(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスを効率よく冷却するターボ過給エンジンの排気還流装置を提供する。【解決手段】本発明は、ターボ過給エンジンの排気還流装置において、排気還流通路は、各排気マニホールドに接続する第１、第２の排気還流通路１７、１８を備え、各排気還流通路にはそれぞれ還流する排気を冷却するための第１、第２の排気還流クーラー２０、２１が設けられ、一方の排気マニホールド２ａからの排気が、接続する一方の排気還流通路１７の排気還流クーラー２０で冷却された後、他方の排気還流通路１８を逆流して、これに設けられた排気還流クーラー２１により冷却され、逆流した排気は、他方の排気マニホールド２ｂからの排気と混合して、一方の排気還流通路を逆流する。【選択図】図１
2007218187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャーを備えたエンジンの排気マニホールドを、排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホールドと第２の排気マニホールドとに分割し、前記第１、第２排気マニホールドとエンジンの吸気通路との間に排気還流通路を接続するターボ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、前記第１の排気マニホールドに接続する第１の排気還流通路と、前記第２の排気マニホールドに接続する第２の排気還流通路と、前記第１、第２の排気還流通路が合流してなる第３の排気還流通路とからなり、
前記第１、第２の排気還流通路にはそれぞれ還流する排気を冷却するための第１、第２の排気還流クーラーが設けられ、
一方の前記排気マニホールドからの排気が、接続する一方の前記排気還流通路の前記排気還流クーラーで冷却された後、前記第３の排気還流通路に流出する一方、一部が他方の前記排気還流通路を逆流して、これに設けられた前記排気還流クーラーにより冷却され、
逆流した排気は、他方の排気マニホールドからの排気と混合して、前記第３の排気還流通路に流出する一方、一部が一方の排気還流通路を逆流することを繰り返すように構成することを特徴とするターボ過給エンジンの排気還流装置。
【請求項２】
前記第１、第２の排気還流クーラーを一体化して、前記第３の排気還流通路との合流部に設置することを特徴とする請求項１に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置。
【請求項３】
前記第３の排気還流通路に排気の前記吸気通路への還流量を制御する排気環流制御弁と、
前記第３の排気還流通路と前記吸気通路との合流部にエゼクタとを設けることを特徴とする請求項１または２に記載のターボ過給エンジンの排気還流装置。
【請求項４】
前記第３の排気還流通路に排気の前記吸気通路への還流量を制御する排気環流制御弁と、
前記第３の排気還流通路と前記吸気通路との合流部の上流側の前記吸気通路に電制スロットル弁を設け、
前記排気還流制御弁と前記電制スロットル弁とを前記エンジンの運転状態に応じて協調制御することを特徴とする請求項１または２に記載のターボ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、ターボ過給エンジンの排気還流装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、ディーゼルエンジンの燃焼時に発生するＮＯｘを低減するため、排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側へ排気還流（以下、「ＥＧＲ」という）させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
【０００３】
ＮＯｘは高温の排気ガスのもとで空気中の酸素と窒素が反応してできるため、この排気還流装置はＥＧＲで燃焼温度を下げてＮＯｘの発生を抑制するものである。
【０００４】
また、従来、多くの車両にはエンジン出力の向上を図る目的でターボチャージャーが搭載され、ターボチャージャーを備えたターボ過給エンジンにも排気還流装置が装着されている。
【０００５】
そして、ターボ過給エンジンのＥＧＲは、ターボチャージャーのタービンの上流側からコンプレッサの下流へ圧力差を利用して行われているが、ターボ過給エンジンでは、排気圧より給気圧の方が高くなる運転領域（特に低速高負荷域）が存在し、この運転領域でＥＧＲを十分に行うことができなくなる恐れがあった。
【０００６】
そこで、係る課題を解決し、高負荷域でもＥＧＲを可能としたターボ過給エンジンの排気還流装置として、特許文献１に開示されるものが知られている。
【０００７】
この排気還流装置は、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を、排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１排気マニホールドと第２排気マニホールドとに分割し、各排気マニホールドとエンジンの吸気通路との間に、排気還流通路を接続すると共に、両排気マニホールドとターボチャージャのタービンハウジングとの接続部に、タービンハウジングの排気ガス合流部に向けて断面が徐々に減少するノズル部を排気マニホールド部毎に設けている。排気還流通路は、各排気マニホールドからそれぞれ延出した後、一本の排気還流通路に集合し、吸気通路と排気還流通路との接続部に設けられたエゼクタに接続する。また、それぞれの排気マニホールドに接続する各排気還流通路には、排気マニホールド側から排気環流クーラーと逆止弁とが設置される。逆止弁を設けることにより、一方の排気マニホールドの排気パルスによる他方の排気還流通路への排気の逆流を防止する。
【特許文献１】特開２００５−１４７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された排気還流装置は、各排気マニホールドに接続する排気環流通路にそれぞれ独立した排気環流クーラーを備え、各排気マニホールドから排出される排気をそれぞれの排気還流クーラーを用いて冷却するため、排気環流クーラーが大型化し、高コスト化を招くという課題がある。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題を鑑みて、排気環流ガスを冷却する排気環流クーラーの小型化を達成するターボ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】
【００１０】
第１の発明は、ターボチャージャーを備えたエンジンの排気マニホールドを、排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１の排気マニホールドと第２の排気マニホールドとに分割し、前記第１、第２排気マニホールドとエンジンの吸気通路との間に排気還流通路を接続するターボ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、前記第１の排気マニホールドに接続する第１の排気還流通路と、前記第２の排気マニホールドに接続する第２の排気還流通路と、前記第１、第２の排気還流通路が合流してなる第３の排気還流通路とからなり、前記第１、第２の排気還流通路にはそれぞれ還流する排気を冷却するための第１、第２の排気還流クーラーが設けられ、一方の前記排気マニホールドからの排気が、接続する一方の前記排気還流通路の前記排気還流クーラーで冷却された後、前記第３の排気還流通路に流出する一方、一部が他方の前記排気還流通路を逆流して、これに設けられた前記排気還流クーラーにより冷却され、逆流した排気は、他方の排気マニホールドからの排気と混合して、前記第３の排気還流通路に流出する一方、一部が一方の排気還流通路を逆流することを繰り返すように構成することを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１、第２の排気還流クーラーを一体化して、前記第３の排気還流通路との合流部に設置することを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記第３の排気還流通路に排気の前記吸気通路への還流量を制御する排気環流制御弁と、前記第３の排気還流通路と前記吸気通路との合流部にエゼクタとを設けることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第１または第２の発明において、前記第３の排気還流通路に排気の前記吸気通路への還流量を制御する排気環流制御弁と、前記第３の排気還流通路と前記吸気通路との合流部の上流側の前記吸気通路に電制スロットル弁を設け、前記排気還流制御弁と前記電制スロットル弁とを前記エンジンの運転状態に応じて協調制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明では、それぞれの排気還流通路を還流する排気が互いの排気還流クーラーを往復動しながら冷却されるため、効率よく排気の温度を低下させることができ、排気の冷却を向上することができる。
【００１５】
第２の発明では、それぞれの排気還流通路に設けた排気還流クーラーを一体化することにより、軽量化やコストダウンを図ることができる。
【００１６】
第３の発明では、排気環流制御弁と、第３の排気還流通路と前記吸気通路との合流部にエゼクタとを設けるため、より効率よく排気還流を行うことができる。
【００１７】
第４の発明では、排気環流制御弁と、第３の排気還流通路と吸気通路との合流部の上流側の吸気通路に電制スロットル弁を設け、排気還流制御弁と電制スロットル弁とをエンジンの運転状態に応じて協調制御するため、排気還流をより細やかに制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の排気還流装置の第１実施形態を示し、１は直列６気筒のディーゼルエンジン（以下、「エンジン」という）、２はエンジン１に装着された排気マニホールドで、排気マニホールド２は、排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎、例えば、＃１〜＃３気筒側に装着された第１排気マニホールド２ａと、＃４〜＃６気筒側に装着された第２排気マニホールド２ｂとに分割されている。そして、図２に示すように両排気マニホールド２ａ、２ｂの排気ガス流出口３ａ、３ｂを形成するフランジ部３ｃが、仕切壁２ｃで仕切られて可変ノズル式タービンを備えたターボチャージャー（以下、単にターボチャージャーという）７のタービンハウジング９に接続されており、両排気ガス流出口３ａ、３ｂから交互に、タービンハウジング９内の、いわゆる「一口」の排気ガス合流部（スクロール部）６に排気ガスが流出するようになっている。
【００１９】
そして、図２に示すように各排気マニホールド２ａ、２ｂの排気ガス流出口３ａ、３ｂは、排気ガス合流部６に向けて断面が徐々に減少する先細り形状のノズル部４、５として形成される。＃１〜＃３気筒側から排気された排気ガスは、ノズル部４で流速を速めて排気ガス合流部６に流出し、また、＃４〜＃６気筒側から排気された排気ガスがノズル部５で流速を速めて排気ガス合流部６に流出する。この構成により、第１排気マニホールド２ａまたは第２排気マニホールド２ｂからの排気パルスが、第２排気マニホールド２ｂまたは第１排気マニホールド２ａに逃げることがない。
【００２０】
更に、図２に示すようにタービンハウジング９には、排気ガス合流部６の直下流にベンチュリ状に絞られてなる絞り部８が設けられており、排気ガス合流部６に流出した各排気マニホールド２ａ、２ｂからの排気ガスが、それぞれ、この絞り部８で更に流速を早めてターボチャージャー７のタービン７ａを回転させた後、排気通路１０を経て大気に放出される。
【００２１】
そして、図１に示すようにタービン７ａに直結するコンプレッサ７ｂが吸気通路１１に装着されており、タービン７ａで回転するコンプレッサ７ｂが吸気を圧縮して、過給された吸気が吸気通路１１から吸気マニホールド１２を介してエンジン１に送り込まれるようになっている。
【００２２】
尚、従来と同様、吸気通路１１には、ターボチャージャー７で過給された吸気の温度を下げて吸気の充填効率を向上させるインタークーラ１３が装着され、また、コンプレッサ７ｂの上流側の吸気通路１１にはエアフィルタ１４が装着される。一方、タービン７ａの下流側の排気通路１０に消音器１５が装着されている。
【００２３】
そして、第１、第２排気マニホールド２ａ、２ｂと、インタークーラ１３下流側の吸気通路１１に装着したエゼクタ１６との間に、ＥＧＲ通路（排気還流通路）１７〜１９が接続されている。
【００２４】
第１ＥＧＲ通路１７は第１排気マニホールド２ａに接続され、第２ＥＧＲ通路１８は第２排気マニホールド２ｂに接続され、各排気マニホールドから排気ガスがそれぞれ流入する。そして、第１ＥＧＲ通路１７と第２ＥＧＲ通路１８には、第１、第２ＥＧＲクーラー２０、２１が装着され、その下流で両ＥＧＲ通路１７、１８は合流して第３ＥＧＲ通路１９としてエゼクタ１６に接続し、この第３ＥＧＲ通路１９にＥＧＲガスの還流量を制御するＥＧＲバルブ２４と、吸気が吸気通路１１から第３ＥＧＲ通路１９へ逆流するのを防止する逆止弁２６が排気マニホールド２側から順次装着される。
【００２５】
そして、各ＥＧＲ通路１７〜１９を流通するＥＧＲガスが、エゼクタ１６ののど部１６ａを流れる吸気に引っ張られて吸気通路１１から吸気マニホールド１２に還流される。
【００２６】
次に本実施形態の作用を説明する。
【００２７】
エアフィルタ１４で浄化された吸気は、ターボチャージャー７のコンプレッサ７ｂに送られ過給される。ターボチャージャー７で過給された吸気は、インタークーラ１３、エゼクタ１６を介してエンジン１の吸気マニホールド１２に供給される。また、逆止弁２６が開くことで各ＥＧＲ通路１７〜１９に流入したＥＧＲガスが、エゼクタ１６ののど部１６ａを流れる吸気に引っ張られて吸気マニホールド１２に還流される。また、各ＥＧＲ通路１７〜１９に流入したＥＧＲガスの温度を第１、第２ＥＧＲクーラー２０、２１が下げて燃焼時のスモークの悪化を抑え、ＮＯｘの低減を図ることができる。
【００２８】
そして、本実施形態では、排気マニホールド２を、排気行程が互いにオーバーラップしない気筒毎に第１排気マニホールド２ａと第２排気マニホールド２ｂとに分割し、かつタービンハウジング９に接続される第１、第２排気マニホールド２ａ、２ｂの排気ガス流出口３ａ、３ｂを、図２に示すように下流側の排気ガス合流部６に向けて断面が徐々に減少する先細り形状のノズル部４、５とすると共に、タービンハウジング９の排気ガス合流部６の直下流にベンチュリ状の絞り部８を設けた。
【００２９】
このため、第１排気マニホールド２ａ側から排気された排気ガスが、ノズル部４で流速を速めて排気ガス合流部６に流出し、また、第２排気マニホールド２ｂ側から排気された排気ガスが、ノズル部５で流速を速めて、それぞれ排気ガス合流部６に流出した後、絞り部８で更に流速を早めてタービン７ａへと流出し、第１排気マニホールド２ａまたは第２排気マニホールド２ｂからの排気パルスが、第２排気マニホールド２ｂまたは第１排気マニホールド２ａに逃げることがない。
【００３０】
さらに、一方の排気マニホールドから排出された排気がのど部８を通過することで流速を速め、他方の排気マニホールド内の排気を引き込み、他方の排気マニホールド内の圧力が低下し、ポンピングロスを低下させることができる。
【００３１】
また、例えば第１排気マニホールド２ａから排出されて第１ＥＧＲ通路１７を流れるＥＧＲガスは、第１ＥＧＲクーラー２０で冷却され、第１ＥＧＲクーラー２０から排出されたＥＧＲガスは第３ＥＧＲ通路１９に流入するとともに、その一部は第２ＥＧＲ通路１８を逆流して第２ＥＧＲ通路１８に設置された第２ＥＧＲクーラー２１に流入して、さらに冷却される。そして、第２排気マニホールド２ｂから排出され、第２ＥＧＲ通路１８を流れるＥＧＲガスは、第１排気マニホールドから逆流したＥＧＲガスと混合して第２ＥＧＲクーラー２１で冷却され、第２ＥＧＲクーラー２１から排出されたＥＧＲガスは第３ＥＧＲ通路１９に流入するとともに、その一部は第１ＥＧＲ通路１７を逆流して第１ＥＧＲ通路１７に設置された第１ＥＧＲクーラー２０に流入して、さらに冷却される。このようにＥＧＲガスが第１、第２ＥＧＲクーラー２０、２１間を往復動する工程を順次繰り返す。
【００３２】
したがって、一方の排気マニホールドから排出されたＥＧＲガスが、一方の排気マニホールドに接続されたＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲクーラーで冷却される一方、他方の排気マニホールドに接続されたＥＧＲ通路を逆流して、この他方のＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲクーラーによりさらに冷却される。このようにＥＧＲガスが２つのＥＧＲクーラー２０、２１間を往復動することによりＥＧＲガスが十分に冷却された上で、ＥＧＲ通路１９に流出する。この冷却されたＥＧＲガスが吸気に還流され、ＮＯｘ排出量を低減することができる。また、２つのＥＧＲクーラーを用いてＥＧＲガスを冷却することができるため、個々のＥＧＲクーラーに要求される性能が軽減でき、小型化や低コスト化を図ることができる。
【００３３】
また、第３のＥＧＲ通路１９と吸気通路１１との合流部にエゼクタ１６を設け、エゼクタ１６内を流れる吸気の流速を速めて、ＥＧＲガスを引き込むことにより、ＥＧＲ量を増加して、ＮＯｘの低減を図ることができる。
【００３４】
なお、第３のＥＧＲ通路１９と吸気通路１１との合流部にエゼクタ１６を設ける代わりに、合流部の吸気通路１１の上流部に電制スロットル弁を設け、エンジン１の運転状態に応じてスロットル弁の開度をＥＧＲ制御弁２４の開度と協調させて、より細やかにＥＧＲ制御を実施することも可能である。
【００３５】
図３は、本発明の排気還流装置の第２実施形態を示し、図１に示した第１の実施形態との比較に基づいて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態おいてＥＧＲ通路１７、１８とにそれぞれ設置されていたＥＧＲクーラー２０、２１に代えて、ＥＧＲ通路１７、１８とが合流する合流部にＥＧＲクーラー２７を備えることを特徴とする。他の構成については第１の実施形態と同様である。
【００３６】
図４は、第２の実施形態で用いるＥＧＲクーラー２７の構成図である。
【００３７】
ＥＧＲクーラー２７は、有蓋円筒状の本体を有し、内部は、中心軸方向に隔壁２８ａ、２８ｂにより３つの隔室２７ａ〜２７ｃに区画されている。真中に区画された第２隔室２７ｂが最も大きく形成され、この第２隔室２７ｂにＥＧＲ通路１７、１８が接続され、ＥＧＲガスが第２隔室２７ｂ内に導入される。
【００３８】
冷媒が流通する円管２７ｄが所定本数、軸方向に第１隔室２７ａと第３隔室２７ｃとの間に掛け渡され、また本体の蓋部２７ｆ、２７ｇにはそれぞれ冷媒を第１、第３隔室２７ａ、２７ｃに流入、流出するための冷媒通路２９ａ、２９ｂが接続されている。したがって、例えば、一方の冷媒流路２９ａから第１隔室２７ａに導入された冷媒は、円管２７ｄ内を流通した後、第３隔室２７ｃ内に流入して、他方の冷媒流路２９ｂから排出される。
【００３９】
第２隔室２７ｂ内に流入したＥＧＲガスは、円管２７ｄ間の間隙２７ｅを流通する際に円管２７ｄに接触して円管２７ｄ内を流通する冷媒との間で熱交換を行い、冷媒に吸熱されて冷却する。温度が低下したＥＧＲガスは、第２隔室２７ｂに開口するＥＧＲ通路１９から排出されて、エゼクタ１６に向かう。
【００４０】
ＥＧＲ通路１７、１８は、各気筒の排気行程がオーバーラップしない第１、第２排気マニホールド２ａ、２ｂにそれぞれ接続しているので、一方の排気マニホールド（例えば第１排気マニホールド２ａ）から排気ガスが排出された場合には、ＥＧＲ通路１７からＥＧＲガスが第２隔室２７ｂ内に導入され、円管２７ｄ間を流通して冷却され、ＥＧＲ通路１９から排出されるとともに、その一部はＥＧＲ通路１８を逆流する。
【００４１】
一方、他方の第２排気マニホールド２ｂから排気ガスが排出されると、ＥＧＲ通路１８にＥＧＲガスが導入され、ＥＧＲ通路１８を逆流したＥＧＲガスとともに第２隔室２７ｂ内に導入され、円管２７ｄ間を流通して冷却され、ＥＧＲ通路１９から排出されるとともに、その一部がＥＧＲ通路１７内に逆流する。このようにＥＧＲガスの一部が第２隔室２７ｂ内を往復動することで、ＥＧＲガスは放熱し、冷却効率を高めることができる。
【００４２】
また、第１、第２ＥＧＲ通路１７、１８と第３ＥＧＲ通路１９との合流部にＥＧＲクーラー２７を設置することで、１つのＥＧＲクーラー２７を設ければよく、エンジン周辺のレイアウトが容易になり、また軽量化やコストダウンを図ることができる。
【００４３】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１実施形態に係る排気還流装置の説明図である。
【図２】ターボチャージャーと排気マニホールドの接続部の要部拡大断面図である。
【図３】第３実施形態に係る排気還流装置の説明図である。
【図４】ＥＧＲクーラーの構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：エンジン
３：排気マニホールド
２ａ：第１排気マニホールド
２ｂ：第２排気マニホールド
７：ターボチャージャー
８：絞り部
９：タービンハウジング
１０：排気通路
１１：吸気通路
１２：吸気マニホールド
１６：エゼクタ
１６ａ：のど部
１７、１８、１９：第１〜第３ＥＧＲ通路
２０、２１：第１、第２ＥＧＲクーラー
２４：ＥＧＲバルブ
２６：逆止弁
２７：ＥＧＲクーラー
２９ａ、２９ｂ：冷媒流路
【図１】
2007218187.tif 000003
【図２】
2007218187.tif 000004
【図３】
2007218187.tif 000005
【図４】
2007218187.tif 000006