(57)【要約】【課題】還流される圧縮空気のエネルギーロスを減少させて燃費を向上させる。【解決手段】ディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置は、ターボ過給機１２付きディーゼルエンジン１１のターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路１４ａからエンジン１１の運転条件に応じて所定量の圧縮空気を還流パイプ３１を通してコンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路１４ｂへ還流させるように構成される。還流パイプ３１を介して還流する圧縮空気により発電可能な発電機４１が設けられる。還流パイプ３１に設けられた流通量調整弁３２と、流通量調整弁３２を制御可能に構成されたコントローラ２７とを更に備え、発電機４１により生じた電力をコントローラ２７に供給するように構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機(12)付きディーゼルエンジン(11)の前記ターボ過給機(12)のコンプレッサ(12b)より下流側の吸気通路(14a)から前記エンジン(11)の運転条件に応じて所定量の圧縮空気を還流パイプ(31)を通して前記コンプレッサ(12b)より上流側の吸気通路(14b)へ還流させるように構成されたディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置において、
前記還流パイプ(31)を介して還流する圧縮空気により発電可能な発電機(41)が設けられたことを特徴とするディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置。
【請求項２】
還流パイプ(31)に設けられた流通量調整弁(32)と、前記流通量調整弁(32)を制御可能に構成されたコントローラ(27)とを更に備え、発電機(41)により生じた電力を前記コントローラ(27)に供給するように構成された請求項１記載のディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機付きディーゼルエンジンのコンプレッサより下流側の吸気通路から所定量の圧縮空気をそのコンプレッサより上流側の吸気通路へ還流させてそのコンプレッサに再循環させる吸気リサーキュレーション装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンには、このディーゼルエンジンの排気通路から所定量のＥＧＲガスをエンジンの吸気通路にＥＧＲパイプを通って還流させる排ガス再循環装置を設けることが知られている。このディーゼルエンジンの排ガス再循環装置では、環流するＥＧＲガスにより燃焼温度の上昇を抑えることができ、これにより有害物質であるＮＯｘの生成量を抑制することができるものとしている。また、このようなディーゼルエンジンには、その出力を上昇させるためにターボ過給機が設けられる。このターボ過給機は、エンジンの排ガスのエネルギにより回転可能なタービンホイールと、そのタービンホイールに連結されかつ吸気を圧縮可能なコンプレッサホイールとを有し、コンプレッサホイールで圧縮された吸気をエンジンに供給することによりエンジンの出力を上昇させている。
【０００３】
一方、近年では、排ガスにおける窒素酸化物の排出量を低減するような規制が強化され、このような規制の強化に伴い、エンジンにおける燃焼温度の上昇を更に抑えるために排ガス再循環装置におけるＥＧＲガスの還流量を増加させる必要がある。またこれに伴って、ディーゼルエンジンの出力を上昇させるターボ過給機にあっても、コンプレッサホイールにより吸気を更に高い圧力で圧縮させることが要求される。しかし、コンプレッサの性能と信頼性を損ねるサージの発生を防止するために、コンプレッサホイールにより吸気の圧縮に関しては一定の限界があり、ＥＧＲ率を上昇させることにも限界が生じ、係る規制を強化するようなことは困難であった。
【０００４】
この点を解消するために、ターボ過給機のコンプレッサより下流側の吸気通路からエンジンの運転条件に応じて所定量の圧縮空気をコンプレッサより上流側の吸気通路へ還流させてエンジンのサージ発生領域を狭める吸気リサーキュレーション装置を設けることが知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。即ち、ターボ過給機におけるコンプレッサを通過する吸気量に対して、そのコンプレッサによる空気の圧縮比が所定の値以上になるとサージが発生し、図２に示すようにこの所定の値はコンプレッサを通過する吸気量に比例して上昇している。従って、コンプレッサによる空気の圧縮比が例えば図２のＡ点のように所定の値を越えた場合に、この吸気リサーキュレーション装置では、コンプレッサより下流側の吸気通路から圧縮空気をコンプレッサより上流側の吸気通路へ還流させることにより、コンプレッサを通過する吸気量をそのＡ点からＢ点へと増加させてサージの発生を防止する。即ち、コンプレッサを通過する吸気量が増加することによりサージを発生させないコンプレッサによる空気の圧縮比は上昇し、エンジンの見かけ上のサージ発生領域を狭めるものである。そして、このようにサージ発生領域を狭めることにより、ＥＧＲ率を更に上昇させることができ、近年における排出ガスの規制の強化に十分に対処し得ることが期待されている。
【特許文献１】特開平１１−１８２２５７号公報（特許請求の範囲、図１）
【特許文献２】特開２００３−９７２９３号公報（特許請求の範囲、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の吸気リサーキュレーション装置では、ターボ過給機のコンプレッサにより十分圧縮された空気をその下流側の吸気通路から上流側の吸気通路へ還流させて、何ら仕事をすることなく常圧に戻るために、エネルギロスが生じて燃費が悪化する不具合があった。また、このロスするエネルギはコンプレッサ上流側の常圧空気の温度を上昇させるため、コンプレッサ下流側に設けられて圧縮された空気をエンジンに導入する以前に冷却するインタクーラを大型化させなければならない問題点もあった。
本発明の目的は、還流される圧縮空気のエネルギーロスを減少させて燃費を向上し得るディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、ターボ過給機１２付きディーゼルエンジン１１のターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路１４ａからエンジン１１の運転条件に応じて所定量の圧縮空気を還流パイプ３１を通してコンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路１４ｂへ還流させるように構成されたディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置の改良である。
その特徴ある構成は、還流パイプ３１を介して還流する圧縮空気により発電可能な発電機４１が設けられたところにある。
この請求項１に記載されたディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置では、ターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂにより十分圧縮された空気をその下流側の吸気通路１４ａから上流側の吸気通路１４ｂへ還流させて常圧に戻す際に生じるエネルギを利用して発電を行うことにより、還流される圧縮空気のエネルギーロスを減少させて、その電力を有効に利用することにより燃費を向上させることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、還流パイプ３１に設けられた流通量調整弁３２と、流通量調整弁３２を制御可能に構成されたコントローラ２７とを更に備え、発電機４１により生じた電力をコントローラ２７に供給するように構成されたディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置である。
この請求項２に記載されたディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置では、圧縮空気が常圧に戻る際に放出されるエネルギを転換して得られた電力を用いてコントローラ２７に供給することから、コンプレッサ１２ｂ上流側の常圧空気の温度がロスするエネルギにより上昇することを防止することができる。この結果、コンプレッサ１２ｂ下流側に設けられて圧縮された空気をエンジン１１に導入する以前に冷却するインタクーラ１４ｃを大型化させるような必要はない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置では、還流パイプを介して還流する圧縮空気により発電可能な発電機を設けたので、ターボ過給機のコンプレッサにより十分圧縮された空気をその下流側の吸気通路から上流側の吸気通路へ還流させて常圧に戻す際に生じるエネルギを利用して発電を行うことができる。そして還流される圧縮空気のエネルギーロスを減少させて、その電力を有効に利用することにより燃費を向上させることができる。還流パイプに設けられた流通量調整弁と、流通量調整弁を制御可能に構成されたコントローラとを備える場合、発電機により生じた電力をコントローラに供給するように構成することによりエネルギを転換して得られた電力を有効に利用することができ、コンプレッサ上流側の常圧空気の温度が上昇することを回避してインタクーラを大型化させる必要を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１１にはターボ過給機１２が設けられ、このターボ過給機１２付きディーゼルエンジン１１の排気通路１３からは、所定量のＥＧＲガス（排ガスの一部）がＥＧＲパイプ２１を通してエンジン１１の吸気通路１４へ還流するように構成される。ターボ過給機１２は、タービンケース１２ａに回転可能に収容されかつエンジン１１の排ガスのエネルギにより回転可能なタービンホイール（図示せず）と、コンプレッサケース１２ｂに回転可能に収容され、タービンホイールと連結され、かつ吸気を圧縮してエンジン１１に供給可能なコンプレッサホイール（図示せず）とを有する。またＥＧＲパイプ２１には、このＥＧＲパイプ２１を流れるＥＧＲガスをエンジン１１の冷却水により冷却可能なＥＧＲクーラ１６が設けられる。なお、上記エンジン１１の冷却水は図示しないラジエータにより冷却されてその温度が低下するように構成される。
【００１０】
エンジン１１の排気ポートには排気マニホルド１１ａが接続され、エンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１１ｂが接続される。この実施の形態における排気通路はこの排気マニホルド１１ａに接続された排気管１３であり、吸気通路はこの吸気マニホルド１１ｂに接続された吸気管１４である。タービンケース１２ａは排気マニホルド１１ａと排気管１３の間に設けられる。図示しないが、排気管１３には上流側から還元触媒、排ガスに含まれるパティキュレートのうちの燃料未燃分や潤滑油未燃分であるＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）を酸化処理する酸化触媒及び排気音を低減するマフラが設けられる。
【００１１】
吸気管１４は、吸気マニホルド１１ｂとコンプレッサケース１２ｂの間の吸気通路を形成する第１吸気管１４ａと、コンプレッサケース１２ｂとエアクリーナ２０との間の吸気通路を形成する第２吸気管１４ｂとを備える。この第２吸気管１４ｂの一方の端部に設けられたエアクリーナ２０は吸気に含まれる塵埃を除去するように構成される。ターボ過給機１２のコンプレッサケース１２ｂとエンジン１１との間の第１吸気管１４ａには、コンプレッサホイールにより圧縮された吸気をエンジン１１の冷却水により冷却するインタクーラ１４ｃが設けられる。ＥＧＲパイプ２１の一端は排気マニホルド１１ａに接続され、ＥＧＲパイプ２１の他端は吸気マニホルド１１ｂとインタクーラ１４ｃとの間の第１吸気管１４ａに接続される。ＥＧＲパイプ２１に設けられたＥＧＲクーラ１６はＥＧＲパイプ２１を流れるＥＧＲガスをエンジン１１の冷却水により冷却するように構成される。
【００１２】
ＥＧＲパイプ２１にはこのＥＧＲパイプ２１を流れるＥＧＲガス流量をエンジン１１の運転条件に応じて調整可能なＥＧＲ弁２３が設けられる。このエンジン１１の運転条件は、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ２４と、エンジン１１の負荷を検出する負荷センサ２６とにより検出される。この回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力はコントローラ２７の制御入力に接続され、コントローラ２７の制御出力はＥＧＲ弁２３に接続される。コントローラ２７はバッテリ４６からの電力により駆動するように構成される。コントローラ２７にはメモリ２８が設けられ、このメモリ２８にはエンジン１１の運転条件に応じたＥＧＲ弁２３の開度を調整することによりエンジン１１に還流されるＥＧＲガスの目標ＥＧＲ率が記憶される。そして、この排ガス再循環装置では、回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいて、コントローラ２７はエンジン１１の運転条件を把握し、メモリ２８に記憶された目標ＥＧＲ率に沿うようにＥＧＲ弁２３の開度を調整するように構成される。
【００１３】
一方、エンジン１１の吸気通路１４には、ターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路から所定量の圧縮空気をコンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路へ還流させる還流パイプ３１が設けられる。この実施の形態における還流パイプ３１は、ターボ過給機１２より下流側であってかつインタクーラ１４ｃより上流側の第１吸気管１４ａから分岐してターボ過給機１２より上流側の第２吸気管１４ｂに連通して設けられる。この還流パイプ３１には、第１吸気管１４ａから第２吸気管１４ｂに向かって図の一点鎖線矢印で示すような還流パイプ３１を流れる圧縮空気の量を調整可能な流通量調整弁３２が設けられる。
【００１４】
一方、吸気マニホルド１１ｂには、ターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路の吸気圧力を検出する第１吸気圧センサ３３が設けられ、第２吸気管１４ｂにはターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路の吸気圧力を検出する第２吸気圧センサ３４が設けられる。また、第１吸気管１４ａにはそのコンプレッサ１２ｂを通過する吸気量を検出する吸気量センサ３５が設けられる。第１及び第２吸気圧センサ３３、３４及び吸気量センサ３５の各検出出力はコントローラ２７の制御入力に接続され、コントローラ２７の制御出力は流通量調整弁３２に接続される。またコントローラ２７に設けられたメモリ２８には、第１及び第２吸気圧センサ３３、３４及び吸気量センサ３５の検出出力に応じて流通量調整弁３２の絞り度を調整することにより、コンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路１４aからそのコンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路１４ｂへ還流する圧縮空気の目標還流率が記憶される。
【００１５】
本発明の特徴ある構成は、還流パイプ３１を介して還流する圧縮空気により発電可能な発電機４１を設けたところにある。この実施の形態における発電機４１は、還流パイプ３１に設けられた発電タービンケース４２と、その発電タービンケース４２に回転可能に収容されかつ還流パイプ３１を還流する圧縮空気のエネルギにより回転可能な発電用タービンホイール４３と、この発電用タービンホイール４３に回転軸４４ａが連結し回転軸４４ａの回転により発電可能な発電機本体４４とを有する。回転軸４４ａの回転により発電機本体４４が発電した電気はバッテリ４６に充電され、このバッテリ４６を介して発電機４１により生じた電力をコントローラ２７に供給するように構成される。
【００１６】
このように構成されたディーゼルエンジンでは、コントローラ２７は回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲパイプ２１を通るＥＧＲガスの環流条件を検出し、メモリ２８に記憶された目標ＥＧＲ率に沿うようにＥＧＲ弁２３の開度を調整する。一方、ＥＧＲ率を上昇させて、比較的多くのＥＧＲガスを排気通路１３からターボ過給機１２より下流側の吸気通路１４ａに還流させると、ターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂを通過してエンジンに供給される圧縮エアの量が減少する。しかし、コンプレッサ１２ｂの回転速度は直ちに減少しないことからそのコンプレッサ１２ｂを通過する吸気量も直ちに減少しない。このために、そのコンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路１４ａの吸気圧力は上昇し、コンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路１４ｂの吸気圧力に対する比率は上昇し、コンプレッサ１２ｂを通過する吸気量に対してサージを発生させない吸気圧力比を越える場合がある。コントローラ２７は第１圧力センサ３３、第２圧力センサ３４及び吸気量センサの検出出力によりこのような事態が生じた場合に流通量調整弁３２を開放してその絞り度を調整することにより、コンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路１１aから圧縮空気をコンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路１４ｂへ還流させ、コンプレッサ１２ｂを通過する吸気量を増加させてサージを発生させない吸気圧力比を上昇させてそのサージの発生を防止する。
【００１７】
コンプレッサ１２ｂより下流側の吸気通路１１aからそのコンプレッサにより十分圧縮された圧縮空気がコンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路１４ｂに向かって還流パイプ３１を還流すると、その還流パイプ３１の途中に設けられた発電用タービンホイール４３が十分圧縮された空気におけるエネルギにより発電タービンケース４２の内部で回転する。発電用タービンホイール４３を回転させてエネルギを放出した空気は、コンプレッサ１２ｂより上流側の吸気通路１４ｂへ還流して常圧に戻る。そして発電用タービンホイール４３が回転することにより発電機本体４４では発電が行われ、圧縮空気が常圧に戻る際に放出したエネルギを電力に転換してバッテリ４６に充電する。そして、バッテリ４６に充電された電力はコントローラ２７等の電源として活用される。
【００１８】
即ち、本発明のディーゼルエンジンの吸気リサーキュレーション装置では、ターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｂにより十分圧縮された空気をその下流側の吸気通路１４ａから上流側の吸気通路１４ｂへ還流させて常圧に戻す際に生じるエネルギを利用して発電を行うことにより還流される圧縮空気のエネルギーロスを減少させて、その電力を有効に利用することにより燃費を向上させる。また、圧縮空気が常圧に戻る際に放出されるエネルギを電力に転換して利用することから、コンプレッサ１２ｂ上流側の常圧空気の温度が上昇することを回避することができ、コンプレッサ１２ｂ下流側に設けられて圧縮された空気をエンジン１１に導入する以前に冷却するインタクーラ１４ｃを大型化させる必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の吸気リサーキュレーション装置の構成図。
【図２】サージが発生するコンプレッサを通過する吸気量とコンプレッサによる空気の圧縮比の関係を示す図。
【符号の説明】
【００２０】
１１  ディーゼルエンジン
１２  ターボ過給機
１２ｂ  コンプレッサ
１４ａ  第１吸気管（コンプレッサより下流側の吸気通路）
１４ｂ  第２吸気管（コンプレッサより上流側の吸気通路）
２７  コントローラ
３１  還流パイプ
３２  流通量調整弁
４１  発電機
【図１】
2005256651.tif 000003
【図２】
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