特許 6579973 ＥＧＲクーラの冷却効率回復方法及び装置

(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】6579973

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】ＥＧＲクーラの冷却効率回復方法及び装置

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/28 20160101AFI20190912BHJP

   F28G 9/00 20060101ALI20190912BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20190912BHJP

【ＦＩ】

   F02M26/28

   F28G9/00 Z

   F28D7/16 A

【請求項の数】2

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2016-21494(P2016-21494)

(22)【出願日】2016年2月8日

(65)【公開番号】特開2017-141673(P2017-141673A)

(43)【公開日】2017年8月17日

【審査請求日】2018年12月14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】110000512

【氏名又は名称】特許業務法人山田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】柳沢 雅俊

【審査官】 齊藤 彬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１３３５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３３２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７７３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００１２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１３２８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２２０３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２６／２８

２６／５０

Ｆ２８Ｄ ７／１６

Ｆ２８Ｇ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラの冷却効率回復方法であって、前記ＥＧＲクーラへの排気ガスの流通を停止すると共に、常温以下で貯留しておいた冷却水を前記ＥＧＲクーラに対し一時的に切り換えて導入することを特徴とするＥＧＲクーラの冷却効率回復方法。

【請求項2】

チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラの冷却効率回復装置であって、前記ＥＧＲクーラへの排気ガスの流通を停止し得るＥＧＲバルブと、常温以下で冷却水を貯留し得る水タンクとを備え、該水タンクに常温以下で貯留しておいた冷却水を前記ＥＧＲクーラに対し一時的に切り換えて導入し得るように構成したことを特徴とするＥＧＲクーラの冷却効率回復装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＥＧＲクーラの冷却効率回復方法及び装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より自動車等のエンジンの排気ガスの一部をエンジンに再循環して窒素酸化物の発生を低減させるＥＧＲ装置が知られているが、このようなＥＧＲ装置では、エンジンに再循環する排気ガスを冷却すると、該排気ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることによって、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的に窒素酸化物の発生を低減させることができる為、エンジンに排気ガスを再循環するラインの途中に、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを装備したものがある。

【0003】

図４は前記ＥＧＲクーラの一例を示す断面図であって、図中１は円筒状に形成されたシェルを示し、該シェル１の軸心方向両端には、シェル１の端面を閉塞するようプレート２，２が固着されていて、該各プレート２，２には、多数のチューブ３の両端が貫通状態で固着されており、これら多数のチューブ３はシェル１の内部を軸心方向に延びている。

【0004】

そして、シェル１の一方の端部近傍には、外部から冷却水入口管４が取り付けられ、シェル１の他方の端部近傍には、外部から冷却水出口管５が取り付けられており、給水パイプ９を通して導かれた冷却水１０が冷却水入口管４からシェル１の内部に供給されてチューブ３の外側を流れ、冷却水出口管５から排水パイプ１１を通してシェル１の外部に排出されるようになっている。

【0005】

更に、各プレート２，２の反シェル１側には、椀状に形成されたボンネット６，６が前記各プレート２，２の端面を被包するように固着され、一方のボンネット６の中央には排気ガス入口７が、他方のボンネット６の中央には排気ガス出口８が夫々設けられており、図示しない排気マニホールドから入側のＥＧＲパイプ１２を通して導いた排気ガス１３が排気ガス入口７から一方のボンネット６の内部に入り、多数のチューブ３を通る間に該チューブ３の外側を流れる冷却水１０との熱交換により冷却された後に、他方のボンネット６の内部に排出されて排気ガス出口８から出側のＥＧＲパイプ１４を通し図示しない吸気マニホールドへと再循環されるようになっている。尚、１５は出側のＥＧＲパイプ１４に備えられたＥＧＲバルブを示す。

【0006】

また、図中５ａは冷却水入口管４に対しシェル１の直径方向に対峙する位置に設けたバイパス出口管を示しており、該バイパス出口管５ａから冷却水１０の一部を排水パイプ１１ａを通して抜き出すことにより、冷却水入口管４に対峙する箇所に冷却水１０の澱みが生じないようにしてある。

【0007】

尚、この種のＥＧＲクーラに関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００２−３９０１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、斯かるＥＧＲクーラにおいては、高速高負荷の厳しい条件で連続運転を実施した場合に、煤分を多く含む排気ガス１３がチューブ３内を通過することになるので、該チューブ３内に煤分が徐々に堆積して排気ガス１３の冷却効率が下がり、これにより吸気マニホールドへ再循環される排気ガス１３が体積的に大きくなって実質的なＥＧＲ率が下がる結果、ＥＧＲクーラの性能低下を招いてしまう虞れがあった。

【0010】

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、高速高負荷の厳しい条件での連続運転により低下したＥＧＲクーラの冷却効率を運転中に回復することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラの冷却効率回復方法であって、前記ＥＧＲクーラへの排気ガスの流通を停止すると共に、常温以下で貯留しておいた冷却水を前記ＥＧＲクーラに対し一時的に切り換えて導入することを特徴とするものである。

【0012】

而して、このように排気ガスの流通が停止されたＥＧＲクーラに対し常温以下の冷却水を強制的に導入すると、チューブ内が一時的に冷間状態まで温度低下して結露し、前記チューブの内周面の全周にわたり付着堆積していた煤分が凝縮水を含んで流れ落ち、前記各チューブの内周面における大半の部分が煤分による被覆状態から暴露状態へと戻され、ＥＧＲクーラの冷却効率が回復されることになる。

【0013】

また、本発明は、チューブと、該チューブを包囲するシェルとを備え、該シェルの内部に冷却水を給排し且つ前記チューブ内に排気ガスを通して該排気ガスと前記冷却水とを熱交換するようにしたＥＧＲクーラの冷却効率回復装置であって、前記ＥＧＲクーラへの排気ガスの流通を停止し得るＥＧＲバルブと、常温以下で冷却水を貯留し得る水タンクとを備え、該水タンクに常温以下で貯留しておいた冷却水を前記ＥＧＲクーラに対し一時的に切り換えて導入し得るように構成したことを特徴とするものでもある。

【0014】

而して、このようにすれば、ＥＧＲバルブによりＥＧＲクーラへの排気ガスの流通を停止すると共に、水タンクに常温以下で貯留しておいた冷却水を前記ＥＧＲクーラに対し一時的に切り換えて導入することが可能となり、これによりチューブ内を一時的に冷間状態まで温度低下させて結露せしめ、前記チューブの内周面の全周にわたり付着堆積していた煤分を凝縮水を含ませて流れ落とし、前記各チューブの内周面における大半の部分を煤分による被覆状態から暴露状態へと戻し、ＥＧＲクーラの冷却効率を回復させることが可能となる。

【発明の効果】

【0015】

上記した本発明のＥＧＲクーラの冷却効率回復方法及び装置によれば、高速高負荷の厳しい条件での連続運転によりＥＧＲクーラの冷却効率が低下したとしても、排気ガスの流通が停止されたＥＧＲクーラに対し常温以下の冷却水を強制的に導入することにより、チューブ内を一時的に冷間状態まで温度低下させて結露せしめ、前記チューブの内周面の全周にわたり付着堆積していた煤分を凝縮水を含ませて流れ落とすことができるので、ＥＧＲクーラの冷却効率を運転中に回復することができるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。

【図2】図１の三方弁を切り換えた状態を示す概略図である。

【図3】本形態例に関する試験結果を示すグラフである。

【図4】一般的なＥＧＲクーラの一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

【0018】

図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、図中１６は前述した図４と略同様に構成したＥＧＲクーラ、１７は該ＥＧＲクーラ１６を搭載したエンジンを示し、該エンジン１７の冷却に使用している冷却水１０の一部が抜き出されて給水パイプ９を介し前記ＥＧＲクーラ１６のシェル１内に導かれるようになっているが、この給水パイプ９と並列にバイパス流路１８が設けられており、該バイパス流路１８の途中には、常温以下で冷却水１０を貯留し得る水タンク１９が装備されている。

【0019】

即ち、前記バイパス流路１８は、前記給水パイプ９に対する合流部分に装備された三方弁２０により冷却水１０の流通が遮断されるようになっており、図１に示す如く、常時は給水パイプ９が選択されてエンジン１７からの冷却水１０が前記ＥＧＲクーラ１６のシェル１内に導かれるようになっているが、図２に示す如く、前記三方弁２０の切り換えにより前記バイパス流路１８が選択されて冷却水１０が前記水タンク１９を経由して前記ＥＧＲクーラ１６のシェル１内に導かれるようにもなっている。

【0020】

ここで、前記バイパス流路１８を流れる冷却水１０は、前記水タンク１９の底部に導入され且つ該水タンク１９の上部から抜き出されるようになっており、前記バイパス流路１８が前記三方弁２０により開通した初期の段階では、前記水タンク１９内に貯留されていた常温以下の冷却水１０が先行して送り出されるようになっている。

【0021】

また、前記水タンク１９の側面には、空冷用のフィン２１が多数形成されていて走行風等により内部の冷却水１０が空冷されるようになっており、前記バイパス流路１８が前記三方弁２０により遮断されている間に、前記水タンク１９内に貯留されている冷却水１０が常温以下まで冷却されるようにしてある。

【0022】

尚、図中１５はＥＧＲクーラ１６を経た排気ガス１３を吸気系へ導くＥＧＲパイプ１４に備えられたＥＧＲバルブを示し、該ＥＧＲバルブ１５の閉操作により前記ＥＧＲクーラ１６への排気ガス１３の流通が停止されるようになっている。

【0023】

而して、高速高負荷の厳しい条件での連続運転によりチューブ３内に煤分が徐々に堆積して排気ガス１３の冷却効率が下がってきた時に、ＥＧＲバルブ１５の閉操作によりＥＧＲクーラ１６への排気ガス１３の流通を停止すると共に、三方弁２０の切り換えにより前記バイパス流路１８を選択して冷却水１０を前記水タンク１９を経由させて流すと、前記水タンク１９に常温以下で貯留しておいた冷却水１０が前記ＥＧＲクーラ１６のシェル１内に導入され、これによりチューブ３内が一時的に冷間状態まで温度低下して結露し、前記チューブ３の内周面の全周にわたり付着堆積していた煤分が凝縮水を含んで流れ落ち、前記各チューブ３の内周面における大半の部分が煤分による被覆状態から暴露状態へと戻され、ＥＧＲクーラ１６の冷却効率が回復されることになる。

【0024】

ここで、図１及び図２には図示されていない排気管の途中にパティキュレートフィルタが搭載されている場合には、このパティキュレートフィルタの前段に備えた酸化触媒に対し燃料を添加して前記パティキュレートフィルタの強制再生を行う必要があるが、一般的に前記パティキュレートフィルタの強制再生時には、ＥＧＲバルブ１５を閉じて排気ガスの再循環を中止した状態で行うことになるので、このタイミングでＥＧＲクーラ１６の回復を図るようにすれば効率的である。

【0025】

図３は本発明者が実際に行った試験結果を示すもので、エンジン負荷を高めて試験を開始してから数秒経過して安定状態となったｔ₀の時点でＥＧＲクーラ１６の冷却効率を初期値として計測すると、該ＥＧＲクーラ１６の冷却効率は、時間の経過と共に初期値から徐々に低下してくるが、常温以下で貯留しておいた冷却水１０を前記ＥＧＲクーラ１６に対し一時的に切り換えて導入することで強制的に水温を下げた水温強制冷却運転を挟むと、ｔ₀と同じ測定条件と看なし得るｔ₁の時点でＥＧＲクーラ１６の冷却効率が初期値まで回復するという優れた結果が得られた。

【0026】

ここで、常温以下で貯留しておいた冷却水１０をＥＧＲクーラ１６に対し一時的に切り換えて導入するにあたってエンジン負荷を殆ど抜いているのは、試験の保安面からそのようにしているだけであり、実機への適用に際してエンジン負荷を抜く制御を伴うものではないことを付言しておく。

【0027】

ただし、本試験においては、水温強制冷却運転に合わせてエンジン負荷を殆ど抜いているので、水温強制冷却運転を挟んだ後でエンジン負荷を再び試験開始時のレベルまで高めてから数秒経過して安定状態となったｔ₁の時点をｔ₀の時点と同じ測定条件と看なすようにしている。

【0028】

尚、エンジン１７の停止後に冷却水１０の水温が冷間状態まで下がるとＥＧＲクーラ１６の冷却効率が回復するという現象は、本発明者の鋭意研究と鋭い洞察力により既に見いだされていたものであったが、これを運転中に強制的に再現してもＥＧＲクーラ１６の冷却効率が回復するという結果が得られることが本試験結果により検証された。

【0029】

従って、上記形態例によれば、高速高負荷の厳しい条件での連続運転によりＥＧＲクーラ１６の冷却効率が低下したとしても、排気ガス１３の流通が停止されたＥＧＲクーラ１６に対し常温以下の冷却水１０を強制的に導入することにより、チューブ３内を一時的に冷間状態まで温度低下させて結露せしめ、前記チューブ３の内周面の全周にわたり付着堆積していた煤分を凝縮水を含ませて流れ落とすことができるので、ＥＧＲクーラ１６の冷却効率を運転中に回復することができる。

【0030】

尚、本発明のＥＧＲクーラの冷却効率回復方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0031】

１ シェル
３ チューブ
１０ 冷却水
１３ 排気ガス
１５ ＥＧＲバルブ
１６ ＥＧＲクーラ
１７ エンジン
１８ バイパス流路
１９ 水タンク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】