JP5754914B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと称する）を吸入空気に混合させる排気ガス再循環通路（以下、ＥＧＲ通路と称する）を備える内燃機関に関するものである。

従来、排気ガスの一部を吸入空気に混合させて、混合気の燃焼温度を低下させることにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を低減するために、ＥＧＲ通路を備える内燃機関が知られている。このような内燃機関において、再循環させる一部の排気ガスの温度を低くするために、その排気ガスを冷却する試みが、種々の手段を用いて行われている。

例えば、特許文献１のものでは、ＥＧＲ通路の一部をジグザグ状に形成して、ラジエータ用の電動ファンのすぐ後方において、電動ファンの前後方向の投影面内に配置して、ＥＧＲガスを効果的に冷却している。

特許文献２のものでは、ＥＧＲ通路の上流側に水冷式クーラを設け、その水冷式クーラの下流側に空冷式クーラを設けて、それまでのＥＧＲガスの温度より低い温度のＥＧＲガスを再循環させるようにしている。

特許文献３のものでは、車両に搭載した場合に前面となる側に触媒を含む排気系を配置し、触媒の下流にＥＧＲ通路を接続して、ＥＧＲ通路の放熱効率を改善している。

ところで、ＥＧＲガスを、例えばターボチャージャのタービン下流や、触媒下流からＥＧＲ通路に取り入れる構成の、いわゆる低圧ループ式の排気ガス再循環装置を備えるものにあっては、ＥＧＲ通路が低圧ループ式のもの以外より長くなる傾向にある。しかしながら、内燃機関の小型化を図る場合には、ＥＧＲ通路の配管全長を短縮することが求められる。

例えば、タービンの下流に触媒を配置し、その触媒の下流にＥＧＲ通路のＥＧＲガス取り入れ口を形成するものにあっては、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラまでの配管長が短くなる。このような構造の場合、触媒を通過した後の高温のＥＧＲガスが直接にＥＧＲクーラに流れ込むことになる。この場合、ＥＧＲクーラ、特にはその入口部に相当の熱応力が加わるので、耐久性が低下することがある。又、ＥＧＲガスを十分に冷却するためには、冷却能力の高いＥＧＲクーラ、あるいは特許文献２のような構成が必要になるが、何れも製造コストを押し上げるものとなった。

特開平８‐２９１７７３号公報 特開２００２‐１８８５２６号公報 特開２００４‐２７８３４２号公報

そこで本発明は以上の点に着目し、ＥＧＲクーラの冷却能力を抑えて冷却効率を向上させ、燃費の向上を図ることを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関は、吸気経路におけるターボチャージャのコンプレッサ上流に設ける吸気絞り弁と、前記コンプレッサ上流で、かつ前記吸気絞り弁下流に排気通路における触媒下流の排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環通路と、排気ガス再循環通路の入口と出口との間に設ける排気ガス冷却器とを備える内燃機関であって、排気ガス冷却器から前記出口までの部分の排気ガス再循環通路を補機駆動ベルトの近傍に巡らしてなる内燃機関であって、排気系を構成するエキゾーストマニホルドが自動車の前方に位置するように自動車に搭載されるものであり、前記排気ガス再循環通路における前記排気ガス冷却器から前記出口までの部分を前記補機駆動ベルトとともに当該内燃機関の側面に配置し、かつ、前記排気ガス再循環通路における前記排気ガス冷却器から前記出口までの部分にＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁を設けており、前記排気ガス再循環通路における前記排気ガス冷却器から前記出口までの部分が、一旦前記補機駆動ベルトが掛けられる補機のプーリまで延び、当該プーリの外周近傍を外周に沿うようにして曲がった後、吸気経路に向かって延びることを特徴とする。

このような構成によれば、補機駆動ベルトにより発生する気流により排気ガス冷却器から出口までの部分の排気ガス再循環通路が放熱される。この結果、排気ガス冷却器の冷却能力を高くすることなく、還流させる排気ガスを冷却することができ、よって冷却効率を向上させることが可能になる。

本発明は、以上説明したような構成であり、排気ガス冷却器の冷却能力を高くすることなく、還流させる排気ガスを冷却することができ、よって冷却効率を向上させることができる。このため、還流させる排気ガスの温度が低下し、充填効率が向上して燃費を向上させることができる。

本発明の実施形態の構成を示す概略図。 同実施形態の正面図。 同実施形態の左側面図。 同実施形態の変形例の左側面図。 同実施形態の変形例の正面図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態のエンジン１００は、例えば自動車に搭載されるもので、ターボチャージャを備え、低圧ループ式による排気ガス再循環制御を実施できるものである。図１に示すように、エンジン１００は、エンジン本体１と、排気ガスで駆動されるタービン２及びタービン２に回転軸で接続されるコンプレッサ３を備えるターボチャージャ４と、タービン２の出口に接続される三元触媒５と、排気ガスの一部を吸入空気に混合するためのＥＧＲ通路６と、エアクリーナ７を介してコンプレッサ３に流入する新気の量を制御する吸気絞り弁８と、コンプレッサ３から吐き出される過給空気を冷却するインタークーラ９と、インテークマニホルド１０に流入する過給空気の流量を制御するスロットル弁１１と、後述する補機（図示しない）とを備えている。タービン２は、エキゾーストマニホルド１２に接続される。

このエンジン１００は、排気系が自動車に前方に位置するように搭載される。したがって、排気系がある側を、エンジン１００の正面とする。

すなわちエンジン１００の正面側には、図２に示すように、排気系を構成するエキゾーストマニホルド１２、ターボチャージャ４及び三元触媒５が主として配置される。エキゾーストマニホルド１２には、ターボチャージャ４のタービン２の入口が接続される。タービン２の出口には三元触媒５が接続される。三元触媒５は、縦方向に長い姿勢で配置される。したがって、タービン２から排出される排気ガスは、上に位置する三元触媒５の入口つまりタービン２との接続部から三元触媒５内に流入し、下に位置するその出口つまり排気管（図示しない）との接続部から排気管に流出する。

このような三元触媒５に対して、その出口付近つまり排気系の三元触媒５より下流にＥＧＲ通路６が接続される。ＥＧＲ通路６は、三元触媒５に接続されるＥＧＲガス入口１３と、吸入空気が流通する吸気経路１４に接続されるＥＧＲガス出口１５とを有し、ＥＧＲガス入口１３とＥＧＲガス出口１５との間にＥＧＲクーラ１６が設けられ、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲガス出口１５との間つまりＥＧＲクーラ１６の下流に、ＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁１７が設けられて構成される。ＥＧＲガス出口１５の吸気経路１４への接続位置は、コンプレッサ３の上流で、かつ吸気絞り弁８の下流である。この実施形態にあっては、ＥＧＲクーラ１６は、冷却油又は冷却水でＥＧＲガスを冷却する液冷式のもので、エンジン１００の左側面の低位置、具体的にはオイルパン３０の左側方位置に配置される。なお、ＥＧＲクーラ１６の液冷のための配管などの構造は、この分野で広く知られているものを用いることができるので、説明及び図示を割愛する。

ＥＧＲ通路６の、三元触媒５とＥＧＲクーラ１６との間の部分（以下、通路上流部分と称する）１８は、ＥＧＲガス入口１３が三元触媒５の下端付近に位置し、しかもＥＧＲクーラ１６が左側面の低いところに位置するので、正面側から左側面に向かってなだらかに下がっていき、正面側から左側面側に曲がった後にＥＧＲクーラ１６に接続される。これに対して、ＥＧＲ通路６の、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲガス出口１５との間の部分（以下、通路下流部分と称する）１９は、ＥＧＲクーラ１６から上方に向かって延びるとともにシリンダヘッド２０とシリンダブロック２１との境界部分近くの高さ位置で背面側から正面側に延び、吸気経路１４に接続される。

通路下流部分１９は、エンジン１００の左側面の背面側において、シリンダヘッド２０とシリンダブロック２１との境界部分あたりの高さ位置に取り付けてあるＥＧＲ弁１７を備えるものである。この通路下流部分１９は、後述する補機駆動ベルト（以下、ベルトと称する）２２の近傍に巡らされるものである。

すなわち、エンジン１００の正面側に、補機であるエアコンディショナのコンプレッサ（以下、エアコンコンプレッサと称する）２３が取り付けてある。また、エンジン１００の背面側には、補機であるオルタネータ２４が取り付けてある。エアコンコンプレッサ２３とオルタネータ２４とのそれぞれの回転軸は、クランク軸に取り付けられるクランクプーリ２５が配置されるエンジン１００の左側面に向かって突出している。それぞれの回転軸には、駆動用プーリ２６、２７が取り付けられている。オルタネータ２４は、クランクプーリ２５より上方に位置して取り付けられている。そしてエンジン１００の左側面において、クランクプーリ２５とエアコンコンプレッサ２３の駆動用プーリ２６、及びクランクプーリ２５とオルタネータ２４の駆動用プーリ２７にそれぞれ、ベルト２２、２２が掛けられている。

このような補機の配置に対して、ＥＧＲクーラ１６がクランクプーリ２５の下方に位置しているので、通路下流部分１９はオルタネータ２４の駆動用プーリ２７の側方位置まで、ベルト２２の駆動用プーリ２７下側部分に沿うようにして延びる。この場合、通路下流部分１９は、駆動用プーリ２７が回転しだしてベルト２２が動いた場合に、ベルト２２の作動によりベルト２２周囲の空気が移動する位置に配置される。そして、オルタネータ２４の駆動用プーリ２７まで延びた通路下流部分１９は、オルタネータ２４の駆動用プーリ２７の外周近傍を外周に沿うようにして曲がり、曲がった後、吸気経路１４の、コンプレッサ３の上流で、かつ吸気絞り弁８の下流の方向に延びる。

このような構成において、自動車のエンジンルーム内にエンジン１００を取り付けると、通路上流部分１８は、自動車の正面に向いており、かつエンジンルームの下方に位置するため、自動車が走行した場合に、その走行風が当たりやすい。つまり、通路上流部分１８は、エンジンルーム内において走行風が通過しやすい位置に配置されるものになる。したがって、自動車が走行している際には、走行風により通路上流部分１８が放熱して、三元触媒５を出たＥＧＲガスが冷却される。このようにして冷却されたＥＧＲガスはその後、ＥＧＲクーラ１６により冷却されて通路下流部分１９に達する。このように、ＥＧＲクーラ１６に流入するＥＧＲガスを、三元触媒５を出た直後の高温の状態ではなくしているので、ＥＧＲクーラ１６の冷却性能を高くすることなく、十分に冷却することが可能になる。これにより、ＥＧＲクーラ１６にかかわる製造コストを、低減することができる。

次に、通路下流部分１９は、エンジン１００の左側面に配置されているので、エンジンルーム内における比較的雰囲気温度の低い部位、つまり、排気系に近い位置ではなくクランク軸の中心より吸気側に位置している。したがって、エンジン１００の運転中においてオルタネータ２４が駆動されている間は、クランクプーリ２５とオルタネータ２４の駆動用プーリ２７とが回転し、ベルト２２がそれらのプーリ２５、２７間で移動するので、ベルト２２周囲の空気が移動する。つまり、ＥＧＲ通路６の通路下流部分１９は、ベルト２２に沿うようにして、あるいはベルト２２がプーリ間で架け渡してある部分を巡るようにして配置することは、ベルト２２の作動及び駆動用プーリ２７の回転により生じる空気の移動つまり気流の影響を受ける範囲に配置することを意味するものである。

このような気流により、通路下流部分１９は放熱して、ＥＧＲクーラ１６により冷却されたＥＧＲガスはさらに冷却される。つまり、自動車の走行中以外において、エンジン１００をアイドリング運転して自動車を停止している状態においても、ＥＧＲガスを冷却することができる。同様にして、通路下流部分１９のＥＧＲ弁１７にあって、その近傍にオルタネータ２４の駆動用プーリ２７が存在するため、駆動用プーリ２７により起こされる気流により冷却される。このため、ＥＧＲ弁１７を水冷構造にする必要がなく、ＥＧＲクーラ１６の場合と同様に、製造コストの低減に寄与するものである。

上述したように、ＥＧＲ通路６を、エンジン１００の正面下方から左側面下方に取り回し、その後左側面において下方からエンジン１００の背面側方向に延ばし、その背面側に近い位置で上方に延ばした後、エンジン１００の正面側方向に延ばすことで、その通路長を長くしている。したがって、上述したように、通路上流部分１８及び通路下流部分１９において放熱することでＥＧＲガスを冷却することができる。このため、低温にされたＥＧＲガスの充填効率を向上させることができ、よって燃費を向上させることができる。

又、ＥＧＲクーラ１６により冷却されたＥＧＲガスが、ベルト２２の移動で冷却されながら補機であるオルタネータ２４の近く通過することになるので、補機に与えるＥＧＲガスによる熱害を最小限に抑えることができる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態にあっては、ＥＧＲ通路６がエンジン本体１の側面において露出しているものを説明したが、補機駆動ベルト２２による気流が効率よくＥＧＲ通路６に接触するように、図４及び図５に示すように、カバー３１をエンジン本体１に取り付けるものであってもよい。このカバー３１は、補機駆動ベルト２２の保護用のベルトカバーを兼用するものである。なお、図４及び図５においては、カバー３１により覆われるＥＧＲ通路６及び補機駆動ベルト２２の位置を明瞭に把握し得るように、カバー３１を透明体のようにその輪郭のみを実線により図示したが、透明でなくてよい。

カバー３１は、エンジン１００を側面から見た場合（図４）に、前側はエアコンコンプレッサ２３に取り付けられた駆動用プーリ２６を覆い、下側はクランププーリ２５を覆い、さらに後側はＥＧＲ通路６の通路下流部分１９を覆う大きさの側壁３１ａと、エンジン１００を正面から見た場合（図５）に、エアコンコンプレッサ２３の駆動用プーリ２６を覆ってしかも接触しない内法の空間を形成するように、側壁３１ａのほぼ全周にわたって設ける周壁３１ｂとを備えている。周壁３１ｂの前部分の上側には、走行風取り入れ開口３１ｃが設けてある。なお、周壁３１ｂの下部分に、ＥＧＲ通路６の通路下流部分１９をカバー３１内に入れるための開口（図示しない）を設けているとともに、走行風取り入れ開口３１ｃと対をなして、カバー３１内の空気を排出するための換気口を周壁３１ｂの後下部分に設けている。なお、送風口取り入れ口３１ｃ及び図示しない換気口の位置、形状及び開口面積は、車両のエンジンルームの大きさや走行風の流れ方などを考慮して設定するものであってよい。

このような構成によれば、走行風取り入れ開口３１ｃからカバー３１内に取り入れられた走行風は、カバー３１内の空間において補機駆動ベルト２２により攪拌されながら、通路下流部分１９と接触しながら、周壁３１ｂの後下部分の換気口から排出される。したがって、効率よく通路下流部分１９を放熱させることができ、その結果、その内部を流れるＥＧＲガスを冷却することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の活用例として、ターボチャージャの搭載の有無にかかわらず、触媒や粒子状物質等のためのフィルタの下流からＥＧＲガスを取り込む型式のガソリンエンジンやディーゼルエンジンが挙げられる。

１…吸気経路
３…コンプレッサ
４…ターボチャージャ
６…ＥＧＲ通路
８…吸気絞り弁
１２…エキゾーストマニホルド
１３…ＥＧＲガス入口
１５…ＥＧＲガス出口
１６…ＥＧＲクーラ
２２…補機駆動ベルト
２３…コンプレッサ（エアコンコンプレッサ）
２４…オルタネータ

Claims (1)

1. 吸気経路におけるターボチャージャのコンプレッサ上流に設ける吸気絞り弁と、
   前記コンプレッサ上流で、かつ前記吸気絞り弁下流に排気通路における触媒下流の排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環通路と、
   排気ガス再循環通路の入口と出口との間に設ける排気ガス冷却器とを備える内燃機関であって、
   排気ガス冷却器から前記出口までの部分の排気ガス再循環通路を補機駆動ベルトの近傍に巡らしてなる内燃機関であって、
   排気系を構成するエキゾーストマニホルドが自動車の前方に位置するように自動車に搭載されるものであり、
   前記排気ガス再循環通路における前記排気ガス冷却器から前記出口までの部分を前記補機駆動ベルトとともに当該内燃機関の側面に配置し、
   かつ、前記排気ガス再循環通路における前記排気ガス冷却器から前記出口までの部分にＥＧＲガスの量を制御するＥＧＲ弁を設けており、
   前記排気ガス再循環通路における前記排気ガス冷却器から前記出口までの部分が、一旦前記補機駆動ベルトが掛けられる補機のプーリまで延び、当該プーリの外周近傍を外周に沿うようにして曲がった後、吸気経路に向かって延びる内燃機関。