JP2006125215A - Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気循環装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas circulation device for an internal combustion engine.
EGR通路の途中にEGRクーラを備え、該EGRクーラによりEGRガスを冷却してEGRガスの体積を縮小させることにより、内燃機関の気筒内により多くのEGRガスを入れることができる。しかし、軽負荷時においてEGRガスを冷却すると、気筒内の吸気(EGRガスおよび新気)の温度が低くなりすぎて燃焼状態が不安定となり、HCを排出するおそれがある。 By providing an EGR cooler in the middle of the EGR passage and cooling the EGR gas by the EGR cooler to reduce the volume of the EGR gas, a larger amount of EGR gas can be put into the cylinder of the internal combustion engine. However, if the EGR gas is cooled at a light load, the temperature of the intake air (EGR gas and fresh air) in the cylinder becomes too low, and the combustion state becomes unstable, and HC may be discharged.
これに対し、EGRクーラを迂回させるバイパス通路が備え、軽負荷時にはEGRガスを該バイパス通路に流してEGRガス温度の低下を抑制する技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、内燃機関の排気温度が低い軽負荷時には、EGRガスをバイパス通路に流したとしても、内燃機関の吸気温度を十分に上昇させることができない場合があり、HCを排出するおそれがある。また、内燃機関の排気温度が高い高負荷時には、EGRガスをEGRクーラに流したとしても、EGRガスの温度を十分に低下させることができない場合がある。 However, when the exhaust gas temperature of the internal combustion engine is low and the load is low, even if EGR gas flows through the bypass passage, the intake air temperature of the internal combustion engine may not be sufficiently increased, and HC may be discharged. In addition, when the exhaust gas temperature of the internal combustion engine is high and the load is high, even if the EGR gas flows through the EGR cooler, the temperature of the EGR gas may not be sufficiently reduced.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気循環装置において、内燃機関の運転状態に応じて適正な温度のEGRガスを供給することができる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a technique capable of supplying EGR gas at an appropriate temperature in accordance with the operating state of the internal combustion engine in the exhaust circulation device of the internal combustion engine. The purpose is to do.
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気循環装置は、
EGRガスの温度を低下させるEGRクーラと、
前記EGRクーラが備えられるEGRクーラ側通路と、
前記EGRクーラを迂回するバイパス通路と、
前記EGRクーラ側通路および前記バイパス通路に流れるEGRガスの量を調整する切替弁と、
前記EGRクーラ側通路を流れるEGRガスと熱交換し、且つ前記バイパス通路を流れるEGRガスと熱交換する蓄熱手段と、
を具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, an exhaust gas circulation device for an internal combustion engine according to the present invention comprises:
An EGR cooler that lowers the temperature of the EGR gas;
An EGR cooler side passage provided with the EGR cooler;
A bypass passage that bypasses the EGR cooler;
A switching valve for adjusting the amount of EGR gas flowing through the EGR cooler side passage and the bypass passage;
Heat storage means for exchanging heat with the EGR gas flowing through the EGR cooler side passage and with the EGR gas flowing through the bypass passage;
It is characterized by comprising.
ここで、EGRクーラは、例えばEGRガスと、内燃機関外部の空気若しくは内燃機関の冷却水と、で熱交換をしてEGRガスの温度を低下させる。また、バイパス通路は、例えばEGRクーラの上流側のEGR通路と下流側のEGR通路とを接続する通路により構成される。切替弁は、例えば、EGRクーラが備わるEGR通路とバイパス通路との通路面積を変更することにより、EGRクーラおよびバイパス通路に流れるEGRガスの量を調整する。この切替弁は、EGRガスの流量割合を変更する弁としてもよい。 Here, the EGR cooler lowers the temperature of the EGR gas by exchanging heat with, for example, EGR gas and air outside the internal combustion engine or cooling water of the internal combustion engine. Further, the bypass passage is constituted by a passage connecting, for example, an upstream EGR passage and a downstream EGR passage of the EGR cooler. For example, the switching valve adjusts the amount of EGR gas flowing through the EGR cooler and the bypass passage by changing the passage area between the EGR passage and the bypass passage provided with the EGR cooler. This switching valve is good also as a valve which changes the flow rate ratio of EGR gas.
EGRガスがEGRクーラを通過すると、該EGRガスの温度が低下する。これによりEGRガスの体積が縮小し密度が大きくなるので、気筒内へより多くのEGRガスを入れることができる。 When the EGR gas passes through the EGR cooler, the temperature of the EGR gas decreases. As a result, the volume of the EGR gas is reduced and the density is increased, so that more EGR gas can be put into the cylinder.
ここで、EGRガスをEGRクーラへ流すときは、EGRガスの温度が高い場合であり、EGRガスの温度を可及的に低下させたい場合である。一方、EGRガスをバイパス通路に流すときは、EGRガスの温度が低い場合であり、EGRガスの温度を可及的に上昇させたい場合である。 Here, when the EGR gas is allowed to flow to the EGR cooler, the temperature of the EGR gas is high, and the temperature of the EGR gas is desired to be reduced as much as possible. On the other hand, when the EGR gas is caused to flow through the bypass passage, the temperature of the EGR gas is low, and the temperature of the EGR gas is desired to be raised as much as possible.
そして、高い温度のEGRガスがEGRクーラ側通路に流れると、EGRガスと蓄熱手段とで熱交換が行われる。その結果、EGRガスの温度は低下し、蓄熱手段の温度は上昇する。一方、低い温度のEGRガスがバイパス通路に流れると、EGRガスと蓄熱手段とで熱交換が行われる。蓄熱手段は、高い温度のEGRガスと熱交換を行い、高い温度となっているので、バイパス通路を流れる低い温度のEGRガスは、蓄熱手段から熱を受ける。その結果、EGRガスの温度は上昇し、蓄熱手段の温度は低下する。その後、高い温度のEGRガスがEGRクーラ側に流れると、再び蓄熱手段の温度が上昇される。 When high-temperature EGR gas flows through the EGR cooler side passage, heat exchange is performed between the EGR gas and the heat storage means. As a result, the temperature of the EGR gas decreases and the temperature of the heat storage means increases. On the other hand, when EGR gas having a low temperature flows through the bypass passage, heat exchange is performed between the EGR gas and the heat storage means. Since the heat storage means performs heat exchange with the high temperature EGR gas and has a high temperature, the low temperature EGR gas flowing through the bypass passage receives heat from the heat storage means. As a result, the temperature of the EGR gas increases and the temperature of the heat storage means decreases. Thereafter, when high-temperature EGR gas flows to the EGR cooler side, the temperature of the heat storage means is increased again.
このようにして、EGRガスの温度を高くしたい軽負荷時には、蓄熱手段からEGRガスに熱が与えられるので、EGRガスの温度を上昇させることができる。一方、EGRガスの温度を低くしたい高負荷時には、EGRガスの熱が蓄熱手段により奪われるので、EGRガスの温度を低下させることができる。 In this way, at a light load when it is desired to increase the temperature of the EGR gas, heat is applied to the EGR gas from the heat storage means, so that the temperature of the EGR gas can be increased. On the other hand, at the time of high load when it is desired to lower the temperature of the EGR gas, the heat of the EGR gas is taken away by the heat storage means, so that the temperature of the EGR gas can be lowered.
本発明においては、前記蓄熱手段は、バイパス通路内に設けられ化学反応により蓄熱する蓄熱材からなっていてもよい。
化学反応により蓄熱する蓄熱材は、熱を受けることにより化学反応を起こして他の化合物に変化し、元に戻る際に熱を放出する蓄熱材としてもよい。
In the present invention, the heat storage means may be formed of a heat storage material that is provided in the bypass passage and stores heat by a chemical reaction.
The heat storage material that stores heat by a chemical reaction may be a heat storage material that undergoes a chemical reaction by receiving heat, changes to another compound, and releases heat when returning to its original state.
例えば、EGRクーラ側通路にEGRガスが流れた場合には、EGRガスの熱により化学変化が起こり、この熱を蓄熱手段に蓄えると供に、EGRガスの温度を低下させることができる。また、バイパス通路にEGRガスを流すときには、該バイパス通路を流れるEGRガスに含まれる例えばH2Oと蓄熱手段との化学反応により該蓄熱手段が発熱して該蓄熱手段に蓄えられた熱が放出されると供に、この熱によりEGRガスの温度を上昇させることができる。 For example, when the EGR gas flows through the EGR cooler side passage, a chemical change occurs due to the heat of the EGR gas, and this heat can be stored in the heat storage means and the temperature of the EGR gas can be lowered. Further, when the EGR gas is caused to flow through the bypass passage, the heat storage means generates heat due to a chemical reaction between, for example, H 2 O contained in the EGR gas flowing through the bypass passage and the heat storage means, and the heat stored in the heat storage means is released. In addition, the temperature of the EGR gas can be raised by this heat.
本発明においては、第1所定条件が成立したときに、前記バイパス通路を通過するEGRガスに対して前記蓄熱手段が熱を与えることができる。
第1所定条件とは、例えば、内燃機関の回転数、負荷、排気の温度、蓄熱材の温度等に基づいて決定される条件である。これらの条件が異なると、要求されるEGRガスの温度が異なるため、この条件に応じてEGRガスに熱を供給するか否か決定するようにすれば、適正な温度のEGRガスを供給することが可能となる。そして、EGRガスの温度を上昇させる必要がある場合、若しくは、EGRガスの温度を上昇させることができる場合に第1所定条件が成立したとすることができる。
In the present invention, when the first predetermined condition is satisfied, the heat storage means can give heat to the EGR gas passing through the bypass passage.
The first predetermined condition is a condition determined based on, for example, the rotational speed of the internal combustion engine, the load, the temperature of the exhaust, the temperature of the heat storage material, and the like. If these conditions are different, the required temperature of the EGR gas is different. Therefore, if it is determined whether to supply heat to the EGR gas according to this condition, the EGR gas having an appropriate temperature can be supplied. Is possible. The first predetermined condition may be satisfied when the temperature of the EGR gas needs to be increased, or when the temperature of the EGR gas can be increased.
本発明においては、前記第1所定条件とは、前記バイパス通路を通過するEGRガスが第1所定温度以下のときであってもよい。
すなわち、バイパス通路を流れるEGRガスの温度が十分に高い場合には、蓄熱手段の温度よりもバイパス通路を流れるEGRガス温度のほうが高いことがあり、その場合、EGRガスから蓄熱手段へ伝熱が起こるため、EGRガスの温度が蓄熱手段により低下されてしまう。一方、蓄熱手段が蓄熱する温度を高く設定すると、該蓄熱手段の温度が安定せ
ずにEGRガス温度の制御が困難となるおそれがある。その点、EGRガスの温度が第1所定温度以下のときにバイパス通路を通過するEGRガスに対して蓄熱手段が熱を与えるようにすれば、蓄熱手段の設定温度を高くする必要がなくなり、EGRガスの温度を安定させることができる。すなわち、第1所定温度は、蓄熱材によりEGRガスの温度を上昇させ得る温度とすることができる。
In the present invention, the first predetermined condition may be when the EGR gas passing through the bypass passage is equal to or lower than a first predetermined temperature.
That is, when the temperature of the EGR gas flowing through the bypass passage is sufficiently high, the temperature of the EGR gas flowing through the bypass passage may be higher than the temperature of the heat storage means, and in that case, heat transfer from the EGR gas to the heat storage means may occur. As a result, the temperature of the EGR gas is lowered by the heat storage means. On the other hand, if the temperature at which the heat storage means stores heat is set high, the temperature of the heat storage means may not be stable, and it may be difficult to control the EGR gas temperature. In that respect, if the heat storage means gives heat to the EGR gas passing through the bypass passage when the temperature of the EGR gas is equal to or lower than the first predetermined temperature, it is not necessary to increase the set temperature of the heat storage means. The gas temperature can be stabilized. That is, the first predetermined temperature can be a temperature at which the temperature of the EGR gas can be increased by the heat storage material.
本発明においては、第2所定条件が成立したときに、前記EGRクーラ側通路に流入するEGRガスから前記蓄熱手段が熱を受けることができる。
第2所定条件とは、例えば、内燃機関の回転数、負荷、排気の温度、蓄熱材の温度等に基づいて決定される条件である。これらの条件が異なると、要求されるEGRガスの温度が異なるため、この条件に応じてEGRガスに熱を供給するか否か決定するようにすれば、適正な温度のEGRガスを供給することが可能となる。そして、EGRガスの温度を低下させる必要がある場合、若しくは、EGRガスの温度を低下させることができる場合に第2所定条件が成立したとすることができる。
In the present invention, when the second predetermined condition is satisfied, the heat storage means can receive heat from the EGR gas flowing into the EGR cooler side passage.
The second predetermined condition is a condition determined based on, for example, the rotational speed of the internal combustion engine, the load, the temperature of the exhaust, the temperature of the heat storage material, and the like. If these conditions are different, the required temperature of the EGR gas is different. Therefore, if it is determined whether to supply heat to the EGR gas according to this condition, the EGR gas having an appropriate temperature can be supplied. Is possible. The second predetermined condition can be assumed to be satisfied when the temperature of the EGR gas needs to be lowered or when the temperature of the EGR gas can be lowered.
本発明においては、前記第2所定条件とは、前記EGRクーラ側通路に流入するEGRガスが第2所定温度以上のときであってもよい。
すなわち、EGRクーラ側通路を流れるEGRガスの温度が十分に低い場合には、蓄熱手段の温度よりもEGRクーラ側通路を流れるEGRガス温度のほうが低いことがあり、その場合、蓄熱手段からEGRガスへ伝熱が起こるため、EGRガスの温度が蓄熱手段により上昇されてしまう。一方、蓄熱手段が蓄熱する温度を高く設定すると、該蓄熱手段の温度が安定せずにEGRガス温度の制御が困難となるおそれがある。その点、EGRガスの温度が第2所定温度以上のときに、EGRクーラ側通路を通過するEGRガスが蓄熱手段に対して熱を与えるようにすれば、蓄熱手段の設定温度を高くする必要がなくなり、EGRガスの温度を安定させることができる。すなわち、第2所定温度は、蓄熱材によりEGRガスの温度を低下させ得る温度とすることができる。
In the present invention, the second predetermined condition may be when the EGR gas flowing into the EGR cooler side passage is equal to or higher than a second predetermined temperature.
That is, when the temperature of the EGR gas flowing through the EGR cooler side passage is sufficiently low, the temperature of the EGR gas flowing through the EGR cooler side passage may be lower than the temperature of the heat storage means. Therefore, the temperature of the EGR gas is raised by the heat storage means. On the other hand, if the temperature at which the heat storage means stores heat is set high, the temperature of the heat storage means may not be stable, and it may be difficult to control the EGR gas temperature. In that respect, if the EGR gas passing through the EGR cooler side passage gives heat to the heat storage means when the temperature of the EGR gas is equal to or higher than the second predetermined temperature, it is necessary to increase the set temperature of the heat storage means. The temperature of the EGR gas can be stabilized. That is, the second predetermined temperature can be a temperature at which the temperature of the EGR gas can be lowered by the heat storage material.
本発明においては、前記バイパス通路を流れるEGRガスの温度が第1所定温度以下のときに前記バイパス通路と前記蓄熱手段とを接続するバイパス側接続手段をさらに備えることができる。 In the present invention, it may further include a bypass side connection means for connecting the bypass passage and the heat storage means when the temperature of the EGR gas flowing through the bypass passage is equal to or lower than a first predetermined temperature.
すなわち、バイパス側接続手段によれば、バイパス通路を流れるEGRガスの温度が第1所定温度以下のときに蓄熱手段とEGRガスとが接続されることにより熱交換が行われるため、常に蓄熱手段からEGRガスへ向かって熱を供給することが可能となるので、EGRガスの温度を上昇させることができる。 That is, according to the bypass side connection means, heat exchange is performed by connecting the heat storage means and the EGR gas when the temperature of the EGR gas flowing through the bypass passage is equal to or lower than the first predetermined temperature. Since heat can be supplied toward the EGR gas, the temperature of the EGR gas can be increased.
本発明においては、前記EGRクーラ側通路を流れるEGRガスの温度が第2所定温度以上のときに前記EGRクーラ側通路と前記蓄熱手段とを接続するEGRクーラ側接続手段をさらに備えることができる。 In the present invention, EGR cooler side connection means for connecting the EGR cooler side path and the heat storage means when the temperature of the EGR gas flowing through the EGR cooler side path is equal to or higher than a second predetermined temperature can be further provided.
すなわち、EGRクーラ側接続手段によれば、EGRクーラ側通路を流れるEGRガスの温度が第2所定温度以上のときに蓄熱手段とEGRガスとが接続されることにより熱交換が行われるため、常にEGRガスから蓄熱手段へ向かって熱を供給することが可能となるので、EGRガスの温度を低下させることができる。 That is, according to the EGR cooler side connection means, heat exchange is performed by connecting the heat storage means and the EGR gas when the temperature of the EGR gas flowing through the EGR cooler side passage is equal to or higher than the second predetermined temperature. Since heat can be supplied from the EGR gas toward the heat storage means, the temperature of the EGR gas can be lowered.
本発明においては、前記蓄熱手段は、前記EGRクーラ側通路を流れるEGRガスおよび前記バイパス通路を流れるEGRガスとヒートパイプを介して熱交換することができる。 In the present invention, the heat storage means can exchange heat with the EGR gas flowing through the EGR cooler side passage and the EGR gas flowing through the bypass passage via a heat pipe.
すなわち、ヒートパイプによれば、熱を一方向にのみ伝えることができるので、EGR
クーラ側通路を流れる高温のEGRガスから蓄熱手段へ向かって伝熱させ、蓄熱手段からバイパス通路へ向かって伝熱させることができる。
That is, according to the heat pipe, since heat can be transferred only in one direction, EGR
Heat can be transferred from the high-temperature EGR gas flowing in the cooler-side passage toward the heat storage means, and heat can be transferred from the heat storage means toward the bypass passage.
本発明に係る内燃機関の排気循環装置では、高い温度のEGRガスが必要とされるときには蓄熱手段がEGRガスの温度を上昇させ、低い温度のEGRガスが必要とされるときには蓄熱手段がEGRガスの温度を低下させるので、内燃機関の運転状態に応じて適正な温度のEGRガスを供給することができる。 In the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the heat storage means increases the temperature of the EGR gas when a high temperature EGR gas is required, and the heat storage means is the EGR gas when a low temperature EGR gas is required. Therefore, EGR gas having an appropriate temperature can be supplied according to the operating state of the internal combustion engine.
以下、本発明に係る内燃機関の排気循環装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a specific embodiment of an exhaust gas circulation device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気循環装置を適用する内燃機関1とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
図1に示す内燃機関1は、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 to which the exhaust gas circulation device for an internal combustion engine according to the present embodiment is applied and its intake / exhaust system.
An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a water-cooled four-cycle diesel engine having four cylinders 2.
内燃機関1には、吸気通路3が接続されている。吸気通路3の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ4のコンプレッサハウジング4aが設けられている。ターボチャージャ4よりも下流の吸気通路3には、該吸気通路3内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁5が設けられている。また、ターボチャージャ4よりも上流の吸気通路3の途中には、該吸気通路3を通過する空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ6が取り付けられている。このエアフローメータ6の出力信号により内燃機関1に吸入される新気の量を得ることができる。
An intake passage 3 is connected to the internal combustion engine 1. A
一方、内燃機関1には、排気通路7が接続されている。排気通路7の途中には、前記ターボチャージャ4のタービンハウジング4bが設けられている。
また、内燃機関1には、排気通路7内を流通する排気の一部(以下、EGRガスという。)を吸気通路3へ再循環させるEGR装置20が備えられている。このEGR装置20は、EGR通路21、EGRクーラ側通路27、バイパス通路22、EGRクーラ23、切替弁24、EGR弁25を備えて構成されている。EGR通路21は、ターボチャージャ4よりも上流の排気通路7と、吸気絞り弁5よりも下流の吸気通路3と、を接続している。このEGR通路21を通って、EGRガスが再循環される。
On the other hand, an
Further, the internal combustion engine 1 is provided with an
EGR通路21は、途中でバイパス通路22とEGRクーラ側通路27とに分岐し、夫々の通路は切替弁24に接続されている。この切替弁24よりも吸気通路3側のEGR通路21には、EGR弁25が設けられている。また、EGRクーラ側通路27の途中には、EGRクーラ23が設けられている。
The
EGRクーラ23には、内燃機関1の冷却水が循環しており、該EGRクーラ23においてEGRガスと内燃機関の冷却水とで熱交換が行われ、EGRガスが冷却される。切替弁24は、後述するECU10からの信号により作動し、EGRガスの全体量に対して、EGRクーラ側通路27とバイパス通路22とを流れるEGRガスの割合を変更する弁である。EGR弁25は、後述するECU10からの信号により開閉し、該EGR通路21から吸気通路3へ流出するEGRガスの量を調整する。
Cooling water for the internal combustion engine 1 circulates in the
EGRクーラ23よりも排気通路7側のEGRクーラ側通路27の外壁の一部には、蓄熱材26の一端が接続されている。また、バイパス通路22の外壁の一部には、蓄熱材2
6の他端が接続されている。
One end of the
The other end of 6 is connected.
蓄熱材26は、例えば300℃で状態が変化する金属基からなり、例えば300℃よりも高くなると融解若しくは昇華し、そのときの内部エネルギの増加分として熱を蓄える。一方、例えば300℃よりも低くなると蓄熱材26が凝固し、そのときに蓄熱材26から熱が放出される。すなわち、例えば、EGRガスの温度が300℃よりも高い場合には、EGRガスの持つ熱を蓄熱材26が潜熱の形で蓄え、EGRガスの温度が300℃よりも低い場合には、蓄熱材26が潜熱の形で蓄えた熱をEGRガスに与える。
The
このように、例えば300℃で状態が変化する金属基を蓄熱材26として用いると、該蓄熱材26の温度が300℃となっているときにEGRガスと熱交換をしても、ある程度の熱交換の範囲内では該蓄熱材26の温度が300℃に保たれるため、吸気温度の制御が容易となる。
Thus, for example, when a metal group whose state changes at 300 ° C. is used as the
例えば、バイパス通路22にEGRガスを流すときは、該EGRガスの温度が100℃から250℃の場合とし、EGRクーラ側通路27にEGRガスを流すときは、該EGRガスの温度が200℃から500℃の場合として、これらを目安に蓄熱材26の状態が変化する温度(以下、設定温度という。)を200℃から400℃の間とすることもできる。また、予め定められた切替弁24を切り替えるときのEGRガスの温度に基づいて蓄熱材26の設定温度を定めてもよい。
For example, when the EGR gas is allowed to flow into the
なお、本実施例においては、蓄熱材26が、本発明における蓄熱手段に相当する。
また、内燃機関1には該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
In the present embodiment, the
The internal combustion engine 1 is also provided with an
ECU10には、エアフローメータ6の他、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ11が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。このアクセル開度センサ11により内燃機関1の負荷を得ることができる。
In addition to the air flow meter 6, an
一方、ECU10には吸気絞り弁5、切替弁24、およびEGR弁25が電気配線を介して接続され、ECU10によりこれらが制御される。
なお、本実施例においては、内燃機関1に流入するEGRガスの流量をそのときの内燃機関1の運転状態に応じて適正な量となるように、エアフローメータ6の出力値に基づいて吸入空気量のフィードバック制御(以下、吸入空気量フィードバック制御という。)を行う。この吸入空気量フィードバック制御では、内燃機関1の運転状態に対して予め設定された目標新気量と、エアフローメータ6から得られる吸入空気量とが等しくなるように吸気絞り弁5やEGR弁25の開度を調整する。
On the other hand, the intake throttle valve 5, the switching
In the present embodiment, the intake air is based on the output value of the air flow meter 6 so that the flow rate of the EGR gas flowing into the internal combustion engine 1 becomes an appropriate amount according to the operating state of the internal combustion engine 1 at that time. Perform feedback control of the amount (hereinafter referred to as intake air amount feedback control). In this intake air amount feedback control, the intake throttle valve 5 and the
ここで、本実施例においては、中負荷時若しくは高負荷時に高い温度のEGRガスを気筒2内に入れるため、EGRクーラ側通路27にEGRガスを流す。例えば、アクセル開度センサ11から得られるアクセル開度が所定開度以上であるならば、ECU10は切替弁24を操作してEGRクーラ側通路27にEGRガスを流す。この場合、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスの温度が高いので、EGRガスの熱が蓄熱材26に伝わると供に、蓄熱材26に熱が蓄えられる。そして、EGRガスは、蓄熱材26に熱を与えた分だけ温度が低下する。すなわち、中負荷時若しくは高負荷時には、蓄熱材26およびEGRクーラ23においてEGRガスの温度が低下される。これにより、気筒2内の温度上昇を抑制しつつより多くのEGRガスを気筒2内に入れることができる。
Here, in the present embodiment, the EGR gas is caused to flow through the EGR cooler-
一方、本実施例においては、軽負荷時に高い温度のEGRガスを気筒2内に入れるため、バイパス通路22にEGRガスを流す。例えば、アクセル開度センサ11から得られるアクセル開度が所定開度よりも小さいときには、ECU10は切替弁24を操作してバイパス通路22にEGRガスを流す。この場合、バイパス通路22を流れるEGRガスの温度が低いので、蓄熱材26からEGRガスに熱が伝わりEGRガスの温度が上昇する。そして、蓄熱材26では熱の放出により内部エネルギが減少する。このように、EGRガスの温度が低い場合には、バイパス通路22内でEGRガスの温度を上昇させることができ、気筒2内の温度の低下を抑制することができる。
On the other hand, in the present embodiment, the EGR gas is caused to flow through the
なお、切替弁24を切り替えるタイミングは、アクセル開度の他に、機関回転数、排気温度、蓄熱材26の温度等を考慮して決定してもよい。
以上説明したように、本実施例によれば、EGRクーラ側通路27を流れる高温のEGRガスが持つ熱を蓄熱材26に蓄え、バイパス通路22を流れる低温のEGRガスへ蓄熱材26から熱を与えることにより、中負荷若しくは高負荷時にはEGRガスの温度を低下させ、軽負荷時においてはEGRガスの温度を上昇させることができる。これにより、吸気温度の制御が容易となると供に、より多くのEGRガスを気筒2内に入れることができる。
Note that the timing for switching the switching
As described above, according to the present embodiment, the heat stored in the high temperature EGR gas flowing through the EGR
本実施例においては、実施例1と比較して蓄熱材が異なり、さらに該蓄熱材とバイパス通路およびEGRクーラ側通路との位置関係が異なる。その他のハードウェアについては、実施例1と共通なので説明を省略する。 In the present embodiment, the heat storage material is different from that in the first embodiment, and the positional relationship between the heat storage material, the bypass passage, and the EGR cooler side passage is different. The other hardware is the same as that of the first embodiment, so that the description thereof is omitted.
図2は、本実施例に係る内燃機関の排気循環装置を適用する内燃機関1とその吸・排気系の概略構成を示す図である。また、図3は、本実施例に係る蓄熱材とその周辺部材との関係を示す図である。図3(A)は縦断面図、図3(B)は横断面図である。 FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the internal combustion engine 1 to which the exhaust gas circulation device for the internal combustion engine according to this embodiment is applied and its intake / exhaust system. Moreover, FIG. 3 is a figure which shows the relationship between the thermal storage material which concerns on a present Example, and its peripheral member. 3A is a longitudinal sectional view, and FIG. 3B is a transverse sectional view.
本実施例におけるEGR装置200は、EGR通路21、EGRクーラ側通路127、バイパス通路122、EGRクーラ23、切替弁24、EGR弁25を備えて構成されている。
The
EGR通路21は、途中でバイパス通路122とEGRクーラ側通路127とに分岐し、夫々の通路は切替弁24に接続されている。そして、EGRクーラ側通路127の途中には、EGRクーラ23が設けられている。
The
蓄熱材126はバイパス通路122内を流れるEGRガスに直接晒されるように、バイパス通路122内に露出して設けられている。また、バイパス通路122の蓄熱材126が設けられた箇所は、EGRクーラ側通路127と直交し且つ該EGRクーラ側通路127を貫通して設けられている。すなわち、蓄熱材126が設けられた箇所においては、バイパス通路122がEGRクーラ側通路127の内部を通っている。そして、バイパス通路122の蓄熱材126が設けられている箇所の外壁、すなわち、EGRクーラ側通路127内を流れるEGRガスに晒されるバイパス通路122の外壁面には、EGRクーラ側通路127内に突出する複数のフィン128が設けられている。このフィン128はバイパス通路122の外壁の表面積を大きくして、EGRガスの熱を蓄熱材126に伝えやすくするために設けられている。
The
また、本実施例における蓄熱材126は、例えばCa(OH)2/CaOを用いることができる。ここで、Ca(OH)2に熱を加えると、該Ca(OH)2からH2Oが放出されCaOに変化する。一方、CaOにH2Oを加えると、熱を発生しつつCa(OH)2に変化する。
Moreover, the
すなわち、EGRクーラ側通路127に高温のEGRガスが流れると、該EGRガスの熱がフィン128およびバイパス通路22の壁面を伝わりCa(OH)2を熱するため、該Ca(OH)2からH2Oが放出されてCaOに変化する。このようにして放出されたH2Oは、バイパス通路122内を流れる。これにより、EGRクーラ側通路127を流れるEGRガスの温度が低下されると供に、蓄熱材126には熱が蓄えられる。
That is, when the flow is high-temperature EGR gas in the EGR
一方、バイパス通路122に低温のEGRガスが流れると、該EGRガス中に含まれるH2OがCaOと反応してCa(OH)2に変化する。このときに発生する熱によりバイパス通路122を流れるEGRガスの温度が上昇される。
On the other hand, when low-temperature EGR gas flows through the
以上説明したように、本実施例によれば、化学反応により蓄熱する蓄熱材を備えることにより、高い温度のEGRガスがEGRクーラ側通路127を流れたときに、EGRガスの温度を低下させることができ、低い温度のEGRガスがバイパス通路122を流れたときには、EGRガスの温度を上昇させることができる。
As described above, according to the present embodiment, by providing a heat storage material that stores heat by a chemical reaction, the temperature of the EGR gas is lowered when high-temperature EGR gas flows through the EGR cooler-
本実施例は、バイパス通路22若しくはEGRクーラ側通路27と蓄熱材26との間の熱伝導が、所定の状態のときに限り起こるように構成されている点で実施例1と相違する。その他のハードウェアについては、実施例1と共通なので説明を省略する。
The present embodiment is different from the first embodiment in that the heat conduction between the
図4は、本実施例に係る蓄熱材とその周辺部材との関係を示す図である。
バイパス通路22と蓄熱材26との間であってバイパス通路22の外壁には、バイメタル30が備えられている。このバイメタル30は、バイパス通路22を流れるEGRガスが所定の温度以下の場合に蓄熱材26と接し、EGRガスの温度が所定の温度よりも高い場合には、蓄熱材26と離れるように設定されている。そして、この所定の温度は、バイパス通路22を流れるEGRガスの温度を低下させないように蓄熱材26の設定温度に応じて定められる。また、バイメタル30が備わる箇所におけるバイパス通路22には熱交換器32が設置されている。この熱交換器32により、バイパス通路22を流れるEGRガスとバイメタル30とで熱交換を行う。
FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the heat storage material and its peripheral members according to the present embodiment.
A bimetal 30 is provided between the
なお、本実施例においては、バイメタル30が、本発明におけるバイパス側接続手段に相当する。
一方、EGRクーラ側通路27と蓄熱材26との間であってEGRクーラ側通路27には、バイメタル31が備えられている。このバイメタル31は、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスが所定の温度以上の場合に蓄熱材26と接し、EGRガスの温度が所定の温度よりも低い場合には、蓄熱材26と離れるように設定されている。そして、この所定の温度は、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスの温度を上昇させないように蓄熱材26の設定温度に応じて定められる。また、バイメタル31が備わる箇所におけるEGRクーラ側通路27には熱交換器33が設置されている。この熱交換器33により、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスとバイメタル31とで熱交換を行う。
In this embodiment, the bimetal 30 corresponds to the bypass side connecting means in the present invention.
On the other hand, a bimetal 31 is provided in the EGR
なお、本実施例においては、バイメタル31が、本発明におけるEGRクーラ側接続手段に相当する。
ここで、バイパス通路22を流れるEGRガスの温度が、蓄熱材26の温度よりも高い場合に、該バイパス通路22と蓄熱材26とが接していると、EGRガスから蓄熱材26に伝熱が起こり、EGRガスの温度が低下してしまう。これを避けるために、蓄熱材26の設定温度を高くする(例えば、実施例1の金属基において状態が変化する温度を高く設定する)と、EGRクーラ側通路27から蓄熱材26への伝熱があったとしても、蓄熱材26の温度を安定させることが困難となり、吸気温度の制御が困難となる。
In this embodiment, the bimetal 31 corresponds to the EGR cooler side connecting means in the present invention.
Here, when the temperature of the EGR gas flowing through the
ここで、図5は、蓄熱材の設定温度が高いときの該蓄熱材の保持熱量と蓄熱材の温度との関係を示した図である。「バイパス通路のEGRガス温度」で示される範囲は、バイパス通路22を流れ得るEGRガスの温度の範囲を示している。また、「EGRクーラ側通路のEGRガス温度」で示される範囲は、EGRクーラ側通路27を流れ得るEGRガスの温度の範囲を示している。
Here, FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of heat retained by the heat storage material and the temperature of the heat storage material when the set temperature of the heat storage material is high. The range indicated by “EGR gas temperature of the bypass passage” indicates the range of the temperature of EGR gas that can flow through the
蓄熱材26の温度が設定温度となると、蓄熱材26の保持熱量がAで示した範囲内にある場合には、蓄熱材26の温度は一定となる。一方、蓄熱材26の保持熱量が変化して蓄熱材26の温度が設定温度から外れると、蓄熱材26の保持熱量が大きくなるほど蓄熱材26の温度が高くなり、蓄熱材26の保持熱量が小さくなるほど蓄熱材26の温度が低くなる。すなわち、蓄熱材26の温度が設定温度から外れると、蓄熱材26の保持熱量が変動するとともに、該蓄熱材26の温度も変動する。
When the temperature of the
そして、蓄熱材26の設定温度を高くした場合には、「EGRクーラ側通路のEGRガス温度」の幅の中でも温度の比較的高いEGRガスが流れなければ、蓄熱材26の温度が設定温度に達しない。そのため、蓄熱材26の設定温度よりも低い温度のEGRガスがEGRクーラ側通路27に流れることが多くなり、その結果、蓄熱材26の温度が上昇せず、該蓄熱材26の温度がZで示される範囲にあることが多くなる。これにより、蓄熱材26の保持熱量とともに蓄熱材26の温度が変動し、該蓄熱材26の温度が安定しないおそれがある。これに対し、蓄熱材26の温度を安定させるために、蓄熱材26の設定温度を低くすることが考えられる。
When the set temperature of the
ここで、図6は、蓄熱材の設定温度が低いときの該蓄熱材の保持熱量と蓄熱材の温度との関係を示した図である。
このように、設定温度を低くすると、「EGRクーラ側通路のEGRガス温度」の幅の中でも温度の比較的低いEGRガスが流れることで蓄熱材26の温度が設定温度に達する。そのため、蓄熱材26の温度が設定温度となっている確率が高くなり、吸気温度の制御がしやすくなる。
Here, FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of heat retained by the heat storage material and the temperature of the heat storage material when the set temperature of the heat storage material is low.
Thus, when the set temperature is lowered, the temperature of the
しかし、設定温度を低くすると、バイパス通路22を流れるEGRガスの温度が設定温度よりも高くなるおそれがある。すなわち、「バイパス通路のEGRガス温度」の幅の中に蓄熱材26の設定温度が入っているので、蓄熱材26の温度がバイパス通路22を流れるEGRガスの温度よりも低くなることが起こり得る。この場合、バイパス通路22と蓄熱材26とが接していると、バイパス通路22を流れるEGRガスから蓄熱材26への伝熱が起こり、該EGRガスの温度が低下してしまうため好ましくない。
However, if the set temperature is lowered, the temperature of the EGR gas flowing through the
その点、本実施例においては、蓄熱材26の設定温度を比較的低くしつつ、バイパス通路22内を流れるEGRガスが蓄熱材26の設定温度以下の場合に、バイメタル30と蓄熱材26とが接するように該バイメタル30の設定を行っている。すなわち、蓄熱材26の設定温度を低くすることにより、該蓄熱材26の温度を設定温度で安定させ、吸気温度を容易に制御することができる。さらに、バイパス通路22内を流れるEGRガスが蓄熱材26から熱を受けることができるときに、バイパス通路22と蓄熱材26とがバイメタル30を介して接続されるので、バイパス通路22においてEGRガスの温度が低下することを抑制できる。
In that respect, in this embodiment, when the EGR gas flowing in the
そして、本実施例においては、EGRクーラ側通路27と蓄熱材26との間にもバイメタル31を備えている。ここで、本実施例のように設定温度を低くすると、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスの温度が設定温度よりも低くなるおそれがある。すなわち、蓄熱材26の温度がEGRクーラ側通路27を流れるEGRガスの温度よりも高くなる
ことが起こり得る。この場合、EGRクーラ側通路27と蓄熱材26とが接していると、蓄熱材26からEGRクーラ側通路27を流れるEGRガスへの伝熱が起こり、該EGRガスの温度が上昇してしまうため好ましくない。
In this embodiment, a bimetal 31 is also provided between the EGR
その点、本実施例においては、蓄熱材26の設定温度を比較的低くしつつ、EGRクーラ側通路27内を流れるEGRガスが蓄熱材26の設定温度以上の場合に、バイメタル31と蓄熱材26とが接するように該バイメタル31の設定を行っている。すなわち、EGRクーラ側通路27内を流れるEGRガスが蓄熱材26へ熱を与えることができるときに、EGRクーラ側通路27と蓄熱材26とがバイメタル31を介して接続されるので、EGRクーラ側通路27においてEGRガスの温度が上昇することを抑制できる。
In this regard, in this embodiment, when the EGR gas flowing in the EGR cooler-
なお、本実施例においては、蓄熱材26とバイパス通路22もしくはEGRクーラ側通路27との間にバイメタル30,31を備えているが、これに代えて、温度応じて変形する他の部材、例えば、ワックス、形状記憶合金を含んで構成された部材を備えていてもよい。また、温度センサによりEGRガスの温度を検出し、所定の温度となった場合に作動して蓄熱材26とバイパス通路22もしくはEGRクーラ側通路27とを接触させる装置を備えるようにしてもよい。
In the present embodiment, the
以上説明したように、本実施例によれば、蓄熱材26の設定温度を低くすることができるので、該蓄熱材26の保持熱量の変化に伴う蓄熱材26の温度の変化を抑制することができ、EGRガスの温度を安定させることができる。そのため、吸気温度を安定させることができる。
As described above, according to the present embodiment, since the set temperature of the
本実施例においては、EGRクーラ側通路27、蓄熱材26、バイパス通路22の順にのみ熱が移動する構成とする。その他のハードウェアについては、実施例1と共通なので説明を省略する。
In this embodiment, heat is transferred only in the order of the EGR
図7は、本実施例に係る蓄熱材とその周辺部材との関係を示す断面図である。
本実施例においては、EGRクーラ側通路27と蓄熱材26との間にヒートパイプ40を備え、バイパス通路22と蓄熱材26との間にヒートパイプ41を備えている。すなわち、ヒートパイプ40の一端側がEGRクーラ側通路27と接し、該ヒートパイプ40の他端側が蓄熱材26と接している。また、ヒートパイプ41の一端側が蓄熱材26と接し、該ヒートパイプ41の他端側がバイパス通路22と接している。なお、ヒートパイプ40において熱の移動を行うために、EGRクーラ側通路27のヒートパイプ40が接続されている箇所よりも、蓄熱材26のヒートパイプ40が接続されている箇所の方が高い位置となるようにEGRクーラ側通路27および蓄熱材26が設置されている。同様に、蓄熱材26のヒートパイプ41が接続されている箇所よりも、バイパス通路22のヒートパイプ41が接続されている箇所の方が高い位置となるようにバイパス通路22および蓄熱材26が設置されている。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the relationship between the heat storage material according to the present embodiment and its peripheral members.
In this embodiment, a
すなわち、EGRクーラ側通路27の温度が蓄熱材26の温度よりも高い場合には、ヒートパイプ40の下部がEGRガスの熱により温められ、作動流体が蒸発する。この蒸発の際にEGRガスの温度が低下する。そして、蒸発した作動流体はヒートパイプ40の上部へと移動し、該ヒートパイプ40の上部において蓄熱材26により冷却されて凝縮する。この凝縮の際に潜熱が放出され、蓄熱材26の温度が上昇する。そして、凝縮した作動流体は、ヒートパイプ下部に移動して再び加熱され蒸発する。この過程が繰り返し行われ、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスの熱が蓄熱材26に移動する。また、バイパス通路22と蓄熱材26との間でも同様にして熱の移動が行われる。
That is, when the temperature of the EGR
一方、EGRクーラ側通路27の温度が蓄熱材26の温度よりも低い場合には、ヒートパイプ40において熱の移動がほとんどないので、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスの温度が蓄熱材26により上昇されることはほとんどない。バイパス通路22と蓄熱材26との間でも同様に、バイパス通路22を流れるEGRガスの温度が蓄熱材26により低下されることはほとんどない。
On the other hand, when the temperature of the EGR
また、EGRクーラ側通路27を流れるEGRガスの温度が蓄熱材26の温度よりも少しでも高ければ、若しくは蓄熱材26の温度がバイパス通路22を流れるEGRガスの温度よりも少しでも高ければ熱の移動が起こるため、より広範囲の運転条件において実際の吸気温度を目標吸気温度に合わせることができる。
Further, if the temperature of the EGR gas flowing through the EGR
1 内燃機関
2 気筒
3 吸気通路
4 ターボチャージャ
4a コンプレッサハウジング
4b タービンハウジング
5 吸気絞り弁
6 エアフローメータ
7 排気通路
10 ECU
11 アクセル開度センサ
20 EGR装置
21 EGR通路
22 バイパス通路
23 EGRクーラ
24 切替弁
25 EGR弁
26 蓄熱材
27 EGRクーラ側通路
30 バイメタル
31 バイメタル
32 熱交換器
33 熱交換器
40 ヒートパイプ
41 ヒートパイプ
122 バイパス通路
126 蓄熱材
127 EGRクーラ側通路
128 フィン
200 EGR装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine 2 Cylinder 3
11
Claims (9)
前記EGRクーラが備えられるEGRクーラ側通路と、
前記EGRクーラを迂回するバイパス通路と、
前記EGRクーラ側通路および前記バイパス通路に流れるEGRガスの量を調整する切替弁と、
前記EGRクーラ側通路を流れるEGRガスと熱交換し、且つ前記バイパス通路を流れるEGRガスと熱交換する蓄熱手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の排気循環装置。 An EGR cooler that lowers the temperature of the EGR gas;
An EGR cooler side passage provided with the EGR cooler;
A bypass passage that bypasses the EGR cooler;
A switching valve for adjusting the amount of EGR gas flowing through the EGR cooler side passage and the bypass passage;
Heat storage means for exchanging heat with the EGR gas flowing through the EGR cooler side passage and with the EGR gas flowing through the bypass passage;
An exhaust gas circulation device for an internal combustion engine, comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004311050A JP2006125215A (en) | 2004-10-26 | 2004-10-26 | Exhaust gas recirculation device for internal combustion engine |
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2004
- 2004-10-26 JP JP2004311050A patent/JP2006125215A/en not_active Withdrawn
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