JP2002070657A - Ｅｇｒ装置 - Google Patents
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- exhaust
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水冷系の熱負荷を増大することなく再循環排
気ガスを効率良く冷却し得るようにしたコンパクトなＥ
ＧＲ装置を提供する。 【解決手段】 エンジン１の排気マニホールド６（排気
通路）から排気ガス５の一部を抜き出して吸気マニホー
ルド３（吸気通路）へ再循環するようにしたＥＧＲ装置
に関し、排気ガス５を暖気と冷気とに分離するボルテッ
クスチューブ８を備え、該ボルテックスチューブ８の旋
回室９と排気マニホールド６（排気通路）との間を排気
ガス導入通路１０で接続し、該排気ガス導入通路１０の
接続箇所より下流側となる排気管７（排気通路）の適宜
位置と前記ボルテックスチューブ８の暖気吐出口１１と
の間を暖気排出通路１２で接続し、前記ボルテックスチ
ューブ８の冷気吐出口１３との間を冷気排出通路１４で
接続する。
気ガスを効率良く冷却し得るようにしたコンパクトなＥ
ＧＲ装置を提供する。 【解決手段】 エンジン１の排気マニホールド６（排気
通路）から排気ガス５の一部を抜き出して吸気マニホー
ルド３（吸気通路）へ再循環するようにしたＥＧＲ装置
に関し、排気ガス５を暖気と冷気とに分離するボルテッ
クスチューブ８を備え、該ボルテックスチューブ８の旋
回室９と排気マニホールド６（排気通路）との間を排気
ガス導入通路１０で接続し、該排気ガス導入通路１０の
接続箇所より下流側となる排気管７（排気通路）の適宜
位置と前記ボルテックスチューブ８の暖気吐出口１１と
の間を暖気排出通路１２で接続し、前記ボルテックスチ
ューブ８の冷気吐出口１３との間を冷気排出通路１４で
接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気通
路から導いた排気ガスの一部を吸気通路に再循環するよ
うにしたＥＧＲ装置に関するものである。
路から導いた排気ガスの一部を吸気通路に再循環するよ
うにしたＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より自動車等のエンジンの排気ガス
の一部をエンジンに再循環してＮＯx（窒素酸化物）の
発生を低減させるＥＧＲ装置が知られているが、このよ
うなＥＧＲ装置では、エンジンに再循環する排気ガスを
冷却すると、該排気ガスの温度が下がり且つその容積が
小さくなることによって、エンジンの出力を余り低下さ
せずに燃焼温度を低下して効果的にＮＯxの発生を低減
させることができる為、エンジンに排気ガスを再循環す
るラインの途中に、排気ガスを冷却水と熱交換させて冷
却するＥＧＲクーラを装備したものがある。
の一部をエンジンに再循環してＮＯx（窒素酸化物）の
発生を低減させるＥＧＲ装置が知られているが、このよ
うなＥＧＲ装置では、エンジンに再循環する排気ガスを
冷却すると、該排気ガスの温度が下がり且つその容積が
小さくなることによって、エンジンの出力を余り低下さ
せずに燃焼温度を低下して効果的にＮＯxの発生を低減
させることができる為、エンジンに排気ガスを再循環す
るラインの途中に、排気ガスを冷却水と熱交換させて冷
却するＥＧＲクーラを装備したものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな水冷式のＥＧＲクーラを備えた従来のＥＧＲ装置に
おいては、エンジンの冷却水を流用して排気ガスの冷却
を行うことになる為、水冷系に関する熱負荷の大幅な増
大を招き、冷却水量を増やしたり、ラジエータを大型化
したりする等といった対策が必要となって、コストの高
騰が避けられないという問題があり、更には、ＥＧＲク
ーラ自体が比較的大きな容積を必要とする為に、特に自
動車等では支障のない搭載を実現する為のレイアウトが
難しいという問題もあった。
うな水冷式のＥＧＲクーラを備えた従来のＥＧＲ装置に
おいては、エンジンの冷却水を流用して排気ガスの冷却
を行うことになる為、水冷系に関する熱負荷の大幅な増
大を招き、冷却水量を増やしたり、ラジエータを大型化
したりする等といった対策が必要となって、コストの高
騰が避けられないという問題があり、更には、ＥＧＲク
ーラ自体が比較的大きな容積を必要とする為に、特に自
動車等では支障のない搭載を実現する為のレイアウトが
難しいという問題もあった。
【０００４】本発明は上述の実情に鑑みてなしたもの
で、水冷系の熱負荷を増大することなく再循環排気ガス
を効率良く冷却し得るようにしたコンパクトなＥＧＲ装
置を提供することを目的としている。
で、水冷系の熱負荷を増大することなく再循環排気ガス
を効率良く冷却し得るようにしたコンパクトなＥＧＲ装
置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンの排
気通路から排気ガスの一部を抜き出して吸気通路へ再循
環するようにしたＥＧＲ装置であって、排気ガスを暖気
と冷気とに分離するボルテックスチューブを備え、該ボ
ルテックスチューブの旋回室と排気通路との間を排気ガ
ス導入通路で接続し、該排気ガス導入通路の接続箇所よ
り下流側となる排気通路の適宜位置と前記ボルテックス
チューブの暖気吐出口との間を暖気排出通路で接続し、
前記ボルテックスチューブの冷気吐出口との間を冷気排
出通路で接続したことを特徴とするものである。
気通路から排気ガスの一部を抜き出して吸気通路へ再循
環するようにしたＥＧＲ装置であって、排気ガスを暖気
と冷気とに分離するボルテックスチューブを備え、該ボ
ルテックスチューブの旋回室と排気通路との間を排気ガ
ス導入通路で接続し、該排気ガス導入通路の接続箇所よ
り下流側となる排気通路の適宜位置と前記ボルテックス
チューブの暖気吐出口との間を暖気排出通路で接続し、
前記ボルテックスチューブの冷気吐出口との間を冷気排
出通路で接続したことを特徴とするものである。
【０００６】従って、本発明では、排気通路から排気ガ
スの一部が抜き出されてボルテックスチューブの旋回室
へと導入され、該ボルテックスチューブの内部にて高速
旋回流を形成して暖気と冷気とに分離され、排気ガスの
暖気が暖気吐出口から暖気排出通路を通して排気通路に
排出される一方、排気ガスの冷気が冷気吐出口から冷気
排出通路を通して吸気通路へ再循環されることになり、
水冷系を利用せずに排気ガスを効率良く冷却して吸気通
路に再循環することが可能となる。
スの一部が抜き出されてボルテックスチューブの旋回室
へと導入され、該ボルテックスチューブの内部にて高速
旋回流を形成して暖気と冷気とに分離され、排気ガスの
暖気が暖気吐出口から暖気排出通路を通して排気通路に
排出される一方、排気ガスの冷気が冷気吐出口から冷気
排出通路を通して吸気通路へ再循環されることになり、
水冷系を利用せずに排気ガスを効率良く冷却して吸気通
路に再循環することが可能となる。
【０００７】また、ボルテックスチューブにより排気ガ
スを暖気と冷気とに分離して冷気のみを再循環する方式
を採用しているので、従来の如き排気ガスを水冷して再
循環する方式のＥＧＲクーラを採用した場合よりも容積
が小さくて済み、ＥＧＲ装置全体のコンパクト化を図る
ことが可能となる。
スを暖気と冷気とに分離して冷気のみを再循環する方式
を採用しているので、従来の如き排気ガスを水冷して再
循環する方式のＥＧＲクーラを採用した場合よりも容積
が小さくて済み、ＥＧＲ装置全体のコンパクト化を図る
ことが可能となる。
【０００８】更に、本発明においては、エンジンに導入
される吸入空気の温度を検出する吸気温度センサと、ボ
ルテックスチューブに導入される排気ガスの温度を検出
する排気温度センサと、エンジンの回転数を検出する回
転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサと、
これら各センサからの検出信号に基づきエンジンの運転
状態と吸入空気及び排気ガスの温度条件に応じた最適流
量で排気ガスが再循環されるようにボルテックスチュー
ブの暖気吐出口に装備した流量調整弁に対し開度指令を
出力する制御装置とを備えることが好ましい。
される吸入空気の温度を検出する吸気温度センサと、ボ
ルテックスチューブに導入される排気ガスの温度を検出
する排気温度センサと、エンジンの回転数を検出する回
転センサと、エンジンの負荷を検出する負荷センサと、
これら各センサからの検出信号に基づきエンジンの運転
状態と吸入空気及び排気ガスの温度条件に応じた最適流
量で排気ガスが再循環されるようにボルテックスチュー
ブの暖気吐出口に装備した流量調整弁に対し開度指令を
出力する制御装置とを備えることが好ましい。
【０００９】このようにすれば、制御装置からの開度指
令によりボルテックスチューブにおける暖気吐出口の流
量調整弁が適切な開度に制御され、これによって、エン
ジンの運転状態と吸入空気及び排気ガスの温度条件に応
じた最適流量で排気ガスが再循環されることになる。
令によりボルテックスチューブにおける暖気吐出口の流
量調整弁が適切な開度に制御され、これによって、エン
ジンの運転状態と吸入空気及び排気ガスの温度条件に応
じた最適流量で排気ガスが再循環されることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照しつつ説明する。
参照しつつ説明する。
【００１１】図１及び図２は本発明のＥＧＲ装置を実施
する形態の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関
等のエンジンを示し、吸気通路を成す吸気管２及び吸気
マニホールド３を介し吸入空気４が導かれて前記エンジ
ン１の各シリンダに分配されるようになっており、ま
た、前記エンジン１の各シリンダから排出される排気ガ
ス５は、排気通路を成す排気マニホールド６及び排気管
７を介し車外へ排出されるようになっている。
する形態の一例を示すもので、図中１はディーゼル機関
等のエンジンを示し、吸気通路を成す吸気管２及び吸気
マニホールド３を介し吸入空気４が導かれて前記エンジ
ン１の各シリンダに分配されるようになっており、ま
た、前記エンジン１の各シリンダから排出される排気ガ
ス５は、排気通路を成す排気マニホールド６及び排気管
７を介し車外へ排出されるようになっている。
【００１２】そして、ここに図示しているエンジン１に
おいては、以下に詳述する如きボルテックスチューブ８
が備えられており、該ボルテックスチューブ８の旋回室
９と排気マニホールド６との間が排気ガス導入通路１０
により接続され、排気管７の適宜位置と前記ボルテック
スチューブ８の暖気吐出口１１との間が暖気排出通路１
２により接続され、前記ボルテックスチューブ８の冷気
吐出口１３との間が冷気排出通路１４により接続される
ようになっている。
おいては、以下に詳述する如きボルテックスチューブ８
が備えられており、該ボルテックスチューブ８の旋回室
９と排気マニホールド６との間が排気ガス導入通路１０
により接続され、排気管７の適宜位置と前記ボルテック
スチューブ８の暖気吐出口１１との間が暖気排出通路１
２により接続され、前記ボルテックスチューブ８の冷気
吐出口１３との間が冷気排出通路１４により接続される
ようになっている。
【００１３】前記ボルテックスチューブ８は、１９３０
年頃のフランスの物理学者GeorgesRanqueにより発見観
測されたもので、円筒内に気体の高速旋回流を作ること
により暖気と冷気とに分離抽出できるようにしたもので
あり、本形態例においては、エンジン１の排気マニホー
ルド６から導いた排気ガス５を暖気と冷気とに分離する
ように用いている。
年頃のフランスの物理学者GeorgesRanqueにより発見観
測されたもので、円筒内に気体の高速旋回流を作ること
により暖気と冷気とに分離抽出できるようにしたもので
あり、本形態例においては、エンジン１の排気マニホー
ルド６から導いた排気ガス５を暖気と冷気とに分離する
ように用いている。
【００１４】このボルテックスチューブ８の詳細は図２
に示す通りであり、円筒状に形成されたホットチューブ
１５の一端部が前記旋回室９の軸心部に接続されてお
り、該旋回室９における前記ホットチューブ１５が接続
された側と反対の軸心部には、前記ホットチューブ１５
の内径より小さな内径を成すようにした前記冷気吐出口
１３が設けられ、前記ホットチューブ１５の他端部に前
記暖気吐出口１１が設けられている。
に示す通りであり、円筒状に形成されたホットチューブ
１５の一端部が前記旋回室９の軸心部に接続されてお
り、該旋回室９における前記ホットチューブ１５が接続
された側と反対の軸心部には、前記ホットチューブ１５
の内径より小さな内径を成すようにした前記冷気吐出口
１３が設けられ、前記ホットチューブ１５の他端部に前
記暖気吐出口１１が設けられている。
【００１５】そして、排気マニホールド６から排気ガス
導入通路１０を通して導かれた排気ガス５は、旋回室９
の周壁に設けた排気ガス導入口９Ａを介して前記旋回室
９の接線方向から導入されるようになっており、該旋回
室９内で高速旋回流を成して全てホットチューブ１５へ
と入り、前記暖気吐出口１１に装備された流量調整弁１
６により外側の旋回流の一部が暖気吐出口１１に排出さ
れ、残りの排気ガス５はホットチューブ１５の軸心部に
押し戻され、旋回しながらホットチューブ１５と旋回室
９の軸心部を通過して冷気吐出口１３に排出されるよう
になっている。
導入通路１０を通して導かれた排気ガス５は、旋回室９
の周壁に設けた排気ガス導入口９Ａを介して前記旋回室
９の接線方向から導入されるようになっており、該旋回
室９内で高速旋回流を成して全てホットチューブ１５へ
と入り、前記暖気吐出口１１に装備された流量調整弁１
６により外側の旋回流の一部が暖気吐出口１１に排出さ
れ、残りの排気ガス５はホットチューブ１５の軸心部に
押し戻され、旋回しながらホットチューブ１５と旋回室
９の軸心部を通過して冷気吐出口１３に排出されるよう
になっている。
【００１６】ここで、暖気吐出口１１の流量調整弁１６
は、ホットチューブ１５側に向け徐々に縮径するように
した流路内周面１７の中心に配置され、しかも、ホット
チューブ１５側へ向け先細りとなる円錐状に形成され
て、アクチュエータ１８（図１参照）により軸心方向に
進退動可能に構成されており、ホットチューブ１５側へ
前進した際に流路内周面１７との間の隙間が狭められて
開度が小さくなり且つ退動した際に開度が大きくなるよ
うしてある。
は、ホットチューブ１５側に向け徐々に縮径するように
した流路内周面１７の中心に配置され、しかも、ホット
チューブ１５側へ向け先細りとなる円錐状に形成され
て、アクチュエータ１８（図１参照）により軸心方向に
進退動可能に構成されており、ホットチューブ１５側へ
前進した際に流路内周面１７との間の隙間が狭められて
開度が小さくなり且つ退動した際に開度が大きくなるよ
うしてある。
【００１７】尚、ボルテックスチューブ８の実際の作動
時においては、暖気吐出口１１の流量調整弁１６の背後
の圧力が冷気吐出口１３の圧力より常に高くなるように
設定してある。
時においては、暖気吐出口１１の流量調整弁１６の背後
の圧力が冷気吐出口１３の圧力より常に高くなるように
設定してある。
【００１８】一方、図１に示すエンジン１に、そのエン
ジン回転数を検出する回転センサ１９が備えられている
と共に、図示しない運転席のアクセルには、アクセル開
度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ２
０（負荷センサ：燃料の噴射量を検出するセンサで代用
することも可）が備えられており、前記回転センサ１９
からの検出信号Ｎと、前記アクセルセンサ２０からの検
出信号Ｌとが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：El
ectronic Control Unit）を成す制御装置２１に入力さ
れるようになっている。
ジン回転数を検出する回転センサ１９が備えられている
と共に、図示しない運転席のアクセルには、アクセル開
度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ２
０（負荷センサ：燃料の噴射量を検出するセンサで代用
することも可）が備えられており、前記回転センサ１９
からの検出信号Ｎと、前記アクセルセンサ２０からの検
出信号Ｌとが、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：El
ectronic Control Unit）を成す制御装置２１に入力さ
れるようになっている。
【００１９】また、吸気マニホールド３に、エンジン１
に導入される吸入空気４の温度を検出する吸気温度セン
サ２２が付設されていると共に、排気マニホールド６に
は、ボルテックスチューブ８に導入される排気ガス５の
温度を検出する排気温度センサ２３が付設されており、
これら吸気温度センサ２２及び排気温度センサ２３から
の検出信号Ｔ1，Ｔ2も前記制御装置２１に入力されるよ
うになっている。
に導入される吸入空気４の温度を検出する吸気温度セン
サ２２が付設されていると共に、排気マニホールド６に
は、ボルテックスチューブ８に導入される排気ガス５の
温度を検出する排気温度センサ２３が付設されており、
これら吸気温度センサ２２及び排気温度センサ２３から
の検出信号Ｔ1，Ｔ2も前記制御装置２１に入力されるよ
うになっている。
【００２０】そして、前記制御装置２１においては、回
転センサ１９からの検出信号Ｎと、アクセル開度を検出
するアクセルセンサ２０（負荷センサ：燃料の噴射量を
検出するセンサで代用することも可）からの検出信号Ｌ
と、前記吸気温度センサ２２及び排気温度センサ２３か
らの検出信号Ｔ1，Ｔ2に基づき、エンジン１の運転状態
と吸入空気４及び排気ガス５の温度条件に応じた最適流
量で排気ガス５が再循環されるように、ボルテックスチ
ューブ８における暖気吐出口１１の流量調整弁１６を開
度調整するアクチュエータ１８に対し開度指令Ｃを出力
するようになっている。
転センサ１９からの検出信号Ｎと、アクセル開度を検出
するアクセルセンサ２０（負荷センサ：燃料の噴射量を
検出するセンサで代用することも可）からの検出信号Ｌ
と、前記吸気温度センサ２２及び排気温度センサ２３か
らの検出信号Ｔ1，Ｔ2に基づき、エンジン１の運転状態
と吸入空気４及び排気ガス５の温度条件に応じた最適流
量で排気ガス５が再循環されるように、ボルテックスチ
ューブ８における暖気吐出口１１の流量調整弁１６を開
度調整するアクチュエータ１８に対し開度指令Ｃを出力
するようになっている。
【００２１】例えば、制御装置２１において、エンジン
１の回転数と負荷とによる二次元マップを制御マップと
して基本的な最適ＥＧＲ率を一義的に設定し、この最適
ＥＧＲ率をエンジン１に導入される吸入空気４の温度に
応じて補正し、その補正されたＥＧＲ率をボルテックス
チューブ８に入る排気ガス５の温度も加味した上で流量
調整弁１６の開度に換算し、アクチュエータ１８に対し
開度指令Ｃとして出力するようにすれば良い。
１の回転数と負荷とによる二次元マップを制御マップと
して基本的な最適ＥＧＲ率を一義的に設定し、この最適
ＥＧＲ率をエンジン１に導入される吸入空気４の温度に
応じて補正し、その補正されたＥＧＲ率をボルテックス
チューブ８に入る排気ガス５の温度も加味した上で流量
調整弁１６の開度に換算し、アクチュエータ１８に対し
開度指令Ｃとして出力するようにすれば良い。
【００２２】即ち、排気ガス５の再循環によりＮＯxの
低減化を図ることは、各シリンダ内での燃焼不良による
黒煙の発生とトレードオフの関係にあるので、エンジン
１の回転数と負荷が判れば、その運転状態における黒煙
の発生を招かない最も効果的な最適ＥＧＲ率が概ね決ま
ることになるが、シリンダ内での燃焼により発生するＮ
Ｏxは、同じ運転状態であっても吸入空気４の温度によ
り燃焼温度が変化して発生量が増減（温度が高いと増
え、低いと減る）するので、前記の運転状態から決まる
最適ＥＧＲ率をベースとして吸入空気４の温度に応じた
補正を行えば、より真値に近いＥＧＲ率が得られること
になる。
低減化を図ることは、各シリンダ内での燃焼不良による
黒煙の発生とトレードオフの関係にあるので、エンジン
１の回転数と負荷が判れば、その運転状態における黒煙
の発生を招かない最も効果的な最適ＥＧＲ率が概ね決ま
ることになるが、シリンダ内での燃焼により発生するＮ
Ｏxは、同じ運転状態であっても吸入空気４の温度によ
り燃焼温度が変化して発生量が増減（温度が高いと増
え、低いと減る）するので、前記の運転状態から決まる
最適ＥＧＲ率をベースとして吸入空気４の温度に応じた
補正を行えば、より真値に近いＥＧＲ率が得られること
になる。
【００２３】そして、このようにして得られたＥＧＲ率
を暖気吐出口１１の流量調整弁１６の開度に換算するに
あたり、ボルテックスチューブ８では、流量調整弁１６
の開度により決まる排気ガス５の暖気の排出流量が、冷
気吐出口１３から排出される排気ガス５の冷気の流量と
温度に大きく影響するので、ボルテックスチューブ８に
入る排気ガス５の温度を把握した上で、再循環される排
気ガス５の冷気の予想温度及びその予想温度による体積
変化等も加味して目標のＥＧＲ率を達成できる最適流量
で排気ガス５の冷気が再循環されるように開度換算を行
うようにする。
を暖気吐出口１１の流量調整弁１６の開度に換算するに
あたり、ボルテックスチューブ８では、流量調整弁１６
の開度により決まる排気ガス５の暖気の排出流量が、冷
気吐出口１３から排出される排気ガス５の冷気の流量と
温度に大きく影響するので、ボルテックスチューブ８に
入る排気ガス５の温度を把握した上で、再循環される排
気ガス５の冷気の予想温度及びその予想温度による体積
変化等も加味して目標のＥＧＲ率を達成できる最適流量
で排気ガス５の冷気が再循環されるように開度換算を行
うようにする。
【００２４】而して、このように構成したＥＧＲ装置で
は、排気マニホールド６から抜き出された排気ガス５の
一部が、ボルテックスチューブ８の排気ガス導入口９Ａ
から旋回室９内に接線方向から導入され、該旋回室９内
で高速旋回流を成して全てホットチューブ１５へと入
り、暖気吐出口１１に装備された流量調整弁１６により
外側の旋回流の一部が暖気吐出口１１に排出され、残り
の排気ガス５はホットチューブ１５の軸心部に押し戻さ
れ、旋回しながらホットチューブ１５と旋回室９の軸心
部を通過して冷気吐出口１３に排出される。
は、排気マニホールド６から抜き出された排気ガス５の
一部が、ボルテックスチューブ８の排気ガス導入口９Ａ
から旋回室９内に接線方向から導入され、該旋回室９内
で高速旋回流を成して全てホットチューブ１５へと入
り、暖気吐出口１１に装備された流量調整弁１６により
外側の旋回流の一部が暖気吐出口１１に排出され、残り
の排気ガス５はホットチューブ１５の軸心部に押し戻さ
れ、旋回しながらホットチューブ１５と旋回室９の軸心
部を通過して冷気吐出口１３に排出される。
【００２５】この時、ホットチューブ１５の中では、暖
気吐出口１１に向かう外側の旋回流と、冷気吐出口１３
に向かう内側の旋回流という二つの反対方向に移動する
旋回流ができることになるが、外側の旋回流の遠心力の
働きでホットチューブ１５の軸心部には、内側の旋回流
が反対方向に移動するに理想的な通路が形成されている
ので、流量調整弁１６側と冷気吐出口１３側との圧力差
と関連して二つの反対方向に移動する旋回流が支障なく
形成されることになる。
気吐出口１１に向かう外側の旋回流と、冷気吐出口１３
に向かう内側の旋回流という二つの反対方向に移動する
旋回流ができることになるが、外側の旋回流の遠心力の
働きでホットチューブ１５の軸心部には、内側の旋回流
が反対方向に移動するに理想的な通路が形成されている
ので、流量調整弁１６側と冷気吐出口１３側との圧力差
と関連して二つの反対方向に移動する旋回流が支障なく
形成されることになる。
【００２６】そして、この反対方向に向かう内外二つの
旋回流は、互いに同方向に向け同じ角速度で旋回してお
り、これらの二つの流れの境界に起こる強烈な乱流によ
り、回転運動に関する限り双方の流れが夫々閉じ込めら
れて単一の塊のようになるが、外側の旋回流が自由渦と
なるのに対し、内側の旋回流は外側の旋回流により一定
の角速度で強制的に回転させられる強制渦となる。
旋回流は、互いに同方向に向け同じ角速度で旋回してお
り、これらの二つの流れの境界に起こる強烈な乱流によ
り、回転運動に関する限り双方の流れが夫々閉じ込めら
れて単一の塊のようになるが、外側の旋回流が自由渦と
なるのに対し、内側の旋回流は外側の旋回流により一定
の角速度で強制的に回転させられる強制渦となる。
【００２７】ここで、自由渦の中での粒子の線速度（回
転速度）は、その渦の中心側へ移動するにつれ角運動量
を保存する為に増加することになるので、例えば、自由
渦で半径が半減する所で線速度が倍になるのに対し、一
定の角速度を持つ強制渦では線速度が１／２に減少され
ることになり、自由渦における粒子は強制渦と比較して
４倍の線速度となるが、運動エネルギーは線速度の二乗
に比例するので、この例では、渦の半径が半減する所ま
で旋回移動するのに際し、強制渦の中での粒子は、自由
渦の粒子の運動エネルギーの１／１６の運動エネルギー
を持つことになる。
転速度）は、その渦の中心側へ移動するにつれ角運動量
を保存する為に増加することになるので、例えば、自由
渦で半径が半減する所で線速度が倍になるのに対し、一
定の角速度を持つ強制渦では線速度が１／２に減少され
ることになり、自由渦における粒子は強制渦と比較して
４倍の線速度となるが、運動エネルギーは線速度の二乗
に比例するので、この例では、渦の半径が半減する所ま
で旋回移動するのに際し、強制渦の中での粒子は、自由
渦の粒子の運動エネルギーの１／１６の運動エネルギー
を持つことになる。
【００２８】従って、ホットチューブ１５内で外側に自
由渦の旋回流が形成され、その内側に同じ角速度で回転
する強制渦の旋回流が形成された状態にあっては、外側
と内側の旋回流における相互の運動エネルギーの差が熱
となって内側の旋回流から外側の旋回流へと運ばれ、内
側の旋回流が排気ガス５の冷気となり且つ外側の旋回流
が排気ガス５の暖気となって分離されることになる。
由渦の旋回流が形成され、その内側に同じ角速度で回転
する強制渦の旋回流が形成された状態にあっては、外側
と内側の旋回流における相互の運動エネルギーの差が熱
となって内側の旋回流から外側の旋回流へと運ばれ、内
側の旋回流が排気ガス５の冷気となり且つ外側の旋回流
が排気ガス５の暖気となって分離されることになる。
【００２９】そして、外側の旋回流の一部が排気ガス５
の暖気として暖気吐出口１１に排出され、暖気排出通路
１２を通して排気管７に排出される一方、内側の旋回流
が排気ガス５の冷気として冷気吐出口１３から冷気排出
通路１４を通して吸気マニホールド３へ再循環されるこ
とになり、水冷系を利用せずに排気ガス５を効率良く冷
却して吸気マニホールド３に再循環することが可能とな
る。
の暖気として暖気吐出口１１に排出され、暖気排出通路
１２を通して排気管７に排出される一方、内側の旋回流
が排気ガス５の冷気として冷気吐出口１３から冷気排出
通路１４を通して吸気マニホールド３へ再循環されるこ
とになり、水冷系を利用せずに排気ガス５を効率良く冷
却して吸気マニホールド３に再循環することが可能とな
る。
【００３０】また、ボルテックスチューブ８により排気
ガス５を暖気と冷気とに分離して冷気のみを再循環する
方式を採用しているので、従来の如き排気ガス５を水冷
して再循環する方式のＥＧＲクーラを採用した場合より
も容積が小さくて済み、ＥＧＲ装置全体のコンパクト化
を図ることが可能となる。
ガス５を暖気と冷気とに分離して冷気のみを再循環する
方式を採用しているので、従来の如き排気ガス５を水冷
して再循環する方式のＥＧＲクーラを採用した場合より
も容積が小さくて済み、ＥＧＲ装置全体のコンパクト化
を図ることが可能となる。
【００３１】尚、特に本形態例においては、エンジン回
転数が回転センサ１９により検出され、アクセル開度が
アクセルセンサ２０によりエンジン１の負荷として検出
される一方、エンジン１に導入される吸入空気４の温度
が吸気温度センサ２２により検出され、ボルテックスチ
ューブ８に導入される排気ガス５の温度が排気温度セン
サ２３に検出されて、これら各センサ１９，２０，２
２，２３からの検出信号Ｎ，Ｌ，Ｔ1，Ｔ2が制御装置２
１に入力され、暖気吐出口１１の流量調整弁１６を開度
調整するアクチュエータ１８に対し前記制御装置２１か
ら開度指令Ｃが出力されて前記流量調整弁１６が適切な
開度に制御されるようになっているので、エンジン１の
運転状態と吸入空気４及び排気ガス５の温度条件に応じ
た最適流量で排気ガス５が再循環されることになる。
転数が回転センサ１９により検出され、アクセル開度が
アクセルセンサ２０によりエンジン１の負荷として検出
される一方、エンジン１に導入される吸入空気４の温度
が吸気温度センサ２２により検出され、ボルテックスチ
ューブ８に導入される排気ガス５の温度が排気温度セン
サ２３に検出されて、これら各センサ１９，２０，２
２，２３からの検出信号Ｎ，Ｌ，Ｔ1，Ｔ2が制御装置２
１に入力され、暖気吐出口１１の流量調整弁１６を開度
調整するアクチュエータ１８に対し前記制御装置２１か
ら開度指令Ｃが出力されて前記流量調整弁１６が適切な
開度に制御されるようになっているので、エンジン１の
運転状態と吸入空気４及び排気ガス５の温度条件に応じ
た最適流量で排気ガス５が再循環されることになる。
【００３２】従って、上記形態例によれば、水冷系の熱
負荷を増大することなく再循環排気ガス５を効率良く冷
却することができるので、冷却水量を増やしたり、ラジ
エータを大型化したりする等といった対策を不要として
大幅にコストを削減することができ、しかも、ボルテッ
クスチューブ８の採用によりＥＧＲ装置全体のコンパク
ト化を図ることができるので、自動車等に対してもレイ
アウト上の制約を緩和して支障のない搭載を実現するこ
とができる。
負荷を増大することなく再循環排気ガス５を効率良く冷
却することができるので、冷却水量を増やしたり、ラジ
エータを大型化したりする等といった対策を不要として
大幅にコストを削減することができ、しかも、ボルテッ
クスチューブ８の採用によりＥＧＲ装置全体のコンパク
ト化を図ることができるので、自動車等に対してもレイ
アウト上の制約を緩和して支障のない搭載を実現するこ
とができる。
【００３３】また、特に本形態例においては、制御装置
２１からの開度指令Ｃによりボルテックスチューブ８に
おける暖気吐出口１１の流量調整弁１６を適切な開度に
制御して、エンジン１の運転状態と吸入空気４及び排気
ガス５の温度条件に応じた最適流量で排気ガス５を再循
環させることができるので、排気ガス５の再循環による
ＮＯx低減とトレードオフの関係にある黒煙発生等を確
実に抑制しつつ効果的にＮＯxの低減化を図ることがで
きる。
２１からの開度指令Ｃによりボルテックスチューブ８に
おける暖気吐出口１１の流量調整弁１６を適切な開度に
制御して、エンジン１の運転状態と吸入空気４及び排気
ガス５の温度条件に応じた最適流量で排気ガス５を再循
環させることができるので、排気ガス５の再循環による
ＮＯx低減とトレードオフの関係にある黒煙発生等を確
実に抑制しつつ効果的にＮＯxの低減化を図ることがで
きる。
【００３４】尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の形態例
にのみ限定されるものではなく、複数のボルテックスチ
ューブを並列に装備するようにしても良いこと、更に
は、ボルテックスチューブへ導く排気ガスを排気管から
抜き出すようにしても良く、また、ボルテックスチュー
ブから導いた排気ガスの冷気を吸気管に戻すようにして
も良いこと、その他、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勿論である。
にのみ限定されるものではなく、複数のボルテックスチ
ューブを並列に装備するようにしても良いこと、更に
は、ボルテックスチューブへ導く排気ガスを排気管から
抜き出すようにしても良く、また、ボルテックスチュー
ブから導いた排気ガスの冷気を吸気管に戻すようにして
も良いこと、その他、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勿論である。
【００３５】
【発明の効果】上記した本発明のＥＧＲ装置によれば、
下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３６】（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によ
れば、水冷系の熱負荷を増大することなく再循環排気ガ
スを効率良く冷却することができるので、冷却水量を増
やしたり、ラジエータを大型化したりする等といった対
策を不要として大幅にコストを削減することができ、し
かも、ボルテックスチューブの採用によりＥＧＲ装置全
体のコンパクト化を図ることができるので、自動車等に
対してもレイアウト上の制約を緩和して支障のない搭載
を実現することができる。
れば、水冷系の熱負荷を増大することなく再循環排気ガ
スを効率良く冷却することができるので、冷却水量を増
やしたり、ラジエータを大型化したりする等といった対
策を不要として大幅にコストを削減することができ、し
かも、ボルテックスチューブの採用によりＥＧＲ装置全
体のコンパクト化を図ることができるので、自動車等に
対してもレイアウト上の制約を緩和して支障のない搭載
を実現することができる。
【００３７】（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明に
よれば、制御装置からの開度指令によりボルテックスチ
ューブにおける暖気吐出口の流量調整弁を適切な開度に
制御して、エンジンの運転状態と吸入空気及び排気ガス
の温度条件に応じた最適流量で排気ガスを再循環させる
ことができるので、排気ガスの再循環によるＮＯx低減
とトレードオフの関係にある黒煙発生等を確実に抑制し
つつ効果的にＮＯxの低減化を図ることができる。
よれば、制御装置からの開度指令によりボルテックスチ
ューブにおける暖気吐出口の流量調整弁を適切な開度に
制御して、エンジンの運転状態と吸入空気及び排気ガス
の温度条件に応じた最適流量で排気ガスを再循環させる
ことができるので、排気ガスの再循環によるＮＯx低減
とトレードオフの関係にある黒煙発生等を確実に抑制し
つつ効果的にＮＯxの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図であ
る。
る。
【図２】図１のボルテックスチューブの詳細を示す断面
図である。
図である。
１ エンジン ２ 吸気管（吸気通路） ３ 吸気マニホールド（吸気通路） ４ 吸入空気 ５ 排気ガス ６ 排気マニホールド（排気通路） ７ 排気管（排気通路） ８ ボルテックスチューブ ９ 旋回室 １０ 排気ガス導入通路 １１ 暖気吐出口 １２ 暖気排出通路 １３ 冷気吐出口 １４ 冷気排出通路 １６ 流量調整弁 １９ 回転センサ ２０ アクセルセンサ（負荷センサ） ２１ 制御装置 ２２ 吸気温度センサ ２３ 排気温度センサ Ｃ 開度指令 Ｌ 検出信号 Ｎ 検出信号 Ｔ1 検出信号 Ｔ2 検出信号
Claims (2)
- 【請求項１】 エンジンの排気通路から排気ガスの一部
を抜き出して吸気通路へ再循環するようにしたＥＧＲ装
置であって、排気ガスを暖気と冷気とに分離するボルテ
ックスチューブを備え、該ボルテックスチューブの旋回
室と排気通路との間を排気ガス導入通路で接続し、該排
気ガス導入通路の接続箇所より下流側となる排気通路の
適宜位置と前記ボルテックスチューブの暖気吐出口との
間を暖気排出通路で接続し、前記ボルテックスチューブ
の冷気吐出口との間を冷気排出通路で接続したことを特
徴とするＥＧＲ装置。 - 【請求項２】 エンジンに導入される吸入空気の温度を
検出する吸気温度センサと、ボルテックスチューブに導
入される排気ガスの温度を検出する排気温度センサと、
エンジンの回転数を検出する回転センサと、エンジンの
負荷を検出する負荷センサと、これら各センサからの検
出信号に基づきエンジンの運転状態と吸入空気及び排気
ガスの温度条件に応じた最適流量で排気ガスが再循環さ
れるようにボルテックスチューブの暖気吐出口に装備し
た流量調整弁に対し開度指令を出力する制御装置とを備
えたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262989A JP2002070657A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Ｅｇｒ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000262989A JP2002070657A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Ｅｇｒ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002070657A true JP2002070657A (ja) | 2002-03-08 |
Family
ID=18750587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000262989A Pending JP2002070657A (ja) | 2000-08-31 | 2000-08-31 | Ｅｇｒ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002070657A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6895752B1 (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-24 | Caterpillar Inc | Method and apparatus for exhaust gas recirculation cooling using a vortex tube to cool recirculated exhaust gases |
| JP2007015041A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Shin Nippon Koki Co Ltd | 回転工具および工作機械 |
| KR100726461B1 (ko) | 2005-12-21 | 2007-06-11 | 조소곤 | 보텍스 튜브를 이용한 모터 냉각 장치 |
| WO2010044517A1 (ko) * | 2008-10-16 | 2010-04-22 | 공주대학교 산학협력단 | 볼텍스 튜브를 이용한 엔진시스템 |
| KR101023168B1 (ko) * | 2008-10-16 | 2011-03-18 | 임석연 | 볼텍스 튜브 장치를 이용한 배출가스재순환 엔진시스템 |
| KR101052048B1 (ko) * | 2008-10-16 | 2011-07-26 | 임석연 | 볼텍스 튜브를 이용한 엔진시스템 |
| KR101071874B1 (ko) | 2009-08-19 | 2011-10-11 | 공주대학교 산학협력단 | 볼텍스튜브를 이용한 엔진시스템 |
| KR20140083350A (ko) * | 2012-12-26 | 2014-07-04 | 한라비스테온공조 주식회사 | 연료전지 차량용 공기 블로워 |
| KR101553302B1 (ko) | 2014-03-27 | 2015-09-16 | 동명대학교산학협력단 | 볼텍스 튜브를 이용한 듀얼 타입 ｅｇｒ 장치 |
| CN106321213A (zh) * | 2015-06-29 | 2017-01-11 | 天津市职业大学 | 利用排气涡流分离冷气的汽车发动机降温装置 |
| KR20200106284A (ko) * | 2019-03-04 | 2020-09-14 | 동명대학교산학협력단 | 볼텍스튜브를 이용한 배기가스 포집장치 |
| CN114856782A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-08-05 | 三河市科达科技有限公司 | 一种基于废气涡流加热与电加热相结合的dpf再生装置 |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000262989A patent/JP2002070657A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6895752B1 (en) * | 2003-10-31 | 2005-05-24 | Caterpillar Inc | Method and apparatus for exhaust gas recirculation cooling using a vortex tube to cool recirculated exhaust gases |
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| KR100726461B1 (ko) | 2005-12-21 | 2007-06-11 | 조소곤 | 보텍스 튜브를 이용한 모터 냉각 장치 |
| WO2010044517A1 (ko) * | 2008-10-16 | 2010-04-22 | 공주대학교 산학협력단 | 볼텍스 튜브를 이용한 엔진시스템 |
| KR101023168B1 (ko) * | 2008-10-16 | 2011-03-18 | 임석연 | 볼텍스 튜브 장치를 이용한 배출가스재순환 엔진시스템 |
| KR101052048B1 (ko) * | 2008-10-16 | 2011-07-26 | 임석연 | 볼텍스 튜브를 이용한 엔진시스템 |
| KR101071874B1 (ko) | 2009-08-19 | 2011-10-11 | 공주대학교 산학협력단 | 볼텍스튜브를 이용한 엔진시스템 |
| KR20140083350A (ko) * | 2012-12-26 | 2014-07-04 | 한라비스테온공조 주식회사 | 연료전지 차량용 공기 블로워 |
| KR101970738B1 (ko) | 2012-12-26 | 2019-04-22 | 한온시스템 주식회사 | 차량용 연료전지 시스템 |
| KR101553302B1 (ko) | 2014-03-27 | 2015-09-16 | 동명대학교산학협력단 | 볼텍스 튜브를 이용한 듀얼 타입 ｅｇｒ 장치 |
| CN106321213A (zh) * | 2015-06-29 | 2017-01-11 | 天津市职业大学 | 利用排气涡流分离冷气的汽车发动机降温装置 |
| KR20200106284A (ko) * | 2019-03-04 | 2020-09-14 | 동명대학교산학협력단 | 볼텍스튜브를 이용한 배기가스 포집장치 |
| KR102215838B1 (ko) | 2019-03-04 | 2021-02-15 | 동명대학교산학협력단 | 볼텍스튜브를 이용한 배기가스 포집장치 |
| CN114856782A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-08-05 | 三河市科达科技有限公司 | 一种基于废气涡流加热与电加热相结合的dpf再生装置 |
| CN114856782B (zh) * | 2022-04-01 | 2023-08-08 | 三河市科达科技有限公司 | 一种基于废气涡流加热与电加热相结合的dpf再生装置 |
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