JP2014125905A

JP2014125905A - Ｅｇｒクーラ

Info

Publication number: JP2014125905A
Application number: JP2012281197A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kubota; 隆窪田; Akira Ito; 彰伊藤
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】コーキング現象を的確に防止しつつオイルとＥＧＲガスとの間の熱交換を行えるＥＧＲクーラを提供する。
【手段】ＥＧＲクーラ２２は、中心部に配置されたガス通路３９と、その外側に位置した冷却水通路４４と、冷却水通路４４の外側又は内部に位置したオイル通路４３とを有する。ＥＧＲガスとオイルとの熱交換は冷却水を介して行われる。冷却水は最高でも１２０℃程度にしか昇温しないので、オイルがコーキング現象を生じるほどの高温に昇温することはない。排気通路３５と並設する場合は、オイル通路４３を排気通路３５と反対側のみに設けることで、触媒収納部３６の輻射熱の悪影響を防止できる。
【選択図】図３

Description

本願発明は、排気通路から吸気通路に還流するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラに関するものである。

排気ガスの改善や燃費向上のために排気ガスの一部を吸気通路に還流させることは広く行われている。この場合、吸気通路に還流するＥＧＲガスは新気に比べて高温であるため、充填効率を高めたりノッキングを防止したりするべく、ＥＧＲ通路に、機関の冷却水で冷却されるＥＧＲクーラを設けていることが多い。

他方、内燃機関は多くの場所がオイルで潤滑されているが、オイルの粘度は温度に反比例して高くなるため、冬季の運転や寒冷地での運転のような外気温度が低い環境下では、始動してからある程度の時間が経過するまでは、オイルの粘度が高くて機械的損失が大きくなるという問題がある。

そこで特許文献１は、暖機運転時にオイルをＥＧＲクーラに導いて、オイルをＥＧＲガスで加温することによってオイルの早期昇温を図ることが開示されている。この特許文献１では、排気ガス通路の外側にオイル通路を設けて、ＥＧＲガスからオイルに直接熱交換している。すなわち、オイル通路をＥＧＲガスに晒している。

特開２００７−１００６６５号公報

さて、水は液体と気体（水蒸気）との２つの相があるのみであり、内燃機関では、冷却水は蒸発しても温度が低下すると凝縮して液体に戻る。また、冷却水通路は大気圧より少し圧力が高くなっているため、冷却水は沸点が高くなって１２０℃程度までは上昇するが、それ以上には昇温せずに沸騰して蒸気になるだけである。従って、冷却水が高温になって詰まりが発生することはあり得ない。

他方、オイルは炭素を含む化合物であるため加温するとどんどん昇温していき、ある程度まで昇温すると劣化が促進されてオイルの機能が著しく低下し、更に昇温すると、オイルとしての組成が破壊されてコーキングと呼ばれる炭化現象が発生する。オイルがコーキング化すると、オイル通路を塞いで潤滑不良が発生したり、回転部材が損傷したりする等の重大な問題が発生する。

そして、特許文献１のようにＥＧＲガスからオイルに直接に熱交換する方式では、オイルの温度はどんどん昇温し得るため、例えば、何らかの理由でオイルがＥＧＲクーラの箇所に滞留気味になると、コーキングが発生して重大な問題を招来するおそれがある。また、特許文献１は暖機運転後はＥＧＲクーラにオイルを通さないが、オイル通路の内面に付着していたオイルが暖機後の継続的な加熱によってコーキング化するおそれも多分にある。

本願発明はかかる現状を改善すべく成されたものであり、オイルのコーキング現象を的確に防止しつつ、オイルとＥＧＲガスとの間での熱交換を実現せんとするものである。

前記目的を達成すべく本願発明のＥＧＲクーラは、排気通路から吸気通路に還流される排気ガスが通るガス通路と、前記ガス通路を外側から囲うように配置された冷却水通路と、前記冷却水通路の外側又は内部に設けたオイル通路とを有している、前記オイルと排気ガスとに冷却水を介して熱交換されるようになっている。

ＥＧＲクーラは様々な構造が知られているが、本願発明は様々な構造のＥＧＲクーラに適用できる。また、本願発明において、オイル通路を冷却水通路の内部に配置するとは、冷却水通路の冷却水にパイプ状等のオイル通路が浸漬されている状態をいう。

本願発明では、暖機運転時にオイルをＥＧＲガスで加温することで機械的損失を低減して燃費向上に貢献することができる。また、機関の運転中、オイル通路にオイルを流し続けてオイルによってＥＧＲガスを冷却すると、ＥＧＲガスの冷却を確実ならしめて充填効率のアップやノッキング防止に貢献できると共に、ウォータポンプやラジェータの負担を軽減できる利点がある。

そして、オイルは冷却水を介してＥＧＲガスと熱交換するものであるため、オイルが冷却水の最高温度である１２０℃程度より高くなることはない。このため、オイルにコーキング現象が生じることを的確に防止できる。

なお、ＥＧＲクーラを排気管の近くに並設した場合は、実施形態のように排気管と反対側の箇所のみにオイル通路を設けると、排気管の輻射熱によってオイルが昇温することを防止できるため、ＥＧＲクーラの配置の自由性を向上できる利点がある。

実施形態を適用した内燃機関の模式図である。第１実施形態の正面図である。図２のIII-III 視断面図である。他の実施形態を示す図である。

(1).内燃機関の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に示す内燃機関の概略を説明する。

図１では、シリングブロック１とシリンダヘッド２とはクランク軸３と直交した方向から見ている。シリングブロック１とシリンダヘッド２の内部にはそれぞれ冷却水通路（ウォータジャケット）４，５を備えており、冷却水はウォータポンプ６からまずシリングブロック１の冷却水通路４に入り、それからシリンダヘッド２の冷却水通路５に入る。また、シリングブロック１及びシリンダヘッド２には、冷却水の戻り通路７，８を設けている。

内燃機関はヒータコア９とラジェータ１０とを備えており、また、シリングブロック１にはＣＶＴ方式の等のトランスミッション１１が取り付けられており、トランスミッション９には、その内部に封入したオイルを温めるためのオイルウォーマ１２が併設されている。

そして、ラジェータ１０には、第１管路１３を介してシリンダヘッド２から冷却水が送られて、冷却の仕事をした冷却水は第２管路１４を介してシリンダヘッド２の出口通路８に戻る。第２管路１４の終端部には温度を関知して開閉するサーモ弁１５を設けており、冷却水の温度に応じてラジェータ１０の通水が自動制御される。

ヒータ９には、シリンダヘッド２の冷却水通路５から第３管路１５を介して送水され、ヒータ９を加温した冷却水は第４管路１６を介してシリンダヘッド２の出口通路８に戻る。第３管路１５にはサーモ弁１７を設けており、サーモ弁１７とオイルウォーマ１２とが第６管路１８で接続されている。第４管路１６の中途部には三方弁１９を設けており、三方弁１９とオイルウォーマ１２とが第７管路１９で接続されている。機関の温度が低いと加温された冷却水がオイルウォーマ１２に流れる。

内燃機関は、排気ガスを吸気通路に還流させるＥＧＲ通路２１を備えており、ＥＧＲ通路２１に、ＥＧＲガスを冷却水するＥＧＲクーラ２２を設けている。ＥＧＲクーラ２２には、シリングブロック１の冷却水通路４に連通した流入管２３と流出管２４とが接続されている。

また、内燃機関はクランク軸で駆動されるオイルポンプ２５を有しており、シリングブロック１の潤滑部やシリンダヘッド２の潤滑部等に送油される。図１では送油路２６をシリングブロック１及びシリンダヘッド２の外側に表示しているが、実際には、送油路２６の大半はシリングブロック１及びシリンダヘッド２に形成されている。

ＥＧＲクーラ２２はオイルによって冷却されたり、逆に、オイルを加温したりすることができる。このため、ＥＧＲクーラ２２には送り管２７と戻り管２８とが接続されている。本実施形態では、オイルポンプ２５から吐出されたオイルはいったんＥＧＲクーラ２２を通ってから潤滑部に送油されるようになっており、送り管２７はオイルポンプ２５に接続されている。バイパス通路と弁とを設けることで、暖機時のみＥＧＲクーラ２２に送油することも可能である。

(2).第１実施形態の詳細
次に、第１実施形態の詳細を図２，３に基づいて説明する。本実施形態の内燃機関は、クランク軸を左右方向に長く延びる姿勢にした横向きで車両に搭載されており、シリンダヘッド２の前面に排気ポート（図示せず）が開口している。従って、排気マニホールド３１はシリンダヘッド１の前面２ａにボルトで固定されている。

本実施形態の内燃機関は３気筒であり、このため、排気マニホールド３１は３つの枝管３２とこれらに連通した集合管３４とを有している。集合管３４は下向きに開口しており、これに排気通路３５を接続している。排気通路３５の始端部は、外径を大きくした触媒収納部（マニバータ）３６になっている。触媒収納部３６は上部と下部とをテーパ部３６ａ，３６ｂと成した円筒形態であり、下テーパ部５ｂに連続した継手筒３７にブラケット３８を設けており、ブラケット３８がシリングブロック１に固定されている。

触媒収納部３６の下テーパ部３６ｂにパイプより成るＥＧＲ通路２１の下端を接続し、ＥＧＲ通路２１にＥＧＲクーラ２２を設けている。ＥＧＲクーラ２２は、若干の間隔を空けた状態で触媒収納部３６と並ぶように設けている。ＥＧＲクーラ２２には、その下端部に流入管２３が接続されて上端部に流出管２４が接続されている。また、ＥＧＲクーラ２２の上部にオイルの送り管２７が接続されて、下部にはオイルの戻り管２８が接続されている。従って、ＥＧＲガスは上向きに流れてオイルは下向きに流れる。実施形態では冷却水を上向きに流しているが、下向きに流してもよい。

図３に示すように、ＥＧＲクーラ２２の中心部にはガス通路３９が通っている。ガス通路３９は多数のフィン部３９ａを有していて花びら形に近い断面形状になっている。敢えて述べるまでもないが、多数のフィン部３９ａを設けているのは、表面積を大きくして伝熱効率を高めるためである。ガス通路３９の外周には内筒４０が固定されている。内筒４０の外側にＥＧＲクーラ２２の外面を構成する外筒４１が配置されており、外筒４１の内面のうち触媒収納部３６と反対側の略半周程度の部分に中間壁４２を設けている。

中間壁４２と外筒４１との間は閉じた空間になっており、この空間をオイル通路４３と成して、その上端部に送り管２７を接続して下端部に戻り管２８を接続している。他方、内筒４０の外側には外周を外壁４１と中間壁４２とで画定された空間が空いており、この空間を冷却水通路４４と成している。流入管２３は冷却水通路４４の下端部に接続されて、流出管２４は冷却水通路４４の上端部に接続されている。

以上の構成において、オイルとＥＧＲガスとの間に熱交換が行われるため、暖機時にオイルを早期加温して暖機時間を短縮したり、通常の運転時にオイルでＥＧＲガスを冷却してＥＧＲガスの冷却性を向上させたりすることができる。そして、ＥＧＲガスとオイルとの熱交換は冷却水を介して行われるため、オイルはコーキング現象が生じるほどの高温にはならない。このため、オイルの詰まりのような問題は皆無となる。

本実施形態のようにＥＧＲクーラ２２を排気通路３５の触媒収納部３６に並べて配置すると、ＥＧＲクーラ２２は触媒収納部３６から輻射熱を受けるため、仮にオイル通路４３を全周に設けていると、触媒収納部３６の影響によってオイルが異常昇温するおそれがあるが、本実施形態のようにオイル通路４３をＥＧＲクーラ２２の軸心を挟んで触媒収納部３６と反対側に設けると、触媒収納部３６によるオイルの異常昇温を確実に防止できる。この点、本実施形態の利点の一つである。

(3).他の実施形態
図４（Ａ）に示す第２実施形態では、外筒４２のうち触媒収納部３６と反対側の部分に半周略程度の広がりで張り出し壁４５を固定し、張り出し壁４５と外筒４２との間の空間をオイル４３と成している。この実施形態では加工が容易である。

図４（Ｂ）に示す第３実施形態では、オイル通路４３を上下にジグザグに曲げたパイプで構成して、これを冷却水通路４４に配置している。この実施形態ではオイル通路４３は冷却水との接触面積が大きくなるため、伝熱性能に優れている。この実施形態のようにオイル通路４３を冷却水通路４４に浸漬した状態に設けた場合は、触媒収納部３６の存在に関係なく、全周にわたって設けることが可能である。従って、オイル通路４３はガス通路３９をグルグル巻くように螺旋形状に形成してもよい。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えばＥＧＲクーラは円筒形である必要はなく、断面角形（箱型）の形態とすることも可能である。

本願発明は実際にＥＧＲクーラに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１シリングブロック
２シリンダヘッド
６ウォーカポンプ
２１ＥＧＲ通路
２２ＥＧＲクーラ
２５オイルポンプ
３５排気通路
３６触媒収納部
３９ガス通路
４０内筒
４１外筒
４２中間壁
４３オイル通路
４４冷却水通路

Claims

排気通路から吸気通路に還流される排気ガスが通るガス通路と、前記ガス通路を外側から囲うように配置された冷却水通路と、前記冷却水通路の外側又は内部に設けたオイル通路とを有している、前記オイルと排気ガスとに冷却水を介して熱交換される、
ＥＧＲクーラ。