JP2011127537A - 排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成が簡素で、排気還流管の組付け・固定作業が容易であり、しかも、耐久性に優れた低コストの排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置を提供する。
【解決手段】エンジンのＥＧＲガス通路を通るＥＧＲガスと冷却水出口通路３２を通る冷却水との間の熱交換によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３であって、エンジンの一端側に取り付けられ、冷却水出口通路３２を形成するハウジング３１と、内周側にエンジンのＥＧＲガス通路の一部を形成するとともに外周側で冷却水出口通路３２中の冷却水に接触するようハウジング３１に支持された排気還流管３３と、排気還流管３３をハウジング３１に固定するようこれらの間に介在し、排気還流管３３がハウジング３１に対し伸縮するときその伸縮を吸収するよう弾性変形する伸縮吸収部材３５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置、特に水冷式の内燃機関の排気通路側から吸気通路側に還流される排気ガスを内燃機関の冷却水により冷却する排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置に関する。

車両用内燃機関の排気浄化性能に対する要求が高度化するのに伴って、ＮＯｘ（窒素酸化物）の低減に効果的な排気再循環を行うＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を装着した内燃機関が普及してきており、例えば空気量に対し燃料の希薄な燃焼が可能でＥＧＲ量が多くなるような内燃機関（以下、エンジンという）では、排気再循環される還流排気ガス、すなわちＥＧＲガスの温度を下げるためにＥＧＲクーラすなわち排気冷却器が多用されている。

この排気冷却器は、一般に、シェル内のチューブにＥＧＲガスを通し、シェルとチューブの間に導いた冷却水とチューブ内を通るＥＧＲガスとの間で熱交換させることにより、吸気側に還流するＥＧＲガスを冷却するようになっている。すなわち、排気冷却器は、熱交換器として構成されている。

従来のこの種の排気冷却器およびそれを備えた内燃機関の排気再循環装置としては、例えば水冷式エンジンからラジエータ側に冷却水を流出させるようそのエンジンのシリンダヘッドの端部内方に形成された冷却水出口通路の中に、ＥＧＲガス通路の一部を形成する接続パイプを挿入して、シリンダヘッドの端部にウォータージャケットに直結する排気冷却器を構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、水冷式エンジンのウォータージャケットをリヤ側で開口させるとともに、シリンダヘッドとは別体で前記開口を塞ぐハウジングの内部に、エンジンからラジエータ側への冷却水出口通路とＥＧＲガス通路とをそれぞれ形成して熱交換機構を構成したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−２２４７８４号公報 特開２００７−２９２０１２号公報

しかしながら、ＥＧＲガス通路の一部を形成する接続パイプをシリンダヘッドに形成された冷却水出口通路部分に通した従来の前者の排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置にあっては、排気マニホールド側のＥＧＲ配管をシリンダヘッドにフランジ結合させるフランジ結合部と吸気マニホールド側のＥＧＲ配管をシリンダヘッドに結合させるＥＧＲバルブのケーシングとに、それぞれ接続パイプの端部を収納する凹部を形成して、接続パイプの両端部をそれらフランジ結合部およびＥＧＲバルブのケーシングの凹部の内底壁面部に突き当てる構成となっていた。そのため、冷却水出口を形成するシリンダヘッドの端部の両側壁部にＥＧＲガスを支持させる構造が複雑になるばかりか、接続パイプのシリンダヘッドへの組付け・固定作業が容易でないという問題があった。

しかも、冷却水により冷却されるシリンダヘッドと高温（例えば７００［°Ｃ］程度に達し得る）のＥＧＲガスを通す接続パイプとの間に大きな温度差が生じ得るため、接続パイプに線膨張係数の小さいステンレス鋼等からなるパイプを用いたとしても、その温度差に起因する熱膨張差を吸収するために接続パイプに蛇腹部を設けていた。そのため、並列する複数のチューブや偏平チューブで接続パイプすなわち排気還流管を構成することによって熱交換のための伝熱面積を増やし、排気冷却効率を高めるということが、容易でなかった。

一方、エンジンからラジエータ側への冷却水出口通路とＥＧＲガスの通路とをシリンダヘッドとは別体のハウジングにそれぞれ形成して熱交換機構を構成した従来の後者の排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置にあっては、ハウジングに所要の排気冷却効率が得られるようにＥＧＲガス通路および冷却水通路の双方を形成することが容易でなかった。そのため、排気冷却器のコスト高を招くばかりか、高温のＥＧＲガスを通す排気還流管部分と冷却水を通すハウジング本体との結合部付近に応力振幅（応力変動の範囲）の大きい熱応力が作用することになり、排気冷却器の耐久性が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、構成が簡素で、ハウジングへの排気還流管の組付け・固定作業が容易であり、しかも、耐久性に優れた低コストの排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置を提供するものである。

本発明に係る排気冷却器は、上記課題の解決のため、（１）ウォータージャケット内に導入された冷却水を該ウォータージャケットからラジエータ側に流出させる冷却水出口通路と排気通路側から吸気通路側に排気ガスの一部を還流させる排気還流通路とを有する内燃機関に装着され、前記排気還流通路を通る排気ガスと前記冷却水出口通路を通る冷却水との間の熱交換により前記排気ガスを冷却する排気冷却器であって、前記内燃機関の一端側に取り付けられ、前記冷却水出口通路を形成するハウジングと、内周側に前記内燃機関の排気還流通路の一部を形成するとともに外周側で前記冷却水出口通路中の前記冷却水に接触するよう前記ハウジングに支持された排気還流管と、前記排気還流管を前記ハウジングに固定するよう前記排気還流管と前記ハウジングの間に介在し、前記排気還流管が前記ハウジングに対し伸縮するとき該伸縮を吸収するよう変形する伸縮吸収部材と、を備えたことを特徴とする。

この構成により、本発明の排気冷却器では、排気還流管が冷却水出口通路の内方で冷却水に接触するようにハウジングに支持されるが、高温の還流排気ガスを通す排気還流管が冷却水を通すハウジングに対し熱膨張差により伸長するときには、ハウジングと排気還流管との間に介在する伸縮吸収部材がその排気還流管の伸長分を吸収するように収縮側に弾性変形する。また、排気還流管が冷却されてハウジングに対し収縮するときには、ハウジングと排気還流管との間で伸縮吸収部材がその排気還流管の収縮分を吸収するように伸長側に弾性変形する。したがって、ハウジングに排気還流管を通し固定する程度の簡素な構成で、ウォータージャケットに直結しながらも配管や取付けの容易な冷却効率に優れた排気冷却器が実現できるとともに、排気還流管およびハウジングに熱膨張差に起因する大きな熱応力が生じないようにして耐久性に優れた排気冷却器を提供することができる。

上記（１）に記載の排気冷却器においては、（２）前記排気還流管が、軸線方向と直交する方向に互いに離間する複数の管状部を有し、前記複数の管状部が前記伸縮吸収部材に固着されて一体化されていることが好ましい。この構成により、熱交換のための伝熱面積を十分に確保でき、冷却効率に優れた排気冷却器となる。

上記（２）に記載の排気冷却器においては、（３）前記複数の管状部が互いに平行に配置されているのが好ましい。この構成により、ハウジングへの排気還流管の取付けが容易になるとともに、複数の管状部を固着させた伸縮吸収部材に対し同一方向に均等な伸縮方向の力が作用することになり、伸縮吸収部材の耐久性も向上する。

上記（１）〜（３）に記載の排気冷却器においては、（４）前記伸縮吸収部材が、前記排気還流管の端部で該排気還流管の径方向に広がる保持板部と、該保持板部に一体に設けられ前記排気還流管の端部の周りで前記伸縮の方向に凹凸をなすように断面が湾曲する環状の凹凸部と、を有しているのがよい。この構成により、伸縮吸収部材を容易に作製できる。

上記（１）〜（３）に記載の排気冷却器においては、（５）前記伸縮吸収部材が、前記排気還流管と共に前記排気管流通路の一部を形成するとともに前記ハウジングに支持された有底筒状部を有しているのも好ましい。この構成により、伸縮吸収部材を小径にできるとともに、部品点数も抑えられる。

上記（５）に記載の排気冷却器においては、（６）前記伸縮吸収部材の前記有底筒状部は、径方向に凹凸をなすとともに周方向の全域に及ぶ環状の凹凸部を有していることが好ましい。この構成により、排気還流管の伸縮方向への伸縮吸収部材の変形を可能にするだけでなく、ハウジングへの固定およびシールが容易にできる。

上記（６）に記載の排気冷却器においては、（７）前記環状の凹凸部が蛇腹状をなすとともに、該環状の凹凸部の一部が前記ハウジングに形成された支持穴の内周環状溝または内周環状突起に圧接しているのがより好ましい。この構成により、ハウジングに対する排気還流管の伸縮を伸縮吸収部材によって十分に吸収できるとともに、ハウジングと排気還流管の素材の組合せを異種材料であっても任意の組合せに設定できる。

一方、本発明に係る内燃機関の排気再循環装置は、（８）上記のいずれかの構成を有する排気冷却器を備え、前記ウォータージャケットが前記内燃機関のシリンダヘッドの端部に開口し、前記排気冷却器の前記ハウジングが前記シリンダヘッドの端部に固定されていることを特徴とする。

この構成により、本発明の内燃機関の排気再循環装置では、ハウジング内の冷却水通路をウォータージャケットに直結させる排気冷却器を用いることで還流排気ガスの冷却効率を高めることができるとともに、排気冷却器の取付けや排気還流用の配管の容易化によって内燃機関の排気再循環装置の組立てが容易化され、さらに、耐久性に優れた排気冷却器を装着することで内燃機関の排気再循環装置の耐久性を高めることができる。

本発明によれば、ハウジングに排気還流管を通す程度の簡素な構成で、ウォータージャケットに直結しながらも配管や取付けの容易な冷却効率に優れた排気冷却器が実現できることに加えて、排気還流管およびハウジングの熱膨張差に起因する大きな熱応力が生じないようにして、耐久性に優れた排気冷却器を提供することができる。

また、そのような排気冷却器を備えることで、還流排気ガスの冷却効率を高めることができ、排気冷却器の取付けや排気還流用の配管作業を容易化できる耐久性に優れた内燃機関の排気再循環装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る排気冷却器の概略構成を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態に係る排気冷却器の排気還流管のハウジングへの固定部を示すハウジングの部分側面図であり、（ｂ）はその排気還流管のハウジングへの固定部の断面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置の要部構成図で、その排気冷却器を内燃機関のシリンダヘッドの端部に固定した状態を示しており、（ｂ）は（ａ）のＢ３−Ｂ３矢視断面図である。 （ａ）は本発明の第１実施形態に係る内燃機関の排気再循環装置におけるシリンダヘッドの後端面図であり、（ｂ）はそのシリンダヘッドの後端面側から見た排気冷却器の正面図である。 図１のＶ矢視方向に見た本発明の第１実施形態に係る排気冷却器の側面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係る排気冷却器の排気還流管のハウジングへの固定部を示すハウジングの部分側面図であり、（ｂ）はその排気還流管のハウジングへの固定部の断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る排気冷却器の排気還流管のハウジングへの固定部を示すハウジングの部分側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ７−Ｂ７矢視断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態に係る排気冷却器の伸縮吸収部材の側面断面図であり、（ｂ）はその伸縮吸収部材の溶接固定前の突起形状を示すその部分拡大断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る排気冷却器の伸縮吸収部材ハウジングへの固定部を示すハウジングの部分側面図であり、（ｂ）はその排気還流管のハウジングへの固定部の断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態に係る排気冷却器における伸縮吸収部材の圧接加工の説明図であり、（ｂ）はその圧接加工後の伸縮吸収部材およびハウジングの圧接部の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１〜図５は、本発明の第１実施形態に係る排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置を示している。

図１および図２に示す本実施形態の排気冷却器は、図３に示すような多気筒のエンジン１０（内燃機関）に、その排気再循環装置であるＥＧＲ装置２０の一部として実装されている。

すなわち、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すエンジン１０は、その内方に複数の気筒１１ａを有するシリンダブロック１１と、複数の気筒１１ａの上端を閉塞するようにシリンダブロック１１の上部に締結固定されたシリンダヘッド１２と、シリンダヘッド１２のインテークポート１２ａ側に装着された吸気マニホールド１３と、シリンダヘッド１２のエキゾーストポート１２ｂ側に装着された排気マニホールド１４とを備えている。なお、詳細は図示しないが、エンジン１０のシリンダブロック１１の下部にはクランクケースが、シリンダヘッド１２の上部にはヘッドカバーが、それぞれ装着されている。

シリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２には、冷却水通路であるウォータージャケット１６が形成されている。このウォータージャケット１６の一端部１６ａ側は、エンジン１０に装着されたウォーターポンプ１８の吐出ポートに接続され、ウォータージャケット１６の他端部１６ｂ側は、シリンダヘッド１２の底壁部１２ｃの内部をシリンダヘッド１２の短手方向に広がり長手方向に延在して、図４（ａ）に示すように、シリンダヘッド１２のリヤ側の端面部１２ｄに開口している。なお、図３（ｂ）に示すように、シリンダヘッド１２の底壁部１２ｃの内方に、点火プラグや吸・排気バルブのステム部等が通る複数の管状壁部１２ｇや動弁機構の構成要素を収納する図示しない複数の内突部が設けられており、ウォータージャケット１６はそれら管状壁部１２ｇ等の周囲を取り囲みつつシリンダヘッド１２の長手方向に延在している。

エンジン１０には、また、ウォータージャケット１６を通過した後の冷却水を空気との熱交換により冷却することができるラジエータ１７や図示しないサーモスタットが接続されており、ウォータージャケット１６の他端部１６ｂは、ウォータージャケット１６内に導入された冷却水をそのウォータージャケット１６からラジエータ１７側に流出させる略長方形の開口１６ｅを有している。

エンジン１０は、さらに、エンジン１０の排気の一部を排気マニホールド１４側から吸気マニホールド１３側に還流させ再循環させるＥＧＲ装置２０を備えており、エンジン１０の排気ガスの一部をこのＥＧＲ装置２０によって排気通路１４ａ側から吸気通路１３ａ側に還流させることができるようになっている。

ＥＧＲ装置２０は、エンジン１０の各気筒１１ａ内の燃焼室（図示せず）をバイパスして排気マニホールド１４内の排気通路１４ａと吸気マニホールド１３内の吸気通路１３ａとを連通させる排気還流用のＥＧＲガス通路２１（排気還流通路）を有しており、このＥＧＲガス通路２１の途中には、排気還流量を調整する電磁式のＥＧＲバルブ２２（排気還流バルブ）と、ＥＧＲガス通路２１を通って還流する排気を冷却する排気冷却器としてのＥＧＲクーラ２３とが設けられている。

ＥＧＲガス通路２１は、エンジン１０の排気通路１４ａ側から吸気通路１３ａ側に排気の一部を還流させる排気還流通路であり、そのＥＧＲガス通路２１の一部の区間がＥＧＲクーラ２３中のＥＧＲガス（還流排気ガス）の冷却通路となっている。

ＥＧＲバルブ２２は、ＥＧＲガス通路２１を吸気通路１３ａ側に連通させる開弁状態と、その連通・接続状態を制限、例えば遮断する閉弁状態とに、切替え可能になっている。

ＥＧＲクーラ２３は、ハウジング３１の内部においてウォータージャケット１６からの冷却水と排気通路１４ａ側からのＥＧＲガスとの間で熱交換をさせる熱交換器となっており、この熱交換によりＥＧＲガスを冷却するようになっている。

具体的には、ＥＧＲクーラ２３のハウジング３１は、例えばアルミダイカスト合金からなり、シリンダヘッド１２に対向するその一端側でウォータージャケット１６の他端側の開口１６ｅに対応する一端側開口形状を有するように、シリンダヘッド１２の高さ方向および短手方向（図４（ａ）中の左右方向）の幅においてウォータージャケット１６と略同等の幅を有する比較的大きな凹状をなしている。これにより、ハウジング３１は、ウォータージャケット１６の他端側の開口１６ｅと共にウォータージャケット１６からラジエータ１７側に冷却水を流出させる比較的容積の大きい略直方体形状の冷却水出口通路３２を形成している。また、ハウジング３１は、その一端側の外周のフランジ部３１ｆで、複数のボルト穴３１ｉに挿入される図示しない複数の締結ボルトによってシリンダヘッド１２に締結・固定されている。なお、シリンダヘッド１２のリヤ側の端面部１２ｄにおけるウォータージャケット１６の他端側の開口１６ｅの周囲には、シリンダヘッド１２にＥＧＲ装置２０を締結・固定するための複数の締結ボルト穴部１２ｊおよび平坦な機械加工面１２ｆが形成されている。

また、ハウジング３１の他端側には、アウトレットパイプ部３１ｐが一体に設けられている。このアウトレットパイプ部３１ｐは、内周側に冷却水出口通路３２の下流端部となる出口通路穴３２ｅを形成するとともに、外周側でラジエータホース４１の端部４１ａに結合している。

さらに、ハウジング３１には、ＥＧＲガスを通す排気還流管３３が略直方体形状の冷却水出口通路３２の長手方向に向けて装着されている。

この排気還流管３３は、ハウジング３１に対し線膨張係数が小さい素材、例えばステンレス鋼からなるパイプで構成されており、冷却水出口通路３２における冷却水の流通方向である図１および図２（ｂ）中の左右方向（右から左への向き）に対して略直交する図１中の上下方向に延在している。また、排気還流管３３は、その内周側にエンジン１０のＥＧＲガス通路２１の一部となるガス通路３４を形成するとともに、その外周側で冷却水出口通路３２中の冷却水に接触するように、その軸方向の両端側でハウジング３１に支持されている。

なお、ＥＧＲガス通路２１のうちガス通路３４より排気通路１４ａ側の通路部分２１ａは、排気マニホールド１４とハウジング３１との間に介装された排気側のＥＧＲパイプ３６によって形成され、ＥＧＲガス通路２１のうちガス通路３４より吸気通路１３ａ側の通路部分２１ｂは、吸気マニホールド１３とハウジング３１との間に介装された吸気側のＥＧＲパイプ３７およびＥＧＲバルブ２２によって開閉可能に形成されている。また、図５に示すように、ハウジング３１には、それらＥＧＲパイプ３６、３７のフランジ部（図示せず）を締結するための複数のボルト穴部３１ｊが形成されている。

一方、ハウジング３１と排気還流管３３の少なくとも一方側の端部、例えば両側の端部３３ａ、３３ｂとの間には、排気還流管３３をハウジング３１に固定するよう一対の伸縮吸収部材３５が互いに対向するように設けられている。これら一対の伸縮吸収部材３５は、例えば排気還流管３３と同一の素材、若しくは排気還流管３３との接合に適しばね性を持ち得る異種の素材からなる。

また、図２（ｂ）に示すように、各伸縮吸収部材３５は、排気還流管３３の各端部３３ａまたは３３ｂに排気還流管３３の径方向に広がるように固着された略円板状の保持板部３５ａと、その保持板部３５ａに一体に設けられた軸長の短い略円筒状をなし排気還流管３３の端部３３ａまたは３３ｂの周りで排気還流管３３の径方向に凹凸をなすように断面が湾曲する環状の凹凸部３５ｂと、ハウジング３１の略円形の支持穴部３１ｈに例えばＭＩＧ（Metal electrode Inert Gas welding）溶接やレーザー溶接によって気密的に固着された環状固着部３５ｃとを有している。

ここで、一対の伸縮吸収部材３５の環状の凹凸部３５ｂは、それぞれ排気還流管３３がハウジング３１との熱膨張差によってハウジング３１に対し伸縮するとき、その伸縮に応じて排気還流管３３の伸縮方向（本実施形態では軸線方向と一致する方向）に変形することができる伸縮吸収部となっている。

また、各伸縮吸収部材３５の保持板部３５ａおよび環状の凹凸部３５ｂは、排気還流管３３と共にＥＧＲガス通路２１の一部を形成するとともにハウジング３１の支持穴部３１ｈに支持された有底筒状部３５ｄを構成しており、環状の凹凸部３５ｂは、その有底筒状部３５ｄの径方向に凹凸をなすとともに有底筒状部３５ｄの周方向の全域に及んで形成されている。環状の凹凸部３５ｂは、また、少なくとも１回の折返し形状を有し波形に湾曲した断面の蛇腹状をなし、その凸側において環状のバルジ形状をなしている。

さらに、排気還流管３３は、その軸線方向と直交する方向に互いに離間する複数のチューブ状の管状部３３ｔを有しており、これら複数の管状部３３ｔは、互いに平行に等間隔に離間する並列状態で、それぞれの端部３３ａ、３３ｂにおいて一対の伸縮吸収部材３５の略円板状の保持板部３５ａに固着されて一体化されている。

本実施形態のＥＧＲ装置２０（内燃機関の排気再循環装置）においては、このようにウォータージャケット１６がエンジン１０のシリンダヘッド１２の端面部１２ｄに開口し、ＥＧＲクーラ２３のハウジング３１がシリンダヘッド１２の端面部１２ｄに固定されることで、ウォータージャケット１６の下流端に直結する冷却水出口通路３２が形成されるとともに、その冷却水出口通路３２の中を通るように、複数の管状部３３ｔを有する排気還流管３３がその両端側で集合管の機能を併有する伸縮吸収部材３５を介してハウジング３１に固定されている。

次に、その作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態のＥＧＲクーラ２３およびＥＧＲ装置２０においては、エンジン１０の運転中にＥＧＲバルブ２２が開弁され、高温のＥＧＲガスが排気還流管３３を通るときには、排気還流管３３が冷却水を通すハウジング３１に対し熱膨張差により伸長する。

このとき、ハウジング３１と排気還流管３３との間に介在する伸縮吸収部材３５が、その排気還流管３３の伸長分を吸収するように軸方向に圧縮され、収縮する。

一方、ＥＧＲバルブ２２が閉弁され、排気還流管３３が冷却水出口通路３２内の冷却水により冷却されてハウジング３１に対し収縮するときには、ハウジング３１と排気還流管３３との間で伸縮吸収部材３５がその排気還流管３３の収縮分を吸収するように弾性回復し、伸長する。

したがって、ハウジング３１に排気還流管３３を通し、固定部材の機能を有する伸縮吸収部材３５を介してハウジング３１に排気還流管３３を固定する程度の簡素な構成で、ＥＧＲクーラ２３の冷却水通路をウォータージャケット１６に直結しながらも、ＥＧＲパイプ３６、３７の配管やハウジング３１のシリンダヘッド１２への取付けが容易な冷却効率に優れたＥＧＲクーラ２３が実現することができ、しかも、排気還流管３３およびハウジング３１に熱膨張差に起因する大きな熱応力が生じないようにして耐久性に優れたＥＧＲクーラ２３を提供することができる。

また、本実施形態では、排気還流管３３が、軸線方向と直交する方向に互いに離間する複数の管状部３３ｔを有し、複数の管状部３３ｔが集合管の機能を有する伸縮吸収部材３５に固着されて一体化されているので、熱交換のための伝熱面積を十分に確保しながらもＥＧＲパイプ３６、３７の配管を簡素化でき、冷却効率に優れたＥＧＲクーラ２３とすることができる。

さらに、本実施形態では、排気還流管３３の複数の管状部３３ｔが互いに平行に配置されているので、ハウジング３１への排気還流管３３の取付けが容易になるとともに、複数の管状部３３ｔを固着させた伸縮吸収部材３５に対し同一方向に均等な伸縮方向の力が作用することになり、伸縮吸収部材３５の耐久性も向上する。

加えて、伸縮吸収部材３５が、排気還流管３３と共にＥＧＲガス通路２１の一部を形成するとともに、ハウジング３１に支持された有底筒状部３５ｄを有しているので、伸縮吸収部材３５を小径にできるとともに、ハウジング３１内の部品点数も抑えられる。また、この有底筒状部３５ｄは、径方向に凹凸をなすとともに周方向の全域に及ぶ環状の凹凸部３５ｂを有しているので、排気還流管３３の伸縮方向への伸縮吸収部材３５の変形を可能にするだけでなく、ハウジング３１への仮固定、固定、シール作業等も容易にできる。

また、本実施形態では、ハウジング３１内の冷却水通路をウォータージャケット１６に直結させるＥＧＲクーラ２３を用いることでＥＧＲガスの冷却効率を高めることができるとともに、ＥＧＲクーラ２３の取付けや排気還流用の配管の容易化によってエンジン１０のＥＧＲ装置２０の組立てが容易化され、さらに、耐久性に優れたＥＧＲクーラ２３を装着することでそのＥＧＲ装置２０の耐久性をも高めることができる。

このように、本実施形態においては、ハウジング３１に排気還流管３３を通す程度の簡素な構成で、ウォータージャケット１６に直結しながらも配管や取付けの容易な冷却効率に優れたＥＧＲクーラ２３が実現できることに加えて、排気還流管３３およびハウジング３１の熱膨張差に起因する大きな熱応力が生じないようにして、耐久性に優れたＥＧＲクーラ２３を提供することができる。

また、そのようなＥＧＲクーラ２３を備えることで、ＥＧＲガスの冷却効率を高めることができ、ＥＧＲクーラ２３の取付けや排気還流用の配管作業を容易化できる耐久性に優れたＥＧＲ装置２０を提供することができるものである。

（第２実施形態）
図６（ａ）および図６（ｂ）は、本発明の第２実施形態に係る排気冷却器の要部の構成を示している。なお、以下に説明する各実施形態は、上述の第１実施形態と類似するＥＧＲ装置（内燃機関の排気再循環装置）に装備されるものであるので、第１実施形態と同一または類似の構成要素については図１〜図５に示したそれらの符号を用い、各実施形態と第１実施形態との相違点についてのみ以下に述べる。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、本実施形態では、ＥＧＲクーラ２３のハウジング３１の内部にＥＧＲガスを通す排気還流管４３が装着されている。

この排気還流管４３は、冷却水出口通路３２中の冷却水の流通方向である図６（ａ）および図６（ｂ）中の左右方向に対して略直交する方向に延在している。また、排気還流管４３は、その内周側にエンジン１０のＥＧＲガス通路２１の一部となるガス通路４４を形成するとともに、その外周側で冷却水出口通路３２中の冷却水に接触するように、その軸方向の両端側でハウジング３１に支持されている。

また、ハウジング３１と排気還流管４３の少なくとも一方側の端部、例えば両側の端部４３ａ、４３ｂとの間には、排気還流管４３をハウジング３１に固定するよう一対の伸縮吸収部材４５が設けられており、一対の伸縮吸収部材４５は、例えば排気還流管４３と同一の素材からなり、互いに対向するように配置されている。

さらに、排気還流管４３は、その軸線方向と直交する方向に互いに離間する複数の幅の異なる偏平チューブ状の管状部４３ｔを有しており、これら複数の管状部４３ｔは、互いに平行に等間隔に離間する並列状態で、それぞれの端部４３ａ、４３ｂにおいて一対の伸縮吸収部材４５に固着されて一体化されている。

各伸縮吸収部材４５は、排気還流管４３の各端部４３ａまたは４３ｂに排気還流管４３の径方向に広がるよう固着された略円板状の保持板部４５ａと、その保持板部４５ａに一体に設けられた略円筒状をなすとともに排気還流管４３の端部４３ａまたは４３ｂの周りで排気還流管４３の径方向に凹凸をなすように断面が湾曲する環状の凹凸部４５ｂと、ハウジング３１の支持穴部３１ｈに例えば溶接によって気密的に固着された環状固着部４５ｃとを有している。また、一対の伸縮吸収部材４５の環状の凹凸部４５ｂは、それぞれ排気還流管４３がハウジング３１との熱膨張差によってハウジング３１に対し伸縮するとき、その伸縮に応じて排気還流管４３の伸縮方向に変形することができる伸縮吸収部となっている。

なお、ＥＧＲガス通路２１のうちガス通路４４より排気通路１４ａ側の通路部分２１ａは、排気側のＥＧＲパイプ３６によって形成され、ＥＧＲガス通路２１のうちガス通路４４より吸気通路１３ａ側の通路部分２１ｂは、吸気側のＥＧＲパイプ３７およびＥＧＲバルブ２２によって開閉可能に形成されている。

本実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が得られる。しかも、本実施形態では、排気還流管４３が複数の幅の異なる偏平チューブ状の管状部４３ｔを有しているので、より冷却効率に優れたＥＧＲクーラ２３が実現できる。また、そのようなＥＧＲクーラ２３を備えることで、ＥＧＲガスの冷却効率をより高めたＥＧＲ装置２０を提供することができる。

（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態に係る排気冷却器の要部の構成を示しており、図８は、とその伸縮吸収部材の断面形状を示している。

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、本実施形態においては、ＥＧＲクーラ２３のハウジング５１の内部にＥＧＲガスを通す排気還流管５３が、略直方体形状の冷却水出口通路３２の長手方向（図７（ｂ）の左右方向）に向けて装着されており、冷却水出口通路３２における冷却水の流通方向に対して略直交する方向に延在している。

また、排気還流管５３は、その内周側にエンジン１０のＥＧＲガス通路２１の一部となるガス通路５４を形成するとともに、その外周側で冷却水出口通路３２中の冷却水に接触するように、その軸方向の両端側でハウジング５１に支持されている。

排気還流管５３は、その軸線方向と直交する方向に互いに離間する複数の同一幅の偏平チューブ状の管状部５３ｔを有しており、これら複数の管状部５３ｔは、互いに平行に等間隔に離間する並列状態で、それぞれの端部５３ａ、５３ｂにおいて一対のプレート状の伸縮吸収部材５５に固着されて一体化されている。

また、本実施形態では、ハウジング５１は、第１実施形態のハウジング５１と類似の全体形状を有しているが、その両側壁部分に略小判形の支持穴部５１ｈを有しており、それら支持穴部５１ｈを閉塞するように一対の略小判形の支持板５６が固定されている。

ハウジング５１と排気還流管５３の両側の端部５３ａ、５３ｂに固着された一対のプレート状の伸縮吸収部材５５は、一対の支持板５６にそれぞれ予め固定され、排気還流管５３および一対の支持板５６と共にハウジング５１の内部に挿入されるようになっており、一対の支持板５６がハウジング５１の支持穴部５１ｈを閉塞する状態でハウジング５１に固定されると、排気還流管５３がハウジング５１の内部に支持される各一対の伸縮吸収部材５５および支持板５６を介して支持されることになる。ここで、一対の伸縮吸収部材５５は、例えば排気還流管５３と同一の素材からなり、一対の支持板５６は、ハウジング５１と同一の素材からなる。

また、各伸縮吸収部材５５は、排気還流管５３の端部５３ａまたは５３ｂに排気還流管５３の径方向に広がるよう固着された略小判形の保持板部５５ａと、その保持板部５５ａに一体に設けられ、排気還流管５３の端部５３ａまたは５３ｂの周りで排気還流管５３の伸縮方向である排気還流管５３の板厚方向に凹凸をなすように断面が湾曲する略長円形の環状の凹凸部５５ｂと、ハウジング５１の支持穴部５１ｈに装着された支持板５６に例えばプロジェクション溶接（抵抗溶接の一種）によって気密的に固着された環状固着部５５ｃとを有している。ここで、一対の伸縮吸収部材５５の環状の凹凸部５５ｂは、それぞれ排気還流管５３がハウジング５１との熱膨張差によってハウジング５１に対し伸縮するとき、その伸縮に応じて排気還流管５３の伸縮方向に変形することができる伸縮吸収部となっている。

図８（ａ）には、プロジェクション溶接前の伸縮吸収部材５５の断面形状を示しており、この伸縮吸収部材５５は、図８（ｂ）に部分拡大断面で示すような環状突起部５５ｗを有している。この伸縮吸収部材５５の環状突起部５５ｗは、支持板５６に圧接された状態で所定の電流を流されるとき、抵抗熱によって支持板５６に溶接されるとともに平坦化されるようになっている。

なお、ＥＧＲガス通路２１のうちガス通路５４より排気通路１４ａ側の通路部分２１ａは、一対の支持板５６のうち一方に固定される排気側のＥＧＲパイプ３６によって形成され、ＥＧＲガス通路２１のうちガス通路５４より吸気通路１３ａ側の通路部分２１ｂは、一対の支持板５６のうち他方に固定されるＥＧＲバルブ２２および吸気側のＥＧＲパイプ３７によって開閉可能に形成されている。また、ハウジング５１および一対の支持板５６のいずれか一方、例えば一対の支持板５６には、それぞれＥＧＲパイプ３６、３７のフランジ部（図示せず）を締結するための複数のボルト穴部５６ｊが形成されている。

本実施形態においても、ハウジング５１に排気還流管５３を通す程度の簡素な構成で、ウォータージャケット１６に直結しながらも配管や取付けの容易な冷却効率に優れたＥＧＲクーラ２３が実現できることに加えて、排気還流管５３およびハウジング５１の熱膨張差に起因する大きな熱応力が生じないようにして、耐久性に優れたＥＧＲクーラ２３を提供することができ、第１実施形態と同様な効果が得られる。しかも、本実施形態では、一対の伸縮吸収部材５５が、排気還流管５３の端部５３ａ、５３ｂの周りでその排気還流管５３の伸縮方向に凹凸をなすように断面が湾曲する略長円形の環状の凹凸部５５ｂを有しているので、伸縮吸収部材５５を容易に作製できるという利点がある。

（第４実施形態）
図９は、本発明の第４実施形態に係る排気冷却器の要部の構成を示しており、図１０は、その伸縮吸収部材のハウジングへの圧接加工工程を示している。なお、本実施形態は、伸縮吸収部材のハウジングへの固定方式以外の点では上述の第３実施形態と共通する構成を有するので、第３実施形態と同一または類似の構成要素については図６（ａ）および図６（ｂ）に示したそれらの符号を用いることとし、第１、第３実施形態との相違点について以下に説明する。

図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、本実施形態では、ＥＧＲクーラ２３のハウジング６１の内部にＥＧＲガスを通す排気還流管４３が、略直方体形状の冷却水出口通路３２の長手方向に向けて装着されている。

また、ハウジング６１と排気還流管４３の少なくとも一方側の端部、例えば両側の端部４３ａ、４３ｂとの間には、排気還流管４３をハウジング６１に固定するよう一対の有底筒状の伸縮吸収部材６５が対向して設けられている。

各伸縮吸収部材６５は、例えば排気還流管４３と同一の素材からなり、排気還流管４３の各端部４３ａ、４３ｂにそれぞれ排気還流管４３の径方向に広がるよう固着された略円板状の保持板部６５ａと、その保持板部６５ａに一体に設けられた略円筒状をなすとともに排気還流管４３の端部４３ａまたは４３ｂの周りで排気還流管４３の径方向に凹凸をなすように断面が湾曲する環状の凹凸部６５ｂと、その凹凸部６５ｂの一部をなすとともにハウジング６１の略円形の支持穴部６１ｈの内周溝部６１ｇに圧接加工により気密的に圧接された環状圧接部６５ｃ（環状固着部）とを有している。ここで、一対の伸縮吸収部材６５の環状の凹凸部６５ｂは、それぞれ排気還流管４３がハウジング６１との熱膨張差によってハウジング６１に対し伸縮するとき、その伸縮に応じて排気還流管４３の伸縮方向に変形することができる伸縮吸収部となっている。また、保持板部６５ａおよび環状の凹凸部６５ｂは、略有底円筒状の有底筒状部６５ｄを構成している。

図１０（ａ）に示すように、ハウジング６１の支持穴部６１ｈの内周溝部６１ｇは、矩形断面の溝であり、伸縮吸収部材６５は、圧接加工前においては環状の凹凸部６５ｂの一部のみを外周環状溝の形に加工されている。そして、同図に示すように、ハウジング６１の支持穴部６１ｈの内方に配置された圧接加工前の伸縮吸収部材６５が、その有底筒状部６５ｄの内周面側から圧接機のツール７１Ｔによって放射外方に加圧されるとき、図１０（ｂ）に示すように、伸縮吸収部材６５の有底筒状部６５ｄが変形してハウジング６１の支持穴部６１ｈの内周壁部に圧接する。

本実施形態においても、第１実施形態と同様な効果が得られる。しかも、本実施形態では、各伸縮吸収部材６５の環状圧接部６５ｃがハウジング６１の支持穴部６１ｈの内周溝部６１ｇに圧接しているので、伸縮吸収部材６５をより伸縮吸収に適した形状にすることができるとともに、ハウジング６１と伸縮吸収部材６５の素材には溶接の場合より多くの異種材料の組合せが任意に設定できるという利点がある。

なお、本実施形態においては、ハウジング６１の支持穴部６１ｈに内周溝部６１ｇを形成し、伸縮吸収部材６５の外周で環状の凸形状をなす環状圧接部６５ｃをハウジング６１の内周溝部６１ｇの近傍部分に圧接させるものとしたが、ハウジング６１の支持穴部６１ｈに環状内突起を形成し、伸縮吸収部材６５の外周で環状の凹形状をなす環状溝状の圧接部をそのハウジング６１の環状内突起の近傍部分に圧接させるものとしてもよい。

また、上述の各実施形態においては、排気還流管、伸縮吸収部材およびハウジングのそれぞれの素材は、線膨張係数が大きく異なる異種のものでなくてもよいし、同一素材としてもよい。高温のＥＧＲガスを通す排気還流管とそれに固着される伸縮吸収部材とは、同一または線膨張係数や性質の近い素材で構成されるのがよいが、排気還流管のハウジングへの固定部に伸縮吸収部材を設けることで、さらには、圧接加工等を用いることで、材料の組合せは自由に選択でき、例えばステンレスとアルミニウムの組合せだけでなく、ステンレスとステンレスの組合せも考えられるし、改良されたアルミニウム合金同士の組合せ等も考えられる。

以上説明したように、本発明は、ハウジングに排気還流管を通す程度の簡素な構成で、ウォータージャケットに直結しながらも配管や取付けの容易な冷却効率に優れた排気冷却器が実現できることに加えて、排気還流管およびハウジングの熱膨張差に起因する大きな熱応力が生じないようにして、耐久性に優れた排気冷却器を提供することができ、また、そのような排気冷却器を備えることで、還流排気ガスの冷却効率を高めることができ、排気冷却器の取付けや排気還流用の配管作業を容易化できる耐久性に優れた内燃機関の排気再循環装置を提供することができるという効果を奏するものであり、水冷式の内燃機関の排気通路側から吸気通路側に還流される排気ガスを内燃機関の冷却水により冷却する排気冷却器および内燃機関の排気再循環装置全般に有用である。

１０ エンジン（内燃機関）
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１２ｃ 底壁部
１２ｄ 端面部
１３ 吸気マニホールド
１４ 排気マニホールド
１６ ウォータージャケット
１６ｅ 開口
１７ ラジエータ
２０ ＥＧＲ装置（排気再循環装置）
２１ ＥＧＲガス通路（排気還流通路）
２２ ＥＧＲバルブ
２３ ＥＧＲクーラ（排気冷却器）
３１、５１、６１ ハウジング
３１ｈ、５１ｈ、６１ｈ 支持穴部
３１ｐ アウトレットパイプ部
３２ 冷却水出口通路
３２ｅ 出口通路穴
３３、４３、５３ 排気還流管
３３ａ、３３ｂ、４３ａ、４３ｂ、５３ａ、５３ｂ 端部
３３ｔ、４３ｔ、５３ｔ 管状部
３４、４４、５４ ガス通路（排気還流通路）
３５、４５、５５、６５ 伸縮吸収部材
３５ａ、４５ａ、５５ａ、６５ａ 保持板部
３５ｂ、４５ｂ、５５ｂ、６５ｂ 環状の凹凸部
３５ｃ、４５ｃ、５５ｃ 環状固着部
３５ｄ、６５ｄ 有底筒状部
３６、３７ ＥＧＲパイプ
４１ ラジエータホース
５５ｗ 環状突起部
５６ 支持板
６１ｇ 内周溝部
６５ｃ 環状圧接部（環状固着部）
７１Ｔ ツール

Claims (8)

1. ウォータージャケット内に導入された冷却水を該ウォータージャケットからラジエータ側に流出させる冷却水出口通路と排気通路側から吸気通路側に排気ガスの一部を還流させる排気還流通路とを有する内燃機関に装着され、前記排気還流通路を通る排気ガスと前記冷却水出口通路を通る冷却水との間の熱交換により前記排気ガスを冷却する排気冷却器であって、
   前記内燃機関の一端側に取り付けられ、前記冷却水出口通路を形成するハウジングと、
   内周側に前記内燃機関の排気還流通路の一部を形成するとともに外周側で前記冷却水出口通路中の前記冷却水に接触するよう前記ハウジングに支持された排気還流管と、
   前記排気還流管を前記ハウジングに固定するよう前記排気還流管と前記ハウジングの間に介在し、前記排気還流管が前記ハウジングに対し伸縮するとき該伸縮を吸収するよう変形する伸縮吸収部材と、を備えたことを特徴とする排気冷却器。
2. 前記排気還流管が、軸線方向と直交する方向に互いに離間する複数の管状部を有し、
   前記複数の管状部が前記伸縮吸収部材に固着されて一体化されていることを特徴とする請求項１に記載の排気冷却器。
3. 前記複数の管状部が互いに平行に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の排気冷却器。
4. 前記伸縮吸収部材が、前記排気還流管の端部で該排気還流管の径方向に広がる保持板部と、該保持板部に一体に設けられ前記排気還流管の端部の周りで前記伸縮の方向に凹凸をなすように断面が湾曲する環状の凹凸部と、を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の排気冷却器。
5. 前記伸縮吸収部材が、前記排気還流管と共に前記排気管流通路の一部を形成するとともに前記ハウジングに支持された有底筒状部を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の排気冷却器。
6. 前記伸縮吸収部材の前記有底筒状部は、径方向に凹凸をなすとともに周方向の全域に及ぶ環状の凹凸部を有していることを特徴とする請求項５に記載の排気冷却器。
7. 前記環状の凹凸部が蛇腹状をなすとともに、該環状の凹凸部の一部が前記ハウジングに形成された支持穴の内周環状溝または内周環状突起に圧接していることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気再循環装置。
8. 請求項１ないし請求項７のうちいずれか１の請求項に記載の排気冷却器を備え、
   前記ウォータージャケットが前記内燃機関のシリンダヘッドの端部に開口し、
   前記排気冷却器の前記ハウジングが前記シリンダヘッドの端部に固定されていることを特徴とする内燃機関の排気再循環装置。

Images