JP2007092718A

JP2007092718A - Ｅｇｒクーラの冷却水回路

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Publication number: JP2007092718A
Application number: JP2005286372A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kizawa; 宏史木澤; Kazuo Furuhashi; 和夫古橋; Yasuo Okubo; 泰生大久保; Hideyuki Moriyama; 英行盛山
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP4571897B2

Abstract

【課題】安価で簡素な構成にてＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を確実に防止できるＥＧＲクーラの冷却水回路を提供すること。
【解決手段】冷却水回路２０では、エンジン冷却水が所定温度以下の場合、サーモスタット３０の主流入室３２側を遮断することにより、ＥＧＲクーラ１３に流入するエンジン冷却水を、感温室側分岐流路２８Ｄを通る僅かな流量として、ＥＧＲクーラ１３でのＥＧＲガスで容易に加熱できるようにした。このため、エンジン冷却水の温度が短時間で上昇し、ＥＧＲガスから凝縮水が生成されにくくなる。また、エンジン冷却水の温度が所定温度を超えると、サーモスタット３０での主流入室３２側を連通させるので、多量のエンジン冷却水がＥＧＲクーラ１３に流入するようになり、ＥＧＲガスを効果的に冷却できる。しかも、このような構成の冷却水回路２０では、従来のような高価な温度センサや冷却水調整弁を用いないから、構成が簡素で安価である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲクーラの冷却水回路に関する。

従来、排気ガスの一部を排気ガス再循環流路を通して給気側に再循環させることで、排気ガスを含んだ給気をエンジンに供給してＮＯｘの低減を図るようにしたＥＧＲ（外気ガス再循環）装置が知られている。また、このようなＥＧＲ装置には、給気側に再循環させる排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスと称する）を冷却するＥＧＲクーラが設けられることがある。

ＥＧＲクーラは一種の熱交換器であり、エンジン冷却水とＥＧＲガスとの間で熱交換が行われるように構成されている。そして、ＥＧＲクーラでは、エンジンの始動直後のようにエンジン冷却水が低温である場合、ＥＧＲガスのエンジン冷却水による冷却度合いが大きくなり、凝縮水が多く生じることがある。この凝縮水は、ＥＧＲクーラの内部やガス吐出付近に滞留すると腐食の原因となるため、好ましくない。

そこで、凝縮水の発生を抑制するための提案がなされている。この提案の一例として、エンジンとＥＧＲクーラとの間でエンジン冷却水を循環させる冷却水回路上に冷却水調整弁を設け、ＥＧＲクーラの冷却水吐出側に温度センサを設け、この温度センサによる検出結果に基づいて前記冷却水調整弁の開閉を制御するＥＧＲ制御装置を設けたものがある（例えば特許文献１）。

このＥＧＲ制御装置を用いた提案では、エンジン冷却水が所定温度以下の低温である場合、ＥＧＲ制御装置は冷却水調整弁を閉じるように制御し、冷却水エンジン側からＥＧＲクーラにエンジン冷却水が流れないようにして、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスの必要以上の温度低下を防止し、凝縮水の発生を抑制している。そして、エンジン冷却水が所定温度を越えた場合には、ＥＧＲ制御装置は冷却水調整弁を開くように制御し、ＥＧＲクーラによるＥＧＲガスの冷却が行われるようにする。

特開平１１−３５１０７３号公報

しかしながら、前記特許文献１の提案によれば、高精度の温度センサや、ＥＧＲ制御装置からの制御信号で動作するソレノイド式の冷却水調整弁など、複数の高価な部品が必要になるうえ、構成が複雑になるという問題がある。

本発明の目的は、安価で簡素な構成にてＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を確実に防止できるＥＧＲクーラの冷却水回路を提供することにある。

請求項１に係る発明は、エンジンの排気側と吸気側とを連通させて排気ガスの一部を再循環させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを備えたＥＧＲ装置における前記ＥＧＲクーラの冷却水回路において、前記ＥＧＲクーラの出口側冷却水流路を開閉するサーモスタットと、前記出口側冷却水流路での前記ＥＧＲクーラの冷却水室と前記サーモスタットとの間から分岐して前記サーモスタットの感温室に常時冷却水を流す感温室側分岐流路とを備え、前記サーモスタットには、前記感温室に流入する冷却水が所定温度以下の場合に前記出口側冷却水流路を遮断し、かつ所定温度を越えた場合に前記出口側冷却水流路を連通させる弁部材が設けられていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＥＧＲクーラの冷却水回路において、前記冷却水はエンジン冷却水であることを特徴とする。

以上において、請求項１の発明によれば、冷却水が所定温度以下の場合、サーモスタットでの弁部材によりＥＧＲクーラの出口側冷却水流路を遮断するため、ＥＧＲクーラに流入する冷却水は、感温室側分岐流路を通った僅かな流量となり、ＥＧＲクーラでのＥＧＲガスにより加熱されることとなる。従って、冷却水の温度が短時間で上昇し、ＥＧＲガスから凝縮水が生成されにくくなる。また、冷却水の温度が所定温度を超えると、サーモスタットでの弁部材により出口側冷却水流路を連通させるので、多量の冷却水がＥＧＲクーラに流入するようになり、ＥＧＲガスを効果的に冷却する。しかも、このような構成の冷却水回路では、従来のような高価な温度センサや冷却水調整弁を用いないから、構成が簡素で安価である。

請求項２の発明によれば、冷却水がエンジン冷却水であるから、本発明に係る冷却水回路をエンジンが搭載された車両等に容易に適用できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態に係る冷却水回路２０が採用されたエンジン１回りの構成が模式的に示されている。

エンジン１は、図示略のターボ過給機を備えた例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジンである。ターボ過給機のコンプレッサ側出口には給気管路２が接続され、給気管路２とエンジン１との間には給気を各気筒に分配する給気マニホールド３が設けられている。また、ターボ過給機のタービン側入口には排気管路４が接続され、この排気管路４とエンジン１との間には、各気筒からの排気ガスを集約して排気する排気マニホールド５が設けられている。また、本実施形態でのエンジン１には、排気ガスの一部をＥＧＲガス（矢印参照）として給気側に再循環させるＥＧＲ装置１０が設けられている。

ＥＧＲ装置１０は、排気管路４と給気管路２（無過給の場合には吸気管路となる）とを連通させるＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ通路１１の途中に設けられたＥＧＲバルブ１２と、ＥＧＲバルブ１２の下流側に設けられたＥＧＲクーラ１３と、エンジン１の回転速度および負荷（燃料噴射量）に応じてＥＧＲバルブ１２の開閉を制御する図示略のＥＧＲ制御装置とを備えている。ＥＧＲ装置１０が作動している状態では、ＥＧＲバルブ１２が開とされ、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１１内を通って排気側から給気側に再循環する。この際、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ１３を通過し、エンジン冷却水との間で熱交換を行う。

エンジン冷却水を循環させるための冷却水回路２０は、エンジン１の冷却水出口１Ａおよびラジエータ２１の冷却水入口２１Ａを連通させる吐出流路２２と、ラジエータ２１の冷却水出口２１Ｂおよびエンジン１の冷却水入口１Ｂを連通させる戻り流路２３と、各流路２２，２３を連通させるバイパス流路２４とを備えている。さらに、吐出流路２２において、バイパス流路２４の分岐部分には、公知の例えばワックス式の第１サーモスタット２５が設けられている。戻り流路２３において、バイパス流路２４の合流部分の下流側には、これも公知のウォータポンプ２６が設けられている。

ここで、第１サーモスタット２５は、エンジン１から吐出したエンジン冷却水が所定温度Ｔ１以下の低温の場合には、エンジン冷却水の流れをバイパス流路２４側に切り替え、所定温度Ｔ１を越えた場合にラジエータ２１側に切り替えるように機能する。この切り替えは、エンジン１が始動してからのエンジン冷却水を所定温度Ｔ１まで早期に上昇させるためであり、排気ガス中の白煙排出防止や、摩耗損失低減、シリンダブロック内での凝縮水の発生防止を目的としている。

加えて、本実施形態での冷却水回路２０は、ＥＧＲクーラ１３での熱交換用の回路でもあり、次の構成を備えている。すなわち、戻り流路２３において、ウォータポンプ２６の下流側には分岐部２３Ａが設けられ、この分岐部２３ＡとＥＧＲクーラ１３の冷却水入口１３Ａとがクーラ側分岐流路２７で連通している。また、吐出流路２２において、第１サーモスタット２５の上流には合流部２２Ａが設けられ、この合流部２２ＡとＥＧＲクーラ１３の冷却水室に設けられた冷却水出口１３Ｂとが出口側冷却水流路２８で連通している。従って、本実施形態では、前記吐出流路２２、戻り流路２３、クーラ側分岐流路２７、出口側冷却水流路２８を含んで、クーラ循環流路２９が形成されている。このクーラ循環流路２９を通してＥＧＲクーラ１３を通るエンジン冷却水が循環する。

この際、出口側冷却水流路２８は、上流側流路２８Ａと下流側流路２８Ｂとで構成され、さらに、上流側流路２８Ａが２つに分岐している。つまり、途中にオリフィス２８Ｃが設けられている感温室側分岐流路２８Ｄ、およびオリフィスが設けられていない主流路２８Ｅであり、感温室側分岐流路２８Ｄの方が主流路２８Ｅよりも流路抵抗が大きくなっている。そして、これらの上下流路２８Ａ，２８Ｂの間には、例えばワックス式の第２サーモスタット３０が設けられている。

この第２サーモスタット３０は、ＥＧＲクーラ１３での熱交換後のエンジン冷却水が感温室側分岐流路２８Ｄを通して流入する感温室３１と、主流路２８Ｅを通して流入する主流入室３２と、下流側流路２８Ｂと連通した吐出室３３とを備えている。感温室３１内には、流入したエンジン冷却水と接触する感温部３４が設けられている。感温部３４には、主流入室３２内に突出した円筒状のガイド部３５が設けられ、このガイド部３５内にはロッド３６が出没可能に配置され、ロッド３６の先端には吐出室３３内で移動する弁部材３７が固定されている。

つまり、ロッド３６は、感温部３４に接触したエンジン冷却水の温度に応じて出没するのであり、エンジン冷却水が所定温度Ｔ２以下の低温の場合には、弁部材３７を付勢する圧縮ばね３８により感温部３４側に戻され、閉じた状態とされる。この状態では、弁部材３７は主流入室３２と吐出室３３との仕切部分に設けられた弁座３７Ａに当接し、各室３２，３３の連通開口３７Ｂを閉じる（図中の１点鎖線）。一方、エンジン冷却水が所定温度Ｔ２を超えた場合、その温度に応じた感温部３４内のワックスの膨張による体積変化に伴ってロッド３６が突出するため、弁部材３７が圧縮ばね３８のばね力に抗して弁座３７Ａを離れ、連通開口３７Ｂを開放する（図中の実線）。この結果、主流入室３２と吐出室３３、ひいては第２サーモスタット３０の下流側とが連通する。

そして、感温室３１および吐出室３３は、連通流路３９を介して連通している。従って、主流入室３２と吐出室３３とが弁部材３７で塞がれているときでも、感温室３１は常時、吐出室３３、ひいては第２サーモスタット３０の下流側と連通しているのであり、吐出室３３には常に、ラジエータ２１の下流からＥＧＲクーラ１３側に分岐したエンジン冷却水（感温室側分岐流路２８Ｄを通るために流量は僅かである）が感温室３１を介して吐出室３３に流入し、出口側冷却水流路２８を通してエンジン１側の吐出流路２２に戻ることになる。

なお、第２サーモスタット３０での動作に係る所定温度Ｔ２とは、ＥＧＲクーラ１３に流入する僅かなエンジン冷却水が過剰に高くなるのを防止できるように設定された温度であり、第１サーモスタット２５での所定温度Ｔ１とは異なっていてよい。

以下には、エンジン冷却水の温度が低い場合の流れを図２に基づいて説明し、高い場合の流れを図３に基づいて説明する。

図２において、エンジン始動直後のようにエンジン冷却水が所定温度Ｔ１以下の場合には、第１サーモスタット２５により、第１サーモスタット２５からラジエータ２１側の吐出流路２２が遮断される（図中の点線）。このため、エンジン１から吐出したエンジン冷却水は、ラジエータ２１を通らずにバイパス流路２４を流れ、その大部分は戻り流路２３をそのまま流れてエンジン１に戻る。

また、エンジン冷却水が低温であり、所定温度Ｔ２以下である場合には、第２サーモスタット３０は閉じられているので、感温室側分岐流路２８Ｄを通してのみ流れるようになる。このため、ＥＧＲクーラ１３には出口側冷却水流路２８で規制される僅かな流量のエンジン冷却水が流入し、第２サーモスタットを通して吐出流路２２の合流部２２Ａに戻ることになる。従って、ＥＧＲクーラ１３には、低温のエンジン冷却水が大量に流入することはないため、ＥＧＲガスからクーラ側分岐流路２７、次いで出口側冷却水流路２８を流れるＥＧＲクーラ１３の冷媒である分岐されたエンジン冷却水に流入する冷却水単位流量当たりの熱流入が増えるため、適正な温度範囲内に短時間で上昇させることができて、ＥＧＲクーラ１３内ではＥＧＲガスからの凝縮水を生じにくくできる。しかも、この段階でＥＧＲクーラ１３に流入するエンジン冷却水は、ラジエータ２１を通らないため、その温度を効率よく上昇させることができる。

さらに、エンジン１が稼動し続け、エンジン冷却水の温度が上昇すると、ＥＧＲクーラ１３に流入する僅かなエンジン冷却水は、ＥＧＲガスによる加熱により一層高温となり、ＥＧＲクーラ１３や第２サーモスタット３０が悪影響を受ける可能性がある。しかし、本実施形態では、ＥＧＲクーラ１３での熱交換後のエンジン冷却水が所定温度Ｔ２を越えると、図３に示すように、第２サーモスタット３０が開放するから、エンジン冷却水が主流路２８Ｅを通して戻ることとなる。こうすることで、ＥＧＲクーラ１３から出口側冷却水流路２８からに流れるエンジン冷却水の流量が増し、ＥＧＲクーラ１３や第２サーモスタット３０を通るエンジン冷却水の温度が適正な温度範囲まで下がる。このため、それらＥＧＲクーラ１３や第２サーモスタット３０に対する影響をなくすことができるうえ、ＥＧＲクーラ１３内では、適正な温度でＥＧＲガスを確実に冷却できる。

図３において、エンジン１の連続稼動により、エンジン冷却水の温度が上昇し、所定温度Ｔ１を越えると、第１サーモスタット２５の切り替え動作により、バイパス流路２４側への流れが少なくなるか全く遮断され（図中の点線）、エンジン１から吐出したエンジン冷却水はラジエータ２１を通るように流れる。従って、ＥＧＲクーラ１３に流入するエンジン冷却水の温度が適正に維持され、引き続き適正な温度でＥＧＲガスを冷却することになる。なお、第１、第２サーモスタット２５，３０での所定温度Ｔ１，Ｔ２の設定によっては、第２サーモスタット３０が開放する以前に、第１サーモスタット２５での切り替えが生じるようにし、ラジエータ２１側にエンジン冷却水を流すことも可能である。

以上説明したように、本実施形態での冷却水回路２０中には、従来のような温度センサやソレノイド式の冷却水調整弁に相当するような高価な部品が用いられておらず、構成が簡素で安価であり、かつＥＧＲクーラ１３での凝縮水の発生を防止しつつも、ＥＧＲガスを確実に冷却できるのである。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、ターボ過給機付きのエンジン１について説明したが、エンジンとしてはターボ過給機等が設けられていない無過給タイプであってもよい。

また、前記実施形態では、エンジン冷却水を循環させるクーラ循環流路２９がラジエータ２１に向かう吐出流路２２や、ラジエータ２１からエンジン１に戻る戻り流路２３を含んで形成されていたが、ラジエータとは切り離して設けられた専用のクーラ循環流路を用いてもよい。

そして、前記実施形態では、感温室側分岐流路２８Ｄの流路抵抗を大きくするためにオリフィス２８Ｃが用いられていたが、例えば、主流路２８Ｅに対して感温室側分岐流路２８Ｄの流路径を大幅に小さくする等して流路抵抗大きくしてもよい。

さらに、前記実施形態では、ＥＧＲクーラ１３をエンジン冷却水で冷却していたが、本発明を定置式の発電装置等に適用する場合などには、冷却水をクーリングタワーや水道水等の外部冷却水源から導いてもよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明は、ターボ過給機の有無に関わらず、ＥＧＲ装置付きのエンジンの冷却水回路として適用でき、そのようなエンジンを搭載した建設機械、輸送用トラック、工事用ダンプトラック、自家用車、発電装置等に利用できる。

本発明の一実施形態に係る冷却水回路が採用されたエンジン回りの構成を示す模式図。エンジン冷却水が所定温度以下の場合を説明するための模式図。エンジン冷却水が所定温度を超えた場合を説明するための模式図。

符号の説明

１…エンジン、１０…ＥＧＲ装置、１１…ＥＧＲ通路、１３…ＥＧＲクーラ、２０…冷却水回路、２８…出口側冷却水流路、２８Ｄ…感温室側分岐流路、２８Ｅ…主流路、２９…クーラ循環流路、３０…サーモスタットである第２サーモスタット、３１…感温室、３２…主流入室、３７…弁部材、３９…連通流路。

Claims

エンジンの排気側と吸気側とを連通させて排気ガスの一部を再循環させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを備えたＥＧＲ装置における前記ＥＧＲクーラの冷却水回路において、
前記ＥＧＲクーラの出口側冷却水流路を開閉するサーモスタットと、
前記出口側冷却水流路での前記ＥＧＲクーラの冷却水室と前記サーモスタットとの間から分岐して前記サーモスタットの感温室に常時冷却水を流す感温室側分岐流路とを備え、前記サーモスタットには、前記感温室に流入する冷却水が所定温度以下の場合に前記出口側冷却水流路を遮断し、かつ所定温度を越えた場合に前記出口側冷却水流路を連通させる弁部材が設けられている
ことを特徴とするＥＧＲクーラの冷却水回路。
請求項１に記載のＥＧＲクーラの冷却水回路において、
前記冷却水はエンジン冷却水である
ことを特徴とするＥＧＲクーラの冷却水回路。