特許 6263350 ＥＧＲシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6263350

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】ＥＧＲシステム

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/06 20160101AFI20180104BHJP

   F02M 26/50 20160101ALI20180104BHJP

   F02M 26/53 20160101ALI20180104BHJP

【ＦＩ】

   F02M26/06 311

   F02M26/50 321

   F02M26/53

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2013-176544(P2013-176544)

(22)【出願日】2013年8月28日

(65)【公開番号】特開2015-45261(P2015-45261A)

(43)【公開日】2015年3月12日

【審査請求日】2016年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100187311

【弁理士】

【氏名又は名称】小飛山 悟史

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 雅俊

【審査官】 北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−１５０２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８９０２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５１４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４１７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７５６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−００２３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１２３６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２５９７６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１７１９１４（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２６／０６

Ｆ０２Ｍ ２６／５０

Ｆ０２Ｍ ２６／５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に戻すＥＧＲ通路を備えたＥＧＲシステムであって、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスの冷却により生じる凝縮水を貯留するタンクと、
前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブと、
前記タンク及び前記排気通路を接続し、前記タンクに貯留された凝縮水を前記排気通路に戻す戻し通路と、
前記タンク内に設けられ、凝縮水の水位を検出する水位センサと、
前記水位センサの検出信号に基づいて前記ＥＧＲバルブを制御する制御手段と、
を備え、
前記戻し通路は、前記排気通路に対して排気ガスの後処理装置よりも下流側に接続されており、
前記ＥＧＲバルブは、前記ＥＧＲ通路において前記タンクより下流側に配置され、
前記制御手段は、前記タンク内の凝縮水の水位が所定の危険水位を超えたと判定した場合に、前記ＥＧＲバルブを閉鎖することを特徴とするＥＧＲシステム。

【請求項2】

前記タンク内に配置され、凝縮水の水位に応じて位置が上下するフロートと、
前記フロートに接続され、前記フロートが所定の高さ以上に上昇することで前記戻し通路を開放すると共に、前記フロートが前記所定の高さ未満に下降することで前記戻し通路を閉鎖する弁体と、を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲシステム。

【請求項3】

前記戻し通路の前記排気通路側の出口に設けられ、凝縮水を前記排気通路中に散布するベンチュリを更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＥＧＲクーラーを備えたＥＧＲシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ＥＧＲクーラーを備えたＥＧＲシステムとして、特開２００９−２７５６７３号公報に開示されたものが知られている。この公報には、ＥＧＲ通路に導かれた排気ガス中の水分がＥＧＲクーラーで強冷却されることによって発生する凝縮水について、排気通路に戻すことにより排気ガスの熱で蒸発処理するＥＧＲシステムが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２７５６７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、ＥＧＲ効率を向上させる方法の一つとして、ＥＧＲガスの強冷却が進められている。しかしながら、ＥＧＲガスを強冷却すると、硫酸成分を含む凝縮水が発生し、この凝縮水が吸気系に流れ込むことでエンジン部材の腐食を招くと言う問題がある。このため、強冷却で発生した凝縮水を適切に処理する必要があった。凝縮水の処理について、前述した従来のＥＧＲシステムにおいては未だ改善の余地が存在する。

【0005】

そこで、本発明は、ＥＧＲガスの冷却によりＥＧＲ効率を高めつつ、触媒などに影響が少なく、凝縮水を適切に処理することができるＥＧＲシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明は、内燃機関の排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に戻すＥＧＲ通路を備えたＥＧＲシステムであって、ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、ＥＧＲ通路に設けられ、ＥＧＲガスの冷却により生じる凝縮水を貯留するタンクと、ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブと、タンク及び排気通路を接続し、タンクに貯留された凝縮水を排気通路に戻す戻し通路と、タンク内に設けられ、凝縮水の水位を検出する水位センサと、水位センサの検出信号に基づいてＥＧＲバルブを制御する制御手段と、を備え、戻し通路は、排気通路に対して排気ガスの後処理装置よりも下流側に接続されており、ＥＧＲバルブは、ＥＧＲ通路においてタンクより下流側に配置され、制御手段は、タンク内の凝縮水の水位が所定の危険水位を超えたと判定した場合に、ＥＧＲバルブを閉鎖することを特徴とする。

【0007】

本発明に係るＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲクーラーの冷却により生じた凝縮水を貯留するタンクを備えることで、凝縮水の吸気通路への混入を避けることができる。しかも、タンクに貯留した凝縮水を排気通路に戻すことで排気ガスと共に排出できるので、凝縮水の発生による悪影響を受けることなく、ＥＧＲガスの十分な冷却を実現することができ、ＥＧＲ効率を向上させることができる。更に、このＥＧＲシステムによれば、触媒などの後処理装置より下流側に凝縮水を戻すので、後処理装置の上流側に凝縮水を戻す場合と比べて、凝縮水に起因する触媒の水熱劣化を避けることができる。また、このＥＧＲシステムでは、後処理装置より下流側に凝縮水を戻すので、後処理装置の上流側に凝縮水を戻す場合と比べて、凝縮水の気化潜熱により触媒の温度が下がることが避けられ、触媒機能の低下を抑制できる。

【0008】

また、本発明に係るＥＧＲシステムにおいては、タンク内に配置され、凝縮水の水位に応じて位置が上下するフロートと、フロートに接続され、フロートが所定の高さ以上に上昇することで戻し通路を開放すると共に、フロートが所定の高さ未満に下降することで戻し通路を閉鎖する弁体と、を更に備えてもよい。
このＥＧＲシステムによれば、所定の水位まで凝縮水が溜まった場合に、フロートの浮上により機械的に弁体が戻し通路を開放してタンク内の凝縮水が排出されるので、簡素な構成でタンク内の凝縮水の貯留量の調整を実現することができる。

【0009】

また、本発明に係るＥＧＲシステムにおいては、戻し通路の排気通路側の出口に設けられ、凝縮水を排気通路中に散布するベンチュリを更に備えてもよい。
このＥＧＲシステムによれば、ベンチュリにより排気ガスの流れを利用して戻り通路内の凝縮水を吸い出すことができるので、ポンプなどを別途設ける必要がなくなり、構成の簡素化を図ることができる。また、このＥＧＲシステムによれば、ベンチュリにより凝縮水を排気ガス中に散布することができるので、凝縮水が排気通路に流れ込むような場合と比べて、凝縮水を効率良く気化させることができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係るＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲガスの冷却によりＥＧＲ効率を高めつつ、触媒などに影響が少なく、凝縮水を適切に処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１の実施形態に係るＥＧＲシステムを示すブロック図である。

【図2】第２の実施形態に係るＥＧＲシステムを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0014】

［第１の実施形態］
図１に示されるように、第１の実施形態に係るＥＧＲ［Exhaust Gas Recirculation］システムは、車両に搭載されるディーゼルエンジン（内燃機関）１に対して備えられ、排気ガスの一部を排気通路３から吸気通路２に戻すことによりＮＯｘ（窒素酸化物）の低減や燃費向上を図るものである。

【0015】

まず、ディーゼルエンジン１の構成について説明する。ディーゼルエンジン１は、外部から吸気するための吸気通路２を備えており、吸気通路２の入口には、吸気から埃等を除去するためのエアクリーナ４が設けられている。

【0016】

また、吸気通路２の途中には、ターボチャージャー５を構成するコンプレッサ５ａが配置されており、その下流にはコンプレッサ５ａによる過給で温度上昇した空気を冷やすためのインタークーラ６が設けられている。

【0017】

一方、排気通路３の途中には、ターボチャージャー５を構成するタービン５ｂが設けられている。ターボチャージャー５は、排気ガスの排気エネルギーによりタービン５ｂが回転されることにより、吸気通路２側のコンプレッサ５ａが回転駆動され、空気の圧縮すなわち過給が行われる。

【0018】

排気通路３において、タービン５ｂの下流には、排気ガスの後処理装置７が設けられている。後処理装置７は、排気ガスを浄化するための装置であり、ＤＰＦ［Diesel Particulate Filter］８及びＮＯｘ触媒９を備えている。

【0019】

ＤＰＦは、ディーゼルエンジン１の排気ガス中に含まれる煤などの粒子状物質（PM, Particulate Matter）を捕集するためのフィルターである。フィルター素材としては、例えばセラミックが用いられる。

【0020】

ＮＯｘ触媒９は、排気ガス中のＮＯｘを浄化するための触媒である。ＮＯｘ触媒９としては、例えばゼオライト触媒を用いることができる。また、ＮＯｘ触媒９として、白金などを用いた通常の三元触媒や選択還元触媒［SCR Selective Catalytic Reduction］、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を採用してもよい。選択還元触媒には、尿素を使用する尿素ＳＣＲ触媒と軽油を使用する軽油ＳＣＲ触媒などがある。

【0021】

次に、本実施形態に係るＥＧＲシステムについて説明する。本実施形態に係るＥＧＲシステムは、排気通路３におけるタービン５ｂの下流側から、吸気通路２におけるコンプレッサ５ａの上流側へＥＧＲガスを戻すＬＰＬ［Low Pressure Loop］のＥＧＲシステムである。

【0022】

このＥＧＲシステムは、排気通路３と吸気通路２を接続するＥＧＲ通路１０を備えている。ＥＧＲ通路１０の入口は、排気通路３におけるＤＰＦ８とＮＯｘ触媒９の間に設けられている。また、ＥＧＲ通路１０の出口は、吸気通路２におけるコンプレッサ５ａの上流側に設けられている。このＥＧＲ通路１０の途中には、ＥＧＲクーラー１１、凝縮水タンク１２、及びＥＧＲバルブ１３がそれぞれ設けられている。

【0023】

ＥＧＲクーラー１１は、ＥＧＲ通路１０の入口側に設けられ、ＥＧＲ通路１０に流れ込んだ排気ガスであるＥＧＲガスを冷却するための熱交換器である。例えば、ＥＧＲクーラー１１は、ＥＧＲガスが流れる複数本の配管の束を有しており、その周囲を冷却水が流れることでＥＧＲガスが冷却される。ＥＧＲクーラー１１では、ＥＧＲガスの一部が凝縮して硫酸成分などを含む凝縮水が生じる強冷却が行われる。

【0024】

凝縮水タンク１２は、ＥＧＲクーラー１１より下流に設けられ、ＥＧＲクーラー１１の強冷却で生じた凝縮水を貯留するためのタンクである。ＥＧＲガス中の水分の凝縮により生じた凝縮水は、ＥＧＲ通路１０を流れて凝縮水タンク１２に貯まる。一方、ＥＧＲガスは、凝縮水タンク１２の上方のスペースを通過してＥＧＲ通路１０の下流へと流れる。この凝縮水タンク１２は、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路１０の一部を構成している。

【0025】

ＥＧＲバルブ１３は、開閉により吸気通路２に流れ込むＥＧＲガスの流量を制御する電磁弁である。このＥＧＲバルブ１３は、凝縮水タンク１２よりも下流側に設けられている。ＥＧＲバルブ１３は、車両のＥＣＵ［Engine Control Unit］（制御手段）２０によって制御されている。ＥＣＵ２０は、車両のエンジン関連の機器を統括的に制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などから構成されている。

【0026】

凝縮水タンク１２の底には、凝縮水を排気通路３に戻すための戻し通路１４が接続されている。戻し通路１４の入口（凝縮水タンク１２側の開口）は、フロート１５と接続された弁体１６によって閉鎖されている。

【0027】

フロート１５は、タンク内に配置され、凝縮水の水位に応じて位置が上下する浮体である。フロート１５は、連結棒１５ａを介して凝縮水タンク１２の内壁に接続されている。連結棒１５ａは、凝縮水タンク１２の内壁に対して上下方向の角度変更自在（上下に揺動自在）に接続されており、フロート１５の浮き沈みに追従して上下する。この連結棒１５ａには、下方に延びる棒材１６ａが接続されており、この棒材１６ａの下端に弁体１６が配置されている。

【0028】

この構成によれば、凝縮水タンク１２内に凝縮水が貯まってフロート１５が所定の高さ以上に上昇すると、フロート１５に追従して弁体１６が引き上げられ、戻し通路１４の入口が開放されて凝縮水が戻し通路１４内に流れ込む。その後、凝縮水タンク１２内の凝縮水が減少してフロート１５が所定の高さ未満に下降すると、弁体１６が沈んで戻し通路１４の入口が閉鎖される。このようにして、凝縮水タンク１２内の凝縮水の量が調整される。なお、この所定の高さは、凝縮水タンク１２の容量などに応じて適切に設定される。

【0029】

また、戻し通路１４の出口は、排気通路３に対して後処理装置７よりも下流側に接続されている。触媒が複数備えられる場合においても、戻し通路１４の出口は、全ての触媒より下流側に接続される。この戻し通路１４の出口には、凝縮水を排気ガス中に散布するためのベンチュリ１７が設けられている。

【0030】

ベンチュリ１７は、排気通路３の一部を狭めて形成され、排気ガスの流速増加に伴って生じる圧力低下により、戻し通路１４の凝縮水を吸い出す。凝縮水を排気ガス中に散布して効率的に気化させるため、散布用のノズルを設けてもよい。凝縮水が効率良く気化することで、気化潜熱により排気ガスの温度を下げることができる。また、環境保護の観点からも凝縮水が効率良く気化することが望ましい。

【0031】

なお、排気圧損を抑えるため、排気通路３の一部を分岐してメイン通路とサブ通路とに分け、ベンチュリ１７をサブ通路に設ける構成としてもよい。また、二重管の構造を採用して外側通路及び内側通路の何れか一方をメインのガス通路とし、他方のガス通路にベンチュリ１７を設けてもよい。なお、必ずしもベンチュリ１７を備える必要はない。

【0032】

また、凝縮水タンク１２内には、凝縮水の水位を検出する水位センサ１８が設けられている。この水位センサ１８は、フロート機構が上手く動かずに、凝縮水の水位が危険水位まで上昇したことを検出するためのものである。水位センサ１８は、例えば凝縮水タンク１２内の凝縮水の水位が所定の危険水位に至った場合、車両のＥＣＵ２０に対して検出信号を送信する。

【0033】

ＥＣＵ２０は、水位センサ１８の検出信号に基づいて、凝縮水がＥＧＲ通路１０に溢れ出る可能性のある危険水位に至ったか否かを判定する。ＥＣＵ２０は、凝縮水タンク１２内の水位が危険水位に至ったと判定した場合、ＥＧＲバルブ１３制御してＥＧＲ通路１０を閉鎖する。これにより、凝縮水タンク１２から溢れた凝縮水は下流側のＥＧＲバルブ１３で止められるので、ＥＧＲ通路１０を通じて吸気通路２に入り込み、ディーゼルエンジン１に損傷を与える事態を防止できる。なお、必ずしも水位センサ１８を設けて、上記制御を採用する必要はない。

【0034】

以上説明した第１の実施形態に係るＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲクーラー１１の強冷却により生じた凝縮水を貯留する凝縮水タンク１２を備えることで、凝縮水の吸気通路２への混入を避けることができる。しかも、凝縮水タンク１２に貯留した凝縮水を排気通路３に戻すことで排気ガスと共に排出できるので、凝縮水の発生による悪影響を受けることなく、ＥＧＲガスの十分な冷却を実現することができ、ＥＧＲ効率を向上させることができる。また、このＥＧＲシステムによれば、凝縮水を排気ガスの熱で蒸発させることで、排出する排気ガスの温度を低減することもできる。

【0035】

更に、このＥＧＲシステムによれば、後処理装置７より下流側に凝縮水を戻すので、後処理装置７の上流側に凝縮水を戻す場合と比べて、凝縮水に起因するＮＯｘ触媒９の水熱劣化を抑えることができる。また、このＥＧＲシステムでは、後処理装置７より下流側に凝縮水を戻すことで、凝縮水の気化潜熱によりＮＯｘ触媒９の温度が下がることが避けられ、触媒機能の低下を抑制できる。

【0036】

また、このＥＧＲシステムによれば、フロート１５及び弁体１６を用いたフロート機構を採用することにより、所定の水位まで凝縮水が溜まった場合に、フロート１５の浮上により機械的に弁体１６が戻し通路１４を開放して凝縮水タンク１２内の凝縮水が排出されるので、ポンプ等を用いることなく、簡素な構成で凝縮水タンク１２内の凝縮水の貯留量の調整を実現することができる。

【0037】

更に、このＥＧＲシステムにおいては、戻し通路１４の出口にベンチュリ１７を備えているので、ベンチュリ１７により排気ガスの流れを利用して戻り通路１４内の凝縮水を吸い出すことができ、ポンプなどを別途設ける必要がなく、システム構成の簡素化を図ることができる。

【0038】

また、このＥＧＲシステムによれば、水位センサ１８の検出信号に基づき、凝縮水タンク１２内の凝縮水の水位が所定の危険水位を超えたと判定した場合にＥＧＲバルブ１３を閉鎖するので、凝縮水タンク１２内の凝縮水が溢れてＥＧＲ通路１０を流れ、吸気通路３に入り込んでディーゼルエンジン１を損傷させる事態を防止することができる。

【0039】

［第２の実施形態］
図２に示す第２の実施形態に係るＥＧＲシステムは、第１の実施形態に係るＥＧＲシステムにおけるフロート機構及びベンチュリ１７に代えて、ポンプ２１を備えている点のみが異なっている。

【0040】

第２の実施形態に係るＥＧＲシステムでは、凝縮水タンク１２と排気通路３を接続する戻り通路１４の途中にポンプ２１が備えられている。ポンプ２１は、凝縮水タンク１２内の凝縮水を戻り通路１４を通じて排気通路３に送り出すためのものである。

【0041】

ポンプ２１は、ＥＣＵ２０によって制御される。ポンプ２１は、凝縮水タンク１２の水位が危険水位まで上がらないように適切なタイミングで凝縮水を排気通路３に送り出す。また、ポンプ２１は、例えば排気ガスの温度に基づいて、凝縮水を排気通路３に送り出すように制御されてもよい。この場合、ポンプ２１は、排気通路３に設けられた排気温度センサ（図示せず）の検出信号に基づいて、排気ガスの温度が凝縮水を適切に気化できる温度以上である場合に、凝縮水を排気通路３に送り出す。

【0042】

なお、ポンプ２１は、電磁弁付きポンプとしてもよい。この場合、凝縮水タンク１２内に凝縮水が十分に貯まっていないときには、電磁弁を閉鎖することで凝縮水の垂れ流しを防止することができる。

【0043】

以上説明した第２の実施形態に係るＥＧＲシステムにおいても、ＥＧＲクーラー１１の強冷却により生じた凝縮水を貯留する凝縮水タンク１２を備えることで、凝縮水の吸気通路２への混入を避けつつ、ＥＧＲガスの十分な冷却を実現することができ、ＥＧＲ効率を向上させることができる。また、このＥＧＲシステムによれば、触媒などの後処理装置７より下流側に凝縮水を戻すので、後処理装置７の上流側に凝縮水を戻す場合と比べて、触媒の水熱劣化や触媒機能の低下を抑えることができる。

【0044】

また、このＥＧＲシステムによれば、ポンプ２１に電気的に凝縮水の排出を制御することができるので、排気ガスの温度などを考慮した適切なタイミングで凝縮水を排出することができる。このことは、凝縮水の気化潜熱による排気ガスの温度調整や環境負荷の軽減に有利である。

【0045】

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限られず、ガソリンエンジンについても適用可能である。

【0046】

また、本発明は、ＬＰＬのＥＧＲシステムに限定される必要はなく、ＨＰＬ［High Pressure Loop］のＥＧＲシステムに適用してもよい。また、必ずしも内燃機関はターボチャージャーを備える必要はない。この場合には、ＥＧＲ通路の入口をＤＰＦより上流側に設けることもできる。

【符号の説明】

【0047】

１…ディーゼルエンジン（内燃機関） ２…吸気通路 ３…排気通路 ４…エアクリーナ ５…ターボチャージャー ５ａ…コンプレッサ ５ｂ…タービン ６…インタークーラ ７…後処理装置 ８…ＤＰＦ ９…ＮＯｘ触媒 １０…ＥＧＲ通路 １１…ＥＧＲクーラー １２…凝縮水タンク １３…ＥＧＲバルブ １４…戻り通路 １５…フロート １５ａ…連結棒 １６…弁体 １６ａ…棒材 １７…ベンチュリ １８…水位センサ ２０…ＥＣＵ（制御手段） ２１…ポンプ

【図1】

【図2】