JP2012067656A - Egr gas cooling device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas cooling device, capable of cooling an EGR gas without giving an adverse influence to fuel consumption.SOLUTION: A heater 4 heat-exchanging between the EGR gas flowing in an EGR pipe 3 in a near part of an exhaust manifold 23 and an operation gas is provided in a loop pipe 2 in which the operation gas is encapsulated, a cooler 5 heat-exchanging between the operation gas and the atmosphere is provided in the loop pipe 2 and a regenerator 6 is provided between the cooler 5 and the heater 4 of the loop pipe 2 to form a motor 7 for converting heat of the EGR gas into sound in the loop pipe 2.

Description

本発明は、エンジンに再循環されるEGRガスを冷却するEGRガス冷却装置に係り、燃費に悪影響を与えることなくEGRガスを冷却することができるEGRガス冷却装置に関する。   The present invention relates to an EGR gas cooling device that cools EGR gas recirculated to an engine, and relates to an EGR gas cooling device that can cool EGR gas without adversely affecting fuel consumption.

従来より、ディーゼルエンジンには排気ガスをエンジンに循環させるEGR(Exhaust Gas Recirculation)システムが搭載される。EGRシステムでは、排気マニホールドからEGR管に取り込まれた温度が高いEGRガスがEGRクーラにて冷却され、その冷却されたEGRガスが新気と混合されてエンジンに吸気される。   Conventionally, diesel engines are equipped with an exhaust gas recirculation (EGR) system that circulates exhaust gas through the engine. In the EGR system, the EGR gas having a high temperature taken into the EGR pipe from the exhaust manifold is cooled by the EGR cooler, and the cooled EGR gas is mixed with fresh air and sucked into the engine.

EGRクーラでは、EGRガスが冷却水により冷却される。その冷却水は、ラジエータにて放熱される。このようにして、EGRガスの熱は、EGRクーラにて冷却損失として失われる。一方、冷却水を放熱させるためにラジエータにおいてエンジンあるいはモータで冷却ファンが駆動される。これらのようにEGRガスの熱が冷却損失となること、及び冷却ファンを駆動することは、ディーゼルエンジンの熱効率低下の要因となっている。   In the EGR cooler, the EGR gas is cooled by the cooling water. The cooling water is dissipated by the radiator. In this way, the heat of the EGR gas is lost as a cooling loss in the EGR cooler. On the other hand, in order to dissipate the cooling water, a cooling fan is driven by an engine or a motor in the radiator. As described above, the heat of the EGR gas becomes a cooling loss, and the driving of the cooling fan is a factor in reducing the thermal efficiency of the diesel engine.

エンジンの排気ガスの熱を再利用するために、排気ガスを熱源として熱音響機関を駆動して吸入空気又はEGRガスを冷却する冷却装置が特許文献1,2に開示されている。   In order to reuse the heat of the exhaust gas of the engine, Patent Documents 1 and 2 disclose cooling apparatuses that drive the thermoacoustic engine using the exhaust gas as a heat source to cool intake air or EGR gas.

ここで、熱音響機関について簡単に説明する。   Here, the thermoacoustic engine will be briefly described.

図3に示されるように、高温熱源との熱交換を行う熱交換器である加熱器101と、低温熱源との熱交換を行う熱交換器である冷却器102と、これら加熱器101と冷却器102との間で温度勾配を保持する再生器103とが、閉じたループ管104に並べて配置される。ループ管104内には、作動流体(ガス)が封入される。この構成により、ループ管104内の気柱が局部的に加熱及び冷却されると、熱エネルギの一部が力学エネルギに変換され、気柱が自励振動を起こす。ループ管104の長さと封入したガスにより、共振周波数が決まる。この作用から、加熱器101、冷却器102、再生器103は、力学的には原動機105と見なすことができる。ループ管104内のガスが加熱、冷却、膨張、圧縮といった熱力学過程を経験することで、力学的サイクル(スターリングサイクル)が形成される。このように、原動機105は、熱源からの熱をループ管104内の音響に変換する機能を有する。   As shown in FIG. 3, a heater 101 that is a heat exchanger that performs heat exchange with a high-temperature heat source, a cooler 102 that is a heat exchanger that performs heat exchange with a low-temperature heat source, and cooling the heater 101 A regenerator 103 that maintains a temperature gradient with the regenerator 102 is arranged side by side in the closed loop tube 104. A working fluid (gas) is enclosed in the loop tube 104. With this configuration, when the air column in the loop tube 104 is locally heated and cooled, part of the heat energy is converted into dynamic energy, and the air column causes self-excited vibration. The resonance frequency is determined by the length of the loop tube 104 and the enclosed gas. From this action, the heater 101, the cooler 102, and the regenerator 103 can be mechanically regarded as the prime mover 105. A dynamic cycle (Stirling cycle) is formed by the gas in the loop tube 104 experiencing a thermodynamic process such as heating, cooling, expansion, and compression. Thus, the prime mover 105 has a function of converting heat from the heat source into sound in the loop tube 104.

図4に示されるように、原動機105を備えたループ管104に、ループ管104内の気柱の振動(音響)を仕事に変換する受動機として、冷凍機106が配置される。冷凍機106は、原動機105と同様に再生器107の両端に熱交換器が設けられたものである。冷凍機106では、一方の熱交換器が冷却器108として冷却されるとき、他方の熱交換器は冷凍器109となり温度が低下する。このように、冷凍機106は、ループ管104内の音響を冷熱に変換して取り出す機能を有する。   As shown in FIG. 4, a refrigerator 106 is arranged in a loop pipe 104 provided with a prime mover 105 as a passive machine that converts vibration (sound) of an air column in the loop pipe 104 into work. The refrigerator 106 is provided with heat exchangers at both ends of the regenerator 107 in the same manner as the prime mover 105. In the refrigerator 106, when one heat exchanger is cooled as the cooler 108, the other heat exchanger becomes the refrigerator 109, and the temperature decreases. Thus, the refrigerator 106 has a function of converting the sound in the loop tube 104 into cold heat and taking it out.

特開2005−233485号公報JP 2005-233485 A 特開2006−2783号公報JP 2006-2784 A

特許文献2の冷却装置では、原動機の加熱器が触媒装置より下流の排気管を流れる排気ガスを熱源としている。しかし、この構成では、原動機それ自体にはEGRガスを冷却する効果はない。さらに、触媒装置の下流では、排気ガス温度がエンジンの排気マニホールドから出てきたばかりの排気ガスの温度に比べて相当に低いため、原動機において加熱器と冷却器との間の温度差が小さく、ループ管に生じる音響が小さい。このため、この音響で冷凍機を駆動してEGRガスを冷却しようとしても、冷却が不十分となる。   In the cooling device of Patent Document 2, the heater of the prime mover uses exhaust gas flowing through the exhaust pipe downstream from the catalyst device as a heat source. However, with this configuration, the prime mover itself has no effect of cooling the EGR gas. Further, downstream of the catalyst device, the exhaust gas temperature is considerably lower than the temperature of the exhaust gas just emerging from the engine exhaust manifold, so the temperature difference between the heater and the cooler in the prime mover is small, and the loop The sound generated in the tube is small. For this reason, even if it is going to drive a refrigerator with this sound and to cool EGR gas, cooling becomes inadequate.

なお、これとは逆に、触媒装置の上流の排気管を流れる排気ガスを熱源とすると、加熱器において排気ガスの熱が奪われるため、触媒装置における排気ガスの温度が低下して触媒の活性化が阻害される。   On the other hand, if the exhaust gas flowing through the exhaust pipe upstream of the catalyst device is used as a heat source, the heat of the exhaust gas is taken away by the heater, so that the temperature of the exhaust gas in the catalyst device decreases and the activity of the catalyst is reduced. Is inhibited.

特許文献1には、原動機の加熱器がEGR管のEGR弁より下流のEGRガスを熱源とする冷却装置と、原動機の加熱器がターボチャージャのタービンより上流の排気管を流れる排気ガスを熱源とする冷却装置とが開示されている。   Patent Document 1 discloses a cooling device in which a heater of a prime mover uses EGR gas downstream from an EGR valve of an EGR pipe as a heat source, and an exhaust gas flowing through an exhaust pipe upstream of a turbine of a turbocharger as a heat source. A cooling device is disclosed.

しかし、タービンより上流の排気管を流れる排気ガスを熱源とする冷却装置では、加熱器において排気ガスの熱が奪われるため、タービンを回転させる排気ガスの圧力が低下し、吸入空気量が減少するという弊害がある。また、この構成では、原動機それ自体にはEGRガスを冷却する効果はない。   However, in the cooling device using the exhaust gas flowing through the exhaust pipe upstream of the turbine as the heat source, the heat of the exhaust gas is deprived in the heater, so the pressure of the exhaust gas that rotates the turbine decreases and the amount of intake air decreases. There is a harmful effect. Further, in this configuration, the prime mover itself has no effect of cooling the EGR gas.

EGRガスを熱源とする冷却装置では、触媒装置やターボチャージャに対する悪影響はない。また、EGRガスを原動機の熱源としたことで、原動機においてEGRガスが冷却される。しかし、EGR弁の下流では、排気ガス温度が排気マニホールドから出てきたばかりの排気ガスの温度に比べて低いため、原動機において加熱器と冷却器との間の温度差が小さく、ループ管に生じる音響が小さい。このため、この音響で冷凍機を駆動してEGRガスを冷却しようとしても、冷却が不十分となる。   In the cooling device using EGR gas as a heat source, there is no adverse effect on the catalyst device and the turbocharger. Further, since the EGR gas is used as the heat source of the prime mover, the EGR gas is cooled in the prime mover. However, downstream of the EGR valve, the temperature of the exhaust gas is lower than the temperature of the exhaust gas just emerging from the exhaust manifold, so the temperature difference between the heater and the cooler in the prime mover is small, and the sound generated in the loop pipe Is small. For this reason, even if it is going to drive a refrigerator with this sound and to cool EGR gas, cooling becomes inadequate.

また、特許文献1,2の冷却装置は、原動機、冷凍機のすべての冷却器の熱源にエンジン冷却水が使用される。しかし、この構成では、冷却器においてエンジン冷却水が熱を受け取ることになる。エンジン冷却水が熱を受け取ると、ラジエータの冷却ファンがそれだけ多く駆動されなければならず、燃料が消費され、燃費に悪影響が及んでしまう。   In the cooling devices of Patent Documents 1 and 2, engine cooling water is used as a heat source for all the coolers of the prime mover and the refrigerator. However, in this configuration, the engine coolant receives heat in the cooler. When the engine cooling water receives heat, the radiator cooling fan must be driven so much, which consumes fuel and adversely affects fuel consumption.

また、エンジン冷却水の温度は、車両が定常的に走行しているとき、80℃程度である。熱音響機関では、原動機において加熱器と冷却器との間の温度差が小さいと、自励振動に不利であり、ループ管に生じる音響が小さい。よって、冷却器の温度は、エンジン冷却水の温度より低い方が望ましい。   Further, the temperature of the engine coolant is about 80 ° C. when the vehicle is traveling steadily. In the thermoacoustic engine, if the temperature difference between the heater and the cooler is small in the prime mover, it is disadvantageous for self-excited vibration, and the sound generated in the loop tube is small. Therefore, the temperature of the cooler is preferably lower than the temperature of the engine coolant.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃費に悪影響を与えることなくEGRガスを冷却することができるEGRガス冷却装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an EGR gas cooling device that can solve the above-described problems and can cool the EGR gas without adversely affecting the fuel consumption.

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドへEGR管によって導かれるEGRガスを熱音響機関により冷却するEGRガス冷却装置であって、作動ガスが封入されたループ管に、前記排気マニホールドの直近で前記EGR管を流れるEGRガスと作動ガスとの間で熱交換する加熱器が設置され、前記ループ管に、作動ガスと大気との間で熱交換する冷却器が設置され、前記ループ管の前記冷却器と前記加熱器との間に再生器が設置されることでEGRガスの熱を前記ループ管内の音響に変換する原動機が構成されたものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides an EGR gas cooling device for cooling EGR gas guided by an EGR pipe from an exhaust manifold of an engine to an intake manifold by a thermoacoustic engine, in a loop pipe filled with a working gas. A heater for exchanging heat between the EGR gas flowing through the EGR pipe and the working gas is installed in the immediate vicinity of the exhaust manifold, and a cooler for exchanging heat between the working gas and the atmosphere is installed in the loop pipe. In addition, a regenerator is installed between the cooler and the heater of the loop tube to constitute a prime mover that converts the heat of the EGR gas into the sound in the loop tube.

前記ループ管に、作動ガスと前記エンジンの吸気管を流れる吸入空気との間で熱交換する冷凍器が設置され、前記ループ管に、作動ガスと大気との間で熱交換する第二冷却器が設置され、前記ループ管の前記冷凍器と前記第二冷却器との間に第二再生器が設置されることで前記ループ管内の音響を冷熱に変換して吸入空気を冷却する冷凍機が構成されてもよい。   A refrigerator that exchanges heat between the working gas and the intake air that flows through the intake pipe of the engine is installed in the loop pipe, and a second cooler that exchanges heat between the working gas and the atmosphere in the loop pipe And a refrigerator that cools the intake air by converting the sound in the loop tube into cold heat by installing a second regenerator between the refrigerator and the second cooler of the loop tube. It may be configured.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)燃費に悪影響を与えることなくEGRガスを冷却することができる。   (1) EGR gas can be cooled without adversely affecting fuel consumption.

本発明の一実施形態を示すEGRガス冷却装置に用いる熱音響機関の構成図である。It is a block diagram of the thermoacoustic engine used for the EGR gas cooling device which shows one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態を示すEGRガス冷却装置を搭載したエンジンシステムの構成図である。It is a block diagram of the engine system carrying the EGR gas cooling device which shows one Embodiment of this invention. 原動機を備えた熱音響機関の構成図である。It is a block diagram of the thermoacoustic engine provided with the motor | power_engine. 原動機と冷凍機を備えた熱音響機関の構成図である。It is a block diagram of the thermoacoustic engine provided with the motor | power_engine and the refrigerator.

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。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本発明に係るEGRガス冷却装置は、エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドへEGR管によって導かれるEGRガスを熱音響機関により冷却するEGRガス冷却装置である。   The EGR gas cooling device according to the present invention is an EGR gas cooling device that cools EGR gas guided by an EGR pipe from an exhaust manifold of an engine to an intake manifold by a thermoacoustic engine.

図1に示されるように、本発明に係るEGRガス冷却装置1は、作動ガスが封入されたループ管2に、排気マニホールド直近でEGR管3を流れるEGRガスと作動ガスとの間で熱交換する加熱器4が設置される。ループ管2には、作動ガスと大気との間で熱交換する冷却器(以下、第一冷却器という)5が設置される。ループ管2の第一冷却器5と加熱器4との間に再生器(以下、第一再生器という)6が設置される。このようにして、加熱器4、第一再生器6、第一冷却器5が並べて配置されることにより、EGRガスの熱をループ管2内の音響に変換する原動機7が構成される。   As shown in FIG. 1, the EGR gas cooling device 1 according to the present invention performs heat exchange between the working gas and the EGR gas flowing through the EGR pipe 3 in the vicinity of the exhaust manifold in the loop pipe 2 in which the working gas is sealed. A heater 4 is installed. The loop pipe 2 is provided with a cooler (hereinafter referred to as a first cooler) 5 for exchanging heat between the working gas and the atmosphere. A regenerator (hereinafter referred to as a first regenerator) 6 is installed between the first cooler 5 and the heater 4 of the loop tube 2. In this way, by arranging the heater 4, the first regenerator 6, and the first cooler 5 side by side, the prime mover 7 that converts the heat of the EGR gas into the sound in the loop tube 2 is configured.

本実施形態では、さらに、ループ管2に作動ガスとエンジンの吸気管8を流れる吸入空気との間で熱交換する冷凍器9が設置される。さらに、ループ管2に作動ガスと大気との間で熱交換する第二冷却器10が設置される。ループ管2の冷凍器9と第二冷却器10との間に第二再生器11が設置される。このようにして、冷凍器9、第二再生器11、第二冷却器10が並べて配置されることにより、ループ管2内の音響を冷熱に変換して吸入空気を冷却する冷凍機12が構成される。   In the present embodiment, a refrigerator 9 is further installed in the loop pipe 2 for exchanging heat between the working gas and the intake air flowing through the intake pipe 8 of the engine. Further, a second cooler 10 for exchanging heat between the working gas and the atmosphere is installed in the loop pipe 2. A second regenerator 11 is installed between the refrigerator 9 and the second cooler 10 of the loop pipe 2. In this way, the refrigerator 9, the second regenerator 11, and the second cooler 10 are arranged side by side, so that the refrigerator 12 that cools the intake air by converting the sound in the loop pipe 2 to cold is configured. Is done.

ループ管2に封入される作動ガスとしては、空気、ヘリウム、窒素、アルゴンなどがある。   Examples of the working gas sealed in the loop tube 2 include air, helium, nitrogen, and argon.

加熱器4では、ループ管2の内外にフィン(図示せず)が設けられる。ここでは、例えば、ループ管2の外側のフィンを含むループ管2の外周全体を覆うようにEGR管3が設けられる。これらのフィンを介してEGRガスと作動ガスとの間で熱交換することができる。   In the heater 4, fins (not shown) are provided inside and outside the loop tube 2. Here, for example, the EGR pipe 3 is provided so as to cover the entire outer periphery of the loop pipe 2 including the fins outside the loop pipe 2. Heat exchange can be performed between the EGR gas and the working gas via these fins.

冷凍器9では、ループ管2の内外にフィン(図示せず)が設けられる。ここでも、例えば、ループ管2の外側のフィンを含むループ管2の外周全体を覆うように吸気管8が設けられる。これらのフィンを介して作動ガスと吸入空気との間で熱交換することができる。   In the refrigerator 9, fins (not shown) are provided inside and outside the loop tube 2. Here, for example, the intake pipe 8 is provided so as to cover the entire outer periphery of the loop pipe 2 including the fins outside the loop pipe 2. Heat can be exchanged between the working gas and the intake air through these fins.

第一冷却器5、第二冷却器10では、ループ管2の内外にフィン(図示せず)が設けられる。これら冷却器5,10のフィンを介して作動ガスと大気との間で熱交換することができる。外側のフィンに臨ませて空冷ファン13が設置されてもよい。   In the first cooler 5 and the second cooler 10, fins (not shown) are provided inside and outside the loop pipe 2. Heat can be exchanged between the working gas and the atmosphere via the fins of these coolers 5 and 10. The air cooling fan 13 may be installed facing the outer fin.

第一再生器6、第二再生器11は、金網、複数の細管の集合、多孔質セラミックなどで構成される。   The first regenerator 6 and the second regenerator 11 are composed of a wire mesh, a collection of a plurality of thin tubes, a porous ceramic and the like.

なお、加熱器4、冷凍器9、第一冷却器5、第二冷却器10、第一再生器6、第二再生器11は、公知のものを使用することができるので、詳細な構造の説明は省略する。ループ管2の断面形状、太さ、長さ、ループ形状は、ここでは特に限定しない。   In addition, since the well-known thing can be used for the heater 4, the refrigerator 9, the 1st cooler 5, the 2nd cooler 10, the 1st regenerator 6, and the 2nd regenerator 11, it has detailed structure. Description is omitted. The cross-sectional shape, thickness, length, and loop shape of the loop tube 2 are not particularly limited here.

図2に示されるように、本発明のEGRガス冷却装置1を搭載したエンジンシステム21では、エンジン22の排気マニホールド23からEGR管3が分岐され、そのEGR管3の最下流が吸気マニホールド24に接続される。EGR管3の途中には、EGRクーラ25とEGRバルブ26が設けられる。加熱器4の位置は、EGRクーラ25とEGRバルブ26よりも上流であり、排気マニホールド23の直近(できる限り近い位置)である。   As shown in FIG. 2, in the engine system 21 equipped with the EGR gas cooling device 1 of the present invention, the EGR pipe 3 is branched from the exhaust manifold 23 of the engine 22, and the most downstream of the EGR pipe 3 is connected to the intake manifold 24. Connected. An EGR cooler 25 and an EGR valve 26 are provided in the middle of the EGR pipe 3. The position of the heater 4 is upstream of the EGR cooler 25 and the EGR valve 26 and is closest to the exhaust manifold 23 (position as close as possible).

排気マニホールド23から排気管27が分岐され、排気管27の最下流は大気に開放される。排気管27の途中には、ターボチャージャ28のタービン29が設けられ、タービン29の下流には、DOC(Diesel Oxidation Catalyst)、DPF(Diesel Particulate Filter)等の排気ガス浄化装置30が設けられる。   An exhaust pipe 27 is branched from the exhaust manifold 23, and the most downstream side of the exhaust pipe 27 is opened to the atmosphere. A turbine 29 of a turbocharger 28 is provided in the middle of the exhaust pipe 27, and an exhaust gas purification device 30 such as a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) and a DPF (Diesel Particulate Filter) is provided downstream of the turbine 29.

吸気マニホールド24には、ターボチャージャ28のコンプレッサ31の出口からの吸気管8が接続される。吸気管8の途中には吸気スロットル(図示せず)とインタークーラ32が設けられる。コンプレッサ31の入口には、大気からの吸気管8が接続される。冷凍器9の位置は、インタークーラ32から吸気マニホールド24までの間が望ましい。   The intake manifold 24 is connected to the intake pipe 8 from the outlet of the compressor 31 of the turbocharger 28. An intake throttle (not shown) and an intercooler 32 are provided in the middle of the intake pipe 8. An intake pipe 8 from the atmosphere is connected to the inlet of the compressor 31. The position of the refrigerator 9 is preferably between the intercooler 32 and the intake manifold 24.

以下、EGRガス冷却装置1の動作を図1と図2を参照しつつ説明する。   Hereinafter, the operation of the EGR gas cooling device 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

エンジン22の排気ガスは、排気マニホールド23からEGR管3と排気管27に流れ込む。EGR管3を流れるEGRガスは、加熱器4を通過し、EGRクーラ25とEGRバルブ26を経て吸気マニホールド24に流れ込む。このとき、加熱器4では、EGRガスとループ管2内の作動ガスとの熱交換が行われる。一方、第一冷却器5では、大気とループ管2内の作動ガスとの熱交換が行われる。これにより、加熱器4と第一冷却器5との間の第一再生器6に温度勾配が形成され、ループ管2内の気柱が自励振動を起こし、音響が発生する。   The exhaust gas of the engine 22 flows from the exhaust manifold 23 into the EGR pipe 3 and the exhaust pipe 27. The EGR gas flowing through the EGR pipe 3 passes through the heater 4 and flows into the intake manifold 24 through the EGR cooler 25 and the EGR valve 26. At this time, in the heater 4, heat exchange between the EGR gas and the working gas in the loop pipe 2 is performed. On the other hand, in the first cooler 5, heat exchange between the atmosphere and the working gas in the loop pipe 2 is performed. As a result, a temperature gradient is formed in the first regenerator 6 between the heater 4 and the first cooler 5, the air column in the loop tube 2 causes self-excited vibration, and sound is generated.

EGR管3を流れるEGRガスは、加熱器4で熱交換したことにより、冷却される。この冷却により、吸気マニホールド24に流れ込むEGRガスの密度が高まるので、エンジン22が行う膨張仕事が増大し、エンジン22の熱効率が増大する。   The EGR gas flowing through the EGR pipe 3 is cooled by exchanging heat with the heater 4. This cooling increases the density of the EGR gas flowing into the intake manifold 24, so that the expansion work performed by the engine 22 increases and the thermal efficiency of the engine 22 increases.

排気管27に流れ込んだ排気ガスは、タービン29を駆動した後、排気管27の下流の排気ガス浄化装置30で浄化され、大気へ放出される。   The exhaust gas flowing into the exhaust pipe 27 is driven by the turbine 29 and then purified by the exhaust gas purification device 30 downstream of the exhaust pipe 27 and released to the atmosphere.

大気から吸気管8に取り込まれた吸入空気は、コンプレッサ31で圧縮され、インタークーラ32で冷却され、冷凍器9を通過し、吸気マニホールド24に流れ込む。このとき、第二冷却器10では、大気とループ管2内の作動ガスとの熱交換が行われる。これにより、第二冷却器10における作動ガスの温度が大気温度となるので、第二冷却器10と冷凍器9との間の第二再生器11の温度勾配により、冷凍器9における作動ガスの温度が大気温度より低くなる。このため、吸気管8を流れる吸入空気は冷却され、吸気マニホールド24に流れ込む吸入空気の密度が高まるので、エンジン22が行う膨張仕事が増大し、エンジン22の熱効率が増大する。   The intake air taken into the intake pipe 8 from the atmosphere is compressed by the compressor 31, cooled by the intercooler 32, passes through the refrigerator 9, and flows into the intake manifold 24. At this time, in the second cooler 10, heat exchange between the atmosphere and the working gas in the loop pipe 2 is performed. Thereby, since the temperature of the working gas in the second cooler 10 becomes the atmospheric temperature, the temperature gradient of the second regenerator 11 between the second cooler 10 and the freezer 9 causes the working gas in the freezer 9 to flow. The temperature is lower than the atmospheric temperature. For this reason, the intake air flowing through the intake pipe 8 is cooled and the density of the intake air flowing into the intake manifold 24 increases, so that the expansion work performed by the engine 22 increases and the thermal efficiency of the engine 22 increases.

本発明のEGRガス冷却装置1によれば、EGRガスの熱をループ管2内の音響に変換する原動機7を構成したので、EGRガスが冷却され、EGRクーラ25の冷却水を冷却するラジエータにおける冷却ファンの駆動の仕事が軽減され、エンジン22の熱効率が向上する。   According to the EGR gas cooling device 1 of the present invention, since the prime mover 7 that converts the heat of the EGR gas into the sound in the loop pipe 2 is configured, in the radiator that cools the EGR gas and cools the cooling water of the EGR cooler 25 The work of driving the cooling fan is reduced, and the thermal efficiency of the engine 22 is improved.

本発明のEGRガス冷却装置1によれば、原動機7の加熱器4において排気マニホールド23直近を流れるEGRガスと作動ガスとの間で熱交換するようにしたので、排気マニホールド23から出てきたばかりの高温のEGRガスが熱源となる。これにより、原動機7において加熱器4と第一冷却器5との間の温度差が大きくなり、ループ管2に生じる音響が大きくなるので、加熱器4においてEGRガスの熱が大きく奪われEGRガスがよく冷却される。   According to the EGR gas cooling device 1 of the present invention, heat is exchanged between the working gas and the EGR gas that flows in the vicinity of the exhaust manifold 23 in the heater 4 of the prime mover 7. The hot EGR gas becomes a heat source. As a result, the temperature difference between the heater 4 and the first cooler 5 in the prime mover 7 increases, and the sound generated in the loop pipe 2 increases, so that the heat of the EGR gas is greatly deprived in the heater 4 and the EGR gas. Is cooled well.

本発明のEGRガス冷却装置1によれば、冷却器5,10の熱源にエンジン冷却水を使用しないので、エンジン冷却水への入熱が少なく、ラジエータの冷却ファンの駆動要求が緩和される。このため、燃料の消費が抑制され、燃費が向上する。   According to the EGR gas cooling device 1 of the present invention, since engine cooling water is not used as the heat source of the coolers 5 and 10, heat input to the engine cooling water is small, and the driving request for the cooling fan of the radiator is alleviated. For this reason, consumption of fuel is suppressed and fuel consumption is improved.

本発明のEGRガス冷却装置1によれば、冷却器5,10のフィンを大気で冷却するようにしたので、特別な冷熱源が必要ない。また、車両走行中のエンジン冷却水温度が80℃くらいであるのに対し、大気の温度はそれより低いので、原動機7において加熱器4と第一冷却器5との間の温度差が大きくなる。これにより、自励振動が容易となり、ループ管2に生じる音響が大きくなる。   According to the EGR gas cooling device 1 of the present invention, since the fins of the coolers 5 and 10 are cooled in the atmosphere, no special cooling heat source is required. Further, while the engine coolant temperature during traveling of the vehicle is about 80 ° C., the temperature of the atmosphere is lower than that, so the temperature difference between the heater 4 and the first cooler 5 becomes large in the prime mover 7. . Thereby, self-excited vibration is facilitated and the sound generated in the loop tube 2 is increased.

なお、冷却器5,10のフィンに臨ませて冷却ファン13を設けてもよいが、車両走行中のエンジンルーム内はフィンを通過する空気流があるので、フィンのみでも十分な冷却効果が得られる。したがって、冷却ファン13は車両停止時のように空冷効果が乏しいときに駆動するだけでよく、燃費に悪影響しない。   The cooling fan 13 may be provided so as to face the fins of the coolers 5 and 10. However, since there is an air flow passing through the fins in the engine room while the vehicle is running, a sufficient cooling effect can be obtained with only the fins. It is done. Therefore, the cooling fan 13 need only be driven when the air cooling effect is poor, such as when the vehicle is stopped, and does not adversely affect the fuel consumption.

本発明のEGRガス冷却装置1によれば、EGRガスの熱をループ管2内の音響に変換する原動機7に加えて、ループ管2内の音響を冷熱に変換して吸入空気を冷却する冷凍機12を構成したので、EGRガスを冷却するだけでなく、その奪った熱で仕事をさせて吸入空気を冷却することができる。   According to the EGR gas cooling device 1 of the present invention, in addition to the prime mover 7 that converts the heat of the EGR gas into the sound in the loop pipe 2, the refrigeration that cools the intake air by converting the sound in the loop pipe 2 into cold heat. Since the machine 12 is configured, not only the EGR gas can be cooled, but also the intake air can be cooled by working with the deprived heat.

特に、近年要請されているエンジン22やその周辺の部材を小型化するダウンサイジングにおいては、EGRガス温度や吸気温度がダウンサイジング前より高くなる。その一方で、ラジエータの冷却ファンは、エンジン冷却水を冷却することに能力の大半を使用するので、EGRクーラ25やインタークーラ32を冷却する余力がなくなる。したがって、本発明のように熱音響機関によってEGRガスの冷却や吸入空気の冷却ができることは、ダウンサイジングでは大変有用である。   In particular, in downsizing for reducing the size of the engine 22 and its peripheral members that have been requested in recent years, the EGR gas temperature and the intake air temperature are higher than before downsizing. On the other hand, the radiator cooling fan uses most of its capacity to cool the engine coolant, so there is no room for cooling the EGR cooler 25 and the intercooler 32. Therefore, it is very useful for downsizing that the EGR gas and the intake air can be cooled by the thermoacoustic engine as in the present invention.

本実施形態では、冷凍機12で吸入空気を冷却するようにしたが、冷凍機12の冷凍器9で作動ガスと加熱器4の設置箇所より下流を流れるEGRガスとの間で熱交換するように構成し、冷凍機12でEGRガスを冷却するようにしてもよい。また、ループ管2内の音響から仕事を取り出す原動機は、冷凍機12に限定されない。   In the present embodiment, the intake air is cooled by the refrigerator 12, but heat is exchanged between the working gas and the EGR gas flowing downstream from the installation location of the heater 4 in the refrigerator 9 of the refrigerator 12. The EGR gas may be cooled by the refrigerator 12. The prime mover that extracts work from the sound in the loop tube 2 is not limited to the refrigerator 12.

1 EGRガス冷却装置
2 ループ管
3 EGR管
4 加熱器
5 冷却器(第一冷却器)
6 再生器(第一再生器)
7 原動機
8 吸気管
9 冷凍器
10 第二冷却器
11 第二再生器
12 冷凍機
1 EGR gas cooling device 2 Loop pipe 3 EGR pipe 4 Heater 5 Cooler (first cooler)
6 Regenerator (first regenerator)
7 prime mover 8 intake pipe 9 refrigerator 10 second cooler 11 second regenerator 12 refrigerator

Claims (2)

エンジンの排気マニホールドから吸気マニホールドへEGR管によって導かれるEGRガスを熱音響機関により冷却するEGRガス冷却装置であって、
作動ガスが封入されたループ管に、前記排気マニホールドの直近で前記EGR管を流れるEGRガスと作動ガスとの間で熱交換する加熱器が設置され、
前記ループ管に、作動ガスと大気との間で熱交換する冷却器が設置され、
前記ループ管の前記冷却器と前記加熱器との間に再生器が設置されることでEGRガスの熱を前記ループ管内の音響に変換する原動機が構成されたことを特徴とするEGRガス冷却装置。
An EGR gas cooling device for cooling EGR gas guided by an EGR pipe from an exhaust manifold of an engine to an intake manifold by a thermoacoustic engine,
A heater for exchanging heat between the working gas and the EGR gas flowing in the EGR pipe in the vicinity of the exhaust manifold is installed in the loop pipe filled with the working gas.
In the loop pipe, a cooler for exchanging heat between the working gas and the atmosphere is installed,
An EGR gas cooling device comprising a prime mover for converting the heat of EGR gas into sound in the loop tube by installing a regenerator between the cooler and the heater of the loop tube. .
前記ループ管に、作動ガスと前記エンジンの吸気管を流れる吸入空気との間で熱交換する冷凍器が設置され、
前記ループ管に、作動ガスと大気との間で熱交換する第二冷却器が設置され、
前記ループ管の前記冷凍器と前記第二冷却器との間に第二再生器が設置されることで前記ループ管内の音響を冷熱に変換して吸入空気を冷却する冷凍機が構成されたことを特徴とする請求項1記載のEGRガス冷却装置。
The loop pipe is provided with a refrigerator that exchanges heat between the working gas and the intake air flowing through the intake pipe of the engine,
A second cooler for exchanging heat between the working gas and the atmosphere is installed in the loop pipe,
A refrigerating machine configured to cool the intake air by converting the sound in the loop pipe to cold by installing a second regenerator between the freezer and the second cooler of the loop pipe is configured. The EGR gas cooling device according to claim 1.
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