JP6775451B2

JP6775451B2 - ディーゼルエンジン

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Publication number: JP6775451B2
Application number: JP2017054754A
Authority: JP
Inventors: 裕之上田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2017-03-21
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: US20200040852A1; US11255300B2; JP2018155225A; DE112018001543T5; WO2018173576A1; US20210215123A1

Description

本発明は、排ガス再循環装置を搭載したディーゼルエンジンに関するものである。

排ガス中のＮＯｘを低減するものとしては、排ガス再循環（ＥＧＲ）がある。このＥＧＲは、ディーゼルエンジンの燃焼室から排気ラインに排出された排ガスの一部を排気ガス再循環ラインに分岐し、燃焼用空気に混入して燃焼用ガスとし、燃焼室に戻すものである。そのため、燃焼用ガスは、酸素濃度が低下し、燃料と酸素との反応である燃焼の速度を遅らせることで燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。

このＥＧＲは、排ガスの一部を燃焼用空気に混入することから、吸気充填効率の低下を抑制するために、排ガスをＥＧＲクーラで冷却してから燃焼用空気に混入している。この場合、一般的に、ＥＧＲクーラは、エンジン冷却水を用いて排ガスを冷却している。このような排ガス再循環装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２０００−１３０２６６号公報

ところで、ディーゼルエンジンから排出される排ガスは、粒子状物質（ＰＭ：ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）が含まれており、この粒子状物質は、燃料が燃え切らなかったために生じる煤である。そのため、ＥＧＲクーラが、エンジン冷却水を用いて排ガスを冷却するとき、排ガス中の煤が伝熱管に付着して堆積してしまい、冷却効率が低下してしまうという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、ＥＧＲクーラへの堆積物による性能の低下を抑制するディーゼルエンジンを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のディーゼルエンジンは、エンジン本体から排出される排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲラインと、前記ＥＧＲラインに設けられて冷却水により排ガスを冷却するＥＧＲクーラと、冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する冷却水供給装置と、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が予め設定された所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、エンジン本体の駆動時で、エンジン本体の温度が所定温度以下のときに冷却水供給装置を作動することで、冷却水をＥＧＲクーラに供給する。排ガスは、水蒸気を含んでいることから、ＥＧＲクーラを構成する伝熱管の外表面に固着している煤も水蒸気を含んでいる。低温の冷却水により伝熱管を冷却すると、伝熱管に固着している煤が冷却され、内部の水蒸気が凝縮水となる。煤内で凝縮水が生成されると、体積膨張することから、伝熱管に固着した煤の堆積層は、凝縮水により持ち上げられて剥離しやすくなる。ここで、伝熱管における煤の堆積層に排ガスが接触すると、排ガスの接触圧力により煤の堆積層の剥離が促進され、伝熱管の外表面から煤が剥離して除去される。その結果、ＥＧＲクーラへの堆積物による性能の低下を抑制することができる。

本発明のディーゼルエンジンでは、前記ＥＧＲラインにＥＧＲ弁が設けられ、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに、前記ＥＧＲ弁の開放時に前記冷却水供給装置を作動することを特徴としている。

従って、エンジン本体の駆動時で、エンジン本体の温度が所定温度以下のときに、ＥＧＲ弁が開放されていると、冷却水をＥＧＲクーラに供給する。伝熱管に固着している煤が冷却されて剥離しやすい状態で、煤の堆積層に排ガスが接触するため、排ガスの接触圧力により伝熱管の外表面から煤を早期に剥離して除去することができる。

本発明のディーゼルエンジンでは、前記冷却水供給装置は、前記エンジン本体のウォータジャケットの冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する排ガス冷却ラインと、前記排ガス冷却ラインに設けられる冷却水ポンプとから構成され、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記ウォータジャケットの冷却水の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水ポンプを作動することを特徴としている。

従って、エンジン本体の駆動時でウォータジャケットの冷却水の温度が所定温度以下のときに、冷却水ポンプによりウォータジャケットの冷却水を排ガス冷却ラインからＥＧＲクーラに強制的に供給することとなり、伝熱管を適正に冷却して付着している煤を早期に除去することができる。

本発明のディーゼルエンジンでは、前記エンジン本体のウォータジャケットの冷却水をラジエータで冷却する冷却水冷却ラインと、前記冷却水冷却ラインに設けられる冷却水循環ポンプとが設けられ、前記冷却水供給装置は、前記ウォータジャケットの冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する排ガス冷却ラインと、前記冷却水冷却ラインに設けられる流量調整弁とから構成され、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記ウォータジャケットの冷却水の温度が前記所定温度以下のときに前記流量調整弁の開度を減少させることを特徴としている。

従って、エンジン本体の駆動時でウォータジャケットの冷却水の温度が所定温度以下のときに、流量調整弁の開度を減少させると、ウォータジャケットの冷却水が排ガス冷却ラインからＥＧＲクーラに供給されやすくなり、流量調整弁を適用するだけで、伝熱管を適正に冷却して付着している煤を早期に除去することができ、製造コストの増加を抑制することができる。

本発明のディーゼルエンジンでは、前記冷却水供給装置は、冷却水を貯留する冷却水タンクと、前記冷却水タンクの冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する冷却水供給ラインと、前記冷却水供給ラインに設けられる冷却水ポンプとから構成され、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水ポンプを作動することを特徴としている。

従って、エンジン本体を冷却するウォータジャケットとは別に、冷却水供給ライン及び冷却水ポンプによりＥＧＲクーラの冷却系統を設けることで、必要時にＥＧＲクーラの冷却系統を作動すればよく、ＥＧＲクーラにおけるクリーニング処理の自由度を確保することができる。

本発明のディーゼルエンジンでは、前記制御装置は、前記エンジン本体の運転時間が予め設定された所定運転時間を超えて、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動することを特徴としている。

従って、エンジン本体の運転時間が所定運転時間を超えたときに、冷却水をＥＧＲクーラに供給して伝熱管に付着している煤を除去することとなり、必要時のみにＥＧＲクーラにおけるクリーニング処理を実行すればよく、エンジン本体の冷却処理能力を維持することができる。

本発明のディーゼルエンジンでは、前記制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開放時間が予め設定された所定開放時間を超えて、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動することを特徴としている。

従って、ＥＧＲ弁の開放時間が所定開放時間を超えたときに、冷却水をＥＧＲクーラに供給して伝熱管に付着している煤を除去することとなり、必要時のみにＥＧＲクーラにおけるクリーニング処理を実行すればよく、エンジン本体の冷却処理能力を維持することができる。

本発明のディーゼルエンジンでは、前記制御装置は、前記ＥＧＲクーラから排出された排ガスの温度が予め設定された所定温度以上になり、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動することを特徴としている。

従って、ＥＧＲクーラから排出された排ガスの温度が所定温度以上になったときに、ＥＧＲクーラの冷却能力が低下したとして、冷却水をＥＧＲクーラに供給して伝熱管に付着している煤を除去することとなり、必要時のみにＥＧＲクーラにおけるクリーニング処理を実行すればよく、エンジン本体の冷却処理能力を維持することができる。

本発明のディーゼルエンジンによれば、ＥＧＲクーラへの堆積物による性能の低下を抑制することができる。

図１は、第１実施形態のディーゼルエンジンを表す概略構成図である。図２は、ＥＧＲクーラのクリーニング方法を表すフローチャートである。図３は、第２実施形態のディーゼルエンジンを表す概略構成図である。図４は、第３実施形態のディーゼルエンジンを表す概略構成図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るディーゼルエンジンの好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態のディーゼルエンジンを表す概略構成図である。

図１に示すように、第１実施形態のディーゼルエンジン１０は、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されてエンジン本体１１が構成されている。このエンジン本体１１は、複数（本実施形態では、４個）のシリンダボア１２が設けられ、各シリンダボア１２にシリンダライナ（図示略）を介してピストン１３がそれぞれ上下移動自在に支持されている。エンジン本体１１は、図示しないが、下部にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１３がコネクティングロッドを介してクランクシャフトにそれぞれ連結されている。

エンジン本体１１は、吸気ポート（図示略）を介して給気マニホールド１４が配置されると共に、排気ポート（図示略）を介して排気マニホールド１５が配置され、図示しないが、吸気ポート及び排気ポート吸気弁及び排気弁がそれぞれ配置されている。この吸気弁及び排気弁は、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトの吸気カム及び排気カムが作用することで、吸気ポート及び排気ポートを開閉することができる。また、エンジン本体１１は、燃料噴射弁（図示略）が設けられており、燃料噴射弁は、燃焼室に高圧燃料を噴射することができる。

そのため、ディーゼルエンジン１０は、クランクシャフトが２回転する間に、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４行程を実行することとなり、このとき、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが１回転し、吸気弁及び排気弁が吸気ポート及び排気ポートを開閉することとなる。そして、エンジン本体１１は、給気マニホールド１４から各吸気ポートを通して各燃焼室にそれぞれ空気が供給されると、各ピストン１３の上昇によりこの空気が圧縮され、各燃料噴射弁により燃焼室にそれぞれ高圧燃料が噴射されると、この高圧燃料が自然着火して燃焼する。そして、発生した燃焼ガスは、排ガスとして各排気ポートから排気マニホールド１５に排出される。

エンジン本体１１は、給気マニホールド１４に給気ラインＧ１が連結され、排気マニホールド１５に排気ラインＧ２が連結されている。ＥＧＲラインＧ３は、一端部が排気ラインＧ２に連結され、他端部が給気ラインＧ１に連結されている。このＥＧＲラインＧ３は、排ガスの一部を給気ラインＧ１の空気に混入するものであり、ＥＧＲクーラ１６とＥＧＲ弁１７が設けられている。

エンジン本体１１は、内部に冷却水を循環して冷却するウォータジャケット２１が設けられている。ウォータジャケット２１は、冷却水入口ライン（冷却水冷却ライン）Ｗ１及び冷却水出口ライン（冷却水冷却ライン）Ｗ２によりラジエータ２２に連結されている。そして、冷却水入口ラインＷ１は、冷却水循環ポンプ２３が設けられている。また、冷却水入口ラインＷ１と冷却水出口ラインＷ２とは、バイパスラインＷ３により連結されており、冷却水出口ラインＷ２とバイパスラインＷ３との連結部にサーモスタット三方弁２４が設けられている。

また、排ガス冷却ラインＷ４は、ウォータジャケット２１の冷却水をＥＧＲクーラ１６に導入して排ガスを冷却するものである。この排ガス冷却ラインＷ４は、一端部がウォータジャケット２１に連結され、他端部が冷却水出口ラインＷ２におけるサーモスタット三方弁２４よりウォータジャケット２１（エンジン本体１１）側に連結されている。排ガス冷却ラインＷ４は、電動式の冷却水ポンプ２５が設けられている。

制御装置３０は、ＥＧＲ弁１７の開閉操作と冷却水ポンプ２５の駆動及び停止を制御することができる。また、エンジン本体１１は、ウォータジャケット２１内の冷却水の温度を計測する温度センサ２６が設けられており、温度センサ２６は、計測結果を制御装置３０に出力する。なお、冷却水循環ポンプ２３は、エンジン本体１１に設けられ、このエンジン本体１１に同期して駆動するものであり、エンジン回転数が高回転になるほど冷却水の循環量が増加する。また、サーモスタット三方弁２４は、冷却水の温度に応じて開閉するものであり、冷却水が低温領域（例えば、８０℃未満）にあるとき、冷却水入口ラインＷ１を閉止して冷却水出口ラインＷ２とバイパスラインＷ３を連通し、冷却水が高温領域（例えば、８０℃以上）にあるとき、バイパスラインＷ３を閉止し冷却水出口ラインＷ２を連通する。

ところで、ＥＧＲクーラ１６は、中空形状をなすケース内に多数の伝熱管が配置されて構成され、ケースに排気ラインＧ２が連結され、多数の伝熱管に排ガス冷却ラインＷ４が連結されている。そのため、排ガスが排気ラインＧ２からケース内に供給され、冷却水が多数の伝熱管に供給され、ケース内の排ガスと各伝熱管内の冷却水との間で熱交換が行われることで、排ガスが冷却水により冷却される。このとき、排ガスは、粒子状物質（ＰＭ）が含まれていることから、粒子状物質としての煤が各伝熱管の外表面に付着して堆積し、排ガスと冷却水との熱交換効率が低下し、排ガスを十分に冷却することができないおそれがある。

そこで、本実施形態では、エンジン本体１１が駆動しているとき、所定温度以下の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給することで、伝熱管の外表面に付着して堆積している煤を除去し、ＥＧＲクーラ１６を再生するようにしている。排ガスは、水蒸気を含んでいることから、伝熱管の外表面に固着している煤内に水蒸気が閉じ込められている。そのため、伝熱管内に所定温度（好ましくは、４０℃以下）の冷却水を流すと、伝熱管を介してその外表面に固着している煤が冷却され、内部の水蒸気が凝縮して水となる。水蒸気が凝縮水になると体積膨張することから、伝熱管に固着した煤の堆積層は、内部で生成された凝縮水により持ち上げられて剥離しやすくなる。この状態で、伝熱管における煤の堆積層に排ガスが接触すると、排ガスの接触圧力により煤の堆積層の剥離が促進され、伝熱管の外表面から煤が剥離して除去される。

本実施形態のディーゼルエンジン１０にて、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度、つまり、ウォータジャケット２１内の冷却水の温度が所定温度以下のときに、冷却水供給装置を作動し、低温の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する。すると、ＥＧＲクーラ１６は、内部の各伝熱管の外表面に付着している煤の堆積層が冷却されて剥離し、除去される。

このとき、ＥＧＲラインＧ３に設けられたＥＧＲ弁１７が開放されていると、冷却されて剥離されやすくなった伝熱管における煤の堆積層は、排ガスが接触することで、排ガスの接触圧力により剥離が促進され、伝熱管の外表面から除去される。

本実施形態では、冷却水としてウォータジャケット２１に貯留されている冷却水を用い、冷却水供給装置として、ウォータジャケット２１の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する排ガス冷却ラインＷ４と、排ガス冷却ラインＷ４に設けられる冷却水ポンプ２５を適用する。そして、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに、冷却水ポンプ２５を作動する。

以下、第１実施形態のディーゼルエンジン１０におけるＥＧＲクーラ１６のクリーニング方法の制御について詳細に説明する。図２は、ＥＧＲクーラのクリーニング方法を表すフローチャートである。

図１及び図２に示すように、ステップＳ１１にて、制御装置３０は、エンジン本体１１が駆動しているかどうかを判定する。エンジン本体１１の駆動は、例えば、エンジン回転数が０を超えているかどうかにより判定すればよい。ここで、エンジン本体１１が駆動していないと判定（Ｎｏ）されると、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、エンジン本体１１が駆動していると判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１２にて、制御装置３０は、ＥＧＲ弁１７が開放されているかどうかを判定する。制御装置３０は、エンジン本体１１の運転状態によりＥＧＲ弁１７の開閉制御をおこなうことから、その制御信号によりＥＧＲ弁１７が開放状態を判定すればよい。ここで、ＥＧＲ弁１７が開放されていないと判定（Ｎｏ）されると、何もしないでこのルーチンを抜ける。

一方、ＥＧＲ弁１７が開放している判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１３にて、制御装置３０は、ウォータジャケット２１内の冷却水の温度が所定温度以下であるかどうかを判定する。制御装置３０は、温度センサ２６からの入力値に基づいて冷却水の温度が所定温度以下であるかどうかを判定する。ここで、冷却水の温度が所定温度より高いと判定（Ｎｏ）されると、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、冷却水の温度が所定温度以下であると判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１４にて、制御装置３０は、冷却水ポンプ２５を作動する。

冷却水ポンプ２５が作動すると、所定温度以下の低温状態のウォータジャケット２１の冷却水が、排ガス冷却ラインＷ４を通してＥＧＲクーラ１６に供給される。すると、ＥＧＲクーラ１６にて、伝熱管に固着した煤の堆積層は、冷却水により冷却されることで、内部の水蒸気が凝縮水となり、体積膨張した凝縮水により煤の堆積層が持ち上げられて剥離しやすくなる。そして、剥離しやすくなった煤の堆積層は、ＥＧＲクーラ１６内を流れる排ガスにより伝熱管の外表面から剥離して除去される。

なお、エンジン本体１１は、冷却水循環ポンプ２３が作動することから、ウォータジャケット２１の冷却水は、排ガス冷却ラインＷ４を通してＥＧＲクーラ１６に供給されている。但し、冷却水循環ポンプ２３は、エンジン本体１１の回転数に依存するものであり、エンジン本体１１の回転数が低いときには、冷却水の循環量も少ない。また、冷却水循環ポンプ２３は、ウォータジャケット２１の冷却水を排ガス冷却ラインＷ４からＥＧＲクーラ１６に直接供給するものではなく、ＥＧＲクーラ１６の伝熱管を十分冷却することは困難である。本実施形態では、排ガス冷却ラインＷ４に設けられた冷却水ポンプ２５を作動することで、低温状態の冷却水を排ガス冷却ラインＷ４からＥＧＲクーラ１６に強制的に供給することで、ＥＧＲクーラ１６の伝熱管に固着した煤の堆積層を積極的に冷却して剥離させるものである。

その後、ステップＳ１５にて、冷却水ポンプ２５を作動してから所定時間が経過したかどうかを判定する。この所定時間とは、低温状態の冷却水によりＥＧＲクーラ１６の伝熱管を冷却し、この伝熱管に固着した煤の堆積層が剥離されるまでの時間であり、予め実験により求めておく。ここで、冷却水ポンプ２５を作動してから所定時間が経過していないと判定（Ｎｏ）されると、この処理を継続する。一方、冷却水ポンプ２５を作動してから所定時間が経過したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１６にて、冷却水ポンプ２５の作動を停止し、ＥＧＲクーラ１６のクリーニング処理が終了する。

なお、上述の説明では、エンジン本体１１の駆動時でウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに冷却水ポンプ２５を作動し、低温の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給し、伝熱管に付着した煤を冷却して剥離させるようにしている。但し、ウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに、常に低温の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する必要はない。即ち、伝熱管に煤が所定量だけ付着して冷却性能が著しく低下したときに、このクリーニング制御を実施すればよい。

例えば、クリーニング制御を実施した後、エンジン本体１１の運転時間が予め設定された所定運転時間を超えたとき、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度が所定温度以下のときに、冷却水供給装置を作動する。この場合、所定運転時間とは、ＥＧＲクーラ１６における伝熱管に煤が付着して冷却性能が著しく低下するまでの時間であり、予め実験により設定しておけばよい。

また、クリーニング制御を実施した後、ＥＧＲ弁１７の開放時間が予め設定された所定開放時間を超えたとき、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度が所定温度以下のときに、冷却水供給装置を作動する。この場合、所定開放時間とは、ＥＧＲ弁１７の開放時に、ＥＧＲクーラ１６における伝熱管に煤が付着して冷却性能が著しく低下するまでの時間であり、予め実験により設定しておけばよい。

また、クリーニング制御を実施した後、ＥＧＲクーラ１６から排出された排ガスの温度が予め設定された所定温度以上になったとき、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度が所定温度以下のときに、冷却水供給装置を作動する。この場合、所定温度とは、ＥＧＲクーラ１６における伝熱管に煤が付着して冷却性能が著しく低下した時の排ガスの温度であり、予め実験により設定しておけばよい。

このように第１実施形態のディーゼルエンジンにあっては、エンジン本体１１から排出される排ガスの一部を燃焼用ガスとしてエンジン本体１１に再循環するＥＧＲラインＧ３と、ＥＧＲラインＧ３に設けられて冷却水により排ガスを冷却するＥＧＲクーラ１６と、冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する冷却水供給装置と、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度が予め設定された所定温度以下のときに冷却水供給装置を作動する制御装置３０とを設けている。

従って、エンジン本体１１の駆動時で、エンジン本体１１の温度が所定温度以下のときに冷却水供給装置を作動することで、冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する。低温の冷却水によりＥＧＲクーラ１６の伝熱管を冷却すると、伝熱管に固着している煤が冷却され、内部の水蒸気が凝縮水となる。煤内で凝縮水が生成されると、体積膨張することから、伝熱管に固着した煤の堆積層は、凝縮水により持ち上げられて剥離しやすくなる。ここで、伝熱管における煤の堆積層に排ガスが接触すると、排ガスの接触圧力により煤の堆積層の剥離が促進され、伝熱管の外表面から煤が剥離して除去される。その結果、ＥＧＲクーラ１６への堆積物による性能の低下を抑制することができる。

第１実施形態のディーゼルエンジンでは、ＥＧＲラインＧ３にＥＧＲ弁１７を設け、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度が所定温度以下のときに、ＥＧＲ弁１７の開放時に冷却水供給装置を作動する。従って、伝熱管に固着している煤が冷却されて剥離しやすい状態で、煤の堆積層に排ガスが接触するため、排ガスの接触圧力により伝熱管の外表面から煤を早期に剥離して除去することができる。

第１実施形態のディーゼルエンジンでは、冷却水供給装置として、エンジン本体１１のウォータジャケット２１の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する排ガス冷却ラインＷ４と、排ガス冷却ラインＷ４に設けられる冷却水ポンプ２５とを設け、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに、冷却水ポンプ２５を作動する。従って、冷却水ポンプ２５によりウォータジャケット２１の冷却水を排ガス冷却ラインＷ４からＥＧＲクーラ１６に強制的に供給することとなり、伝熱管を適正に冷却して付着している煤を早期に除去することができる。

第１実施形態のディーゼルエンジンでは、制御装置３０は、エンジン本体１１の運転時間が予め設定された所定運転時間を超えたとき、または、ＥＧＲ弁１７の開放時間が予め設定された所定開放時間を超えたとき、または、ＥＧＲクーラ１６から排出された排ガスの温度が予め設定された所定温度以上になったとき、伝熱管に煤が付着してＥＧＲクーラ１６の冷却能力が低下したとして、冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する。従って、必要時のみにＥＧＲクーラ１６におけるクリーニング処理を実行することとなり、ウォータジャケット２１の冷却水の利用を低減してエンジン本体１１の冷却処理能力を維持することができる。

［第２実施形態］
図３は、第２実施形態のディーゼルエンジンを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図３に示すように、エンジン本体１１は、ウォータジャケット２１が設けられ、ウォータジャケット２１は、冷却水入口ラインＷ１及び冷却水出口ラインＷ２によりラジエータ２２に連結され、冷却水入口ラインＷ１に冷却水循環ポンプ２３が設けられている。排ガス冷却ラインＷ４は、一端部がウォータジャケット２１に連結され、他端部が冷却水出口ラインＷ２におけるサーモスタット三方弁２４よりウォータジャケット２１側に連結されている。流量調整弁２７は、冷却水出口ラインＷ２における排ガス冷却ラインＷ４の連結部よりウォータジャケット２１側に設けられている。

制御装置３０は、ＥＧＲ弁１７の開閉操作と流量調整弁２７の開度調整を制御することができる。また、エンジン本体１１は、ウォータジャケット２１内の冷却水の温度を計測する温度センサ２６が設けられており、温度センサ２６は、計測結果を制御装置３０に出力する。

本実施形態では、エンジン本体１１が駆動しているとき、所定温度以下の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給することで、伝熱管の外表面に付着して堆積している煤を除去し、ＥＧＲクーラ１６を再生するようにしている。制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度、つまり、ウォータジャケット２１内の冷却水の温度が所定温度以下のときに、冷却水供給装置を作動し、低温の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する。すると、ＥＧＲクーラ１６は、内部の各伝熱管の外表面に付着している煤の堆積層が冷却されて剥離し、除去される。

本実施形態では、冷却水としてウォータジャケット２１に貯留されている冷却水を用い、冷却水供給装置として、ウォータジャケット２１の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する排ガス冷却ラインＷ４と、冷却水出口ラインＷ２に設けられる流量調整弁２７を適用する。そして、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに、流量調整弁２７の開度を減少させる。流量調整弁２７の開度を減少すると、ウォータジャケット２１から冷却水出口ラインＷ２を通してラジエータ２２に流れる冷却水の流量が低下し、ウォータジャケット２１から排ガス冷却ラインＷ４に流れる冷却水の流量が増加する。そのため、ＥＧＲクーラ１６の内部にある各伝熱管の冷却性能が高まり、伝熱管の外表面に付着している煤の堆積層が冷却されて剥離し、除去される。

このとき、制御装置３０は、温度センサ２６から入力される冷却水の温度やエンジン本体１１の回転数に応じて流量調整弁２７の開度を調整する。制御装置３０は、冷却水の温度が高くなったり、エンジン本体１１の回転数が高くなったりすると、流量調整弁２７の開度を大きくする。

また、ＥＧＲラインＧ３に設けられたＥＧＲ弁１７が開放されていると、冷却されて剥離されやすくなった伝熱管における煤の堆積層は、排ガスが接触することで、排ガスの接触圧力により剥離が促進され、伝熱管の外表面から除去される。

なお、第２実施形態のディーゼルエンジン１０におけるＥＧＲクーラ１６のクリーニング方法の制御は、第１実施形態とほぼ同様であることから、説明は省略する。

このように第２実施形態のディーゼルエンジンにあっては、エンジン本体１１のウォータジャケット２１の冷却水をラジエータ２２で冷却する冷却水入口ラインＷ１及び冷却水出口ラインＷ２と、冷却水出口ラインＷ２に設けられる冷却水循環ポンプ２３とを設け、冷却水供給装置として、ウォータジャケット２１の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する排ガス冷却ラインＷ４と、冷却水出口ラインＷ２に設けられる流量調整弁２７とを設け、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに流量調整弁２７の開度を減少させる。

従って、流量調整弁２７の開度を減少させると、ウォータジャケット２１の冷却水が排ガス冷却ラインＷ４からＥＧＲクーラ１６に供給されやすくなり、流量調整弁２７を適用するだけで、伝熱管を適正に冷却して付着している煤を早期に除去することができ、製造コストの増加を抑制することができる。

［第３実施形態］
図４は、第３実施形態のディーゼルエンジンを表す概略構成図である。なお、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第３実施形態では、図４に示すように、エンジン本体１１が駆動しているとき、所定温度以下の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給することで、伝熱管の外表面に付着して堆積している煤を除去し、ＥＧＲクーラ１６を再生するようにしている。制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でエンジン本体１１の温度、つまり、ウォータジャケット２１内の冷却水の温度が所定温度以下のときに、冷却水供給装置を作動し、低温の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する。すると、ＥＧＲクーラ１６は、内部の各伝熱管の外表面に付着している煤の堆積層が冷却されて剥離し、除去される。

本実施形態では、冷却水としてウォータジャケット２１に貯留されている冷却水を一時貯留水として貯留し、冷却水供給装置として、エンジン本体１１の冷却系統とは別の冷却系統を設けている。即ち、冷却水タンク３１は、第１冷却水供給ラインＷ１１により排ガス冷却ラインＷ４におけるＥＧＲクーラ１６の上流側、つまり、ウォータジャケット２１側に連結されている。第１冷却水供給ラインＷ１１は、排ガス冷却ラインＷ４との連結部に切替三方弁３２が設けられると共に、冷却水ポンプ３３が設けられている。また、冷却水タンク３１は、第２冷却水供給ラインＷ１２により排ガス冷却ラインＷ４におけるＥＧＲクーラ１６の下流側、つまり、冷却水出口ラインＷ２側に連結されている。第２冷却水供給ラインＷ１２は、排ガス冷却ラインＷ４との連結部に切替三方弁３４が設けられている。

即ち、冷却水供給装置として、冷却水を貯留する冷却水タンク３１と、冷却水タンク３１の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する第１冷却水供給ラインＷ１１及び第２冷却水供給ラインＷ１２と、第１冷却水供給ラインＷ１１に設けられる冷却水ポンプ３３とを適用する。そして、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに、冷却水ポンプ３３を作動させる。

即ち、まず、切替三方弁３２により排ガス冷却ラインＷ４のウォータジャケット２１側の流路を閉止し、排ガス冷却ラインＷ４のＥＧＲクーラ１６側と第１冷却水供給ラインＷ１１を連通する。また、切替三方弁３４により排ガス冷却ラインＷ４の冷却水出口ラインＷ２側の流路を閉止し、排ガス冷却ラインＷ４のＥＧＲクーラ１６側と第２冷却水供給ラインＷ１２を連通する。次に、冷却水ポンプ３３を作動させる。すると、冷却水タンク３１の冷却水が第２冷却水供給ラインＷ１２を通して切替三方弁３４から排ガス冷却ラインＷ４のＥＧＲクーラ１６に供給される。ここで、冷却水によりＥＧＲクーラ１６の伝熱管が冷却されることで、伝熱管の外表面に付着している煤の堆積層が冷却されて剥離し、除去される。

本実施形態のＥＧＲクーラ１６のクリーニング処理は、排気微粒子除去装置（ＤＰＦ：ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）の再生時に実施することが好ましい。排気微粒子除去装置は、ディーゼルエンジン１０の排ガスに含まれる粒子状物質や黒煙を捕集して除去するものである。また、排気微粒子除去装置は、フィルタが目詰まりする前に排ガスの温度を上昇させることで、捕集した粒子状物質や黒煙を燃焼させる。このとき、冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給することで伝熱管を冷却し、この伝熱管の外表面に付着している煤の堆積層を除去する。

なお、第３実施形態のディーゼルエンジン１０におけるＥＧＲクーラ１６のクリーニング方法の制御は、第１実施形態とほぼ同様であることから、説明は省略する。

このように第３実施形態のディーゼルエンジンにあっては、冷却水供給装置として、冷却水を貯留する冷却水タンク３１と、冷却水タンク３１の冷却水をＥＧＲクーラ１６に供給する第１冷却水供給ラインＷ１１及び第２冷却水供給ラインＷ１２と、第１冷却水供給ラインＷ１１に設けられる冷却水ポンプ３３とを設け、制御装置３０は、エンジン本体１１の駆動時でウォータジャケット２１の冷却水の温度が所定温度以下のときに冷却水ポンプ３３を作動する。

従って、エンジン本体１１を冷却するウォータジャケット２１の冷却系統とは別に、第１冷却水供給ラインＷ１１及び第２冷却水供給ラインＷ１２と冷却水ポンプ３３によりＥＧＲクーラ１６の冷却系統を設けることで、必要時にＥＧＲクーラ１６の冷却系統を作動すればよく、ＥＧＲクーラ１６におけるクリーニング処理の自由度を確保することができる。

１０ディーゼルエンジン
１１エンジン本体
１６ＥＧＲクーラ
１７ＥＧＲ弁
２１ウォータジャケット
２２ラジエータ
２３冷却水循環ポンプ
２４サーモスタット三方弁
２５冷却水ポンプ（冷却水供給装置）
２６温度センサ
２７流量調整弁（冷却水供給装置）
３０制御装置
３１冷却水タンク（冷却水供給装置）
３２，３４切替三方弁
３３冷却水ポンプ（冷却水供給装置）
Ｇ１給気ライン
Ｇ２排気ライン
Ｇ３ＥＧＲライン
Ｗ１冷却水入口ライン（冷却水冷却ライン）
Ｗ２冷却水出口ライン（冷却水冷却ライン）
Ｗ３バイパスライン
Ｗ４排ガス冷却ライン（冷却水供給装置）
Ｗ１１第１冷却水供給ライン（冷却水供給装置）
Ｗ１２第２冷却水供給ライン（冷却水供給装置）

Claims

エンジン本体から排出される排ガスの一部を燃焼用ガスとして前記エンジン本体に再循環するＥＧＲラインと、
前記ＥＧＲラインに設けられて冷却水により排ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する冷却水供給装置と、
前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が予め設定された所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動して前記ＥＧＲクーラに供給する冷却水の供給量を増加させる制御装置と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジン。
前記ＥＧＲラインにＥＧＲ弁が設けられ、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに、前記ＥＧＲ弁の開放時に前記冷却水供給装置を作動することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
前記冷却水供給装置は、前記エンジン本体のウォータジャケットの冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する排ガス冷却ラインと、前記排ガス冷却ラインに設けられる冷却水ポンプとから構成され、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記ウォータジャケットの冷却水の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水ポンプを作動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジン。
前記エンジン本体のウォータジャケットの冷却水をラジエータで冷却する冷却水冷却ラインと、前記冷却水冷却ラインに設けられる冷却水循環ポンプとが設けられ、前記冷却水供給装置は、前記ウォータジャケットの冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する排ガス冷却ラインと、前記冷却水冷却ラインに設けられる流量調整弁とから構成され、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記ウォータジャケットの冷却水の温度が前記所定温度以下のときに前記流量調整弁の開度を減少させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジン。
前記冷却水供給装置は、冷却水を貯留する冷却水タンクと、前記冷却水タンクの冷却水を前記ＥＧＲクーラに供給する冷却水供給ラインと、前記冷却水供給ラインに設けられる冷却水ポンプとから構成され、前記制御装置は、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水ポンプを作動することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のディーゼルエンジン。
前記制御装置は、前記エンジン本体の運転時間が予め設定された所定運転時間を超えて、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のディーゼルエンジン。
前記制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開放時間が予め設定された所定開放時間を超えて、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動することを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジン。
前記制御装置は、前記ＥＧＲクーラから排出された排ガスの温度が予め設定された所定温度以上になり、前記エンジン本体の駆動時で前記エンジン本体の温度が前記所定温度以下のときに前記冷却水供給装置を作動することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のディーゼルエンジン。