JP2013253533A - 排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベンチュリによる圧力損失に起因して生じ得る、低負荷領域でのポンプ損失悪化及び燃費悪化を防止する。
【解決手段】吸気通路２に配設されたベンチュリ１０と、吸気通路２のベンチュリ１０の吸気上流側と吸気下流側とを連通するバイパス通路２２と、ベンチュリ１０よりも吸気上流側の吸気通路２とバイパス通路２２との接続部Ｘに配設され、吸気の流路をベンチュリ１０とバイパス通路２２とに切り替える流路切替バルブ２３と、エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段１５、１６と、運転状態検出手段１５、１６により検出されたエンジン１の運転状態に応じて流路切替バルブ２３を切替制御する流路切替制御手段５とを備え、流路切替制御手段５は、エンジン１の高負荷領域では、流路切替バルブ２３により吸気の流路をベンチュリ１０に切り替え、エンジン１の低負荷領域では、流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパス通路２２に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの吸気通路に配設されたベンチュリを備える排気再循環装置に関する。

過給ディーゼルエンジンにおいては、ＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるために排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置ともいう）が用いられる。ＥＧＲ装置（高圧ＥＧＲ装置）は、一般的に、排気マニホールドとターボチャージャのコンプレッサよりも吸気下流側の吸気パイプとを連通するＥＧＲパイプと、ＥＧＲパイプの途中に配設されるＥＧＲバルブとを備える。

過給ディーゼルエンジンでは、低負荷時は吸気圧（吸気パイプの内圧）が排気圧（排気マニホールドの内圧）よりも低いため、ＥＧＲバルブを開くと、ＥＧＲガス（排気再循環ガス）がＥＧＲパイプを介して排気マニホールドから吸気パイプへ戻される。しかしながら、過給ディーゼルエンジンでは、高負荷時には吸気圧が排気圧よりも高くなり、ＥＧＲバルブを開いても、ＥＧＲガスが排気マニホールドから吸気パイプへ戻らなくなることがある。

そこで、ＥＧＲ装置においてベンチュリを用いる場合がある（例えば、特許文献１参照）。ベンチュリは、例えば、吸気パイプに設けられ、吸気パイプの通路面積を絞るノズル部と、ノズル部よりも吸気下流側の吸気パイプにノズル部と間隔を隔てて設けられ、吸気パイプの吸気下流側に行くに従い吸気パイプの通路面積を増加させるディフューザ部と、ノズル部とディフューザ部との間隙の外周に設けられ且つＥＧＲパイプが接続されるＥＧＲガス合流部と有する。

このようなベンチュリにより絞り部（ノズル部とディフューザ部との間の部分）において吸気パイプの内圧が下がるため、高負荷時にもＥＧＲガスが排気マニホールドからベンチュリの絞り部まで戻る。

特開２００７−９２５９２号公報

ところで、ベンチュリにはディフューザ部（拡がり部分）が設けられているため、下がった吸気パイプの内圧はディフューザ部によりある程度回復するが、その回復率は９０％程度である。このベンチュリによる圧力損失は過給ディーゼルエンジンのポンプ損失となり、燃費悪化にもつながり得る。一般的なＥＧＲ装置の場合、ベンチュリのノズル部により吸気パイプの内圧を下げることが必要なのは高負荷領域だけであるが、低負荷領域において、上記の圧力損失を背負ってしまい、低負荷領域でポンプ損失悪化、燃費悪化が生じ得る。

そこで、本発明の目的は、エンジンの吸気通路に配設されたベンチュリを備える排気再循環装置において、ベンチュリによる圧力損失に起因して生じ得る、低負荷領域でのポンプ損失悪化及び燃費悪化を防止することにある。

上述の目的を達成するために、本発明に係る排気再循環装置は、エンジンの排気通路から吸気通路へと排気ガスを再循環させるＥＧＲ通路と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部に配設されたベンチュリと、前記吸気通路の前記ベンチュリの吸気上流側と吸気下流側とを連通するバイパス通路と、前記ベンチュリよりも吸気上流側の前記吸気通路と前記バイパス通路との接続部に配設され、吸気の流路を前記ベンチュリと前記バイパス通路とに切り替える流路切替バルブと、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段により検出された前記エンジンの運転状態に応じて前記流路切替バルブを切替制御する流路切替制御手段とを備え、前記流路切替制御手段は、前記エンジンの高負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記ベンチュリに切り替え、前記エンジンの低負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記バイパス通路に切り替えることを特徴とするものである。

前記排気再循環装置は、前記ＥＧＲ通路に配設されたＥＧＲバルブをさらに備え、前記流路切替制御手段は、前記ＥＧＲバルブが閉じられているときには、前記エンジンの運転状態に拘わらず、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記バイパス通路に切り替えるものであっても良い。

前記排気再循環装置は、前記ＥＧＲバルブよりもＥＧＲガス下流側の前記ＥＧＲ通路から分岐して、前記ベンチュリよりも吸気下流側の前記吸気通路に合流する第二ＥＧＲ通路と、前記第二ＥＧＲ通路に配設され、前記第二ＥＧＲ通路を開閉する第二ＥＧＲバルブとをさらに備え、前記流路切替制御手段は、前記エンジンの高負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記ベンチュリに切り替えると共に、前記第二ＥＧＲバルブを閉じ、前記エンジンの低負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記バイパス通路に切り替えると共に、前記第二ＥＧＲバルブを開くものであっても良い。

本発明によれば、エンジンの吸気通路に配設されたベンチュリを備える排気再循環装置において、ベンチュリによる圧力損失に起因して生じ得る、低負荷領域でのポンプ損失悪化及び燃費悪化を防止することができるという優れた効果を奏する。

本発明の第一実施形態に係る排気再循環装置の概略構成図である。 エンジンの運転状態マップの一例を示す図である。 本発明の第二実施形態に係る排気再循環装置の概略構成図である。 本発明の他の実施形態に係る排気再循環装置の概略構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

［第一実施形態］
図１に、本発明の第一実施形態に係る排気再循環装置を示す。

図１に示すように、ＥＧＲ装置２０Ａが装着されるエンジン（本実施形態では、過給ディーゼルエンジン）１は、エンジン１に吸気を供給する吸気通路２と、エンジン１からの排気ガスを排出する排気通路３と、エンジン１に供給する吸気を昇圧するターボチャージャ（過給機）４と、エンジン１を制御する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）５とを備える。

吸気通路２は、エンジン１の各気筒の吸気ポートに接続された吸気マニホールド６と、吸気マニホールド６の上流端に接続された吸気パイプ７とを有する。吸気パイプ７には、吸気上流側から順に、エアクリーナ８と、ターボチャージャ４のコンプレッサ４ａと、コンプレッサ４ａで昇圧された吸気を冷却するアフタークーラ（インタークーラ）９と、後述するベンチュリ１０とが配設される。

排気通路３は、エンジン１の各気筒の排気ポートに接続された排気マニホールド１１と、排気マニホールド１１の下流端に接続された排気パイプ１２とを有する。排気パイプ１２には、排気上流側から順に、ターボチャージャ４のタービン４ｂと、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１３と、マフラー１４とが配設される。

ターボチャージャ４は、エンジン１からの排気ガスにより回転駆動されるタービン４ｂと、タービン４ｂにより回転駆動されるコンプレッサ４ａとを有する。

ＥＣＵ５は、エンジン１に装着され、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ１５と、アクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１６とに接続され、それらエンジン回転センサ１５及びアクセル開度センサ１６からの検出値（エンジン回転数、アクセル開度）が入力される。

また、ＥＣＵ５は、エンジン１の各気筒に配設されたインジェクタ（図示せず）に接続され、そのインジェクタによる燃料噴射量をアクセル開度センサ１６の検出値から算出して求める。

ＥＧＲ装置２０Ａは、排気通路３から吸気通路２へと排気ガスを再循環させるＥＧＲパイプ（ＥＧＲ通路）２１と、吸気通路２のＥＧＲパイプ２１との接続部に配設されたベンチュリ１０と、ＥＧＲパイプ２１のベンチュリ１０の吸気上流側と吸気下流側とを連通するバイパスパイプ（バイパス通路）２２と、ベンチュリ１０よりも吸気上流側の吸気通路２とバイパスパイプ２２との接続部Ｘに配設され、吸気の流路をベンチュリ１０とバイパスパイプ２２とに切り替える流路切替バルブ２３と、エンジン１の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段により検出されたエンジン１の運転状態に応じて流路切替バルブ２３を切替制御する流路切替制御手段とを備える。エンジン回転センサ１５及びアクセル開度センサ１６が、上記の運転状態検出手段を構成し、ＥＣＵ５が、上記の流路切替制御手段を構成する。

ＥＧＲ装置２０Ａは、いわゆる高圧ＥＧＲ装置である。

ＥＧＲパイプ２１は、タービン４ｂよりも排気上流側の排気通路３とコンプレッサ４ａよりも吸気下流側の吸気通路２とを連通する。具体的には、ＥＧＲパイプ２１は、上流端が排気マニホールド１１に接続され、下流端がアフタークーラ９とエンジン１との間の吸気パイプ７に接続される。ＥＧＲパイプ２１には、ＥＧＲガス上流側（排気通路３側）から順に、ＥＧＲパイプ２１を流れる排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２４と、ＥＧＲパイプ２１を流れる排気ガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブ２５とが配設される。ＥＧＲクーラ２４は、エンジン１の内部を循環するエンジン冷却水との熱交換により排気ガスを冷却する水冷式のものである。ＥＧＲバルブ２５は、バルブ開度が連続的に調整可能なように構成される。ＥＧＲバルブ２５は、ＥＣＵ５に接続され、ＥＣＵ５によりバルブ開度の制御が行われる。

具体的には、ＥＣＵ５は、エンジン回転センサ１５の検出値（エンジン回転数）とアクセル開度センサ１６の検出値から算出して求めた燃料噴射量とに基づいて、ＥＧＲバルブ２５のバルブ開度を決定する。例えば、ＥＣＵ５内にエンジン回転数と燃料噴射量とをパラメータとしたＥＧＲバルブ２５のバルブ開度マップが予め記憶されており、ＥＣＵ５は、エンジン回転センサ１５の検出値（エンジン回転数）とアクセル開度センサ１６の検出値から算出して求めた燃料噴射量とに対応するバルブ開度を上記のバルブ開度マップより読み込む。そして、ＥＣＵ５は、上記のバルブ開度マップより読み込んだバルブ開度になるようにＥＧＲバルブ２５を制御する。

ベンチュリ１０は、吸気パイプ７に設けられ、吸気パイプ７の通路面積を絞るノズル部１０ａと、ノズル部１０ａよりも吸気下流側の吸気パイプ７にノズル部１０ａと間隔を隔てて設けられ、吸気パイプ７の吸気下流側に行くに従い吸気パイプ７の通路面積を増加させるディフューザ部１０ｂと、ノズル部１０ａとディフューザ部１０ｂとの間隙の外周に設けられ且つＥＧＲパイプ２１が接続されるＥＧＲガス合流部１０ｃと有する。

バイパスパイプ２２は、上流端がアフタークーラ９とベンチュリ１０との間の吸気パイプ７に接続され、下流端がベンチュリ１０とエンジン１との間の吸気パイプ７に接続される。バイパスパイプ２２は、例えば、通路面積が吸気パイプ７と略同一となるように構成される。

流路切替バルブ２３は、例えば三方弁から構成される。流路切替バルブ２３は、ＥＣＵ５に接続され、ＥＣＵ５により切替制御が行われる。

次に、第一実施形態の作用効果を説明する。

ＥＣＵ５は、エンジン回転センサ１５の検出値（エンジン回転数）とアクセル開度センサ１６の検出値から算出して求めた燃料噴射量とに基づいて、エンジン１の運転状態が高負荷領域及び低負荷領域の内のいずれであるかを判断する。例えば、ＥＣＵ５内にエンジン回転数と燃料噴射量とをパラメータとしたエンジン１の運転状態マップ（図２参照）が予め記憶されており、ＥＣＵ５は、エンジン回転センサ１５の検出値（エンジン回転数）とアクセル開度センサ１６の検出値から算出して求めた燃料噴射量とに対応するエンジン１の運転状態（高負荷領域又は低負荷領域）を上記の運転状態マップより読み込む。そして、ＥＣＵ５は、上記の運転状態マップより読み込んだエンジン１の運転状態に応じて、流路切替バルブ２３により吸気の流路をベンチュリ１０とバイパスパイプ２２とに切り替える。

具体的には、ＥＣＵ５は、ベンチュリ１０のノズル部１０ａにより吸気パイプ７の内圧を下げることが必要な高負荷領域では、流路切替バルブ２３により吸気の流路をベンチュリ１０に切り替える。流路切替バルブ２３により吸気の流路をベンチュリ１０に切り替えることで、吸気及びＥＧＲガスがベンチュリ１０を通過してエンジン１に導入される。

一方、ＥＣＵ５は、ベンチュリ１０のノズル部１０ａにより吸気パイプ７の内圧を下げることが不要な低負荷領域では、流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替える。流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替えることで、吸気がベンチュリ１０をバイパスしバイパスパイプ２２を通過してエンジン１に導入されるようになる。流路切替バルブ２３によりベンチュリ１０の吸気上流側の吸気パイプ７が閉塞されることでベンチュリ１０のＥＧＲガス合流部１０ｃに発生する負圧が増加し、ＥＧＲガスはベンチュリ１０を通過してエンジン１に導入される。

また、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ２５が閉じられているときには、エンジン１の運転状態に拘わらず、流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替える。ＥＧＲバルブ２５が閉じられている場合には、ＥＧＲガスを排気マニホールド１１から吸気パイプ７へと戻す必要がないので、ベンチュリ１０のノズル部１０ａにより吸気パイプ７の内圧を下げることが不要なためである。

本実施形態に係るＥＧＲ装置２０Ａでは、バイパスパイプ２２及び流路切替バルブ２３を追加し、ベンチュリ１０のノズル部１０ａにより吸気パイプ７の内圧を下げることが不要な低負荷領域では、流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替えることで吸気がベンチュリ１０をバイパスしバイパスパイプ２２を通過するようにしたので、低負荷領域でのポンプ損失悪化及び燃費悪化が防止される。

また、流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替えても、ベンチュリ１０からエンジン１に至る通路が閉塞されることはない。そのため、流路切替バルブ２３の状態に拘わらずＥＧＲガスはベンチュリ１０を通過して吸気パイプ７へ戻るので、エンジン１の全運転領域（高負荷領域及び低負荷領域）でＥＧＲをかけることができる。

［第二実施形態］
図３に、本発明の第二実施形態に係る排気再循環装置を示す。なお、図１に示す第一実施形態と実質的に同一の構成要素には同一符号を付して、その説明を省略する。

図３に示すように、ＥＧＲ装置２０Ｂは、ＥＧＲバルブ２５よりもＥＧＲガス下流側のＥＧＲパイプ２１から分岐して、ベンチュリ１０よりも吸気下流側の吸気パイプ７に合流する第二ＥＧＲパイプ（第二ＥＧＲ通路）２６と、第二ＥＧＲパイプ２６に配設され、第二ＥＧＲパイプ２６を開閉する第二ＥＧＲバルブ２７とを備える。

第二ＥＧＲパイプ２６は、上流端がＥＧＲバルブ２５よりもＥＧＲガス下流側のＥＧＲパイプ２１に接続され、下流端がベンチュリ１０とエンジン１との間の吸気パイプ７に接続される。第二ＥＧＲパイプ２６は、例えば、通路面積がＥＧＲパイプ２１と略同一となるように構成される。

第二ＥＧＲバルブ２７は、例えばバタフライバルブから構成される。第二ＥＧＲバルブ２７は、ＥＣＵ５に接続され、ＥＣＵ５により開閉制御が行われる。

ＥＣＵ５は、ベンチュリ１０のノズル部１０ａにより吸気パイプ７の内圧を下げることが必要な高負荷領域では、流路切替バルブ２３により吸気の流路をベンチュリ１０に切り替えると共に、第二ＥＧＲバルブ２７を閉じる（全閉とする）。流路切替バルブ２３により吸気の流路をベンチュリ１０に切り替えると共に、第二ＥＧＲバルブ２７を閉じることで、吸気及びＥＧＲガスがベンチュリ１０を通過してエンジン１に導入される。

一方、ＥＣＵ５は、ベンチュリ１０のノズル部１０ａにより吸気パイプ７の内圧を下げることが不要な低負荷領域では、流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替えると共に、第二ＥＧＲバルブ２７を開く（全開とする）。流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替えることで、吸気がベンチュリ１０をバイパスしバイパスパイプ２２を通過してエンジン１に導入されるようになる。また、第二ＥＧＲバルブ２７を開くことで、ＥＧＲガスがベンチュリ１０をバイパスし第二ＥＧＲパイプ２６を通過してエンジン１に導入されるようになる。

また、ＥＣＵ５は、ＥＧＲバルブ２５が閉じられているときには、エンジン１の運転状態に拘わらず、流路切替バルブ２３により吸気の流路をバイパスパイプ２２に切り替えると共に、第二ＥＧＲバルブ２７を閉じる（全閉とする）。

第二実施形態に係るＥＧＲ装置２０Ｂによれば、上述の第一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

また、第二ＥＧＲパイプ２６及び第二ＥＧＲバルブ２７を追加し、ベンチュリ１０のノズル部１０ａにより吸気パイプ７の内圧を下げることが不要な低負荷領域では、第二ＥＧＲパイプ２６に配設した第二ＥＧＲバルブ２７を開くことでＥＧＲガスがベンチュリ１０をバイパスし第二ＥＧＲパイプ２６を通過するようにしたので、ＥＧＲガスが排気マニホールド１１から吸気パイプ７へよりスムーズに戻るようになる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、図４に示すように、ＥＧＲ装置２０Ｃが、いわゆる低圧ＥＧＲ装置であっても良い。ＥＧＲ装置２０Ｃがいわゆる低圧ＥＧＲ装置である場合、ＥＧＲパイプ２１は、タービン４ｂよりも排気下流側の排気通路３とコンプレッサ４ａよりも吸気上流側の吸気通路２とを連通する。具体的には、ＥＧＲパイプ２１は、上流端がＤＰＦ１３とマフラー１４との間の排気パイプ１２に接続され、下流端がエアクリーナ８とコンプレッサ４ａとの間の吸気パイプ７に接続される。また、バイパスパイプ２２は、上流端がエアクリーナ８とベンチュリ１０との間の吸気パイプ７に接続され、下流端がベンチュリ１０とコンプレッサ４ａとの間の吸気パイプ７に接続される。さらに、第二ＥＧＲパイプ２６は、上流端がＥＧＲバルブ２５よりもＥＧＲガス下流側のＥＧＲパイプ２１に接続され、下流端がベンチュリ１０とコンプレッサ４ａとの間の吸気パイプ７に接続される。なお、第二ＥＧＲパイプ２６及び第二ＥＧＲバルブ２７は必ずしも必要ではなく、省略が可能である。

また、ＥＧＲ装置２０が装着されるエンジン１は、ディーゼルエンジンには限定はされず、ガソリンエンジン等であっても良い。

１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
５ ＥＣＵ（流路切替制御手段）
１０ ベンチュリ
１５ エンジン回転センサ（運転状態検出手段）
１６ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
２０ 排気再循環装置（ＥＧＲ装置）
２１ ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ通路）
２２ バイパスパイプ（バイパス通路）
２３ 流路切替バルブ
２５ ＥＧＲバルブ
２６ 第二ＥＧＲパイプ（第二ＥＧＲ通路）
２７ 第二ＥＧＲバルブ

Claims (3)

1. エンジンの排気通路から吸気通路へと排気ガスを再循環させるＥＧＲ通路と、前記吸気通路の前記ＥＧＲ通路との接続部に配設されたベンチュリと、前記吸気通路の前記ベンチュリの吸気上流側と吸気下流側とを連通するバイパス通路と、前記ベンチュリよりも吸気上流側の前記吸気通路と前記バイパス通路との接続部に配設され、吸気の流路を前記ベンチュリと前記バイパス通路とに切り替える流路切替バルブと、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段により検出された前記エンジンの運転状態に応じて前記流路切替バルブを切替制御する流路切替制御手段とを備え、
   前記流路切替制御手段は、前記エンジンの高負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記ベンチュリに切り替え、前記エンジンの低負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記バイパス通路に切り替えることを特徴とする排気再循環装置。
2. 前記ＥＧＲ通路に配設されたＥＧＲバルブをさらに備え、
   前記流路切替制御手段は、前記ＥＧＲバルブが閉じられているときには、前記エンジンの運転状態に拘わらず、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記バイパス通路に切り替える請求項１に記載の排気再循環装置。
3. 前記ＥＧＲバルブよりもＥＧＲガス下流側の前記ＥＧＲ通路から分岐して、前記ベンチュリよりも吸気下流側の前記吸気通路に合流する第二ＥＧＲ通路と、前記第二ＥＧＲ通路に配設され、前記第二ＥＧＲ通路を開閉する第二ＥＧＲバルブとをさらに備え、
   前記流路切替制御手段は、前記エンジンの高負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記ベンチュリに切り替えると共に、前記第二ＥＧＲバルブを閉じ、前記エンジンの低負荷領域では、前記流路切替バルブにより吸気の流路を前記バイパス通路に切り替えると共に、前記第二ＥＧＲバルブを開く請求項２に記載の排気再循環装置。

Images