JP7290548B2 - 排気再循環装置 - Google Patents

Description

本開示は、排気再循環装置に関する。

ディーゼルエンジンなどの排ガスを浄化するための装置として、排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置が知られている。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）をエンジンの吸気に再循環させる。これにより、燃焼温度が低く抑えられ、ＮＯｘの生成が抑制される。このＥＧＲ装置が導入される場合、エンジンのシリンダ内にＥＧＲガスが導入される分だけ空気量が減少するため、スモークが増加することが考えられる。

このような問題に対し、ＥＧＲ装置では、ＥＧＲガスを再循環させるＥＧＲパイプに水冷式のＥＧＲクーラが設けられる（例えば特許文献１参照）。この場合、エンジンの冷却水循環回路から導入した冷却水をＥＧＲクーラに循環させ、冷却水とＥＧＲガスとの熱交換を行うことで、ＥＧＲガスが冷却される。ＥＧＲガスが冷却されることで、当該ＥＧＲガスの体積が減少し、シリンダ内に供給される空気量の確保が図られる。

特開２００２‐１４７２９１号公報

上述したように、ＥＧＲクーラの冷却水は、エンジンの冷却水循環回路から導入される。このため、エンジンの冷却水の水位（ラジエータの水位）が減少し、ＥＧＲクーラ内の冷却水の水位が減少すると、ＥＧＲクーラ内で冷却水の部分沸騰が生じ易くなり、ＥＧＲガスが流れるチューブに亀裂が生じる等の不具合によりＥＧＲクーラが破損してしまうおそれがある。ラジエータの水位が減少した場合に水位低下警報を発報し、ＥＧＲクーラの水位が減少する前にドライバーに点検・補水を促すことは可能であるが、ドライバーが警告を無視してエンジンを駆動し続けることも想定される。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、ラジエータの水位が減少した場合でもＥＧＲクーラを保護できる排気再循環装置を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る排気再循環装置は、エンジンの排気マニホルドと吸気マニホルドとを接続し、排気ガスの一部であるＥＧＲガスをエンジンの吸気に再循環させるＥＧＲパイプと、ＥＧＲパイプにおけるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、ＥＧＲパイプに接続され、ラジエータを含むエンジンの冷却水循環回路から導入した冷却水とＥＧＲガスとの熱交換により、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、ラジエータ内の冷却水の水位を検出する水位検出部と、水位検出部によってラジエータ内の冷却水の水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、ＥＧＲバルブを閉じる制御部と、を備える。

この排気再循環装置では、ラジエータ内の冷却水の水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、ＥＧＲバルブを閉じ、ＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流通を制限する。これにより、ＥＧＲクーラ内の冷却水の水位が減少する前にＥＧＲガスが流れるチューブの温度を下げることが可能となり、ＥＧＲクーラ内で冷却水の部分沸騰が生じることを抑制できる。したがって、チューブに亀裂が生じる等の不具合によりＥＧＲクーラが破損してしまうことを防止でき、ラジエータ内の冷却水の水位が減少した場合でもＥＧＲクーラを保護できる。

制御部は、水位検出部によってラジエータ内の冷却水の水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、エンジンの出力を制限してもよい。これにより、ラジエータ内の冷却水の水位が減少した状態でエンジンの出力が継続することを防止できる。また、エンジンからの排気ガスの発生が抑えられ、ＥＧＲクーラへのＥＧＲガスの流通を一層確実に制限できる。

本開示によれば、ラジエータの水位が減少した場合でもＥＧＲクーラを保護できる。

排気再循環装置の一実施形態を示す概略図である。 図１に示した排気再循環装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る排気再循環装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、排気再循環装置の一実施形態を示す概略図である。図１に示すＥＧＲ装置（排気再循環装置）１は、車両のエンジン２回りに搭載される装置であり、排気ガスの一部であるＥＧＲガス３をエンジン２の吸気に再循環させることより燃焼温度を低く抑えてＮＯｘの生成を抑制する。ＥＧＲ装置１が適用される車両としては、例えばバス等の商用車両や、トラック、ショベルカー等の産業車両が挙げられる。車両は、大型車両、中型車両、普通乗用車、小型車両、軽車両のいずれであってもよい。

車両に搭載されるエンジン２は、例えば水冷式ディーゼルエンジン等の内燃機関である。エンジン２は、シリンダヘッド及びシリンダブロック等を含んで構成されている。エンジン２は、冷却水Ｗを循環させる冷却水循環回路４、及び走行風との熱交換により冷却水Ｗを冷却するラジエータ５に接続されている。エンジン２の吸気ポートには、吸気マニホルド６を介して吸気管７が接続されている。エンジン２の排気ポートには、排気マニホルド（不図示）を介して排気管が接続されている。冷却水Ｗが冷却水循環回路４を介してエンジン２に流通することにより、エンジン２が冷却される。

ＥＧＲ装置１は、ＥＧＲパイプ１１と、ＥＧＲバルブ１２と、ＥＧＲクーラ１３と、水位検出部１４と、制御部１５とを備えて構成されている。ＥＧＲパイプ１１は、エンジン２の排気マニホルドと吸気マニホルド６とを接続し、排気ガスの一部であるＥＧＲガス３をエンジン２の吸気に再循環させる。本実施形態では、ＥＧＲガス３は、吸気ポートに還流し、例えばインタークーラ（不図示）を経由した新規の空気１６と共にシリンダ内に供給される。ＥＧＲバルブ１２は、ＥＧＲパイプ１１において、ＥＧＲクーラ１３よりもＥＧＲガス３の流れ方向の下流側に設けられている。このＥＧＲバルブ１２の開閉は、制御部１５によって制御される。これにより、ＥＧＲパイプ１１におけるＥＧＲガス３の流量が調整される。

ＥＧＲクーラ１３は、例えば水冷式のＥＧＲクーラである。本実施形態では、ＥＧＲクーラ１３は、チューブ式の熱交換器であり、ＥＧＲパイプ１１に接続されている。ＥＧＲクーラ１３は、例えば円筒形の胴体の両端に管板をそれぞれ配置し、これらの管板間に多数の細い伝熱性のチューブを配設してなる。円筒形の胴体内では、チューブの内部にＥＧＲパイプ１１からのＥＧＲガス３が流通し、チューブよりも外側に冷却水循環回路４から導入した冷却水Ｗが流通する。冷却水ＷとＥＧＲガス３との熱交換により、ＥＧＲガス３が冷却される。ＥＧＲガス３が冷却されることで、当該ＥＧＲガス３の体積が減少し、シリンダ内に供給される空気量の確保が図られる。

水位検出部１４は、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位を検出する部分である。本実施形態では、水位検出部１４は、ラジエータ５の上部に設けられた水位低下スイッチによって構成されている。水位検出部１４は、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値（ここでは、水位低下スイッチの取付位置）よりも減少したことを検出した場合に、その旨を示す検出信号を制御部１５に出力する。所定値は、例えば冷却水循環回路４よりも高い位置となるように設定される。水位検出部１４は、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値より減少した場合でも直ちに検出信号を制御部１５に出力せず、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が一定期間にわたって所定値よりも減少している場合に、検出信号を制御部１５に出力してもよい。

制御部１５は、ＥＧＲバルブ１２の動作等を制御する部分である。本実施形態では、制御部１５は、例えばエンジン２を制御する車両側のエンジン制御装置によって構成されている。制御部１５は、水位検出部１４から検出信号を受け取ると、運転席に設けられたチェックエンジンランプ１７を点灯させ、車両のドライバーに向けて水位低下警報を発報する。また、制御部１５は、水位検出部１４から検出信号を受け取ると、ＥＧＲバルブ１２を閉じてＥＧＲクーラ１３へのＥＧＲガス３の流通を制限すると共に、エンジン２の出力を制限する。ＥＧＲバルブ１２の制御にあたっては、例えばＥＧＲバルブ１２の開度を５０％以下としてもよく、０％としてもよい。エンジン２の出力の制限にあたっては、例えばシリンダ内への燃料の噴射量を通常の５０％程度に減少させる。

図２は、ＥＧＲ装置１の動作を示すフローチャートである。同図に示すように、ＥＧＲ装置１では、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値よりも減少したか否かの検出が行われる（ステップＳ０１）。ステップＳ０１において、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値よりも減少したことが検出されない場合には、ステップＳ０１の処理が繰り返され、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位のモニタリングが継続される。ステップＳ０１において、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値よりも減少したことが検出された場合には、チェックエンジンランプ１７が点灯し、車両のドライバーに向けて水位低下警報が発報される（ステップＳ０２）。また、ＥＧＲバルブ１２が閉じてＥＧＲクーラ１３へのＥＧＲガス３の流通が制限されると共に、エンジン２の出力が制限される（ステップＳ０３）。

以上説明したように、ＥＧＲ装置１では、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、ＥＧＲバルブ１２を閉じ、ＥＧＲクーラ１３へのＥＧＲガス３の流通を制限する。これにより、ＥＧＲクーラ１３内の冷却水Ｗの水位が減少する前にＥＧＲガス３が流れるチューブの温度を下げることが可能となり、ＥＧＲクーラ１３内で冷却水Ｗの部分沸騰が生じることを抑制できる。したがって、チューブに亀裂が生じる等の不具合によりＥＧＲクーラ１３が破損してしまうことを防止でき、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が減少した場合でもＥＧＲクーラ１３を保護できる。

また、ＥＧＲ装置１では、水位検出部１４によってラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、制御部１５がエンジン２の出力を制限する。これにより、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が減少した状態でエンジン２の出力が継続することを防止できる。また、エンジン２からの排気ガスの発生が抑えられ、ＥＧＲクーラ１３へのＥＧＲガス３の流通を一層確実に制限できる。したがって、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が減少した場合でもＥＧＲクーラ１３を一層十分に保護できる。

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、ラジエータ５内の冷却水Ｗの水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、ＥＧＲバルブ１２を閉じると共にエンジン２の出力を制限しているが、エンジン２の出力の制限は、必ずしも実施しなくてもよい。また、ＥＧＲバルブ１２の配置位置は、ＥＧＲパイプ１１において、ＥＧＲクーラ１３よりもＥＧＲガス３の流れ方向の上流側に設けられていてもよい。ＥＧＲクーラ１３の配置位置は、エンジン２の上方であってもよい。

また、上記実施形態では、水位検出部１４からの検出信号をエンジン制御装置に出力しているが、当該検出信号を車両制御装置に出力し、当該車両制御装置からのＣＡＮ信号やスイッチ信号をエンジン制御装置に出力してもよい。この場合の車両制御装置としては、例えば車両がショベルカーである場合には、ショベルの駆動を制御する制御装置などが挙げられる。

１…ＥＧＲ装置（排気再循環装置）、２…エンジン、３…ＥＧＲガス、４…冷却水循環回路、６…吸気マニホルド、１１…ＥＧＲパイプ、１２…ＥＧＲバルブ、１３…ＥＧＲクーラ、１４…水位検出部、１５…制御部、Ｗ…冷却水。

Claims (2)

1. エンジンの排気マニホルドと吸気マニホルドとを接続し、排気ガスの一部であるＥＧＲガスを前記エンジンの吸気に再循環させるＥＧＲパイプと、
   前記ＥＧＲパイプにおける前記ＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、
   前記ＥＧＲパイプに接続され、ラジエータを含む前記エンジンの冷却水循環回路から導入した冷却水と前記ＥＧＲガスとの熱交換により、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ラジエータ内の前記冷却水の水位を検出する水位検出部と、
   前記水位検出部によって前記ラジエータ内の前記冷却水の水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、前記ＥＧＲバルブを閉じる制御部と、を備える排気再循環装置。
2. 前記制御部は、前記水位検出部によって前記ラジエータ内の前記冷却水の水位が所定値よりも減少したことが検出された場合に、前記エンジンの出力を制限する請求項１記載の排気再循環装置。
   

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