JP4827676B2

JP4827676B2 - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP4827676B2
Application number: JP2006266837A
Authority: JP
Inventors: 秀一中村
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2011-11-30
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP2008088810A

Description

この発明は、エンジンのEGR装置に関する。

エンジンのEGR（排気環流：Exhaust Gas Recirculation）システムとして、エンジンの排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるEGR通路と、EGR通路に介装されるEGRクーラと、を備えるものがある。特許文献１の場合、EGR通路において、プリEGRクーラと、アフタEGRクーラと、の２つが直列に配置される。

特許文献２においては、エンジン冷却装置であるが、ラジエータ（コンデンサ）の冷却効果を高めるため、ラジエータをキャブの屋根に導風板を設けずに走行風が直接当接するように配置したものが開示される。
特開２００５−２２０７４７号実公平０４−０２６２５９号

特許文献１の場合、プリEGRクーラは、排気系からの高温EGRガスと高沸点冷媒（フッ素系不活性液体）との熱交換を行うように構成され、アフタEGRクーラは、プリEGRクーラからの中温EGRガスと低沸点冷媒（冷却水）との熱交換を行うように構成される。プリEGRクーラにおいては、冷媒（フッ素系不活性液体）用クーラが配置される。冷媒用クーラは、ラジエータ（コンデンサ）を用いる空冷式または冷却水による水冷式に構成され、アフタEGRクーラにおいても、冷却水が利用されるので、エンジン冷却系のラジエータ（コンデンサ）の容量アップが要求される。

エンジンにおいて、燃費の悪化を防止しつつ、NOxの低減を促進するため、高過給と大量EGRとの組み合わせが考えられる。その場合、過給気やEGRガスを冷却する冷媒としてエンジンの冷却水を利用すると、ラジエータ（コンデンサ）の大幅な容量アップが必要となり、特許文献２のようなエンジン冷却装置においても、車両への搭載が困難となってしまう。

この発明は、このような課題を解決するための有効な手段の提供を目的とする。

第１の発明は、車両に搭載されるエンジンの排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるEGR通路と、EGR通路に介装されるEGRクーラと、を備えるEGR装置において、前記EGRクーラの冷媒回路は、前記エンジンの冷却水回路から独立して構成され、前記冷媒回路は、冷媒が圧縮機−凝縮器−気液分離器−膨張弁−蒸発器を循環する密閉ループに設定される。

そして、前記凝縮器は、キャブの屋根上に設置されるウィンドディフレクタの内部において、冷媒の出口部が下側かつ凝縮器のコア部正面が車両の前方に直面する起立状態に配置され、前記ウィンドディフレクタの前部において、前記コア部正面が投影する領域に走行風の取入口が開口され、走行風を凝縮器のコア部正面へ整流する案内板が設けられる。

第２の発明は、第１の発明に係るEGR装置において、前記EGRクーラの冷媒回路は、冷媒として低沸点のフッ素系不活性液体が用いられる。

第１の発明においては、EGRクーラの冷媒回路は、エンジンの冷却水回路から独立する構成のため、エンジン冷却系のラジエータを大型化（容量アップ）する必要もなく、またラジエータとの関係からレイアウト（配置や配管）が規制されないので、車両への搭載が容易となる。

この場合、密閉ループを循環する冷媒は、蒸発器（EGRクーラ）において、気体に蒸発され、凝縮器において、液体に凝縮される。つまり、蒸発器において、気化潜熱を奪って、凝縮器において、その熱量を放出する、というサイクルにより、EGRクーラの冷却性能を大幅に高められ、高過給と大量EGRとの組み合わせを想定するエンジンにおいて、燃費の悪化を防止しつつ、NOxの低減をさらに促進できる。

冷媒回路の凝縮器は、エンジンルームの外部に配置されるので、エンジンルームのスペースが制約される車両への搭載も可能となる。

また、凝縮器の下方に気液分離器を配置することにより、キャブの屋根上の凝縮器から液体の冷媒を気液分離器へ自然流下させることが可能となる。

ウィンドディフレクタにより、その内側に凝縮器が隠れるので、車両の外観上の見栄えが良くなる。ウィンドディフレクタの前部において、凝縮器の前面が投影する領域に走行風の取入口が開口され、走行風を凝縮器のコア部正面へ整流する案内板が設けられるので、凝縮器の放熱性も良好に確保される。

第２の発明においては、低沸点（例えば、３０〜９７℃）のフッ素系不活性液体により、EGRクーラの過不足なく好適な冷却性能が得られる。

図１において、２は多気筒エンジン（６気筒ディーゼルエンジン）１の吸気通路であり、吸気マニホールド３ａ，３ｂと吸気管４とから構成される。吸気マニホールド３ａ，３ｂは、吸気行程が実質的にオーバラップしない気筒群毎（＃１，２，３と＃４，５，６）に分割される。吸気管４は、インタクーラ５の下流側が分岐され、各マニホールド３ａ，３ｂの集合部に接続される。６ａは可変ノズル式ターボチャージャ６のコンプレッサであり、７はエアクリーナである。

８はエンジン１の排気通路であり、排気マニホールド９ａ，９ｂと排気管１０とから構成される。排気マニホールド９ａ，９ｂは、排気行程が実質的にオーバラップしない気筒群（＃１，２，３と＃４，５，６）毎に分割され、これらマニホールド９ａ，９ｂの合流部にターボチャージャ６のタービン６ｂを介して排気管１０が接続される。ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａは、タービン６ｂの回転により駆動され、各気筒への吸気を過給する。１１はマフラである。

ターボチャージャ６のタービン６ｂ上流からターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ下流へ排気の一部を環流させるEGR装置２０においては、排気マニホールド９ａ，９ｂと吸気マニホールド３ａ，３ｂ（吸気管４の分岐路４ａ，４ｂ）との間を同一の気筒群同士の関係に接続するEGR通路２１ａ，２１ｂが備えられる。EGR通路２１ａ，２１ｂにおいて、EGRガスを冷却するEGRクーラ２２，EGR流量を調整するEGRバルブ２３，EGRガスの逆流を規制する逆止弁２４（リードバルブ）が介装される。EGRクーラ２２は、EGR通路２１ａ，２１ｂの上流側（入口付近）に配置される。逆止弁２４は、EGR通路２１ａ，２１ｂの下流側（出口付近）に配置され、逆止弁２４上流にEGRバルブ２３が配置される。

この実施形態においては、タービン６ａの可変ノズルにより、排気圧が適度に高められる。ターボチャージャ６およびインタークーラ５により、吸気量の増大が促進され、EGRクーラ２２により、EGR量の増大が促進される。分割型の排気マニホールド９ａ，９ｂにより、排気脈動の干渉が防止され、逆止弁２４前後の差圧が拡大される。これらにより、高過給かつ大量EGRが実現され、燃費の悪化を抑えつつ、NOxの低減を促進させることが可能となる。

図２は、EGRクーラ２２の冷媒回路３０を表すものであり、冷媒が蒸発器２２（EGRクーラ）−圧縮機３１−凝縮器３２−気液分離器３３−膨張弁３４を循環する密閉ループに設定される。EGRクーラ２２は、冷媒回路３０の一部を構成する伝熱管３５と、その周囲にEGRガスの流路を画成するケーシング３６と、からなり、伝熱管３５の冷媒をケーシング３６内部を流れるEGRガスによって気化させる（EGRガスは、気化潜熱が奪われ、冷媒を気化させる）ようになっている。

冷媒回路３０において、圧縮機３１は、電動機３１ａにより駆動され、蒸発器２２からの気体冷媒を圧縮する。凝縮器３２は、圧縮機３１からの気体冷媒（圧縮冷媒）を冷却して液体に凝縮させる。液体冷媒は、気液分離器３３に溜められ、膨張弁３４により、圧力を下げられ、蒸発器２２へ送り込まれ、伝熱管３５の周囲を流れるEGRガスによって気化する、というサイクルを繰り返すのである。３２ａは凝縮器３２の冷却ファンであり、電動機３２ｂにより駆動される。

冷媒としては、低沸点のフッ素系不活性液体が使用される。例えば、フロリナート（米国のスリーエム社の商品名）の、FC-87（沸点３０℃），FC-72（沸点５６℃），FC-84（沸点８０℃），FC-77（沸点９７℃）、が用いられる。

図３は、車両への搭載例を表すものであり、１がエンジンであり、４０はフレームであり、キャブ４１の床下にエンジンルームが備えられる。キャブ４１は、エンジン１の点検整備時などにおいて、前方へ傾転（チルト）可能に支持される。エンジン１は、エンジンルームにおいて、フレーム４０に搭載される。

EGRクーラ２２の冷媒回路３０において、凝縮器３２は、キャブ４１の屋根上に配置される。４３はキャブ４１の屋根上に設置されるウィンドディフレクタであり、凝縮器３２は、ウィンドディフレクタ４３の内部において、出口部が下側（入口部が上側）かつ前面（コア部正面）が車両の前方に直面する起立状態に取り付けられる。ウィンドディフレクタ４３の前部において、凝縮器３２の前面が投影する領域に走行風の取入口４４が開口され、走行風を凝縮器３２の前面へ整流する案内板４５が設けられる。

蒸発器２２，圧縮機３１，気液分離器３３，膨張弁３４については、キャブ４１の屋根上の凝縮器３２に対し、その下方に配置される。蒸発器２２のケーシング３６は、エンジン１のEGR通路２１ａ，２１ｂに介装される。圧縮機３１は、キャブ４１側（チルトヒンジ付近）に配置され、気液分離器３３および膨張弁３４は、フレーム４０側に配置される。これらを結ぶ密閉ループ３０（冷媒回路）において、凝縮器３２の入口側および出口側の配管４６ａ，４６ｂは、キャブ４１に支持される。キャブ４１のチルト動作を許容するため、配管４６ａの端末と圧縮機３１の出口部との間を継ぐ配管４７ａ，配管４６ｂの端末と気液分離器３３の入口部との間を継ぐ配管４７ｂ、に弛み（余裕）が設定される。

このようなEGRクーラ２２により、EGRガスを過不足なく好適に冷却することができる。そのため、高過給かつ大量EGRが促進され、燃費の悪化を抑えつつ、NOxの更なる低減が可能となる。EGRクーラ２２の冷媒回路３０は、エンジン１の冷却水回路から独立する構成のため、エンジン冷却系のラジエータを大型化（容量アップ）する必要もなく、またラジエータとの関係からレイアウト（配置や配管）が規制されないので、車両への搭載が容易となる。

冷媒回路３０の凝縮器３２については、キャブ４１の屋根上に配置され、液体の冷媒が出口部から自然流下し、気液分離器３３に溜まるため、膨張弁３４へ途切れることなく供給されることになる。凝縮器３２は、キャブ４１の屋根上のため、走行風を利用しやく、放熱性の向上が図れるのである。

この実施形態においては、キャブ４１の屋根上の凝縮器３２は、ウィンドディフレクタ４３の内部に配置され、露出しないため、車両の外観上の見栄えが良くなる。ウィンドディフレクタ４３の前部において、凝縮器３２の前面が投影する領域に走行風の取入口４４が開口され、走行風を凝縮器３２の前面へ整流する案内板４５が設けられるので、走行風により、凝縮器３２の放熱性も良好に確保される。

図４は、別の実施形態を表すものであり、凝縮器３２Ａは、キャブ４１の屋根上の前部において、後方へ斜めに立ち上がるように配置される。コア部５０のチューブ５１間に多数の冷却フィン５２が平行に配置され、走行風が通過しやすくなっている。このため、凝縮器３２Ａは、キャブ４１の屋根上において、風損が少なく放熱効果も高められ、後方へ斜めに立ち上がる前面（コア部５１の正面）により、ウィンドディフレクタを兼ねることが可能となる。図３と同一の部位については、同一の符号を付ける。

エンジンの全体的な概略構成図である。 EGRクーラの冷媒回路を表す構成図である。車両への搭載状態を例示する説明図である。凝縮器の配置に係る別の実施形態を表す説明図である。

符号の説明

１多気筒エンジン（６気筒ディーゼルエンジン）
２吸気通路
３ａ，３ｂ吸気マニホールド
５インタクーラ
６ターボチャージャ（可変ノズル式ターボチャージャ）
６ａコンプレッサ
６ｂタービン
８排気通路
９ａ，９ｂ排気マニホールド
１０排気管
２０ EGR装置
２１ａ，２１ｂ EGR通路
２２ EGRクーラ
２３ EGRバルブ
２４逆止弁（リードバルブ）
３０ EGRクーラの冷媒回路
３１圧縮機
３２，３２Ａ凝縮器
３３気液分離器
３４膨張弁
４３ウィンドディフレクタ

Claims

車両に搭載されるエンジンの排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるEGR通路と、EGR通路に介装されるEGRクーラと、を備えるEGR装置において、
前記EGRクーラの冷媒回路は、前記エンジンの冷却水回路から独立して構成され、前記冷媒回路は、冷媒が圧縮機−凝縮器−気液分離器−膨張弁−蒸発器を循環する密閉ループに設定されるものにあって、
前記凝縮器は、キャブの屋根上に設置されるウィンドディフレクタの内部において、冷媒の出口部が下側かつ凝縮器のコア部正面が車両の前方に直面する起立状態に配置され、前記ウィンドディフレクタの前部において、前記コア部正面が投影する領域に走行風の取入口が開口され、走行風を凝縮器のコア部正面へ整流する案内板が設けられることを特徴とするEGR装置。
前記EGRクーラの冷媒回路は、冷媒として低沸点のフッ素系不活性液体が用いられることを特徴とする請求項１に記載のEGR装置。