JP3733707B2 - Ｅｇｒクーラー付きｅｇｒ装置 - Google Patents

Description

【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)

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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