(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流通する流路上に排気ガスを帯電させる帯電手段を設けることで、排気ガスを流路の壁面に引き寄せてその温度降下を促進する排気ガス冷却装置であり、
前記流路上の上流側及びその下流側にそれぞれ排気ガスを帯電させる帯電手段を設け、
上流側の帯電手段の電極に印加する電圧の正負と下流側の帯電手段の電極に印加する電圧の正負とを逆にする排気ガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの温度降下を促進するための冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等に搭載される内燃機関には、排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が付帯することがある。ＥＧＲ装置は、排気通路の所定箇所と吸気通路の所定箇所とをＥＧＲ通路により接続し、排気の一部を当該ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流させて吸気に混交するものである。ＥＧＲにより、内燃機関のポンピングロスが低減するとともに、気筒における燃焼温度が低下して窒素酸化物の排出量が削減される。
【０００３】
ＥＧＲの効能を最大限に享受するためには、ＥＧＲ通路を還流する排気ガスを十分に冷ますことが望ましい。そのために、ＥＧＲ通路上に、ＥＧＲガスを冷却する熱交換器であるＥＧＲクーラを配設することが少なくない。
【０００４】
排気ガスを冷却すると、排気ガスに含まれていた水蒸気が凝縮して凝縮水が発生する。この凝縮水が一箇所に滞留し、それに燃料成分中の硫黄分と結びついた硫酸が溶け込むと、ＥＧＲ系統や吸気系統の部材、例えば流路の配管やバルブ等が腐食される懸念が生じる。従って、適宜の位置で排気ガスから水分を分離して除去することが要望される。
【０００５】
そこで、ＥＧＲクーラの入口側が出口側よりも下方に位置するよう、ＥＧＲクーラを傾けて配置することが考えられている（下記特許文献を参照）。このものによれば、発生した凝縮水が、排気温度の高いＥＧＲクーラの入口側に流下することになる。硫酸は３５０℃以上になると分解し蒸発することから、ＥＧＲ系統や吸気系統の部材の腐食を防止することができる。
【０００６】
しかしながら、ＥＧＲクーラやＥＧＲ通路の中心軸の近傍を流れる排気ガスから水分を除去することは容易ではない。ＥＧＲクーラまたはＥＧＲ通路の壁面に接触しない排気ガスは温度が降下しにくく、当該排気ガスには水蒸気が残存し続け、これがＥＧＲクーラを通過した後に凝縮して部材の腐食の問題を招くことがあり得る。
【０００７】
また、エンジンルーム内において確保できるスペースの制約により、ＥＧＲクーラを傾けて配置できない場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３２８８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、排気ガスを流路の壁面に引き寄せてその温度降下を促進することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、排気ガスが流通する流路上に排気ガスを帯電させる帯電手段を設けることで、排気ガスを流路の壁面に引き寄せてその温度降下を促進する排気ガス冷却装置であり、前記流路上の上流側及びその下流側にそれぞれ排気ガスを帯電させる帯電手段を設け、上流側の帯電手段の電極に印加する電圧の正負と下流側の帯電手段の電極に印加する電圧の正負とを逆にする排気ガス冷却装置を構成した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排気ガスを流路の壁面に引き寄せてその温度降下を促進することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態の排気ガス冷却装置の構成を模式的に示す端面図。
【図２】本発明の第二実施形態の排気ガス冷却装置の構成を模式的に示す端面図。
【図３】本発明に関連する参考例の排気ガス冷却装置の構成を模式的に示す端面図。
【図４】本発明に関連する参考例の排気ガス冷却装置の構成を模式的に示す端面図。
【図５】本発明に関連する参考例の排気ガス冷却装置の構成を模式的に示す端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第一実施形態＞以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１に示す排気ガス冷却装置は、内燃機関において排気ガスＧが流通する流路１、２上に、当該排気ガスＧを帯電させるための帯電手段３、４を設けてなるものである。
【００１４】
具体的には、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通させるＥＧＲ通路の一部をなす金属製の配管１、２を接地するとともに、その外周に誘電体（絶縁体）３１、４１及び電極３２、４２を配置して、配管１、２及び電極３２、４２が誘電体３１、４１を挟んで対向する状態とし、静電容量３、４を構成する。この静電容量３、４が、本実施形態における帯電手段となる。即ち、電極３２、４２に電圧を印加すると、電極３２、４２及び当該電極３２、４２に対向する配管１、２の壁面がそれぞれ帯電する。
【００１５】
本実施形態では、ＥＧＲ通路上の所定箇所の配管１、及び当該箇所の下流に位置する箇所の配管２にそれぞれ帯電手段を設けるとともに、それら上流側の配管１と下流側の配管２との間に絶縁材５、例えば合成ガラス繊維絶縁ウール（グラスウール、ロックウール、スラグウール）を素材とするガスケットを介在させることで、両者の間を電気的に絶縁している。加えて、上流側の配管１に設けた帯電手段３の電極３２に印加する電圧の正負と、下流側の配管２に設けた帯電手段４の電極４２に印加する電圧の正負とを逆にする。これにより、上流側の配管１の壁面の帯電の正負と、下流側の配管２の壁面の帯電の正負とが逆になる。図示例では、上流側の配管１の壁面を負に帯電させる一方、下流側の配管２の壁面を正に帯電させるようにしている。
【００１６】
ＥＧＲ通路を上流側から下流側に向けて流れる排気ガスＧは、帯電している上流側の配管１の壁面付近を通過するときに帯電する。その後、帯電した排気ガスＧは、逆の極性に帯電している下流側の配管２の壁面に向かって引き寄せられることとなる。しかして、下流側の配管２の壁面に引き寄せられた排気ガスＧが当該壁面に沿って流れる過程で放熱が起こり、排気ガスＧの温度が降下する。排気ガスＧの温度が降下すると、その排気ガスＧに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水となる。つまり、排気ガスＧから水分が分離して除去される。
【００１７】
帯電手段３、４は、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも上流の部位に配設してもよいし、還流するＥＧＲガスが最もよく冷やされる部位、例えばＥＧＲ通路が吸気通路に合流する箇所の近傍に配設してもよい。帯電手段３、４を、ＥＧＲ通路の湾曲している部位に配設しても構わない。あるいは、帯電手段３、４を、内燃機関の気筒に連なり吸気（即ち、新気または新気にＥＧＲガスが混交したガス）が流通する吸気通路に配設したり、気筒から排出された排気ガスＧが流通する排気通路に配設したりすることも考えられる。
【００１８】
＜第二実施形態＞図２に示す排気ガス冷却装置は、第一実施形態の排気ガス冷却装置のうちの上流側の配管１の壁面に設けている帯電手段３に代えて、下流側の配管２よりも上流に位置するバルブ６の弁体６１に帯電手段７を設けたものである。このバルブ６は、例えば、内燃機関におけるＥＧＲ通路を開閉して当該ＥＧＲ通路から吸気通路へと流入するＥＧＲガスの流量を増減させるためのＥＧＲバルブであったり、ＥＧＲ通路上に配置しているＥＧＲクーラを迂回するバイパス通路を開閉して当該バイパス通路を流れるＥＧＲガスの流量を増減させるためのバイパスバルブであったりする。
【００１９】
例えば、バルブ６の要素である金属製の弁体６１の外表面を誘電体となる絶縁皮膜７１でコーティングし、さらにその上から金属皮膜７２でコーティングをする。さすれば、弁体６１の最外表面の金属皮膜７２と内部の金属本体６１とが誘電体７１を挟んで対向する構造となり、帯電手段となる静電容量７を構成することができる。そして、内部の金属本体６１を電極としてこれに電圧を印加すると、当該電極６１及び電極６１に対向する金属皮膜７２がそれぞれ帯電する。
【００２０】
なお、弁体６１の最外表面の金属皮膜７２と、弁座６２や配管１、２等との間は、絶縁材５を用いて電気的に絶縁しておく必要がある。その上で、バルブ６に設けた帯電手段７の電極６１に印加する電圧の正負と、バルブ６よりも下流側の配管２に設けた帯電手段４の電極４２に印加する電圧の正負とを逆にする。これにより、第一実施形態と同じく、バルブ６の弁体６１の金属皮膜７２の帯電の正負と、下流側の配管２の壁面の帯電の正負とが逆になる。図示例では、バルブ６の弁体６１の金属皮膜７２を負に帯電させる一方、下流側の配管２の壁面を正に帯電させている。
【００２１】
ＥＧＲ通路を上流側から下流側に向けて流れる排気ガスＧは、帯電しているバルブ６の弁体６１付近を通過するときに帯電する。その後、帯電した排気ガスＧは、逆の極性に帯電している下流側の配管２の壁面に向かって引き寄せられることとなる。しかして、下流側の配管２の壁面に引き寄せられた排気ガスＧが当該壁面に沿って流れる過程で放熱が起こり、排気ガスＧの温度が降下する。排気ガスＧの温度が降下すると、その排気ガスＧに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水となる。つまり、排気ガスＧから水分が分離して除去される。
【００２２】
特に、バルブ６は、排気ガスＧの流れる配管１、２の中心軸に重なるように配置されることが多い。このため、配管１、２の中心軸の付近を流れる排気ガスＧを効果的に帯電させることができ、そのガスに含まれる水分を確実に除去することが可能となる。
【００２３】
帯電手段４、７は、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも上流の部位に配設してもよいし、還流するＥＧＲガスが最もよく冷やされる部位、例えばＥＧＲ通路が吸気通路に合流する箇所の近傍に配設してもよい。帯電手段４、７を、ＥＧＲ通路の湾曲している部位に配設しても構わない。あるいは、帯電手段４、７を、内燃機関の気筒に連なりＥＧＲガスが混交した吸気が流通する吸気通路に配設したり、気筒から排出された排気ガスＧが流通する排気通路に配設したりすることも考えられる。
【００２４】
＜参考例＞図３に示す排気ガス冷却装置は、第一実施形態の排気ガス冷却装置のうち、下流側の配管２の壁面に設けている帯電手段４を省略したものである。
【００２５】
第一実施形態と同様に、排気ガスＧは、帯電手段３の存在により帯電している上流側の配管１の壁面付近を通過するときに帯電する。その後、帯電した排気ガスＧは、帯電手段３よりも下流に所在する、接地された金属製の配管２の壁面に向かって引き寄せられる。しかして、配管２の壁面に引き寄せられた排気ガスＧが当該壁面に沿って流れる過程で放熱が起こり、排気ガスＧの温度が降下する。排気ガスＧの温度が降下すると、その排気ガスＧに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水となる。つまり、排気ガスＧから水分が分離して除去される。
【００２６】
帯電手段３は、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも上流の部位に配設してもよいし、還流するＥＧＲガスが最もよく冷やされる部位、例えばＥＧＲ通路が吸気通路に合流する箇所の近傍に配設してもよい。帯電手段３を、ＥＧＲ通路の湾曲している部位に配設しても構わない。あるいは、帯電手段３を、内燃機関の気筒に連なりＥＧＲガスが混交した吸気が流通する吸気通路に配設したり、気筒から排出された排気ガスＧが流通する排気通路に配設したりすることも考えられる。
【００２７】
＜参考例＞図４に示す排気ガス冷却装置は、第二実施形態の排気ガス冷却装置のうち、下流側の配管２の壁面に設けている帯電手段４を省略したものである。
【００２８】
第二実施形態と同様に、排気ガスＧは、帯電手段７の存在により帯電しているバルブ６の弁体６１付近を通過するときに帯電する。その後、帯電した排気ガスＧは、帯電手段７よりも下流に所在する、接地された金属製の配管２の壁面に向かって引き寄せられる。しかして、配管２の壁面に引き寄せられた排気ガスＧが当該壁面に沿って流れる過程で放熱が起こり、排気ガスＧの温度が降下する。排気ガスＧの温度が降下すると、その排気ガスＧに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水となる。つまり、排気ガスＧから水分が分離して除去される。
【００２９】
帯電手段７は、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも上流の部位に配設してもよいし、還流するＥＧＲガスが最もよく冷やされる部位、例えばＥＧＲ通路が吸気通路に合流する箇所の近傍に配設してもよい。帯電手段７を、ＥＧＲ通路の湾曲している部位に配設しても構わない。あるいは、帯電手段７を、内燃機関の気筒に連なりＥＧＲガスが混交した吸気が流通する吸気通路に配設したり、気筒から排出された排気ガスＧが流通する排気通路に配設したりすることも考えられる。
【００３０】
＜参考例＞図５に示す排気ガス冷却装置は、第一及び第二実施形態の排気ガス冷却装置とは異なり、内燃機関において排気ガスＧが流通する流路２の壁面に電圧を印加する電圧印加手段８を設けてなるものである。
【００３１】
具体的には、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通させるＥＧＲ通路の一部をなす金属製の配管２に電極８１を接続し、電極８１に正電圧または負電圧を印加できるようにしている。なお、この配管２と内燃機関の他の部位との間には絶縁材５を介在させ、当該配管２を他の部位から電気的に絶縁して、当該配管２が接地しないようにする必要がある。
【００３２】
ＥＧＲ通路を上流側から下流側に向けて流れる排気ガスＧはイオンを含んでおり、電圧が印加されている配管２の部分に差し掛かったときに、その配管２の壁面に向かって引き寄せられる。しかして、配管２の壁面に引き寄せられた排気ガスＧが当該壁面に沿って流れる過程で放熱が起こり、排気ガスＧの温度が降下する。排気ガスＧの温度が降下すると、その排気ガスＧに含まれている水蒸気が凝縮して凝縮水となる。つまり、排気ガスＧから水分が分離して除去される。
【００３３】
電圧印加手段８は、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも上流の部位に配設してもよいし、還流するＥＧＲガスが最もよく冷やされる部位、例えばＥＧＲ通路が吸気通路に合流する箇所の近傍に配設してもよい。電圧印加手段８を、ＥＧＲ通路の湾曲している部位に配設しても構わない。あるいは、電圧印加手段８を、内燃機関の気筒に連なりＥＧＲガスが混交した吸気が流通する吸気通路に配設したり、気筒から排出された排気ガスＧが流通する排気通路に配設したりすることも考えられる。
【００３４】
上述した各実施形態によれば、流路２を流れる排気ガスＧと当該流路２の壁面との接触面積を増すことができる。結果、排気ガスＧが含んでいる水分の凝縮を促進して、気相と液相との分離を効率よく行うことが可能となる。
【００３５】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、例えば、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１、２…配管
３、４、７…帯電手段
８…電圧印加手段
Ｇ…排気ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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