JP2016125404A - エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン本体へのＥＧＲクーラの搭載性の悪化や著しいコスト高を伴うことなく、高温のＥＧＲガスをより良好に冷却する。
【解決手段】排気ガス還流装置は、冷却水が流通する分岐ジャケット３０ｂ（ウォータジャケット３０）および当該分岐ジャケット３０ｂ近傍の位置をＥＧＲガスが経由するように形成されたヘッド内ガス通路２１ｃを備えたシリンダヘッド３と、ヘッド内ガス通路２１ｃを通じてシリンダヘッド３を通過したＥＧＲガスを吸気マニホールド４への導入前に冷却するＥＧＲクーラ２４と、シリンダヘッド３を通過したＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２４に案内する中継パイプ２２とを備える。中継パイプ２２は、その内部を流通するＥＧＲガスを冷却するための冷却水が流通するウォータジャケット３５を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガスの一部をエンジン本体の吸気系に還流させる排気ガス還流装置に関する。

従来から、排気ガスの一部をエンジン本体の吸気系に還流させることにより燃焼温度を低下させ、これによりＮＯｘの発生を抑制することが行われている。

この場合、吸気系に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）が高温であると、吸気の充填効率低下などの要因となる。そこで、エンジン冷却水を冷媒とするＥＧＲクーラをエンジン本体に搭載し、ＥＧＲクーラでＥＧＲガスを冷却してから吸気系に還流することが行われている。また、特許文献１に開示されるように、シリンダヘッド内部にＥＧＲガスの還流通路を形成し、シリンダヘッド内を循環するエンジン冷却水によってＥＧＲガスを冷却することも行われている。

特開２０１３−１７４１７１号公報

しかし、例えばターボ過給機付きエンジンなどでは、高回転高負荷の運転領域における排気ガス温度が１０００°Ｃ前後の高温になる場合があるため、当該運転領域においてＥＧＲガスをそのままＥＧＲクーラに導入しようとすると、ＥＧＲクーラの熱膨張が大きくなり、熱疲労劣化の懸念がある。このような不都合を避けてＥＧＲクーラの信頼性を確保するためには、高度な耐熱性を備えた、より大型のＥＧＲクーラが必要になるが、これでは、ＥＧＲシステム（排気ガス還流装置）のコスト高を招くばかりでなく、エンジン本体へのＥＧＲクーラの搭載性も損なわれることとなる。

なお、特許文献１に開示するような技術を併用することも考えられるが、ＥＧＲガスの冷却を行うにも自ずと限界があり、ＥＧＲガスの冷却を十分に行うことは難しい。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、エンジン本体へのＥＧＲクーラの搭載性の悪化や著しいコスト高を伴うことなく、高温のＥＧＲガスをより良好に冷却することが可能な排気ガス還流装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、エンジン本体から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気マニホールドに還流させるエンジンの排気ガス還流装置であって、冷却液が流通する冷却液ジャケットおよび当該冷却液ジャケット近傍の位置を前記ＥＧＲガスが経由するように形成されたヘッド内ガス通路を備えたシリンダヘッドと、前記ヘッド内ガス通路を通じて前記シリンダヘッドを通過したＥＧＲガスを前記吸気マニホールドへの導入前に冷却するＥＧＲクーラと、前記シリンダヘッドを通過したＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに案内する中継パイプと、を備え、前記中継パイプは、その内部を流通するＥＧＲガスを冷却するための冷却液が流通する冷却液ジャケットを備えているものである。

この構成によれば、ＥＧＲガスは、シリンダヘッド（ヘッド内ガス通路）、中継パイプ及びＥＧＲクーラでそれぞれ冷却された後に吸気マニホールドに導入されるため、エンジン本体から排出されたＥＧＲガスを直接ＥＧＲクーラのみを介して吸気マニホールドに導入する場合に比べて効果的にＥＧＲガスを冷却することができる。特に、ＥＧＲクーラへの導入前に、ＥＧＲガスをシリンダヘッドおよび中継パイプで十分に冷却するこができるので、高度な耐熱性を備えた大型のＥＧＲクーラを用いることなく高温のＥＧＲガスを冷却することが可能となる。従って、ＥＧＲクーラの大型化によりエンジン本体への搭載性が損なわれたり、ＥＧＲクーラの当該大型化および耐熱性アップのために著しいコスト高を伴うといった不都合を伴うことなく、高温のＥＧＲガスを良好に冷却することが可能となる。

この構成において、前記中継パイプは、前記シリンダヘッドと前記ＥＧＲクーラとに直接接続されている。

この構成によれば、シリンダヘッドからＥＧＲクーラに亘ってＥＧＲガスが連続的に冷却される。そのため、ＥＧＲガスを効果的に冷却することが可能となる。また、シリンダヘッドとＥＧＲクーラとの間の位置において、ＥＧＲガスの熱による周辺機器等への熱害を抑制することも可能となる。

前記シリンダヘッドの冷却液ジャケットは、前記ヘッド内ガス通路をその断面において少なくとも９０°以上包囲する部分を有しているのが好適である。

この構成によれば、シリンダヘッド（ヘッド内ガス通路）においてＥＧＲガスをより効果的に冷却することが可能となる。

また、前記中継パイプは、ＥＧＲガスが流通するパイプ本体を含み、当該中継パイプの前記冷却液ジャケットは、前記パイプ本体を全周に亘って包囲しているのが好適である。

この構成によれば、中継パイプを通過するＥＧＲガスをより効果的に冷却することが可能となる。

なお、上記のような排気ガス還流装置の構成によれば、中継パイプにおいてＥＧＲガスが冷却される分、ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガスの冷却負担を軽減することができ、その結果、ＥＧＲクーラを小型化及び軽量化することが可能となる。従って、上記構成においては、前記ＥＧＲクーラが前記吸気マニホールドの上部に固定されることで、当該ＥＧＲクーラのガス導入口が前記ヘッド内ガス通路のガス導出口に対して上方にオフセットされており、前記中継パイプが上下方向に延びて前記ガス導入口と前記ガス導出口とを繋いでいるのが好適である。

この構成によれば、エンジンが、吸気マニホールドの上部にＥＧＲクーラを配設したコンパクトなレイアウト構成となり、エンジンの小型化に寄与するものとなる。

この場合、前記ＥＧＲクーラは、前記エンジン本体の気筒列方向に延びる形状を有しており、当該排気ガス還流装置は、前記ＥＧＲクーラによる冷却後のＥＧＲガスを、前記気筒列方向における前記吸気マニホールドの中央部の位置で当該吸気マニホールドに導入するガイド通路部をさらに備えているのが好適である。

この構成によれば、ＥＧＲクーラをシリンダヘッドに沿ってコンパクトにレイアウトすることができ、しかも、ＥＧＲクーラから吸気マニホールドの中央部にＥＧＲガスが導入されるので、各気筒に対するＥＧＲガスの分配性も良好なものとなる。

なお、上記の排気ガス還流装置によれば、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラへの導入前に十分に冷却しておくことが可能となるため、ＥＧＲクーラの過剰な温度上昇が抑制される。そのため、前記吸気マニホールドは、樹脂材料により形成されているのが好適である。

この構成によれば、吸気マニホールドの軽量化や低廉化を図ることができ、その結果、エンジンの軽量化や低廉化に寄与するものとなる。

なお、ターボ過給機付きエンジンの場合、高回転高負荷の運転域での排気ガスの温度は９００°〜１０００°の高温に達する場合があり、このような高温の排気ガスをＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラを経由して吸気マニホールドに還流しようとすると、ＥＧＲクーラの熱膨張が大きくなり、熱疲労劣化のおそれがある。

従って、上記のような排気ガス還流装置の構成は、上記エンジンが、ターボ過給機付きエンジンであり、高回転高負荷の運転域においてＥＧＲガスを前記吸気マニホールドに還流するものである場合に特に有用なものとなる。

以上説明したように、本発明のエンジンの排気ガス還流装置によれば、エンジン本体へのＥＧＲクーラの搭載性の悪化や著しいコスト高を伴うことなく、高温のＥＧＲガスをより良好に冷却することが可能となる。

本発明の排気ガス還流装置が搭載されたエンジンの全体構造を示す断面図である。 排気ガス還流装置を示す斜視図（エンジンの吸気側から見た斜視図）である。 排気ガス還流装置を示す斜視図（エンジンの排気側から見た斜視図）である。 ＥＧＲ通路を構成するヘッド内ガス通路を示すエンジン本体の断面図（図１のＩＶ−ＩＶ線断面図）である。 ＥＧＲ通路を構成するヘッド内ガス通路を示すエンジン本体の断面図（図１のＶ−Ｖ線断面図）である。 ＥＧＲ通路を構成するヘッド内ガス通路を示すエンジン本体の断面図（図１のＶＩ−ＶＩ線断面図）である。 ＥＧＲ通路を構成する中継パイプを示す平面図である。 吸気マニホールドの断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の排気ガス還流装置が搭載されたエンジンの全体構造を断面図で示しており、図２及び図３は、上記エンジンのうち、主に排気ガス還流装置の部分を抽出して斜視図で示している。

図１に示すエンジンは、自動車等の車両用エンジンであり、より具体的には、過給機付きの多気筒ガソリンエンジンである。このエンジンは、第１気筒＃１〜第４気筒＃４を備える直列４気筒のエンジン本体１と、吸気マニホールド４を有する吸気系と、排気弁装置５を有する排気系と、上記過給機であるターボ過給機６と、排気ガスの一部を前記吸気系に還流するための排気ガス還流装置７とを備えている。

なお、以下の説明では、第１気筒＃１〜第４気筒＃４の配列方向（気筒列方向）をエンジンの前後方向と称し、第１気筒＃１側をエンジンの前側、第４気筒＃４側をエンジンの後側とする。特に言及しない限り、各部の方向も、当該方向関係を基準とする。また、第１気筒＃１〜第４気筒＃４の配列方向と直交する方向をエンジンの幅方向と称する。

エンジン本体１は、シリンダヘッドカバー（図示省略）、シリンダヘッド３、シリンダブロック２、クランクケース（図示省略）及びオイルパン（図示省略）を有しており、これらシリンダヘッドカバー等がこの順番で積層されて一体に連結された構造を有する。

シリンダブロック２には、上記第１気筒＃１〜第４気筒＃４を構成する４つのシリンダボアが形成され、シリンダヘッド３には、各シリンダボアにそれぞれ通じる吸気ポート１１および排気ポート（図示省略）が形成されている。

シリンダヘッド３の吸気側の側面には、図２に示すように、上記吸気マニホールド４が固定されている。吸気マニホールド４は、吸気の流れ方向上流から順に、吸気が流入する集合部（コレクタ部）１５と、集合部１５に繋がってエンジンの前後方向に延びるサージタンク部１６と、サージタンク部１６から分岐して各気筒＃１〜＃４の吸気ポート１１に吸気を導入する４つの分岐部１７とを備えている。吸気マニホールド４は、その全体が合成樹脂材料により形成されている。

吸気マニホールド４のうち、集合部１５の上流側には、吸気の流路面積を変更するためのスロットルバルブを備えたスロットルボディと吸気を浄化するためのエアクリーナ等（図示省略）がこの順番で接続されている。すなわち、このエンジンでは、上記吸気マニホールド４、スロットルボディ、エアクリーナ及びこれらを接続する図外の配管等により、吸気を各気筒＃１〜＃４に導入するための吸気通路が形成されている。

シリンダヘッド３には、さらに、各気筒＃１〜＃４で発生した排気ガスをエンジン本体１から排出する複数の独立通路１２が形成されている。当例では、第１気筒＃１の排気ポートに繋がる独立通路１２と、第２、第３の各気筒＃２、＃３の排気ポートに繋がる独立通路１２と、第４気筒＃４の排気ポートに繋がる独立通路１２の合計３つの独立通路１２がシリンダヘッド３に形成されている。各独立通路１２は、排気ガスの流れ方向における下流端部がシリンダヘッド３の前後方向中央部に集約されるように形成されており、シリンダヘッド３の排気側の側面に各々開口している。

シリンダヘッド３の排気側の側面には、上記排気弁装置５が固定されている。この排気弁装置５は、独立通路１２を通じてエンジン本体１から排出される排気ガスの流路面積を変更することにより、ターボ過給機６に導入される排気ガスの流速を変更するものである。

排気弁装置５は、シリンダヘッド３の各独立通路１２にそれぞれ繋がる３つの独立通路１３と後記ＥＧＲ通路の一部である弁装置内ガス通路２１ｂとを有した装置本体５ａと、装置本体５ａに支持され、図外のモータにより駆動される排気可変弁（図示省略）とを備えており、当該排気可変弁の作動により各独立通路１３の流路面積を変更する。装置本体５ａは、例えば耐熱鋳鋼等の金属鋳造体で構成されている。

ターボ過給機６は、排気弁装置５（装置本体５ａ）の側面に固定されている。ターボ過給機６は、排気弁装置５に固定されたタービンハウジング６ａと、タービンハウジング６ａ内に配設された図外のタービンと、吸気通路に配設された図外のコンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジング内に配設された図外のコンプレッサと、タービンとコンプレッサとを互いに連結する図外の連結軸とを有している。エンジンの運転中は、エンジン本体１から排出される排気ガスのエネルギーを受けてタービンが回転し、当該タービンに連結されたコンプレッサがタービンと同じ回転速度で駆動することにより、吸入空気が加圧されてエンジン本体１の各気筒＃１〜＃４へと圧送される。なお、ターボ過給機６の上記各ハウジングは、例えば耐熱鋳鋼等の金属鋳造体で構成されている。

上記タービンハウジング６ａには、排気弁装置５の各独立通路１３が連通する単一空間からなる集合部１４が設けられており、各独立通路１２，１３を通じてエンジン本体１から排出される排気ガスは、当該集合部１４で合流して上記タービンに送られる。

なお、上記ターボ過給機６のタービンハウジング６ａには、図外の触媒装置およびサイレンサー等がこの順番で接続されている。すなわち、このエンジンでは、排気弁装置５、ターボ過給機６（タービンハウジング６ａ）、触媒装置、サイレンサー及びこれらを接続する図外の配管等により、エンジン本体１で発生した排気ガスを排出するための吸気通路が形成されている。また、このエンジンでは、上記シリンダヘッド３及び排気弁装置５の各独立通路１２，１３及び上記ターボ過給機６の集合部１４が協働して、いわゆる排気マニホールドを形成している。

上記排気ガス還流装置７は、図２及び図３に示すように、排気ガスの一部を排気系（排気通路）から吸気系（吸気通路）に戻す、いわゆる排気還流（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行うものである。具体的には、ターボ過給機６の集合部１４から排気ガスを抜き出し、この排気ガスを還流ガス（ＥＧＲガスという）として吸気マニホールド４の集合部１５に還流させる。

排気ガス還流装置７は、上記シリンダヘッド３などの内部に形成されるＥＧＲ通路２０と、シリンダヘッド３等を経由したＥＧＲガスを吸気マニホールド４への導入前に冷却するためのＥＧＲクーラ２４と、シリンダヘッド３を通過したＥＧＲガスをＥＧＲクーラに案内する中継パイプ２２と、ＥＧＲガスの流量（ＥＧＲ量）を調整するためのＥＧＲバルブ２６とを含む。

図１〜図３に示すように、ＥＧＲ通路２０は、ターボ過給機６のタービンハウジング６ａ内に形成された過給機内ガス通路２１ａと、排気弁装置５の装置本体５ａ内に形成された弁装置内ガス通路２１ｂと、シリンダヘッド３内に形成されたヘッド内ガス通路２１ｃとより構成されている。過給機内ガス通路２１ａと弁装置内ガス通路２１ｂとは、ターボ過給機６と排気弁装置５との接合面の位置で互いに連通し、弁装置内ガス通路２１ｂとヘッド内ガス通路２１ｃとは、排気弁装置５とシリンダヘッド３との接合面の位置で互いに連通している。

図１に示すように、弁装置内ガス通路２１ｂは、３つの独立通路１３の後側の位置に当該独立通路１３と共に並列に並ぶように装置本体５ａに形成されている。また、ヘッド内ガス通路２１ｃは、上記接合面の位置からシリンダヘッド３の排気側の側面３ａに沿って後方に延び、当該シリンダヘッド３の後端の位置で吸気側に屈曲し、当該シリンダヘッド３の後側の側面３ｂに沿って吸気側に延び、吸気側の側面３ｃに開口している。このヘッド内ガス通路２１ｃは、そのほぼ全行程に亘り、シリンダヘッド３の底部近傍の位置に当該底部に沿って設けられている。

この構成により、ＥＧＲ通路２０は、ターボ過給機６のタービンハウジング６ａ、排気弁装置５の装置本体５ａ及びシリンダヘッド３の内部を通じて、ターボ過給機６の集合部１４からシリンダヘッド３の後端部であってかつその幅方向における吸気側の側面３ｃの位置までＥＧＲガスを案内する。当該側面３ｃには、ＥＧＲ通路２０（ヘッド内ガス通路２１ｃ）の図外のガス導出口が形成されている。

なお、シリンダヘッド３の内部には、エンジン冷却水（以下、単に冷却水という／本発明の冷却液の一つ）を循環させるためのウォータジャケット（シリンダヘッドに形成された本発明の冷却液ジャケットに相当する）が形成されている。このウォータジャケットは、図１、図４〜図６に示すように、主に燃焼室の周辺で冷却水を前後方向に流通させるメインジャケット３０ａと、このメインジャケット３０ａから分岐して上記ヘッド内ガス通路２１ｃ（ＥＧＲ通路２０）に沿って冷却水を流通させる分岐ジャケット３０ｂとを含む。なお、メインジャケット３０ａは、シリンダヘッド３を冷却することを主な目的として冷却水を流通させるものであり、分岐ジャケット３０ｂは、ヘッド内ガス通路２１ｃを流通するＥＧＲガスを冷却することを主な目的として冷却水を流通させるものである。

分岐ジャケット３０ｂは、当例では、ヘッド内ガス通路２１ｃのほぼ全域に沿って形成されており、その一部は、図４及び図６に示すように、ヘッド内ガス通路２１ｃをその断面において少なくとも９０°以上包囲するように形成されている。このように、ヘッド内ガス通路２１ｃに沿って分岐ジャケット３０ｂが形成されていることで、ヘッド内ガス通路２１ｃ内を流通するＥＧＲガスが効果的に冷却される。

ＥＧＲクーラ２４は、吸気マニホールド４の上部に取り付けられている。具体的には、吸気マニホールド４の分岐部１７上にＥＧＲクーラ２４が支持され、当該ＥＧＲクーラ２４に形成された取付フランジがボルトナットで分岐部１７に固定されている。

ＥＧＲクーラ２４は、吸気マニホールド４の吸気側の側面３ｃに沿って前後方向に延びた略直方体状の形状を有している。そして、ＥＧＲクーラ２４の後端部とシリンダヘッド３の側面３ｃとに亘って上記中継パイプ２２が固定されることで、シリンダヘッド３の側面３ｃに形成された上記ガス導出口、当該中継パイプ２２内の通路、およびＥＧＲクーラ２４の後端部に形成された図外のガス導入口を介して上記ＥＧＲ通路２０とＥＧＲクーラ２４とが連通している。なお、ＥＧＲクーラ２４が吸気マニホールド４の上部に固定されることで、ＥＧＲクーラ２４のガス導入口はＥＧＲ通路２０（ヘッド内ガス通路２１ｃ）のガス導出口に対して上方にオフセットされている。そのため、中継パイプ２２は、図２、図３に示すように、上下方向に延びて前記ガス導入口と前記ガス導出口とを繋いでいる。

中継パイプ２２は、図７に示すように、両端に取付フランジ３３ａ、３３ｂを備えた金属製のパイプ本体部３２と、両取付フランジ３３ａ、３３ｂの間の位置でパイプ本体部３２を包囲する金属製の冷却ハウジング部３４とを含み、これらパイプ本体部３２と冷却ハウジング部３４とが溶接等により一体に接合された構造を有する。

前記取付フランジ３３ａ、３３ｂのうち、ＥＧＲガスの流れ方向上流側の取付フランジ３３ａは、側面３ｃに形成されたシリンダヘッド３側の取付フランジ３ｄにボルトナットで固定されており、下流側の取付フランジ３３ｂは、ＥＧＲクーラ２４の上記ガス導入口の周囲に形成された取付フランジ２４ａにボルトナットで固定されている。

上記冷却ハウジング部３４は、上記パイプ本体部３２をその全周に亘って包囲するウォータジャケット３５（中継パイプに備えられた本発明の冷却液ジャケットに相当する）を備えるとともに、このウォータジャケット３５に対して冷却水（本発明の冷却液の一つ）を出し入れするための筒状の入口側ポート部３６ａ及び出口側ポート部３６ｂを備えている。入口側ポート部３６ａには、耐熱パイプ等の図外の配管が接続されおり、自動変速機のオイルを温めるＡＴＦウォーマ（図示省略）から送られてくる冷却水が当該配管及び入口側ポート部３６ａを介してウォータジャケット３５に導入される。一方、出口側ポート部３６ｂは、ＥＧＲクーラ２４の後記入口側ポート部３８ａに耐熱パイプ等の配管３７を介して接続されており、中継パイプ２２の前記ウォータジャケット３５を通過した冷却水がＥＧＲクーラ２４に導入される。

ＥＧＲバルブ２６は、上記ＥＧＲクーラ２４の前端部に連結、固定されており、当該ＥＧＲクーラ２４を介して吸気マニホールド４（分岐部１７）に支持されている。

ＥＧＲクーラ２４の前端部には、当該ＥＧＲクーラ２４からＥＧＲバルブ２６にＥＧＲガスを導出する図外のガス導出口と、ＥＧＲバルブ２６による流量調整後のＥＧＲガスを再度受け入れるガス再導入口とが形成されている。また、ＥＧＲクーラ２４の後部側面には、前記ガス再導入口を通じてＥＧＲクーラ２４内に再導入されたＥＧＲガスをそのまま吸気マニホールド４に案内するためのガイドパイプ部２４ｂが溶接等により一体に設けられている。つまり、ＥＧＲクーラ２４を通過したＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ２６を経由した後一旦ＥＧＲクーラ２４側に戻され、ガイドパイプ部２４ｂを通じて吸気マニホールド４に送られる。

吸気マニホールド４のサージタンク部１６の上部であってその前後方向中央部には、図８に示すように、ガス導入口１６ａが形成されている。また、吸気マニホールド４の内部には、吸気の通路とは別に、当該吸気マニホールド４の内壁面に沿って上下方向に延びて上記ガス導入口１６ａと集合部１５の内部とを連絡する中空状のガス案内通路１８が形成されている。これにより、ガス導入口１６ａから吸気マニホールド４内に導入されたＥＧＲガスが集合部１５の上流側、つまり吸気の流れ方向における上流側の端部近傍の位置で当該吸気に合流されるようになっている。

なお、ＥＧＲクーラ２４の側面のうち、その後端部近傍の位置には、当該ＥＧＲクーラ２４内に冷却水を導入するための前記入口側ポート部３８ａが備えられ、前端部近傍の位置には、当該ＥＧＲクーラ２４から冷却水を導出するための出口側ポート部３８ｂが備えられている。入口側ポート部３８ａは、上記の通り、配管３７を介して中継パイプ２２の上記出口側ポート部３６ｂに接続されている。一方、ＥＧＲクーラ２４の出口側ポート部３８ｂには、耐熱パイプ等の図外の配管が接続されおり、ＥＧＲクーラ２４内を流通した冷却水が当該配管を通じて図外のウォーターポンプに送られる。

＜排気ガス還流装置７の作用効果＞
上記エンジンでは、エンジン本体１から排出された排気ガスの一部は、図２及び図３中に矢印で示すように、タービンハウジング６ａの集合部１４から導出され、ＥＧＲ通路２０及び中継パイプ２２を通ってＥＧＲクーラ２４に送られる。そしてさらに、ＥＧＲバルブ２６からガイドパイプ部２４ｂを通って吸気マニホールド４に導入され、ガス案内通路１８を通って当該吸気マニホールド４の集合部１５に案内される。

このようなＥＧＲガスの流動過程において、タービンハウジング６ａの集合部１４から導出されたＥＧＲガスは、まず、シリンダヘッド３内のＥＧＲ通路２０（ヘッド内ガス通路２１ｃ）を流通する際に分岐ジャケット３０ｂ内の冷却水によって冷却され、さらに中継パイプ２２を通過する際に、当該中継パイプ２２のウォータジャケット３５内の冷却水によって冷却され、その後、ＥＧＲクーラ２４に導入されて冷却される。そのため、エンジン本体から排出されたＥＧＲガスを直接ＥＧＲクーラのみを介して吸気マニホールドに導入する場合に比べて効果的にＥＧＲガスを冷却することができる。しかも、ＥＧＲクーラ２４への導入前に、ＥＧＲガスをシリンダヘッド３および中継パイプ２２で事前に十分に冷却するこができるので、ＥＧＲクーラ２４によるＥＧＲガスの冷却負担を大幅に低減することができ、これにより、高度な耐熱性を備えた大型のＥＧＲクーラ２４を用いることなく、高温のＥＧＲガスを十分に冷却することができる。従って、上記排気ガス還流装置７によれば、ＥＧＲクーラ２４として、比較的小型でかつ安価なＥＧＲクーラ２４を適用することが可能であり、これによりエンジン本体１へのＥＧＲクーラ２４の搭載性の悪化や著しいコスト高を伴うことなく、高温のＥＧＲガスを良好に冷却することができるという利点がある。

特に、上記排気ガス還流装置７によれば、ウォータジャケット３０として、シリンダヘッド３内にヘッド内ガス通路２１ｃに沿った分岐ジャケット３０ｂが形成されており、しかもその一部は、ヘッド内ガス通路２１ｃをその断面において少なくとも９０°以上包囲するように形成されている（図４及び図６参照）。また、中継パイプ２２のウォータジャケット３５もパイプ本体部３２を全周に亘って包囲するように形成されている。そのため、タービンハウジング６ａからＥＧＲクーラ２４に至る過程で効果的にＥＧＲガスを冷却することができる。例えば上記エンジンでは、高回転高負荷の運転領域においてＥＧＲガスを吸気側に還流させることを想定しており、その場合、エンジン本体１から排出される排気ガスの温度は、９００〜１０００°Ｃ近傍の高温に達するが、上述した排気ガス還流装置７の構成によれば、ＥＧＲクーラ２４に導入される前に、ＥＧＲガスの温度を平均的な排気ガスの温度（７００°Ｃ程度）まで下げ得ることが試験的に確認されている。

また、上記排気ガス還流装置７によれば、シリンダヘッド３とＥＧＲクーラ２４とが冷却ハウジング部３４を備えた中継パイプ２２により直接接続されているので、シリンダヘッド３とＥＧＲクーラ２４との間の位置で、ＥＧＲガスの熱による周囲への熱害を抑制することができるという利点もある。すなわち、中継パイプ２２の周囲には、例えば、燃料供給管や動弁装置のワイヤハーネスなどが配設されるが、中継パイプ２２が冷却ハウジング部３４を備えていることで、燃料供給管やワイヤハーネス等が、中継パイプ２２から高い輻射熱を受けることが抑制されるという利点がある。

また、上記排気ガス還流装置７によれば、高温（１０００°Ｃ近傍）のＥＧＲガスを還流しながらも、ＥＧＲクーラ２４による冷却負担を軽減することができるため、ＥＧＲクーラ２４として、比較的小型かつ軽量のものを適用可能であり、上記の通り、ＥＧＲクーラ２４を吸気マニホールド４（分岐部１７）の上部に設置することが可能となる。このように吸気マニホールド４の上部にＥＧＲクーラ２４を設置したレイアウト構成によれば、別途、ＥＧＲクーラ２４の設置スペースを設ける必要がない。しかも、ＥＧＲクーラ２４は、上記の通り、エンジン本体１の前後方向（気筒列方向）に延びる形状を有しているので、シリンダヘッド３に沿ってコンパクトにレイアウトされる。従って、上記排気ガス還流装置７によれば、吸気マニホールド４の上部にＥＧＲクーラ２４を配設したコンパクトなエンジン構成とより、エンジンの小型化に寄与するという利点もある。

また、上記排気ガス還流装置７によれば、ＥＧＲクーラ２４への導入前にＥＧＲガスを十分に冷却することが可能なため、ＥＧＲクーラ２４の過剰な温度上昇が抑制される。そのため、ＥＧＲクーラ２４を吸気マニホールド４の上部に配設しながらも、当該吸気マニホールド４を上記の通り合成樹脂材料により形成することが可能であり、これによって吸気マニホールドの軽量化や低廉化、しいてはエンジンの軽量化や低廉化を図ることができるという利点もある。

また、上記排気ガス還流装置７によれば、ＥＧＲクーラ２４のガイドパイプ部２４ｂ及びガス案内通路１８を通じて吸気マニホールド４の集合部１５（つまり、吸気マニホールド４の前後方向中央部）の位置でＥＧＲガスが吸気に導入される。そのため、吸気マニホールド４に導入されるＥＧＲガスを吸気に対して良好に拡散させたうえで各分岐部１７を通じて各気筒＃１〜＃４に導入することができる。従って、各気筒＃１〜＃４に対するＥＧＲガスの分配性が良好なものになるという利点もある。

ところで、上述したエンジンは、本発明にかかる排気ガス還流装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態の一例であって、排気ガス還流装置やエンジンの具体的な構成は、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、エンジンの排気ガス還流装置は直列４気筒のガソリンエンジンに適用されたが、その他の直列多気筒エンジンの排気ガス還流装置として適用されてもよい。

また、中継パイプ２２の上記ウォータジャケット３５は、パイプ本体部３２をその全周に亘って包囲しているが、これに限定されるものではない。ウォータジャケット３５は、パイプ本体部３２をその断面において部分的に包囲しているものや、パイプ本体部３２を包囲することなく当該パイプ本体部３２に沿って延びているもの等であってもよい。

また、シリンダヘッド３には、ウォータジャケットとしてヘッド内ガス通路２１ｃ（ＥＧＲ通路２０）に沿って延びる分岐ジャケット３０ｂが形成されているが、ウォータジャケットやヘッド内ガス通路２１ｃの具体的な経路や形状はこれに限定されるものではない。シリンダヘッド３を通過するＥＧＲガスが冷却水によって良好に冷却されるように、ウォータジャケットやヘッド内ガス通路２１ｃの経路等を適宜選定すればよい。

また、上記実施形態では、冷却後のＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２４に設けられたガイドパイプ部２４ｂ及び吸気マニホールド４内に形成されたガス案内通路１８を通じて当該吸気マニホールド４の集合部１５に導入されている、換言すれば、ガイドパイプ部２４ｂ及びガス案内通路１８により本発明のガイド通路部が構成されているが、当該ガイド通路部は、例えば単一のパイプ部材でＥＧＲバルブ２６から集合部１５へＥＧＲガスを直接導入するものであってもよい。

１ エンジン本体
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ 吸気マニホールド
５ 排気弁装置
６ ターボ過給機
２０ ＥＧＲ通路
２１ａ 過給機内ガス通路
２１ｂ 弁装置内ガス通路
２１ｃ ヘッド内ガス通路
２２ 中継パイプ
２４ ＥＧＲクーラ
３０ ウォータジャケット
３０ａ メインジャケット
３０ｂ 分岐ジャケット
３２ パイプ本体部
３４ 冷却ハウジング部
３５ ウォータジャケット
♯１〜♯４ 気筒

Claims (8)

1. エンジン本体から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気マニホールドに還流させるエンジンの排気ガス還流装置であって、
   冷却液が流通する冷却液ジャケットおよび当該冷却液ジャケット近傍の位置を前記ＥＧＲガスが経由するように形成されたヘッド内ガス通路を備えたシリンダヘッドと、
   前記ヘッド内ガス通路を通じて前記シリンダヘッドを通過したＥＧＲガスを前記吸気マニホールドへの導入前に冷却するＥＧＲクーラと、
   前記シリンダヘッドを通過したＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラに案内する中継パイプと、を備え、
   前記中継パイプは、その内部を流通するＥＧＲガスを冷却するための冷却液が流通する冷却液ジャケットを備えている、ことを特徴とする排気ガス還流装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気ガス還流装置において、
   前記中継パイプは、前記シリンダヘッドと前記ＥＧＲクーラとに直接接続されている、ことを特徴とする排気ガス還流装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの排気ガス還流装置において、
   前記シリンダヘッドの冷却液ジャケットは、前記ヘッド内ガス通路をその断面において少なくとも９０°以上包囲する部分を有している、ことを特徴とする排気ガス還流装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一項に記載のエンジンの排気ガス還流装置において、
   前記中継パイプは、ＥＧＲガスが流通するパイプ本体を含み、当該中継パイプの前記冷却液ジャケットは、前記パイプ本体を全周に亘って包囲している、ことを特徴とする排気ガス還流装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載のエンジンの排気ガス還流装置において、
   前記ＥＧＲクーラが前記吸気マニホールドの上部に固定されることで、当該ＥＧＲクーラのガス導入口が前記ヘッド内ガス通路のガス導出口に対して上方にオフセットされており、
   前記中継パイプは、上下方向に延びて前記ガス導入口と前記ガス導出口とを繋いでいる、ことを特徴とする排気ガス還流装置。
6. 請求項４に記載のエンジンの排気ガス還流装置において、
   前記ＥＧＲクーラは、前記エンジン本体の気筒列方向に延びる形状を有しており、当該排気ガス還流装置は、前記ＥＧＲクーラによる冷却後のＥＧＲガスを、前記気筒列方向における前記吸気マニホールドの中央部の位置で当該吸気マニホールドに導入するガイド通路部をさらに備えている、ことを特徴とする排気ガス還流装置。
7. 請求項５又は６に記載のエンジンの排気ガス還流装置において、
   前記吸気マニホールドは、樹脂材料により形成されている、ことを特徴とする排気ガス還流装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載のエンジンの排気ガス還流装置において、
   前記エンジンは、ターボ過給機付きエンジンであり、高回転高負荷の運転域においてＥＧＲガスを前記吸気マニホールドに還流するものである、ことを特徴とする排気ガス還流装置。

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