(57)【要約】【課題】ターボチャージャを備えたエンジンにおいても高いＥＧＲ率を実現し、排気ガスの再循環によるＮＯｘ低減と、過給によるエンジン性能の向上とを両立し得るようにする。【解決手段】ターボチャージャ２を備えたエンジンの排気マニホールドから排気ガス８の一部を抜き出して吸気管へ再循環するようにしたＥＧＲ装置に関し、排気マニホールド内を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画すると共に、該排気マニホールドの出口流路と連続するようにターボチャージャ２のタービンスクロール１５内も隔壁１６により全周に亘り分割し、該隔壁１６により分割された各流路Ａ，Ｂの夫々のスロート部１７ａ，１７ｂに角度調整可能な多数のノズルベーン１８ａ，１８ｂを配設し、該各ノズルベーン１８ａ，１８ｂの角度調整を流路Ａ，Ｂ毎に独立して制御し得るよう構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを備えたエンジンの排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気管へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、排気マニホールド内を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画すると共に、該排気マニホールドの出口流路と連続するようにターボチャージャのタービンスクロール内も隔壁により全周に亘り分割し、該隔壁により分割された各流路の夫々のスロート部に角度調整可能な多数のノズルベーンを配設し、該各ノズルベーンの角度調整を流路毎に独立して制御し得るように構成したことを特徴とするＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯｘの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われている。
【０００３】
一般的に、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気管に亘る排気通路の適宜位置と、吸気管から吸気マニホールドに亘る吸気通路の適宜位置との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。
【０００４】
尚、エンジンに再循環する排気ガスをＥＧＲパイプの途中で冷却すると、排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができる為、エンジンに排気ガスを再循環するＥＧＲパイプの途中に水冷式のＥＧＲクーラを装備したものもある。
【０００５】
図７は前述した排気ガス再循環を行う為のＥＧＲ装置の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１は、ターボチャージャ２を備えており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３を吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３をインタクーラ５へと送って冷却し、該インタクーラ５から更に吸気マニホールド６へと吸気３を導いてエンジン１の各気筒７（図７では直列６気筒の場合を例示している）に分配するようにしてある。
【０００６】
また、このエンジン１の各気筒７から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介し前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管１０を介し車外へ排出するようにしてある。
【０００７】
そして、排気マニホールド９における各気筒７の並び方向の一端部と、吸気マニホールド６に接続されている吸気管４の一端部との間がＥＧＲパイプ１１により接続されており、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気管４に導き得るようにしてある。
【０００８】
ここで、前記ＥＧＲパイプ１１には、該ＥＧＲパイプ１１を適宜に開閉するＥＧＲバルブ１２と、再循環される排気ガス８を冷却する為のＥＧＲクーラ１３とが装備されており、該ＥＧＲクーラ１３では、図示しない冷却水と排気ガス８とを熱交換させることにより排気ガス８の温度を低下し得るようになっている。
【０００９】
尚、図７中の１４は排気マニホールド９内における前側三気筒分の排気流路と後側三気筒分の排気流路とを分割する隔壁を示し、該隔壁１４により排気行程の一部が重複した気筒７同士の排気干渉を抑制してタービン２ｂに対し排気脈動を効率良く送り込めるようにしてある。
【００１０】
一方、前述の如き、ターボチャージャ２を備えたエンジン１の排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気管４へ再循環するようにしたＥＧＲ装置を開示するものとしては、例えば、特許文献１がある。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１２３８８９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した如きターボチャージャ２付きのエンジン１においては、吸気側が過給されている為に排気側との圧力差が少なくなってしまい、高いＥＧＲ率を実現することが難しいという問題があり、特に高負荷領域では、ターボチャージャ２による過給圧が排気圧力より高くなってしまう領域が生じるので、排気マニホールド９から吸気管４へ向けて排気ガス８を再循環することができなくなる虞れがあった。
【００１３】
このように過給圧が排気圧力より高くなってしまった場合の対策としては、吸気絞りを実行して過給圧を下げることが考えられるが、高負荷領域等で過度な吸気絞りを行うと、新気量が大幅に不足して気筒内の燃焼不良や燃費の悪化を招き、しかも、ターボチャージャ２によるエンジン性能の向上も損なわれてしまう結果となる。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ターボチャージャを備えたエンジンにおいても高いＥＧＲ率を実現し、排気ガスの再循環によるＮＯｘ低減と、過給によるエンジン性能の向上とを両立し得るようにすることを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ターボチャージャを備えたエンジンの排気マニホールドから排気ガスの一部を抜き出して吸気管へ再循環するようにしたＥＧＲ装置であって、排気マニホールド内を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画すると共に、該排気マニホールドの出口流路と連続するようにターボチャージャのタービンスクロール内も隔壁により全周に亘り分割し、該隔壁により分割された各流路の夫々のスロート部に角度調整可能な多数のノズルベーンを配設し、該各ノズルベーンの角度調整を流路毎に独立して制御し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１６】
而して、ターボチャージャのタービンスクロール内における再循環用排気ガスの抜き出しを行う側の流路において、各ノズルベーンの開度を小さく絞り込んでその流路断面積を縮小すると、この流路断面積を縮小された流路における背圧が高められて排気マニホールドの再循環用排気ガスの抜き出しを行う側の圧力が上昇し、吸気側が過給されていても排気側との十分な圧力差が確保されて従来より高いＥＧＲ率が実現されることになる。
【００１７】
他方、ターボチャージャのタービンスクロール内における再循環用排気ガスの抜き出しを行わない側の流路において、前述した反対側の流路での絞り込みにより不足するタービン駆動力を補うべく各ノズルベーンを角度調整して適切な開度を設定すれば、排気マニホールドの再循環用排気ガスの抜き出しを行う側の圧力を過給圧が超えない範囲内でターボチャージャとしての効率が極力高められることになる。
【００１８】
そして、このようにターボチャージャとしての効率を高めることができれば、今までＥＧＲのために絞らざるを得なかった吸気量を増やすことが可能となって、高負荷領域等における過度な吸気絞りが不要となる結果、気筒内の燃焼不良や燃費の悪化が回避されると共に、ターボチャージャによるエンジン性能の向上が図られることになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２０】
図１〜図６は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。
【００２１】
本形態例の特徴とするところは、先に図７で説明したエンジン１、即ち、排気マニホールド９から排気ガス８の一部を抜き出して吸気管４へ再循環するＥＧＲパイプ１１を装備し且つ排気マニホールド９内を各気筒７の排気干渉が生じないように隔壁１６で分割したエンジン１（エンジン１側の構造については図７を参照）に採用するターボチャージャ２を以下の如き構造とした点にある。
【００２２】
つまり、図１〜図３に示す如く、このターボチャージャ２においては、タービンスクロール１５内が排気マニホールド９の出口流路と連続するように隔壁１６により全周に亘り分割されており、該隔壁１６により分割された各流路Ａ，Ｂの夫々のスロート部１７ａ，１７ｂに角度調整可能な多数のノズルベーン１８ａ，１８ｂが配設され、該各ノズルベーン１８ａ，１８ｂの角度調整が流路Ａ，Ｂ毎に独立して制御されるようになっている。
【００２３】
即ち、各ノズルベーン１８ａ，１８ｂは、異なる角度調整機構により角度調整されるようになっているが、その機構自体は同じ形式のものであって良いので、以下ではノズルベーン１８ａの角度調整機構について図４を参照しつつ説明し、ノズルベーン１８ｂの角度調整機構についてはその説明を割愛する。
【００２４】
図４に示す通り、各ノズルベーン１８ａは、タービンホイール１９を取り囲むように配置され、ノズルリングプレート２０にピン２１を介し傾動自在に取り付けられており、これら各ノズルベーン１８ａの角度が前記ノズルリングプレート２０に対するリンクプレート２２の円周方向への相対変位により連動して変更されるようになっていて、このリンクプレート２２がアクチュエータ２３によるレバー２４の傾動操作でリンク２５を介し回動操作されるようになっている。
【００２５】
而して、このように構成したターボチャージャ２を図７の如きエンジン１に採用すれば、ターボチャージャ２のタービンスクロール１５内における再循環用排気ガス８の抜き出しを行う側の流路Ａにおいて、図５に模式的に示す如く、各ノズルベーン１８ａの開度を小さく絞り込んでその流路断面積を縮小すると、この流路断面積を縮小された流路Ａにおける背圧が高められて排気マニホールド９の再循環用排気ガス８の抜き出しを行う側の圧力が上昇し、吸気側が過給されていても排気側との十分な圧力差が確保されて従来より高いＥＧＲ率が実現されることになる。
【００２６】
他方、ターボチャージャ２のタービンスクロール１５内における再循環用排気ガス８の抜き出しを行わない側の流路Ｂにおいて、前述した反対側の流路Ａでの絞り込みにより不足するタービン駆動力を補うべく各ノズルベーン１８ｂを角度調整して適切な開度を設定すれば、排気マニホールド９の再循環用排気ガス８の抜き出しを行う側の圧力を過給圧が超えない範囲内でターボチャージャ２としての効率が極力高められることになる。
【００２７】
ここで、ターボチャージャ２としての効率を上げるにあたっては、基本的に各ノズルベーン１８ｂの開度を小さく絞ることでタービン２ｂにおける排気ガス８の旋速を上げてタービン２ｂの回転数を高めるようにすれば良いが、あまり極端に各ノズルベーン１８ｂの開度を小さく絞り込んでしまうと、排気ガス８のタービン２ｂへの流入抵抗が増して排気ガス８の旋速が逆に下がってきてしまうので、各ノズルベーン１８ｂは適当な開度までの絞り込みにとどめる必要がある。
【００２８】
ただし、ターボチャージャ２の効率を上げるといっても、高負荷領域等でコンプレッサ２ａ側での過給圧が上がりすぎて、排気マニホールド９の再循環用排気ガス８の抜き出しを行う側の圧力との十分な圧力差が失われたり、過給圧の方が高くなってしまったりすることは避けなければならないため、過給圧が必要以上に上昇してしまう虞れがある場合には、図６に模式的に示す如く、寧ろ各ノズルベーン１８ｂの開度を多少開き気味にしてターボチャージャ２の効率を適当に抑制する必要もあり得ることを付言しておく。
【００２９】
そして、このようにターボチャージャ２としての効率を高めることができれば、今までＥＧＲのために絞らざるを得なかった吸気量を増やすことが可能となって、高負荷領域等における過度な吸気絞りが不要となる結果、気筒７内の燃焼不良や燃費の悪化が回避されると共に、ターボチャージャ２によるエンジン性能の向上が図られることになる。
【００３０】
従って、上記形態例によれば、吸気側が過給されていても過度な吸気絞りを行わずに排気側との十分な圧力差を確保することができるので、ターボチャージャ２を備えたエンジン１においても高いＥＧＲ率を実現することができて、気筒７内の燃焼不良や燃費の悪化を回避しながら良好なＮＯｘ低減効果を得ることができ、しかも、ターボチャージャ２の効率を極力高く維持することでエンジン性能の向上を図ることもできる。
【００３１】
尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、対象となるエンジンは直列６気筒に限定されないこと、その他、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勿論である。
【００３２】
【発明の効果】
上記した本発明のＥＧＲ装置によれば、吸気側が過給されていても過度な吸気絞りを行わずに排気側との十分な圧力差を確保することができるので、ターボチャージャを備えたエンジンにおいても高いＥＧＲ率を実現することができて、気筒内の燃焼不良や燃費の悪化を回避しながら良好なＮＯｘ低減効果を得ることができ、しかも、ターボチャージャの効率を極力高く維持することでエンジン性能の向上を図ることができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視の断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視の断面図である。
【図４】図１のノズルベーンの角度調整機構の一例を示す概略図である。
【図５】図１のノズルベーンの開度を小さくした状態を説明する概念図である。
【図６】図１のノズルベーンの開度を大きくした状態を説明する概念図である。
【図７】従来例を示す概略図である。
【符号の説明】
１    エンジン
２    ターボチャージャ
２ａ    コンプレッサ
２ｂ    タービン
３    吸気
４    吸気管
８    排気ガス
９    排気マニホールド
１０    排気管
１１    ＥＧＲパイプ
１４    隔壁
１５    タービンスクロール
１６    隔壁
１７ａ    スロート部
１７ｂ    スロート部
１８ａ    ノズルベーン
１８ｂ    ノズルベーン
Ａ    流路
Ｂ    流路
【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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