DE112007000393T5

DE112007000393T5 - Abgasrückführsystem

Info

Publication number: DE112007000393T5
Application number: DE112007000393T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Oyama-shi Iijima; Hirofumi Oyama-shi Kizawa
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-12-11
Also published as: JP2007224786A; WO2007099809A1; CN101389850A; US20090020106A1; SE0802004L

Abstract

Abgasrückführsystem, bei welchem vorgesehen sind:
eine Abgasleitung, die an einen Auspuffkrümmer einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist;
eine Ansaugleitung, die an Saugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossen ist; und
eine EGR-Leitung, welche die Abgasleitung und die Ansaugleitung miteinander verbindet, wobei
ein Teil des Abgases, das von der Abgasleitung abgegeben wird, der Ansaugleitung über die EGR-Leitung zugeführt wird, um zurück in die Brennkraftmaschine geführt zu werden, und
ein Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher, der aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt ist, stromabwärts einer Verbindungsstelle mit der EGR-Leitung in der Ansaugleitung vorgesehen ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasrückführsystem, welches aufweist: eine Abgasleitung, die mit einem Auspuffkrümmer einer Brennkraftmaschine verbunden ist; eine Ansaugleitung, die an ein Saugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, und eine EGR-Leitung, welche die Abgasleitung und die Ansaugleitung miteinander verbindet, und in welcher ein Teil des Abgases, das von der Abgasleitung abgegeben wird, der Ansaugleitung über die EGR-Leitung zugeführt wird, um zurück in die Brennkraftmaschine geführt zu werden.
STAND DER TECHNIK
Zum Zwecke der Verringerung der Verbrennungstemperatur einer Dieselbrennkraftmaschine, um die Erzeugung von NOx zu begrenzen, wird herkömmlich ein so genanntes EGR-System (Abgasrückführsystem) eingesetzt, welches einen Teil des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgases einer Ansaugleitung zuführt.
In dem EGR-System sind eine Abgasleitung, die an einen Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, und die Ansaugleitung, die an das Saugrohr angeschlossen ist, durch eine EGR-Leitung verbunden. Ein Teil des Abgases, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, wird der Ansaugleitung über die EGR-Leitung zugeführt, mit Luft gemischt, welche der Ansaugleitung zugeführt wird, und der Brennkraftmaschine durch das Saugrohr zugeführt.
Hierbei wird die Verringerung von NOx in einem derartigen EGR-System durch die Temperatur der Mischung beeinflusst, die dem Saugrohr zugeführt wird. Wenn die Temperatur der Mischung hoch ist, wird keine ausreichende NOx-Verringerung erzielt.
Zur Lösung eines derartigen Problems wurde eine EGR-Leitung vorgeschlagen, die einen EGR-Kühler aufweist, wobei das Abgas gekühlt wird, bevor das Abgas mit der Luft gemischt wird, die durch die Ansaugleitung zugeführt wird, und dem Saugrohr zugeführt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1).

Patentdokument 1: JP-T-09-508691 (1)

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Die Vorschriften für NOx wurden in den letzten Jahren verschärft. Es ist erforderlich, die Abnahme von NOx durch Erhöhung der Abgasmenge, die zur Ansaugseite zurückkehrt (durch Erhöhung der EGR-Rate) zu verbessern.
Eine Erhöhung der EGR-Rate ruft eine Erhöhung der Menge an Abgas hervor, was zu einem Anstieg der Temperatur der Mischung führt, die dem Saugrohr zugeführt wird. Wenn dies durch den im Patentdokument 1 geschilderten Stand der Technik verhindert werden soll, muss die Leistung des EGR-Kühlers wesentlich erhöht werden, was zu einer Vergrößerung der Abmessungen des EGR-Kühlers führt.
Da ein Luftkühlungs-Nachkühler normalerweise bei der Ansaugleitung vorhanden ist, könnte man hierbei daran denken, die durch die Ansaugleitung zugeführte Luft mit EGR zu mischen, bevor eine Kühlung durch den Luftkühlungs-Nachkühler erfolgt, so dass die Mischung, welche dem Saugrohr zugeführt wird, insgesamt gekühlt wird.
Allerdings ist ein Luftkühlungs-Nachkühler normalerweise aus einem Material wie Aluminium oder dergleichen zum Zwecke der Gewichtsverringerung hergestellt, so dass der Luftkühlungs-Nachkühler dazu neigt, durch den Schwefelanteil in dem EGR-Gas zu korrodieren. Dies führt dazu, dass die Mischung nicht durch den Luftkühlungs-Nachkühler gekühlt werden kann.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Abgasrückführsystems, bei welchem eine Vergrößerung der Abmessungen eines Kühlers vermieden wird, und die Verringerung von NOx nicht beeinträchtigt wird, während die EGR-Rate vergrößert ist.
MASSNAHMEN ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Ein Abgasrückführsystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Abgasleitung, die an einen Auspuffkrümmer einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist; eine Ansaugleitung, die an ein Saugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossen ist; und eine EGR-Leitung, welche die Abgasleitung und die Ansaugleitung miteinander verbindet, wobei ein Teil des Abgases, das von der Abgasleitung abgegeben wird, der Ansaugleitung über die EGR-Leitung zugeführt wird, um zurück in die Brennkraftmaschine geführt zu werden, und einen Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher, hergestellt aus einem korrosionsbeständigen Material, der stromabwärts einer Verbindungsstelle mit der EGR-Leitung in der Ansaugleitung vorgesehen ist.
Hierbei kann das korrosionsbeständige Material, welches den Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher bildet, jedes Material sein, das nicht durch schwefelhaltiges kondensiertes Wasser, das in dem Abgas vorhanden ist, korrodiert wird. Beispiele für derartige Materialien umfassen ein Edelstahlmaterial und ein Stahlmaterial, bei welchem eine Oberflächenbehandlung vorgenommen wurde, beispielsweise Chromplattierung und dergleichen.
Gemäß dem Aspekt der Erfindung ist der Flüssigkeitskühlungs-Kühler stromabwärts einer Verbindungsstelle mit der EGR-Leitung in der Ansaugleitung vorgesehen, so dass die Mischung aus Luft von der Ansaugleitung und EGR-Gas von der EGR-Leitung wirksam in dem Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher gekühlt werden kann. Daher kann die EGR-Rate vergrößert werden, ohne die Abmessungen des EGR-Kühlers in der EGR-Leitung zu erhöhen, und die Verringerung von NOx zu behindern.
Da der Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher aus einem korrosionsbeständigen Material besteht, korrodiert darüber hinaus der Kühler selbst dann nicht, wenn die Mischung direkt durch den Flüssigkeitskühlungs-Kühler gekühlt wird.
Bei der voranstehend geschilderten Ausbildung ist ein EGR-Kühler, der das Abgas von der Abgasleitung kühlt, vorzugsweise bei der EGR-Leitung vorhanden.
Durch diese Ausbildung wird infolge der Tatsache, dass der EGR-Kühler bei der EGR-Leitung vorhanden ist, das EGR-Gas zwangsweise gekühlt, bevor es der Ansaugleitung zugeführt wird, was dazu beiträgt, die Temperatur der Mischung abzusenken, die dem Saugrohr zugeführt wird, zusammen mit dem Flüssigkeitskühlungs-Kühler. Daher wird die EGR-Rate weiter verbessert, während die Verringerung von NOx beibehalten wird.
Bei der voranstehend geschilderten Ausbildung ist der Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher vorzugsweise an eine Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung angeschlossen.
Bei dieser Ausbildung kann infolge der Tatsache, dass der Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher an die Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung angeschlossen ist, die Mischung für das Saugrohr gleichzeitig mit dem Kühlen der Brennkraftmaschine gekühlt werden. Daher wird eine Vergrößerung der Abmessungen des Systems verhindert.
Bei der voranstehend geschilderten Ausbildung ist ein Kühler, der die Wärme eines Kühlmittels für die Kühlung nach außen abstrahlt, vorzugsweise an den Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher über eine Kühlmittelumwälzleitung angeschlossen, die das Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und dem Kühler zuführt, und ist eine Umwälzpumpe vorzugsweise bei der Kühlmittelumwälzleitung vorgesehen.
Bei dieser Ausbildung wird das Kühlmittel, das durch den Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher fließt, durch den Kühler gekühlt, der getrennt von dem Kühler der Brennkraftmaschine vorgesehen ist. Der Temperaturanstieg des Kühlmittels infolge des Kühlens der Brennkraftmaschine beeinflusst daher nicht die Kühlung der Mischung. Daher wird der Kühlwirkungsgrad des Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauschers verbessert.
Bei der voranstehend geschilderten Ausbildung ist vorzugsweise ein Lader bei der Ansaugleitung vorgesehen, und ist die EGR-Leitung vorzugsweise stromabwärts in Bezug auf den Lader an die Ansaugleitung angeschlossen.
Bei dieser Ausbildung ist die EGR-Leitung an die stromabwärtige Seite relativ zum Lader angeschlossen, der bei der Ansaugleitung vorgesehen ist, so dass Luft zwangsweise dem Saugrohr durch den Lader zugeführt wird. Selbst wenn die Menge an EGR-Gas erhöht wird, wird daher die Menge an Luft, die Sauerstoff enthält, die in der Mischung zugeführt wird, nicht verringert. Daher wird eine Abnahme des Verbrennungswirkungsgrades der Brennkraftmaschine verhindert, wodurch die Erzeugung von PM (Feststoffteilchen) und dergleichen gehindert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die ein EGR-System für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche die Konstruktion eines EGR-Kühlers gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Perspektivansicht, die einen Wärmetauscher (Flüssigkeitskühlungs-Kühler) gemäß der Ausführungsform zeigt.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein EGR-System für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Perspektivansicht, die einen Wärmetauscher (Flüssigkeitskühlungs-Kühler) gemäß der Ausführungsform zeigt.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein EGR-System für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht, die ein EGR-System für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein EGR-System für eine Dieselbrennkraftmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1. Gesamte Anordnung
1 ist eine schematische Ansicht, die ein EGR-System einer Dieselbrennkraftmaschine (Verbrennungskraftmaschine) 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Dieselbrennkraftmaschine 1 weist einen Reihenvierzylinder-Motorblock 2 auf, eine Ansaugleitung 3 zum Zuführen von Gas zu einem Brennraum, eine Abgasleitung 4 zum Abführen von Abgas nach außerhalb des Brennraums, und eine Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 zum Kühlen der Dieselbrennkraftmaschine 1. Ein Turbolader 6 ist stromaufwärts der Ansaugleitung 3 und stromabwärts der Abgasleitung 4 so vorgesehen, dass er den stromaufwärtigen Bereich der Ansaugleitung 3 und den stromabwärtigen Bereich der Abgasleitung 4 verbindet. Es wird darauf hingewiesen, dass die voranstehend geschilderten Einrichtungen durch eine Brennkraftmaschinensteuerung (nicht in 1 gezeigt) gesteuert werden, die Steuersignale abhängig von der Vorgabe durch eine Bedienungsperson ausgibt.
Ein Saugrohr 31 ist zwischen der Ansaugleitung 3 und dem Motorblock 2 angebracht, so dass Gas von der Ansaugleitung 3 an jeden Brennraum verteilt wird. Ein Auspuffkrümmer 4 ist zwischen dem Motorblock 2 der Abgasleitung 4 angebracht, so dass Abgas von jedem Brennraum zusammen zur Abgasleitung 4 fließt.
Die Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 weist auf: eine Pumpe 51, die beispielsweise durch eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird, die in dem Motorblock 2 aufgenommen ist; eine Rohrleitung 52 zum Umwälzen von Kühlwasser (Kühlmittel), und einen Kühler 53. Zunächst kühlt das Kühlwasser, das durch die Pumpe 51 gepumpt wird, Abschnitte der Dieselbrennkraftmaschine 1, die eine Kühlung benötigen, beispielsweise den Motorblock 2, den Turbolader 6, und den Ölkühler (nicht gezeigt), und dergleichen. Dann wird die Kühlleistung des Kühlwassers bei dem Kühler 53, der bei der Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 vorgesehen ist, durch ein Gebläse 54 erhöht, das durch die Kurbelwelle des Motorblocks 2 gedreht wird.
Der Turbolader 6 weist einen Kompressor 61 auf, der bei einem mittleren Abschnitt der Ansaugleitung 3 vorgesehen ist, und eine Abgasturbine 62, die bei einem mittleren Abschnitt der Abgasleitung 4 vorgesehen ist. Der Kompressor 61 und die Abgasturbine 62 sind durch eine Drehwelle 63 verbunden. Wenn Abgas durch die Abgasleitung 4 abgegeben wird, dreht sich die Abgasturbine 62, was dazu führt, dass der Kompressor 61 über die Drehwelle 63 zur Drehung veranlasst wird. Daher wird der Ansaugleitung 3 zugeführte Luft verdichtet und dem Saugrohr 31 zugeführt, so dass mehr Luft dem Motorblock 2 zugeführt wird, wodurch die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine verbessert wird.
2. Aufbau der EGR-Leitung 7
Bei einer derartigen Ausbildung der Brennkraftmaschine 1 verbindet eine EGR-Leitung 7 eine stromabwärtige Seite der Ansaugleitung relativ zum Turbolader 6 und eine stromaufwärtige Seite der Abgasleitung 4 relativ zum Turbolader 6. Ein EGR-Kühler 71 und ein EGR-Ventil 72 sind bei mittleren Abschnitten der EGR-Leitung 7 vorgesehen.
Wie in 2 gezeigt, weist der EGR-Kühler 71 auf: einen zylindrischen Körper 711; ein Paar von Kopfplatten 712, welche Öffnungen an beiden Seiten des Körpers 711 verschließen; mehrere Wärmetauscherrohre 713, die in dem Körper 711 angeordnet sind, und deren beide Enden mit den Kopfplatten 712 durch Schweißen oder dergleichen verbunden sind; und ein Paar von Kopfteilen 714, die mit Endumfängen der Kopfplatten 712 so verbunden sind, dass die jeweilige Kopfplatte 712 abgedeckt wird.
Ein Kühlwassereinlass 711A, durch welchen das Kühlwasser dem Körper 711 zugeführt wird, ist in der Nähe eines ersten Endes in Längsrichtung des Körpers 711 vorgesehen. Ein Kühlwasserauslass 711B, durch welchen das Kühlwasser aus dem Körper 711 abgelassen wird, ist in der Nähe eines zweiten Endes in Längsrichtung des Körpers 711 vorgesehen. Der Kühlwassereinlass 711A und der Kühlwasserauslass 711B sind in Radialrichtung entgegengesetzt zueinander angeordnet.
Der Kühlwassereinlass 711A und der Kühlwasserauslass 711B sind mit Befestigungsflanschen 711C und 711D versehen. Rohrleitungen (nicht gezeigt) zur Verbindung mit der Brennkraftmaschinenseite sind an den Befestigungsflanschen 711C und 711D angebracht. Das Kühlwasser kann beispielsweise Kühlwasser zum Kühlen einer Brennkraftmaschine sein.
Der Abschnitt des Körpers 711 mit Ausnahme des ersten und zweiten Endes ist ein Abschnitt 711E mit kleinem Durchmesser, der einen kleineren Durchmesser als das erste Ende und das zweite Ende aufweist. Das Kühlwasser, das in den Körper durch den Kühlwassereinlass 711A am ersten Ende eingebracht wird, fließt daher ordnungsgemäß in Räume zwischen den Wärmetauscherrohren 713 an dem Abschnitt 711E mit kleinem Durchmesser.
Eine Entlüftungsvorrichtung (nicht gezeigt), die dazu dient, im Inneren verbleibende Luft entweichen zu lassen, ist an dem ersten Ende an einem Ort radial entgegengesetzt zum Kühlwassereinlass 711A vorgesehen.
Mehrere kreisförmige Löcher 712B sind auf einer kreisförmigen Befestigungsoberfläche 712A der Kopfplatte 712 vorgesehen. Die Wärmetauscherrohre 713 sind an den kreisförmigen Löchern 712B befestigt. Der Umfang jedes kreisförmigen Loches 7128 ist mit einem Ende eines Wärmetauscherrohres 713 durch Laserschweißen oder dergleichen verbunden.
Ein Anlageflansch, der gegen einen Innenumfang eines Endes des Körpers 711 anliegt, ist durchgehend in Umfangsrichtung am Außenumfang der Kopfplatte 712 vorgesehen. Der Flansch der Kopfplatte 712 ist mit dem Körper 711 durch Laserschweißen oder TIG-Schweißen verbunden, um die Kopfplatte 712 am Körper 711 zu befestigen.
Abgas fließt durch das Wärmetauscherrohr 713 zum Wärmeaustausch mit dem Kühlwasser. Bei der Ausführungsform ist das Wärmetauscherrohr 713 ein gerades, kreisförmiges Rohr.
Das Kopfteil 714 bildet eine Einlassgaskammer IN zum Verteilen von Abgas an jedes Wärmetauscherrohr 713 am ersten Ende des Körpers 711, wo der Kühlwassereinlass 711A vorgesehen ist. Das Kopfteil 714 bildet ebenfalls eine Auslassgaskammer OUT zum Sammeln von Abgas an dem zweiten Ende des Körpers 711, wo der Kühlwasserauslass 711B vorgesehen ist.
Ein Befestigungsflansch 715, an welchem ein Rohrteil von einer Abgasseite der EGR-Leitung 7 angebracht ist, ist bei dem Kopfteil 714 an einer Seite entgegengesetzt zu dem Abschnitt vorgesehen, der mit dem Körper 711 verbunden ist, wo die Einlassgaskammer IN vorhanden ist. Ein Befestigungsflansch 716, an welchem ein Rohrteil zu einer Ansaugseite der EGR-Leitung 7 angebracht ist, ist an dem Kopfteil 714 an einer Seite entgegengesetzt zu jenem Abschnitt vorgesehen, der mit dem Körper 711 verbunden ist, wo die Auslassgaskammer OUT vorhanden ist.
Löcher 715A und 716A sind jeweils im Zentrum des Befestigungsflansches 715 bzw. 716 vorgesehen. Das Abgas, das durch die EGR-Leitung 7 fließt, wird dem EGR-Kühler 71 durch das Loch 715A an der Einlassgaskammer IN zugeführt, durch Wärmeaustausch in dem EGR-Kühler 71 gekühlt, durch das Loch 716A an der Auslassgaskammer OUT abgegeben, und der Ansaugleitung 3 zugeführt.
Ein EGR-Ventil 72 ist stromabwärts des EGR-Kühlers 71 vorgesehen. Das EGR-Ventil 72 ist ein elektromagnetisches Ventil, das durch elektrische Signale von der voranstehend erwähnten Steuerung öffnet und schließt. Hierbei wird das Abgas in der EGR-Leitung 7 zur Ansaugleitung 3 über eine Drossel 32 zurückgeführt, die an einer Verbindungsstelle mit der Ansaugleitung 3 in der Ansaugleitung 3 vorgesehen ist, und sich so verhält, als ob sie das Abgas verschluckt. Das Abgas wird dann mit der Luft gemischt, welche der Ansaugleitung 3 zugeführt wird.
3. Aufbau des Flüssigkeitskühlsystems 8
Ein Flüssigkeitskühlsystem 8 ist bei dem Saugrohr 31 vorgesehen, das an die Ansaugleitung 3 angeschlossen ist. Das Flüssigkeitskühlsystem 8 ist unabhängig von der Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 der Brennkraftmaschine 1. Das Flüssigkeitskühlsystem 8 ist ein Kühler, der einen Kühler 81 aufweist, einen Wärmetauscher 82, eine Rohrleitung 83, und eine Pumpe 84.
Der Kühler 81 weist einen Aufbau auf, der im Wesentlichen ebenso ist wie jener des Kühlers 53, welcher die Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 zum Kühlen der Brennkraftmaschine 1 bildet. Der Kühler 81 ist vor dem Kühler 53 angeordnet, so dass die Kühlleistung des Kühlers 81 durch das Gebläse 54 erhöht wird.
Der Wärmetauscher 82 ist zwischen der Ansaugleitung 3 und dem Saugrohr 31 vorgesehen, und ist im Inneren des Saugrohrs 31 angeordnet. Der Wärmetauscher kühlt die Mischung, die dem Saugrohr 31 zugeführt wird. Genauer gesagt weist, wie in 3 gezeigt, der Wärmetauscher 82 auf: mehrere Rohrteile 821; und mehrere Rippenteile 822, die durch mehrere Platten gebildet werden, die mit mehreren Löchern versehen sind, durch welche sich die Rohrteile 821 erstrecken. Das Rohrteil 821 und das Rippenteil 822 sind aus einem korrosionsbeständigen Material wie etwa SUS304 oder dergleichen hergestellt. Das Rohrteil 821 und das Rippenteil 822 sind miteinander durch TIG-Schweißen oder dergleichen verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass es vorzuziehen ist, dass die Länge des Wärmetauschers 82 im Wesentlichen ebenso groß ist wie die Länge von einem Ende eines Zylinders, der an einem ersten Ende des Motorblocks 2 angeordnet ist, zu einem Ende eines Zylinders, der an einem zweiten Ende des Motorblocks 2 angeordnet ist.
Während Kühlwasser durch das Rohrteil 821 umgewälzt wird, werden das Rohrteil 821 und die mehreren Rippenteile 822 gekühlt. In diesem Zustand wird die von der Ansaugleitung 3 zugeführte Mischung Räumen zugeführt, die zwischen den Rippenteilen 822 vorhanden sind, wo bei der Mischung ein Wärmeaustausch mit den Rippenteilen 822 so erfolgt, dass sie gekühlt wird, bevor sie dem Saugrohr zugeführt wird.
Die Rohrleitung 83 (Kühlmittelumwälzleitung) stellt die gegenseitige Verbindung zwischen dem Kühler 81 und dem Wärmetauscher 82 durch zwei Leitungen her. Eine erste Leitung 83 führt das Kühlwasser, das durch den Wärmeaustausch in dem Wärmetauscher 82 erwärmt wurde, dem Kühler 81 zu. Eine zweite Leitung 83 führt das Kühlwasser, das von dem Kühler 81 abgekühlt wurde, erneut dem Wärmetauscher 82 zu.
Die Pumpe 84 (Kühlmittelumwälzpumpe) ist in einem mittleren Abschnitt der Rohrleitung 83 (die aus zwei Leitungen besteht) vorgesehen, um das Kühlwasser in der Rohrleitung 83 zwangsweise zwischen dem Kühler 81 und dem Wärmetauscher 82 umzuwälzen.
Das von der Pumpe 84 abgegebene Kühlwasser wird dem Wärmetauscher 82 zugeführt, bei welchem das Kühlwasser durch den Wärmeaustausch mit dem Außenbereich über die Rippe erwärmt wird, während es durch das Rohrteil 821 fließt. Dann wird das Kühlwasser dem Kühler 81 zugeführt, wo das Kühlwasser gekühlt wird, bevor es erneut der Einlassseite der Pumpe 84 zugeführt wird.
4. Funktionsweisen und Auswirkungen der Ausführungsform
Als nächstes werden Funktionsweisen des EGR-Systems für die Dieselbrennkraftmaschine 1 mit der voranstehend geschilderten Ausbildung beschrieben.
Während die Dieselbrennkraftmaschine 1 in Betrieb ist, wird die Abgasturbine 62 des Turboladers 6 durch Abgas gedreht, das von dem Auspuffkrümmer 41 abgegeben wird. Die Drehung der Abgasturbine 62 veranlasst über die Drehwelle 63 den Kompressor 61 zur Drehung, so dass durch den Luftfilter zugeführte Luft komprimiert wird, um dann der Ansaugleitung 3 zugeführt zu werden.
Wenn das EGR-Ventil 72 geöffnet ist, wird ein Anteil des von dem Auspuffkrümmer 41 abgegebenen Abgases durch die EGR-Leitung 7 dem EGR-Kühler 71 zugeführt. Der Anteil des Abgases wird dann durch den EGR-Kühler 71 gekühlt, bevor er mit der Luft gemischt wird, die durch den Luftfilter zugeführt wird, an der Drossel 32, die bei der Ansaugleitung 3 vorgesehen ist.
Die Mischung wird den Räumen der mehreren Rippenteile 822 in dem Wärmetauscher 82 zugeführt, wo bei der Mischung ein Wärmeaustausch mit den Rippenteilen stattfindet. Nachdem die Mischung auf diese Art und Weise abgekühlt wurde, wird die Mischung vom Saugrohr 31 einem Brennraum der Dieselbrennkraftmaschine 1 zugeführt, um verbrannt zu werden.
Da der Wärmetauscher 82 des Flüssigkeitskühlsystems 8 aus einem korrosionsbeständigen Material wie etwa SUS304 oder dergleichen hergestellt ist, korrodiert der Wärmetauscher 82 nicht, selbst wenn ein Schwefelanteil, der aus dem Abgas stammt, dem Wärmetauscher 82 zugeführt wird. Daher kann die Mischung, welche dem Brennraum der Dieselbrennkraftmaschine 1 zugeführt wird, bei ausreichend niedriger Temperatur verbrannt werden. Daher kann die EGR-Rate erhöht werden, ohne die Verringerung von NOx zu behindern.
Weiterhin ist das Flüssigkeitskühlsystem 8 in einem Kreislauf unabhängig von der Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 der Dieselbrennkraftmaschine 1 angeordnet. Daher kann nicht nur die Mischung wirksam durch gezielte Steuerung des Kühlwirkungsgrades gekühlt werden, sondern können auch die Abmessungen des EGR-Kühlers 71 auf einem Minimum gehalten werden.
Weiterhin ist das Kühlmittel des Flüssigkeitskühlsystems 8 eine Flüssigkeit wie Wasser oder dergleichen. Selbst wenn die Mischung in dem Wärmetauscher 82 verbleibt, wenn die Dieselbrennkraftmaschine 1 angehalten wird, kondensiert die Mischung nicht sofort zu korrosivem, schwefelhaltigem Wasser, da das Kühlwasser eine größere Wärmekapazität als das Kühlmittel (Luft) des Luftkühlsystems aufweist. Daher wird die Standfestigkeit des Wärmetauschers 82 weiter verbessern.
(Zweite Ausführungsform)
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die gleichen Elemente wie die bereits beschriebenen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Bei der ersten Ausführungsform ist das Flüssigkeitskühlsystem 8 in einem Kreislauf für Kühlwasser unabhängig von der Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 der Dieselbrennkraftmaschine 1 angeordnet.
Im Gegensatz hierzu unterscheidet sich, wie in 4 gezeigt, das Flüssigkeitskühlsystem 18 gemäß der zweiten Ausführungsform von dem Flüssigkeitskühlsystem 8 bei der ersten Ausführungsform dadurch, dass: eine Abzweigrohrleitung 182 an einem Abschnitt der Rohrleitung 52 vorgesehen ist; und wogegen Kühlwasser der Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 der Dieselbrennkraftmaschine 1 in der Rohrleitung 52 umgewälzt wird, das Kühlwasser einem Wärmetauscher 181 durch die Abzweigrohrleitung 182 durch die Pumpe 51 zugeführt wird.
Weiterhin ist der Wärmetauscher 82, der bei der ersten Ausführungsform das Flüssigkeitskühlsystem 8 bildet, vom Typ mit Rippe und Rohr.
Der Wärmetauscher 181, der das Flüssigkeitskühlsystem 18 gemäß der zweiten Ausführungsform bildet, ist anders in Bezug auf die Verwendung des Typs mit Rippe und Platte, wie in 5 gezeigt ist.
Genauer gesagt, weist der Wärmetauscher 181 auf: eine Kühlwasserzufuhrvorrichtung 181A, die aus mehreren Rippen besteht, die sich in derselben Richtung erstrecken; und eine Gaszufuhrvorrichtung 1818, die mehrere Rippen aufweist, die sich in einer Richtung senkrecht zur Verlaufsrichtung der Rippen der Kühlwasserzufuhrvorrichtung 181A erstrecken. Die Kühlwasserzufuhrvorrichtung 181A, welche mehrere Kühlwasserzufuhrvorrichtungen 181A enthält, und die Gaszufuhrvorrichtung 181B, die mehrere Gaszufuhrvorrichtungen 181B enthält, sind aufeinander geschichtet angeordnet.
Eine Wärmeleitungsplatte 181C trennt die Wasserzufuhrvorrichtung 181A und die Gaszufuhrvorrichtung 181B. Bei dem Kühlwasser, das durch die Wasserzufuhrvorrichtung 181A fließt, und dem EGR-Gas, das durch die Gaszufuhrvorrichtung 1818 fließt, tritt ein gegenseitiger Wärmeaustausch über die Wärmeleitungsplatte 181C auf. Hierbei sind die Wasserzufuhrvorrichtung 181A, die Gaszufuhrvorrichtung 181B, und die Wärmeleitungsplatte 181C ebenso wie bei der ersten Ausführungsform aus einem korrosionsbeständigen Material wie etwa SUS304 oder dergleichen hergestellt, und durch Schweißen oder dergleichen so miteinander verbunden, dass sie vereinigt sind.
Zusätzlich zu den grundlegenden Effekten, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, werden die folgenden charakteristischen Effekte durch die zweite Ausführungsform erzielt, infolge der Unterschiede.
In dem Flüssigkeitskühlsystem 18 zweigt die Abzweigrohrleitung 182 von der Rohrleitung 52 der Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 der Dieselbrennkraftmaschine 1 ab, um Kühlwasser dem Wärmetauscher 181 zuzuführen. Daher kann der Kühler des Flüssigkeitskühlsystems 18 auch als der Kühler 53 der Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung 5 der Dieselbrennkraftmaschine 1 dienen. Daher werden die Abmessungen des Flüssigkeitskühlsystems 18 auf ein Minimum in einem die Brennkraftmaschine 1 aufnehmenden Raum gehalten, der bei einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen ist, und im Wesentlichen durch Trennwände eingekapselt ist.
Weiterhin ermöglicht der Wärmetauscher 181 des Typs mit Rippe und Platte einen Wärmeaustausch zwischen dem Kühlwasser und dem EGR-Gas über die gesamte Wärmeleitungsplatte 181C, so dass der Wärmeaustausch effizient durchgeführt werden kann. Daher wird der Kühlwirkungsgrad verbessert.
(Dritte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 1 mit einem einzigen Turbolader 6 versehen.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Hinsicht, dass wie in 6 gezeigt die Dieselbrennkraftmaschine 1 vom Doppelturbotyp ist, der mit zwei Turboladern 6 ausgerüstet ist.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform auch in der Hinsicht, dass ein ATAAC (Luft-Luft-Nachkühler) 33 des Luftkühltyps zwischen den beiden Turboladern 6 vorgesehen ist.
Zusätzlich zu den grundlegenden Effekten, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, wird die Verdichtungsrate von Gas, welches dem Saugrohr 31 zugeführt wird, durch die doppelten Turbolader 6 bei der dritten Ausführungsform erhöht, wodurch die Verbrennungsrate verbessert wird. Weiterhin wird bei der dritten Ausführungsform die Kühlung der Ansaugleitung 3 durch den ATAAC 33 verstärkt, der zwischen den doppelten Turboladern 6 vorgesehen ist, so dass die Temperatur der Mischung, die dem Saugrohr 31 zugeführt wird, weiter abgesenkt werden kann. Daher kann die EGR-Rate erhöht werden, ohne die Verringerung von NOx zu behindern.
(Vierte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform ist die EGR-Leitung 7 mit dem EGR-Kühler zum Kühlen des EGR-Gases versehen, das über die EGR-Leitung 7 von einer Seite der Abgasleitung 4 zu einer Seite der Ansaugleitung 3 zugeführt wird.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Hinsicht, dass die EGR-Leitung 7 nicht mit dem EGR-Kühler versehen ist, wie dies in 7 gezeigt ist.
Die Mischung aus der Luft, die von der Ansaugleitung 3 zugeführt wird, und des Abgases, das von der EGR-Leitung 7 zugeführt wird, wird durch den Wärmetauscher 181 gekühlt, der beim Saugrohr 31 vorgesehen ist. Der Wärmetauscher 181 weist denselben Aufbau auf wie der Typ mit Rippe und Platte bei der zweiten Ausführungsform, gezeigt in 5, so dass der Wärmeaustauschwirkungsgrad mit der Mischung, welche dem Saugrohr 31 zugeführt wird, im Vergleich zu jenem bei der ersten Ausführungsform verbessert ist.
Zusätzlich zu den grundlegenden Effekten, die bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, kann der EGR-Kühler 71 weggelassen werden, um den Aufbau der EGR-Leitung 7 bei der vierten Ausführungsform zu vereinfachen. Daher kann das EGR-System verkleinert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei den beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen ist der Wärmetauscher, welcher den Flüssigkeitskühlungskühler bildet, innerhalb des Saugrohrs 31 der Dieselbrennkraftmaschine 1 vorgesehen.
Wie in 8 gezeigt, unterscheidet sich die fünfte Ausführungsform von der ersten und zweiten Ausführungsform in der Hinsicht, dass der Wärmetauscher 1811 (Flüssigkeitskühlsystem 18A) bei einem mittleren Abschnitt der Ansaugleitung 3 vorgesehen ist.
Der Wärmetauscher 1811 ist stromabwärts der Drossel 32 vorgesehen, welche EGR-Gas, das von der EGR-Leitung 7 zugeführt wird, und Luft mischt, die von der Ansaugleitung 3 zugeführt wird, so dass die Mischung, die durch die Ansaugleitung 3 fließt, in der Ansaugleitung 3 gekühlt wird, bevor sie dem Saugrohr 31 zugeführt wird. Hierbei weist der Wärmetauscher 1811 denselben Aufbau wie der Typ mit Rippe und Platte auf, und ist aus demselben Material wie bei der zweiten Ausführungsform hergestellt, beispielsweise SUS304 oder dergleichen.
Zusätzlich zu den grundlegenden Effekten, die bei der zweiten Ausführungsform beschrieben wurden, wird infolge der Tatsache, dass der Wärmetauscher 1811 und das Saugrohr 31 nicht vereinigt vorgesehen werden müssen, das Ausmaß der Freiheit in Bezug auf die Positionierung des Wärmetauschers 1811 bei der fünften Ausführungsform verbessert.
(Abänderungen von Ausführungsformen)
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern die folgenden Abänderungen einschließt.
Bei den voranstehenden Ausführungsformen sind die Wärmetauscher 82, 181 und 1811 aus einem äußerst korrosionsbeständigen Material wie SUS304 oder dergleichen hergestellt, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Wärmetauscher kann mit einem Stahlmaterial hergestellt werden, dessen Korrosionsfestigkeit durch Chromplattieren oder dergleichen verbessert wurde.
Weiterhin wurde bei den voranstehenden Ausführungsformen nicht explizit erwähnt, dass die Abgasleitung 4 mit einer Bearbeitungsvorrichtung versehen ist, jedoch kann sie mit einem DPF (Dieselfeststofffilter) oder dergleichen an der stromabwärtigen Seite der Abgasleitung versehen sein, insbesondere an einem Ort hinter dem Turbolader 6. Anders ausgedrückt kann ein System zur Verfügung gestellt werden, bei welchem PM (Feststoffteilchen) in dem Abgas entfernt werden.
Weiterhin ist bei der ersten und dritten Ausführungsform der Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher vom Typ mit Rippe und Rohr, aber ist nicht hierauf beschränkt, und kann vom Typ mit Rippe und Platte bei jeder der Ausführungsformen sein. Im Gegensatz hierzu ist bei der zweiten und vierten Ausführungsform der Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher vom Typ mit Rippe und Platte, aber ist nicht hierauf beschränkt, und kann vom Typ mit Rippe und Platte bei jeder der Ausführungsformen sein.
Weiterhin wird bei der zweiten und vierten Ausführungsform das Kühlwasser, das von der Pumpe 51 abgegeben wird, dem Motorblock 2 zugeführt, nachdem es den Wärmetauschern 181 und 1811 über die Abzweigrohrleitung 182 zugeführt wurde, die von der Rohrleitung 82 abzweigt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt. Eine Anordnung mit geradem Rohr, bei welcher das Kühlwasser, das von der Pumpe abgegeben wird, dem Motorblock zugeführt werden kann, nachdem es dem Wärmetauscher zugeführt wurde, damit ein Wärmeaustausch stattfindet, kann verwendet werden.
Anders als voranstehend beschrieben können spezielle Anordnungen und Formen der vorliegenden Erfindung in der Praxis jede geeignete Anordnung oder dergleichen sein, soweit ein Ziel der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann bei einem Dieselbrennkraftmaschinensystem verwendet werden, das in Baumaschinen eingesetzt wird, beispielsweise bei einer Planierraupe, einem Hydraulikbagger und dergleichen, sowie bei einem Dieselbrennkraftmaschinensystem, das bei Lastkraftfahrzeugen eingesetzt wird, beispielsweise einem Muldenkipper und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Abgasrückführsystem, das eine Abgasleitung 4 aufweist, die an einen Auspuffkrümmer 31 einer Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist; eine Ansaugleitung 3, die an Saugrohr 31 der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist; und eine EGR-Leitung 7, welche gegenseitig die Abgasleitung 4 und die Ansaugleitung 7 verbindet, wobei ein Teil des Abgases, das von der Abgasleitung 4 abgegeben wird, der Ansaugleitung 3 über EGR-Leitung 7 zugeführt wird, um in die Brennkraftmaschine 1 zurückgeführt zu werden, ist mit einem Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher 8 versehen, der aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt ist, stromabwärts einer Verbindungsstelle mit der EGR-Leitung 7 in der Ansaugleitung 3.
ERLÄUTERUNG VON BEZUGSZEICHEN

1 ... Dieselbrennkraftmaschine, 3 ... Ansaugleitung, 4 ... Abgasleitung, 6 ... Turbolader, 7 ... EGR-Leitung, 31 ... Saugrohr, 8, 18, 18A ... Flüssigkeitskühlungs-Kühler, 41 ... Auspuffkrümmer, 71 ... EGR-Kühler, 82, 181, 1811 ... Wärmetauscher, 83, 182 ... Rohrleitung, 51, 84 ... Pumpe.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 09-508691 T [0005]

Claims

Abgasrückführsystem, bei welchem vorgesehen sind: eine Abgasleitung, die an einen Auspuffkrümmer einer Brennkraftmaschine angeschlossen ist; eine Ansaugleitung, die an Saugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossen ist; und eine EGR-Leitung, welche die Abgasleitung und die Ansaugleitung miteinander verbindet, wobei ein Teil des Abgases, das von der Abgasleitung abgegeben wird, der Ansaugleitung über die EGR-Leitung zugeführt wird, um zurück in die Brennkraftmaschine geführt zu werden, und ein Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher, der aus einem korrosionsbeständigen Material hergestellt ist, stromabwärts einer Verbindungsstelle mit der EGR-Leitung in der Ansaugleitung vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 1, bei welchem ein EGR-Kühler, der das Abgas von der Abgasleitung kühlt, bei der EGR-Leitung vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher mit einer Brennkraftmaschinenkühlungs-Kühlmittelumwälzleitung verbunden ist.
Abgasrückführsystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem ein Kühler, der Wärme eines Kühlungskühlmittels nach außen abstrahlt, an den Flüssigkeitskühlungs-Wärmetauscher über eine Kühlmittelumwälzleitung angeschlossen ist, welche das Kühlmittel zwischen dem Wärmetauscher und dem Kühler zuführt, und eine Umwälzpumpe bei der Kühlmittelumwälzleitung vorgesehen ist.
Abgasrückführsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem ein Lader bei der Ansaugleitung vorgesehen ist, und die EGR-Leitung stromabwärts relativ zum Lader an die Ansaugleitung angeschlossen ist.