JP2014092049A - Ｅｇｒ配管の腐食抑制構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ配管内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管の腐食を防止することができるＥＧＲ配管の腐食抑制構造を提供する。
【解決手段】触媒７の下流側から排気の一部を吸気マニホールドに還流させるよう一端が下流排気管６ｂに接続されたＥＧＲ配管の腐食抑制構造であって、ＥＧＲ配管２１は、下流排気管６ｂとの接続部分より所定距離だけ吸気マニホールド側に離隔した溶接位置Ｐで複数の配管部材２３、２４を溶接により接続して構成され、溶接位置Ｐの近傍においてＥＧＲ配管２１と上流排気管６ａとを接続するステー部材２５を備えた構成を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲ配管の腐食抑制構造に関する。

一般に、ＥＧＲ配管は、車両に搭載されるＥＧＲシステムの構成部品であり、内燃機関の排気系から排気の一部を吸気系に再循環させる際のＥＧＲ通路を形成する配管として用いられる。

従来、この種のＥＧＲシステムとして、触媒の下流側の排気管と吸気管とを接続するＥＧＲ配管を有し、ＥＧＲ配管が触媒の下流側の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を内部に形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このＥＧＲシステムでは、触媒の下流側から排気の一部を、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に再循環させるようになっている。

特開２０１１−２１４５５０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＥＧＲシステムにあっては、ＥＧＲ配管が比較的長くなるため、ＥＧＲ配管を複数の配管部材から構成し、これらを溶接により結合してＥＧＲ配管を構成する必要がある。

こうしたＥＧＲ配管では、排気の導入口から離隔した位置、すなわち触媒および排気管から離隔した位置ほど露点温度以下となる時間が長く、凝縮水が発生し易い。このような凝縮水は、ＥＧＲ配管の腐食要因となり得ることから、その発生が抑制されるのが好ましい。

特に、上述した溶接箇所を排気の導入口から離隔した位置に設ける場合には、その溶接箇所に凝縮水が溜まってしまいＥＧＲ配管が腐食し易くなるという問題があった。さらに、こうした溶接箇所では、溶接時の酸化スケールによって他の箇所よりも耐食性が低下する。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ配管内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管の腐食を防止することができるＥＧＲ配管の腐食抑制構造を提供することを目的とする。

本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、上記目的達成のため、（１）触媒の下流側から排気の一部を吸気管に還流させるよう一端が前記触媒の下流側の排気管に接続されたＥＧＲ配管の腐食抑制構造であって、前記ＥＧＲ配管は、複数の配管部材を有し、前記排気管との接続部分より所定距離だけ前記吸気管側に離隔した離隔位置で前記複数の配管部材を溶接により接続して構成され、前記離隔位置の近傍において前記ＥＧＲ配管と前記触媒および前記排気管のいずれか一方とを接続する伝熱部材を備えた構成を有する。

この構成により、本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管における溶接箇所である離隔位置の近傍においてＥＧＲ配管と触媒または排気管とを接続する伝熱部材を備えているので、触媒あるいは排気管の熱を伝熱部材を介してＥＧＲ配管の溶接箇所である離隔位置の近傍に伝えることが可能となる。

したがって、ＥＧＲ配管における溶接箇所である離隔位置が排気管との接続部分より離隔した位置にあり露点温度以上の温度を確保しづらい構成であっても、伝熱部材によりＥＧＲ配管の離隔位置の近傍を加熱することができる。これにより、ＥＧＲ配管内の凝縮水の発生を抑制することができる。この結果、本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管の腐食を防止することができる。

本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、上記（１）に記載のＥＧＲ配管の腐食抑制構造において、（２）前記ＥＧＲ配管は、前記離隔位置が前記触媒の排気の流入側近傍に位置するよう構成されている。

この構成により、本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管における溶接箇所である離隔位置が触媒の排気の流入側近傍に位置するので、溶接箇所においてＥＧＲ配管が排気管および触媒からの輻射熱を積極的に受熱することができる。これにより、ＥＧＲ配管の離隔位置の近傍をさらに加熱することができ、ＥＧＲ配管内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管の腐食を防止することができる。

本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、上記（１）または（２）に記載のＥＧＲ配管の腐食抑制構造において、（３）前記ＥＧＲ配管は、前記触媒および前記触媒の上流側の排気管と平行に延在する延在部を有する。

この構成により、本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管が触媒および触媒の上流側の排気管と平行に延在する延在部を有するので、ＥＧＲ配管の例えば車両への搭載性を向上させることができる。

本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、上記（３）に記載のＥＧＲ配管の腐食抑制構造において、（４）前記ＥＧＲ配管は、前記離隔位置が前記延在部に位置するよう構成されている。

この構成により、本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管における溶接箇所である離隔位置が延在部に位置するので、伝熱部材を簡易な形状で構成することができる。したがって、安価な伝熱部材で対応することが可能となる。

本発明によれば、ＥＧＲ配管内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管の腐食を防止することができるＥＧＲ配管の腐食抑制構造を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るエンジンの概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る排気系部品とＥＧＲ配管との関係を示す斜視図である。 図２中のＡ−Ａ断面図である。 本発明の実施の形態に係るステー部材の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、内燃機関であるエンジン１は、例えば直列４気筒の４ストロークサイクルガソリンエンジンによって構成されており、図示しない車両の走行駆動源を構成している。なお、図１においては、４つの気筒のうち１つのみを模式的に図示している。

エンジン１は、吸気マニホールド２に接続されている。吸気マニホールド２は、図示しないエアダクトから吸気管３を通して導入された外気をエンジン１の各気筒の燃焼室４に分配して導入するようになっている。本実施の形態において、吸気マニホールド２は、吸気管３の一部を構成している。

また、エンジン１は、排気マニホールド５に接続されている。排気マニホールド５は、エンジン１の各気筒の燃焼室４から排出される排気ガスをまとめて排気管６に排出するようになっている。ここで、排気管６は、後述する触媒７の排気方向上流側の上流排気管６ａと、排気方向下流側の下流排気管６ｂとを含んで構成されている。

排気管６には、排気浄化用の触媒７が装着されている。触媒７は、公知の三元触媒７ａを内蔵しており、エンジン１の排気ガス中における窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化還元反応によって共に高度に浄化できるようになっている。

吸気管３には、スロットルバルブ８が設けられている。スロットルバルブ８は、燃焼室４に導入される吸入空気量を調整するようになっている。また、吸気マニホールド２は、吸気管３に接続されたサージタンク１０と、サージタンク１０から分岐されエンジン１の各燃焼室に連通する分配通路を有する吸気枝管１１とを備えている。吸気枝管１１には、燃料噴射弁９が設けられている。

なお、吸気枝管１１は、エンジン１の気筒数に応じた数だけ設けられており、本実施の形態では、４気筒エンジンに適用されるため、吸気枝管１１が４つ設けられている。ただし、エンジン１の気筒数は、特に４気筒に限定されるものではない。

燃料噴射弁９は、各吸気枝管１１の分配通路内に燃料を噴射供給するようになっている。燃料噴射弁９から各吸気枝管１１の分配通路に燃料が噴射されると、分配通路から導入される空気と燃料とからなる混合気が燃焼室４内に充填され、この混合気が各気筒に設けられた点火プラグ１２の点火によって燃焼される。このときの燃焼エネルギによってピストン１３が往復移動し、ピストン１３の往復移動がエンジン１のクランクシャフト１４の回転運動に変換される。

また、エンジン１には、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減させるためのＥＧＲシステム２０が設けられている。このＥＧＲシステム２０は、排気管６に排気された排気ガスの一部を吸気マニホールド２に戻すようになっている。

ＥＧＲシステム２０は、排気管６と吸気マニホールド２とを接続するＥＧＲ配管２１と、ＥＧＲ配管２１内の開度を可変することにより排気管６から吸気マニホールド２に還流される排気（ＥＧＲガス）の流量を調整するＥＧＲバルブ２２とを備えている。

ＥＧＲ配管２１は、一端が触媒７の下流側の下流排気管６ｂに接続され、他端が吸気マニホールド２に接続されている。ここで、ＥＧＲ配管２１の一端には、排気取り出し口２１ａが形成されている。ＥＧＲ配管２１は、触媒７の下流側から排気取り出し口２１ａを介して排気の一部を取り出し、吸気マニホールド２に還流させるための配管である。なお、本実施の形態に係るＥＧＲ配管２１は、排気マニホールド５と別体で構成したが、少なくとも一部が排気マニホールド５と一体となった構成としてもよい。

このように構成されたＥＧＲシステム２０は、エンジン１の排気の一部を吸気マニホールド２に還流させることで、燃焼室４内での混合気の燃焼温度を低下させてＮＯｘの生成量を低減し、エンジン１の排気に含まれるＮＯｘの量を低減させることができる。

なお、本実施の形態では、ＥＧＲシステム２０は、ＥＧＲクーラを備えていないが、ＥＧＲクーラをＥＧＲ配管２１に装着してもよい。この場合、ＥＧＲ配管２１内を通る排気をエンジン１の冷却水との熱交換により冷却することが可能となる。

次に、図２〜図４を参照して、ＥＧＲ配管２１の腐食抑制構造について説明する。

図２に示すように、ＥＧＲ配管２１は、２つの配管部材２３、２４を互いに溶接により接続して１つの配管として構成されている。配管部材２３は、排気取り出し口２１ａ（図１参照）を介して下流排気管６ｂに接続された上流側ＥＧＲ配管を構成している。一方、配管部材２４は、吸気マニホールド２（図１参照）に接続された下流側ＥＧＲ配管を構成している。

これら２つの配管部材２３、２４は、下流排気管６ｂとの接続部分（図１中、排気取り出し口２１ａが形成された箇所）より所定距離だけ吸気マニホールド２側に離隔した溶接位置Ｐで溶接されている。本実施の形態における溶接位置Ｐは、配管部材２３と配管部材２４との溶接箇所であり、本発明に係る離隔位置に相当する。ここで、溶接位置Ｐを図３に示す。

図３に示すように、配管部材２３と配管部材２４とは、インロー結合されるとともに、このインロー結合された箇所を全周に亘って溶接が施されることによって互いに連結されている。

ところで、こうした溶接位置Ｐにおいては、上述の溶接時に酸化スケールが生成される。こうした酸化スケールは、ＥＧＲ配管２１の内周面側にも生成される。また、溶接位置Ｐは、排気取り出し口２１ａ（図１参照）触媒７や排気管６から離隔した位置に存在するので、露点温度以下となり易く、凝縮水が発生し易い。このため、溶接位置Ｐでは、上述したような酸化スケールが生成されていることから凝縮水が溜まってしまうと、他の箇所と比べて腐食し易いという問題があった。

この点、ＥＧＲ配管２１を例えば耐食性の高いステンレス（例えばＳＵＳ４４４Ｔなど）を用いて構成したり、あるいは溶接後に耐熱性のある表面処理を施すことによって、腐食に対して対応可能である。しかし、例えば耐食性に優れた上述のようなステンレスを用いると、配置スペースが限られているような複雑な搭載環境においては表面処理やＥＧＲ配管２１の耐久性が低下するおそれがあり、実用性に欠ける。

ここで、ＥＧＲ配管２１の腐食要因となっているのは、凝縮水であるため、この凝縮水の発生を抑制できれば、上述したような耐食性に優れた材料を用いなくとも溶接位置Ｐにおける腐食の発生を抑制できる。上述の凝縮水は、ＥＧＲ配管２１内のＥＧＲガスが冷却され露点温度以下となることで発生する。したがって、ＥＧＲガスが露点温度以下となることを抑制できれば、凝縮水の発生を抑制することができる。

そこで、本実施の形態では、溶接位置Ｐにおける凝縮水の発生を抑制するために、図２および図４に示すように溶接位置Ｐの近傍においてＥＧＲ配管２１（本実施の形態では配管部材２４）と上流排気管６ａとを接続するステー部材２５を設けた。ここで、「溶接位置Ｐの近傍」とは、溶接位置Ｐにおける凝縮水の発生を抑制できる程度に、後述する上流排気管６ａ内の排気の熱を溶接位置Ｐに伝達可能な範囲をいう。

なお、ステー部材２５は、ＥＧＲ配管２１と触媒７とを接続する構成であってもよい。また、本実施の形態では、ステー部材２５は、上流排気管６ａと配管部材２４とを接続するよう設けたが、上流排気管６ａと配管部材２３とを接続するよう設けてもよい。

ステー部材２５は、耐熱性を考慮してステンレス素材により構成されている。このステー部材２５は、上流排気管６ａ内の排気の熱を効率よく受熱するために、上流排気管６ａの外周面に対して十分な接触面積で面接触する受熱面部２５ａを有している。

また、ステー部材２５は、受熱した排気の熱を効率よく配管部材２４に伝達するために、配管部材２４の外周面に対して十分な接触面積で面接触する伝熱面部２５ｂを有している。ステー部材２５は、受熱面部２５ａおよび伝熱面部２５ｂを介して上流排気管６ａおよび配管部材２４にそれぞれロウ付けされている。

したがって、ステー部材２５は、触媒導入前の比較的高温の排気の熱を溶接位置Ｐに伝熱することが可能となっている。これにより、ＥＧＲ配管２１は、ステー部材２５を介して溶接位置Ｐの近傍が加熱されることとなる。この結果、ＥＧＲ配管２１の溶接位置Ｐの近傍における凝縮水の発生を抑制することが可能となる。本実施の形態におけるステー部材２５は、本発明に係る伝熱部材を構成する。

また、ＥＧＲ配管２１は、溶接位置Ｐが触媒７の排気の流入側近傍、すなわち触媒７のアッパーコーン部７ｂの近傍に位置するように構成されている。具体的には、ＥＧＲ配管２１は、溶接位置Ｐがアッパーコーン部７ｂの近傍に位置するように配管部材２３、２４の寸法や形状、これら配管部材２３、２４の配置が規定されている。

これにより、ＥＧＲ配管２１は、溶接位置Ｐにおいて、触媒７に導入される前の比較的高温の排気の熱によって暖められた上流排気管６ａおよび触媒７のアッパーコーン部７ｂからの輻射熱を受熱可能となる。

さらに、ＥＧＲ配管２１は、触媒７および上流排気管６ａと平行に延在する延在部２１ｂを有している。延在部２１ｂは、配管部材２３の一部と配管部材２４の一部とによって構成されている。ここで、「平行に延在する」とは、ＥＧＲ配管２１に対して平行に延在している場合の他、ＥＧＲ配管２１に対して完全に平行でなくともＥＧＲ配管２１の延在方向と略同方向に延在し、平行とみなせる状態（例えば、ＥＧＲ配管２１に対して所定角度だけ傾いている場合など）で延在している場合を含む。

また、ＥＧＲ配管２１は、溶接位置Ｐが延在部２１ｂに位置するように構成されている。この場合、ステー部材２５の取付位置やその形状等に複雑な制約がなく、したがって簡易な形状でステー部材２５を構成することができる。この結果、安価なステー部材２５で対応することができる。

以上のように、本実施の形態に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管２１における溶接位置Ｐの近傍においてＥＧＲ配管２１と上流排気管６ａとを接続するステー部材２５を備えているので、上流排気管６ａの熱をステー部材２５を介してＥＧＲ配管２１の溶接位置Ｐの近傍に伝えることが可能となる。

したがって、ＥＧＲ配管２１における溶接位置Ｐが排気管６との接続部分（図１中、排気取り出し口２１ａが形成された箇所）より離隔した位置にあり露点温度以上の温度を確保しづらい構成であっても、ステー部材２５によりＥＧＲ配管２１の溶接位置Ｐの近傍を加熱することができる。これにより、ＥＧＲ配管２１内の凝縮水の発生を抑制することができる。この結果、本実施の形態に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管２１内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管２１の腐食を防止することができる。

また、本実施の形態に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管２１における溶接位置Ｐが触媒７の排気の流入側近傍、すなわち触媒７のアッパーコーン部７ｂの近傍に位置するので、溶接位置ＰにおいてＥＧＲ配管２１が上流排気管６ａおよび触媒７のアッパーコーン部７ｂからの輻射熱を積極的に受熱することができる。これにより、ＥＧＲ配管２１の溶接位置Ｐの近傍をさらに加熱することができ、ＥＧＲ配管２１内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管２１の腐食を防止することができる。

さらに、本実施の形態に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管２１が触媒７および上流排気管６ａと平行に延在する延在部２１ｂを有するので、ＥＧＲ配管２１の例えば車両への搭載性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、ＥＧＲ配管の腐食抑制構造としてステー部材２５を設けるとともに、溶接位置Ｐを触媒７のアッパーコーン部７ｂの近傍に位置するよう構成したが、これに限らず、例えばステー部材２５を設けず、溶接位置Ｐをアッパーコーン部７ｂの近傍に位置するよう構成するだけでもよい。この場合、上流排気管６ａおよびアッパーコーン部７ｂからの輻射熱のみによってＥＧＲ配管２１の溶接位置Ｐの近傍が加熱される。また、これとは逆に、ＥＧＲ配管の腐食抑制構造としてステー部材２５を設けるだけの構成としてもよい。この場合、ステー部材２５を介して伝達される熱のみによってＥＧＲ配管２１の溶接位置Ｐの近傍が加熱される。

また、本実施の形態においては、ＥＧＲ配管２１を２つの配管部材２３、２４から構成したが、これに限らず、３つ以上の配管部材によって構成してもよい。この場合、溶接位置Ｐが複数箇所となるが、これら複数の溶接位置Ｐにそれぞれステー部材２５を設けてもよいし、排気管６あるいは触媒７との位置関係から加熱が必要な溶接位置のみにステー部材２５を設けてもよい。

さらに、本実施の形態においては、ステー部材２５の形状を例えば図４に示すような形状としたが、これに限らず、少なくとも受熱面部２５ａおよび伝熱面部２５ｂを有する形状であればいずれの形状であってもよい。特に、受熱面部２５ａと伝熱面部２５ｂとを接続する接続部分の形状は、上流排気管６ａおよび配管部材２４の配置により種々の形状を採用することができる。

以上説明したように、本発明に係るＥＧＲ配管の腐食抑制構造は、ＥＧＲ配管内で発生する凝縮水によるＥＧＲ配管の腐食を防止することができ、例えば車両等に搭載されるＥＧＲシステムにおけるＥＧＲ配管の腐食抑制構造として有用である。

３…吸気管、６…排気管、６ａ…上流排気管、６ｂ…下流排気管、７…触媒、７ｂ…アッパーコーン部、２０…ＥＧＲシステム、２１…ＥＧＲ配管、２１ａ…排気取り出し口、２１ｂ…延在部、２３，２４…配管部材、２５…ステー部材（伝熱部材）、２５ａ…受熱面部、２５ｂ…伝熱面部、Ｐ…溶接位置（離隔位置）

Claims (4)

1. 触媒の下流側から排気の一部を吸気管に還流させるよう一端が前記触媒の下流側の排気管に接続されたＥＧＲ配管の腐食抑制構造であって、
   前記ＥＧＲ配管は、複数の配管部材を有し、前記排気管との接続部分より所定距離だけ前記吸気管側に離隔した離隔位置で前記複数の配管部材を溶接により接続して構成され、
   前記離隔位置の近傍において前記ＥＧＲ配管と前記触媒および前記排気管のいずれか一方とを接続する伝熱部材を備えたことを特徴とするＥＧＲ配管の腐食抑制構造。
2. 前記ＥＧＲ配管は、前記離隔位置が前記触媒の排気の流入側近傍に位置するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ配管の腐食抑制構造。
3. 前記ＥＧＲ配管は、前記触媒および前記触媒の上流側の排気管と平行に延在する延在部を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＥＧＲ配管の腐食抑制構造。
4. 前記ＥＧＲ配管は、前記離隔位置が前記延在部に位置するよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲ配管の腐食抑制構造。

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