JP2019190400A - Exhaust gas heat exchanger and EGR device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気ガス熱交換器及び排気ガス熱交換器を備えたEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas heat exchanger and an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device including the exhaust gas heat exchanger.
特許文献1には、EGRクーラ(熱交換器)のEGRガス流路の入口側にEGRガスに対し適量の水を直接噴射する水噴射手段を備えたEGR装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses an EGR device that includes water injection means that directly injects an appropriate amount of water to EGR gas on the inlet side of an EGR gas flow path of an EGR cooler (heat exchanger).
特許文献1に記載のEGR装置では、EGRガスの入側に直接噴射した水の水蒸気により、EGRクーラの各チューブ内に付着している煤を洗い流すことができる。しかしながら、特許文献1には、洗浄した水をどのように排出させるのかについて記載がない。EGRクーラ内に水が長時間滞留すると、部材が腐食するおそれがある。 In the EGR device described in Patent Document 1, soot adhering in each tube of the EGR cooler can be washed away by the water vapor of water directly injected to the inlet side of the EGR gas. However, Patent Document 1 does not describe how the washed water is discharged. If water stays in the EGR cooler for a long time, the member may corrode.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、熱交換器の内部を洗浄するための洗浄水を熱交換器から確実に排出することを目的とする。 This invention is made | formed in view of said problem, and it aims at discharging | emitting the washing water for wash | cleaning the inside of a heat exchanger from a heat exchanger reliably.
本発明のある態様によれば、エンジンから排出された排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う排気ガス熱交換器は、エンジンの排気流路に接続される第1流路と、入口が第1流路に接続され、エンジンからの排気ガスと内部を流通する冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、熱交換部の出口と排気流路とを接続する第2流路と、を備え、熱交換部の下方には、熱交換部の内部を洗浄した洗浄水を重力によって排気流路に導く排水路が設けられることを特徴とする。 According to an aspect of the present invention, an exhaust gas heat exchanger that performs heat exchange between exhaust gas discharged from an engine and a refrigerant has a first flow path connected to the exhaust flow path of the engine, and an inlet A heat exchange section connected to the first flow path for exchanging heat between the exhaust gas from the engine and the refrigerant flowing through the interior; a second flow path for connecting the outlet of the heat exchange section and the exhaust flow path; , And a drainage channel is provided below the heat exchanging unit to guide the washing water, which has washed the inside of the heat exchanging unit, to the exhaust channel by gravity.
上記態様によれば、熱交換部の内部を洗浄した洗浄水は、重力によって熱交換部から排水路を通じて排気流路に排出される。よって、熱交換部の内部を洗浄するための水を熱交換部から確実に排出できる。 According to the said aspect, the wash water which wash | cleaned the inside of a heat exchange part is discharged | emitted to an exhaust flow path through a drainage channel from a heat exchange part with gravity. Therefore, the water for washing the inside of the heat exchange unit can be reliably discharged from the heat exchange unit.
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る排気ガス熱交換器10、及び排気ガス熱交換器10を備えたEGR装置100の概略構成図である。EGR装置100は、エンジン1から排出された排気ガスと冷媒との間で熱交換を行う排気ガス熱交換器10と、エンジン1の排気流路3に設けられエンジン1から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置30と、を備える。エンジン1は、例えば、ガソリンエンジンである。また、冷媒としては、エンジン1を冷却する冷却水が用いられる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an exhaust
排気ガス熱交換器10は、エンジン1の排気流路3に接続される第1流路としての入口側流路21と、入口10Bが入口側流路21に接続され、エンジン1からの排気ガスと内部を流通する冷却水との間で熱交換を行う熱交換部10Aと、熱交換部10Aの出口10Cと排気流路3とを接続する第2流路22と、を備える。
The exhaust
入口側流路21は、排気流路3における排気浄化装置30の下流側と熱交換部10Aの入口10Bとを連通する。入口側流路21は、排気流路3に向かって下がる勾配を有している。
The inlet-
第2流路22には、バルブ装置40が設けられる。第2流路22は、熱交換部10Aの出口10Cとバルブ装置40とを連通させる出口側流路22Aと、バルブ装置40と排気流路3とを連通させる戻り流路22Bと、を有する。戻り流路22Bと排気流路3との接続部25は、排気流路3における排気流路3と入口側流路21との接続部24よりも下流側に設けられる。排気流路3における接続部24と接続部25との間の流路3Aは、排気ガス熱交換器10をバイパスするバイパス流路として機能する。
A
バルブ装置40には、エンジン1の吸気流路2と連通する還流流路23が接続される。バルブ装置40は、出口側流路22Aから戻り流路22B及び還流流路23に流れる排気ガスの流量を制御する。
A
排気浄化装置30は、1つのハウジング内に収容された複数の触媒を備える。複数の触媒として、例えば、三元触媒が用いられる。排気浄化装置30は、エンジン1から排出された排気ガスに含まれる炭化水素 (HC) 、一酸化炭素 (CO) 、及び窒素酸化物(NOx)を三元触媒を用いて除去する。
The
EGR装置100は、排気流路3における接続部24と接続部25との間(流路3A)に設けられ、排気流路3を開閉する開閉弁としてのバルブ装置50をさらに備える。
The
また、バルブ装置50は、開度を制御することで排気流路3において外部へ流出する排気ガスの流量を制御する。これにより、入口側流路21に流入する排気ガスの流量を制御できる。
Further, the
EGR装置100は、バルブ装置40及びバルブ装置50の作動を制御するコントローラ60をさらに備える。本実施形態のコントローラ60は、EGR装置100に加えて、エンジン1の作動も制御するように構成される。なお、EGR装置100の制御を行うコントローラとエンジン1の制御を行うコントローラとを別々に設けてもよい。
The
コントローラ60は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出インターフェース、これらを接続するバス等を含んだマイクロコンピュータで構成される。コントローラ60を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。コントローラ60は、CPUがROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することでEGR装置100の制御を行う。
The
コントローラ60には、排気浄化装置30の触媒ベッド温度を検出する温度センサ(図示せず)からの信号、還流流路23への排気ガスの導入圧を検出する圧力センサ(図示せず)からの信号、熱交換部10Aを流れる冷却水の温度を検出する温度センサ(図示せず)からの信号等が入力される。
The
EGR装置100は上記のように構成されており、車両の状態に応じたモードで作動するように、コントローラ60によってバルブ装置40,50の作動が制御される。
The
EGR装置100では、冷却水の温度が所定値未満の場合(例えば、エンジン1の始動直後など)、コントローラ60はバルブ装置50を全閉とするとともに、バルブ装置40を制御して還流流路23を遮断する。これにより、エンジン1から排気流路3に排出された排気ガスは、接続部24から入口側流路21を通じて熱交換部10Aに流入する。つまり、冷却水の温度が所定値未満の場合には、排気ガス熱交換器10は、排気ガスの熱を回収する排熱回収装置として機能する。そして、熱交換部10Aにおいて熱交換を行った排気ガスは、出口側流路22A、バルブ装置40、及び戻り流路22Bを通過して排気流路3に戻され、外部へ排出される。
In the
このように、EGR装置100では、冷却水の温度が所定値未満の場合には、エンジン1から排出された排気ガスの全量を熱交換部10Aに通過させる。これにより、エンジン1からの排熱を熱交換部10Aにおいて最大限に回収することができる。よって、冷却水の温度を素早く上昇させることができる。
Thus, in the
また、EGR装置100では、所定のEGR実行条件が成立した場合には、排気ガスを還流流路23から吸気流路2へ還流させるEGR制御を実行する。EGR実行条件は、冷却水の温度が所定の範囲内であって、且つエンジン負荷が所定の範囲にある場合である。
Further, the
EGR実行条件が成立すると、コントローラ60は、還流流路23内の圧力等に基づいて、バルブ装置50を中間開度とするとともに、バルブ装置40を要求EGR量に応じた開度に制御する。つまり、バルブ装置40は、出口側流路22Aから還流流路23へ流れる排気ガスの流量を制御する。
When the EGR execution condition is satisfied, the
冷却水の温度が所定値以上であって、EGR実行条件が不成立の場合には、コントローラ60は、バルブ装置50を全開状態にするとともに、バルブ装置40を全閉状態にする。これにより、エンジン1から排気流路3に排出された排気ガスは、流路3Aを通って、つまり、排気ガス熱交換器10をバイパスして、外部に排出される。
When the temperature of the cooling water is equal to or higher than the predetermined value and the EGR execution condition is not satisfied, the
次に、図2を参照して排気ガス熱交換器10の具体的な構成について説明する。図2は、排気ガス熱交換器10の内部断面図である。
Next, a specific configuration of the exhaust
排気ガス熱交換器10は、図2に示すように、ハウジング15内に設けられ入口10Bから導かれた排気ガスが流通する排気ガス通路11と、ハウジング15内に設けられ排気ガス通路11内の排気ガスとの間で熱交換を行うように冷却水が内部を流通する複数のチューブ12と、を有する。
As shown in FIG. 2, the exhaust
排気ガス通路11は、複数のチューブ12が間隔を空けて交互に積層されることによって、チューブ12と隣接する他のチューブ12との間にそれぞれ形成される。排気ガス通路11中には、排気ガスとの熱交換効率を高めるために図示しないフィンが設置される。
The
入口側流路21から導かれた排気ガスは、図2に矢印Aで示すように、入口10Bを通って排気ガス通路11を流通する。
The exhaust gas guided from the inlet-
排気ガス通路11を通過した排気ガスは、バルブ装置40が開いている場合には、図2に矢印Bで示すように出口側流路22Aを通って戻り流路22Bまたは還流流路23へ流れる。
When the
バルブ装置40が閉じている場合には、排気ガスは、排気ガス通路11や入口10B等において自然対流する。
When the
複数のチューブ12には、図2に矢印Dで示すように冷却水流路入口13から冷却水が流入する。冷却水は、チューブ12内を流通する際に、チューブ12を介して隣接する排気ガス通路11を通過する排気ガスと熱交換を行った後、図2に矢印Eで示すように冷却水流路出口14から流出する。
The cooling water flows into the plurality of
排気ガス熱交換器10のハウジング15内には、排気ガスに含まれる煤Cが付着する。このような煤Cは、ハウジング15内で発生する凝縮水Wによって、洗い流すことができる。ここで、凝縮水W及び煤Cについて、図3A〜図3C参照して説明する。
Soot C contained in the exhaust gas adheres in the
排気ガスが熱交換部10Aを通過することによって、排気ガスに含まれる煤Cがチューブ12の外表面等に付着する(図3A参照)。排気ガスが排気ガス通路11を通過する際、排気ガスがチューブ12を流れる冷却水によって露点以下まで冷却されると、図3Bに示すように、チューブ12と煤Cとの間に凝縮水Wが生成される。凝縮水Wは、煤C表面の細かい隙間から煤Cの内部に侵入した排気ガスがチューブ12の表面付近で冷却されることによって、排気ガス中に含まれる水蒸気が結露したものである。また、凝縮水Wは、チューブ12の表面付近に堆積した煤C内に予め存在している排気ガスが冷却され、排気ガス中の水蒸気が結露することによっても生成される。
By passing the exhaust gas through the
煤Cは、燃焼過程で燃え残った炭化水素が様々な化学反応を経て凝集し固体化されたものであり、油性(疎水性)の性質となっている。そのため、生成された凝縮水Wは、疎水性の煤Cに吸収されることなくチューブ12と煤Cとの間を広がることによって水膜の層を形成する。その結果、煤Cは、水膜によってチューブ12の表面から強制的に分離された状態となる。そして、煤Cが凝縮水Wとともに流されることにより、チューブ12やハウジング15の内部が洗浄される。このように、凝縮水Wは、ハウジング15の内部を洗浄する洗浄水として用いられる。
The soot C is an oily (hydrophobic) property in which hydrocarbons left unburned in the combustion process are aggregated and solidified through various chemical reactions. Therefore, the produced condensed water W forms a water film layer by spreading between the
凝縮水Wがハウジング15内に長時間滞留すると、ハウジング15やチューブ12が腐食するおそれがある。このため、本実施形態の排気ガス熱交換器10では、熱交換部10Aの入口10Bを下方に向けて設置する。これにより、煤Cとともに流された凝縮水Wは、ハウジング15の底面側に流れ落ちた後、重力によってハウジング15の最下方側(入口10B側)に向かって流れる。さらに、凝縮水Wは、重力によって熱交換部10Aから入口側流路21を通じて排気流路3に排出される。このように、本実施形態の排気ガス熱交換器10では、入口側流路21が凝縮水Wを排出するための排水路として機能する。
If the condensed water W stays in the
なお、上記実施形態では、入口側流路21を凝縮水Wを排出するための排水路として使用したが、排水路を別途設けてもよい。具体的には、図4に示すように、熱交換部10Aの下方に、排気流路3に連通する排水路70を設けてもよい。また、図5に示すように、熱交換部10Aの下方に、戻り流路22Bに連通する排水路170を設けてもよい。なお、排水路70及び排水路170は、排気流路3に向かって下がる勾配を有するように設けられる。
In the above embodiment, the inlet-
また、上記実施形態では、熱交換部10Aの入口10Bを下方に向けて設置する場合を例に説明したが、出口10Cを下方に向けて設置するようにしてもよい。この場合には、
出口側流路22A及び戻り流路22Bが排水路として機能する。また、この場合にも、図4及び図5に示す構成のように、別途排水路を設けてもよい。
In the above embodiment, the case where the
The
さらに、熱交換部10Aが水平に設置されている場合には、ハウジング15の底部に凝縮水Wを溜めるくぼみ等を設け、このくぼみと排気流路3あるいは戻り流路22Bとを連通する排水路を設けるようにしてもよい。これにより、重力によって凝縮水Wを排出することができる。
Further, when the
以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。 The configuration, operation, and effect of the embodiment of the present invention configured as described above will be described together.
排気ガス熱交換器10は、エンジン1の排気流路3に接続される第1流路(入口側流路21)と、入口10Bが第1流路(入口側流路21)に接続され、エンジン1からの排気ガスと内部を流通する冷媒(冷却水)との間で熱交換を行う熱交換部10Aと、熱交換部10Aの出口10Cと排気流路3とを接続する第2流路22と、を備える。熱交換部10Aの下方には、熱交換部10Aの内部を洗浄した洗浄水を重力によって排気流路3に導く排水路(入口側流路21、出口側流路22A及び戻り流路22B、排水路70、排水路170)が設けられる。
The exhaust
熱交換部10Aの内部を洗浄した洗浄水(凝縮水W)は、重力によって熱交換部10Aから排水路(入口側流路21、出口側流路22A及び戻り流路22B、排水路70、排水路170)を通じて排気流路3に排出される。よって、熱交換部10Aの内部を洗浄するための水を熱交換部10Aから確実に排出できる。これにより、熱交換部10Aの内部が腐食することを防止できる。
Wash water (condensate water W) that cleans the inside of the
排気ガス熱交換器10では、排水路は、第1流路(入口側流路21)である。
In the exhaust
この構成では、排水路を別途設ける必要がないので、装置を簡素化できる。 In this configuration, there is no need to separately provide a drainage channel, so that the apparatus can be simplified.
排気ガス熱交換器10では、排水路は、第1流路(入口側流路21)とは異なる流路である。
In the exhaust
排水路70や排水路170を設けることにより、洗浄水(凝縮水W)が排気ガスの流れの影響を受けない流路を流れることになるので、洗浄水(凝縮水W)を素早く確実に排出できる。
By providing the
EGR装置100は、排気ガス熱交換器10と、第2流路22とエンジン1の吸気流路2とを連通させる還流流路23と、エンジン1から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置30と、を備える。さらに、排気浄化装置30は、複数の種類の触媒が同一のハウジング内に収容されるとともに、排気流路3における第1流路(入口側流路21)との接続部24よりも上流側にのみ設けられる。
The
複数の種類の触媒が同一のハウジング内に収容することにより、省スペース化を図ることができるとともに、配管作業を簡素化できる。さらに、排気浄化装置30を、排気流路3における排気ガス熱交換器10よりも上流側に設けることにより、高温の排気ガスが導かれるので、還元性能を素早く発揮させることができる。
By accommodating a plurality of types of catalysts in the same housing, space can be saved and piping work can be simplified. Furthermore, by providing the
EGR装置100では、排気流路3における第1流路(入口側流路21)との接続部24と第2流路22との接続部25との間(流路3A)には、排気流路3を開閉する開閉弁(バルブ装置50)が設けられ、開閉弁(バルブ装置50)は、排気ガス熱交換器10の内部を流通する冷媒の温度が所定値未満の場合には、排気流路3を閉状態とする。
In the
排気ガス熱交換器10の内部を流通する冷媒の温度が所定値未満の場合に排気流路3を閉状態とすることにより、排気流路3を流れる排気ガスの全量が排気ガス熱交換器10に流れる。これにより、排気ガスの排熱を最大限に回収することができるので、冷媒の温度を効率よく上昇させることができる。
When the temperature of the refrigerant flowing inside the exhaust
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, the above embodiment only shows a part of application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiment. Absent.
EGR装置100は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼルエンジンに適用してもよい。
The
また、バルブ装置40に代えて、還流流路23に還流流路23を流れる排気ガスの流量を制御するバルブを設けるとともに、第2流路22に第2流路22を流れる排気ガスの流量を制御するバルブを設けてもよい。
Further, in place of the
100 EGR装置
1 エンジン
2 吸気流路
3 排気流路
10 排気ガス熱交換器
10A 熱交換部
10B 入口
10C 出口
21 入口側流路(第1流路、排水路)
22 第2流路
22A 出口側流路(第2流路、排水路)
22B 戻り流路(第2流路、排水路)
23 還流流路
24 接続部
25 接続部
30 排気浄化装置
40 バルブ装置
50 バルブ装置(開閉弁)
60 コントローラ
70 排水路
170 排水路
DESCRIPTION OF
22
22B Return channel (second channel, drainage channel)
23
60
Claims (7)
前記エンジンの排気流路に接続される第1流路と、
入口が前記第1流路に接続され、前記エンジンからの排気ガスと内部を流通する前記冷媒との間で熱交換を行う熱交換部と、
前記熱交換部の出口と前記排気流路とを接続する第2流路と、を備え、
前記熱交換部の下方には、前記熱交換部の内部を洗浄した洗浄水を重力によって前記排気流路に導く排水路が設けられる、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。 An exhaust gas heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas discharged from the engine and the refrigerant,
A first flow path connected to the exhaust flow path of the engine;
An inlet connected to the first flow path, and a heat exchanging section for exchanging heat between the exhaust gas from the engine and the refrigerant flowing inside,
A second flow path connecting the outlet of the heat exchange section and the exhaust flow path,
Below the heat exchanging unit, a drainage channel is provided that guides washing water that has washed the inside of the heat exchanging unit to the exhaust passage by gravity.
An exhaust gas heat exchanger characterized by that.
前記排水路は、前記第1流路である、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。 The exhaust gas heat exchanger according to claim 1,
The drainage channel is the first channel.
An exhaust gas heat exchanger characterized by that.
前記排水路は、前記第1流路とは異なる流路である、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。 The exhaust gas heat exchanger according to claim 1,
The drainage channel is a channel different from the first channel.
An exhaust gas heat exchanger characterized by that.
前記排水路は、前記排気流路に接続される、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。 An exhaust gas heat exchanger according to claim 3,
The drainage channel is connected to the exhaust channel.
An exhaust gas heat exchanger characterized by that.
前記第2流路には、前記エンジンの吸気流路に通じる還流流路が接続される、
ことを特徴とする排気ガス熱交換器。 An exhaust gas heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
The second flow path is connected to a return flow path that leads to an intake flow path of the engine.
An exhaust gas heat exchanger characterized by that.
前記第2流路と前記エンジンの吸気流路とを連通させる還流流路と、
前記エンジンから排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置と、を備え、
前記排気浄化装置は、複数の種類の触媒が同一のハウジング内に収容されるとともに、前記排気流路における前記第1流路との接続部よりも上流側にのみ設けられる、
ことを特徴とするEGR装置。 An exhaust gas heat exchanger according to any one of claims 1 to 5;
A recirculation flow path for communicating the second flow path and the intake flow path of the engine;
An exhaust purification device for purifying exhaust gas exhausted from the engine,
The exhaust emission control device is provided with only a plurality of types of catalysts in the same housing and at an upstream side of a connection portion with the first flow path in the exhaust flow path.
An EGR device characterized by that.
前記排気流路における前記第1流路との接続部と前記第2流路との接続部との間には、前記排気流路を開閉する開閉弁が設けられ、
前記開閉弁は、前記排気ガス熱交換器の内部を流通する前記冷媒の温度が所定値未満の場合には、前記排気流路を閉状態とする、
ことを特徴とするEGR装置。 The EGR device according to claim 6,
An opening / closing valve that opens and closes the exhaust passage is provided between the connection portion of the exhaust passage with the first passage and the connection portion of the second passage,
The on-off valve closes the exhaust passage when the temperature of the refrigerant flowing through the exhaust gas heat exchanger is less than a predetermined value.
An EGR device characterized by that.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021103021A (en) * | 2019-12-25 | 2021-07-15 | 川崎重工業株式会社 | Hot water generating method |
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2018
- 2018-04-26 JP JP2018085435A patent/JP2019190400A/en active Pending
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