(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却することによって生じる結露水を貯留しその結露水を給気通路に供給することによってＮＯｘの発生を効果的に低減する。【解決手段】エンジンの排気通路５と給気通路３との間を、ＥＧＲクーラ５１とＥＧＲバルブ１９を備えたＥＧＲ配管１５により接続してなる内燃機関のＥＧＲ装置であって、ＥＧＲ配管１５を、ＥＧＲクーラ５１における排気導入部５２の高さが最も高くＥＧＲバルブ１９の高さが低くなるよう傾斜配置し、ＥＧＲバルブ１９の上流側底部に結露水が流入する集水凹部５４を形成すると共に集水凹部５４の結露水を流入させて貯留するキャッチタンク５６を設け、キャッチタンク５６に貯留された結露水をＥＧＲバルブ１９より下流に供給する結露水供給装置５９を備える。【選択図】図２
2010025034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路と給気通路との間を、ＥＧＲクーラとＥＧＲバルブを備えたＥＧＲ配管により接続してなる内燃機関のＥＧＲ装置であって、前記ＥＧＲ配管を、前記ＥＧＲクーラにおける排気導入部の高さが最も高くＥＧＲバルブの高さが低くなるよう傾斜配置し、前記ＥＧＲバルブの上流側底部に結露水が流入する集水凹部を形成すると共に該集水凹部の結露水を流入させて貯留するキャッチタンクを設け、該キャッチタンクに貯留された結露水を前記ＥＧＲバルブより下流に供給する結露水供給装置を備えたことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項２】
ＥＧＲクーラが、第１段クーラと第２段クーラを有する二段式クーラである請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ装置、特に、ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却することにより生じる結露水を貯留しその結露水を給気通路に供給することによってＮＯｘの発生を効果的に低減するようにした内燃機関のＥＧＲ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関において、排気ガスの一部（以下「ＥＧＲガス」という）を給気系に還流して燃焼を緩慢にし、燃焼温度を下げることによりＮＯｘの低減を図るようにした排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は過給機付き内燃機関の一例を示したもので、この内燃機関は、エンジン１のインテークマニホールド２に接続された給気通路３及びイクゾーストマニホールド４に接続された排気通路５を有しており、前記排気通路５には排気ガス６により駆動されるタービン７を備え、該タービン７で作動される圧縮機８により圧縮空気９を生成するターボチャージャからなる過給機１０が設けてあり、圧縮機８で圧縮した圧縮空気９は前記給気通路３に供給され、更に、該前記給気通路３には吸気を冷やすためのインタークーラ１１が配設してある。１２は空気取入ダクト、１３は排気ダクト、２０はエンジン１の気筒である。
【０００４】
前記給気通路３と排気通路５との間にはＥＧＲ装置１４が設けられている。図７のＥＧＲ装置１４は、給気通路３がインテークマニホールド２に連通される入口部と前記イクゾーストマニホールド４との間をＥＧＲ配管１５によって接続しており、該ＥＧＲ配管１５には、内部に配した配管１６内に冷却水１７を循環させて、イクゾーストマニホールド４から取り出したＥＧＲガス６ａを冷却して給気通路３に導くようにした水冷式のＥＧＲクーラ１８が設けてあり、又、ＥＧＲクーラ１８より給気通路３側のＥＧＲ配管１５にはＥＧＲバルブ１９が設けてある。
【０００５】
前記エンジン１において、気筒２０の燃焼温度を下げることによりＮＯｘの発生量を低減できることは良く知られている。このため、前記ＥＧＲ装置１４では、燃焼済みのＥＧＲガス６ａを再度気筒２０の燃焼室に送ることにより燃焼温度を下げてＮＯｘ排出量を抑制するようにしているが、排気系（イクゾーストマニホールド４）から導出されるＥＧＲガス６ａは高温（例えば５００℃前後）であり、このままでは単位体積当たりのガス濃度が減少して所望のＥＧＲ量を導入できないと共に、導入したＥＧＲガス６ａの熱により吸気温度が上昇して吸気効率が低下する虞れがあるため、前記ＥＧＲクーラ１８によってＥＧＲガス６ａを冷却するようにしている。即ち、ＥＧＲ装置１４による効果は、ＥＧＲガス６ａを如何にして低温まで冷却して給気通路３に対するＥＧＲガス６ａの混入量を増大させるかに掛かっており、このために、ＥＧＲクーラ１８を巨大化する等の方法が提案されている。
【０００６】
一方、近年では、前記ＥＧＲクーラ１８を、水冷及び／又は空冷の２段のクーラによって構成し、クーラ全体としての冷却容量を増大させた２段式クーラを用いることが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。このような２段式クーラによれば、前記ＥＧＲガスを常時１００℃以下の例えば常温に近い低い温度（例えば４０℃）に冷却することができ、これによりＥＧＲガスの充填量を大幅に増大することができる。
【０００７】
図７に示すエンジン１の運転時は、ＥＧＲ装置１４のＥＧＲバルブ１９は開作動されてエンジン１の運転状態に応じた開度に保持され、これによりＥＧＲガス６ａが給気通路３に再循環されて排気ガスのＮＯｘ低減が図られており、又、エンジン１の停止時には、ＥＧＲバルブ１９を閉止してＥＧＲ装置１４の作動を停止するようにしている。
【０００８】
しかし、上記従来のＥＧＲ装置１４においては、ＥＧＲクーラ１８でＥＧＲガス６ａを冷却する際にＥＧＲクーラ１８の低温の管壁に結露水が付着する問題があり、特に、前記特許文献２、３に示されるような二段式クーラではＥＧＲガスを常時１００℃以下の低温に冷却するために、ＥＧＲ装置１４内には多くの結露水が付着する問題がある。
【０００９】
図８は図７をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見たＥＧＲ装置１４の一例を示したものであり、このようなＥＧＲ装置１４では、前記したようにＥＧＲクーラ１８でＥＧＲガス６ａを冷却することによって生じた結露水はＥＧＲ配管１５の底部に溜まるようになるが、この時、ＥＧＲ配管１５には凹み２１が存在しているためにこの凹み２１に結露水が貯留されるようになる。又、エンジン１が停止した際にもＥＧＲ配管１５の温度が低下しＥＧＲガス６ａ中の水分が結露することにより前記凹み２１に結露水が貯留される。更に、エンジン１の停止時にはＥＧＲバルブ１９が閉止されるために、ＥＧＲバルブ１９の凹み２１にも結露水が貯留される。
【００１０】
このように、ＥＧＲ装置１４に結露水が貯留された状態から、エンジン１が始動されて、前記ＥＧＲバルブ１９が開作動されると、前記ＥＧＲ配管１５の凹み２１に貯留されていた結露水が給気通路３の吸引によって最初の気筒２０に一気に供給されてヘットロックを生じるという不具合がある。
【００１１】
このような不具合を防止するために、従来のＥＧＲ装置１４では、ＥＧＲバルブ１９の開作動時に、ＥＧＲ配管１５に貯留された結露水が給気通路３に供給されることがないように、図８に示す如くＥＧＲ配管１５を、給気通路３に接続されるＥＧＲバルブ出口２２の高さが最も高く、ＥＧＲクーラ１８における排気導入部２３の高さが最も低くなるように排気通路５から給気通路３側に向かって所要の上り角度Ｘを有するように傾斜配置しており、これによって、結露水が排気通路５側へ流れ落ちるようにして、給気通路３側へは流入しないようにしている。
【００１２】
図８では、ＥＧＲ装置１４が１つのＥＧＲクーラ１８を備えた場合を示しているが、二段式クーラを備えた場合にも、直線状に接続される第１段クーラと第２段クーラが、図８と同様に排気通路５側から給気通路３側に向かって所要の上り角度Ｘを有するように傾斜配置している。
【００１３】
一方、前記内燃機関において、気筒の燃焼室に水噴射ノズルで水を噴射することにより燃焼温度を下げてＮＯｘ排出量を抑制するようにしたものが提案されている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１１−３２４８２１号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１２０９号公報
【特許文献３】特開２００６−１３２４７０号公報
【特許文献４】特開平０６−１１７２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、特許文献４に示された方式は、燃焼室に水を噴射することで燃焼温度を低下させるようにしたものであり、よって、各燃焼室に水噴射ノズルを備える必要があるために構造が複雑になると共に、各燃焼室に対して水を噴射する制御は難しいという問題があり、又、特許文献４では、ＥＧＲガスの温度を低下させて燃焼室に供給するＥＧＲガスの充填量を増加させるようなことはできない。
【００１５】
本発明は、上記実情に鑑みてなしたもので、ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却することによって生じる結露水を貯留しその結露水を給気通路に供給することによってＮＯｘの発生を効果的に低減するようにした内燃機関のＥＧＲ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、エンジンの排気通路と給気通路との間を、ＥＧＲクーラとＥＧＲバルブを備えたＥＧＲ配管により接続してなる内燃機関のＥＧＲ装置であって、前記ＥＧＲ配管を、前記ＥＧＲクーラにおける排気導入部の高さが最も高くＥＧＲバルブの高さが低くなるよう傾斜配置し、前記ＥＧＲバルブの上流側底部に結露水が流入する集水凹部を形成すると共に該集水凹部の結露水を流入させて貯留するキャッチタンクを設け、該キャッチタンクに貯留された結露水を前記ＥＧＲバルブより下流に供給する結露水供給装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
而して、上記ＥＧＲ装置では、排気ガスが冷却されることによってＥＧＲ装置内に生じた結露水は、ＥＧＲ配管が傾斜していることにより集水凹部に流入してキャッチタンクに貯留され、キャッチタンクに貯留された結露水は結露水供給装置によってＥＧＲバルブより下流に供給される。従って、気筒に結露水が供給されることによって燃焼温度は低下され、ＮＯｘ排出量が抑制される。
【００１８】
更に、ＥＧＲ装置内に生じた結露水を集水凹部及びキャッチタンクで回収するようにしているので、ＥＧＲバルブの開作動時に、ＥＧＲ装置内に貯留された結露水が特定の気筒に一気に供給される不都合は防止できる。
【００１９】
又、ＥＧＲ装置で生じた結露水を給気通路に供給するようにしたので、各燃焼室に水を噴射する場合のように、各燃焼室に新たな水噴射弁を設ける必要がなく、且つ回収した結露水を利用するようにしたので、タンクに対して新たな水を補給するような操作が省略できる。
【００２０】
前記ＥＧＲクーラが、第１段クーラと第２段クーラを有する二段式クーラである場合には排気ガスがより低温に冷却されるため、多くの結露水を給気通路に供給することができる。
【発明の効果】
【００２１】
上記本発明の内燃機関のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ装置において排気ガスを冷却することによって生じた結露水を、傾斜配置したＥＧＲ配管により集水凹部に流入させてキャッチタンクに貯留し、キャッチタンクに貯留した結露水を結露水供給装置によりＥＧＲバルブより下流に供給するようにしたので、気筒に結露水が供給されることによって燃焼温度は低下し、ＮＯｘ排出量が抑制される効果を奏し得る。この時、ＮＯｘ排出量が増加するエンジン加速時に結露水供給装置による結露水の供給量が増加するように調節することにより、ＮＯｘ低減効果を大幅に高められる効果がある。
【００２２】
更に、ＥＧＲ装置内に生じた結露水を集水凹部及びキャッチタンクで回収するようにしたので、ＥＧＲバルブの開作動時に、特定の気筒に結露水が一気に供給される不都合を解消できる効果がある。
【００２３】
又、ＥＧＲ装置で生じた結露水を給気通路に供給するため、各燃焼室に水を噴射する場合のように、各燃焼室に新たな水噴射ノズルを設ける必要がなく、更に、回収した結露水を利用するようにしたので、タンクに対して新たに水を補給するような操作を省略できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２５】
図１は本発明を実施するＥＧＲ装置の形態の一例を示す平面図、図２は図１をＩＩ−ＩＩ方向である背面から見たＥＧＲ装置の展開図であり、図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２６】
図１、図２に示すＥＧＲ装置５０は、エンジン１の側部に配置される水冷式の第１段クーラ５１ａとエンジン１の前面に配置される空冷式の第２段クーラ５１ｂとを有する二段式クーラからなるＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲバルブ１９とをＥＧＲ配管１５に備えた場合を示している。
【００２７】
そして、上記ＥＧＲ装置５０のＥＧＲ配管１５を、図２に示すように前記ＥＧＲクーラ５１における排気導入部５２の高さが最も高く、ＥＧＲバルブ１９の高さが低くなるように排気通路５側から給気通路３側に向かって所要の下り角度Ｙを有する傾斜配置とする。
【００２８】
図２では、第１段クーラ５１ａと第２段クーラ５１ｂが直線状に配置された二段式のＥＧＲクーラ５１の排気導入部５２とＥＧＲバルブ１９の下流出口５３が前記下り角度Ｙで傾斜しており、前記排気導入部５２と排気通路５（イクゾーストマニホールド４）との間、及びＥＧＲバルブ１９の下流出口５３と給気通路３との間は、夫々鉛直のＥＧＲ配管１５によって接続されている。このとき、前記下り角度Ｙで傾斜しているＥＧＲ配管１５の少なくとも内底面は結露水が流下し易いように凹みを有しない平坦面としている。
【００２９】
前記ＥＧＲバルブ１９の上流側底部、特に直上流の底部には、ＥＧＲ装置５０内で結露した結露水が流入するようにした集水凹部５４を形成し、更に該集水凹部５４には、水平或いは下り傾斜の給水管５５を介してキャッチタンク５６を接続することにより結露水を貯留するようにしている。
【００３０】
図３は、前記ＥＧＲバルブ１９がバタフライ型弁１９ａである場合に備えられる集水凹部５４の形状を示しており、バタフライ型弁１９ａが閉止された状態の時の直上流の底部に凹状を有する集水凹部５４を設けるようにしている。図４は、前記ＥＧＲバルブ１９がポペット型か弁１９ｂである場合に備えられる集水凹部５４を示し、又、図５は、前記ＥＧＲバルブ１９がクラビ型弁１９ｃである場合に備えられる集水凹部５４を示しており、これらの場合においても、ポペット型弁１９ｂ及びクラビ型弁１９ｃの夫々の直上流の底部に凹状を有する集水凹部５４を設けるようにしている。尚、上記集水凹部５４は結露水を取り込むことができれば良いので、その形状、大きさ等は任意に選定することができ、例えばＥＧＲバルブ１９の直上流の底部に、単にパイプの端部を取り付けた構成としても良い。
【００３１】
更に、図１、図２に示す前記ＥＧＲ装置５０には、前記キャッチタンク５６に貯留された結露水を送給するポンプ５７と、該ポンプ５７からの結露水を前記給気通路３に供給するようにした供給ノズル５８とからなる結露水供給装置５９を設けている。前記ポンプ５７によってキャッチタンク５６の結露水を取り出す取出部にはフィルタ６０を設けている。前記供給ノズル５８は前記給気通路３に結露水をスプレー噴射する噴射ノズルであっても良いが、給気通路３に供給する結露水は粒径が大きい方が好ましく、従って供給ノズル５８は結露水を単に給気通路３内に流出させる簡単な構成とすることができる。尚、図１、図２では、ポンプ５７からの結露水を給気通路３に供給する場合を例示したが、結露水を供給する位置は前記ＥＧＲバルブ１９より下流であればよく、よって前記ＥＧＲバルブ１９と給気通路３との間のＥＧＲ配管１５に結露水を供給してもよい。
【００３２】
又、図６は図８と同様に１つのＥＧＲクーラ１８を備えた場合を示しており、この場合のＥＧＲ装置５０も、前記図２と同様に排気通路５側から給気通路３側に向かって所要の下り角度Ｙを有するように傾斜配置されており、更に、ＥＧＲバルブ１９の上流側底部形成した集水凹部５４と、該集水凹部５４の結露水を貯留するキャッチタンク５６と、キャッチタンク５６の結露水を給気通路３に供給する結露水供給装置５９とを備えている。
【００３３】
而して、上記したＥＧＲ装置５０の構成によれば、図２のＥＧＲクーラ５１或いは図６のＥＧＲクーラ１８によって排気ガス（ＥＧＲガス６ａ）を冷却することにより、ＥＧＲ配管１５内には結露水が生じるが、ＥＧＲ配管１５は給気通路３に向かって下り角度Ｙを有して傾斜配置されているため、結露水は傾斜に沿って流下し、ＥＧＲ配管１５の直上流底部に備えられた集水凹部５４に流入して集められる。この時、ＥＧＲガス６ａはＥＧＲ配管１５の下り角度Ｙに沿って流動するため、ＥＧＲ装置５０内に生じた結露水はＥＧＲガス６ａの流れに押されて効果的に集水凹部５４に集められるようになる。集水凹部５４に集められた結露水はキャッチタンクに貯留される。
【００３４】
そして、結露水供給装置５９のポンプ５７を作動すると、キャッチタンク５６に貯留された結露水は供給ノズル５８によりＥＧＲバルブ１９より下流の例えば給気通路３に供給される。この時、ＮＯｘ排出量が増加するエンジン加速時に給気通路３に供給される結露水の供給量が増加するようにポンプ５７を調節すると、気筒２０の燃焼室の燃焼温度が低下しＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。結露水の供給量は僅かであっても優れたＮＯｘ低減効果が期待できる。
【００３５】
この時、前記ＥＧＲクーラ５１が、第１段クーラ５１ａと第２段クーラ５１ｂを有する二段式クーラである場合には排気ガスがより低温に冷却されるため、より多くの結露水を給気通路３に供給してＮＯｘ低減効果を高めることができる。
【００３６】
更に、ＥＧＲ装置５０内に生じた結露水を集水凹部５４及びキャッチタンク５６で回収するようにしたので、ＥＧＲバルブ１９の開作動時に、ＥＧＲ装置５０内に貯留された結露水が特定の気筒に一気に供給されるという不都合は解消される。
【００３７】
又、ＥＧＲ装置５０で生じた結露水を給気通路３に供給するようにしたので、各燃焼室に水を噴射する場合のように、各燃焼室に新たな水噴射弁を設ける必要がなく、且つ回収した結露水を利用するようにしたので、タンクに対して新たな水を補給するような操作を行う必要がない。
【００３８】
なお、上記形態では、水冷式の第１段クーラ５１ａと空冷式の第２段クーラ５１ｂとからなる二段式のＥＧＲクーラ５１の場合を例示したが、水冷式と空冷式の組み合わせは任意であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明を実施するＥＧＲ装置の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１をＩＩ−ＩＩ方向である背面から見たＥＧＲ装置の展開図である。
【図３】ＥＧＲバルブがバタフライ型弁である場合に備えられる集水凹部の形状を示す断面図である。
【図４】ＥＧＲバルブがポペット型弁である場合に備えられる集水凹部の形状を示す断面図である。
【図５】ＥＧＲバルブがクラビ形弁である場合に備えられる集水凹部の形状を示す断面図である。
【図６】１つのＥＧＲバルブを備えた場合の本発明の形態を示す背面図である。
【図７】過給機付き内燃機関の一例を示す平面図である。
【図８】図７のＥＧＲ装置をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た背面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  エンジン
３  給気通路
５  排気通路
１５  ＥＧＲ配管
１９  ＥＧＲバルブ
５０  ＥＧＲ装置
５１  ＥＧＲクーラ
５１ａ        第１段クーラ
５１ｂ        第２段クーラ
５２  排気導入部
５４  集水凹部
５６  キャッチタンク
５９  結露水供給装置
【図１】
2010025034.tif 000003
【図２】
2010025034.tif 000004
【図３】
2010025034.tif 000005
【図４】
2010025034.tif 000006
【図５】
2010025034.tif 000007
【図６】
2010025034.tif 000008
【図７】
2010025034.tif 000009
【図８】
2010025034.tif 000010