WO2006077708A1

WO2006077708A1 - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: WO2006077708A1
Application number: PCT/JP2005/023249
Authority: WO
Inventors: Takahiro Ueda
Original assignee: Isuzu Motors Limited
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-12-19
Publication date: 2006-07-27
Also published as: JP2006200381A; EP1840365A1; CN100590312C; EP1840365A4; US20090188475A1; CN101103195A; JP3928642B2

Abstract

　エンジン１の排気通路９を流れる排気ガスの一部を吸気通路３に供給すべく、排気通路９と吸気通路３とを連通するＥＧＲ通路１５と、ＥＧＲ通路１５に設けられ、ＥＧＲ通路１５を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１６ａ，１６ｂと、ＥＧＲ通路１５に設けられ、ＥＧＲ通路１５から吸気通路３へと供給される排気ガスの流量を調節するためのＥＧＲ弁１７と、を備えたＥＧＲ装置であって、ＥＧＲクーラ１６ａ，１６ｂが、ＥＧＲ通路１５に複数設けられ、ＥＧＲ弁１７が、複数のＥＧＲクーラ１６ａ，１６ｂのうち隣接するいずれか二つのＥＧＲクーラ１６ａ，１６ｂの間に配置されるものである。

Description

明細書

EGR装置

技術分野

[0001] 本発明は、エンジンの排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に供給することで混合気の燃焼温度を下げ、それにより NOxの排出量を低減させる EGR装置に関するものであり、吸気通路に供給する排気ガス (EGRガス)をより低温まで冷却することを可能にしたものである。

背景技術

[0002] ディーゼルエンジン等におけるェミッション対策として、排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に供給し、混合気の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)装置が知られており、広く実用化されている (特許文献 1等）

[0003] EGR装置は、例えば、図 4に示すように、エンジン 1の排気通路 9と吸気通路 3とを連通する EGR通路 15と、その EGR通路 15に設けられた EGRクーラ 30と、 EGRクーラ 30よりも下流側で EGR通路 15に設けられた EGR弁 31とを備える。

[0004] 排気通路 9から EGR通路 15へと流れ込んだ排気ガス（EGRガス）は EGRクーラ 30 にて冷却された後、 EGR弁 31により流量が調節されて吸気通路 3へと還流される。なお、図中 2は吸気マ-ホールド、 7は排気マ-ホールド、 5はインタークーラ、 12はターボチャージャである。

[0005] EGRクーラ 30により EGRガスを冷却する理由は、高温の EGRガスをそのまま吸気通路 3に戻すと、高温で膨張した EGRガスがシリンダ (燃焼室）内に供給されること〖こなるため、 EGRガスの質量が低下し、シリンダ内に入る実質的な EGRガスの割合が低減してしまうからである。特に、燃料噴射量の多い高負荷運転時では、燃焼に多量の空気が必要となるため、 EGRガスを冷却してその容積を減小させ、必要な EGR量を確保する必要がある。

[0006] また、 EGRガスを冷却すると、混合気の燃焼温度がより低くなるため、 NOx排出量力り低減するという効果も得ることができる。 [0007] そこで近年では、 NOx低減効果を増大させるために、 EGRクーラ 30を複数個設けたり、 EGRクーラ 30の能力 ·容量を大きくしたりして、 EGRガスをより低温まで冷却させることが提案されている。

[0008] 特許文献 1 :特開平 10— 196462号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] ところが、 EGRガスの冷却度合いを高めると、 EGR弁 31を通過するときに、 EGRガス中に含まれる炭化水素 (HC)成分が凝縮又は凝固して液体又は固体となり、それ力 ¾GR弁 31の作動部に付着してしまう場合があった。こうなると、 EGR弁 31の作動部が固着して、作動不良が発生してしまう。

[0010] このため、従来の EGR装置では EGRガスの冷却度合いを高めることは実際上困難であった。

[0011] そこで本発明の目的は、上記課題を解決し、 EGRガスの冷却度合いを高めても、 E GR弁の作動不良が発生しない EGR装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0012] 上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に供給すベぐ上記排気通路と上記吸気通路とを連通する EGR通路と、上記 EGR通路に設けられ、上記 EGR通路を流れる排気ガスを冷却する EGRクーラと、上記 EGR通路に設けられ、上記 EGR通路から上記吸気通路へと供給される排気ガスの流量を調節するための EGR弁と、を備えた EGR装置であって、上記 EG Rクーラが、上記 EGR通路に複数設けられ、上記 EGR弁力上記 EGRクーラのうち隣接するいずれか二つの EGRクーラの間に配置されるものである。

[0013] ここで、上記 EGR弁よりも上流側に位置する EGRクーラの能力が、上記 EGR弁を通過する排気ガスの温度が 100°Cよりも高くなるように設定されることが好ましい。

[0014] また、上記 EGR通路における、上記 EGR弁の設置位置と、上記 EGR弁よりも下流側で、一つ又は複数の EGRクーラよりも下流側の位置とを連通するバイパス通路が設けられ、上記 EGR弁は、上記 EGR弁に流れ込んだ排気ガスを、上記 EGR通路及び上記バイパス通路のいずれか一方へと選択的に流すことが可能な方向切替弁であっても良い。

発明の効果

[0015] 本発明によれば、 EGR弁の下流側に少なくとも一つの EGRクーラが配置されるので、この EGRクーラ（つまり EGR弁よりも下流側の EGRクーラ）により、排気ガスを炭化水素成分の凝縮温度又は凝固温度以下まで冷却しても、 EGR弁の作動不良が発生することはない。また本発明によれば、 EGR弁の上流側にも少なくとも一つの EGR クーラが配置されるので、高温の排気ガスにより EGR弁のシール部材等が熱劣化することを防止できる。

図面の簡単な説明

[0016] [図 1]図 1は、本発明の一実施形態に係る EGR装置の概略図である。

[図 2]図 2は、 EGR通路を流れる EGRガスの温度を示すグラフである。

[図 3]図 3は、本発明の他の実施形態に係る EGR装置の概略図である。

[図 4]図 4は、従来の EGR装置の概略図である。

符号の説明

[0017] 1 エンジン

3 吸気通路

9 排気通路

15 EGR通路

16a EGRクーラ（第 1クーラ）

16b EGRクーラ（第 2クーラ）

17 EGR弁

17' EGR弁

19 バイパス通路

発明を実施するための最良の形態

[0018] (実施例 1)

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

[0019] 図 1は本実施形態の EGR装置の概略図である。 [0020] 本実施形態の EGR装置はディーゼルエンジンに適用したものであり、そのディーゼルエンジンは、エンジン 1、エンジン 1に吸気マ-ホールド 2を介して接続された吸気通路 3、吸気通路 3に設けられたインタークーラ 5、インタークーラ 5よりも下流側で吸気通路 3に設けられたスロットル弁 6、エンジン 1に排気マ-ホールド 7を介して連結された排気通路 9、排気通路 9に設けられたタービン 10と吸気通路 3に設けられたコンプレッサ 11とを備えるターボチャージャ 12、スロットル弁 6等の各種装置を電子制御するコントローラ 13などを備えている。

[0021] EGR装置は、タービン 10よりも上流側の排気通路 9と、スロットル弁 6よりも下流側の吸気通路 3とを連通する EGR通路 15と、その EGR通路 15に設けられ、 EGR通路 15内を流れる排気ガス（EGRガス）を冷却するための EGRクーラ 16a, 16bと、 EGR 通路 15に設けられ、 EGR通路 15から吸気通路 3へと供給される EGRガスの流量を調節するための EGR弁 17とを備える。

[0022] EGR弁 17は、弁開度が段階的又は連続的に調節可能なものであり、コントローラ 1 3によりその弁開度が制御 '調節される。コントローラ 13にはエンジン 1の運転状態毎に EGR弁 17の最適な弁開度を定めたロジックが構築されており、コントローラ 13は、エンジン回転センサやアクセル開度センサや吸気流量センサなどの図示しない検出手段の検出値に基づいて、 EGR弁 17の弁開度の目標値を決定し、その目標値に従つて EGR弁 17を開閉制御する。 EGR弁 17の弁開度が最適に制御.調節されることにより、 EGR通路 15から吸気通路 3へと供給される EGRガスの流量が適切に制御 · 調節される。

[0023] 図から分かるように、本実施形態の EGR装置では、二つの EGRクーラ 16a, 16bが EGR通路 15に直列に設けられ、それら EGRクーラ 16a, 16b間に EGR弁 17が設けられる。即ち、本実施形態の EGR装置では、 EGR弁 17の上流側及び下流側にそれぞれ一つずつ EGRクーラが配置される。なお、以下の説明では、 EGR弁 17よりも上流側の EGRクーラ 16aを第 1クーラと称し、 EGR弁 17よりも下流側の EGRクーラ 16b を第 2クーラと称する。

[0024] ここで、 EGR弁 17よりも上流側に位置する第 1クーラ 16aの能力 ·容量は、 EGR弁 17を通過する EGRガス（排気ガス）の温度が、 EGRガス中に含まれる炭化水素（HC )成分の凝縮温度及び凝固温度以下とならないように設定される。より具体的には、 E GR弁 17を通過する EGRガスの温度が、 100°Cよりも高くなるように、第 1クーラ 16a の能力'容量が設定される。

[0025] 一方、 EGR弁 17よりも下流側に位置する第 2クーラ 16bの能力 ·容量は、吸気通路 3へと供給される EGRガスの温度が、 EGRガス中に含まれる炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度以下となるように、つまり 100°C以下となるような能力，容量が設定されている。

[0026] 次に、本実施形態の EGR装置の作用を説明する。

[0027] エンジン 1の運転中、排気通路 9内を流れる排気ガスの一部は EGR通路 15へと流れ込み、第 1クーラ 16aにて第 1温度まで冷却された後、 EGR弁 17へと流れる。このとき、コントローラ 13に定められた弁開度に従って EGR弁 17を開くと、その弁開度に応じた流量の排気ガス (EGRガス）が EGR弁 17の下流側へと流れ、第 2クーラ 16b にて第 1温度よりも低い第 2温度まで更に冷却される。その後、 EGRガスは吸気通路 3へと流れ込み、スロットル弁 6よりも上流側力供給される空気 (新気）と共にェンジン 1のシリンダ (燃焼室）内へ供給される。低温の EGRガスがシリンダ内に供給されることにより、混合気の燃焼温度及び酸素濃度が下がり、 NOxの生成が抑制される。

[0028] ここで、 EGR通路 15内を流れる EGRガスの温度を、図 2を用いて説明する。

[0029] 図は、 EGR通路 15内の三つの測定ポイントにおける EGRガス温度を示しており、ライン Aが第 1クーラ 16aの入口（図 1のポイント a)を流れる EGRガスの温度、ライン B が第 2クーラ 16bの入口（図 1のポイント b)を流れる EGRガスの温度、ライン Cが第 2クーラ 16bの出口（図 1のポイント c)を流れる EGRガスの温度を示している。

[0030] 図から分かるように、第 1クーラ 16aの入口の EGRガス温度（ライン A)が最も高ぐ E GR弁 17の出口側、即ち第 2クーラ 16bの入口の EGRガス温度（ライン B)はライン A の半分程度まで低減して、る。

[0031] しかしながら、第 2クーラ 16bの入口（EGR弁 17の出口）の EGRガス温度（ライン B) は、その平均値が、 EGRガスに含まれる炭化水素 (HC)成分の凝縮温度及び凝固温度（約 100°C)よりも高くなる。上述したように、 EGR弁 17へと流れる EGRガスの温度が、炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度よりも高くなるように、第 1クーラ 16aの能力'容量が設定されるからである。従って、 EGRガスが EGR弁 17を通過する際に、その炭化水素成分が液ィ匕又は固化することはない。

[0032] 次に、第 2クーラ 16bの出口の EGRガス温度（ライン C)は、第 2クーラ 16bの入口の EGRガス温度（ライン B)の更に半分程度まで低減している。この温度は、 EGRガスに含まれる炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度 (約 100°C)よりも低ぐこれが吸気通路 3に供給される EGRガスの温度となる。

[0033] 以上説明してきたように、本実施形態の EGR装置では、二つの EGRクーラ 16a, 1 6bの間に EGR弁 17を設けると共に、 EGR弁 17よりも上流側に位置する EGRクーラ 16aの能力 ·容量を、 EGR弁 17を通過する EGRガスの温度が炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度以下とならないように設定している。従って、 EGR弁 17内を EGR ガスが通過するときに、その炭化水素成分が液化又固化して作動部に付着することはなぐ作動部の固着による EGR弁 17の作動不良が生じることはない。

[0034] また、 EGR弁 17の下流側に EGRクーラ 16bが配置されるので、この EGRクーラ 16 bにより EGRガスを十分に冷却して、その容量を低減することができる。

[0035] この点を詳述すると、図 4に示したような従来の EGR装置では、 EGRクーラ 30により EGRガスの温度を炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度以下まで低下させると、液化又は固化した成分力 ¾GR弁 31に付着して作動不良を弓 Iき起こしてしまうため、EGRガスを炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度以下まで冷却することができない。これに対して、本実施形態の EGR装置では、 EGR弁 17よりも下流側に EGRクーラ 16bが位置しているので、この EGRクーラ 16bにより EGRガスの温度を炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度以下まで低下させることができる。

[0036] このように、本実施形態の EGR装置では、 EGRガスを従来より低温まで冷却してその容積を充分に減小させ、密度を増加することができるので、エンジン 1のシリンダ内において EGRガスが占める質量割合を大きくでき、大きな割合で EGRガスをシリンダ (燃焼室）内に供給することが可能となる。従って、高負荷運転領域でも EGR装置を作動させて NOxの低減を図ることが可能となる。

[0037] また、 EGRガスを従来より低温まで冷却することができるので、混合気の燃焼温度が従来より低くなり、 NOx低減効果が向上する。 [0038] 更に、本実施形態の EGR装置では、 EGR弁 17の上流側にも EGRクーラ 16a (第 1 クーラ）が配置されるため、 EGR弁 17のシール部材等の熱劣化を防止できる。つまり、高温の EGRガスをそのまま EGR弁 17へ流すと EGR弁 17のシール部材等が熱劣化してしまうおそれがあるが、本実施形態の EGR装置では EGR弁 17に流れ込む E GRガスの温度をある程度低くできるので、 EGR弁 17のシール部材等の熱劣化を防止でき、 EGR弁 17の耐久性が向上する。しかしながら、 EGR弁 17よりも上流側に位置する EGRクーラ 16aの能力 ·容量は、 EGR弁 17へと流れる EGRガスの温度力炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度よりも高くなるように設定されることは上記の通りである。

[0039] (実施例 2)

次に、図 3を用いて、他の実施形態を説明する。

[0040] この実施形態の基本的な構成は、図 1に示したものと同様なので、図 1と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略し、相違点のみを説明する。

[0041] この実施形態の特徴は、 EGR通路 15において、 EGR弁 17，が設けられた位置と、 EGR弁 17 'よりも下流側に位置する EGRクーラ 16b (第 2クーラ)よりも下流側の位置とを連通するバイパス通路 19が設けられ、 EGR弁 17'として、 EGR弁 17'に流れ込んだ排気ガスを、下流側の EGR通路 15及びバイパス通路 19のいずれか一方へと選択的に流すことができると共に、その流量を調節可能な方向切替弁が用いられる点にある。

[0042] この実施形態では、コントローラ 13により EGR弁 17，を切り替えて、第 1クーラ 16a を通過した EGRガスをバイパス通路 19へと流すことで、第 2クーラ 16bによる冷却を行わないようにすることができる。これにより、エンジン 1の低温時や低負荷運転時などにおける EGRガスの過冷却を回避して、不完全燃焼による未燃 HCの発生や失火などを防止できる。より具体的に説明すると、コントローラ 13が、図示しない水温センサゃ負荷検出センサ (アクセル開度センサ等)などの検出値に基づいて EGR弁 17' を切り替える（つまり、低温時や低負荷時には EGRガスをバイパス通路 19へと流し、高温時や高負荷時などには EGRガスを EGR通路 15へと流す)ようにすることで、吸気通路 3に供給される EGRガスの温度を常に適切にすることができる。 [0043] なお、本発明は以上説明した実施形態に限定はされない。

[0044] 例えば、上述した二つの実施形態では EGRクーラを二つ設けるとした力本発明はこの点において限定されず、 EGRクーラを三つ以上設けても良い。その場合、 EG R弁を、複数の EGRクーラのうち隣接するいずれか二つの EGRクーラの間に配置すると共に、 EGR弁よりも上流側に位置する一つ又は複数の EGRクーラの能力 '容量を、 EGR弁を通過する排気ガスの温度力 EGRガスに含まれる炭化水素成分の凝縮温度及び凝固温度 (約 100°C)よりも高くなるように設定すれば良！、。

[0045] なお、 EGR弁よりも下流側に複数の EGRクーラが存在する場合、図 3の実施形態で示したバイパス通路 19の下流側を、最も下流側の EGRクーラよりも下流側で EGR 通路 15と接続しても良いし、一つ又は複数の EGRクーラよりも上流側で EGR通路 1 5と接続しても良い。要するに、バイパス通路 19は、 EGR弁 17，の設置位置と、その EGR弁 17'よりも下流側で、一つ又は複数の EGRクーラよりも下流側の位置とを連通すれば良ぐ EGR通路 15全体を通るときよりもバイノス通路 19を通るときの方力通過する EGRクーラの数が少なくなるようにすれば良、。

Claims

請求の範囲

[1] エンジンの排気通路を流れる排気ガスの一部を吸気通路に供給すベぐ上記排気通路と上記吸気通路とを連通する EGR通路と、

上記 EGR通路に設けられ、上記 EGR通路を流れる排気ガスを冷却する EGRクーラと、

上記 EGR通路に設けられ、上記 EGR通路から上記吸気通路へと供給される排気ガスの流量を調節するための EGR弁と、を備えた EGR装置であって、

上記 EGRクーラが、上記 EGR通路に複数設けられ、

上記 EGR弁力複数の EGRクーラのうち隣接するいずれか二つの EGRクーラの間に配置される

ことを特徴とする EGR装置。

[2] 上記 EGR弁よりも上流側に位置する EGRクーラの能力力上記 EGR弁を通過する排気ガスの温度が 100°Cよりも高くなるように設定される

請求項 1記載の EGR装置。

[3] 上記 EGR通路における、上記 EGR弁の設置位置と、上記 EGR弁よりも下流側で、一つ又は複数の EGRクーラよりも下流側の位置とを連通するバイパス通路が設けられ、上記 EGR弁は、上記 EGR弁に流れ込んだ排気ガスを、上記 EGR通路及び上記バイパス通路のいずれか一方へと選択的に流すことが可能な方向切替弁である請求項 1又は 2記載の EGR装置。