JP2016191383A - 自動車のエンジンからの排ガスを再循環させるための装置、および、該装置の使用 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ交換器内で起こり易い凝縮物の酸性を、交換器を排ガスが通過する前に減少させ、従前のような腐食に抗する高い性能を構成要素がもはや必要としないＥＧＲ交換器を提供する。【解決手段】自動車のエンジン１からの排ガスを再循環させるための装置であって、第１の排ガス再循環（以下「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）」という）ライン９と、再循環される排ガスの冷却を保証するためにＥＧＲライン９に設けられる第１の熱交換器１０と、ガスから生じる凝縮物のｐＨを制限することができる排ガス用の処理手段１１とを備え、処理手段１１は、排ガスの経路に沿って第１の熱交換器１０の上流側に設けられ、かつ、熱交換器１０は、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から形成される熱交換器バンドルを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジンからの排ガスを再循環させるための装置に関する。本発明は、特に、ディーゼルエンジンで使用される。

現在、汚染放出を減らすために、エンジンからの排ガスの一部を引き出して、これをエンジン吸気回路へ再注入することが知られている。これは、通常、排ガス再循環（ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation））と呼ばれる。シリンダの正確な充填を保証して、かつ、吸気ラインの要素を保護するために、再循環されたガスは、ＥＧＲ交換器として知られる交換器を使用して冷却される。

再循環されるガス中に含まれる水の高い割合に起因して、ＥＧＲ交換器内で凝縮現象が起こる。この凝縮物は、本来、特にエンジンにより燃焼されずに排気ライン中へ排出される炭化水素の溶解に起因して、しばしば酸性で且つ侵食性である。その結果、交換器の構成要素が凝縮物と接触して、酸攻撃を受ける。

なお、この酸性は、排ガス再循環ライン中において、すなわち、これらのラインに沿って再循環ガスが他のガスと未だ混合されていない排ガス再循環ライン中において、より高くなるが、これは、再循環ガスが外気と混合されて、更にアルカリ性の凝縮物を発生させるエンジンに向かう残りの再循環ガスの経路中に、再循環ガスがあるからである。

ＥＧＲ交換器内で起こり易い凝縮物の酸性に関連するリスクを制限するためには、一般に、ステンレス鋼のＥＧＲ交換器を使用することが必要であると考えられている。これらの交換器を高い材料厚を有する鋳造アルミニウムから形成することもできる。これらの解決策は、交換器の性能、特に熱性能を制限し、かつ、交換器のコストを増大させる。

本発明は前記欠点を改善することを提案し、その目的は、自動車のエンジンからの排ガスを再循環させるための装置であって、ＥＧＲラインと呼ばれる第１の排ガス再循環ラインと、再循環される排ガスの冷却を保証するために前記ＥＧＲラインに設けられる第１の熱交換器と、前記ガスから生じる凝縮物のｐＨを制限することができる排ガス用の処理手段とを備える装置である。

本発明によれば、そのような処理手段が排ガスの経路に沿って前記第１の熱交換器の上流側に設けられ、かつ、前記熱交換器がアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から形成される熱交換器バンドルを備える。

そのような処理装置を設けることにより、ＥＧＲ交換器内で起こり易い凝縮物の酸性が、前記交換器を排ガスが通過する前に減少することが分かる。したがって、従前のような腐食に抗する高い性能を構成要素がもはや必要としないＥＧＲ交換器を提供することができる。したがって、熱性能に関してＥＧＲ交換器を最適化でき、かつ、ＥＧＲ交換器のコストを下げることができる。

本発明の様々な実施形態によれば、
前記バンドルは、圧延によって得られるアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の構成要素を備え、
排ガス用の前記処理手段が排ガス用の酸化触媒を備え、
前記エンジンがエンジン排気ラインを備え、かつ、前記排気ラインが前記排ガスによって駆動可能なタービンを備え、前記第１のＥＧＲラインが前記タービンの上流側の前記排気ラインと連通することができ、前記処理手段が前記第１のＥＧＲラインに沿って配置され、
前記エンジンが排気ラインを備え、前記排気ラインが前記排ガスによって駆動可能なタービンを備え、前記第１のＥＧＲラインが前記タービンの下流側の前記排気ラインと連通できるように設けられ、前記処理手段が特に前記タービンの下流側で前記排気ラインに沿って配置されるように設けられ、
前記装置が第２の排ガス再循環ラインも備え、前記第２のＥＧＲラインは、前記タービンの上流側の前記排気ラインと連通でき、
前記装置は、前記第２のＥＧＲラインに設けられ、前記第２のラインに入る再循環排ガスを冷却する第２の熱交換器を備え、
前記第２の熱交換器がステンレス鋼から形成される熱交換器バンドルを備え、
前記処理手段が前記熱交換器の上流側にも前記第２のＥＧＲラインに沿って設けられ、かつ、前記第２の熱交換器がアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から形成される熱交換器バンドルを備える。

また、本発明は、植物由来の燃料、標準的な欧州のディーゼル、ならびに／または、ガスおよび／もしくは石炭からの燃料を用いた前述の装置の使用にも関連する。実際に、これらの燃料を用いると、本発明に係る装置を使用して得られる凝縮物の酸性の減少がより一層効果的であることが分かった。

添付図面とともに、非限定的な単なる情報として与えられる以下の説明を参照することにより、本発明をより理解できる。

本発明に係る装置の第１の典型的な実施形態を概略的に示す図。 本発明に係る装置の第２の典型的な実施形態を概略的に示す図。 本発明に係る装置の第３の典型的な実施形態を概略的に示す図。

様々な図に示されるように、本発明は、例えば吸気ライン２および／または排気ライン３を有する車両のエンジン１に適用される。吸気ライン２は、吸入空気、特に新鮮な空気をエンジンに供給できるようにする。排気ライン３は、エンジンの燃焼室４内で、該燃焼室内へ導入される燃料と吸入空気との反応により起こった燃焼によって発生する排ガスの排出を可能にする。

エンジンは、例えば、吸気ライン２からの吸入空気を燃焼室４内へ分配する吸気マニホールド５と、燃焼室４からの排ガスを収集してそれらのガスを排気ライン３に向ける排気マニホールド５’とを備える。

排気ライン３を通過する排ガスの運動エネルギーによって吸入空気の圧縮を可能にするターボコンプレッサ６を設けることもできる。前記ターボコンプレッサは、例えば、前記排ガスによって駆動可能なタービン７、および／または、前記タービン７によって駆動され、かつ、吸気ライン２を通過する吸入空気を圧縮するように構成されるコンプレッサ８を備える。したがって、タービン７が排気ライン３の位置に設けられ、かつ、コンプレッサ８が吸気ライン２の位置に設けられるとともに、タービン７およびコンプレッサ８は、該コンプレッサ８がタービン７により駆動されるように、互いに機械的に連結される。

吸気ライン２は過給空気冷却器１２を備えることができ、過給空気冷却器１２は、それを通過する供給空気をエンジン１へ導入する前に冷却することができる。前記給気冷却器１２はコンプレッサ８の下流側に設けられる。

排気ライン３は、排ガスからの汚染放出を減らすことができる粒子フィルタ１３を備えることができる。前記粒子フィルタ１３はタービン７の下流側に設けられる。

本発明に係る装置は、ＥＧＲラインと呼ばれる第１の排ガス再循環ライン９と、再循環される排ガスの冷却を保証するために前記ＥＧＲラインに設けられる第１の熱交換器１０とを備える。前記ＥＧＲラインは吸気ライン２の位置で開放する。再循環される排ガスおよび／または吸入空気の流れは、様々なバルブによって保証される。

前記熱交換器１０は、例えば、冷却液と、特に車両冷却回路からのグリコールを伴う水と、排ガスとの間で熱交換可能な水交換器として知られる交換器である。このため、交換器は、冷却液のための第１の回路と再循環される排ガスのための第２の回路とを形成する、詳しく示されない、熱交換器バンドルを備え、前記第１および第２の回路は熱交換接続部を有する。熱交換器バンドルという用語は、特に、交換器を通過する排ガスと接触するバンドルの全ての構成要素を示す。

また、本発明に係る装置は、前記ガスから生じる凝縮物のｐＨを制限することができる排ガス用の処理手段１１を更に備える。

本発明によれば、前記処理手段１１は、排ガスの経路に沿って前記第１の交換器１０の上流側に設けられ、また、前記交換器の熱交換器バンドルはアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から形成される。実際には、そのような処理手段を下流側に設けることにより、もはや、交換器のためにステンレス鋼の構成要素を使用する必要がない。そのため、熱性能を向上させて、かつ、コストを低減するのに役立つアルミニウムを使用できるようになる。

したがって、圧延によって得られるアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の構成要素を使用できる。そのため、交換器バンドルは、そのような材料から成るプレートを備えることができ、前記プレートは、冷却液循環パネルと交互になる排ガス循環パネルを形成するように、積み重ねられる。

排ガス用の処理手段１１は、例えば、二元触媒とも呼ばれる排ガス酸化触媒を備える。そのような触媒は、未燃焼炭化水素の二酸化炭素および水への酸化を可能にする。

図１に示される第１の実施形態によれば、前記第１のＥＧＲライン９は、前記コンプレッサ７の上流側の前記排気ライン３と連通できるように、設けられる。このとき、前記処理手段１１は、例えば前記第１のＥＧＲライン９に沿って配置される。この実施形態において、ＥＧＲラインは、例えばコンプレッサ８または給気冷却器１２の下流側の吸気ライン２に開放する。

図２および図３の実施形態に対応する他の実施形態によれば、前記第１のＥＧＲライン９は、前記タービン７または粒子フィルタ１３の下流側の前記排気ライン３と連通可能に設けられる。このとき、前記処理手段１１は、例えば前記排気ライン３に沿って、特に前記タービン７の下流側、例えば粒子フィルタ１３の上流側に配置される。したがって、そのような形態では、三元触媒が、タービン７を通過した排ガスの全体を処理する。

ＥＧＲライン９は、例えばコンプレッサ８の上流側の前記給気ラインに開放する。

図２の実施形態に対応する第１の変形例によれば、他のＥＧＲラインが設けられない。

他の変形例によれば、第２の排ガス再循環ライン１４を設けることができる。前記第２のＥＧＲラインは、前記タービン７の上流側の排気ライン３と連通可能に設けられる。前記第２のライン１４に入る再循環排ガスを冷却するために、第２の熱交換器１５が前記第２のＥＧＲライン１４に設けられる。第２のラインは、例えばコンプレッサ８または給気冷却器１２の下流側の吸気ラインに開放する。

図示しない第１の典型的な実施形態によれば、前記第２の交換器１５は、ステンレス鋼から形成される熱交換器バンドルを備える。

図３に対応する第２の典型的な実施形態によれば、前記第２の交換器１５の上流側にも前記第２のＥＧＲライン１４に沿って処理手段１１、特に第２の二元触媒が設けられる。このとき、前記交換器１５は、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から形成される熱交換器バンドルを備える。

本発明は、更に、植物由来の燃料、特に大豆油、ヤシ油、もしくは、菜種油に基づく燃料、または、バイオマスからの燃料を用いた前述した装置の使用に関する。燃料は、標準的な欧州のディーゼル、特に１０ｐｐｍＳを伴うディーゼル、または、ガスもしくは石炭からの燃料であってもよい。

Claims (10)

1. 自動車のエンジン（１）からの排ガスを再循環させるための装置であって、第１の排ガス再循環（以下「ＥＣＲ（Exhaust Gas Recirculation）」という）ライン（９）と、前記再循環される排ガスの冷却を保証するために前記第１のＥＧＲライン（９）に設けられる第１の熱交換器（１０）と、前記ガスから生じる凝縮物のｐＨを制限することができる前記排ガス用の処理手段（１１）とを備え、前記処理手段（１１）が、前記排ガスの経路に沿って前記第１の熱交換器（１０）の上流側に設けられ、かつ、前記熱交換器（１０）が、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から形成される熱交換器バンドルを備える、装置。
2. 前記熱交換器バンドルは、圧延によって得られるアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金の構成要素を備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記排ガス用の前記処理手段（１１）は、前記排ガス用の酸化触媒を備える、請求項１または２に記載の装置。
4. 前記エンジン（１）が該エンジンからの排気ライン（３）を備え、前記排気ライン（３）が前記排ガスによって駆動可能なタービン（７）を備え、前記第１のＥＧＲライン（９）が前記タービン（７）の上流側の前記排気ライン（３）と連通できるように設けられ、前記処理手段（１１）が前記第１のＥＧＲライン（９）に沿って配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記エンジン（１）が排気ライン（３）を備え、前記排気ライン（３）が前記排ガスによって駆動可能なタービン（７）を備え、前記第１のＥＧＲライン（９）が前記タービン（７）の下流側の前記排気ライン（３）と連通できるように設けられ、前記処理手段（１１）が前記排気ライン（３）に沿って配置されるように設けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
6. 第２のＥＧＲライン（１４）も備え、前記第２のＥＧＲライン（１４）は、前記タービン（７）の上流側の前記排気ライン（３）と連通できるとともに、前記第２のＥＧＲライン（１４）に入る前記再循環される排ガスを冷却するために第２の熱交換器（１５）を備える、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の熱交換器（１５）がステンレス鋼から形成される熱交換器バンドルを備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記処理手段（１１）が前記第２の熱交換器（１５）の上流側にも前記第２のＥＧＲライン（１４）に沿って設けられ、前記第２の熱交換器（１５）がアルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から形成される熱交換器バンドルを備える、請求項６に記載の装置。
9. 植物由来の燃料を用いた、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置の使用。
10. 標準的な欧州のディーゼル、ならびに／または、ガスおよび／もしくは石炭からの燃料を用いた、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置の使用。