JP3788153B2

JP3788153B2 - 液化ガスエンジン

Info

Publication number: JP3788153B2
Application number: JP37692599A
Authority: JP
Inventors: 圭北林
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2019-12-21
Also published as: JP2001173520A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの一部をエンジンの吸気系に再循環する所謂ＥＧＲ装置を備えた液化ガスエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガス中の有害成分であるＮＯ_ｘを低減するために、エンジンの排気ガスの一部を同エンジンの吸気系に再循環させる所謂ＥＧＲ装置は、車両用のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等に広く採用されている。しかしながら、高温の排気ガスをそのまま吸気系に還流させると、吸気の充填効率が低下するために、混合気の燃焼が悪化してエンジンの出力が低下する不具合がある。そこで、再循環される排気ガス（以下場合により、ＥＧＲガスという）を、エンジンの冷却水を冷却媒体として冷却する再循環排気ガス冷却装置（以下場合により、ＥＧＲクーラという）を設けて、ＥＧＲガスの温度を低下させることにより吸気の充填効率を向上するようにしたＥＧＲ装置が既に提案され実用に供されているが、冷却媒体としてのエンジン冷却水自体が可成高温で通常８０℃程度であるため、ＥＧＲガスの温度低減がなお不十分である。
【０００３】
一方、ＬＰＧ等の液化ガスを燃料とする液化ガスエンジンでは、液化ガスボンベ又はタンク等の液化ガス源からベーパライザに供給された液相の液化ガスを同ベーパライザにおいて気化させ、気化した燃料ガスをエンジンの吸気系に供給してシリンダ内で燃焼させるように構成されているが、液化ガスの気化に当り多量の蒸発潜熱（気化熱）を要するためベーパライザが凍結する恐れがある。そこで、従来はエンジンの冷却水を加熱媒体としてベーパライザを加温することにより凍結を防止する方法が採用されているが、液化ガスに気化熱を供給して低温となった冷却水は、最終的にラジエータを介してその保有熱を大気に放散されるだけで、上記ベーパライザにおいて折角生成した冷熱は従来は有効に利用されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑み創案されたもので、ＥＧＲ装置を備えた液化ガスエンジンにおいて、ＥＧＲクーラを通過する冷却水温度を十分低い温度に冷却して、吸気の充填率を向上し、エンジンの出力を増大することができ、また所要のＥＧＲガス重量に対し従来より少ない容積のＥＧＲガスで済むため、さらなる燃費の向上及び排気ガス性能の改善を図ることができる液化ガスエンジンを提供することを、主たる目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エンジンと、燃料液化ガスを貯溜した液化ガス源からの液化ガスを気化させるベーパライザと、上記エンジンと連通する冷却水供給通路と、該冷却水供給通路と接続され、上記エンジンの冷却水を加熱媒体として上記ベーパライザに供給して該ベーパライザを加温するベーパライザ加温装置と、上記ベーパライザ加温装置と連通する冷却水排出通路と、該冷却水排出通路と接続され、上記ベーパライザ加温装置で冷却された冷却水が上記エンジンの吸気に還流される排気ガスの冷却媒体として供給される再循環排気ガス冷却装置と、上記再循環排気ガス冷却装置を冷却した冷却水をエンジン冷却水系に戻す戻し通路と、上記冷却水供給通路に配設された開閉弁と、上記開閉弁よりも下流側の上記冷却水供給通路と戻し通路とを連通するバイパス通路と、上記バイパス通路に設けられた循環ポンプとを備え、上記循環ポンプを駆動し且つ上記開閉弁を閉止することにより、上記ベーパライザ加温装置から再循環排気ガス冷却装置を通り再びベーパライザ加温装置に戻る冷却水循環回路が形成されるように構成されたことを特徴とする液化ガスエンジンにある。
さらに、上記バイパス通路よりも下流側の上記戻し通路に開閉弁を備え、上記循環ポンプを駆動し、且つ上記冷却水供給通路側の上記開閉弁及び上記戻し通路の上記開閉弁を閉止することにより、上記ベーパライザ加温装置から再循環排気ガス冷却装置を通り再びベーパライザ加温装置に戻る冷却水循環回路が形成される構成が好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好ましい実施形態を添付図面について具体的に説明する。
先ず、図１の概略構成図において、符号１０は液化ガスエンジンを総括的に示し、同エンジン１０はクランクケース及びシリンダヘッドを含むエンジン本体１２と、同エンジン本体１２の一側に装着された吸気マニホールド１４と、同エンジン本体１２の他側に装着された排気マニホールド１６を備えている。エンジン本体１２の前方に、クランク軸１８に連動して駆動されるクーリングファン２０が設けられ、同クーリングファン２０の前方にラジエータ２２が配置されている。上記吸気マニホールド１４の集合管部２４にキャブレター２６が連結され、その内部にベンチュリー２８とスロットル弁３０とノズル３２とが設けられている。キャブレター２６の上流側に吸気管３４が連結され、同吸気管３４は図示を省略されているエアフィルタを介して大気に連通している。（なお場合により、同エアフィルタを設けた吸気管３４、キャブレター２６及び吸気マニホールド１４を総括して吸気系という）
【０００７】
上記排気マニホールド１６と吸気マニホールド１４の集合管部２４とがＥＧＲ通路３６によって連結され、同ＥＧＲ通路３６には、図示の場合、多管式熱交換器として例示されているＥＧＲクーラ３８が介装されている。ＥＧＲクーラ３８と吸気マニホールド１４の集合管部２４との間にアクチュエータ４０により開度を制御されるＥＧＲ弁４２が配設され、同アクチュエータ４０は、エンジン１０の運転状態を示す信号、例えばエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｌｅ、エンジン冷却水温Ｔｗ、外気温度Ｔｏ、その他ＥＧＲガス量の設定に必要な種々の補助的な信号Ｓを受容して適切な駆動出力を生起するコントロールユニット４４によって制御され、ＥＧＲ弁４２の開度を全開から全閉まで段階的に又は連続的に設定する。
【０００８】
液化ガスエンジン１０の燃料である液化ガス、例えばＬＰＧを貯溜する液化ガスボンベ又はタンク４６（液化ガス源）から供給された液化ガスが、自体公知のベーパライザ４８により気化されたのち、上記キャブレター２６のノズル３２に供給される。上記ベーパライザ４８はエンジン冷却水を加熱媒体とするベーパライザ加温装置（以下単に加温装置という）５０によって加温され、液化ガスの気化熱によりベーパライザ４８の凍結が防止される。図示の場合、上記加温装置５０にはエンジン本体１０の冷却水室に連通する冷却水供給通路５２から冷却水が供給され、ベーパライザ４８を加温した冷却水は冷却水排出通路５４から上記ＥＧＲクーラ３８の水室５６に冷却媒体として供給される。同水室５６に供給された冷却水は多数の小径管５８内を流れるＥＧＲガスを冷却したのち戻し通路６０からウオータポンプ６２の吸入側に流れる。
【０００９】
なお、図中符号６４はエンジン本体１２を冷却した冷却水をラジエータ２２のアッパタンクに供給するラジエータ入口通路、６６は同ラジエータ入口通路６４に介装された周知のサーモスタット、６８は冷却水温が低いときに冷却水をウオータポンプ６２の吸込側に流すラジエータバイパス通路、７０はラジエータ２２で冷却されたロワタンク内の冷却水をウオータポンプ６２の吸込側に流すラジエータ出口通路である。
【００１０】
上記構成において、液化ガスエンジン１０の運転中、液化ガス源４６からベーパライザ４８に供給された液化ガスは、同ベーパライザで気化されてキャブレター２６のノズル３２に供給され、吸気管３４から吸入された空気と混合して混合気となり、吸気マニホールド１４からエンジン本体１２の各シリンダ内で燃焼して排気ガスとなり排気マニホールド１６に排出される。排気ガスの一部は、エンジンの運転状態に応じてコントロールユニット４４により開度を制御されるＥＧＲ弁４２により流量を制御されて吸気マニホールド１４の集合管部２４に供給され、上記混合気に添加されて各シリンダに供給され、排気ガス中の有害成分であるＮＯ_ｘの生成が低減される。
【００１１】
一方、ウオータポンプ６２から吐出されたエンジン冷却水の大部分は、クランクケース内の冷却水室を流れたのちシリンダヘッド内の冷却水室を経てラジエータ入口通路６４からラジエータ２２に流れ、クーリングファン２０により吸引された冷却風により冷却されたのち、ラジエータ出口通路７０からウオータポンプ６２の吸引側に還流する。またエンジン冷却水の一部が、上記冷却水循環回路の適所、図示の場合エンジン本体１２のクランクケース又はシリンダヘッドの冷却水室から分岐して冷却水供給通路５２に流れ、加温装置５０に流入する。加温装置５０に流入した冷却水は、ベーパライザ４８に気化熱を与えて自らは低温に冷却されると共に、ベーパライザ４８の凍結を防止する。
【００１２】
加温装置５０で冷却されたエンジン冷却水は、冷却水排出通路５４からＥＧＲクーラ３８の水室５６内に流入し、多数の小径管５８内を流れるＥＧＲガスを冷却して戻し通路６０からウオータポンプ６２の吸込側に還流する。
この結果、液化ガスエンジン１０の吸気系に供給されるＥＧＲガスの温度が、十分低温に冷却されるので、エンジンの吸気充填率が向上し、エンジン出力が増大する。逆に、或る一定の必要なＥＧＲガス重量に対しその容積が減少するので、燃費及び排気ガス性能が向上する。
【００１３】
次に、図２は本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。この実施形態では、エンジン冷却水をエンジン本体１２側から抽出する冷却水供給通路５２の加温装置５０より上流側に、コントロールユニット４４の駆動出力に応動する電磁アクチュエータ７２によって開閉される開閉弁７４を設けると共に、ＥＧＲクーラ３８の水室５６からエンジン冷却水をエンジン本体１２の冷却水系に戻す戻し通路６０内に、コントロールユニット４４の駆動出力に応動する電磁アクチュエータ７６によって開閉される開閉弁７８を設け、さらに、一端を上記開閉弁７４と加温装置５０との間の冷却水供給通路５２に接続されると共に、他端を開閉弁７８と水室５６との間の戻し通路６０に接続される冷却水還流用のバイパス通路８０を設け、同バイパス通路８０内に図示を省略されている電動モータにより駆動される循環ポンプ８２が配設されている構成を除き、その他の構成は図１の実施形態と実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。なお、図２では戻し通路６０がエンジン本体１２の冷却水室に接続されているが、同図中に一点鎖線で示したように、ウオータポンプ６２の吸込側に接続し図１と同様な構成としても良い。
【００１４】
図２の構成において、液化ガスエンジン１０が休止し又は暖機運転を行っていてエンジン冷却水温Ｔｗが設定温度より低い場合等ＥＧＲが行なわれない運転状態では、コントロールユニット４４の指令により、ＥＧＲ弁４２が閉止されると共に、開閉弁７４及び７８が何れも開いていて、エンジン冷却水が加温装置５０及びＥＧＲクーラ３８の水室５６並びに冷却水供給通路５２、戻し通路６０、バイパス通路８０に充満している。液化ガスエンジン１０がＥＧＲを必要とする運転状態になると、コントロールユニット４４の駆動信号によりＥＧＲ弁４２が、エンジンの運転状態に応じた開度に開かれると共に、開閉弁７４及び７８が閉止され、さらに循環ポンプ８２が運転される。
【００１５】
この結果、開閉弁７４の下流側における冷却水供給通路５２から加温装置５０、冷却水排出通路５４、ＥＧＲクーラ３８の水室５６、開閉弁７８より上流側の戻し通路６０、バイパス通路８０及び循環ポンプ８２を経て再び冷却水供給通路５２に戻る冷却水の循環回路が形成される。
この場合、循環ポンプ８２から吐出されたエンジン冷却水が、加温装置５０に供給されてベーパライザ４８における液化ガスの気化熱を提供することにより同ベーパライザ４８の凍結を防止すると共に、自らは低温の冷却水となってＥＧＲクーラ３８の水室５６に流れ、ＥＧＲ通路３６からＥＧＲクーラ３８の多数の小径管５８を流れるＥＧＲガスを冷却したのち、再び循環ポンプ８２に還流する。同じ冷却水が繰り返し加温装置５０を流れて冷却されるので、図１の構成よりＥＧＲガスを一層低温に冷却することができ、従って、吸気の充填効率を一層向上してエンジン出力を増大することができ、また所要のＥＧＲガス重量に対しその容積がさらに低減するので、燃費及び排気ガス性能のさらなる向上が達成される。
【００１６】
なお、図２の構成において、通常、加温装置５０及びＥＧＲクーラ３８を流れる冷却水量はそれほど多くを必要としないので、戻し通路６０内の開閉弁７８を省略することができる。この場合、戻し通路６０の断面積は十分小さく、同戻し通路６０を通じてのエンジン本体１２の冷却水系との冷却水の出入りは実質的に無いか、もしくは無視し得る程度に少量であるので、上記冷却水循環回路と実質的に同等の作用効果を奏することができる。
【００１７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で種々の変更、修正を加え実施することができる。一例として、ＥＧＲクーラ３８は、図示の夫々直管からなる多数の小径管５８を有する熱交換装置に代え、１個以上のＵ字状屈曲部を含む蛇管状の熱交換管を有する装置等を適宜採用することができ、また図示は省略されているが、小径管５８を囲む水室５６内には、１個以上複数個のバッフルプレートを配置して冷却水を水室内でＵ字状に折流させることが好ましく、また小径管５８の外側に熱交換フィンを設けることも有効である。さらに図示のＥＧＲクーラ３８における小径管５８を冷却水の通路とし、水室５６をＥＧＲガス通路とするように夫々の通路配置を変更することも容易である。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、ベーパライザ加温装置で冷却された冷却水がエンジンの吸気に還流される排気ガスの冷却媒体として供給される再循環排気ガス冷却装置を備え、この再循環排気ガス冷却装置を冷却した冷却水をエンジン冷却水系に戻すとともに、循環ポンプを備えた冷却水循環回路を設け、循環ポンプを駆動してベーパライザ加温装置から再循環排気ガス冷却装置を通り再びベーパライザ加温装置に戻るように冷却水を循環することを特徴とするものである。そして、ベーパライザにおける液化ガスの気化熱を利用してＥＧＲガスをより低温に冷却することにより、エンジンの吸気充填率を向上してエンジンの出力の増加を図ることができ、また所要のＥＧＲガス供給重量に対してその容積を低減することができるので、燃費を向上し排気性能を改善し得る利点がある。
【００１９】
また、本発明は、冷却水供給通路と戻し通路とを連通するバイパス通路を設け、このバイパス通路よりも下流側の戻し通路に開閉弁を備え、上記循環ポンプを駆動し、且つ上記冷却水供給通路側の開閉弁及び上記戻し通路の上記開閉弁を閉止することにより、上記ベーパライザ加温装置から再循環排気ガス冷却装置を通り再びベーパライザ加温装置に戻る冷却水循環回路が形成されることを特徴とする。従って、液化ガスの気化熱を有効利用してＥＧＲガスを一層低温に冷却することができるので、吸気充填率、エンジン出力、燃費及び排気ガス性能のさらなる改善を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０…液化ガスエンジン、１２…エンジン本体、１４…吸気マニホールド、１６…排気マニホールド、２２…ラジエータ、２４…吸気マニホールド１４の集合管部、２６…キャブレター、３４…吸気管、３６…ＥＧＲ通路、３８…ＥＧＲクーラ、４２…ＥＧＲ弁、４４…コントロールユニット、４６…液化ガス源、４８…ベーパライザ、５０…ベーパライザ加温装置、５２…冷却水供給通路、５４…冷却水排出通路、６０…戻し通路、６２…ウオータポンプ、７４及び７８…開閉弁、８０…バイパス通路、８２…循環ポンプ。

Claims

エンジンと、燃料液化ガスを貯溜した液化ガス源からの液化ガスを気化させるベーパライザと、上記エンジンと連通する冷却水供給通路と、該冷却水供給通路と接続され、上記エンジンの冷却水を加熱媒体として上記ベーパライザに供給して該ベーパライザを加温するベーパライザ加温装置と、上記ベーパライザ加温装置と連通する冷却水排出通路と、該冷却水排出通路と接続され、上記ベーパライザ加温装置で冷却された冷却水が上記エンジンの吸気に還流される排気ガスの冷却媒体として供給される再循環排気ガス冷却装置と、上記再循環排気ガス冷却装置を冷却した冷却水をエンジン冷却水系に戻す戻し通路と、上記冷却水供給通路に配設された開閉弁と、上記開閉弁よりも下流側の上記冷却水供給通路と戻し通路とを連通するバイパス通路と、上記バイパス通路に設けられた循環ポンプとを備え、
上記循環ポンプを駆動し且つ上記開閉弁を閉止することにより、上記ベーパライザ加温装置から再循環排気ガス冷却装置を通り再びベーパライザ加温装置に戻る冷却水循環回路が形成されるように構成されたことを特徴とする液化ガスエンジン。
上記バイパス通路よりも下流側の上記戻し通路に開閉弁を備え、上記循環ポンプを駆動し、且つ上記冷却水供給通路側の上記開閉弁及び上記戻し通路の上記開閉弁を閉止することにより、上記ベーパライザ加温装置から再循環排気ガス冷却装置を通り再びベーパライザ加温装置に戻る冷却水循環回路が形成されるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の液化ガスエンジン。