JP2019065813A - Ｅｇｒガスの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッド内の省スペース化およびＥＧＲガスの冷却性能の向上が可能なＥＧＲガスの冷却構造を提供することを課題とする。【解決手段】シリンダヘッドに設けられたＥＧＲガス通路と、前記シリンダヘッドに設けられ、第１の温度の第１冷却水が流れる第１ウォータジャケットと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記第１ウォータジャケットよりも前記ＥＧＲガス通路の下流側に位置し、前記第１の温度とは異なる第２の温度の第２冷却水が流れる第２ウォータジャケットと、を具備するＥＧＲガスの冷却構造。【選択図】図１

Description

本発明はＥＧＲガスの冷却構造に関する。

内燃機関において燃料の燃焼により発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減および燃費向上のため、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置が用いられている。燃焼室の燃焼温度が高くなるとＮＯｘが発生しやすくなる。シリンダヘッドの排気側から吸気側へと排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させ吸入空気と混合させることで、燃焼温度を低下させる。これによりＮＯｘの低減が可能である。

ＥＧＲガスの通路をシリンダヘッドに設け、ウォータジャケット内の冷却水によりＥＧＲガスを冷却することがある（例えば特許文献１）。これにより燃焼温度を低下させることができる。

特開平１１−８２１８５号公報

ＥＧＲガス通路を長くし、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換を広い範囲で行うことで、ＥＧＲガスの冷却性能を高めることができる。しかしＥＧＲガス通路がシリンダヘッド内で大きなスペースを占めてしまう。そこで、シリンダヘッド内の省スペース化およびＥＧＲガスの冷却性能の向上が可能なＥＧＲガスの冷却構造を提供することを目的とする。

上記目的は、シリンダヘッドに設けられたＥＧＲガス通路と、前記シリンダヘッドに設けられ、第１の温度の第１冷却水が流れる第１ウォータジャケットと、前記シリンダヘッドに設けられ、前記第１ウォータジャケットよりも前記ＥＧＲガス通路の下流側に位置し、前記第１の温度とは異なる第２の温度の第２冷却水が流れる第２ウォータジャケットと、を具備するＥＧＲガスの冷却構造によって達成できる。

シリンダヘッド内の省スペース化およびＥＧＲガスの冷却性能の向上が可能なＥＧＲガスの冷却構造を提供できる。

図１（ａ）は本実施形態に係るＥＧＲガスの冷却構造を例示する平面図である。図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。 図２は本実施形態におけるＥＧＲガスの温度を示す図である。 図３（ａ）および図３（ｂ）は比較例における温度を示す図である。

（実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態のＥＧＲガスの冷却構造１００について説明する。冷却構造１００は例えば自動車のエンジン（内燃機関）のシリンダヘッド１０に適用される。エンジンは例えばガソリンエンジンなどである。図１（ａ）は本実施形態に係るＥＧＲガスの冷却構造１００を例示する平面図であり、透視してＥＧＲガス通路１６も図示している。

図１（ａ）に示すように、シリンダヘッド１０は例えばアルミニウム合金などの金属で形成され、ウォータジャケット１２および１４、ＥＧＲガス通路１６、ボア１８が設けられている。ウォータジャケット１２（第１ウォータジャケット）は複数のボア１８を囲み、配管によりラジエータ２０に接続されている。ウォータジャケット１２およびラジエータ２０には冷却水Ｗ１（第１冷却水）が循環する。

ウォータジャケット１４（第２ウォータジャケット）は、ボア１８からは離間し、シリンダヘッド１０の壁面１０ｂ付近に位置し、配管によりラジエータ２２に接続されている。ウォータジャケット１４およびラジエータ２２には冷却水Ｗ２（第２冷却水）が循環する。ウォータジャケット１２とウォータジャケット１４とは分離され、冷却水Ｗ１と冷却水Ｗ２とは混合しない。冷却水Ｗ１の温度Ｔ３は、冷却水Ｗ２の温度Ｔ４よりも高い。

ＥＧＲガス通路１６はシリンダヘッド１０内を通り、ウォータジャケット１２および１４とは分離されている。ＥＧＲガス通路１６の入口１６ａは不図示の排気管に接続され、ＥＧＲガスが流入する。ＥＧＲガス通路１６の出口１６ｂは不図示の吸気管に接続され、ＥＧＲガスを排出する。入口１６ａはシリンダヘッド１０の壁面１０ａに設けられ、ウォータジャケット１２の近くに位置し、ウォータジャケット１４からは遠い。出口１６ｂは、シリンダヘッド１０の壁面のうち壁面１０ａとは別の壁面１０ｂに設けられ、ウォータジャケット１４の近くに位置し、ウォータジャケット１２からは遠い。ＥＧＲガス通路１６のうち、シリンダヘッド１０の厚さ方向においてウォータジャケット１２に重なる部分を領域Ｒ１、ウォータジャケット１４に重なる部分を領域Ｒ２とする。領域Ｒ２は領域Ｒ１よりもＥＧＲガス通路１６の下流側に位置する。

冷却水Ｗ１はシリンダヘッド、およびＥＧＲガス通路１６の上流側のＥＧＲガスを冷却する。冷却水Ｗ２はＥＧＲガス通路１６の下流側のＥＧＲガスを冷却する。

図１（ｂ）は図１（ａ）の線Ａ−Ａに沿った断面図である。図１（ｂ）に示すように、ＥＧＲガス通路１６はウォータジャケット１２および１４のそれぞれに上下から挟まれる。シリンダヘッド１０にはウォータジャケット１２および１４の間を隔てる溝１１が設けられている。溝１１によりウォータジャケット１２の冷却水Ｗ１とウォータジャケット１２の冷却水Ｗ２との熱交換が抑制される。

図２は本実施形態におけるＥＧＲガスの温度を示す図である。横軸はＥＧＲガス通路１６の入口１６ａを始点として通路の延伸方向に沿って出口１６ｂに向かう方向の距離、縦軸はＥＧＲガスの温度である。入口１６ａからの距離がｄ０の位置からｄ１の位置までは領域Ｒ１に対応し、ｄ２〜ｄ３は領域Ｒ２に対応する。温度Ｔ０は入口１６ａにおけるＥＧＲガスの温度である。温度Ｔ２はＥＧＲガスの目標温度であり、シリンダヘッド１０においてＥＧＲガスをＴ２まで冷却することが好ましい。温度Ｔ３はウォータジャケット１２内の冷却水Ｗ１の温度（第１の温度）である。温度Ｔ４はウォータジャケット１４内の冷却水Ｗ２の温度（第２の温度）である。温度の関係はＴ０＞Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ４である。図２中に斜線で示した部分の面積Ｓ１はＥＧＲガスと冷却水Ｗ１との熱交換量を表し、面積Ｓ２はＥＧＲガスと冷却水Ｗ２との熱交換量を表す。

入口１６ａから流入したＥＧＲガスは、冷却水Ｗ１との熱交換により冷却される。距離ｄ１の位置に到達するまでに、ＥＧＲガスは温度Ｔ１まで冷却される。さらにＥＧＲガスは領域Ｒ２において冷却水Ｗ２と熱交換して冷却される。距離ｄ３の位置に到達するまでに、ＥＧＲガスは温度Ｔ２まで冷却される。温度Ｔ２のＥＧＲガスは吸気管に供給される。

以上、本実施形態によれば、ＥＧＲガス通路１６の上流側にウォータジャケット１２、下流側にウォータジャケット１４をそれぞれ設け、温度の異なる冷却水Ｗ１およびＷ２を循環させる。ＥＧＲガスは、ウォータジャケット１２の冷却水Ｗ１、およびウォータジャケット１４の冷却水Ｗ２により冷却される。より低温の冷却水Ｗ２を用いるためＥＧＲガスの冷却が効率的に行われる。また、ＥＧＲガス通路１６を短くすることができ、シリンダヘッド１０内の省スペース化が可能である。

冷却水Ｗ１の温度Ｔ３と冷却水Ｗ２の温度Ｔ４とは異なればよく、Ｔ４をＴ３より高くすることもできる。すなわち、図１において冷却水Ｗ１およびＷ２のうち一方を他方より低温にすることで冷却性能は向上する。また、ＥＧＲガス通路１６の上流側（壁面１０ａ側）にボア１８から離間した低温冷却水用のウォータジャケットを設け、ボア１８を囲みかつ下流側（壁面１０ｂ側）まで延伸する高温冷却水用のウォータジャケットを設けてもよい。

ただし、図２に示したように、冷却水Ｗ２の温度Ｔ４は冷却水Ｗ１の温度Ｔ３より低いことが好ましい。ＥＧＲガスは、ＥＧＲガス通路１６の上流側において冷却水Ｗ１により温度Ｔ１まで冷却され、下流側において冷却水Ｗ２により温度Ｔ２まで冷却される。このため効果的な冷却が可能である。また、ＥＧＲガスと冷却水との間の熱の移動量は両者の温度差に比例する。したがって、温度Ｔ１のＥＧＲガスと温度Ｔ４の冷却水Ｗ２との熱交換量（図２のＳ１）は、例えば温度Ｔ０のＥＧＲガスと冷却水Ｗ２との熱交換量より小さくなる。すなわち、本実施形態によれば、ＥＧＲガス冷却後の冷却水Ｗ２の温度は大幅には上昇しない。したがって、冷却水Ｗ２を冷却するラジエータ２２の負荷が抑制される。

図３（ａ）および図３（ｂ）は比較例における温度を示す図である。図３（ａ）は冷却水Ｗ１のみを用い、低温の冷却水Ｗ２は用いない例である。図３（ａ）に示すように、熱交換量は温度差に比例するため、ＥＧＲガスの温度がＴ２に近づくほどＥＧＲガスは冷却されにくくなる。そこで、ＥＧＲガスをＴ２まで冷却するには、入口からの距離がｄ３より大きいｄ４の位置までＥＧＲガスを流す。このためＥＧＲガス通路１６が長くなり、ＥＧＲガス通路１６がシリンダヘッド１０内で占める体積が大きくなってしまう。一方、本実施形態によれば、前述のようにＥＧＲガスの冷却性能が向上するため、図３（ａ）の例に比較してＥＧＲガス通路１６を短くすることができる。

図３（ｂ）は冷却水Ｗ２のみを用い、高温の冷却水Ｗ１は用いない例である。図３（ｂ）に示すように、冷却水Ｗ２の温度Ｔ４と温度Ｔ２との温度差は大きいため熱交換が効果的に行われ、ＥＧＲガスの温度がＴ２に到達する。しかしＥＧＲガスと冷却水Ｗ２との熱交換量（面積Ｓ３に対応）が大きいため、冷却水Ｗ２の温度は大幅に上昇する。シリンダヘッド１０において高温になった冷却水Ｗ２は、ラジエータ２２により冷却されウォータジャケット１４に還流する。しかし高温の冷却水Ｗ２を冷却するため、ラジエータ２２における熱交換量が増大し、負荷が大きくなる。一方、本実施形態によれば、前述のように、ＥＧＲガスを冷却水Ｗ１で冷却した後に、さらに冷却水Ｗ２で冷却する。このため冷却水Ｗ２とＥＧＲガスとの熱交換量が小さくなる。したがって冷却水Ｗ２の温度上昇が抑制され、ラジエータ２２の負荷が抑制される。

図１（ｂ）に示したように、ウォータジャケット１２とウォータジャケット１４との間に溝１１を設けることが好ましい。冷却水Ｗ１と冷却水Ｗ２との間の熱交換が抑制され、それぞれの温度Ｔ３およびＴ４が維持される。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ シリンダヘッド
１０ａ、１０ｂ 壁面
１１ 溝
１２、１４ ウォータジャケット
１６ ＥＧＲガス通路
１６ａ 入口
１６ｂ 出口
１８ ボア
２０、２２ ラジエータ
１００ 冷却構造

Claims (1)

1. シリンダヘッドに設けられたＥＧＲガス通路と、
   前記シリンダヘッドに設けられ、第１の温度の第１冷却水が流れる第１ウォータジャケットと、
   前記シリンダヘッドに設けられ、前記第１ウォータジャケットよりも前記ＥＧＲガス通路の下流側に位置し、前記第１の温度とは異なる第２の温度の第２冷却水が流れる第２ウォータジャケットと、を具備するＥＧＲガスの冷却構造。

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