(57)【要約】【課題】過給機を搭載するエンジンでは吸気圧が排気圧を上回る場合があり、ＥＧＲガスを排気側から吸気側に戻す際にはポンプなどの圧送手段が必要であった。【解決手段】過給機を備えたエンジンのＥＧＲ構造であって、前記過給機のタービン上流側に設けられたＥＧＲガス入口と、前記過給機のコンプレッサ側下流の第１連通領域に設けられた第１出口と、前記過給機のコンプレッサ側上流の第２連通領域に設けられた第２出口と、前記ＥＧＲガス入口から前記第１出口と前記第２出口に分岐する分岐点を備えたＥＧＲ分岐ガス配管と、前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記ＥＧＲガス入口と前記分岐点の間に配置されたＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記第１出口と前記分岐点の間に配置された第１逆止弁と、前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記第２出口と前記分岐点の間に配置された第２逆止弁を有することを特徴とするＥＧＲ構造を提供する。【選択図】図１
2013155720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備えたエンジンのＥＧＲ構造であって、
前記過給機のタービン上流側に設けられたＥＧＲガス入口と、
前記過給機のコンプレッサ側下流の第１連通領域に設けられた第１出口と、
前記過給機のコンプレッサ側上流の第２連通領域に設けられた第２出口と、
前記ＥＧＲガス入口から前記第１出口と前記第２出口に分岐する分岐点を
備えたＥＧＲ分岐ガス配管と、
前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記ＥＧＲガス入口と前記分岐点の間に配置されたＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記第１出口と前記分岐点の間に配置された第１逆止弁と、
前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記第２出口と前記分岐点の間に配置された第２逆止弁を
有することを特徴とするＥＧＲ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のＥＧＲ構造に関するものであり、特に過給機を有するエンジンにおけるＥＧＲ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）は、排気ガスの一部（以後「ＥＧＲガス」と呼ぶ。）を吸気側に戻すことで、燃焼温度を低下させ、ＮＯｘといった窒素酸化物の生成を抑制するシステムである。また、燃焼後のガスを吸気側に返すので、吸気中の酸素量が減少し、同じ酸素を供給する際に、スロットルを広く開けておくことができる。そのため、ノッキングなどの現象が起こりにくいという利点がある。
【０００３】
通常ＥＧＲでは、燃焼後のガスを排気系から吸気系に、互いの圧力差によって、移動させている。しかしながら、排気路と吸気路に隣接部分を設け、この隣接部分に過給機を設けたエンジンでは、高負荷時には、排気側より吸気側の圧力が高くなるため、ＥＧＲガスを吸気系に返すことができなかった。
【０００４】
特許文献１は、このような課題に対して、エンジン本体によって駆動され、排ガスの一部を吸気通路側へ圧送する容積型ポンプを設けたＥＧＲ構造を開示している。特許文献１のＥＧＲ構造では、エキゾーストマニホールドに、ＥＧＲガスを取り出すための配管が配設される。
【０００５】
この配管は、ＥＧＲバルブとルーツブロワ等の容積型ポンプを介して、インテークマニホールド（例えばサージタンク）と連通している。この容積型ポンプは、ギア又はベルト等の動力伝達装置を介して駆動される。したがって、排気ガスの一部は、ポンプという圧送手段によって吸気系に強制的に戻される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平０５−０１９５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
過給機付のエンジンでは、高負荷時にコンプレッサの作用によって、インテークマニホールド内の圧力は高くなる。そのため、排気側と吸気側の圧力差によって排気ガスを吸気側に戻すのは困難となる。この課題を解決するために、特許文献１は、容積型ポンプによって排気ガスを吸気側に圧送する。すなわち、排気ガスを強制的に吸気側に押し込むので、運転状態による吸排気の圧力差に影響されることなく、ＥＧＲシステムを稼働させることができる。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の方法では、圧送のためにポンプを用いており、車両全体からみると、コスト上昇および重量増加をまねく構造となる。また、容積型ポンプはエンジン自体から動力を得ているので、エンジン負荷が高くなり、燃費の低下を招いてしまうという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑み想到された発明であり、過給機付エンジンでＥＧＲシステムを、比較的簡便に行えるＥＧＲ構造を提供するものである。
【００１０】
より具体的に本発明のＥＧＲ構造は、
過給機を備えたエンジンのＥＧＲ構造であって、
前記過給機のタービン上流側に設けられたＥＧＲガス入口と、
前記過給機のコンプレッサ側下流の第１連通領域に設けられた第１出口と、
前記過給機のコンプレッサ側上流の第２連通領域に設けられた第２出口と、
前記ＥＧＲガス入口から前記第１出口と前記第２出口に分岐する分岐点を
備えたＥＧＲ分岐ガス配管と、
前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記ＥＧＲガス入口と前記分岐点の間に配置されたＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記第１出口と前記分岐点の間に配置された第１逆止弁と、
前記ＥＧＲ分岐ガス配管の前記第２出口と前記分岐点の間に配置された第２逆止弁を
有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＥＧＲ構造は、過給機のコンプレッサの上流側と下流側のそれぞれの吸気系に向かうＥＧＲガスの還流路を設けた。したがって、ＥＧＲガスは、排気系から見たときに過給機のコンプレッサの上流側若しくは下流側のいずれか圧力が低い方に必ず流れることができる。すなわち、圧力差だけによって、ＥＧＲガスを吸気系に戻すことができるようにした。
【００１２】
したがって、運転状態によらずＥＧＲシステムを稼働させることができ、エンジン自体に大きな負荷をかけることがないので、燃費が低下することがない。また、分岐を持つ配管や、逆止弁といった簡単な部材で構成されるので、コストも高くならず、また重量増加も極めて微小に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のＥＧＲ構造の構成を示す図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】エンジン回転数と負荷の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明を説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、下記の実施形態を変形してもよい。
【００１５】
図１は、本発明の過給機付エンジンのＥＧＲ構造１を示す図である。本発明のＥＧＲ構造１を搭載したエンジンは、大きくはエンジン１２自体と吸気系および排気系と吸排気系のそれぞれにインペラを有する過給機と吸排気系を連通するＥＧＲ構造１からなる。図１でエンジン１２はシリンダヘッドとシリンダおよびピストンで代表させた。吸気系は、エアクリーナ２１、インタークーラ２２、サージタンク２３といった部材で構成される。
【００１６】
エアクリーナ出口２１ｏには、吸気管２６ａが接続されている。吸気管２６ａは、過給機３０のコンプレッサ３１側に連通している。図２には、図１の一部拡大図を示す。図２を参照して、過給機３０は、コンプレッサ室３１ｒとタービン室３２ｒにそれぞれ配置されたコンプレッサインペラ３１ｐとタービンインペラ３２ｐを回転可能にシャフト３６で連結した構造をしている。そして、コンプレッサ３１は吸気側に、またタービン３２は排気系に配設されている。吸気管２６ａは、コンプレッサ室３１ｒの入口３１ｉに連通されている。コンプレッサ室３１ｒの出口３１ｏには再び吸気管２６ｂが連結される。
【００１７】
再度図１に戻って、吸気管２６ｂは、インタークーラ２２を介してスロットルボディ２４およびサージタンク２３に連通されている。サージタンク２３からは燃焼室１３までインテークマニホールド２７が形成されている。インテークマニホールド２７中で燃焼室１３の入口１３ｉ手前には、燃料噴射ノズル１４が配置される。
【００１８】
再度図２を参照して、排気系は、エキゾーストマニホールド２８およびそれに続く排気管２９（一部だけ表示）で構成される。燃焼室１３の出口１３ｏ（図１参照）にはエキゾーストマニホールド２８がタービン室３２ｒの入口３２ｉまで連結している。タービン室３２ｒの出口３２ｏには、排気管２９（一部だけ表示）が接続されている。タービン室３２ｒの入口３２ｉと出口３２ｏの間には、バイパス路３７が形成されている。このバイパス路３７の開閉を行うのはウェイストゲートバルブ４０である。
【００１９】
吸気側の吸気管２６ｂには枝管４２が設けられ、ウェイストゲートアクチュエータ４１に連通されている。また、この枝管４２はさらに分岐し過給圧制御用バルブ４３（図１参照）に連通されている。この過給圧制御用バルブ４３からは、エアクリーナ２１の出口２１ｏの手前（下流側）に連通する配管路４４が形成されている。
【００２０】
ウェイストゲートアクチュエータ４１は、枝管４２内の圧力によってウェイストゲートバルブ４０を開閉する。過給圧制御用バルブ４３（図１参照）は、制御部５０によって制御されている。
【００２１】
再度図１を参照して、エキゾーストマニホールド２８には、ＥＧＲガスを抜き出すためのＥＧＲガス入口２が形成されている。つまり、このＥＧＲガス入口２は、過給機３０のタービン３２側上流に設けられている。このＥＧＲガス入口２からは、途中で分岐点５ｄを有するＥＧＲ分岐ガス配管５が形成されている。分岐点５ｄの一方の端は過給機３０のコンプレッサ３１側の下流の吸気系に連通される。
【００２２】
過給機３０のコンプレッサ３１より下流の吸気系とは、過給機３０のコンプレッサ３１から燃焼室１３の入口１３ｉまでの間をいう。そこで、過給機３０のコンプレッサ３１より下流の吸気系を第１連通領域９と呼ぶ。分岐点５ｄの一方の端は、第１連通領域９に連通される。そして、第１連通領域９に設けられたＥＧＲ分岐ガス配管５の出口を第１出口３と呼ぶ。なお、第１出口３は、第１連通領域９に設けられるが、その中でもスロットルボディ２４の下流に設けるのが好ましい。第１連通領域９の中では比較的圧力が安定している場所だからである。
【００２３】
分岐点５ｄの他方の端は、過給機３０のコンプレッサ３１より上流側の吸気系に連通される。過給機３０のコンプレッサ３１より上流の吸気系とは、例えば、エアクリーナ２１と過給機３０のコンプレッサ室３１ｒとの間の吸気管２６ａである。過給機３０のコンプレッサ３１からエアクリーナ２１の間であればどこでもよい。過給機３０のコンプレッサ３１より上流の吸気系を第２連通領域１０と呼ぶ。そして、第２連通領域１０に設けられたＥＧＲ分岐ガス配管５の出口を第２出口４と呼ぶ。
【００２４】
ＥＧＲガス入口２と分岐点５ｄの間にはＥＧＲバルブ６が設けられる。ＥＧＲバルブ６は、制御部５０の指示Ｃｖによって、開度を調節できるバルブである。分岐点５ｄと第１出口３との間には第１逆止弁７が配置される。この第１逆止弁７は、分岐点５ｄ側から第１出口３に向かって圧力がかかれば、ガスを通過させる。しかし、第１出口３側から分岐点５ｄ側に圧力がかかると弁７が閉じ、ガスは流れることはできない。
【００２５】
また、分岐点５ｄと第２出口４との間には第２逆止弁８が配設される。この第２逆止弁８も分岐点５ｄ側から第２出口４に向う圧力がかかるとガスを流すことが出来る。しかし、第２出口４側の圧力が高くなると、弁８が閉じる。結果第２出口４側から分岐点５ｄ側にはガスは流れることができない。
【００２６】
制御部５０はサージタンク２３内に配置された圧力センサ５１によって燃焼室１３前の空間の圧力（過給圧）をモニタすることができる。ここで「モニタする」とは、圧力センサ５１からの電気信号を受けることで、圧力センサ５１が配置された箇所の圧力を数値化（データ化）し、制御部５０内に取り込むことである。また、制御部５０は、エンジン回転数およびスロットル開度もモニタすることができる。このようなモニタから得られるデータで、制御部５０はエンジンの運転状態を知り、各部を制御することができる。
【００２７】
以上のように構成された本発明に係るＥＧＲ構造１の動作を給排気の流れから順に説明する。まず、エアクリーナ２１から取り入れられた空気は過給機３０のコンプレッサ３１を通過して、吸気管２６ｂを通り、インタークーラ２２で冷却される。過給機３０で加圧され高くなった吸気温度を下げるためである。インタークーラ２２で冷却された空気は、スロットルボディ２４で流量を調節された後サージタンク２３に流れる。
【００２８】
サージタンク２３には複数の気筒からの吸気管が連通されている。これらの吸気管は、インテークマニホールド２７を形成している。サージタンク２３内の空気はインテークマニホールド２７を通過し、燃料噴射ノズル１４で燃料と混合され、混合ガスとなって、燃焼室１３に導入される。
【００２９】
混合ガスは、燃焼室１３で燃焼されると排気ガスとなる。燃焼室内の排気ガスは、燃焼室１３の出口１３ｏからエキゾーストマニホールド２８に流れる。エキゾーストマニホールド２８を流れる排気ガスは、過給機３０のタービン３２を回転させ、排気管２９に流れる。このタービン３２のタービンインペラ３２ｐはコンプレッサ３１のコンプレッサインペラ３１ｐとシャフト３６で回転可能に連結されているので、タービンインペラ３２ｐの回転数に応じてコンプレッサインペラ３１ｐの回転数が増減する。
【００３０】
エキゾーストマニホールド２８中の排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲガス入口２からＥＧＲ分岐ガス配管５へ導入される。そして、ＥＧＲバルブ６が開いているときは、第１逆止弁７若しくは第２逆止弁８の少なくとも一方の弁を流れる。
【００３１】
ここでエキゾーストマニホールド２８中の排気ガスは燃焼後のガスであるので、高温高圧になっている。従って、第１逆止弁７と第２逆止弁８の分岐点５ｄ側の圧力も高圧となっている。
【００３２】
そこで、エンジン負荷が高く、かつ回転数が低い場合以外について定性的に説明する。図３は横軸にエンジン回転数を示し、縦軸に負荷（インテークマニホールド中の圧力）を示す。ラインＬＬは、エンジン設計で決まる過給圧の限界ラインで、エンジンの状態がこのラインＬＬを超えると、過給圧制御用バルブ４３等が開き、過給されない状態となる。エンジン負荷が高く、かつ回転数が低い場合以外とは、エンジン回転数と負荷の関係が、図３におけるＡ領域以外であって、ラインＬＬより下の領域にある場合をいう。
【００３３】
エンジンの状態がＡ領域以外にある場合は、過給機３０より下流側の吸気系である第１連通領域９の圧力は、過給機３０のコンプレッサインペラ３１ｐの回転が低い時には低く、むしろシリンダ内をピストンが下がる際の吸気の吸い込みによる圧力低下現象がある。一方、過給機３０より上流側の吸気系である第２連通領域１０の圧力は、コンプレッサ３１の吸引力が低いため、大気圧に近い。したがって、ＥＧＲガスは第１逆止弁７を通過して第１連通領域９側に流れる。
【００３４】
次にエンジン状態がＡ領域にある場合について説明する。エンジン状態がＡ領域にあるとは、エンジン負荷が高く、かつ回転数が低い状態である。この場合、第１連通領域９の圧力は、コンプレッサ３１による加圧によって、大気圧より高くなる。一方、第２連通領域１０では、コンプレッサ３１が大量に空気を吸い込むため、定常的に大気圧に対して負圧となる。したがって、ＥＧＲガスは第２逆止弁８を通過して第２連通領域１０側に流れる。
【００３５】
上記の説明を言い換えると、本発明のＥＧＲ構造では、ＥＧＲ分岐ガス配管５の分岐点５ｄの圧力と、第１連通領域９および第２連通領域１０の圧力との関係で、ＥＧＲガスは第１連通領域９若しくは第２連通領域１０の少なくともいずれかに流れる。
【００３６】
ここで、本発明のＥＧＲ構造では、ＥＧＲガスが第１連通領域９および第２連通領域１０の両方に流れてもよい。どちらの領域に流れても、ＥＧＲとしての機能は果たすからである。
【００３７】
また、制御部５０は、エンジン回転数とサージタンク２３内に設けた圧力センサ５１によって、エンジンの状態を検知し、予め決められたプログラムに基づき、ＥＧＲバルブ６の開度を調整する。すなわち、ＥＧＲガスを還流させるか否かは、制御部５０がエンジンの運転状態に応じてＥＧＲバルブ６を制御することによって選択される。
【００３８】
以上のように本発明のＥＧＲ構造は、過給機３０が搭載されていても、ポンプなどの圧送手段を使うことなく、ＥＧＲガスとして排気系からの排気ガスを吸気系に戻すことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のＥＧＲ構造は、過給機が搭載された内燃機関のＥＧＲシステムとして好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ＥＧＲ構造
２  ＥＧＲガス入口
３  第１出口
４  第２出口
５  ＥＧＲ分岐ガス配管
５ｄ  分岐点
６  ＥＧＲバルブ
７  第１逆止弁
８  第２逆止弁
９  第１連通領域
１０  第２連通領域
１２  エンジン
１３  燃焼室
１３ｉ  燃焼室入口
１３ｏ  燃焼室出口
１４  燃料噴射ノズル
２１  エアクリーナ
２１ｏ  エアクリーナ出口
２２  インタークーラ
２３  サージタンク
２６ａ、２６ｂ  吸気管
２７  インテークマニホールド
２８  エキゾーストマニホールド
２９  排気管
３０  過給機
３１  コンプレッサ
３１ｉ  コンプレッサ室入口
３１ｒ  コンプレッサ室
３１ｐ  コンプレッサインペラ
３１ｏ  コンプレッサ室出口
３２  タービン
３２ｒ  タービン室
３２ｐ  タービンインペラ
３２ｏ  タービン室出口
３７  バイパス路
４０  ウェイストゲートバルブ
４１  ウェイストゲートアクチュエータ
４２  枝管
４３  過給圧制御用バルブ
４４  配管路
【図１】
2013155720.tif 000003
【図２】
2013155720.tif 000004
【図３】
2013155720.tif 000005