JP2005232996A - 排ガス還流システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、排ガス還流システムに関し、排ガス還流装置をコンパクト化して車両搭載性を高めるとともに、排ガス還流通路の振動対策を極力省略できるようにする。
【解決手段】 内管３ａ及び該内管３ａの外面から所定間隔をおいた位置に設けられた外管３ｂとからなり、エンジン１の排気ポート１ｂに接続された２重管構造の排気マニホールド３と、内管３ａに形成された連通孔３０と、連通孔３０の上流に位置する内管及び外管との空間を介して排ガスの一部を吸気通路２に還流するように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関のポンピングロスを低減して燃費向上を図るとともに、排ガスに含まれる窒素酸化物を低減するようにした排ガス還流システムに関するものである。

従来より、内燃機関（エンジン）の排ガスの一部を吸気に還流させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図るようにした排ガス還流システム（以下、ＥＧＲ装置という）が広く知られている。なお、このようなＥＧＲ装置では、エンジンのポンピングロスも低減されるため燃費向上を図ることもできる。
一般的に、ＥＧＲ装置ではエンジンの吸気通路と排気通路とを排ガス還流通路（以下、ＥＧＲ通路という）により接続し、このＥＧＲ通路を介して排ガス（ＥＧＲガス）を吸気通路内に還流させている。また、このＥＧＲ通路の途中には、ＥＧＲガスの還流量を制御するためのＥＧＲ弁が設けられており、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲ弁のリフト量（開度）を制御することにより排ガスの還流量が制御される。

図３は従来のＥＧＲ装置の一例を示す模式図であって、１０１はエンジン、１０２は吸気通路（吸気マニホールド）、１０３は排気通路（排気マニホールド）、１０４は排気通路１０３の下流側に配設された触媒である。また、排気通路１０３は、触媒１０４の昇温促進及び保温を図る目的で２重管構造となっており、このため排気通路１０３は内管１０３ａと外管１０３ｂとにより構成されている。そして、図３に示す例では、触媒１０４より下流側において、排気通路１０３にＥＧＲ通路１０５の一端が接続されており、エンジン１０１から排出された排ガスは触媒１０４で一旦浄化された後、その一部がＥＧＲ通路１０５を介して吸気通路１０２に還流されるようになっている。なお、符号１０６はＥＧＲ通路１０５上に介装されたＥＧＲ弁である。

また、図３に示すようなもの以外にも、例えば特許文献１及び特許文献２にもＥＧＲ装置に関する技術が開示されている。
このうち特許文献１には、排気マニホールドを遮熱カバーで覆うことで排気通路を２重管構造とするとともに、極力高温のＥＧＲガスを還流させるべく、排気マニホールドと同様に、遮熱カバー内にＥＧＲ通路を配設した技術が開示されている。

また、特許文献２には、排気通路を内管と外管とからなる２重管構造とし、内管の内部空間及び内管と外管との間の空間との両方に排気を流し、内管と外管との間の空間にＥＧＲ通路を接続した技術が開示されている。
特開２００２−２１６４７号公報 特開２００２−１６１７３８号公報

しかしながら、図３を用いて説明した従来の技術では、排ガスを還流させるために専用の比較的長いパイプで形成されたＥＧＲ通路が必要となるため、比較的空間の狭いエンジンルーム内ではそのレイアウトを行なうことが難しく、複雑となる。また、エンジン１の振動にともなうＥＧＲ通路の振動が大きくなるため、ＥＧＲ通路に振動対策を施す必要があり、この分だけコスト増となるという課題がある。

また、特許文献２の技術では、内管と外管との間の空間の一部をＥＧＲ通路として利用しているが、図３に示す従来の技術と同様に、エンジン外部に露出した比較的長いＥＧＲ通路を必要とするためＥＧＲ通路のレイアウトが困難となるという課題があるほか、ＥＧＲ通路に振動対策を施す必要があるという課題がある。
さらに、特許文献１の技術では、ＥＧＲ通路がエンジン外部に露出していないものの、別パイプによりＥＧＲ通路を形成しなければならす、レイアウトやコスト等に関する課題は依然として残る。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、車両搭載性を高めるとともに振動対策を極力抑制できるようにした、排ガス還流システムを提供することを目的とする。

このため、本発明は、内燃機関のシリンダヘッドに形成された排気ポートと、内管及び該内管の外面から所定間隔をおいた位置に設けられた外管とからなり、上記排気ポートに接続された２重管構造の排気マニホールドと、上記内管に形成された連通孔と、上記連通孔の上流に位置する上記内管及び上記外管との空間を介して排ガスの一部を上記内燃機関の吸気通路に還流する排ガス還流装置とから構成されたことを特徴としている（請求項１）。

また、請求項１記載の排ガス還流システムにおいて、上記排ガス還流装置は、上記シリンダヘッドの側面に接続された上記内管及び上記外管との間に位置する該シリンダヘッドの外面に形成された第１開口から上記吸気通路に向かうよう上記シリンダヘッド内に形成された第１通路を有することを特徴としている（請求項２）。
また、請求項２記載の排ガス還流システムにおいて、上記第１通路は、上記第１開口が形成された上記シリンダヘッドの外面と反対側の該シリンダヘッドの外面に形成された第２開口を有し、該第２開口と上記吸気通路とを接続する第２通路を有するのが好ましい（請求項３）。

また、請求項２記載の排ガス還流システムにおいて、上記内管に介装され該内管を通過する排ガスを浄化可能な触媒を有し、上記外管は少なくとも上記触媒が介装された位置まで延設され、上記連通孔は上記触媒の下流に位置する上記内管に形成されるのが好ましい（請求項４）。

本発明の排ガス還流システムによれば、排ガス還流装置が外部に露出しないので、コンパクト化を図ることができ、車両搭載時におけるレイアウトが容易となるという利点がある。また、従来のような内燃機関の外部に露出した長い排ガス還流通路が不要となるので、排ガス還流通路がエンジンの振動による影響をほとんど受けることがなく、振動対策も極力省略することができる利点がある。

以下、図面により、本発明の実施形態について説明する。
（１）第１実施形態の説明。
まず、本発明の第１実施形態に係る排ガス還流システムについて説明すると、図１はその全体構成を示す模式図であって、図１において１はエンジン（内燃機関）、２は吸気マニホールド（吸気通路）、３は排気マニホールド（排気通路）である。また、図示するように、排気マニホールド３の下流側にはエンジン１から排出された排ガスを浄化する排気浄化触媒（触媒）４が設けられている。なお、本実施形態においては、この触媒４は排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの３つの成分を浄化する三元触媒である。

ここで、三元触媒等の触媒４は、良く知られているように、所定の活性化温度以下では十分に排ガスを浄化することができない。そこで、図示するように、排気マニホールド３は触媒４の昇温促進及び保温を図る目的で２重管構造となっている。より具体的には、排気マニホールド３は排気ポート１ｂに接続された内管３ａと、上記内管３ａを覆うようにして形成された外管３ｂとから構成されており、内管３ａと外管３ｂとの間の空間が断熱層（保温層）として機能するようになっている。

また、このエンジン１には、排ガスの一部を吸気マニホールド２に還流させる排ガス還流装置（ＥＧＲ装置）７が付設されている。ここで、ＥＧＲ装置７は、主に、吸気マニホールド２と排気マニホールド３との間に介装されたＥＧＲ通路（排ガス還流通路）５と、上記ＥＧＲ通路５上に介装されたＥＧＲ弁６と、上記ＥＧＲ弁６の作動状態を制御するコントローラ（図示省略）等から構成されている。そして、コントローラではエンジン１の運転状態に基づいてＥＧＲ弁６の作動を制御する信号を出力し、ＥＧＲ弁６の開度がコントローラからの制御信号に基づいて制御されることにより、排ガスの還流量が制御されるようになっている。

次に、本装置の要部について説明すると、本排ガス還流システムでは、ＥＧＲ通路５の構成に特徴がある。ここで、ＥＧＲ通路５は、一端が吸気マニホールド２に接続された第１ＥＧＲ通路（第２通路）５１と、一端が第１ＥＧＲ通路５１の他端に接続された第２ＥＧＲ通路（第１通路）５２と、一端が第２ＥＧＲ通路５２の他端に接続された第３ＥＧＲ通路５３とから構成されている。

このうち、第１ＥＧＲ通路５１にはＥＧＲ弁６が介装されている。また、図示するように、第２ＥＧＲ通路５２はエンジン１のシリンダヘッド１ａを貫通するようにシリンダヘッド１ａ内に形成されている。なお、この第２ＥＧＲ通路５２は、例えばシリンダヘッド１ａ内にパイプ等を配設して形成されたものであって、シリンダヘッド１ａの吸気側側面と排気側側面とにパイプの両端の開口部（第１及び第２開口）２１，２２が形成されている。

また、第３ＥＧＲ通路５３は、エンジン１の排気マニホールド３と一体に形成されたものであって、上述したマニホールド３の内管３ａと外管３ｂとの間の空間が第３ＥＧＲ通路５３としても機能するように構成されている。
ところで、図示するように、外管３ｂは内管３ａを覆いながら内管３ａの終端部よりもさらに下流側に延びて形成されている。一方、内管３ａの終端部は開口して形成されるとともに、この開口部分に触媒４が介装されている。そして、このように構成することにより、触媒４の下流側において内管３ａと第３ＥＧＲ通路５３とが連通孔３０を介して連通することとなり、これにより、触媒４で浄化された排ガスの一部がＥＧＲガスとして第３ＥＧＲ通路５３に流入するようになっている。

また、図１に示すように、上面視において、外管３ｂの上流端側は、シリンダヘッド１ａの排気側側面を覆うようにしてシリンダヘッド１ａに接続されており、これにより、内管３ａと外管３ｂとの間の空間（第３ＥＧＲ通路５３）と第２ＥＧＲ通路５２とが接続されるようになっている。
このような構成により、エンジン１から排出された排ガスは排気マニホールド３の内管３ａを通って触媒４に供給され、この触媒４において排ガス中の有害成分が浄化される。その後、排ガスの大部分は排気マニホールド３の下流側に流れて、図示しないマフラを介して大気中に排出される。また、一部の排ガスは、ＥＧＲガスとして内管３ａの終端部から第３ＥＧＲ通路５３に取り込まれる。そして、このようなＥＧＲガスにより内管３ａの周囲が覆われて、第３ＥＧＲ通路５３が断熱層として機能することにより、内管３ａの内部及び触媒４が高温に保持され、触媒４の昇温効果及び保温効果が高められる。

また、第３ＥＧＲ通路５３内のＥＧＲガスは、シリンダヘッド１ａ内に形成された第２ＥＧＲ通路５２を介して第１ＥＧＲ通路５１に流入するとともに、この第１ＥＧＲ通路５１から吸気マニホールド２に還流される。そして、エンジン１の燃焼室に新気とともにＥＧＲガスが供給されることにより、燃焼室内の燃焼が緩慢なものとなりＮＯｘの発生が抑制される。

したがって、本発明の第１実施形態に係る排ガス還流システムによれば、第２ＥＧＲ通路５２がシリンダヘッド１ａに形成されるとともに、第３ＥＧＲ通路５３が排気マニホールド３と一体に形成されることにより、第２ＥＧＲ通路５２及び第３ＥＧＲ通路５３が排気マニホールド３を含んだエンジン１の外部に露出又は突出することがなく、ＥＧＲ通路５を大幅に小型化することができる利点がある。したがって、車両搭載時におけるレイアウトが容易なものとなる。また、上述のように、第２ＥＧＲ通路５２をシリンダヘッド１ａに形成するとともに、第３ＥＧＲ通路を排気マニホールド３と一体に形成することにより、ＥＧＲ通路５ひいてはＥＧＲ装置本体の部品点数を低減することができ、コスト低減を図ることができるという利点がある。

また、本実施形態に係る排ガス還流システムでは、ＥＧＲ通路５は外部に露出する部分が少ないので、エンジン１の振動の影響をほとんど受けない。このため、ＥＧＲ通路５に振動対策を施す必要がなくるので、コスト低減を図ることができる利点がある。
また、内管３ａと外管３ｂとの間の空間が第３ＥＧＲ通路５３として機能するので、第３ＥＧＲ通路５３に高温の排ガス（ＥＧＲガス）が流れることで、内管３ａと外管３ｂとの間の空間の断熱層を高温に保持でき、内管３ａの内部を通過する排ガスの温度低下を抑制することができる。したがって、高い温度を保持した排ガスを触媒４に流入させることができ、冷態始動時であっても触媒４を早期に活性化温度にまで昇温させることができるほか、昇温後の保温効果を高めることができる。また、触媒４をより早期に昇温させることにより、排ガスの浄化性能が向上する。また、内管が高温に保持されるので、排ガス中のすす成分の燃焼が促進されて、排ガス及びＥＧＲガスのさらなる浄化を図ることができる。

また、内管３ａと外管３ｂとの間の空間に流入したＥＧＲガスは外気により冷却されるため、吸気マニホールド２に還流されるＥＧＲガス温度の低下を促進することができる。したがって、エンジン１内の燃焼温度が低下して、窒素酸化物ＮＯｘの生成を大幅に抑制することができ、このような観点からも排ガスのさらなる浄化を実現することができる。また、吸気マニホールド２に還流させる排ガス温度が低下するので、吸気の体積効率が向上して燃費も向上するという利点がある。

さらに、本実施形態のように、触媒４よりも下流側において、内管３ａと第３ＥＧＲ通路５３とを連通させることにより、触媒４で一旦浄化されたクリーンな排ガスをＥＧＲ５を介して吸気マニホールド２に還流させることができるという利点もある。

（２）第２実施形態の説明。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、この第２実施形態では、上述した第１実施形態と異なって構成された部分について主に説明し、第１実施形態と同様に構成された部分については第１実施形態で用いた符号をそのまま用いるとともに、その説明を極力省略する。

図２はその全体構成を示す模式図であって、この第２実施形態では、内管３ａの排ガスを触媒４の上流側から第３ＥＧＲ通路に導くように構成されており、具体的には連通孔３０の位置が異なる点でのみ第１実施形態と異なって構成されている。
すなわち、上述した第１実施形態では、触媒４の下流側において内管３ａと第３ＥＧＲ通路５３とが連通するように構成されている（図１参照）が、本第２実施形態では、図２に示すように、触媒４を通った排ガスが第３ＥＧＲ通路５３に流入するのを防止するべく、内管３ａと外管３ｂとの間には仕切壁９が設けられている。また、内管３の触媒４が配設された位置よりも上流側の位置に開口３０が形成されており、排ガスの一部はこの開口３０を介して内管３ａから第３ＥＧＲ通路５３に流入するようになっている。

したがって、本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置によれば、上述した第１実施形態と略同様の利点があるほか、触媒４よりも上流側において内管３ａと第３ＥＧＲ通路５３とを連通させることにより、圧力の高い排ガスをＥＧＲ通路５を介して吸気マニホールド２に還流させることができる。このため、例えばエンジン１が過給機を備えて吸気マニホールド２内の圧力が高い場合でも確実に吸気マニホールド２に排ガスを還流させることができるという利点がある。

また、触媒４を通過する前の高温の排ガスが第３ＥＧＲ通路５３に流入するため、第１実施形態よりもＥＧＲガスの温度が高くなり、内管３ａの昇温効果及び保温効果をさらに高めることができるという利点がある。
（３）その他
本発明の排ガス還流システムは上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、外管３ｂが内管３ａの全周を覆うのではなく部分的に覆うような２重管構造としてもよい。また、第２ＥＧＲ通路５２をシリンダヘッド１ａ内に形成せずに、シリンダヘッド１ａの外部に形成してもよい。さらには吸気マニホールドと第１ＥＧＲ通路５１とは別体に構成しても良いし、一体に構成してもよい。また、排気浄化触媒４として上記の三元触媒の代わりに、リーンＮＯｘ触媒、ＨＣトラップ触媒等他の触媒を配設してもよいし、また排気中のＰＭを捕捉するフィルタを設けても良い。

本発明の第１実施形態に係る排ガス還流システムの全体構成を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る排ガス還流システムの全体構成を示す模式図である。 従来のＥＧＲ装置の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１ａ シリンダヘッド
１ｂ 排気ポート
２ 吸気マニホールド（吸気通路）
３ 排気マニホールド（排気通路）
３ａ 内管
３ｂ 外管
４ 触媒（排気浄化触媒）
５ ＥＧＲ通路（排ガス還流通路）
６ ＥＧＲ弁
７ ＥＧＲ装置（排ガス還流装置）
２１ 第１開口
２２ 第２開口
３０ 連通孔
５１ 第１ＥＧＲ通路（第２通路）
５２ 第２ＥＧＲ通路（第１通路）
５３ 第３ＥＧＲ通路

Claims (4)

1. 内燃機関のシリンダヘッドに形成された排気ポートと、
   内管及び該内管の外面から所定間隔をおいた位置に設けられた外管とからなり、上記排気ポートに接続された２重管構造の排気マニホールドと、
   上記内管に形成された連通孔と、
   上記連通孔の上流に位置する上記内管及び上記外管との空間を介して排ガスの一部を上記内燃機関の吸気通路に還流する排ガス還流装置とから構成された
   ことを特徴とする、排ガス還流システム。
2. 上記排ガス還流装置は、上記シリンダヘッドの側面に接続された上記内管及び上記外管との間に位置する該シリンダヘッドの外面に形成された第１開口から上記吸気通路に向かうよう上記シリンダヘッド内に形成された第１通路を有する
   ことを特徴とする、請求項１記載の排ガス還流システム。
3. 上記第１通路は、上記第１開口が形成された上記シリンダヘッドの外面と反対側の該シリンダヘッドの外面に形成された第２開口を有し、該第２開口と上記吸気通路とを接続する第２通路を有する
   ことを特徴とする、請求項２記載の排ガス還流システム。
4. 上記内管に介装され該内管を通過する排ガスを浄化可能な触媒を有し、上記外管は少なくとも上記触媒が介装された位置まで延設され、上記連通孔は上記触媒の下流に位置する上記内管に形成された
   ことを特徴とする、請求項１記載の排ガス還流システム。
   

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