JP4872824B2

JP4872824B2 - 内燃機関の排気還流装置

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Publication number: JP4872824B2
Application number: JP2007165555A
Authority: JP
Inventors: 玲永楽; 雅徳黒澤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-06-22
Also published as: JP2009002286A

Description

本発明は、ＥＧＲ通路内に滞留する新気を掃気し、ＥＧＲを早期に行う内燃機関の排気還流装置に関する。

従来より、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を内燃機関の吸気通路に排気還流（以下、「ＥＧＲ」という）させ、再循環させて内燃機関での燃焼温度を低くし、窒素酸化物（ＮＯ_X）の発生を抑制するようにしている。

一般に、車両に搭載される排気ガス浄化用の三元触媒では、内燃機関の機関本体から排出される排気ガス中の有害成分である炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_X）を高温状態下で酸化還元反応して無害化している。その排出ガスの浄化能力を有効に発揮させるため、三元触媒の触媒床温を活性温度（例えば３００〜４００℃）まで上昇させる必要がある。

エンジン始動後に触媒温度が活性温度に上昇するまでは、排出ガス浄化能力が低く、排出ガス中の有害成分の排出量が多くなり、エミッションが悪化する。このため、排出ガス還流通路を二次空気通路に兼用し、過給機より吸入される吸入空気の一部を排気ガス還流通路を逆流させて排気通路へ供給し、温められた排気ガスを用いて、エンジン始動後に触媒を早期に活性温度にして触媒を暖機するようにしている。

図８は、従来の内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す概略図である。図８に示すように、従来の内燃機関の排気還流装置は、エンジン１０１に接続された吸気通路１０２及び排気通路１０３と、排気通路１０３の途中を吸気通路１０２とバイパスして設けられた排気ガス還流通路（以下「ＥＧＲ通路」という）１０４と、機関の運転状態に応じて切替動作させる排出ガス還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）１０５とを備えている。図中、Ｐ₁は吸気通路内のガス圧力を示し、Ｐ₂は排気通路内のガス圧力を示している。また、吸気通路１０２、排気通路１０３の内の矢印はガス流れ方向を示している。

過給時には吸気通路１０２に設けられている過給機１０６から吐出され、エンジン１０１内の図示しない各気筒に圧縮された空気（以下、「新気」という）が充填されると共に、吸入空気の一部をＥＧＲ通路１０４を逆流（図中、右方向）させて排気通路１０３へ供給し、エンジン始動後に触媒を早期に暖気するようにしている。また、吸気通路１０２にはスロットル弁１０７が設けられ、吸入空気量を制御するようにしている（特許文献１，２，３，非特許文献１）。

特開平０８−２５４１５８号公報特開平０９−１３７７４０号公報清水佳子、吉岡幸生，「触媒床温制御排気システム」，トヨタ技術公開集トヨタ自動車（株），２００２年８月３０日，ｐ８３−８４実開昭６２−１１０５１２号公報

ここで、暖気終了後、従来の内燃機関の排気還流装置では、ＥＧＲ弁１０５を閉鎖すると、図９に示すようにＥＧＲ通路１０４内に新気が滞留してしまう。また、図１０に示すように、低負荷運転時に、排気通路１０３内の排気の一部をＥＧＲ通路１０４内に還流させ、ＥＧＲを行なう際、ＥＧＲ弁１０５を開放すると、排気通路１０３内のガス圧力Ｐ₂はＥＧＲ通路１０４内に滞留する新気のガス圧力Ｐ₃よりも大きいため、ＥＧＲ通路１０４内に滞留する新気は吸気通路１０２側に排出されるが、この滞留している新気が吸気通路１０２に流出するまで、排出通路１０３からＥＧＲ通路１０４に流入した排気ガスを吸気通路１０２側に還流させることができない、という問題がある。

また、ＥＧＲ弁１０５を開放しても、排気ガスが吸気通路１０２側に直ちに流入されないため、ＥＧＲが直ちに開始されないので、この結果直ちにＥＧＲが開始されずＥＧＲ効果が早期に得られない、という問題がある。

そのため、ＥＧＲ通路１０４内に滞留する新気に起因するＥＧＲの開始の遅れを低減させることが切望されている。

本発明は、上記目的に鑑みてなされたものであって、排気ガス還流通路内の排気ガスと新気とを掃気することができ、排気ガス還流通路内に滞留する新気に起因するＥＧＲの開始の遅れを低減させる内燃機関の排気還流装置を提供することを目的としている。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、機関本体の吸気系に設けられる吸気通路及び排気系に設けられる排気通路と、前記排気通路と前記吸気通路との間を連結し、前記排気通路から前記吸気通路に排出ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に設けられ、前記排気ガス還流通路を流れる前記排気ガスの流量を調整する排気ガス還流制御弁とを有する内燃機関の排気還流装置において、前記排気ガス還流通路に、その内部に機関本体送給用新気を前記排気ガス還流通路の前記排気通路側の開口部より下流側に排出する掃気通路が設けられ、機関本体の過給時に、前記排気ガス還流通路内に供給されると共に、前記排気ガス還流制御弁の閉鎖時に、前記排気ガス還流通路内に滞留する新気を、前記排気ガス還流通路に送給される前記排気ガスにより掃気することを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置においては、前記排気ガス還流通路、前記掃気通路の何れか一方又は両方の通路内の前記排気ガスを冷却するクーラーを少なくとも一つ以上有していることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置においては、前記掃気通路の前記排気ガスを排出する開口部が、前記排気通路内の前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置の上流側に設けられていることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置においては、前記排気ガス還流通路の前記排気通路側の前記開口部と前記掃気通路の前記排気ガスを排出する前記開口部との間に、タービンが設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガス還流通路に、その内部に機関本体送給用新気を排気ガス還流通路の排気通路側の開口部より下流側に排出する掃気通路が設けることで、過給時に前記排気ガス還流通路を通過し、排気ガス還流制御弁を閉鎖して排気ガス還流通路内に滞留した新気を掃気通路の開口部から排出することができるため、機関本体の低負荷運転時に、前記排気ガス還流通路及び前記掃気通路に流入した排気ガスを前記排気ガス還流通路の吸気通路側に直ちに排出し、還流することができる。これにより、排気ガス還流通路内に滞留する新気に起因するＥＧＲの開始の遅れを低減し、早期にＥＧＲ効果を発揮することができる。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を車両に適用したエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。
図１に示すように、実施例１の排気還流装置が搭載された車両には、内燃機関としてディーゼルエンジン（ＤＥ）１１が搭載されている。ＤＥ１１の図示しないクランクシャフトには、ピストン位置及びエンジン回転数を検出するクランクポジションセンサ２１が設けられている。このクランクポジションセンサ２１は、ＥＣＵ２２に接続され、検出結果を出力している。ＤＥ１１による駆動は、ＥＣＵ２２によって制御され、ＥＣＵ２２によりＤＥ１１の出力の配分が決定され、出力される。

また、内燃機関としてのディーゼルエンジン（ＤＥ）１１は、図示しないが、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。

シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより複数の燃焼室３１が構成されており、この燃焼室３１は、上部に吸気ポート３２及び排気ポート３３が対向して形成されており、この吸気ポート３２及び排気ポート３３に対して吸気弁３４及び排気弁３５の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁３４及び排気弁３５は、シリンダヘッドに軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート３２及び排気ポート３３を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッドには、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを介して吸気弁３４及び排気弁３５の上端部に接触している。

よって、ＤＥ１１に同期して吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転すると、吸気カム及び排気カムがローラロッカアームを作動させ、吸気弁３４及び排気弁３５が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート３２及び排気ポート３３を開閉し、吸気ポート３２と燃焼室３１、燃焼室３１と排気ポート３３とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート３２には、インテークマニホールド３６を介して吸気管（吸気通路）３７が連結されており、この吸気管３７の空気取入口にエアクリーナ３８が取付けられている。そして、このエアクリーナ３８の下流側にスロットルバルブ３９が設けられている。そして、シリンダヘッドには、各燃焼室３１に燃料としての軽油を高圧で噴射可能なインジェクタ４１がそれぞれ装着されている。各インジェクタ４１は、デリバリパイプ４２及び燃料供給管４３を介して燃料ポンプ４４に連結されており、この燃料ポンプ４４はＤＥ１１によって駆動される。一方、排気ポート３３には、エギゾーストマニホールド４５を介して排気管（排気通路）４６が連結されている。

また、吸気管３７及び排気管４６には、電動アシストターボ過給機（ＭＡＴ）４７が設けられている。この電動アシストターボ過給機４７は、吸気管３７に設けられたコンプレッサ４７ａと排気管４６に設けられたタービン４７ｂとが駆動軸４７ｃにより一体に連結されてなり、駆動モータ４８により強制的に駆動することができる。そして、この電動アシストターボ過給機４７におけるコンプレッサ４７ａの下流側の吸気管３７には、このコンプレッサ４７ａにより過給されて温度が上昇した吸気を冷却するインタークーラ４９が設けられている。

排気管４６には、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化処理する排気浄化装置５０が設けられており、この排気浄化装置５０は、第１触媒５１と第２触媒５２とが直列に配設されて構成されている。第１触媒５１は、吸蔵還元型ＮＯ_X触媒であって、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯ_Xを放出し、添加した還元剤としての燃料（本実施例では、軽油）により還元するものである。第２触媒５２は、パティキュレートフィルタを有する吸蔵還元型ＮＯ_X触媒であって、排気ガス中の微粒子（ＰＭ：パティキュレート）、特に、黒煙を捕集すると共に、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯ_Xを放出し、添加した燃料により還元するものである。

ＤＥ１１には、排気ガスを吸気系に戻す高圧排気再循環(ＥＧＲ)装置５３が設けられている。ＥＧＲ装置５３は、エギゾーストマニホールド４５とインテークマニホールド３６の直前の吸気管３７とを連結して排気ガスの一部を吸気系へ再循環させる排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）５４と、このＥＧＲ通路５４に設けられた機関の運転状態に応じて切替動作させる排出ガス還流制御弁（ＥＧＲ弁）５５と、ＥＧＲ通路５４に設けられて排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５６とから構成されている。

また、第１触媒５１及び第２触媒５２は、排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯ_Xを放出し、この放出したＮＯ_Xを燃料により還元するものであることから、排気ポート３３に燃料（還元剤）を噴射する燃料添加弁５７がシリンダヘッドに設けられている。そして、この燃料添加弁５７は、燃料供給管５８を介して燃料ポンプ４４に連結されており、この燃料供給管５８には開閉弁５９が設けられている。

また、ＥＣＵ２２は、ＤＥ１１の各種機器を制御可能となっている。即ち、ＥＣＵ２２には、クランクポジションセンサ２１が検出したクランク角度が入力されており、このＥＣＵ２２は、クランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、ＥＣＵ２２には、アクセルポジションセンサ６０が検出したアクセル開度が入力されており、このＥＣＵ２２は、アクセル開度及びエンジン回転数に基づいて燃料噴射量を決定している。そして、ＥＣＵ２２は、燃料ポンプ４４を制御してデリバリパイプ４２内の燃圧を所定値に維持し、インジェクタ４１を駆動制御することで、所定の噴射時期に所定量の燃料を燃焼室３１に噴射することができる。

また、ＥＣＵ２２は、アクセル開度に基づいて電動アシストターボ過給機４７を駆動制御し、ＤＥ１１の出力調整を可能としている。更に、ＥＣＵ２２は、エンジン運転状態に応じてＥＧＲ装置５３を駆動制御している。即ち、所定の運転状態で、各ＥＧＲ弁５５を開閉することで、排気ガスをＥＧＲ通路５４を通して吸気系にＥＧＲガスとして循環し、燃焼温度を下げてＮＯ_Xの発生を抑制する。

更に、ＥＣＵ２２は、所定時期に排気浄化装置５０を構成する第１触媒５１及び第２触媒５２を再生するようにしている。即ち、第１触媒５１の下流側には、排気ガスの温度を測定する第１温度センサ６１が設けられると共に、第２触媒５２の下流側には、排気ガスの温度を測定する第２温度センサ６２が設けられている。また、排気浄化装置５０に流入する排気ガスの圧力と排気浄化装置５０から排出される排気ガスの圧力との差圧を検出する差圧センサ６３が設けられている。

従って、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第１触媒５１及び第２触媒５２は排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵する。そして、この第１触媒５１及び第２触媒５２のＮＯ_X吸蔵量が所定値に達したとき、ＥＣＵ２２は燃料添加弁５７を制御し、排気ポート３３に所定量の燃料を還元剤として噴射する。すると、排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に燃料が供給されると、酸化反応により排気ガス中の酸素濃度が低下することで各触媒５１，５２に吸蔵されたＮＯ_Xが放出され、放出されたＮＯ_Xと燃料が反応して還元し、排気ガスが浄化されることで、第１触媒５１及び第２触媒５２が再生される。

この場合、第１触媒５１及び第２触媒５２は、吸蔵したＮＯ_Xを放出し、このＮＯ_Xを燃料によって還元できる活性温度領域が設定されており、各触媒５１，５２がこの活性温度領域にあるとき、ＥＣＵ２２は再生制御を実行する。即ち、ＥＣＵ２２は、第１温度センサ６１が検出した排気ガス温度がこの活性温度領域にあるとき、燃料添加弁５７により所定量の燃料を噴射し、第１触媒５１及び第２触媒５２の再生制御を実行する。一方、第１温度センサ６１が検出した排気ガス温度がこの活性温度領域にないとき、ＥＣＵ２２は第１触媒５１及び第２触媒５２の昇温制御を実行する。この昇温制御は、例えば、燃料添加弁５７により触媒昇温のために燃料を噴射し、各触媒５１，５２での酸化反応により排気ガス温度を上げて各触媒５１，５２を昇温する。なお、第１触媒５１及び第２触媒５２は、触媒機能が劣化する劣化温度が存在しており、ＥＣＵ２２は、第２温度センサ６２が検出した排気ガス温度がこの劣化温度を超えないかどうかを監視している。また、第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＮＯ_X吸蔵量は、継続しているエンジン運転状態により推定する。

一方、ＤＥ１１がリーン空燃比で運転されているときに、第２触媒５２は排気ガス中のＰＭを捕集する。そして、この第２触媒５２のＰＭ捕集量が所定値に達したとき、ＥＣＵ２２は燃料添加弁５７を制御し、排気ポート３３に所定量の燃料を噴射する。すると、排気管４６を通して第１触媒５１及び第２触媒５２に燃料が供給されると、酸化反応により触媒温度が上昇することで、第２触媒５２に捕集されているＰＭを燃焼して再生される。この場合、ＥＣＵ２２は、差圧センサ６３が検出した排気ガスの圧力差が予め設定された所定値を超えたときに、第２触媒５２に圧力損失が発生してＰＭ捕集量が飽和状態とあると判定し、燃料添加弁５７により所定量の燃料を噴射し、第２触媒５２の再生制御を実行する。

なお、燃料中にはイオウ（Ｓ）成分が含まれており、このＳ成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯ_X）となり、このＳＯ_XがＮＯ_Xの代わりに第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵される。そのため、第２触媒５２が捕集したＰＭを燃焼して再生制御を実行するとき、ＥＣＵ２２は燃料添加弁５７が噴射する燃料量を調整し、第１触媒５１及び第２触媒５２に吸蔵されたＳＯ_Xを除去して再生する。

従って、ＤＥ１１の停止時に、電動アシストターボ過給機４７を正転駆動した状態で、燃料添加弁５７から所定量の燃料を噴射すると、噴射された燃料が排気系に流れ込んで排気浄化装置５０に到達した時点で、電動アシストターボ過給機４７の正転駆動及び逆転駆動を繰り返すことで、燃料が排気浄化装置５０、つまり、第１触媒５１及び第２触媒５２内で往復移動することとなる。これにより、再生する第１触媒５１及び第２触媒５２内で燃料の拡散が十分に行われ、燃料が各触媒５１，５２に十分に接触し、吸蔵したＮＯ_Xを効率良く還元することができ、各触媒５１，５２からの未浄化のＮＯ_X及び燃料の外部流出が抑制される。

また、ＥＧＲ通路５４に、その内部に新気をＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａより下流側に排出する掃気通路１２が設けられている。掃気通路１２は、機関本体の過給時に、ＥＧＲ通路５４内に供給され、ＥＧＲ弁５５の閉鎖時にＥＧＲ通路５４内に滞留する新気を、ＥＧＲ通路５４に送給される排気ガスにより掃気するようにしている。
ここで、運転状態に応じ、ＥＧＲ通路５４と掃気通路１２との間を流れる排気ガスの流れを図２〜図４を用いて具体的に説明する。

図２〜図４は、図１に内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。
図２は、過給時における内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図であり、図３は、ＥＧＲ弁の閉鎖時の内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図であり、図４は、低負荷運転時における内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。
図２に示すように、過給時には、吸気通路３７に設けられている過給機４７から吐出される新気をエンジン１１内の図示しない各気筒に充填すると共に、ＥＧＲ弁５５を開放し、新気の一部を吸気通路３７からＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２を逆流（図中、右方向）させて排気通路１０３へ供給するようにする。

これは、排気通路４６内のガス圧力Ｐ₂は、吸気通路３７内のガス圧力Ｐ₁より低いため、過給時にＥＧＲ弁５５を開放すると、吸気通路３７内の新気がＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２側に導入されるからである。具体的には、過給時に新気がＥＧＲ通路５４の吸気通路３７側の開口部５４ｂから流入し、分岐点１３で新気の一部が掃気通路１２に流入する。そして、ＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２を介して排気ガスが各々開口部１２ａ，５４ａから排気通路４６に流出する。

よって、新気をエンジン１１内に送給すると共に、ＥＧＲ弁５５を開放し、新気の一部を吸気通路３７からＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２を逆流させて排気通路４６へ供給することで、エンジン始動後、排気通路４６内の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置（図示せず）に設けられている浄化用触媒を早期に暖機するようにしている。

また、図３に示すように、ＥＧＲ弁５５を閉鎖すると、開口部５４ａから排気ガスの一部であるＥＧＲガスがＥＧＲ通路５４内に流入し、ＥＧＲ通路５４内に滞留する新気を掃気通路１２を介して開口部１２aから排出し、掃気する。具体的には、ＥＧＲ弁５５を閉鎖すると、吸気通路３７の開口部５４ｂからの新気の流入は遮断される。

また、ＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａ近傍のガス圧力Ｐ_2-1は、排気通路４６内の開口部１２ａ近傍のガス圧力Ｐ_2-2よりも高いため、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａからＥＧＲ通路５４内へ流入する。そして、流入されたＥＧＲガスによりＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２の両方に滞留する新気を掃気通路１２の開口部１２ａから流出し、掃気する。

また、図４に示すように、機関本体の低負荷運転時には、ＥＧＲ弁５５を開放し、ＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２にＥＧＲガスを流入させ、ＥＧＲ通路５４の吸気通路３７側の開口部５４ｂから排出し、還流する。排気通路４６内のガス圧力Ｐ₂は、吸気通路３７内のガス圧力Ｐ₁より高いため、低負荷運転時にＥＧＲ弁５５を開放すると、排気通路４６内の排気ガスが吸気通路３７側に導入される。具体的には、ＥＧＲ弁５５を開放すると、ＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａ及び掃気通路１２の開口部１２ａからＥＧＲガスが共に流入する。そして、掃気通路１２がＥＧＲ通路５４と連結する分岐点１３で掃気通路１２から流入したＥＧＲガスがＥＧＲ通路５４から流入したＥＧＲガスと合流し、ＥＧＲ通路５４の吸気通路３７側の開口部５４ｂから吸気通路３７内に流出する。この際、前述したようにＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２内には新気が滞留していないため、ＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２に流入したＥＧＲガスをＥＧＲ通路５４の吸気通路３７側の開口部５４ｂから吸気通路３７内に早期に流出し、還流することができる。

このように、本実施例に係る内燃機関の排気還流装置では、ＥＧＲ通路５４に、その内部に機関本体に送給される新気をＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａより下流側に排出する掃気通路１２が設けられているため、過給時にＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２を通過し、ＥＧＲ弁５５を閉鎖してＥＧＲ通路５４内に滞留した新気を掃気通路１２の開口部１２ａから排出することができるため、機関本体の低負荷運転時に、ＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２に流入したＥＧＲガスをＥＧＲ通路５４の吸気通路３７側に直ちに排出し、還流することができる。これにより、ＥＧＲ通路５４内に滞留する新気に起因するＥＧＲの開始の遅れを低減し、早期にＥＧＲ効果を発揮することができる。

本発明による実施例２に係る内燃機関の排気還流装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について、図５を参照して説明する。
本実施例に係る内燃機関の排気還流装置は、実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成と同様であるため、実施例１と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
また、図１に示す実施例１の内燃機関の排気還流装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す図は省略し、内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図を用いて説明する。
図５は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。
図５に示すように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気還流装置は、ＥＧＲ通路５４及び掃気通路１２の両方に通路内の排気ガスを冷却するクーラー１４Ａを一つ備えている。また、クーラー１４Ａは、ＥＧＲ通路５４と掃気通路１２との分岐点１３よりも排気管側に設けられている。

ＥＧＲ通路５４の吸気通路３７側の通路内面積が排気通路４６側の通路内面積より大きいと、掃気が充分に行なわれない。そのため、ＥＧＲ通路５４と掃気通路１２との分岐点１３よりも排気管４６側にクーラー１４Ａを設けることで、掃気される容積を大きくすることができる。この結果、ＥＧＲ通路５４内の掃気効率を維持しつつ、ＥＧＲガスを効率よく冷却することができる。

本発明による実施例３に係る内燃機関の排気還流装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について、図６を参照して説明する。
本実施例に係る内燃機関の排気還流装置は、実施例２での説明と同様に、実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成と同様であるため、実施例１と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
また、図１に示す実施例１の内燃機関の排気還流装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す図は省略し、内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図を用いて説明する。
図６は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。
図６に示すように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気還流装置は、掃気通路１２の排気ガスを排出する開口部１２ａが、排気通路４６内の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置５０の上流側に設けられている。

ＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａ、ＥＧＲ通路５４の開口部１２ａの何れかを排気ガス浄化装置５０の下流側に設けると、運転中に排気ガスが触媒を通過しないで排出されることになるため、暖機中（冷間中）に排出される排気ガスのガス浄化性が悪化してしまう。

よって、ＥＧＲ通路５４の開口部５４ａ及び掃気通路１２の開口部１２ａを排気ガス浄化装置５０の上流側に設けることで、エンジン１１から排出される排気ガス、ＥＧＲ通路５４及びＥＧＲ通路５４から排出されるＥＧＲガスを排気ガス浄化装置５０に通過させることができるため、排気ガスのガス浄化性能を維持することができる。

本発明による実施例４に係る内燃機関の排気還流装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について、図７を参照して説明する。
本実施例に係る内燃機関の排気還流装置は、実施例２、３での説明と同様に、実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成と同様であるため、実施例１と共通の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
また、図１に示す実施例１の内燃機関の排気還流装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す図は省略し、内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図を用いて説明する。
図７は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。
図７に示すように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気還流装置は、ＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａと掃気通路１２の排気通路４６側の開口部１２ａとの間に、タービン４７ｂを設けるようにしている。

ＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａ近傍のガス圧力Ｐ_2-1と掃気通路の開口部近傍のガス圧力Ｐ_2-2との差圧が小さいと、掃気性が悪くなる。このため、タービン４７ｂを挟んでＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａと掃気通路１２の排気通路４６側の開口部１２ａとを設けるようにする。具体的には、ＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａをタービン４７ｂの上流側に設けると共に、掃気通路１２の排気通路４６側の開口部１２ａをタービン４７ｂの下流側に設けるようにする。

これにより、ＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａ近傍のガス圧力Ｐ_2-1と掃気通路の開口部近傍のガス圧力Ｐ_2-2との差圧を大きくすることができるため、ＥＧＲの流量を増加させることができる。この結果、ＥＧＲ通路５４の掃気性を向上させることができる。

また、本実施例では、ＥＧＲ通路５４と掃気通路１２との分岐点１３よりも排気管側にクーラー１４Ｂを設けるようにしている。ＥＧＲ通路５４と掃気通路１２との分岐点１３よりも排気管４６側にクーラー１４Ｂを設けることで、掃気される容積を大きくすることができる。この結果、ＥＧＲ通路５４内の掃気性能を維持しつつ、ＥＧＲガスを効率よく冷却することができる。

よって、タービン４７ｂを挟んでＥＧＲ通路５４の排気通路４６側の開口部５４ａをタービン４７ｂの上流側に設けると共に、掃気通路１２の排気通路４６側の開口部１２ａをタービン４７ｂの下流側に設けることで、ＥＧＲの流量を増加させることができる。この結果、ＥＧＲ通路５４の排気ガスのガス浄化性能を維持することができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、ＥＧＲ通路内に滞留した新気を掃気することができるため、ＥＧＲ通路に供給される排気ガスを吸気通路側に直ちに還流することができ、ＥＧＲ通路内に滞留する新気に起因するＥＧＲの開始の遅れを低減し、早期にＥＧＲ効果を発揮するのに有用であり、内燃機関に用いるのに適している。

本発明の実施例１に係る内燃機関の排気還流装置を車両に適用したエンジンシステムの構成を簡略に示す概略図である。過給時における内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。ＥＧＲ弁の閉鎖時の内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。低負荷運転時における内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。本発明の実施例２に係る内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。本発明の実施例３に係る内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。本発明の実施例４に係る内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す図である。過給時における従来の内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す概略図である。ＥＧＲ弁の閉鎖時の従来の内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す概略図である。低負荷運転時における従来の内燃機関の排気還流装置の構成を簡略に示す概略図である。

符号の説明

１１ディーゼルエンジン、ＤＥ（内燃機関）
１２掃気通路
１２ａ掃気通路の開口部
１３分岐点
１４Ａ、１４Ｂクーラー
２２ＥＣＵ
３７吸気管（吸気通路）
３９スロットルバルブ
４６排気管（排気通路）
４７電動アシストターボ過給機
５０排気浄化装置
５１第１触媒（吸蔵還元型ＮＯ_X触媒）
５２第２触媒（吸蔵還元型ＮＯ_X触媒）
５４排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）
５４ａＥＧＲ通路の排気通路側の開口部
５４ｂＥＧＲ通路の吸気通路側の開口部
５５ＥＧＲ弁
５６ＥＧＲクーラ
５７燃料添加弁
Ｐ₁ 吸気通路内のガス圧力
Ｐ₂ 排気通路内のガス圧力
Ｐ_2-1 ＥＧＲ通路の排気通路側の開口部近傍のガス圧力
Ｐ_2-2 掃気通路の開口部近傍のガス圧力

Claims

機関本体の吸気系に設けられる吸気通路及び排気系に設けられる排気通路と、
前記排気通路と前記吸気通路との間を連結し、前記排気通路から前記吸気通路に排出ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路と、
該排気ガス還流通路に設けられ、前記排気ガス還流通路を流れる前記排気ガスの流量を調整する排気ガス還流制御弁とを有する内燃機関の排気還流装置において、
前記排気ガス還流通路に、その内部に機関本体送給用新気を前記排気ガス還流通路の前記排気通路側の開口部より下流側に排出する掃気通路が設けられ、
機関本体の過給時に、前記排気ガス還流通路内に供給されると共に、前記排気ガス還流制御弁の閉鎖時に、前記排気ガス還流通路内に滞留する新気を、前記排気ガス還流通路に送給される前記排気ガスにより掃気することを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
請求項１において、
前記排気ガス還流通路、前記掃気通路の何れか一方又は両方の通路内の前記排気ガスを冷却するクーラーを少なくとも一つ以上有していることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
請求項１又は２において、
前記掃気通路の前記排気ガスを排出する開口部が、前記排気通路内の前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置の上流側に設けられていることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記排気ガス還流通路の前記排気通路側の前記開口部と前記掃気通路の前記排気ガスを排出する前記開口部との間に、タービンが設けられていることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。