(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備えた内燃機関の排気タービンの上流側における排気通路から吸気通路に、排気還流量を制御するＥＧＲ弁を有した排気ガス還流管を連結し、ＥＧＲ弁と吸気通路の間であって前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連結部に、前記排気ガス還流管内の圧力が前記吸気通路内の圧力よりも低いときに、吸気が前記排気ガス還流管内へ流入するのを防止する逆止弁を設けた排気還流装置において、前記逆止弁が、自由状態において、平らな弁座と、先端側で該弁座との間に隙間を有するように反りを持たせたリードとからなるリード弁からなり、機関運転時には閉弁して前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連通を全閉可能であり、かつ機関停止状態には前記排気ガス還流管を前記吸気通路に連通する隙間を有するように構成した排気還流装置。
【請求項２】
過給機を備えた内燃機関の排気タービンの上流側における排気通路から吸気通路に、排気還流量を制御するＥＧＲ弁を有した排気ガス還流管を連結し、ＥＧＲ弁と吸気通路の間であって前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連結部に、前記排気ガス還流管内の圧力が前記吸気通路内の圧力よりも低いときに、吸気が前記排気ガス還流管内へ流入するのを防止する逆止弁を設けた排気還流装置において、前記逆止弁が、自由状態において、平板状となるリードと、該リードとの間に該リードの先端側に拡大する隙間を有するように凸状に形成した弁座とからなるリード弁であり、機関運転時には閉弁して前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連通を全閉可能であり、かつ機関停止状態には前記排気ガス還流管を前記吸気通路に連通する隙間を有するように構成した排気還流装置。
【請求項３】
過給機を備えた内燃機関の排気通路から吸気管路に排気ガス還流管を連結し、前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連結部に、前記排気ガス還流管内の圧力が前記吸気通路内の圧力よりも低いときに、吸気が前記排気ガス還流管内へ流入するのを防止する逆止弁を設けた排気還流装置において、前記逆止弁よりも排気ガスの上流側に、排気ガスの還流終了時の機関停止状態において排気ガス還流管を大気開放する開放弁を設けた排気還流装置。
【請求項４】
前記開放弁が、機関停止後に前記排気ガス還流管を所定時間大気開放した後に閉鎖するように作動する三方弁である請求項３に記載の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過給機付ディーゼルエンジン等の過給機を備えた内燃機関の排気還流装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排ガス対策において、排気ガス中のＮＯｘの排出量を低減するために、不活性ガスである排気ガスの一部を吸気に還流することで、燃焼温度を低く抑えてＮＯｘの生成を抑制させる排気還流（以下ＥＧＲという）が有効であることが知られ、広く実用化されている。
【０００３】
このような排気還流を行う過給機付き内燃機関に関して、実開平６−４０３４３号公報で、図５に示すような、エンジン13の排気マニホールド14と吸気管11を連結する排気ガス還流管１を設け、更に、この排気ガス還流管１と吸気マニホールド12との連結部位に図７に示すようなリード弁40を設けて、このリード弁40で、連結部位に形成された開口部５を開閉する排気還流装置が提案されている。
【０００４】
この排気還流装置においては、エンジンの回転及び負荷がある範囲内にある時のみＥＧＲを行うようにしているが、平均ブースト圧が平均排気圧より高い領域で、ＥＧＲを行なう場合に、図６の圧力Ｐ・クランク角度ＣＡのグラフで示すように、脈動する排気圧Ｐｅがブースト圧Ｐｂより大きい時（斜線部分）に、このリード弁40を開いて確実にＥＧＲを行なうと共に、それ以外の時には、このリード弁40を閉じて吸気系からの逆流を防止して、ＮＯｘの低減とエンジン性能の低下の防止を図っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような排気還流装置においては、ＥＧＲの作動状態から非作動状態に切り換わったままで運転を終了した場合に、運転停止後にエンジンおよび排気ガス還流管が放熱して温度が下がるので、ＥＧＲ弁とリード弁の間の排気ガス還流管内に残留した燃焼ガス中に含まれる水分が結露する。
【０００６】
この結露した水に、排気ガス還流管の内面に付着した燃焼ガス中のすすが溶け込んで、硫酸イオン及び硝酸イオンを含む強い酸性水が生じて、排気ガス還流管を著しく腐蝕するので、エンジンの寿命が短くなるという問題があった。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、機関停止時に排気ガス還流管内に残留した排気ガスを吸気管側に拡散、または大気側に放出できるように構成して、機関停止後に排気ガス還流管が放冷しても、管内に結露が発生するのを防止して、排気ガス還流管内の腐蝕を防止すると共に、ＥＧＲ弁やリード弁などの腐蝕による作動不良や破損を防止することができて、エンジンの耐久性を向上し、エンジンの寿命を長くすることができる排気還流装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するために、過給機を備えた内燃機関の排気タービンの上流側における排気通路から吸気通路に、排気還流量を制御するＥＧＲ弁を有した排気ガス還流管を連結し、ＥＧＲ弁と吸気通路の間であって前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連結部に、前記排気ガス還流管内の圧力が前記吸気通路内の圧力よりも低いときに、吸気が前記排気ガス還流管内へ流入するのを防止する逆止弁を設けた排気還流装置において、前記逆止弁は機関運転時には閉弁して前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連通を全閉可能であり、かつ機関停止状態には前記排気ガス還流管を前記吸気通路に連通する隙間を有するように構成した排気還流装置を提供する。
【０００８】
そして、前記逆止弁を、自由状態において、平らな弁座と、先端側で該弁座との間に隙間を有するように反りを持たせたリードとからなるリード弁としたり、前記逆止弁を、自由状態において、平板状となるリードと、該リードとの間に該リードの先端側に拡大する隙間を有するように凸状に形成した弁座とからなるリード弁とする。
【０００９】
また、過給機を備えた内燃機関の排気通路から吸気管路に排気ガス還流管を連結し、前記排気ガス還流管と前記吸気通路との連結部に、前記排気ガス還流管内の圧力が前記吸気通路内の圧力よりも低いときに、吸気が前記排気ガス還流管内へ流入するのを防止する逆止弁を設けた排気還流装置において、前記逆止弁よりも排気ガスの上流側に、排気ガスの還流終了時の機関停止状態において排気ガス還流管を大気開放する開放弁を設けた排気還流装置を提供する。
【００１０】
そして、前記開放弁を、機関停止後に前記排気ガス還流管を所定時間大気開放した後に閉鎖するように作動する三方弁とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の第１の実施の形態について説明する。
先ず、図５は、排気還流装置を有する過給機付きエンジンの構成を示した図であり、エンジン13には、過給機８が設けられ、吸気の通路として、エアクリーナ７を有する吸気用配管が過給機８のコンプレッサ９部分に連結され、更に、このコンプレッサ９部分からインタークーラ10を有する吸気管路11が吸気マニホールド12まで設けられている。
【００１２】
一方、排気ガスの通路として、排気マニホールド14から排気管15が出て、過給機８の排気タービン16部分に連結し、更に、この排気タービン16部分に排気用配管17が連結している。
そして、ＥＧＲ（排気ガス還流）用として、ＥＧＲ弁２とＥＧＲクーラー６を有する排気ガス還流管１によって、排気マニホールド14と吸気管11との間を連結しており、更に、この排気ガス還流管１と吸気管11との連結部の開口部５に、逆止弁40が設けられており、コントローラ３によってエンジン13の状態に応じて、前記ＥＧＲ弁２の開閉を制御して、ＥＧＲクーラー６で冷却した排気ガスの還流量を調節するように構成されている。
【００１３】
逆止弁４は、排気ガス還流管１内の圧力が前記吸気通路11内の圧力よりも低いときに、吸気が排気ガス還流管１内へ流入するのを防止しているが、機関の運転停止状態においては、排気ガス還流管１を吸気通路11に連通する隙間Ｃを有するように構成されている。
この逆止弁４には、図１に示すように、着座面が平らな弁座43の開口部にリード42とストッパー41を止めネジ44によって固定し、このリード42が、自由状態、即ち、排気ガス還流管１内の圧力と吸気通路11内の圧力が等しい中立位置の状態において、先端側で拡大する隙間Ｃを弁座43との間に有するように反りを持って形成されたリード弁４を採用する。
【００１４】
このリード弁４は、排気ガス還流管１側の圧力と吸気通路11側の圧力が等しい時には、リード42の原形から弁座43との間に隙間Ｃが形成されて、排気ガスを吸気管11側へ流出させることができるが、排気ガス側圧力と吸気側圧力との圧力差が増大してリード42の弾性力より大きくなると、リード42が弁座43に押圧され閉弁し、吸気が排気ガス還流管１側に流入するのを防止する。また、ストッパー41は、前記リード42の作動において、リード42の開度を規制して、開弁時の最大開口面積を制限する役割を果たす。
【００１５】
さらに、この逆止弁４は、図２に示すように、リード42’の先端側に拡大する隙間Ｃをリード42’との間に有するように着座面が凸状に形成された弁座43’の開口部に、自由状態において平板状となるリード42’とストッパー41’を止めネジ44によって固定して形成されたリード弁４’とするのが好ましい。
この図２のリード弁４’の作動は、前述した図１のリード弁の作動と同じであるが、この図２のような構造のリード弁４’にすると、平板状のリード42’と曲面を有する弁座43’とで正確な隙間Ｃを形成することになり、隙間Ｃの精度管理が容易となる。
【００１６】
本発明の第１の実施の形態に係わる以上のような構成により、図３（ア）に示すように、ＥＧＲ弁２が開弁されてＥＧＲを行っている時には、排気圧Ｐｅとブースト圧Ｐｅとの差圧に従って、リード弁４，４’などで構成される逆止弁４が開閉し、排気圧Ｐｅ＞ブースト圧Ｐｂの時には開弁してＥＧＲを行い、排気圧Ｐｅ＜ブースト圧Ｐｂの時には、図３（ア）に示すように閉弁して新気の逆流を防止する。
【００１７】
そして、エンジン13が運転停止状態にある時は、図３（イ）に示すように、逆止弁４が、排気ガス還流管１を吸気通路である吸気管11に連通する隙間を有しているので、矢印で示すようにこの隙間から吸気と残留ガスが交流して、排気ガス還流管１内の残留燃焼ガスを吸気管11側へ拡散することができ、排気ガス還流管１内の結露を防止できて、腐蝕を防止できる。
【００１８】
なお、エンジン13の運転中であって、吸気管11側のブースト圧Ｐｂが低い場合にも同様な効果が得られる。
また、このような逆止弁４は、図１や図２に示すリード弁４，４’により実現できる。つまり、運転停止状態にある時には、排気ガス還流管１内と吸気管11内の圧力が平衡に達して、リード42、42’が自由状態になるが、この時の静的クリアランスである隙間Ｃにより、排気ガス還流管１内の残留燃焼ガスを吸気管11側へ拡散することができる。
【００１９】
その上、図２のようにリード弁４’を構成することにより、隙間Ｃの精度管理が容易となり、また、隙間Ｃを大きくとれるので、残留燃焼ガスを早く拡散することができる。
さらに、リード弁の開口部分にすすやカーボンなどが付着堆積することにより、リード部分が固着して、リード弁の開弁が不良になるという問題も、リード弁が中立位置で、隙間Ｃを持つことにより、すすを拡散して付着を減少させることになり、また、リード部分の固着防止が期待できる。
【００２０】
次に、第２の実施の形態を図４と図５に示す。この実施の形態では排気ガス還流管１と吸気管11との連結部の開口部５に設けられる逆止弁４としては、機関停止時に開口部５を閉止し、排気ガス還流管１内の圧力が吸気管11内の圧力より高い時のみ通路を開くように動作する構造のものであればよく、リード弁やスプリングによって弁体が弁座に押しつけられているものなど、種々のものを採用できる。
【００２１】
そして、大気開放弁22を、逆止弁40よりも排気ガスの上流側に設けて、排気ガスの還流終了後、即ち、ＥＧＲを終了した時に、コントローラ３によって、大気開放弁22を制御して排気ガス還流管１を大気側に開放する。
この場合には、ＥＧＲ弁２と別に大気開放弁を設けてもよいが、図４に示すように、ＥＧＲ弁２に三方弁22を用いて、大気開放配管23側ＡＩと排気マニホールド14側ＥＸと排気ガス還流管１側ＩＮに、三方弁22の各接続部を接続し、制御により、図４（ア）の全部を閉鎖する状態、図４（イ）の排気マニホールド14側ＥＸと排気ガス還流管１側ＩＮとを連通する状態、図４（ウ）の排気ガス還流管１側ＩＮと大気開放配管23側ＡＩとを連通する状態にすることができるように配設するのが好ましい。なお、この三方弁22の制御はエンジンのトルクＱやエンジン回転数Ｎｅ、ブースト圧Ｐｂなどを入力とするコントローラ３で行う。
【００２２】
そして、好ましくは、さらに、機関停止後に排気ガスの大部分が排出できる時間、即ち、所定時間の間だけ排気ガス還流管１を大気開放し、その後は、排気ガス還流管１を閉鎖するように開放弁や三方弁22を制御する。
この大気開放時間は、例えば、通常の外気温の時に、排ガス還流管１内に結露が生じない濃度まで、排気ガスが薄まるまでの時間であり、予め実験や計算により、決めておくことができる時間である。また、必ずしも、予め設定した時間に限る必要はなく、排ガス還流管１内の水分量を湿度計などで計測したりしながら、外気温を参照して、排ガス還流管１内に結露が生じないことを確認して、排ガス還流管１内を閉鎖するようにしてもよい。
【００２３】
本発明の第２の実施の形態においては、排気ガスの還流終了後に排気ガス還流管を大気開放することができるため、排気ガス還流管１内の燃焼ガスを大気側に放出して、排気ガス還流管１内の水分を逃がして、水分濃度（水蒸気分圧）を低下させて、結露を防止することができる。
そして、大気開放弁に、ＥＧＲ弁と兼用できる三方弁22を用いると、部品点数を少なくすることができ、また、弁のコントロールも簡便化することができる。
【００２４】
この三方弁22を制御によって、ＥＧＲ時は、図４（イ）の状態にすることでＥＧＲを行い、大気開放時には、図４（ウ）の状態にすることで大気開放にでき、そして、所定時間を経過して、排気ガス還流管１内の水分や他のガス成分の大部分を放出させた後で、図４（ア）の状態にして排気ガス還流管１を閉鎖することが簡便にできるので、外部から排気ガス還流管１内にゴミ、塵、虫などの異物が混入してくるのを防止することができる。
【００２５】
従って、配管内面には燃焼ガス中のすすが結露した水に溶けてできる酸性の水によって、排気ガス還流管内が腐蝕するのを防止でき、更に、ＥＧＲ弁本体やリード弁などの腐蝕による作動不良や破損を防止することができ、エンジンの耐久性を向上させて、エンジンの寿命を大巾に長くすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
上述のように、請求項１、２の本発明によれば、機関停止時に排気ガス還流管内に残留した排気ガスを吸気管側に拡散できるので、機関停止後に排気ガス還流管が放冷されても、排気ガス還流管内で結露が発生するのを防止できる。さらに、逆止弁が中立位置で、隙間を持つことにより、リード弁の開口部分にすすやカーボンなどが付着堆積するのを防止でき、リード部分の固着を防止できる。
【００２７】
また、請求項３、４の本発明によれば、排気ガス還流終了時の機関停止状態において排気ガス還流管内に残留した排気ガスを大気中に放出できるので、排気ガス還流管が放冷されても、排気ガス還流管内で結露が発生するのを防止できる。そして、請求項４の発明によれば、排気ガス還流管を所定時間の間開放した後に閉鎖できるので、外部から排気ガス還流管１内にゴミ、塵、虫などの異物が混入してくるのを防止することができる。
【００２８】
従って、排気ガス還流管内に結露が発生するのを防止できるので、排気ガス還流管が腐蝕するのを防止でき、更に、ＥＧＲ弁本体やリード弁などの腐蝕による作動不良や破損を防止することができるので、エンジンの耐久性を向上させて、エンジンの寿命を大巾に長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリード弁の実施の形態を示すリード弁の部分断面図である。
【図２】本発明のリード弁の他の実施の形態を示すリード弁の部分断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の逆止弁の作動を説明するためのエンジンの部分断面図であり、（ア）はＥＧＲ作動時を示し、（イ）は機関停止時を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の三方弁の作動状態を示す説明図であり、（ア）は閉鎖状態、（イ）はＥＧＲ状態、（ウ）は大気開放状態を示す図である。
【図５】過給機付きエンジンの構成図である。
【図６】ブースト圧と排気圧の関係を示す圧力・クランク角度図である。
【図７】従来技術のリード弁を示すリード弁の部分断面図である。
【符号の説明】
１  …  排気ガス還流管    ２  …  ＥＧＲ弁
３  …  コントローラ      ４，４’，40  …  逆止弁、リード弁
５  …  開口部            ６  …  ＥＧＲクーラー
７  …  エアクリーナ      ８  …  過給機
９  …  コンプレッサ      10  …  インタークーラ
11  …  吸気管路          12  …  吸気マニホールド
13  …  エンジン          14  …  排気マニホールド
15  …  排気管            16  …  排気タービン
17  …  排気用配管        18  …  排気弁
19  …  吸気弁            20  …  ピストン
21  …  シリンダ
41，41’，401 …  ストッパ    42，42’，402 …  リード
43，43’，403 …  台座        44，44’，404 …  止めネジ
【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】
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