JP2014218967A

JP2014218967A - 内燃機関の排気ガス還流装置

Info

Publication number: JP2014218967A
Application number: JP2013099990A
Authority: JP
Inventors: 隆聡堤; Takatoshi Tsutsumi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2014-11-20

Abstract

【課題】内燃機関の吸気通路に発生する凝縮水が燃焼室に流入されることを防止し、内燃機関の運転状態に悪影響を与えない排気ガス還流装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の吸気が流れる吸気通路５と、内燃機関１の排気ガスが流れる排気通路１１と、排気通路１１に開口する排気ガス排出口１６と吸気通路５に開口する排気ガス還流導入口１４とを接続する排気ガス還流通路１８と、排気ガス還流通路１８に設けられ吸気通路５に導入される排気ガス還流量を制御する制御弁１９とを備え、排気ガス還流導入口１４は、吸気通路５内において、最も低い位置に設けられ、排気ガス還流通路１８は、上端を排気通路１１の上方に配置された吸気通路５の排気ガス還流導入口１４に接続するとともに下端を吸気通路５の下方に配置された排気通路１１の排気ガス排出口１６に接続する。【選択図】図１

Description

この発明は内燃機関の排気ガス還流装置に係り、特に、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に再循環させる内燃機関の排気ガス還流装置に関する。

内燃機関の排気ガス還流装置においては、吸気が流れる吸気通路と排気ガスが流れる排気通路との間を排気ガス還流通路で接続し、排気通路を流れる排気ガスの一部を排気ガス還流通路にＥＧＲガスとして導入し、吸気通路に還流させることで、排気ガス中の窒素酸化物低減や部分負荷時の燃費向上を図っている。
内燃機関の排気ガス還流装置においては、吸気通路に再循環されたＥＧＲガスが吸気通路を流れる冷たい吸気と接触した場合、ＥＧＲガスに含まれる水分が急冷されて凝縮水が発生することがある。内燃機関は、吸気通路に発生した凝縮水が燃焼室に流入した場合、失火発生等により運転状態の悪化や、排気ガス成分の悪化、触媒の劣化等の悪影響を引き起こす可能性がある。

そこで、従来の内燃機関の排気ガス還流装置には、特開２００５−２５６６７９号公報に、吸気通路の排気ガス還流導入口の下流に円弧状に湾曲させた円弧形状部を形成し、円弧形状の最下部にスリットと捕集室とからなる水分分離部を設け、凝縮水を円弧形状部で遠心力によりスリットを通過させて捕集室で捕集し、捕集した凝縮水を弁で適宜排出する構造が開示されている。
また、従来の内燃機関の排気ガス還流装置には、特開２００１−２００７２０号公報に、排気ガス還流通路を形成する排気ガス還流管を金属材で途中に窪みが存在しないように制作し、排気通路を形成する排気管に排気ガス還流管を熱的に接触させてＥＧＲガスに含まれる水分の凝縮を防止するとともに、窪みを存在させないことで発生した凝縮水が排気ガス還流通路に貯留されない構造が開示されている。
さらに、従来の内燃機関の排気ガス還流装置には、特開２００９−１９７７７４号公報に、シリンダヘッドの排気通路に排気ガス還流通路が接続する部分であって、この排気ガス還流通路の最も低い位置に凝縮水を貯留するヘッド内通路（貯留部）を設け、内燃機関の運転中に排気通路を流れる排気ガスとの圧力差によってヘッド内通路の凝縮水を吸い上げて排気通路に排出させる水抜き通路を設けた構造が開示されている。

特開２００５−２５６６７９号公報特開２００１−２００７２０号公報特開２００９−１９７７７４号公報

ところが、前記特許文献１〜３に記載の内燃機関の排気ガス還流装置においては、吸気通路に特殊形状を設けた構造（特開２００５−２５６６７９号公報）、排気ガス還流通路を排気通路と熱交換可能に配置した構造（特開２００１−２００７２０号公報）、貯留した凝縮水を内燃機関の運転中に圧力差によって排気通路に排出させる構造（特開２００１−２００７２０号公報）としている。
このため、従来の内燃機関の排気ガス還流装置は、吸気通路や排気ガス還流通路の形状、配置、構造が複雑となり、また、凝縮水排出専用の弁を設ける必要があった。

この発明は、内燃機関の吸気通路に再循環されたＥＧＲガスから発生する凝縮水が燃焼室に流入されることがなく、内燃機関の運転状態に悪影響を与えることがない内燃機関の排気ガス還流装置で提供することを目的とする。

この発明は、内燃機関の排気ガス還流装置であって、前記内燃機関の吸気が流れる吸気通路と、前記内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、前記排気通路に開口する排気ガス排出口と前記吸気通路に開口する排気ガス還流導入口とを接続する排気ガス還流通路と、前記排気ガス還流通路に設けられ前記吸気通路に導入される排気ガス還流量を制御する制御弁とを備え、前記排気ガス還流導入口は、前記吸気通路内において、最も低い位置に設けられ、前記排気ガス還流通路は、上端を前記排気通路の上方に配置された前記吸気通路の排気ガス還流導入口に接続するとともに下端を前記吸気通路の下方に配置された前記排気通路の排気ガス排出口に接続していることを特徴とする。

この発明は、排気通路の上方に配置された吸気通路に発生する凝縮水を、吸気通路内において最も低い位置の排気ガス還流導入口に集め、排気ガス還流通路に上端から流込させて下端に接続された排気通路に流出させる構造なので、吸気通路や排気ガス還流通路の形状、配置、構造を複雑にすることなく、凝縮水を排気ガス還流通路により排気通路に流出させることができ、凝縮水が燃焼室に流入されることがない。
これにより、この発明は、内燃機関の運転状態に悪影響を与えることがない。

図１は内燃機関の排気ガス還流装置の概略構成図である。（実施例）図２は制御弁開閉のフローチャートである。（実施例）図３は第１変形例による制御弁開閉のフローチャートである。（変形例１）図４は第２変形例による制御弁開閉のフローチャートである。（変形例１）図５は第３変形例による制御弁開閉のフローチャートである。（変形例１）

以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１、図２は、この発明の実施例を示すものである。図１において、内燃機関１は、エアクリーナと吸気管２とスロットルボディ３と吸気マニホルド４とを順次に接続し、燃焼室に供給する吸気が流れる吸気通路５を備えている。また、内燃機関１は、排気マニホルド６と触媒７と排気管８とマフラ９と後部排気管１０とを順次に接続し、燃焼室から排出される排気ガスが流れる排気通路１１を備えている。
前記内燃機関１は、排気通路１１の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路５に還流する排気ガス還流装置１２を備えている。排気ガス還流装置１２は、少なくとも、吸気マニホルド４により形成される吸気通路５の部分と、排気管８の一部により形成される排気通路１１の部分とが、上下において対向するように配置している。吸気マニホルド４の下部には、下方に突出する凝縮水の貯留部１３を設けている。貯留部１３の最下部には、吸気通路５に開口する排気ガス還流導入口１４を設けている。これにより、排気ガス還流導入口１４は、吸気通路５内において、最も低い位置に設けられている。
前記吸気マニホルド４に設けた貯留部１３の下方に位置する排気管８の上部には、排出部１５を設けている。排出部１５には、排気通路８に開口する排気ガス排出口１６を設けている。吸気マニホルド４の貯留部１３と排気管８の排出部１５とは、上下方向に延びる排気ガス還流管１７で連結されている。排気ガス還流管１７は、上下方向に延びる排気ガス還流通路１８を形成している。
これにより、吸気通路５と排気通路１１との間で上下方向に延びる排気ガス還流通路１８は、上端を排気通路１１の上方に配置された吸気通路５の排気ガス還流導入口１４に接続するとともに、下端を吸気通路５の下方に配置された排気通路１１の排気ガス排出口１６に接続している。
前記排気ガス還流管１７には、制御弁１９とＥＧＲクーラ２０とを備えている。前記制御弁１９は、制御部２１により開閉される。制御部２１は、信号入力部２２から入力するイグニッションスイッチ等の各種信号に基づき内燃機関１の運転状態に応じて制御弁１９を開閉し、排気通路１１から排気ガス還流通路１８を介して吸気通路５に導入される排気ガス（ＥＧＲガス）還流量を制御する。前記ＥＧＲクーラ２０は、排気ガス還流通路１８に導入されたＥＧＲガスを、外気あるいは内燃機関１の冷却水等との熱交換で冷却する。
内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、制御部２１によって、制御弁１９を内燃機関１の停止中に開放し、内燃機関１の始動時に閉鎖するように制御する。前記排気ガス還流通路１８は、制御弁１９を開放した状態において、貯留部１３の排気ガス還流導入口１４から流入して通過する凝縮水が、通路内に滞留することなく排気通路１１に流出するように、上下方向に直線的に延びる通路構造を備えている。

次に作用を説明する。
内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、制御部２１によって、内燃機関１の運転状態に応じて制御弁１９を制御し、排気通路１１から排気ガス還流通路１８を介して吸気通路５に導入される排気ガス（ＥＧＲガス）還流量を制御することで、排気ガス中の窒素酸化物低減や部分負荷時の燃費向上を図っている。
この内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、吸気通路５に再循環されたＥＧＲガスが吸気と接触して凝縮水が発生した場合、この凝縮水が燃焼室に流入しないように、吸気通路５内において、最も低い位置に排気ガス還流導入口１４を設け、上下方向に延びる排気ガス還流通路１８の上端を排気通路１１の上方に配置された吸気通路５の排気ガス還流導入口１４に接続するとともに、排気ガス還流通路１８の下端を吸気通路５の下方に配置された排気通路１１の排気ガス排出口１６に接続している。
内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、制御部２１によって、図２に示すように、イグニションスイッチのＯＮ（１００）により制御弁１９を閉じ（１０１）、内燃機関１を始動（１０２）して運転中は運転状態に応じて制御弁１９を開閉し（１０３）、イグニションスイッチをＯＦＦして内燃機関１を停止すると（１０４）、制御弁１９を開くことで（１０４）、吸気通路５の排気ガス還流導入口１４と排気通路１１の排気ガス排出口１６とを排気ガス還流通路１８を介して連通させる。

このように、内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、排気通路１１の上方に配置された吸気通路５に発生する凝縮水を、吸気通路５内において最も低い位置の排気ガス還流導入口１４に集め、排気ガス還流通路１８の上端から流込させて下端に接続された排気通路１１に流出させる構造なので、吸気通路５や排気ガス還流通路１８の形状、配置、構造を複雑にすることなく、凝縮水を排気ガス還流通路１８により排気通路１１に流出させることができ、凝縮水が燃焼室に流入されることがない。
これにより、この排気ガス還流装置１２は、内燃機関１の運転状態に悪影響を与えることがない。
また、排気ガス還流通路１８は、制御弁１９を開放した状態において、通過する凝縮水が通路内に滞留することのない上下方向に直線的に延びる通路構造を備えている
これにより、排気ガス還流装置１２は、制御弁１９を開放した状態では、排気ガス還流導入口１４から排気ガス還流通路１８に流入した凝縮水が通路内に留まることなく排気通路１８へと流出させることが可能である。
さらに、排気ガス還流通路１８は、制御弁１９を、内燃機関１の停止中に開放し、内燃機関１の始動時に閉鎖することで、内燃機関１の停止中に吸気通路５に蓄積された凝縮水を排出することができ、凝縮水が燃焼室に流入することを防止でき、内燃機関１の運転状態に悪影響を与えることがない。

なお、上述実施例においては、制御弁１９を内燃機関１の停止中に開放し、内燃機関１の始動時に閉鎖したが、制御弁１９の開閉タイミングは種々改変することが可能である。

例えば、内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、制御部２１によって、図３に示すように、イグニションスイッチのＯＮ（２００）により内燃機関１を始動（２０１）して運転中は運転状態に応じて制御弁１９を開閉し（２０２）、イグニションスイッチをＯＦＦして内燃機関１を停止すると（２０３）、制御弁１９を開き（２０４）、内燃機関１の停止から設定時間の経過後に制御弁１９を閉じることで（２０５）、内燃機関１の停止時に吸気通路５の排気ガス還流導入口１４と排気通路１１の排気ガス排出口１６とを排気ガス還流通路１８を介して連通させる。
このように、内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、内燃機関１の停止時に設定時間だけ制御弁１９を開くことで、吸気通路５の凝縮水を排気通路１１に流出させることができ、凝縮水が燃焼室に流入することを防止できる。

また、内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、制御部２１によって、図４に示すように、イグニションスイッチのＯＮ（３００）により制御弁１９を開き（３０１）、イグニションスイッチのＯＮ（３００）から設定時間経過後に制御弁１９を閉じ（３０２）、内燃機関１を始動（３０３）して運転中は運転状態に応じて制御弁１９を開閉し（３０４）、イグニションスイッチをＯＦＦして内燃機関１を停止することで（３０５）、内燃機関１の始動準備中に吸気通路５の排気ガス還流導入口１４と排気通路１１の排気ガス排出口１６とを排気ガス還流通路１８を介して連通させる。
このように、内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、内燃機関１の始動準備中に設定時間だけ制御弁１９を開くことで、吸気通路５の凝縮水を排気通路１１に流出させることができ、凝縮水が燃焼室に流入することを防止できる。

さらに、内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、制御部２１によって、図５に示すように、イグニションスイッチのＯＮ（４００）により内燃機関１を始動（４０１）して運転中は運転状態に応じて制御弁１９を開閉し（４０２）、アイドルストップにより内燃機関１を自動停止すると（４０３）、制御弁１９を開き（４０４）、内燃機関１の自動停止から設定時間の経過後に制御弁１９を閉じ（４０５）、アイドルストップ解除により内燃機関１を自動再始動することで（４０６）、内燃機関１の自動停止中に吸気通路５の排気ガス還流導入口１４と排気通路１１の排気ガス排出口１６とを排気ガス還流通路１８を介して連通させる。
このように、内燃機関１の排気ガス還流装置１２は、アイドルストップによる内燃機関１の自動停止中に設定時間だけ制御弁１９を開くことで、吸気通路５の凝縮水を排気通路１１に流出させることができ、凝縮水が燃焼室に流入することを防止できる。

この発明は、凝縮水を排気ガス還流通路により排気通路に流出させることができ、凝縮水が燃焼室に流入することを防止できるものであり、排気通路と吸気通路とを接続する通路を備えた装置に応用することができる。

１内燃機関
５吸気通路
６排気マニホルド
１１排気通路
１２排気ガス還流装置
１３貯留部
１４排気ガス還流導入口
１５排出部
１６排気ガス排出口
１７排気ガス還流管
１８排気ガス還流通路
１９制御弁
２０ＥＧＲクーラ
２１制御部
２２信号入力部

Claims

内燃機関の排気ガス還流装置であって、前記内燃機関の吸気が流れる吸気通路と、前記内燃機関の排気ガスが流れる排気通路と、前記排気通路に開口する排気ガス排出口と前記吸気通路に開口する排気ガス還流導入口とを接続する排気ガス還流通路と、前記排気ガス還流通路に設けられ前記吸気通路に導入される排気ガス還流量を制御する制御弁とを備え、前記排気ガス還流導入口は、前記吸気通路内において、最も低い位置に設けられ、前記排気ガス還流通路は、上端を前記排気通路の上方に配置された前記吸気通路の排気ガス還流導入口に接続するとともに下端を前記吸気通路の下方に配置された前記排気通路の排気ガス排出口に接続していることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
前記排気ガス還流通路は、前記制御弁を開放した状態において、通過する凝縮水が通路内に滞留することのない通路構造を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。