JP2008309125A

JP2008309125A - 内燃機関の排気還流システム

Info

Publication number: JP2008309125A
Application number: JP2007159883A
Authority: JP
Inventors: Hideshi Nakao; 秀史中尾
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-18
Filing date: 2007-06-18
Publication date: 2008-12-25

Abstract

【課題】内燃機関の排気還流システムにおいて、機関効率の低下を招くことなく排気を還流させることができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路にタービンが配置され吸気通路にコンプレッサが配置されるターボチャージャと、排気通路とコンプレッサとを接続するＥＧＲ通路３１と、を備え、コンプレッサは羽根車５０と該羽根車５０の周りに形成されるシュラウド５２とを備えて構成され、羽根車５０とシュラウド５２とで囲まれる通路の断面積が最も狭くなる個所５３よりも下流側のシュラウド５２にＥＧＲ通路３１を接続する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気還流システムに関する。

排気通路にタービンを有し且つ吸気通路にコンプレッサを有するターボチャージャを備え、タービンよりも下流を流れる排気の一部をコンプレッサよりも上流の吸気通路へ還流する低圧ＥＧＲ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、タービンハウジング内の翼車よりも上流側の排気通路と、コンプレッサハウジング内の羽根車よりも下流側吸気通路と、を接続して排気を還流するＥＧＲ装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−１９３８５２号公報特開平６−１４７０２７号公報

ところで、ＥＧＲガスを吸気通路へ導入するためには、ＥＧＲ通路の吸気通路側よりも排気通路側の圧力が高くなければならない。しかし、低圧ＥＧＲ装置では、タービンや触媒よりも下流にＥＧＲ通路が接続されているため、排気側の圧力が低い。そのため、排気絞り弁を閉じることにより排気の圧力を上昇させたり、吸気絞り弁を閉じることにより吸気の圧力を下降させたりすることがある。しかし、排気絞り弁または吸気絞り弁を閉じると、機関効率の低下を招く。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気還流システムにおいて、機関効率の低下を招くことなく排気を還流させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気還流システムは、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気還流システムは、
内燃機関の排気通路にタービンが配置され吸気通路にコンプレッサが配置されるターボチャージャと、
前記排気通路と前記コンプレッサとを接続するＥＧＲ通路と、
を備え、
前記コンプレッサは羽根車と該羽根車の周りに形成されるシュラウドとを備えて構成され、前記羽根車と前記シュラウドとで囲まれる通路の断面積が最も狭くなる個所よりも下流側のシュラウドに前記ＥＧＲ通路を接続することを特徴とする。

羽根車が回転することにより、羽根車とシュラウドとで囲まれる通路を吸気が流れる。ここで、羽根車とシュラウドとで囲まれる通路では、通路断面積が最も狭くなる個所（以下、スロートという。）がある。そして、吸気がスロートを通過すると、ここで吸気の圧力が低下する。つまり、スロートの直ぐ下流のシュラウドにＥＧＲ通路を接続することにより、該ＥＧＲ通路の排気通路側と吸気通路側との圧力差を大きくすることができる。これにより、ＥＧＲガスを吸気通路へ容易に導入することが可能となる。

また、ＥＧＲガスが羽根車の上流端（以下、リーディングエッジという。）を通過しないため、ＥＧＲガス中に含まれる異物により該リーディングエッジが損傷することがない。さらに、吸気絞り弁または排気絞り弁を閉じなくてもＥＧＲガスを導入することができ
るため、機関効率の低下を抑制できる。

本発明に係る内燃機関の排気還流システムによれば、機関効率の低下を招くことなく排気を還流させることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気還流システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気還流システムを適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気通路３および排気通路４が接続されている。この吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ６が設けられている。

一方、排気通路４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、排気浄化触媒１０が設けられている。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路３へ再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、およびＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化触媒１０よりも下流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａと、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で再循環される。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を通って再循環される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。

また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調節することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調節する。さらに、ＥＧＲクーラ３３は、該ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

次に図２は、ターボチャージャ５において低圧ＥＧＲ通路３１が接続される箇所の断面図である。

コンプレッサハウジング５ａ内には羽根車５０が格納されている。この羽根車５０は、軸５１を中心として回転する。そして、この羽根車５０の周りのコンプレッサハウジング５ａにはシュラウド５２が形成されている。シュラウド５２は、羽根車５０へ吸気を導くために該羽根車５０の回転軌跡よりもやや外側に、該羽根車の回転軌跡に沿って形成されている。このシュラウド５２と羽根車５０とで囲まれた通路を吸気が流れる。そして、このシュラウド５２と羽根車５０とで囲まれた通路において断面積が最も狭くなる箇所（以下、スロート５３という。）があり、このスロート５３によって吸気の流速が早くなる。
なお図２では、このスロート５３を破線で示している。そのため、吸気がスロート５３を通過するときに該吸気の圧力が低下する。

そしてスロート５３の直ぐ下流のシュラウド５２には、該シュラウド５２内に形成されるチャンバ３００に通じるスリット３０１が開口している。スリット３０１の開口部の位置及び大きさは、例えば該スリット３０１内が負圧となるように設定する。また、吸気の流れ方向のスリット３０１の長さが、例えば羽根車５０の子午面長さの１割としてもよい。さらに、スリット３０１の開口部の中心が、最も吸気の圧力が低くなる位置となるようにスリット３０１を設定してもよい。

そして、チャンバ３００には、排気通路４から延びる低圧ＥＧＲ通路３１が接続されている。なお、チャンバ３００及びスリット３０１は低圧ＥＧＲ通路３１の一部として扱うこともできるため、以下、チャンバ３００及びスリット３０１が低圧ＥＧＲ通路３１の一部であるとして説明する。すなわち、低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化触媒１０よりも下流の排気通路４と、スロート５３の直ぐ下流であって羽根車５０及びシュラウド５２で囲まれる吸気の通路と、を連通している。

このように構成された低圧ＥＧＲ装置３０では、スロート５３において吸気の圧力が低下しているため、低圧ＥＧＲ通路３１の吸気通路３側の圧力が低くなっている。つまり、低圧ＥＧＲ通路３１の排気通路４側の圧力と、吸気通路３側の圧力と、の差が大きくなる。そのため、低圧ＥＧＲガスを吸気通路３へ容易に導入することができる。

ここで、排気浄化触媒１０よりも下流の排気通路４に低圧ＥＧＲ通路３１が接続されていると、排気がタービンハウジング５ｂ及び排気浄化触媒１０を通過した後に低圧ＥＧＲ通路３１に到達する。そのため、低圧ＥＧＲ通路３１の排気通路４側の圧力が低くなりＥＧＲガスが流れ難くなる虞がある。しかし、本実施例によれば、スロート５３の直ぐ下流に低圧ＥＧＲ通路３１が接続されているため、スロート５３を通過した吸気により低圧ＥＧＲ通路３１の吸気通路３側が負圧となる。これにより、低圧ＥＧＲ通路３１の排気通路４側と吸気通路３側との圧力差が大きくなるため、ＥＧＲガスを容易に導入することができる。また、吸気絞り弁や排気絞り弁を閉じる必要もないので、内燃機関１の効率の低下を抑制できる。

さらに、コンプレッサハウジング５ａよりも上流側に低圧ＥＧＲ通路３１が接続されていると、例えば排気浄化触媒１０が破損した場合には該排気浄化触媒１０の破片が低圧ＥＧＲガスと共に羽根車５０の上流端に衝突する。この羽根車５０の上流端の形状は、ターボチャージャ５の性能に大きな影響を及ぼすため、該羽根車５０の上流端が破損するとターボチャージャ５の性能が低下する。

これに対し本実施例では、羽根車５０の上流端よりも下流側に低圧ＥＧＲ通路３１が接続されているため、排気が羽根車５０の上流端を通過しない。つまり、羽根車５０の上流端に例えば排気浄化触媒１０の破片が衝突することを防ぐことができるため、該羽根車５０の上流端の破損を防止することができる。これにより、ターボチャージャ５の性能低下を抑制することができる。また、低圧ＥＧＲガス中のＰＭが羽根車５０の上流端に付着することも抑制できる。

なお、本実施例では低圧ＥＧＲ通路３１が排気浄化触媒１０よりも下流側の排気通路４に接続されているが、排気浄化触媒１０よりも上流側またはタービンハウジング５ｂよりも上流側に接続されていてもよい。また、ターボチャージャ５には、可変容量型ターボチャージャを採用することもできる。

本実施例に係る内燃機関の排気還流システムを適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。ターボチャージャにおいて低圧ＥＧＲ通路が接続される箇所の断面図である。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３吸気通路
４排気通路
５ターボチャージャ
５ａコンプレッサハウジング
５ｂタービンハウジング
６インタークーラ
１０排気浄化触媒
３０低圧ＥＧＲ装置
３１低圧ＥＧＲ通路
３２低圧ＥＧＲ弁
３３低圧ＥＧＲクーラ
５０羽根車
５１軸
５２シュラウド
５３スロート
３００チャンバ
３０１スリット

Claims

内燃機関の排気通路にタービンが配置され吸気通路にコンプレッサが配置されるターボチャージャと、
前記排気通路と前記コンプレッサとを接続するＥＧＲ通路と、
を備え、
前記コンプレッサは羽根車と該羽根車の周りに形成されるシュラウドとを備えて構成され、前記羽根車と前記シュラウドとで囲まれる通路の断面積が最も狭くなる個所よりも下流側のシュラウドに前記ＥＧＲ通路を接続することを特徴とする内燃機関の排気還流システム。