(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を介して燃焼室に還流させるＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラがＥＧＲ通路に介装されると共に、
ＥＧＲクーラに対しＥＧＲガス流れ下流側のＥＧＲ通路の内壁に、その下端がＥＧＲガス流れ下流側になるようにＥＧＲガス流れと所定傾斜角度で交差する平面に沿って設けられた環状の凹状溝或いは凸状部を複数設け、該複数の環状の凹状溝或いは凸状部により、ＥＧＲガスから生じた凝縮水を捕集する凝縮水捕集部を備え、
該凝縮水捕集部により捕集した凝縮水を貯留部に収容して貯留することを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記複数の環状の凹状溝のＥＧＲガス流れ最下流の凹状溝の下端が、前記貯留部の入口部に接続されることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】
前記複数の環状の凸状部のＥＧＲガス流れ最下流の凸状部と、その最下流の凸状部に隣接する凸状部と、の間に、前記貯留部の入口部が接続されることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【請求項４】
前記凹状溝或いは凸状部の下端に形成され、凝縮水を貯留部まで運搬する凝縮水運搬溝が設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１つに記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関等の燃焼装置からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させるＥＧＲ（排気再循環）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気を浄化して大気汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、このためのシステム（装置）の一つとして、内燃機関からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させることで燃焼温度を下げ、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の濃度（排出量）を低減するためのいわゆるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）システムが知られている。
【０００３】
かかるＥＧＲシステムにおいては、燃焼室内に還流させるＥＧＲガスを冷却することにより、燃焼温度を低下させることができ、これにより一層効果的にＮＯｘの排出量を低減することができる。
【０００４】
このようなことから、例えば、特許文献１に記載されるＥＧＲシステムでは、ＥＧＲガスを冷却するための熱交換器であるＥＧＲクーラを、ＥＧＲガスを排気通路から内燃機関の吸気通路へ導くＥＧＲ通路に介装することが行われている。
【０００５】
なお、ＥＧＲクーラを備えてＥＧＲガス温度を下げることによって、ＥＧＲガスの膨張も抑制されるため、吸気中に混合されるＥＧＲガス量（排気還流量）を増加させたい、すなわちＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（新気量＋ＥＧＲガス量）×１００（％））を一層稼ぎたいといった要求がある場合などにおいても有利となる。
【０００６】
ここで、なお一層ＮＯｘ低減を達成するための手段として、ＥＧＲガスの更なる冷却を行うことが考えられるが、例えば、ＥＧＲガスを、従来の１５０°Ｃ程度から１００°Ｃ以下まで冷却するような場合、冷却されたＥＧＲガスから凝縮水が発生するおそれが高まる。
【０００７】
ＥＧＲガスは燃料中の硫黄分を含むため凝縮水には硫酸が含まれることになるから、この硫酸を含む凝縮水がＥＧＲ通路や内燃機関の燃焼室などの内部に付着・滞留などすると、内燃機関の各部（ＥＧＲ通路やＥＧＲバルブ、吸気通路や燃焼室など）に腐食や損傷等を引き起こすことになる。更に、腐食して剥離した部品（異物）を内燃機関の燃焼室が吸い込んでしまうおそれもあり、そのような場合には内燃機関の破損などを招くおそれも生じ得る。
【０００８】
また、内燃機関の燃焼室が多量の凝縮水を吸い込んでしまうことで、いわゆる水撃（ウォーターハンマー）による内燃機関の破損などを招くおそれもある。
【０００９】
このようなおそれを抑制するための技術として、例えば特許文献１から特許文献２に記載されるような技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−０６４０７５号公報
【特許文献２】特開２００３−００４３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載のものは、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路の一部を吸気通路内を通過させることで熱交換器として機能させてＥＧＲガスを冷却しようとするもので、生じた凝縮水を排出流路１５０を介して溜め部１７０に貯留可能に構成したり、凝縮水の自重に応じて開閉される開閉弁１６０を備えて自動的に外部へ排出されるように構成されている。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載のものは、ＥＧＲガス通路の一部が吸気通路内を通過する構成であるため、吸気通路断面積が小さくなるため吸気抵抗が大きくなって出力性能や燃費性能等に悪影響を及ぼすおそれがあると共に、構成が複雑で高コスト化するおそれがある。
【００１３】
また、特許文献１に記載のものは、吸気通路内に複数の部品が配設されることになるため、例えばこれら部品に損傷等が生じた場合には燃焼室内にその部品が吸い込まれることとなって内燃機関に重大な損傷等を与えるおそれが高く、信頼性を低下させてしまうといった実情がある。
【００１４】
特許文献２に記載のものは、ＥＧＲ通路の周囲に、冷却水が流れるクーラを設けた構成であり、構成が複雑化して高コスト化すると共に、ＥＧＲガスの更なる冷却を行った場合において比較的多量に発生する凝縮水についての考慮がなされていないのが実情である。
【００１５】
本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、信頼性を高いレベルに維持しつつＥＧＲガスの冷却に伴い発生する凝縮水を効果的に捕集して貯留部に貯留することができる構成とし、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等を効果的に抑制することができるＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
このため、本発明は、
排気の一部をＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を介して燃焼室に還流させるＥＧＲ装置であって、
ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラがＥＧＲ通路に介装されると共に、
ＥＧＲクーラに対しＥＧＲガス流れ下流側のＥＧＲ通路の内壁に、その下端がＥＧＲガス流れ下流側になるようにＥＧＲガス流れと所定傾斜角度で交差する平面に沿って設けられた環状の凹状溝或いは凸状部を複数設け、該複数の環状の凹状溝或いは凸状部により、ＥＧＲガスから生じた凝縮水を捕集する凝縮水捕集部を備え、
該凝縮水捕集部により捕集した凝縮水を貯留部に収容して貯留することを特徴とする。
【００１７】
本発明において、前記複数の環状の凹状溝のＥＧＲガス流れ最下流の凹状溝の下端が、前記貯留部の入口部に接続されることを特徴とすることができる。
【００１８】
本発明において、前記複数の環状の凸状部のＥＧＲガス流れ最下流の凸状部と、その最下流の凸状部に隣接する凸状部と、の間に、前記貯留部の入口部が接続されることを特徴とすることができる。
【００２０】
本発明において、ＥＧＲ通路の内壁底部に、凹状溝或いは凸状部に接続され、凝縮水を貯留部まで運搬する凝縮水運搬溝が設けられることを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、信頼性を高いレベルに維持しつつＥＧＲガスの冷却に伴い発生する凝縮水を効果的に捕集して貯留部に貯留することができる構成とし、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等を効果的に抑制することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１に係るＥＧＲ装置を備えた内燃機関の一構成例を概略的に示す概略全体構成図である。
【図２】同上実施例に係るＥＧＲ装置の凝縮水捕集部（螺旋状の凹状溝）を拡大して示す側面図（図１のＡ矢視方向から見た図）である。
【図３】同上実施例に係る凝縮水捕集部（円環状の凹状溝）の他の一構成例を示す図である。
【図４】同上実施例に係る凝縮水捕集部（螺旋状の凸状部）の他の一構成例を示す図である。
【図５】同上実施例に係る凝縮水捕集部（円環状の凸状部）の他の一構成例を示す図である。
【図６】同上実施例に係る凝縮水捕集部（螺旋状の凹状溝＋凝縮水運搬溝）の他の一構成例を示す図である。
【図７】同上実施例に係る凝縮水捕集部（円環状の凹状溝＋凝縮水運搬溝）の他の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態の実施例１に係る内燃機関１においては、図示しないエアクリーナ等を介して外気（新気）が吸入されるが、該新気は吸気通路２を介して過給機３のコンプレッサ（インペラ）３Ａに導かれて所定に圧縮された後、吸気通路２に介装されるインタークーラ４を介して所定に冷却されて、燃焼室（シリンダ）５内に導かれる。
【００２５】
燃焼室５から排出される燃焼後のガスは、燃焼室５に臨んで開口される排気ポート（図示せず）を介して排気通路（排気マニホールド部分）７に導かれ、その後、過給機３の排気タービン３Ｂに回転エネルギを供給した後、排気通路６の下流に配設されている図示しない排気処理装置（酸化触媒、ＮＯｘ低減触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタなど）において所定の処理を受けて浄化され、大気中に排出される。
【００２６】
ここで、本実施例では、燃焼後のガス（すなわち、排気）の一部を吸気（新気）と共に燃焼室５に再び導くことで、燃焼温度を低下させてＮＯｘの低減を図るためのＥＧＲ装置１００が設けられている。
【００２７】
本実施例に係るＥＧＲ装置（システム）１００は、排気通路（排気マニホールド部分）７に連通されるＥＧＲ通路（排気還流通路）１０１を含んで構成され、該ＥＧＲ通路１０１には当該ＥＧＲ通路１０１を流れる排気（ＥＧＲガス：還流排気）を所定に冷却するためのＥＧＲクーラ１１０が介装されている。
【００２８】
ＥＧＲ通路１０１と、吸気通路２と、の接続部付近には、ＥＧＲバルブ１２０が介装され、所定の運転状態において、所定の開度に開弁されて、排気通路７を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして、ＥＧＲクーラ１１０により冷却しつつ、内燃機関１の吸気通路２に導くようになっている。
【００２９】
ＥＧＲクーラ１１０は、熱交換器として機能するもので、水や空気などの冷却媒体によって、ＥＧＲクーラ１１０内の細長い管状の伝熱管内を流れるＥＧＲガスを冷却可能な構成となっている。
【００３０】
ここにおいて、ＮＯｘ低減をなお一層促進するために、ＥＧＲガスを、従来の１５０°Ｃ程度から１００°Ｃ以下まで冷却するような場合、冷却されたＥＧＲガスから凝縮水が発生するおそれが高まるが、本実施例では、発生した凝縮水を効果的に捕集することができると共に凝縮水を確実に貯留することができるようにして、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等をより効果的に抑制するように構成した。
【００３１】
すなわち、ＥＧＲクーラ１１０の下流側のＥＧＲ通路１０１に、凝縮水捕集手段としての凝縮水捕集部２００が備えられている。
【００３２】
この凝縮水捕集部２００は、図２に拡大して示すように、ＥＧＲクーラ１１０の下流側のＥＧＲ通路１０１の内壁面に、ＥＧＲガスの流れ方向に沿って螺旋状に形成された凹状溝２１０を含んで構成されている。
【００３３】
なお、凹状溝２１０のＥＧＲガス流れ下流端付近には、ＥＧＲ通路１０１の底部に臨んで開口される連絡通路２２０が設けられ、この連絡通路２２０を介して、凹状溝２１０のＥＧＲガス流れ下流端付近は凝縮水貯留部である凝縮水貯留タンク２３０に連通されている。連絡通路２２０は、凝縮水を良好に回収できる点や、回収した凝縮水が逆流しないようにするために、ＥＧＲ通路１０１から重力方向下方に分岐されることが好ましい。
【００３４】
このような構成を備えた本実施例において、ＥＧＲ通路１０１を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ１１０にて、従来の１５０°Ｃレベルから１００°Ｃ以下のレベルまで冷却される。すると、冷却されたＥＧＲガスから凝縮水が発生するおそれが高まるが、ＥＧＲガス中の水分は、ＥＧＲクーラ１１０を通過した後のＥＧＲ通路１０１の壁面において冷却されて凝縮し、ＥＧＲ通路１０１の内壁面に付着する。なお、ＥＧＲ通路１０１の外壁は外気に触れているためＥＧＲ通路１０１の壁面は低温となる傾向にある。
【００３５】
そして、ＥＧＲ通路１０１の内壁面に付着した凝縮水は、重力により下方へ移動されると共に、ＥＧＲガスの流れによってＥＧＲガス流れの下流側に流されることで、ＥＧＲ通路１０１の内壁面に沿って流れ、ＥＧＲ通路１０１の内壁面に設けた凹状溝２１０に捕集されることになる。
【００３６】
凹状溝２１０に捕集された凝縮水は、ＥＧＲガスの流れの影響を受けて、螺旋状の凹状溝２１０内に沿って流されて、或いはＥＧＲ通路１０１の内壁底部を流されて、連絡通路２２０の開口部へ到達し、連絡通路２２０を介して凝縮水貯留タンク２３０に収容されて貯留される。
【００３７】
従って、本実施例によれば、ＥＧＲ通路１０１の内壁に設けた凝縮水捕集部２００により、効率的に凝縮水を捕集することができるため、ＥＧＲバルブ１２０やＥＧＲ通路１０１、吸気通路２や燃焼室５などの腐食を抑制することができる。また、凝縮水を凝縮水貯留タンク２３０に貯留させておくことができるため、内燃機関の燃焼室が多量の凝縮水を吸い込んでしまうことが抑制でき、いわゆる水撃（ウォーターハンマー）による内燃機関の破損などを抑制することができる。
【００３８】
すなわち、本実施例によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、ＥＧＲ通路内や吸気通路内に部品をできる限り配設しない構成として信頼性を高いレベルに維持しながら、ＥＧＲガスの冷却に伴い発生する凝縮水を効果的に捕集して貯留部に貯留することができる構成としたので、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等を効果的に抑制することができるＥＧＲ装置を提供することができる。
【００３９】
なお、本実施例では、凝縮水捕集部２００を、螺旋状に設けた凹状溝２１０として説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図３に示すような複数の環状の凹状溝２１１を並設した構成とすることもできる。
【００４０】
すなわち、ＥＧＲ通路１０１の内壁面に設けられ、ＥＧＲ通路１０１の内壁面にて発生した凝縮水を凹状溝にて捕集し、捕集した凝縮水をＥＧＲガス流れ或いは重力を利用して、連絡通路２２０の開口部延いては凝縮水貯留タンク２３０へ収容することができるものであれば採用可能である。
【００４１】
ここで、複数の環状の凹状溝２１１のＥＧＲ通路１０１の長手方向に対する傾斜角度は、特に限定されるものではなく、例えば、ＥＧＲ通路１０１の長手方向に対して略直交する方向（図３において垂直方向）に配設することもできる。
【００４２】
更に、本実施例では、凝縮水捕集部２００を凸状に設けた凸状部２１２として構成することもできる。
【００４３】
すなわち、図４に示すように、ＥＧＲ通路１０１の内壁面から突出して凸状に設けられた凸状部２１２を備え、ＥＧＲ通路１０１の内壁面にて発生した凝縮水を凸状部２１２にて堰き止めて捕集し、捕集した凝縮水をＥＧＲガス流れや重力を利用して、連絡通路２２０の開口部へ導き、凝縮水貯留タンク２３０へ収容するような構成とすることもできる。
【００４４】
なお、凸状部２１２のＥＧＲ通路１０１の内壁底部付近に、凝縮水がＥＧＲ通路１０１の長手方向に沿って流れ易いように、凝縮水運搬溝として機能する切欠き溝２１２Ａを設けて構成することができる。
【００４５】
また、凸状部２１２は、図４に示したようにＥＧＲガス流れに沿った方向に螺旋状に形成されることができるが、図５に示すように、複数の環状の凸状部２１３を並設した構成とすることもできる。
【００４６】
この場合においても、図５に示したように、凸状部２１３のＥＧＲ通路１０１の内壁底部付近に、凝縮水がＥＧＲ通路１０１の長手方向に沿って流れ易いように、凝縮水運搬溝として機能する切欠き溝２１３Ａを設けて構成することができる。
【００４７】
また、図６に示すように、螺旋状に設けた凹状溝２１０のＥＧＲ通路１０１の内壁底部付近に、凝縮水がＥＧＲ通路１０１の長手方向に沿って流れ易いように、凝縮水運搬溝として機能する溝部２１０Ａを設けて構成することができる。
【００４８】
また、図７に示すように、複数の凹状溝２１１のＥＧＲ通路１０１の内壁底部付近に、凝縮水がＥＧＲ通路１０１の長手方向に沿って流れ易いように、凝縮水運搬溝として機能する溝部２１１Ａを設けて構成することができる。
【００４９】
ところで、凝縮水貯留タンク２３０の底部には、捕集し回収した凝縮水を排出するためのドレンバルブを設けることができる。また、捕集し回収した凝縮水を吸着保持する吸着剤を凝縮水貯留タンク２３０の内部に設けて構成することもできる。
【００５０】
なお、ＥＧＲ通路１０１が吸気通路２と合流した後は、新気と混合されることでガスの酸濃度（例えば硫酸濃度）が低下するため、酸露点（硫酸が結露する温度）が下降して、凝縮水は発生し難くなる。このため、凝縮水捕集部２００は、ＥＧＲクーラ１１０のＥＧＲガス流れ下流側のＥＧＲ通路１０１であって吸気通路２との合流部上流に設けることが好ましい。但し、これに限定されるものではなく、内燃機関１の仕様や使用環境等、延いては凝縮水の発生態様などによっては、凝縮水捕集部２００をＥＧＲ通路１０１の他の部位に配設することができる。
【００５１】
ところで、凝縮水捕集部２００は、ＥＧＲガスの流れ方向に沿って複数段配設することもできる。
【００５２】
また、本実施例では、ＥＧＲ通路１０１に凝縮水捕集部２００を設けて構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＧＲクーラ１１０内のＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路部分に凝縮水捕集部２００を設けた構成とすることも可能である。
【００５３】
また、本発明に係る内燃機関は、特に限定されるものではなく、例えば、車両に搭載されるものに限らず定置式のものにも本発明は適用可能であり、またディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、その他の燃料を燃焼方式に関わらず燃焼させる内燃機関に適用可能である。
【００５４】
また、燃料中に硫黄を含む場合について説明したが、これに限定されるものではなく、硫黄分が除去された燃料の場合であっても本発明は適用可能であり、そのような場合であっても水分による内燃機関への腐食や損傷等を効果的に抑制できる点で有益である。
【００５５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、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できるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１              内燃機関
２              吸気通路
３              過給器
３Ａ            コンプレッサ
３Ｂ            排気タービン
４              インタークーラ
５              燃焼室
６              排気通路
７              排気通路
１００          ＥＧＲ装置
１０１          ＥＧＲ通路
１１０          ＥＧＲクーラ
１２０          ＥＧＲバルブ
２００          凝縮水捕集部
２１０          凹状溝（螺旋状）
２１０Ａ        溝部（凝縮水運搬溝）
２１１          凹状溝（円環状）
２１１Ａ        溝部（凝縮水運搬溝）
２２０          連絡通路
２３０          凝縮水貯留タンク（貯留部）
２１２          凸状部（螺旋状）
２１２Ａ        切欠き溝（凝縮水運搬溝）
２１３          凸状部（円環状）
２１３Ａ        切欠き溝（凝縮水運搬溝）
【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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【図６】
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【図７】
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