(57)【要約】【課題】簡単な構成により凝縮水がエンジンに吸入されることを防止しかつ吸気系部品の過熱を防止した排ガス再循環装置を提供する。【解決手段】エンジン１０の排ガスを過給器２０より上流の吸気管路３１内に導入する第１の排ガス循環流路５１と、第１の排ガス循環流路に対して高温高圧の排ガスを過給器より下流の吸気管路内に導入する第２の排ガス循環流路６１とを備える排ガス再循環装置５０，６０を、吸気管路と第２の排ガス循環流路との合流部に、第２の排ガス循環流路に沿って設けられ吸気管路内の凝縮水Ｗが流入して貯留される貯留部Ｓを設けた構成とする。【選択図】図３
2011208575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排ガスを過給器より上流の吸気管路内に導入する第１の排ガス循環流路と、
前記第１の排ガス循環流路に対して高温高圧の排ガスを前記過給器より下流の前記吸気管路内に導入する第２の排ガス循環流路と
を備える排ガス再循環装置であって、
前記吸気管路と前記第２の排ガス循環流路との合流部に、前記第２の排ガス循環流路に沿って設けられ前記吸気管路内の凝縮水が流入して貯留される貯留部を設けたこと
を特徴とする排ガス再循環装置。
【請求項２】
前記貯留部の内周面は前記第２の排ガス循環流路の外周面と共通であり、前記貯留部の外周面は前記内周面を包囲する筒状に形成されること
を特徴とする請求項１に記載の排ガス再循環装置。
【請求項３】
前記貯留部は所定以上の水位となったときに貯留された凝縮水を前記第２の排ガス循環流路内へ流出させること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排ガス再循環装置。
【請求項４】
前記吸気管路内における前記貯留部の上流側に凝縮水の飛散を防止する飛散防止手段を設けたこと
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガスを吸気側に還流させる排ガス再循環（ＥＧＲ）装置に関し、特に排ガスの冷却により発生する凝縮水のエンジン側への侵入を防止したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用のエンジンにおいては、排ガスの一部を抽出して吸気管路に導入し、燃焼用空気（新気）に混合することによって、燃焼温度のコントロールやポンプ損失の低減等を図っている。
また、ターボチャージャ等の過給器を有するエンジンの場合には、過給後の新気中に排ガスを導入する高圧ＥＧＲに加えて、過給前の新気中に排ガスを導入する低圧ＥＧＲが行われる場合がある。
【０００３】
排ガスは、通常ＥＧＲクーラによって冷却されてから新気中に導入される。また、過給器上流側に排ガスが導入される低圧ＥＧＲの場合には、新気と混合された状態でコンプレッサによって加圧され、その後インタークーラによって再度冷却される。
ＥＧＲとして戻される排ガス中に含まれる水蒸気は、これらの冷却を受けることによって凝縮し、吸気管内で液相の凝縮水となる場合がある。このような凝縮水がエンジン本体に吸入された場合、排ガス中の成分が溶解した凝縮水の強酸性に起因する腐食や、量が多くなった場合のウォーターハンマー現象の発生などエンジンの耐久性等に懸念が生じる。
【０００４】
ＥＧＲに起因する凝縮水への対策に関する従来技術として、例えば特許文献１には、ＥＧＲガス通路を側面視においてＶ字型に屈曲させ、その下端部に凝縮水タンクを形成し、凝縮水が所定の水位となったときにドレンバルブを開放して外部へ排出することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２６９４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した従来技術においては、凝縮水タンクの水位検出やドレンバルブの開閉のためにセンサやアクチュエータ等を設ける必要があり、ＥＧＲ装置の構成が複雑化してしまう。さらに、ＥＧＲ配管をＶ字状に屈曲させることから、流路抵抗が大きくなりＥＧＲ制御のレスポンスの悪化が懸念される。
【０００７】
一方、近年軽量化等を目的として、吸気系部品の樹脂化が推進されている。特に、ＥＧＲにより排ガスが導入される部分の吸気系部品を樹脂によって形成することができれば、耐酸性が高く腐食の懸念がないことから有利である。しかし、上述したような高圧ＥＧＲでは、高温の排ガスを導入させるので、熱による損傷を防止するため適切な温度範囲を維持することが必要となる。
本発明の課題は、簡単な構成により凝縮水がエンジンに吸入されることを防止しかつ吸気系部品の過熱を防止した排ガス再循環装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、エンジンの排ガスを過給器より上流の吸気管路内に導入する第１の排ガス循環流路と、前記第１の排ガス循環流路に対して高温高圧の排ガスを前記過給器より下流の前記吸気管路内に導入する第２の排ガス循環流路とを備える排ガス再循環装置であって、前記吸気管路と前記第２の排ガス循環流路との合流部に、前記第２の排ガス循環流路に沿って設けられ前記吸気管路内の凝縮水が流入して貯留される貯留部を設けたことを特徴とする排ガス再循環装置である。
これによれば、貯留部に貯留された凝縮水はその顕熱及び気化潜熱によって第２の排ガス循環流路と吸気管路との接続部近傍を冷却するため、これら吸気系部品の過熱を防止することができる。これによって軽量かつ耐腐食性に優れる樹脂部品の採用を拡大することができ、同時にコストダウンも図ることができる。
また、凝縮水は自重によって貯留部に流入し、その後蒸発あるいは流出して処理されるため、水位の検出やドレンバルブによる排出を行う必要がなく、装置の構成を簡素化することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、前記貯留部の内周面は前記第２の排ガス循環流路の外周面と共通であり、前記貯留部の外周面は前記内周面を包囲する筒状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の排ガス再循環装置である。
これによれば、貯留部と第２の排ガス循環流路とを２重管構造として、貯留部内の凝縮水によって第２の排ガス循環流路の周囲を全周にわたって直接冷却することができる。
【００１０】
請求項３の発明は、前記貯留部は所定以上の水位となったときに貯留された凝縮水を前記第２の排ガス循環流路内へ流出させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排ガス再循環装置である。
これによれば、貯留部から溢れ出た凝縮水を第２の排ガス循環流路内へ流出させることによって、第２の排ガス循環流路内を冷却しつつ凝縮水を高温の高圧ＥＧＲガスに直接曝して蒸発させることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、前記吸気管路内における前記貯留部の上流側に凝縮水の飛散を防止する飛散防止手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排ガス再循環装置である。
これによれば、新気中に飛沫として含まれる凝縮水を捕捉して、吸気管路の内壁を経由し貯留部へ導くことができ、凝縮水の飛沫がエンジン内に吸入されることを防止できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成により凝縮水がエンジンに吸入されることを防止しかつ吸気系部品の過熱を防止した排ガス再循環装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した排ガス再循環装置の実施例を含むエンジンの構成を示す模式図である。
【図２】図１のII部模式的拡大断面図である。
【図３】図２に示す貯留部（凝縮水溜め）の使用状態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、排ガスが冷却されて生じる凝縮水がエンジンに吸入されることを防止しかつ高圧排ガス循環配管の過熱を防止した排ガス再循環装置を提供する課題を、高圧ＥＧＲ配管のインテークダクト側の端部を２重管構造とし、内管と外管との間に凝縮水が自重により流入する貯留部を設けることによって解決した。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を適用した排ガス再循環（ＥＧＲ）装置の実施例及びこれを備えるエンジンについて説明する。
図１に示すように、エンジン１０には、ターボチャージャ２０、吸気システム３０、排気システム４０、低圧ＥＧＲ装置５０、高圧ＥＧＲ装置６０等が設けられている。
なお、低圧ＥＧＲ装置５０及び高圧ＥＧＲ装置６０は、協働して本発明の排ガス再循環装置を構成する。
また、図中において比較的高温の排ガス、ＥＧＲガスの流れを黒矢印で示し、常温の新気及び冷却後のＥＧＲガスの流れを白矢印で示している。
エンジン１０は、例えば水平対向、直列、Ｖ型等のディーゼルエンジンであって、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載されるものである。
【００１６】
ターボチャージャ２０は、コンプレッサ２１、タービン２２等を備えた過給器である。
コンプレッサ２１は、エンジン１０が吸入する燃焼用空気（新気）を圧縮する遠心式の圧縮機である。
タービン２２は、エンジン１０の排気エネルギを用いてコンプレッサ２１を駆動するものである。
【００１７】
吸気システム３０は、エンジン１０に新気を導入する管路であるインテークダクト３１を備えている。インテークダクト３１のエンジン１０側の端部には、各気筒のインテークポートに新気を配分する分岐管である図示しないインテークマニホールドが設けられている。
インテークダクト３１は、上流側（エンジン１０から離れた側）から順に、エアクリーナ３２、エアフローメータ３３、コンプレッサ２１、インタークーラ３４、スロットル３５が設けられている。
【００１８】
エアクリーナ３２は、インテークダクト３１に吸入された外気をろ過し、ダスト等を除去するものである。
エアフローメータ３３は、通過する新気の流量を検出し、図示しないエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に伝達するものである。
インタークーラ３４は、コンプレッサ２１で加圧され高温となった新気を、例えば走行風との熱交換によって冷却するものである。
スロットル３５は、インテークダクト３１の流路断面積を絞るバタフライバルブであるスロットルバルブを備えている。
【００１９】
排気システム４０は、エンジン１０から排出された燃焼済みガス（排ガス）を排出するエキゾーストパイプ４１を備えている。エキゾーストパイプ４１のエンジン１０側の端部には、各気筒のエキゾーストポートからの排気を合流させる集合管である図示しないエキゾーストマニホールドが設けられている。
エキゾーストパイプ４１は、上流側（エンジン１０側）から順に、タービン２２、排ガス後処理装置４２、背圧調整バルブ４３、マフラ４４等を備えている。
【００２０】
排ガス後処理装置４２は、酸化触媒コンバータ、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、選択還元触媒（ＳＣＲ）コンバータ等を備え、排ガス中のＮＯｘ、ＰＭ、ハイドロカーボン等を低減するものである。
背圧調整バルブ４３は、エキゾーストパイプ４１の流路を絞ることによって、それより上流側におけるエキゾーストパイプ４１内の排気圧力（背圧）を調節するものである。
マフラ４４は、排気騒音を低減する消音器等を備えている。
【００２１】
低圧ＥＧＲ装置５０は、エキゾーストパイプ４１における排ガス後処理装置４２と背圧調整バルブ４３との間から、排ガスの一部を低圧ＥＧＲガスとして抽出し、インテークダクト３１におけるエアフローメータ３３とコンプレッサ２１との間に導入する低圧ＥＧＲ配管５１を備えている。
【００２２】
低圧ＥＧＲ配管５１には、上流側（エキゾーストパイプ４１側）から順に、ＥＧＲクーラ５２、ＥＧＲバルブ５３が設けられている。
ＥＧＲクーラ５２は、低圧ＥＧＲガスを冷却する熱交換器である。
ＥＧＲバルブ５３は、低圧ＥＧＲガスの流量を制御するものである。
【００２３】
高圧ＥＧＲ装置６０は、エキゾーストパイプ４１におけるエンジン１０とタービン２２との間から、排ガスの一部を高圧ＥＧＲガスとして抽出し、インテークダクト３１におけるスロットル３５とエンジン１０との間に導入する高圧ＥＧＲ配管６１を備えている。
高圧ＥＧＲガスは、上述した低圧ＥＧＲガスに対して、高圧かつ高温となっている。
【００２４】
高圧ＥＧＲ配管６１には、上流側（エキゾーストパイプ４１側）から順に、ＥＧＲクーラ６２、ＥＧＲバルブ６３が設けられている。
ＥＧＲクーラ６２は、高圧ＥＧＲガスを冷却する熱交換器である。
ＥＧＲバルブ６３は、高圧ＥＧＲガスの流量を制御するものである。
【００２５】
図２（ａ）は、図１のII部拡大模式的断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ−ｂ部矢視断面図である。
インテークダクト３１と高圧ＥＧＲ配管６１との合流部においては、インテークダクト３１は水平方向にほぼ沿って配置され、高圧ＥＧＲ配管６１の端部は、鉛直方向にほぼ沿って配置されるとともに、インテークダクト３１の下部に接続され連通している。
【００２６】
高圧ＥＧＲ配管６１の端部は、同心に配置された円筒状の内管６４及び外管６５からなる２重管構造となっている。この２重管構造の下端部には、内管６４と外管６５との間にわたして設けられた底面部６６によって閉塞されている。底面部６６は、ＥＧＲバルブ６３の上端部近傍に配置されている。
高圧ＥＧＲ配管６１内を流れてきた高圧ＥＧＲガスは、内管６４からインテークダクト３１内に導入される。
外管６５の上端部は、全周にわたってインテークダクト３１の外周面と接合されている。
内管６４、外管６５、底面部６６によって構成される空間部である貯留部Ｓの上端部は、インテークダクト３１の下部においてインテークダクト３１と連通している。この貯留部Ｓは、低圧ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ５２及びインタークーラ３４内で冷却された際に、含まれる水蒸気が凝縮して発生する凝縮水が自重によって流入し貯留される凝縮水溜めとして機能する。
内管６４の上端部は、エンジン１０側への凝縮水の漏出を防止するため、インテークダクト３１の下面よりも低い位置に配置されている。
【００２７】
また、インテークダクト３１内におけるスロットル３５の出口部分には、流路断面を横断するように、例えば金網等のメッシュＭが設けられる。このメッシュＭは、新気中の凝縮水の飛沫を捕捉して飛散を防止する。
【００２８】
メッシュＭに捕捉され、また、インテークダクト３１の内周面に沿って流れてきた凝縮水は、自重によってインテークダクト３１の下部に集まり、新気の流れに同伴してエンジン１０側に流れる。
インテークダクト３１の下部を流れる凝縮水は、貯留部Ｓ上部の開口部まで到達すると、ここから貯留部Ｓに流入する。
【００２９】
図３に示すように、貯留部Ｓに貯留された凝縮水Ｗは、その水位が内管６４の上端部まで到達すると、一部は内管６４の上端部を超えて溢れ、内管６４の内周面に沿って高圧ＥＧＲ配管６１内へ自重により降下する。高圧ＥＧＲ配管６１内に流下した凝縮水は、高温の高圧ＥＧＲガスに直接曝されることによって加熱され蒸発する。
また、凝縮水Ｗの一部は、高圧ＥＧＲガスによって熱せられることによって貯留部Ｓ内において蒸発する。
【００３０】
以上説明した実施例によれば、低圧ＥＧＲガスが冷却されて生じた凝縮水は貯留部Ｓ内に貯留され、その後内管６４内に流入したり、蒸発することによって処理されるので、例えばタンクの水位に応じてドレンバルブを開閉する従来技術に対して、ＥＧＲ装置の構成を簡素化することができる。
また、貯留部Ｓに貯留された凝縮水、及び、ここから内管６４の内部に流入した凝縮水は、その顕熱及び気化潜熱によって、高圧ＥＧＲ配管６１のインテークダクト３１側の端部近傍を冷却し、周辺のインテークダクト３１、インテークマニホールド、高圧ＥＧＲ配管６１等の温度を低下させる。
これによって、インテークダクト３１やインテークマニホールドを、例えば１６０℃以下の耐熱性であるＰＰ、ＰＡ等の樹脂材料で形成した場合であっても耐熱温度以下を保ち、耐久性を確保することができる。これによって、インテークマニホールド等を樹脂一体成型品とすることができ、軽量化、コストダウン等を図ることができる。
なお、凝縮水にＥＧＲガス中の硫黄分が溶解すると、凝縮水が強酸性となることから、このような吸気系部品の樹脂化を行うことができれば、耐腐食性の観点からも有利である。
さらに、スロットル３５の出口部分にメッシュＭを設けたことにより、凝縮水の飛沫がエンジン１０に吸入されることを防止できる。
【００３１】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、エンジン、吸排気システム、ＥＧＲ装置等の詳細な構成は上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、凝縮水が貯留される貯留部は、実施例のような２重管構造に限らず、その他の形態であってもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１０    エンジン                    ２０    ターボチャージャ
２１    コンプレッサ                ２２    タービン
３０    吸気システム                ３１    インテークダクト
３２    エアクリーナ                ３３    エアフローメータ
３４    インタークーラ              ３５    スロットル
Ｍ    メッシュ
４０    排気システム                ４１    エキゾーストパイプ
４２    排ガス後処理装置            ４３    背圧調整バルブ
４４    マフラ
５０    低圧ＥＧＲ装置              ５１    低圧ＥＧＲ配管
５２    ＥＧＲクーラ                ５３    ＥＧＲバルブ
６０    高圧ＥＧＲ装置              ６１    高圧ＥＧＲ配管
６２    ＥＧＲクーラ                ６３    ＥＧＲバルブ
６４    内管                        ６５    外管
６６    底面部                        Ｓ    貯留部
Ｗ    凝縮水
【図１】
2011208575.tif 000003
【図２】
2011208575.tif 000004
【図３】
2011208575.tif 000005