JPH04301171A - 過給機付エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃焼温度を低下させて
窒素酸化物の排出を抑えると共に過早着火によるノッキ
ングを防止するべく排気ガスの一部を吸気系に導入して
再循環させる排気ガス還流装置に関し、特に過給機を備
えたエンジンに於る排気ガス還流装置構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用エンジンでは、従来より、不活性
ガスである排気ガスを吸気系に再循環させ、燃焼温度の
上昇を抑えて窒素酸化物の生成排出を防ぐ、所謂排気ガ
ス還流装置（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃ
ｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ　）が備えられている。又、シリ
ンダ内からクラークケース側に吹き抜けた圧縮乃至燃焼
ガスを、吸気通路に導入して大気中への放散を防ぐ所謂
ブローバイガス還元装置も備えられている。

【０００３】一方、近時、排気エネルギーによるタービ
ンの回転によって、或はエンジンの回転力等によって機
械的に、コンプレッサを回転駆動させて吸気側に圧縮空
気を供給する所謂過給機を備え、吸気充填効率を向上さ
せて出力向上を図るものが増加しているが、このような
エンジンでは当然のこと乍ら過給状態に於る吸気通路内
の圧力は高く、この圧力の高い吸気通路内に前述の排気
ガス還流装置の排気ガスやブローバイガス還元装置のブ
ローバイガスを効率良く導入させることのできる構成が
、種々提案されている。（実開昭５６−１０９６４６号
公報，特開昭５９−１５５５２０号公報等参照）

【００
０４】

【従来技術の課題】ところで、過給機付エンジンでは、
前述の排気ガス還流装置の排気ガスやブローバイガス還
元装置のブローバイガスを過給機より上流側の吸気通路
に導入させる構成とすることにより、高過給時に於ても
導入効率を維持させることができるが、排気ガス還流装
置の排気ガスを過給機より上流側から導入させることに
よってこの排気ガス中に含まれるカーボンが過給機に吸
入されることとなり、この吸入されたカーボンが過給機
の微小な隙間等に蓄積されたり、蓄積後剥離離脱したカ
ーボン塊によって過給機やエンジン本体に不具合を生じ
させる虞を有するものであった。特に、より微小な隙間
を有する容積型の機械式過給機に於て信頼性低下が懸念
される。

【０００５】

【発明の目的】本発明は、上記の如き事情に鑑み、過給
機の上流側の吸気通路にエンジン排気ガス還流装置の排
気ガスを供給するものに於て、排気ガス中に含まれるカ
ーボンが過給機へ吸入されることを防ぎ、カーボンを吸
入することに起因して生ずる過給機やエンジン本体の不
具合を防止することのできる過給機付エンジンの排気ガ
ス還流装置の提供、を目的とする。

【０００６】

【発明の構成】このため、本発明に係る過給機付エンジ
ンの排気ガス還流装置は、吸気通路に過給機を備え、該
過給機より上流側の吸気通路に排気を再循環するＥＧＲ
通路を接続したものに於て、ＥＧＲ通路にフィルタ部材
を介設すると共に、該ＥＧＲ通路のフィルタ部材より排
気通路側にブローバイガス還元通路を接続して構成した
ものである。これにより、フィルタ部材より上流側に於
て排気ガスとブローバイガスとが混合し、ブローバイガ
スに含まれるオイルミストが排気ガスに含まれるカーボ
ンに吸着されて融合状態となってフィルタ部材によって
瀘過されて過給機に至ることがなく、又、フィルタ部材
によって瀘過されたオイルミストとカーボンの融合物は
排気ガスの熱で炭化される。

【０００７】更に、上記構成に加えて、ＥＧＲ通路の、
フィルタ部材とブローバイガス還元通路接続部の間に、
ＥＧＲ冷却手段を介設したものである。これにより、Ｅ
ＧＲ冷却手段によって吸気に導入される排気ガスが冷却
され、導入流量が低下して該導入排気ガスによる吸気充
填量の低下が防がれると共に、吸気の温度上昇が抑えら
れて過早着火の発生が防がれる。

【０００８】

【発明の実施例】以下、本発明の実施例を図面に基いて
説明する。図１は、本発明に係る過給機付エンジンの排
気ガス還流装置の一実施例を適用したエンジンの概念構
成図である。

【０００９】図示エンジン１０は、Ｖ型のエンジンであ
って、その吸気系は、吸気通路２０が左右のバンクに共
通のサージタンク２７に接続され、該サージタンク２７
からインテークマニホールド２８を介して夫々のバンク
に接続されている。吸気通路２０には、その上流側から
順に、エアフィルタ２１，エアフローメータ２２，スロ
ットルバルブ２３，過給機２４及びインタクーラ２５が
設けられている。過給機２４は、詳しくは図示していな
いが、ケーシング内に螺状の凹条を有するローターと該
ロータの凹条と対応する螺状凸条を有するロータを凸状
と凹状を噛み合わせた状態で並列配置し、両ロータを逆
方向に回転させてロータの凹部とシーシングの内壁との
間の空間が軸方向に移動しつつ容積が小さくなることに
より圧縮作用を行なうように構成された所謂リショルム
型のコンプレッサであって、エンジンの回転によって回
転駆動され、所謂スーパーチャージャとして構成されて
いるものである。

【００１０】又、吸気通路２０には、過給機２４とイン
タクーラ２５を迂回するバイパス通路２０Ａが設けられ
、該バイパス通路２０Ａには当該バイパス通路２０Ａを
開閉する開閉弁２６が介設されて、この開閉弁２６を開
閉することにより常時回転駆動される過給機２４による
過給圧力を制御するようになっている。つまり、開閉弁
２６を開くと過給機２４により圧縮された空気はバイパ
ス通路２０Ａを還流してサージタンク２７側には供給さ
れず（過給されず）、開閉弁２６を閉ざすことにより過
給機２４により圧縮された空気がサージタンク２７側に
供給される（過給される）ものである。この開閉弁２６
は図示しないスロットル開度に応じて開閉し、スロット
ル開度が所定開度迄は全開であって、その後スロットル
の開放に比例して閉ざされてスロットル全開時には全閉
となるように制御され、これにより、図３にエンジン回
転数：Ｎと負荷トルク：Ｔに基く過給域（過給特性）を
示す如く、無過給時に於る全開負荷トルク曲線（ＮＣ−
ＷＯＴ）より高負荷の全運転域に於て過給されるように
設定されているものである。更に、サージタンク２７に
は、過給機２４によって過給された吸気圧力を検知すべ
く圧力センサ６１が備えられており、該圧力センサ６１
により検知された吸気圧力情報は詳しくは後述する制御
装置６０に入力されるようになっている。

【００１１】一方、排気通路３０は、左右各バンクから
エキゾーストマニホールド３１を介し、触媒３２及びサ
イレンサー３３を経て外部に開放されている。この排気
通路３０の触媒３２の下流側と吸気通路２０の過給機２
４の上流側とが、ＥＧＲ通路４０によって接続されてお
り、その通路途中には、ＥＧＲ冷却手段としてのＥＧＲ
クーラ４１と、該ＥＧＲクーラ４１の下流側（吸気通路
２０側）にフィルタ部材としてのＥＧＲフィルタ４２が
介設されている。ＥＧＲクーラ４１は、詳しくは図示し
ないが、水冷式の熱交換器であって、当該ＥＧＲ通路４
０に導入された排気を迅速に且つ安定させて冷却できる
ようになっているものである。ＥＧＲフィルタ４２は、
発泡金属により形成され、発泡による微細な間隙を介し
て気体は透過するが固形物の透過は阻止するように構成
されているものである。

【００１２】該ＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラ４１
を迂回するＥＧＲバイパス通路４０Ａが設けられており
、ＥＧＲクーラ４１の上流側（排気通路３０側）のＥＧ
Ｒ通路４０とＥＧＲバイパス通路４０Ａの分岐部には、
両通路４０，４０Ａを択一的に切換え可能なバイパス切
換バルブ４３が設けられている。このバイパス切換バル
ブ４３は、制御装置６０によって切換操作制御されるよ
うになっている。又、ＥＧＲフィルタ４２の吸気通路２
０側のＥＧＲ通路４０からリターン通路４０Ｂが分岐し
、該リターン通路４０Ｂは、ＥＧＲ通路４０の分岐位置
より下流側で且つサイレンサー３３より上流側の排気通
路３０に接続されている。このＥＧＲ通路４０とリター
ン通路４０Ｂの分岐部には、両通路４０，４０Ｂを択一
的に切り換え可能なリターン切換バルブ４４が設けられ
ている。このリターン切換バルブ４４は、制御装置６０
によって切換操作制御されるようになっている。

【００１３】更に、エンジン１０のクランクケース１０
Ａに連通するブローバイガス通路５０が、途中クランク
ケース１０Ａ側への逆流防止の為の逆止弁５１を介して
ＥＧＲクーラ４１より上流側（排気通路３０側）のＥＧ
Ｒ通路４０に接続されている。このブローバイガス通路
５０の逆止弁５１の下流からブローバイガスバイパス通
路５０Ａが分岐し、吸気通路２０の過給機２４の上流側
で且つＥＧＲ通路４０の接続位置より下流に接続されて
いる。このブローバイガス通路５０とブローバイガスバ
イパス通路５０Ａの分岐部には、両通路５０，５０Ａを
択一的に切り換え可能なブローバイガス切換バルブ５２
が設けられている。このブローバイガス切換バルブ５２
は、制御装置６０によって切換操作制御されるようにな
っている。

【００１４】制御装置６０には、前述の如くサージタン
ク２７に備えられた圧力センサ６１から運転状況情報と
しての吸気圧力情報が入力されるようになっており、該
制御装置６０はこの圧力センサ６１から吸気圧力情報に
基いて、バイパス切換バルブ４３，リターン切換バルブ
４４及びブローバイガス切換バルブ５２を切換操作して
、排気通路３０からＥＧＲ通路４０に導入された排気ガ
スの流通通路（ＥＧＲ通路４０，ＥＧＲバイパス通路４
０Ａ又はリターン通路４０Ｂ）を規制制御すると共に、
クランクケースからブローバイガス通路５０に導入され
たブローバイガスの流通通路をブローバイガス通路５０
又はブローバイガスバイパス通路５０Ａの何れかに規制
制御する。

【００１５】ここで、バイパス切換バルブ４３，リター
ン切換バルブ４４及びブローバイガス切換バルブ５２の
切換は、図１中に実線の矢印と破線の矢印で示す二種類
の組合せで操作制御されるようになっている。つまり、
図中実線の矢印で示すバイパス切換バルブ４３及びリタ
ーン切換バルブ４４を夫々ＥＧＲ通路４０側に切換ると
共にブローバイガス切換バルブ５２をＥＧＲ通路４０側
に切換る通常通路状態と、図中破線の矢印で示すバイパ
ス切換バルブ４３をＥＧＲバイパス通路４０Ａ側，リタ
ーン切換バルブ４４をリターン通路４０Ｂ側，ブローバ
イガス切換バルブ５２をブローバイガスバイパス通路５
０Ａ側に夫々切換る低負荷通路状態の、二種類の通路状
態と成し得るように設定されているものである。

【００１６】通常通路状態では、排気通路３０からＥＧ
Ｒ通路４０に導入された排気ガスはＥＧＲクーラ４１及
びＥＧＲフィルタ４２を介して吸気通路２０のスロット
ルバルブ２３下流で且つ過給機２４上流の吸気通路２０
に供給されると共に、クランクケース１０Ａからブロー
バイガス通路５０に導入されたブローバイガスはＥＧＲ
クーラ４１の上流側のＥＧＲ通路４０に導入されること
となる。ここで、ブローバイガス通路５０を介したブロ
ーバイガスは、排気通路３０からＥＧＲ通路４０に分岐
した高温の排気ガス内に導入されて両者が混合すること
となり、ブローバイガスに含まれるオイルミストが排気
ガスに含まれるカーボンに吸着されて融合すると共に、
排気ガスの熱で炭化されることとなる。その後、排気ガ
スとブローバイガスの混合ガスは、ＥＧＲクーラ４１に
よって冷却され、ＥＧＲフィルタ４２によって含まれる
カーボンとオイルの融合炭化物が瀘過されて吸気通路２
０に導入される為、吸気（新気）の充填量を低下させる
ことがなく、又、吸気温度の上昇が防がれて過早着火が
防止され、更に、ＥＧＲガスに含まれるカーボンが吸気
通路２０に至って過給機２４や吸気通路２０の内壁面へ
の蓄積することが防止されるようになっているものであ
る。尚、ブローバイガス通路５０の逆止弁５１は、排気
ガスの圧力がブローバイガスの圧力より高い場合に該排
気ガスがクランクケース側に逆流することを防ぐように
機能する。

【００１７】又、低負荷通路状態では、排気通路３０か
らＥＧＲ通路４０に導入された排気ガスはＥＧＲバイパ
ス通路４０Ａを介してＥＧＲクーラ４１を迂回し、ＥＧ
Ｒフィルタ４２を通過した後ブローバイガスバイパス通
路５０Ａを介してＥＧＲ通路４０の接続位置より下流の
排気通路３０に還流する。一方、ブローバイガス通路５
０に導入されたブローバイガスは、過給機２４の上流側
の吸気通路２０にそのまま供給される。その結果、ＥＧ
Ｒクーラ４１を介さない高温の排気ガスがＥＧＲフィル
タ４２に至り、当該ＥＧＲフィルタ４２内の水分を蒸発
させて乾燥させると共に、発泡金属の微細間隙に付着し
ているカーボンオイル融合粒子の炭化を促進させて目詰
まりを解消させ、生じた炭化物粒子は排気ガスと共にリ
ターン通路４０Ｂを介して排気通路３０に排出されるこ
ととなるものである。

【００１８】次に、制御装置６０によるＥＧＲガス及び
ブローバイガスの流通通路制御を、図２に示すフローチ
ャートに従って説明する。まず、圧力センサ６１からの
吸気圧力情報を読み込み（Ｓ１）、この吸気圧力：Ｐｂ
を吸気基準圧力：ＰｂＪと比較する（Ｓ２）。ここで、
吸気圧力：Ｐｂが基準圧力：ＰｂＪより高い場合（Ｐｂ
＞ＰｂＪ）には各切換バルブ４３，４４，５２を通常通
路状態側に切換え（Ｓ３）、吸気圧力：Ｐｂが基準圧力
：ＰｂＪより低い場合（Ｐｂ＜ＰｂＪ）には各切換バル
ブ４３，４４，５２を低負荷通路状態側に切換る（Ｓ４
）。吸気基準圧力：ＰｂＪは、図３に示す過給機２４に
よる過給域である高負荷全域に於て通常通路状態となる
ように、略過給開始圧力（大気圧より僅かに低い圧力）
に設定されているものである。

【００１９】つまり、上記の如き構成によれば、高負荷
であって過給されている運転域では通常通路状態となり
、前述の如く排気通路３０からＥＧＲ通路４０に導入さ
れた排気ガスはＥＧＲクーラ４１及びＥＧＲフィルタ４
２を介して吸気通路２０に供給されると共に、ブローバ
イガスはＥＧＲクーラ４１の上流のＥＧＲ通路４０に導
入され、ＥＧＲガスと共に吸気通路２０に供給される。 これにより、ＥＧＲクーラ４１によって冷却されＥＧＲ
フィルタ４２によってカーボンを除去されたＥＧＲガス
が吸気通路２０に導入され、過早着火が防止され、又、
燃焼温度が低下して窒素酸化物の生成が防がれることと
なり、更に過給圧を高めて出力を向上させることが可能
となる。

【００２０】一方、軽負荷であって過給が行なわれてい
ない運転域では、低負荷通路状態状態となり、排気通路
３０からＥＧＲ通路４０に導入された排気ガスはＥＧＲ
バイパス通路４０Ａを介してＥＧＲクーラ４１を迂回し
、ＥＧＲフィルタ４２を通過した後リターン通路４０Ｂ
を介してＥＧＲ通路４０の接続位置より下流の排気通路
３０に還流する。これにより、前述の如くＥＧＲクーラ
４１を介さない高温の排気ガスがＥＧＲフィルタ４２内
の水分を蒸発させて乾燥させると共に、瀘過したカーボ
ンオイル融合粒子の炭化を促進させて目詰まりを解消さ
せ、生じた炭化物粒子は排気ガスと共にリターン通路４
０Ｂを介して排気通路３０に排出することとなる。つま
り、ＥＧＲフィルタ４２のクリーニングが行なわれれる
ものである。この時、ブローバイガスは過給機２４の上
流側の吸気通路２０に直接供給されるが、含まれるオイ
ルミストが過給機２４や吸気系に悪影響を及ぼすことは
ない。

【００２１】

【発明の効果】上記の如き、本発明に係る過給機付エン
ジンの排気ガス還流装置によれば、過給機より上流側の
吸気通路に接続された排気を再循環するＥＧＲ通路に、
フィルタ部材を介設すると共に、該ＥＧＲ通路のフィル
タ部材より排気通路側にブローバイガス還元通路を接続
ことにより、フィルタ部材より上流側に於て排気ガスと
ブローバイガスとが混合し、ブローバイガスに含まれる
オイルミストが排気ガスに含まれるカーボンに吸着され
て融合状態となると共にこのオイルミストとカーボンの
融合物は排気ガスの熱で炭化され、更に、このオイルミ
ストとカーボンの融合炭化物はフィルタ部材によって瀘
過されて過給機乃至吸気通路に至ることがなく、排気ガ
ス中に含まれるカーボンがそのまま過給機や吸気通路に
至って過給機内部や吸気通路の内壁等に蓄積されること
による不具合を防止できる。

【００２２】又、ＥＧＲ通路のフィルタ部材とブローバ
イガス還元通路接続部の間に、ＥＧＲ冷却手段を介設し
たことにより、ＥＧＲ冷却手段によって吸気に導入され
る排気ガスが冷却され、導入流量が低下する為に吸気（
新気）充填量が確保されると共に、吸気の温度上昇が抑
えられて過早着火の発生が防がれ、従って、過給圧を上
昇させて出力向上を図ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る過給機付エンジンの排気ガス還流
装置の一実施例を適用したエンジンの概念構成図。

【図２】制御装置による通路状態切換制御フローチャー
ト。

【図３】エンジン回転数と負荷トルクに基いて過給特性
を表したグラフ。

【符号の説明】

１０…エンジン ２０…吸気通路 ２４…過給機 ３０…排気通路 ４０…ＥＧＲ通路 ４１…ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ冷却手段）４２…ＥＧＲフ
ィルタ（フィルタ部材）５０…ブローバイガス通路（ブ
ローバイガス導入通路）６０…制御装置（制御手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路に過給機を備え、該過給機より上
   流側の吸気通路に排気を再循環するＥＧＲ通路を接続し
   たものに於て、前記ＥＧＲ通路にフィルタ部材を介設す
   ると共に、該ＥＧＲ通路のフィルタ部材より排気通路側
   にブローバイガス還元通路を接続して構成したこと、を
   特徴とする過給機付エンジンの排気ガス還流装置。
2. 【請求項２】上記ＥＧＲ通路の、上記フィルタ部材と上
   記ブローバイガス還元通路接続部の間に、ＥＧＲ冷却手
   段を介設して構成したこと、を特徴とする請求項１記載
   の過給機付エンジンの排気ガス還流装置。