JP4578375B2 - エンジンのegrシステム - Google Patents

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Description

本発明は、トラック等の車両に使用されて好適なエンジンのEGRシステムに関する。
従来、例えば、トラック等の車両のエンジンのEGRシステムは、エンジンの排気ガスの一部を再度エンジンに吸気させ、吸気中の酸素濃度を低下させることによりエンジンの燃焼温度を下げて、主にNOX の低減を図るものである。特に、近年におけるディーゼルエンジンのNOX 低減対策として、極めて重要なシステムである。
このエンジンのEGRシステムは、例えば図5に示すように、エンジン101の排気ガスの一部をエクゾーストマニホールド102から抽出し、その排気ガスをEGRクーラ103を通して、エンジン冷却水により冷却して温度を下げてから、インテークマニホールド104に供給する。一般には、EGRガス流量調節バルブ105によって、エンジンの高負荷時にはEGR量を少なく、低負荷時にはEGR量を多くする調節がなされる。
一方、EGRクーラ103によって温度上昇したエンジン冷却水は、エンジン101を冷却したエンジン冷却水と合流してエンジンラジエータ106に入り、エンジンラジエータ106で空気冷却された後、冷却水ポンプ107により加圧されて、再びエンジン101とEGRクーラ103とに供給される。そして、従来のエンジンのEGRシステムは、1つのEGRクーラ103から形成されている。このように、1つのEGRクーラからなるエンジンのEGRシステムは、様々な文献に記載されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、1つのEGRクーラからなるエンジンのEGRシステムにおいては、エンジンの高速運転等のようにエンジン冷却水温度が高い場合に、EGRクーラ内でエンジン冷却水温度が過剰に上昇する結果、オーバーヒートを起こし、EGRクーラを損傷させるという問題がある。これに対し、エンジンの始動時等のようにエンジン冷却水温度が低い場合には、EGRクーラ内を通るエンジン排気ガス温度が過剰に低下する結果、結露を起こし、EGRクーラを腐食させるという問題がある。
このようなEGRクーラ内におけるオーバーヒートによる損傷や、結露による腐食を防止するものとして、高温用と低温用の2つのクーラを直列及び並列に連結し、排気ガス温度が高い場合には、直列に連結した高温用と低温用の2つのクーラに通し、排気ガス温度が低い場合には、低温用のクーラだけに通すようにしたエンジンのEGRシステムが開示されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2002−285854号公報(第2−3頁、第1図) 特開2004−156585号公報(第6−10頁、第1図)
上述のように、従来の1つのEGRクーラからなるエンジンのEGRシステムにおいては、エンジン冷却水温度が高い場合に、EGRクーラにオーバーヒートによる損傷が発生し、また、エンジン冷却水温度が低い場合には、EGRクーラに結露による腐食が発生するという問題がある。
一方、このような問題を解決するために開示された上述の、高温用と低温用の2つのクーラを直列及び並列に連結したエンジンのEGRシステムにおいては、エンジン排気ガスを直列に連結した2つのクーラに通したり、あるいは、低温用クーラだけに通すようにするための切替バルブやバイパス路をEGR排気ガス路に設けなければならず、EGR排気ガス路が複雑になるという問題がある。また、高温用クーラの冷却を高沸点冷媒液により行っており、エンジンラジエータとは別にこの高沸点冷媒液を冷却するための高沸点冷媒液用クーラを配設しなければならず、冷却システム全体の複雑化とコスト高を招くという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、EGR排気ガス路及び冷却システム全体の複雑化や、コスト高を招くことなく、EGRクーラ内におけるオーバーヒートによる損傷や、結露による腐食を確実に防止することができる、エンジンのEGRシステムを提供することを課題とする。
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、エンジンの排気ガスをエンジン冷却水により冷却して再吸気させるためのEGRクーラを備えたエンジンのEGRシステムにおいて、EGRクーラは、EGR排気ガス路に直列に配設された上流側の第1クーラと下流側の第2クーラとからなり、エンジン冷却水は、第1クーラと第2クーラとに対して並列又は直列に切替え可能に供給されることにある。
このように、本発明のエンジンのEGRシステムによれば、エンジン冷却水は、EGR排気ガス路に直列に配設された第1クーラと第2クーラとに対して、並列又は直列に切替え可能に供給されるから、EGRクーラに供給されるエンジン冷却水の温度やEGRクーラ内を通るエンジン排気ガスの温度に応じて、エンジン冷却水をEGRクーラにきめ細かく最適に供給することが可能になる。これにより、EGRクーラ内におけるオーバーヒートによる損傷や、結露による腐食を確実に防止することができる。
また、特願2004−156585号公報に開示された従来のエンジンのEGRシステムのように、EGR排気ガス路に切替バルブやバイパス路を設ける必要がなく、EGR排気ガス路の複雑化を防止することができる。さらに、高温用(上流側)のクーラの冷却を高沸点冷媒液によるではなくエンジン冷却水によって行うから、高沸点冷媒液用クーラを排除することができ、冷却システム全体の簡素化及びコスト削減を図ることができる。
第1クーラの冷却水温度を検出する第1クーラ冷却水温度検出手段を備え、第1クーラ冷却水温度検出手段が検出した冷却水温度がEGRクーラのオーバーヒートに係わる第1の所定温度以上のとき、エンジン冷却水は、第1クーラと第2クーラとに対して並列に供給されることが望ましい。及び又は、第2クーラの冷却水温度を検出する第2クーラ冷却水温度検出手段を備え、第2クーラ冷却水温度検出手段が検出した冷却水温度がEGRクーラのオーバーヒートに係わる第2の所定温度以上のとき、エンジン冷却水は、第1クーラと第2クーラとに対して並列に供給されることが望ましい。
このように、2つのクーラのいずれか一方又は双方の冷却水温度がEGRクーラのオーバーヒートに係わる所定温度以上のときに、エンジン冷却水を第1クーラと第2クーラとに対して並列に供給することにより、第1クーラ及び第2クーラの冷却が最大限に行われ、EGRクーラのオーバーヒートが確実に防止される。
EGRクーラの排気ガス温度を検出するクーラ排気ガス温度検出手段を備え、クーラ排気ガス温度検出手段が検出した排気ガス温度がEGRクーラの結露発生に係わる第3の所定温度未満のとき、エンジン冷却水は、第1クーラと第2クーラとに対して直列に供給されることが望ましい。
このように、EGRクーラを通る排気ガス温度がEGRクーラの結露発生に係わる第3の所定温度未満のときに、エンジン冷却水を第1クーラと第2クーラとに対して直列に供給することにより、第1クーラ及び第2クーラの冷却が最小限に行われ、EGRクーラ内における結露が確実に防止される。
上記エンジンのEGRシステムにおいて、第1クーラと第2クーラとに供給されるエンジン冷却水量を調節するための流量調節手段をエンジン冷却水路に設けることが望ましい。例えば、エンジン冷却水路にエンジン冷却水の一部を第1クーラと第2クーラとを通さずにバイパスさせる冷却水バイパス路を備え、冷却水バイパス路に配設された流量調節手段により第1クーラと第2クーラとに供給されるエンジン冷却水量を調節する。
このように、EGRクーラを通る排気ガス温度がEGRクーラの結露発生に係わる第3の所定温度未満のときに、第1クーラと第2クーラとに対して直列に供給されるエンジン冷却水量を調節することにより、第1クーラ及び第2クーラの冷却がさらに最適に行われ、EGRクーラ内における結露がさらに確実に防止される。
流量調節手段は、第1クーラと第2クーラとに並列に供給されるエンジン冷却水の総和と、第1クーラと第2クーラとに直列に供給されるエンジン冷却水及び冷却水バイパス路を通してバイパスさせるエンジン冷却水の総和とが略等しくなるように、冷却水バイパス路を通してバイパスさせるエンジン冷却水量を調節することが望ましい。
このようにすることにより、第1クーラと第2クーラとに対するエンジン冷却水の並列又は直列供給に拘わらず、エンジンのEGRシステム全体に供給されるエンジン冷却水量は略一定となり、この結果、並列又は直列供給の切替えによってエンジン側の冷却システムに与える影響を最小限に抑えることができる。
本発明のエンジンのEGRシステムは、エンジンの排気ガスをエンジン冷却水により冷却して再吸気させるためのEGRクーラを備えたエンジンのEGRシステムにおいて、EGRクーラは、EGR排気ガス路に直列に配設された上流側の第1クーラと下流側の第2クーラとからなり、エンジン冷却水は、第1クーラと第2クーラとに対して並列又は直列に切替え可能に供給されるから、EGR排気ガス路及び冷却システム全体の複雑化や、コスト高を招くことなく、EGRクーラ内におけるオーバーヒートによる損傷や、結露による腐食を確実に防止することができる、という優れた効果を奏する。
本発明に係るエンジンのEGRシステムの発明を実施するための最良の形態を、図1ないし図4を参照して詳細に説明する。
図1に示すように、エンジン1の吸気側にインテークマニホールド2、排気側にエクゾーストマニホールド3がそれぞれ取り付けられる。インテークマニホールド2とエクゾーストマニホールド3との間に、EGR排気ガス路33を配設する。EGR排気ガス路33に、上流のエクゾーストマニホールド3側から順に、EGRクーラを形成する上流側の第1クーラ6及び下流側の第2クーラ7、第2クーラ7の出口の排気ガス温度T0 を検出するEGRガス温度センサ(クーラ排気ガス温度検出手段)32、EGRガスの流量調節を行なうEGRガス流量調節バルブ31をそれぞれ配設する。
このように、第1クーラ6と第2クーラ7はEGR排気ガス路33に直列に配設される。なお、クーラ排気ガス温度検出手段は、必ずしも第2クーラ7の出口の排気ガス温度T0 を検出するEGRガス温度センサ32に限定されるものではなく、第1クーラ6を含むEGRクーラの他の部分の排気ガス温度を検出するものでもよい。
エンジン1とエンジンラジエータ4との間に、主エンジン冷却水路20が接続される。主エンジン冷却水路20のエンジンラジエータ4の出口側に、冷却水ポンプ5を介装する。冷却水ポンプ5の出口と第1クーラ6の入口との間に、上流側EGR冷却水路21が配設される。第2クーラ7の出口とエンジンラジエータ4の入口との間に、下流側EGR冷却水路22が配設される。下流側EGR冷却水路22に、第2クーラ7の出口の冷却水温度T2 を検出する第2クーラ出口冷却水温度センサ(第2クーラ冷却水温度検出手段)16を介装する。
なお、第2クーラ冷却水温度検出手段は、必ずしも第2クーラ7の出口の冷却水温度T2 を検出する温度センサ16に限定されるものではなく、第2クーラ7の他の部分の冷却水温度を検出するものでもよい。
上流側EGR冷却水路21と第2クーラ7の入口との間に、第2クーラ冷却水路23を配設する。第2クーラ冷却水路23に、第2クーラ冷却水バルブ12を介装する。第1クーラ6の出口と下流側EGR冷却水路22との間に、第1クーラ冷却水路24を配設する。第1クーラ冷却水路24に、第1クーラ6の出口の冷却水温度T1 を検出する第1クーラ出口冷却水温度センサ(第1クーラ冷却水温度検出手段)15と第1クーラ冷却水バルブ11とを、上流側からこの順に介装する。
なお、第1クーラ冷却水温度検出手段は、必ずしも第1クーラ6の出口の冷却水温度T1 を検出する温度センサ15に限定されるものではなく、第1クーラ6の他の部分の冷却水温度を検出するものでもよい。
第1クーラ出口冷却水温度センサ15と第1クーラ冷却水バルブ11との間の第1クーラ冷却水路24と、第2クーラ冷却水バルブ12と第2クーラ7との間の第2クーラ冷却水路23とが、クーラ連結路25によって接続される。クーラ連結路25に、クーラ連結バルブ14を介装する。冷却水ポンプ5と第1クーラ6との間の上流側EGR冷却水路21と、第2クーラ出口冷却水温度センサ16とエンジンラジエータ4との間の下流側EGR冷却水路22との間に、冷却水バイパス路26を配設する。冷却水バイパス路26に、冷却水バイパスバルブ(流量調節手段)13を介装する。
上述の第1クーラ冷却水バルブ11、第2クーラ冷却水バルブ12、冷却水バイパスバルブ13、クーラ連結バルブ14は、全開又は全閉のみを行なう開閉バルブである。ただし、冷却水バイパスバルブ13は、第1クーラ6と第2クーラ7とに並列に供給されるエンジン冷却水の総和と、第1クーラ6と第2クーラ7とに直列に供給されるエンジン冷却水及び冷却水バイパス路26を通してバイパスさせるエンジン冷却水の総和とが、略等しくなるように、そのバルブ開口面積が調節されたものを用いる。
なお、開閉バルブである冷却水バイパスバルブ13の代わりに流量調節バルブを用いて、上述の流量調節を行ってもよい。また、上流側EGR冷却水路21等に、EGR冷却水全体の流量を調節することができる流量調節バルブを配設してもよい。この場合には、上述の冷却水バイパス路26と冷却水バイパスバルブ13とを省くことができる。
図2に示すように、第1クーラ冷却水バルブ11、第2クーラ冷却水バルブ12、冷却水バイパスバルブ13、クーラ連結バルブ14がコントローラ8に電気的に接続され、コントローラ8によってその作動が制御される。また、メインスイッチであるキースイッチ9、第1クーラ出口冷却水温度センサ15、第2クーラ出口冷却水温度センサ16、EGRガス温度センサ32の各信号がそれぞれコントローラ8に入力される。
次に、本エンジンのEGRシステムの作動について説明する。図3に示すように、図2に示したコントローラ8は、第1クーラ冷却水バルブ11及び第2クーラ冷却水バルブ12をそれぞれ全開に、また、冷却水バイパスバルブ13及びクーラ連結バルブ14をそれぞれ全閉に初期設定する(ステップS2)。
図1に示すように、このようなバルブ状態のとき、冷却水ポンプ5から吐出されたエンジン冷却水は、エンジン1の冷却のためエンジン1に供給される一方、上流側EGR冷却水路21を通して、第1クーラ6と第2クーラ7とに並列に供給される。すなわち、第1クーラ6と第2クーラ7とにおいて、このようなバルブ状態のときにEGRガスに対してエンジン冷却水による最大限の冷却が行われ、EGRクーラ6,7のオーバーヒートが最も起きにくい状態にされる。
図3に示すように、コントローラ8は、上述の4つのバルブ11,12,13,14の開度、第1クーラ出口冷却水温度センサ15が検出した第1クーラ出口冷却水温度T1 と、第2クーラ出口冷却水温度センサ16が検出した第2クーラ出口冷却水温度T2 をそれぞれ読み込む(ステップS4及びS6)。ステップS6で読み込んだ第1クーラ出口冷却水温度T1 又は第2クーラ出口冷却水温度T2 のいずれか一方が、EGRクーラ6,7のオーバーヒートを防止するために設定された所定温度(第1及び第2の所定温度)Tb 以上であるか否かを判定する(ステップS8)。
ステップS8の判定結果が肯定(Yes)の場合、すなわち、少なくとも第1クーラ6又は第2クーラ7のいずれか一方でオーバーヒートの発生の可能性があると判定した場合には、図4に示すように、上述のステップS2と同様のバルブ状態、すなわち、第1クーラ冷却水バルブ11及び第2クーラ冷却水バルブ12をそれぞれ全開、冷却水バイパスバルブ13及びクーラ連結バルブ14をそれぞれ全閉の状態に維持する(ステップS10)。
図3に示すように、ステップS8の判定結果が否定(No)の場合、すなわち、第1クーラ6及び第2クーラ7の双方においてオーバーヒートの発生の可能性がないと判定した場合には、次に、EGRガス温度センサ32が検出した第2クーラ7出口の排気ガス温度T0 を読み込み(ステップS12)、第2クーラ7出口ガス温度T0 がEGRクーラ6,7の結露防止のために設定された所定温度(第3の所定温度)Td 以上である否かを判定する(ステップS14)。
ステップS14の判定結果が肯定の場合、すなわち、結露発生の可能性がないと判定した場合には、図4に示すように、第1クーラ冷却水バルブ11及び第2クーラ冷却水バルブ12をそれぞれ全開に、冷却水バイパスバルブ13及びクーラ連結バルブ14をそれぞれ全閉の状態に維持し(ステップS10)、EGRガスに対して最大限の冷却を行なう。これにより、EGRクーラ6,7内におけるオーバーヒートが確実に防止される。
これに対し、ステップS14の判定結果が否定の場合、すなわち、EGRクーラ6,7内において結露発生の可能性があると判定した場合には、第1クーラ冷却水バルブ11及び第2クーラ冷却水バルブ12をそれぞれ全閉に、冷却水バイパスバルブ13及びクーラ連結バルブ14をそれぞれ全開の状態に切り替える(ステップS16)。
図1に示すように、このようなバルブ状態のとき、冷却水ポンプ5から吐出されたエンジン冷却水は、上流側EGR冷却水路21を通して、第1クーラ6と第2クーラ7とにこの順に直列に供給される。すなわち、第1クーラ6と第2クーラ7とにおいて、このようなバルブ状態のときにEGRガスに対してエンジン冷却水による最小限の冷却が行われ、EGRクーラ6,7内における結露が確実に防止される。
上述のように、冷却水バイパスバルブ13は、第1クーラ6と第2クーラ7とに並列に供給されるエンジン冷却水の総和と、第1クーラ6と第2クーラ7とに直列に供給されるエンジン冷却水及び冷却水バイパス路26を通してバイパスさせるエンジン冷却水の総和とが、略等しくなるように、そのバルブ開口面積が調節されたものが用いられている。したがって、第1クーラ6と第2クーラ7とに対するエンジン冷却水の並列又は直列供給に拘わらず、エンジン1のEGRシステム全体に供給されるエンジン冷却水量が略一定となり、この結果、並列又は直列供給の切替えによってエンジン1側の冷却システムに与える影響を最小限に抑えることができる。
次に、コントローラ8はキースイッチ9の信号を読み込み(ステップS18)、キースイッチがオンになっているか否かを判定する(ステップS20)。ステップS20の判定結果が肯定の場合、すなわち、エンジン1が作動中の場合には、上述のステップS4以下を再び繰り返す。ステップS20の判定結果が否定の場合、すなわち、エンジン1が停止している場合には、本ルーチンを終了する。
このように、本エンジンのEGRシステムによれば、EGR排気ガス路33に直列に配設された第1クーラ6と第2クーラ7とに対して、エンジン冷却水が並列又は直列に切替え可能に供給されるから、EGRクーラ6,7に供給されるエンジン冷却水の温度T1 ,T2 やEGRクーラ6,7を通るエンジン排気ガスの温度T0 に応じて、エンジン冷却水をEGRクーラ6,7にきめ細かく最適に供給することができる。これにより、EGRクーラ6,7内におけるオーバーヒートによる損傷や、結露による腐食を確実に防止することができる。
また、本エンジンのEGRシステムにおいては、EGRクーラ6,7の冷却をエンジン冷却水のみによって行なうから、例えば高沸点冷媒液用クーラ等の他の冷却装置を併用する場合に比べて、冷却システム全体の簡素化及びコスト削減を図ることができる。なお、上述のエンジンのEGRシステムは一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
本発明に係るエンジンのEGRシステムを示す模試図である。 コントローラを示すブロック図である。 図1のエンジンのEGRシステムの作動を示すフローチャートの前半部である。 図3のフローチャートの後半部である。 従来のエンジンのEGRシステムを示す模試図である。
符号の説明
1 エンジン
2 インテークマニホールド
3 エクゾーストマニホールド
4 エンジンラジエータ
5 冷却水ポンプ
6 第1クーラ
7 第2クーラ
8 コントローラ
9 キースイッチ
11 第1クーラ冷却水バルブ
12 第2クーラ冷却水バルブ
13 冷却水バイパスバルブ
14 クーラ連結バルブ
15 第1クーラ出口冷却水温度センサ
16 第2クーラ出口冷却水温度センサ
20 主エンジン冷却水路
21 上流側EGR冷却水路
22 下流側EGR冷却水路
23 第2クーラ冷却水路
24 第1クーラ冷却水路
25 クーラ連結路
26 冷却水バイパス路
31 EGRガス流量調節バルブ
32 EGRガス温度センサ
33 EGR排気ガス路
0 排気ガス温度
1 ,T2 冷却水温度
Tb ,Td 所定温度

Claims (7)

  1. エンジン(1)の排気ガスをエンジン冷却水により冷却して再吸気させるためのEGRクーラを備えたエンジンのEGRシステムにおいて、前記EGRクーラは、EGR排気ガス路(33)に直列に配設された上流側の第1クーラ(6)と下流側の第2クーラ(7)とからなり、前記エンジン冷却水は、前記第1クーラと前記第2クーラとに対して並列又は直列に切替え可能に供給されることを特徴とするエンジンのEGRシステム。
  2. 前記第1クーラ(6)の冷却水温度(T1 )を検出する第1クーラ冷却水温度検出手段(15)を備え、前記第1クーラ冷却水温度検出手段が検出した前記冷却水温度が前記EGRクーラのオーバーヒートに係わる第1の所定温度(Tb )以上のとき、前記エンジン冷却水は、前記第1クーラと前記第2クーラ(7)とに対して並列に供給されることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGRシステム。
  3. 前記第2クーラ(7)の冷却水温度(T2 )を検出する第2クーラ冷却水温度検出手段(16)を備え、前記第2クーラ冷却水温度検出手段が検出した前記冷却水温度が前記EGRクーラのオーバーヒートに係わる第2の所定温度(Tb )以上のとき、前記エンジン冷却水は、前記第1クーラ(6)と前記第2クーラとに対して並列に供給されることを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンのEGRシステム。
  4. 前記EGRクーラ(7)の排気ガス温度(T0 )を検出するクーラ排気ガス温度検出手段(32)を備え、前記クーラ排気ガス温度検出手段が検出した前記排気ガス温度が前記EGRクーラの結露発生に係わる第3の所定温度(Td )未満のとき、前記エンジン冷却水は、前記第1クーラ(6)と前記第2クーラ(7)とに対して直列に供給されることを特徴とする請求項1に記載のエンジンのEGRシステム。
  5. 前記第1クーラ(6)と前記第2クーラ(7)とに供給される前記エンジン冷却水量を調節するための流量調節手段(13)をエンジン冷却水路(21,22)に設けたことを特徴とする請求項4に記載のエンジンのEGRシステム。
  6. 前記エンジン冷却水路(21,22)に前記エンジン冷却水の一部を前記第1クーラ(6)と前記第2クーラ(7)とを通さずにバイパスさせる冷却水バイパス路(26)を備え、前記冷却水バイパス路に配設された前記流量調節手段(13)により前記第1クーラと前記第2クーラとに供給される前記エンジン冷却水量を調節することを特徴とする請求項5に記載のエンジンのEGRシステム。
  7. 前記流量調節手段(13)は、前記第1クーラ(6)と前記第2クーラ(7)とに並列に供給される前記エンジン冷却水の総和と、前記第1クーラと前記第2クーラとに直列に供給される前記エンジン冷却水及び前記冷却水バイパス路(26)を通してバイパスさせるエンジン冷却水の総和とが略等しくなるように、前記冷却水バイパス路を通してバイパスさせる前記エンジン冷却水量を調節することを特徴とする請求項6に記載のエンジンのEGRシステム。
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