(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加えるＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲガスを冷却媒体と熱交換して冷却するＥＧＲガス冷却装置の流入側、流出側のいずれか一方または両側に、ＥＧＲガス配管内のＥＧＲガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段として、該ＥＧＲガス配管に有底円筒体を分岐接続する方式のレゾネーターを設けたことを特徴とするＥＧＲシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加えるＥＧＲシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排気ガスの一部を排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加える方法は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）と称される。ＥＧＲはＮＯｘ（窒素酸化物）の発生抑制、ポンプ損失の低減、燃焼ガスの温度低下に伴う冷却液への放熱損失の低減、作動ガス量・組成の変化による比熱比の増大と、これに伴うサイクル効率の向上など、多くの効果が得られることから、エンジンの熱効率を改善するには有効な方法とされている。
【０００３】
このＥＧＲシステムは、空気と燃料の混合気をインタークーラーを経てエンジンの吸気系に導入する方式において、エンジンの排気ガスの一部を排気系から取出して、ＥＧＲガス冷却装置を介して再びエンジンの吸気系に戻し循環させる方式であり、前記ＥＧＲガス冷却装置は胴管内壁の両端部付近に固定されたチューブシートに伝熱管群が固着配列され、前記胴管の両端部の外側に固着された端部キャップにＥＧＲガスの流入口と流出口が設けられた構造の多管式のものが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来のＥＧＲシステムにおけるＥＧＲガス冷却装置では、ＥＧＲガスを一定の流れで流通させるだけであるから、ＥＧＲガスは伝熱管の内周面と一定の接触時間で通過してしまうことになり、該接触時間を長くすることによって熱交換効率を高めることは不可能であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の前記した実状に鑑みてなされたもので、比較的簡易な手段でＥＧＲガス冷却装置の熱交換率を向上できるＥＧＲシステムを提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして排気系から取出して、再びエンジンの吸気系に戻し、混合気に加えるＥＧＲシステムにおいて、ＥＧＲガス冷却装置の熱交換率を向上できる手段について鋭意研究した結果、排気ガスがＥＧＲ配管を流通する際、該排気ガスの脈動を強化ないし増幅させると熱交換率が上昇することを知見し本発明を見い出したもので、その要旨はＥＧＲガスを冷却媒体と熱交換して冷却するＥＧＲガス冷却装置の流入側、流出側のいずれか一方または両側に、ＥＧＲガス配管内のＥＧＲガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段を設けたことを特徴とするものであり、そのＥＧＲガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段として、第１の実施態様はＥＧＲガス冷却装置の流入側、流出側のいずれか一方または両側にレゾネーターを設けたことを特徴とし、第２の実施態様はＥＧＲガス冷却装置の流入側、流出側いずれか一方または両側にファンを設けたことを特徴とし、第３の実施態様はＥＧＲガス冷却装置の流入側、流出側のいずれか一方または両側に高圧流体供給配管を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
排気ガスがＥＧＲ配管を流通する際、該排気ガスの脈動を強化ないし増幅させると熱交換率が上昇するのは、以下に記載する理由による。
すなわち、ＥＧＲガス配管を流れる排気ガスを脈動させると、伝熱管内周面との相対速度が一旦低下して接触時間が長くなって熱交換が促進されてＥＧＲガスの温度が低下する。そしてつぎの瞬間ＥＧＲガスの相対速度が急速に上昇してＥＧＲガス流を乱流化し、伝熱管内周面の境界層を破壊して管内伝熱係数を上昇させる。このようにＥＧＲガス流が低速と高速を繰返すことによりＥＧＲガスを十分に冷却することによる。
【０００８】
本発明はかかる知見に基づいて、ＥＧＲ配管を流れる排気ガスをより可及的に大きく脈動させる手段として、レゾネーターやファンまたは高圧流体を用いる方式を採用したもので、レゾネーターを用いる方式としてはＥＧＲガス配管に有底円筒体を分岐接続する方式を、ファンを用いる方式としてはＥＧＲガス配管内にモーターで断続駆動されるファンを設置する方式を、高圧流体を用いる方式としてはコンプレッサなどで加圧されたエアーをＥＧＲガス配管内に断続的に導入する方式をそれぞれ用いることができる。なお、モーター駆動されるファンとしてはダクディッドファンやタービンなどが挙げられる。またコンプレッサなどで加圧されたエアーをＥＧＲガス配管内に導入する具体的手段としては、レシプロタイプやロータリータイプのコンプレッサなどにより加圧されたエアーを導入する配管の自由端を該ＥＧＲガス配管内に臨ませる構成とすることができる。
【０００９】
上記レゾネーターやファンあるいは高圧流体を用いる方式によれば、ＥＧＲガス配管内を流れる排気ガスの脈動が強化ないし増幅されるので、ＥＧＲガス冷却装置の伝熱管内周面と排気ガスの接触時間が長くなり、かつ流れが乱流化するため熱交換効率が上昇することになる。
【００１０】
また、本発明では必要に応じて脈動の状況を変化させることも可能である。すなわちレゾネーター方式の場合は例えば内部にスライド式のピストンを設けて内容積を可変とすることにより脈動の状況を制御することができる。また、ファンによる場合はファンの回転数をＯＮ／ＯＦＦしたり、一定の幅で回転数を上下したりして断続的に制御すればよく、高圧流体による場合はコンプレッサなどで加圧されたエアーの供給量や圧力を流量調節弁や圧力調整弁などでＯＮ／ＯＦＦ状態にしたり、供給量や圧力を一定の幅で上下したりして断続的に制御すればよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るＥＧＲシステムの一実施例を示す概略図、図２は同じく本発明の他の構成例を示す図１相当図、図３は同じく本発明の別の構成例を示す概略図であり、１はエンジン、２はターボチャージャー、３は排気管、４はＥＧＲガス冷却装置、５はＥＧＲガス配管、６は吸気管、７はインタークーラー、８はラジエーター、９はエアーフィルターからの配管、１０ａ、１０ｂはレゾネーター、１１ａ、１１ｂはファン、１２ａ、１２ｂは圧縮空気供給配管、１３は制御器、１４はＥＧＲバルブ、１５ａ、１５ｂは圧縮空気供給バルブ、１６はコンプレッサーである。
【００１２】
すなわち、本発明の対象とするＥＧＲシステムは、エアーフィルターからの配管９より導入した空気と燃料の混合気をインタークーラー７を経て吸気弁に導入する方式において、エンジン１の排気ガスの一部を排気系から取出して、ＥＧＲガス冷却装置４およびＥＧＲバルブ１４を介して再びエンジン１の吸気系に戻し循環させるものであり、ＥＧＲガス冷却装置４の流入側、流出側のいずれか一方または両側に、ＥＧＲガス配管５内のＥＧＲガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段を設けることにより、熱交換効率の向上をはかったものである。
【００１３】
以下にそのシステム構成例を具体的に説明すると、まず図１に示すＥＧＲシステムは、ＥＧＲガス配管５内のＥＧＲガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段にレゾネーターを採用したもので、エアーフィルターからの配管９より導入した空気をインタークーラー７を経て吸気弁に導入する方式において、エンジン１の排気ガスの一部を排気系から取出して、ＥＧＲガス冷却装置４を介して再びエンジン１の吸気系に戻し循環させるシステムにおけるＥＧＲガス冷却装置４の流入側および流出側のＥＧＲガス配管５にレゾネーター１０ａ、１０ｂを分岐接続した構成となしたものである。
【００１４】
すなわち、図１に示すＥＧＲシステムは、ＥＧＲガス冷却装置４の流入側および流出側のＥＧＲガス配管５に分岐接続し、ＥＧＲガスの所望脈動周波数にチューニングしたレゾネーター１０ａ、１０ｂの共鳴作用により、当該ＥＧＲガス配管５内を流動する排気ガス流の脈動が強化ないし増幅される構造となっている。
【００１５】
次に、図２に示すＥＧＲシステムは、ＥＧＲガス配管５内のＥＧＲガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段にファンを採用したもので、エアーフィルターからの配管９より導入した空気をインタークーラー７を経て吸気弁に導入する方式において、エンジン１の排気ガスの一部を排気系から取出して、ＥＧＲガス冷却装置４を介して再びエンジン１の吸気系に戻し循環させるシステムにおけるＥＧＲガス冷却装置４の流入側のＥＧＲガス配管５の排気管３との分岐接続部と、ＥＧＲガス冷却装置４の流出側のＥＧＲガス配管５に、それぞれモーター駆動されるファン１１ａ、１１ｂを設けた構成となしたものである。
【００１６】
このＥＧＲシステムは、ＥＧＲガス配管５の排気管３との分岐接続部に設けたファン１１ａによりＥＧＲガス配管５内を流れる排気ガス流の脈動が強化ないし増幅され、さらにＥＧＲガス冷却装置４の流出側のＥＧＲガス配管５に設けたファン１１ｂにより当該ＥＧＲガス配管５内を流れる排気ガス流の脈動が強化ないし増幅される構造となしたもので、ファン１１ａ、１１ｂは断続駆動を原則とするが、連続駆動させてもよい。このＥＧＲシステムの場合は、ファン１１ａ、１１ｂの回転数すなわち駆動モーターの回転数を制御器１３により制御することによって当該ファンによる排気ガスの脈動を制御できるがファンを逆回転することにより、ＥＧＲガス流量を制御してＥＧＲバルブを不要とすることもできる。
【００１７】
また、図３に示すＥＧＲシステムは、ＥＧＲガス配管５内のＥＧＲガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段にコンプレッサーにより加圧されたエアーをＥＧＲガス配管内に導入する方法を採用したもので、エアーフィルターからの配管９より導入した空気をインタークーラー７を経て吸気弁に導入する方式において、エンジン１の排気ガスの一部を排気系から取出して、ＥＧＲガス冷却装置４を介して再びエンジン１の吸気系に戻し循環させるシステムにおけるＥＧＲガス冷却装置４の流入側および流出側のＥＧＲガス配管５に、別設のコンプレッサー１６の圧縮空気供給配管１２ａ、１２ｂの自由端を臨ませるごとく配管するとともに、制御器１３にて圧縮空気供給配管１２ａ、１２ｂの圧縮空気供給バルブ１５ａ、１５ｂの開度を制御するごとく構成したものである。
【００１８】
このＥＧＲシステムの場合は、コンプレッサー１６で加圧されたエアーを圧縮空気供給配管１２ａ、１２ｂを介してＥＧＲガス冷却装置４の流入側および流出側のＥＧＲガス配管５に断続的に導入することにより、この高圧のエアーによりＥＧＲガス配管５内を流れる排気ガス流の脈動が強化ないし増幅される。この場合、コンプレッサー１６で加圧されたエアーの導入量や圧力、供給間隙の制御は、前記と同様制御器１３によりそれぞれの圧縮空気供給バルブ１５ａ、１５ｂを制御して行う。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明のシステムはＥＧＲガスを冷却媒体と熱交換して冷却するＥＧＲガス冷却装置の流入側、流出側のいずれか一方または両側に、ＥＧＲガス配管内の排気ガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段を設けたことにより、ＥＧＲガス冷却装置の伝熱管内周面と排気ガスの接触時間を長くしたり流れを乱流化することができる結果、熱交換効率を向上できるという優れた効果が得られ、またＥＧＲガス配管内の排気ガス流の脈動を強化ないし増幅するための手段は比較的簡易で、かつ既存のＥＧＲシステムに低いコストで容易に適用できるので、極めて有用性に富むという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＥＧＲシステムの一実施例を示す概略図である。
【図２】同じく本発明の他の構成例を示す図１相当図である。
【図３】同じく本発明の別の構成例を示す図１相当図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  ターボチャージャー
３  排気管
４  ＥＧＲガス冷却装置
５  ＥＧＲガス配管
６  吸気管
７  インタークーラー
８  ラジエーター
９  エアーフィルターからの配管
１０ａ、１０ｂ  レゾネーター
１１ａ、１１ｂ  ファン
１２ａ、１２ｂは圧縮空気供給配管
１３  制御器
１４  ＥＧＲバルブ
１５ａ、１５ｂ  圧縮空気供給バルブ
１６  コンプレッサー
【図１】
0004222526.tif 000002
【図２】
0004222526.tif 000003
【図３】
0004222526.tif 000004