JP5803151B2 - 内燃機関の排気ガス還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス還流装置に関し、特に、排気浄化装置から排出される排気ガスの一部を、内燃機関の吸気管に還流する排気還流管を有する内燃機関の排気ガス還流装置に関する。

従来より、自動車等の車両の内燃機関にあっては、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側に戻し、この吸気側に戻された排気ガスで内燃機関内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることにより、ＮＯｘの発生を低減するようにした、所謂、排気ガス還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が行われている。

このＥＧＲシステムとしては、高温の排気ガスの一部を吸気側に還流させるＨＰＬ（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ方式に対して、ターボ過給機の排気タービンや排気浄化装置の排気浄化触媒を通過した排気ガスをターボ過給機のコンプレッサより上流側に還流させることで低温かつ大量の排気再循環を可能にしたＬＰＬ（Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｌｏｏｐ）−ＥＧＲ方式の排気ガス還流装置が普及してきている。

ＬＰＬ−ＥＧＲ装置は、排気浄化装置より下流の排気管と過給機のコンプレッサより上流の吸気管にＥＧＲクーラを備えた低圧ＥＧＲ管が設けられており、排気浄化装置より下流の排気管から排気ガスの一部を低圧ＥＧＲ管に導入し、この低圧ＥＧＲ管に導入された排気ガスを低圧ＥＧＲクーラで冷却した後、コンプレッサより上流の吸気管に再循環させるようになっている。

この結果、低圧ＥＧＲクーラで強制的に冷却された大量の排気ガスをコンプレッサにより内燃機関に過給することができると共に、内燃機関に送られる空気量を低減させないようにすることができる。

ところで、このような従来の内燃機関の排気ガス還流装置にあっては、低圧ＥＧＲ管に導入された排気ガスが低圧ＥＧＲクーラで冷却されてしまうため、ＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮し、燃料に微量に含まれる硫黄分を成分とする硫酸あるいは硝酸が凝縮水に含まれてしまう。

特に、内燃機関の吸気管や排気管のレイアウトによって、排気浄化装置に対して低圧ＥＧＲクーラが上方に位置している場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を停止した後に低圧ＥＧＲ管を通して排気管に排気ガスが還流されないので、排気ガスによって低圧ＥＧＲ管内の凝縮水が押し上げられなくなる。

このため、低圧ＥＧＲクーラ内の凝縮水が自重によって低圧ＥＧＲ管を通して排気浄化装置に逆流してしまい、この凝縮水が排気浄化装置内の高温状態の排気浄化触媒に接触することで排気浄化触媒が急冷されてしまうことがある。

このように排気浄化触媒が急冷されてしまうと、排気浄化触媒が劣化してしまう。すなわち、排気浄化触媒と凝縮水の温度差によって排気浄化触媒にクラックが発生したり、凝縮水自体が排気浄化触媒の付着物と反応したりしてしまう。

このように排気浄化触媒が劣化するのを抑制することができるものとして、低圧ＥＧＲ管の壁面を伝わって逆流する凝縮水が排気浄化触媒を避けるようにしてケース部材に流れ込むように、排気浄化装置のケース部材の壁面に通路を形成した排気ガス還流装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−６５１６２号公報

しかしながら、このような従来の排気ガス還流装置にあっては、排気浄化装置のケース部材の壁面に低圧ＥＧＲ管の壁面を伝って逆流する凝縮水が流れ込む通路を形成しているだけである。

このため、低圧ＥＧＲ管の壁面を伝わらずに逆流する凝縮水が排気浄化触媒に接触するのを防止することができず、凝縮水によって排気浄化触媒が劣化するのを抑制することができないという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、排気還流管から逆流する凝縮水が排気浄化装置の排気浄化触媒に接触するのを抑制して、排気浄化触媒が劣化するのを抑制することができる内燃機関の排気ガス還流装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関の排気管の途中に設けられ、排気ガスを浄化する排気浄化触媒を有する排気浄化装置と、前記排気浄化装置から排出される排気ガスの一部を、前記内燃機関の吸気管に還流する排気還流管と、前記排気還流管に設けられ、前記排気還流管に還流される排気ガスを冷却する冷却部材とを備えた内燃機関の排気ガス還流装置であって、前記排気浄化装置は、前記排気管の途中に配置されたケース部材および該ケース部材内に収納され、排気ガスを浄化する前記排気浄化触媒を有し、前記排気浄化触媒の下流側と前記排気還流管の上流側との間に、前記排気浄化触媒から前記排気還流管の開口方向に隙間を介して対向する少なくとも２枚以上のフィルタ部材が設けられ、前記フィルタ部材は、複数の開口を有し、前記排気浄化触媒の下流に位置するように前記ケース部材内に設けられ、前記開口は、前記開口方向に全面が重ならないように前記フィルタ部材の延在方向一端から他端に向かって互い違いに配列されるものから構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、排気浄化触媒と排気還流管との間に、複数の開口を有する少なくとも２枚以上のフィルタ部材が排気浄化触媒から排気還流管の開口方向に隙間を介して対向して設けられ、排気浄化触媒から排気還流管の開口方向に開口の全面が重ならないように開口がフィルタ部材の延在方向一端から他端に向かって互い違いに配列されるので、冷却部材が排気浄化装置よりも上方に設置される場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を停止した後に、冷却部材から逆流する凝縮水が排気ガスの排気方向の最下流に位置するフィルタ部材に衝突して捕捉される。

また、最下流に位置するフィルタ部材の開口から上流に位置するフィルタ部材に流れこんだ凝縮水は、最下流に位置するフィルタ部材よりも上流に位置するフィルタ部材に衝突して捕捉される。
すなわち、この内燃機関の排気ガス還流装置は、フィルタ部材が排気浄化触媒の下流に位置するようにケース部材内に設けられるので、冷却装置から排気還流管を通して逆流する凝縮水をケース部材に設けられたフィルタ部材によって捕捉することができ、凝縮水が排気浄化触媒に接触するのを抑制することができる。
このため、凝縮水が高温状態の排気浄化触媒に接触するのを抑制することができ、排気浄化触媒が凝縮水によって急冷されてしまうのを防止することができる。

このため、排気浄化触媒と凝縮水の温度差によって排気浄化触媒にクラックが発生したり、凝縮水自体が排気浄化触媒の付着物と反応したりしてしまうのを防止することができ、排気浄化触媒が劣化するのを防止することができる。
また、内燃機関から排気されて排気浄化装置によって浄化された排気ガスは、隙間を介して対向するフィルタ部材の開口を通して排出されるので、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置の作動時に排気還流管に導入される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関の排気性能が低下するのを防止することができる。

上記（１）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（２）前記冷却部材が、前記排気浄化装置に対して上方に位置するものから構成されている。
この内燃機関の排気ガス還流装置は、冷却部材が排気浄化装置に対して上方に位置するので、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を停止した後に、排気ガスによって排気還流管内の凝縮水が押し上げられなくなる。

このため、排気還流管内の凝縮水が自重によって排気還流管を通して排気浄化装置に逆流してしまうが、排気浄化装置の下流側に設けられたフィルタ部材によって凝縮水を捕捉することにより、凝縮水が排気浄化装置の排気浄化触媒に接触するのを抑制することができる。

上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（３）前記排気還流管の上流開口端が、前記ケース部材の一側面に接続され、前記ケース部材に対して排気ガスの排気方向の下流側の前記排気管の開口端が、前記一側面を除いた前記ケース部材の側面に接続され、前記フィルタ部材が、前記排気管の前記開口端よりも前記排気還流管の前記上流開口端に近接して前記上流開口端に対向するように前記ケース部材内に設置されるものから構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、フィルタ部材が、排気管の開口端よりも排気還流管の上流開口端に近接してこの上流開口端に対向するようにケース部材内に設置されるので、フィルタ部材を排気管の開口端と排気浄化触媒の間の排気ガスの通路上に設置させないようにすることができる。

このため、排気浄化装置によって浄化された排気ガスを、フィルタ部材を通過させずに排気管の開口端に排出することができる。

したがって、排気管から大気に排出される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関の排気性能を向上させることができる。

上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（４）前記排気還流管の前記上流開口端が前記排気浄化装置の下流に位置する前記排気管に接続され、前記フィルタ部材が、前記排気還流管の前記上流開口端に対向して前記排気浄化装置の下流に位置する前記排気管に取付けられるものから構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、フィルタ部材が排気還流管の上流開口端に対向して排気管に取付けられるので、フィルタ部材を排気管の開口端と排気浄化触媒の間の排気ガスの通路上に設置させないようにすることができる。

このため、排気浄化装置によって浄化された排気ガスを、フィルタ部材を通過させずに排気管の開口端に排出することができる。したがって、排気管から大気に排出される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関の排気性能を向上させることができる。

上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気ガス還流装置において、（５）前記フィルタ部材は、複数の前記開口が形成された板状部材から構成されている。

この内燃機関の排気ガス還流装置は、フィルタ部材が複数の開口が形成された板状部材から構成されるので、簡素な構成のフィルタ部材を用いて排気浄化触媒が劣化してしまうのを抑制することができるとともに、排気還流管に導入される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止して、内燃機関の排気性能が低下するのを防止することができる。

本発明によれば、排気還流管から逆流する凝縮水が排気浄化装置の排気浄化触媒に接触するのを抑制して、排気浄化触媒が劣化するのを抑制することができる内燃機関の排気ガス還流装置を提供することができる。

本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、排気ガス還流装置を備えた内燃機関システムの構成図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、排気ガス還流装置の要部断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、板状部材の斜視図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、板状部材の正面図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、板状部材に凝縮水が捕捉される状態を示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図であり、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を停止後の排気ガスの流れと低圧ＥＧＲ管を逆流する凝縮水とを示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施の形態を示す図であり、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を停止後の排気ガスの流れと低圧ＥＧＲ管を逆流する凝縮水とを示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第３の実施の形態を示す図であり、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置を停止後の排気ガスの流れと低圧ＥＧＲ管を逆流する凝縮水とを示す図である。

以下、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１〜図６は、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第１の実施の形態を示す図である。

まず、構成を説明する。
図１において、本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス還流装置を適用した内燃機関システムの構成を説明する。

この内燃機関システムが備える内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）を構成しており、内燃機関１には、図示しないサプライポンプから送られてきた高圧燃料を貯留するコモンレール３と、コモンレール３内の高圧燃料を各気筒２内に噴射するための４つのインジェクタ４とが取付けられている。なお、内燃機関１の気筒数は、特に４気筒に限定されるものではない。

また、内燃機関１の各気筒２には、図示しない吸気弁および排気弁が取付けられており、内燃機関１には各気筒２の燃焼室に連通し、吸気弁および排気弁によって開閉される吸気ポートおよび排気ポートが形成されている。

また、内燃機関１の吸気ポートには吸気マニホールド５を介して吸気管７が接続されており、吸気管７から吸気ポートに導入される空気は、吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室に導入される。

また、内燃機関１の排気ポートには排気マニホールド６を介して排気管８が接続されており、各気筒２の燃焼室から排気ポートに排出された排気ガスは、排気ポートから排気管８に排出されるようになっている。

吸気管７の途中には、過給機としてのターボチャージャ９の構成要素であるコンプレッサ１０、コンプレッサ１０からの圧縮空気を冷却するためのインタークーラ１１が設けられている。

吸気管７のコンプレッサ１０よりも上流の部分には吸気（新気）量を測定するためのエアフローメータ１２が設けられており、吸気管７のコンプレッサ１０よりも下流の部分には吸気管７内の吸気量を調整するためのスロットル弁１４が設けられている。

排気管８の途中にはターボチャージャ９の構成要素であるタービン１５が設けられており、排気管８のタービン１５よりも下流の部分には、排気中のＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：粒子状物質）を捕捉（捕集）するための排気浄化装置１６が設けられている。

この排気浄化装置１６は、排気管８の途中に設けられたケース部材１６ａと、ケース部材１６ａに収納され、排気中のＰＭを捕捉する排気浄化触媒としてのＤＰＦ(Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ)１６ｂとを備えている。

ＤＰＦ１６ｂは、例えば、多孔質セラミックのハニカム構造の担体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、隣接する通路同士において上流端と下流端とが交互に封止されたウォールフロータイプのフィルタである。
したがって、排気ガスは、上流端が開口し下流端が封止された通路から流入し、通路壁を通って、上流端が封止され下流端が開口する通路へ流出し、この際に、排気中のＰＭが通路壁に捕集される。

また、排気浄化装置１６の上流側には酸化触媒コンバータ１３が設けられており、この酸化触媒コンバータ１３は、酸化触媒を有している。
酸化触媒は、例えば、多孔質セラミックのハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）等の貴金属（酸化触媒）を担持させたもので、ＤＰＦの再生のため、排気中の還元成分を酸化して、酸化熱を発生させ、下流側のＤＰＦを昇温させるようになっている。

なお、本実施の形態では、排気浄化装置１６と酸化触媒コンバータ１３とを別体に設けているが、ケース部材１６ａの内部において、ＤＰＦ１６ｂの上流側にＤＰＦ１６ｂと直列に酸化触媒を設けるようにしてもよい。
また、上流とは、排気ガスの流れる方向に対して上流にあることをいい、下流とは、排気ガスの流れる方向に対して下流にあることをいう。

吸気マニホールド５と排気マニホールド６との間には、排気マニホールド６内を流れる排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして吸気マニホールド５に戻すための高圧ＥＧＲ管１８が設けられており、この高圧ＥＧＲ管１８は、排気マニホールド６と吸気マニホールド５とを連通している。

また、高圧ＥＧＲ管１８には高圧ＥＧＲ弁１９が設けられており、この高圧ＥＧＲ弁１９は、高圧ＥＧＲ管１８を開放する開放状態と、高圧ＥＧＲ管１８の開放を制限する、例えば、高圧ＥＧＲ管１８を遮断する閉弁状態とに切換えられるようになっている。

本実施の形態では、高圧ＥＧＲ管１８および高圧ＥＧＲ弁１９が、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２６を構成している。

一方、排気浄化装置１６のケース部材１６ａと吸気管７との間には、排気浄化装置１６により浄化された排気の一部を、吸気管７のコンプレッサ１０よりも上流の部分に戻すための排気還流管として低圧ＥＧＲ管２０が設けられている。

すなわち、低圧ＥＧＲ管２０は、排気管８におけるタービン１５および排気浄化装置１６より下流側に上流開口端２０ａが接続されているとともに、吸気管７におけるコンプレッサ１０よりも上流側に下流開口端２０ｂが接続されており、内燃機関１からの排気ガスの一部を低圧のＥＧＲガスとして吸気管７に還流するようになっている。

この低圧ＥＧＲ管２０には冷却部材としての低圧ＥＧＲクーラ２１が設けられている。低圧ＥＧＲクーラ２１は、例えば、水冷式のクーラで構成されており、低圧ＥＧＲクーラ２１は、ケース部材２１ａと、ケース部材２１ａ内を通るＥＧＲガスに接触するとともに冷却用流体通路を形成する冷却水管部２１ｂとを有している。

冷却水管部２１ｂ内に導入される冷却用流体（例えば、内燃機関の冷却水）は、ケース部材２１ａ内を通るＥＧＲガスとの間における熱交換によって、低圧側のＥＧＲガスを冷却できるようになっている。

低圧ＥＧＲ管２０には低圧ＥＧＲ弁２２が設けられており、この低圧ＥＧＲ弁２２は、低圧ＥＧＲ管２０を開放する開放状態と、低圧ＥＧＲ管２０の開放を制限する、例えば、低圧ＥＧＲ管２０を遮断する閉弁状態とに切換えられるようになっている。

本実施の形態では、低圧ＥＧＲ管２０、低圧ＥＧＲクーラ２１および低圧ＥＧＲ弁２２がＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７を構成しており、このＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７および排気浄化装置１６が排気ガス還流装置を構成している。

また、内燃機関システムにはＥＣＵ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０が設けられている。

また、内燃機関１にはクランクシャフトの角度（回転角度）を検出するクランク角センサ３１やスロットル弁１４の開度を調整するアクセルペダルの踏み込み位置を検出するアクセルポジションセンサ３２が設けられており、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１およびアクセルポジションセンサ３２に電気的に接続されている。

ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１から入力される内燃機関１のクランクシャフトの回転数情報およびアクセルポジションセンサ３２から入力されるアクセルポジション位置情報や各種センサ群からの情報に基づいて内燃機関１の回転数および内燃機関１の負荷を算出し、この算出結果に基づいて、インジェクタ４、高圧ＥＧＲ弁１９および低圧ＥＧＲ弁２２等を制御するようになっている。

ここで、各種センサ群とは、エアフローメータ１２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ３３、吸気管７内の圧力を検出する吸気圧力センサ３４、排気ガスの温度を検出する排気温度センサ３５等である。なお、内燃機関１の回転数や負荷を算出するセンサは、車両に装着される公知のセンサからの情報も加味することができることは、言うまでもない。

一方、図２に示すように、排気浄化装置１６のケース部材１６ａの一側面である左側面１６ｆにはフランジ１６ｃを介して低圧ＥＧＲ弁２２の上流開口端２０ａが接続されている。

また、排気管８は、排気浄化装置１６に対して上流側に位置する上流排気管８Ａおよび排気浄化装置１６に対して下流側に位置する下流排気管８Ｂから構成されている。
上流排気管８Ａの上流開口端８ａは、タービン１５に接続されており（図１参照）、上流排気管８Ａの下流開口端８ｂは、フランジ１６ｄを介してケース部材１６ａの右側面１６ｇに接続されている。

また、下流排気管８Ｂの開口端である上流開口端８ｃは、フランジ１６ｅを介してケース部材１６ａの下側面１６ｈに接続されており、下流排気管８Ｂの図示しない下流開口端は、マフラを介して大気に連通している。

すなわち、本実施の形態のケース部材１６ａは、異なる側面１６ｆ、１６ｇ、１６ｈに上流排気管８Ａの下流開口端８ｂ、下流排気管８Ｂの上流開口端８ｃおよび低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａがそれぞれ接続されている。
また、本実施の形態では、エンジンルーム内において、内燃機関システムのレイアウトの関係上、低圧ＥＧＲクーラ２１が排気浄化装置１６の上方に設置されている。

なお、図１は、内燃機関システムの概略を示すものであって、実際には、内燃機関１、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置２６およびＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７等の配置が図１のような上限関係になっているものではない。
但し、図１、図２に示すように、低圧ＥＧＲクーラ２１と排気浄化装置１６との上下関係に関しては、低圧ＥＧＲクーラ２１は、排気浄化装置１６に対して上方に位置している。

図１、図２に示すように、排気浄化装置１６のケース部材１６ａ内には２枚のフィルタ部材としての板状部材４１、４２が収納されている。この板状部材４１、４２は、ＤＰＦ１６ｂの下流側に位置しており、排気浄化装置１６から低圧ＥＧＲ管２０に流れる排気ガスの排気方向、すなわち、ＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に一定の隙間を介して対向し、ＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に直列に設けられている。
なお、低圧ＥＧＲ管２０の開口方向とは、低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａが開口している方向のことであり、ＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向とＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０に流れる排気ガスの排気方向とは、同方向である。

このように、板状部材４１、４２は、ＤＰＦ１６ｂの下流側と低圧ＥＧＲ管２０の上流側との間に設けられている。なお、板状部材４１、４２は、ブラケット等を介してケース部材１６ａに固定されている。

また、板状部材４１、４２は、下流排気管８Ｂの上流開口端８ｃよりも低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａに近接して上流開口端２０ａに対向するようにケース部材１６ａ内に設置されている。

図３、図４に示すように、板状部材４１、４２にはそれぞれ複数の開口４１ａ、４２ａが形成されており、開口４１ａ、４２ａは、同一形状に形成されている。
この開口４１ａ、４２ａは、開口４１ａ、４２ａの全面がＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に重ならないように、板状部材４１、４２の延在方向一端である上端（あるいは下端）から延在方向他端である下端（あるいは上端）に向かって互い違いに、換言すれば、千鳥状に配列されている。

なお、本実施の形態では、開口４１ａ、４２ａの全面が重ならないようにしているが、開口４１ａ、４２ａの一部が重なるようにしてもよい。

次に、作用を説明する。
内燃機関１の気筒２内のピストンが降下（吸入工程）して吸気管７に負圧が発生することにより、吸気管７に吸気が導入されると、この吸気は、吸気管７を通して内燃機関１の各気筒２に供給される。

また、内燃機関１の各気筒２から排出された排気ガスは、排気管８を通してターボチャージャ９のタービン１５に導入される。タービン１５に導入された排気ガスは、上流排気管８Ａから酸化触媒コンバータ１３を通して排気浄化装置１６に導入される。

酸化触媒コンバータ１３および排気浄化装置１６によって浄化された排気ガスは、下流排気管８Ｂを通して大気に排出される。

また、排気ガスがタービン１５に供給されることにより、コンプレッサ１０が作動することにより、吸気管７内を流れる吸入空気がコンプレッサ１０によって圧縮されて内燃機関１の各気筒２に送られ、内燃機関１の過給が行われる。

ここで、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１、アクセルポジションセンサ３２、吸気温度センサ３３、吸気圧力センサ３４および排気温度センサ３５等からの検出情報に基づいて内燃機関１の回転数および負荷を演算する。

ＥＣＵ３０は、この演算結果に基づいて低速、低負荷領域で内燃機関１が運転されているものと判断した場合には、高圧ＥＧＲ弁１９を開放状態に切換えて高圧ＥＧＲ管１８の内部を開放する。
このため、各気筒２から排気マニホールド６に排出された排気ガスの一部が高圧のＥＧＲガスとなって高圧ＥＧＲ管１８から吸気マニホールド５を介して各気筒２に導入される。

一方、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１、アクセルポジションセンサ３２、吸気温度センサ３３、吸気圧力センサ３４および排気温度センサ３５等からの検出情報に基づいて内燃機関１が高速、高負荷領域で内燃機関１が運転されているものと判断した場合には、低圧ＥＧＲ弁２２を開放状態に切換えて低圧ＥＧＲ管２０の内部を開放する。

このため、タービン１５の下流から排気管８を通して排気浄化装置１６の下流に流れた排気ガスの一部が低圧ＥＧＲ管２０に導入される。この低圧ＥＧＲ管２０に導入されたＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲクーラ２１で冷却されてコンプレッサ１０に導入される。

コンプレッサ１０に導入されるＥＧＲガスと吸気の混合ガスは、コンプレッサ１０によって圧縮されて吸気管７内を流れ、インタークーラ１１によって冷却されることにより、内燃機関１の各気筒２に送られ、内燃機関１の過給が行われる。

また、ＥＣＵ３０は、クランク角センサ３１、アクセルポジションセンサ３２、吸気温度センサ３３、吸気圧力センサ３４および排気温度センサ３５等からの検出情報に基づいて内燃機関１の回転数および負荷を演算する。

ＥＣＵ３０は、この演算結果に基づいて中速、中負荷領域で内燃機関１が運転されるものと判断した場合には、高圧ＥＧＲ弁１９を開放状態に切換えて高圧ＥＧＲ管の内部を開放するとともに、低圧ＥＧＲ弁２２を補助的に制御して低圧ＥＧＲ管２０内を補助的に開放状態に切換える。

一方、低圧ＥＧＲ管２０を流れるＥＧＲガスが低圧ＥＧＲクーラ２１によって冷却されると、低圧ＥＧＲクーラ２１の下流側でＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮し、燃料に微量に含まれる硫黄分を成分とする硫酸あるいは硝酸が凝縮水に含まれてしまい、腐食性の高い凝縮水が発生してしまう。

この凝縮水は、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７が作動しているときには、低圧ＥＧＲ管２０を流れるＥＧＲガスによって押し上げられることにより、低圧ＥＧＲクーラ２１から逆流することはない。

ところが、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の作動が停止すると、低圧ＥＧＲ管２０にＥＧＲガスが導入されなくなるため、低圧ＥＧＲクーラ２１内の凝縮水が自重によって低圧ＥＧＲ管２０を介して排気浄化装置１６のケース部材１６ａに逆流する。

本実施の形態では、ＤＰＦ１６ｂと低圧ＥＧＲ管２０との間に、ＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に隙間を介して対向する板状部材４１、４２を設け、この板状部材４１、４２に、その全面が重ならないように板状部材４１、４２の延在方向上端から延在方向下端に向かって互い違いに配列される開口４１ａ、４２ａを形成した。

このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の停止後に、図５、図６に示すように、低圧ＥＧＲクーラ２１から逆流（滴下）される凝縮水Ｗを排気ガスの排気方向の最下流に位置する板状部材４１に衝突させて板状部材４１に捕捉させることができる。

また、板状部材４１の開口４１ａから上流に位置する板状部材４２に流れこんだ凝縮水Ｗは、板状部材４２に衝突させて板状部材４２によって捕捉させることができる。これら板状部材４１、４２に捕捉された凝縮水は、下流排気管８Ｂに滴下され、下流排気管８を流れる高温の排気ガスによって蒸発される。

このため、凝縮水が排気浄化装置１６のＤＰＦ１６ｂに接触するのを抑制することができ、ＤＰＦ１６ｂが凝縮水によって急冷されてしまうのを防止することができる。したがって、ＤＰＦ１６ｂと凝縮水の温度差によってＤＰＦ１６ｂにクラックが発生したり、凝縮水自体がＤＰＦ１６ｂの付着物と反応したりしてしまうのを防止することができ、ＤＰＦ１６ｂが劣化するのを防止することができる。

また、内燃機関１から排気されてＤＰＦ１６ｂによって浄化された排気ガスは、ＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に対向する板状部材４２、４１の開口４２ａ、４１ａを通して低圧ＥＧＲ管２０に導入される。
このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の作動時に低圧ＥＧＲ管２０に導入される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関１の排気性能が低下するのを防止することができる。

ここで、複数の開口を有する１枚の板状部材をＤＰＦ１６ｂの下流側に設けたものを想定すると、凝縮水がＤＰＦ１６ｂに接触するのを防止するために、凝縮水が開口を通過し難くなるように開口の開口面積を小さくすればよい。
ところが、開口の開口面積を小さくすると、開口を通過するときの排気ガスの圧力損失が大きくなり、内燃機関１の排気性能が悪化してしまう。

一方、排気ガスの圧力損失を低減するために、開口の開口面積を大きくすると、凝縮水が板状部材に衝突する面積を充分に確保することができず、凝縮水がＤＰＦ１６ｂに接触するのを抑制し難い。

本実施の形態では、ＤＰＦ１６ｂの下流側と低圧ＥＧＲ管２０の上流側との間に位置するケース部材１６ａ内に、ＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に隙間を介して対向する板状部材４１、４２を設けた。
そして、この板状部材４１、４２に設けられた複数の開口４１ａ、４２ａの全面がＤＰＦ１６ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に重ならないように、開口４１ａ、４２ａを板状部材４１、４２の延在方向上端（あるいは下端）から下端（あるいは上端）に向かって互い違いに配列した。
このため、開口４１ａ、４２ａの開口面積を１枚の板状部材を設置した場合よりも大きくしても凝縮水がＤＰＦ１６ｂに接触するのを抑制することができる。

また、ＤＰＦ１６ｂによって浄化された排気ガスを、板状部材４２の開口４２ａから板状部材４２、４１の隙間および板状部材４１の開口４１ａを通して低圧ＥＧＲ管２０に導入することができるため、排気ガスの圧力損失を低減することができる。

すなわち、本実施の形態では、開口４１ａ、４２ａを有する板状部材４１、４２を用いた簡素な構成によってＤＰＦ１６ｂの劣化の抑制と圧力損失の低減とを両立させることができる。

また、本実施の形態では、板状部材４１、４２を、下流排気管８Ｂの上流開口端８ｃよりも低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａに近接させて上流開口端２０ａに対向するようにケース部材１６ａの内部に設置したので、板状部材４１、４２を下流排気管８Ｂの上流開口端８ｃとＤＰＦ１６ｂとの間の排気ガスの通路上に設置させないようにすることができる。

このため、図６に示すように、ＤＰＦ１６ｂによって浄化された排気ガスＧを、板状部材４１、４２を通過させずに下流排気管８Ｂの上流開口端８ｃに排出することができる。

したがって、上流開口端８ｃから大気に排出される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関１の排気性能を向上させることができる。

なお、本実施の形態の開口４１ａ、４２ａの形状は、丸穴となっているが、開口４１ａ、４２ａの形状は、特に限定されるものではない。また、本実施の形態では、ＤＰＦ１６ｂの下流側に２枚の板状部材４１、４２が設けられているが、板状部材は、３枚以上設けられていてもよい。
（第２の実施の形態）
図７は、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。

図７において、排気浄化装置５１は、排気管８の途中に設けられたケース部材５１ａと、ケース部材５１ａに収納され、排気中のＰＭを捕捉する排気浄化触媒としてのＤＰＦ５１ｂとを備えている。

排気浄化装置５１のケース部材５１ａの一側面である上側面５１ｆにはフランジ５１ｃを介して低圧ＥＧＲ弁２２の上流開口端２０ａが接続されている。

また、排気管８は、上流排気管８Ａと下流排気管８Ｃとから構成されており、上流排気管８Ａの下流開口端８ｂは、フランジ５１ｄを介してケース部材５１ａの右側面５１ｇに接続されている。
また、下流排気管８Ｃの開口端である上流開口端８ｄは、フランジ５１ｅを介してケース部材５１ａの左側面５１ｈに接続されている。

すなわち、本実施の形態のケース部材５１ａは、異なる側面５１ｆ、５１ｇ、５１ｈに上流排気管８Ａの下流開口端８ｂ、下流排気管８Ｃの上流開口端８ｄおよび低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａがそれぞれ接続されており、上流排気管８Ａの下流開口端８ｂおよび下流排気管８Ｃの上流開口端８ｄが水平方向に設置されている。

また、ＤＰＦ５１ｂの下流側と低圧ＥＧＲ管２０の上流側との間には、図３、図４に示す板状部材４１、４２が設けられている。

この板状部材４１、４２は、水平状態に設置されており、ＤＰＦ５１ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に一定の隙間を介して対向するようにして直列にケース部材５１ａに取付けられている。

この板状部材４１、４２は、開口４１ａ、４２ａの全面が重ならないようにして板状部材４１、４２の延在方向一端である右端（あるいは左端）から延在方向他端である左端（あるいは右端）に向かって互い違いに、換言すれば、千鳥状に開口４１ａ、４２ａが配列されている。

また、板状部材４１、４２は、下流排気管８Ｃの上流開口端８ｄよりも低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａに近接して上流開口端２０ａに対向するようにケース部材５１ａの内部に設置されている。

なお、本実施の形態では、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７および排気浄化装置５１が排気ガス還流装置を構成している。

本実施の形態では、ＤＰＦ５１ｂと低圧ＥＧＲ管２０との間に、ＤＰＦ５１ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に一定の隙間を介して対向する板状部材４１、４２を設け、この板状部材４１、４２に、その全面が重ならないように板状部材４１、４２の延在方向左端から延在方向右端（あるいは延在方向右端から延在方向左端）に向かって互い違いに配列される開口４１ａ、４２ａを形成した。

このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の停止後に、低圧ＥＧＲクーラ２１から逆流（滴下）される凝縮水Ｗを板状部材４１、４２に衝突させて板状部材４１、４２にそれぞれ捕捉させることができる。
したがって、凝縮水が排気浄化装置５１のＤＰＦ５１ｂに接触するのを抑制することができ、ＤＰＦ５１ｂが凝縮水によって急冷されてしまうのを防止して、ＤＰＦ５１ｂが劣化するのを防止することができる。

また、内燃機関１から排気されてＤＰＦ５１ｂによって浄化された排気ガスは、ＤＰＦ５１ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に対向する板状部材４２、４１の開口４２ａ、４１ａを通して低圧ＥＧＲ管２０に導入される。
このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の作動時に低圧ＥＧＲ管２０に導入される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関１の排気性能が低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、板状部材４１、４２を、下流排気管８Ｃの上流開口端８ｄよりも低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａに近接させて上流開口端２０ａに対向するようにケース部材５１ａの内部に設置した。

このため、板状部材４１、４２を下流排気管８Ｃの上流開口端８ｄとＤＰＦ５１ｂとの間の排気ガスの通路上に設置させないようにすることができ、ＤＰＦ５１ｂによって浄化された排気ガスＧを、板状部材４１、４２を通過させずに下流排気管８Ｃの上流開口端８ｄに排出することができる。

したがって、下流排気管８Ｃから大気に排出される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関１の排気性能を向上させることができる。
（第３の実施の形態）
図８は、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第３の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
図８において、排気浄化装置６１は、排気管８の途中に設けられたケース部材６１ａと、ケース部材６１ａに収納され、排気中のＰＭを捕捉する排気浄化触媒としてのＤＰＦ６１ｂとを備えている。

また、排気管８は、上流排気管８Ａと下流排気管８Ｄとから構成されており、上流排気管８Ａの下流開口端８ｂは、フランジ６１ｄを介してケース部材６１ａの右側面６１ｆに接続されている。

また、排気浄化装置６１のケース部材６１ａの左側面６１ｇにはフランジ６１ｅを介して下流排気管８Ｄの上流開口端８ｅが接続されている。

また、低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａは、排気浄化装置６１に近接するようにしてフランジ８ｆによって下流排気管８Ｄに接続されている。

本実施の形態では、ＤＰＦ６１ｂの下流側と低圧ＥＧＲ管２０の上流側との間には、図３、図４に示す板状部材４１、４２が設けられている。この板状部材４１、４２は、水平状態に設置されており、ＤＰＦ６１ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に一定の隙間を介して対向するようにして下流排気管８Ｄに取付けられている。

この板状部材４１、４２は、開口４１ａ、４２ａの全面が重ならないようにして板状部材４１、４２の延在方向一端である右端（あるいは左端）から延在方向他端である左端（あるいは右端）に向かって互い違いに、換言すれば、千鳥状に開口４１ａ、４２ａが配列されている。

また、板状部材４１、４２は、低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａに対向するようにして下流排気管８Ｄに取付けられている。

なお、本実施の形態では、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７および排気浄化装置６１が排気ガス還流装置を構成している。

本実施の形態では、ＤＰＦ６１ｂの下流側の下流排気管８Ｄに、ＤＰＦ６１ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に一定の隙間を介して対向する板状部材４１、４２を設け、この板状部材４１、４２に、その全面が重ならないように板状部材４１、４２の延在方向左端から延在方向右端（あるいは延在方向右端端から延在方向左端）に向かって互い違いに配列される開口４１ａ、４２ａを形成した。

このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の停止後に、低圧ＥＧＲクーラ２１から逆流（滴下）される凝縮水Ｗを板状部材４１、４２に衝突させて板状部材４１、４２にそれぞれ捕捉させることができる。
このため、凝縮水が排気浄化装置６１のＤＰＦ６１ｂに接触するのを抑制することができ、ＤＰＦ６１ｂが凝縮水によって急冷されてしまうのを防止して、ＤＰＦ６１ｂが劣化するのを防止することができる。

また、内燃機関１から排気されてＤＰＦ６１ｂによって浄化された排気ガスは、ＤＰＦ６１ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に対向する板状部材４２、４１の開口４２ａ、４１ａを通して低圧ＥＧＲ管２０に導入されるので、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置２７の作動時に低圧ＥＧＲ管２０に導入される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関１の排気性能が低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、板状部材４１、４２を、低圧ＥＧＲ管２０の上流開口端２０ａに対向するようにして下流排気管８Ｄに設置したので、板状部材４１、４２を下流排気管８Ｄの上流開口端８ｅとＤＰＦ６１ｂとの間の排気ガスの通路上に設置させないようにすることができ、ＤＰＦ６１ｂによって浄化された排気ガスＧを、板状部材４１、４２を通過させずに下流排気管８Ｄの上流開口端８ｅに排出することができる。

したがって、下流排気管８Ｄから大気に排出される排気ガスの圧力損失が発生するのを防止することができ、内燃機関１の排気性能を向上させることができる。
なお、上記各実施の形態では、開口４１ａ、４２ａを千鳥状に配列したが、千鳥状でなくてもよい。要は、開口４１ａ、４２ａの全面がＤＰＦ１６ｂ、５１ｂ、６１ｂから低圧ＥＧＲ管２０の開口方向に重ならないようにすればよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置は、排気還流管から逆流する凝縮水が排気浄化装置の排気浄化触媒に接触するのを抑制して、排気浄化触媒が劣化するのを抑制することができるという効果を有し、排気浄化装置から排出される排気ガスの一部を、内燃機関の吸気管に還流する排気還流管を有する内燃機関の排気ガス還流装置等として有用である。

１ 内燃機関
７ 吸気管
８ 排気管
８ｃ、８ｄ、８ｅ 上流開口端（排気管の開口端）
８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ 下流排気管
１６、５１、６１ 排気浄化装置（排気ガス還流装置）
１６ａ、５１ａ、６１ａ ケース部材
１６ｂ、５１ｂ、６１ｂ ＤＰＦ（排気浄化触媒）
１６ｆ 左側面（一側面）
１６ｇ 右側面（一側面を除いた側面）
１６ｈ 下側面（一側面を除いた側面）
２０ 低圧ＥＧＲ管（排気還流管）
２０ａ 上流開口端
２１ 低圧ＥＧＲクーラ（冷却部材）
２７ ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）
４１、４２ 板状部材（フィルタ部材）
４１ａ、４２ａ 開口
５１ｆ 上側面（一側面）
５１ｈ 左側面（一側面を除いた側面）

Claims (5)

1. 内燃機関の排気管の途中に設けられ、排気ガスを浄化する排気浄化触媒を有する排気浄化装置と、前記排気浄化装置から排出される排気ガスの一部を、前記内燃機関の吸気管に還流する排気還流管と、前記排気還流管に設けられ、前記排気還流管に還流される排気ガスを冷却する冷却部材とを備えた内燃機関の排気ガス還流装置であって、
   前記排気浄化装置は、前記排気管の途中に配置されたケース部材および該ケース部材内に収納され、排気ガスを浄化する前記排気浄化触媒を有し、
   前記排気浄化触媒の下流側と前記排気還流管の上流側との間に、前記排気浄化触媒から前記排気還流管の開口方向に隙間を介して対向する少なくとも２枚以上のフィルタ部材が設けられ、
   前記フィルタ部材は、複数の開口を有し、前記排気浄化触媒の下流に位置するように前記ケース部材内に設けられ、前記開口は、前記開口方向に全面が重ならないように前記フィルタ部材の延在方向一端から他端に向かって互い違いに配列されることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
2. 前記冷却部材が、前記排気浄化装置に対して上方に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
3. 前記排気還流管の上流開口端が、前記ケース部材の一側面に接続され、前記ケース部材に対して排気ガスの排気方向の下流側の前記排気管の開口端が、前記一側面を除いた前記ケース部材の側面に接続され、
   前記フィルタ部材が、前記排気管の前記開口端よりも前記排気還流管の前記上流開口端に近接して前記上流開口端に対向するように前記ケース部材内に設置されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
4. 前記排気還流管の前記上流開口端が前記排気浄化装置の下流に位置する前記排気管に接続され、前記フィルタ部材が、前記排気還流管の前記上流開口端に対向して前記排気浄化装置の下流に位置する前記排気管に取付けられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
5. 前記フィルタ部材は、複数の前記開口が形成された板状部材から構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。

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