JP2013011227A - 排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より有効に凝縮水が吸気通路に至ることを抑制し得る排気再循環装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る排気再循環装置である凝縮水捕集装置２２は、ＥＧＲ通路に設けられ凝縮水及び凝縮水を含むＥＧＲガスを所定量貯留し得る凝縮水槽２３と、この凝縮水槽２３から下方に連続するように設けられた凝縮水排水通路２９と、前記凝縮水槽２３において前記吸気通路に連通し得る吸気側連通部を開閉し得る第一の弁手段であるＥＧＲ弁２５と、凝縮水槽２３において凝縮水排水通路２９に連通し得る排水側連通部を開閉し得る第二の弁手段たる排水弁２６と、凝縮水槽２３内に設けられ、吸気通路へ向けて流れるＥＧＲガスを通過させることによって凝縮水を捕集し得る気液分離手段たるフィルタ２８とを具備することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）装置において、ＥＧＲ通路で排気から発生する凝縮水が吸気側に流入することを抑制する技術に関する。

従来、内燃機関の排気通路から吸気通路に排気の一部を再循環させるＥＧＲでは、ＥＧＲガスを大量に導入しようとすると配管途中で温度が下がり凝縮水が発生する。これがターボチャージャーのコンプレッサ羽の腐蝕、破損の原因となる。また、吸気通路に再循環する排気（ＥＧＲガス）を冷却する冷却装置が設けられているものである場合であっても上記同様の凝縮水が発生する。そこで、吸気通路に至るまでのＥＧＲ管路に凝縮水を一旦所定の容器に溜めておき、この容器内にて下方に溜まった凝縮水を排出させるとともに上方にＥＧＲガスを通過させることにより、排出された凝縮水の分だけ凝縮水を吸気通路に流入しないようにしたものも提案されている(例えば、特許文献１参照)。

しかしながら上記特許文献に記載の技術では、容器内に凝縮水が溜まらないまま吸気通路に流入するＥＧＲガスもあり得るため、凝縮水を十分なまでに吸気通路に至ることを防いでいるとはいえないのが現状である。

また、ＥＧＲガス圧が低い場合、タペットバルブ式のＥＧＲバルブでは大量のＥＧＲを導入するにはタペットバルブ自体がＥＧＲの流路上に存在し、ＥＧＲガスの流れの抵抗となってしまうため、自ずと限度があるのが現状である。

特開２００６−２７４９６１号公報

本発明は、上述した課題のうち、より有効に凝縮水が吸気通路に至ることを抑制し得る排気再循環装置を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る排気再循環装置は、排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられたものであって、前記ＥＧＲ通路に設けられ凝縮水及び凝縮水を含むＥＧＲガスを所定量貯留し得る凝縮水槽と、この凝縮水槽から下方に連続するように設けられた凝縮水排水通路と、前記凝縮水槽において前記吸気通路に連通し得る吸気側連通部を開閉し得る第一の弁手段と、前記凝縮水槽において前記凝縮水排水通路に連通し得る排水側連通部を開閉し得る第二の弁手段と、前記凝縮水槽内に設けられ、前記吸気通路へ向けて流れるＥＧＲガスを通過させることによって前記凝縮水を捕集し得る気液分離手段とを具備することを特徴とする。

ここで、気液分離手段とは、気体を通過させる際にその気体に含まれる液体を捕集し得る構造であればよい。斯かる構造としては、例えば網状等のフィルタ構造や、通路を複雑化させて設けた所謂ラビリンス構造、そしてこれらフィルタやラビリンス構造を適宜組み合わせたようなものを挙げることができる。

このようなものであれば、ＥＧＲガスが必ず気液分離手段を通過し、凝縮水が捕集された状態でのみ吸気通路へ再循環させることができるので、より有効に凝縮水が吸気通路に至ることを抑制し得ることが可能となる。

本発明によれば、より有効に凝縮水が吸気通路に至ることを抑制し得る排気再循環装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る概略構成図。 同実施形態に係る構成説明図。 図２に係る要部を示す図。 同実施形態に係る平面図。 図４に係るＡ−Ａ線断面図。 図４に対応した作用説明図。 図６に係るＢ−Ｂ線断面図。 図４に係る他の作用説明図。 図８に係るＣ−Ｃ線断面図。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ１１と、各気筒１に吸気を供給するための吸気通路３と、各気筒１から排気を排出するための排気通路４と、吸気通路３を流通する吸気を過給する排気ターボ過給機５と、排気通路４から吸気通路３に向けてＥＧＲガスを還流させる外部ＥＧＲ通路２とを具備している。

吸気通路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２、電子スロットル弁３３、サージタンク３４、吸気絞り弁３５、吸気マニホルド３６を配置している。

排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、過給機５の駆動タービン５２及び三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲート弁４４を設けてある。ウェイストゲート弁４４は、アクチュエータに制御信号を入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲート弁であり、そのアクチュエータとしてＤＣサーボモータを用いている。

排気ターボ過給機５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力をもってコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

外部ＥＧＲ通路２は、いわゆる低圧ループＥＧＲを実現するものである。低圧ループＥＧＲ通路２の圧力損失は、数百Ｐａ程度と非常に小さい。外部ＥＧＲ通路２の入口は、排気通路４における三元触媒４１の下流の所定箇所に接続している。外部ＥＧＲ通路２の出口は、吸気通路３における吸気絞り弁３５の下流、かつコンプレッサ５１の上流の所定箇所に接続している。

低圧ループＥＧＲでは、大気圧に近い低圧の排気ガスをＥＧＲ通路２を通じて吸気通路３に還流する。そのために、ＥＧＲ通路２の出口の上流にある吸気絞り弁３５を絞ることで、ＥＧＲ通路２の出口の周囲を負圧化する。なお、吸気通路３における、吸気絞り弁３５よりも上流側の圧力は略大気圧、またはコンプレッサ５１の稼働によって幾分負圧となる。

そして、外部ＥＧＲ通路２上には、ＥＧＲクーラ２１、及び、本発明に係る排気再循環装置である凝縮水捕集装置２２を設けてある。

ここで、本実施形態に係る排気再循環装置である凝縮水捕集装置２２は、ＥＧＲ通路２に設けられ凝縮水及び凝縮水を含むＥＧＲガスを所定量貯留し得る凝縮水槽２３と、この凝縮水槽２３から下方に連続するように設けられた凝縮水排水通路２９と、前記凝縮水槽２３において前記吸気通路３に連通し得る吸気側連通部２３ａを開閉し得る第一の弁手段であるＥＧＲ弁２５と、凝縮水槽２３において凝縮水排水通路２９に連通し得る排水側連通部２３ｂを開閉し得る第二の弁手段たる排水弁２６と、凝縮水槽２３内に設けられ、吸気通路３へ向けて流れるＥＧＲガスを通過させることによって凝縮水を捕集し得る気液分離手段たるフィルタ２８とを具備することを特徴とする。

以下、本実施形態に係る凝縮水捕集装置２２の構成について図２乃至図９を用いて説明する。この凝縮水捕集装置２２は上記の通り、凝縮水槽２３と、凝縮水排出通路２９と、単一の回転軸２４に固定されたＥＧＲ弁２５及び排水弁２６と、フィルタ２８とを有している。

凝縮水槽２３は、概略直方体状に形成された中空状の容器を主体とするものであり、導入されたＥＧＲガスの脈動が吸気通路３側に伝わることを抑制し得るに足る容積を有している。すなわちこの凝縮水槽２３自体がＥＧＲガスに係るサージタンクの如き役割を果たしている。またこの凝縮水槽２３は上部にＥＧＲ管２０の端部を導入するとともに、最上部且つ平面視略中央部には、吸気通路３を構成する吸気管３０に設けられたＥＧＲ導入口３０ａに連通し得る吸気側連通部２３ａと、凝縮水排出通路２９に連通し得る排水側連通部２３ｂとを有している。そして当該排水側連通部２３ｂに至るまでの当該凝縮水槽２３の底面側は下方に傾斜させるように形成することで、凝縮水が排水側連通部２３ｂに集まり易いように構成している。

凝縮水排出通路２９は、凝縮水槽２３の排気側連通部に連通するように設けられ、凝縮水槽２３に溜められた凝縮水を、例えば排気通路４又は直接外部へ排出し得るものである。またこの凝縮水排出通路２９は排水弁２６が開放された際、凝縮水が漏れなく排出され得るような所定の形状をなしているが、当該形状は既存の種々の形状を適用し得るため、本実施形態では詳細な図示を省略し、図５等にて想像線で示している。

ＥＧＲ弁２５は、回転軸２４の上側に設けられた平面視概略扇形をなす弁体であり、回転軸２４の回転により、ＥＧＲガスの流れ方向である吸気側連通部２３ａの向きとは直交する方向にスライド動作することにより、吸気側連通部２３ａを閉塞した状態と、円形状に開口させた連通口２７を吸気側連通部２３ａに連通させることにより吸気側連通部２３ａから完全に退避させた状態とを取り得るようになっている。

排水弁２６は、回転軸２４の下側に設けられた平面視概略扇形をなす弁体であり、回転軸２４の回転で水平方向にスライド動作することにより排水側連通部２３ｂを閉塞した状態と当該排水側連通部２３ｂ及び凝縮水排出通路２９から平面視完全に退避させた状態とを取り得るようになっている。

フィルタ２８は、ＥＧＲ管２０から導入されたＥＧＲガスとともに導入される例えばミスト状の凝縮水を捕集し得るように構成された、例えば網構造をなすものである。本実施形態ではこのフィルタ２８を単一網状に図示しているが、勿論複数層のものであっても良い。このフィルタ２８は、ＥＧＲ管２０近傍にある上部から対角方向へむけて下方へ延出する傾斜平面状に配置することで、凝縮水槽２３をＥＧＲ管２０及び排水側連通部２３ｂとに接する空間と吸気側連通部２３ａに接する空間とに仕切るようにしている。これにより、ＥＧＲ管２０から導入されたＥＧＲガスが必ずこのフィルタ２８を通過してから、吸気側連通部２３ａに至るようにしている。

そして本実施形態に係る凝縮水捕集装置２２は、図４乃至図９に示すように、各運転状態に応じて以下のような動作を行なうものである。

ＥＧＲ弁２５は運転状態に応じてＥＧＲガスが必要なとき、図４及び図５に示すように回転軸２４がＥＧＲ弁２５の連通口２７を吸気側連通部２３ａに連通させるとともに排水弁２６を排水側連通部２３ｂを閉塞し得る位置に位置決めしている。

そして回転軸２４を図示反時計回りに回転させると、図６及び図７に示す状態となる。同図では、高負荷時や減速時など、いわゆるＥＧＲカット時の状態を示している。このときＥＧＲ弁２５、排水弁２６はともに吸気側連通部２３ａ、排水側連通部２３ｂを閉塞している。

そして回転軸２４をさらに回転させると図８及び図９に示す状態となる。同図では、停止時において凝縮水槽２３に溜まった凝縮水を排出する際の状態を示している。このときＥＧＲ弁２５は吸気側連通部２３ａを閉塞する一方、排水弁２６は排気側連通部及び凝縮水排出通路２９から平面視完全に退避させている。これにより、凝縮水槽２３に溜まった凝縮水は速やかに凝縮水排出通路２９から排出される。この凝縮水排出通路２９から排出される凝縮水は、例えば排気通路４又は直接外部へ排出される。

以上のような構成とすることにより、本実施形態に係る凝縮水捕集装置２２は、ＥＧＲガスが必ずフィルタ２８を通過し、凝縮水や異物が捕集された状態でのみ吸気通路３へ再循環させることができるので、より有効に凝縮水及び異物が吸気通路３に至ることを抑制し得るものとなっている。これにより、特に凝縮水によるコンプレッサ５１の腐蝕や破損が防止されるものとなっている。

また本実施形態では、凝縮水槽２３が所定の容積を有しているのでＥＧＲガスにとってサージタンクのような役割を果たし、ＥＧＲガスが脈動した状態で吸気通路３に再循環することを低減し、ＥＧＲガスが気筒１間でより均等に分配され得るものとなっている。

さらに本実施形態では弁手段が吸気通路３の吸気管３０に設けられたＥＧＲ導入口３０ａに直接連通するという、ＥＧＲ通路における最も下流に設けられているので、減速時に弁手段が閉じれば速やかにＥＧＲガスの吸気通路３の流入が禁止される。これにより、減速時ＥＧＲ弁２５の閉塞後に吸気通路３にＥＧＲガスが誤って導入されてしまうことによる失火等の不具合を有効に防止できたものとなっている。

特に本実施形態ではＥＧＲ弁２５が、ＥＧＲガスの流れ方向に直交する方向にスライド動作させることで弁全開時にはＥＧＲ導入口３０ａからＥＧＲ弁２５自体を完全に退避させているので、ＥＧＲガスの流れる強さが弱くとも、大量のＥＧＲガスを導入することがでる。これにより、十分なＥＧＲガスの導入による燃費の向上にも一層寄与し得るものとなっている。弁自体の存在がＥＧＲガスの流れの妨げとなっていた従来のタペット式の弁特有の不具合が、本実施形態では完全に排除されているからである。加えてタペット式の弁を用いたものでは吸気側連通部２３ａの形状が複雑なものとなっていたが、本実施形態の如くＥＧＲ弁２５を構成することで、図示したように、吸気側連通部２３ａやＥＧＲ導入口３０ａの形状が至って簡素な形状となっている。

さらに本実施形態ではＥＧＲ弁２５及び排水弁２６を同一の回転軸２４とともに一体に設けているので、構成する部品点数を有効に削減せしめている。

そして本実施形態では、吸気側連通部２３ａを凝縮水槽２３の最上部に設けることにより、ＥＧＲ導入時において路面の傾斜や慣性力によって溜められた凝縮水の水面が揺れ傾いても凝縮水が吸気通路３に流入することを防止できるようになっている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では第一の弁手段と第二の弁手段とが一体に動作する態様を開示したが、勿論、それぞれが独立して動作するようにしたものであってもよい。そのようなものであれば、より正確にＥＧＲガス量と凝縮水排出時期を制御することができる。また上記実施形態で開示した各弁手段回転動作するものとしていたが勿論、直線状に往復動作するように構成しても良い。

またＥＧＲ通路は、低圧ループＥＧＲを実現するものには限られない。内燃機関に付帯しているものが高圧ループＥＧＲ通路であったとしても、上記実施形態と同様の効果を奏し得る。低圧ループＥＧＲ通路と高圧ループＥＧＲ通路とを併用していてもよいことは言うまでもない。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明はＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）装置において、ＥＧＲ通路で排気から発生する凝縮水が吸気側に流入することを抑制する技術として利用することができる。

２…ＥＧＲ通路
２２…排気再循環装置（凝縮水捕集装置）
２３…凝縮水槽
２３ａ…吸気側連通部
２３ｂ…排水側連通部
２５…第一の弁手段（ＥＧＲ弁）
２６…第二の弁手段（排水弁）
２８…気液分離手段（捕集フィルタ）
２９…凝縮水排水通路
３…吸気通路
４…排気通路

Claims (1)

1. 排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に設けられた排気再循環装置であって、
   前記ＥＧＲ通路に設けられ凝縮水及び当該凝縮水を含むＥＧＲガスを所定量貯留し得る凝縮水槽と、
   この凝縮水槽から下方に連続するように設けられた凝縮水排水通路と、
   前記凝縮水槽において前記吸気通路に連通し得る吸気側連通部を開閉し得る第一の弁手段と、
   前記凝縮水槽において前記凝縮水排水通路に連通し得る排水側連通部を開閉し得る第二の弁手段と、
   前記凝縮水槽内に設けられ、前記吸気通路へ向けて流れる前記ＥＧＲガスを通過させることによって前記凝縮水を捕集し得る気液分離手段とを具備することを特徴とする排気再循環装置。

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