JP2016031042A - Ｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスの圧力損失を抑えながら、ＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水を効率良く捕集し得るＥＧＲ装置を提供する。【解決手段】ＥＧＲクーラ１７の下流のＥＧＲ系路１３をなすＥＧＲパイプ２１の一部を、該ＥＧＲパイプの管壁に水抜き孔２４ａを穿設した凝縮水吸込部２４とし、且つ該凝縮水吸込部２４の外周面を取り巻くように凝縮水吸収体２５を備え、水抜き孔２４ａから凝縮水吸収体２５にＥＧＲガス９ａ中の凝縮水を抜き出すよう構成した凝縮水分離装置２０を備え、該凝縮水分離装置２０の上流のＥＧＲ系路１３に旋回流発生装置１９を備える。旋回流発生装置１９と凝縮水分離装置２０とは間隔をおいて配置し、旋回流発生装置１９と凝縮水分離装置２０との間のＥＧＲ系路１３を助走部２８として構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、ＥＧＲガスの冷却によって発生する凝縮水を捕集除去し得るＥＧＲ装置に関する。

従来、自動車のエンジン等では、排気側から排気の一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気でエンジン内での燃料の燃焼を抑制して燃焼温度を下げることによりＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を低減するようにした、いわゆる排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。

通常、この種の排気再循環を行うＥＧＲ装置の場合には、排気マニホールドから排気管に至る系路の適宜位置と、吸気管から吸気マニホールドに至る系路の適宜位置との間をＥＧＲパイプにより接続し、該ＥＧＲパイプを通して排気を再循環させるようにしている。

この際、エンジンに再循環する排気（ＥＧＲガス）を途中で冷却すると、排気の温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジンの出力をあまり低下させずに燃焼温度を低下して効果的にＮＯｘの発生を低減させることができるため、エンジンに排気を再循環する系路の途中には、再循環される排気を冷却するためのＥＧＲクーラが装備されるのが一般的である。

すなわち、このようなＥＧＲクーラによりＥＧＲガスを冷却すれば、排気自体の温度が低下して容積が小さくなり、密度が大きくなってエンジンの燃焼室への充填効率が高まる。こうして、エンジンの出力に大きな影響を及ぼすことなく排気をより多く導入することができる。

こうしたＥＧＲクーラにおいては、燃料の燃焼により発生した水蒸気を含む排気を露点以下まで冷却することで凝縮水が発生する問題がある。凝縮水がＥＧＲ系路や吸気系路に滞留すると、ＥＧＲ系路が狭くなって圧力損失が増加し、ＥＧＲを効率的に行えなくなったり、インタークーラが閉塞したり、エンジンに多量の水分が入り込んで水撃による破損を生じるなど、さまざまな不具合に繋がる虞がある。

将来的には、益々厳しくなる排ガス規制に合わせ、ＥＧＲクーラの冷却能力を更に強化してＥＧＲ効率の向上を図る必要が予想される。ＥＧＲクーラの冷却能力が強化された場合、ＥＧＲクーラ内に凝縮水が発生しやすくなることが考えられ、このため、ＥＧＲ系路内に発生する凝縮水をＥＧＲガスから分離し、除去する手段が必要とされている。

ＥＧＲ系路内に発生する凝縮水を分離除去する装置としては、例えば、特許文献１〜４に記載の装置が提案されている。

特開２０１０−２５０３４号公報 特開２０１３−２９０８１号公報 特開２０１０−２２２９８０号公報 特開２０１２−１８８９４４号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に記載されているＥＧＲ装置では、凝縮水の捕集はＥＧＲパイプの管壁で排気が冷却され、凝縮水が自然に管壁に結露することによって行われるため、十分に凝縮水を捕集することができず、一層効率的に凝縮水を捕集することが求められている。また、上記特許文献３、４に記載されているＥＧＲ装置では、凝縮水を捕集する手段としての壁や板状のメッシュ等に排気を衝突させるため、ＥＧＲガスの圧力損失が大きくなってしまう問題がある。

尚、ＥＧＲ系路内に発生する凝縮水を分離除去する装置としては、上記特許文献１〜４に記載の装置のほか、ＥＧＲ系路の途中にサイクロン式の気液分離装置を設置することも考えられるが、この場合も圧力損失が増大する問題がある。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ＥＧＲガスの圧力損失を抑えながら、ＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水を効率良く捕集し得るＥＧＲ装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの排気側と吸気側との間をＥＧＲ系路により接続し、該ＥＧＲ系路に備えられたＥＧＲクーラによりＥＧＲガスの冷却を行うＥＧＲ装置であって、前記ＥＧＲクーラの下流のＥＧＲパイプの一部を、該ＥＧＲパイプの管壁に水抜き孔を穿設した凝縮水吸込部とし、且つ該凝縮水吸込部の外周面を取り巻くように凝縮水吸収体を備え、前記水抜き孔から前記凝縮水吸収体にＥＧＲガス中の凝縮水を抜き出すよう構成した凝縮水分離装置を備えたことを特徴とするＥＧＲ装置にかかるものである。

而して、このようにすれば、圧力損失を抑えながら、凝縮水吸収体の毛細管現象により効率良くＥＧＲガスから凝縮水を分離し得る。

本発明のＥＧＲ装置において、前記凝縮水分離装置の上流のＥＧＲ系路に旋回流発生装置を備えることが好ましく、このようにすれば、ＥＧＲガスに形成された旋回流の遠心力により、一層効率良くＥＧＲガスから凝縮水を分離し得る。

本発明のＥＧＲ装置において、前記旋回流発生装置と前記凝縮水分離装置とを間隔をおいて配置し、前記旋回流発生装置と前記凝縮水分離装置との間のＥＧＲ系路を助走部として構成することが好ましく、このようにすれば、ＥＧＲガスに形成された旋回流が助走部を流れる間に安定し、さらに効率良くＥＧＲガスから凝縮水を分離し得る。

本発明のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスの圧力損失を抑えながら、ＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水を効率良く捕集し得るという優れた効果を奏し得る。

本発明の実施例の全体構成を示す概略図である。 本発明の実施例の要部の内部構造を拡大して示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施によるＥＧＲ装置の形態の一例を示すものである。図中、１はターボチャージャ２を装備したエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通しターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へ送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へ吸気４が導かれてエンジン１の各気筒８（図１では直列４気筒の場合を例示している）に分配されるようになっており、また、エンジン１の各気筒８から排出された排気９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへ送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へ送り出されるようになっている。

排気マニホールド１０と吸気マニホールド７の入口付近の吸気管５の間は高圧ループ（ＥＧＲ系路）１２により接続されており、該高圧ループ１２を介して排気マニホールド１０から排気９の一部をＥＧＲガス９ａとして抜き出し、前記吸気マニホールド７の入口付近の吸気管５に再循環し得るようにしてある。

また、ターボチャージャ２のタービン２ｂより下流の排気管１１と、前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管５との間は低圧ループ（ＥＧＲ系路）１３により接続されており、該低圧ループ１３を介してターボチャージャ２のタービン２ｂより下流の排気管１１から排気９の一部をＥＧＲガス９ａとして抜き出し、前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管５に再循環し得るようにしてある。

ここで、前記高圧ループ１２及び低圧ループ１３には、排気９の再循環量を適宜に調節し得るよう開度調整可能なＥＧＲバルブ１４、１５と、再循環されるＥＧＲガス９ａを冷却水との熱交換により冷却するＥＧＲクーラ１６、１７とがそれぞれ装備されている。

このように、本実施例のエンジン１においては、エンジン１の排気側と吸気側との間を接続するＥＧＲ系路として、高圧ループ１２に加え、低圧ループ１３を併用している。これは、一般的な高圧ループ１２だけでＥＧＲガス９ａの大量導入を実施しようとすると、タービン２ｂでの動力回収が減って過給性能が落ちてしまうからであるが、本実施例のように低圧ループ１３を併用して比較的低い排気温度のＥＧＲガス９ａを再循環して冷却した場合には、低圧ループ１３のＥＧＲクーラ１７に凝縮水が大量に生成される懸念があり、凝縮水への対策が必要不可欠となる。

このため、本実施例においては、ＥＧＲクーラ１７の下流の低圧ループ（ＥＧＲ系路）１３に、ＥＧＲクーラ１７における冷却によりＥＧＲガス９ａ中に発生した凝縮水を捕集するための凝縮水捕集装置１８を設置している。

凝縮水捕集装置１８は、図２に拡大して示す如く、ＥＧＲクーラ１７の下流の低圧ループ（ＥＧＲ系路）１３に設置した旋回流発生装置１９と、該旋回流発生装置１９の下流側に所定の間隔をおいて設置した凝縮水分離装置２０とを備えてなる。

旋回流発生装置１９は、例えば、ＥＧＲ系路１３をなすＥＧＲパイプ２１の内部に螺旋体、例えば、金属製の捻りテープ２２を配してなる。ここを通過するＥＧＲガス９ａは、螺旋体（捻りテープ）２２によってＥＧＲパイプ２１の周方向に回転する流れを付与され、旋回流となって下流へと流れていく。尚、旋回流発生装置１９は、ＥＧＲ系路１３を流れるＥＧＲガス９ａに旋回流を形成し得るものであれば良く、上述の構成に限定されない。

凝縮水分離装置２０は、ＥＧＲ系路１３をなすＥＧＲパイプ２１の一部を外側から覆うように設置したハウジング２３を備え、該ハウジング２３内部のＥＧＲパイプ２１は、その一部が管壁に多数の水抜き孔２４ａを穿設した凝縮水吸込部２４として形成され、且つ該凝縮水吸込部２４の外周面を取り巻くようにして凝縮水吸収体２５が備えられている。凝縮水吸収体２５としては、例えばグラスウール等、耐熱性を有し、且つ毛細管現象によって凝縮水を吸い込み得る多孔質材料が用いられる。

ハウジング２３下側の適宜位置には、ハウジング２３内部に捕集された凝縮水を下方から排水するためのドレンパイプ２６が取り付けられ、該ドレンパイプ２６からの排水は、該ドレンパイプ２６の途中に設置された排水弁２７の開閉によって制御されるようになっている。

次に、上述した本実施例の作動を説明する。

エンジン１の運転中、低圧ループ１３による排気再循環を実行する際には、低圧ループ１３のＥＧＲバルブ１５を開弁すると、排気管１１を流通する排気９の一部がＥＧＲガス９ａとして低圧ループ１３内に抜き出され、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａより上流の吸気管５に供給される。低圧ループ（ＥＧＲ系路）１３を流通するＥＧＲガス９ａは、ＥＧＲ系路１３の途中に設けられたＥＧＲクーラ１７内で冷却され、温度を下げられるとともに密度が上昇する。このとき、ＥＧＲガス９ａの温度が露点以下に下がることにより、ＥＧＲガス９ａ中に凝縮水が水滴として発生する。

凝縮水を含んだＥＧＲガス９ａはＥＧＲクーラ１７の下流へ流れ、該ＥＧＲクーラの下流のＥＧＲ系路１３に設けられた旋回流発生装置１９を通過することによって旋回流となり、さらに下流へと流れていく。

ここで、上述の通り、旋回流発生装置１９と凝縮水分離装置２０は、ＥＧＲ系路１３に所定の間隔をおいて設置されている。このため、旋回流発生装置１９を通過したＥＧＲガス９ａは、凝縮水分離装置２０へと至るまでの距離を流れる間に旋回流としての流れが安定する。すなわち、旋回流発生装置１９と凝縮水分離装置２０との間のＥＧＲ系路１３が、ＥＧＲガス９ａの助走部２８として機能する。

ＥＧＲガス９ａの形成する旋回流により、ＥＧＲガス９ａ中に水滴として含まれる凝縮水は、遠心力によってＥＧＲパイプ２１の径方向外側へ吹き飛ばされ、ＥＧＲパイプ２１の内壁に付着する。そして、ＥＧＲガス９ａの流れに従ってＥＧＲパイプ２１の内壁を下流へと流れ伝っていく。そして、凝縮水分離装置２０の凝縮水吸込部２４に到達すると、そこでＥＧＲパイプ２１の管壁に穿設された水抜き孔２４ａから凝縮水吸収体２５に毛細管現象により吸収されることになる。

凝縮水吸収体２５に吸収された凝縮水は、ハウジング２３内に捕集された後、適宜排水弁２７を開弁することによってドレンパイプ２６から排水される。

而して、本実施例によれば、ＥＧＲクーラ１７の下流のＥＧＲパイプ２１の一部を、該ＥＧＲパイプ２１の管壁に水抜き孔２４ａを穿設した凝縮水吸込部２４とし、且つ該凝縮水吸込部２４の外周面を取り巻くように凝縮水吸収体２５を備え、水抜き孔２４ａから凝縮水吸収体２５にＥＧＲガス９ａ中の凝縮水を抜き出すよう構成した凝縮水分離装置２０を備えているので、圧力損失を抑えながら、凝縮水吸収体２５の毛細管現象により効率良くＥＧＲガス９ａから凝縮水を分離し得る。

また、本実施例によれば、凝縮水分離装置２０の上流のＥＧＲ系路１３に旋回流発生装置１９を備えているので、ＥＧＲガス９ａに形成された旋回流の遠心力により、一層効率良くＥＧＲガス９ａから凝縮水を分離し得る。

さらに、本実施例によれば、旋回流発生装置１９と凝縮水分離装置２０とを間隔をおいて配置し、旋回流発生装置１９と凝縮水分離装置２０との間のＥＧＲ系路１３を助走部２８として構成しているので、ＥＧＲガス９ａに形成された旋回流が助走部２８を流れる間に安定し、さらに効率良くＥＧＲガス９ａから凝縮水を分離し得る。

従って、本実施例のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲガスの圧力損失を抑えながら、ＥＧＲガスの冷却により発生する凝縮水を効率良く捕集し得る。

尚、本発明のＥＧＲ装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、例えば、上記本実施例においては低圧ループの途中のＥＧＲクーラの下流側に凝縮水捕集装置を設置しているが、高圧ループの途中のＥＧＲクーラの下流側に設置しても良いこと等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ エンジン
９ａ ＥＧＲガス
１３ ＥＧＲ系路（低圧ループ）
１７ ＥＧＲクーラ
１９ 旋回流発生装置
２０ 凝縮水分離装置
２１ ＥＧＲパイプ
２４ 凝縮水吸込部
２４ａ 水抜き孔
２５ 凝縮水吸収体
２８ 助走部

Claims (3)

1. エンジンの排気側と吸気側との間をＥＧＲ系路により接続し、該ＥＧＲ系路に備えられたＥＧＲクーラによりＥＧＲガスの冷却を行うＥＧＲ装置であって、
   前記ＥＧＲクーラの下流のＥＧＲパイプの一部を、該ＥＧＲパイプの管壁に水抜き孔を穿設した凝縮水吸込部とし、且つ該凝縮水吸込部の外周面を取り巻くように凝縮水吸収体を備え、前記水抜き孔から前記凝縮水吸収体にＥＧＲガス中の凝縮水を抜き出すよう構成した凝縮水分離装置を備えたことを特徴とするＥＧＲ装置。
2. 前記凝縮水分離装置の上流のＥＧＲ系路に旋回流発生装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
3. 前記旋回流発生装置と前記凝縮水分離装置とを間隔をおいて配置し、前記旋回流発生装置と前記凝縮水分離装置との間のＥＧＲ系路を助走部として構成したことを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲ装置。

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