JP2011208575A - Exhaust gas recirculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの排ガスを吸気側に還流させる排ガス再循環(EGR)装置に関し、特に排ガスの冷却により発生する凝縮水のエンジン側への侵入を防止したものに関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation (EGR) device that recirculates exhaust gas of an engine to an intake side, and particularly relates to an apparatus that prevents intrusion of condensed water generated by cooling of the exhaust gas into the engine side.
例えば自動車用のエンジンにおいては、排ガスの一部を抽出して吸気管路に導入し、燃焼用空気(新気)に混合することによって、燃焼温度のコントロールやポンプ損失の低減等を図っている。
また、ターボチャージャ等の過給器を有するエンジンの場合には、過給後の新気中に排ガスを導入する高圧EGRに加えて、過給前の新気中に排ガスを導入する低圧EGRが行われる場合がある。
For example, in automobile engines, part of the exhaust gas is extracted and introduced into the intake pipe and mixed with the combustion air (fresh air) to control the combustion temperature and reduce pump loss. .
In addition, in the case of an engine having a supercharger such as a turbocharger, in addition to high-pressure EGR that introduces exhaust gas into fresh air after supercharging, low-pressure EGR that introduces exhaust gas into fresh air before supercharging It may be done.
排ガスは、通常EGRクーラによって冷却されてから新気中に導入される。また、過給器上流側に排ガスが導入される低圧EGRの場合には、新気と混合された状態でコンプレッサによって加圧され、その後インタークーラによって再度冷却される。
EGRとして戻される排ガス中に含まれる水蒸気は、これらの冷却を受けることによって凝縮し、吸気管内で液相の凝縮水となる場合がある。このような凝縮水がエンジン本体に吸入された場合、排ガス中の成分が溶解した凝縮水の強酸性に起因する腐食や、量が多くなった場合のウォーターハンマー現象の発生などエンジンの耐久性等に懸念が生じる。
The exhaust gas is usually cooled by an EGR cooler and then introduced into fresh air. Further, in the case of low pressure EGR in which exhaust gas is introduced upstream of the supercharger, it is pressurized by a compressor while being mixed with fresh air, and then cooled again by an intercooler.
In some cases, the water vapor contained in the exhaust gas returned as EGR is condensed by receiving the cooling, and becomes condensed liquid in the intake pipe. When such condensed water is inhaled into the engine body, engine durability such as corrosion due to strong acidity of condensed water in which components in the exhaust gas are dissolved, water hammer phenomenon when the amount increases, etc. Concerns arise.
EGRに起因する凝縮水への対策に関する従来技術として、例えば特許文献1には、EGRガス通路を側面視においてV字型に屈曲させ、その下端部に凝縮水タンクを形成し、凝縮水が所定の水位となったときにドレンバルブを開放して外部へ排出することが記載されている。 As a prior art regarding countermeasures against condensed water caused by EGR, for example, in Patent Document 1, the EGR gas passage is bent in a V shape in a side view, and a condensed water tank is formed at a lower end portion thereof. It is described that the drain valve is opened and discharged to the outside when the water level becomes.
しかし、上述した従来技術においては、凝縮水タンクの水位検出やドレンバルブの開閉のためにセンサやアクチュエータ等を設ける必要があり、EGR装置の構成が複雑化してしまう。さらに、EGR配管をV字状に屈曲させることから、流路抵抗が大きくなりEGR制御のレスポンスの悪化が懸念される。 However, in the above-described prior art, it is necessary to provide a sensor, an actuator, and the like for detecting the water level in the condensed water tank and opening / closing the drain valve, which complicates the configuration of the EGR device. Further, since the EGR pipe is bent into a V shape, the flow path resistance increases and there is a concern that the response of the EGR control will deteriorate.
一方、近年軽量化等を目的として、吸気系部品の樹脂化が推進されている。特に、EGRにより排ガスが導入される部分の吸気系部品を樹脂によって形成することができれば、耐酸性が高く腐食の懸念がないことから有利である。しかし、上述したような高圧EGRでは、高温の排ガスを導入させるので、熱による損傷を防止するため適切な温度範囲を維持することが必要となる。
本発明の課題は、簡単な構成により凝縮水がエンジンに吸入されることを防止しかつ吸気系部品の過熱を防止した排ガス再循環装置を提供することである。
On the other hand, in recent years, the use of resin for intake system parts has been promoted for the purpose of weight reduction and the like. In particular, if the intake system part where the exhaust gas is introduced by EGR can be formed of resin, it is advantageous because the acid resistance is high and there is no concern about corrosion. However, in the high-pressure EGR as described above, high-temperature exhaust gas is introduced, so that it is necessary to maintain an appropriate temperature range in order to prevent damage due to heat.
An object of the present invention is to provide an exhaust gas recirculation device which prevents condensed water from being sucked into an engine and prevents overheating of intake system parts with a simple configuration.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1の発明は、エンジンの排ガスを過給器より上流の吸気管路内に導入する第1の排ガス循環流路と、前記第1の排ガス循環流路に対して高温高圧の排ガスを前記過給器より下流の前記吸気管路内に導入する第2の排ガス循環流路とを備える排ガス再循環装置であって、前記吸気管路と前記第2の排ガス循環流路との合流部に、前記第2の排ガス循環流路に沿って設けられ前記吸気管路内の凝縮水が流入して貯留される貯留部を設けたことを特徴とする排ガス再循環装置である。
これによれば、貯留部に貯留された凝縮水はその顕熱及び気化潜熱によって第2の排ガス循環流路と吸気管路との接続部近傍を冷却するため、これら吸気系部品の過熱を防止することができる。これによって軽量かつ耐腐食性に優れる樹脂部品の採用を拡大することができ、同時にコストダウンも図ることができる。
また、凝縮水は自重によって貯留部に流入し、その後蒸発あるいは流出して処理されるため、水位の検出やドレンバルブによる排出を行う必要がなく、装置の構成を簡素化することができる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
The first aspect of the present invention is a first exhaust gas circulation passage for introducing exhaust gas of an engine into an intake pipe upstream of a supercharger, and high-temperature and high-pressure exhaust gas from the first exhaust gas circulation passage. An exhaust gas recirculation device comprising a second exhaust gas circulation passage that is introduced into the intake pipe downstream from the supercharger, and is provided at a junction of the intake pipe and the second exhaust gas circulation passage. The exhaust gas recirculation device is provided with a storage portion that is provided along the second exhaust gas circulation passage and in which condensed water in the intake pipe flows and is stored.
According to this, the condensed water stored in the storage part cools the vicinity of the connection part between the second exhaust gas circulation flow path and the intake pipe line by the sensible heat and the latent heat of vaporization, thereby preventing overheating of these intake system components. can do. This makes it possible to expand the use of resin parts that are lightweight and have excellent corrosion resistance, and at the same time can reduce costs.
In addition, since the condensed water flows into the storage part by its own weight and is then evaporated or outflowed before being processed, it is not necessary to detect the water level or to discharge by the drain valve, and the configuration of the apparatus can be simplified.
請求項2の発明は、前記貯留部の内周面は前記第2の排ガス循環流路の外周面と共通であり、前記貯留部の外周面は前記内周面を包囲する筒状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の排ガス再循環装置である。
これによれば、貯留部と第2の排ガス循環流路とを2重管構造として、貯留部内の凝縮水によって第2の排ガス循環流路の周囲を全周にわたって直接冷却することができる。
According to a second aspect of the present invention, the inner peripheral surface of the reservoir is the same as the outer peripheral surface of the second exhaust gas circulation flow path, and the outer peripheral surface of the reservoir is formed in a cylindrical shape surrounding the inner peripheral surface. The exhaust gas recirculation device according to claim 1.
According to this, the storage part and the second exhaust gas circulation channel have a double pipe structure, and the periphery of the second exhaust gas circulation channel can be directly cooled over the entire circumference by the condensed water in the storage part.
請求項3の発明は、前記貯留部は所定以上の水位となったときに貯留された凝縮水を前記第2の排ガス循環流路内へ流出させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排ガス再循環装置である。
これによれば、貯留部から溢れ出た凝縮水を第2の排ガス循環流路内へ流出させることによって、第2の排ガス循環流路内を冷却しつつ凝縮水を高温の高圧EGRガスに直接曝して蒸発させることができる。
The invention according to claim 3 is characterized in that the condensed water stored when the storage section reaches a predetermined water level or more flows out into the second exhaust gas circulation passage. It is an exhaust gas recirculation apparatus as described in above.
According to this, the condensed water overflowing from the storage part is allowed to flow into the second exhaust gas circulation channel, so that the condensed water is directly converted into a high-temperature high-pressure EGR gas while cooling the second exhaust gas circulation channel. Can be evaporated by exposure.
請求項4の発明は、前記吸気管路内における前記貯留部の上流側に凝縮水の飛散を防止する飛散防止手段を設けたことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の排ガス再循環装置である。
これによれば、新気中に飛沫として含まれる凝縮水を捕捉して、吸気管路の内壁を経由し貯留部へ導くことができ、凝縮水の飛沫がエンジン内に吸入されることを防止できる。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided scattering prevention means for preventing scattering of condensed water on the upstream side of the storage section in the intake pipe. The exhaust gas recirculation device according to item.
According to this, condensed water contained as splash in fresh air can be captured and guided to the reservoir via the inner wall of the intake pipe, preventing the condensed water from being sucked into the engine. it can.
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成により凝縮水がエンジンに吸入されることを防止しかつ吸気系部品の過熱を防止した排ガス再循環装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an exhaust gas recirculation device that prevents the condensed water from being sucked into the engine and prevents overheating of the intake system components with a simple configuration.
本発明は、排ガスが冷却されて生じる凝縮水がエンジンに吸入されることを防止しかつ高圧排ガス循環配管の過熱を防止した排ガス再循環装置を提供する課題を、高圧EGR配管のインテークダクト側の端部を2重管構造とし、内管と外管との間に凝縮水が自重により流入する貯留部を設けることによって解決した。 The present invention provides a problem of providing an exhaust gas recirculation device that prevents the condensed water generated by cooling the exhaust gas from being sucked into the engine and prevents overheating of the high pressure exhaust gas circulation piping, on the intake duct side of the high pressure EGR piping. This problem has been solved by providing a double pipe structure at the end and providing a reservoir where condensed water flows in by its own weight between the inner pipe and the outer pipe.
以下、本発明を適用した排ガス再循環(EGR)装置の実施例及びこれを備えるエンジンについて説明する。
図1に示すように、エンジン10には、ターボチャージャ20、吸気システム30、排気システム40、低圧EGR装置50、高圧EGR装置60等が設けられている。
なお、低圧EGR装置50及び高圧EGR装置60は、協働して本発明の排ガス再循環装置を構成する。
また、図中において比較的高温の排ガス、EGRガスの流れを黒矢印で示し、常温の新気及び冷却後のEGRガスの流れを白矢印で示している。
エンジン10は、例えば水平対向、直列、V型等のディーゼルエンジンであって、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載されるものである。
Hereinafter, an embodiment of an exhaust gas recirculation (EGR) device to which the present invention is applied and an engine including the same will be described.
As shown in FIG. 1, the
The low
Also, in the figure, the flow of relatively high temperature exhaust gas and EGR gas is indicated by black arrows, and the flow of fresh air at normal temperature and the cooled EGR gas is indicated by white arrows.
The
ターボチャージャ20は、コンプレッサ21、タービン22等を備えた過給器である。
コンプレッサ21は、エンジン10が吸入する燃焼用空気(新気)を圧縮する遠心式の圧縮機である。
タービン22は、エンジン10の排気エネルギを用いてコンプレッサ21を駆動するものである。
The
The
The turbine 22 drives the
吸気システム30は、エンジン10に新気を導入する管路であるインテークダクト31を備えている。インテークダクト31のエンジン10側の端部には、各気筒のインテークポートに新気を配分する分岐管である図示しないインテークマニホールドが設けられている。
インテークダクト31は、上流側(エンジン10から離れた側)から順に、エアクリーナ32、エアフローメータ33、コンプレッサ21、インタークーラ34、スロットル35が設けられている。
The
The
エアクリーナ32は、インテークダクト31に吸入された外気をろ過し、ダスト等を除去するものである。
エアフローメータ33は、通過する新気の流量を検出し、図示しないエンジン制御ユニット(ECU)に伝達するものである。
インタークーラ34は、コンプレッサ21で加圧され高温となった新気を、例えば走行風との熱交換によって冷却するものである。
スロットル35は、インテークダクト31の流路断面積を絞るバタフライバルブであるスロットルバルブを備えている。
The
The
The
The
排気システム40は、エンジン10から排出された燃焼済みガス(排ガス)を排出するエキゾーストパイプ41を備えている。エキゾーストパイプ41のエンジン10側の端部には、各気筒のエキゾーストポートからの排気を合流させる集合管である図示しないエキゾーストマニホールドが設けられている。
エキゾーストパイプ41は、上流側(エンジン10側)から順に、タービン22、排ガス後処理装置42、背圧調整バルブ43、マフラ44等を備えている。
The
The
排ガス後処理装置42は、酸化触媒コンバータ、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)、選択還元触媒(SCR)コンバータ等を備え、排ガス中のNOx、PM、ハイドロカーボン等を低減するものである。
背圧調整バルブ43は、エキゾーストパイプ41の流路を絞ることによって、それより上流側におけるエキゾーストパイプ41内の排気圧力(背圧)を調節するものである。
マフラ44は、排気騒音を低減する消音器等を備えている。
The exhaust
The back
The
低圧EGR装置50は、エキゾーストパイプ41における排ガス後処理装置42と背圧調整バルブ43との間から、排ガスの一部を低圧EGRガスとして抽出し、インテークダクト31におけるエアフローメータ33とコンプレッサ21との間に導入する低圧EGR配管51を備えている。
The low-
低圧EGR配管51には、上流側(エキゾーストパイプ41側)から順に、EGRクーラ52、EGRバルブ53が設けられている。
EGRクーラ52は、低圧EGRガスを冷却する熱交換器である。
EGRバルブ53は、低圧EGRガスの流量を制御するものである。
The low-
The
The
高圧EGR装置60は、エキゾーストパイプ41におけるエンジン10とタービン22との間から、排ガスの一部を高圧EGRガスとして抽出し、インテークダクト31におけるスロットル35とエンジン10との間に導入する高圧EGR配管61を備えている。
高圧EGRガスは、上述した低圧EGRガスに対して、高圧かつ高温となっている。
The high-
The high-pressure EGR gas has a higher pressure and a higher temperature than the above-described low-pressure EGR gas.
高圧EGR配管61には、上流側(エキゾーストパイプ41側)から順に、EGRクーラ62、EGRバルブ63が設けられている。
EGRクーラ62は、高圧EGRガスを冷却する熱交換器である。
EGRバルブ63は、高圧EGRガスの流量を制御するものである。
The high-
The
The
図2(a)は、図1のII部拡大模式的断面図である。図2(b)は、図2(a)のb−b部矢視断面図である。
インテークダクト31と高圧EGR配管61との合流部においては、インテークダクト31は水平方向にほぼ沿って配置され、高圧EGR配管61の端部は、鉛直方向にほぼ沿って配置されるとともに、インテークダクト31の下部に接続され連通している。
FIG. 2A is an enlarged schematic cross-sectional view of the II part in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line bb in FIG.
At the junction between the
高圧EGR配管61の端部は、同心に配置された円筒状の内管64及び外管65からなる2重管構造となっている。この2重管構造の下端部には、内管64と外管65との間にわたして設けられた底面部66によって閉塞されている。底面部66は、EGRバルブ63の上端部近傍に配置されている。
高圧EGR配管61内を流れてきた高圧EGRガスは、内管64からインテークダクト31内に導入される。
外管65の上端部は、全周にわたってインテークダクト31の外周面と接合されている。
内管64、外管65、底面部66によって構成される空間部である貯留部Sの上端部は、インテークダクト31の下部においてインテークダクト31と連通している。この貯留部Sは、低圧EGRガスがEGRクーラ52及びインタークーラ34内で冷却された際に、含まれる水蒸気が凝縮して発生する凝縮水が自重によって流入し貯留される凝縮水溜めとして機能する。
内管64の上端部は、エンジン10側への凝縮水の漏出を防止するため、インテークダクト31の下面よりも低い位置に配置されている。
The end of the high-
The high pressure EGR gas that has flowed through the high
The upper end portion of the
An upper end portion of the storage portion S that is a space portion constituted by the
The upper end portion of the
また、インテークダクト31内におけるスロットル35の出口部分には、流路断面を横断するように、例えば金網等のメッシュMが設けられる。このメッシュMは、新気中の凝縮水の飛沫を捕捉して飛散を防止する。
Further, a mesh M such as a wire mesh is provided at the outlet portion of the
メッシュMに捕捉され、また、インテークダクト31の内周面に沿って流れてきた凝縮水は、自重によってインテークダクト31の下部に集まり、新気の流れに同伴してエンジン10側に流れる。
インテークダクト31の下部を流れる凝縮水は、貯留部S上部の開口部まで到達すると、ここから貯留部Sに流入する。
Condensed water captured by the mesh M and flowing along the inner peripheral surface of the
When the condensed water flowing in the lower part of the
図3に示すように、貯留部Sに貯留された凝縮水Wは、その水位が内管64の上端部まで到達すると、一部は内管64の上端部を超えて溢れ、内管64の内周面に沿って高圧EGR配管61内へ自重により降下する。高圧EGR配管61内に流下した凝縮水は、高温の高圧EGRガスに直接曝されることによって加熱され蒸発する。
また、凝縮水Wの一部は、高圧EGRガスによって熱せられることによって貯留部S内において蒸発する。
As shown in FIG. 3, when the water level reaches the upper end of the
Moreover, a part of the condensed water W evaporates in the storage part S by being heated by the high pressure EGR gas.
以上説明した実施例によれば、低圧EGRガスが冷却されて生じた凝縮水は貯留部S内に貯留され、その後内管64内に流入したり、蒸発することによって処理されるので、例えばタンクの水位に応じてドレンバルブを開閉する従来技術に対して、EGR装置の構成を簡素化することができる。
また、貯留部Sに貯留された凝縮水、及び、ここから内管64の内部に流入した凝縮水は、その顕熱及び気化潜熱によって、高圧EGR配管61のインテークダクト31側の端部近傍を冷却し、周辺のインテークダクト31、インテークマニホールド、高圧EGR配管61等の温度を低下させる。
これによって、インテークダクト31やインテークマニホールドを、例えば160℃以下の耐熱性であるPP、PA等の樹脂材料で形成した場合であっても耐熱温度以下を保ち、耐久性を確保することができる。これによって、インテークマニホールド等を樹脂一体成型品とすることができ、軽量化、コストダウン等を図ることができる。
なお、凝縮水にEGRガス中の硫黄分が溶解すると、凝縮水が強酸性となることから、このような吸気系部品の樹脂化を行うことができれば、耐腐食性の観点からも有利である。
さらに、スロットル35の出口部分にメッシュMを設けたことにより、凝縮水の飛沫がエンジン10に吸入されることを防止できる。
According to the embodiment described above, the condensed water generated by cooling the low-pressure EGR gas is stored in the storage part S and then processed by flowing into the
Further, the condensed water stored in the storage portion S and the condensed water flowing into the
Thereby, even when the
If the sulfur content in the EGR gas is dissolved in the condensed water, the condensed water becomes strongly acidic. If such an intake system component can be resinized, it is advantageous from the viewpoint of corrosion resistance. .
Furthermore, by providing the mesh M at the outlet portion of the
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
例えば、エンジン、吸排気システム、EGR装置等の詳細な構成は上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、凝縮水が貯留される貯留部は、実施例のような2重管構造に限らず、その他の形態であってもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
For example, detailed configurations of the engine, the intake / exhaust system, the EGR device, and the like are not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate.
For example, the storage part in which the condensed water is stored is not limited to the double pipe structure as in the embodiment, but may have other forms.
10 エンジン 20 ターボチャージャ
21 コンプレッサ 22 タービン
30 吸気システム 31 インテークダクト
32 エアクリーナ 33 エアフローメータ
34 インタークーラ 35 スロットル
M メッシュ
40 排気システム 41 エキゾーストパイプ
42 排ガス後処理装置 43 背圧調整バルブ
44 マフラ
50 低圧EGR装置 51 低圧EGR配管
52 EGRクーラ 53 EGRバルブ
60 高圧EGR装置 61 高圧EGR配管
62 EGRクーラ 63 EGRバルブ
64 内管 65 外管
66 底面部 S 貯留部
W 凝縮水
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第1の排ガス循環流路に対して高温高圧の排ガスを前記過給器より下流の前記吸気管路内に導入する第2の排ガス循環流路と
を備える排ガス再循環装置であって、
前記吸気管路と前記第2の排ガス循環流路との合流部に、前記第2の排ガス循環流路に沿って設けられ前記吸気管路内の凝縮水が流入して貯留される貯留部を設けたこと
を特徴とする排ガス再循環装置。 A first exhaust gas circulation passage for introducing engine exhaust gas into an intake pipe upstream of the supercharger;
An exhaust gas recirculation device comprising: a second exhaust gas circulation channel that introduces high-temperature and high-pressure exhaust gas into the intake pipe downstream from the supercharger with respect to the first exhaust gas circulation channel,
A reservoir that is provided along the second exhaust gas circulation flow path at a junction between the intake pipe and the second exhaust gas circulation flow path and stores the condensed water flowing in the intake pipe. An exhaust gas recirculation device characterized by being provided.
を特徴とする請求項1に記載の排ガス再循環装置。 The inner peripheral surface of the storage part is common to the outer peripheral surface of the second exhaust gas circulation flow path, and the outer peripheral surface of the storage part is formed in a cylindrical shape surrounding the inner peripheral surface. Item 2. An exhaust gas recirculation device according to Item 1.
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の排ガス再循環装置。 3. The exhaust gas recirculation device according to claim 1, wherein the storage unit causes the condensed water stored when the water level reaches a predetermined level or more to flow into the second exhaust gas circulation passage. .
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の排ガス再循環装置。 The exhaust gas recirculation according to any one of claims 1 to 3, wherein scattering prevention means for preventing scattering of condensed water is provided upstream of the storage portion in the intake pipe. apparatus.
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