JP5413221B2 - 排気再循環装置 - Google Patents
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Description
ところで、排気ガスには、筒内での燃焼によって生じたパティキュレート(炭素を主成分とする粒子状物質)や未燃燃料,その他の油分(オイル)等の異物が含まれている。また、触媒が排気系に設けられている場合には、触媒の過昇温による微細クラック片や触媒層の剥離片といった異物が排気ガスに混入する可能性もある。これらの異物は、吸気系のバルブ類や過給器のコンプレッサーホイールといった部材の動作に悪影響を与えかねないため、還流ガス中から極力取り除いておきたい。そこで、還流ガス中に含まれる異物を捕集するフィルタを還流路上に設けて、還流ガスを濾過する技術が提案されている。
本件の目的の一つは、このような課題に鑑み創案されたもので、内燃機関の排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環装置において、フィルタリング性能を確保しつつ圧力損失を低く抑えることである。
また、該合流部が、該吸気通路の周囲を囲むように環状に形成されるとともに、該還流路から導入された該還流ガスを循環させる環状通路を有し、該フィルタが、該環状通路と該吸気通路とを区画するとともに該吸気通路の全周にわたって設けられていることが好ましい。
また、該環状通路は、該環状通路の内周面に沿って流れる該還流ガス流れの下流側ほど幅が狭くなるように形成されていることが好ましい。
[1.第一実施形態]
[1−1.吸排気システム構成]
第一実施形態に係る車両の吸排気システム10(排気再循環装置)を図1に示す。エンジン11(内燃機関)の吸気ポートには吸気通路6が接続され、排気ポートには排気通路7が接続されている。これらの吸気通路6及び排気通路7での空気の流通方向を図1中に黒矢印で示す。
低圧EGR通路18には、還流ガスを冷却するためのEGRクーラ8(冷却装置)が介装されている。また、低圧EGR通路18と吸気通路6との合流部には、EGR合流部材1(合流部)が設けられる。低圧EGR通路18内の還流ガスは、EGR合流部材1の内部を通って吸気通路6に導入される。以下、吸気通路6の輪郭を形成するものを吸気管6aと呼ぶ。吸気管6aの内側が吸気通路6をなしており、車外からの新気はこの吸気通路6を流れている。また、EGR合流部材1よりも吸気通路6の上流側にはスロットルバルブ9が設けられる。スロットルバルブ9は、吸空量(新気の流入量)を調整するための絞り弁である。
図2(a),(b)を用いてEGR合流部材1について詳述する。このEGR合流部材1は、還流ガスを吸気管6aの周方向に導きつつ管内の新気(外気)と混合するための内部構造を持った鋳造部材であり、環状部2及びくぼみ部4を備えて構成される。
環状部2は、吸気管6aよりも大径のほぼ円筒状に形成された部位である。環状部2の頂面及び底面には、それぞれの面に対してほぼ垂直に吸気管6aが接続されている。吸気通路6は環状部2の内部をその筒軸方向に貫通している。なお、図2(a)では環状部2の筒軸が紙面に垂直となり、図2(b)では紙面に平行となる。以下、環状部2の筒面のうちの外側を外筒面2bと呼び、内側を内筒面2cと呼ぶ。
本第一実施形態では、環状通路2a内における還流ガスの下流側ほど幅が狭くなるように形成されている。例えば、図3に示すように、通路5と環状部2との接続部近傍における環状通路2aの幅W1は、その下流側における幅W2よりも大きな寸法となっている。
フィルタ3のメッシュ粗さは、環状通路2a内における還流ガスの上流側ほど(すなわち、通路5と環状部2との接続部近傍ほど)細かく、下流側ほど粗く設定されている。ここでは、図2(a),図3に示すように、フィルタ3のメッシュ粗さが三段階に設定されている。
本第一実施形態の構造では、通路5からの還流ガスの導入方向が、環状部2の内筒面2cに沿って循環する還流ガスの流通方向にほぼ一致する。したがって、環状通路2a内の上流側の位置ほどフィルタ3を流入する還流ガスの流速が大きくなり、下流側ほど還流ガスの流速が小さくなる。つまり、フィルタ3は、流入する還流ガスの流速が大きい位置ほど高いメッシュ密度となるように形成されている。
低圧EGR通路18を流れる還流ガスは、EGR合流部材1に内蔵されたフィルタ3を通過して吸気通路6へと導入される。フィルタ3は、低圧EGR通路18の最下流となる位置に設けられており、つまり、低圧EGR通路18の中でも還流ガスの温度が最も低い位置に設けられている。したがって、フィルタ3の通過時における還流ガスの圧力損失を低く抑えることができる。また、フィルタ3自体の温度上昇を抑制することができる。
なお、上記のような異物によるEGRクーラ8へのダメージの軽減をするには、フィルタ3をEGRクーラ8の上流側に設けることも考えられるが、本実施形態のようにフィルタ3をEGRクーラ8の下流側に設けることで圧力損失を効果的に低減することができる。
したがって、図2(a)に示すように、吸気通路6の全周のあらゆる位置から均一な流量で還流ガスが導入される。これにより、吸気通路6内における還流ガスと新気との混合が促進され、吸気管6aの断面方向についての温度分布が均一化される。
このように、本排気再循環装置によれば、フィルタリング性能を確保しつつ圧力損失を低く抑えることができ、還流ガスの流量を増大させることでエンジン11から排出されるNOxを減少させることができる。
[2−1.EGR合流部材]
図4,図5を用いて、第二実施形態の吸排気システム10(排気再循環装置)のEGR合流部材21について詳述する。なお、第一実施形態のEGR合流部材1と同様の構成要素については同一の符号を用いて説明を省略する。
図4中で環状通路2a内における還流ガスの最も上流側に位置するフィルタ23のことを第一メッシュ23aと呼ぶ。第一メッシュ23aは、通路5から流入した還流ガスを正面から直接的に受ける部位である。また、還流ガスの流通方向の下流側のフィルタ23を順に、第二メッシュ23b,第三メッシュ23cと呼ぶ。第二メッシュ23bは、フィルタ23の上面及び下面をなす部位であり、第三メッシュ23cはフィルタ23の中心を挟んで第一メッシュ23aの反対側に位置する部位である。これらのメッシュ23a〜23cの粗さは、第一メッシュが最も細かく、第三メッシュが最も粗い。
図4,図5に示すように、通路5からEGR合流部材1の内部に導入された還流ガスは、そのまま直進してフィルタ23の第一メッシュ23aの表面に衝突するため、第一メッシュ23aに流入する還流ガスの流速は比較的大きくなる。一方、第一メッシュ23aの表面で上下方向に二分された残りの還流ガスは、内筒面22cに沿って環状通路22aを流れる。これにより、下流側の第二メッシュ23bに流入する還流ガスの流速は比較的小さくなり、第三メッシュ23cに流入する還流ガスの流速はさらに小さくなる。
したがって、図4に示すように、吸気通路6の全周のあらゆる位置から均一な流量で還流ガスが導入される。これにより、吸気通路6内における還流ガスと新気との混合を促進することができ、吸気管6aの断面方向についての温度分布を均一化することができる。また、フィルタ23上での熱の偏りも防止でき、フィルタ性能を維持しやすくすることができる。
このように、第二実施形態においても、第一実施形態と同様の効果を獲得することができる。
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
なお、開示の排気再循環装置は、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンの双方に適用することができる。
2 環状部
2a 環状通路
3 フィルタ
4 くぼみ部
4a ボルト穴(開口部)
4b ボルト(閉塞部材)
5 通路(還流路)
6 吸気通路
6a 吸気管
7 排気通路
8 EGRクーラ
9 スロットルバルブ
10 吸排気システム(排気再循環装置)
11 エンジン(内燃機関)
13 EGRクーラ
18 低圧EGR通路(還流路)
19 高圧EGR通路(還流路)
21 EGR合流部材(合流部)
22 環状部
22a 環状通路
23 フィルタ
Claims (6)
- 排気通路及び吸気通路にまたがって設けられ、排気圧を用いて内燃機関に過給する過給器と、
該過給器よりも該排気通路の下流側に設けられた触媒と、
該排気通路における該触媒の下流側と、該吸気通路における該過給器の上流側との間を接続して、該内燃機関の排気の一部を該排気通路から該吸気通路側へと戻す還流路と、
該吸気通路と該還流路との間に形成され、該吸気通路と該還流路とを連通する合流部と、
該合流部に設けられ、還流ガスに含まれる異物を捕集するフィルタと、
該合流部よりも上流側の該還流路上に設けられ、該還流ガスを冷却する冷却装置と、
を備えたことを特徴とする、排気再循環装置。 - 該フィルタは、該フィルタに流入する該還流路内の該還流ガスの流速が大きい位置ほど高いメッシュ密度を有する
ことを特徴とする、請求項1に記載の排気再循環装置。 - 該合流部が、該吸気通路の周囲を囲むように環状に形成されるとともに、該還流路から導入された該還流ガスを循環させる環状通路を有し、
該フィルタが、該環状通路と該吸気通路とを区画するとともに該吸気通路の全周にわたって設けられている
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の排気再循環装置。 - 該環状通路は、該環状通路の内周面に沿って流れる該還流ガス流れの下流側ほど幅が狭くなるように形成されている
ことを特徴とする、請求項3に記載の排気再循環装置。 - 該環状通路の内部において下方に凹んだ形状に形成されたくぼみ部をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項3又は4に記載の排気再循環装置。 - 該くぼみ部の底面に形成された開口部と、
磁性材料を含有し、該開口部を閉塞する閉塞部材と、をさらに備えた
ことを特徴とする、請求項5に記載の排気再循環装置。
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