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JP2007100665A - Exhaust gas passage structure for internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas passage structure for internal combustion engine Download PDF

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Publication number
JP2007100665A
JP2007100665A JP2005294638A JP2005294638A JP2007100665A JP 2007100665 A JP2007100665 A JP 2007100665A JP 2005294638 A JP2005294638 A JP 2005294638A JP 2005294638 A JP2005294638 A JP 2005294638A JP 2007100665 A JP2007100665 A JP 2007100665A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
passage
exhaust gas
exhaust
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2005294638A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Toda
忠司 戸田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2005294638A priority Critical patent/JP2007100665A/en
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust gas passage structure for an engine capable of improving warming-up performance of the engine by efficiently rising cooling water temperature and oil temperature with effectively using waste heat of exhaust gas in a re-circulation passage when the engine is cold. <P>SOLUTION: The re-circulation passage 15 re-circulating part of exhaust gas discharged to the exhaust gas passage 13 from a combustion chamber of the engine 1 to an intake air passage 14 is provided. The part of the exhaust gas flowing in the re-circulation passage is cooled by a cooling device 4. A bypass passage 16 is provided between a downstream side of the cooler device of the re-circulation passage and the exhaust gas passage in a downstream of the re-circulation passage. An open and close valve 17 opening when the engine is cold is provided in the bypass passage. The part of the exhaust gas discharged to the exhaust gas passage from the combustion chamber when the engine is cold is positively circulated in the bypass passage from the re-circulation passage to heat oil and cooling water flowing ion the cooler device. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を水冷式EGRクーラにより冷却するようにした内燃機関の排気通路構造に関し、詳しくは、内燃機関の低温時における冷却水の温度を効率よく昇温させる対策に係わる。   The present invention relates to an exhaust passage structure of an internal combustion engine in which a part of exhaust gas discharged from a combustion chamber of the internal combustion engine to an exhaust passage is cooled by a water-cooled EGR cooler. It relates to measures to efficiently raise the temperature of water.

従来より、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を取り出して内燃機関の吸気通路に再循環させる再循環通路を備え、この再循環通路を流れる排気ガスの一部を水冷式のEGR(エキゾースト・ガス・リサキュレーション)クーラにより冷却し、取り出して水冷式のEGRクーラで冷却し、その冷却された排気ガスの一部を内燃機関の吸気通路に再循環させて内燃機関での燃焼温度を低くすることで、NOxの発生を抑制するようにしたものは知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a recirculation passage for taking out a part of exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine into the exhaust passage and recirculating it to the intake passage of the internal combustion engine is provided, and a part of the exhaust gas flowing through the recirculation passage is The engine is cooled by a water-cooled EGR (exhaust gas recirculation) cooler, taken out, cooled by a water-cooled EGR cooler, and a part of the cooled exhaust gas is recirculated to the intake passage of the internal combustion engine. There is known one that suppresses the generation of NOx by lowering the combustion temperature in (see, for example, Patent Document 1).

この場合、再循環通路を流れる排気ガスの一部は、再循環通路の下流端を吸気通路に開放させるEGRバルブによって再循環通路内での流通量が決定され、その流通量が決定された排気ガスの一部のみが水冷式EGRクーラ内を流通する冷却水と熱交換されるようになっている。
特開平11−173219号公報
In this case, a part of the exhaust gas flowing through the recirculation passage is determined by the EGR valve that opens the downstream end of the recirculation passage to the intake passage, and the exhaust amount for which the circulation amount is determined. Only a part of the gas is heat exchanged with the cooling water flowing through the water-cooled EGR cooler.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-173219

ところで、内燃機関の低温時に冷却水温度を迅速に昇温させることによって内燃機関の暖気性能を向上させたいという要求がある。その場合、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部、つまり再循環通路を流れる排気ガスの一部を有効利用し、その排気ガスの一部と水冷式EGRクーラ内を流通する冷却水とを熱交換させることによって、再循環通路内の排ガスの廃熱を利用して冷却水温度を昇温させることが考えられる。   Incidentally, there is a demand for improving the warming-up performance of the internal combustion engine by rapidly raising the cooling water temperature when the internal combustion engine is at a low temperature. In that case, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine to the exhaust passage, that is, a part of the exhaust gas flowing through the recirculation passage is effectively used, and the part of the exhaust gas and the inside of the water-cooled EGR cooler are used. It is conceivable to raise the temperature of the cooling water using the waste heat of the exhaust gas in the recirculation passage by exchanging heat with the circulating cooling water.

しかし、再循環通路を流れる排気ガスの流通量は、再循環通路の下流端を吸気通路に開放させるEGRバルブによって決定されているために内燃機関の低温時には僅かなものとなる。このため、内燃機関の低温時に再循環通路内の排ガスの廃熱を有効利用して冷却水温度を効率よく昇温させることによって、内燃機関の暖気性能を向上させることができない。   However, the flow rate of the exhaust gas flowing through the recirculation passage is determined by the EGR valve that opens the downstream end of the recirculation passage to the intake passage, and therefore becomes small when the internal combustion engine is at a low temperature. For this reason, the warm-up performance of the internal combustion engine cannot be improved by effectively increasing the cooling water temperature by effectively using the waste heat of the exhaust gas in the recirculation passage when the internal combustion engine is at a low temperature.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の低温時に再循環通路内の排ガスの廃熱を有効利用して冷却水温度を効率よく昇温させて内燃機関の暖気性能を向上させることができる内燃機関の排気通路構造を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to efficiently raise the cooling water temperature by effectively utilizing waste heat of exhaust gas in the recirculation passage at a low temperature of the internal combustion engine. An object of the present invention is to provide an exhaust passage structure for an internal combustion engine that can improve the warm-up performance of the internal combustion engine.

上記目的を達成するため、本発明では、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を内燃機関の吸気通路に再循環させる再循環通路を備え、この再循環通路を流れる排気ガスの一部を水冷式EGRクーラにより冷却するようにした内燃機関の排気通路構造を前提とする。そして、上記再循環通路の水冷式EGRクーラよりも下流側と、その再循環通路よりも下流側の排気通路との間に、再循環通路を介した排気ガスの一部を吸気通路に再循環させることなく排気通路に導くバイパス通路を設ける。更に、上記バイパス通路に、内燃機関の低温時に開放する開閉弁を介設して、内燃機関の低温時に燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を再循環通路からバイパス通路に積極的に流通させて水冷式EGRクーラ内を流れる冷却水を加温させるようにしている。   In order to achieve the above object, the present invention includes a recirculation passage for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine to the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine, and flows through the recirculation passage. An exhaust passage structure of an internal combustion engine in which part of the exhaust gas is cooled by a water-cooled EGR cooler is assumed. A part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage between the recirculation passage downstream of the water-cooled EGR cooler and the exhaust passage downstream of the recirculation passage. A bypass passage that leads to the exhaust passage without being made is provided. Further, an open / close valve that opens at a low temperature of the internal combustion engine is provided in the bypass passage so that a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage at the low temperature of the internal combustion engine is positively transferred from the recirculation passage to the bypass passage. The cooling water flowing in the water-cooled EGR cooler is heated and heated.

この特定事項により、内燃機関の低温時に燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部は、EGRバルブの開閉如何に拘わらず再循環通路から水冷式EGRクーラを経て吸気通路に再循環されることなくバイパス通路より排気通路に積極的に導かれることになる。このため、内燃機関の低温時に燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部が再循環通路からバイパス通路に積極的に導かれて水冷式EGRクーラ内を流れる冷却水と熱交換されることになる。これにより、内燃機関の低温時に再循環通路に積極的に導かれる排ガスの廃熱を有効利用して冷却水温度を効率よく昇温させることによって、内燃機関の暖気性能を向上させることが可能となる。   Due to this specific matter, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage at a low temperature of the internal combustion engine is recirculated from the recirculation passage to the intake passage through the water-cooled EGR cooler regardless of whether the EGR valve is opened or closed. Therefore, the air is actively guided from the bypass passage to the exhaust passage. For this reason, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage at a low temperature of the internal combustion engine is actively guided from the recirculation passage to the bypass passage, and heat exchange is performed with the cooling water flowing in the water-cooled EGR cooler. It will be. As a result, it is possible to improve the warming-up performance of the internal combustion engine by effectively using the waste heat of the exhaust gas that is actively guided to the recirculation passage at a low temperature of the internal combustion engine and efficiently raising the cooling water temperature. Become.

特に、排気通路に排気ターボ過給機を備えた場合の開閉弁の動作を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。   In particular, the following configurations are listed as specifying the operation of the on-off valve when an exhaust turbocharger is provided in the exhaust passage.

つまり、再循環通路よりも下流側でかつバイパス通路よりも上流側の排気通路に排気ターボ過給機のタービンホイールを配設するとともに、そのタービンホイールへの排気ガスの流量を必要とする排気ターボ過給機の過給時に開閉弁を閉塞させるようにしている。   In other words, an exhaust turbo that requires a turbine wheel of an exhaust turbocharger in the exhaust passage downstream of the recirculation passage and upstream of the bypass passage and requires the flow rate of exhaust gas to the turbine wheel. The on-off valve is closed when the turbocharger is supercharged.

この特定事項により、再循環通路よりも下流側でかつバイパス通路よりも上流側の排気通路にタービンホイールを設けた排気ターボ過給機の過給時に開閉弁が閉塞されるので、排気ターボ過給機の過給時、再循環通路内の排気ガスの一部がバイパス通路に導かれることなく遮断され、再循環通路内への排気ガスの一部を除く排気ガスの大半が排気通路のタービンホイールに導かれて排気ターボ過給機による過給を円滑に行うことが可能となる。   Due to this particular matter, the on / off valve is closed when the exhaust turbocharger is provided with a turbine wheel in the exhaust passage downstream of the recirculation passage and upstream of the bypass passage. When the machine is supercharged, part of the exhaust gas in the recirculation passage is shut off without being led to the bypass passage, and most of the exhaust gas except for part of the exhaust gas into the recirculation passage is the turbine wheel of the exhaust passage Thus, it is possible to smoothly perform supercharging by the exhaust turbocharger.

更に、水冷式EGRクーラに水冷式オイルクーラを一体的に付設し、内燃機関の低温時に燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を再循環通路からバイパス通路に積極的に流通させて水冷式オイルクーラ内を流れる冷却水をも加温させるようにしている場合には、内燃機関の低温時に燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部が再循環通路からバイパス通路に積極的に導かれて水冷式EGRクーラ内を流れる冷却水および水冷式オイルクーラ内を流れるオイルと熱交換されることになる。これにより、内燃機関の低温時に再循環通路に積極的に導かれる排ガスの廃熱を有効利用して冷却水温度およびオイル温度が効率よく昇温され、内燃機関の暖気性能の向上をより一層図ることが可能となる。   Furthermore, a water-cooled oil cooler is integrally attached to the water-cooled EGR cooler so that a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage at the low temperature of the internal combustion engine is actively circulated from the recirculation passage to the bypass passage. When the cooling water flowing through the water-cooled oil cooler is also heated, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage at the low temperature of the internal combustion engine is transferred from the recirculation passage to the bypass passage. Heat is exchanged with the cooling water that is actively guided and flows through the water-cooled EGR cooler and the oil that flows through the water-cooled oil cooler. As a result, the exhaust water waste heat that is actively guided to the recirculation passage at the low temperature of the internal combustion engine is effectively used to efficiently raise the cooling water temperature and the oil temperature, thereby further improving the warming performance of the internal combustion engine. It becomes possible.

以上、要するに、再循環通路の水冷式EGRクーラよりも下流側と、再循環通路の上流端よりも下流側の排気通路との間を繋ぐバイパス通路に内燃機関の低温時に開放する開閉弁を介設することで、内燃機関の低温時、排気通路内の排気ガスの一部を、再循環通路から水冷式EGRクーラを経て吸気通路に再循環させることなくバイパス通路に積極的に導いて水冷式EGRクーラ内を流れる冷却水と熱交換させ、内燃機関の低温時に再循環通路に積極的に導かれる排ガスの廃熱を有効利用して冷却水温度を効率よく昇温させて内燃機関の暖気性能を向上させることができる。   In short, in short, an on-off valve that opens at a low temperature of the internal combustion engine is connected to a bypass passage that connects a downstream side of the water-cooled EGR cooler in the recirculation passage and an exhaust passage downstream of the upstream end of the recirculation passage. By installing, when the temperature of the internal combustion engine is low, a part of the exhaust gas in the exhaust passage is actively led to the bypass passage without being recirculated from the recirculation passage to the intake passage via the water-cooled EGR cooler. Heat exchange performance of the internal combustion engine by efficiently exchanging heat with the cooling water flowing in the EGR cooler and effectively using the waste heat of the exhaust gas that is actively guided to the recirculation passage at low temperatures of the internal combustion engine Can be improved.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は内燃機関としてのエンジンに対し循環される冷却水の循環経路を示し、1はエンジン、2は空冷式のラジエータであって、エンジン1のシリンダヘッド11内のウォータジャケットとラジエータ2の冷却水入口とが第1冷却水配管31を介して連結されている。また、上記ラジエータ2の冷却水出口とエンジン1のシリンダブロック12内のウォータジャケットとが第2冷却水配管32を介して連結されている。この第2冷却水配管32には、サーモスタット21およびウォータポンプ33が上流側から順に介設されている。更に、第1冷却水配管31の途中と第2冷却水配管32のサーモスタット21およびウォータポンプ33の間とが第3冷却水配管34によって連結されている。この第3冷却水配管34には、車内用のヒータ装置35が介設されている。   FIG. 1 shows a circulation path of cooling water circulated with respect to an engine as an internal combustion engine, 1 is an engine, 2 is an air-cooled radiator, and a water jacket and a radiator 2 in a cylinder head 11 of the engine 1 are cooled. A water inlet is connected via a first cooling water pipe 31. The cooling water outlet of the radiator 2 and the water jacket in the cylinder block 12 of the engine 1 are connected via a second cooling water pipe 32. The second cooling water pipe 32 is provided with a thermostat 21 and a water pump 33 in order from the upstream side. Further, the middle of the first cooling water pipe 31 and the thermostat 21 and the water pump 33 of the second cooling water pipe 32 are connected by a third cooling water pipe 34. The third cooling water pipe 34 is provided with an in-vehicle heater device 35.

また、上記第1冷却水配管31の第3冷却水配管34上流端よりも上流側(シリンダヘッド11内のウォータジャケットと第3冷却水配管34上流端との間)と、第2冷却水配管32のサーモスタット21およびウォータポンプ33の間とは、第4冷却水配管36によって連結されている。この第4冷却水配管36には、断面略矩形状のクーラ装置4が介設されている。   Further, the first cooling water pipe 31 is located upstream from the upstream end of the third cooling water pipe 34 (between the water jacket in the cylinder head 11 and the third cooling water pipe 34 upstream end), and the second cooling water pipe. The 32 thermostats 21 and the water pump 33 are connected by a fourth cooling water pipe 36. The fourth cooling water pipe 36 is provided with a cooler device 4 having a substantially rectangular cross section.

そして、図2に示すように、エンジン1の排気通路13には、シリンダヘッド11の燃焼室から排気通路13に排出された排気ガスの一部をエンジン1の吸気通路14に再循環させる再循環通路15が設けられている。この再循環通路15は、その上流端がシリンダヘッド11の燃焼室直下流の排気通路13に、下流端がEGRバルブを介して吸気通路14にそれぞれ連結され、その途中に上記クーラ装置4が介設されている。そして、図3に示すように、クーラ装置4の再循環通路15上流側(図3では右側)には、再循環通路15からのEGRガスを導入するEGRガス導入口40aが設けられている一方、クーラ装置4の再循環通路15下流側(図3では左側)には、クーラ装置4内で冷却水と熱交換されたEGRガスを再循環通路15に排出するEGRガス排出口40bが設けられている。また、クーラ装置4の上面には、後述するEGRクーラ部41に対し冷却水を導入する冷却水導入管4aの上流端およびEGRクーラ部41から冷却水を排出する冷却水排出管4bの下流端がそれぞれ開口しているとともに、後述するオイルクーラ部42に対しオイルを導入するオイル導入管4cの上流端およびオイルクーラ部42からオイルを排出するオイル排出管4dの下流端がそれぞれ開口している。   As shown in FIG. 2, in the exhaust passage 13 of the engine 1, recirculation that recirculates a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the cylinder head 11 to the exhaust passage 13 to the intake passage 14 of the engine 1. A passage 15 is provided. The recirculation passage 15 has an upstream end connected to an exhaust passage 13 immediately downstream of the combustion chamber of the cylinder head 11 and a downstream end connected to an intake passage 14 via an EGR valve. It is installed. As shown in FIG. 3, an EGR gas introduction port 40a for introducing EGR gas from the recirculation passage 15 is provided on the upstream side (right side in FIG. 3) of the recirculation passage 15 of the cooler device 4. An EGR gas discharge port 40b for discharging the EGR gas heat-exchanged with the cooling water in the cooler device 4 to the recirculation passage 15 is provided on the downstream side of the recirculation passage 15 of the cooler device 4 (left side in FIG. 3). ing. Further, on the upper surface of the cooler device 4, an upstream end of a cooling water introduction pipe 4 a that introduces cooling water into an EGR cooler section 41 described later and a downstream end of a cooling water discharge pipe 4 b that discharges cooling water from the EGR cooler section 41. Are opened, and an upstream end of an oil introduction pipe 4c for introducing oil into an oil cooler section 42, which will be described later, and a downstream end of an oil discharge pipe 4d for discharging oil from the oil cooler section 42 are opened. .

また、図4および図5に示すように、クーラ装置4は、上記第4冷却水配管36から導入された冷却水との熱交換によりEGRガスを冷却する水冷式EGRクーラとしてのEGRクーラ部41と、このEGRクーラ部41に一体的に付設され、上記第4冷却水配管36から導入された冷却水との熱交換によりオイルを冷却する水冷式オイルクーラとしてのオイルクーラ部42とを備えている。EGRクーラ部41は、冷却水を流通可能とする3層の扁平な冷却水チューブ41a,41a,41aと、この各冷却水チューブ41a内を流れる冷却水と熱交換可能となるように配置され、EGRガスを流通可能とする2層の扁平なEGRガスチューブ41b,41bとを備えている。一方、オイルクーラ部42は、上記各冷却水チューブ41a内を流れる冷却水と熱交換可能となるように配置され、かつオイルを流通可能とする2層の扁平なオイルチューブ42a,42aを備えている。そして、クーラ装置4は、冷却水チューブ41a、オイルチューブ42a、EGRガスチューブ41b、冷却水チューブ41a、EGRガスチューブ41b、オイルチューブ42a、および冷却水チューブ41aの順に上から積層された7層のチューブ構造よりなり、互いに隣接する層間において熱交換可能に接触している。また、これらのチューブ41a,41b,42a内には、突起またはフィン状のプレートが設けられ、互いに隣接する層間での熱交換が促進されるようになっている。この場合、各冷却水チューブ41a内の冷却水および各オイルチューブ42a内のオイルは、各EGRガスチューブ41b内を再循環通路15の上流側から下流側に向かって流れるEGRガスとは対向する向き、つまり再循環通路15の下流側から上流側に向かって流れるようになっている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the cooler device 4 includes an EGR cooler unit 41 as a water-cooled EGR cooler that cools EGR gas by heat exchange with the cooling water introduced from the fourth cooling water pipe 36. And an oil cooler 42 as a water-cooled oil cooler that is integrally attached to the EGR cooler 41 and cools oil by heat exchange with the cooling water introduced from the fourth cooling water pipe 36. Yes. The EGR cooler portion 41 is arranged so that heat can be exchanged with the three layers of flat cooling water tubes 41a, 41a, 41a that allow the cooling water to flow, and the cooling water that flows in the cooling water tubes 41a. Two layers of flat EGR gas tubes 41b and 41b that allow EGR gas to flow are provided. On the other hand, the oil cooler portion 42 is provided with two layers of flat oil tubes 42a and 42a that are arranged so as to be able to exchange heat with the cooling water flowing through the cooling water tubes 41a and that allow oil to circulate. Yes. And the cooler apparatus 4 is a seven-layer laminated | stacked from the top in order of the cooling water tube 41a, the oil tube 42a, the EGR gas tube 41b, the cooling water tube 41a, the EGR gas tube 41b, the oil tube 42a, and the cooling water tube 41a. It consists of a tube structure and is in contact with each other so as to allow heat exchange between adjacent layers. Further, projections or fin-like plates are provided in these tubes 41a, 41b, and 42a so as to promote heat exchange between adjacent layers. In this case, the cooling water in each cooling water tube 41a and the oil in each oil tube 42a are opposed to the EGR gas flowing in each EGR gas tube 41b from the upstream side to the downstream side of the recirculation passage 15. That is, it flows from the downstream side of the recirculation passage 15 toward the upstream side.

上記クーラ装置4内における各チューブ41a,41b,42aの再循環通路15上流側端(図3ないし図5では右端)および下流側端(図3ないし図5では左端)には、EGRガス導入口40aに連通する上流側拡張室41cおよびEGRガス排出口40bに連通する下流側拡張室41dがそれぞれ設けられている。これらの各拡張室41c,41dは、上記各EGRガスチューブ41bに対しそれぞれ連通していて、再循環通路15の上流側から上流側拡張室41cに導入されたEGRガスを各EGRガスチューブ41bに通してその上下に隣接するオイルチューブ42a内のオイルおよび冷却水チューブ41a内の冷却水と熱交換させて下流側拡張室41dから再循環通路15の下流側に排出するようにしている。また、上記各冷却水チューブ41aは、上記冷却水導入管4aおよび冷却水排出管4bに対し開口している一方、各オイルチューブ42aは、オイル導入管4cおよびオイル排出口4dに対し開口している。   An EGR gas inlet is provided at the upstream end (the right end in FIGS. 3 to 5) and the downstream end (the left end in FIGS. 3 to 5) of the recirculation passage 15 of each tube 41a, 41b, 42a in the cooler device 4. An upstream side expansion chamber 41c that communicates with 40a and a downstream side expansion chamber 41d that communicates with the EGR gas discharge port 40b are provided. Each of the expansion chambers 41c and 41d communicates with each of the EGR gas tubes 41b, and the EGR gas introduced from the upstream side of the recirculation passage 15 into the upstream side expansion chamber 41c is supplied to each EGR gas tube 41b. Then, heat is exchanged between the oil in the oil tube 42a adjacent to the upper and lower sides and the cooling water in the cooling water tube 41a so as to be discharged from the downstream expansion chamber 41d to the downstream side of the recirculation passage 15. The cooling water tubes 41a open to the cooling water introduction pipe 4a and the cooling water discharge pipe 4b, while the oil tubes 42a open to the oil introduction pipe 4c and the oil discharge port 4d. Yes.

そして、図2に示すように、上記再循環通路15のクーラ装置4よりも下流側と、その再循環通路15の上流端よりも下流側の排気通路13との間には、再循環通路15を介した排気ガスを吸気通路14に再循環させることなく排気通路13に導くバイパス通路16が設けられている。このバイパス通路16には、エンジン1の低温時に開放する開閉弁17が介設されていて、エンジン1の低温時に燃焼室から排気通路13に排出された排気ガスの一部を再循環通路15からバイパス通路16に積極的に流通させてクーラ装置4内で冷却水およびオイルと熱交換し、この冷却水およびオイルを加温させるようにしている。また、再循環通路15よりも下流側でかつバイパス通路16よりも上流側に位置する排気通路13には、排気ターボ過給機5のタービンホイール51が配設されている。このタービンホイール51は、吸気通路14に配されたコンプレッサホイール52に軸53を介して回転一体に連結され、排気通路13内を流通する排気ガスによって回転するタービンホイール51の回転に伴いコンプレッサホイール52を回転させて吸気通路14内の吸気を過給するようにしている。また、上記バイパス通路16は、開閉弁17の開放時に排気ターボ過給機5のタービンホイール51に対し大半の排気ガスを導くことなくタービンホイール51の下流側に迂回させるようになっている。そして、上記開閉弁17は、加速時などタービンホイール51への排気ガスの流量を必要とする排気ターボ過給機5の過給時に閉塞されるようになっていて、バイパス通路16を介した排気通路13への排気ガスの迂回を遮断してタービンホイール51への排気ガスの流量が確保されるようにしている。なお、図2中18は、排気ガスを浄化する触媒装置である。   As shown in FIG. 2, the recirculation passage 15 is provided between the recirculation passage 15 downstream of the cooler device 4 and the exhaust passage 13 downstream of the upstream end of the recirculation passage 15. A bypass passage 16 is provided for guiding the exhaust gas through the exhaust passage 13 to the exhaust passage 13 without recirculation. The bypass passage 16 is provided with an open / close valve 17 that opens when the engine 1 is at a low temperature, and a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage 13 when the engine 1 is at a low temperature is passed through the recirculation passage 15. The coolant is actively circulated through the bypass passage 16 to exchange heat with the cooling water and oil in the cooler device 4, and the cooling water and oil are heated. A turbine wheel 51 of the exhaust turbocharger 5 is disposed in the exhaust passage 13 located downstream of the recirculation passage 15 and upstream of the bypass passage 16. The turbine wheel 51 is connected to a compressor wheel 52 disposed in the intake passage 14 through a shaft 53 so as to rotate together. The compressor wheel 52 is rotated along with the rotation of the turbine wheel 51 rotated by exhaust gas flowing through the exhaust passage 13. Is rotated so that the intake air in the intake passage 14 is supercharged. Further, the bypass passage 16 is configured to bypass the downstream side of the turbine wheel 51 without introducing most of the exhaust gas to the turbine wheel 51 of the exhaust turbocharger 5 when the on-off valve 17 is opened. The on-off valve 17 is closed when the exhaust turbocharger 5 that requires the flow rate of the exhaust gas to the turbine wheel 51, such as when accelerating, is exhausted via the bypass passage 16. The bypass of the exhaust gas to the passage 13 is blocked, and the flow rate of the exhaust gas to the turbine wheel 51 is ensured. In FIG. 2, 18 is a catalyst device for purifying exhaust gas.

したがって、上記実施形態では、エンジン1の燃焼室から排気通路13に排出された排気ガスの一部は、エンジンの低温時に開放する開閉弁によって、EGRバルブの開閉如何に拘わらず再循環通路15からクーラ装置4を経て吸気通路14に再循環されることなくバイパス通路16より排気通路13に積極的に導かれることになる。このため、エンジン1の低温時には、燃焼室から排気通路13に排出された排気ガスの一部が再循環通路15からバイパス通路16に積極的に導かれてクーラ装置4の冷却水チューブ41a内を流れる冷却水およびオイルチューブ42a内を流れるオイルと熱交換されることになる。これにより、エンジン1の低温時に再循環通路15に積極的に導かれる排ガスの廃熱を有効利用して冷却水温度およびオイル温度を効率よく昇温させることによって、エンジン1の暖気性能を向上させることができる。   Therefore, in the above embodiment, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine 1 to the exhaust passage 13 is released from the recirculation passage 15 by the on-off valve that is opened when the engine is cold regardless of whether the EGR valve is opened or closed. The air is positively guided from the bypass passage 16 to the exhaust passage 13 without being recirculated through the cooler device 4 to the intake passage 14. For this reason, when the engine 1 is at a low temperature, a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage 13 is actively guided to the bypass passage 16 from the recirculation passage 15 and passes through the cooling water tube 41 a of the cooler device 4. Heat exchange is performed with the flowing coolant and the oil flowing in the oil tube 42a. Thereby, the warm air performance of the engine 1 is improved by effectively increasing the cooling water temperature and the oil temperature by effectively using the waste heat of the exhaust gas that is actively guided to the recirculation passage 15 when the engine 1 is at a low temperature. be able to.

また、再循環通路15上流端よりも下流側でかつバイパス通路下流端よりも上流側の排気通路13にタービンホイール51を設けた排気ターボ過給機5の過給時に開閉弁17が閉塞されるので、排気ターボ過給機5の過給時、再循環通路15内の排気ガスがバイパス通路16に導かれることなく遮断され、再循環通路15内への排気ガスの一部を除く排気ガスの大半が排気通路13のタービンホイール51に導かれて排気ターボ過給機5による過給を円滑に行うことができる。   The on-off valve 17 is closed when the exhaust turbocharger 5 provided with the turbine wheel 51 in the exhaust passage 13 downstream of the upstream end of the recirculation passage 15 and upstream of the downstream end of the bypass passage is supercharged. Therefore, when the exhaust turbocharger 5 is supercharged, the exhaust gas in the recirculation passage 15 is shut off without being guided to the bypass passage 16, and the exhaust gas excluding a part of the exhaust gas into the recirculation passage 15 is blocked. Most of the gas is guided to the turbine wheel 51 in the exhaust passage 13 and can be smoothly supercharged by the exhaust turbocharger 5.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施形態では、EGRクーラ部41にオイルクーラ部42を一体的に付設してクーラ装置4を構成したが、EGRクーラ部のみによってクーラ装置が構成されていてもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The other various modifications are included. For example, in the above embodiment, the oil cooler portion 42 is integrally attached to the EGR cooler portion 41 to configure the cooler device 4, but the cooler device may be configured only by the EGR cooler portion.

また、上記実施形態では、クーラ装置4を3層の冷却水チューブ41aと2層のオイルチューブ42aおよびEGRガスチューブ41bとを順に積層してなる7層のチューブ構造により構成したが、互いに隣接する層間において熱交換可能に接触していれば何層のチューブ構造によってクーラ装置が構成されていてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the cooler apparatus 4 was comprised by the seven-layer tube structure which laminates | stacks the three-layer cooling water tube 41a, the two-layer oil tube 42a, and the EGR gas tube 41b in order, it adjoins mutually. The cooler device may be constituted by a tube structure having any number of layers as long as the layers are in contact with each other so that heat exchange is possible.

更に、各冷却水チューブ41a内の冷却水および各オイルチューブ42a内のオイルを、各EGRガスチューブ41b内を流れるEGRガスと対向する向きに向かって流すようにしたが、各冷却水チューブ内の冷却水および各オイルチューブ内のオイルが、各EGRガスチューブ内を流れるEGRガスと同じ向きに向かって流れるようにしてもよいのはもちろんである。   Furthermore, the cooling water in each cooling water tube 41a and the oil in each oil tube 42a are caused to flow in the direction opposite to the EGR gas flowing in each EGR gas tube 41b. Of course, the cooling water and the oil in each oil tube may flow in the same direction as the EGR gas flowing in each EGR gas tube.

本発明の実施形態に係わる排気通路構造を備えたエンジンに対し循環される冷却水の循環経路を示す冷却水経路図である。It is a cooling water path | route figure which shows the circulation path | route of the cooling water circulated with respect to the engine provided with the exhaust passage structure concerning embodiment of this invention. エンジンから排出された排気ガスの排気経路を示す排気経路図である。FIG. 3 is an exhaust path diagram showing an exhaust path of exhaust gas discharged from an engine. クーラ装置を上方から見た平面図である。It is the top view which looked at the cooler apparatus from the upper part. 図3のA−A線において切断したクーラ装置の断面図である。It is sectional drawing of the cooler apparatus cut | disconnected in the AA of FIG. 図3のB−B線において切断したクーラ装置の断面図である。It is sectional drawing of the cooler apparatus cut | disconnected in the BB line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
13 排気通路
14 吸気通路
15 再循環通路
16 バイパス通路
17 開閉弁
41 EGRクーラ部(水冷式EGRクーラ)
42 オイルクーラ部(水冷式オイルクーラ)
5 排気ターボ過給機
51 タービンホイール
1 engine (internal combustion engine)
13 Exhaust passage 14 Intake passage 15 Recirculation passage 16 Bypass passage 17 On-off valve 41 EGR cooler (water-cooled EGR cooler)
42 Oil cooler (water-cooled oil cooler)
5 Exhaust turbocharger 51 Turbine wheel

Claims (3)

内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を内燃機関の吸気通路に再循環させる再循環通路を備え、この再循環通路を流れる排気ガスの一部を水冷式EGRクーラにより冷却するようにした内燃機関の排気通路構造であって、
上記再循環通路の水冷式EGRクーラよりも下流側と、その再循環通路よりも下流側の排気通路との間には、再循環通路を介した排気ガスの一部を吸気通路に再循環させることなく排気通路に導くバイパス通路が設けられており、
このバイパス通路には、内燃機関の低温時に開放する開閉弁が介設されていて、
内燃機関の低温時に燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を再循環通路からバイパス通路に積極的に流通させて水冷式EGRクーラ内を流れる冷却水を加温させるようにしていることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
A recirculation passage is provided for recirculating a part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the internal combustion engine to the exhaust passage to the intake passage of the internal combustion engine, and a part of the exhaust gas flowing through the recirculation passage is cooled by a water-cooled EGR cooler. An exhaust passage structure for an internal combustion engine that is cooled,
A part of the exhaust gas through the recirculation passage is recirculated to the intake passage between the recirculation passage downstream of the water-cooled EGR cooler and the exhaust passage downstream of the recirculation passage. There is a bypass passage that leads to the exhaust passage without any
The bypass passage is provided with an open / close valve that opens at a low temperature of the internal combustion engine,
A part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage at a low temperature of the internal combustion engine is actively circulated from the recirculation passage to the bypass passage to heat the cooling water flowing in the water-cooled EGR cooler. An exhaust passage structure for an internal combustion engine.
上記請求項1に記載の内燃機関の排気通路構造において、
再循環通路よりも下流側でかつバイパス通路よりも上流側の排気通路には、排気ターボ過給機のタービンホイールが配設されており、
開閉弁は、上記タービンホイールへの排気ガスの流量を必要とする排気ターボ過給機の過給時に閉塞されるようになっていることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
In the exhaust passage structure of the internal combustion engine according to claim 1,
A turbine wheel of an exhaust turbocharger is disposed in the exhaust passage downstream of the recirculation passage and upstream of the bypass passage.
An exhaust passage structure for an internal combustion engine, wherein the on-off valve is closed when supercharging an exhaust turbocharger that requires a flow rate of exhaust gas to the turbine wheel.
上記請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気通路構造において、
水冷式EGRクーラには、水冷式オイルクーラが一体的に付設されており、
内燃機関の低温時に燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部を再循環通路からバイパス通路に積極的に流通させて水冷式オイルクーラ内を流れる冷却水をも加温させるようにしていることを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
In the exhaust passage structure of the internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The water-cooled EGR cooler is integrally provided with a water-cooled oil cooler,
A part of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust passage at the low temperature of the internal combustion engine is actively circulated from the recirculation passage to the bypass passage so that the cooling water flowing in the water-cooled oil cooler is also heated. An exhaust passage structure for an internal combustion engine.
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