JP2021008840A - Egr装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】構造工夫により、EGRガスに含まれる水分に起因した氷塊による吸気コンプレッサの破損のおそれが無いようにして、従来の問題が解消されるように改善されたEGR装置を提供する。【解決手段】過給機19のコンプレッサハウジング19Bに連通される吸気通路kにEGR通路5が合流されているEGR装置Aにおいて、EGR通路5は、これと吸気通路kとの合流部よりも吸気通路kの内部において延長されており、その延長されたEGR通路である延長通路部5Aの終端の空気流れ方向の位置が吸気通路kの終端に合致されている。吸気通路kにEGR通路5が合流される合流通路部7は、吸気管6とコンプレッサハウジング19Bとを接続するための接合パイプである。【選択図】図3

Description

本発明は、農機や建機、或いは発電機などの産業用ディーゼルエンジンへの適用が好適なEGR装置に関するものである。
EGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)とは、自動車用のエンジンや農機用ディーゼルエンジンなどにおいて、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れ、再度吸気させる技術(手法あるいは方法)である。主として排気ガス中の窒素酸化物(NOx)の低減や部分負荷時の燃費向上を目的としており、システム全体を指してEGR装置という。
EGR装置の構成は、基本的には「エキゾーストシステム」と「インテークシステム」をホースで繋ぐという単純なものである。例えば、触媒より下流の浄化された排気ガスを取り出し、ホースや管でなる「EGR通路」を通してスロットルバルブとインテークマニホールドの間へと送り込む構成があり、EGRバルブによって送り込む排気の量を調節できるようにされたものが多い。EGR装置を有するエンジンとしては特許文献1において開示されたものが知られている。
従来のEGR装置は、HP−EGR(高圧EGR)方式を採るものが一般的であるが、低回転の排ガス(Nox)の低減対策としてLP−EGR(低圧EGR)方式を採用するエンジンが増えている。低圧EGR方式のEGR装置では、EGRガスを吸気コンプレッサ手前に還すので、過給圧の影響を受けずにEGRガスの導入を可能とする利点がある。
特開2017−77833号公報
低圧EGR装置を採用する場合、EGRガスに含まれる水分が結露して吸気通路内で氷塊になることがある。氷塊を過給機が吸い込むと吸気コンプレッサのインペラが破損するおそれがあり、信頼性の面での課題が存在していた。故に、使用に当たっては、0度以下の低温時にはEGR装置を停止する必要があり、使い勝手の面でも問題があった。
本発明の目的は、構造工夫により、EGRガスに含まれる水分に起因した氷塊による吸気コンプレッサの破損のおそれが無いようにして、従来の問題が解消されるように改善されたEGR装置を提供する点にある。
本発明は、過給機のコンプレッサハウジングに連通される吸気通路にEGR通路が合流されているEGR装置において、
前記EGR通路は、これと前記吸気通路との合流部よりも前記吸気通路の内部において延長されており、その延長されたEGR通路である延長通路部の終端の空気流れ方向の位置が前記吸気通路の終端に合致されていることを特徴とする。
前記延長通路部は、前記吸気通路の内壁を共用する構成とされていると良く、前記延長通路部における内壁の共用部分は、前記延長通路部の周方向で1箇所に設定されていると好都合である。また、吸気通路にEGR通路が合流されている合流通路部は、吸気管と前記コンプレッサハウジングとを接続する接合パイプに構成されていると良い。
前記接合パイプは、前記吸気通路と前記延長通路部とが一体となった1つの部品に形成されていると好都合である。そして、前記コンプレッサハウジングの吸気入口筒部と前記接合パイプとの双方に外装されてこれら吸気入口筒部と接合パイプとを接続する接続ホースが設けられているとより好都合である。なお、前記接合パイプは金属材製であると良い。
本発明によれば、EGRガスが吸気通路と合流する箇所が、過給機のコンプレッサハウジングの直前に設定されているので、EGRガスに含まれる水分が冷たい吸気で冷却されて氷結する前に過給機にEGRガスを供給することが可能になる。従って、EGRガス中の水分が冷たい空気(新気)により冷されて氷塊となり、その氷塊が吸い込まれて吸気コンプレッサのインペラが損傷する、という不具合が防止される効果が得られる。
延長通路部の終端と吸気通路の終端とが合致されていて、吸気とEGRガスとが混ざる箇所が先延ばしされているので、冷たい吸気に直接晒されることが無い又は短くなって冷やされ難くなり、水分が氷結されてしまうおそれをより確実に防止できる利点がある。
その結果、構造工夫により、EGRガスに含まれる水分に起因した氷塊による吸気コンプレッサの破損のおそれが無いようにして、従来の問題が解消されるように改善されたEGR装置を提供することができる。
EGR装置付のディーゼルエンジンを示す左側面図 図1に示すディーゼルエンジンを前左上方から見た斜視図 EGRガス吸気通路への還流構造を示す要部の断面図 接合ホースの左から見た断面図 接合ホースの背面図 接合ホースの底面図
以下に、本発明によるEGR装置の実施の形態を、農機軒や建機などに用いられる産業用のディーゼルエンジンに適用された場合について、図面を参照しながら説明する。
図1、図2に示されるように、ディーゼルエンジンEは、シリンダブロック11の上部にシリンダヘッド12が組付けられ、シリンダヘッド12の上部にヘッドカバー13が組付けられ、シリンダブロック11の下部にオイルパン14が組付けられている。シリンダブロック11の前端部に伝動ケース15が組付けられ、伝動ケース15の前部にエンジン冷却ファン(図示省略)の駆動軸16が配置され、シリンダブロック11の後部にフライホイールハウジング17が配置されている。シリンダブロック11の上半部はシリンダ11Aに、そして、下半部はクランクケース11Bにそれぞれ構成されている。
エンジンEの左側には、排気マニホルド18、過給機19、EGRクーラ1、EGRバルブ2などが配置されている。エンジンEの上側には排気処理装置20などが配置され、前側にはクランク軸21が、右側には第2排気処理装置22などが配置されている。
過給機(ターボチャージャー)19は、排気タービン(図示省略)を収容するタービンハウジング19Aと吸気コンプレッサ(図示省略)を収容するコンプレッサハウジング19Bとを備えて排気マニホルド18の上方に配置されている。
図3に示されるように、EGR装置Aは、EGRクーラ1、EGRバルブ2、第1EGR通路3、第2EGR通路4、第3EGR通路5などを有して構成されている。第1EGR通路3は、排気処理装置20又は第2排気処理装置22とEGRクーラ1とを接続する通路であり、第2EGR通路4は、EGRクーラ1とEGRバルブ2とを接続する通路である。第3EGR通路5は、EGRバルブ2と吸気通路kとを接続する通路である。
図2、図3に示されるように、吸気通路kは、エア供給源(エアクリーナなど:図示省略)に接続される吸気パイプ(吸気管の一例)6、コンプレッサハウジング19Bの吸気入口筒部19bに接続ホース8を介して接続される接合パイプ(合流通路部の一例)7、吸気パイプ6と接合パイプ7とを接続する連結ホース9を有している。なお、吸気通路kは、エア供給源から吸気マニホルド(図示省略)に至る通路全体を指すものであり、前述のもの6〜9には限らない。
パイプ材によりなる第3EGR通路5は、なるべく左方及び前方に張り出さない状態で配管できるように、排気マニホルド18の最前方の(1気筒目の)枝管18aの曲面部分の外周側を通して立ち上げる工夫がなされている。それにより、やや後方を向く立ち上がり姿勢で第3EGR通路5を接合パイプ7に合流させることができている。吸気パイプ6には、ブローバイガスを吸気通路kに還流させるためのブローバイ管25を接続させて開口25aを設ける構成を採ってもよい(図3を参照)。
第3EGR通路5が合流される吸気通路kは、具体的には金属製(鋳鉄など)の接合パイプ7である。図3〜図6に示されるように、接合パイプ7は、約60度で曲がるパイプ本体7A、パイプ本体7Aの内部に一体形成される延長通路部5A、パイプ本体7Aの先端開口7cを有する終端7s、基端開口7bを有する始端7dを有している。
延長通路部5Aは、基端開口5bを有するフランジ部5f、先端開口5cを有する終端5sを有しておいる。フランジ部5fには、第3EGR通路5の開口フランジ10をボルト止めするためのナット部24が形成されている。
第3EGR通路5は、これと接合パイプ7との合流部gよりも接合パイプ7の内部において延長されており、その延長されたEGR通路である延長通路部5Aの終端5sの空気流れ方向の位置が接合パイプ7の終端7sに合致されている。延長通路部5Aは、接合パイプ7の内壁7aを共用する構成とされ、延長通路部5Aにおける内壁7aの共用部分5aは、延長通路部5Aの周方向で1箇所に設定されている。接合パイプ7は、吸気通路kであるパイプ本体7Aと延長通路部5Aとが一体となった1つの部品に形成されている。なお、接合パイプ7の終端7sは、コンプレッサハウジング19Bに連なる吸気通路kとしての終端である。
図3〜図6に示されるように、延長通路部5Aは、フランジ部5fと、パイプ本体7Aの内壁7aに跨って形成される仕切り壁23と、仕切り壁23で区切られた内壁7a、即ち共用部分5aとで囲まれた空間部によりなる。延長通路部5Aは、第3EGR通路5の開口フランジ10に連通する基端開口5bと、コンプレッサハウジング19Bの吸気入口筒部19bに連通する先端開口5cとを備えているが、接合パイプ7の内部空間である接合通路7wには連通されていない。本実施形態では、合流部gとは、接合パイプ7と第3EGR通路5とのそれぞれの構成部材どうしが一体となる箇所である。
図4に示されるように、合流部gを形成するフランジ部5fは、接合パイプ7の曲り部分の径外側の外壁に、曲がり部分の接線方向に面する状態で接合パイプ7に形成されており、基端開口5bを有して前記接線方向に直交する方向に延びる通路前部5dを有している。通路前部5dに続く通路後部5eは、仕切り壁23と内壁7a(共用部分5a)とによる水平方向に延びて先端開口5cを有している。通路前部5dと通路後部5eとにより延長通路部5Aが構成されている。
図4に示されるように、接合パイプ7おけるフランジ部5fより先端側の水平管部分(符記省略)の長さdは、接続ホース8との嵌合に必要な長さに設定されており、その長さdにフランジ部5fの肉厚の幅を加えたものがほぼ通路後部5eの長さに相当している。EGRガス(排気ガス)は、延長通路部5Aから接合通路7wは通らず直接に吸気入口筒部19bに入り、即座に吸気コンプレッサ(図示省略)に吸い込まれる。
EGRガスが吸気通路kと合流する箇所である合流部gが、過給機19のコンプレッサハウジング19Bの直前に設定されているので、EGRガスに含まれる水分が冷たい吸気で冷却されて氷結する前に過給機19にEGRガスを供給することが可能になる。その結果、EGRガス中の水分が冷たい空気(新気)により冷されて氷塊となり、その氷塊が吸い込まれて吸気コンプレッサのインペラが損傷する、という不具合が防止される効果が得られる。
そして、延長通路部5Aの終端5sとパイプ本体7Aの終端7sとの空気流れ方向の位置が互いに同じとされているので、延長通路部5Aの終端5sがパイプ本体7Aの終端7sより早く終わる場合に比べて、冷たい吸気に直接晒されることが殆ど無いため冷やされ難くなり、水分が氷結されてしまうおそれをより確実に防止できる利点がある。
延長通路部5Aは、接合パイプ7の内部において内壁7aを1箇所(共用部分5a)のみ共有する状態となるように、接合パイプ7の径方向で外周側に偏らせて形成させてあるので、接合通路7wと接する部分は仕切り壁23のみであり、極力冷たい空気に晒される場所(面積)を少なくできるようにされている。
延長通路部5Aは、接合パイプ7の内部張り出す状態に形成されていて外部に張り出さない構成であるから、コンプレッサハウジング19Bの吸気入口筒部19bと接合パイプ7の先端部とに跨って接続ホース8を外嵌させる構造を難なく採ることができて好都合である。
加えて、延長通路部5Aは、少なくとも接続ホース8と外嵌部分の長さ(図4のd)は、接合通路7wと平行な通路後部5eを有して接合パイプ7の曲がり部分から始まる構造とされているので、空気の流れによるエジェクター効果によってEGRガスが効率よく吸気通路k(コンプレッサハウジング19B)に流れる利点もある。
〔別実施形態〕
図示は省略するが、アルミ鋳物(アルミ合金鋳物)により接合パイプ7を作製する場合は、EGRガス(排気ガス)による腐食を避けるために、延長通路部5Aにステンレスチューブを内装又は圧入するか、或いは、ステンレスチューブをパイプ本体7Aに直接挿し込む構造としても良い。
5 EGR通路
5A 延長通路部
6 吸気管
7 合流通路部(接合パイプ)
7a 内壁
8 接続ホース
19 過給機
19B コンプレッサハウジング
19b 吸気入口筒部
k 吸気通路

Claims (7)

  1. 過給機のコンプレッサハウジングに連通される吸気通路にEGR通路が合流されているEGR装置であって、
    前記EGR通路は、これと前記吸気通路との合流部よりも前記吸気通路の内部において延長されており、その延長されたEGR通路である延長通路部の終端の空気流れ方向の位置が前記吸気通路の終端に合致されているEGR装置。
  2. 前記延長通路部は、前記吸気通路の内壁を共用する構成とされている請求項1に記載のEGR装置。
  3. 前記延長通路部における内壁の共用部分は、前記延長通路部の周方向で1箇所に設定されている請求項2に記載のEGR装置。
  4. 吸気通路にEGR通路が合流されている合流通路部は、吸気管と前記コンプレッサハウジングとを接続する接合パイプに構成されている請求項1〜3の何れか一項に記載のEGR装置。
  5. 前記接合パイプは、前記吸気通路と前記延長通路部とが一体となった1つの部品に形成されている請求項4に記載のEGR装置。
  6. 前記コンプレッサハウジングの吸気入口筒部と前記接合パイプとの双方に外装されてこれら吸気入口筒部と接合パイプとを接続する接続ホースが設けられている請求項4又は5に記載のEGR装置。
  7. 前記接合パイプは金属材製である請求項4〜6の何れか一項に記載のEGR装置。
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