(57)【要約】【課題】容量可変式のターボチャージャを採用せずに低速高負荷での排気再循環を実現し且つ高速高負荷でのポンピングロスの増加を抑制する。【解決手段】排気系から排気ガス７の一部をＥＧＲガス８として抜き出して吸気系へ再循環するＥＧＲ装置１２を備えた過給エンジン１に関し、各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを二つのグループに分けて該各グループ毎に排気マニホールド１３，１４とターボチャージャ１５，１６とを独立して個別に装備すると共に、該各ターボチャージャ１５，１６に容量差を設定し且つ容量が小さい方のターボチャージャ１６におけるタービン１６ａの入側からＥＧＲガス８を抜き出し得るように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして抜き出して吸気系へ再循環するＥＧＲ装置を備えた過給エンジンであって、各気筒を二つのグループに分けて該各グループ毎に排気マニホールドとターボチャージャとを独立して個別に装備すると共に、該各ターボチャージャに容量差を設定し且つ容量が小さい方のターボチャージャにおけるタービンの入側からＥＧＲガスを抜き出し得るように構成したことを特徴とする過給エンジン。
【請求項２】
各ターボチャージャのタービンの入側同士を連通ラインを介して接続し且つ該連通ラインの途中に流路を開通閉止可能な開閉バルブを装備したことを特徴とする請求項１に記載の過給エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービンより上流側の排気系から排気ガスの一部を抜き出してコンプレッサより下流側の吸気系へ再循環するＥＧＲ装置を備えた過給エンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガスで駆動されるタービンによりコンプレッサを駆動して正規の量以上の吸気を取り込むことで出力の大幅な向上を図り得るようにしたターボチャージャ付き過給エンジンが知られており、この種の過給エンジンにあっては、前記タービンより上流側の排気系から排気ガスの一部を抜き出して前記コンプレッサより下流側の吸気系へ再循環し、その吸気系に戻された排気ガスで各気筒内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えたものもある。
【０００３】
図３はＥＧＲ装置を備えた過給エンジンの概略を示すものであり、ここに図示している過給エンジン１は、排気ガス７で駆動されるタービン２ａによりコンプレッサ２ｂを駆動して過給を行うターボチャージャ２を搭載しており、図示しないエアクリーナから導いた吸気５を前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ｂへ送り、該コンプレッサ２ｂで加圧された吸気５をインタークーラ３へと送って冷却し、該インタークーラ３から更に吸気マニホールド４へと吸気５を導いて過給エンジン１の各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆに分配する一方、この過給エンジン１の各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆから排出された排気ガス７を排気マニホールド６を介して前記ターボチャージャ２のタービン２ａへと送り、該タービン２ａを駆動した排気ガス７を車外へ排出するようにしてある。
【０００４】
また、斯かる過給エンジン１には、排気マニホールド６における各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの並び方向の一端から排気ガス７の一部をＥＧＲガス８として吸気マニホールド４の入口付近に再循環するＥＧＲライン９が備えられ、該ＥＧＲライン９の途中には、ＥＧＲガス８の再循環量を適宜に調整するＥＧＲバルブ１０と、ＥＧＲガス８を冷却するためのＥＧＲクーラ１１とが装備されており、これらＥＧＲライン９とＥＧＲバルブ１０とＥＧＲクーラ１１とによりＥＧＲ装置１２が構成されるようになっている。
【０００５】
ただし、前述の如き従来の過給エンジン１にあっては、図４に示すように、過給効率の高い低速高負荷の運転領域でターボチャージャ２による過給圧と排気圧との関係が逆転して過給圧が排気圧よりも高くなるため、これについて何も対策を講じなければ、排気側から吸気側へ向けてＥＧＲガス８を再循環することができなくなってしまう。
【０００６】
このため、大型運搬車両等における大量の排気再循環を実施する必要のある過給エンジン１の場合は、タービン２ａ側のノズル開度を任意に変更することが可能な容量可変式のターボチャージャ２（一般的にバリアブルジオメトリーターボチャージャと呼称されているもの）を採用し、必要に応じタービン２ａ側のノズル開度を小さく絞り込んで排気ガス７の通過抵抗を増やし、これにより排気マニホールド６の圧力を高めて吸気側と排気側との圧力差を確保するようにしている。
【０００７】
即ち、容量可変式のターボチャージャ２は、タービン２ａの駆動力が弱いために吸気５を取り込み難い低速域と、タービン２ａが回りすぎて吸気５が過剰に取り込まれる虞れのある高速域とでターボチャージャ２の容量を適宜に変更して低速重視の過給特性と高速重視の過給特性とを使い分けられるようにしたものであるが、これを低速高負荷における排気再循環の対策として流用するようにしている。
【０００８】
ここで、低速高負荷での排気再循環を実現することだけを考えれば、これまでよりも容量の小さな容量固定式のターボチャージャ２を採用すれば済むことになるが、そのような単純な対策を講じたとしても、図５に示す如く、高速高負荷で過給圧と排気圧との差圧が過大となってポンピングロスが増加し、これにより燃費の大幅な悪化を招いてしまう結果となることは明らかであり、現実的な対策とは到底言えないものであることを付言しておく。
【０００９】
尚、この種の容量可変式のターボチャージャ２に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−９２５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、可動部分の多い複雑な機構となる容量可変式のターボチャージャ２を採用した場合には、コストの大幅な高騰を招いてしまうことが避けられないという問題があり、また、作業現場等における厳しい使用環境下で高い作動信頼性を保ち続けることが難しい上、その修理や整備等に高い技術や専用部品が必要となって簡単に修理や整備等を行うことができないという問題もあったため、容量可変式のターボチャージャ２を採用しない対策が求められている。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、容量可変式のターボチャージャを採用せずに低速高負荷での排気再循環を実現し且つ高速高負荷でのポンピングロスの増加を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、排気系から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして抜き出して吸気系へ再循環するＥＧＲ装置を備えた過給エンジンであって、各気筒を二つのグループに分けて該各グループ毎に排気マニホールドとターボチャージャとを独立して個別に装備すると共に、該各ターボチャージャに容量差を設定し且つ容量が小さい方のターボチャージャにおけるタービンの入側からＥＧＲガスを抜き出し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
而して、このようにすれば、一方のターボチャージャの容量を小さくすることで、これに対応する一方の排気マニホールドにおける排気圧が過給圧に対し高く保たれ易くなり、低速高負荷となっても過給圧と排気圧との関係を逆転させることなく排気再循環を支障なく実現することが可能となり、他方のターボチャージャの容量については、排気再循環の可否を考慮することなくエンジン効率のみを考えて大きくすることが可能となる。
【００１５】
ここで、容量が小さい方のターボチャージャにおけるタービンの入側からＥＧＲガスが抜き出されるようになっており、しかも、そのＥＧＲガスが一部の気筒だけで賄われて従来よりも高い比率で抜き出されるようになっているため、高速高負荷となっても過給圧と排気圧との差圧の増大が抑えられ、ポンピングロスの増加が抑制されることになる。
【００１６】
更に、本発明においては、各ターボチャージャのタービンの入側同士を連通ラインを介して接続し且つ該連通ラインの途中に流路を開通閉止可能な開閉バルブを装備することも可能であり、このようにすれば、万一、容量が小さい方のターボチャージャで扱いきれないほどの排気ガスが導入されそうになったとしても、前記開閉バルブを開けて連通ラインを開通することにより、余剰の排気ガスを容量が大きい方のターボチャージャに振り分けて処理することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
上記した本発明の過給エンジンによれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００１８】
（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、容量可変式のターボチャージャを採用せずに低速高負荷での排気再循環を実現し且つ高速高負荷でのポンピングロスの増加を抑制することができるので、容量可変式のターボチャージャを採用した場合における諸問題を未然に回避することができると共に、全ての運転領域で良好にＥＧＲガスを再循環してＮＯx低減性能の大幅な向上を図り且つ高速高負荷における燃費の悪化を防止することができる。
【００１９】
（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、容量が小さい方のターボチャージャで扱いきれない余剰の排気ガスが生じた場合に、開閉バルブにより連通ラインを開通して余剰の排気ガスを容量が大きい方のターボチャージャに振り分けて処理することができ、より確実にポンピングロスの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の過給エンジンの排気圧と過給圧との関係を示すグラフである。
【図３】従来のＥＧＲ装置を備えた過給エンジンの一例を示す概略図である。
【図４】図３の過給エンジンの排気圧と過給圧との関係を示すグラフである。
【図５】図３のターボチャージャの容量を小さくした場合の排気圧と過給圧との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、ここに図示している過給エンジン１にあっては、各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを、フロント側の三つの気筒１ａ，１ｂ，１ｃと、リヤ側の三つの気筒１ｄ，１ｅ，１ｆとにグループ分けし、夫々のグループ毎に排気マニホールド１３，１４とターボチャージャ１５，１６とを独立して個別に装備するようにしている。
【００２３】
ここで、各ターボチャージャ１５，１６には、容量固定式のものが採用され且つターボチャージャ１５よりもターボチャージャ１６の方が容量が小さくなるように設定されており、この容量が小さい方のターボチャージャ１６におけるタービン１６ａの入側からＥＧＲガス８が抜き出されるようにしてある。
【００２４】
尚、容量の大きい方のターボチャージャ１５は、ＥＧＲガス８の抜き出しとは無関係であるため、ＥＧＲガス８の再循環の可否を考慮することなくエンジン効率のみを考えて適切な容量に設定すれば良く、容量の小さい方のターボチャージャ１６については、過給エンジン１の主たる運転領域において、排気マニホールド１４の排気圧が吸気マニホールド４の過給圧に対し常に高く維持されるように設定すれば良い。
【００２５】
また、各排気マニホールド１３，１４から送り出された排気ガス７は、各ターボチャージャ１５，１６のタービン１５ａ，１６ａを駆動した後で合流されるようになっており、図示しないエアクリーナから二系統で導かれた吸気５は、各ターボチャージャ１５，１６のコンプレッサ１５ｂ，１６ｂで過給された後で合流されてインタークーラ３へと送られるようになっている。
【００２６】
このように各気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆのグループ毎に排気マニホールド１３，１４とターボチャージャ１５，１６とを独立させた構造とするにあたり、気筒１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆの容積、グループ分けされた気筒数、各ターボチャージャ１５，１６の容量等のバランスが取れれば、各ターボチャージャ１５，１６のタービン１５ａ，１６ａの出側まで排気系を夫々独立させたまま成立させることが十分に可能である。
【００２７】
ただし、ここに図示している例においては、容量が小さい方のターボチャージャ１６で扱いきれないほどの排気ガス７が導入された場合に確実に対処できるように、各ターボチャージャ１５，１６のタービン１５ａ，１６ａの入側同士を連通ライン１７を介して接続し且つ該連通ライン１７の途中に流路を開通閉止可能な開閉バルブ１８を装備するようにしている。
【００２８】
而して、このようにすれば、一方のターボチャージャ１６の容量を小さくすることで、これに対応する一方の排気マニホールド１４における排気圧が、吸気マニホールド４における過給圧に対し高く保たれ易くなり、図２に示す如く、低速高負荷となっても過給圧と排気圧との関係を逆転させることなくＥＧＲガス８の再循環を支障なく実現することが可能となり、また、他方のターボチャージャ１５の容量については、ＥＧＲガス８の再循環の可否を考慮することなくエンジン効率のみを考えて大きくすることが可能となる。
【００２９】
ここで、容量が小さい方のターボチャージャ１６におけるタービン１６ａの入側からＥＧＲガス８が抜き出されるようになっており、しかも、そのＥＧＲガス８が一部の気筒１ｄ，１ｅ，１ｆだけで賄われて従来よりも高い比率で抜き出されるようになっているため、高速高負荷となっても過給圧と排気圧との差圧の増大が抑えられ、ポンピングロスの増加が抑制されることになる。
【００３０】
特に本形態例の場合は、各ターボチャージャ１５，１６のタービン１５ａ，１６ａの入側同士を連通ライン１７を介して接続し且つ該連通ライン１７の途中に流路を開通閉止可能な開閉バルブ１８を装備するようにしているので、万一、容量が小さい方のターボチャージャ１６で扱いきれないほどの排気ガス７が導入されそうになったとしても、前記開閉バルブ１８を開けて連通ライン１７を開通することにより、余剰の排気ガス７を容量が大きい方のターボチャージャ１５に振り分けて処理することが可能となる（図２の下段の高速域に関するグラフを参照）。
【００３１】
従って、上記形態例によれば、容量可変式のターボチャージャを採用せずに低速高負荷での排気再循環を実現し且つ高速高負荷でのポンピングロスの増加を抑制することができるので、容量可変式のターボチャージャを採用した場合における諸問題を未然に回避することができると共に、全ての運転領域で良好にＥＧＲガス８を再循環してＮＯx低減性能の大幅な向上を図り且つ高速高負荷における燃費の悪化を防止することができる。
【００３２】
また、容量が小さい方のターボチャージャ１６で扱いきれない余剰の排気ガス７が生じた場合に、開閉バルブ１８により連通ライン１７を開通して余剰の排気ガス７を容量が大きい方のターボチャージャ１５に振り分けて処理することができ、より確実にポンピングロスの増加を抑制することができる。
【００３３】
尚、本発明の過給エンジンは、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３４】
１      過給エンジン
１ａ    気筒
１ｂ    気筒
１ｃ    気筒
１ｄ    気筒
１ｅ    気筒
１ｆ    気筒
７      排気ガス
８      ＥＧＲガス
１２    ＥＧＲ装置
１３    排気マニホールド
１４    排気マニホールド
１５    ターボチャージャ
１５ａ  タービン
１６    ターボチャージャ
１６ａ  タービン
１７    連通ライン
１８    開閉バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017155713.tif 000006
【図５】
2017155713.tif 000007