JP2011038440A - Egr装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】EGRクーラへのすすの堆積を解消するEGR装置を提供する。
【解決手段】エンジン2の排気を排気マニフォールド3から給気マニフォールド4まで導くEGR配管5を備えたEGR装置1において、EGR配管上流部6に第一EGR分岐配管7と第二EGR分岐配管8とに分岐される分岐点が形成され、EGR配管下流部9に第一EGR分岐配管7と第二EGR分岐配管8が合流される合流点が形成され、第一EGR分岐配管7の中間点と第二EGR分岐配管8の中間点とがEGRクーラ10を介して連通されており、分岐点と合流点にそれぞれ三方弁11,12が設けられた。
【選択図】図1
【解決手段】エンジン2の排気を排気マニフォールド3から給気マニフォールド4まで導くEGR配管5を備えたEGR装置1において、EGR配管上流部6に第一EGR分岐配管7と第二EGR分岐配管8とに分岐される分岐点が形成され、EGR配管下流部9に第一EGR分岐配管7と第二EGR分岐配管8が合流される合流点が形成され、第一EGR分岐配管7の中間点と第二EGR分岐配管8の中間点とがEGRクーラ10を介して連通されており、分岐点と合流点にそれぞれ三方弁11,12が設けられた。
【選択図】図1
Description
本発明は、EGRクーラへのすすの堆積を解消するEGR装置に関する。
EGR装置は、排気ガスの一部をEGRガスとしてエンジンの吸気側に戻し、エンジン内に吸入される空気の酸素濃度を低下させることにより燃焼温度及び燃焼速度を低減させ排気ガス中のNOx量を低減するものである。特にディーゼルエンジンの場合、理論空燃比に対し、空気(酸素)が過剰な燃焼が起きるのを防ぐために、比較的多量のEGRが必要である。しかしながら、EGRガスの温度が高温のままであると、EGRガスのガス密度が低下し吸入空気に取り入れられるEGR量が制限されてしまう。これを改善するために、EGR配管途中に熱交換器(EGRクーラ)を配置し、EGRガスの密度を上げて充填効率を高めることで、EGR率を上げている。EGRクーラは、EGRガスを流すEGRガス細管と冷却水を流す冷却水コアとから成り、EGRガスと冷却水の間で熱交換が行われる。
図7に示されるように、EGRクーラ71は、冷却水が循環される冷却筒72内に、EGRガスを流す複数の細管73が配置されたものである。細管73は、EGRクーラ71の入口から出口へ伸びており、入口、出口、各断面#1〜#3を矢視で見ると複数の細管73が縦横に整列配置されていることが分かる。
近年においてはEGRクーラの冷却性能が大幅に向上してきている。しかしながら、EGRクーラ出口付近においては、EGRガスの温度が低下して含有されている水分の温度が露点以下になると、EGRクーラ内部がウエット状態になり、この部分にEGRガス成分のひとつであるすすが付着する。このすすの堆積がさらに成長することでEGRクーラの冷却効率が著しく低下し、一定の排気ガス性能を得ることが困難になる。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、EGRクーラへのすすの堆積を解消するEGR装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気を排気マニフォールドから給気マニフォールドまで導くEGR配管を備えたEGR装置において、前記EGR配管の上流部に第一EGR分岐配管と第二EGR分岐配管とに分岐される分岐点が形成され、前記EGR配管の下流部に前記第一EGR分岐配管と前記第二EGR分岐配管が合流される合流点が形成され、前記第一EGR分岐配管の中間点と前記第二EGR分岐配管の中間点とがEGRクーラを介して連通されており、前記分岐点と前記合流点にそれぞれ三方弁が設けられたものである。
前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第一EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第二EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替える第一のEGRクーラ用弁制御モードと、前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第二EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第一EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替える第二のEGRクーラ用弁制御モードとを選択的に実行するEGRクーラ用弁制御部が設けられてもよい。
前記EGRクーラ用弁制御部は、前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第一EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第一EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替えるか又は、前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第二EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第二EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替える第三のEGRクーラ用弁制御モードを選択的に実行することができてもよい。
前記EGRクーラの第一EGR分岐配管側と第二EGR分岐配管側にそれぞれEGRガス温度を測定するEGRガス温度センサが設けられ、前記EGRクーラの冷却水入口温度を測定するEGRクーラ冷却水温度センサが設けられ、前記2つのEGRガス温度センサによる前記EGRクーラの入口EGRガス温度及び出口EGRガス温度と前記EGRクーラ冷却水温度センサによる冷却水入口温度とから前記EGRクーラの冷却効率を演算する冷却効率演算部が設けられ、前記演算された冷却効率に基づき前記EGRクーラにすすが堆積したことが認識可能であってもよい。
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
(1)EGRクーラへのすすの堆積を解消することができる。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図1に示されるように、本発明に係るEGR装置1は、エンジン2の排気を排気マニフォールド3から給気マニフォールド4まで導くEGR配管5を備えたEGR装置1において、EGR配管上流部6に第一EGR分岐配管7と第二EGR分岐配管8とに分岐される分岐点が形成され、EGR配管下流部9に第一EGR分岐配管7と第二EGR分岐配管8が合流される合流点が形成され、第一EGR分岐配管7の中間点と第二EGR分岐配管8の中間点とがEGRクーラ10を介して連通されており、分岐点と合流点にそれぞれ三方弁11,12が設けられたものである。
EGR装置1は、分岐点の三方弁11をEGR配管上流部6から第一EGR分岐配管7への流れに切り替えると共に合流点の三方弁12を第二EGR分岐配管8からEGR配管下流部9への流れに切り替える第一のEGRクーラ用弁制御モード(図2参照)と、分岐点の三方弁11をEGR配管上流部6から第二EGR分岐配管8への流れに切り替えると共に合流点の三方弁12を第一EGR分岐配管7からEGR配管下流部9への流れに切り替える第二のEGRクーラ用弁制御モード(図3参照)とを選択的に実行するEGRクーラ用弁制御部13が設けられる。
EGRクーラ用弁制御部13は、分岐点の三方弁11をEGR配管上流部6から第一EGR分岐配管7への流れに切り替えると共に合流点の三方弁12を第一EGR分岐配管7からEGR配管下流部9への流れに切り替えるか又は、分岐点の三方弁11をEGR配管上流部6から第二EGR分岐配管8への流れに切り替えると共に合流点の三方弁12を第二EGR分岐配管8からEGR配管下流部9への流れに切り替える第三のEGRクーラ用弁制御モード(図4参照)を選択的に実行することができる。
EGR装置1は、EGRクーラ10の第一EGR分岐配管7側と第二EGR分岐配管8側にそれぞれEGRガス温度を測定するEGRガス温度センサ(第一EGRガス温度センサ14、第二EGRガス温度センサ15)が設けられ、EGRクーラ10の冷却水入口温度を測定するEGRクーラ冷却水温度センサ16が設けられ、2つのEGRガス温度センサ14,15によるEGRクーラ10の入口EGRガス温度及び出口EGRガス温度とEGRクーラ冷却水温度センサ16による冷却水入口温度とからEGRクーラ10の冷却効率を演算する冷却効率演算部17が設けられ、ここで演算された冷却効率に基づきEGRクーラ10にすすが堆積したことが認識可能である。
エンジン2のクランクシャフト18には、冷却ファン19が取り付けられている。また、エンジン2には、過給器20が付随している。過給器20のタービン21の入口には、排気マニフォールド3からの高圧排気配管22が接続され、タービン21の出口には低圧排気配管23が接続されている。過給器20のコンプレッサ24の入口には低圧吸気配管25が接続され、コンプレッサ24の出口には高圧吸気配管26が接続されている。高圧吸気配管26は、吸気クーラ27内を通されて吸気スロットル弁28に接続されている。
吸気スロットル弁28は、給気マニフォールド4に対して空気量を調節して投入できるようになっている。一方、EGR配管5の最下流部にEGRバルブ29が接続されており、EGRバルブ29は、給気マニフォールド4に対してEGRガス量を調節して投入できるようになっている。
エンジン2は、ECU(電子制御装置又はエンジン制御装置)30により制御される。本発明における制御を実行するEGRクーラ用弁制御部13、冷却効率演算部17はもとより、その他の制御の実行部は、ECU30内に形成するとよい。
EGRクーラ10は、図7で説明したEGRクーラ71と同じ構造のものである。EGRクーラ冷却水温度センサ16は、冷却水をEGRクーラ10の冷却筒72に供給するEGRクーラ冷却水配管31に取り付けられる。
次に、本発明のEGR装置1の動作原理を説明する。
図7には、EGRクーラ71、各細管73について、すすの堆積の様子をハッチングで示してある。入口ではすす無しの細管73が多いのに対し、断面#1、#2、#3の順ですす有り、すす多いの細管73が顕著になり、出口ではすす多いの細管73がほとんどを占めている。
本発明者は、EGRクーラ71の入口側よりも出口側においてすすの堆積が顕著であることに着目した。すでに述べたように、EGRクーラ71の出口側においては、EGRガスの温度が低下して水分が露結するためすすが付着してしまう。この出口側の水分を熱によって蒸発させ、あるいはすすを燃焼させることができれば、堆積したすすを除去することができる。そこで、本発明では、EGRクーラ10内のEGRガス流路方向を反転させ、それまで出口側であった部分を入口側にし、EGR配管上流部6から来るEGRガスの熱により、水分の蒸発、すすの燃焼を促進させ、すすを除去する。それまで入口側であった部分は出口側となり、すすが堆積し始めるが、適宜な時間経過の後、再び、EGRガス流路方向を反転させることで、堆積したすすを除去することができる。
以下、具体的な動作を図2〜図4により説明する。
図2に示されるように、第一EGRクーラ用弁制御モード実行時、EGRクーラ用弁制御部13は、分岐点の三方弁11をEGR配管上流部6から第一EGR分岐配管7への流れに切り替えると共に合流点の三方弁12を第二EGR分岐配管8からEGR配管下流部9への流れに切り替える。これにより、EGRガスの流れは、ハッチングで示すように、EGR配管上流部6→分岐点の三方弁11→第一EGR分岐配管7→EGRクーラ10→第二EGR分岐配管8→合流点の三方弁12→EGR配管下流部9となる。EGRクーラ10内では、図示左側からEGRガスが入り、図示右側からEGRガスが出ることになる。
図3に示されるように、第二EGRクーラ用弁制御モード実行時、EGRクーラ用弁制御部13は、分岐点の三方弁11をEGR配管上流部6から第二EGR分岐配管8への流れに切り替えると共に合流点の三方弁12を第一EGR分岐配管7からEGR配管下流部9への流れに切り替える。これにより、EGRガスの流れは、ハッチングで示すように、EGR配管上流部6→分岐点の三方弁11→第二EGR分岐配管8→EGRクーラ10→第一EGR分岐配管7→合流点の三方弁12→EGR配管下流部9となる。EGRクーラ10内では、図示右側からEGRガスが入り、図示左側からEGRガスが出ることになる。
このように、第一EGRクーラ用弁制御モードと第二EGRクーラ用弁制御モードではEGRクーラ10の入口と出口が反転する。この結果、EGRクーラ10の出口側に堆積したすすを除去することができる。このような入口と出口の反転を繰り返すことですすが堆積していない状態を維持することにより、EGRクーラ10の冷却効率を長期にわたり保持できる。
図4に示されるように、第三EGRクーラ用弁制御モード実行時は、EGRクーラ用弁制御部13は、分岐点の三方弁11をEGR配管上流部6から第二EGR分岐配管8への流れに切り替えると共に合流点の三方弁12を第二EGR分岐配管8からEGR配管下流部9への流れに切り替える。これにより、EGRガスの流れは、ハッチングで示すように、EGR配管上流部6→分岐点の三方弁11→第二EGR分岐配管8→合流点の三方弁12→EGR配管下流部9となる。EGRガスは、EGRクーラ10を通過しないことになる。なお、三方弁11,12をそれぞれ逆に切り替えても、結果は同様である。
第三EGRクーラ用弁制御モードは、ホットEGRのモードである。エンジン2を始動したとき、EGRクーラ10を通してEGRガスを取り込むと、エンジン2に入る吸気(大気+EGRガス)の温度が下がりすぎ、排気の中にHC成分やCO成分が排出される。そこで、例えば、エンジン冷却水温が低いとき(=エンジン2が暖まってないとき)は、EGRクーラ10を通さずにEGRガスをエンジン2に取り込むことで、ホットEGRを行い、吸気温度が下がりすぎないようにすることができる。逆に、EGRクーラ10を通してEGRガスをエンジン2に取り込むことをクールEGRという。
次に、EGRクーラ用弁制御モードの選択を切り替える方法を説明する。
EGRクーラ10にすすが堆積すると冷却効率が低下する。よって、冷却効率を監視しておき、冷却効率が低下してきたら、すすが堆積したと認識し、EGRクーラ10の入口と出口を反転させるようにすれば、堆積したすすを除去することができる。
本発明では、冷却効率演算部17が2つのEGRガス温度センサ14,15によるEGRクーラ10の入口EGRガス温度及び出口EGRガス温度とEGRクーラ冷却水温度センサ16による冷却水入口温度とからEGRクーラ10の冷却効率を演算する。ここで、EGRクーラ10の冷却効率の定義式(=演算式)は、
冷却効率(%)=
(EGRクーラの入口温度−EGRクーラの出口温度)
/(EGRクーラの入口温度−冷却水入口温度)×100
である。本発明ではEGRクーラ10の入口と出口が入れ替わるので、演算に代入する入口温度と出口温度は、EGRクーラ用弁制御モードに応じて第一EGRガス温度センサ14、第二EGRガス温度センサ15の測定値を入れ替えて使用する。
冷却効率(%)=
(EGRクーラの入口温度−EGRクーラの出口温度)
/(EGRクーラの入口温度−冷却水入口温度)×100
である。本発明ではEGRクーラ10の入口と出口が入れ替わるので、演算に代入する入口温度と出口温度は、EGRクーラ用弁制御モードに応じて第一EGRガス温度センサ14、第二EGRガス温度センサ15の測定値を入れ替えて使用する。
EGRクーラ用弁制御部13は、冷却効率演算部17が演算で求めた冷却効率があらかじめ定めた許容値未満になると、選択するEGRクーラ用弁制御モードを第一から第二へ、第二から第一へと変えていく。冷却効率の許容値は任意であるが、例えば、出荷当時のEGRクーラ10の排気ガス性能が維持できる値とするのがよい。
このように第一、第二のEGRクーラ用弁制御モードを交互に選択することにより、図5のような制御結果が得られる。
図5に示されるように、最初は、第一EGRクーラ用弁制御モードM1が選択され、図2のEGRガス流路が形成された状態とする。EGRクーラ10をEGRガスが通過することにより、すすが堆積して徐々にEGRクーラ10の冷却効率が低下していく。冷却効率が許容値を下回ると、第二EGRクーラ用弁制御モードM2が選択され、図3のEGRガス流路が形成された状態とする。これにより、すすが除去されるので、冷却効率が上昇する。その後、冷却効率が低下して許容値を下回ると、第一EGRクーラ用弁制御モードM1が選択されてすすが除去されるので、冷却効率が上昇する。一方、従来技術では、堆積するすすを除去することができないため、冷却効率は低下し続ける。
このように、本発明によれば、EGRクーラ10の信頼性、耐久性が向上し、本発明のEGRクーラ10を搭載した車両は、新車のときからの排ガス性能を長期間、安定して維持することができる。
なお、本実施例では、各部位の温度から冷却効率を求め、すすの堆積を認識したが、EGRクーラ10内の圧損からすすの堆積を認識してもよい。
次に、図1のEGR装置1における制御手順を図6のフローチャートに従い説明する。
ステップS1;EGR装置1は、エンジン回転速度が0より大きいかどうかにより、エンジン2が運転中かどうかを判定する。エンジン2が運転中でなければ、ステップS13へ進む。エンジン2が運転中であれば、ステップS2へ進む。
ステップS2;EGR装置1は、エンジン状態がクールEGRの運転領域にあるかどうか及びEGRクーラ10が正常であるかどうかを判定する。エンジン状態がクールEGRの運転領域にあって、かつ、EGRクーラ10が正常であれば、ステップS4へ進む。エンジン状態がクールEGRの運転領域でない(=ホットEGRの運転領域である)か、又はEGRクーラ10が異常であれば、ステップS3へ進む。エンジン状態がクールEGRの運転領域にあるかどうかは、エンジン冷却水温等のエンジンパラメータをあらかじめ設定した閾値と比較して判定する。EGRクーラ10が正常であるかどうかは、後述するステップS8における判定結果の記憶に基づいて判定する。
ステップS3;EGRクーラ用弁制御部13は、第三EGRクーラ用弁制御モードを選択する。これにより、EGRガスの流れは、図4のようになり、EGRガスは、EGRクーラ10を通過しなくなる。なお、本フローチャートの手順では、ホットEGRが必要なときのみならず、EGRクーラ10が異常である場合にも、EGRクーラ10をEGRガスの流路から除外することになる。
ステップS4;EGRクーラ用弁制御部13は、クールEGRの開始時デフォルトとして第一EGRクーラ用弁制御モードを選択する(第二EGRクーラ用弁制御モードであってもよい)。これにより、EGRガスの流れは、図2のようになり、EGRガスは、EGRクーラ10を図示左側から図示右側へ通過するようになる。
ステップS5;冷却効率演算部17は、EGRクーラ10の冷却効率を演算し、EGR装置1は、冷却効率が許容値以上かどうかを判定する。YesであればステップS10へ進む。No、すなわち許容値未満であれば、ステップS6へ進む。
ステップS6;EGRクーラ用弁制御部13は、EGRクーラ用弁制御モードを反転選択する。すなわち、直前まで第一EGRクーラ用弁制御モードが選択されていれば第二EGRクーラ用弁制御モードに切り替え、第二EGRクーラ用弁制御モードが選択されていれば第一EGRクーラ用弁制御モードに切り替える。
ステップS7;EGR装置1は、EGRクーラ用弁制御部13が選択したEGRクーラ用弁制御モードを保持したまま、あらかじめ設定した冷却効率安定時間が経過するのを待つ。冷却効率安定時間は、EGRクーラ10におけるEGRガスの流路が反転したことによる過渡状態がおさまるまでの時間である。
ステップS8;EGR装置1は、冷却効率が安定しない(又は上昇しない)かどうか判定する。冷却効率安定時間が経過したにもかかわらず冷却効率が安定しない場合、EGRクーラ10に異常があるので、ステップS9へ進む。冷却効率が安定した場合、ステップS5へ進む。
ステップS9;EGR装置1は、EGRクーラ10に異常がある旨を表示器に表示し、ステップS11へ進む。
ステップS10;ステップS5においてEGRクーラ10の冷却効率が許容値以上のとき、EGR装置1は、エンジン2が停止しているかどうかを判定する。エンジン2が停止していれば、ステップS13へ進む。エンジン2が停止していなければ、ステップS11へ進む。
ステップS11;EGR装置1は、エンジン状態がクールEGRの運転領域外にあるかどうか又はEGRクーラ10が異常であるかどうかを判定する。エンジン状態がクールEGRの運転領域外にある(=ホットEGRの運転領域である)か又はEGRクーラ10が異常であれば、ステップS3へ進む。エンジン状態がクールEGRの運転領域にあって、かつ、EGRクーラ10が正常であれば、ステップS12へ進む。
ステップS12;そのままステップS5へ進む。
ステップS13;EGR装置1は、EGRバルブ29を閉じる。
1 EGR装置
2 エンジン
3 排気マニフォールド
4 給気マニフォールド
5 EGR配管
6 EGR配管上流部
7 第一EGR分岐配管
8 第二EGR分岐配管
9 EGR配管下流部
10 EGRクーラ
11 分岐点の三方弁
12 合流点の三方弁
13 EGRクーラ用弁制御部
14 第一EGRガス温度センサ
15 第二EGRガス温度センサ
16 EGRクーラ冷却水温度センサ
17 冷却効率演算部
30 ECU
31 EGRクーラ冷却水配管
2 エンジン
3 排気マニフォールド
4 給気マニフォールド
5 EGR配管
6 EGR配管上流部
7 第一EGR分岐配管
8 第二EGR分岐配管
9 EGR配管下流部
10 EGRクーラ
11 分岐点の三方弁
12 合流点の三方弁
13 EGRクーラ用弁制御部
14 第一EGRガス温度センサ
15 第二EGRガス温度センサ
16 EGRクーラ冷却水温度センサ
17 冷却効率演算部
30 ECU
31 EGRクーラ冷却水配管
Claims (4)
- エンジンの排気を排気マニフォールドから給気マニフォールドまで導くEGR配管を備えたEGR装置において、前記EGR配管の上流部に第一EGR分岐配管と第二EGR分岐配管とに分岐される分岐点が形成され、前記EGR配管の下流部に前記第一EGR分岐配管と前記第二EGR分岐配管が合流される合流点が形成され、前記第一EGR分岐配管の中間点と前記第二EGR分岐配管の中間点とがEGRクーラを介して連通されており、前記分岐点と前記合流点にそれぞれ三方弁が設けられたことを特徴とするEGR装置。
- 前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第一EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第二EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替える第一のEGRクーラ用弁制御モードと、前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第二EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第一EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替える第二のEGRクーラ用弁制御モードとを選択的に実行するEGRクーラ用弁制御部が設けられたことを特徴とする請求項1記載のEGR装置。
- 前記EGRクーラ用弁制御部は、前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第一EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第一EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替えるか又は、前記分岐点の三方弁を前記EGR配管上流部から前記第二EGR分岐配管への流れに切り替えると共に前記合流点の三方弁を前記第二EGR分岐配管から前記EGR配管下流部への流れに切り替える第三のEGRクーラ用弁制御モードを選択的に実行することができることを特徴とする請求項2記載のEGR装置。
- 前記EGRクーラの第一EGR分岐配管側と第二EGR分岐配管側にそれぞれEGRガス温度を測定するEGRガス温度センサが設けられ、前記EGRクーラの冷却水入口温度を測定するEGRクーラ冷却水温度センサが設けられ、前記2つのEGRガス温度センサによる前記EGRクーラの入口EGRガス温度及び出口EGRガス温度と前記EGRクーラ冷却水温度センサによる冷却水入口温度とから前記EGRクーラの冷却効率を演算する冷却効率演算部が設けられ、前記演算された冷却効率に基づき前記EGRクーラにすすが堆積したことが認識可能であることを特徴とする請求項1〜3いずれか記載のEGR装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009184938A JP2011038440A (ja) | 2009-08-07 | 2009-08-07 | Egr装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009184938A JP2011038440A (ja) | 2009-08-07 | 2009-08-07 | Egr装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011038440A true JP2011038440A (ja) | 2011-02-24 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009184938A Pending JP2011038440A (ja) | 2009-08-07 | 2009-08-07 | Egr装置 |
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JP (1) | JP2011038440A (ja) |
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