JP2015034530A

JP2015034530A - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP2015034530A
Application number: JP2013166481A
Authority: JP
Inventors: 山本　康博; Yasuhiro Yamamoto; 康博山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-19

Abstract

【課題】エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるＥＧＲ装置を提供する。
【解決手段】第１の伝熱管群２１と、第２の伝熱管群２２と、ケーシング２３とを含んで構成されるＥＧＲクーラ２０を備え、エンジン１０のシリンダヘッド１１に備えたＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに、第１の伝熱管群２１と第２の伝熱管群２２とを接続し、ウォータジャケット１３に隣接しないＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流れる排出ガスＧが流通する第２の伝熱管群２２のほうが、ウォータジャケット１３に隣接するＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流れる排出ガスＧが流通する第１の伝熱管群２１に比べて熱交換効率が高くなるよう構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲ装置に関する。

従来、エンジンのシリンダヘッドの内部に排気再循環を行うためのＥＧＲ通路を設けたＥＧＲ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ＥＧＲ通路は、一方の側壁部がシリンダヘッドの内部に形成されたウォータジャケットに沿って延び、一端部がエンジンの排気マニホールドに接続され、他端部がエンジンの吸気マニホールドに接続されている。

ＥＧＲ装置は、エンジンのシリンダから排気マニホールドに送出される排出ガスの一部をＥＧＲ通路により吸気マニホールドに導き、シリンダに還流させるようになっている。また、ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路を流通する排出ガスを、ウォータジャケットを流通する冷却水により冷却するようになっている。

特開２００２−４９５５号公報

しかしながら、ＥＧＲ通路の一方の側壁部に沿って流通する排出ガスは、ウォータジャケットを流通する冷却水によって冷却されるが、ＥＧＲ通路の他方の側壁部に沿って流通する排出ガスは、ウォータジャケットを流通する冷却水によって冷却されない。

このため、ＥＧＲ通路の一方の側壁部に沿って流通する排出ガスとＥＧＲ通路の他方の側壁部に沿って流通する排出ガスとで温度差が生じ、樹脂製の吸気マニホールドを用いたエンジンでは、高温の排出ガスによって吸気マニホールドが溶損することが懸念される。また、シリンダ毎に吸気温度がばらついて、吸気温度が高くなったシリンダで異常燃焼が生じるという問題があった。

そこで、本発明は、上述したような従来の問題を解決するためになされたもので、従来のものと比較して、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるＥＧＲ装置を提供することを目的としている。

本発明に係るＥＧＲ装置は、上記目的を達成するため、（１）エンジンのシリンダヘッドの内部に、ＥＧＲ通路を備えるとともに、前記ＥＧＲ通路の一方の側壁部に沿うようウォータジャケットを備えたＥＧＲ装置であって、複数の伝熱管よりなる熱交換部と、前記熱交換部を収容し、かつ内部に冷却水が流通し得るケーシングとを含んで構成されるＥＧＲクーラを備え、前記エンジンの排気マニホールドに前記ＥＧＲ通路の一端部を接続し、前記ＥＧＲ通路の他端部に前記熱交換部の一端部を接続し、前記熱交換部の他端部に前記エンジンの吸気マニホールドを接続し、前記熱交換部において前記ウォータジャケットに隣接しない前記ＥＧＲ通路の他方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分は、前記熱交換部において前記ＥＧＲ通路の前記一方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分に比べて熱交換効率が高くなるよう構成されている。

本発明のＥＧＲ装置は、熱交換部においてウォータジャケットに隣接しないＥＧＲ通路の他方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分は、熱交換部においてＥＧＲ通路の一方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分に比べて熱交換効率が高くなっている。

すなわち、ＥＧＲ通路の一方の側壁部に沿って流通し、ウォータジャケットを流通する冷却水により冷却された排出ガスは、熱交換部を流通しつつ、ケーシングの内部を流通する冷却水により冷却される。

また、ＥＧＲ通路の他方の側壁部に沿って流通し、ウォータジャケットを流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスは、熱交換部を流通しつつ、ケーシングの内部を流通する冷却水により、ＥＧＲ通路の一方の側壁部に沿って流通した排出ガスに比べて高い熱交換効率で冷却される。よって、本発明のＥＧＲ装置は、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できる。

本発明によれば、従来のものと比較して、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるＥＧＲ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るＥＧＲ装置を示す概略断面図である。本発明の第２の実施形態に係るＥＧＲ装置に用いるＥＧＲクーラの概略断面図である。本発明の第３の実施形態に係るＥＧＲ装置を示す概略断面図である。本発明の第３の実施形態に係るＥＧＲ装置に用いるＥＧＲクーラの概略断面図であり、図３のＣ−Ｃ断面図である。本発明の第４の実施形態に係るＥＧＲ装置を示す概略断面図である。本発明の第３の実施形態に係るＥＧＲ装置に用いるＥＧＲバルブの概略断面図であり、図５のＤ−Ｄ断面図である。

以下、本発明に係るＥＧＲ装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１に示すように、本実施形態に係るＥＧＲ装置１は、エンジン１０のシリンダヘッド１１の内部に、ＥＧＲ通路１２およびウォータジャケット１３を有し、ＥＧＲ通路１２の排出ガス流通方向下流側の端部にＥＧＲクーラ２０を備えている。さらに、ＥＧＲ装置１は、ＥＧＲクーラ２０の排出ガス流通方向下流側の端部にＥＧＲバルブ３０を備えている。

エンジン１０は、シリンダヘッド１１の一側部に、内部に吸気通路１４ａを有する吸気マニホールド１４を備え、シリンダヘッド１１の他側部に、内部に排気通路１５ａを有する排気マニホールド１５を備えている。シリンダヘッド１１の一側部と吸気マニホールド１４は、ガスケット１４ｂを挟み、また、シリンダヘッド１１の他側部と排気マニホールド１５は、ガスケット１５ｂを挟んでいる。

吸気マニホールド１４は、吸気出口部１４ｃおよび排出ガス還流部１４ｄを有している。吸気出口部１４ｃは、吸気通路１４ａに連通し、かつシリンダヘッド１１の一側部に向けて開口するようになっている。排出ガス還流部１４ｄは、吸気通路１４ａに連通し、かつエンジン１０の外方に向けて開口するようになっている。吸気マニホールド１４は、吸気通路１４ａにエンジン１０の吸気経路１０ａから吸気Ａが送給されるようになっている。

排気マニホールド１５は、排出ガス入口部１５ｃおよび排出ガス分流部１５ｄを有している。排出ガス入口部１５ｃおよび排出ガス分流部１５ｄは、排気通路１５ａに連通し、かつシリンダヘッド１１の他側部に向けて開口するようになっている。排気マニホールド１５は、排気通路１５ａからエンジン１０の図示しない排気経路へ排出ガスＧが送出されるようになっている。

シリンダヘッド１１は、吸気ポート１６および排気ポート１７を有している。吸気ポート１６は、エンジン１０の図示しないシリンダに連通し、かつ吸気マニホールド１４の吸気通路１４ａに吸気出口部１４ｃを介して連通している。排気ポート１７は、エンジン１０の図示しないシリンダに連通し、かつ排気マニホールド１５の排気通路１５ａに排出ガス入口部１５ｃを介して連通している。

ＥＧＲ通路１２は、シリンダヘッド１１の一端部に位置し、図示しないシリンダの中心軸線および図示しないクランクシャフトの中心軸線に対して略直交する方向に延び、かつシリンダヘッド１１の一側面部から他側面部に向けて貫通している。

ＥＧＲ通路１２は、シリンダヘッド１１の一側面部に位置する排出ガス入口部１２ａと、シリンダヘッド１１の他面側部に位置する排出ガス出口部１２ｂとを有している。ＥＧＲ通路１２は、排出ガス入口部１２ａに排気マニホールド１５の排出ガス分流部１５ｄが接続されており、排気マニホールド１５の排気通路１５ａから排出ガスＧが流入するようになっている。

ウォータジャケット１３は、ＥＧＲ通路１２においてシリンダヘッド１１の一端面部とは反対側に位置する一方の側壁部１２ｃに沿うよう設けられている。また、シリンダヘッド１１は、一端面部から外方へ向けて突出する複数の放熱フィン１８を有している。放熱フィン１８は、ＥＧＲ通路１２においてシリンダヘッド１１の一端面部側に位置する他方の側壁部１２ｄに一体に連なっている。

ＥＧＲクーラ２０は、複数の第１の伝熱管２１ａよりなる第１の伝熱管群２１と、複数の第２の伝熱管２２ａよりなる第２の伝熱管群２２と、第１の伝熱管群２１および第２の伝熱管群２２を収容するケーシング２３とを含んで構成されている。

第２の伝熱管２２ａは、第１の伝熱管２１ａに比べて流路断面積が小さくなるよう形成されている。また、ケーシング２３は、複数の冷却水通路２４を有している。冷却水通路２４は、隣接する第１の伝熱管２１ａの間、隣接する第２の伝熱管２２ａの間、および第１の伝熱管群２１と第２の伝熱管群２２との間に位置し、冷却水が流通するようになっている。

第１の伝熱管群２１の一端部はＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流れる排出ガスＧが各第１の伝熱管２１ａに流入するよう接続されている。

第２の伝熱管群２２の一端部はＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流れる排出ガスＧが各第２の伝熱管２２ａに流入するよう接続されている。

ＥＧＲバルブ３０は、弁ボディ３１と、弁体３２とを含んで構成されている。弁ボディ３１は、第１の伝熱管群２１および第２の伝熱管群２２の他端部に向けて開口する排出ガス入口部３１ａと、吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄに向けて開口する排出ガス出口部３１ｂとを有している。

排出ガス入口部３１ａの内周面部は、弁ボディ３１の外方から内方に向けて内径が縮小するテーパ状に形成されている。また、排出ガス出口部３１ｂは、排出ガス入口部３１ａの最小内径部に連通するようになっている。

弁体３２は、傘部３２ａと、ステム部３２ｂとを有している。弁体３２は弁ボディ３１に、ステム部３２ｂが弁ボディ３１を摺動可能に貫通して、傘部３２ａが排出ガス入口部３１ａを開閉し得るよう組み付けられている。

弁ボディ３１の排出ガス入口部３１ａは第１の伝熱管群２１および第２の伝熱管群２２の他端部に、ＥＧＲクーラ２０を経た排出ガスＧがＥＧＲバルブ３０に流入するよう接続されている。

弁ボディ３１の排出ガス出口部３１ｂは吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄに、ＥＧＲバルブ３０を経た排出ガスＧが吸気マニホールド１４の吸気通路１４ａに流入し得るよう接続されている。

以下、本実施形態に係るＥＧＲ装置１の作動を説明する。

ＥＧＲ装置１は、ＥＧＲバルブ３０が開いていると、エンジン１０のシリンダから排気マニホールド１５の排気通路１５ａに送出される排出ガスＧの一部を、排出ガス分流部１５ｄからＥＧＲ通路１２に分流する。

ＥＧＲ装置１は、ＥＧＲ通路１２に流入した排出ガスＧのうち、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、ウォータジャケット１３を流通する冷却水に放出させて、排出ガスＧを冷却する。

ＥＧＲ装置１は、ＥＧＲ通路１２に流入した排出ガスＧのうち、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、放熱フィン１８から大気中に放出させて、排出ガスＧを冷却する。

ＥＧＲ装置１は、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ２０の第１の伝熱管群２１を構成する各第１の伝熱管２１ａの一端部に流入させる。また、ＥＧＲ装置１は、第１の伝熱管２１ａを流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、ケーシング２３の内部の冷却水通路２４を流通する冷却水に放出させて、排出ガスＧを冷却する。

したがって、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧは、第１の伝熱管２１ａを流通しつつ、冷却水通路２４を流通する冷却水により冷却される。

ＥＧＲ装置１は、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、放熱フィン１８により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ２０の第２の伝熱管群２２を構成する各第２の伝熱管２２ａの一端部に流入させる。また、ＥＧＲ装置１は、第２の伝熱管２２ａを流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、ケーシング２３の内部の冷却水通路２４を流通する冷却水に放出させて、排出ガスＧを冷却する。

したがって、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、放熱フィン１８より熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスＧは、第２の伝熱管２２ａを流通しつつ、冷却水通路２４を流通する冷却水により冷却される。

第１の伝熱管２１ａよりも流路断面積が小さい第２の伝熱管２２ａを流通する排出ガスＧは、第１の伝熱管２１ａを流通する排出ガスＧに比べると、流速が高く、かつ冷却水通路２４を流通する冷却水に対して距離が近くなる。

よって、第２の伝熱管２２ａを流通する排出ガスＧと冷却水通路２４を流通する冷却水との熱交換率は、第１の伝熱管２１ａを流通する排出ガスＧと冷却水通路２４を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。

このため、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、第２の伝熱管２２ａを流通するときに、冷却水通路２４を流通する冷却水によって効果的に冷却される。

ＥＧＲ装置１は、第１の伝熱管２１ａおよび第２の伝熱管２２ａを流通し、ケーシング２３の内部の冷却水通路２４を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスＧを、ＥＧＲバルブ３０を介して吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄから吸気通路１４ａに還流させる。吸気通路１４ａに還流した排出ガスＧは、吸気Ａとともに、エンジン１０のシリンダに送給される。

本実施形態に係るＥＧＲ装置１は、ＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに複数の第１の伝熱管２１ａよりなる第１の伝熱管群２１の一端部を、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流れる排出ガスＧが各第１の伝熱管２１ａに流入するよう接続している。

このため、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧは、第１の伝熱管２１ａを流通しつつ、ケーシング２３の内部を流通する冷却水により冷却される。

本実施形態に係るＥＧＲ装置１は、ＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに複数の第２の伝熱管２２ａよりなる第２の伝熱管群２２の一端部を、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流れる排出ガスＧが各第２の伝熱管２２ａに流入するよう接続している。

このため、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、第２の伝熱管２２ａを流通しつつ、ケーシング２３の内部を流通する冷却水により冷却される。

第１の伝熱管２１ａよりも流路断面積が小さい第２の伝熱管２２ａを流通する排出ガスＧは、第１の伝熱管２１ａを流通する排出ガスＧに比べると、流速が高く、かつケーシング２３の内部を流通する冷却水に対して距離が近くなる。

よって、第２の伝熱管２２ａを流通する排出ガスＧとケーシング２３の内部を流通する冷却水との熱交換率は、第１の伝熱管２１ａを流通する排出ガスＧとケーシング２３の内部を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。

このため、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、第２の伝熱管２２ａを流通するときに、ケーシング２３の内部を流通する冷却水によって効果的に冷却される。

したがって、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通してきた排出ガスＧと、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通してきた排出ガスＧとの温度差は、ＥＧＲクーラ２０の排出ガス出口部分において小さくなる。この結果、ＥＧＲ装置１は、吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの温度分布を均一化できる。

本実施形態に係るＥＧＲ装置１は、吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの温度分布を均一化できるため、吸気マニホールド１４を樹脂材料により形成した場合、高温の排出ガスＧによって吸気マニホールド１４が溶損することがない。また、シリンダ毎に吸気温度がばらつくことがなく、異常燃焼が生じない。

（第２の実施形態）
本実施形態に係るＥＧＲ装置２は、前述したＥＧＲクーラ２０の代わりに図２に示すＥＧＲクーラ４０を用いている。ＥＧＲ装置２において、ＥＧＲクーラ４０を除く構成要素は、上述したＥＧＲ装置１と同様であるので、図示を省略する。

ＥＧＲクーラ４０は、図１におけるＥＧＲ通路１２とＥＧＲバルブ３０との間に介在している。ＥＧＲクーラ２０は、複数の第１の伝熱管４１ａよりなる第１の伝熱管群４１と、複数の第２の伝熱管４２ａよりなる第２の伝熱管群４２と、第１の伝熱管群４１および第２の伝熱管群４２を収容するケーシング４３とを含んで構成されている。

第１の伝熱管４１ａは、内側部に排出ガス流通方向に並ぶ多数のフィン４１ｂを有している。また、第２の伝熱管４２ａは、内側部に排出ガス流通方向に並ぶ多数のフィン４２ｂを有している。フィン４２ｂは、フィン４１ｂよりも数が多く、かつフィン４１ｂに比べてフィンピッチが狭くなっている。

ケーシング４３は、複数の冷却水通路４４を有している。冷却水通路４４は、隣接する第１の伝熱管４１ａの間、隣接する第２の伝熱管４２ａの間、および第１の伝熱管群４１と第２の伝熱管群４２との間に位置し、冷却水が流通するようになっている。

第１の伝熱管群４１の一端部は、図１におけるＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流れる排出ガスＧが各第１の伝熱管４１ａに流入するよう接続されている。

第２の伝熱管群４２の一端部は、図１におけるＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流れる排出ガスＧが各第２の伝熱管４２ａに流入するよう接続されている。

第１の伝熱管群４１の他端部および第２の伝熱管群４２の他端部は、図１におけるＥＧＲバルブ３０を介して吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄに接続されている。

以下、本実施形態に係るＥＧＲ装置２の作動を、ＥＧＲクーラ４０に関連する点を中心に説明する。

ＥＧＲ装置２は、図１におけるＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ４０の第１の伝熱管群４１を構成する各第１の伝熱管４１ａの一端部に流入させる。また、ＥＧＲ装置２は、第１の伝熱管４１ａを流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、ケーシング４３の内部の冷却水通路４４を流通する冷却水に放出させて、排出ガスＧを冷却する。

したがって、図１におけるＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧは、第１の伝熱管４１ａを流通しつつ、冷却水通路４４を流通する冷却水により冷却される。

ＥＧＲ装置２は、図１におけるＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、放熱フィン１８により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ４０の第２の伝熱管群４２を構成する各第２の伝熱管４２ａの一端部に流入させる。また、ＥＧＲ装置２は、第２の伝熱管４２ａを流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、多数のフィン４１ｂをケーシング４３の内部の冷却水通路４４を流通する冷却水に放出させて、排出ガスＧを冷却する。

したがって、図１におけるＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、放熱フィン１８より熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスＧは、第２の伝熱管４２ａを流通しつつ、冷却水通路４４を流通する冷却水により冷却される。

第２の伝熱管４２ａが有するフィン４２ｂは、第１の伝熱管４１ａが有するフィン４１ｂよりも数が多くなっている。さらに、フィン４２ｂは、フィン４１ｂに比べてフィンピッチが狭くなっている。よって、第２の伝熱管４２ａを流通する排出ガスＧと冷却水通路４４を流通する冷却水との熱交換率は、第１の伝熱管４１ａを流通する排出ガスＧと冷却水通路４４を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。

このため、図１におけるＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、第２の伝熱管４２ａを流通するときに、冷却水通路４４を流通する冷却水によって効果的に冷却される。

ＥＧＲ装置２は、第１の伝熱管４１ａおよび第２の伝熱管４２ａを流通し、ケーシング４３の内部の冷却水通路４４を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスＧを、図１におけるＥＧＲバルブ３０を介して吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄから吸気通路１４ａに還流させる。吸気通路１４ａに還流した排出ガスＧは、吸気Ａとともに、エンジン１０のシリンダに送給される。

本実施形態に係るＥＧＲ装置２は、図１におけるＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに複数の第１の伝熱管４１ａよりなる第１の伝熱管群４１の一端部を、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流れる排出ガスＧが各第１の伝熱管４１ａに流入するよう接続している。

このため、図１におけるＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧは、第１の伝熱管４１ａを流通しつつ、ケーシング４３の内部を流通する冷却水により冷却される。

本実施形態に係るＥＧＲ装置２は、図１におけるＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに複数の第２の伝熱管４２ａよりなる第２の伝熱管群４２の一端部を、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流れる排出ガスＧが各第２の伝熱管４２ａに流入するよう接続している。

このため、図１におけるＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、第２の伝熱管４２ａを流通しつつ、ケーシング２３の内部を流通する冷却水により冷却される。

第２の伝熱管４２ａが有するフィン４２ｂは、第１の伝熱管４１ａが有するフィン４１ｂよりも数が多い。さらに、フィン４２ｂは、フィン４１ｂに比べてフィンピッチが狭い。よって、第２の伝熱管４２ａを流通する排出ガスＧと冷却水通路４４を流通する冷却水との熱交換率は、第１の伝熱管４１ａを流通する排出ガスＧと冷却水通路４４を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。

このため、図１におけるＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、第２の伝熱管４２ａを流通するときに、ケーシング４３の内部を流通する冷却水によって効果的に冷却される。

したがって、図１におけるＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通してきた排出ガスＧと、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通してきた排出ガスＧとの温度差は、ＥＧＲクーラ４０の排出ガス出口部分において小さくなる。この結果、ＥＧＲ装置２は、吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの温度分布を均一化できる。

本実施形態に係るＥＧＲ装置２は、図１における吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの温度分布を均一化できるため、吸気マニホールド１４を樹脂材料により形成した場合、高温の排出ガスＧによって吸気マニホールド１４が溶損することがない。また、シリンダ毎に吸気温度がばらつくことがなく、異常燃焼が生じない。

（第３の実施形態）
本実施形態に係るＥＧＲ装置３は、前述したＥＧＲクーラ２０，４０の代わりに図３、図４に示すＥＧＲクーラ５０を用いている。また、図３において、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

ＥＧＲクーラ５０は、ＥＧＲ通路１２とＥＧＲバルブ３０との間に介在している。ＥＧＲクーラ５０は、複数の伝熱管５１ａよりなる伝熱管群５１と、伝熱管群５１を収容するケーシング５３とを含んで構成されている。

ケーシング５３は、複数の冷却水通路５４、入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６を有している。冷却水通路５４は、隣接する伝熱管５１ａの間に位置し、冷却水が流通するようになっている。入口ヘッダ５５は、ケーシング５３の外側部に設けられ、かつ冷却水送給管５５ａが接続されている。入口ヘッダ５５は、冷却水送給管５５ａを経てきた冷却水を、各冷却水通路５４において伝熱管５１ａの一端部間に位置する部分に向けて送給するようになっている。

出口ヘッダ５６は、ケーシング５３の外側部に設けられ、かつ冷却水送出管５６ａが接続されている。出口ヘッダ５６は、各冷却水通路５４を経てきた冷却水を、各冷却水通路５４において伝熱管５１ａの一端部間に位置する部分から冷却水送出管５６ａに向けて送出するようになっている。入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６は、ケーシング５３の同一の外側部に設けられている。

伝熱管群５１の一端部は、ＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに、ＥＧＲ通路１２から排出ガスＧが各伝熱管５１ａに流入するよう接続されている。各伝熱管５１ａは、排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６の遠い部分に、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通する排出ガスＧが流入するようになっている。また、各伝熱管５１ａは、排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に近い部分に、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通する排出ガスＧが流入するようになっている。

さらに、伝熱管群５１の他端部は、ＥＧＲバルブ３０を介して吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄに接続されている。

以下、本実施形態に係るＥＧＲ装置３の作動を、ＥＧＲバルブ３０が開いていることを前提として、ＥＧＲクーラ５０に関連する点を中心に説明する。

ＥＧＲ装置３は、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ５０の伝熱管群５１を構成する各伝熱管５１ａの一端部に流入させる。

また、ＥＧＲ装置３は、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、放熱フィン１８により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ５０の伝熱管群５１を構成する各伝熱管５１ａの一端部に流入させる。

さらに、ＥＧＲ装置３は、伝熱管５１ａを流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、ケーシング５３の内部の冷却水通路５４を流通する冷却水に放出させて、排出ガスＧを冷却する。したがって、ＥＧＲ通路１２を流通した排出ガスＧは、伝熱管５１ａを流通しつつ、冷却水通路５４を流通する冷却水により冷却される。

ＥＧＲ装置３は、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧを、各伝熱管５１ａの排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に遠い部分に流入させる。

また、ＥＧＲ装置３は、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧを、各伝熱管５１ａの排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に近い部分に流入させる。

冷却水通路５４において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に近い部分では、冷却水通路５４おいて入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に遠い部分よりも冷却水流量が多い。よって、各伝熱管５１ａの排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に近い部分を流通する排出ガスＧと冷却水通路５４を流通する冷却水との熱交換率は、各伝熱管５１ａの排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に遠い部分を流通する排出ガスＧと冷却水通路５４を流通する冷却水との熱交換率に比較して高くなる。

このため、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、伝熱管５１ａを流通するときに、冷却水通路５４を流通する冷却水によって効果的に冷却される。

ＥＧＲ装置３は、伝熱管５１ａを流通し、ケーシング５３の内部の冷却水通路５４を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスＧを、ＥＧＲバルブ３０を介して吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄから吸気通路１４ａに還流させる。吸気通路１４ａに還流した排出ガスＧは、吸気Ａとともに、エンジン１０のシリンダに送給される。

本実施形態に係るＥＧＲ装置３は、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧを、各伝熱管５１ａの排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に遠い部分に流入させる。

ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧは、各伝熱管５１ａの排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に遠い部分を流通しつつ、ケーシング５３の内部を流通する冷却水により冷却される。

また、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、各伝熱管５１ａの排出ガス流路において入口ヘッダ５５および出口ヘッダ５６に近い部分を流通しつつ、ケーシング５３の内部を流通する冷却水により効果的に冷却される。

したがって、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通してきた排出ガスＧと、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通してきた排出ガスＧとの温度差は、ＥＧＲクーラ５０の排出ガス出口部分において小さくなる。この結果、ＥＧＲ装置２は、吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの温度分布を均一化できる。

本実施形態に係るＥＧＲ装置２は、吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの温度分布を均一化できるため、吸気マニホールド１４を樹脂材料により形成した場合、高温の排出ガスＧによって吸気マニホールド１４が溶損することがない。また、シリンダ毎に吸気温度がばらつくことがなく、異常燃焼が生じない。

（第４の実施形態）
本実施形態に係るＥＧＲ装置４は、前述したＥＧＲクーラ２０，４０，５０の代わりに、図５に示すＥＧＲクーラ６０を用い、図１、図３に示すＥＧＲバルブ３０の代わりに図５、図６に示すＥＧＲバルブ７０を用いている。また、図５において、図１、図３と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

ＥＧＲクーラ６０は、ＥＧＲ通路１２の排出ガス流通方向下流側の端部に接続されている。ＥＧＲクーラ６０は、複数の伝熱管よりなる図示しない伝熱管群と、伝熱管群を収容するケーシング６３とを含んで構成されている。ケーシング６３は、内部に冷却水が流通する図示しない冷却水通路を有している。

伝熱管群は、一端部がＥＧＲ通路１２の排出ガス出口部１２ｂに接続されている。伝熱管群は、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流れる排出ガスＧが流通する図示しない第１の熱交換部と、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流れる排出ガスＧが流通する図示しない第２の熱交換部とを有している。

ＥＧＲバルブ７０は、ＥＧＲクーラ６０と吸気マニホールド１４との間に介在している。ＥＧＲバルブ７０は、弁ボディ７１と、弁体７２とを含んで構成されている。

弁ボディ７１は、伝熱管群の他端部に向けて開口する排出ガス入口部７１ａと、吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄに向けて開口する排出ガス出口部７１ｂとを有している。

弁ボディ７１は、排出ガス入口部７１ａの内周面部の周方向略半分に、弁ボディ７１の外方から内方に向けて半径が縮小するテーパ部７１ｃを備えている。排出ガス入口部７１ａのテーパ部７１ｃは、伝熱管群の第１の熱交換部側に位置するようになっている。

弁ボディ７１は、排出ガス入口部７１ａの内周面部の残りの周方向略半分に、弁ボディ７１の外方から内方に向けて半径が変わらないシュラウド部７１ｄを備えている。排出ガス入口部７１ａのシュラウド部７１ｄは、伝熱管群の第２の熱交換部側に位置するようになっている。

弁体７２は、傘部７２ａと、ステム部７２ｂとを有している。弁体７２は弁ボディ７１に、ステム部７２ｂが弁ボディ７１を摺動可能に貫通して、傘部７２ａが排出ガス入口部７１ａを開閉し得るよう組み付けられている。

ＥＧＲバルブ７０は、排出ガス入口部７１ａの内周面部にテーパ部７１ｃおよびシュラウド部７１ｄを備えていることにより、傘部７２ａが排出ガス出口部７１ｂを開放したときに、伝熱管群の第１の熱交換部側のほうが伝熱管群の第２の熱交換部側によりも排出ガス通路の流路断面積が大きくなるようにしている。

弁ボディ７１の排出ガス入口部７１ａは伝熱管群の他端部に、ＥＧＲクーラ６０を経た排出ガスＧがＥＧＲバルブ７０に流入するよう接続されている。

弁ボディ７１の排出ガス出口部３１ｂは吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄに、ＥＧＲバルブ７０を経た排出ガスＧが吸気マニホールド１４の吸気通路１４ａに流入し得るよう接続されている。

以下、本実施形態に係るＥＧＲ装置４の作動を、ＥＧＲバルブ７０が開いていることを前提として、ＥＧＲクーラ６０およびＥＧＲバルブ７０に関連する点を中心に説明する。

ＥＧＲ装置４は、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ６０の伝熱管群の一端部から第１の熱交換部に流入させる。

また、ＥＧＲ装置４は、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、放熱フィン１８により熱エネルギーを大気中に放出した排出ガスＧを、ＥＧＲクーラ６０の伝熱管群の一端部から第２の熱交換部に流入させる。

さらに、ＥＧＲ装置４は、伝熱管群の第１の熱交換部および第２の熱交換部を流通する排出ガスＧの熱エネルギーを、ケーシング６３の内部の冷却水通路を流通する冷却水に放出させて、排出ガスＧを冷却する。したがって、ＥＧＲ通路１２を流通した排出ガスＧは、伝熱管群の第１の熱交換部および第２の熱交換部を流通しつつ、冷却水通路を流通する冷却水により冷却される。

ＥＧＲ装置４は、伝熱管群の第１の熱交換部および第２の熱交換部を流通し、ケーシング６３の内部の冷却水通路を流通する冷却水に熱エネルギーを放出した排出ガスＧを、ＥＧＲバルブ７０を介して吸気マニホールド１４の排出ガス還流部１４ｄから吸気通路１４ａに還流させる。吸気通路１４ａに還流した排出ガスＧは、吸気Ａとともに、エンジン１０のシリンダに送給される。

ＥＧＲバルブ７０は、排出ガス入口部７１ａの内周面部にテーパ部７１ｃおよびシュラウド部７１ｄを備えているので、傘部７２ａが排出ガス出口部７１ｂを開放したときに、伝熱管群の第１の熱交換部側のほうが伝熱管群の第２の熱交換部側によりも排出ガス通路の流路断面積が大きくなる。

よって、伝熱管群の第１の熱交換部からＥＧＲバルブ７０を経て吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧに比べて、伝熱管群の第２の熱交換部からＥＧＲバルブ７０を経て吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧは、流量が少なくなる。

このため、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されなかった排出ガスＧは、ＥＧＲ通路１２の一方の側壁部１２ｃに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却された排出ガスＧに比べて吸気マニホールド１４に還流される流量が制限されることになる。

本実施形態に係るＥＧＲ装置４は、ＥＧＲ通路１２の他方の側壁部１２ｄに沿って流通し、ウォータジャケット１３を流通する冷却水により冷却されずに吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの流量を、ＥＧＲバルブ７０によって制限する。この結果、ＥＧＲ装置４は、吸気マニホールド１４へ還流される排出ガスＧの温度分布を均一化できる。

なお、本発明に係るＥＧＲ装置の技術的範囲は、上述した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、特許請求の範囲に記載した各構成要素の種々の変更を含むものである。

以上のように、本発明に係るＥＧＲ装置は、エンジンの吸気経路へ還流される排出ガスの温度分布を均一化できるという効果を奏するもので、各種の内燃機関に有用である。

１，２，３，４...ＥＧＲ装置、１０...エンジン、１１...シリンダヘッド、１２...ＥＧＲ通路、１２ａ...排出ガス入口部（ＥＧＲ通路の一端部）、１２ｂ...排出ガス出口部（ＥＧＲ通路の他端部）、１２ｃ...一方の側壁部、１２ｄ...他方の側壁部、１３...ウォータジャケット、１４...吸気マニホールド、１５...排気マニホールド、２０，４０，５０，６０...ＥＧＲクーラ、２１，４１...第１の伝熱管群（熱交換部）、２１ａ，４１ａ...第１の伝熱管（伝熱管）、２２，４２...第２の伝熱管群（熱交換部）、２２ａ，４２ａ…第２の伝熱管（伝熱管）、２３，４３，５３，６３…ケーシング、５１…伝熱管群（熱交換部）、５１ａ…伝熱管

Claims

エンジンのシリンダヘッドの内部に、ＥＧＲ通路を備えるとともに、前記ＥＧＲ通路の一方の側壁部に沿うようウォータジャケットを備えたＥＧＲ装置であって、
複数の伝熱管よりなる熱交換部と、前記熱交換部を収容し、かつ内部に冷却水が流通し得るケーシングとを含んで構成されるＥＧＲクーラを備え、
前記エンジンの排気マニホールドに前記ＥＧＲ通路の一端部を接続し、
前記ＥＧＲ通路の他端部に前記熱交換部の一端部を接続し、
前記熱交換部の他端部に前記エンジンの吸気マニホールドを接続し、
前記熱交換部において前記ウォータジャケットに隣接しない前記ＥＧＲ通路の他方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分は、前記熱交換部において前記ＥＧＲ通路の前記一方の側壁部に沿って流れる排出ガスが流通する部分に比べて熱交換効率が高くなるよう構成されていることを特徴とするＥＧＲ装置。