(57)【要約】【課題】エンジンの出力を低下させることなくＥＧＲガスを吸気通路に還流させる。【解決手段】ターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置は、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギにより吸気を圧縮してエンジン１１に供給するターボ過給機１４と、エンジンの排気通路１３から所定量のＥＧＲガスをエンジンの吸気通路１２に還流させるＥＧＲパイプ２２と、ＥＧＲパイプ２２に設けられＥＧＲパイプ２２を介して還流するＥＧＲガスの還流量を調整可能なＥＧＲ弁２３とを備える。排気通路１３から吸気通路１２へのＥＧＲガスの還流を許容し吸気通路１２から排気通路１３へのＥＧＲガスの逆流を禁止するリード弁３１が排気通路１３近傍のＥＧＲパイプ２２に設けられる。リード弁３１を迂回して排気通路１３をＥＧＲ弁２３に接続するバイパス管３２が設けられ、バイパス管３２を開放又は閉止する開閉弁３３がバイパス管３２に設けられる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(11)から排出される排ガスのエネルギにより吸気を圧縮して前記エンジン(11)に供給するターボ過給機(14)と、エンジンの排気通路(13)から所定量のＥＧＲガスをエンジンの吸気通路(12)に還流させるＥＧＲパイプ(22)と、前記ＥＧＲパイプ(22)に設けられ前記ＥＧＲパイプ(22)を介して還流するＥＧＲガスを冷却可能なＥＧＲクーラ(21c)と、前記ＥＧＲパイプ(22)に設けられ前記ＥＧＲパイプ(22)を介して還流するＥＧＲガスの還流量を調整可能なＥＧＲ弁(23)とを備えたターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置において、
前記排気通路(13)から前記吸気通路(12)へのＥＧＲガスの還流を許容し前記吸気通路(12)から前記排気通路(13)へのＥＧＲガスの逆流を禁止するリード弁(31)が前記ＥＧＲクーラ(21c)より上流側であって前記排気通路(13)近傍の前記ＥＧＲパイプ(22)に設けられたことを特徴とするターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置。
【請求項２】
ＥＧＲ弁(23)がＥＧＲクーラ(21c)とリード弁(31)の間のＥＧＲパイプ(22)に設けられ、前記リード弁(31)を迂回して排気通路(13)を前記ＥＧＲ弁(23)に接続するバイパス管(32)が設けられ、前記バイパス管(32)を開放又は閉止する開閉弁(33)が前記バイパス管(32)に設けられ、前記開閉弁(33)は排気マニホルド(13a)の排ガスの平均圧力が吸気マニホルド(12a)の吸気の平均圧力よりも高い圧力を有する運転条件のとき前記バイパス管(32)を開放し前記排気マニホルド(13a)の排ガスの平均圧力が前記吸気マニホルド(12a)の吸気の平均圧力よりも低い圧力を有する運転条件のとき前記バイパス管(32)を閉止するように構成された請求項１記載のターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガスのエネルギにより吸気を圧縮してエンジンに供給するターボ過給機を有するエンジンの、排気通路からＥＧＲガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ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（例えば、特許文献１参照。）。
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ている。そして、排ガスにおける窒素酸化物の排出量を低減するにはエンジンにおける燃焼温度の上昇を更に抑えることが考えられ、そのためには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ことが考えられる。
【特許文献１】特開２００５−９０２９０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】
【０００３】
しかし、このターボ過給機が設けられたエンジンでは、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ので、吸気通路における吸気圧力がその吸気通路に接続されたＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスの圧力より高いと、ＥＧＲパイプを介して排気通路におけるＥＧＲガスを吸気通路に還流させることができずに、その燃焼温度を十分に低減することができない不具合があった。
この点を解消するために、従来ではＥＧＲガスを還流させる際に吸気の圧縮を制限し、吸気通路における吸気圧力がＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスの圧力より高くならないように制御しているけれども、吸気の圧縮を制限するとエンジンの出力を十分に上昇させることができない不具合があった。
本発明の目的は、エンジンの出力を低下させることなくＥＧＲガスを吸気通路に効果的に還流させ得るターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、エンジン１１から排出される排ガスのエネルギにより吸気を圧縮してエンジン１１に供給するターボ過給機１４と、エンジンの排気通路１３から所定量のＥＧＲガスをエンジンの吸気通路１２に還流させるＥＧＲパイプ２２と、ＥＧＲパイプ２２に設けられＥＧＲパイプ２２を介して還流するＥＧＲガスを冷却可能なＥＧＲクーラ２１ｃと、ＥＧＲパイプ２２に設けられＥＧＲパイプ２２を介して還流するＥＧＲガスの還流量を調整可能なＥＧＲ弁２３とを備えたターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置の改良である。
その特徴ある構成は、排気通路１３から吸気通路１２へのＥＧＲガスの還流を許容し吸気通路１２から排気通路１３へのＥＧＲガスの逆流を禁止するリード弁３１がＥＧＲクーラ２１ｃより上流側であって排気通路１３近傍のＥＧＲパイプ２２に設けられたところにある。
【０００５】
図３の実線で示すように、排気通路１３から吸気通路１２に向かってＥＧＲパイプ１１の内部を流れるＥＧＲガスの最低圧力と最高圧力の差は、排気通路１３近傍で最も大きく、その後なまされて吸気通路１２近傍において最も小さくなる。この請求項１に記載されたターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置では、ＥＧＲガスの最低圧力と最高圧力の差が最も大きなＥＧＲクーラ２１ｃより上流側であって排気通路１３近傍のＥＧＲパイプ２２にリード弁３１を設ける。このため、リード弁３１を境として吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力が排気通路１３側ＥＧＲガスの最低圧力を越えたとしても、排気通路１３側ＥＧＲガスの最高圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力を越えていればＥＧＲガスを還流させることができる。即ち、リード弁３１の存在により、排気通路１３側ＥＧＲガスの圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力を越えた時点でＥＧＲガスの還流が許容され、排気通路１３側ＥＧＲガスの圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力より低下した時点で吸気通路１２から排気通路１３へのＥＧＲガスの逆流は禁止される。このため、ターボ過給機１４により吸気を加圧し、吸気通路１２における吸気圧力がその吸気通路１２近傍のＥＧＲパイプ２２におけるＥＧＲガスの圧力より高い場合であっても、排気通路１３側ＥＧＲガスの最高圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力を越えていればＥＧＲガスは還流する。これにより、エンジンの出力を低下させることなくＥＧＲガスを吸気通路に効果的に還流させることが可能になる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、ＥＧＲ弁２３がＥＧＲクーラ２１ｃとリリード弁３１の間のＥＧＲパイプ２２に設けられ、リード弁３１を迂回して排気通路１３をＥＧＲ弁２３に接続するバイパス管３２が設けられ、バイパス管３２を開放又は閉止する開閉弁３３がバイパス管３２に設けられ、開閉弁３３は排気マニホルド１３ａの排ガスの平均圧力が吸気マニホルド１２ａの吸気の平均圧力よりも高い圧力を有する運転条件のときバイパス管３２を開放し排気マニホルド１３ａの排ガスの平均圧力が吸気マニホルド１２ａの吸気の平均圧力よりも低い圧力を有する運転条件のときバイパス管３２を閉止するように構成されたことを特徴とする。
【０００７】
リード弁３１はＥＧＲガスがＥＧＲパイプ２２を通過する際の抵抗となるけれども、この請求項２に記載されたターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置では、リード弁３１を迂回して排気通路１３をＥＧＲ弁２３に接続するバイパス管３２を設けるので、大量のＥＧＲガスを還流させる必要がある排気マニホルド１３ａの排ガスの平均圧力が吸気マニホルド１２ａの吸気の平均圧力よりも高い圧力を有する運転条件のような場合に、開閉弁３３がバイパス管３２を開放することにより、そのパイパス管３２を介して大量のＥＧＲガスを排気通路１３から吸気通路１２に還流させることができる。一方、大量のＥＧＲガスを必要としない排気マニホルド１３ａの排ガスの平均圧力が吸気マニホルド１２ａの吸気の平均圧力よりも低い圧力を有する運転条件のような場合に、開閉弁３３がバイパス弁３２を閉止することによりそのバイパス管３２を介してＥＧＲガスが逆流することを有効に防止することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置では、排気通路から吸気通路へのＥＧＲガスの還流を許容し吸気通路から排気通路へのＥＧＲガスの逆流を禁止するリード弁を排気通路近傍のＥＧＲパイプに設けたので、ターボ過給機より吸気を加圧してリード弁を境として吸気通路側のＥＧＲガスの圧力が排気通路側ＥＧＲガスの最低圧力を越えたとしても、排気通路側ＥＧＲガスの最高圧力が吸気通路側のＥＧＲガスの圧力を越えていればＥＧＲガスを還流させることができる。これにより、エンジンの出力を低下させることなくＥＧＲガスを吸気通路に効果的に還流させることが可能になる。
【０００９】
この場合、ＥＧＲ弁をリード弁より下流側のＥＧＲパイプに設け、リード弁を迂回して排気通路をＥＧＲ弁に接続するバイパス管を設け、バイパス管を開放又は閉止する開閉弁をバイパス管に設け、その開閉弁は排気マニホルドの排ガスの平均圧力が吸気マニホルドの吸気の平均圧力よりも高い圧力を有する運転条件のときバイパス管を開放し、排気マニホルドの排ガスの平均圧力が吸気マニホルドの吸気の平均圧力よりも低い圧力を有する運転条件のときバイパス管を閉止するように構成すれば、大量のＥＧＲガスを還流させる必要がある排気マニホルドの排ガスの平均圧力が吸気マニホルドの吸気の平均圧力よりも高い圧力を有する運転条件のような場合に、開閉弁がバイパス管を開放して大量のＥＧＲガスを排気通路から吸気通路に還流させることができる。その一方、大量のＥＧＲガスを必要としない排気マニホルドの排ガスの平均圧力が吸気マニホルドの吸気の平均圧力よりも低い圧力を有する運転条件のような場合に、開閉弁がバイパス弁を閉止するので、そのバイパス管を介してＥＧＲガスが逆流することを有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。上記吸気マニホルド１２ａ及び吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、吸気管１２ｂの上流端にはエアクリーナ１９が設けられる。エアクリーナ１９は吸気管１２ｂに流入する吸気から塵埃を除去するように構成される。また、上記排気マニホルド１３ａ及び排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。
【００１１】
エンジン１１には、このエンジン１１から排出される排ガスのエネルギにより吸気を圧縮するターボ過給機１４が設けられる。ターボ過給機１４は、エンジン１１から排出された排ガスのエネルギにより回転するタービンホイール１４ａと、タービンホイール１４ａに連結軸１４ｂを介して連結され吸気を圧縮してエンジン１１に供給するコンプレッサホイール１４ｃとを有する。タービンホイール１４ａは排気管１３ｂに設けられたタービンハウジング１４ｄに回転可能に収容され、コンプレッサホイール１４ｃは吸気管１２ｂに設けられたコンプレッサハウジング１４ｅに回転可能に収容される。なお、図１の符号１８はコンプレッサハウジング１４ｅと吸気マニホルド１２ａとの間の吸気管１２ｂに設けられたインタクーラであり、このインタクーラ１８によりコンプレッサホイール１４ｃにより圧縮されてその温度が上昇した吸気を冷却するように構成される。
【００１２】
また、このエンジン１１には、排ガスを還流するＥＧＲ装置２１が設けられる。このＥＧＲ装置２１は、エンジン１１に排ガスの一部を還流するＥＧＲパイプ２２と、排ガスの還流量を調整するＥＧＲ弁２３とを有する。ＥＧＲパイプ２２の一端は排気マニホルド１３ａに接続され、ＥＧＲパイプ２２の他端はインタクーラ１８と吸気マニホルド１２ａとの間の吸気管１２ｂに接続される。ＥＧＲ弁２３は、図示しないがモータにより弁体を駆動してバルブ本体の開度を調節する電動弁である。なお、ＥＧＲ弁として電動弁ではなくエア駆動型弁等を用いてもよい。図１の符号２１ｃはＥＧＲパイプ２２に設けられたＥＧＲクーラであり、このＥＧＲクーラ２１ｃにより吸気管１２ｂに還流される排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するように構成される。
【００１３】
ＥＧＲパイプ２２に設けられたＥＧＲ弁２３は、このＥＧＲパイプ２２の通過経路を縮小又は拡大してこのＥＧＲパイプ２２を流れるＥＧＲガスの流量をエンジン１１の運転条件に応じて調節するものであり、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エンジン回転センサ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。このエンジン回転センサ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ＥＧＲ装置では、エンジン回転センサ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。
【００１４】
ＥＧＲクーラ２１ｃより上流側であって排気通路１３近傍のＥＧＲパイプ２２には、リード弁３１が設けられる。図２に示すように、このリード弁３１は、鋼板を二つ折りにしたような形状であってＥＧＲパイプ２２を塞ぐように設けられた断面Ｖ字状のバルブシート３１ａを有し、折られたような先端を吸気通路１２側に向けてバルブシート３１ａはＥＧＲパイプ２２に設けられる。バルブシート３１ａの折られたような先端を挟んで断面Ｖ字を構成する両面にはそれぞれバルブ孔３１ｂが形成され、このバルブ孔３１ｂには吸気通路１２側にのみ開放する弁板３１ｃと、この弁板３１ｃの所定以上の開放を禁止するストッパ３１ｄがそれぞれ設けられる。そして、排気通路１３側の圧力が吸気通路１２側の圧力より高い場合には弁板３１ｃが破線で示すように吸気通路１２側に移動してバルブ孔３１ｂを解放し、排気通路１３である排気マニホルド１３ａから吸気通路１２へのＥＧＲガスの還流が許容され、吸気通路１２側の圧力が排気通路１３側の圧力より高い場合には弁板３１ｃが実線で示すようにバルブシート３１ａに密着してバルブ孔３１ｂを閉止し、吸気通路１２から排気通路１３へのＥＧＲガスの逆流を禁止するように構成される。
【００１５】
ＥＧＲ弁２３はリード弁３１の下流側であってかつＥＧＲクーラ２１ｃより上流側のＥＧＲパイプ２２に設けられる。ＥＧＲ弁２３より上流側のＥＧＲパイプ２２には、リード弁３１を迂回して排気通路１３である排気マニホルド１３ａをこのＥＧＲ弁２３に接続するバイパス管３２が設けられる。そのバイパス管３２にはこのバイパス管３２を開放又は閉止する開閉弁３３が設けられる。この実施の形態における開閉弁３３はエア駆動型の弁体を有するものとするけれども、この開閉弁３３はエア駆動型でなくても、図示しないモータにより弁体を駆動してバイパス管３２を開閉する電動弁であっても良い。そして、前述したコントローラ２７の制御出力は、ＥＧＲ弁２３の他にこの開閉弁３３にも接続され、この開閉弁３３はこのコントローラ２７により制御される。
【００１６】
このように構成されたターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置では、コントローラ２７はエンジン回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいて、ＥＧＲパイプ２２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。ここで、吸気通路１２近傍のＥＧＲパイプ２２におけるＥＧＲガスの圧力変動を図３に破線で示す。ＥＧＲガスはＥＧＲパイプ２２から吸気通路１２に流入するものであるため、吸気通路１２における吸気圧が吸気通路１２近傍のＥＧＲガスの圧力より小さければＥＧＲガスはＥＧＲパイプ２２から吸気通路１２に速やかに流入し、そのＥＧＲパイプ２２を介して排気通路から吸気通路１２に環流する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ので問題は生じない。
【００１７】
一方、このエンジン１１にはターボ過給機１４が設けられており、排ガスのエネルギにより回転するコンプレッサホイール１４ｃで吸気を圧縮する。このため、吸気通路１２における吸気圧は図３の一点鎖線で示すように上昇し、吸気通路１２近傍のＥＧＲガスの圧力より大きくなる場合も生じる。ここで、排気通路１３から吸気通路１２に向かってＥＧＲパイプ２２の内部を流れるＥＧＲガスの最低圧力と最高圧力の差を考えると、その圧力の差は図３の実線で示すように排気通路１３近傍で最も大きく、その後なまされて吸気通路１２近傍において破線で示すように最も小さくなる。
【００１８】
本発明のターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置では、ＥＧＲガスの最低圧力と最高圧力の差が最も大きな排気通路１３近傍のＥＧＲパイプ２２にリード弁３１を設ける。このため、リード弁３１を境として吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力が排気通路１３側ＥＧＲガスの最低圧力を越えたとしても、排気通路１３側ＥＧＲガスの最高圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力を越えていればＥＧＲガスを還流させることができる。即ち、リード弁３１の存在により、排気通路１３側ＥＧＲガスの圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力を越えた時点でＥＧＲガスの還流が許容され、排気通路１３側ＥＧＲガスの圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力より低下した時点で吸気通路１２から排気通路１３へのＥＧＲガスの逆流は禁止される。このため、ターボ過給機１４により吸気を加圧し、吸気通路１２における吸気圧力が図３の一点鎖線で示すように上昇しても、排気通路１３側ＥＧＲガスの最高圧力が吸気通路１２側のＥＧＲガスの圧力を越えている図３のハッチングで示す部分においてＥＧＲガスは還流する。これにより、エンジンの出力を低下させることなくＥＧＲガスを吸気通路１２に効果的に還流させることが可能になる。
【００１９】
ここで、リード弁３１はＥＧＲガスのＥＧＲパイプ２２を通過する際の抵抗となるけれども、ＥＧＲ弁２３はリード弁３１下流側のＥＧＲパイプ２２に設けられ、リード弁３１を迂回して排気通路１３をＥＧＲ弁２３に接続するバイパス管３２を設けるので、大量のＥＧＲガスを還流させる必要がある排気マニホルド１３ａの排ガスの平均圧力が吸気マニホルド１２ａの吸気の平均圧力よりも高い圧力を有する運転条件のような場合に、開閉弁３３がバイパス管３２を開放することにより、そのパイパス管３２を介して大量のＥＧＲガスを排気通路１３から吸気通路１２に還流させることができ、リード弁３１を設けることに起因するＥＧＲガスのＥＧＲパイプ２２を通過する際の抵抗を低減することができる。一方、大量のＥＧＲガスを必要としない排気マニホルド１３ａの排ガスの平均圧力が吸気マニホルド１２ａの吸気の平均圧力よりも低い圧力を有する運転条件のような場合に、開閉弁３３がバイパス弁３２を閉止することにより、そのバイパス管３２を介してＥＧＲガスが逆流することを有効に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明のターボ過給機付エンジンのＥＧＲ装置を示す構成図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】ＥＧＲガスの圧力と時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１１  エンジン
１２  吸気通路
１２ａ  吸気マニホルド
１３  排気通路
１３ａ  排気マニホルド
１４  ターボ過給機
２１ｃ  ＥＧＲクーラ
２２  ＥＧＲパイプ
２３  ＥＧＲ弁
３１  リード弁
３２  バイパス管
３３  開閉弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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