JP2012052450A

JP2012052450A - 排気ガス再循環装置

Info

Publication number: JP2012052450A
Application number: JP2010194567A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Abe; 義幸阿部
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-03-15

Abstract

【課題】性能劣化、腐蝕や破損の虞が無く、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路を通過する際の圧力損失も小さくすることが出来る逆止弁効果を発揮することが可能な排気ガス再循環装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気通路８内の排気ガスをエンジン１の吸気通路３に還流させるべく、排気通路８と吸気通路３とをＥＧＲ通路１２で連通した排気ガス再循環装置であって、ＥＧＲ通路１２に、吸気通路３側から排気通路８側への逆方向流れの流路抵抗が排気通路８側から吸気通路３側への順方向流れの流路抵抗よりも大きい流路を有し、且つ、可動部分を持たない流体ダイオード１５を配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気通路内の排気ガスをエンジンの吸気通路に還流させるべく、排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路で連通した排気ガス再循環装置に関する。

エンジンの排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）は、エンジンの排気通路内の排気ガスを再循環排気ガス（ＥＧＲガス）としてエンジンの吸気通路に還流させるべく、排気通路と吸気通路とをＥＧＲ通路で連通したものである。また、排気ガス再循環装置として、ターボ過給機付きエンジンの排気マニフォールド（高圧部）から吸気マニフォールド（高圧部）に排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲ方式のものが知られている。このような高圧ＥＧＲ方式の排気ガス再循環装置において、ターボ過給機によりエンジンに供給する吸気ガスの加圧をした場合、排気ガス圧力（排気マニフォールド圧）より吸気ガス圧力（ターボ過給機の過給圧）が高くなり、吸気ガスが排気通路に逆流する場合がある為、吸気マニフォールドの入口近傍のＥＧＲ通路に逆止弁としてリードバルブを配設して逆流を防止している（例えば、特許文献１、２等参照）。

特開２００７−８５２４８号公報特開２０００−１６１１４６号公報

ＥＧＲガスがＥＧＲダクトを通過する際にリードバルブの抵抗がある為、ターボ過給機の過給圧と排気マニフォールド圧との圧力差が小さく、排気ガスの脈動が小さい低速低回転領域では、再循環排気ガス量（ＥＧＲガス量）が十分に確保できない場合がある。ＥＧＲガス量が十分に確保できない場合は、燃焼速度を抑える効果が小さくなる為、排気ガス中のＮＯｘ等低減と燃費の向上効果が小さくなる。

また、排気ガス中の未燃ガス成分による汚損によるリードバルブの性能劣化、腐蝕や破損の虞がある。さらに、リードバルブの材料仕様（特に、可動部分）の制約から、リードバルブを所定温度（例えば、２５０℃）以上の環境下には配置出来ないという制約がある。

そこで、本発明の目的は、性能劣化、腐蝕や破損の虞が無く、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路を通過する際の圧力損失も小さくすることが出来る逆止弁効果を発揮することが可能な排気ガス再循環装置を提供することにある。

前記目的を達成する為に、本発明は、エンジンの排気通路内の排気ガスを前記エンジンの吸気通路に還流させるべく、前記排気通路と前記吸気通路とをＥＧＲ通路で連通した排気ガス再循環装置であって、前記ＥＧＲ通路に、前記吸気通路側から前記排気通路側への逆方向流れの流路抵抗が前記排気通路側から前記吸気通路側への順方向流れの流路抵抗よりも大きい流路を有し、且つ、可動部分を持たない流体ダイオードを配設したものである。

前記流体ダイオードは、スクロールダイオード或いはボルテックスダイオードからなっても良い。

前記エンジンは、前記排気通路に配設されたタービンと、前記吸気通路に配設されたコンプレッサーとを有するターボ過給機を備え、前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも排気ガス上流側の前記排気通路と前記コンプレッサーよりも吸気ガス下流側の前記吸気通路とを連通するものであっても良い。

本発明によれば、性能劣化、腐蝕や破損の虞が無く、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路を通過する際の圧力損失も小さくすることが出来る逆止弁効果を発揮することが可能な排気ガス再循環装置を提供することが出来るという優れた効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る排気ガス再循環装置の概略図である。他の実施形態に係る排気ガス再循環装置の概略図である。他の実施形態に係る排気ガス再循環装置の概略図である。スクロールダイオードの一例を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。ボルテックスダイオードの一例を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。スクロールダイオード及びボルテックスダイオードの圧力損失測定例を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１中、１はエンジン（本実施形態では、ディーゼルエンジン）、２はターボ過給機、３はエンジン１の吸気ポートに接続された吸気マニフォールド（吸気通路）、４は吸気マニフォールド３に接続された吸気ダクト（吸気通路）、５は吸気ダクト４に配設されエンジン１に供給する吸気ガスを加圧するターボ過給機２のコンプレッサー、６はコンプレッサー５よりも吸気ガス下流側の吸気ダクト４に配設され吸気ガスを冷却するインタークーラー、７はインタークーラー６よりも吸気ガス下流側の吸気ダクト４に配設されたスロットルバルブ、８はエンジン１の排気ポートに接続された排気マニフォールド（排気通路）、９は排気マニフォールド８に接続された排気ダクト（排気通路）、１０は排気ダクト９に配設されコンプレッサー５を駆動するターボ過給機２のタービン、１１はタービン１０よりも排気ガス下流側の排気ダクト９に配設された後処理装置である。

本実施形態のエンジン１は、多気筒エンジン（図示例では、六気筒エンジン）であり、吸気マニフォールド３が複数（図示例では、二つ）に分割されている。すなわち、本実施形態では、吸気マニフォールド３は三気筒毎に一つ設けられている。

図１に示すように、本実施形態に係る排気ガス再循環装置は、エンジン１の排気通路内の排気ガスをＥＧＲガスとしてエンジン１の吸気通路に還流させるべく、排気通路（図示例では、排気マニフォールド８）と吸気通路（図示例では、吸気マニフォールド３）とを連通するＥＧＲ通路（ＥＧＲダクト）１２と、ＥＧＲダクト１２に配設され、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１３と、ＥＧＲクーラー１３よりもＥＧＲガス下流側のＥＧＲダクト１２に配設され、ＥＧＲガス量を調整すべく流路面積を変更するＥＧＲバルブ１４とを備えている。すなわち、本実施形態に係る排気ガス再循環装置は、排気マニフォールド８（高圧部）から吸気マニフォールド３（高圧部）に排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲ方式のものである。具体的には、ＥＧＲダクト１２は、タービン１０よりも排気ガス上流側の排気通路（排気マニフォールド８）とコンプレッサー５よりも吸気ガス下流側の吸気通路（吸気マニフォールド３）とを連通している。

本実施形態に係る排気ガス再循環装置は、ＥＧＲダクト１２に配設され、吸気通路側（吸気マニフォールド３側）から排気通路側（排気マニフォールド８側）への逆方向流れの流路抵抗が排気通路側（排気マニフォールド８側）から吸気通路側（吸気マニフォールド３側）への順方向流れの流路抵抗よりも大きい流路を有し、且つ、可動部分を持たない流体ダイオード１５を更に備えている。流体ダイオード１５は、いわゆる流体素子の一種であり、流体の流れる方向により流路抵抗が変化するものである。

すなわち、本実施形態では、排気マニフォールド８側から吸気マニフォールド３側への順方向流れの圧力損失は小さく、吸気マニフォールド３側から排気マニフォールド８側への逆方向流れの圧力損失は大きい構造（図６参照）を持った流体ダイオード１５を、ＥＧＲガス流れ方向を順方向としてＥＧＲダクト１２に配設することにより、吸気ガスが排気マニフォールド８側に逆流することを抑制することが出来る。

流体ダイオード１５は、例えば、いわゆるスクロールダイオード、或いは、いわゆるボルテックスダイオードからなる。また、流体ダイオード１５は、例えば、鉄の鋳物品やアルミニウムのダイカスト品によって形成される。

スクロールダイオードの一例を図４に示す。図４に示すスクロールダイオード１５ａは、スクロール室１６と、スクロール室１６の外周部に接続された第一流路１７と、スクロール室１６の外周部に第一流路１７と反対方向へと延びるように接続された第二流路１８とから構成されている。図４に示すスクロールダイオード１５ａでは、第一流路１７近傍のスクロール室１６に突起部１９が形成されている。図４に示すスクロールダイオード１５ａでは、第一流路１７から流入して第二流路１８へと流出する流れが順方向流れとされ（図４（ｂ）参照）、第二流路１８から流入して第一流路１７へと流出する流れが逆方向流れとされる（図４（ｃ）参照）。順方向流れでは流れがスクロール室１６内壁に沿ってスムーズに流れる為に抵抗が小さいが、逆方向流れではスクロール室１６内壁からの流れの剥離を生じて抵抗が大きくなる。

ボルテックスダイオードの一例を図５に示す。図５に示すボルテックスダイオード１５ｂは、略円筒状の渦室２０と、渦室２０の中心に軸方向に沿って延びるように接続された軸流路２１と、渦室２０の外周部に接線方向に沿って延びるように接続された接線流路２２とから構成されている。図５に示すボルテックスダイオード１５ｂでは、軸流路２１から流入して接線流路２２へと流出する流れが順方向流れとされ（図５（ｂ）参照）、接線流路２２から流入して軸流路２１へと流出する流れが逆方向流れとされる（図５（ｃ）参照）。順方向流れでは抵抗が小さいが、逆方向流れでは渦室２０内に流れの渦を生じて抵抗が大きくなる。

また、図１に示すように、本実施形態では、流体ダイオード１５を、ＥＧＲバルブ１４と吸気マニフォールド３との間、すなわち、ＥＧＲバルブ１４よりもＥＧＲガス下流側のＥＧＲダクト１２に配設している。なお、流体ダイオード１５は排気マニフォールド８と吸気マニフォールド３とを連通するＥＧＲダクト１２に配設されていれば良く、図２に示すように、流体ダイオード１５をＥＧＲクーラー１３とＥＧＲバルブ１４との間に位置させてＥＧＲダクト１２に配設しても良く、図３に示すように、流体ダイオード１５を、排気マニフォールド８とＥＧＲクーラー１３との間、すなわち、ＥＧＲクーラー１３よりもＥＧＲガス上流側のＥＧＲダクト１２に配設しても良い。

以上の構成からなる排気ガス再循環装置によれば、可動部分を持たない流体ダイオード１５を逆止弁としてＥＧＲダクト１２に配設したので、ターボ過給機２の過給圧と排気マニフォールド圧との圧力差が小さく、排気ガスの脈動が小さい低速低回転領域において、リードバルブを用いた場合と比較してＥＧＲガスがＥＧＲダクト１２を通過する際の圧力損失を小さくすることができ、ＥＧＲガス量を十分に確保することが可能になる。また、流体ダイオード１５は、リードバルブとは異なり可動部分を持たないので、排気ガス中の未燃ガス成分による汚損による性能劣化、腐蝕や破損の虞が無い。

また、可動部分を持たない流体ダイオード１５には使用材料による使用温度環境の制約が無い為、逆止弁としての流体ダイオード１５の配置自由度を増すことが出来る。すなわち、図１から図３に示すように、排気マニフォールド８（排気通路）と吸気マニフォールド３（吸気通路）とを連通するＥＧＲダクト１２におけるいずれの箇所にも流体ダイオード１５を配設することが出来る。他方、リードバルブの材料仕様（特に、可動部分）の制約から、一般的に、リードバルブをＥＧＲクーラー１３よりもＥＧＲガス上流側のＥＧＲダクト１２には配設することは出来ない。

さらに、流体ダイオード１５が可動部分を持たないことから単純な構成部品で済む為、リードバルブを用いた場合よりも安価に排気ガス再循環装置を製造することが出来る。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態では、排気ガス再循環装置が高圧ＥＧＲ方式のものであるとしたが、これには限定はされず、排気ガス再循環装置が、排気ダクト９（低圧部）から吸気ダクト４（低圧部）に排気ガスを還流させる低圧ＥＧＲ方式のものであっても良い。具体的には、ＥＧＲダクト１２が、タービン１０よりも排気ガス下流側の排気通路（排気ダクト９）とコンプレッサー５よりも吸気ガス上流側の吸気通路（吸気ダクト４）とを連通するものであっても良い。

１エンジン
２ターボ過給機
３吸気マニフォールド（吸気通路）
４吸気ダクト（吸気通路）
５コンプレッサー
８排気マニフォールド（排気通路）
９排気ダクト（排気マニフォールド）
１０タービン
１２ＥＧＲダクト（ＥＧＲ通路）
１５流体ダイオード
１５ａスクロールダイオード
１５ｂボルテックスダイオード

Claims

エンジンの排気通路内の排気ガスを前記エンジンの吸気通路に還流させるべく、前記排気通路と前記吸気通路とをＥＧＲ通路で連通した排気ガス再循環装置であって、
前記ＥＧＲ通路に、前記吸気通路側から前記排気通路側への逆方向流れの流路抵抗が前記排気通路側から前記吸気通路側への順方向流れの流路抵抗よりも大きい流路を有し、且つ、可動部分を持たない流体ダイオードを配設した
ことを特徴とする排気ガス再循環装置。
前記流体ダイオードは、スクロールダイオード或いはボルテックスダイオードからなる請求項１に記載の排気ガス再循環装置。
前記エンジンは、前記排気通路に配設されたタービンと、前記吸気通路に配設されたコンプレッサーとを有するターボ過給機を備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記タービンよりも排気ガス上流側の前記排気通路と前記コンプレッサーよりも吸気ガス下流側の前記吸気通路とを連通する
請求項１又は２に記載の排気ガス再循環装置。