JP2023009868A - Ｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲバルブに冷却構造を設けずに、アルミニウム製のアダプタの腐食の発生を抑制することを目的とする。【解決手段】ＥＧＲ装置は、エンジンから排出される排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ装置であって、前記排気の一部の前記吸気通路への流量を調整するＥＧＲバルブと、前記エンジンのシリンダヘッドの内部に設けられた少なくとも１つの気筒から前記排気の一部を取り出し、取り出した前記排気の一部を前記ＥＧＲバルブに供給する、前記シリンダヘッドに当接するアルミニウム製のアダプタと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＧＲ装置に関する。

エンジンに設けられる吸気通路と排気通路とをガス通路で接続し、このガス通路を介して排気の一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気通路に還流する技術が知られている。ガス通路にはＥＧＲガスの還流量を調整するためのＥＧＲバルブが設けられている。ＥＧＲバルブによっては、ＥＧＲガスと冷却水の熱交換を行うためのバルブ用熱交換部が一体的に形成されている（例えば特許文献１参照）。

また、冷却水流通通路を備え、ＥＧＲガスを通過させてＥＧＲガスを冷却するアルミ合金製の配管接続部材（以下、アダプタという）も知られている。アダプタはエンジンのシリンダヘッドに取り付けられ、冷却した後のＥＧＲガスをＥＧＲバルブへ排出する。ＥＧＲガスを冷却することにより、吸気充填効率の低下等を防止することができる（例えば特許文献２参照）。

特開２０１７－００２７８７号公報 特開２０１０－０８４５８１号公報

ここで、バルブ用熱交換部といった冷却構造をＥＧＲバルブに設けた場合、ＥＧＲバルブ（具体的にはバルブハウジング）が構造的に複雑になるという問題がある。一方、アダプタからＥＧＲバルブにＥＧＲガスを排出する場合、ＥＧＲバルブより上流のアダプタに高温のＥＧＲガスがシリンダヘッドから流入する。エンジンの暖機時においてはエンジンを早期に暖機する観点から冷却水が循環しておらず、アダプタの冷却水流通通路に滞留する冷却水が沸騰する可能性がある。アダプタがアルミ合金を含むアルミニウム製である場合、冷却水の沸騰によってアダプタが腐食するおそれがある。

そこで、本発明では、ＥＧＲバルブに冷却構造を設けずに、アルミニウム製のアダプタの腐食の発生を抑制することを目的とする。

本発明に係るＥＧＲ装置は、エンジンから排出される排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ装置であって、前記排気の一部の前記吸気通路への流量を調整するＥＧＲバルブと、前記エンジンのシリンダヘッドの内部に設けられた少なくとも１つの気筒から前記排気の一部を取り出し、取り出した前記排気の一部を前記ＥＧＲバルブに供給する、前記シリンダヘッドに当接するアルミニウム製のアダプタと、を有する。

上記構成において、前記アダプタは、いずれか１つの前記気筒から前記排気の一部を取り出す構成としてもよい。

上記構成において、前記排気の一部を冷却する冷媒が流れる第１冷媒路を備えたＥＧＲクーラをさらに有し、前記アダプタは、前記冷媒が流れる第２冷媒路を備え、前記冷媒は、前記第２冷媒路から前記ＥＧＲバルブを経由せずに前記第１冷媒路に流入する構成としてもよい。

本発明によれば、ＥＧＲバルブに冷却構造を設けずに、アルミニウム製のアダプタの腐食の発生を抑制することできる。

図１は車両の概略構成を示す模式図である。 図２はシリンダヘッドの内部概略構成を示す模式図である。 図３はＥＧＲ装置の作用を説明するグラフである。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、車両１００はエンジン１０と自動変速機３０を搭載する。エンジン１０はガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。エンジン１０には気筒の燃焼室に空気を送り込む吸気通路１１と、燃焼室で燃焼した燃焼ガスを排気として排出する排気通路１２が接続されている。エンジン１０のシリンダヘッド７０には冷却水が流通するウォータジャケット２０が設けられている。なお、図１及び後述する図２では、排気や吸気の流れを実線の矢印で示し、冷却水の流れを破線の矢印で示している。

シリンダヘッド７０の内部には、図２に示すように、第１気筒７１、第２気筒７２、第３気筒７３、第４気筒７４といった複数の気筒群と、排気ポート７５とが設けられている。図示しないが、エンジン１０は１気筒あたり吸気バルブと排気バルブをそれぞれ２つ設けたバルブ機構を備えている。なお、本実施形態では、第１気筒７１、第２気筒７２、第３気筒７３、第４気筒７４の４つが列状に配置された直列４気筒エンジンを一例として説明するが、気筒数や気筒配置が異なる他の種類のエンジンであってもよい。

排気ポート７５は第１ポート部７５Ａ、第２ポート部７５Ｂ、第３ポート部７５Ｃ、第４ポート部７５Ｄ、及びＥＧＲポート部７５Ｅを含んでいる。第１ポート部７５Ａ、第２ポート部７５Ｂ、第３ポート部７５Ｃ、第４ポート部７５Ｄ、及びＥＧＲポート部７５Ｅはそれぞれ排気が流入する流入口と、排気が流出する流出口を有する。例えば、第４気筒７４の燃焼室は第４ポート部７５Ｄの流入口と接続する。したがって、第４気筒７４の燃焼室から排出された排気は第４ポート部７５Ｄに流入する。第１気筒７１、第２気筒７２、及び第３気筒７３については、第４気筒７４と同様であるため、説明を省略する。

一方、第４ポート部７５Ｄは２つの流出口を有し、一方の流出口は第１ポート部７５Ａの合流口と接続される。この一方の流出口より第４気筒７４に近い他方の流出口はＥＧＲポート部７５Ｅの流入口と接続される。このため、第４ポート部７５Ｄを流通する排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲポート部７５Ｅに流入し、排気の残部が第１ポート部７５Ａに流入する。第１ポート部７５Ａでは第１気筒７１と第４気筒７４の排気が合流するため、排気の量が増大し、排気の温度が上昇する。言い換えれば、第４ポート部７５Ｄには第４気筒７４単独の排気が流通し、この排気の一部がＥＧＲガスとして採用されるため、排気が合流した後の量に比べて少なく、合流した後の温度に比べて低下する。このようなＥＧＲガスがＥＧＲポート部７５Ｅを流通する。

なお、第２ポート部７５Ｂの流出口は第３ポート部７５Ｃの合流口と接続される。第３ポート部７５Ｃの流出口が第２ポート部７５Ｂの合流口と接続されてもよい。第１ポート部７５Ａの流出口は第２ポート部７５Ｂ又は第３ポート部７５Ｃの合流口と接続される。第１ポート部７５Ａの流出口が第２ポート部７５Ｂの合流口に接続された場合、第２ポート部７５Ｂの流出口が排気通路１２に接続される。第１ポート部７５Ａの流出口が第３ポート部７５Ｃの合流口に接続された場合、第３ポート部７５Ｃの流出口が排気通路１２に接続される。したがって、排気通路１２には第４気筒７４の燃焼室から排出された排気の残部だけでなく、第１気筒７１から第３気筒７３の各燃焼室から排出された排気が合流した排気が流入する。

このように、本実施形態では第１ポート部７５Ａと第４ポート部７５Ｄを接続し、第２ポート部７５Ｂと第３ポート部７５Ｃを接続し、接続後の２つのポート部をさらに接続する排気ポート７５が採用されている。このような接続形態はデュアル型などと呼ばれることがある。

また、本実施形態では、シリンダヘッド７０とは別体である多岐管の排気通路１２が採用されずに、シリンダヘッド７０の内部でシリンダヘッド７０と一体となる多岐路の排気ポート７５が採用されている。したがって、排気通路１２に流入する排気はＥＧＲポート部７５Ｅに流入するＥＧＲガスに比べて量が多く、高温になる。言い換えれば、ＥＧＲポート部７５Ｅに流入するＥＧＲガスは、排気通路１２に流入する排気に比べて量が少なく、低温になる。

図１及び図２に示すように、シリンダヘッド７０にはＥＧＲ装置の一部としてアルミニウム製のアダプタ１３Ａが設けられている。アダプタ１３Ａをアルミニウム製とすることで鋳鉄と同等又は鋳鉄に近い耐熱性を確保しつつ、アダプタ１３Ａの原価を低減することができる。図１及び図２に示すように、アダプタ１３Ａの内部には冷媒路１３Ｘと冷媒路１３Ｘとは独立したガス通路（不図示）とが設けられている。図２に示すように、ＥＧＲポート部７５Ｅの流出口がアダプタ１３Ａのこのガス通路と接続されている。したがって、ＥＧＲポート部７５Ｅを流通するＥＧＲガスはアダプタ１３Ａのガス通路に流入する。アダプタ１３Ａでは、アダプタ１３Ａのガス通路を流通するＥＧＲガスと冷媒路１３Ｘを流通する冷却水とが熱交換するように構成されている。

図１及び図２に示すように、アダプタ１３Ａはシリンダヘッド７０に当接して取り付けられる。このため、エンジン１０の暖機時にシリンダヘッド７０からアダプタ１３ＡにＥＧＲガスが流入しても、アダプタ１３Ａの熱はアダプタ１３Ａとシリンダヘッド７０との当接面を介してシリンダヘッド７０に移動する。エンジン１０の暖機時においては、ＥＧＲガスが流入したアダプタ１３Ａよりシリンダヘッド７０の方が低温であると想定される。これにより、アダプタ１３Ａの熱を放出することができる。

特に、第４気筒７４単独のＥＧＲガスがシリンダヘッド７０からアダプタ１３Ａに流入するため、第１気筒７１から第４気筒７４全てのＥＧＲガスに比べて、アダプタ１３Ａに流入するＥＧＲガスは低温になる。低温のＥＧＲガスの熱がアダプタ１３Ａからシリンダヘッド７０に移動するため、アダプタ１３Ａの温度はほとんど上昇しないか、上昇が制限される。これにより、エンジン１０の暖機時に冷却水が循環していなくても、冷媒路１３Ｘに滞留する冷却水の沸騰を抑えることができ、結果的に、アダプタ１３Ａがアルミニウム製であっても腐食の発生を抑えることができる。

例えば排気通路１２が多岐路である場合（いわゆるエキゾーストマニホールド）、第４気筒７４の排気が流れる部分にアダプタ１３Ａを排気通路１２に取り付けることも想定される。しかしながら、この場合、排気通路１２の吸熱量はシリンダヘッド７０に比べて少ないと想定され、アダプタ１３Ａの熱の放出効果は低いと想定される。また、排気通路１２にアダプタ１３Ａを取り付けるよりシリンダヘッド７０に取り付ける方が容易であると想定される。

図１に示すように、アダプタ１３Ａと吸気通路１１には、アダプタ１３Ａから流出するＥＧＲガスを吸気通路１１に還流するためのＥＧＲ通路１３が接続されている。また、ＥＧＲ通路１３にはＥＧＲガスの吸気通路１１への流量を調整するためのＥＧＲバルブ１４がＥＧＲ装置の一部として設けられている。ＥＧＲバルブ１４にはアダプタ１３ＡからのＥＧＲガスを供給される。

ＥＧＲバルブ１４の下流側には、ＥＧＲ装置の一部としてステンレス製のＥＧＲクーラ１７が設けられている。ＥＧＲクーラ１７の内部には冷媒路１７Ｘと冷媒路１７Ｘとは独立したガス通路（不図示）が設けられている。ＥＧＲクーラ１７では、ＥＧＲクーラ１７のガス通路を流れるＥＧＲガスと冷媒路１７Ｘを流れる冷却水とが熱交換する。この冷却水は、アダプタ１３Ａの冷媒路１３ＸからＥＧＲバルブ１４を経由せずに冷媒路１７Ｘに流入して通過し、ＥＧＲクーラ１７から流出する。すなわち、ＥＧＲバルブ１４は冷却構造を備えておらず、結果的にＥＧＲバルブ１４の複雑化を回避することができる。エンジン１０の暖機時においては冷却水が循環していないため、冷媒路１７Ｘに滞留する冷却水が沸騰する可能性があるが、ＥＧＲクーラ１７はステンレス製であるため、ＥＧＲクーラ１７は腐食しないか又は腐食は極めて限定的である。

図１に示すように、車両１００にはエンジン１０の各部位の潤滑や作動油として用いられるエンジンオイルと冷却水とが熱交換するオイルクーラ２５が設けられている。オイルクーラ２５にはエンジンオイルが流れるオイル通路２６が接続されている。エンジンオイルはオイル通路２６を通じてオイルクーラ２５に導入されて冷却水と熱交換された後に、エンジン１０の各潤滑部位などに戻される。

自動変速機３０はトルクコンバータ３１を介してエンジン１０と接続されている。自動変速機３０には、自動変速機３０を作動するための作動油、すなわちオートマチックトランスミッションフルード（以下、ＡＴＦという）が収容されている。車両１００にはこのＡＴＦと冷却水とが熱交換するＡＴＦウォーマ３５が設けられている。ＡＴＦウォーマ３５には自動変速機３０内のＡＴＦが流れるＡＴＦ通路３７が接続されている。ＡＴＦがＡＴＦ通路３７を通じてＡＴＦウォーマ３５に導入され、冷却水と熱交換された後に、ＡＴＦ通路３７を通じて自動変速機３０内に戻される。

車両１００は、冷却水が循環する冷却水回路４０を備えている。冷却水回路４０では、上述したウォータジャケット２０の入口であるウォータジャケット入口２１に入口側通路４１の下流端が接続されている。入口側通路４１の途中にはウォータポンプ４５が接続されている。ウォータポンプ４５はエンジン１０の出力軸であるクランク軸の回転に伴って駆動される。また、ウォータジャケット２０の出口であるウォータジャケット出口２２は、出口側通路４２を介して流量調整バルブ４６の流入口４７に接続されている。

流量調整バルブ４６は、上述した流入口４７と第１流出口４８Ａと第２流出口４８Ｂと第３流出口４８Ｃを備えている。流入口４７と第１流出口４８Ａと第２流出口４８Ｂと第３流出口４８Ｃはいずれも流量調整バルブ４６の内部空間に通じている。流量調整バルブ４６の内部空間には弁体が収容されている。弁体を制御することにより、流入口４７と第１流出口４８Ａとの開通状態と遮断状態を調整することができる。同様に、弁体を制御することにより、流入口４７と第２流出口４８Ｂとの開通状態と遮断状態や、流入口４７と第３流出口４８Ｃとの開通状態と遮断状態も調整することができる。

流量調整バルブ４６の第１流出口４８Ａには、第１熱交換通路５０の上流端が接続されている。流量調整バルブ４６の第２流出口４８Ｂには、第２熱交換通路５１の上流端が接続されている。第１熱交換通路５０の下流端と第２熱交換通路５１の下流端とは合流し、入口側通路４１の上流端に接続されている。第１熱交換通路５０ではオイルクーラ２５とＡＴＦウォーマ３５とが並列に接続された並列通路５０ｂが接続されている。第２熱交換通路５１の途中には、ラジエータ５５が接続されている。

流量調整バルブ４６の第３流出口４８Ｃには、第３熱交換通路５２の上流端が接続されている。第３熱交換通路５２の下流端はアダプタ１３Ａの冷媒路１３Ｘの入口に接続されている。アダプタ１３Ａの冷媒路１３Ｘの出口には第４熱交換通路５３の上流端が接続されている。第４熱交換通路５３の下流端はＥＧＲクーラ１７の冷媒路１７Ｘに接続されている。ＥＧＲクーラ１７の冷媒路１７Ｘの出口には第５熱交換通路５４の上流端が接続されている。第５熱交換通路５４の下流端は出口側通路４２と合流する。

車両１００には、冷却水回路４０における冷却水の流通状態や温度制御を行うためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０が設けられている。ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、各種プログラムやマップ等を予め記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

ＥＣＵ６０は、車両１００に設けられる各種センサの信号が入力されることにより、冷却水回路４０を流れる冷却水の温度や流通状態、遮断状態を調整する。各種センサとしては、吸入空気量を検出するエアフロメータ６１、クランク軸の回転速度である機関回転速度を検出する回転速度センサ６２が挙げられる。また、各種センサとして、アクセルペダルの踏み込み量であるアクセル操作量を検出するアクセルセンサ６３、車速を検出する車速センサ６４も挙げられる。さらに、各種センサとして、ウォータジャケット出口２２から流出して出口側通路４２を流れる冷却水の温度に対応する検出又は推定する水温センサ６５も挙げられる。ＥＣＵ６０は、これら各種センサの検出信号に基づいて、流量調整バルブ４６及びＥＧＲバルブ１４を制御することで、冷却水回路４０を流れる冷却水の温度や流通状態、遮断状態を調整する。

図３を参照して、本実施形態の作用について説明する。まず、エンジン１０の暖機時においては、ＥＣＵ６０はＥＧＲバルブ１４と流量調整バルブ４６を全閉に制御する。これにより、ＥＧＲガスはアダプタ１３Ａの内部に設けられたガス通路を通過してＥＧＲバルブ１４に流入し、ＥＧＲバルブ１４の内部で滞留する。

また、流量調整バルブ４６は全閉に制御されているため、冷却水回路４０には冷却水が循環しない。このため、アダプタ１３Ａの内部に設けられた冷媒路１３Ｘの冷却水はアダプタ１３Ａを通過するＥＧＲガスと熱交換を行うことができない。したがって、アダプタ１３Ａのガス通路にＥＧＲガスが流入することで、ガス通路内のガスの温度であるアダプタガス温は徐々に上昇する。このガスはＥＧＲガスであってもよいし、ＥＧＲガスと空気の混合気であってもよいし、

しかしながら、アダプタガス温が上昇しても、アダプタ１３Ａはシリンダヘッド７０に当接するため、アダプタ１３Ａの熱はシリンダヘッド７０に移動する。このため、冷媒路１３Ｘの冷却水の温度上昇は冷却水の沸点を超える傾斜で上昇する比較例の場合と比べ、沸点に到達しない状態に抑制される。これにより、アダプタ１３Ａの腐食を抑えることができる。

なお、ＥＧＲバルブ１４は全閉に制御されているため、ＥＧＲバルブ１４の下流に配置されたＥＧＲクーラ１７にはＥＧＲガスが流入しない。したがって、ＥＧＲクーラ１７の内部に設けられたガス通路内の空気の温度がクーラガス温としてその温度のまま維持される。

また、ＥＧＲバルブ１４にはＥＧＲガスが滞留するため、ＥＧＲバルブ１４のバルブ壁の温度は上昇する。ＥＧＲバルブ１４の熱はＥＧＲ通路１３を介してＥＧＲクーラ１７に伝導するため、ＥＧＲクーラ１７に設けられたフィンの温度も上昇する。ＥＣＵ６０は、時間が経過し、エンジン１０の暖機完了を判断すると、ＥＧＲバルブ１４と流量調整バルブ４６を異なるタイミングで全開に制御する。なお、ＥＣＵ６０は、各種センサの検出結果に基づいて、ＥＧＲバルブ１４と流量調整バルブ４６の開度を数十パーセント（例えば１０％や７０％など）に制御してもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した実施形態では、冷却水を冷媒の一例として説明したが、冷媒は不凍液であってもよい。

また、上述した実施形態ではＥＧＲポート部７５Ｅの流入口は第４ポート部７５Ｄの他方の流出口と接続されていたが、第４ポート部７５Ｄに特に限定されない。例えば、第４ポート部７５Ｄに代えて、第１ポート部７５Ａ、第２ポート部７５Ｂ、第３ポート部７５Ｃのいずれか１つに新たな流出口を設け、この新たな流出口にＥＧＲポート部７５Ｅの流入口を接続してもよい。また、第１ポート部７５Ａ、第２ポート部７５Ｂ、第３ポート部７５Ｃの少なくとも２つに新たな流出口を設け、これらの流出口にＥＧＲポート部７５Ｅの流入口を接続してもよい。

さらに、上述したエンジン１０は過給機を備えていてもよい。この場合、燃焼室には過給機のコンプレッサと吸気通路１１を順に経由した空気が送り込まれ、排気通路１２から排出される排気が過給機のタービンに送り込まれる。

１０ エンジン
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１３ ＥＧＲ通路
１３Ａ アダプタ（ＥＧＲ装置の一部）
１３Ｘ 冷媒路（第２冷媒路）
１４ ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ装置の一部）
１７ ＥＧＲクーラ（ＥＧＲ装置の一部）
１７Ｘ 冷媒路（第１冷媒路）
７０ シリンダヘッド
７１，７２，７３，７４ 第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒
７５ 排気ポート
７５Ｄ 第４ポート部
７５Ｅ ＥＧＲポート部

Claims (3)

1. エンジンから排出される排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ装置であって、
   前記排気の一部の前記吸気通路への流量を調整するＥＧＲバルブと、
   前記エンジンのシリンダヘッドの内部に設けられた少なくとも１つの気筒から前記排気の一部を取り出し、取り出した前記排気の一部を前記ＥＧＲバルブに供給する、前記シリンダヘッドに当接するアルミニウム製のアダプタと、
   を有するＥＧＲ装置。
2. 前記アダプタは、いずれか１つの前記気筒から前記排気の一部を取り出す、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
3. 前記排気の一部を冷却する冷媒が流れる第１冷媒路を備えたＥＧＲクーラをさらに有し、
   前記アダプタは、前記冷媒が流れる第２冷媒路を備え、
   前記冷媒は、前記第２冷媒路から前記ＥＧＲバルブを経由せずに前記第１冷媒路に流入する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のＥＧＲ装置。

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