(57)【要約】【課題】  本発明は、空気を加圧してエンジンの吸気マニホルドに供給するスーパーチャージャを備えたエンジンに好適な過給エンジンの排気還流装置に関し、スーパーチャージャによる高過給下においても排気ガス再循環を確実に行うことを目的とする。【解決手段】  空気を加圧してエンジンの吸気マニホルドに供給するスーパーチャージャを備えたエンジンの吸気マニホルドに、エンジンからの排気を再循環させる過給エンジンの排気還流装置において、エンジンの排気マニホルドを吸気マニホルドに連通する排気還流通路と、排気還流通路に配置され排気マニホルドからの排気を加圧するＥＧＲコンプレッサおよびＥＧＲコンプレッサを駆動する空気タービンを備えたＥＧＲブースタと、空気タービンに加圧空気を供給する空気コンプレッサおよび空気コンプレッサを排気マニホルドからの排気により駆動する排気タービンを備えた外気ブースタとを有することを特徴とする。【選択図】    図１
2005171961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を加圧してエンジンの吸気マニホルドに供給するスーパーチャージャを備えたエンジンの前記吸気マニホルドに、前記エンジンからの排気を再循環させる過給エンジンの排気還流装置において、
前記エンジンの排気マニホルドを前記吸気マニホルドに連通する排気還流通路と、
前記排気還流通路に配置され前記排気マニホルドからの排気を加圧するＥＧＲコンプレッサおよび前記ＥＧＲコンプレッサを駆動する空気タービンを備えたＥＧＲブースタと、
前記空気タービンに加圧空気を供給する空気コンプレッサおよび前記空気コンプレッサを前記排気マニホルドからの排気により駆動する排気タービンを備えた外気ブースタと、
を有することを特徴とする過給エンジンの排気還流装置。
【請求項２】
請求項１記載の過給エンジンの排気還流装置において、
前記排気還流通路は、前記排気タービンが配置され前記排気マニホルドからの排気を排出する排気通路から分岐して、前記スーパーチャージャが配置され前記スーパーチャージャからの加圧空気を前記吸気マニホルドに導く吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側に接続され、前記排気還流通路の前記ＥＧＲブースタの上流には前記排気通路側への排気の逆流を阻止する入口側逆止弁が配置され、前記排気還流通路の前記ＥＧＲブースタの下流には前記吸気通路からの吸気の流入を阻止する出口側逆止弁が配置されていることを特徴とする過給エンジンの排気還流装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の過給エンジンの排気還流装置において、
前記排気還流通路は、前記排気タービンが配置され前記排気マニホルドからの排気を排出する排気通路から分岐して、前記スーパーチャージャが配置され前記スーパーチャージャからの加圧空気を前記吸気マニホルドに導く吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側に接続され、前記排気還流通路には、排気を一時貯溜するＥＧＲタンクが配置されていることを特徴とする過給エンジンの排気還流装置。
【請求項４】
請求項３記載の過給エンジンの排気還流装置において、
前記排気還流通路の前記ＥＧＲブースタの下流側および上流側に、前記ＥＧＲタンクを配置してなることを特徴とする過給エンジンの排気還流装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の過給エンジンの排気還流装置において、
前記排気還流通路は、前記スーパーチャージャが配置され前記スーパーチャージャからの加圧空気を前記吸気マニホルドに導く吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側に接続され、前記吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側と前記排気還流通路の接続部との間に吸気絞り部を配置してなることを特徴とする過給エンジンの排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排気を吸気マニホルドに再循環させる排気還流装置に係わり、特に、空気を加圧してエンジンの吸気マニホルドに供給するスーパーチャージャを備えたエンジンに好適な過給エンジンの排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンからの排気を吸気マニホルドに再循環させて燃焼温度を下げ、ＮＯｘの生成を抑制する排気ガス再循環（ＥＧＲ：exhaust gas recirculation）が知られている。
また、ターボチャージャにより、空気を加圧してエンジンの吸気マニホルドに供給してエンジンの出力を増大することが行われている。
【０００３】
そして、従来、ターボチャージャを備えたエンジンに、排気ガス再循環を適用した過給エンジンの排気還流装置として、特開平７−９１３２５号公報に開示されるものが知られている。
この公報の過給エンジンの排気還流装置では、消音器の下流側の排気を、エンジンの排気により駆動される排気還流用送気装置を介してエンジンに還流しており、比較的低温の排気をエンジンに供給することができる。
【特許文献１】特開平７−９１３２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した公報に開示される過給エンジンの排気還流装置では、消音器の下流側の圧力の低くなった排気を、エンジンの排気により駆動される排気還流用送気装置を介してエンジンに還流しているため、排気ガス再循環を確実に行うことが困難になるおそれがあるという問題があった。
そして、特に、スーパーチャージャを備えたエンジンでは、殆どの運転領域で、排気圧より給気圧の方が高くなるため、排気ガス再循環を確実に行うことが困難である。
【０００５】
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、スーパーチャージャによる高過給下においても排気ガス再循環を確実に行うことができる過給エンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の過給エンジンの排気還流装置は、空気を加圧してエンジンの吸気マニホルドに供給するスーパーチャージャを備えたエンジンの前記吸気マニホルドに、前記エンジンからの排気を再循環させる過給エンジンの排気還流装置において、前記エンジンの排気マニホルドを前記吸気マニホルドに連通する排気還流通路と、前記排気還流通路に配置され前記排気マニホルドからの排気を加圧するＥＧＲコンプレッサおよび前記ＥＧＲコンプレッサを駆動する空気タービンを備えたＥＧＲブースタと、前記空気タービンに加圧空気を供給する空気コンプレッサおよび前記空気コンプレッサを前記排気マニホルドからの排気により駆動する排気タービンを備えた外気ブースタとを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の過給エンジンの排気還流装置は、請求項１記載の過給エンジンの排気還流装置において、前記排気還流通路は、前記排気タービンが配置され前記排気マニホルドからの排気を排出する排気通路から分岐して、前記スーパーチャージャが配置され前記スーパーチャージャからの加圧空気を前記吸気マニホルドに導く吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側に接続され、前記排気還流通路の前記ＥＧＲブースタの上流には前記排気通路側への排気の逆流を阻止する入口側逆止弁が配置され、前記排気還流通路の前記ＥＧＲブースタの下流には前記吸気通路からの吸気の流入を阻止する出口側逆止弁が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の過給エンジンの排気還流装置は、請求項１または請求項２記載の過給エンジンの排気還流装置において、前記排気還流通路は、前記排気タービンが配置され前記排気マニホルドからの排気を排出する排気通路から分岐して、前記スーパーチャージャが配置され前記スーパーチャージャからの加圧空気を前記吸気マニホルドに導く吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側に接続され、前記排気還流通路には、排気を一時貯溜するＥＧＲタンクが配置されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の過給エンジンの排気還流装置は、請求項３記載の過給エンジンの排気還流装置において、前記排気還流通路の前記ＥＧＲブースタの下流側および上流側に、前記ＥＧＲタンクを配置してなることを特徴とする。
請求項５の過給エンジンの排気還流装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の過給エンジンの排気還流装置において、前記排気還流通路は、前記スーパーチャージャが配置され前記スーパーチャージャからの加圧空気を前記吸気マニホルドに導く吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側に接続され、前記吸気通路の前記スーパーチャージャの下流側と前記排気還流通路の接続部との間に吸気絞り部を配置してなることを特徴とする。
【００１０】
（作用）
請求項１の過給エンジンの排気還流装置では、スーパーチャージャにより空気が加圧されエンジンの吸気マニホルドに供給される。そして、エンジンの排気マニホルドからの比較的高圧の排気が排気還流通路に流入し、外気ブースタからの加圧空気により駆動されるＥＧＲブースタにより加圧された後、吸気マニホルドに導かれる。
【００１１】
また、外気ブースタでは、排気タービンにより空気コンプレッサを駆動することにより外部空気が加圧され、ＥＧＲブースタでは、空気タービンによりＥＧＲコンプレッサを駆動することにより排気が加圧されるため、外気ブースタとして通常のターボチャージャを用いることができ、ＥＧＲブースタとしては空気タービンに従来のターボチャージャのコンプレッサと同様の材質を用い、ＥＧＲコンプレッサに従来のタービンと同様の材質を用いることができる。
【００１２】
請求項２の過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路のＥＧＲブースタの上流に配置される入口側逆止弁により排気通路側への排気の逆流が阻止され、排気還流通路のＥＧＲブースタの下流に配置される出口側逆止弁により吸気通路からの吸気の流入が阻止される。
請求項３の過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路にＥＧＲタンクが配置され、排気が一時貯溜されるため、単気筒エンジンのように、排気期間と吸気期間が重複しない場合でも、排気還流がスムーズに行われる。
【００１３】
請求項４の過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路のＥＧＲブースタの下流側および上流側に、ＥＧＲタンクが配置され、これによりＥＧＲコンプレッサのサージングが防止される。
請求項５の過給エンジンの排気還流装置では、吸気通路のスーパーチャージャの下流側と排気還流通路の接続部との間に吸気絞り部が配置され、これにより吸気通路の吸気マニホルド側の圧力が吸気期間中パルス状に低下し、排気還流通路からの排気が吸気通路にパルス的に流入し易くなる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の過給エンジンの排気還流装置では、エンジンの排気マニホルドからの比較的高圧の排気を排気還流通路に流入し、外気ブースタからの加圧空気により駆動されるＥＧＲブースタにより加圧した後、吸気マニホルドに導くようにしたので、スーパーチャージャによる高過給下においても排気ガス再循環を確実に行うことができる。
また、外気ブースタでは、排気タービンにより空気コンプレッサを駆動することにより外部空気を加圧し、ＥＧＲブースタでは、空気タービンによりＥＧＲコンプレッサを駆動することにより排気を加圧するようにしたので、外気ブースタのコンプレッサ側およびＥＧＲブースタの空気タービン側が高温になることが防止され、外気ブースタおよびＥＧＲブースタに市販のターボチャージャを流用することができる。
【００１５】
請求項２の過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路のＥＧＲブースタの上流に排気通路側への排気の逆流を阻止する入口側逆止弁を配置し、排気還流通路のＥＧＲブースタの下流に吸気通路からの吸気の流入を阻止する出口側逆止弁を配置したので、スーパーチャージャによる高過給下においても排気ガス再循環をより確実に行うことができる。
請求項３の過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路に、排気を一時貯溜するＥＧＲタンクを配置したので、気筒数の少ないエンジンでも吸気マニホルドに排気を安定して確実に供給することができる。
【００１６】
請求項４の過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路のＥＧＲブースタの下流側および上流側に、ＥＧＲタンクを配置したので、ＥＧＲコンプレッサのサージングを効果的に防止することができる。
請求項５の過給エンジンの排気還流装置では、吸気通路のスーパーチャージャの下流側と排気還流通路の接続部との間に吸気絞り部を配置したので、吸気通路の吸気マニホルド側の圧力がパルス的に低下し、排気還流通路からの排気が吸気通路にパルス的に流入し易くなり、これにより排気還流通路からの排気を吸気通路に確実に流入させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の過給エンジンの排気還流装置の一実施形態を示すもので、この実施形態では、本発明が、発電用のディーゼルエンジンに適用される。
図１において、符号１１は、ディーゼルエンジンからなるエンジンを示している。
このエンジン１１は、エンジン１１への吸気を行う吸気マニホルド１３、および、エンジン１１からの排気を排出する排気マニホルド１５を備えている。また、クランクシャフトギヤ１７およびトランスミッション１９を有している。
【００１８】
エンジン１１の吸気マニホルド１３には、吸気マニホルド１３に空気を供給するための吸気通路２１が開口されている。
この吸気通路２１には、上流側から順に、スーパーチャージャ２３，エアタンク２５，吸気絞り部としての吸気絞り弁２７が介装されている。
スーパーチャージャ２３は、エアコンプレッサからなり図示しない電気モータにより駆動される。そして、外部からの吸気を図示しないフィルタを通して吸入し、比較的高い圧力まで加圧する。
【００１９】
エアタンク２５は、スーパーチャージャ２３で加圧された吸気を一時貯溜する。
吸気絞り弁２７は、エアタンク２５からの吸気を絞り、下流側の圧力を吸気期間中、一時的にパルス状に低下させる。この実施形態では、吸気絞り弁２７は、絞り量を調整可能な可変絞り弁とされているが、吸気絞り弁２７のかわりにベンチュリ（エゼクタ）を設け、排気還流通路の接続部としてもよい。
【００２０】
エンジン１１の排気マニホルド１５には、排気通路２９が接続されている。この排気通路２９には、外気ブースタ３１の排気タービン３３および消音器３５が配置されている。
排気通路２９の排気タービン３３と消音器３５との間には、可変排気絞り弁３７が配置されている。また、排気タービン３３をバイパスしてバイパス通路３９が配置されている。このバイパス通路３９には、可変絞り弁４１が配置されており、排気還流を少くする運転の際に可変絞り弁４１を開くようになっている。
【００２１】
そして、この実施形態では、エンジン１１の排気マニホルド１５を吸気マニホルド１３に連通する排気還流通路４３が配置されている。
この排気還流通路４３は、排気通路２９の排気タービン３３の上流から分岐して、吸気通路２１の吸気絞り弁２７の下流側に接続されている。
排気還流通路４３には、入口側から順に、入口側逆止弁４５，第１のＥＧＲタンク４７，ＥＧＲブースタ４９のＥＧＲコンプレッサ５１，ＥＧＲクーラ５３，ＥＧＲ絞り弁５５，第２のＥＧＲタンク５７，出口側逆止弁５９が配置されている。
【００２２】
入口側逆止弁４５は、排気還流通路４３から排気通路２９側への排気の逆流を阻止する。また、出口側逆止弁５９は、吸気通路２１からの吸気の流入を阻止する。
第１のＥＧＲタンク４７および第２のＥＧＲタンク５７は、排気を一時貯溜する。
ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲコンプレッサ５１で加圧された排気を冷却する。このＥＧＲクーラ５３には、水道水等の冷却水が可変絞り弁６１を介して供給される。
【００２３】
ＥＧＲ絞り弁５５は、排気を絞って第２のＥＧＲタンク５７に導く。
ＥＧＲブースタ４９のＥＧＲコンプレッサ５１は、排気マニホルド１５からの排気を加圧する。
このＥＧＲコンプレッサ５１は、ＥＧＲブースタ４９の空気タービン６３により駆動される。
【００２４】
そして、空気タービン６３は、外気ブースタ３１の空気コンプレッサ６５により加圧された空気により駆動される。空気タービン６３を駆動した空気は、消音器６５を介して外部に排出される。
一方、外気ブースタ３１の空気コンプレッサ６５は、外気ブースタ３１の排気タービン３３により駆動される。空気コンプレッサ６５には、エアクリーナ６７を介して外部空気が供給される。
【００２５】
上述した過給エンジンの排気還流装置では、スーパーチャージャ２３により空気が加圧されエンジン１１の吸気マニホルド１３に供給される。そして、エンジン１１の排気マニホルド１５からの比較的高圧の排気が排気還流通路４３に流入し、外気ブースタ３１の空気コンプレッサ６５からの加圧空気により駆動されるＥＧＲブースタ４９のＥＧＲコンプレッサ５１により加圧された後、吸気マニホルド１３に導かれる。
【００２６】
また、外気ブースタ３１では、排気タービン３３により空気コンプレッサ６５を駆動することにより外部空気が加圧され、ＥＧＲブースタ４９では、空気タービンによりＥＧＲコンプレッサ５１を駆動することにより排気が加圧される。
上述した過給エンジンの排気還流装置では、エンジン１１の排気マニホルド１５からの比較的高圧の排気を排気還流通路４３に流入し、外気ブースタ３１からの加圧空気により駆動されるＥＧＲブースタ４９により加圧した後、吸気マニホルド１３に導くようにしたので、スーパーチャージャ２３による高過給下においても排気ガス再循環を確実に行うことができる。
【００２７】
また、外気ブースタ３１では、排気タービン３３により空気コンプレッサ６５を駆動することにより外部空気を加圧し、ＥＧＲブースタ４９では、空気タービン６３によりＥＧＲコンプレッサ５１を駆動することにより排気を加圧するようにしたので、外気ブースタ３１のコンプレッサ６５およびＥＧＲブースタ４９のタービン６３が高温になることが防止され、外気ブースタ３１およびＥＧＲブースタ４９に市販のターボチャージャを流用することが可能になる。
【００２８】
そして、上述した過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路４３のＥＧＲブースタ４９の上流に排気通路２９側への排気の逆流を阻止する入口側逆止弁４５を配置し、排気還流通路４３のＥＧＲブースタ４９の下流に吸気通路２１からの吸気の流入を阻止する出口側逆止弁５９を配置したので、スーパーチャージャ２３による高過給下においても排気ガス再循環をより確実に行うことができる。
【００２９】
また、上述した過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路４３に、排気を一時貯溜するＥＧＲタンク４７，５７を配置したので、吸気マニホルド１３に排気を安定して確実に供給することができる。
さらに、上述した過給エンジンの排気還流装置では、排気還流通路４３のＥＧＲブースタ４９の下流側および上流側に、ＥＧＲタンク４７，５７を配置したので、ＥＧＲコンプレッサ５１のサージングを効果的に防止することができる。
【００３０】
そして、上述した過給エンジンの排気還流装置では、吸気通路２１のスーパーチャージャ２３の下流側と排気還流通路４３の接続部との間に吸気絞り弁２７を配置したので、吸気通路２１の吸気マニホルド１３側の圧力がパルス状に低下し、排気還流通路４３からの排気が吸気通路２１にパルス的に流入し易くなり、これにより排気還流通路４３からの排気を吸気通路２１に確実に流入させることができる。
【００３１】
なお、上述した実施形態では、本発明をディーゼルエンジンからなるエンジン１１に適用した例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例えば、ガソリンエンジンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の過給エンジンの排気還流装置の一実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１１  エンジン
１３  吸気マニホルド
１５  排気マニホルド
２１  吸気通路
２３  スーパーチャージャ
２５  エアタンク
２７  吸気絞り弁
２９  排気通路
３１  外気ブースタ
３３  排気タービン
３５  消音器
３７  可変絞り弁
３９  バイパス通路
４１  可変絞り弁
４３  排気還流通路
４５  入口側逆止弁
４７  第１のＥＧＲタンク
４９  ＥＧＲブースタ
５１  ＥＧＲコンプレッサ
５３  ＥＧＲクーラ
５５  ＥＧＲ絞り弁
５７  第２のＥＧＲタンク
５９  出口側逆止弁
６３  空気タービン
６５  空気コンプレッサ
【図１】
2005171961.tif 000003