JP2011508851A - 排気ガス再循環冷却回路 - Google Patents

Abstract

本発明は、エンジンラジエータに連結された排気ガス冷却器を備えた分離した冷却回路を含む排気ガスを冷却してエンジン内を再循環させる装置に関する。前記エンジン冷却回路の外側の循環回路により、ほとんどの環境において低温でＥＧＲ冷却器に伝達されるクーラントが生じ、それ故、排気ガスの冷却が改良される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃エンジン用の排気ガス再循環システムに関し、特に、排気ガス再循環システムの冷却装置に関する。

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）形成を低減するには、排気ガス再循環（ＥＧＲ）によって内燃エンジンの燃焼温度を低下させる。排気ガスは、排気筒を迂回して冷却、濾過された後、エンジンの吸気と合流する。

排気ガスを冷却して再循環させる既知の方法には、排気ガスの熱交換器をエンジン冷却回路に接続する方法や、排気ガスの熱交換器に専用のラジエターと冷却回路を設置したシステムがある。

必要なコストやスペースを最小限に抑えながら、排気ガス温度を可能な限り低下させることが望ましい。

本発明により、エンジンラジエタークーラントを接続して使用する、排気ガス熱交換器用の冷却回路を備えた装置を開示するが、この装置を、エンジン冷却回路の外部で運転することもできる。

本発明に係る装置により、ラジエターを追加するコストやそれに付随する機構の複雑化を伴うことなく、排気ガスの冷却効率を改善することができる。

本発明による実施形態において、ラジエターに接続されたエンジンの冷却回路を有するエンジンアセンブリには、クーラントを排気ガスの熱交換器に導入するためのループ又は回路がラジエターに追加接続されている。ほぼ最高レベルまで熱負荷がかかった状態、すなわち最大のエンジン負荷がかかっており、ラム空気の流速が低く、周囲温度が高い状態では、ラジエターから出るクーラントの温度は、エンジンサーモスタットを通るがラジエターを迂回する比較的高温のクーラントと合流するまでは、比較的低温（一般的に約５０°Ｃ）である。独立した回路を追加することによって、排気ガスを冷却するための低温のクーラントを効果的に得ることができるので、排気ガスの冷却効率が改善される。排気ガスの冷却効率を改善することによって、ＮＯｘを減少させるとともに燃費を改善することができる。

本発明の実施形態に係る装置は、入口と出口を有するエンジンクーラント冷却用の第１熱交換器又はラジエターと；クーラントをこの熱交換器出口からエンジンに導入するように接続された第１ブランチ、及び、クーラントをエンジンから熱交換器入口に導入するように接続された第２ブランチを有する第１冷却回路と；この第２ブランチと第１ブランチの間に接続されたバイパスブランチと；第２ブランチにおいてこのバイパスブランチに接続されたサーモスタット制御弁であって、熱交換器入口又はバイパスブランチに向かうクーラントの流れを制御するサーモスタット制御弁と；熱交換器出口とバイパスブランチの間で第１ブランチに接続され、且つ、サーモスタット制御弁と熱交換器入口の間で第２ブランチに接続された排気ガス冷却回路と；排気ガス冷却回路に接続された排気ガス冷却用の第２熱交換器を備える。

本発明の別の実施形態によると、この装置は、第１ブランチにクーラントポンプを更に備え、これによって、クーラントが第１冷却回路を通るようになっている。

必要に応じて、この装置の第１ブランチにおいて、排気ガス冷却回路とバイパスブランチの間にチェック弁を追加して、バイパスブランチから排気ガス冷却回路への流れを防止することもできる。

本発明のまた別の実施形態として、この装置の排気ガス冷却回路に排気ガス冷却回路ポンプを追加して、これによって、クーラントが排気冷却回路を通るようにすることもできる。

本発明の更に別の実施形態として、排気ガス冷却回路ポンプの流量を制御する手段を追加して、これによって、排気ガスの冷却力を制御するようにもできる。

本発明の一実施形態に係る、内燃エンジンの排気ガス再循環冷却回路の概略図である。

図１は、本発明に係る、冷却機能を有する排気ガス再循環システムを備えた内燃エンジン１０を極めて単純化して示した概略図である。このエンジン１０は、燃料と混合して燃焼させるための吸気１４を導入する吸気マニホルド１２と、排気筒又は排気管１８によって排気物質をエンジンから排出するための排気マニホルド１６とを有する。

エンジン１０は、その内部に、クーラントを流す通路（図示せず）を有する冷却システムを備える。この冷却システムには、熱交換器又はラジエター２０が接続されており、これによって、クーラントから熱が伝達されるようになっている。クーラントは、クーラントシステムの第１ブランチ２２を介して、エンジン１０からラジエター２０の入口２４に送られる。冷却されたクーラントは、ラジエター２０の出口２８に接続された第２ブランチ２６を介してエンジン１０に戻る。クーラントは、（この実施形態では第２ブランチ２６に設置されている）ポンプ３０によってシステム内を循環する。

この冷却システムには、サーモスタット制御弁３４で制御されるバイパスブランチ３２が設置されており、これによって、クーラントの温度がエンジンを作動温度にして維持するための閾値を下回る場合に、クーラントがラジエター入口２４を迂回するようになっている。

排気ガスの一部は、エンジン吸気１４として再循環する。燃焼排気のＮＯｘ生成を抑えるには、周知のように、排気ガス再循環プロセスを用いる。排気管１８に弁４０を追加して、排気ガスを再循環させるタイミングと量を制御できるようにしてもよい。再循環する排気ガスは、第１の管４１から排気ガス冷却器４２に送られて冷却され、その後、第２の管４３から吸気１４に合流する。

排気ガス冷却器４２では、エンジン冷却システムのクーラントと排気ガスの熱交換を行って、排気ガスを冷却する。本発明によると、排気ガス冷却器４２のクーラントが循環する回路は、エンジン冷却回路から独立しているが、使用するラジエター２０は、同一のものである。排気ガス冷却回路のラジエター出口２８とバイパスブランチ３２の間には、エンジン冷却システムの第２ブランチ２６に接続された第１導管４２がある。冷却後のクーラントは、第１導管４２を通り、排気ガス冷却器４２に導入される。排気ガス冷却器４２からは、第２導管４４が延びており、これを通って、加熱後のクーラントがラジエター２０に導入される。また、第２導管４４は、ラジエター入口２４とサーモスタット制御弁３４の間で第１ブランチ２２に接続している。

第１導管４２には、ポンプ４６が設置されており、これによって、クーラントが排気ガス冷却回路を循環する。このポンプ４６の流量を、センスした冷却後の排気ガスの温度、或いは、排気ガス冷却器に流入するクーラントの温度と排気ガス冷却器から排出されるクーラントの温度との差に基づいて制御することによって、排気ガスの冷却力を制御することもできる。

このように、排気ガス冷却回路にラジエター２０を直結してクーラントを循環させることによって、クーラントがエンジンによって加熱されることを回避できるので、排気ガス冷却器４２に導入するクーラントの温度を可能な限り低くすることができる。その結果、排気ガスの温度をより低く抑えることができるので、排気ガス再循環システムの効率を高めることができる。

また、排気ガス冷却回路の第２ブランチ２６において、第１導管４２とバイパスブランチ３２の間にチェック弁５０を追加して、これによって、クーラントがバイパスブランチ３２から排気ガス冷却回路の第１導管４２に流入することを防止することもできる。

好適な方式や実施形態、構成要素に関連付けて本発明を説明してきたが、当業者には明らかなように、これらの代替物もまた、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の範囲に含まれる。

Claims (5)

1. 排気ガスを冷却してエンジン内を再循環させる装置であって、
   入口と出口を有する、エンジンクーラント冷却用の第１熱交換器と、
   クーラントを前記熱交換器出口からエンジンに導入するように接続された第１ブランチ、及び、クーラントをエンジンから前記熱交換器入口に導入するように接続された第２ブランチを有する第１冷却回路と、
   クーラントが前記第１熱交換器を迂回するように前記第１ブランチと前記第２ブランチの間に接続されたバイパスブランチと、
   前記第２ブランチにおいて前記バイパスブランチに接続されたサーモスタット制御弁であって、前記熱交換器入口又は前記バイパスブランチに向かうクーラントの流れを制御するサーモスタット制御弁と、
   前記出口と前記バイパスブランチの間で前記第１ブランチに接続され、且つ、前記サーモスタット制御弁と前記熱交換器入口の間で前記第２ブランチに接続された排気ガス冷却回路と、
   前記排気ガス冷却回路に接続された排気ガス冷却用の第２熱交換器と
   を備える装置。
2. クーラントが前記第１冷却回路を循環するように、前記第１ブランチにクーラントポンプを更に設置した、請求項１に記載の装置。
3. 前記バイパスブランチから前記排気ガス冷却回路へ向かう流れを阻止するために、前記第１ブランチの前記排気ガス冷却回路と前記バイパスブランチの間にチェック弁を更に設置した、請求項１に記載の装置。
4. クーラントが前記排気ガス冷却回路を循環するように、前記排気ガス冷却回路に排気ガス冷却回路ポンプを更に設置した、請求項１に記載の装置。
5. 前記排気ガス冷却回路ポンプの流量を制御するための手段を更に備える、請求項４に記載の装置。

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