JP2010169013A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス中の異物によるコンプレッサ破損などを適切に抑制することが可能な内燃機関のＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】内燃機関のＥＧＲ装置は、排気管の一部分が内側排気管及び外側排気管からなる２重排気管で構成されており、内側排気管と外側排気管との間に形成された通路を通して排気ガスを還流させる。また、内側排気管と外側排気管とを支持するように外側排気管内に設けられており、還流される排気ガス中の異物を除去するフィルタを有する。これにより、２重排気管の支持を適切に行いつつ、排気ガス中の異物によるコンプレッサ破損などを適切に防止することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ装置に関する。

従来から、ディーゼルエンジンなどにおいて、排気通路から排気ガスの一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。例えば、特許文献１には、過給機を備える内燃機関のＥＧＲ装置において、排気ガスの一部を２重排気管の外側を通してコンプレッサの上流側に供給するシステムが提案されている。また、特許文献２には、ＥＧＲ通路途中であって、コンプレッサ上流側に凝縮水トラッパを設けることが提案されている。

特開２００３−２８００８号公報 特開２００８−２８０９４５号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載された技術では、２重排気管の外側を通過する排気ガス（つまりコンプレッサの上流側に還流されるＥＧＲガス）中に異物が混入している場合に、コンプレッサが破損してしまう可能性があった。なお、特許文献２には、このような問題点については記載されていない。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、排気ガス中の異物によるコンプレッサ破損などを適切に抑制することが可能な内燃機関のＥＧＲ装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、排気管の一部分が内側排気管及び外側排気管からなる２重排気管で構成されており、前記内側排気管と前記外側排気管との間に形成された通路を通して、排気ガスの一部を過給機のコンプレッサにおける上流側に還流させる内燃機関のＥＧＲ装置は、前記内側排気管と前記外側排気管とを支持するように前記外側排気管内に設けられており、前記還流される排気ガス中の異物を除去するフィルタを備える。

上記の内燃機関のＥＧＲ装置によれば、２重排気管における内側排気管と外側排気管との支持を適切に行いつつ、排気ガス中の異物によるコンプレッサ破損などを適切に防止することが可能となる。

本実施形態における車両の概略構成図を示す。 本実施形態における排気浄化部の具体的な構成を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態における内燃機関のＥＧＲ装置が適用された車両１００の概略構成図を示す。図１においては、実線矢印は吸気及び排気の流れの一例を示している。

図１に示すように、車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、燃料噴射弁１５と、吸気温度センサ１６と、燃料添加弁１７と、エアクリーナ１９と、吸気通路２０と、エアフロメータ２１と、スロットルバルブ２２ａ、２２ｂと、ターボチャージャ２３と、インタークーラ（ＩＣ）２４と、排気通路２５と、排気浄化部４０と、高圧ＥＧＲ装置５０と、低圧ＥＧＲ装置５１と、を備える。

エンジン１は、例えば直列４気筒のディーゼルエンジンとして構成され、車両１００における走行用動力源を出力する。エンジン１の各気筒は、インテークマニホールド１１及びエキゾーストマニホールド１２に接続されている。以下、インテークマニホールドのことを単に「インマニ」と表記し、エキゾーストマニホールドのことを単に「エキマニ」と表記する。エンジン１は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５と、各燃料噴射弁１５に対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレール１４には不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。また、エキマニ１２には、燃料を添加する燃料添加弁１７が設けられている。

インマニ１１に接続された吸気通路２０上には、吸気を浄化するエアクリーナ１９と、エンジン１への吸入空気量を検出するエアフロメータ２１と、空気量を調整するスロットルバルブ２２ａ、２２ｂと、吸気を過給するターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、吸気を冷却するインタークーラ２４と、が設けられている。また、インマニ１１には、吸気温度を検出する吸気温度センサ１６が設けられている。

エキマニ１２に接続された排気通路２５上には、排気ガスのエネルギーによって回転されるターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、主として排気ガスを浄化する機能を有する排気浄化部４０と、が設けられている。排気浄化部４０は、触媒を備えて構成されていると共に、当該触媒を通過後の排気ガスの一部が低圧ＥＧＲ装置５１より還流されるように構成されている。なお、排気浄化部４０の詳細な構成については後述する。

更に、車両１００は、タービン２３ｂの上流側からコンプレッサ２３ａの下流側に排気ガスを還流させる高圧ＥＧＲ装置５０（ＨＰＬ（High Pressure Loop）ＥＧＲ装置）、及び、タービン２３ｂの下流側からコンプレッサ２３ａの上流側に排気ガスを還流させる低圧ＥＧＲ装置（ＬＰＬ（Low Pressure Loop）ＥＧＲ装置）５１を備える。高圧ＥＧＲ装置５０は、高圧ＥＧＲ通路３１と高圧ＥＧＲ弁３３とを有する。高圧ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のインタークーラ２４より下流位置とを接続する通路であり、通路上には、還流させる排気ガス量を制御するための高圧ＥＧＲ弁３３が設けられている。

低圧ＥＧＲ装置５１は、低圧ＥＧＲ通路３５と、低圧ＥＧＲクーラ３６と、低圧ＥＧＲ弁３７とを有する。低圧ＥＧＲ通路３５は、排気通路２５上の排気浄化部４０が設けられた箇所と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａにおける上流位置とを接続する通路である。また、低圧ＥＧＲ通路３５上には、還流される排気ガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３６、及び還流させる排気ガス量を制御するための低圧ＥＧＲ弁３７が設けられている。なお、排気浄化部４０及び低圧ＥＧＲ装置５１は、本発明における内燃機関のＥＧＲ装置として機能する。

［排気浄化部の構成］
次に、本実施形態における排気浄化部４０の構成について具体的に説明する。本実施形態では、排気ガス中の異物によるコンプレッサ２３ａの破損などが適切に防止されるように、排気浄化部４０を構成している。具体的には、触媒のＯＴ（Over Temperature）時において、脱落した触媒破片（異物）が低圧ＥＧＲ装置５１より還流されることによって、触媒破片がターボチャージャ２３に吸入されてコンプレッサ２３ａが破損（コンプレッサ２３ａのインペラの損傷など）してしまうこと、及び触媒破片がエンジン１に吸入されてエンジン１が破損してしまうことが適切に防止されるように、排気浄化部４０を構成している。

図２を参照して、排気浄化部４０の具体的な構成について説明する。図２は、排気ガスの流れ方向に沿って排気浄化部４０を切断した断面図を概略的に示す。なお、図２の下側には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂ側を示す。また、実線矢印で排気ガスの流れの一例を示す。

図示のように、排気浄化部４０は、内側排気管４１と、外側排気管４２と、酸化触媒４３と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４４と、断熱材４５と、を備える。

排気浄化部４０は、タービン２３ｂの下流側における排気通路２５上に設けられており、内側排気管４１と外側排気管４２とによって２重管構造を有している。つまり、排気浄化部４０は、２重排気管として構成されている。内側排気管４１の内部には、つまり内側排気管４１が形成する通路４１ａ（以下、「内側通路」と呼ぶ。）中には、排気ガスを浄化可能に構成された酸化触媒４３及びＤＰＦ４４が配設されている。

内側排気管４１と外側排気管４２との間に形成された通路４２ａ（以下、「外側通路」と呼ぶ。）は、下流側において、前述した低圧ＥＧＲ装置５１の低圧ＥＧＲ通路３５に接続されている。具体的には、排気浄化部４０の入り口付近における外側通路４２ａにおいて、低圧ＥＧＲ通路３５が接続されている。

また、外側通路４２ａ内には、断熱機能を有する断熱材４５が複数設けられている。例えば、内側排気管４１における下流端部付近に、断熱材４５の１つが設けられている。具体的には、断熱材４５は、環状に構成されており、内側排気管４１の外壁面と外側排気管４２の内壁面とに接するように設けられている（言い換えると、内側排気管４１と外側排気管４２との間に設けられている）。そのため、断熱材４５は、内側排気管４１と外側排気管４２とを支持（固定）するように機能する。

加えて、断熱材４５は、外側通路４２ａを通過する排気ガスに対してフィルタとして機能する。好適には、断熱材４５は、コンプレッサ２３ａのインペラを構成するアルミニウムの損傷が生じるようなサイズの異物侵入が適切に防止されるように構成される。例えば、断熱材４５は、少なくとも２００μｍ以上の異物の侵入が防止されるように構成される。このように、断熱材４５は、本発明におけるフィルタに相当する。

ここで、上記のように排気浄化部４０を構成した場合の、排気ガスの流れなどについて説明する。タービン２３ｂを通過した排気ガスは、まず、内側通路４１ａに設けられた酸化触媒４３及びＤＰＦ４４を通過し、大部分の排気ガスは排気浄化部４０の下流側へ排出される。また、排気浄化部４０の下流側へ排出されなかった一部の排気ガスは、外側通路４２ａを通過して、低圧ＥＧＲ通路３５を経由して、ＥＧＲガスとしてエンジン１に還流される。

この場合、ＥＧＲガスは、内側通路４１ａを通過した後において、流れの向きを１８０度変えなければ、外側通路４２ａへ流入することができない（図２中の矢印Ａ１参照）。そのため、ＯＴ時において、上記したような触媒破片などのある程度の質量を有する異物は、流速に沿って流れてきた慣性力でほとんど排気浄化部４０の下流側へ流されることとなる。つまり、大部分の異物は、外側通路４２ａへ流入しないと言える。

また、このような異物は、外側通路４２ａへ流入しようとしても、かなりの確率で、内側排気管４１における下流端部付近に設けられた断熱材４５に衝突することとなる。そのため、異物が内部に入りにくくなり、異物の侵入を効果的に防止することができる。更に、前述したように、少なくとも２００μｍ以上の異物の侵入が防止されるように断熱材４５を構成した場合には、ある程度小さなサイズの異物が排気ガスに混入した際にも、異物の侵入を適切に防止することができ、コンプレッサ２３ａのインペラへの損傷を軽微にすることが可能となる。

以上説明した本実施形態における排気浄化部４０によれば、排気ガス中の異物によるコンプレッサ破損及びエンジン１の破損を、適切に抑制することが可能となる。よって、本実施形態に係る構成によれば、暖機性能向上とエンジン保護とを両立することが可能となる。

［変形例］
上記では、排気浄化部４０を構成する触媒としてＤＰＦ４４を用いる例を示したが、ＤＰＦ４４の代わりに、ＮＳＲ(NOx Storage Reduction)とＤＰＲ（Diesel Particulate active Reduction system）とを具備するＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx Reduction System)を用いても良い。

１ エンジン（内燃機関）
２０ 吸気通路
２３ ターボチャージャ
２５ 排気通路
４０ 排気浄化部
４１ 内側排気管
４１ａ 内側通路
４２ 外側排気管
４２ａ 外側通路
４３ 酸化触媒
４４ ＤＰＦ
４５ 断熱材
５０ 高圧ＥＧＲ装置
５１ 低圧ＥＧＲ装置
１００ 車両

Claims (1)

1. 排気管の一部分が内側排気管及び外側排気管からなる２重排気管で構成されており、前記内側排気管と前記外側排気管との間に形成された通路を通して、排気ガスの一部を過給機のコンプレッサにおける上流側に還流させる内燃機関のＥＧＲ装置であって、
   前記内側排気管と前記外側排気管とを支持するように前記外側排気管内に設けられており、前記還流される排気ガス中の異物を除去するフィルタを備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。

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