JP2017101639A

JP2017101639A - エンジンユニット

Info

Publication number: JP2017101639A
Application number: JP2015237276A
Authority: JP
Inventors: 飯島　章; Akira Iijima; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-06-08

Abstract

【課題】燃焼によるＮＯｘの生成量を効果的に低減させる。
【解決手段】エンジン１０と、吸気通路１１と、排気通路１２と、排気ガスの少なくとも一部を吸気通路１１に再循環させる排気再循環通路２１と、排気再循環通路２１に設けられて再循環排気ガスを冷却する第１クーラ２２と、再循環排気ガスを露点以下に冷却する低温冷却水を第１クーラ２２に供給する低温冷却水回路４０とを備え、第１クーラ２２で再循環排気ガスの冷却により生成される凝結水が吸気通路１１を介して燃焼室に導入されて燃焼室内に噴射される燃料と混合されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンユニットに関し、特に、排気再循環装置（Exhaust Gas Recirculation：以下、ＥＧＲ装置）を備えたエンジンユニットに関する。

従来より、燃料噴射タイミングを進角、或は圧縮比を高く設定することで、エンジンの燃費性能を向上させる技術が種々提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００６−２００４７３号公報特開２０１０−２３６４６６号公報

ところで、上述した従来技術のように、燃費性能を向上させるべく、燃料噴射タイミングを進角、或は圧縮比を高く設定すると、燃焼温度の上昇によって窒素化合物（ＮＯｘ）の生成量が増加し、排気エミッションの悪化を招く課題がある。

開示の技術は、燃焼によるＮＯｘの生成量を効果的に低減させることを目的とする。

開示の技術は、エンジンと、前記エンジンの燃焼室に吸入空気を導入する吸気通路と、前記エンジンの燃焼室から排気ガスを導出する排気通路と、前記排気通路と前記吸気通路とを連通させて排気ガスの少なくとも一部を前記吸気通路に再循環させる排気再循環通路と、前記排気再循環通路に設けられて再循環排気ガスを冷却する第１クーラと、前記再循環排気を露点以下に冷却する低温冷却水を前記第１クーラに供給する低温冷却水回路と、を備え、前記第１クーラで前記再循環排気ガスの冷却により生成される凝結水が前記吸気通路を介して前記燃焼室に導入されて前記燃焼室内に噴射される燃料と混合されることを特徴とする。

前記排気通路に設けられたタービン及び前記吸気通路に設けられたコンプレッサを含む過給機と、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に設けられて前記再循環排気ガスと吸入空気との混合ガスを冷却する第２クーラと、をさらに備え、前記排気再循環通路が前記タービンよりも下流側の前記排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路とを連通すると共に、前記低温冷却水回路が前記第２クーラに前記混合ガスを露点以下に冷却する低温冷却水を供給するものでもよい。

前記第１クーラ及び前記第２クーラが前記低温冷却水回路に直列に配置されてもよい。

前記第１クーラ及び前記第２クーラが前記低温冷却水回路に並列に配置されてもよい。

前記第１クーラ又は前記第２クーラの少なくとも一方が、その下流側を上流側よりも下方に位置させて傾斜して設けられてもよい。

前記吸気通路の前記排気再循環通路との合流部よりも下流側に吸入空気に旋回流を生じさせる旋回流発生部が設けられてもよい。

前記エンジンに冷却水を供給するエンジン冷却水回路をさらに備え、前記低温冷却水回路が前記エンジン冷却水回路とは独立した別個の回路で構成されてもよい。

開示の技術によれば、燃焼によるＮＯｘの生成量を効果的に低減させることができる。

本発明の一実施形態に係るエンジンユニットを示す模式的な全体構成図である。本発明の一実施形態に係る旋回流発生部の一例を示す模式的な斜視図である。本発明の他の実施形態に係るエンジンユニットを示す模式的な全体構成図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンユニットを説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１０には、吸気マニホールド１０Ａ及び、排気マニホールド１０Ｂが設けられている。吸気マニホールド１０Ａには吸入空気を導入する吸気通路１１が接続され、排気マニホールド１０Ｂには排気ガスを大気に放出する排気通路１２が接続されている。

排気通路１２には、排気上流側から順に、過給機のタービン１４Ｂ、図示しない排気後処理装置等が設けられている。吸気通路１１には、吸気上流側から順に、エアフィルタ１３、過給機のコンプレッサ１４Ａ、インタークーラ（第２クーラ）１５、旋回流発生部１６等が設けられている。本実施形態において、インタークーラ１５は、後述する凝結水の滞留を防止すべく、その下流側が上流側よりも下方に位置するように傾斜して搭載されている。

旋回流発生部１６は、吸気通路１１を流れる吸入空気に旋回流を発生させるもので、管軸中心から径方向に放射状に延びる複数枚のフィン１６Ａ（図２参照）を備えて構成されている。フィン１６Ａの角度や形状は、各フィン１６Ａの間を通過する吸入空気の流れを変化させて螺旋状の旋回流を発生させるように設定されている。フィン１６Ａは、例えば、円盤状のプレート部材に中心部から放射状に延びる複数本の略Ｌ字状の切り込みを入れると共に、当該切り込み部位を所定の角度で折り曲げて形成されている。

低圧ＥＧＲ装置２０は、タービン１４Ｂよりも下流側の排気通路１２とコンプレッサ１４Ａよりも上流側の吸気通路１１とを連通させて排気ガスの一部を吸気通路１１に再循環させるＥＧＲ通路２１と、後述する低温冷却水によってＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ（第１クーラ）２２と、ＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲバルブ２３とを備えて構成されている。本実施形態において、ＥＧＲクーラ２２は、後述する凝結水の滞留を防止すべく、その下流側が上流側よりも下方に位置するように傾斜して搭載されている。

エンジン冷却水回路３０は、エンジン冷却水を外気との熱交換により冷却する第１ラジエータ３１と、エンジン１０のシリンダブロック内に設けられた図示しないウォータジャケットと、第１ラジエータ３１の出口部とウォータジャケットの入口部とを接続する第１エンジン冷却水流路３２と、ウォータジャケットの出口部と第１ラジエータ３１の入口部とを接続する第２エンジン冷却水流路３３と、エンジン１０の動力で駆動する第１ポンプ３４と、第１ラジエータ３１を迂回するバイパス流路３５と、バイパス流路３５の分岐部に設けられたサーモスタット３６とを備えている。

エンジン冷却水回路３０は、冷間始動時等はサーモスタット３６が閉弁することでエンジン冷却水をバイパス流路３５に流し、エンジン冷却水が所定の高温状態になるとサーモスタット３６が開弁してエンジン冷却水を第１ラジエータ３１に流すことで、外気との熱交換により冷却するように構成されている。

低温冷却水回路４０は、エンジン冷却水回路３０とは独立した別個の回路であって、第１ラジエータ３１よりも低い温度で冷却ファン４１を作動させて低温冷却水を冷却する第２ラジエータ４２と、第２ラジエータ４２の出口部とＥＧＲクーラ２２の入口部とを接続する第１低温冷却水流路４３と、ＥＧＲガスを低温冷却水との熱交換により冷却するＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲクーラ２２の出口部とインタークーラ１５の入口部とを接続する第２低温冷却水流路４４と、ＥＧＲガスと吸入空気との混合ガス（以下、単に混合ガスと称する）を低温冷却水との熱交換により冷却するインタークーラ１５と、インタークーラ１５の出口部と第２ラジエータ４２の入口部とを接続する第３低温冷却水流路４５と、エンジン１０又は図示しない電動モータの動力で駆動する第２ポンプ４６とを備えている。

なお、図示例では、ＥＧＲクーラ２２及びインタークーラ１５が、低温冷却水回路４０にＥＧＲクーラ２２、インタークーラ１５の順に直列に配置されているが、これらの順序を入れ替えて配置してもよい。また、これらＥＧＲクーラ２２及びインタークーラ１５を低温冷却水回路４０に並列に配置してもよい。

本実施形態において、第２ラジエータ４２の冷却ファン４１の作動は、ＥＧＲクーラ２２で低温冷却水と熱交換されるＥＧＲガス及び、インタークーラ１５で低温冷却水と熱交換される混合ガスが露点（例えば、約４６℃）以下に冷却されるように制御される。すなわち、燃料と吸入空気との燃焼反応で生成された水蒸気を含むＥＧＲガス及び混合ガスを露点以下に冷却することで、これらＥＧＲクーラ２２及びインタークーラ１５で凝結水が生成されるようになっている。生成された凝結水は、吸気通路１１から吸気マニホールド１０Ａを介してエンジン１０の各燃焼室内に導入され、図示しないインジェクタから燃焼室内に噴射される燃料とエマルジョン状に混合されることで、所謂エマルジョン燃焼が行われる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、エンジン冷却水回路３０とは独立した別個の低温冷却水回路４０によってＥＧＲガス及び混合ガスを露点以下に冷却して凝結水を生成させ、生成した凝結水を各燃焼室内に導入して燃料と混合させることで、所謂エマルジョン燃焼が行われるように構成されている。これにより、燃焼時に水粒子の微小な水蒸気爆発によって液体燃料粒子が細分化されて、燃料と吸入空気との混合が促進されるようになり、燃焼効率を確実に向上させつつ、ＮＯｘの生成量を効果的に低減することが可能になる。

また、吸気マニホールド１０Ａの直上流に旋回流発生部１６を設けて混合ガスに旋回流を生じさせることで、各燃焼室に凝結水を均一に拡散させて導入することが可能になり、凝結水が燃焼室内に局所的に流れ込むことで生じる燃焼不良や故障等を効果的に防止することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、図３に示すように、ＥＧＲ通路２１がタービン１４Ｂよりも上流側の排気通路１２とコンプレッサ１４Ａよりも下流側の吸気通路１１とを連通する高圧ＥＧＲ装置２０にも適用することが可能である。この場合は、低温冷却水回路４０によって低温冷却水をＥＧＲクーラ２２のみに供給するように構成すればよい。

また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、他のエンジンにも広く適用することが可能である。

１０エンジン
１０Ａ吸気マニホールド
１０Ｂ排気マニホールド
１１吸気通路
１２排気通路
１３エアフィルタ
１４Ａコンプレッサ
１４Ｂタービン
１５インタークーラ
１６旋回流発生部
２０低圧ＥＧＲ装置
２１ＥＧＲ通路
２２ＥＧＲクーラ
３０エンジン冷却水回路
３１第１ラジエータ
３２第１エンジン冷却水流路
３３第２エンジン冷却水流路
３４第１ポンプ
３５バイパス流路
３６サーモスタット
４０低温冷却水回路
４１冷却ファン
４２第２ラジエータ
４３第１低温冷却水流路
４４第２低温冷却水流路
４５第３低温冷却水流路
４６第２ポンプ

Claims

エンジンと、前記エンジンの燃焼室に吸入空気を導入する吸気通路と、前記エンジンの燃焼室から排気ガスを導出する排気通路と、前記排気通路と前記吸気通路とを連通させて排気ガスの少なくとも一部を前記吸気通路に再循環させる排気再循環通路と、前記排気再循環通路に設けられて再循環排気ガスを冷却する第１クーラと、前記再循環排気を露点以下に冷却する低温冷却水を前記第１クーラに供給する低温冷却水回路と、を備え、前記第１クーラで前記再循環排気ガスの冷却により生成される凝結水が前記吸気通路を介して前記燃焼室に導入されて前記燃焼室内に噴射される燃料と混合される
ことを特徴とするエンジンユニット。
前記排気通路に設けられたタービン及び前記吸気通路に設けられたコンプレッサを含む過給機と、前記コンプレッサよりも下流側の前記吸気通路に設けられて前記再循環排気ガスと吸入空気との混合ガスを冷却する第２クーラと、をさらに備え、前記排気再循環通路が前記タービンよりも下流側の前記排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路とを連通すると共に、前記低温冷却水回路が前記第２クーラに前記混合ガスを露点以下に冷却する低温冷却水を供給する
請求項１に記載のエンジンユニット。
前記第１クーラ及び前記第２クーラが前記低温冷却水回路に直列に配置された
請求項２に記載のエンジンユニット。
前記第１クーラ及び前記第２クーラが前記低温冷却水回路に並列に配置された
請求項２に記載のエンジンユニット。
前記第１クーラ又は前記第２クーラの少なくとも一方が、その下流側を上流側よりも下方に位置させて傾斜して設けられた
請求項２から４の何れか一項に記載のエンジンユニット。
前記吸気通路の前記排気再循環通路との合流部よりも下流側に吸入空気に旋回流を生じさせる旋回流発生部が設けられた
請求項１から５の何れか一項に記載のエンジンユニット。
前記エンジンに冷却水を供給するエンジン冷却水回路をさらに備え、前記低温冷却水回路が前記エンジン冷却水回路とは独立した別個の回路で構成された
請求項１から６の何れか一項に記載のエンジンユニット。