JP2005127137A - Egr system of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トラック等の車両に使用されて好適なエンジンのEGRシステムに関する。 The present invention relates to an EGR system for an engine suitable for use in a vehicle such as a truck.
従来、例えば、トラック等の車両のエンジンのEGRシステムは、エンジンの排気ガスの一部を再度エンジンに吸気させ、吸気中の酸素濃度を低下させることによりエンジンの燃焼温度を下げて、主にNOX の低減を図るものである。特に、近年におけるディーゼルエンジンのNOX 低減対策として、極めて重要なシステムである。 2. Description of the Related Art Conventionally, for example, an EGR system for a vehicle engine such as a truck mainly reduces the combustion temperature of the engine by lowering the oxygen concentration in the intake air by partially sucking the engine exhaust gas into the engine, mainly NO. This is intended to reduce X. In particular, the NO X reduction measures of the diesel engine in recent years, is a very important system.
このエンジンのEGRシステムは、例えば図6に示すように、エンジン101の排気ガスの一部をエクゾーストマニホールド102から抽出し、その排気ガスをEGRクーラ103を通して、破線で示すエンジン冷却水により冷却して温度を下げてから、インテークマニホールド104に供給する。一般には、流量制御弁105によって、エンジンの高負荷時にはEGR量を少なく、低負荷時にはEGR量を多くする制御がなされる。
For example, as shown in FIG. 6, this engine EGR system extracts part of the exhaust gas of the
これと同様のEGRシステムであり、特に高負荷時のEGRガスの流量を十分に確保するようにしたもの等も開示されている(例えば、特許文献1参照)。 An EGR system similar to this is disclosed, in particular, in which a sufficient flow rate of EGR gas at a high load is ensured (see, for example, Patent Document 1).
一方、このエンジンのEGRシステムだけでは低減できない排気ガス中のPM(粒子状排出物)やNOX については、DPF、酸化触媒、選択還元触媒、吸蔵還元触媒等を内蔵した後処理装置106を排気路107に装着することにより、これら有害物質の一層の低減を図っている例がある。
上述のように、従来のエンジンのEGRシステムは、エンジンの排気ガスの一部を再度エンジンに吸気させ、吸気中の酸素濃度を低下させることによりエンジンの燃焼温度を下げて、主にNOX の低減を図るためのものであり、燃焼温度の高温化が進むエンジン、特にディーゼルエンジンにおいては、極めて重要なシステムである。 As described above, EGR system of a conventional engine, a portion of the exhaust gas of the engine is an intake again to the engine, lowering the combustion temperature of the engine by lowering the oxygen concentration in the intake air, mainly NO X This is intended for reduction, and is an extremely important system in an engine whose combustion temperature is increasing, especially in a diesel engine.
しかしながら、このようなEGRシステムを備えたエンジンにおいて、多量のEGRを行なった場合、エンジン冷却水がEGRクーラを介して排気ガスから多量の熱を吸収し、エンジン冷却水の温度が大幅に上昇して、ラジエータの冷却能力を上回ることがある。このような場合には、冷却水の温度が下がらずに、エンジンのオーバーヒート等の問題が発生する。一方、このエンジンのオーバーヒート等に対応するため、ラジエータを大型化することは、車両構造の大幅な変更が必要になる等の理由から、実現が難しいという問題がある。 However, in an engine equipped with such an EGR system, when a large amount of EGR is performed, the engine cooling water absorbs a large amount of heat from the exhaust gas via the EGR cooler, and the temperature of the engine cooling water increases significantly. May exceed the cooling capacity of the radiator. In such a case, the temperature of the cooling water does not decrease, and problems such as engine overheating occur. On the other hand, there is a problem that it is difficult to increase the size of the radiator in order to cope with the engine overheating and the like because a large change in the vehicle structure is required.
また、エンジンの排気ガス中のPMやNOX については、上記EGRシステムに加えて、DPF、酸化触媒、選択還元触媒、吸蔵還元触媒等を内蔵する後処理装置を排気路に装着することにより、これら有害物質の一層の低減を図っている例がある。 As for the PM and NO X in the exhaust gas of the engine, in addition to the EGR system, DPF, the oxidation catalyst, by selective reduction catalyst, the post-processing apparatus having a built-in storage-reduction catalyst or the like is mounted in an exhaust path, There is an example of further reducing these harmful substances.
しかしながら、後処理装置の排気ガス浄化性能は、そこを通過する排気ガス温度に大きく依存し、排気ガス温度が一定値を下回ると、排気ガス浄化性能が急激に低下するという問題がある。特に、排気ガス駆動のターボチャージャを備えたエンジンでは、排気ガスがタービンで断熱膨張し、排気ガス温度が大幅に、例えば大型エンジンでは定格で100°C以上も低下するため、後処理装置の排気ガス浄化性能を維持することが難しくなることがある。また、後処理装置を通過する排気ガス温度を高くするために、加熱装置を装着した場合、燃費を悪化させるという問題が生ずる。 However, the exhaust gas purification performance of the aftertreatment device greatly depends on the exhaust gas temperature passing therethrough, and there is a problem that when the exhaust gas temperature falls below a certain value, the exhaust gas purification performance deteriorates rapidly. In particular, in an engine equipped with an exhaust gas-driven turbocharger, the exhaust gas is adiabatically expanded by a turbine, and the exhaust gas temperature is greatly reduced, for example, by a large engine, which is lowered by 100 ° C. or more. It may be difficult to maintain gas purification performance. Further, when a heating device is attached to increase the temperature of exhaust gas passing through the aftertreatment device, there arises a problem that fuel efficiency is deteriorated.
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、EGRクーラにおいてエンジン冷却水が吸収しなければならない熱量、及びターボチャージャを通過した排気ガス温度を様々に変化させることができ、好ましくは、多量のEGRを行なった場合にもエンジンのオーバーヒートを、車両構造の大幅変更等を行わずに確実に防止することができ、また、排気ガスの後処理装置を備えた車両については、その浄化性能を高く維持することができる、エンジンのEGRシステムを提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and it is possible to change variously the amount of heat that the engine cooling water must absorb in the EGR cooler and the exhaust gas temperature that has passed through the turbocharger. Even if a large amount of EGR is performed, overheating of the engine can be reliably prevented without making a significant change in the vehicle structure, etc., and for vehicles equipped with exhaust aftertreatment devices, It is an object of the present invention to provide an engine EGR system capable of maintaining high purification performance.
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、第1の排気ガスにより駆動されるターボチャージャを有するエンジンの第2の排気ガスをエンジン冷却水により冷却して再吸気させるEGRクーラを備えたエンジンのEGRシステムにおいて、EGRクーラ通過前の第2の排気ガスとターボチャージャ通過後の第1の排気ガスとを熱交換させるための熱交換手段を備えたことにある。 In order to solve the above-mentioned problem, the means employed by the present invention is an EGR cooler that cools the second exhaust gas of an engine having a turbocharger driven by the first exhaust gas with engine cooling water and re-intakes the air. In the engine EGR system having the above, there is provided a heat exchanging means for exchanging heat between the second exhaust gas before passing through the EGR cooler and the first exhaust gas after passing through the turbocharger.
このように、本エンジンのEGRシステムは、EGRクーラ通過前の第2の排気ガスとターボチャージャ通過後の第1の排気ガスとを熱交換させるための熱交換手段を備え、第2の排気ガスを、ターボチャージャを通過して温度変化した第1の排気ガスとの間で熱交換可能としたから、第2の排気ガスの有する熱量を変化させ、それによりEGRクーラにおいてエンジン冷却水が吸収しなければならない熱量を変化させることができる。また、ターボチャージャ通過後の第1の排気ガスの温度も変化させることができる。 As described above, the EGR system of the engine includes heat exchange means for exchanging heat between the second exhaust gas before passing through the EGR cooler and the first exhaust gas after passing through the turbocharger, and the second exhaust gas. Can be exchanged with the first exhaust gas whose temperature has changed after passing through the turbocharger, the amount of heat of the second exhaust gas is changed, and the engine cooling water is absorbed by the EGR cooler. The amount of heat that must be changed can be varied. Further, the temperature of the first exhaust gas after passing through the turbocharger can also be changed.
好ましくは、上記エンジンのEGRシステムは、熱交換手段の作動を制御する制御手段と、ターボチャージャ通過後の第1の排気ガスの温度を検出する第1の温度検出手段と、熱交換手段通過前の第2の排気ガスの温度を検出する第2の温度検出手段とを備え、制御手段は、第1の温度検出手段が検出した温度が第2の温度検出手段が検出した温度未満のときに上記熱交換を行なう。 Preferably, the engine EGR system includes a control means for controlling the operation of the heat exchange means, a first temperature detection means for detecting the temperature of the first exhaust gas after passing through the turbocharger, and before passing through the heat exchange means. Second temperature detection means for detecting the temperature of the second exhaust gas, and the control means is when the temperature detected by the first temperature detection means is lower than the temperature detected by the second temperature detection means. The heat exchange is performed.
このようにすることにより、EGRクーラ通過前の第2の排気ガスを、熱交換手段により、ターボチャージャを通過し断熱膨張して温度低下した第1の排気ガスによって、確実に冷却することができるから、EGRクーラにおいてエンジン冷却水が吸収しなければならない熱量を、大幅に減少させることができる。一方、ターボチャージャで温度低下した第1の排気ガスは、熱交換手段を通ることにより、第2の排気ガスによって加熱されるから、DPF、酸化触媒、選択還元触媒、吸蔵還元触媒等を内蔵した後処理装置を通過する、エンジンの排気ガス温度を上昇させることができる。 By doing so, the second exhaust gas before passing through the EGR cooler can be reliably cooled by the first exhaust gas that has passed through the turbocharger and adiabatically expanded and lowered in temperature by the heat exchange means. Therefore, the amount of heat that the engine coolant must absorb in the EGR cooler can be greatly reduced. On the other hand, the first exhaust gas whose temperature has been reduced by the turbocharger is heated by the second exhaust gas by passing through the heat exchanging means. Therefore, a DPF, an oxidation catalyst, a selective reduction catalyst, an occlusion reduction catalyst, etc. are incorporated. The exhaust gas temperature of the engine passing through the aftertreatment device can be raised.
好ましくは、上記エンジンのEGRシステムは、エンジン冷却水の温度を検出する第3の温度検出手段を備え,制御手段は、第3の温度検出手段が検出した温度が所定のオーバーヒート温度以上のときに上記熱交換を行なう。 Preferably, the engine EGR system includes third temperature detection means for detecting a temperature of engine cooling water, and the control means is configured to detect when the temperature detected by the third temperature detection means is equal to or higher than a predetermined overheat temperature. The heat exchange is performed.
エンジン冷却水が所定のオーバーヒート温度以上になると、エンジンの様々な部分で作動不良や部品損傷が生ずる恐れがある。しかしながら、このようなオーバーヒート状態のときに上記熱交換を行なって、第2の排気ガスを第1の排気ガスによって冷却させることにより、EGRクーラにおいて第2の排気ガスと熱交換するエンジン冷却水の温度は低下し、エンジン各部の作動不良や部品損傷を未然に防止することができる。 If the engine cooling water exceeds a predetermined overheat temperature, there is a risk of malfunction or damage to parts in various parts of the engine. However, by performing the heat exchange in such an overheated state and cooling the second exhaust gas with the first exhaust gas, the engine cooling water exchanges heat with the second exhaust gas in the EGR cooler. The temperature is lowered, so that malfunction of each part of the engine and parts damage can be prevented.
好ましくは、上記所定のオーバーヒート温度は、EGRクーラの所定のオーバーヒート温度である。EGRクーラは、内部にロウ付け部を有し、内部温度が一定以上となりオーバーヒート状態になると、ロウ付け部に損傷が生じ、エンジンの冷却水漏れが発生する恐れがある。しかしながら、第2の排気ガスを第1の排気ガスによって冷却させることにより、EGRクーラのロウ付け部の損傷を未然に防止することができる。 Preferably, the predetermined overheat temperature is a predetermined overheat temperature of the EGR cooler. The EGR cooler has a brazed portion inside, and if the internal temperature becomes a certain level or more and becomes overheated, the brazed portion may be damaged, and engine coolant leakage may occur. However, by cooling the second exhaust gas with the first exhaust gas, damage to the brazed portion of the EGR cooler can be prevented in advance.
好ましくは、上記エンジンのEGRシステムは、EGRクーラ通過後の第2の排気ガスの温度を検出する第4の温度検出手段を備え,制御手段は、第4の温度検出手段が検出した温度がEGRクーラの所定の結露温度を超えるときに上記熱交換を行なう。 Preferably, the EGR system of the engine includes fourth temperature detection means for detecting the temperature of the second exhaust gas after passing through the EGR cooler, and the control means has a temperature detected by the fourth temperature detection means as EGR. The heat exchange is performed when a predetermined dew condensation temperature of the cooler is exceeded.
EGRクーラ内の温度が一定以下に低下した場合、EGRクーラ内で結露が発生し、排気ガス中のSO2 がH2 SO3 に変化して、内部で腐食が発生する恐れがある。しかしながら、EGRクーラ通過後の第2の排気ガスの温度が所定の結露温度以上にあるときにだけ、第2の排気ガスを第1の排気ガスによって冷却させることにより、EGRクーラ内における結露発生を確実に防止することができる。 When the temperature in the EGR cooler drops below a certain level, condensation occurs in the EGR cooler, and SO 2 in the exhaust gas changes to H 2 SO 3 , which may cause corrosion inside. However, only when the temperature of the second exhaust gas after passing through the EGR cooler is equal to or higher than the predetermined dew condensation temperature, the second exhaust gas is cooled by the first exhaust gas, so that dew condensation is generated in the EGR cooler. It can be surely prevented.
好ましくは、上記エンジンのEGRシステムは、熱交換手段の作動を制御する制御手段と、ターボチャージャ通過後の第1の排気ガスの温度を検出する第1の温度検出手段と、熱交換手段通過前の第2の排気ガスの温度を検出する第2の温度検出手段と、エンジン冷却水の温度を検出する第3の温度検出手段とを備え,制御手段は、第1の温度検出手段が検出した温度が第2の温度検出手段が検出した温度を超え、且つ第3の温度検出手段が検出した温度が所定のオーバーヒート温度未満のときに上記熱交換を行なう。 Preferably, the engine EGR system includes a control means for controlling the operation of the heat exchange means, a first temperature detection means for detecting the temperature of the first exhaust gas after passing through the turbocharger, and before passing through the heat exchange means. The second temperature detecting means for detecting the temperature of the second exhaust gas and the third temperature detecting means for detecting the temperature of the engine cooling water are provided, and the control means is detected by the first temperature detecting means. The heat exchange is performed when the temperature exceeds the temperature detected by the second temperature detecting means and the temperature detected by the third temperature detecting means is less than a predetermined overheat temperature.
ターボチャージャ通過後の第1の排気ガスの温度は、上述のように、ターボチャージャのタービン部における断熱膨張により、通常はEGRクーラ通過前の第2の排気ガスの温度よりも低くなる。しかしながら、第1の排気ガスはその質量が第2の排気ガスよりも圧倒的に多く、エンジンの運転状態によっては、ターボチャージャ通過後の第1の排気ガスの温度が、EGRクーラ通過前の第2の排気ガスの温度よりも高くなる場合がある。
As described above, the temperature of the first exhaust gas after passing through the turbocharger is usually lower than the temperature of the second exhaust gas before passing through the EGR cooler due to adiabatic expansion in the turbine section of the turbocharger. However, the mass of the first exhaust gas is overwhelmingly larger than that of the second exhaust gas, and depending on the operating state of the engine, the temperature of the first exhaust gas after passing through the turbocharger may be higher than that before passing through the EGR cooler. The temperature of the
そこで、エンジンの様々な部分でオーバーヒートが発生する恐れがない場合には、上述のように、第2の排気ガスを、熱交換手段により、ターボチャージャを通過した第1の排気ガスによって加熱することにより、例えば寒冷地におけるエンジン始動時等に、エンジン冷却水の温度の上昇を早め、暖気運転を促進することができる。 Therefore, when there is no risk of overheating in various parts of the engine, as described above, the second exhaust gas is heated by the first exhaust gas that has passed through the turbocharger by the heat exchange means. As a result, for example, when the engine is started in a cold region, the temperature of the engine cooling water can be increased quickly and the warm-up operation can be promoted.
上記と同様に、好ましくは、上記所定のオーバーヒート温度は、EGRクーラの所定のオーバーヒート温度である。 Similarly to the above, preferably, the predetermined overheat temperature is a predetermined overheat temperature of the EGR cooler.
好ましくは、上記エンジンのEGRシステムは、EGRクーラ通過後の第2の排気ガスの温度を検出する第4の温度検出手段を備え,制御手段は、第4の温度検出手段が検出した温度が前記EGRクーラの所定の結露温度以下のときに上記熱交換を行なう。このようにすることより、EGRクーラ内における結露発生を確実に防止することができる。 Preferably, the EGR system of the engine includes fourth temperature detection means for detecting the temperature of the second exhaust gas after passing through the EGR cooler, and the control means is configured such that the temperature detected by the fourth temperature detection means is equal to the temperature detected by the fourth temperature detection means. The heat exchange is performed when the temperature is equal to or lower than a predetermined dew condensation temperature of the EGR cooler. By doing so, it is possible to reliably prevent the occurrence of condensation in the EGR cooler.
本発明のエンジンのEGRシステムは、第1の排気ガスにより駆動されるターボチャージャを有するエンジンの第2の排気ガスをエンジン冷却水により冷却して再吸気させるEGRクーラを備えたエンジンのEGRシステムにおいて、EGRクーラ通過前の第2の排気ガスとターボチャージャ通過後の第1の排気ガスとを熱交換させるための熱交換手段を備えるから、EGRクーラにおいてエンジン冷却水が吸収しなければならない熱量、及びターボチャージャを通過した第1の排気ガスの温度を、様々に変化させることができるという優れた効果を奏する。 The engine EGR system of the present invention is an engine EGR system including an EGR cooler that cools the second exhaust gas of an engine having a turbocharger driven by the first exhaust gas with engine coolant and re-intakes the air. , Since it has heat exchange means for exchanging heat between the second exhaust gas before passing through the EGR cooler and the first exhaust gas after passing through the turbocharger, the amount of heat that the engine cooling water must absorb in the EGR cooler, In addition, there is an excellent effect that the temperature of the first exhaust gas that has passed through the turbocharger can be changed variously.
好ましくは、本発明のエンジンのEGRシステムは、熱交換手段の作動を制御する制御手段と、ターボチャージャ通過後の第1の排気ガスの温度を検出する第1の温度検出手段と、熱交換手段通過前の第2の排気ガスの温度を検出する第2の温度検出手段とを備え、制御手段は、第1の温度検出手段が検出した温度が第2の温度検出手段が検出した温度未満のときに上記熱交換を行なうから、多量のEGRを行なった場合のエンジンのオーバーヒートを、車両構造の大幅変更等を行わずに確実に防止することができ、また、排気ガスの後処理装置を備えた車両については、その浄化性能を高く維持することができるという優れた効果を奏する。 Preferably, the engine EGR system of the present invention includes a control means for controlling the operation of the heat exchange means, a first temperature detection means for detecting the temperature of the first exhaust gas after passing through the turbocharger, and a heat exchange means. Second temperature detection means for detecting the temperature of the second exhaust gas before passing, and the control means is such that the temperature detected by the first temperature detection means is less than the temperature detected by the second temperature detection means. Sometimes the above heat exchange is performed, so that overheating of the engine when a large amount of EGR is performed can be surely prevented without significantly changing the vehicle structure, and an exhaust gas aftertreatment device is provided. The vehicle has an excellent effect that its purification performance can be kept high.
本発明に係るエンジンのEGRシステムの発明を実施するための最良の形態を、図1ないし図5を参照して詳細に説明する。 The best mode for carrying out the invention of an engine EGR system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
図1に示すように、エンジン1の吸気側には、エアクリーナ5、ターボチャージャ6、インタークーラ9が配設され、吸気路4が、エアクリーナ5からターボチャージャ6のコンプレッサ7、インタークーラ9を介して、エンジン1のインテークマニホールド2に接続される。
As shown in FIG. 1, an air cleaner 5, a turbocharger 6, and an
エンジン1の排気側には、上述のターボチャージャ6の他、第1切替弁(制御手段)11、第2切替弁(制御手段)12、DPF、酸化触媒、選択還元触媒、吸蔵還元触媒等を内蔵する後処理装置13、図示しないマフラー等が配設される。また、エンジン1のEGR通路側には、流量制御弁14、第1EGRクーラ(熱交換手段)15、第2EGRクーラ16が配設される。
On the exhaust side of the engine 1, in addition to the turbocharger 6 described above, a first switching valve (control means) 11, a second switching valve (control means) 12, a DPF, an oxidation catalyst, a selective reduction catalyst, an occlusion reduction catalyst, etc. A built-in
排気路10が、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から、ターボチャージャ6のタービン8、第1切替弁11を介して、後処理装置13、図示しないマフラーに接続される。第1切替弁11の上流側から分岐する排気路17が、第2切替弁12、第1EGRクーラ15を介して、排気路10の第1切替弁11と後処理装置13との間に接続される。なお、第1切替弁11と第2切替弁12とに代えて、1つの三方向切替弁を用いることもできる。
An
また、EGR通路18が、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から、第1EGRクーラ15、第2EGRクーラ16、流量制御弁14を介して、エンジン1のインテークマニホールド2に接続される。
Further, the
排気路10のターボチャージャ6のタービン8と排気路17の分岐部との間、及びEGR通路18のエンジン1のエクゾーストマニホールド3と第1EGRクーラ15との間、及びEGR通路18の第2EGRクーラ16とエンジン1のインテークマニホールド2との間に、それぞれ、ターボチャージャ6通過後の排気ガス(第1の排気ガス)の温度T1 を検出するターボ排ガス温度センサ(第1の温度検出手段)19、第1EGRクーラ15通過前のEGRガス(第2の排気ガス)の温度であるEGRクーラ入口温度T2 を検出するEGRクーラ入口温度センサ(第2の温度検出手段)20、第2EGRクーラ16通過後のEGRガスの温度であるEGRクーラ出口温度T4 を検出するEGRクーラ出口温度センサ(第4の温度検出手段)21が配設される。
Between the
図1において破線で示されるように、エンジン1の冷却システムとして、ラジエータ22、ポンプ23が配設され、冷却路24がエンジン1からラジエータ22、ポンプ23を介して、再びエンジン1へ接続される。また、EGR冷却路26が、ポンプ23から第2EGRクーラ16を介して、ラジエータ22へ接続される。冷却路26の第2EGRクーラ16の出口直近に、エンジン冷却水温度T3 を検出する冷却水温度センサ(第3の温度検出手段)25が配設される。
As shown by a broken line in FIG. 1, a
図2に示すように、コントローラ(制御手段)27が配設され、コントローラ27と、ターボ排ガス温度センサ19、EGRクーラ入口温度センサ20、EGRクーラ出口温度センサ21、冷却水温度センサ25、第1切替弁11、第2切替弁12とが電気的に接続される。また、上述の流量制御弁14もコントローラ27に接続され、エンジン1に再吸気されるEGRガス量を調整する。
As shown in FIG. 2, a controller (control means) 27 is disposed, and the
次に、本エンジンのEGRシステムの作動について説明する。図3に示すように、コントローラ27は、ターボ排ガス温度センサ19が検出した排気ガス温度T1 、EGRクーラ入口温度センサ20が検出したEGRクーラ入口温度T2 、EGRクーラ出口温度センサ21が検出したEGRクーラ出口温度T4 をそれぞれ読み込む(ステップS2〜S6)。
Next, the operation of the EGR system of this engine will be described. As shown in FIG. 3, the
ステップS6で読み込んだEGRクーラ出口温度T4 が、EGRクーラの所定の結露温度Td を超えるか否かを判定する(ステップS8)。ステップS8の判定結果が肯定(Yes)の場合には、以下に述べる通常モード制御を実行する(ステップS10)。また、ステップS8の判定結果が否定(No)の場合、すなわちEGRガスのEGRクーラ出口温度T4 がEGRクーラの所定の結露温度Td 以下の場合には、以下に述べる結露防止モード制御を実行する(ステップS12)。 It is determined whether or not the EGR cooler outlet temperature T4 read in step S6 exceeds a predetermined dew condensation temperature Td of the EGR cooler (step S8). When the determination result of step S8 is affirmative (Yes), normal mode control described below is executed (step S10). If the determination result in step S8 is negative (No), that is, if the EGR cooler outlet temperature T4 of the EGR gas is equal to or lower than the predetermined dew condensation temperature Td of the EGR cooler, the dew condensation prevention mode control described below is executed ( Step S12).
ステップS10の通常モード制御、又はステップS12の結露防止モード制御を実行した後は、エンジン1が停止しているか否かを判定する(ステップS14)。ステップS14の判定結果が肯定の場合には、本EGR制御を終了する。また、ステップS14の判定結果が否定の場合、すなわちエンジン1が作動している場合には、上述のステップS2以下を繰り返す。 After executing the normal mode control in step S10 or the dew condensation prevention mode control in step S12, it is determined whether or not the engine 1 is stopped (step S14). If the determination result of step S14 is affirmative, the present EGR control is terminated. Further, when the determination result of step S14 is negative, that is, when the engine 1 is operating, the above step S2 and subsequent steps are repeated.
図4に示すように、図3の通常モード制御(ステップS10)は、次のように実行される。ステップS2で読み込んだ排気ガス温度T1 が、ステップS4で読み込んだEGRガスのEGRクーラ入口温度T2 未満であるか否かを判定する(ステップS100)。ステップS100の判定結果が肯定の場合、すなわち排気ガス温度T1 がEGRガスのEGRクーラ入口温度T2 よりも低い場合には、第1切替弁11を閉弁し、第2切替弁12を開弁する(ステップS102)。
As shown in FIG. 4, the normal mode control (step S10) in FIG. 3 is executed as follows. It is determined whether or not the exhaust gas temperature T1 read in step S2 is lower than the EGR cooler inlet temperature T2 of the EGR gas read in step S4 (step S100). If the determination result in step S100 is affirmative, that is, if the exhaust gas temperature T1 is lower than the EGR cooler inlet temperature T2 of the EGR gas, the
これにより、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から排気されたエンジン1の排気ガスは、ターボチャージャ6のタービン8で断熱膨張して温度低下した後、第2切替弁12を通って、第1EGRクーラ15内に流入する。第1EGRクーラ15では、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から供給された温度の高いEGRガスが、それよりも温度が低いエンジン1の排気ガスと熱交換して冷却される。第1EGRクーラ15を通過したエンジン1の排気ガスは、後処理装置13、図示しないマフラーを通して大気中へ排気される。一方、EGRガスは、第1EGRクーラ15で温度低下した後、第2EGRクーラ16に流入し、エンジン冷却水と熱交換してさらに冷却される。
As a result, the exhaust gas of the engine 1 exhausted from the exhaust manifold 3 of the engine 1 is adiabatically expanded by the
このように、本エンジンのEGRシステムは、第1EGRクーラ15により、ターボチャージャ6のタービン8で断熱膨張して温度低下した排気ガスが、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から供給された温度の高いEGRガスを冷却するから、第1EGRクーラ15においてエンジン冷却水が吸収しなければならない熱量は、大幅に減少する。
As described above, the EGR system of the present engine has a high-temperature EGR gas in which the exhaust gas that has been adiabatically expanded by the
したがって、多量のEGRを行なった場合にも、エンジン1のオーバーヒートを確実に防止することができる。また、このエンジンのEGRシステムは、既存のEGRシステムに、2つの切替弁11,12と、1つのEGRクーラ15と、1つのコントローラ27とを追加装備するだけでよいから、ラジエータの大型化等の車両構造の大幅変更を行なう必要がない。
Therefore, overheating of the engine 1 can be reliably prevented even when a large amount of EGR is performed. In addition, the engine EGR system only needs to be additionally equipped with two switching
一方、第2EGRクーラ16内で結露が発生した場合には、排気ガスであるEGRガス中のSO2 がH2 SO3 に変化し、第2EGRクーラ16内で腐食が発生する恐れがある。しかしながら、上述の通常モード制御(ステップS10)は、ステップS6で読み込んだEGRクーラ出口温度T4 が、第2EGRクーラ16の所定の結露温度Td を超える場合にだけ実行されるから、第2EGRクーラ16内で結露が発生することはなく、第2EGRクーラ16内での腐食を確実に防止することができる。
On the other hand, when condensation occurs in the
また、ターボチャージャ6を通過して温度低下したエンジン1の排気ガスは、第1EGRクーラ15で、それよりも温度が高いEGRガスにより加熱されるから、DPF、酸化触媒、選択還元触媒、吸蔵還元触媒等を内蔵する後処理装置13の排気ガス浄化性能を高く維持することができる。
Further, the exhaust gas of the engine 1 whose temperature has dropped after passing through the turbocharger 6 is heated by the
次に、ステップS100の判定結果が否定の場合、すなわち排気ガス温度T1 がEGRガスのEGRクーラ入口温度T2 以上の場合には、第1切替弁11を開弁し、第2切替弁12を閉弁する(ステップS104)。この場合には、ターボチャージャ6のタービン8から排気された排気ガスは、直接、後処理装置13、図示しないマフラー等を通して大気中へ排気される。
Next, when the determination result of step S100 is negative, that is, when the exhaust gas temperature T1 is equal to or higher than the EGR cooler inlet temperature T2 of the EGR gas, the
ターボチャージャ6を通過したエンジン1の排気ガスの温度は、上述のように、ターボチャージャ6のタービン8における断熱膨張により、通常は、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から供給されるEGRガスの温度よりも大幅に、例えば大型エンジンでは定格で100°C以上も低くなる。しかしながら、エンジン1の排気ガス量はEGRガス量よりも圧倒的に多く、エンジン1の運転状態によっては、ターボチャージャ6を通過したエンジン1の排気ガス温度T1 が、EGRガスのEGRクーラ入口温度T2 よりも高くなる場合がある。
The temperature of the exhaust gas of the engine 1 that has passed through the turbocharger 6 is usually higher than the temperature of the EGR gas supplied from the exhaust manifold 3 of the engine 1 due to adiabatic expansion in the
このような場合は、上述のステップS104により、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から供給されたEGRガスが、それよりも温度の高いターボチャージャ6のタービン8を通過した排気ガスによって、加熱されることを防止する。
In such a case, the EGR gas supplied from the exhaust manifold 3 of the engine 1 is heated by the exhaust gas that has passed through the
図5に示すように、図3の結露防止モード制御(ステップS12)は、次のように実行される。コントローラ27は、冷却水温度センサ25が検出したエンジン冷却水温度T3 を読み込み(ステップS120)、エンジン冷却水温度T3 が、第2EGRクーラ16について設定された所定のオーバーヒート温度Tb 未満であるか否かを判定する(ステップS122)。ステップS122の判定結果が肯定の場合、すなわちエンジン冷却水温度T3 が所定のオーバーヒート温度Tb よりも低い場合には、次に、ステップS2で読み込んだ排気ガス温度T1 が、ステップS4で読み込んだEGRガスのEGRクーラ入口温度T2 を超えるか否かを判定する(ステップS124)。
As shown in FIG. 5, the dew condensation prevention mode control (step S12) in FIG. 3 is executed as follows. The
ステップS124の判定結果が肯定の場合、排気ガス温度T1 がEGRクーラ入口温度T2 よりも高い場合には、第1切替弁11を閉弁し、第2切替弁12を開弁する(ステップS126)。また、ステップS124の判定結果が否定の場合、すなわち排気ガス温度T1 がEGRクーラ入口温度T2 以下の場合には、第1切替弁11を開弁し、第2切替弁12を閉弁する(ステップS126)。このように、第2EGRクーラ16がオーバーヒート状態ではないことを前提に、ターボチャージャ6を通過したエンジン1の排気ガス温度T1 が、EGRガスのEGRクーラ入口温度T2 よりも高い場合には、エンジン1の排気ガスが第1EGRクーラ15に導かれ、エンジン1のエクゾーストマニホールド3から供給されたEGRガスを加熱する。この場合、第1EGRクーラ15はヒータとして作動する。
If the determination result in step S124 is affirmative, if the exhaust gas temperature T1 is higher than the EGR cooler inlet temperature T2, the
これにより、例えば寒冷地におけるエンジンの始動時等に、エンジン冷却水の温度の上昇を早め、暖気運転を促進すると共に、EGRガスのEGRクーラ出口温度T4 を、第2EGRクーラ16の所定の結露温度Td を超えるように上昇させることができ、第2EGRクーラ16内における結露発生を防止する。また、この結露防止モード制御は、第2EGRクーラ16がオーバーヒートしない範囲で実行されるから、第2EGRクーラ16内のロウ付け部の損傷と、それに伴うエンジンの冷却水漏れが確実に防止される。
Thus, for example, when the engine is started in a cold region, the temperature of the engine cooling water is increased quickly, the warm-up operation is promoted, and the EGR cooler outlet temperature T4 of the EGR gas is changed to a predetermined condensation temperature of the
次に、ステップS122の判定結果が否定の場合、すなわちエンジン冷却水温度T3 が所定のオーバーヒート温度Tb 以上の場合には、エンジン冷却水温度T3 の低下を優先させて、図4に示した通常モード制御(ステップS100以下)と同様の制御を行なう。 Next, when the determination result in step S122 is negative, that is, when the engine coolant temperature T3 is equal to or higher than the predetermined overheat temperature Tb, the lowering of the engine coolant temperature T3 is prioritized and the normal mode shown in FIG. Control similar to the control (step S100 and subsequent steps) is performed.
このように、本エンジンのEGRシステムは、多量のEGRを行なった場合にもエンジンのオーバーヒートを、車両構造の大幅変更等を行わずに確実に防止することができ、また、排気ガスの後処理装置を備えた車両については、その浄化性能を高く維持することができ、さらに、寒冷地におけるエンジン始動時等に、エンジン冷却水の温度の上昇を早めて暖気運転を促進することができる、極めて優れたEGRシステムである。 As described above, the EGR system of the present engine can reliably prevent engine overheating even when a large amount of EGR is performed without significantly changing the vehicle structure. About the vehicle equipped with the device, the purification performance can be kept high, and further, when starting the engine in a cold region, the temperature of the engine cooling water can be accelerated to promote the warm-up operation. It is an excellent EGR system.
なお、本エンジンのEGRシステムは、図3ないし図5に示すフローチャートに示す制御に限定されるものではなく、その中の一部だけ、あるいは他の様々な制御により実施してもよい。ターボチャージャ6を通過して第1EGRクーラ15に流入するエンジン1の排気ガス量は、第1切替弁11と第2切替弁12とによる、あるいは三方向切替弁による開閉制御とするのではなく、流量制御弁を配設し、ターボチャージャ6を通過したエンジン1の排気ガスの一部を第1EGRクーラ15へ、残りを後処理装置13へ流すようにしてもよい。
Note that the EGR system of the present engine is not limited to the control shown in the flowcharts shown in FIGS. 3 to 5, and may be implemented by only a part of the control or by various other controls. The exhaust gas amount of the engine 1 that passes through the turbocharger 6 and flows into the
コントローラ27は、第2EGRクーラ16の出口直近に配設された冷却水温度センサ25が検出したエンジン冷却水温度T3 に代えて、あるいはそれと共に、エンジン1の他の部分、例えばラジエータ22等のエンジン冷却水温度を検出し、その温度に基づいて、上記第1EGRクーラ15における熱交換を行なわせるようにしてもよい。
The
1 エンジン
2 インテークマニホールド
3 エクゾーストマニホールド
4 吸気路
5 エアクリーナ
6 ターボチャージャ
7 コンプレッサ
8 タービン
9 インタークーラ
10 排気路
11 第1切替弁
12 第2切替弁
13 後処理装置
14 流量制御弁
15 第1EGRクーラ
16 第2EGRクーラ
17 排気路
18 EGR通路
19 ターボ排ガス温度センサ
20 EGRクーラ入口温度センサ
21 EGRクーラ出口温度センサ
22 ラジエータ
23 ポンプ
24 冷却路
25 冷却水温度センサ
26 EGR冷却路
27 コントローラ
101 エンジン
102 エクゾーストマニホールド
103 EGRクーラ
104 インテークマニホールド
105 流量制御弁
106 後処理装置
107 排気路
T1 排気ガス温度
T2 EGRクーラ入口温度
T3 エンジン冷却水温度
T4 EGRクーラ出口温度
Tb 所定オーバーヒート温度
Td 所定結露温度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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