JP2018119465A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成により、暖機時における早期暖機、および、暖機後における排気ガスの冷却を行うことができる内燃機関を提供する。【解決手段】このエンジン（内燃機関）１は、エンジン１の暖機時には、ＥＧＲバルブ７５を閉状態にして、エンジン内還流路７２から排気側還流路７３を介して排気管３に至る第１還流路７３１に排気ガスＥを流し、エンジン１の暖機後には、ＥＧＲバルブ７５の開度を制御し、エンジン内還流路７２から吸気側還流路７４を介して吸気管６に至る第２還流路７４１に排気ガスＥを流すように構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、排気ガスを吸気管に還流させる内燃機関に関する。

従来、排気ガスを吸気管に還流させるＥＧＲ配管（還流路）を備える内燃機関が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１に記載の内燃機関は、シリンダ（気筒）が内部に配置されるシリンダブロックと、シリンダブロック内に冷却水を流すためのウォータジャケットと、シリンダブロックに組み込まれるシリンダライナとを備えている。また、上記特許文献１に記載の内燃機関は、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラーを介して排気ガスを吸気管に還流させるＥＧＲ配管と、ＥＧＲクーラーを迂回して排気ガスを吸気管に還流させるバイパス配管とを備えている。ＥＧＲ配管には、バイパス配管の終端部との接続部分において、ＥＧＲ配管に排気ガスを流すか、または、バイパス配管に排気ガスを流すかを切り替えるバルブ（開閉弁）が設けられている。また、バイパス配管は、シリンダライナの下端部に形成され、排気ガスが流れる中空部を含んでいる。

上記特許文献１に記載の内燃機関では、冷間時（内燃機関の暖機時）において、バイパス配管に排気ガスが流れるようにバルブを切り替えてバイパス配管の中空部に排気ガスを流すことにより、シリンダ内が暖められる。また、上記特許文献１に記載の内燃機関では、温間時（内燃機関の暖機後）において、ＥＧＲ配管に排気ガスが流れるようにバルブを切り替えることにより、排気ガスがＥＧＲクーラーにより冷却される。

特開２０１０−１６９０４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された内燃機関では、冷間時または温間時のそれぞれに対応して、排気ガスがバイパス配管の中空部を通るか通らないかを切り替え可能なように異なる配管が配置されている。すなわち、上記特許文献１に記載された内燃機関では、温間時において、バイパス配管の中空部に排気ガスが流れないようにするため、バイパス配管とは異なる配管としてＥＧＲ配管が配置されている。このような構成を有する上記特許文献１に記載された内燃機関では、バイパス配管とは別にＥＧＲ配管の配置場所を確保する必要があるため、内燃機関の構成が複雑になってしまうという問題点がある。このため、簡易な構成により、暖機時における早期暖機、および、暖機後における排気ガスの冷却を行うことができる内燃機関が望まれている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、簡易な構成により、暖機時における早期暖機、および、暖機後における排気ガスの冷却を行うことができる内燃機関を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における内燃機関は、冷却水が流れるウォータジャケットを有し、冷却水により冷却される内燃機関本体と、内部を排気ガスが流れ、内燃機関本体の吸気管および排気管に接続される還流路と、還流路に設けられ、還流路の開閉を行う開閉弁とを備え、還流路は、内燃機関本体内に、ウォータジャケットと熱交換可能に配置され、排気管から排出された排気ガスが導入される本体内還流路と、本体内還流路の出口に接続され、排気管に排気ガスを戻す排気側還流路と、本体内還流路の出口に接続され、吸気管に排気ガスを戻す吸気側還流路とを含み、開閉弁は、吸気側還流路に配置されており、内燃機関本体の暖機時には、開閉弁を閉状態にして、本体内還流路から排気側還流路を介して排気管に至る第１還流路に排気ガスを流し、内燃機関本体の暖機後には、開閉弁の開度を調整し、本体内還流路から吸気側還流路を介して吸気管に至る第２還流路に排気ガスを流すように構成されている。

この発明の一の局面による内燃機関では、上記のように、内燃機関の暖機時に、本体内還流路から排気側還流路を介して排気管に排気ガスを流す第１還流路と、内燃機関の暖機後に、本体内還流路から吸気側還流路を介して吸気管に排気ガスを流す第２還流路とが設けられている。これにより、第１還流路および第２還流路では、共に排気ガスが本体内還流路を流れるので、暖機後の排気ガスを冷却するために、別途本体内還流路と異なる流路を設ける必要がない。この結果、本体内還流路とは別の流路の配置場所を確保する必要が無いので、内燃機関の構成を簡易にすることができる。また、内燃機関の暖機時および暖機後の両方の場合に、排気ガスとウォータジャケット内の冷却水とが、共通する本体内還流路において熱交換を行うことができるので、内燃機関の暖機時および暖機後のそれぞれにおいて、ウォータジャケット内の冷却水と排気ガスとが熱交換を行うことができる。すなわち、内燃機関の暖機時において、開閉弁を閉状態にし、第１還流路の本体内還流路内を流れる排気ガスと内燃機関本体のウォータジャケット内の冷却水とが熱交換することにより、内燃機関本体のウォータジャケット内の冷却水の温度を高くすることができる。この結果、内燃機関の暖機時において、内燃機関の早期暖機を行うことができる。また、内燃機関の暖機後において、開閉弁を開状態にし、第２還流路の本体内還流路内を流れる排気ガスと内燃機関本体のウォータジャケット内の冷却水とが熱交換することにより、本体内還流路内を流れる排気ガスの温度を低くすることができる。この結果、内燃機関の暖機後において、排気ガスの冷却を行うことができる。これらの結果、上記一の局面による内燃機関では、簡易な構成により、暖機時における早期暖機、および、暖機後における排気ガスの冷却を行うことができる。

上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、還流路は、排気管と本体内還流路の入口とを接続するように設けられ、本体内還流路に少なくとも所定量の排気ガスを流すように構成された連結還流路をさらに含む。

このように構成すれば、連結還流路により、内燃機関本体内のウォータジャケットと熱交換するように配置される本体内還流路に、所定量以上の排気ガスを流すことができる。その結果、暖機時において、本体内還流路内を流れる排気ガスと内燃機関本体のウォータジャケット内の冷却水との熱交換を効果的に行うことができるので、内燃機関の早期暖機を確実に行うことができる。

上記一の局面による吸気装置において、好ましくは、連結還流路は、排気管における触媒の下流側の部分に配置され、排気側還流路と排気管との接続部分は、連結還流路と排気管との接続部分よりも排気管における下流側に配置されている。

このように構成すれば、連結還流路と排気管との接続部分が、排気側還流路と排気管との接続部分よりも、排気管における排気ガスの圧力が高い位置に配置される。これにより、排気側還流路から連結還流路へと排気ガスが逆流することを抑制することができる。

上記内燃機関本体内に本体内還流路が形成された内燃機関において、好ましくは、本体内還流路は、上流側から下流側に向かって上方に傾斜するように構成されている。

このように構成すれば、本体内還流路内を流れる排気ガスと、内燃機関本体のウォータジャケット内の冷却水との熱交換により、本体内還流路に生じた凝縮水を本体内還流路の傾斜に沿って上流側に流下させることができる。これにより、本体内還流路に凝縮水が溜まらないので、内燃機関本体内に不具合が生じることを抑制することができる。

上記本体内還流路内を排気ガスが流れ、ウォータジャケット内を冷却水が流れる内燃機関において、好ましくは、本体内還流路は、内燃機関本体のシリンダブロック内に、シリンダブロック内のウォータジャケットと熱交換可能に配置され、本体内還流路を流れる排気ガスの第１流れ方向と、シリンダブロック内のウォータジャケットを流れる冷却水の第２流れ方向とは、互いに逆方向となるように構成されている。

このように構成すれば、本体内還流路内を流れる排気ガスの第１流れ方向と、ウォータジャケット内を流れる冷却水の第２流れ方向とが逆方向となっているので、排気ガスが熱交換を行う冷却水の温度は、下流に行くにともない低くなり、本体内還流路内の下流端部において、排気ガスは最も温度の低い冷却水と熱交換を行うことができる。ここで、第１流れ方向と第２流れ方向とが同じ場合、排気ガスが熱交換を行う冷却水の温度は、下流に行くにともない排気ガスに暖められ高くなり、本体内還流路内の下流端部において、排気ガスは最も温度の高い冷却水と熱交換を行うことになる。この結果、第１流れ方向と第２流れ方向とが互いに逆方向の場合の方が、第１流れ方向と第２流れ方向とが同じ場合よりも、本体内還流路の上流端部の排気ガスの温度と、本体内還流路の下流端部の排気ガスが熱交換を行う冷却水の温度との差が大きくなるので、本体内還流路内から排出される排気ガスの温度を低くすることができる。すなわち、熱交換特性を向上させることができる。

なお、本出願では、上記一の局面による内燃機関において、以下のような構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記一の局面による内燃機関において、冷却水の温度が所定温度未満の場合には、開閉弁を閉状態にして、第１還流路に排気ガスを流し、冷却水の温度が所定温度以上の場合には、開閉弁を開状態にして第２還流路に排気ガスを流すように構成されている。

（付記項２）
また、上記一の局面による内燃機関において、吸気側還流路の開閉弁よりも、吸気側還流路内における排気ガスの流れの上流側の部分に、排気ガスを冷却するための冷却装置が配置されている。

（付記項３）
また、上記排気ガスを冷却するための冷却装置が配置された内燃機関において、冷却装置は、本体内還流路の出口よりも上方に配置されている。

本発明の一実施形態による車両の排気系の全体構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるエンジン冷却システムの構成を示したブロック図である。 図３（ａ）は、暖機時における、本発明の一実施形態によるエンジンにおけるシリンダブロック周辺の縦断面構造を示した図である。図３（ｂ）は、本発明の一実施形態によるエンジンにおける排気管の触媒コンバーター周辺を示した図である。 暖機後における、本発明の一実施形態によるエンジンにおけるシリンダブロック周辺の縦断面構造を示した図である。 本発明の一実施形態によるエンジンにおけるシリンダブロックの横断面構造を示した図である。 図５の１００−１００線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態のエンジンの制御部のＥＧＲバルブによる排気ガスの流路の切り替えを示したフローチャートである。 本発明の一実施形態のエンジンの始動時における冷却水の温度変化を示したグラフである。 本発明の一実施形態のエンジンにおけるエンジン内還流路の変形例を示したシリンダブロック周辺の縦断面構造の図である。 本発明の一実施形態によるエンジンにおけるエンジン内還流路の変形例を示したシリンダブロックの横断面構造の図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

内燃機関１（以下、エンジン１）は、図１に示すように、車両１０（自動車）に組み込まれている。また、エンジン１は、エンジン本体２と、エンジン本体２（内燃機関本体）に取り付けられる排気管３とを備えている。排気管３は、エンジン１に接続される排気マニホールド３１と、排気マニホールド３１の配置される触媒コンバーター３２（触媒）と、触媒コンバーター３２の後方に配置されるマフラー３３（消音器）とを含んでいる。エンジン本体２から排出される排気ガスＥは、温度が最大で約８００℃に達する。排気ガスＥの大部分は、排気マニホールド３１、触媒コンバーター３２およびマフラー３３の順に通過し、大気へと放出される。また、排気ガスＥの残りの部分は、エンジン本体２内を循環して、大気へと放出される。ここで、車両１０において、エンジン１が配置されている側を前方側とし、その逆側を後方側と定義する。

エンジン１は、図２に示すように、エンジン冷却システム２１を備えている。エンジン冷却システム２１は、車両１０に搭載されたエンジン１を、冷却水Ｗ（クーラント）を用いて冷却するシステムとなっている。具体的には、エンジン冷却システム２１は、ラジエータ２１１と、サーモスタット２１２と、電動ウォーターポンプ２１３（以下、電動ＷＰ２１３）と、水温センサ２１４と、ＥＧＲクーラー２１５（冷却装置）と、制御部４とを備えている。また、エンジン冷却システム２１は、上記した各構成要素を接続して冷却水Ｗを循環させる冷却水循環流路５を備えている。

冷却水循環流路５には、エンジン本体２内部に形成され、エンジン１を冷却するためのウォータジャケット５１（破線）が含まれる。ここで、エンジン本体２は、一列に並んだ複数の気筒２２ａが形成されたシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に取り付けられるシリンダヘッド２３とを含んでいる。エンジン本体２は、さらに、シリンダブロック２２の下部に固定されるクランクケース２４（図３（ａ）参照）と、シリンダヘッド２３に被せられたヘッドカバー２５（図３（ａ）参照）とを含んでいる。

ウォータジャケット５１は、シリンダブロック２２を通過するブロック通路５１ａと、シリンダヘッド２３を通過するヘッド通路５１ｂとを有している。これにより、冷却水Ｗは、シリンダブロック２２の側面からブロック通路５１ａに流入するとともに、上方のシリンダヘッド２３へと移動してヘッド通路５１ｂに流通される。そして、冷却水Ｗは、ヘッド通路５１ｂの出口部からエンジン本体２の外部に排出される。水温センサ２１４は、ヘッド通路５１ｂの出口部に配置され、外部に排出される冷却水Ｗの温度を計測している。

また、冷却水循環流路５の経路Ｃ１は、図２に示すように、ＥＧＲクーラー２１５およびラジエータ２１１を経由してサーモスタット２１２に接続されている。また、サーモスタット２１２の出口部は、電動ＷＰ２１３の吸入口に接続されている。これにより、冷却水循環流路５は、ＥＧＲクーラー２１５、ラジエータ２１１、サーモスタット２１２、電動ＷＰ２１３およびエンジン１を矢印Ｄ１方向に一巡（循環）する経路Ｃ１を有している。

エンジン冷却システム２１では、サーモスタット２１２の入口部における冷却水Ｗの温度が所定温度未満の場合（エンジン１の暖機完了前の状態）には、冷却水Ｗは、冷却水循環流路５を循環しない。そして、冷却水Ｗの温度が所定温度よりも高くなった場合（暖機の暖機後）には、冷却水Ｗは、冷却水循環流路５を循環する。このように、エンジン冷却システム２１では、エンジン１の運転状態（運転モード）に応じた冷却水温度（サーモスタット２１２の入口部における冷却水Ｗの温度）の変化に伴うサーモスタット２１２の作動により、ウォータジャケット５１を流通する冷却水Ｗが適切な温度範囲に保たれている。

また、図２に示すように、制御部４においては、エンジン回転数、エンジン負荷（負荷率）、ノッキングの有無、エンジン冷却水温度、エンジンオイル温度などの情報が把握される。また、制御部４はこれらの情報に基づいてエンジン１およびエンジン冷却システム２１に対して制御を行なっている。

電動ＷＰ２１３は、エンジン１内のウォータジャケット５１に冷却水Ｗを強制的に循環させる機能を有している。そして、制御部４により電動モータの回転数が制御されることによって、図示しないインペラの回転速度が変化されることにより、電動ＷＰ２１３からの冷却水吐出量が増減されるように構成されている。

シリンダヘッド２３には、図３（ａ）に示すように、カムシャフト２６の回転により周期的に開閉される吸気バルブ２３１および排気バルブ２３２と、点火プラグ２３３とが組み込まれている。また、シリンダヘッド２３は、燃焼室２３ａと、燃焼室２３ａに吸入空気を送り込む吸気ポート２３ｂと、既燃ガスが排出される排気ポート２３ｃとを有する。また、シリンダヘッド２３の内部には、シリンダヘッド２３とヘッドカバー２５との間の内部空間とクランクケース２４とを連通する連通路２２ｂが設けられている。

また、エンジン１は、ブローバイガスの換気路２２ｃを備えている。換気路２２ｃは、ピストン２７と気筒２２ａとの隙間を通って燃焼室２３ａからクランクケース２４内に吹き漏れるブローバイガスをインテークマニホールド６１に戻して、燃焼室２３ａにおいて再び燃焼させるように構成されている。

本実施形態のエンジン１は、図３および図４に示すように、排気管３を介して大気に放出される排気ガスＥの排気熱を利用する機能を有する。すなわち、回収された排気ガスＥの排気熱は、車両１０の暖機時の熱源として利用される。具体的には、エンジン１では、図３（ａ）に示すように、エンジン１の吸気管６および排気管３に接続される還流路７を流れる排気ガスＥと、冷却水循環流路５を流れる冷却水Ｗとが、熱交換を行うように構成されている。これにより、エンジン１の暖機時において、還流路７を流れる高温の排気ガスＥとの熱交換により、冷えた状態の冷却水Ｗの温度を高くすることができる。また、エンジン１の暖機後において、図４に示すように、冷却水循環流路５を流れる冷却水Ｗとの熱交換により、高温の排気ガスＥの温度を低くすることができる。以下、エンジン１の排気ガスＥの排気熱の熱交換の構成について説明する。

図３（ａ）および図４に示すように、還流路７は、エンジン本体２内にウォータジャケット５１と熱交換可能なように配置され、排気管３から排出された排気ガスＥが導入されるエンジン内還流路７２（本体内還流路）を含んでいる。また、還流路７は、図５に示すように、排気管３とエンジン内還流路７２とを接続する連結還流路７１を含んでいる。連結還流路７１は、エンジン内還流路７２に排気ガスＥを導入する。連結還流路７１には、エンジン１が駆動している間、排気管３から常に所定量以上の排気ガスＥが流れている。これにより、連結還流路７１は、エンジン内還流路７２に少なくとも所定量の排気ガスＥを流すことができる。連結還流路７１は、金属管となっており、図３（ｂ）に示すように、連結還流路７１の管径は排気管３の管径よりも小さくなっている。連結還流路７１の一端部は、排気管３の触媒コンバーター３２の下流側の部分に接続され、連結還流路７１の他端部は、図５に示すように、エンジン内還流路７２の後端部に接続されている。

エンジン内還流路７２は、図３（ａ）および図４に示すように、断面視において円状となっている。エンジン内還流路７２は、シリンダブロック２２内において、一方側（排気ポート２３ｃ側）のウォータジャケット５１のブロック通路５１ａに隣り合うように形成されている。エンジン内還流路７２は、一方側のウォータジャケット５１のブロック通路５１ａの上下方向の中央部に対応する位置を通過可能に形成されている。

また、エンジン内還流路７２は、図５に示すように、複数の気筒２２ａの並ぶ方向（前後方向）に沿って平行に延びる直線状の第１流路７２ａを有している。また、エンジン内還流路７２は、複数の気筒２２ａの並ぶ方向（前後方向）に直交する方向に沿って平行に延びる第２流路７２ｂを有している。第１流路７２ａは、エンジン内還流路７２において、第２流路７２ｂよりも上流側に配置されている。第１流路７２ａの下流側端部は、第２流路７２ｂの上流側端部に接続されている。また、エンジン内還流路７２は、シリンダブロック２２の後端部から複数の気筒２２ａの並ぶ方向に直交する方向の一方側の側端部まで延びている。エンジン内還流路７２の第１流路７２ａの上流側の端部は、シリンダブロック２２において、複数の気筒２２ａの並ぶ方向に直交する方向の中央部よりも一方側にずれた位置に配置されている。エンジン内還流路７２の第２流路７２ｂは、シリンダブロック２２において、複数の気筒２２ａの並ぶ方向の中央部よりも一方側（前側）にずれた位置に配置されている。エンジン内還流路７２の直径は、連結還流路７１の直径と略同じ大きさとなっている。エンジン内還流路７２は、鋳抜きにより形成されている。

エンジン内還流路７２の第１流路７２ａでは、図５に示すように、後方から前方（第１流れ方向）に向かって排気ガスＥが流れている。また、ウォータジャケット５１のブロック通路５１ａでは、前方から後方（第２流れ方向）に向かって冷却水Ｗが流れている。このように、エンジン内還流路７２の第１流路７２ａの排気ガスＥの流れる方向とウォータジャケット５１のブロック通路５１ａの冷却水Ｗが流れる方向は、対向するように構成されている。すなわち、エンジン内還流路７２の第１流路７２ａを流れる排気ガスＥとウォータジャケット５１のブロック通路５１ａを流れる冷却水Ｗとは、対向流となっている。これにより、ウォータジャケット５１のブロック流路を流れる冷却水Ｗは、前方から後方に流れながら、エンジン内還流路７２を流れる排気ガスＥと熱交換を行い徐々に暖められていく。また、エンジン内還流路７２を流れる排気ガスＥは、後方から前方に流れながら、ウォータジャケット５１のブロック流路を流れる冷却水Ｗと熱交換を行い徐々に冷却されていく。

エンジン内還流路７２の第１流路７２ａは、図６に示すように、上流側から下流側に向かって上方に位置するように傾斜している。エンジン内還流路７２の第１流路７２ａの傾斜角度θは、第１流路７２ａを流れる排気ガスＥとブロック通路５１ａを流れる冷却水Ｗとの熱交換の際に発生する、凝縮水が流下し易い角度となっている。

図５に示すように、還流路７において、エンジン内還流路７２よりも下流側は、３方向に分岐している。具体的には、還流路７は、エンジン内還流路７２の出口に接続され、排気管３に排気ガスＥを戻す排気側還流路７３と、エンジン内還流路７２の出口に接続され、吸気管６に排気ガスＥを戻す吸気側還流路７４とを含んでいる。ここで、還流路７において、３方向に分岐する部分が分岐点７２１、エンジン内還流路７２の下流端部と分岐点７２１とを接続する部分が接続路７２２となっている。

排気側還流路７３は、図５に示すように、接続路７２２を介してエンジン内還流路７２の出口と排気管３とを接続している。排気側還流路７３と排気管３との接続部分Ｐ２は、図３（ｂ）に示すように、連結還流路７１と排気管３との接続部分Ｐ１よりも排気管３において下流側に配置されている。すなわち、排気側還流路７３と排気管３との接続部分Ｐ２は、触媒コンバーター３２よりも後方に配置されている。これにより、排気側還流路７３と排気管３との接続部分Ｐ２の排気ガスＥの圧力は、連結還流路７１と排気管３との接続部分Ｐ１の排気ガスＥの圧力よりも小さくなる。なお、排気側還流路７３は、耐熱性のホースとなっており、排気側還流路７３の直径は、連結還流路７１の直径と略同じ大きさとなっている。

吸気側還流路７４は、図３（ａ）および図４に示すように、エンジン内還流路７２の出口と吸気管６とを接続している。吸気側還流路７４の吸気管６との接続部分は、インテークマニホールド６１に配置されている。なお、吸気側還流路７４は、耐熱性のホースとなっており、吸気側還流路７４の直径は、連結還流路７１の直径と略同じ大きさとなっている。

吸気側還流路７４には、図３（ａ）および図４に示すように、ＥＧＲクーラー２１５と、ＥＧＲバルブ７５（開閉弁）とが配置されている。ここで、ＥＧＲクーラー２１５は、吸気側還流路７４に配置されたＥＧＲバルブ７５よりも、吸気側還流路７４内における排気ガスＥの流れの上流側の部分に配置されている。また、ＥＧＲクーラー２１５は、エンジン内還流路７２の高さ位置Ｈ１よりも上方の高さ位置Ｈ２に配置されている。ＥＧＲクーラー２１５には、上記したようにウォータジャケット５１内を通過した冷却水Ｗが流れている。これにより、ＥＧＲクーラー２１５では、吸気側還流路７４内を流れる排気ガスＥと冷却水Ｗとが熱交換を行うことにより、吸気側還流路７４内を流れる排気ガスＥの温度を低くすることができる。

ＥＧＲバルブ７５は、エンジン内還流路７２と吸気管６との連通を切り替えることにより、排気ガスＥの流れを制御している。具体的には、ＥＧＲバルブ７５は、制御部４に電気的に接続されており、水温センサ２１４において計測される冷却水Ｗの温度に基づいて、エンジン内還流路７２と吸気管６との連通が、制御部４により切り替えられている。

ＥＧＲバルブ７５は、閉状態にすることにより、図３（ａ）に示すように、エンジン内還流路７２から排気側還流路７３を介して排気管３に至る第１還流路７３１に排気ガスＥを流すように構成されている。すなわち、ＥＧＲバルブ７５を閉状態にし、エンジン内還流路７２と吸気管６との連通を遮断すると、排気側還流路７３の排気管３との接続部分Ｐ２の排気ガスＥの圧力と、連結還流路７１の排気管３との接続部分Ｐ１の圧力との差圧により、排気ガスＥは連結還流路７１、エンジン内還流路７２および排気側還流路７３の順に流れる。

また、ＥＧＲバルブ７５は、開状態にすることにより、図４に示すように、エンジン内還流路７２から吸気側還流路７４を介して吸気管６に至る第２還流路７４１に排気ガスＥを流すように構成されている。すなわち、ＥＧＲバルブ７５を開状態にし、エンジン内還流路７２と吸気管６とを連通させると、吸気管６を流れる空気による負圧が発生し、連結還流路７１に流入した排気ガスＥのうちの一部は連結還流路７１、エンジン内還流路７２および吸気側還流路７４の順に流れる。このとき、残りの排気ガスＥは、連結還流路７１、エンジン内還流路７２および排気側還流路７３の順に流れる。

＜ＥＧＲバルブによる排気ガスの流路の切り替え＞
エンジン１では、図７に示すような処理に基づいて、制御部４が、ＥＧＲバルブ７５の開閉を制御し、排気ガスＥが流れる流路を切り替えることにより、暖機の促進、および、暖機後の排気ガスＥの吸気管６への還流を行っている。

まず、ステップＳ１において、エンジン始動時に行われる始動用制御が開始される。制御部４は、水温センサ２１４から冷却水Ｗの水温を取得する。ステップＳ２において、制御部４は、ＥＧＲバルブ７５に指令を送り、ＥＧＲバルブ７５を閉める。ステップＳ３において、制御部４は、ステップＳ１において取得した冷却水Ｗの温度が、図８に示すように、暖機完了温度Ｔ１以上か否かを判断する。

冷却水Ｗの温度が、暖機完了温度Ｔ１未満の場合ステップＳ２に戻り、制御部４は、ＥＧＲバルブ７５を閉状態にし続け、第１還流路７３１に排気ガスＥを流す。すなわち、ＥＧＲバルブ７５が閉状態となっているので、排気ガスＥは、排気管３、連結還流路７１、エンジン内還流路７２、排気側還流路７３および排気管３の順に流れることになる。このとき、エンジン内還流路７２を流れる排気ガスＥと、ウォータジャケット５１のブロック通路５１ａを流れる冷却水Ｗとが、熱交換を行うことにより、ブロック通路５１ａ内の冷却水Ｗの温度が高くなる。これにより、ブロック通路５１ａ内の冷却水Ｗの温度が高くなるので、シリンダブロック２２内の複数の気筒２２ａが暖められることになる。また、排気ガスＥにより暖められた冷却水Ｗは、冷却水循環流路５を循環するので、エンジン本体２の温度を高くすることができる。

冷却水Ｗの温度が暖機完了温度Ｔ１以上の場合ステップＳ４に進み、制御部４は、排気ガス循環制御を開始する。制御部４は、吸気管６内を流れる空気の流量を取得する。ステップＳ５において、制御部４は、ステップＳ４において取得した吸気管６内を流れる空気の流量に基づいて、ＥＧＲバルブ７５の開度を調節する。すなわち、制御部４は、ＥＧＲバルブ７５を開状態にして第２還流路７４１に排気ガスＥを流すように構成されている。

ＥＧＲバルブ７５が開状態となっているので、排気ガスＥは、排気管３、連結還流路７１、エンジン内還流路７２、吸気側還流路７４および吸気管６の順に流れることになる。このとき、エンジン内還流路７２を流れる排気ガスＥと、ウォータジャケット５１のブロック通路５１ａを流れる冷却水Ｗとが、熱交換を行うことにより、エンジン内還流路７２を流れる排気ガスＥの温度が低くなる。さらに、吸気側還流路７４において、ＥＧＲクーラー２１５を流れる冷却水Ｗと吸気側還流路７４を流れる排気ガスＥとが熱交換を行うことにより、吸気側還流路７４を流れる排気ガスＥの温度が低くなる。これにより、吸気側還流路７４から吸気管６に流入する排気ガスＥの温度を低くすることができる。

ステップＳ６において、制御部４は、エンジン１が停止したか否かを判断する。制御部４は、エンジン１が停止していた場合、フローを終了する。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、第１還流路７３１および第２還流路７４１は、共通してエンジン内還流路７２を含んでいる。これにより、エンジン１の暖機時および暖機後の両方の場合に、共にエンジン内還流路７２内において排気ガスＥと冷却水Ｗとが熱交換を行うことができる。この結果、エンジン１の暖機時および暖機後のそれぞれに対応して異なる流路を設けることなく、エンジン本体２にエンジン内還流路７２を設ける、という簡易な構成により、エンジン１の暖機時および暖機後のそれぞれにおいて、ブロック通路５１ａ内の冷却水Ｗと排気ガスＥとが熱交換を行うことができる。さらに、制御部４は、エンジン１の暖機時には、ＥＧＲバルブ７５を閉状態にして、第１還流路７３１に排気ガスＥを流し、エンジン１の暖機後には、ＥＧＲバルブ７５の開度を制御し、第２還流路７４１に排気ガスＥを流すように構成されている。これにより、エンジン１の暖機時において、第１還流路７３１のエンジン内還流路７２内を流れる排気ガスＥとシリンダブロック２２のウォータジャケット５１内の冷却水Ｗとが熱交換するので、シリンダブロック２２のウォータジャケット５１内の冷却水Ｗの温度を高くすることができる。この結果、エンジン１の暖機時において、エンジン１の早期暖機を行うことができる。また、エンジン１の暖機後において、第２還流路７４１のエンジン内還流路７２内を流れる排気ガスＥとシリンダブロック２２のウォータジャケット５１内の冷却水Ｗとが熱交換することにより、エンジン内還流路７２内を流れる排気ガスＥの温度を低くすることができる。この結果、エンジン１の暖機後において、排気ガスＥの冷却を行うことができる。これらの結果、簡易な構成により、暖機時における早期暖機、および、暖機後における排気ガスＥの冷却を行うことができる。また、エンジン内還流路７２内において、暖機後に排気ガスＥの冷却を行うことができるので、第２還流路７４１に設置するＥＧＲクーラー２１５の大きさを小さくすることができる。

また、本実施形態では、還流路７は、排気管３とエンジン内還流路７２の入口とを接続するように設けられ、エンジン内還流路７２に所定量の排気ガスＥを流すように構成された連結還流路７１をさらに含む。これにより、シリンダブロック２２内のウォータジャケット５１と熱交換するように配置されるエンジン内還流路７２に、連結還流路７１を通過する所定量以上の排気ガスＥが流れるので、暖機時において、エンジン内還流路７２内を流れる排気ガスＥとエンジン本体２のウォータジャケット５１内の冷却水Ｗとの熱交換を効果的に行うことができる。この結果、エンジン１の早期暖機を確実に行うことができる。

また、本実施形態では、連結還流路７１は、排気管３における触媒コンバーター３２の下流側の部分に配置され、排気側還流路７３と排気管３との接続部分Ｐ２は、連結還流路７１と排気管３との接続部分Ｐ１よりも排気管３における下流側に配置されている。これにより、連結還流路７１と排気管３との接続部分Ｐ１は、排気側還流路７３と排気管３との接続部分Ｐ２よりも、排気ガスＥの圧力が高い位置に配置されている。この結果、連結還流路７１と排気側還流路７３との間に差圧が生じるので、排気側還流路７３から連結還流路７１へと排気ガスＥが逆流することを抑制することができる。

また、本実施形態では、エンジン内還流路７２は、上流側から下流側に向かって上方に傾斜するように構成されている。これにより、エンジン内還流路７２内を流れる排気ガスＥとエンジン本体２のウォータジャケット５１内の冷却水Ｗとの熱交換によりエンジン内還流路７２に生じた凝縮水が、エンジン内還流路７２の傾斜に沿って上流側に流下する。この結果、エンジン内還流路７２に凝縮水が溜まらないので、エンジン本体２内に不具合が生じることを抑制することができる。

また、本実施形態では、エンジン内還流路７２は、エンジン本体２のシリンダブロック２２内に、シリンダブロック２２内のウォータジャケット５１と熱交換可能なように配置されている。さらに、エンジン内還流路７２を流れる排気ガスＥの第１流れ方向と、シリンダブロック２２内のウォータジャケット５１のブロック通路５１ａを流れる冷却水Ｗの第２流れ方向とは、逆方向となるように構成されている。これにより、排気ガスＥが熱交換を行う冷却水Ｗの温度は、下流に行くにともない低くなり、エンジン内還流路７２内の下流端において、排気ガスＥは最も温度の低い冷却水Ｗと熱交換を行うことができる。ここで、第１流れ方向と第２流れ方向とが同じ場合、排気ガスＥが熱交換を行う冷却水Ｗの温度は、下流に行くにともない排気ガスＥにより暖められ高くなり、エンジン内還流路７２内の下流端において、排気ガスＥは最も温度の高い冷却水Ｗと熱交換を行うことになる。この結果、第１流れ方向と第２流れ方向とが互いに逆方向の場合の方が、第１流れ方向と第２流れ方向とが同じ場合よりも、エンジン内還流路７２の上流端部の排気ガスＥの温度と、エンジン内還流路７２の下流端部の排気ガスＥが熱交換を行う冷却水Ｗの温度との差が大きくなるので、エンジン内還流路７２から排出される排気ガスＥの温度を低くすることができる。すなわち、熱交換特性を向上させることができる。

また、本実施形態では、制御部４は、冷却水Ｗの温度が所定温度未満の場合には、ＥＧＲバルブ７５を閉状態にして、第１還流路７３１に排気ガスＥを流すように構成されている。また、制御部４は、冷却水Ｗの温度が所定温度以上の場合には、ＥＧＲバルブ７５を開状態にして第２還流路７４１に排気ガスＥを流すように構成されている。これにより、冷却水Ｗの温度に基づいてＥＧＲバルブ７５の制御が行うことができるので、より正確に、暖機時における暖機完了に基づくＥＧＲバルブ７５の開閉の切り替えを行うことができる。

また、本実施形態では、吸気側還流路７４のＥＧＲバルブ７５よりも、吸気側還流路７４内における排気ガスＥの流れの上流側の部分に、排気ガスＥを冷却するためのＥＧＲクーラー２１５が配置されている。これにより、ＥＧＲクーラー２１５内の冷却水Ｗと吸気側還流路７４内の排気ガスＥとが熱交換を行い、冷却された排気ガスＥが、ＥＧＲバルブ７５内を通過するので、ＥＧＲバルブ７５の温度上昇を抑制することができる。この結果、ＥＧＲバルブ７５の温度上昇によるＥＧＲバルブ７５の故障の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲクーラー２１５は、エンジン内還流路７２の出口よりも上方に配置されている。これにより、ＥＧＲクーラー２１５内の冷却水Ｗと吸気側還流路７４内の排気ガスＥとが熱交換を行うことにより発生する凝縮水を、吸気側還流路７４および排気側還流路７３を介して排気管３内に流下させることができる。この結果、ＥＧＲクーラー２１５内に凝縮水が留まらないので、ＥＧＲクーラー２１５の凝縮水による故障を抑制することができる。

＜変形例＞
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、エンジン内還流路７２の断面形状は円状（図３（ａ）および図４参照）である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジン内還流路２７２の断面形状は、図９に示すように、上下方向に長い矩形状であってもよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２は、シリンダブロック２２内のブロック通路５１ａに隣り合うように配置されているが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジン内還流路は、シリンダヘッド内のヘッド通路に隣り合うように配置されていてもよい。たとえば、エンジン内還流路は、吸気ポート近傍のヘッド通路に隣り合うように配置されてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２は、シリンダブロック２２内のブロック通路５１ａの一方側に隣り合うように配置されているが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジン内還流路は、シリンダブロック内のブロック通路の両側のそれぞれに隣り合うように配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２の第１流路７２ａは、上流側から下流側に向かって上方に傾斜しているが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジン内還流路の第１流路は、傾斜していなくともよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２は、ブロック通路５１ａの上下方向の中央部を通過するように配置されているが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジン内還流路は、ブロック通路の上下方向の下側部分に配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２の第１流路７２ａは、図４に示すように、複数の気筒２２ａの並ぶ方向に長い直線状に形成されているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、エンジン内還流路３７２の第１流路３７２ａは、図１０に示すように、複数の気筒２２ａの並ぶ方向に長く蛇行して形成されてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２を流れる排気ガスＥと、ブロック通路５１ａを流れる冷却水Ｗとは、流れる方向が逆方向となっているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、エンジン内還流路を流れる排気ガスと、ブロック通路を流れる冷却水とは、同じ方向に流れてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２は、シリンダブロック２２の後端部に入口が形成され、シリンダブロック２２の左端部に出口が形成されているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、エンジン内還流路は、エンジンブロックの後端部に入口が形成され、シリンダブロックの前端部に出口が形成されてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン内還流路７２の直径は、連結還流路７１の管径および接続路７２２の管径と同じであるが、本発明はこれに限定されない。本発明では、エンジン内還流路の直径は、連結還流路の管径または接続路の管径よりも大きく形成されてもよい。

また、上記実施形態では、連結還流路７１と排気管３との接続部分Ｐ１は、触媒コンバーター３２の下流端部に配置されているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、連結還流路と排気管との接続部分は、触媒コンバーターの下流端部よりも下流に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、連結還流路７１と排気管３との接続部分Ｐ１には、開閉弁が設けられていないが、本発明はこれに限定されない。本発明では、連結還流路と排気管との接続部分には、開度を調整可能な開閉弁が設けられてもよい。これにより、エンジン内還流路を流れる排気ガスの流量を開閉弁により、調節することができる。この結果、暖機後における、エンジン内還流路を流れる高温の排気ガスと、ブロック通路を流れる冷却水との熱交換による、ブロック通路を流れる冷却水の過度な温度上昇を抑制することができる。

また、上記実施形態では、ＥＧＲクーラー２１５は、還流路７の吸気側還流路７４に配置されているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、ＥＧＲクーラーは設置されなくともよい。また、本発明では、エンジン内還流路の排気ガスとブロック通路の冷却水とが熱交換を行うので、ＥＧＲクーラーを通常のＥＧＲクーラーよりも小さくすることができる。

また、上記実施形態では、ＥＧＲクーラー２１５は、ＥＧＲバルブ７５よりも吸気側還流路７４における排気ガスＥの流れの上流側に配置されているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、ＥＧＲバルブよりも吸気側還流路における排気ガスの流れの下流側に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、制御部４は、水温センサ２１４により計測される冷却水Ｗの温度に基づいて、ＥＧＲバルブ７５の開閉の制御を行っているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、油温センサにより計測されるエンジン内を循環するオイルの温度に基づいて、ＥＧＲバルブの開閉の制御を行ってもよい。

上記実施形態では、説明の便宜上、制御部４の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行なうフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御部の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１ エンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（内燃機関本体）
３ 排気管
６ 吸気管
７ 還流路
３２ 触媒コンバータ（触媒）
５１ ウォータジャケット
７１ 連結還流路
７２ エンジン内還流路（本体内還流路）
７３ 排気側還流路
７４ 吸気側還流路
７５ ＥＧＲバルブ（開閉弁）
２１５ ＥＧＲクーラー（冷却装置）
７３１ 第１還流路
７４１ 第２還流路
Ｅ 排気ガス
Ｗ 冷却水

Claims (5)

1. 冷却水が流れるウォータジャケットを有し、前記冷却水により冷却される内燃機関本体と、
   内部を排気ガスが流れ、前記内燃機関本体の吸気管および排気管に接続される還流路と、
   前記還流路に設けられ、前記還流路の開閉を行う開閉弁とを備え、
   前記還流路は、
   前記内燃機関本体内に、前記ウォータジャケットと熱交換可能に配置され、前記排気管から排出された前記排気ガスが導入される本体内還流路と、
   前記本体内還流路の出口に接続され、前記排気管に前記排気ガスを戻す排気側還流路と、
   前記本体内還流路の出口に接続され、前記吸気管に前記排気ガスを戻す吸気側還流路とを含み、
   前記開閉弁は、前記吸気側還流路に配置されており、
   前記内燃機関本体の暖機時には、前記開閉弁を閉状態にして、前記本体内還流路から前記排気側還流路を介して前記排気管に至る第１還流路に前記排気ガスを流し、前記内燃機関本体の暖機後には、前記開閉弁の開度を調整し、前記本体内還流路から前記吸気側還流路を介して前記吸気管に至る第２還流路に前記排気ガスを流すように構成されている、内燃機関。
2. 前記還流路は、前記排気管と前記本体内還流路の入口とを接続するように設けられ、前記本体内還流路に少なくとも所定量の前記排気ガスを流すように構成された連結還流路をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記連結還流路は、前記排気管における触媒の下流側の部分に配置され、
   前記排気側還流路と前記排気管との接続部分は、前記連結還流路と前記排気管との接続部分よりも前記排気管における下流側に配置されている、請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記本体内還流路は、上流側から下流側に向かって上方に傾斜するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記本体内還流路は、前記内燃機関本体のシリンダブロック内に、前記シリンダブロック内の前記ウォータジャケットと熱交換可能に配置され、
   前記本体内還流路を流れる前記排気ガスの第１流れ方向と、前記シリンダブロック内の前記ウォータジャケットを流れる前記冷却水の第２流れ方向とは、互いに逆方向となるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。

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