JP2009047078A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気温度低下に起因する排気浄化触媒の活性低下の抑制等を図った内燃機関を提供する。
【解決手段】 ＥＧＲ分流管１４は、排気管１３とターボチャージャ２１との間に介装／締結される分流部３１と、分流部３１の側面に接合／一体化されたパイプ部３２とから構成されている。分流部３１は、鋼板および鋼管を素材とする溶接構造品であり、その熱容量が比較的小さく設定されている。また、パイプ部３２は、鋼管を素材とする溶接構造品である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車用等に搭載される内燃機関に係り、詳しくは、排気温度低下に起因する排気浄化触媒の活性低下の抑制等を図る技術に関する。

近年のディーゼルエンジンでは、排気浄化手段としてディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：以下、ＤＯＣと記す）やリーンＮＯ_Ｘ触媒（lean NOx catalyst：以下、ＬＮＣと記す）を備え、更に、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと記す）の捕捉手段としてディーゼルパキィキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと記す）を備えたものが一般的となっている。また、ディーゼルエンジンでは、排気ガスのエネルギを利用して出力の増大等を図るべく、ターボチャージャを搭載したものも多い。

一方、ディーゼルエンジンでは、不活性ガスである排気ガスををＥＧＲ（Exhaust gas recirculation：排気ガス再循環）ガスとして吸気通路に導入するＥＧＲ装置が広く採用されている。ＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの取り出しにあたっては、排気マニホールドの集合部に溶接されたＥＧＲ配管を介して行うもの（特許文献２参照）や、排気マニホールドの集合部に締結されたＥＧＲ配管を介して行うものが多い。なお、Ｖ型ディーゼルエンジンでは、排気マニホールドをシリンダバンクの外側に配置することが一般的であるが、エンジンのコンパクト化や周辺部品への熱害防止等を図るためにＶバンク内に排気マニホールドやターボチャージャを配置することも多い。
特許３７４０９３５号公報 特開２００４−３１６５３９号公報

排気マニホールドの集合部にＥＧＲ配管を溶接あるいは締結する上述の構造には、以下に述べるような種々の問題があった。例えば、ＥＧＲ配管の溶接座（あるいは、締結部）を確保するために排気系（排気マニホールド等）の熱容量が増大するため、排気ガスの熱が排気マニホールドの昇温に消費されてしまう。その結果、エンジンの始動直後には、ＤＯＣやＬＮＣが活性温度に達するまでに時間が掛かり、有害排出ガス成分の排出量が増大する。なお、ディーゼルエンジンでは、ガソリンエンジンに較べてその排気温度が低いことから、始動直後以外の運転状況（低負荷運転時等）においても同様の問題が発生する。また、排気マニホールドにＥＧＲ配管を溶接するものでは、溶接部の信頼性を確保するために、生産管理を厳しく行う必要があった。一方、排気マニホールドにＥＧＲ配管を締結するものでは、構成部品点数や組立工数が増大する他、締結作業に要するスペースを確保しなければならない等の問題があった。そして、ＥＧＲ配管が溶接／一体化された場合、排気マニホールドが複雑かつ大型となるため、設計自由度や組付作業性が低下することが避けられなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、排気温度低下に起因する排気浄化触媒の活性低下の抑制等を図った内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、クランクケースの上部に所定の角度間隔をもって一対のシリンダバンクが形成されるとともに、当該一対のシリンダバンク間に排気手段が設置された内燃機関であって、前記排気手段から流入する排気ガスによって駆動されるターボチャージャと、前記ターボチャージャの下流側に連結され、前記排気ガス中の有害排気成分の浄化に供される排気浄化手段と、前記排気手段を通過する排気ガスの一部を吸気手段に還流させる排気ガス還流手段と、前記排気手段と前記過給手段との間に介装され、前記排気ガス還流手段に排気ガスを分流させる排気ガス分流部材とを備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、ＥＧＲ配管の溶接座や締結部を形成することによる排気系の熱容量の増大が抑制され、エンジンの始動直後等においても排気浄化手段が比較的短時間で活性温度に達し、有害排出ガス成分の排出量が低減される。また、排気マニホールド等の構造が複雑化することや大型化することが抑制されるため、設計自由度や組付作業性の向上等が実現される。

以下、図面を参照して、本発明を適用したエンジンシステムの一実施形態を詳細に説明する。図１は実施形態に係るエンジンシステムの模式的構成図であり、図２は実施形態に係るエンジンの要部斜視図である。

図１に示すエンジンシステムは、狭角のＶ型６気筒ディーゼルエンジン（以下、エンジンと記す）１を中核に、エアクリーナ２やスロットルバルブ３、吸気管４，５、吸気マニホールド６，７からなる吸気系１０と、排気マニホールド１１，１２や排気管１３、ＥＧＲ分流管（排気ガス分流部材）１４、ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒）１５，ＤＰＦ１６，ＬＮＣ（リーンＮＯ_Ｘ触媒）１７、マフラー１８からなる排気系２０とを備えている。吸気系１０と排気系２０との間には、排気ガスのエネルギーによって吸入空気を加圧するターボチャージャ２１が設置されている。ターボチャージャ２１は、吸気系１０においては吸気管４とスロットルバルブ３との間に介装され、排気系２０においてはＥＧＲ分流管１４とＤＯＣ１５との間に介装されている。

ＥＧＲ分流管１４は、排気系２０から吸気系１０にＥＧＲガスを分流させるものであり、その下流には、ＥＧＲクーラ２２とＥＧＲバルブ２３とを介して、吸気管５に連通するＥＧＲ配管２４が接続されている。図２に示すように、ＥＧＲ分流管１４は、排気管１３とターボチャージャ２１との間に介装／締結される分流部３１と、分流部３１の側面に接合／一体化されたパイプ部３２とから構成されている。分流部３１は、鋼板および鋼管を素材とする溶接構造品であり、その熱容量が比較的小さく設定されている。また、パイプ部３２は、鋼管を素材とする溶接構造品である。

＜実施形態の作用＞
エンジン１が始動されると、燃焼室から排気マニホールド１１，１２に排出された排気ガスは、排気管１３、ＥＧＲ分流管１４、ターボチャージャ２１を経由して、ＤＯＣ１５，ＤＰＦ１６，ＬＮＣ１７によって順次浄化処理された後、マフラー１８から大気中に放出される。また、所定の運転条件の下では、図示しないエンジンＥＣＵの指令によってＥＧＲバルブ２３が開き、ＥＧＲ分流管１４から分流されたＥＧＲガスが、ＥＧＲクーラ２２によって冷却された後に、ＥＧＲ配管２４、吸気管５および吸気マニホールド６，７を経由してエンジン１の燃焼室に供給される。

本実施形態の場合、前述したようにＥＧＲ分流管１４の熱容量が小さいため、ターボチャージャ２１を経由してＤＯＣ１５やＬＮＣ１７に流入する排気ガスの温度低下がごく少なく抑えられる。その結果、図３のグラフに示すように、エンジン１の始動直後における有害排出ガス成分の量は、従来装置（図３中に破線で示す）に較べて遙かに少なくなる。また、ＥＧＲ分流管１４は、排気管１３とターボチャージャ２１との間に介装／締結されるものであるため、従来装置のように排気マニホールド１１，１２の複雑化や大型化が防止されるとともに、その設計自由度や組付作業性の向上が実現できる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態はＶ型６気筒エンジンに本発明を適用したものであるが、気筒数や両シリンダバンクの角度間隔は任意に設定可能である。また、エンジンシステムの具体的構成やＥＧＲ分流管の具体的構造や形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るエンジンシステムの模式的構成図である。 実施形態に係るエンジンの要部斜視図である。 実施形態に係る有害排出ガス成分の排出量の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
１１ 排気マニホールド
１２ 排気マニホールド
１３ 排気管
１４ ＥＧＲ分流管（排気ガス分流部材）
１５ ＤＯＣ（ディーゼル酸化触媒：排気浄化手段）
１６ ＤＰＦ（ディーゼルパキィキュレートフィルタ）
１７ ＬＮＣ（リーンＮＯＸ触媒）
２１ ターボチャージャ
３１ 分流部
３２ パイプ部

Claims (1)

1. クランクケースの上部に所定の角度間隔をもって一対のシリンダバンクが形成されるとともに、当該一対のシリンダバンク間に排気手段が設置された内燃機関であって、
   前記排気手段から流入する排気ガスによって駆動されるターボチャージャと、
   前記ターボチャージャの下流側に連結され、前記排気ガス中の有害排気成分の浄化に供される排気浄化手段と、
   前記排気手段を通過する排気ガスの一部を吸気手段に還流させる排気ガス還流手段と、
   前記排気手段と前記過給手段との間に介装され、前記排気ガス還流手段に排気ガスを分流させる排気ガス分流部材と
   を備えたことを特徴とする内燃機関。

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