JP2008014210A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流装置において、排気管にＥＧＲ管を接続する接続部で、凝縮水が排気管からＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気管４ａと、排気管４ａから排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み内燃機関の吸気系へＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ管３１ａと、を備えた内燃機関の排気還流装置において、排気管４ａにＥＧＲ管３１ａを接続する接続部８に、排気管４ａの底よりもＥＧＲ管３１ａの接続端の底を高い位置に存在させる段差であって、凝縮水が排気管４ａから３１ａＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制可能な段差９を形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

内燃機関の排気系に配置された触媒の直下流における排気管の側方に排気再循環（以下、「ＥＧＲ」という）管を接続し、そこからＥＧＲ管を上方に延出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０７−２９３３５６号公報 特開２０００−１７０６０８号公報

ところで、車両の床下に配置された触媒の下流における排気管にＥＧＲ管を接続する際には、搭載制約上、上記技術とは異なり、ＥＧＲ管を排気管に接続させた接続部からＥＧＲ管を下方に延出せざるを得ない場合がある。

このような場合では、排気管からの凝縮水がＥＧＲ管に流れ込み、ＥＧＲ管に溜まった凝縮水が濃縮されて強酸となりＥＧＲ管を腐食させてしまったり、ＥＧＲ管に流れ込んだ凝縮水がＥＧＲガスに吹き飛ばされ内燃機関の吸気系に入り込み吸気系を腐食させてしまったりする場合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気還流装置において、排気管にＥＧＲ管を接続する接続部で、凝縮水が排気管からＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気管と、前記排気管から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み内燃機関の吸気系へＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ管と、を備えた内燃機関の排気還流装置において、
前記排気管に前記ＥＧＲ管を接続する接続部に、前記排気管の底よりも前記ＥＧＲ管の接続端の底を高い位置に存在させる段差であって、凝縮水が前記排気管から前記ＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制可能な段差を形成したことを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。

排気管からの凝縮水がＥＧＲ管に流れ込み、ＥＧＲ管に溜まった凝縮水が濃縮されて強酸となりＥＧＲ管を腐食させてしまったり、凝縮水がＥＧＲガスに吹き飛ばされ内燃機関の吸気系に入り込み吸気系を腐食させてしまったりする場合がある。

そこで、本発明は、排気管にＥＧＲ管を接続する接続部に、排気管の底よりもＥＧＲ管の接続端の底を高い位置に存在させる段差であって、凝縮水が排気管からＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制可能な段差を形成した。

これによると、段差によってＥＧＲ管の接続端の底が排気管の底よりも高い位置に存在し、さらに段差は凝縮水が排気管からＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制可能であるので、排気管の凝縮水はＥＧＲ管へ流れ込むことが抑制されて排気管内を下流へと流れて行く。したがって、排気管にＥＧＲ管を接続する接続部で、凝縮水が排気管からＥＧＲ管へ流れ込
むことを抑制することができる。

前記排気管に前記ＥＧＲ管を接続する接続部に、前記排気管の上流側及び下流側並びに前記ＥＧＲ管がそれぞれ接続され、かつ、前記排気管の接続端の底と高さが一致する底を有するボリューム部を備える。そして、前記ボリューム部の底よりも前記ＥＧＲ管の接続端の底を高く位置させて前記ボリューム部に対して前記ＥＧＲ管を接続することにより、前記ボリューム部に前記段差を形成してもよい。

これによると、排気管の上流側及び下流側並びにＥＧＲ管をそれぞれボリューム部に接合するだけでよく、排気管及びＥＧＲ管の管同士を直接接合するよりも接合作業が容易であり、さらには本発明の段差をも形成することができ、排気管とＥＧＲ管との接続を生産性よく行うことができる。

前記ボリューム部は、底からの高さが前記排気管の接続端の頂部よりも高いとよい。ここで、ＥＧＲ管は、圧力損失をできるだけ低減するために、排気管に近い太さとなる場合がある。そのような場合に、単に段差を設けようとすると、ＥＧＲ管の接続端の頂部が排気管の頂部よりも突出しＥＧＲ管の接続端の頂部側において特殊な曲げ加工が必要となる。そこで、本発明では、ボリューム部の高さをＥＧＲ管の接続端の頂部が排気管の頂部よりも突出する程度だけ高くし、ＥＧＲ管に対する特殊な曲げ加工無しにＥＧＲ管をボリューム部に接合できるようにする。これにより、ＥＧＲ管が排気管に近い太さであっても、ＥＧＲ管をボリューム部に容易に接合することができる。

前記ボリューム部は、多面体で形成され、多面体の平面部分に、前記排気管の上流側及び下流側並びに前記ＥＧＲ管が接続されるとよい。これによると、ボリューム部の平面部分に排気管やＥＧＲ管を接合するので、接合作業がより容易である。

前記ボリューム部は、内部に迷路構造を有するとよい。ここで、排気管の凝縮水は、液状で排気管の底を流れるだけでなく、排気管内の排気流に乗って排気管中を飛散してもいる。そのような場合には、段差は排気管の底を流れる凝縮水をＥＧＲ管に流れ込むことを抑制できるが、排気管内の排気流に乗って排気管中を飛散している凝縮水はＥＧＲ管に入り込んでしまう。そこで、本発明では、ボリューム部の内部に排気流の方向を複雑化させる迷路構造を形成する。これにより、飛散している凝縮水は迷路構造の壁面などに衝突しボリューム部内で捕集される。よって、飛散している凝縮水がＥＧＲ管に入り込むことを抑制することができる。

前記ＥＧＲ管は、前記排気管の排気流れ方向とは反対方向に前記接続部から延出されるとよい。ここで、排気管の凝縮水は、液状で排気管の底を流れるだけでなく、排気管内の排気流に乗って排気管中を飛散してもいる。そのような場合には、段差は排気管の底を流れる凝縮水をＥＧＲ管に流れ込むことを抑制できるが、排気管内の排気流に乗って排気管中を飛散している凝縮水はＥＧＲ管に入り込んでしまう。そこで、本発明では、ＥＧＲ管を排気管の排気流れ方向とは反対方向に接続部から延出する。これにより、飛散している凝縮水はＥＧＲ管に入らずに排気流に乗ったまま排気管内を下流へと向かう。よって、飛散している凝縮水がＥＧＲ管に入り込むことを抑制することができる。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、排気管にＥＧＲ管を接続する接続部で、凝縮水が排気管からＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制することができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが配置されている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ６が配置されている。

一方、排気通路４の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが配置されている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）７が配置されている。このフィルタ７には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という。）が担持されている。フィルタ７は、排気中の粒子状物質を捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元される。なお、ＮＯｘ触媒の代わりに、酸化触媒または三元触媒をフィルタ７に担持させてもよい。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路３へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及びＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、フィルタ７よりも下流の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で内燃機関１へ還流される。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調整する。さらに、低圧ＥＧＲクーラ３３は、該低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ（不図示）が併設されている。このＥＣＵは、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

また、ＥＣＵには、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ、及び機関回転速度を検出するクランクポジションセンサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵに入力されるようになっている。一方、ＥＣＵには、低圧ＥＧＲ弁３２などが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵによりこれらの機器が制御される。

そして、内燃機関１へ還流される低圧ＥＧＲガス量が、低圧ＥＧＲ弁３２などにより調
節される。

ところで、車両の床下に配置されたフィルタ７の下流における排気通路４の排気管４ａに低圧ＥＧＲ通路３１のＥＧＲ管３１ａを接続する際には、搭載制約上、ＥＧＲ管３１ａを排気管４ａに接続させた接続部８からＥＧＲ管３１ａを下方に延出せざるを得ない場合がある。

このような場合では、排気管４ａからの凝縮水がＥＧＲ管３１ａに流れ込み、ＥＧＲ管３１ａに溜まった凝縮水が濃縮されて強酸となりＥＧＲ管３１ａを腐食させてしまったり、ＥＧＲ管３１ａに流れ込んだ凝縮水がＥＧＲガスに吹き飛ばされ内燃機関１の吸気通路３に入り込み吸気通路３やその吸気通路３に配置されたコンプレッサハウジング５ａなどの機器を腐食させてしまったりする場合がある。

そこで、本実施例では、図２に示すように、排気管４ａにＥＧＲ管３１ａを接続する接続部８に、排気管４ａの底よりもＥＧＲ管３１ａの接続端の底を高い位置に存在させる段差であって、凝縮水が排気管４ａからＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことを抑制可能な段差９を形成した。なお、段差９の高さは、内燃機関１を搭載した車両の通常運転の際の車両の急旋回などで排気管４ａの凝縮水がふられてもＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことが抑制できる高さｈを有している。

これによると、接続部８の段差９によってＥＧＲ管３１ａの接続端の底が排気管４ａの底よりも高い位置に存在し、さらに段差９は凝縮水が排気管４ａからＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことを抑制可能であるので、排気管４ａの凝縮水はＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことが抑制されて排気管４ａ内を下流へと流れて行く。したがって、排気管４ａにＥＧＲ管３１ａを接続する接続部８で、凝縮水が排気管４ａからＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことを抑制することができる。

＜実施例２＞
次に、ＥＧＲ管３１ａが排気管４ａに近い太さである場合について説明する。その他の構成は上記実施例と同様であるので説明を省略する。

低圧ＥＧＲ通路３１のＥＧＲ管３１ａを流れる低圧ＥＧＲガスは、緩慢な流れでしかなく、低圧ＥＧＲ通路３１での圧力損失をできるだけ低減したい。このため、ＥＧＲ管３１ａは排気管４ａに近い太さとなる場合がある。

そこで、本実施例では、図３に示すように、排気管４ａに近い太さのＥＧＲ管３１ａを排気管４ａに接続する場合には、高さｈの段差９を確保するべくＥＧＲ管３１ａの接続端の頂部側に特殊な曲げ加工を施し、曲げ加工部３１ｂを形成している。

これによっても、接続部８の段差９によってＥＧＲ管３１ａの接続端の底が排気管４ａの底よりも高い位置に存在し、さらに段差９は凝縮水が排気管４ａからＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことを抑制可能であるので、排気管４ａの凝縮水はＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことが抑制されて排気管４ａ内を下流へと流れて行く。したがって、排気管４ａにＥＧＲ管３１ａを接続する接続部８で、凝縮水が排気管４ａからＥＧＲ管３１ａへ流れ込むことを抑制することができる。

＜実施例３＞
次に、排気管４ａにＥＧＲ管３１ａを接続する接続部８にボリューム部１０を設けた場合について説明する。その他の構成は上記実施例と同様であるので説明を省略する。

本実施例では、図４に示すように、接続部８において、排気管４ａ及びＥＧＲ管３１ａがそれぞれ接続されるボリューム部１０を備える。

ボリューム部１０は、６面体であり、分断された排気管４ａの上流側及び下流側、並びにＥＧＲ管３１ａがそれぞれ各平面部分に接続される。

また、ボリューム部１０は、図５に示すように、排気管４ａの上流側接続端及び下流側接続端の底と高さが一致する底を有する。ボリューム部１０の底を排気管４ａの底と同じ高さにすることで、凝縮水がボリューム部１０に溜まることを防止している。

さらに、図５に示すように、ボリューム部１０の底よりもＥＧＲ管３１ａの接続端の底を高く位置させてボリューム部１０に対してＥＧＲ管３１ａを接続している。これにより、ボリューム部１０に高さｈの段差９を形成している。

これによると、排気管４ａの上流側及び下流側並びにＥＧＲ管３１ａをそれぞれボリューム部１０の平面部分に接合するだけでよく、排気管４ａ及びＥＧＲ管３１ａの管同士を直接接合するよりも接合作業が容易であり、さらには段差９をも形成することができ、排気管４ａとＥＧＲ管３１ａとの接続を生産性よく行うことができる。

ここで、ＥＧＲ管３１ａは、圧力損失をできるだけ低減するために、排気管４ａに近い太さである。このため、ＥＧＲ管３１ａは、高さｈの段差９を設けるとＥＧＲ管３１ａの接続端の頂部が排気管４ａの頂部よりも突出してしまう。

そこで、本実施例では、ボリューム部１０の高さをＥＧＲ管３１ａの接続端の頂部が排気管４ａの頂部よりも突出する程度だけ高くし、ＥＧＲ管３１ａに対する特殊な曲げ加工無しにＥＧＲ管３１ａをボリューム部１０の平面部分に接合できるようにしている。これにより、ＥＧＲ管３１ａが排気管４ａに近い太さであっても、ＥＧＲ管３１ａをボリューム部１０の平面部分に容易に接合することができる。

＜実施例４＞
次に、ボリューム部１０の内部に迷路構造を設けた場合について説明する。その他の構成は上記実施例と同様であるので説明を省略する。

本実施例では、図６に示すように、ボリューム部１０には、内部に迷路構造を構成する壁１１を複数配置した。壁１１は、排気管４ａの上流側接続端と下流側接続端の接合されたボリューム部１０の２面の内壁に、ＥＧＲ管３１ａが延出される方向に対して交互に並んで配置されている。このため、壁１１は、排気管４ａの上流側から下流側への排気流は阻害せず、ＥＧＲ管３１ａへ入る排気流の方向を複雑化している。なお、図６（ａ）はボリューム部１０の上断面図であり、図６（ｂ）はボリューム部１０の横断面図である。

ここで、排気管４ａの凝縮水は、液状で排気管４ａの底を流れるだけでなく、排気管４ａ内の排気流に乗って排気管４ａ中を飛散してもいる。そのような場合には、段差９は排気管４ａの底を流れる凝縮水をＥＧＲ管３１ａに流れ込むことを抑制できるが、排気管４ａ内の排気流に乗って排気管４ａ中を飛散している凝縮水はＥＧＲ管３１ａに入り込んでしまう。そこで、本実施例では、ボリューム部１０の内部に複数の壁１１を配置し迷路構造を形成する。これにより、飛散している凝縮水は迷路構造を形成する壁１１の壁面などに衝突しボリューム部１０内で捕集される。よって、飛散している凝縮水がＥＧＲ管３１ａに入り込むことを抑制することができる。

なお、本発明の迷路構造は、本実施例の壁１１により構成される迷路構造に限られず、
飛散している凝縮水がＥＧＲ管３１ａに入り込むことを抑制することができる構造であればよい。

＜実施例５＞
次に、ＥＧＲ管３１ａを排気管４ａの排気流れ方向とは反対方向に延出する場合について説明する。その他の構成は上記実施例と同様であるので説明を省略する。

本実施例では、図７に示すように、ＥＧＲ管３１ａは、接続部８のボリューム部１０からフィルタ７の備わった排気管４ａの上流方向へ延出されている。つまり、ＥＧＲ管３１ａは、排気管４ａの排気流れ方向とは反対方向に延出されている。また、本実施例でも、ボリューム部１０には、段差９が形成されており、ＥＧＲ管３１ａは、下方に傾いて延出されてもいる。なお、図７（ａ）はボリューム部１０付近の上視図であり、図７（ｂ）はボリューム部１０付近の側面図である。

ここで、排気管４ａの凝縮水は、液状で排気管４ａの底を流れるだけでなく、排気管４ａ内の排気流に乗って排気管４ａ中を飛散してもいる。そのような場合には、段差９は排気管４ａの底を流れる凝縮水をＥＧＲ管３１ａに流れ込むことを抑制できるが、排気管４ａ内の排気流に乗って排気管４ａ中を飛散している凝縮水はＥＧＲ管３１ａに入り込んでしまう。そこで、本実施例では、ＥＧＲ管３１ａをボリューム部１０からフィルタ７の備わった排気管４ａの上流方向へ延出する。これにより、飛散している凝縮水はＥＧＲ管３１ａに入らずに排気流に乗ったまま排気管４ａ内を下流へと向かう。よって、飛散している凝縮水がＥＧＲ管３１ａに入り込むことを抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系を示す図である。 実施例１に係る排気管とＥＧＲ管を接続した接続部の概略構成を示す横断面図である。 実施例２に係る排気管とＥＧＲ管を接続した接続部の概略構成を示す横断面図である。 実施例３に係る排気管とＥＧＲ管を接続した接続部の概略構成を示す斜視図である。 実施例３に係る排気管とＥＧＲ管を接続した接続部の概略構成を示す横断面図である。 （ａ）は実施例４に係る排気管とＥＧＲ管を接続した接続部の概略構成を示す上断面図であり、（ｂ）は実施例４に係る接続部の概略構成を示す横断面図である。 （ａ）は実施例５に係る排気管とＥＧＲ管を接続した接続部の概略構成を示す上視図であり、（ｂ）は実施例５に係る接続部の概略構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
４ａ 排気管
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ インタークーラ
７ フィルタ
８ 接続部
９ 段差
１０ ボリューム部
１１ 壁
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３１ａ ＥＧＲ管
３１ｂ 曲げ加工部
３２ ＥＧＲ弁
３３ ＥＧＲクーラ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気管と、前記排気管から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み内燃機関の吸気系へＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ管と、を備えた内燃機関の排気還流装置において、
   前記排気管に前記ＥＧＲ管を接続する接続部に、前記排気管の底よりも前記ＥＧＲ管の接続端の底を高い位置に存在させる段差であって、凝縮水が前記排気管から前記ＥＧＲ管へ流れ込むことを抑制可能な段差を形成したことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記排気管に前記ＥＧＲ管を接続する接続部に、前記排気管の上流側及び下流側並びに前記ＥＧＲ管がそれぞれ接続され、かつ、前記排気管の接続端の底と高さが一致する底を有するボリューム部を備え、
   前記ボリューム部の底よりも前記ＥＧＲ管の接続端の底を高く位置させて前記ボリューム部に対して前記ＥＧＲ管を接続することにより、前記ボリューム部に前記段差を形成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。
3. 前記ボリューム部は、底からの高さが前記排気管の接続端の頂部よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 前記ボリューム部は、多面体で形成され、多面体の平面部分に、前記排気管の上流側及び下流側並びに前記ＥＧＲ管が接続されたことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 前記ボリューム部は、内部に迷路構造を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流装置。
6. 前記ＥＧＲ管は、前記排気管の排気流れ方向とは反対方向に前記接続部から延出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流装置。

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