JPH10213020A - Egrクーラー付きegr装置 - Google Patents

Egrクーラー付きegr装置

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JPH10213020A
JPH10213020A JP9015234A JP1523497A JPH10213020A JP H10213020 A JPH10213020 A JP H10213020A JP 9015234 A JP9015234 A JP 9015234A JP 1523497 A JP1523497 A JP 1523497A JP H10213020 A JPH10213020 A JP H10213020A
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egr
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gas
dilution
pressure
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Koji Natsume
浩司 夏目
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/36Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for adding fluids other than exhaust gas to the recirculation passage; with reformers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新気に対してEGRガスの圧力を積極的
に低くすることによって、希釈用分岐通路を流れる新気
を安定してEGR通路に供給してEGRガスを希釈する
ようにして、エンジンの燃焼を良好に保ちながら、排気
ガス中のNOxの低減ができるEGRクーラー付きEG
R装置を提供する。 【解決手段】 過給器付きエンジンのコンプレッサの下
流側の吸気通路と排気通路とを連結するEGR弁を有す
るEGR通路を設け、該EGR通路と前記吸気通路の前
記EGR通路が合流する上流側とを流量調整弁を有する
希釈用分岐通路で連結すると共に、前記EGR通路の前
記希釈用分岐通路が接続する上流側にEGR弁を下流側
にEGRクーラーをそれぞれ設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンのEGR
において、EGRクーラーでEGRガスの温度を下げる
ことにより、空気の吸入効率を向上させてエンジンの燃
焼を良好に保つと共に、燃焼温度を下げて排気ガス中の
NOxを低減するEGRクーラー付きEGR装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンなどの排気ガス対策
において、排気ガス中のNOxの排出量を低減するため
に、排気ガスの一部を吸気に還流することによって、燃
焼温度を低く抑えて、NOxの生成を抑制するEGR
(排気再循環)が有効であることが知られ、広く実用化
されている。
【0003】このEGR装置においては、エンジンの排
気通路から排気ガスを分流するEGR通路を吸気通路側
に接続して、EGR通路に設けたEGR弁でEGRガス
の流量を調整しながらEGRを行っている。しかし、高
温のEGRガスをそのまま吸気側に循環させると、高温
で膨張したEGRガスが吸気マニホールドに供給される
ことになり、吸気時のシリンダー内のEGRガスが占め
る割合が多くなり、シリンダー内に入る空気量が低減し
てしまうという問題がある。
【0004】そのため、図3に示すように、EGR通路
6の途中に水冷式のEGRクーラー5を設けて、エンジ
ン冷却水を冷却水通路7を通じて循環して、この冷却水
によりEGRガスGeを冷却して体積を減少してから、
吸気マニホールド3に供給することによって、シリンダ
ー内に供給される空気量を確保している。しかしなが
ら、エンジンの排気ガス中には、燃焼により生成される
水分があるので、冬季やエンジンスタート直後のよう
に、EGRクーラー5が冷えている時には、EGRクー
ラー5内でEGRガス中の水蒸気が結露する。
【0005】このEGRクーラー5内で発生した結露水
に、EGRガス中のカーボンが捕捉されて、これが伝熱
管などへ付着して伝熱抵抗層を形成して、EGRクーラ
ー5の効率を低下させたり、さらに、EGRガス中の硫
黄酸化物が結露水中に溶解して硫酸を生じて、EGRク
ーラー5、EGR通路6およびエンジン1内部を腐蝕す
るという問題がある。
【0006】さらに、結露水が吸気行程で潤滑油中に溶
けて潤滑油を酸化するので、潤滑性能が低下して各部の
磨耗が促進されるという問題もある。この問題を解決す
るために、本発明者は図4に示すように、新気の一部分
Abを希釈用分岐通路9を経由させてEGRクーラー5
の上流側に供給して水蒸気分の多いEGRガスGeを希
釈し、EGRクーラー5に供給されるEGRガス(Ge
+Ab)中の水蒸気濃度を低下させて露点温度を下げて
EGRクーラー5内での結露を防止する装置を開発し
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図4の
ような構成のEGR装置においては、過給器のコンプレ
ッサ15によって吸気が昇圧されるので、希釈用分岐通路
9を経由した新気の圧力P3は正圧であるが、EGR通
路6のEGRクーラー5の入口付近のEGRガスの圧力
P5も、排気の圧力P2と略同じ大きさの正圧となる。
【0008】そして、吸気側の圧力P3の脈動が極めて
小さいのに対して、排気側の圧力P5の脈動は比較的大
きく、しかも、両者の平均的な圧力の差が小さい場合に
は、脈動する圧力P5の低くなった部分で、吸気側の圧
力P3より低くなる場合が発生し、希釈用分岐通路9に
EGRガスが逆流することになる。この状態になると、
新気をEGRクーラー側へ常時供給してこのEGRクー
ラー内を通過するEGRガスを安定して希釈することが
できなくなる結果、EGRガス濃度が不均一となってエ
ンジンの燃焼を不安定にするという問題がある。
【0009】前記逆流の問題を解決するために、図4の
装置においては、EGR通路6の入口部に逆止弁(リー
ド弁)26を設けているが、この逆止弁26は高温の排気ガ
スに晒されるため傷み易く、また、カーボンも付着し易
いので作動不良を起こし易いという問題がある。本発明
は、上述の問題を解決するためになされたもので、その
目的は、EGRガスを新気で希釈して水蒸気濃度を低下
させることにより、EGRクーラー内の結露を防止して
EGRクーラーの冷却効率の低下の防止や耐久性の向上
を図る過給器付きエンジンのEGR装置において、新気
に対してEGRガスの圧力を積極的に低くすることによ
って、希釈用分岐通路を流れる新気を安定してEGR通
路に供給してEGRガスを希釈するようにして、エンジ
ンの燃焼を良好に保ちながら、排気ガス中のNOxの低
減ができる装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するためのEGRクーラー付きEGR装置は、過給器付
きエンジンのコンプレッサの下流側の吸気通路と排気通
路とを連結するEGR弁を有するEGR通路を設け、該
EGR通路と前記吸気通路の前記EGR通路が合流する
上流側とを流量調整弁を有する希釈用分岐通路で連結す
ると共に、前記EGR通路の前記希釈用分岐通路が接続
する上流側にEGR弁を下流側にEGRクーラーをそれ
ぞれ設けて構成したものであり、吸気分岐通路からの新
気をEGR通路内に円滑に流入させることができる。
【0011】また、前記吸気通路の前記希釈用分岐通路
が分岐する部分と前記EGR通路が合流する部分との間
に、吸気絞りを設けることにより、更に円滑に安定して
希釈用分岐通路を経由した新気をEGRクーラー側に供
給することができてエンジンの燃焼状態を良好に保て
る。
【0012】
【発明の実施の形態】図1に示すように、過給器付きエ
ンジン1の排気マニホールドや排気管などの排気通路2
と、コンプレッサ15の下流側の吸気通路8とを、EGR
通路6で接続し、このEGR通路6とこのEGR通路6
が合流する合流部12の上流の吸気通路8とを新気Abの
量を調整する流量調節弁10を有する希釈用分岐通路9で
連結し、前記EGR通路6の希釈用分岐通路9が接続す
る接続部14より上流にEGRガスGeの流量を調整する
EGR弁4を設け、接続部14の下流にEGRクーラー5
を設けて構成する。
【0013】また、必要に応じて、過給器のコンプレッ
サで昇圧されて温度が上昇した新気を冷却するインター
クーラー16を、吸気通路6の希釈用分岐通路9が分岐す
る分岐部13より上流側、あるいは下流側に設ける。この
ような構成のEGR装置では、コンプレッサ15の下流側
の吸気通路8に、希釈用分岐通路9の新気Abの入口
(分岐部13)を設けているので、この入口の吸気の圧力
P1は、コンプレッサ15によって昇圧して比較的高い圧
力となっており、その上、新気Abの出口(接続部14)
をEGR弁4の下流に設けているので、出口付近のEG
Rガスの圧力P5をEGR弁4によって低下させること
ができ、流量調整弁10下流の新気の圧力P3よりも低く
できる。
【0014】つまり、EGR弁によって、EGRガスG
eの流量調整と共に、P1>P3>P5になるように積
極的に圧力差を形成できるので、希釈用分岐通路9の入
口圧力P1より出口圧力P5を小さくして、この希釈用
分岐通路9を流れる新気AbをEGR通路6側に安定し
て供給することができる。その上、EGRガスGeの全
量が必ずEGR弁4を通過する構成になっているので、
EGRガスGeの流量を正確に調整できる。
【0015】次に、上記の構成に加えて、図2に示すよ
うに、希釈用分岐通路9が分岐する分岐部13とEGR通
路6が合流する合流部12との間の吸気通路8に、絞り弁
などの吸気絞り11を設けて構成する。この吸気絞り11に
より、希釈されたEGRガス(Ge+Ab)の出口(合
流部12)の新気Amの圧力P4を、EGRクーラー5の
上流のEGRガスの圧力P5より低下させて、P1>P
3>P5>P4とすることができるので、希釈用新気A
bとEGRガスGeとをEGRクーラー5に安定して流
すことができる。
【0016】以上のように、安定して希釈用新気Abで
EGRクーラー5を通過するEGRガスGeを希釈でき
るので、安定したエンジンの燃焼を得られると共に、こ
のEGRガスの希釈による次のような効果を得ることが
できる。希釈用新気Abを水蒸気分の多いEGRガスG
e中に混入して、EGRガス(Ge+Ab)中の水蒸気
濃度を低下させて露点温度を下げることができるので、
EGRクーラー5内の結露を防止できる。
【0017】従って、この結露水に排気ガス中の硫黄酸
化物が溶解して発生する硫酸腐蝕も防止できるので、E
GRクーラー5などの耐久性を向上でき、また、結露水
が排気ガス中のカーボンを捕捉してEGRクーラー5内
の伝熱管にカーボンを付着させて伝熱抵抗層を形成する
のを防止できるので、冷却効率の低下を防止できる。特
に、ディーゼルエンジンの場合には、燃料油の性状上、
水分、硫黄分の含有がまぬがれず硫酸腐蝕及び燃焼時の
カーボンの発生が多いのでより一層効果的となる。
【0018】また、希釈用分岐通路5に設けた流量調整
弁10で希釈新気量Abを結露しない最小限の量に調整で
きるので、EGRクーラー5を通過するガス量の増大と
それに伴う圧損増加を抑制できると共に、希釈されたE
GRガスの温度の低下を最小限に抑えて冷却水との温度
差を比較的大きく保てるので、冷却効率の低下を少なく
でき、EGRクーラー5が大型化するのを防止できる。
【0019】更に、低水温時や暖機後においても、低速
低負荷運転時はEGRガスGeを冷却すると、通常、N
Oxとスモークの低減よりもむしろ燃焼温度の低下によ
るHC量の増加を招くが、本発明の構成によれば、流量
調整弁10を制御することでバイパスの新気量Abを増加
することができるので、混合ガス(Ge+Ab)の温度
を下げてEGRクーラー5からの放熱量を抑制でき、燃
焼温度の低下を防止してHC量の増加を防ぐことができ
る。
【0020】
【発明の効果】本発明に係るEGRクーラー付きEGR
装置によれば、EGR通路においてEGR弁を希釈用分
岐通路の出口より上流に設けて、希釈用分岐通路の出口
側のEGRガスの圧力を積極的に低下できるように構成
したので、希釈用分岐通路を経由してEGRガスを希釈
する新気を安定して供給することができる。
【0021】そして、更に、吸気通路において、希釈用
分岐通路の分岐部とEGR通路の合流部との間に吸気絞
りを設けたので、この吸気絞りによりEGRクーラーの
下流側の合流部と希釈用分岐通路の入口側の分岐部との
圧力差を積極的に形成することができ、希釈用分岐通路
へのEGRガスの逆流を防止しながら希釈用新気でEG
Rガスを更に安定して希釈することができる。
【0022】従って、結露による硫酸腐蝕やカーボン付
着を防止することができると共に、エンジンの燃焼状態
を安定して良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すEGR装置の構成図
である。
【図2】本発明の他の実施の形態を示すEGR装置の構
成図である。
【図3】従来技術を示すEGR装置の構成図である。
【図4】改良前のEGR装置の構成図である。
【符号の説明】
1 … エンジン 2 … 排気通路 3 … 吸気マニホールド 4 … EGR弁 5 … EGRクーラー 6 … EGR通
路 7 … 冷却水通路 8 … 吸気通路 9 … 希釈用分岐通路 10 … 流量調節
弁 11 … 吸気絞り 12 … 合流部 13 … 分岐部 14 … 接続部 15 … コンプレッサ Am… 新気の主流部分 Ab… 新気の一
部分(希釈用) G … 排気ガス Ge… EGR用
排気ガス

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 過給器付きエンジンのコンプレッサの下
    流側の吸気通路と排気通路とを連結するEGR弁を有す
    るEGR通路を設け、該EGR通路と前記吸気通路の前
    記EGR通路が合流する上流側とを流量調整弁を有する
    希釈用分岐通路で連結すると共に、前記EGR通路の前
    記希釈用分岐通路が接続する上流側にEGR弁を下流側
    にEGRクーラーをそれぞれ設けて構成したEGRクー
    ラー付きEGR装置。
  2. 【請求項2】 前記吸気通路の前記希釈用分岐通路が分
    岐する部分と前記EGR通路が合流する部分との間に、
    吸気絞りを設けた請求項1記載のEGRクーラー付きE
    GR装置。
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