(57)【要約】【課題】吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給する排気ガス再循環システムを提供することを課題とする。【解決手段】排気ガス再循環システム１０１は、ターボチャージャ２を備えるエンジン１に用いられ、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに連通するメイン吸気通路１１と、メイン吸気通路１１の途中の分岐部１１ｂにおいて分岐した後、分岐部１１ｂより吸気口２ａａ側となる合流部２１ａにおいて、メイン吸気通路１１と異なる方向からメイン吸気通路１１に再び合流するサブ吸気通路２１とを備える。さらに、メイン吸気通路１１において、分岐部１１ｂ及び合流部２１ａの間に設けられ、メイン吸気通路１１の流路断面積を変更する流量調整弁３１を備え、また、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてサブ吸気通路２１に還流するＥＧＲガス通路４１を備える。【選択図】図２
2010077833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備える内燃機関に用いられる排気ガス再循環システムであって、
前記過給機の吸気口に連通するメイン吸気通路と、
前記メイン吸気通路の途中の分岐部で分岐した後、前記分岐部より前記吸気口側となる合流部にて、前記メイン吸気通路と異なる方向から前記メイン吸気通路に再び合流させ、前記合流部下流の前記メイン吸気通路を流れる気体に旋回流を発生させるサブ吸気通路と、
前記メイン吸気通路の、前記分岐部及び前記合流部の間に設けられ、前記メイン吸気通路の流路断面積を変更する流量調整弁と、
排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記サブ吸気通路に還流するＥＧＲガス通路と
を備える排気ガス再循環システム。
【請求項２】
前記ＥＧＲガス通路は、前記サブ吸気通路に連結する
請求項１に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項３】
前記ＥＧＲガス通路は、
前記過給機の前記吸気口に対して前記分岐部より上流となる位置で、前記メイン吸気通路に連結する
請求項１に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項４】
前記過給機の前記吸気口及び前記合流部の間に設けられる連通部を有し、
前記連通部が、前記連通部の内部の液体を排出するための液体排出口をもつ
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項５】
前記連通部は、二重管式気液分離構造である
請求項４に記載の排気ガス再循環システム。
【請求項６】
前記合流部において、前記サブ吸気通路は前記メイン吸気通路の内周面の接線方向に接続され、前記メイン吸気通路に対する前記サブ吸気通路の前記異なる方向は、垂直となる
請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガス再循環システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過給機を備える内燃機関に使用される排気ガス再循環システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等のエンジンにおける窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出規制が厳しくなっている。しかしながら、ディーゼルエンジンにおいては、理論空燃比に対して空気が過剰な状態で燃焼が行われるため、窒素酸化物の排出量削減のために、ガソリンエンジンで使用される三元触媒を使用することができない。そこで、ディーゼルエンジンでは、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気系統に還流させ、吸入混合ガスに混入させることによって、エンジンにおける燃焼温度を下げ、窒素酸化物の発生を抑制するＥＧＲシステムが一般的に使用されている。
【０００３】
とくに、ディーゼルエンジンでは、燃焼に十分な酸素がある運転領域で、ＥＧＲガスをエンジンの吸気系統に還流させ、燃焼温度を下げることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）を減らすことができる、すなわちＥＧＲ率を高めることができる。一方、多量のＥＧＲガスを還流すると、燃焼室に供給される混合ガスの温度が高くなり、エンジンの燃焼温度を効果的に下げることができない。また、酸素量が不足してくると煤が発生する。そこで、エンジンのシリンダ内に供給できる混合ガスの体積が同じである場合、還流される高温のＥＧＲガスを冷却し、ＥＧＲガスの体積を減少させることで、多量のＥＧＲガスを供給しても、燃焼温度を下げると共に十分な酸素の供給が可能である。そのため、エンジンへ還流されるＥＧＲガスの通路にＥＧＲクーラーが設けられる。
【０００４】
例えば、特許文献１では、エンジンの吸気マニフォールド及び排気マニフォールドに接続されたターボチャージャが設けられている。さらに、このターボチャージャの排気側となるタービンハウジングに接続された排気管の途中に入口部が接続されると共に、出口側がターボチャージャの吸気側となるコンプレッサハウジングに接続された吸気管の途中に接続されるＥＧＲガス管が設けられている。さらに、ＥＧＲガス管には、入口部より出口側に向かって、内部を流通するＥＧＲガスに含有される固形状の煤を捕捉するためのスートトラップ、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー、ＥＧＲガスの還流量を制御するＥＧＲ率制御バルブが順次設けられており、これらは、ＥＧＲガス管と共にＥＧＲガス還流回路、すなわち、ＥＧＲシステムを構成している。このＥＧＲシステムは、ターボタービン通過後の排気ガスをターボチャージャのコンプレッサの上流に還流するものでＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲと称される。ＬＰＬ−ＥＧＲは、ターボタービン通過後の排気ガスをＥＧＲガスとして利用するので、排気エネルギーを回収して有効に利用しターボチャージャの過給圧を向上させるという特徴と、ＥＧＲガスを過給前の吸気通路に還流するので大量のＥＧＲガスの還流を可能とする特徴を有している。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−７１４２８号公報
【特許文献２】特開平１０−２５９７６２号公報
【特許文献３】特開２００５−２５６６７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のＥＧＲガス還流回路において、還流するＥＧＲガスの温度の低減手段としてＥＧＲクーラーが設けられているが、ＥＧＲクーラーにおけるＥＧＲガスの冷却時には、凝縮水が発生する。また、ＥＧＲガスは、エンジンに吸入される外気、すなわち、吸入空気と混合される際、吸入空気との温度差により凝縮水を発生させる。ＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、過給前の低温の吸入空気に大量のＥＧＲガスを還流するので、発生する凝縮水の量が多い。
この大量に発生した凝縮水が、ＥＧＲガス及び吸入空気の混合ガスに含まれた状態で、ターボチャージャのコンプレッサハウジング内に吸入されると、吸入された凝縮水によりコンプレッサホイールのインペラが破損してしまう問題がある。
また、ＥＧＲガスには、硫黄、酸素、窒素及び水素が含まれている。このため、凝縮水が、これらの物質と混ざり、硫酸や硝酸等の酸性水溶液となる場合や、アンモニア水等のアルカリ性水溶液になる場合がある。このような酸性又はアルカリ性の水溶液が、吸気管に吸い込まれると、ターボチャージャ、エンジンの吸気系統及びエンジンの内部に腐食が発生するという問題もある。
【０００７】
そこで、特許文献２には、ＥＧＲクーラーによりＥＧＲガスが冷却されて発生する凝縮水を貯留するタンクをＥＧＲクーラーの出口に設けたものが記載されている。このタンクは、ＥＧＲクーラーの出口から延びるＥＧＲガス管をＵ字形状とし、このＵ字形状の底部をタンクとしたものである。しかしながら、このようなタンクにより捕集できる凝縮水は、タンク周辺のＥＧＲガス管の内側に付着した凝縮水に限られるため、凝縮水は十分に捕集されずにＥＧＲガスに含まれた状態で、ＥＧＲガスがエンジンの吸気系統に還流されてしまうという問題がある。
また、特許文献３には、ＥＧＲガス管をターボチャージャ及びエンジンの間の吸気管に接続し、この接続部とエンジンとの間において、吸気管を円弧状とした後さらに曲げて一周させるような形状としたものが記載されている。これは、空気及びＥＧＲガスの混合ガスが円弧状の吸気管を流通する際、混合ガスに含まれる凝縮水に発生する遠心力により、凝縮水を吸気管の内側に付着させ、凝縮水の捕集率を向上させている。しかしながら、混合ガスの流量が少ない場合は、発生する遠心力も小さくなるため、凝縮水が十分に捕集されずに混合ガスに含まれた状態で、混合ガスがエンジンに供給されてしまうという問題がある。
【０００８】
この発明は、これらのような問題点を解決するためになされたもので、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給する排気ガス再循環システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る排気ガス再循環システムは、過給機を備える内燃機関に用いられる排気ガス再循環システムであって、過給機の吸気口に連通するメイン吸気通路と、メイン吸気通路の途中の分岐部で分岐した後、分岐部より吸気口側となる合流部にて、メイン吸気通路と異なる方向からメイン吸気通路に再び合流させ、合流部下流のメイン吸気通路を流れる気体に旋回流を発生させるサブ吸気通路と、メイン吸気通路の、分岐部及び合流部の間に設けられ、メイン吸気通路の流路断面積を変更する流量調整弁と、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてサブ吸気通路に還流するＥＧＲガス通路とを備えることを特徴とする。
【００１０】
まず、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラーによる冷却時、及びエンジンへの吸入空気との混合時において、凝縮水を発生する。そこで、この排気ガス再循環システムは、合流部において、メイン吸気通路とサブ吸気通路との方向が異なり、合流部下流のメイン吸気通路を流れる気体に旋回流を発生させるため、サブ吸気通路からメイン吸気通路に合流するガスは、旋回する。よって、合流部において、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスは、この旋回流により、混合ガスに含まれる凝縮水が遠心分離される。また、流量調整弁を調整することによりメイン吸気通路の流路断面積が変更されるため、メイン吸気通路内のガスは、分岐部より吸気口側において、メイン吸気通路及びサブ吸気通路を流通する流量の配分を自在に変化させて分配されることができる。すなわち、流量調整弁を調整することにより、サブ吸気通路を流通する混合ガスの流速が調整され、メイン吸気通路及びサブ吸気通路の合流部において発生する旋回流の強さを調整することができる。よって、混合ガスの流量及び流速に関係なく、すなわち、内燃機関の運転条件に関係なく、旋回流の強さを調整でき、混合ガスに含まれる凝縮水を効果的に除去することができる。従って、ＥＧＲクーラーによって冷却されて発生しＥＧＲガスに含まれている凝縮水や、ＥＧＲガスが吸入空気と混合される際に発生し混合ガスに含まれている凝縮水が、過給機の吸気口に混合ガスが吸入される前に除去されるため、これらの凝縮水による過給機の破損を防止することができる。
【００１１】
ＥＧＲガス通路は、サブ吸気通路に連結してもよい。よって、ＥＧＲガスの全てがサブ吸気通路に還流されるため、ＥＧＲガスが確実に旋回される。このため、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスに含まれる凝縮水の除去を効果的に行うことができる。
ＥＧＲガス通路は、過給機の吸気口に対して分岐部より上流となる位置で、メイン吸気通路に連結してもよい。
【００１２】
過給機の吸気口及び合流部の間に設けられる連通部を有し、連通部が、連通部の内部の液体を排出するための液体排出口をもってもよい。このため、連通部において、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスの旋回流が発生し、この混合ガスに含まれる凝縮水が遠心分離される。そして、遠心分離された凝縮水は、液体排出口より連通部の外部に排出される。
連通部は、二重管式気液分離構造であってもよい。このため、連通部を二重管式気液分離構造とすることによって、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスは旋回流により凝縮水が効果的に除去される。
合流部において、サブ吸気通路はメイン吸気通路の内周面の接線方向に接続され、メイン吸気通路に対するサブ吸気通路の異なる方向は、垂直となってもよい。このため、合流部における、メイン吸気通路に対するサブ吸気通路の方向を、メイン吸気通路の内周面の接線方向とし且つメイン吸気通路に垂直とすることにより、サブ吸気通路からメイン吸気通路に合流するガスの旋回力を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスにおいて発生する凝縮水を除去した混合ガスをエンジンの吸気系統に供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態は、ディーゼルエンジンを搭載する車両に用いられる形態を示すものである。
実施の形態１．
まず、図１〜３を使用して、この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環システム１０１を備える内燃機関の構成を示す。
【００１５】
図１に示すように、内燃機関であるディーゼルエンジン１は、過給機であるターボチャージャ２に連通するが、エンジン吸気通路１ｂによって、内部にコンプレッサホイール２ｃを含むコンプレッサハウジング２ａに連通する。また、エンジン１は、エンジン排気通路１ｃによって、内部にタービンホイール２ｄを含むタービンハウジング２ｂに連通する。なお、ターボチャージャ２は、エンジン１からエンジン排気通路１ｃを介して供給された排気ガスによりタービンホイール２ｄを回転させると共に、タービンホイール２ｄとタービンシャフト２ｅを介して連結されたコンプレッサホイール２ｃを回転させる。さらに、このコンプレッサホイール２ｃの回転により加圧された吸気を、エンジン吸気通路１ｂを介してエンジン１に供給し、エンジン１の出力を向上させるものである。
【００１６】
また、ターボチャージャ２のタービンハウジング２ｂにおける排気口２ｂａには、排気通路３の一方の端部が接続されている。さらに、排気通路３の他方の端部は、エンジン１の稼働時における排気音を低減するマフラー４に接続されており、排気通路３内の排気ガスはマフラー４を介して外部に排出される。
また、ターボチャージャ２及びマフラー４の間において、排気通路３には、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタであるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置、及び排気ガス中に含まれる窒素酸化物の含有量を低減する触媒装置を含む排気ガス処理装置５が設けられている。
【００１７】
一方、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａにおける吸気口２ａａには、略円筒形状をした気液分離器６が設けられている。気液分離器６は、吸気口２ａａに向かってその断面積が２段階に増加する略円筒形状をした外殻６ａ、吸気口２ａａに接続されて外殻６ａの内部に突出する気体排出路６ｂ、及び、吸気口２ａａ側において外殻６ａの下部と接続して外部に延びる液体排出路６ｃにより構成されている。（図２参照）
【００１８】
また、図２を参照すると、気液分離器６において、コンプレッサハウジング２ａの吸気口２ａａ側となる端面６ａａから外殻６ａの内部に気体排出路６ｂが延びており、気体排出路６ｂの径は、略円筒状をした外殻６ａの径より小さくなっている。さらに、気体排出路６ｂの軸心は、外殻６ａにおいて気体排出路６ｂ側となる円筒状をした第１円筒部６ａｂの軸心と同一になっている。よって、気液分離器６は、外殻６ａ及び気体排出路６ｂによる二重管構造を有する二重管式気液分離器となっている。
さらに、気液分離器６の外殻６ａには、その下部に液体排出路６ｃが接続されているが、液体排出路６ｃは、外殻６ａの第１円筒部６ａｂにおいて外殻６ａの内部に開口している。なお、液体排出路６ｃの第１円筒部６ａｂにおける開口である液体排出口６ｃａは、外殻６ａの内部に延びる気体排出路６ｂの先端６ｂａより端面６ａａ側、すなわち、ターボチャージャ２の吸気口２ａａ側に配置されている。
【００１９】
また、気液分離器６における気体排出路６ｂに対向する端面６ａｄには、メイン吸気通路１１の一方の端部が接続されている。なお、メイン吸気通路１１は円筒状をしており、その径は、気液分離器６におけるメイン吸気通路１１側となる第２円筒部６ａｃの径より小さくなっている。このメイン吸気通路１１における気液分離器６との接続部１１ａにおいて、メイン吸気通路１１の軸心は、気液分離器６の気体排出路６ｂの軸心と同一になっている。このようにして、気液分離器６は、メイン吸気通路１１を、ターボチャージャ２におけるコンプレッサハウジング２ａの吸気口２ａａに連通する連通部を構成している。
また、図１に戻り、メイン吸気通路１１の他方の端部はエアクリーナ７に接続されており、エアクリーナ７を介してメイン吸気通路１１内に外気が導入されるようになっている。なお、エアクリーナ７は、外気に含まれるゴミ、埃及び異物等を捕捉し、これらがエンジン１やターボチャージャ２に侵入することを防止するものである。
【００２０】
さらに、メイン吸気通路１１の内部において、気液分離器６との接続部１１ａの近傍には、メイン吸気通路１１の流路断面積を変更する流量調整弁３１が設けられている。流量調整弁３１は、車両のＥＣＵ８に電気的に接続されており、ＥＣＵ８の制御により、メイン吸気通路１１の流路断面積を０〜１００％まで変更することができる。
また、メイン吸気通路１１におけるエアクリーナ７の近傍には、メイン吸気通路１１への外気の吸入空気量を測定するためのエアフロメータ９が設けられている。エアフロメータ９は、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、測定した吸入空気量情報をＥＣＵ８に送る。
【００２１】
また、メイン吸気通路１１におけるエアクリーナ７から気液分離器６に向かう途中の分岐部１１ｂにおいて、サブ吸気通路２１が分岐している。さらに、サブ吸気通路２１は、円筒状をしており、気液分離器６におけるメイン吸気通路１１側となる第２円筒部６ａｃ（図２参照）に接続している、すなわち、気液分離器６を介して、メイン吸気通路１１に合流している。
また、図２に示すように、サブ吸気通路２１及び気液分離器６の接続部は、サブ吸気通路２１がメイン吸気通路１１に合流する合流部２１ａを構成している。よって、気液分離器６は、合流部２１ａ及びターボチャージャ２の吸気口２ａａの間に配置されるようにして設けられている。また、合流部２１ａにおいて、サブ吸気通路２１の軸心は、気液分離器６の第２円筒部６ａｃの軸心、及びメイン吸気通路１１の軸心と垂直になっている。さらに、図３に示すように、サブ吸気通路２１は、気液分離器６の第２円筒部６ａｃに対して、その内周面６ａｃ１に沿うようにして内周面６ａｃ１の断面を形成する円周の接線方向、すなわち、内周面６ａｃ１の接線方向に接続している。また、サブ吸気通路２１は、メイン吸気通路１１の内周面１１ｃ（図２参照）の接線方向に接続しているともいえる。
【００２２】
また、図１に戻ると、一方の端部が排気通路３における排気ガス処理装置５及びマフラー４の間に接続され、他方の端部がサブ吸気通路２１に接続されるＥＧＲガス通路４１が設けられている。ＥＧＲガス通路４１は、エンジン１から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして、エンジン１の吸気系統であるターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａの上流に還流するものである。
さらに、ＥＧＲガス通路４１の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラー５１が設けられている。また、ＥＧＲガス通路４１において、ＥＧＲクーラー５１及びサブ吸気通路２１の間には、ＥＧＲガス通路４１を開閉するＥＧＲ開閉弁であるＥＧＲバルブ６１が設けられている。なお、ＥＧＲバルブ６１は、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、ＥＣＵ８の制御により、ＥＧＲガス通路４１の流路断面積を０〜１００％まで変更することができる。
【００２３】
また、気液分離器６の液体排出路６ｃは、液体排出路６ｃより排出された液体を貯留するための蓄液器７１の内部に連通している。さらに、蓄液器７１には、蓄液排出路８１の一方の端部が接続されており、蓄液排出路８１の他方の端部は、ＥＧＲガス通路４１及びマフラー４の間において排気通路３と接続している。よって、蓄液器７１内の液体は、蓄液排出路８１を介して、排気通路３におけるマフラー４の上流に排出される。さらに、蓄液排出路８１の途中には、蓄液排出路８１を開閉する開閉バルブ９１が設けられている。なお、開閉バルブ９１は、ＥＣＵ８に電気的に接続されており、ＥＣＵ８の制御により、蓄液排出路８１の流路断面積を０〜１００％まで変更することができる。
また、この発明の実施の形態１における排気ガス再循環システム１０１は、メイン吸気通路１１、流量調整弁３１、サブ吸気通路２１、気液分離器６、及びＥＧＲガス通路４１によって構成されている。
【００２４】
次に、図１〜４を使用して、この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環システム１０１及び排気ガス再循環システム１０１を備える内燃機関、すなわち、エンジン１の動作を示す。
そこで、まず、エンジン１の動作を説明する。
図１を参照すると、エンジン１の稼働時、流量調整弁３１が図１に示す状態にある場合、エアクリーナ７を介して、メイン吸気通路１１に外気が吸入される。さらに、吸入された外気、すなわち、空気は、主としてメイン吸気通路１１を介して気液分離器６にそのまま流入し、また、その量は少ないが一部がメイン吸気通路１１の途中の分岐部１１ｂにおいて分岐してサブ吸気通路２１を介して気液分離器６に流入する。そして、気液分離器６に流入した空気は、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａに吸入される。
【００２５】
なお、流量調整弁３１が動作してメイン吸気通路１１の流路断面積を減少させると、メイン吸気通路１１を介して気液分離器６に流入する空気量は少なくなり、サブ吸気通路２１を介して気液分離器６に流入する空気量が多くなる。さらに、流量調整弁３１がメイン吸気通路１１の流路断面積を０とすると、エアクリーナ７を介してメイン吸気通路１１に吸入された空気は全て、サブ吸気通路２１を介して、気液分離器６に流入し、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａに吸入される。
なお、流量調整弁３１の動作の詳細は、後述にて示す。
【００２６】
また、ターボチャージャ２のコンプレッサハウジング２ａに吸入された空気は、コンプレッサハウジング２ａ内のコンプレッサホイール２ｃにより過給されて、エンジン吸気通路１ｂに送られる。送られた空気は、エンジン１に過給された状態で供給され、エンジン１のシリンダ１ａ内において噴射された燃料と混合されて、自己着火により燃焼する。その後、排気ガスとして、エンジン排気通路１ｃに排出される。排出された排気ガスは、ターボチャージャ２のタービンハウジング２ｂに流入し、内部のタービンホイール２ｄ及びタービンホイール２ｄに連結されたコンプレッサホイール２ｃの回転を上昇させつつ、排気通路３に排出される。排気通路３に排出された排気ガスは、排気ガス処理装置５において、粒子状物質及び窒素酸化物の含有量を低減された後、マフラー４を介して図示しない車両の外部に排出される。
【００２７】
次に、排気ガス再循環システム１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、排気ガス処理装置５を通過した排気ガスの一部が、ＥＧＲガス通路４１に流入する。流入した排気ガス、すなわち、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー５１によって冷却された後、ＥＧＲバルブ６１を経由して、サブ吸気通路２１に流入し、さらに、気液分離器６に流入する。なお、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラー５１によって冷却される際、ＥＧＲガスより凝縮水が発生し、発生した凝縮水はＥＧＲガスに含まれた状態で、サブ吸気通路２１及び気液分離器６に流入する。
また、ＥＧＲガスの気液分離器６への流入量、すなわち、エンジン１の吸気系統への還流量は、ＥＣＵ８によりＥＧＲバルブ６１の開閉度が制御されて調整される。
なお、ＥＣＵ８は、エンジン１の回転数や負荷などの運転条件に合わせた所定のＥＧＲ率を予め記憶している。そして、ＥＣＵ８は、エンジン１の運転条件に基づきその条件に適合したＥＧＲ率を算出し、さらに、エアフロメータ９の測定した吸入空気量情報等に基づき、算出したＥＧＲ率にＥＧＲガスの還流量が適合するように、ＥＧＲバルブ６１を制御する。また、ＥＧＲ率は、ＥＧＲガス流量／（ＥＧＲガス流量＋吸入空気量）によって示される。
【００２８】
ここで、図２を参照すると、サブ吸気通路２１は、気液分離器６の第２円筒部６ａｃに対して、第２円筒部６ａｃの外周に沿うようにして接続されている（図３参照）ため、サブ吸気通路２１から気液分離器６に流入するＥＧＲガスは、気液分離器６の第２円筒部６ａｃ及び第１円筒部６ａｂの内周面に沿って流れ、この内周面に沿った旋回力を有するようになる。
この旋回力を有するＥＧＲガスの流れは、メイン吸気通路１１から吸入される空気（外気）と合流して空気に旋回力を与え、ＥＧＲガス及び空気の混合ガスは第２円筒部６ａｃ及び第１円筒部６ａｂの内周面に沿った旋回流を発生する。
【００２９】
旋回力を与えられた混合ガスは、気液分離器６の内部において旋回しつつ、気体排出路６ｂに向かって流れる、すなわち、らせん状に流れる。そして、混合ガスは、気体排出路６ｂを介して、吸気口２ａａよりターボチャージャ２に吸入される。この混合ガスの旋回により、ＥＧＲクーラー５１（図１参照）の冷却により発生してＥＧＲガスに含まれていた凝縮水、及び、ＥＧＲガスが空気と混合されることにより発生して混合ガスに含まれていた凝縮水は、混合ガスから遠心分離され、気液分離器６の第１円筒部６ａｂ及び第２円筒部６ａｃの内周面に付着する。
付着した凝縮水は、さらなる混合ガスから遠心分離された凝縮水により、水滴状になり、気液分離器６の内周面に沿って底部に流下する。この底部に流下した水滴は、第１円筒部６ａｂに流れ、第１円筒部６ａｂの底部に設けられた液体排出口６ｃａより液体排出路６ｃを介して気液分離器６の外部に排出される。
なお、気体排出路６ｂは、気液分離器６の端面６ａａに対して内部に突出して二重管構造を形成しているため、遠心分離された凝縮水が、気体排出路６ｂに流入することはない。
【００３０】
また、図１を参照すると、気液分離器６より排出された凝縮水は、液体排出路６ｃを介して、蓄液器７１に貯留される。蓄液器７１は、蓄液排出路８１を介して排気通路３と連通しているため、蓄液器７１に貯留された水は、排気通路３におけるＥＧＲガス通路４１及びマフラー４の間に排出される。排出された水は、排気ガスの排気温度によって水蒸気化されて、図示しない車両の外部に排出される。なお、蓄液器７１からの水の排出流量は、蓄液排出路８１に設けられた開閉バルブ９１によって、蓄液排出路８１の流路断面積が変更されて調整される。また、開閉バルブ９１は、ＥＣＵ８によって蓄液器７１内の貯留量及び排気温度等の情報に基づいて制御される。
【００３１】
次に、図１〜４を使用して、流量調整弁３１の動作を示す。
図１を参照すると、例えば、エンジン１の低回転・低負荷時、メイン吸気通路１１に吸入される空気量は少ないものとなる。このとき、図２を参照すると、流量調整弁３１が図２の実線で示される状態にある場合、実線矢印で示されるメイン吸気通路１１より気液分離器６に直接流入する空気の流速に比べて、破線矢印で示されるサブ吸気通路２１に分岐した空気の流速は遙かに小さくなっている。そこで、ＥＧＲ率が低い時は、発生する凝縮水の量が少ないため、サブ吸気通路２１の流速が小さくても問題ない。しかし、ＥＧＲ率が高くなると、発生する凝縮水の量が多くなるため、強い旋回流を必要とするが、流量調整弁３１が図２の実線で示される状態では、サブ吸気通路２１に流入する空気量が少なく、ＥＧＲガス及び空気の混合ガスが合流部２１ａより気液分離器６へ流出する流量が少なく、流速が遅いため十分な旋回流を得る事ができず、気液分離器６内に流入する空気及びＥＧＲガスの混合ガスに含まれる凝縮水の分離が効果的に行われない。
【００３２】
そこで、流量調整弁３１は、ＥＣＵ８（図１参照）によって動作されて、例えば、図２の破線で示される状態となる。これにより、メイン吸気通路１１から気液分離器６への流路断面積が減少するため、実線矢印で示されるメイン吸気通路１１より気液分離器６に直接流入する空気量は小さくなるが、破線矢印で示されるサブ吸気通路２１に流入する空気量及びその流速が増大する。そして、サブ吸気通路２１より気液分離器６に流入する空気及びＥＧＲガスの混合ガスは、その流速が増大し、気液分離器６内において強い旋回力を有するようになるため、気液分離器６内における旋回流の強さが増大される。このため、気液分離器６内に流入する空気及びＥＧＲガスの混合ガスに含まれる凝縮水の分離が効果的に行われるようになる。
従って、エンジン１（図１参照）の吸入空気量が少なくＥＧＲ率が高い時は、流量調整弁３１がメイン吸気通路１１を絞るように動作することにより、気液分離器６内における混合ガスの旋回流は強まるように変更されて、混合ガスに含まれる凝縮水の分離、除去が効率的に行われる。
【００３３】
一方、エンジン１（図１参照）の高回転・高負荷時、メイン吸気通路１１に吸入される空気量が多くなる。このとき、流量調整弁３１は、図２の実線で示される状態となるように動作する。これにより、メイン吸気通路１１から気液分離器６への流路断面積が増大するため、メイン吸気通路１１からサブ吸気通路２１に流入する空気量が減少するが、低回転・低負荷時よりも流量の絶対量は多くなり、また同じＥＧＲ率でも低回転・低負荷時に比べＥＧＲガス流量も多くなる。そして、ＥＧＲガス及び空気の混合ガスが合流部２１ａより気液分離器６へ流出する流量が多く流速が速くなるため、凝縮水を分離するのに十分な旋回流を得る事ができる。また、流量調整弁３１を図２の実線で示される状態とすることにより、メイン吸気通路１１及び気液分離器６を介した、ターボチャージャ２、すなわち、エンジン１（図１参照）の吸気圧損が低減されて、エンジン１（図１参照）の性能を向上させる。
従って、エンジン１（図１参照）の高回転・高負荷時、流量調整弁３１がメイン吸気通路１１を開くように動作することにより、必要最小限の旋回流で混合ガスに含まれる凝縮水の分離が行われつつ、エンジン１（図１参照）の吸気圧損が低減される。
【００３４】
また、エンジン１（図１参照）にＥＧＲガスの還流の必要がなく、ＥＧＲバルブ６１が閉じられている場合、流量調整弁３１は、エンジン１（図１参照）の吸気圧損を低減するために、図２の実線で示される状態となるように動作する。
上述のように、排気ガス再循環システム１０１において、メイン吸気通路１１に吸入される空気量、及びサブ吸気通路２１に流入するＥＧＲガス流量に応じて、流量調整弁３１がメイン吸気通路１１の流路断面積を変更することにより、エンジン１（図１参照）の運転条件に関係なく、ＥＧＲガスから発生した凝縮水は分離、除去される。
【００３５】
また、ＥＧＲガス通路４１より気液分離器６に還流されるＥＧＲガス流量は、ＥＣＵ８（図１参照）によるＥＧＲバルブ６１の調整によって制御されるが、この制御は、エンジン１の回転数や負荷などの運転条件に基づくＥＧＲ率、及びエアフロメータ９（図１参照）の測定した吸入空気量情報等により行われる。
従って、メイン吸気通路１１の吸入空気量及びＥＧＲガス通路４１のＥＧＲガス流量により制御される流量調整弁３１は、エアフロメータ９（図１参照）の測定した吸入空気量及びＥＧＲ率に基づいて制御することができる。
【００３６】
エアフロメータ９（図１参照）の測定した吸入空気量及びＥＧＲ率に基づく制御マップの一例が、図４に示される。このマップは、縦軸をＥＧＲ率とし、横軸をエアフロメータ９（図１参照）の測定した吸入空気量、すなわち、新気流量とする。また、マップ上の数字％は、流量調整弁３１によるメイン吸気通路１１の開閉度を示し、０％が全開、すなわち、図２の実線で示される状態の流量調整弁３１を示し、１００％が全閉、すなわち、図２の実線で示される状態の流量調整弁３１が９０°回転したものである。さらに、各曲線によって囲まれるエリア内の各数字％は、エリア内の各点に相当するＥＧＲ率及び新気流量における流量調整弁３１の開閉度を示している。すなわち、例えば、点Ａに相当するＥＧＲ率及び新気流量においては、流量調整弁３１の開閉度は１００％、点Ｂに相当するＥＧＲ率及び新気流量においては、流量調整弁３１の開閉度は５０％、点Ｃに相当するＥＧＲ率及び新気流量においては、流量調整弁３１の開閉度は０％となる。
このようなマップが、ＥＣＵ８（図１参照）に記憶され、このマップに基づき、ＥＣＵ８によって流量調整弁３１の動作が制御されて、凝縮水の除去がなされる。
【００３７】
このように、この実施の形態１に係る排気ガス再循環システム１０１は、ターボチャージャ２を備えるエンジン１に用いられ、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに連通するメイン吸気通路１１と、メイン吸気通路１１の途中の分岐部１１ｂにおいて分岐した後、分岐部１１ｂより吸気口２ａａ側となる合流部２１ａにおいて、メイン吸気通路１１と異なる方向からメイン吸気通路１１に再び合流させ、合流部２１ａ下流のメイン吸気通路１１を流れる気体に旋回流を発生させるサブ吸気通路２１と、メイン吸気通路１１において、分岐部１１ｂ及び合流部２１ａの間に設けられ、メイン吸気通路１１の流路断面積を変更する流量調整弁３１と、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてサブ吸気通路２１に還流するＥＧＲガス通路４１とを備える。
【００３８】
そこで、まず、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー５１による冷却時、及びエンジン１への吸入空気との混合時において、凝縮水を発生する。そして、排気ガス再循環システム１０１は、合流部２１ａにおいて、メイン吸気通路１１とサブ吸気通路２１との方向が異なり、合流部２１ａ下流のメイン吸気通路１１を流れる気体に旋回流を発生させるため、サブ吸気通路２１からメイン吸気通路１１に合流するガスは、旋回する。よって、合流部２１ａにおいて、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスは、この旋回流により、混合ガスに含まれる凝縮水が遠心分離される。また、流量調整弁３１を調整することによりメイン吸気通路１１の流路断面積が変更されるため、メイン吸気通路１１内のガスは、分岐部１１ｂより吸気口２ａａ側において、メイン吸気通路１１及びサブ吸気通路２１を流通する流量の配分を自在に変化させて分配されることができる。すなわち、流量調整弁３１を調整することにより、サブ吸気通路２１を流通する混合ガスの流速が調整され、メイン吸気通路１１及びサブ吸気通路２１の合流部２１ａにおいて発生する旋回流の強さを調整することができる。よって、混合ガスの流量及び流速に関係なく、すなわち、エンジン１の運転条件に関係なく、旋回流の強さを調整でき、混合ガスに含まれる凝縮水を効果的に除去することができる。従って、ＥＧＲクーラー５１によって冷却されて発生しＥＧＲガスに含まれている凝縮水や、ＥＧＲガスが吸入空気と混合される際に発生し混合ガスに含まれている凝縮水が、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに混合ガスが吸入される前に除去されるため、これらの凝縮水によるターボチャージャ２の破損を防止することができる。
【００３９】
また、ＥＧＲガスの全てがサブ吸気通路２１に還流されるため、ＥＧＲガスが確実に旋回される。このため、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスに含まれる凝縮水の除去を効果的に行うことができる。
また、気液分離器６において、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスの旋回流が発生し、この混合ガスに含まれる凝縮水が遠心分離されるが、遠心分離された凝縮水は、液体排出口６ｃａより気液分離器６の外部への排出が可能となる。
また、気液分離器６を二重管式気液分離構造とすることによって、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスは旋回流により凝縮水を効果的に除去されることが可能になる。さらに、二重管式気液分離構造により、混合ガスから分離された凝縮水が、気体排出路６ｂに流入することを防ぐことが可能となる。
また、合流部２１ａにおいて、サブ吸気通路２１を気液分離器６の第２円筒部６ａｃの内周面６ａｃ１の接線方向、すなわち、メイン吸気通路１１の内周面１１ｃの接線方向に接続し、メイン吸気通路１１に対するサブ吸気通路２１の方向を垂直とすることにより、サブ吸気通路２１からメイン吸気通路１１に合流するガスの旋回力を向上させることができる。
【００４０】
また、流量調整弁３１によってメイン吸気通路１１を絞ることにより、メイン吸気通路１１から気液分離器６への流路断面積が減少するため、メイン吸気通路１１及びサブ吸気通路２１から気液分離器６に流入する混合ガスの流速が向上する。よって、ターボチャージャ２の吸気口２ａａに吸入される混合ガスの流速が向上する。従って、エンジン１の低回転時において、ターボチャージャ２の吸気口２ａａにおけるサージングを防ぐことができる、すなわち、サージ限界の向上が可能になる。
【００４１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る排気ガス再循環システム１０２は、実施の形態１の排気ガス再循環システム１０１においてサブ吸気通路２１に接続していたＥＧＲガス通路４１を、メイン吸気通路に接続するようにし、さらに、この接続位置をメイン吸気通路からサブ吸気通路が分岐する分岐部より上流とした構成を有するものである。
そこで、図５を参照すると、ＥＧＲガス通路４２は、メイン吸気通路１２からのサブ吸気通路２２の分岐部１２ｂより上流、すなわち、エアクリーナ７（図１参照）側において、メイン吸気通路１２に接続している。
このため、流量調整弁３２が図５の実線で示す状態及び破線で示す状態のいずれの状態にある場合でも、実線矢印で示す空気及び一点鎖線矢印で示すＥＧＲガスの混合ガスが、メイン吸気通路１２を介して気液分離器６に流入し、また、破線矢印で示す空気及び二点鎖線矢印で示すＥＧＲガスの混合ガスが、サブ吸気通路２２を介して気液分離器６に流入する。
【００４２】
また、メイン吸気通路１２の全閉状態を１００％とする流量調整弁３２の開閉度が、実施の形態１の排気ガス再循環システム１０１の流量調整弁３１と同一である場合、サブ吸気通路２２を流通する空気及びＥＧＲガスの混合ガスの流量は、排気ガス再循環システム１０１のサブ吸気通路２１に比べて少なくなる。よって、気液分離器６において、排気ガス再循環システム１０１と同等の旋回流の強さを達成するためには、流量調整弁３２におけるメイン吸気通路１２の開閉度は、排気ガス再循環システム１０１の流量調整弁３１のメイン吸気通路１１の開閉度より大きくなる。
従って、この排気ガス再循環システム１０２におけるＥＧＲ率及びエアフロメータ９（図１参照）の測定した吸入空気量、すなわち、新気流量との関係は、図４におけるマップを図面右方向に僅かに遷移させたような形状となる。
また、この発明の実施の形態２に係る排気ガス再循環システム１０２のその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
このように、実施の形態２に係る排気ガス再循環システム１０２おいて、上記実施の形態１の排気ガス再循環システム１０１と同様な効果が得られる。
また、排気ガス再循環システム１０２において、ＥＧＲガス通路４２からメイン吸気通路１２に還流されるＥＧＲガスがサブ吸気通路２２を流通する流量が、実施の形態１の場合に比べて少なくなっているため、ＥＧＲガスが気液分離器６において発生する旋回力は、実施の形態１の場合に比べて小さくなっている。このため、エンジン１の高回転・高負荷時において、ＥＧＲガスの還流量が多くなるが、実施の形態１の排気ガス再循環システム１０１に比べて、エンジン１の吸気圧損を低減することができる。
また、実施の形態２において、ＥＧＲガス通路４２は、メイン吸気通路１２に対して、分岐部１２ｂの上流において接続していたが、分岐部１２ｂにおいて接続してもよい。
【００４４】
実施の形態１及び２において、気液分離器６は二重管構造を有していたが、これに限られるものではなく、気液分離器６が、メイン吸気通路１１，１２の径、及びターボチャージャ２の吸気口２ａａの径より大きい径を有する単管構造であってもよい。気液分離器６の径をメイン吸気通路１１，１２の径より大きくすることにより、内部の旋回流による遠心力を増大することができ、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスに含まれる凝縮水を効果的に分離することができる。さらに、気液分離器６の径を吸気口２ａａの径より大きくすることにより、分離した凝縮水が吸気口２ａａに流入することを防ぐことができる。
【００４５】
また、実施の形態１及び２において、メイン吸気通路１１，１２及びターボチャージャ２の吸気口２ａａの間に気液分離器６を設けていたが、これを設けずにメイン吸気通路１１，１２を吸気口２ａａに直接接続してもよい。吸気口２ａａ付近のメイン吸気通路１１，１２の内側に複数の溝や液体排出口を設けることにより、吸入空気及びＥＧＲガスの混合ガスから旋回流により分離された凝縮水を捕捉し、排出することができる。
また、実施の形態１及び２において、サブ吸気通路２１，２２は、気液分離器６に接続していたが、これに限定されるものではなく、流量調整弁３１，３２及び気液分離器６の間においてメイン吸気通路１１，１２に接続してもよい。
また、実施の形態１及び２において、サブ吸気通路２１，２２は、メイン吸気通路１１，１２に対して、その向きが垂直になっていた、また、サブ吸気通路２１，２２は、気液分離器６の第２円筒部６ａｃに対して、その内周面６ａｃ１に沿うようにして内周面６ａｃ１の断面を形成する円周の接線方向に接続することで、混合ガスが旋回力を有するようにしたが、これに限定されるものではない。合流部２１ａ，２２ａおいて、サブ吸気通路２１，２２からメイン吸気通路１１，１２に合流する混合ガスが旋回力を有するような向き、および合流部２１ａ，２２ａの形状であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環システムを備える内燃機関の概略構成を示す全体系統図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環システムの構成の要部を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す模式図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る排気ガス再循環システムにおける流量調整弁の開閉度、ＥＧＲ率及び新気流量の関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る排気ガス再循環システムの構成の要部を示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  エンジン（内燃機関）、２  ターボチャージャ（過給機）、２ａａ  吸気口（過給機の吸気口）、６  気液分離器（連通部）、６ｃａ  液体排出口、１１，１２  メイン吸気通路、１１ｂ，１２ｂ  分岐部、１１ｃ  内周面（メイン吸気通路の内周面）、２１，２２  サブ吸気通路、２１ａ，２２ａ  合流部、３１，３２  流量調整弁、４１，４２  ＥＧＲガス通路、１０１，１０２  排気ガス再循環システム。
【図１】
2010077833.tif 000003
【図２】
2010077833.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010077833.tif 000006
【図５】
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