特許 5916366 排気再循環装置

(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】5916366

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】排気再循環装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/00 20160101AFI20160422BHJP

   F02M 26/14 20160101ALI20160422BHJP

   F01N 13/10 20100101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   F02M25/07 580Z

   F02M25/07 580A

   F01N13/10

【請求項の数】2

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2011-271029(P2011-271029)

(22)【出願日】2011年12月12日

(65)【公開番号】特開2013-122200(P2013-122200A)

(43)【公開日】2013年6月20日

【審査請求日】2014年11月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000512

【氏名又は名称】特許業務法人山田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】古川 卓俊

【審査官】 寺川 ゆりか

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５４−０２３８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−０９４９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０９２２０１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ １／００ − １／２４

５／００ − ５／０４

１３／００ − ９９／００

Ｆ０２Ｂ ４７／０８ − ４７／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／００ − ２６／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環するようにした排気再循環装置であって、シリンダヘッド内における各排気ポートの出口部周囲に該出口部を水冷チャンバから隔絶するＥＧＲチャンバを形成し、該ＥＧＲチャンバと前記排気ポートの出口部とを各シリンダ毎に連通すると共に、各シリンダ間で隣り合う各ＥＧＲチャンバ相互を連通し、各シリンダの並び方向端部に位置するＥＧＲチャンバを抜き出し用のＥＧＲチャンバとし、排気マニホールドを二重殻構造として外殻と内殻との間にＥＧＲ流通路を形成し、前記抜き出し用のＥＧＲチャンバの端部と前記ＥＧＲ流通路の端部を連絡管で接続し、前記ＥＧＲ流通路における前記連絡管の接続側の反対側にＥＧＲ流通路内の排気ガスを吸気マニホールド近傍の吸気管に導くＥＧＲパイプを接続し、前記抜き出し用のＥＧＲチャンバから抜き出した排気ガスを前記ＥＧＲ流通路を経由して前記ＥＧＲパイプに導き吸気側に再循環するように構成したことを特徴とする排気再循環装置。

【請求項2】

排気マニホールドとＥＧＲ流通路とが連通していることを特徴とする請求項１に記載の排気再循環装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環する排気再循環装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われており、一般的に、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールド（タービンより上流の排気通路）における各シリンダの並び方向の一端部と、吸気マニホールドに接続されている吸気管（コンプレッサより下流の吸気通路）の一端部との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。

【0003】

また、再循環する排気ガスをＥＧＲパイプの途中で冷却すると、排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジン出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができるため、排気ガスを再循環するＥＧＲパイプの途中に水冷式のＥＧＲクーラを装備したものもある。

【0004】

尚、排気再循環装置に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１２０４３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、前述した如き従来の排気再循環装置にあっては、単純に外付けのＥＧＲパイプにより排気マニホールドと吸気管との間を繋いで排気ガスの一部を抜き出すようにしていただけであったため、エンジンから出る排気ガスの温度を高く保つことに何ら寄与しない構造となっており、エンジンから出る排気ガスの熱が無駄に失われてしまっているという課題があった。

【0007】

即ち、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッドの内部には、必要な強度を損なわない範囲で水冷チャンバが多く形成されており、エンジンを冷却水により効率良く水冷できるようになっているため、各シリンダから排気ポートに排出された排気ガスが、排気ポートの周囲を取り巻く水冷チャンバの冷却水により直ちに冷却されてしまっており、また、各排気ポートから排気マニホールドに排出された排気ガスも、排気マニホールド全体が大きな放熱面を持つことにより外気により多くの熱を奪われてしまっていた。

【0008】

このため、タービン入口温度が低下してタービン仕事の効率が悪くなり、必要なコンプレッサ仕事が得られるようタービン膨張比を高めに設定しなければならなくなって排気マニホールドの圧力が高まる結果、エンジンでのポンピングロスが増えて燃費が悪くなる一要因を成していた。

【0009】

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気側から吸気側へ再循環する排気ガスの流路構造を工夫することによりエンジンから出る排気ガスの断熱を図り得るようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へ再循環するようにした排気再循環装置であって、シリンダヘッド内における各排気ポートの出口部周囲に該出口部を水冷チャンバから隔絶するＥＧＲチャンバを形成し、該ＥＧＲチャンバと前記排気ポートの出口部とを各シリンダ毎に連通すると共に、各シリンダ間で隣り合う各ＥＧＲチャンバ相互を連通し、各シリンダの並び方向端部に位置するＥＧＲチャンバを抜き出し用のＥＧＲチャンバとし、排気マニホールドを二重殻構造として外殻と内殻との間にＥＧＲ流通路を形成し、前記抜き出し用のＥＧＲチャンバの端部と前記ＥＧＲ流通路の端部を連絡管で接続し、前記ＥＧＲ流通路における前記連絡管の接続側の反対側にＥＧＲ流通路内の排気ガスを吸気マニホールド近傍の吸気管に導くＥＧＲパイプを接続し、前記抜き出し用のＥＧＲチャンバから抜き出した排気ガスを前記ＥＧＲ流通路を経由して前記ＥＧＲパイプに導き吸気側に再循環するように構成したことを特徴とするものである。

【0011】

而して、このようにすれば、シリンダヘッド内における各排気ポートの出口部周囲のＥＧＲチャンバが断熱層となり、該ＥＧＲチャンバにより前記各排気ポートの出口部が水冷チャンバから隔絶されることになるので、各排気ポート内の排気ガスと冷却水との伝熱面積が大幅に減少され、各シリンダから排気ポートに排出された排気ガスが水冷チャンバの冷却水に奪われる熱量が少なくなる。

【0012】

この結果、ターボチャージャが搭載されているエンジンにあっては、同じ運転状況下において、タービン入口温度が従来よりも高く維持されてタービン仕事の効率が向上し、少ないタービン膨張比で必要なコンプレッサ仕事が得られることで排気マニホールドの圧力を低減することが可能となり、これによりエンジンでのポンピングロスが減って燃費の改善が図られることになる。

【0013】

更に、排気管途中に排気浄化触媒（ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、酸化触媒、三元触媒等）が介装されているエンジンにあっては、該エンジンから出る排気ガスの温度が高くなることにより、前記排気浄化触媒の触媒床温度が活性温度まで上がり易くなるため、排気浄化触媒が有効に機能する運転領域が増え、排気ガスを効率良く浄化することが可能となる。

【0014】

尚、各排気ポートの排気ガスの一部は、前記各排気ポートの出口部から各ＥＧＲチャンバへと流れ込み、該各ＥＧＲチャンバから抜き出し用のＥＧＲチャンバに集められて吸気側へと再循環される。

【0016】

また、このようにすれば、排気マニホールドの外殻と内殻との間のＥＧＲ流通路が断熱層となり、該ＥＧＲ流通路により前記排気マニホールド内の排気ガスが外気から隔絶されることになるので、前記排気マニホールド内の排気ガスと外気との伝熱面積が大幅に減少され、各排気ポートから排気マニホールドに排出された排気ガスが外気に奪われる熱量が少なくなる。

【0017】

この結果、エンジンから出る排気ガスの更なる断熱を図ることが可能となるので、ターボチャージャが搭載されているエンジンにあっては、より一層の燃費の改善を図ることが可能となり、また、排気管途中の排気浄化触媒が有効に機能する運転領域を更に増やして排気ガスをより一層効率良く浄化することも可能となる。

【0018】

また、本発明においては、排気マニホールドとＥＧＲ流通路とが連通していても良く、このようにすれば、排気マニホールド内からも排気ガスを抜き出して吸気側へ再循環することが可能である。

【発明の効果】

【0019】

上記した本発明の排気再循環装置によれば、排気側から吸気側へ再循環する排気ガスの流路構造を工夫することによりエンジンから出る排気ガスの断熱を図ることができ、これにより排気ガスの温度を従来よりも高く維持することができるので、ターボチャージャが搭載されているエンジンにあっては、タービン仕事の効率を向上して少ないタービン膨張比で必要なコンプレッサ仕事が得られるようにすることができ、排気マニホールドの圧力を低減することでエンジンのポンピングロスを減らすことができて燃費を大幅に改善することができ、更には、排気管途中に介装される排気浄化触媒（ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、酸化触媒、三元触媒等）の触媒床温度を活性温度まで上がり易くすることもできるので、排気浄化触媒が有効に機能する運転領域を増やして排気ガスを効率良く浄化することができる等種々の優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明を実施する形態の一例を一部を切り欠いて示す概略図である。

【図2】図１のＩＩ−ＩＩ矢視の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

【0022】

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１は、ターボチャージャ２を備えており、図示しないエアクリーナから導いた吸気３を吸気管４を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送り、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気３をインタークーラ５へと送って冷却し、該インタークーラ５から更に吸気マニホールド６へと吸気３を導いてエンジン１の各シリンダ７に分配するようにしてある。

【0023】

また、このエンジン１の各シリンダ７から排出された排気ガス８を排気マニホールド９を介して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへと送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を排気管１０を介して車外へ排出するようにしてある。

【0024】

そして、前記エンジン１のシリンダヘッド１１内における各排気ポート１２の出口部周囲には、該出口部を水冷チャンバ１３から隔絶するＥＧＲチャンバ１４が形成されており、該ＥＧＲチャンバ１４と前記排気ポート１２の出口部とを各シリンダ７毎に連通口１５を介して連通すると共に、各シリンダ７間で隣り合う各ＥＧＲチャンバ１４相互を連絡路１６を介して連通するようしてある。

【0025】

また、各シリンダ７の並び方向端部に位置するＥＧＲチャンバ１４’を抜き出し用のＥＧＲチャンバとして排気ガス８を連絡管１７へ抜き出し得るようにする一方、排気マニホールド９を二重殻構造として外殻と内殻との間にＥＧＲ流通路１８を形成するようにしており、抜き出し用のＥＧＲチャンバ１４’から抜き出された排気ガス８を前記連絡管１７を介し前記ＥＧＲ流通路１８に導入し得るようにしてある。

【0026】

ここで、前記ＥＧＲ流通路１８における前記連絡管１７の接続側と反対側には、前記ＥＧＲ流通路１８内の排気ガス８を吸気マニホールド６近傍の吸気管４に導くＥＧＲパイプ１９が接続されており、抜き出し用のＥＧＲチャンバ１４’から抜き出した排気ガス８を前記ＥＧＲ流通路１８を経由してＥＧＲパイプ１９に導き得るようにしてある。

【0027】

ここで、前記ＥＧＲパイプ１９には、該ＥＧＲパイプ１９を適宜に開閉するＥＧＲバルブ２０と、再循環される排気ガス８を冷却するためのＥＧＲクーラ２１とが装備されており、該ＥＧＲクーラ２１では、冷却水と排気ガス８とを熱交換させることにより排気ガス８の温度を低下し得るようになっており、この水冷した排気ガス８のエンジン１への再循環により燃焼温度の低下を図り得るようにしてある。

【0028】

尚、ここに図示している例では、排気マニホールド９とＥＧＲ流通路１８との間が連通孔２２を介し連通しており、排気マニホールド９内からも排気ガス８を抜き出して吸気側へ再循環し得るようになっている。

【0029】

而して、このように排気再循環装置を構成すれば、シリンダヘッド１１内における各排気ポート１２の出口部周囲のＥＧＲチャンバ１４が断熱層となり、該ＥＧＲチャンバ１４により前記各排気ポート１２の出口部が水冷チャンバ１３から隔絶されることになるので、各排気ポート１２内の排気ガス８と冷却水との伝熱面積が大幅に減少され、各シリンダ７から排気ポート１２に排出された排気ガス８が水冷チャンバ１３の冷却水に奪われる熱量が少なくなる。

【0030】

一方、各排気ポート１２の排気ガス８の一部は、前記各排気ポート１２の出口部から各ＥＧＲチャンバ１４へと流れ込み、該各ＥＧＲチャンバ１４から抜き出し用のＥＧＲチャンバ１４’に集められ、連絡管１７、ＥＧＲ流通路１８、ＥＧＲパイプ１９を介して吸気側へ再循環される。

【0031】

この際、排気マニホールド９の外殻と内殻との間のＥＧＲ流通路１８が断熱層となり、該ＥＧＲ流通路１８により前記排気マニホールド９内の排気ガス８が外気から隔絶されることになるので、前記排気マニホールド９内の排気ガス８と外気との伝熱面積が大幅に減少され、各排気ポート１２から排気マニホールド９に排出された排気ガス８が外気に奪われる熱量が少なくなる。

【0032】

この結果、ターボチャージャ２が搭載されているエンジン１にあっては、同じ運転状況下において、タービン２ｂ入口温度が従来よりも高く維持されてタービン２ｂ仕事の効率が向上し、少ないタービン２ｂ膨張比で必要なコンプレッサ２ａ仕事が得られることで排気マニホールド９の圧力を低減することが可能となり、これによりエンジン１でのポンピングロスが減って燃費の改善が図られることになる。

【0033】

更に、排気管１０途中に排気浄化触媒（ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、酸化触媒、三元触媒等）が介装されているエンジン１にあっては、該エンジン１から出る排気ガス８の温度が高くなることにより、前記排気浄化触媒の触媒床温度が活性温度まで上がり易くなるため、排気浄化触媒が有効に機能する運転領域が増え、排気ガス８を効率良く浄化することが可能となる。

【0034】

従って、上記形態例によれば、排気側から吸気側へ再循環する排気ガス８の流路構造を工夫することによりエンジン１から出る排気ガス８の断熱を図ることができ、これにより排気ガス８の温度を従来よりも高く維持することができるので、ターボチャージャ２が搭載されているエンジン１にあっては、タービン２ｂ仕事の効率を向上して少ないタービン２ｂ膨張比で必要なコンプレッサ２ａ仕事が得られるようにすることができ、排気マニホールド９の圧力を低減することでエンジン１のポンピングロスを減らすことができて燃費を大幅に改善することができ、更には、排気管１０途中に介装される排気浄化触媒（ＮＯx吸蔵還元触媒、選択還元型触媒、酸化触媒、三元触媒等）の触媒床温度を活性温度まで上がり易くすることもできるので、排気浄化触媒が有効に機能する運転領域を増やして排気ガス８を効率良く浄化することができる。

【0035】

尚、本発明の排気再循環装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0036】

１ エンジン
７ シリンダ
８ 排気ガス
９ 排気マニホールド
１１ シリンダヘッド
１２ 排気ポート
１３ 水冷チャンバ
１４ ＥＧＲチャンバ
１４’ 抜き出し用のＥＧＲチャンバ

【図1】

【図2】