特許 6382636 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】6382636

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】ＥＧＲシステム

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/35 20160101AFI20180820BHJP

【ＦＩ】

   F02M26/35 D

【請求項の数】4

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-169564(P2014-169564)

(22)【出願日】2014年8月22日

(65)【公開番号】特開2016-44602(P2016-44602A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年6月15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

(72)【発明者】

【氏名】北口 浩二

【審査官】 種子島 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１７２５４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２６／３５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの燃焼室から排気された排気ガスの一部を前記エンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管を流れる前記排気ガスから分離された凝縮水を貯留する貯留部と、
前記貯留部に貯留された前記凝縮水を、毛細管現象を利用して吸い寄せて気化させる気化部と、を備え、
気体が流れる外管と、
前記外管の内部で前記外管が延在する方向に沿って配置された管状の前記貯留部である内管と、を含むＥＧＲシステム。

【請求項2】

前記ＥＧＲ配管に設けられ、前記排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラの下流に設けられ、前記凝縮水を捕集する捕集部と、
前記捕集部で捕集された凝縮水を前記ＥＧＲ配管の外部に排出すると共に前記貯留部に接続された排水管と、を備え、
前記貯留部には、前記凝縮水を前記貯留部の外表面側に導出するための貫通孔が設けられ、
前記気化部は、毛細管現象を利用するための部材として糸状部材を有し、
前記糸状部材は、前記貫通孔から前記貯留部の外表面側にかけて配置されている請求項１に記載のＥＧＲシステム。

【請求項3】

エンジンの燃焼室から排気された排気ガスの一部を前記エンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ配管と、
前記ＥＧＲ配管を流れる前記排気ガスから分離された凝縮水を貯留する貯留部と、
前記貯留部に貯留された前記凝縮水を、毛細管現象を利用して吸い寄せて気化させる気化部と、
前記ＥＧＲ配管に設けられ、前記排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラの下流に設けられ、前記凝縮水を捕集する捕集部と、
前記捕集部で捕集された凝縮水を前記ＥＧＲ配管の外部に排出すると共に前記貯留部に接続された排水管と、を備え、
前記貯留部には、前記凝縮水を前記貯留部の外表面側に導出するための貫通孔が設けられ、
前記気化部は、毛細管現象を利用するための部材として糸状部材を有し、
前記糸状部材は、前記貫通孔から前記貯留部の外表面側にかけて配置されているＥＧＲシステム。

【請求項4】

前記ＥＧＲ配管には、前記吸気側の吸気管との合流部であるＥＧＲ合流部の上流にＥＧＲバルブが設けられ、
前記捕集部は、前記ＥＧＲクーラと前記ＥＧＲバルブとの間に斜面を有し、
前記気化部は、前記吸気管の前記ＥＧＲ合流部の上流に配置されている請求項２又は３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システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えばエンジンにおける排気ガスの低ＮＯｘ化に有効な手段として、排気ガスを吸気側へ還流させるＥＧＲ［Exhaust Gas Recirculation］システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のＥＧＲシステムでは、吸気側へ還流されるＥＧＲガスに含まれる水分（凝縮水）を分離し、分離した水分を貯水部に貯留している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−１４７９８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の技術では、貯水部から凝縮水を排出する流路に制御弁を設け、貯水部から排出される凝縮水の流れを制御している。また、貯水部における凝縮水の水位を検出するための水位センサを設けて、凝縮水の水位に基づいて凝縮水の流れを制御することが考えられる。このような水位センサや制御弁などを備える構成であると、製造コスト及びメンテナンスコストが増大することになる。また、水位センサや制御弁が凝縮水により腐食すると、メンテナンスコストの更なる増加につながる。

【0005】

本発明は、装置の簡素化を図り、排気ガスから分離された凝縮水を処理することが可能な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】

本発明のＥＧＲシステムは、エンジンの燃焼室から排気された排気ガスの一部をエンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ配管と、ＥＧＲ配管を流れる排気ガスから分離された凝縮水を貯留する貯留部と、貯留部に貯留された凝縮水を、毛細管現象を利用して吸い寄せて気化させる気化部と、を備える。

【0007】

このＥＧＲシステムでは、ＥＧＲ配管を流れる排気ガスから分離された凝縮水は、貯留部に貯留され、貯留された凝縮水は、毛細管現象を利用して吸い寄せられて気化される。これにより、凝縮水の流れを制御するための制御弁や水位センサを設ける必要をなくすことができ、装置の簡素化を図ることができる。

【0008】

また、ＥＧＲシステムは、気体が流れる外管と、外管の内部で外管が延在する方向に沿って配置された管状の貯留部である内管と、を備える。この構成のＥＧＲシステムでは、二重管構造を採用することで、外管内に気体を流して整流し、この気体の流れの中に、内管としての管状の貯留部を配置することができる。これにより、管状の貯留部に貯留された凝縮水を、毛細管現象を利用して吸い寄せて、外管内を流れる気体に曝すことができ、凝縮水が気化され易くなる。

【0009】

また、ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ配管に設けられ、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラの下流に設けられ、凝縮水を捕集する捕集部と、捕集部で捕集された凝縮水をＥＧＲ配管の外部に排出すると共に貯留部に接続された排水管と、を備え、貯留部には、凝縮水を貯留部の外表面側に導出するための貫通孔が設けられ、気化部は、毛細管現象を利用するための部材として糸状部材を有し、糸状部材は、貫通孔から貯留部の外表面側にかけて配置されている構成でもよい。この構成のＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲクーラの下流に設けられた捕集部によって凝縮水を捕集し、捕集された凝縮水を、排水管を通じてＥＧＲ配管の外部に排出して貯留することができる。また、貯留部に設けられた凝縮水を、貫通孔を通じて貯留部の外表面側に導出し、外表面側に設けられた糸状部材において毛細管現象を利用して、凝縮水を引き寄せて気化させることができる。

【0010】

また、本発明のＥＧＲシステムは、エンジンの燃焼室から排気された排気ガスの一部をエンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ配管と、ＥＧＲ配管を流れる排気ガスから分離された凝縮水を貯留する貯留部と、貯留部に貯留された凝縮水を、毛細管現象を利用して吸い寄せて気化させる気化部と、ＥＧＲ配管に設けられ、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲクーラの下流に設けられ、凝縮水を捕集する捕集部と、捕集部で捕集された凝縮水をＥＧＲ配管の外部に排出すると共に貯留部に接続された排水管と、を備え、貯留部には、凝縮水を貯留部の外表面側に導出するための貫通孔が設けられ、気化部は、毛細管現象を利用するための部材として糸状部材を有し、糸状部材は、貫通孔から貯留部の外表面側にかけて配置されている。

【0011】

また、ＥＧＲ配管には、吸気側の吸気管との合流部であるＥＧＲ合流部の上流にＥＧＲバルブが設けられ、捕集部は、ＥＧＲクーラとＥＧＲバルブとの間に斜面を有し、気化部は、吸気管のＥＧＲ合流部の上流に配置されている。この構成のＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲクーラとＥＧＲバルブとの間で凝縮水を捕集することができ、捕集された凝縮水を、吸気管のＥＧＲ合流部の上流に配置された気化部によって気化することができる。吸気管のＥＧＲ合流部より上流を流れる吸気ガスは、ＥＧＲ配管を流れる排気ガスと比較して乾燥しているので、この乾燥している吸気ガス中に糸状部材を曝すことで、凝縮水の気化を効率良く行うことができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、装置の簡素化を図り、排気ガスから分離された凝縮水を処理することができ、コストの増大を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態のＥＧＲシステムを備えたエンジンを示す概略図である。

【図2】本発明の一実施形態のＥＧＲシステムの捕集部及び気化部を示す概略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0015】

図１及び図２に示すように、ＥＧＲシステム１は、例えばディーゼルエンジン等のエンジン１０に搭載され、当該エンジン１０のエンジン本体１０ａの燃焼室から排出された排気ガスの少なくとも一部をエンジン１０の吸気側へ還流させる。

【0016】

エンジン１０は、ターボチャージャ１１を備えた過給機付きエンジンであり、エンジン１０のエンジン本体１０ａは、１又は複数の気筒（図示する例では、６気筒）を有している。なお、エンジン１０としては、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。また、適用される車両は限定されるものではなく、例えばトラック、バスもしくは重機等の大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等であってもよい。また、エンジン１０は、例えば船舶等に適用されるものでもよい。

【0017】

ターボチャージャ１１には、エンジン１０の排気ガスが供給されて回転駆動される排気タービン１１ａが設けられている。排気タービン１１ａの入口側は、エンジン１０のエキゾーストマニホールド１２に接続され、排気タービン１１ａの出口側は、排気管１４に接続されている。

【0018】

ターボチャージャ１１は、排気タービン１１ａと同軸で接続されて回転エネルギが伝達されるコンプレッサ１１ｂを有する。このコンプレッサ１１ｂの入口側は、外気を吸入する吸い込みダクト１６に接続され、コンプレッサ１１ｂの出口側は、エンジン１０の吸気管１３に接続されている。吸い込みダクト１６を介して吸い込まれた外気は、図示しないエアークリーナによって粉塵などの不純物が除去された後、コンプレッサ１１ｂで圧縮されて、吸気管１３に供給される。吸気管１３は、コンプレッサ１１ｂの出口とエンジン１０のインテークマニホールド１７とを接続している。

【0019】

吸気管１３には、コンプレッサ１１ｂで昇圧された圧縮空気を冷却するインタークーラ１５が設けられている。インタークーラ１５から排出された空気（新気）は、ＥＧＲシステム１によって還流された排気ガス（ＥＧＲガス）と合流されて、インテークマニホールド１７を介してエンジン本体１０ａに吸気される。

【0020】

ＥＧＲシステム１は、ターボチャージャ１１の排気タービン１１ａの通過前の高圧の排気ガスを吸気側に還流するＨＰＬ（High Pressure Loop）方式のものであって、ＥＧＲ配管２、ＥＧＲクーラ３、ＥＧＲバルブ４を備えている。なお、ＥＧＲシステムとしては、排気タービン１１ａを通過後の低圧の排気ガスを吸気側に（排気管１４から吸い込みダクト１６に）、還流するＬＰＬ（Low Pressure Loop）方式のものでもよい。

【0021】

ＥＧＲ配管２は、その一端側がエキゾーストマニホールド１２に接続されていると共に、その他端側が吸気管１３におけるインタークーラ１５下流側のＥＧＲ合流部１３ａに接続されている。このＥＧＲ配管２は、排気ガスの少なくとも一部をＥＧＲ合流部１３ａへ還流させる。

【0022】

ＥＧＲクーラ３は、排気ガスを冷却するものであり、ＥＧＲ配管２に設けられている。ＥＧＲクーラ３としては、特に限定されず、様々なＥＧＲクーラを用いることができる。ＥＧＲクーラ３は、例えば空冷式のものでもよく、水冷式のものでもよい。ＥＧＲバルブ４は、ＥＧＲ配管２において、ＥＧＲクーラ３とＥＧＲ合流部１３ａとの間に配置されている。このＥＧＲバルブ４として、例えば電磁弁が採用され、弁の開閉によって排気ガスの吸気側への還流を許容又は停止させる。

【0023】

ここで、ＥＧＲシステム１は、ＥＧＲ配管２を流れる排気ガスから分離された水分である凝縮水を捕集し、捕集された凝縮水をＥＧＲ配管２の外部に排出する凝縮水排出装置２０を備えている。凝縮水排出装置２０は、捕集部２１、排水管２２、貯留部２３、気化部２４を備えている。

【0024】

捕集部２１は、図２に示されるように、ＥＧＲ配管２において、ＥＧＲクーラ３の下流であり、ＥＧＲバルブ４の上流に設けられている。捕集部２１は、略水平方向に延在するＥＧＲ配管２の下側の壁体の内面に形成された斜面２１ａ，２１ｂを有する。斜面２１ａ，２１ｂは、下流に向かうにつれて下方に傾斜する第１斜面２１ａと、下流に向かうにつれて上方に傾斜する第２斜面２１ｂとを有する。第１斜面２１ａと第２斜面２１ｂとの間であり、最も低い位置には、開口部２１ｃが設けられている。

【0025】

排水管２２の一端側は、捕集部２１の開口部２１ｃに接続され、排水管２２の他端側は、吸気管１３内に挿入されている。排水管２２は、吸気管１３の管壁を貫通して吸気管１３の内部に挿入されている。排水管２２は、捕集部２１と、吸気管１３内の貯留部２３とを接続している。

【0026】

貯留部２３は、管状を成し、吸気管１３内に収容されている。貯留部２３は、吸気管１３の長手方向に沿って延在している。貯留部２３と吸気管１３とは、２重管構造を成すように配置され、外管としての吸気管１３内に、内管としての貯留部２３が配置されている。貯留部２３は、吸気管１３の長手方向に直交する断面において、吸気管１３の中央に配置されている。

【0027】

また、貯留部２３は、吸気管１３において、インタークーラ１５とＥＧＲ合流部１３ａとの間に配置されている。排水管２２の他端側は、貯留部２３の側壁に設けられた開口部に接続されている。貯留部２３は、吸気管１３を貫通する排水管２２によって支持されて、吸気管１３に対して固定されている。

【0028】

貯留部２３の長手方向の両端部２３ａ，２３ｂは閉じられており、内部に凝縮水を貯留可能な構成となっている。貯留部２３の管壁には、凝縮水が通過可能な複数の貫通孔（不図示）が設けられ、貯留部２３内の凝縮水が外表面側に通過することができる。

【0029】

気化部２４は、毛細管現象を利用して凝縮水を吸い寄せて気化させる複数の糸状部材２５を備えている。糸状部材２５は、毛細管現象を利用して水分を吸い寄せ可能であればよく、繊維が撚られて形成されたものでもよく、金属ワイヤなどが撚られて形成されたものでもよい。気化部２４は、複数の線状部材が束ねられて形成されたものでもよい。

【0030】

気化部２４は、管状の貯留部２３の側壁の外表面の略全域に形成されている。糸状部材２５は、貯留部２３から放射状に延びている。糸状部材２５の先端部は、吸気管１３の内壁面に向かって延びている。糸状部材２５の基端部は、例えば貯留部２３の貫通孔に埋め込まれて設置されている。

【0031】

次に、ＥＧＲシステム１の作用について説明する。

【0032】

ＥＧＲシステム１では、エンジン本体１０ａから排出された排気ガスの一部がＥＧＲ配管２に供給される。ＥＧＲ配管２に供給された排気ガスは、ＥＧＲクーラ３によって冷却された後、ＥＧＲバルブ４によって流量が調整されて、ＥＧＲ合流部１３ａで吸気管１３内に導入されて、新気と混合されて、エンジン本体１０ａに吸気される。これにより、排気ガスの一部を還流して、エンジン本体１０ａに供給することで、エンジン１０における排気ガスの低ＮＯｘ化を図ることができる。

【0033】

また、ＥＧＲ配管２を流れる排気ガスがＥＧＲクーラ３によって冷却されて、ガス中の水分が凝縮して凝縮水となる。この凝縮水は、捕集部２１の斜面２１ａ，２１ｂを流れて、捕集部２１の開口部２１ｃに流れ込む。捕集部２１の開口部２１ｃを通じて、排水管２２に導入された凝縮水は、管内を流れて、吸気管１３の管状の貯留部２３に導入されて貯留される。貯留部２３に貯留された凝縮水は、貫通孔を通じて、外表面側に浸み出す。このとき、貫通孔に埋め込まれた糸状部材の毛細管現象によって凝縮水が吸い寄せられて、糸状部材２５の先端側へ導かれる。

【0034】

糸状部材２５は、吸気管１３内を流れる新気中に配置されているので、糸状部材２５によって吸い寄せられた凝縮水は、気流に曝されて気化し、新気とともにエンジン本体１０ａに供給され燃焼される。

【0035】

以上、本実施形態のＥＧＲシステム１によれば、貯留部２３に貯留された凝縮水は、毛細管現象を利用して吸い寄せられて気化されるので、凝縮水の排水を制御するための制御弁や、貯留部２３における凝縮水の水位を検知するための水位センサを設ける必要がない。これにより、装置の簡素化を図り、製造コスト及びメンテナンスコストの削減を図ることができる。

【0036】

また、ＥＧＲシステム１では、毛細管現象を利用して凝縮水を吸い寄せているので、凝縮水を連続して排出して気化させることができる。また、ＥＧＲシステム１では、凝縮水を排出する際の動力を不要とすることができる。

【0037】

また、ＥＧＲシステム１では、ＥＧＲ配管２内の排気ガスから凝縮水を捕集して、凝縮水をＥＧＲ配管２の外部に排出して気化することができるので、液化した状態の凝縮水が、エンジン本体１０ａに導入されることが防止される。これにより、凝縮水による水撃の発生を防止することができ、エンジン本体１０ａにおける燃焼不良の発生を抑制することができる。また、エンジン本体１０ａ内に、液化した状態の凝縮水の進入が防止されるので、エンジン本体１０ａの腐食を防止することができる。

【0038】

また、ＥＧＲシステム１では、貯留部２３の外表面に複数の糸状部材２５が設けられ、この糸状部材２５が、吸気管１３の内部に配置されているので、糸状部材２５に吸い寄せられた凝縮水は、乾燥した新気によって素早く気化される。これにより、気化の効率を上昇させて、凝縮水の排出量を増やすことができる。そのため、ＥＧＲクーラ３における冷却を増強して凝縮水の発生量が増加しても、凝縮水を効率良く気化させることができるので、排気ガス温度を低下させて、更なる低ＮＯｘ化を図ることができる。

【0039】

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。

【0040】

上記実施形態では、気化部２４を吸気管１３においてＥＧＲ合流部よりも上流に配置しているが、気化部２４が配置される場所はその他の位置でもよい。例えば、吸気管１３において、ＥＧＲ合流部１３ａよりも下流に配置された気化部２４でもよく、排気管１４内に気化部２４を配置してもよい。また、気化部２４が外気中に曝されるように配置されているものでもよい。

【0041】

また、糸状部材２５は、貯留部２３の貫通孔から外表面側に配置されているが、貯留部２３内から連続して糸状部材（紐状部材）２５が配置されているものでもよい。また、毛細管現象を生じさせるものは、糸状部材２５に限定されず、所定の隙間を形成するように配置された複数の線状部材でもよい。また、布状の部材を用いて、凝縮水を吸い寄せてもよい。また、粉粒体を管内に収容することで、毛細管現象を利用して、凝縮水を吸い寄せてもよい。

【0042】

また、管状の貯留部２３は、外管である吸気管１３の長手方向に沿って配置されているものに限定されず、気体の流れに対して、交差するように貯留部２３を配置して、この貯留部２３の外表面に気化部２４を設けてもよい。

【0043】

また、貯留部２３は、管状のものに限定されず、その他の形状のものでもよい。例えば、矩形のタンク形状の貯留部でもよい。また、上記実施形態では、貯留部２３は吸気管１３内に配置されているが、例えば貯留部２３を吸気管１３の外表面に配置し、吸気管１３の管壁に貫通孔を設け、外表面側から吸気管１３の内部に糸状部材２５を挿入するように配置してもよい。気化部２４である糸状部材２５を管壁に配置して、管内に張り出すようにしてもよい。

【符号の説明】

【0044】

１…ＥＧＲシステム、２…ＥＧＲ配管、３…ＥＧＲクーラ、４…ＥＧＲバルブ、１０…エンジン、１０ａ…エンジン本体、１３…吸気管、１３ａ…ＥＧＲ合流部、１４…排気管、２０…凝縮水排出装置、２１…捕集部、２１ａ，２１ｂ…斜面、２１ｃ…開口部、２２…排水管、２３…貯留部、２４…気化部、２５…糸状部材。

【図1】

【図2】