JP5625970B2 - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気再循環装置に関し、特に排気再循環経路中に異物の捕集が可能なフィルタを設けた内燃機関の排気再循環装置に関する。

車両用のエンジン（内燃機関）においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的な排気再循環（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ともいう）を行うべく、排気再循環装置を装備するものが多くなっているが、高温の排気ガスの一部を吸気側に還流させるＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ方式だけでなく、ターボ過給機の排気タービンや排気後処理装置を通過した後の排気ガスをターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させることで低温かつ大量の排気再循環を可能にしたＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ方式を採用する排気再循環装置が普及し始めている。

このＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、排気ガスを吸気通路側に還流させる低圧ＥＧＲ配管にスパッタ（溶接時の飛散物）や排気浄化装置からの脱落片等の異物が侵入し、ターボ過給機のコンプレッサに入ってダメージを与えたりすることがないよう、排気還流経路中に異物捕集フィルタが設けられているものが多い。また、低圧ＥＧＲ配管に還流排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭともいう）を捕集可能なＥＧＲフィルタを設けるものもある。

このように排気再循環経路中に異物等の捕集が可能なフィルタを設けた従来の内燃機関の排気再循環装置としては、例えばＤＰＦ（Diesel particulate filter）より下流側の排気ガス通路に接続されたＥＧＲ通路の上流端側に、同軸に多層配置された複数の円筒状の多孔体と、それら多孔体の間に形成された多層のガス流路と、各ガス流路中に還流排気ガスを多孔体側に指向させる指向部材と、を備え、ＰＭのみならず異物の捕集も可能なＥＧＲフィルタを配したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

なお、ＥＧＲクーラで還流排気ガスが冷却されることによって生じる凝縮水をＥＧＲクーラから排気還流方向の上流側に流下させるように低圧ＥＧＲ配管の上流端側を傾斜させるとともに、その凝縮水が低圧ＥＧＲ配管の上流端側に装着された排気浄化触媒を避けて流下するよう、排気浄化触媒を迂回する液体通路を形成したものも知られている（例えば、特許文献２、３参照）。

特開２０１０−１５６２７２号公報 特開２００３−０６５１６２号公報 特開２００５−２４０６４１号公報

しかしながら、従来の内燃機関の排気再循環装置にあっては、低圧ＥＧＲ配管内のフィルタが異物捕集フィルタのように網目の細かいメッシュ状のものであったり上述例のようにＥＧＲフィルタでも目の細かい部分を多数有していたりする場合、排気還流通路が水膜を形成したそのフィルタ（以下、水膜が形成され易い程度に目が細かく異物捕集が可能なフィルタを総称して異物捕集フィルタという）によって閉塞され易くなり、所要量の排気ガスが排気再循環されないためにＮＯｘ低減効果が低下してしまう可能性があった。

また、異物捕集フィルタによって排気管流通路が閉塞され易いと、ＥＧＲクーラ等で生じる酸性の凝縮水を排気管側（排気還流方向上流側）に流下させる構造となっている場合でもその流下が妨げられ易くなり、ターボ過給機のコンプレッサや吸気系の金属部品が凝縮水によって腐食し易くなるという問題もあった。

そこで、本発明は、還流排気ガスへの異物等の侵入を阻止する異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制し、低圧ＥＧＲ配管内の通路が異物捕集フィルタにより閉塞されることを確実に防止できる内燃機関の排気再循環装置を提供するものである。

本発明に係る内燃機関の排気再循環装置は、上記課題解決のため、（１）それぞれ内燃機関の排気管側から吸気管側に排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲ配管および低圧ＥＧＲ配管を併有し、前記低圧ＥＧＲ配管の内方に異物捕集フィルタを設置した内燃機関の排気再循環装置であって、前記排気管に接続された基端部および前記低圧ＥＧＲ配管の内方で開口する先端部を有する排気ガス導入管を備え、前記異物捕集フィルタが、水平面に対し傾斜した異物捕集面を有するとともに前記排気ガス導入管の先端部に支持され、前記低圧ＥＧＲ配管の排気還流方向の上流端部が、前記排気ガス導入管の前記排気管への接続位置より排気方向の下流側に接続されていることを特徴とする。

この発明では、異物捕集フィルタの異物捕集面が水平面に対し傾斜しているので、異物捕集面に水分が付着しても流下し易くなる。しかも、内燃機関の運転中、排気ガス導入管から低圧ＥＧＲ配管の内部に導入される排気ガスによって異物捕集フィルタが常に熱せられることになり、異物捕集フィルタに水分が付着しても蒸発し易くなる。したがって、異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制し、低圧ＥＧＲ配管内の通路が異物捕集フィルタにより閉塞されることを防止することができることになる。

本発明に係る内燃機関の排気再循環装置においては、（２）前記低圧ＥＧＲ配管の内部に形成される排気還流通路のうち、前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置と前記低圧ＥＧＲ配管の前記排気管への接続位置との間に位置する特定通路区間が、前記開口位置より鉛直方向下方側に位置することが好ましい。

この構成により、異物捕集面から凝縮水が流下すると、その凝縮水が低圧ＥＧＲ配管の内壁面に沿って排気ガス導入管の先端部の開口位置より排気還流方向上流側に流下することになり、凝縮水がフィルタに再度付着することがない。また、低圧ＥＧＲ配管の内壁面に沿って流下する凝縮水が異物捕集フィルタに付着し難い。

本発明に係る内燃機関の排気再循環装置は、好ましくは、（３）前記低圧ＥＧＲ配管の内部に形成される排気還流通路のうち前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置よりも前記排気還流方向の下流側で開度を変化させるＥＧＲバルブと、前記排気還流通路のうち前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置よりも前記排気還流方向の上流側で開度を変化させる水抜きバルブと、をさらに備えるものである。

この構成により、ＥＧＲバルブの閉弁時でも異物捕集フィルタを排気ガス中にさらしたり凝縮水を排気管側に適宜排出させたりすることができ、異物捕集フィルタが水膜によって閉塞されることや、低圧ＥＧＲ配管内の排気還流通路が水膜が形成された異物捕集フィルタによって閉塞されたりすることが、確実に防止可能となる。

上記（３）に記載の構成を有する場合、（４）前記ＥＧＲバルブの開度が小さいときに前記水抜きバルブの開度が大きくなり、前記ＥＧＲバルブの開度が大きいときに前記水抜きバルブの開度が小さくなるように、前記ＥＧＲバルブおよび前記水抜きバルブを制御するバルブ制御手段が設けられていることが望ましい。これにより、例えば凝縮水を排気管側で蒸発させたり中和させたりし易い条件下で水抜きバルブを開弁させたり、ＥＧＲバルブの開弁時に低圧ＥＧＲ配管内に導入された還流排気ガスが水抜きバルブから排気管内に漏れるのを防止するように水抜きバルブを閉弁させたりすることができる。

上記（２）に記載の構成を有する場合、（５）前記低圧ＥＧＲ配管の途中に設置され前記吸気管側に還流する排気ガスを冷却する排気冷却器をさらに備え、前記低圧ＥＧＲ配管が、前記排気冷却器内で発生する凝縮水を前記排気冷却器から前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置より前記排気還流方向の上流側まで流下させるように水平面に対し傾斜していることが好ましい。

この場合、排気冷却器内で生じる凝縮水を、異物捕集フィルタに付着させることなく、排気還流方向の上流側まで流下させることができる。

本発明に係る内燃機関の排気再循環装置においては、（６）前記異物捕集フィルタの前記異物捕集面が、前記排気還流方向の下流側に向かって突出する凸面形状をなしていることが好ましい。この構成により、異物捕集面の面積を比較的大きくしながらも凝縮水が異物捕集面から流下し易く、かつ、排気還流方向に流れる還流排気ガスによって異物捕集フィルタに付着した水分が効率良く蒸発するようにできる。

上記（６）に記載の構成を有する場合、（７）前記排気ガス導入管の先端部と前記低圧ＥＧＲ配管とが略同軸にかつ互いに離間するように配置され、前記異物捕集フィルタの前記異物捕集面が、前記排気還流方向の下流側に向かって突出する略錐形をなしていることが好ましい。この場合、低圧ＥＧＲ配管の内方で開口する排気ガス導入管の先端部が低圧ＥＧＲ配管の内壁面から離間していることにより、凝縮水が異物捕集フィルタに接触し難く、低圧ＥＧＲ配管内の通路が異物捕集フィルタにより閉塞されることをより確実に防止できる。

上記（３）または（４）に記載の構成を有する場合、（８）前記排気管の内部であって前記排気ガス導入管の前記排気管への接続位置と前記低圧ＥＧＲ配管の前記排気管への接続位置との間に、排気絞りバルブが設置されていることが好ましい。この構成により、低圧ＥＧＲバルブの閉弁時に排気絞りバルブの開度を適度に絞ることで、排気管内から排気ガス導入管を通して低圧ＥＧＲ配管内に排気ガスを導入させ、その排気ガスを低圧ＥＧＲ配管の上流端部の内方で排気還流方向上流側に流すことができ、その排気ガスの流れによって凝縮水の排出と異物捕集フィルタからの水分の蒸発・除去作用とを高めることができる。

本発明によれば、低圧ＥＧＲ配管の内部で排気ガス導入管の先端部に支持された異物捕集フィルタの異物捕集面が、水を流下させ易く、しかも、内燃機関の運転中に排気ガス導入管から低圧ＥＧＲ配管の内部に導入される排気ガスにより常に熱せられて水分を蒸発させ易くなるようにしているので、異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制して、低圧ＥＧＲ配管内の通路が異物捕集フィルタにより閉塞されることを確実に防止することのできる内燃機関の排気再循環装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の全体の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の要部概略構成を示す図１の部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置において排気還流方向の下流側から異物捕集フィルタの近傍を見たときの低圧ＥＧＲ配管内の拡大断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３は、本発明に係る内燃機関の排気再循環装置の一実施形態を示している。

この実施形態は、本発明をターボ過給を採用する直列４気筒のディーゼルエンジン１０（多気筒内燃機関；以下、単にエンジン１０という）に適用したものである。

図１および図２に示すように、本実施形態のエンジン１０は、その本体ブロック１０Ｍに複数の気筒１１を有しており、このエンジン１０には、各気筒１１内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射するコモンレール型の燃料噴射装置１２と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１３と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置１４と、排気装置１４内の排気エネルギを利用して吸気装置１３内で吸入空気を圧縮し燃焼室に空気を過給するターボ過給機１５と、このターボ過給機１５より上流側の高圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる高圧側の排気再循環装置であるＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ装置１６と、このターボ過給機１５より下流側の低圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる低圧側の排気再循環装置であるＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ装置１７とが装備されている。

燃料噴射装置１２は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧の燃圧（燃料圧力）に加圧し吐出するサプライポンプ２１と、そのサプライポンプ２１からの燃料が導入されるコモンレール２２と、このコモンレール２２を通して供給される高圧燃料を後述するＥＣＵ１００（電子制御ユニット；図２参照）からの噴射指令信号に対応するタイミングおよび開度（デューティー比）で燃焼室内に噴射する燃料噴射弁２３とを含んで構成されている。なお、サプライポンプ２１は、例えばエンジン１０の回転動力を利用して駆動され、コモンレール２２はサプライポンプ２１から供給された高圧燃料を均等な圧力に保ちながら複数の燃料噴射弁２３に分配・供給する。燃料噴射弁２３は、電磁駆動される公知のニードル弁で構成され、噴射指令信号に応じてその開弁時間を制御されることにより噴射指令信号に応じた燃料噴射量の燃料（例えば軽油）を燃焼室内に噴射・供給することができる。

吸気装置１３は、本体ブロック１０Ｍに装着された吸気マニホールド３１と、それより上流側の吸気管３２と、吸気管３２の最上流部でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ３３と、ターボ過給機１５より下流側の吸気管部３２ｂ内でターボ過給機１５による圧縮・過給により昇温した吸入空気を冷却するインタークーラ３４と、新気の吸入流量を検出するエアフローメータ３５と、エンジン１０内への吸気量を調整するスロットルバルブ３６と、吸気温度を検出する吸気温度センサ３７と、吸気マニホールド３１の入口付近でエンジン１０の過給圧を検出する吸気管内圧力センサ３８と、を含んで構成されている。

排気装置１４は、本体ブロック１０Ｍに装着された排気マニホールド４１と、それより下流側の排気管４２と、アイドル時や軽負荷時に排気温度を上げることができるとともにＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７の背圧を制御することができる排気絞りバルブ４３と、ターボ過給機１５よりも下流側の排気管４２に装着された公知の酸化触媒コンバータ４４およびＤＰＦユニット４５（粒子状物質捕集フィルタ）からなる排気後処理装置４６と、を含んで構成されている。

ターボ過給機１５は、互いに回転方向一体に結合された吸入空気コンプレッサ１５ａおよび排気タービン１５ｂを有しており、排気管４２内を流れる排気ガスのエネルギにより排気タービン１５ｂを回転させることで、これに連結する吸入空気コンプレッサ１５ａを回転させ、この吸入空気コンプレッサ１５ａにより吸入空気を圧縮してエンジン１０内に正圧の空気を供給することができるようになっている。

ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６は、排気マニホールド４１および吸気管３２の間に介装された高圧ＥＧＲ配管６１と、この高圧ＥＧＲ配管６１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができる高圧ＥＧＲバルブ６２と、を有している。高圧ＥＧＲ配管６１は、エンジン１０内の燃焼室をバイパスして、排気管４２内の排気通路のうち排気タービン１５ｂより上流側の部分（上流側の排気管部４２ａの内部）または排気マニホールド４１内の排気通路と、吸気管３２内の吸気通路３２ｗのうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の部分（下流側の吸気管部３２ｂの内部）とを連通させる高圧側排気還流通路Ｐ１を形成している。また、高圧ＥＧＲバルブ６２は、高圧側排気還流通路Ｐ１を開通させる開弁状態と、この高圧側排気還流通路Ｐ１の開通を制限する、例えば高圧側排気還流通路Ｐ１を遮断する閉弁状態とに切替え可能で、エンジン１０の運転状態に応じて制御されるようになっている。そして、高圧側排気還流通路Ｐ１は、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６内における高圧側の排気再循環経路の主要部をなしている。

ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７は、排気管４２および吸気管３２の間に介装された低圧ＥＧＲ配管７１と、この低圧ＥＧＲ配管７１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができる低圧ＥＧＲバルブ７２と、低圧ＥＧＲ配管７１内を通る排気ガスをその途中で冷却することができる低圧ＥＧＲクーラ７３（排気冷却器）と、下流側の排気管４２内の排気通路うちＤＰＦユニット４５より下流側の排気通路部分でその通路断面積を変化させるように開度を変化させることができる前述の排気絞りバルブ４３とを有している。

低圧ＥＧＲ配管７１は、エンジン１０内の燃焼室をバイパスして、排気管４２内の排気ガス通路４２ｗのうち排気タービン１５ｂより下流側の部分（下流側の排気管部４２ｂの内部）と吸気管３２内の吸気通路３２ｗのうち吸入空気コンプレッサ１５ａより上流側の部分（上流側の吸気管部３２ａの内部）とを連通させる低圧側排気還流通路Ｐ２を形成しており、酸化触媒コンバータ４４およびＤＰＦユニット４５により浄化された排気ガスを排気ガス通路４２ｗ側から吸気通路３２ｗ側に還流させるようになっている。また、低圧ＥＧＲバルブ７２は、低圧側排気還流通路Ｐ２を開通させる開弁状態と、この開通を制限する、例えば低圧側排気還流通路Ｐ２を遮断する閉弁状態とに切替え可能になっており、エンジン１０の運転状態に応じて制御されるようになっている。さらに、低圧ＥＧＲクーラ７３は、低圧側排気還流通路Ｐ２の一部を形成するケース部７３ａと、そのケース部７３ａ内を通るＥＧＲガスに接触するとともに冷却用流体通路を形成する冷却水管部７３ｂとを有しており、冷却水管部７３ｂ内に導入される冷却用流体（例えば、エンジン冷却水）とケース部７３ａ内を通る還流排気ガスとの間における熱交換によって低圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。そして、低圧側排気還流通路Ｐ２は、吸気管３２内の吸気通路３２ｗのうち低圧ＥＧＲ配管７１が吸気管３２に接続する接続位置ｊより下流側の部分と共に、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７内における低圧側の排気再循環経路を構成している。

一方、酸化触媒コンバータ４４およびＤＰＦユニット４５は、エンジン１０の排気管４２の途中に配置され内部を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニットとなっている。すなわち、酸化触媒コンバータ４４は、例えば炭化水素(ＨＣ)と一酸化炭素(ＣＯ)を二酸化炭素(ＣＯ_２)と水(Ｈ_２Ｏ)に変化させることができる酸化性能を有している。また、ＤＰＦユニット４５は、例えば多孔質セラミックスで構成されたハニカム構造のもので、エンジン１０の排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するとともにその捕集により堆積するＰＭを燃焼させる再生処理ができるようになっている。

図２に示すように、ＤＰＦユニット４５は、具体的には、排気管４２の途中に配置されて排気ガス通路４２ｗを特定の通路区間において拡張させる筒状ケース部５１と、その筒状ケース部５１内の特定の通路区間を通る排気ガス中のＰＭを捕集して排気ガスを浄化するよう筒状ケース部５１内に収納されたＰＭ捕集フィルタ部５２（排気浄化フィルタ部）と、を有している。

このＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１は、ＰＭ捕集フィルタ部５２の下流側に、排気ガス通路４２ｗの拡張された特定の通路区間のうちＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側で通路断面積を減少させるよう、ＰＭ捕集フィルタ部５２の周囲の筒状壁面５１ｂに対して縮径方向に傾斜し交差する内壁面５１ａを有している。

また、ＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の筒状ケース部５１の内部には、ＰＭ捕集フィルタ部５２に対応して拡張された排気ガス通路４２ｗの特定の通路区間の下流側部分である排気ガス分配室５３が画成されている。そして、排気ガス通路４２ｗのうち排気ガス分配室５３より排気消音器４２ＭＦ側の排気ガス通路部分４２ｗｘは、内壁面５１ａを貫通してこの排気ガス分配室５３から車両後方側に延びており、一方、低圧側排気還流通路Ｐ２は、排気ガス分配室５３の近傍の下流側の排気管部４２ｂの内部あるいは排気ガス分配室５３から鉛直方向上方側に延びつつ低圧ＥＧＲクーラ７３の入口部７３ｃに向かって湾曲するように形成されている。

一方、低圧側排気還流通路Ｐ２を形成する低圧ＥＧＲ配管７１の上流端部７１ｕの近傍には、排気管４２の一部を構成する排気管４２の下流側の排気管部４２ｂあるいは筒状ケース部５１の内壁面５１ａ付近から外方に突出するように、排気ガス導入管８１が設けられている。

この排気ガス導入管８１は、排気管４２の下流側の排気管部４２ｂあるいは筒状ケース部５１の内壁面５１ａに接続されるとともに排気ガス通路４２ｗ内に向かって開口する基端部８１ａと、低圧ＥＧＲ配管７１の内方で排気還流方向の下流側に向かって開口する先端部８１ｂとを有しており、さらに、これら基端部８１ａおよび先端部８１ｂの間で低圧ＥＧＲ配管７１の管壁部分を貫通するとともに先端部８１ｂに近付くほど排気還流方向下流側に向かうように湾曲する中間の湾曲部８１ｃを有している。また、排気ガス導入管８１は、低圧ＥＧＲ配管７１の上流端部７１ｕより小径の円管状体であり、長さ方向の全域で略一定の内径および通路断面積を有している。なお、排気ガス導入管８１の断面形状や内径は、特に限定されるものではなく、長さ方向全域で略同一でなければならないものでもない。

また、低圧ＥＧＲ配管７１の内部に形成される低圧側排気還流通路Ｐ２のうち、その通路方向において排気ガス導入管８１の先端部８１ｂが開口する開口位置ａ１（ここでは、開口中心高さの位置）と低圧ＥＧＲ配管７１の排気管４２への接続位置ａ２との間に位置する特定通路区間Ｐ２ｕは、開口位置ａ１より鉛直方向下方側に位置している。そして、低圧ＥＧＲ配管７１の排気還流方向の上流端部７１ｕは、低圧ＥＧＲクーラ７３から離れたその最上流端を排気管４２に接続させており、その接続位置ａ２は、排気ガス導入管８１の排気管４２側への接続位置ａ３より排気管４２の排気方向下流側に位置している。

また、低圧ＥＧＲ配管７１は、低圧ＥＧＲクーラ７３内で発生する凝縮水を低圧ＥＧＲクーラ７３の入口部７３ｃから排気ガス導入管８１の先端部８１ｂが開口する開口位置ａ１より排気還流方向の上流側まで流下させるように、水平面に対し傾斜した全体形状をなしている。さらに、排気絞りバルブ４３は、排気管４２内の排気ガス通路４２ｗ上であって排気ガス導入管８１の排気管４２側への接続位置ａ３と低圧ＥＧＲ配管７１の排気管４２への接続位置ａ２との間に位置するように設置されている。

排気ガス導入管８１の先端部８１ｂには、低圧ＥＧＲ配管７１の内方で異物を捕集する異物捕集フィルタ８２が装着されている。

この異物捕集フィルタ８２は、ＤＰＦユニット４５のハニカム状のＰＭ捕集フィルタ部５２よりも十分に網目の細かい金属メッシュで構成されており、排気管４２中に存在するスパッタ（溶接時の飛散物）、ＰＭ捕集フィルタ部５２からの脱落片、あるいはＰＭ捕集フィルタ部５２より上流側から排気ガスと共に移動してくる異物が生じたときにその異物を捕捉し、そのような異物がターボ過給機１５の吸入空気コンプレッサ１５ａに入ってダメージを与えたりすることを防止するようになっている。

また、この異物捕集フィルタ８２は、水平面に対し傾斜した異物捕集面８２ａと、排気ガス導入管８１の先端部８１ｂに支持された環状基端部８２ｂとを有しており、異物捕集面８２ａは、概ね低圧ＥＧＲ配管７１の内部で低圧側排気還流通路Ｐ２による排気還流方向の下流側に向かって突出する凸面形状をなしている。

具体的には、図２および図３に示すように、排気ガス導入管８１の先端部８１ｂの近傍においては、その排気ガス導入管８１の先端部８１ｂと低圧ＥＧＲ配管７１とが略同軸にかつ互いに径方向に離間するように、すなわち部分的に二重管構造となるように配置されており、異物捕集フィルタ８２の異物捕集面８２ａは、低圧ＥＧＲ配管７１の内部で排気還流方向の下流側に向かって突出する略円錐形状をなしている。

上述のように、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７においては、低圧ＥＧＲ配管７１の内部に形成される低圧側排気還流通路Ｐ２のうち排気ガス導入管８１の先端部８１ｂが開口する開口位置ａ１よりも排気還流方向の下流側で開度を変化させる低圧ＥＧＲバルブ７２が設けられているが、これとは別に、低圧側排気還流通路Ｐ２のうち排気ガス導入管８１の先端部８１ｂが開口する開口位置ａ１よりも排気還流方向の上流側で開度を変化させる水抜きバルブ８５が、さらに設けられている。

この水抜きバルブ８５は、低圧ＥＧＲ配管７１の上流端部７１ｕの内方で開閉することにより、その開弁時には、低圧ＥＧＲクーラ７３内で発生する凝縮水をＤＰＦユニット４５のＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の排気ガス通路４２ｗ内に排出させ、その閉弁時には、低圧ＥＧＲクーラ７３内で発生する凝縮水を排気ガス導入管８１の先端部８１ｂが開口する開口位置ａ１よりも鉛直方向下方側の低圧ＥＧＲ配管７１の内部、すなわち、特定通路区間Ｐ２ｕ内に貯留・収容しておくことができるようになっている。

水抜きバルブ８５は、低圧ＥＧＲバルブ７２と共に、ＥＣＵ１００（バルブ制御手段）によりエンジン１０の運転状態に応じてそれぞれの開閉および開度を制御されるようになっており、低圧ＥＧＲバルブ７２の開度が小さいときに水抜きバルブ８５の開度が大きくなり、低圧ＥＧＲバルブ７２の開度が大きいときに水抜きバルブ８５の開度が小さくなるようになっている。なお、図中では、水抜きバルブ８５の弁体形状やその駆動部を詳細に示していないが、水抜きバルブ８５は、専ら低圧ＥＧＲバルブ７２と逆の開閉状態をとるものとなり、その開閉切替えの頻度も低圧ＥＧＲバルブ７２と同程度となるので、低圧ＥＧＲバルブ７２と同様なバルブタイプ（例えば、ポペット弁タイプ）および駆動方式（例えば電磁駆動方式）のものであるのが好ましい。ただし、低圧ＥＧＲバルブ７２の閉弁時に水抜きバルブ８５が選択的に開弁できるものであれば、それらが相違してもよい。

なお、低圧ＥＧＲ配管７１の上流端部７１ｕに連結する低圧ＥＧＲ配管７１の残部は、両端フランジ部や蛇腹状の起伏を持つ他の複数の管状部材および低圧ＥＧＲクーラ７３の一部等により構成されている。

また、エンジン１０は、ＥＣＵ１００により各種センサ群のセンサ情報に基づいて運転制御されるようになっており、例えばサプライポンプ２１の吐出制御（例えば、その電磁スピル弁の制御）、燃料噴射弁２３による燃料噴射量制御、スロットルバルブ３６の開度制御、高圧ＥＧＲバルブ６２や低圧ＥＧＲバルブ７２の開度（ＥＧＲ率）制御、排気絞りバルブ４３の開度制御の開閉制御等が実行されるようになっている。ここにいう各種センサ群とは、例えば図１に示す公知のエアフローメータ３５、吸気温度センサ３７、吸気管内圧力センサ３８、排気酸素濃度センサ４７、排気温度センサ４８ａ、４８ｂ、排気温度センサ４９、ＤＰＦ前後差圧センサ９１、低圧ＥＧＲ差圧センサ９２等に加え、図示しないアクセル開度センサ、スロットル開度センサ、クランク角センサ、水温センサ、車速センサ等である。また、排気絞りバルブ４３に代えて、あるいは排気絞りバルブ４３と併せて、上流側の吸気管部３２ａ内に低圧ＥＧＲ用吸気絞りバルブ９３を設けることもできる。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の排気再循環装置においては、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６によって形成される高圧側排気還流通路Ｐ１内の還流排気ガスに対して、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７によって形成される低圧側排気還流通路Ｐ２内の還流排気ガスの方が低圧・低温となることに加えて、低圧側排気還流通路Ｐ２中のその低圧・低温の還流排気ガスが低圧ＥＧＲクーラ７３により冷却されることから、低圧ＥＧＲクーラ７３内で酸性の凝縮水が発生し易い。また、異物捕集フィルタ８２は、金属製で網目が細かいので、その異物捕集面８２ａに表面張力による水膜が張り易い。

しかし、本実施形態における異物捕集フィルタ８２の異物捕集面８２ａは、水平面に対し傾斜しているので、異物捕集面８２ａに水分が付着しても流下し易くなるのに加えて、エンジン１０の運転中、排気ガス導入管８１から低圧ＥＧＲ配管７１の内部に導入される高温の排気ガスによって異物捕集フィルタ８２が常に熱せられることになり、異物捕集フィルタ８２に水分が付着しても蒸発し易くなる。したがって、異物捕集フィルタ８２に水膜が形成されることが有効に抑制されることになり、低圧ＥＧＲ配管７１内の低圧側排気還流通路Ｐ２が異物捕集フィルタ８２により閉塞されることが防止できることになる。

また、低圧ＥＧＲ配管７１の内部に形成される低圧側排気還流通路Ｐ２のうち、排気ガス導入管８１の先端部８１ｂが開口する開口位置ａ１と低圧ＥＧＲ配管７１の排気管４２への接続位置ａ２との間に位置する特定通路区間Ｐ２ｕが、開口位置ａ１より鉛直方向下方側に位置するので、異物捕集面８２ａから凝縮水が流下すると、その凝縮水が低圧ＥＧＲ配管７１の内壁面に沿って排気ガス導入管８１の先端部８１ｂの開口位置ａ１より排気還流方向上流側（鉛直方向下方側）に流下することになり、凝縮水が異物捕集フィルタ８２に再度付着することがない。また、低圧ＥＧＲ配管７１の内壁面に沿って流下する凝縮水は、その内壁面から離間する異物捕集フィルタ８２に付着し難い。

また、低圧ＥＧＲバルブ７２の閉弁（低開度）時に排気絞りバルブ４３の開度を適度に絞れば、排気ガス導入管８１を通して低圧ＥＧＲ配管７１の内部に排気ガスを確実に導入するとともにその配意ガスを低圧ＥＧＲ配管７１の上流端部７１ｕの内方で排気還流方向上流側に流すことができ、その排気ガスの流れによって凝縮水の排出と異物捕集フィルタ８２からの水分の蒸発・除去作用とを、十分に高めることができる。

さらに、本実施形態では、低圧ＥＧＲバルブ７２の閉弁時でも水抜きバルブ８５を開弁させて異物捕集フィルタ８２を排気ガス中にさらしたり凝縮水を排気管４２側に適宜排出させたりすることができるので、異物捕集フィルタ８２が水膜によって閉塞されることや、水膜が形成された異物捕集フィルタ８２によって低圧ＥＧＲ配管７１内の低圧側排気還流通路Ｐ２が閉塞されたりすることが、確実に防止できることになる。

加えて、低圧ＥＧＲバルブ７２および水抜きバルブ８５が、ＥＣＵ１００により、低圧ＥＧＲバルブ７２の開度が小さいときに水抜きバルブ８５の開度が大きくなり、低圧ＥＧＲバルブ７２の開度が大きいときに水抜きバルブ８５の開度が小さくなるように制御されるので、例えば凝縮水を排気管４２側で蒸発させたり中和させたりし易い条件下で水抜きバルブ８５を開弁させることができるし、低圧ＥＧＲバルブ７２の開弁時に低圧ＥＧＲ配管７１内に導入された還流排気ガスが水抜きバルブ８５から排気管４２内に漏れ出るのを防止するように水抜きバルブ８５を閉弁させることができる。

また、低圧ＥＧＲ配管７１が、低圧ＥＧＲクーラ７３内で発生する凝縮水を低圧ＥＧＲクーラ７３から排気ガス導入管８１の先端部８１ｂが開口する開口位置ａ１より排気還流方向の上流側まで流下させるように、水平面に対し傾斜しているので、低圧ＥＧＲクーラ７３内で生じる凝縮水を、異物捕集フィルタ８２に付着させることなく、排気還流方向の上流側まで流下させることができる。

さらにまた、異物捕集フィルタ８２は、その異物捕集面８２ａが排気還流方向の下流側に向かって突出する凸面形状をなしているので、異物捕集面８２ａの面積を比較的大きくしながらも凝縮水が異物捕集面８２ａから流下し易く、かつ、排気還流方向に流れる低圧ＥＧＲガス（還流排気ガス）によって異物捕集フィルタ８２に付着した水分を効率良く蒸発させることができる。

特に、排気ガス導入管８１の先端部８１ｂと低圧ＥＧＲ配管７１とが略同軸にかつ互いに離間するように配置され、異物捕集フィルタ８２の異物捕集面８２ａが、排気還流方向の下流側に向かって突出する略錐形をなしているので、凝縮水が異物捕集フィルタ８２に接触し難く、低圧ＥＧＲ配管７１内の通路が異物捕集フィルタ８２により閉塞されることをより確実に防止できる。

このように、本実施形態によれば、低圧ＥＧＲ配管７１の内部で排気ガス導入管８１の先端部８１ｂに支持された異物捕集フィルタ８２の異物捕集面８２ａが、水を流下させ易く、しかも、エンジン１０の運転中に排気ガス導入管８１から低圧ＥＧＲ配管７１の内部に導入される排気ガスにより常に熱せられて水分を蒸発させ易くなるようにしているので、異物捕集フィルタ８２に水膜が形成されるのを有効に抑制して、低圧ＥＧＲ配管７１内の通路が異物捕集フィルタ８２により閉塞されることを確実に防止することのできる内燃機関の排気再循環装置を提供することができる。

なお、上述の一実施形態における異物捕集フィルタ８２の異物捕集面８２ａは、略円錐形状となっていたが、半球面状、略円錐台形状、あるいは屋根のように水平面に対する複数の傾斜面を有するもの等であってもよい。

また、異物捕集フィルタ８２の異物捕集面８２ａの突出方向は、必ずしも低圧ＥＧＲ配管７１の中心軸線と一致する必要はなく、異物捕集面８２ａに水分が付着しても重力によって流下し易く、低圧ＥＧＲ配管７１の内壁面から滴下する凝縮水が少ない位置に設置されるのであれば、異物捕集フィルタ８２の設置姿勢は、図２中に示す真上向きから外れるように傾斜してもよい。異物捕集フィルタ８２が金属メッシュ（金属線からなる網）でなく、多孔を有する椀状体であってもよいことはいうまでもない。

さらに、排気ガス導入管８１は、必ずしも低圧ＥＧＲ配管７１を貫通するものである必要はなく、低圧ＥＧＲ配管７１が、排気管４２の下流側の排気管部４２ｂに接続され排気管部４２ｂによって全部または一部が閉止される枝管部または上流端部を有し、その枝管部または上流端部によって排気ガス導入管８１が全体的に取り囲まれていてもよい。

また、水抜きバルブ８５は、図２中に実勢で示すように、低圧ＥＧＲ配管７１の上流端部７１ｕのうち鉛直方向に延びる中間部分に設置されているが、図２中に仮想線で示すように、排気管４２（下流側の排気管部４２ｂあるいは筒状ケース部５１の内壁面５１ａ付近）に接続される低圧ＥＧＲ配管７１の上流端部７１ｕの最上流位置付近に設置して凝縮水の貯留容量を確保するようにしてもよいし、その収容領域に中和剤を設けたり腐食防止処理を施したりしてもよい。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気再循環装置は、低圧ＥＧＲ配管の内部で排気ガス導入管の先端部に支持された異物捕集フィルタの異物捕集面が、水を流下させ易く、しかも、内燃機関の運転中に排気ガス導入管から低圧ＥＧＲ配管の内部に導入される排気ガスにより常に熱せられて水分を蒸発させ易くなるようにしているので、異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制して、低圧ＥＧＲ配管内の通路が異物捕集フィルタにより閉塞されることを確実に防止することのできる内燃機関の排気再循環装置を提供することができるという効果を奏するものであり、排気再循環経路中に異物捕集可能なフィルタを設けた内燃機関の排気再循環装置全般に有用である。

１０ エンジン（ディーゼルエンジン、内燃機関）
１３ 吸気装置
１４ 排気装置
１５ ターボ過給機
１５ａ 吸入空気コンプレッサ
１５ｂ 排気タービン
１６ ＨＰＬ−ＥＧＲ装置（高圧ＥＧＲ装置）
１７ ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（低圧ＥＧＲ装置）
３２ 吸気管
３２ｗ 吸気通路
４２ 排気管
４２ｗ 排気ガス通路
４２ｗｘ 下流側の排気ガス通路部分
４３ 排気絞りバルブ
４５ ＤＰＦユニット
５１ 筒状ケース部
５１ａ 内壁面
５２ ＰＭ捕集フィルタ部
７１ 低圧ＥＧＲ配管
７１ｕ 上流端部
７２ 低圧ＥＧＲバルブ（ＥＧＲバルブ）
７３ 低圧ＥＧＲクーラ（排気冷却器）
７３ｃ 入口部
８１ 排気ガス導入管
８１ａ 基端部
８１ｂ 先端部
８２ 異物捕集フィルタ
８２ａ 異物捕集面
８５ 水抜きバルブ
１００ ＥＣＵ（バルブ制御手段）
ａ１ 開口位置
ａ２ 接続位置
Ｐ１ 高圧側排気還流通路
Ｐ２ 低圧側排気還流通路
Ｐ２ｕ 特定通路区間

Claims (8)

1. それぞれ内燃機関の排気管側から吸気管側に排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲ配管および低圧ＥＧＲ配管を併有し、前記低圧ＥＧＲ配管の内方に異物捕集フィルタを設置した内燃機関の排気再循環装置であって、
   前記排気管に接続された基端部および前記低圧ＥＧＲ配管の内方で開口する先端部を有する排気ガス導入管を備え、
   前記異物捕集フィルタが、水平面に対し傾斜した異物捕集面を有するとともに前記排気ガス導入管の先端部に支持され、
   前記低圧ＥＧＲ配管の排気還流方向の上流端部が、前記排気ガス導入管の前記排気管への接続位置より排気方向の下流側に接続されていることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記低圧ＥＧＲ配管の内部に形成される排気還流通路のうち、前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置と前記低圧ＥＧＲ配管の前記排気管への接続位置との間に位置する特定通路区間が、前記開口位置より鉛直方向下方側に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
3. 前記低圧ＥＧＲ配管の内部に形成される排気還流通路のうち前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置よりも前記排気還流方向の下流側で開度を変化させるＥＧＲバルブと、
   前記排気還流通路のうち前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置よりも前記排気還流方向の上流側で開度を変化させる水抜きバルブと、をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
4. 前記ＥＧＲバルブの開度が小さいときに前記水抜きバルブの開度が大きくなり、前記ＥＧＲバルブの開度が大きいときに前記水抜きバルブの開度が小さくなるように、前記ＥＧＲバルブおよび前記水抜きバルブを制御するバルブ制御手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気再循環装置。
5. 前記低圧ＥＧＲ配管の途中に設置され前記吸気管側に還流する排気ガスを冷却する排気冷却器をさらに備え、
   前記低圧ＥＧＲ配管が、前記排気冷却器内で発生する凝縮水を前記排気冷却器から前記排気ガス導入管の先端部が開口する開口位置より前記排気還流方向の上流側まで流下させるように水平面に対し傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
6. 前記異物捕集フィルタの前記異物捕集面が、前記排気還流方向の下流側に向かって突出する凸面形状をなしていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環装置。
7. 前記排気ガス導入管の先端部と前記低圧ＥＧＲ配管とが略同軸にかつ互いに離間するように配置され、
   前記異物捕集フィルタの前記異物捕集面が、前記排気還流方向の下流側に向かって突出する略錐形をなしていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気再循環装置。
8. 前記排気管の内部であって前記排気ガス導入管の前記排気管への接続位置と前記低圧ＥＧＲ配管の前記排気管への接続位置との間に、排気絞りバルブが設置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の排気再循環装置。

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