JP2005133611A - 過給機付エンジンの排気還流装置 - Google Patents

過給機付エンジンの排気還流装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 排気行程と吸気行程の時間ずれがある場合でも、連続して安定した排気還流が得られる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に導くＥＧＲ通路（７）と、吸気を過給する過給機（２１）と、を備えた過給機付エンジン（１）の排気還流装置において、前記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁（１３）を設け、前記ＥＧＲ通路の第１逆止弁の上流側に前記ＥＧＲガスを蓄えるＥＧＲリザーバ（１５）を設け、前記ＥＧＲ通路のＥＧＲリザーバの上流側に、前記ＥＧＲリザーバから前記ＥＧＲガスが逆流するのを防ぐ第２逆止弁（１６）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装置に関する。
外部過給装置を設けたエンジンでは、ほとんどの運転領域において、過給圧が排気圧より高くなるために、ＥＧＲを十分に行うことができない。排気シャッタ（バタフライバルブ）によって排圧を上昇させたものや、ＥＧＲ導入路をベンチュリ（エゼクタ）形状にしたものもあるが、これらでもＥＧＲを十分に行うことができない。
吸排気圧脈動を利用したパルスＥＧＲ方式のものもあるが、エンジンでは排気パルスと吸気行程のタイミングが合わないため、効果が少なかった。
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３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
このような排気脈動を利用してＥＧＲを行うパルスＥＧＲ方式では、排気行程と吸気行程との間に時間ずれがある場合、吸気脈動と排気脈動のタイミングにずれがあり、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ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁を設け、前記ＥＧＲ通路の第１逆止弁の上流側に前記ＥＧＲガスを蓄えるＥＧＲリザーバを設け、前記ＥＧＲ通路のＥＧＲリザーバの上流側に、前記ＥＧＲリザーバから前記ＥＧＲガスが逆流するのを防ぐ第２逆止弁を設けた。
第２の発明は、第１の発明において、前記吸気通路に、前記過給機によって過給された吸気を蓄える吸気リザーバを設けた。
第３の発明は、第１の発明において、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部より上流の前記吸気通路上に、吸気パルスの拡散を防ぐ第１可変絞り弁を設けた。
第４の発明は、第３の発明において、吸気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第１可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第１可変絞り弁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、前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の分岐部より下流の前記排気通路上に、排気パルスの拡散を防ぐ第２可変絞り弁を設けた。
第６の発明は、第５の発明において、排気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第２可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第２可変絞り弁を開く制御手段を設けた。
第７の発明は、第１の発明において、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部に、吸気パルスを強めるエゼクタを設けた。
第１の発明によると、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ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁を設け、前記ＥＧＲ通路の第１逆止弁の上流側に前記ＥＧＲガスを蓄えるＥＧＲリザーバを設け、前記ＥＧＲ通路のＥＧＲリザーバの上流側に、前記ＥＧＲリザーバから前記ＥＧＲガスが逆流するのを防ぐ第２逆止弁を設けたことにより、排気行程と吸気行程に時間ずれがある場合でも、吸気脈動と排気脈動の両方を利用し、連続的に安定したＥＧＲを行うことができる。
第２の発明によると、前記吸気通路に、前記過給機によって過給された吸気を蓄える吸気リザーバを設けたことにより、単気筒エンジンの間欠的な吸気による吸気行程においても、所定の過給圧を維持しながら吸気リザーバから単気筒エンジンに吸気を供給することができる。
第３の発明によると、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部より上流の前記吸気通路上に、吸気パルスの拡散を防ぐ第１可変絞り弁を設けたことにより、吸気パルスが吸気通路をさかのぼって拡散するのを抑えることができる。
第４の発明によると、吸気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第１可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第１可変絞り弁を開く制御手段を設けたことにより、吸気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路に導くときは、第１可変絞り弁によって吸気通路を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第１可変絞り弁によって吸気通路を開くことにより、吸気抵抗を低減することができる。
第５の発明によると、前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の分岐部より下流の前記排気通路上に、排気パルスの拡散を防ぐ第２可変絞り弁を設けたことにより、排気パルスが排気通路を下って拡散するのを抑えることができる。
第６の発明によると、排気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第２可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第２可変絞り弁を開く制御手段を設けたことにより、排気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路に導くときは、第２可変絞り弁によって排気通路を絞って排気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第２可変絞り弁によって排気通路を開くことにより、排気抵抗を低減することができる。
第７の発明によると、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部に、吸気パルスを強めるエゼクタを設けたことにより、吸気パルスが強められＥＧＲ量を増やすことができる。
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第１実施形態を示す。
単気筒エンジン１は、１つのシリンダと、シリンダに吸気を導く吸気通路６と、シリンダから排気を導く排気通路３と、を備える。
吸気通路６は、単気筒エンジン１に供給する吸気を過給する外部過給装置２１を備える。排気通路３は、排気音を消音するマフラー２２を備える。
吸気通路６と排気通路３はＥＧＲ通路７により連通され、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして排気通路３から吸気通路６に還流される。
ＥＧＲ通路７には、ＥＧＲ通路７にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁１３が設けられる。第１逆止弁１３は、例えばリードバルブで構成し、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。
ＥＧＲ通路７の逆止弁１３の上流側には、ＥＧＲガスを蓄えるＥＧＲリザーバ１５が設けられる。ＥＧＲリザーバ１５は、所定の容積を有する中空タンク状の構造をしている。ＥＧＲリザーバ１５は、排気脈動による排気圧の上昇などで排気通路３内の排気圧が上昇したとき、排気側から流入したＥＧＲガスを受け容れ、上昇した排気圧とほぼ同圧の状態で蓄える。
ＥＧＲリザーバ１５の上流側には、排気パルスが和らいで排気圧が下降したとき、ＥＧＲリザーバ１５に蓄えられたＥＧＲガスがＥＧＲ通路７を逆流して排気通路３に戻るのを防止する第２逆止弁１６が設けられる。第２逆止弁１６は、例えばリードバルブで構成し、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ＥＧＲリザーバ１５内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ＥＧＲリザーバ１５内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。
ＥＧＲ通路７には、ＥＧＲガスの温度を下げるＥＧＲクーラー１１が設けられる。このＥＧＲクーラー１１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。
吸気通路６上の、吸気通路６とＥＧＲ通路７の接続部の上流側には、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第１可変絞り弁１２が設けられる。第１可変絞り弁１２は、アクチュエータにより、弁体を回動させてその開度を変える構成とし、吸気通路６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、吸気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域にて、第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を絞り、それ以外の運転領域では第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を開く。これにより、吸気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路７に導くときは、第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を開くことにより、吸気抵抗を低減することができる。
排気通路３の排気通路３とＥＧＲ通路７の接続部の下流側には、排気行程で生じる排気パルスが排気通路３の下流側に拡散するのを防ぐ第２可変絞り弁１４が設けられる。第２可変絞り弁１４は、アクチュエータにより、弁体を回動させてその開度を変える構成とし、排気通路３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、排気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域にて、第２可変絞り弁１４によって排気通路３を絞り、それ以外の運転領域では第２可変絞り弁１４によって排気通路３を開く。これにより、吸気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路７に導くときは、第２可変絞り弁１４によって排気通路３を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第２可変絞り弁１４によって排気通路３を開くことにより、排気抵抗を低減することができる。
吸気通路３の外部過給装置２１と第１可変絞り弁１２の間には、吸気リザーバ１７が設けられる。吸気リザーバ１７は、所定の容積を有する中空タンク状の構造をしている。外部過給装置２１から供給された吸気は、この吸気リザーバ１７に過給された状態で蓄えられる。このように過給された状態で十分な量の吸気を蓄えることにより、単気筒エンジン１の間欠的な吸気による吸気行程においても、所定の過給圧を維持しながら吸気リザーバ１７から単気筒エンジン１に吸気を供給することができる。
ここで、吸気脈動と排気脈動を利用してＥＧＲを行うときの、本実施形態の作用効果を説明する。
単気筒エンジン１の排気行程によって排気脈動が発生すると、第２可変絞り弁が絞られ、排気通路３内の圧力が上昇し、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路７を通ってＥＧＲリザーバ１５に流入する。ＥＧＲリザーバ１５に流入したＥＧＲガスは、第２逆止弁１６によって逆流するのを抑えられ、圧力が上昇した状態でＥＧＲリザーバ１５内に蓄えられる。
単気筒エンジン１の吸気行程によって排気脈動が発生したとき、第１可変絞り弁ｈが絞られ、吸気通路６内の圧力が低下する。このとき、ＥＧＲリザーバ１５内に蓄えられたＥＧＲガスは、第１逆止弁１３を通って排出される。
したがって、特に、単気筒エンジン１のように、排気行程と吸気行程に時間ずれがある場合でも、吸気脈動と排気脈動の両方を利用し、連続的に安定したＥＧＲを行うことができる。
なお、ＥＧＲ通路７の途中にＥＧＲ弁を設けてもよい。
また、本実施形態では、単気筒エンジン１を用いたが、複数のシリンダを有するエンジンを用いても良い。
図２は本発明の排気還流装置の第２実施形態を示す。
この実施形態によると、第１実施形態の第１可変絞り弁１２の代わりに、吸気通路６と前記ＥＧＲ通路７の合流部に、吸気パルスを強めるエゼクタ１２ａを設けた。これにより、吸気パルスが強められＥＧＲ量を増やすことができる。
他の構成は、第１実施形態と同一である。
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。
本発明は過給機付単気筒エンジンの排気還流装置に適用できる。
第１実施形態の排気還流装置を示す構成図である。 第２実施形態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 単気筒エンジン
３ 排気通路
６ 吸気通路
７ ＥＧＲ通路
１１ ＥＧＲクーラー
１２ 第１可変絞り弁
１２ａ エゼクタ
１４ 第２可変絞り弁
１３ 第１逆止弁
１６ 第２逆止弁
１５ ＥＧＲリザーバ
１７ 吸気リザーバ
２０ コントローラ
２１ 外部過給装置
２２ マフラー

Claims (7)

  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ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁を設け、
    前記ＥＧＲ通路の第１逆止弁の上流側に前記ＥＧＲガスを蓄えるＥＧＲリザーバを設け、
    前記ＥＧＲ通路のＥＧＲリザーバの上流側に、前記ＥＧＲリザーバから前記ＥＧＲガスが逆流するのを防ぐ第２逆止弁を設けた、
    ことを特徴とする過給機付エンジンの排気還流装置。
  2. 前記吸気通路に、前記過給機によって過給された吸気を蓄える吸気リザーバ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. 前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部より上流の前記吸気通路上に、吸気パルスの拡散を防ぐ第１可変絞り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。
  4. 吸気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第１可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第１可変絞り弁を開く制御手段を設けたことを特徴とする請求項３に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
  5. 前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の分岐部より下流の前記排気通路上に、排気パルスの拡散を防ぐ第２可変絞り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。
  6. 排気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第２可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第２可変絞り弁を開く制御手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
  7. 前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部に、吸気パルスを強めるエゼクタ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。
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