JP2005147052A - 過給機付エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気行程と吸気行程の時間ずれがある場合でも、連続して安定した排気還流が得られる過給機付エンジンの排気還流装置を提供する。
【解決手段】 排気通路（３）から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路（７）と、吸気を過給する過給機（２１）と、を備えた過給機付エンジン（１）の排気還流装置において、前記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁（１３）を設け、第１逆止弁の上流のＥＧＲ通路上に、吸気圧を利用してＥＧＲガスを増圧するＥＧＲブースタ（８）を設け、前記ＥＧＲブースタと第１逆止弁の間のＥＧＲ通路上に、増圧したＥＧＲガスを蓄える第１ＥＧＲリザーバ（１８）を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機付エンジンの排気還流装置に関する。

外部過給装置を設けたエンジンでは、ほとんどの運転領域において、過給圧が排気圧より高くなるために、ＥＧＲを十分に行うことができない。排気シャッタ（バタフライバルブ）によって排圧を上昇させたものや、ＥＧＲ導入路をベンチュリ（エゼクタ）形状にしたものもあるが、これらでもＥＧＲを十分に行うことができない。

吸排気圧脈動を利用したパルスＥＧＲ方式のものもあるが、気筒数の少ないエンジンでは、排気パルスと吸気行程のタイミングが合わないため、効果が少なかった。

パルスＥＧＲ方式の排気還流装置として、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この排気還流装置には、図２に示すように、エンジン１０１には排気マニホルド１０２が取り付けられ、排気マニホルド１０２に連結された排気管１０３には過給機１０４のタービン１４０が設けられている。また、エンジン１０１には吸気マニホルド１０５が取り付けられ、吸気マニホルド１０５に連結された吸気管１０６には過給機１０４のコンプレッサ１４１が設けられている。排気還流装置は、エンジン１０１の排気マニホルド１０２と吸気マニホルド５とを連結するＥＧＲ通路１０７，１０８と、ＥＧＲ通路１０７，１０８の途中にそれぞれ介設されたＥＧＲ制御バルブ１１０と、ＥＧＲガスをそれぞれ冷却するＥＧＲクーラー１０９と、ＥＧＲ通路１０７，１０８の吸気管１０６と吸気マニホルド１０５とのそれぞれの連結部位に設けられた逆止弁１１３と、ＥＧＲ弁１１０の開度を制御するコントローラ１２０と、から構成される。

排気脈動圧がブースト圧よりも高い場合、逆止弁１１３が開きＥＧＲガスを吸気マニホルド１２３に還流させる。排気脈動圧がブースト圧よりも低い場合、逆止弁１１３は閉じ、ＥＧＲガスが逆流するのを防止する。
特開平０９−１３７７５４号公報

このような排気脈動を利用してＥＧＲを行うパルスＥＧＲ方式では、排気行程と吸気行程との間に時間ずれがある場合、吸気脈動と排気脈動のタイミングにずれがあり、ＥＧＲを十分に行えないという問題があった。

本発明の目的は、上述の問題を解決し、パルスＥＧＲ方式によってＥＧＲを十分に行える過給機付エンジンの排気還流装置を提供することである。

上記目的を達成するために、第１の発明は、排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、吸気を過給する過給機と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置において、前記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁を設け、第１逆止弁の上流のＥＧＲ通路上に、吸気圧を利用してＥＧＲガスを増圧するＥＧＲブースタを設け、前記ＥＧＲブースタと第１逆止弁の間のＥＧＲ通路上に、増圧したＥＧＲガスを蓄える第１ＥＧＲリザーバを設けた。

第２の発明は、第１の発明において、前記過給機の下流側で、前記吸気通路を第１、第２通路に分割し、前記第１通路に前記ＥＧＲブースタのタービンを配し、前記第２通路に前記第１通路に流す高圧空気流量を制御する第３可変絞り弁を設けた。

第３の発明は、第１の発明において、前記ＥＧＲブースタの上流のＥＧＲ通路上に、ＥＧＲガスを蓄える第２ＥＧＲリザーバを設け、前記第２ＥＧＲリザーバの上流のＥＧＲ通路上に、前記第２ＥＧＲリザーバからＥＧＲガスが逆流するのを防ぐ第２逆止弁を設けた。

第４の発明は、第１の発明において、前記吸気通路に、前記過給機によって過給された吸気を蓄える吸気リザーバを設けた。

第５の発明は、第１の発明において、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部より上流の前記吸気通路上に、吸気パルスの拡散を防ぐ第１可変絞り弁を設けた。

第６の発明は、第５の発明において、吸気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第１可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第１可変絞り弁を開く制御手段を設けた。

第７の発明は、第１の発明において、前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の分岐部より下流の前記排気通路上に、排気パルスの拡散を防ぐ第２可変絞り弁を設けた。

第８の発明は、第７の発明において、排気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第２可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第２可変絞り弁を開く制御手段を設けた。

第１の発明によると、排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、吸気を過給する過給機と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置において、前記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁を設け、第１逆止弁の上流のＥＧＲ通路上に、吸気圧を利用してＥＧＲガスを増圧するＥＧＲブースタを設け、前記ＥＧＲブースタと第１逆止弁の間のＥＧＲ通路上に、増圧したＥＧＲガスを蓄える第１ＥＧＲリザーバを設けたことにより、気筒数の少ないエンジンのように排気行程と吸気行程に時間ずれがある場合においても、吸気脈動と排気脈動の両方を利用し、かつＥＧＲガスを増圧することにより、ＥＧＲを安定的に連続して行うことができ、ＥＧＲを行える運転領域が拡大する。

第２の発明によると、前記吸気通路を、前記過給機の下流側で第１、第２通路に分割し、前記第１通路に前記ＥＧＲブースタのタービンを配し、前記第２通路に前記第１通路に流す高圧空気流量を制御する第３可変絞り弁を設けたことにより、第１通路を流れる高圧空気の流量を制御し、ＥＧＲブースタの過給圧を制御して、第２ＥＧＲリザーバ内を所定の圧力に制御する。

第３の発明によると、前記ＥＧＲブースタの上流のＥＧＲ通路上に、ＥＧＲガスを蓄える第２ＥＧＲリザーバを設け、前記第２ＥＧＲリザーバの上流のＥＧＲ通路上に、前記第２ＥＧＲリザーバからＥＧＲガスが逆流するのを防ぐ第２逆止弁を設けたことにより、気筒数の少ないエンジンのように排気行程と吸気行程に時間ずれがある場合においても、吸気脈動と排気脈動の両方を利用し、かつＥＧＲガスを増圧することにより、ＥＧＲを安定的に連続して行うことができ、ＥＧＲを行える運転領域が拡大する。

第４の発明によると、前記吸気通路に、前記過給機によって過給された吸気を蓄える吸気リザーバを設けたことにより、気筒数の少ないエンジンの間欠的な吸気による吸気行程においても、所定の過給圧を維持しながら吸気リザーバからエンジンに吸気を供給することができる。

第５の発明によると、前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部より上流の前記吸気通路上に、吸気パルスの拡散を防ぐ第１可変絞り弁を設けたことにより、吸気パルスが吸気通路をさかのぼって拡散するのを抑えることができる。

第６の発明によると、吸気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第１可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第１可変絞り弁を開く制御手段を設けたことにより、吸気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路に導くときは、第１可変絞り弁によって吸気通路を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第１可変絞り弁によって吸気通路を開くことにより、吸気抵抗を低減することができる。

第７の発明によると、前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の分岐部より下流の前記排気通路上に、排気パルスの拡散を防ぐ第２可変絞り弁を設けたことにより、排気パルスが排気通路を下って拡散するのを抑えることができる。

第８の発明によると、排気脈動を利用したＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第２可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第２可変絞り弁を開く制御手段を設けたことにより、排気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路に導くときは、第２可変絞り弁によって排気通路を絞って排気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第２可変絞り弁によって排気通路を開くことにより、排気抵抗を低減することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の排気還流装置の一実施形態を示す。

エンジン１は、１つのシリンダを有する単気筒エンジンであり、シリンダに吸気を導く吸気通路６と、シリンダから排気を導く排気通路３と、を備える。

吸気通路６は、エンジン１に供給する吸気を過給する外部過給装置２１を備える。

排気通路３は、排気音を消音するマフラー２２を備える。

吸気通路６と排気通路３はＥＧＲ通路７により連通され、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして排気通路３から吸気通路６に還流される。

ＥＧＲ通路７には、ＥＧＲ通路７にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁１３が設けられる。第１逆止弁１３は、リードバルブで構成され、薄い板状部材で開口部を塞ぐ構造となっている。排気側の圧力が吸気側の圧力よりも高くなったとき、ＥＧＲガスの圧力が板状部材を曲げて開口部を通過する。排気側の圧力が吸気側の圧力より低いとき、板状部材は開口部を塞ぎ、ＥＧＲガスの逆流が防止される。

ＥＧＲ通路７の途中には、ＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲ制御バルブ１０が設けられる。ＥＧＲ制御バルブ１０の開度は、制御手段であるコントローラ２０により制御される。

ＥＧＲ通路７には、ＥＧＲガスの温度を下げるＥＧＲクーラー１１が設けられる。このＥＧＲクーラー１１が、ＥＧＲガスの温度を下げ、ＥＧＲガスの密度を上げることにより、より多くのＥＧＲガスを還流させることができる。

排気通路３とＥＧＲ通路７の分岐部とＥＧＲ制御バルブ１０の間には、ＥＧＲガスを蓄える第２ＥＧＲリザーバ１５が設けられる。第２ＥＧＲリザーバ１５は、所定の容積を有する中空タンク状の構造をしている。第２ＥＧＲリザーバ１５は、排気脈動による排気圧の上昇などで排気通路３内の排気圧が上昇したとき、排気側から流入したＥＧＲガスを受け容れ、上昇した排気圧とほぼ同圧の状態で蓄える。

第２ＥＧＲリザーバ１５の上流側には、排気パルスが和らいで排気圧が下降したとき、第２ＥＧＲリザーバ１５に蓄えられたＥＧＲガスがＥＧＲ通路７を逆流して排気通路３に戻るのを防止する第２逆止弁１６が設けられる。第２逆止弁１６は、リードバルブで構成され、薄い板状部材で開口部を塞ぐ構造となっている。排気側の圧力が第２ＥＧＲリザーバ１５内の圧力よりも高くなったとき、ＥＧＲガスの圧力が板状部材を曲げて開口部を通過する。排気側の圧力が第２ＥＧＲリザーバ１５内の圧力より低いとき、板状部材は開口部を塞ぎ、ＥＧＲガスの逆流が防止される。

ＥＧＲ通路７のＥＧＲクーラー１１と第１逆止弁１３の間には、排気脈動によって圧力が上昇したＥＧＲガスをさらに加圧するＥＧＲブースタ８が設けられる。ＥＧＲブースタ８は、タービン８ａとコンプレッサ８ｂとから構成される。タービン８ａは、吸気通路６の外部過給装置２１と第１可変絞り弁１２の間に配置され、外部過給装置２１で加圧された高圧空気を利用して回転する。コンプレッサ８ｂはタービン８ａの回転力を利用して駆動され、ＥＧＲガスを増圧する。ＥＧＲブースタ８は外部過給装置２１からの高圧空気で駆動されるため、電気モータや油圧モータなどの外部動力源が不要である。

コンプレッサ８ｂのすぐ下流には、増圧したＥＧＲガスを蓄える第１ＥＧＲリザーバ１８が設けられる。第１ＥＧＲリザーバ１８は、所定の容積を有する中空タンク状の構造をしている。増圧されたＥＧＲガスは、第１ＥＧＲリザーバ１８で蓄えられ、吸気通路６内の圧力が第１ＥＧＲリザーバ１８内の圧力より低くなったときに第１逆止弁１３を介して吸気通路６に圧送される。

吸気通路６上の、吸気通路６とＥＧＲ通路７の接続部の上流側には、吸気行程で生じる吸気パルスが吸気通路６をさかのぼって拡散するのを防ぐ第１可変絞り弁１２が設けられる。第１可変絞り弁１２は、アクチュエータにより、弁体を回動させてその開度を変える構成とし、吸気通路６を絞ったり開いたりする。制御手段であるコントローラ２０は、吸気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域にて、第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を絞り、それ以外の運転領域では第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を開く。これにより、吸気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路７に導くときは、第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第１可変絞り弁１２によって吸気通路６を開くことにより、吸気抵抗を低減することができる。

排気通路３の排気通路３とＥＧＲ通路７の接続部の下流側には、排気行程で生じる排気パルスが排気通路３を下って拡散するのを防ぐ第２可変絞り弁１４が設けられる。第２可変絞り弁１４は、アクチュエータにより、弁体を回動させてその開度を変える構成とし、排気通路３を絞ったり開いたりする。制御手段であるコントローラ２０は、排気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域にて、第２可変絞り弁１４によって排気通路３を絞り、それ以外の運転領域では第２可変絞り弁１４によって排気通路３を開く。これにより、吸気脈動を利用してＥＧＲガスをＥＧＲ通路７に導くときは、第２可変絞り弁１４によって排気通路３を絞って吸気脈動の拡散を防ぎ、それ以外の運転領域では第２可変絞り弁１４によって排気通路３を開くことにより、排気抵抗を低減することができる。

吸気通路３の外部過給装置２１と第１可変絞り弁１２の間には、吸気リザーバ１７が設けられる。吸気リザーバ１７は、所定の容積を有する中空タンク状の構造をしている。外部過給装置２１から供給された吸気は、この吸気リザーバ１７に過給された状態で蓄えられる。このように過給された状態で十分な量の吸気を蓄えることにより、エンジン１の間欠的な吸気による吸気行程においても、所定の過給圧を維持しながら吸気リザーバ１７からエンジン１に吸気を供給することができる。

吸気通路６は、外部過給装置２１の下流で第１通路６ａと第２通路６ｂとに分割される。第１通路６ａと第２通路６ｂは、共に吸気リザーバ１７に連通し、そこで合流する。

第１通路６ａの途中にはＥＧＲブースタ８のタービン８ａが介装され、第１通路を流れる高圧空気がタービン８ａを回転させる。

第２通路６ｂの途中には、第１通路６ａを流れる高圧空気の流量を制御する第３可変絞り弁１９が設けられる。第３可変絞り弁１９は、アクチュエータにより、弁体を回動させてその開度を変える構成とし、第２通路６ｂを絞ったり開いたりする。制御手段であるコントローラ２０は、第３可変絞り弁１９の開度を制御することにより、第２通路６ｂをバイパスする高圧空気の流量を制御して、第１通路６ａを流れる高圧空気の流量を制御する。これにより、ＥＧＲブースタ８の過給圧を制御し、第１ＥＧＲリザーバ１８内を所定の圧力に制御する。

なお、ＥＧＲ率の制御は、コントローラ２０が第１可変絞り弁１２、第２可変絞り弁１４、および第３可変絞り弁１９の開度を制御することにより行われる。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

エンジン１の排気行程が発生させる排気脈動によって排気通路３内の圧力が上昇すると、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路７に進入し、第２逆止弁１６を通って第２ＥＧＲリザーバ１５に流入する。第２ＥＧＲリザーバ１５に流入したＥＧＲガスは、第２逆止弁１６によって逆流するのを抑えられ、排気脈動によって増圧された状態で第２ＥＧＲリザーバ１５内に蓄えられる。

ＥＧＲガスは、ＥＧＲ制御弁１０とＥＧＲクーラー１１を通ってＥＧＲブースタ８に至り、ＥＧＲブースタ８によってさらに増圧されて、第１ＥＧＲリザーバ１８に蓄えられる。

第１ＥＧＲリザーバ１８内に蓄えられたＥＧＲガスは、吸気通路６内の吸気圧が吸気脈動などによって第１ＥＧＲリザーバ１８内のＥＧＲガス圧力より低くなったとき、第１逆止弁１３を通って吸気通路６に圧送される。

このように、排気脈動を利用して第２ＥＧＲリザーバ１５に蓄えたＥＧＲガスをさらに増圧して第１ＥＧＲリザーバ１８に蓄え、吸気脈動をも利用して吸気通路６に圧送することにより、エンジン１のように排気行程と吸気行程に時間ずれがある場合においても、吸気脈動と排気脈動の両方を利用し、かつＥＧＲガスを増圧することにより、ＥＧＲを安定的に連続して行うことができ、ＥＧＲを行える運転領域が拡大する。

また、エンジン１の間欠的な吸排気による悪影響を受けることなく、ＥＧＲブースタ８のコンプレッサ８ｂを安定的に運転させ、回転変動およびサージングを防止することができる。

なお、本実施形態では、１つのシリンダを有する単気筒エンジンに適用したが、複数のシリンダを有するエンジンに適用しても良い。

本発明を、構造的と方法的特徴に関してある程度特定的な言葉で説明したが、本明細書に開示した手段は本発明を実施する好ましい形態を含むものであり、本発明はこれら図示し記載された特定の特徴に制限されないことを理解されたい。したがって、本発明は、均等の原則に従って適切に解釈される特許請求の範囲に記載された範囲内におけるいかなる形態または変更についても含むものである。

本発明は過給機付エンジンの排気還流装置に適用できる。

本実施形態の排気還流装置を示す構成図である。 従来技術の排気還流装置を示す構成図である。

符号の説明

１ エンジン
３ 排気通路
６ 吸気通路
７ ＥＧＲ通路
１０ ＥＧＲ制御弁
１１ ＥＧＲクーラー
１２ 第１可変絞り弁
１４ 第２可変絞り弁
１３ 第１逆止弁
１５ 第２ＥＧＲリザーバ
１６ 第２逆止弁
１７ 吸気リザーバ
１８ 第１ＥＧＲリザーバ
１９ 第３可変絞り弁
２０ コントローラ
２１ 外部過給装置
２２ マフラー

Claims (8)

1. 排気通路から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導くＥＧＲ通路と、吸気を過給する過給機と、を備えた過給機付エンジンの排気還流装置において、
   前記ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの逆流を防ぐ第１逆止弁を設け、
   第１逆止弁の上流のＥＧＲ通路上に、吸気圧を利用してＥＧＲガスを増圧するＥＧＲブースタを設け、
   前記ＥＧＲブースタと第１逆止弁の間のＥＧＲ通路上に、増圧したＥＧＲガスを蓄える第１ＥＧＲリザーバを設けた、
   ことを特徴とする過給機付エンジンの排気還流装置。
2. 前記過給機の下流側で、前記吸気通路を第１、第２通路に分割し、前記第１通路に前記ＥＧＲブースタのタービンを配し、前記第２通路に前記第１通路に流す高圧空気流量を制御する第３可変絞り弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
3. 前記ＥＧＲブースタの上流のＥＧＲ通路上に、ＥＧＲガスを蓄える第２ＥＧＲリザーバを設け、
   前記第２ＥＧＲリザーバの上流のＥＧＲ通路上に、前記第２ＥＧＲリザーバからＥＧＲガスが逆流するのを防ぐ第２逆止弁を設けた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
4. 前記吸気通路に、前記過給機によって過給された吸気を蓄える吸気リザーバを設けたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
5. 前記吸気通路と前記ＥＧＲ通路の合流部より上流の前記吸気通路上に、吸気パルスの拡散を防ぐ第１可変絞り弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
6. 吸気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第１可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第１可変絞り弁を開く制御手段を設けたことを特徴とする請求項５に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
7. 前記排気通路と前記ＥＧＲ通路の分岐部より下流の前記排気通路上に、排気パルスの拡散を防ぐ第２可変絞り弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
8. 排気脈動を利用してＥＧＲを行う所定の運転領域では、前記第２可変絞り弁を絞り、それ以外の運転領域では前記第２可変絞り弁を開く制御手段を設けたことを特徴とする請求項７に記載の過給機付エンジンの排気還流装置。
   

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