JP2006132469A

JP2006132469A - Ｅｇｒガスの冷却装置

Info

Publication number: JP2006132469A
Application number: JP2004323966A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Nakajima; 俊明中島; Katsunori Umezawa; 克則梅澤; Kenji Sasaki; 健次佐々木; Tetsuro Kato; 哲朗加藤
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-11-08
Filing date: 2004-11-08
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラの冷却効率を向上させてＥＧＲガス温度のエンジン冷却水温度依存度を低減すると共にエンジンの熱負荷を低減するようにしたＥＧＲガスの冷却装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の冷却水通路２に配設されたウォータポンプ３の下流側冷却水通路から分岐し、ウォータポンプの上流側冷却水通路に接続された分岐循環通路６と、分岐循環通路に配設されＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７と、ＥＧＲクーラよりも下流側の分岐循環通路に接続されたＥＧＲ用ラジエータ９とを備えた構成とし、ＥＧＲガス温度のエンジン冷却水温度依存度を低減すると共にエンジンの熱負荷を低減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスの一部を吸気系に還流するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスの冷却装置に関し、特にＥＧＲクーラの冷却効率の向上を図ると共にエンジンの熱負荷を低減させることができるＥＧＲガスの冷却装置に関する。

車両のエンジンは、ＥＧＲ装置によりエンジンから排出される排気ガスの一部（以下「ＥＧＲガス」という）を吸気系に還流して燃焼を緩慢にし、燃焼温度を下げてＮＯｘの低減を図るようにしている。排気系から排出された排気ガスは高温であり、このままでは単位体積当たりのガス濃度が減少して所望のＥＧＲ量を導入することができないと共に導入したＥＧＲガスの熱により吸気温度が上昇して吸気効率が低下するおそれがある。このため、ＥＧＲクーラによりＥＧＲガスを冷却するようにしている。そして、水冷式エンジンに採用されているＥＧＲクーラは、冷媒としてエンジン冷却水を利用している。

冷媒にエンジン冷却水を利用したＥＧＲクーラとして、エンジンに取付られ冷却水温を制御するサーモスタットのケースにＥＧＲガス通路の一部をなすガス路を形成し、ＥＧＲガスを前記サーモスタットのケース内を流れるエンジン冷却水により冷却するようにしたＥＧＲ装置が提案されている（例えば、特許文献参照１）。
また、エンジン冷却系から独立したＥＧＲ用ラジエータを設け、このＥＧＲ用ラジエータとＥＧＲクーラとを熱的に結合したＥＧＲ装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２００７６２号公報特開２００３−２７８６０８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されているＥＧＲクーラは、エンジンからの冷却水を直接導入しているために冷媒温度がエンジン冷却水温度以下にはならず、冷却効率の向上が困難になっている。また、ＥＧＲクーラの冷媒温度がエンジン冷却水温度に依存し、クーラ容量・効率が同一の場合にはＥＧＲクーラの出口ガス温度が決定されてしまい、ＥＧＲガス量の増量時に吸気温度の上昇を来す。また、ＥＧＲガス冷却後の温度が上昇した冷却水は、直接エンジンに戻されるためにエンジン温度が上昇し、特にＥＧＲガスの増量時にエンジンの熱負荷が増大して過熱し、潤滑不良、焼け付き等の障害の要因となる。更に、ＥＧＲクーラの冷却効率の向上には、ＥＧＲクーラの容量を増大する必要があり、ＥＧＲクーラの大型化を来す等の問題がある。

また、特許文献２に開示されているＥＧＲクーラは、エンジン冷却系から独立したＥＧＲ用ラジエータを設けるために、エンジン用のウォータポンプと、ＥＧＲクーラ用のウォータポンプとを必要とし、２台のウォータポンプを必要とすることでコストが高くなると共に構成が複雑となる。また、エンジン用ラジエータとＥＧＲクーラ用ラジエータとが独立しているためにこれら２つのラジエータの冷却水の管理が必要となり、ユーザにとって取り扱いが面倒でありメンテナンス性が悪いという問題もある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、ＥＧＲクーラの冷却効率を向上させてＥＧＲガス温度のエンジン冷却水温度依存度を低減すると共にエンジンの熱負荷を低減するようにしたＥＧＲガスの冷却装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１のＥＧＲガスの冷却装置は、エンジンの冷却水通路に配設されたウォータポンプの下流側冷却水通路から分岐し、前記ウォータポンプの上流側冷却水通路に接続された分岐循環通路と、前記分岐循環通路に配設されＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラよりも下流側の前記分岐循環通路に接続されたラジエータとを備えた構成としている。

エンジン冷却水は、ウォータポンプによりエンジンの冷却水通路を循環して前記エンジンを冷却する。前記エンジンを冷却して温度が上昇した冷却水は、冷却水通路に配設されたラジエータにより冷却される。前記ウォータポンプから前記エンジンの冷却水通路に吐出された冷却水の一部は、分岐循環通路に供給され、ＥＧＲクーラに供給されてＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲクーラから吐出する冷却水は、高温のＥＧＲガスを冷却したことで温度が高くなっている。このＥＧＲクーラから吐出されて温度が上昇した冷却水は、当該ＥＧＲクーラの下流側に配置されたＥＧＲ用のラジエータにより冷却された後前記冷却水通路のウォータポンプの上流側（吸込口側）に戻される。

前記ウォータポンプから吐出された冷却水の一部がＥＧＲクーラに供給されることで、前記ＥＧＲクーラの冷却効率が向上すると共に当該ＥＧＲクーラ出口のＥＧＲガス温度のエンジン冷却水温度依存度が低減される。また、ＥＧＲクーラから吐出される温度の高い冷却水は、ＥＧＲ用ラジエータにより冷却されてエンジンの冷却水通路のウォータポンプの上流側（吸込口側）に戻されることにより、前記エンジン冷却水の温度上昇が抑制されてエンジン熱負荷が低減する。

請求項２のＥＧＲガスの冷却装置は、請求項１において、前記ＥＧＲクーラよりも上流側の前記分岐循環通路に第２のラジエータが接続されている構成としたものである。
ウォータポンプから吐出されて分岐循環通路に供給された冷却水は、第２のＥＧＲ用のラジエータにより冷却されて温度が低下した後ＥＧＲクーラに導入される。これにより、ＥＧＲクーラの冷却水（冷媒）入り口温度が低下して冷却効率が更に向上し、ＥＧＲガスが良好に冷却される。そして、ＥＧＲクーラの出口から吐出された温度が高い冷却水は、ＥＧＲ用のラジエータにより冷却された後前記エンジンの冷却水通路のウォータポンプの上流側に戻される。

請求項３のＥＧＲガスの冷却装置は、請求項１又は２において、前記分岐循環通路の前記ウォータポンプからの分岐部の直ぐ下流位置に前記エンジン冷却水温に応じて開閉する制御弁が設けられている構成としたものである。
エンジン始動時における冷却水温度が低いときには制御弁が閉弁して分岐循環通路への冷却水の供給を停止する。これにより、エンジン冷却水の温度上昇が速くなり、エンジンの暖機が行われる。エンジンの暖機が終了し冷却水温が高くなると、制御弁が開弁してウォータポンプから吐出された冷却水の一部が分岐循環通路に供給されてＥＧＲクーラに導入され、ＥＧＲガスを冷却する。これにより、エンジンの暖機運転が円滑に行われ、暖機終了後にＥＧＲ制御が行われる。

請求項１のＥＧＲガスの冷却装置によれば、ウォータポンプから冷却水通路に吐出されたエンジン冷却水の一部が分岐循環通路に供給されＥＧＲクーラに導入されてＥＧＲガスを冷却することで、ＥＧＲクーラの冷却効率が向上すると共に当該ＥＧＲクーラ出口のＥＧＲガス温度のエンジン冷却水温度依存度が低減される。また、ＥＧＲクーラから吐出される温度の高い冷却水は、ＥＧＲクーラの下流側に配置されているＥＧＲ用ラジエータにより冷却されてウォータポンプの上流側に戻されることにより、エンジン冷却水の温度上昇が抑制されてエンジン熱負荷が低減し、エンジンの過熱が防止される。

また、エンジン冷却水の一部をＥＧＲガス冷却装置の分岐循環通路に供給してＥＧＲクーラの冷媒として使用することで、冷却水の管理が容易となり、メンテナンスの向上が図られる。
請求項２のＥＧＲガスの冷却装置によれば、ウォータポンプから分岐されて分岐循環通路に供給された冷却水は、第２のＥＧＲ用のラジエータにより冷却されて温度が低下した後ＥＧＲクーラに導入されることで、ＥＧＲクーラの冷却効率が更に向上し、ＥＧＲガスが良好に冷却される。

また、第２のＥＧＲ用のラジエータの性能に応じてＥＧＲクーラの冷却温度の最適化が可能となり、ＥＧＲクーラが同一容量で冷却効率の向上が図られ、ＥＧＲクーラ出口のＥＧＲガス温度のエンジン冷却水温度依存度の低減が可能となる。更に、ＥＧＲクーラ下流側のラジエータによりエンジン熱負荷の低減を図ることが可能となる。更に、分岐循環通路のＥＧＲクーラの上流側と下流側にラジエータを配置することで、ＥＧＲクーラ出口のＥＧＲガス温度の上昇とエンジン熱負荷を増大させることなくＥＧＲガス量の増大が可能となり、ＮＯｘの低減、有害排出物質の低減等が可能となる。

請求項３のＥＧＲガスの冷却装置によれば、エンジン始動時における冷却水温度が低いときには制御弁が閉弁して分岐循環通路への冷却水の供給を停止することで、エンジン冷却水の温度上昇が速くなり、エンジンの暖機が円滑に行われる。エンジンの暖機が終了し冷却水温が高くなると、制御弁が開弁してウォータポンプから吐出された冷却水の一部が分岐循環通路からＥＧＲクーラに供給されてＥＧＲガスを冷却することで、ＮＯｘの低減、有害排出物質の低減等が図られる。

以下、本発明の実施形態を図面により詳細に説明する。
図１は、本発明に係るＥＧＲガスの冷却装置の構成を示すブロック図で、エンジン１は水冷式エンジンで、エンジン１の冷却水通路２には冷却水を循環させるためのエンジン冷却水ポンプ（以下「ウォータポンプ」という）３と、エンジン１を冷却して温度が上昇した冷却水を冷却するためのエンジン用ラジエータ４が配設されている。

ＥＧＲガスの冷却装置５は、分岐循環通路６、ＥＧＲクーラ７、ＥＧＲ用ラジエータ８、ＥＧＲ用ラジエータ９、及び制御弁１０から成り、エンジン１の冷却水通路２のウォータポンプ３の下流側（吐出口側）と上流側（吸込口側）に接続されている。分岐循環通路６は、一端が冷却水通路２のウォータポンプ３の吐出口の直ぐ下流位置に分岐接続され、他端が冷却水通路２のウォータポンプ３の吸込口の直ぐ上流位置に接続されている。即ち、冷却水通路６は、ウォータポンプ３の吐出口から吐出された冷媒としてのエンジン冷却水を分岐導入してウォータポンプ３の吸込口側に戻すようになっている。

ＥＧＲクーラ７は、分岐循環通路６に接続されており、このＥＧＲクーラ６の上流側にＥＧＲ用ラジエータ８が接続され、下流側にＥＧＲ用ラジエータ９が接続されている。また、分岐循環通路６のウォータポンプ３からの分岐部の下流且つＥＧＲ用ラジエータ８の上流側に制御弁１０が接続されている。
ＥＧＲクーラ７にはＥＧＲガス通路１１が設けられており、その一端がエンジン１の排気通路に接続され、他端がエンジン１の吸気通路（共に図示せず）に接続されている。ＥＧＲクーラ７は、エンジン１の前記排気通路からＥＧＲガス通路１１内に導入したＥＧＲガスを前記冷却水により冷却して前記吸気通路に還流させる。

ＥＧＲ用ラジエータ８は、ウォータポンプ３の吐出口から吐出されて分岐循環通路６に供給される冷却水を更に冷却してＥＧＲクーラ７に供給する。また、ＥＧＲ用ラジエータ９は、ＥＧＲクーラ７により高温のＥＧＲガスを冷却して温度が上昇した冷却水を冷却してエンジン１の冷却水通路２のウォータポンプ３の吸込口側に戻す。
制御弁１０は、自動弁例えば、サーモスタットで、ウォータポンプ３から冷却水通路２に吐出される冷却水が所定温度（例えば、８０℃）以下のときには閉弁し、エンジン冷却水温度が前記所定温度以上になると開弁するようになっている。そして、エンジン冷却水温度が前記所定温度以上になったときにエンジン冷却水を分岐循環通路６に導入する。即ち、制御弁１０は、エンジン１が始動してから暖機運転終了までの冷却水温度が低い間、エンジン冷却水の分岐循環通路６への導入を阻止してＥＧＲ用ラジエータ９による過冷却を防止し、エンジン冷却水の温度上昇を妨げないようにしている。

以下に作用を説明する。
エンジン１の冷却水通路２内の冷却水は、ウォータポンプ３により循環されて当該エンジン１を冷却し、エンジン１を冷却して温度が上昇した冷却水は、ラジエータ４により冷却された後再びウォータポンプ３により循環されてエンジン１を冷却する。これにより、エンジン１が冷却される。エンジン冷却水温度が前記所定温度以下のときには制御弁１０が閉弁しており、分岐循環通路６へのエンジン冷却水の導入が阻止されている。これにより、エンジン１が始動してから暖機終了までの間冷却水がＥＧＲ用ラジエータ９により過冷却されることが防止されて暖機が良好に行われる。

冷却水通路２を循環する冷却水温度即ち、ウォータポンプ３から吐出されるエンジン冷却水温度が前記所定温度以上になると、制御弁１０が開弁し、ウォータポンプ３から吐出されたエンジン冷却水の一部が分岐循環通路６に導入され、ＥＧＲ用ラジエータ８により更に冷却されてＥＧＲクーラ７に供給される。ＥＧＲクーラ７は、供給される冷却水によりＥＧＲガス通路１１内に導入された高温のＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲクーラ７に供給される冷却水は、ＥＧＲ用ラジエータ８により冷却水通路２内のエンジン冷却水よりも冷却されて温度が低くなっているために冷却効率が向上して、ＥＧＲガス通路１１内のＥＧＲガスを良好に冷却することができる。

即ち、ＥＧＲクーラ７の冷却水温度の低下により、当該ＥＧＲクーラ７の出口のＥＧＲガス温度の低下、ＥＧＲクーラ７の冷却効率の向上が実現される。また、ＥＧＲ用ラジエータ８の性能（諸元）によりＥＧＲクーラ７の出口ＥＧＲガス温度のエンジン冷却水温度依存を低減することが可能となる。
ＥＧＲクーラ７において高温のＥＧＲガスを冷却して温度が上昇した冷却水は、ＥＧＲ用ラジエータ９に導入されて冷却される。ＥＧＲ用ラジエータ９により冷却されて温度が低下した冷却水は、エンジン１の冷却水通路２のウォータポンプ３の吸込口側に戻される。これにより、冷却水通路２に戻される冷却水温度の上昇が抑えられ、エンジン１の熱負荷が低減される。即ち、ＥＧＲ用ラジエータ９によりエンジン１の熱負荷の低減を同時に満たすことができる。

そして、ＥＧＲ用ラジエータ８、９をＥＧＲクーラ７と組み合わせることにより、ＥＧＲクーラ７の出口ＥＧＲガス温度の上昇と、エンジン１の熱負荷を増大させることなくＥＧＲガス量を増大させることが可能となり、ＮＯｘ低減、有害排出ガス物質を抑制することが可能となる。
図２は、ＥＧＲ冷媒（冷却水）のＥＧＲクーラ７の入り口温度の影響の一例を示し、ＥＧＲクーラ７の入り口の冷媒温度（冷却水温度）を変数（５０℃〜８０℃）とした場合の排気量３.０Ｌディーゼルエンジンにおける試験結果を示す。図２において特性曲線Ｉは、ＥＧＲクーラ７の出口（ＥＧＲガス通路１１の出口）のＥＧＲガス温度を示し、特性曲線IIは、ＥＧＲクーラ７の冷却効率を示す。

ＥＧＲクーラ７の出口のＥＧＲガス温度は、ＥＧＲ冷媒入り口温度が５０℃のときに約７８℃であり、冷媒入り口温度の上昇に伴い略直線的に高くなり、ＥＧＲ冷媒入り口温度が８０℃のときに約１１０℃となる。一方、ＥＧＲクーラ７の冷却効率は、ＥＧＲ冷媒入り口温度が５０℃のときに約６７％であり、冷媒入り口温度の上昇に伴い略直線的に低下し、ＥＧＲ冷媒入り口温度が８０℃のときに約５６％となる。

そして、特性曲線Ｉと特性曲線IIは、ＥＧＲクーラ７の冷媒入り口温度が６０℃付近で交差している。従って、分岐循環通路６に導入したエンジン冷却水をＥＧＲ用ラジエータ８により冷却してＥＧＲクーラ７の冷却水の入り口温度を６０℃前後とすることで、当該ＥＧＲクーラ７の出口ガス温度の冷却（約９０℃）と冷却効率（約６２％）との両立を図ることが可能となる。

エンジン１は、冷却水温度が約８０℃〜約１２０℃の範囲にあることが好ましく、一方、ＥＧＲクーラ７の冷却水入り口温度は、上述したように約６０℃前後が好ましい。従って、分岐循環通路６のＥＧＲクーラ７の上流側にＥＧＲ用ラジエータ８を配置して分岐循環通路６に導入したエンジン冷却水を冷却してＥＧＲクーラ７に供給することは極めて有効である。

本発明に係るＥＧＲガスの冷却装置のブロック図である図１に示すＥＧＲガスの冷却装置におけるＥＧＲ冷媒（冷却水）のＥＧＲクーラの入り口温度の影響の一例を示す図である。

符号の説明

１水冷式エンジン
２エンジン冷却水通路
３ウォータポンプ
４エンジン用のラジエータ
５ＥＧＲガス冷却装置
６分岐循環通路
７ＥＧＲクーラ
８、９ＥＧＲ用ラジエータ
１０制御弁（サーモスタット）
１１ＥＧＲガス通路

Claims

エンジンの冷却水通路に配設されたウォータポンプの下流側冷却水通路から分岐し、前記ウォータポンプの上流側冷却水通路に接続された分岐循環通路と、
前記分岐循環通路に配設されＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラよりも下流側の前記分岐循環通路に接続されたラジエータと
を備えたことを特徴とするＥＧＲガスの冷却装置。
前記ＥＧＲクーラよりも上流側の前記分岐循環通路に第２のラジエータが接続されていることを特徴とする請求項１記載のＥＧＲガスの冷却装置。
前記分岐循環通路の前記ウォータポンプからの分岐部の直ぐ下流位置に前記エンジン冷却水温に応じて開閉する制御弁が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のＥＧＲガスの冷却装置。