JP4293459B2 - Reflux gas cooling mechanism - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気通路から吸気通路へ連通して排気ガスの一部を吸気通路へ還流させる排気ガス還流装置（以下、「ＥＧＲ装置」と記す）における還流ガス（以下、「ＥＧＲガス」と記す）の冷却機構に関する。   The present invention relates to a recirculation gas (hereinafter referred to as “EGR gas”) in an exhaust gas recirculation device (hereinafter referred to as “EGR device”) that communicates from an exhaust passage of an internal combustion engine to an intake passage to recirculate part of the exhaust gas to the intake passage. ”).

内燃機関の排気ガス性状の改善、特に窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記す）の削減のために、排気通路から吸気通路へ連通し、排気ガスの一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置は知られている。また、このＥＧＲ装置において、さらに排気ガスを改善するために冷却器を介装してＥＧＲガスを冷却する技術についても知られている。   An EGR device that communicates from the exhaust passage to the intake passage and recirculates part of the exhaust gas to the intake passage is known in order to improve the exhaust gas properties of the internal combustion engine, particularly to reduce nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx). It has been. In addition, in this EGR device, a technique for cooling the EGR gas via a cooler in order to further improve the exhaust gas is also known.

例えば特許文献１には、シリンダブロック内にＥＧＲ冷却器をビルトインする技術、特許文献２には、ヒータ用パイプを通る冷却水でＥＧＲガスを冷却する技術、特許文献３には、吸入空気制御装置とＥＧＲ装置とを直列に接続した冷却水通路を設けてＥＧＲガスを冷却する技術等が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a technique for building an EGR cooler in a cylinder block, Patent Document 2 discloses a technique for cooling EGR gas with cooling water passing through a heater pipe, and Patent Document 3 discloses an intake air control device. And a technique for cooling the EGR gas by providing a cooling water passage in which the EGR device and the EGR device are connected in series.

さらに、特許文献４には、ＥＧＲ冷却器に圧電素子を設けて高周波駆動し腐食を防止する技術、あるいは特許文献５には、排気側と吸気側とを連結するＥＧＲパイプを短くして煤の成長を抑制する技術等が開示されている。   Furthermore, Patent Document 4 discloses a technique for preventing corrosion by providing a piezoelectric element in an EGR cooler, or Patent Document 5 discloses that the EGR pipe connecting the exhaust side and the intake side is shortened to reduce the corrosion. Technologies for suppressing growth are disclosed.

しかし、これらの技術では、ＥＧＲガスの冷却のために特別なＥＧＲ冷却器を設け、その冷却器には機関の冷却装置から冷却水を導くために複雑な装置になり、あるいは機構全体が大型化、重量化してしまうという問題点を有している。
特開平７−４２６２８号公報 特開平７−１８０６２０号公報 特開平６−２２９３２８号公報 特開平７−２４３３５４号公報 特公平８−２１８９５０号公報 However, in these technologies, a special EGR cooler is provided for cooling the EGR gas, and the cooler becomes a complicated device for guiding cooling water from the engine cooling device, or the whole mechanism is enlarged. However, it has a problem that the weight is increased.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-42628 JP-A-7-180620 JP-A-6-229328 JP-A-7-243354 Japanese Patent Publication No. 8-218950

本発明は、上記した従来技術の問題点に対して提案されたものであり、ＥＧＲガスの冷却のために出来るだけ特別な部品を設けることなく、簡単な構成でＥＧＲガスの冷却を行うことができるＥＧＲガスの冷却機構を提供することを目的としている。   The present invention has been proposed for the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to cool the EGR gas with a simple configuration without providing special parts as much as possible for cooling the EGR gas. It aims at providing the cooling mechanism of EGR gas which can be performed.

本発明によれば、シリンダヘッド（１）にはクランク軸直角方向の一方側に排気マニホールド（２）が取り付けられ、その他方側に吸気マニホールド（３）が取り付けられており、ＥＧＲ管（６）が前記排気マニホールド（２）にその一端が取り付けられ、前方に延びてシリンダヘッド（１）の前方を横切り、対向側に出て前記吸気マニホールド（３）に取り付けられたＥＧＲバルブ（５）にその他端が連通されており、前記シリンダヘッド（１）の前方にはファン（１０）が設けられ、そのファン（１０）の前方にはラジエータ（２３）が配置され、そして前記シリンダヘッド（１）とウオータサブタンク（２４）とは第１のエアベンチレーション管（２８）で連結され、前記ラジエータ（２３）とウオータサブタンク（２４）とは第２のエアベンチレーション管（２９）で連結されているエンジンの還流ガスの冷却機構において、前記ＥＧＲ管（６）は排気マニホールド（２）に接続されて他端がサーモスタットハウジング（４）に接続された第1のＥＧＲ管（７Ａ）と、そのサーモスタットハウジング（４）の対向側に接続されて他端が前記ＥＧＲバルブ（５）を介して排気マニホールド（２）に接続された第２のＥＧＲ管（７Ｂ）と、前記第1のＥＧＲ管（７Ａ）と第２のＥＧＲ管（７Ｂ）との間に設けられたＥＧＲ冷却管（８）とで構成され、そのＥＧＲ冷却管（８）はサーモスタット（１２）が収容された前記サーモスタットハウジング（４）内に鋳込みで設けられ、サーモスタットハウジング（４）内を貫通し冷却水（Ａ）でその内部のＥＧＲガスが冷却されており、かつ前記サーモスタット（１２）の上流側に挿入されている。 According to the present invention, an exhaust manifold (2) is attached to one side of the cylinder head (1) in the direction perpendicular to the crankshaft, and an intake manifold (3) is attached to the other side, and the EGR pipe (6) One end is attached to the exhaust manifold (2), extends forward, traverses the front of the cylinder head (1), exits to the opposite side, and is attached to the EGR valve (5) attached to the intake manifold (3). An end is in communication, a fan (10) is provided in front of the cylinder head (1), a radiator (23) is disposed in front of the fan (10), and the cylinder head (1) The water sub-tank (24) is connected by a first air ventilation pipe (28), and the radiator (23) and the water sub-tank (24) are connected to the second air-ventilation pipe (28). In the cooling mechanism of the recirculated gas engine are connected by A ventilation tube (29), the other end said EGR pipe (6) is connected to an exhaust manifold (2) is connected to the thermostat housing (4) 1 EGR pipe (7A) and a second EGR pipe (7B) connected to the opposite side of the thermostat housing (4) and having the other end connected to the exhaust manifold (2) via the EGR valve (5) ) And an EGR cooling pipe (8) provided between the first EGR pipe (7A) and the second EGR pipe (7B), and the EGR cooling pipe (8) is a thermostat (12). ) Is housed in the thermostat housing (4) in which the thermostat housing (4) is housed, and the EGR gas inside the thermostat housing (4) is cooled by cooling water (A) . One is inserted upstream of the thermostat (12).

斯かる構成を有する本発明によれば、前記還流ガス管路が、シリンダヘッドに取り付けられたサーモスタットハウジング内を貫通して冷却水によって冷却される様に構成されていることにより、ＮＯｘ生成量を増加すること無く、ＥＧＲクーラを省略することが出来る。   According to the present invention having such a configuration, the reflux gas conduit is configured to pass through the thermostat housing attached to the cylinder head and be cooled by the cooling water, thereby reducing the NOx generation amount. The EGR cooler can be omitted without increasing.

本発明は以上説明したように構成され、以下に示す効果を奏する。
（１） 排気マニホールドから分岐し吸気マニホールドに連通しているＥＧＲガス管路をシリンダヘッドに取り付けられたサーモスタットハウジング内を貫通する構成であり、冷却水が沸騰しても発生した水蒸気をウォータサブタンクを経由して外部に逃がすことができるので、サーモスタットハウジング内の異常な昇圧を防止して安全性を向上することができる。
（２） エンジン出口のサーモスタットハウジング内でＥＧＲ管が冷却されるので、その加熱によってシリンダブロックやシリンダヘッドの冷却性能に悪影響が及ぼす様なことはない。 The present invention is configured as described above and has the following effects.
(1) The EGR gas pipe that branches off from the exhaust manifold and communicates with the intake manifold passes through the inside of the thermostat housing attached to the cylinder head. Since it can be released to the outside via the passage, abnormal pressure increase in the thermostat housing can be prevented and safety can be improved.
(2) Since the EGR pipe is cooled in the thermostat housing at the engine outlet, the heating does not adversely affect the cooling performance of the cylinder block or the cylinder head.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１および図２には、ＥＧＲ管６のレイアウトの一例を示す。シリンダヘッド１の左右方向（クランク軸直角方向）の一方側には排気マニホールド２が、他方側には吸気マニホールド３が取り付けられている。
排気通路である排気マニホールド２には、ＥＧＲ管６の一端が取り付けられており、そのＥＧＲ管６は、前方に延びシリンダヘッド１の前方を左右方向に横切って対向側に出、その他端は吸気通路である吸気マニホールド３に取り付けられたＥＧＲバルブ５に連通されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 and 2 show an example of the layout of the EGR pipe 6. An exhaust manifold 2 is attached to one side of the cylinder head 1 in the left-right direction (a direction perpendicular to the crankshaft), and an intake manifold 3 is attached to the other side.
One end of an EGR pipe 6 is attached to the exhaust manifold 2 serving as an exhaust passage. The EGR pipe 6 extends forward and crosses the front of the cylinder head 1 in the left-right direction to the opposite side, and the other end is intake air. It communicates with an EGR valve 5 attached to an intake manifold 3 as a passage.

本発明によれば、図３、図４に示すように、ＥＧＲ管７（８）が、サーモスタットハウジング４内を通過して、当該ハウジング内の冷却水で冷却されている。
図３において、エンジン（シリンダブロック２１およびシリンダヘッド１で示す）の前方（図３では左方）にはラジエータ２３が設けられている。ラジエータ２３で冷却された冷却水は、ウォータポンプ２７を介装する配管３０を介してシリンダブロック２１、シリンダヘッド１を冷却した後に、サーモスタット１２を収容するサーモスタットハウジング４を経由してラジエータ２３に戻る。 According to the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, the EGR pipe 7 (8) passes through the thermostat housing 4 and is cooled by the cooling water in the housing.
In FIG. 3, a radiator 23 is provided in front of the engine (indicated by the cylinder block 21 and the cylinder head 1) (left side in FIG. 3). The cooling water cooled by the radiator 23 cools the cylinder block 21 and the cylinder head 1 via the pipe 30 that interposes the water pump 27, and then returns to the radiator 23 via the thermostat housing 4 that houses the thermostat 12. .

ここで、サーモスタットハウジング４には、図３の紙面に垂直な方向にＥＧＲ管７（８）が配置されている。そして、このＥＧＲ管７（８）は、図１および図２に示した様に、ファン１０の後方を通って冷却空気により冷却されている。
なお、図３において、符号２５は冷却水のバイパス管を示しており、符号２８は第１のエアベンチレーション管、符号２９は第２のエアベンチレーション管を示している。 Here, the thermostat housing 4 is provided with an EGR pipe 7 (8) in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. And this EGR pipe | tube 7 (8) is cooled by the cooling air through the back of the fan 10, as shown in FIG. 1 and FIG.
In FIG. 3, reference numeral 25 denotes a bypass pipe for cooling water, reference numeral 28 denotes a first air ventilation pipe, and reference numeral 29 denotes a second air ventilation pipe.

サーモスタットハウジング４とＥＧＲ管との位置関係については、図４にさらに詳細に示されている。
図４において、シリンダヘッド（図４では図示せず）の左右方向の一方側には排気マニホールド２（図４）が、他方側には吸気マニホールド３（図４）が取り付けられており、また、前側にはサーモスタットハウジング４が取り付けられている。そして、ＥＧＲ管路としては、排気マニホールド２に接続された第１のＥＧＲ管７Ａがサーモスタットハウジング４に接続され、そのサーモスタットハウジング４を貫通してその対向側から第２のＥＧＲ管７Ｂにより吸気マニホールド３に取り付けられたＥＧＲバルブ（制御弁）５に接続されて構成されている。 The positional relationship between the thermostat housing 4 and the EGR pipe is shown in more detail in FIG.
In FIG. 4, an exhaust manifold 2 (FIG. 4) is attached to one side of the cylinder head (not shown in FIG. 4) in the left-right direction, and an intake manifold 3 (FIG. 4) is attached to the other side. A thermostat housing 4 is attached to the front side. As the EGR pipe line, the first EGR pipe 7A connected to the exhaust manifold 2 is connected to the thermostat housing 4, penetrates through the thermostat housing 4, and from the opposite side to the intake manifold by the second EGR pipe 7B. 3 is connected to an EGR valve (control valve) 5 attached to 3.

なお、サーモスタットハウジング４の前記貫通部は、図５に示すように、サーモスタット１２の上流側（シリンダヘッド側）にＥＧＲ冷却管８が挿通されている。そして、図６に示す実施形態ではサーモスタットハウジング４に冷却管８が鋳込みで設けられ、また、図７に示す実施形態では、別体の冷却管８Ａが挿入され、図示しない締結手段で固着されている。   As shown in FIG. 5, the penetration portion of the thermostat housing 4 is inserted with an EGR cooling pipe 8 on the upstream side (cylinder head side) of the thermostat 12. In the embodiment shown in FIG. 6, the cooling pipe 8 is cast in the thermostat housing 4, and in the embodiment shown in FIG. 7, a separate cooling pipe 8A is inserted and fixed by fastening means (not shown). Yes.

図３〜図７で説明した実施形態によれば、ＥＧＲガスは、排気マニホールド２から分岐し、第１のＥＧＲ管７Ａでサーモスタットハウジング４に導かれ、そのサーモスタットハウジング４内の冷却管８（Ａ）で冷却水によって冷却され、第２のＥＧＲ管７ＢによってＥＧＲバルブ５に導かれており、ＥＧＲバルブ５で制御されて吸気マニホールド２内に還流される。   According to the embodiment described with reference to FIGS. 3 to 7, the EGR gas branches from the exhaust manifold 2, is guided to the thermostat housing 4 by the first EGR pipe 7 </ b> A, and the cooling pipe 8 (A in the thermostat housing 4 is provided. ) And is guided to the EGR valve 5 by the second EGR pipe 7B, and is controlled by the EGR valve 5 to be recirculated into the intake manifold 2.

なお、サーモスタットハウジング４内では、冷却水温が所定値以下では、サーモスタット１２は閉じ、シリンダヘッド１を出た冷却水Ａは、矢印Ｃで示すようにバイパス管２５へバイパスされ、また、所定値以上の水温ではサーモスタット１２は開いて矢印Ｂで示すようにラジエータ（２３）へ流れる。したがって、冷却管８（Ａ）をサーモスタット１２の上流側に挿入することで、安定した水温によってＥＧＲガスは冷却され、より安定して制御することが出来る。   In the thermostat housing 4, when the cooling water temperature is equal to or lower than a predetermined value, the thermostat 12 is closed, and the cooling water A exiting the cylinder head 1 is bypassed to the bypass pipe 25 as indicated by an arrow C, and is equal to or higher than the predetermined value. As shown by the arrow B, the thermostat 12 opens to the radiator (23). Therefore, by inserting the cooling pipe 8 (A) on the upstream side of the thermostat 12, the EGR gas is cooled by a stable water temperature and can be controlled more stably.

さらに、高温のＥＧＲガスが流過するＥＧＲ管７（８）には冷却水が接触しており沸騰して水蒸気を生じても、図３で示す第１及び第２のエアベンチレーション管２８、２９を介して当該水蒸気をウォータサブタンク２４側から外部へ排出することが出来る。従って、例え冷却水が沸騰してもサーモスタットハウジング４内の圧力が極端に昇圧することは無く、安全性が維持される。   Further, even if cooling water is in contact with the EGR pipe 7 (8) through which the high-temperature EGR gas flows and boiles to produce water vapor, the first and second air ventilation pipes 28 shown in FIG. The water vapor can be discharged from the water sub-tank 24 side to the outside through 29. Therefore, even if the cooling water boils, the pressure in the thermostat housing 4 does not increase excessively, and safety is maintained.

これに加えて、ＥＧＲ管７（８）は、サーモスタットハウジング４内の冷却水によって冷却されるが、当該冷却水は、直ちにラジエータ２３へ戻される。そのため、ＥＧＲ管７（８）を冷却してもシリンダヘッド１やシリンダブロック２１の冷却性能に悪影響を及ぼすことは無い。   In addition to this, the EGR pipe 7 (8) is cooled by the cooling water in the thermostat housing 4, but the cooling water is immediately returned to the radiator 23. Therefore, even if the EGR pipe 7 (8) is cooled, the cooling performance of the cylinder head 1 and the cylinder block 21 is not adversely affected.

次に、この実施形態（図３〜図７）によるＥＧＲガスの冷却効果についての実験結果が図８に示されている。
図８において、縦軸にはＥＧＲガス温度の測定値、横軸には測定点が示され、各測定点は図４に示されている様に、Ｓ１はエキゾーストマニホールド２出口、Ｓ２はＥＧＲ管７、そしてＳ３はＥＧＲバルブ５入口である。また、破線（符号Ａ）はＥＧＲ管が冷却空気流路を通らない従来例、実線（符号Ｂ）はＥＧＲ管６がファン１０による冷却空気流路を横切る実施形態、そして鎖線（符号Ｃ）はＥＧＲ管７がサーモスタットハウジング４を貫通して冷却される本発明の実施形態のそれぞれの結果を示している。
図から判るように、ＥＧＲ管をファン後流の冷却空気流中を通すことでは約１００度、サーモスタットハウジングを貫通して冷却することでさらに約５０度の冷却効果が示されている。 Next, the experimental result about the cooling effect of EGR gas by this embodiment (FIGS. 3-7) is shown by FIG.
In FIG. 8, the vertical axis shows the measured value of the EGR gas temperature, the horizontal axis shows the measurement point, and each measurement point is as shown in FIG. 4, where S1 is the exhaust manifold 2 outlet, and S2 is the EGR pipe. 7 and S3 are EGR valve 5 inlets. The broken line (reference A) is a conventional example in which the EGR pipe does not pass through the cooling air flow path, the solid line (reference B) is an embodiment in which the EGR pipe 6 crosses the cooling air flow path by the fan 10, and the chain line (reference C) is FIG. 6 shows the respective results of an embodiment of the invention in which the EGR tube 7 is cooled through the thermostat housing 4.
As can be seen from the figure, a cooling effect of about 100 degrees is shown when the EGR pipe is passed through the cooling air flow downstream of the fan, and a cooling effect of about 50 degrees is shown by cooling through the thermostat housing.

ＥＧＲ管のレイアウトの一例を示すエンジン上面図。The engine top view which shows an example of the layout of an EGR pipe | tube. 図１の正面図。The front view of FIG. 本発明の一実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows one Embodiment of this invention. 図３で示す実施形態の斜視図。FIG. 4 is a perspective view of the embodiment shown in FIG. 3. 図３のサーモスタットハウジング部を示す断面図。Sectional drawing which shows the thermostat housing part of FIG. サーモスタットハウジング部のＥＧＲ冷却管の実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows embodiment of the EGR cooling pipe of a thermostat housing part. サーモスタットハウジング部のＥＧＲ冷却管の別の実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows another embodiment of the EGR cooling pipe of a thermostat housing part. 本発明のＥＧＲガス冷却効果の実験結果を示すグラフ。The graph which shows the experimental result of the EGR gas cooling effect of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１・・・シリンダヘッド
２・・・排気マニホールド
３・・・吸気マニホールド
４・・・サーモスタットハウジング
５・・・ＥＧＲバルブ
６・・・ＥＧＲ管
７、８・・・ＥＧＲ冷却管
１０・・・ファン
１２・・・サーモスタット DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cylinder head 2 ... Exhaust manifold 3 ... Intake manifold 4 ... Thermostat housing 5 ... EGR valve 6 ... EGR pipe 7, 8 ... EGR cooling pipe 10 ... Fan 12 ... Thermostat

Claims (1)

シリンダヘッド（１）にはクランク軸直角方向の一方側に排気マニホールド（２）が取り付けられ、その他方側に吸気マニホールド（３）が取り付けられており、ＥＧＲ管（６）が前記排気マニホールド（２）にその一端が取り付けられ、前方に延びてシリンダヘッド（１）の前方を横切り、対向側に出て前記吸気マニホールド（３）に取り付けられたＥＧＲバルブ（５）にその他端が連通されており、前記シリンダヘッド（１）の前方にはファン（１０）が設けられ、そのファン（１０）の前方にはラジエータ（２３）が配置され、そして前記シリンダヘッド（１）とウオータサブタンク（２４）とは第１のエアベンチレーション管（２８）で連結され、前記ラジエータ（２３）とウオータサブタンク（２４）とは第２のエアベンチレーション管（２９）で連結されているエンジンの還流ガスの冷却機構において、前記ＥＧＲ管（６）は排気マニホールド（２）に接続されて他端がサーモスタットハウジング（４）に接続された第1のＥＧＲ管（７Ａ）と、そのサーモスタットハウジング（４）の対向側に接続されて他端が前記ＥＧＲバルブ（５）を介して排気マニホールド（２）に接続された第２のＥＧＲ管（７Ｂ）と、前記第1のＥＧＲ管（７Ａ）と第２のＥＧＲ管（７Ｂ）との間に設けられたＥＧＲ冷却管（８）とで構成され、そのＥＧＲ冷却管（８）はサーモスタット（１２）が収容された前記サーモスタットハウジング（４）内に鋳込みで設けられ、サーモスタットハウジング（４）内を貫通し冷却水（Ａ）でその内部のＥＧＲガスが冷却されており、かつ前記サーモスタット（１２）の上流側に挿入されていることを特徴とする還流ガスの冷却機構。 An exhaust manifold (2) is attached to one side of the cylinder head (1) in the direction perpendicular to the crankshaft, an intake manifold (3) is attached to the other side, and an EGR pipe (6) is connected to the exhaust manifold (2). ) Is attached to the EGR valve (5) attached to the intake manifold (3) and extending to the front, crossing the front of the cylinder head (1), and communicating with the other end. A fan (10) is provided in front of the cylinder head (1), a radiator (23) is disposed in front of the fan (10), and the cylinder head (1) and a water sub tank (24) are provided. Are connected by a first air ventilation pipe (28), and the radiator (23) and the water sub tank (24) are connected by a second air ventilation system. In the cooling mechanism of the recirculated gas engine are connected by down tube (29), the EGR pipe (6) is a first other end connected to an exhaust manifold (2) is connected to the thermostat housing (4) An EGR pipe (7A) and a second EGR pipe (7B) connected to the opposite side of the thermostat housing (4) and having the other end connected to the exhaust manifold (2) via the EGR valve (5) The EGR cooling pipe (8) provided between the first EGR pipe (7A) and the second EGR pipe (7B), and the EGR cooling pipe (8) has a thermostat (12). The thermostat housing (4) accommodated by casting is provided, penetrates through the thermostat housing (4), and the EGR gas therein is cooled by cooling water (A) , and the thermostat A cooling mechanism for the recirculation gas, which is inserted in the upstream side of the gut (12).
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