JP5671097B2 - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、空気始動方式の内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを吸気側に環流させる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置、及びこれを備えた内燃機関に関する。

従来、内燃機関から排出される排気ガスの一部を排気流路から取り出して吸気流路に環流させる排気ガス再循環装置（以下「ＥＧＲ装置」ともいう。）が知られている。ＥＧＲ装置によって排気ガスの一部が吸気流路に環流されると、燃焼混合気における不活性ガスの割合が増し、燃焼温度が低下する。これにより、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。この種のＥＧＲ装置の一例として、排気ガス流路と吸気流路とをつなぐＥＧＲ流路に電磁弁などの制御弁が設けられ、この制御弁が制御されることによって、再循環される排気ガス（以下「ＥＧＲガス」という。）を所定のタイミングで吸気側へ環流させるＥＧＲ装置が知られている。例えば、特許文献１のＥＧＲ装置は、吸気行程後半または圧縮行程前半に前記制御弁を制御して副燃焼室にＥＧＲガスを供給している。また、特許文献２の燃料噴射装置は、燃料噴射弁に送られるＥＧＲガスの供給量と供給タイミングを調整する制御弁を備えており、この制御弁が制御されることによって、燃料噴射弁から燃料とＥＧＲガスとを同時に噴射させている。

特開平６−２６４８２９号公報 特開２０００−２２０５３３号公報

しかしながら、特許文献１のＥＧＲ装置は、吸気側にＥＧＲガスを環流させるための制御弁と、この制御弁を制御するコントローラーとを別途設ける必要がある。また、特許文献２の燃料噴射装置は、燃料噴射弁に送られるＥＧＲガスの供給量を調整する制御弁や、この制御弁を制御するコントローラーを設ける必要があり、また、ＥＧＲガスを送出する圧縮機などの大型の付帯設備を設ける必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、制御弁やコントローラーを新たに設けなくても、簡単な構成で、ＥＧＲガスを吸気側に再循環させることが可能な排気ガス再循環装置、及びこの排気ガス再循環装置を備えた内燃機関を提供することにある。

(1) 本発明は、圧縮空気供給弁と、バイパス流路と、逆止弁とを備える排気ガス再循環装置である。前記圧縮空気供給弁は、入力ポートに導かれた圧縮空気を、空気始動方式の内燃機関の始動時に予め定められた供給タイミングで前記内燃機関の燃焼室に供給する。前記バイパス流路は、前記燃焼室から排出された排気ガスを前記圧縮空気供給弁の入力ポートに導く。前記逆止弁は、前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路から前記圧縮空気供給弁の入力ポートへ向かう一方向に前記排気ガスを流通させる。

このように構成されているため、空気始動方式の内燃機関においては、ＥＧＲガスを所定の供給タイミングで燃焼室に供給するための機構として、空気始動に用いられる圧縮空気供給弁を兼用することができる。これにより、構成が簡略でありコンパクトな排気ガス再循環装置を実現することができる。また、この排気ガス再循環装置が備えられた内燃機関の付属装置を減少させることができる。

(2) 前記圧縮空気供給弁は、前記内燃機関が備える複数の気筒ごとに設けられている。この場合、本発明の排気ガス再循環装置は、複数の気筒ごとに異なる前記供給タイミングで前記圧縮空気供給弁の入力ポートに前記圧縮空気を分配して供給する第１分配弁を更に備える。また、前記バイパス流路は、前記第１分配弁の入力ポートに接続されており、前記第１分配弁を介して前記圧縮空気供給弁の入力ポートに前記排気ガスを導く。

この構成により、始動用の圧縮空気だけでなく、ＥＧＲガスを第１分配弁によって各気筒ごとに最適なタイミングで供給することができる。

(3) 前記供給タイミングは、前記内燃機関の燃焼プロセスにおける圧縮行程の後半から膨張行程が始まる前のタイミングである。

これにより、始動時に圧縮空気を燃焼室に供給するタイミングと、ＥＧＲガスを燃焼室に供給するタイミングを同じにして、内燃機関の始動及びＥＧＲガスの供給を効率よく行うことができる。

(4) 前記第１分配弁は、複数の出力ポートと、回転体と、移動部材とを有する。複数の出力ポートは、複数の前記圧縮空気供給弁それぞれの入力ポートに接続される。回転体は、前記内燃機関のカム軸に連結され前記カム軸の回転に伴い回転することにより前記第１分配弁の入力ポートからの流体を前記複数の出力ポートのいずれかに導く連通孔を有する。移動部材は、前記出力ポートと前記回転体との間で移動可能に設けられており、前記内燃機関の始動時に燃焼プロセスにおける膨張行程の開始タイミングで前記連通孔から前記出力ポートまでの中継流路を形成する第１位置に配置され、前記内燃機関の始動後に燃焼プロセスにおける圧縮行程の開始タイミングで前記中継流路を形成する第２位置に配置される。

これにより、始動時に第１分配弁の入力ポートに圧縮空気が流入した場合に、その圧縮空気を前記膨張行程の開始タイミングで燃焼室に供給することができる。これにより、内燃機関を円滑に始動できる。また、始動後に第１分配弁の入力ポートにＥＧＲガスが流入した場合に、そのＥＧＲガスを前記圧縮行程の開始タイミングで燃焼室に供給することができる。これにより、オーバーラップのタイミングを外してＥＧＲガスが燃焼室に供給される。つまり、ＥＧＲガスの抜けが無くなり、必要最小限のＥＧＲガスを効率よく燃焼室に供給することができる。

(5) 本発明の排気ガス再循環装置は、第１分配弁よりも前記圧縮空気の流れ方向の上流側に設けられ、前記内燃機関の始動時に圧縮空気源から前記第１分配弁に至る前記圧縮空気流路を開放し、前記内燃機関の始動後に前記圧縮空気流路を閉塞する制御弁を更に備える。

この構成により、内燃機関の始動後に前記圧縮空気流路が制御弁によって閉塞されるため、ＥＧＲガスが圧縮空気流路の上流側へ逆流することが防止される。

(6) 前記圧縮空気供給弁は、前記内燃機関が備える複数の気筒ごとに設けられている。この場合、本発明の排気ガス再循環装置は、複数の気筒ごとに異なる前記供給タイミングで前記バイパス流路から前記圧縮空気供給弁の入力ポートに前記排気ガスを分配して供給する第２分配弁を更に備える。

この構成により、前記内燃機関の始動用に用いられる前記第１分配弁とは別の第２分配弁によって排気ガスが圧縮空気供給弁に供給されて、燃焼室に供給される。このため、前記第１分配弁による分配タイミングとは異なるタイミングで排気ガスを燃焼室に供給することができる。

本発明によれば、構成部品を少なく、コンパクトな排気ガス再循環装置を実現することが可能である。また、排気ガス再循環装置を備える内燃機関の付属部品を減少させることが可能である。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の吸排気系統の構成を示す模式図である。 内燃機関の始動装置の構成および始動時の圧縮空気の流れを示す模式図である。 内燃機関のＥＧＲ装置の構成および再循環時の排気ガスの流れを示す模式図である。 本発明の第２実施形態で用いられる分配弁の構成を示す分解図である。 図４に示す分配弁の構成を示す模式図である。 図４に示す分配弁の動作を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る始動装置の構成を示す模式図である。

［第１実施形態］
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。

［内燃機関１０］
図１に示されるように、本発明の実施形態に係る内燃機関１０は、船舶において発電用モータに回転力を供給する用途として使用されたり、船舶のプロペラ軸を回転させる用途として使用されるものであり、例えば、機関出力が数百ｋＷ〜数千ｋＷの大型の４サイクルのディーゼルエンジンである。

内燃機関１０は、例えば複数の気筒が直列に配置されたものであり、主として、シリンダ１４と、シリンダ１４に沿って往復運動可能に支持されたピストン１１と、シリンダ１４の燃焼室１５に燃料を噴霧するインジェクタ２３と、クランク軸（不図示）に連結されたコンロッド１３と、吸気マニホールド２７を介してシリンダ１４へ空気を送り込む過給機２２と、過給機２２から送り込まれた空気を冷却するためのインタークーラ２４とを備えている。これらの各構成要素は、内燃機関１０の筐体であるエンジン本体（不図示）やシリンダ１４の上部に設けられたシリンダヘッド（不図示）に組み付けられている。

図１に示されるように、過給機２２はエンジン本体に取り付けられており、吸気流路２９と排気ガス流路３２とを連結するように設けられている。なお、吸気流路２９は、空気の取り込み口である吸気口２８から各シリンダ１４の吸気バルブ１８に至る気体（吸気ガス）の流路である。また、排気ガス流路３２は、各シリンダ１４の排気バルブ１９から排気口３０に至る気体（排気ガス）の流路である。過給機２２は、タービン２２Ａ及びコンプレッサ２２Ｂを有している。内燃機関１０の運転時は、排気ガス流路３２の排気ダクト３１に設けられたタービン２２Ａが排気ガスの流れを受けて回転すると、吸気流路２９の吸入ダクト３３に設けられたコンプレッサ２２Ｂが回転する。これにより、吸気口２８から吸入した外部の吸気が圧縮されて燃焼室１５へ送られる。

吸気流路２９において、過給機２２よりも吸気方向下流側（以下、単に「下流側」と称する。）にインタークーラ２４が設けられている。過給機２２によって高温高圧にされた空気は、インタークーラ２４へ送り込まれる。インタークーラ２４を通過することによって、コンプレッサ２２Ｂによって高温にされた空気が冷却される。

吸気流路２９において、インタークーラ２４よりも下流側には、吸気マニホールド２７が設けられている。インタークーラ２４によって冷却された空気は、インタークーラ２４の下流側に設けられた吸気マニホールド２７に送られる。吸気マニホールド２７は、エンジン本体に組み込まれている。吸気マニホールド２７から各シリンダ１４の吸気バルブ１８へ向けて複数の吸気ダクト３４が形成されており、その吸気ダクト３４を通じて各シリンダ１４の燃焼室１５へ空気が供給される。

［空気始動装置４０］
図２に示されるように、内燃機関１０は、空気始動装置４０を備えている。空気始動装置４０は、シリンダ１４の燃焼室１５に圧縮空気を直接送り込み、その空気圧によってピストン１１を動作させることによりクランク軸を回転させて、内燃機関１０を着火速度まで回転させる装置である。この空気始動装置４０は、主として、始動用の押しボタンスイッチ４１と、始動用の電磁弁４２と、自動弁４３（本発明の制御弁の一例）と、圧縮空気を貯留する空気槽４４（本発明の圧縮空気源の一例）と、分配弁４５（本発明の第１分配弁の一例）と、始動弁４６（本発明の圧縮空気供給弁の一例）とを備えている。

電磁弁４２は、およそ１０ＭＰａに圧縮された制御用の圧縮空気（以下「制御空気」という。）を自動弁４３に供給するための電磁開閉弁である。電磁弁４２は、押しボタンスイッチ４１に電気的に接続されている。押しボタンスイッチ４１は、内燃機関１０に対して始動操作を行う際に押圧される。また、押しボタンスイッチ４１は、内燃機関１０に対する始動操作が行われないとき、或いは内燃機関１０が始動した後に非押圧状態にされる。押しボタンスイッチ４１が押圧されて、押しボタンスイッチ４１から制御信号を受けると、電磁弁４２は、自動弁４３に続く空気流路を開放して、自動弁４３に前記制御空気を供給する。なお、電磁弁４２は、押しボタンスイッチ４１が押圧されていないときは、自動弁４３に続く空気流路を遮断する。

自動弁４３は、前記制御空気が供給されたときに動作する開閉弁である。自動弁４３の入力ポートは、配管を介して空気槽４４に接続されている。また、自動弁４３の出力ポートには逆止弁４３Ａが接続されている。空気槽４４には、３０〜４０ＭＰａに圧縮された圧縮空気（以下「高圧空気」という。）が貯留されている。本実施形態では、自動弁４３は、後述する空気流路５５とバイパス流路６１との接続部よりも前記高圧空気の流れ方向の上流側に設けられている。自動弁４３の内部には、前記入力ポートと前記出力ポートとの間の内部流路を開閉する内部バルブが備えられている。自動弁４３に前記制御空気が供給されているとき、前記内部バルブが動作して、前記入力ポートと前記出力ポートとの間の内部流路を開放し、空気槽４４に貯留された前記高圧空気を前記出力ポートから流出させる。つまり、押しボタンスイッチ４１が押圧されることにより内燃機関１０に対して始動操作が行われた時（内燃機関の始動時）に、自動弁４３に前記制御空気が供給されると、前記内部バルブは前記内部流路を開放する。一方、自動弁４３に前記制御空気が供給されていないとき、前記内部バルブは動作せずに、前記入力ポートと前記出力ポートとの間の内部流路を閉塞した状態を維持する。つまり、内燃機関１０に対する始動操作が終了したとき（内燃機関の始動後）に、自動弁４３に前記制御空気が供給されなくなり、前記内部バルブは前記内部流路を閉塞する。

逆止弁４３Ａは、自動弁４３の出力ポートに燃焼室１５からの燃焼ガスが逆流することを防止するものである。逆止弁４３Ａは、前記出力ポートから外部へ一方向に前記高圧空気を流通させる。逆止弁４３Ａは、配管などによって形成される空気流路５５を介して分配弁４５の入力ポートに接続されている。したがって、自動弁４３から流出された高圧空気は、空気流路５５を通って分配弁４５の入力ポートに供給される。

分配弁４５は、複数の気筒ごとに異なる供給タイミングで前記高圧空気を始動弁４６に分配するものである。詳細には、分配弁４５は、入力された前記高圧空気を複数の出力ポートから所定の時間間隔をあけて複数の気筒ごとに設けられた複数の始動弁４６それぞれへ向けて順次流出させるものである。各出力ポートには、内燃機関１０の複数の気筒ごとに設けられた始動弁４６が接続されている。分配弁４５としては、例えば、内燃機関１０のカム軸に連結された回転体がカム軸の回転に伴って回転することにより、分配弁４５の入力ポートに入力された高圧空気を複数の出力ポートに順番に分配して、各出力ポートから順次流出させる機械式の分配弁が適用可能である。この分配弁４５によって、空気槽４４から導かれた高圧空気が各始動弁４６に周期的に供給される。これにより、各始動弁４６が順次開閉し、空気槽４４の高圧空気が始動弁４６を介してシリンダ１４の燃焼室１５内に順次供給される。ここで、分配弁４５に代えて、入力された制御信号が示すタイミングに応じて複数の出力ポートを順次開閉する複数の電磁弁からなる電気駆動式の分配弁を適用することも可能である。なお、本実施形態で用いられる機械式又は電気駆動式の単純な分配弁は、従来周知のものであるため、ここではその機構の詳細な説明は省略する。

分配弁４５による始動弁４６への前記高圧空気の供給タイミングは、内燃機関１０の燃焼プロセスにおける圧縮行程の後半から膨張行程が始まる前までのタイミングである。言い換えると、前記供給タイミングは、燃焼プロセスにおいて、燃焼室１５内の燃焼混合気が圧縮される前記圧縮行程から前記膨張行程に移行するタイミングである。つまり、前記供給タイミングは、実際の燃焼プロセスにおいて圧縮行程が終わって膨張行程が始まるタイミングである。本実施形態では、内燃機関１０の始動時に、前記膨張行程が始まるタイミングに対応する位置にピストン１１が配置されているシリンダ１４の燃焼室１５に高圧空気が供給される。前記供給タイミングで分配弁４５から始動弁４６に前記高圧空気が供給されることにより、実際の燃焼プロセスにおける膨張行程に相当するタイミングで、始動弁４６が開いて、始動弁４６から圧縮空気が燃焼室１５に供給されて、この圧縮空気がピストン１１に作用する。その結果、ピストン１１が往復運動することによりクランク軸が回転し、内燃機関１０が回転する。なお、前記供給タイミングは、前記圧縮行程の後半から前記膨張行程が始まるまでの間のタイミングであればよく、このタイミングであれば、ピストン１１に圧縮空気が作用してピストン１１が円滑に往復運動することができる。

始動弁４６は、空気始動方式の内燃機関１０の始動時に予め定められた前記供給タイミングで内燃機関１０の燃焼室１５に前記高圧空気を供給するものである。始動弁４６は、２つの入力ポート４８，４９を備えている。入力ポート４８（本発明の第２入力ポートの一例）には、分配弁４５から流出される前記高圧空気の空気流路５６が接続されている。また、入力ポート４９（本発明の第１入力ポートの一例）には、空気流路５５から分岐された分岐流路５７が接続されている。ここで、空気流路５６及び分岐流路５７は、いずれも、配管などで構成されている。

始動弁４６は、ハウジング５０の内部に形成された２つの空室５１，５２を有している。また、空室５１と空室５２とをつなぐ筒状の内孔に作動弁５３がスライド可能に設けられている。作動弁５３は、通常は、内部に設けられたバネ５８の付勢力によって、空室５２に連通する出力ポート５４を閉塞する姿勢を維持している。そして、バネ５８の付勢力に抗する方向に予め定められた設定値以上の力が作用されると、作動弁５３は出力ポート５４を開放する。具体的には、自動弁４３が作動して前記高圧空気が空気流路５５に流出されると、空気流路５５及び分岐路５７を経て前記高圧空気が入力ポート４９に流入する。しかし、前記高圧空気が入力ポート４９に流入しても、その高圧空気がバネ５８の付勢力に抗する方向へ作用しないため、出力ポート５４は開放されない。また、自動弁４３が作動して前記高圧空気が空気流路５５に流出されると、空気流路５５から前記高圧空気が分配弁４５に流入し、分配弁４５によっていずれか一つの気筒に対応する始動弁４６に前記高圧空気が分配される。このとき分配された前記高圧空気が入力ポート４８に入力されると、前記高圧空気によってバネ５８の付勢力に抗する方向の力が作動弁５３に加えられる。このとき、入力ポート４８に流入した前記高圧空気によって、前記設定値以上の力が作動弁５３に加えられて、始動弁４６の出力ポート５４が開放される。これにより、入力ポート４９に流入した前記高圧空気が出力ポート５４から燃焼室１５へ供給される。出力ポート５４からの前記高圧空気が燃焼室１５に流入すると、シリンダ１４内のピストン１１が動作して、クランク軸を回転させるとともにカム軸を回転させる。カム軸が回転することにより、分配弁４５の複数の出力ポートが切り替えられる。これにより、所定の着火順序にしたがって各気筒のピストン１１が動作されて、内燃機関１０が回転される。

［ＥＧＲ装置６０］
また、図２に示されるように、内燃機関１０は、本発明の実施形態に係る排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）６０を備えている。ＥＧＲ装置６０は、空気始動方式の内燃機関１０の燃焼室１５から排出される排気ガスを空気始動装置４０を利用して燃焼室１５に再び環流させる装置である。このＥＧＲ装置６０は、バイパス流路６１（本発明のバイパス流の一例）と、逆止弁６２（本発明の逆止弁の一例）と、これらに加えて前述した分配弁４５及び始動弁４６とによって構成されている。つまり、ＥＧＲ装置６０の構成要素のうち、分配弁４５及び始動弁４６は、空気始動装置４０の構成要素が兼用されている。

具体的には、バイパス流路６１は配管などで構成されており、その一方端は、空気槽４４から自動弁４３を経て分配弁４５や始動弁４６に前記高圧空気を供給するための空気流路５５に接続されている。また、バイパス流路６１の他方端は、排気ガス流路３２に接続されている。バイパス流路６１は、内燃機関１０の燃焼室１５から排出されて排気ガス流路３２を流れる排気ガスを空気流路５５に導く流路である。本実施形態では、図２に示されるように、バイパス流路６１は、過給器２２よりも排気ガスの流れる方向の上流側に接続されている。なお、環流される排気ガスの濃度を少なくする場合は、過給器２２よりも下流側でバイパス流路６１を接続するようにしてもよい。

逆止弁６２は、バイパス流路６１に設けられている。逆止弁６２は、空気流路５５を流れる前記高圧空気が排気ガス流路３２に逆流することを防止するものであり、バイパス流路６１から空気流路５５へ向かう一方向にバイパス流路６１を流れる排気ガスを流通させる。

［空気始動装置４０及びＥＧＲ装置６０の動作］
以下、空気始動装置４０及びＥＧＲ装置６０の動作について説明する。図２に示されるように、停止中の内燃機関１０を始動させる場合に、押しボタンスイッチ４１が押圧される。これにより、電磁弁４２に制御信号が送られて、電磁弁４２は、自動弁４３に前記制御空気を供給する。自動弁４３に前記制御空気が供給されると、空気槽４４に貯留されている前記高圧空気が空気流路５５及び分岐路５７に供給される。なお、逆止弁６２が設けられているため、バイパス流路６１から排気ガス流路３２に前記高圧空気が供給されない。空気流路５５を介して分配弁４５に供給された前記高圧空気は、空気流路５６及び入力ポート４８を通じて、いずれかの始動弁４６の空室５１に流入する。また、分岐路５７を介して全ての始動弁４６の空室５２に前記高圧空気が流入する。これにより、空室５１に前記高圧空気が流入した始動弁４６では、作動弁５３が作動して出力ポート５４が開放されるので、空室５２から始動弁４６の出力ポート５４を経てシリンダ１４の燃焼室１５に前記高圧空気が前記供給タイミングで供給される。このため、ピストン１１が動作されて内燃機関１０のクランク軸が回転する。クランク軸が回転すると、ギヤなどを介して駆動力がカム軸に伝達されて、カム軸が回転する。そして、カム軸の回転を受けて、分配弁４５は、始動弁４６に供給される前記高圧空気の出力ポートを順次切り替える。これにより、所定の着火順序にしたがって内燃機関１０の各気筒のピストン１１が動作される。そして、カム軸の回転に伴って、燃料噴射ポンプ（不図示）による燃料の噴射が開始され、所定の着火順序にしたがって各気筒における圧縮着火が始まると、内燃機関１０の始動が完了する。

また、図３に示されるように、内燃機関１０の始動が完了すると、押しボタンスイッチ２１の押圧が解除される。これにより、前記高圧空気が空気流路５５及び分岐路５７に供給されなくなる。一方、内燃機関１０が回転駆動し始めると、内燃機関１０の排気行程において排気バルブ１９が開けられ、燃焼室１５から高圧の排気ガスが排気ガス流路３２に排出される。排気ガス流路３２に排出された排気ガスの一部は、バイパス流路６１を通って空気流路５５及び分岐路５７に流入する。ここで、バイパス流路６１から空気流路５５及び分岐路５７に流入する排気ガスをＥＧＲガスと呼ぶ。なお、空気流路５５には逆止弁４３Ａが設けられているため、前記ＥＧＲガスはバイパス流路６１から自動弁４３の出力ポートに流入しない。空気流路５５を介して分配弁４５に供給された前記ＥＧＲガスは、分配弁４５によって順次切り替えられる出力ポートからいずれかの始動弁４６の空室５１に流入する。また、分岐路５７を介して全ての始動弁４６の空室５２に前記ＥＧＲガスが流入する。空室５１に前記ＥＧＲガスが流入すると、空室５１に流入した前記ＥＧＲガスの圧力によって始動弁４６が作動して、出力ポート５４が開放される。これにより、空室５２から始動弁４６の出力ポート５４を経てシリンダ１４の燃焼室１５に前記ＥＧＲガスが前記供給タイミングで供給される。このとき、燃焼室１５の燃焼混合気が爆発する前に、始動弁４６からシリンダ１４の燃焼室１５に前記ＥＧＲガスが供給される。

［実施形態の作用効果］
このように、本実施形態のＥＧＲ装置６０は、空気始動装置４０の分配弁４５や始動弁４６を利用して前記ＥＧＲガスを各気筒ごとに異なるタイミングで供給しているので、各気筒ごとに前記ＥＧＲガスを供給するための制御弁やコントローラーを設ける必要がない。これにより、ＥＧＲ装置６０の構成を簡略にすることができ、コンパクトなＥＧＲ装置６０を実現することができる。また、このＥＧＲ装置６０が備えられた内燃機関１０であれば、内燃機関１０の付属部品（付属装置）を減少させることができる。

また、上述の実施形態では、前記供給タイミング（内燃機関１０の燃焼プロセスにおける圧縮行程の後半から膨張行程が始まる前のタイミング）で前記ＥＧＲガスが供給される。このため、始動時に前記高圧空気を燃焼室１５に供給するタイミングと、前記ＥＧＲガスを燃焼室１５に供給するタイミングを同じにして、内燃機関１０の始動及び前記ＥＧＲガスの供給を効率よく行うことができる。

また、前記ＥＧＲガスが圧縮行程の後半から膨張行程が始まる前のタイミングで燃焼室１５に供給される。このタイミングでは、排気バルブ１９が閉じられているため、燃焼室１５内に入り込んだ前記ＥＧＲガスが排気ダクト３１へ抜け出ることはない。これにより、前記ＥＧＲガスの供給量が少なくて済む。したがって、分配弁４５に供給される前記ＥＧＲガスの量が少量で済むため、本実施形態のように、バイパス流路６１にブロアなどの圧縮機を設けなくても、分配弁４５へ前記ＥＧＲガスを送り込むことができる。

また、分配弁４５が設けられているため、内燃機関１０の始動時に用いられる前記高圧空気だけでなく、前記ＥＧＲガスを各気筒ごとに最適なタイミングで供給することができる。

なお、上述の実施形態では、複数気筒を有する内燃機関１０に適用されるＥＧＲ装置６０について例示したが、単気筒の内燃機関にもＥＧＲ装置６０を適用することも可能である。この場合、分配弁４５は、１つの気筒に対して前記供給タイミングで前記高圧空気を供給する。また、前記制御空気によって作動する自動弁４３を用いて前記高圧空気を空気流路５５へ供給する構成を例示したが、自動弁４３に代えて耐圧性の高い電磁弁を適用することも可能である。この場合、前記制御空気の供給を制御する電磁弁４２は必要としない。

［第２実施形態］
以下、図４乃至図６を参照しながら、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、上述の第１実施形態の分配弁４５に代えて、図４及び図５に示される分配弁７０（本発明の第１分配弁の一例）が用いられる。本実施形態は、分配弁７０が用いられる点を除き上述の第１実施形態と構成が共通するため、共通する構成については、第１実施形態の構成に付した符号を付し示すことによりその説明を省略する。

分配弁７０は、複数の気筒ごとに異なる供給タイミングで前記高圧空気を始動弁４６に分配するものである。詳細には、分配弁４５は、入力された前記高圧空気を所定の時間間隔をあけて複数の気筒ごとに設けられた複数の始動弁４６それぞれへ向けて順次流出させるものである。図４及び図５に示されるように、分配弁７０は、本体７１と、カバー７２と、回転弁７３（本発明の回転体の一例）と、蓋体７４とを備えている。

本体７１は直方体形状に形成されており、内部には円柱状の内部空間が形成されている。本体７１の外周壁には、内部空間に貫通する複数の出力ポート７７が形成されている。出力ポート７７は、内燃機関１０が備える気筒数と同じ数だけ設けられている。例えば、内燃機関１０が６気筒のディーゼルエンジンであれば、６つの出力ポート７７が本体７１に形成されている。全ての出力ポート７７は、空気流路５６を介して、内燃機関１０の複数の気筒ごとに設けられた複数の始動弁４６それぞれの入力ポート４８に接続されている。

カバー７２は、本体７１の一方側の開口部を閉塞するように本体７１に固定されている。カバー７２と本体７１との間にはシール部材などが介在されており、接合面が気密状にされている。カバー７２の内部に円柱状の空室７８が形成されている。この空室７８に連通するようにカバー７２の側壁７３Ａに入力ポート８１が形成されている。入力ポート８１に空気流路５５が接続されている。カバー７２の空室７８に円板状の回転弁７３が回転可能に設けられている。本体７１の他方側の開口部は蓋体７４によって閉塞されている。蓋体７４にはカム軸８０が挿通可能な孔７９が形成されている。孔７９に内燃機関１０のカム軸８０が挿通されて、本体７１の内部空間を通って空室７８まで挿入されている。そして、空室７８において回転弁７３の中心部にカム軸８０が連結されている。これにより、回転弁７３は、カム軸８０の回転に伴い回転可能となる。

回転弁７３には、分配弁７０の入力ポート８１から流入した気体（高圧空気又はＥＧＲガス）を出力ポート７７のいずれかに導く一つの連通孔８２が形成されている。カム軸８０の回転によって回転弁７３が回転すると、連通孔８２が回転方向へ移動して、その移動過程において、いずれかの出力ポート７７に続く後述の中継流路８３に連通孔８２が対向する。連通孔８２が中継流路８３に対向したときに、入力ポート８１から流入した気体が空室７８、連通孔８２、中継流路８３を順次経て出力ポート７７に供給されて、出力ポート７７から始動弁４６へ流出される。

本体７１の内部空間には、切換部材７５（本発明の移動部材の一例）が設けられている。切換部材７５は、出力ポート７７と回転弁７３との間に設けられている。この切換部材７５は、本体７１の内部空間の内壁に摺接した状態で、カム軸８０の中心軸を中心とする回転方向へ回動可能に設けられている。図６（Ａ）に示されるように、切換部材７５には、連通孔８２から複数の出力ポート７７それぞれに至る複数の中継流路８３が形成されている。図６（Ａ）では、６気筒の内燃機関１０に対応して６つの中継流路８３が示されている。本実施形態では、後述するように切換部材７５が第１位置及び第２位置の間を移動しても中継流路８３と出力ポート７７とが連通するように、出力ポート７７の中継流路８３側が末広がり形状に形成されている。切換部材７５の中心には、カム軸８０を挿通する軸孔が形成されており、この軸孔を通じてカム軸８０が回転弁７３まで挿入されている。ここで、図６（Ａ）の左図は、図５（Ｂ）における矢視Ａ−Ａの断面図である。また、図６（Ａ）の右図は、図５（Ｂ）における矢視Ｂ−Ｂの断面図である。

図６（Ａ）に示されるように、切換部材７５には、４つの切り欠き溝８５が形成されている。また、本体７１の内部空間の内面には、４つの切り欠き溝８５に挿入される４つの突出部８６が形成されている。切り欠き溝８５は、突出部８６よりも幅広に形成されている。突出部８６は、切換部材７５がカム軸８０を中心に回動したときにその回動範囲を制限する役割を担っている。具体的には、切換部材７５がカム軸８０を中心に一方向（例えばカム軸８０の回転方向と同方向）へ回動すると切り欠き溝８５の一方の端壁８５Ａが突出部８６に当接して停止する。また、切換部材７５がカム軸８０を中心に他方向（例えばカム軸８０の回転方向とは反対の方向）へ回動すると切り欠き溝８５の他方の端壁８５Ｂが突出部８６に当接して停止する。

また、図６（Ａ）に示されるように、切り欠き溝８５において、端壁８５Ａと突出部８６との間にバネなどの弾性部材８７が設けられている。弾性部材８７は、突出部８６から端壁８５Ａを離反させる方向へ弾性付勢している。このため、切換部材７５に弾性部材８７以外の外力が加えられていない状態で、切換部材７５は、図６（Ａ）に示されるように、端壁８５Ｂが突出部８６に近接した第１位置に配置される。本実施形態では、前記第１位置は、内燃機関１０の始動時に燃焼プロセスにおける膨張行程の開始タイミングで連通孔８２から出力ポート７７までの中継流路８３を形成する位置に設定されている。また、切換部材７５に弾性部材８７の弾性付勢力以上の外力が加えられた状態で、切換部材７５は、図６（Ｂ）に示されるように、端壁８５Ｂが突出部８６から離れて、端壁８５Ａが突出部８６に近接した第２位置に配置される。本実施形態では、前記第２位置は、内燃機関１０の始動時に燃焼プロセスにおける圧縮行程の開始タイミングで連通孔８２から出力ポート７７までの中継流路８３を形成する位置に設定されている。

切換部材７５に付与される前記外力としては、例えば、内燃機関１０が始動したときの潤滑油の圧力を利用することができる。図６（Ａ）に示されるように、本体７１に切り欠き溝８５までの貫通孔８８を形成し、この貫通孔８８に潤滑油配管から分岐した配管を連結する。これにより、内燃機関１０の始動時は、潤滑油が低圧であるため、切換部材７５を回動させる外力は付与されず、切換部材７５が前記第１位置を維持する。しかし、内燃機関１０が始動されると、潤滑油の圧力が上昇するため、その圧力によって切換部材７５が前記第１位置から前記第２位置へ回動する。なお、切換部材７５に外力を付与する手段は、始動時後の潤滑油の圧力を利用するものに限られず、制御弁などによって圧縮空気を貫通孔８８に供給する構成など、様々な構成を採用することが可能である。

このように構成された分配弁７０が用いられるため、本発明の第２実施形態においては、内燃機関１０の始動時に分配弁７０の入力ポート８１に圧縮空気が流入した場合に、その圧縮空気を膨張行程の開始タイミングに対応する位置に配置されたピストン１１の燃焼室１５に供給することができる。これにより、内燃機関１０を円滑に始動できる。また、始動後に分配弁７０の入力ポート８１にＥＧＲガスが流入した場合に、そのＥＧＲガスを圧縮行程の開始タイミングで燃焼室１５に供給することができる。これにより、オーバーラップのタイミングを外してＥＧＲガスが燃焼室１５に供給されるから、ＥＧＲガスの抜けが無くなり、必要最小限のＥＧＲガスを効率よく燃焼室１５に供給できる。

［第３実施形態］
以下、図７を参照しながら、本発明の第３実施形態について説明する。なお、上述の第１実施形態と共通する構成については、第１実施形態の構成に付した符号を付し示すことによりその説明を省略する。上述の第１実施形態では、内燃機関１０を前記高圧空気で始動する際に用いられる分配弁４５を利用して前記ＥＧＲガスを前記供給タイミングで燃焼室１５に供給する実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限られない。例えば、図７に示されるように、既存の分配弁４５を利用せずに、前記ＥＧＲガスを供給するためだけに用いられる別の分配弁９０（本発明の第２分配弁の一例）を設け、この分配弁９０にバイパス流路６１を接続して、バイパス流路６１からのＥＧＲガスを燃焼室１５に供給する構成であってもよい。この場合、バイパス流路６１は分配弁４５に接続されず、分配弁９０の入力ポートに接続される。また、別途設けられた分配弁９０の出力ポートは始動弁４６の入力ポート４８に接続される。このような構成であれば、分配弁９０は、バイパス流路６１からのＥＧＲガスを分配して複数の気筒ごとに設けられた始動弁４６に供給することができる。これにより、燃焼プロセスにおける圧縮行程の後半から膨張行程が始まる前のタイミングでＥＧＲガスを始動弁４６を通じて燃焼室１５に供給することが可能である。

なお、分配弁４５とは別に分配弁９０が設けられているため、この分配弁９０による分配タイミングは任意に調整可能である。したがって、この分配弁９０による前記ＥＧＲガスの供給タイミングは分配弁４５による前記高圧空気の供給タイミングと異ならせてもよい。例えば、分配弁４５による前記高圧空気の供給タイミングを燃焼プロセスにおける膨張行程の開始タイミングとし、分配弁９０による前記ＥＧＲガスの供給タイミングを燃焼プロセスにおける圧縮行程の開始タイミングとしてもよい。これにより、オーバーラップのタイミングを外して前記ＥＧＲガスを燃焼室１５に供給することができる。

なお、上述の各実施形態では、バイパス流路６１から空気流路５５及び分岐路５７へ供給されるＥＧＲガスとして排気ガスを例示したが、これに限られない。排気ガスに代えて、窒素ガスなどの不活性ガス（イナートガス）を空気流路５５及び分岐路５７に供給して、燃焼室１５へ送る構成であってもよい。窒素ガスなどの不活性ガスを供給する手段としては、例えば、船内などに設けられたボイラーの排気ガスを洗浄して冷却することにより生成された不活性ガスを供給する方式、専用のオイルバーナーの燃焼により排気ガスを作り、これを不活性ガスとして供給する方式、空気から窒素ガスを生成する窒素ガス生成装置によって生成された窒素ガスを不活性ガスとして供給する方式、などが適用可能である。このような不活性ガス供給手段を用いた場合は、燃焼プロセスの圧縮行程中に分配弁４５や始動弁４６を介して燃焼室１５に不活性ガスが供給される。このため、オーバーラップ時に供給される場合に比べて不活性ガスの抜けが無くなり、不活性ガスを節約することができる。

なお、上述の各実施形態では、バイパス流路６１にブロアなどの圧縮機を設けない構成を例示したが、例えば、内燃機関１０の規模如何によっては、必要に応じてバイパス流路６１に圧縮機を設けて、バイパス流路６１からＥＧＲガスを供給するようにしてもよい。この場合で、仮に圧縮機が必要であるとしても、上述の各実施形態の構成では前記ＥＧＲガスの供給量が少なくて済むので、従来よりも容量の小さいコンパクトな圧縮機で対応することが可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

１０：内燃機関
１１：ピストン
１４：シリンダ
１５：燃焼室
１８：吸気バルブ
１９：排気バルブ
２２：過給機
３１：排気ガス流路
４０：空気始動装置：
４２：電磁弁
４３：自動弁
４４：空気槽
４５：分配弁
４６：始動弁
５５，５６：空気流路
５７：分岐流路
６０：ＥＧＲ装置
６１：バイパス流路
６２：逆止弁
７０，９０：分配弁

Claims (6)

1. 第１入力ポートに導かれた圧縮空気を、空気始動方式の内燃機関の始動時に予め定められた供給タイミングで前記内燃機関の燃焼室に供給する圧縮空気供給弁と、
   前記燃焼室から排出された排気ガスを前記圧縮空気供給弁の前記第１入力ポートに導くバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられ、前記バイパス流路から前記圧縮空気供給弁の前記第１入力ポートへ向かう一方向に前記排気ガスを流通させる逆止弁と、を備える排気ガス再循環装置。
2. 前記圧縮空気供給弁は、前記内燃機関が備える複数の気筒ごとに設けられており、
   複数の気筒ごとに異なる前記供給タイミングで前記圧縮空気供給弁の前記第１入力ポートとは別の第２入力ポートに前記圧縮空気を分配して供給することによって前記圧縮空気供給弁を作動させて、前記圧縮空気供給弁の前記第１入力ポートに導かれた前記圧縮空気を前記供給タイミングで前記燃焼室に供給させる第１分配弁を更に備え、
   前記バイパス流路は、前記第１分配弁の入力ポートに接続されており、前記第１分配弁は、前記圧縮空気供給弁の前記第２入力ポートに前記排気ガスを分配して供給する請求項１に記載の排気ガス再循環装置。
3. 前記第１分配弁は、
   複数の前記圧縮空気供給弁それぞれの前記第２入力ポートに接続される複数の出力ポートと、
   前記内燃機関のカム軸に連結され前記カム軸の回転に伴い回転することにより前記第１分配弁の入力ポートからの流体を前記複数の出力ポートのいずれかに導く連通孔が設けられた回転体と、
   前記出力ポートと前記回転体との間で移動可能に設けられ、前記内燃機関の始動時に燃焼プロセスにおける膨張行程の開始タイミングで前記連通孔から前記出力ポートまでの中継流路を形成する第１位置に配置され、前記内燃機関の始動後に燃焼プロセスにおける圧縮行程の開始タイミングで前記中継流路を形成する第２位置に配置される移動部材とを有する請求項２に記載の排気ガス再循環装置。
4. 前記第１分配弁よりも前記圧縮空気の流れ方向の上流側に設けられ、前記内燃機関の始動時に圧縮空気源から前記第１分配弁に至る圧縮空気流路を開放し、前記内燃機関の始動後に前記圧縮空気流路を閉塞する制御弁を更に備える請求項２又は３に記載の排気ガス再循環装置。
5. 前記供給タイミングは、前記内燃機関の燃焼プロセスにおける圧縮行程の後半から膨張行程が始まる前のタイミングである請求項１から４のいずれかに記載の排気ガス再循環装置。
6. 前記圧縮空気供給弁は、前記内燃機関が備える複数の気筒ごとに設けられており、
   複数の気筒ごとに異なる前記供給タイミングで前記バイパス流路から前記圧縮空気供給弁の前記第１入力ポートとは別の第２入力ポートに前記排気ガスを分配して供給することによって前記圧縮空気供給弁を作動させて、前記バイパス流路から前記圧縮空気供給弁の前記第１入力ポートに導かれた前記排気空気を前記供給タイミングで前記燃焼室に供給させる第２分配弁を更に備える請求項１に記載の排気ガス再循環装置。