JP3637708B2

JP3637708B2 - Ｅｇｒクーラー付ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP3637708B2
Application number: JP33394896A
Authority: JP
Inventors: 浩司夏目
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2005-04-13
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: JPH10169514A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は過給機付ディーゼルエンジンなどにおいて、ＮＯx の排出量を低減するためのＥＧＲ（排気再循環）を行う時に、ＥＧＲガスの温度を下げてシリンダ内に入る空気量を増加させて、エンジンの燃焼を良好に保つＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンなどの排ガス対策において、排気ガス中のＮＯx の排出量を低減するために、排気ガスの一部を吸気に再循環することで、燃焼温度を低く抑えてＮＯx の生成を抑制するＥＧＲが有効であることが知られ、広く実用化されている。
【０００３】
このＥＧＲにおいては、排気ガスの再循環量の割合を増加してＥＧＲ率を高めることによって、ＮＯx の排出量を低減できるが、シリンダー内には、新気にＥＧＲガスが混入した混合ガスが吸入されることになり、ＥＧＲガスが増加する分だけ新気量が減少するので、燃焼が悪くなってスモークの増加を招くという問題がある。
【０００４】
そのため、燃焼の悪化を防止しながらＥＧＲガス量を増加するために、ＥＧＲガスを冷却してその体積を減少させることにより、シリンダー内に入る混合ガス中のＥＧＲガスの占める体積を少なくして、シリンダー内に入る空気量を十分に確保する方法が採用されている。
そして、図５に示すように、排気マニホールド３と吸気管路５を連結するＥＧＲ管路４に水冷式のＥＧＲクーラー２を設置して、エンジンの水冷ジャケットから導入した冷却水Ｗを循環させて、ＥＧＲガスＧと熱交換することにより、ＥＧＲガスＧの冷却を行い、この冷却されたＥＧＲガスＧを新気Ａに混合してＥＧＲを行っている。
【０００５】
このＥＧＲクーラー２は、通常、図６に示すような多管式の熱交換器が使用されているが、この多管式の熱交換器は、円筒形の胴内の両端に２枚の管板23を配置し、これらの管板23の間に多数の細い伝熱パイプ21を配設して、この伝熱パイプ21の内側にＥＧＲガスを通過させ、外側の冷却水循環部22にエンジン冷却水を循環させて、ＥＧＲガスを冷却している。
【０００６】
また、伝熱効率の向上と伝熱面積の増加を図り、冷却効果を上げて、ＥＧＲクーラーを軽量化及び小型化するために、伝熱パイプを薄肉にすると共に、細くして本数を多くしている。そのため、これらの伝熱パイプは比較的、破損し易いという欠点を持っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方、このような水冷式のＥＧＲクーラーを用いる場合には、粗悪な燃料や冷却水の使用による腐蝕の問題や、冷却水不足によってＥＧＲクーラー内で冷却水が沸騰を起こした場合、伝熱パイプ自体またはその取り付け部が破損する可能性がある。
【０００８】
伝熱パイプの破損が起きると、冷却水がＥＧＲガス通路側に漏れて、シリンダ内に吸引され、潤滑油に混入し潤滑不良を起こしたり、漏れが大量になるとウォーターハンマーにより最悪の場合エンジンの破損につながる。
本発明は、上述の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、万一ＥＧＲクーラーの漏水が生じた場合に、これを検出してＥＧＲガス通路を閉鎖して、漏出した冷却水がエンジン内に入るのを防止して、エンジンの破損を避けることができるＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置を提供することである。
【０００９】
さらに、ＥＧＲクーラーの漏水が生じた場合に、これを検出してＥＧＲガス通路を閉鎖して、漏出した冷却水がエンジン内に入るのを防止すると共に、ＥＧＲクーラー内の冷却水を排出して、漏出水によるエンジンの破損とＥＧＲクーラーの破損の拡大を防止できるＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するためのＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置は、エンジンの排気マニホールドと吸気管路とを水冷式のＥＧＲクーラーを有するＥＧＲ管路で連結し、該ＥＧＲ管路の前記ＥＧＲクーラーをはさみ、ＥＧＲガス流過方向上流及び下流にそれぞれＥＧＲバルブを設け、更に、前記ＥＧＲ管路の前記ＥＧＲクーラーよりもＥＧＲガス流過方向下流側で前記ＥＧＲバルブよりも上流側に温度センサーを設けて、該温度センサーがＥＧＲクーラー内の漏水を検知した時に、前記両ＥＧＲバルブを閉止して、エンジン内に前記漏水が浸入するのを防止するように構成する。
【００１１】
また、エンジンの排気マニホールドと吸気管路とを水冷式のＥＧＲクーラーを有するＥＧＲ管路で連結し、該ＥＧＲ管路の前記ＥＧＲクーラーをはさみ、ＥＧＲガス流過方向上流及び下流にそれぞれＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲクーラーをはさみ、冷却水流過方向上流及び下流の冷却水循環管路にそれぞれ冷却水遮断弁とを設け、更に、前記ＥＧＲクーラー内の冷却水循環部に大気開放弁を有する大気開放管路とを設けると共に、前記ＥＧＲ管路の前記ＥＧＲクーラーよりもＥＧＲガス流過方向下流側で前記ＥＧＲバルブよりも上流側に温度センサーを配設し、該温度センサーが前記ＥＧＲクーラー内の漏水を検知した時に、前記両ＥＧＲバルブと前記両冷却水遮断弁を閉弁すると共に、前記両大気開放弁を開弁して、エンジン内に前記漏水が浸入するのを防止すると共に、前記ＥＧＲクーラー内の冷却水を排出するように構成する。
【００１２】
あるいは、エンジンの排気マニホールドと吸気管路とを水冷式のＥＧＲクーラーを有するＥＧＲ管路で連結し、該ＥＧＲ管路の前記ＥＧＲクーラーをはさみ、ＥＧＲガス流過方向上流及び下流にそれぞれＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲクーラーをはさみ、冷却水流過方向上流及び下流の冷却水循環管路にそれぞれ冷却水遮断弁とを設け、更に、前記冷却水循環管路の前記冷却水遮断弁とＥＧＲクーラーの間に大気開放弁を有する大気開放管路をそれぞれ分岐して設けると共に、前記ＥＧＲ管路の前記ＥＧＲクーラーよりもＥＧＲガス流過方向下流側で前記ＥＧＲバルブよりも上流側に温度センサーを配設し、該温度センサーが前記ＥＧＲクーラー内の漏水を検知した時に、前記両ＥＧＲバルブと前記両冷却水遮断弁を閉弁すると共に、前記両大気開放弁を開弁して、エンジン内に前記漏水が浸入するのを防止すると共に、前記ＥＧＲクーラー内の冷却水を排出するように構成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。
本発明の第１の実施の形態に係わるＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラー２の下流に設けた温度センサー13によって、漏水によるＥＧＲガスの温度低下を利用して漏水の発生を検知して、ＥＧＲ管路４を閉鎖するものであり、図１に示すように構成とされている。
【００１４】
つまり、エンジン１の排気マニホールド３と吸気管路５とを連結するＥＧＲ管路４を設けて、このＥＧＲ管路４に水冷式のＥＧＲクーラ２を配設し、更に、このＥＧＲクーラー２の上流及び下流にＥＧＲバルブ７ａ，７ｂをそれぞれ設ける。そして、ＥＧＲクーラー２の下流側のＥＧＲガス通路内に、漏水によるＥＧＲガスの温度低下を検知するための温度センサー12を設けて、この検出信号をコントローラ13に入力する。
【００１５】
そして、このコントローラ13は、温度センサー12から入力されるの検出信号を、予め入力されているデータと比較して、ＥＧＲクーラー２内に漏水が発生したか、否かを判断し、その判断に従って、ＥＧＲバルブ７ａ，７ｂの開弁・閉弁のコントロールを行うように構成する。
この温度センサー12が検出するＥＧＲクーラー２を通過した後のＥＧＲガス温度は、正常運転時にはエンジン１の運転状態毎にある一定の範囲内に納まるので、エンジン１の運転状態を示す、回転数・燃料流量・ブースト圧・冷却水温度などと、その時の温度センサー12の場所のＥＧＲガス温度との関係を示すデータを収集してマップ化し、このデータを予めコントローラ13にメモリしておく。
【００１６】
そして、冷却水がＥＧＲ管路４に漏出した時には、少量の漏水でも蒸発する時に多量の蒸発潜熱を奪うのでＥＧＲガス温度は急激に低下して、正常運転時の範囲より下になるので、マップ化したデータと比較することで冷却水が浸入したか否かを容易に判断することができる。
また、このコントローラ13は、漏水の発生がなく正常にＥＧＲを行っている時には、ＥＧＲクーラー２のいずれか一方のＥＧＲバルブ７ｂ又は７ａを全開にして、他方のＥＧＲバルブ７ａ又は７ｂの弁開度をコントロールして、ＥＧＲガス流量を調整する。
【００１７】
そして、コントローラ13がＥＧＲガス温度の異常低下を検知して、冷却水が漏れてＥＧＲガス通路内に浸入したと判断した場合には、直ちに両方のＥＧＲバルブ７ａ，７ｂを閉止して、漏出した冷却水がエンジン１の内部に入るのを防止する。更に、この異常事態が生じたことを、警告灯の点灯や警告音の発生により、運転者に知らせる。
【００１８】
以上のような構成により、ＥＧＲクーラー２の伝熱パイプ21に腐蝕孔が形成されて、ＥＧＲクーラー２内に冷却水が漏出してＥＧＲガス温度が急激に低下した時に、この温度低下を温度センサー12が検知してＥＧＲ管路４を閉鎖することによって、漏出した冷却水がエンジン１内に浸入することを防止し、エンジン１の破損を防止できる。また、ＥＧＲクーラー２が漏水した時でも、ＥＧＲを停止してエンジンの運転を継続できるので、エンジンの停止などから派生する２次トラブルを避けることができる。
【００１９】
また、警告灯の点灯や警告音の発生により、運転者はＥＧＲクーラー２に漏水が生じたことを知ることができるので、適切な修理をすることができる。
次に、第２の実施の形態は、ＥＧＲクーラー２の下流に設けた温度センサー13によってＥＧＲガスの温度低下を検知して、ＥＧＲ管路４を閉鎖すると共にＥＧＲクーラー２内の冷却水を排出するものであり、図２及び図３に示すように構成されている。
【００２０】
つまり、エンジン１の排気マニホールド３と吸気管路５とを水冷式のＥＧＲクーラー２を有するＥＧＲ管路４で連結し、このＥＧＲクーラー２の上流及び下流にそれぞれＥＧＲバルブ７ａ，７ｂを設ける。そして更に、ＥＧＲクーラー２の冷却水循環部22にエンジン冷却水を供給している冷却水循環管路８ａ，８ｂに、冷却水遮断弁10ａ，10ｂをそれぞれ設けると共に、ＥＧＲクーラー２の冷却水循環部22の上下部分に大気開放弁11ａ，11ｂを有する大気開放管路９ａ，９ｂを配設する。
【００２１】
そして、ＥＧＲクーラー２の下流側に温度センサー12を設け、この検出信号をコントローラ13に入力する。コントローラ13は、検出信号と予め入力されているデータと比較して、ＥＧＲクーラー２内に漏水が発生したか、否かを判断する。
この判断に従って、正常運転時には冷却水遮断弁10ａ，10ｂを開弁すると共に大気開放弁11ａ，11ｂを閉弁して、エンジンからの冷却水をＥＧＲクーラー２の冷却水循環部22に循環させ、また、漏水発生時には両方のＥＧＲバルブ７ａ，７ｂを閉止してＥＧＲ管路４を閉鎖して冷却水がエンジン１の内部に入るのを防止すると共に、同時に、冷却水遮断弁10ａ，10ｂを閉弁して冷却水がＥＧＲクーラー２に供給されるのを停止し、また、大気開放弁11ａ，11ｂを開弁してＥＧＲクーラー２内の水を排出する。
【００２２】
このような構成により、ガス通路内に漏水が発生した時にＥＧＲ管路４を閉鎖すると共に、ＥＧＲクーラー２内の冷却水を排出できるので、漏出した冷却水がエンジン１内に浸入するのを確実に防止できると共に、ＥＧＲクーラー２内に冷却水が充満するのを防止して、ＥＧＲクーラー２の破損の拡大を防止できる。
また、第３の実施の形態は、第２の実施の形態とほぼ同じであるが、大気開放弁11ａ，11ｂを有する大気開放通路９ａ，９ｂをＥＧＲクーラー２ではなく、図４に示すように、この冷却水遮断弁10ａ，10ｂとＥＧＲクーラー２との間の冷却水循環管路８ａ，８ｂに配設する。このような構成は、ＥＧＲクーラー２の上下面に冷却水の出入口が設けられている場合に用いることができる。
【００２３】
このように構成すると、温度センサー12でＥＧＲガス温度の低下を検知した時に、ＥＧＲ管路４の閉鎖とＥＧＲクーラー２内の冷却水の排出ができて、漏出水のエンジン１内への浸入を確実に防止できると共に、ＥＧＲクーラー２内への冷却水の充満を防止して、ＥＧＲクーラー２の破損の拡大を防止できる。
その上、冷却水循環管路８ａ，８ｂの配管側に大気解放管路９ａ，９ｂを連結すればよく、ＥＧＲクーラー２に大気解放管路９ａ，９ｂを接続する必要がなくなるので、従来技術のＥＧＲクーラー２をそのまま使用して配管できるというメリットがある。
【００２４】
なお、正常運転時において冷却水が低水温の時には、冷却水遮断弁10ａ，10ｂを閉弁にするとＥＧＲクーラー２内の過冷却を防止できるので、ＥＧＲガスが露点以下になるのを防止できる。この場合には、エンジン１が暖機され冷却水温度が所定の水温以上になったら開弁して、通常の冷却水循環の状態にする。
【００２５】
【発明の効果】
上述したように請求項１の本発明のＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲクーラーの下流側に温度センサーを設けて、ＥＧＲクーラー内に冷却水が漏出したことを検知して、ＥＧＲ管路を閉鎖できるので、エンジン内への漏出水の浸入を防止することができ、漏水によるエンジンの破損を防止できる。
【００２６】
さらに、請求項２又は３の本発明のＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲクーラー内に冷却水が漏出したことを検知して、ＥＧＲ管路を閉鎖すると共に、ＥＧＲクーラー内の冷却水を排出できるので、漏出した冷却水がエンジンに浸入するを確実に防止できると共に、ＥＧＲクーラーの破損の拡大を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態のＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のＥＧＲクーラーの断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のＥＧＲクーラーの配管の構成図である。
【図５】従来技術におけるＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置の構成図である。
【図６】従来技術におけるＥＧＲクーラーの構成図であり、（ａ）は側面断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１ … エンジン２ … ＥＧＲクーラー
３ … 排気マニホールド４ … ＥＧＲ管路
５ … 吸気管路６ … 吸気マニホールド
７ａ，７ｂ … ＥＧＲ弁８ａ，８ｂ … 冷却水循環管路
９ａ，９ｂ … 大気開放管路 10ａ，10ｂ … 冷却水遮断弁
11ａ，11ｂ … 大気開放弁 12 … 温度センサー
13 … コントローラ 21 … 伝熱パイプ
22 … 冷却水循環部 23 … 管板
Ａ … 新気Ｇ … ＥＧＲガス
Ｗ … 冷却水

Claims

エンジン（１）の排気マニホールド（３）と吸気管路（５）とを水冷式のＥＧＲクーラー（２）を有するＥＧＲ管路（４）で連結し、該ＥＧＲ管路（４）の前記ＥＧＲクーラー（２）をはさみ、ＥＧＲガス流過方向上流及び下流にそれぞれＥＧＲバルブ（７ａ，７ｂ）を設け、更に、前記ＥＧＲ管路（４）の前記ＥＧＲクーラー（２）よりもＥＧＲガス流過方向下流側で前記ＥＧＲバルブ（７ｂ）よりも上流側に温度センサー（１２）を設けて、該温度センサー（１２）がＥＧＲクーラー（２）内の漏水を検知した時に、前記両ＥＧＲバルブ（７ａ，７ｂ）を閉止して、エンジン（１）内に前記漏水が浸入するのを防止するように構成したＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置。
エンジン（１）の排気マニホールド（３）と吸気管路（５）とを水冷式のＥＧＲクーラー（２）を有するＥＧＲ管路（４）で連結し、該ＥＧＲ管路（４）の前記ＥＧＲクーラー（２）をはさみ、ＥＧＲガス流過方向上流及び下流にそれぞれＥＧＲバルブ（７ａ，７ｂ）と、前記ＥＧＲクーラー（２）をはさみ、冷却水流過方向上流及び下流の冷却水循環管路（８ａ，８ｂ）にそれぞれ冷却水遮断弁（１０ａ，１０ｂ）とを設け、更に、前記ＥＧＲクーラー（２）内の冷却水循環部（２２）に大気開放弁（１１ａ，１１ｂ）を有する大気開放管路（９ａ，９ｂ）とを設けると共に、前記ＥＧＲ管路（４）の前記ＥＧＲクーラー（２）よりもＥＧＲガス流過方向下流側で前記ＥＧＲバルブ（７ｂ）よりも上流側に温度センサー（１２）を配設し、該温度センサー（１２）が前記ＥＧＲクーラー（２）内の漏水を検知した時に、前記両ＥＧＲバルブ（７ａ，７ｂ）と前記両冷却水遮断弁（１０ａ，１０ｂ）を閉弁すると共に、前記両大気開放弁（１１ａ，１１ｂ）を開弁するように構成したＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置。
エンジン（１）の排気マニホールド（３）と吸気管路（５）とを水冷式のＥＧＲクーラー（２）を有するＥＧＲ管路（４）で連結し、該ＥＧＲ管路（４）の前記ＥＧＲクーラー（２）をはさみ、ＥＧＲガス流過方向上流及び下流にそれぞれＥＧＲバルブ（７ａ，７ｂ）と、前記ＥＧＲクーラー（２）をはさみ、冷却水流過方向上流及び下流の冷却水循環管路（８ａ，８ｂ）にそれぞれ冷却水遮断弁（１０ａ，１０ｂ）とを設け、更に、前記冷却水循環管路（８ａ，８ｂ）の前記冷却水遮断弁（１０ａ，１０ｂ）とＥＧＲクーラー（２）の間に大気開放弁（１１ａ，１１ｂ）を有する大気開放管路（９ａ，９ｂ）をそれぞれ分岐して設けると共に、前記ＥＧＲ管路（４）の前記ＥＧＲクーラー（２）よりもＥＧＲガス流過方向下流側で前記ＥＧＲバルブ（７ｂ）よりも上流側に温度センサー（１２）を配設し、該温度センサー（１２）が前記ＥＧＲクーラー（２）内の漏水を検知した時に、前記両ＥＧＲバルブ（７ａ，７ｂ）と前記両冷却水遮断弁（１０ａ，１０ｂ）を閉弁すると共に、前記両大気開放弁（１１ａ，１１ｂ）を開弁するように構成したＥＧＲクーラー付ＥＧＲ装置。