(57)【要約】【課題】  ＥＧＲバルブを、高温及び腐食性の高い凝縮液や嵩密度が高く粘着質の煤等から保護し、各種部品の劣化等を抑制して、ＥＧＲバルブの高い気密性や円滑な作動性を長期に維持する。このように製品耐久性の長い高品質な製品を、廉価に形成する。【解決手段】  ＥＧＲ配管から導入したＥＧＲガスを冷却するプリＥＧＲガスクーラー１と、このプリＥＧＲガスクーラー１で冷却されたＥＧＲガスを導入し冷却目的温度まで冷却するアフターＥＧＲガスクーラー３とを直列に接続し、プリＥＧＲガスクーラー１とアフターＥＧＲガスクーラー３との間に、ＥＧＲガスの導入量を調節するためのＥＧＲバルブ６を設けて構成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ配管から導入したＥＧＲガスを冷却するプリＥＧＲガスクーラーと、このプリＥＧＲガスクーラーで冷却されたＥＧＲガスを導入して冷却するアフターＥＧＲガスクーラーとを直列に接続し、プリＥＧＲガスクーラーとアフターＥＧＲガスクーラーとの間に、ＥＧＲガスの導入量を調節するためのＥＧＲバルブを設けた事を特徴とするＥＧＲガス冷却機構。
【請求項２】
プリＥＧＲガスクーラーは、熱交換部内に高沸点熱媒体流体を循環させてＥＧＲガスを間接冷却する事を特徴とする請求項１のＥＧＲガス冷却機構。
【請求項３】
プリＥＧＲガスクーラーは、空冷若しくは液冷により高沸点熱媒体流体を間接冷却する冷媒液用クーラーを接続し、この冷媒液用クーラーからの高沸点熱媒体流体の導入路に、循環ポンプ及び／又は制御弁を設け、この循環ポンプの流量の増減及び／又は制御弁の開閉により、プリＥＧＲガスクーラーの熱交換部への高沸点熱媒体流体の供給量を制御するか又は供給を停止する事を特徴とする請求項２のＥＧＲガス冷却機構。
【請求項４】
プリＥＧＲガスクーラーは、１５０℃〜２００℃の温度にＥＧＲガスを冷却する事を特徴とする請求項１、２又は３のＥＧＲガス冷却機構。
【請求項５】
高沸点熱媒体流体は、沸点が１５０℃以上である事を特徴とする請求項２、３又は４のＥＧＲガス冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却媒体との熱交換によりＥＧＲガスを冷却するための、ＥＧＲガス冷却機構に係るもので、このＥＧＲガス冷却機構の耐久性を向上させるとともに、このＥＧＲガス冷却機構に設け、吸入空気へのＥＧＲガスの導入量を調節するためのＥＧＲバルブを高温等から保護し、その製品耐久性を向上させようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のエンジン等では、ＥＧＲバルブの制御により排気ガスの一部を排気ガス系から取り出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気や吸入空気に加えるＥＧＲシステムが、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンともに用いられていた。このＥＧＲシステムは、特にディーゼルエンジンの高ＥＧＲ率のクールドＥＧＲシステムでは、排気ガス中のNOxを低減し、燃費の悪化を防止するとともに、過剰な温度上昇によるＥＧＲバルブの機能低下や耐久性の低下を防止するため、高温化したＥＧＲガスを冷却水、冷却風、カーエアコン用冷媒、その他の冷媒液で冷却するＥＧＲガス冷却機構を設けている。
【０００３】
このようなＥＧＲガス冷却機構として、一台のＥＧＲガスクーラーを装置内に設置し、このＥＧＲガスクーラーの熱交換部内に、エギゾーストマニホールドからＥＧＲ配管を介して導入されるＥＧＲガスが内部を流通する細径の金属材製の伝熱管や金属材製の伝熱プレートを配設したものが存在する。そして、熱交換部内に前記適宜の冷媒液等を流動させ、伝熱管や伝熱プレートの伝熱面を介して冷媒液等とＥＧＲガスとの熱交換を行って、ＥＧＲガスを間接冷却していた。
【０００４】
そして、吸入空気へのＥＧＲガスの導入と導入停止を制御し、更にはその導入量を所望量に調整するため、特許文献１〜３に示す発明の如く、ＥＧＲガスクーラーの前方又は後方何れかの位置にＥＧＲバルブを設けたものが存在する。また、このＥＧＲバルブに係る発明として、特許文献４〜８の如く、ＥＧＲガス流通路を開閉自在に配置した弁体に、バルブシャフトの一端を接続し、このバルブシャフトの他端に接続したアクチュエータにより、バルブシャフトを進退させて、弁体によるＥＧＲガス流通路の開閉を制御するものが存在する。そして、弁体の作動を行うアクチュエータは、特許文献４、５又は７の如く、エアシリンダーを使用したものや、特許文献６の如く、ソレノイドを内蔵した電磁弁を使用したものや、特許文献８の如く、ダイアフラムを使用したもの等が存在する。
【０００５】
また、ＥＧＲバルブの他の異なる従来技術として、多量のＥＧＲガスをＥＧＲガスクーラーに導入可能とするため、ＥＧＲガスの流通路を２つ設け、各々の流通口の弁座を密閉可能な弁体を、一本のバルブシャフトに一定間隔で上下に一対設けた２ポートタイプのものが存在する。そして、アクチュエータを作動してバルブシャフトを上下動させる事により、一対の弁体を対応する一対の弁座から離座させて２つの流通口を同時に開弁して、ＥＧＲガスをＥＧＲガスクーラーに導入可能とし、閉弁時は、一対の弁体を各々弁座に着座させて２つの流通口を同時に閉弁するものである。
【特許文献１】特開平９−３２４７０７号
【特許文献２】特開２０００−７４５９２号
【特許文献３】特開２００３−１８４６５９号
【特許文献４】特開平１１−１４１４１１号
【特許文献５】特開２０００−２８２９６４号
【特許文献６】特開平７−３０１１５５号
【特許文献７】特開２００１−９０６１７号
【特許文献８】特開平１０−１５９６６３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来技術の如く一台のＥＧＲガスクーラーを使用したものでは、この一台のＥＧＲガスクーラーのみで高温のＥＧＲガスを冷却目的温度まで一気に冷却するため、ＥＧＲガスと冷媒液との接触頻度を多くしたり、低温の冷媒液を使用する必要があった。そのため、ＥＧＲガスクーラーが大型化し、熱歪が大きくなるとともに、ＥＧＲガスと冷媒液との温度差も過大なものとなる可能性があった。これらが原因で熱応力が大きくなり、ＥＧＲガスクーラーの耐久性を高めるための配慮が必要となっていた。
【０００７】
更に、低温の冷媒液の使用により、伝熱面の表面温度が部分的に低くなり、ＥＧＲガス中の水蒸気や未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等が凝縮して液体化し、伝熱面に析出し易いものとなる。この凝縮液による金属腐食を防止するため、伝熱管や伝熱プレート、ろう付け用材料を高耐食性材料で形成する必要が生じ、コスト高となる。また、上記伝熱面に、ＥＧＲガス中の煤が凝縮液の析出と同時に堆積する事で、粒子の嵩密度が高く粘着質の湿った煤層が伝熱面に堆積し、この煤層が断熱作用を生じて伝熱面の伝熱特性を低下させ、熱交換効率を損なう可能性もあった。
【０００８】
また、上記特許文献１、２の如く、ＥＧＲバルブをＥＧＲガスクーラーの前方に設けた場合、高温のＥＧＲガスがＥＧＲバルブ内を通過し、この高温ＥＧＲガスが、アクチュエータとＥＧＲガス流通路間に挿通させたバルブシャフトに沿ってアクチュエータ側に漏れる場合があった。この高温ＥＧＲガスによりアクチュエータの劣化を生じて、ＥＧＲバルブの製品寿命が短くなる事があった。また、このＥＧＲガスの漏れを防止するために、アクチュエータとＥＧＲガス流通路間に、耐熱性が高く高価なシール部材を使用する必要等があり、製品コストを増大させるものとなっていた。
【０００９】
また、この高熱による不具合を防止するため、前記特許文献４、５、７では、アクチュエータのシリンダ外周に冷却水を循環させてアクチュエータを冷却する事により、ＥＧＲガスの熱からシール部材等を保護し、製品の耐久性を高めようとしている。また、特許文献８では、吸気の一部をＥＧＲバルブに導入する事で、空冷によりＥＧＲバルブを冷却している。しかし、このような冷却手段を設ける事により、ＥＧＲバルブの大型化や重量増加、複雑化等を招き、製造コストが高価となるとともに収納スペースを取る事があった。また、特許文献８の如く吸気を取り込んだ空冷タイプのものでは、ＥＧＲバルブの十分な冷却を行うためには、冷却手段を大きくして吸気を多く導入する必要があり、この場合もＥＧＲバルブの大型化や重量増加、複雑化等を招き、高価で収納スペースを取るものとなる可能性があった。
【００１０】
また、ＥＧＲガス流通路に、弁座と弁体とを一対設けた２ポートタイプのＥＧＲバルブをＥＧＲガスクーラーの前方に配置した場合では、高温のＥＧＲガスからの伝熱により、一対の弁体間のバルブシャフトや、一対の弁座を設けた本体が熱膨張した際に、材質の相違から来るこれらの熱膨張率の相違により、一対の弁座間の距離とこれに着座させる一対の弁体間の距離とにズレを生じる場合があった。そのため、ＥＧＲバルブの閉鎖時に、何れか一方又は双方の弁体が弁座に気密的に着座できなくなる場合があり、ＥＧＲバルブの密閉性が低下する可能性があった。これを防止するためには、一対の弁座と一対の弁体との熱膨張後の距離を鑑みて調整する必要があり、厳密性が要求されるとともに構造及び製造工程が複雑化してコスト高となる虞があった。
【００１１】
逆に、特許文献２、３に示す如く、ＥＧＲガスクーラーの後方、即ちＥＧＲガスの導出口よりも下流側にＥＧＲバルブを設けた場合は、ＥＧＲガスクーラーにより冷却されたＥＧＲガスがＥＧＲバルブを通過するので、前述の如き高温によるシール部材の劣化や気密性の低下等を生じる事はない。しかしながら、この低温化したＥＧＲガス中には、前述の如く、腐食性の高い凝縮液や粒子の嵩密度が高く粘着質の煤等が含有されている場合があり、これらを含有したＥＧＲガスがアクチュエータ側に漏れ、部品の腐食や煤の堆積等が進行して固着した場合、アクチュエータの円滑な作動ができなくなる虞がある。特に、特許文献６の如き電磁弁は、腐食性の強い凝縮液や煤等に対する耐久性が低いため、電磁弁の劣化を防ぐためには、気密性が高く且つ耐腐食性の高い高価なシール部材等を使用する必要があった。
【００１２】
本発明は上述の如き課題を解決しようとするものであって、ＥＧＲガス中の水蒸気、硫酸水、炭化水素等による凝縮液の析出や、嵩密度が高く粘着質の湿った煤の発生を抑えて、ＥＧＲガス冷却機構、特にＥＧＲバルブの耐久性を向上させようとするものであり、合わせてＥＧＲガスクーラーでの熱歪や温度差による熱応力を小さくするものである。そして、このＥＧＲガス冷却機構へのＥＧＲガスの導入を制御するＥＧＲバルブを、高温に晒す事なく、且つ腐食性の高い凝縮液や嵩密度が高く粘着質の煤等への接触も少ない位置に配設する事により、各種部品の劣化等を抑制して、ＥＧＲバルブの高い気密性や円滑な作動性を長期に維持し、製品寿命の長い高品質な製品を得る事を目的とするものである。そして、高い耐食性材料や耐熱性材料等を使用する必要がなく、また熱膨張率等を考慮した高精度な部品間の調整を行う事なく形成し、ＥＧＲバルブの製品コストや維持コストを低減しようとするものである。また、高温のＥＧＲガスからの回避により、ＥＧＲバルブの冷却手段を廃止して、ＥＧＲバルブの大型化や重量増加、構造の複雑化等を防止し、低コストで収納効率の良いＥＧＲバルブを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上述の如き課題を解決するため、ＥＧＲ配管から導入したＥＧＲガスを冷却するプリＥＧＲガスクーラーと、このプリＥＧＲガスクーラーで冷却されたＥＧＲガスを導入して冷却するアフターＥＧＲガスクーラーとを直列に接続し、プリＥＧＲガスクーラーとアフターＥＧＲガスクーラーとの間に、ＥＧＲガスの導入量を調節するためのＥＧＲバルブを設けて成るものである。
【００１４】
また、プリＥＧＲガスクーラーは、熱交換部内に高沸点熱媒体流体を循環させてＥＧＲガスを間接冷却しても良い。
【００１５】
また、プリＥＧＲガスクーラーは、空冷若しくは液冷により高沸点熱媒体流体を間接冷却する冷媒液用クーラーを接続し、この冷媒液用クーラーからの高沸点熱媒体流体の導入路に、循環ポンプ及び／又は制御弁を設け、この循環ポンプの流量の増減及び／又は制御弁の開閉により、プリＥＧＲガスクーラーの熱交換部への高沸点熱媒体流体の供給量を制御するか又は供給を停止しても良い。
【００１６】
また、プリＥＧＲガスクーラーは、１５０℃〜２００℃の温度にＥＧＲガスを冷却するものであっても良い。
【００１７】
また、高沸点熱媒体流体は、沸点が１５０℃以上であっても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は上述の如く構成したものであり、ＥＧＲバルブの開放によりエギゾーストマニホールドからＥＧＲ配管を介して高温で導入されるＥＧＲガスを、従来の如く一つの熱交換部で一気に冷却目的温度まで冷却するのではなく、プリＥＧＲガスクーラーの熱交換部で凝縮液の析出や嵩密度が高く粘着質の煤の堆積等が発生しない程度の温度まで冷却し、このある程度冷却された中温ＥＧＲガスを、ＥＧＲバルブを介して流量を調整するとともにアフターＥＧＲガスクーラーの熱交換部に導入し、冷却目的温度まで冷却し、この低温ＥＧＲガスをインテークマニホールド側に戻している。
【００１９】
従って、プリＥＧＲガスクーラーとアフターＥＧＲガスクーラーとの間に配設したＥＧＲバルブには、プリＥＧＲガスクーラーで一定温度まで冷却されているが腐食性の高い凝縮液の析出や嵩密度が高く粘着質の煤の堆積等を生じる事のない中温ＥＧＲガスが導入されるので、熱膨張や腐食等によるシール性の低下や部品の劣化等が生じにくいものとなる。その結果、高い気密性や円滑な作動性を長期に維持する事が可能な、製品寿命の長い耐久性に優れるＥＧＲバルブを得る事ができる。
【００２０】
また、耐熱性や耐食性の高い高価なシール部材等を使用したり、弁体間のバルブシャフトや弁座を設けた本体との材質の相違から来る熱膨張率の相違等を考慮した厳密な調整を必要とする事がない。更に、空冷や液冷等のＥＧＲバルブの冷却手段を設ける必要もなく、ＥＧＲバルブの小型化や軽量化、単純化等が可能となり、製造コストを低減して廉価であるとともに車体等への収納効率の良いＥＧＲバルブを得る事が可能となるし、使用時の維持費等も低減可能な製品を得る事ができる。
【００２１】
また、上述の如く２台のＥＧＲガスクーラーで、ＥＧＲガスを段階的に冷却する事により、従来に比べて一つの熱交換部での熱交換量が少なくなり、各ＥＧＲガスクーラーを小型化する事ができるので、熱歪が小さくなって、熱応力を小さくする事ができる。また、各熱交換部でのＥＧＲガスと冷媒液との温度差が小さくなるので、この事からも熱応力が小さくなり、各ＥＧＲガスクーラーの耐久性を向上させる事ができる。また、車体設置時の際に一台の大型のものを設置する場合に比べ、二台の小型のＥＧＲガスクーラーを連結して設置する方が、レイアウトの自由度も高まるものとなる。
【００２２】
更に、プリＥＧＲガスクーラーでは、低温ＥＧＲガスが導入される事が無いから、ＥＧＲガスの露点以上の温度に常に保つ事ができ、伝熱面にＥＧＲガス中の蒸気や未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等の凝縮液が伝熱面に析出するのを防ぐ事ができる。そのため、伝熱管や伝熱プレート、ろう材等に高価な高耐食性材を使用する必要が無く、製造コストを下げる事ができる。また、煤の堆積も生じにくく、伝熱面の伝熱特性を損なう事がないので、ＥＧＲガスと冷媒液との効率的な熱交換が可能となる。また、アフターＥＧＲガスクーラーでは、プリＥＧＲガスクーラーで一定温度まで冷却された中温ＥＧＲガスのみが導入されるので、厳密な耐熱対策を必要とせず廉価に形成可能であるし、ＥＧＲガスと冷媒液との温度差を小さくし、伝熱管や伝熱プレートを耐熱樹脂材製として、伝熱面に煤が付着しにくくするとともに剥離し易くして、煤の堆積を抑える事ができ、アフターＥＧＲガスクーラーの耐久性と熱交換効率を高める事ができる。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明のＥＧＲガス冷却機構を自動車に使用した実施例１を図１に於て説明すれば、(１)は高温ＥＧＲガスを導入して第１段階の冷却を行うためのプリＥＧＲガスクーラーで、エギゾーストマニホールド側のＥＧＲ配管への連結口(図示せず)を設けた供給管(２)を一端に接続している。このプリＥＧＲガスクーラー(１)の他端に、プリＥＧＲガスクーラー(１)で冷却した中温ＥＧＲガスを導入して冷却目的温度まで冷却を行うためのアフターＥＧＲガスクーラー(３)を、第２供給管(４)を介して直列に接続している。このアフターＥＧＲガスクーラー(３)は、他端にインテークマニホールドに連通する排出管(５)を接続し、冷却目的温度に冷却した低温ＥＧＲガスをインテークマニホールド側に供給する事を可能としている。
【００２４】
そして、プリＥＧＲガスクーラー(１)とアフターＥＧＲガスクーラー(３)との間の第２供給管(４)に、ＥＧＲバルブ(６)を設ける事により、吸入空気へのＥＧＲガスの導入量を調節するとともに、ＥＧＲガス冷却機構へのＥＧＲガスの導入量を調節しながらの導入や、その導入の停止を可能としている。このＥＧＲバルブ(６)は、図示はしないが、内部にＥＧＲガス流通路を設け、このＥＧＲガス流通路とアクチュエータとに、気密的にバルブシャフトを挿通し、このバルブシャフトの一端に設けた弁体を、ＥＧＲガス流通路内の弁座に臨ませて配置し、アクチュエータの作動により弁体を弁座に着座又は離座せしめる事等により、ＥＧＲバルブ(６)の閉鎖と開放を制御している。また、バルブシャフトを介して弁体の作動を制御するアクチュエータは、特許文献４、５、７の如く、エアシリンダによるものであっても良いし、特許文献６の如く、電磁弁によるものであっても良いし、特許文献８の如く、ダイアフラムを用いたものであっても良いし、他の異なる手段であっても良く、作動の手段は問わないものである。
【００２５】
一方、上記プリＥＧＲガスクーラー(１)は、図１に示す如く、円筒状の胴管(７)の両端にＥＧＲガスの導入口(８)と導出口(10)を各々設けたボンネット(11)を接続し、導入口(８)を供給管(２)に接続し、導出口(10)を第２供給管(４)に接続している。また、胴管(７)内に設けた熱交換部(12)に、耐熱金属管、ステンレス鋼管等を用いた伝熱管(13)を複数本配置している。そして、供給管(２)から導入口(８)を介して導入される高温ＥＧＲガスが、伝熱管(13)内を流動した後、導出口(10)を介して第２供給管(４)側に流出するものである。また、胴管(７)内には、熱交換部(12)内に冷媒液を供給・循環させるための冷媒導入路(14)と冷媒導出路(15)とを設け、熱交換部(12)内に於いて伝熱管(13)の外周を冷媒液が流動可能とし、伝熱管(13)の内外表面の金属材製伝熱面(16)を介して高温ＥＧＲガスと冷媒液との熱交換を可能としている。また、熱交換部(12)内に流動させる冷媒液は、高温のＥＧＲガスにより沸騰等の不具合を生じないように、高沸点熱媒体流体を使用する事が好ましい。
【００２６】
同様に、アフターＥＧＲガスクーラー(３)は、円筒状の胴管(17)の両端にＥＧＲガスの導入口(18)と導出口(20)を各々設けたボンネット(21)を接続し、導入口(18)を第２供給管(４)に接続し、導出口(20)を排出管(５)に接続している。そして、胴管(17)内の熱交換部(22)に、複数本の伝熱管(23)を配設し、導入口(18)を介して第２供給管(４)から導入される中温ＥＧＲガスを伝熱管(23)内に導入可能としている。
【００２７】
そして、熱交換部(22)には、冷媒導入路(24)と冷媒導出路(25)を接続して冷媒液の流動を可能とし、前記伝熱管(23)の金属材製或いは樹脂材製の伝熱面(26)を介して、中温ＥＧＲガスと冷媒液との熱交換を行っている。また、アフターＥＧＲガスクーラー(３)にはある程度冷却された中温ＥＧＲガスのみが導入されるので、冷却水等の廉価な低沸点熱媒体流体を使用しても、沸騰等の不具合も生じにくく、廉価な実施が可能となる。そして、この低沸点熱媒体流体により、該樹脂製の伝熱面(26)を介してＥＧＲガスを効率的に間接冷却する事ができる。この冷却後の低温ＥＧＲガスは、導出口(20)から排出管(５)に排出され、この排出管(５)を介してインテークマニホールド側に戻されるものとなる。
【００２８】
また、アフターＥＧＲガスクーラー(３)の伝熱管(23)は、耐熱金属管、ステンレス鋼管等で形成しても良いが、アフターＥＧＲガスクーラー(３)にはプリＥＧＲガスクーラー(１)によって、ある程度冷却された中温ＥＧＲガスが導入されるので、金属材の如き高い耐熱性は必要とせず、例えば下記表１に示す如き耐熱性を有する樹脂材で形成した伝熱管(23)を用いても良く、金属材製品に比べて、廉価な製造が可能となる。また、あまり耐熱性を必要としなければ、更に多くの種類の樹脂材を使用する事ができる。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上述の如き実施例１のＥＧＲガス冷却機構にて熱交換を行う方法を説明する。まず、プリＥＧＲガスクーラー(１)とアフターＥＧＲガスクーラー(３)との間のＥＧＲバルブ(６)を開弁する。この開弁量は、ＥＧＲガスの流量や温度、エンジンの運転状況等に応じて適宜に調整し、ＥＧＲガス冷却機構への所望の導入量でのＥＧＲガスの導入を行うものである。このＥＧＲバルブ(６)の開弁により、エギゾーストマニホールド側のＥＧＲ配管から連結口を介して供給管(２)内に、ＥＧＲガスが導入される。そして、この供給管(２)に接続した導入口(８)を介して、プリＥＧＲガスクーラー(１)内の複数の伝熱管(13)に高温ＥＧＲガスが導入される。そして、高温ＥＧＲガスが伝熱管(13)内を流動する際に、伝熱管(13)の金属材製の伝熱面(16)を介して、該高温ＥＧＲガスと熱交換部(12)を流動する冷媒液との熱交換が効率的に行われる。この熱交換により、高温ＥＧＲガスは、導入温度よりは低いが最終冷却目的温度よりは高い中間の温度まで間接冷却される。
【００３１】
このように、プリＥＧＲガスクーラー(１)には、高温ＥＧＲガスが導入されるので、金属材製の伝熱面(16)が、ある程度の高温に保たれるとともに、ＥＧＲガスと高沸点熱媒体流体との温度差が小さくなって熱応力が小さくなり、ＥＧＲガス中の水蒸気、未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等の凝縮液の析出を防ぐ事ができ、結果的に煤の堆積も生じにくく、また剥離もし易いものとなる。そのため、伝熱面(16)への煤の堆積も防ぎ、高い伝熱特性を維持して効率的な熱交換が可能となる。そして、このプリＥＧＲガスクーラー(１)で冷却された中温ＥＧＲガスが導出口(20)を介して第２供給管(４)内に排出される。
【００３２】
この中温ＥＧＲガスがＥＧＲバルブ(６)内を通過するが、前述の如く、プリＥＧＲガスクーラー(１)である程度冷却されており、且つ腐食性の高い凝縮液の析出や粒子の嵩密度が高く粘着質の煤等の堆積がないので、ＥＧＲバルブ(６)のアクチュエータが高温とはならず、また部品の腐食も防止する事ができる。また、ＥＧＲガス中に煤が混入されていても、粒子の嵩密度が低く乾燥した煤であるので、ＥＧＲバルブ(６)内に付着しにくく、固着等の不具合を防止する事も可能となる。
【００３３】
次に、ＥＧＲバルブ(６)を通過した中温ＥＧＲガスは、第２供給管(４)に接続した導入口(18)を介してアフターＥＧＲガスクーラー(３)に導入され、その熱交換部(22)に配設された複数の伝熱管(23)内を流動する。この流動の際に、金属材製又は樹脂材製の伝熱面(26)を介して、該中温ＥＧＲガスと低沸点熱媒体流体との間で熱交換が行われ、冷却目的温度まで冷却された低温ＥＧＲガスが導出口(20)から排出管(５)に排出された後、インテークマニホールド側に戻されるものとなる。
【００３４】
このように、プリＥＧＲガスクーラー(１)とアフターＥＧＲガスクーラー(３)との間に配設する事により、ＥＧＲバルブ(６)を高温や腐食性の高い凝縮液の析出及び嵩密度が高く粘着質な煤の堆積等から保護する事ができ、エアシリンダ、電磁弁、ダイアフラム等から成るアクチュエータ、その他の部品の劣化を防止し、ＥＧＲバルブ(６)の耐久性を高めて、製品の信頼性を向上させる事ができる。また、耐熱性や耐食性の高い高価なシール部材や耐食性金属材等を使用する必要がないし、冷却機構等を設ける必要がなく、構造が単純であるとともにコンパクトで廉価なＥＧＲバルブ(６)を得る事ができる。特に、バルブシャフトに設けた一対の弁体にて、ＥＧＲガス流通路に設けた一対の弁座を開閉する２ポートタイプのＥＧＲバルブ(６)では、材質の相違から来る部品相互の熱膨張率の相違等を考慮した厳密な部品調整等を行う必要がなくなり、製造技術や部品コストを低減して、廉価なＥＧＲバルブ(６)を得る事ができるとともに、高い気密性や円滑な作動性を長期に維持する事ができる。
【００３５】
また、従来の如く一つの熱交換部で高温で導入されるＥＧＲガスを冷却目的温度まで冷却した場合の熱交換量に比べ、本発明ではプリＥＧＲガスクーラー(１)及びアフターＥＧＲガスクーラー(３)で段階的に熱交換を行っているので、各熱交換部(12)(22)での熱交換量が少なくて済むから、各装置を小型化する事が可能となる。従って、プリＥＧＲガスクーラー(１)及びアフターＥＧＲガスクーラー(３)の各々での熱歪が小さくなる事から熱応力も小さくなり、ＥＧＲバルブ(６)だけでなく、ＥＧＲガス冷却機構の耐久性が向上するとともに、小型化により車体への設置時のレイアウトの自由度も増すものとなる。
【００３６】
また、プリＥＧＲガスクーラー(１)では、金属材製の伝熱面(16)の腐食の心配がないので、プリＥＧＲクーラー(１)の伝熱管、伝熱プレート、ろう材等に高価な高耐食性材を使用する必要がない。また、アフターＥＧＲガスクーラー(３)に於いても、ＥＧＲガスと低沸点熱媒体流体との温度差が小さくなり、熱応力を小さくする事ができるとともに、腐食性の高い凝縮液の析出や粘着質の煤の堆積も防止して、金属材製の伝熱面(26)では腐食や熱伝導性の低下を防止する事ができる。更に、樹脂材製の伝熱面(26)の場合は、中温ＥＧＲガスの導入により、樹脂材の劣化を防止する事が可能となるし、例え、中温ＥＧＲガスと低沸点熱媒体流体との温度差が大きくて凝縮液が発生しても、この凝縮液に対する耐食性に於いても、樹脂材製の伝熱面(26)では優れているし、煤が付着しても剥離し易いものである。従って、プリＥＧＲガスクーラー(１)及びアフターＥＧＲガスクーラー(３)の耐久性が各々向上するとともに、良好な熱交換性能を維持して効率的な熱交換が可能となる。
【００３７】
尚、アフターＥＧＲガスクーラー(３)で伝熱管(23)を樹脂材製とする場合、黒色の樹脂材で形成する事により、伝熱面(26)の熱伝導性が高まり、ＥＧＲガスの冷却効果を向上させる事ができる。また、伝熱管(23)の樹脂材に熱伝導性の高い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子及び／又は繊維を含有したり、樹脂材の表面に前記金属材の粉末等を混合した塗料を塗布したり、金属材をめっき或いは蒸着等させても、伝熱面(26)に於ける熱交換効率を向上させる事ができる。更には、黒色の樹脂材に前記金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子や繊維を含有させても良く、より効果的な熱交換性能の向上が可能となる。また、樹脂材の優れた加工性により、伝熱面(26)の設計の自由度が高く、伝熱面(26)に凹凸やうねり、蛇行面、溝、突条、ピン等を設ける事ができ、伝熱面(26)の表面積を大きくして、優れた伝熱特性を得る事も可能となる。
【００３８】
また、上記樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させる事により、樹脂材の熱伝導性を更に向上させて、伝熱管(23)の熱交換性能を更に向上させる事が可能となる。また、この場合、カーボンナノファイバーを樹脂材に含有量を５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させる事で、伝熱管(23)の最良の熱伝導性を得る事が可能となる。尚、カーボンナノファイバーの含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しく、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価で、伝熱効果に大きな差を生じない。
【００３９】
尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン繊維を含んだ総称を示すものである。また、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他を混在させて樹脂材に含有させても良いし、単体で含有させても良い。また、カーボンナノチューブを樹脂材に含有させる場合は、カーボンナノチューブが単層であっても良いし、複層であっても良い。更に、このカーボンナノチューブの各層のアスペクト比は問わないものである。また、カーボンナノチューブの太さ、長さ等も問わないものである。
【実施例２】
【００４０】
図２に示す実施例２では、上記実施例１と同様に、プリＥＧＲガスクーラー(１)とアフターＥＧＲガスクーラー(３)とを直列に接続し、これらを連結する第２供給管(４)に、ＥＧＲバルブ(６)を設けて、ＥＧＲガス冷却機構へのＥＧＲガスの導入量を調整可能としている。更に、実施例２ではプリＥＧＲガスクーラー(１)とＥＧＲバルブ(６)との間に、温度センサ(27)を設けている。そして、前記温度センサ(27)にて、プリＥＧＲガスクーラー(１)で冷却された中温ＥＧＲガスの温度を測定し、この温度が１５０℃〜２００℃に維持されるようシステム側で監視している。
【００４１】
また、プリＥＧＲガスクーラー(１)では、１５０℃以上の高温のＥＧＲガスが導入されるため、熱交換部(12)内にて冷媒液が沸騰しないように、沸点が１５０℃以上のフッ素系不活性溶剤等、高沸点熱媒体流体を使用し、更にこの高沸点熱媒体流体の供給と再使用を行うための冷媒液用クーラー(28)を、プリＥＧＲガスクーラー(１)に接続している。該冷媒液用クーラー(28)は、電動モータ等により駆動される循環ポンプ(30)により、冷媒導入路(14)を介してプリＥＧＲガスクーラー(１)の熱交換部(12)に高沸点熱媒体流体を供給している。そして、高温ＥＧＲガスの冷却により温度上昇した高沸点熱媒体流体は、冷媒導出路(15)を介して冷媒液用クーラー(28)に回収され、ここで冷却された後、再びプリＥＧＲガスクーラー(１)に供給されるものである。この冷媒液用クーラー(28)は、ラジエターを用いた空冷方式としても良いし、冷却水等の低沸点冷媒液による液冷方式としても良い。
【００４２】
そして、システム側では、上記温度センサ(27)にて測定したプリＥＧＲガスクーラー(１)からの中温ＥＧＲガスの温度が１５０℃〜２００℃に維持されるよう監視しているが、もし１５０℃を下回る温度まで中温ＥＧＲガスが冷却されていた場合、プリＥＧＲガスクーラー(１)側で、伝熱面(16)の表面温度が部分的に低温下して、熱応力が大きくなったり、該伝熱面(16)に凝縮液が析出すると同時に煤が堆積する事で、嵩密度が高く粘着質の煤層が堆積したりする可能性がある。従って、この凝縮液や粘着質の煤が第２供給管(４)を介してＥＧＲバルブ(６)に流入し、部品の腐食や目詰まり等の不具合を生じる虞がある。
【００４３】
この不具合を回避するため、システム側では、中温ＥＧＲガスの温度が１５０℃を下回りそうな場合には、冷媒液用クーラー(28)での高沸点熱媒体流体の冷却を、循環ポンプ(30)や制御弁(31)を作動して流量調整等により抑制する。これにより、伝熱面(16)の表面温度は、ＥＧＲガスの露点よりも高い１５０℃以上に常に維持されるものとなり、ＥＧＲガス中の水蒸気や未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等が凝縮液となって伝熱面(16)に付着するのを防ぐとともに、粘着質な煤の堆積も防止し、ＥＧＲバルブ(６)内部への凝縮液や煤の進入も防ぐ事ができる。
【００４４】
一方、高温のＥＧＲガスが多く導入される等してプリＥＧＲガスクーラー(１)での熱交換効量が不足して、温度センサ(27)での測定温度が２００℃よりも高くなった場合、ＥＧＲバルブ(６)が高温に晒され、熱膨張等による気密性の低下や部品の劣化等を生じる虞がある。そのため、本実施例では、中温ＥＧＲガスの温度が２００℃以上となりそうな場合には、冷媒液用クーラー(28)の循環ポンプ(30)や制御弁(31)の作動により流量を増大させて、高沸点熱媒体流体の冷却及び供給を促進し、プリＥＧＲガスクーラー(１)でのＥＧＲガスの冷却を促進する。従って、ＥＧＲバルブ(６)には過度に温度の高いＥＧＲガスが導入される事はなく、高温によるＥＧＲバルブ(６)の不具合を解消する事ができる。
【００４５】
そして、ＥＧＲバルブ(６)を通過した中温ＥＧＲガスは、アフターＥＧＲガスクーラー(３)に導入され、その熱交換部(22)に配設した伝熱管(23)内を流動する。この流動の際に、伝熱面(26)を介して、該中温ＥＧＲガスと低沸点熱媒体流体との間で熱交換が行われ、冷却目的温度まで冷却された低温ＥＧＲガスが排出管(５)を介してインテークマニホールド側に戻されるものとなる。
【００４６】
上述の如く、温度センサ(27)と冷媒液用クーラー(28)を設ける事により、ＥＧＲガス冷却機構に導入されるＥＧＲガスの温度や導入量に応じて、プリＥＧＲガスクーラー(１)での交換熱量を調整し、ＥＧＲガスのより効率的な冷却を可能とする事ができる。そして、ＥＧＲバルブ(６)には、腐食性の高い凝縮液や嵩密度が高く粘着質の煤等が生じる事のない程度の温度を維持し、且つＥＧＲバルブ(６)の各部品の熱膨張や腐食等によるシール性の低下や部品の劣化等を生じる事のない温度でＥＧＲガスを導入する事ができ、耐久性に優れバルブとしての良好な機能を長期に維持する事が可能な、製品寿命の長い耐久性に優れる製品を得る事ができる。
【００４７】
また、上記実施例１、２では、伝熱管(13)(23)を用いたＥＧＲガス冷却機構で本発明を実施しているが、伝熱プレートを用いた製品で実施する事も可能である。また、実施例２では、ＥＧＲバルブ(６)及びアフターＥＧＲガスクーラー(３)に導入される中温ＥＧＲガスの温度が１５０〜２００℃に保たれるようにしている。しかし、ＥＧＲバルブ(６)及びアフターＥＧＲガスクーラー(３)の耐熱温度等に対応して、導入される導入温度を２００℃以外の温度に設定しても良い。そして、これらの耐熱温度が高温であれば、上限温度を２００℃よりも高く設定しても良いし、耐熱温度が比較的低温であれば、上限温度を２００℃よりも低く設定する事も可能である。また、プリＥＧＲガスクーラー(１)での凝縮液の析出や粘着質な煤の堆積を防止するため、下限温度は１５０℃とするのが好ましいが、凝縮液の析出や粘着質な煤の堆積が少ないエンジンや燃料であれば、下限温度を１５０℃よりも低く設定しても良い。また、ＥＧＲバルブ(６)やアフターＥＧＲガスクーラー(３)の耐熱性が比較的高い場合は、下限温度を１５０℃よりも高く設定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１のＥＧＲガス冷却機構を示す概念図。
【図２】本発明の実施例２のＥＧＲガス冷却機構を示す概念図。
【符号の説明】
【００４９】
１  プリＥＧＲガスクーラー
３  アフターＥＧＲガスクーラー
６  ＥＧＲバルブ
２８  冷媒液用クーラー
３０  循環ポンプ
３１  制御弁
【図１】
2005220747.tif 000004
【図２】
2005220747.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月7日(2005.2.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
このように、プリＥＧＲガスクーラー(１)には、高温ＥＧＲガスが導入されるので、金属材製の伝熱面(16)が、ある程度の高温に保たれるとともに、ＥＧＲガスと高沸点熱媒体流体との温度差が小さくなって熱応力が小さくなり、ＥＧＲガス中の水蒸気、未燃焼ガス、硫酸水、炭化水素等の凝縮液の析出を防ぐ事ができ、結果的に煤の堆積も生じにくく、また剥離もし易いものとなる。そのため、伝熱面(16)への煤の堆積も防ぎ、高い伝熱特性を維持して効率的な熱交換が可能となる。そして、このプリＥＧＲガスクーラー(１)で冷却された中温ＥＧＲガスが導出口(10)を介して第２供給管(４)内に排出される。