(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、
各気筒から排出される排気ガスを一口の排気ガス出口に集める排気マニホールドと、
過給機からの給気を各気筒に分配する給気マニホールドと、
前記過給機のコンプレッサ出口から前記給気マニホールドまでの給気通路と、
この給気通路と前記排気マニホールドとを連通するバイパス通路と、
前記排気マニホールドから排気ガスの一部を取り出して前記給気通路に戻すＥＧＲ通路を有したＥＧＲ装置とを備え、
前記排気マニホールドの前記排気ガス出口は、エンジン気筒列に沿った長さ方向の途中に設けられ、
前記排気マニホールドでの前記バイパス通路の連通部および前記ＥＧＲ通路の分岐部は、前記排気ガス出口を挟んで前記エンジン気筒列に沿った長さ方向の両側に配置されている
ことを特徴とするＥＧＲ装置付き過給エンジン。
【請求項２】
ＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、
各気筒から排出される排気ガスを一口の排気ガス出口に集める排気マニホールドと、
過給機からの給気を各気筒に分配する給気マニホールドと、
前記過給機のコンプレッサ出口から前記給気マニホールドまでの給気通路と、
この給気通路と前記排気マニホールドとを連通するバイパス通路と、
前記排気マニホールドから排気ガスの一部を取り出して前記給気通路に戻すＥＧＲ通路を有したＥＧＲ装置とを備え、
前記排気マニホールドの前記排気ガス出口は、エンジン気筒列に沿った長さ方向の一端側に設けられ、
前記排気マニホールドでの前記バイパス通路の連通部は、前記排気ガス出口側に設けられ、
前記排気マニホールドでの前記ＥＧＲ通路の分岐部は、前記バイパス通路の連通部よりも前記排気ガス出口からエンジン気筒列に沿った長さ方向に離間した側に設けられている
ことを特徴とするＥＧＲ装置付き過給エンジン。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、
前記排気マニホールドには、複数の前記気筒に対応して当該気筒からの排気ガスが流入する排気ガス流入ポートが設けられ、
前記連通部と前記分岐部との間には、少なくとも１つの前記排気ガス流入ポートが位置している
ことを特徴とするＥＧＲ装置付き過給エンジン。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、
前記排気マニホールドでの前記バイパス通路の前記連通部は、前記長手方向の一端側に寄せて設けられ、
前記ＥＧＲ通路の前記分岐部は、前記長手方向の他端側に寄せて設けられている
ことを特徴とするＥＧＲ装置付き過給エンジン。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、
前記排気ガスを一口の排気ガス出口に集める排気マニホールドは、第１、第２マニホールドとして一対設けられる
ことを特徴とするＥＧＲ装置付き過給エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ(exhaust gas recirculation) 装置付き過給エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンでの燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制するＥＧＲ装置が知られている。
このようなＥＧＲ装置では、排気側の圧力が給気側の圧力よりも高い場合には、排気ガスの一部を給気側に確実に戻すことができるのであるが、エンジンを例えば中高速でかつ高負荷領域で運転する場合のように、エンジンの運転状態によっては排気ターボ過給機等で過給された過給気の圧力が排気ガスの圧力よりも大幅に高くなる場合があり、ＥＧＲ通路にベンチュリを設けてもこのような状態でＥＧＲバルブを開くと、排気ガスが給気側に戻らないばかりか、ＥＧＲ通路を通って給気が排気側に流れ、十分な給気がエンジンに供給されない事態が生じる。【０００３】
そこで、給気通路において、ＥＧＲ通路との合流位置よりも上流側をバイパス通路にて排気側にバイパスすることが提案されている（例えば特許文献１）。給気側の圧力が排気側の圧力よりも高くなった場合に、バイパス通路中に設けられたバイパスバルブを開くことにより、給気の一部を排気側に送って排気側の圧力を高めることができ、排気ガスをＥＧＲ通路を通して給気側に確実に戻すことができるのである。【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１６５０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１でのバイパス通路は、排気側において、排気マニホールドと過給機との間に設けられた排気管途中に連通しており、また、ＥＧＲ通路も当該排気管途中から分岐して設けられている。
しかし、特に建設機械のようにエンジンルームが極めて狭い場合では、排気管途中に連通部や分岐部を設けると、排気管の構造が複雑になって場積をとるため、そのような排気管を配置することは実質的に困難である。【０００６】
そこで、バイパス通路を排気マニホールドに直に連通させたり、ＥＧＲ通路を排気マニホールドから直に分岐させたりすることで排気管の構造を簡略化し、配置スペースの問題を解決することが試みられているのであるが、排気マニホールドでのバイパス通路の連通位置や、ＥＧＲ通路の分岐位置によっては、バイパス通路からの給気がそのままＥＧＲ通路に入り込んでしまうなど、ＥＧＲ効果を阻害することがあり、その問題可決が望まれている。【０００７】
本発明の主な目的は、配置スペースを小さくでき、かつ排気ガスを効率よく給気側に戻すことができるＥＧＲ装置付き過給エンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のＥＧＲ装置付き過給エンジンは、各気筒から排出される排気ガスを一口の排気ガス出口に集める排気マニホールドと、過給機からの給気を各気筒に分配する給気マニホールドと、前記過給機のコンプレッサ出口から前記給気マニホールドまでの給気通路と、この給気通路と前記排気マニホールドとを連通するバイパス通路と、前記排気マニホールドから排気ガスの一部を取り出して前記給気通路に戻すＥＧＲ通路を有したＥＧＲ装置とを備え、前記排気マニホールドの前記排気ガス出口は、エンジン気筒列に沿った長さ方向の途中に設けられ、前記排気マニホールドでの前記バイパス通路の連通部および前記ＥＧＲ通路の分岐部は、前記排気ガス出口を挟んで前記エンジン気筒列に沿った長さ方向の両側に配置されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明のＥＧＲ装置付き過給エンジンは、
各気筒から排出される排気ガスを一口の排気ガス出口に集める排気マニホールドと、過給機からの給気を各気筒に分配する給気マニホールドと、前記過給機のコンプレッサ出口から前記給気マニホールドまでの給気通路と、この給気通路と前記排気マニホールドとを連通するバイパス通路と、前記排気マニホールドから排気ガスの一部を取り出して前記給気通路に戻すＥＧＲ通路を有したＥＧＲ装置とを備え、前記排気マニホールドの前記排気ガス出口は、エンジン気筒列に沿った長さ方向の一端側に設けられ、前記排気マニホールドでの前記バイパス通路の連通部は、前記排気ガス出口側に設けられ、前記排気マニホールドでの前記ＥＧＲ通路の分岐部は、前記バイパス通路の連通部よりも前記排気ガス出口からエンジン気筒列に沿った長さ方向に離間した側に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
以上において、本発明によれば、排気マニホールドにバイパス通路の連通部およびＥＧＲ通路の分岐部を設けるのであるが、排気マニホールドはもともと気筒列方向に沿った比較的大きな部材として存在するため、それらの連通部や分岐部を新たに設けても、場積の増加率としてはさほどでもない。従って、連通部や分岐部が設けられた複雑でかつ大型化した排気管を設置するのに比して配置スペースを格段に小さくできる。【００１３】
また、排気ガス出口が気筒列方向の途中にある場合には、バイパス通路の連通部とＥＧＲ通路の分岐部とを、排気ガス出口を挟んで所定間隔離して設け、あるいは、排気ガス出口が気筒列方向の一端側にある場合では、ＥＧＲ通路の分岐部をバイパス通路の連通部よりも排気ガス出口から離して設けるので、バイパス通路から供給された給気はＥＧＲ通路に入り込む心配がなく、ＥＧＲ量を確実に確保できる。【００１４】
本発明のＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、前記排気マニホールドには、複数の前記気筒に対応して当該気筒からの排気ガスが流入する排気ガス流入ポートが設けられ、前記連通部と前記分岐部との間には、少なくとも１つの前記排気ガス流入ポートが位置していることが望ましい。【００１５】
このような本発明によれば、排気マニホールドでのバイパス通路の連通部とＥＧＲ通路の分岐部との間には、少なくとも１つの排気ガス流入ポートが位置しているため、排気ガス流入ポートから流れてきた排気ガスがバイパス通路から供給される給気に押されてＥＧＲ通路に流れ込むとともに、バイパス通路からの給気がより近くの排気ガス出口へ導かれるようになる。従って、バイパス通路から供給された給気がＥＧＲ通路に入り込む心配がなく、ＥＧＲ量を確実に確保できる。【００１６】
本発明のＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、前記排気マニホールドでの前記バイパス通路の前記連通部は、前記長手方向の一端側に寄せて設けられ、前記ＥＧＲ通路の前記分岐部は、前記長手方向の他端側に寄せて設けられていることが望ましい。【００１７】
このような本発明によれば、バイパス通路の連通部とＥＧＲ通路の分岐部とを排気マニホールドの両端側に大きく離間して設けることになるので、バイパス通路からの給気がＥＧＲ通路に入り込むのを最良な状態で防止できる。【００１８】
本発明のＥＧＲ装置付き過給エンジンにおいて、前記排気ガスを一口の排気ガス出口に集める排気マニホールドは、第１、第２マニホールドとして一対設けられることが望ましい。
このような本発明によれば、排気マニホールドが第１、第２マニホールドとして一対設けられるため、バイパス通路から供給された給気がＥＧＲ通路に入り込む心配がなく、ＥＧＲ量を確実に確保できることに加え、気筒からの排気ガスの排気干渉をなくすことができ、排気をスムーズに行って過給機のレスポンスを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る過給エンジンを示す模式図。
【図２】本発明の第２実施形態に係る過給エンジンを示す模式図。
【図３】本発明の第３実施形態に係る過給エンジンを示す模式図。
【符号の説明】
【００２０】
１，２，３…過給エンジン、１０Ａ…気筒、１１…給気マニホールド、１２…排気マニホールド、１２Ａ…排気ガス流入ポート、１３，１３１，１３２…排気ガス出口、２３…給気通路、２５…バイパス通路、２５Ｂ…連通部、３０…ＥＧＲ装置、３１…ＥＧＲ通路、３１Ａ…分岐部。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、後述する第２、第３実施形態において、次説する第１実施形態と同一部材には同じ符号を付し、それらの説明を省略する。【００２２】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る過給エンジン１を示す模式図である。
エンジン１は、本実施形態では直列６気筒のディーゼルエンジンであり、シリンダヘッド１０を有するエンジン本体と、吸気を過給する排気ターボチャージャからなる過給機２０と、ＮＯｘの生成を抑制するためのＥＧＲ装置３０とを備えている。【００２３】
シリンダヘッド１０の吸気ポート側には給気を各気筒１０Ａに分配する給気マニホールド１１が、排気ポート側には各気筒１０Ａからの排気ガスを集める排気マニホールド１２がそれぞれ取り付けられている。排気マニホールド１２は、各気筒１０Ａに対応して設けられた複数の排気ガス流入ポート１２Ａと、気筒列方向の中央に一つ設けられた排気ガス出口１３とを備えた一口タイプである。【００２４】
過給機２０は、排気ガスの排気エネルギで回転するタービン２１と、このタービン２１と共に回転して吸気を圧縮するコンプレッサ２２とを備えている。コンプレッサ２２出口から給気マニホールド１１までは給気通路２３で連通しており、給気通路２３の途中にはアフタクーラ２４が設けられている。【００２５】
さらに、給気通路２３において、アフタクーラ２４の下流側と排気マニホールド１２とはバイパス通路２５で連通しており、バイパス通路２５の途中にはバイパスバルブ２６が設けられている。給気の圧力が排気ガスの圧力よりも高い場合に、このバイパスバルブ２６を開くことで、給気の一部がエンジン本体をバイパスして排気側に供給されるようになる。【００２６】
ＥＧＲ装置３０は、排気マニホールド１２の分岐部３１Ａから分岐して給気通路２３の下流側（バイパス通路２５の分岐部２５Ａよりも下流側）に連通するＥＧＲ通路３１を備えており、ＥＧＲ通路３１の途中には、給気側に戻される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ３２が設けられている。【００２７】
また、ＥＧＲ通路３１において、ＥＧＲクーラ３２の下流側には、ＥＧＲバルブ３３が設けられている。排気ガスの圧力が給気の圧力よりも高い場合に、このＥＧＲバルブ３３を開くことで、排気ガスの一部を給気側に戻すことが可能である。この際、ＥＧＲ通路３１からの排気ガスは、給気通路２３との連通部３１Ｂに設けられた絞り３４から吸い出されるようにして戻される。【００２８】
そして、本実施形態のエンジン１では、中高速でかつ高負荷域での運転時のように、給気の圧力が排気ガスの圧力よりも高い状況でも、バイパスバルブ２６とＥＧＲバルブ３３との両方を開くことにより、給気の一部を排気側に供給して排気マニホールド１２内の排気ガスの圧力を高め、その排気ガスの一部をＥＧＲ通路３１に押し出して給気側に確実に戻すようにしている。【００２９】
以下には、給気の圧力が排気ガスの圧力よりも高い状況でも、排気ガスの一部が給気側に確実に戻るための具体的な構成について説明する。
すなわち、排気マニホールド１２において、給気側からのバイパス通路２５の連通部２５Ｂは、排気マニホールド１２の気筒列に沿った長手方向の一端側に寄せて設けられ、ＥＧＲ通路３１の分岐部３１Ａは、排気ガス出口１３を挟んだ長手方向の他端側に寄せて設けられている。そして、このように離間して設けられた連通部２５Ｂと分岐部３１Ａとの間には、複数の排気ガス流入ポート１２Ａが位置している。【００３０】
連通部２５Ｂと分岐部３１Ａとを排気ガス出口１３を間にして離間させることにより、連通部２５Ｂから排気マニホールド１２内に供給された給気は、分岐部３１Ａに至ることなく排気ガス出口１３から排気される。また、連通部２５Ｂと分岐部３１Ａとの間に排気ガス流入ポート１２Ａを位置させることにより、排気ガス流入ポート１２Ａから流れてきた排気ガスが、バイパス通路２５からの給気によって分岐部３１Ａ側に押し出される。従って、バイパス通路２５からの給気が、排気ガスに混じってＥＧＲ通路３１に入り込む心配がない。しかも、連通部２５Ｂと分岐部３１Ａとが略最大に離間していることから、給気がＥＧＲ通路３１内に混じる可能性が殆どない最良の状態を実現できる。【００３１】
そして、給気の一部が供給されることでの排気マニホールド１２内の圧力上昇により、供給された給気に見合った排気ガスをＥＧＲ通路３１に押し出すことができ、ＥＧＲ量を確実に確保できるのである。【００３２】
なお、本実施形態では、連通部２５Ｂおよび分岐部３１Ａは、排気マニホールド１２の両側に略最大に離間しているが、排気ガス出口１３を挟んだ位置に設けられていればよく、互いに近接していてもよい。ただし、連通部２５Ｂおよび分岐部３１Ａが排気ガス出口１３を挟んで設けられていても、あまりにも近づきすぎると、給気がそのまま排気ガスに混じってＥＧＲ通路３１に入り込む可能性があるため、給気が混じらない程度に、つまり給気により排気ガスの一部のみが押されてＥＧＲ通路３１に確実に入り込む程度に互いに離間している必要がある。【００３３】
また、本実施形態によれば、連通部２５Ｂや分岐部３１Ａは、排気マニホールド１２と過給機２０とを繋ぐ排気管に設けられているわけではなく、もともと大きな部材である排気マニホールド１２に直に設けられているので、排気管に設ける場合に比して設置スペースの増加分を少なくでき、設置スペースに制約のある建設機械等にも良好に対応できる。【００３４】
〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態に係る過給エンジン２を示す模式図である。
本実施形態のエンジン２では、排気マニホールド１２の排気ガス出口１３が気筒列に沿った長手方向の一端に設けられており、その結果バイパス通路２５の連通部２５Ｂは、排気ガス出口１３側に寄せて設けられている点が第１実施形態とは大きく異なる。その他の構造は第１実施形態と同じである。例えばＥＧＲ通路３１の分岐部３１Ａは、排気マニホールド１２の他端側に設けられ、連通部２５Ｂに対して略最大に離間している。【００３５】
このような本実施形態においても、排気マニホールド１２に供給された給気は、排気ガスに混じってＥＧＲ通路３１から給気側に戻る心配がないうえ、第１実施形態と同様な他の構成により、第１実施形態と同じ効果を奏することができる。【００３６】
〔第３実施形態〕
図３は、本発明の第３実施形態に係る過給エンジン３を示す模式図である。
本実施形態のエンジン３によれば、排気マニホールド１２は、３つの気筒１０Ａからの排気ガスを集める第１マニホールド１２１および第２マニホールド１２２で構成された二口タイプであり、マニホールド１２１，１２２のそれぞれに排気ガス出口１３１，１３２が設けられている。排気ガス出口１３１，１３２は互いに近接して配置され、排気ガス出口１３１，１３２からの排気ガスは、最終的には過給機２０のタービンハウジング内で合流する。【００３７】
このような本実施形態において、第１、第２マニホールド１２１，１２２単体を見ると、これらは第２実施形態で説明した排気マニホールド１２の構成と類似しており、長さが異なるだけである。従って、第１、第２マニホールド１２１，１２２においても、排気ガス出口１３１，１３２側の一端側に寄せてバイパス通路２５の連通部２５Ｂが設けられ、他端側に寄せてＥＧＲ通路３１の分岐部３１Ａが設けられている。【００３８】
このような本実施形態でも、バイパス通路２５やＥＧＲ通路３１の構造が多少複雑になるが、第２実施形態と同様な構成により、排気側に供給された給気が排気ガスに混ざってＥＧＲ通路３１に入り込む心配等がなく、第２実施形態と同様な効果を得ることができる。【００３９】
また、本実施形態では、排気マニホールド１２が第１、第２マニホールド１２１，１２２に分割されているため、気筒１０Ａからの排気ガスの排気干渉をなくすことができ、排気をスムーズに行って過給機２０のレスポンスを向上させることができる。【００４０】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記第３実施形態の排気マニホールド１２は第１、第２マニホールド１２１，１２２で構成された二口タイプとされ、これら単体は第２実施形態での排気マニホールド１２の長さが異なる構造とされていたが、排気マニホールドを２口タイプとする場合、第１実施形態での排気マニホールドの長さが異なるものを第１、第２マニホールドとして２つ用意し、それぞれ３気筒分に対応させてもよい。この構成は特にＶ型のエンジンや、過給機が第１、第２マニホールド毎に一対設けられるいわゆるツインターボエンジンに有効である。【００４１】
また、前記実施形態では、バイパス通路２５の分岐部２５Ａは、給気通路２３におけるアフタクーラ２４の下流側に設けられていたがこれに限られず、分岐部２５Ａがアフタクーラ２４の上流側に設けられてもよい。このような構成であっても、バイパス通路２５を通り給気が供給される点に変わりないため、前記実施形態の場合と同様の効果が得られる。【００４２】
その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、建設機械に搭載される過給エンジンの他、輸送用のトラックに搭載される過給エンジンや、発電機等の定置式の産業機械などに搭載される過給エンジンに利用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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