CN101103195A - Egr装置 - Google Patents

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Abstract

一种EGR装置，具有：用于将流经发动机(1)的排气通路(9)的废气的一部分供给进气通路(3)，连通排气通路(9)和进气通路(3)的EGR通路(15)；设置在EGR通路(15)上，冷却流经EGR通路(15)的废气的EGR冷却器(16a、16b)；设置在EGR通路(15)上，用于调节从EGR通路(15)向进气通路(3)供给的废气的流量的EGR阀(17)，EGR冷却器(16a、16b)在EGR通路(15)中设置多个，EGR阀(17)设置在多个EGR冷却器(16a、16b)中邻接的任意两个EGR冷却器(16a、16b)之间。

Description

EGR装置
技术领域
本发明涉及一种EGR装置，通过将流经发动机的排气通路的废气的一部分供给进气通路，使混合气体的燃烧温度下降，由此减少NOx的排出量，并可以将供给进气通路的废气(EGR气体)冷却到更低温度。
背景技术
作为柴油机等的排放对策，将流经排气通路的废气的一部分供给进气通路，降低混合气的燃烧温度，抑制NOx的生成的EGR(排气再循环)装置被熟知且被广泛实用化(专利文献1等)。
EGR装置例如图4所示，具有连通发动机1的排气通路9和进气通路3的EGR通路15、设置在该EGR通路15上的EGR冷却器30、在冷却器30的下流侧设置在EGR通路15上的EGR阀31。
从排气通路9向EGR通路15流入的废气(EGR气体)在由EGR冷却器30冷却后，通过EGR阀31调节流量并向进气通路3回流。另外，图中2是进气歧管、7是排气歧管、5是中间冷却器、12是涡轮增压器。
通过EGR冷却器30冷却EGR气体的理由是：当将高温的EGR气体直接返回进气通路3时，由于因高温而膨胀的EGR气体被供给到汽缸(燃烧室)内，因此EGR气体的质量下降，进入汽缸内的实质的EGR气体的比例减小。特别是在燃料喷射量多的高负荷运转时，因为燃烧需要大量的空气，所以需要将EGR气体冷却使它的体积减小，来确保需要的EGR量。
此外，当冷却EGR气体时，由于混合气的燃烧温度就变得更低，所以还能获得进一步减少NOx排出量的效果。
因此，近年来为了使NOx降低效果增大，提出：设置多个EGR冷却器30，或者增大EGR冷却器30的能力·容量，从而将EGR气体冷却到更低温度。
专利文献1：日本特开平10-196462号公报
但是，当提高EGR气体的冷却程度时，在通过EGR阀31时，EGR气体中含有的碳氢化合物(HC)成分凝结或凝固、成为液体或固体，其有时会附着在EGR阀31的工作部上。这样的话，EGR阀31的工作部固定，产生工作不良。
因此，在以前的EGR装置中，提高EGR气体的冷却程度实际上很难。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种EGR装置，解决上述问题，即使提高EGR气体的冷却程度，也不发生EGR阀的工作不良。
为达到上述目的，本发明的EGR装置，具有：EGR通路，用于将流经发动机的排气通路的废气的一部分供给进气通路、并连通上述排气通路和上述进气通路；EGR冷却器，设置在上述EGR通路上，冷却流经上述EGR通路的废气；EGR阀，设置在上述EGR通路上，用来调节从上述EGR通路向上述进气通路供给的废气的流量，上述EGR冷却器在上述EGR通路上设置多个，上述EGR阀设置在上述EGR冷却器中邻接的任意两个EGR冷却器之间。
在这里，优选位于上述EGR阀的上游侧的EGR冷却器的能力为，通过上述EGR阀的废气的温度被设定为比100℃高。
此外，设置旁路通路，将上述EGR通路的上述EGR阀的设置位置、在上述EGR阀的下游侧，与一个或多个EGR冷却器下游侧的位置连通，上述EGR阀也可以是方向切换阀，可有选择地使流入上述EGR阀的废气流向上述EGR通路和上述旁路通路中的任意一个。
根据本发明，由于在EGR阀的下游侧至少设置一个EGR冷却器，因此通过该EGR冷却器(即比EGR阀靠下游侧的EGR冷却器)，即使将废气冷却到碳氢化合物成分的凝结温度或是凝固温度以下，也不会发生EGR阀的工作不良。此外，根据本发明，由于在EGR阀的上游侧也设置至少一个EGR冷却器，所以可以防止EGR阀的密封部件等由于高温废气而热劣化。
附图说明
图1是本发明一个实施方式的EGR装置的概略图；
图2是表示流经EGR通路的EGR气体的温度的图表；
图3是本发明的其他实施方式的EGR装置的概略图；
图4是现有的EGR装置的概略图。
符号说明
1   发动机
3   进气通路
9   排气通路
15  EGR通路
16a EGR冷却器(第一冷却器)
16b EGR冷却器(第二冷却器)
17  EGR阀
17′EGR阀
19  旁路通路
具体实施方式
(实施例1)
下面，根据附图详细说明本发明的一个优选实施方式。
图1是本实施方式的EGR装置的概略图。
本实施方式的EGR装置适用于柴油机，该柴油机具有：发动机1；通过进气歧管2连接在发动机1上的进气通路3；设置在进气通路3上的中间冷却器5；在中间冷却器5的下流侧设置在进气通路3上的节流阀(throttle)6；通过排气歧管7连接在发动机1上的排气通路9；涡轮增压器12，具有设置在排气通路9上的涡轮机(turbine)10和设置在进气通路3上的压缩机11；电子控制节流阀6等各种装置的控制器13等。
EGR装置具有：连通涡轮机10上游侧的排气通路9和节流阀6下流侧的进气通路3的EGR通路15；设置在该EGR通路15上、用于冷却流经EGR通路15内的废气(EGR气体)的EGR冷却器16a、16b；设置在EGR通路15上、用于调节从EGR通路15向进气通路3供给的EGR气体的流量的EGR阀17。
EGR阀17的阀开度可阶段地或连续地调节，通过控制器13控制调节其阀开度。在控制器13中构建有对发动机1的每个运转状态决定了EGR阀17的最佳阀开度的逻辑，控制器13根据发动机旋转传感器、油门开度传感器和进气流量传感器等未图示的检测单元的检测值，决定EGR阀17阀开度的目标值，并根据该目标值来开闭控制EGR阀17。通过将EGR阀17的阀开度控制·调节为最佳，将从EGR通路15向进气通路3供给的EGR气体的流量控制·调节为最佳。
根据图可知，在本实施方式的EGR装置中，两个EGR冷却器16a、16b在EGR通路15上串联地设置，在该EGR冷却器16a、16b之间设置EGR阀17。即，在本实施方式的EGR装置中，在EGR阀17的上游侧和下流侧分别设置一个EGR冷却器。另外，在以下说明中，将EGR阀17上游侧的EGR冷却器16a称为第1冷却器，将EGR阀17下流侧的EGR冷却器16b称为第2冷却器。
在此，位于EGR阀17上游侧的第1冷却器16a的能力·容量被设定为，通过EGR阀17的EGR气体(废气)的温度，不成为EGR气体中含有的碳氢化合物(HC)成分的凝结温度和凝固温度以下。更具体地说，设定第1冷却器16a的能力·容量，以使通过EGR阀17的EGR气体温度比100℃高。
另一方面，位于EGR阀17下流侧的第2冷却器16b的能力·容量被设定为，向进气通路3供给的EGR气体的温度，为EGR气体中含有的碳化氢化合物成分的凝结温度和凝固温度以下，就是说被设定为100℃以下那样的能力·容量。
下面，说明本实施方式的EGR装置的作用。
在发动机1的运转中，流经排气通路9内的废气的一部分向EGR通路15流入，在由第1冷却器16a冷却到第1温度后，流向EGR阀17。此时，当根据设定在控制器13中的阀开度打开EGR阀17时，对应该阀开度的流量的废气(EGR气体)流向EGR阀17的下流侧，并由第2冷却器16b进一步冷却到比第1温度低的第2温度。然后，EGR气体流入进气通路3，并与从节流阀6的上游侧供给的空气(新气)一起供给到发动机1的汽缸(燃烧室)内。通过将低温的EGR气体供给到汽缸内，混合气的燃烧温度和氧浓度下降，抑制NOx的生成。
在此，利用图2说明流经EGR通路15内的EGR气体的温度。
图2表示EGR通路15内的三个测定点的EGR气体温度，线A表示流经第1冷却器16a入口(图1的点a)的EGR气体的温度，线B表示流经第2冷却器16b入口(图1的点b)的EGR气体的温度，线C表示的是流经第2冷却器16b的出口(图1的点c)的EGR气体的温度。
根据图可知，第1冷却器16a的入口的EGR气体温度(线A)最高，EGR阀17的出口侧、即第2冷却器16b的入口的EGR气体温度(线B)降低为线A的一半左右。
但是，第2冷却器16b的入口(EGR阀17的出口)的EGR气体温度(线B)，其平均值比EGR气体中含有的碳氢化合物(HC)成分的凝结温度和凝固温度(约100℃)高。其原因是，如上所述，设置第1冷却器16a的能力·容量，以使流入EGR阀17的EGR气体的温度比碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度高。因此，在EGR气体通过EGR阀17时，该碳氢化合物成分不液化或固化。
然后，第2冷却器16b的出口的EGR气体温度(线C)，进一步降低到第2冷却器16b的入口的EGR气体温度(线B)的一半左右。该温度比EGR气体中含有的碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度(约100℃)低，该温度成为供给进气通路3的EGR气体的温度。
如以上所说明的那样，在本实施方式的EGR装置中，在两个EGR冷却器16a、16b之间设置EGR阀17，并且将位于EGR阀17上游侧的EGR冷却器16a的能力·容量设定为，通过EGR阀17的EGR气体的温度不为碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度以下。因此，在EGR气体通过EGR阀17内时，该碳氢化合物成分不液化或固化并附着在工作部上，不发生工作部的固定引起的EGR阀17的工作不良。
此外，因为在EGR阀17的下流侧设置有EGR冷却器16b，可通过该EGR冷却器16b将EGR气体充分冷却，并减少其容量。
详细说明这一点，在图4所示的现有的EGR装置中，当通过EGR冷却器30使EGR气体的温度下降到碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度以下时，液化或是固化的成分附着在EGR阀31上而引起工作不良，因此不能将EGR气体冷却到碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度以下。对此，在本实施方式的EGR装置中，因为EGR冷却器16b位于EGR阀17的下流侧，所以可以通过该EGR冷却器16b使EGR气体的温度下降到碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度以下。
这样，在本实施方式的EGR装置中，因为可将EGR气体冷却到比以往低的温度从而充分减小其容积、并增大密度，所以在发动机1的汽缸内、EGR气体所占的质量比例可变大，并能够以较大比例将EGR气体供给到汽缸(燃烧室)内。因此，即使在高负荷运转区域也能使EGR装置工作并实现减少NOx的目的。
此外，因为可以将EGR气体冷却到比以往低的温度，所以混合气的燃烧温度比以往降低，提高了减少NOx的效果。
并且，在本实施方式的EGR装置中，因为在EGR阀17的上游侧也设置了EGR冷却器16a(第1冷却器)，所以可以防止EGR阀17的密封部件等的热劣化。就是说，当将高温的EGR气体直接流入EGR阀17时，EGR阀17的密封部件等可能热劣化，但是在本实施方式的EGR装置中，由于可将流入EGR阀17的EGR气体的温度降低到某种程度，因此可以防止EGR阀17的密封部件等的热劣化，并提高EGR阀17的耐久性。但是，位于EGR阀17上游侧的EGR冷却器16a的能力·容量被设定为，流入EGR阀17的EGR气体的温度比碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度高，该情况与上述的相同。
(实施例2)
下面，利用图3说明其他实施方式。
该实施方式的基本结构和图1所示的相同，对于和图1相同的构成要素赋予相同的符号并省略其说明，只说明不同点。
该实施方式的特征为，在EGR通路15上设置旁路通路19，其连通EGR阀17′的设置位置、和比位于EGR阀17′下流侧的EGR冷却器16b(第2冷却器)靠下流侧的位置，作为EGR阀17′，可有选择地使流入EGR阀17′的废气流入下流侧的EGR通路15、和旁路通路19中的任意一个，并且使用可调节其流量的方向切换阀。
在该实施方式中，通过控制器13切换EGR阀17′，使通过了第1冷却器16a的EGR气体流入旁路通路19，由此可以不进行第2冷却器16b的冷却。由此，可避免在发动机1低温时和低负荷运转时等的EGR气体的过冷却，并可以防止不完全燃烧引起的未燃烧HC的发生和不发火等。更具体的进行说明，冷却器13根据未图示的水温传感器和负荷检测传感器(油门开度传感器等)等的检测值，切换EGR阀17′(即，在低温时和低负荷时使EGR气体流入旁路通路19，在高温时和高负荷时等使EGR气体流入EGR通路15)，由此，可以使供给进气通路3的EGR气体的温度一直合适。
另外，本发明并不限定于以上说明的实施方式。
例如，在上述两个实施方式中设置两个EGR冷却器，本发明在这一点上不被限定，也可以设置3个以上的EGR冷却器。在该情况下，将EGR阀设置在多个EGR冷却器中邻接的任意两个EGR冷却器之间，并且将位于EGR阀上游侧的一个或多个EGR冷却器的能力·容量设定为，使通过EGR阀的废气的温度比EGR气体中含有的碳氢化合物成分的凝结温度和凝固温度(约100℃)高即可。
另外，在EGR阀下流侧存在多个EGR冷却器的情况下，可以将在图3的实施方式中所示的旁路通路19的下流侧，在最下流侧的EGR冷却器的下流侧与EGR通路15连接，也可以在一个或者多个EGR冷却器的上游侧与EGR通路15连接。总之，旁路通路19将EGR阀17′的设置位置、在该EGR阀17′下流侧与一个或多个EGR冷却器下流侧的位置连通即可，并且使通过旁路通路19时比通过EGR通路15整体时，通过的EGR冷却器的数目变少即可。

Claims (3)

1、一种EGR装置，其特征在于，具有：
EGR通路，用于将流经发动机排气通路的废气的一部分供给到进气通路，并连通上述排气通路和上述进气通路；
EGR冷却器，设置在上述EGR通路上，对流经上述EGR通路的废气进行冷却；
EGR阀，设置在上述EGR通路上，调节从上述EGR通路向上述进气通路供给的废气的流量，
在上述EGR通路上设置多个上述EGR冷却器，
上述EGR阀设置在多个EGR冷却器中邻接的任意两个EGR冷却器之间。
2、根据权利要求1所述的EGR装置，其特征在于：
位于上述EGR阀的上游侧的EGR冷却器的能力被设定为，使通过上述EGR阀的废气的温度比100℃高。
3、根据权利要求1或2所述的EGR装置，其特征在于：
设置旁路通路，该旁路通路将上述EGR通路中的上述EGR阀的设置位置、在上述EGR阀的下流侧、与一个或多个EGR冷却器的下流侧的位置连通，上述EGR阀是方向切换阀，该方向切换阀可有选择地使流入上述EGR阀的废气流入上述EGR通路和上述旁路通路中的任意一个。
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