(57)【要約】【課題】燃費の悪化を防止しつつNOxを低減するのに有効な手段として高過給かつ大量EGRを行うエンジンにおいても、車両への搭載性を確保すると共にEGRクーラの過不足のない好適な冷却性能が得られるようにする。【解決手段】エンジンの排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるEGR通路と、EGR通路に介装されるEGRクーラと、を備えるEGR装置において、EGRクーラ２２は、EGR通路２１ａ，２１ｂの一部を構成する伝熱管３１と、伝熱管３１の周囲に冷媒の蒸発室３２を画成するケーシング３３と、ケーシング３３よりも上方に配置される凝縮器３４と、蒸発室３２と凝縮器３４との間を上下方向に結ぶ配管３５と、を備える。【選択図】図３
2008088811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるEGR通路と、EGR通路に介装されるEGRクーラと、を備えるEGR装置において、EGRクーラは、EGR通路の一部を構成する伝熱管と、伝熱管の周囲に冷媒の蒸発室を画成するケーシングと、ケーシングよりも上方に配置される凝縮器と、蒸発室と凝縮器との間を上下方向に結ぶ配管と、を備えることを特徴とするEGR装置。
【請求項２】
配管は、蒸発室から凝縮器への気相冷媒の往路と、凝縮器から蒸発室への液相冷媒の帰路と、を兼ねるものであり、配管の膨張を吸収する伸縮部を備えることを特徴とする請求項１に記載のEGR装置。
【請求項３】
凝縮器は、アッパタンクと、ロアタンクと、これらの間を接続する複数のチューブと、各チューブ間に形成される冷却フィンと、を備えてなり、ロアタンクの蒸発室から立ち上がる配管が接続される一方、アッパタンクに内圧を規定値以下に抑えるリリーフバルブと、冷媒の充填口およびこれを密封する開閉可能なキャップと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のEGR装置。
【請求項４】
冷媒は、低沸点のフッ素系不活性液体が用いられることを特徴とする請求項１に記載のEGR装置。
【請求項５】
エンジンが車両のエンジンルームに搭載されるものにあって、凝縮器は、エンジンルームの外部に配置されることを特徴とする請求項１に記載のEGR装置。
【請求項６】
凝縮器は、キャブ後方上部に配置されることを特徴とする請求項５に記載のEGR装置。
【請求項７】
キャブは、その屋根上に設置されるウィンドディフレクタに走行風を取り込み、凝縮器の前面へ走行風を整流する開口部を備えることを特徴とする請求項６に記載のEGR装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンのEGR装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのEGR（排気環流：Exhaust Gas Recirculation）システムとして、エンジンの排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるEGR通路と、EGR通路に介装されるEGRクーラと、を備えるものがある。特許文献１の場合、EGR通路において、プリEGRクーラと、アフタEGRクーラと、の２つが直列に配置される。
【０００３】
特許文献２においては、エンジン冷却装置であるが、ラジエータ（コンデンサ）の冷却効果を高めるため、ラジエータをキャブの屋根に導風板を設けずに走行風が直接当接するように配置したものが開示される。
【特許文献１】特開２００５−２２０７４７号
【特許文献２】実公平０４−０２６２５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の場合、プリEGRクーラは、排気系からの高温EGRガスと高沸点冷媒（フッ素系不活性液体）との熱交換を行うように構成され、アフタEGRクーラは、プリEGRクーラからの中温EGRガスと低沸点冷媒（冷却水）との熱交換を行うように構成される。プリEGRクーラにおいては、冷媒（フッ素系不活性液体）用クーラが配置される。冷媒用クーラは、ラジエータ（コンデンサ）を用いる空冷式または冷却水による水冷式に構成され、アフタEGRクーラにおいても、冷却水が利用されるので、エンジン冷却系のラジエータ（コンデンサ）の容量アップが要求される。
【０００５】
エンジンにおいて、燃費の悪化を防止しつつ、NOxの低減を促進するのに有効な手段として、高過給と大量EGRとの組み合わせが考えられる。その場合、過給気やEGRガスを冷却する冷媒としてエンジンの冷却水を利用すると、ラジエータ（コンデンサ）の大幅な容量アップが必要となり、特許文献２のようなエンジン冷却装置においても、車両への搭載が困難となってしまう。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するための有効な手段の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、エンジンの排気系から吸気系へ排気の一部を環流させるEGR通路と、EGR通路に介装されるEGRクーラと、を備えるEGR装置において、EGRクーラは、EGR通路の一部を構成する伝熱管と、伝熱管の周囲に冷媒の蒸発室を画成するケーシングと、ケーシングよりも上方に配置される凝縮器と、蒸発室と凝縮器との間を上下方向に結ぶ配管と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明に係るEGR装置において、配管は、蒸発室から凝縮器への気相冷媒の往路と、凝縮器から蒸発室への液相冷媒の帰路と、を兼ねるものであり、配管の膨張を吸収する伸縮部を備えることを特徴とする請求項１に記載のEGR装置。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明に係るEGR装置において、凝縮器は、アッパタンクと、ロアタンクと、これらの間を接続する複数のチューブと、各チューブ間に形成される冷却フィンと、を備えてなり、ロアタンクの蒸発室から立ち上がる配管が接続される一方、アッパタンクに内圧を規定値以下に抑えるリリーフバルブと、冷媒の充填口およびこれを密封する開閉可能なキャップと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、第１の発明に係るEGR装置において、冷媒は、低沸点のフッ素系不活性液体が用いられることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、第１の発明に係るEGR装置において、エンジンが車両のエンジンルームに搭載されるものにあって、凝縮器は、エンジンルームの外部に配置されることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明に係るEGR装置において、凝縮器は、キャブ後方上部に配置されることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、第６の発明に係るEGR装置において、キャブは、その屋根上に設置されるウィンドディフレクタに走行風を取り込み、凝縮器の前面へ走行風を整流する開口部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明においては、蒸発室の冷媒は、EGRガスから気化潜熱を奪って蒸発し、気相冷媒となり、配管を凝縮器へ上昇する。気相冷媒は、凝縮器に至り、放熱作用により凝縮し、液相冷媒となり、配管を伝って蒸発室へ流れ落ちる。このサイクルの繰り返しにより、EGRガスが十分に冷却され、高過給と大量EGRとの組み合わせを想定するエンジンにおいて、燃費の悪化を防止しつつ、NOxの低減をさらに促進できる。冷媒は、蒸発室と凝縮器との間を自然に循環する形になり、圧縮機など強制的に循環させる手段も要らない。
【００１５】
EGRクーラの冷媒回路（蒸発室と凝縮器とこれらの間を結ぶ配管とから構成される）は、エンジンの冷却水回路から独立する構成のため、エンジン冷却系のラジエータを大型化（容量アップ）する必要もなく、またラジエータとの関係からレイアウト（配置や配管）が規制されないので、車両への搭載が容易となる。
【００１６】
第２の発明においては、配管は往路と帰路とを兼ねるので、少なくとも１本あれば良く、設置も簡単かつ容易となる。また、伸縮部により、配管の圧力上昇も緩和される。
【００１７】
第３の発明においては、リリーフバルブにより、凝縮器の内圧が規定値以下に抑えられ、放熱に伴う凝縮作用を良好に確保しえる。また、アッパタンクの充填口から冷媒を補給することも可能となる。
【００１８】
第４の発明においては、冷媒として低沸点（例えば、３０〜９７℃）のフッ素系不活性液体を用いることにより、EGRクーラの過不足なく好適な冷却性能が得られる。
【００１９】
第５の発明においては、エンジンルームのスペースが制約される車両への搭載も可能となる。
【００２０】
第６の発明においては、凝縮器は、キャブ後方上部に配置され、走行風も利用しやく、放熱性の向上が図れる。
【００２１】
第７の発明においては、ウィンドディフレクタにより、走行抵抗も低減が得られる一方、ウィンドディフレクタの前部から走行風が取り入れられ、凝縮器の前面（コア部の正面）へ整流されるため、凝縮器の放熱性も良好に確保される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１において、２は多気筒エンジン（６気筒ディーゼルエンジン）１の吸気通路であり、吸気マニホールド３ａ，３ｂと吸気管４とから構成される。吸気マニホールド３ａ，３ｂは、吸気行程が実質的にオーバラップしない気筒群毎（＃１，２，３と＃４，５，６）に分割される。吸気管４は、インタクーラ５の下流側が分岐され、各マニホールド３ａ，３ｂの集合部に接続される。６ａは可変ノズル式ターボチャージャ６のコンプレッサであり、７はエアクリーナである。
【００２３】
８はエンジン１の排気通路であり、排気マニホールド９ａ，９ｂと排気管１０とから構成される。排気マニホールド９ａ，９ｂは、排気行程が実質的にオーバラップしない気筒群（＃１，２，３と＃４，５，６）毎に分割され、これらマニホールド９ａ，９ｂの合流部にターボチャージャ６のタービン６ｂを介して排気管１０が接続される。ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａは、タービン６ｂの回転により駆動され、各気筒への吸気を過給する。１１はマフラである。
【００２４】
ターボチャージャ６のタービン６ｂ上流からターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ下流へ排気の一部を環流させるEGR装置２０においては、排気マニホールド９ａ，９ｂと吸気マニホールド３ａ，３ｂ（吸気管４の分岐路４ａ，４ｂ）との間を同一の気筒群同士の関係に接続するEGR通路２１ａ，２１ｂが備えられる。EGR通路２１ａ，２１ｂにおいて、EGRガスを冷却するEGRクーラ２２，EGR流量を調整するEGRバルブ２３，EGRガスの逆流を規制する逆止弁２４（リードバルブ）が介装される。EGRクーラ２２は、EGR通路２１ａ，２１ｂの上流側（入口付近）に配置される。逆止弁２４は、EGR通路２１ａ，２１ｂの下流側（出口付近）に配置され、逆止弁２４上流にEGRバルブ２３が配置される。
【００２５】
この実施形態においては、タービン６ａの可変ノズルにより、排気圧が適度に高められる。ターボチャージャ６およびインタークーラ５により、吸気量の増大が促進され、EGRクーラ２２により、EGR量の増大が促進される。分割型の排気マニホールド９ａ，９ｂにより、排気脈動の干渉が防止され、逆止弁２４前後の差圧が拡大される。これらにより、高過給かつ大量EGRが実現され、燃費の悪化を抑えつつ、NOxの低減を促進させることが可能となる。
【００２６】
図２は、EGRクーラ２２の冷媒回路３０を表すものであり、EGRクーラ２２は、EGR通路２１ａ，２１ｂの一部を構成する伝熱管３１と、伝熱管３１の周囲に冷媒の蒸発室３２を画成するケーシング３３と、ケーシング３３よりも上方に配置される凝縮器３４と、蒸発室３２と凝縮器３４との間を上下方向へ直線的に結ぶ配管３５と、が備えられる。
【００２７】
配管３５は、蒸発室３２から凝縮器３４への気相冷媒の往路と、凝縮器３４から蒸発室３２への液相冷媒の帰路と、を兼ねるものであり、材質が可撓性を持つホースにより作られ、配管３５の熱や圧力に因る膨張を吸収するため、配管３５の一部にベローズ３６（伸縮部）が形成される。
【００２８】
凝縮器３４は、上下方向へ蛇行する流路３８と、この流路３８間に形成される冷却フィン３９と、からなり、蛇行する流路３８にEGRクーラ２２の蒸発室３２から立ち上がる配管４５が接続される。
【００２９】
冷媒回路３０において、蒸発室３２の冷媒は、EGRガスから気化潜熱を奪って蒸発し、気相冷媒となり、配管３５を凝縮器３４へ上昇する。気相冷媒は、凝縮器３４の流路３８を流れ、放熱作用により凝縮し、液相冷媒となり、配管３５を伝って蒸発室３２へ流れ落ちる、というサイクルが繰り返されるのである。
【００３０】
冷媒としては、低沸点のフッ素系不活性液体が使用される。例えば、フロリナート（米国のスリーエム社の商品名）の、FC-87（沸点３０℃），FC-72（沸点５６℃），FC-84（沸点８０℃），FC-77（沸点９７℃）、が用いられる。
【００３１】
図３は、車両への搭載例を表すものであり、１がエンジンであり、４０はフレームであり、キャブ４１の床下にエンジンルームが備えられる。キャブ４１は、エンジン１の点検整備時などにおいて、前方へ傾転（チルト）可能に支持される。エンジン１は、エンジンルームにおいて、フレーム４０に搭載される。
【００３２】
EGRクーラ２２の冷媒回路３０において、凝縮器３２は、キャブ４１の後方上部に配置される。４３はキャブ４１の屋根上に設置されるウィンドディフレクタであり、凝縮器３４は、ウィンドディフレクタ４３とボックス型の荷台４６との間において、ウィンドディフレクタ４３からの後述する走行風が冷却フィン３９間を吹き付けやすく、上部が前方へ稍傾斜する姿勢を持って荷台４６側に据え付けられる。ウィンドディフレクタ４３の前部において、走行風の取入口４４が開口され、走行風を凝縮器３４の前面へ整流する案内板４５が設けられる。
【００３３】
このようなEGRクーラ２２により、EGRガスを過不足なく好適に冷却することができる。そのため、高過給かつ大量EGRが促進され、燃費の悪化を抑えつつ、NOxの更なる低減が可能となる。EGRクーラ２２の冷媒回路３０は、エンジン１の冷却水回路から独立する構成のため、エンジン冷却系のラジエータを大型化（容量アップ）する必要もなく、またラジエータとの関係からレイアウト（配置や配管）が規制されないので、車両への搭載が容易となる。
【００３４】
凝縮器３４については、キャブ４１の後方上部に配置され、エンジン１のEGR通路２１ａ，２１ｂに介装されるEGRクーラ２２の蒸発室３２と共に冷媒回路３０を構成するため、冷媒が蒸発室３２と凝縮器３４との間を自然に循環する形になり、圧縮機など強制的に循環させる手段も要らない。凝縮器３４は、キャブ４１の後方上部のため、走行風を利用しやく、放熱性の向上が図れるのである。
【００３５】
この実施形態においては、ウィンドディフレクタ４１により、走行抵抗も低減が得られる一方、ウィンドディフレクタ４１の前部から走行風が取り入れられ、凝縮器３４の前面へ整流されるため、凝縮器３４の放熱性も良好に確保される。配管３５は冷媒の往路と帰路とを兼ねるので、少なくとも１本あれば良く、設置も簡単かつ容易となる。ベローズ３６により、配管３５の圧力上昇も緩和される。
【００３６】
図４は、別の凝縮器３４Ａを表すものであり、アッパタンク５０と、ロアタンク５１と、これらタンク５０，５１間を接続する複数のチューブ５２と、各チューブ５２間に形成される冷却フィン５３と、から形成される。EGRクーラ２２の蒸発室３２から立ち上がる配管３５がロアタンク５１に接続される一方、アッパタンク５０に内圧を規定値以下に抑えるリリーフバルブ５６と、冷媒の充填口およびこれを密封する開閉可能なキャップ５７と、が備えられる。
【００３７】
リリーフバルブ５６により、凝縮器３４の内圧が規定値以下に抑えられ、放熱に伴う凝縮作用を良好に確保しえる。また、充填口から冷媒を補給することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】エンジンの全体的な概略構成図である。
【図２】EGRクーラの冷媒回路を表す構成図である。
【図３】車両への搭載状態を例示する説明図である。
【図４】別の凝縮器を表す説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  多気筒エンジン（６気筒ディーゼルエンジン）
２  吸気通路
３ａ，３ｂ  吸気マニホールド
５  インタクーラ
６  ターボチャージャ（可変ノズル式ターボチャージャ）
６ａ  コンプレッサ
６ｂ  タービン
８  排気通路
９ａ，９ｂ  排気マニホールド
１０  排気管
２０  EGR装置
２１ａ，２１ｂ  EGR通路
２２  EGRクーラ
２３  EGRバルブ
２４  逆止弁（リードバルブ）
３０  EGRクーラの冷媒回路
３１  伝熱管
３２  蒸発室
３３  ケーシング
３４，３４Ａ  凝縮器
３５  配管
３６  ベローズ（伸縮部）
４３  ウィンドディフレクタ
５６  リリーフバルブ
５７  充填口のキャップ
【図１】
2008088811.tif 000003
【図２】
2008088811.tif 000004
【図３】
2008088811.tif 000005
【図４】
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