JP4679485B2

JP4679485B2 - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP4679485B2
Application number: JP2006283191A
Authority: JP
Inventors: 亮一堀; 敏木村; 学資玉川
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-10-18
Also published as: EP2039923B1; US8336528B2; EP2039923A4; EP2039923A1; JP2008038891A; WO2008007561A1; US20090314266A1

Description

本発明は、ＥＧＲ装置に関する。

従来、自動車のエンジンでは、排気系から排気ガスの一部を抜き出して吸気系へと戻し、エンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯｘの発生を低減するようにしたＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置の技術が公知になっている（特許文献１、２参照）。

このようなＥＧＲ装置では、図７に示すように、エンジン０２からエキゾーストマニホールド０８ｄを介して排気ガスの一部をＥＧＲクーラ０５に導入する一方、このＥＧＲクーラ０５から排出された排気ガスをターボチャージャー０３のコンプレッサ０３ａ及びインタークーラ０４を介して吸気管０８ａと接続されたインテークマニホールド０８ｃに導入するようにしている。
また、ＥＧＲクーラ０５は、エンジン０２とラジエータ０６を循環する流通媒体の一部を導入して排気ガスと熱交換させることにより排気ガスの温度を低下させるようになっている。

そして、近年、主にエンジン出力の向上に対応してラジエータに高い冷却性能が要求されている。
そこで、ラジエータを大型化することが考えられるが、設置スペース、重量、及び製造コスト等を考慮すると、ラジエータのコアサイズを拡大には限界があるため、図８に示すように、メインラジエータ０６ａとサブラジエータ０６ｂを並列に繋いで設置したり、図９に示すように、メインラジエータ０６ａとサブラジエータ０６ｂを直列に繋いで設置するようにしている。
特開２００４−１３２１８０号公報特開２００３−２７８６０８号公報

しかしながら、従来の発明において、図８で説明したラジエータとサブラジエータを並列に繋いだ場合には、流通媒体の温度が比較的高く、ＥＧＲクーラで排気ガスを十分に冷却できないという問題点があった。
また、図９で説明したラジエータとサブラジエータを直列に繋いだ場合には、エンジン低負荷時であってもラジエータの流通媒体の全量をサブラジエータに流通させなければならず、無駄が多いという問題点があった。

なお、ラジエータの冷却経路とＥＧＲクーラの冷却経路とを完全に分けて設置した場合には、流通媒体を循環させるポンプや配管等の部品を２経路の分だけ設置しなければならず、製造コストが大幅にアップしてしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ラジエータの高い冷却性能の要求に対向しつつ、ＥＧＲクーラを流通する排気ガスを冷却できるＥＧＲ装置を提供することである。

本発明の請求項１記載の発明では、エンジンから排出された流通媒体をメインラジエータに導入して冷却した後、エンジンへ再び導入する第１冷却経路と、前記第１冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、ＥＧＲクーラに導入すると共に、このＥＧＲクーラから排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第２冷却経路と、前記サブラジエータに導入する第１冷却経路で冷却された流通媒体の流量を調整可能な流量調整手段と、を備え、前記メインラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータを設けると共に、このラジエータのタンクの内部を、流通孔を有するデバイドで仕切ることによりメインラジエータのタンクとサブラジエータのタンクを形成し、前記流量調整手段を、前記デバイドの流通孔に対して所定の開口面積を確保するオリフィスを有して開閉可能なピストンと、このピストンを駆動させる駆動手段で構成されたピストン型のオリフィスバルブとしたことを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明では、エンジンから排出された流通媒体をメインラジエータに導入して冷却した後、エンジンへ再び導入する第１冷却経路と、前記第１冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、ＥＧＲクーラに導入すると共に、このＥＧＲクーラから排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第２冷却経路を備えるため、ラジエータの高い冷却性能の要求に対向しつつ、ＥＧＲクーラを流通する排気ガスを冷却できる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は本発明の実施例１のＥＧＲ装置のシステム構成図、図２は本実施例１のＥＧＲ装置の制御ロジックを示す図、図３はラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの一例を示す図、図４は同ラジエータのタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図（ａ）と全開状態を示す図（ｂ）、図５はラジエータとサブラジエータを一体的に形成した熱交換器の他の例を示す図、図６は同ラジエータのタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図（ａ）と全開状態を示す図（ｂ）である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、本実施例１のＥＧＲ装置１では、ディーゼル機関であるエンジン２と、ターボチャージャー３と、水冷式インタークーラ４と、空冷式インタークーラ５と、ＥＧＲクーラ６と、メインラジエータ７と、サブラジエータ８が備えられている。

また、図示を省略するエアクリーナから導いた吸気を、吸気管９ａを介してターボチャージャー３のコンプレッサ３ａへ導入して加圧し、さらに、接続管9b,9cを介して水冷式インタークーラ４及び空冷式インタークーラ５の順に導入して冷却した後、インテークマニホールド９ｄを介してエンジン２の各気筒（図示せず）に分配するようにしている。

また、エンジン２から排出された排気ガスを、エキゾーストマニホールド９ｅを介してターボチャージャー３のタービン３ｂへ導入して駆動した後、排気管９ｆから車外へ排出するようにしている。

また、エキゾーストマニホールド９ｅの分岐部ａから排気ガスの一部を、接続管９ｇを介してＥＧＲクーラ５に導入して冷却した後、接続管９ｈを介してインテークマニホールド９ｄの合流部ｂで吸気と合流させるようにしている。

一方、エンジン２から排出された高温の流通媒体を、接続管９ｉを介してメインラジエータ７に導入して冷却した後、接続管9j,9k及び流量調整制御弁１０を介してエンジンへ再び導入する第１冷却経路（破線矢印で図示）を構成している。

また、流量調整制御弁１０で分岐された流通媒体の一部を、接続管９ｍを介してサブラジエータ８に導入してさらに冷却した後、接続管９ｎを介して水冷式インタークーラ４に導入するようになっている。

また、水冷式インタークーラ４に導入された流通媒体を、該水冷式インタークーラ４を流通する吸気と熱交換させた後、接続管９ｏを介してＥＧＲクーラ６に導入して、該ＥＧＲクーラ６を流通する排気ガスと熱交換させるようになっている。

次に、ＥＧＲクーラ６の出力ポートから排出された流通媒体を、接続管９ｐを介して接続管９ｋの合流部ｃで流通媒体と合流させてエンジン２に再び戻すようにしている。

なお、接続管9k,9pの流通媒体同士はエンジン２内で合流させても良い。

従って、第１冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータ８に導入してさらに冷却した後、水冷式インタークーラ４及びＥＧＲクーラ６の順に導入すると共に、このＥＧＲクーラ６から排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第２冷却経路（一点鎖線矢印で図示）を構成している。

その他、第１冷却経路の途中には図外のポンプが設けてある。

また、第１冷却経路内の流通媒体の温度は８０℃〜１００℃であり、第２冷却経路内の流通媒体の温度は５０℃〜６０℃である。

このように構成されたＥＧＲ装置１では、メインラジエータ７で冷却された流通媒体の一部を流量調整制御弁１０でサブラジエータ８に導入して冷却した後、ＥＧＲクーラ６の排気ガスを冷却でき、これによって、メインラジエータ７に掛かる負担を減らしてエンジンの高出力化に対応した冷却性能を実現できる。

従って、従来の発明のように、メインラジエータで冷却される前の流通媒体をサブラジエータに導入する場合に比べて、第２冷却経路内の温度を３０℃以上低くすることができ、ＥＧＲクーラ６の排気ガスを十分に冷却できる。

加えて、第２冷却経路内には第１冷却経路内の流通媒体の一部を導入するため、エンジンの低負荷時でも無駄が生じない。

さらに、上述のように、従来の発明に比べて第２冷却経路内の温度を３０℃以上低くできることにより、サブラジエータ８で冷却した流通媒体を水冷式インタークーラ４に流通させて吸気を冷却でき、ターボチャージャー３による超高温・高圧化に対応できる。
なお、吸気は５０℃付近まで冷却する必要があるため、第１冷却経路内の流通媒体を採用することはできない。

次に、流量調整制御弁１０による第１冷却経路側（メインラジエータ側）と第２冷却経路側（サブラジエータ側）の流量制御について詳述する。
流量調整制御弁１０の流量制御は、エンジン２の運転状況、例えば車速を一定時間間隔で検出し、基本流量比を第１冷却経路側（メインラジエータ側）：第２冷却経路側（サブラジエータ側）＝７５：２５として、図２に示す制御ロジックに基づいて行う。

具体的には、車速が一定速の場合には、排気ガス中のＮＯｘが非常に多く、高いＥＧＲ導入率が必要であること、及びエンジンの負荷が低く、エンジンの発熱が少ないことを考慮して流量比を第１冷却経路側（メインラジエータ側）：第２冷却経路側（サブラジエータ側）＝６０：４０とする。

また、車速が緩い加減速の場合には、排気ガス中のＮＯｘが比較的多く、高いＥＧＲ導入率が必要であること、及びエンジンの負荷が低く、エンジンの発熱が少ないことを考慮して流量比を第１冷却経路側（メインラジエータ側）：第２冷却経路側（サブラジエータ側）＝６５：３５とする。

また、車速が中間加速の場合には、排気ガス中のＮＯｘが比較的多く、高いＥＧＲ導入率が必要であること、及びエンジンの負荷が比較的あり、エンジンの発熱が比較的あることを考慮して流量比を第１冷却経路側（メインラジエータ側）：第２冷却経路側（サブラジエータ側）＝７５：２５とする。

また、車速がフル加速の場合には、排気ガス中のＮＯｘが少なく、高いＥＧＲ導入率が不要であること、及びエンジンの負荷が高く、エンジンの発熱が多いことを考慮して流量比を第１冷却経路側（メインラジエータ側）：第２冷却経路側（サブラジエータ側）＝９０〜９５：５〜１０とする。なお、上記流量比の具体的な数値は適宜設定できる。

また、本実施例１では、メインラジエータ７とサブラジエータ８を分けて図示したが、図３に示すように、ラジエータ２０のタンク20a,20bの内部を該タンク20a,20bの長手方向に仕切るデバイド20c,20dで２つに分割すると共に、それぞれ対応するコア部20e,20fを形成し、タンク２０ｂのデバイド２０ｄに後述する流通孔３０を形成して連通することにより、一方側に第１冷却経路の流通媒体を流通させる一方、他方に第２冷却経路用の流通媒体を流通させることにより、コンパクト化を図ることができる。

この際、図４に示すように、ラジエータ２０のタンク２０ｂを流通孔３０を有するデバイド２０ｄで仕切ることにより、メインラジエータ７のタンクとサブラジエータ８のタンクを一体的に形成できる。

そして、本実施例１では、前述した流量調整制御弁１０として、デバイド２０ｄの流通孔３０に対して所定の開口面積を確保するオリフィス３１を有して開閉可能なピストン３２と、このピストン３２のロッド３２ａに連結されてタンク２０ｂの外部から該ピストン３２を駆動させる油圧式のアクチュエータ３３で構成された所謂ピストン型のオリフィスバルブが採用されている。
なお、オリフィス３１の開口形状やピストン３２の詳細な部位の形状は適宜設定できる。
また、駆動手段としてのアクチュエータは油圧式に限らず、電動式、温度感応式等の様々なタイプを適宜採用することができる。

従って、従来のバタフライ式やゲード型のバルブに比べて構造の簡略化、流量の精密制御、流通抵抗の改善、部品信頼性の向上が可能となる。

また、メインラジエータ７とサブラジエータ８を一体的に形成したことによって、コンパクト化を図ることができ、エンジンルームのスペースを有効に活用できる。

或いは、図５に示すように、ラジエータ２０のタンク20a,20bの内部を該タンク20a,20bの厚み方向に仕切るデバイド20c,20dで２つに分割すると共に、それぞれ対応するコア部20e,20fを形成し、さらに、タンク２０ｂのデバイド２０ｄに後述する流通孔３０を形成して連通することにより、一方側に第１冷却経路の流通媒体を流通させる一方、他方に第２冷却経路用の流通媒体を流通させることができる。これにより、コンパクト化を図ることができる。

この際、図４で説明した場合と同様に、図６に示すようなピストン型のオリフィスバルブを採用することで同様の効果を得ることができる。
なお、図６において図４と同様の部材については同一の符号を伏してその説明は省略する。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本実施例１のＥＧＲ装置１にあっては、エンジン２から排出された流通媒体をメインラジエータ７に導入して冷却した後、エンジン２へ再び導入する第１冷却経路と、第１冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータ８に導入してさらに冷却した後、ＥＧＲクーラ６に導入すると共に、このＥＧＲクーラ６から排出された流通媒体をエンジン２へ再び導入する第２冷却経路を備えるため、ラジエータ（メインラジエータ７、サブラジエータ８）の高い冷却性能の要求に対向しつつ、ＥＧＲクーラ６を流通する排気ガスを冷却できる。

また、サブラジエータ８に導入する第１冷却経路で冷却された流通媒体の流量を調整可能な流量調整手段（流量調整制御弁１０）を備えるため、エンジンの運転状況に応じた最適な第１冷却経路と第２冷却経路の流量調整が可能となる。

また、メインラジエータ７とサブラジエータ８を一体的に形成したラジエータ２０を設けると共に、このラジエータ２０のタンク２０ｂの内部を、流通孔３０を有するデバイド２０ｄで仕切ることによりメインラジエータ７のタンクとサブラジエータ０のタンクを形成し、流量調整手段（流量調整制御弁１０）を、デバイド２０ｄの流通孔３０に対して所定の開口面積を確保するオリフィス３１を有して開閉可能なピストン３２と、このピストン３２を駆動させるアクチュエータ３３で構成されたピストン型のオリフィスバルブとしたため、従来のバタフライ式やゲード型のバルブに比べて構造の簡略化、流量の精密制御、流通抵抗の改善、部品信頼性の向上が可能となる。

また、第１冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータ８に導入してさらに冷却した後、水冷式インタークーラ４、ＥＧＲクーラ６の順に導入したため、ターボチャージャー３による超高温・高圧化に対応できる。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、流量調整制御弁の流量調整は、流路切り替え制御弁の切り替えは、アクセル開度、エンジン流入空気量、ＥＧＲ導入率を含め他の情報値を関連させて制御することもできる。

本発明の実施例１のＥＧＲ装置のシステム構成図である。本実施例１のＥＧＲ装置の制御ロジックを示す図である。ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの一例を示す図である。ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの一例におけるタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図（ａ）と全開状態を示す図（ｂ）である。ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの他の例における流量調整バルブを説明する図である。ラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータの他の例におけるタンクの内部と流量調整制御弁の全閉状態を示す図（ａ）と全開状態を示す図（ｂ）である。従来のＥＧＲ装置のシステム構成図である。ラジエータとサブラジエータを並列に繋いだ例を示す図である。ラジエータとサブラジエータを直列に繋いだ例を示す図である。

符号の説明

１ＥＧＲ装置
２エンジン
３ターボチャージャー
３ａコンプレッサ
３ｂタービン
４水冷式インタークーラ
５空冷式インタークーラ
６ＥＧＲクーラ
７メインラジエータ
８サブラジエータ
９ａ吸気管
９ｂ、９ｃ、９ｇ、９ｈ、９ｉ、９ｊ、９ｋ、９ｍ、９ｎ、９ｏ、９ｐ接続管
９ｄインテークマニホールド
９ｅエキゾーストマニホール
９ｆ排気管
１０流量調整制御弁
２０、２１ラジエータ
２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂタンク
２０ｃ、２０ｄ、２１ｃ、２１ｄデバイド
２０ｅ、２１ｅコア部
３０流通孔
３１オリフィス
３２ピストン
３２ａロッド
３３アクチュエータ

Claims

エンジンから排出された流通媒体をメインラジエータに導入して冷却した後、エンジンへ再び導入する第１冷却経路と、
前記第１冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、ＥＧＲクーラに導入すると共に、このＥＧＲクーラから排出された流通媒体をエンジンへ再び導入する第２冷却経路と、
前記サブラジエータに導入する第１冷却経路で冷却された流通媒体の流量を調整可能な流量調整手段と、
を備え、
前記メインラジエータとサブラジエータを一体的に形成したラジエータを設けると共に、このラジエータのタンクの内部を、流通孔を有するデバイドで仕切ることによりメインラジエータのタンクとサブラジエータのタンクを形成し、
前記流量調整手段を、前記デバイドの流通孔に対して所定の開口面積を確保するオリフィスを有して開閉可能なピストンと、このピストンを駆動させる駆動手段で構成されたピストン型のオリフィスバルブとしたことを特徴とするＥＧＲ装置。
請求項１記載のＥＧＲ装置において、
前記第１冷却経路で冷却された流通媒体の一部をサブラジエータに導入してさらに冷却した後、水冷式インタークーラ、ＥＧＲクーラの順に導入したことを特徴とするＥＧＲ装置。