(57)【要約】【課題】吸気を過給するための第一コンプレッサと、再循環排気ガスを過給するための第二コンプレッサとを有するターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気再循環装置であって、機関排気通路の触媒装置の下流側から第二コンプレッサへ再循環排気ガスを供給する排気再循環装置において、必要とされる冷却装置の数を低減することによりコストアップを抑制する。【解決手段】機関排気通路３の触媒装置３ｃの下流側から第二コンプレッサ４ａへ再循環排気ガスを供給するための上流側供給管４ｂと、第二コンプレッサから吸気通路における第一コンプレッサ２ｃの下流側へ再循環排気ガスを供給するための下流側供給管４ｃとを具備し、上流側供給管には排気系冷却装置４ｄが配置され、下流側供給管は、吸気通路の第一コンプレッサより下流側に配置された吸気系冷却装置２ｂの上流側において吸気通路へ接続されている。【選択図】      図１
2005076455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気を過給するための第一コンプレッサと、再循環排気ガスを過給するための第二コンプレッサとを有するターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気再循環装置であって、機関排気通路の触媒装置の下流側から前記第二コンプレッサへ再循環排気ガスを供給するための上流側供給管と、前記第二コンプレッサから吸気通路における前記第一コンプレッサの下流側へ再循環排気ガスを供給するための下流側供給管とを具備し、前記上流側供給管には排気系冷却装置が配置され、前記下流側供給管は、前記吸気通路の前記第一コンプレッサより下流側に配置された吸気系冷却装置の上流側において前記吸気通路へ接続されていることを特徴とするディーゼルエンジンの排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気再循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて、機関負荷が比較的高い時にも多量の排気ガスを気筒内へ再循環させる要求がある。この時には、スロットル弁開度が比較的大きくなるために小さな吸気管負圧しか発生せず、吸気管負圧を利用した多量の排気ガス再循環は不可能である。そのために、機関排気通路の触媒装置の下流側から機関吸気通路に配置されたターボチャージャ・コンプレッサの上流側へ排気ガスを再循環させる排気再循環装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この排気再循環装置において、機関吸気通路のコンプレッサへは、冷却装置により冷却された再循環排気ガスが供給されるようになっているが、それでも、吸気のみを過給するためのコンプレッサとは異なり、コンプレッサの耐熱処置が必要である。
【０００４】
この耐熱処理を不要とするために、吸気を過給するための第一コンプレッサと同軸に小型の第二コンプレッサを設けて、第二コンプレッサにより再循環排気ガスを過給することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−００８８３５号公報
【特許文献２】
特開平１１−１１７７５１号公報
【特許文献３】
特開平０５−１８００８９号公報
【特許文献４】
特開２００２−０８９３７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、機関排気通路の触媒装置の上流側から第二コンプレッサへ再循環排気ガスが供給されるようになっているが、これでは、排気ガス中の可溶有機成分等が第二コンプレッサに付着して第二コンプレッサを固着させる要因となる。それにより、機関排気通路の触媒装置の下流側から再循環排気ガスを第二コンプレッサへ供給することが好ましい。
【０００７】
しかしながら、触媒装置での排気ガスの浄化作用は発熱を伴うために、排気ガスの温度が高まることとなり、触媒装置の下流側から再循環排気ガスを第二コンプレッサへ供給するためには、温度上昇した排気ガスを冷却するための冷却装置が必要となる。
【０００８】
前述の従来技術において、第二コンプレッサの下流側には、加圧時に昇温された排気ガスを冷却するための冷却装置が設けられており、また、第一コンプレッサの下流側には、加圧時に昇温された吸気を冷却するための冷却装置が設けられており、これに、触媒装置で昇温された排気ガスを冷却するための冷却装置を追加すると、機関吸排気系には三つの冷却装置が設けられることとなり、ラジエータと各冷却装置とを接続する配管構造が非常に複雑化して排気再循環装置のコストをかなり高めることとなる。
【０００９】
従って、本発明の目的は、吸気を過給するための第一コンプレッサと、再循環排気ガスを過給するための第二コンプレッサとを有するターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気再循環装置であって、機関排気通路の触媒装置の下流側から第二コンプレッサへ再循環排気ガスを供給する排気再循環装置において、必要とされる冷却装置の数を低減することによりコストアップを抑制することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気再循環装置は、吸気を過給するための第一コンプレッサと、再循環排気ガスを過給するための第二コンプレッサとを有するターボチャージャを備えたディーゼルエンジンの排気再循環装置であって、機関排気通路の触媒装置の下流側から前記第二コンプレッサへ再循環排気ガスを供給するための上流側供給管と、前記第二コンプレッサから吸気通路における前記第一コンプレッサの下流側へ再循環排気ガスを供給するための下流側供給管とを具備し、前記上流側供給管には排気系冷却装置が配置され、前記下流側供給管は、前記吸気通路の前記第一コンプレッサより下流側に配置された吸気系冷却装置の上流側において前記吸気通路へ接続されていることを特徴とする。
【００１１】
このディーゼルエンジンの排気再循環装置によれば、機関排気通路の触媒装置において昇温された排気ガスは、上流側供給管において排気系冷却装置により冷却された後に第二コンプレッサに供給され、第二コンプレッサにより加圧されて下流側供給管により吸気通路へ供給されるが、この加圧時に昇温した再循環排気ガスは、気筒内へ供給される以前に吸気通路に配置された吸気系冷却装置により冷却される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による排気再循環装置を備えたディーゼルエンジンを示す概略図である。同図において、１はディーゼルエンジンであり、２は機関吸気系であり、３は機関排気系である。５は各気筒内へ高圧燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、各燃料噴射弁５は、高圧燃料を蓄える共通の蓄圧室６へ接続されている。機関吸気系２は、インテークマニホルド２ａと、インテークマニホルド２ａの上流側に位置する吸気系冷却装置２ｂと、吸気系冷却装置２ｂの上流側に位置するターボチャージャの第一コンプレッサ２ｃと、第一コンプレッサ２ｃの上流側に位置するスロットル弁２ｄとを有している。
【００１３】
一方、機関排気系３は、エキゾーストマニホルド３ａと、エキゾーストマニホルド３ａの下流側に位置するターボチャージャのタービン３ｂと、タービン３ｂの下流側に位置する触媒装置３ｃとを有している。本実施形態のターボチャージャは、第一コンプレッサ２ｃと同軸に小型の第二コンプレッサ４ａが設けられており、この第二コンプレッサ４ａが排気再循環装置（ＥＧＲ装置）４に配置されて再循環排気ガス（ＥＧＲガス）を過給するようになっている。それにより、第一コンプレッサ２ｃは吸気のみの過給に使用されることとなり、特に耐熱処置の必要がなく、安価な材料を使用することができる。第二コンプレッサ４ａは、耐熱処置が必要であるが、小型であるために、ターボチャージャのコストをそれほど高めることはない。
【００１４】
排気再循環装置４は、機関排気系３の触媒装置３ｃの下流側と第二コンプレッサ４ａとを接続する上流側供給管４ｂと、第二コンプレッサ４ａと機関吸気系２における吸気系冷却装置（インタークーラ）２ｂの上流側で第一コンプレッサ２ｃの下流側とを接続する下流側供給管４ｃとを有している。上流側供給管４ｂには、排気系冷却装置（ＥＧＲクーラ）４ｄと、排気系冷却装置４ｄの下流側に位置する制御弁４ｅ（ＥＧＲ弁）とが配置されている。制御弁４ｅは、再循環させる排気ガス量を制御するためのものである。第二コンプレッサ（ＥＧＲコンプレッサ）は第一コンプレッサ（吸気コンプレッサ）と比べてインペラとコンプレッサハウジングとのクリアランスが大きく設定されている。
【００１５】
ディーゼルエンジン１は、特許第３１１６８７６号に開示されている低温燃焼が実施可能となっている。低温燃焼とは、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量を多くすることによって、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を煤が生成される温度より低い温度に抑制する燃焼方式である。この低温燃焼によって、煤の生成を抑制することができ、また、ＮＯｘの発生量が極めて少量とすることができる。低温燃焼を実現するためには、不活性ガスとしての排気ガスを多量に気筒内へ再循環させることが必要となる。
【００１６】
本実施形態の排気再循環装置４は、一般的な吸気管負圧を利用するものとは異なり、ターボチャージャのコンプレッサを利用して排気ガスを再循環させるものであるために、機関負荷が比較的高く、スロットル弁開度が比較的大きくなる時にも排気ガス再循環が可能であり、煤及びＮＯＸの発生量が極めて少ない低温燃焼の運転領域を低負荷領域から高負荷側へ拡大することを意図している。
【００１７】
しかしながら、全ての運転領域において低温燃焼を実施することは困難である。それにより、特に、機関高負荷時の通常のディーゼル燃焼時には、機関排気系３に配置された触媒装置３ｃによって排気ガス中のＮＯＸを浄化することが必要とされる。触媒装置３は、ＮＯＸ吸収剤と白金Ｐｔのような貴金属酸化触媒とを担持してＮＯＸを浄化する。ＮＯＸ吸収剤として、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが使用可能である。このＮＯＸ吸収剤は、雰囲気中の空燃比がリーンの時、すなわち、酸素濃度が高い時にはＮＯＸを吸収し、空燃比が理論空燃比又はリッチになって酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸを放出するＮＯＸの吸放出作用を行う。
【００１８】
このＮＯＸ吸収剤は、このＮＯＸの吸放出に際して活性酸素を放出し、この活性酸素が煤を良好に酸化させる。また、ＮＯＸ吸収剤に煤が付着すると、この付着表面の酸素濃度が低下するためにＮＯＸ及び活性酸素が放出され、この活性酸素によっても煤が酸化される。それにより、触媒装置３をコージライトのような多孔質材料の隔壁を有するウォールフロー型として、ＮＯＸ吸収剤及び貴金属酸化触媒を隔壁に担持させるようにすれば、隔壁は排気ガス中の煤を捕集し、この煤を活性酸素により酸化除去させることができる。このように、触媒装置３をフィルタとして機能させれば、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる煤及びＮＯＸを両方とも浄化させることが可能となる。
【００１９】
また、排気ガス中の可溶有機成分は、触媒装置３に担持された貴金属酸化触媒により酸化される。それにより、本実施形態のように、触媒装置３の下流側から再循環排気ガスを取り出すようにすれば、第二コンプレッサ４ａが可溶有機成分及び煤によって固着する等の問題を回避することができる。触媒装置３に担持させた貴金属酸化触媒は、低温燃焼時においては、煤の前駆体である炭化水素を良好に酸化させる。こうして、触媒装置３においては、酸化作用による発熱によって排気ガスを昇温させる。
【００２０】
それにより、そのままでは、第二コンプレッサ４ａによって過給しても多量の排気ガスを再循環させることはできず、本実施形態では、排気再循環装置４の上流側供給管４ｂに配置された排気系冷却装置４ｄによって第二コンプレッサ４ａへ供給する以前に再循環排気ガスを十分に冷却するようになっている。また、第二コンプレッサ４ａによって再循環排気ガスを加圧すれは、その時に再循環排気ガスは昇温されるために、そのままでは、多量の排気ガスを気筒内へ再循環させることができない。
【００２１】
従って、第二コンプレッサ４ａの下流側にも冷却装置は必要となる。本実施形態では、前述したように、排気再循環装置４の下流側供給管４ｃを、第一コンプレッサ２ｃにより加圧された吸気を冷却するために必要な吸気系冷却装置２ｂの上流側へ接続しており、この吸気系冷却装置２ｂによって第二コンプレッサ４ａにより加圧された再循環排気ガスを冷却するようになっている。こうして、再循環排気ガスは、排気系冷却装置４ｄ及び吸気系冷却装置２ｂによって十分に冷却され、常に、多量の排気ガスを気筒内へ再循環させることができるために、煤及びＮＯＸの発生量が極めて少ない低温燃焼の運転領域を低負荷領域から高負荷側へ確実に拡大することができる。
【００２２】
本実施形態において、排気再循環装置４の下流側供給管４ｃに設けるはずの冷却装置は省略され、排気再循環装置のコストをかなり低減することができる。また、各冷却装置が水冷式であってラジエータの冷却水を利用するような場合には、本実施形態により冷却装置の数を低減することによって、ラジエータと各冷却装置とを接続する配管を簡素化することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明による請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気再循環装置によれば、再循環排気ガスは、第二コンプレッサにより加圧される以前に排気系冷却装置により冷却され、第二コンプレッサにより加圧された後は、第一コンプレッサにより加圧された吸気を冷却するための吸気系冷却装置を利用して冷却されるために、十分な冷却が実現され、常に、多量の排気ガスを気筒内へ再循環させることが可能となる。こうして、第二コンプレッサにより加圧された再循環排気ガスだけを冷却する冷却装置を省略することができ、排気再循環装置のコストをかなり低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気再循環装置が取り付けられるディーゼルエンジンの概略図である。
【符号の説明】
１…ディーゼルエンジン
２…機関吸気系
２ｂ…吸気系冷却装置
２ｃ…第一コンプレッサ
３…機関排気系
３ｂ…タービン
３ｃ…触媒装置
４…排気再循環装置
４ａ…第二コンプレッサ
４ｂ…上流側供給管
４ｃ…下流側供給管
４ｄ…排気系冷却装置
４ｅ…制御弁
【図１】
2005076455.tif 000003