラム式アクチュエータであり、そのダイヤフラムの一方の面には負圧及び内蔵のスプリングによる弾性付勢力が、他方の面には大気圧が加わる。負圧は、バキュームポンプ91から供給される。バキュームポンプ91は、一定の大きさの負圧を発生させる。ダイヤフラム式アクチュエータ371、461とバキュームポンプ91とを接続する管路上にはそれぞれ、電磁ソレノイドバルブ372、462を設置している。ダイヤフラム式アクチュエータ371、461のダイヤフラムの一方の面に実際に作用する負圧の大きさは、電磁ソレノイドバルブ372、462の開度に応じて変化する。そして、バルブ37、46の開度は、ダイヤフラムの両面に作用する負圧及び大気圧の差圧と、ダイヤフラムを弾性付勢するスプリングの弾性付勢力との差に応じて変化する。つまり、電磁ソレノイドバルブ372、462の開度の操作を通じて、バルブ37、46の開度を操作することが可能である。   Valves 37 and 46 are VSV (Vaccum Switching Valve) using negative pressure actuators 371 and 461. The negative pressure actuators 371 and 461 are diaphragm actuators, and negative pressure and an elastic biasing force by a built-in spring are applied to one surface of the diaphragm, and atmospheric pressure is applied to the other surface. The negative pressure is supplied from the vacuum pump 91. The vacuum pump 91 generates a negative pressure having a certain magnitude. Electromagnetic solenoid valves 372 and 462 are installed on pipes connecting the diaphragm actuators 371 and 461 and the vacuum pump 91, respectively. The magnitude of the negative pressure that actually acts on one surface of the diaphragms of the diaphragm actuators 371 and 461 varies depending on the opening degree of the electromagnetic solenoid valves 372 and 462. The opening degrees of the valves 37 and 46 change according to the difference between the differential pressure between the negative pressure and the atmospheric pressure acting on both surfaces of the diaphragm and the elastic biasing force of the spring that elastically biases the diaphragm. That is, the opening degree of the valves 37 and 46 can be operated through the operation of the opening degree of the electromagnetic solenoid valves 372 and 462.

これに対し、バルブ45は、電磁バルブであるEVRV(Electric Vacuum Regulating Valve)である。   On the other hand, the valve 45 is an EVRV (Electric Vacuum Regulating Valve) which is an electromagnetic valve.

外部EGR装置2、7は、排気通路4を流れる排気の一部を吸気通路3に還流して吸気に混交せしめるものである。本実施形態の内燃機関は、EGR装置2、7を二基備える。EGR装置2は、いわゆる低圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における排気浄化装置41の下流側を吸気通路3における高速用ターボ過給機5のコンプレッサ51の上流側に連通させるEGR通路21と、当該EGR通路21を開閉するEGRバルブ22とを要素に含む。EGRバルブ22は、EGR通路21を流通する低圧ループEGRガスの流量を制御する。   The external EGR devices 2 and 7 return a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 4 to the intake passage 3 to be mixed with the intake air. The internal combustion engine of this embodiment includes two EGR devices 2 and 7. The EGR device 2 realizes a so-called low pressure loop EGR, and communicates the downstream side of the exhaust purification device 41 in the exhaust passage 4 to the upstream side of the compressor 51 of the high-speed turbocharger 5 in the intake passage 3. 21 and an EGR valve 22 that opens and closes the EGR passage 21 are included as elements. The EGR valve 22 controls the flow rate of the low-pressure loop EGR gas that flows through the EGR passage 21.

EGR装置7は、いわゆる高圧ループEGRを実現するものであり、排気通路4における低速用ターボ過給機6のタービン62の上流側を吸気通路3におけるインタクーラ35の下流側に連通させるEGR通路71と、当該EGR通路71を開閉するEGRバルブ72とを要素に含む。EGRバルブ72は、EGR通路71を流通する高圧ループEGRガスの流量を制御する。   The EGR device 7 realizes a so-called high-pressure loop EGR, and an EGR passage 71 that communicates the upstream side of the turbine 62 of the low-speed turbocharger 6 in the exhaust passage 4 to the downstream side of the intercooler 35 in the intake passage 3. An EGR valve 72 that opens and closes the EGR passage 71 is included as an element. The EGR valve 72 controls the flow rate of the high-pressure loop EGR gas that flows through the EGR passage 71.

加えて、排気通路4における、低圧ループEGR通路21の接続箇所よりも下流の箇所に、排気絞りバルブ47を設置している。低圧ループEGR通路21が接続している吸気通路のコンプレッサ51の上流側の圧力は、当該コンプレッサ51による過給の度合いに応じて変動する。その結果として、低圧ループEGR通路21を流れるEGRガスの流量が変化する。排気絞りバルブ47は、EGRバルブ22とともに、低圧ループEGRガスの流量、ひいては気筒1に充填される吸気に占めるEGRガスの割合であるEGR率を目標値に収束させるために機能する。   In addition, an exhaust throttle valve 47 is installed in the exhaust passage 4 at a location downstream of the connection location of the low-pressure loop EGR passage 21. The pressure on the upstream side of the compressor 51 in the intake passage to which the low-pressure loop EGR passage 21 is connected varies depending on the degree of supercharging by the compressor 51. As a result, the flow rate of EGR gas flowing through the low pressure loop EGR passage 21 changes. The exhaust throttle valve 47, together with the EGR valve 22, functions to converge the flow rate of the low-pressure loop EGR gas, and thus the EGR rate, which is the ratio of EGR gas in the intake air charged in the cylinder 1, to the target value.

本実施形態の内燃機関を制御する制御装置であるECU(Electronic Control Unit)0は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。   An ECU (Electronic Control Unit) 0 which is a control device for controlling the internal combustion engine of the present embodiment is a microcomputer system having a processor, a memory, an input interface, an output interface, and the like.

ECU0の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号a、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号b、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ32の開度をアクセル開度(いわば、要求されるエンジントルクまたは負荷)として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号c、吸気通路3のサージタンク33内の(即ち、気筒1に流入する)吸気の温度及び圧力(過給圧)を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号d、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号e、吸気通路3の最上流即ちエアクリーナ31の下流かつ低圧ループEGR通路21の接続箇所の上流における新気の流量及び温度を検出するエアフローメータ・新気温センサから出力される新気流量・温度信号f、吸気通路3のコンプレッサ51の下流かつコンプレッサ61の上流における吸気の圧力(高速用ターボ過給機5による過給圧)を検出する吸気圧センサから出力される吸気圧信号g、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号h等が入力される。   The input interface of the ECU 0 includes a vehicle speed signal a output from a vehicle speed sensor that detects the actual vehicle speed of the vehicle, a crank angle signal b output from an engine rotation sensor that detects the rotation angle of the crankshaft and the engine speed, and an accelerator pedal. The accelerator opening signal c output from a sensor that detects the amount of depression of the engine or the opening of the throttle valve 32 as an accelerator opening (in other words, a required engine torque or load), and in the surge tank 33 of the intake passage 3 (that is, The intake air temperature / intake pressure signal d output from the intake air temperature / intake pressure sensor for detecting the temperature and pressure (supercharging pressure) of the intake air (flowing into the cylinder 1), and output from the atmospheric pressure sensor for detecting the atmospheric pressure. At the atmospheric pressure signal e, the most upstream of the intake passage 3, that is, downstream of the air cleaner 31 and upstream of the connection point of the low pressure loop EGR passage 21. An air flow meter for detecting the flow rate and temperature of fresh air, a fresh air flow rate / temperature signal f output from a fresh air temperature sensor, an intake pressure downstream of the compressor 51 and upstream of the compressor 61 in the intake passage 3 (high-speed turbocharger) An intake pressure signal g output from an intake pressure sensor that detects a supercharging pressure by the machine 5, a cooling water temperature signal h output from a water temperature sensor that detects a cooling water temperature that indicates the temperature of the internal combustion engine, and the like are input.

ECU0の出力インタフェースからは、インジェクタ11に対して燃料噴射信号i、スロットルバルブ32に対して開度操作信号j、EGRバルブ22に対して開度操作信号k、EGRバルブ72に対して開度操作信号l、VSV37の開閉駆動を司る電磁ソレノイドバルブ372に対して開度操作信号m、EVRV45に対して開度操作信号n、VSV46の開閉駆動を司る電磁ソレノイドバルブ462に対して開度操作信号o、排気絞りバルブ47に対して開度操作信号p等を出力する。   From the output interface of the ECU 0, the fuel injection signal i for the injector 11, the opening operation signal j for the throttle valve 32, the opening operation signal k for the EGR valve 22, and the opening operation signal for the EGR valve 72. Opening operation signal m for the electromagnetic solenoid valve 372 that controls the opening / closing drive of the signal l, VSV 37, opening operation signal n for the EVRV 45, and opening operation signal o for the electromagnetic solenoid valve 462 that controls the opening / closing drive of the VSV 46. The opening operation signal p and the like are output to the exhaust throttle valve 47.

ECU0のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ECU0は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報a、b、c、d、e、f、g、hを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに、気筒1に充填される吸気(新気)量に見合った燃料噴射量を推算する。また、それとともに、燃料噴射タイミング(一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む)、燃料噴射圧、要求EGR率(または、EGR量)、ターボ過給機5、6による過給の目標過給圧等といった各種運転パラメータを決定する。ECU0は、運転パラメータに対応した各種制御信号i、j、k、l、m、n、o、pを出力インタフェースを介して印加する。   The processor of the ECU 0 interprets and executes a program stored in the memory in advance, calculates operation parameters, and controls the operation of the internal combustion engine. The ECU 0 acquires various information a, b, c, d, e, f, g, and h necessary for operation control of the internal combustion engine via the input interface, knows the engine speed, and is filled in the cylinder 1. Estimate the fuel injection amount commensurate with the amount of intake air (fresh air). At the same time, the fuel injection timing (including the number of fuel injections for one combustion), the fuel injection pressure, the required EGR rate (or EGR amount), and the target supercharging pressure for supercharging by the turbochargers 5 and 6 Etc. to determine various operating parameters. The ECU 0 applies various control signals i, j, k, l, m, n, o, and p corresponding to the operation parameters via the output interface.

しかして、図2及び図3に示すように、本実施形態の内燃機関では、第一のターボ過給機たる低速用ターボ過給機のタービン62及びコンプレッサ61を、各気筒1の排気ポート及び吸気ポートが存在するシリンダヘッド付近に配置するとともに、第二のターボ過給機たる高速用ターボ過給機5のタービン52及びコンプレッサ51を、低速用ターボ過給機のタービン62及びコンプレッサ61よりも下方に配置している。   2 and 3, in the internal combustion engine of the present embodiment, the turbine 62 and the compressor 61 of the low-speed turbocharger that is the first turbocharger are connected to the exhaust port of each cylinder 1 and The turbine 52 and the compressor 51 of the high-speed turbocharger 5 that is the second turbocharger are arranged near the cylinder head where the intake port exists, and the turbine 62 and the compressor 51 of the low-speed turbocharger are more It is arranged below.

気筒1の排気ポートを出た排気は、排気マニホルド42から低速用ターボ過給機6のタービン62に流入する。このタービン62を出た排気は、次いで高速用ターボ過給機5のタービン52に流入し、さらには排気浄化装置41に流入する。排気浄化装置41は、タービン52よりも下方、内燃機関のシリンダブロックまたはクランクケースの高さ位置にあって、その上方にある入口がタービン52の出口と接続し、上方から下方に向けて排気を流通させる。その過程で、排気に混入しているPMを除去するとともに、有害物質を無害化、特にNOxを還元する。浄化処理された排気は、排気浄化装置41の下方にある出口から排出された後、その一部がEGRガスとして低圧ループEGR通路21経由で還流する。その低圧ループEGRガスは、吸気通路3における高速用ターボ過給機5のコンプレッサ51の上流側に至る。 Exhaust gas exiting the exhaust port of the cylinder 1 flows from the exhaust manifold 42 into the turbine 62 of the turbocharger 6 for low speed. The exhaust gas exiting from the turbine 62 then flows into the turbine 52 of the high-speed turbocharger 5 and further flows into the exhaust gas purification device 41. The exhaust gas purification device 41 is located below the turbine 52, at the height position of the cylinder block or crankcase of the internal combustion engine, and the upper inlet thereof is connected to the outlet of the turbine 52, and exhausts from the upper side to the lower side. Circulate. In the process, PM mixed in the exhaust gas is removed and harmful substances are made harmless, particularly NO x is reduced. The exhaust gas after the purification treatment is discharged from an outlet below the exhaust gas purification device 41, and then a part thereof recirculates as an EGR gas via the low-pressure loop EGR passage 21. The low-pressure loop EGR gas reaches the upstream side of the compressor 51 of the high-speed turbocharger 5 in the intake passage 3.

高速用ターボ過給機5のタービン52及びコンプレッサ51がそれぞれ、低速用ターボ過給機6のタービン62及びコンプレッサ61よりも低位置にあることから、排気通路4における排気浄化装置41の下流にある低圧ループEGR通路21の入口と、吸気通路3におけるコンプレッサ51の上流にある低圧ループEGR通路21の出口との距離が縮小する。ひいては、低圧ループEGR通路21の長さが短縮される。   Since the turbine 52 and the compressor 51 of the high-speed turbocharger 5 are lower than the turbine 62 and the compressor 61 of the low-speed turbocharger 6, respectively, they are downstream of the exhaust purification device 41 in the exhaust passage 4. The distance between the inlet of the low pressure loop EGR passage 21 and the outlet of the low pressure loop EGR passage 21 upstream of the compressor 51 in the intake passage 3 is reduced. As a result, the length of the low-pressure loop EGR passage 21 is shortened.

図3に示しているように、排気マニホルド42から低速用ターボ過給機6のタービン62までの間の流路は上方に向かって湾曲しており、タービン62の入口が排気マニホルド42(または、気筒1の排気ポート)よりも高位置にある。また、図3中に矢印で表しているように、本実施形態では、低速用ターボ過給機6のタービン62の回転方向と、高速用ターボ過給機5のタービン52の回転方向とを互いに逆に設定している。これにより、気筒1から排出された排気が前者のタービン62及び後者のタービン52を順次スムーズに流れるようになる。   As shown in FIG. 3, the flow path from the exhaust manifold 42 to the turbine 62 of the low-speed turbocharger 6 is curved upward, and the inlet of the turbine 62 is connected to the exhaust manifold 42 (or The exhaust port of the cylinder 1). Further, as indicated by arrows in FIG. 3, in this embodiment, the rotational direction of the turbine 62 of the low-speed turbocharger 6 and the rotational direction of the turbine 52 of the high-speed turbocharger 5 are mutually set. The setting is reversed. As a result, the exhaust discharged from the cylinder 1 flows smoothly and smoothly through the former turbine 62 and the latter turbine 52.

本実施形態では、気筒1から排出される排気の流入を受けて回転する第一のターボ過給機6の排気タービン62と、前記第一のターボ過給機6の排気タービン62により駆動されて気筒1に充填するべき吸気を圧縮する第一のターボ過給機6のコンプレッサ61と、排気通路4における前記第一のターボ過給機6の排気タービン62よりも下流にあり、かつ第一のターボ過給機6の排気タービン62よりも下方に位置し、排気の流入を受けて回転する第二のターボ過給機5の排気タービン52と、吸気通路3における前記第一のターボ過給機6のコンプレッサ61よりも上流にあり、かつ第一のターボ過給機6のコンプレッサ61よりも下方に位置し、第二のターボ過給機5の排気タービン52により駆動されて吸気を圧縮する第二のターボ過給機5のコンプレッサ51と、排気通路4における前記第二のターボ過給機5の排気タービン52よりも下流の所定箇所と吸気通路3における前記第二のターボ過給機5のコンプレッサ51よりも上流の所定箇所とを接続する低圧ループEGR通路21とを具備する内燃機関を構成した。   In this embodiment, it is driven by the exhaust turbine 62 of the first turbocharger 6 that rotates in response to the inflow of exhaust discharged from the cylinder 1 and the exhaust turbine 62 of the first turbocharger 6. The compressor 61 of the first turbocharger 6 that compresses the intake air to be charged into the cylinder 1, the downstream of the exhaust turbine 62 of the first turbocharger 6 in the exhaust passage 4, and the first An exhaust turbine 52 of the second turbocharger 5 that is positioned below the exhaust turbine 62 of the turbocharger 6 and rotates in response to the inflow of exhaust gas, and the first turbocharger in the intake passage 3 The first compressor 61 is located upstream of the compressor 61 of the sixth turbocharger and below the compressor 61 of the first turbocharger 6 and is driven by the exhaust turbine 52 of the second turbocharger 5 to compress the intake air. Second turbo More than the compressor 51 of the second turbocharger 5 in the intake passage 3 and the compressor 51 of the second turbocharger 5 in the exhaust passage 4 and the predetermined location downstream of the exhaust turbine 52 of the second turbocharger 5 in the exhaust passage 4. An internal combustion engine having a low-pressure loop EGR passage 21 connecting to a predetermined upstream location was configured.

本実施形態によれば、2ステージターボエンジンに低圧ループEGR装置2を組み込む際の低圧ループEGR通路21の長さが短縮され、吸気のEGR率の制御の遅れを緩和ないし回避することができる。   According to the present embodiment, the length of the low-pressure loop EGR passage 21 when the low-pressure loop EGR device 2 is incorporated into the two-stage turbo engine is shortened, and the delay in the control of the intake EGR rate can be reduced or avoided.

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described in detail above. The specific configuration of each part can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。   The present invention can be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like.

1…気筒
21…低圧ループEGR通路
3…吸気通路
4…排気通路
5…高速用ターボ過給機
51…コンプレッサ
52…タービン
6…低速用ターボ過給機
61…コンプレッサ
62…タービン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder 21 ... Low pressure loop EGR passage 3 ... Intake passage 4 ... Exhaust passage 5 ... High speed turbocharger 51 ... Compressor 52 ... Turbine 6 ... Low speed turbocharger 61 ... Compressor 62 ... Turbine

Claims (1)

気筒から排出される排気の流入を受けて回転する第一のターボ過給機の排気タービンと、
前記第一のターボ過給機の排気タービンにより駆動されて気筒に充填するべき吸気を圧縮する第一のターボ過給機のコンプレッサと、
排気通路における前記第一のターボ過給機の排気タービンよりも下流にあり、かつ第一のターボ過給機の排気タービンよりも下方に位置し、排気の流入を受けて回転する第二のターボ過給機の排気タービンと、
吸気通路における前記第一のターボ過給機のコンプレッサよりも上流にあり、かつ第一のターボ過給機のコンプレッサよりも下方に位置し、第二のターボ過給機の排気タービンにより駆動されて吸気を圧縮する第二のターボ過給機のコンプレッサと、
排気通路における前記第二のターボ過給機の排気タービンよりも下流の所定箇所と吸気通路における前記第二のターボ過給機のコンプレッサよりも上流の所定箇所とを接続する低圧ループEGR通路と
を具備する内燃機関。
An exhaust turbine of a first turbocharger that rotates in response to an inflow of exhaust discharged from a cylinder;
A compressor of a first turbocharger that is driven by an exhaust turbine of the first turbocharger and compresses intake air to be charged into a cylinder;
A second turbo that is downstream of the exhaust turbine of the first turbocharger in the exhaust passage and is positioned below the exhaust turbine of the first turbocharger, and rotates in response to inflow of exhaust gas A turbocharger exhaust turbine;
Located upstream of the compressor of the first turbocharger in the intake passage and below the compressor of the first turbocharger and driven by the exhaust turbine of the second turbocharger A second turbocharger compressor that compresses the intake air;
A low pressure loop EGR passage connecting a predetermined location downstream of the exhaust turbine of the second turbocharger in the exhaust passage and a predetermined location upstream of the compressor of the second turbocharger in the intake passage; An internal combustion engine provided.
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