JP4679485B2 - Egr装置 - Google Patents

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Description

本発明は、EGR装置に関する。
従来、自動車のエンジンでは、排気系から排気ガスの一部を抜き出して吸気系へと戻し、エンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減するようにしたEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置の技術が公知になっている(特許文献1、2参照)。
このようなEGR装置では、図7に示すように、エンジン02からエキゾーストマニホールド08dを介して排気ガスの一部をEGRクーラ05に導入する一方、このEGRクーラ05から排出された排気ガスをターボチャージャー03のコンプレッサ03a及びインタークーラ04を介して吸気管08aと接続されたインテークマニホールド08cに導入するようにしている。
また、EGRクーラ05は、エンジン02とラジエータ06を循環する流通媒体の一部を導入して排気ガスと熱交換させることにより排気ガスの温度を低下させるようになっている。
そして、近年、主にエンジン出力の向上に対応してラジエータに高い冷却性能が要求されている。
そこで、ラジエータを大型化することが考えられるが、設置スペース、重量、及び製造コスト等を考慮すると、ラジエータのコアサイズを拡大には限界があるため、図8に示すように、メインラジエータ06aとサブラジエータ06bを並列に繋いで設置したり、図9に示すように、メインラジエータ06aとサブラジエータ06bを直列に繋いで設置するようにしている。
特開2004−132180号公報 特開2003−278608号公報
しかしながら、従来の発明において、図8で説明したラジエータとサブラジエータを並列に繋いだ場合には、流通媒体の温度が比較的高く、EGRクーラで排気ガスを十分に冷却できないという問題点があった。
また、図9で説明したラジエータとサブラジエータを直列に繋いだ場合には、エンジン低負荷時であってもラジエータの流通媒体の全量をサブラジエータに流通させなければならず、無駄が多いという問題点があった。
なお、ラジエータの冷却経路とEGRクーラの冷却経路とを完全に分けて設置した場合には、流通媒体を循環させるポンプや配管等の部品を2経路の分だけ設置しなければならず、製造コストが大幅にアップしてしまう。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ラジエータの高い冷却性能の要求に対向しつつ、EGRクーラを流通する排気ガスを冷却できるEGR装置を提供することである。
本発明の請求項1記載の発明では、エンジンから排出された流通媒体をメインラジエータに導入して冷却した後、エンジンへ再び導入する第1冷却経路と、前記第1冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、EGRクーラに導入すると共に、このEGRクーラから排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第2冷却経路と、前記サブラジエータに導入する第1冷却経路で冷却された流通媒体の流量を調整可能な流量調整手段と、を備え、前記メインラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータを設けると共に、このラジエータのタンクの内部を、流通孔を有するデバイドで仕切ることによりメインラジエータのタンクとサブラジエータのタンクを形成し、前記流量調整手段を、前記デバイドの流通孔に対して所定の開口面積を確保するオリフィスを有して開閉可能なピストンと、このピストンを駆動させる駆動手段で構成されたピストン型のオリフィスバルブとしたことを特徴とする。
本発明の請求項1記載の発明では、エンジンから排出された流通媒体をメインラジエータに導入して冷却した後、エンジンへ再び導入する第1冷却経路と、前記第1冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、EGRクーラに導入すると共に、このEGRクーラから排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第2冷却経路を備えるため、ラジエータの高い冷却性能の要求に対向しつつ、EGRクーラを流通する排気ガスを冷却できる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
以下、実施例1を説明する。
図1は本発明の実施例1のEGR装置のシステム構成図、図2は本実施例1のEGR装置の制御ロジックを示す図、図3はラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの一例を示す図、図4は同ラジエータのタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図(a)と全開状態を示す図(b)、図5はラジエータとサブラジエータを一体的に形成した熱交換器の他の例を示す図、図6は同ラジエータのタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図(a)と全開状態を示す図(b)である。
先ず、全体構成を説明する。
図1に示すように、本実施例1のEGR装置1では、ディーゼル機関であるエンジン2と、ターボチャージャー3と、水冷式インタークーラ4と、空冷式インタークーラ5と、EGRクーラ6と、メインラジエータ7と、サブラジエータ8が備えられている。
また、図示を省略するエアクリーナから導いた吸気を、吸気管9aを介してターボチャージャー3のコンプレッサ3aへ導入して加圧し、さらに、接続管9b,9cを介して水冷式インタークーラ4及び空冷式インタークーラ5の順に導入して冷却した後、インテークマニホールド9dを介してエンジン2の各気筒(図示せず)に分配するようにしている。
また、エンジン2から排出された排気ガスを、エキゾーストマニホールド9eを介してターボチャージャー3のタービン3bへ導入して駆動した後、排気管9fから車外へ排出するようにしている。
また、エキゾーストマニホールド9eの分岐部aから排気ガスの一部を、接続管9gを介してEGRクーラ5に導入して冷却した後、接続管9hを介してインテークマニホールド9dの合流部bで吸気と合流させるようにしている。
一方、エンジン2から排出された高温の流通媒体を、接続管9iを介してメインラジエータ7に導入して冷却した後、接続管9j,9k及び流量調整制御弁10を介してエンジンへ再び導入する第1冷却経路(破線矢印で図示)を構成している。
また、流量調整制御弁10で分岐された流通媒体の一部を、接続管9mを介してサブラジエータ8に導入してさらに冷却した後、接続管9nを介して水冷式インタークーラ4に導入するようになっている。
また、水冷式インタークーラ4に導入された流通媒体を、該水冷式インタークーラ4を流通する吸気と熱交換させた後、接続管9oを介してEGRクーラ6に導入して、該EGRクーラ6を流通する排気ガスと熱交換させるようになっている。
次に、EGRクーラ6の出力ポートから排出された流通媒体を、接続管9pを介して接続管9kの合流部cで流通媒体と合流させてエンジン2に再び戻すようにしている。
なお、接続管9k,9pの流通媒体同士はエンジン2内で合流させても良い。
従って、第1冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータ8に導入してさらに冷却した後、水冷式インタークーラ4及びEGRクーラ6の順に導入すると共に、このEGRクーラ6から排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第2冷却経路(一点鎖線矢印で図示)を構成している。
その他、第1冷却経路の途中には図外のポンプが設けてある。
また、第1冷却経路内の流通媒体の温度は80℃〜100℃であり、第2冷却経路内の流通媒体の温度は50℃〜60℃である。
このように構成されたEGR装置1では、メインラジエータ7で冷却された流通媒体の一部を流量調整制御弁10でサブラジエータ8に導入して冷却した後、EGRクーラ6の排気ガスを冷却でき、これによって、メインラジエータ7に掛かる負担を減らしてエンジンの高出力化に対応した冷却性能を実現できる。
従って、従来の発明のように、メインラジエータで冷却される前の流通媒体をサブラジエータに導入する場合に比べて、第2冷却経路内の温度を30℃以上低くすることができ、EGRクーラ6の排気ガスを十分に冷却できる。
加えて、第2冷却経路内には第1冷却経路内の流通媒体の一部を導入するため、エンジンの低負荷時でも無駄が生じない。
さらに、上述のように、従来の発明に比べて第2冷却経路内の温度を30℃以上低くできることにより、サブラジエータ8で冷却した流通媒体を水冷式インタークーラ4に流通させて吸気を冷却でき、ターボチャージャー3による超高温・高圧化に対応できる。
なお、吸気は50℃付近まで冷却する必要があるため、第1冷却経路内の流通媒体を採用することはできない。
次に、流量調整制御弁10による第1冷却経路側(メインラジエータ側)と第2冷却経路側(サブラジエータ側)の流量制御について詳述する。
流量調整制御弁10の流量制御は、エンジン2の運転状況、例えば車速を一定時間間隔で検出し、基本流量比を第1冷却経路側(メインラジエータ側):第2冷却経路側(サブラジエータ側)=75:25として、図2に示す制御ロジックに基づいて行う。
具体的には、車速が一定速の場合には、排気ガス中のNOxが非常に多く、高いEGR導入率が必要であること、及びエンジンの負荷が低く、エンジンの発熱が少ないことを考慮して流量比を第1冷却経路側(メインラジエータ側):第2冷却経路側(サブラジエータ側)=60:40とする。
また、車速が緩い加減速の場合には、排気ガス中のNOxが比較的多く、高いEGR導入率が必要であること、及びエンジンの負荷が低く、エンジンの発熱が少ないことを考慮して流量比を第1冷却経路側(メインラジエータ側):第2冷却経路側(サブラジエータ側)=65:35とする。
また、車速が中間加速の場合には、排気ガス中のNOxが比較的多く、高いEGR導入率が必要であること、及びエンジンの負荷が比較的あり、エンジンの発熱が比較的あることを考慮して流量比を第1冷却経路側(メインラジエータ側):第2冷却経路側(サブラジエータ側)=75:25とする。
また、車速がフル加速の場合には、排気ガス中のNOxが少なく、高いEGR導入率が不要であること、及びエンジンの負荷が高く、エンジンの発熱が多いことを考慮して流量比を第1冷却経路側(メインラジエータ側):第2冷却経路側(サブラジエータ側)=90〜95:5〜10とする。なお、上記流量比の具体的な数値は適宜設定できる。
また、本実施例1では、メインラジエータ7とサブラジエータ8を分けて図示したが、図3に示すように、ラジエータ20のタンク20a,20bの内部を該タンク20a,20bの長手方向に仕切るデバイド20c,20dで2つに分割すると共に、それぞれ対応するコア部20e,20fを形成し、タンク20bのデバイド20dに後述する流通孔30を形成して連通することにより、一方側に第1冷却経路の流通媒体を流通させる一方、他方に第2冷却経路用の流通媒体を流通させることにより、コンパクト化を図ることができる。
この際、図4に示すように、ラジエータ20のタンク20bを流通孔30を有するデバイド20dで仕切ることにより、メインラジエータ7のタンクとサブラジエータ8のタンクを一体的に形成できる。
そして、本実施例1では、前述した流量調整制御弁10として、デバイド20dの流通孔30に対して所定の開口面積を確保するオリフィス31を有して開閉可能なピストン32と、このピストン32のロッド32aに連結されてタンク20bの外部から該ピストン32を駆動させる油圧式のアクチュエータ33で構成された所謂ピストン型のオリフィスバルブが採用されている。
なお、オリフィス31の開口形状やピストン32の詳細な部位の形状は適宜設定できる。
また、駆動手段としてのアクチュエータは油圧式に限らず、電動式、温度感応式等の様々なタイプを適宜採用することができる。
従って、従来のバタフライ式やゲード型のバルブに比べて構造の簡略化、流量の精密制御、流通抵抗の改善、部品信頼性の向上が可能となる。
また、メインラジエータ7とサブラジエータ8を一体的に形成したことによって、コンパクト化を図ることができ、エンジンルームのスペースを有効に活用できる。
或いは、図5に示すように、ラジエータ20のタンク20a,20bの内部を該タンク20a,20bの厚み方向に仕切るデバイド20c,20dで2つに分割すると共に、それぞれ対応するコア部20e,20fを形成し、さらに、タンク20bのデバイド20dに後述する流通孔30を形成して連通することにより、一方側に第1冷却経路の流通媒体を流通させる一方、他方に第2冷却経路用の流通媒体を流通させることができる。これにより、コンパクト化を図ることができる。
この際、図4で説明した場合と同様に、図6に示すようなピストン型のオリフィスバルブを採用することで同様の効果を得ることができる。
なお、図6において図4と同様の部材については同一の符号を伏してその説明は省略する。
次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例1のEGR装置1にあっては、エンジン2から排出された流通媒体をメインラジエータ7に導入して冷却した後、エンジン2へ再び導入する第1冷却経路と、第1冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータ8に導入してさらに冷却した後、EGRクーラ6に導入すると共に、このEGRクーラ6から排出された流通媒体をエンジン2へ再び導入する第2冷却経路を備えるため、ラジエータ(メインラジエータ7、サブラジエータ8)の高い冷却性能の要求に対向しつつ、EGRクーラ6を流通する排気ガスを冷却できる。
また、サブラジエータ8に導入する第1冷却経路で冷却された流通媒体の流量を調整可能な流量調整手段(流量調整制御弁10)を備えるため、エンジンの運転状況に応じた最適な第1冷却経路と第2冷却経路の流量調整が可能となる。

また、メインラジエータ7とサブラジエータ8を一体的に形成したラジエータ20を設けると共に、このラジエータ20のタンク20bの内部を、流通孔30を有するデバイド20dで仕切ることによりメインラジエータ7のタンクとサブラジエータ0のタンクを形成し、流量調整手段(流量調整制御弁10)を、デバイド20dの流通孔30に対して所定の開口面積を確保するオリフィス31を有して開閉可能なピストン32と、このピストン32を駆動させるアクチュエータ33で構成されたピストン型のオリフィスバルブとしたため、従来のバタフライ式やゲード型のバルブに比べて構造の簡略化、流量の精密制御、流通抵抗の改善、部品信頼性の向上が可能となる。
また、メインラジエータ7とサブラジエータ8を一体的に形成したことによって、コンパクト化を図ることができ、エンジンルームのスペースを有効に活用できる。
また、第1冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータ8に導入してさらに冷却した後、水冷式インタークーラ4、EGRクーラ6の順に導入したため、ターボチャージャー3による超高温・高圧化に対応できる。
以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、流量調整制御弁の流量調整は、流路切り替え制御弁の切り替えは、アクセル開度、エンジン流入空気量、EGR導入率を含め他の情報値を関連させて制御することもできる。
本発明の実施例1のEGR装置のシステム構成図である。 本実施例1のEGR装置の制御ロジックを示す図である。 ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの一例を示す図である。 ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの一例におけるタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図(a)と全開状態を示す図(b)である。 ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの他の例における流量調整バルブを説明する図である。 ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの他の例におけるタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図(a)と全開状態を示す図(b)である。 従来のEGR装置のシステム構成図である。 ラジエータとサブラジエータを並列に繋いだ例を示す図である。 ラジエータとサブラジエータを直列に繋いだ例を示す図である。
符号の説明
1 EGR装置
2 エンジン
3 ターボチャージャー
3a コンプレッサ
3b タービン
4 水冷式インタークーラ
5 空冷式インタークーラ
6 EGRクーラ
7 メインラジエータ
8 サブラジエータ
9a 吸気管
9b、9c、9g、9h、9i、9j、9k、9m、9n、9o、9p 接続管
9d インテークマニホールド
9e エキゾーストマニホール
9f 排気管
10 流量調整制御弁
20、21 ラジエータ
20a、20b、21a、21b タンク
20c、20d、21c、21d デバイド
20e、21e コア部
30 流通孔
31 オリフィス
32 ピストン
32a ロッド
33 アクチュエータ

Claims (2)

  1. エンジンから排出された流通媒体をメインラジエータに導入して冷却した後、エンジンへ再び導入する第1冷却経路と、
    前記第1冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、EGRクーラに導入すると共に、このEGRクーラから排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第2冷却経路と、
    前記サブラジエータに導入する第1冷却経路で冷却された流通媒体の流量を調整可能な流量調整手段と、
    を備え
    前記メインラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータを設けると共に、このラジエータのタンクの内部を、流通孔を有するデバイドで仕切ることによりメインラジエータのタンクとサブラジエータのタンクを形成し、
    前記流量調整手段を、前記デバイドの流通孔に対して所定の開口面積を確保するオリフィスを有して開閉可能なピストンと、このピストンを駆動させる駆動手段で構成されたピストン型のオリフィスバルブとしたことを特徴とするEGR装置。
  2. 請求項1記載のEGR装置において、
    前記第1冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、水冷式インタークーラ、EGRクーラの順に導入したことを特徴とするEGR装置。
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