JP2005133605A - 過給機付エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高過給化により低燃費と低ＮＯｘ化とを両立させたコンパクトで高性能な過給機付エンジンの排気還流装置を提供する。
【解決手段】 排気通路（３）から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路（６）に導くＥＧＲ通路（７ａ、７ｂ）と、吸気を過給する過給機（４）と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置（５０）において、前記吸気通路に各シリンダに連通する吸気マニホルド（５ａ、５ｂ）を設け、前記吸気マニホルドと前記排気通路を結ぶＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ逆止弁（１３ａ、１３ｂ）を設け、前記吸気マニホルドの入口に吸気パルスの拡散を防ぐ吸気パルス反射弁（１２ａ、１２ｂ）を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機付エンジンの排気還流（ＥＧＲ）装置に関する。

ターボ過給式エンジンでは排気圧よりも吸気圧の方が高くなる運転領域（特に低速高負荷域）があるため、ＥＧＲが十分に行えない。排気脈動を利用したパルスＥＧＲ方式も、吸気脈動が小さいと効果が少ない。吸気脈動を大きくするために慣性（共鳴）過給を用いると吸気系がかさばってしまう。また、内部ＥＧＲ方式ではＥＧＲガスの温度が高いためにＮＯｘ低減効果が十分に得られない。

パルスＥＧＲ方式の排気還流装置として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この排気還流装置には、図２に示すように、エンジン１０１には排気マニホルド１０２が取り付けられ、排気マニホルド１０２に連結された排気管１０３には過給機１０４のタービン１４０が設けられている。また、エンジン１０１には吸気マニホルド１０５が取り付けられ、吸気マニホルド１０５に連結された吸気管１０６には過給機１０４のコンプレッサ１４１が設けられている。排気還流装置は、エンジン１０１の排気マニホルド１０２と吸気マニホルド５とを連結するＥＧＲ通路１０７，１０８と、ＥＧＲ通路１０７，１０８の途中にそれぞれ介設されたＥＧＲ制御バルブ１１０と、ＥＧＲガスをそれぞれ冷却するＥＧＲクーラー１０９と、ＥＧＲ通路１０７，１０８の吸気管１０６と吸気マニホルド１０５とのそれぞれの連結部位に設けられた逆止弁１１３と、ＥＧＲ弁１１０の開度を制御するコントローラ１２０と、から構成される。

排気脈動圧がブースト圧よりも高い場合、逆止弁１１３が開きＥＧＲガスを吸気マニホルド１２３に還流させる。排気脈動圧がブースト圧よりも低い場合、逆止弁１１３は閉じ、ＥＧＲガスが逆流するのを防止する。
特開平０９−１３７７５４号公報

このように、排気脈動を利用してＥＧＲを行うパルスＥＧＲ方式では、吸気マニホルド１０５に生じた吸気脈動が吸気管１０６をさかのぼって拡散するため、吸気脈動の振幅が小さくなり、ＥＧＲを十分に行えないという問題があった。

本発明の目的は、上述の問題を解決し、パルスＥＧＲ方式によってＥＧＲを十分に行える過給機付エンジンの排気還流装置を提供することである。

上記目的を達成するために、第１の発明は、排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、吸気を過給する過給機と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置において、前記吸気通路に各シリンダに連通する吸気マニホルドを設け、前記吸気マニホルドと前記排気通路を結ぶＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ逆止弁を設け、前記吸気マニホルドの入口に吸気パルスの拡散を防ぐ吸気パルス反射弁を設けた。

第２の発明は、第１の発明において、前記吸気通路を、吸気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２吸気マニホルドに分割し、前記排気通路を、排気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２排気マニホルドに分割し、前記第１、第２吸気マニホルドと前記第１、第２排気マニホルドを連通させた第１、第２ＥＧＲ通路を設け、前記第１、第２ＥＧＲ通路のそれぞれに逆止弁を設け、前記第１、第２吸気マニホルドのそれぞれの入口に前記吸気パルス反射弁を設けた。

第３の発明は、第１の発明において、前記吸気パルス反射弁は、弁体を回動させてその開度を変える構成とした。

第４の発明は、第２または３の発明において、吸気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域では前記吸気パルス反射弁で前記吸気マニホルド入口を絞り、それ以外の運転領域では前記吸気マニホルド入口を開く制御手段を設けた。

第５の発明は、第１の発明において、前記ＥＧＲ通路はＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを備えた。

第１の発明によると、吸気マニホルドのそれぞれの入口に吸気パルス反射弁を設けたことにより、吸気マニホルド内に発生した吸気パルスが、吸気パルス反射弁に反射し、吸気通路をさかのぼって拡散するのが抑えられることにより、吸気脈動の振幅を弱めることを抑えることができる。これにより、吸気脈動を利用してＥＧＲを行う運転領域を拡大することができる。

第２の発明によると、吸気通路を、吸気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２吸気マニホルドに分割し、排気通路を、排気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２排気マニホルドに分割することにより、各シリンダから吸気通路、排気通路に入射する圧力波が干渉して弱まることが抑えられ、ＥＧＲガス量を増やすことができる。

第３の発明によると、吸気パルス反射弁は、弁体を回動させてその開度を変える構成としたことにより、吸気脈動が発生したときは吸気マニホルド入口を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外は吸気マニホルド入口を開くことによって吸気抵抗を低減することができる。

第４の発明によると、吸気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域では前記吸気パルス反射弁で前記吸気マニホルド入口を絞り、それ以外の運転領域では前記吸気マニホルド入口を開く制御手段を設けたことにより、吸気脈動が発生したときは吸気マニホルド入口を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外は吸気マニホルド入口を絞らないことによって吸気抵抗を低減することができる。

第５の発明によると、ＥＧＲ通路はＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを備えたことにより、ＥＧＲガスの温度を下げ、ＥＧＲガスの密度を上げることによって、より多くのＥＧＲガスを還流させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の排気還流装置の一実施形態を示す。

ディーゼルエンジン１は、６つのシリンダを有する６気筒で、各シリンダに吸気を導く吸気通路６と、各シリンダから排気を導く排気通路３と、を備える。

排気通路３および吸気通路６には、過給機４のタービン４０およびコンプレッサ４１がそれぞれ設けられ、排気ガスの圧力を利用して吸気過給圧を高めるようになっている。

吸気通路６と排気通路３は第１、第２ＥＧＲ通路７ａ、７ｂにより連通され、排気ガスの一部が排気通路３から吸気通路６に還流される。

吸気通路６は、吸気行程が重複しない各シリンダに吸気を分配する第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂと、第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂに吸気を供給する吸気管６ａと、から構成される。排気通路３は各シリンダから排気ガスを集める第１、第２排気マニホルド２ａ、２ｂと、第１、第２排気マニホルド２ａ、２ｂから排気ガスを排出する排気管３ａと、から構成される。

第１、第２排気マニホルド２ａ、２ｂと第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂは、第１、第２ＥＧＲ通路７ａ、７ｂによってそれぞれ連通されている。

このように、吸気通路６を、吸気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂに分割し、排気通路３を、排気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２排気マニホルド２ａ、２ｂに分割することにより、各シリンダから吸気通路６、排気通路３に入射する圧力波が干渉して弱まることが抑えられる。これにより、過給機４の吸気過給作用によって排気圧よりも吸気圧のほうが高くなる低速高負荷域にて、吸気脈動と排気脈動の両方を利用して、ＥＧＲガスを還流させることができる。

第１、第２ＥＧＲ通路７ａ、７ｂの途中には、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ制御バルブ１０ａ、１０ｂが設けられる。ＥＧＲ制御バルブ１０ａ、１０ｂの開度は、コントローラ２０により制御される。

第１、第２ＥＧＲ通路７ａ、７ｂには、第１、第２ＥＧＲ通路７ａ、７ｂにＥＧＲガスの逆流を防ぐ逆止弁１３ａ、１３ｂが設けられる。逆止弁１３ａ、１３ｂは、例えば、リードバルブで構成され、薄い板状部材で開口部を塞ぐ構造となっている。排気側の圧力が吸気側の圧力よりも高くなったとき、ＥＧＲガスの圧力が板状部材を曲げて開口部を通過する。排気側の圧力が吸気側の圧力より低いとき、板状部材は開口部を塞ぎ、ＥＧＲガスの逆流が防止される。

第１、第２ＥＧＲ通路７ａ、７ｂには、ＥＧＲガスの温度を下げるＥＧＲクーラー１１ａ、１１ｂが設けられる。このＥＧＲクーラー１１ａ、１１ｂが、ＥＧＲガスの温度を下げ、ＥＧＲガスの密度を上げることにより、より多くのＥＧＲガスを還流させることができる。

第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口には、第１、第２ＥＧＲ通路７ａ、７ｂが合流する位置よりも上流側に位置し、吸気行程で生じる吸気パルスが吸気通路６をさかのぼって拡散するのを防ぐ吸気パルス反射弁１２ａ、１２ｂが設けられる。吸気パルス反射弁１２ａ、１２ｂは、アクチュエータにより、円盤状の弁体をその中央に設けられた軸を中心に回転させて弁を開閉する構成とし、第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口を絞ったり開いたりする。制御手段であるコントローラ２０は、脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域にて、吸気パルス反射弁１２ａ、１２ｂによって第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口を絞り、それ以外の運転領域では吸気パルス反射弁１２ａ、１２ｂによって第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口を開く。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂ内に発生した吸気パルスが、第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂのそれぞれの入口に設けた吸気パルス反射弁１２ａ、１２ｂに反射し、吸気通路６をさかのぼって拡散するが抑えられることにより、吸気脈動の振幅を弱めることを抑えることができる。これにより、吸気脈動を利用してＥＧＲを行う運転領域を拡大することができる。

吸気パルス反射弁１２ａ、１２ｂは円盤状弁体をその中央に設けた軸を中心に回転させてその開度を変える構成とし、吸気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域には、第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口を絞り、それ以外の運転領域では第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口を開くコントローラ２０を設けたことにより、吸気脈動を利用してＥＧＲを行うときは第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外は第１、第２吸気マニホルド５ａ、５ｂの入口を開くことによって吸気抵抗を低減することができる。

なお、本実施形態では吸気パルス反射弁１２ａ、１２ｂは、円盤状弁体をその中央に設けた軸を中心に回転させてその開度を変える構成であるが、他の構成の弁を用いても良い。

本発明を、構造的と方法的特徴に関してある程度特定的な言葉で説明したが、本明細書に開示した手段は本発明を実施する好ましい形態を含むものであり、本発明はこれら図示し記載された特定の特徴に制限されないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等の原則に従って適切に解釈される特許請求の範囲に記載された範囲内におけるいかなる形態または変更についても含むものである。

本発明は過給機付エンジンの排気還流装置に適用できる。

本発明の排気還流装置を示す構成図である。 従来技術の排気還流装置を示す構成図である。

符号の説明

１ エンジン
２ａ、２ｂ 第１、第２排気マニホルド
３ 排気通路
３ａ 排気管
４ 過給機
５ａ、５ｂ 第１、第２吸気マニホルド
６ 吸気通路
６ａ 吸気管
７ａ、７ｂ 第１、第２ＥＧＲ通路
１０ａ、１０ｂ ＥＧＲ弁
１１ａ、１１ｂ ＥＧＲクーラー
１２ａ、１２ｂ 吸気パルス反射弁
１３ａ、１３ｂ 逆止弁
２０ コントローラ
５０ 排気還流装置

Claims (5)

1. 排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、吸気を過給する過給機と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置において、
   前記吸気通路に各シリンダと連通する吸気マニホルドを設け、
   前記吸気マニホルドと前記排気通路を結ぶＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ逆止弁を設け、
   前記吸気マニホルドの入口に吸気パルスの拡散を防ぐ吸気パルス反射弁を設けた、
   ことを特徴とする過給機付エンジンの排気還流装置。
2. 前記吸気通路を、吸気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２吸気マニホルドに分割し、
   前記排気通路を、排気行程が互いに重複しないシリンダどうしに連通する第１、第２排気マニホルドに分割し、
   前記第１、第２吸気マニホルドと前記第１、第２排気マニホルドを連通させた第１、第２ＥＧＲ通路を設け、
   前記第１、第２ＥＧＲ通路のそれぞれに逆止弁を設け、
   前記第１、第２吸気マニホルドのそれぞれの入口に前記吸気パルス反射弁を設けた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
3. 前記吸気パルス反射弁は、弁体を回動させてその開度を変える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
4. 吸気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域では前記吸気パルス反射弁で前記吸気マニホルド入口を絞り、それ以外の運転領域では前記吸気マニホルド入口を開く制御手段を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
5. 前記ＥＧＲ通路はＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーを備えたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。

Images