JP2011112038A

JP2011112038A - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP2011112038A
Application number: JP2009272159A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hiraoka; 賢二平岡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: JP5595018B2

Abstract

【課題】給気通路内にＥＧＲ通路の先端部などの障害物を配することなく、エンジンの高負荷域においてもＥＧＲガスを吸入空気に導入して排気ガス中のＮＯｘの低減が可能であり、しかもＥＧＲガスと給気通路内の吸入空気とＥＧＲガスの混合性を向上させたＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】エンジンの排気通路から分岐したＥＧＲ通路を有し、エンジンの排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路を通して給気通路内の吸入空気と合流させるＥＧＲ装置において、前記ＥＧＲ通路をエンジンの給気マニホールドに接続するとともに、前記ＥＧＲ通路内に前記給気通路の先端部を侵入させ、該給気通路の先端部を、前記エンジンの給気マニホールドよりも上流に、前記ＥＧＲ通路と給気通路とで二重管構造を形成するラップ部が生じるように配する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気通路から分岐したＥＧＲ通路を有し、エンジンの排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路を通して給気通路内の吸入空気と合流させるＥＧＲ装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術として、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称する）が知られている。該ＥＧＲは、エンジンの排気通路から排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲ（排気ガス再循環）ガスを、ＥＧＲ通路を通して給気通路に還流するものである。即ち、ＥＧＲを使用した場合、エンジンの燃焼室内には新規の吸入空気と排気ガスの一部、即ちＥＧＲガスが混合されて導入される。

通常、ＥＧＲガスは、ＥＧＲガスと給気通路中の吸入空気との圧力差を利用して給気通路中に導入される。このために、ＥＧＲガスと吸入空気との圧力差が大きくなるエンジンの低負荷域においては、ＥＧＲガスが給気通路中に導入されやすい。しかし、ＥＧＲガスと吸入空気との圧力差が小さくなるエンジンの高負荷域においては、ＥＧＲガスが給気通路中に導入されにくく、ＮＯｘの低減が困難なものとなっている。

また、油圧ショベルやフォークリフトなど、使用する機器によっては搭載性の観点から、前記ＥＧＲ通路と給気通路は垂直に合流される。このように、給気通路へ一方向からしかＥＧＲガスが入らず、しかも合流部の直後にインテークマニホールドがあるとＥＧＲと吸入空気との混合が進まず、多気筒エンジンにおいては気筒間でＥＧＲ量のバラツキが生じる。

そこで、エンジンの高負荷域においても、ＥＧＲガスを給気通路中に導入しＮＯｘの低減が可能な技術が特許文献１に開示されている。図５は特許文献１に開示された従来技術におけるＥＧＲ装置の要部断面図である。特許文献１に開示された技術は、図５に示すように、ＥＧＲ通路１０４を給気通路１０３に合流させることにより、排気通路から取り出したＥＧＲガスを給気通路１０３を経て燃焼室に再循環させるようにした過給エンジンにおいて、前記ＥＧＲガスの流出口１１３を構成するＥＧＲノズル１１２を給気通路１１２の中央部付近に開口させたことにより、高負荷域においても流出口１１３に作用する給気の静圧を低下させてＥＧＲを円滑に吸い出させるようにしたものである。

さらに、高負荷域でのＥＧＲガスの給気通路中への導入性の向上に加えて、ＥＧＲガスと吸入空気の混合性を向上させた技術として、特許文献２には、ＥＧＲ通路の先端部を給気通路内に挿入及び突出させるとともに、ＥＧＲ管の先端の開口部を給気の上流側に向けて配設し、更に該開口部の近傍に渦流発生部を設けた技術が開示されている。

特開２０００−９７１１１号公報特開２０００−５４９１５号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２に開示された技術の何れにおいても、給気通路内にＥＧＲ通路の一部が存在するため、該ＥＧＲ通路の一部が給気通路内の吸入空気の流れの障害となり、燃費の悪化が生じたり、吸入空気量を安定させることが難しくなる。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、給気通路内にＥＧＲ通路の先端部などの障害物を配することなく、エンジンの高負荷域においてもＥＧＲガスを吸入空気に合流させて排気ガス中のＮＯｘの低減が可能であり、しかもＥＧＲガスと給気通路内の吸入空気とＥＧＲガスの混合性を向上させたＥＧＲ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明においては、エンジンの排気通路から分岐したＥＧＲ通路を有し、エンジンの排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路を通して給気通路内の吸入空気と合流させるＥＧＲ装置において、前記ＥＧＲ通路をエンジンの給気マニホールドに接続するとともに、前記ＥＧＲ通路内に前記給気通路の先端部を侵入させ、該給気通路の先端部を、前記エンジンの給気マニホールドよりも上流に、前記ＥＧＲ通路と給気通路とで二重管構造を形成するラップ部が生じるように配したことを特徴とする。

これにより、エンジンが運転されると、吸入空気は給気通路内を流れ、給気通路内の先端部以降は給気マニホールドなどのエンジンの給気側に接続されるＥＧＲ通路内を流れる。このとき、吸入空気の流れによって減圧し、該流れの外部の流体であるＥＧＲガスを吸引する。即ち、上記構成によりエジェクターの原理によって吸入空気がＥＧＲガスを吸引し、これによりＥＧＲガスの吸入空気への導入性が向上し、ＥＧＲガスと吸入空気の混合性も向上する。また、ＥＧＲ通路と給気通路とで二重管構造を形成するラップ部の存在により、ＥＧＲガスの流れを吸入空気の流れと同方向に揃えることができ、エジェクターの原理による吸入空気のＥＧＲガスを吸引する効果が高まる。さらに、上記構成により吸入空気の流れを妨げるものはないため、燃費の悪化や吸入空気導入量の安定性などの面での障害も生じない。
これにより、ＥＧＲガスの吸入空気への導入性が向上するため、エンジンの高負荷域においてもＥＧＲガスを吸入空気へ導入することが可能となり、排気ガス中のＮＯｘの低減が可能となる。
さらに、構成が簡単であるため、既設設備にあっては簡単な改造で、新規設備にあっては低コストで本発明を実施することができる。

また、前記給気通路は、前記給気通路のＥＧＲ通路内への侵入域で、屈折部を有さずに直状に形成されているとよい。
これにより、吸入空気とＥＧＲガスの合流部周辺では、前記給気通路形状が吸入空気の流れの障害となることなく、エジェクターの原理による吸入空気のＥＧＲガスを吸引する効果をより効率的に発揮させることができる。

また、前記給気通路を、前記ＥＧＲ通路の屈曲部の外側から侵入させるとよい。
ＥＧＲ通路の屈折部を利用して、給気通路をＥＧＲ通路内に侵入させることで、給気通路をＥＧＲ通路内への侵入域で屈折部を有さずに直状に形成することが容易となる。

また、前記給気通路の先端部よりも下流側で、前記ＥＧＲ通路内にＥＧＲガスの流れをＥＧＲ通路中央方向に向けるＥＧＲガス偏向手段を設けるとよい。
これにより、吸入空気とＥＧＲガスとの混合がさらに促進される。エンジンに導入される吸入空気とＥＧＲガスとが混合を促進することで、エンジンにおける気筒間でＥＧＲ量のバラツキをさらに抑制することができる。

また、前記給気通路のＥＧＲ通路内への侵入域より上流側のＥＧＲ通路に、ＥＧＲガスの流量調整可能なＥＧＲバルブを設けるとよい。
これにより、給気通路中の吸入空気に合流させるＥＧＲガス量の調整が可能となる。

以上記載のごとく本発明によれば、給気通路内にＥＧＲ通路の先端部などの障害物を配することなく、エンジンの高負荷域においてもＥＧＲガスを吸入空気に導入して排気ガス中のＮＯｘの低減が可能であり、しかもＥＧＲガスと給気通路内の吸入空気とＥＧＲガスの混合性を向上させたＥＧＲ装置を提供することができる。

実施例に係るＥＧＲ装置を示す概略図である。図１におけるＡ部拡大図である。図２におけるＢ−Ｂ断面図である。図１におけるＡ部拡大図の別の形態を示すものである。従来技術におけるＥＧＲ装置の要部断面図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本実施例に係るＥＧＲ装置を示す概略図である。図１において、エンジン２は４つの気筒を有する４サイクルディーゼルエンジンである。

エンジン２には、給気マニホールド６、合流通路９を介して給気通路８が合流されるとともに、排気マニホールド４を介して排気通路４０が接続されている。
給気通路８には、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０ａが設けられている。コンプレッサ２０ａは後述するタービン２０ｂに同軸駆動されるものである。給気通路８のコンプレッサ２０ａよりも下流側には、給気通路８を流れる吸入空気と大気で熱交換を行うインタークーラー１０が設けられている。また、給気通路８のインタークーラー１０よりも下流側には、給気通路８内を流通する吸入空気の流量を調節するスロットバルブ１２が設けられている。

排気通路４０には、ターボチャージャ２０のタービン２０ｂが設けられている。タービン２０ｂは、エンジン２からの排気ガスにより駆動されるものである。また、排気マニホールド４には、排気の一部を給気側へ再循環させるＥＧＲ通路１４が接続されている。なお本実施例においては、ＥＧＲ通路１４を排気マニホールド４に接続しているが、ＥＧＲ通路１４を排気通路４０に接続することもできる。ＥＧＲ通路１４には、ＥＧＲクーラー１８及びＥＧＲバルブ１６が設けられている。
ＥＧＲクーラー１８は、ＥＧＲバルブ１６よりも排気マニホールド４側に設けられ、ＥＧＲクーラー１８を通過するＥＧＲガスと冷却水とで熱交換して、該ＥＧＲガスの温度を低下させるものである。また、ＥＧＲバルブ１６は、ＥＧＲ通路１４の通路断面積を変更することで、ＥＧＲ通路１４を流れるＥＧＲガスの量を変更するものである。

図２は、図１におけるＡ部拡大図であり、給気通路８とＥＧＲ通路１４との接続部を示している。図１及び図２を使用して給気通路８とＥＧＲ通路１４との接続部について説明する。

本実施例における給気通路８とＥＧＲ通路１４との接続部においては、ＥＧＲ通路１４内に、ＥＧＲ通路１４の屈曲部の外側から、給気通路８を挿入している。そして、ＥＧＲ通路１４内に挿入した給気通路８の先端８ａは、給気マニホールド４よりも上流側に配されるとともに、図３に示したようにＥＧＲ通路１４と給気通路８とが二重管構造となる図２にａで示したラップ部分を形成するように配される。さらに、給気通路８は、ＥＧＲ通路１４内で屈曲部を有さず直状に形成され、給気通路８内を流れる吸入空気の流れがＥＧＲ通路１４との接続前後を通じて同方向に流れるようにＥＧＲ通路１４内に挿入される。

かかる構成により、エンジン２が運転されると、吸入空気が図２において右側から左側に向けて示した矢印のように給気通路８内を流れ、給気通路８の先端部８ａ以降はＥＧＲ通路１４と一体に形成されて給気マニホールド６に接続される合流通路９内を流れる。このとき、図２において右側から左側に向けた矢印で示した吸入空気の流れによって減圧し、該吸入空気の流れの外部にある流体であるＥＧＲガスを吸引する。即ち、上記構成によりエジェクターの原理によって吸入空気がＥＧＲガスを吸引し、これによりＥＧＲガスの吸入空気への導入性が向上し、ＥＧＲガスと吸入空気の混合性も向上し、エンジン２における気筒間でＥＧＲ量のバラツキを抑制することができる。また、ＥＧＲ通路と給気通路とで二重管構造を形成するラップ部の存在により、ＥＧＲガスの流れを吸入空気の流れと同方向に揃えることができ、エジェクターの原理による吸入空気のＥＧＲガスを吸引する効果が高められる。さらに、上記構成により吸入空気の流れを妨げるものはないため、燃費の悪化や吸入空気導入量の安定性などの面での障害も生じない。
これにより、ＥＧＲガスの吸入空気への導入性及びＥＧＲガスと吸入空気の混合性が向上するため、エンジンの高負荷域においてもＥＧＲガスを吸入空気へ導入することが可能となり、排気ガス中のＮＯｘの低減が可能となる。

図４は、図１におけるＡ部拡大図の別の形態を示すものである。図４に示すように、給気通路８の先端部の下流側である合流通路９内に、ＥＧＲガスの流れを合流通路９の中央方向に向けるガイド２４を設けている。なお、ガイド２４は、ＥＧＲガスの流れを合流通路９の中央方向に向けるものであればフィンなどとすることもでき、形態は限定されるものではない。
ガイド２４を設けて、ＥＧＲガスの流れを合流通路９の中央方向に向けることにより、吸入空気とＥＧＲガスとの混合がさらに促進され、エンジン２における気筒間でＥＧＲ量のバラツキをさらに抑制することができる。

なお、エンジン２に導入する吸入空気とＥＧＲガスとの比率はＥＧＲバルブ１６の開度により調整する。ＥＧＲガスと吸入空気との圧力差は、エンジン及び使用するターボによって異なるため、ＥＧＲバルブ１６の開度は、エンジンごとに負荷及び回転数に応じたマップを作成し、エンジン運転時に該マップを参照して調整、制御するとよい。

エンジンの高負荷域においてもＥＧＲガスを吸入空気に導入して排気ガス中のＮＯｘの低減が可能であり、しかもＥＧＲガスと給気通路内の吸入空気とＥＧＲガスの混合性を向上させたＥＧＲ装置として利用することができる。

２エンジン
４排気マニホールド
６給気マニホールド
８給気通路
８ａ給気通路の先端部
１６ＥＧＲバルブ
２４ガイド（偏向手段）
４０ＥＧＲ通路

Claims

エンジンの排気通路から分岐したＥＧＲ通路を有し、エンジンの排気ガスの一部を抽出してなるＥＧＲガスを前記ＥＧＲ通路を通して給気通路内の吸入空気と合流させるＥＧＲ装置において、
前記ＥＧＲ通路をエンジンの給気マニホールドに接続するとともに、前記ＥＧＲ通路内に前記給気通路の先端部を侵入させ、
該給気通路の先端部を、前記エンジンの給気マニホールドよりも上流に、前記ＥＧＲ通路と給気通路とで二重管構造を形成するラップ部が生じるように配したことを特徴とするＥＧＲ装置。
前記給気通路は、
前記給気通路のＥＧＲ通路内への侵入域で、屈折部を有さずに直状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲ装置。
前記給気通路を、前記ＥＧＲ通路の屈曲部の外側から侵入させたことを特徴とする請求項２記載のＥＧＲ装置。
前記給気通路の先端部よりも下流側で、前記ＥＧＲ通路内にＥＧＲガスの流れをＥＧＲ通路中央方向に向けるＥＧＲガス偏向手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載のＥＧＲ装置。
前記給気通路のＥＧＲ通路内への侵入域より上流側のＥＧＲ通路に、ＥＧＲガスの流量調整可能なＥＧＲバルブを設けたことを特徴とする請求項１〜４何れかに記載のＥＧＲ装置。