JP2017180165A

JP2017180165A - エンジン装置

Info

Publication number: JP2017180165A
Application number: JP2016065347A
Authority: JP
Inventors: 英樹長田; Hideki Osada
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-03-29
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2017-10-05

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラの目詰まりを効果的に防止する。【解決手段】ＥＧＲガスを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に冷却水を供給する第１冷却水配管３２と、ＥＧＲクーラ２２から冷却水を導出する第２冷却水配管３３と、第２冷却水配管３３に設けられて、ＥＧＲクーラ２２に供給される冷却水の流量を調整可能な流量調整バルブ４０と、ＥＧＲクーラ２２を通過したＥＧＲガスの温度を取得する温度センサ２５と、温度センサ２５によって取得されるＥＧＲガス温度が所定の下限閾値温度以下になると、流量調整バルブ４０の開度を制御してＥＧＲクーラ２２の冷却効率を低下させるＥＣＵ５０とを備えた。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン装置に関し、特に、排気再循環（ＥＧＲ:Exhaust Gas Recirculation）装置を備えたエンジン装置に関する。

従来、排気ガスの一部を吸気系に再循環させて、燃焼温度を低く抑えることで、排気ガス中の窒素化合物（ＮＯｘ）の生成を抑制するＥＧＲ装置が広く実用化されている。

この種のＥＧＲ装置では、高温に膨張したＥＧＲガスを吸気側に再循環させると、燃焼室に対するＥＧＲガスや新気の充填率が低下するため、ＥＧＲガスを水冷式等のＥＧＲクーラによって冷却してから吸気系に再循環させている（例えば、特許文献１，２等参照）。

特開２００９−０９７３４０号公報特開２０１４−１６９６５５号公報

ところで、ＥＧＲ装置では、排気ガス中に含まれる煤や未燃燃料、エンジンオイル等がＥＧＲクーラの内壁面等に付着して堆積する場合がある。これら堆積物は、ＥＧＲガスの温度が所定の低温域（例えば、約１５０℃）に低下するとラッカー化して、ＥＧＲクーラの目詰まりを引き起こす課題がある。

このような目詰まりを防止するために、ＥＧＲクーラにヒータを設け、ＥＧＲガスの温度が低下するとヒータをＯＮにして加熱する装置も種々提案されている。しかしながら、ＥＧＲガス温度が低下する度にヒータの通電を行うと、消費電力の増加に伴い燃費性能の悪化を招く可能性がある。

本開示の技術は、ＥＧＲクーラの目詰まりを効果的に防止することを目的とする。

本開示の技術は、エンジンの排気の少なくとも一部を吸気系に再循環させる排気再循環装置を備えたエンジン装置であって、前記排気再循環装置の再循環排気流路に設けられて、再循環排気を冷却水との熱交換により冷却するクーラと、前記クーラに前記冷却水を供給する供給流路と、前記クーラから前記冷却水を導出する導出流路と、前記供給流路又は前記導出流路の少なくとも一方に設けられて、前記クーラに供給される冷却水の流量を調整可能なバルブと、前記クーラを通過した前記再循環排気の温度を取得する温度取得手段と、前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が所定の下限閾値温度以下になると、前記バルブの開度を制御して前記クーラの冷却効率を低下させるバルブ制御手段と、を備えることを特徴とする。

前記バルブ制御手段は、前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が前記下限閾値温度以下になると、前記バルブの開度を全閉にすることなく閉側に絞ることで、前記クーラに供給される冷却水の流量を減少させることが好ましい。

前記供給油路から分岐して前記クーラを迂回するバイパス流路をさらに備え、前記供給流路、前記導出流路及び、前記バイパス流路が前記エンジンの冷却水循環回路の一部を構成してもよい。

前記クーラに設けられて、前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が前記下限閾値温度以下になると、前記再循環排気を加熱するヒータをさらに備えてもよい。

前記排気再循環装置は、前記クーラよりも上流側の前記再循環排気流路に再循環排気を冷却する前段クーラをさらに備え、前記前段クーラの再循環排気出口側に前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が前記下限閾値温度以下になると、前記再循環排気を加熱するヒータを設けてもよい。

本開示の技術によれば、ＥＧＲクーラの目詰まりを効果的に防止することができる。

本発明の一実施形態に係るエンジン装置を示す模式的な全体構成図である。本実施形態に係るエンジン装置において、（Ａ）は流量調整バルブの開度を全開にした状態、（Ｂ）は流量調整バルブの開度を閉側に絞った状態を説明する図である。他の実施形態に係るエンジン装置を示す模式的な全体構成図である。他の実施形態に係るエンジン装置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装置について説明する。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は本実施形態のディーゼルエンジン（以下、単にエンジン）１０を示す模式的な全体構成図である。シリンダブロック１１の上部にはシリンダヘッド１２が設けられ、シリンダヘッド１２の上部にはシリンダヘッドカバー１３が設けられている。シリンダブロック１１には、図示しないクランクシャフトを収容するクランクケース部１１Ａが設けられ、クランクケース部１１Ａの下部にはエンジンオイルを貯留するオイルパン１４が設けられている。

シリンダヘッド１２の側部には、吸気マニホールド１５及び排気マニホールド１６が設けられている。吸気マニホールド１５には、燃焼室内に新気を導入する吸気管１７が接続され、排気マニホールド１６には、燃焼室内から排気ガスを導出する排気管１８が接続されている。

ＥＧＲ装置２０は、排気管１８と吸気管１７とを接続するＥＧＲ管（再循環排気流路）２１と、ＥＧＲ管２１に介装されてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲガス量を調整可能なＥＧＲバルブ２３とを備えている。ＥＧＲクーラ２２は水冷式クーラであって、ＥＧＲガスを後述する冷却水循環回路３０から供給されるエンジン冷却水と熱交換させることで、ＥＧＲガスを冷却する。本実施形態において、ＥＧＲクーラ２２直下流のＥＧＲ管２１には、ＥＧＲクーラ２２によって冷却されたＥＧＲガスの温度（以下、クーラ出口温度Ｔ_ＥＧＲ）を検出する温度センサ２５が設けられている。温度センサ２５のセンサ値は、電気的に接続された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）５０に出力される。

冷却水循環回路３０は、シリンダブロック１１内に設けられて各気筒を冷却するウォータジャケット３１と、ウォータジャケット出口部３１ＢとＥＧＲクーラ２２の冷却水入口部２２Ａとを接続する第１冷却水配管（供給流路）３２と、ＥＧＲクーラ２２の冷却水出口部２２Ｂとラジエータ３５の入口部３５Ａとを接続する第２冷却水配管（導出流路）３３と、第１冷却水配管３２と第２冷却水配管３３とを接続してエンジン冷却水をＥＧＲクーラ２２から迂回させる第１バイパス冷却水配管（バイパス流路）３４と、ウォータジャケット３１の入口部に設けられた冷却水ポンプ３６と、ラジエータ３５の出口部３５Ｂと冷却水ポンプ３６とを接続する第３冷却水配管３７と、第２冷却水配管３３と第３冷却水配管３７とを接続してエンジン冷却水をラジエータ３５から迂回させる第２バイパス冷却水配管３８とを備えている。第２冷却水配管３３と第２バイパス冷却水配管３８との分岐部には、冷却水温が所定の暖機温度に達すると、エンジン冷却水の流路を第２バイパス冷却水配管３８からラジエータ３５に切り替えるサーモスタット３９が設けられている。

本実施形態において、第２冷却水配管３３のＥＧＲクーラ２２直下流には、第２冷却水配管３３の流路を開閉可能な流量調整バルブ４０が設けられている。流量調整バルブ４０の開弁時はエンジン冷却水がＥＧＲクーラ２２及び第１バイパス冷却水配管３４の両方に流され、流量調整バルブ４０の閉弁時はエンジン冷却水がＥＧＲクーラ２２を迂回して第１バイパス冷却水配管３４に流されるようになっている。この流量調整バルブ４０の開閉作動は、ＥＣＵ５０からの指示信号に応じて制御される。

なお、流量調整バルブ４０を設ける位置は、ＥＧＲクーラ２２直下流に限定されず、第２冷却水配管３３の第１バイパス冷却水配管３４との合流部よりも上流側、あるいは、第１冷却水配管３２の第１バイパス冷却水配管３４との分岐部よりも下流側であってもよい。

ＥＣＵ５０は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。また、ＥＣＵ５０は、本発明のバルブ制御手段であって、温度センサ２５から入力されるクーラ出口温度Ｔ_ＥＧＲに基づいて流量調整バルブ４０の開度を調節する冷却水流量制御を実施する。

より詳しくは、ＥＣＵ５０は、温度センサ２５から入力されるクーラ出口温度Ｔ_ＥＧＲが、ＥＧＲクーラ２２の内壁面等に付着もしくは堆積した煤や未燃燃料、エンジンオイル等のラッカー化を引き起こす所定の下限閾値温度Ｔ_Ｍｉｎ（例えば、約１５０℃）よりも高い場合、流量調整バルブ４０に全開指示信号を送信する。流量調整バルブ４０が全開に制御されると、図２（Ａ）に示すように、エンジン冷却水はＥＧＲクーラ２２及び第１バイパス冷却水配管３４の両方に流されて、ＥＧＲガスがエンジン冷却水によって冷却される。

一方、温度センサ２５から入力されるクーラ出口温度Ｔ_ＥＧＲが下限閾値温度Ｔ_Ｍｉｎ以下に低下すると、ＥＣＵ５０は流量調整バルブ４０に開度を閉側に絞る閉弁指示信号を送信する。流量調整バルブ４０が閉側に絞られると、図２（Ｂ）に示すように、ＥＧＲクーラ２２を流れるエンジン冷却水量が減少してＥＧＲガスの温度は上昇する。ＥＧＲガスの温度が下限閾値温度Ｔ_Ｍｉｎよりも上昇すると、ＥＣＵ５０は流量調整バルブ４０に全開指示信号を送信し、ＥＧＲクーラ２２を流れるエンジン冷却水量の増加に伴いＥＧＲガスの冷却が再開されるようになっている。

ところで、クーラ出口温度Ｔ_ＥＧＲが下限閾値温度Ｔ_Ｍｉｎ以下に低下した際に流量調整バルブ４０を全閉にすると、ＥＧＲガスは早期に昇温されるが、エンジン冷却水はＥＧＲクーラ２２内を流れなくなる。このような状態から、流量調整バルブ４０を開弁させて、エンジン冷却水をＥＧＲクーラ２２に再供給すると、エンジン冷却水の沸騰を引き起こす可能性がある。本実施形態では、このような沸騰を防止すべく、ＥＣＵ５０は、クーラ出口温度Ｔ_ＥＧＲが下限閾値温度Ｔ_Ｍｉｎ以下に低下しても、流量調整バルブ４０の開度を閉側に絞りつつ、その開度がゼロ（全閉）にならないように制御する。

以上詳述したように、本実施形態によれば、ＥＧＲガス温度が堆積物のラッカー化を引き起こす下限閾値温度Ｔ_Ｍｉｎ以下になると、流量調整バルブ４０を閉側に絞り、ＥＧＲクーラ２２を流れるエンジン冷却水量を減少させることで、ＥＧＲガスが早期に昇温されるように構成されている。これにより、ＥＧＲガスの温度低下による堆積物のラッカー化を効果的に抑制することが可能となり、ＥＧＲクーラ２２の目詰まりを防止することができる。

また、ＥＧＲクーラ２２のエンジン冷却水流量を減少させる際は、流量調整バルブ４０の開度を閉側に絞りつつ、その開度がゼロ（全閉）にならないように制御する。これにより、ＥＧＲガスの昇温を行う間もＥＧＲクーラ２２内に少量のエンジン冷却水が流れるようになり、エンジン冷却水の沸騰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クーラ２２の入口側にＥＧＲガスを加熱するヒータ２７を設け、クーラ出口温度Ｔ_ＥＧＲが下限閾値温度Ｔ_Ｍｉｎ以下に低下した場合は、上記実施形態の冷却水流量制御とヒータ２７のＯＮによる加熱を併用して行うように構成してもよい。

また、図４に示すように、ＥＧＲ装置２０が前段ＥＧＲクーラ２８と後段ＥＧＲクーラ２２とを備える場合は、前段ＥＧＲクーラ２８の出口部に加熱用のヒータ２７を設け、上記実施形態の冷却水流量制御とヒータ２７のＯＮによる加熱を併用して行うように構成してもよい。

これら何れの場合も、ＥＧＲガスのヒータ２７による加熱を冷却水流量制御によって補助することで、ヒータ２７の通電量を効果的に削減することが可能となり、燃費性能を向上することができる。

また、第１バイパス冷却水配管３４の合流先は第２冷却水配管３３に限定されず、冷却水循環回路３０の他の流路に合流するように構成してもよい。また、ＥＧＲクーラ２２に冷却水を供給する流路はエンジン１０の冷却水循環回路３０に限定されず、他の冷却水回路を別体に備えて構成してもよい。

また、エンジン１０はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジン等の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
１７吸気管
１８排気管
２０ＥＧＲ装置
２１ＥＧＲ管
２２ＥＧＲクーラ
２５温度センサ
３０冷却水循環回路
３２第１冷却水配管
３３第２冷却水配管
３４第１バイパス冷却水配管
４０流量調整バルブ
５０ＥＣＵ

Claims

エンジンの排気の少なくとも一部を吸気系に再循環させる排気再循環装置を備えたエンジン装置であって、
前記排気再循環装置の再循環排気流路に設けられて、再循環排気を冷却水との熱交換により冷却するクーラと、
前記クーラに前記冷却水を供給する供給流路と、
前記クーラから前記冷却水を導出する導出流路と、
前記供給流路又は前記導出流路の少なくとも一方に設けられて、前記クーラに供給される冷却水の流量を調整可能なバルブと、
前記クーラを通過した前記再循環排気の温度を取得する温度取得手段と、
前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が所定の下限閾値温度以下になると、前記バルブの開度を制御して前記クーラの冷却効率を低下させるバルブ制御手段と、を備える
ことを特徴とするエンジン装置。
前記バルブ制御手段は、前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が前記下限閾値温度以下になると、前記バルブの開度を全閉にすることなく閉側に絞ることで、前記クーラに供給される冷却水の流量を減少させる
請求項１に記載のエンジン装置。
前記供給油路から分岐して前記クーラを迂回するバイパス流路をさらに備え、前記供給流路、前記導出流路及び、前記バイパス流路が前記エンジンの冷却水循環回路の一部を構成する
請求項１又は２に記載のエンジン装置。
前記クーラに設けられて、前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が前記下限閾値温度以下になると、前記再循環排気を加熱するヒータをさらに備える
請求項１から３の何れか一項に記載のエンジン装置。
前記排気再循環装置は、前記クーラよりも上流側の前記再循環排気流路に再循環排気を冷却する前段クーラをさらに備え、前記前段クーラの再循環排気出口側に前記温度取得手段によって取得される再循環排気温度が前記下限閾値温度以下になると、前記再循環排気を加熱するヒータを設けた
請求項１から３の何れか一項に記載のエンジン装置。