JP2013060921A

JP2013060921A - エンジンの排気ガス還流装置

Info

Publication number: JP2013060921A
Application number: JP2011201051A
Authority: JP
Inventors: Yu Fujita; 佑藤田; Hideyuki Arai; 秀之荒井; Hatsuji Saeki; 波都二佐伯; Masao Ogami; 雅夫尾上; Tsunero Numakunai; 恒郎沼宮内
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2013-04-04

Abstract

【課題】簡単な構成により、吸気通路内に還流するＥＧＲガス量を十分に確保することができるエンジンの排気ガス還流装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサ１２よりも下流側で吸気通路３に連通する連通口３１を備えた羽根車収容室３０を設け、この羽根車収容室３０に対し、コンプレッサ１２よりも上流側で吸気通路３に連通する圧力解放通路３５と、排気通路５に連通するＥＧＲ通路４０とを連通するとともに、羽根車収容室３０内に羽根車４５を回転自在に収容し、当該羽根車４５によって画成された小室４６を羽根車収容室３０内で周回させて、連通口３１と、圧力解放通路３５と、ＥＧＲ通路４０とに順次連通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機を備えたエンジンの排気ガス還流装置に関する。

従来、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等においては、排気ガス中のＮＯｘ低減等を目的として、排気ガスの一部を吸気に還流する排気ガス還流（ＥＧＲ）装置が広く実用化されている。

この種のＥＧＲ装置において、過給機を備えたエンジンにおいても吸気通路内に還流するＥＧＲガス量を十分に確保するための技術として、例えば、特許文献１には、過給機によって過給された過給新気の一部を排気還流用送気装置のタービンに供給することによって圧縮機を駆動し、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして過給機のディフューザに圧送する技術が開示されている。

特開平９−１４４６１０号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示された技術は、過給機とは別に、排気ガスを圧送するための機構（排気還流用送気装置）を必要とするため、構造の複雑化等を招く虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成により、吸気通路内に還流するＥＧＲガス量を十分に確保することができるエンジンの排気ガス還流装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によるエンジンの排気ガス還流装置は、吸入空気を過給する過給機のコンプレッサが吸気通路に介装されたエンジンの排気ガス還流装置において、前記コンプレッサよりも下流側で前記吸気通路に連通する連通口を備えた回転体収容室と、前記回転体収容室を前記コンプレッサよりも上流側で前記吸気通路に連通する圧力解放通路と、排気通路を前記回転体収容室に連通する排気ガス還流通路と、前記回転体収容室内に回転自在に収容されて当該回転体収容室内に小室を画成する回転体と、を備え、前記小室は、前記回転体の回転に伴って前記回転体収容室内を周回することにより、前記連通口と、前記圧力解放通路と、前記排気ガス還流通路とに順次連通するものである。

本発明のエンジンの排気ガス還流装置によれば、簡単な構成により、吸気通路内に還流するＥＧＲガス量を十分に確保することができる。

ＥＧＲ装置を備えたエンジンの吸排気系を示す概略構成図圧力調整機構による作用を示す説明図ＥＧＲ装置を備えたエンジンの吸排気系の変形例を示す概略構成図

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はＥＧＲ装置を備えたエンジンの吸排気系を示す概略構成図、図２は圧力調整機構による作用を示す説明図、図３はＥＧＲ装置を備えたエンジンの吸排気系の変形例を示す概略構成図である。

図１において符号１は、エンジンであり、本実施形態においてはディーゼルエンジンを示す。このエンジン１の吸気ポートには吸気マニホルド２を介して吸気通路３が接続され、排気ポートには排気マニホルド４を介して排気通路５が接続されている。

吸気通路３には、エアクリーナ１０の下流側に、過給機としてのターボ過給機１１のコンプレッサ１２が介装されている。さらに、吸気通路３には、コンプレッサ１２の下流側にインタークーラ１５が介装され、このインタークーラ１５の下流側にスロットル弁１６が介装されている。

また、排気通路５には、例えば、酸化触媒２１とパティキュレートフィルタ２２とを内蔵する排ガス処理装置２０が介装され、さらに、排ガス処理装置２０の上流側にはターボ過給機１１のタービン１３が介装されている。

このような基本構成をなすエンジン１の吸排気系において、吸気通路３には、回転体収容室としての羽根車収容室３０が併設されている。本実施形態において、羽根車収容室３０は略円筒形状のケースによって構成され、この羽根車収容室３０の一側には、例えば、周面の一部を切り欠いて形成された連通口３１が開口されている。そして、羽根車収容室３０は、この連通口３１を介して、コンプレッサ１２よりも下流側で（本実施形態において、より具体的にはスロットル弁１６よりも下流側で）吸気通路３に連通されている。

また、羽根車収容室３０には、過給機１１のコンプレッサ１２によって昇圧された圧力の一部を解放するための圧力解放通路３５の上流端が連通されている。一方、この圧力解放通路３５の下流端は、コンプレッサ１２の上流側で吸気通路３に連通されている。また、圧力解放通路３５の中途には、当該圧力解放通路３５を開閉する圧力解放弁３６が介装されている。

また、排気通路５には、排気ガスの一部を吸気通路３側に還流する排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）４０の上流端が、エンジン１の直下流（すなわち、タービン１３よりも上流側）で接続されている。一方、このＥＧＲ通路４０の下流端は、羽根車収容室３０に連通されている。また、ＥＧＲ通路４０の中途には、当該ＥＧＲ通路４０内を流通する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４１と、ＥＧＲ通路４０を開閉するＥＧＲ弁４２とが介装されている。

さらに、羽根車収容室３０内には、回転体としての羽根車４５が回転自在に収容されている。図２に示すように、この羽根車４５は、回転軸４５ａから所定のピッチ毎に放射線状に延在する複数の羽根４５ｂを有する。これら各羽根４５ｂは羽根車収容室３０の内面に摺接されており、これにより、羽根車収容室３０内は所定の気密性を有する複数の小室４６に区画されている。

本実施形態において、羽根車４５を構成する羽根４５ｂの一部は連通口３１を介して吸気通路３内に臨まされており、これにより、羽根車４５は、吸気通路３内を流通する吸入空気を受けて回転駆動することが可能となっている。そして、羽根車４５が回転されると、各小室４６は、羽根車収容室３０内を周回し、連通口３１と、圧力解放通路３５と、ＥＧＲ通路４０とに順次繰り返し連通される。すなわち、羽根車収容室３０の周部には、吸入空気によって回転駆動される羽根車４５の回転方向に沿って、連通口３１と、圧力解放通路３５と、ＥＧＲ通路４０とが順に開口され、これらに対し、羽根車収容室３０内を周回する各小室４６が順次繰り返し連通される。

この場合において、羽根車４５を構成する各羽根４５ｂのピッチ等は、当該羽根によって画成される一の小室４６が、連通口３１、圧力解放通路３５、或いは、ＥＧＲ通路４０のうちの２以上に対して同時に連通することを回避可能なピッチ等に設定されている（図２参照）。換言すれば、連通口３１、圧力解放通路３５、及び、ＥＧＲ通路４０は、羽根車４５が如何なる回転位置にある場合においても、小室４６を介して相互に連通されることなく、羽根４５ｂによって羽根車収容室３０内で互いに隔離されるよう設定されている。

このような構成において、吸気通路３内を流通する吸入空気によって羽根車４５は羽根車収容室３０内で回転駆動されており、例えば、図示しないエンジン制御ユニットにより圧力解放弁３６及びＥＧＲ弁４２が開弁側に制御されて排気ガスの還流（ＥＧＲ）が開始されると、各小室４６は、連通口３１、圧力解放通路３５、及び、ＥＧＲ通路４０に対して順次繰り返し連通されることにより、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路３内に導入する。

すなわち、ある１つの小室４６（図２中に「４６＊」と表記）に注目して説明すると、図２（ａ）に示すように、小室４６＊は、連通口３１と連通されることにより吸気通路３内に解放され、その際、小室４６＊内には過給機１１のコンプレッサ１２で昇圧された吸入空気が導入される。

その後、小室４６＊が羽根車収容室３０内を周回する過程において、小室４６＊内には昇圧された吸入空気が封止されるが、小室４６＊が圧力解放通路３５に連通されると（図２（ｂ）参照）、小室４６＊内の圧力は、圧力解放通路３５を介して解放され、昇圧前の圧力（コンプレッサ１２よりも上流側での吸気管圧力）まで降圧される。

その後、小室４６＊が羽根車収容室３０内を周回する過程において、小室４６＊がＥＧＲ通路４０に連通されると（図２（ｃ）参照）、小室４６＊内には、ＥＧＲ通路４０を介して、排気通路５内の排気ガスがＥＧＲガスとして導入される。この場合において、上述の圧力解放通路３５との連通によって小室４６＊内の圧力は排気圧に対して十分な低圧まで降圧されているため、小室４６＊内には、十分な量のＥＧＲガスを導入することが可能となる。

その後、小室４６＊が羽根車収容室３０内を周回する過程において、小室４６＊が連通口３１に連通されると（図２（ｄ）参照）、小室４６＊内のＥＧＲガスは、吸気通路３内に放出される。この場合において、吸気通路３内を流通する吸入空気の圧力は小室４６＊内の圧力よりも高圧であるため、小室４６＊が連通口３１に連通されると同時に小室４６＊内には吸入空気（新気）が流入し、流入した新気によって小室４６＊内が掃気されることにより、小室４６＊内のＥＧＲガスは的確に吸気通路３内に放出される。

このような実施形態によれば、コンプレッサ１２よりも下流側で吸気通路３に連通する連通口３１を備えた羽根車収容室３０を設け、この羽根車収容室３０に対し、コンプレッサ１２よりも上流側で吸気通路３に連通する圧力解放通路３５と、排気通路５に連通するＥＧＲ通路４０とを連通するとともに、羽根車収容室３０内に羽根車４５を回転自在に収容し、当該羽根車４５によって画成された小室４６を羽根車収容室３０内で周回させて、連通口３１と、圧力解放通路３５と、ＥＧＲ通路４０とに順次連通させることにより、簡単な構成で、吸気通路３内に還流するＥＧＲガス量を十分に確保することができる。

すなわち、羽根車収容室３０内に小室４６を画成する羽根車４５からなる回転体を用いたＥＧＲガスの導入機構を構成し、羽根車収容室３０内を周回する小室４６を圧力解放通路３５に連通することで小室４６内の圧力を一旦降圧させ、降圧した小室４６をＥＧＲ通路４０に連通することにより、小室４６内に効率よくＥＧＲガスを導入することができる。そして、このように効率よくＥＧＲガスを導入した小室４６を吸気通路３内に解放することにより、過給機１１によって吸気通路３内が昇圧されている場合にも、十分な量のＥＧＲガスを吸気通路３内に供給することができる。この場合において、吸気通路３内へのＥＧＲガスの導入は、ＥＧＲガスを高圧に昇圧させて圧送するのではなく、一旦降圧させた小室４６内にＥＧＲガスを導入し小室４６の周回によって移送するものであるため、ＥＧＲガスを昇圧させるための専用のコンプレッサ等を必要とせず、構造を簡素化することができる。加えて、ＥＧＲガスを高圧に昇圧させない構成であっても、コンプレッサ１２の上流側にＥＧＲ通路を連通することなくＥＧＲガスを導入することができるので、簡単なレイアウトによって応答性のよいＥＧＲ制御を実現することができ、しかも、ＥＧＲガスによるコンプレッサ１２の汚損等を的確に防止することができる。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。例えば、上述の実施形態においては、吸気通路３内を流通する吸入空気を受けて羽根車４５が回転駆動する構成の一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３に示すように、羽根車４５をモータ５０によって駆動することも可能である。このように構成すれば、羽根車４５（羽根４５ｂ）を必要以上に吸入空気に曝す必要がないため、羽根車４５の吸気通路３内への突出量を減少させることができ、吸入空気に対する流路抵抗を低減することができる。また、モータ駆動によって羽根車４５を十分な回転速度で回転させれば、羽根車４５等を小型化したコンパクトな機構によって十分なＥＧＲガス量を確保することが可能となる。また、羽根車４５は、エンジンを構成する回転物（クランクシャフト等）とベルト等により連結することにより駆動することも可能である。

さらに、上述の実施形態においては、羽根車４５を用いてＥＧＲガスの導入機構を構成した一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、周回によって連通口３１と圧力解放通路３５とＥＧＲ通路４０とに順次連通する小室を画成する回転体であればよいことは云うまでもない。

１ … エンジン
２ … 吸気マニホルド
３ … 吸気通路
４ … 排気マニホルド
５ … 排気通路
１０ … エアクリーナ
１１ … ターボ過給機（過給機）
１２ … コンプレッサ
１３ … タービン
１５ … インタークーラ
１６ … スロットル弁
２０ … 排ガス処理装置
２１ … 酸化触媒
２２ … パティキュレートフィルタ
３０ … 羽根車収容室（回転体収容室）
３１ … 連通口
３５ … 圧力解放通路
３６ … 圧力解放弁
４０ … 排気ガス還流通路
４１ … インタークーラ
４２ … ＥＧＲ弁
４５ … 羽根車（回転体）
４５ａ … 回転軸
４５ｂ … 羽根
４６ … 小室
５０ … モータ

Claims

吸入空気を過給する過給機のコンプレッサが吸気通路に介装されたエンジンの排気ガス還流装置において、
前記コンプレッサよりも下流側で前記吸気通路に連通する連通口を備えた回転体収容室と、
前記回転体収容室を前記コンプレッサよりも上流側で前記吸気通路に連通する圧力解放通路と、
排気通路を前記回転体収容室に連通する排気ガス還流通路と、
前記回転体収容室内に回転自在に収容されて当該回転体収容室内に小室を画成する回転体と、を備え、
前記小室は、前記回転体の回転に伴って前記回転体収容室内を周回することにより、前記連通口と、前記圧力解放通路と、前記排気ガス還流通路とに順次連通することを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
前記回転体は、羽根車であって、前記吸気通路内を流通する吸入空気によって回転駆動可能であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気ガス還流装置。
前記回転体は、モータによって回転駆動可能な羽根車であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気ガス還流装置。
前記回転体は、エンジンを構成する回転物と連結部材を介して連結することによって回転駆動可能な羽根車であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気ガス還流装置。