(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気装置と吸気装置とを連結するＥＧＲ管を備え、前記排気装置を流通する排出ガスの一部を前記ＥＧＲ管に流通させることにより前記吸気装置に帰還させる内燃機関のＥＧＲ装置において、
前記ＥＧＲ管に設けられるとともに、前記ＥＧＲ管を流通する前記排出ガスと冷却水との熱交換により前記排出ガスを冷却するセラミック製の冷却手段を有し、前記排出ガスに発生する凝縮水を貯留する第１のＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲ管に設けられるとともに、前記ＥＧＲ管を流通する前記排出ガスと冷却水との熱交換により前記排出ガスを冷却する金属製の冷却手段を有する第２のＥＧＲクーラと、
前記冷却水の水温が所定温度より低い場合に、前記第１のＥＧＲクーラに優先的に前記排出ガスを導入する排出ガス導入手段と、を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記排出ガス導入手段は、前記第１のＥＧＲクーラを上流側にするとともに前記第２のＥＧＲクーラを下流側にする直列の配置であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項３】
前記所定温度は、前記第２のＥＧＲクーラの前記冷却手段を前記排出ガスが流通する際に前記冷却水と熱交換して冷却されることにより、前記排出ガスに前記凝縮水が発生し得る温度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項４】
前記排出ガス導入手段は、前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラの使用状態を、前記第１のＥＧＲクーラのみを使用する暖機モードと、少なくとも前記第２のＥＧＲクーラを使用する通常モードとに切り換え可能であるとともに、前記第２のＥＧＲクーラに流入される前記排出ガスの温度および流量ならびに前記第２のＥＧＲクーラに流入される前記冷却水の温度および流量が、前記第２のＥＧＲクーラの前記冷却手段を流通する前記排出ガスに前記凝縮水を発生させ得る値であることを条件に、前記使用状態を前記暖機モードに切り換える切換手段であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項５】
前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラは、前記第１のＥＧＲクーラを上流側にするとともに前記第２のＥＧＲクーラを下流側にして直列に接続され、
前記切換手段は、前記使用状態が前記暖機モードである場合の前記第２のＥＧＲクーラへの前記冷却水の供給量を、前記使用状態が前記通常モードである場合の前記第２のＥＧＲクーラへの前記冷却水の供給量よりも減量する流量調整弁であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項６】
前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラは直列に接続されるとともに、前記第２のＥＧＲクーラは前記第１のＥＧＲクーラの下流側に配置され、尚且つ前記第２のＥＧＲクーラの上流側と下流側とを連結して前記排出ガスを流通可能なバイパス管を備え、
前記切換手段は、前記使用状態が前記暖機モードである場合に前記第１のＥＧＲクーラから排出された前記排出ガスを前記バイパス管のみに流通させる切換弁であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項７】
前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラは並列に接続されるとともに、
前記切換手段は、前記使用状態が前記暖機モードである場合に前記排気装置から供給された前記排出ガスを前記第１のＥＧＲクーラのみに流通させる切換弁であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項８】
前記使用状態が前記暖機モードあるいは前記通常モードのいずれの場合も前記第１のＥＧＲクーラに前記冷却水を流通させる第１の冷却水循環手段と、
前記使用状態が前記通常モードの場合に前記第２のＥＧＲクーラに前記冷却水を流通させるとともに、前記使用状態が暖機モードの場合に前記通常モードの場合よりも少ない量の前記冷却水を流通させるか、または前記冷却水の流通を停止する第２の冷却水循環手段と、を備えることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項９】
前記内燃機関はシリンダヘッドとシリンダブロックとを備え、前記シリンダヘッドは前記冷却水が流通するシリンダヘッドウォータジャケットを備え、前記シリンダブロックは前記冷却水が流通するシリンダブロックウォータジャケットを備え、
前記第１の冷却水循環手段は、前記シリンダブロックウォータジャケットから前記第１のＥＧＲクーラに前記冷却水を供給するとともに、前記第１のＥＧＲクーラから前記シリンダヘッドウォータジャケットに前記冷却水を供給することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載された内燃機関のＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation排出ガス再循環）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用内燃機関の排気浄化性能に対する要求の高度化に伴って、ＮＯｘ低減に効果的な排出ガス再循環を行うＥＧＲ装置を搭載した内燃機関が普及してきている。近年では、ＥＧＲ装置の効果として、ＮＯｘ低減に加え、ポンピングロスの低下による燃費向上が着目されている。
【０００３】
ＥＧＲ装置としては、従来から普及しているＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ装置と、近年普及しているＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ装置とが挙げられる。ＨＰＬ−ＥＧＲ装置は、燃焼室から排出された直後の高温の排出ガスの一部を、燃焼室に供給される直前の吸気装置に還流させるものとなっている。ＬＰＬ−ＥＧＲ装置は、後処理触媒を通過した後の比較的低温の排出ガスの一部を、ターボ過給機のコンプレッサより上流側の吸気装置に還流させるものとなっている。
【０００４】
ここで、ＥＧＲ装置から高温の排出ガスが多量に排出されて吸気に混合されると、吸気充填効率が低下して内燃機関の出力が下がってしまうおそれがある。このため、再循環される排出ガスの温度を下げるＥＧＲクーラが多用されている。
【０００５】
ＥＧＲクーラは、一般に、ケース内にステンレス製の冷却管を設けて構成される。そして、冷却管の内部に排気再循環される排出ガスを流通させるとともに、冷却管の外部に冷却水を流通させる。そして、冷却管の壁部を介在して排出ガスと冷却水との間で熱交換が行われ、これにより吸気側に再循環される排出ガスが冷却されるようになっている。
【０００６】
排出ガスは、水蒸気（Ｈ２Ｏ）および炭酸ガス（ＣＯ２）を多く含み、その他に亜硫酸ガス（ＳＯ２）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などを含んでいる。冷却管において高温の排出ガスが冷却されることにより、排出ガス中の水蒸気が凝縮されて凝縮水となり冷却管の内壁部に付着することがある。
【０００７】
内壁部に付着した凝縮水に亜硫酸ガスが溶解すると、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）や無水硫酸（ＳＯ３）が生成される。あるいは、内壁部に付着した凝縮水に窒素酸化物が溶解すると、硝酸（ＮＨＯ３）が生成される。
【０００８】
また、内燃機関の燃料の１つであるガソリンには原則として塩素（Ｃｌ２）は含まれないものの、国や地域によってはガソリンに塩素が含まれている場合がある。また、エンジンオイルや大気には塩素が含まれる。このため、ガソリンやエンジンオイルや大気の塩素は内燃機関の燃焼室では化学変化を起こさずに排出ガス中に残留し、これにより排出ガス中に塩素が含まれていることがある。そして、ＥＧＲクーラにおいて排出ガス中の塩素が凝縮水に溶解した場合は、塩酸（ＨＣｌ）が生成される。
【０００９】
これら硫酸、硝酸および塩酸のような強酸性の凝縮水が冷却管の内壁部に付着することにより、冷却管の内壁部が腐食されるおそれがある。
【００１０】
凝縮水による冷却管の腐食を防止するために、凝縮水排出機能を有するＬＰＬ−ＥＧＲ装置を搭載した内燃機関が開発されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、図７に示すように、この内燃機関２００は、エンジン本体２０１と、吸気装置２０２と、排気装置２０３と、ターボ過給機２０４と、ＥＧＲ装置２０５とを備えている。
【００１１】
エンジン本体２０１は、複数のシリンダ２１０と、ウォータジャケット（図示せず）とを有している。吸気装置２０２は、吸気管２２０と、エアクリーナ２２１と、インタークーラ２２２と、スロットルバルブ２２３と、吸気マニホールド２２４とを含んで構成されている。吸気装置２０２は、吸入空気（実線矢印で示す）を外部からシリンダ２１０に取り込むようになっている。
【００１２】
排気装置２０３は、排気マニホールド２３０と、排気管２３１と、触媒コンバータ２３２と、排気絞り弁２３３とを含んで構成されている。排気装置２０３は、排出ガス（破線矢印で示す）をシリンダ２１０から外部に排出するようになっている。ターボ過給機２０４は、吸入空気コンプレッサ２４０および排気タービン２４１を含んで構成されている。
【００１３】
ＥＧＲ装置２０５は、上流管２５０と、ＥＧＲクーラ２５１と、中間管２５２と、ＥＧＲバルブ２５３と、下流管２５４と、連通管２５５とを含んで構成されている。上流管２５０は、排気装置２０３の触媒コンバータ２３２と排気絞り弁２３３との間に連結されている。また、下流管２５４は、吸気装置２０２のエアクリーナ２２１と吸入空気コンプレッサ２４０との間に連結されている。連通管２５５は、中間管２５２と、排気絞り弁２３３の下流側の排気管２３１との間に連結されている。
【００１４】
ＥＧＲクーラ２５１は、ステンレス製の冷却管の内部に排出ガスを流通させるとともに、冷却管の外部に冷却水を流通させる。これにより、冷却管の壁部を介して排出ガスを冷却水により冷却するようになっている。
【００１５】
このＥＧＲ装置２０５では、所定のタイミングで、ＥＧＲバルブ２５３および排気絞り弁２３３を閉塞する。これにより、排気管２３１からの排出ガスは、上流管２５０からＥＧＲクーラ２５１および中間管２５２に流入する。そして、排出ガスは連通管２５５から排気管２３１に排出される。この排出ガスの排出に伴い、中間管２５２に貯留していた凝縮水が排気管２３１に排出されるようになる。よって、凝縮水によるＥＧＲクーラ２５１や中間管２５２などの腐食を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−２３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述のような従来のＥＧＲ装置２０５にあっては、ＥＧＲクーラ２５１の冷却管はステンレスのみから構成されるとともに、凝縮水を排出する構成を有してはいるものの凝縮水の発生を抑える構成を有していない。このため、特に暖機運転時などの冷間時には、ＥＧＲクーラ２５１において凝縮水が発生してしまう場合がある。凝縮水が発生した場合は、凝縮水が蒸発したり、あるいは連通管２５５を経て排出されるまでは、凝縮水がＥＧＲクーラ２５１の冷却管や中間管２５２などに流通してしまうという問題がある。
【００１８】
これを解決するために、近年開発されているセラミック製の熱交換部材をＥＧＲクーラの冷却管として利用することも考えられる。この場合、セラミックは強酸に対して高い耐食性を有することから、例えば暖機運転時にＥＧＲクーラにおいて凝縮水が発生しても、ＥＧＲクーラの冷却管は腐食しにくくなる。
【００１９】
しかしながら、セラミックは耐食性は高いものの、靱性が低いためにステンレスに比べて加工性が低い。このため、セラミック製の冷却管は、ステンレス製の冷却管に比べて冷却管の構造を複雑にするのは困難になってしまう。例えば、ステンレス製の冷却管では、蛇行した形状にしたりフィンを設けて複雑な形状にすることは比較的容易であるのに対して、セラミック製の冷却管では、例えばハニカム形状などの比較的単純な構造にしなければならないという制約がある。
【００２０】
これにより、セラミック製の冷却管を備えたＥＧＲクーラは、ステンレス製の冷却管を備えたＥＧＲクーラに比べて排出ガスや冷却水に乱流が発生しにくく、排出ガスの冷却効率が下がってしまう。よって、セラミック製の冷却管を備えたＥＧＲクーラによりステンレス製の冷却管を備えたＥＧＲクーラと同等の冷却性能を得るためには、セラミック製の冷却管を備えたＥＧＲクーラをステンレス製の冷却管を備えたＥＧＲクーラよりも大型化しなければならない。
【００２１】
また、上述したＥＧＲクーラはＬＰＬ−ＥＧＲ装置において用いるＥＧＲクーラについて説明したが、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置において用いるＥＧＲクーラについても同様に、凝縮水発生に関する問題があり得る。
【００２２】
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、ＥＧＲクーラを大型化することなく、凝縮水による腐食を抑えることのできる内燃機関のＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置は、上記目的達成のため、（１）内燃機関の排気装置と吸気装置とを連結するＥＧＲ管を備え、前記排気装置を流通する排出ガスの一部を前記ＥＧＲ管に流通させることにより前記吸気装置に帰還させる内燃機関のＥＧＲ装置において、前記ＥＧＲ管に設けられるとともに、前記ＥＧＲ管を流通する前記排出ガスと冷却水との熱交換により前記排出ガスを冷却するセラミック製の冷却手段を有し、前記排出ガスに発生する凝縮水を貯留する第１のＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲ管に設けられるとともに、前記ＥＧＲ管を流通する前記排出ガスと冷却水との熱交換により前記排出ガスを冷却する金属製の冷却手段を有する第２のＥＧＲクーラと、前記冷却水の水温が所定温度より低い場合に、前記第１のＥＧＲクーラに優先的に前記排出ガスを導入する排出ガス導入手段と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
この構成により、冷却水の水温が所定温度より低く第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラを流通する排出ガスに凝縮水が発生し得る場合に、排出ガス導入手段により第１のＥＧＲクーラに優先的に前記排出ガスが導入される。第１のＥＧＲクーラの冷却手段はセラミック製であるので、第１のＥＧＲクーラの冷却手段において強酸性の凝縮水が発生した場合でも第１のＥＧＲクーラの冷却手段の腐食を抑制することができる。
【００２５】
また、冷却水の水温が所定温度より低い場合は、第２のＥＧＲクーラの排出ガスの流量が第１のＥＧＲクーラの排出ガスの流量に比べて少なくなるので、第２のＥＧＲクーラの冷却手段での凝縮水の発生量を低減することができる。これにより、第２のＥＧＲクーラの金属製の冷却手段の腐食を最小限に抑えることができる。
【００２６】
上記（１）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（２）前記排出ガス導入手段は、前記第１のＥＧＲクーラを上流側にするとともに前記第２のＥＧＲクーラを下流側にする直列の配置であることが好ましい。
【００２７】
この構成により、第１のＥＧＲクーラは第２のＥＧＲクーラの上流側に配置されているので、少なくとも冷却水の水温が所定温度より低い場合に、排出ガスは第２のＥＧＲクーラよりも第１のＥＧＲクーラに優先的に導入されるようになる。
【００２８】
これにより、第２のＥＧＲクーラは第１のＥＧＲクーラの下流側に配置されているので、ＥＧＲ装置に流入された排出ガスは最初に第１のＥＧＲクーラにより冷却される。排出ガスは第１のＥＧＲクーラで冷却されることにより、第１のＥＧＲクーラにおいて凝縮水が発生する場合がある。この場合、第１のＥＧＲクーラから排出された排出ガスの含有水分が低減するので、その排出ガスが第２のＥＧＲクーラに流入されたときに第２のＥＧＲクーラで凝縮水が発生することを抑制できる。また、ＥＧＲ装置から排出される排出ガスの含有水分が低減することにより、吸気装置において排出ガスが吸入空気に混合した際に、凝縮水の発生を抑えることができる。
【００２９】
また、ＥＧＲバルブを閉塞した場合、排気脈動により排出ガスが排気装置からＥＧＲ管に流入することがあるが、第１のＥＧＲクーラが第２のＥＧＲクーラの上流側に配置されているので、排出ガスは第１のＥＧＲクーラに優先的に流入する。これにより、第２のＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を抑えることができる。
【００３０】
上記（１）または（２）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（３）前記所定温度は、前記第２のＥＧＲクーラの前記冷却手段を前記排出ガスが流通する際に前記冷却水と熱交換して冷却されることにより、前記排出ガスに凝縮水が発生し得る温度であることが好ましい。
【００３１】
この構成により、冷却水の水温が所定温度より低い場合は、第２のＥＧＲクーラの排出ガスの流量が第１のＥＧＲクーラの排出ガスの流量に比べて少なくなるので、第２のＥＧＲクーラの冷却手段での凝縮水の発生量を低減することができる。これにより、第２のＥＧＲクーラの金属製の冷却手段の腐食を最小限に抑えることができる。
【００３２】
上記（１）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（４）前記排出ガス導入手段は、前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラの使用状態を、前記第１のＥＧＲクーラのみを使用する暖機モードと、少なくとも前記第２のＥＧＲクーラを使用する通常モードとに切り換え可能であるとともに、前記第２のＥＧＲクーラに流入される前記排出ガスの温度および流量ならびに前記第２のＥＧＲクーラに流入される前記冷却水の温度および流量が、前記第２のＥＧＲクーラの前記冷却手段を流通する前記排出ガスに凝縮水を発生させ得る値であることを条件に、前記使用状態を前記暖機モードに切り換える切換手段であることが好ましい。ここで、第１のＥＧＲクーラの「使用」とは、第１のＥＧＲクーラに排出ガスおよび冷却水を供給して、排出ガスおよび冷却水の間で熱交換することを意味する。また、第２のＥＧＲクーラについても同様である。
【００３３】
内燃機関の暖機運転時では、第２のＥＧＲクーラに流入される排出ガスの温度および流量ならびに第２のＥＧＲクーラに流入される冷却水の温度および流量が凝縮水を発生させ得る値になる場合がある。この場合、本発明の構成によれば、切換手段が第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラの使用状態を暖機モードに切り換える。暖機モードでは、第１のＥＧＲクーラが使用されるのに対して、第２のＥＧＲクーラは使用されないようになる。
【００３４】
これにより、暖機モードでは、第２のＥＧＲクーラは使用されないので、第２のＥＧＲクーラの冷却手段を流通する排出ガスに凝縮水が発生することを抑制でき、第２のＥＧＲクーラの冷却手段の凝縮水による腐食を抑えることができる。また、暖機モードでは第１のＥＧＲクーラが使用されるので、第１のＥＧＲクーラの冷却手段を流通する冷却水が排出ガスにより加熱される。よって、暖機運転時のようにエンジン本体が低温の時でも、エンジン本体を流通する冷却水により加熱することができるようになる。
【００３５】
一方、暖機運転後の通常の運転時には、第２のＥＧＲクーラに流入される排出ガスの温度および流量ならびに第２のＥＧＲクーラに流入される冷却水の温度および流量が凝縮水を発生させない値になる。この場合、切換手段が第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラの使用状態を通常モードに切り換える。通常モードでは、少なくとも第２のＥＧＲクーラが使用されるようになる。
【００３６】
第２のＥＧＲクーラの冷却手段は金属製であるので、第１のＥＧＲクーラの冷却手段のようにセラミック製である場合に比べて、高い加工性を有する。このため、複雑な形状の冷却手段を安価に作製することができるようになる。これにより、冷却手段の形状を複雑にすることによって、排出ガスと冷却手段との接触面積、あるいは冷却水と冷却手段との接触面積を増やしたり、排出ガスや冷却水に乱流を発生させることができる。その結果、第２のＥＧＲクーラの熱交換率を第１のＥＧＲクーラよりも高くすることができる。
【００３７】
そして、第２のＥＧＲクーラを使用することにより、第１のＥＧＲクーラのみを使用する場合に比べて、ＥＧＲ装置による排出ガスの冷却効率を高めることができるようになる。よって、通常の運転時に大量の排出ガスをＥＧＲ装置に流通させても、排出ガスを十分に冷却することができるようになる。
【００３８】
また、従来のステンレス製の冷却手段を備えたＥＧＲクーラでは、ＥＧＲクーラでの凝縮水発生を防止するため、暖機運転時には冷却水温が例えば５０℃程度になるまで冷却水の流通を止める制御を行っていた。このため、暖機運転時には排出ガスが冷却されないため、排出ガス再循環によるＮＯｘ低減効果を得ることが困難であった。これに対し、本発明の構成により、暖機運転時であっても第１のＥＧＲクーラに排出ガスおよび冷却水を流通させることができるので、排出ガスを冷却して暖機運転時においてもＮＯｘ低減効果を得ることができるようになる。
【００３９】
さらに、暖機モードであっても第１のＥＧＲクーラに排出ガスおよび冷却水を流通させることができるので、暖機運転時にＥＧＲクーラから排出される排出ガスの温度を下げることができる。これにより、ＥＧＲクーラの下流に例えばアルミニウム製の部材があっても、当該部材を熱劣化させることを抑制できる。
【００４０】
上記（４）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（５）前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラは、前記第１のＥＧＲクーラを上流側にするとともに前記第２のＥＧＲクーラを下流側にして直列に接続され、前記切換手段は、前記使用状態が前記暖機モードである場合の前記第２のＥＧＲクーラへの前記冷却水の供給量を、前記使用状態が前記通常モードである場合の前記第２のＥＧＲクーラへの前記冷却水の供給量よりも減量する流量調整弁であることが好ましい。
【００４１】
この構成により、暖機モードでは、切換手段の作動により第２のＥＧＲクーラへの冷却水の供給量が通常モードに比べて減量される。このため、第２のＥＧＲクーラの冷却手段には排出ガスが流通するものの、冷却水による冷却効果は低くなるので、第２のＥＧＲクーラにおける凝縮水の発生を抑制することができる。
【００４２】
また、第２のＥＧＲクーラは第１のＥＧＲクーラの下流側に配置されているので、ＥＧＲ装置に流入された排出ガスは最初に第１のＥＧＲクーラにより冷却される。排出ガスは第１のＥＧＲクーラで冷却されることにより、第１のＥＧＲクーラにおいて凝縮水が発生する場合がある。この場合、第１のＥＧＲクーラから排出された排出ガスの含有水分が低減するので、その排出ガスが第２のＥＧＲクーラに流入されたときに第２のＥＧＲクーラで凝縮水が発生することを抑制できる。また、ＥＧＲ装置から排出される排出ガスの含有水分が低減することにより、吸気装置において排出ガスが吸入空気に混合した際に、凝縮水の発生を抑えることができる。
【００４３】
また、排出ガスの冷却は、暖機モードでは主として第１のＥＧＲクーラにより行われるが、通常モードでは第１のＥＧＲクーラと第２のＥＧＲクーラとの２段で行われる。このため、通常モードでは、従来のステンレス製の冷却手段を備えたＥＧＲクーラに比べて、排出ガスに対する冷却性能を同等に維持することができる。
【００４４】
さらに、ＥＧＲバルブを閉塞した場合、排気脈動により排出ガスが排気装置からＥＧＲ管に流入することがあるが、第１のＥＧＲクーラが第２のＥＧＲクーラの上流側に配置されているので、排出ガスは第１のＥＧＲクーラのみに流入する。これにより、第２のＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を抑えることができる。
【００４５】
上記（４）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（６）前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラは直列に接続されるとともに、前記第２のＥＧＲクーラは前記第１のＥＧＲクーラの下流側に配置され、尚且つ前記第２のＥＧＲクーラの上流側と下流側とを連結して前記排出ガスを流通可能なバイパス管を備え、前記切換手段は、前記使用状態が前記暖機モードである場合に前記第１のＥＧＲクーラから排出された前記排出ガスを前記バイパス管のみに流通させる切換弁であることが好ましい。
【００４６】
この構成により、暖機運転時には、切換手段の作動により排出ガスが第２のＥＧＲクーラに供給されない。このため、第２のＥＧＲクーラの冷却手段での凝縮水の発生を抑制することができる。
【００４７】
上記（４）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（７）前記第１のＥＧＲクーラおよび前記第２のＥＧＲクーラは並列に接続されるとともに、前記切換手段は、前記使用状態が前記暖機モードである場合に前記排気装置から供給された前記排出ガスを前記第１のＥＧＲクーラのみに流通させる切換弁であることが好ましい。
【００４８】
この構成により、暖機運転時には、切換手段の作動により排出ガスが第２のＥＧＲクーラに供給されない。このため、第２のＥＧＲクーラの冷却手段での凝縮水の発生を抑制することができる。
【００４９】
上記（４）から（７）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（８）前記使用状態が前記暖機モードあるいは前記通常モードのいずれの場合も前記第１のＥＧＲクーラに前記冷却水を流通させる第１の冷却水循環手段と、前記使用状態が前記通常モードの場合に前記第２のＥＧＲクーラに前記冷却水を流通させるとともに、前記使用状態が暖機モードの場合に前記通常モードの場合よりも少ない量の前記冷却水を流通させるか、または前記冷却水の流通を停止する第２の冷却水循環手段と、を備えることが好ましい。
【００５０】
この構成により、従来は冷却水が循環されなかった暖機運転時でも第１のＥＧＲクーラに冷却水が供給されるので、第１のＥＧＲクーラの冷却手段を流通する冷却水が排出ガスにより加熱される。よって、暖機運転時のようにエンジン本体が低温の時でも、エンジン本体を流通する冷却水により加熱することができるようになる。しかも、暖機運転時においてもＮＯｘ低減効果を得ることができるようになる。
【００５１】
上記（８）に記載の内燃機関のＥＧＲ装置においては、（９）前記内燃機関はシリンダヘッドとシリンダブロックとを備え、前記シリンダヘッドは前記冷却水が流通するシリンダヘッドウォータジャケットを備え、前記シリンダブロックは前記冷却水が流通するシリンダブロックウォータジャケットを備え、前記第１の冷却水循環手段は、前記シリンダブロックウォータジャケットから前記第１のＥＧＲクーラに前記冷却水を供給するとともに、前記第１のＥＧＲクーラから前記シリンダヘッドウォータジャケットに前記冷却水を供給することが好ましい。
【００５２】
この構成により、暖機運転時において、第１のＥＧＲクーラ以外に冷却水が供給されていない状況であっても、排出ガスで加熱された冷却水の熱により、シリンダヘッドから内燃機関を暖機することができる。
【発明の効果】
【００５３】
本発明によれば、ＥＧＲクーラを大型化することなく、凝縮水による腐食を抑えることのできる内燃機関のＥＧＲ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置が搭載された内燃機関を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置に使用される第１のＥＧＲクーラを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置に使用される第２のＥＧＲクーラを示す図であり、（ａ）は全体の斜視図、（ｂ）は伝熱管の分解組立図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置に使用される第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラへの冷却水の供給系の他の例を示す概略図であり、（ａ）は第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラに別個の供給系を設けた場合、（ｂ）は第２のＥＧＲクーラにバイパスを設け、第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラに冷却水を常時供給する供給系を設けた場合である。
【図６】本発明の実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置に使用される第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラを並列に接続した例を示す概略図であり、（ａ）は第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラに別個の供給系を設けた場合、（ｂ）は第１のＥＧＲクーラおよび第２のＥＧＲクーラに冷却水を常時供給する供給系を設けた場合である。
【図７】従来の内燃機関のＥＧＲ装置が搭載された内燃機関を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、内燃機関のＥＧＲ装置を、内燃機関としての直列４気筒のディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）に適用した場合について説明している。
【００５６】
（第１の実施の形態）
まず、構成について説明する。
【００５７】
図１に示すように、本実施の形態のエンジン１は、エンジン本体２と、吸気装置３と、排気装置４と、ターボ過給機５と、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置６と、ＥＧＲ装置としてのＬＰＬ−ＥＧＲ装置７と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８とを含んで構成されている。
【００５８】
エンジン本体２は、シリンダヘッド２０と、シリンダブロック２１とを含んで構成されている。シリンダヘッド２０およびシリンダブロック２１は、複数のシリンダ２２と、ウォータジャケット２３とを備えている。ウォータジャケット２３は、各シリンダ２２の周囲に設けられ、内部に冷却水Ｗを流通させることによりエンジン本体２を冷却するようになっている。
【００５９】
吸気装置３は、吸気口管３０と、エアクリーナ３１と、吸気管３２と、エアロフローメータ３３と、インタークーラ３４と、スロットルバルブ３５と、吸気マニホールド３６とを含んで構成されている。エアクリーナ３１は、吸気装置３の上流部でフィルタにより吸入空気を清浄化するようになっている。エアロフローメータ３３は、吸入空気の吸入流量を検出するようになっている。
【００６０】
インタークーラ３４は、ターボ過給機５より下流側の吸気管３２に設けられている。インタークーラ３４は、ターボ過給機５での圧縮および過給により昇温した吸入空気を冷却するようになっている。スロットルバルブ３５は、吸気管３２の下流部に設けられるとともに、電子制御式で各シリンダに供給される吸入空気の吸入流量を調節するようになっている。吸気マニホールド３６は、吸気管３２と各シリンダ２２とを接続している。
【００６１】
吸入空気は、吸気口管３０から、エアクリーナ３１→ターボ供給機５→インタークーラ３４→吸気マニホールド３６という順で流通されて、各シリンダ２２に流入されるようになっている。また、吸気マニホールド３６と各シリンダ２２との接続により、エンジン本体２と吸気装置３とが接続されている。
【００６２】
排気装置４は、排気マニホールド４０と、排気管４１と、排気後処理器４２と、排気絞り弁４３と、テールパイプ４４と、排気温度センサ４５とを含んで構成されている。
【００６３】
排気マニホールド４０は、各シリンダ２２から排出された排出ガスＧを流通させる。この排気マニホールド４０と各シリンダ２２との接続により、エンジン本体２と排気装置４とが接続されている。排気後処理器４２は、ターボ過給機５より下流側の排気管４１に設けられるとともに、酸化触媒コンバータ（ＣＣｏ）４２ａおよびディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）４２ｂを備えている。排気温度センサ４５は、排気後処理器４２の下流側に設けられていて、排気後処理器４２から排出された排気ガスＧの温度を検出するようになっている。
【００６４】
排気絞り弁４３は、排気後処理器４２の下流側の排気管４１に設けられている。排気絞り弁４３は、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７の背圧を制御するようになっている。テールパイプ４４の下流側端部は大気に開放されている。このため、排気絞り弁４３を通過した排出ガスＧは、テールパイプ４４を経て大気に放出されるようになっている。
【００６５】
ターボ過給機５は、吸入空気コンプレッサ５０および排気タービン５１を有している。吸入空気コンプレッサ５０は吸気管３２に設けられている。排気タービン５１は排気管４１に設けられている。吸入空気コンプレッサ５０および排気タービン５１は、１本の回転軸５２で結合されるとともに、一体回転するようになっている。
【００６６】
排気管４１で排出ガスＧが流通することにより、排気タービン５１が回転される。排気タービン５１の回転により、吸入空気コンプレッサ５０が回転される。さらに、吸入空気コンプレッサ５０の回転により吸入空気が圧縮され、シリンダ２２に正圧の空気が供給されるようになっている。
【００６７】
ＨＰＬ−ＥＧＲ装置６は、ＥＧＲパイプ６０と、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６１とを備えている。ＥＧＲパイプ６０は、排気装置４の排気マニホールド４０と、吸気管３２のスロットルバルブ３５より下流側の部分とを連結して、エンジン本体２をバイパスしている。すなわち、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置６は、排気装置４の排出ガスＧの一部を吸気装置３に還流させる排気再循環装置として機能するようになっている。
【００６８】
ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６１は、ＥＧＲパイプ６０の途中に設けられている。ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６１は、ステッピングモータ６１ａと、バルブ本体６１ｂとを備えている。バルブ本体６１ｂは、ステッピングモータ６１ａの駆動により開閉するようになっている。ステッピングモータ６１ａの回転のステップ数に応じてＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６１の開度が調整され、排気マニホールド４０から吸気管３２への排出ガスＧの流量が調整されるようになっている。ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６１における排出ガスＧの流量の調整は、機関回転速度と機関負荷率に基づいたマップによって決定される。
【００６９】
ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７は、上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、クーラ間管７２と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６と、開閉弁７７と、冷却水供給管９６と、水温センサ９７とを含んで構成されている。上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、クーラ間管７２と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６とは、順に連結されている。
【００７０】
上流管７０は、排気管４１の排気後処理器４２と排気絞り弁４３との間に連結されている。また、下流管７６は、吸気管３２のエアクリーナ３１と吸入空気コンプレッサ５０との間に連結されている。すなわち、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７は、ＨＰＬ−ＥＧＲ装置６と同様に、排気装置４の排出ガスＧの一部を吸気装置３に還流させる排気再循環装置として機能するようになっている。
【００７１】
図２に示すように、第１のＥＧＲクーラ７１は、ケース９０と、冷却水流入管９１と、冷却水流出管９２と、冷却手段としての冷却管９３と、排出ガス流入管９４と、排出ガス流出管９５とを備えている。第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水Ｗとして、エンジン１の冷却水Ｗが使用されている。また、第１のＥＧＲクーラ７１の大きさは、従来の単一のＥＧＲクーラの約半分程度の大きさとしている。
【００７２】
ケース９０の内部では、冷却管９３の周囲を冷却水Ｗが流通するようになっている。冷却管９３は、炭化ケイ素を主成分とする多孔質のセラミックから成り、例えば押し出し成形によって作製される。冷却管９３は、略円筒状であり、薄肉のハニカム構造を有している。冷却管９３は、ハニカム部分に排出ガスＧを流通させるようになっている。
【００７３】
冷却管９３では、内部を流通する排出ガスＧが、外部を流通する冷却水Ｗとの間で熱交換されて冷却される。また、第１のＥＧＲクーラ７１の冷却管９３を流通する排出ガスＧが露点温度より冷却されることにより、冷却管９３の内部で凝縮水が発生する場合がある。
【００７４】
ここで、第１のＥＧＲクーラ７１は、排出ガス流出管９５を排出ガス流入管９４より上方に位置するように傾斜して設けられている。傾斜角は車種によって適宜設定される。このように、第１のＥＧＲクーラ７１は排出ガス流出管９５を排出ガス流入管９４より上方に位置するように傾斜して設けられているので、冷却管９３の内部で凝縮水が発生した場合に、凝縮水は排出ガス流入管９４の方向に流れるようになっている。
【００７５】
排出ガス流入管９４は、炭化ケイ素を主成分とするセラミック製の管からなる。排出ガス流入管９４は、ケース９０の排出ガスＧの流通方向の上流側の端部に取り付けられるとともに、冷却管９３に連結されている。排出ガス流入管９４の上流側の端部は、上流管７０に連結されている。排出ガス流入管９４の上流側の端部は、排出ガス流入管９４の下流側の端部よりも細くなるように形成されている。これにより、冷却管９３から排出ガス流入管９４に流れてきた凝縮水は、上流管７０に流れることなく、排出ガス流入管９４の下部に貯留するようになっている。
【００７６】
排出ガス流出管９５は、炭化ケイ素を主成分とするセラミック製の管からなる。排出ガス流出管９５は、ケース９０の排出ガスＧの流通方向の下流側の端部に取り付けられるとともに、冷却管９３に連結されている。排出ガス流出管９５の下流側の端部は、クーラ間管７２に連結されている。
【００７７】
冷却水流入管９１は、ケース９０の排出ガス流入管９４側の下部に設けられている。冷却水流入管９１は、ケース９０に冷却水Ｗを流入させるようになっている。冷却水流入管９１の上流側端部は、冷却水供給管９６およびエンジン本体２のウォータジャケット２３を介して冷却水Ｗの供給ポンプ（図示せず）に連結されている（図１を参照）。また、水温センサ９７は、冷却水Ｗの温度を検出するようになっている。
【００７８】
冷却水流出管９２は、ケース９０の排出ガス流出管９５側の上部に設けられている。冷却水流出管９２は、ケース９０から冷却水Ｗを流出させるようになっている。冷却水流出管９２の下流側端部は、例えばラジエータ（図示せず）に連結されている。
【００７９】
図３に示すように、第２のＥＧＲクーラ７３は、ケース１００と、冷却水流入管１０１と、冷却水流出管１０２と、冷却手段としての伝熱管１０３と、排出ガス流入管１０４と、排出ガス流出管１０５とを備えている。第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水Ｗとして、エンジン１の冷却水Ｗが使用されている。また、第２のＥＧＲクーラ７３の大きさは、従来の単一のＥＧＲクーラの約半分程度の大きさとしている。
【００８０】
ケース１００の内部では、伝熱管１０３の周囲を冷却水Ｗが流通するようになっている。伝熱管１０３は、いずれもステンレス製の底部１０３ａと、蓋部１０３ｂと、フィン１０３ｃとを備えている。底部１０３ａと蓋部１０３ｂとは組み合わされて、扁平形状の管を構成している。
【００８１】
フィン１０３ｃは、底部１０３ａおよび蓋部１０３ｂの内部に収容されている。フィン１０３ｃは、薄板からなり、連続した略チャネル形状に折り曲げ加工してなるとともに、排出ガスＧの流通方向に沿って蛇行した形状に形成されている。これにより、伝熱管１０３の内部を流通する排出ガスＧは、乱流になるようになっている。
【００８２】
伝熱管１０３は、ケース１００の内部に複数個、例えば５個設けられるとともに、互いに隙間を有して層状に配置されている。このため、伝熱管１０３の外周面を流通する冷却水Ｗは、各伝熱管１０３同士の間や各伝熱管１０３とケース１００の内壁との間を流通するので、適宜攪拌されるようになっている。これにより、排出ガスＧと冷却水Ｗとの間での熱交換が効率良く行われるようになっている。
【００８３】
また、第２のＥＧＲクーラ７３に流入される排出ガスＧの温度および流量ならびに第２のＥＧＲクーラ７３に流入される冷却水Ｗの温度および流量によっては、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３を流通する排出ガスＧが露点温度より冷却される場合がある。排出ガスＧが露点温度より冷却されると、伝熱管１０３の内部に凝縮水が発生する場合がある。
【００８４】
第２のＥＧＲクーラ７３は、排出ガス流出管１０５を排出ガス流入管１０４より上方に位置するように傾斜して設けられている。傾斜角は車種によって適宜設定される。このように、第１のＥＧＲクーラ７１は排出ガス流出管１０５を排出ガス流入管１０４より上方に位置するように傾斜して設けられているので、伝熱管１０３の内部で発生した凝縮水は、排出ガス流入管１０４の方向に流れるようになっている。これにより、伝熱管１０３の内部で凝縮水が発生した場合でも、凝縮水がＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５に流入することを抑制できるようになっている。
【００８５】
排出ガス流入管１０４は、ステンレス製で、ケース１００の排出ガスＧの流通方向の上流側の端部に取り付けられるとともに、伝熱管１０３に連結されている。排出ガス流入管１０４の上流側端部は、クーラ間管７２に連結されている。排出ガス流入管１０４の上流側端部は、排出ガス流入管１０４の下流側端部よりも細くなるように形成されている。これにより、伝熱管１０３から排出ガス流入管１０４に流れてきた凝縮水は、クーラ間管７２に流れることなく、排出ガス流入管１０４の下部に貯留するようになっている。
【００８６】
排出ガス流出管１０５は、ステンレス製で、ケース１００の排出ガスＧの流通方向の下流側の端部に取り付けられるとともに、伝熱管１０３に連結されている。排出ガス流出管１０５の下流側端部は、中間管７４に連結されている。
【００８７】
冷却水流入管１０１は、ケース１００の排出ガス流入管１０４側の側部に設けられている。冷却水流入管１０１は、ケース１００に冷却水Ｗを流入させるようになっている。冷却水流入管１０１の上流側端部は、開閉弁７７を介して冷却水供給管９６に連結され、さらにエンジン本体２のウォータジャケット２３を介して冷却水Ｗの供給ポンプに連結されている（図１を参照）。
【００８８】
冷却水流出管１０２は、ケース１００の排出ガス流出管１０５側で、尚且つ排出ガス流入管１０４の反対側の側部に設けられている。冷却水流出管１０２は、ケース１００から冷却水Ｗを流出させるようになっている。冷却水流出管１０２の下流側端部は、例えばラジエータ（図示せず）に連結されている。
【００８９】
図１に示すように、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５は、ステッピングモータ７５ａと、バルブ本体７５ｂとを備えている。バルブ本体７５ｂは、ステッピングモータ７５ａの駆動により開閉するようになっている。ステッピングモータ７５ａの回転のステップ数に応じてＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５の開度が調整され、排気管４１から吸気管３２への排出ガスの流量が調整されるようになっている。ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５における排出ガスの流量の調整は、機関回転速度と機関負荷率に基づいたマップによって決定される。
【００９０】
ＥＣＵ８は、判断部８０を備えている。また、ＥＣＵ８は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、固定されたデータの記憶を行うＲＯＭ（Read Only Memory）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、書き換え可能な不揮発性のメモリからなるバックアップメモリと、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどを有する入力インターフェース回路と、駆動回路などを有する出力インターフェース回路とを含んで構成されている。
【００９１】
ＥＣＵ８の入力インターフェース回路には、エアフローメータ３３や排気温度センサ４５などが接続されている。これらエアフローメータ３３や排気温度センサ４５などからのセンサ情報は、ＥＣＵ８に取り込まれるようになっている。
【００９２】
ＥＣＵ８の出力インターフェース回路には、スロットルバルブ３５と、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６１と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、排気絞り弁４３の各電磁駆動部などが接続されている。ＥＣＵ８が、エンジンの運転制御、例えばスロットルバルブ３５の開度制御、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ６１やＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５の開度（ＥＧＲ率）制御、排気絞り弁４３の開度制御などを実行するようになっている。
【００９３】
また、ＥＣＵ８のＲＯＭには、判断部８０において、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が、伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値であるか否かを判断するための演算処理プログラムが格納されている。
【００９４】
本実施の形態では、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値であるか否かは、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗが露点温度未満の値であるか否かにより判断するようにしている。ここでは、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗの温度は、水温センサ９７により測定された冷却水Ｗの温度としている。
【００９５】
そして、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗが露点温度以下の値である場合は、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値であると判断するようになっている。また、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗが露点温度を超える値である場合は、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値ではないと判断するようになっている。
【００９６】
また、ＥＣＵ８のＲＯＭには、判断部８０において、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の使用状態を、暖機モードと通常モードとに切り換えるための演算処理プログラムが格納されている。
【００９７】
ここでの暖機モードとは、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３のうちで第１のＥＧＲクーラ７１のみを使用するモードとしている。すなわち、暖機モードは、開閉弁７７を閉じて第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗを供給しないことにより、第１のＥＧＲクーラ７１のみを稼働させる状態となっている。
【００９８】
また、通常モードとは、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３のうちで少なくとも第２のＥＧＲクーラ７３を使用するモードとしている。すなわち、通常モードは、開閉弁７７を開いて第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗを供給することにより、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の両方を稼働させる状態となっている。
【００９９】
さらに、ＥＣＵ８のＲＯＭには、判断部８０において、第２のＥＧＲクーラ７３に流入される排出ガスＧの温度および流量ならびに第２のＥＧＲクーラ７３に流入される冷却水Ｗの温度および流量が、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させる値であることを条件に、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の使用状態を暖機モードに切り換えるための演算処理プログラムが格納されている。
【０１００】
ここで、本実施の形態における開閉弁７７および判断部８０は、本発明の内燃機関のＥＧＲ装置における切換手段（図１中、一点鎖線で示す）を構成している。また、本実施の形態における第１のＥＧＲクーラ７１を上流側にするとともに第２のＥＧＲクーラ７３を下流側にする直列の配置と、切換手段とは、本発明の内燃機関のＥＧＲ装置における排出ガス導入手段を構成している。
【０１０１】
次に、動作について説明する。
【０１０２】
ここでは、本実施の形態における内燃機関のＥＧＲ装置の動作について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。このフローチャートは、ＥＣＵ８のＣＰＵによって、ＲＡＭを作業領域として実行されるＬＰＬ−ＥＧＲ装置７の作動プログラムの実行内容を表す。
【０１０３】
まず、ＥＣＵ８が、エンジン１が始動しているか否かを検出する（ステップＳ１）。ＥＣＵ８がエンジン１の始動を検出しなかったときは（ステップＳ１；ＮＯ）、再度エンジン１の始動が検出される（ステップＳ１）。
【０１０４】
ＥＣＵ８３がエンジン１の始動を検出したときは（ステップＳ１；ＹＥＳ）、ＥＣＵ８が冷却水Ｗの供給ポンプを作動させ、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗの供給を開始する（ステップＳ２）。
【０１０５】
そして、ＥＣＵ８の判断部８０は、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が、伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値であるか否かを判断する。この判断のために、本実施の形態では、判断部８０は、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗの温度、すなわち水温センサ９７により測定された冷却水Ｗの水温が露点温度以下の値であるか否かを判断する（ステップＳ３）。
【０１０６】
例えば、暖機運転時のように、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗの温度が露点温度以下の値であるときは（ステップＳ３；ＹＥＳ）、判断部８０は、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値であると判断する。このとき、判断部８０は、開閉弁７７を閉塞して、第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗを供給しないようにする（ステップＳ４）。これにより、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の使用状態は、第１のＥＧＲクーラ７１のみが使用される暖機モードになる。
【０１０７】
一方、暖機運転後の通常の運転時のように、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗの温度が露点温度を超える値であるときは（ステップＳ３；ＮＯ）、判断部８０は、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値ではないと判断する。このとき、判断部８０は、開閉弁７７を開放して、第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗを供給するようにする（ステップＳ５）。これにより、第２のＥＧＲクーラ７３にも冷却水Ｗの供給が開始される（ステップＳ６）。よって、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の使用状態は、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３が使用される通常モードになる。
【０１０８】
判断部８０が開閉弁７７を閉塞したとき（ステップＳ４）、あるいは第２のＥＧＲクーラ７３にも冷却水Ｗの供給が開始されたときは（ステップＳ６）、ＥＣＵ８はＥＧＲバルブ７５が開放されているか否かを判断する（ステップＳ７）。ＥＧＲバルブ７５が開放されていると判断されたときは（ステップＳ７；ＹＥＳ）、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に排出ガスＧが供給される（ステップＳ８）。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７により排出ガスＧが冷却される（ステップＳ９）。
【０１０９】
暖機モードのときは、排出ガスＧは第１のＥＧＲクーラ７１の冷却管９３に流入され、第１のＥＧＲクーラ７１により冷却される。このとき、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗの温度が露点温度以下の値であるので、第１のＥＧＲクーラ７１に供給される冷却水Ｗも露点温度以下となっている。このため、冷却管９３において凝縮水が発生する場合がある。冷却管９３において凝縮水が発生した場合、凝縮水は排出ガス流入管９４の方向に流れて貯留する。貯留した凝縮水は、通常運転時に高温の排出ガスＧが第１のＥＧＲクーラ７１を流通する際に加熱されて蒸発する。
【０１１０】
第１のＥＧＲクーラ７１から流出された排出ガスＧは、第２のＥＧＲクーラ７３に流入する。このとき、開閉弁７７は閉塞しているので、第２のＥＧＲクーラ７３には冷却水Ｗは供給されない。このため、第２のＥＧＲクーラ７３では排出ガスＧは冷却水Ｗにより冷却されることはないので、第２のＥＧＲクーラ７３での凝縮水の発生が抑制される。また、第１のＥＧＲクーラ７１において凝縮水が発生した場合は、第１のＥＧＲクーラ７１から排出された排出ガスＧ中の水分が十分に低減しているので、これによっても第２のＥＧＲクーラ７３での凝縮水の発生が抑制される。
【０１１１】
通常モードのときは、排出ガスＧは第１のＥＧＲクーラ７１の冷却管９３に流入され、第１のＥＧＲクーラ７１により冷却される。第１のＥＧＲクーラ７１から排出された排出ガスＧは、第２のＥＧＲクーラ７３に流入する。このとき、開閉弁７７は開放しているので、第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗが供給されている。このため、排出ガスＧは第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３に流入されて冷却される。
【０１１２】
このとき、第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗの温度が露点温度を超える値であるので、第２のＥＧＲクーラ７３において排出ガスＧが露点温度より冷却されることはない。このため、第２のＥＧＲクーラ７３での凝縮水の発生が抑制される。
【０１１３】
そして、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７により排出ガスＧの冷却が完了するか、あるいはＥＣＵ８によりＥＧＲバルブ７５が開放していないと判断されたときは（ステップＳ７；ＮＯ）、ＥＣＵ８はエンジン１が停止したか否かを判断する（ステップＳ１０）。エンジン１が停止したと判断されない場合は（ステップＳ１０；ＮＯ）、再度、判断部８０が第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗの温度が露点温度以下の値であるか否かを判断する（ステップＳ３）。エンジン１が停止したと判断された場合は（ステップＳ１０；ＹＥＳ）、処理を終了する。
【０１１４】
以上のように、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、エンジン１の暖機運転時では、第２のＥＧＲクーラ７３に流入される排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が凝縮水を発生させ得る値になる場合がある。この場合、判断部８０が第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の使用状態を暖機モードに切り換える。暖機モードでは、第２のＥＧＲクーラ７３は使用されないので、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水が発生することを抑制でき、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３の凝縮水による腐食を抑えることができる。
【０１１５】
また、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、暖機モードでは第１のＥＧＲクーラ７１が使用されるので、第１のＥＧＲクーラ７１の冷却管９３を流通する冷却水Ｗが排出ガスＧにより加熱される。よって、暖機運転時のようにエンジン本体２が低温の時でも、エンジン本体２を冷却水Ｗにより加熱することができるようになる。
【０１１６】
また、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、暖機運転時であっても第１のＥＧＲクーラ７１に排出ガスＧおよび冷却水Ｗを流通させることができる。このため、暖機運転時に第１のＥＧＲクーラ７１から排出される排出ガスＧの温度を下げることができる。よって、暖機運転時においてもＮＯｘ低減効果を得ることができるようになる。
また、例えばアルミニウム製のＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５や吸気管３２とのインレットなどを熱劣化させることを抑制できる。
【０１１７】
一方、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、暖機運転後の通常の運転時には、第２のＥＧＲクーラ７３に流入される排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が凝縮水を発生させない値になる。この場合、判断部８０が第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の使用状態を通常モードに切り換える。通常モードでは、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の両方が使用されるようになる。
【０１１８】
また、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３はステンレス製であるので、第１のＥＧＲクーラ７１の冷却管９３のようにセラミック製である場合に比べて、高い加工性を有する。このため、伝熱管１０３のフィン１０３ｃは、連続した略チャネル形状に折り曲げ加工されるとともに、排出ガスＧの流通方向に沿って蛇行した形状のような複雑な形状となっている。このようにフィン１０３ｃの形状を複雑にすることによって、排出ガスＧと伝熱管１０３との接触面積を増やすとともに、排出ガスＧに乱流を発生させることができる。その結果、第２のＥＧＲクーラ７３の熱交換率を第１のＥＧＲクーラ７１よりも高くすることができる。
【０１１９】
そして、通常モードにおいて第２のＥＧＲクーラ７３を使用することにより、暖機モードで第１のＥＧＲクーラ７１のみを使用する場合に比べて、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７による排出ガスＧの冷却効率を高めることができるようになる。よって、通常の運転時に大量の排出ガスＧをＬＰＬ−ＥＧＲ装置７に流通させても、排出ガスＧを十分に冷却することができる。
【０１２０】
また、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７は、暖機モードにおいて第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給を停止する開閉弁７７を備えている。このため、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３には排出ガスＧは流通するものの、冷却水Ｗにより冷却されることはないので、第２のＥＧＲクーラ７３における凝縮水の発生を抑制することができる。
【０１２１】
また、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、第２のＥＧＲクーラ７３は第１のＥＧＲクーラ７１の下流側に配置されているので、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７に流入された排出ガスＧは最初に第１のＥＧＲクーラ７１により冷却される。排出ガスＧは第１のＥＧＲクーラ７１で冷却されることにより、第１のＥＧＲクーラ７１において凝縮水が発生する場合がある。
【０１２２】
この場合、第１のＥＧＲクーラ７１から排出された排出ガスＧの含有水分が低減するので、その排出ガスＧが第２のＥＧＲクーラ７３に流入されたときに第２のＥＧＲクーラ７３で凝縮水が発生することを抑制できる。また、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７から排出される排出ガスＧの含有水分が低減することにより、吸気管３２において排出ガスＧが吸入空気に混合した際に、凝縮水の発生を抑えることができる。
【０１２３】
また、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、例えば、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５を閉塞した場合、排気脈動により排出ガスＧが排気管４１から上流管７０に流入することがある。第１のＥＧＲクーラ７１が第２のＥＧＲクーラ７３の上流側に配置されているので、排出ガスＧは第１のＥＧＲクーラ７１のみに流入する。これにより、第２のＥＧＲクーラ７３での凝縮水の発生を抑えることができる。
【０１２４】
また、本実施の形態に係る内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３は直列に配置されている。しかも、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の大きさは、それぞれ従来の単一のＥＧＲクーラの約半分程度の大きさにされている。このため、従来のように単一のＥＧＲクーラを備えている場合に比べて、大型化を抑制することができる。さらに、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７の構成部品は、従来のＥＧＲ装置に比べてＥＧＲクーラが２個になった以外はクーラ間管７２および開閉弁７７が増加しただけであるので、構成の複雑化や大型化を抑えることができる。
【０１２５】
しかも、排出ガスＧの冷却は、暖機モードでは第１のＥＧＲクーラ７１のみにより行われるが、通常モードでは第１のＥＧＲクーラ７１と第２のＥＧＲクーラ７３との２段で行われる。このため、通常モードでは、従来のステンレス製の単一のＥＧＲクーラに比べて、排出ガスＧに対する冷却能を同等に維持することができる。
【０１２６】
上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、判断部８０は第２のＥＧＲクーラ７３に供給される冷却水Ｗが露点温度以下の値であるか否かを判断している。これにより、判断部８０は、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値であるか否かを判断するようにしている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、他の手法によって、判断部８０は、第２のＥＧＲクーラ７３における排出ガスＧおよび冷却水Ｗの温度および流量が伝熱管１０３を流通する排出ガスＧに凝縮水を発生させ得る値であるか否かを判断するようにしてもよい。
【０１２７】
また、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、切換手段は判断部８０および開閉弁７７からなるとともに、判断部８０の指示により開閉弁７７が作動するようにしている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、例えばＥＣＵ８以外に設けられたシーケンス回路において図４中ステップＳ３と同様に冷却水Ｗの水温が判断されて、その結果に基づいて開閉弁７７が作動するようにしてもよい。この場合は、ＥＣＵ８に内蔵される判断部８０は不要になる。
【０１２８】
また、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に１本の冷却水供給管９６から冷却水Ｗを分岐して供給するようにしている。すなわち、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給源は同じものとされている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に別々の冷却水供給管、すなわち別々の供給源から冷却水Ｗを供給するようにしてもよい。この場合、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給制御を別々に行うことができる。例えば、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗを供給しながらも、第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給の開始や停止を制御することができる。
【０１２９】
また、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３をステンレス製にしている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３を例えばチタンやアルミニウム、あるいはこれらの合金などの他の金属製にしてもよい。
【０１３０】
さらに、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、第１のＥＧＲクーラ７１において凝縮水は排出ガス流入管９４に貯留するようにしている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、凝縮水が冷却管９３から流通する範囲に凝縮水を貯留する凝縮水貯留部を設けるとともに、凝縮水貯留部に凝縮水を貯留するようにしてもよい。
【０１３１】
あるいは、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、第１のＥＧＲクーラ７１に貯留した凝集水は高温の排出ガスＧにより蒸発することで処理するようにしている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、第１のＥＧＲクーラ７１に貯留した凝集水を回収して排気装置４に排出する凝縮水処理部を設けるとともに、凝縮水処理部により凝縮水を処理するようにしてもよい。
【０１３２】
また、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、切換手段として開閉弁７７を用いている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、切換手段として流量を調整可能な流量調整弁を用いるようにしてもよい。
【０１３３】
これにより、使用状態が暖機モードである場合の第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給量を、使用状態が通常モードである場合の第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給量よりも減量するようにできる。このため、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３には排出ガスＧが流通するものの、冷却水Ｗによる冷却効果は低くなるので、第２のＥＧＲクーラ７３における凝縮水の発生を抑制することができる。また、第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗを全く流通させない場合に比べ、排出ガスＧの冷却効率を向上することができる。
【０１３４】
また、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、排出ガス導入手段は、開閉弁７７と、第１のＥＧＲクーラ７１を上流側にするとともに第２のＥＧＲクーラ７３を下流側にする直列の配置としている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、切換手段を省略して、排出ガス導入手段を第１のＥＧＲクーラ７１を上流側にするとともに第２のＥＧＲクーラ７３を下流側にする直列の配置のみとしてもよい。
【０１３５】
この場合、第１のＥＧＲクーラ７１は第２のＥＧＲクーラ７３の上流側に配置されているので、少なくとも冷却水Ｗの水温が所定温度より低い場合に、排出ガスＧは第２のＥＧＲクーラ７３よりも第１のＥＧＲクーラ７１に優先的に導入されるようになる。ここでの所定温度としては、例えば、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３を排出ガスＧが流通する際に冷却水Ｗと熱交換して冷却されることにより、排出ガスＧに凝縮水が発生し得る温度とすることができる。
【０１３６】
第２のＥＧＲクーラ７３は第１のＥＧＲクーラ７１の下流側に配置されているので、排出ガスＧは最初に第１のＥＧＲクーラ７１により冷却される。排出ガスＧは第１のＥＧＲクーラ７１で冷却されることにより、第１のＥＧＲクーラ７１において凝縮水が発生する場合がある。この場合、第１のＥＧＲクーラ７１から排出された排出ガスＧの含有水分が低減するので、その排出ガスＧが第２のＥＧＲクーラ７３に流入されたときに第２のＥＧＲクーラ７３で凝縮水が発生することを抑制できる。
【０１３７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係るエンジン１においては、第１の実施の形態の第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給系の構成のみが異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【０１３８】
図５（ａ）に示すように、本実施の形態のＬＰＬ−ＥＧＲ装置７は、上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、クーラ間管７２と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６と、開閉弁７７と、第１の冷却水循環手段１１０と、第２の冷却水循環手段１１１とを含んで構成されている。上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、クーラ間管７２と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６とは、順に連結されている。
【０１３９】
また、エンジン本体２は、シリンダヘッド２０と、シリンダブロック２１とを有している。エンジン本体２のウォータジャケット２３は、シリンダヘッド２０に形成されたシリンダヘッドウォータジャケット２３ａと、シリンダブロック２１に形成されたシリンダブロックウォータジャケット２３ｂとを含んで構成されている。
【０１４０】
第１の冷却水循環手段１１０は、第１の冷却水循環上流管１１０ａと第１の冷却水循環下流管１１０ｂとを備えている。第１の冷却水循環上流管１１０ａは、第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流入管９１と、シリンダブロックウォータジャケット２３ｂとを連結している。第１の冷却水循環下流管１１０ｂは、第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流出管９２と、シリンダヘッドウォータジャケット２３ａとを連結している。このため、冷却水Ｗの供給ポンプが作動しているときは、暖機モードおよび通常モードのいずれの場合でも第１のＥＧＲクーラ７１には冷却水Ｗが供給されるようになっている。
【０１４１】
第２の冷却水循環手段１１１は、第２の冷却水循環上流管１１１ａと第２の冷却水循環下流管１１１ｂとを備えている。第２の冷却水循環上流管１１１ａは、第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流入管１０１と、シリンダヘッドウォータジャケット２３ａとを、開閉弁７７を介して連結している。第２の冷却水循環下流管１１１ｂは、第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流出管１０２と、シリンダブロックウォータジャケット２３ｂとを連結している。
【０１４２】
暖機モードでは、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗが供給される。また、暖機モードでは、開閉弁７７が閉塞されるので、第２のＥＧＲクーラ７３には冷却水Ｗが供給されない。一方、通常モードでは、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗが供給される。また、通常モードでは、開閉弁７７が開放されるので、第２のＥＧＲクーラ７３にも冷却水Ｗが供給される。
【０１４３】
本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、暖機モードにおいて、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗが流通されるとともに、第１のＥＧＲクーラ７１で加熱された冷却水Ｗがエンジン本体２のシリンダヘッド２０に供給される。このため、暖機運転時において、第１のＥＧＲクーラ７１以外に冷却水Ｗが供給されていない状況であっても、排出ガスＧで加熱された冷却水Ｗの熱により、シリンダヘッド２０からエンジン本体２を暖機することができる。
【０１４４】
上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、第２の冷却水循環手段１１１は、第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗを供給するものとしている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、第２の冷却水循環手段１１１は第１のＥＧＲクーラ７１以外の被冷却部材であるようにしてもよい。ここでは、開閉弁７７は、暖機運転時に第１のＥＧＲクーラ７１以外の被冷却部材の冷却水Ｗの流通を停止するためのバルブとして機能する。この場合、既存の被冷却部材に冷却水Ｗを供給する冷却水循環手段を第２の冷却水循環手段１１１として流用することができるので、部品コストの上昇を抑えることができる。
【０１４５】
また、上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流入管１０１とシリンダヘッドウォータジャケット２３ａとは、開閉弁７７を介して連結している。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流入管１０１とシリンダヘッドウォータジャケット２３ａとは、流量を調整可能な流量調整弁により連結するようにしてもよい。
【０１４６】
これにより、使用状態が暖機モードである場合の第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給量を、使用状態が通常モードである場合の第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給量よりも減量するようにできる。このため、第２のＥＧＲクーラ７３の伝熱管１０３には排出ガスＧが流通するものの、冷却水Ｗによる冷却効果は低くなるので、第２のＥＧＲクーラ７３における凝縮水の発生を抑制することができる。また、第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗを全く流通させない場合に比べ、排出ガスＧの冷却効率を向上することができる。
【０１４７】
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係るエンジン１においては、第１の実施の形態の第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の接続、ならびに冷却水Ｗの供給系の構成のみが異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【０１４８】
図５（ｂ）に示すように、本実施の形態のＬＰＬ−ＥＧＲ装置７は、上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、クーラ間管７２と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、バイパス管７８と、切換手段としての切換弁７９と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６とを含んで構成されている。上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、クーラ間管７２と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６とは、順に連結されている。また、クーラ間管７２と中間管７４とは、バイパス管７８により連結されている。すなわち、バイパス管７８は、第２のＥＧＲクーラ７３の上流側および下流側をバイパスするようになっている。
【０１４９】
ここで、第２のＥＧＲクーラ７３は、バイパス管７８および第１のＥＧＲクーラ７１よりも上方に位置するように配置されている。これにより、第１のＥＧＲクーラ７１で凝縮水が発生した場合であっても、凝縮水が第２のＥＧＲクーラ７３に流入することを防止できるようになっている。
【０１５０】
切換弁７９は、クーラ間管７２のバイパス管７８との分岐部分に設けられている。切換弁７９は、第１のＥＧＲクーラ７１から流出した排出ガスＧに対して、第２のＥＧＲクーラ７３へ流入する流量とバイパス７８へ流入する流量との割合を調整するようになっている。これにより、切換弁７９は、例えば、第１のＥＧＲクーラ７１から流出した排出ガスＧの全量を第２のＥＧＲクーラ７３へ流入させるとともに、バイパス７８には全く流さないようにすることができる。あるいは、切換弁７９は、第１のＥＧＲクーラ７１から流出した排出ガスＧの全量をバイパス７８へ流入させるとともに、第２のＥＧＲクーラ７３には全く流さないようにすることもできる。さらには、切換弁７９は、第１のＥＧＲクーラ７１から流出した排出ガスＧを、第２のＥＧＲクーラ７３およびバイパス７８のそれぞれに適宜な割合で流入させるようにすることもできる。
【０１５１】
第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流入管９１の上流側端部は、冷却水供給管９６およびエンジン本体２のウォータジャケット２３を介して冷却水Ｗの供給ポンプに連結されている。第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流出管９２の下流側端部は、例えばラジエータに連結されている。第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流入管１０１の上流側端部は、冷却水供給管９６およびエンジン本体２のウォータジャケット２３を介して冷却水Ｗの供給ポンプに連結されている。第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流出管１０２の下流側端部は、例えばラジエータに連結されている。
【０１５２】
暖機モードでは、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗが供給される。また、暖機モードでは、切換弁７９は、第２のＥＧＲクーラ７３に排出ガスＧが流入しないように切り換わる。これにより、第１のＥＧＲクーラ７１から排出された排出ガスＧは、全てバイパス管７８を経由して第２のＥＧＲクーラ７３を流通することなくＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５に流入される。
【０１５３】
通常モードでも、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗが供給される。また、通常モードでは、切換弁７９は、第２のＥＧＲクーラ７３に排出ガスＧの全量が流入するように切り換わる。これにより、第１のＥＧＲクーラ７１から排出された排出ガスＧは、全て第２のＥＧＲクーラ７３に流入される。また、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７を通過した排出ガスＧが適温になるようにするために、切換弁７９を操作することにより、第２のＥＧＲクーラ７３およびバイパス７８のそれぞれを流通する排出ガスＧの流量を適宜調整することが好ましい。
【０１５４】
本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、暖機モードにおいて、切換弁７９が第２のＥＧＲクーラ７３に排出ガスＧが流入しないように切り換わるので、第１の実施の形態と同様に第２のＥＧＲクーラ７３において凝縮水が発生することを防止できる。
【０１５５】
また、本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、通常モードにおいて、切換弁７９が第２のＥＧＲクーラ７３に排出ガスＧの全量が流入するように切り換わるので、第１のＥＧＲクーラ７１と第２のＥＧＲクーラ７３との接続は直列となる。このため、第１の実施の形態と同様に、第１のＥＧＲクーラ７１において凝縮水が発生した場合、排出ガスＧの含有水分が低減するので、第２のＥＧＲクーラ７３で凝縮水が発生することを抑制できる。
【０１５６】
（第４の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係るエンジン１においては、第１の実施の形態の第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の接続、ならびに冷却水Ｗの供給系の構成のみが異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【０１５７】
図６（ａ）に示すように、本実施の形態のＬＰＬ−ＥＧＲ装置７は、上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、切換弁７９と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６と、開閉弁７７と、第１の冷却水循環手段１１０と、第２の冷却水循環手段１１１とを含んで構成されている。第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３は、上流管７０と中間管７４との間に並列に接続されている。
【０１５８】
上流管７０の上流側は、排気管４１の排気後処理器４２と排気絞り弁４３との間に連結されている。上流管７０の下流側は二股に分岐して、それぞれ第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に連結されている。中間管７４の上流側は二股に分岐して、それぞれ第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に連結されている。中間管７４の下流側は、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５に連結されている。
【０１５９】
第１のＥＧＲクーラ７１は第２のＥＧＲクーラ７３の下方に配置されている。これにより、第１のＥＧＲクーラ７１で凝縮水が発生した場合であっても、凝縮水が第２のＥＧＲクーラ７３に流入することを防止できるようになっている。
【０１６０】
切換弁７９は、上流管７０の分岐部分に設けられている。切換弁７９は、排気管４１からの排出ガスＧに対して、第１のＥＧＲクーラ７１へ流入する流量と第２のＥＧＲクーラ７３へ流入する流量との割合を調整するようになっている。これにより、切換弁７９は、例えば、排気管４１からの排出ガスＧの全量を第１のＥＧＲクーラ７１へ流入させるとともに、第２のＥＧＲクーラ７３には全く流さないようにすることができる。あるいは、切換弁７９は、排気管４１からの排出ガスＧの全量を第２のＥＧＲクーラ７３へ流入させるとともに、第１のＥＧＲクーラ７１には全く流さないようにすることもできる。さらには、切換弁７９は、排気管４１からの排出ガスＧを第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３のそれぞれに適宜な割合で流入させるようにすることもできる。
【０１６１】
また、エンジン本体２は、シリンダヘッド２０と、シリンダブロック２１とを有している。エンジン本体２のウォータジャケット２３は、シリンダヘッド２０に形成されたシリンダヘッドウォータジャケット２３ａと、シリンダブロック２１に形成されたシリンダブロックウォータジャケット２３ｂとを含んで構成されている。
【０１６２】
第１の冷却水循環手段１１０は、第１の冷却水循環上流管１１０ａと第１の冷却水循環下流管１１０ｂとを備えている。第１の冷却水循環上流管１１０ａは、第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流入管９１と、シリンダブロックウォータジャケット２３ｂとを連結している。第１の冷却水循環下流管１１０ｂは、第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流出管９２と、シリンダヘッドウォータジャケット２３ａとを連結している。このため、冷却水Ｗの供給ポンプが作動しているときは、暖機モードおよび通常モードのいずれの場合でも第１のＥＧＲクーラ７１には冷却水Ｗが供給されるようになっている。
【０１６３】
第２の冷却水循環手段１１１は、第２の冷却水循環上流管１１１ａと第２の冷却水循環下流管１１１ｂとを備えている。第２の冷却水循環上流管１１１ａは、第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流入管１０１と、シリンダヘッドウォータジャケット２３ａとを、開閉弁７７を介して連結している。第２の冷却水循環下流管１１１ｂは、第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流出管１０２と、シリンダブロックウォータジャケット２３ｂとを連結している。
【０１６４】
暖機モードでは、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗが供給される。また、暖機モードでは、開閉弁７７が閉塞されるので、第２のＥＧＲクーラ７３には冷却水Ｗが供給されない。さらに、暖機モードでは、切換弁７９は、流出ガスＧが第１のＥＧＲクーラ７１のみを流通するように切り換わる。これにより、排気管４１からの排出ガスＧは、全て第１のＥＧＲクーラ７１のみを流通する。
【０１６５】
一方、通常モードでは、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗが供給される。また、通常モードでは、開閉弁７７が開放されるので、第２のＥＧＲクーラ７３にも冷却水Ｗが供給される。さらに、通常モードでは、切換弁７９は、流出ガスＧが第２のＥＧＲクーラ７３のみを流通するように切り換わる。これにより、排気管４１からの排出ガスＧは、全て第２のＥＧＲクーラ７３のみを流通する。
【０１６６】
また、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７を通過した排出ガスＧが適温になるようにするために、切換弁７９を操作することにより、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３のそれぞれを流通する排出ガスＧの流量を適宜調整することが好ましい。
【０１６７】
本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、暖機モードにおいて、切換弁７９が第２のＥＧＲクーラ７３に排出ガスＧが流入しないように切り換わるので、第１の実施の形態と同様に第２のＥＧＲクーラ７３において凝縮水が発生することを防止できる。
【０１６８】
また、本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３を並列に接続して配置しているので、直列に配置する場合に比べて全長を短くして、ＬＰＬ−ＥＧＲ装置７を小型化することができる。
【０１６９】
さらに、本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７によれば、暖機モードにおいて、第１のＥＧＲクーラ７１に冷却水Ｗが流通されるとともに、第１のＥＧＲクーラ７１で加熱された冷却水Ｗがエンジン本体２のシリンダヘッド２０に供給される。このため、暖機運転時において、第１のＥＧＲクーラ７１以外に冷却水Ｗが供給されていない状況であっても、排出ガスＧで加熱された冷却水Ｗの熱により、シリンダヘッド２０からエンジン本体２を暖機することができる。
【０１７０】
上述した本実施の形態の内燃機関のＥＧＲ装置７においては、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３の排出ガスＧの流量の割合を調整するための切換弁７９を備えている。しかしながら、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置においては、これに限られず、切換弁７９を備えていなくてもよい。この場合も、暖機モードでは開閉弁７７が閉塞されるので、第２のＥＧＲクーラ７３には冷却水Ｗが供給されない。このため、暖機運転時に、第２のＥＧＲクーラ７３において凝縮水が発生することを抑制することができる。
【０１７１】
（第５の実施の形態）
本実施の形態は、上述の第４の実施の形態と略同様の全体構成を有している。本実施の形態に係るエンジン１においては、第４の実施の形態の第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３への冷却水Ｗの供給系の構成のみが異なっているが、他の構成は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１の実施の形態および図６（ａ）に示した第４の実施の形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【０１７２】
図６（ｂ）に示すように、本実施の形態のＬＰＬ−ＥＧＲ装置７は、上流管７０と、第１のＥＧＲクーラ７１と、第２のＥＧＲクーラ７３と、中間管７４と、切換弁７９と、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７５と、下流管７６とを含んで構成されている。第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３は、上流管７０と中間管７４との間に並列に接続されている。
【０１７３】
第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流入管９１の上流側端部は、冷却水供給管９６およびエンジン本体２のウォータジャケットを介して冷却水Ｗの供給ポンプに連結されている。第１のＥＧＲクーラ７１の冷却水流出管９２の下流側端部は、例えばラジエータに連結されている。第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流入管１０１の上流側端部は、冷却水供給管９６およびエンジン本体２のウォータジャケットを介して冷却水Ｗの供給ポンプに連結されている。第２のＥＧＲクーラ７３の冷却水流出管１０２の下流側端部は、例えばラジエータに連結されている。
【０１７４】
暖機モードでは、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗが供給される。また、暖機モードでは、切換弁７９は、流出ガスＧが第１のＥＧＲクーラ７１のみを流通するように切り換わる。これにより、排気管４１からの排出ガスＧは、全て第１のＥＧＲクーラ７１のみを流通する。
【０１７５】
通常モードでも、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３に冷却水Ｗが供給される。また、通常モードでは、切換弁７９は、流出ガスＧが第２のＥＧＲクーラ７３のみを流通するように切り換わる。これにより、排気管４１からの排出ガスＧは、全て第２のＥＧＲクーラ７３のみを流通する。あるいは、通常モードでは、切換弁７９は、流出ガスＧが第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３のそれぞれに適宜な割合で流通するように切り換わるようにしてもよい。これにより、排気管４１からの排出ガスＧは、第１のＥＧＲクーラ７１および第２のＥＧＲクーラ７３のそれぞれに適宜な割合で流通する。
【０１７６】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関のＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラにおいて凝縮水の発生を抑制するとともに、ＥＧＲクーラにおいて凝縮水が発生した場合は凝縮水による腐食が生じないようにする場合に好適な内燃機関のＥＧＲ装置に有用である。
【符号の説明】
【０１７７】
１  エンジン（内燃機関）
２  エンジン本体
３  吸気装置
４  排気装置
７  ＬＰＬ−ＥＧＲ装置（ＥＧＲ装置）
２０  シリンダヘッド
２１  シリンダブロック
２３  ウォータジャケット
２３ａ  シリンダヘッドウォータジャケット
２３ｂ  シリンダブロックウォータジャケット
７０  上流管（ＥＧＲ管）
７１  第１のＥＧＲクーラ
７２  クーラ間管（ＥＧＲ管）
７３  第２のＥＧＲクーラ
７４  中間管（ＥＧＲ管）
７６  下流管（ＥＧＲ管）
７７  開閉弁（切換手段、排出ガス導入手段）
７９  切換弁（切換手段、排出ガス導入手段）
８０  判断部（切換手段、排出ガス導入手段）
９３  冷却管（冷却手段）
１０３  伝熱管（冷却手段）
１１０  第１の冷却水循環手段
１１１  第２の冷却水循環手段
Ｇ  排出ガス
Ｗ  冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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