JP2006348798A - エンジンのｅｇｒ冷却装置配設構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 充分なＥＧＲ量を長期に亘り確保しつつ、ＰＭの排出量を削減することができるエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造を提供する。
【解決手段】 排気浄化装置６４を備えるとともに、ＥＧＲを行うエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造であって、排気通路６０の排気浄化装置６４より上流側と吸気通路１０とを接続するＥＧＲガス通路２０と、ＥＧＲガス通路２０の一部を構成し、上下方向に延びる第１ガス通路２０ａと、第１ガス通路２０ａの一部を構成するとともに、ＥＧＲガスを上下方向に通す間にこれを冷却する縦置きのＥＧＲ冷却装置３５と、一端が第１ガス通路２０ａの下端部に接続され、ＥＧＲガスの流れ方向を上下反転させる反転通路３４と、下端部が反転通路３４の他端に接続されて上下方向に延びるとともに、ＥＧＲガスをＥＧＲ冷却装置３５を通る方向に対し上下逆方向に通す第２ガス通路２０ｂとを備えるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲを行うエンジンであって、特にＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却装置を備えるエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造に関する。

従来のエンジンにおいて、燃焼ガス温度の過度の上昇を抑制して窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えるとともに、吸気時のポンピングロスを低減するために、排気の一部を吸気に再循環させるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うことがよく知られている。当明細書では、ＥＧＲで再循環される排気をＥＧＲガス、ＥＧＲを行うために排気通路と吸気通路とを連通させる通路全体をＥＧＲガス通路という。

エンジンの温間時にＥＧＲを行うに際し、ＥＧＲガスの温度が高過ぎると吸気の空気充填効率が低下したり、ＥＧＲによるＮＯｘ削減効果が目減りしたりするので、ＥＧＲガスを積極的に冷却することが望ましい。その具体的な手段として、例えばエンジン冷却水の一部を利用した熱交換器構造のＥＧＲ冷却装置、いわゆるＥＧＲクーラが知られている。一般的なＥＧＲクーラは、熱伝導率の高い銅合金等からなる長い細管を所定の間隔をもって多数配設し、これらを長い箱状のケースに収めたような構造となっている。ケースには冷却水（冷媒）の給排口が設けられ、ケース内が循環冷却水で満たされる。そして多数の細管にＥＧＲガスを通すことにより、細管内のＥＧＲガスと細管の外側に接する冷却水とで熱交換が行われるようになっている。

一方、排気の浄化を図るために、エンジンの排気通路に排気浄化装置が設けられるのが一般的である。そして、排気浄化装置の温度を早期に適温にまで高めて活性化させるために、これを排気通路のできるだけ上流側、すなわち排気マニホールドの近傍に設ける構造が知られている。

このような構造において、排気通路に設けられるＥＧＲガスの取出し口を、排気浄化装置の上流側に設ける場合と下流側に設ける場合とが考えられるが、いずれも従来構造として公知である。

ＥＧＲガスの取出し口を排気浄化装置の上流側に設けた場合、ＥＧＲ通路は排気マニホールドの直下流と吸気マニホールドの上流側とを接続するように配設されるため、ＥＧＲクーラのレイアウトとしては横置き（ＥＧＲガスの流れ方向が略水平方向）が自然である。例えば特許文献１には、ＥＧＲクーラを吸気マニホールドの下側に横置きに配設したものが示されている。この他に、排気マニホールドの上側やエンジン後端側に横置きに配設されることもある。

一方、ＥＧＲガスの取出し口を排気浄化装置の下流側に設けた場合、通常、排気浄化装置の下流側は吸排気マニホールドよりも低い位置にあるので、ＥＧＲクーラを縦置き（ＥＧＲガスの流れ方向が上下方向）とするのが自然なレイアウトとなる。たとえば、排気浄化装置の下流側であって比較的下方の取出し口から取出したＥＧＲガスを、縦置きのＥＧＲクーラを経由させて上方の吸気マニホールドに導くように配設したものが知られている。
特開２００３−７４４１７号公報

しかしながら、上記ＥＧＲクーラの上記横置き、または縦置きのレイアウトには、それぞれ次のような問題点がある。

まず上記横置きの場合について説明する。この場合、ＥＧＲガスは排気浄化装置を通る前に取出されるので、比較的多くの排気微粒子（以下、当明細書ではＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｒａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ という）を含んでいる。そして実行中のＥＧＲを停止させると、ＥＧＲガスの流れが止まり、これに含まれるＰＭが自重で落下する。ＥＧＲクーラの細管内に滞留したＰＭもそのまま落下し、細管に付着して堆積する。エンジンの長期の使用によってＥＧＲの実行と停止とが多数回繰り返されると、その堆積量が次第に増加し、細管の実質的な通路断面積が減少して行く。通路断面積の減少が著しくなるとＥＧＲガスが細管内を流れ難くなり、ＥＧＲ量の減少を招いてしまう。結局、充分なＥＧＲ量を長期に亘り確保することができなくなる虞がある。

次に上記縦置きの場合について説明する。この場合、ＥＧＲガスが排気浄化装置を通った後に取出されるので、ＰＭを捕集するフィルターを内蔵する排気浄化装置とすることにより、ＥＧＲ冷却装置に流入するＰＭの量自体を削減することができる。また実行中のＥＧＲを停止することによってＰＭが自重で落下しても、ＥＧＲ冷却装置が縦置きであるために細管内にＰＭが堆積することは殆どない。つまり通路断面積の減少による影響は殆ど無視できる。

しかし自重落下したＰＭが排気通路側に逆流し、そのまま排出されてしまう可能性がある。元々このＥＧＲガスは排気浄化装置を通ったものなので、そのまま排出されたとしても、ＥＧＲを行わない場合に比べて排出されるＰＭの量が増えるわけではない。しかし、仮にこのＰＭの逆流を防止することができれば、より排ガス浄化性能を高めることができると考えれば、潜在的な排ガス浄化性能向上の機会を損失していると言える。

また、ＥＧＲガスを排気浄化装置の下流側から取出すということは、排気浄化装置の圧損によって圧力低下した排ガスをＥＧＲガスとして取り込むことになるので、ＥＧＲガスを排気浄化装置の上流側から取出す場合に比べ、ＥＧＲ量が少なくなるという不利な点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、充分なＥＧＲ量を長期に亘り確保しつつ、ＰＭの排出量を削減することができるエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の請求項１に係る発明は、排気通路上に排気浄化装置を備えるとともに、排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲを行うエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造であって、上記排気通路の上記排気浄化装置より上流側と上記吸気通路とを接続するＥＧＲガス通路と、上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、上下方向に延びる第１ガス通路と、上記第１ガス通路の一部を含むとともに、ＥＧＲガスを上下方向に通す間に冷媒との熱交換を行わせる縦置きのＥＧＲ冷却装置と、上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、一端が上記第１ガス通路の下端部に接続され、ＥＧＲガスの流れ方向を上下反転させる反転通路と、上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、下端部が上記反転通路の他端に接続されて上下方向に延びるとともに、ＥＧＲガスを上記ＥＧＲ冷却装置を通る方向に対し上下逆方向に通す第２ガス通路とを備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造において、上記排気浄化装置は、排気微粒子（ＰＭ）を捕集するフィルターを備えたものであることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１または２記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造において、吸気を圧縮して吸気マニホールドに送る過給機を備え、上記ＥＧＲガス通路と上記吸気通路との合流点が、上記吸気通路における上記過給機の配設位置より下流側であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造において、上記過給機は、上記排気通路に設けられて排気によって回転させられるタービンと、該タービンによって駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサとを備える排気タービン過給機であって、上記ＥＧＲガス通路が上記排気通路から分岐する分岐点が、上記排気通路における上記タービンの配設位置よりも上流側であることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造において、上記ＥＧＲガス通路において、少なくとも上記ＥＧＲ冷却装置の上流側と下流側とを短絡するバイパス通路と、エンジン低温時に上記バイパス通路を開くバイパス開閉弁とを備えることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造において、上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、所定範囲内で軸方向に伸縮自在なフレキシブルパイプ部を備えることを特徴とする。

請求項７に係る発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造において、エンジンのタイミングチェーン類を覆うタイミングカバーが設けられ、上記ＥＧＲ冷却装置が上記エンジンの排気側の側面に沿って上記タイミングカバー近傍に配設され、上記ＥＧＲ冷却装置を支持するブラケットが、上記タイミングカバーに取付けられていることを特徴とする。

ここで、タイミングチェーン類とは、タイミングチェーン又はこれに相当する、クランクシャフトの回転をカムシャフト等の動弁系に同期させつつ伝達する部材を指し、例えばタイミングベルトやギヤ群（カムシャフトがギヤ駆動の場合）などを含む。

請求項１の発明によると、以下に述べるように充分なＥＧＲ量を長期に亘り確保しつつ、ＰＭの排出量を削減することができる。

本発明の構成によると、ＥＧＲガス通路が、排気通路の排気浄化装置より上流側と吸気通路とを接続するように構成されているので、排気浄化装置を通ることによって圧力低下する前のＥＧＲガスを取り込むことができる。すなわち高圧のＥＧＲガスを吸気通路に導くことになるので、充分なＥＧＲ量を確保することができる。

しかもＥＧＲ冷却装置が、ＥＧＲガスを上下方向に通すように縦置きで配設されているので、ＥＧＲを停止したとき、ＰＭが自重で落下してもＥＧＲ冷却装置の細管内に殆ど堆積しない。したがって、エンジンの長期の使用によってＥＧＲの実行と停止とが多数回繰り返されても、細管の実質的な通路断面積は充分確保され続ける。つまり長期に亘り充分なＥＧＲ量を確保することができるのである。

また、ＥＧＲガスを、ＥＧＲ冷却装置を通る方向に対し上下逆方向に通す第２ガス通路と、第１ガス通路の下端部と第２ガス通路の下端部とを接続することによってＥＧＲガスの流れ方向を上下反転させる反転通路とを備えているので、ＥＧＲが停止されてＰＭが自重で落下すると、ＰＭは反転通路の最も低い部分近傍に堆積することになる。堆積したＰＭは下流側のＥＧＲ冷却装置に流入することがなく、また第２ガス通路を上昇して逆流することもないので上流側の排気浄化装置に流入することもない。つまり反転通路はＰＭの捕集作用を有しており、これによってＰＭの排出量を低減することができるのである。

なお、反転通路の通路断面積を充分大きくしておくことにより、ＰＭ堆積による通路断面積の減少の影響を殆ど無視できる程度に抑えることができる。

請求項２の発明によると、以下に述べるように、ＰＭを捕集するフィルターを備えることによってＰＭの排出量を大幅に削減しつつも、充分なＥＧＲ量を確保することができる。

排気浄化装置にＰＭを捕集するフィルターを備えると、例えばディーゼルエンジンのような、比較的ＰＭ発生量の多いエンジンであっても、フィルターによってＰＭの排出量を大幅に削減することができる。

但し、排気浄化装置にフィルターを備えると排気抵抗が大きくなるので、ＥＧＲ量を充分確保するという観点からは不利となりがちである。しかし本発明は、ＥＧＲガスの取出し口を排気浄化装置より上流側に設け、排気浄化装置によって圧力低下する前のＥＧＲガスを還流させるように構成されているので、上記不利を回避することができる。つまり本発明によると、排気浄化装置にフィルターを備えてＰＭの排出量を大幅に削減しつつも、充分なＥＧＲ量を確保することができるのである。

また、そのようなＰＭ発生量の多いエンジンは、ＰＭ排出量低減が特に重要な課題となることが多い。そのような場合に本発明を適用することにより、ＰＭ排出量低減という効果をもって、その課題解決に大きく貢献することができる。

請求項３の発明によると、以下に述べるように、過給機によって出力の増大を図りつつも、その際に低減しがちなＥＧＲ量を長期に亘り充分に確保することができる。

一般的にＥＧＲを行う場合、気筒内に導かれる吸気には新気と不活性成分（ＥＧＲガス）とが混在したものとなる。したがって、ＥＧＲ量を増やすということは吸気中の新気割合を相対的に小さくすることに他ならない。つまりＥＧＲ量を増やせば吸入酸素の絶対量が減少し、出力が低下してしまうのでＥＧＲ量の増大には限界がある。

そこで過給機を設けると、新気を圧縮して吸気マニホールドに送り込むので、各気筒における吸入酸素の絶対量が増す。したがってＥＧＲ量増大の限界を引き上げることができる。

ところが、圧縮され、高圧となった新気中には、圧縮されない場合（過給機を設けない場合、或いは作動させない場合）に比べ、還流されたＥＧＲガスが混入し難くなってしまう。つまり、ＥＧＲ量増大の限界が引き上げられているにも拘わらず、その一方でＥＧＲ量の増大を抑制するという相反する作用を有するのである。

そこで本発明の構成によると、排気通路の排気浄化装置より上流側から高圧のＥＧＲガスを取り込むので、上記ＥＧＲガスが新気に混入し難いという不利な特性を効果的に補い、過給機を用いたときの効果をより顕著に奏することができる。

特に、その過給機を請求項４に示すような排気タービン過給機（いわゆるターボチャージャー）とした場合、タービンより上流の排気圧力が、排気タービン過給機を設けない場合に比べて高くなるので、より高圧のＥＧＲガスを取り込むことができて一層効果的である。

請求項５の発明によると、エンジンの低温時にバイパス開閉弁を開くことによって、ＥＧＲ冷却装置を通らない高温のＥＧＲガスを吸気側に還流させることができる。こうすることで吸気温度を速やかに上昇させることができ、燃焼性を早期に安定させることができる。

請求項６の発明によると、以下に述べるように、ＥＧＲガス通路の支持ブラケットに過大な応力が作用することを効果的に抑制し、さらにＥＧＲ冷却装置以外からの放熱を促進し、全体としての冷却性能を高めることができる。

通常、ＥＧＲガス通路は金属パイプによって構成され、加熱や冷却によって伸縮する。本発明のフレキシブルパイプ部は、そのような伸縮に対して逆方向に伸縮することにより、全体として通路長を一定に保つ方向に自動調整することができる。つまり、ＥＧＲガス通路を形成するパイプを支持する各ブラケットに、パイプの伸縮による過大な応力が作用することを効果的に抑制することができるのである。

通常、ＥＧＲガス通路は主にステンレス鋼等の鉄系パイプによって形成されるが、ＥＧＲ冷却装置には熱伝導率の高い銅合金等のパイプが用いられる。銅の線膨張係数は鉄の約１．４倍なので、このようなＥＧＲ冷却装置を用いた場合、ＥＧＲガス通路（フレキシブルパイプ部を除く）は一様に伸縮するのではなく、ＥＧＲ冷却装置の部分だけが特に大きく伸縮する。そのため、特に支持ブラケットに過大な応力が作用しがちである。そこで本発明のようにフレキシブルパイプ部を設けることにより、その過大応力抑制効果を顕著に奏することができる。

なお、フレキシブルパイプ部を設ける箇所は、ＥＧＲ冷却装置の近傍、望ましくは支持ブラケットを介さずＥＧＲ冷却装置と接続する箇所にするのが良い。

また、一般的にフレキシブルパイプは管を蛇腹状に成形したものなので、直管に比べて表面積が大きい。したがって、フレキシブルパイプ部からの放熱による冷却作用の向上も期待することができる。つまりＥＧＲ冷却装置を含めた全体としての冷却性能を高めることができるのである。

請求項７の発明によると、以下に述べるようにＥＧＲ冷却装置の組付け性を向上することができる。

一般的にエンジンの周囲には様々な補機類や配管系（以下これらを総称して補機類等という）が取付けられており、それらを組付け性を考慮しつつ総合的に適正な位置に配設しなければならない。ところが多くの補機類等がブラケット等を介してエンジン側面に取付けられるので、ＥＧＲ冷却装置の取付け位置の確保に苦慮することが多い。

そこで本発明のようにＥＧＲ冷却装置を配設し、これを支持するブラケットをタイミングカバーに取付けることにより、組付け性の良い箇所にＥＧＲ冷却装置の取付け位置を確保することが容易となる。つまりＥＧＲ冷却装置の組付け性を向上することができるのである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明に係る実施形態のエンジン１の斜視図である。以下の説明において、特記なく前後上下左右の方向を示す場合は、図１に示す座標軸に準ずる。すなわち、図外のクランクシャフトの軸線と平行な方向を前後方向とし、タイミングチェーンカバー５やクランクシャフトプーリ７２が設けられている方を前方とする。またシリンダブロック部３を挟んで、シリンダヘッド部２が設けられている方を上、オイルパン４が設けられている方を下とする。前後軸および上下軸に直交する軸を左右軸とし、後方側から前方側を見た方向で左右を定義する。

従って、図１はエンジン１の前方斜め右方向から見た斜視図となる。同様に、図２はエンジンの右側面図であり、図３はエンジン１の左側面図である。また図４は、エンジン１の吸気通路１０、排気通路６０およびＥＧＲガス通路２０を模式的に示す模式図である。

次に図１〜図４を参照してエンジン１の構造、特に配管系について詳細に説明する。エンジン１はディーゼルエンジンであって、シリンダヘッド部２、シリンダブロック部３及びオイルパン４によって構成されるブロック体部と、周囲の補機類等からなる。なお図１〜図４では、当実施形態の説明において省略可能な補機類等は省略して示している。

まずエンジン１のブロック体部について説明する。図１に示すシリンダヘッド部２は、シリンダヘッド、カムシャフト及びシリンダヘッドカバー等からなる。シリンダブロック部３は、シリンダブロック、ピストン、クランクシャフト等からなる。シリンダブロック部３の内部は周知の構造であるため詳細な説明を省略するが、前後方向に並ぶ複数の気筒（例えば４気筒）のそれぞれに設けられた燃焼室において、所定のタイミングで燃料を燃焼させ、各気筒内でのピストンの上下移動を介してその燃焼エネルギーをクランクシャフトから取出すように構成されている。

エンジン１の前面にはタイミングチェーンカバー５が設けられており、その内部構造は図示を省略するが、クランクシャフトとカムシャフトとを同期を取りつつ接続するタイミングチェーンが設けられている。タイミングチェーンカバー５よりもさらに前面側には、クランクシャフトと同軸で回転するクランクシャフトプーリ７２が設けられている。クランクシャフトプーリ７２は図外のベルトを介して図外のオルタネータ等の補機を駆動する。

エンジン１の燃料噴射システムは、いわゆるコモンレール式燃料噴射システムであって、エンジン１の吸気側の側面１ａ（図３に示す左側面）に沿って吸気マニホールド１８近傍にコモンレール７６が設けられている。コモンレール７６は共通の蓄圧室であって、このコモンレール７６内で昇圧された燃料が図外の各燃料噴射ノズルに分岐して各気筒内に噴射されるように構成されている。コモンレール式燃料噴射システムによって、高圧、高精度の燃料噴射を安定的に行うことができる。また１回の燃焼に供される燃料を複数回に分割して噴射する多段噴射も含め、噴射タイミング設定の自由度を高めることができる。

シリンダヘッド部２の後端付近にはバキュームポンプ７４が設けられている。バキュームポンプ７４は、ブレーキの倍力装置のための負圧や、後述するＥＧＲバルブ３８を作動させるための負圧を作り出す周知の機構である。

次に、エンジン１の配管系について説明する。各気筒の燃焼室での燃焼に必要な酸素（空気）を供給するための吸気通路１０と、燃焼後の排ガスを外部に排出するための排気通路６０とが設けられている。またエンジン１は、燃焼ガス温度の過度の上昇を抑制して窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑えるとともに、吸気時のポンピングロスを低減するために、排気の一部を吸気に再循環させるＥＧＲを行うように構成されている。そのために、排気通路６０から分岐して吸気通路１０に接続されるＥＧＲガス通路２０が設けられている。

また、排気タービン過給機５０（いわゆるターボチャージャー）が、吸気通路１０と排気通路６０とに跨って設けられている。すなわち、排気タービン過給機５０のハウジングはタービンハウジング５１、コンプレッサハウジング５２及びこれらを連結するセンターハウジング５３からなり、タービンハウジング５１が排気通路６０の一部を、コンプレッサハウジング５２が吸気通路１０の一部を、それぞれ構成している。

次に、吸気通路１０、排気通路６０及びＥＧＲガス通路２０について、順次詳しく説明する。

まず吸気通路１０について、吸気通路１０に設けられる主要な構成要素は、上流側の開口部１１から順に、吸気制御弁１３と、排気タービン過給機５０のコンプレッサハウジング５２と、吸気マニホールド１８である。これらの構成要素が、通路１２，１４，１５及び１６で接続されている（図３、図４参照）。

吸気制御弁１３は、ＥＧＲと関連させて吸気量を適正に調節する制御弁である。

排気タービン過給機５０のコンプレッサハウジング５２にはコンプレッサ５２ａが設けられており、これが回転することによって吸気が圧縮される（図４参照）。

続いて排気通路６０について、排気通路６０に設けられる主要な構成要素は、上流側の排気マニホールド６１から順に、排気タービン過給機５０のタービンハウジング５１と、排気浄化装置６４である。これらの構成要素が、通路６２，６３，６５で接続され、開口部６６に至る（図１、図２、図４参照）。開口部６６は、より下流側の排気通路に接続されている。

図４に示すように排気タービン過給機５０のタービンハウジング５１にはタービン５１ａが設けられている。タービン５１ａはタービンハウジング５１を通る排気のエネルギーで回転する。タービン５１ａは、センターハウジング５３内に設けられたシャフト５３ａを介して上記コンプレッサ５２ａと一体回転するように構成されている。つまりタービン５１ａは、上記コンプレッサ５２ａを排気のエネルギーを利用して回転駆動する。

排気浄化装置６４は、上流側に酸化触媒６４ａを、下流側にＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）６４ｂを内蔵する触媒担持型ＤＰＦである。排気浄化装置６４は、ＤＰＦ６４ｂによってＰＭを捕集し、排気を浄化するほか、酸化触媒６４ａを組み合わせることによって、捕集したＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ６４ｂを再生する。また酸化触媒６４ａによってＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）の浄化も行う。

続いてＥＧＲガス通路２０について、ＥＧＲガス通路２０は、排気通路６０の分岐点２１と吸気通路１０の合流点２６との間を接続する通路である（図４参照）。図４では模式的に分岐点２１が通路６２の途中にあるように示しているが、実際には分岐点２１は排気マニホールド６１の内部にある。すなわち図１に示すように、排気マニホールド６１から通路６２とガス導入通路３１とが並列的に導出されている。

この構造からも明らかなように、分岐点２１は排気通路６０における排気タービン過給機５０（のタービン５１ａ）や排気浄化装置６４よりも上流側に設けられている。また合流点２６は、吸気通路１０における排気タービン過給機５０（のコンプレッサ５２ａ）よりも下流側に設けられている。

ＥＧＲガス通路２０の主経路は、分岐点２１→分岐点２２→通過点２３→通過点２４→合流点２５→合流点２６と辿る経路であって、上流側から順にガス導入通路３１、フレキシブルパイプ部３３、通路３２、反転通路３４、ＥＧＲクーラ３５（ＥＧＲ冷却装置）、通路３６、ガス導出通路３７、ＥＧＲバルブ３８及びガス導出通路３９で構成されている。

図１に示すように、ＥＧＲガス通路２０のうち、ＥＧＲクーラ３５及び通路３６は上下に延びる第１ガス通路２０ａを形成し、フレキシブルパイプ部３３及び通路３２は上下に延びる第２ガス通路２０ｂを形成している。

第１ガス通路２０ａの一部を含むＥＧＲクーラ３５は、下方の反転通路３４側から導かれたＥＧＲガスを、上方（通路３６側）へ通すように縦置きに配置されている。ＥＧＲクーラ３５は、上下に長い箱状のケース内に、熱伝導率の高い銅合金等からなる長い細管を所定の間隔をもって多数配設した構造となっている。一方ケースには２箇所の冷却水給排口３５ａが設けられ、ケース内が循環冷却水で満たされるようになっている。

そして、下方から導かれたＥＧＲガスが各細管に分かれて上方に導かれる（図４に「矢印Ａ５で示す」間に、細管内のＥＧＲガスと細管の外側に接する冷却水とで熱交換が行われるように構成されている。

なお、図１、図２に示すように、ＥＧＲクーラ３５はエンジン１の排気側の側面１ｂ（右側面）に沿ってタイミングチェーンカバー５の近傍に設けられている。そしてＥＧＲクーラ３５を支持するブラケット４５が、取付けボルト４２を介してタイミングチェーンカバー５に取付けられている。

排気側の側面１ｂには、排気タービン過給機５０や排気浄化装置６４など、多くの部材が取付けられており、この排気側の側面１ｂに更にブラケット４５を組付け性の良い位置に配設するのは難しい。しかし当実施形態のようにＥＧＲクーラ３５をはじめ第１ガス通路２０ａや第２ガス通路２０ｂを前方に寄せ、ブラケット４５をタイミングチェーンカバー５に取付ける構造とすることにより、ブラケット４５を組付け性の良い位置に配設することが容易にできる。

第２ガス通路２０ｂの一部を構成するフレキシブルパイプ部３３は、図１及び図２に示すようにＥＧＲクーラ３５と併行して上下に延びる蛇腹状のパイプである。フレキシブルパイプ部３３は、他の通路部分に比べて容易に軸方向に伸縮するように構成されている。

ＥＧＲガスは、フレキシブルパイプ部３３内を上方から下方に、つまりＥＧＲクーラ３５における流れと上下逆方向に通る（図４に矢印Ａ３で示す）。またフレキシブルパイプ部３３は直管に比べて表面積が大きいので、ここを通るＥＧＲガスと外部空気との間で熱交換が行われ易くなっている。

反転通路３４は、第１ガス通路２０ａの下端部と第２ガス通路２０ｂの下端部とを接続する通路であって、当実施形態では略水平な通路となっている。第２ガス通路２０ｂを下向きに流れてきたＥＧＲガスは、反転通路３４によって上下反転され、第１ガス通路２０ａを上向きに流れて行く。

ＥＧＲバルブ３８は、ＥＧＲガス通路２０の連通を断続することによってＥＧＲの実行有無を切換えるバルブである。ＥＧＲバルブ３８を開弁すると図４に示す分岐点２１と合流点２６とが連通し、ＥＧＲガスが排気通路６０からＥＧＲガス通路２０を経由して吸気通路１０に導かれる。すなわちＥＧＲが行われる。ＥＧＲバルブ３８を閉弁するとＥＧＲガス通路２０の合流点２５と合流点２６との間の連通が遮断されるため、ＥＧＲガスは吸気通路１０に導かれない。すなわちＥＧＲが停止させられる。

ＥＧＲガス通路２０には、上記主経路とは別に図４に示す分岐点２２と合流点２５との間を短絡するバイパス通路４０が設けられている。バイパス通路４０の管路抵抗は第２ガス通路２０ｂから反転通路３４を経由して第１ガス通路２０ａに至る管路抵抗よりも充分小さくなるように構成されている。バイパス通路４０上には、その連通を断続するバイパス開閉弁４１が設けられている。

バイパス開閉弁４１を開弁するとバイパス通路４０が連通し、分岐点２２まで流れてきたＥＧＲガスの殆どが管路抵抗の小さなバイパス通路４０を通る（図４に矢印Ａ６で示す）。すなわち殆どのＥＧＲガスはＥＧＲクーラ３５を通ることなく吸気通路１０に導かれる。一方、バイパス開閉弁４１を閉弁すると、バイパス通路４０が遮断されるので、全てのＥＧＲガスはＥＧＲクーラ３５を通って吸気通路１０に導かれる。

なお、ＥＧＲガス通路２０を構成する各通路は、ＥＧＲクーラ３５の細管が銅合金パイプ、それ以外はフレキシブルパイプ部３３を含めてステンレス鋼等の鉄系パイプである。

次に、エンジン１の動作について、特に吸気、排ガスおよびＥＧＲガスの流れを中心に説明する。

まず、エンジンが充分暖気された温間状態においてＥＧＲを行う場合（通常のＥＧＲを行う場合）について説明する。

排気系から説明すると、図４に示すように、各気筒で燃焼を行った後の排気６８は、排気マニホールド６１に集められ、排気通路６０に導入される。排気６８の一部は分岐点２１で分岐してＥＧＲガス通路２０に流れ、残りは通路６２を経由して排気タービン過給機５０のタービンハウジング５１に導かれる（矢印Ａ１）。排気６８は、タービンハウジング５１内のタービン５１ａを回転させた後、通路６３を経由して排気浄化装置６４に導かれる（矢印Ａ１０）。

排気浄化装置６４では、内蔵する酸化触媒６４ａによってＣＯとＨＣがＣＯ_２（二酸化炭素）やＨ_２Ｏ（水）となり、無害化される。またＤＰＦ６４ｂによってＰＭが捕集され、排気６８から除去される。捕集されたＰＭは、酸化触媒６４ａによって生成されたＮＯ_２（二酸化窒素）と反応して燃焼（酸化）し、除去される。つまりＰＭは捕集されるとともに燃焼するので、ＤＰＦ６４ｂは連続的に自動再生される。

また、排気浄化装置６４の上流側と下流側とに圧力センサを設ける等してＤＰＦ６４ｂへのＰＭ堆積量を推定し、その推定値が一定値を越えた場合、燃焼制御によって排気６８の温度を上昇させ、強制的にＤＰＦ６４ｂでのＰＭの燃焼を行わせるようにしても良い。

こうしてＰＭその他が除去され、浄化した排気６８が通路６５，開口部６６を経由してさらに下流側に送られる。開口部６６の下流側では、図外のマフラーを経由して排気６８をそのまま大気に放出しても良いし、さらなる浄化装置を設けて排気６８の一層の浄化を図っても良い。

次にＥＧＲについて説明する。ＥＧＲガス通路２０において、通常のＥＧＲではＥＧＲバルブ３８が開弁され、バイパス開閉弁４１が閉弁されている。分岐点２１で排気６８から分岐したＥＧＲガス（矢印Ａ２）は、バイパス開閉弁４１が閉弁されているのでバイパス通路４０には流入せず、全て第２ガス通路２０ｂのフレキシブルパイプ部３３及び通路３２に導かれ、流下する（矢印Ａ３）。

フレキシブルパイプ部３３で外部空気と熱交換してある程度冷却されたＥＧＲガスは、反転通路３４で流れ方向を略水平方向に変え（矢印Ａ４）、さらに上昇に転じさせる。そしてＥＧＲガスは第１ガス通路２０ａ中を上昇する（矢印Ａ５）。

第１ガス通路２０ａに設けられたＥＧＲクーラ３５によってＥＧＲガスは充分冷却され、通路３６及び合流点２５を経由してガス導出通路３７に導かれる。ＥＧＲバルブ３８が開弁しているのでＥＧＲガスはガス導出通路３９を経由して合流点２６に導かれる（矢印Ａ７）。

ＥＧＲガスがＥＧＲガス通路２０を通る際、ある程度の圧力損失があるものの、ＥＧＲガスの取出し口（分岐点２１）を、排気タービン過給機５０や排気浄化装置６４よりも上流側に設定しているので、合流点２６直前のＥＧＲガス圧力は充分高圧となっている。

当実施形態では排気浄化装置６４にＤＰＦ６４ｂを備えるが、これによる圧力損失は比較的大きい。従って、分岐点２１を排気浄化装置６４の上流に設定していることは特に効果的である。

また、高温のＥＧＲガスがＥＧＲガス通路２０を通ることにより、ＥＧＲガス通路２０を構成する各金属パイプは熱膨張し、長くなる。しかも当実施形態では、ＥＧＲクーラ３５の細管が銅合金パイプ、他の部分が鉄系のパイプと異なる材質のパイプが直列に配設されているので、膨脹度合が一様ではない。銅合金パイプ（ＥＧＲクーラ３５の細管）の方が鉄系パイプの約１．４倍伸びる。しかしフレキシブルパイプ部３３が他の部分の伸びを打ち消すように縮んで、全体の長さを一定に保つように自動調整する。逆にＥＧＲを停止し、冷却によって他の通路部分の長さが短くなったときには伸びて、やはり全体の長さを一定に保つように自動調整する。こうすることにより、ブラケット４５その他の支持ブラケットに過大な応力が作用することが効果的に抑制される。

次に吸気系について説明する。図４に示すように、吸気通路１０において、開口部１１から通路１２に導入された吸気８は、吸気制御弁１３で適正に調節され、通路１４を経て排気タービン過給機５０のコンプレッサハウジング５２に導かれる（矢印Ａ８）。コンプレッサハウジング５２内のコンプレッサ５２ａがシャフト５３ａを介してタービン５１ａに回転駆動されているので、吸気８は圧縮され、高密度となって通路１５に導かれる。

なお、この圧縮（過給）によって吸気８の温度が上昇し、密度の上昇を目減りさせてしまうので、それを抑制するために通路１５上にインタークーラー等を設けて吸気８を冷却しても良い。

その後、合流点２６で吸気８は冷却されたＥＧＲガスと合流する。通路１５を通った吸気８は圧縮されて高圧となっているが、ガス導出通路３９から合流するＥＧＲガスも上流の分岐点２１から取り込まれた高圧のガスなので、必要量の合流が充分可能となっている。つまり充分なＥＧＲ量が確保される。また、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ３５によって冷却されているので、合流によって吸気８の温度が上昇して密度が低下することが可及的に抑制されている。

合流点２６で合流した吸気８は通路１６を経て吸気マニホールド１８に導入される。吸気マニホールド１８に導入された吸気８は、各気筒における吸気行程で気筒内に導入される。その際、排気タービン過給機５０による過給とＥＧＲとによって高圧となった吸気８が導入されるので、気筒への吸入抵抗が削減される。つまりポンピングロスが低減される。また、過給を行って新気の体積あたりの酸素量が増大しているので、過給を行わない場合に比べて同じＥＧＲ率でも酸素の絶対量が多くなる。すなわち必要な出力（燃焼エネルギー）を確保するためのＥＧＲ限界が引き上げられており、ＥＧＲ量の増大を可能としている。

各気筒に吸入行程で吸入された吸気８は圧縮行程で圧縮される。そして圧縮上死点付近で燃料噴射がなされる。この燃料噴射はコモンレール式噴射システムによって高圧、高精度でコントロールされる。また１回の燃焼に供される燃料を複数回に分割して噴射する多段噴射が行われる。

圧縮行程で高温高圧となった吸気８に燃料が噴射されることによって、燃料が着火し、燃焼する。その際、ＥＧＲガスの混入によって吸気８中の不活性成分が多くなっていることや、燃料が多段噴射されていることによって燃焼温度の過度の上昇が抑制され、ＮＯｘの発生量が格段に低減される。また、燃焼によってある程度のＰＭが発生する。ＰＭを含んだ燃焼後の排ガスは、その後の排気行程において排気マニホールド６１に排出される。

以上、通常のＥＧＲを行う場合の作動について説明したが、次に、そのＥＧＲを停止した場合（エンジンの運転自体を停止した場合も同様）について説明する。

ＥＧＲバルブ３８を閉弁するとＥＧＲガス通路２０の連通が遮断されるので、ＥＧＲガス通路２０中を流れていたＥＧＲガスの流れが止まり、ＥＧＲは停止する。そしてＥＧＲガス通路２０には残留したＥＧＲガスが滞留し、その中に含まれていたＰＭが自重で落下する。第１ガス通路２０ａや第２ガス通路２０ｂは上下方向に延びているので、殆どのＰＭは途中で堆積することなく、最下端まで落下する。そして反転通路３４の最低位置付近に堆積する。反転通路３４は充分な通路断面積が確保されているので、ＰＭの堆積による通路断面積の減少の影響は殆ど無視できる程度である。

特に、ＥＧＲクーラ３５内の細管は１本あたりの通路断面積が小さいので、ＰＭが堆積するとＥＧＲガスの円滑な流れに支障をきたし易いところ、ＥＧＲクーラ３５が縦置きとされているので細管内にＰＭが堆積することが殆どなく、この問題が効果的に解決されている。従って、エンジンの長期の使用によってＥＧＲの実行と停止とが多数回繰り返されても、細管の実質的な通路断面積は充分確保され続ける。つまり長期に亘り充分なＥＧＲ量を確保することができる。

また、第１ガス通路２０ａや第２ガス通路２０ｂに滞留したＰＭが排気通路６０側に逆流することも殆どないので、ＰＭの排出量も低減される。

次に、エンジン１が未だ充分暖気されていない、低温状態におけるＥＧＲについて説明する。この場合、ＥＧＲバルブ３８が開弁されるとともにバイパス開閉弁４１も開弁される。するとＥＧＲガス通路２０の分岐点２２で、殆どのＥＧＲガスは管路抵抗の小さいバイパス通路４０の方に流入する（矢印Ａ６）。つまりＥＧＲガスは殆ど冷却されることなく合流点２６で吸気８と合流する。従って、吸気マニホールド１８を経由して各気筒に導かれる吸気８の温度が上昇し、燃焼性を早期に安定させることができる。エンジン１が充分暖気され、温間状態となったらバイパス開閉弁４１を閉弁して上記通常のＥＧＲに移行する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、この実施形態は本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば上記実施形態では、ＥＧＲガス通路２０の第１ガス通路２０ａを通るＥＧＲガスは上昇し、第２ガス通路２０ｂを通るＥＧＲガスは降下するように構成しているが、これを例えば図５に示すように逆にしても良い。

図５は、上記実施形態の変形例であって、図４に示す第１ガス通路２０ａと第２ガス通路２０ｂとの接続状態を交換させたものである。すなわち、ＥＧＲガス通路２０’において、分岐点２２と通過点２３との間にＥＧＲクーラ３５を含む第１ガス通路２０ａ’を設け、通過点２４と合流点２５との間にフレキシブルパイプ部３３を含む第２ガス通路２０ｂ’を設けている。このようにしても、充分なＥＧＲ量を長期に亘り確保しつつ、ＰＭの排出量を削減することができるという本発明の効果を得ることができる。

図４に戻って、排気タービン過給機５０は必ずしも必要ではないが、排気タービン過給機５０とＥＧＲとを併用することにより、双方の利点をより顕著に奏させることができて望ましい。

過給機として、排気タービン過給機５０以外のもの、例えば機械式のいわゆるスーパーチャージャー等を用いていも良い。但し排気タービン過給機５０を用いると、タービン５１ａが排気抵抗となって、その上流側の排ガス圧力が高くなる。すなわち分岐点２１から取り込むＥＧＲガスがより高圧となるので、一層ＥＧＲ量を増大させることができるという利点がある。

フレキシブルパイプ部３３は必ずしも第２ガス通路２０ｂに設ける必要はないが、ＥＧＲクーラ３５の近傍に設けるのが望ましい。さらに双方が支持ブラケットで隔てられていないように構成すると、伸縮度合の大きいＥＧＲクーラ３５の伸縮をより直接的に吸収することができるので一層効果的である。

反転通路３４は、当実施形態では略水平な通路であるが、これに限定するものではなく、ＥＧＲガスの流れを下降から上昇に反転させるための通路であれば任意の形状であって良い。例えばＵ字形状やＶ字形状の通路としても良い。また、第１ガス通路２０ａや第２ガス通路２０ｂと反転通路３４との間に明確な境界がなくても良い。例えば第１ガス通路２０ａと第２ガス通路２０ｂとを下窄まりに次第に接近させ、接合させるような構造としても良い。その場合、その接合部が反転通路３４となる。

ＥＧＲクーラ３５は、当実施形態では冷却水を冷媒とする水冷式のものとしたが、必ずしもこのような水冷式のものでなくても良い。例えばＥＧＲガスを通す細管に放熱用フィンを設けた空冷式のものであっても良い。但し水冷式とした場合、空冷式のように空気（走行風）が澱みなく細管の周囲に流れるようなレイアウト上の配慮をする必要がなく、またエンジンの冷却水を利用して容易に冷媒を循環させることができる等の利点がある。

排気浄化装置６４は、必ずしも触媒担持型ＤＰＦでなくても良い。例えば単に酸化触媒或いは三元触媒等としても良い。その場合排気通路６０の開口部６６より下流にＤＰＦ等のＰＭ捕集手段を設けることが望ましい。

上記実施形態では、ブラケット４５がタイミングチェーンカバー５に取付けられているとしたが、タイミングチェーンを使用しない場合には、これに相当するタイミングチェーン類のカバーに取付ければ良い。タイミングチェーン類とは、クランクシャフトの回転をカムシャフト等の動弁系に同期させつつ伝達する部材を指し、タイミングチェーンの他に例えばタイミングベルトやギヤ群（カムシャフトがギヤ駆動の場合）などを含む。

エンジン１は、必ずしもディーゼルエンジンである必要はなく、例えばガソリンエンジンであっても良い。但し一般的にＰＭはディーゼルエンジンの排気に多く含まれるので、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合に、その効果が顕著なものとなる。

本発明に係る実施形態のエンジンの斜視図である。 図１に示すエンジンの右側面図である。 図１に示すエンジンの左側面図である。 図１に示すエンジンの吸気通路、排気通路およびＥＧＲガス通路を模式的に示す模式図である。 上記実施形態の変形例における、図４に相当する模式図である。

符号の説明

１ エンジン
１ｂ エンジンの排気側の側面
５ タイミングチェーンカバー（タイミングカバー）
１０ 吸気通路
１８ 吸気マニホールド
２０ ＥＧＲガス通路
２０ａ 第１ガス通路
２０ｂ 第２ガス通路
２１ （排気通路とＥＧＲガス通路との）分岐点
２６ （ＥＧＲガス通路と吸気通路との）合流点
３３ フレキシブルパイプ部
３４ 反転通路
３５ ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ冷却装置）
４０ バイパス通路
４１ バイパス開閉弁
４５ ブラケット
５０ 排気タービン過給機
５１ａ タービン
５２ａ コンプレッサ
６０ 排気通路
６４ 排気浄化装置
６４ｂ ＤＰＦ（フィルター）

Claims (7)

1. 排気通路上に排気浄化装置を備えるとともに、排気の一部を吸気通路に再循環させるＥＧＲを行うエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造であって、
   上記排気通路の上記排気浄化装置より上流側と上記吸気通路とを接続するＥＧＲガス通路と、
   上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、上下方向に延びる第１ガス通路と、
   上記第１ガス通路の一部を含むとともに、ＥＧＲガスを上下方向に通す間に冷媒との熱交換を行わせる縦置きのＥＧＲ冷却装置と、
   上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、一端が上記第１ガス通路の下端部に接続され、ＥＧＲガスの流れ方向を上下反転させる反転通路と、
   上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、下端部が上記反転通路の他端に接続されて上下方向に延びるとともに、ＥＧＲガスを上記ＥＧＲ冷却装置を通る方向に対し上下逆方向に通す第２ガス通路とを備えることを特徴とするエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造。
2. 上記排気浄化装置は、排気微粒子を捕集するフィルターを備えたものであることを特徴とする請求項１記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造。
3. 吸気を圧縮して吸気マニホールドに送る過給機を備え、
   上記ＥＧＲガス通路と上記吸気通路との合流点が、上記吸気通路における上記過給機の配設位置より下流側であることを特徴とする請求項１または２記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造。
4. 上記過給機は、上記排気通路に設けられて排気によって回転させられるタービンと、該タービンによって駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサとを備える排気タービン過給機であって、
   上記ＥＧＲガス通路が上記排気通路から分岐する分岐点が、上記排気通路における上記タービンの配設位置よりも上流側であることを特徴とする請求項３記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造。
5. 上記ＥＧＲガス通路において、少なくとも上記ＥＧＲ冷却装置の上流側と下流側とを短絡するバイパス通路と、
   エンジン低温時に上記バイパス通路を開くバイパス開閉弁とを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造。
6. 上記ＥＧＲガス通路の一部を構成し、所定範囲内で軸方向に伸縮自在なフレキシブルパイプ部を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造。
7. エンジンのタイミングチェーン類を覆うタイミングカバーが設けられ、
   上記ＥＧＲ冷却装置が上記エンジンの排気側の側面に沿って上記タイミングカバー近傍に配設され、
   上記ＥＧＲ冷却装置を支持するブラケットが、上記タイミングカバーに取付けられていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のエンジンのＥＧＲ冷却装置配設構造。

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