JP5310437B2 - Egr拡散ユニット - Google Patents
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Description
EGR装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に戻すことで、吸気の一部に不燃ガスであるEGRガスを混入させて、エンジン燃焼室の燃焼温度を抑え、効果的にNOxの発生を抑える技術である。
その結果、(i)エンジンの気筒内においてEGRガスの濃度ムラが生じてしまい、EGR濃度の薄い部位の燃焼により燃焼温度が局部的に上昇して、部分的にNOxが増加する不具合が発生する。
あるいは、(ii)各気筒間においてEGRガスの濃度のバラツキが生じてしまい、エミッションが悪化する不具合がある。
特許文献1に開示される排気導入装置を、図6を参照して説明する。なお、符号は、後述する[発明を実施するための形態]および[実施例]と同一機能物に同一符号を付したものである。
排気導入装置J1は、吸気通路5の外周を外周通路7で覆い、吸気通路5と外周通路7とを環状隙間J2で連通させて、外周通路7内に供給されたEGRガスを、吸気通路5の全周に供給することで、EGRガスが吸気通路5に対して偏って供給される不具合を回避しようとしたものである。
即ち、引用文献1に示すように、外周通路7と環状隙間J2を設けても、吸気通路5内へ供給されるEGRガスは、EGR入口8に近い側から吸気通路5内に供給される。
そのため、EGR流量が多い場合には、図6の矢印Aに示すように、EGRガスは主に図6中の下側(EGR入口8に近い側の環状隙間J2)から吸気通路5内に導入されて、吸気通路5の図6中の上側壁面に到達する。そして、吸気通路5の図6中の上側壁面にEGRガスが到達した後は、EGRガスの流速が弱まる。その結果、吸気通路5内に供給されたEGRガスは、吸気通路5の図6中の上側壁面に沿って流れてしまう。
請求項1のEGR拡散ユニットは、
吸気通路の外周を覆う外周通路と、
EGR流路から外周通路の内部へEGRガスを供給するEGR入口と、
外周通路内のEGRガスを吸気通路の内部へ排出するEGR出口とを備え、
このEGR出口が吸気通路の周囲において複数(好ましくは3つ以上)設けられる。
そして、流路抵抗設定手段によって、EGR入口に近い側におけるEGR出口の流路抵抗が大きく設けられ、EGR入口より遠い側におけるEGR出口の流路抵抗が小さく設けられる。
これにより、EGR入口に近い側におけるEGR出口から吸気通路へ導かれるEGRガスの流速を抑えることができ、各EGR出口から吸気通路へ導かれるEGRガスの流速を揃えることができる。このため、吸気通路内におけるEGRガスの濃度ムラを抑えることができる。
あるいは、(ii)吸気通路内でのEGRガスの濃度ムラを抑えることができるため、複数気筒を搭載するエンジンの場合、各気筒へのEGRガスの分配ムラを抑えることができ、気筒間バラツキ(EGRガスのバラツキ)によるエミッションの悪化を防ぐことができる。
このように、EGR出口から吸気通路内に供給されるEGRガスが、案内手段によって吸気通路の中心側へ案内されるため、EGRガスの流速が遅くても、EGRガスを吸気通路の中心側へ導くことができ、EGRガスと吸気との混合性を高めることができる。また、案内手段の吸気下流側で生じる気流の乱れ(乱流など)により、EGRガスと吸気との混合性を高める効果も得られる。この結果、EGRガスの流速が遅くても、EGRガスと吸気との混合性が高まり、エミッションの悪化を抑えることができる。
請求項2の手段のEGR拡散ユニットにおける案内手段は、吸気通路を吸気の流れ方向から見て、EGR出口の吸気下流側のみに設けられるものであり、案内手段はEGR出口が設けられていない吸気下流側には形成されないものである。
このように、案内手段がEGR出口の吸気下流側のみに設けられるものであるため、案内手段による吸気の圧力損失の増加を抑えることができる。
EGR拡散ユニット1は、例えば高圧EGR装置2に用いられるものであり(低圧EGR装置3に用いても良い)、エンジン4の気筒内へ吸気を導く吸気通路5と、エンジン4の排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路5へ戻す高圧EGR流路6との合流箇所に設けられて、EGRガスを吸気中に拡散導入するものである。
なお、流路抵抗設定手段は、EGR出口9の穴径、EGR出口9に設けられる邪魔板11の枚数、EGR出口9に設けられる出口通路12の通路長などによってEGR出口9の流路抵抗の設定を行なうものである。
また、吸気通路5の内壁面に、EGR出口9から吸気通路5内に供給されるEGRガスを、吸気通路5の内壁面より中心側へ案内する案内手段13を設けても良い。この案内手段13は、EGR出口9の吸気下流側のみに設けることが望ましい。
以下、具体的な実施の形態を、5つの実施例について詳説する。ただし、実施例1、実施例2および実施例5は、本発明が適用された例を示すものであり、実施例3および実施例4は、本発明が適用されていない参考例を示すものである。
〔エンジン吸排気システムの概略説明〕
先ず、図1を参照してエンジン4の吸排気システムを説明する。
この実施例に示すエンジン4は、車両駆動用のディーゼルエンジンであり、吸気を気筒内に導く吸気通路5と、気筒内で発生した排気ガスを大気中に排出する排気通路21とを備える。
吸気管は、外気の取入口からインテークマニホールドまで吸気通路5を形成する通路部材であり、その吸気管には、エンジン4に吸い込まれる吸気中に含まれる塵や埃を除去するエアクリーナ22、ターボチャージャのコンプレッサ23(吸気羽根車)、このコンプレッサ23によって圧縮されて高圧になり温度上昇した吸気を強制冷却するインタークーラ24、気筒内に吸引される吸気流量の調整を行なうスロットルバルブ25などが設けられている。
インテークマニホールドは、吸気管から供給される吸気をエンジン4の各気筒内に分配する分配管であり、その内部には流量センサの精度に悪影響を与える吸気脈動や吸気干渉を防ぐためのサージタンク26が設けられている。
吸気ポートは、エンジン4のシリンダヘッドにおいて気筒毎に形成されて、インテークマニホールドにより分配された吸気を気筒内に導く。
排気ポートは、吸気ポートと同様、エンジン4のシリンダヘッドにおいて気筒毎に形成されて、気筒内で発生した排気ガスをエキゾーストマニホールドへ導く。
エキゾーストマニホールドは、各排気ポートから排出される排気ガスの集合管であり、エキゾーストマニホールドの排気出口と排気管との接合部には、ターボチャージャの排気タービン27(排気羽根車)が配置されている。
排気管は、排気タービン27を通過した排気ガスを大気に向けて放出する通路部材であり、その排気管には、排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタの略)28、このDPF28の排気上流および排気下流の排気温度を検出する排気温度センサ29、DPF28の排気上流および排気下流の圧力差を検出する差圧センサ等が設けられている。
エンジン4の各気筒は、吸入、圧縮、爆発、排気の各行程を順次繰り返すものである。そして、吸気の開始時(ピストンの下降に伴う気筒内容積の増加時)に吸気バルブが開かれ、吸気の終了時(ピストンの下降終了に伴う気筒内容積の増加終了時)に吸気バルブが閉じられる。このエンジン4の吸気作動により、吸気通路5には外気取入口からエンジン4の気筒内に向かう吸気の流れが生じる。
同様に、排気の開始時(ピストンの上昇に伴う気筒内容積の減少時)に排気バルブが開かれ、排気の終了時(ピストンの上昇終了に伴う気筒内容積の減少終了時)に排気バルブが閉じられる。このエンジン4の排気作動により、排気通路21にはエンジン4の気筒内から大気放出部(排気出口)に向かう排気ガスの流れが生じる。
高圧EGR装置2は、高排気圧範囲(DPF28の排気上流側で、高い排気圧が発生する範囲)の排気通路21の内部と、高吸気負圧発生範囲(スロットルバルブ25の吸気下流側で、高い吸気負圧が発生する範囲)の吸気通路5の内部とを接続して、多量のEGRガスをエンジン4へ戻すことを得意とする排気ガス再循環装置であり、排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路5の吸気下流側へ戻す高圧EGR流路6を備えている。具体的に、この実施例の高圧EGR流路6は、排気通路21側がエキゾーストマニホールドに接続され、吸気通路5側がスロットルバルブ25の吸気下流側の吸気管に接続されるものである。
なお、高圧EGR調整弁31、高圧EGRクーラ32、高圧クーラバイパス33および高圧EGRクーラ切替弁34を、予め高圧EGRモジュールとして一体的に設けて車両に搭載することが望ましいが、限定されるものではない。
なお、低圧EGR調整弁36、低圧EGRクーラ37および排気絞り弁38を、予め低圧EGRモジュールとして一体的に設けて車両に搭載することが望ましいが、限定されるものではない。
ECUは、高圧EGR装置2における高圧EGR調整弁31と高圧EGRクーラ切替弁34、および低圧EGR装置3における低圧EGR調整弁36と排気絞り弁38の開度制御(切替制御を含む)を行なうものである。
ECUは、制御処理、演算処理を行うCPU、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置(ROMやRAM等のメモリ)、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知構造のマイクロコンピュータを搭載するエンジン制御用の電子制御装置である。
このEGR制御プログラムは、エンジン4の暖気状態(例えば、エンジン冷却水の温度)に基づいて高圧EGRクーラ切替弁34の切り替えを行なう「高圧EGRクーラ切替プログラム」と、エンジン回転数とエンジン負荷(エンジントルク)に応じて高圧EGR調整弁31、低圧EGR調整弁36および排気絞り弁38の開度制御を行なう「高圧/低圧EGR流量制御プログラム」とを備えている。
高圧/低圧EGR流量制御プログラムは、
(i)図3に示す破線α以下における運転領域(エンジン回転数とエンジントルクの関係によるエンジン運転領域)の時に、低圧EGR装置3を停止させ、高圧EGR装置2の高圧EGR調整弁31の開度制御のみによってEGR制御を行ない(具体的には、低圧EGR流路35を低圧EGR調整弁36によって閉塞させ、且つ排気絞り弁38を全開にした状態で、高圧EGR調整弁31をエンジン回転数とエンジントルクの関係に応じた開度に制御する)、
(ii)図3に示す破線αと破線βの間の運転領域の時に、高圧EGR装置2の高圧EGR調整弁31の開度制御と、低圧EGR装置3の低圧EGR調整弁36と排気絞り弁38の開度制御の両方によってEGR制御を行ない(具体的には、高圧EGR調整弁31をエンジン回転数とエンジントルクの関係に応じた開度に制御するとともに、低圧EGR調整弁36および排気絞り弁38をエンジン回転数とエンジントルクの関係に応じた開度に制御する)、
(iii)図3に示す破線β以上における運転領域の時に、高圧EGR装置2を停止させ、低圧EGR装置3の低圧EGR調整弁36と排気絞り弁38の開度制御のみによってEGR制御を行なう(具体的には、高圧EGR流路6を高圧EGR調整弁31によって閉塞させ、低圧EGR調整弁36および排気絞り弁38をエンジン回転数とエンジントルクの関係に応じた開度に制御する)制御プログラムである。
この実施例1の高圧EGR装置2は、吸気通路5と高圧EGR流路6との接合部分に、EGR拡散ユニット1を搭載している。なお、以下では、図2の図示上側を上、図示下側(後述するEGR入口8が設けられる側)を下、図示右側を右、図示左側を左と称して説明するが、この上下左右は実施例の説明のための方向であり、限定されるものではない。
内管41と外管42との間には、環状の外周通路7が形成される。外管42の下部に高圧EGR流路6が接続されるものであり、外管42と高圧EGR流路6の接続箇所(外管42内と高圧EGR流路6内との連通箇所)にEGR入口8が開口し、高圧EGR流路6を通過したEGRガスがEGR入口8を通って外周通路7内に導かれる。
EGR拡散ユニット1には、EGR入口8に近い側におけるEGR出口9の流路抵抗を大きくし、EGR入口8に遠い側におけるEGR出口9の流路抵抗を小さくして、各EGR出口9から吸気通路5へ供給されるEGRガスの流速を揃えるための流路抵抗設定手段が設けられている。
具体的に、この実施例1では、左右のEGR出口9の穴径より、上部のEGR出口9の穴径を大きく設けて、各EGR出口9から吸気通路5へ供給されるEGRガスの流速を揃えている。
このように、この実施例1では、左右のEGR出口9の穴径よりも、上部のEGR出口9の穴径を大きく設けて、各EGR出口9から吸気通路5へ供給されるEGRガスの流速を揃えている。このため、内管41の周囲から均等なEGRガス量を吸気通路5内に導入することができ、吸気通路5内において吸気とEGRガスとの混合が促進され、吸気通路5内におけるEGRガスの濃度ムラの発生を抑えることができる。
この結果、(i)エンジン4の気筒内におけるEGRガスの濃度ムラが抑えられ、エミッションの悪化を防ぐことができる。
あるいは、(ii)インテークマニホールドから各気筒へ分配されるEGRガスの分配ムラを抑えることができ、気筒間にEGRガス濃度のバラツキが発生することで生じていたエミッションの悪化を防ぐことができる。
上記実施例1では、EGR拡散ユニット1における内管41の3箇所(左右と上部)にEGR出口9を設ける例を示したが、この実施例2は、内管41の4箇所にEGR出口9を設けたものである。
具体的に、4つのEGR出口9は、内管41の周方向へ等間隔に配置されるものであり、内管41の上部と、内管41の左部と、内管41の右部と、内管41の下部とに分散配置されるものである。即ち、実施例2は、実施例1の内管41の下部に、EGR出口9を追加したものである。
そして、実施例2の内管41の下部に設けられるEGR出口9の穴径は、左右のEGR出口9の穴径より小さく設けられる。これによって、各EGR出口9から吸気通路5へ供給されるEGRガスの流速が揃えられる。
上記実施例1、2では、流路抵抗設定手段の一例として、EGR出口9の穴径を大きく、あるいは小さくすることで、EGR出口9から吸気通路5へ導かれるEGRガスの流速をコントロールする例を示した。
これに対し、この実施例3の流路抵抗設定手段は、EGR出口9から吸気通路5内へ導かれるEGRガスに対して流れ抵抗を成す邪魔板11を用いるものであり、EGR出口9に設ける邪魔板11の枚数によってEGR出口9の流路抵抗の設定を行ない、EGR出口9から吸気通路5へ導かれるEGRガスの流速をコントロールするものである。
具体的に、上部のEGR出口9は、邪魔板11が設けられず、穴径が大きく、流路抵抗が小さく設けられている。
また、左右のEGR出口9には、2枚の邪魔板11が設けられて、上部のEGR出口9より流路抵抗が大きく設けられている。
さらに、下部のEGR出口9には、3枚の邪魔板11が設けられて、左右のEGR出口9より流路抵抗が大きく設けられている。
このように設けても、各EGR出口9から吸気通路5へ供給されるEGRガスの流速を揃えることができる。
この実施例4の流路抵抗設定手段は、EGR出口9に至る出口通路12を設け、この出口通路12の長さ(通路長)によってEGR出口9の流路抵抗の設定を行ない、EGR出口9から吸気通路5へ導かれるEGRガスの流速をコントロールするものである。具体的に、出口通路12は、EGR入口8から各EGR出口9に至る通路長を略同一にするためのものである。
このように設けても、各EGR出口9から吸気通路5へ供給されるEGRガスの流速を揃えることができる。
この実施例5は、EGR拡散ユニット1における吸気通路5の内壁面(内管41の内壁面)に、EGR出口9から吸気通路5内に供給されるEGRガスを中心側へ案内する案内手段13を設けたものである。
この案内手段13は、内管41と一体に設けられたものであり、EGR出口9から吸気通路5内に供給されたEGRガスをスムーズに中心側へ案内するべく、図4に示すように、吸気下流方向に傾斜した傾斜面を備える。
また、図5に示すように、吸気通路5を吸気上流側から吸気下流側へ向かって見て、EGR出口9の吸気下流側のみに案内手段13が設けられるものであり、案内手段13はEGR出口9が設けられていない吸気下流側には形成されないものである。
また、案内手段13がEGR出口9の吸気下流側のみに設けられるものであるため、案内手段13による吸気の圧力損失の増加を抑えることができる。
また、案内手段13は、全てのEGR出口9の下流側に設ける必要はなく、一部のEGR出口9の下流側のみに設けても良い。
上記の実施例4では、出口通路12の通路長を変更することで、流路抵抗を変更する例を示したが、出口通路12の幅を変更して流路抵抗を変更しても良い。
上述した各実施例を組み合わせて用いても良い。
上記の実施例では、低圧EGR装置3と組み合わされる高圧EGR装置2にEGR拡散ユニット1を用いる例を示したが、低圧EGR装置3が搭載されていない高圧EGR装置2(従来より一般にEGR装置と呼ばれる)における吸気通路5と高圧EGR流路6との接合部分にEGR拡散ユニット1を用いても良い。
2 高圧EGR装置
4 エンジン
5 吸気通路
6 高圧EGR流路(EGR流路の一例)
7 外周通路
8 EGR入口
9 EGR出口
11 邪魔板
12 出口通路
13 案内手段
Claims (2)
- エンジン(4)の気筒内へ吸気を導く吸気通路(5)と、前記エンジン(4)の排気ガスの一部をEGRガスとして前記吸気通路(5)へ戻すEGR流路(6)との合流箇所に設けられて、EGRガスを吸気中に導入するEGR拡散ユニット(1)において、
このEGR拡散ユニット(1)は、
前記吸気通路(5)の外周を覆う外周通路(7)と、
前記EGR流路(6)と前記外周通路(7)の接続を行ない、前記EGR流路(6)から前記外周通路(7)の内部へEGRガスを供給するEGR入口(8)と、
前記外周通路(7)と前記吸気通路(5)の接続を行い、前記外周通路(7)の内部に供給されたEGRガスを前記吸気通路(5)の内部へ排出するEGR出口(9)とを備え、
このEGR出口(9)が前記吸気通路(5)の周囲に複数設けられるものであり、
さらに、このEGR拡散ユニット(1)には、
前記EGR入口(8)に近い側における前記EGR出口(9)の流路抵抗を大きくし、前記EGR入口(8)より遠い側における前記EGR出口(9)の流路抵抗を小さくする流路抵抗設定手段が設けられており、
前記EGR出口(9)は、前記外周通路(7)と前記吸気通路(5)とを連通する穴によって設けられ、
前記流路抵抗設定手段は、前記EGR出口(9)の穴径で流路抵抗の設定を行なうものであり、
前記吸気通路(5)の内壁面には、前記EGR出口(9)から前記吸気通路(5)内に供給されるEGRガスを、前記吸気通路(5)の内壁面より中心側へ案内する案内手段(13)が設けられることを特徴とするEGR拡散ユニット。 - 請求項1に記載のEGR拡散ユニット(1)において、
前記案内手段(13)は、前記吸気通路(5)を吸気の流れ方向から見て、前記EGR出口(9)の吸気下流側のみに設けられ、前記EGR出口(9)が設けられていない吸気下流側には形成されていないことを特徴とするEGR拡散ユニット。
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