JP2010285897A - 排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気再循環装置の配置自由度の低下を防止すると共に、凝縮水の外部への排出を無くし、かつ凍結を防止する。
【解決手段】排気系に連通する排気連通管５に設けられた分岐部６でクーラ通路３とバイパス通路４とに分岐され、それらの両下流端が流量調整弁７にて合流して吸気系に連通し、クーラ通路に設けられたＥＧＲクーラ２の上流側部分と、バイパス通路の上流側部分との間に連通路８を設ける。クーラ通路内に溜まった凝縮水をバイパス通路に排出することができ、硝酸や硫酸等の有害物質が含まれる凝縮水によるＥＧＲクーラに対する腐食等の損傷を防止し得ると共に、バイパス通路内に排出された凝縮水が寒冷時に凍結しても、高温のＥＧＲガスにより解凍かつ蒸発させて、凝縮水を吸気系に環流し得るため、凝縮水を外部に排出することによる外部の装置等に悪影響を及ぼすことがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲガスを冷却する冷却装置を有するクーラ通路とそれをバイパスするバイパス通路とを設けた排気再循環装置に関するものである。

従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンに設けられた排気再循環装置（ＥＧＲ装置）において、例えば、ＥＧＲガスの取り出し部から環流先に至る間に冷却装置を有するクーラ通路を設けると共にクーラ通路に対して並列にバイパス通路を設け、使用条件に応じてＥＧＲガスを冷却するようにしたものがある。

そのようなＥＧＲガスの冷却装置を設けたものでは、クーラ通路内に溜まる凝縮水を処理する必要があり、例えばクーラ通路の上流側が下流側よりも水平面に対して下に位置するように、クーラ通路を傾斜させて配置し、下に位置する上流側に水が流れるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。また、傾斜させたクーラ通路の下に位置する上流側に排水バルブを有する凝縮水受け（タンク）を備えるものがある（例えば特許文献２参照）。また、クーラ通路の上流側と排気通路とを連通する補助通路を備え、冷却装置内で発生した凝縮水を補助通路を経由して排気通路に逃がすようにしたものがある（例えば特許文献３参照）。

特開２００３−３２８８６３号公報 特開平０８−２４６９６４号公報 特開２００５−２４８７７７号公報

上記各装置では、凝縮水の処理を行うための種々の工夫をしているものの、特許文献１では、上記したようにクーラ通路を傾斜させていることから、その配置態様が限定されて、装置の配置自由度が低下したり、クーラ通路回りの他の部材と干渉してしまう場合にはその部材の形状変更等による対応が必要となるという問題が生じる。また、特許文献２では、上記したように凝縮水対策用のタンクやバルブ等の追加部材が必要であり、さらにタンク内に溜まった凝縮水を外部に排出するので、凝縮水内に硝酸や硫酸等の有害物質が含まれて排出された場合には外部の部材を損傷させる虞がある。また、特許文献３では、ＥＧＲ通路と排気通路とが大きく離間している場合には、補助通路が長大化したり、補助通路内に凝縮水が滞留すると凍結する等の虞があるばかりでなく、凝縮水内に硝酸や硫酸等の有害物質が含まれる場合には排気通路の下流端から外部に排出される虞がある。

このような課題を解決して、装置の配置自由度の低下を防止すると共に、凝縮水の外部への排出を無くし、かつ凍結を防止し得ることを実現するために、本発明に於いては、ＥＧＲガスを冷却する冷却装置（２）を有するクーラ通路（３）と、前記冷却装置（２）を迂回するように前記クーラ通路（３）に対して並列に設けられたバイパス通路（４）とを備える排気再循環装置において、前記クーラ通路（３）における前記冷却装置（２）の上流側または下流側と前記バイパス通路（４）とを連通する連通路（８）が設けられているものとした。

これによれば、冷却装置が設けられていることによりクーラ通路に凝縮水が溜まった場合でも、その溜まった凝縮水をバイパス通路に排出することができるようになるため、凝縮水内に硝酸や硫酸等の有害物質が含まれた場合でも、その凝縮水による冷却装置に対する腐食等による損傷を防止し得る。また、バイパス通路には高温のガスが流れ、クーラ通路側に対して高温雰囲気になるので、凝縮水を蒸発させて吸気系に環流することができると共に、寒冷時に凝縮水が凍結した場合でも早期に解凍することができる。また、クーラ通路に対して並列にバイパス通路を設けた場合には両通路は分岐しかつ合流するので、両通路間に必ず近接する部分があり、その近接する部分に連通路を設けることにより連通路を短小化することができ、装置の大型化を抑制し得る。また、クーラ通路から排出された凝縮水は、バイパス通路に入って高温のＥＧＲガスに触れるため蒸発して環流されるので、外部に排出されることがなく、外部の装置等に悪影響を及ぼすことがない。

特に、前記バイパス通路（４）は、少なくとも前記連通路（８）の前記クーラ通路（３）に接続された部分（８ａ）に対して前記連通路（８）の前記バイパス通路（４）に接続された部分（８ｂ）が下側となるように、前記クーラ通路（３）に対して下側に配設されていると良い。これによれば，凝縮水がクーラ側から連通路を通ってバイパス側へ重力（自重）により良好に流れ落ちることができる。

さらに、前記連通路（８）は、前記バイパス通路（４）側が前記クーラ通路（３）側よりも下側に位置するように単調下降していると良い。ここで、単調下降とは、連通路が、連通路内で凝縮水が貯留するような折り返し部分を有しないことであり、言い換えると連通路の軸線が水平方向よりも上を向く部分が無いことを意味する。これにより、連通路内に凝縮水が滞留することが無い。

また、前記連通路（８）は、前記クーラ通路（３）における前記冷却装置（２）よりも上流側に接続されていると良い。これによれば、冷却装置の上流側では下流側に比べて、ＥＧＲガスと冷却装置との温度差が大きく、ＥＧＲガスの水分含有量が高くなって凝縮水の発生が多くなるが、その上流側に連通路が接続されていることから、連通路がクーラ通路の他の所に接続されているものに対して、より多くの凝縮水の排出が可能となる。また、冷却装置の上流側は下流側に比べてＥＧＲガスの圧力が高いので、連通路の上下流端間の圧力差が大きくなり、このことによっても、より多くの凝縮水の排出が可能となる

また、前記バイパス通路（４）は、前記連通路（８）が接続された部分（８ｂ）の下流側かつ鉛直方向に低い位置で下方に向けて凸となる屈曲部（４ａ）を有すると良い。これによれば、バイパス通路に流出した凝縮水が屈曲部に溜まり易くなるため、凝縮水の滞留個所を限定することができ、その滞留個所が連通路のバイパス通路との接続部分よりも下流側であることから、連通路のバイパス通路への接続部分が凝縮水の滞留部分により水没してしまうことを防止できる。

また、前記連通路（８）の前記バイパス通路（４）に接続された部分（８ｂ）が、前記屈曲部（４ａ）の曲がりにおける内側に位置すると良い。これによれば、連通路が屈曲部の曲がりの内側に配設されることから、連通路をクーラ通路とバイパス通路とにより囲むようにして保護することができ、別途保護カバー等を設ける必要が無い。

また、上記連通路（８）の通路断面積が、２０mm^２以上３５０mm^２に設定されていると良い。これによれば、通路断面積が２０mm^２より小さい場合には水の表面張力等により連通路内を凝縮水が流れ落ちることが困難であり、通路断面積が３５０mm^２より大きい場合にはＥＧＲガスの連通路を介してバイパス通路へ流出（ショートカット）してしまう流量が多くなる虞がある。

さらに、前記クーラ通路（３）のＥＧＲガス流量と前記バイパス通路（４）のＥＧＲガス流量とを調整可能な流量調整弁（７）を備え、前記流量調整弁（７）は、エンジン始動時には前記クーラ通路（３）のＥＧＲガス流量よりも前記バイパス通路（４）のＥＧＲガス流量が多くなるように開弁制御されると良い。これによれば、バイパス通路に凝縮水が滞留して残り、滞留した凝縮水が寒冷時に凍結したとしても、エンジン始動時にバイパス通路にＥＧＲガスを積極的に流すことにより、凍結した凝縮水を早期に解凍かつ蒸発させることができる。

このように本発明によれば、冷却装置が設けられたクーラ通路内の凝縮水をバイパス通路に排出することができ、硝酸や硫酸等の有害物質が含まれる凝縮水による冷却装置に対する腐食等の損傷を防止し得ると共に、クーラ通路からバイパス通路に排出された凝縮水は、バイパス通路の高温のＥＧＲガスによる高温雰囲気に曝されることにより蒸発して吸気系に環流されるので、外部に排出されることがなく、外部の装置等に悪影響を及ぼすことがない。なお、バイパス通路内に排出された凝縮水が寒冷時に凍結しても、高温のＥＧＲガスにより解凍かつ蒸発させることができる。特に、クーラ通路の下側にバイパス通路を配設することにより、凝縮水を連通路を介して自重によりバイパス通路側へ容易に排出することができる。また、クーラ通路における冷却装置の上流側ではＥＧＲガスの圧力が高いので、連通路の両端間の圧力差が大きくなり、その圧力差を利用して凝縮水をバイパス通路側へ排出することができる等、簡単な構造で凝縮水の好適な処理を行うことができる。

本発明に基づく排気再循環装置の例を示す要部外観図である。 図１の矢印II線で示される方向から見た側面図である。 図２の矢印III線から見た要部を破断して示す拡大図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は本発明に基づく排気再循環装置（ＥＧＲ装置）の例を示す要部外観図である。なお、図では、エンジン（図示せず）に取り付けた状態での斜め上方から見た図である。また、図２は図１の矢印II線で示される方向から見た側面図である。

この排気再循環装置１は、内燃機関（例えばディーゼルエンジン）に設けられており、内燃機関の排気系と吸気系とを連通して、排気系の排気をＥＧＲガスとして吸気系に環流するものである。排気再循環装置１の上流側となる排気系と下流側となる吸気系とを連通する排気環流経路には、冷却装置としてのＥＧＲクーラ２が中間部に設けられたクーラ通路３と、ＥＧＲクーラ２を並列にバイパスするようにクーラ通路３の上流側および下流側に接続されたバイパス通路４とが設けられている。なお、図では各通路の符号を対応する配管部材に付すものとする。

クーラ通路３は、エンジンへの取り付け状態で車体の水平状態に合わせて概ね水平方向に延在するように設けられている。図では、排気系に連通する排気連通管５に分岐部６が設けられ、分岐部６にてクーラ通路３とバイパス通路４とに分岐され、クーラ通路３とバイパス通路４との両下流端が流量調整弁７にて合流して吸気系に連通している。なお、クーラ通路３は、水平状態に限られるものではなく、例えば分岐部６側が下になるように少し傾斜していても良い。

バイパス通路４は、分岐部６から垂下するように延出され、その下端部からＥＧＲクーラ２側に曲折された屈曲部４ａを有し、屈曲部４ａを経た下流側ではクーラ通路３に隣接して平行するように延在して流量調整弁７に至るように、クーラ通路３の下側にて配管されている。

なお、流量調整弁７は、両通路３・４の各流量の割合を調整するものであり、弁構造については公知のフラップ弁やリフト弁等であって良い。図示例では、弁体(図示せず)の回動中心を通る回動軸７ａの一端が外方に突出し、その突出端部に固着されたレバー７ｂにダイアフラム弁型アクチュエータ７ｃの出力ロッドが連結されており、制御装置（図１のＥＣＵ）によりアクチュエータ７ｃを駆動制御して流量調整弁７の弁体の回動角度が設定される。流量調整弁７の弁体の回動角度に応じて、両通路３・４の各流量の割合が決まり、吸気系に環流されるＥＧＲガスの温度が調整される。

そして、クーラ通路３におけるＥＧＲクーラ２より上流側部分と、バイパス通路４の上流側部分との間を連通する連通路８が設けられている。図３に良く示されるように、連通路８のクーラ通路３に接続された部分としてのクーラ側接続部８ａがクーラ通路３の底面に接続され、連通路８のバイパス通路４に接続された部分としてのバイパス側接続部８ｂがバイパス通路４の上下方向に延在する部分のクーラ３に臨む壁面に接続されている。このように、連通路８は、クーラ通路３とバイパス通路４との分岐部６よりも下流側で、クーラ通路３とバイパス通路４との合流部である流量調整弁７よりも上流に設けられている。

連通路８は、両通路３・４の位置関係から、クーラ通路３から垂下した後にバイパス通路４の上下方向延在部分側に曲折されているが、その全長にわたって、上流側（クーラ通路３側）に対して下流側（バイパス通路４側）が常に下になるように形成されている。また、図２に示されるように、連通路８は、分岐部６の近傍で屈曲部４ａの曲がりにおける内側に配置されて両通路３・４に接続されている。そのようにして分岐部６の近傍に設けられていることにより、連通路８の短小化が容易であり、他の部材との干渉も最小限となる。

また、上記したように設けられた連通路８は、図１・２に示されるように、クーラ通路３とバイパス通路４（屈曲部４ａ）とにより囲まれている。したがって、連通路８を小径のパイプ材により形成した場合には剛性が低くなる虞があるが、連通路８を両通路３・４により囲んで保護することにより、別部材の保護カバー等を設ける必要が無く，装置の高騰化を抑制し得る。

このようにして構成された排気再循環装置では、クーラ通路３に流れる高温のＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２により冷却されるため、クーラ通路３におけるＥＧＲクーラ２の上流側ではＥＧＲクーラ２に対して大きな温度差が生じる。それにより、クーラ通路３の上流側部分（ＥＧＲクーラ２の上流側）ではＥＧＲガスの水分含有量が高くなり、凝縮水が生じる。

クーラ通路３で生じた凝縮水Ｗは、図３に示されるようにクーラ通路３の底部に貯留される。その底面には上記したように連通路８のクーラ側接続部８ａが開口しており、クーラ通路３に貯留された凝縮水Ｗは、図３の矢印に示されるよう連通路８に流れ落ちることができる。連通路８の下流側（バイパス側接続部８ｂ側）は上流側（クーラ側接続部８ａ側）に対して常に下側（低位）になっており、連通路８に入った凝縮水は自重により連通路８内を流れ落ち、自然にバイパス通路４に排出される。

なお、連通路８の通路断面積Ｓは２０mm^２以上３５０mm^２以下に設定されている（３５０mm^２≧Ｓ≧２０mm^２）。通路断面積Ｓの下限値２０mm^２は、それより小さい場合には水の表面張力等により連通路８内を凝縮水Ｗが流れ落ちることが困難となる大きさである。また、通路断面積Ｓの上限値３５０mm^２は、それより大きい場合にはＥＧＲガスが連通路８を介してバイパス通路４へ多くの量が流出（ショートカット）してしまうようになる大きさである。したがって、連通路８の通路断面積Ｓを２０mm^２以上３５０mm^２以下に設定することにより、それらの問題が生じることを防止できる。

このようにして、クーラ通路３に貯留された凝縮水Ｗがバイパス通路４へ排出されるため、凝縮水Ｗ内に硝酸や硫酸等の有害物質が含まれていても、その凝縮水Ｗをクーラ通路３から排出することができる。したがって、そのような有害物質を含んだ凝縮水ＷによりＥＧＲクーラ２が腐食等により損傷を受けてしまうことが無い。

また、バイパス通路４に排出された凝縮水は、バイパス通路４に流れる高温のＥＧＲガスにより蒸発し、ＥＧＲガスと共に吸気系に環流される。また、例えば寒冷時にバイパス通路４に残っていた凝縮水が凍結していた場合でも、エンジン始動後早期に解凍され、凍結による悪影響が生じることは無い。このように、凝縮水を蒸発させて吸気系に環流することができ、凝縮水が外部に排出されないため、外部の装置等に悪影響を及ぼすことが無い。

また上記したように、連通路８のクーラ側接続部８ａはクーラ通路３におけるＥＧＲクーラ２の上流側に接続されている。ＥＧＲクーラ２の上流側では下流側に比べてＥＧＲガスの圧力が高いので、連通路８のクーラ側接続部８ａとバイパス側接続部８ｂとの間に大きな圧力差が生じるため、クーラ通路３に滞留した凝縮水Ｗをバイパス通路４側に圧送することができ、凝縮水を多く排出する効果が大となる。例えば、車両が傾斜して凝縮水Ｗの自重により流れ落ちる力が低下した場合でもバイパス通路４に排出することができる。

また、バイパス通路４において、屈曲部４ａは、連通路８のバイパス側接続部８ｂに対して下流側に設けられている。屈曲部４ａは下方に向けて凸となるように曲成されており、屈曲部４ａの最下部は、連通路８の接続部分に対して鉛直方向で低い位置にある（図２のΔｈ）。これにより、バイパス通路４に流れ落ちた凝縮水を屈曲部４ａ（の最下部）に滞留させることができ、バイパス通路４における凝縮水の滞留箇所を限定できる。そして、その滞留箇所が連通路８のバイパス側接続部８ｂに対してより低い位置にあることから、バイパス側接続部８ｂがバイパス通路４に溜まった凝縮水に水没してしまうことを防止できるため、排気再循環装置における凝縮水の処理を安定化し得る。

また、上記したように寒冷時にバイパス通路４内の凝縮水が凍結した場合のより一層の積極的な対策として、制御装置ＥＣＵにより、エンジン始動時に例えば所定時間の間、バイパス通路４の流量を多くするように流量調整弁７による両通路３・４に流す流量の割合を設定すると良い。これにより、凝縮水が凍結していても、エンジン始動後早期に解凍し、かつ蒸発させて、通常の環流状態にすることができる。

このようして構成された排気再循環装置では、クーラ通路３とバイパス通路４との間に接続される連通路８が両通路３・４の近付いている箇所に設けられている。これにより、排気再循環装置が大型化せず、またクーラ通路３に所定の傾斜をつける制限が無いため、搭載位置や搭載角度の自由度が向上する。また、凝縮水をバイパス通路に排出して吸気系に環流することから、凝縮水内に硝酸や硫酸等の有害物質が含まれていても、その凝縮水によりＥＧＲクーラ２に対する腐食等の損傷を与えることが無く、ＥＧＲクーラ２の耐久性が向上する。

２ 冷却装置
３ クーラ通路
４ バイパス通路
４ａ 屈曲部
８ 連通路
７ 流量調整弁
８ａ クーラ側接続部（クーラ通路に接続された部分）
８ｂ バイパス側接続部（バイパス通路に接続された部分）

Claims (8)

1. ＥＧＲガスを冷却する冷却装置を有するクーラ通路と、前記冷却装置を迂回するように前記クーラ通路に対して並列に設けられたバイパス通路とを備える排気再循環装置において、
   前記クーラ通路における前記冷却装置の上流側または下流側と前記バイパス通路とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする排気再循環装置。
2. 前記バイパス通路は、少なくとも前記連通路の前記クーラ通路に接続された部分に対して前記連通路の前記バイパス通路に接続された部分が下側となるように、前記クーラ通路に対して下側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の排気再循環装置。
3. 前記連通路は、前記バイパス通路側が前記クーラ通路側よりも下側に位置するように単調下降していることを特徴とする請求項２に記載の排気再循環装置。
4. 前記連通路は、前記クーラ通路における前記冷却装置よりも上流側に接続されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の排気再循環装置。
5. 前記バイパス通路は、前記連通路が接続された部分の下流側かつ鉛直方向に低い位置で下方に向けて凸となる屈曲部を有することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の排気再循環装置。
6. 前記連通路の前記バイパス通路に接続された部分が、前記屈曲部の曲がりにおける内側に位置することを特徴とする請求項５に記載の排気再循環装置。
7. 上記連通路の通路断面積が、２０mm^２以上３５０mm^２に設定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の排気再循環装置。
8. さらに、前記クーラ通路のＥＧＲガス流量と前記バイパス通路のＥＧＲガス流量とを調整可能な流量調整弁を備え、
   前記流量調整弁は、エンジン始動時には前記クーラ通路のＥＧＲガス流量よりも前記バイパス通路のＥＧＲガス流量が多くなるように開弁制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の排気再循環装置。

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