特許 5747483 低圧ループＥＧＲ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5747483

(24)【登録日】2015年5月22日

(45)【発行日】2015年7月15日

(54)【発明の名称】低圧ループＥＧＲ装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 25/07 20060101AFI20150625BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20150625BHJP

【ＦＩ】

   F02M25/07 580B

   F02M25/07 570P

   F02B37/00 302F

   F02B37/00 301F

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-255801(P2010-255801)

(22)【出願日】2010年11月16日

(65)【公開番号】特開2012-107551(P2012-107551A)

(43)【公開日】2012年6月7日

【審査請求日】2013年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100100712

【弁理士】

【氏名又は名称】岩▲崎▼ 幸邦

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】小林 祐二

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１０−５２５２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１６１１４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１８７３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１５５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１８２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１０６２９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２５／０７

Ｆ０２Ｂ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

給気配管の途中に配設されたコンプレッサ、排気配管の途中に配設されたタービン、及び前記コンプレッサにおけるコンプレッサインペラと前記タービンにおけるタービンインペラを同軸状に一体的に連結するタービン軸を備えてなる過給機を装備した過給エンジンに用いられ、前記排気配管内における前記タービンの下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出し、前記給気配管内における前記コンプレッサの上流側に戻す低圧ループＥＧＲ装置において、
入口端が前記排気配管における前記タービンの下流側部分に連通するように接続され、出口端が前記給気配管における前記コンプレッサの上流側部分に連通するように接続され、ＥＧＲガスを流通可能なＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管の途中に配設され、前記ＥＧＲ配管内を開閉するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ配管の途中に配設され、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、を具備し、
前記給気配管内に前記コンプレッサインペラの回転方向と同方向の旋回成分を持ったＥＧＲガスの旋回流を生成するように、前記ＥＧＲ配管の出口端側の開口部の軸心が前記給気配管の軸心に対して立体交差し、
前記ＥＧＲ配管の出口端側部分に前記給気配管側に向かって流路面積を漸次小さくしたＥＧＲ絞り部が形成され、
前記給気配管は、前記ＥＧＲ配管と前記給気配管の接続部の直下流側において、該接続部と前記コンプレッサにおけるコンプレッサハウジングとの間に、前記コンプレッサハウジングに向かって流路面積を漸次小さくした下流絞り部を更に含むことを特徴とする低圧ループＥＧＲ装置。

【請求項2】

前記ＥＧＲ配管の内径の寸法が前記給気配管における前記ＥＧＲ配管との接続部の内半径の寸法よりも小さくなっていることを特徴とする請求項１に記載の低圧ループＥＧＲ装置。

【請求項3】

タービンハウジングを含むタービン及びコンプレッサハウジングを含むコンプレッサとを有する過給機と、
前記タービンハウジングに接続する排気配管と、
前記コンプレッサハウジングに接続する給気配管と、
前記排気配管と前記給気配管とに接続するＥＧＲ配管と、
を有し、
前記給気配管内に前記コンプレッサにおけるコンプレッサインペラの回転方向と同方向の旋回成分を持ったＥＧＲガスの旋回流を生成するように、前記ＥＧＲ配管の出口端側の開口部の軸心が前記給気配管の軸心に対して立体交差し、
前記給気配管は、前記ＥＧＲ配管と前記給気配管の接続部の直下流側において、該接続部と前記コンプレッサハウジングとの間に、前記コンプレッサハウジングに向かって流路面積を漸次小さくした下流絞り部を更に含むことを特徴とする低圧ループＥＧＲ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、過給機を装備した過給エンジンに用いられるものであって、排気配管（排気通路）内における過給機のタービンの下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として取り出して、給気配管（給気通路）内における過給機のコンプレッサの上流側に戻す低圧ループＥＧＲ装置（排気再循環装置）に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、過給エンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するために、ＥＧＲ量を十分に確保する観点等から、排気配管内におけるタービンの上流側からＥＧＲガスを取り出して給気配管内におけるコンプレッサの下流側に戻す高圧ループＥＧＲ装置に代わって、排気配管内におけるタービンの下流側からＥＧＲガスを取り出して給気配管内におけるコンプレッサの上流側に戻す低圧ループＥＧＲ装置について種々の開発がなされている（特許文献１及び特許文献２等参照）。そして、低圧ループＥＧＲ装置の一般的な構成等について説明すると、次のようになる。

【0003】

即ち、排気配管におけるタービンの下流側部分には、ＥＧＲガスを流通可能（流入可能）なＥＧＲ配管（ＥＧＲ通路）の入口端が連通するように接続されており、給気配管におけるコンプレッサの上流側部分には、ＥＧＲ配管の出口端が連通するように接続されている。また、ＥＧＲ配管の途中には、ＥＧＲ配管内を開閉するＥＧＲ弁が配設されており、ＥＧＲ配管の途中におけるＥＧＲ弁よりも排気配管側には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラが配設されている。

【0004】

従って、過給エンジンの運転中に、ＥＧＲ弁によってＥＧＲ配管内を開くことにより、排気配管内におけるタービンの下流側から排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管内へ流入する。そして、ＥＧＲ配管内に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラによって一旦冷却されて、ＥＧＲ配管内から給気配管内におけるコンプレッサの上流側に流出する。これにより、過給エンジンの燃焼温度を下げて、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−１６２５５２号公報

【特許文献2】特開２００５−２９９６１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、ＥＧＲガスは、前述のようにＥＧＲクーラによって冷却されるものの、給気配管内に流入される空気に比べて非常に高温になっており、ＥＧＲ配管内から給気配管内におけるコンプレッサの上流側に流出して給気配管内の空気と合流すると、給気配管内におけるＥＧＲ配管との接続部の直下流側（ＥＧＲ配管の出口端の直下流側）において、温度勾配の大きい領域が発生する。そのため、給気配管内においてＥＧＲガスの凝縮が起こり、凝縮水がコンプレッサ等に導入されて、コンプレッサ等の浸食を招くという問題がある。また、ＥＧＲガス中のＮＯｘ、ＳＯｘ等により酸性になった凝縮水がコンプレッサ等の腐食を招くという問題がある。

【0007】

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の低圧ループＥＧＲ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の特徴は、給気配管（給気通路）の途中に配設されたコンプレッサ、排気配管（排気通路）の途中に配設されたタービン、及び前記コンプレッサにおけるコンプレッサインペラと前記タービンにおけるタービンインペラを同軸状に一体的に連結するタービン軸を備えてなる過給機を装備した過給エンジンに用いられ、前記排気配管内における前記タービンの下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として取り出し、前記給気配管内における前記コンプレッサの上流側に戻す低圧ループＥＧＲ装置（排気再循環装置）において、入口端（始端）が前記排気配管における前記タービンの下流側部分に連通するように接続され、出口端（終端）が前記給気配管における前記コンプレッサの上流側部分に連通するように接続され、ＥＧＲガスを流通可能（流入可能）なＥＧＲ配管（ＥＧＲ通路）と、前記ＥＧＲ配管の途中に配設され、前記ＥＧＲ配管内を開閉するＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ配管の途中に配設され、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、を具備し、前記給気配管内に前記コンプレッサインペラの回転方向と同方向の旋回成分を持ったＥＧＲガスの旋回流を生成するように、前記ＥＧＲ配管の出口端側の開口部の軸心（中心線）が前記給気配管の軸心（中心線）に対して立体交差し、前記ＥＧＲ配管の出口端側部分に前記給気配管側に向かって流路面積を漸次小さくしたＥＧＲ絞り部が形成され、前記給気配管は、前記ＥＧＲ配管と前記給気配管の接続部の直下流側において、該接続部と前記コンプレッサにおけるコンプレッサハウジングとの間に、前記コンプレッサハウジングに向かって流路面積を漸次小さくした下流絞り部を更に含むことを要旨とする。

【0009】

なお、「上流側」とは、排気ガス又は空気の流れ方向から見て上流側のことをいい、「下流側」とは、排気ガス又は空気の流れ方向から見て下流側のことをいう。

【0010】

本発明の特徴によると、前記過給エンジンの運転中に、前記ＥＧＲ弁によって前記ＥＧＲ配管内を開くことにより、前記排気配管内における前記タービンの下流側から排気ガスの一部がＥＧＲガスとして前記ＥＧＲ配管内へ流入する。そして、前記ＥＧＲ配管内に流入したＥＧＲガスは、前記ＥＧＲクーラによって一旦冷却されて、前記ＥＧＲ配管内から前記給気配管内における前記コンプレッサの上流側に流出する。これにより、前記過給エンジンの燃焼温度を下げて、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

【0011】

ここで、前記ＥＧＲ配管の出口端側の軸心が前記給気配管の軸心に対して立体交差してあって、前記ＥＧＲ配管の出口端側部分に前記給気配管側に向かって流路面積を漸次小さくした前記ＥＧＲ絞り部が形成されているため、ＥＧＲガスが前記ＥＧＲ配管内から前記給気配管内における前記コンプレッサの上流側に流出する際に、ＥＧＲガスの流速を高めつつ、前記給気配管内に前記コンプレッサインペラの回転方向と同方向の旋回成分を持ったＥＧＲガスの旋回流を生成することができる。これにより、前記コンプレッサの吸込み性を損なうことなく、ＥＧＲガスと空気との混合作用の促進を図って、前記給気配管における前記ＥＧＲ配管との接続部の直下流側において、温度分布状態を一様に近づけて、温度勾配の大きい領域をなくすことができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、前記コンプレッサの吸込み性を損なうことなく、前記給気配管における前記ＥＧＲ配管との接続部の直下流側において、温度勾配の大きい領域をなくすことができるため、前記コンプレッサの性能の維持を図りつつ、前記給気配管内においてＥＧＲガスの凝縮を起こり難くして、前記コンプレッサ等の浸食及び腐食を十分に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置を備えた過給エンジンの構成を示す模式図である。

【図2】図２は、図１におけるII-II線に沿った図であって、本発明の実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の要部を示す図である。

【図3】図３は、図２におけるIII-III線に沿った図であって、本発明の実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の要部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図１から図３を参照して、本発明の実施形態に係る過給エンジンの全体的な構成（給気系及び排気系を含む）、本発明の実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置の構成等について順次説明する。なお、図中において、排気ガス及びＥＧＲガスの流れは、ハッチングを施した矢印、空気（圧縮空気）及びＥＧＲガスを含む空気の流れは、白抜き矢印で示している。

【0015】

図１に示すように、本発明の実施形態に係る過給エンジン１は、例えば直列４気筒ディーゼルエンジンであって、各気筒３に空気（圧縮空気）を分配する吸気マニホールド５、及び各気筒３からの排気ガスを集める排気マニホールド７を有している。また、過給エンジン１は、排気マニホールド７からの排気ガスの圧力エネルギーを利用して、吸気マニホールド５に供給される空気を過給する過給機９を装備している。そして、過給機９の構成について簡単に説明すると、次のようになる。

【0016】

過給機９は、ベースハウジング（ベアリングハウジング）１１を備えており、このベースハウジング１１の一側（図１において左側）には、空気を圧縮するコンプレッサ１３が配設されており、このコンプレッサ１３は、ベースハウジング１１の一側に固定されたコンプレッサハウジング１５、及びコンプレッサハウジング１５内に回転可能に設けられたコンプレッサインペラ１７を有している。また、ベースハウジング１１の他側（図１において右側）には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるタービン１９が配設されており、このタービン１９は、ベースハウジング１１の他側に固定されたタービンハウジング２１、及びタービンハウジング２１内に回転可能に設けられたタービンインペラ２３を有している。そして、ベースハウジング１１には、コンプレッサインペラ１７とタービンインペラ２３を同軸状に一体的に連結するタービン軸（ロータ軸）２５がベアリング２７を介して回転可能に設けられている。

【0017】

続いて、過給エンジン１の給気系及び排気系の構成について簡単に説明する。

【0018】

図１に示すように、吸気マニホールド５には、空気を吸気マニホールド５に給気するための給気配管（給気通路）２９の一端が連通するように接続されている。また、給気配管２９の他端側には、給気配管２９内に導入される空気を浄化するエアクリーナ３１が配設されている。そして、給気配管２９を含む給気系から見て、給気配管２９の途中におけるエアクリーナ３１の下流側には、前述のコンプレッサ１３が配設されるようになっている。更に、給気配管２９の途中におけるコンプレッサ１３の下流側には、圧縮された空気（圧縮空気）を冷却するインタークーラ３５が配設されている。

【0019】

排気マニホールド７には、排気ガスを排気するための排気配管（排気通路）３７の一端が連通するように接続されている。また、排気配管３７の他端側には、排気ガス中の粒子状物質を捕捉するパティキュレートフィルタ４１が配設されている。そして、排気配管３７を含む排気系から見て、排気配管３７の途中におけるパティキュレートフィルタ４１の上流側には、前述のタービン１９が配設されるようになっている。

【0020】

続いて、本発明の実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置（排気再循環装置）４３の構成について説明する。

【0021】

図１から図３に示すように、本発明の実施形態に係る低圧ループＥＧＲ装置４３は、前述の過給エンジン１に用いられるものであって、排気配管３７内におけるタービン１９の下流側から排気ガスの一部をＥＧＲガス（排気再循環ガス）として取り出し、給気配管２９内におけるコンプレッサ１３の上流側に戻すものである。

【0022】

具体的には、排気配管３７におけるタービン１９の下流側部分には、ＥＧＲガスを流通可能（流入可能）なＥＧＲ配管（ＥＧＲ通路）４５の入口端（始端）が連通するように接続されており、給気配管２９におけるコンプレッサ１３の上流側部分には、ＥＧＲ配管４５の出口端（終端）が連通するように接続されている。換言すれば、排気配管３７におけるタービン１９の下流側部分と給気配管２９におけるコンプレッサ１３の上流側部分との間には、ＥＧＲ配管４５が連通するように接続されている。ここで、ＥＧＲ配管４５の内径の寸法は、給気配管２９におけるＥＧＲ配管４５との接続部の内半径の寸法よりも小さくなっている。

【0023】

ＥＧＲ配管４５の途中には、ＥＧＲ配管４５内を開閉する（ＥＧＲ配管４５内のＥＧＲガスの流量を調節する）ＥＧＲ弁４７が配設されている。また、ＥＧＲ配管４５の途中におけるＥＧＲ弁４７よりも排気配管３７側には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４９が配設されている。

【0024】

給気配管２９内にコンプレッサインペラ１７の回転方向と同方向の旋回成分を持ったＥＧＲガスの旋回流を生成するように、ＥＧＲ配管４５の出口端側の軸心（中心線）４５ｃ及びＥＧＲ配管４５の出口端側の矩形の開口部（連通孔）５１の軸心（中心線）５１ｃは、給気配管２９の軸心（中心線）２９ｃに対して立体交差してある。また、ＥＧＲ配管４５の出口端側の開口部５１の軸心５１ｃは、ＥＧＲ配管４５の出口端側の軸心４５ｃに対して偏心してあって、ＥＧＲ配管４５の出口端側の開口部５１における最も偏心した縁部５１ｅは、給気配管２９の内周面に滑らかに繋がっている。更に、ＥＧＲ配管４５の出口端側部分には、給気配管２９側に向かって流路面積（流路断面積）を漸次小さくしたＥＧＲ絞り部５３が形成されている。そして、給気配管２９におけるＥＧＲ配管４５との接続部の直下流側（給気配管２９におけるＥＧＲ配管４５の開口部５１の直下流側）には、コンプレッサ１３側に向かって流路面積を漸次小さくした下流絞り部５５が形成されている。なお、ＥＧＲ配管４５の出口端側の開口部５１の軸心５１ｃが給気配管２９の軸心２９ｃに対して立体交差してあれば、ＥＧＲ配管４５の出口端側の軸心４５ｃが給気配管２９の軸心２９ｃに対して立体交差していなくても構わない。

【0025】

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

【0026】

過給エンジン１の運転中に、排気配管３７を経由して排気マニホールド７からの排気ガスをタービンハウジング２１内に流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、タービンインペラ２３を回転させると共に、コンプレッサインペラ１７をタービン軸２５を介してタービンインペラ２３と一体的に回転させる。これにより、給気配管２９を経由してコンプレッサハウジング１５内に取入れた空気を圧縮して、吸気マニホールド５に供給される圧縮空気（空気）を過給（圧縮）することができる。なお、吸気マニホールド５に供給される前に、圧縮空気はインタークーラ３５によって冷却される。

【0027】

また、過給エンジン１の運転中に、ＥＧＲ弁４７によってＥＧＲ配管４５内を開く（ＥＧＲ配管４５内のＥＧＲガスの流量を調節する）ことにより、排気配管３７内におけるタービン１９の下流側（換言すれば、排気配管３７内におけるパティキュレートフィルタ４１の下流側）から排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管４５内へ流入する。そして、ＥＧＲ配管４５内に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ４９によって一旦冷却されて、ＥＧＲ配管４５内から給気配管２９内におけるコンプレッサ１３の上流側（換言すれば、給気配管２９内におけるコンプレッサ１３とエアクリーナ３１の中間側）に流出する。つまり、過給エンジン１の運転中に、排気配管３７内におけるタービン１９の下流側からＥＧＲガスを取り出し、給気配管２９内におけるコンプレッサ１３の上流側に戻すことができる。これにより、過給エンジン１の燃焼温度を下げて、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

【0028】

ここで、ＥＧＲ配管４５の出口端側の開口部５１の軸心５１ｃが給気配管２９の軸心２９ｃに対して立体交差し、ＥＧＲ配管４５の出口端側部分に給気配管２９側に向かって流路面積を漸次小さくしたＥＧＲ絞り部５３が形成されているため、ＥＧＲガスがＥＧＲ配管４５内から給気配管２９内におけるコンプレッサ１３の上流側に流出する際に、ＥＧＲガスの流速を高めつつ、給気配管２９内にコンプレッサインペラ１７の回転方向と同方向の旋回成分を持ったＥＧＲガスの旋回流を生成することができる。また、給気配管２９におけるＥＧＲ配管４５との接続部の直下流側にコンプレッサ１３側に向かって流路面積を漸次小さくした下流絞り部５５が形成されているため、ＥＧＲガスの旋回速度（ＥＧＲガスの旋回流の旋回速度）を十分に確保することができる。これにより、コンプレッサ１３の吸込み性を損なうことなく、ＥＧＲガスと空気との混合作用の促進を図って、給気配管２９におけるＥＧＲ配管４５との接続部の直下流側において、温度分布状態を一様に近づけて、温度勾配の大きい領域をなくすことができる。

【0029】

従って、本発明の実施形態によれば、コンプレッサ１３の性能の維持を図りつつ、給気配管２９内においてＥＧＲガスの凝縮を起こり難くして、コンプレッサ１３及びインタークーラ３５等の浸食及び腐食を十分に防止することができる。

【0030】

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

【符号の説明】

【0031】

１ 過給エンジン
３ 気筒
５ 吸気マニホールド
７ 排気マニホールド
９ 過給機
１１ ベースハウジング
１３ コンプレッサ
１５ コンプレッサハウジング
１７ コンプレッサインペラ
１９ タービン
２１ タービンハウジング
２３ タービンインペラ
２５ タービン軸
２７ ベアリング
２９ 給気配管
２９ｃ 給気配管の軸心
３１ エアクリーナ
３５ インタークーラ
３７ 排気配管
４１ パティキュレートフィルタ
４３ 低圧ループＥＧＲ装置
４５ ＥＧＲ配管
４５ｃ ＥＧＲ配管の出口端側の軸心
４７ ＥＧＲ弁
４９ ＥＧＲクーラ
５１ 開口部
５１ｃ 開口部の軸心
５１ｅ 開口部の縁部
５３ ＥＧＲ絞り部
５５ 直下流絞り部

【図1】

【図2】

【図3】