JP2006132470A - Egr device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気系に還流するEGR装置に関する。 The present invention relates to an EGR device that recirculates part of exhaust gas discharged from an engine to an intake system.
車両のエンジンは、EGR装置によりエンジンから排出される排気ガスの一部(以下「EGRガス」という)を吸気系に還流して燃焼を緩慢にし、燃焼温度を下げてNOxの低減を図るようにしている。排気系から排出された排気ガスは高温であり、このままでは単位体積当たりのガス濃度が減少して所望のEGR量を導入することができないと共に導入したEGRガスの熱により吸気温度が上昇して吸気効率が低下するおそれがある。このため、EGRクーラによりEGRガスを冷却するようにしている。 The vehicle engine is designed to reduce the NOx by lowering the combustion temperature by slowing the combustion by returning a part of the exhaust gas (hereinafter referred to as “EGR gas”) discharged from the engine by the EGR device to the intake system. ing. The exhaust gas discharged from the exhaust system is at a high temperature. If the exhaust gas is left as it is, the gas concentration per unit volume decreases and the desired amount of EGR cannot be introduced, and the intake air temperature rises due to the heat of the introduced EGR gas and the intake air Efficiency may be reduced. For this reason, the EGR gas is cooled by the EGR cooler.
水冷式エンジンに採用されているEGRクーラは、一般に冷媒としてエンジン冷却水を利用している。そして、エンジン冷却系の負荷を増大することなくEGRガスを効率よく冷却できるEGRクーラとして、排気系から水冷式EGRクーラに至るEGRパイプの少なくとも一部を、外周又は内周の少なくとも一方にフィンを設け、水冷式EGRクーラに供給されるEGRガスを空冷フィン付パイプで外気で予冷してクーラ全体としての冷却容量を大きくした2段式のEGRクーラが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記2段式EGRクーラの予冷部分としている空冷フィン付パイプは、冷却温度効率が後段に控えた水冷式EGRクーラに比して桁違いに低いために有効な熱交換量を得ることができず、クーラ全体としての冷却容量を大きくすることは困難であり、提案されているような効果を期待することはできない。
また、前段の空冷フィン付クーラの予冷温度効率が低いと、後段の水冷式クーラの冷却水温度に対してEGRガスの温度が高いために温度差に起因して水冷式クーラの内壁面にEGRガス中の粒子状物質(以下「PM」という)が付着しやすくなる。そして、水冷式クーラの内壁面にPMが付着して堆積すると、クーラの温度効率が著しく低下するという問題もある。
However, the air-cooled finned pipe as the pre-cooling part of the two-stage EGR cooler has an order of magnitude lower cooling efficiency than the water-cooled EGR cooler with a subsequent stage, so that an effective heat exchange amount can be obtained. Therefore, it is difficult to increase the cooling capacity of the whole cooler, and the proposed effect cannot be expected.
In addition, if the precooling temperature efficiency of the air-cooled fin cooler at the front stage is low, the temperature of the EGR gas is higher than the cooling water temperature of the water-cooled cooler at the rear stage. Particulate matter in gas (hereinafter referred to as “PM”) tends to adhere. And when PM adheres and accumulates on the inner wall surface of a water-cooled cooler, there is also a problem that the temperature efficiency of the cooler is significantly lowered.
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、EGRガスを冷却するEGRクーラを、水冷2段式クーラ構造として熱交換量を確保すると共にEGRガス中のPMがクーラ内部に付着することによる温度効率の低下を抑制するようにしたEGR装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points. The EGR cooler that cools the EGR gas has a water-cooled two-stage cooler structure, and the heat exchange amount is secured and PM in the EGR gas adheres to the inside of the cooler. An object of the present invention is to provide an EGR device that suppresses a decrease in temperature efficiency due to the above.
上記目的を達成するために請求項1のEGR装置は、エンジンの排気通路と吸気通路とを接続するEGR通路と、前記EGR通路の排気流れ上流側に介挿された第1の水冷式EGRクーラと、前記第1の水冷式EGRクーラの下流のEGR通路に介装された第2の水冷式EGRクーラとを備えた構成としている。
エンジンの排気通路に排出された排気ガスの一部がEGR通路を通してエンジンの吸気通路に還流される。EGR通路に導入された高温のEGRガスは、前段の第1の水冷式EGRクーラにより冷却された後、更に後段の第2の水冷式EGRクーラにより冷却される。EGRガスは、前段の第1の水冷式EGRクーラにより充分に予冷されることで、後段の第2の水冷式EGRクーラで熱拡散によりEGRガス側からクーラ内壁面へ移動・付着するPMの量が抑制され、クーラの温度効率の劣化が抑制される。また、EGRガスが充分に冷却されることで、単位体積当たりのガス濃度の減少が防止され、所望のEGR量を導入することができる共に、導入したEGRガスによる吸気温度の上昇が抑制されて吸気効率の低下が防止される。
In order to achieve the above object, an EGR apparatus according to
A part of the exhaust gas discharged to the engine exhaust passage is returned to the engine intake passage through the EGR passage. The high-temperature EGR gas introduced into the EGR passage is cooled by the first water-cooled EGR cooler at the front stage and then cooled by the second water-cooled EGR cooler at the rear stage. EGR gas is sufficiently pre-cooled by the first water-cooled EGR cooler at the front stage, and the amount of PM that moves and adheres from the EGR gas side to the cooler inner wall surface by thermal diffusion in the second water-cooled EGR cooler at the rear stage. And the deterioration of the temperature efficiency of the cooler is suppressed. In addition, since the EGR gas is sufficiently cooled, a decrease in gas concentration per unit volume can be prevented, a desired EGR amount can be introduced, and an increase in intake air temperature due to the introduced EGR gas is suppressed. A reduction in intake efficiency is prevented.
請求項2のEGR装置は、請求項1において、前記第1の水冷式EGRクーラを多管式クーラにより構成し、前記第2の水冷式EGRクーラを多段式積層型のフィン式クーラにより構成したものである。
EGR通路内を流れる高温のEGRガスに直接晒される前段の第1の水冷式EGRクーラに多管式クーラを採用することで、PMによる目詰まりがし難く、高温のEGRガスを充分に予冷することができる。この多管式クーラで予冷してPM付着をできるだけ抑制した後、低温化されてPM付着が抑制できている後段の第2の水冷式EGRクーラを温度効率の高い打段積層型のフィン式クーラにより冷却する。これにより、PM付着が抑えられたバランスのよい冷却システムが構築される。
The EGR device according to
By adopting a multi-tube cooler for the first water-cooled EGR cooler that is directly exposed to the high-temperature EGR gas flowing in the EGR passage, clogging due to PM is difficult to occur, and the high-temperature EGR gas is sufficiently pre-cooled. be able to. This multitubular cooler is precooled to suppress PM adhesion as much as possible, and then the second water-cooled EGR cooler in the latter stage, which has been lowered in temperature and suppressed PM adhesion, is replaced with a temperature-efficient step-stacked fin-type cooler. To cool. As a result, a well-balanced cooling system in which PM adhesion is suppressed is constructed.
請求項3のEGR装置は、請求項1又は2において、前記第1の水冷式EGRクーラの排気ガス通路壁に煤の付着を抑制する付着抑制剤がコーティングされている構成としたものである。
第1の水冷式EGRクーラのEGRガス通路の内壁面にコーティングされている付着抑制剤により、EGRガス中の煤(PM)の付着が抑制され、クーラ温度効率の低下が抑制される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an EGR apparatus according to the first or second aspect, wherein the exhaust gas passage wall of the first water-cooled EGR cooler is coated with an adhesion inhibitor that suppresses adhesion of soot.
By the adhesion inhibitor coated on the inner wall surface of the EGR gas passage of the first water-cooled EGR cooler, adhesion of soot (PM) in the EGR gas is suppressed, and a decrease in cooler temperature efficiency is suppressed.
請求項1のEGR装置によれば、水冷2段クーラ構造とすることで前段の第1の水冷式EGRクーラで高温のEGRガスを充分に予冷することができ、後段の第2の水冷式EGRクーラで熱拡散によりEGRガス側からクーラ内壁面へ移動・付着するPMの量が抑制され、クーラの温度効率の劣化が抑制される。
また、クーラの温度効率が安定して劣化によりサチュレートする温度効率と、初期温度効率がかけ離れていないために、サチュレート後高効率を維持したい場合などに、初期効率が高すぎてEGR冷却水が沸騰する症状を緩和することができる。
According to the EGR apparatus of the first aspect, the water-cooled two-stage cooler structure can sufficiently pre-cool the high-temperature EGR gas with the first water-cooled EGR cooler at the front stage, and the second water-cooled EGR at the rear stage. The amount of PM that moves and adheres from the EGR gas side to the cooler inner wall surface due to thermal diffusion in the cooler is suppressed, and deterioration of the temperature efficiency of the cooler is suppressed.
Also, because the temperature efficiency of the cooler is stable and saturates due to deterioration, and the initial temperature efficiency is not far apart, if you want to maintain high efficiency after saturating, the initial efficiency is too high and the EGR cooling water boils Can relieve symptoms.
また、EGRガスが充分に冷却されることで、所望のEGR量を導入することができると共に導入したEGRガスによる吸気温度の上昇が抑制されて吸気効率の低下が防止される。
請求項2のEGR装置によれば、高温のEGRガスに直接晒される前段の第1の水冷式EGRクーラに多管式クーラを採用することで、PMによる目詰まりがし難く、高温のEGRガスを充分に予冷することができる。そして、多管式クーラで予冷してPM付着をできるだけ抑制した後、低温化されてPM付着が抑制できている後段の第2の水冷式EGRクーラを温度効率の高い打段積層型のフィン式クーラにより冷却することにより、PM付着が抑えられたバランスのよい冷却システムを構築することができる。
In addition, when the EGR gas is sufficiently cooled, a desired EGR amount can be introduced, and an increase in the intake air temperature due to the introduced EGR gas is suppressed, thereby preventing a reduction in intake efficiency.
According to the EGR apparatus of
請求項3のEGR装置によれば、第1の水冷式EGRクーラのEGRガス通路の内壁面にコーティングされている付着抑制剤により、EGRガス中の煤(PM)の付着が抑制され、クーラ温度効率の低下が抑制される。
According to the EGR device of
以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図1は、本発明に係るEGR装置のEGRガス冷却部の構成を示す断面図で、EGRガス冷却部1は、水冷2段クーラ構造とされ、EGRガス通路としてのEGRパイプ2に第1の水冷式EGRクーラ3、第2の水冷式EGRクーラ4が間隔を存して介挿されて構成されている。EGRパイプ2は、図中右側がエンジンの排気通路に接続されて上流側とされ、図中左側が前記エンジンの吸気通路(何れも図示せず)に接続されて下流側とされている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of an EGR gas cooling unit of an EGR apparatus according to the present invention. The EGR
EGRパイプ2の上流側に配置されている前段の第1の水冷式EGRクーラ3は、構造が簡単な多管(チューブ)式クーラが使用され、第1の水冷式EGRクーラ3の下流側に配置されている後段の第2の水冷式EGRクーラ4は、温度効率の高い多段積層型のプレートフィン式クーラが使用されている。
第1の水冷式EGRクーラ3は、図1及び図2に示すように大径の円筒状のケース5内に当該ケース5の軸方向に沿ってEGRガス通路としての小径のパイプ6が多数間隔を存して且つ軸方向に平行に配列して収納され、両端が隔壁7、7に穿設された穴に液密に嵌合固定されており、これらの隔壁7の外周部がケース5の内周面に全周に亘り液密に固定されている。
The first water-cooled EGR
The first water-cooled
そして、ケース5の内周面と両端の隔壁7、7とによりパイプ6の外周面を取り囲むように冷却水通路8が画成されている。ケース5は、両端部がテーパ状に縮径されてEGRガスの入口5a、出口5bとされ、EGRパイプ2の上流側に介挿されている。また、ケース5の冷却水通路8の上流側に冷却水入口5cが、下流側に冷却水出口5dが設けられている。これらのケース5、パイプ6及び隔壁7は、耐食性に優れたステンレス鋼板により形成されている。
A
そして、EGRガス通路としてのパイプ6の内壁面にEGRガス中に含まれるPMの付着を抑制するための表面処理が施されている。このPM付着抑制表面処理は、例えば、酸化珪素(SiO2)ガラス被膜をコーティング処理する。
第2の水冷式EGRクーラ4は、箱形のケース11内に平板12を間隔を存して対向させて配置して、冷却水通路13とEGRガス通路14とから成る一組の熱交換器(以下「コア」という)15を形成し、このコア15を多段に積層して構成されている。EGRガス通路13の内部には、図3に示すように冷却効率を高めるために冷却フィン16がへEGRガス通路13の全幅、全長に亘り設けられている。
And the surface treatment for suppressing adhesion of PM contained in EGR gas is given to the inner wall surface of the
The second water-cooled
各コア15のEGRガス通路14は、両端がケース11の両端部に向かって開口されており、これら両端部は、縮径されてEGRガスの入口11a及び出口11bとされて第1の水冷式EGRクーラ3の下流側のEGRパイプ2に介挿されている。各コア15の冷却水通路13は、両端が連通されており、ケース11の冷却水通路13の上流側に冷却水入口11cが、下流側に冷却水出口11dが設けられている。これらのケース11、平板12、冷却フィン16は、耐食性に優れたステンレス鋼板により形成されている。
Both ends of the
第1の水冷式EGRクーラ3の冷却水出口5dと第2の水冷式EGRクーラ4の冷却水入口11cは、冷却水パイプ17により接続されており、第1の水冷式EGRクーラ3の冷却水入口5c、第2の水冷式EGRクーラ4の冷却水出口11dは、冷却水パイプ18、19により冷却水循環通路(図示せず)に接続されている。
以下に作用を説明する。
The cooling
The operation will be described below.
図1に示すようにエンジンの排気通路に排出された排気ガスの一部がEGRガスとしてEGRパイプ2に導入され、第1の水冷式EGRクーラ3の各パイプ6内を通り出口5bからEGRパイプ2に吐出される。一方、EGR冷却水は、冷却水循環通路の冷却水パイプ18から第1の水冷式EGRクーラ3の冷却水通路8に導入され、各パイプ6内を通る高温のEGRガスを冷却し、冷却水出口5dから冷却水パイプ17に吐出される。
As shown in FIG. 1, a part of the exhaust gas discharged into the exhaust passage of the engine is introduced into the
第1の水冷式EGRクーラ3により冷却されて温度が低下したEGRガスは、第2の水冷式EGRクーラ4に導入され、各EGRガス通路14内を通り、出口11bからEGRパイプ2の下流側に吐出される。一方、第1の水冷式EGRクーラ3から吐出された冷却水は、冷却水パイプ17から第2の水冷式EGRクーラ4の各冷却水通路13に導入され、各EGRガス通路14内を通るEGRガスを更に冷却し、冷却水出口11dから冷却水パイプ19に吐出されて前記冷却水循環通路に還流される。
The EGR gas cooled by the first water-cooled
EGRパイプ2の上流側に配置された前段の第1の水冷式EGRクーラ3により高温のEGRを充分に予冷した後、後段の第2の水冷式EGRクーラ4で更に冷却する際に熱拡散によりEGRガス側からEGRガス通路14の内壁面及びフィン16の表面に移動・付着するPMの量を抑えることができる。
また、EGRガス冷却部1を水冷2段クーラ構造とすることで、1段当たりの温度効率が低くても全体の温度効率を容易に高くすることができることから、直接高温に晒される前段の第1の水冷式EGRクーラ3に低温度効率ながら目詰まりし難い構造が簡単な多管式クーラを採用し、当該第1の水冷式EGRクーラ3でEGRガス中に含まれるPMの付着をできるだけ抑制した上で、低温化されPM付着が抑制されている後段の第2の水冷式EGRクーラ4を温度効率を重視した多段積層型のプレートフィン式クーラとすることで、前段・後段ともPM付着が抑えられたバランスのよい冷却システムを構築することができる。
The high temperature EGR is sufficiently pre-cooled by the first water-cooled
In addition, since the EGR
更に、前段の第1の水冷式EGRクーラ3のEGRガス通路としてのパイプ6の内壁面にPM付着を抑制する表面処理を施すことにより、付着したPMの剥離が促進されて長期間に亘りPM付着量を少なく抑えることが可能となる。チューブ6の内壁面に付着したPMは、エンジン停止後冷却水の温度が低下し、これに伴いチューブ6の温度が低下した際の収縮等により剥離される。
Furthermore, by applying a surface treatment that suppresses PM adhesion to the inner wall surface of the
更に、EGRパイプ2に前段の第1の水冷式EGRクーラ3と後段の第2の水冷式EGRクーラ4とを間隔を存して配置した水冷2段構成とすることにより、EGRガスと冷却水との隔壁が一旦分離でき、熱伝達による隔壁上流側から下流側への熱移動経路を遮断できるため、遮断していない場合に対し隔壁下流側の温度を低く抑えることができる。この結果、単に冷却式EGRクーラを1段として長い形状の構成とした場合に比してEGRガスの温度効率の大幅な向上が図られる。
Further, the
図4は、EGRパイプに水冷式EGRクーラを1段設けた場合と、本願発明の水冷式EGRクーラを2段設けた構造における運転期間とクーラ温度効率との関係の一例を示す。図4において曲線Iは、水冷式EGRクーラを1段設けた場合を示し、運転期間と共にクーラ温度効率が急激に低下している。
これに対して本願発明のように水冷式EGRクーラを2段設けた場合には、曲線II、IIIで示すようにクーラ温度効率の低下が大幅に抑制される。曲線IIは、前段の第1の水冷式EGRクーラ3に多管式クーラを、後段の第2の水冷式EGRクーラ4に多段積層型のプレートフィン式クーラを使用し、且つ第1の水冷式EGRクーラ3のパイプ6の内壁面にPM付着抑制コーティングを施さない場合を示し、曲線IIIは、第1の水冷式EGRクーラ4のパイプ6の内壁面にPM付着抑制コーティングを施した場合を示す。
FIG. 4 shows an example of the relationship between the operation period and the cooler temperature efficiency in the case where one stage of the water-cooled EGR cooler is provided in the EGR pipe and in the structure in which the two stages of the water-cooled EGR cooler of the present invention are provided. In FIG. 4, a curve I shows a case where one stage of the water-cooled EGR cooler is provided, and the cooler temperature efficiency rapidly decreases with the operation period.
On the other hand, when two stages of water-cooled EGR coolers are provided as in the present invention, a decrease in cooler temperature efficiency is greatly suppressed as shown by curves II and III. Curve II shows that the first water-cooled
曲線IIに示すように前段の第1の水冷式EGRクーラ3のパイプ6の内壁面にPM付着抑制コーティングを施さない場合は、パイプ6の内壁面へのPMの付着に伴い第1の水冷式クーラ3のクーラ温度効率が低下し、これに伴い全体のクーラ温度効率も低下する。
また、曲線IIIに示すようにパイプ6の内壁面にPM付着抑制コーティングを施した場合は、パイプ6の内壁面にPMが付着し難くクーラ温度効率の低下が抑制される。運転期間が長くなるに伴いPMが徐々にパイプ6の内壁面に付着してクーラ温度効率が低下する。パイプ6の内壁面に付着したPMは、エンジン停止後冷却水の温度が低下し、これに伴いパイプ6の温度が低下した際の収縮等により剥離される。この結果、段差部IIIaに示すようにクーラ温度効率が再び向上する。
As shown in curve II, when the PM adhesion suppression coating is not applied to the inner wall surface of the
Further, when the PM adhesion suppression coating is applied to the inner wall surface of the
このようにして段差部IIIa、IIIbに示すように付着したPMの剥離が促進されて長期に亘りPM付着量を少なく抑えることが可能となり、前段の第1の冷却水EGRクーラ3の温度効率の低下が抑制される。このように、EGRガス通路2におけるEGRガス冷却部1を水冷2段クーラ構造とすることで、クーラ温度効率の劣化抑制効果を得ることが可能となる。
In this way, the separation of the adhering PM is promoted as shown in the stepped portions IIIa and IIIb, and the amount of PM adhering can be reduced for a long period of time, and the temperature efficiency of the first cooling
また、第1の水冷式EGRクーラ3、第2の水冷式EGRクーラ4の温度効率が安定して劣化によりサチュレートする温度効率(約70〜60%)と初期温度効率(約90%)がかけ離れていないために、サチュレートした高効率を維持したい場合などに、初期効率が高すぎてEGR冷却水が沸騰する症状を緩和することができる。
尚、上記実施形態では、後段の第2の水冷式EGRクーラ4に多段積層型のプレートフィン式クーラを使用した場合について記述したが、これに限るものではなく、前段の第1の水冷式EGRクーラ3と同様に多管式クーラを使用してもよい。
In addition, the temperature efficiency (about 70 to 60%) in which the temperature efficiency of the first water-cooled
In the above-described embodiment, the case where a multi-stage laminated plate fin type cooler is used for the second water-cooled
更に、第2の水冷式EGRクーラ4のEGRガス通路14の内壁面及びフィン16の表面にもPM付着抑制コーティング処理を施してもよい。
Further, the PM adhesion suppression coating treatment may be applied to the inner wall surface of the
1 EGRガス冷却部
2 EGRパイプ
3 第1の水冷式EGRクーラ
4 第2の水冷式EGRクーラ
5、11 ケース
6 パイプ(EGRガス通路)
7 隔壁
8 冷却水通路
12 平板
13 冷却水通路
14 EGRガス通路
15 コア(熱交換器)
16 フィン
17、18、19 冷却水パイプ
DESCRIPTION OF
7
16
Claims (3)
前記EGR通路の排気流れ上流側に介挿された第1の水冷式EGRクーラと、
前記第1の水冷式EGRクーラの下流のEGR通路に介装された第2の水冷式EGRクーラと
を備えたことを特徴とするEGR装置。 An EGR passage connecting the exhaust passage and the intake passage of the engine;
A first water-cooled EGR cooler inserted upstream of the exhaust flow in the EGR passage;
An EGR apparatus comprising: a second water-cooled EGR cooler interposed in an EGR passage downstream of the first water-cooled EGR cooler.
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