JP2019127918A - エンジンの吸排気装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】吸気通路で発生した凝縮水が、当該吸気通路に接続されたEGR通路等の別の通路へ導入されて、当該通路に備えられたバルブに付着ることを抑制する。【解決手段】吸排気装置は、ターボ過給機60が介設された吸気通路20と、吸気流れ方向におけるターボ過給機60よりも上流側の第1位置で吸気通路20に接続され、かつEGRバルブ52を備えたLP−EGR通路51(第1ガス通路)と、吸気流れ方向における第1位置とターボ過給機60との間の位置で吸気通路20に接続されたブローバイガス通路54(第2ガス通路)とを含む。LP−EGR通路51は、車両上下方向において吸気通路20の下部に接続され、ブローバイガス通路54は、車両上下方向において吸気通路20の上部に接続されている。【選択図】図6
Description
本発明は、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるEGRシステムを備えたエンジンの吸排気装置に関する。
燃焼ガス温度の過度の上昇および窒素酸化物(NOX)の発生を抑制し、さらに吸気時におけるポンピングロスの低減を図るべく、排気ガスの一部を吸気通路に還流するEGR通路を備えたエンジンが知られている。例えば特許文献1には、そのようなEGRシステムを備えたエンジンの一例として、吸気通路とその下方に配置された排気通路とをEGR通路で連結した構成が開示されている。
さらに、大気汚染やオイル劣化を抑制すべく、燃焼室からクランクケース内に漏出した排気ガスや未燃焼の混合気(以下、ブローバイガスという)を吸気通路に還流するブローバイガス通路を備えたエンジンも知られている。例えば、特許文献2には、EGRシステムに加え、そのようなPVC(Positive Crankcase Ventilation)システムをさらに備えたエンジンの一例が開示されている。この特許文献2のエンジンでは、吸気通路に対して、ブローバイガス通路とEGR通路とが空気(吸気)の流れ方向の異なる位置で接続されている。具体的には、空気の流れ方向において、EGR通路がブローバイガス通路よりも下流側の位置で吸気通路に接続されている。
ところで、排気ガス中には水分が含まれており、EGR通路内では凝縮水が発生する。このような凝縮水は、排気通路に戻し、当該排気通路に設けられる浄化装置で浄化して排出するのが好適である。そのため、凝縮水を円滑に排気通路に戻すべく、EGR通路は、特許文献1に開示されるように、出来るだけ上下方向に延在して、吸気通路に対して下側から接続されているのが望ましい。しかしこの場合には、吸気量が比較的少ないエンジン運転状態において、吸気通路内で発生した凝縮水、例えば特許文献2のようなエンジンの場合には、ブローバイガス通路を通じて吸気通路内に導入されるブローバイガス中の凝縮水がEGR通路内に導入され易くなり、EGR通路に設けられる流量制御用のバルブ(EGRバルブ)に凝縮水が溜まり易くなる。そのため、寒冷地などでは、当該凝縮水が凍結してバルブの作動不良を誘発することが考えられる。特に、EGR通路がブローバイガス通路よりも下流側で吸気通路に接続されている特許文献2のエンジンでは、ブローバイガス通路から吸気通路内に導入される凝縮水がEGR通路に導入され易く、上記のようなバルブの作動不良を誘発する可能性がより高くなる。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジンの吸排気装置において、吸気通路で発生した凝縮水が、当該吸気通路に接続されたEGR通路等の別の通路へ導入されて、当該通路に備えられたバルブに付着ることを抑制できる技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明は、車両に搭載されるエンジンの吸排気装置において、途中に過給機が介設された吸気通路と、吸気流れ方向における前記過給機よりも上流側の第1位置で前記吸気通路に接続され、かつ流量制御用のバルブを備えた第1ガス通路と、吸気流れ方向における前記第1位置と前記過給機との間の位置で前記吸気通路に接続された第2ガス通路と、を含み、前記第1ガス通路は、車両上下方向において前記吸気通路の下部に接続され、前記第2ガス通路は、車両上下方向において前記吸気通路の上部に接続されているものである。
この吸排気装置の構成によれば、第2ガス通路から第2ガスと共に吸気通路内に凝縮水が導入された場合でも、当該凝縮水は空気(吸気)共に下流側、すなわち過給機側に移動するため、当該凝縮水が第1ガス通路に導入されることが抑制される。そのため、当該凝縮水が第1ガス通路のバルブに付着することが抑制される。
上記吸排気装置において、前記第2ガス通路は、前記吸気通路の吸気流れ方向における下流側に向かって第2ガスを導入するように前記吸気通路に接続されているのが好適である。
この構成によれば、第2ガスは、第1ガス通路の接続位置である第1位置から遠ざかる方向に向かって吸気通路に導入される。そのため、第2ガスと共に吸気通路内に導入された凝縮水が第1ガス通路に導入されることがより確実に抑制される。
上記吸排気装置において、前記吸気通路は、吸気流れ方向における前記過給機の上流側に、車両上下方向において前記過給機方向に向かって先下がりに傾斜する傾斜部を有し、前記第2ガス通路は、前記傾斜部に接続されているのが好適である。
傾斜部ではその傾斜に沿った方向に凝縮水が移動し易く、空気が過給機に吸い込まれることでその傾向はより強くなる。そのため、上記構成によれば、第2ガスと共に吸気通路内に導入された凝縮水がより過給機側に移動し易くなり、その結果、当該凝縮水が第1ガス通路に導入されることがより高度に抑制される。
なお、上記構成は、車両上下方向における前記吸気通路よりも下方に配置された排気通路を備え、前記第1ガス通路は、車両上下方向に延在して吸気通路と排気通路とを連絡し、排気通路内の排気ガスの一部を第1ガスとして吸気通路に還流させるものであって、当該第1ガス通路の途中に前記排気ガスを冷却するクーラを備え、前記クーラは、車両上下方向における下方から上方に向かって第1ガスが流通するように設けられている場合に、特に有効となる。すなわち、このような構成によれば、第1ガス通路を通じて排気通路から吸気通路に排気ガスを還流させつつ、その間に生じた凝縮水を当該第1ガス通路に沿って速やかに流下させて排気通路に導入することが可能となるものの、第2ガスと共に吸気通路内に導入された凝縮水が第1ガス通路に導入され易くなるという課題がある。しかし、第2ガス通路が第1ガス通路よりも過給機に近い位置で吸気通路に接続されている上記構成によれば、上記のような課題を解決することが可能となる。
この場合のより具体的な構成として、前記第2ガス通路は、第2ガスとしてブローバイガスを前記吸気通路に導入するものである。
つまり、上述した吸排気装置の構成によれば、ブローバイガスと共に第2ガス通路を通じて吸気通路内に導入された凝縮水が第1ガス通路に導入されることを抑制することが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、吸気通路で発生した凝縮水が、当該吸気通路に接続されたEGR通路等の別の通路へ導入されて、当該通路に備えられたバルブに付着ることを抑制できる技術を提供する。
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。
[エンジンの概略構成]
図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す模式図である。エンジン2は車両1に搭載されるものであり、当実施形態の車両1は自動車である。エンジン2は、直列多気筒のディーゼルエンジンであり、エンジン本体3と、吸気装置4と、排気装置5と、を備える。当例では、吸気装置4及び排気装置5が本発明の吸排気装置に相当する。
図1は、本発明の実施形態に係るエンジンの概略構成を示す模式図である。エンジン2は車両1に搭載されるものであり、当実施形態の車両1は自動車である。エンジン2は、直列多気筒のディーゼルエンジンであり、エンジン本体3と、吸気装置4と、排気装置5と、を備える。当例では、吸気装置4及び排気装置5が本発明の吸排気装置に相当する。
エンジン本体3は、複数の気筒6a(図1では、1つの気筒6aのみ図示。)が形成されたシリンダブロック6と、シリンダブロック6の上に取り付けられたシリンダヘッド7と、シリンダブロック6の下に取り付けられたオイルパン8と、シリンダヘッド7上を覆うように設けられたヘッドカバー9と、を有する。
シリンダブロック6に形成された複数の気筒6aのそれぞれには、上下方向に往復動自在のピストン10が収容されている。ピストン10の頂面は、エンジン本体3における燃焼室10aを区画する面の一部となる。
ピストン10には、下方に向けて延びるコンロッド(コネクティングロッド)11が連結されている。コンロッド11の下端には、ピストン10の往復動に連動して回転するように、クランクシャフト12が軸支されている。
シリンダヘッド7には、各燃焼室10aに対して開口された吸気ポート13及び排気ポート14が設けられている。そして、吸気ポート13の燃焼室10a側の開口部には、当該開口部を開閉する吸気弁15が設けられ、排気ポート14の燃焼室10a側の開口部には、当該開口部を開閉する排気弁16が設けられている。
また、シリンダヘッド7には、各燃焼室10aに対して燃料を噴射するインジェクタ17が気筒6aごとに設けられている。インジェクタ17は、その噴口(燃料の噴射口)がピストン10の頂面に対向するように配されている。
吸気装置4は、エンジン本体3の吸気ポート13に接続された吸気通路20を有する。吸気通路20には、ターボ過給機60(本発明にかかる過給機の一例)のコンプレッサ60aが介挿されている。吸気通路20は、吸気(空気)の流れ方向においてコンプレッサ60aよりも上流側の上流側吸気通路部20aと、下流側の下流側吸気通路部20bとを含む。
なお、吸気通路20の説明において、「上流側」、「下流側」というときには、特に言及する場合を除き、空気(吸気)の流れ方向を基準とする。また、後述する排気通路30、EGR通路41,51及びブローバイガス通路54の説明についても同様に、「上流側」、「下流側」とは、特に言及する場合を除き、各通路におけるガスの流れ方向を基準とする。
下流側吸気通路部20bには、スロットルバルブ23とインタークーラ22とサージタンク24とが設けられている。インタークーラ22は、ターボ過給機60のコンプレッサ60aにより圧縮された空気を冷却するために設けられている。
スロットルバルブ23は、吸気通路20を通り燃焼室10aに供給される空気量を調節するための弁である。なお、当例では、スロットルバルブ23は、エンジン2の運転中は基本的に全開若しくはこれに近い状態に制御され、エンジン2の停止時等の必要時には、閉弁制御される。
サージタンク24は、吸気通路20における吸気ポート13との接続部分の直ぐ上流側の部分に設けられており、複数の燃焼室10aへの流入空気量の平準化を図るために設けられている。
排気装置5は、エンジン本体3の排気ポート14に接続された排気通路30を有する。排気通路30には、ターボ過給機60のタービン60bが介挿されている。エンジン2の運転中は、エンジン本体3から排出される排気ガスによりタービン60bが回転し、当該タービン60bに連結されたコンプレッサ60aが当該タービン60bと共に回転することで、吸気通路20の空気が圧縮される。
排気通路30は、ターボ過給機60のタービン60bよりも上流側の上流側排気通路部30aと、下流側の下流側排気通路部30bとを含む。
下流側排気通路部30bには、DOC(ディーゼル酸化触媒)31とDPF(ディーゼル微粒子除去フィルタ)32と排気シャッターバルブ33とサイレンサ34とが設けられている。DOC31は、エンジン本体3から排出される排気ガス中のCO及びHCを酸化することにより無害化するものであり、DPF32は、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。
排気シャッターバルブ33は、下流側排気通路部30bにおけるDPF32とサイレンサ34との間に設けられており、サイレンサ34を通り外部に排出される排気ガスの流量を制御するバルブである。
エンジン2には、さらに、HP−EGR(High Pressure−Exhaust Gas Recirculation)通路41とLP−EGR(Low Pressure−Exhaust Gas Recirculation)通路51とブローバイガス通路54とが設けられている。
HP−EGR通路41は、上流側排気通路部30aと下流側吸気通路部20bとを接続するように設けられている。具体的には、HP−EGR通路41は、上流側排気通路部30aのうち、当該上流側排気通路部30aと排気ポート14との接続箇所の直ぐ下流側であってかつタービン60bよりも上流側の位置と、下流側吸気通路部20bのうち、インタークーラ22とサージタンク24との間の位置とを接続するように設けられている。HP−EGR通路41は、燃焼室10aから排出された高圧の排気ガスの一部を下流側吸気通路部20bに還流させる通路である。HP−EGR通路41には、下流側吸気通路部20bに還流させる排気ガスの量を調節するためのEGRバルブ42が設けられている。
LP−EGR通路51は、本発明の「第1ガス通路」に相当するものであり、下流側排気通路部30bと上流側吸気通路部20aとを接続するように設けられている。具体的には、LP−EGR通路51は、下流側排気通路部30bにおけるDPF32と排気シャッターバルブ33との間の位置と、上流側吸気通路部20aにおけるエアクリーナ21とコンプレッサ60aとの間の位置と、を接続するように設けられている。
LP−EGR通路51には、EGRバルブ52とEGRクーラ53とが設けられている。LP−EGR通路51を通る排気ガスは、EGRクーラ53で冷却された後、EGRバルブ52の開度に応じて上流側吸気通路部20aへと還流される。なお、EGRバルブ52は、本発明の「バルブ」に相当し、EGRクーラ53は、本発明の「クーラ」に相当する。
ブローバイガス通路54は、本発明の「第2ガス通路」に相当するものでる。当該ブローバイガス通路54は、エンジン本体3内で発生したブローバイガスを上流側吸気通路部20aへと戻す通路であり、エンジン本体3のヘッドカバー9と上流側吸気通路部20aとを接続するように設けられている。上流側吸気通路部20aに戻されたブローバイガスは、新気(空気)に混入されて燃焼室10aに送られる。
図1では明確に示していないが、ブローバイガス通路54は、ターボ過給機60(コンプレッサ60a)の直ぐ上流側の位置で上流側吸気通路部20aに接続されている。
[エンジンの具体的構成]
次に、上述したエンジン2のより具体的な構成について説明する。図2は、エンジン2の側面図(図3のII矢視図)であり、図3は、エンジン2の平面図である。
次に、上述したエンジン2のより具体的な構成について説明する。図2は、エンジン2の側面図(図3のII矢視図)であり、図3は、エンジン2の平面図である。
図2以降の各図面には、方向関係を明確にするために、X、Y、Z直角座標系を示している。当実施形態では、エンジン2は、気筒6aの軸方向が車両1の上下方向となる状態で当該車両1に搭載されている。従って、Z方向は、車両1及びエンジン2の上下方向であり、X方向は、エンジン2における気筒6aの配列方向である。また、Y方向は、エンジン2の幅方向であり、−Y側がエンジン2の排気側(排気ポート14が設けられている側)で、+Y側がエンジン2の吸気側(吸気ポート13が設けられている側)である。
図2及び図3に示すように、エンジン本体3の−Y側の側面上には、排気装置5が配置されている。詳しくは、エンジン本体3の−Y側の側面上であってX方向中央部における+Z側の端部近傍の位置にはターボ過給機60が配置されている。ターボ過給機60は、タービン60bとコンプレッサ60aとの連結軸(図示省略)がX方向に水平に延在し、かつ、タービン60bが+X側に、コンプレッサ60aが−X側にそれぞれ位置するように配置されている。図2中の符号601は、コンプレッサ60aが収容されたコンプレッサハウジングであり、符号602は、タービン60bが収容されたタービンハウジングである。
そして、下流側排気通路部30bにおける上流側の端部がターボ過給機60(コンプレッサハウジング601)に接続されている。下流側排気通路部30bは、エンジン本体3の−Y側の側面に沿って+X側に延びて、エンジン本体3の+X側の端部で180°反転するように配設されている。具体的には、DOC31がターボ過給機60の+X側に隣接して配置され、DPF32がターボ過給機60及びDOC31の−Z側に隣接して配置されている。そして、DOC31とDPF32とがエンジン本体3の+X側の端部で互いに直接接続されている。
DPF32は、X方向に延在する形状を有しており、DOC31の+X側の端部からターボ過給機60の−X側の端部に対応する領域に亘って配置されている。DPF32は、長方形状の本体部320と、その+X側の端部であってかつ+Z側の端部に設けられた排気ガスの導入部321と、本体部320の−X側の端部であってかつ−Z側の端部に設けられた排気ガスの導出部322とを備えている。導入部321は、ほぼZ方向に貫通する開口部を有し、排気ガスを−Z方向に向かって導入する。導出部322は、本体部320の端部から−X側に延びる筒状をなし、X方向に貫通する開口部を有する。これにより、排気ガスを−X方向に向かって導出する。この構成により、DPF32では、排気ガスの主流が、図2中に破線矢印で示すように、上流側から下流側に向かって斜め方向に流れ、最終的に、当該DPF32の−Z側の内面(内底面)に沿いながら導出部322から導出されるようになっている。
下流側排気通路部30bは、DPF32の導出部322に繋がって排気ガスの流路を上下方向に分岐させる分岐部323と、この分岐部323に繋がって排気ガスを当該分岐部323から−Y側であってかつ−Z側に向かって案内する案内部324とを含む。分岐部323の+Z側の面(上面)には、後に詳述する通り、LP−EGR通路51の上流側の端部が接続されている。つまり、下流側排気通路部30bは、DPF32の下流側で略90°湾曲しており(図9参照)、この屈曲部分が分岐部323となっている。そして、この分岐部323において排気ガスの流路が案内部324とLP−EGR通路51とに分岐している。なお、図2、図3では、サイレンサ34は省略されている。
図3に示すように、エンジン本体3の+Y側の側面には、当該側面に沿うように、下流側吸気通路部20bのスロットルバルブ23、インタークーラ22及びサージタンク24が配置されている。そして、下流側吸気通路部20bのうちスロットルバルブ23よりも下流側の部分がエンジン本体3の+Z側の端面上を通過するように配置され、当該下流側吸気通路部20bの上流側の端部がターボ過給機60(コンプレッサハウジング601)に接続されている。
エンジン本体3の+Z側の端面上であって下流側吸気通路部20bの−X側には、上流側吸気通路部20aが配置されている。上流側吸気通路部20aの下流側の端部は、ターボ過給機60(コンプレッサハウジング601)に接続されている。
上流側吸気通路部20aのうち、ターボ過給機60との接続箇所の直ぐ上流側(−X側)の領域には、図2及び図4に示すように、上流側から下流側(−X側から+X側)に向かって−Z側に変位する、すなわち先下がりに傾斜する傾斜部201が設けられている。傾斜部201の上流側及び下流側には、X方向に水平に延びる水平部202、203(上流側水平部202、下流側水平部203)が連続して設けられている。下流側水平部203は、コンプレッサハウジング601の側面(−X側の側面)に突設された筒状の吸入口部601a(図6参照)に接続されている。これにより、上流側吸気通路部20aがターボ過給機60に接続されている。
上流側吸気通路部20aの傾斜部201と、下流側吸気通路部20bの分岐部323とは、図2に示すようにほぼZ方向に対向している。そして、LP−EGR通路51がエンジン本体3の−Y側の側面に沿って配置され、当該LP−EGR通路51によって傾斜部201と分岐部323とが連絡されている。
図4に示すように、LP−EGR通路51はZ方向に延在するように設けられており、EGRガスの流れ方向における当該LP−EGR通路51の下流側の端部が傾斜部201の−Z側の面(下部)に接続される一方、上流側の端部が前記分岐部323の+Z側の面(上部)に接続されている。より詳しくは、LP−EGR通路51は、その下流側の端部にEGRバルブ52を備える一方、上流側の端部にEGRクーラ53を備えている。そして、EGRバルブ52が傾斜部201の−Z側の面に直接接続される一方、EGRクーラ53が分岐部323の+Z側の面に直接接続されている。
LP−EGR通路51のうち、EGRバルブ52とEGRクーラ53との間の部分、すなわちEGRバルブ52とEGRクーラ53とを連結する部分(連結通路51aと称す)は可撓性を有するパイプ部材で構成されている。図4及び図5に示すように、連結通路51aは、EGRクーラ53から+Z側に延び、その途中部分に湾曲部511を有している。これにより、連結通路51aの通路長Lが、EGRバルブ52とEGRクーラ53とを直線的に結んだ場合に比べて長くなっている。なお、湾曲部511は、水平よりも下がることのない形状で湾曲している。換言すれば、相対的に下流側となる位置が相対的に上流側となる位置よりも−Z側(下方)に位置しないような形状で湾曲している。
図6に示すように、上流側吸気通路部20aの傾斜部201のうち、上流側の端部の−Z側の面には筒状の第1ポート部201aが突設されており、当該第1ポート部201aにEGRバルブ52が接続されている。第1ポート部201aは、その軸線(中心軸)a1が傾斜部201の軸線a0とほぼ直角に交わるように設けられている。これにより、傾斜部201を流れる空気(図6中の矢印I)に対してほぼ直交する方向からEGRガス(図6中の矢印E)が導入されるようになっている。
また、傾斜部201における当該第1ポート部201aとターボ過給機60との間の位置であって当該傾斜部201の+Z側の面には、さらに筒状の第2ポート部201bが突設されている。この第2ポート部201bには、前記ブローバイガス通路54が接続されている。第2ポート部201bは、空気の流れ方向において第1ポート部201aと重ならないように、第1ポート部201aの位置よりも僅かに下流側(ターボ過給機60側)にオフセットされている。また、第2ポート部201bは、その軸線a2が傾斜部201の軸線a0と鋭角に交わるように、すなわち、傾斜部201の軸線a0に対して直交する方向よりも下流側に向かってブローバイガスが導入されるように設けられている(図6中の矢印B参照)。
なお、上流側吸気通路部20aのうち傾斜部201の部分は、図7に示すように、ブラケット90、91(第1ブラケット90、第2ブラケット91)を介してシリンダヘッド7に支持されている。詳しくは、シリンダヘッド7の−Y側の側面に第1ブラケット90がボルトで固定され、この第1ブラケット90とその−Y側(外側)にボルトで固定された第2ブラケット91との間に傾斜部201の下流端部分が挟持されている。
傾斜部201には、その外周面から径方向外側に突出する、すなわち−Y側に突出する連結部205と+Y側に突出する連結部206とが設けられており、連結部205が第2ブラケット91に、連結部206が第1ブラケット90にそれぞれボルトで固定されている。これにより、傾斜部201がブラケット90、91に固定され、当該ブラケット90、91を介してシリンダヘッド7に支持されている。
図4及び図8に示すように、LP−EGR通路51の上流側の端部、すなわちEGRクーラ53は、分岐部323の+Z側の面に接続されている。具体的には、分岐部323の+Z側の面には、排気ガスの導出口323aと、この導出口323aを包囲するように形成されたフランジ部323bとが設けられている。そして、分岐部323のフランジ部323b上にEGRクーラ53が設置され、当該フランジ部323bとEGRクーラ53のフランジ部53aとがボルトナットで締結されている。
EGRクーラ53は、概略直方体形状であり、その長手方向にEGRガスを流通させながら冷却水との間で熱交換させるように構成されている。EGRクーラ53は、縦置き、すなわち分岐部323から導出口323aを通じてEGRクーラ53に導入されるEGRガスが、−Z側から+Z側に向かって当該EGRクーラ53を鉛直方向(Z方向)に流通する状態で分岐部323に固定されている。
なお、分岐部323の導出口323aには図外のフィルタが設置されており、排気ガス中に残った煤がLP−EGR通路51に導入される際に当該フィルタによって捕集されるようになっている。
導出口323aは、図9に示すように、湾曲した分岐部323のやや外側寄り(曲率の小さい側寄り)の位置に形成されており、その形状は、排気ガスの流れ方向に沿って細長いオーバル形状(長円、楕円)とされている。一方、EGRクーラ53の断面は長方形であり、当該EGRクーラ53は、長方形断面のほぼ中心に導出口323aが位置し、かつ、当該長方形断面の長手方向が導出口323aの長手方向と同じ方向となる状態で分岐部323に固定されている。つまり、排気ガスの多くは湾曲する分岐部323の外側寄りを流れるため、換言すれば、排気ガスの主流は湾曲する分岐部323の外側寄りにあるため、上記のように湾曲する分岐部323のやや外側寄りの位置に導出口323aが設けられることで、必要量の排気ガスを適切にEGRクーラ53に取り込むことが可能となっている。また、導出口323aが排気ガスの流れに沿った細長いオーバル形状とされることで、流速ムラを伴わない多くの排気ガスをEGRクーラ53に取り込むことができ、これによりEGRクーラ53の冷却効率を高め得るようになっている。なお、図9では、便宜上、フランジ部323bを省略している。
[作用効果]
以上説明したエンジン2において、排気ポート14から排出されて上流側排気通路部30a及びターボ過給機60(タービン60b)を経由した排気ガスは、下流側排気通路部30b(DOC31、DPF32、排気シャッターバルブ33及びサイレンサ34)を通じて外部に排出される。そして、下流側排気通路部30bに導入された排気ガスのうちの一部は、DPF32の下流側に設けられた分岐部323からLP−EGR通路51に導入され、このLP−EGR通路51を通じて上流側吸気通路部20aに還流されることとなる。
以上説明したエンジン2において、排気ポート14から排出されて上流側排気通路部30a及びターボ過給機60(タービン60b)を経由した排気ガスは、下流側排気通路部30b(DOC31、DPF32、排気シャッターバルブ33及びサイレンサ34)を通じて外部に排出される。そして、下流側排気通路部30bに導入された排気ガスのうちの一部は、DPF32の下流側に設けられた分岐部323からLP−EGR通路51に導入され、このLP−EGR通路51を通じて上流側吸気通路部20aに還流されることとなる。
ここで、上記実施形態の吸気装置4及び排気装置5によれば、LP−EGR通路51がZ方向に延在し、当該LP−EGR通路51の下流側端部が上流側吸気通路部20aの−Z側の面(下部)に対して、また、上流側端部が下流側排気通路部30bの+Z側の面(上部)に対してそれぞれ接続されている。そのため、LP−EGR通路51中で生じた凝縮水を、当該LP−EGR通路51に沿って流下させつつ速やかに下流側排気通路部30bに戻すことが可能となる。
この場合、上流側吸気通路部20aで生じた凝縮水がLP−EGR通路51へ導入されることが懸念されるが、上記実施形態の構成によれば、上流側吸気通路部20aのうち、ターボ過給機60との接続箇所の直ぐ上流側(−X側)の領域に傾斜部201が設けられ、この傾斜部201に対してLP−EGR通路51が接続されているため、LP−EGR通路51への凝縮水の導入が抑制される。すなわち、傾斜部201ではその傾斜に沿った方向に凝縮水が移動し易く、空気がターボ過給機60に吸い込まれることでその傾向はより強くなる。そのため、上流側吸気通路部20a内で凝縮水が生じたとしても、当該凝縮水は主にターボ過給機60側に移動することとなり、凝縮水がLP−EGR通路51に導入され難くなる。従って、上流側吸気通路部20aからLP−EGR通路51に凝縮水が導入されてEGRバルブに付着したり、EGRバルブ52の閉弁時などにEGRバルブ52に凝縮水が溜まること、すなわちEGRバルブ52の+Z側の通路部分に凝縮水が溜まることが抑制される。
なお、上記実施形態では、上流側吸気通路部20aにブローバイガス通路54が接続されているため、当該ブローバイガス通路54内で生じた凝縮水がブローバイガスと共に上流側吸気通路部20aに導入されることが考えられるが、この場合も上記と同様に、当該凝縮水は主に傾斜部201に沿ってターボ過給機60側に移動することとなる。
特に、ブローバイガス通路54は、LP−EGR通路51の接続位置よりも下流側の位置で傾斜部201の+Z側の面(上部)に接続されており、しかも、ブローバイガス通路54は、傾斜部201において下流側に向かってブローバイガスを導入するように当該傾斜部201に対して接続されている。この構成によれば、ブローバイガス通路54を通じて上流側吸気通路部20a(傾斜部201)に凝縮水が導入された場合でも、当該凝縮水は、LP−EGR通路51の接続位置よりも必ず下流側の位置に滴下、又は移動することとなる。そのため、ブローバイガスと共に上流側吸気通路部20aに導入された凝縮水がLP−EGR通路51へ導入されてEGRバルブ52に溜まるようなことが殆どない。
また、上記実施形態では、LP−EGR通路51の下流側の端部にEGRバルブ52が備えられ、このEGRバルブ52が傾斜部201に直接接続されているので、この点でもEGRバルブ52に凝縮水が溜まることが抑制される。つまり、LP−EGR通路51において、傾斜部201との接続位置からEGRバルブ52までの距離が長いと、その分、EGRバルブ下流側の凝縮水が溜まるスペースが大きくなり、より多くの凝縮水が溜まる可能性がある。しかし、上記実施形態によれば、EGRバルブ52が傾斜部201に直接接続されることにより当該スペースが可及的に小さくなっている。そのため、EGRバルブ52に凝縮水が溜まる余地が殆どなく、仮に溜まったとしてもその量は少ない。よって、EGRバルブ52に凝縮水が溜まることが抑制されると言える。
しかも、上記実施形態では、LP−EGR通路51の上流側の端部にEGRクーラ53が備えられることで、EGRバルブ52とEGRクーラ53とが大きく離間している。そのため、EGRクーラ53を通過した冷却後のEGRガス中で凝縮水が生じた場合でも、当該凝縮水はEGRバルブ52に到達する前に連結通路51aに沿って流下することとなる。特に、上記実施形態では、連結通路51aの途中に湾曲部511が設けられているので、EGRガスと共に流れる凝縮水は、当該湾曲部511の壁面に衝突することでEGRガスから分離される。すなわち、湾曲部511の壁面がバッフルプレートとして機能する。そのため、LP−EGR通路51中で生じた凝縮水がEGRガスと共にEGRバルブ52を通過して当該EGRバルブ52に付着したり、当該EGRバルブ52に溜まることが効果的に抑制される。
なお、湾曲部511は、上述した通り、水平よりも下がることのない形状、すなわち、相対的に下流側となる位置が相対的に上流側となる位置よりも−Z側(下方)に位置しないような形状で湾曲している。従って、連結通路51aの途中にバッフルプレートとしての機能を設けながらも、これによる弊害、すなわち、当該湾曲部511に凝縮水が溜まるといった不都合を伴うことがない。
このように、上記実施形態によれば、LP−EGR通路51のEGRバルブ52に凝縮水が溜まることが効果的に抑制される。また、仮に溜まったとしてもその量を少なく抑えることができる。そのため、EGRバルブ52に溜まった凝縮水が凍結してバルブの作動不良を誘発するといったトラブルの発生を効果的に抑制することが可能となる。
また、上記実施形態によれば、LP−EGR通路51のEGRクーラ53は、上記の通り縦置きの状態(EGRガスが鉛直方向に流通する状態)で下流側吸気通路部20bの分岐部323に直接接続されている。この構成によれば、上流側排気通路部30aに可及的に近い位置で主に凝縮水が生じ、しかも、その凝縮水はEGRクーラ53に沿ってZ方向(−Z側)に速やかに流下することとなる。そのため、EGRクーラ53で生じる凝縮水を可及的速やかに下流側排気通路部30bに導入させることが可能となる。特に、EGRバルブ52の閉弁時には、DOC31から分岐部323を経由して案内部324に流れる排気ガスにより、EGRクーラ53内における凝縮水の吸い出し効果(エジェクタ効果)が得られる。そのため、EGRクーラ53で生じる凝縮水を速やかに下流側排気通路部30bに導入することが可能となる。
なお、上記のように、EGRバルブ52とEGRクーラ53とがLP−EGR通路51の両端に離間して備えられた構成では、連結通路51a内で比較的多くの凝縮水が生じ、これがEGRクーラ53を通じて下流側排気通路部30bに導入され、当該凝縮水がDPF32に逆流(侵入)することが懸念される。しかし、上記実施形態では、下流側排気通路部30bに、DPF32の導出部322に繋がる分岐部323と、この分岐部323に繋がって排気ガスを当該分岐部323から−Z側に向かって案内する案内部324とが設けられ、分岐部323の+Z側の面(上部)にLP−EGR通路51が接続されている。このような構成によれば、エンジン2の運転中は、DPF32の導出部322から排気ガスが吐出されつつ分岐部323を経由して案内部324へ流れている。そのため、EGRクーラ53から導出口323aを通じて分岐部323に流下してくる凝縮水は、当該分岐部323で排気ガスの流れに乗ってそのまま案内部324へと案内されつつ下流側に流れることとなる。しかも、DPF32では、図2中に破線矢印で示したように、上流側から下流側に向かって斜め方向に排気ガスが流れており、排気ガスは、DPF32の−Z側の内面(内底面)に沿いつつX方向に延びた筒状の導出部322から導出される。そのため、導出部322から分岐部323に亘る部分には比較的強い排気ガスの流れが形成されており、凝縮水がLP−EGR通路51からDPF32へ逆流する余地が殆どない。従って、LP−EGR通路51からDPF32へ凝縮水が逆流し、これに起因してDPF32が腐食するといったトラブルの発生が効果的に抑制される。
なお、上流側吸気通路部20aの傾斜部201に対してLP−EGR通路51のEGRバルブ52が直接接続された上記実施形態の構成では、傾斜部20にEGRバルブ52及び連結通路51aの荷重が集中するため、上流側吸気通路部20aの支持剛性の確保が課題となる。しかし、上記実施形態によれば、傾斜部201がブラケット90、91を介してシリンダヘッド7に固定されていることで、充分な支持剛性が確保される。従って、上流側吸気通路部20a(傾斜部201)にEGRバルブ52及び連結通路51aがぶら下がる構造でありながらも、エンジン本体3に対して上流側吸気通路部20aが安定的に設けられる。
[変形例]
(1)上記実施形態では、上流側吸気通路部20aにおけるターボ過給機60の直ぐ上流側の領域に傾斜部201が設けられ、当該傾斜部201に対してLP−EGR通路51及びブローバイガス通路54が接続されているが、これに限定されるものではない。例えば上流側吸気通路部20aにおけるターボ過給機60の直ぐ上流側の領域が水平とされ、この水平部分にLP−EGR通路51及びブローバイガス通路54が接続された構成とすることもできる。
(1)上記実施形態では、上流側吸気通路部20aにおけるターボ過給機60の直ぐ上流側の領域に傾斜部201が設けられ、当該傾斜部201に対してLP−EGR通路51及びブローバイガス通路54が接続されているが、これに限定されるものではない。例えば上流側吸気通路部20aにおけるターボ過給機60の直ぐ上流側の領域が水平とされ、この水平部分にLP−EGR通路51及びブローバイガス通路54が接続された構成とすることもできる。
(2)上記実施形態では、ブローバイガス通路54は、下流側に向かってブローバイガスが導入されるように傾斜部201に接続されているが、傾斜部201の軸線a0に対して直交する方向に向かってブローバイガスが導入されるように接続されていてもよい。すなわち、第2ポート部201bは、その軸線a2が傾斜部201の軸線a0に対して直交するように設けられた構成であってもよい。
(3)上記実施形態では、EGRバルブ52がLP−EGR通路51の下流側の端部に備えられているが、下流側の端部よりも上流側の位置に設けられていてもよい。また、EGRクーラ53は、LP−EGR通路51の上流側の端部に備えられているが、上流側の端部よりも下流側の位置に設けられていてもよい。但し、上記実施形態のように、EGRバルブ52とEGRクーラ53とがLP−EGR通路51の両端に離間して配置された構成によれば、EGRバルブ52の+Z側の通路部分に凝縮水が溜まることを抑制でき、また、EGRバルブ52とEGRクーラ53との間の区間を使って効果的に凝縮水を流下させることができ、また、EGRクーラ53内で発生した凝縮水を速やかに下流側排気通路部30bに導入することが可能となる。そのため、EGRバルブ52に凝縮水が付着したり溜まったりすることを高度に抑制する上では、上記実施形態のような構成が好適である。
(4)上記実施形態では、上流側吸気通路部20a(傾斜部201)にブローバイガス通路54が接続されているが、このブローバイガス通路54の代わりに、又はブローバイガス通路54と共にHP−EGR通路41が上流側吸気通路部20a接続された構成とすることもできる。この場合には、LP−EGR通路51とブローバイガス通路54と同等の関係で、上流側吸気通路部20aに対してHP−EGR通路41が接続された構成とするのが好適である。この構成によれば、HP−EGR通路41からEGRガスと共に上流側吸気通路部20aに導入された凝縮水がLP−EGR通路51に導入されることを抑制することが可能となる。
(5)上記実施形態では、エンジン本体3の一例として多気筒のディーゼルエンジンを採用することとしたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、気筒数については、単気筒であってもよいし、エンジン種類については、ガソリンエンジンであってもよい。また、エンジンの形式についても、直列型に限らず、V型やW型、あるいは水平対向などを採用することもできる。
1 車両
2 エンジン
3 エンジン本体
4 吸気装置
5 排気装置
20 吸気通路
20a 上流側吸気通路部
20b 下流側吸気通路部
30 排気通路
30a 上流側排気通路部
30b 下流側排気通路部
51 LP−EGR通路(第1ガス通路)
52 EGRバルブ(バルブ)
53 EGRクーラ(クーラ)
54 ブローバイガス通路(第2ガス通路)
60 ターボ過給機(過給機)
60a コンプレッサ
60b タービン
201 傾斜部
2 エンジン
3 エンジン本体
4 吸気装置
5 排気装置
20 吸気通路
20a 上流側吸気通路部
20b 下流側吸気通路部
30 排気通路
30a 上流側排気通路部
30b 下流側排気通路部
51 LP−EGR通路(第1ガス通路)
52 EGRバルブ(バルブ)
53 EGRクーラ(クーラ)
54 ブローバイガス通路(第2ガス通路)
60 ターボ過給機(過給機)
60a コンプレッサ
60b タービン
201 傾斜部
Claims (5)
- 車両に搭載されるエンジンの吸排気装置において、
途中に過給機が介設された吸気通路と、
吸気流れ方向における前記過給機よりも上流側の第1位置で前記吸気通路に接続され、かつ流量制御用のバルブを備えた第1ガス通路と、
吸気流れ方向における前記第1位置と前記過給機との間の位置で前記吸気通路に接続された第2ガス通路と、を含み、
前記第1ガス通路は、車両上下方向において前記吸気通路の下部に接続され、前記第2ガス通路は、車両上下方向において前記吸気通路の上部に接続されている、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。 - 請求項1に記載のエンジンの吸排気装置において、
前記第2ガス通路は、前記吸気通路の吸気流れ方向における下流側に向かって第2ガスを導入するように前記吸気通路に接続されている、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。 - 請求項1又は2に記載のエンジンの吸排気装置において、
前記吸気通路は、吸気流れ方向における前記過給機の上流側に、車両上下方向において前記過給機方向に向かって先下がりに傾斜する傾斜部を有し、
前記第2ガス通路は、前記傾斜部に接続されている、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。 - 請求項1乃至3の何れか一項に記載のエンジンの吸排気装置において、
車両上下方向における前記吸気通路よりも下方に配置された排気通路を備え、
前記第1ガス通路は、車両上下方向に延在して吸気通路と排気通路とを連絡し、排気通路内の排気ガスの一部を第1ガスとして吸気通路に還流させるものであって、当該第1ガス通路の途中に前記排気ガスを冷却するクーラを備え、
前記クーラは、車両上下方向における下方から上方に向かって第1ガスが流通するように設けられている、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。 - 請求項4に記載のエンジンの吸排気装置において、
前記第2ガス通路は、第2ガスとしてブローバイガスを前記吸気通路に導入するものである、ことを特徴とするエンジンの吸排気装置。
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-
2018
- 2018-01-26 JP JP2018011174A patent/JP2019127918A/ja active Pending
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