JP2008527248A - 排気再循環システムを備えた車両 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジン（１）、特にディーゼルエンジンを搭載した車両であって、次の各要素：前記エンジン（１）に空気を供給する吸気系（２）、前記ディーゼルエンジン（１）から排気テールパイプに向かって流れ出る排出ガスを前記排気テールパイプに通して周囲に排出可能な排気系（３）、前記排気系（３）に配置される分岐弁（８）を有しており、さらに前記分岐弁（８）が、入口（１０）、前記排気テールパイプに接続された第１の出口（１１）、および前記吸気系に接続された第２の出口（１２）を有している車両に関する。前記分岐弁（８）は、互いに運動連結された第１および第２のフラップ（１３、１４）を有している。前記第１フラップ（１３）は、前記第１出口（１１）を少なくとも部分的に閉止するように企図され、また前記第２フラップ（１４）は、前記第２出口（１２）を少なくとも部分的に閉止するように企図される。

Description

本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に係る車両に関する。

ターボチャージャ、インタクーラ、および排気再循環装置を備えたディーゼルエンジン搭載車両は、従来の技術水準である。一般に排気系には、排気テールパイプに通じる第１の出口、ならびにエンジンの吸気系に接続された第２の出口を有する「分岐弁」が配置されている。この第２の出口を介して、吸気系の吸入空気を排出ガスに混ぜ合わせることができる。

本発明の課題は、改良された分岐弁を有する排気再循環装置を備えた車両を得ることにある。

この課題は、請求項１の各特徴により解決される。本発明の有利な構成例および展開構成例は、従属請求項から察知することができる。
本発明は、吸気系、排気系、および分岐弁を有するエンジン、特にディーゼルエンジンを搭載した車両を前提として成されたものである。吸気系を介して、エンジンに空気が供給される。排気系を介して、エンジンにより発生された排出ガスが排気テールパイプに向かって送られ周囲に排出される。分岐弁は排気系に配置されている。これは、エンジン側の入口、ならびに第１および第２の出口を有している。分岐弁の第１出口は排気テールパイプに通じている。即ちこの第１出口を通り、周囲に排出されるべきである排出ガスの部分体積流が流れている。分岐弁の第２出口は吸気系に接続されている。この第２出口を介して、排出ガス体積流の一部をエンジンの吸気系に導くことができるようになっている。

本発明の核心は、分岐弁が互いに運動連結された二つのフラップを有する点にある。従ってこれは、「二重フラップ」を有する分岐弁であるともいえる。第１のフラップは第１出口に対して配置され、第２のフラップは第２出口および／または第１出口に対して配置される。「および／または」という表現は、この関係では次を意味している。第１出口は、第１フラップにより完全に閉止可能であるように、また第２出口は、第２フラップにより完全に閉止可能であるように、企図することができる。あるいはその代わりに、第１出口の断面の一部だけが第１フラップにより覆われ、それによりこの断面部分だけが第１フラップにより閉止可能であるように、また、それとは別の断面の一部、または第１フラップにより閉止することができない残りの断面部分が、第２フラップにより閉止可能であるように、企図することもできる。即ちこの場合は、第２フラップにより、フラップ位置に応じて、第１出口の断面の一部や第２出口全体を閉止することができる。

両フラップは、分岐弁のエンジン側入口とそれぞれの出口との間に配置される。「運動連結される」という表現は、広い解釈が可能であり、ごく一般には両フラップが同時に運動可能であると解釈されるべきである。両フラップは、機械的に、例えばリンク機構、ギヤドライブ、ベルトドライブ、チェーンドライブまたはその類により、互いに連結されるとよい。しかし両フラップは、必ずしも機械的に互いに連結される必要はない。それぞれのフラップが別体の「アクチュエータ」により、例えばそれぞれ一つの電気乃至倍力駆動装置、油圧駆動装置、空気圧駆動装置またはその類により作動されるように企図することもできる。

両フラップは、「逆方向に動く」ように互いに運動連結されることが好ましい。「逆方向に動く」とは、この関係では、第１フラップが開く際には第２フラップが閉じること、およびその逆を意味している。

本発明の展開構成例においては、エンジンにターボチャージャが備えられている。このターボチャージャは、周知のごとくコンプレッサとタービンを有している。コンプレッサはエンジンの吸気系に配置される。ほかにもコンプレッサとエンジンとの間には、インタクーラが配置されてもよい。コンプレッサは、一本の軸を介してエンジンの排気系に配置されたターボチャージャのタービンと連結されている。それに加えてさらにタービンと排気テールパイプとの間、即ち流れの向きで見てタービンの下流側の領域には、パティキュレートフィルタが配置されてもよい。

分岐弁は、排出ガスの流れの向きで見て、パティキュレートフィルタの下流側に配置されることが好ましい。それにより吸気系に供給される排出ガスからは、煤粒子が完全乃至は略完全に取り除かれるが、これは、再循環される排出ガスにより吸気系が汚染されないという長所を有している。さらにもう一つの長所は、排出ガスの全体積流がターボチャージャのタービンを通って流れることにより、排出ガスの全運動エネルギの最適利用が可能となる点にある。

分岐弁により分岐される排出ガスは、流れの向きで見てコンプレッサの上流側で吸気系に供給されるようにするとよい。あるいはその代わりに再循環される排出ガスは、コンプレッサハウジングを介して給気系に直接供給されるようにしてもよい。分岐弁のフラップはいずれも、エンジンから排出される排出ガスが全て排気テールパイプに導かれ、吸気系に向かう接続部が遮断される定位置を有している。分岐弁を「開く」ことにより、吸気系に向かう流体接続部はどんどん開いていき、それと同時に第１出口、即ち排気テールパイプに通じる流体接続部はどんどん閉じていく。そこでは第２フラップが、分岐弁を吸気系に接続する排気再循環通路用の制御弁としても、また、さらに大きく開いたときには、排気テールパイプに向かって流れる排気流の絞り弁としても利用されるようになっている。第１フラップは、分岐弁の第１出口を第２フラップとは逆方向に閉止する。

本発明の展開構成例においては、排気系の「取出し地点」と吸気系の間、即ちパティキュレートフィルタと吸気系の間の領域に、再循環される排出ガスを冷却するクーラが配置されている。

分岐弁、および排出ガスを排気系から吸気系に再循環させるための流体管路、ならびに再循環される排出ガスを冷却するためのクーラは、パティキュレートフィルタに直接配置されるとよい。エンジンの排気マニホールド、ターボチャージャ、パティキュレートフィルタ、および分岐弁は、事前に組み付けられるモジュラユニットを形成することが好ましい。

次に本発明を図面と関連付けて詳しく説明する。
図１には、吸気系２と排気系３を有するターボディーゼルエンジン１が略図で示されている。吸気系２には、排気系３に配置されるタービン５と回転連結されたコンプレッサが配置されている。コンプレッサ４およびタービン５は、ターボチャージャを形成する。ディーゼルエンジン１の排出ガスはタービン５を通り流れ、タービン５はコンプレッサ４を駆動する。コンプレッサ４は、ここには詳細に図示されないエアフィルタを介して新気を吸入し、これを圧縮して、内部でこの圧縮された新気を冷却するようになっているインタクーラ６を介して、圧縮された新気をディーゼルエンジン１に供給する。

排気系３には、タービン５の下流に、排出ガス中に含まれる煤粒子の大半を除去するパティキュレートフィルタ７が配置されている。排出ガスの流れの向きで見てこのパティキュレートフィルタの下流側には、分岐弁８が配置されている。分岐弁８は、排出ガスの全体積流がここには詳細に図示されない排気テールパイプを通り排気系から周囲に流れ出るようになっている一つの定位置を有している。分岐弁８は、接続管路９を介して吸気系２に接続されている。ここに図示される実施例においては、接続管路９が吸気方向でコンプレッサ４の上流側で吸気系に開口している。

分岐弁８の「開度」の増大に伴い、接続管路９に通じる流れの経路がどんどん開いていき、排気テールパイプに向かう流れ断面はどんどん閉じていく。分岐弁は、弁位置が各種エンジンパラメータ乃至は運転パラメータに従属して制御される電子制御弁であることが好ましい。再循環される排出ガスは、パティキュレートフィルタ７の下流側で排気系３から取り出されるために、これをコンプレッサ４およびインタクーラ６の上流側で吸気系２に問題なく供給することができる。

図２には、図１の実施例の変形例が示されている。図１の実施例とは異なり、ここでは分岐弁８が接続管路９を介してコンプレッサ４に直接接続されている。従って再循環される排出ガスはコンプレッサハウジンク（不図示）を介してコンプレッサ４の内部に直接導入されるようになっている。

図３〜６には、分岐弁８の設計構造および作動方式が詳しく説明されている。分岐弁８は、「エンジン側」の流体入口１０、ならびに第１および第２の出口１１、１２を有している。同じく符号１０を付した矢印は、エンジン乃至はパティキュレートフィルタ７から来る排出ガスが分岐弁８に流れ込む流れの向きを示している。第１出口１１は排気テールパイプ（不図示）に通じている。即ち排出ガスは、この第１出口１１を通り周囲に流れるようになっている。分岐弁８の第２出口１２には、接続管路９（図１、２を参照）が接続されている。即ちこの第２出口１２を通り、排出ガスを吸気系２（図１、２を参照）に導けるようになっている。

図５および６に最もわかり易く示されているように、分岐弁８は第１のフラップ１３と第２のフラップ１４とを有している。第１フラップ１３は、図３および４に示されるフラップ位置においては、見ることができない。

両フラップ１３、１４はいずれも一つの旋回軸まわりに旋回可能であるように配置されている。第１フラップ１３は、第１の旋回軸１５まわりに旋回可能である。第２フラップ１４は、第２の旋回軸１６まわりに旋回可能である。両フラップ１３、１４乃至はそれらの旋回軸１５、１６は、レバー機構１７〜１９（図３を参照）を介して機械的に互いに連結されている。一方のフラップが旋回されると、他方のフラップは同時に逆方向に旋回される。フラップを作動させるために、例えばレバー１９のアイ２０を把持する図示されないアクチュエータが備えられるとよい。

図３に示される位置においては、第２出口１２が第２フラップ１４により完全に閉止されている。これとは逆に第１出口１１は完全に開放されている。それにより排出ガスの全体積流量は、第１出口１１を通り排気テールパイプ（不図示）に流れるようになっている。

図４には、第２出口１３が少し開放された動作位置が示されている。そこでは第２フラップ１４が約２０°開かれている。これとは逆に図４においては確認できない第１フラップは、その閉止位置に向かって、これに対応して僅かだけ旋回されている。排出ガスの微小な部分体積流が第２出口１２を通り吸気系に向かって流れるとはいえ、排出ガスの大半は第１出口１１を通り周囲に流れるようになっている。

図５には、第２出口１２が略完全に開放された動作位置が示されている。第２フラップ１４は、図３に対し開放位置に向かって約７０°旋回されている。第１フラップ１３も約７０°旋回されている。この位置においては、排出ガスの比較的微小な部分体積流だけしか、第１出口１１を通り排気テールパイプに向かって流れない。排出ガスの大半は、第２出口１２を通り吸気系に向かって流れるようになっている。

図６には、第２出口１２が完全に開放され、第１出口１１が両方のフラップ１３、１４により実質的に完全に閉止されたフラップ位置が示されている。それにより排出ガスのほとんどが、第２出口１２を通り吸気系に向かって流れるようになっている。

図３〜６に示される実施例においては、第１出口１１が両方のフラップ１３、１４により閉止されるようになっている。それに代わり、フラップ１３を相応に大型に構成して、第１出口１１がフラップ１３だけにより閉止されるように企図されてもよい。

図３〜６に示される実施例においては、フラップ１３、１４の運動時にそれぞれの角速度ベクトルが逆向きになる点が特徴的となっている。図５および６に最もわかり易く示されているように、例えばフラップ１３は図の平面から出る向きに、フラップ１４は図の平面に向かって、またはその逆に旋回される。従って両フラップ１３、１４が機械的に連結されることによって、それぞれのフラップ１３、１４に作用する流れの力は全て、または少なくとも部分的に相殺される。このためレバー１９の作動によるフラップの位置調節のために必要となるのは、比較的僅かな作動力だけとなる。

本発明に従った第１の実施例を説明するための略図である。 本発明に従った第２の実施例を説明するための略図である。 或る位置にある分岐弁を示した図である。 図３とは異なる位置にある分岐弁を示した図である。 図３や図４とは異なる位置にある分岐弁を示した図である。 図３〜図５とは異なる位置にある分岐弁を示した図である。

符号の説明

１ ターボディーゼルエンジン
２ 吸気系
３ 排気系
４ コンプレッサ
５ タービン
６ インタクーラ
７ パティキュレートフィルタ
８ 分岐弁
９ 接続管路
１０ 入口／流れの向き
１１ 第１出口
１２ 第２出口
１３ 第１フラップ
１４ 第２フラップ
１５ 第１旋回軸
１６ 第２旋回軸
１７ レバー機構
１８ レバー機構
１９ レバー機構
２０ アイ

Claims (14)

1. エンジン（１）、特にディーゼルエンジンを搭載した車両であって、次の各要素：
   ‐前記エンジン（１）に空気を供給する吸気系（２）、
   ‐前記ディーゼルエンジン（１）から排気テールパイプに向かって流れ出る排出ガスを、前記排気テールパイプに通して周囲に排出可能な排気系（３）、
   ‐前記排気系（３）に配置される分岐弁（８）
   を有しており、前記分岐弁（８）が、入口（１０）、前記排気テールパイプに接続された第１の出口（１１）、および前記吸気系に接続された第２の出口（１２）を有している、車両において、
   前記分岐弁（８）が、互いに運動連結された第１および第２のフラップ（１３、１４）を有すること、その際、前記第１フラップ（１３）が前記第１出口（１１）を少なくとも部分的に閉止するように設けられるとともに、前記第２フラップ（１４）が前記第２出口（１２）を少なくとも部分的に閉止するように設けられることを特徴とする、車両。
2. 請求項１に記載の車両において、
   前記第２フラップ（１４）が、前記第２出口（１２）を完全に閉止するとともに、前記第１出口（１１）を部分的に閉止するように設けられることを特徴とする、車両。
3. 請求項１または２に記載の車両において、
   前記両フラップ（１３、１４）が、両者が共同で前記第１出口（１１）を閉止するフラップ位置を有すること、その際、前記第１フラップ（１３）が前記第１出口（１１）の断面の第１部分を、前記第２フラップ（１４）が前記第１出口（１１）の断面の第２部分を閉止することを特徴とする、車両。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両において、
   前記両フラップ（１３、１４）が、機械的に互いに連結されることを特徴とする、車両。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両において、
   前記第１フラップ（１３）が第１の向きに旋回されると、前記第２フラップ（１４）がそれとは反対の向きに旋回されるように、またはその逆であるように、前記両フラップ（１３、１４）が逆方向に動くように互いに連結されることを特徴とする、車両。
6. 請求項５に記載の車両において、
   前記両フラップ（１３、１４）が、歯車式伝動装置により互いに連結されることを特徴とする、車両。
7. 請求項５に記載の車両において、
   前記両フラップ（１３、１４）が、レバー機構により互いに連結されることを特徴とする、車両。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の車両において、
   前記排気系（２）に、ターボチャージャ（４、５）のコンプレッサ（４）が配置され、前記コンプレッサ（４）の出口がインタクーラ（６）を介して前記エンジン（１）に接続されていることを特徴とする、車両。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の車両において、
   前記コンプレッサ（４）と回転連結された前記ターボチャージャ（４、５）のタービン（５）が、前記排気系（３）に配置されていることを特徴とする、車両。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両において、
    前記タービン（５）と前記排気テールパイプの間の領域に、パティキュレートフィルタ（７）が配置されることを特徴とする、車両。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の車両において、
    前記分岐弁（８）が、前記パティキュレートフィルタ（７）と前記排気テールパイプの間の領域に配置されていることを特徴とする、車両。
12. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の車両において、
    前記分岐弁（８）が、前記吸気系（２）から吸入される空気の流れの向きで前記コンプレッサ（４）の上流側で前記吸気系（２）に接続されていることを特徴とする、車両。
13. 請求項１〜１１のいずれか一項に記載の車両において、
    前記分岐弁（８）が、接続管路（９）を介して前記コンプレッサ（４）と直接流体接続されることを特徴とする、車両。
14. 請求項１〜１３のいずれか一項に記載の車両において、
    前記ターボチャージャ（４、５）、前記パティキュレートフィルタ（７）および前記分岐弁（８）と一緒に、モジュラユニットに互いに接続されている排気マニホールドが、前記エンジン（１）にフランジ接続されることを特徴とする、車両。

Images