JP2007224786A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却装置の大型化を招くことがなく、かつEGR率を増加させてもNOx低減効果が損なわれることのない排気ガス再循環装置の提供。
【解決手段】エンジン1の排気マニホールド41に接続される排気ライン4と、エンジン1の吸気マニホールド31に接続される吸気ライン3と、排気ライン4及び吸気ライン3を短絡するEGRライン7とを備え、排気ライン4から排出される排気ガスの一部を、EGRライン7を介して吸気ライン3に供給してエンジン1に再循環させる排気ガス再循環装置は、吸気ライン3におけるEGRライン7の接続位置の下流側に、耐腐食性部材で構成された熱交換器82を備えた液冷式冷却手段8が設けられている。
【選択図】図1
Description
本発明は、エンジンの排気マニホールドに接続される排気ラインと、前記エンジンの吸気マニホールドに接続される吸気ラインと、前記排気ライン及び前記吸気ラインを短絡するEGRラインとを備え、前記排気ラインから排出される排気ガスの一部を、前記EGRラインを介して前記吸気ラインに供給してエンジンに再循環させる排気ガス再循環装置に関する。
従来、ディーゼルエンジンの燃焼温度を下げてNOxの発生を抑制するために、エンジンから排出される排気ガスの一部を、吸気ラインに供給する排気ガス再循環装置、いわゆるEGR(Exhaust-Gas Recirculation)システムが知られている。
このEGRシステムは、エンジンの排気マニホールドに接続される排気ライン、及び吸気マニホールドに接続される吸気ラインをEGRラインで接続し、エンジンから排出された排気ガスの一部を、EGRラインを介して吸気ラインに供給し、吸気ラインに供給された空気と混合して吸気マニホールドからエンジンに供給している。
このEGRシステムは、エンジンの排気マニホールドに接続される排気ライン、及び吸気マニホールドに接続される吸気ラインをEGRラインで接続し、エンジンから排出された排気ガスの一部を、EGRラインを介して吸気ラインに供給し、吸気ラインに供給された空気と混合して吸気マニホールドからエンジンに供給している。
ここで、このようなEGRシステムにおけるNOx低減効果は、吸気マニホールドに供給される混合気の温度によって左右され、混合気の温度が高いとNOx低減効果が十分に得られない。
このため、EGRラインにEGRクーラを設け、排気ガスをこのEGRクーラで冷却した後、吸気ラインから供給される空気と混合し、吸気マニホールドに供給する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このため、EGRラインにEGRクーラを設け、排気ガスをこのEGRクーラで冷却した後、吸気ラインから供給される空気と混合し、吸気マニホールドに供給する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、近年、NOxに対する規制がさらに厳しくなっているため、より多くの排気ガスを吸気側に戻して(EGR率を高くすることにより)NOx低減効果を向上させる必要がある。
EGR率を高めるということは、排気ガスの量が増し、吸気マニホールドに供給される混合気の温度が高くなってしまうということであり、これを前記特許文献1に記載の技術で解決しようとすれば、EGRクーラの能力を大幅に向上させる必要があり、EGRクーラの大型化を招くという問題がある。
EGR率を高めるということは、排気ガスの量が増し、吸気マニホールドに供給される混合気の温度が高くなってしまうということであり、これを前記特許文献1に記載の技術で解決しようとすれば、EGRクーラの能力を大幅に向上させる必要があり、EGRクーラの大型化を招くという問題がある。
一方、吸気ラインには通常空冷式のアフタークーラが設けられているので、吸気ラインから供給される空気を、EGRガスと混合した後、空冷式アフタークーラによって冷却することで吸気マニホールドに供給される混合気を一気に冷却することが考えられる。
しかしながら、空冷式アフタークーラは軽量化を図るべく、一般にアルミ等の材料から構成されているため、EGRガスに含まれる硫黄分によって腐食する可能性が高く、混合気を空冷式アフタークーラで冷却することはできない。
しかしながら、空冷式アフタークーラは軽量化を図るべく、一般にアルミ等の材料から構成されているため、EGRガスに含まれる硫黄分によって腐食する可能性が高く、混合気を空冷式アフタークーラで冷却することはできない。
本発明の目的は、冷却装置の大型化を招くことがなく、かつEGR率を増加させてもNOx低減効果が損なわれることのない排気ガス再循環装置を提供することにある。
第1発明に係る排気ガス再循環装置は、
エンジンの排気マニホールドに接続される排気ラインと、前記エンジンの吸気マニホールドに接続される吸気ラインと、前記排気ライン及び前記吸気ラインを短絡するEGRラインとを備え、
前記排気ラインから排出される排気ガスの一部を、前記EGRラインを介して前記吸気ラインに供給してエンジンに再循環させる排気ガス再循環装置であって、
前記吸気ラインにおける前記EGRラインの接続位置の下流側に、耐腐食性部材で構成された液冷式の熱交換器が設けられていることを特徴とする。
ここで、液冷式の熱交換器を構成する耐腐食性部材とは、排気ガス中に含まれる硫黄分を含む凝集水によって腐食しない部材であればよく、例えば、ステンレス材、鋼材外表面にクロムめっき等の表面処理を行った部材を採用することができる。
エンジンの排気マニホールドに接続される排気ラインと、前記エンジンの吸気マニホールドに接続される吸気ラインと、前記排気ライン及び前記吸気ラインを短絡するEGRラインとを備え、
前記排気ラインから排出される排気ガスの一部を、前記EGRラインを介して前記吸気ラインに供給してエンジンに再循環させる排気ガス再循環装置であって、
前記吸気ラインにおける前記EGRラインの接続位置の下流側に、耐腐食性部材で構成された液冷式の熱交換器が設けられていることを特徴とする。
ここで、液冷式の熱交換器を構成する耐腐食性部材とは、排気ガス中に含まれる硫黄分を含む凝集水によって腐食しない部材であればよく、例えば、ステンレス材、鋼材外表面にクロムめっき等の表面処理を行った部材を採用することができる。
第2発明に係る排気ガス再循環装置は、第1発明において、
前記EGRラインには、前記排気ラインからの排気ガスを冷却するEGR冷却手段が設けられていることを特徴とする。
第3発明に係る排気ガス再循環装置は、第1発明又は第2発明において、
前記液冷式の熱交換器は、前記エンジン冷却用の冷媒循環ラインと接続されていることを特徴とする。
前記EGRラインには、前記排気ラインからの排気ガスを冷却するEGR冷却手段が設けられていることを特徴とする。
第3発明に係る排気ガス再循環装置は、第1発明又は第2発明において、
前記液冷式の熱交換器は、前記エンジン冷却用の冷媒循環ラインと接続されていることを特徴とする。
第4発明に係る排気ガス再循環装置は、第1発明又は第2発明において、
前記液冷式の熱交換器には、冷却用冷媒の熱を外部に放出する放熱器が当該熱交換器及び前記放熱器の間で冷媒の授受を行う冷媒循環ラインを介して接続され、
前記冷媒循環ラインには、循環ポンプが設けられていることを特徴とする。
第5発明に係る排気ガス再循環装置は、第1発明乃至第4発明のいずれかにおいて、
前記吸気ラインには、過給機が設けられ、
前記EGRラインは、前記吸気ラインにおける前記過給機よりも下流側に接続されていることを特徴とする。
前記液冷式の熱交換器には、冷却用冷媒の熱を外部に放出する放熱器が当該熱交換器及び前記放熱器の間で冷媒の授受を行う冷媒循環ラインを介して接続され、
前記冷媒循環ラインには、循環ポンプが設けられていることを特徴とする。
第5発明に係る排気ガス再循環装置は、第1発明乃至第4発明のいずれかにおいて、
前記吸気ラインには、過給機が設けられ、
前記EGRラインは、前記吸気ラインにおける前記過給機よりも下流側に接続されていることを特徴とする。
第1発明によれば、吸気ラインにおけるEGRラインの接続位置の下流側に液冷式冷却手段が設けられていることにより、吸気ラインからの空気とEGRラインからのEGRガスの混合気を液冷式の熱交換器で効率的に冷却することができるので、EGRライン中のEGRクーラを大型化することなく、NOx低減効果を損なうことなく、EGR率を増加させることができる。
また、液冷式の熱交換器が耐腐食性部材で構成されることにより、混合気を液冷式冷却手段によって直接冷却しても、冷却手段自身が腐食することがない。
また、液冷式の熱交換器が耐腐食性部材で構成されることにより、混合気を液冷式冷却手段によって直接冷却しても、冷却手段自身が腐食することがない。
第2発明によれば、EGRラインにEGR冷却手段が設けられることにより、EGRガスを強制的に冷却して吸気ラインに供給することができるので、液冷式冷却手段と相俟って吸気マニホールドに供給される混合気の温度を下げて、NOx低減効果を維持しつつ、EGR率を一層向上させることができる。
第3発明によれば、液冷式の熱交換器がエンジン冷却用の冷媒循環ラインと接続されることにより、エンジンの冷却と同時に吸気マニホールドへの混合気の冷却を実現することができるので、装置の大型化を招くことがない。
第3発明によれば、液冷式の熱交換器がエンジン冷却用の冷媒循環ラインと接続されることにより、エンジンの冷却と同時に吸気マニホールドへの混合気の冷却を実現することができるので、装置の大型化を招くことがない。
第4発明によれば、液冷式の熱交換器内を流れる冷媒がエンジンのラジエータとは独立して設けられた放熱器によって冷却されることとなるので、エンジンを冷却することによる冷媒の温度上昇の影響を受けることなく、混合気の冷却を行うことができ、液冷式の熱交換器による冷却効率の向上を図ることができる。
第5発明によれば、EGRラインが吸気ラインに設けられた過給機よりも下流側に接続されることにより、過給機によって空気を強制的に吸気マニホールドに供給することができるので、EGRガスを増加しても、混合気の酸素を含む空気の供給量が減ることなく、エンジンにおける燃焼効率の低下を防止して、PM等の発生を抑制することができる。
第5発明によれば、EGRラインが吸気ラインに設けられた過給機よりも下流側に接続されることにより、過給機によって空気を強制的に吸気マニホールドに供給することができるので、EGRガスを増加しても、混合気の酸素を含む空気の供給量が減ることなく、エンジンにおける燃焼効率の低下を防止して、PM等の発生を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第1実施形態〕
■1.全体構成
図1には、本発明の第1実施形態に係るディーゼルエンジン(内燃機関)1のEGRシステムを示す概略図が示されている。
ディーゼルエンジン1は、直列4気筒のエンジン本体2と、燃焼室に吸気を供給する吸気ライン3と、燃焼室外部へ排気ガスを排出する排気ライン4と、ディーゼルエンジン1を冷却するためのエンジン冷却用冷媒循環ライン5とを備えて構成され、吸気ライン3の上流側及び排気ライン4の下流側には、これらを跨ぐように、排気タービン過給機6が設けられている。尚、図1では図示を略したが、これらの各機器は、オペレータの操作によって制御信号を出力するエンジンコントローラによって動作制御される。
〔第1実施形態〕
■1.全体構成
図1には、本発明の第1実施形態に係るディーゼルエンジン(内燃機関)1のEGRシステムを示す概略図が示されている。
ディーゼルエンジン1は、直列4気筒のエンジン本体2と、燃焼室に吸気を供給する吸気ライン3と、燃焼室外部へ排気ガスを排出する排気ライン4と、ディーゼルエンジン1を冷却するためのエンジン冷却用冷媒循環ライン5とを備えて構成され、吸気ライン3の上流側及び排気ライン4の下流側には、これらを跨ぐように、排気タービン過給機6が設けられている。尚、図1では図示を略したが、これらの各機器は、オペレータの操作によって制御信号を出力するエンジンコントローラによって動作制御される。
吸気ライン3とエンジン本体2との間には、吸気ライン3からの吸気がそれぞれの燃焼室に分配されるように吸気マニホールド31が取り付けられている。また、エンジン本体2と排気ライン4との間には、それぞれの燃焼室からの排気がまとめて排気ライン4に流入するように排気マニホールド41が取り付けられている。
エンジン冷却用冷媒循環ライン5は、図示を略したが、エンジン本体2内に収められたクランクシャフト(図示せず)等により駆動されるポンプ51、冷媒としての冷却水を循環させる配管ライン52、及びラジエータ53を備え、ポンプ51によって圧送された冷却水は、ディーゼルエンジン1のエンジン本体2、排気タービン過給機6、図示しないオイルクーラ等の冷却必要部位を冷却した後、エンジン冷却用冷媒循環ライン5に設けられたラジエータ53で、エンジン本体2のクランクシャフトにより回転駆動するファン54によって冷却作用が促進されるようになっている。
エンジン冷却用冷媒循環ライン5は、図示を略したが、エンジン本体2内に収められたクランクシャフト(図示せず)等により駆動されるポンプ51、冷媒としての冷却水を循環させる配管ライン52、及びラジエータ53を備え、ポンプ51によって圧送された冷却水は、ディーゼルエンジン1のエンジン本体2、排気タービン過給機6、図示しないオイルクーラ等の冷却必要部位を冷却した後、エンジン冷却用冷媒循環ライン5に設けられたラジエータ53で、エンジン本体2のクランクシャフトにより回転駆動するファン54によって冷却作用が促進されるようになっている。
排気タービン過給機6は、吸気ライン3の途中に設けられる圧縮機61と、排気ライン4の途中に設けられる排気タービン62とを備え、圧縮機61及び排気タービン62は、回転軸63によって連結されている。そして、排気ライン62から排気ガスが排出されると、排気タービン62が回転し、これに伴い、回転軸63を介して圧縮機61が回転し、これにより、吸気ライン3に供給される空気が圧縮されて吸気マニホールド31に供給され、エンジン本体2内に供給される空気が増加することにより、エンジンの出力が向上する。
■2.EGRライン7の構造
このようなエンジン1の構成において、吸気ライン3における排気タービン過給機6の下流側、及び排気ライン4における排気タービン過給機6の上流側は、EGRライン7によって短絡され、このEGRライン7には、ライン途中にEGRクーラ71及びEGRバルブ72が設けられている。
EGRクーラ71は、図2に示されるように、筒状のボディ711と、ボディ711の両側開口部を閉塞する一対のヘッダプレート712と、ボディ71内に配置されて両端がヘッダプレート712に溶接等で接合される複数の熱交換チューブ713と、各ヘッダプレート712を覆うようにヘッダプレート712の端縁に溶接等で接合される一対のヘッドピース714とを備えている。
このようなエンジン1の構成において、吸気ライン3における排気タービン過給機6の下流側、及び排気ライン4における排気タービン過給機6の上流側は、EGRライン7によって短絡され、このEGRライン7には、ライン途中にEGRクーラ71及びEGRバルブ72が設けられている。
EGRクーラ71は、図2に示されるように、筒状のボディ711と、ボディ711の両側開口部を閉塞する一対のヘッダプレート712と、ボディ71内に配置されて両端がヘッダプレート712に溶接等で接合される複数の熱交換チューブ713と、各ヘッダプレート712を覆うようにヘッダプレート712の端縁に溶接等で接合される一対のヘッドピース714とを備えている。
ボディ711の長手方向の一端側には、内部に冷却水を流入する冷却水入口711Aが、他端側には内部から冷却水を流出させる冷却水出口711Bが設けられている。これらの冷却水入出口711A、711Bは径方向に対向して位置している。
この冷却水入出711A、711Bには、図示しないエンジン側と連通させるための配管を取り付ける取付用フランジ711C、711Dが設けられている。冷却水としては、例えば、エンジン冷却用の冷却水を用いることができる。
また、ボディ711の中程の部分は、両端側に比較して小径とされた小径部711Eとなっており、一端側の冷却水入口711Aから流入した冷却水が小径部711Eにおいて熱交換チューブ713間の隙間に良好に入り込むようになっている。
この一端側において、冷却水入口711Aと径方向に対向した位置には、図示を略したが、内部に溜まっているエアを抜き出すエア抜き孔が形成されている。
この冷却水入出711A、711Bには、図示しないエンジン側と連通させるための配管を取り付ける取付用フランジ711C、711Dが設けられている。冷却水としては、例えば、エンジン冷却用の冷却水を用いることができる。
また、ボディ711の中程の部分は、両端側に比較して小径とされた小径部711Eとなっており、一端側の冷却水入口711Aから流入した冷却水が小径部711Eにおいて熱交換チューブ713間の隙間に良好に入り込むようになっている。
この一端側において、冷却水入口711Aと径方向に対向した位置には、図示を略したが、内部に溜まっているエアを抜き出すエア抜き孔が形成されている。
ヘッダプレート712の円形の取付面712Aには多数の丸孔712Bが穿設されており、これらの丸孔712Bに熱交換チューブ713が嵌め込まれ、丸孔712Bの周縁と熱交換チューブ713の端部とがレーザ溶接等で接合される。
ヘッダプレート712の外周側には、ボディ711端部の内周面に当接される当接フランジが周方向に連続して設けられ、ヘッダプレート712は、このフランジ部分でレーザ溶接又はTig溶接によってボディ711に接合固定されている。
ヘッダプレート712の外周側には、ボディ711端部の内周面に当接される当接フランジが周方向に連続して設けられ、ヘッダプレート712は、このフランジ部分でレーザ溶接又はTig溶接によってボディ711に接合固定されている。
熱交換チューブ713は、内部に排気ガスを流すことで、この排気ガスと冷却水との間で熱交換を行うものであり、本実施形態ではストレート状の丸チューブによって構成されている。
ヘッドピース714は、ボディ711の一端側すなわち冷却水入口711Aが設けられた側において、排気ガスを各熱交換チューブ713に分配する入口側ガス室INを形成し、他端側すなわち冷却水出口711Bが設けられた側において、排気ガスを集合させる出口側ガス室OUTを形成している。
ヘッドピース714は、ボディ711の一端側すなわち冷却水入口711Aが設けられた側において、排気ガスを各熱交換チューブ713に分配する入口側ガス室INを形成し、他端側すなわち冷却水出口711Bが設けられた側において、排気ガスを集合させる出口側ガス室OUTを形成している。
このヘッドピース714のボディ711との接合部分とは反対側の部分には、入口側ガス室INを構成する部分において、EGRライン7の排気側からの配管部材が取り付けられる取付用フランジ715が設けられ、出口側ガス室OUTを構成する部分において、吸気側への配管部材が取り付けられる取付用フランジ716が設けられている。
これら取付用フランジ715、716には、略中央に孔715A、716Aが形成されており、EGRライン7を流れる排気ガスは、入口側ガス室INにおける孔715AからEGRクーラ71に供給され、内部で熱交換が行われて冷却された後、出口側ガス室OUTにおける孔716Aから排出され、吸気ライン3に供給される。
これら取付用フランジ715、716には、略中央に孔715A、716Aが形成されており、EGRライン7を流れる排気ガスは、入口側ガス室INにおける孔715AからEGRクーラ71に供給され、内部で熱交換が行われて冷却された後、出口側ガス室OUTにおける孔716Aから排出され、吸気ライン3に供給される。
EGRクーラ71の下流側には、EGRバルブ72が設けられている。このEGRバルブ72は、前述したコントローラからの電気信号により開閉する電磁バルブとして構成される。この際、EGRライン7からの排気ガスは、吸気ライン3との接続部に設けられた絞り32から吸い出されるようにして戻され、吸気ライン3に供給される空気と混合される。
■3.液冷式冷却装置8の構造
前述した吸気ライン3に接続される吸気マニホールド31には、エンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5とは別に独立して液冷式冷却装置8が設けられている。この液冷式冷却装置8は、ラジエータ81、熱交換器82、配管ライン83、及びポンプ84を備えた冷却装置である。
ラジエータ81は、エンジン1を冷却するエンジン冷却用冷媒循環ライン5を構成するラジエータ53と略同様の構造を有し、ラジエータ53の前方に配置され、ファン54によって冷却が促進される。
前述した吸気ライン3に接続される吸気マニホールド31には、エンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5とは別に独立して液冷式冷却装置8が設けられている。この液冷式冷却装置8は、ラジエータ81、熱交換器82、配管ライン83、及びポンプ84を備えた冷却装置である。
ラジエータ81は、エンジン1を冷却するエンジン冷却用冷媒循環ライン5を構成するラジエータ53と略同様の構造を有し、ラジエータ53の前方に配置され、ファン54によって冷却が促進される。
熱交換器82は、吸気ライン3と吸気マニホールド31の間に設けられ、吸気マニホールド31内部に配置され、吸気マニホールド31に供給される混合気を冷却する。具体的には、図3に示されるように、この熱交換器81は、冷却水を流す複数のパイプ部材821と、複数の板状体から構成され、板状体に各パイプ部材821を挿通するための孔が複数形成された複数のフィン部材822とから構成されている。パイプ部材821及びフィン部材822は、SUS304等の耐腐食性の材料から構成され、パイプ部材821及びフィン部材822の間はTig溶接等によって接合されている。尚、この熱交換器82の長さは、エンジン本体2の一方の端部に配置される気筒の端部から他方の端部に配置される気筒の端部に亘る長さと略同じとなるのが好ましい。
パイプ部材821に冷却水が循環されると、パイプ部材821及び複数のフィン部材822が冷却される。この状態で吸気ライン3から混合気が供給されると、混合気は、各フィン部材822間に形成された隙間部分に供給され、ここで、フィン部材822との間で熱交換が行われ、冷却された後、吸気マニホールドに供給される。
パイプ部材821に冷却水が循環されると、パイプ部材821及び複数のフィン部材822が冷却される。この状態で吸気ライン3から混合気が供給されると、混合気は、各フィン部材822間に形成された隙間部分に供給され、ここで、フィン部材822との間で熱交換が行われ、冷却された後、吸気マニホールドに供給される。
冷媒循環ラインとしての配管ライン83は、ラジエータ81及び熱交換器82間を2ラインで連絡し、一方のライン83により、熱交換器82で熱交換により暖められた冷却水をラジエータ81に供給し、他方のライン83によりラジエータ81で冷却された冷却水を再び熱交換器82に供給する。
冷媒循環ポンプとしてのポンプ84は、2ラインからなる配管ライン83の途中に設けられ、配管ライン83内の冷却水を、ラジエータ81及び熱交換器82間で強制的に循環させるために設けられている。
ポンプ84から吐出された冷却水は、熱交換器82に供給され、パイプ部材821の内部を流れつつ、フィンを介して外部との熱交換を行い暖められた後、ラジエータ81に供給され、冷却されて再びポンプ84の吸込側に供給される。
冷媒循環ポンプとしてのポンプ84は、2ラインからなる配管ライン83の途中に設けられ、配管ライン83内の冷却水を、ラジエータ81及び熱交換器82間で強制的に循環させるために設けられている。
ポンプ84から吐出された冷却水は、熱交換器82に供給され、パイプ部材821の内部を流れつつ、フィンを介して外部との熱交換を行い暖められた後、ラジエータ81に供給され、冷却されて再びポンプ84の吸込側に供給される。
■4.実施形態の作用及び効果
次に、前述した構造のディーゼルエンジン1のEGRシステムの作用について説明する。
ディーゼルエンジン1の駆動中、排気マニホールド41から排出された排気ガスによって、排気タービン過給機6の排気タービン62が排気ガスによって回転し、これに伴い回転軸63を介して圧縮機61が回転し、エアクリーナから入り込む空気が圧縮されて吸気ライン3に供給される。
一方、排気マニホールド41から排出された排気ガスの一部は、EGRバルブ72が開の状態において、EGRライン7からEGRクーラ71に供給され、EGRクーラ71によって冷却された後、吸気ライン3に設けられた絞り32の部分で、エアクリーナから供給される空気と混合される。
次に、前述した構造のディーゼルエンジン1のEGRシステムの作用について説明する。
ディーゼルエンジン1の駆動中、排気マニホールド41から排出された排気ガスによって、排気タービン過給機6の排気タービン62が排気ガスによって回転し、これに伴い回転軸63を介して圧縮機61が回転し、エアクリーナから入り込む空気が圧縮されて吸気ライン3に供給される。
一方、排気マニホールド41から排出された排気ガスの一部は、EGRバルブ72が開の状態において、EGRライン7からEGRクーラ71に供給され、EGRクーラ71によって冷却された後、吸気ライン3に設けられた絞り32の部分で、エアクリーナから供給される空気と混合される。
混合気は、さらに、熱交換器82の複数のフィン822の隙間部分に供給され、各フィン822との間で熱交換され、冷却された後、吸気マニホールド31からディーゼルエンジン1の燃焼室で燃焼される。
従って、液冷式冷却装置8の熱交換器82がSUS304等の耐腐食性の材料で構成されることにより、排気ガスに由来する硫黄分が熱交換器82に供給されても、腐食することがなく、ディーゼルエンジン1の燃焼室に供給される混合気の温度を十分に低下させた状態で燃焼させることが可能となり、NOx低減効果を損なうことなく、EGR率を増加させることが可能となる。
従って、液冷式冷却装置8の熱交換器82がSUS304等の耐腐食性の材料で構成されることにより、排気ガスに由来する硫黄分が熱交換器82に供給されても、腐食することがなく、ディーゼルエンジン1の燃焼室に供給される混合気の温度を十分に低下させた状態で燃焼させることが可能となり、NOx低減効果を損なうことなく、EGR率を増加させることが可能となる。
また、液冷式冷却装置8として、ディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5とは独立した冷却水の循環構成を採用することにより、冷却効率のコントロールを自由に行って効率的に混合気の冷却を行うことができるうえ、EGRクーラ71の大きさも必要以上に大きくしなくて済む。
さらに、液冷式冷却装置8が冷媒として水等の液体を採用していることにより、ディーゼルエンジン1を停止した際、熱交換器82内に混合気が残留しても、パイプ部材821中に、空冷式の冷媒である空気よりも熱容量の大きな冷却水が残存しているので、混合気が直ちに結露して硫黄分を含む腐食水となることがなく、熱交換器82の耐久性を一層向上させることができる。
さらに、液冷式冷却装置8が冷媒として水等の液体を採用していることにより、ディーゼルエンジン1を停止した際、熱交換器82内に混合気が残留しても、パイプ部材821中に、空冷式の冷媒である空気よりも熱容量の大きな冷却水が残存しているので、混合気が直ちに結露して硫黄分を含む腐食水となることがなく、熱交換器82の耐久性を一層向上させることができる。
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態について説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前述の第1実施形態では、液冷式冷却装置8は、ディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5とは独立した冷却水の循環構成を採用していた。
これに対して、第2実施形態に係る液冷式冷却装置18は、図4に示されるように、ディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5の冷却水を循環させる配管ライン52の一部に分岐配管ライン182を設け、熱交換器181にポンプ183により冷却水を供給するようにしている点が相違する。
本実施形態では、エンジン冷却用冷媒循環ライン5の冷却水の一部を熱交換器181に供給するように構成しているため、分岐配管ライン182の管径及びポンプ183の容量は、エンジン冷却用冷媒循環ライン5を構成する配管ライン52の管径及びポンプ51の容量よりも小さなものとされる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。尚、以下の説明では、既に説明した部分と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前述の第1実施形態では、液冷式冷却装置8は、ディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5とは独立した冷却水の循環構成を採用していた。
これに対して、第2実施形態に係る液冷式冷却装置18は、図4に示されるように、ディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5の冷却水を循環させる配管ライン52の一部に分岐配管ライン182を設け、熱交換器181にポンプ183により冷却水を供給するようにしている点が相違する。
本実施形態では、エンジン冷却用冷媒循環ライン5の冷却水の一部を熱交換器181に供給するように構成しているため、分岐配管ライン182の管径及びポンプ183の容量は、エンジン冷却用冷媒循環ライン5を構成する配管ライン52の管径及びポンプ51の容量よりも小さなものとされる。
また、前述の第1実施形態では、液冷式冷却装置8を構成する熱交換器81は、フィンアンドチューブ方式のものを採用していた。
これに対して、第2実施形態に係る液冷式冷却装置18を構成する熱交換器181は、図5に示されるように、フィンアンドプレート方式のものを採用している点が相違する。
すなわち、熱交換器181は、延出方向が揃えられた複数のリブから構成される冷却水供給部181Aと、この冷却水供給部181Aのリブの延出方向とは直交する方向に複数のリブが延出形成されたガス供給部181Bとを備えて構成され、冷却水供給部181A及びガス供給部181Bを交互に積層配置して構成される。
そして、冷却水供給部181A及びガス供給部181Bの間は、伝熱プレート181Cによって区画され、冷却水供給部181Aを流れる冷却水と、ガス供給部181Bを流れるEGRガスは、この伝熱プレート181Cを介して熱交換が行われる。尚、冷却水供給部181A、ガス供給部181B、及び伝熱プレート181Cの材質は、第1実施形態と同様に、SUS304等の耐腐食性のものとされ、溶接等により接合されて一体化されている。
これに対して、第2実施形態に係る液冷式冷却装置18を構成する熱交換器181は、図5に示されるように、フィンアンドプレート方式のものを採用している点が相違する。
すなわち、熱交換器181は、延出方向が揃えられた複数のリブから構成される冷却水供給部181Aと、この冷却水供給部181Aのリブの延出方向とは直交する方向に複数のリブが延出形成されたガス供給部181Bとを備えて構成され、冷却水供給部181A及びガス供給部181Bを交互に積層配置して構成される。
そして、冷却水供給部181A及びガス供給部181Bの間は、伝熱プレート181Cによって区画され、冷却水供給部181Aを流れる冷却水と、ガス供給部181Bを流れるEGRガスは、この伝熱プレート181Cを介して熱交換が行われる。尚、冷却水供給部181A、ガス供給部181B、及び伝熱プレート181Cの材質は、第1実施形態と同様に、SUS304等の耐腐食性のものとされ、溶接等により接合されて一体化されている。
このような第2実施形態によれば、第1実施形態で述べた基本的な効果に加え、相違点を有するが故に、次のような特有の効果がある。
すなわち、液冷式冷却装置18が、ディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5の配管ライン52から分岐配管ライン182を分岐させて熱交換器181に冷却水を供給するように構成されているので、液冷式冷却装置18の放熱器をディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5のラジエータ51と兼用させることができ、車体に設けられ、隔壁により略密閉されたたディーゼルエンジン1の収納空間内で液冷式冷却装置18が必要以上に大型化しない。
また、熱交換器181としてフィンアンドプレート方式のものを採用することにより、伝熱プレート181C全体を介して冷却水とEGRガス間の熱交換を行うことができるため、効率的に熱交換を行って冷却効率を向上させることができる。
すなわち、液冷式冷却装置18が、ディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5の配管ライン52から分岐配管ライン182を分岐させて熱交換器181に冷却水を供給するように構成されているので、液冷式冷却装置18の放熱器をディーゼルエンジン1のエンジン冷却用冷媒循環ライン5のラジエータ51と兼用させることができ、車体に設けられ、隔壁により略密閉されたたディーゼルエンジン1の収納空間内で液冷式冷却装置18が必要以上に大型化しない。
また、熱交換器181としてフィンアンドプレート方式のものを採用することにより、伝熱プレート181C全体を介して冷却水とEGRガス間の熱交換を行うことができるため、効率的に熱交換を行って冷却効率を向上させることができる。
〔第3実施形態〕
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
前述した第1実施形態では、ディーゼルエンジン1には、排気タービン過給機6が1機装着されていた。
これに対して、第3実施形態では、図6に示されるように、ディーゼルエンジン1に排気タービン過給機6が2機搭載されたツインターボ式とされている点が相違する。
また、吸気ライン3側には、2機の排気タービン過給機6の間に空冷式のATAAC(Air To Air After Cooler)33が設けられている点が相違する。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
前述した第1実施形態では、ディーゼルエンジン1には、排気タービン過給機6が1機装着されていた。
これに対して、第3実施形態では、図6に示されるように、ディーゼルエンジン1に排気タービン過給機6が2機搭載されたツインターボ式とされている点が相違する。
また、吸気ライン3側には、2機の排気タービン過給機6の間に空冷式のATAAC(Air To Air After Cooler)33が設けられている点が相違する。
このような第3実施形態によれば、第1実施形態で述べた基本的な効果に加えて、2機の排気タービン過給機6によって、吸気マニホールド31に供給される圧縮率の増加による燃焼率の向上を図ることができる上、2機の排気タービン過給機6間に設けられるATAAC33による吸気ライン3の冷却促進を図ることができるため、吸気マニホールド31に供給される混合気の温度を一層低くすることができ、NOx低減効果を損なうことなく、EGR率を確実に増加することができる。
〔第4実施形態〕
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
前述の第1実施形態では、EGRライン7には、該EGRライン7を排気ライン4側から吸気ライン3側に流通するEGRガスを冷却するためのEGRクーラ71が設けられていた。
これに対して、第4実施形態では、図7に示されるように、EGRライン7にEGRクーラが設けられていない点が相違する。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。
前述の第1実施形態では、EGRライン7には、該EGRライン7を排気ライン4側から吸気ライン3側に流通するEGRガスを冷却するためのEGRクーラ71が設けられていた。
これに対して、第4実施形態では、図7に示されるように、EGRライン7にEGRクーラが設けられていない点が相違する。
すなわち、吸気ライン3から供給される空気と、EGRライン7から供給される排気ガスとの混合気は、吸気マニホールド31部分に設けられる熱交換器181によって冷却される。この熱交換器181としては、第2実施形態の図5に示されるフィンアンドプレート方式と同様の構造のものが採用されており、吸気マニホールド31内に供給される混合気との熱交換効率を第1実施形態の場合よりも向上させている。
このような第4実施形態によれば、第1実施形態で述べた基本的な効果に加え、EGRクーラ71を省略することができるので、EGRライン7の構造を簡素化することができ、EGRシステムの小型化を図ることができる。
このような第4実施形態によれば、第1実施形態で述べた基本的な効果に加え、EGRクーラ71を省略することができるので、EGRライン7の構造を簡素化することができ、EGRシステムの小型化を図ることができる。
〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
前述の第1実施形態及び第2実施形態では、液冷式冷却装置18を構成する熱交換器181は、ディーゼルエンジン1の吸気マニホールド31内部に内装されていた。
これに対して、第5実施形態では、図8に示されるように、液冷式冷却装置18Aを構成する熱交換器181Aが吸気ライン3の途中に装着されている点が相違する。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。
前述の第1実施形態及び第2実施形態では、液冷式冷却装置18を構成する熱交換器181は、ディーゼルエンジン1の吸気マニホールド31内部に内装されていた。
これに対して、第5実施形態では、図8に示されるように、液冷式冷却装置18Aを構成する熱交換器181Aが吸気ライン3の途中に装着されている点が相違する。
この熱交換器181Aは、EGRライン7から供給されるEGRガスと、吸気ライン3から供給される空気を混合する絞り32の下流側に設けられ、吸気ライン3を流れる混合気は、吸気ライン3中で冷却された後、吸気マニホールド31に供給される。尚、熱交換器181A自体は、第2実施形態と同様のSUS304等の材質から構成されるフィンアンドプレート方式と同様の構造を具備するものである。
このような第5実施形態によっても、第2実施形態で述べた基本的な効果に加え、熱交換器181Aを吸気マニホールド31と一体的に設ける必要がないので、熱交換器181Aの配置自由度が向上する。
このような第5実施形態によっても、第2実施形態で述べた基本的な効果に加え、熱交換器181Aを吸気マニホールド31と一体的に設ける必要がないので、熱交換器181Aの配置自由度が向上する。
〔実施形態の変形〕
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、次に示されるような変形をも含むものである。
前述した各実施形態では、熱交換器82、181、181Aは、耐腐食性の高いSUS304等の材質で構成されていたが、これに限らず、鋼材にクロムめっき等を施して耐腐食性を向上させた材料で熱交換器を製作してもよい。
また、前記各実施形態では、排気ライン4に特段の処理装置を明示していなかったが、排気ラインの後段、特に排気タービン過給機6の後段にDPF(Diesel Particulate Filter)等の処理装置を設け、排気ガス中のPM(Particulate Matter)を除去するようなシステムとしてもよい。
尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、次に示されるような変形をも含むものである。
前述した各実施形態では、熱交換器82、181、181Aは、耐腐食性の高いSUS304等の材質で構成されていたが、これに限らず、鋼材にクロムめっき等を施して耐腐食性を向上させた材料で熱交換器を製作してもよい。
また、前記各実施形態では、排気ライン4に特段の処理装置を明示していなかったが、排気ラインの後段、特に排気タービン過給機6の後段にDPF(Diesel Particulate Filter)等の処理装置を設け、排気ガス中のPM(Particulate Matter)を除去するようなシステムとしてもよい。
さらに、前記第1実施形態及び第3実施形態では、液冷式の熱交換器としてフィンアンドチューブ方式のものを採用していたが、これに限らず、これらの各実施形態において、フィンアンドプレート方式の熱交換器を採用してもよい。逆に第2実施形態第4実施形態では、液冷式の熱交換器としてフィンアンドプレート方式のものを採用していたが、これに限らず、これらの各実施形態においてフィンアンドチューブ方式の熱交換器を採用してもよい。
また、前記第2実施形態及び第5実施形態では、ポンプ84から吐出された冷却水は、エンジン本体2内に供給される前に配管ライン52から分岐した分岐配管ライン182を介して熱交換器81に供給されるようになっていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、ポンプから吐出された冷却水を熱交換器に供給して熱交換を行わせた後、エンジン本体に供給するような直列式の配管構造としてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
また、前記第2実施形態及び第5実施形態では、ポンプ84から吐出された冷却水は、エンジン本体2内に供給される前に配管ライン52から分岐した分岐配管ライン182を介して熱交換器81に供給されるようになっていたが、本発明はこれに限られない。すなわち、ポンプから吐出された冷却水を熱交換器に供給して熱交換を行わせた後、エンジン本体に供給するような直列式の配管構造としてもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
本発明は、ブルドーザや油圧ショベル等の建設機械に用いられるディーゼルエンジンのシステムに利用できる他、ダンプトラック等の運送車両に用いられるディーゼルエンジンのシステムにも利用することができる。
1…ディーゼルエンジン、3…吸気ライン、4…排気ライン、6…排気タービン過給機、7…EGRライン、31…吸気マニホールド、8、18、18A…液冷式冷却装置、41…排気マニホールド、71…EGRクーラ、82、181、181A…熱交換器、83、182…配管ライン、84、183…ポンプ
Claims (5)
- エンジンの排気マニホールドに接続される排気ラインと、前記エンジンの吸気マニホールドに接続される吸気ラインと、前記排気ライン及び前記吸気ラインを短絡するEGRラインとを備え、
前記排気ラインから排出される排気ガスの一部を、前記EGRラインを介して前記吸気ラインに供給してエンジンに再循環させる排気ガス再循環装置であって、
前記吸気ラインにおける前記EGRラインの接続位置の下流側に、耐腐食性部材で構成された液冷式の熱交換器が設けられていることを特徴とする排気ガス再循環装置。 - 請求項1に記載の排気ガス再循環装置において、
前記EGRラインには、前記排気ラインからの排気ガスを冷却するEGR冷却手段が設けられていることを特徴とする排気ガス再循環装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の排気ガス再循環装置において、
前記液冷式の熱交換器は、前記エンジン冷却用の冷媒循環ラインと接続されていることを特徴とする排気ガス再循環装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の排気ガス再循環装置において、
前記液冷式の熱交換器には、冷却用冷媒の熱を外部に放出する放熱器が当該熱交換器及び前記放熱器の間で冷媒の授受を行う冷媒循環ラインを介して接続され、
前記冷媒循環ラインには、循環ポンプが設けられていることを特徴とする排気ガス再循環装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の排気ガス再循環装置において、
前記吸気ラインには、過給機が設けられ、
前記EGRラインは、前記吸気ラインにおける前記過給機よりも下流側に接続されていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
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