JP4632183B2 - 排気ガス再循環装置付き内燃機関 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、吸気マニホルドを備える吸気側とシリンダー群に共通の少なくとも１つの排気マニホルドを備える排気側とを有する少なくとも１つのシリンダー列、その圧力側の近くで給気管路開口に連結されて吸気マニホルドへ続く少なくとも１つの給気装置、およびエンジンの排気側から吸気側へ排気ガスを再循環する装置より構成される多気筒内燃機関に関する。
【０００２】
【背景技術】
ＥＧＲと呼ばれる排気ガス再循環は、エンジンの全排気流れの一部を戻し、この一部の流れをエンジンの吸気口側に導き、ここで外部から流入する空気と混合してエンジンのシリンダー内に導入する、一般に公知の方法である。この方法により、排気ガス中の窒素酸化物量を減らすことが可能である。この技術は比較的長期間使用されているが、解決が必要な多くの問題部位がある。
【０００３】
例えば、エンジンの型および回転速度／負荷の点から見て、十分な量のＥＧＲを生成することは難しい。排気側から吸気側へのＥＧＲの移送が、エンジンの圧力比（吸気口側での圧力と排気側での圧力との比）に対してできる限り影響を及ぼさないことも望ましい。取付けの観点からは、特に、エンジンのシリンダーヘッドの異なる側面上に引出口を有する吸気および排気ダクトのために、エンジン中に長くてかつ高温のパイプの取付けを避けることがさらに望ましい。ＥＧＲの移送は、通常はエンジンの排気側の圧力が吸気側の圧力より高いときに起きる。
【０００４】
たいていの場合、ＥＧＲの量を調節するために、遮断機能を有する１つまたはそれ以上のＥＧＲ弁が必要である。調節を迅速に行うため、ＥＧＲ弁は排気側（供給源）に可能な限り近づけて設置するべきであり、そのため、エンジンへのＥＧＲ装置の取付けによる通常の排気弁とエンジンに接続されるターボ装置の間のダクト容積変化をできるだけ小さくする。従って、しばしばＥＧＲ弁はエンジンの排気マニホルドに近接して設置される。しかし、このような位置に置くことは、可動機能を非常に高温な環境中で保持しなければならないため、耐用年数の点からは否定的である。熱に対処するため、冷却剤（または、例えば空気）がしばしば必要になるが、このような場合、油のような形状での給油も必要になることがあり、構造が複雑になる。ＥＧＲ弁が、低温度のエンジンの吸気側上に設置されていれば、より簡単に設計することできる。しかし、その場合、ＥＧＲ弁の上流方向のダクト容積が増加するのを避けることが難しい。また、排気圧調節エンジンブレーキを有するディーセルエンジン駆動のトラックでは、高い排気圧が得られので、ＥＧＲクーラーはこの排気圧にも耐えなければならない。
【０００５】
【発明の開示】
それゆえ、本発明の目的の１つは、ダクト長が短くかつＥＧＲ弁を冷却できる見込みがあり、ＥＧＲ装置をより簡単かつよりコンパクトに設計できるようにする排気ガス再循環装置付き内燃機関を製造することである。
【０００６】
これを目的として、本発明による内燃機関は、エンジンの排気側から吸気側への排気ガス再循環用装置が、各シリンダー群に対してエンジンのシリンダーヘッド中に配置され、排気マニホルドと吸気側との間を連結し、かつ弁手段により開閉可能な再循環通路より構成されることを特徴とする。このシリンダーヘッドの設計によって、排気ガスは、非常に短い余分な通路を経由して排気側から吸気側へ移動することができる。
【０００７】
本発明の好都合な実施例において、弁手段は排気ガスが再循環される情況において、その関連する排気マニホルドの圧力が吸気マニホルドの圧力より高いときに通路が開くような方法で、制御手段により調整することができる。
【０００８】
弁手段は、好適にはエンジンのシリンダーヘッド中に設置される。これに関連して、弁手段は通常の冷却装置およびシリンダーヘッドの油／オイルミストおよび／または冷却剤により冷却することができる、すなわち余分なパイプの接続等が必要ない。
【０００９】
本発明のさらに別の好都合な実施例によれば、排気ガス再循環用手段は、再循環されたガスを冷却するための、ＥＧＲクーラーと呼ばれるクーラーにより構成される。
【００１０】
制御手段は、好適には排気側と吸気側との間の圧力差を調整するために作用し、従って、エンジンに連結された排気ガス圧調整器によるエンジンブレーキ時のエンジンブレーキ効果にも作用することができる。
【００１１】
これに関連して、ＥＧＲ弁は、排気ブレーキ装置を補完するものとして用いることができる。
【００１２】
【実施例の説明】
以下に、添付の図面に示される実施例に関して、本発明をより詳細に説明する。
【００１３】
図１〜３に示される内燃機関は、例えば３つのシリンダー１１、１２、１３を有するシリンダー列１０により構成される４ストロークディーゼルエンジンである。本発明は、３つより多いシリンダーを有するエンジンにも、あるいはこれより少ないシリンダーを有するエンジンにも適用可能である。各シリンダーは、吸気弁１４および排気弁１５を有する。シリンダー当たり多数の吸気および排気弁を持つことも、当然可能である。吸気弁１４は、吸気ダクト１４ａを経由して、シリンダー列の吸気側１０ａ上に設置された共通の吸気マニホルド１６に連結される。排気弁１５は、排気ダクト１５ａを経由して、シリンダー列の排気側上に設置された共通の排気マニホルド１７に連結される。ターボ過給機１８は、シリンダー列の排気側１０ｂ上に設置される。
【００１４】
中央のシリンダー１２の排気ダクト１５ａは、外側のシリンダー列１０の吸気側に延び、かつエンジンのこちら側の吸気マニホルド１６に取付けられたＥＧＲクーラー２１を経由するＥＧＲダクト２０を開閉するように配置されたＥＧＲ弁１９へ延びる、分岐部分１５ｂを備える。
【００１５】
吸気は、ターボ過給機１８により、給気冷却器２２を経由して吸気マニホルド１６に供給される。
【００１６】
図１は、排気ガスをエンジンの吸気側に戻すために、シリンダー１１の排気弁１５が瞬間的に開きかつＥＧＲ弁１９が開いた場合の応用例におけるＥＧＲ流れを示す。この場合、排気ガスは図に示す矢印のように、シリンダー１１から排気マニホルド１７、シリンダー１２の排気ダクトを経由して、閉じた排気弁を通過しさらにＥＧＲ弁１９を通過してＥＧＲダクト２０中へ流れることができる。
【００１７】
図２は、排気ガスをエンジンの吸気側に戻すために、シリンダー１３の排気弁１５が瞬間的に開きかつＥＧＲ弁１９が開いた場合の他の応用例におけるＥＧＲ流れを示す。この場合、排気ガスは図に示す矢印のように、シリンダー１３から排気マニホルド１７およびシリンダー１２の排気ダクトを経由して、閉じた排気弁を通過しさらにＥＧＲ弁１９を通過してＥＧＲダクト２０中へ流れることができる。
【００１８】
図３は、排気ガスをエンジンの吸気側に戻すために、シリンダー１２の排気弁１５が瞬間的に開きかつＥＧＲ弁１９が開いた場合の実施例におけるＥＧＲ流れを示す。この場合、排気ガスは図に示す矢印のように、直接シリンダー１２およびその排気ダクトから、ＥＧＲ弁１９を通過してＥＧＲダクト２０中へ流れることができる。
【００１９】
図４は、シリンダー１２に近接するシリンダーヘッド中でＥＧＲ流れが組み入れられる方法を示す。この図から、分岐部分１５ｂは事実上図中の水平方向に、排気ダクト１５の延長部分を形成するということがわかる。ＥＧＲ弁１９には、主管がシリンダーヘッドの吸気側の外へ水平に延びるＥＧＲダクト２０の事実上頂角部分に、そのバルブステム１９ａが取付けられる。この設計により、いかなる新しい機械加工面もいらない鋳造シリンダーヘッドの機械加工に関して小さな設計変更が生じるが、これは安価に生産するための問題解決策として好都合である。
【００２０】
ＥＧＲ弁を作動させるための作動装置１９ｂは、シリンダーヘッドに取付けられるので、エンジンのシリンダーヘッドカバーに囲まれる。これに関連して、ＥＧＲ弁の動作による騒音は、すべてこのシリンダーヘッドカバーにより減衰する。さらに、ＥＧＲ弁は、通常の冷却装置およびエンジンの油／オイルミストにより、効率的に冷却することができる。ＥＧＲ弁が電子制御の場合には、上記取付けにより、電子結線はエンジンのシリンダーヘッドカバーの内側で十分に保護されたものになる。
【００２１】
トラック用でかつ作動可能なエンジンブレーキを装備するディーゼルエンジンにおいて、上記ＥＧＲを装備することは、ＥＧＲ弁が閉じているときは、最小の余分な容積を意味し、エンジンブレーキ効果は否定的な影響を及ぼさない。ＥＧＲ弁をエンジンブレーキ効果の調節に用いることも可能である。
【００２２】
第２と第５シリンダーの排気ダクトが、上記解決策によるＥＧＲ弁を装備する六気筒エンジンに使用する場合、上記解決策は容易に２倍にすることができる。
【００２３】
本発明は上記実施例にのみ限定されると考えるべきではなく、さらなる変形および改良が以下の特許請求の範囲内において可能である。また、本発明は、Ｖ型に配置されたシリンダーを有するエンジンに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の応用例による内燃機関の上から見た概要を示す。
【図２】 本発明の第２の応用例による内燃機関の上から見た概要を示す。
【図３】 本発明の第３の応用例による内燃機関の上から見た概要を示す。
【図４】 本発明のＥＧＲダクト形成部品の側面から見た概要を示す。

Claims (7)

1. 吸気マニホルド（１６）を備える吸気側（１０ａ）とシリンダー（１１）〜（１３）の群に共通の少なくとも１つの排気マニホルド（１７）を備える排気側（１０ｂ）を有する少なくとも１つのシリンダー列（１０）、吸気マニホルド内に開口する給気管路にその給気管路の圧力側で接続される少なくとも１つの給気装置（１８）、およびシリンダー群に対してエンジンのシリンダーヘッド中に配置され、排気マニホルド（１７）とＥＧＲ弁（１９）により開閉できる吸気側（１０ａ）との間を連結するＥＧＲダクト（１５ｂ、２０）より成る、エンジンの排気側からその給気側へ排気ガスを再循環する装置から構成される多気筒内燃機関において、ＥＧＲダクト（１５ｂ、２０）は、各シリンダー群中の１つのシリンダーの排気ダクト（１５ａ）から、排気ダクトを吸気側に連結するＥＧＲダクト（２０）を開閉するためのＥＧＲ弁（１９）へ延び、かつ同じ排気ダクト（１５ａ）を経由する各群中のすべてのシリンダーからの排気ガス再循環を可能にする分岐部分１５より構成されることを特徴とする多気筒内燃機関。
2. 内燃機関は給気冷却器付きのターボエンジンであることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
3. ＥＧＲ弁（１９）は、排気ガスが再循環されるような情況において、関連する排気マニホルド（１７）の圧力が吸気マニホルド（１６）の圧力よりも高いときにＥＧＲダクト（１５ｂ、２０）が開くような方法で、制御手段により調節できることを特徴とする請求項1または２に記載の内燃機関。
4. ＥＧＲ弁（１９）は、関連する排気マニホルドの圧力が吸気側の圧力よりも高いとき、所望のＥＧＲ流れを与える間、開くことを特徴とする請求項1〜３のいずれかに記載の内燃機関。
5. ＥＧＲ弁（１９）は、エンジンのシリンダーヘッド中に設置されることを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載の内燃機関。
6. 排気ガスを冷却する排気ガス再循環用手段は、再循環されたガスを冷却するためのＥＧＲクーラーと呼ばれるクーラー（２１）より構成されることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の内燃機関。
7. 制御手段は、エンジンブレーキ時にエンジンに連結された排気ガス圧調整器により、排気側と給気側との間の圧力差を調整するために作動することができることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の内燃機関。

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