JP3751549B2

JP3751549B2 - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP3751549B2
Application number: JP2001288025A
Authority: JP
Inventors: 悦弘舩山; 耕祐伊藤
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003097361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気中のＮＯｘ濃度を低減させるに有効なＥＧＲ装置に係り、特に、排気系から吸気系に還流されるＥＧＲガス中のデポジットおよび凝縮水などを効果的に除去することができるようにしたＥＧＲ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＥＧＲ装置を備えたエンジンの熱負荷を軽減してＮＯｘの生成を抑制するためには、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを設けることが有効である。しかしながら、ＥＧＲガス中に存在する煤などがＥＧＲ通路あるいはＥＧＲクーラの内壁面にデポジットとして堆積してＥＧＲガスの通流抵抗を増加させるとともに、冷却効率を低下させる要因となっている。
【０００３】
また、ＥＧＲガスを冷却するとＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮し、燃料に微量に含まれる硫黄分を成分とする硫酸あるいは硝酸が凝縮水に含まれる。従って、上記凝縮水がＥＧＲ通路およびインテークマニホールドの壁面を腐食させる原因となり、あるいは、凝縮水で洗い流されたデポジットが凝縮水とともに燃焼室に供給されてシリンダライナなどの摩耗を促進させる原因となってしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、ＥＧＲガス中の煤および凝縮水などを効果的に捕集することにより、凝縮水による腐食およびデポジットによるシリンダライナの摩耗などを抑制することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、エキゾーストマニホールドから分岐して給気通路に至るＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設け、該ＥＧＲクーラより上流または下流の少なくとも一方のＥＧＲ通路に方向変換部を設ける。上流側に向って開口するトラップを前記方向変換部の外側コーナに設けるとともに、該トラップの内奥部を前記方向変換部の下流に連通させるバイパス通路を設けたことを特徴としている。なお、ＥＧＲクーラより下流のＥＧＲ通路に水分離装置を設けることが望ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明を適用するＥＧＲ装置の基本的な構成を示す概略構成図、図２は図１に示したトラップ取付部の拡大断面図である。
【０００７】
これらの図において、図示しないエンジンのエキゾーストマニホールドから分岐して給気通路１に至るＥＧＲ通路２の途中にＥＧＲクーラ３を設けることにより、給気通路１に還流されるＥＧＲガスを冷却してＮＯｘの低減効果を高くするようにしている。なお、ＥＧＲクーラ３は水冷式あるいは空冷式の熱交換器で構成され、エンジン冷却水あるいは外気との熱交換によりＥＧＲガスの温度を低下させるものであり、エンジンの運転状態に応答してＥＧＲガスの流量を最適制御するＥＧＲバルブを必要に応じてＥＧＲ通路２の適所に設けている。
【０００８】
特にこの構成例においては、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ３に導入する上流側ＥＧＲ通路２ａの下流端およびＥＧＲクーラ３から流出したＥＧＲガスを給気通路１に誘導する下流側ＥＧＲ通路２ｂの上流端にそれぞれほぼ直角に屈折する方向変換部４ａ、４ｂを設けている。
【０００９】
具体的には、ＥＧＲクーラ３の入口側マニホールド３ａの集合部を上流側ＥＧＲ通路２ａの下流端の側壁に開口させて上流側の方向変換部４ａを形成するとともに、下流側ＥＧＲ通路２ｂの上流端をＥＧＲクーラ３の出口側マニホールド３ｂの集合部の側壁に開口させて下流側の方向変換部４ａ、４ｂを形成している。
【００１０】
また、上流側ＥＧＲ通路２ａの終端壁を凹入させて上流側に向って開口する上流側トラップ５ａを構成するとともに、出口側マニホールド３ｂの集合部の終端壁を凹入させて上流側に向かって開口する下流側トラップ５ｂを構成している。そして、各トラップ５ａ、５ｂの内部にそれぞれ多孔質のハニカムセラミックを充填するとともに、各トラップ５ａ、５ｂの壁面にヒータ６ａ、６ｂを埋め込むことにより、必要に応じてハニカムセラミックを加熱することができるようにしている。なお、ヒータ６ａ、６ｂは必要に応じて設けるものであり、加熱の必要性がない場合は設ける必要性はない。
【００１１】
かかる構成になるＥＧＲ装置において、エンジンが運転されると、エキゾーストマニホールドから取り出したＥＧＲガスが上流側ＥＧＲ通路２ａを通ってＥＧＲクーラ３に流入し、このＥＧＲクーラ３で熱交換されて温度低下した後に下流側ＥＧＲ通路２ｂを経て給気通路１に導入される。
【００１２】
このようなＥＧＲガスの流れに際して、上流側ＥＧＲ通路２ａを流れてきたＥＧＲガスはその下流端に形成された上流側方向変換部４ａにおいて急激に方向変換してＥＧＲクーラ３の入口側マニホールド３ａに導入される。また、ＥＧＲクーラ３で冷却されたＥＧＲガスは、出口側マニホールド３ｂの集合部４ｂと下流側ＥＧＲ通路２ｂの接続部（下流側ＥＧＲ通路２ｂの上流端近傍）で急激に方向変換して下流側ＥＧＲ通路２ｂに流入し、該通路２ｂを経て給気通路１に導入される。
【００１３】
ところで、ＥＧＲガスに含まれる煤および冷却によって析出された凝縮水は気体成分よりも比重が大きい。このために、上流側ＥＧＲ通路２ａを流れてきたＥＧＲガス中の煤および凝縮水はその下流端に設けた上流側の方向変換部４ａにおける方向変換時に慣性で上流側のトラップ５ａに飛び込んで捕集され、ＥＧＲクーラ３での冷却にともなって析出された凝縮水および上流側トラップ５ａに捕集されなかった煤は、下流側のトラップ５ｂに飛び込んで捕集される。
【００１４】
従って、下流側ＥＧＲ通路２ｂから給気通路１に導入されたＥＧＲガスには煤および凝縮水がほとんど含まれておらず、給気通路１の内壁へのデポジットの堆積および凝縮水による腐食が予防され、デポジットの混入にともなうシリンダライナの摩耗などが回避される。なお、各トラップ５ａ、５ｂに捕集された煤は、定期的あるいは必要に応じて行われるヒータ６ａ、６ｂへの通電による加熱作用で焼却処理され、この際の焼却熱で凝縮水を気化させてＥＧＲガスとともに給気通路１に流入させる。
【００１５】
ところで、トラップ５ａ、５ｂに充填したハニカムセラミックの表面には煤の焼却および凝縮水の気化により硫酸塩などの灰分が残されるために、このハニカムセラミックを定期的に交換することが望まれる。また、ハニカムセラミックの表面に従来公知の酸化触媒を担持させて酸化機能を高くした場合は、ＥＧＲガスの温度を熱源として煤を焼却することができるためにヒータ６ａ、６ｂを省略することができる。
【００１６】
また、トラップ５ａ、５ｂの適所に凝縮水の排出手段を設け、あるいは、凝縮水を排気系に戻して排気熱による気化処理を行わせることも可能であり、トラップ５ａ、５ｂの具体的な構成および取付位置は上記構成例のものに限定されない。
【００１７】
すなわち、図３は上流側ＥＧＲ通路２ａの方向変換部４ａのみにトラップ５ａを設けた場合を示している。従って、このように上流側ＥＧＲ通路２ａの方向変換部４ａのみにトラップ５ａを設けた場合はトラップ５ａの捕集によって水分および煤が除去されたＥＧＲガスがＥＧＲクーラ３に導入されるために、ＥＧＲクーラ３の腐食および目詰まり防止効果が高くなる。
【００１８】
また、図４は下流側ＥＧＲ通路２ｂの方向変換部４ｂのみにトラップ５ｂを設けた場合を示している。このために、この場合はＥＧＲガス中の煤はもとより、ＥＧＲクーラ３の冷却にともなって析出された凝縮水を確実に捕集することができるために、図３に示したものに対比してより清浄なＥＧＲガスを給気通路１に還流させることができる利点がある。
【００１９】
なお、上記構成例では、いずれもトラップ５ａ、５ｂにヒータ６ａ、６ｂを設け、トラップ５ａ、５ｂに捕集された煤を定期的あるいは必要に応じてヒータ６ａ、６ｂに通電加熱して焼却処理し、この際の焼却熱で凝縮水を気化させてＥＧＲガスとともに給気通路１に流入させるようにしているが、排気（ＥＧＲガス）の温度を利用して煤の焼却もしくは凝縮水の気化を行なうことができる場合は必ずしもヒータ６ａ、６ｂを設ける必要性はない。
【００２０】
図５は本発明に係るＥＧＲ装置の一実施形態を示す概略構成図である。本実施形態においては、エキゾーストマニホールド７から分岐してＥＧＲクーラ３に至る上流側ＥＧＲ通路２ａの方向変換部４ａをエキゾーストマニホールド７の直下に位置させるとともに、上流側トラップ５ａの内奥部を前記方向変換部４ａの下流に連通させるバイパス通路８を設けている。
【００２１】
従って本実施形態による場合は、上流側トラップ５ａに作用する排気の動圧がバイパス通路８から方向変換部４ａの下流に逃がされるために、上流側トラップ５ａの内部圧力の上昇が回避されることになり、該トラップ５ａへの煤あるいは凝縮水などの飛び込み慣性力が損なわれ難くなって捕集効率が高くなる。
【００２２】
なお、上記トラップ５ａの捕集効率をより高くするためには、上流側トラップ５ａを経由しないＥＧＲ通路２ａに適度な絞りを設けて上流側トラップ５ａを通過するＥＧＲガスの流量比を高くすることが有効であり、このように上流側トラップ４ａをエキゾーストマニホールド７に近付けて上流側トラップ５ａを高温のＥＧＲガスに曝すようにした場合は、従来公知のディーゼルパティキュレートフィルタの場合と同様に酸化触媒の存在のもとにＥＧＲガスの温度を利用してトラップ５ａに捕集されたデポジットを酸化（焼却）して再生することもできる利点がある。
【００２３】
また、前記実施形態では下流側ＥＧＲ通路２ｂにも方向変換部４ｂを設け、上流側に向って開口する下流側トラップ５ｂを下流側方向変換部４ｂの外側コーナに設けてデポジットに加えて凝縮水を捕集するようにしているが、図３に示したようにサイクロン方式のミストセパレータ９などを下流側ＥＧＲ通路２ｂに設けることにより、比重がＥＧＲガスに近似しているミスト状の凝縮水までをも効率的に分離捕集することができる。１０はＥＧＲバルブであり、水分離装置は前記トラップ５ｂあるいはミストセパレータ９に限定されるものではなく、圧力損失をともなうことなくＥＧＲガスから凝縮水を分離する機能を有するものであればその構成は任意である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明によれば、トラップに作用する排気の動圧をバイパス通路から方向変換部の下流に逃がすようにしているために、トラップの内部圧力の上昇が回避されることになり、該トラップへの煤あるいは凝縮水などの飛び込み慣性力が損なわれ難くなって捕集効率が高くなるために、給気通路に還流されるＥＧＲガス中の煤および凝縮水を大幅に減少することができる。
【００２５】
また、請求項２の発明のようにＥＧＲクーラより下流のＥＧＲ通路に水分離装置を設けた場合は、比重がＥＧＲガスに近似しているミスト状の凝縮水までをも効率的に分離捕集することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用するＥＧＲ装置の基本的な構成を示す概略構成図である。
【図２】図１に示したトラップ取付部の拡大断面図である。
【図３】図１に示したＥＧＲ装置の変形例を示す概略構成図である。
【図４】図１に示したＥＧＲ装置の他の変形例を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係るＥＧＲ装置の一実施形態を示す概略構成図である。

Claims

エキゾーストマニホールドから分岐して給気通路に至るＥＧＲ通路（２）にＥＧＲクーラ（３）を設け、該ＥＧＲクーラ（３）より上流または下流の少なくとも一方のＥＧＲ通路（２）に方向変換部（４ａ）（４ｂ）を設け、上流側に向って開口するトラップ（５ａ）（５ｂ）を前記方向変換部（４ａ）（４ｂ）の外側コーナに設けるとともに、該トラップ（５ａ）（５ｂ）の内奥部を前記方向変換部（４ａ）（４ｂ）の下流に連通させるバイパス通路（８）を設けたことを特徴とするＥＧＲ装置。
ＥＧＲクーラ（３）より下流のＥＧＲ通路（２ｂ）に水分離装置（９）を設けたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。