JP2006002660A - エンジンのegrシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】 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可能とする。
【解決手段】 EGRクーラ(15)は、排気ガスと内部を通るEGRガス冷却水との熱交換を行い、EGRガス冷却水は、エンジン冷却水を冷却するエンジンラジエータ(22)とは独立に配設されたEGRガス冷却水熱交換器により冷却される。EGRガス冷却水温度センサ(33)と、エンジン冷却水温度センサ(27)と、EGRガス冷却水及びエンジン冷却水のEGRクーラへの流通を制御するコントローラとをさらに備え、コントローラは、エンジン冷却水温度が所定温度未満であり、かつ、EGRガス冷却水温度がエンジン冷却水温度より高いときに、EGRガス冷却水をエンジンの冷却水路(24)へ流入させる。上記所定温度は、ラジエータのバイパス上限温度とする。
【選択図】 図4

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。
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。
このエンジンのEGRシステムは、例えば、図8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、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。
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)。
特開2002−285854号公報(第2−3頁、第1図)
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となっている。
しかしながら、この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、エンジン冷却水の温度が大幅に上昇して、エンジン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。
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、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る、エンジンのEGRシステムを提供することを課題とする。
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、エンジンの排気ガスを冷却してエンジンに再吸気させるためのEGRクーラを備えたエンジンのEGRシステムにおいて、EGRクーラは、排気ガスと内部を流通するEGRガス冷却水との熱交換を行い、このEGRガス冷却水は、エンジン冷却水を冷却するためのエンジンラジエータとは独立に配設されたEGRガス冷却水熱交換器により冷却されることにある。
このように、本エンジンのEGRシステムにおいては、EGRクーラ内を通過するエンジンの排気ガスはEGRガス冷却水により冷却され、かつ、このEGRガス冷却水は、エンジンラジエータとは独立に配設されたEGRガス冷却水熱交換器により冷却されるから、多量のEGRを行なった場合にも、従来のように、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ようなことがなく、オーバーヒート等の問題を確実に防止することができる。これに伴って、エンジンラジエータを大型化する必要もなくなる。
上記EGRガス冷却水熱交換器は、EGRガス冷却水と外気との熱交換を行なうラジエータ型熱交換器からなることが望ましい。ラジエータ型熱交換器は、外気との熱交換を行なうものであり、トラック等の車両においては、最も効率的にEGRガス冷却水の冷却を行なうことができる。
上記エンジンのEGRシステムにおいて、エンジン冷却水を上記EGRクーラ内に流通させて、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行なうことが望ましい。このように、エンジン冷却水をEGRクーラ内に流通させて、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を併せて行なうことにより、EGRクーラ内を通過する排気ガスの冷却を様々な形態により行なうことができる一方、EGRガス冷却水をエンジンの冷却水路に流入させることも可能となり、EGRガス冷却水をエンジン冷却水の温度制御に利用することもできるようになる。
EGRガス冷却水の温度を検出するためのEGRガス冷却水温度センサと、エンジン冷却水の温度を検出するためのエンジン冷却水温度センサと、EGRガス冷却水及びエンジン冷却水のEGRクーラへの流れを制御するコントローラとをさらに備え、コントローラは、エンジン冷却水温度センサが検出したエンジン冷却水温度が所定温度未満であり、かつ、EGRガス冷却水温度センサが検出したEGRガス冷却水温度がエンジン冷却水温度よりも高いときに、上記の排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行なうことが望ましい。このようにすることにより、例えば、エンジンの暖機運転時に、エンジン冷却水温度の上昇を早めることができ、暖機運転時間を大幅に短縮することができるようになる。
エンジンラジエータは、エンジン冷却水の低温度時にエンジン冷却水を内部を通さずにバイパスさせ、上記所定温度は、エンジンラジエータのバイパス上限温度とすることが望ましい。このようにすることにより、エンジン冷却水の低温度時に限り、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行なうことが可能となり、エンジンのオーバーヒートが確実に防止される。
本発明のエンジンのEGRシステムは、エンジンの排気ガスを冷却してエンジンに再吸気させるためのEGRクーラを備えたエンジンのEGRシステムにおいて、EGRクーラは、排気ガスと内部を流通するEGRガス冷却水との熱交換を行い、EGRガス冷却水は、エンジン冷却水を冷却するエンジンラジエータとは独立に配設されたEGRガス冷却水熱交換器により冷却されるから、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るという優れた効果を奏する。
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第1の最良の形態を、図1ないし図3を参照して詳細に説明する。
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。
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、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。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、後処理装置13、図示しないマフラーに接続される。また、EGRシステムとして、EGRクーラ15、流量制御弁14が配設され、EGRガス路18が、エンジン1のエクゾーストマニホールド3からEGRクーラ15、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。
EGRクーラ15は、エンジン1の排気ガスと、EGRガス冷却水との熱交換を行なう熱交換器であり、EGRガス冷却水によりエンジン1の排気ガスの温度を下げて、この排気ガスをエンジン1のインテークマニホールド2を介して、エンジン1へ再吸気させるためのものである。
図1において破線で示されるように、EGR冷却システムとして、EGRガス冷却水ファン31を有するEGR用ラジエータ(EGRガス冷却水熱交換器、ラジエータ型熱交換器)30、EGRガス冷却水ポンプ32、EGRクーラ15の出口におけるEGRガス冷却水温度TC を検出するためのEGRガス冷却水温度センサ33が配設され、冷却水路34が、EGRクーラ15からEGR用ラジエータ30、EGRガス冷却水ポンプ32を介して、再びEGRクーラ15に接続される。
また、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、冷却水路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。図2に示すように、コントローラ35が配設され、コントローラ35と、上述のEGRガス冷却水ファン31、EGRガス冷却水ポンプ32、EGRガス冷却水温度センサ33が電気的に接続される。
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35は、EGRガス冷却水温度センサ33が検出したEGRガス冷却水温度TC を読み込む(ステップS2)。ステップS2で読み込んだEGRガス冷却水温度TC が、所定温度TO を超えているか否かを判定する(ステップS4)。ステップS4の判定結果が肯定(Yes)の場合、すなわち、EGRガス冷却水温度TC が所定温度TO を超えている場合には、EGRガス冷却水ポンプ32を作動させて、EGRガス冷却水を、EGRクーラ15とEGR用ラジエータ30との間に循環させると共に、EGRガス冷却水ファン31を作動させる(ステップS6)。これにより、EGRガス冷却水は大気により冷却される。
ステップS4の判定結果が否定(No)の場合、すなわち、EGRガス冷却水温度TC が所定温度TO 以下の場合、又は、上述のステップS6を実行した後は、次に、エンジン1が停止しているか否かを判定する(ステップS8)。ステップS8の判定結果が肯定の場合、すなわち、エンジン1が停止している場合には、本ルーチンを終了する。また、ステップS8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以降を繰り返す。
このように、本エンジンのEGRシステムによれば、EGRクーラ15内を通過するエンジン1の排気ガスはEGRガス冷却水により冷却され、かつ、このEGRガス冷却水は、エンジンラジエータ22とは独立に配設されたEGR用ラジエータ30により冷却されるから、多量のEGRを行なった場合にも、従来のように、エンジン冷却水の温度が大幅に上昇してエンジンラジエータ22の冷却能力を上回るようなことがなく、オーバーヒート等の問題を確実に防止することができる。これに伴って、エンジンラジエータ22を大型化する必要もなくなる。
次に、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第2の最良の形態を、図4ないし図7を参照して詳細に説明する。図4及び図5において、図1及び図2と同一の符号は、それぞれ同一の構成要素を示す。
図4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。
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、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。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、後処理装置13、図示しないマフラーに接続される。また、EGRシステムとして、EGRクーラ15、流量制御弁14が配設され、EGRガス路18が、エンジン1のエクゾーストマニホールド3からEGRクーラ15、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。
このEGRクーラ15は、エンジン1の排気ガスと、EGRガス冷却水との熱交換を行なう熱交換器であり、EGRガス冷却水によりエンジン1の排気ガスの温度を下げて、この排気ガスをエンジン1のインテークマニホールド2を介して、エンジン1へ再吸気させるためのものである。これにより、吸気中の酸素濃度を低下させ、エンジンの燃焼温度を下げて、主にNOX の低減を図ることができる。
図4において破線で示すように、EGR冷却システムとして、EGRガス冷却水ファン31を有するEGRラジエータ(EGRガス冷却水熱交換器、ラジエータ型熱交換器)30、EGRガス冷却水ポンプ32、EGRクーラ15の出口におけるEGRガス冷却水温度TC を検出するためのEGRガス冷却水温度センサ33、第3切替弁38が配設され、冷却水路34が、EGRクーラ15から第3切替弁38、EGRラジエータ30、EGRガス冷却水ポンプ32を介して、再びEGRクーラ15に接続される。
また、エンジン1の冷却システムとして、エンジン1の出口のエンジン冷却水温度TE を検出するためのエンジン冷却水温度センサ27、サーモスタットを内蔵しサーモスタットの作動によって流路を切り替えるサーモスタット切替弁28、ラジエータ22、ポンプ23が配設され、冷却水路24が、エンジン1からサーモスタット切替弁28、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、サーモスタット切替弁28からは、ラジエータ22をバイパスするためのバイパス路25が分岐し、このバイパス路25は、ラジエータ22とポンプ23との間の冷却水路24に接続される。
さらに、EGR冷却システムの冷却水路34と、エンジン1の冷却システムの冷却水路24は、それぞれ第1切替弁36、第2切替弁37を介して、冷却水路26により接続される。すなわち、EGRクーラ15と第3切替弁38の間の冷却水路34が、冷却水路26により第1切替弁36を介して、エンジン冷却水温度センサ27とサーモスタット切替弁28との間の冷却水路24に接続される。また、EGRガス冷却水ポンプ32とEGRクーラ15の間の冷却水路34が、冷却水路26により第2切替弁37を介して、ポンプ23とエンジン1との間の冷却水路24に接続される。
図5に示すように、コントローラ35が配設され、コントローラ35と、上述のエンジン冷却水温度センサ27、EGRガス冷却水ファン31、EGRガス冷却水ポンプ32、EGRガス冷却水温度センサ33、第1切替弁36、第2切替弁37、第3切替弁38が電気的に接続される。
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6に示すように、コントローラ35は、エンジン冷却水温度センサ27が検出したエンジン1の出口のエンジン冷却水温度TE を読み込む(ステップS12)。ステップS12で読み込んだエンジン冷却水温度TE が、サーモスタット切替弁28の作動設定温度(バイパス上限温度)TS 未満であるか否かを判定する(ステップS14)。ここで、このサーモスタット切替弁28の作動設定温度TS とは、例えば、サーモスタット切替弁28の作動により、エンジン冷却水のバイパス路25へのバイパスがすべて停止し、エンジン冷却水の全部がラジエータ22へ送られるようになる温度である。なお、このサーモスタット切替弁28の作動設定温度TS として、エンジン冷却水の一部がまだバイパス路25へバイパスされている状態の温度を用いることもできる。
ステップS14の判定結果が否定(No)の場合、すなわち、エンジン冷却水温度TE が、サーモスタット切替弁28の作動設定温度TS 以上である場合には、第1切替弁36及び第2切替弁37を閉弁させ、第3切替弁38を開弁させる。そして、EGRガス冷却水ポンプ32を作動させて、EGRガス冷却水をEGRクーラ15とEGRラジエータ30との間に循環させ、EGRガス冷却ファン31を作動させる(ステップS22)。
この場合には、上述の第1の最良の形態のエンジンのEGRシステムと同様の構成となり、EGRガス冷却水は大気により冷却される。また、エンジン1を冷却したエンジン冷却水は、サーモスタット切替弁28の切替えによりラジエータ22に送られて、ラジエータ22により冷却される。
ステップS14の判定結果が肯定(Yes)の場合、すなわち、エンジン冷却水温度TE がサーモスタット切替弁28の作動設定温度TS 未満の場合には、EGRガス冷却水温度センサ33が検出したEGRガス冷却水温度TC を読み込む(ステップS16)。そして、上述のステップS12で読み込んだエンジン冷却水温度TE が、ステップS16で読み込んだEGRガス冷却水温度TC を超えているか否かを判定する(ステップS18)。
ステップS18の判定結果が肯定の場合、すなわち、エンジン冷却水温度TE がEGRガス冷却水温度TC を超えている場合には、上述のステップS22を実行する。ただし、この場合には、エンジン冷却水温度TE がサーモスタット切替弁28の作動設定温度TS 未満である(ステップS14)から、エンジン1を冷却したエンジン冷却水は、サーモスタット切替弁28の切替えによりラジエータ22には送られずに、その全部又は一部がバイパス路25を通ってエンジン1との間を循環する。これは、暖機運転時に相当する。
ステップS18の判定結果が否定の場合、すなわち、エンジン冷却水温度TE がEGRガス冷却水温度TC 以下の場合には、第1切替弁36及び第2切替弁37を開弁させ、第3切替弁38を閉弁させる。そして、EGRガス冷却水ポンプ32を停止させ、EGRガス冷却ファン31を停止させる(ステップS20)。このとき、第1切替弁36及び第2切替弁37が開弁し、第3切替弁38が閉弁しているから、EGRクーラ15でEGRガスを冷却して温度上昇したEGRガス冷却水はEGRラジエータ30に送られずに、冷却水路26を通ってエンジン冷却水の冷却水路24に流れこむ。したがって、EGRガス冷却水がエンジン冷却水を温めて、エンジンの暖機を促進すると共に、EGRガス冷却水の温度も低下する。
ステップS20又はステップS22を実行した後、エンジン1が停止しているか否かを判定する(ステップS24)。ステップS24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S12以降を繰り返す。また、ステップS24の判定結果が肯定の場合、すなわち、エンジン1が停止している場合には、第1切替弁36、第2切替弁37、第3切替弁38、EGRガス冷却水ポンプ32、EGRガス冷却ファン31を、上述のステップS20と同様の状態とし、エンジン1の停止措置を行なう(ステップS26)。これにより、本ルーチンを終了する。
このように、本エンジンのEGRシステムによれば、EGRクーラ15内を通過するエンジン1の排気ガスはEGRガス冷却水により冷却され、かつ、このEGRガス冷却水は、エンジンラジエータ22とは独立に配設されたEGRラジエータ30により冷却されるから、多量のEGRを行なった場合にも、従来のように、エンジン冷却水の温度が大幅に上昇してエンジンラジエータ22の冷却能力を上回るようなことがなく、これによりオーバーヒート等の問題を確実に防止することができる。これに伴って、エンジンラジエータ22を大型化する必要もなくなる。
また、エンジン1の暖機運転時であり、かつ、EGRガス冷却水がエンジン冷却水よりも温度が高い場合には、EGRガス冷却水がエンジン冷却水を温めてその温度上昇を早め、エンジン1の暖機運転時間を大幅に短縮することができる。
なお、上述のエンジンのEGRシステムは、一例に過ぎず、種々の変形が可能である。例えば、EGRガス冷却水熱交換器は、必ずしもラジエータ型熱交換器の一例であるEGRラジエータ30により構成する必要はない。また、EGRガス冷却水をエンジン1の冷却水路へ流入させる所定温度は、必ずしもエンジンラジエータ22のバイパス上限温度であるサーモスタット切替弁28の作動設定温度TS とする必要はない。
本発明に係るエンジンのEGRシステムの第1の最良の実施の形態を示す模試図である。 図1のコントローラを示すブロック図である。 図1のEGRシステムの作動を示すフローチャートである。 本発明に係るエンジンのEGRシステムの第2の最良の実施の形態を示す模試図である。 図4のコントローラを示すブロック図である。 図4のEGRシステムの作動を示すフローチャートの前部である。 図4のEGRシステムの作動を示すフローチャートの後部である。 従来のエンジンのEGRシステムを示すシステム図である。
符号の説明
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
13 後処理装置
14 流量制御弁
15 EGRクーラ
18 EGRガス路
22 ラジエータ
23 ポンプ
24 冷却水路
25 バイパス路
26 冷却水路
27 エンジン冷却水温度センサ
28 サーモスタット切替弁
31 EGRガス冷却水ファン
30 EGRラジエータ
32 EGRガス冷却水ポンプ
33 EGRガス冷却水温度センサ
34 冷却水路
35 コントローラ
36 第1切替弁
37 第2切替弁
38 第3切替弁
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
C EGRガス冷却水温度
E エンジン冷却水温度
O 所定温度
S サーモスタット作動設定温度

Claims (5)

  1. エンジン(1)の排気ガスを冷却して前記エンジンに再吸気させるためのEGRクーラ(15)を備えたエンジンのEGRシステムにおいて、前記EGRクーラは、前記排気ガスと内部を流通するEGRガス冷却水との熱交換を行い、前記EGRガス冷却水は、エンジン冷却水を冷却するためのエンジンラジエータ(22)とは独立に配設されたEGRガス冷却水熱交換器により冷却されることを特徴とするエンジンのEGRシステム。
  2. 前記EGRガス冷却水熱交換器は、前記EGRガス冷却水と外気との熱交換を行なうラジエータ型熱交換器(30)からなることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGRシステム。
  3. 前記エンジン冷却水を前記EGRクーラ(15)内に流通させて前記排気ガスと前記エンジン冷却水との熱交換を行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンのEGRシステム。
  4. 前記EGRガス冷却水の温度(TC )を検出するためのEGRガス冷却水温度センサ(33)と、前記エンジン冷却水の温度(TE )を検出するためのエンジン冷却水温度センサ(27)と、前記EGRガス冷却水及び前記エンジン冷却水の前記EGRクーラへの流通を制御するコントローラ(35)とをさらに備え、前記コントローラは、前記エンジン冷却水温度センサが検出した前記エンジン冷却水温度が所定温度(TO )未満であり、かつ、前記EGRガス冷却水温度センサが検出した前記EGRガス冷却水温度が前記エンジン冷却水温度よりも高いときに前記排気ガスと前記エンジン冷却水との前記熱交換を行なうことを特徴とする請求項3に記載のエンジンのEGRシステム。
  5. 前記エンジンラジエータ(22)は、前記エンジン冷却水の低温度時に前記エンジン冷却水の全部又は一部を内部を流通させずにバイパスさせ、前記所定温度(TO )は、前記ラジエータのバイパス上限温度としたことを特徴とする請求項4に記載のエンジンのEGRシステム。
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