JP2002339810A - 排ガス還流装置 - Google Patents

排ガス還流装置

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Toshimitsu Umikawa
敏光 海川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ＥＧＲガスを含む吸気が流入する
インタクーラの耐腐食性や冷却性能を改善し、排ガス還
流装置の耐久性を向上することにある。 【解決手段】 エンジン（内燃機関）１に設けた過給機
６のタービン１１の下流側と吸気路ｒ１との間に排ガス
還流量を調整するＥＧＲ路（排ガス再循環通路）ｒ３を
形成し、吸気路ｒ１のインテークマニホールド２とＥＧ
Ｒ路（排ガス再循環通路）ｒ３の連結位置ｐ１との間に
インタクーラ４を設けた排ガス還流装置Ａにおいて、イ
ンタクーラ４がステンレス製で水冷式であることを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排ガス浄
化を図れる排ガス還流装置、特にインタクーラを設けた
排ガス還流装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、環境浄化の要求に伴い、自動車の
排ガス規制は強化される傾向にあり、特に、ディーゼル
エンジン車においては、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯ
x）及びカーボン微粒子であるパティキュレートの規制
が強化されている。排ガス中のＮＯxを低減するための
方法の一つに、エンジン排ガス（ＥＧＲガス）の一部を
吸入空気と共にエンジンへ再循環させるようにした排ガ
ス還流方法がある。この方法によれば、ＥＧＲガスは不
活性で比較的比熱が高く、多量の熱を吸収することがで
きるので、ＥＧＲガス量が増大するほど燃焼室内におけ
る燃焼温度が低下してＮＯxの発生量が低減することと
なる。
【０００３】更に、排ガス中のＮＯx及びパティキュレ
ートを低減するための方法の一つにＮＯx触媒や、ディ
ーゼルパティキュレートフィルタといった排ガス浄化装
置を使用している。ここでＮＯx触媒は酸素過剰の雰囲
気下でＮＯｘを還元又は分解するもので、ゼオライトに
Ｃｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した触媒が用い
られる。さらに、パティキュレートフィルタはパティキ
ュレートを捕獲して焼却するパティキュレート除去装置
（ＤＰＦ）やＮＯ２再生型のパティキュレート除去装置
（ＣＲＴ）等を使用する方法がある。ここで、パティキ
ュレート除去装置（ＤＰＦ）はトラップしたパティキュ
レート「Ｃ」を再生時に空気でＣＯ２に酸化反応「Ｃ＋
Ｏ２→ＣＯ２」させて除去しており、ＮＯ２再生型のパ
ティキュレート除去装置（ＣＲＴ）では排ガス中のＮＯ
をＮＯ２に酸化反応「ＮＯ＋１／２・Ｏ２→ＮＯ２」さ
せ、その上で、生成された活性度の高いＮＯ２でトラッ
プしたパティキュレートＣを酸化反応「Ｃ＋２ＮＯ２→
ＣＯ２＋２ＮＯ」させて除去している。
【０００４】ところで、内燃機関はその出力アップを図
るべく過給機で吸気を加圧し、加圧空気をインタクーラ
で冷却し、燃焼室の充填効率をより高めるという方式を
採るものがある。このような過給機付き内燃機関に排ガ
ス還流装置及び排ガス浄化装置を付加した場合、内燃機
関の排ガス再循環路より吸気路に還流するＥＧＲガスは
比較的高温であり、この高温ＥＧＲガスは、一旦、排ガ
ス再循環路のＥＧＲクーラでガス温度を低下される。次
いで、ＥＧＲガスは吸気と混合され過給機で加圧された
上で、インタクーラで冷却され、燃焼室に充填効率を高
めて供給され、出力向上を図れることとなる。
【０００５】なお、このような排ガス還流装置及び排ガ
ス浄化装置を付加した過給機付き内燃機関の一例が特開
２００１―８２２３３号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関の
排ガス再循環路に流入するＥＧＲガスは比較的高温であ
る上にサルフェートを含み、また、排ガス浄化装置をス
リップしたＮＯ２が流入することより、ＥＧＲクーラの
ガス通路の内壁にはＨ２ＳＯ４やＨＮＯ３を含む結露が
生じ、これがＥＧＲクーラの早期腐食を進行させる傾向
にある。更に、吸気路側のインタクーラもＥＧＲガスの
混入した吸気を空冷するが、インタクーラがアルミ合金
製の場合、Ｈ２ＳＯ４やＨＮＯ３を含むＥＧＲガスに対
して耐腐食性が低く、しかもアルミ合金自体の熱伝導率
は比較的高いが空冷式であるため、インタクーラとして
の冷却性能が低い。このように、排ガス還流装置が排気
路よりＥＧＲガスを流量調整手段や複数の冷却手段を介
して内燃機関の燃焼室に送り込むような構成を採る場
合、特に、冷却手段の耐久性や冷却性能の改善や簡素化
を図ることが望まれている。
【０００７】本発明は、以上のような課題に基づき、Ｅ
ＧＲガスを含む吸気が流入するインタクーラの耐久性や
冷却性能を改善することでインタクーラを設けた排ガス
還流装置の簡素化を図ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、内燃
機関に設けた過給機のタービン下流側の排ガスを吸気路
に還流させる排ガス再循環通路を形成し、上記吸気路の
下流端のインテークマニホールドと上記排ガス再循環通
路の連結位置との間にインタクーラを設けた排ガス還流
装置において、上記インタクーラがステンレス製で水冷
式であることを特徴とする。このように、インタクーラ
がステンレス製で水冷式であることより、冷却性能を向
上でき、しかも、インタクーラに排ガス再循環通路から
のＥＧＲガスを含む吸気が流入しても、インタクーラの
耐腐食性が改善され、この点で耐久性向上を図れ、ま
た、冷却性能向上より冷却手段を複数必要とせず、イン
タクーラを設けた排ガス還流装置としての簡素化を図れ
る。
【０００９】好ましくは、過給機のタービン下流側で排
ガス再循環通路の連結位置より上流に排ガス浄化装置が
配備されても良い。この場合、特に、高温化したＥＧＲ
ガスが排ガス再循環通路よりインタクーラに容易に流入
するが、この場合であっても、インタクーラの耐腐食性
や冷却性能を改善でき、この点で、耐久性向上を図れ、
排ガス還流装置全体としての簡素化を図れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態とし
ての排ガス還流装置Ａを装備する内燃機関としての過給
機付きディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）
１を示した。エンジン１はその本体の一側面に吸気を各
気筒へ分岐して供給するインテークマニホールド２が接
続され、他側面に各気筒から排気された排ガスを合流さ
せ下流に流出させるエキゾーストマニホールド３が接続
されている。
【００１１】インテークマニホールド２は上流端のエア
クリーナ５に向けて吸気路ｒ１を成す吸気管１０を延出
させ、その途中にインタクーラ４、過給機６のコンプレ
ッサ７、絞り弁８を順次配備している。エキゾーストマ
ニホールド３は下流端のマフラー９に向けて排気路ｒ２
を延出させ、その途中に過給機６のタービン１１、排ガ
ス浄化装置であるＮＯ２再生型のパティキュレート除去
装置（以後単にＣＲＴと記す）１２を順次配備してい
る。なお、過給機６は排ガスエネルギーをタービン１１
で回転力として回収しその回転力でコンプレッサ７を駆
動し、吸気を加圧し燃焼室１３（６気筒の燃焼室を示し
た）に供給する排気ターボチャージャである。インタク
ーラ４は水冷式で過給機６からの加圧吸気を熱交換部で
冷却水で冷却し、エンジン１の燃焼室１３に供給するも
ので、これにより燃焼室１３の充填効率を向上させるよ
う機能する。
【００１２】図２に示すように、インタクーラ４は吸気
路ｒ１における上流側流入口ａに連通する流入管１４１
付きの分岐部１４及び下流側流出口ｂに連通する流出管
１５１付きの合流部１５、分岐部１４及び合流部１５間
に複数並列状に配備される吸気パイプ１６、これら分岐
部１４、合流部１５、複数の吸気パイプ１６とを気密に
覆うと共に冷却水流入口１７及び冷却水流出口１８を形
成してなるケーシング１９とを備える。これらインタク
ーラ構成部品は、すべてステンレス材（ＳＵＳ３０４使
用）を素材としており、プレス成形された複数の板金部
材がフラックス入りステンレスワイヤを用いてのアーク
溶接等により組み立てられ、作製されている。なお、イ
ンタクーラ４の流入管１４１及び流出管１５１はそれぞ
れは吸気管１０側に図示しない締め付け部材で気密に締
め付け結合される。
【００１３】ケーシング１９の冷却水流入口１７及び冷
却水流出口１８はエンジン１の冷却水循環路Ｗに連結さ
れており、冷却水循環路Ｗ側に流動した冷却水は図示し
ないラジエータで放熱処理されている。過給機６のター
ビン１１の下流側には排ガス浄化装置であるＮＯ２再生
型のＣＲＴ１２が配備される。このＣＲＴ１２は外枠を
成す筒状ケーシング２１内に排ガス流動方向Ｘに沿って
酸化触媒装置２２とパティキュレートフィルタ２３とを
直列配備している。
【００１４】酸化触媒装置２２は周知の酸化触媒を担持
した両端開口のハニカム担体（図示せず）を用い、排ガ
ス中のＮＯをＮＯ２に酸化反応「ＮＯ＋１／２・Ｏ２→
ＮＯ ２」させるよう構成される。パティキュレートフィ
ルタ２３は排ガスが濾過壁を通過した上で流下するよう
な通路構成を採るハニカム担体（図示せず）を用い、パ
ティキュレートを捕獲し、そのパティキュレートＣを酸
化反応「Ｃ＋２ＮＯ２→ＣＯ２＋２ＮＯ」させて焼却
し、除去するように機能し、排ガスが２５０〜３００℃
の低温域から連続的にパティキュレートの酸化除去を可
能としており、特に、パティキュレートフィルタ２３の
再生処理を必要としない。
【００１５】上述のように排ガス浄化装置として、ＮＯ
２再生型のＣＲＴ１２を説明したが、これに代えて、周
知のＮＯX触媒とパティキュレートフィルタを順次直列
的に接続した２段構成の排ガス浄化装置を用いても良
い。排気管２４のＮＯ２再生型のＣＲＴ１２よりも排ガ
ス流れ方向Ｘ下流側の連結位置ｐ１と吸気管９の絞り弁
８よりも吸気流れ方向Ｙ下流側の連結位置ｐ２とは、中
途部にＥＧＲ弁２６を備えた排ガス再循環通路（ＥＧＲ
路）ｒ３を成すＥＧＲ管２０で接続されている。
【００１６】ＥＧＲ管２０は比較的高圧の排気管２４側
の連結位置ｐ１及び比較的低圧（負圧）の吸気管１０の
コンプレッサ７上流側の連結位置ｐ２との間を接続して
いることより、比較的大量のＥＧＲガスを吸気路ｒ１に
導入できる。エンジン１の燃料噴射系Ｇは各気筒の燃焼
室１３へ燃料を噴射する噴射ノズル２７を備え、同噴射
ノズル２７には同ノズルに所定の燃料圧に調整された高
圧燃料を供給する高圧燃料供給系ｇ１が接続される。噴
射ノズル２７の弁開閉用のソレノイドコイル（図示せ
ず）には電子制御装置２８が接続されており、同装置２
８より負荷相当の開弁出力が与えられることで、同噴射
ノズル２７はその燃料噴射量を制御されている。
【００１７】このようなエンジン１が駆動するとする。
この場合、燃料噴射系Ｇにおいては噴射ノズル２７が負
荷相当の開弁出力を与えられて燃料噴射駆動する。吸気
系においてはコンプレッサ７が吸気を加圧しその過給気
をインタクーラ４で冷却した上で燃焼室１３に供給す
る。排気系においては燃焼室１３からの排ガスがタービ
ン１１に導かれて排ガスエネルギーが過給機６に与えら
れ、その上で、排気路ｒ２の排ガスがＣＲＴ１２に流下
し、そこでパティキュレートの除去がなされた上で一部
がＥＧＲ路ｒ３に残りがマフラー９側に流動する。この
場合、ＥＧＲ管２０のＥＧＲ弁２６は電子制御装置２８
により所定開度に保持され、開度相当量の排ガスがＥＧ
Ｒ路ｒ３を経て吸気路ｒ１に流入する。
【００１８】このため、コンプレッサ７及びインタクー
ラ４には新気とＥＧＲガスの混合ガスが流入し、加圧及
び冷却処理され燃焼室１３に流入している。この場合、
排気管２４の連結位置ｐ１より排気路ｒ２の上流側にＣ
ＲＴ１２を設けパティキュレート除去を行っているの
で、排ガスは比較的浄化されており、コンプレッサ７の
過度の劣化は抑えられている。更に、排ガスの一部であ
るＥＧＲガスを含む吸気はサルフェートやＣＲＴ１２を
スリップしたＮＯ２を含み、これがインタクーラ４内の
内壁にＨ２ＳＯ４やＨＮＯ３を含む結露として発生した
としても、インタクーラ４がステンレス製で耐腐食性を
十分に発揮し、耐久性を確保できる。
【００１９】しかも、インタクーラ４は水冷式であるこ
とより、ステンレス製で熱伝導性がアルミ製と比較して
低くても、全体として十分な冷却性能を発揮できる。こ
のため、コンプレッサ７からの吸気をインタクーラ４で
冷却し、燃焼室１３の充填効率を十分高め、エンジンの
出力向上を図ることができる。しかも、インタクーラ４
が十分な冷却性能を発揮できるので従来のようにＥＧＲ
路側にもＥＧＲクーラを配備し、排ガス還流装置のＥＧ
Ｒガスの還流路に複数の冷却手段を配備する必要性も低
減し、排ガス還流装置全体としての簡素化を図れる。
【００２０】図１の排ガス還流装置ＡはＥＧＲ管２０の
出口側の連結位置ｐ２をコンプレッサ７の上流側に設け
ていたが、これに代えて、図１に２点鎖線で示すＥＧＲ
管２０ａを用いてもよい。ここでのＥＧＲ管２０ａは排
気管２４のＣＲＴ１２下流側の連結位置ｐ１と吸気管１
０のコンプレッサ７下流側の連結位置ｐ２’との間を接
続する。この場合、ＥＧＲガスをコンプレッサ７に流入
しないようにでき、コンプレッサ７の耐久性を確保する
ことができるが、この場合、吸気管１０の吸気はコンプ
レッサ７の下流で正圧化しているため、この吸気管１０
側にＥＧＲガスを大量に流入させるためには、低圧側か
ら高圧側へ排ガスの一部を流すよう、ＥＧＲ通路ｒ３に
図示しないブロワ等を設ける必要がある。
【００２１】上述の排ガス還流装置で用いたインタクー
ラ４はケーシング１９内に複数の吸気パイプ１６を配備
した構成であったが、図３（ａ）に示すように単一の吸
気パイプ１６ｂであってもよく、この単一の吸気パイプ
に熱交換機能を高めるフィン（図３（ａ）参照）ｆを備
えたインタクーラ４ｂや、吸気パイプ１６ｃに熱交換機
能を高めるビード（図３（ｂ）参照）ｂを形成したイン
タクーラ４ｃを用いても良く、これらを用いた排ガス還
流装置も図１の排ガス還流装置Ａと同様の作用効果を得
ることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明では、イ
ンタクーラがステンレス製で水冷式であることより、冷
却性能を向上でき、しかも、インタクーラに排ガス再循
環通路からのＥＧＲガスを含む吸気が流入しても、イン
タクーラの耐腐食性が改善され、この点で耐久性向上を
図れ、また、冷却性能向上より冷却手段を複数必要とし
ないことで、インタクーラを設けた排ガス還流装置とし
ての簡素化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス還流装置の概略全体構成図であ
る。
【図２】図１の排ガス還流装置で用いるインタクーラの
要部切欠断面図である。
【図３】図１のインタクーラの変形例で（ａ）はフィン
式、（ｂ）はビード式のインタクーラである。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関） ２ インテークマニホールド ４、４ｂ、４ｃ インタクーラ ６ 過給機 ７ コンプレッサ １０ 吸気管 １１ タービン ｒ１ 吸気路 ｒ２ 排気路 ｒ３ ＥＧＲ路（排ガス再循環通路） ｐ１ 排気路側の連結位置 ｐ２ 吸気路側の連結位置 Ａ 排ガス還流装置

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関に設けた過給機のタービン下流側
    と吸気路との間に排ガス還流量を調整する排ガス再循環
    通路を形成し、上記吸気路のインテークマニホールドと
    上記排ガス再循環通路の連結位置との間にインタクーラ
    を設けた排ガス還流装置において、上記インタクーラが
    ステンレス製で水冷式であることを特徴とする排ガス還
    流装置。
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