JP6503274B2 - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気再循環装置に関する。

従来における内燃機関の排気再循環装置としては、例えば特許文献１に記載されている装置が知られている。特許文献１に記載の排気再循環装置は、左右のバンクに接続された２つの排気マニホールドにそれぞれ接続された２つのＥＧＲ通路と、各ＥＧＲ通路にそれぞれ設けられた２つのＥＧＲバルブと、各ＥＧＲ通路と吸気管とを接続する合流ＥＧＲ通路と、この合流ＥＧＲ通路に設けられ、合流ＥＧＲ通路を流れるガスを冷却するＥＧＲクーラとを備えている。

特開２００６−５７５９３号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、ＥＧＲバルブが開いた状態で、インジェクタから燃料が添加されると、燃料がＥＧＲ通路に回り込んでしまう。このとき、燃料中の未燃ガス（例えばＨＣ）がＥＧＲクーラに流れ込み、当該未燃ガスがデポジットとしてＥＧＲクーラに堆積することがある。また、２つのＥＧＲ通路の接続部（合流部）において２つのＥＧＲ通路のなす角度が大きいと、当該合流部の圧力損失が大きくなり、吸気管に供給されるＥＧＲガスの流量が不足してしまう。

本発明の目的は、クーラに流れ込む未燃ガスを低減すると共に、排気再循環通路の合流部の圧力損失を低減することができる内燃機関の排気再循環装置を提供することである。

本発明の一態様は、第１気筒群及び第２気筒群と、第１気筒群及び第２気筒群と接続された吸気マニホールドと、第１気筒群と接続された第１排気マニホールドと、第２気筒群と接続された第２排気マニホールドと、第２排気マニホールド内の排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁とを備えた内燃機関の排気再循環装置において、第１排気マニホールド及び第２排気マニホールドと吸気マニホールドとを接続し、第１排気マニホールド内及び第２排気マニホールド内の排気ガスを排気再循環ガスとして吸気マニホールドに導くための排気再循環通路と、排気再循環通路に配設され、排気再循環通路を流れる排気再循環ガスを冷却するクーラとを備え、排気再循環通路は、第１排気マニホールドと接続される第１個別通路と、第２排気マニホールドと接続される第２個別通路と、第１個別通路と第２個別通路との接続部とクーラとを接続する合流通路とを有し、第２個別通路は、主通路部と、主通路部よりも径が小さい絞り通路部とを有し、第１個別通路と第２個別通路との接続部において第１個別通路と第２個別通路とのなす角度が９０度以下であることを特徴とする。

このような排気再循環装置においては、第２個別通路は主通路部よりも径が小さい絞り通路部を有することにより、燃料添加弁から添加された燃料が第２個別通路に回り込んでも、燃料中の未燃ガスが絞り通路部により合流通路に流れにくくなる。これにより、クーラに流れ込む未燃ガスが低減される。また、第１個別通路と第２個別通路との接続部において第１個別通路と第２個別通路とのなす角度を９０度以下することにより、第１個別通路を流れる排気再循環ガスと第２個別通路を流れる排気再循環ガスとのぶつかり合いが緩和される。これにより、排気再循環通路の合流部の圧力損失が低減される。

第１個別通路及び合流通路は、第１配管により構成されており、第２個別通路は、第１配管に溶接された第２配管により構成されていてもよい。この場合には、第１個別通路と第２個別通路との接続部を簡単に構成することができる。

絞り通路部は、第２配管における第１配管との接続側の端部に設けられていてもよい。この場合には、主通路部よりも径が小さい絞り通路部が第１配管に溶接されることとなるため、第１配管と第２配管との溶接を容易に行うことができる。

本発明によれば、クーラに流れ込む未燃ガスを低減すると共に、排気再循環通路の合流部の圧力損失を低減することができる内燃機関の排気再循環装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る排気再循環装置を備えた内燃機関としてディーゼルエンジンを示す概略構成図である。 図１に示されたＥＧＲ装置におけるＥＧＲ通路の合流部を含む部分を示す拡大図である。 比較例として、従来のＥＧＲ装置におけるＥＧＲ通路の合流部を含む部分を示す拡大図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係る排気再循環装置を備えた内燃機関としてディーゼルエンジンを示す概略構成図である。同図において、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１は、Ｖ型８気筒ディーゼルエンジンである。

エンジン１は、一方向に配列された４つの気筒２Ａ（順に♯１気筒、♯３気筒、♯５気筒及び♯７気筒）からなる右バンク３Ａ（第１気筒群）と、一方向に配列された４つの気筒２Ｂ（順に♯２気筒、♯４気筒、♯６気筒及び♯８気筒）からなる左バンク３Ｂ（第２気筒群）とを備えている。なお、図示はしないが、各気筒２Ａ，２Ｂには、燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタがそれぞれ配設されている。

各気筒２Ａの爆発順序は、♯１気筒→♯７気筒→♯３気筒→♯５気筒である。各気筒２Ｂの爆発順序は、♯２気筒→♯４気筒→♯６気筒→♯８気筒である。各気筒２Ａ，２Ｂ全体としての爆発順序は、♯１気筒→♯２気筒→♯７気筒→♯３気筒→♯４気筒→♯５気筒→♯６気筒→♯８気筒である。

また、エンジン１は、右バンク３Ａ及び左バンク３Ｂの一方側（互いに対向する側）に接続された吸気マニホールド４を備えている。吸気マニホールド４には、各気筒２Ａ，２Ｂの燃焼室内に空気を吸入するための吸気通路（図示せず）が接続されている。

また、エンジン１は、右バンク３Ａの他方側に接続された排気マニホールド５Ａ（第１排気マニホールド）と、左バンク３Ｂの他方側に接続された排気マニホールド５Ｂ（第２排気マニホールド）と、排気マニホールド５Ａに接続され、各気筒２Ａの燃焼室内で発生した排気ガスを排出するための排気通路６と、排気マニホールド５Ｂに接続され、各気筒２Ｂの燃焼室内で発生した排気ガスを各気筒２Ａの燃焼室内で発生した排気ガスと共に排出するための排気通路７とを備えている。

排気通路６の一端は、排気マニホールド５Ａにおける各気筒２Ａのうち一方側の端に位置する♯７気筒の側の端部に接続され、排気通路６の他端は、排気マニホールド５Ｂにおける各気筒２Ｂのうち一方側の端に位置する♯８気筒の側の端部に接続されている。排気通路７の一端は、排気マニホールド５Ｂにおける♯８気筒の側の端部に排気通路６と連通するように接続されている。

排気通路７には、ターボチャージャ８のタービンが配設されている。なお、図示しない吸気通路（前述）には、ターボチャージャ８のコンプレッサが配設されている。

また、エンジン１は、排気マニホールド５Ｂ内の排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁９を備えている。燃料添加弁９は、各気筒２Ｂのうち♯８気筒に対応する部位に配置されている。つまり、燃料添加弁９は、排気マニホールド５Ｂにおける排気通路６，７との接続部側の部位に配置されている。燃料添加弁９は、♯８気筒が爆発した後の♯８気筒の排気時に燃料を添加するように制御される。

さらに、エンジン１は、本実施形態の排気再循環装置であるＥＧＲ装置１０を備えている。ＥＧＲ装置１０は、排気マニホールド５Ａ，５Ｂと吸気マニホールド４とを接続し、排気マニホールド５Ａ，５Ｂ内の排気ガスをＥＧＲガス（排気再循環ガス）として吸気マニホールド４に導くためのＥＧＲ通路１１（排気再循環通路）と、このＥＧＲ通路１１に配設され、ＥＧＲ通路１１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１２（クーラ）とを備えている。

ＥＧＲ通路１１は、排気マニホールド５Ａと接続される個別通路１３Ａ（第１個別通路）と、排気マニホールド５Ｂと接続される個別通路１３Ｂ（第２個別通路）と、個別通路１３Ａと個別通路１３Ｂとの接続部ＭとＥＧＲクーラ１２とを接続する合流通路１４とを有している。個別通路１３Ａと個別通路１３Ｂとの接続部Ｍは、ＥＧＲ通路１１において、個別通路１３Ａを流れるＥＧＲガスと個別通路１３Ｂを流れるＥＧＲガスとが合流する合流部である。なお、図示はしないが、個別通路１３Ａ，１３Ｂには、ＥＧＲバルブがそれぞれ配設されている。

個別通路１３Ａは、排気マニホールド５Ａと排気通路６との接続部分に接続されている。つまり、個別通路１３Ａは、排気マニホールド５Ａにおける各気筒２Ａのうち♯７気筒に対応する部位の近傍に接続されている。個別通路１３Ｂは、排気マニホールド５Ｂにおける各気筒２Ｂのうち♯４気筒に対応する部位に接続されている。つまり、個別通路１３Ｂは、排気マニホールド５Ｂにおける排気通路７との接続部分から離れた部位に接続されている。

図２は、ＥＧＲ装置１０におけるＥＧＲ通路１１の合流部を含む部分を示す拡大図である。図２において、個別通路１３Ａ及び合流通路１４は、円筒状の配管１５（第１配管）により共通化して構成されている。個別通路１３Ｂは、配管１５に溶接された円筒状の配管１６（第２配管）により構成されている。配管１５，１６の材料は、例えばステンレス鋼等である。

個別通路１３Ｂは、主通路部１７と、この主通路部１７よりも径が小さい絞り通路部１８とを有している。絞り通路部１８は、個別通路１３Ｂにおける個別通路１３Ａとの接続側の端部に設けられている。つまり、絞り通路部１８は、配管１６における配管１５との接続側の端部に設けられている。絞り通路部１８の径は、ＥＧＲガスの流れを阻害しない程度に小さく設定されている。絞り通路部１８の径は、例えば主通路部１７の径の１／２以上であり且つ主通路部１７の径の２／３以下である。なお、主通路部１７の径は、個別通路１３Ａの径と同等である。主通路部１７の径は、合流通路１４の径よりも小さい。

個別通路１３Ａ及び合流通路１４を構成する配管１５は、湾曲部１５ａを有している。主通路部１７及び絞り通路部１８を有する個別通路１３Ｂを構成する配管１６は、配管１５の湾曲部１５ａの湾曲外側部分に溶接されている。例えば、配管１５，１６を型で作った後、配管１５の湾曲部１５ａの湾曲外側部分に孔を開け、その配管１５の孔部の縁部に配管１６の絞り通路部１８側の端部を溶接する。

これにより、個別通路１３Ａと個別通路１３Ｂとの接続部Ｍ（ＥＧＲ通路１１の合流部）が形成される。このとき、個別通路１３Ａと個別通路１３Ｂとの接続部Ｍにおいて個別通路１３Ａと個別通路１３Ｂとのなす角度（個別通路１３Ａ，１３Ｂの合流角度）αは９０度以下となっている。

図３は、比較例として、従来のＥＧＲ装置におけるＥＧＲ通路の合流部を含む部分を示す拡大図である。図３において、ＥＧＲ通路５０は、上記の個別通路１３Ａ，１３Ｂ及び合流通路１４に代えて、個別通路５１Ａ，５１Ｂ及び合流通路５２を有している。

個別通路５１Ｂは、上記の個別通路１３Ｂと異なり絞り通路部を有していない。また、個別通路５１Ａと個別通路５１Ｂとの接続部Ｍにおいて個別通路５１Ａと個別通路５１Ｂとのなす角度（個別通路５１Ａ，５１Ｂの合流角度）αは１２０度となっている。

ところで、上述したように、♯８気筒が爆発した後の♯８気筒の排気時に、燃料添加弁９から燃料が添加される。そして、♯８気筒が爆発した後は、♯２気筒が爆発する。また、個別通路５１Ｂは、排気マニホールド５Ｂにおける各気筒２Ｂのうち♯４気筒に対応する部位に接続されている。このため、燃料添加弁９から添加された燃料は、♯２気筒から排出された排気ガスにより排気通路７側に押し戻される前に個別通路５１Ｂに回り込んでしまう。この場合には、図３に示されるように、燃料中の未燃ガス（例えばＨＣ）が個別通路５１Ｂ及び合流通路５２を通ってＥＧＲクーラ１２に流れ込み、当該未燃ガスがデポジットとしてＥＧＲクーラ１２に堆積することがある。

また、個別通路５１Ａ，５１Ｂの合流角度αが１２０度と広くなっているため、個別通路５１Ａを流れるＥＧＲガスと個別通路５１Ｂを流れるＥＧＲガスとがぶつかりやすくなり、ＥＧＲ通路５０の合流部の圧力損失が増大する。その結果、ＥＧＲガスが合流通路５２を流れにくくなるため、吸気マニホールド４に供給されるＥＧＲガスの流量が少なくなる。

これに対し本実施形態では、個別通路１３Ｂは主通路部１７よりも径が小さい絞り通路部１８を有しているので、燃料添加弁９から添加された燃料が個別通路１３Ｂに回り込んでも、燃料中の未燃ガスが絞り通路部１８により合流通路１４に流れにくくなる。これにより、ＥＧＲクーラ１２に流れ込む未燃ガスが低減される。その結果、未燃ガスがデポジットとしてＥＧＲクーラ１２に堆積することを防止できる。

また、個別通路１３Ａ，１３Ｂの合流角度αは９０度以下となっているので、個別通路１３Ａを流れるＥＧＲガスと個別通路１３Ｂを流れるＥＧＲガスとのぶつかり合いが緩和される。これにより、ＥＧＲ通路１１の合流部の圧力損失が低減される。その結果、ＥＧＲガスが合流通路１４を流れやすくなるため、吸気マニホールド４に供給されるＥＧＲガスの流量が増加する。

さらに、個別通路１３Ａ及び合流通路１４は、配管１５により構成され、個別通路１３Ｂは、配管１５に溶接された配管１６により構成されている。これにより、個別通路１３Ａと個別通路１３Ｂとの接続部Ｍを簡単に構成することができる。

また、絞り通路部１８は、配管１６における配管１５との接続側の端部に設けられている。これにより、主通路部１７よりも径が小さい絞り通路部１８が配管１５に溶接されることとなるため、配管１５と配管１６との溶接を容易に行うことができる。

さらに、流量制御弁等の高価なデバイスを追加しなくても、個別通路１３Ｂに絞り通路部１８を設けるというように個別通路１３Ｂの形状を変えるだけで、ＥＧＲクーラ１２に流れ込む未燃ガスを低減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば、上記実施形態では、絞り通路部１８は、個別通路１３Ｂにおける個別通路１３Ａとの接続側の端部に設けられているが、特にその形態には限られず、例えば個別通路１３Ｂの中間部分に絞り通路部１８を設けることで、２つの主通路部１７の間に絞り通路部１８が位置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、個別通路１３Ａ及び合流通路１４が配管１５により構成され、個別通路１３Ｂが配管１６により構成されているが、特にその形態には限られず、例えば個別通路１３Ａ，１３Ｂ及び合流通路１４が互いに異なる配管により構成されていてもよい。

また、上記実施形態のＥＧＲ装置１０は、Ｖ型８気筒ディーゼルエンジンに備えられているが、本発明は、特にそれには限られず、例えばＶ型６気筒ディーゼルエンジン等にも適用可能である。また、本発明は、ガソリンエンジン等の内燃機関にも適用可能である。

１…ディーゼルエンジン（内燃機関）、３Ａ…右バンク（第１気筒群）、３Ｂ…左バンク（第２気筒群）、４…吸気マニホールド、５Ａ…排気マニホールド（第１排気マニホールド）、５Ｂ…排気マニホールド（第２排気マニホールド）、９…燃料添加弁、１０…ＥＧＲ装置（排気再循環装置）、１１…ＥＧＲ通路（排気再循環通路）、１２…ＥＧＲクーラ（クーラ）、１３Ａ…個別通路（第１個別通路）、１３Ｂ…個別通路（第２個別通路）、１４…合流通路、１５…配管（第１配管）、１６…配管（第２配管）、１７…主通路部、１８…絞り通路部、Ｍ…接続部。

Claims (3)

1. 第１気筒群及び第２気筒群と、前記第１気筒群及び前記第２気筒群と接続された吸気マニホールドと、前記第１気筒群と接続された第１排気マニホールドと、前記第２気筒群と接続された第２排気マニホールドと、前記第２排気マニホールド内の排気ガスに燃料を添加する燃料添加弁とを備えた内燃機関の排気再循環装置において、
   前記第１排気マニホールド及び前記第２排気マニホールドと前記吸気マニホールドとを接続し、前記第１排気マニホールド内及び前記第２排気マニホールド内の排気ガスを排気再循環ガスとして前記吸気マニホールドに導くための排気再循環通路と、
   前記排気再循環通路に配設され、前記排気再循環通路を流れる前記排気再循環ガスを冷却するクーラとを備え、
   前記排気再循環通路は、前記第１排気マニホールドと接続される第１個別通路と、前記第２排気マニホールドと接続される第２個別通路と、前記第１個別通路と前記第２個別通路との接続部と前記クーラとを接続する合流通路とを有し、
   前記第２個別通路は、主通路部と、前記主通路部よりも径が小さい絞り通路部とを有し、
   前記第１個別通路と前記第２個別通路との接続部において前記第１個別通路と前記第２個別通路とのなす角度が９０度以下であることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記第１個別通路及び前記合流通路は、第１配管により構成されており、
   前記第２個別通路は、前記第１配管に溶接された第２配管により構成されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気再循環装置。
3. 前記絞り通路部は、前記第２配管における前記第１配管との接続側の端部に設けられていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気再循環装置。

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