(57)【要約】【課題】ターボ式過給器を備えた内燃機関のＥＧＲにおいて、ＥＧＲガスを気筒内に導入する際のターボ式過給器のタービンの回転を滑らかにして、ＥＧＲの際のタービン側の効率の低下とコンプレッサ側の吸気効率の低下を抑制して、燃費を向上させることができるとともに、内燃機関の製作コストを低減することができるＥＧＲシステム、内燃機関及びＥＧＲ方法を提供する。【解決手段】ターボ式過給器１４を備えた内燃機関１０のＥＧＲシステム１１ｃ、１１ｃＡにおいて、内燃機関１０の排気通路１３に備えたターボ式過給器１４のタービン１４ａのタービンケース１４ｃにＥＧＲ通路２２を接続して、このタービンケース１１ｃからＥＧＲガスＧｅを吸気系通路１２，１１ｂに供給する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ式過給器を備えた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記内燃機関の排気通路に備えた前記ターボ式過給器のタービンのタービンケースにＥＧＲ通路を接続して、該タービンケースからＥＧＲガスを吸気系通路に供給するように構成したことを特徴とするＥＧＲシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のＥＧＲシステムを備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
ターボ式過給器を備えた内燃機関のＥＧＲ方法において、前記内燃機関の排気通路に備えた前記ターボ式過給器のタービンのタービンケースにＥＧＲ通路を接続して、該タービンケースからＥＧＲガスを吸気系通路に供給することを特徴とするＥＧＲ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ式過給器を備えた内燃機関のＥＧＲにおいて、ターボ式過給器のタービンの回転を滑らかにして吸気効率を上げて燃費を向上させることができるとともに、エンジンの製作コストを低減することができるＥＧＲシステム、内燃機関及びＥＧＲ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、４つの気筒を備えたエンジンでは、図６に示すように、第１〜第４気筒１１ａａ〜１１ａｄの排気ガスＧを通過させる排気通路１１ｃａ〜１１ｃｄを、一本の排気ガス排出管１１ｃｇにまとめる「４−１排気マニホールド」と呼ばれる排気マニホールド１１ｃＸが多く使用されている。
【０００３】
これらの「４−１排気マニホールド」からＥＧＲ通路を分岐する際に、図６に示すように、ＥＧＲクーラー（図示しない）等のレイアウトの関係から、第４気筒１１ａｄから出る排気ガスＧｄが通過する排気管１１ｃｄにＥＧＲ管２２ａを接続すると、図７に示すように、排気通路１３に備えたターボ式過給器１４のタービン１４ａの入口の動圧変動を示す圧力パルスが不均一となる。
【０００４】
つまり、第４気筒１１ａｄから排出される排気ガスＧｄをＥＧＲガスＧｅとして利用すると、第４気筒１１ａｄからの排気ガスＧｄの流量のみが減少するため、第４気筒１１ａｄの排気行程に関係する圧力パルスが、他の圧力Ｐ１ｘよりも小さい圧力Ｐ１ｘになりΔＰｘ分だけ、圧力パルスが小さくなり、排気マニホールド１１ｃＸの出口での圧力パルスが、第４気筒１１ａｄの排気行程のときのみ弱くなる。
【０００５】
そのため、ターボ式過給器を備えた内燃機関の場合には、タービン１４ａの入り口の圧力パルスが不均一になるため、タービン１４ａの翼に加わる動圧が周期的に低下し、タービン１４ａの回転トルクが変動するため回転が変動し、見掛け上のタービン効率が下がってしまう。その結果、タービン側ではタービン入口圧力が高まり、ポンプ損失が高まり、また、一方で、コンプレッサ側の吸気効率が低下するので、燃費が悪くなるという問題がある。
【０００６】
また、４気筒エンジンでは、各気筒の排気干渉を避けるために、図８に示すように、エンジン本体１１の第１気筒１１ａａ及び第４気筒１１ａｄからの排気ガスＧａ、Ｇｄを合流する第１の合流管１１ｃｅと、第２気筒１１ａｂ及び第３気筒１１ａｃからの排気ガスＧｂ、Ｇｃを合流する第２の合流管１１ｃｆと、第１の合流管１１ｃｅの排気ガスＧ１と第２の合流通路１１ｃｆの排気ガスＧ２を合流する排気ガス排出管１１ｃｇで構成した、「４−２−１排気マニホールド」と呼ばれる排気マニホールド１１ｃＹも使用されている。そして、この「４−２−１排気マニホールド」を用いたエンジンで、第１の合流通路(図８の１１ｃｅに相当)に排気環流通路（図８の２２に相当）を接続したエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
しかしながら、この「４−２−１排気マニホールド」で、図８に示すように、ＥＧＲ管２２ａを、第１の合流管１１ｃｅに接続して、第１の合流管１１ｃｅから排出される排気ガスＧ２をＥＧＲガスＧｅとして利用すると、第１気筒１１ａａと第４気筒１１ａｄの排気行程で排気ガスＧ２の流量が減少し、他の圧力Ｐ１ｙよりも小さい圧力Ｐ１ｙになりΔＰｙ分だけ、圧力パルスが小さくなってしまうので、前記と同様の問題が生じる。すなわち、図９に示すように、排気通路に備えたターボ式過給器のタービン入口の動圧変動を示す圧力パルスが不均一となる。
【０００８】
また、この「４−２−１排気マニホールド」においては、内燃機関の排気枝管や合流管には、高温の排気ガスが通過しても大丈夫なようにステンレス製のパイプを使用する場合が多く、各気筒からの排気枝管を合流させる箇所と、合流管同士を合流させる箇所と、排気管又は合流管からＥＧＲ管を分岐させる箇所で、ステンレス材に対しての穴あけ加工や接続加工が必要となるため、加工工数及び加工コストが高くなり、内燃機関の製作コストが高コストとなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３７９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、ターボ式過給器を備えた内燃機関のＥＧＲにおいて、ＥＧＲガスを気筒内に導入する際のターボ式過給器のタービンの回転を滑らかにして、ＥＧＲの際のタービン側の効率の低下とコンプレッサ側の吸気効率の低下を抑制して、燃費を向上させることができるとともに、内燃機関の製作コストを低減することができるＥＧＲシステム、内燃機関及びＥＧＲ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明のＥＧＲシステムは、ターボ式過給器を備えた内燃機関のＥＧＲシステムにおいて、前記内燃機関の排気通路に備えた前記ターボ式過給器のタービンのタービンケースにＥＧＲ通路を接続して、該タービンケースからＥＧＲガスを吸気系通路に供給するように構成される。
【００１２】
また、上記の目的を達成するための本発明のＥＧＲシステムは、上記のＥＧＲシステムを備えて構成される。
【００１３】
そして、上記の目的を達成するための本発明のＥＧＲ方法は、ターボ式過給器を備えた内燃機関のＥＧＲ方法において、前記内燃機関の排気通路に備えた前記ターボ式過給器のタービンのタービンケースにＥＧＲ通路を接続して、該タービンケースからＥＧＲガスを吸気系通路に供給することを特徴とする方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＥＧＲシステム、内燃機関及びＥＧＲ方法によれば、排気通路に設けられたターボ式過給器のタービンのタービンケースにＥＧＲ通路を接続するので、ＥＧＲの際に、各気筒からの排気ガスが全て合流した状態からＥＧＲガスを分流するので、圧力パルスが均等化された状態となり、タービン翼に加わる排気ガスの動圧が規則正しくなるので、タービンの回転変動が減少し、滑らかに回転するようになるので、ＥＧＲの際におけるタービン側の効率の低下とコンプレッサ側の吸気効率の低下を抑制することができ、燃費を向上させることができる。
【００１５】
また、従来技術のように、各気筒に接続するステンレス製のパイプのそれぞれに、合流用の孔開け加工と接続加工等のステンレス加工をする場合と比較して、本発明では、タービンケースは鋳物製であることが多いので、穴開け加工や接続加工がステンレス加工に比べて容易となるため、ＥＧＲ通路を接続するためのステンレス加工を不要にすることができるので、内燃機関の製作コストを低減することができる。
【００１６】
従って、ターボ式過給器１４を備えたエンジン１０のＥＧＲにおいて、ターボ式過給器１４のタービン１４ａの回転を滑らかにして吸気効率を上げて燃費を向上させることができるとともに、エンジン１０の製作コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の構成を模式的に示す図である。
【図２】４−１排気マニホールドを採用した場合の構成を模式的に示す図である。
【図３】図２の構成における排気の圧力パルスの推移を示す図である。
【図４】４−２−１排気マニホールドを採用した場合の構成を模式的に示す図である。
【図５】図４の構成における排気の圧力パルスの推移を示す図である。
【図６】従来技術に係る内燃機関の４−１排気マニホールドの構成を模式的に示す図である。
【図７】図６の構成における排気の圧力パルスの推移を示す図である。
【図８】従来技術に係る内燃機関の４−２−１排気マニホールドの構成を模式的に示す図である。
【図９】図８の構成における排気の圧力パルスの推移を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施の形態のＥＧＲシステム、内燃機関及びＥＧＲ方法について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
最初に、図１を参照しながら、本発明に係る実施の形態のエンジン（内燃機関）１０について説明する。このエンジン１０には、エンジン本体１１と、吸気通路１２と、排気通路１３と、ＥＧＲ通路２２と、ターボ式過給器１４等が設けられている。
【００２０】
そして、大気から導入される新気Ａは、ターボ式過給器１４のコンプレッサ１４ｂで加圧された後、インタークーラー１５を通過し、ＥＧＲの際にはＥＧＲ通路２２からＥＧＲクーラー２３、ＥＧＲバルブ２４を経由して吸気通路１２に流入する排気ガス（ＥＧＲガス）Ｇｅを伴って、ＥＧＲしないときはそのままで、エンジン本体１１の吸気マニホールド１１ｂを通過して気筒１１ａに送られる。
【００２１】
また、気筒１１ａで発生した排気ガスＧは、気筒１１ａからエンジン本体１１の排気マニホールド１１ｃを通過して排気通路１３に流出し、ＥＧＲの際には、その一部がＥＧＲ通路２２にＥＧＲガスＧｅとして流れ、ＥＧＲしないときはそのままで、タービン１４ａを駆動した後、排気ガス浄化装置（図示しない）に流入して、浄化された後、マフラー（図示しない）を経由して大気中へ放出される。
【００２２】
本発明においては、本発明に係る実施の形態のＥＧＲシステム１、１Ａは、図２及び図４に示すように、エンジン１０排気通路１３に備えたターボ式過給器１４のタービン１４ａのタービンケース１４ｃにＥＧＲ通路２２となるＥＧＲ管２２ａを接続して、このタービンケース１４ｃからＥＧＲガスＧｅを、吸気マニホールド１１ｂと吸気通路１２で形成される吸気系通路１１ｂ、１２に供給するように構成される。このＥＧＲガスＧｅの分流の仕方に関しては、タービン１４ａを駆動する前の排気ガスＧから分流する高圧ＥＧＲの場合と、タービン１４ａを駆動した後の排気ガスＧから分流する低圧ＥＧＲの場合とがあり、それぞれのＥＧＲシステムに応じて分流される。
【００２３】
また、本発明の実施の形態のＥＧＲ方法は、ターボ式過給器１４を備えたエンジン１０のＥＧＲ方法であり、エンジン１０の排気通路１３に備えたターボ式過給器１４のタービン１４ａのタービンケース１４ｃにＥＧＲ通路２２を接続して、このタービンケース１４ｃからＥＧＲガスＧｅを吸気系通路１１ｂ、１２に供給する方法である。
【００２４】
より詳細には、図２に示す４−１排気マニホールド１１ｃを備えた場合のＥＧＲシステム１においては、４つの第１〜第４気筒１１ａａ、１１ａｂ、１１ａｃ、１１ａｄ（総称の場合には１１ａｉ）の排気ポートに接続し、これらの気筒１１ａｉから排出される排気ガスＧａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ（総称の場合にはＧｉ）が流れる排気枝管１１ｃａ、１１ｃｂ、１１ｃｃ、１１ｃｄ（総称の場合には１１ｃｉ）が排気ガス排出管１１ｃｇに合流する。この排気ガス排出管１１ｃｇは排気通路１３の一部となる。
【００２５】
そして、ターボ式過給器１４のタービン１４ａのタービンケース１４ｃが、排気ガス排出管１１ｃｇに接続して設けられる。このタービンケース１４ｃに、ＥＧＲ通路２２となるＥＧＲ管２２ａを接続して設ける。つまり、タービンケース１４ｃにＥＧＲ管接続用の孔２１を形成して、フランジを付けた配管を接続して、このフランジとＥＧＲ管２２ａのフランジとを接続してボルトなどで締結する。これにより、各気筒１１ａｉから流出してくる排気ガスＧｉが合流した後の排気ガスＧから、その一部をＥＧＲガスＧｅとして分流することができるようになる。
【００２６】
これにより、図３に示すように、第１気筒１１ａａから第４気筒１１ａｄの排気行程における圧力パルスがほぼ一定の圧力Ｐｔになり、圧力パルスが均等化された状態となり、タービン翼に加わる排気ガスの動圧が規則正しくなるので、タービンの回転変動が減少し、滑らかに回転するようになる。
【００２７】
また、図４に示す４−２−１排気マニホールド１１ｃＡを備えた場合のＥＧＲシステム１Ａにおいては、４つの第１〜第４気筒１１ａｉの排気ポートに接続し、これらの気筒１１ａｉから排出される排気ガスが流れる排気枝管１１ｃｉが２段階で、排気ガス排出管１１ｃｇに合流する。つまり、第１気筒１１ａａの排気ポートに接続する排気枝管１１ｃａと第４気筒１１ａｄの排気ポートに接続する排気枝管１１ｃｄとが第１合流管１１ｃｅに合流し、第２気筒１１ａｂの排気ポートに接続する排気枝管１１ｃｂと第３気筒１１ａｃの排気ポートに接続する排気枝管１１ｃｃとが第２合流管１１ｃｆに合流する。さらに、第１合流管１１ｃｅと第２合流管１１ｃｆとが合流して、排気ガス排出管１１ｃｇを形成する。なお、各気筒１１ａｉからの排気ガスＧｉが全て合流する接続する位置を、タービンケース１４ｃの内部に設けてもよい。
【００２８】
そして、上記と同様に、ターボ式過給器１４のタービン１４ａのタービンケース１４ｃが、排気ガス排出管１１ｃｇに接続して設けられる。このタービンケース１４ｃに、ＥＧＲ通路２２となるＥＧＲ管２２ａを接続して設ける。
【００２９】
これにより、第１気筒１１ａの排気ガスＧａと第４気筒１１ａｄの排気ガスＧｄが合流して排気ガスＧ１となり、また、一方で、第２気筒１１ａｂの排気ガスＧｂと第３気筒１１ａｃの排気ガスＧｄが合流して排気ガスＧ２となり、さらに、この両者の排気ガスＧ１と排気ガスＧ２が合流し、排気ガスＧとなる。従って、全部の排気ガスＧｉが合流した後の排気ガスＧの一部をＥＧＲガスＧｅとして分流することができるようになる。
【００３０】
これにより、図５に示すように、第１気筒１１ａａから第４気筒１１ａｄの排気行程における圧力パルスがほぼ一定の圧力Ｐｔａになり、圧力パルスが均等化された状態となり、タービン翼に加わる排気ガスの動圧が規則正しくなるので、タービンの回転変動が減少し、滑らかに回転するようになる。
【００３１】
そして、本発明に係る実施の形態のエンジン（内燃機関）１０は、上記のＥＧＲシステム１、１Ａを備えて構成される。
【００３２】
上記の構成のＥＧＲシステム１、１Ａ、エンジン１０及びＥＧＲ方法によれば、排気通路１３に設けられたターボ式過給器１４のタービン１４ａのタービンケース１４ｃにＥＧＲ管２２ａを接続するので、ＥＧＲの際に、各気筒１１ａｉからの排気ガスＧｉが全て合流した状態の排気ガスＧからＥＧＲガスＧｅを分流するので、圧力パルスが均等化された状態となり、タービン翼に加わる排気ガスＧの動圧が規則正しくなるので、タービン１４ａの回転変動が減少し、滑らかに回転するようになる。従って、ＥＧＲの際におけるタービン側の効率の低下とコンプレッサ側の吸気効率の低下を抑制することができ、燃費を向上させることができる。
【００３３】
また、従来技術のように、各気筒１１ａｉに接続するステンレス製のパイプのそれぞれに、合流用の孔開け加工と接続加工等のステンレス加工をする場合と比較して、本発明では、タービンケース１４ｃは鋳物製であることが多いので、穴開け加工や接続加工がステンレス加工に比べて容易となるため、ＥＧＲ管２２ａを接続するためのステンレス加工を不要にすることができるので、内燃機関の製作コストを低減することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１１ａ  気筒
１１ａａ  第１気筒
１１ａｂ  第２気筒
１１ａｃ  第３気筒
１１ａｄ  第４気筒
１１ｂ  吸気マニホールド
１１ｃ、１１ｃＸ  ４−１排気マニホールド、
１１ｃＡ、１１ｃＹ  ４−２−１排気マニホールド
１１ｃａ、１１ｃｂ、１１ｃｃ、１１ｃｄ  排気枝管
１１ｃｅ  第１の合流管
１１ｃｆ  第２の合流管
１１ｃｇ  排気ガス排出管
１２  吸気通路
１３  排気通路
１４  ターボ式過給器
１４ａ  タービン
１４ｂ  コンプレッサ
１４ｃ  タービンケース
１５  インタークーラー
２１  ＥＧＲ管接続用の孔
２２  ＥＧＲ通路
２２ａ  ＥＧＲ管
２３  ＥＧＲクーラー
２４  ＥＧＲバルブ
Ｐ１ｘ、Ｐ２ｘ、Ｐ１ｙ、Ｐ２ｙ  従来技術に係る排気通路の排気の圧力パルス
Ｐｔ、Ｐｔａ  本発明に係る排気通路の排気の圧力パルス
Ａ  新気
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２、Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ  排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016084770.tif 000009
【図８】
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【図９】
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