JP4941364B2

JP4941364B2 - 内燃機関の排気還流装置

Info

Publication number: JP4941364B2
Application number: JP2008062434A
Authority: JP
Inventors: 元志郎遠藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP2009216033A

Description

本発明は、内燃機関の排気通路から排気を取り出して吸気通路に還流させる内燃機関の排気還流装置に関する。

内燃機関の排気還流装置として、排気通路から取り出した排気を冷却する冷却装置であるＥＧＲクーラを迂回させるバイパス通路の通路面積と、バイパス通路に接続される入口部の通路面積とを等しくすることにより、排気を吸気通路へ還流させる際の圧力損失を低下させたものが知られている（特許文献１）。この圧力損失を低下させることにより吸気通路へ還流される排気の流量（排気還流量）を増加させることができる。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００７−００９７２４号公報特開２００５−０９８２７８号公報

特許文献１の場合は通路面積の落差を低下させることにより圧力損失を低下させているが、その圧力損失は排気通路から取り出した排気を導く通路の通路面積を拡大することによっても低下させることができる。しかし、通路の全てを拡大した場合には装置の大型化を招くため搭載性が悪化する。

そこで、本発明は、装置の大型化を抑えつつ排気還流量を増加させることができる内燃機関の排気還流装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の排気還流装置は、内燃機関の排気通路から排気を取り出して吸気通路に還流させる排気還流通路と、排気還流通路に設けられて前記排気通路から取り出された排気を冷却するための冷却装置と、前記冷却装置を迂回するように前記冷却装置の上流と下流とを接続するバイパス通路と、前記排気還流通路に設けられて前記吸気通路に還流させる排気の流量を調整可能な流量調整装置と、を備え、前記排気還流通路は、前記排気通路との接続位置から前記冷却装置の上流でかつ前記バイパス通路が接続される接続位置までの入口部と、前記冷却装置の下流でかつ前記バイパス通路が接続される接続位置から前記流量調整装置までの出口部とを有し、前記入口部の通路面積が前記出口部の通路面積よりも大きく、前記流量調整装置は、前記排気還流通路の一部をなすバルブ通路が設けられた本体と、前記バルブ通路に設けられ、前記バルブ通路を流れる排気の流量を調整できる排気還流弁とを有し、前記バルブ通路の通路面積が前記出口部の通路面積よりも大きくかつ前記入口部の通路面積よりも小さいことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この排気還流装置によれば、排気還流通路の入口部の通路面積が出口部の通路面積よりも大きいため、入口部及び出口部の通路面積を均一にする場合と比べて装置の大型化を抑えつつ圧力損失を低下させることができる。即ち、装置の大型化を抑えつつ排気還流量を増加させることができる。排気還流通路の出口部はその上流に位置する冷却装置によって圧力損失が発生するため、その通路面積の拡大による圧力損失の低減効果の上昇幅は入口部の通路面積を拡大する場合に比べて小さい。従って、本発明の排気還流装置のように出口部の通路面積を入口部の通路面積よりも小さいままであっても、入口部及び出口部の通路面積を均一にした場合と同等の圧力損失の低減効果を得ることができる。また、バルブ通路の通路面積を出口部の通路面積よりも大きくすることにより圧力損失を低減することができる。そして、バルブ通路の通路面積は入口部の通路面積よりも小さく収められるため流量調整装置の大型化を抑えることができる。

本発明の排気還流装置の一態様において、前記バイパス通路は、その通路面積が前記出口部の通路面積と等しくなるように構成されてもよい（請求項２）。この態様によれば、冷却装置を迂回させてバイパス通路に排気を導くバイパス通路使用時と、冷却装置を迂回させずに冷却装置に排気を導く冷却装置使用時との間で生じ得る圧力損失の落差を小さくできる。これにより、バイパス通路使用時及び冷却装置使用時のいずれにおいても圧力損失の低減効果を同等に得ることができる。

以上説明した通り、本発明の排気還流装置によれば、排気還流通路の入口部の通路面積が出口部の通路面積よりも大きいため、入口部及び出口部の通路面積を均一にする場合と比べて装置の大型化を抑えつつ圧力損失を低下させることができる。

図１は本発明の一形態に係る排気還流装置が内燃機関に適用された状態を模式的に示している。排気還流装置１は排気通路２から取り出された排気（以下、ＥＧＲガスという。）を冷却するための冷却ユニット３と、その冷却ユニット３の下流側に設けられて吸気通路４に還流させるＥＧＲガスの流量を調整する流量調整装置５とを備えている。冷却ユニット３は複数の部材が組み合わされることにより一体的に構成されている。

冷却ユニット３は、排気通路２に接続された入口管６と、冷却水と入口管６にて取り出されたＥＧＲガスとの間で熱交換できるように構成された冷却装置７と、冷却装置７を迂回させるためのバイパス管８と、入口管６の下流に配置されて入口管６の出口側、冷却装置７の入口側及びバイパス管８の入口側のそれぞれが接続された入口側接続部９と、冷却装置７へのＥＧＲガスの導入とその停止とを切り換える切替装置１０と、流量調整装置５に接続された出口管１１と、切替装置１０と出口管１１との間に介在する出口側接続部１２とを備えている。これらの部材は、ろう付け等の接合手段を利用して互いに接合されている。

入口管６は円筒管として構成されており、その端部にはフランジ６ａが設けられている。入口管６はそのフランジ６ａがボルト等の締結手段にて排気通路２の外壁に固定されることにより排気通路２に接続されている。なお、詳しい図示は省略したが、この形態においては入口管６は排気通路２の排気マニホールド部に接続されている。

冷却装置７はＥＧＲガスが導かれるガス通路７ａと、そのガス通路７ａを取り囲むように配置された冷媒通路７ｂとを有している。冷却装置７は冷媒通路７ｂに内燃機関の冷却水を流すことにより冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換できるように構成されている。なお、ガス通路７ａは冷媒通路７ｂを流れる冷却水との熱交換を促進させるため、複数の管によって複数の通路に区分された不図示の熱交換部を含んでいる。また、冷媒通路７ｂには冷却水の入口と出口とがそれぞれ設けられているがこれらの図示は省略した。

バイパス管８は冷却装置７と略平行に延びる円筒管として構成されている。入口側接続部９は所定容積の空間を有している。その空間には入口管６、冷却装置７のガス通路７ａ及びバイパス管８が通じている。

切替装置１０は、冷却装置７のガス通路７ａが接続された第１通路１５と、バイパス管８が接続された第２通路１６とがそれぞれ形成された本体１７と、第１通路１５を開閉する第１開閉弁１８と、第２通路１６を開閉する第２開閉弁１９と、各開閉弁１８、１９を回転させるための弁軸２０と、弁軸２０を回転駆動する駆動装置２１とを備えている。第１開閉弁１８と第２開閉弁１９とは開閉動作の位相が略９０°ずれるように弁軸２０に取付けられている。これにより、駆動装置２１にて弁軸２０が回転駆動されて第１通路１５が第１開閉弁１８にて閉鎖されたときには第２通路１６が第２開閉弁１９にて開通され、反対に第１通路１５が第１開閉弁１８にて開通されたときには第２通路１６が第２開閉弁１９にて閉鎖される。従って、切替装置１０は冷却装置７を迂回させてバイパス管８にＥＧＲガスを導くバイパス管使用時と、冷却装置７を迂回させずに冷却装置７にＥＧＲガスを導く冷却装置使用時との間でＥＧＲガスの流れを切り換えることができる。なお図１は冷却装置使用時の状態を示している。

出口側接続部１２は、所定容積の空間を有しており、その空間には切替装置１０の各通路１５、１６及び出口管１１が通じている。出口管１１は円筒管として構成されておりその端部にはフランジ１１ａが設けられている。そのフランジ１１ａはボルト等の締結手段を介して流量調整装置５に固定されている。

流量調整装置５は、出口管１１に通じるバルブ通路２２が設けられた本体２３と、バルブ通路２２に設けられてバルブ通路２２を流れるＥＧＲガスの流量を調整できる排気還流弁２４とを備えている。バルブ通路２２はその通路断面が円形状に構成されている。排気還流弁２４の開度を制御することにより吸気通路３に還流させるＥＧＲガスの流量を調整することができる。流量調整装置５は、バルブ通路２２が吸気通路４を絞るスロットル弁４１と吸気マニホールド４２との間に開口するようにして吸気通路３に取り付けられている。

排気還流装置１は、入口管６の内径Ｄ１が出口管１１の内径Ｄ２よりも大きくなっている。出口管１１の上流には圧力損失を発生する冷却装置７が設けられているので、出口管１１の内径Ｄ２を拡大させた場合の圧力損失の低減効果に対する寄与は、入口管６の内径Ｄ１を拡大させた場合のその寄与に比べて小さい。従って、入口管６及び出口管１１の各内径を等しくする場合と比べて、圧力損失の同等な低減効果を確保しつつ出口管１１の寸法増大を抑制できる。これにより排気還流装置１の大型化を防止しつつ排気還流量を増加させることができる。

また、出口管１１の内径Ｄ２はバイパス管８の内径Ｄ３と等しくなっている。そのため、バイパス管８を開通させるバイパス管使用時と、バイパス管８を閉鎖させる冷却装置使用時との間で生じ得る圧力損失の落差を小さくできる。これにより、バイパス管使用時及び冷却装置使用時のいずれにおいても圧力損失の低減効果を同等に得ることができる。

更に、流量調整装置５のバルブ通路２２の通路幅（内径）Ｄ４は出口管１１の内径Ｄ２よりも大きくかつ入口管６の内径Ｄ１よりも小さくなっている。そのため、バルブ通路２２の圧力損失を低減することができる。そして、バルブ通路２２の内径が入口管９の内径よりも小さく収められるため流量調整装置５の大型化を抑えることができる。

このように、排気還流装置１は、入口管６、出口管１１、バイパス管８及びバルブ通路２２の各内径に、Ｄ２＝Ｄ３＜Ｄ４＜Ｄ１という関係が成立するように構成されている。この関係は、各管の通路形状が円形であるため、通路面積で比較した場合も同様の大小関係が成立する。即ち、入口管６の通路面積をＳ１、出口管１１の通路面積をＳ２、バイパス管８の通路面積をＳ３、及びバルブ通路２２の通路面積をＳ４とした場合、各通路面積にはＳ２＝Ｓ３＜Ｓ４＜Ｓ１という関係が成立する。

以上の形態において、排気還流装置１は入口管６、入口側接続部９、冷却装置７のガス通路７ａ、切替装置１０の第１通路１５、出口側接続部１２、出口管１１及び流量調整装置５のバルブ通路２２が互いに通じることにより、図１の矢印に示すようにＥＧＲガスを吸気通路３へ還流させることができる。従って、これらの部材によって本発明に係る排気還流通路が構成される。そして、入口管６が本発明に係る排気還流通路の入口部に、バイパス管８及び第２通路１６との組み合わせが本発明に係るバイパス通路に、出口管１１が本発明に係る出口部にそれぞれ相当する。また、排気還流装置１は、バイパス管８が入口側接続部９に、第２通路１６が出口側接続部１２にそれぞれ接続される。従って、入口側接続部９及び出口側接続部１２が設けられた各位置はバイパス通路が接続される接続位置に相当する。

但し、本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実施できる。上述の形態では入口管６や出口管１１等の管はいずれも円筒管として構成されているが、管の形状に制限はなく矩形管や楕円管等の円筒管以外の管形状を持つ管を使用して本発明を実施してもよい。また、各管の通路面積の大小関係が上述した関係を維持する限りにおいて、各管を同一形状に揃えることは必須ではない。従って、例えばある管を円筒管として構成し、他の管を矩形管として構成することによって本発明を実施することも可能である。

本発明の一形態に係る排気還流装置が内燃機関に適用された状態を模式的に示した図。

符号の説明

１排気還流装置
５流量調整装置
６入口管（入口部）
７冷却装置
８バイパス管（バイパス通路）
１１出口管（出口部）
２２バルブ通路
２３本体
２４排気還流弁

Claims

内燃機関の排気通路から排気を取り出して吸気通路に還流させる排気還流通路と、排気還流通路に設けられて前記排気通路から取り出された排気を冷却するための冷却装置と、前記冷却装置を迂回するように前記冷却装置の上流と下流とを接続するバイパス通路と、前記排気還流通路に設けられて前記吸気通路に還流させる排気の流量を調整可能な流量調整装置と、を備え、
前記排気還流通路は、前記排気通路との接続位置から前記冷却装置の上流でかつ前記バイパス通路が接続される接続位置までの入口部と、前記冷却装置の下流でかつ前記バイパス通路が接続される接続位置から前記流量調整装置までの出口部とを有し、前記入口部の通路面積が前記出口部の通路面積よりも大きく、
前記流量調整装置は、前記排気還流通路の一部をなすバルブ通路が設けられた本体と、前記バルブ通路に設けられ、前記バルブ通路を流れる排気の流量を調整できる排気還流弁とを有し、前記バルブ通路の通路面積が前記出口部の通路面積よりも大きくかつ前記入口部の通路面積よりも小さい、
ことを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
前記バイパス通路は、その通路面積が前記出口部の通路面積と等しくなるように構成されている請求項１に記載の排気還流装置。