JPS5920865B2 - タ−ボチヤ−ジヤ付エンジンのｅｇｒ機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はターボチャージャ付エンジンのＥＧＲ機構の改
良に関するものである。

従来のターボチャージャ付エンジンにおいては排気中の
ＮＯｘを減少させるため排気の一部を還流させようとし
ても、エンジン排気圧力がエンジンの吸気圧力よりも低
いので普通は排気を還流させることが不可能であった。

これを可能にするために、コンプレッサ入口で排気を導
入させたり、圧送ポンプを用いて排気を吸気路中に加圧
して導入したりする方法が考えられる。

しかし、特にディーゼルエンジンでは排気中に多量の黒
煙や腐食性ガスが含まれているので、コンプレッサの羽
根車や圧送ポンプの回転部にカーボンが付着して圧送効
率を低下させると共に、腐食によって長期間使用するこ
とができない等の欠点をもっていた。

本発明は、ターボチャージャのコンプレッサより圧送さ
れる空気圧力を制御して適当量の排気をコンプレッサ部
を通過させることなく還流させるに好適なターボチャー
ジャ付エンジンのＥＧＲ機構を提供することを目的とし
、エンジンの排気流によって回転する排気タービンと、
この排気タービンと共に回転するコンプレッサとを有し
、前記エンジンに圧縮空気を供給するターボチャージャ
付エンジンにおいて、前記コンプレッサと前記エンジン
の入口孔とを連通ずる圧送空気管に設けた絞りと、この
絞りの下流で前記圧送空気管と排気管とを連通ずるＥＧ
Ｒ通路と、前記絞り下流の圧力変化に応動しこの絞り下
流の圧力が前記排気管の圧力より大きくなると前記絞り
上流の空気を外部に逃がす圧力制御機構とよりなること
を特徴とするものである。

すなわち、本発明は、アクセル全開運転時を除いては常
にエンジンへの送気圧が排気圧よりも低くなるような制
御手段を用い、排気管と圧送空気管を連通ずるＥＧＲ通
路を通して排気の一部を還流させるようにしたことにあ
る。

第１図はディーゼルエンジンの好適なＥＧＲＪを示す線
図で、縦軸はＥＧＲ率を％で示し、横軸はエンジンの負
荷（出力）を％で示している。

即ち、第１図の斜線で示すように負荷の約７５％までは
３０〜４０％のＥＧＲ率を保ち、負荷１００％附近では
還流させないようにすればディーゼルエンジンの運転性
能を害することなく換気中のＮＯｘ量を最小にすること
ができるといわれている。

第２図は本発明の一実施例であるターボチャージャ付デ
ィーゼルエンジンのＥＧＲ機構を説明するための図であ
る。

ターボチャージャ１のコンプレッサ出口２とディーゼル
エンジン３のインテーク４とを連通する圧送空気管６に
は絞り５が設けられており、ディーゼルエンジン３の排
気孔７とタービン人口９とを連通ずる排気管８と圧送空
気管６とはＥＧＲ通路１１で連通されている。

このＥＧＲ通路１１には圧縮ばね１２で常に押されてい
る円錐片１３を収容した一方向弁１０が設けである。

ダイヤフラム制御弁２０はダイヤフラム２２によって排
気圧室２３と圧送空気圧室２４に区切られ、排気圧室２
３は排気圧管２８を介して排気管８に連通し、圧送空気
圧室２４は送気圧管２９を介して絞り５下流の圧送空気
管６に連通している。

また、絞り５の上流の圧送空気管６とバイパス室２５は
バイパス通路２７を介して連通している。

ダイヤフラム制御弁２０の上端中央部の孔にはロッド３
２が摺動可能に挿入されており、このロッド３２を巻回
して圧縮ばね３０が排気圧室２３内に収容されている。

圧縮ばね３０の両端はロッド３２とダイヤフラム２２に
固定されている。

一方、圧送空気圧室２４の中心部には圧縮ばね３１があ
り、その上端はダイヤフラム２２の中央部に接触し下端
は圧送空気圧室２４とバイパス室２５を仕切る仕切り板
３４に接している。

ニードル付ロッド３３は上端がダイヤフラム２２の中央
部に固定されており、その下の部分は圧縮ばね３１を巻
回し、仕切り板３４の中央孔を摺動可能に通過し、ニー
ドル部２１を形成して下端はダイヤフラム４２に接して
いる。

なお、ニードル部２１０円錐面はダイヤフラム制御弁２
００座２６に対向している。

アクセル３６は下端をロッド３２に接触させたリンク３
５およびリンク３７に接触しており、リンク３７の下端
は梃子３８を介してロッド４５に連係している。

ダッシュポット４０はダイヤフラム４２をもっており、
このダイヤフラム４２の上部は大気開放である。

下側の室は圧縮ばね４４を収容すると共にフタ付一方向
弁４１、オリフィス４３によって大気に連通している。

なお、ダッシュポット４０の下端にはロッド４５が固定
されている。

このように構成された本実施例のＥＧＲ機構の動作を以
下説明する。

アクセル３６が７５％程度の踏込み状態になるまではア
クセル３６がリンク３５およびリンク３７と接触するこ
となく両リンクは自由である。

この場合は、ニードル部２１と座２６とは隙間をもって
おり、その流路断面積は圧縮ばね３０，３１の強さおよ
び排気圧室２３、圧送空気圧室２４の圧力関係で定まる
。

即ち、絞り５の下流の圧力と排気管８の圧力と圧縮ばね
３０．３１がバランスする所でニードル付ロッド３３の
位置が決定される。

いま、ディーゼルエンジン３のインテーク４の圧力が排
気孔７の圧力よりも高くなると、圧送空気圧室２４の圧
力が排気圧室２３の圧力よりも高くなるのでダイヤフラ
ム２２に固定されたニードル付ロッド３３を引き上げニ
ードル部２１と座２６との隙間を大きくし圧送空気管６
内の空気を放出させる。

その結果として、絞り５下流の圧力も低下し排気管８内
の排気は一方向弁１０の圧縮ばね１２を圧縮し円錐片１
３を後退させてその隙間を通りＥＧＲ通路１１を経てイ
ンテーク４に還流する。

エンジンの負荷状態によってエンジン排気圧力が変化し
、それによってコンプレッサ出口２の圧力が変化しても
排気圧室２３、圧送空気圧室２４の圧力差によってニー
ドル付ロッド３３が上下するので、圧縮ばね３０．３１
０強さ、ダイヤフラム２２の特性および一方向弁１０の
圧縮ばね１２の強さ等を適宜設定すればほぼ一定割合の
排気を還流させることができる。

即ち、第１図の負荷７５％附近までは３０〜４０％のＥ
ＧＲ率を維持して運転することが可能となる。

次に、アクセル３６を踏み込んで１００％負荷運転する
ときはリンク３５，３７が押し下げられる。

リンク３５が下ると圧縮ばね３０を介してニードル付ロ
ッド３３を押し下げ、ニードル部２１がバイパス室２５
を閉じる。

したがって、圧送空気はすべてディーゼルエンジンに供
給され高出力運転を可能にする。

一方、リンク３７が押し下げられると梃子３８によって
ダッシュポット４０を押し上げる。

しかるにダイヤフラム４２はニードル付ロッド３３の下
端に接触しているので、オリフィス４３からダンパー室
４６の空気が成程度排出されるまでは逆にニードル付ロ
ッド３３を押し上げていることになる。

即ち、ディーゼルエンジン３を急速に全出力運転に切換
えた場合でも急激に圧送空気がエンジンに流れ込むこと
なく、ダッシュポット４０がダンパーの作用をして円滑
にＥＧＲ率を移行させることが可能となる。

第３図はアクセル全開運転に移ったときのリンク、ダイ
ヤフラム制御弁およびダッシュポットの動作を説明する
図であり、第２図と同一部材には同じ符号を付しである
。

第４図はアクセル全開運転状態から通常運転状態に戻っ
たときのリンク、ダイヤフラム制御弁およびダッシュポ
ットの状態を説明する図である。

このときは、ダッシュポット４０は圧縮ばね４４の復元
力によって降下するが、フタ付一方向弁４１からもダン
パー室４６内に空気が急速に流入するので比較的迅速に
復帰する。

一方、ニードル付ロッド３３はロッド３２が上昇し圧縮
ばね３０のばね力が弱まるのでダイヤフラム２２と共−
に圧縮ばね３１によって上昇させられ排気還流状態に戻
る。

なお、上記全開運転と通常運転の中間の状態の場合は、
アクセル３６によるリンク３５．３７の移動量が少ない
のでその中間のバランスした作動状態でＥＧＲ率が変化
することになる。

第５図は従来のターボチャージャ付ディーゼルエンジン
を運転中にアクセルを急激に開いたときの排気中のＮＯ
ｘ量およびＥＧＲ率を示す線図である。

第５図ａはアクセル状態の変化を示し、第５図すは排気
中のＮＯｘ量の変化を示し、第５図ＣはＥＧＲ率の変化
を示しており、横軸は時間ｔである。

アクセルの開度を急増させると排気中のＮＯｘ量および
ＥＧＲ率は短時間だけ急増しやがて落着くが、例えばＮ
Ｏｘ量の測定記録紙上には急峻なピーク状に記録される
。

実際のエンジン運転時にはアクセルを踏む度にこの現象
が発生するので、ＮＯｘ発生総量は規制値をオーバーす
る結果を招（ことにもなり無視することのできない欠点
となっていた。

しかるに上記実施例のターボチャージャ付ディーゼルエ
ンジンは、ダイヤフラム制御弁２０およびダッシュポッ
ト４０を備えているためこれらが緩衝作用を行なって、
急速にアクセルを開らいたときもピーク状に変動するこ
となく円滑に移行させることができる。

特に、アクセル全開運転時にダッシュポット４０がダン
パーの作用をしていることが大いに効果を発揮している
。

以上本実施例のターボチャージャ付ディーゼルエンジン
は、コンプレッサ部を通過させることなく適当な比率で
排気を還流させることができると共に、アクセル全開運
転時はＥＧＲ率を零にして最大の出力を得ることができ
る。

したがって、ディーゼルエンジンの欠点であったＮＯｘ
の排出を低減させることを運転性能を害することなく達
成できるという効果をもっている。

第２図においては圧送空気管６に設げた絞り５の下流に
ＥＧＲ通路１１を分岐させであるが、この絞り５とバイ
パス通路２７０分岐点との間隔を大きくし絞り５のすぐ
上流にＥＧＲ通路１１を連通させても上記実施例と類似
の効果が得られる。

また、上記実施例はディーゼルエンジンを例として説明
したが、本発明のＥＧＲ機構はターボチャージャ付内燃
機関一般に適用することができる。

本発明のターボチャージャ付エンジンのＥＧＲ機構は、
コンプレッサ部を通過させることなく適当な比率で排気
を還流させることができ、排気中のＮＯｘ量の減少と運
転性能の向上を同時に達成することができるという効果
をもっている。

【図面の簡単な説明】

第１図はディーゼルエンジンの好適なＥＧＲ率を示す線
図、第２図は本発明の一実施例であるターボチャージャ
付ディーゼルエンジンのＥＧＲ機構を説明するための図
、第３図は第１図のアクセルを全開状態に変化させたと
きのＥＧＲ機構の動作を説明する図、第４図は第１図の
アクセル全開状態から通常運転状態に戻ったときのＥＧ
Ｒ機構の動作を説明する図、第５図は従来のターボチャ
ージャ付ディーゼルエンジンのアクセル開度急増時の排
気中のＮＯｘ量、ＥＧＲ率の変化を示す線図である。 １・・・・・・ターボチャージャ、２・・・・・・コン
プレッサ出口、計・・・・・エンジン、４・・・・・・
入口孔（インテーク）、５・・・・・・絞り、６・・・
・・・圧送空気管、８・・・・・・排気管、９・・・・
・・タービン入口、１０・・・・・・一方向弁、１１・
・・・・・ＥＧＲ通路、２０・・・・・・ダイヤフラム
制御弁、２１・・・・・・ニードル部、２２・・・・・
・ダイヤフラム、２３・・・・・・排気圧室、２４・・
・・・・圧送空気圧室、２５・・・・・・バイバス室、
２６・・・・・・座、３３・・・・・・ニードル付ロッ
ド、３４・・・・・・仕切り板、３６・・・・・・アク
セル、４０・・・・・・ダッシュポット、４１・・・・
・・フタ付一方向弁、４２・・・・・・ダイヤフラム、
４３・・・・・・オリフィス、４４・・・・・・圧縮ば
ね、４６・・・・・・ダンパー室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エンジンの排気流によって回転する排気タービンと
   、この排気タービンと共に回転するコンプレッサとを有
   し、前記エンジンに圧縮空気を供給するターボチャージ
   ャ付エンジンにおいて、前記コンプレッサと前記エンジ
   ンの入口孔とを連通ずる圧送空気管に設けた絞りと、こ
   の絞りの下流で前記圧送空気管と排気管とを連通ずるＥ
   ＧＲ通路と、前記絞り下流の圧力変化に応動しこの絞り
   下流の圧力が前記排気管の圧力より大きくなると前記絞
   り上流の空気を外部に逃がす圧力制御機構とよりなるこ
   とを特徴とするターボチャージャ付エンジンのＥＧＲ機
   構。 ２ 前記ＥＧＲ通路が、排気のみを通過させる一方向弁
   を有する通路であり、前記圧力制御機構が、前記排気管
   に連通した排気圧室、前記絞りの下流の前記圧送空気管
   に連通した圧送空気圧室および前気絞りよりも上流の前
   記圧送空気管に連通したバイパス室とを有し、前記排気
   圧室と前記圧送空気圧室とを仕切るダイヤフラムにその
   上端を固定し、前記圧送空気圧室と前記バイパス室とを
   仕切る仕切り板を貫通し前記バイパス室下端の開口端で
   ある座に対向したニードル部を形成するニードル付ロッ
   ドを有するダイヤフラム制御弁とを備え、前記エンジン
   の最大出力運転時以外は前記ニードル付ロッドを引上げ
   前記ニードル部と前記塵との隙間より空気を放出させて
   前記圧送空気管内の圧力を前記排気管内の圧力よりも低
   圧に維持し、前記一方向弁を介して排気の一部を環流さ
   せる機構である特許請求の範囲第１項記載のターボチャ
   ージャ付エンジンのＥＧＲ機構。 ３ 前記ダイヤフラム制御弁が、前記ニードル付ロッド
   の下端に接触するダイヤフラムと、このダイヤフラムを
   押し上げている圧縮ばねと、この圧縮ばねを収容しオリ
   フィスおよびフタ付一方向弁を介して大気と連通したダ
   ンパー室とを備えたダッシュポットを付属し、アクセル
   を踏み込んだときは前記ダッシュポットを上昇させて前
   記ニードル付ロッドの動作を遅延させる緩衝作用を有す
   るダイヤフラム制御弁である特許請求の範囲第２項記載
   のターボチャージャ付エンジンのＥＧＲ機構。