(57)【要約】【課題】ＥＧＲガスによる腐食を防止できるＬＮＧエンジンの排気再循環装置を提供する。【解決手段】ＬＮＧを気化させた燃料を吸入空気と共に燃焼するＬＮＧエンジン１０と、ＬＮＧエンジン１０の気筒１１ｃから排気された排ガスを吸気側に戻すＥＧＲ回路３４とを備えたＬＮＧエンジンの排気再循環装置において、ＥＧＲ回路３４に、ＬＮＧの冷熱で排ガス中の水分を凝縮除去する除湿器４２を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＮＧを気化器で気化させた燃料を吸入空気と共に燃焼するＬＮＧエンジンと、ＬＮＧエンジンの気筒から排気された排ガスを吸気側に戻すＥＧＲ回路とを備えたＬＮＧエンジンの排気再循環装置において、前記ＥＧＲ回路に、前記ＬＮＧの冷熱で排ガス中の水分を凝縮除去する除湿器を備えたことを特徴とするＬＮＧエンジンの排気再循環装置。
【請求項２】
ＬＮＧエンジンの吸気管と排気管とに過給機が接続され、前記ＥＧＲ回路が、前記過給機のタービンの上流側の排気管と過給機のコンプレッサの吸込側の吸気管とを接続するように設けられ、前記ＥＧＲ回路にＥＧＲクーラが接続されると共にＥＧＲクーラが前記除湿器を備える請求項１に記載のＬＮＧエンジンの排気再循環装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲクーラの上流側のＥＧＲ回路には、排ガス中の未燃のメタン、ＣＯを酸化し不活性ガス化する酸化触媒が接続され、前記ＥＧＲクーラの下流側のＥＧＲ回路には、低圧ＥＧＲバルブが接続される請求項２記載のＬＮＧエンジンの排気再循環装置。
【請求項４】
前記気化器にはＬＮＧからの冷熱を冷媒で回収するＬＮＧ熱交換器が設けられ、前記除湿器と前記ＬＮＧ熱交換器が冷媒循環回路で接続される請求項２又は３に記載のＬＮＧエンジンの排気再循環装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲクーラは、エンジン冷却水で、気筒からのＥＧＲガスを冷却する冷却用ＥＧＲクーラと、その冷却用ＥＧＲクーラの下流に接続されると共に前記冷媒循環回路に接続されてＥＧＲガス中の水分を凝縮させる結露用ＥＧＲクーラと凝縮した凝縮水を回収する凝縮水分離器とからなる除湿器と、除湿器の下流に接続され、冷却用ＥＧＲクーラからの冷却水で、ＥＧＲガスを再熱する解凍用ＥＧＲクーラとからなる請求項４に記載のＬＮＧエンジンの排気再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＮＧを燃料とするＬＮＧエンジンに係り、特に、ＥＧＲによって排気を冷却して吸気側に還流したときに機器の腐食を防止するためのＬＮＧエンジンの排気再循環装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＮＧ（液化天然ガス）を燃料とする大型車については、シェールガス供給拡大に伴う燃料の低価格化により今後のニーズが高まるとともに、海外におけるＬＮＧ車の普及が進んでいる。
【０００３】
ＬＮＧ車は、ＬＮＧを燃料として用いるため、圧縮天然ガス（以下、ＣＮＧ）を用いるＣＮＧ車に対して、エネルギー密度が単位体積当たり約３倍と高く、燃料の一充填当たりの航続距離が長く、長距離大型トラックなどに適している。
【０００４】
このＬＮＧ車に用いられるＬＮＧエンジンでは、排ガス温度の低減のために、排ガスを吸気側に戻すＥＧＲ（排ガス再循環）回路が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０１−１９５９６３号公報
【特許文献２】特開２００１−１３２５５５号公報
【特許文献３】特開２０１０−１２１４７０号公報
【特許文献４】特開２０１４−０８０８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、天然ガスは燃焼により排ガス中に多量の水蒸気が発生するため、ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却すると、ＥＧＲガス中の水分が凝縮し、その水分中に排ガス中のＮＯｘが溶け込んで亜硝酸や硝酸となり、ＥＧＲバルブや過給機のコンプレッサなどの機器を腐食させる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＥＧＲガスによる腐食を防止できるＬＮＧエンジンの排気再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、ＬＮＧを気化器で気化させた燃料を吸入空気と共に燃焼するＬＮＧエンジンと、ＬＮＧエンジンの気筒から排気された排ガスを吸気側に戻すＥＧＲ回路とを備えたＬＮＧエンジンの排気再循環装置において、前記ＥＧＲ回路に、前記ＬＮＧの冷熱で排ガス中の水分を凝縮除去する除湿器を備えたことを特徴とするＬＮＧエンジンの排気再循環装置である。
【０００９】
ＬＮＧエンジンの吸気管と排気管とに過給機が接続され、前記ＥＧＲ回路が、前記過給機のタービンの上流側の排気管と過給機のコンプレッサの吸込側の吸気管とを接続するように設けられ、前記ＥＧＲ回路にＥＧＲクーラが接続されると共にＥＧＲクーラが前記除湿器を備えるのが好ましい。
【００１０】
前記ＥＧＲクーラの上流側のＥＧＲ回路には、排ガス中の未燃のメタン、ＣＯを酸化し不活性ガス化する酸化触媒が接続され、前記ＥＧＲクーラの下流側のＥＧＲ回路には、低圧ＥＧＲバルブが接続されるのが好ましい。
【００１１】
前記気化器にはＬＮＧからの冷熱を冷媒で回収するＬＮＧ熱交換器が設けられ、前記除湿器と前記ＬＮＧ熱交換器が冷媒循環回路で接続されるのが好ましい。
【００１２】
前記ＥＧＲクーラは、エンジン冷却水で、気筒からのＥＧＲガスを冷却する冷却用ＥＧＲクーラと、その冷却用ＥＧＲクーラの下流に接続されると共に前記冷媒循環回路に接続されてＥＧＲガス中の水分を凝縮させる結露用ＥＧＲクーラと凝縮した凝縮水を回収する凝縮水分離器とからなる除湿器と、除湿器の下流に接続され、冷却用ＥＧＲクーラからの冷却水で、ＥＧＲガスを再熱する解凍用ＥＧＲクーラとからなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、排ガスを再循環する際に、機器の腐食を防止できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１の要部の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は、本発明のＬＮＧエンジンの排気再循環装置を示したものである。
【００１７】
エンジン１０のシリンダブロック１１には、気筒１１ｃ毎に、クランク軸１２からコンロッド１３を介して上下動するピストン１４が設けられる。シリンダブロック１１上のシリンダヘッド１５には、各気筒１１ｃ毎に点火プラグ１６が設けられると共に吸気弁１７と排気弁１８とが設けられる。
【００１８】
エンジン１０への吸気は、エアクリーナ１９から吸気管２０を通り、吸気管２０に接続した過給機２１のコンプレッサ２２で昇圧され、インタークーラ２４で吸気が冷却され、吸気スロットルバルブ２５を介してインテークマニホールド２６に流入し、エンジン１０の気筒１１ｃ毎に設けられたフューエルインジェクタ２７からの天然ガスと混合されて気筒１１ｃ内に導入され、点火プラグ１６により発火燃焼される。
【００１９】
各気筒１１ｃからの排気は、排気弁１８を介してエギゾーストマニホールド２８に排気された後、排気管２９から過給機２１のタービン２３に導入されてタービン２３を駆動した後、図には示していないが、三元触媒に供給され、三元触媒でＮＯｘ、ＣＯ、ＮＭＨＣ（非メタン炭化水素）が除去され、消音器を通して大気に排気される。
【００２０】
過給機２１には、排気管２９からの排ガスの一部をタービン２３の排気側に流して過給圧を制御するウエストゲート弁３３が設けられ、そのウエストゲート弁３３の開度がウエストゲートコントロール装置３９で制御される。
【００２１】
天然ガスは、ＬＮＧ容器（図示せず）から気化器３０に供給され、その気化器３０で気化されると共にレギュレータ３１にて一定の圧力にされた後、燃料供給管３２からフューエルインジェクタ２７にてインテークマニホールド２６に供給されて吸気と混合されて各気筒１１ｃに供給される。
【００２２】
さて、排気管２９と過給機２１のコンプレッサ２２の吸気側の吸気管２０とを結んで気筒１１ｃから排気された排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側に再循環するＥＧＲ回路３４が設けられる。
【００２３】
このＥＧＲ回路３４は、排気管２９とコンプレッサ２２の吸気側の吸気管２０を接続するＥＧＲ管３５に、排ガス中の未燃のメタン、ＣＯを酸化する酸化触媒３６が接続され、その下流にＥＧＲクーラ３７が接続され、さらにＥＧＲクーラ３７の下流には、吸気管２０に再循環するＥＧＲガス量を制御する低圧ＥＧＲバルブ３８が接続される。
【００２４】
ＥＧＲクーラ３７は、エンジン冷却水で、気筒１１ｃからのＥＧＲガスを冷却する冷却用ＥＧＲクーラ４０と、その冷却用ＥＧＲクーラ４０の下流に接続され、ＥＧＲガス中の水分を凝縮させる結露用ＥＧＲクーラ４１ａと凝縮水を回収する凝縮水分離器４１ｂからなる除湿器４２と、除湿器４２の下流に接続され、冷却用ＥＧＲクーラ４０からの冷却水で、ＥＧＲガスを再熱する解凍用ＥＧＲクーラ４３とからなる。
【００２５】
図２に示すように、気化器３０は、ＬＮＧ容器（図示せず）からのＬＮＧを大気と熱交換する空気式熱交換器４５と、空気式熱交換器４５からのＬＮＧと冷媒とを熱交換してＬＮＧを気化させるＬＮＧ熱交換器４６とからなる。
【００２６】
結露用ＥＧＲクーラ４１ａと、気化器３０のＬＮＧ熱交換器４６とは冷媒循環回路４７で接続され、その冷媒循環回路４７に接続された冷媒循環ポンプ４８にて冷媒が循環されるようになっている。
【００２７】
除湿器４２は、結露用ＥＧＲクーラ４１ａで冷却され、ＥＧＲガス中から凝縮した凝縮水や酸露点以下となり凝縮水に溶け込んだ亜硝酸や硝酸を、凝縮水分離器４１ｂで、ＥＧＲガスから分離除去するもので、分離された凝縮水をＥＧＲガスから隔離すると共に適宜ドレンパイプ５０と凝縮水抜きバルブ５１を介して排水するようになっている。
【００２８】
エンジン冷却水は、冷却水ライン５２にて冷却用ＥＧＲクーラ４０に供給され、そこでＥＧＲガスと熱交換され、昇温した冷却水が、解凍用ＥＧＲクーラ４３に供給され、解凍用ＥＧＲクーラ４３で冷却されたＥＧＲガスを再熱するようになっている。
【００２９】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００３０】
吸気はエアクリーナ１９からコンプレッサ２２で昇圧されて吸気管２０から吸気スロットルバルブ２５を介してインテークマニホールド２６に供給され、また気化器３０からレギュレータ３１を介して気化した天然ガスが燃料としてフューエルインジェクタ２７からインテークマニホールド２６に噴射され、吸気行程の気筒１１ｃ内に吸入され、圧縮行程で点火プラグ１６の火花点火で燃焼された後、その燃焼後の排ガスがエギゾーストマニホールド２８から排気管２９に排気される。
【００３１】
この排ガス中には、天然ガス燃焼に由来する多量の水蒸気と３０００〜４０００ｐｐｍ程度のＮＯｘが含まれており、排気管２９からタービン２３に供給されてもその温度低下がないためタービン２３の下流の三元触媒（図示せず）で処理されるため支障がない。
【００３２】
しかし、排ガスの一部をＥＧＲ回路３４を介して吸気側に再循環する際には、ＥＧＲクーラ３７にてＥＧＲガスが冷却されるため、水蒸気の凝縮と合わせてＮＯｘが酸露点以下となって亜硝酸や硝酸となって、低圧ＥＧＲバルブ３８や、コンプレッサ２２に付着し、これらを腐食させる問題が発生する。
【００３３】
本発明においては、先ずＥＧＲ回路３４でＥＧＲガスを吸気側に再循環させる際に、酸化触媒３６で、排ガス中の未燃のメタン、ＣＯを酸化し不活性ガス化させ、次に冷却用ＥＧＲクーラ４０にて、ＥＧＲガスをエンジン冷却水等で冷却し、この冷却したＥＧＲガスを結露用ＥＧＲクーラ４１ａに流し、そこでＬＮＧの冷熱で冷却した冷媒で、ＥＧＲガス中の未還元で残ったＮＯｘを水蒸気と共に凝縮させ、これを凝縮水分離器４１ｂで除去する。この結露用ＥＧＲクーラ４１ａと凝縮水分離器４１ｂからなる除湿器４２で水分が除去された、ＥＧＲガスを解凍用ＥＧＲクーラ４３で再熱することで、ＥＧＲガスは硝酸の酸露点以上に昇温され、ＥＧＲバルブ３８からコンプレッサ２２に再循環されても、ＮＯｘが酸露点以下になることがないため、これら機器の腐食を防止できる。
【００３４】
以上説明したように、本発明においては、ＥＧＲ回路３４にＬＮＧの冷熱で排ガス中の水分を凝縮除去する除湿器４２を設けることで、ＥＧＲバルブ３８やコンプレッサ２２の腐食を防止できる。
【００３５】
また上述の実施の形態では、エギゾーストマニホールド２８からの排ガスをＥＧＲガスとして、コンプレッサ２２の吸気側に戻す例で説明したが、タービン２３の下流側の排ガスをＥＧＲガスとしてコンプレッサ２２の吸気側に戻すように構成してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ＬＮＧエンジン
１１ｃ  気筒
２０  吸気管
２９  排気管
３４  ＥＧＲ回路
３７  ＥＧＲクーラ
４２  除湿器
【図１】
2017002867.tif 000003
【図２】
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