(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給器付きエンジンのコンプレッサの吸気流通方向下流側の吸気通路と排気通路とを連結するＥＧＲ弁を有するＥＧＲ通路を設け、該ＥＧＲ通路と前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路が合流する吸気流通方向上流側とを流量調整弁を有する希釈用分岐通路で連結すると共に、前記ＥＧＲ通路の前記希釈用分岐通路が接続するＥＧＲガス流通方向上流側にＥＧＲ弁を下流側にＥＧＲクーラーをそれぞれ設けて構成し、開閉制御される前記ＥＧＲ弁によって、前記希釈用分岐通路の前記ＥＧＲ通路との接続部の圧力Ｐ３を前記吸気通路の前記希釈用分岐通路との分岐部の圧力Ｐ１よりも低くするとともに、前記ＥＧＲ通路の前記希釈用分岐通路との接続部の圧力Ｐ５をこの接続部での前記希釈用分岐通路の圧力Ｐ３よりも低くするＥＧＲクーラー付きＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記吸気通路の前記希釈用分岐通路が分岐する部分と前記ＥＧＲ通路が合流する部分との間に、吸気絞りを設け、開閉制御される該吸気絞りによって、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との合流部の圧力Ｐ４を前記ＥＧＲ通路の前記希釈用分岐通路との接続部の圧力Ｐ５よりも低くする請求項１記載のＥＧＲクーラー付き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、エンジンのＥＧＲにおいて、ＥＧＲクーラーでＥＧＲガスの温度を下げることにより、空気の吸入効率を向上させてエンジンの燃焼を良好に保つと共に、燃焼温度を下げて排気ガス中のＮＯｘを低減するＥＧＲクーラー付き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など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、排気ガスの一部を吸気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、広く実用化されている。
【０００３】
このＥＧＲ装置においては、エンジンの排気通路から排気ガスを分流するＥＧＲ通路を吸気通路側に接続して、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁でＥＧＲガスの流量を調整しながらＥＧＲを行っている。
しかし、高温のＥＧＲガスをそのまま吸気側に循環させると、高温で膨張したＥＧＲガスが吸気マニホールドに供給されることになり、吸気時のシリンダー内のＥＧＲガスが占める割合が多くなり、シリンダー内に入る空気量が低減してしまうという問題がある。
【０００４】
そのため、図３に示すように、ＥＧＲ通路６の途中に水冷式のＥＧＲクーラー５を設けて、エンジン冷却水を冷却水通路７を通じて循環して、この冷却水によりＥＧＲガスＧｅを冷却して体積を減少してから、吸気マニホールド３に供給することによって、シリンダー内に供給される空気量を確保している。
しかしながら、エンジンの排気ガス中には、燃焼により生成される水分があるので、冬季やエンジンスタート直後のように、ＥＧＲクーラー５が冷えている時には、ＥＧＲクーラー５内でＥＧＲガス中の水蒸気が結露する。
【０００５】
このＥＧＲクーラー５内で発生した結露水に、ＥＧＲガス中のカーボンが捕捉されて、これが伝熱管などへ付着して伝熱抵抗層を形成して、ＥＧＲクーラー５の効率を低下させたり、さらに、ＥＧＲガス中の硫黄酸化物が結露水中に溶解して硫酸を生じて、ＥＧＲクーラー５、ＥＧＲ通路６およびエンジン１内部を腐蝕するという問題がある。
【０００６】
さらに、結露水が吸気行程で潤滑油中に溶けて潤滑油を酸化するので、潤滑性能が低下して各部の磨耗が促進されるという問題もある。
この問題を解決するために、本発明者は図４に示すように、新気の一部分Ａｂを希釈用分岐通路９を経由させてＥＧＲクーラー５の上流側に供給して水蒸気分の多いＥＧＲガスＧｅを希釈し、ＥＧＲクーラー５に供給されるＥＧＲガス（Ｇｅ＋Ａｂ）中の水蒸気濃度を低下させて露点温度を下げてＥＧＲクーラー５内での結露を防止する装置を開発した。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４のような構成のＥＧＲ装置においては、過給器のコンプレッサ15によって吸気が昇圧されるので、希釈用分岐通路９を経由した新気の圧力Ｐ３は正圧であるが、ＥＧＲ通路６のＥＧＲクーラー５の入口付近のＥＧＲガスの圧力Ｐ５も、排気の圧力Ｐ２と略同じ大きさの正圧となる。
【０００８】
そして、吸気側の圧力Ｐ３の脈動が極めて小さいのに対して、排気側の圧力Ｐ５の脈動は比較的大きく、しかも、両者の平均的な圧力の差が小さい場合には、脈動する圧力Ｐ５の低くなった部分で、吸気側の圧力Ｐ３より低くなる場合が発生し、希釈用分岐通路９にＥＧＲガスが逆流することになる。この状態になると、新気をＥＧＲクーラー側へ常時供給してこのＥＧＲクーラー内を通過するＥＧＲガスを安定して希釈することができなくなる結果、ＥＧＲガス濃度が不均一となってエンジンの燃焼を不安定にするという問題がある。
【０００９】
前記逆流の問題を解決するために、図４の装置においては、ＥＧＲ通路６の入口部に逆止弁（リード弁）26を設けているが、この逆止弁26は高温の排気ガスに晒されるため傷み易く、また、カーボンも付着し易いので作動不良を起こし易いという問題がある。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、その目的は、ＥＧＲガスを新気で希釈して水蒸気濃度を低下させることにより、ＥＧＲクーラー内の結露を防止してＥＧＲクーラーの冷却効率の低下の防止や耐久性の向上を図る過給器付きエンジンのＥＧＲ装置において、新気に対してＥＧＲガスの圧力を積極的に低くすることによって、希釈用分岐通路を流れる新気を安定してＥＧＲ通路に供給してＥＧＲガスを希釈するようにして、エンジンの燃焼を良好に保ちながら、排気ガス中のＮＯｘの低減ができる装置を提供することにある。
【００１０】
【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ＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置は、過給器付きエンジンのコンプレッサの吸気流通方向下流側の吸気通路と排気通路とを連結するＥＧＲ弁を有するＥＧＲ通路を設け、該ＥＧＲ通路と前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路が合流する吸気流通方向上流側とを流量調整弁を有する希釈用分岐通路で連結すると共に、前記ＥＧＲ通路の前記希釈用分岐通路が接続するＥＧＲガス流通方向上流側にＥＧＲ弁を下流側にＥＧＲクーラーをそれぞれ設けて構成し、開閉制御される前記ＥＧＲ弁によって、前記希釈用分岐通路の前記ＥＧＲ通路との接続部の圧力Ｐ３を前記吸気通路の前記希釈用分岐通路との分岐部の圧力Ｐ１よりも低くするとともに、前記ＥＧＲ通路の前記希釈用分岐通路との接続部の圧力Ｐ５をこの接続部での前記希釈用分岐通路の圧力Ｐ３よりも低くするものであり、吸気分岐通路からの新気をＥＧＲ通路内に円滑に流入させることができる。
【００１１】
また、前記吸気通路の前記希釈用分岐通路が分岐する部分と前記ＥＧＲ通路が合流する部分との間に、吸気絞りを設け、開閉制御される該吸気絞りによって、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との合流部の圧力Ｐ４を前記ＥＧＲ通路の前記希釈用分岐通路との接続部の圧力Ｐ５よりも低くすることにより、更に円滑に安定して希釈用分岐通路を経由した新気をＥＧＲクーラー側に供給することができてエンジンの燃焼状態を良好に保てる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、過給器付きエンジン１の排気マニホールドや排気管などの排気通路２と、コンプレッサ15の下流側の吸気通路８とを、ＥＧＲ通路６で接続し、このＥＧＲ通路６とこのＥＧＲ通路６が合流する合流部12の上流の吸気通路８とを新気Ａｂの量を調整する流量調節弁10を有する希釈用分岐通路９で連結し、前記ＥＧＲ通路６の希釈用分岐通路９が接続する接続部14より上流にＥＧＲガスＧｅの流量を調整するＥＧＲ弁４を設け、接続部14の下流にＥＧＲクーラー５を設けて構成する。
【００１３】
また、必要に応じて、過給器のコンプレッサで昇圧されて温度が上昇した新気を冷却するインタークーラー16を、吸気通路６の希釈用分岐通路９が分岐する分岐部13より上流側、あるいは下流側に設ける。
このような構成のＥＧＲ装置では、コンプレッサ15の下流側の吸気通路８に、希釈用分岐通路９の新気Ａｂの入口（分岐部13）を設けているので、この入口の吸気の圧力Ｐ１は、コンプレッサ15によって昇圧して比較的高い圧力となっており、その上、新気Ａｂの出口（接続部14）をＥＧＲ弁４の下流に設けているので、出口付近のＥＧＲガスの圧力Ｐ５をＥＧＲ弁４によって低下させることができ、流量調整弁10下流の新気の圧力Ｐ３よりも低くできる。
【００１４】
つまり、ＥＧＲ弁によって、ＥＧＲガスＧｅの流量調整と共に、Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ５になるように積極的に圧力差を形成できるので、希釈用分岐通路９の入口圧力Ｐ１より出口圧力Ｐ５を小さくして、この希釈用分岐通路９を流れる新気ＡｂをＥＧＲ通路６側に安定して供給することができる。その上、ＥＧＲガスＧｅの全量が必ずＥＧＲ弁４を通過する構成になっているので、ＥＧＲガスＧｅの流量を正確に調整できる。
【００１５】
次に、上記の構成に加えて、図２に示すように、希釈用分岐通路９が分岐する分岐部13とＥＧＲ通路６が合流する合流部12との間の吸気通路８に、絞り弁などの吸気絞り11を設けて構成する。
この吸気絞り11により、希釈されたＥＧＲガス（Ｇｅ＋Ａｂ）の出口（合流部12）の新気Ａｍの圧力Ｐ４を、ＥＧＲクーラー５の上流のＥＧＲガスの圧力Ｐ５より低下させて、Ｐ１＞Ｐ３＞Ｐ５＞Ｐ４とすることができるので、希釈用新気ＡｂとＥＧＲガスＧｅとをＥＧＲクーラー５に安定して流すことができる。
【００１６】
以上のように、安定して希釈用新気ＡｂでＥＧＲクーラー５を通過するＥＧＲガスＧｅを希釈できるので、安定したエンジンの燃焼を得られると共に、このＥＧＲガスの希釈による次のような効果を得ることができる。
希釈用新気Ａｂを水蒸気分の多いＥＧＲガスＧｅ中に混入して、ＥＧＲガス（Ｇｅ＋Ａｂ）中の水蒸気濃度を低下させて露点温度を下げることができるので、ＥＧＲクーラー５内の結露を防止できる。
【００１７】
従って、この結露水に排気ガス中の硫黄酸化物が溶解して発生する硫酸腐蝕も防止できるので、ＥＧＲクーラー５などの耐久性を向上でき、また、結露水が排気ガス中のカーボンを捕捉してＥＧＲクーラー５内の伝熱管にカーボンを付着させて伝熱抵抗層を形成するのを防止できるので、冷却効率の低下を防止できる。
特に、ディーゼルエンジンの場合には、燃料油の性状上、水分、硫黄分の含有がまぬがれず硫酸腐蝕及び燃焼時のカーボンの発生が多いのでより一層効果的となる。
【００１８】
また、希釈用分岐通路５に設けた流量調整弁10で希釈新気量Ａｂを結露しない最小限の量に調整できるので、ＥＧＲクーラー５を通過するガス量の増大とそれに伴う圧損増加を抑制できると共に、希釈されたＥＧＲガスの温度の低下を最小限に抑えて冷却水との温度差を比較的大きく保てるので、冷却効率の低下を少なくでき、ＥＧＲクーラー５が大型化するのを防止できる。
【００１９】
更に、低水温時や暖機後においても、低速低負荷運転時はＥＧＲガスＧｅを冷却すると、通常、ＮＯｘとスモークの低減よりもむしろ燃焼温度の低下によるＨＣ量の増加を招くが、本発明の構成によれば、流量調整弁10を制御することでバイパスの新気量Ａｂを増加することができるので、混合ガス（Ｇｅ＋Ａｂ）の温度を下げてＥＧＲクーラー５からの放熱量を抑制でき、燃焼温度の低下を防止してＨＣ量の増加を防ぐことができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係るＥＧＲクーラー付きＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ通路においてＥＧＲ弁を希釈用分岐通路の出口より上流に設けて、希釈用分岐通路の出口側のＥＧＲガスの圧力を積極的に低下できるように構成したので、希釈用分岐通路を経由してＥＧＲガスを希釈する新気を安定して供給することができる。
【００２１】
そして、更に、吸気通路において、希釈用分岐通路の分岐部とＥＧＲ通路の合流部との間に吸気絞りを設けたので、この吸気絞りによりＥＧＲクーラーの下流側の合流部と希釈用分岐通路の入口側の分岐部との圧力差を積極的に形成することができ、希釈用分岐通路へのＥＧＲガスの逆流を防止しながら希釈用新気でＥＧＲガスを更に安定して希釈することができる。
【００２２】
従って、結露による硫酸腐蝕やカーボン付着を防止することができると共に、エンジンの燃焼状態を安定して良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すＥＧＲ装置の構成図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示すＥＧＲ装置の構成図である。
【図３】従来技術を示すＥＧＲ装置の構成図である。
【図４】改良前のＥＧＲ装置の構成図である。
【符号の説明】
１  …  エンジン                  ２  …  排気通路
３  …  吸気マニホールド          ４  …  ＥＧＲ弁
５  …  ＥＧＲクーラー            ６  …  ＥＧＲ通路
７  …  冷却水通路                ８  …  吸気通路
９  …  希釈用分岐通路            10  …  流量調節弁
11  …  吸気絞り                  12  …  合流部
13  …  分岐部                    14  …  接続部
15  …  コンプレッサ
Ａｍ…  新気の主流部分            Ａｂ…  新気の一部分（希釈用）
Ｇ  …  排気ガス                  Ｇｅ…  ＥＧＲ用排気ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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