JP2012149558A - 内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還流排気ガスへの異物の侵入を阻止する異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制し、排気還流通路が異物捕集フィルタによって閉塞されるのを確実に防止できる低コストの内燃機関の排気再循環装置を提供する。
【解決手段】排気管４２の途中にＤＰＦユニット４５を有するエンジン１０に装備される内燃機関の排気再循環装置であって、ＤＰＦユニット４５により浄化された排気ガスを排気ガス通路４２ｗ側から吸気通路３２ｗ側に還流させるＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１と、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１または排気管４２の内壁面から排気ガス通路４２ｗ内に突出する凸面状の異物捕集フィルタ８０と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気再循環装置に関し、特に排気再循環経路中に異物捕集フィルタを設けた内燃機関の排気再循環装置に関する。

車両用のエンジン（内燃機関）においては、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的な排気再循環（以下、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ともいう）を行うべく、排気再循環装置を装備するものが多くなっているが、高温の排気ガスの一部を吸気側に還流させるＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ方式に対して、ターボ過給機の排気タービンや排気後処理装置を通過した後の排気ガスをターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させることで低温かつ大量の排気再循環を可能にしたＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ方式の排気再循環装置が普及してきている。

このＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、排気ガスを吸気通路側に還流させる排気管中にスパッタ（溶接時の飛散物）や排気浄化装置からの脱落片等の異物が生じ得るため、そのような異物がターボ過給機のコンプレッサに入ってダメージを与えたりすることがないよう、排気還流経路中に異物捕集フィルタが設けられているのが一般的である。

このような異物捕集フィルタを備えたＬＰＬ−ＥＧＲシステムとしては、例えば低圧ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガス中の排気系異物を捕集するＥＧＲフィルタと、そのＥＧＲフィルタを低圧ＥＧＲ管に対しがたつく状態で保持する保持部と、ＥＧＲフィルタから振り落とされた排気系異物を捕獲する捕獲部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ターボ過給機の排気タービンの下流側であってＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）装置内のフィルタ部より上流側に、異物捕集フィルタを設置したＥＧＲガスのピックアップ管を挿入するとともに軸方向に向け、ＤＰＦ装置のフィルタ部により得られる背圧を利用してＥＧＲガスをターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させるようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−１３８７４５号公報 特開２００３−５３５２６４号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の排気再循環装置にあっては、低圧ＥＧＲ配管内の異物捕集フィルタが網目の細かいメッシュ状で水膜を形成し易いため、排気還流通路が水膜を形成した異物捕集フィルタによって閉塞され易くなり、所要量の排気ガスが排気再循環されないためにＮＯｘ低減効果が低下してしまう可能性があった。

また、異物捕集フィルタやそれを固着したピックアップ管を熱容量の大きいＤＰＦケース等に溶接することで異物捕集フィルタへの伝熱と水分蒸発を促進させる場合には、構造の複雑化とコスト高を招くという問題があった。

さらに、異物捕集フィルタによって排気管流通路が閉塞され易いと、ＥＧＲクーラ等で生じる酸性の凝縮水を排気通路側で蒸発させたり中和させたりし難くなり、ターボ過給機のコンプレッサや吸気系の金属部品が凝縮水によって腐食し易くなることも懸念される。

そこで、本発明は、還流排気ガスへの異物の侵入を阻止する異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制し、排気還流管内の通路が異物捕集フィルタによって閉塞されることを確実に防止できる低コストの内燃機関の排気再循環装置を提供するものである。

本発明に係る内燃機関の排気再循環装置は、上記課題解決のため、（１）排気ガス通路を形成する排気管の途中に排気浄化ユニットを有する内燃機関に装備される内燃機関の排気再循環装置であって、前記排気浄化ユニットにより浄化された排気ガスを前記排気ガス通路側から前記内燃機関の吸気通路側に還流させる排気還流管と、前記排気還流管または前記排気管の内壁面から前記排気ガス通路内に突出する凸面状の異物捕集フィルタと、を備えたものである。

この発明では、異物捕集フィルタが排気還流管または排気管の内壁面から排気ガス通路内に突出する凸面状をなしていることから、排気還流通路内に還流排気ガスが流れないときでも、異物捕集フィルタが比較的広い面積で排気ガス通路内を通る排気ガスに常にさらされるとともに排気ガス通路内の排気ガスの流れの方向に対して交差することになり、しかも、異物捕集フィルタを排気管側の大物部品に溶接したりすることなく、異物捕集フィルタへの排気管側からの伝熱が良好になる。したがって、異物捕集フィルタに付着する水分の蒸発が促進され、異物捕集フィルタに水膜が形成されることが有効に抑制されて、排気還流管内の通路が異物捕集フィルタによって閉塞されることが確実に防止されることとなり、しかも、構造の複雑化やコスト高も回避できる。

本発明に係る内燃機関の排気再循環装置においては、（２）前記排気浄化ユニットが、前記排気管の途中に配置された筒状ケース部および該筒状ケース部内を通る排気ガスを浄化可能な排気浄化フィルタ部を有し、前記排気還流管が、前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部を通過した排気ガスを前記排気ガス通路側から前記吸気通路側に還流させ、前記異物捕集フィルタが、前記排気還流管の上流端部の近傍で、前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部より下流側の前記筒状ケース部の内壁面から前記排気ガス通路内に突出していることが好ましい。

この構成により、異物捕集フィルタが広い面積で筒状ケース部内を通る排気ガスにさらされるようにできるとともに、筒状ケース部内の排気ガスの流れの方向に対して交差するガス通過面を容易に形成できることになり、しかも、熱容量が大きい筒状ケース部から異物捕集フィルタへの十分な伝熱が可能となる。したがって、異物捕集フィルタへの水膜の形成が防止されることにより、所要の排気還流量が確保できることとなる。

上記（２）に記載の構成を有する場合、（３）前記排気還流管の途中に設置され前記吸気管側に還流する排気ガスを冷却する排気冷却器をさらに備え、前記排気還流管の上流端部が、前記排気冷却器内で発生する凝縮水を前記異物捕集フィルタを通して前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部より下流側の前記排気ガス通路内に排出するように、前記排気冷却器の入口部から前記排気浄化フィルタ部より下流側の前記筒状ケース部の内壁面側に向かって下降していることが好ましい。この構成により、排気還流管内で排気ガスが冷却されることにより生じる酸性の凝縮水が、排気冷却器の入口部から排気浄化フィルタ部より下流側の筒状ケース部の内壁面側に向かって流下し易くなるとともに吸気通路側に流入し難くなり、吸気系部品が腐食し難くなる。

上記（２）または（３）に記載の構成を有する場合、（４）前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部が、粒子状物質捕集フィルタによって構成されるとともに、前記筒状ケース部が、前記粒子状物質捕集フィルタの下流側で前記排気ガス通路の断面積を減少させるよう前記粒子状物質捕集フィルタの周囲の壁面に対し縮径方向に傾斜した傾斜内壁面を有していることが好ましい。この構成により、異物捕集フィルタが上流側からの排気ガスの流れに対し交差する角度および範囲を増大させることができ、異物捕集フィルタにおける水膜形成の抑制作用を強めるとともに、排気還流管への排気ガスの流入を容易化することができる。

上記（２）ないし（４）のいずれかの構成を有する場合、（５）前記異物捕集フィルタが、前記排気還流管の上流端部と前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に挟持された環状基端部と、該環状基端部に支持されて前記排気ガス通路内に突出する前記凸面状をなす凸面形成部と、を有することが好ましい。これにより、熱容量の大きい排気浄化ユニットの筒状ケース部から異物捕集フィルタへの十分な伝熱が可能となり、しかも、異物捕集フィルタが比較的広い面積で排気ガス通路内を通る排気ガスにさらされるとともに排気ガス通路内の排気ガスの流れの方向に対して交差することになる。

上記（５）の構成を有する場合、（６）前記排気還流管の前記上流端部を形成する還流管側フランジ部と、前記還流管側フランジ部に対応して前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部に設けられたケース側フランジ部と、をさらに備え、前記異物捕集フィルタの前記環状基端部が、前記排気還流管の前記還流管側フランジ部と前記排気浄化ユニットの前記ケース側フランジ部との間に挟持され、前記異物捕集フィルタの前記凸面形成部が、前記環状基端部に支持されるとともに前記還流管側フランジ部の内方を通って前記排気ガス通路内に突出しているものであっても好ましい。この場合、異物捕集フィルタの取付けが容易になるとともに、熱容量の大きい排気浄化ユニットの筒状ケース部から異物捕集フィルタへの十分な伝熱が可能となり、しかも、異物捕集フィルタが排気還流管に流入する排気ガスを広いガス通過面積で通過させることになる。

上記（２）ないし（６）のいずれかの構成を有する場合、（７）前記異物捕集フィルタが前記排気還流管の上流端部に固着された状態で、前記排気還流管の上流端部と前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に挟持されていることが好ましい。これにより、排気還流管の上流端部が排気浄化ユニットの前記筒状ケース部に連結されるときに、異物捕集フィルタが自動的に両者間に挟持されるので、異物捕集フィルタの組付け性が向上する。

上記（５）ないし（７）のいずれかの構成を有する場合、（８）前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に挟持された前記異物捕集フィルタの一部が、前記排気還流管の上流端部と前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に配置されたガスケットとなっていることが好ましい。この場合、実質的に部品点数を増やすことなく、異物捕集フィルタの組付けをさらに容易化でき、製造コストを低減させることができる。

本発明に係る内燃機関の排気再循環装置においては、（９）前記内燃機関には、前記排気ガス通路中を流れる排気ガスのエネルギによって回転する排気タービンおよび該排気タービンに連結されて前記吸気通路中の吸入空気を圧縮する吸入空気コンプレッサを有するターボ過給機が装着されており、前記排気還流管が、前記内燃機関の前記吸気通路を形成する吸気管のうち前記吸入空気コンプレッサより上流側の吸気管に接続されていることが好ましい。この構成により、凝縮水の発生量が多くなる低圧ＥＧＲ回路における排気還流管の入口部で、異物捕集フィルタへの水膜形成を有効に抑制することができるとともに、排気還流管内の通路の閉塞を防止して所要の低圧ＥＧＲ量を確保することができる。

本発明によれば、排気還流管または排気管の内壁面から排気ガス通路内に突出する凸面状をなすように異物捕集フィルタを配置し、その異物捕集フィルタが比較的広い面積で排気ガス通路内を通る排気ガス中に常にさらされるとともに排気ガス通路内の排気ガスの流れの方向に対して交差し、しかも、異物捕集フィルタへの排気管側からの伝熱が良好になるようにしているので、還流排気ガスへの異物の侵入を阻止する異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制して、排気還流管内の通路が異物捕集フィルタによって閉塞されることを確実に防止できる低コストの内燃機関の排気再循環装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の全体の概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の一部断面を含む要部構成図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の要部拡大断面図である。 本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置におけるその異物捕集フィルタの概略の外観斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の一部断面を含む要部構成図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置におけるその異物捕集フィルタの概略の外観斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（第１実施形態）
図１〜図４は、本発明に係る内燃機関の排気再循環装置の第１実施形態を示している。

この実施形態は、本発明を多気筒内燃機関である直列４気筒のディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という）に適用したものである。

図１に示すように、本実施形態のエンジン１０は、その本体ブロック１０Ｍに複数の気筒１１を有しており、このエンジン１０には、各気筒１１内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射するコモンレール型の燃料噴射装置１２と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１３と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置１４と、排気装置１４内の排気エネルギを利用して吸気装置１３内で吸入空気を圧縮し燃焼室に空気を過給するターボ過給機１５と、このターボ過給機１５より上流側の高圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる高圧側の排気再循環装置であるＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ装置１６と、このターボ過給機１５より下流側の低圧側の排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる低圧側の排気再循環装置であるＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ装置１７とが装備されている。

燃料噴射装置１２は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げて高圧の燃圧（燃料圧力）に加圧し吐出するサプライポンプ２１と、そのサプライポンプ２１からの燃料が導入されるコモンレール２２と、このコモンレール２２を通して供給される燃料を図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）からの噴射指令信号に対応するタイミングおよび開度（デューティー比）で燃焼室内に噴射する燃料噴射弁２３とを含んで構成されている。なお、サプライポンプ２１は、例えばエンジン１０の回転動力を利用して駆動され、コモンレール２２はサプライポンプ２１から供給された高圧燃料を均等に保ちながら複数の燃料噴射弁２３に分配・供給する。燃料噴射弁２３は、電磁駆動される公知のニードル弁で構成され、噴射指令信号に応じてその開弁時間を制御されることにより噴射指令信号に応じた燃料噴射量の燃料（例えば軽油）を燃焼室内に噴射・供給することができる。

吸気装置１３には、吸気マニホールド３１と、それより上流側の吸気管３２と、吸気管３２の最上流部でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ３３と、ターボ過給機１５より下流側の吸気管部３２ｂ内で吸入空気コンプレッサ１５ａによる圧縮・過給により昇温した吸入空気を冷却するインタークーラ３４と、新気の吸入流量を検出するエアフローメータ３５と、エンジン１０内への吸気量を調整するスロットルバルブ３６と、吸気温度を検出する吸気温度センサ３７と、吸気マニホールド３１の入口付近でエンジン１０の過給圧を検出する吸気管内圧力センサ３８とが、それぞれ装着されている。

排気装置１４は、排気マニホールド４１と、それより下流側の排気管４２と、アイドル時や軽負荷時に排気温度を上げることができるとともにＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７の背圧を制御することができる排気絞り弁４３と、ターボ過給機１５より下流側の排気管４２に装着された公知の酸化触媒コンバータ４４およびＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）ユニット４５からなる排気後処理装置４６と、を含んで構成されている。

ターボ過給機１５は、互いに回転方向一体に結合された吸入空気コンプレッサ１５ａおよび排気タービン１５ｂを有し、排気エネルギにより排気タービン１５ｂを回転させるとともに吸入空気コンプレッサ１５ａを回転させることで、この吸入空気コンプレッサ１５ａにより吸入空気を圧縮してエンジン１０内に正圧の空気を供給することができる。

ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６は、排気マニホールド４１および吸気管３２の間に介装されたＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１と、このＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができるＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６２と、ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１内を通る排気ガスをその途中で冷却することができるＨＰＬ−ＥＧＲクーラ６３と、を有している。ＨＰＬ−ＥＧＲパイプ６１は、エンジン１０内の燃焼室をバイパスして、排気管４２内の排気通路のうち排気タービン１５ｂより上流側の部分（上流側の排気管部４２ａの内部）または排気マニホールド４１内の排気通路と、吸気管３２内の吸気通路３２ｗのうち吸入空気コンプレッサ１５ａより下流側の部分（下流側の吸気管部３２ｂの内部）とを連通させる高圧側排気還流通路Ｐ１を形成する高圧側通路形成部材となっている。また、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６２は、高圧側排気還流通路Ｐ１を開通させる開弁状態と、この高圧側排気還流通路Ｐ１の開通を制限する、例えば高圧側排気還流通路Ｐ１を遮断する閉弁状態とに切替え可能になっている。ＨＰＬ−ＥＧＲクーラ６３は、詳細を図示しないが、高圧側排気還流通路Ｐ１の一部を形成するケース部内にＥＧＲガスに接触する冷却水管部を設けて、その冷却水管部内に導入される冷却用流体（例えば、エンジン冷却水）とケース部内を通る高圧側の還流排気ガスとの間における熱交換によって、高圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。そして、高圧側排気還流通路Ｐ１は、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６内における高圧側の排気再循環経路の主要部をなしている。

ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７は、排気管４２および吸気管３２の間に介装されたＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１と、このＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の途中に装着されて排気ガスの還流量を調整することができるＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２と、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内を通る排気ガスをその途中で冷却することができる排気冷却器としてのＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３と、下流側の排気管４２内の排気通路のうちＤＰＦユニット４５より下流側の排気通路部分でその通路断面積を絞るように開度を縮小させることができる前述の排気絞り弁４３とを有している。

ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１は、エンジン１０内の燃焼室をバイパスして、排気管４２内の排気ガス通路４２ｗのうち排気タービン１５ｂより下流側の部分（下流側の排気管部４２ｂの内部）と吸気管３２内の吸気通路３２ｗのうち吸入空気コンプレッサ１５ａより上流側の部分（上流側の吸気管部３２ａの内部）とを連通させる低圧側排気還流通路Ｐ２（低圧側の排気再循環経路）を形成し、酸化触媒コンバータ４４およびＤＰＦユニット４５により浄化された排気ガスを排気ガス通路４２ｗ側から吸気通路３２ｗ側に還流させる排気還流管を構成している。また、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２は、低圧側排気還流通路Ｐ２を開通させる開弁状態と、この低圧側排気還流通路Ｐ２の開通を制限する、例えば低圧側排気還流通路Ｐ２を遮断する閉弁状態とに切替え可能になっている。さらに、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３は、低圧側排気還流通路Ｐ２の一部を形成するケース部７３ａと、そのケース部７３ａ内を通るＥＧＲガスに接触するとともに冷却用流体通路を形成する冷却水管部７３ｂとを有しており、冷却水管部７３ｂ内に導入される冷却用流体（例えば、エンジン冷却水）とケース部７３ａ内を通る還流排気ガスとの間における熱交換によって、低圧側の還流排気ガスを冷却できるようになっている。そして、低圧側排気還流通路Ｐ２は、吸気管３２内の吸気通路３２ｗのうちＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１が吸気管３２に接続する接続位置ｊより下流側の部分と共に、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７内における低圧側の排気再循環経路を構成している。

一方、酸化触媒コンバータ４４およびＤＰＦユニット４５は、エンジン１０の排気管４２の途中に配置され内部を通る排気ガスを浄化する排気浄化ユニットとなっている。すなわち、酸化触媒コンバータ４４は、例えば炭化水素(ＨＣ)と一酸化炭素(ＣＯ)を二酸化炭素(ＣＯ_２)と水(Ｈ_２Ｏ)に変化させることができる酸化性能を有している。また、ＤＰＦユニット４５は、例えば多孔質セラミックスで構成されたハニカム構造のもので、エンジン１０の排気ガス中に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するとともにその捕集により堆積するＰＭを燃焼させる再生処理ができるようになっている。

図２〜図４に示すように、ＤＰＦユニット４５は、具体的には、排気管４２の途中に配置されて排気ガス通路４２ｗを特定の通路区間において拡張させる筒状ケース部５１と、その筒状ケース部５１内の特定の通路区間を通る排気ガス中のＰＭを捕集して排気ガスを浄化するよう筒状ケース部５１内に収納されたＰＭ捕集フィルタ部５２（排気浄化フィルタ部）と、を有している。

このＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１は、ＰＭ捕集フィルタ部５２の下流側に、排気ガス通路４２ｗの拡張された特定の通路区間のうちＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側で通路断面積を減少させるよう、ＰＭ捕集フィルタ部５２の周囲の筒状壁面５１ｂに対して縮径方向（径が縮小する方向）に傾斜し交差する内壁面５１ａ（傾斜内壁面）を有している。

また、ＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の筒状ケース部５１の内部には、ＰＭ捕集フィルタ部５２に対応して拡張された排気ガス通路４２ｗの特定の通路区間の下流側部分である排気ガス分配室５３が画成されており、排気ガス通路４２ｗのうち排気ガス分配室５３より下流側の排気ガス通路部分４２ｗｘがこの排気ガス分配室５３から例えば車両後方側である図２中の手前側に延びるとともに、低圧側排気還流通路Ｐ２が排気ガス分配室５３から例えば鉛直方向上方側である図２中の上方側に延びつつ湾曲している。

一方、低圧側排気還流通路Ｐ２を形成するＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕの近傍には、この上流端部７１ｕの内壁面または近傍排気管４２の一部を構成する筒状ケース部５１の内壁面５１ａから排気ガス通路４２ｗ内に突出する凸面状の異物捕集フィルタ８０が設けられている。

この異物捕集フィルタ８０は、ＤＰＦユニット４５のハニカム状のＰＭ捕集フィルタ部５２よりも十分に網目の細かい金属メッシュ（金属線からなる網、多孔を有する椀状体でもよい）で構成されており、排気管４２中に存在するスパッタ（溶接時の飛散物）、ＰＭ捕集フィルタ部５２からの脱落片、あるいはＰＭ捕集フィルタ部５２より上流側から排気ガスと共に移動してくる異物が生じたときにその異物を捕捉し、そのような異物がターボ過給機１５の吸入空気コンプレッサ１５ａに入ってダメージを与えたりすることを防止するようになっている。

また、異物捕集フィルタ８０は、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕの近傍で、ＤＰＦユニット４５のＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の筒状ケース部５１の内壁面５１ａから排気ガス通路４２ｗの一部である排気ガス分配室５３内に突出している。

具体的には、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕは、ＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１に形成された開口周辺部５１ｐに保持された環状挿入部７１ｉと、その環状挿入部７１ｉに隣接するとともに筒状ケース部５１に気密的に固着・保持されたフランジ部７１ｆとを有している。

そして、図４に示すように、異物捕集フィルタ８０は、筒状ケース部５１の開口周辺部５１ｐとＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１のフランジ部７１ｆとの間に挟持された環状外周縁部８１と、筒状ケース部５１の開口周辺部５１ｐとＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の環状挿入部７１ｉとの間に挟持された短筒状部８２と、短筒状部８２から排気ガス通路４２ｗ内に略円錐状に突出する凸面状フィルタ部８３とによって構成されている。

ここで、環状外周縁部８１および短筒状部８２は、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕとＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１との間に挟持された略Ｌ字形断面の環状基端部となっており、凸面状フィルタ部８３は、環状基端部としての短筒状部８２に支持されて排気ガス通路４２ｗ内に突出する凸面状をなす凸面形成部となっている。

また、環状外周縁部８１および短筒状部８２のうち少なくとも一方は、予めＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕに溶接され、その状態で、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕがＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１に連結されるとき、図２および図３に示すように挟持された状態に保持されるようになっている。

ところで、本実施形態のエンジン１０においては、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置１６によって形成される高圧側排気還流通路Ｐ１内の還流排気ガスに対して、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７によって形成される低圧側排気還流通路Ｐ２内の還流排気ガスの方が低圧・低温となることに加えて、低圧側排気還流通路Ｐ２中のその低圧・低温の還流排気ガスがＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３により冷却されることから、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３内で酸性の凝縮水が発生し易くなる。また、異物捕集フィルタ８０は、金属製で網目が細かいため、異物捕集フィルタ８０の表面に表面張力により水幕が張り易い。

そこで、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕは、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３内で発生する凝縮水を異物捕集フィルタ８０を通してＤＰＦユニット４５のＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の排気ガス通路４２ｗ内に排出するように、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３の入口部７３ｅからＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の筒状ケース部５１の内壁面５１ａ側に向かって下降するように、少なくとも鉛直方向の上下に延びている。

より具体的には、図２および図３に示すように、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕは、フランジ部７１ｆの近傍から鉛直方向上方側に向かって湾曲しており、この上流端部７１ｕに連結するＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の残部は、両端フランジ部や蛇腹状の起伏を持つ他の複数の管状部材７１ｊ、７１ｋ、およびＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３の一部等により構成されている。

なお、エンジン１０は、図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）により各種センサ群のセンサ情報に基づいて運転制御されるようになっており、例えばサプライポンプ２１の吐出制御（例えば、その電磁スピル弁の制御）、燃料噴射弁２３による燃料噴射量制御、スロットルバルブ３６の開度制御、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６２やＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度（ＥＧＲ率）制御、排気絞り弁４３の開度制御の開閉制御等が実行されるようになっている。ここにいう各種センサ群とは、例えば図１に示す公知のエアフローメータ３５、吸気温度センサ３７、吸気管内圧力センサ３８、排気酸素濃度センサ４７、排気温度センサ４８ａ、４８ｂ、排気温度センサ４９、ＤＰＦ前後差圧センサ９１、低圧ＥＧＲ差圧センサ９２等に加え、図示しないアクセル開度センサ、スロットル開度センサ、クランク角センサ、水温センサ、車速センサ等である。また、排気絞り弁４３に代えて、あるいは排気絞り弁４３と併せて、上流側の吸気管部３２ａ内に低圧ＥＧＲ用吸気絞り弁９３を設けることもできる。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の排気再循環装置においては、異物捕集フィルタ８０がＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕの近傍でその上流端部７１ｕの内壁面または筒状ケース部５１の内壁面５１ａから排気ガス通路４２ｗ内に突出する凸面状をなしていることから、エンジン１０の運転により排気管４２に排気ガスが排出されるときには、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７によって形成される低圧側排気還流通路Ｐ２内に還流排気ガスが流れないかその流量が少ないときであっても、異物捕集フィルタ８０が比較的広い面積で排気ガス通路４２ｗ内を通る排気ガス流中に常時さらされるとともに、排気ガス通路４２ｗ内の排気ガスの流れの方向に対して排気ガス通路４２ｗを閉塞することなく交差することになる。また、このとき、異物捕集フィルタ８０は、環状外周縁部８１および短筒状部８２で熱容量の大きい筒状ケース部５１に常時接触しているので、低圧側排気還流通路Ｐ２内に還流排気ガスが流れないときであっても、異物捕集フィルタ８０への筒状ケース部５１側からの良好な伝熱が可能になる。

したがって、排気ガス通路４２ｗ側である筒状ケース部５１内の排気ガス分配室５３とＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７内の低圧側排気還流通路Ｐ２側とをガス通過面の広い異物捕集フィルタ８０によって区画する構成としながらも、異物捕集フィルタ８０に付着する水分の蒸発が促進されることで、その異物捕集フィルタ８０に水膜が形成されることが有効に抑制され、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の通路が異物捕集フィルタ８０によって閉塞されることが確実に防止されることとなる。

また、本実施形態では、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１が、ＤＰＦユニット４５のＰＭ捕集フィルタ部５２を通過した排気ガスを排気ガス通路４２ｗ側から吸気通路３２ｗ側に還流させるＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕの近傍で、排気ガス通路４２ｗ側と吸気通路３２ｗ側とを区画する異物捕集フィルタ８０が、ＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の筒状ケース部５１の内壁面５１ａから排気ガス通路４２ｗ内に突出しているので、異物捕集フィルタ８０をより広い面積で筒状ケース部５１内を通る排気ガス中にさらされるように形成できるとともに、筒状ケース部５１内の排気ガスの流れの方向に対して交差するガス通過面を容易に形成できることになり、しかも、熱容量が大きい筒状ケース部５１から異物捕集フィルタ８０への十分な伝熱が可能になる。したがって、異物捕集フィルタ８０への水膜の形成が確実に防止されることになり、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７における所要の排気還流量が確保できることとなる。

さらに、本実施形態では、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕが、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３内で発生する凝縮水を異物捕集フィルタ８０を通してＤＰＦユニット４５のＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の排気ガス通路４２ｗ内に排出するように、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３の入口部７３ｅから筒状ケース部５１内に向かって下降しているので、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内で排気ガスが冷却されることで生じる酸性の凝縮水が、ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ７３の入口部７３ｅからＤＰＦユニット４５のＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側に流下し易くなるとともに吸気通路３２ｗ側に流入し難くなる。したがって、吸気系の金属部品（バルブ類や吸入空気コンプレッサ１５ａの部品等）が腐食し難くなる。なお、ＤＰＦユニット４５内に流下した凝縮水は、容易に蒸発できるとともに、酸に対する公知の中和手段を用いて中和することもできる。

加えて、本実施形態では、筒状ケース部５１が、ＰＭ捕集フィルタ部５２の下流側で排気ガス通路４２ｗの断面積を減少させるようＰＭ捕集フィルタ部５２の周囲の筒状壁面５１ｂに対し縮径方向に傾斜した内壁面５１ａを有しているので、異物捕集フィルタ８０が上流側からの排気ガスの流れに対し交差する角度および範囲を内壁面５１ａの形状に応じて増大させたり調整したりすることができ、異物捕集フィルタ８０における水膜形成の抑制作用を強めるとともに、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１への排気ガスの流入を容易化することも可能となる。また、異物捕集フィルタ８０が、環状基端部としての略Ｌ字形断面の環状外周縁部８１および短筒状部８２と、短筒状部８２に支持されて排気ガス通路４２ｗ内に突出する略円錐状あるいは略半球面状の凸面状フィルタ部８３とを有していることから、上述の伝熱や水幕形成の抑制作用が十分に得られることになる。

さらに、本実施形態では、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１がエンジン１０の吸気管３２のうち吸入空気コンプレッサ１５ａより上流側に接続されて、凝縮水の発生量が多くなるＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７が構成され、そのＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の入口部である上流端部７１ｕにおいて、異物捕集フィルタ８０への水膜形成を有効に抑制することができるので、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の通路の閉塞を防止して所要の低圧ＥＧＲ量を確保することができる。

また、異物捕集フィルタ８０の環状外周縁部８１および短筒状部８２のうち少なくとも一方が予めＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕに溶接され、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕがＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１に連結されるときに、異物捕集フィルタ８０が自動的に両者間に挟持されるので、異物捕集フィルタ８０の組付け性が優れたものとなることに加えて、異物捕集フィルタ８０を筒状ケース部５１等に溶接する必要がないので、構成の複雑化やコスト高も回避できる。

このように、本実施形態においては、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕまたは筒状ケース部５１の内壁面５１ａから排気ガス通路４２ｗ内に突出する凸面状をなすように異物捕集フィルタ８０を配置し、その異物捕集フィルタ８０が比較的広い面積で排気ガス通路４２ｗ内を通る排気ガスにさらされるとともに排気ガス通路４２ｗ内の排気ガスの流れの方向に対して交差し、しかも、異物捕集フィルタ８０への筒状ケース部５１側からの伝熱が良好になるようにしているので、排気ガス通路４２ｗ側と排気還流通路側とをガス通過面の広い異物捕集フィルタ８０によって区画しながらも、異物捕集フィルタ８０に水膜が形成されるのを有効に抑制することができ、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１内の低圧側排気還流通路Ｐ２が異物捕集フィルタ８０によって閉塞されることを確実に防止することができる低コストの内燃機関の排気再循環装置を提供することができる。

（第２実施形態）
図５〜図７は、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の要部を示している。

本実施形態は、上述の第１実施形態と略同様の全体構成を有しており、その異物捕集フィルタの装着部分の構成のみが第１実施形態とは相違するものである。したがって、第１実施形態と同一または類似の構成については、図５〜図７中に図１〜図４中の対応する構成要素と同一の参照符号で示し、特に第１実施形態と相違する点について、以下に説明する。

図５および図６に示すように、本実施形態の内燃機関の排気再循環装置においては、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置１７（図１参照）が、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の上流端部７１ｕを形成する還流管側フランジ部１１１を有している。また、ＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１が、ＰＭ捕集フィルタ部５２より下流側の内壁面５１ａの一部である開口周辺部５１ｐを外方に突出させ、その先端部に還流管側フランジ部１１１に対応するケース側フランジ部１２１を設けた構成となっている。

そして、排気ガス通路４２ｗ側と吸気通路３２ｗ側とを区画する異物捕集フィルタ１８０は、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１の還流管側フランジ部１１１とＤＰＦユニット４５のケース側フランジ部１２１との間に挟持されたガスケットとしての環状基端部１８１と、環状基端部１８１に一体に結合されるとともに還流管側フランジ部１１１の内方を通って排気ガス通路４２ｗ内に突出している凸面形成部１８３と、を有している。

また、図６および図７に示すように、異物捕集フィルタ１８０の環状基端部１８１には、還流管側フランジ部１１１とケース側フランジ部１２１との間をシールするシールリング部１８１ｒが一体に形成されている。さらに、図７に示すように、環状基端部１８１のシールリング部１８１ｒより外側には、還流管側フランジ部１１１とケース側フランジ部１２１とを互いに一体に締結するための図示しない複数のボルトが貫通する複数のボルト孔１８５が形成されている。勿論、還流管側フランジ部１１１とケース側フランジ部１２１とは、ボルト締結以外の締結方法により、あるいはその他の連結方法により、相互連結されてもよい。

本実施形態においては、ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１をＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１に連結する際に、異物捕集フィルタ８０を、その凸面形成部１８３がＤＰＦユニット４５の内部に向かうような向きで、その環状基端部１８１が還流管側フランジ部１１１とケース側フランジ部１２１との間に挟まるように配置しておくだけで、異物捕集フィルタ８０の取付けが容易に可能になる。しかも、熱容量の大きいＤＰＦユニット４５の筒状ケース部５１から異物捕集フィルタ８０への十分な伝熱が可能となり、さらに、異物捕集フィルタ８０がＬＰＬ−ＥＧＲパイプ７１に流入する排気ガスを広いガス通過面積で通過させることになるから、上述の第１実施形態と同様な効果を期待することができる。

さらに、本実施形態では、異物捕集フィルタ１８０がフランジ結合部のガスケットとしても機能するので、実質的に部品点数を増やすことなく、異物捕集フィルタ１８０を容易に組付け可能にすることができる。

なお、上述の第１実施形態における異物捕集フィルタ８０の環状外周縁部８１や第２実施形態における異物捕集フィルタ１８０の環状基端部１８１は、凸面状フィルタ部８３または凸面形成部１８３を形成する金属メッシュの周囲を金属製リング等によって挟圧保持するようにし、その金属リング等をガスケットとすることができるし、第２実施形態のように、その金属メッシュの周囲を固着した円環状の金属板にシール用の環状凹凸を設けるようにすることでも構成できる。異物捕集フィルタの凸面形状が略円錐形状、半球面状、略円錐台形状等に限定されるものでないことはいうまでない。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気再循環装置は、排気還流管または排気管の内壁面から排気ガス通路内に突出する凸面状をなすように異物捕集フィルタを配置し、その異物捕集フィルタが比較的広い面積で排気ガス通路内を通る排気ガス中に常にさらされるとともに排気ガス通路内の排気ガスの流れの方向に対して交差し、しかも、異物捕集フィルタへの排気管側からの伝熱が良好になるようにしているので、還流排気ガスへの異物の侵入を阻止する異物捕集フィルタに水膜が形成されるのを有効に抑制できる低コストの内燃機関の排気再循環装置を提供することができるという効果を奏するものであり、排気再循環経路中に異物捕集フィルタを設けた内燃機関の排気再循環装置全般に有用である。

１０ エンジン（ディーゼルエンジン、内燃機関）
１５ ターボ過給機
１５ａ 吸入空気コンプレッサ
１５ｂ 排気タービン
１６ ＨＰＬ−ＥＧＲ装置
１７ ＬＰＬ−ＥＧＲ装置
３２ 吸気管
３２ｗ 吸気通路
４２ 排気管
４２ｗ 排気ガス通路
４３ 排気絞り弁
４４ 酸化触媒コンバータ
４５ ＤＰＦユニット（排気浄化ユニット）
５１ 筒状ケース部
５１ａ 内壁面（傾斜内壁面）
５１ｂ 筒状壁面（排気浄化フィルタ部の周囲の壁面）
５１ｐ 開口周辺部
５２ ＰＭ捕集フィルタ部（排気浄化フィルタ部）
７１ ＬＰＬ−ＥＧＲパイプ（排気還流管）
７１ｕ 上流端部
７２ ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ
７３ ＬＰＬ−ＥＧＲクーラ（排気冷却器）
７３ｅ 入口部
８０；１８０ 異物捕集フィルタ
８１ 環状外周縁部（環状基端部）
８２ 短筒状部（環状基端部）
８３ 凸面状フィルタ部（凸面形成部）
１１１ 還流管側フランジ部
１２１ ケース側フランジ部
１８１ 環状基端部（ガスケット）
１８３ 凸面形成部
Ｐ１ 高圧側排気還流通路
Ｐ２ 低圧側排気還流通路

Claims (9)

1. 排気ガス通路を形成する排気管の途中に排気浄化ユニットを有する内燃機関に装備される内燃機関の排気再循環装置であって、
   前記排気浄化ユニットにより浄化された排気ガスを前記排気ガス通路側から前記内燃機関の吸気通路側に還流させる排気還流管と、
   前記排気還流管または前記排気管の内壁面から前記排気ガス通路内に突出する凸面状の異物捕集フィルタと、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。
2. 前記排気浄化ユニットが、前記排気管の途中に配置された筒状ケース部および該筒状ケース部内を通る排気ガスを浄化可能な排気浄化フィルタ部を有し、
   前記排気還流管が、前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部を通過した排気ガスを前記排気ガス通路側から前記吸気通路側に還流させ、
   前記異物捕集フィルタが、前記排気還流管の上流端部の近傍で、前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部より下流側の前記筒状ケース部の内壁面から前記排気ガス通路内に突出していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気再循環装置。
3. 前記排気還流管の途中に設置され前記吸気管側に還流する排気ガスを冷却する排気冷却器をさらに備え、
   前記排気還流管の上流端部が、前記排気冷却器内で発生する凝縮水を前記異物捕集フィルタを通して前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部より下流側の前記排気ガス通路内に排出するように、前記排気冷却器の入口部から前記排気浄化フィルタ部より下流側の前記筒状ケース部の内壁面側に向かって下降していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気再循環装置。
4. 前記排気浄化ユニットの前記排気浄化フィルタ部が、粒子状物質捕集フィルタによって構成されるとともに、
   前記筒状ケース部が、前記粒子状物質捕集フィルタの下流側で前記排気ガス通路の断面積を減少させるよう前記粒子状物質捕集フィルタの周囲の壁面に対し縮径方向に傾斜した傾斜内壁面を有していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の排気再循環装置。
5. 前記異物捕集フィルタが、前記排気還流管の上流端部と前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に挟持された環状基端部と、該環状基端部に支持されて前記排気ガス通路内に突出する前記凸面状をなす凸面形成部と、を有することを特徴とする請求項２ないし請求項４のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環装置。
6. 前記排気還流管の前記上流端部を形成する還流管側フランジ部と、前記還流管側フランジ部に対応して前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部に設けられたケース側フランジ部と、をさらに備え、
   前記異物捕集フィルタの前記環状基端部が、前記排気還流管の前記還流管側フランジ部と前記排気浄化ユニットの前記ケース側フランジ部との間に挟持され、
   前記異物捕集フィルタの前記凸面形成部が、前記環状基端部に支持されるとともに前記還流管側フランジ部の内方を通って前記排気ガス通路内に突出していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気再循環装置。
7. 前記異物捕集フィルタが前記排気還流管の上流端部に固着された状態で、前記排気還流管の上流端部と前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に挟持されていることを特徴とする請求項２ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環装置。
8. 前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に挟持された前記異物捕集フィルタの一部が、前記排気還流管の上流端部と前記排気浄化ユニットの前記筒状ケース部との間に配置されたガスケットとなっていることを特徴とする請求項５ないし請求項７のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環装置。
9. 前記内燃機関には、前記排気ガス通路中を流れる排気ガスのエネルギによって回転する排気タービンおよび該排気タービンに連結されて前記吸気通路中の吸入空気を圧縮する吸入空気コンプレッサを有するターボ過給機が装着されており、
   前記排気還流管が、前記内燃機関の前記吸気通路を形成する吸気管のうち前記吸入空気コンプレッサより上流側の吸気管に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気再循環装置。

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