JP2010138745A - 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、低コスト化を図ると共に搭載性を良好にしつつ、ＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物を除去する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み当該低圧ＥＧＲガスを内燃機関の吸気通路へ還流させる低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１に配置され、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガス中のＰＭを捕集する低圧ＥＧＲフィルタ３４と、低圧ＥＧＲフィルタ３４をがたつく状態で保持する保持部３５と、を備え、低圧ＥＧＲフィルタ３４にＥＧＲガスが流通するときや内燃機関の振動によって生じる低圧ＥＧＲフィルタ３４の振動により低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭが捕獲部３６に振り落とされ、低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭを除去できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置に関する。

排気フィルタに当該排気フィルタを振動させる振動装置を設け、排気フィルタを振動させることによって、排気フィルタに付着した排気系異物を落下除去する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１記載の技術では、排気フィルタの直上流の排気通路内に凹みを設け、排気フィルタから落下した排気系異物を捕獲するようにしている。
特開平９−１５１７２２号公報 特表２００５−５１７１１２号公報 特開２００８−１５１１０３号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、排気フィルタに振動装置を設ける必要があり、部品点数が増加しコストアップを招くと共に、装置全体が大きくなり搭載性が悪いものであった。

本発明は上記問題点に鑑みたものであり、本発明の目的は、内燃機関の排気還流装置において、低コスト化を図ると共に搭載性を良好にしつつ、ＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物を除去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、本発明は、
内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み当該ＥＧＲガスを前記内燃機関の吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に配置され、前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス中の排気系異物を捕集するＥＧＲフィルタと、
前記ＥＧＲフィルタをがたつく状態で保持する保持部と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置である。

本発明では、ＥＧＲフィルタががたつく状態で保持されるので、ＥＧＲフィルタにＥＧＲガスが流通するときや、内燃機関の振動によって、ＥＧＲフィルタが振動する。この振動によりＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物が振り落とされ、ＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物を除去できる。よって、ＥＧＲフィルタを排気系異物が除去された状態に常時維持でき、ＥＧＲフィルタにＥＧＲガスが流通する際の圧力損失を低減できる。

また、本発明では、ＥＧＲフィルタをがたつく状態で保持しただけの簡単な構成であり、部品点数が増加せず低コスト化を図ることができると共に、装置全体が大きくならず搭載性を良好にできる。

前記保持部は、前記ＥＧＲフィルタの縁との間に空隙を有して前記ＥＧＲフィルタの縁を遊嵌するとよい。本発明によると、ＥＧＲフィルタをがたつく状態で保持できる。

前記ＥＧＲフィルタは、上側が下側よりも前記ＥＧＲ通路の上流側に位置するように傾いて配置されるとよい。本発明によると、ＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物は、Ｅ
ＧＲフィルタの振動によってＥＧＲフィルタよりも上流側のＥＧＲ通路に振り落とされる。このため、振り落とされた排気系異物がＥＧＲフィルタよりも下流側のＥＧＲ通路には到達せず、排気系異物がＥＧＲガスに乗って吸気通路や内燃機関に到達してしまうことがない。また本発明によると、ＥＧＲ通路径を太くすることなくＥＧＲフィルタの断面積を増加でき、ＥＧＲフィルタにＥＧＲガスが流通する際の圧力損失を低減できる。

前記ＥＧＲ通路は、前記ＥＧＲフィルタよりも上流側が下流側よりも下方に配置されるとよい。本発明によると、ＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物は、ＥＧＲフィルタの振動によってＥＧＲフィルタよりも上流側のＥＧＲ通路に振り落とされる。このため、振り落とされた排気系異物がＥＧＲフィルタよりも下流側のＥＧＲ通路には到達せず、排気系異物がＥＧＲガスに乗って吸気通路や内燃機関に到達してしまうことがない。

前記ＥＧＲフィルタ近傍の前記ＥＧＲ通路に配置され、前記ＥＧＲフィルタから振り落とされた排気系異物を捕獲する捕獲部を備えるとよい。本発明によると、ＥＧＲフィルタから振り落とされた排気系異物がＥＧＲ通路内に散乱したり、ＥＧＲフィルタに再度捕集されたりすることを回避できる。

前記捕獲部は、前記ＥＧＲフィルタ近傍の前記ＥＧＲ通路の下側内面を下側に凹ませた凹部であるとよい。本発明によると、ＥＧＲフィルタから下方へ振り落とされた排気系異物を容易に捕獲できる。

前記ＥＧＲフィルタに対して油膜分離洗浄剤を噴射する洗浄剤噴射手段を備えるとよい。本発明によると、ＥＧＲフィルタの振動では振り落とせないＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物を油膜分離洗浄剤によって除去できる。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、低コスト化を図ると共に搭載性を良好にしつつ、ＥＧＲフィルタに捕集された排気系異物を除去できる。

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及びその吸気系・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、ピストンと共に燃焼室を形成する気筒２を４つ有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１は、車両に搭載されている。内燃機関１の各気筒２には、適宜の量及びタイミングで燃料を噴射する燃料噴射弁３が配置されている。内燃機関１には、吸気通路４及び排気通路５が接続されている。

内燃機関１に接続された吸気通路４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６のコンプレッサ６ａが配置されている。コンプレッサ６ａよりも上流の吸気通路４には、吸気通路４内を流通する新気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。エアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量（新気量）が測定される。コンプレッサ６ａよりも下流の吸気通路４には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が配置されている。これら吸気通路４及びそれに配置された機器が内燃機関１に吸気を取り入れるための吸気系を構成している。

一方、内燃機関１に接続された排気通路５の途中には、ターボチャージャ６のタービン
６ｂが配置されている。タービン６ｂは排気通路５を流れる排気によって駆動され、コンプレッサ６ａは駆動されたタービン６ｂと共に回転して吸気通路４を流れる吸気を過給する。タービン６ｂよりも下流の排気通路５には、排気浄化装置９が配置されている。排気浄化装置９は、酸化触媒と当該酸化触媒の後段に配置されたパティキュレートフィルタ（以下単にフィルタという）とを有して構成されている。フィルタは、排気浄化装置９に流入する排気に含有される排気系異物としてのＰＭ（粒子状物質、煤）を捕集して排気を浄化する。フィルタには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持される場合がある。これら排気通路５及びそれに配置された機器が内燃機関１から排気を排出させるための排気系を構成している。

内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる高圧ＥＧＲ装置２０が備えられている。高圧ＥＧＲ装置２０は、高圧ＥＧＲ通路２１及び高圧ＥＧＲ弁２２を備えて構成される。

高圧ＥＧＲ通路２１は、タービン６ｂよりも上流の排気通路５と、インタークーラ８よりも下流の吸気通路４と、を接続している。高圧ＥＧＲ通路２１を通って、排気が高圧で内燃機関１へ送り込まれる。高圧ＥＧＲ通路２１を流通して還流される排気が高圧ＥＧＲガスである。

高圧ＥＧＲ弁２２は、高圧ＥＧＲ通路２１の通路断面積を調整することにより、高圧ＥＧＲ通路２１を流通する高圧ＥＧＲガスの量を調節する。高圧ＥＧＲ弁２２は、電動アクチュエータにより開閉される。

内燃機関１には、排気通路５内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路４へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、低圧ＥＧＲクーラ３３、及び低圧ＥＧＲフィルタ３４を備えて構成される。

低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化装置９よりも下流の排気通路５と、コンプレッサ６ａよりも上流且つエアフローメータ７よりも下流の吸気通路４と、を接続している。低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で内燃機関１へ送り込まれる。低圧ＥＧＲ通路３１を流通して還流される排気が低圧ＥＧＲガスである。

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、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスの量を調節する。低圧ＥＧＲ弁３２は、電動アクチュエータにより開閉される。

低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ弁３２や低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも上流の低圧ＥＧＲ通路３１に配置され、低圧ＥＧＲガスと機関冷却水とで熱交換を行い、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガスを冷却する。これにより、低圧ＥＧＲガスの温度を内燃機関１の燃焼温度を低下させることが可能な温度に維持する又は低下させる。

低圧ＥＧＲフィルタ３４は、低圧ＥＧＲクーラ３３よりも下流且つ低圧ＥＧＲ弁３２よりも上流の低圧ＥＧＲ通路３１に配置され、低圧ＥＧＲ通路３１を流通する低圧ＥＧＲガス中の排気系異物としてのＰＭを捕集する。ここで、低圧ＥＧＲガスとなる排気は、既に排気浄化装置９を通過しているので、ＰＭも低減されているが、低圧ＥＧＲフィルタ３４は、ＰＭをさらに捕集するものである。このように低圧ＥＧＲフィルタ３４によってＰＭを捕集すると、低圧ＥＧＲ通路３１を流通したＰＭが吸気通路４に還流せず、吸気系及び内燃機関１に被害を与えることを回避できる。低圧ＥＧＲフィルタ３４が本発明のＥＧＲフィルタに相当する。

ここで、低圧ＥＧＲフィルタ３４は、図２に示すように、円形状の金属系フィルタであり、縁のリング部３４ａと、リング部３４ａの内側に縦横に張り巡らされてＰＭを捕集するメッシュ状のフィルタ部３４ｂと、を有して構成される。

低圧ＥＧＲフィルタ３４は、図３に示すように、縁のリング部３４ａを保持部３５で保持される。ここで、保持部３５は、低圧ＥＧＲ通路３１の内壁に配置された円環状で内側に低圧ＥＧＲフィルタ３４のリング部３４ａを配置する凹部のある形状である。保持部３５は、低圧ＥＧＲフィルタ３４の縁のリング部３４ａとの間に空隙を有して低圧ＥＧＲフィルタ３４の縁のリング部３４ａを遊嵌する。これによって、低圧ＥＧＲフィルタ３４は、がたつく状態で保持部３５に保持される。このため、低圧ＥＧＲフィルタ３４に低圧ＥＧＲガスが流通するときや、内燃機関１の運転時の振動等によって、低圧ＥＧＲフィルタ３４が振動する。そして、図４に示すように、低圧ＥＧＲフィルタ３４が保持部３５に保持されたまま振動すると、低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭが低圧ＥＧＲフィルタ３４から振り落とされる。

低圧ＥＧＲフィルタ３４から振り落とされたＰＭは、図示矢印のように、低圧ＥＧＲフィルタ３４の上流側近傍の低圧ＥＧＲ通路３１に配置された捕獲部３６に捕獲される。捕獲部３６は、低圧ＥＧＲフィルタ３４近傍の低圧ＥＧＲ通路３１の下側内面を下側に凹ませた凹部形状をしている。低圧ＥＧＲフィルタ３４からＰＭが下方へ振り落とされると、ＰＭが自重落下して捕獲部３６の凹部内へ捕獲される。捕獲部３６の凹部底面３６ａは、低圧ＥＧＲ通路３１の上流側が下方へ傾斜しており、また低圧ＥＧＲ通路３１の上流側端には上部に返し３６ｂがついている。このため、捕獲部３６に捕獲されたＰＭは、凹部内で低圧ＥＧＲ通路３１の上流側へ送られていき、低圧ＥＧＲ通路３１内へ散乱したり、低圧ＥＧＲフィルタ３４に再度捕集されたりすることを回避できる。これにより、低圧ＥＧＲフィルタ３４から除去されたＰＭが再度低圧ＥＧＲフィルタ３４に衝突することで、低圧ＥＧＲフィルタ３４の疲労破壊を引き起こすことを低減できる。

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ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０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。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ７の他、クランクポジションセンサ１１及びアクセルポジションセンサ１２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ＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、並びに、高圧ＥＧＲ弁２２及び低圧ＥＧＲ弁３２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

以上説明した本実施例では、低圧ＥＧＲフィルタ３４ががたつく状態で保持されるので、低圧ＥＧＲフィルタ３４に低圧ＥＧＲガスが流通するときや、内燃機関１の運転時の振動等によって、低圧ＥＧＲフィルタ３４が振動する。この振動による低圧ＥＧＲフィルタ３４が保持部３５に衝突した衝撃等により、図４に示すように、低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭが捕獲部３６へ振り落とされ、低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭを除去できる。よって、低圧ＥＧＲフィルタ３４をＰＭが除去された状態に常時維持でき、低圧ＥＧＲフィルタ３４に低圧ＥＧＲガスが流通する際の圧力損失を低減できる。このため、所望量の低圧ＥＧＲガスを燃費悪化せずに供給できる。

また、本実施例では、低圧ＥＧＲフィルタ３４をがたつく状態で保持しただけの簡単な構成であり、部品点数が増加せず低コスト化を図ることができると共に、低圧ＥＧＲフィルタ３４及び保持部３５を含む装置全体が大きくならず搭載性を良好にできる。

＜実施例２＞
次に実施例２を説明する。本実施例では、上記実施例と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略する。

実施例１では、低圧ＥＧＲフィルタ３４を振動させて低圧ＥＧＲフィルタ３４から振り落とすＰＭが、振動している低圧ＥＧＲフィルタ３４を通過してしまい低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも下流側の低圧ＥＧＲ通路３１に到達してしまう可能性があった。そうすると、ＰＭが低圧ＥＧＲガスに乗って吸気通路４や内燃機関１に到達してしまうおそれもある。

そこで、本実施例では、図５に示すように、低圧ＥＧＲフィルタ３４は、上側が下側よりも低圧ＥＧＲ通路３１の上流側に位置するように傾いて配置される。このため、本実施例の低圧ＥＧＲフィルタ３４は楕円状である。

本実施例によると、低圧ＥＧＲフィルタ３４の振動による低圧ＥＧＲフィルタ３４が保持部３５に衝突した衝撃等により、低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭは、下方へ落下するので、低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも上流側の低圧ＥＧＲ通路３１に確実に振り落とされる。このため、振り落とされたＰＭが低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも下流側の低圧ＥＧＲ通路３１には到達せず、ＰＭが低圧ＥＧＲガスに乗って吸気通路４や内燃機関１に到達してしまうことがない。また本実施例によると、低圧ＥＧＲ通路径を太くすることなく低圧ＥＧＲフィルタ３４の断面積を増加でき、低圧ＥＧＲフィルタ３４に低圧ＥＧＲガスが流通する際の圧力損失を低減できる。

＜実施例３＞
次に実施例３を説明する。本実施例では、上記実施例と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略する。

実施例１では、低圧ＥＧＲフィルタ３４から振り落とすＰＭが、低圧ＥＧＲフィルタ３４を通過してしまい低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも下流側の低圧ＥＧＲ通路３１に到達してしまう可能性があった。そうすると、ＰＭが低圧ＥＧＲガスに乗って吸気通路４や内燃機関１に到達してしまうおそれもある。

そこで、本実施例では、図６に示すように、低圧ＥＧＲフィルタ３４は、一部鉛直に延びる低圧ＥＧＲ通路３１内に平面を水平となるように配置される。ここで、低圧ＥＧＲ通路３１は、低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも上流側が下流側よりも下方に配置される。図６では、１段低い右側の低圧ＥＧＲ通路３１が上流側であり、１段高い左側の低圧ＥＧＲ通路３１が下流側である。

本実施例によると、低圧ＥＧＲフィルタ３４の振動による低圧ＥＧＲフィルタ３４が保持部３５に衝突した衝撃等により、低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭは、下方へ落下するので、低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも上流側の低圧ＥＧＲ通路３１に確実に振り落とされる。このため、振り落とされたＰＭが低圧ＥＧＲフィルタ３４よりも下流側の低圧ＥＧＲ通路３１には到達せず、ＰＭが低圧ＥＧＲガスに乗って吸気通路４や内燃機関１に到達してしまうことがない。

＜実施例４＞
次に実施例４を説明する。本実施例では、上記実施例と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略する。

上記実施例では、低圧ＥＧＲフィルタ３４を振動させてＰＭを低圧ＥＧＲフィルタ３４
から振り落とすが、低圧ＥＧＲフィルタ３４に堆積して低圧ＥＧＲフィルタ３４の振動では振り落とせないＰＭも存在する可能性があった。そうすると、低圧ＥＧＲフィルタ３４にＰＭが堆積し、低圧ＥＧＲフィルタ３４に低圧ＥＧＲガスが流通する際の圧力損失が高くなるおそれがある。

そこで、本実施例では、図７に示すように、低圧ＥＧＲフィルタ３４に対して油膜分離洗浄剤を噴射する洗浄剤噴射弁３７を設けた。洗浄剤噴射弁３７が本発明の洗浄剤噴射手段に相当する。洗浄剤噴射弁３７は、内燃機関１の運転状態から算出される低圧ＥＧＲフィルタ３４のＰＭ堆積積算量がある一定値を超えた時点で、洗浄剤タンク３８から供給された油膜分離効果のある油膜分離洗浄剤を低圧ＥＧＲフィルタ３４のＰＭの堆積する面の裏面に噴射する。洗浄剤噴射弁３７はＥＣＵ１０により制御される。

本実施例によると、低圧ＥＧＲフィルタ３４の振動では振り落とせない低圧ＥＧＲフィルタ３４に捕集されたＰＭを油膜分離洗浄剤によって除去できる。特に、低圧ＥＧＲフィルタ３４のＰＭの堆積する面の裏面に油膜分離洗浄剤を噴射するので、低圧ＥＧＲフィルタ３４と堆積したＰＭとの間に洗浄剤が供給できＰＭを低圧ＥＧＲフィルタ３４から分離することができる。よって、低圧ＥＧＲフィルタ３４にＰＭが堆積せず、低圧ＥＧＲフィルタ３４に低圧ＥＧＲガスが流通する際の圧力損失が高くなることを回避できる。

なお、上記実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１に本発明の低圧ＥＧＲフィルタ３４が配置される構成であった。しかしこれに限られず、例えば、高圧ＥＧＲ通路に配置される高圧ＥＧＲフィルタに本発明を適用してもよい。

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気系・排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係る低圧ＥＧＲフィルタの概略構成を示す図である。 実施例１に係る低圧ＥＧＲフィルタとその周辺の概略構成を示す図である。 実施例１に係る低圧ＥＧＲフィルタの振動によりＰＭが低圧ＥＧＲフィルタから振り落とされる状態を示す図である。 実施例２に係る低圧ＥＧＲフィルタとその周辺の概略構成を示す図である。 実施例３に係る低圧ＥＧＲフィルタとその周辺の概略構成を示す図である。 実施例４に係る低圧ＥＧＲフィルタとその周辺の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
５ 排気通路
６ ターボチャージャ
６ａ コンプレッサ
６ｂ タービン
１０ ＥＣＵ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３４ 低圧ＥＧＲフィルタ
３５ 保持部
３６ 捕獲部
３７ 洗浄剤噴射弁
３８ 洗浄剤タンク

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み当該ＥＧＲガスを前記内燃機関の吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に配置され、前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス中の排気系異物を捕集するＥＧＲフィルタと、
   前記ＥＧＲフィルタをがたつく状態で保持する保持部と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記保持部は、前記ＥＧＲフィルタの縁との間に空隙を有して前記ＥＧＲフィルタの縁を遊嵌する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ＥＧＲフィルタは、上側が下側よりも前記ＥＧＲ通路の上流側に位置するように傾いて配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 前記ＥＧＲ通路は、前記ＥＧＲフィルタよりも上流側が下流側よりも下方に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 前記ＥＧＲフィルタ近傍の前記ＥＧＲ通路に配置され、前記ＥＧＲフィルタから振り落とされた排気系異物を捕獲する捕獲部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流装置。
6. 前記捕獲部は、前記ＥＧＲフィルタ近傍の前記ＥＧＲ通路の下側内面を下側に凹ませた凹部であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気還流装置。
7. 前記ＥＧＲフィルタに対して油膜分離洗浄剤を噴射する洗浄剤噴射手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流装置。

Images