JP2015161212A

JP2015161212A - 内燃機関の吸排気系システム

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Publication number: JP2015161212A
Application number: JP2014036202A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　修; Osamu Sato; 佐藤　　修
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-02-27
Filing date: 2014-02-27
Publication date: 2015-09-07
Anticipated expiration: 2034-02-27
Also published as: JP5920381B2; US9476386B2; US20150240751A1

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラ１６およびＥＧＲバルブユニットＶＵを含む各コンポーネント間の相対動きを抑制することでＥＧＲガスの漏れを防止できるエンジン１の吸排気系システムを提供する。【解決手段】エンジン１の吸排気系にはターボ過給機２とＥＧＲ装置が搭載される。ＥＧＲ装置は、エンジン１の吸気側へ還流するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１６と、このＥＧＲクーラ１６よりＥＧＲガス流れの下流側に配設されてＥＧＲガス流量を調節するＥＧＲバルブユニットＶＵとを備える。ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブユニットＶＵは、ターボ過給機２のコンプレッサハウジング３ａと共に、共通のブラケット２４に締結されて相互に位置決めされている。この構成によれば、振動による各コンポーネント（ＥＧＲクーラ１６、ＥＧＲバルブユニットＶＵ、ターボ過給機２）間の相対動きを抑制できるので、ＥＧＲガスの漏れを防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ過給機とＥＧＲ装置を搭載する内燃機関の吸排気系システムに関する。

従来、エンジンの排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を抑制する手段として、排気の一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を吸気側に再循環させるＥＧＲ装置が公知である。
例えば、特許文献１に開示されたＥＧＲ装置は、吸気側に還流するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備え、このＥＧＲクーラがエンジン本体と吸気管の一部とに結合される単一の取付けステーによって支持されている。

特開２０００−２４８９３６号公報

ところで、特許文献１の従来技術では、ＥＧＲクーラが取付けステーを介して単品支持され、且つ他の部品（例えばＥＧＲバルブユニット）とフランジ配管によって接続されるため、振動による他の部品との相対動きを抑制することができない。このため、フランジ配管に応力が掛かり、フランジ配管に亀裂あるいは割れが生じる恐れがある。さらには、ＥＧＲクーラと他の部品との熱膨張差によるズレを吸収できないため、ＥＧＲガスの漏れが発生する可能性がある。

また、ＥＧＲクーラと他の部品との間をフランジ配管によって接続するため、ＥＧＲクーラとフランジ配管との接続作業に手間が掛かり、且つフランジ同士を締結するための複数本のボルトを使用することによりコストが高くなる。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブユニットを含む各コンポーネント間の相対動きを抑制することでＥＧＲガスの漏れを防止できる内燃機関の吸排気系システムを提供することにある。

本発明は、内燃機関の排気系に配設されるタービンと吸気系に配設されるコンプレッサとを同軸上に連結して構成されるターボ過給機と、内燃機関より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）をタービンの排気下流側よりコンプレッサの吸気上流側へ還流させるＥＧＲ装置とを備える内燃機関の吸排気系システムであって、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、このＥＧＲクーラよりＥＧＲガス流れの下流側に配設され、ＥＧＲバルブの開度に応じてＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブユニットとを有し、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブユニットは、ターボ過給機と共に共通のブラケットに締結されて相互に位置決めされていることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＥＧＲクーラとＥＧＲバルブユニットがターボ過給機と共に共通のブラケットに締結されるので、振動による各コンポーネント（ＥＧＲクーラ、ＥＧＲバルブユニット、ターボ過給機）間の相対動きを抑制できる。これにより、例えば、ＥＧＲクーラとＥＧＲバルブユニットとの間を接続する配管に掛かる応力を低減できるので、配管に亀裂や割れ等が生じることはなく、ガス漏れを防止できる。
また、各コンポーネント間の相対動きが抑制されることで、各コンポーネント間の変位を吸収させるために、接続する配管長さを長くする必要がなく、配管長さを短くすることが可能である。その結果、圧力損失の低減を図ることができ、且つ、ＥＧＲ量の増量によるＮＯｘの抑制やＥＧＲ導入に伴うポンピングロスの増加を抑制して燃費向上を図ることができる。
さらに、従来技術（特許文献１）に記載されたフランジ配管によって各コンポーネント間を接続する必要はなく、フランジ配管を廃止することができる。その結果、フランジ配管同士を締結するためのボルトが不要となり、且つ、ボルトの締結作業も無くなるため、コストダウンを実現できる。

実施例１に係るターボ過給機とＥＧＲ装置の取付け構造を示す全体構成図である。実施例１に係るエンジンの吸排気系を概略的に示すシステム図である。実施例2に係る各コンポーネント間の弾性支持構造を示す一例である。実施例2に係る各コンポーネント間の弾性支持構造を示す一例である。実施例2に係る各コンポーネント間の弾性支持構造を示す一例である。実施例2に係る各コンポーネント間の弾性支持構造を示す一例である。実施例2に係る各コンポーネント間の弾性支持構造を示す一例である。実施例2に係る各コンポーネント間の弾性支持構造を示す一例である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
内燃機関（以下、エンジン１と呼ぶ）の吸排気系には、以下に説明するターボ過給機２とＥＧＲ装置が搭載される。
ターボ過給機２は、図２に示すように、エンジン１の吸気系に配設されるコンプレッサ３と排気系に配設されるタービン４およびコンプレッサ３とタービン４とを連結するベアリング部５より構成される。
コンプレッサ３は、吸気流路を形成するコンプレッサハウジング３ａ（図１参照）の内部に収容されて、回転により吸入空気を圧縮してエンジン１に送り込む。コンプレッサハウジング３ａには、コンプレッサ３で圧縮された空気が所定の圧力を超えるのを防止するためのエアバイパスバルブ６が組み込まれている。

タービン４は、排気流路を形成するタービンハウジング４ａ（図１参照）の内部に収容されて、排気ガスの圧力を受けて回転する。タービンハウジング４ａには、一定値以上の排気圧力がタービン４に掛かった場合に、その圧力をタービン４の排気側へバイパスさせるウェイストゲートバルブ７が組み込まれている。
ベアリング部５は、タービン４とコンプレッサ３とを同軸上に連結するシャフト５ａと、軸受５ｂを介してシャフト５ａを回転自在に支持するセンタハウジング５ｃ（図１参照）とを有する。シャフト５ａは、例えば、溶接などによってタービン４と一体に設けられる。
センタハウジング５ｃは、図１に示すように、コンプレッサハウジング３ａとボルト８によって締結され、タービンハウジング４ａとＶカップリング９によって締結される。また、センタハウジング５ｃには、シャフト５ａを冷却するためのエンジンオイルあるいは冷却水が流通する冷却用流路（図示せず）が形成される。

エンジン１の吸気系には、図２に示す様に、吸気流れの上流端に吸入空気をろ過するエアクリーナ１０が配設され、このエアクリーナ１０の下流側に上記コンプレッサ３が配設される。コンプレッサ３より下流側には、吸気量を調節するスロットルバルブ１１と、コンプレッサ３で圧縮された空気を冷却するインタークーラ１２とが順に配設され、インタークーラ１２で冷却された空気が吸気マニホールド１３を通ってエンジン１に吸入される。
一方、エンジン１の排気系には、排気マニホールド１４の下流側に上記タービン４が配置され、そのタービン４の下流側には、排気ガスに含まれる有害物質を除去する触媒コンバータ１５が配設される。

ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと呼ぶ）をタービン４の排気下流側よりコンプレッサ３の吸気上流側へ還流させる装置である。このＥＧＲ装置は、図２に示すように、ＥＧＲガスを冷却水との熱交換によって冷却するＥＧＲクーラ１６と、エンジン１の吸気側へ還流するＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲバルブ１７を備える。
ＥＧＲクーラ１６は、図１に示すように、ＥＧＲガス流れの上流側である入口側にフレキシブル配管１６ａが設けられ、このフレキシブル配管１６ａを介してタービンハウジング４ａの排気下流側に接続される。タービンハウジング４ａの排気下流側には、ＥＧＲガスが流出する分岐管４ｃが設けられ、この分岐管４ｃに設けられるフランジ４ｄとフレキシブル配管１６ａに設けられるフランジ１６ｂとがボルト１８により締結される。

ＥＧＲバルブ１７は、このＥＧＲバルブ１７を駆動するバルブ駆動手段（図示せず）等と共にバルブハウジング１９に内蔵されてＥＧＲバルブユニットＶＵ（図１参照）として構成され、ＥＧＲクーラ１６の吸気側（ＥＧＲガス流れの下流側）に配設される。以下、ＥＧＲガス流れの上流側を排気側、下流側を吸気側と呼ぶ。
ＥＧＲバルブユニットＶＵは、バルブハウジング１９の排気側に設けられる入口パイプ１９ａとＥＧＲクーラ１６の吸気側に設けられる出口パイプ１６ｂとがＥＧＲ配管２０によって接続される。また、バルブハウジング１９の吸気側に設けられる出口パイプ１９ｂとコンプレッサハウジング３ａの吸気上流側に設けられる分岐管３ｃとがＥＧＲ配管２１によって接続される。

次に、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブユニットＶＵおよびターボ過給機２の取付け構造について図１を参照して説明する。
ＥＧＲクーラ１６は、一組の取付けステー１６ｃ、１６ｄが設けられ、一方の取付けステー１６ｃがボルト２２によってエンジンブロックに締結され、他方の取付けステー１６ｄがボルト２３によってブラケット２４に締結される。
ＥＧＲバルブユニットＶＵは、バルブハウジング１９に一組の取付けステー１９ｃ、１９ｄが設けられ、一方の取付けステー１９ｃがボルト２５によってエンジンブロックに締結され、他方の取付けステー１９ｄがボルト２６によって上記ブラケット２４に締結される。

ターボ過給機２は、コンプレッサハウジング３ａに設けられる取付けステー３ｄがボルト２７によって上記ブラケット２４に締結され、タービンハウジング４ａに設けられる取付けステー４ｅがターボステー２８を介してエンジンブロックにボルト２９によって締結される。なお、取付けステー４ｅとターボステー２８はボルト３０によって固定される。また、タービンハウジング４ａにはフランジ４ｆが設けられ、このフランジ４ｆが複数本のボルト３１によってエンジン１のシリンダヘッドに締結される。
ブラケット２４は、例えば、アルミニウムあるいはステンレス等の金属製であり、ブラケット２４と一体に設けられた取付けステー２４ａを介してエンジンブロックにボルト３２で固定される。

〔実施例１の効果〕
実施例１では、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブユニットＶＵおよびタービンハウジング４ａを共通のブラケット２４に締結しているので、振動による各コンポーネント（ＥＧＲクーラ１６、ＥＧＲバルブユニットＶＵ、ターボ過給機２）間の相対動きを抑制できる。すなわち、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブユニットＶＵとの相対動き、ＥＧＲバルブユニットＶＵとコンプレッサハウジング３ａとの相対動き、およびＥＧＲクーラ１６とコンプレッサハウジング３ａとの相対動きがブラケット２４によって規制される。
上記の構成によれば、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブユニットＶＵとの間を接続するＥＧＲ配管２０およびＥＧＲバルブユニットＶＵとコンプレッサハウジング３ａとの間を接続するＥＧＲ配管２１に大きな応力が掛かることはない。従って、ＥＧＲ配管２０、２１に亀裂や割れ等を生じる恐れが無いので、ＥＧＲガスの漏れを防止できる。

また、各コンポーネント間の相対動きが抑制されるので、ＥＧＲ配管２０、２１を長くする必要は無い。言い換えると、ＥＧＲ配管２０、２１の長さを短くできるので、配管長さの低減による圧力損失の低減を図ることができる。
ＥＧＲ配管２０、２１は、従来技術（特許文献１）に記載されるフランジ配管同士をボルトで締結する構造ではなく、相手側パイプの外周に嵌合する構造である。すなわち、従来のフランジ配管を廃止できるので、締結用のボルトが不要であり、且つ、ボルトの締結作業も無くなるため、コストダウンを実現できる。
また、ブラケット２４は、取付けステー２４ａによりエンジンブロックに締結されて、エンジン１との相対動きも規制できるため、耐振動性が向上する。
さらに、ターボ過給機２は、ＥＧＲ配管２１を介してＥＧＲバルブユニットＶＵが接続されるコンプレッサハウジング３ａをブラケット２４に締結しているので、タービンハウジング４ａをブラケット２４に締結する場合と比較して、より振動に対し強固に支持できる。

以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与し、詳細な説明は省略する。
〔実施例２〕
この実施例２は、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブユニットＶＵとの間およびＥＧＲバルブユニットＶＵとコンプレッサハウジング３ａとの間の接続部に弾性支持構造を適用した事例である。
例えば、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂとコンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃとは、図３〜図５に示すようにゴム製のＯリング３３を介して接続される。

図３に示す事例は、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂに金属製の接続用スリーブ３４を取り付け、その接続用スリーブ３４の外周にＯリング３３が装着され、このＯリング３３を介して接続用スリーブ３４の外周にコンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃを嵌合して接続している。
図４に示す事例は、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂと同様、コンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃにも接続用スリーブ３５を取り付け、接続用スリーブ３４の外周にＯリング３３を介して接続用スリーブ３５を嵌合して接続している。
図５に示す事例は、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂに設けられるフランジ部１９ｅと、コンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃに設けられるフランジ部３ｄとの間にＯリング３３を挟み込んで接続している。この場合、ＥＧＲバルブユニットＶＵとコンプレッサハウジング３ａとが共通のブラケット２４に締結されて相対動きが抑制されているので、互いのフランジ部１９ｅ、３ｄ同士をボルト等で締結する必要はない。

Ｏリング以外の弾性支持構造を図６〜図８に示す。
図６に示す事例は、図５に示すＯリング３３に替えてバネ部材３６を使用する一例であり、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂに設けられるフランジ部１９ｅとコンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃに設けられるフランジ部３ｄとの間にバネ部材３６を挟み込んで接続している。
図７に示す事例は、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂとコンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃとの間をフレキシブルパイプ３７によって接続している。
図８に示す事例は、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂに取り付けた接続用スリーブ３４と、コンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃに取り付けた接続用スリーブ３５とを可撓性のホース３８によって接続している。

上記の図３〜図８に示す各事例では、ＥＧＲバルブユニットＶＵとコンプレッサハウジング３ａとの熱膨張差による接続部のズレを弾性支持構造によって吸収できるので、ＥＧＲガスの漏れを低減できる効果がある。
なお、図３〜図８に示す各事例は、ＥＧＲバルブユニットＶＵの出口パイプ１９ｂとコンプレッサハウジング３ａの分岐管３ｃとの接続部に本発明の弾性支持構造を適用しているが、ＥＧＲクーラ１６の出口パイプ１６ｂとＥＧＲバルブユニットＶＵの入口パイプ１９ａとの接続部に適用することもできる。

１エンジン（内燃機関）
２ターボ過給機
３コンプレッサ
４タービン
５ベアリング部
１６ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ装置）
１７ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ装置）
２４ブラケット
３３Ｏリング（弾性部材）
３６バネ部材（弾性部材）
３７フレキシブルパイプ（可撓性を有するパイプ）
３８ホース（可撓性を有するホース）
ＶＵＥＧＲバルブユニット（ＥＧＲ装置）

Claims

内燃機関（１）の排気系に配設されるタービン（４）と吸気系に配設されるコンプレッサ（３）とを同軸上に連結して構成されるターボ過給機（２）と、
前記内燃機関（１）より排出される排気ガスの一部（ＥＧＲガスと呼ぶ）を前記タービン（４）の排気下流側より前記コンプレッサ（３）の吸気上流側へ還流させるＥＧＲ装置とを備える内燃機関（１）の吸排気系システムであって、
前記ＥＧＲ装置は、
前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（１６）と、
このＥＧＲクーラ（１６）よりＥＧＲガス流れの下流側に配設され、ＥＧＲバルブ（１７）の開度に応じてＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブユニット（ＶＵ）とを有し、
前記ＥＧＲクーラ（１６）および前記ＥＧＲバルブユニット（ＶＵ）は、前記ターボ過給機（２）と共に共通のブラケット（２４）に締結されて相互に位置決めされていることを特徴とする内燃機関（１）の吸排気系システム。
請求項１に記載した内燃機関（１）の吸排気系システムにおいて、
前記ＥＧＲクーラ（１６）と前記ＥＧＲバルブユニット（ＶＵ）は、両者の接続口同士または前記ターボ過給機（２）との接続口同士が弾性部材（３３、３６）を介して連結されていることを特徴とする内燃機関（１）の吸排気系システム。
請求項１に記載した内燃機関（１）の吸排気系システムにおいて、
前記ＥＧＲクーラ（１６）と前記ＥＧＲバルブユニット（ＶＵ）は、両者の接続口同士または前記ターボ過給機（２）との接続口同士が可撓性を有するホース（３８）あるいはフレキシブルパイプ（３７）を介して連結されていることを特徴とする内燃機関（１）の吸排気系システム。
請求項１〜３のいずれか一項に記載した内燃機関（１）の吸排気系システムにおいて、
前記ブラケット（２４）を前記内燃機関（１）に締結することを特徴とする内燃機関（１）の吸排気系システム。
請求項１〜４のいずれか一項に記載した内燃機関（１）の吸排気系システムにおいて、
前記ターボ過給機（２）は、前記コンプレッサ（３）を収納するコンプレッサハウジング(３ａ)を前記ブラケット（２４）に締結することを特徴とする内燃機関（１）の吸排気系システム。