(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けたタービンによって、吸気通路に設けたコンプレッサを駆動する過給式エンジンにおいて、排気通路と吸気通路とを接続して第１ＥＧＲ通路を設けると共に、該第１ＥＧＲ通路に、ＥＧＲガスを昇圧して吸気通路に還流するＥＧＲガスコンプレッサを設け、該ＥＧＲガスコンプレッサと前記タービンとの間をクラッチ機構を介して継脱自在に連結した過給式エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記排気通路の前記タービンより下流側と吸気通路とを、前記ＥＧＲガスコンプレッサを配設した前記第１ＥＧＲ通路で連結すると共に、前記排気通路の前記タービンより上流側と吸気通路とを第２ＥＧＲ通路で連結した請求項１記載の過給式エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項３】
前記第１ＥＧＲ通路と前記第２ＥＧＲ通路に、第１ＥＧＲ弁と第２ＥＧＲ弁をそれぞれ配設すると共に、エンジンの回転数を検出する回転数センサーとエンジンの負荷を検出する負荷センサーを設け、更に、前記回転数センサーの出力と前記負荷センサーの出力とを入力して前記クラッチ機構と前記第１ＥＧＲ弁と前記第２ＥＧＲ弁の制御を行うコントローラを設けた請求項２記載の過給式エンジンのＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機付きディーゼルエンジンなどにおいて、ＮＯｘの排出量を低減するために、排気ガスの一部を吸気側に還流する過給式エンジンのＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の排気ガス対策において、排気ガス中のＮＯｘの排出量を低減するために、不活性ガスである排気ガスの一部を吸気側に還流することによって、燃焼温度を低く抑えて、ＮＯｘの生成を抑制するＥＧＲ（排気再循環）が有効であることが知られており、広く実用化されている。
【０００３】
このＥＧＲ装置は過給式エンジンにも適用され、図５に示すように排気マニホールド12ａから排気ガスＧを取り出し、ＥＧＲクーラー７を配設したＥＧＲ通路９を経由して、吸気通路11の新気Ａに混入して吸気マニホールド11ａへ還流させてＥＧＲを行っている。
しかし、過給式エンジンにおいては、エンジン負荷の上昇に伴い、吸気圧（ブート圧）が高くなり、排気圧より高圧になってくるので、ＥＧＲガスＧを吸気通路11へ還流させることができなくなる。
【０００４】
そのため、排気通路12に通じるウェイストゲート12ｂを開いて排気圧力を下げ、それによってタービン２の回転数を低下させることにより吸気圧力を低減して、ＥＧＲガスＧを吸気通路11に還流させる方法がある。しかし、この方法を取ると新気Ａの量が減少し、スモークの増大を引き起こすので、ＥＧＲできる領域Ｅは、図４（ａ）に示すように、低負荷でかつ中回転以下のエンジンの運転領域に限られてしまうという問題がある。
【０００５】
また、タービン２の入口の断面積を可変にした可変容量型ターボチャージャ（ＶＧターボ）では、入口の断面積をコントロールすることでタービン回転数を変化させて、排気圧と吸気圧を制御してＥＧＲ可能な領域を拡大している。この場合においては、図４（ｂ）に示すような中負荷のＥで示すエンジン運転領域までＥＧＲ可能となるが、更にＮＯｘを低減して排気ガスを浄化するために、エンジンの高負荷運転領域でもＥＧＲ可能にしたいという要求がある。
【０００６】
この要求に関して、特開平３−１１７６６５号、特開平５−１８００８９号、特開平５−８９８５９号等に、ＥＧＲガスをコンプレッサによって圧縮して昇圧し、この昇圧したＥＧＲガスを吸気通路側に還流するように構成することによって、ＥＧＲ領域を拡大するＥＧＲ装置が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平３−１１７６６５号の装置は、エンジンによって駆動されるコンプレッサによりＥＧＲガスを圧縮し、アキュムレータタンク内に蓄圧してから供給しているために、エンジンの駆動力がこのコンプレッサに使用されるのでその分エンジン出力のロスが大きくなる。このロスは、エンジンが高回転、高負荷になるほど大きくなるので、高出力が必要な時程ロスが大きくなるという問題がある。更に、高回転、高負荷領域においてＥＧＲを行うために、容量の大きいコンプレッサ、アキュムレータが必要になるという問題がある。
【０００８】
また、特開平５−１８００８９号の装置は、排気ガスで駆動されるタービンを排気通路に設けてこのタービンに連結したＥＧＲガスコンプレッサでＥＧＲガスを加圧して、吸気通路に還流させている。しかし、この装置においては排気通路に直列に排気ガスのパワーを回収するパワータービンを含めて３つのタービンを設けているため、ＥＧＲ作動時に排気マニホールドの排気圧が大幅に上昇するので、ポンピングロスが大きくなって燃費が悪化するという問題と、高負荷運転において新気の減少を招き黒煙が発生してＥＧＲを行うことのできる領域が限定されるという問題がある。
【０００９】
そして、特開平５−８９８５９号の装置は、第１のターボチャージャで得られた圧縮空気を分岐して第２のターボチャージャを駆動し、この第２のターボチャージャのコンプレッサでＥＧＲガスを昇圧し、それと共に、このコンプレッサから圧縮空気を逃がして吸気圧を下げてＥＧＲを行っている。しかし、この装置では、圧縮空気を分岐するため、シリンダへ供給される圧縮吸気量が減少するので、ＥＧＲガス量に対する吸気量が減少してスモークが発生するという問題がある。
【００１０】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジンの高負荷運転時でもＥＧＲが可能で、しかも、シリンダへの吸気量を十分に確保できてスモークの発生や燃料消費の悪化を防止できると共に、更に、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲガスを昇圧して、効率よくＥＧＲを行うことができて、エンジンの全運転領域で排気ガス中のＮＯｘの排出量を低減できる過給式エンジンのＥＧＲ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための過給式エンジンのＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路に設けたタービンによって、吸気通路に設けたコンプレッサを駆動する過給式エンジンにおいて、排気通路と吸気通路とを接続して第１ＥＧＲ通路を設けると共に、該第１ＥＧＲ通路に、ＥＧＲガスを昇圧して吸気通路に還流するＥＧＲガスコンプレッサを設け、該ＥＧＲガスコンプレッサと前記タービンとの間をクラッチ機構を介して継脱自在に連結して構成したものであり、排気通路にＥＧＲガスコンプレッサ用のタービンを新たに設ける必要がなくなるので、排気圧の上昇を防ぐことができ、燃料消費の悪化を防止できる。しかも、吸気の分岐及び逃がしによる吸気量の減少がないので、シリンダに供給される吸気量を十分に確保でき、スモークの発生を防止しながら、ＥＧＲを行うことができる。
【００１２】
また、前記排気通路の前記タービンより下流側と吸気通路とを、前記ＥＧＲガスコンプレッサを配設した前記第１ＥＧＲ通路で連結すると共に、前記排気通路の前記タービンより上流側と吸気通路とを第２ＥＧＲ通路で連結する。
更に、前記第１ＥＧＲ通路と前記第２ＥＧＲ通路に、第１ＥＧＲ弁と第２ＥＧＲ弁をそれぞれ配設すると共に、エンジンの回転数を検出する回転数センサーとエンジンの負荷を検出する負荷センサーを設け、更に、前記回転数センサーの出力と前記負荷センサーの出力とを入力して前記クラッチ機構と前記第１ＥＧＲ弁と前記第２ＥＧＲ弁の制御を行うコントローラを設けて構成する。
【００１３】
この構成により、エンジンの回転数や負荷を入力してＥＧＲガス圧と吸気圧を推定し、この大小関係に対応して２つのＥＧＲ通路を使い分けできるので、エンジンのロスを防止しながら効率よくＥＧＲを行うことができ、エンジンの運転領域全体において排気ガス中のＮＯｘの低減を図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明に係る過給式エンジンのＥＧＲ装置の実施の形態を説明する。
図１に示すように、第１の実施の形態の過給式エンジン１においては、タービン２を排気通路12に設けて、吸気通路11に設けたコンプレッサ３を駆動して、新気Ａを圧縮して、この新気Ａをインタークーラ６を経由して、吸気マニホールド11ａに供給している。
【００１５】
このエンジン１の排気通路12と吸気通路11とを第１ＥＧＲ通路９で連結し、更に、この第１ＥＧＲ通路９にＥＧＲガスコンプレッサ５を設け、このＥＧＲガスコンプレッサ５とタービン２との間をクラッチ機構４を介して継脱自在に連結し、ＥＧＲガスコンプレッサ５がタービン２の駆動力を受けて駆動されるように構成する。
【００１６】
また、エンジン１の回転数を検出する回転数センサー14とエンジンの負荷を検出する負荷センサー15とコントローラ20を設ける。このコントローラ20が回転数センサー14の出力と負荷センサー15の出力とを入力して、クラッチ機構４の制御を行うように構成する。
つまり、通常の新気Ａ用のコンプレッサ３に加えてＥＧＲガスＧを圧縮するＥＧＲガスコンプレッサ５を第１ＥＧＲ通路９に設けて、エンジン１が高負荷運転状態で排気ガス圧＜吸気圧（ブースト圧）のときに、クラッチ機構４を連結してＥＧＲガスコンプレッサ５を駆動し、ＥＧＲガスの圧縮及び昇圧を行って、昇圧したＥＧＲガスＧを吸気通路11に供給するように構成する。
【００１７】
以上の構成により、第１ＥＧＲ通路９に設けたＥＧＲガスコンプレッサ５により、ＥＧＲガスＧの圧力を過給機のコンプレッサ３によって圧縮された新気Ａの吸気圧よりも高圧にすることができるので、エンジン１の高負荷運転領域でもＥＧＲを行うことができる。
また、図２に示す、第２の実施の形態では、排気通路13のタービン２より下流側と吸気通路11とを、ＥＧＲガスコンプレッサ５を配設した第１ＥＧＲ通路９で連結すると共に、排気通路12のタービン２より上流側と吸気通路11とを、第２ＥＧＲ通路19で連結する。
【００１８】
このＥＧＲガスコンプレッサは、タービン２の駆動力を受けて駆動できるように、図１の第１の実施の形態と同様に、ＥＧＲガスコンプレッサ５とタービン２との間をクラッチ機構４を介して継脱自在に連結して構成する。
そして、更に、第１ＥＧＲ通路９に第１ＥＧＲ弁８を、また、第２ＥＧＲ通路19に、第２ＥＧＲ弁18をそれぞれ配設し、また、エンジン１の回転数を検出する回転数センサー14とエンジンの負荷を検出する負荷センサー15とコントローラ20を設ける。このコントローラ20が回転数センサー14の出力と負荷センサー15の出力とを入力して、クラッチ機構４と第１ＥＧＲ弁８と第２ＥＧＲ弁18の制御を行うように構成する。
【００１９】
以上の構成により、図３のＮ部分で示すエンジン１の低・中負荷運転領域では、吸気圧が排気圧より低いので、第１ＥＧＲ弁８を閉弁し、クラッチ機構４をオフにすると共に、第２ＥＧＲ弁を開弁して、ＥＧＲガスＧを第２ＥＧＲ通路19を経由させて、ＥＧＲガスＧを昇圧せずにそのまま吸気通路11に供給してＥＧＲを行う。これにより、比較的低温・低圧の排気ガスＧが持つ少ない排気エネルギーをＥＧＲガスの昇圧に使用することなく、タービン２でコンプレッサ３だけを駆動して、吸気側に十分利用できるので、シリンダへの十分な圧縮空気量を確保することができる。
【００２０】
また、この第２ＥＧＲ通路19の入口をタービン２より上流側に設けて構成したので、タービン２の上流側の比較的圧力の高い部分の排気ガスＧをＥＧＲに使用できるので、円滑にかつ効率的にＥＧＲガスを吸気通路に還流できる。
また、図３のＣ部分で示す高負荷運転領域では、吸気圧が排気圧よりも高いので、第１ＥＧＲ弁８を開弁し、クラッチ機構４をオンにして駆動力を伝達すると共に、第２ＥＧＲ弁18を閉弁して、ＥＧＲガスＧを第１ＥＧＲ通路９に導いて、ＥＧＲガスＧをＥＧＲガスコンプレッサ５で昇圧して吸気通路11に供給してＥＧＲを行う。
【００２１】
この高負荷運転領域Ｃでは、排気ガスＧのエネルギーも大きくなるので、ＥＧＲガスコンプレッサ５を駆動しても、コンプレッサ３で新気Ａを十分に圧縮でき、しかも、圧縮された吸気Ａを全量シリンダへ供給して、シリンダへの圧縮吸気量を確保できるので、適切なＥＧＲ率を確保して、効率よくＥＧＲを行うことができる。
【００２２】
即ち、ウェイストゲート12ｂを開けて排気ガスＧの一部逃がして吸気圧を下げる必要がなくなるので、排気ガスＧのエネルギーをタービン２で十分に利用できる。
また、この第１ＥＧＲ通路９の入口をタービン２より下流側に設けて構成したので、ＥＧＲガスＧが吸気通路11側に還流される前に、タービン２を通過させて排気ガスＧのエネルギーを回収できるので、効率よくコンプレッサ３を駆動できる。
【００２３】
従って、ＥＧＲガスＧの経路を、エンジン１の回転数や負荷の状況に応じて、ＥＧＲガスＧを昇圧する第１ＥＧＲ通路９とＥＧＲガスＧを昇圧しない第２ＥＧＲ通路19を選択して、エンジンの運転状況に適したＥＧＲを効率よく行うことができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明したように、請求項１に係る本発明の過給式エンジンのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスコンプレッサで昇圧したＥＧＲガスを吸気通路側に供給してＥＧＲを行うので、ＥＧＲ可能なエンジンの運転領域を高負荷領域にまで拡大することができる。
【００２５】
そして、ＥＧＲガスコンプレッサをクラッチ機構を介して、排気通路に設けた吸気コンプレッサ用のタービンで駆動するように構成したので、排気通路にＥＧＲガスコンプレッサ用のタービンを新たに設ける必要がなくなり、排気圧の上昇を防止できるので、ポンピングロスを抑制でき、燃料消費の悪化を防止できる。
また、請求項２及び請求項３に係る本発明の過給式エンジンのＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスを昇圧せずに吸気側へ還流させるＥＧＲ通路を加えて、ＥＧＲ通路を２系列にしたので、排気圧が吸気圧より高い運転領域では第２ＥＧＲ通路を経由して吸気側へ還流させ、また、排気圧が吸気圧より低い運転領域ではＥＧＲガスコンプレッサを設けた第１ＥＧＲ通路を経由させて昇圧したＥＧＲガスを還流させることができるので、エンジンの回転数や負荷の状況に応じて、エンジン出力のロスを防止しながら、効率よくＥＧＲを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の過給式エンジンのＥＧＲ装置の構成図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の過給式エンジンのＥＧＲ装置の構成図である。
【図３】本発明に係る過給式エンジンのＥＧＲ装置のＥＧＲ領域とＥＧＲ運転方法を示す模式図である。
【図４】従来技術のＥＧＲ領域を示す模式図で、（ａ）は、過給式エンジンのＥＧＲ装置のＥＧＲ領域を、（ｂ）はＶＧターボエンジンにおけるＥＧＲ装置のＥＧＲ領域を示す。
【図５】従来技術の過給式エンジンのＥＧＲ装置の構成図である。
【符号の説明】
１    エンジン                  ２    過給機のタービン
３    過給機のコンプレッサ      ４    クラッチ機構
５    ＥＧＲガスコンプレッサ    ６    インタークーラ
７    ＥＧＲクーラ              ８    第１ＥＧＲ弁
９    第１ＥＧＲ通路            11    吸気通路
11ａ  吸気マニホールド          12    上流側排気通路
12ａ  排気マニホールド          12ｂ  ウェイストゲート
13    下流側排気通路            14    回転数センサー
15    負荷センサー              18    第２ＥＧＲ弁
19    第２ＥＧＲ通路            20    コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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