JP2008274826A

JP2008274826A - エンジンのｅｇｒ装置

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Publication number: JP2008274826A
Application number: JP2007118232A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sekiyama; 惠夫関山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2007-04-27
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2008-11-13
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: JP4915275B2

Abstract

【課題】冷却水をＥＧＲクーラに圧送するＥＧＲ冷却水ポンプが故障しても、エンジン性能を大幅に悪化させることなくエンジンを作動させる。
【解決手段】ラジエータ２の冷却水出口２ａとエンジン１とを接続するエンジン冷却水供給水路３にエンジン冷却水ポンプ４を設け、ラジエータ２の冷却水出口２ａとＥＧＲクーラ１１とを接続するＥＧＲ冷却水路１２にＥＧＲ冷却水ポンプ１３を設けたＥＧＲ装置において、エンジン冷却水ポンプ４とエンジン１との間のエンジン冷却水供給水路３と、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３とＥＧＲクーラ１１との間のＥＧＲ冷却水路１２とを連通する緊急用冷却水路１６と、緊急用冷却水路１６に配設されたバルブ１７と、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出する故障検出手段１５と、故障検出手段１５がＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出したときにバルブ１７を開く制御手段１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、大量のＥＧＲ（排気再循環）を行うべくＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備えたエンジンのＥＧＲ装置に関する。

近年の厳しい排気ガス規制に対応する技術として、ＥＧＲガスの冷却は必要不可欠な技術となっている。ＥＧＲガスの冷却には、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設け、そのＥＧＲクーラに冷却水を流す方法が一般的である。このようなＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置は、特許文献１及び２等にも記載されている。

より大量のＥＧＲガスをより効率良く冷却してエンジンに供給するためには、ＥＧＲクーラをより大型化する傾向にある。図６に示すＥＧＲ装置１１０は、冷却水の水温が最も低くなるラジエータ２の冷却水出口２ａの冷却水をエンジン冷却水ポンプ４とは別置きのＥＧＲ冷却水ポンプ１３（電動ポンプ等）を用いてＥＧＲクーラ１１に流し、ＥＧＲクーラ１１を通過した冷却水をラジエータ２の冷却水入口２ｂに戻す、エンジン冷却水路（エンジン冷却水供給水路３、エンジン冷却水戻し水路５）とは独立したＥＧＲ冷却水路１２とし、水温の低い冷却水をＥＧＲクーラ１１に大量に流すことができ、現在最もＥＧＲガスの冷却に効果のあるシステムである。

特開２００４−２９３３８５号公報特開２００３−２７８６０８号公報

ところで、図６に示すＥＧＲ装置１１０において、別置きのＥＧＲ冷却水ポンプ１３が故障すると、冷却水がＥＧＲクーラ１１に流れなくなる、又はＥＧＲクーラ１１に流れる冷却水量が低下するので、ＥＧＲガスが冷却が不十分な高温状態でエンジン（エンジン本体１）に還流される。

こうなると、エンジン新気とエンジンの吸気通路に還流されるＥＧＲガスとの混合気の温度が上がるので、燃焼が悪化し、煤やＮＯｘが増加する。

又、エンジンの燃焼温度が上がり熱負荷が増加するので、エンジンの焼き付き現象にまで至る虞がある。

又、煤が増加するとＥＧＲクーラ内のガス通路内面が汚損され、ＥＧＲクーラ自体が堆積した煤で詰まり、ＥＧＲクーラの冷却能力が低下するので、部品交換が必要になり、修理コストが増加する。

更には、ＥＧＲクーラ内のガス通路を形成するガス管の溶接部が破損し、ＥＧＲクーラ内の冷却水がＥＧＲ通路を通してエンジン内に侵入すると、ウォーターハンマー現象を引き起こす虞もある。

このように、当該ＥＧＲ冷却水ポンプの故障は、エンジン性能を悪化させるに止まらず、エンジンの信頼性を大きく損なうことがある。

そこで、本発明の目的は、冷却水をＥＧＲクーラに圧送するＥＧＲ冷却水ポンプが故障しても、エンジン性能を大幅に悪化させることなくエンジンを作動させることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ラジエータの冷却水出口とエンジンとを接続するエンジン冷却水供給水路にエンジン冷却水ポンプを設け、上記ラジエータの冷却水出口とＥＧＲクーラとを接続するＥＧＲ冷却水路にＥＧＲ冷却水ポンプを設けたエンジンのＥＧＲ装置において、上記エンジン冷却水ポンプと上記エンジンとの間の上記エンジン冷却水供給水路と、上記ＥＧＲ冷却水ポンプと上記ＥＧＲクーラとの間の上記ＥＧＲ冷却水路とを連通する緊急用冷却水路と、該緊急用冷却水路に配設されたバルブと、上記ＥＧＲ冷却水ポンプの故障を検出する故障検出手段と、該故障検出手段が上記ＥＧＲ冷却水ポンプの故障を検出したときに、冷却水を上記エンジン冷却水ポンプを用いて上記ＥＧＲクーラに圧送するために、上記バルブを開く制御手段と、を備えたものである。

本発明によれば、冷却水をＥＧＲクーラに圧送するＥＧＲ冷却水ポンプが故障しても、エンジン性能を大幅に悪化させることなくエンジンを作動させることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係るＥＧＲ装置を適用したエンジンの概略図である。

本実施形態に係るエンジンは、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。

図１に示すように、エンジンはエンジン本体１を備えており、エンジン本体１には排気通路及び吸気通路（図示せず）が接続されている。ラジエータ２の冷却水出口２ａとエンジン本体１のウォータジャケット入口１ａとはエンジン冷却水供給水路をなすエンジン冷却水供給管３により接続されており、ラジエータ２で冷却された冷却水は、エンジン冷却水供給管３の途中に配設されたエンジン冷却水ポンプ４によって吸引され、エンジン冷却水供給管３を通ってエンジン本体１に圧送される。

また、エンジン本体１のウォータジャケット出口１ｂとラジエータ２の冷却水入口２ｂとはエンジン冷却水戻し水路をなすエンジン冷却水戻し管５により接続されており、エンジン本体１から排出された冷却水は、エンジン冷却水戻し管５を通ってラジエータ２に戻される。

本実施形態では、エンジン冷却水ポンプ４として、エンジン本体１のクランクシャフト等に連結され、クランクシャフト等の回転で駆動される機械式のものを用いている。

エンジン冷却水戻し管５とエンジン冷却水供給管３とはバイパス水路をなすバイパス管６により接続されており、このバイパス管６のエンジン冷却水戻し管５側の入口には、エンジン本体１から排出されてエンジン冷却水戻し管５を流れる冷却水の水温が所定温度より低い場合には冷却水をラジエータ２に戻さずにエンジン冷却水戻し管５からバイパス管６を介してエンジン冷却水供給管３に流すためのサーモスタット７が配設されている。よって、本実施形態に係るエンジンでは、エンジン冷却水戻し管５を流れる冷却水の水温が所定温度より低い場合には、サーモスタット７は自ずと閉となり、冷却水をラジエータ２に戻さずにエンジン本体１だけで循環させるようになっている。

本実施形態に係るＥＧＲ装置１０は、ラジエータ２の冷却水出口２ａとＥＧＲクーラ１１の冷却水入口１１ａとを接続すると共に、ＥＧＲクーラ１１の冷却水出口１１ｂとラジエータ２の冷却水入口２ｂとを接続するＥＧＲ冷却水路１２と、ＥＧＲクーラ１１よりもラジエータ２の冷却水出口２ａ側のＥＧＲ冷却水路１２に配設され、冷却水をＥＧＲクーラ１１に圧送するＥＧＲ冷却水ポンプ１３とを備えている。

ＥＧＲクーラ１１としては、公知の構成のものを用いることができる。ＥＧＲクーラ１１のガス出入口には、エンジン本体１の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路（図示せず）が接続される。

ＥＧＲ冷却水路１２は、バイパス管６との接続部よりもラジエータ２の冷却水出口２ａ側のエンジン冷却水供給管３と、バイパス管６との接続部よりもラジエータ２の冷却水入口２ｂ側のエンジン冷却水戻し管５とを接続するＥＧＲ冷却水管１４を有し、そのＥＧＲ冷却水管１４の途中に、ＥＧＲクーラ１１及びＥＧＲ冷却水ポンプ１３が設けられる。

本実施形態では、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３として、電動ポンプを用いている。ＥＧＲ冷却水ポンプ１３にはマイコン１５が電気的に接続されており、マイコン１５によって、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３が駆動制御される。

本実施形態に係るＥＧＲ装置１０においては、後述する緊急用配管１６の途中に配設されたバルブ１７が通常時（後述する故障検出手段によってＥＧＲ冷却水ポンプ１３が「故障無し」と判断されたとき）には閉とされており、ラジエータ２で冷却された冷却水の一部は、ＥＧＲ冷却水管１４の途中に配設されたＥＧＲ冷却水ポンプ１３によって吸引され、ＥＧＲ冷却水管１４を通ってＥＧＲクーラ１１に圧送される。ＥＧＲクーラ１１を通過した冷却水は、ＥＧＲ冷却水管１４を通ってラジエータ２に戻される。

また、本実施形態に係るＥＧＲ装置１０においては、エンジン冷却水戻し管５を流れる冷却水の水温が所定温度以上となるとサーモスタット７が開となり、ラジエータ２の冷却水出口２ａ近傍の配管部（エンジン冷却水供給管３）は、エンジン本体１側（エンジン冷却水ポンプ４）とＥＧＲクーラ１１側（ＥＧＲ冷却水ポンプ１３）とで共用することになる。

また、本実施形態に係るＥＧＲ装置１０は、エンジン冷却水供給管３とＥＧＲ冷却水管１４とを連通する緊急用冷却水路をなす緊急用配管１６と、緊急用配管１６の途中に配設されたバルブ１７と、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出する故障検出手段と、その故障検出手段がＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出したときにバルブ１７を開く制御手段とを備えている。

本実施形態では、緊急用配管１６は、エンジン冷却水ポンプ４とエンジン本体１との間のエンジン冷却水供給管３と、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３とＥＧＲクーラ１１との間のＥＧＲ冷却水管１４とを接続する。

本実施形態では、バルブ１７として、電磁弁を用いている。バルブ１７にはマイコン１５が電気的に接続されており、マイコン１５によって、バルブ１７が開閉制御される。

本実施形態では、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３と電源１８とを電気的に繋ぐ電源ライン１９の途中に、電流測定手段としての電流計（或いは電流センサ）２０（図２参照）を設けている。本実施形態では、マイコン１５及び電流計２０が上記の故障検出手段をなし、マイコン１５は、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３を駆動させる指示をＥＧＲ冷却水ポンプ１３（ＥＧＲ冷却水ポンプスイッチ２１、図２参照）に出しているにも関わらず、電源ライン１９（電流計２０）に電流が流れていない場合、電源ライン１９又はＥＧＲ冷却水ポンプ１３内部の断線（又はショート）によってＥＧＲ冷却水ポンプ１３が故障している（「故障有り」）と判断する。

本実施形態では、マイコン１５が上記の制御手段をなし、マイコン１５は、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出したときに、冷却水をエンジン冷却水ポンプ４を用いてＥＧＲクーラ１１に圧送するために、緊急用配管１６の途中に配設されたバルブ１７を開くと共に、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３を停止させる指示をＥＧＲ冷却水ポンプ１３（ＥＧＲ冷却水ポンプスイッチ２１）に出して、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３を停止させるようになっている。これにより、ラジエータ２で冷却されエンジン冷却水ポンプ４によって吐き出された冷却水の一部が、緊急用配管１６を通ってＥＧＲクーラ１１に導入されることとなる。

さらに、ＥＧＲ装置１０は、マイコン１５により作動可能な警告手段を備え、マイコン１５は、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出したときに上記の警告手段を作動させるようになっている。

本実施形態では、上記の警告手段は、運転席等に設けられた故障表示装置（図示せず）からなる。マイコン１５は、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出したときには、上記の故障表示装置を作動させて故障表示を出し、ドライバにＥＧＲ冷却水ポンプ１３のメンテナンス・交換を促すようになっている。

なお、本実施形態では、警告手段として故障表示装置を用いているが、ランプやブザー等の他の手段を用いても良いし、複数の手段を併用しても良い。

以上要するに、本実施形態に係るＥＧＲ装置１０においては、エンジン冷却水供給管３（エンジン冷却水供給水路）とＥＧＲ冷却水管１４（ＥＧＲ冷却水路１２）とを緊急用配管１６（緊急用冷却水路）で連通し、その緊急用配管１６の途中にバルブ１７を設け、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障を検出したときにバルブ１７を開くことで、ラジエータ２で冷却されエンジン冷却水ポンプ４によって吐き出された冷却水の一部が、緊急用配管１６を通ってＥＧＲクーラ１１に導入されることとなるので、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３が故障したとしても、ＥＧＲクーラ１１の機能をエンジンが自走できるレベルに維持することができ、エンジン性能を大幅に悪化させることなくエンジンを作動させることが可能となる。

以上説明した故障診断はマイコン１５により実行されるものであるので、図３のフローチャートを用いて、マイコン１５が実行する処理内容を説明する。この処理フローは、マイコン１５により、エンジン始動からエンジン停止まで実行されるものである。

まず、イグニッション用のキースイッチがＯＮとなり（ステップＳ１）エンジンが始動されると、ＥＧＲ冷却水ポンプスイッチ（ＥＷ／Ｐスイッチ）２１をＯＮとし（ステップＳ２）ＥＧＲ冷却水ポンプ１３を始動させる。

次いで、ステップＳ３において、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３の故障診断を実行する。

ステップＳ３での診断結果が「故障無し」ならば、ステップＳ４に進み、バルブ（電磁弁）１７を閉とした状態を維持し（或いは電磁弁を閉とし）、ステップＳ３に戻り、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３を駆動しながら故障診断を継続する。

一方、ステップＳ３での診断結果が「故障有り」ならば、ステップＳ５に進み、バルブ１７を開とし、ステップＳ６において、故障表示装置を作動させて故障表示を出し、ステップＳ７において、ＥＧＲ冷却水ポンプスイッチ（ＥＷ／Ｐスイッチ）２１をＯＦＦとしてＥＧＲ冷却水ポンプ１３を停止させる。その後、ステップＳ３に戻り、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３を停止させた状態で故障診断を継続する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、故障検出手段は、上述の実施形態には限定はされない。例えば図４に示すように、ＥＧＲ冷却水管１４（ＥＧＲ冷却水路１２）にＥＧＲ冷却水ポンプ１３両端の圧力（吸込圧Ｐ１及び吐出圧Ｐ２）を検出する圧力検出手段としての圧力センサ２２、２３を設ける。その場合、マイコン１５及び圧力センサ２２、２３が上記の故障検出手段をなし、マイコン１５は、圧力センサ２３によって検出した吐出圧Ｐ２が圧力センサ２２によって検出した吸込圧Ｐ１より所定値以下となった場合に（又は吐出圧Ｐ２／吸込圧Ｐ１が所定値以下となった場合に）、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３が故障している（「故障有り」）と判断する。上記の圧力の所定値は、使用するＥＧＲ冷却水ポンプ１３の仕様や判断を行うポンプ回転速度での特性（ポンプ性能を示すＱ−Ｈ特性（ポンプ一定回転速度での吐出水量と吐出圧力との関係を示す性能線図））から決定する。

また図５に示すように、ＥＧＲ冷却水管１４（ＥＧＲ冷却水路１２）にＥＧＲ冷却水ポンプ１３を流れる冷却水量を検出する流量検出手段としての流量センサ２４を設ける。その場合、マイコン１５及び流量センサ２４が上記の故障検出手段をなし、マイコン１５は、流量センサ２４によって検出した冷却水量が所定値以下となった場合に、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３が故障している（「故障有り」）と判断する。流量センサ２４は、図５中に実線で示すように、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３よりもラジエータ２の冷却水入口２ｂ側のＥＧＲ冷却水管１４に設けても良く、図５中に破線で示すように、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３よりもラジエータ２の冷却水出口２ａ側のＥＧＲ冷却水管１４に設けても良い。

また、上述の実施形態では、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３として、電動ポンプを用いるとしたが、これには限定はされず、ＥＧＲ冷却水ポンプ１３として、エンジン本体１のクランクシャフト等に連結され、クランクシャフト等の回転で駆動される機械式のものを用いても良い。ＥＧＲ冷却水ポンプ１３として機械式のものを用いた場合には、故障検出手段として図４及び図５に示した構成のものが適用可能である。

本発明の一実施形態に係るＥＧＲ装置を適用したエンジンの概略図である。ＥＧＲ冷却水ポンプの回路の概略図である。マイコンが実行する処理フローチャートである。変形例に係るＥＧＲ装置を適用したエンジンの概略図である。変形例に係るＥＧＲ装置を適用したエンジンの概略図である。従来例に係るＥＧＲ装置を適用したエンジンの概略図である。

符号の説明

１エンジン本体（エンジン）
２ラジエータ
２ａ冷却水出口
３エンジン冷却水供給管（エンジン冷却水供給水路）
４エンジン冷却水ポンプ
１１ＥＧＲクーラ
１２ＥＧＲ冷却水路
１３ＥＧＲ冷却水ポンプ
１５マイコン（故障検出手段、制御手段）
１６緊急用配管（緊急用冷却水路）
１７バルブ
２０電流計（故障検出手段）
２２圧力センサ（故障検出手段）
２３圧力センサ（故障検出手段）
２４流量センサ（故障検出手段）

Claims

ラジエータの冷却水出口とエンジンとを接続するエンジン冷却水供給水路にエンジン冷却水ポンプを設け、上記ラジエータの冷却水出口とＥＧＲクーラとを接続するＥＧＲ冷却水路にＥＧＲ冷却水ポンプを設けたエンジンのＥＧＲ装置において、
上記エンジン冷却水ポンプと上記エンジンとの間の上記エンジン冷却水供給水路と、上記ＥＧＲ冷却水ポンプと上記ＥＧＲクーラとの間の上記ＥＧＲ冷却水路とを連通する緊急用冷却水路と、
該緊急用冷却水路に配設されたバルブと、
上記ＥＧＲ冷却水ポンプの故障を検出する故障検出手段と、
該故障検出手段が上記ＥＧＲ冷却水ポンプの故障を検出したときに、冷却水を上記エンジン冷却水ポンプを用いて上記ＥＧＲクーラに圧送するために、上記バルブを開く制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンのＥＧＲ装置。