JP5825707B2 - EGR device - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関等の燃焼装置からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させるEGR(排気再循環)装置に関する。 The present invention relates to an EGR (exhaust gas recirculation) device that recirculates a part of exhaust gas from a combustion device such as an internal combustion engine into a combustion chamber for recombustion.
内燃機関からの排気を浄化して大気汚染の拡大を抑制することは重要な課題であるが、このためのシステム(装置)の一つとして、内燃機関からの排気の一部を燃焼室内に還流させて再燃焼させることで燃焼温度を下げ、排気中の窒素酸化物(以下、NOxという)の濃度(排出量)を低減するためのいわゆるEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)システムが知られている。 Purifying the exhaust from the internal combustion engine to suppress the expansion of air pollution is an important issue, but as one of the systems (apparatus) for this purpose, a part of the exhaust from the internal combustion engine is returned to the combustion chamber. A so-called EGR (Exhaust Gas Recirculation) system is known for reducing the combustion temperature by reducing the combustion temperature and reducing the concentration (exhaust amount) of nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) in the exhaust gas. ing.
かかるEGRシステムにおいては、燃焼室内に還流させるEGRガスを冷却することにより、燃焼温度を低下させることができ、これにより一層効果的にNOxの排出量を低減することができる。 In such an EGR system, by cooling the EGR gas to be recirculated into the combustion chamber, the combustion temperature can be lowered, and thereby the NOx emission can be more effectively reduced.
このようなことから、例えば、特許文献1に記載されるEGRシステムでは、EGRガスを冷却するための熱交換器であるEGRクーラを、EGRガスを排気通路から内燃機関の吸気通路へ導くEGR通路に介装することが行われている。 For this reason, for example, in the EGR system described in Patent Document 1, an EGR cooler that is a heat exchanger for cooling EGR gas is connected to an EGR passage that guides the EGR gas from the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine. It has been done to intervene.
なお、EGRクーラを備えてEGRガス温度を下げることによって、EGRガスの膨張も抑制されるため、吸気中に混合されるEGRガス量(排気還流量)を増加させたい、すなわちEGR率(=EGRガス量/(新気量+EGRガス量)×100(%))を一層稼ぎたいといった要求がある場合などにおいても有利となる。 In addition, since the expansion of the EGR gas is suppressed by providing the EGR cooler and lowering the EGR gas temperature, it is desired to increase the amount of EGR gas (exhaust gas recirculation amount) mixed in the intake air, that is, the EGR rate (= EGR This is also advantageous when there is a demand for further earning gas amount / (fresh air amount + EGR gas amount) × 100 (%)).
ここで、なお一層NOx低減を達成するための手段として、EGRガスの更なる冷却を行うことが考えられるが、例えば、EGRガスを、従来の150°C程度から100°C以下まで冷却するような場合、冷却されたEGRガスから凝縮水が発生するおそれが高まる。 Here, as a means for achieving further NOx reduction, it is conceivable to further cool the EGR gas. For example, the EGR gas is cooled from about 150 ° C. to 100 ° C. or less. In such a case, there is a high possibility that condensed water is generated from the cooled EGR gas.
EGRガスは燃料中の硫黄分を含むため凝縮水には硫酸が含まれることになるから、この硫酸を含む凝縮水がEGR通路や内燃機関の燃焼室などの内部に付着・滞留などすると、内燃機関の各部(EGR通路やEGRバルブ、吸気通路や燃焼室など)に腐食や損傷等を引き起こすことになる。更に、腐食して剥離した部品(異物)を内燃機関の燃焼室が吸い込んでしまうおそれもあり、そのような場合には内燃機関の破損などを招くおそれも生じ得る。 Since the EGR gas contains sulfur in the fuel, the condensed water contains sulfuric acid. Therefore, if the condensed water containing sulfuric acid adheres to or stays inside the EGR passage or the combustion chamber of the internal combustion engine, the internal combustion engine Corrosion, damage, etc. will be caused in each part of the engine (EGR passage, EGR valve, intake passage, combustion chamber, etc.). Furthermore, the combustion chamber of the internal combustion engine may suck in the parts (foreign matters) that have been corroded and peeled off. In such a case, the internal combustion engine may be damaged.
また、内燃機関の燃焼室が多量の凝縮水を吸い込んでしまうことで、いわゆる水撃(ウォーターハンマー)による内燃機関の破損などを招くおそれもある。 In addition, since the combustion chamber of the internal combustion engine sucks in a large amount of condensed water, the internal combustion engine may be damaged by a so-called water hammer.
このようなおそれを抑制するための技術として、例えば特許文献1には、EGRクーラの下流側に異物捕集装置を介装し、網に付着した凝縮水を重力により下方に滴下させ、更に吸着剤に吸着させるようにしたものが記載されている。 As a technique for suppressing such a fear, for example, in Patent Document 1, a foreign matter collecting device is interposed downstream of the EGR cooler, and condensed water adhering to the net is dropped downward by gravity and further adsorbed. What is made to adsorb | suck to an agent is described.
しかしながら、特許文献1に記載のものは、発生した凝縮水を捕集することだけを目的としているため、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等に対して十分ではないおそれがある。 However, since the thing of patent document 1 is only for the purpose of collecting the generated condensed water, there exists a possibility that it may not be enough with respect to corrosion, damage, etc. of each part of the internal combustion engine resulting from condensed water. .
すなわち、発明者等は種々の実験・研究を行い検討を重ねた結果、発生した凝縮水を捕集することは重要であるが、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等をより効果的に抑制するためには、凝縮水を捕集すると共にその捕集した凝縮水を蒸発させることができる構成とすること、更には凝縮水を発生させないようにすることができれば有効であるといった新たな知見を得た。 In other words, the inventors have conducted various experiments and researches, and as a result of repeated examinations, it is important to collect the generated condensed water. However, the corrosion and damage of each part of the internal combustion engine caused by the condensed water are more serious. In order to effectively suppress the condensed water, it is effective if it is configured to collect the condensed water and evaporate the collected condensed water, and further to prevent the condensed water from being generated. I got new knowledge.
本発明は、このような実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、EGRガスの冷却に伴い発生した凝縮水を凝縮水捕集手段により捕集すると共に凝縮水捕集手段に衝突した凝縮水を蒸発させることができる構成とし、更には凝縮水が発生し難い環境を作り出すことで、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等を効果的に抑制することができるEGR装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and condensate generated with cooling of the EGR gas is collected by the condensed water collecting means and the condensed water collecting means while having a simple and inexpensive configuration. Condensed water that collided with the engine can be evaporated, and by creating an environment in which condensed water is unlikely to be generated, corrosion, damage, etc. of each part of the internal combustion engine caused by condensed water can be effectively suppressed. An object of the present invention is to provide an EGR device that can be used.
このため、本発明は、
排気の一部をEGRガスとしてEGR通路を介して燃焼室に還流させるEGR装置であって、
EGR通路内を流れるEGRガスから凝縮水を捕集する凝縮水捕集手段と、
前記凝縮水捕集手段により捕集された凝縮水を回収する凝縮水回収タンクと、
凝縮水捕集手段を加熱して付近の凝縮水を蒸発させる加熱手段と、
を含んで構成され、
前記凝縮水捕集手段は、複数の開口を有する金属製のメッシュ状要素である凝縮水捕集板により構成されると共に、
該凝縮水捕集板は、EGRクーラの下流側のEGR通路に、EGRガス流れに対して交差する方向に沿って配設されると共に、当該凝縮水捕集板の下端側が、上端側に対してEGRガス流れの下流側に位置するように傾斜されて配設され、
前記凝縮水捕集板の下端のEGRガス流れ下流側に、凝縮水回収タンクへの連絡通路が設けられていることを特徴とする。
For this reason, the present invention
An EGR device that recirculates a part of exhaust gas as EGR gas to a combustion chamber through an EGR passage,
Condensed water collecting means for collecting condensed water from EGR gas flowing in the EGR passage;
A condensed water recovery tank for recovering the condensed water collected by the condensed water collecting means;
Heating means for heating the condensed water collecting means to evaporate the condensed water nearby;
Comprising
The condensed water collecting means is constituted by a condensed water collecting plate which is a metal mesh element having a plurality of openings,
The condensate collecting plate is disposed in the EGR passage on the downstream side of the EGR cooler along the direction intersecting the EGR gas flow, and the lower end side of the condensate collecting plate is arranged with respect to the upper end side. And inclined so as to be located downstream of the EGR gas flow,
A communication passage to the condensed water recovery tank is provided on the downstream side of the EGR gas flow at the lower end of the condensed water collecting plate .
また、本発明は、
排気の一部をEGRガスとしてEGR通路を介して燃焼室に還流させるEGR装置であって、
EGR通路内を流れるEGRガスから凝縮水を捕集する凝縮水捕集手段と、
前記凝縮水捕集手段により捕集された凝縮水を回収する凝縮水回収タンクと、
凝縮水捕集手段を加熱して付近の凝縮水を蒸発させる加熱手段と、
を含んで構成され、
前記凝縮水捕集手段は、複数の開口を有する金属製のメッシュ状要素である凝縮水捕集板により構成されると共に、
該凝縮水捕集板は、EGRクーラの下流側のEGR通路に、EGRガス流れに対して交差する方向に沿って配設されると共に、当該凝縮水捕集板の下端側が、上端側に対してEGRガス流れの下流側に位置するように傾斜されて配設され、
前記凝縮水捕集板の下端が、凝縮水回収タンクへの連絡通路の開口部分と重畳するように配設されていることを特徴とする。
The present invention also provides:
An EGR device that recirculates a part of exhaust gas as EGR gas to a combustion chamber through an EGR passage,
Condensed water collecting means for collecting condensed water from EGR gas flowing in the EGR passage;
A condensed water recovery tank for recovering the condensed water collected by the condensed water collecting means;
Heating means for heating the condensed water collecting means to evaporate the condensed water nearby;
Comprising
The condensed water collecting means is constituted by a condensed water collecting plate which is a metal mesh element having a plurality of openings,
The condensate collecting plate is disposed in the EGR passage on the downstream side of the EGR cooler along the direction intersecting the EGR gas flow, and the lower end side of the condensate collecting plate is arranged with respect to the upper end side. And inclined so as to be located downstream of the EGR gas flow,
A lower end of the condensed water collecting plate is disposed so as to overlap with an opening portion of a communication passage to the condensed water recovery tank .
本発明において、前記加熱手段は、前記凝縮水捕集板に通電して加熱する手段であることを特徴とすることができる。
In the present invention, the heating means can be a means for energizing and heating the condensed water collecting plate .
本発明において、EGRガス温度が所定温度以下において前記加熱手段により前記凝縮水捕集板を加熱する一方で、EGRガス温度が所定温度より高い場合には前記加熱手段による前記凝縮水捕集板の加熱を行わないことを特徴とすることができる。
In the present invention, while the EGR gas temperature for heating the condensed water collecting plate by the heating means below a predetermined temperature, when the EGR gas temperature is higher than the predetermined temperature of the condensed water collecting plate by the heating means It can be characterized by not heating.
本発明において、内燃機関の運転状態に応じてEGRクーラの冷却媒体量を制御し、EGRクーラの出口側EGRガス温度が酸露点温度より高くなるようにすることを特徴とすることができる。 In the present invention, the amount of cooling medium of the EGR cooler is controlled in accordance with the operating state of the internal combustion engine so that the EGR gas temperature on the outlet side of the EGR cooler becomes higher than the acid dew point temperature.
本発明によれば、簡単かつ安価な構成でありながら、EGRガスの冷却に伴い発生した凝縮水を凝縮水捕集手段により捕集すると共に凝縮水捕集手段に衝突した凝縮水を蒸発させることができる構成とし、更には凝縮水が発生し難い環境を作り出すことで、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等を効果的に抑制することができるEGR装置を提供することができる。 According to the present invention, the condensed water generated with the cooling of the EGR gas is collected by the condensed water collecting means and the condensed water colliding with the condensed water collecting means is evaporated while having a simple and inexpensive configuration. Further, by creating an environment in which condensed water is unlikely to be generated, it is possible to provide an EGR device that can effectively suppress corrosion and damage of each part of the internal combustion engine caused by the condensed water. .
以下、本発明に係る一実施の形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
図1に示すように、本実施の形態の実施例1に係る内燃機関1においては、図示しないエアクリーナ等を介して外気(新気)が吸入されるが、該新気は吸気通路2を介して過給機3のコンプレッサ(インペラ)3Aに導かれて所定に圧縮された後、吸気通路2に介装されるインタークーラ4を介して所定に冷却されて、燃焼室(シリンダ)5内に導かれる。
As shown in FIG. 1, in the internal combustion engine 1 according to Example 1 of the present embodiment, outside air (fresh air) is drawn through an air cleaner or the like (not shown). Then, after being guided to a compressor (impeller) 3A of the
燃焼室5から排出される燃焼後のガスは、燃焼室5に臨んで開口される排気ポート(図示せず)を介して排気通路(排気マニホールド部分)7に導かれ、その後、過給機3の排気タービン3Bに回転エネルギを供給した後、排気通路6の下流に配設されている図示しない排気処理装置(酸化触媒、NOx低減触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタなど)において所定の処理を受けて浄化され、大気中に排出される。
The gas after combustion discharged from the
ここで、本実施の形態では、燃焼後のガス(すなわち、排気)の一部を吸気(新気)と共に燃焼室5に再び導くことで、燃焼温度を低下させてNOxの低減を図るためのEGR装置100が設けられている。
Here, in the present embodiment, a part of the gas after combustion (that is, the exhaust gas) is led again to the
本実施の形態に係るEGR装置(システム)100は、排気通路(排気マニホールド部分)6に連通されるEGR通路(排気還流通路)101を含んで構成され、該EGR通路101には当該EGR通路101を流れる排気(EGRガス:還流排気)を所定に冷却するためのEGRクーラ110が介装されている。
An EGR device (system) 100 according to the present embodiment includes an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 101 that communicates with an exhaust passage (exhaust manifold portion) 6, and the
EGR通路101と、吸気通路2と、の接続部付近には、EGRバルブ120が介装され、所定の運転状態において、所定に開弁されて、排気通路6を流れる排気の一部をEGRガスとして、EGRクーラ110により冷却しつつ、内燃機関1の吸気通路2に導くようになっている。
An
EGRクーラ110は、熱交換器として機能するもので、水や空気などの冷却媒体によって、EGRクーラ110内の細長い管状の伝熱管内を流れるEGRガスを冷却可能な構成となっている。
The EGR cooler 110 functions as a heat exchanger, and is configured to be able to cool EGR gas flowing in an elongated tubular heat transfer tube in the
ここにおいて、NOx低減をなお一層促進するために、EGRガスを、従来の150°C程度から100°C以下まで冷却するような場合、冷却されたEGRガスから凝縮水が発生するおそれが高まるが、本実施例では、発生した凝縮水を捕集すると共に凝縮水を蒸発させることができる構成として、凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等をより効果的に抑制するように構成した。 Here, in order to further promote NOx reduction, when the EGR gas is cooled from about 150 ° C. to 100 ° C. or less, there is a high possibility that condensed water is generated from the cooled EGR gas. In the present embodiment, the generated condensed water can be collected and the condensed water can be evaporated, so that the corrosion or damage of each part of the internal combustion engine caused by the condensed water is more effectively suppressed. did.
すなわち、EGRクーラ110の下流側のEGR通路101に、凝縮水捕集手段の一例としての凝縮水捕集板300が備えられている。
That is, the
この凝縮水捕集板300は、図2に拡大して示すように、EGRクーラ110の下流側のEGR通路101に、EGRガスの流れに対して交差する方向に沿って配設されている。なお、この凝縮水捕集板300のEGRガスの流れに対して交差する角度は特に限定されるものではなく、略直角とすることもできるが、本実施例では、図2に例示したように、凝縮水捕集板300の下端側が、上端側に対してEGRガス流れの下流側に位置するように傾斜されて配設されている。
As shown in an enlarged view in FIG. 2, the condensed
そして、凝縮水捕集板300の下端付近のEGRガス流れ下流側には、EGR通路101に臨んで開口される連絡通路321を介して、凝縮水収容手段である凝縮水回収タンク320が設けられている。連絡通路321は、凝縮水を良好に回収できる点や、回収した凝縮水が逆流しないようにするために、EGR通路101から重力方向下方に分岐されることが好ましい。
A condensed
凝縮水回収タンク320の底部には、捕集し回収した凝縮水を排出するためのドレンバルブを設けることができる。また、捕集し回収した凝縮水を吸着保持する吸着剤を凝縮水回収タンク320の内部に設けて構成することもできる。
A drain valve for discharging the collected and collected condensed water can be provided at the bottom of the condensed
凝縮水捕集板300は、図3に示すように、EGRガス中の凝縮水を捕集し易く、かつ圧力損失が少ない形状が好ましく、例えば、金属ワイヤを所定間隔をもって編み込む或いは溶接などの接合手法により配設したメッシュ状に形成されている。
As shown in FIG. 3, the
メッシュ(開口隙間)のサイズは、特に限定されるものではないが、例えば、□3mm〜□15mm程度などとすることができる。但し、隙間の形状は矩形に限定されるものではなく、他の形状とすることができる。 The size of the mesh (opening gap) is not particularly limited, and can be, for example, about □ 3 mm to □ 15 mm. However, the shape of the gap is not limited to a rectangle, and may be another shape.
また、凝縮水捕集板300の材質は、耐水性、耐熱性、耐酸性が必要であるため、ステンレスなどを採用することができる。
Moreover, since the material of the condensate
なお、凝縮水捕集板300は、金属板に複数の開口を打ち抜くなどして形成したもの(パンチングメタルなど)を採用することもできる。
The condensed
更に、本実施例に係る凝縮水捕集板300にはヒーター電源310が接続されて、ECU(エンジンコントロールユニット)200からの通電開始信号によりヒーター電源310から電力が供給されてヒーターとして機能すると共に、ECU200からの通電停止信号によりヒーター電源310からの通電が停止されるように構成されている。
かかるヒーター電源310による凝縮水捕集板300の通電加熱機能が、加熱手段に相当する。
Furthermore, a
The energization heating function of the condensed
このような構成を備えた実施例1の内燃機関1においては、EGRクーラ110において発生した凝縮水がEGRガスと共に、EGR通路101内を流れて、凝縮水捕集板300へ到達する。
In the internal combustion engine 1 of the first embodiment having such a configuration, the condensed water generated in the EGR cooler 110 flows in the
凝縮水捕集板300と衝突した凝縮水(液滴)は、凝縮水捕集板300と液滴間の表面張力により、凝縮水捕集板300に付着され易い。凝縮水捕集板300に付着した液滴は、近辺に付着した液滴とくっつき合ったり、次々と流れてくる液滴とくっつき合って成長して大きくなる。
The condensed water (droplet) colliding with the condensed
液滴が成長して大きくなると重くなるため、液滴は凝縮水捕集板300を伝って下方に移動して、凝縮水捕集板300の下側に配設される連絡通路321を介して、凝縮水回収タンク320内に回収される。
Since the droplet grows and becomes heavier, it grows heavier, so that the droplet travels down through the condensed
このため、本実施例によれば、凝縮水捕集板300が無い場合と比較して、効率的に凝縮水を捕集することができるため、EGRバルブ120やEGR通路101、吸気通路2や燃焼室5などの腐食を抑制することができる。また、凝縮水を凝縮水回収タンク320に貯留させておくことができるため、内燃機関の燃焼室が多量の凝縮水を吸い込んでしまうことが抑制でき、いわゆる水撃(ウォーターハンマー)による内燃機関の破損などを抑制することができる。
For this reason, according to the present embodiment, the condensed water can be collected more efficiently than in the case where the condensed
更に、本実施例では、凝縮水捕集板300にヒーター機能を付加しているので、ヒーター電源310から凝縮水捕集板300に電力を供給して凝縮水捕集板300を発熱させることができ、これにより凝縮水捕集板300に衝突した凝縮水(液滴)の少なくとも一部を蒸発させることができる。
Further, in the present embodiment, since the heater function is added to the condensed
このように、本実施例によれば、液滴を蒸発させることができるので、下流(内燃機関1の燃焼室5)側に流れる凝縮水量を低減することができ、一層内燃機関の保護に貢献することができる。また、液滴が蒸発する際に、液滴は周囲の熱を奪うため、EGRガス温度の上昇を抑制することができる。
Thus, according to the present embodiment, the droplets can be evaporated, so that the amount of condensed water flowing downstream (
なお、EGR通路101が吸気通路2と合流した後は、新気と混合されることでガスの酸濃度(例えば硫酸濃度)が低下するため、酸露点(硫酸が結露する温度)が下降して、凝縮水は発生し難くなる。このため、ヒーター電源310を介して加熱された凝縮水捕集板300により蒸発された凝縮水の再凝縮を効果的に抑制するために、凝縮水捕集板300は、EGR通路101であって吸気通路2との合流部付近に設けることが好ましい。但し、これに限定されるものではなく、内燃機関1の仕様や使用環境等、延いては凝縮水の発生態様などによっては、合流部より上流側でEGRクーラ110の下流側のEGR通路101に配設することができる。
After the
なお、図4に示すように、凝縮水捕集板300により集められた凝縮水を、確実に連絡通路321を介して凝縮水回収タンク320へ回収することができるように、凝縮水捕集板300の下端が連絡通路321の開口部分に臨むように、すなわち凝縮水捕集板300の下端と連絡通路321の開口部分とが重畳するように配設することが好ましい。
As shown in FIG. 4, the condensed
また、凝縮水捕集板300の横断面形状(図3の横方向から見たときの形状)は、直線状となる平板状に限定されるものではなく、表面積を稼ぐことができるように、波形状などとすることもできる。 Moreover, the cross-sectional shape of the condensate collecting plate 300 (the shape when viewed from the lateral direction in FIG. 3) is not limited to a flat plate shape that is linear, so that the surface area can be earned. It can also be a wave shape or the like.
ところで、凝縮水捕集板300は、EGRガスの流れ方向に沿って複数段配設することもできる。
By the way, the condensed
このように、本実施例によれば、凝縮水捕集手段により凝縮水を捕集すると共に凝縮水捕集手段に衝突した凝縮水を蒸発させることができる構成としたので、簡単かつ安価な構成でありながら、EGRガスの冷却に伴い発生した凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等を効果的に抑制することができる。 Thus, according to the present embodiment, since the condensed water is collected by the condensed water collecting means and the condensed water colliding with the condensed water collecting means can be evaporated, a simple and inexpensive structure is provided. However, corrosion, damage, and the like of each part of the internal combustion engine caused by the condensed water generated with the cooling of the EGR gas can be effectively suppressed.
以下に、本発明の実施の形態に係る実施例2について、添付の図面を参照しつつ説明する。
実施例2は、図4に示すように、実施例1に係る内燃機関1と基本的な構成は共通するが、実施例2においては、吸入空気流量を検出するエアフローメータ130、インタークーラ4の出口通路における給気圧力(ブースト圧力)を検出するための圧力センサ140、吸気通路2(吸気マニホールド部分)における給気温度(インマニ温度)を検出するための温度センサ150、EGRクーラ110の入口ガス温度(EGR通路101内のEGRガス温度)を検出するための入口ガス温度センサ160、EGRクーラ110の出口ガス温度(EGRガス温度)を検出するための出口ガス温度センサ170などの検出信号が、ECU200に入力されるようになっている。
Hereinafter, Example 2 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 4, the basic configuration of the second embodiment is the same as that of the internal combustion engine 1 according to the first embodiment. However, in the second embodiment, the
また、実施例2では、図6に示すように、EGRクーラ110から排出される冷却媒体(例えば、冷却水など)の冷媒通路に、流量制御弁180が介装されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 6, a flow
この流量制御弁180やEGRバルブ120などは、ECU200からの駆動信号に基づいてその開度などが制御されるようになっている。
The
なお、本実施例では、以下のような制御を行う。
すなわち、EGRガスをEGRクーラ110によって冷却することなどによって生じる凝縮水に起因する内燃機関の腐食や損傷等を抑制するため、例えば、EGRクーラ110の出口ガス温度が酸露点より高くなるようにすることが想定される。しかしながら、EGRガス流量が多い場合に合わせてEGRクーラ110の冷却性能を確保するようにEGRクーラ110を設定すると、EGRガス流量が少ない場合には酸露点を下回ってしまうため、EGRガス流量が少ない場合に合わせてEGRクーラ110の冷却性能を確保するようにEGRクーラ110を設定すると、今度は、EGRガス流量が多い場合に冷却不足により必要なEGR率を確保することができず、十分なNOx低減効果を奏することができなくなる。
In the present embodiment, the following control is performed.
That is, in order to suppress corrosion or damage of the internal combustion engine caused by condensed water generated by cooling the EGR gas by the
このため、本実施例では、EGRクーラ110の冷媒流量を制御する流量制御弁180の開度をECU200によって制御することで、EGRクーラ110の出口ガス温度を制御する。
Therefore, in this embodiment, the outlet gas temperature of the
本実施例における制御の原理を図6に示す。
図6中Aは、酸露点温度(T酸露点)を示すが、内燃機関1の吸入空気量、EGRクーラ110の出口圧力、燃料噴射量、燃料中の硫黄濃度から算出可能である。
The principle of control in this embodiment is shown in FIG.
6A shows the acid dew point temperature (T acid dew point), which can be calculated from the intake air amount of the internal combustion engine 1, the outlet pressure of the
図6中Bは、EGRガス量を示すが、内燃機関1の吸入空気量、ブースト圧力、給気温度(インマニ温度)、内燃機関1の吸気充填効率(ηv)から算出可能である。 B in FIG. 6 indicates the EGR gas amount, which can be calculated from the intake air amount of the internal combustion engine 1, the boost pressure, the supply air temperature (intake manifold temperature), and the intake charging efficiency (ηv) of the internal combustion engine 1.
図6中Cは、EGRクーラ110の入口ガス温度(TEGRクーラー入口)を示す。入口ガス温度センサ160により検出される。
C in FIG. 6 indicates the inlet gas temperature of the EGR cooler 110 (TEGR cooler inlet). Detected by the inlet
図6中Dは、EGRクーラ110の入口ガスの熱量(QEGR入口)を示すが、BのEGRガス量、Cの入口ガス温度(TEGRクーラー入口)、EGRガスの比熱から算出可能である。 D in FIG. 6 indicates the amount of heat of the inlet gas of the EGR cooler 110 (QEGR inlet), which can be calculated from the amount of EGR gas of B, the inlet gas temperature of C (TEGR cooler inlet), and the specific heat of the EGR gas.
図6中Eは、酸露点まで冷却するために必要なEGRクーラ冷却媒体(冷却水)への放熱量(Qw)を示すが、Dの入口ガスの熱量(QEGR入口)、Aの酸露点温度、Cの入口ガス温度(TEGRクーラー入口)、BのEGRガス量から算出可能である。 In FIG. 6, E indicates the amount of heat radiation (Qw) to the EGR cooler cooling medium (cooling water) required for cooling to the acid dew point. The amount of heat of the inlet gas of D (QEGR inlet), the acid dew point temperature of A , C inlet gas temperature (TEGR cooler inlet) and B EGR gas amount.
図6中Fは、酸露点まで冷却するために必要なEGRクーラ冷却媒体(冷却水)量(qw)を示すが、Eの冷却媒体(冷却水)への放熱量(Qw)、EGRクーラ冷却媒体(冷却水)の比熱、EGRクーラ110のクーラー効率(ηcool)から算出可能である。
In FIG. 6, F indicates the amount (qw) of the EGR cooler cooling medium (cooling water) required for cooling to the acid dew point. The amount of heat radiation (Qw) of E to the cooling medium (cooling water), EGR cooler cooling It can be calculated from the specific heat of the medium (cooling water) and the cooler efficiency (ηcool) of the
ここで、EGRクーラ110の冷却媒体(冷却水)量qが、「qw」以下となれば、EGRクーラ110の出口ガス温度が、Aの酸露点より高くなり、硫酸を含む凝縮水の発生を抑制することができる。
Here, if the cooling medium (cooling water) amount q of the
酸露点は内燃機関1の運転状態(回転速度、負荷、機関温度など)によって変化し、「qw」も変化するが、流量制御弁180を用いてEGRクーラ110の冷却水量を制御することにより、qを可変に制御することができるため、内燃機関1の運転状態の変化に関わらず、「EGRクーラの出口ガス温度>酸露点」に制御することができ、以って硫酸を含む凝縮水の発生を効果的かつ確実に抑制しながら、EGRクーラの冷却性能を所望に維持することを可能にして効果的にNOx排出量を低減することができる。
The acid dew point changes depending on the operating state (rotational speed, load, engine temperature, etc.) of the internal combustion engine 1 and “qw” also changes, but by controlling the amount of cooling water in the EGR cooler 110 using the
また、本実施例では、以下のような制御を更に行うことができる。
すなわち、
(1)内燃機関の運転条件に合わせて、凝縮水捕集手段の一例としての凝縮水捕集板300のヒーター機能を制御することで、省電力と凝縮水対策の両立或いは最適化を図る。
EGRクーラ110の出口ガス温度が酸露点以下となると硫酸水が発生する。そこで、EGRクーラ110の出口ガス温度を出口ガス温度センサ170にて検出し、出口ガス温度が第1所定温度(例えば酸露点温度)以下の場合には、凝縮水捕集板300へ通電してヒーター機能を作用させて凝縮水の蒸発を促進する。この一方、出口ガス温度が第1所定温度より高い場合には、凝縮水捕集板300への通電を停止してヒーター機能を停止して、省電力化を図る。
これにより、省電力と凝縮水対策の両立或いは最適化を図ることができる。
また、EGRガスを必要以上に加熱することも無いため、常時通電を行う場合に比べて、NOx低減効果を良好に発揮させることができる。
In the present embodiment, the following control can be further performed.
That is,
(1) By controlling the heater function of the
When the outlet gas temperature of the EGR cooler 110 falls below the acid dew point, sulfuric acid water is generated. Therefore, when the outlet gas temperature of the
Thereby, the coexistence or optimization of a power saving and a condensed water countermeasure can be aimed at.
In addition, since the EGR gas is not heated more than necessary, the NOx reduction effect can be satisfactorily exhibited as compared with the case where energization is always performed.
ここで、酸露点は、吸入空気量、EGRクーラ110の出口圧力、燃料噴射量、燃料中の硫黄濃度から算出することができる。なお、例えば、予めECU200にテーブル等を記憶しておいてテーブルルックすることで求めることもできるが、より精度の高い制御を実現するために、エアフローメータ130、EGRクーラ110の出口圧力センサを配設して構成することができる。
Here, the acid dew point can be calculated from the intake air amount, the outlet pressure of the
(2)寒冷地などの低温環境において、EGR通路101を含むEGRガス通路内で氷結した水分(凝縮水)を解凍することで、凝縮水に起因するEGRガス通路の閉塞等の発生を抑制すると共に、燃焼室5への氷の吸い込み等による内燃機関の損傷等を抑制する。
すなわち、寒冷地などの低温環境では、停車時にEGR通路101を含むEGRガス通路内が冷え、通路内の水分が氷結することも想定される。この氷により、EGRガス通路が閉塞してしまったり、内燃機関の燃焼室が氷を吸い込むことで内燃機関に損傷等を生じさせるおそれもある。
そこで、本実施例では、EGRクーラ110の出口ガス温度を出口ガス温度センサ170にて検出し、出口ガス温度が第2所定温度(例えば凝固点温度)以下の場合には、凝縮水捕集板300へ通電してヒーター機能を作用させて雰囲気温度を上昇させ、第2所定温度より高い場合には通電停止する。
これにより、凝縮水捕集板300のヒーター機能が無い場合に比べて、早期に氷を解凍させることができる。また、凝縮水捕集板300により氷をトラップすることができ、更にその氷を直接的に凝縮水捕集板300のヒーター機能により溶かすことができるため、下流(燃焼室5)側に氷が流れるおそれを抑制することができ、内燃機関に損傷等を生じさせるおそれをより確実に抑制することができる。
(2) In a low-temperature environment such as a cold region, by defrosting the moisture (condensed water) frozen in the EGR gas passage including the
That is, in a low temperature environment such as a cold district, it is assumed that the EGR gas passage including the
Therefore, in this embodiment, when the outlet gas temperature of the
Thereby, compared with the case where there is no heater function of the condensed
(3)内燃機関の始動直後や長時間アイドリング運転などの内燃機関の低温運転時において、凝縮水捕集板300のヒーター機能によりEGRガスを加熱することで、燃焼の低温部分を改善してHCやCOの発生を抑制する。
すなわち、始動直後や長時間アイドリング運転などの内燃機関の低温運転時は、EGRガス温度も低いため、EGRを実行すると、燃焼が悪化してHCやCOの排出量が増加してしまうおそれがある。この一方で、EGRを行わないと、NOxが増加してしまう。
このため、本実施例では、EGRクーラ110の出口ガス温度を出口ガス温度センサ170にて検出し、出口ガス温度が第3所定温度(例えばアイドリング運転での排気温度)以下の場合には、凝縮水捕集板300へ通電してヒーター機能を作用させてEGRガス温度を上昇させる。これにより、低温運転時にEGRを実行しても、HCやCOの排出量の増加を抑制することができるため、比較的低い排気温度状態から早期に或いは高いEGR率でEGRを実行することができ、以って低温時においても効果的にNOx排出量の低減を図ることができる。
(3) Immediately after starting the internal combustion engine or during low temperature operation of the internal combustion engine such as idling for a long time, the EGR gas is heated by the heater function of the
That is, when the internal combustion engine is operated at a low temperature, such as immediately after start-up or when idling for a long time, the EGR gas temperature is also low. Therefore, if EGR is executed, combustion may deteriorate and HC and CO emissions may increase. . On the other hand, if EGR is not performed, NOx will increase.
For this reason, in this embodiment, the outlet gas temperature of the
このように、本実施例によれば、凝縮水捕集手段により凝縮水を捕集すると共に凝縮水捕集手段に衝突した凝縮水を蒸発させることができる構成としたので、簡単かつ安価な構成でありながら、EGRガスの冷却に伴い発生した凝縮水に起因する内燃機関の各部の腐食や損傷等を効果的に抑制することができる。 Thus, according to the present embodiment, since the condensed water is collected by the condensed water collecting means and the condensed water colliding with the condensed water collecting means can be evaporated, a simple and inexpensive structure is provided. However, corrosion, damage, and the like of each part of the internal combustion engine caused by the condensed water generated with the cooling of the EGR gas can be effectively suppressed.
また、本実施例によれば、内燃機関の運転条件に合わせて、凝縮水捕集板300のヒーター機能を作動制御する構成としたので、省電力と凝縮水対策の両立或いは最適化を図ることができる。
In addition, according to the present embodiment, since the heater function of the condensed
また、本実施例によれば、寒冷地などの低温環境において、それに応じて凝縮水捕集板300のヒーター機能を作動制御する構成としたので、EGR通路101を含むEGRガス通路内で氷結した水分(凝縮水)を解凍して、凝縮水に起因するEGRガス通路の閉塞等の発生を抑制すると共に、燃焼室5への氷の吸い込み等による内燃機関の損傷等を抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, in a low-temperature environment such as a cold region, the heater function of the condensed
また、本実施例によれば、始動直後や長時間アイドリング運転などの内燃機関の低温運転時において、EGRクーラ110の出口ガス温度が第3所定温度(例えばアイドリング運転での排気温度)以下の場合には、凝縮水捕集板300へ通電してヒーター機能を作用させてEGRガス温度を上昇させることができるため、低温運転時にEGRを実行しても、HCやCOの排出量の増加を抑制することができ、以って比較的低い排気温度状態から早期に或いは高いEGR率でEGRを実行することができ、延いては低温時においても効果的にNOx排出量の低減を図ることができる。
Further, according to this embodiment, when the temperature of the outlet gas of the
なお、第1〜第3所定温度に応じて、凝縮水捕集板300への通電度合いを変更可能に制御する構成とすることもできる。
In addition, according to the 1st-3rd predetermined temperature, it can also be set as the structure which controls the electricity supply degree to the condensed
ところで、本発明に係る内燃機関は、特に限定されるものではなく、例えば、車両に搭載されるものに限らず定置式のものにも本発明は適用可能であり、またディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、その他の燃料を燃焼方式に関わらず燃焼させる内燃機関に適用可能である。 By the way, the internal combustion engine according to the present invention is not particularly limited. For example, the present invention is applicable not only to a vehicle mounted on a vehicle but also to a stationary type, and also a diesel engine, a gasoline engine, The present invention is applicable to an internal combustion engine that burns other fuels regardless of the combustion method.
また、燃料中に硫黄を含む場合について説明したが、これに限定されるものではなく、硫黄分が除去された燃料の場合であっても本発明は適用可能であり、そのような場合であっても水分による内燃機関への腐食や損傷等を効果的に抑制できる点で有益である。 Further, although the case where sulfur is contained in the fuel has been described, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied even to a fuel from which the sulfur content has been removed. However, it is beneficial in that corrosion and damage to the internal combustion engine due to moisture can be effectively suppressed.
上述した各実施例において説明した凝縮水捕集板300及び加熱手段は、金属ワイヤを加熱する構成であるため、かかる構成を採用した場合には、例えば、ホットワイヤー式のエアフローメータとして機能させることも可能である。
Since the condensed
本発明は、上述した実施の形態に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できるものである。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
1 内燃機関
2 吸気通路
5 燃焼室
6 排気通路
100 EGR装置
101 EGR通路
110 EGRクーラ
180 流量制御弁(EGRクーラの冷却媒体用)
300 凝縮水捕集板(凝縮水捕集手段)
310 ヒーター電源(加熱手段)
320 凝縮水回収タンク(凝縮水収容手段)
321 連絡通路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
300 Condensate collection plate (Condensate collection means)
310 Heater power supply (heating means)
320 Condensate recovery tank (condensate storage means)
321 communication passage
Claims (5)
EGR通路内を流れるEGRガスから凝縮水を捕集する凝縮水捕集手段と、
前記凝縮水捕集手段により捕集された凝縮水を回収する凝縮水回収タンクと、
凝縮水捕集手段を加熱して付近の凝縮水を蒸発させる加熱手段と、
を含んで構成され、
前記凝縮水捕集手段は、複数の開口を有する金属製のメッシュ状要素である凝縮水捕集板により構成されると共に、
該凝縮水捕集板は、EGRクーラの下流側のEGR通路に、EGRガス流れに対して交差する方向に沿って配設されると共に、当該凝縮水捕集板の下端側が、上端側に対してEGRガス流れの下流側に位置するように傾斜されて配設され、
前記凝縮水捕集板の下端のEGRガス流れ下流側に、凝縮水回収タンクへの連絡通路が設けられていることを特徴とするEGR装置。 An EGR device that recirculates a part of exhaust gas as EGR gas to a combustion chamber through an EGR passage,
Condensed water collecting means for collecting condensed water from EGR gas flowing in the EGR passage;
A condensed water recovery tank for recovering the condensed water collected by the condensed water collecting means;
Heating means for heating the condensed water collecting means to evaporate the condensed water nearby;
Comprising
The condensed water collecting means is constituted by a condensed water collecting plate which is a metal mesh element having a plurality of openings,
The condensate collecting plate is disposed in the EGR passage on the downstream side of the EGR cooler along the direction intersecting the EGR gas flow, and the lower end side of the condensate collecting plate is arranged with respect to the upper end side. And inclined so as to be located downstream of the EGR gas flow,
An EGR apparatus characterized in that a communication passage to a condensed water recovery tank is provided on the downstream side of the EGR gas flow at the lower end of the condensed water collecting plate .
EGR通路内を流れるEGRガスから凝縮水を捕集する凝縮水捕集手段と、
前記凝縮水捕集手段により捕集された凝縮水を回収する凝縮水回収タンクと、
凝縮水捕集手段を加熱して付近の凝縮水を蒸発させる加熱手段と、
を含んで構成され、
前記凝縮水捕集手段は、複数の開口を有する金属製のメッシュ状要素である凝縮水捕集板により構成されると共に、
該凝縮水捕集板は、EGRクーラの下流側のEGR通路に、EGRガス流れに対して交差する方向に沿って配設されると共に、当該凝縮水捕集板の下端側が、上端側に対してEGRガス流れの下流側に位置するように傾斜されて配設され、
前記凝縮水捕集板の下端が、凝縮水回収タンクへの連絡通路の開口部分と重畳するように配設されていることを特徴とするEGR装置。 An EGR device that recirculates a part of exhaust gas as EGR gas to a combustion chamber through an EGR passage,
Condensed water collecting means for collecting condensed water from EGR gas flowing in the EGR passage;
A condensed water recovery tank for recovering the condensed water collected by the condensed water collecting means;
Heating means for heating the condensed water collecting means to evaporate the condensed water nearby;
Comprising
The condensed water collecting means is constituted by a condensed water collecting plate which is a metal mesh element having a plurality of openings,
The condensate collecting plate is disposed in the EGR passage on the downstream side of the EGR cooler along the direction intersecting the EGR gas flow, and the lower end side of the condensate collecting plate is arranged with respect to the upper end side. And inclined so as to be located downstream of the EGR gas flow,
An EGR device, wherein a lower end of the condensed water collecting plate is disposed so as to overlap with an opening portion of a communication passage to a condensed water recovery tank .
And controlling the cooling medium of the EGR cooler in accordance with the operating condition of the internal combustion engine, any of claims 1 to 4 outlet EGR-gas temperature of the EGR cooler, characterized in that to be higher than the acid dew point temperature The EGR apparatus as described in any one.
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