(57)【要約】【課題】ターボコンパウンドシステムに対応して排気再循環を効率よく行なえる過給機付内燃機関を提供する。【解決手段】ターボチャージャ６とパワータービン８が付帯する直列気筒配置のエンジン１に、その排気マニホールド２の前端部と後端部の双方に連なり且つ中間部分で合流してエンジン吸気経路のコンプレッサ４よりも下流側へ至るＥＧＲ管路１１を設けている。  ＥＧＲ管路１１の合流個所１２よりも排気Ｇの流通方向上流側に位置する管路並行部分１３には、水冷式のＥＧＲクーラ１４が組み込んであり、ＥＧＲ管路１１の合流個所１２よりも排気Ｇの流通方向下流側に位置する管路単一部分１５には、空冷式のＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブ１０が組み込んである。  つまり、吸気マニホールド５へ還流すべき排気Ｇを水冷式のＥＧＲクーラ１４と空冷式のＥＧＲクーラ１６によって冷やす。【選択図】図１
2006132374.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとターボチャージャとパワータービンを備え、ターボチャージャのタービンをエンジンの排気で作動させ且つターボチャージャのコンプレッサが圧縮した吸気をインタクーラを介してエンジンへ送給し、更に、タービンを経た後の排気によりパワータービンを作動させる過給機付内燃機関において、エンジン排気経路のタービンよりも上流側からエンジン吸気経路のコンプレッサよりも下流側へ至るＥＧＲ管路を設け、当該ＥＧＲ管路に、空冷式排気冷却手段を組み込んだことを特徴とする過給機付内燃機関。
【請求項２】
空冷式排気冷却手段とは別に、ＥＧＲ管路に液冷式排気冷却手段を組み込んだ請求項１に記載の過給機付内燃機関。
【請求項３】
空冷式排気冷却手段よりも排気流通方向上流側に位置するように、ＥＧＲ管路に液冷式排気冷却手段を組み込んだ請求項２に記載の過給機付内燃機関。
【請求項４】
複数の液冷式排気冷却手段をＥＧＲ管路に並列に組み込んだ請求項３に記載の過給機付内燃機関。
【請求項５】
エンジンとターボチャージャとパワータービンを備え、ターボチャージャのタービンをエンジンの排気で作動させ且つターボチャージャのコンプレッサが圧縮した吸気をインタクーラを介してエンジンへ送給し、更に、タービンを経た後の排気によりパワータービンを作動させる過給機付内燃機関において、エンジンの排気マニホールドの一端部と他端部の双方に連なり且つ中間部分で合流してエンジン吸気経路のコンプレッサよりも下流側へ至るＥＧＲ管路を設け、当該ＥＧＲ管路の合流個所よりも排気マニホールド側に位置している管路並行部分のそれぞれに液冷式排気冷却手段を組み込み、また、前記ＥＧＲ管路の合流個所よりもエンジン吸気経路側に位置している管路単一部分に空冷式排気冷却手段を組み込んだことを特徴とする過給機付内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過給機付内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２はターボコンパウンドシステムを採用した従来の過給機付内燃機関の一例であり、車両に搭載したエンジン１と、該エンジン１の排気マニホールド２から送出される排気Ｇによってタービン３を作動させ且つコンプレッサ４で圧縮した吸気Ａをエンジン１の吸気マニホールド５へ向けて送給するターボチャージャ６と、コンプレッサ４の吸気送出口と吸気マニホールド５の間に介在するインタクーラ７と、タービン３から送出される排気Ｇによって作動し且つその回転を車両駆動系に伝達する動力回収用のパワータービン８とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この他に、エンジン排気経路のタービン３よりも上流側からエンジン吸気経路のインタクーラ７よりも下流側へ至るＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）管路９を設け、当該ＥＧＲ管路９に、エンジン吸気経路へ還流すべき排気Ｇの流量調整用のＥＧＲバルブ１０を組み込んでいる。
【０００４】
エンジン１が稼働状態であるとき、排気マニホールド２から送出される排気Ｇの大部分はタービン３へ流入してコンプレッサ４を駆動した後、パワータービン８へ流入して動力回収に寄与する。
【０００５】
また、コンプレッサ４に流入し且つ圧縮された吸気Ａは、空冷式のフィン形熱交換器であるインタクーラ７を経由して吸気マニホールド５へ送給され、同時に排気マニホールド２から送出される排気Ｇの一部がＥＧＲ管路９へ流入し、ＥＧＲバルブ１０で流量調整が行なわれた排気Ｇが吸気Ａとともに吸気マニホールド５へ送給される。
【０００６】
これにより、気筒内の燃焼温度の低下が図られ、ＮＯｘの発生が低減することになる。
【０００７】
更に、動力回収用のパワータービン８をターボチャージャ６の後段に設けてあるターボコンパウンドシステムではタービン３の入口圧力が高くなるので、大量の排気ＧをＥＧＲ管路９を介してエンジン吸気経路へ送り込むことができる。
【０００８】
ＮＯｘの発生を今まで以上に抑えるためには、ＥＧＲ管路９に公知の液冷（水冷）式の管形熱交換器であるＥＧＲクーラを組み込んでエンジン１の冷却系、すなわち、エンジン１のウォータジャケットとラジエータの間を行き来するクーラントを冷媒に用いて、吸気マニホールド５へ還流する排気Ｇの温度を下げることが考えられる。
【特許文献１】特開平８−２４０１５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが大量の排気Ｇの温度を下げるのにあたっては、単にＥＧＲクーラの容量を増大するだけでは止まらず、クーラントが奪取した熱を大気中に放つ手段としてのラジエータの容量、並びにそれに付帯するファンの能力をも相応に増大させる必要が生じ、結果的にエンジンの冷却系が大きくなってしまう。
【００１０】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、ターボコンパウンドシステムに対応して排気再循環を効率よく行なえる過給機付内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明は、エンジンとターボチャージャとパワータービンを備え、ターボチャージャのタービンを経た後の排気によりパワータービンを作動させる過給機付内燃機関において、エンジン排気経路のタービンよりも上流側からエンジン吸気経路のコンプレッサよりも下流側へ至るＥＧＲ管路を設け、当該ＥＧＲ管路に、空冷式排気冷却手段を組み込んでいる。
【００１２】
これに加えて、ＥＧＲ管路に液冷式排気冷却手段を組み込む構成を採り、望ましくは、空冷式排気冷却手段の排気流通方向上流側に液冷式排気冷却手段を位置させ、あるいは、ＥＧＲ管路に液冷式排気冷却手段を並列に組み込むようにする。
【００１３】
より具体的には、エンジンの排気マニホールドの一端部と他端部の双方に連なり且つ中間部分で合流してエンジン吸気経路のコンプレッサよりも下流側へ至るＥＧＲ管路を過給機付内燃機関に設け、当該ＥＧＲ管路の合流個所よりも排気マニホールド側に位置している管路並行部分のそれぞれに液冷式排気冷却手段を組み込み、また、前記ＥＧＲ管路の合流個所よりもエンジン吸気経路側に位置している管路単一部分に空冷式排気冷却手段を組み込んだ構成とする。
【００１４】
本発明においては、エンジン排気経路からエンジン吸気経路へ還流する排気を、少なくともＥＧＲ管路に組み込んである空冷式排気冷却手段で冷やす。
【００１５】
また上記排気を、ＥＧＲ管路に組み込んである液冷式排気冷却手段で冷やした後、空冷式排気冷却手段によって更に冷やす。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の過給機付内燃機関によれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
【００１７】
（１）ＥＧＲ管路を経てエンジン吸気経路へ還流すべき排気を、少なくとも空冷式排気冷却手段により冷やすので、気筒内の燃焼温度が下がって排気再循環効率が向上する。
【００１８】
（２）液冷式排気冷却手段と空冷式排気冷却手段の双方をＥＧＲ管路に組み込んだ場合は、空冷式排気冷却手段の能力に応じて液冷式排気冷却手段の負荷が軽減され、エンジンの冷却系が大きくなることを抑制できる。
【００１９】
（３）ＥＧＲ管路に液冷式排気冷却手段を空冷式排気冷却手段の前段に位置するように組み込んだ場合は、液冷によって温度が大幅に下がった排気を空冷するので、空冷式排気冷却手段の能力を充分に発揮させることができる。
【００２０】
（４）ＥＧＲ管路の複数の液冷排気冷却手段を組み込んだ場合は、当該冷却手段の数を増減することによって各種のエンジンのそれぞれに適した排気冷却性能を設定できる。
【００２１】
（５）排気マニホールドの一端部と他端部の双方に連なるＥＧＲ管路の管路並行部分に液冷式排気冷却手段を組み込み、また、ＥＧＲ管路の管路単一部分に空冷式排気冷却手段を組み込んだ場合は、エンジンの各気筒が順に送出する排気を互いに干渉させることなくＥＧＲ管路を介してエンジン吸気経路へ送給できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２３】
図１は本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の一例を示すものであり、図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２４】
この過給機付内燃機関では、エンジン１の排気マニホールド２の前端部と後端部の双方に連なり且つ中間部分で合流してエンジン吸気経路のコンプレッサ４よりも下流側へ至るＥＧＲ管路１１を設けている。
【００２５】
ＥＧＲ管路１１の合流個所１２よりも排気Ｇの流通方向上流側に位置している管路並行部分１３が、排気マニホールド２の前端部と後端部の双方に連なっていることからも判るように、エンジン１は直列気筒配置となっている。
【００２６】
エンジン１の前端寄り気筒群（第１−３気筒）と後端寄り気筒群（第４−６気筒）は、いずれも各気筒のクランクピンの位相が１２０°ずれるように設定してあり、第１気筒、第４気筒、第２気筒、第６気筒、第３気筒、第５気筒の順序で着火が行なわれる。
【００２７】
つまり、前端寄り気筒群及び後端寄り気筒群から排気Ｇが交互に送出され、両気筒群の送出する排気Ｇが干渉を起こすことなくＥＧＲ管路１１のそれぞれの管路並行部分１３に流入する。
【００２８】
ＥＧＲ管路１１の管路並行部分１３には、液冷（水冷）式の管形熱交換器であるＥＧＲクーラ１４が組み込んであり、また、ＥＧＲ管路１１の合流個所１２よりも排気Ｇの流通方向下流側に位置している管路単一部分１５には、空冷式の熱交換器であるＥＧＲクーラ１６とＥＧＲバルブ１０が組み込んである。
【００２９】
従って、前端寄り気筒群から送出される排気Ｇは、一方のＥＧＲクーラ１４とその後段にある共通のＥＧＲクーラ１６を経て吸気マニホールド５へ送り込まれ、後端寄り気筒群から送出される排気Ｇは、他方のＥＧＲクーラ１４とその後段にある共通のＥＧＲクーラ１６を経て吸気マニホールド５へ送り込まれる。
【００３０】
ＥＧＲクーラ１４はエンジン１の冷却系、すなわち、エンジン１のウォータジャケットとラジエータの間を行き来するクーラントを冷媒に用いている。
【００３１】
ＥＧＲクーラ１６は、前述のＥＧＲクーラ１４を通過した排気Ｇをエンジン吸気経路のコンプレッサ４よりも下流側へ導く役割を果たす管路本体と、排気Ｇが熱を奪取するために管路本体の内部に設けた、例えば排気Ｇの進行方向へ延びる螺旋状の受熱部材と、当該受熱部材が排気Ｇより得た熱を大気中に放出するために管路本体の外面に設けた、例えばフィン状の放熱部材とを基礎的な要素として構成してあり、前記受熱部材はバッフル状であってもよい。
【００３２】
構造上、ＥＧＲクーラ１６は排気Ｇに対する流路抵抗が大きい（言い替えれば、排気Ｇから熱を奪取しやすい）が、動力回収用のパワータービン８をターボチャージャ６の後段に設けたターボコンパウンドシステムでは、元来タービン３の入口圧力が高くなる傾向にあるので、ＥＧＲクーラ１６をＥＧＲ管路１１に組み込んでも顕著な影響を及ぼすことはない。
【００３３】
１７はエアクリーナ、１８はマフラであって、エアクリーナ１７は、コンプレッサ４の吸気流入口に連なる吸気経路の上流部分に設けられ、マフラ１８は、パワータービン８の排気送出口に連なる排気経路の下流部分に設けられている。
【００３４】
エンジン１が稼働状態であるとき、排気マニホールド２から送出される排気Ｇの大部分はタービン３へ流入してコンプレッサ４を駆動した後、パワータービン８へ流入して動力回収に寄与し、マフラ１８を通って大気中へ放出される。
【００３５】
また、エアクリーナ１７からコンプレッサ４に流入し且つ圧縮された吸気Ａは、インタクーラ７を経由して吸気マニホールド５へ送給され、同時に排気マニホールド２から送出される排気Ｇの一部がＥＧＲ管路１１へ流入する。
【００３６】
前端寄り気筒群が送出する排気Ｇは、一方のＥＧＲクーラ１４においてエンジンクーラと熱の授受を行ない、温度を大幅に下げてから共通のＥＧＲクーラ１６により大気と熱の授受を行なって更に冷やされ、後端寄り気筒群が送出する排気Ｇは、一方のＥＧＲクーラ１４においてエンジンクーラと熱の授受を行ない、温度を大幅に下げてから共通のＥＧＲクーラ１６により大気と熱の授受を行なって更に冷やされることになる。
【００３７】
つまり、空冷式のＥＧＲクーラ１６の能力に応じて水冷式のＥＧＲクーラ１４の負荷を予め差し引くことが可能になるため、ラジエータの容量、並びにそれに付帯するファンの能力を増大させる必要がなく、エンジン１の冷却系が大きくなることを抑制できる。
【００３８】
また、反対の観点から述べるならば、エンジンクーラントにより温度が大幅に下がった排気ＧをＥＧＲクーラ１６で冷やすので、当該ＥＧＲクーラ１６の空冷能力を充分に発揮させることができる。
【００３９】
このように図１に示す過給機付内燃機関では、ＥＧＲ管路１１を経てエンジン吸気経路へ還流すべき排気Ｇを、２基の水冷式のＥＧＲクーラ１４とその後段にある共通の空冷式のＥＧＲクーラ１６により冷やすので、気筒内の燃焼温度が下がって排気再循環の効率がよくなり、ＮＯｘの発生が顕著に低減する。
【００４０】
なお、本発明の過給機付内燃機関は上述した実施の形態のみ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において変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の過給機付内燃機関は、様々な車種に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の一例を示す概念図である。
【図２】従来の過給機付内燃機関の一例を示す系統図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  エンジン
２  排気マニホールド
３  タービン
４  コンプレッサ
８  パワータービン
１１  ＥＧＲ管路
１２  合流個所
１３  管路並行部分
１４  ＥＧＲクーラ（液冷式排気冷却手段）
１５  管路単一部分
１６  ＥＧＲクーラ（空冷式排気冷却手段）
Ａ    吸気
Ｇ    排気
【図１】
2006132374.tif 000003
【図２】
2006132374.tif 000004