阅读说明：本技术 排气再循环装置及内燃机 (Exhaust gas recirculation device and internal combustion engine ) 是由 饭田真 于 2018-04-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供能够防止冷凝水被送向进气通道的排气再循环装置及内燃机。排气再循环装置具备：EGR通道,使废气从内燃机的排气通道向进气通道再循环；EGR冷却器,设置于EGR通道,对废气进行冷却；以及冷凝水处理部,该冷凝水处理部包括通道,该通道将EGR通道中的比EGR冷却器更靠下游侧的位置与比EGR冷却器更靠上游侧的位置连结,并使通过废气的冷却而产生的冷凝水从下游侧向上游侧返回。(the invention provides an exhaust gas recirculation device and an internal combustion engine capable of preventing condensed water from being sent to an air inlet channel. The exhaust gas recirculation device is provided with: an EGR passage that recirculates exhaust gas from an exhaust passage to an intake passage of the internal combustion engine; an EGR cooler provided in the EGR passage and cooling the exhaust gas; and a condensed water treatment unit including a passage that connects a position on a downstream side of the EGR passage with a position on an upstream side of the EGR cooler, and that returns condensed water generated by cooling of the exhaust gas from the downstream side to the upstream side.)

排气再循环装置及内燃机

技术领域

本发明涉及排气再循环装置及内燃机。

背景技术

以往，有时在内燃机中搭载一种排气再循环装置，该排气再循环装置将排出到排气通道的废气的一部分作为EGR(Exhaust Gas Recirculation，废气再循环)气体而供给到进气通道。

排气再循环装置通过利用EGR冷却器将EGR气体冷却，从而降低燃烧温度以减少废气中的氮氧化物，并且提高EGR气体向气缸的填充率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-94909号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，例如，在预热前的低水温时，或者在预热后但因部分负荷而EGR气体温度较低的情况下，在EGR冷却器内，EGR气体中的水分发生结露，EGR气体中的氮氧化物及硫氧化物接触该结露处而产生强酸性的冷凝水。存在以下问题：在所产生的强酸性的冷凝水被送至进气通道的情况下，有时会使与进气通道连接的内燃机的各部腐蚀。

本发明提供能够防止冷凝水被送向进气通道的情况的排气再循环装置及内燃机。

解决问题的方案

本发明的排气再循环装置具备：

EGR通道，使废气从内燃机的排气通道向进气通道再循环；

EGR冷却器，设置于所述EGR通道，对废气进行冷却；以及

冷凝水处理部，该冷凝水处理部包括通道，该通道将所述EGR通道中的比所述EGR冷却器更靠下游侧的位置与比所述EGR冷却器更靠上游侧的位置连结，并使通过所述废气的冷却而产生的冷凝水从所述下游侧向所述上游侧返回。

本发明的内燃机具备上述排气再循环装置。

发明效果

根据本发明，能够防止冷凝水被送向进气通道。

附图说明

图1是表示包含本发明的一实施方式的排气再循环装置的发动机的一例的图。

图2是表示本实施方式的排气再循环装置的一例的图。

图3A是表示本实施方式的变形例1的排气再循环装置的图。

图3B是表示本实施方式的变形例2的排气再循环装置的图。

图3C是表示本实施方式的变形例3的排气再循环装置的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的一实施方式进行详细说明。图1是表示包含排气再循环装置100的发动机10的一例的图。

在发动机10中，被吸入到进气通道11的进气A1通过涡轮增压器(Turbocharger)12的压缩机12a压缩而成为高温，并由中间冷却器13冷却。之后，该进气A1经过进气歧管14向发动机本体15的气缸16供给。供给到气缸16的进气A1与从燃料喷射阀(省略图示)喷射出的燃料混合并燃烧而产生热能之后，成为废气G1。

该废气G1经由排气歧管18向排气通道19排出，对涡轮增压器12的涡轮机12b进行驱动。之后，废气G1由废气净化装置20净化后向大气中放出。

废气G1的一部分通过排气再循环装置100而作为EGR气体G2从排气通道19回流至进气通道11。

排气再循环装置100具备EGR通道31和EGR冷却器32。

EGR通道31是从排气通道19的中途的位置分支并连接到进气通道11的中途的位置的通道。另外，该EGR通道31与排气通道19的分支部位配置于排气通道19中的比废气净化装置20更靠上游侧的位置。

EGR冷却器32是在通过EGR通道31的EGR气体G2通过其内部时与冷却水C1(参照图2)之间进行热交换而被冷却的冷却器。在EGR冷却器32内，EGR气体G2中的水分凝结成为水滴状或雾状。通过EGR气体G2中的氮氧化物或硫氧化物接触于此，从而产生强酸性的冷凝水。

例如在市区行驶时，EGR气体G2的温度较低，因此容易产生冷凝水。另外，近年来，为了进一步减少废气中的氮氧化物且进一步提高EGR气体G2向气缸16的填充率，有EGR率变高的趋势。在废气G1中包含一定量的水分，因此随着EGR率提高而EGR气体G2中的水分量增多。由此，有以下趋势：EGR气体G2中的水分容易凝结，产生的强酸性的冷凝水增多。

所产生的强酸性的冷凝水被送至EGR冷却器32下游侧的进气通道11，通过进气歧管14(参照图2)，在流经气缸(省略图示)内的过程中，有时使气缸的各部腐蚀。此时，例如，有可能使进气阀(省略图示)的密封性降低，无法保持气缸内的爆发压力而性能降低。另外，例如，有可能使喷射喷嘴(省略图示)腐蚀，燃料的喷雾状态变差。另外，例如，有可能气缸内的腐蚀和磨损加重使性能和耐久性明显恶化。

另外，假如在比EGR冷却器32更靠下游侧的位置设置有压缩机(省略图示)的发动机(省略图示)中，在压缩机与冷凝水接触从而快速冷却的情况下，有可能因热冲击而损伤。

为了防止冷凝水被送向进气通道11侧，本实施方式的排气再循环装置100具备冷凝水处理部30。在此，“进气通道”是指包括涡轮增压器的压缩机以及进气歧管的进气系统。

图2是表示排气再循环装置100的一例的图。

如图2所示，为了使冷凝水从下游侧31L向上游侧31U返回，冷凝水处理部30具备冷凝水通道33和储存部34。

如图1及图2所示，冷凝水通道33将EGR通道31中的比EGR冷却器32更靠下游侧31L的位置和比EGR冷却器32更靠上游侧31U的位置连结。冷凝水通道33具有管部件33A。管部件33A的一端33B与下游侧31L连接。管部件33A的另一端33C与上游侧31U连接。

在冷凝水处理部30(管部件33A或储存部34)中不存在冷凝水的情况下，从上游侧31U不通过EGR冷却器32而通过冷凝水处理部30送到下游侧31L的EGR气体、和从上游侧31U通过EGR冷却器32送到下游侧31L的EGR气体被供给至进气通道11。

供给至进气通道11的EGR气体G2的温度，随着管部件33A的剖面面积相对于EGR冷却器32的剖面面积的比例变大，而相应地上升。因此，管部件33A的剖面面积相对于EGR冷却器32的剖面面积的比例，以使EGR气体G2的冷却后的温度(即，流向进气通道11的EGR气体G2的温度)收敛于允许范围内的方式，被控在预先决定的规定的比例以下。

如图2所示，储存部34设置于下游侧31L中的冷凝水集中的汇集区域，具有将集中的冷凝水积存规定量的功能。由此防止冷凝水被送向进气通道11侧。储存部34与管部件33A的一端33B连接。

如图2所示，在储存部34的上端和管部件33A的另一端33C处的管部件33A的中心轴之间，设有车辆上下方向上的落差h。落差h设定为，在上游侧31U与下游侧31L之间的损失阻力小于规定值的情况下，使冷凝水从下游侧31L向上游侧31U返回。管部件33A相对于水平方向以规定的角度θ从下游侧31L向上游侧31U延伸。

以下，对EGR冷却器32的损失阻力(压力损失)ΔP与落差h之间的关系进行说明。

EGR冷却器32的损失阻力ΔP与管路摩擦系数λ、通道长度L、气体密度ρ、以及气体速度V的平方成比例，与通道有效管当量直径d成反比。

其由以下的式(1)表示。

ΔP＝λLρV²/2d…(1)

根据上述式(1)，假如，若发动机10的转速从Ne1[rpm]上升至Ne2[rpm]，且EGR气体的速度变为4倍，则EGR冷却器32的损失阻力变为16倍。例如，转速Ne2时的EGR冷却器32的损失阻力为ΔP2[mmAq]，则转速Ne1时成为ΔP1(＝ΔP2/16)[mmAq]。

例如，在储存部34的上端和管部件33A的另一端33C处的管部件33A的中心轴之间，在车辆上下方向上设有L(＝ΔP1)[mm]以上的落差h。换言之，设为将储存部34处的头压和管部件33A处的头压相加之后的压力为ΔP1[mmAq]以上。

此时，在发动机10的转速小于Ne1[rpm]时(例如市区行驶时)，上述相加之后的头压比损失阻力大，因此冷凝水从管部件33A的一端33B向另一端33C流动。而且，流到另一端33C的冷凝水在高温侧的上游侧31U蒸发。

接着，对排气再循环装置100的动作的一例进行说明。

此外，在以下的说明中，构成为，在储存部34的上端和管部件33A的另一端33C之间设有L[mm]以上的落差h。

在这样的发动机10中，废气G1的一部分作为EGR气体G2从排气通道19通过EGR通道31回流至进气通道11。EGR气体G2在通过EGR通道31时，被EGR冷却器32冷却。

也就是说，冷却后的EGR气体G2与由中间冷却器13冷却后的进气A1一起经过进气歧管14供给至发动机本体15的气缸16。通过利用EGR冷却器32将EGR气体G2冷却，来减少废气中的氮氧化物，另外，提高EGR气体G2向气缸16的填充率。

EGR气体中的水分被EGR冷却器32冷却从而凝结成为水滴状或雾状。通过EGR气体中的氮氧化物等接触于此，从而产生强酸性的冷凝水。所产生的冷凝水积存于储存部34。

在发动机10的转速小于Ne1[rpm]的、例如车辆的市区行驶时，EGR通道31的下游侧31L与上游侧31U之间的损失阻力小于ΔP1[mmAq]，因此在具有L(＝ΔP1)[mm]以上的落差h的冷凝水处理部30中，冷凝水从储存部34通过管部件33A向上游侧31U流动。然后，冷凝水得到上游侧31U的热量而蒸发。

也就是说，冷凝水例如在预热前的低水温时或部分负荷运转时的EGR气体温度较低的情况下、以及EGR率较高的情况下等，积存于储存部34。积存于储存部34的冷凝水在市区行驶时向上游侧31U流动，因此冷凝水既不会从储存部34溢出，也不会被送向进气通道11侧。由此，冷凝水不会使与进气通道11连接的内燃机的各部腐蚀。

<本实施方式的效果>

如上所述，根据本实施方式的排气再循环装置100，其具备：EGR通道31，使废气从发动机10的排气通道19向进气通道11再循环；EGR冷却器32，设置于EGR通道31，对废气进行冷却；以及冷凝水处理部30，该冷凝水处理部30包括冷凝水通道33，该冷凝水通道33将EGR通道31中的比EGR冷却器32更靠下游侧31L的位置和比EGR冷却器32更靠上游侧31U的位置连结，并使通过废气的冷却而产生的冷凝水从下游侧31L向上游侧31U返回。由此，通过废气的冷却而产生的冷凝水从下游侧31L向上游侧31U流动，得到上游侧31U的热量而蒸发，因此能够防止冷凝水被送向进气通道11。

另外，根据本实施方式的排气再循环装置100，冷凝水处理部30具有的落差h使得：在上游侧31U与下游侧31L之间的损失阻力低于规定值的情况下冷凝水会流动。由此，在损失阻力小于规定值的情况下例如在市区行驶时，能够使冷凝水从下游侧31L流向上游侧31U。因此，能够防止冷凝水从下游侧31L被送向进气通道11。

<本实施方式的变形例>

接着，参照图3A至图3C，对上述实施方式的变形例的排气再循环装置100进行说明。图3A至图3C概略地示出上游侧31U、下游侧31L及管部件33A等。

(变形例1)

在上述实施方式中，如图2所示，管部件33A的一端33B经由储存部34与EGR通道31的下游侧31L间接地连接。相对于此，在变形例1的冷凝水处理部30A中，如图3A所示，管部件33A的一端33B与EGR通道31的下游侧31L直接地连接。此时，管部件33A的一端33B设置于下游侧31L中的冷凝水集中的汇集区域。另外，管部件33A具有将集中于汇集区域中的冷凝水收容的功能。另外，落差h设于管部件33A中的一端33B与另一端33C处的管部件33A的中心轴之间。

(变形例2)

另外，在上述实施方式中，如图2所示，储存部34设置于EGR通道31的下游侧31L。相对于此，在变形例2的冷凝水处理部30B中，如图3B所示，储存部34A设置于管部件33A。此时，储存部34A设置于管部件33A的一端33B与另一端33C之间的任意的地方。另外，储存部34A可以与管部件33A设置为一体，也可以设置为不同个体。通过将储存部34A和管部件33A设置为一体，例如，冷凝水处理部30B向EGR通道31的组装变得容易。

(变形例3)

另外，在上述实施方式中，为了在上游侧31U与下游侧31L之间设置落差h，如图2所示那样，管部件33A在相对于水平方向呈规定的角度θ的方向上延伸。相对于此，在变形例3的冷凝水处理部30C中，如图3C所示，管部件33A在水平方向上延伸。储存部34B具有相当于落差h的深度。管部件33A的一端33B与储存部34B的底部连接。变形例3的储存部34B具有相当于落差h的充分的深度，因此适合于需要积存大量冷凝水的情况。

本申请基于在2017年4月20日提交的日本专利申请(特愿2017-083646)，其内容在此作为参照而引入。

工业实用性

本发明的车辆的排气再循环装置作为具备要求防止冷凝水被送向进气通道的内燃机的车辆是有用的。

附图标记说明

10 发动机

11 进气通道

12 涡轮增压器

12a 压缩机

12b 涡轮机

13 中间冷却器

14 进气歧管

15 发动机本体

16 气缸

18 排气歧管

19 排气通道

20 废气净化装置

30 冷凝水处理部

31 EGR通道

31L 下游侧

31U 上游侧

32 EGR冷却器

33 冷凝水通道

33A 管部件

33B 一端

33C 另一端

34 储存部

34A 储存部

34B 储存部

100 排气再循环装置