JP2018159325A - 排気システム - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒通路のレイアウトを向上させると共に、熱回収効率の低下を抑制する。【解決手段】排気システム１は、エンジン１０の排気ガスが流れる排気通路３０と、排気通路３０に設けられ、排気ガスを後処理する後処理部３４と、排気通路３０において後処理部３４よりも下流側の分岐部から分岐して、排気ガスをエンジン１０へ還流させるＥＧＲ通路４０と、エンジン１０の冷却水が流れる冷却水通路５０と、エンジン１０へ還流される排気ガスの熱を回収する機能と、排気ガスを冷却水によって冷却する機能とを有するＥＧＲクーラ４２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気ガスが流れる排気システムに関する。

車両においては、エンジンにおける燃焼温度を低下させてＮＯ_ｘ排出量を低減するために、排気ガスの一部をエンジンへ還流させる還流通路（ＥＧＲ通路）が利用されている。この還流通路には、冷媒（例えばエンジンの冷却水）によって排気ガスを冷却する冷却器（ＥＧＲクーラ）が設けられている。

また、車両の中には、排気ガスと冷媒（例えばエンジンの冷却水）とを熱交換して、排気熱を回収する熱回収器を有するものがある。排気ガスと熱交換した冷却水は、エンジンの暖機に利用される。

特開２００７−２４７５５５号公報

冷却器及び熱回収器を別々に設ける場合には、冷媒が流れる冷媒通路が長くなるため、冷媒通路のレイアウトが複雑になってしまう。また、冷媒通路が長くなると、排気ガスと熱交換して温められた冷媒が、冷媒通路を流れる際に放熱してしまうため、熱回収の効率が低下してしまう。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、冷媒通路のレイアウトを向上させると共に、熱回収効率の低下を抑制することを目的とする。

本発明の一の態様においては、エンジンの排気ガスが流れる排気通路と、前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを後処理する後処理部と、前記排気通路において前記後処理部よりも下流側の分岐部から分岐して、前記排気ガスを前記エンジンへ還流させる還流通路と、前記エンジンの冷却媒体が流れる冷却媒体通路と、前記エンジンへ還流される前記排気ガスの熱を回収する機能と、前記排気ガスを前記冷却媒体によって冷却する機能とを有する冷却器と、を備える、排気システムを提供する。
上記構成の排気システムによれば、冷却器及び熱回収器を別々に設けた場合に比べて、冷却媒体が流れる冷却媒体通路を短くできるので、冷却媒体通路のレイアウト性を向上できる。また、冷却媒体通路を短くなることで、排気ガスと熱交換して温められた冷却媒体が、冷却媒体通路を流れる際に放熱することを抑制できるので、熱回収の効率が低下することを抑制できる。

また、前記冷却器を通過する際に前記排気ガスの熱を回収した前記冷却媒体は、前記エンジンに戻って暖機を行うこととしてもよい。

また、前記冷却器は、前記還流通路に設けられていることとしてもよい。また、前記冷却器は、前記分岐部に設けられていることとしてもよい。

本発明によれば、冷媒通路のレイアウトを向上させると共に、熱回収効率の低下を抑制できるという効果を奏する。

本発明の一の実施形態に係る排気システム１の構成の一例を説明するための模式図である。 エンジン１０の暖機時の切り替えバルブ３６の状態を説明するための模式図である。 排気システム１の構成の変形例を説明するための模式図である。

＜排気システムの構成＞
図１を参照しながら、本発明の一の実施形態に係る排気システム１の構成について説明する。

図１は、一の実施形態に係る排気システム１の構成の一例を説明するための模式図である。なお、図１には、エンジン１０の排気ガスの流れが矢印で示されている。また、図１では、説明の便宜上、冷却水通路５０が破線で示されている。

排気システム１は、車両（一例としてトラック）に搭載されている。排気システム１は、図１に示すように、エンジン１０と、吸気通路２０と、排気通路３０と、ＥＧＲ通路４０と、冷却水通路５０と、センサ８０と、制御部９０とを有する。

エンジン１０は、複数の気筒を含むエンジンであり、ここではディーゼルエンジンであるが、ガソリンエンジンにも適用可能である。エンジン１０は、気筒内で燃料と吸気（空気）の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。

吸気通路２０は、エンジン１０に吸入される吸気が流れる通路である。吸気通路２０には、エアクリーナ２２と、スロットル２４と、コンプレッサ２６と、インタークーラー２８とが設けられている。

エアクリーナ２２は、例えばフィルターを有し、吸気通路２０を流れる吸気中の異物を除去する。スロットル２４は、例えばスロットルバルブの開度を調整することで、吸気の流量を調整する。

コンプレッサ２６は、吸気通路２０を流れる吸気を加圧圧縮する。コンプレッサ２６は、排気通路３０のタービン３２と連結しており、タービン３２の回転に連動して回転して、吸気を加圧圧縮する。インタークーラー２８は、コンプレッサ２６によって加圧圧縮された吸気を冷却する。

排気通路３０は、エンジン１０の排気ガスを車両の外部へ排出するための通路である。排気通路３０の端部には開放口３７ａが設けられており、排気ガスは、開放口３７ａから大気開放される。排気通路３０には、タービン３２と、後処理部３４と、切り替えバルブ３６とが設けられている。

タービン３２は、排気ガスの流れを受けて回転する。タービン３２は、吸気通路２０のコンプレッサ２６と共に、過給機であるターボチャージャを構成する。

後処理部３４は、排気ガスを浄化（後処理）する装置である。後処理部３４は、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）などを有する。ＤＰＦは、排気ガス中のＰＭを捕集する。ＳＣＲは、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ_３）を還元剤として排気ガス中のＮＯ_ｘを選択的に還元浄化する選択触媒還元部である。

切り替えバルブ３６は、排気通路３０とＥＧＲ通路４０との接続部に設けられており、排気ガスの流れを制御するバルブである。例えば、切り替えバルブ３６は、第１位置（図１に示す位置）と、第２位置（図２に示す位置）との間で回動する。切り替えバルブ３６が第１位置に位置する際には、図１に示すように、排気ガスを開放口３７ａ及びＥＧＲ通路４０へ向かわせる。切り替えバルブ３６が第２位置に位置する際には、図２に示すように、排気ガスを全てＥＧＲ通路４０へ向かわせる。また、切り替えバルブ３６を第１位置と第２位置の間で止めるよう制御することで、還流させる排ガス量を最適に制御できる。なお、切り替えバルブ３６の第１位置が図１に示す位置である場合には、排気通路３０の排気ガスをＥＧＲ通路４０へ誘導しやすくなる。

ＥＧＲ通路４０は、排気通路３０と吸気通路２０を接続しており、排気ガスをエンジン１０へ還流させる還流通路である。ＥＧＲクーラ４２で冷却された排気ガスをエンジン１０へ還流させることで、エンジン１０内の燃焼温度の上昇を抑制できるので、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制できる。

本実施形態では、ＥＧＲ通路４０は、排気通路３０において後処理部３４よりも下流側から分岐している。このため、後処理部３４で後処理された排気ガスが、エンジン１０へ還流される。すなわち、低温かつ大量の排気ガスが、エンジン１０へ還流されることになる。

ＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲバルブ４４とが設けられている。
ＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ通路４０を流れる排気ガスを冷却する冷却器である。具体的には、ＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ通路４０を流れる排気ガスを、冷却水通路５０を流れる冷却水と熱交換させることで冷却させる。

また、ＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ通路４０を流れる排気ガスの熱を回収する熱回収器としての機能も有する。例えば、ＥＧＲクーラ４２が排気ガスの熱で冷却水を温め、温められた冷却水がエンジン１０へ送られることで、エンジン１０が暖機される。例えば、エンジン１０の暖機の際に、ＥＧＲクーラ４２を通過する際に排気ガスの熱を回収した冷却水がエンジン１０へ戻ることで、暖機を早期に行える。

ＥＧＲバルブ４４は、ＥＧＲ通路４０と吸気通路２０の接続部に設けられており、吸気通路２０へ還流させる排気ガスの流量を調整する。ＥＧＲバルブ４４は、切り替えバルブ３６と同様に回動することで、排気ガスの流量を調整する。

冷却水通路５０は、エンジン１０の冷却媒体である冷却水が流れる冷却媒体通路である。冷却水は、エンジン１０を冷やす機能を有する。冷却水通路５０は、冷却水がエンジン１０とＥＧＲクーラ４２との間で循環するように設けられている。エンジン１０の暖機時には、ＥＧＲクーラ４２において排気ガスと熱交換して温められた冷却水がエンジン１０へ送られる。

センサ８０は、車両に関する様々な状態を検出する検出器である。例えば、センサ８０は、排気ガスの温度や冷却水の温度を検出する温度センサと、ＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサを含む。センサ８０は、検出結果を制御部９０へ出力する。

制御部９０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置（Electric Control Unit）である。制御部９０は、前述した各装置の動作を制御する。制御部９０は、切り替えバルブ３６やＥＧＲバルブ４４の動作を制御する。なお、制御部９０は、センサ８０の検出結果に応じて、切り替えバルブ３６及びＥＧＲバルブ４４を動作させてもよい。

上述した排気システム１を搭載した車両においては、エンジン１０の暖機が行われる。そして、エンジン１０の暖機を早期に行うために、制御部９０は、切り替えバルブ３６を動作させる。

図２は、エンジン１０の暖機時の切り替えバルブ３６の状態を説明するための模式図である。エンジン１０を暖機する際に、制御部９０は、切り替えバルブ３６を図２に示す状態にしてもよい。かかる場合には、後処理部３４を通過した排気ガスが、全てＥＧＲ通路４０へ流れるので、ＥＧＲ通路４０に設けられたＥＧＲクーラ４２において、冷却水が排気ガスによって高温に温められる。これにより、高温になった冷却水がエンジン１０へ送られることで、エンジン１０を早期に暖機できる。

制御部９０は、エンジン１０の暖機終了後には、切り替えバルブ３６を図１に示す状態へ遷移させる。これにより、後処理部３４を通過した排気ガスの一部は、排気通路３０をそのまま流れて開放口３７ａから大気開放され、排気ガスの残りは、ＥＧＲ通路４０を介してエンジン１０へ還流される。例えば、制御部９０は、車両が坂道を登るときには、開放口３７ａから大気開放される排気ガスの量を増やすように切り替えバルブ３６を動作させることで、排気抵抗にならないようにすることができる。

なお、上記では、ＥＧＲクーラ４２が、ＥＧＲ通路４０に設けられていることとしたが、これに限定されず、例えば図３に示す構成であってもよい。
図３は、排気システム１の構成の変形例を説明するための模式図である。変形例のＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲ通路４０の排気通路３０からの分岐部に設けられており、ＥＧＲクーラ及び熱回収器の両方の機能を有する。なお、変形例のＥＧＲクーラ４２の内部では、ＥＧＲクーラの機能と熱回収器の機能とを制御できるように、排気通路３０が２重管になっていてもよい。例えば、排気通路３０が、ＥＧＲ通路４０と接続される通路と、開放口３７ａと接続される通路とに分かれてもよい。

＜本実施形態における効果＞
上述した実施形態によれば、ＥＧＲクーラ４２は、エンジン１０へ還流される排気ガスを冷却水によって冷却する機能だけでなく、エンジン１０へ還流される排気ガスの熱を回収する機能も有する。すなわち、本実施形態に係るＥＧＲクーラ４２は、ＥＧＲクーラ及び熱回収器を一体化した構成となっている。
上記構成により、ＥＧＲクーラ及び熱回収器を別々に設けた場合に比べて、冷却水が流れる冷却水通路５０を短くできる。これにより、冷却水通路５０のレイアウト性を向上できる。
また、冷却水通路５０が短くなることで、排気ガスと熱交換して温められた冷却水が、冷却水通路５０を流れる際に放熱することを抑制できるので、熱回収の効率が低下することを抑制できる。これにより、エンジン１０の早期暖機の性能も向上できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 排気システム
１０ エンジン
３０ 排気通路
３４ 後処理部
３６ 切り替えバルブ
４０ ＥＧＲ通路
４２ ＥＧＲクーラ
４４ ＥＧＲバルブ
５０ 冷却水通路
９０ 制御部

Claims (4)

1. エンジンの排気ガスが流れる排気通路と、
   前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを後処理する後処理部と、
   前記排気通路において前記後処理部よりも下流側の分岐部から分岐して、前記排気ガスを前記エンジンへ還流させる還流通路と、
   前記エンジンの冷却媒体が流れる冷却媒体通路と、
   前記エンジンへ還流される前記排気ガスの熱を回収する機能と、前記排気ガスを前記冷却媒体によって冷却する機能とを有する冷却器と、
   を備える、排気システム。
2. 前記冷却器を通過する際に前記排気ガスの熱を回収した前記冷却媒体は、前記エンジンに戻って暖機を行う、
   請求項１に記載の排気システム。
3. 前記冷却器は、前記還流通路に設けられている、
   請求項１又は２に記載の排気システム。
4. 前記冷却器は、前記分岐部に設けられている、
   請求項１又は２に記載の排気システム。
   
   

Images