JP2012172546A - 内燃機関の排気ガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却手段のケース部材の底面に凝縮水が貯留されるのを防止して、ケース部材や冷却構造体が腐食するのを防止することができ、冷却手段の耐久性が悪化するのを防止することができる内燃機関の排気ガス還流装置を提供すること。
【解決手段】コア２１Ｂに対して下流側の低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄに位置するようにケース部材２１Ａ内に網目状部材２９を設け、この網目状部材２９を、ケース部材２１Ａの底面２１ｈから低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄの上端ａより上方に延在する小径の第１の通路部２９ａを画成する複数の第１の細管２９Ａと、第１の通路部２９ａを連通する複数の第２の通路部２９ｂを画成する第２の細管２９Ｂとから構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス還流装置に関し、特に、内燃機関から排気管に排出される排気ガスの一部を、吸気管に還流する排気還流管を有する内燃機関の排気ガス還流装置に関する。

従来より、自動車等の車両の内燃機関にあっては、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側に戻し、この吸気側に戻された排気ガスで内燃機関内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘの発生を低減するようにした、所謂、排気ガス還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われている。

このＥＧＲシステムとしては、高温の排気ガスの一部を吸気側に還流させるＨＰＬ（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ方式に対して、ターボ過給機の排気タービンや排気浄化装置を通過した排気ガスをターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させることで低温かつ大量の排気再循環を可能にしたＬＰＬ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ方式の排気ガス還流装置が普及してきている。

ＬＰＬ−ＥＧＲ装置は、排気浄化装置より下流の排気管と過給機のコンプレッサより上流の吸気管に低圧ＥＧＲクーラおよび低圧ＥＧＲバルブを備えた低圧ＥＧＲ管が設けられており、排気浄化装置より下流の排気管から排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ管に導入し、この低圧ＥＧＲ管に導入された排気ガスを低圧ＥＧＲクーラで冷却した後、コンプレッサより上流の吸気管に再循環させるようになっている。

この結果、低圧ＥＧＲクーラで強制的に冷却された大量の排気ガスをコンプレッサにより内燃機関に過給することができると共に、内燃機関に送られる空気量を低減させないようにすることができる。

この低圧ＥＧＲクーラは、排気ガスが導入されるケース部材と、ケース部材の内部に設けられ、排気ガスと冷却水との間で熱交換を行う冷却構造体であるコアとを含んで構成されており、従来の内燃機関の排気ガス還流装置にあっては、低圧ＥＧＲ管に導入された排気ガスが低圧ＥＧＲクーラで冷却される。
特に、内燃機関の暖機運転中の低温状態にあるときは、内燃機関の各部が適度な温度に早期に達するよう、所謂、暖機運転が行われ、低圧ＥＧＲバルブが全閉状態にされる。

ところが、低圧ＥＧＲバルブが全閉状態になっても、排気ガスの圧力脈動により低圧ＥＧＲパイプ内に高温の排気ガスが流入してしまう。
このときにＥＧＲクーラを流れる冷却水の温度が低いため、排気ガス中に含まれる水分が凝縮し、燃料に微量に含まれる硫黄分を成分とする硫酸あるいは硝酸が凝縮水に含まれてしまう。

この凝縮水は、低圧ＥＧＲクーラ内を流れる排気ガスの圧力によってコアの下流側に排出されてケース部の底面に貯留されてしまうため、ケース部材の底面やコアが凝縮水によって腐食してしまうことがあり、低圧ＥＧＲクーラの耐久性が悪化してしまうおそれがある。

これに対して、ケース部材の底面に貯留された凝縮水を排出するようにした内燃機関の排気ガス還流装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、低圧ＥＧＲクーラのケース部材の底面に、冷却構造体である冷却フィンによって冷却された低圧のＥＧＲガスから凝縮した凝縮液体を貯留する分離槽と、分離槽に貯留された凝縮液体の内、凝縮水を排気通路に排出させる凝縮水排出機構と、分離槽に貯留された凝縮液体の内、軽油を燃料タンクに回収する未燃燃料回収機構とを備えている。

特開２００９−１５０２８１号公報

しかしながら、このような従来の排気ガス還流装置にあっては、軽油と凝縮水を回収するために分離装置に一定量の凝縮液体を貯留するようにしているので、分離槽が腐食してしまうおそれがあり、結果的に低圧ＥＧＲクーラの耐久性が悪化してしまうおそれがある。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、冷却手段のケース部材の底面に凝縮水が貯留されるのを防止して、ケース部材や冷却構造体が腐食するのを防止することができ、冷却手段の耐久性が悪化するのを防止することができる内燃機関の排気ガス還流装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置は、上記目的を達成するため、（１）排気ガス通路を形成する排気管の途中から吸気管に接続され、内燃機関から前記排気管に排出された排気ガスの一部を前記吸気管に還流する排気還流管と、前記排気還流管に設けられ、前記排気還流管に還流される排気ガスを冷却する冷却手段とを備えた内燃機関の排気ガス還流装置であって、前記冷却手段は、前記排気還流管の排気ガス流入開口端に接続される一端部および前記排気還流管の排気ガス流出開口端に接続される他端部を有するケース部材と、前記ケース部材の内部に設けられ、前記排気ガス流入開口端から前記ケース部材に流入された排気ガスを冷却する冷却構造体と、前記冷却構造体に対して前記排気ガス流出開口端側に位置するように前記ケース部材内に設けられ、前記ケース部材の底面から前記排気ガス流出開口端の上端より上方に延在する小径の複数の通路部を有する板状部材とを含んで構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、冷却構造体に対して前記排気ガス流出開口端側に位置するように冷却手段のケース部材内に、ケース部材の底面から排気管の排気ガス流出開口端の上端より上方に延在する小径の複数の通路部を有する板状部材を設けたので、冷却水の温度が低い内燃機関の暖機時等にケース部材の底面に貯留された凝縮水を、通路部の毛細管現象による吸引力によって板状部材の上方に吸い上げることができる。

そして、通路部に吸い上げられた凝縮水は、冷却構造体から排気管の排気ガス流出開口端に排出される高温となった排気ガスの熱によって蒸発される。このため、ケース部材の底面に凝縮水が貯留されるのを防止して、凝縮水によってケース部材の底面や冷却構造体が腐食するのを防止することができ、冷却装置の耐久性を向上させることができる。

また、凝縮水を蒸発させるときの気化熱によって排気ガスの温度を下げることができ、排気ガスの冷却性能を向上させることができる。

上記（１）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（２）前記板状部材が、前記通路部を構成する小径の第１の通路部を画成する複数の第１の細管と、前記第１の細管を接続し、前記第１の通路部に連通して前記通路部を構成する複数の第２の通路部を画成する第２の細管とを有する網目構造体から構成されている。
この内燃機関の排気ガス還流装置は、網目構造体によってケース部材の底面に貯留された凝縮水を第１の細管の第１の通路部および第２の細管の第２の通路部の毛細管現象による吸引力によって網目構造体の上方に吸い上げることができる。

上記（１）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（３）前記板状部材が、前記通路部を画成する複数の細管が直列に配列されて構成されている。
この内燃機関の排気ガス還流装置は、直列に配列された複数の細管の通路部の毛細管現象による吸引力によって、ケース部材の底面に貯留された凝縮水を板状部材の上方に吸い上げることができる。

上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（４）前記板状部材が、排気ガスの排気方向と平行になるように前記ケース部材内に少なくとも１つ以上設置されるものから構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、板状部材が、排気ガスの排気方向と平行になるようにケース部材内に少なくとも１つ以上設置されるので、冷却構造体から排気管の排気ガス流出開口端に排出される排気ガスの排気抵抗が増大するのを防止することができ、内燃機関の排気性能が悪化するのを防止することができる。

上記（２）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（５）前記網目構造体が、前記排気ガスの排気方向と略直交方向となるように前記ケース部材内に設置されるものから構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、網目構造体が、排気ガスの排気方向と略直交方向となるようにケース部材内に設置されるので、冷却構造体から排気管の排気ガス流出開口端に排出される排気ガスを網目構造体の全面に衝突させることができる。
このため、第１の細管の第１の通路部および第２の細管の第２の通路部の毛細管現象による吸引力によって板状部材の吸い上げられた凝縮水の蒸発を促進させることができる。
また、冷却構造体から排出される排気ガスを第１の細管および第２の細管の間の隙間を通して排気ガス流出開口端に排出することができるため、内燃機関の排気性能が悪化するのを防止することができる。

上記（１）〜（５）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（６）前記冷却構造体の下部と前記ケース部材の底面との間に隙間が形成されるものから構成されている。
この内燃機関の排気ガス還流装置は、冷却構造体の下部とケース部材の底面との間に隙間が形成されるので、冷却構造体の下部とケース部材の底面との間を流れる排気ガスの圧力によって、ケース部材の底面の凝縮水を冷却構造体の下流のケース部材の底面に集めることができる。

そして、冷却構造体の下流のケース部材の底面に集められた凝縮水を通路部の毛細管現象による吸引力によって板状部材の上方に吸い上げて、排気ガスの熱によって蒸発させることができる。このため、凝縮水がケース部材に底面に滞留するのを防止して、冷却構造体やケース部材が腐食するのを防止することができる。

特に、冷却構造体の下部とケース部材の底面との間に隙間が形成されるので、冷却構造体の下流のケース部材の底面に貯留される凝縮水に冷却構造体が浸されるのを防止することができ、冷却構造体が腐食するのをより一層防止することができる。

上記（１）〜（６）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（７）前記通路部の開口面積が、前記冷却構造体に対して前記排気ガス流出開口端側の前記ケース部材の底面に貯留される凝縮水を、毛細管現象によって吸い上げることが可能な大きさに形成されるものから構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、通路部の開口面積がケース部材の底面に貯留される凝縮水を毛細管現象によって吸い上げることが可能な開口面積に形成されるので、ケース部材の底面に貯留された凝縮水を通路部の毛細管現象による吸引力によって板状部材の上方に確実に吸い上げることができる。
このため、通路部に吸い上げられた凝縮水を排気ガスの熱によって蒸発させることができ、ケース部材の底面に凝縮水が貯留されるのをより確実に防止することができる。

本発明によれば、冷却手段のケース部材の底面に凝縮水が貯留されるのを防止して、ケース部材や冷却構造体が腐食するのを防止することができ、冷却手段の耐久性が悪化するのを防止することができる内燃機関の排気ガス還流装置を提供することができる。

本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、排気ガス還流装置を備えた内燃機関システムの構成図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、低圧ＥＧＲクーラの断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、図２のＡ−Ａ方向矢視断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、網目状部材の構成図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、低圧ＥＧＲクーラを排気ガスが流れる状態とケース部材の底面に凝縮水が貯留される状態を示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、他の構成の板状部材の側面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、図６のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、他の構成の板状部材の斜視図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、他の構成の板状部材を備えた低圧ＥＧＲクーラの断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、図９のＣ−Ｃ方向矢視断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図であり、他の構成のコアを備えた低圧ＥＧＲクーラの断面図である。

以下、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図１１は、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の一実施の形態を示す図である。

まず、構成を説明する。
図１において、本発明の一実施の形態に係る排気ガス還流装置を適用した内燃機関システムの構成を説明する。

この内燃機関システムが備える内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）を構成しており、内燃機関１には、図示しないサプライポンプから送られてきた高圧燃料（例えば、軽油）を貯留するコモンレール３と、コモンレール３内の高圧燃料を各気筒２内に噴射するための４つのインジェクタ４とが取付けられている。なお、内燃機関１の気筒数は、特に４気筒に限定されるものではない。

また、内燃機関１の各気筒２には、図示しない吸気弁および排気弁が取付けられており、内燃機関１には各気筒２の燃焼室に連通し、吸気弁および排気弁によって開閉される吸気ポートおよび排気ポートが形成されている。

また、内燃機関１の吸気ポートには吸気マニホールド５を介して吸入空気通路を形成する吸気管７が接続されており、吸気管７から吸気ポートに導入される空気は、排気ポートを介して各気筒２の燃焼室に導入される。

また、内燃機関１の排気ポートには排気マニホールド６を介して排気ガス通路を形成する排気管８が接続されており、各気筒２の燃焼室から排気ポートに排出された排気ガスは、排気ポートから排気管８に排出されるようになっている。

吸気管７の途中には、過給機としてのターボチャージャ９の構成要素であるコンプレッサ１０、コンプレッサ１０からの圧縮空気を冷却するためのインタークーラ１１が設けられている。

吸気管７のコンプレッサ１０よりも上流の部分には吸気（新気）量を測定するためのエアフローメータ１２が設けられており、吸気管７のコンプレッサ１０よりも下流の部分には吸気管７内の吸気量を調整するためのスロットル弁１４が設けられている。

排気管８の途中にはターボチャージャ９の構成要素であるタービン１５が設けられており、排気管８のタービン１５よりも下流の部分には、排気中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕捉（捕集）するための排気浄化装置１６が設けられている。

この排気浄化装置１６は、排気管８の途中に設けられており、排気中のＰＭを捕捉する排気浄化触媒としてのＤＰＦ(Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ)を備えている。

ＤＰＦは、例えば、多孔質セラミックのハニカム構造の担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、隣接する通路同士において上流端と下流端とが交互に封止されたウォールフロータイプのフィルタである。

したがって、排気ガスは、上流端が開口し下流端が封止された通路から流入し、通路壁を通って、上流端が封止され下流端が開口する通路へ流出し、この際に、排気中のＰＭが通路壁に捕集される。

また、排気浄化装置１６の上流側には酸化触媒コンバータ１３が設けられており、この酸化触媒コンバータ１３は、酸化触媒を有している。
酸化触媒は、例えば、多孔質セラミックのハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）等の貴金属（酸化触媒）を担持させたもので、ＤＰＦの再生のため、排気中の還元成分を酸化して、酸化熱を発生させ、下流側のＤＰＦを昇温させるようになっている。

また、上流とは、排気ガスの流れる方向に対して上流にあることをいい、下流とは、排気ガスの流れる方向に対して下流にあることをいう。
吸気マニホールド５と排気マニホールド６との間には、排気マニホールド６内を流れる排気の一部を、高圧のＥＧＲガスとして吸気マニホールド５に戻すための高圧ＥＧＲ管１８が設けられており、この高圧ＥＧＲ管１８は、排気管マニホールド６と吸気マニホールド５とを連通している。

また、高圧ＥＧＲ管１８には高圧ＥＧＲ弁１９が設けられており、この高圧ＥＧＲ弁１９は、高圧ＥＧＲ管１８を開放する開放状態と、高圧ＥＧＲ管１８の開放を制限する、例えば、高圧ＥＧＲ管１８を遮断する閉弁状態とに切換えられるようになっている。

本実施の形態では、高圧ＥＧＲ管１８および高圧ＥＧＲ弁１９が、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２６を構成している。

一方、排気浄化装置１６と吸気管７との間には、排気浄化装置１６により浄化された排気の一部を、吸気管７のコンプレッサ１０よりも上流の部分に戻すための排気還流管として低圧ＥＧＲ管２０が設けられている。

すなわち、低圧ＥＧＲ管２０は、排気管８におけるタービン１５および排気浄化装置１６より下流側に上流開口端２０ａが接続されているとともに、吸気管７におけるコンプレッサ１０よりも上流側に下流開口端２０ｂが接続されており、内燃機関１からの排気ガスの一部を低圧のＥＧＲガスとして吸気管７に還流するようになっている。以後、低圧ＥＧＲ管２０に還流される排気ガスをＥＧＲガスとして説明を行う。

この低圧ＥＧＲ管２０には冷却手段としての低圧ＥＧＲクーラ２１が設けられている。 低圧ＥＧＲクーラ２１は、低圧ＥＧＲ管２０に接続されるケース部材２１Ａと、ケース部材２１Ａの内部に設けられ、ケース部材２１Ａの内部を通るＥＧＲガスに接触するとともに冷却構造体としてのコア２１Ｂとを有している。

図３に示すように、ケース部材２１Ａの一端部には低圧ＥＧＲ管２０の上流からＥＧＲガスが導入される流入管部２１ａが設けられており、この流入管部２１ａには上流側の低圧ＥＧＲ管２０Ａの排気ガス流入開口端としての開口端２０ｃが接続されている。

また、ケース部材２１Ａの他端部にはケース部材２１Ａに導入されたＥＧＲガスを排出する流出管部２１ｂが設けられており、この流出管部２１ｂには下流側の低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄ（排気ガス流出開口端）が接続されている。

すなわち、本実施の形態の低圧ＥＧＲ管２０は、低圧ＥＧＲクーラ２１を挟んで上流側の低圧ＥＧＲ管２０Ａと下流側の低圧ＥＧＲ管２０Ｂに分割されており、低圧ＥＧＲ管２０Ａの開口端２０ｃがケース部材２１Ａの流入管部２１ａに接続され、低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄがケース部材２１Ａの流出管部２１ｂに接続されている。

したがって、低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａは、低圧ＥＧＲ管２０Ａの開口端２０ｃと反対側の開口端であり、低圧ＥＧＲ管２０の下流開口端２０ｂは、低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄと反対側の開口端となる。

図２、図３に示すように、コア２１Ｂは、ケース部材２１Ａの側面２１ｃ、２１ｄおよび上板２１ｅに固定された側板２４ａと、側板２４ａに対してＥＧＲガスの排気方向下流側に離隔してケース部材２１Ａの側面２１ｃ、２１ｄおよび上板２１ｅに固定された側板２４ｂと、側板２４ａおよび側板２４ｂを接続する底板２４ｃとを備え、ケース部材２１Ａの側板２１ｃ、２１ｄ、側板２４ａ、２４ｂおよび底板２４ｃによって冷却水が充填される冷却室２５を有している。

また、底板２４ｃの下部とケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間には隙間が形成されており、底板２４ｃの下部とケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間にＥＧＲガスが導入されるようになっている。

また、コア２１Ｂは、側板２４ａ、２４ｂを貫通して側板２４ａ、２４ｂに支持される複数の偏平パイプ２８を備えており、この偏平パイプ２８は、排気管８から上流側の低圧ＥＧＲ管２０Ａの開口端２０ｃを通してケース部材２１Ａに導入されたＥＧＲガスを、開口端２０ｄを通して下流側の低圧ＥＧＲ管２０Ｂに導入するようになっている。なお、偏平パイプ２８に代えて、棒状のパイプを用いてもよい。

また、ケース部材２１Ａの上板２１ｅには内燃機関から供給される冷却水を冷却室２５に導入する冷却水導入管部２１ｆおよび冷却室２５に導入された冷却液を排出する冷却液排出管部２１ｇが設けられている。

したがって、低圧ＥＧＲクーラ２１は、冷却室２５に導入される冷却液によって偏平パイプ２８および底板２４ｃとケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間を通る低圧のＥＧＲガスを冷却できるようになっている。

一方、ケース部材２１Ａ内には板状部材として網目構造体からなる網目状部材２９が設けられており、この網目状部材２９は、コア２１Ｂに対してＥＧＲガスの排気方向下流側、すなわち、下流側の低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄ側に位置している。なお、網目状部材２９は、図示しない保持手段によってケース部材２１Ａに支持されている。

図３、図４に示すように、網目状部材２９は、ケース部材２１Ａの底面２１ｈから低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄの上端ａより上方に延在する小径の第１の通路部２９ａを画成する複数の第１の細管２９Ａと、第１の細管２９Ａを接続し、第１の通路部２９ａに連通する複数の第２の通路部２９ｂを画成する第２の細管２９Ｂとを備えている。
図３、図４では、鉛直方向に延在するものが第１の細管２９Ａであり、水平方向に延在するのが第２の細管２９Ｂである。なお、本実施の形態では、第１の通路部２９ａおよび第２の通路部２９ｂが通路部を構成している。

また、第１の細管２９Ａの下部とケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間には微小な隙間が画成されており、ケース部材２１Ａの底面２１ｈに貯留された凝縮水を第１の細管２９Ａの通路部２９ａおよび第２の細管２９Ｂの通路部２９ｂの毛細管現象による吸引力によって吸い上げるようになっている。

すなわち、本実施の形態の第１の通路部２９ａおよび第２の通路部２９ｂの開口面積は、ケース部材２１Ａの底面２１ｈに貯留された凝縮水を毛細管現象によって吸い上げることが可能な大きさに形成されている。

また、本実施の形態の網目状部材２９は、２つ設けられており、ＥＧＲガスの排気方向と平行になるようにＥＧＲガスの排気方向に対して直交する方向に対向している。なお、網目状部材２９は、ＥＧＲガスの排気方向と平行になるように１つ、または３つ以上設けられていてもよい。

また、網目状部材２９は、ＥＧＲガスの熱によって変形し難く、凝縮水によって腐食し難い材料、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）から構成されている。なお、ＳＵＳに限らず、ＥＧＲガスの熱によって変形し難く、凝縮水によって腐食し難い材料であれば、その他のものであってもよい。
また、網目状部材２９が変形するのをより確実に防止するために、網目状部材２９の両面をプレートによって保持するようにしてもよい。

また、低圧ＥＧＲ管２０には低圧ＥＧＲ弁２２が設けられており、この低圧ＥＧＲ弁２２は、低圧ＥＧＲ管２０を開放する開放状態と、低圧ＥＧＲ管２０の開放を制限する、例えば、低圧ＥＧＲ管２０を遮断する閉弁状態とに切換えられるようになっている。

本実施の形態では、低圧ＥＧＲ管２０、低圧ＥＧＲクーラ２１および低圧ＥＧＲ弁２２がＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７を構成しており、このＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７が排気ガス還流装置を構成している。

また、排気浄化装置１６の下流の排気管８には排気絞り弁３６が設けられており、この排気絞り弁３６は、排気浄化装置１６より下流の排気管８の通路断面積を絞るように開度を縮小することにより、アイドル時や軽負荷時に排気温度を上げることができるとともにＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の背圧を制御することができる。
また、内燃機関システムにはＥＣＵ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０が設けられている。

また、内燃機関１にはクランクシャフトの角度（回転角度）を検出するクランク角センサ３１やスロットル弁１４の開度を調整するアクセルペダルの踏み込み位置を検出するアクセルポジションセンサ３２が設けられており、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２に電気的に接続されている。

ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１から入力される内燃機関１のクランクシャフトの回転数情報およびアクセルポジションセンサ３２から入力されるアクセルポジション位置情報や各種センサ群からの情報に基づいて内燃機関１の回転数および内燃機関１の負荷を算出し、この算出結果に基づいて、インジェクタ４、高圧ＥＧＲ弁１９および低圧ＥＧＲ弁２２等を制御するようになっている。

ここで、各種センサ群とは、エアフローメータ１２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ３３、吸気管７内の圧力を検出する吸気圧力センサ３４、排気ガスの温度を検出する排気温度センサ３５等である。なお、内燃機関１の回転数や負荷を算出するセンサは、車両に装着される公知のセンサからの情報も加味することができることは、言うまでもない。

次に、作用を説明する。
内燃機関１の気筒２内のピストンが降下（吸入工程）して吸気管７に負圧が発生することにより、吸気管７に吸気が導入されると、この吸気は、吸気管７を通して内燃機関１の各気筒２に供給される。

また、内燃機関１の各気筒２から排出された排気ガスは、排気管８を通してターボチャージャ９のタービン１５に導入される。タービン１５に導入された排気ガスは、酸化触媒コンバータ１３を通して排気浄化装置１６に導入される。

酸化触媒コンバータ１３および排気浄化装置１６によって浄化された排気ガスは、排気管８を通して大気に排出される。

また、排気ガスがタービン１５に供給されることにより、コンプレッサ１０が作動することにより、吸気管７内を流れる吸入空気がコンプレッサ１０によって圧縮されて内燃機関１の各気筒２に送られ、内燃機関１の過給が行われる。

ここで、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１、アクセルポジションセンサ３２、吸気温度センサ３３、吸気圧力センサ３４および排気温度センサ３５等からの検出情報に基づいて内燃機関１の回転数および負荷を演算する。

ＥＣＵ３０は、この演算結果に基づいて低速、低負荷領域で内燃機関１が運転されているものと判断した場合には、高圧ＥＧＲ弁１９を開放状態に切換えて高圧ＥＧＲ管１８の内部を開放する。
このため、各気筒２から排気マニホールド６に排出された排気ガスの一部が高圧のＥＧＲガスとなって高圧ＥＧＲ管１８から吸気マニホールド５を介して各気筒２に導入される。

一方、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１、アクセルポジションセンサ３２、吸気温度センサ３３、吸気圧力センサ３４および排気温度センサ３５等からの検出情報に基づいて内燃機関１が高速、高負荷領域で内燃機関１が運転されているものと判断した場合には、低圧ＥＧＲ弁２２を開放状態に切換えて低圧ＥＧＲ管２０の内部を開放する。

このため、タービン１５の下流から排気管８を通して排気浄化装置１６の下流に流れた排気ガスの一部がＥＧＲガスとして低圧ＥＧＲ管２０に還流される。この低圧ＥＧＲ管２０に導入されたＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲクーラ２１で冷却されてコンプレッサ１０に導入される。

コンプレッサ１０に導入されるＥＧＲガスと吸気の混合ガスは、コンプレッサ１０によって圧縮されて吸気管７内を流れ、インタークーラ１１によって冷却されることにより、内燃機関１の各気筒２に送られ、内燃機関１の過給が行われる。

また、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１、アクセルポジションセンサ３２、吸気温度センサ３３、吸気圧力センサ３４および排気温度センサ３５等からの検出情報に基づいて内燃機関１の回転数および負荷を演算する。

ＥＣＵ３０は、この演算結果に基づいて中速、中負荷領域で内燃機関１が運転されるものと判断した場合には、高圧ＥＧＲ弁１９を開放状態に切換えて高圧ＥＧＲ管の内部を開放するとともに、低圧ＥＧＲ弁２２を補助的に制御して低圧ＥＧＲ管２０内を補助的に開放状態に切換える。

一方、低圧ＥＧＲクーラ２１において、図５に示すように、低圧ＥＧＲ管２０Ａからケース部材２１Ａに導入される低圧のＥＧＲガスＧがコア２１Ｂに導入されると、このＥＧＲガスが冷却室２５に導入される冷却液によって偏平パイプ２８および底板２４ｃとケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間を通る低圧のＥＧＲガスＧが冷却される。

特に、内燃機関の暖機運転中の低温状態にあるときは、内燃機関の各部が適度な温度に早期に達するよう暖機運転が行われ、低圧ＥＧＲ弁２２が全閉状態にされるが、低圧ＥＧＲ弁２２が全閉状態になっても、内燃機関から排出される排気ガスの圧力脈動により低圧ＥＧＲ管２０内に高温の排気ガスＧが流入してしまう。

このとき、コア２１Ｂを流れるＥＧＲガスＧがコア２１Ｂによって冷却されると、冷却室２５に導入される冷却水が暖機後の冷却水低温よりも低いため、コア２１ＢでＥＧＲガスＧ中に含まれる水分が凝縮し、燃料に微量に含まれる硫黄分を成分とする硫酸あるいは硝酸が凝縮水Ｗに含まれてしまい、腐食性の高い凝縮水が発生してしまう。

この凝縮水Ｗは、偏平パイプ２８や底板２４ｃとケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間を通るＥＧＲガスの圧力によってコア２１Ｂの下流のケース部材２１Ａの底面２１ｈ（以下、コア２１Ｂの下流のケース部材２１Ａの底面２１ｈを底面２１ｉという）に貯留される。

本実施の形態では、コア２１Ｂに対して下流側の低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄ側に位置するようにケース部材２１Ａ内に網目状部材２９を設け、この網目状部材２９を、ケース部材２１Ａの底面２１ｈから低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄの上端ａより上方に延在する小径の第１の通路部２９ａを画成する複数の第１の細管２９Ａと、第１の通路部２９ａを連通する複数の第２の通路部２９ｂを画成する第２の細管２９Ｂとから構成した。

これに加えて、底板２４ｃの下部とケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間に隙間を形成し、底板２４ｃとケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間にＥＧＲガスＧが導入されるよう構成した。

このため、コア２１Ｂに偏平パイプ２８を流れるＥＧＲガスＧの圧力によってコア２１Ｂからケース部材２１Ａの底面２１ｈに滴下された凝縮水Ｗは、底板２４ｃとケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間を流れるＥＧＲガスの圧力によってコア２１Ｂの下流のケース部材２１Ａの底面２１ｉに貯留される。すなわち、ケース部材２１Ａの底面２１ｉを凝縮水の溜まり場にすることができる。

ケース部材２１Ａの底面２１ｉに貯留された凝縮水Ｗには網目状部材２９の第１の細管２９Ａの下部が浸されているため、第１の細管２９Ａの第１の通路部２９ａおよび第２の細管２９Ｂの第２の通路部２９ｂの毛細管現象による吸引力によって網目状部材２９の上方に吸い上げられる。
この網目状部材２９は、低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄの上端ａより上方に位置しているため、ＥＧＲガスの排気経路上に位置することなる。

このため、ＥＧＲガスの低温時には網目状部材２９に凝縮水を蓄積させておくことができ、内燃機関１の暖機後等において、コア２１Ｂの偏平パイプ２８から排出されるＥＧＲガスが高温となったときに、このＥＧＲガスの熱によって凝縮水が蒸発される。

そして、凝縮水が蒸発されると、網目状部材２９によって凝縮水を再び吸い上げて高温のＥＧＲガスによって凝縮水を蒸発させることができる。この状態を繰り返すことにより、ケース部材２１Ａの底面２１ｉに凝縮水が貯留されるのを防止することができ、ケース部材２１Ａの底面２１ｉやコア２１Ｂが腐食するのを防止することができる。この結果、低圧ＥＧＲクーラ２１の耐久性を向上させることができる。

特に、本実施の形態では、底板２４ｃとケース部材２１Ａの底面２１ｈとの間に凝縮水をケース部材２１Ａの底面２１ｉに移動させる隙間を形成したので、コア２１Ｂの下流のケース部材２１Ａの底面に貯留される凝縮水にコア２１Ｂが浸されるのを防止することができ、コア２１Ｂが腐食するのをより一層防止することができる。

また、本実施の形態では、網目状部材２９に蓄えられた凝縮水を蒸発させるときの気化熱によってＥＧＲガスの温度を下げることができ、ＥＧＲガスの冷却性能を向上させることができる。

また、本実施の形態では、第１の通路部２９ａおよび第２の通路部２９ｂの開口面積を、ケース部材２１Ａの底面２１ｈに貯留された凝縮水を毛細管現象によって吸い上げることが可能な大きさに形成したので、ケース部材２１Ａの底面２１ｉに貯留された凝縮水を第１の通路部２９ａおよび第２の通路部２９ｂの毛細管現象による吸引力によって確実に上方に吸い上げることができる。

また、本実施の形態では、一対の網目状部材２９を、ＥＧＲガスの排気方向と平行になるようにＥＧＲガスの排気方向に対して直交する方向に対向して設けているので、コア２１Ｂから低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄに排出されるＥＧＲガスの排気抵抗が増大するのを防止することができ、内燃機関１の排気性能が悪化するのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、板状部材を網目状部材２９から構成しているが、図６、図７に示すように、板状部材を、小径の通路部４１ａを画成する複数の細管４１を直列に配列した細管構造体４２から構成し、この細管構造体４２をＥＧＲガスの排気方向と平行になるようにＥＧＲガスの排気方向に対して直交する方向に１つ以上設けてもよい。

また、図８に示すように、板状部材を、薄板５１の内部に通路部５１ａを画成する複数の細管５１Ａを有する板状構造体５２から構成し、この板状構造体５２をＥＧＲガスの排気方向と平行になるようにＥＧＲガスの排気方向に対して直交する方向に１つ以上設けてもよい。

また、本実施の形態の網目状部材２９は、ＥＧＲガスの排気方向と平行になるように設けられているが、図９、図１０に示すように、網目状部材２９をＥＧＲガスの排気方向と略直交方向となるようにケース部材２１Ａ内に設置してもよい。

このようにすれば、コア２１Ｂから低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄに排出されるＥＧＲガスを網目状部材２９の全面に衝突させることができる。このため、毛細管現象による吸引力によって網目状部材２９の上方に吸い上げられた凝縮水の蒸発を促進させることができる。

また、コア２１Ｂから排出されるＥＧＲガスを第１の細管２９Ａおよび第２の細管２９Ｂの間の隙間を通して低圧ＥＧＲ管２０Ｂの開口端２０ｄに排出することができるため、内燃機関１の排気性能が悪化するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、図１１に示すように、例えば、下方の偏平パイプ２８の長さが上方の偏平パイプ２８の長さよりも短い構成の場合には、網目状部材２９を傾けて設置してもよい。この場合には、第１の細管２９Ａの上端と下端とが同一面上に位置するように必要に応じて第１の細管２９Ａの上部と下部の長さを変えるようにすればよい。

また、本実施の形態では、板状部材を網目状部材２９、細管構造体４２および板状構造体５２から構成しているが、これに限らず、小径の複数の通路部が上下方向に延在する繊維状の板状部材から構成してもよい。

また、本実施の形態では、低圧ＥＧＲクーラ２１が水平状態に設置されているが、低圧ＥＧＲクーラ２１が傾いて設置されていても本発明を適用可能であることはいうまでもない。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置は、冷却手段のケース部材の底面に凝縮水が貯留されるのを防止して、ケース部材や冷却構造体が腐食するのを防止することができ、冷却手段の耐久性が悪化するのを防止することができるという効果を有し、内燃機関から排気管に排出される排気ガスの一部を、吸気管に還流する排気還流管を有する内燃機関の排気ガス還流装置等として有用である。

１ 内燃機関
７ 吸気管
８ 排気管
２０ 低圧ＥＧＲ管（排気管流管）
２０ｃ 開口端（排気ガス流入開口端）
２０ｄ 開口端（排気ガス流出開口端）
２１ 低圧ＥＧＲクーラ（冷却手段）
２１Ａ ケース部材
２１Ｂ コア（冷却構造体）
２１ａ 流入管部（一端部）
２１ｂ 流出管部（他端部）
２１ｈ ケース部材の底面
２７ ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）
２８ 偏平パイプ
２９ 網目状部材（板状部材）
２９Ａ 第１の細管
２９Ｂ 第２の細管
２９ａ 第１の通路部（通路部）
２９ｂ 第２の通路部（通路部）
４１、５１Ａ 細管
４１ａ、５１ａ 通路部
４２ 細管構造体（板状部材）
５２ 板状構造体（板状部材）

Claims (7)

1. 排気ガス通路を形成する排気管の途中から吸気管に接続され、内燃機関から前記排気管に排出された排気ガスの一部を前記吸気管に還流する排気還流管と、前記排気還流管に設けられ、前記排気還流管に還流される排気ガスを冷却する冷却手段とを備えた内燃機関の排気ガス還流装置であって、
   前記冷却手段は、前記排気還流管の排気ガス流入開口端に接続される一端部および前記排気還流管の排気ガス流出開口端に接続される他端部を有するケース部材と、
   前記ケース部材の内部に設けられ、前記排気ガス流入開口端から前記ケース部材に流入された排気ガスを冷却する冷却構造体と、
   前記冷却構造体に対して前記排気ガス流出開口端側に位置するように前記ケース部材内に設けられ、前記ケース部材の底面から前記排気ガス流出開口端の上端より上方に延在する小径の複数の通路部を有する板状部材とを含んで構成されることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
2. 前記板状部材が、前記通路部を構成する小径の第１の通路部を画成する複数の第１の細管と、前記第１の細管を接続し、前記第１の通路部に連通して前記通路部を構成する複数の第２の通路部を画成する第２の細管とを有する網目構造体から構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
3. 前記板状部材が、前記通路部を画成する複数の細管が直列に配列されて構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
4. 前記板状部材が、排気ガスの排気方向と平行になるように前記ケース部材内に少なくとも１つ以上設置されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
5. 前記網目構造体が、前記排気ガスの排気方向と略直交方向となるように前記ケース部材内に設置されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
6. 前記冷却構造体の下部と前記ケース部材の底面との間に隙間が形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
7. 前記通路部の開口面積が、前記冷却構造体に対して前記排気ガス流出開口端側の前記ケース部材の底面に貯留される凝縮水を、毛細管現象によって吸い上げることが可能な大きさに形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。

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