JP2007146774A

JP2007146774A - Ｅｇｒシステム

Info

Publication number: JP2007146774A
Application number: JP2005343569A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Koga; 賢一古賀
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】低圧ＥＧＲシステムにおいて、ターボチャージャのコンプレッサおよびＥＧＲ通路への煤などの付着を防止しえる、簡単かつ廉価な手段を提供する。
【解決手段】ターボチャージャ１３のタービン１３ｂ下流に排気中のＰＭを捕集するフィルタ１６、その捕集ＰＭを燃焼処理してフィルタ１６を再生させる手段（２８，２９）、を備えるエンジンのＥＧＲシステムにおいて、フィルタ１６の上流から下流に至る排気通路１５ａの周囲に画成される環状空間１８、環状空間１８の一端をフィルタ１６下流の排気通路１５ａに開口する通孔２１、環状空間１８の他端とターボチャージャ１３のコンプレッサ３ａ上流の吸気通路との間を接続するＥＧＲ通路２５、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンのＮＯｘ発生量を低減するため、排気の一部を吸気系に環流させるＥＧＲシステムに関する。

ＥＧＲ（exhaust gas recirculation）システムとして、ターボチャージャのタービン下流からターボチャージャのコンプレッサ上流へ排気の一部を環流させる、低圧ＥＧＲシステムのほか、ターボチャージャのタービン上流からターボチャージャのコンプレッサ下流へ排気の一部を環流させる、高圧ＥＧＲシステムが知られている（特許文献１〜特許文献５）。
特開２００３−０３５１３３号特開２００３−３２８８６４号特開２００４−１５０３１９号特開２００２−０２１６２５号特表２００３−５３５２６４号

低圧ＥＧＲシステムの場合、コンプレッサおよびＥＧＲ通路に排気中の煤などが付着しやすく、良好な耐久性および信頼性の確保が難しい。高圧ＥＧＲシステムの場合、運転状態によっては、コンプレッサ下流の圧力がタービン上流の圧力よりも高くなる可能性があり、十分なＥＧＲが行えない。そのため、両者（低圧ＥＧＲシステムと高圧ＥＧＲシステムと）の併用により、これらシステムを運転状態に応じて使い分ける例も見られる（特許文献３，特許文献４）が、当然のことながら、システム構成が複雑なものとなり、コストの大幅なアップを招く。

この発明は、このような従来技術を踏まえつつ、低圧ＥＧＲシステムにおいて、ターボチャージャのコンプレッサおよびＥＧＲ通路への煤などの付着を防止しえる、簡単かつ廉価な手段の提供を目的とする。

第１の発明は、ターボチャージャのタービン下流に排気中のＰＭを捕集するフィルタ、その捕集ＰＭを燃焼処理してフィルタを再生させる手段、を備えるエンジンのＥＧＲシステムにおいて、フィルタ下流の排気通路からターボチャージャのコンプレッサ上流の吸気通路へ排気の一部を環流させるＥＧＲ通路を備えることを特徴とする。

第２の発明は、ターボチャージャのタービン下流に排気中のＰＭを捕集するフィルタ、その捕集ＰＭを燃焼処理してフィルタを再生させる手段、を備えるエンジンのＥＧＲシステムにおいて、フィルタの上流から下流に至る排気通路の周囲に画成される環状空間、環状空間の一端をフィルタ下流の排気通路に開口する通孔、環状空間の他端とターボチャージャのコンプレッサ上流の吸気通路との間を接続するＥＧＲ通路、を備えることを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明に係るＥＧＲシステムにおいて、環状空間は、タービンの出口付近からフィルタ下流に亘る排気通路の周囲に設定されることを特徴とする。

第４の発明は、第２の発明に係るＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ、その下流に配置されるＥＧＲバルブ、を備えることを特徴とする。

第５の発明は、第４の発明に係るＥＧＲシステムにおいて、フィルタの再生中は運転領域に関係なくＥＧＲを停止するべくＥＧＲバルブを閉状態に制御する手段、を備えることを特徴とする。

第１の発明においては、フィルタ下流から排気の一部がＥＧＲ通路を流れてターボチャージャのコンプレッサ上流へ供給される。フィルタは、ターボチャージャのタービン下流に配置され、ＥＧＲ通路の入口側と出口側との差圧を拡大させるため、従来の低圧ＥＧＲシステムよりも、十分なＥＧＲが効率よく行える。排気は、フィルタによりＰＭ（particulate matter）が捕集され、その後の清浄な排気がＥＧＲ通路に導入されるので、コンプレッサおよびＥＧＲ通路への煤などの付着も確実に防止できる。また、既存のフィルタを備える排気系において、簡単な手段により、コンプレッサおよびＥＧＲ通路への煤などの付着を防止しえる、低圧ＥＧＲシステムを廉価に実現できるのである。

第２の発明においては、フィルタ下流とターボチャージャのコンプレッサ上流との差圧により、フィルタ下流の通孔から排気の一部が環状空間に入り、その一端から他端へ流れ、ＥＧＲ通路を介してコンプレッサ上流へ供給される。つまり、コンプレッサ上流に一端（出口）側が接続されるＥＧＲ通路は、他端（入口）側が環状空間を介してフィルタ下流に接続されるのである。環状空間は、ＥＧＲが行われると、ＥＧＲ通路の一部を構成する一方、ＥＧＲが停止されると、フィルタの上流から下流に至る排気通路の周囲を包む断熱層となり、フィルタの再生効率を向上させることができる。この場合においても、排気中のＰＭを捕集するフィルタにより、ＥＧＲ通路の入口側と出口側との差圧が拡大するため、従来の低圧ＥＧＲシステムよりも、十分なＥＧＲが効率よく行えるほか、フィルタ通過後の清浄な排気がＥＧＲガスとなるので、コンプレッサおよびＥＧＲ通路への煤などの付着も確実に防止できる。また、この低圧ＥＧＲシステムは、既存のフィルタを備える排気系において、環状空間（一端がフィルタ下流に開口され、他端がＥＧＲ通路に接続される）を設えるのみで良く、適用が簡単かつ廉価に行えるのである。

第３の発明においては、ＥＧＲ通路の一部となる環状空間をフィルタ下流からタービンの出口付近に及ぶ長さに設定することにより、ＥＧＲ通路の配管長が短縮され、新たに長いＥＧＲ通路の配管を設ける必要がなくなる。

第４の発明においては、フィルタ通過後の清浄な排気がＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブを流れるので、ＥＧＲ制御の信頼性および耐久性の向上も得られる。

第５の発明においては、フィルタの再生中は、運転状態に関係なくＥＧＲが停止されるので、環状空間が断熱層となり、フィルタの再生効率の向上が図れる一方、再生中の高温ガスがＥＧＲ通路を流れないため、ＥＧＲバルブおよびＥＧＲクーラへの熱害を防止することができる。

図に基づいて、この発明の実施形態を説明する。図１において、１０はディーゼルエンジンである。エンジン１０の吸気通路１１において、１２はエアクリーナであり、１３ａはターボチャージャ１３のコンプレッサであり、コンプレッサ１３ａの下流に給気を冷却するインタクーラ１４が介装される。エンジン１０の排気通路１５において、１３ｂはターボチャージャ１３のタービンであり、タービン１３ｂの下流に排気中のＰＭ（particulate matter）を捕集するＤＰＦ１６（diesel particulate filter）が介装される。ターボチャージャ１３は、排気のエネルギでタービン１３ｂが回ると、これに直結のコンプレッサ１３ａが駆動され、新気をエンジン１０へ過給するのである。

ＤＰＦ１６の上流から下流に至る排気通路１５ａ（ＤＰＦ１６を含む）の周囲に環状空間１８が画成される。環状空間１８は、ＤＰＦ１６の上流から下流に至る排気通路１５ａを内筒２０としてその周囲に外筒１９を配置する一方、これら筒１９，２０間の両端を封止することにより構成される。図示の場合、環状空間１８は、ＤＰＦ１６の下流からタービン１３ｂの出口付近に及ぶ長さに設定される。環状空間１８は、その一端が通孔２１を介してＤＰＦ１６の下流に開口され、反対側の他端にＥＧＲ通路２５の一端が接続される。

ＥＧＲ通路２５は、他端がコンプレッサ１３ａ上流（エアクリーナ１２下流）に接続され、環状空間１８からのＥＧＲガスをコンプレッサ１３ａ上流へ供給する。ＥＧＲ通路２５において、２６はＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラであり、２７はＥＧＲ率を調整するＥＧＲバルブであり、ＥＧＲバルブ２７はＥＧＲクーラ２６の下流に配置される。

ＤＰＦ１６のＰＭ捕集量を検出する手段として、ＤＰＦ前後の差圧を検出する差圧センサ２８が備えられ、その検出値（差圧）に基づいてＤＰＦ１６の再生（捕集ＰＭの燃焼処理）を制御するコントロールユニット２９が設けられる。コントロールユニット２９においては、図示しないが、差圧が所定レベル以上になるとＤＰＦ１６の再生（ＰＭの燃焼処理）が必要と判定する手段、ＤＰＦ１６の再生が必要と判定されるとＤＰＦ温度を積極的に上昇させる手段、ＥＧＲバルブ２７の開閉（ＯＮ−ＯＦＦ）を運転状態に応じて制御する手段、ＤＰＦ１６の再生中は運転領域に関係なくＥＧＲを停止するべくＥＧＲバルブ２７を閉状態に制御する手段、が設定される。

ＥＧＲバルブ２７が開（ＯＮ）状態の通常運転時においては、ＤＰＦ１６下流とコンプレッサ１３ａ上流との差圧により、ＤＰＦ１６下流の通孔２０から排気の一部が環状空間１８に入り、その一端から他端へ流れ、ＥＧＲ通路２５を通ってコンプレッサ１３ａ上流へ供給される。つまり、ＤＰＦ１６下流から排気の一部がコンプレッサ１３ａ上流へ環流するのであり、ＤＰＦ１６通過後の清浄な排気がＥＧＲガスとなるため、コンプレッサ１３ａおよびＥＧＲ通路２５（ＥＧＲクーラ２６，ＥＧＲバルブ２７）への煤などの付着を確実に防止することができる。ＤＰＦ１６下流の排気は、タービン１３ｂ下流（ＤＰＦ１６上流）の排気よりも圧力が低くなるので、ＥＧＲ入口（通孔２１）側とＥＧＲ出口３０側との差圧が大きくなり、従来の低圧ＥＧＲシステムよりも、十分なＥＧＲを効率よく行えるのである。

環状空間１８は、ＥＧＲが行われると、ＥＧＲ通路（ＤＰＦ１６下流とコンプレッサ１３ａ上流との間を接続する）の一部を構成する一方、ＥＧＲが停止されると、ＤＰＦ１６の上流から下流に至る排気通路１５ａの周囲を包む断熱層となり、ＤＰＦ１６の再生効率を向上させることができる。ＤＰＦ１６の再生中は、運転状態に関係なくＥＧＲが停止されるので、環状空間１８が断熱層となり、ＤＰＦ１６の再生効率の向上が図れる一方、再生中の高温ガスがＥＧＲ通路２５を流れないため、ＥＧＲバルブ２７およびＥＧＲクーラ２６への熱害を防止することができる。また、この低圧ＥＧＲシステムは、既存のＤＰＦ１６を備える排気系において、環状空間１８（一端がＤＰＦ１６下流に開口され、他端がＥＧＲ通路２５に接続される）を設えるのみで良く、適用が簡単かつ廉価に行えるのである。

別の実施形態としては、図示しないが、環状空間１８を設えず、ＥＧＲ通路の配管により、ＤＰＦ１６下流の排気通路とコンプレッサ１３ａ上流の吸気通路との間を接続することも考えられる。その場合、ＤＰＦ１６下流の排気は、タービン１３ｂ下流（ＤＰＦ１６上流）の排気よりも圧力が低くなるので、ＥＧＲ入口側とＥＧＲ出口側との差圧が大きくなり、従来の低圧ＥＧＲシステムよりも、十分なＥＧＲが効率よく行えるほか、ＤＰＦ１６通過後の清浄な排気がＥＧＲガスとなるので、コンプレッサ１３ａおよびＥＧＲ通路（ＥＧＲクーラ２６，ＥＧＲバルブ２７）への煤などの付着を確実に防止できることになる。

図示の場合、ＥＧＲ通路（ＤＰＦ１６下流とコンプレッサ１３ａ上流との間を接続する）の一部を構成する環状空間１８は、ＤＰＦ１６下流からタービン１３ｂの出口付近に及ぶ長さに設定されるため、従来の低圧ＥＧＲシステムのＥＧＲ通路と同種の配管が使用可能となり、長い配管を新規に設ける必要がなくなる。

この発明の実施形態を表すシステム概要図である。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン
１１吸気通路
１３ａターボチャージャのコンプレッサ
１３ｂターボチャージャのタービン
１４インタクーラ
１５，１５ａ排気通路
１６ＤＰＦ（diesel particulate filter）
１８環状空間
２１通孔
２５ＥＧＲ通路
２６ＥＧＲクーラ
２７ＥＧＲバルブ
２８差圧センサ
３９コントロールユニット

Claims

ターボチャージャのタービン下流に排気中のＰＭを捕集するフィルタ、その捕集ＰＭを燃焼処理してフィルタを再生させる手段、を備えるエンジンにおいて、フィルタ下流の排気通路からターボチャージャのコンプレッサ上流の吸気通路へ排気の一部を環流させるＥＧＲ通路を備えることを特徴とするＥＧＲシステム。
ターボチャージャのタービン下流に排気中のＰＭを捕集するフィルタ、その捕集ＰＭを燃焼処理してフィルタを再生させる手段、を備えるエンジンにおいて、フィルタの上流から下流に至る排気通路の周囲に画成される環状空間、環状空間の一端をフィルタ下流の排気通路に開口する通孔、環状空間の他端とターボチャージャのコンプレッサ上流の吸気通路との間を接続するＥＧＲ通路、を備えることを特徴とするＥＧＲシステム。
環状空間は、タービンの出口付近からフィルタ下流に亘る排気通路の周囲に設定されることを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲシステム。
ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ、その下流に配置されるＥＧＲバルブ、を備えることを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲシステム。
フィルタの再生中は運転領域に関係なくＥＧＲを停止するべくＥＧＲバルブを閉状態に制御する手段、を備えることを特徴とする請求項４に記載のＥＧＲシステム。