(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率を実現し得、排気ガスの再循環によるＮＯxの大幅な低減と、過給によるエンジン性能向上とを両立でき、将来的な厳しい排気ガス規制にも対応し得るＥＧＲ装置を提供する。【解決手段】内部を各気筒の排気干渉が生じないように隔壁で区画した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、該分割されたタービンスクロール流路１５Ａ，１５Ｂのうち再循環用排気ガスの抜き出しを行う一方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路１５Ａが、再循環用排気ガスの抜き出しを行わない他方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路１５Ｂよりも流路断面積が小さくなるよう構成する。【選択図】図２
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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の一方の側から排気ガスの一部を抜き出して吸気管へ再循環させるようにした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、該分割されたタービンスクロール流路のうち再循環用排気ガスの抜き出しを行う一方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路が、再循環用排気ガスの抜き出しを行わない他方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路よりも流路断面積が小さくなるよう構成したことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
タービンスクロール流路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た請求項１記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】
隔壁により分割された各タービンスクロール流路のそれぞれ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タービンスクロール流路毎に独立して制御し得るよう構成した請求項１記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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ため、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ための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】
又、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の一部を抜き出し再循環用排気ガス８’として吸気管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、再循環用排気ガス８’を冷却するための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再循環用排気ガス８’とを熱交換させることにより、該再循環用排気ガス８’の温度を低下させ得るようになっている。
【０００９】
尚、図７中、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。
【特許文献１】特開２００１−１２３８８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、前述の如きターボチャージャ２付きのエンジン１に装備されるＥＧＲ装置においては、吸気側が過給されているため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の一部を再循環することができなくなる虞れがあった。
【００１２】
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。
【００１３】
本発明は、斯かる実情に鑑み、ターボチャージャを備えたエンジンにおいても高いＥＧＲ率を実現し得、排気ガスの再循環によるＮＯxの大幅な低減と、過給によるエンジン性能向上とを両立でき、将来的な厳しい排気ガス規制にも対応し得るＥＧＲ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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の一方の側から排気ガスの一部を抜き出して吸気管へ再循環させるようにした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、該分割されたタービンスクロール流路のうち再循環用排気ガスの抜き出しを行う一方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路が、再循環用排気ガスの抜き出しを行わない他方の側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路よりも流路断面積が小さくなるよう構成したことを特徴とするＥＧＲ装置にかかるものである。
【００１５】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１６】
前述の如く構成すると、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出口流路に接続されるタービンスクロール流路における背圧が、排気マニホールドの再循環用排気ガスの抜き出しを行わない側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路の背圧より高められる結果、吸気側が過給されていても排気側との充分な圧力差が確保されることになり、従来より高いＥＧＲ率が実現されることになる。
【００１７】
前記ＥＧＲ装置においては、タービンスクロール流路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することができる。
【００１８】
更に、前記ＥＧＲ装置においては、隔壁により分割された各タービンスクロール流路のそれぞれ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タービンスクロール流路毎に独立して制御し得るよう構成することが望ましく、このようにした場合、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タービンスクロール流路において、各ノズルベーンの開度を小さく絞り込んでスロート部の開口断面積を縮小させると、該スロート部の開口断面積を縮小させたタービンスクロール流路における背圧が更に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更に上昇し、吸気側と排気側との圧力差を更に高めてより高いＥＧＲ率を実現させることが可能となる。
【００１９】
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タービンスクロール流路において、前述した反対側のタービンスクロール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最大限高められることになる。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
本発明のＥＧＲ装置によれば、ターボチャージャを備えたエンジンにおいても高いＥＧＲ率を実現し得、排気ガスの再循環によるＮＯxの大幅な低減と、過給によるエンジン性能向上とを両立でき、将来的な厳しい排気ガス規制にも対応し得るという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００２３】
図１〜図６は本発明を実施する形態の一例であって、図７と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図７に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１〜図６に示す如く、内部を各気筒７の排気干渉が生じないように隔壁１４で区画した排気マニホールド９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、該分割されたタービンスクロール流路１５Ａ，１５Ｂのうち再循環用排気ガス８’の抜き出しを行う一方の側（図７においてＥＧＲパイプ１１が接続されている側）の出口流路に接続されるタービンスクロール流路１５Ａが、再循環用排気ガス８’の抜き出しを行わない他方の側（図７においてＥＧＲパイプ１１が接続されていない側）の出口流路に接続されるタービンスクロール流路１５Ｂよりも流路断面積が小さくなるよう構成した点にある。
【００２４】
即ち、従来のタービンスクロール流路１５Ａ，１５Ｂは、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示す如く、互いに同じ流路断面積となるように隔壁１６により二等分されていたが、これを、図２（ａ）及び図３（ａ）に示す如く、タービンスクロール流路１５Ａの流路断面積がタービンスクロール流路１５Ｂの流路断面積より小さくなるようにしているのである。
【００２５】
又、本図示例の場合、前記隔壁１６により分割された各タービンスクロール流路１５Ａ，１５Ｂのそれぞれのスロート部１７ａ，１７ｂには、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の角度調整をタービンスクロール流路１５Ａ，１５Ｂ毎に独立して制御し得るよう構成してある。
【００２６】
ここで、前記各ノズルベーン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。
【００２７】
即ち、前記各ノズルベーン１８ａは、図４に示す如く、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おり、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。
【００２８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２９】
前述の如く構成したターボチャージャ２を図７に示されるようなエンジン１に採用すると、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出口流路に接続されるタービンスクロール流路１５Ａにおける背圧が、排気マニホールド９の再循環用排気ガス８’の抜き出しを行わない側の出口流路に接続されるタービンスクロール流路１５Ｂの背圧より高められる結果、吸気側が過給されていても排気側との充分な圧力差が確保されることになり、従来より高いＥＧＲ率が実現されることになる。
【００３０】
更に、本図示例においては、隔壁１６により分割された各タービンスクロール流路１５Ａ，１５Ｂのそれぞれのスロート部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の角度調整をタービンスクロール流路１５Ａ，１５Ｂ毎に独立して制御し得るよう構成してあるため、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タービンスクロール流路１５Ａ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スロート部１７ａの開口断面積を縮小させると、該スロート部１７ａの開口断面積を縮小させたタービンスクロール流路１５Ａにおける背圧が更に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更に上昇し、吸気側と排気側との圧力差を更に高めてより高いＥＧＲ率を実現させることが可能となる。
【００３１】
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タービンスクロール流路１５Ｂにおいて、前述した反対側のタービンスクロール流路１５Ａ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としての効率が最大限高められることになる。
【００３２】
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。
【００３３】
但し、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充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。
【００３４】
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。
【００３５】
こうして、ターボチャージャ２を備えたエンジンにおいても高いＥＧＲ率を実現し得、排気ガスの再循環によるＮＯxの大幅な低減と、過給によるエンジン性能向上とを両立でき、将来的な厳しい排気ガス規制にも対応し得る。
【００３６】
尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、隔壁１６をスロート部１７ａ，１７ｂの部分だけなくし、ノズルベーン１８ａ，１８ｂを分割せずに一体のものとして角度調整可能に配設するようにしても良いこと等、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。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【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断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ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】
【００３８】
１    エンジン
２    ターボチャージャ
４    吸気管
７    気筒
８    排気ガス
８’  再循環用排気ガス
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
１５Ａ  タービンスクロール流路
１５Ｂ  タービンスクロール流路
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
【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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