JP2014222054A

JP2014222054A - 車両用エンジンの排気ガス還流装置

Info

Publication number: JP2014222054A
Application number: JP2013102227A
Authority: JP
Inventors: 竜也中西; Tatsuya Nakanishi
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2014-11-27

Abstract

【課題】エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制する。
【解決手段】排気マニホルド１３と吸気マニホルド１２とを連絡する排気ガス還流通路１８として、シリンダヘッド２内の気筒列方向一方の端部側で気筒列方向と交差する方向の他方の端部から一方の端部に向けて形成された第１排気ガス還流通路部２４、第１排気ガス還流通路部２４の上流端部で分岐してシリンダヘッド２内で気筒列方向一方の端部から他方の端部に向けて形成され且つシリンダヘッド側ウォータジャケット１０を囲繞する第２排気ガス還流通路部２５、第１排気ガス還流通路部２４の上流端部で分岐してシリンダブロック１側に向け且つシリンダブロック１内で気筒列方向一方の端部から他方の端部に向けて形成され且つシリンダブロック側ウォータジャケット１１を囲繞する第３排気ガス還流通路部２６を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒を有する車両用エンジンの排気ガス還流装置に関し、排気マニホルド内の排気ガスの一部を吸気マニホルドに還流する排気ガス還流通路部をエンジン本体に形成する場合に好適なものである。

このように排気ガス還流通路部をシリンダヘッドに形成する車両用エンジンの排気ガス還流装置としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この車両用エンジンの排気ガス還流装置では、シリンダヘッドの気筒列方向と交差する方向の一方の端部に吸気マニホルドを取付け、シリンダヘッドの気筒列方向と交差する方向の他方の端部には排気マニホルドを取付ける。そして、排気マニホルドと吸気マニホルドを連絡する排気ガス還流通路部をシリンダヘッドのウォータジャケットに接触するように形成し、この排気ガス還流通路部を開閉するように排気ガス還流バルブを設ける。

特開２００２−４９５３号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される車両用エンジンの排気ガス還流装置では、排気ガス還流通路部とウォータジャケットとの接触面積が十分でない場合に、排気ガス還流通路部を流れる排気ガスの温度を十分に冷却できない虞がある。また、吸気マニホルド側に還流される排気ガスの温度は一定又はほぼ一定であるから、エンジンの負荷状態が小さい場合に還流排気ガスの温度が低いと燃焼効率や安定性が低下し、エンジンの負荷状態が大きい場合に還流排気ガスの温度が高いとノッキングが発生しやすい。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することが可能な車両用エンジンの排気ガス還流装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、複数の気筒が形成され、少なくとも前記複数の気筒の周囲にシリンダブロック側ウォータジャケットが形成されたシリンダブロックと、前記シリンダブロックのエンジン上方に取付けられ、シリンダヘッド側ウォータジャケットが形成されたシリンダヘッドと、前記シリンダヘッドの前記気筒列方向と交差する方向の一方の端部に取付けられ、前記各気筒の吸気ポートに接続される吸気マニホルドと、前記シリンダヘッドの前記気筒列方向と交差する方向の他方の端部に取付けられ、前記各気筒の排気ポートに接続される排気マニホルドと、を備えた車両用エンジンの排気ガス還流装置において、前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡するように前記シリンダヘッド及び前記シリンダブロックの少なくとも何れか一方に形成され、前記排気マニホルド内の排気ガスを複数の段階の温度に冷却可能な複数の経路を有する排気ガス還流通路と、エンジンの運転負荷状態に応じて前記排気ガス還流通路の複数の経路による前記排気マニホルド及び前記吸気マニホルドの連絡状態を選択的に調整可能な排気ガス還流バルブとを備えることを特徴とする。

上記課題を解決するため、本発明の第２の態様は、前記排気ガス還流通路の複数の経路として、前記シリンダヘッド内の前記気筒列方向一方の端部側で前記気筒列方向と交差する方向の他方の端部から前記気筒列方向と交差する方向の一方の端部に向けて形成された第１排気ガス還流通路部と、前記第１排気ガス還流通路部の上流端部で分岐して前記シリンダヘッド内で前記気筒列方向一方の端部から前記気筒列方向他方の端部に向けて形成され、前記第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に接続する第２排気ガス還流通路部と、前記第１排気ガス還流通路部の上流端部で分岐して前記シリンダブロック側に向けて形成され且つ前記シリンダブロック内で前記気筒列方向一方の端部から前記気筒列方向他方の端部に向けて形成され、前記第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に接続する第３排気ガス還流通路部とを備えるのが好ましい。

上記課題を解決するため、本発明の第３の態様は、前記第２排気ガス還流通路部及び前記第３排気ガス還流通路部が合流する前記第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に断面が均一で一連な合流部を形成し、前記合流部に前記排気ガス還流バルブを配置し、前記排気ガス還流バルブによって移動されるピストンを前記合流部の内部に配置するのが好ましい。

上記課題を解決するため、本発明の第４の態様は、前記エンジンの負荷状態が予め設定された負荷状態よりも小さい場合には、前記排気ガス還流バルブによって前記第１排気ガス還流通路部のみが前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡する状態とし、前記エンジンの負荷状態が予め設定された負荷状態よりも大きい場合には、前記排気ガス還流バルブによって前記第排気ガス還流通部と前記第２排気ガス還流通路部及び前記第３排気ガス還流通路部の少なくとも何れか一方とが前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡する状態とするのが好ましい。

上記課題を解決するため、本発明の第５の態様は、前記第２排気ガス還流通路部の通路断面積及び前記第３排気ガス還流通路部の通路断面積を前記第１排気ガス還流通路部の通路断面積より小さく設定し、前記エンジンの負荷状態が大きくなるにつれて、前記排気ガス還流バルブによって、前記第１排気ガス還流通路部、前記第１排気ガス還流通路部及び前記第２排気ガス還流通路部、前記第１排気ガス還流通路部及び前記第２排気ガス還流通路部及び前記第３排気ガス還流通路部の順に各排気ガス還流通路部が前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡する状態とするのが好ましい。

このように、前記の第１の態様によれば、車両用エンジンが複数の気筒を有する場合に、吸気マニホルドをシリンダヘッドの気筒列と交差する方向の一方の端部に取付け、排気マニホルドをシリンダヘッドの気筒列と交差する方向の他方の端部に取付ける。また、排気マニホルドと吸気マニホルドとを連絡し且つ排気マニホルド内の排気ガスを複数の段階の温度に冷却可能な排気ガス還流通路の複数の経路をシリンダヘッド及びシリンダブロックの少なくとも何れか一方に形成する。そして、排気ガス還流バルブは、エンジンの運転負荷状態に応じて排気ガス還流通路の複数の経路による排気マニホルド及び吸気マニホルドの連絡状態を選択的に調整可能とした。そのため、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めることが可能となると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することが可能となる。

また、前記の第２の態様によれば、排気ガス還流通路の複数の経路として、シリンダヘッド内の気筒列方向一方の端部側で気筒列方向と交差する方向の他方の端部から一方の端部に向けて形成された第１排気ガス還流通路部と、第１排気ガス還流通路部の上流端部で分岐してシリンダヘッド内で気筒列方向一方の端部から他方の端部に向けて形成され且つ第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に接続する第２排気ガス還流通路部と、第１排気ガス還流通路部の上流端部で分岐してシリンダブロック側に向けて形成され且つシリンダブロック内で気筒列方向一方の端部から他方の端部に向けて形成され且つ第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に接続する第３排気ガス還流通路部とを備える。第２排気ガス還流通路部は第１排気ガス還流通路部よりもシリンダヘッド側ウォータジャケットに接触する面積が大きく、第１排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度よりも第２排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度を低くすることができる。また、シリンダブロック側ウォータジャケット内の冷却水の温度はシリンダヘッド側ウォータジャケット内の冷却水の温度よりも低い。更に、第３排気ガス還流通路部の全長を第１排気ガス還流通路部や第２排気ガス還流通路部の全長よりも長く設定することができるため、第３排気ガス還流通路部内の還流排気ガスの上流端部から下流端部への到達時間を長くすることができ、第３排気ガス還流通路部内の還流排気ガスの温度を低下し易い。そのため、第２排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度よりも第３排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度を低くすることができる。従って、第１排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度よりも第２排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度を低くすることができ、第２排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度よりも第３排気ガス還流通路部からの還流排気ガス温度を低くすることができる。従って、複数の排気ガス還流通路部からの還流排気ガス温度を３段階の冷却温度に設定することができ、これらの還流排気ガスを吸気マニホルドの手前で運転状況に応じて選択したり又は選択されたものを連続的に混合したりして、吸気マニホルドに還流することで、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

また、前記の第３の態様によれば、第２排気ガス還流通路部及び第３排気ガス還流通路部が合流する第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に断面が均一で一連な合流部を形成し、排気ガス還流バルブによって移動されるピストンを合流部の内部に配置した。そのため、１つの排気ガス還流バルブのピストンを合流部内で移動することにより、第１〜第３排気ガス還流通路部による排気マニホルド及び吸気マニホルドの連絡状態を選択的に調整することができる。従って、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

また、前記の第４の態様によれば、エンジンの負荷状態が小さい場合には、排気ガス還流バルブによって第１排気ガス還流通路部のみが排気マニホルドと吸気マニホルドとを連絡する状態とし、エンジンの負荷状態が大きい場合には、排気ガス還流バルブによって第１排気ガス還流通路部と第２排気ガス還流通路部及び第３排気ガス還流通路部の少なくとも何れか一方とが排気マニホルドと吸気マニホルドとを連絡する状態とする。前述のように、第１排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度よりも第２排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度が低く、更に第２排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度よりも第３排気ガス還流通路部からの還流排気ガスの温度が低い。従って、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

また、前記の第５の態様によれば、第２排気ガス還流通路部の通路断面積及び第３排気ガス還流通路部の通路断面積を第１排気ガス還流通路部の通路断面積より小さく設定する。そのため、第２排気ガス還流通路部や第３排気ガス還流通路部では、第１排気ガス還流通路部よりも還流排気ガスを冷却することができる。また、エンジンの負荷状態が大きくなるにつれて、排気ガス還流バルブによって、第１排気ガス還流通路部、第１排気ガス還流通路部及び第２排気ガス還流通路部、第１排気ガス還流通路部及び第２排気ガス還流通路部及び第３排気ガス還流通路部の順に各排気ガス還流通路部が排気マニホルドと吸気マニホルドとを連絡する状態とする。そのため、エンジンの負荷状態が大きいほど、低温の還流排気ガスを吸気マニホルドに還流することができ、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

図１は、本発明の排気ガス還流装置が適用された車両用エンジンの一実施形態を示す平面図である。図２は、図１の車両用エンジンの正面図である。図３は、図１の車両用エンジンの側面図である。図４は、図１の車両用エンジンのシリンダブロックの平面図である。図５は、図１の車両用エンジンにおける排気ガス還流通路部の合流部周辺の拡大図である。図６は、図１の車両用エンジンにおける排気ガス還流通路部の合流部周辺の拡大図である。図７は、図１の車両用エンジンにおける排気ガス還流通路部の合流部周辺の拡大図である。図８は、図１の車両用エンジンにおける排気ガス還流通路部の合流部周辺の拡大図である。図９は、図１の制御装置で行われる演算処理のフローチャートである。

次に、本発明の車両用エンジンの排気ガス還流装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の車両用エンジンの概略構成を示す平面図、図２は、図１の車両用エンジンの正面図、図３は、図１の車両用エンジンの側面図、図４は、図１の車両用エンジンのシリンダブロックの平面図である。本実施形態の車両用エンジンは、シリンダブロック１の上端面にシリンダヘッド２が取付けられ、シリンダヘッド２の上端面にシリンダヘッドカバー３が取付けられる。シリンダブロック１の下部にはクランクケースが形成され、このクランクケース内にクランク軸５が回転自在に収納される。また、シリンダブロック１の下端面には、オイルパン４が取付けられる。この車両用エンジンには、例えば図１の図示右方に図示しない変速機が取付けられる。

シリンダヘッド２のシリンダブロック１との接合面には、気筒列に沿って複数、本実施形態では３つの燃焼室６が形成される。従って、クランク軸５の軸線は、燃焼室６の配列方向、即ち気筒列と平行である。また、シリンダブロック１のうち、各燃焼室６の下方には気筒（シリンダボア）７が形成されている。なお、エンジン本体は、種々の向き（傾きを含む）で車両に搭載されるが、凡そシリンダブロック１に対してシリンダヘッド２が上方になるように搭載されるので、その方向をエンジン上方、逆方向をエンジン下方と定義する。

各燃焼室６には、当該燃焼室６に混合気を吸気するための吸気ポート８、及び当該燃焼室から排気ガスを排気するための排気ポート９が接続される。本実施形態では、各燃焼室６に、吸気ポート８及び排気ポート９が夫々２つずつ接続される。吸気ポート８の燃焼室６側端部の吸気口は図示しない吸気バルブによって開閉され、排気ポート９の燃焼室６側端部の排気口は図示しない排気バルブによって開閉される。なお、特に燃焼室６や排気ポート９は高温になるため、それらの周囲にはシリンダヘッド側ウォータジャケット１０と呼ばれる冷却水通路が形成され、このシリンダヘッド側ウォータジャケット１０を流れる冷却水によってシリンダヘッド２が冷却される。同様に、シリンダブロック１のうち、気筒（シリンダボア）７の周囲にはシリンダブロック側ウォータジャケット１１が形成され、このシリンダブロック側ウォータジャケット１１を流れる冷却水によってシリンダブロック１が冷却される。

図１には、シリンダヘッド側ウォータジャケット１０における冷却水の流れを破線の矢印で示す。また、図４には、シリンダブロック側ウォータジャケット１１における冷却水の流れを破線の矢印で示す。また、図２には、シリンダブロック側ウォータジャケット１１からシリンダヘッド側ウォータジャケット１０に流れる冷却水の流れを破線の矢印で示す。前述のように、気筒（シリンダボア）７よりも燃焼室６や排気ポート９の方が高温なので、シリンダヘッド側ウォータジャケット１０内の冷却水の温度はシリンダブロック側ウォータジャケット１１内の冷却水の温度よりも高い。そのため、冷却水をシリンダブロック側ウォータジャケット１１からシリンダヘッド側ウォータジャケット１０に流して冷却効率を高めている。

全気筒７の吸気ポート８は吸気マニホルド１２に接続され、全気筒７の排気ポート９は排気マニホルド１３に接続される。吸気マニホルド１２は、シリンダヘッド２のうち、図１の上側端面、即ち気筒列方向と交差する方向の一方の端面に取付けられている。また、排気マニホルド１３は、シリンダヘッド２のうち、図１の下側端面、即ち気筒列方向と交差する方向の他方の端面に取付けられている。吸気マニホルド１２は図示しない吸気ダクトに接続され、排気マニホルド１３には、触媒コンバータなどを介装する排気管１４が接続される。

燃焼室６で発生した排気ガスは排気ポート９から排気マニホルド１３を経て排気管１４から外部に排出される。本実施形態では、この排気ガスの一部を吸気側に還流する排気ガス還流装置がシリンダヘッド２に設けられている。図中の符号１５は、この排気ガスの還流を制御するための制御バルブで、一般に排気ガス還流バルブ（ＥＧＲバルブ）と呼ばれる。このＥＧＲバルブ１５は、例えばエンジン制御装置１６によって制御されており、排気ガス還流装置による排気マニホルド１３及び吸気マニホルド１２の連絡状態を調整する。本実施形態では、ＥＧＲバルブ１５に接続されたピストン１７の位置を制御することによって、吸気マニホルド１２に還流する排気ガスの量（還流する・しないを含む）を調整すると共に、還流する排気ガスの温度調整も行う。

排気ガスは高温であるから、排気ガスの一部を吸気側に還流する際には、それを冷却しておくことが望ましい。そこで、本実施形態の排気ガス還流装置を構成する排気ガス還流通路１８として、シリンダヘッド２及びシリンダブロック１内に複数の排気ガス経路を形成し、夫々の排気ガス経路を通過する還流排気ガスの温度を複数の段階の温度に調整する。本実施形態では、シリンダヘッド２のうち、図１の右方端部、即ち気筒列方向の一方の端部で且つ排気マニホルド１３が取付けられている図１の下側端面、即ち気筒列方向と交差する方向の他方の端面に凹部を形成し、この凹部を分岐部１９とする。この分岐部１９と排気マニホルド１３は排気マニホルド側接続管路２０によって接続される。また、シリンダヘッド２のうち、図１の右方端部、即ち気筒列方向の一方の端部で且つ吸気マニホルド１２が取付けられている図１の上側端面、即ち気筒列方向と交差する方向の一方の端面に凹部を形成し、この凹部を接続部２１とする。この接続部２１と吸気マニホルド１２は吸気マニホルド側接続管路２２によって接続される。

この接続部２１に接続して、図１の右側端面、即ち気筒列方向の一方の端面には、半径が一定の円形断面を一連に有する合流部２３が形成されている。前述したＥＧＲバルブ１５は、この合流部２３を閉塞するように取付けられており、ＥＧＲバルブ１５のピストン１７は合流部２３の内部に収納されている。ピストン１７は、この合流部２３の円形断面を閉塞する大きさと形状を有し、ＥＧＲバルブ１５によってピストン１７を合流部２３の軸線方向に移動することで、ピストン１７による合流部２３の閉塞領域を調整することができる。

本実施形態では、還流排気ガスの温度を複数の段階に調整することが可能な排気ガス還流通路１８の複数の経路として、第１〜第３排気ガス還流通路部２４〜２６の３つの経路を有する。このうち、第１排気ガス還流通路部２４は、シリンダヘッド２内の図１の右方端部、即ち気筒列方向の一方の端部側で、図１の下方端部、即ち気筒列方向と交差する方向の他方の端部から図１の上方端部、即ち気筒列方向と交差する方向の一方の端部に向けて形成されている。この第１排気ガス還流通路部２４の排気ガス上流端部は分岐部１９に接続され、排気ガス下流端部は合流部２３に接続されている。第２排気ガス還流通路部２５は、第１排気ガス還流通路部２４の上流端部である分岐部１９から分岐し、シリンダヘッド２内で図１の右方端部、即ち気筒列方向一方の端部から図１の左方端部、即ち気筒列方向他方の端部に向けて形成され、前記シリンダヘッド側ウォータジャケット１０を平面視で囲繞して排気ガス下流端部が合流部２３に接続されている。第３排気ガス還流通路部２６は、第１排気ガス還流通路部２４の上流端部である分岐部１９から分岐し、シリンダヘッド２の内部からシリンダブロック１側に向けて形成され、更にシリンダブロック１内でエンジン下方に向けて延長され、そこからシリンダブロック１内で図１の右方端部、即ち気筒列方向一方の端部から図１の左方端部、即ち気筒列方向他方の端部に向けて形成され、前記シリンダブロック側ウォータジャケット１１を平面視で囲繞して排気ガス下流端部が合流部２３に接続されている。

図５〜図８は、図１の車両用エンジンにおける排気ガス還流通路１８の合流部２３周辺の拡大図である。これらの図から明らかなように、本実施形態では、第１〜第３排気ガス還流通路部２４〜２６が合流する合流部２３に対し、接続部２１側から第１排気ガス還流通路部２４、第２排気ガス還流通路部２５、第３排気ガス還流通路部２６の順に並んで接続されている。従って、ＥＧＲバルブ１５によってピストン１７の位置を合流部２３における第１排気ガス還流通路部２４の合流位置より接続部２１側に設定すれば、全ての排気ガス還流通路部は吸気マニホルド１２に接続されない。また、ピストン１７の位置を合流部２３における第１排気ガス還流通路部２４の合流位置と第２排気ガス還流通路部２５の合流位置との間に設定すれば、第１排気ガス還流通路部２４が吸気マニホルド１２に接続される。また、ピストン１７の位置を合流部２３における第２排気ガス還流通路部２５の合流位置と第３排気ガス還流通路部２６の合流位置との間に設定すれば、第１排気ガス還流通路部２４及び第２排気ガス還流通路部２５が吸気マニホルド１２に接続される。また、ピストン１７の位置を合流部２３における第３排気ガス還流通路部２６の合流位置よりも接続部２１の反対側位置に設定すれば、第１排気ガス還流通路部２４〜第３排気ガス還流通路部２６の全てが吸気マニホルド１２に接続される。また、図から明らかなように、第２排気ガス還流通路部２５の通路断面積及び第３排気ガス還流通路部２６の通路断面積を第１排気ガス還流通路部２４の通路断面積より小さく設定している。更に、本実施形態では、第３排気ガス還流通路部２６の通路断面積を第２排気ガス還流通路部２５の通路断面積より小さく設定している。

前述のように、第１排気ガス還流通路部２４は、シリンダヘッド２内において、図１の右方端部側で図１の下側端部から図１の上側端部に向けて形成されている。そのため、この第１排気ガス還流通路部２４は、シリンダヘッド側ウォータジャケット１０に接触しているが、その接触長さは比較的短く、結果的にシリンダヘッド側ウォータジャケット１０への接触面積が比較的小さい。これに対し、第２排気ガス還流通路部２５は、シリンダヘッド２内において、図１の下側端部側で図１の右方端部から図１の左方端部へと形成され、更にシリンダヘッド側ウォータジャケット１０を囲繞して合流部２３に合流している。そのため、この第２排気ガス還流通路部２５のシリンダヘッド側ウォータジャケット１０に接触している接触面積は、第１排気ガス還流通路部２４のシリンダヘッド側ウォータジャケット１０に接触している面積よりも大きい。従って、第２排気ガス還流通路部２５から還流される排気ガスの温度は第１排気ガス還流通路部２４から還流される排気ガスの温度よりも低くなっている。

更に、第３排気ガス還流通路部２６は、シリンダヘッド２からシリンダブロック１の内部に向けて形成された後、シリンダブロック１内において、図４の下側端部側で図４の右方端部から図４の左方端部へと形成され、更にシリンダブロック側ウォータジャケット１１を囲繞して合流部２３に合流している。前述のように、シリンダブロック側ウォータジャケット１１内の冷却水温度はシリンダヘッド側ウォータジャケット１０内の冷却水温度よりも低い。その上、シリンダヘッド２からシリンダブロック１内を迂回するようにしてシリンダヘッド２に還流する第３排気ガス還流通路部２６は、その上流端部から下流端部までの長さが長く、その分だけ、シリンダブロック側ウォータジャケット１１内の冷却水でより一層冷却される。そのため、第３排気ガス還流通路部２６から還流される排気ガスの温度は第２排気ガス還流通路部２５から還流される排気ガスの温度よりも低くなっている。

しかも、本実施形態では、第２排気ガス還流通路部２５の通路断面積及び第３排気ガス還流通路部２６の通路断面積を第１排気ガス還流通路部２４の通路断面積より小さく設定し、第３排気ガス還流通路部２６の通路断面積を第２排気ガス還流通路部２５の通路断面積より小さく設定している。排気ガス還流通路部の通路断面積が小さい場合には、通路断面積が大きい場合に比して、ウォータジャケット内の冷却水温度の影響を受けやすい。従って、第１排気ガス還流通路部２４から還流される排気ガスの温度よりも第２排気ガス還流通路部２５及び第３排気ガス還流通路部２６から還流される排気ガスの温度をより一層低くすることができる。更に、第２排気ガス還流通路部２５から還流される排気ガスの温度よりも第３排気ガス還流通路部２６から還流される排気ガスの温度をより一層低くすることができる。

ここで、還流排気ガスの温度とエンジン性能の関係について説明する。一般に、エンジンの負荷状態は、例えばスロットル開度やエンジン回転速度などから求めることができる。そして、エンジンの負荷状態が大きいときには、燃焼室６に供給される混合気の温度を低くすることで、ノッキングを抑制することができる。従って、エンジンの負荷状態が大きいときには、還流排気ガスの温度を低くするとよい。一方、エンジンの負荷状態が小さいときには、燃焼室６に供給される混合気の温度を低くしすぎると、燃焼効率や燃焼安定性が損なわれる。従って、エンジンの負荷状態が小さいときには、還流排気ガスの温度を高くするとよい。

図９は、エンジン制御装置１６で実施されるＥＧＲバルブ１５制御のための演算処理を示すフローチャートである。この演算処理は、予め設定されたサンプリング周期毎に、例えばタイマ割込によって実行される。この演算処理では、まずステップＳ１で、図示しないスロットル開度センサやエンジン回転速度センサなどの各種センサ類の出力を検出する。次にステップＳ２に移行して、前記ステップＳ１で検出したセンサ類の出力から、エンジンの負荷状態を算出する。本実施形態では、算出されたエンジンの負荷状態を予め設定された負荷状態閾値と比較して第１負荷状態〜第４負荷状態の４段階に区分し、第１負荷状態〜第４負荷状態の順に、エンジンの負荷が大きいものとした。

次にステップＳ３に移行して、前記ステップＳ２で算出したエンジンの負荷状態を判定し、エンジンの負荷状態が第１負荷状態である場合にはステップＳ４に移行し、エンジンの負荷状態が第２負荷状態である場合にはステップＳ５に移行し、エンジンの負荷状態が第３負荷状態である場合にはステップＳ６に移行し、エンジンの負荷状態が第４負荷状態である場合にはステップＳ７に移行する。前記ステップＳ４では、全ての排気ガス還流通路部が吸気マニホルド１２に接続されない状態にＥＧＲバルブ１５を制御してからメインプログラムに復帰する。前記ステップＳ５では、第１排気ガス還流通路部２４が吸気マニホルド１２に接続される状態にＥＧＲバルブ１５を制御してからメインプログラムに復帰する。前記ステップＳ６では、第１排気ガス還流通路部２４及び第２排気ガス還流通路部２５が吸気マニホルド１２に接続される状態にＥＧＲバルブ１５を制御してからメインプログラムに復帰する。前記ステップＳ７では、第１排気ガス還流通路部２４〜第３排気ガス還流通路部２６の全てが吸気マニホルド１２に接続される状態にＥＧＲバルブ１５を制御してからメインプログラムに復帰する。

この演算処理によれば、エンジンの負荷状態が比較的小さい第１負荷状態にある場合には、全ての排気ガス還流通路部が吸気マニホルド１２に接続されない状態にＥＧＲバルブ１５が制御される。そのため、図５に示すように、ピストン１７の位置は合流部２３における第１排気ガス還流通路部２４の合流位置より接続部２１側に設定され、還流排気ガスは吸気マニホルド側接続管路２２から吸気系に還流されない。また、エンジンの負荷状態が第１負荷状態より大きい第２負荷状態にある場合には、第１排気ガス還流通路部２４が吸気マニホルド１２に接続される状態にＥＧＲバルブ１５が制御される。そのため、図６に示すように、また、ピストン１７の位置は合流部２３における第１排気ガス還流通路部２４の合流位置と第２排気ガス還流通路部２５の合流位置との間に設定され、第１排気ガス還流通路部２４からの還流排気ガスが吸気マニホルド側接続管路２２から吸気系に還流される。また、エンジンの負荷状態が第２負荷状態より大きい第３負荷状態にある場合には、第１排気ガス還流通路部２４及び第２排気ガス還流通路部２５が吸気マニホルド１２に接続される状態にＥＧＲバルブ１５が制御される。そのため、図７に示すように、ピストン１７の位置は合流部２３における第２排気ガス還流通路部２５の合流位置と第３排気ガス還流通路部２６の合流位置との間に設定され、第１排気ガス還流通路部２４及び第２排気ガス還流通路部２５からの還流排気ガスが吸気マニホルド側接続管路２２から吸気系に還流される。また、エンジンの負荷状態が第３負荷状態より大きい第４負荷状態にある場合には、全ての排気ガス還流通路部２４〜２６が吸気マニホルド１２に接続される状態にＥＧＲバルブ１５が制御される。そのため、図８に示すように、ピストン１７の位置は合流部２３における第３排気ガス還流通路部２６の合流位置よりも接続部２１の反対側位置に設定され、第１排気ガス還流通路部２４〜第３排気ガス還流通路部２６からの還流排気ガスが吸気マニホルド側接続管路２２から吸気系に還流される。従って、エンジンの負荷状態が小さいほど還元排気ガス温度が高く、エンジンの負荷状態が大きいほど還元排気ガス温度が低いことから、ノッキングの抑制と燃焼効率・燃焼安定性の両立が可能となる。

このように本実施形態の車両用エンジンの排気ガス還流装置では、車両用エンジンが複数の気筒７を有する場合に、吸気マニホルド１２をシリンダヘッド２の気筒列と交差する方向の一方の端部に取付け、排気マニホルド１３をシリンダヘッド２の気筒列と交差する方向の他方の端部に取付ける。また、排気マニホルド１３と吸気マニホルド１２とを連絡し且つ排気マニホルド１３内の排気ガスを複数の段階の温度に冷却可能な排気ガス還流通路１８の複数の経路をシリンダヘッド２及びシリンダブロック１の少なくとも何れか一方に形成する。そして、ＥＧＲバルブ１５は、エンジンの運転負荷状態に応じて排気ガス還流通路１８の複数の経路による排気マニホルド１３及び吸気マニホルド１２の連絡状態を選択的に調整可能とした。そのため、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めることが可能となると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することが可能となる。

また、排気ガス還流通路１８の複数の経路として、シリンダヘッド２内の気筒列方向一方の端部側で気筒列方向と交差する方向の他方の端部から一方の端部に向けて形成された第１排気ガス還流通路部２４と、第１排気ガス還流通路部２４の上流端部で分岐してシリンダヘッド２内で気筒列方向一方の端部から他方の端部に向けて形成され且つ第１排気ガス還流通路部２４の排気ガス下流端部に接続する第２排気ガス還流通路部２５と、第１排気ガス還流通路部２４の上流端部で分岐してシリンダブロック１側に向けて形成され且つシリンダブロック１内で気筒列方向一方の端部から他方の端部に向けて形成され且つ第１排気ガス還流通路部２４の排気ガス下流端部に接続する第３排気ガス還流通路部２６とを備える。第２排気ガス還流通路部２５は第１排気ガス還流通路部２４よりもシリンダヘッド側ウォータジャケット１０に接触する面積が大きく、第１排気ガス還流通路部２４からの還流排気ガスの温度よりも第２排気ガス還流通路部２５からの還流排気ガスの温度を低くすることができる。また、シリンダブロック側ウォータジャケット１１内の冷却水の温度はシリンダヘッド側ウォータジャケット１０内の冷却水の温度よりも低い。更に、第３排気ガス還流通路部２６の全長を第１排気ガス還流通路部２４や第２排気ガス還流通路部２５の全長よりも長く設定することができるため、第３排気ガス還流通路部２６内の還流排気ガスの上流端部から下流端部への到達時間を長くすることができ、第３排気ガス還流通路部２６内の還流排気ガスの温度を低下し易い。そのため、第２排気ガス還流通路部２５からの還流排気ガスの温度よりも第３排気ガス還流通路部２６からの還流排気ガスの温度を低くすることができる。従って、第１排気ガス還流通路部２４からの還流排気ガスの温度よりも第２排気ガス還流通路部２５からの還流排気ガスの温度を低くすることができ、第２排気ガス還流通路部２５からの還流排気ガスの温度よりも第３排気ガス還流通路部２６からの還流排気ガス温度を低くすることができる。従って、複数の排気ガス還流通路部２４〜２６からの還流排気ガス温度を３段階の冷却温度に設定することができ、これらの還流排気ガスを選択的に吸気マニホルド１２に還流することで、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

また、第２排気ガス還流通路部２５及び第３排気ガス還流通路部２６が合流する第１排気ガス還流通路部２４の排気ガス下流端部に断面が均一で一連な合流部２３を形成し、ＥＧＲバルブ１５によって移動されるピストン１７を合流部２３の内部に配置した。そのため、１つのＥＧＲバルブ１５のピストン１７を合流部２３内で移動することにより、第１〜第３排気ガス還流通路部２４〜２６による排気マニホルド１３及び吸気マニホルド１２の連絡状態を選択的に調整することができる。従って、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

また、エンジンの負荷状態が小さい場合には、ＥＧＲバルブ１５によって第１排気ガス還流通路部２４のみが排気マニホルド１３と吸気マニホルド１２とを連絡する状態とし、エンジンの負荷状態が大きい場合には、ＥＧＲバルブ１５によって第１排気ガス還流通路部２４と第２排気ガス還流通路部２５及び第３排気ガス還流通路部２６の少なくとも何れか一方とが排気マニホルド１３と吸気マニホルド１２とを連絡する状態とする。前述のように、第１排気ガス還流通路部２４からの還流排気ガスの温度よりも第２排気ガス還流通路部２５からの還流排気ガスの温度が低く、更に第２排気ガス還流通路部２５からの還流排気ガスの温度よりも第３排気ガス還流通路部２６からの還流排気ガスの温度が低い。従って、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

また、第２排気ガス還流通路部２５の通路断面積及び第３排気ガス還流通路部２６の通路断面積を第１排気ガス還流通路部２４の通路断面積より小さく設定する。そのため、第２排気ガス還流通路部２５や第３排気ガス還流通路部２６では、第１排気ガス還流通路部２４よりも還流排気ガスを冷却することができる。また、エンジンの負荷状態が大きくなるにつれて、ＥＧＲバルブ１５によって、第１排気ガス還流通路部２４、第１排気ガス還流通路部２４及び第２排気ガス還流通路部２５、第１排気ガス還流通路部２４及び第２排気ガス還流通路部２５及び第３排気ガス還流通路部２６の順に各排気ガス還流通路部が排気マニホルド１３と吸気マニホルド１２とを連絡する状態とする。そのため、エンジンの負荷状態が大きいほど、低温の還流排気ガスを吸気マニホルド１２に還流することができ、エンジンの負荷状態が小さい場合の燃焼効率や燃焼安定性を高めると共に、エンジンの負荷状態が大きい場合のノッキングを抑制することができる。

なお、前記実施形態では、エンジンの運転負荷状態を４段階に区分し、夫々の運転負荷状態に応じて第１〜第３排気ガス通路部２４〜２６の排気ガスを選択的に吸気マニホルド１２に還流した。しかしながら、例えばＥＧＲバルブ１５のピストン１を図６と図７の中庸の状態とすれば、第２排気ガス還流部２５から還流される排気ガスの流量を少なくすることができる。つまり、ＥＧＲバルブ１５のピストン１７の位置をより細かく制御することで、各排気ガス通路部２４〜２６から還流される排気ガスの流量を細かく調整することができ、これを用いて、選択された排気ガス通路部２４〜２６の排気ガスを事前に連続的に混合して吸気マニホルド１２に還流することも可能である。即ち、本実施形態の車両用エンジンの排気ガス還流装置では、エンジンの運転負荷状態に応じた還流排気ガス温度の連続的な調整も可能である。

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。更に、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組合せに限定されるものではなく、全ての開示された夫々の特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組合せによって画され得る。

１シリンダブロック
２シリンダヘッド
３シリンダヘッドカバー
４オイルパン
５クランク軸
６燃焼室
７気筒（シリンダボア）
８吸気ポート
９排気ポート
１０シリンダヘッド側ウォータジャケット
１１シリンダブロック側ウォータジャケット
１２吸気マニホルド
１３排気マニホルド
１４排気管
１５排気ガス還流バルブ（ＥＧＲバルブ）
１６エンジン制御装置
１７ピストン
１８排気ガス還流通路部
１９分岐部
２０排気マニホルド側接続管路
２１接続部
２２吸気マニホルド側接続管路
２３合流部
２４第１排気ガス還流通路部
２５第２排気ガス還流通路部
２６第３排気ガス還流通路部

Claims

複数の気筒が形成され、少なくとも前記複数の気筒の周囲にシリンダブロック側ウォータジャケットが形成されたシリンダブロックと、
前記シリンダブロックのエンジン上方に取付けられ、シリンダヘッド側ウォータジャケットが形成されたシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッドの前記気筒列方向と交差する方向の一方の端部に取付けられ、前記各気筒の吸気ポートに接続される吸気マニホルドと、
前記シリンダヘッドの前記気筒列方向と交差する方向の他方の端部に取付けられ、前記各気筒の排気ポートに接続される排気マニホルドと、
を備えた車両用エンジンの排気ガス還流装置において、
前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡するように前記シリンダヘッド及び前記シリンダブロックの少なくとも何れか一方に形成され、前記排気マニホルド内の排気ガスを複数の段階の温度に冷却可能な複数の経路を有する排気ガス還流通路と、
エンジンの運転負荷状態に応じて前記排気ガス還流通路の複数の経路による前記排気マニホルド及び前記吸気マニホルドの連絡状態を選択的に調整可能な排気ガス還流バルブと、
を備えることを特徴とする車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記排気ガス還流通路の複数の経路として、
前記シリンダヘッド内の前記気筒列方向一方の端部側で前記気筒列方向と交差する方向の他方の端部から前記気筒列方向と交差する方向の一方の端部に向けて形成された第１排気ガス還流通路部と、
前記第１排気ガス還流通路部の上流端部で分岐して前記シリンダヘッド内で前記気筒列方向一方の端部から前記気筒列方向他方の端部に向けて形成され、前記第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に接続する第２排気ガス還流通路部と、
前記第１排気ガス還流通路部の上流端部で分岐して前記シリンダブロック側に向けて形成され且つ前記シリンダブロック内で前記気筒列方向一方の端部から前記気筒列方向他方の端部に向けて形成され、前記第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に接続する第３排気ガス還流通路部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記第２排気ガス還流通路部及び前記第３排気ガス還流通路部が合流する前記第１排気ガス還流通路部の排気ガス下流端部に断面が均一で一連な合流部を形成し、
前記合流部に前記排気ガス還流バルブを配置し、
前記排気ガス還流バルブによって移動されるピストンを前記合流部の内部に配置した
ことを特徴とする請求項２に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記エンジンの負荷状態が予め設定された負荷状態より小さい場合には、前記排気ガス還流バルブによって前記第１排気ガス還流通路部のみが前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡する状態とし、
前記エンジンの負荷状態が予め設定された負荷状態より大きい場合には、前記排気ガス還流バルブによって前記第排気ガス還流通部と前記第２排気ガス還流通路部及び前記第３排気ガス還流通路部の少なくとも何れか一方とが前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡する状態とする
ことを特徴とする請求項３に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記第２排気ガス還流通路部の通路断面積及び前記第３排気ガス還流通路部の通路断面積を前記第１排気ガス還流通路部の通路断面積より小さく設定し、
前記エンジンの負荷状態が大きくなるにつれて、前記排気ガス還流バルブによって、前記第１排気ガス還流通路部、前記第１排気ガス還流通路部及び前記第２排気ガス還流通路部、前記第１排気ガス還流通路部及び前記第２排気ガス還流通路部及び前記第３排気ガス還流通路部の順に各排気ガス還流通路部が前記排気マニホルドと前記吸気マニホルドとを連絡する状態とする
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。