JP2019127894A - 過給エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】単一のバルブ機構により再循環ガス量の調整と排気圧の調整を同時に行い得るようにして設備コストを従来より削減する。【解決手段】第一排気マニホールドＭ1とタービン２ａの小スクロールＴ1とを接続すると共に、第二排気マニホールドＭ2とタービン２ａの大スクロールＴ2とを接続し、第一排気マニホールドＭ1側にＥＧＲ装置９の排気ガスＧの抜き出し位置を設定してＥＧＲ配管６を接続し、該ＥＧＲ配管６に対し前記第二排気マニホールドＭ2側から分岐して導いた連絡管１２を接続し、該連絡管１２とＥＧＲ配管６との合流部分１３に夫々の流路を選択的に閉止可能で一方の流路を開く動作が他方の流路を閉じる動作となるように分配バルブ１４を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、タービンより上流側の排気系から排気ガスの一部を抜き出してコンプレッサより下流側の吸気系へ再循環するＥＧＲ装置を備えた過給エンジンに関するものである。

従来、排気ガスで駆動されるタービンによりコンプレッサを駆動して正規の量以上の吸気を取り込むことで出力の大幅な向上を図り得るようにしたターボチャージャ付き過給エンジンが知られており、この種の過給エンジンにあっては、前記タービンより上流側の排気系から排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流側の吸気系へ再循環し、その吸気系に戻された排気ガスで各気筒内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えたものもある。ただし、前述の如き過給エンジンの場合、過給効率の高い低速高負荷領域にてターボチャージャによる過給圧が排気圧より高くなってしまう領域が生じる結果、このような低速高負荷領域について何も対策を講じなければ、排気側から吸気側への排気ガスの再循環を行うことができなくなってしまう。

このため、大型運搬車両等における大量の排気ガス再循環を実施する必要のある過給エンジンにおいては、排気マニホールドを各気筒の排気干渉が生じないように第一排気マニホールドと第二排気マニホールドとに分割する一方、ターボチャージャのタービンのスクロールを小スクロールと大スクロールとに分割し、前記第一排気マニホールドからの排気ガスを前記小スクロールに導き且つ前記第二排気マニホールドからの排気ガスを前記大スクロールに導くことで第一排気マニホールド側の排気圧を相対的に高め、該第一排気マニホールド側からＥＧＲ装置の排気ガスの抜き出しを行うようにしたものがある。

図１２は斯かる過給エンジンの一例を示すもので、ここに図示している過給エンジン１は、排気ガスＧで駆動されるタービン２ａによりコンプレッサ２ｂを駆動して過給を行うターボチャージャ２を搭載しており、図示しないエアクリーナから導いた吸気Ａを前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ｂへ送り、該コンプレッサ２ｂで加圧された吸気Ａをインタークーラ３へと送って冷却し、該インタークーラ３から更に吸気マニホールド４へと吸気Ａを導いて過給エンジン１の各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆに分配するようにしてある。

また、この過給エンジン１の各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆから排出された排気ガスＧを排気マニホールド５を介して前記ターボチャージャ２のタービン２ａへと送り、該タービン２ａを駆動した排気ガスＧを車外へ排出するようにしてあるが、前記排気マニホールド５は、気筒１ａ，１ｂ，１ｃを一組とする第一排気マニホールドＭ₁と、気筒１ｄ，１ｅ，１ｆを一組とする第二排気マニホールドＭ₂とに分割されて相互の排気干渉が回避されるようになっている。

そして、前記タービン２ａには、スクロールが小スクロールＴ₁と大スクロールＴ₂とに分割されたツインスクロール形式が採用されており、前記第一排気マニホールドＭ₁と前記小スクロールＴ₁とが接続される一方、前記第二排気マニホールドＭ₂と前記大スクロールＴ₂とが接続されており、前記タービン２ａ側のスクロールの容量差によって、前記第一排気マニホールドＭ₁側の排気圧が前記第二排気マニホールドＭ₂側の排気圧よりも相対的に高く維持されるようにしてある。

他方、前記第一排気マニホールドＭ₁出口付近と前記吸気マニホールド４の入口付近との間がＥＧＲ配管６により接続されていると共に、再循環ガス量を適宜に調整するＥＧＲバルブ７と、再循環される排気ガスＧを冷却するためのＥＧＲクーラ８とが前記ＥＧＲ配管６に装備されており、これらＥＧＲ配管６とＥＧＲバルブ７とＥＧＲクーラ８とによりＥＧＲ装置９が構成されるようになっている。

即ち、第二排気マニホールドＭ₂側よりも排気圧が相対的に高く維持されるようにした第一排気マニホールドＭ₁側に前記ＥＧＲ装置９の排気ガスＧの抜き出し位置を設定することにより、全ての運転領域で前記第一排気マニホールドＭ₁の排気圧が過給圧を上まわるようにして良好な排気ガスＧの再循環を実現している。

尚、この種の過給エンジンに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

国際公開ＷＯ２００５／０１０３３０号公報

しかしながら、斯かる従来の過給エンジン１にあっては、再循環ガス量を抑制するためにＥＧＲバルブ７を絞ることで第一排気マニホールドＭ₁の排気圧が著しく増大し、第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差が大きくなりすぎて、気筒１ａ，１ｂ，１ｃの組と気筒１ｄ，１ｅ，１ｆの組との間に燃焼差が生じる懸念があり、図１３に拡大して示す如く、第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との間に常時閉の連通バルブ１０を設け、該連通バルブ１０を適宜に開通して第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差を均す必要があるが、このようにＥＧＲバルブ７と連通バルブ１０の二つのバルブ機構が必要となることで設備コストの大幅な高騰を招いてしまう問題があった。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、単一のバルブ機構により再循環ガス量の調整と排気圧の調整を同時に行い得るようにして設備コストを従来より削減することを目的としている。

本発明は、排気マニホールドからの排気ガスで駆動されるタービンによりコンプレッサを駆動して過給を行うターボチャージャを搭載し、前記タービンより上流側の排気系からＥＧＲ配管を介し排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流側の吸気系へ再循環するＥＧＲ装置を装備した過給エンジンであって、前記排気マニホールドを第一排気マニホールドと第二排気マニホールドとに分割する一方、前記タービンのスクロールを小スクロールと大スクロールとに分割し、前記第一排気マニホールドと前記小スクロールとを接続すると共に、前記第二排気マニホールドと前記大スクロールとを接続し、前記第一排気マニホールド側に前記ＥＧＲ装置の排気ガスの抜き出し位置を設定して前記ＥＧＲ配管を接続し、該ＥＧＲ配管に対し前記第二排気マニホールド側から分岐して導いた連絡管を接続し、該連絡管と前記ＥＧＲ配管との合流部分に夫々の流路を選択的に閉止可能で一方の流路を開く動作が他方の流路を閉じる動作となるように分配バルブを構成したことを特徴とするものである。

而して、このように過給エンジンを構成した場合に、合流部分における連絡管の流路を分配バルブにより閉止すると、ＥＧＲ配管の流路が全開となって大量の排気ガスの再循環が実現され、しかも、第一排気マニホールド側の排気圧が第二排気マニホールド側の排気圧よりも相対的に高く維持されることで全ての運転領域で良好な排気ガスの再循環を実現することが可能となる。

また、再循環ガス量を抑制するべく合流部分におけるＥＧＲ配管の流路を分配バルブにより全開状態から絞り込むと、その絞り込みの分だけ連絡管の流路が広く開通されることになり、ＥＧＲ配管の排気ガスの一部が連絡管を介しタービンの大スクロールへ送り込まれて第一排気マニホールドと第二排気マニホールドとの圧力差が均される。

この結果、分配バルブにより再循環ガス量を絞り込んでも第一排気マニホールドの排気圧が著しく増大することがなくなり、第一排気マニホールドと第二排気マニホールドとの圧力差が大きくなりすぎて気筒間に燃焼差が生じるといった事態が未然に防止されることになる。

尚、前記分配バルブにより合流部分におけるＥＧＲ配管の流路を閉止すると、連絡管の流路が全開となってＥＧＲ配管の排気ガスが全て連絡管を通しタービンの大スクロールへ送り込まれて排気ガスの再循環が停止されることになる。

また、本発明をより具体的に実施するにあたっては、分配バルブがフラップ式の弁体を備え、該弁体が連絡管の流路を閉止する位置とＥＧＲ配管の流路を閉止する位置との間で傾動して夫々の流路を選択的に閉止し得るように構成されているものや、分配バルブがポペット式の弁体を備え、該弁体が連絡管の流路を閉止する位置とＥＧＲ配管の流路を閉止する位置との間で移動して夫々の流路を選択的に閉止し得るように構成されているものや、分配バルブがロータリー式の弁体を備え、該弁体が連絡管の流路を閉止する位置とＥＧＲ配管の流路を閉止する位置との間で回動して夫々の流路を選択的に閉止し得るように構成されているものを採用することが可能である。

上記した本発明の過給エンジンによれば、分配バルブを単一のバルブ機構として備えるだけで再循環ガス量の調整と排気圧の調整を同時に行うことができるので、従来の如き再循環ガス量を調整するためのＥＧＲバルブと、排気圧を調整するための連通バルブとを個別に備える必要がなくなって設備コストを従来より著しく削減することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１の要部を拡大して示す説明図である。 図１の分配バルブで連絡管を全閉とした状態を示す説明図である。 図１の分配バルブでＥＧＲ配管を全閉とした状態を示す説明図である。 図１の分配バルブでＥＧＲ配管を絞り込んだ状態を示す説明図である。 本発明の別の形態例における図３に相当する説明図である。 本発明の別の形態例における図４に相当する説明図である。 本発明の別の形態例における図５に相当する説明図である。 本発明の更に別の形態例における図３に相当する説明図である。 本発明の更に別の形態例における図４に相当する説明図である。 本発明の更に別の形態例における図５に相当する説明図である。 従来例を示す概略図である。 図１２の要部を拡大して示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１２の従来例と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、その基本的な構成については、先に図１２で説明した従来例と略同様であり、排気マニホールド５を各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの排気干渉が生じないよう第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂とに分割する一方、タービン２ａのスクロールを小スクロールＴ₁と大スクロールＴ₂とに分割し、前記第一排気マニホールドＭ₁と前記小スクロールＴ₁とを接続すると共に、前記第二排気マニホールドＭ₂と前記大スクロールＴ₂とを接続し、前記第一排気マニホールドＭ₁側にＥＧＲ装置９の排気ガスＧの抜き出し位置を設定してＥＧＲ配管６を接続するようにしているが、本形態例の過給エンジン１１にあっては、前記ＥＧＲ配管６に対し前記第二排気マニホールドＭ₂側から分岐して導いた連絡管１２を接続し、該連絡管１２と前記ＥＧＲ配管６との合流部分１３に夫々の流路を選択的に閉止可能で一方の流路を開く動作が他方の流路を閉じる動作となるように分配バルブ１４を構成している。

図２は前記分配バルブ１４の具体的な構成を示しており、ここに図示している分配バルブ１４においては、ＥＧＲ配管６の直伸部の途中に連絡管１２をＴ字形に接続することで合流部分１３とし、該合流部分１３における前記連絡管１２の接続口の下流側端を傾動軸１５ａとしたフラップ式の弁体１５を備え、該弁体１５が連絡管１２の流路を閉止する位置（図３参照）とＥＧＲ配管６の流路を閉止する位置（図４参照）との間で傾動して夫々の流路を選択的に閉止し得るように構成されている。

而して、このように過給エンジン１１を構成した場合に、図３に示す如く、合流部分１３における連絡管１２の流路を分配バルブ１４により閉止すると、ＥＧＲ配管６の流路が全開となって大量の排気ガスＧの再循環が実現され、しかも、第一排気マニホールドＭ₁側の排気圧が第二排気マニホールドＭ₂側の排気圧よりも相対的に高く維持されることで全ての運転領域で良好な排気ガスＧの再循環を実現することが可能となる。

また、図５に示す如く、再循環ガス量を抑制するべく合流部分１３におけるＥＧＲ配管６の流路を分配バルブ１４により全開状態から絞り込むと、その絞り込みの分だけ連絡管１２の流路が広く開通されることになり、ＥＧＲ配管６の排気ガスＧの一部が連絡管１２を介しタービン２ａの大スクロールＴ₂へ送り込まれて第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差が均される。

この結果、分配バルブ１４により再循環ガス量を絞り込んでも第一排気マニホールドＭ₁の排気圧が著しく増大することがなくなり、第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差が大きくなりすぎて気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ間に燃焼差が生じるといった事態が未然に防止されることになる。

尚、図４に示す如く、前記分配バルブ１４により合流部分１３におけるＥＧＲ配管６の流路を閉止すると、連絡管１２の流路が全開となってＥＧＲ配管６の排気ガスＧが全て連絡管１２を通しタービン２ａの大スクロールＴ₂へ送り込まれて排気ガスＧの再循環が停止されることになる。

従って、上記形態例によれば、分配バルブ１４を単一のバルブ機構として備えるだけで再循環ガス量の調整と排気圧の調整を同時に行うことができるので、従来の如き再循環ガス量を調整するためのＥＧＲバルブ７（図１３参照）と、排気圧を調整するための連通バルブ１０（図１３参照）とを個別に備える必要がなくなって設備コストを従来より著しく削減することができる。

図６〜図８は本発明の別の形態例を示すもので、ＥＧＲ配管６の途中にクランク部を形成し且つ該クランク部の最初の曲がり方向と相対する方向から連絡管１２を接続することで合流部分１３を形成し、該合流部分１３における前記連絡管１２の接続方向に移動自在なポペット式の弁体１６を備え、該弁体１６が連絡管１２の流路を閉止する位置（図６参照）とＥＧＲ配管６の流路を閉止する位置（図７参照）との間で移動して夫々の流路を選択的に閉止し得るようになっている。

このような形式の分配バルブ１４とした場合でも、図６に示す如く、合流部分１３における連絡管１２の流路を分配バルブ１４により閉止すると、ＥＧＲ配管６の流路が全開となって大量の排気ガスＧの再循環が実現され、しかも、第一排気マニホールドＭ₁側の排気圧が第二排気マニホールドＭ₂側の排気圧よりも相対的に高く維持されることで全ての運転領域で良好な排気ガスＧの再循環を実現することが可能となる。

また、図８に示す如く、再循環ガス量を抑制するべく合流部分１３におけるＥＧＲ配管６の流路を分配バルブ１４により全開状態から絞り込むと、その絞り込みの分だけ連絡管１２の流路が広く開通されることになり、ＥＧＲ配管６の排気ガスＧの一部が連絡管１２を介しタービン２ａの大スクロールＴ₂へ送り込まれて第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差が均される。

この結果、分配バルブ１４により再循環ガス量を絞り込んでも第一排気マニホールドＭ₁の排気圧が著しく増大することがなくなり、第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差が大きくなりすぎて気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ間に燃焼差が生じるといった事態が未然に防止されることになる。

尚、図７に示す如く、前記分配バルブ１４により合流部分１３におけるＥＧＲ配管６の流路を閉止すると、連絡管１２の流路が全開となってＥＧＲ配管６の排気ガスＧが全て連絡管１２を通しタービン２ａの大スクロールＴ₂へ送り込まれて排気ガスＧの再循環が停止されることになる。

また、図９〜図１１は本発明の更に別の形態例を示すもので、ＥＧＲ配管６の途中にクランク部を形成し且つ該クランク部の最初の曲がり方向と相対する方向から連絡管１２を接続することで合流部分１３を形成し、該合流部分１３に回動自在なロータリー式の弁体１７を備え、該弁体１７が連絡管１２の流路を閉止する位置（図９参照）とＥＧＲ配管６の流路を閉止する位置（図１０参照）との間で回動して夫々の流路を選択的に閉止し得るようになっている。

このような形式の分配バルブ１４とした場合でも、図９に示す如く、合流部分１３における連絡管１２の流路を分配バルブ１４により閉止すると、ＥＧＲ配管６の流路が全開となって大量の排気ガスＧの再循環が実現され、しかも、第一排気マニホールドＭ₁側の排気圧が第二排気マニホールドＭ₂側の排気圧よりも相対的に高く維持されることで全ての運転領域で良好な排気ガスＧの再循環を実現することが可能となる。

また、図１１に示す如く、再循環ガス量を抑制するべく合流部分１３におけるＥＧＲ配管６の流路を分配バルブ１４により全開状態から絞り込むと、その絞り込みの分だけ連絡管１２の流路が広く開通されることになり、ＥＧＲ配管６の排気ガスＧの一部が連絡管１２を介しタービン２ａの大スクロールＴ₂へ送り込まれて第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差が均される。

この結果、分配バルブ１４により再循環ガス量を絞り込んでも第一排気マニホールドＭ₁の排気圧が著しく増大することがなくなり、第一排気マニホールドＭ₁と第二排気マニホールドＭ₂との圧力差が大きくなりすぎて気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ間に燃焼差が生じるといった事態が未然に防止されることになる。

尚、図１０に示す如く、前記分配バルブ１４により合流部分１３におけるＥＧＲ配管６の流路を閉止すると、連絡管１２の流路が全開となってＥＧＲ配管６の排気ガスＧが全て連絡管１２を通しタービン２ａの大スクロールＴ₂へ送り込まれて排気ガスＧの再循環が停止されることになる。

従って、図６〜図８の形態例及び図９〜図１１の形態例の何れを採用した場合であっても、図１〜図５の形態例と同様に、分配バルブ１４を単一のバルブ機構として備えるだけで再循環ガス量の調整と排気圧の調整を同時に行うことができるので、従来の如き再循環ガス量を調整するためのＥＧＲバルブ７（図１３参照）と、排気圧を調整するための連通バルブ１０（図１３参照）とを個別に備える必要がなくなって設備コストを従来より著しく削減することができる。

尚、本発明の過給エンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

２ ターボチャージャ
２ａ タービン
２ｂ コンプレッサ
５ 排気マニホールド
６ ＥＧＲ配管
９ ＥＧＲ装置
１１ 過給エンジン
１２ 連絡管
１３ 合流部分
１４ 分配バルブ
１５ 弁体
１６ 弁体
１７ 弁体
Ｇ 排気ガス
Ｍ₁ 第一排気マニホールド
Ｍ₂ 第二排気マニホールド
Ｔ₁ 小スクロール
Ｔ₂ 大スクロール

Claims (4)

1. 排気マニホールドからの排気ガスで駆動されるタービンによりコンプレッサを駆動して過給を行うターボチャージャを搭載し、前記タービンより上流側の排気系からＥＧＲ配管を介し排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流側の吸気系へ再循環するＥＧＲ装置を装備した過給エンジンであって、前記排気マニホールドを第一排気マニホールドと第二排気マニホールドとに分割する一方、前記タービンのスクロールを小スクロールと大スクロールとに分割し、前記第一排気マニホールドと前記小スクロールとを接続すると共に、前記第二排気マニホールドと前記大スクロールとを接続し、前記第一排気マニホールド側に前記ＥＧＲ装置の排気ガスの抜き出し位置を設定して前記ＥＧＲ配管を接続し、該ＥＧＲ配管に対し前記第二排気マニホールド側から分岐して導いた連絡管を接続し、該連絡管と前記ＥＧＲ配管との合流部分に夫々の流路を選択的に閉止可能で一方の流路を開く動作が他方の流路を閉じる動作となるように分配バルブを構成したことを特徴とする過給エンジン。
2. 分配バルブがフラップ式の弁体を備え、該弁体が連絡管の流路を閉止する位置とＥＧＲ配管の流路を閉止する位置との間で傾動して夫々の流路を選択的に閉止し得るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給エンジン。
3. 分配バルブがポペット式の弁体を備え、該弁体が連絡管の流路を閉止する位置とＥＧＲ配管の流路を閉止する位置との間で移動して夫々の流路を選択的に閉止し得るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給エンジン。
4. 分配バルブがロータリー式の弁体を備え、該弁体が連絡管の流路を閉止する位置とＥＧＲ配管の流路を閉止する位置との間で回動して夫々の流路を選択的に閉止し得るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の過給エンジン。

Images