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