(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(11)の排気通路(13)を流れる排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路(12)に還流するＥＧＲパイプ(17)と、前記ＥＧＲパイプ(17)に設けられ前記ＥＧＲパイプ(17)を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ(22)と、前記ＥＧＲパイプ(17)に設けられ前記ＥＧＲパイプ(17)を通過するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁(23)と、前記エンジン(11)の運転状況に応じて前記ＥＧＲ弁(23)を制御するコントローラ(33)とを備えたエンジンの排ガス再循環装置において、
前記ＥＧＲパイプ(17)に設けられ前記ＥＧＲクーラ(22)により冷却されて前記ＥＧＲクーラ(22)内で発生した凝縮液(26)を前記ＥＧＲガスから分離する気液分離手段(24)と、
前記気液分離手段(24)により分離された凝縮液(26)を前記エンジン(11)の各吸気ポート(21a)に導く凝縮液供給通路(27)と、
前記凝縮液供給通路(27)に設けられこの凝縮液供給通路(27)を開閉する開閉弁(28)と、
前記吸気ポート(21a)に設けられこの吸気ポート(21a)の温度を検出する温度センサ(32)と
を更に備え、
前記温度センサ(32)の検出出力に基づいて前記コントローラ(33)が前記開閉弁(28)を制御するように構成されたことを特徴とするエンジンの排ガス再循環装置。
【請求項２】
前記凝縮液供給通路(27)の前記気液分離手段(24)側が前記吸気ポート(21a)側より高位置になるように前記凝縮液供給通路(27)に高低差を付けた請求項１記載のエンジンの排ガス再循環装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲクーラ(22)が、前記ＥＧＲパイプ(17)に前記排気通路(13)から前記吸気通路(12)に向って順に直列に設けられた第１及び第２ＥＧＲクーラ(22a,22b)からなり、前記ＥＧＲ弁(23)が前記第１ＥＧＲクーラ(22a)と前記第２ＥＧＲクーラ(22b)との間のＥＧＲパイプ(17)に設けられ、前記ＥＧＲガスが前記第１ＥＧＲクーラ(22a)で１５０℃以上の所定温度まで冷却された後に前記第２ＥＧＲクーラ(22b)で１００℃未満の所定温度まで冷却されるように構成された請求項１記載のエンジンの排ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路から排ガスの一部をＥＧＲ通路に還流する排ガスの再循環装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排ガス再循環装置として、エンジンの排気通路を流れる排ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気通路に供給するために排気通路及び吸気通路がＥＧＲ通路により連通され、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラがＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲ通路から吸気通路に供給されるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁がＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このＥＧＲ装置では、ＥＧＲクーラがＥＧＲ通路に複数設けられ、ＥＧＲ弁が複数のＥＧＲクーラのうち隣接するいずれか２つのＥＧＲクーラの間に配置される。例えば、第１及び第２ＥＧＲクーラがＥＧＲ通路に直列に設けられ、これらのＥＧＲクーラの間にＥＧＲ弁が配置された場合、ＥＧＲ弁より上流側に位置する第１ＥＧＲクーラがＥＧＲガスを１００℃より高い温度に冷却し、ＥＧＲ弁より下流側に位置する第２ＥＧＲクーラがＥＧＲガスを１００℃以下に冷却するように構成される。
【０００３】
このように構成されたＥＧＲ装置では、第２ＥＧＲクーラの入口の排ガス温度がＥＧＲガスに含まれる水分や炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度よりも高くなるので、ＥＧＲガスがＥＧＲ弁を通過する際に、凝縮水（酸）や炭化水素成分の付着が起きない。そして第２ＥＧＲクーラの出口のＥＧＲガス温度がＥＧＲガスに含まれる炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度（約１００℃）よりも低くなり、このガスが吸気通路に供給されるＥＧＲガスの温度となる。この結果、ＥＧＲ弁より下流側の第２ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを炭化水素成分の凝縮温度又は凝固温度以下まで冷却しても、ＥＧＲ弁の作動不良が発生することはない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２００３８１号公報（請求項１、段落［００１５］、［００２１］〜［００２３］、［００２９］、［００３０］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の特許文献１に示されたＥＧＲ装置では、ＥＧＲガスが第２ＥＧＲクーラで約１００℃以下に冷却されて、ＥＧＲガス中の水分が凝縮して凝縮水が発生するとともに、炭化水素成分が凝縮して凝縮液が発生するけれども、凝縮水若しくは凝縮液又はこれらの混合物がエンジンの特定の気筒に流れ込むことにより、エンジンの各気筒間におけるＥＧＲ率のバラツキを増大させ、エンジン性能を低下させたり、或いは凝縮水が特定の気筒に集中することによるウォーターハンマーでエンジンを損傷させるおそれがあった。
【０００６】
本発明の目的は、ＥＧＲガスから分離された凝縮液をエンジンの各気筒にほぼ均等に導くことにより、各気筒間におけるＥＧＲ率のバラツキを抑制し、エンジン性能の低下を防止できる、エンジンの排ガス再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点は、図１及び図２に示すように、エンジン１１の排気通路１３を流れる排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１２に還流するＥＧＲパイプ１７と、ＥＧＲパイプ１７に設けられＥＧＲパイプ１７を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲパイプ１７に設けられＥＧＲパイプ１７を通過するＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲ弁２３と、エンジン１１の運転状況に応じてＥＧＲ弁２３を制御するコントローラ３３とを備えたエンジンの排ガス再循環装置において、ＥＧＲパイプ１７に設けられＥＧＲクーラ２２により冷却されてＥＧＲクーラ２２内で発生した凝縮液２６をＥＧＲガスから分離する気液分離手段２４と、気液分離手段２４により分離された凝縮液２６をエンジン１１の各吸気ポート２１ａに導く凝縮液供給通路２７と、凝縮液供給通路２７に設けられこの凝縮液供給通路２７を開閉する開閉弁２８と、吸気ポート２１ａに設けられこの吸気ポート２１ａの温度を検出する温度センサ３２とを更に備え、温度センサ３２の検出出力に基づいてコントローラ３３が開閉弁２８を制御するように構成されたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図２に示すように、凝縮液供給通路２７の気液分離手段２４側が吸気ポート２１ａ側より高位置になるように凝縮液供給通路２７に高低差を付けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に図１に示すように、ＥＧＲクーラ２２が、ＥＧＲパイプ１７に排気通路１３から吸気通路１２に向って順に直列に設けられた第１及び第２ＥＧＲクーラ２２ａ，２２ｂからなり、ＥＧＲ弁２３が第１ＥＧＲクーラ２２ａと第２ＥＧＲクーラ２２ｂとの間のＥＧＲパイプ１７に設けられ、ＥＧＲガスが第１ＥＧＲクーラ２２ａで１５０℃以上の所定温度まで冷却された後に第２ＥＧＲクーラ２２ｂで１００℃未満の所定温度まで冷却されるように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の第１の観点の排ガス再循環装置では、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラにて冷却することによりＥＧＲガス中に発生した凝縮液を気液分離手段がＥＧＲガスから分離し、この分離された凝縮液が凝縮液供給通路を通ってエンジンの各吸気ポートに導かれるように構成したので、凝縮液はエンジンの各気筒にほぼ均等に導かれる。この結果、エンジンの各気筒間におけるＥＧＲ率のバラツキを抑制することができるので、エンジン性能の低下を防止できるとともに、凝縮水が特定の気筒に集中することによるウォーターハンマーを防止できる。また、温度センサの検出出力に基づいてコントローラが開閉弁を制御するので、エンジンの始動直後等のエンジンが冷えているときに、凝縮液が吸気ポートに導かれるのを阻止できる。この結果、エンジン性能の低下を防止できる。
【００１２】
本発明の第２の観点の排ガス再循環装置では、凝縮液供給通路の気液分離手段側が吸気ポート側より高位置になるように凝縮液供給通路に高低差を付けたので、気液分離手段によりＥＧＲガスから分離された凝縮液はその自重により各吸気ポートに導かれる。この結果、上記凝縮液を吸気ポートに供給するためのポンプ等の動力を用いずに済む。
【００１４】
本発明の第３の観点の排ガス再循環装置では、ＥＧＲガスが第１ＥＧＲクーラで１５０℃以上の所定温度まで冷却された後に第２ＥＧＲクーラで１００℃未満の所定温度まで冷却されるので、第１ＥＧＲクーラと第２ＥＧＲクーラとの間のＥＧＲパイプに設けられたＥＧＲ弁で凝縮液が発生しない。この結果、ＥＧＲ弁の弁軸や弁シール等が凝縮液の付着や酸による腐蝕にて固着することはない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明実施形態のエンジンのシリンダヘッドを破断しかつ吸気マニホルド及び排気マニホルドの要部を破断した状態を示す図２の矢視Ａから見た構成図である。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポート２１ａには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポート２１ｂには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。吸気マニホルド１２ａ及び吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、排気マニホルド１３ａ及び排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。吸気管１２ｂには、ターボ過給機１４のコンプレッサハウジング１４ａと、ターボ過給機１４により圧縮された吸気を冷却する水冷式のインタクーラ１６とがそれぞれ設けられる。また排気管１３ｂにはターボ過給機１４のタービンハウジング１４ｂが設けられる。コンプレッサハウジング１４ａにはコンプレッサ回転翼１４ｃが回転可能に収容され、タービンハウジング１４ｂにはタービン回転翼１４ｄが回転可能に収容される。コンプレッサ回転翼１４ｃとタービン回転翼１４ｄとはシャフト１４ｅにより連結され、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービン回転翼１４ｄ及びシャフト１４ｅを介してコンプレッサ回転翼１４ｃが回転し、このコンプレッサ回転翼１４ｃの回転により吸気管１２ｂ内の吸気が圧縮されるように構成される。なお、図１中の符号１５は吸気管１２ａの吸気上流端に取付けられたエアクリーナである。
【００１７】
一方、排気マニホルド１３ａと吸気管１２ｂとはＥＧＲパイプ１７によりエンジン１１をバイパスして連通接続される。具体的には、ＥＧＲパイプ１７の一端は排気マニホルド１３ａに接続され、ＥＧＲパイプ１７の他端はインタクーラ１６より吸気下流側の吸気管１２ｂに設けられたＥＧＲガス混合部１８に接続される。これによりエンジン１１の排気マニホルド１３ａ内の排ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１２ｂのＥＧＲガス混合部１８に還流され、このＥＧＲガス混合部１８で吸気に混合されたＥＧＲガスは吸気マニホルド１２ａ及び吸気ポート２１ａを通って各気筒１９ａに導入される。ここで、エンジン１１は、各気筒１９ａ（図１）が所定の間隔をあけて設けられたシリンダブロック１９（図２）と、このシリンダブロック１９の上面に取付けられたシリンダヘッド２１（図１及び図２）とを有する。上記吸気ポート２１ａ及び排気ポート２１ｂはシリンダヘッド２１の対向する側面にそれぞれ設けられる（図１）。また吸気マニホルド１２ａは吸気ポート２１ａに連通するようにシリンダヘッド２１の側面に取付けられ（図１及び図２）、排気マニホルド１３ａは排気ポート２１ｂに連通するようにシリンダヘッド２１の側面に取付けられる（図１）。
【００１８】
上記ＥＧＲパイプ１７には、このＥＧＲパイプ１７を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２２が設けられる（図１及び図２）。ＥＧＲクーラ２２は、この実施の形態では、ＥＧＲパイプ１７に排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂに向って順に直列に設けられた第１及び第２ＥＧＲクーラ２２ａ，２２ｂからなる。第１ＥＧＲクーラ２２ａは、ＥＧＲパイプ１７を通るＥＧＲガスを１５０℃以上の所定温度（例えば、１６０℃程度）まで冷却する能力を有し、第２ＥＧＲクーラ２２ｂは、第１ＥＧＲクーラ２２ａから排出されたＥＧＲガスを１００℃未満の所定温度（例えば、８０℃程度）まで冷却する能力を有する。また第１ＥＧＲクーラ２２ａと第２ＥＧＲクーラ２２ｂとの間のＥＧＲパイプ１７にはＥＧＲ弁２３が設けられる。このＥＧＲ弁２３は排気マニホルド１３ａからＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１２ｂに還流されるＥＧＲガスの流量を調整するように構成される。ＥＧＲ弁２３は、この実施の形態では、バタフライ弁により構成される。具体的には、ＥＧＲ弁２３は、ＥＧＲパイプ１７より大径の円筒状に形成された弁ケース２３ａと、この弁ケース２３ａ内に回動可能に挿通された回動軸２３ｂと、この回動軸２３ｂに固着され弁ケース２３ａ内の開度を変更可能な円板状の弁本体２３ｃと、回動軸２３ｂを介して弁本体２３ｃを駆動し弁ケース２３ａ内の開度を段階的又は連続的に変更する弁駆動手段２３ｄ（図１）とを有する。弁駆動手段２３ｄとしては、減速機付きステッピングモータや減速機付きサーボモータ等が用いられる。
【００１９】
一方、第２ＥＧＲクーラ２２ｂよりＥＧＲガス下流側のＥＧＲパイプ１７には気液分離手段２４が設けられる（図１及び図２）。気液分離手段２４は、この実施の形態では、所定メッシュの金属製網又はプラスチック製網を用いたフィルタ（図示せず）を有する。このフィルタはＥＧＲパイプ１７より大径の分離用短管２４ａに収容され、分離用短管２４ａの下部には液溜まり部２４ｂが設けられる。第２ＥＧＲクーラ２２ｂにより冷却されて、この第２ＥＧＲクーラ２２ｂ内で発生した凝縮液２６（図２）が上記フィルタによりＥＧＲガスから分離され、この分離された凝縮液２６が液溜まり部２４ｂに貯留されるように構成される。また気液分離手段２４により分離された凝縮液２６は凝縮液供給通路２７を通ってエンジン１１の各吸気ポート２１ａに導かれるように構成される（図１及び図２）。この凝縮液供給通路２７は、基端が液溜まり部２４ｂの底部に接続された導出管２７ａと、吸気マニホルド１２ａの下面に沿いかつその長手方向に延びて設けられ長手方向中央に導出管２７ａの先端が接続された分配管２７ｂと、分配管２７ｂのうち各気筒１９ａに対向する位置からシリンダヘッド２１に向って突設された複数の供給用短管２７ｃ（図２）と、シリンダヘッド２１に形成され各供給用短管２７ｃと各吸気ポート２１ａとをそれぞれ連通接続する複数の連通孔２７ｄとを有する。また気液分離手段２４はシリンダヘッド２１より高位置に設けられる（図２）。これにより凝縮液供給通路２７の気液分離手段２４側が吸気ポート２１ａ側より高位置になるように凝縮液供給通路２７に高低差を付けられる。更に凝縮液供給通路２７の導出管２７ａには、この導出管２７ａを開閉する開閉弁２８が設けられる。この開閉弁２８は導出管２７ａを開閉する電磁弁である（図１）。
【００２０】
エンジン１１には、このエンジン１１の回転速度を検出する回転センサ２９と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ３１と、エンジン１１の冷却水温度を検出する水温センサ３５とが設けられる（図１）。また吸気ポート２１ａには、この吸気ポート２１ａの温度を検出する温度センサ３２が設けられる。上記回転センサ２９、負荷センサ３１、温度センサ３２及び水温センサ３５の各検出出力はコントローラ３３の制御入力に接続され、コントローラ３３の制御出力はＥＧＲ弁２３の弁駆動手段２３ｄ及び開閉弁２８に接続される。またコントローラ３３にはメモリ３４が設けられる。このメモリ３４には、回転センサ２９、負荷センサ３１及び水温センサ３５の各検出出力に応じた最適なＥＧＲ弁２３の開度がマップとして記憶される。またメモリ３４には、開閉弁２８を開閉する吸気ポート２１ａの温度（例えば、８０℃）が記憶される。
【００２１】
このように構成されたエンジン１１の排ガス再循環装置の動作を説明する。コントローラ３３は、エンジン１１の運転状況、即ち回転センサ２９及び負荷センサ３１の各検出出力に基づいてＥＧＲ弁２３を所定の開度で開く。またコントローラ３３は、温度センサ３２が所定の温度（例えば、８０℃）以上であることを検出すると、温度センサ３２の検出出力に基づいて開閉弁２８を開く。コントローラ３３が弁駆動手段２３ｄを制御してＥＧＲ弁２３を所定の開くことにより、排ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲパイプ１７に流入する。このＥＧＲガスは先ず第１ＥＧＲクーラ２２ａで１５０℃程度まで冷却された後、ＥＧＲ弁２３に流入する。ＥＧＲ弁２３に流入したＥＧＲガスの温度は１５０℃以上であるので、ＥＧＲガス中に含まれる水分や炭化水素成分は凝縮しない。この結果、ＥＧＲ弁２３の回動軸２３ｂや弁本体２３ｃ等に凝縮液２６が付着することがないため、回動軸２３ｂや弁本体２３ｃ等への凝縮液２６の付着による回動軸２３ｂや弁本体２３ｃ等の動作不良という事態が発生することはない。
【００２２】
ＥＧＲ弁２３を通過したＥＧＲガスは第２ＥＧＲクーラ２２ｂで８０℃程度まで冷却される。このとき第２ＥＧＲクーラ２２ｂ内のＥＧＲガスの温度が１００℃未満になるので、ＥＧＲガス中に含まれる水分や炭化水素成分が凝縮されて凝縮液２６が発生する。この凝縮液２６は気液分離手段２４でＥＧＲガスから分離されて液溜まり部２４ｂに溜まった後、その自重により凝縮液供給通路２７の導出管２７ａを通って分配管２７ｂに流入し、更に供給用短管２７ｃ及び連通孔２７ｄを通って各吸気ポート２１ａに流入し気化する。このとき凝縮液供給通路２７の導入管２７ａの気液分離手段２４側が吸気ポート２１ａ側より高位置になるように導入管２７ａに高低差を付けて、所定の下り勾配で傾斜させることにより凝縮液２６の流下流量を抑制するとともに、導入管２７ａの先端を分配管２７ｂの長手方向中央に接続したので、凝縮液２６は各気筒１９ａにほぼ均等に供給されるとともに、凝縮液２６を各吸気ポート２１ａに供給するためのポンプ等の動力を用いずに凝縮液２６を各気筒１９ａに供給できる。一方、気液分離手段２４を通過したＥＧＲガスはＥＧＲガス混合部１８に流入して吸気と混合された後に、各気筒１９ａに流入する。この結果、エンジン１１の各気筒１９ａ間におけるＥＧＲ率のバラツキを抑制することができるので、エンジン１１性能の低下を防止できる。また各吸気ポート２１ａは凝縮液２６の気化により吸気温度が低下するので、エンジン１１の体積効率を向上できるとともに、エンジン１１の各気筒２１ａ内での燃料の最高燃焼温度が低く抑えられるので、ＮＯｘの発生を抑制できる。
【００２３】
一方、エンジン１１の始動直後は、コントローラ３３は、回転センサ２９、負荷センサ３１及び水温センサ３５の各検出出力に基づいてエンジン１１が暖機運転時であると判断し、比較的小さい開度でＥＧＲ弁２３を開く。またコントローラ３３は、温度センサ３２が所定の温度（例えば、８０℃）未満であることを検出すると、温度センサ３２の検出出力に基づいて開閉弁２８を閉じる。ＥＧＲ弁２３を比較的小さい開度で開くことにより、排ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲパイプ１７を通って吸気管１２ｂに還流されるので、このＥＧＲガスによりエンジン１１の各気筒２１ａ内での燃料の最高燃焼温度が低く抑えられ、ＮＯｘの発生が抑制される。また開閉弁２８を閉じることにより、第２ＥＧＲクーラ２２ｂでＥＧＲガスから凝縮液２６が分離されても、この凝縮液２６が各吸気ポート２１ａに供給されないため、エンジン１１の始動直後の低い温度の吸気が凝縮液２６の気化により更に低下することはない。この結果、エンジン１１始動直後のエンジン１１性能の低下を防止できる。ここで、開閉弁２８を閉じても、ＥＧＲパイプ１７の第２ＥＧＲクーラ２２ｂを通過するＥＧＲガス量は少なく、また暖機時間も比較的短いため、このＥＧＲガスから分離されて気液分離手段２４の液溜まり部２４ｂに溜まる凝縮液２６の量は少なく、凝縮液２６が液溜まり部２４ｂから溢れることはない。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、エンジンとしてディーゼルエンジンを挙げたが、排ガス再循環装置を備えたエンジンであればガソリンエンジンでもよい。また、上記実施の形態では、２つのＥＧＲクーラをＥＧＲパイプに直列に設けたが、１つのＥＧＲクーラをＥＧＲパイプに設けてもよく、或いは３つのＥＧＲクーラ又は４つ以上のＥＧＲクーラをＥＧＲパイプに直列に設けてもよい。更に、上記実施の形態では、気液分離手段として所定メッシュの金属製網又はプラスチック製網を用いたフィルタを挙げたが、遠心分離によりＥＧＲガスから凝縮液を分離する装置でもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１１  ディーゼルエンジン（エンジン）
１２  吸気通路
１３  排気通路
１７  ＥＧＲパイプ
２１ａ  吸気ポート
２２  ＥＧＲクーラ
２２ａ  第１ＥＧＲクーラ
２２ｂ  第２ＥＧＲクーラ
２３  ＥＧＲ弁
２４  気液分離手段
２６  凝縮液
２７  凝縮液供給通路
２８  開閉弁
３２  温度センサ
３３  コントローラ
【図１】
0005550503.tif 000002
【図２】
0005550503.tif 000003