(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高負荷運転領域において排気通路内の排気ガスを取り込んで吸気通路において機械式過給機よりも上流側の部分に還流させるための上流側排気還流通路と、低負荷運転領域において排気通路内の排気ガスを上記上流側排気還流通路の排気取込み位置よりも上流側の位置から取り込んで上記吸気通路において上記機械式過給機よりも下流側の部分に還流させるための下流側排気還流通路とを備えた機械式過給機付エンジンの排気還流装置において、上記機械式過給機の下流側に設けられたインタクーラとそのさらに下流側に設けられたサージタンクとの間に配設された下流側吸気通路にその底壁が前後の底壁よりも低い部分を形成するとともに、この部分もしくはその近傍部分に上方から排気ガスを還流させるように上記下流側排気還流通路を吸気通路に接続したことを特徴とする機械式過給機付エンジンの排気還流装置。
【請求項２】
請求項１記載の機械式過給機付エンジンの排気還流装置において、上記下流側排気還流通路の最上部もしくはその近傍位置にこの下流側排気還流通路を開閉する下流側排気還流弁を設けたことを特徴とする請求項１記載の機械式過給機付エンジンの排気還流装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の機械式過給機付エンジンの排気還流装置において、上記上流側排気還流通路の最上部もしくはその近傍位置にこの上流側排気還流通路を開閉する上流側排気還流弁を設けたことを特徴とする機械式過給機付エンジンの排気還流装置。
【請求項４】
請求項３記載の機械式過給機付エンジンの排気還流装置において、上記上流側排気還流弁を上記上流側排気還流通路においてその中間位置よりも吸気通路よりの位置に設けるとともに、この上流側排気還流弁から排気通路に至るまでの上流側排気還流通路を排気通路に向かうに従って次第に低くなるように傾斜させたことを特徴とする機械式過給機付エンジンの排気還流装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の機械式過給機付エンジンの排気還流装置において、上記機械式過給機の上流側の吸気通路をこの機械式過給機に向かうに従って低くなる形状にし、この部分に上記上流側排気還流通路を接続したことを特徴とする機械式過給機付エンジンの排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、吸気通路に機械式過給機が設けられた機械式過給機付エンジンにおいて、上記吸気通路に排気ガスを還流させるための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、機械式過給機付エンジンの排気還流装置としては、例えば特開平５−８６９４５号公報に示されるように、排気通路の比較的上流側の位置から比較的高温の排気ガスを取り込んで機械式過給機よりも下流側の吸気通路に還流させる下流側ＥＧＲ（排気還流）通路と、排気通路の比較的下流側の位置から比較的低温の排気ガスを取り込んで上記機械式過給機よりも上流側の吸気通路に導く上流側ＥＧＲ通路とを備えたものが知られている。この装置によれば、例えば低負荷運転領域では上記下流側ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を開いて機械式過給機下流側の吸気通路に排気ガスを還流する一方、高負荷運転領域、すなわち、過給機下流の圧力が上昇して機械式過給機下流へのＥＧＲガス導入が困難になる過給領域では、上記上流側ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を開いて機械式過給機上流側の吸気通路に排気ガスを還流させるといった制御を行うことにより、ＮＯｘ低減効果に加え、低負荷域では高温排気ガスの還流によって良好な燃焼性を保つ一方、高負荷域では低温排気ガスの還流によってノッキング防止や排気ガス温度の上昇抑制といった効果を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように機械式過給機上流の吸気通路に排気ガスを還流させる装置では、この還流排気ガス中に含まれる水分が機械式過給機下流側に設けられたインタクーラによる冷却で凝縮し、その凝縮水がインタクーラ下流側の吸気通路を構成する吸気管の内壁等に付着する場合がある。このような付着状態を放置しておくと、上記凝縮水により吸気管等の腐食が引き起こされるおそれがある。また、上記凝縮水が下流側ＥＧＲ通路内を逆流して下流側ＥＧＲ弁内に侵入して滞留すると、冷間時に当該凝縮水が下流側ＥＧＲ弁内で氷結してこのＥＧＲ弁の故障を引き起こすおそれもある。
【０００４】
また、上記上流側ＥＧＲ通路には比較的低温のＥＧＲガスが流れるため、この上流側ＥＧＲ通路内でもＥＧＲガスが凝縮しやすく、その凝縮水が上流側ＥＧＲ通路の上流側ＥＧＲ弁内に侵入することによって、この上流側ＥＧＲ弁の故障を引き起こすおそれもある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような凝縮水による弊害を除去すべくなされたものであり、高負荷運転領域において排気通路内の排気ガスを取り込んで吸気通路において機械式過給機よりも上流側の部分に還流させるための上流側排気還流通路と、低負荷運転領域において排気通路内の排気ガスを上記上流側排気還流通路の排気取込み位置よりも上流側の位置から取り込んで上記吸気通路において上記機械式過給機よりも下流側の部分に還流させるための下流側排気還流通路とを備えた機械式過給機付エンジンの排気還流装置において、上記機械式過給機の下流側に設けられたインタクーラとそのさらに下流側に設けられたサージタンクとの間に配設された下流側吸気通路にその底壁が前後の底壁よりも低い部分を形成するとともに、この部分もしくはその近傍部分に上方から排気ガスを還流させるように上記下流側排気還流通路を吸気通路に接続したものである。
【０００６】
この装置によれば、上記機械式過給機の下流側に設けられたインタクーラの下流側吸気通路にその底壁が前後の底壁よりも低い部分が形成されているので、排気還流ガス中の水分がインタクーラで冷却されて凝縮した場合、その凝縮水は上記部分へ流れ落ちる。そして、この部分もしくはその近傍部分に下流側ＥＧＲ通路から高温のＥＧＲガスが供給されることにより、その熱で上記凝縮水が蒸発し、この凝縮水の長期付着による管壁の腐食といった不都合が回避される。しかも、上記下流側ＥＧＲ通路は上記部分に対して上方から排気ガスを還流させるように吸気通路に接続されているため、当該部分に流れ落ちた凝縮水が下流側ＥＧＲ通路を逆流してその途中の下流側ＥＧＲ弁に侵入するおそれもない。
【０００７】
ここで、上記下流側ＥＧＲ通路の最上部もしくはその近傍位置にこの下流側ＥＧＲ通路を開閉する下流側ＥＧＲ弁を設ければ、仮に下流側ＥＧＲ通路内でＥＧＲガス中の水分が凝縮しても、その凝縮水が下流側ＥＧＲ弁へ侵入することはない。
【０００８】
同様に、上記上流側ＥＧＲ通路の最上部もしくはその近傍位置にこの上流側ＥＧＲ通路を開閉する上流側ＥＧＲ弁を設ければ、この上流側ＥＧＲ弁に凝縮水が侵入するのを確実に防がれる。
【０００９】
この場合、上記上流側ＥＧＲ弁を上記上流側ＥＧＲ通路においてその中間位置（吸気通路までの管長と排気通路までの管長とが等しい位置）よりも吸気通路よりの位置に設けるとともに、この上流側ＥＧＲ弁から排気通路に至るまでの上流側ＥＧＲ通路を排気通路に向かうに従って低くなる形状にするのが、より好ましい。このような構成にすれば、上流側ＥＧＲ通路内に取り込まれるＥＧＲガス中の水分の凝縮を、上流側ＥＧＲ弁よりも排気通路に近い上流側ＥＧＲ通路内で行わせ、その凝縮水を当該通路の傾斜によって排気通路側へ落とし込み、この排気通路内で蒸発させることができる。換言すれば、上流側ＥＧＲ通路内で発生する凝縮水が、この凝縮水が蒸発しにくい吸気通路側に流入するのを防ぐことができる。
【００１０】
また、仮に上流側ＥＧＲ通路から吸気通路内に凝縮水が流入する場合でも、機械式過給機の上流側の吸気通路をこの機械式過給機に向かうに従って低くなる形状にし、この部分に上記上流側ＥＧＲ通路を接続するようにすれば、この上流側ＥＧＲ通路から吸気通路内に侵入した凝縮水を上記機械式過給機内に落とし込み、この機械式過給機内の熱で蒸発させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、図１はこの実施形態にかかるエンジン全体の概略模式図であり、図２は当該エンジンの要部を車体進行方向右側から見た図、図３は当該エンジンの要部を車体後側（すなわちトランスミッション側）から見た図、図４は当該エンジンの要部を上方から見た図である。
【００１３】
上記エンジンは、エンジン本体１と、吸気装置２と、排気装置３とを備えている。
【００１４】
上記吸気装置２は、その上流側から順に、エアクリーナ４、エアフローメータ５、スロットル弁６、エンジン出力軸により駆動される機械式過給機７、過給機７から吐出された空気を冷却するインタークーラ８、サージタンク９、及び燃料噴射弁１０を備えている。
【００１５】
詳しくは、上記スロットル弁６を収納するスロットルボディに吸気管１５の上流端１５ａ（図２〜図４のみ図示）が接続され、この吸気管１５の下流端が機械式過給機７の入口７ａに接続されている。この吸気管１５は、上記上流端１５から機械式過給機入口７ａに向かうに従って低くなる形状に形成されている。
【００１６】
機械式過給機７の出口７ｂは上記インタクーラ８に吸気管１６を介して接続され、このインタクーラ８は吸気管１８を介して上記サージタンク９に接続されている。この吸気管１８の途中部分には、図１及び図２に示すように、その底壁が前後の底壁よりも低い通路底部１８ａが形成されており、吸気管１８全体が略Ｕ字状となっている。
【００１７】
上記サージタンク９は、吸気マニホールド１９を介してエンジン本体１内の各気筒に接続されており、この吸気マニホールド１９に上記燃料噴射弁１０が設けられている。
【００１８】
また、吸気装置２には、上記機械式過給機７をバイパスする過給機バイパス通路１１と、スロットル弁６をバイパスするスロットルバイパス通路１３とが併設され、各バイパス通路１１，１３にバイパス弁１２，１４が設けられている。
【００１９】
上記排気装置３は、上記エンジン各気筒に接続される排気マニホールド２０と、この排気マニホールド２０に接続された集合排気管３０とを備え、この集合排気管３０の途中に図略の触媒装置及びフレキシブルチューブ１７が設けられている。そして、この排気装置３を流れる排気ガスを吸気装置２側に還流させる手段として、低負荷運転時用の下流側ＥＧＲ通路２１と、高負荷運転時用の上流側ＥＧＲ通路２２，２９とが装備されている。
【００２０】
下流側ＥＧＲ通路２１は、その上流端が上記排気マニホールド２０に接続され、下流端が上記吸気管１８に接続されており、この吸気管１８の通路底部１８ａもしくはその近傍部分に対して上方からＥＧＲガスを供給するように構成されている。そして、この下流側ＥＧＲ通路２１の最上部もしくはその近傍部位に、下流側ＥＧＲ通路２１を開閉する下流側ＥＧＲ弁２３が設けられている。
【００２１】
上流側ＥＧＲ通路２２の上流端は、集合排気管３０においてフレキシブルチューブ１７よりも上流側の部分に接続され、下流端は上流側ＥＧＲ弁２４の入口に接続されており、この上流側ＥＧＲ弁２４の出口は、カーボントラップ用のチャンバー２７の入口に直結されている。このチャンバー２７には、上記入口とは別にブローバイガス取込み口２７ａが設けられ、このブローバイガス取込み口２７ａがブローバイガス通路２５及びＰＣＶ弁２６を介してエンジン本体１に接続されている。上記ＰＣＶ弁２６は、一般に知られているように、エンジン負荷に応じて自動的に開度が変化し、エンジン本体１からチャンバー２７へのブローバイガス流量をコントロールするものである。
【００２２】
この構造において、ＥＧＲガスとブローバイガスとが上記チャンバー２７内で混合され、このチャンバー２７内で壁板２８により形成された蛇行通路を通るうち、ブローバイガス中のオイルミストを利用してＥＧＲガスに含まれるカーボンがトラップされるようになっている。そして、このチャンバー２７の出口が上流側ＥＧＲ通路２９を介して前記吸気管１５の途中部分に接続されている。
【００２３】
上記ＥＧＲ弁２４は、上流側ＥＧＲ通路２２，２９よりも高い位置に設けられている。すなわち、このＥＧＲ弁２４は、上流側ＥＧＲ通路全体における最上部（本発明ではその近傍部分でもよい。）に設けられている。上記上流側ＥＧＲ通路２２は、ＥＧＲ弁２４から前記集合排気管３０に向かうに従って低くなるように傾斜し、かつその途中で蛇行している。この蛇行により、上流側ＥＧＲ通路２２の管長は、上記ＥＧＲ弁２４から上記チャンバー２７及び上流側ＥＧＲ通路２９を経て吸気配管１５に至る管長よりも長くなっており、この蛇行部分に車両の走行による走行風が当たることにより、上流側ＥＧＲ通路２２内を流れるＥＧＲガスの自然冷却が促進されるようになっている。
【００２４】
次に、この装置の作用を説明する。
【００２５】
吸気装置２内に流入する空気は、機械式過給機７を通ってエンジン本体１の各気筒に供給される。ここで高負荷運転時には、上記バイパス通路１１のバイパス弁１２が小開度もしくは全閉とされた状態で機械式過給機７が駆動され、これにより過給機下流の吸気圧力が高められて吸気の過給が行われる。
【００２６】
この時、上記吸気装置２には下流側ＥＧＲ通路２１もしくは上流側ＥＧＲ通路２２からＥＧＲガスが導入される。つまり、所定低負荷運転領域では、ＥＧＲ弁２３が開かれ、排気マニホールド２０内の比較的高温の排気ガスが下流側ＥＧＲ通路２１を通じてインタクーラ８より下流側の吸気管１８に還流される。このＥＧＲにより、ＮＯｘ発生が抑制され、またポンピングロスが低減される上に、高温ＥＧＲガスの導入によって低負荷時の燃焼性も向上される。
【００２７】
一方、過給機下流の吸気圧力が高い所定高負荷運転領域では、ＥＧＲ弁２３が閉じられるとともにＥＧＲ弁２４が開かれ、集合排気管３０内の比較的低温の排気ガスが上流側ＥＧＲ通路２２，２９を通じて機械式過給機７の上流側の吸気管１５内に還流される。これにより、ＮＯｘの発生が抑制されるとともに、比較的低温のＥＧＲガスの導入によってノッキング及び排気温度の上昇が抑制される。
【００２８】
このように上流側ＥＧＲ通路２２，２９を通じて吸気管１５内に導入される低温ＥＧＲガスは、機械式過給機７を通り、インタクーラ８で冷却されるため、この冷却時に、上記ＥＧＲガスに含まれる水蒸気が凝縮して吸気管１８の内壁面に付着し易い。このように凝縮水が付着した状態が長期に亘って放置されると、吸気管１８が腐食するおそれがある。
【００２９】
しかし、ここに示した装置では、上記吸気管１８の途中にその底壁が前後底壁よりも低い通路底部１８ａが形成され、この通路底部１８ａに下流側ＥＧＲ通路２１を通じての高温ＥＧＲガスが導入されるようになっているので、吸気管１８の内壁面に付着した凝縮水は、落差によって通路底部１８ａの底壁に集められ、かつ、この通路底部１８ａもしくはその近傍に供給される上記高温ＥＧＲガスによって一括して蒸発除去されることになる。従って、吸気管１８内に凝縮水が長期に亘って滞留することが防がれる。しかも、上記下流側ＥＧＲ通路２１は、上記通路底部１８ａに対して上方からＥＧＲガスを導入するように吸気管１８に接続されているため、通路底部１８ａに溜った凝縮水が下流側ＥＧＲ通路２１を逆流して下流側ＥＧＲ弁２３に侵入するおそれもない。
【００３０】
また、各ＥＧＲ弁２３，２４は、下流側ＥＧＲ通路２１及び上流側ＥＧＲ通路２２，２９の最上部もしくはその近傍部分にそれぞれ設けられているので、各ＥＧＲ通路２１，２２，２９内でＥＧＲガス中の水分の凝縮が生じても、その凝縮水がＥＧＲ弁２３，２４に侵入することはない。従って、この凝縮水の氷結に起因するＥＧＲ弁２３，２４の故障を未然に防ぐことができる。
【００３１】
さらに、上流側ＥＧＲ通路２２，２９においては、ＥＧＲ弁２４よりも集合排気管３０よりの上流側ＥＧＲ通路２２の管長が大きく確保されており、この上流側ＥＧＲ通路２２内でＥＧＲガス中の水分の凝縮がほとんどなされるので、凝縮水が吸気管１５側に流れることが避けられる。しかも、上流側ＥＧＲ通路２２は集合排気管３０に向かうに従って低くなるように傾斜しているため、上記凝縮水は確実に集合排気管３０側に落とし込まれ、排気熱によって蒸発除去される。
【００３２】
また、仮に上記凝縮水が吸気管１５内に侵入しても、この吸気管１５は機械式過給機７の入口７ａに向かうに従って低くなる形状とされているので、上記凝縮水は吸気管１５の底壁を伝って機械式過給機７内に流入し、この機械式過給機７内の熱で蒸発除去されることとなり、吸気管１５内に凝縮水が長期に亘り残存することが防がれる。
【００３３】
なお、図１〜図４には、下流側ＥＧＲ通路２１と上流側ＥＧＲ通路２２，２９の２つのＥＧＲ通路を備えた装置を示したが、上流側ＥＧＲ通路２２，２９のみを備えるＥＧＲ装置においても、その最上位置を上流側ＥＧＲ通路２２，２９の中間位置よりも吸気管１５に近い位置に設定してこの最上位置もしくはその近傍位置に上流側ＥＧＲ弁２４を設け、このＥＧＲ弁２４から集合排気管３０に至るまでの上流側ＥＧＲ通路２２を集合排気管３０に向かうに従って次第に低くなる形状とすれば、上流側ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水を上記上流側ＥＧＲ弁２４内に侵入させずに確実に排気側へ落とし込むことができる効果が得られる。
【００３４】
また、図１では、フレキシブルチューブ１７よりも上流側の位置に上流側ＥＧＲ通路２２を接続しているが、フレキシブルチューブ１７よりも下流側の位置に上流側ＥＧＲ通路２２を接続してもよい。この場合、より低温の排気ガスを還流できる利点はあるが、エンジン本体１とフレキシブルチューブ１７よりも下流側の排気管との相対変位を上流側ＥＧＲ通路２２において吸収する必要があり、その関係から上流側ＥＧＲ通路２２にもフレキシブルチューブを設けなければならないため、構造が複雑となる。これに対し、図１のようにフレキシブルチューブ１７よりも上流側の位置に上流側ＥＧＲ通路２２を接続すれば、この上流側ＥＧＲ通路２２にフレキシブルチューブは不要であり、しかも、図示のように上流側ＥＧＲ通路２２を蛇行させてその管長を十分長くとり、その途中でＥＧＲガスの自然冷却を促進することにより、フレキシブルチューブ１７の下流側から排気ガスを取り込む場合と同様に、低温の排気ガスを吸気側に還流させることが可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、低温排気ガスを機械式過給機よりも上流側の吸気通路に還流させる上流側排気還流通路と、高温排気ガスを機械式過給機よりも下流側の吸気通路に還流させる下流側排気還流通路とを備えるとともに、インタクーラ下流の吸気通路にその底壁が前後の底壁よりも低い部分を形成し、この部分もしくはその近傍部分に上方から排気ガスを還流させるように上記下流側排気還流通路を吸気通路に接続したものであるので、上流側ＥＧＲ通路により還流されたＥＧＲガス中の水分がインタクーラによる冷却で凝縮しても、この凝縮水を上記部分に落とし込んで当該部分もしくはその近傍に下流側ＥＧＲ通路から高温のＥＧＲガスを供給することにより、このＥＧＲガスの熱を利用して上記凝縮水を速やかに蒸発除去でき、この凝縮水の長期付着による管壁の腐食といった不都合を防止できる効果がある。しかも、上記下流側ＥＧＲ通路は上記部分に上方から排気ガスを還流させるように吸気通路に接続されているため、当該部分に流れ落ちた凝縮水が下流側ＥＧＲ通路を逆流してその途中の下流側ＥＧＲ弁に侵入するおそれもない。従って、この侵入凝縮水の氷結によって下流側ＥＧＲ弁が故障するといったことも確実に防止できる。
【００３６】
ここで、上記下流側ＥＧＲ通路の最上部もしくはその近傍位置にこの下流側ＥＧＲ通路を開閉する下流側ＥＧＲ弁を設けることにより、この下流側ＥＧＲ弁に凝縮水が侵入するのをより確実に防止できる。
【００３７】
同様に、上記上流側ＥＧＲ通路の最上部もしくはその近傍位置にこの上流側ＥＧＲ通路を開閉する上流側ＥＧＲ弁を設けることにより、この上流側ＥＧＲ弁に凝縮水が侵入することも確実に防ぐことができる。
【００３８】
さらに、上記上流側ＥＧＲ弁を上記上流側ＥＧＲ通路においてその中間位置よりも吸気通路よりの位置に設けるとともに、この上流側ＥＧＲ弁から排気通路に至るまでの上流側ＥＧＲ通路を排気通路に向かうに従って低くなる形状とすれば、上流側ＥＧＲ通路内における水分の凝縮を、ほとんど全て上流側ＥＧＲ弁よりも排気通路に近い上流側ＥＧＲ通路内で行わせることができ、この凝縮水を吸気通路ではなく確実に排気通路内に落とし込んでこの排気通路内で蒸発除去できる効果がある。
【００３９】
また、機械式過給機の上流側の吸気通路をこの機械式過給機に向かうに従って低くなる形状にし、この部分に上記上流側ＥＧＲ通路を接続するようにすれば、この上流側ＥＧＲ通路から吸気通路内に凝縮水が侵入した場合でも、この凝縮水を上記機械式過給機内に落とし込み、この機械式過給機内の熱で蒸発除去でき、吸気通路内での凝縮水の長期滞留を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＥＧＲ装置を備えた機械式過給機付エンジンの全体構成を示す概略模式図である。
【図２】上記エンジンの要部を車体右側方から見た図である。
【図３】上記エンジンの要部を車体後方から見た図である。
【図４】上記エンジンの要部の平面図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  吸気装置
３  排気装置
７  機械式過給機
８  インタークーラ
１５  機械式過給機上流側の吸気管
１８  インタクーラ下流側の吸気管
１８ａ  通路底部（底壁が前後の底壁よりも低い部分）
２１  下流側ＥＧＲ通路
２２  上流側ＥＧＲ通路
２３  下流側ＥＧＲ弁
２４  上流側ＥＧＲ弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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