(57)【要約】    【課題】  ターボコンパウンドエンジンの出力及び燃費の向上と、排気の低公害化と、を同時に実現させる。    【解決手段】  排気マニホールド１８及び吸気マニホールド８を、排気行程が重ならない第１の気筒群１４及び第２の気筒群１６毎に夫々分割し、異なる気筒群に属する第１の排気マニホールド２０と第２の吸気マニホールド１７とをＥＧＲ通路２８を介して連通させるとともに、異なる気筒群に属する第２の排気マニホールド２１と第１の吸気マニホールド１５とをＥＧＲ通路２５を介して連通させる。これにより、排気パルスと吸気パルスが気筒群間で干渉することによる平滑化が抑制され、かつ、排気パルスと吸気パルスの位相が合うため、排気の還流が効率よく行われるとともに、排気エネルギーが効率よく高圧タービン１９に伝達され、高圧タービン１９の出力が向上し、ターボチャージャ１１による吸気の過給効果が高められる。【選択図】  図１
2005054710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気エネルギーにより吸気を過給するターボチャージャを有するとともに、前記ターボチャージャの高圧タービンを通過した後の排気により低圧タービンを回転させることによって排気のエネルギーを回収する多気筒のターボコンパウンドエンジンにおいて、
排気マニホールド及び吸気マニホールドを、少なくともその内部が排気行程が重ならない気筒群毎に分割し、
異なる気筒群に属する排気マニホールドと吸気マニホールドとを排気還流通路を介して夫々連通させたことを特徴とするターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。
【請求項２】
前記排気還流通路の流路断面積を増減させる可変絞り弁と、
前記エンジンの運転状態に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする請求項１に記載のターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記エンジンの回転速度及び負荷に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行うことを特徴とする請求項２に記載のターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。
【請求項４】
前記排気還流通路内を流通する排気を冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のターボコンパウンドエンジンの排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボコンパウンドエンジンに設けられた排気還流装置において、エンジンの出力及び燃費の向上と、排気の低公害化と、を同時に実現させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特開平９−２２２０２６号公報（特許文献１）に記載されているようなターボコンパウンドエンジンが提案されている。かかるターボコンパウンドエンジンは、ターボチャージャと排気エネルギー回収装置とを有している。ターボチャージャは、排気系に設けられたタービンと、このタービンに連結されるとともに吸気系に設けられたコンプレッサと、を含んで構成されており、排気によりタービンが回転することによってコンプレッサが回転しエンジンへの吸気を過給させる。排気エネルギー回収装置は、ターボチャージャの下流の排気系に更にタービンを設け、排気により回転するこのタービンの回転力をエンジンの出力軸に伝達する。これらにより、ターボコンパウンドエンジンは、出力及び燃費が向上する。
【０００３】
また、エンジンの排気の一部を吸気マニホールドに戻し、これを一種の不活性気体として燃焼温度を下げることで、排気中の窒素酸化物の低減を図る排気還流装置が知られている。
【特許文献１】特開平９−２２２０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気還流装置は、排気マニホールド内と吸気マニホールド内との圧力差を利用して、排気の一部を吸気系に還流する構成であるため、ターボコンパウンドエンジンに排気還流装置を設けると、次のような問題点があった。即ち、ターボチャージャの効率が高い場合には、吸気マニホールド内の圧力が、排気マニホールド内の圧力より高くなってしまい、排気を吸気系に還流させることができなくなってしまう。
【０００５】
また、ターボコンパウンドエンジンでは、排気が複数のタービンを通過するため、エンジンの背圧が高くなってしまう。これにより、ポンピング損失が大きくなり、特に低負荷時では出力及び燃費を低下させてしまうという問題点があった。
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、エンジンの出力及び燃費の向上と、排気の低公害化と、を同時に実現させる、ターボコンパウンドエンジンの排気還流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】
【０００６】
このため、請求項１記載の発明は、排気エネルギーにより吸気を過給するターボチャージャを有するとともに、前記ターボチャージャの高圧タービンを通過した後の排気により低圧タービンを回転させることによって排気のエネルギーを回収する多気筒のターボコンパウンドエンジンにおいて、排気マニホールド及び吸気マニホールドを、少なくともその内部が排気行程が重ならない気筒群毎に分割し、異なる気筒群に属する排気マニホールドと吸気マニホールドとを排気還流通路を介して夫々連通させたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記排気還流通路の流路断面積を増減させる可変絞り弁と、前記エンジンの運転状態に基づいて、前記可変絞り弁の作動制御を行う制御手段と、を有することを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記制御手段は、前記エンジンの回転速度及び負荷に基づいて、  前記可変絞り弁の作動制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
請求項４記載の発明は、前記排気還流通路内を流通する排気を冷却する冷却手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、ターボコンパウンドエンジンの各気筒から排出された排気は、排気行程が重ならない気筒群毎にまとめられ、ターボチャージャの高圧タービンに供給されるとともに、気筒群毎にまとめられた排気の一部が異なる気筒群に属する吸気マニホールドに還流されるので、気筒群間の干渉による排気パルス及び吸気パルスの平滑化が抑制される。しかも、排気パルスと吸気パルスの位相が合致するので、排気還流が効率よく行われ、エンジンの燃焼温度が低下し、排気中の窒素酸化物を低減させることができる。また、排気パルスの平滑化が抑制されるので、排気エネルギーが効率よく高圧タービンに伝達され、高圧タービンの出力が向上する。これにより、ターボチャージャによる過給効果が向上し、エンジンの出力及び燃費を向上させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、エンジンの運転状態に基づいて排気還流通路の流路断面積が増減するので、最適な排気還流を行うことができる。
請求項３記載の発明によれば、エンジンの回転速度及び負荷に基づいて、可変絞り弁の作動制御が行なわれるので、エンジンの制御等を行うために設けられているセンサを流用して排気還流の制御を行うことができる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、排気還流通路を流通する排気が冷却されるので、排気が低温となってエンジンの吸気に還流する。これにより、エンジンの燃焼温度がより低下するので、排気中の窒素酸化物をより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、６気筒のターボコンパウンドエンジンに本発明を適用した構成図である。
ターボコンパウンドエンジン（以下エンジンという）１は、エネルギー回収装置２を有している。エネルギー回収装置２は、低圧タービン３、減速装置４及び流体継手５を含んで構成されている。低圧タービン３は、エンジン１の排気管６に介装され、排気管６内を通過する排気により回転する。減速装置４は、低圧タービン３の回転を減速する。流体継手５は、エンジン１の回転変動によるエンジン１の出力軸７と減速装置４との間の相対変位を吸収しつつ、減速装置４からエンジン１の出力軸７へ回転力を伝達する。これにより、エネルギー回収装置２は、排気エネルギーを回収してエンジン１の回転エネルギーに用いることによって、エンジン１のエネルギー効率を向上させることができる。
【００１３】
エンジン１の吸気ポートには、吸気マニホールド８を介して吸気管９が接続されている。吸気管９には、上流より、外気から塵埃等の不純物を取り除くエアクリーナ１０、ターボチャージャ１１を構成するコンプレッサ１２及び吸気を冷却するインタークーラ１３が介装されている。吸気マニホールド８は、排気行程の重ならない気筒（♯１、♯２、♯３）により構成される第１の気筒群１４の吸気ポートに接続された第１の吸気マニホールド１５と、第１の気筒群１４以外の気筒（♯４、♯５、♯６）により構成される第２の気筒群１６の吸気ポートに接続された第２の吸気マニホールド１７と、の２つに分割されている。
【００１４】
一方、エンジン１の排気ポートには、排気マニホールド１８を介して、ターボチャージャ１１を構成する高圧タービン１９が接続されている。排気マニホールド１８は、第１の気筒群１４の排気ポートに接続された第１の排気マニホールド２０と、第２の気筒群１６の排気ポートに接続された第２の排気マニホールド２１と、の２つに分割されている。なお、吸気マニホールド１５及び排気マニホールド１８は、その内部が排気行程の重ならない気筒群毎に２つに分割されていれば、夫々一体であってもよい。そして、高圧タービン１９には、低圧タービン３が介装された排気管６が接続されており、更に、低圧タービン３の下流には、排気を消音するマフラ２２が介装されている。
【００１５】
第１の吸気マニホールド１５と第２の排気マニホールド２１とは、ＥＧＲバルブ２３（可変絞り弁）及びＥＧＲクーラ２４（冷却手段）を介したＥＧＲ通路２５（排気還流通路）により連通している。また、第２の吸気マニホールド１７と第１の排気マニホールド２０とは、ＥＧＲバルブ２６（可変絞り弁）及びＥＧＲクーラ２７（冷却手段）を介装したＥＧＲ通路２８（排気還流通路）により連通している。ＥＧＲバルブ２３、２６は、マイクロコンピュータを内蔵したコントローラ３１（制御手段）からの信号により、ＥＧＲ通路２５、２８の流路断面積を増減させる。
【００１６】
エンジン１には、回転速度を検出する回転速度センサ３２と、燃料供給量、吸入空気流量、又は吸入負圧等の負荷を検出する負荷センサ３３と、が設けられている。コントローラ３１は、回転速度センサ３２及び負荷センサ３３からエンジン１の回転速度及び負荷を入力して、ＥＧＲ流量を演算し、このＥＧＲ流量に基づいてＥＧＲバルブ２３、２６をデューティ制御する。なお、このＥＧＲ流量の演算は、あらかじめコントローラ３１に、エンジン１の回転速度及び負荷に対応したＥＧＲ流量を設定したマップを記憶させておき、このマップから、エンジン１の回転速度及び負荷に対応したＥＧＲ流量を読み出すことによって行われる。
【００１７】
次に、このようなエンジン１の排気還流装置の動作について説明する。
エンジン１の各排気ポートから排出された排気は、第１の排気マニホールド２０又は第２の排気マニホールド２１を通過して、高圧タービン１９に供給される。高圧タービン１９は、これらの排気により回転し、コンプレッサ１２を回転駆動させる。
高圧タービン１９を通過した排気は、低圧タービン３を通過した後、マフラ２２を通過して大気中へ放出される。低圧タービン３は、この排気により回転駆動する。低圧タービン３の回転は、減速装置４により減速され、流体継手５を介してエンジン１の回転変動を吸収しつつ、エンジン１の出力軸７に伝達される。これにより、エンジン１の排気エネルギーが回収されエンジン１の回転エネルギーに用いられるので、エンジン１の出力及び燃費が向上する。
【００１８】
一方、エアクリーナ１０に吸い込まれた外気は、エンジン１の吸気として、エアクリーナ１０により塵埃等の不純物が除去された後、コンプレッサ１２により圧縮される。この圧縮された吸気は、高温となるが、インタークーラ１３を通過することによって冷却される。これにより、吸気の体積が減少し、エンジン１の吸気効率が向上する。インタークーラ１３にて冷却された吸気は、第１の吸気マニホールド１５又は第２の吸気マニホールド１７を通過して、エンジン１の各気筒に供給される。
【００１９】
異なる気筒群に属する第１の排気マニホールド２０と第２の吸気マニホールド１７とをＥＧＲ通路２８を介して連通させるとともに、異なる気筒群に属する第２の排気マニホールド２１と第１の吸気マニホールド１５とをＥＧＲ通路２５を介して連通させたので、第１の排気マニホールド２０を通過する排気の一部は、ＥＧＲ通路２８を通過して、第２の吸気マニホールド１７に還流される一方、第２の排気マニホールド２１を通過する排気の一部は、ＥＧＲ通路２５を通過して、第１の吸気マニホールド１５に還流される。これにより、気筒群間で干渉することによる排気パルス及び吸気パルスの平滑化が抑制され、しかも、図２に示すように、排気パルスと吸気パルスの位相が合致するので、排気圧と吸気圧との差が最大限に利用され、排気還流が効率よく行われる。したがって、エンジン１の燃焼温度をより低下させ、排気中の窒素酸化物を低減させることができる。また、排気パルスの平滑化が抑制されるので、排気エネルギーが効率よく高圧タービン１９に伝達され、高圧タービン１９の出力が向上する。これにより、ターボチャージャ１１による吸気の過給効果が高められ、エンジン１の出力が向上する。
【００２０】
更に、回転速度センサ３２及び負荷センサ３３により夫々検出されたエンジン１の回転速度及び負荷に基づいて、コントローラ３１は、ＥＧＲバルブ２３及びＥＧＲバルブ２６を作動制御する。これにより、エンジン１の制御等を行うために設けられているセンサを流用して、最適な排気還流を行うことができる。
また、ＥＧＲ通路２５、２８に、夫々ＥＧＲクーラ２４、２９を設けたので、ＥＧＲ通路２５、２８を通過する排気は冷却され、エンジン１への吸気の温度がより低下し、エンジン１の燃焼温度を更に下げることができる。
【００２１】
なお、本実施例では、エンジン１が６気筒である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、エンジン１が複数の気筒を有し、排気行程が重ならない複数の気筒群に分けられるものであれば、同様に実施できる。
また、本実施例では、排気マニホールド１８及び吸気マニホールド８を夫々２つに分割したが、排気行程が重ならない気筒群毎に分けられれば、３つ以上に分割しても同様に実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例におけるターボコンパウンドエンジンの排気還流装置の構成図
【図２】６気筒のターボコンパウンドエンジンの排気及び吸気パルスを示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００２３】
１  ターボコンパウンドエンジン
３  低圧タービン
８  吸気マニホールド
１１  ターボチャージャ
１５  第１の吸気マニホールド
１７  第２の吸気マニホールド
１８  排気マニホールド
１９  高圧タービン
２０  第１の排気マニホールド
２１  第２の排気マニホールド
２３、２６  ＥＧＲバルブ
２４、２７  ＥＧＲクーラ
２５、２８  ＥＧＲ通路
３１  コントローラ
【図１】
2005054710.tif 000003
【図２】
2005054710.tif 000004