JP3733707B2 - Egrクーラー付きegr装置 - Google Patents
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Description
【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、高温で膨張したEGRガスをそのまま吸気側に循環させると、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ので、EGR通路の途中に水冷式等のEGRクーラーを設けて、EGRガスを冷却して体積を減少してから、吸気マニホールドに供給して、シリンダー内に供給される空気量を確保している。
【0004】
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ため、冬季やエンジンスタート直後のように、EGRクーラーが冷えている時には、EGRクーラー内でEGRガス中の水蒸気が結露し、伝熱管へのEGRガス中の煤の付着や硫黄酸化物等の硫黄分による硫酸腐蝕という問題が発生する。
この問題を解決するために、本発明者は図1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EGR装置を開発した。
【0005】
このEGR装置においては、EGRガスGeの量を調整するEGR弁4、希釈用新気Abの量を調整する流量調整弁10、希釈用分岐通路9とEGR通路6との圧力を調整する吸気絞り11の各弁は、図4の運転領域別に、表1に示すような操作が行われる。
エンジンの運転状態が低負荷の領域Aでは、EGRが行われるが、排気ガス温度が低いためEGRクーラー5の入口温度が比較的低い温度となる。その一方で、EGRクーラー5に供給される冷却水の温度はエンジンの運転状態によらずほぼ一定となっているので、EGRガスGeの過冷却による結露が発生しやすくなる。
【0006】
そのため、領域Aでは、EGR弁4と流量調整弁10を開とし、吸気絞り11を半開にして絞ることにより、希釈用分岐通路9から希釈用の新気AbをEGRクーラー5に供給して、EGRガスGeを希釈して水蒸気分圧を下げて過冷却による結露を防止している。
次に、中負荷の領域Bでは、空気量に余裕があるので、EGR弁4を半開にし、流量調整弁10を閉とし、吸気絞り11を開にして、低EGRが行われる。この領域Bでは、排気ガス温度が高いので、EGRクーラー5の入口温度も比較的高温になるために、EGRガスGeが過冷却されることがないように、EGRクーラー5の放熱量を適当に設定しておくことにより、結露の発生を防止できる。
【0007】
また、高負荷の領域Cでは燃焼噴射量が多く、EGRを行うと新気量が不足してスモークの悪化を招くため、EGR弁4と流量調整弁10を閉じて、吸気絞り11を開にして、EGRを行わない。
そして、領域Dは無噴射のエンジンブレーキ状態であり、領域Cと同様にEGRを行わない。
【0008】
【表1】
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この図1に示すEGR装置においても、EGRを停止したときには、EGRクーラー5内にEGRガスGeや新気Abが通過しなくなるので、このEGRクーラー5内にEGRガスGeが滞留することになる。そのため、滞留したEGRガスGeは冷却水の温度に近い温度まで冷却されるので、希釈された混合ガスGe+Abであっても結露を発生することになる。
【0010】
このEGRの非作動時の結露の発生が繰り返されると、EGRガスGe中の煤が結露水に捕捉され、EGRクーラー5内面に付着堆積して、熱伝達率を悪化させるためにEGRクーラー5の放熱量が低下して性能が劣化してしまうという問題がある。
また、結露水にはEGRガスGe中に含まれる硫黄酸化物等の硫黄分が溶け込んで硫酸が発生するので、EGRクーラー5の冷却管等が硫酸腐蝕して損傷が発生するという問題がある。
【0011】
このEGRガス停止時のEGRクーラーの汚れ防止対策の一つとして、特開平8−135517号公報では、吸気管内の一部に熱交換器通路を設けて、EGR時にはこの熱交換器通路内の熱交換器(EGRクーラー)に至る通路弁を閉弁して、吸気管内に入るEGRガスをこの熱交換器に導入して冷却し、EGR停止時には熱交換器通路を開放して熱交換器内に吸気を流して煤等の汚れを除去するEGR装置を提案している。
【0012】
しかしながら、この装置においては、エンジンの運転状態によって、吸気管内の新気の流速が変化するので、熱交換器内の汚れを取り去るのに充分な流速を得ることができず、熱交換器内の清掃が不十分になるという問題がある。
つまり、吸気通路の通路断面積は、エンジンの定格運転時に必要な吸入空気量に対して充分な面積になるように形成されるために、例えば、定格の50%回転での運転では、吸気通路内の流速が定格運転時の50%に低下するが、熱交換器には流通抵抗があり、併設されている吸気通路側により多くの吸気が流れるので、熱交換器内を流れる吸気の流速は非常に低いものとなり、熱交換器内の汚れを取り去るのに充分な流速を得ることができない。
【0013】
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の非作動時に、EGRクーラー内を掃気して結露の発生を防止して、冷却管の熱伝達率の低下を招く煤等の付着やEGRガス中の硫黄酸化物等の硫黄分が結露水に溶け込んで発生する硫酸腐蝕を防止することができると共に、新気でEGRクーラー内を清掃することにより、冷却性能を維持できて、耐久性能を向上できるEGRクーラー付きEGR装置を提供することにある。
【0014】
そして、更に、EGR停止時のEGRクーラーに吸気を流すための弁操作の際に発生し易いスモークや過大なEGRを防止するものである。
【0015】
【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EGR通路で連結し、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、更に、前記吸気通路の前記希釈用分岐通路の分岐部分と前記EGR通路の合流部分との間に吸気絞りを設けて構成したEGR装置であって、EGR作動状態からEGR非作動状態に移行する際に、前記EGR弁を閉弁してから流量調整弁を開弁し、前記流量調整弁の開弁後に吸気絞りを半閉にして部分的に開弁して、前記EGRクーラーに吸気を流すように制御することにより、即ち、EGRクーラーに吸気を流すためのバルブの開閉順序を特定することにより、EGRクーラーへ吸気を流す時に発生し易いスモークの排出や過大EGRの発生を避ける。
また、EGR作動状態からEGR非作動状態に移行する際に、前記EGR弁を閉弁し、前記流量調整弁を開弁し、前記吸気絞りを半閉にして部分的に開いて、前記EGRクーラーに吸気した新気を流すように制御するように構成したものであり、EGRの非作動時にEGRクーラーに新気を流すことにより、EGRクーラーを掃気して、EGRクーラー内での結露、煤等の付着、硫酸腐蝕を防止すると共に、EGRクーラー内を清掃するものである。
【0016】
本発明においては、吸気通路の希釈用分岐通路の分岐部とEGR通路の合流部の間に吸気絞りを設けてあるので、この吸気絞りを絞ることにより、EGRクーラーに流れる新気の量を調整することができる。そのため、EGRクーラーを流れる新気の流速をエンジンの運転状態に関係なく、EGRクーラーの清掃に充分な流速を維持することができるので、高い掃気性能と高い清掃能力を持つことができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係るEGRクーラー付きEGR装置は、図1に示すような構成をしており、過給器付きエンジン1において、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で接続している。このEGR通路6と吸気通路8のEGR通路6が合流する合流部12の上流の部分13とを希釈用分岐通路9で連結し、この希釈用分岐通路9に新気Abの量を調整する流量調整弁10を設けてある。
【0019】
また、希釈用分岐通路9が接続する接続部14より上流のEGR通路6にEGRガスGeの流量を調整するEGR弁4を設け、接続部14の下流のEGR通路6にEGRクーラー5を設ける。
次に、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を設ける。
【0020】
そして、必要に応じて、過給器のコンプレッサ15で昇圧されて温度が上昇した新気Am+Ab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てEGR装置を構成する。
そして、EGR作動状態からEGR非作動状態に移行する際、即ち、EGRを停止する際には、EGR弁4を閉弁し、また、流量調整弁10を開弁して、吸気絞り11を部分的に開弁して、EGRクーラー5に吸気を流すように制御する。
【0021】
このEGRクーラー付きEGR装置におけるEGR弁4等の各弁4,10,11の操作は、図2に示す各運転状態の領域において、表2に示すような操作で行われる。この図2では、図4の領域Cを負荷の高低で2分割し低負荷側をC1、高負荷側をC2としている。
そして、EGRの停止時、即ち、運転状態が、領域Aから領域Dに変化する際や、領域Bから領域C1を通過して領域C1、C2に変化する際には、EGRクーラー5やEGR通路6内の結露の発生や煤の付着や硫酸腐蝕を防止するために、EGR弁4を閉じ、流量調整弁10を開き、吸気絞り11を半開にして絞り、新気の1部AbのみをEGRクーラー5内に通過させて掃気する。
【0022】
このEGRクーラー5内の掃気の際に、通過する新気AbがEGRクーラー5内で加熱され膨張するので、シリンダに供給される新気量が減少する。そのため、高負荷時C1、C2では、スモークが発生し易いが、まだ、供給空気量に余裕のある領域C1のみで、掃気を行い、高負荷領域C2ではこの掃気を止めることにより、スモークの発生を抑制できる。
【0023】
【表2】
また、運転状態が領域Bから領域C1に変化する時に、各弁4,10,11が充分に早い応答性を有している場合は問題ないが、応答が遅いと、次のような問題が発生する。
【0024】
先ず、EGR弁4が閉弁を完了する前に吸気絞り11が閉じ始めると、EGR通路6の合流部12の圧力が低下してEGRガスを多量に吸引するので過大EGRとなる。
また、流量調整弁10が所定量開く前に吸気絞り11が閉じ始めると、吸気が絞られてしまうので、シリンダへに供給される新気量が不足し、スモークが発生する。
【0025】
そして、吸気絞り11が閉じられていない状態で、EGR弁4が閉まる前に流量調整弁10が開くとEGRガスGeが流量調整弁10を通って吸気通路3側に冷却されず供給されて、シリンダへに供給される新気量が不足し、スモークが発生する可能性がある。
これらの現象を避けるために、各弁4,10,11の応答速度を勘案して、各弁4,10,11の作動順序を決めて時間差を設けながら、EGR弁4を閉弁してから流量調整弁10を開弁し、最後に吸気絞り11を部分的に開弁するように、各弁4,10,11の制御を行う。
【0026】
即ち、領域Bから領域C1に移ってEGRを停止する際には、図3に示すように、EGR弁4を半開から全閉してから、流量調整弁10を全閉から半開し、最後に吸気絞り11を全開から半閉にして部分的に開弁する。
また、領域C1から領域Bに変化する場合は、逆に、吸気絞り11を半閉から全開して、次に、流量調整弁10を半開から全閉し、それから、EGR弁4の全閉から半開にする。
【0027】
以上のようなEGRクーラー付きEGR装置によれば、EGR作動状態からEGR非作動状態に移行する際に、EGR通路6のEGR弁4を閉弁し、希釈用分岐通路9の流量調整弁10を開弁し、更に、吸気通路8の希釈用分岐通路9の分岐部13とEGR通路6の合流部12の間に設けた吸気絞り11を部分的に開くことにより、EGRの非作動時に、新気をEGRクーラー5内に流すことができる。
【0028】
この新気の通過により、EGRクーラー5内を掃気できるので、EGRの非作動時のEGRクーラー5内における結露の発生を防止して、煤等の付着を防止すると共に、EGRガス中の硫黄酸化物等の硫黄分が結露水に溶け込んで発生する硫酸による冷却管の腐蝕を防止することができる。
また、この新気によりEGRクーラー5内の伝熱管やEGR通路6を清掃できるので、伝熱管への煤等の付着とこの付着による熱伝達率の悪化及び放熱量の低下を防止でき、EGRクーラーの冷却性能を維持できる。
【0029】
そして、吸気絞り11を吸気通路8の希釈用分岐通路9の分岐部13とEGR通路6の合流部12の間に設けているので、吸気絞り11を絞ることによって、EGRクーラー5内を通過する新気Abを増加することができるので、エンジンの運転状態に関わらず、EGRクーラー5を通過する新気の流速を高く維持することができるので高い掃気性能と高い清掃能力が得られ、EGR中に生じたEGRクーラー5の伝熱管内の煤等を効率良く清掃できるので、伝熱管の熱伝達率の低下を防止できる。
【0030】
従って、EGRクーラー5の冷却性能を維持でき、更に、硫酸腐蝕も防止することができるので、EGRクーラー5の耐久性を向上させることができる。
そして、更に、EGR弁4を閉弁してから流量調整弁10を開弁し、最後に吸気絞り11を部分的に開弁することにより、各弁4,10,11を操作している間に発生し易いスモークや過大なEGRを防止することができる。
【0031】
【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ガスに吸気した新気を混入してからEGRクーラーを通過させることができる過給式エンジンのEGRクーラー付きEGR装置において、EGR弁と、希釈用新気の流量調整弁と、吸気通路の希釈用分岐通路の分岐部とEGR通路の合流部の間に設けた吸気絞りを操作することにより、EGRの非作動時に、エンジンの回転状態に関わらず充分な量の新気をEGRクーラー内に流すことができる。
【0032】
従って、EGRクーラー内を掃気して結露を防止すると共に伝熱管内を清掃できるので、伝熱管への煤等の付着とこの付着による熱伝達率の悪化及び放熱量の低下を防止でき、EGRクーラーの冷却性能を維持できる。
また、更に、EGRガス中に含まれる硫黄酸化物等の硫黄分が結露水に溶けて発生する硫酸腐蝕を防止することができるので、EGRクーラーやEGR配管等の耐久性を向上させることができる。
【0033】
そして、更に、EGR作動状態からEGR非作動状態に移行するEGR停止時に、EGR弁と流量調整弁と吸気絞りの順で、操作することにより、EGRクーラーへ吸気を流す際に発生し易いスモークの排出や過大EGRの発生を防止できる。
【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】本発明に関係するエンジンの運転状態の区分を示す模式図である。
【図3】本発明に係るEGR停止時の弁の操作を示すタイミングチャートである。
【図4】エンジンの運転状態の区分を示す模式図である。
【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 … 流量調整弁
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 (1)
- 過給器付きエンジン(1)のコンプレッサ(15)の下流側の吸気通路(8)と排気通路(2)とをEGR通路(6)で連結し、該EGR通路(6)と前記吸気通路(8)の前記EGR通路(6)が合流する上流側とを流量調整弁(10)を有する希釈用分岐通路(9)で連結すると共に、前記EGR通路(6)の前記希釈用分岐通路(9)が接続する上流側にEGR弁(4)を下流側にEGRクーラー(5)をそれぞれ設け、更に、前記吸気通路(8)の前記希釈用分岐通路(9)の分岐部分(13)と前記EGR通路(6)の合流部分(12)との間に吸気絞り(11)を設けて構成したEGR装置であって、EGR作動状態からEGR非作動状態に移行する際に、前記EGR弁(4)を閉弁してから流量調整弁(10)を開弁し、前記流量調整弁(10)の開弁後に吸気絞り(11)を半閉にして部分的に開弁し、前記EGRクーラー(5)に吸気を流すように制御するEGRクーラー付きEGR装置。
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