JP6969409B2 - エンジンの吸排気装置 - Google Patents
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Description
本発明はエンジンの吸排気装置に関する。
特許文献1には、エンジンの吸排気装置に関して、DPFよりも下流側の排気通路から排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に導くEGR通路を設けること、このEGR通路にEGRクーラとEGRバルブを設けることが記載されている。
上記吸排気装置では、DPFはエンジン本体の背部において軸心を気筒列方向にして配置され、このDPFの下流端に自動車後方に延びる排気管が接続されている。この排気管の側面(DPFの反対側)にEGRクーラが接続され、このEGRクーラの側面(DPFの反対側)にEGRバルブが固定されている。このEGRバルブからEGR管が上方に延び、ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側の吸気管の水平に延びた部分に接続されている。また、この吸気管におけるEGR管接続部位の近傍にブローバイガスを吸気通路に導入するためのブローバイガス管が接続されている。
上記吸排気装置の場合、EGRガスは、排気管からEGRクーラを水平に通過した後、EGRバルブからEGR管を通って上方へ導かれる。
上記吸排気装置では、EGR通路内に凝縮水を生ずると、その凝縮水がEGR通路の水平になった部分、すなわち、EGRクーラ及びEGRバルブの通路部に滞留する懸念がある。これに対して、EGRクーラを含めてEGR通路を排気通路から吸気通路まで上下方向に延びる形に配管することが考えられる。これによれば、凝縮水はEGR通路壁を伝って排気通路に排出されるようになり、EGR通路の途中に滞留することが避けられる。
しかし、EGR通路を排気通路から吸気通路まで上下方向に延びる形にすると、EGRガスが排気通路から吸気通路に向かうときの通路抵抗が小さくなる。その結果、EGRガスがEGRクーラを通り抜け易くなるため、EGRクーラによるEGRガスの冷却効率が下がる。つまり、EGRガスが冷えにくくなる。
そこで、本発明は、EGRガスがEGRクーラによって効率良く冷却されるようにする。
ここに開示するエンジンの吸排気装置は、エンジンの排気通路から排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に環流するEGR通路を備え、該EGR通路にEGRガスを冷却するEGRクーラが介設されている。このEGRクーラは、そのEGRガス入口側が上記排気通路の通路壁に結合されて、該EGRクーラの中心線が該排気通路の排気ガス流れ方向と交差している。そうして、上記EGRクーラと上記排気通路を連通する連通孔が、該排気通路の排気ガス流れ方向に長くなった長孔に形成されている。
これによれば、排気通路から連通孔を通ってEGRクーラに流入するEGRガスの勢い(流入量)は、その連通孔が上述のような長孔になっているから、当該長孔における排気ガス流れ方向の上流側の端部と下流側の端部とであまり変わらない。すなわち、排気ガスの一部がEGRガスとして長孔になった連通孔の全域から略均等な勢いでEGRクーラに流入する。その結果、EGRガスが上記排気ガス流れ方向に広がった形で且つ比較的均等な流量でEGRクーラを通過することになる。よって、EGRクーラの利用効率が高くなり、EGRガスの冷却に有利になる。
付言すれば、排気通路を流れる排気ガスの流速は通路断面全体にわたって均等ではなく、通路断面の中央部に比べて周辺部では流れが遅くなる。従って、連通孔を上述の如き長孔ではなく、例えば丸孔(真円)にすると、この丸孔を通過するEGRガスの勢いは丸孔の排気通路の幅方向において異なる。例えば、丸孔の中央部に比べてその両側ではEGRガスの流入する勢いが弱くなる。これでは、開孔面積は同じであっても、EGRクーラの利用効率が高くならない。そこで、本発明は、上記連通孔を排気ガス流れ方向に長い長孔にすることにより、連通孔の全域から略均等な勢いで排気ガスがEGRクーラに流入するようにしている。
一実施形態では、上記排気通路の途中に排気ガス浄化装置が設けられ、
上記排気通路は、上記排気ガス浄化装置よりも排気ガス流れ方向の下流側に排気ガスの流れの向きが変わる曲がり部を備え、
上記EGRクーラと上記排気通路を連通する連通孔が、上記排気通路の曲がり部の外周寄りの通路壁に開口している。
上記排気通路は、上記排気ガス浄化装置よりも排気ガス流れ方向の下流側に排気ガスの流れの向きが変わる曲がり部を備え、
上記EGRクーラと上記排気通路を連通する連通孔が、上記排気通路の曲がり部の外周寄りの通路壁に開口している。
排気通路における排気ガス浄化装置よりも下流側では、上流側に比べて排気ガスの圧力が低くなるが、上記EGRクーラの結合位置は、同じく下流側であっても、排気通路の曲がり部の外周寄りである。この曲がり部の外周側は内周側に比べて排気ガスの流れが遅く、排気ガスの圧力が相対的に高くなる。従って、EGRクーラが排気ガス浄化装置よりも下流側の排気通路に結合されているにも拘わらず、EGRガスをEGRクーラに効率良く導入することができる。
一実施形態では、上記吸気通路の上記EGR通路が接続される部位は、上記排気通路の上記EGR通路が接続される部位よりも高位置にあり、
上記EGRクーラのEGRガス入口側が上記排気通路の通路壁の上面側に結合されて、上記EGR通路が全長にわたって上記吸気通路の上記部位に向かって上方に延びている。
上記EGRクーラのEGRガス入口側が上記排気通路の通路壁の上面側に結合されて、上記EGR通路が全長にわたって上記吸気通路の上記部位に向かって上方に延びている。
従って、EGRガスが排気通路から吸気通路に向かって流れやすくなり、EGRクーラの利用効率の向上に有利になる。また、EGR通路の内壁に結露して凝縮水を生じても、その凝縮水が排気通路に排出されやすくなる。
本発明によれば、EGRクーラと排気通路を連通する連通孔が、該排気通路における排気ガス流れ方向に長くなった長孔に形成されているから、EGRクーラの利用効率が高くなり、EGRガスの冷却に有利になる。
以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
図1に示す自動車用エンジンの吸排気装置において、1はエンジン本体であり、シリンダブロック1aと、シリンダブロック1aの上面に固定されたシリンダヘッド1bと、シリンダブロック1aの下面に固定されたオイルパン1cとを備えている。
<エンジンの吸気系及び排気系>
エンジン本体1の排気側(シリンダヘッド1aの排気側)には、該エンジン本体1の側面に沿って中心線を気筒列方向に延ばした排気ターボ過給機2が設けられている。本例のエンジンでは、シリンダヘッド1bの内部に排気マニホールドが設けられており、シリンダヘッド1bの排気側の側面に排気マニホールドの集合部の下流端が開口している。この開口にターボ過給機2のタービン2aの排気ガス入口側が接続されている。そして、ターボ過給機2のコンプレッサ2bに新気を導入する上流側吸気管3が接続されている。
エンジン本体1の排気側(シリンダヘッド1aの排気側)には、該エンジン本体1の側面に沿って中心線を気筒列方向に延ばした排気ターボ過給機2が設けられている。本例のエンジンでは、シリンダヘッド1bの内部に排気マニホールドが設けられており、シリンダヘッド1bの排気側の側面に排気マニホールドの集合部の下流端が開口している。この開口にターボ過給機2のタービン2aの排気ガス入口側が接続されている。そして、ターボ過給機2のコンプレッサ2bに新気を導入する上流側吸気管3が接続されている。
図2に示すように、ターボ過給機2のコンプレッサ2bには、加圧された新気をシリンダヘッド1aの吸気側に導く中間吸気管4が接続されている。中間吸気管4は、シリンダヘッド1aの上を通ってエンジン本体1の排気側から吸気側に延び、この吸気側に配置された新気を冷却するインタークーラ5の上流端に接続されている。インタークーラ5は、エンジン本体1の吸気側の側面に沿って中心線を気筒列方向に延ばして設けられ、その下流端に下流側吸気管7が接続されている。下流側吸気管7の下流端はエンジンのサージタンク8に接続されている。サージタンク8はエンジン本体1の吸気マニホールド(図示省略)に接続されている。
ここに、上述の上流側吸気管3、ターボ過給機2のコンプレッサ2b、中間吸気管4、インタークーラ5、サージタンク8及び吸気マニホールドは、エンジンの吸気通路を構成している。
ターボ過給機2のタービン2aの排気ガス出口側には、排気ガス浄化装置としての触媒コンバータ11の上流端側が接続されている。触媒コンバータ11は、排気ガスを浄化する触媒を内蔵したものであって、エンジン本体1の排気側の側面に沿って中心線を気筒列方向に延ばして設けられている。
図1に示すように、触媒コンバータ11の下流端側は、同じく排気ガス浄化装置としての粒子状物質除去装置(以下、「フィルタ装置」という。)12に接続されている。フィルタ装置12は、排気ガス中の微粒子状物質(煤等)を除去するフィルタを内蔵したものであって、触媒コンバータ11の下側において、エンジン本体1の排気側の側面に沿って中心線を気筒列方向に延ばして設けられている。触媒コンバータ11の下流端側の近傍にフィルタ装置12の上流端側が配置され、この触媒コンバータ11の下流端側とフィルタ装置12の上流端側が上下に接続されている。
フィルタ装置12の下流端側の出口は、フィルタの中心線よりも下方に偏倚している。そのため、フィルタ装置12の下面側は、フィルタ収容部12aから上記出口に至るまで略水平に延びている一方、フィルタ装置12の上面側は、フィルタ収容部12aから上記出口に向かって下降傾斜している。フィルタ装置12の下流端側の出口には、曲管13を介してフレキシブル排気管14が接続されている。このフレキシブル排気管14は、サイレンサを有し自動車後端まで延びる排気管(図示省略)が接続されている。
ここに、上述の排気マニホールド、ターボ過給機2のタービン2a、触媒コンバータ11、フィルタ装置12、曲管13、フレキシブル排気管14、サイレンサを有する排気管は、エンジンの排気通路を構成している。
<EGR装置>
排気通路を構成する曲管13と吸気通路を構成する上流側吸気管3は、排気通路から排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に環流するEGR通路によって接続されている。
排気通路を構成する曲管13と吸気通路を構成する上流側吸気管3は、排気通路から排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に環流するEGR通路によって接続されている。
EGR通路について説明すると、曲管13の上面にEGRガスを冷却するEGRクーラ15が結合されて(直付けされて)曲管13から垂直に立ち上げられている。EGRクーラ15は、EGRガスと冷媒との間で熱交換させる熱交換体がケースに収容されてなり、ケースの下端(EGRガス入口)が曲管13に結合されている。EGRクーラ15のケースの上端(EGRガス出口)にはフレキシブルのEGR管16が接続されて上方へ延びている。そして、EGR管16の上端がEGRバルブ17を介して上流側吸気管3に接続されている。すなわち、EGRバルブ17は上流側吸気管3に直付けされ、このEGRバルブ17にEGR管16の上流端が接続されている。上記EGRクーラ15、EGR管16及びEGRバルブ17がEGR通路を構成している。
EGR通路の下流端が接続される上流側吸気管3の当該接続部位は、EGR通路の上流端が接続される曲管13の当該接続部位よりも高位置にある。そして、EGR通路は、曲管13に対する接続部位から上流側排気管3に対する接続部位に向かって、全長にわたって上方に延びている。
[EGRクーラの排気通路に対する接続構造]
図3に示すように、上記曲管13は、フィルタ装置12を通過した排気ガスの流れの向きを気筒列方向から自動車後方に変える排気通路の曲がり部を構成している。
図3に示すように、上記曲管13は、フィルタ装置12を通過した排気ガスの流れの向きを気筒列方向から自動車後方に変える排気通路の曲がり部を構成している。
そうして、曲管13の上面(すなわち、排気通路の曲がり部の上面側の通路壁)に、EGRクーラ15のケース内と排気通路を連通する連通孔18が開口している。この連通孔18の開口の中心は、曲管13の幅方向の中央よりも外周側に寄っている。すなわち、連通孔18は、排気通路の曲がり部の外周寄りの通路壁に開口しており、且つ、曲管13内における排気ガスの流れ方向に長くなった長孔に形成されている。
図4に示すように、曲管13の上面には、連通孔18に対応する微粒子状物質除去フィルタ21が中央の孔に嵌められたフランジ部材22が固定されている。そして、図5に示すように、EGRクーラ15の下端(上流端)側のフランジ15aが曲管13の上面のフランジ部材22に結合されて、EGRクーラ15が曲管13から立ち上げられている。フランジ部材22は、曲管13の上面に固定されているとともに、シリンダブロック1aに固定されたブラケット23に支持されている。
EGRクーラ15の下端側のフランジ15aに開口した孔及びフランジ部材22の孔は、曲管13の連通孔18と同様の長孔であって、EGRクーラ15のケース内と排気通路を連通する連通孔を形成しており、このフランジ15a及びフランジ部材22の長孔がEGRクーラ15のEGRガス入口となっている。EGRクーラ15には冷媒としての冷却水の供給管24と戻し管25が接続されている。
また、フィルタ装置12の上面側のフィルタ収容部12aから下流端側の出口に向かって下降傾斜した部分12bには支持板26が固定されている。この支持板26にEGRクーラ15がブラケット27にて支持されている。
[EGR管及びその吸気通路への接続構造]
図6には示すように、吸気通路を構成する上流側吸気管3は、ターボ過給機2のコンプレッサ2bに向かって下降傾斜した傾斜部3aを有する。そうして、EGR通路を構成するEGR管16は、その途中に湾曲部16aを有するとともに、上流側吸気管3の下降傾斜部3aにEGRバルブ17を介して接続されている。また、上流側吸気管3の下降傾斜部3aには、エンジンのブローバイガスを吸気通路に導入するブローバイガス導入管31が接続されている。
図6には示すように、吸気通路を構成する上流側吸気管3は、ターボ過給機2のコンプレッサ2bに向かって下降傾斜した傾斜部3aを有する。そうして、EGR通路を構成するEGR管16は、その途中に湾曲部16aを有するとともに、上流側吸気管3の下降傾斜部3aにEGRバルブ17を介して接続されている。また、上流側吸気管3の下降傾斜部3aには、エンジンのブローバイガスを吸気通路に導入するブローバイガス導入管31が接続されている。
ブローバイガス導入管31は、図7に示すエンジンのシリンダヘッドカバー32の内部に設けられたオイルセパレータから延設されている。ブローバイガスは、オイルセパレータにおいてオイルと分離されて吸気通路に導入される。
図8に示すように、上流側吸気管3の下降傾斜部3aにおいて、ブローバイガス導入口3bは、EGRガス導入口3cよりも吸気流れ方向の下流側に位置付けられている。
<エンジンの吸排気装置の利点>
上記実施形態に係るエンジンの吸排気装置では、エンジンの排気ガスは、シリンダヘッド1bの排気マニホールドから、ターボ過給機2のタービン2a、触媒コンバータ11、フィルタ装置12、曲管13及びフレキシブル排気管14を通って排出される。EGR装置を作動(EGRバルブ17を開動)させると、排気ガスの一部が曲管13からEGRクーラ15及びEGR管16及びEGRバルブ17を通って上流側吸気管3の内部に導入され、吸気と共にエンジンの燃焼室に供給される。
上記実施形態に係るエンジンの吸排気装置では、エンジンの排気ガスは、シリンダヘッド1bの排気マニホールドから、ターボ過給機2のタービン2a、触媒コンバータ11、フィルタ装置12、曲管13及びフレキシブル排気管14を通って排出される。EGR装置を作動(EGRバルブ17を開動)させると、排気ガスの一部が曲管13からEGRクーラ15及びEGR管16及びEGRバルブ17を通って上流側吸気管3の内部に導入され、吸気と共にエンジンの燃焼室に供給される。
図3に示すように、EGRクーラ15のケース内と排気通路を連通する連通孔18は、曲管13内における排気ガスの流れ方向に長くなった長孔に形成されている。従って、排気ガスの一部が、EGRガスとして、長孔の連通孔18の全域から排気ガス流れ方向に広がった形で且つ比較的均等な流量でEGRクーラ15内に流入して熱交換体を通過することになる。そのため、開口面積が同じ単純な円形の連通孔に比べて、EGRクーラ15の利用効率が高くなり、EGRガスの冷却に有利になる。また、連通孔18にはフィルタ21が設けられているから、仮に排気ガス中の煤等の微粒子状物質が上流側のフィルタ装置12でトラップされずに流れてきても、その煤等がEGR通路に進入することがフィルタ21で阻止される。
排気通路におけるフィルタ装置12よりも下流側では、上流側に比べて排気ガスの圧力が低くなる。しかし、EGRクーラ15の結合位置は、同じく下流側であっても、排気通路の曲がり部を構成する曲管13の上面の外周寄りの部位である。この排気通路の曲がり部の外周側は内周側に比べて排気ガスの流れが遅く、排気ガスの圧力が相対的に高くなるから、EGRガスをEGRクーラ15に効率良く導入することができる。
また、EGR通路は、排気通路を構成する曲管13から吸気通路を構成する上流側排気管3に至るまで、途中に下方に曲がって延びる部分を設けることなく、全長にわたって上方に延びている。そのため、EGRガスが排気通路から吸気通路に向かって流れやすくなり、EGRクーラ15の利用効率の向上に有利になる。また、EGR通路の内壁に結露して凝縮水を生じても、その凝縮水が排気通路に排出されやすくなる。
EGRガスは、EGRクーラ15を通過して冷却されると、凝縮水を生じやすくなるが、EGR管16の途中の湾曲部16aを通過するときに、湾曲部16aの壁面に結露を生ずることにより、EGRバルブ17への結露が抑えられる。すなわち、EGR管16の湾曲部16aが結露促進部となって、EGRバルブ17の結露水による凍結が防止される。なお、湾曲部16aで生じた結露水は排気通路に流下して排気ガスと共に排出される。
また、ブローバイガスは水分が多く含まれるが、図8に示すように、上流側吸気管3の下降傾斜部3aにおいて、ブローバイガス導入口3bをEGRガス導入口3cよりも吸気流れ方向の下流側に位置付けているから、ブローバイガスはEGR通路の方へは流れにくい。仮に、ブローバイガスがEGR通路の方へ流れても、EGRバルブ17は上流側吸気管3に直付けされているため、EGRバルブ17の上に溜まる凝縮水の量は少ない。よって、その凝縮水が凍結することがあっても、その氷は、厚さが薄いからEGRバルブ17のモータによる駆動によって簡単に割れる。そのため、EGRバルブ17の凍結による作動不良は回避される。
1 エンジン
2 ターボ過給機
3 上流側吸気管
11 触媒コンバータ(排気ガス浄化装置)
12 フィルタ装置(排気ガス浄化装置)
13 曲管(排気通路の曲がり部)
15 EGRクーラ
16 EGR管
17 EGRバルブ
18 連通孔
22 フランジ部材(EGRクーラのEGRガス入口側)
2 ターボ過給機
3 上流側吸気管
11 触媒コンバータ(排気ガス浄化装置)
12 フィルタ装置(排気ガス浄化装置)
13 曲管(排気通路の曲がり部)
15 EGRクーラ
16 EGR管
17 EGRバルブ
18 連通孔
22 フランジ部材(EGRクーラのEGRガス入口側)
Claims (3)
- エンジンの排気通路から排気ガスの一部をEGRガスとして吸気通路に環流するEGR通路を備え、該EGR通路にEGRガスを冷却するEGRクーラが介設されたエンジンの吸排気装置において、
上記EGRクーラのEGRガス入口側が上記排気通路の通路壁に結合されて、該EGRクーラの中心線が該排気通路の排気ガス流れ方向と交差していて、
上記EGRクーラと上記排気通路を連通する連通孔が、該排気通路の排気ガス流れ方向に長くなった長孔に形成されていることを特徴とするエンジンの吸排気装置。 - 請求項1において、
上記排気通路の途中に排気ガス浄化装置が設けられ、
上記排気通路は、上記排気ガス浄化装置よりも排気ガス流れ方向の下流側に排気ガスの流れの向きが変わる曲がり部を備え、
上記EGRクーラと上記排気通路を連通する連通孔が、上記排気通路の曲がり部の外周寄りの通路壁に開口していることを特徴とするエンジンの吸排気装置。 - 請求項1又は請求項2において、
上記吸気通路の上記EGR通路が接続される部位は、上記排気通路の上記EGR通路が接続される部位よりも高位置にあり、
上記EGRクーラのEGRガス入口側が上記排気通路の通路壁の上面側に結合されて、上記EGR通路が全長にわたって上記吸気通路の上記部位に向かって上方に延びていることを特徴とするエンジンの吸排気装置。
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