JP2011007078A - 排気再循環装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】排気再循環装置をコンパクト化し、かつクーラ通路を通るEGRガスの温度を低温に保持する。
【解決手段】排気系からEGRガスを吸気系に環流する低圧排気ガス環流通路12に、EGRガスを冷却する低圧EGR用クーラ13を有するクーラ通路14と、低圧EGR用クーラをバイパスするようにクーラ通路14に対して並列に設けられたバイパス通路15とが設けられ、排気系に設けられた排気浄化装置8aおよびバイパス通路を外囲する囲繞部材17を設け、その半割体17aにより排気浄化装置およびバイパス通路とクーラ通路とを区画する。クーラ通路とバイパス通路とが区画部材により断熱されるため、クーラ通路とバイパス通路との近接配置が可能となり、排気再循環装置をコンパクト化し、かつクーラ通路を通るEGRガスの温度を低温に保持することができる。
【選択図】図2
【解決手段】排気系からEGRガスを吸気系に環流する低圧排気ガス環流通路12に、EGRガスを冷却する低圧EGR用クーラ13を有するクーラ通路14と、低圧EGR用クーラをバイパスするようにクーラ通路14に対して並列に設けられたバイパス通路15とが設けられ、排気系に設けられた排気浄化装置8aおよびバイパス通路を外囲する囲繞部材17を設け、その半割体17aにより排気浄化装置およびバイパス通路とクーラ通路とを区画する。クーラ通路とバイパス通路とが区画部材により断熱されるため、クーラ通路とバイパス通路との近接配置が可能となり、排気再循環装置をコンパクト化し、かつクーラ通路を通るEGRガスの温度を低温に保持することができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、内燃機関の排気再循環装置に関し、特に、冷却装置を有するクーラ通路と、冷却装置をバイパスするバイパス通路とが設けられた排気再循環装置に関するものである。
従来、内燃機関の排気系に排気浄化装置としての触媒を設けると共に、触媒の下流から吸気系にEGRガスを環流する経路に、冷却装置(EGRクーラ)を有するクーラ通路と、冷却装置をバイパスするように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設けたものがある(例えば特許文献1参照)。
上記特許文献1の図示例では、排気再循環装置のバイパス通路(クーラ無し通路)が、クーラ通路(クーラ有り通路)に対して、排気通路に設けられた触媒側に配置されている。その場合には、バイパス通路とクーラ通路とが互いに近接して配置されていると、クーラ通路での冷却性能や、クーラ無し通路での非冷却性能が低下する虞があった。そのため、クーラ通路の冷却性能の低下を抑制するためには、クーラ通路と触媒とを大きく離す必要があり、その場合には排気再循環装置のレイアウトの自由度が制限されたり、他の部材のレイアウトにも影響を及ぼして、装置のコンパクト化に限界が生じてしまうという問題があった。
このような課題を解決して、排気再循環装置をコンパクト化し、かつクーラ通路を通るEGRガスの温度を低温に保持し得ることを実現するために、本発明に於いては、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置(8)と、前記排気系からEGRガスを吸気系に環流する排気環流通路(12)とを有し、前記排気環流通路(12)に、前記EGRガスを冷却する冷却装置(13)を有するクーラ通路(14)と、前記冷却装置(13)をバイパスするように前記クーラ通路(14)に対して並列に設けられたバイパス通路(15)とが設けられ、前記排気浄化装置(8)および前記バイパス通路(15)が配置される空間と前記クーラ通路(14)が配置される空間とを区画する区画部材(17a)が設けられているものとした。
これによれば、クーラ通路とバイパス通路との間の熱の伝達が区画部材により遮られるため、クーラ通路とバイパス通路との近接配置が可能となり、排気浄化装置とバイパス通路とクーラ通路との3部材をコンパクトに配置可能となる。また、排気浄化装置とバイパス通路とを区画部材に対して同じ側に配置することから、例えば排気浄化装置に触媒を設けた場合には排気浄化装置も熱をもち、バイパス通路を通るEGRガスを高温状態に保つことができる。また、クーラ通路を通るEGRガスの温度とバイパス通路を通るEGRガスの温度との温度差が大きくなるので、クーラ通路とバイパス通路とを通る各EGRガスの流量の割合を調整して吸気系に環流するEGRガスの温度の調整幅を大きく取ることができる。
特に、前記バイパス通路(15)は、前記クーラ通路(14)よりも前記排気浄化装置(8)に近接して配置されていると良い。これによれば、バイパス通路を排気浄化装置にできるだけ近づけて配置すると共に、クーラ通路と排気浄化装置とは所定の間隔をあけてできるだけ近接させることにより、コンパクト化し得ると共にクーラ通路と排気浄化装置との間隔に区画部材を配置することができる。
また、前記排気浄化装置(8)と前記クーラ通路(14)と前記バイパス通路(15)とが、それぞれの長手方向が同方向に向くようにそれぞれ配設され、前記排気浄化装置(8)の前記長手方向に対応する軸線方向に対して直交する面上で、前記排気浄化装置(8)と前記クーラ通路(14)と前記バイパス通路(15)との各中心を結ぶ線分が鋭角三角形を形成するようにされていると良い。これによれば、排気浄化装置とクーラ通路とバイパス通路との3つの部材の配置において、直線上に配置したり、鈍角三角形の各頂点に配置したりする場合に比べてコンパクトな配置となる。
また、前記排気浄化装置(8)と前記クーラ通路(14)と前記バイパス通路(15)との少なくとも2つが、前記排気浄化装置(8)の前記長手方向に対応する軸線方向に対して直交する面上で円形状の外周となるように形成されていると良い。これによれば、円形状に形成されているもの同士を、軸線回りの傾きを考慮することなく配置することができ、より近接させて配置することができる。
また、前記区画部材(17a)は、前記クーラ通路(14)の前記長手方向に対応する軸線方向長さが前記冷却装置(13)の同方向長さよりも長いと良い。これによれば、区画部材で区画された各部材の中で温度の低い冷却装置を排気浄化装置から遮蔽することができ、冷却装置の冷却能力の低下を防止し得る。
また、前記区画部材(17a)は、前記排気浄化装置(8)と前記バイパス通路(15)とを外囲するように設けられた囲繞部材(17)の一部により形成されていると良い。これによれば、排気浄化装置とバイパス通路とが囲繞部材により覆われることから、バイパス通路を通るEGRガスの温度をより高温に保持することができる。
また、前記バイパス通路(15)を流れるEGRガスの流量を調整するバイパス流量調整弁(V5)が設けられていると共に、前記バイパス流量調整弁(V5)は、前記囲繞部材(17)により覆われない位置に設けられていると良い。これによれば、バイパス流量調整弁は、排気浄化装置とバイパス通路とを覆う囲繞部材により覆われない位置に配置されるので、排気浄化装置やバイパス通路からの熱害を受けることが抑制され、良好な作動が維持される。
また、前記排気環流通路(12)は、前記排気浄化装置(8)の下流と前記吸気系とを連通するようにされていると良い。これによれば、排気浄化装置の下流からEGRガスを取り出すので、排気環流通路や吸気系の汚損を抑制し得る。また、排気浄化装置の下流からEGRガスを取り出す場合には、特に意図しなくても排気環流通路が排気浄化装置近傍を通過するように配置されることになり、コンパクト化が促進される。
また、前記排気系に過給機(4)のタービン(4b)が配置され、前記排気環流通路(12)は、前記タービン(4b)の下流と前記吸気系とを連通するように設けられていると良い。これによれば、タービンの下流からEGRガスを取り出すので、EGR導入中にも過給機の効率が低下することがない。
また、前記排気浄化装置(8)は、少なくとも排気浄化触媒(8a)を有すると良い。これによれば、排気系のうち、排気浄化装置近傍は触媒反応の影響により特に高温になる場合があるので、排気浄化装置とクーラ通路とが区画部材により区画されていることにより、クーラ通路の冷却性能の低下を抑制し得る。
また、前記区画部材(17a)は断熱性を有すると良い。これによれば、クーラ通路とバイパス通路とが確実に断熱されるため、クーラ通路とバイパス通路とをさらに近接させて配置することが可能となる。
このように本発明によれば、クーラ通路とバイパス通路とが区画部材により断熱されるため、クーラ通路とバイパス通路との近接配置が可能となり、排気再循環装置をコンパクト化し、かつクーラ通路を通るEGRガスの温度を低温に保持することができるため、バイパス通路とクーラ通路との間の大きなガス温度差を保持することができ、両通路の流量割合の調整によるEGRガスの温度調整が容易になる。
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は本発明に基づく過給器付き内燃機関の吸排気経路図である。なお、本実施の形態としては内燃機関をディーゼルエンジンとして説明するが、ディーセルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジンであっても良い。
図において、エンジン本体1の吸気側(吸気系)には各シリンダに連通する各分岐吸気通路の上流部分をまとめるインテークマニホールド2が接続されている。インテークマニホールド2から上流に延出された吸気通路2aには、上流側から、エアクリーナ3、スロットルバルブSV、過給機としてのターボチャージャ4のコンプレッサ4a、吸気を冷却するためのインタークーラ5がこの順に配設されていると共に、インタークーラ5をバイパスするインタークーラバイパス通路6が設けられている。
エアクリーナ3から入る空気は、ターボチャージャ4のコンプレッサ4aに入り、コンプレッサ4aで圧縮された後にインタークーラ5で冷却されて、インテークマニホールド2に送り込まれる。なお、インタークーラ5の上流側には流量調節用のインタークーラ用バルブV1が設けられ、インタークーラバイパス通路6には流量調節用のインタークーラバイパス用バルブV2が設けられている。このようにして吸気系の要部が構成されている。
エンジン本体1の排気側(排気系)には各シリンダに連通する各分岐排気通路の下流部分をまとめるエキゾーストマニホールド7が設けられている。エキゾーストマニホールド7から下流に延出された排気通路7aには、上流側から、ターボチャージャ4のタービン4bと、排気浄化装置8を構成する排気浄化触媒(DOC:Diesel Oxidation Catalyst)8aと、同じく排気浄化装置8を構成するパティキュレートフィルタ(DPF:Diesel Particulate Filter)8bとがこの順に配設されている。エキゾーストマニホールド7から排出される排気ガスは、その排気エネルギによりタービン4bを回転させた後に、排気浄化装置8にて浄化されて、マフラー10を介して排気される。このようにして、排気系が構成されている。
この過給器(ターボチャージャ4)付きディーゼルエンジンには排気再循環装置が設けられている。排気再循環装置は、排気通路7aにおけるタービン4bの上流で分岐してインテークマニホールド2に至る高圧排気ガス環流通路11と、タービン4bの下流でありかつ排気浄化装置8の下流(かつマフラー10の上流)から吸気通路2aにおけるコンプレッサ4aの上流(図示例ではエアクリーナ3の下流)に至る排気環流通路としての低圧排気ガス環流通路12とにより構成されている。なお、高圧排気ガス環流通路11には流量調節用の高圧EGR用バルブV3が配設されている。
このように、ターボチャージャ4を設けたエンジンにおいて、図示例のように排気通路7aに配置されたタービン4bの下流からEGRガスを取り出すことにより、公知の低圧EGRシステムと同様に、EGRガスの導入中にもターボチャージャ4の効率が低下しない。
低圧排気ガス環流通路12には、EGRガス(排気環流ガス)を冷却するための冷却装置としての低圧EGR用クーラ13を有するクーラ通路14と、低圧EGR用クーラ13をバイパスするバイパス通路としての低圧EGRクーラバイパス通路15とが互いに並列に設けられている。低圧EGR用クーラ13の下流側には低圧EGRクーラ用バルブV4が設けられ、低圧EGRクーラバイパス通路15には低圧EGRクーラバイパス通路15を流れるEGRガスの流量を調整するバイパス流量調整弁としての低圧EGRクーラバイパス用バルブV5が設けられている。なお、低圧排気ガス環流通路12は、各バルブV4・V5の下流側で合流して1つの通路になり、低圧EGR用バルブV6を介して吸気通路2aにおけるコンプレッサ4aの上流に接続されている。
なお、上記各バルブV1〜V6の開閉制御(全開または全閉または中間開度の制御)を行うための制御ユニット(ECU)16が設けられている。各バルブV1・V2・V4・V5に対する制御ユニット16による開度制御により流量が調整される。また、上記吸排気経路には、上記構成に限られず、エンジン制御や排気浄化に用いられる公知の部品等が適所に配設され、制御ユニット16により制御されるが、それらについては図示および説明を省略する。
このようにして構成された排気再循環装置の各部品の配置状態を、図2及び図3を参照して以下に説明する。図2は、排気浄化装置8と低圧EGRクーラバイパス通路15とクーラ通路14(低圧EGR用クーラ13)とをそれぞれの重なり合いを無くすよう展開して描画した模式図であり、図3は、排気浄化装置8の長手方向(排気の流れる方向)に対応する軸線方向に対して直交する面で見た排気浄化装置8と低圧EGRクーラバイパス通路15とクーラ通路14との配置関係を示す模式図である。
排気浄化装置8と低圧EGRクーラバイパス通路15とが、図2の二点鎖線で示されるように囲繞部材17により外囲されている。囲繞部材17は、図3に示されるように、2枚の板材をそれぞれ断面形状で凹状に形成した各半割体17a・17bを、互いの凹形状における開口同士を対向させて合わせて一体化し、全体として略矩形断面形状になるように形成されている。その矩形断面の内側に排気浄化装置8と低圧EGRクーラバイパス通路15とが収納されており、それら排気浄化装置8及び低圧EGRクーラバイパス通路15と低圧EGR用クーラ13との間を横切るように囲繞部材17の一方の半割体17aが配置されている。その半割体17aは、低圧EGR用クーラ13が配置された空間と、他の2部材(排気浄化装置8・低圧EGRクーラバイパス通路15)が配置された空間とを区画する区画部材として設けられている。
排気再循環装置における上記構成によれば、排気浄化装置8の下流からEGRガスを取り出すことから、低圧排気ガス環流通路12(EGR通路)や吸気通路2aの汚損を抑制し得る。さらに、上記配管構成により、低圧排気ガス環流通路12が排気浄化装置8の近傍を通過するようになり、排気浄化装置8と低圧排気ガス環流通路12(クーラ通路14・低圧EGRクーラバイパス通路15)とを構成する3つの部材を互いに近接させたコンパクトな配置が可能となる。
また、上記したように、排気浄化装置8に対して、低圧EGRクーラバイパス通路15が低圧EGR用クーラ13よりも近接して配置されていることから、例えば3つの部材(排気浄化装置8・低圧EGRクーラバイパス通路15・低圧EGR用クーラ13)の配置範囲をコンパクト化し得るように限定した場合に、排気浄化装置8と低圧EGRクーラバイパス通路15とをできるだけ近づけて配置することができる。これにより、低圧EGRクーラバイパス通路15とクーラ通路14とを近接状態ではあるが所定の間隔を残すように配置することができ、その間隔を利用して区画部材としての一方の半割体17aを配置して、全体としてのコンパクト化を維持しつつ高温部分(排気浄化装置8及び低圧EGRクーラバイパス通路15)と低温部分(低圧EGR用クーラ13)とを区画部材(半割体17a)により区画することができる。
低圧EGRクーラバイパス通路15には高温のEGRガスが流れ、排気浄化装置8では図示例のように排気浄化触媒8aを設けていることにより触媒反応の影響により特に高温になる場合がある。このように低圧EGRクーラバイパス通路15及び排気浄化装置8は高温になるが、区画部材としての半割体17aによりクーラ通路14に対する伝熱が抑制されるため、クーラ通路14を流れるEGRガスの低温状態が保持される。なお、区画部材(半割体17a)は断熱材で形成されていることがより好ましい。また、他方の半割体17bは断熱材である必要性は無いが、断熱材で形成されていて良い。
これにより、低圧EGRクーラバイパス通路15を通るEGRガスの温度を高温に保つことが可能になると共に、クーラ通路14を通ることにより低温になったEGRガスが近くの熱源(低圧EGRクーラバイパス通路15及び排気浄化装置8)により暖められてしまうことを防止し得る。このため、低圧EGRクーラバイパス通路15とクーラ通路14とを通る各EGRガスの温度差が大きくなるので、両通路14・15の下流で合流して吸気系に環流されるEGRガスの温度の調整幅が大きくなり、排気再循環装置における制御を容易に行うことができる。
また図3に示されるように、排気流れ方向に沿う軸線方向から見た断面視で、排気浄化装置8の中心C1と、クーラ通路14(低圧EGR用クーラ13)の中心C2と、低圧EGRクーラバイパス通路15の中心C3とを結ぶ線分(図の二点鎖線)により鋭角三角形が形成されている。このように配置されていることにより、3つの部材(排気浄化装置8・低圧EGRクーラバイパス通路15・クーラ通路14)をコンパクトに配置することができる。それに対して、各中心が直線上に配置されたり、鈍角三角形の各頂点に配置されたりした場合には上記3つの部材はコンパクトな配置とならない。
また図3に示されるように、排気浄化装置8と低圧EGRクーラバイパス通路15との外周を円形状に形成することにより、それぞれ軸線回りの傾きを考慮することなく配置することができ、両部材8・15を互いにより近接して配置可能となり、それにより装置全体のコンパクト化を促進し得る。なお、3つの部材(排気浄化装置8・低圧EGRクーラバイパス通路15・クーラ通路14)の内、少なくとも2つを円形にすれば良く、上記2部材8・15のいずれか一方とクーラ通路14との2部材を円形の外周となる形状にしても良い。または、3つの部材共、各外周を円形に形成しても良い。その場合には、低圧EGR用クーラ13の外周も円形に形成すると良く、低圧EGR用クーラ13及びクーラ通路14が排気浄化装置8と低圧EGRクーラバイパス通路15との間に入り込むように配置でき、よりコンパクトな配置が可能になる。なお、その場合には区画部材は蛇行するような形状となる。
また、図2に示されるように、低圧EGR用クーラ13のガス流れ方向の軸線方向長さL1よりも、区画部材としての半割体17aの同方向の長さL2が長くされている(L2>L1)。また、半割体17aの長さL2は、低圧EGR用クーラ13に対して排気浄化装置8を確実に遮る長さであり、これにより、クーラ通路14のうち温度の低い低圧EGR用クーラ13の部分が排気浄化装置8から遮蔽されるため、低圧EGR用クーラ13の冷却能力が低下することがない。
また、バイパス流量調整弁としての低圧EGRクーラバイパス用バルブV5は囲繞部材17の外、すなわち囲繞部材17により覆われない位置に設けられている。このようにすることにより、高精度な制御が要求される低圧EGRクーラバイパス用バルブV5を熱害から抑制し得る。
なお、上記実施形態ではEGRガスを、タービン4bの下流かつ排気浄化装置8の下流から環流するようにしたが、タービン4bの上流や排気浄化装置8の上流から環流するようにしても良い。また、排気浄化装置8に排気浄化触媒(DOC)8aを設けた例を示したが、パティキュレートフィルタ8bに触媒が担持されるものであっても良い。
また、上記図示例の低圧EGR用クーラ13は、様々の形態のものを適用可能である。その一例を示す図4では、拡幅部13a内に複数の熱伝導の大きい部材からなる伝熱部材13bが市松模様のように配設されていると共に、各伝熱部材13bは外部の図示されない冷却源(空冷や水冷式の熱交換器)と結合されている。
また、図5(a)に別の低圧EGR用クーラ21の例を示す。図5(a)の例では、拡幅部21aの外周面に対して冷却水(冷媒)が流通可能な冷媒流路21cが形成されるように、拡幅部21aを隙間をあけて筒状に外囲するジャケット21bが設けられている。また、図5(b)に示される低圧EGR用クーラ31の場合には、図では拡幅部31aの一部が示されているが、その拡幅部31a内に複数の中空体31bが配設され(図では横一列であるが図4のように市松模様状であっても良い)、各中空体31bの空洞により冷却水(冷媒)が流通可能な冷媒流路31cが形成されている。
また、図6(a)・(b)に示される例では、例えばクーラ通路14と同一径のままとした形状の低圧EGR用クーラ41として、その内部に複数のフィン41a・41bを配設している。各フィン41a・41bは、図4の例と同様に外部に設けられた熱交換器(図示せず)と結合されている。
図6(a)に示す例では、複数の伝熱フィン41aが、長手方向がEGRガスの流れ方向(図の矢印)に沿ってそれぞれ延在するように配置されている。また、図6(b)に示す例では、複数の伝熱フィン41bが、長手方向がEGRガスの流れ方向に直交する向きにそれぞれ延在するように配置されている。また、図6の各例では、複数の伝熱フィン41a・41bは、互い違いに並ぶように市松模様状に配置されている。なお、伝熱フィンに代えて、伝熱チューブを配置しても良い。
なお、低圧EGR用クーラには上記各形態が適用可能であるが、水冷式の熱交換構造のものを用いることにより、空冷式のものに対してよりコンパクト化が可能である。
4 ターボチャージャ(過給機)
4b タービン
8 排気浄化装置
8a 排気浄化触媒
12 低圧排気ガス環流通路(排気環流通路)
13 低圧EGR用クーラ(冷却装置)
14 クーラ通路
15 バイパス通路
17 囲繞部材
17a 半割体(区画部材)
V5 低圧EGRクーラバイパス用バルブ(バイパス流量調整弁)
4b タービン
8 排気浄化装置
8a 排気浄化触媒
12 低圧排気ガス環流通路(排気環流通路)
13 低圧EGR用クーラ(冷却装置)
14 クーラ通路
15 バイパス通路
17 囲繞部材
17a 半割体(区画部材)
V5 低圧EGRクーラバイパス用バルブ(バイパス流量調整弁)
Claims (11)
- 内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置と、前記排気系からEGRガスを吸気系に環流する排気環流通路とを有し、
前記排気環流通路に、前記EGRガスを冷却する冷却装置を有するクーラ通路と、前記冷却装置をバイパス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が設けられ、
前記排気浄化装置および前記バイパス通路が配置される空間と前記クーラ通路が配置される空間とを区画する区画部材が設けられていることを特徴とする排気再循環装置。 - 前記バイパス通路は、前記クーラ通路よりも前記排気浄化装置に近接して配置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。
- 前記排気浄化装置と前記クーラ通路と前記バイパス通路とが、それぞれの長手方向が同方向に向くようにそれぞれ配設され、
前記排気浄化装置の前記長手方向に対応する軸線方向に対して直交する面上で、前記排気浄化装置と前記クーラ通路と前記バイパス通路との各中心を結ぶ線分が鋭角三角形を形成するようにされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の排気再循環装置。 - 前記排気浄化装置と前記クーラ通路と前記バイパス通路との少なくとも2つが、前記排気浄化装置の前記長手方向に対応する軸線方向に対して直交する面上で円形状の外周となるように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の排気再循環装置。
- 前記区画部材は、前記クーラ通路の前記長手方向に対応する軸線方向長さが前記冷却装置の同方向長さよりも長いことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の排気再循環装置。
- 前記区画部材は、前記排気浄化装置と前記バイパス通路とを外囲するように設けられた囲繞部材の一部により形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の排気再循環装置。
- 前記バイパス通路を流れるEGRガスの流量を調整するバイパス流量調整弁が設けられていると共に、
前記バイパス流量調整弁は、前記囲繞部材により覆われない位置に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の排気再循環装置。 - 前記排気環流通路は、前記排気浄化装置の下流と前記吸気系とを連通するようにされてい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。
- 前記排気系に過給機のタービンが配置され、
前記排気環流通路は、前記タービンの下流と前記吸気系とを連通するように設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の排気再循環装置。 - 前記排気浄化装置は、少なくとも排気浄化触媒を有することを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の排気再循環装置。
- 前記区画部材は断熱性を有することを特徴とする請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の排気再循環装置。
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Cited By (11)
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