(57)【要約】【課題】コンプレッサのサージの発生を防止し、全ての運転領域でＥＧＲの効用が得られ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２のタービン３をエンジン１の排気Ｇで作動させ、ターボチャージャ２のコンプレッサ４が圧縮した吸気Ａをインタクーラ１７を介してエンジン１へ送給する過給機付内燃機関において、エンジン１の排気マニホールド６とコンプレッサ４の下流側をＥＧＲ管路３１により接続し、このＥＧＲ管路３１に連なり且つコンプレッサ４の上流側に至る別のＥＧＲ管路２３を設けて、ＥＧＲ管路３１で分流した排気Ｇのうちの一部を、別のＥＧＲ管路２３からコンプレッサ４の上流側へ導く構成としている。【選択図】図１
2005054620.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を備え、該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す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第１のＥＧＲ管路を設け、該第１のＥＧＲ管路に連なり且つエンジン吸気経路のコンプレッサよりも上流側に至る第２のＥＧＲ管路を設けたことを特徴とする過給機付内燃機関。
【請求項２】
エンジンとターボチャージャを備え、該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す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第１のＥＧＲ管路を設け、該第１のＥＧＲ管路とは別に、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上流側に至る第２のＥＧＲ管路を設けたことを特徴とする過給機付内燃機関。
【請求項３】
第１のＥＧＲ管路及び第２のＥＧＲ管路のそれぞれに、ＥＧＲバルブを組み込んだ請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の過給機付内燃機関。
【請求項４】
エンジン吸気経路のコンプレッサよりも上流側へ至るＥＧＲ経路に組み込んだＥＧＲクーラの上流側に、パティキュレート捕集用のフィルタを設けた請求項１あるいは請求項２のいずれかに記載の過給機付内燃機関。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＥＧＲ装置を装備した過給機付内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス再循環（ＥＧＲ:Exhaust Gas Recirculation）を適用した過給機付内燃機関では、エンジン排気経路から分流した排気をエンジン吸気経路へ送給し、シリンダ内における燃料の燃焼を抑制して燃焼温度の低下を図り、ＮＯｘの発生を低減させるようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この過給機付内燃機関は図３に示すように、エンジン１とターボチャージャ２を備え、当該ターボチャージャ２は、タービン３、コンプレッサ４、タービン翼車をコンプレッサ翼車に連結する伝達軸５などで構成されている。
【０００４】
タービン３は、排気導入口がエンジン１の排気マニホールド６に接続され、排気送出口が排気管７によりマフラ８に連通し、排気導入口には、流路断面調整機構（図示せず）が設けられている。
また、コンプレッサ４は、吸気導入口が吸気管９によりエアクリーナ１０に接続され、吸気送出口がインタクーラ１１を有する吸気管１２によりエンジン１の吸気マニホールド１３に連通している。
【０００５】
これに加えて、排気マニホールド６に、ＥＧＲクーラ１４とＥＧＲバルブ１５を直列に組み込んだＥＧＲ管路１６の上流端を接続し、吸気管１２のインタクーラ１１よりも下流側個所に、ＥＧＲ管路１６の下流端を接続している。
上記のインタクーラ１１には、空冷方式のフィン形熱交換器が用いられ、ＥＧＲクーラ１４には、液冷方式の管形熱交換器が用いられている。
【０００６】
図３に示す過給機付内燃機関では、エンジン１が稼働状態であるとき、排気Ｇの大部分は、排気マニホールド６からタービン３へ流入してコンプレッサ４を駆動し、排気管７やマフラ８などを経て大気中に放出される。
また、エアクリーナ１０、吸気管９を経てコンプレッサ４に流入し且つ圧縮された吸気Ａは、吸気管１２やインタクーラ１１を通って吸気マニホールド１３へ送給され、同時に排気Ｇの一部が排気マニホールド６からＥＧＲ管路１６へ流入して、ＥＧＲクーラ１４で冷却され且つＥＧＲバルブ１５により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１３へ送給される。
【０００７】
これにより、エンジン１のシリンダ内における酸素濃度が抑制されて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。
なお、図３に示す過給機付内燃機関におけるコンプレッサ４の全負荷作動線（入口圧力Ｐ１に対する出口圧力Ｐ２の割合と通過気体流量との関係を示す線図）は、図４に鎖線で表記されるような傾向を呈し、この全負荷作動線の左側がサージ発生領域となる。
【特許文献１】特開平９−２５６９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図３に示す従来の過給機付内燃機関において、エンジン１が低速高負荷運転領域で稼働しているときに、ＥＧＲ管路１６から吸気マニホールド１３へ送給される排気Ｇの流量を多くするために、流路断面調整機構によってタービン３へ送給される排気Ｇの流量を抑えると、コンプレッサ４を通過する気体（吸気Ａ）の流量が相対的に少なくなり、サージの発生によってコンプレッサ４が損傷することが懸念される。
【０００９】
また、同様な目的で、エンジン１が高速運転領域で稼働しているときに、タービン３へ送給される排気Ｇの流量を抑えると、エンジン１のポンピングロスが増加して燃料消費が過大になってしまう。
【００１０】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、コンプレッサのサージの発生を防止し、全ての運転領域でＥＧＲの効用が得られ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に、請求項１に記載の発明は、エンジンとターボチャージャを備え、該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す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第１のＥＧＲ管路を設け、該第１のＥＧＲ管路に連なり且つエンジン吸気経路のコンプレッサよりも上流側に至る第２のＥＧＲ管路を設けている。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、エンジンとターボチャージャを備え、該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す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第１のＥＧＲ管路を設け、該第１のＥＧＲ管路とは別に、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上流側に至る第２のＥＧＲ管路を設けている。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、第１のＥＧＲ管路及び第２のＥＧＲ管路のそれぞれに、ＥＧＲバルブを組み込んでいる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、エンジン吸気経路のコンプレッサよりも上流側へ至るＥＧＲ経路に組み込んだＥＧＲクーラの上流側に、パティキュレート捕集用のフィルタを設けている。
【００１５】
請求項１に記載の発明においては、エンジン排気経路から第１のＥＧＲ管路で分流した排気のうちの一部を、第２のＥＧＲ管路によりエンジン吸気経路のコンプレッサの上流側へ導く。
【００１６】
請求項２に記載の発明においては、エンジン排気経路から排気の一部を、第２のＥＧＲ管路によりエンジン吸気経路のコンプレッサの上流側へ導く。
【００１７】
請求項３に記載の発明においては、各ＥＧＲ管路に付帯するそれぞれのＥＧＲバルブの開度を調整して、第１のＥＧＲ管路からコンプレッサの下流側へ供給される排気の流量と、第２のＥＧＲ管路からコンプレッサの上流側へ供給される排気の流量とを、最適な割合にする。
【００１８】
請求項４に記載の発明においては、排気に含まれているパティキュレートをフィルタで捕集した後、ＥＧＲクーラからコンプレッサへ導いてインタクーラへ送出する。
【発明の効果】
【００１９】
（１）請求項１に記載の発明では、エンジン排気経路から第１のＥＧＲ管路で分流した排気のうちの一部を、第２のＥＧＲ管路によりエンジン吸気経路のコンプレッサの上流側へ導き、低速高負荷運転領域でエンジンが稼働するときのコンプレッサへの通過気体流量を確保し、高速運転領域でエンジンが稼働するときのポンピングロスの解消を図るので、コンプレッサのサージを防止し、全ての運転領域でＥＧＲの効用を得ることができる。
【００２０】
（２）請求項２に記載の発明では、エンジン排気経路から排気の一部を、第２のＥＧＲ管路によりエンジン吸気経路のコンプレッサの上流側へ導き、低速高負荷運転領域でエンジンが稼働するときのコンプレッサへの通過気体流量を確保し、高速運転領域でエンジンが稼働するときのポンピングロスの解消を図るので、コンプレッサのサージを防止し、全ての運転領域でＥＧＲの効用を得ることができる。
【００２１】
（３）請求項３に記載の発明では、各ＥＧＲ管路に付帯しているＥＧＲバルブの開度を調整して、最適な流量の排気がコンプレッサの上流側に供給されるようにするので、当該コンプレッサのサージを効果的に防止できる。
【００２２】
（４）請求項４に記載の発明では、パティキュレートをフィルタで捕集した後の排気を、ＥＧＲクーラからコンプレッサへ導いてインタクーラへ送出するので、コンプレッサの汚れ、及びインタクーラの目詰まりを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の第１の例であり、図中、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２４】
この過給機付内燃機関では、コンプレッサ４の吸気送出口に、インタクーラ１７を組み込んだ吸気管１８の上流端を接続し、エンジン１に吸気マニホールド１３に、吸気管１８の下流端を接続している。
また、排気マニホールド６に、フィルタ２８とＥＧＲクーラ２９とＥＧＲバルブ３０を直列に組み込んだＥＧＲ管路３１の上流端を接続し、吸気管１８のインタクーラ１７よりも下流側個所に、ＥＧＲ管路３１の下流端を接続している。
【００２５】
フィルタ２８は、排気Ｇ（軽油の燃焼ガス）に含まれているパティキュレート（粒子状物質：Particulate Matter）を捕集して、大気中への拡散を抑制するための手段である。
フィルタ２８の一例としては、コージライトなどのセラミックスによりハニカムコアを形成し、該ハニカムコアの多孔質薄壁で区分される多数の区画に排気Ｇを流通させる構造のものがある。
【００２６】
更に、ＥＧＲバルブ２２を組み込んだＥＧＲ管路２３の上流端を、前記ＥＧＲ管路３１のＥＧＲクーラ２９よりも下流側箇所に接続し、コンプレッサ４の吸気導入口に連通する吸気管９に、ＥＧＲ管路２３の下流端を接続している。
上記のインタクーラ１７には、空冷方式のフィン形熱交換器を用い、ＥＧＲクーラ２９には、液冷方式の管形熱交換器を用いている。
【００２７】
図１に示す過給機付内燃機関では、エンジン１が稼働状態であるとき、排気Ｇの大部分は、排気マニホールド６からタービン３へ流入してコンプレッサ４を駆動し、排気管７やマフラ８などを経て大気中に放出される。
また、エアクリーナ１０、吸気管９を経てコンプレッサ４に流入し且つ圧縮された吸気Ａは、吸気管１８やインタクーラ１７を通って吸気マニホールド１３へ送給され、同時に排気Ｇの一部が排気マニホールド６からＥＧＲ管路３１へ流入して、フィルタ２８によりパティキュレートを取り除いた後、ＥＧＲクーラ２９で冷却され且つＥＧＲバルブ３０により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１３へ送給される。
【００２８】
これにより、エンジン１のシリンダ内における酸素濃度が抑制されて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。
【００２９】
更に、ＥＧＲ管路３１により分流され且つパティキュレートを取り除いた排気Ｇのうちの一部が、ＥＧＲ管路２３を経てコンプレッサ４の上流側へ導かれる。
この排気Ｇは、吸気Ａとしてコンプレッサ４に流入して圧縮された後、吸気管１８及びインタクーラ１７を経て吸気マニホールド１３へ送給される。
【００３０】
つまり、エンジン１が低速高負荷運転領域で稼働しているときに、ＥＧＲ管路３１から吸気マニホールド１３へ送給される排気Ｇの流量を多くするために、流路断面調整機構によりタービン３へ送給される排気Ｇの流量を抑える場合には、コンプレッサ４を通過する気体（排気Ｇとエアクリーナ１０から得た吸気Ａの混合気）の流量が過少にならないように、各ＥＧＲ管路３１，２３に付帯しているそれぞれのＥＧＲバルブ３０，２２の開度を調整すれば、コンプレッサ４のサージの発生を防止できる。
【００３１】
また、エンジン１が高速運転領域で稼働しているときに、各ＥＧＲバルブ３０，２２の開度を調整すれば、流路断面調整機構によるタービン３への排気Ｇの流量を制限せずに、吸気マニホールド１３へ送給される排気Ｇの流量を多くすることができる。
【００３２】
これにより、エンジン１のポンピングロスの低減が図られ、燃料消費を抑制することが可能になる。
更に、ＥＧＲクーラ２９の上流側にフィルタ２８を設けて排気Ｇ中のパティキュレートを取り除くので、コンプレッサ４が汚れず、インタクーラ１７に目詰まりが発生しない。
なお、図１に示す過給機付内燃機関におけるコンプレッサ４の全負荷作動線（入口圧力Ｐ１に対する出口圧力Ｐ２の割合と通過気体流量との関係を示す線図）は、先述した図３のものに対して、図４に実線で表記されるような傾向を呈し、鎖線で表記した図３のものの全負荷作動線の左側に存在しているサージ発生領域を回避することになる。
【００３３】
すなわち、本発明の過給機付内燃機関では、コンプレッサ４のサージの発生を防止でき且つ全ての運転領域でＥＧＲの効用が得られる。
【００３４】
上述した過給機付内燃機関の変形例としては、液冷方式の管形熱交換器をインタクーラ１７に用いてパティキュレートによる目詰まりを回避し、ＥＧＲ管路３１にフィルタ２８を組み込まないようにした構成が考えられる。
【００３５】
図２は本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の第２の例であり、図中、図１及び図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００３６】
この過給機付内燃機関では、排気マニホールド６に、ＥＧＲクーラ１９とＥＧＲバルブ２０を直列に組み込んだＥＧＲ管路２１の上流端を接続し、当該ＥＧＲ管路２１の下流端を、吸気管１８のインタクーラ１７よりも下流側個所に接続している。
【００３７】
更に、フィルタ２７とＥＧＲクーラ２４とＥＧＲバルブ２５を直列に組み込んだＥＧＲ管路２６の上流端を、排気マニホールド６に接続し、コンプレッサ４の吸気導入口に連通する吸気管９に、ＥＧＲ管路２６の下流端を接続している。
フィルタ２７は、先述したフィルタ２８と同等であり、また、ＥＧＲクーラ２４には、液冷方式の管形熱交換器を用いている。
【００３８】
図２に示す過給機付内燃機関では、エンジン１が稼働状態であるとき、排気Ｇの大部分は、排気マニホールド６からタービン３へ流入してコンプレッサ４を駆動し、排気管７やマフラ８などを経て大気中に放出される。
また、エアクリーナ１０、吸気管９を経てコンプレッサ４に流入し且つ圧縮された吸気Ａは、吸気管１８やインタクーラ１７を通って吸気マニホールド１３へ送給され、同時に排気Ｇの一部が排気マニホールド６からＥＧＲ管路２１へ流入して、ＥＧＲクーラ１９で冷却され且つＥＧＲバルブ２０により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１３へ送給される。
【００３９】
これにより、エンジン１のシリンダ内における酸素濃度が抑制されて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。
【００４０】
更に、排気Ｇの一部が排気マニホールド６からＥＧＲ管路２６へ流入し、フィルタ２７でパティキュレートを取り除いた後、ＥＧＲクーラ２４で冷却され且つＥＧＲバルブ２５により流量調整が行なわれた排気Ｇがコンプレッサ４の上流側へ導かれる。
この排気Ｇは、吸気Ａとしてコンプレッサ４に流入して圧縮された後、吸気管１８及びインタクーラ１７を経て吸気マニホールド１３へ送給される。
【００４１】
つまり、エンジン１が低速高負荷運転領域で稼働しているときに、ＥＧＲ管路２１から吸気マニホールド１３へ送給される排気Ｇの流量を多くするために、流路断面調整機構によりタービン３へ送給される排気Ｇの流量を抑える場合には、コンプレッサ４を通過する気体（排気Ｇとエアクリーナ１０から得た吸気Ａの混合気）の流量が過少にならないように、各ＥＧＲ管路２１，２６に付帯しているそれぞれのＥＧＲバルブ２０，２５の開度を調整すれば、コンプレッサ４のサージの発生を防止できる。
【００４２】
また、エンジン１が高速運転領域で稼働しているときに、各ＥＧＲバルブ２０，２５の開度を調整すれば、流路断面調整機構によるタービン３への排気Ｇの流量を制限せずに、吸気マニホールド１３へ送給される排気Ｇの流量を多くすることができる。
【００４３】
これにより、エンジン１のポンピングロスの低減が図られ、燃料消費を抑制することが可能になる。
更に、ＥＧＲクーラ２４の上流側にフィルタ２７を設けて排気Ｇ中のパティキュレートを取り除くので、コンプレッサ４が汚れず、インタクーラ１７に目詰まりが発生しない。
なお、図２に示す過給機付内燃機関におけるコンプレッサ４の全負荷作動線（入口圧力Ｐ１に対する出口圧力Ｐ２の割合と通過気体流量との関係を示す線図）は、先述した図３のものに対して、図４に実線で表記されるような傾向を呈し、鎖線で表記した図３のものの全負荷作動線の左側に存在しているサージ発生領域を回避することになる。
【００４４】
すなわち、本発明の過給機付内燃機関では、コンプレッサ４のサージの発生を防止でき且つ全ての運転領域でＥＧＲの効用が得られる。
【００４５】
上述した過給機付内燃機関の変形例としては、液冷方式の管形熱交換器をインタクーラ１７に用いてパティキュレートによる目詰まりを回避し、ＥＧＲ管路２６にフィルタ２７を組み込まないようにした構成が考えられる。
【００４６】
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】
【００４７】
本発明の過給機付内燃機関は、車両用のディーゼルエンジンをはじめとして各種の内燃機関に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の第１の例を示す概念図である。
【図２】本発明の過給機付内燃機関の実施の形態の第２の例を示す概念図である。
【図３】従来の過給機付内燃機関の一例を示す概念図である。
【図４】図１乃至図３に関連するそれぞれのコンプレッサの全負荷作動線図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    エンジン
２    ターボチャージャ
３    タービン
４    コンプレッサ
６    排気マニホールド（エンジン排気経路）
９    吸気管（エンジン吸気経路）
１７  インタクーラ
１８  吸気管（エンジン吸気経路）
２０  ＥＧＲバルブ
２１  ＥＧＲ管路（第１のＥＧＲ管路）
２２  ＥＧＲバルブ
２３  ＥＧＲ管路（第２のＥＧＲ管路）
２４  ＥＧＲクーラ
２５  ＥＧＲバルブ
２６  ＥＧＲ管路（第２のＥＧＲ管路）
２７  フィルタ
２８  フィルタ
２９  ＥＧＲクーラ
３０  ＥＧＲバルブ
３１  ＥＧＲ管路（第１のＥＧＲ管路）
【図１】
2005054620.tif 000003
【図２】
2005054620.tif 000004
【図３】
2005054620.tif 000005
【図４】
2005054620.tif 000006