JP2010156240A

JP2010156240A - 内燃機関の排気還流装置

Info

Publication number: JP2010156240A
Application number: JP2008334278A
Authority: JP
Inventors: Narihiro Fujiwara; 成啓藤原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流装置において、所定径よりも大きい排気系異物をＥＧＲ通路に流入させない多孔構造部の複数の孔に堆積し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５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、排気中の所定径よりも大きい排気系異物を低圧ＥＧＲ通路３１に流入させない複数の所定径の孔４１を有し、排気通路５に接続された低圧ＥＧＲ通路３１の入口部位となる多孔構造部４０と、多孔構造部４０の複数の孔４１に対応した複数の突起５１を有し、閉弁時に複数の突起５１を低圧ＥＧＲ通路３１側から多孔構造部４０の複数の孔４１に挿し込み多孔構造部４０の複数の孔４１に堆積したＰＭを排気通路５へ除去する異物除去弁５０と、を備える。
【選択図】図３

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ガスを吸気通路へ還流させるＥＧＲ通路を備える場合がある。そして、ＥＧＲ通路に、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス中の排気系異物を捕集するメッシュフィルタやガスケットフィルタ等のフィルタを備える技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１７０６０８号公報特開２００８−１８０１９１号公報特開２００８−１５１１０３号公報特開２００７−１８２８４０号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、内燃機関の運転時間が長くなると、フィルタに捕集された排気系異物が増加し、フィルタをＥＧＲガスが流通する際の圧力損失が上昇してしまう。そして、フィルタに捕集された排気系異物が増加し続けると、最終的にはフィルタの目詰まりを引き起こしてしまうおそれがある。

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、所定径よりも大きい排気系異物をＥＧＲ通路に流入させない多孔構造部の複数の孔に堆積し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、
排気中の所定径よりも大きい排気系異物を前記ＥＧＲ通路に流入させない複数の所定径の孔を有し、前記排気通路に接続された前記ＥＧＲ通路の入口部位となる多孔構造部と、
前記多孔構造部の複数の孔に対応した複数の突起を有し、当該複数の突起を前記ＥＧＲ通路側から前記多孔構造部の複数の孔に挿し込み前記多孔構造部の複数の孔に堆積した排気系異物を前記排気通路へ除去する異物除去手段と、
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。

本発明によると、異物除去手段が複数の突起をＥＧＲ通路側から多孔構造部の複数の孔に挿し込み、多孔構造部の複数の孔に堆積した排気系異物を排気通路へ除去する。このため、多孔構造部の複数の孔に堆積する排気系異物が増加せず、多孔構造部の複数の孔をＥＧＲガスとなる排気が流通する際の圧力損失が上昇することを回避できる。また、多孔構造部の複数の孔に堆積する排気系異物が増加し続けて最終的に多孔構造部の複数の孔の目詰まりを引き起こすことを回避できる。そして、除去された排気系異物は、排気通路に排出されるので、ＥＧＲ通路に流入することもない。

また、多孔構造部が排気通路に接続されたＥＧＲ通路の入口部位であるので、多孔構造部は内燃機関の始動時に高温の排気に晒される。これにより、冷間時に多孔構造部の複数の孔に凍結した氷は内燃機関の始動時の高温の排気に暖められて蒸発する。このため、冷間時に多孔構造部の複数の孔に凍結した氷が、ＥＧＲ通路を還流してＥＧＲ通路及び内燃
機関の吸気系を破損させてしまうことを回避できる。

前記異物除去手段は、開弁時に、前記複数の突起を前記多孔構造部の複数の孔から退避させ、閉弁時に、前記ＥＧＲ通路の断面を塞ぐと共に前記複数の突起を前記ＥＧＲ通路側から前記多孔構造部の複数の孔に挿し込み前記多孔構造部の複数の孔に堆積した排気系異物を前記排気通路へ除去する異物除去弁であるとよい。本発明によると、異物除去弁を閉弁することにより、複数の突起をＥＧＲ通路側から多孔構造部の複数の孔に挿し込み、多孔構造部の複数の孔に堆積した排気系異物を排気通路へ除去できる。

前記異物除去弁は、前記ＥＧＲ通路の通路断面積を調整することにより、前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を調節するとよい。本発明によると、異物除去弁がＥＧＲガスの量を調節するので、ＥＧＲガスの量を調節するための他の弁を設ける必要がなくなり、低コスト化及び省スペース化を図ることができる。

前記多孔構造部は、前記排気通路の壁に前記複数の孔を加工して設けられるとよい。本発明によると、多孔構造部は排気通路と一体的に設けられ、排気の熱によって多孔構造部だけが排気通路とは異なって膨張したり歪んだりすることがなく、多孔構造部は破損し難い。

本発明によると、内燃機関の排気還流装置において、所定径よりも大きい排気系異物をＥＧＲ通路に流入させない多孔構造部の複数の孔に堆積し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及び低圧ＥＧＲクーラ３３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クーラ３３は、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。

ここで、低圧ＥＧＲ通路３１が排気通路５と接続された、低圧ＥＧＲ通路３１の入口部位には、多孔構造部４０が設けられる。多孔構造部４０は、図２の矢視Ａである図４に示すように、排気中の３００μｍ径よりも大きい排気系異物として、例えば過昇温して破損した排気浄化装置９の破片等を低圧ＥＧＲ通路に流入させない複数の３００μｍ径の孔４１を有する。多孔構造部４０の孔４１には、図６（ａ）に示すように排気中の排気系異物としてのＰＭが堆積する場合がある。多孔構造部４０は、排気通路５の壁に複数の孔４１を加工して設けられる。このように、多孔構造部４０は排気通路５と一体的に設けられ、排気の熱によって多孔構造部４０だけが排気通路５とは異なって膨張したり歪んだりすることがなく、多孔構造部４０は破損し難い。

多孔構造部４０の低圧ＥＧＲ通路３１側には、異物除去弁５０が設けられる。異物除去弁５０が本発明の異物除去手段に相当する。異物除去弁５０は、低圧ＥＧＲ通路３１の壁面に軸支され低圧ＥＧＲ通路３１内で回動可能である。また異物除去弁５０は、図５に示すように、閉弁時に低圧ＥＧＲ通路３１側から挿し込まれる多孔構造部４０の複数の孔に対応した複数の三角錐状の突起５１を有する。このため、異物除去弁５０は、図２に示すように開弁時に、低圧ＥＧＲ通路３１の壁面寄りに退避して、複数の突起５１を多孔構造部４０の複数の孔４１から退避させる。また異物除去弁５０は、図３に示すように閉弁時に、低圧ＥＧＲ通路３１の断面を塞ぐと共に複数の突起５１を低圧ＥＧＲ通路３１側から多孔構造部４０の複数の孔４１に挿し込み、図６（ｂ）に示すように多孔構造部４０の複
数の孔４１に堆積したＰＭを排気通路５へ除去する。また異物除去弁５０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。このように、異物除去弁５０が低圧ＥＧＲガスの量を調節するので、低圧ＥＧＲガスの量を調節するための他の弁を設ける必要がなくなり、低コスト化及び省スペース化を図ることができる。異物除去弁５０は、電動アクチュエータにより開閉される。

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及び異物除去弁５０の各電動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、異物除去弁５０が図３に示すように閉弁時に複数の突起５１を低圧ＥＧＲ通路３１側から多孔構造部４０の複数の孔４１に挿し込み、図６（ｂ）に示すように多孔構造部４０の複数の孔４１に堆積したＰＭを排気通路５へ除去する。このため、多孔構造部４０の複数の孔４１に堆積するＰＭが増加せず、多孔構造部４０の複数の孔４１を低圧ＥＧＲガスとなる排気が流通する際の圧力損失が上昇することを回避できる。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、多孔構造部４０の複数の孔４１に堆積するＰＭが増加し続けて最終的に多孔構造部４０の複数の孔４１の目詰まりを引き起こすことを回避できる。そして、多孔構造部４０の複数の孔４１から除去されたＰＭは、排気通路５に排出されるので、低圧ＥＧＲ通路３１に流入することもない。

また、多孔構造部４０が排気通路５に接続された低圧ＥＧＲ通路３１の入口部位であるので、多孔構造部４０は内燃機関１の始動時に高温の排気に晒される。これにより、冷間時に多孔構造部４０の複数の孔４１に凍結した氷は内燃機関１の始動時の高温の排気に暖められて蒸発する。このため、冷間時に多孔構造部４０の複数の孔４１に凍結した氷が、低圧ＥＧＲ通路３１を還流して低圧ＥＧＲ通路３１及び内燃機関１の吸気系を破損させてしまうことを回避できる。

なお、上記実施例では、多孔構造部４０は排気通路５に孔４１を加工することで設けられる構成であった。しかしこれに限られず、例えば、多孔構造部４０は排気通路５とは別体の金属系フィルタで設けられてもよい。

また、上記実施例では、多孔構造部４０及び異物除去弁５０が低圧ＥＧＲ通路３１の入口部位に設けられる構成であった。しかしこれに限られず、例えば、多孔構造部及び異物除去弁は高圧ＥＧＲ通路の入口部位に設けられてもよい。

また、上記実施例では、異物除去弁５０の複数の突起５１は三角錐状であった。しかしこれに限られず、例えば、突起５１は円錐状であったり、四角錐状であったりしてもよい。特に突起５１は、孔４１と形状の一致するものであると、孔４１に堆積したＰＭをより除去できるので好適である。

また、上記実施例では、異物除去弁５０が低圧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構成であった。しかしこれに限られず、異物除去弁５０の他の低圧ＥＧＲ弁等の弁によって低圧ＥＧＲ
ガスの量を調節する構成であってもよい。

また、上記実施例では、異物除去弁５０が閉弁時に複数の突起５１を低圧ＥＧＲ通路３１側から多孔構造部４０の複数の孔４１に挿し込み多孔構造部４０の複数の孔４１に堆積したＰＭを排気通路５へ除去する構成であった。しかしこれに限られず、弁としては機能していない、複数の突起を低圧ＥＧＲ通路側から多孔構造部の複数の孔に挿し込み多孔構造部の複数の孔に堆積したＰＭを排気通路へ除去する異物除去手段を設ける構成であってもよい。

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に係る多孔構造部及び開弁時の異物除去弁の概略構成を示す図である。実施例１に係る多孔構造部及び閉弁時の異物除去弁の概略構成を示す図である。実施例１に係る多孔構造部の概略構成を示す図である。実施例１に係る異物除去弁の概略構成を示す図である。 (ａ)は実施例１に係る多孔構造部の孔にＰＭが堆積した状態を示す図であり、（ｂ）は実施例１に係る多孔構造部の孔に異物除去弁の突起が挿し込まれ孔に堆積したＰＭを排気通路へ除去する状態を示す図である。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
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
９排気浄化装置
１０ＥＣＵ
３０低圧ＥＧＲ装置
３１低圧ＥＧＲ通路
４０多孔構造部
４１孔
５０異物除去弁
５１突起

Claims

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、
排気中の所定径よりも大きい排気系異物を前記ＥＧＲ通路に流入させない複数の所定径の孔を有し、前記排気通路に接続された前記ＥＧＲ通路の入口部位となる多孔構造部と、
前記多孔構造部の複数の孔に対応した複数の突起を有し、当該複数の突起を前記ＥＧＲ通路側から前記多孔構造部の複数の孔に挿し込み前記多孔構造部の複数の孔に堆積した排気系異物を前記排気通路へ除去する異物除去手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
前記異物除去手段は、開弁時に、前記複数の突起を前記多孔構造部の複数の孔から退避させ、閉弁時に、前記ＥＧＲ通路の断面を塞ぐと共に前記複数の突起を前記ＥＧＲ通路側から前記多孔構造部の複数の孔に挿し込み前記多孔構造部の複数の孔に堆積した排気系異物を前記排気通路へ除去する異物除去弁であ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。
前記異物除去弁は、前記ＥＧＲ通路の通路断面積を調整することにより、前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの量を調節する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。
前記多孔構造部は、前記排気通路の壁に前記複数の孔を加工して設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気還流装置。