JP4054441B2 - Egr装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンのEGR装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンのNOx対策として排気の一部を吸気側に還流するEGR装置がよく知られている。このうち、還流ガス(EGRガス)の密度を高めるため、EGRガスを冷却するEGRクーラを備えるものがある(特開平9ー137754号公報,特開平9ー280118号公報)。
【0003】
その一例を説明すると、エンジンの排気通路を吸気通路に連通するEGR通路が設けられ、その通路途中に排気還流率(EGR率)を制御するEGRバルブと、EGRガスを冷却するEGRクーラが介装される。
【0004】
EGRバルブが開くと、エンジンの排気の一部が還流され、EGRクーラが冷却流体との間で熱交換を行うことにより、冷却管を通過するEGRガスを冷却する。そのため、EGR率を高くしても、エンジンへの吸入空気量を確保することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このようなEGR通路において、EGRクーラとEGRバルブはそれぞれ別途に介装される。そのため、EGRクーラの前後とEGRバルブの前後にそれぞれEGR通路の配管を接続しなければならず、これら配管作業に手間が掛かるという不具合があった。また、これらの支持手段(ブラケットなど)を単独に設ける必要があり、組付性も良くない。
【0006】
なお、エンジンのシリンダブロックにおいて、その外壁にウォータジャケットと連通するようにEGRクーラを取り付けると共に、その上流側にEGRバルブを一体的に組み付けたものが知られている(特開平10ー2256号公報)。
【0007】
この発明は、このような問題点の有効な対策手段の提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明では、エンジンの排気を吸気側に環流するEGR通路と、その環流率を制御するEGRバルブと、環流ガスを冷却するEGRクーラと、を備えるEGR装置において、EGRクーラは、筒形の胴体と、胴体の内部を貫通する冷却管と、冷却管の回りに胴体で囲われる流路と、から冷却管を通過するEGRガスと流路を通過する冷却水との間で熱交換を行う構成になり、EGRバルブはハウジングにジャケットが形成される一方、EGRクーラのEGRガスの出口部にEGRバルブを一体的に組み付けると共に、EGRクーラおよびEGRバルブは、排気マニホールド上にエンジンの前後方向へ沿う横置状態に組み付けられ、冷却水の配管については、EGRクーラの流路の入口側の接続部にエンジンの冷却水路の高圧側を、EGRクーラの流路の出口側の接続部にEGRバルブのジャケットの一方の接続部を、EGRバルブのジャケットのもう一方の接続部にエンジンの冷却水路の低圧側をそれぞれ配管することにより、エンジンの冷却水路に対し、EGRクーラの流路とEGRバルブのジャケットを直列に介装したことを特徴とする。
【0009】
第2の発明では、第1の発明において、EGRクーラの出口部にその外周を跨ぐように形成される取付部と、取付部の両側に対応して排気マニホールド上に突設されるボス部と、を備えており、取付部の両側をそれぞれ対応するボス部に締め付けると共に、EGRクーラの入口部に一端が連結されるEGR通路の配管について、その他端を排気マニホールドに形成されるEGR通路との接合部に略水平な接合面を介して連結することにより、EGRクーラおよびEGRバルブは、排気マニホールド上でエンジンの前後方向へ沿う横置状態に組み付けたことを特徴とする。
【0010】
【発明の効果】
第1の発明では、EGRが行われると、EGRガスはEGRクーラおよびEGRバルブを経由して吸気側へ供給される。EGRクーラにおいて、冷却管を通過するEGRガスは、胴体の内部を流れる冷却水との熱交換により冷却され、EGRバルブへ送り出される。この場合、EGRクーラで冷却後のEGRガスがEGRバルブを通過するため、EGRバルブの熱負荷を低減できる。また、EGRバルブは冷却後のEGRガスが制御対象のため、エンジンの排気温度に大きく影響されることなく、EGR率を安定的に精度よく制御できる。EGRバルブもハウジングのジャケットを通過する冷却水で熱負荷が低減されるため、高い信頼性と耐久性が得られる。
EGRクーラにEGRバルブを一体的に組み付けることにより、EGRクーラとEGRバルブを配管で接続しなくて済むため、EGR通路の配管作業は簡略化される。また、これらの支持手段も共用可能なため、組付性の向上が得られる。また、EGRクーラおよびEGRバルブは、排気マニホールド上にエンジンの前後方向へ沿う横置きでコンパクトに組み付けられるため、エンジンの周辺スペースを有効に活用できる。
【0011】
第2の発明では、EGRクーラ14およびEGRバルブ19はブラケットなどに拠らず、排気マニホールド10上に取り付け、その強度などを利用することにより、これら重量(冷却水の重量も加わる)に耐える高い支持剛性が得られる。また、2つのボス部21および配管22との接合部の3点でバランスよく支持される。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1において、10はエンジンの排気マニホールドであり、各シリンダに対応する分岐管11とこれらの集合部12とから形成される。各分岐管11にシリンダヘッドとの取付部11aが形成され、集合部12に排気管(図示せず)との接合部12aが形成される。13はエンジンの排気を吸気側に還流するEGR通路であり、排気マニホールド10の一端部にEGR通路13との接合部13aが形成される。EGR通路13の途中には、EGRガス(還流ガス)を冷却するEGRクーラ14と、EGR率(還流率)を制御するEGRバルブ19が介装される。
【0013】
EGRクーラ14は図2〜図4のように筒形の胴体15とその内部を軸方向へ貫通する複数の冷却管16とからなり、その回りに胴体15で囲われる流路17が形成され、冷却管16を通過するEGRガスとその回りの流路17を通過する冷却水との間で熱交換を行うようになっている。18a,18bは冷却配管用の接続部(例えばボス部など)であり、EGRガスの入口側と出口側に配置される。各接続部18a,18bに図示しないが、例えばアイコネクタがアイボルトで締め付けられ、これらアイコネクタにエンジンの冷却水が胴体15で囲われる流路17を経由して循環するように配管される。
【0014】
EGRクーラ14の外周にこれを直交方向へ跨がる台座形の取付部20が形成され、その両側に締付ボルト用の貫通穴20aが設けられる。排気マニホールド上10には、取付部20の貫通穴20aに対応するボス部21が突設され、これらボス部21に締付ボルト用のネジ穴(図示せず)が形成される。そして、ボス部21に取付部20を重ね、貫通穴20aを通して締付ボルト(図示せず)をネジ穴に螺合することにより、EGRクーラ14は排気マニホールド10上でエンジンの前後方向へ沿う横置きに取り付けられる。
【0015】
図1において、22はEGR通路13の配管であり、その一端は排気マニホールド10の接合部13aに連結される。EGRクーラ14は前後にコネクタ23,24を備える。前側のコネクタ23は、胴体15の外周に大径開口部22aを介して嵌合され、反対側へ円筒形を絞ることにより、配管22の径寸法に対応する小径開口部22bが形成される。配管22の他端に小径開口部22bが連結され、コネクタ23はその内側に配管22からのEGRガスを各分岐管16へ拡散させる入口部25を形成する。配管22との接合部13aは、ボス部21と共にEGRクーラ14の支持部を構成するよう、配管22を介してEGRクーラ14の前部を支持する上向きの略水平な接合面に形成される。なお、EGR通路13の配管22やEGRクーラ14のコネクタ23などは、耐振性の向上をはかるため、これらの一部を例えば伸び縮み可能な、いわゆる蛇腹構造に形成してもよい。
【0016】
後側のコネクタ24は、両端が略同径に開口するストレートな円筒形に形成され、胴体15の外周に一方の開口部24aを介して嵌合される。もう一方の開口部24bにEGRバルブ19が一体的に組み付けられ、コネクタ24はその内側に各分岐管からEGRバルブ19へEGRガスをストレートに案内する出口部26を形成する。なお、EGRクーラ14の取付部20は、コネクタ24の外周に一体形成される。27はエンジンの吸気通路(図示せず)に一端が接続するEGR通路13の配管であり、その他端はEGRバルブ19の通路出口32に接続される。
【0017】
EGRバルブ19は図5のようにハウジング30の一側面に通路入口31が、これと直交する側面に通路出口32がそれぞれ開口され、これらを結ぶ湾曲通路33が形成される。通路入口31の接合面にEGRクーラ19の出口部26が、同じく通路出口32の接合面にEGR通路13の配管27がそれぞれ連結される。湾曲通路30への直前(通路出口側)にバルブシート34が形成され、そのシート面に対応するバルブヘッド35aを備えるポペット弁35が設けられる。ポペット弁35はハウジング30にバルブステム35bを介してバルブシート34の開閉方向へ摺動自由に支持される。
【0018】
36はポペット弁35を開閉するアクチュエータであり、エアシリンダ構造のものが採用される。シリンダに2つのエア配管用の接続部36a,36bが開口され、これらのそれぞれをエア圧発生源と継ぐ配管(図示せず)にポペット弁35のストローク(開閉)を制御するバルブが設けられる。EGRバルブ19において、EGRクーラ14側の通路入口31は、配管27側の通路出口32に較べて内径が大きくなり、通路途中に段差部37を生じるが、バルブシート34はこれを係止面に利用して組み付けられる。
【0019】
EGRバルブ19の熱負荷を防止するため、ハウジング30の内部に湾曲通路33およびポペット弁35のバルブステム35bを包むようにジャケット(図示せず)が形成される。40a,40bは配管用の接続部であり、ハウジング30の側面に2つ配置される。各接続部40a,40bに図示しないが、アイコネクタがアイボルトで締め付けられ、これらアイコネクタにエンジンの冷却水がこのジャケットを経由して循環するように配管される。
【0020】
このような構成により、EGRが行われると、EGRガスはEGRクーラ14およびEGRバルブ19を経由して吸気側へ供給される。EGRクーラ14において、各冷却管16の内部を通過するEGRガスは、胴体15の内部を流れる冷却水との熱交換により冷却され、EGRバルブ19へ送り出される。この場合、EGRクーラ14で冷却後のEGRガスがEGRバルブ19を通過するため、EGRバルブの熱負荷を低減できる。また、EGRバルブは冷却後のEGRガスが制御対象のため、エンジンの排気温度に大きく影響されることなく、EGR率を安定的に精度よく制御できる。
【0021】
EGRバルブ19もハウジング30のジャケットを通過する冷却水で熱負荷が低減されるため、高い信頼性と耐久性が得られる。この場合、EGRクーラ14にEGRバルブ19を一体的に組み付けることにより、EGRクーラ14とEGRバルブ19の間を配管で接続しなくて済むため、EGR通路13の配管作業は簡略化される。また、これらの支持手段(取付部20とボス部21など)も共用可能なため、組付性の向上が得られる。
【0022】
EGRクーラ14は胴体15の内部に冷却水の流路17も備えるので、EGR通路13の配管22,27に較べると、径寸法が大きくなるため、従来の場合は胴体15の両端に絞り付きのコネクタが取り付けられる。この実施形態では、EGRクーラ14の出口部26とEGRバルブ19の通路入口31が同径(図5のd寸法)になり、後側のコネクタ24は絞りを持たないため、圧力損失の低下も得られる。
【0023】
EGRバルブ19の内部通路33において、EGRクーラ19側と配管27側との径寸法の調整は、段差部37で簡単に行える。段差部37はバルブシート34の係止面に利用されるため、その加工も無駄がなく、絞り付きのコネクタに較べると、コスト的にも有利となる。
【0024】
EGRクーラ14およびEGRバルブ19はブラケットなどに拠らず、排気マニホールド10上に取り付け、その強度などを利用することにより、これら重量(冷却水の重量も加わる)に耐える高い支持剛性が得られる。また、2つのボス部21および配管22との接合部の3点でバランスよく支持される。EGRクーラ14およびEGRバルブ19は、排気マニホールド10上にエンジンの前後方向へ沿う横置きでコンパクトに組み付けられるため、エンジンの周辺スペースを有効に活用できる。
【0025】
冷却水の配管について、エンジンの冷却水路(図示せず)に対し、EGRクーラ14とEGRバルブ19は直列に介装される。EGRクーラ14の入口側の接続部18aにエンジンの冷却水路の高圧側が、EGRクーラ14の出口側の接続部18bにEGRバルブ19の一方の接続部40aが、EGRバルブ19のもう一方の接続部40bにエンジンの冷却水路の低圧側がそれぞれ配管される(図1参照)。
【0026】
エンジンの冷却水はEGRクーラ14を通過し、その後にEGRバルブ19を通過する。EGRクーラにおいて、EGRガスの入口側の接続部18aから冷却水はその出口側の接続部18bへとEGRガスの流れに沿うように流れる。つまり、EGRクーラ14の高温側から低温側(比較的という意味)へと冷却水は流れる。仮にその流れ方向が逆の場合、低温側から入って高温側へ流れる間に加熱され、その冷却水が高温部で沸騰するようなことが考えられる。この場合、高温側から低温側へと流れる冷却水は、高温部で急激に温度上昇するが、低温側へ向かうにしたがって温度上昇が緩やかになるため、冷却水が沸騰するのを抑える効果が得られる。
【0027】
EGRクーラ14およびEGRバルブ19において、これらの冷却水の流れを制御するため、配管45に開閉バルブ46が介装される。図示しないが、エンジンの冷却水温を検出する手段と、この検出信号に基づいて開閉バルブを制御するコントローラが設けられる。これにより、暖機運転時など冷却水温が低いときに開閉バルブ46が閉じると、EGRクーラ14およびEGRバルブ19への冷却水が遮断され、これらを冷却水が循環しないため、EGRガスの過度な温度低下(エンジンの燃焼状態の悪化をもたらす)を回避できる。開閉バルブ46はいずれか1つでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表すシステムの構成図である。
【図2】同じくEGRクーラの側面を表す一部切除の正面図である。
【図3】同じくEGRクーラの前面(入口側)を表す右側面図である。
【図4】同じくEGRクーラの後面(出口側)を表す左側面図である。
【図5】同じくEGRバルブの側面を表す一部切除の正面図である。
【符号の説明】
10 排気マニホールド
13 EGR通路
14 EGRクーラ
19 EGRバルブ
20 取付部
21 ボス部
22,27 EGR通路の配管
23,24 コネクタ
25 EGRクーラの入口部
26 EGRクーラの出口部
30 EGRバルブのハウジング
31 EGRバルブの通路入口
32 EGRバルブの通路出口
33 EGRバルブの湾曲通路
34 バルブシート
35 ポペット弁
36 EGRバルブのアクチュエータ
Claims (2)
- エンジンの排気を吸気側に環流するEGR通路と、その環流率を制御するEGRバルブと、環流ガスを冷却するEGRクーラと、を備えるEGR装置において、EGRクーラは、筒形の胴体と、胴体の内部を貫通する冷却管と、冷却管の回りに胴体で囲われる流路と、から冷却管を通過するEGRガスと流路を通過する冷却水との間で熱交換を行う構成になり、EGRバルブはハウジングにジャケットが形成される一方、EGRクーラのEGRガスの出口部にEGRバルブを一体的に組み付けると共に、EGRクーラおよびEGRバルブは、排気マニホールド上にエンジンの前後方向へ沿う横置状態に組み付けられ、冷却水の配管については、EGRクーラの流路の入口側の接続部にエンジンの冷却水路の高圧側を、EGRクーラの流路の出口側の接続部にEGRバルブのジャケットの一方の接続部を、EGRバルブのジャケットのもう一方の接続部にエンジンの冷却水路の低圧側をそれぞれ配管することにより、エンジンの冷却水路に対し、EGRクーラの流路とEGRバルブのジャケットを直列に介装したことを特徴とするEGR装置。
- EGRクーラの出口部にその外周を跨ぐように形成される取付部と、取付部の両側に対応して排気マニホールド上に突設されるボス部と、を備えており、取付部の両側をそれぞれ対応するボス部に締め付けると共に、EGRクーラの入口部に一端が連結されるEGR通路の配管について、その他端を排気マニホールドに形成されるEGR通路との接合部に略水平な接合面を介して連結することにより、EGRクーラおよびEGRバルブは、排気マニホールド上でエンジンの前後方向へ沿う横置状態に組み付けたことを特徴とする請求項1に記載のEGR装置。
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