JP4496982B2 - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気ガスの一部を排気通路から吸気通路へと再循環させるＥＧＲを行うに際し、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラに関する。

エンジンの排気ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減するためには、エンジンの排気ガスの一部を排気通路から吸気通路へと再循環させて、ＥＧＲガスを吸気と混合させるＥＧＲ（排気再循環）が有効であることが知られている。即ち、ＥＧＲを行うと、吸気中の酸素濃度が低下して燃焼が緩慢となり、燃焼温度の低下によりＮＯｘの生成を抑制することができる。

ところで、高温のＥＧＲガスを吸気と混合するとその分新気量が減り、スモークが悪化してしまう。そこで、スモークの発生を抑制するために、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラにより冷却した後で吸気と混合するようにしている。即ち、ＥＧＲガスを冷却して体積を減少させることにより、新気量の増加を図り、スモークの発生を抑制することができる。

図４に示すように、ＥＧＲクーラ４０は、エンジン４１の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路の途中に設けられ、エンジン４１との間を冷却水導入通路４２及び冷却水導出通路４３を介して冷却水を循環させ、その冷却水を冷媒としてＥＧＲガスを冷却するようになっている。

例えばＥＧＲクーラ４０は筒状のケーシング４４を備え、このケーシング４４の長手方向両端部にはガス導入口４５及びガス導出口４６がそれぞれ設けられている。このガス導入口４５及びガス導出口４６には、上流側ＥＧＲ通路及び下流側ＥＧＲ通路（共に図示せず）がそれぞれ接続されている。ケーシング４４内には長手方向（ＥＧＲガスの流れ方向）に離間させて一対のエンドプレート４７、４８が設けられており、これらエンドプレート４７、４８によりケーシング４４内が両端のガス室４９、５０と中央の水室５１とに区画されている。

水室５１にはケーシング４４の長手方向に離間させて冷却水導入口５２及び冷却水導出口５３がそれぞれ開口されており、冷却水導入口５２には冷却水導入通路４２が接続されていると共に、冷却水導出口５３には冷却水導出通路４３が接続されている。これにより、エンジン４１と水室５１との間を冷却水が循環される。

図４に示すものにおいては、冷却水導入口５２はＥＧＲガスの下流側のエンドプレート４８近傍に設けられ、冷却水導出口５３はＥＧＲガスの上流側のエンドプレート４７近傍に設けられている（対向流式）。ただしこれらとは逆に、冷却水導入口５２がＥＧＲガスの上流側のエンドプレート４７近傍に設けられ、冷却水導出口５３がＥＧＲガスの下流側のエンドプレート４８近傍に設けられる場合もある（順流式、図５参照）。

また、水室５１内にはＥＧＲガスを一方のガス室４９から他方のガス室５０へと流すためのクーラコア５４が設けられている。このクーラコア５４は一対のエンドプレート４７、４８間に掛け渡して設けられた複数のガス管５５からなる。これらガス管５５は、組立てコスト削減のため、エンドプレート４７、４８にロー付けにて取り付けられている。ガス管５５の両端部はガス室４９、５０にそれぞれ開口されている。

これにより、ガス管５５はＥＧＲガスの上流側のガス室４９と下流側のガス室５０とを連通し、内部に高温のＥＧＲガスを流通させて、そのＥＧＲガスと水室５１内を流通する冷却水とで熱交換を行わせる。図４に示す対向流式では冷却水はＥＧＲガスの流れ方向と反対方向に流れ、図５に示す順流式では冷却水はＥＧＲガスの流れ方向と同じ方向に流れる。

特開平１１−１３５４９号公報

ところで図６に示すように、一般に対向流式は順流式に比べてＥＧＲガスの冷却能力が高い、つまり対向流式の方が下流側のＥＧＲガス温度を低くすることができる。しかしながら図７に示すように、対向流式では順流式に比べて上流側のガス管５５の温度が高い。即ち、順流式の場合は熱交換初期で低温の冷却水でＥＧＲガスの上流側を冷やすのに対して、対向流式の場合は熱交換終期で高温の冷却水でＥＧＲガスの上流側を冷やすため、対向流式では順流式に比べて上流側のガス管５５の温度が高くなってしまう。エンジン４１の高速・高負荷運転時等のようにＥＧＲガス温度が非常に高い場合には、ガス管５５とＥＧＲガスの上流側のエンドプレート４７とのロー付け部が溶けるおそれがあるため、ＥＧＲガスの冷却能力が対向流式に比べて多少劣るものの、対向流式に比べてロー付け部の過熱防止において優れる順流式が採用されることが多かった。

そこで、本発明の目的は、ロー付け部の過熱防止とＥＧＲガスの冷却能力向上とを両立させることができるＥＧＲクーラを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ケーシング内に一対のエンドプレートにより両端のガス室と中央の水室とを区画形成し、上記一対のエンドプレート間に一方のガス室から他方のガス室へＥＧＲガスを流すためのガス管を掛け渡し、上記水室に、冷却水の入口を上記ＥＧＲガスの下流側のエンドプレート近傍に開口すると共に、冷却水の出口を上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート近傍に開口し、且つ、上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート近傍の水室に冷却水の別の入口を開口し、上記水室内に、上記別の入口から導入された冷却水を上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレートに沿って案内して上記水室内に流出させるためのバッフルプレートを上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレートに対向させて設けたＥＧＲクーラであって、上記入口に冷却水を供給する導入通路の途中に接続され、上記導入通路内を流れる冷却水の一部を上記別の入口へとバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に設けられ、上記別の入口へバイパスされる冷却水の流量を調整する弁と、上記ガス管の上流側のＥＧＲガス温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段により測定されたＥＧＲガス温度に応じて、上記弁の開度を制御する制御手段とを備えたものである。

上記制御手段は、上記温度測定手段により測定されたＥＧＲガス温度の上昇に応じて、上記弁の開度を増加させるものであっても良い。

また、上記制御手段は、上記温度測定手段により測定されたＥＧＲガス温度が所定値以上となったときに、上記弁を開とするものであっても良い。

本発明によれば、ロー付け部の過熱防止とＥＧＲガスの冷却能力向上とを両立させることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、参考形態に係るＥＧＲクーラの概略図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。

図中、１がエンジンであり、２及び３がエンジン１に設けられた冷却水導入通路をなす冷却水導入管及び冷却水導出通路をなす冷却水導出管である。なお、エンジン１としては、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等が含まれる。

図１及び図２に示すように、参考形態のＥＧＲクーラ１０は、略円筒状のケーシング（クーラケース）１１を備えている。ケーシング１１内には長手方向（ＥＧＲガスの流れ方向）に離間させて一対のエンドプレート１２、１３が設けられている。エンドプレート１２、１３は略円形状に形成されており、ケーシング１１の内周面にロー付けにて取り付けられている。これらエンドプレート１２、１３によりケーシング１１内が両端のガス室１４、１５と中央の水室１６とに区画されている。

一方のガス室１４（図１中の右側）にはＥＧＲガスの入口をなすガス導入口１７が開口されており、このガス導入口１７には上流側ＥＧＲ通路をなす上流側ＥＧＲ管（図示せず）が接続されている。他方のガス室１５（図１中の左側）にはＥＧＲガスの出口をなすガス導出口１８が開口されており、このガス導出口１８には下流側ＥＧＲ通路をなす下流側ＥＧＲ管（図示せず）が接続されている。

水室１６内には、ＥＧＲガスを上流側のガス室１４から下流側のガス室１５へと流すためのクーラコア１９が設けられている。このクーラコア１９は、一対のエンドプレート１２、１３間に掛け渡して設けられた複数のガス管２０からなる。

ガス管２０は略円筒状に形成されており、エンドプレート１２、１３に挿通された状態でロー付けにて取り付けられている。またガス管２０の両端部はガス室１４、１５にそれぞれ開口されている。参考形態では、ガス管２０の両端部はエンドプレート１２、１３の外表面からガス室１４、１５内へとそれぞれ所定長さだけ突出されている。こうしてガス管２０はＥＧＲガスの上流側のガス室１４と下流側のガス室１５とを連通するようになる。

水室１６には、ＥＧＲガスの下流側のエンドプレート１３近傍に冷却水の入口をなす冷却水導入口２１（以下第一冷却水導入口という）が開口されていると共に、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２近傍に冷却水の出口をなす冷却水導出口２２が開口されている。つまり、第一冷却水導入口２１と冷却水導出口２２とはケーシング１１の長手方向に離間させて設けられている。第一冷却水導入口２１には冷却水導入管２が接続されており、冷却水導出口２２には冷却水導出管３が接続されている。参考形態では、第一冷却水導入口２１と冷却水導出口２２とはケーシング１１の周方向に位相を一致させて配置されている。なお、第一冷却水導入口２１と冷却水導出口２２とをケーシング１１の周方向に位相をずらして配置してもよい。

さらに、水室１６には、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２近傍に冷却水の別の入口をなす冷却水導入口２３（以下第二冷却水導入口という）が開口されている。参考形態では、第二冷却水導入口２３は冷却水導出口２２に対してケーシング１１の直径方向に離間させて設けられている。つまり、第二冷却水導入口２３は冷却水導出口２２に対向させて設けられている。また、第二冷却水導入口２３は冷却水導出口２２よりもＥＧＲガスの上流側に設けられている。

第二冷却水導入口２３にはバイパス通路をなすバイパス管２４が接続されている。このバイパス管２４は冷却水導入管２内を流れる冷却水の一部を第二冷却水導入口２３へとバイパスするためのものであり、その一端部が冷却水導入管２の途中に接続されており、他端部が第二冷却水導入口２３に接続されている。ここで、冷却水の大半が第一冷却水導入口２１へと流れるように、バイパス管２４の内径は冷却水導入管２の内径に比べて比較的小さく設定されている。

水室１６内には、第二冷却水導入口２３から導入された冷却水をＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２に沿って案内するバッフルプレート（導流板、仕切板）２５が設けられている。このバッフルプレート２５は第二冷却水導入口２３よりもＥＧＲガスの下流側に設けられていると共に、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２に対向させて設けられている。これにより、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２とバッフルプレート２５との間に第二冷却水導入口２３からの冷却水の水路２６が形成される。

バッフルプレート２５は略円形状に形成されて水室１６の内周面にロー付けにて取り付けられているが、冷却水導出口２２近傍では一部切り欠かれており、その切欠部２７とケーシング１１の内周面との間に形成される隙間２８において冷却水の通過を許容している。またバッフルプレート２５にはガス管２０の端部が挿通された状態でロー付けにて取り付けられている。

参考形態では、バッフルプレート２５は冷却水導出口２２よりもＥＧＲガスの上流側に設けられている。つまり、バッフルプレート２５はケーシング１１の長手方向に対して冷却水導出口２２と第二冷却水導入口２３との間に設けられている。またバッフルプレート２５は、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２に対して平行に配置されている。

次に、参考形態のＥＧＲクーラ１０の作用を説明する。

まずＥＧＲガスは、ガス導入口１７からＥＧＲガスの上流側のガス室１４内に導入されて、このガス室１４内で各ガス管２０に分配される。そして、ＥＧＲガスは、各ガス管２０内を通過した後、ＥＧＲガスの下流側のガス室１５にて集合されてガス導出口１８から導出される。

また冷却水導入管２内を流れる冷却水の大半は第一冷却水導入口２１から水室１６内に導入される。水室１６内に導入された冷却水は、ＥＧＲガスの流れ方向に対して反対方向に流れてガス管２０内のＥＧＲガスと熱交換した後に、冷却水導出口２２から導出される（対向流式）。即ち、熱交換初期で低温の冷却水がＥＧＲガスの下流側のエンドプレート１３側から水室１６内へと導入されるため、ＥＧＲガスの下流側のガス管２０を効果的に冷却でき、ＥＧＲガス温度を効率よく低下させることができる。また後述するが、ＥＧＲガスは上流側にて第二冷却水導入口２３からの冷却水で冷却されて、そのＥＧＲガス温度はある程度低下されているため、下流側でのＥＧＲガス温度をより効率よく低下させることができる。

一方、冷却水導入管２内を流れる冷却水の一部は、バイパス管２４を介して第二冷却水導入口２３から水路２６内に導入される。水路２６内に導入された冷却水はＥＧＲガスの流れ方向に対して直角方向に流れてＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２とガス管２０とのロー付け部等を冷却すると共に、その近傍のガス管２０内のＥＧＲガスと熱交換した後に、ケーシング１１の内周面とバッフルプレート２５の切欠部２７との隙間２８に至る。そして冷却水は、隙間２８をＥＧＲガスの下流側へと通過して水室１６内に流出し、冷却水導出口２２から導出される。

即ち、熱交換初期で低温の冷却水の一部がＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２近傍から水室１６内へと導入されるため、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２及びその近傍のガス管２０を効果的に冷却でき、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２とガス管２０とのロー付け部等を効率よく冷却することができると共に、ＥＧＲガス温度を上流側である程度低下させておくことができる。

要するに参考形態によれば、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２及びその近傍のガス管２０と、ＥＧＲガスの下流側のエンドプレート１３近傍のガス管２０とを熱交換初期で低温の冷却水でそれぞれ冷却することで、部材間のロー付け部の過熱を効果的に防止することができると共に、ＥＧＲガスの下流側でのＥＧＲ温度を効果的に低下させることができ、ロー付け部の過熱防止とＥＧＲガスの冷却能力向上とを両立させることができる。従って、高い耐久性及び冷却能力を確保して、エンジンのさらなる低エミッション化を実現することが可能となる。

次に、本発明の実施形態について説明する。

図３は、本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラの概略図である。図１と同一部材には同一符号を付して説明を省略し、相違点のみを説明する。

バイパス管２４の途中には、第二冷却水導入口２３へバイパスする冷却水の流量を調整する弁（流量調整弁）をなす電磁弁３１が設けられている。この電磁弁３１は制御手段をなす電子制御ユニット３２（以下ＥＣＵという）に接続されており、このＥＣＵ３２により電磁弁３１が開閉制御される。

ガス管２０の上流側のＥＧＲガス温度を測定するための温度測定手段が設けられる。本実施形態の温度測定手段は、ＥＧＲガスの上流側のガス室１４内に臨んで設けられた温度センサ３３である。この温度センサ３３はＥＣＵ３２に接続されており、温度センサ３３からの検出信号がＥＣＵ３２に入力される。なお、温度センサ３３が上流側ＥＧＲ管に設けられていてもよい。

本実施形態においては、ＥＣＵ３２は通常時には電磁弁３１を閉として第二冷却水導入口２３への冷却水の供給を行わず、温度センサ３３により測定されたＥＧＲガス温度が所定値以上になったときに、電磁弁３１を開として第二冷却水導入口２３へと冷却水を供給するようにしている。即ち、本実施形態では、通常時には冷却水導入管２内を流れる冷却水の全てを第一冷却水導入口２１に供給して、図６（ａ）で示した対向流式のように下流側のＥＧＲガス温度を効果的に低下させることができる。一方、上流側のＥＧＲガス温度がある程度高くなりロー付け部の過熱傾向が予想されるときには、冷却水導入管２内を流れる冷却水の一部をバイパスして第二冷却水導入口２３に供給して、ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート１２とガス管２０とのロー付け部等を集中的に冷却することでロー付け部が溶けないようにしている。なお、ＥＣＵ３２がＥＧＲガス温度上昇に応じて電磁弁３１の開度を増加させるようにしてもよい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

参考形態に係るＥＧＲクーラの概略図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 本発明の実施形態に係るＥＧＲクーラの概略図である。 従来の対向流式ＥＧＲクーラの概略図である。 従来の順流式ＥＧＲクーラの概略図である。 （ａ）は対向流式ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガス温度及び冷却水温度を示すグラフであり、（ｂ）は順流式ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガス温度及び冷却水温度を示すグラフである。 対向流式及び順流式ＥＧＲクーラにおけるガス管温度を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ 冷却水導入管（導入通路）
１０ ＥＧＲクーラ
１１ ケーシング
１２、１３ エンドプレート
１４、１５ ガス室
１６ 水室
２０ ガス管
２１ 第一冷却水導入口（冷却水の入口）
２２ 冷却水導出口（冷却水の出口）
２３ 第二冷却水導入口（冷却水の別の入口）
２４ バイパス管（バイパス通路）
２５ バッフルプレート
３１ 電磁弁（弁）
３２ 電子制御ユニット（制御手段）
３３ 温度センサ（温度測定手段）

Claims (3)

1. ケーシング内に一対のエンドプレートにより両端のガス室と中央の水室とを区画形成し、上記一対のエンドプレート間に一方のガス室から他方のガス室へＥＧＲガスを流すためのガス管を掛け渡し、上記水室に、冷却水の入口を上記ＥＧＲガスの下流側のエンドプレート近傍に開口すると共に、冷却水の出口を上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート近傍に開口し、且つ、
   上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレート近傍の水室に冷却水の別の入口を開口し、上記水室内に、上記別の入口から導入された冷却水を上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレートに沿って案内して上記水室内に流出させるためのバッフルプレートを上記ＥＧＲガスの上流側のエンドプレートに対向させて設けたＥＧＲクーラであって、
   上記入口に冷却水を供給する導入通路の途中に接続され、上記導入通路内を流れる冷却水の一部を上記別の入口へとバイパスするバイパス通路と、該バイパス通路に設けられ、上記別の入口へバイパスされる冷却水の流量を調整する弁と、上記ガス管の上流側のＥＧＲガス温度を測定する温度測定手段と、該温度測定手段により測定されたＥＧＲガス温度に応じて、上記弁の開度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. 上記制御手段は、上記温度測定手段により測定されたＥＧＲガス温度の上昇に応じて、上記弁の開度を増加させる請求項１に記載のＥＧＲクーラ。
3. 上記制御手段は、上記温度測定手段により測定されたＥＧＲガス温度が所定値以上となったときに、上記弁を開とする請求項１に記載のＥＧＲクーラ。

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