JP4293459B2

JP4293459B2 - 還流ガスの冷却機構

Info

Publication number: JP4293459B2
Application number: JP2005226290A
Authority: JP
Inventors: 原則彦笠
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2020-02-07
Also published as: JP2005320980A

Description

本発明は、内燃機関の排気通路から吸気通路へ連通して排気ガスの一部を吸気通路へ還流させる排気ガス還流装置（以下、「ＥＧＲ装置」と記す）における還流ガス（以下、「ＥＧＲガス」と記す）の冷却機構に関する。

内燃機関の排気ガス性状の改善、特に窒素酸化物（以下、ＮＯｘと記す）の削減のために、排気通路から吸気通路へ連通し、排気ガスの一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置は知られている。また、このＥＧＲ装置において、さらに排気ガスを改善するために冷却器を介装してＥＧＲガスを冷却する技術についても知られている。

例えば特許文献１には、シリンダブロック内にＥＧＲ冷却器をビルトインする技術、特許文献２には、ヒータ用パイプを通る冷却水でＥＧＲガスを冷却する技術、特許文献３には、吸入空気制御装置とＥＧＲ装置とを直列に接続した冷却水通路を設けてＥＧＲガスを冷却する技術等が開示されている。

さらに、特許文献４には、ＥＧＲ冷却器に圧電素子を設けて高周波駆動し腐食を防止する技術、あるいは特許文献５には、排気側と吸気側とを連結するＥＧＲパイプを短くして煤の成長を抑制する技術等が開示されている。

しかし、これらの技術では、ＥＧＲガスの冷却のために特別なＥＧＲ冷却器を設け、その冷却器には機関の冷却装置から冷却水を導くために複雑な装置になり、あるいは機構全体が大型化、重量化してしまうという問題点を有している。
特開平７−４２６２８号公報特開平７−１８０６２０号公報特開平６−２２９３２８号公報特開平７−２４３３５４号公報特公平８−２１８９５０号公報

本発明は、上記した従来技術の問題点に対して提案されたものであり、ＥＧＲガスの冷却のために出来るだけ特別な部品を設けることなく、簡単な構成でＥＧＲガスの冷却を行うことができるＥＧＲガスの冷却機構を提供することを目的としている。

本発明によれば、シリンダヘッド（１）にはクランク軸直角方向の一方側に排気マニホールド（２）が取り付けられ、その他方側に吸気マニホールド（３）が取り付けられており、ＥＧＲ管（６）が前記排気マニホールド（２）にその一端が取り付けられ、前方に延びてシリンダヘッド（１）の前方を横切り、対向側に出て前記吸気マニホールド（３）に取り付けられたＥＧＲバルブ（５）にその他端が連通されており、前記シリンダヘッド（１）の前方にはファン（１０）が設けられ、そのファン（１０）の前方にはラジエータ（２３）が配置され、そして前記シリンダヘッド（１）とウオータサブタンク（２４）とは第１のエアベンチレーション管（２８）で連結され、前記ラジエータ（２３）とウオータサブタンク（２４）とは第２のエアベンチレーション管（２９）で連結されているエンジンの還流ガスの冷却機構において、前記ＥＧＲ管（６）は排気マニホールド（２）に接続されて他端がサーモスタットハウジング（４）に接続された第1のＥＧＲ管（７Ａ）と、そのサーモスタットハウジング（４）の対向側に接続されて他端が前記ＥＧＲバルブ（５）を介して排気マニホールド（２）に接続された第２のＥＧＲ管（７Ｂ）と、前記第1のＥＧＲ管（７Ａ）と第２のＥＧＲ管（７Ｂ）との間に設けられたＥＧＲ冷却管（８）とで構成され、そのＥＧＲ冷却管（８）はサーモスタット（１２）が収容された前記サーモスタットハウジング（４）内に鋳込みで設けられ、サーモスタットハウジング（４）内を貫通し冷却水（Ａ）でその内部のＥＧＲガスが冷却されており、かつ前記サーモスタット（１２）の上流側に挿入されている。

斯かる構成を有する本発明によれば、前記還流ガス管路が、シリンダヘッドに取り付けられたサーモスタットハウジング内を貫通して冷却水によって冷却される様に構成されていることにより、ＮＯｘ生成量を増加すること無く、ＥＧＲクーラを省略することが出来る。

本発明は以上説明したように構成され、以下に示す効果を奏する。
（１）排気マニホールドから分岐し吸気マニホールドに連通しているＥＧＲガス管路をシリンダヘッドに取り付けられたサーモスタットハウジング内を貫通する構成であり、冷却水が沸騰しても発生した水蒸気をウォータサブタンクを経由して外部に逃がすことができるので、サーモスタットハウジング内の異常な昇圧を防止して安全性を向上することができる。
（２）エンジン出口のサーモスタットハウジング内でＥＧＲ管が冷却されるので、その加熱によってシリンダブロックやシリンダヘッドの冷却性能に悪影響が及ぼす様なことはない。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１および図２には、ＥＧＲ管６のレイアウトの一例を示す。シリンダヘッド１の左右方向（クランク軸直角方向）の一方側には排気マニホールド２が、他方側には吸気マニホールド３が取り付けられている。
排気通路である排気マニホールド２には、ＥＧＲ管６の一端が取り付けられており、そのＥＧＲ管６は、前方に延びシリンダヘッド１の前方を左右方向に横切って対向側に出、その他端は吸気通路である吸気マニホールド３に取り付けられたＥＧＲバルブ５に連通されている。

本発明によれば、図３、図４に示すように、ＥＧＲ管７（８）が、サーモスタットハウジング４内を通過して、当該ハウジング内の冷却水で冷却されている。
図３において、エンジン（シリンダブロック２１およびシリンダヘッド１で示す）の前方（図３では左方）にはラジエータ２３が設けられている。ラジエータ２３で冷却された冷却水は、ウォータポンプ２７を介装する配管３０を介してシリンダブロック２１、シリンダヘッド１を冷却した後に、サーモスタット１２を収容するサーモスタットハウジング４を経由してラジエータ２３に戻る。

ここで、サーモスタットハウジング４には、図３の紙面に垂直な方向にＥＧＲ管７（８）が配置されている。そして、このＥＧＲ管７（８）は、図１および図２に示した様に、ファン１０の後方を通って冷却空気により冷却されている。
なお、図３において、符号２５は冷却水のバイパス管を示しており、符号２８は第１のエアベンチレーション管、符号２９は第２のエアベンチレーション管を示している。

サーモスタットハウジング４とＥＧＲ管との位置関係については、図４にさらに詳細に示されている。
図４において、シリンダヘッド（図４では図示せず）の左右方向の一方側には排気マニホールド２（図４）が、他方側には吸気マニホールド３（図４）が取り付けられており、また、前側にはサーモスタットハウジング４が取り付けられている。そして、ＥＧＲ管路としては、排気マニホールド２に接続された第１のＥＧＲ管７Ａがサーモスタットハウジング４に接続され、そのサーモスタットハウジング４を貫通してその対向側から第２のＥＧＲ管７Ｂにより吸気マニホールド３に取り付けられたＥＧＲバルブ（制御弁）５に接続されて構成されている。

なお、サーモスタットハウジング４の前記貫通部は、図５に示すように、サーモスタット１２の上流側（シリンダヘッド側）にＥＧＲ冷却管８が挿通されている。そして、図６に示す実施形態ではサーモスタットハウジング４に冷却管８が鋳込みで設けられ、また、図７に示す実施形態では、別体の冷却管８Ａが挿入され、図示しない締結手段で固着されている。

図３〜図７で説明した実施形態によれば、ＥＧＲガスは、排気マニホールド２から分岐し、第１のＥＧＲ管７Ａでサーモスタットハウジング４に導かれ、そのサーモスタットハウジング４内の冷却管８（Ａ）で冷却水によって冷却され、第２のＥＧＲ管７ＢによってＥＧＲバルブ５に導かれており、ＥＧＲバルブ５で制御されて吸気マニホールド２内に還流される。

なお、サーモスタットハウジング４内では、冷却水温が所定値以下では、サーモスタット１２は閉じ、シリンダヘッド１を出た冷却水Ａは、矢印Ｃで示すようにバイパス管２５へバイパスされ、また、所定値以上の水温ではサーモスタット１２は開いて矢印Ｂで示すようにラジエータ（２３）へ流れる。したがって、冷却管８（Ａ）をサーモスタット１２の上流側に挿入することで、安定した水温によってＥＧＲガスは冷却され、より安定して制御することが出来る。

さらに、高温のＥＧＲガスが流過するＥＧＲ管７（８）には冷却水が接触しており沸騰して水蒸気を生じても、図３で示す第１及び第２のエアベンチレーション管２８、２９を介して当該水蒸気をウォータサブタンク２４側から外部へ排出することが出来る。従って、例え冷却水が沸騰してもサーモスタットハウジング４内の圧力が極端に昇圧することは無く、安全性が維持される。

これに加えて、ＥＧＲ管７（８）は、サーモスタットハウジング４内の冷却水によって冷却されるが、当該冷却水は、直ちにラジエータ２３へ戻される。そのため、ＥＧＲ管７（８）を冷却してもシリンダヘッド１やシリンダブロック２１の冷却性能に悪影響を及ぼすことは無い。

次に、この実施形態（図３〜図７）によるＥＧＲガスの冷却効果についての実験結果が図８に示されている。
図８において、縦軸にはＥＧＲガス温度の測定値、横軸には測定点が示され、各測定点は図４に示されている様に、Ｓ１はエキゾーストマニホールド２出口、Ｓ２はＥＧＲ管７、そしてＳ３はＥＧＲバルブ５入口である。また、破線（符号Ａ）はＥＧＲ管が冷却空気流路を通らない従来例、実線（符号Ｂ）はＥＧＲ管６がファン１０による冷却空気流路を横切る実施形態、そして鎖線（符号Ｃ）はＥＧＲ管７がサーモスタットハウジング４を貫通して冷却される本発明の実施形態のそれぞれの結果を示している。
図から判るように、ＥＧＲ管をファン後流の冷却空気流中を通すことでは約１００度、サーモスタットハウジングを貫通して冷却することでさらに約５０度の冷却効果が示されている。

ＥＧＲ管のレイアウトの一例を示すエンジン上面図。図１の正面図。本発明の一実施形態を示すブロック図。図３で示す実施形態の斜視図。図３のサーモスタットハウジング部を示す断面図。サーモスタットハウジング部のＥＧＲ冷却管の実施形態を示す断面図。サーモスタットハウジング部のＥＧＲ冷却管の別の実施形態を示す断面図。本発明のＥＧＲガス冷却効果の実験結果を示すグラフ。

符号の説明

１・・・シリンダヘッド
２・・・排気マニホールド
３・・・吸気マニホールド
４・・・サーモスタットハウジング
５・・・ＥＧＲバルブ
６・・・ＥＧＲ管
７、８・・・ＥＧＲ冷却管
１０・・・ファン
１２・・・サーモスタット

Claims

シリンダヘッド（１）にはクランク軸直角方向の一方側に排気マニホールド（２）が取り付けられ、その他方側に吸気マニホールド（３）が取り付けられており、ＥＧＲ管（６）が前記排気マニホールド（２）にその一端が取り付けられ、前方に延びてシリンダヘッド（１）の前方を横切り、対向側に出て前記吸気マニホールド（３）に取り付けられたＥＧＲバルブ（５）にその他端が連通されており、前記シリンダヘッド（１）の前方にはファン（１０）が設けられ、そのファン（１０）の前方にはラジエータ（２３）が配置され、そして前記シリンダヘッド（１）とウオータサブタンク（２４）とは第１のエアベンチレーション管（２８）で連結され、前記ラジエータ（２３）とウオータサブタンク（２４）とは第２のエアベンチレーション管（２９）で連結されているエンジンの還流ガスの冷却機構において、前記ＥＧＲ管（６）は排気マニホールド（２）に接続されて他端がサーモスタットハウジング（４）に接続された第1のＥＧＲ管（７Ａ）と、そのサーモスタットハウジング（４）の対向側に接続されて他端が前記ＥＧＲバルブ（５）を介して排気マニホールド（２）に接続された第２のＥＧＲ管（７Ｂ）と、前記第1のＥＧＲ管（７Ａ）と第２のＥＧＲ管（７Ｂ）との間に設けられたＥＧＲ冷却管（８）とで構成され、そのＥＧＲ冷却管（８）はサーモスタット（１２）が収容された前記サーモスタットハウジング（４）内に鋳込みで設けられ、サーモスタットハウジング（４）内を貫通し冷却水（Ａ）でその内部のＥＧＲガスが冷却されており、かつ前記サーモスタット（１２）の上流側に挿入されていることを特徴とする還流ガスの冷却機構。