JP2016044584A - 排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リードバルブの共振による騒音を抑制することが可能な排気再循環装置を提供する。
【解決手段】圧縮着火式燃焼機関の燃焼室から排気を導出する排気通路１０から分岐し、燃焼室に吸気を導入する吸気通路３に合流する複数の排気再循環通路１２と、排気再循環通路１２の吸気通路３への合流部にそれぞれ設けられ、吸気通路３の吸気が排気再循環通路１２に導入されることを防止するリードバルブ１５と、任意の排気再循環通路１２と、他の排気再循環通路１２とを連通するように設けられ、任意の排気再循環通路１２内の気柱振動と当該排気再循環通路１２に設けられたリードバルブ１５とが共振する周波数で共鳴する連通管１８と、を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気再循環装置に関するものである。

圧縮着火式燃焼機関であるディーゼルエンジンでは、排気ガス中のＮＯｘを低減するために、排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が用いられている。

排気再循環装置では、エンジンの排気通路から分岐し吸気通路に合流するように排気再循環通路（ＥＧＲ配管）が設けられ、この排気再循環通路を介して排気ガスの一部が吸気側に還流されるように構成されている。

また、例えば、直列６気筒の大型ディーゼルエンジンでは、吸気通路を２分岐して前後の３気筒ずつに吸気を供給するように構成し、かつ、前後の３気筒ずつで排気通路を別体に構成し、両排気通路が合流して排気されるように構成したものが知られている。吸気を３気筒ずつで分けることにより、複数の気筒で同時に吸気が行われることによる吸気の流れの乱れを抑制することができる。また、排気を３気筒ずつで分けることにより、任意の気筒で排気時に発生した圧力波が他の気筒の排気に影響を及ぼしてしまうこと（排気干渉）を抑制することが可能になる。このような構造の大型ディーゼルエンジンでは、排気再循環通路も前後の３気筒ずつで分けて設けられるのが一般的である。

ところで、大型ディーゼルエンジンでは、一般にターボチャージャの効率が高いので、吸気通路（吸気マニフォルド）の圧力が排気通路（排気マニフォルド）の圧力よりも高くなる場合がある。そのため、排気再循環通路の吸気通路への合流部には、吸気通路の吸気が排気再循環通路に導入されることを防止する逆止弁としてのリードバルブが設けられている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献１がある。

特開２００７−２１８１７１号公報

しかしながら、上述の従来の排気再循環装置では、ある特定のエンジン回転数（例えばアイドル回転数など）において、排気再循環通路内の気柱振動とリードバルブの共振が生じ、リードバルブにて激しい開閉が起こってしまい、リードバルブのリードが閉じる際の音が騒音（異音）となってしまうという問題があった。

排気再循環通路を分けて設けることで排気再循環通路内の気柱振動が大きくなる傾向にあるため、この問題は、特に、直列６気筒などの大型ディーゼルエンジンにおいて、排気再循環通路を分けて設けた場合に生じやすく、対策が望まれる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、リードバルブの共振による騒音を抑制することが可能な排気再循環装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、圧縮着火式燃焼機関の燃焼室から排気を導出する排気通路から分岐し、前記燃焼室に吸気を導入する吸気通路に合流する複数の排気再循環通路と、前記排気再循環通路の前記吸気通路への合流部にそれぞれ設けられ、前記吸気通路の吸気が前記排気再循環通路に導入されることを防止するリードバルブと、任意の前記排気再循環通路と、他の前記排気再循環通路とを連通するように設けられ、前記任意の排気再循環通路内の気柱振動と当該排気再循環通路に設けられた前記リードバルブとが共振する周波数で共鳴する連通管と、を備えたことを特徴とする排気再循環装置である。

２つの前記排気循環通路を備え、前記連通管は、前記両排気再循環通路を連通するように設けられてもよい。

前記連通管の径が、少なくとも、前記排気再循環通路の径よりも小さいとよい。

前記連通管は、前記リードバルブの近傍の前記排気再循環通路に設けられてもよい。

本発明によれば、リードバルブの共振による騒音を抑制することが可能な排気再循環装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係る排気再循環装置を含むディーゼルエンジンの吸排気系の一例を示す概略構成図である。 リードバルブの概略構成図である。 連通管の共鳴周波数を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施形態に係る排気再循環装置を含むディーゼルエンジンの吸排気系の一例を示す概略構成図である。

図１に示すように、圧縮着火式燃焼機関であるディーゼルエンジンＥの吸気マニフォルド２には、エンジンＥの燃焼室に吸気を導入するための吸気通路３が接続されている。

本実施形態では、直列６気筒のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）Ｅに適用する場合を説明する。エンジンＥには、３気筒ごとに吸気マニフォルド２が分けて設けられている。

吸気通路３には、吸気上流側から順に、エアクリーナ（図示せず）、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａ、インタークーラ５、スロットルバルブ６が設けられている。吸気通路３は、スロットルバルブ６の下流側で２分岐し、分岐後の吸気通路３がそれぞれ吸気マニフォルド２に接続されている。吸気マニフォルド２の近傍の吸気通路３（分岐後の吸気通路３）には、Ｏ₂センサ７と給気圧センサ８がそれぞれ設けられている。

また、エンジンＥには、吸気マニフォルド２と同様に、３気筒ごとに排気マニフォルド９が分けて設けられている。排気マニフォルド９には、燃焼室から排気を導出する排気通路１０がそれぞれ接続されており、両排気通路１０は合流してターボチャージャ４のタービン４ｂに接続されている。ターボチャージャ４のタービン４ｂの下流の排気通路１０には、ディーゼルパティキュレートフィルタ等の後処理装置１１が設けられている。なお、本実施形態では、吸気マニフォルド２を吸気通路３の一部、排気マニフォルド９を排気通路１０の一部として取り扱う。

ターボチャージャ４のタービン４ｂと後処理装置１１との間の排気通路１０には、ＮＯｘセンサ１９が設けられ、後処理装置１１には、後処理装置１１の上流側と下流側の差圧を検出する差圧センサ２０が設けられている。

エンジンＥには、本実施形態に係る排気再循環装置（ＥＧＲ装置）１が設けられている。

排気再循環装置１は、排気通路１０から分岐し吸気通路３に合流する複数の排気再循環通路（ＥＧＲ配管）１２が設けられている。ここでは、排気マニフォルド９と分岐後の吸気通路３とを連通するように、２つの排気再循環通路１２が設けられている。

両排気再循環通路１２には、排気マニフォルド９側から順に、還流させる排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラ１３と、還流させる排気ガスの量（ＥＧＲ量）を調整するためのＥＧＲバルブ１４と、逆止弁としてのリードバルブ１５と、が設けられている。

リードバルブ１５は、排気再循環通路１２の吸気通路３への合流部にそれぞれ設けられ、吸気通路３の吸気が排気再循環通路１２に導入されることを防止するものである。

図２に示すように、リードバルブ１５は、排気再循環通路１２を介して供給された排気ガスを通すための穴１６と、穴１６の開口を開閉する板状の弁体であるリード１７と、を備えている。リード１７は、例えば、ＳＵＳからなる。

このリードバルブ１５では、排気再循環通路１２側の圧力が吸気通路３側より高くなると、リード１７が穴１６から離間して、排気ガスが吸気通路３側に流れ込む。また、リードバルブ１５では、排気再循環通路１２側の圧力が吸気通路３側より低くなると、リード１７が穴１６の開口を塞ぎ、吸気通路３の吸気が排気再循環通路１２側に流れ込むことを抑制する。リードバルブ１５では、リード１７が閉じる際に音が出るので、リード１７が排気再循環通路１２内の気柱振動と共振して激しく開閉すると騒音が発生することになる。なお、リードバルブ１７の具体的な構造は図２のものに限定されない。

さて、本実施形態に係る排気再循環装置１では、任意の排気再循環通路１２と、他の排気再循環通路１２とを連通するように設けられた連通管１８を備えている。本実施形態では、２つの排気再循環通路１２を備えているため、連通管１８は、両排気再循環通路１２を連通するように設けられる。

連通管１８は、排気再循環通路１２内の気柱振動と当該排気再循環通路１２に設けられたリードバルブ１５とが共振する周波数で共鳴するように構成される。

図３に示すように、連通管１８の断面積をＳ、連通管１８の半径をｒ、連通管１８の長さをＬとし、排気再循環通路１２の容量（ＥＧＲクーラ１３を含む全体の容量）をＶとすると、共鳴周波数ｆは下式
ｆ＝｛ν／（２π）｝・［Ｓ／｛Ｖ・（Ｌ＋０．６ｒ）｝］^1/2
但し、ν：空気中の音速
で表すことができる。よって、この共鳴周波数ｆが、排気再循環通路１２内の気柱振動とリードバルブ１５とが共振する周波数と等しくなるように、連通管１８の断面積Ｓ、半径ｒ、長さＬを調整するとよい。

連通管１８を設けることにより、共振を起こす一方の排気再循環通路１２に対し、他方の排気再循環通路１２がレゾネータの役割を果たし、共鳴周波数ｆにおける排気再循環通路１２内の気柱振動を抑制することが可能になる。その結果、共振によるリードバルブ１５の激しい開閉を抑制することが可能になり、騒音の発生を抑制することが可能になる。

ここで、連通管１８の径は、なるべく小さく（細く）することが望ましい。これは、共振時以外の通常時において、一方の排気再循環通路１２から他方の排気再循環通路１２にＥＧＲガスが流れ込んでしまうことを抑制するためである。具体的には、連通管１８の径は、少なくとも、排気再循環通路１２の径よりも小さいことが望ましい。

また、連通管１８を設ける位置は、特に限定されるものではないが、排気マニフォルド９に近すぎると、各気筒からの排気時に生じる圧力波の影響（圧力変動の影響）を受けやすくなるため、なるべく下流側（つまり吸気通路３側）の排気再循環通路１２に連通管１８を設けることが望ましい。また、配管レイアウト上、２つの排気再循環通路１２が近づく部分に連通管１８を設けることが好ましく、リードバルブ１５の近傍の排気再循環通路１２に連通管１８を設けることが最も望ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る排気再循環装置１では、任意の排気再循環通路１２と、他の排気再循環通路１２とを連通するように設けられ、任意の排気再循環通路１２内の気柱振動と当該排気再循環通路に設けられたリードバルブ１５とが共振する周波数で共鳴する連通管１８を備えている。

連通管１８を備えることにより、他の排気再循環通路１２がレゾネータの役割を果たし、リードバルブ１５が共振する周波数（共鳴周波数ｆ）における気柱振動を抑制し、共振によるリードバルブ１５の激しい開閉を抑制することが可能となり、騒音の発生を抑制することが可能になる。

本発明は上記実施形態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の変更を加え得ることは勿論である。

例えば、上記実施形態では、連通管１８を直線状としたが、連通管１８の形状はこれに限定されるものではなく、例えば、湾曲していても構わない。

１ 排気再循環装置
３ 吸気通路
１０ 排気通路
１２ 排気再循環通路
１５ リードバルブ
１８ 連通管

Claims (4)

1. 圧縮着火式燃焼機関の燃焼室から排気を導出する排気通路から分岐し、前記燃焼室に吸気を導入する吸気通路に合流する複数の排気再循環通路と、
   前記排気再循環通路の前記吸気通路への合流部にそれぞれ設けられ、前記吸気通路の吸気が前記排気再循環通路に導入されることを防止するリードバルブと、
   任意の前記排気再循環通路と、他の前記排気再循環通路とを連通するように設けられ、前記任意の排気再循環通路内の気柱振動と当該排気再循環通路に設けられた前記リードバルブとが共振する周波数で共鳴する連通管と、
   を備えたことを特徴とする排気再循環装置。
2. ２つの前記排気循環通路を備え、
   前記連通管は、前記両排気再循環通路を連通するように設けられる
   請求項１記載の排気再循環装置。
3. 前記連通管の径が、少なくとも、前記排気再循環通路の径よりも小さい
   請求項１または２記載の排気再循環装置。
4. 前記連通管は、前記リードバルブの近傍の前記排気再循環通路に設けられる
   請求項１〜３いずれかに記載の排気再循環装置。

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