(57)【要約】【課題】ＥＧＲ管から下流側から内燃機関を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減するようにして、ＥＧＲ管から下流側の内燃機関を含んだ吸気経路を構成する部品が腐食するのを防止することができる内燃機関の排気ガス還流装置を提供すること。【解決手段】排気ガス還流装置は、低圧ＥＧＲ管２０の他端部２０ｂとコンプレッサインペラ４２との間に位置するコンプレッサハウジング４９の底面に接続される一端部５４ａと排気管８における排気浄化装置１６より下流側に接続される他端部５４ｂとを有し、凝縮水の排出通路を構成するバイパス管５４と、バイパス管５４の内部に設けられ、バイパス管５４を開閉する開閉弁５５とを含んで構成されている。【選択図】図１
2012117490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排気ガスが排出される排気管にタービンが設置されるとともに、前記内燃機関に吸気を導入する吸気管にコンプレッサが設置された過給機と、前記タービンの下流側の前記排気管に設置された触媒装置とを備えた内燃機関に設けられた排気還流装置であって、
前記排気管における前記タービンより下流側に一端部が接続されるとともに前記吸気管における前記コンプレッサよりも上流側に他端部が接続され、前記内燃機関から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気管に還流するＥＧＲ管と、
前記ＥＧＲ管に設けられ、前記ＥＧＲ管に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲガス冷却部材と、
前記ＥＧＲ管の他端部と前記コンプレッサとの間に位置する吸気管の底面に接続される一端部と、前記排気管における前記触媒装置より下流側に接続される他端部とを有するバイパス管と、
前記バイパス管の内部に設けられ、前記バイパス管を開閉する開閉弁とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
【請求項２】
前記過給機のコンプレッサが、インペラと、前記吸気管に接続され、前記インペラにＥＧＲガスの一部を導入する主通路を形成するハウジングとを含んで構成され、
前記ハウジングが前記吸気管の一部を構成し、前記ハウジングの底面に前記バイパス管の一端部が接続されることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
【請求項３】
前記バイパス管が凝縮水の排出通路を構成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
【請求項４】
前記開閉弁を開閉駆動する駆動制御手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段とを有し、
前記運転状態検出手段からの検出情報に基づいて前記駆動制御手段が前記開閉弁を開放することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
【請求項５】
前記駆動制御手段は、前記運転状態検出手段が内燃機関の停止を検出したときに前記開閉弁を開放することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
【請求項６】
前記開閉弁は、前記開閉弁の上面に一定の荷重がかかったときに開放するように構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガス還流装置に関し、特に、過給機のタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して過給機のコンプレッサより上流の吸気管に再循環させる内燃機関の排気ガス還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車の内燃機関等にあっては、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側に戻し、この吸気側に戻された排気ガスで内燃機関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、所謂、排気ガス還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われている。
【０００３】
このＥＧＲシステムとしては、過給機を備えたディーゼルエンジンにおいて、排気ガスの再循環量を増加させるため、過給機のタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して過給機のコンプレッサより上流の吸気管に再循環させる、所謂、ＬＰＬ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲシステムが知られている。
【０００４】
このＬＰＬ−ＥＧＲシステムは、過給機のタービンより下流の排気管と過給機のコンプレッサより上流の吸気管にＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ管が設けられており、過給機のタービンより下流の排気管から排気ガスの一部をＥＧＲ管に導入し、このＥＧＲ管に導入された排気ガスをＥＧＲクーラで冷却した後、コンプレッサより上流の吸気管に再循環させるようになっている。
この結果、ＥＧＲクーラで強制的に冷却された大量の排気ガスをコンプレッサにより内燃機関に過給することができると共に、内燃機関に送られる空気量を低減させないようにすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５１０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような従来の内燃機関の排気ガスの還流装置にあっては、ＥＧＲ管に導入された排気ガスがＥＧＲクーラで冷却されてしまうため、ＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮し、燃料に微量に含まれる硫黄分を成分とする硫酸あるいは硝酸が凝縮水に含まれてしまう。
【０００７】
ＥＧＲ管の下流側は、吸気経路を介して内燃機関に連続しているため、ＥＧＲ管に発生した凝縮水がＥＧＲ管から内燃機関に至る吸気経路を構成する吸気管、この吸気管上に位置するコンプレッサインペラ、インタークーラ、あるいはインジェクタ等に付着して、吸気管、コンプレッサインペラ、インタークーラ、インジェクタ等を腐食させてしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ管から下流側から内燃機関を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減するようにして、ＥＧＲ管から下流側の内燃機関を含んだ吸気経路を構成する部品が腐食するのを防止することができる内燃機関の排気ガス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】
【０００９】
本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関から排気ガスが排出される排気管にタービンが設置されるとともに、前記内燃機関に吸気を導入する吸気管にコンプレッサが設置された過給機と、前記タービンの下流側の前記排気管に設置された触媒装置とを備えた内燃機関に設けられた排気還流装置であって、前記排気管における前記タービンより下流側に一端部が接続されるとともに前記吸気管における前記コンプレッサよりも上流側に他端部が接続され、前記内燃機関から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして前記吸気管に還流するＥＧＲ管と、前記ＥＧＲ管に設けられ、前記ＥＧＲ管に還流される排気ガスを冷却するＥＧＲガス冷却部材と、前記ＥＧＲ管の他端部と前記コンプレッサとの間に位置する吸気管の底面に接続される一端部と、前記排気管における前記触媒装置より下流側に接続される他端部とを有するバイパス管と、前記バイパス管の内部に設けられ、前記バイパス管を開閉する開閉弁とを備えたものから構成されている。
【００１０】
この内燃機関の排気ガス還流装置は、ＥＧＲ管の他端部とコンプレッサとの間に位置する吸気管の底面に接続される一端部と排気管における触媒装置より下流側に接続される他端部とを有するバイパス管と、バイパス管の内部に設けられ、バイパス管を開閉する開閉弁とを備えるので、ＥＧＲガス冷却部材においてＥＧＲガスが冷却されることでＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮した場合に、この凝縮水がコンプレッサの上流側の吸気管の底面に接続されるバイパス管内の開閉弁の上面に貯留されることになる。
【００１１】
そして、開閉弁が開放されると、開閉弁の上面に貯留される凝縮水がバイパス管を通して触媒装置の下流側の排気管に導入される。この凝縮水は、触媒装置から排気管を通して排出された高温の排気ガスによって蒸発するので、触媒装置の下流側の排気管からＥＧＲ管に戻ることがない。
【００１２】
この結果、ＥＧＲ管の下流側から内燃機関を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減することができ、ＥＧＲ管から下流側の内燃機関を含んだ吸気経路を構成する部品、例えば、吸気管、吸気管上に位置するコンプレッサインペラ、インタークーラ、インジェクタ等を腐食させてしまうのを防止することができ、内燃機関や吸気経路を構成する部品の耐久性を向上させることができる。
【００１３】
上記（１）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（２）前記過給機のコンプレッサが、インペラと、前記吸気管に接続され、前記インペラにＥＧＲガスの一部を導入する主通路を形成するハウジングとを含んで構成され、前記ハウジングが前記吸気管の一部を構成し、前記ハウジングの底面に前記バイパス管の一端部が接続されるものから構成されている。
【００１４】
この内燃機関の排気ガス還流装置は、コンプレッサのハウジングが吸気管の一部を構成し、ハウジングの底面にバイパス管の一端部が接続されるので、コンプレッサインペラの直前の上流においてバイパス管内の開閉弁の上面に蒸留水が貯留され、この蒸留水が開閉弁を通してバイパス管に排出されることになる。
したがって、コンプレッサを通してコンプレッサの下流側から内燃機関を含んだ排気経路を構成する部品が凝縮水によって腐食されてしまうのを防止することができる。
【００１５】
上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（３）前記バイパス管が凝縮水の排出通路を構成している。
【００１６】
この内燃機関の排気ガス還流装置は、バイパス管が凝縮水の排出通路を構成しているため、開閉弁が開放されたときに、開閉弁上に溜められていた凝縮水をバイパス管を通して触媒装置の下流側の排気管に導入し、この凝縮水を触媒装置から排気管を通して排出された高温の排気ガスによって蒸発させることができ、触媒装置の下流側の排気管からＥＧＲ管に戻らないようにすることができる。
【００１７】
このため、ＥＧＲ管から下流側から内燃機関を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減することができ、内燃機関や吸気経路を構成する部品が腐食してしまうのを防止して、内燃機関や吸気経路を構成する部品の耐久性を向上させることができる。
【００１８】
上記（１）〜（３）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（４）前記開閉弁を開閉駆動する駆動制御手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段とを有し、前記運転状態検出手段からの検出情報に基づいて前記駆動制御手段が前記開閉弁を開放するものから構成されている。
【００１９】
この内燃機関の排気ガス還流装置は、内燃機関の運転状態に基づいて駆動制御手段が開閉弁を開放するので、開閉弁の上面に貯留された凝縮水を定期的にバイパス管を通して触媒装置の下流側の排気管に導入することができる。
このため、開閉弁上に必要以上の凝縮水が貯留されるのを防止して、バイパス管の一端部からコンプレッサの上流側の吸気管に凝縮水が逆流してしまうこと等を防止することができる。
【００２０】
上記（３）または（４）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（５）前記駆動制御手段は、前記運転状態検出手段が内燃機関の停止を検出したときに前記開閉弁を開放するものから構成されている。
【００２１】
この内燃機関の排気ガス還流装置は、内燃機関が停止されたときに開閉弁を開放するようにしたので、定期的に開閉弁を開放して、凝縮水をバイパス管を通して触媒装置の下流側の排気管に導入することができる。
【００２２】
また、内燃機関の停止時に開閉弁を開放しているので、開閉弁の開放回数が増大することにより、吸気管からコンプレッサに導入される吸気の一部がバイパス管に頻繁に導入されるのを防止して、吸気性能が悪化するのを防止することができる。
【００２３】
上記（１）〜（５）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（６）前記開閉弁は、前記開閉弁の上面に一定の荷重がかかったときに開放するように構成されている。
【００２４】
この内燃機関の排気ガス還流装置は、開閉弁の上面に一定の荷重がかかったときに開閉弁が開放されるので、開閉弁の上面に凝縮水が一定の量だけ貯留されたタイミングで開閉弁を開放して、凝縮水をバイパス管を通して触媒装置の下流側の排気管に導入することができる。このため、開閉弁上に必要以上の凝縮水が貯留されるのを防止して、バイパス管の一端部からコンプレッサの上流側の吸気管に凝縮水が逆流してしまうこと等を防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、ＥＧＲ管から下流側から内燃機関を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減するようにして、ＥＧＲ管から下流側の内燃機関を含んだ吸気経路を構成する部品が腐食するのを防止することができる内燃機関の排気ガス還流装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、排気ガス還流装置を備えた内燃機関システムの構成図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、ターボチャージャの断面図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、バイパス管と開閉弁の取付け状態を示す図である。
【図４】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、図３のバイパス管のＡ−Ａ方向矢視断面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、開閉弁の上面に凝縮水が貯留された状態を示す図である。
【図６】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、開閉弁が開放されて凝縮水が自重で落下する状態を示す図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施の形態を示す図であり、バイパス管と開閉弁の取付け状態を示す図である。
【図８】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施の形態を示す図であり、開閉弁の上面に凝縮水が貯留された状態を示す図である。
【図９】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施の形態を示す図であり、開閉弁が開放されて凝縮水が自重で落下する状態を示す図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施の形態を示す図であり、開閉弁の他の付勢手段の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１〜図６は、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図である。
【００２９】
まず、構成を説明する。
図１において、本発明の第１の実施の形態に係る排気還流装置を適用した内燃機関システムの構成を説明する。
この内燃機関システムが備える内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）を構成しており、内燃機関１には、図示しないサプライポンプから送られてきた高圧燃料を貯留するコモンレール３と、コモンレール３内の高圧燃料を各気筒２内に噴射するための４つのインジェクタ４とが取付けられている。なお、内燃機関１の気筒数は、特に限定されるものではない。
【００３０】
また、内燃機関１の各気筒２には、図示しない吸気弁および排気弁が取付けられており、内燃機関１には各気筒２の燃焼室に連通し、吸気弁および排気弁によって開閉される吸気ポートおよび排気ポートが形成されている。
【００３１】
また、内燃機関１の吸気ポートには吸気マニホールド５を介して吸気管７が接続されており、吸気管７から吸気ポートに導入される空気は、排気ポートを介して各気筒２の燃焼室に導入される。
【００３２】
また、内燃機関１の排気ポートには排気マニホールド６を介して排気管８が接続されており、各気筒２の燃焼室から排気ポートに排出された排気ガスは、排気ポートから排気管８に排出されるようになっている。
【００３３】
吸気管７の途中には、過給機としてのターボチャージャ９の構成要素であるコンプレッサ１０、コンプレッサ１０からの圧縮空気を冷却するためのインタークーラ１１が設けられている。
【００３４】
吸気管７のコンプレッサ１０よりも上流の部分には吸気（新気）量を測定するためのエアフローメータ１２が設けられており、吸気管７のコンプレッサ１０よりも上流の部分には吸気管７内の吸気量を調整するためのスロットル弁１４が設けられている。
【００３５】
排気管８の途中にはターボチャージャ９の構成要素であるタービン１５が設けられており、排気管８のタービン１５よりも下流の部分には、排気中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕捉（捕集）するための触媒装置としての排気浄化装置１６が設けられている。なお、本実施の形態の排気浄化装置１６は、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）の前段に酸化触媒コンバータを設けたものである。
【００３６】
具体的に、ＤＰＦは、例えば、多孔質セラミックのハニカム構造の担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、隣接する通路同士において上流端と下流端とが交互に封止されたウォールフロータイプのフィルタである。したがって、排気ガスは、上流端が開口し下流端が封止された通路から流入し、通路壁を通って、上流端が封止され下流端が開口する通路へ流出し、この際に、排気中のＰＭが通路壁に捕集される。
【００３７】
酸化触媒は、例えば、多孔質セラミックのハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）等の貴金属（酸化触媒）を担持させたもので、ＤＰＦの再生のため、排気中の還元成分を酸化して、酸化熱を発生させ、下流側のＤＰＦを昇温させるようになっている。
【００３８】
吸気マニホールド５と排気マニホールド６との間には、排気マニホールド６内を流れる排気の一部（以下、高圧ＥＧＲガスという）を吸気マニホールド５に戻すための高圧ＥＧＲ管１８が設けられており、この高圧ＥＧＲ管１８は、排気マニホールド６と吸気マニホールド５とを連通している。
また、高圧ＥＧＲ管１８には高圧ＥＧＲ弁１９が設けられており、この高圧ＥＧＲ弁１９は、高圧ＥＧＲ管１８内を流れる高圧ＥＧＲガスの流量を調節するようになっている。
【００３９】
一方、排気管８と吸気管７との間には、排気浄化装置１６により浄化された排気の一部（以下、低圧ＥＧＲガスという）を、吸気管７のコンプレッサ１０よりも上流の部分に戻すためのＥＧＲ管としての低圧ＥＧＲ管２０が設けられている。
【００４０】
すなわち、低圧ＥＧＲ管２０は、排気管８におけるタービン１５より下流側に一端部２０ａが接続されているとともに、吸気管７におけるコンプレッサ１０よりも上流側に他端部２０ｂが接続されており、内燃機関１からの排気ガスの一部を低圧のＥＧＲガスとして吸気管７に還流するようになっている。
【００４１】
この低圧ＥＧＲ管２０にはＥＧＲガス冷却部材としてのＥＧＲクーラ２１およびＦＯＤ（Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｏｂｊｅｃｔ Ｄａｍｅｇｅ）トラッパ２４が設けられている。ＥＧＲクーラ２１は、例えば、水冷式のクーラで構成されており、このＥＧＲクーラ２１には内燃機関１の冷却水が循環されるようになっている。このため、ＥＧＲクーラ２１は、内燃機関１の冷却水とＥＧＲガスとの熱交換により、ＥＧＲクーラ２１の内部を流通するＥＧＲガスを冷却する。
【００４２】
また、ＦＯＤトラッパ２４は、ＥＧＲガス中の異物を補足するとともに、所定の条件下で、捕集した異物のうち有機物を燃焼（再生）させるようになっている。
低圧ＥＧＲ管２０には低圧ＥＧＲ弁２２が設けられており、この低圧ＥＧＲ弁２２は、ＥＧＲ管２０から吸気管７に戻されるＥＧＲガスの流量を調整するようになっている。
【００４３】
また、内燃機関システムにはＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０が設けられている。また、内燃機関１にはクランクシャフトの角度（回転角度）を検出するクランク角センサ３１やスロットル弁１４の開度を調整するアクセルペダルの踏み込み位置を検出するアクセルポジションセンサ３２が設けられており、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２に電気的に接続されている。
【００４４】
ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１から入力される内燃機関１のクランクシャフトの回転数情報およびアクセルポジションセンサ３２から入力されるアクセルポジション位置情報に基づいて内燃機関１の回転数および内燃機関１の負荷を算出し、この算出結果に基づいて、インジェクタ４、高圧ＥＧＲ弁１９および低圧ＥＧＲ弁２２等を制御するようになっている。
【００４５】
図２に示すように、ターボチャージ９のタービン１５には排気を受けて回転するタービンインペラ４１が設けられており、コンプレッサ１０にはタービンインペラ４１によって回転されて吸気を圧縮して内燃機関１の気筒２に送り込むインペラとしてのコンプレッサインペラ４２が設けられている。
【００４６】
タービンインペラ４１とコンプレッサインペラ４２とはターボチャージャ９内に回転自在に軸支されたシャフト４３によって一体回転するように連結されている。また、タービン１５は、タービンインペラ４１を収容するタービンハウジング４４を備えており、このタービンハウジング４４にはタービンインペラ４１の外周を渦巻き状に延びるスクロール通路４５が形成され、内燃機関１から排出された排気ガスは、このスクロール通路４５に導入される。
【００４７】
そして、スクロール通路４５によって回転力（旋回力）を得た排気は、スクロール通路４５の内面に形成された導入口４５ａを通じてタービンインペラ４１のタービンブレード（羽根）４６に吹き付けられる。
このタービンブレード４６に吹き付けられた排気ガスによって、タービンインペラ４１が回転される。なお、タービンインペラ４１に吹き付けられた排気は、タービンインペラ４１の正面側に開口した排出口４７から排気管８を通して排気浄化装置１６に導入される。
【００４８】
また、コンプレッサ１０は、コンプレッサインペラ４２と、コンプレッサインペラ４２を収納するハウジングとしてのコンプレッサハウジング４９とを備えており、コンプレッサハウジング４９においてコンプレッサインペラ４２の正面側には吸気管７から吸気を導入するための吸入口５０が形成されている。すなわち、コンプレッサハウジング４９は、吸気管７に接続されており、コンプレッサインペラ４２にＥＧＲガスの一部を導入する主通路を形成している。
【００４９】
また、コンプレッサハウジング４９において、コンプレッサインペラ４２の外周には渦巻き状に延びるコンプレッサ通路５１が形成されており、このコンプレッサ通路５１は、コンプレッサインペラ４２の外周部に開口する吐出口５２に接続されている。
【００５０】
このコンプレッサ１０にあっては、タービンインペラ４１の回転がシャフト４３を通じて伝達されることでコンプレッサインペラ４２が回転されると、吸入口５０を通じて吸気（あるいは吸気とＥＧＲガスとの混合ガス）が吸引される。こうして吸引された吸気は、コンプレッサインペラ４２に設けられたコンプレッサブレード５３によって圧縮され、吐出口５２を通じてコンプレッサ通路５１に強制的に送り込まれる。
【００５１】
コンプレッサ通路５１に送り込まれた吸気は、内燃機関１の各気筒２に送られ、内燃機関１の過給が行われることになる。
【００５２】
一方、図１〜図３に示すように、吸気管７と排気管８との間にはバイパス管５４が介装されており、このバイパス管５４は、低圧ＥＧＲ管２０の他端部２０ｂとコンプレッサインペラ４２との間に位置してコンプレッサハウジング４９の底面に接続される一端部５４ａと、排気管８における排気浄化装置１６より下流側に接続される他端部５４ｂとを有している。
【００５３】
なお、本実施の形態のコンプレッサハウジング４９は、低圧ＥＧＲ管２０の他端部２０ｂとコンプレッサインペラ４２との間に位置する吸気管７に含まれるものである。また、コンプレッサハウジング４９の底面とは凝縮水が自重によって溜まる部分のことである。
【００５４】
また、図３、図４に示すように、バイパス管５４の一端部５４ａ側の内部には開閉弁５５が設けられており、この開閉弁５５は回動軸５５ａを支点としてバイパス管５４の内部を開放する開放位置とバイパス管５４の内部を閉塞する閉塞位置との間で開閉自在となっている。なお、バイパス管５４の内部とはバイパス管５４の内周面によって囲まれるバイパス通路のことである。
【００５５】
バイパス管５４は、円筒状に形成されており、開閉弁５５が収容される部位（以下、収容部５４ｃという）が四角形状に形成されている。開閉弁５５は、四角形状をしており、回動軸５５ａはバイパス管５４の収容部５４ｃの外周部の２箇所を同軸上に貫通する貫通孔５４ｄ、５４ｅに回動自在に嵌合され、開閉弁５５と一体化されている。
【００５６】
また、回動軸５５ａにはステッピングモータ５６の出力軸５６ａが嵌合しており、開閉弁５５は、ステッピングモータ５６によって回動軸５５ａを介して駆動されることにより、開放位置と閉塞位置との間で回動するようになっている。
【００５７】
なお、図４では、説明の便宜上、バイパス管５４の収容部５４ｃの内周面と開閉弁５５の外周面との間に隙間を形成しているが、開閉弁５５上に貯留される凝縮水が収容部５４ｃの内周面と開閉弁５５の外周面との間の隙間から落下することがないように、収容部５４ｃの内周面と開閉弁５５の外周面との間に隙間はない。
【００５８】
そして、開閉弁５５のシール性を高めるために、開閉弁５５の外周面には図示しないシール部材が取付けられており、開閉弁５５の外周面はシール部材を介して収容部５４ｃの内周面に密着している。
また、本実施の形態の開閉弁５５は、四角形状に形成され、収容部５４ｃも開閉弁５５と同一の四角形状に形成されているため、開閉弁５５は、収容部５４ｃ内が開放位置と閉塞位置との間で確実に回動することができる。
【００５９】
また、ステッピングモータ５６は、モータ制御部５７からの出力信号に基づいて駆動されるようになっている。モータ制御部５７は、ＥＣＵ３０からの出力信号に基づいて駆動されるようになっており、ステッピングモータ５６に供給される電流量を調整すること等によってステッピングモータ５６を駆動する。
なお、本実施の形態では、ＥＣＵ３０、ステッピングモータ５６およびモータ制御部５７が駆動制御手段を構成し、イグニッションスイッチ３３が運転状態検出手段を構成している。
【００６０】
また、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチ３３と電気的に接続されており、イグニッションスイッチ３３がオンからオフに切換られてイグニッションスイッチ３３からオフ信号が入力されると、内燃機関１が停止されたものと判断する。
【００６１】
このとき、ＥＣＵ３０は、モータ制御部５７に開放信号を送信するようになっており、モータ制御部５７は、ＥＣＵ３０から開放信号が入力されると、ステッピングモータ５６を駆動して開閉弁５５を一定時間だけ開放位置に回動させ、一定時間経過後にステッピングモータ５６を駆動して開閉弁５５を閉塞位置に回動させるようになっている。
【００６２】
なお、本実施の形態では、低圧ＥＧＲ管２０、ＥＧＲクーラ２１、低圧ＥＧＲ弁２２、ＦＯＤトラッパ２４、ＥＣＵ３０、イグニッションスイッチ３３、バイパス管５４、開閉弁５５、ステッピングモータ５６およびモータ制御部５７が排気ガス還流装置を構成している。
【００６３】
次に、作用を説明する。
内燃機関１の気筒２内のピストンが降下（吸入工程）して吸気管７に負圧が発生することにより、吸気管７に吸気が導入されると、この吸気は、吸気管７を通して内燃機関１の各気筒２に供給される。
【００６４】
また、内燃機関１の各気筒２から排出された排気ガスは、排気管８を通してターボチャージャ９のタービン１５に導入される。このとき、スクロール通路４５によって排気ガスが回転力を得ることにより、スクロール通路４５の内面に形成された導入口４５ａを通じてタービンインペラ４１のタービンブレード４６に排気ガスが吹き付けられ、タービンインペラ４１が回転される。また、タービンインペラ４１に吹き付けられた排気は、排出口４７から排気管８を通して排気浄化装置１６に導入され、排気浄化装置１６によって浄化される。
【００６５】
また、タービンインペラ４１の回転がシャフト４３を通じて伝達されることでコンプレッサインペラ４２が回転され、吸入口５０を通じて吸気を吸引することで、吸引された吸気は、コンプレッサインペラ４２に設けられたコンプレッサブレード５３によって圧縮され、吐出口５２を通じてコンプレッサ通路５１に強制的に送り込まれる。
【００６６】
コンプレッサ通路５１に送り込まれた吸気は、吸気管７内を流れインタークーラ１１によって冷却されることにより、内燃機関１の各気筒２に送られ、内燃機関１の過給が行われる。
【００６７】
ここで、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２からの検出情報に基づいて内燃機関１の回転数および負荷を演算する。ＥＣＵ３０は、この演算結果に基づいて低速、低負荷領域で内燃機関１が運転されているものと判断した場合には、高圧ＥＧＲ弁１９をオンにして高圧ＥＧＲ管１８の内部を開放する。
【００６８】
このため、各気筒２から排気マニホールド６に排出された排気ガスの一部が高圧のＥＧＲガスとなって高圧ＥＧＲ管１８から吸気マニホールド５を介して各気筒２に導入される。
【００６９】
一方、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２からの検出情報に基づいて内燃機関１が高速、高負荷領域で内燃機関１が運転されているものと判断した場合には、低圧ＥＧＲ弁２２をオンにして低圧ＥＧＲ管２０の内部を開放する。
【００７０】
このため、タービン１５の下流から排気管８を通して排気浄化装置１６の下流に流れた排気ガスの一部が低圧ＥＧＲ管２０に導入される。この低圧ＥＧＲ管２０に導入されたＥＧＲガスは、ＦＯＤトラッパ２４によって異物が取り除かれた後に、ＥＧＲクーラ２１で冷却されてコンプレッサ１０に導入される。
【００７１】
コンプレッサ１０に導入されるＥＧＲガスと吸気の混合ガスは、コンプレッサインペラ４２に設けられたコンプレッサブレード５３によって圧縮され、吐出口５２を通じてコンプレッサ通路５１に強制的に送り込まれる。
【００７２】
コンプレッサ通路５１に送り込まれた吸気は、吸気管７内を流れインタークーラ１１によって冷却されることにより、内燃機関１の各気筒２に送られ、内燃機関１の過給が行われる。
【００７３】
また、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２からの検出情報に基づいて内燃機関１の回転数および負荷を演算する。ＥＣＵ３０は、この演算結果に基づいて中速、中負荷領域で内燃機関１が運転されるものと判断した場合には、高圧ＥＧＲ弁１９をオンにして高圧ＥＧＲ管１８の内部を開放するとともに、低圧ＥＧＲ弁２２を補助的に制御して低圧ＥＧＲ管２０内を補助的に開放する。
【００７４】
一方、低圧ＥＧＲ管２０を流れるＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２１によって冷却されると、ＥＧＲクーラ２１の下流側でＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮し、燃料に微量に含まれる硫黄分を成分とする硫酸あるいは硝酸が凝縮水に含まれてしまい、腐食性の高い凝縮水が発生してしまう。
この凝縮水は、低圧ＥＧＲ管２０から吸気管７を通してコンプレッサハウジング４９に流れる。
【００７５】
本実施の形態では、低圧ＥＧＲ管２０の他端部２０ｂとコンプレッサインペラ４２との間に位置するコンプレッサハウジング４９の底面に接続される一端部５４ａと排気管８における排気浄化装置１６より下流側に接続される他端部５４ｂとを有し、凝縮水の排出通路を構成するバイパス管５４と、バイパス管５４の内部に設けられ、バイパス管５４を開閉する開閉弁５５とを設けることにより、ＥＧＲクーラ２１においてＥＧＲガスが冷却されることでＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮した場合に、この凝縮水Ｗがバイパス管５４内の開閉弁５５の上面に落下し、この開閉弁５５上に貯留される（図５参照）。
【００７６】
そして、ＥＣＵ３０は、イグニッションスイッチ３３からオフ信号が入力されると、内燃機関１が停止されたものと判断し、モータ制御部５７に開放信号を送信する。モータ制御部５７にＥＣＵ３０から開放信号が入力されると、モータ制御部５７は、ステッピングモータ５６を駆動して開閉弁５５を一定時間だけ開放位置に回動させる。このため、開閉弁５５の上面に溜まった凝縮水Ｗは、図６に示すように、自重でバイパス管５４の下流に落下し、バイパス管５４を通して排気浄化装置１６の下流の排気管８に流れていく。
【００７７】
また、モータ制御部５７は、開閉弁５５を開放してから一定時間経過後にステッピングモータ５６を駆動して開閉弁５５を閉塞位置に回動させる。
【００７８】
ここで、開閉弁５５の取付け位置は、開閉弁５５が開放したときに開閉弁５５の上面に溜められた凝縮水が自重によってバイパス管５４を通して排気浄化装置１６に流れる位置に設定されることが好ましい。この場合には、バイパス管５４が上下方向に延在する部位に開閉弁５５を取付けるようにすればよい。
【００７９】
また、バイパス管５４の内部を流れる凝縮水が自重によってバイパス管５４を通して排気浄化装置１６に円滑に流れることが好ましい。この場合には、コンプレッサ１０（すなわち、ターボチャージャ９）を車両の上方に位置させ、排気浄化装置１６をコンプレッサ１０に対して下方に位置させるように内燃機関システムのレイアウトを行い、バイパス管５４の一端部５４ａをコンプレッサ１０の上流側に接続し、他端部５４ｂを排気浄化装置１６の下流側に接続すればよい。
【００８０】
また、内燃機関１の運転が開始されると、排気浄化装置１６から下流に流れる高温の排気ガスによって排気浄化装置１６の下流側の排気管８内の凝縮水が蒸発されるので、排気浄化装置１６の下流側の排気管８から低圧ＥＧＲ管２０に戻ることがない。
【００８１】
この結果、低圧ＥＧＲ管２０の下流側から内燃機関１を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減することができ、低圧ＥＧＲ管２０から下流側の内燃機関１を含んだ吸気経路を構成する部品、例えば、吸気管７、吸気管７上に位置するコンプレッサインペラ４２、インタークーラ１１、インジェクタ４等が凝縮水によって腐食してしまうのを防止することができ、内燃機関１や吸気経路を構成する部品の耐久性を向上させることができる。
【００８２】
また、本実施の形態では、内燃機関１の運転状態に基づいて内燃機関１が停止したことを条件としてＥＣＵ３０およびモータ制御部５７が開閉弁５５を開放するようにしたので、開閉弁５５の上面に貯留された凝縮水をバイパス管５４を通して排気浄化装置１６の下流側の排気管８に定期的に導入することができる。
【００８３】
このため、開閉弁５５の上面に必要以上の凝縮水が貯留されるのを防止して、バイパス管５４の一端部５４ａからコンプレッサ１０の上流側の吸気管７に凝縮水が逆流してしまうこと等を防止することができる。
【００８４】
特に、内燃機関１の停止時に開閉弁を開放しているので、開閉弁５５の開放回数が増大することにより、吸気管７からコンプレッサ１０に導入される吸気の一部がバイパス管５４に頻繁に導入されるのを防止して、吸気性能が悪化するのを防止することができる。
【００８５】
なお、本実施の形態では、吸気管７の一部を構成するコンプレッサハウジング４９の底面にバイパス管５４の一端部５４ａを接続しているが、低圧ＥＧＲ管２０の他端部２０ｂとコンプレッサ１０との間に位置する吸気管７の底面にバイパス管５４の一端部５４ａを接続するようにしてもよい。
【００８６】
なお、バイパス管５４の一端部５４ａを、低圧ＥＧＲ管２０の他端部２０ｂとコンプレッサインペラ４２との間に位置するコンプレッサハウジング４９の底面、あるいは吸気管７の底面に接続する場合には、吸気管７やコンプレッサハウジング４９の底面の凝縮水が溜まり易い部位に設定することが好ましい。
【００８７】
この場合には、低圧ＥＧＲ管２０の他端部２０ｂとコンプレッサ１０との間において、上下方向で最下部に位置する部位にバイパス管５４の一端部５４ａを取付けるようにすればよい。
なお、本実施の形態では、内燃機関１が停止したときに開閉弁５５を開放しているが、これに限らない。例えば、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２からの検出情報に基づいてＥＣＵ３０が低速、低負荷領域および中速、中負荷領域で運転される時間を算出し、この運転時間の合計時間が一定時間となったときに開閉弁５５を開放するようにしてもよい。この場合には、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２が運転状態検出手段を構成する。
また、バイパス管５４の一端部に開閉弁５５の上面に貯留された凝縮水の高さを検出してＥＣＵ３０に検出情報を出力するセンサを設け、ＥＣＵ３０が開閉弁５５の上面に貯留された凝縮水の高さが一定となったものと判断したときに開閉弁５５を開放するようにしてもよい。
【００８８】
（第２の実施の形態）
図７〜図１０は、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
図７において、バイパス管５４の一端部５４ａ側の内部には排気ガス還流装置を構成する開閉弁６１が設けられており、この開閉弁６１は回動軸６１ａを支点としてバイパス管５４を開放する開放位置とバイパス管５４を閉塞する閉塞位置との間で開閉自在となっている。
【００８９】
バイパス管５４は、全体的に円筒状に形成されており、収容部５４ｃが四角形状に形成されている。開閉弁６１は、四角形状をしており、回動軸６１ａはバイパス管５４の収容部５４ｃの外周部の２箇所を同軸上に貫通する貫通孔５４ｄ、５４ｅ（図４参照）に回動自在に嵌合され、開閉弁６１と一体化されている。
【００９０】
また、収容部５４ｃの内周面にはストッパー部６２が形成されており、このストッパー部６２には回動軸６１ａと反対側の開閉弁６１の先端上面が当接するようになっている。このため、開閉弁６１は、反時計方向に回動することが規制されている。
なお、開閉弁６１のシール性を高めるために、開閉弁６１の外周面には図示しないシール部材が取付けられている。
【００９１】
本実施の形態では、ＥＧＲクーラ２１においてＥＧＲガスが冷却されることでＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮した場合に、この凝縮水Ｗがコンプレッサハウジング４９の底面に接続されるバイパス管５４内の開閉弁６１の上面に落下し、この開閉弁６１の上面に貯留される（図８参照）。
【００９２】
ここで、内燃機関システムは、内燃機関１の気筒２内のピストンが降下することで吸気管７に負圧が発生するため、吸気管７内の圧力に対して排気管８の圧力が大きくなっている。
【００９３】
このため、吸気管７と排気管８との間に介装される開閉弁６１は、吸気管７側の面６１Ａに対して排気管８側の面６１Ｂの圧力が大きく、開閉弁６１は、この圧力差によって閉弁方向に付勢される。このとき、開閉弁６１は、ストッパー部６２によって反時計方向に回動することが規制され、バイパス管５４を閉弁する。
【００９４】
そして、開閉弁６１の上面に貯留される凝縮水の重量が、開閉弁６１を閉弁方向に付勢する圧力差による付勢力よりも大きくなると、開閉弁６１が開閉する。このため、開閉弁６１の上面に溜まった凝縮水は、図９に示すように、自重でバイパス管５４の下流に落下し、バイパス管５４を通して排気浄化装置１６の下流の排気管８に流れていく。開閉弁６１の上面の凝縮水が無くなると、開閉弁６１の面６１Ａと面６１Ｂに作用する圧力差によって開閉弁６１が閉弁方向に付勢される。
【００９５】
本実施の形態にあっても、内燃機関１の運転が開始されると、排気浄化装置１６から下流に流れる高温の排気ガスによって排気浄化装置１６の下流側の排気管８内の凝縮水が蒸発されるので、排気浄化装置１６の下流側の排気管８から低圧ＥＧＲ管２０に戻ることがない。
【００９６】
この結果、低圧ＥＧＲ管２０の下流側から内燃機関１を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減することができ、低圧ＥＧＲ管２０から下流側の内燃機関１を含んだ吸気経路を構成する部品、例えば、吸気管７、コンプレッサインペラ４２、インタークーラ１１、インジェクタ４等が凝縮水によって腐食してしまうのを防止することができ、内燃機関１や吸気経路を構成する部品の耐久性を向上させることができる。
【００９７】
また、本実施の形態では、開閉弁６１の面６１Ａと面６１Ｂとに作用する圧力差を抗して開閉弁６１の上面に一定の荷重がかかったときに開閉弁６１が開放するように構成されているため、開閉弁６１の上面に凝縮水が一定の量だけ貯留されたタイミングで開閉弁６１を開放して、凝縮水をバイパス管５４を通して排気浄化装置１６の下流側の排気管８に導入することができる。
このため、開閉弁６１上に必要以上の凝縮水が貯留されるのを防止して、バイパス管５４の一端部５４ａからコンプレッサ１０の上流側の吸気管に凝縮水が逆流してしまうこと等を防止することができる。
【００９８】
なお、本実施の形態では、開閉弁６１の面６１Ａと面６１Ｂとに作用する圧力差によって開閉弁６１を閉弁方向に付勢しているが、図１０に示すように、開閉弁６１と収容部５４ｃとの間にコイルスプリング６３を介装して、コイルスプリング６３のばね力によって開閉弁６１を閉弁方向に付勢するようにしてもよい。
【００９９】
この場合には、開閉弁６１の上面に貯留される凝縮水がある一定の重量となってコイルスプリング６３のばね力よりも大きくなるときに、開閉弁６１がコイルスプリング６３の付勢力に抗して開弁するように、コイルスプリング６３のばね力を設定すればよい。
【０１００】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【０１０１】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置は、ＥＧＲ管から下流側から内燃機関を含んだ吸気経路に発生する凝縮水量を低減するようにして、ＥＧＲ管から下流側の内燃機関を含んだ吸気経路を構成する部品が腐食するのを防止することができるという効果を有し、過給機のタービンより下流の排気管から排気ガスの一部を抜き出して過給機のコンプレッサより上流の吸気管に再循環させる内燃機関の排気ガス還流装置等として有用である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  内燃機関
７  吸気管
８  排気管
９  ターボチャージャ（過給機）
１０  コンプレッサ
１５  タービン
１６  排気浄化装置（触媒装置）
２０  低圧ＥＧＲ管（ＥＧＲ管、排気ガス還流装置）
２０ａ  ＥＧＲ管の一端部
２０ｂ  ＥＧＲ管の他端部
２１  ＥＧＲクーラ（ＥＧＲガス冷却部材、排気ガス還流装置）
２２  低圧ＥＧＲ弁（排気ガス還流装置）
２４  ＦＯＤトラッパ（排気ガス還流装置）
３０  ＥＣＵ（駆動制御手段、排気ガス還流装置）
３３  イグニッションスイッチ（運転状態検出手段、排気ガス還流装置）
４２  コンプレッサインペラ（インペラ）
４９  コンプレッサハウジング（ハウジング）
５４  バイパス管（排気ガス還流装置）
５４ａ  バイパス管の一端部
５４ｂ  バイパス管の他端部
５５、６１  開閉弁（排気ガス還流装置）
５６  ステッピングモータ（駆動制御手段、排気ガス還流装置）
５７  モータ制御部（駆動制御手段、排気ガス還流装置）
【図１】
2012117490.tif 000003
【図２】
2012117490.tif 000004
【図３】
2012117490.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012117490.tif 000007
【図６】
2012117490.tif 000008
【図７】
2012117490.tif 000009
【図８】
2012117490.tif 000010
【図９】
2012117490.tif 000011
【図１０】
2012117490.tif 000012