JP2015034530A - Egr装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるEGR装置を提供する。
【解決手段】第1の伝熱管群21と、第2の伝熱管群22と、ケーシング23とを含んで構成されるEGRクーラ20を備え、エンジン10のシリンダヘッド11に備えたEGR通路12の排出ガス出口部12bに、第1の伝熱管群21と第2の伝熱管群22とを接続し、ウォータジャケット13に隣接しないEGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流れる排出ガスGが流通する第2の伝熱管群22のほうが、ウォータジャケット13に隣接するEGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流れる排出ガスGが流通する第1の伝熱管群21に比べて熱交換効率が高くなるよう構成している。
【選択図】図1
【解決手段】第1の伝熱管群21と、第2の伝熱管群22と、ケーシング23とを含んで構成されるEGRクーラ20を備え、エンジン10のシリンダヘッド11に備えたEGR通路12の排出ガス出口部12bに、第1の伝熱管群21と第2の伝熱管群22とを接続し、ウォータジャケット13に隣接しないEGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流れる排出ガスGが流通する第2の伝熱管群22のほうが、ウォータジャケット13に隣接するEGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流れる排出ガスGが流通する第1の伝熱管群21に比べて熱交換効率が高くなるよう構成している。
【選択図】図1
Description
本発明は、EGR装置に関する。
従来、エンジンのシリンダヘッドの内部に排気再循環を行うためのEGR通路を設けたEGR装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。EGR通路は、一方の側壁部がシリンダヘッドの内部に形成されたウォータジャケットに沿って延び、一端部がエンジンの排気マニホールドに接続され、他端部がエンジンの吸気マニホールドに接続されている。
EGR装置は、エンジンのシリンダから排気マニホールドに送出される排出ガスの一部をEGR通路により吸気マニホールドに導き、シリンダに還流させるようになっている。また、EGR装置は、EGR通路を流通する排出ガスを、ウォータジャケットを流通する冷却水により冷却するようになっている。
しかしながら、EGR通路の一方の側壁部に沿って流通する排出ガスは、ウォータジャケットを流通する冷却水によって冷却されるが、EGR通路の他方の側壁部に沿って流通する排出ガスは、ウォータジャケットを流通する冷却水によって冷却されない。
このため、EGR通路の一方の側壁部に沿って流通する排出ガスとEGR通路の他方の側壁部に沿って流通する排出ガスとで温度差が生じ、樹脂製の吸気マニホールドを用いたエンジンでは、高温の排出ガスによって吸気マニホールドが溶損することが懸念される。また、シリンダ毎に吸気温度がばらついて、吸気温度が高くなったシリンダで異常燃焼が生じるという問題があった。
そこで、本発明は、上述したような従来の問題を解決するためになされたもので、従来のものと比較して、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるEGR装置を提供することを目的としている。
本発明に係るEGR装置は、上記目的を達成するため、(1)エンジンのシリンダヘッドの内部に、EGR通路を備えるとともに、前記EGR通路の一方の側壁部に沿うようウォータジャケットを備えたEGR装置であって、複数の伝熱管よりなる熱交換部と、前記熱交換部を収容し、かつ内部に冷却水が流通し得るケーシングとを含んで構成されるEGRクーラを備え、前記エンジンの排気マニホールドに前記EGR通路の一端部を接続し、前記EGR通路の他端部に前記熱交換部の一端部を接続し、前記熱交換部の他端部に前記エンジンの吸気マニホールドを接続し、前記熱交換部において前記ウォータジャケットに隣接しない前記EGR通路の他方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分は、前記熱交換部において前記EGR通路の前記一方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分に比べて熱交換効率が高くなるよう構成されている。
本発明のEGR装置は、熱交換部においてウォータジャケットに隣接しないEGR通路の他方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分は、熱交換部においてEGR通路の一方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分に比べて熱交換効率が高くなっている。
すなわち、EGR通路の一方の側壁部に沿って流通し、ウォータジャケットを流通する冷却水により冷却された排出ガスは、熱交換部を流通しつつ、ケーシングの内部を流通する冷却水により冷却される。
また、EGR通路の他方の側壁部に沿って流通し、ウォータジャケットを流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスは、熱交換部を流通しつつ、ケーシングの内部を流通する冷却水により、EGR通路の一方の側壁部に沿って流通した排出ガスに比べて高い熱交換効率で冷却される。よって、本発明のEGR装置は、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できる。
本発明によれば、従来のものと比較して、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるEGR装置を提供することができる。
以下、本発明に係るEGR装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
(第1の実施形態)
図1に示すように、本実施形態に係るEGR装置1は、エンジン10のシリンダヘッド11の内部に、EGR通路12およびウォータジャケット13を有し、EGR通路12の排出ガス流通方向下流側の端部にEGRクーラ20を備えている。さらに、EGR装置1は、EGRクーラ20の排出ガス流通方向下流側の端部にEGRバルブ30を備えている。
図1に示すように、本実施形態に係るEGR装置1は、エンジン10のシリンダヘッド11の内部に、EGR通路12およびウォータジャケット13を有し、EGR通路12の排出ガス流通方向下流側の端部にEGRクーラ20を備えている。さらに、EGR装置1は、EGRクーラ20の排出ガス流通方向下流側の端部にEGRバルブ30を備えている。
エンジン10は、シリンダヘッド11の一側部に、内部に吸気通路14aを有する吸気マニホールド14を備え、シリンダヘッド11の他側部に、内部に排気通路15aを有する排気マニホールド15を備えている。シリンダヘッド11の一側部と吸気マニホールド14は、ガスケット14bを挟み、また、シリンダヘッド11の他側部と排気マニホールド15は、ガスケット15bを挟んでいる。
吸気マニホールド14は、吸気出口部14cおよび排出ガス還流部14dを有している。吸気出口部14cは、吸気通路14aに連通し、かつシリンダヘッド11の一側部に向けて開口するようになっている。排出ガス還流部14dは、吸気通路14aに連通し、かつエンジン10の外方に向けて開口するようになっている。吸気マニホールド14は、吸気通路14aにエンジン10の吸気経路10aから吸気Aが送給されるようになっている。
排気マニホールド15は、排出ガス入口部15cおよび排出ガス分流部15dを有している。排出ガス入口部15cおよび排出ガス分流部15dは、排気通路15aに連通し、かつシリンダヘッド11の他側部に向けて開口するようになっている。排気マニホールド15は、排気通路15aからエンジン10の図示しない排気経路へ排出ガスGが送出されるようになっている。
シリンダヘッド11は、吸気ポート16および排気ポート17を有している。吸気ポート16は、エンジン10の図示しないシリンダに連通し、かつ吸気マニホールド14の吸気通路14aに吸気出口部14cを介して連通している。排気ポート17は、エンジン10の図示しないシリンダに連通し、かつ排気マニホールド15の排気通路15aに排出ガス入口部15cを介して連通している。
EGR通路12は、シリンダヘッド11の一端部に位置し、図示しないシリンダの中心軸線および図示しないクランクシャフトの中心軸線に対して略直交する方向に延び、かつシリンダヘッド11の一側面部から他側面部に向けて貫通している。
EGR通路12は、シリンダヘッド11の一側面部に位置する排出ガス入口部12aと、シリンダヘッド11の他面側部に位置する排出ガス出口部12bとを有している。EGR通路12は、排出ガス入口部12aに排気マニホールド15の排出ガス分流部15dが接続されており、排気マニホールド15の排気通路15aから排出ガスGが流入するようになっている。
ウォータジャケット13は、EGR通路12においてシリンダヘッド11の一端面部とは反対側に位置する一方の側壁部12cに沿うよう設けられている。また、シリンダヘッド11は、一端面部から外方へ向けて突出する複数の放熱フィン18を有している。放熱フィン18は、EGR通路12においてシリンダヘッド11の一端面部側に位置する他方の側壁部12dに一体に連なっている。
EGRクーラ20は、複数の第1の伝熱管21aよりなる第1の伝熱管群21と、複数の第2の伝熱管22aよりなる第2の伝熱管群22と、第1の伝熱管群21および第2の伝熱管群22を収容するケーシング23とを含んで構成されている。
第2の伝熱管22aは、第1の伝熱管21aに比べて流路断面積が小さくなるよう形成されている。また、ケーシング23は、複数の冷却水通路24を有している。冷却水通路24は、隣接する第1の伝熱管21aの間、隣接する第2の伝熱管22aの間、および第1の伝熱管群21と第2の伝熱管群22との間に位置し、冷却水が流通するようになっている。
第1の伝熱管群21の一端部はEGR通路12の排出ガス出口部12bに、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流れる排出ガスGが各第1の伝熱管21aに流入するよう接続されている。
第2の伝熱管群22の一端部はEGR通路12の排出ガス出口部12bに、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流れる排出ガスGが各第2の伝熱管22aに流入するよう接続されている。
EGRバルブ30は、弁ボディ31と、弁体32とを含んで構成されている。弁ボディ31は、第1の伝熱管群21および第2の伝熱管群22の他端部に向けて開口する排出ガス入口部31aと、吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dに向けて開口する排出ガス出口部31bとを有している。
排出ガス入口部31aの内周面部は、弁ボディ31の外方から内方に向けて内径が縮小するテーパ状に形成されている。また、排出ガス出口部31bは、排出ガス入口部31aの最小内径部に連通するようになっている。
弁体32は、傘部32aと、ステム部32bとを有している。弁体32は弁ボディ31に、ステム部32bが弁ボディ31を摺動可能に貫通して、傘部32aが排出ガス入口部31aを開閉し得るよう組み付けられている。
弁ボディ31の排出ガス入口部31aは第1の伝熱管群21および第2の伝熱管群22の他端部に、EGRクーラ20を経た排出ガスGがEGRバルブ30に流入するよう接続されている。
弁ボディ31の排出ガス出口部31bは吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dに、EGRバルブ30を経た排出ガスGが吸気マニホールド14の吸気通路14aに流入し得るよう接続されている。
以下、本実施形態に係るEGR装置1の作動を説明する。
EGR装置1は、EGRバルブ30が開いていると、エンジン10のシリンダから排気マニホールド15の排気通路15aに送出される排出ガスGの一部を、排出ガス分流部15dからEGR通路12に分流する。
EGR装置1は、EGR通路12に流入した排出ガスGのうち、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通する排出ガスGの熱エネルギーを、ウォータジャケット13を流通する冷却水に放出させて、排出ガスGを冷却する。
EGR装置1は、EGR通路12に流入した排出ガスGのうち、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通する排出ガスGの熱エネルギーを、放熱フィン18から大気中に放出させて、排出ガスGを冷却する。
EGR装置1は、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGを、EGRクーラ20の第1の伝熱管群21を構成する各第1の伝熱管21aの一端部に流入させる。また、EGR装置1は、第1の伝熱管21aを流通する排出ガスGの熱エネルギーを、ケーシング23の内部の冷却水通路24を流通する冷却水に放出させて、排出ガスGを冷却する。
したがって、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGは、第1の伝熱管21aを流通しつつ、冷却水通路24を流通する冷却水により冷却される。
EGR装置1は、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、放熱フィン18により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスGを、EGRクーラ20の第2の伝熱管群22を構成する各第2の伝熱管22aの一端部に流入させる。また、EGR装置1は、第2の伝熱管22aを流通する排出ガスGの熱エネルギーを、ケーシング23の内部の冷却水通路24を流通する冷却水に放出させて、排出ガスGを冷却する。
したがって、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、放熱フィン18より熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスGは、第2の伝熱管22aを流通しつつ、冷却水通路24を流通する冷却水により冷却される。
第1の伝熱管21aよりも流路断面積が小さい第2の伝熱管22aを流通する排出ガスGは、第1の伝熱管21aを流通する排出ガスGに比べると、流速が高く、かつ冷却水通路24を流通する冷却水に対して距離が近くなる。
よって、第2の伝熱管22aを流通する排出ガスGと冷却水通路24を流通する冷却水との熱交換率は、第1の伝熱管21aを流通する排出ガスGと冷却水通路24を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。
このため、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、第2の伝熱管22aを流通するときに、冷却水通路24を流通する冷却水によって効果的に冷却される。
EGR装置1は、第1の伝熱管21aおよび第2の伝熱管22aを流通し、ケーシング23の内部の冷却水通路24を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスGを、EGRバルブ30を介して吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dから吸気通路14aに還流させる。吸気通路14aに還流した排出ガスGは、吸気Aとともに、エンジン10のシリンダに送給される。
本実施形態に係るEGR装置1は、EGR通路12の排出ガス出口部12bに複数の第1の伝熱管21aよりなる第1の伝熱管群21の一端部を、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流れる排出ガスGが各第1の伝熱管21aに流入するよう接続している。
このため、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGは、第1の伝熱管21aを流通しつつ、ケーシング23の内部を流通する冷却水により冷却される。
本実施形態に係るEGR装置1は、EGR通路12の排出ガス出口部12bに複数の第2の伝熱管22aよりなる第2の伝熱管群22の一端部を、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流れる排出ガスGが各第2の伝熱管22aに流入するよう接続している。
このため、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、第2の伝熱管22aを流通しつつ、ケーシング23の内部を流通する冷却水により冷却される。
第1の伝熱管21aよりも流路断面積が小さい第2の伝熱管22aを流通する排出ガスGは、第1の伝熱管21aを流通する排出ガスGに比べると、流速が高く、かつケーシング23の内部を流通する冷却水に対して距離が近くなる。
よって、第2の伝熱管22aを流通する排出ガスGとケーシング23の内部を流通する冷却水との熱交換率は、第1の伝熱管21aを流通する排出ガスGとケーシング23の内部を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。
このため、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、第2の伝熱管22aを流通するときに、ケーシング23の内部を流通する冷却水によって効果的に冷却される。
したがって、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通してきた排出ガスGと、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通してきた排出ガスGとの温度差は、EGRクーラ20の排出ガス出口部分において小さくなる。この結果、EGR装置1は、吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できる。
本実施形態に係るEGR装置1は、吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できるため、吸気マニホールド14を樹脂材料により形成した場合、高温の排出ガスGによって吸気マニホールド14が溶損することがない。また、シリンダ毎に吸気温度がばらつくことがなく、異常燃焼が生じない。
(第2の実施形態)
本実施形態に係るEGR装置2は、前述したEGRクーラ20の代わりに図2に示すEGRクーラ40を用いている。EGR装置2において、EGRクーラ40を除く構成要素は、上述したEGR装置1と同様であるので、図示を省略する。
本実施形態に係るEGR装置2は、前述したEGRクーラ20の代わりに図2に示すEGRクーラ40を用いている。EGR装置2において、EGRクーラ40を除く構成要素は、上述したEGR装置1と同様であるので、図示を省略する。
EGRクーラ40は、図1におけるEGR通路12とEGRバルブ30との間に介在している。EGRクーラ20は、複数の第1の伝熱管41aよりなる第1の伝熱管群41と、複数の第2の伝熱管42aよりなる第2の伝熱管群42と、第1の伝熱管群41および第2の伝熱管群42を収容するケーシング43とを含んで構成されている。
第1の伝熱管41aは、内側部に排出ガス流通方向に並ぶ多数のフィン41bを有している。また、第2の伝熱管42aは、内側部に排出ガス流通方向に並ぶ多数のフィン42bを有している。フィン42bは、フィン41bよりも数が多く、かつフィン41bに比べてフィンピッチが狭くなっている。
ケーシング43は、複数の冷却水通路44を有している。冷却水通路44は、隣接する第1の伝熱管41aの間、隣接する第2の伝熱管42aの間、および第1の伝熱管群41と第2の伝熱管群42との間に位置し、冷却水が流通するようになっている。
第1の伝熱管群41の一端部は、図1におけるEGR通路12の排出ガス出口部12bに、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流れる排出ガスGが各第1の伝熱管41aに流入するよう接続されている。
第2の伝熱管群42の一端部は、図1におけるEGR通路12の排出ガス出口部12bに、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流れる排出ガスGが各第2の伝熱管42aに流入するよう接続されている。
第1の伝熱管群41の他端部および第2の伝熱管群42の他端部は、図1におけるEGRバルブ30を介して吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dに接続されている。
以下、本実施形態に係るEGR装置2の作動を、EGRクーラ40に関連する点を中心に説明する。
EGR装置2は、図1におけるEGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGを、EGRクーラ40の第1の伝熱管群41を構成する各第1の伝熱管41aの一端部に流入させる。また、EGR装置2は、第1の伝熱管41aを流通する排出ガスGの熱エネルギーを、ケーシング43の内部の冷却水通路44を流通する冷却水に放出させて、排出ガスGを冷却する。
したがって、図1におけるEGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGは、第1の伝熱管41aを流通しつつ、冷却水通路44を流通する冷却水により冷却される。
EGR装置2は、図1におけるEGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、放熱フィン18により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスGを、EGRクーラ40の第2の伝熱管群42を構成する各第2の伝熱管42aの一端部に流入させる。また、EGR装置2は、第2の伝熱管42aを流通する排出ガスGの熱エネルギーを、多数のフィン41bをケーシング43の内部の冷却水通路44を流通する冷却水に放出させて、排出ガスGを冷却する。
したがって、図1におけるEGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、放熱フィン18より熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスGは、第2の伝熱管42aを流通しつつ、冷却水通路44を流通する冷却水により冷却される。
第2の伝熱管42aが有するフィン42bは、第1の伝熱管41aが有するフィン41bよりも数が多くなっている。さらに、フィン42bは、フィン41bに比べてフィンピッチが狭くなっている。よって、第2の伝熱管42aを流通する排出ガスGと冷却水通路44を流通する冷却水との熱交換率は、第1の伝熱管41aを流通する排出ガスGと冷却水通路44を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。
このため、図1におけるEGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、第2の伝熱管42aを流通するときに、冷却水通路44を流通する冷却水によって効果的に冷却される。
EGR装置2は、第1の伝熱管41aおよび第2の伝熱管42aを流通し、ケーシング43の内部の冷却水通路44を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスGを、図1におけるEGRバルブ30を介して吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dから吸気通路14aに還流させる。吸気通路14aに還流した排出ガスGは、吸気Aとともに、エンジン10のシリンダに送給される。
本実施形態に係るEGR装置2は、図1におけるEGR通路12の排出ガス出口部12bに複数の第1の伝熱管41aよりなる第1の伝熱管群41の一端部を、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流れる排出ガスGが各第1の伝熱管41aに流入するよう接続している。
このため、図1におけるEGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGは、第1の伝熱管41aを流通しつつ、ケーシング43の内部を流通する冷却水により冷却される。
本実施形態に係るEGR装置2は、図1におけるEGR通路12の排出ガス出口部12bに複数の第2の伝熱管42aよりなる第2の伝熱管群42の一端部を、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流れる排出ガスGが各第2の伝熱管42aに流入するよう接続している。
このため、図1におけるEGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、第2の伝熱管42aを流通しつつ、ケーシング23の内部を流通する冷却水により冷却される。
第2の伝熱管42aが有するフィン42bは、第1の伝熱管41aが有するフィン41bよりも数が多い。さらに、フィン42bは、フィン41bに比べてフィンピッチが狭い。よって、第2の伝熱管42aを流通する排出ガスGと冷却水通路44を流通する冷却水との熱交換率は、第1の伝熱管41aを流通する排出ガスGと冷却水通路44を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。
このため、図1におけるEGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、第2の伝熱管42aを流通するときに、ケーシング43の内部を流通する冷却水によって効果的に冷却される。
したがって、図1におけるEGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通してきた排出ガスGと、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通してきた排出ガスGとの温度差は、EGRクーラ40の排出ガス出口部分において小さくなる。この結果、EGR装置2は、吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できる。
本実施形態に係るEGR装置2は、図1における吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できるため、吸気マニホールド14を樹脂材料により形成した場合、高温の排出ガスGによって吸気マニホールド14が溶損することがない。また、シリンダ毎に吸気温度がばらつくことがなく、異常燃焼が生じない。
(第3の実施形態)
本実施形態に係るEGR装置3は、前述したEGRクーラ20,40の代わりに図3、図4に示すEGRクーラ50を用いている。また、図3において、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
本実施形態に係るEGR装置3は、前述したEGRクーラ20,40の代わりに図3、図4に示すEGRクーラ50を用いている。また、図3において、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
EGRクーラ50は、EGR通路12とEGRバルブ30との間に介在している。EGRクーラ50は、複数の伝熱管51aよりなる伝熱管群51と、伝熱管群51を収容するケーシング53とを含んで構成されている。
ケーシング53は、複数の冷却水通路54、入口ヘッダ55および出口ヘッダ56を有している。冷却水通路54は、隣接する伝熱管51aの間に位置し、冷却水が流通するようになっている。入口ヘッダ55は、ケーシング53の外側部に設けられ、かつ冷却水送給管55aが接続されている。入口ヘッダ55は、冷却水送給管55aを経てきた冷却水を、各冷却水通路54において伝熱管51aの一端部間に位置する部分に向けて送給するようになっている。
出口ヘッダ56は、ケーシング53の外側部に設けられ、かつ冷却水送出管56aが接続されている。出口ヘッダ56は、各冷却水通路54を経てきた冷却水を、各冷却水通路54において伝熱管51aの一端部間に位置する部分から冷却水送出管56aに向けて送出するようになっている。入口ヘッダ55および出口ヘッダ56は、ケーシング53の同一の外側部に設けられている。
伝熱管群51の一端部は、EGR通路12の排出ガス出口部12bに、EGR通路12から排出ガスGが各伝熱管51aに流入するよう接続されている。各伝熱管51aは、排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56の遠い部分に、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通する排出ガスGが流入するようになっている。また、各伝熱管51aは、排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に近い部分に、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通する排出ガスGが流入するようになっている。
さらに、伝熱管群51の他端部は、EGRバルブ30を介して吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dに接続されている。
以下、本実施形態に係るEGR装置3の作動を、EGRバルブ30が開いていることを前提として、EGRクーラ50に関連する点を中心に説明する。
EGR装置3は、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGを、EGRクーラ50の伝熱管群51を構成する各伝熱管51aの一端部に流入させる。
また、EGR装置3は、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、放熱フィン18により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスGを、EGRクーラ50の伝熱管群51を構成する各伝熱管51aの一端部に流入させる。
さらに、EGR装置3は、伝熱管51aを流通する排出ガスGの熱エネルギーを、ケーシング53の内部の冷却水通路54を流通する冷却水に放出させて、排出ガスGを冷却する。したがって、EGR通路12を流通した排出ガスGは、伝熱管51aを流通しつつ、冷却水通路54を流通する冷却水により冷却される。
EGR装置3は、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGを、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に遠い部分に流入させる。
また、EGR装置3は、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGを、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に近い部分に流入させる。
冷却水通路54において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に近い部分では、冷却水通路54おいて入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に遠い部分よりも冷却水流量が多い。よって、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に近い部分を流通する排出ガスGと冷却水通路54を流通する冷却水との熱交換率は、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に遠い部分を流通する排出ガスGと冷却水通路54を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。
このため、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、伝熱管51aを流通するときに、冷却水通路54を流通する冷却水によって効果的に冷却される。
EGR装置3は、伝熱管51aを流通し、ケーシング53の内部の冷却水通路54を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスGを、EGRバルブ30を介して吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dから吸気通路14aに還流させる。吸気通路14aに還流した排出ガスGは、吸気Aとともに、エンジン10のシリンダに送給される。
本実施形態に係るEGR装置3は、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGを、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に遠い部分に流入させる。
また、EGR装置3は、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGを、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に近い部分に流入させる。
EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGは、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に遠い部分を流通しつつ、ケーシング53の内部を流通する冷却水により冷却される。
また、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、各伝熱管51aの排出ガス流路において入口ヘッダ55および出口ヘッダ56に近い部分を流通しつつ、ケーシング53の内部を流通する冷却水により効果的に冷却される。
したがって、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通してきた排出ガスGと、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通してきた排出ガスGとの温度差は、EGRクーラ50の排出ガス出口部分において小さくなる。この結果、EGR装置2は、吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できる。
本実施形態に係るEGR装置2は、吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できるため、吸気マニホールド14を樹脂材料により形成した場合、高温の排出ガスGによって吸気マニホールド14が溶損することがない。また、シリンダ毎に吸気温度がばらつくことがなく、異常燃焼が生じない。
(第4の実施形態)
本実施形態に係るEGR装置4は、前述したEGRクーラ20,40,50の代わりに、図5に示すEGRクーラ60を用い、図1、図3に示すEGRバルブ30の代わりに図5、図6に示すEGRバルブ70を用いている。また、図5において、図1、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
本実施形態に係るEGR装置4は、前述したEGRクーラ20,40,50の代わりに、図5に示すEGRクーラ60を用い、図1、図3に示すEGRバルブ30の代わりに図5、図6に示すEGRバルブ70を用いている。また、図5において、図1、図3と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
EGRクーラ60は、EGR通路12の排出ガス流通方向下流側の端部に接続されている。EGRクーラ60は、複数の伝熱管よりなる図示しない伝熱管群と、伝熱管群を収容するケーシング63とを含んで構成されている。ケーシング63は、内部に冷却水が流通する図示しない冷却水通路を有している。
伝熱管群は、一端部がEGR通路12の排出ガス出口部12bに接続されている。伝熱管群は、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流れる排出ガスGが流通する図示しない第1の熱交換部と、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流れる排出ガスGが流通する図示しない第2の熱交換部とを有している。
EGRバルブ70は、EGRクーラ60と吸気マニホールド14との間に介在している。EGRバルブ70は、弁ボディ71と、弁体72とを含んで構成されている。
弁ボディ71は、伝熱管群の他端部に向けて開口する排出ガス入口部71aと、吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dに向けて開口する排出ガス出口部71bとを有している。
弁ボディ71は、排出ガス入口部71aの内周面部の周方向略半分に、弁ボディ71の外方から内方に向けて半径が縮小するテーパ部71cを備えている。排出ガス入口部71aのテーパ部71cは、伝熱管群の第1の熱交換部側に位置するようになっている。
弁ボディ71は、排出ガス入口部71aの内周面部の残りの周方向略半分に、弁ボディ71の外方から内方に向けて半径が変わらないシュラウド部71dを備えている。排出ガス入口部71aのシュラウド部71dは、伝熱管群の第2の熱交換部側に位置するようになっている。
弁体72は、傘部72aと、ステム部72bとを有している。弁体72は弁ボディ71に、ステム部72bが弁ボディ71を摺動可能に貫通して、傘部72aが排出ガス入口部71aを開閉し得るよう組み付けられている。
EGRバルブ70は、排出ガス入口部71aの内周面部にテーパ部71cおよびシュラウド部71dを備えていることにより、傘部72aが排出ガス出口部71bを開放したときに、伝熱管群の第1の熱交換部側のほうが伝熱管群の第2の熱交換部側によりも排出ガス通路の流路断面積が大きくなるようにしている。
弁ボディ71の排出ガス入口部71aは伝熱管群の他端部に、EGRクーラ60を経た排出ガスGがEGRバルブ70に流入するよう接続されている。
弁ボディ71の排出ガス出口部31bは吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dに、EGRバルブ70を経た排出ガスGが吸気マニホールド14の吸気通路14aに流入し得るよう接続されている。
以下、本実施形態に係るEGR装置4の作動を、EGRバルブ70が開いていることを前提として、EGRクーラ60およびEGRバルブ70に関連する点を中心に説明する。
EGR装置4は、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGを、EGRクーラ60の伝熱管群の一端部から第1の熱交換部に流入させる。
また、EGR装置4は、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、放熱フィン18により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスGを、EGRクーラ60の伝熱管群の一端部から第2の熱交換部に流入させる。
さらに、EGR装置4は、伝熱管群の第1の熱交換部および第2の熱交換部を流通する排出ガスGの熱エネルギーを、ケーシング63の内部の冷却水通路を流通する冷却水に放出させて、排出ガスGを冷却する。したがって、EGR通路12を流通した排出ガスGは、伝熱管群の第1の熱交換部および第2の熱交換部を流通しつつ、冷却水通路を流通する冷却水により冷却される。
EGR装置4は、伝熱管群の第1の熱交換部および第2の熱交換部を流通し、ケーシング63の内部の冷却水通路を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスGを、EGRバルブ70を介して吸気マニホールド14の排出ガス還流部14dから吸気通路14aに還流させる。吸気通路14aに還流した排出ガスGは、吸気Aとともに、エンジン10のシリンダに送給される。
EGRバルブ70は、排出ガス入口部71aの内周面部にテーパ部71cおよびシュラウド部71dを備えているので、傘部72aが排出ガス出口部71bを開放したときに、伝熱管群の第1の熱交換部側のほうが伝熱管群の第2の熱交換部側によりも排出ガス通路の流路断面積が大きくなる。
よって、伝熱管群の第1の熱交換部からEGRバルブ70を経て吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGに比べて、伝熱管群の第2の熱交換部からEGRバルブ70を経て吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGは、流量が少なくなる。
このため、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスGは、EGR通路12の一方の側壁部12cに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却された排出ガスGに比べて吸気マニホールド14に還流される流量が制限されることになる。
本実施形態に係るEGR装置4は、EGR通路12の他方の側壁部12dに沿って流通し、ウォータジャケット13を流通する冷却水により冷却されずに吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの流量を、EGRバルブ70によって制限する。この結果、EGR装置4は、吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できる。
本実施形態に係るEGR装置2は、吸気マニホールド14へ還流される排出ガスGの温度分布を均一化できるため、吸気マニホールド14を樹脂材料により形成した場合、高温の排出ガスGによって吸気マニホールド14が溶損することがない。また、シリンダ毎に吸気温度がばらつくことがなく、異常燃焼が生じない。
なお、本発明に係るEGR装置の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、特許請求の範囲に記載した各構成要素の種々の変更を含むものである。
以上のように、本発明に係るEGR装置は、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるという効果を奏するもので、各種の内燃機関に有用である。
1,2,3,4...EGR装置、10...エンジン、11...シリンダヘッド、12...EGR通路、12a...排出ガス入口部(EGR通路の一端部)、12b...排出ガス出口部(EGR通路の他端部)、12c...一方の側壁部、12d...他方の側壁部、13...ウォータジャケット、14...吸気マニホールド、15...排気マニホールド、20,40,50,60...EGRクーラ、21,41...第1の伝熱管群(熱交換部)、21a,41a...第1の伝熱管(伝熱管)、22,42...第2の伝熱管群(熱交換部)、22a,42a…第2の伝熱管(伝熱管)、23,43,53,63…ケーシング、51…伝熱管群(熱交換部)、51a…伝熱管
Claims (1)
- エンジンのシリンダヘッドの内部に、EGR通路を備えるとともに、前記EGR通路の一方の側壁部に沿うようウォータジャケットを備えたEGR装置であって、
複数の伝熱管よりなる熱交換部と、前記熱交換部を収容し、かつ内部に冷却水が流通し得るケーシングとを含んで構成されるEGRクーラを備え、
前記エンジンの排気マニホールドに前記EGR通路の一端部を接続し、
前記EGR通路の他端部に前記熱交換部の一端部を接続し、
前記熱交換部の他端部に前記エンジンの吸気マニホールドを接続し、
前記熱交換部において前記ウォータジャケットに隣接しない前記EGR通路の他方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分は、前記熱交換部において前記EGR通路の前記一方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分に比べて熱交換効率が高くなるよう構成されていることを特徴とするEGR装置。
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-
2013
- 2013-08-09 JP JP2013166481A patent/JP2015034530A/ja not_active Withdrawn
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