JP7136748B2 - Ｅｇｒ装置 - Google Patents

Description

本発明は、農機や建機、或いは発電機などの産業用ディーゼルエンジンへの適用が好適なＥＧＲ装置に関するものである。

ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）とは、自動車用のエンジンや農機用ディーゼルエンジンなどにおいて、燃焼後の排気ガスの一部を取り入れ、再度吸気させる技術（手法あるいは方法）である。主として排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減や部分負荷時の燃費向上を目的としており、システム全体を指してＥＧＲ装置という。

ＥＧＲ装置の構成は、基本的には「エキゾーストシステム」と「インテークシステム」をホースで繋ぐという単純なものである。例えば、触媒より下流の浄化された排気ガスを取り出し、ホースや管でなる「ＥＧＲ通路」を通してスロットルバルブとインテークマニホールドの間へと送り込む構成があり、ＥＧＲバルブによって送り込む排気の量を調節できるようにされたものが多い。ＥＧＲ装置を有するエンジンとしては特許文献１において開示されたものが知られている。

従来のＥＧＲ装置は、ＨＰ－ＥＧＲ（高圧ＥＧＲ）方式を採るものが一般的であるが、低回転の排ガス（Ｎｏｘ）の低減対策としてＬＰ－ＥＧＲ（低圧ＥＧＲ）方式を採用するエンジンが増えている。低圧ＥＧＲ方式のＥＧＲ装置では、ＥＧＲガスを吸気コンプレッサ手前に還すので、過給圧の影響を受けずにＥＧＲガスの導入を可能とする利点がある。

特開２０１７－７７８３３号公報

低圧ＥＧＲ装置を採用する場合、ＥＧＲガスに含まれる水分が結露して吸気通路内で氷塊になることがある。氷塊を過給機が吸い込むと吸気コンプレッサのインペラが破損するおそれがあり、信頼性の面での課題が存在していた。故に、使用に当たっては、０度以下の低温時にはＥＧＲ装置を停止する必要があり、使い勝手の面でも問題があった。

本発明の目的は、構造工夫により、ＥＧＲガスに含まれる水分に起因した氷塊による吸気コンプレッサの破損のおそれが無いようにして、従来の問題が解消されるように改善されたＥＧＲ装置を提供する点にある。

本発明は、過給機のコンプレッサハウジングに連通される吸気通路にＥＧＲ通路が合流されているＥＧＲ装置において、
前記ＥＧＲ通路は、これと前記吸気通路との合流部よりも前記吸気通路の内部において延長されており、その延長されたＥＧＲ通路である延長通路部の終端の空気流れ方向の位置が前記吸気通路の終端に合致され、
前記延長通路部は、前記吸気通路の内壁を共用する構成とされ、
前記延長通路部における内壁の共用部分は、前記延長通路部の周方向で１箇所に設定されていることを特徴とする。

吸気通路にＥＧＲ通路が合流されている合流通路部は、吸気管と前記コンプレッサハウジングとを接続する接合パイプに構成されていると良い。

前記接合パイプは、前記吸気通路と前記延長通路部とが一体となった１つの部品に形成されていると好都合である。そして、前記コンプレッサハウジングの吸気入口筒部と前記接合パイプとの双方に外装されてこれら吸気入口筒部と接合パイプとを接続する接続ホースが設けられているとより好都合である。なお、前記接合パイプは金属材製であると良い。

本発明によれば、ＥＧＲガスが吸気通路と合流する箇所が、過給機のコンプレッサハウジングの直前に設定されているので、ＥＧＲガスに含まれる水分が冷たい吸気で冷却されて氷結する前に過給機にＥＧＲガスを供給することが可能になる。従って、ＥＧＲガス中の水分が冷たい空気（新気）により冷されて氷塊となり、その氷塊が吸い込まれて吸気コンプレッサのインペラが損傷する、という不具合が防止される効果が得られる。

延長通路部の終端と吸気通路の終端とが合致されていて、吸気とＥＧＲガスとが混ざる箇所が先延ばしされているので、冷たい吸気に直接晒されることが無い又は短くなって冷やされ難くなり、水分が氷結されてしまうおそれをより確実に防止できる利点がある。

その結果、構造工夫により、ＥＧＲガスに含まれる水分に起因した氷塊による吸気コンプレッサの破損のおそれが無いようにして、従来の問題が解消されるように改善されたＥＧＲ装置を提供することができる。

ＥＧＲ装置付のディーゼルエンジンを示す左側面図 図１に示すディーゼルエンジンを前左上方から見た斜視図 ＥＧＲガス吸気通路への還流構造を示す要部の断面図 接合ホースの左から見た断面図 接合ホースの背面図 接合ホースの底面図

以下に、本発明によるＥＧＲ装置の実施の形態を、農機軒や建機などに用いられる産業用のディーゼルエンジンに適用された場合について、図面を参照しながら説明する。

図１、図２に示されるように、ディーゼルエンジンＥは、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が組付けられ、シリンダヘッド１２の上部にヘッドカバー１３が組付けられ、シリンダブロック１１の下部にオイルパン１４が組付けられている。シリンダブロック１１の前端部に伝動ケース１５が組付けられ、伝動ケース１５の前部にエンジン冷却ファン（図示省略）の駆動軸１６が配置され、シリンダブロック１１の後部にフライホイールハウジング１７が配置されている。シリンダブロック１１の上半部はシリンダ１１Ａに、そして、下半部はクランクケース１１Ｂにそれぞれ構成されている。

エンジンＥの左側には、排気マニホルド１８、過給機１９、ＥＧＲクーラ１、ＥＧＲバルブ２などが配置されている。エンジンＥの上側には排気処理装置２０などが配置され、前側にはクランク軸２１が、右側には第２排気処理装置２２などが配置されている。
過給機（ターボチャージャー）１９は、排気タービン（図示省略）を収容するタービンハウジング１９Ａと吸気コンプレッサ（図示省略）を収容するコンプレッサハウジング１９Ｂとを備えて排気マニホルド１８の上方に配置されている。

図３に示されるように、ＥＧＲ装置Ａは、ＥＧＲクーラ１、ＥＧＲバルブ２、第１ＥＧＲ通路３、第２ＥＧＲ通路４、第３ＥＧＲ通路５などを有して構成されている。第１ＥＧＲ通路３は、排気処理装置２０又は第２排気処理装置２２とＥＧＲクーラ１とを接続する通路であり、第２ＥＧＲ通路４は、ＥＧＲクーラ１とＥＧＲバルブ２とを接続する通路である。第３ＥＧＲ通路５は、ＥＧＲバルブ２と吸気通路ｋとを接続する通路である。

図２、図３に示されるように、吸気通路ｋは、エア供給源（エアクリーナなど：図示省略）に接続される吸気パイプ（吸気管の一例）６、コンプレッサハウジング１９Ｂの吸気入口筒部１９ｂに接続ホース８を介して接続される接合パイプ（合流通路部の一例）７、吸気パイプ６と接合パイプ７とを接続する連結ホース９を有している。なお、吸気通路ｋは、エア供給源から吸気マニホルド（図示省略）に至る通路全体を指すものであり、前述のもの６～９には限らない。

パイプ材によりなる第３ＥＧＲ通路５は、なるべく左方及び前方に張り出さない状態で配管できるように、排気マニホルド１８の最前方の（１気筒目の）枝管１８ａの曲面部分の外周側を通して立ち上げる工夫がなされている。それにより、やや後方を向く立ち上がり姿勢で第３ＥＧＲ通路５を接合パイプ７に合流させることができている。吸気パイプ６には、ブローバイガスを吸気通路ｋに還流させるためのブローバイ管２５を接続させて開口２５ａを設ける構成を採ってもよい（図３を参照）。

第３ＥＧＲ通路５が合流される吸気通路ｋは、具体的には金属製（鋳鉄など）の接合パイプ７である。図３～図６に示されるように、接合パイプ７は、約６０度で曲がるパイプ本体７Ａ、パイプ本体７Ａの内部に一体形成される延長通路部５Ａ、パイプ本体７Ａの先端開口７ｃを有する終端７ｓ、基端開口７ｂを有する始端７ｄを有している。

延長通路部５Ａは、基端開口５ｂを有するフランジ部５ｆ、先端開口５ｃを有する終端５ｓを有しておいる。フランジ部５ｆには、第３ＥＧＲ通路５の開口フランジ１０をボルト止めするためのナット部２４が形成されている。

第３ＥＧＲ通路５は、これと接合パイプ７との合流部ｇよりも接合パイプ７の内部において延長されており、その延長されたＥＧＲ通路である延長通路部５Ａの終端５ｓの空気流れ方向の位置が接合パイプ７の終端７ｓに合致されている。延長通路部５Ａは、接合パイプ７の内壁７ａを共用する構成とされ、延長通路部５Ａにおける内壁７ａの共用部分５ａは、延長通路部５Ａの周方向で１箇所に設定されている。接合パイプ７は、吸気通路ｋであるパイプ本体７Ａと延長通路部５Ａとが一体となった１つの部品に形成されている。なお、接合パイプ７の終端７ｓは、コンプレッサハウジング１９Ｂに連なる吸気通路ｋとしての終端である。

図３～図６に示されるように、延長通路部５Ａは、フランジ部５ｆと、パイプ本体７Ａの内壁７ａに跨って形成される仕切り壁２３と、仕切り壁２３で区切られた内壁７ａ、即ち共用部分５ａとで囲まれた空間部によりなる。延長通路部５Ａは、第３ＥＧＲ通路５の開口フランジ１０に連通する基端開口５ｂと、コンプレッサハウジング１９Ｂの吸気入口筒部１９ｂに連通する先端開口５ｃとを備えているが、接合パイプ７の内部空間である接合通路７ｗには連通されていない。本実施形態では、合流部ｇとは、接合パイプ７と第３ＥＧＲ通路５とのそれぞれの構成部材どうしが一体となる箇所である。

図４に示されるように、合流部ｇを形成するフランジ部５ｆは、接合パイプ７の曲り部分の径外側の外壁に、曲がり部分の接線方向に面する状態で接合パイプ７に形成されており、基端開口５ｂを有して前記接線方向に直交する方向に延びる通路前部５ｄを有している。通路前部５ｄに続く通路後部５ｅは、仕切り壁２３と内壁７ａ（共用部分５ａ）とによる水平方向に延びて先端開口５ｃを有している。通路前部５ｄと通路後部５ｅとにより延長通路部５Ａが構成されている。

図４に示されるように、接合パイプ７おけるフランジ部５ｆより先端側の水平管部分（符記省略）の長さｄは、接続ホース８との嵌合に必要な長さに設定されており、その長さｄにフランジ部５ｆの肉厚の幅を加えたものがほぼ通路後部５ｅの長さに相当している。ＥＧＲガス（排気ガス）は、延長通路部５Ａから接合通路７ｗは通らず直接に吸気入口筒部１９ｂに入り、即座に吸気コンプレッサ（図示省略）に吸い込まれる。

ＥＧＲガスが吸気通路ｋと合流する箇所である合流部ｇが、過給機１９のコンプレッサハウジング１９Ｂの直前に設定されているので、ＥＧＲガスに含まれる水分が冷たい吸気で冷却されて氷結する前に過給機１９にＥＧＲガスを供給することが可能になる。その結果、ＥＧＲガス中の水分が冷たい空気（新気）により冷されて氷塊となり、その氷塊が吸い込まれて吸気コンプレッサのインペラが損傷する、という不具合が防止される効果が得られる。

そして、延長通路部５Ａの終端５ｓとパイプ本体７Ａの終端７ｓとの空気流れ方向の位置が互いに同じとされているので、延長通路部５Ａの終端５ｓがパイプ本体７Ａの終端７ｓより早く終わる場合に比べて、冷たい吸気に直接晒されることが殆ど無いため冷やされ難くなり、水分が氷結されてしまうおそれをより確実に防止できる利点がある。

延長通路部５Ａは、接合パイプ７の内部において内壁７ａを１箇所（共用部分５ａ）のみ共有する状態となるように、接合パイプ７の径方向で外周側に偏らせて形成させてあるので、接合通路７ｗと接する部分は仕切り壁２３のみであり、極力冷たい空気に晒される場所（面積）を少なくできるようにされている。

延長通路部５Ａは、接合パイプ７の内部張り出す状態に形成されていて外部に張り出さない構成であるから、コンプレッサハウジング１９Ｂの吸気入口筒部１９ｂと接合パイプ７の先端部とに跨って接続ホース８を外嵌させる構造を難なく採ることができて好都合である。

加えて、延長通路部５Ａは、少なくとも接続ホース８と外嵌部分の長さ（図４のｄ）は、接合通路７ｗと平行な通路後部５ｅを有して接合パイプ７の曲がり部分から始まる構造とされているので、空気の流れによるエジェクター効果によってＥＧＲガスが効率よく吸気通路ｋ（コンプレッサハウジング１９Ｂ）に流れる利点もある。

〔別実施形態〕
図示は省略するが、アルミ鋳物（アルミ合金鋳物）により接合パイプ７を作製する場合は、ＥＧＲガス（排気ガス）による腐食を避けるために、延長通路部５Ａにステンレスチューブを内装又は圧入するか、或いは、ステンレスチューブをパイプ本体７Ａに直接挿し込む構造としても良い。

５ ＥＧＲ通路
５Ａ 延長通路部
６ 吸気管
７ 合流通路部（接合パイプ）
７ａ 内壁
８ 接続ホース
１９ 過給機
１９Ｂ コンプレッサハウジング
１９ｂ 吸気入口筒部
ｋ 吸気通路

Claims (5)

1. 過給機のコンプレッサハウジングに連通される吸気通路にＥＧＲ通路が合流されているＥＧＲ装置であって、
   前記ＥＧＲ通路は、これと前記吸気通路との合流部よりも前記吸気通路の内部において延長されており、その延長されたＥＧＲ通路である延長通路部の終端の空気流れ方向の位置が前記吸気通路の終端に合致され、
   前記延長通路部は、前記吸気通路の内壁を共用する構成とされ、
   前記延長通路部における内壁の共用部分は、前記延長通路部の周方向で１箇所に設定されているＥＧＲ装置。
2. 吸気通路にＥＧＲ通路が合流されている合流通路部は、吸気管と前記コンプレッサハウジングとを接続する接合パイプに構成されている請求項１に記載のＥＧＲ装置。
3. 前記接合パイプは、前記吸気通路と前記延長通路部とが一体となった１つの部品に形成されている請求項２に記載のＥＧＲ装置。
4. 前記コンプレッサハウジングの吸気入口筒部と前記接合パイプとの双方に外装されてこれら吸気入口筒部と接合パイプとを接続する接続ホースが設けられている請求項２又は３に記載のＥＧＲ装置。
5. 前記接合パイプは金属材製である請求項２～４の何れか一項に記載のＥＧＲ装置。

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