JP6915517B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明はＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備える内燃機関に関する。

ＥＧＲシステムが採用された内燃機関では、ＥＧＲガス中の水分が凝縮して、ＥＧＲ通路及び吸気通路内で酸性の凝縮水が発生する場合がある。発生した酸性の凝縮水が筒内に流入すると筒内の各部材を腐食させる虞がある。凝縮水の筒内への流入を抑制するため、例えば、特許文献１には、ＥＧＲクーラの上流又は下流に、凝縮水を捕集する捕集器を備える内燃機関が記載されている。具体的には、特許文献１の内燃機関のＥＧＲクーラの上流又は下流のＥＧＲ通路には方向変更部が設けられており、凝縮水捕集用の捕集器は、方向変更部の外側コーナーに、ＥＧＲガスの上流側に向かって開口するようにして設置されている。

特開２００３−０９７３６１号公報

特許文献１のシステムによれば、ＥＧＲ通路の捕集器より上流側で発生した凝縮水をある程度捕集することができる。しかしながら、凝縮水は例えば、低温の新気によってＥＧＲガスが冷却されることによっても発生することがある。このように捕集器よりも下流側の吸気通路等で凝縮水が発生した場合には、凝縮水を捕集することはできず、筒内に凝縮水が流入する虞がある。この点で、特許文献１のようなＥＧＲ通路に設置された捕集器による凝縮水の捕集には、改善の余地が残る。

本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、凝縮水をより確実に捕集しつつ、凝縮水を捕集する部分より下流側での凝縮水の発生による筒内部品の腐食を効果的に抑制できるよう改良された内燃機関を提供するものである。

本発明の内燃機関は、内燃機関の排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導入させるＥＧＲ装置を備える。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路とＥＧＲクーラと貯留部と接続通路とを備える。ＥＧＲ通路は、内燃機関の排気通路と吸気通路とに接続する。ＥＧＲクーラは、ＥＧＲ通路の途中に設置され、通過するＥＧＲガスを冷却する。貯留部は、ＥＧＲ通路のＥＧＲクーラより下流側に設置され、ＥＧＲガス中に含まれる凝縮水を貯留する。なおここで、下流側とは、ＥＧＲ通路内を排気通路側から吸気通路側に流れるＥＧＲガスの流れの下流側を意味する。接続通路はＥＧＲクーラのＥＧＲガスの出口と、貯留部のＥＧＲガスの入口とを接続する。

凝縮水は、少なくともＥＧＲクーラ内のＥＧＲガスの通路の下方の部分と接続通路とに貯留されている。貯留部のＥＧＲガスの入口は、貯留部の側面又は底面の、凝縮水の下限水位よりも下側の位置に設けられている。また貯留部のＥＧＲガスの出口は、貯留部における凝縮水の上限水位よりも上側の位置に設けられている。ここで凝縮水の下限水位及び上限水位は、予め設定されたものである。また、上下方向は、内燃機関が搭載された状態における鉛直方向の上下を意味するものである。このＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラに流入したＥＧＲガスが、ＥＧＲクーラ内のＥＧＲガスの通路の下方の部分に貯留された凝縮水を通過した後、接続通路と貯留部とに貯留された凝縮水内を通過して、貯留部の外に流出するように構成されている。

本発明によれば、ＥＧＲクーラ下流側にＥＧＲクーラで発生した凝縮水を貯留する貯留部を有している。従って、ＥＧＲクーラでの凝縮水発生を抑制することなくＥＧＲガスの除湿をすることができ、吸気通路側での凝縮水の発生を効果的に抑制することができる。また、ＥＧＲクーラで冷却されたＥＧＲガスは貯留部に貯留された凝縮水内を通過する。これにより、ＥＧＲガス中の凝縮水をより確実に捕集することができる。また、ＥＧＲガス中に含まれる酸成分が凝縮水に吸収される。従って、ＥＧＲ通路の下流側でＥＧＲガスから凝縮水が発生した場合であっても、その凝縮水の酸性濃度は低くなっており、発生した凝縮水による筒内部品の腐食を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲクーラ及び凝縮水のキャッチタンク及びその近傍の構成を模式的に示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

図１は実施の形態に係る内燃機関の構成を模式的に示す図である。図１には、内燃機関１を構成する要素がクランク軸に垂直な１つの平面上に投影して描かれている。本実施の形態に係る内燃機関１は複数のシリンダ２を有する多気筒エンジン（以下、単にエンジンという）である。シリンダ２の数と配置に限定はない。エンジン１のシリンダ２内にはその軸方向に往復動するピストン３が配置されている。シリンダ２の上部空間である燃焼室４には吸気ポート５及び排気ポート６が連通している。吸気ポート５の燃焼室４に連通する開口部には、吸気バルブ７が設けられ、排気ポート６の燃焼室４に連通する開口部には、排気バルブ８が設けられている。

エンジン１は、過給機１０を備えている。過給機１０は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１２と、タービン１２と一体的に連結され、タービン１２に入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ１４とを有している。

各シリンダ２の吸気ポート５には、吸気マニホールドを介して吸気通路２０が接続している。エンジン１の吸気通路２０の入口付近には、エアクリーナ２１が設けられている。エアクリーナ２１を通って吸入された空気は、過給機１０のコンプレッサ１４で圧縮された後、インタークーラ２２で冷却される。インタークーラ２２を通過した吸入空気は、吸気絞り弁２３（即ち、ディーゼルスロットル）を通過して、吸気マニホールドにより各気筒の吸気ポート（図示せず）に分配される。

排気通路２４は、排気マニホールドにより枝分かれして、各気筒の排気ポート６に接続している。過給機１０のタービン１２は、排気通路２４の途中に配置されている。タービン１２よりも下流側の排気通路２４は、排気ガスを浄化するための触媒２５が設置されている。

エンジン１はＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えている。吸気通路２０における吸気マニホールド近傍には、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路３０の一端が接続されている。ＥＧＲ通路３０の他端は、排気通路２４の排気マニホールド近傍に接続されている。このＥＧＲ通路３０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２０へ還流させること、つまり外部ＥＧＲを行うことができる。

ＥＧＲ通路３０は途中でＥＧＲ通路３１とバイパス通路３２とに分岐している。ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３４と、凝縮水を貯留する貯留部として機能するキャッチタンク３５とが設けられている。バイパス通路３２はＥＧＲ通路３１と並行な通路であり、ＥＧＲクーラ３４をバイパスして、下流側でＥＧＲ通路３１とともに、ＥＧＲ通路３６に合流する。バイパス通路３２とＥＧＲ通路３１との合流部には、バイパス弁３７が設置されている。また、合流後のＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ弁３８が設置されている。

図２は、本実施の形態のＥＧＲクーラ３４及びキャッチタンク３５及びその近傍の構成を模式的に示した図である。なお、図２では、バイパス通路３２は省略され、図示されていない。ＥＧＲクーラ３４は、周知のＥＧＲクーラと同様にＥＧＲガスを冷却する機能を有する部分である。ＥＧＲクーラ３４内のＥＧＲガスの通路の入口には、ＥＧＲ通路３１が連通している。ＥＧＲクーラ３４内のＥＧＲガスの通路の出口は、ＥＧＲクーラ３４の底面側に設けられており、この出口には通路４０が連通している。ＥＧＲクーラ３４内のＥＧＲガスの通路の下方の部分は、凝縮水を貯留できるように構成されており、キャッチタンク３５と接続する通路４０にも凝縮水が貯留されるようになっている。

通路４０は、キャッチタンク３５の底部付近に設けられたＥＧＲガスの入口に接続している。キャッチタンク３５のＥＧＲガスの出口は、キャッチタンク３５の側面の鉛直方向上方部に設けられており、この出口にはＥＧＲ通路３１が連通している。より具体的に、エンジン１の運転中、キャッチタンク３５内には、少なくとも予め設定された下限水位以上かつ上限水位以下の凝縮水又は水が貯留されるように構成されている。そして、ＥＧＲガスの入口は、キャッチタンク３５の側面の下限水位よりも鉛直方向下側の部分に設けられている。但し、入口をキャッチタンク３５の底面に設けてもよく、この場合、下限水位をゼロにしてもよい。また、ＥＧＲガスの出口は、キャッチタンク３５の側面の上限水位より鉛直方向上側の部分に設けられている。但し、出口をキャッチタンク３５の天井面に設けてもよい。

キャッチタンク３５の側面の上限水位付近には、凝縮水を排出するための排出口が設けられ、この排出口には排出通路４１が連通している。排出通路４１は、触媒２５よりも上流側の部分において排気通路２４に接続している。キャッチタンク３５内に貯留された凝縮水が上限水位、即ち排出口にまで達すると、凝縮水は排出通路４１からキャッチタンク３５の外部に排出され、排出通路４１から排気通路２４を介して触媒２５に導入された後、外部に排出される。これにより、キャッチタンク３５及びＥＧＲクーラ３４内の凝縮水量は、上限水位に維持される。

図２に示されるように、ＥＧＲガスに含まれる凝縮水は、ＥＧＲクーラ３４及びキャッチタンク３５を通過する際に捕集され、ＥＧＲクーラ３４のＥＧＲガスの通路及び通路４０及びキャッチタンク３５内に貯留される。

ＥＧＲクーラ３４に導入されたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３４のＥＧＲガスの通路及び通路４０に貯留された凝縮水の中を通過して、更に、キャッチタンク３５に貯留された凝縮水の中に導入される。キャッチタンク３５内の凝縮水を通過したＥＧＲガスは、キャッチタンク３５の上方に設けられた出口からＥＧＲ通路３１に流出し、吸気側に流れる構成となっている。

ＥＧＲガスが凝縮水を通過することで、ＥＧＲクーラ３４等で発生したＥＧＲガス中の凝縮水は、ＥＧＲガスから分離され、ＥＧＲクーラ３４及びキャッチタンク３５内の凝縮水内に滞留する。またＥＧＲガスが凝縮水内にバブリングされることで、ＥＧＲガスに含まれる酸成分（即ち、ＳＯｘ、ＮＯｘ、及び有機酸等）が凝縮水に溶解する。これにより、キャッチタンク３５を出たＥＧＲガスの酸成分の含有量が減少する。従って、吸気通路側で新気と混ざった際にＥＧＲガスから凝縮水が発生した場合にも、その凝縮水の酸性濃度は低く、凝縮水による筒内部品の腐食のリスクを軽減することができる。

またＥＧＲクーラ３４よりも下流側に凝縮水を捕集するキャッチタンク３５が連結している。従って、ＥＧＲクーラ３４での凝縮水発生が抑制されないためＥＧＲガスを効果的に除湿することができ、吸気側でのＥＧＲガスからの凝縮水の発生をより効果的に抑えることができる。更に、ＥＧＲクーラ３４での凝縮水発生が抑制されないためＥＧＲの増量やＥＧＲ実行域を拡大することができ、排気ガス中のＮＯｘ濃度の更なる低減を図ることができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

１ エンジン
２ シリンダ
３ ピストン
４ 燃焼室
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 吸気バルブ
８ 排気バルブ
１０ 過給機
１２ タービン
１４ コンプレッサ
２０ 吸気通路
２１ エアクリーナ
２２ インタークーラ
２３ 吸気絞り弁
２４ 排気通路
２５ 触媒
３０ ＥＧＲ通路
３１ ＥＧＲ通路
３２ バイパス通路
３４ ＥＧＲクーラ
３５ キャッチタンク（貯留部）
３６ ＥＧＲ通路
３７ バイパス弁
３８ ＥＧＲ弁
４０ 通路
４１ 排出通路

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導入させるＥＧＲ装置を備える内燃機関であって、
   前記ＥＧＲ装置は、
   前記内燃機関の排気通路と吸気通路とに接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路の途中に設置され、通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲ通路の前記ＥＧＲクーラより下流側に設置され、前記ＥＧＲガスに含まれる凝縮水を貯留する貯留部と、
   前記ＥＧＲクーラの前記ＥＧＲガスの出口と、前記貯留部の前記ＥＧＲガスの入口とを接続する接続通路と、
   を備え、
   前記凝縮水は、少なくとも前記ＥＧＲクーラ内の前記ＥＧＲガスの通路の下方の部分と前記接続通路とに貯留されており、
   前記貯留部の前記ＥＧＲガスの前記入口は、前記貯留部の側面又は底面の予め設定された前記凝縮水の下限水位よりも下側の位置に設けられ、
   前記貯留部の前記ＥＧＲガスの出口は、前記貯留部の予め設定された前記凝縮水の上限水位よりも上側の位置に設けられ、
   前記ＥＧＲガスは、前記ＥＧＲクーラ内の前記ＥＧＲガスの通路の下方の部分に貯留された凝縮水内を通過した後、前記接続通路と前記貯留部とに貯留された前記凝縮水内を通過して、前記貯留部の外に流出するように構成されていることを特徴とする内燃機関。

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