(57)【要約】【課題】簡素な構成で、ＥＧＲガスの放熱と遮熱とを両立することができる内燃機関の排気還流装置を提供する。【解決手段】排気還流装置１０は、内管１７と外管１８とが組み合わされた二重構造部１６を有した排気還流通路１２と、内管１７の外周面と外管１８の内周面との間に形成される中間室１９と、排気温度が所定温度以上の場合に中間室１９を開放して外気を通過させ、かつ排気温度が所定温度未満の場合に中間室１９を密閉して外気を停留させる開閉装置２０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内管と前記内管の外側に配置された外管とが組み合わされた二重構造部を有し、内燃機関の排気通路から排気をＥＧＲガスとして取り出して前記内燃機関の吸気通路に導く排気還流通路と、前記内管の外周面と前記外管の内周面との間に形成されて所定のガスが供給される中間室と、前記排気通路から取り出される排気の排気温度に応じて、前記中間室内に存在する前記所定のガスの流れの状態を前記所定のガスが前記中間室を通過するガス通過状態と前記所定のガスが前記中間室内に停留するガス停留状態との間で切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
【請求項２】
前記中間室には、外気を前記所定のガスとして導入できる外気導入口と、導入された外気を排出できる外気排出口とが設けられ、
前記切替手段は、前記排気温度が所定温度以上の場合に前記外気導入口を開き、かつ前記排気温度が前記所定温度未満の場合に前記外気導入口を閉じる導入口開閉部材と、前記排気温度が前記所定温度以上の場合に前記外気排出口を開き、かつ前記排気温度が前記所定温度未満の場合に前記外気排出口を閉じる排出口開閉部材とを有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還流装置。
【請求項３】
前記外気導入口が前記二重構造部の長手方向の一端に、前記外気排出口が前記二重構造部の長手方向の他端にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項４】
前記中間室には、前記内管を通る排気を前記所定のガスとして導入できる排気導入口と、導入された排気を前記排気導入口よりも下流側の前記内管に戻すことができる排気戻し口とが設けられ、
前記切替手段は、前記排気温度が所定温度以上の場合に前記排気導入口を開き、かつ前記排気温度が前記所定温度未満の場合に前記排気導入口を閉じる導入口開閉部材を有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還流装置。
【請求項５】
前記排気導入口の下流側かつ前記排気戻し口の上流側の前記内管に配置されて、前記排気温度が前記所定温度以上の場合に前記内管を閉鎖する遮断機構を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項６】
前記内管の外周面に設けられて前記中間室内に突出する放熱部材を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。
【請求項７】
前記排気還流通路に設けられてＥＧＲガスを冷却する冷却装置を更に備え、
前記二重構造部は、ＥＧＲガスを取り出す取出位置と前記冷却装置との間に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路から排気を取り出して吸気通路に導く内燃機関の排気還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気還流装置として、排気通路から排気を取り出して吸気通路に導入する排気還流通路を二重管構造とし、内側の内管と外側の外管との間に冷却水を流通させることにより排気通路からＥＧＲガスとして取り出した排気を冷却するものがある（特許文献１）。また、二重管構造の内管と外管との間に形成される閉空間に空気を停留させることにより断熱用の空気層を形成した排気還流装置も知られている（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１６４９５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７６６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気通路を流れる高温の排気をＥＧＲガスとして取り出した場合、排気還流通路に設けられた冷却装置との接続部で温度差が大きくなるため熱損傷を受けるおそれがある。そのため、排気通路を流れるＥＧＲガスの温度を排気還流通路の放熱により下げることが好ましい。その一方で、冷却装置に至るまでの通路を長くすると放熱が促進されるが、内燃機関の運転条件によってＥＧＲガスが冷却装置に導かれるまでの間に凝縮水が発生するおそれがある。従って、ＥＧＲガスの放熱を行うことが好ましい領域と遮熱（断熱）を行うことが好ましい領域とが存在するため、上述した従来技術のように放熱又は断熱のいずれか一方を行っただけでは十分とは言えない。
【０００５】
そこで、本発明は、簡素な構成で、ＥＧＲガスの放熱と遮熱とを両立することができる内燃機関の排気還流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】
【０００６】
本発明の排気還流装置は、内管と前記内管の外側に配置された外管とが組み合わされた二重構造部を有し、内燃機関の排気通路から排気をＥＧＲガスとして取り出して前記内燃機関の吸気通路に導く排気還流通路と、前記内管の外周面と前記外管の内周面との間に形成されて所定のガスが供給される中間室と、前記排気通路から取り出される排気の排気温度に応じて、前記中間室内に存在する前記所定のガスの流れの状態を前記所定のガスが前記中間室を通過するガス通過状態と前記所定のガスが前記中間室内に停留するガス停留状態との間で切り替える切替手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この排気還流装置によれば、中間室内に供給される所定のガスの流れの状態が、中間室を所定のガスが通過する状態と停留する状態との間で排気温度に応じて切り替えられる。中間室を所定のガスが通過することにより、二重構造部を流れるＥＧＲガスと所定のガスとの間で熱交換が行われ放熱が促進される。その一方で、中間室内に所定のガスが停留することにより、所定のガスが断熱層として機能するため、二重構造部を流れるＥＧＲガスの温度を保持することができ、凝縮水の発生を防止することができる。
【０００８】
本発明の排気還流装置の一態様において、前記中間室には、外気を前記所定のガスとして導入できる外気導入口と、導入された外気を排出できる外気排出口とが設けられ、前記切替手段は、前記排気温度が所定温度以上の場合に前記外気導入口を開き、かつ前記排気温度が前記所定温度未満の場合に前記外気導入口を閉じる導入口開閉部材と、前記排気温度が前記所定温度以上の場合に前記外気排出口を開き、かつ前記排気温度が前記所定温度未満の場合に前記外気排出口を閉じる排出口開閉部材とを有してもよい（請求項２）。この態様によれば、外気導入口と外気排出口とがそれぞれ開かれて中間室内を外気が通過することにより熱交換が促進されて排気の温度を速やかに下げることができる。
【０００９】
この態様においては、前記外気導入口が前記二重構造部の長手方向の一端に、前記外気排出口が前記二重構造部の長手方向の他端にそれぞれ配置されていてもよい（請求項３）。この態様によれば、中間室内に外気を満遍なく通過させることができるので、熱交換の効率が向上する。
【００１０】
本発明の排気還流装置の一態様において、前記中間室には、前記内管を通る排気を前記所定のガスとして導入できる排気導入口と、導入された排気を前記排気導入口よりも下流側の前記内管に戻すことができる排気戻し口とが設けられ、前記切替手段は、前記排気温度が所定温度以上の場合に前記排気導入口を開き、かつ前記排気温度が前記所定温度未満の場合に前記排気導入口を閉じる導入口開閉部材を有してもよい（請求項４）。この態様によれば、排気温度が所定温度以上の場合に排気導入口が開かれることにより、内管を通る排気が中間室を経由するため、その排気と外気との間で熱交換が行われて放熱が促進される。その一方、排気導入口が閉じられた場合には、中間室内に存在する排気が断熱層として機能するため、二重構造部を流れるＥＧＲガスを保温することができる。
【００１１】
この態様においては、前記排気導入口の下流側かつ前記排気戻し口の上流側の前記内管に配置されて、前記排気温度が前記所定温度以上の場合に前記内管を閉鎖する遮断機構を更に備えてもよい（請求項５）。この場合、遮断機構にて内管が閉鎖されると二重構造部を流れるＥＧＲガスの全部が中間室を経由することになるので、放熱効果が更に向上する。
【００１２】
本発明の一態様においては、前記内管の外周面に設けられて前記中間室内に突出する放熱部材を更に備えてもよい（請求項６）。この場合には、中間室内を通過するガスの内管側への接触面積が増加するため、ＥＧＲガスの放熱効果が更に向上する。
【００１３】
本発明の一態様においては、前記排気還流通路に設けられてＥＧＲガスを冷却する冷却装置を更に備え、前記二重構造部は、ＥＧＲガスを取り出す取出位置と前記冷却装置との間に設けられていてもよい（請求項７）。この態様によれば、排気温度が所定温度以上の場合、ＥＧＲガスが二重構造部にて冷却されてから冷却装置に導入されるため、冷却装置の接続部における温度差を効果的に緩和できる。それにより、接続部における熱損傷の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、中間室内に供給される所定のガスの流れの状態が、中間室を所定のガスが通過する状態と停留する状態との間で排気温度に応じて切り替えられる。中間室を所定のガスが通過することにより、二重構造部を流れるＥＧＲガスと所定のガスとの間で熱交換が行われ放熱が促進される。その一方で、中間室内に所定のガスが停留することにより、所定のガスが断熱層として機能するため、二重構造部を流れるＥＧＲガスの温度を保持することができ、凝縮水の発生を防止することができる。これにより、簡素な構成でＥＧＲガスの放熱と遮熱とを両立することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の形態）
図１は本発明の一形態に係る排気還流装置を適用した内燃機関の要部を示している。内燃機関１は直列４気筒型のディーゼルエンジンとして構成されている。内燃機関１にはコンプレッサ２ａ及びそれと一体回転するタービン２ｂとを備えたターボチャージャー２が設けられており、そのターボチャージャー２のコンプレッサ２ａによって吸気通路３に導かれる吸気を加圧して内燃機関１に対して過給する。コンプレッサ２ａの上流には空気濾過用のエアクリーナ４が設けられている。排気通路５にはタービン２ｂが設けられており、そのタービン２ｂの下流側には排気中の有害物質を浄化するための排気浄化装置６が設けられている。排気浄化装置６は吸蔵還元型のＮＯｘ触媒コンバータ７と、その触媒コンバータ７の下流側に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタ８とを備えている。ＮＯｘ触媒コンバータ７は周知のように排気中のＮＯｘを吸蔵するとともに、排気を一時的にリッチ側に設定することで吸蔵したＮＯｘを還元して浄化する機能を持つ。パティキュレートフィルタ８は排気中の粒子状物質（パティキュレート）を捕捉できる多孔質材料で構成された基材を有し、パティキュレートの大気への排出を抑制する。
【００１６】
内燃機関１には、燃料噴射弁９にて噴射された燃料の燃焼温度を下げてＮＯｘ生成量を低減するため、排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路に導入する排気還流装置１０が設けられている。排気還流装置１０は排気通路５と吸気通路３とを結ぶ排気還流通路１２と、吸気通路３に導入するＥＧＲガスの量を調整する排気還流弁１３と、ＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４とを備えている。排気還流通路１２は、排気の取出位置１２ａから冷却装置１４との接続位置１２ｂまでの間に配置された二重構造部１６を備えている。二重構造部１６は内管１７とその外側に配置された外管１８とを組み合わせて構成される。内管１７の外周面と外管１８の内周面との間には中間室１９が形成され、その中間室１９には所定のガスとしての外気（空気）が供給される。
【００１７】
中間室１９にはその内部に外気を導入できる外気導入口１９ａと導入された外気を排出できる外気排出口１９ｂとが二重構造部１６の長手方向の両端にそれぞれ設けられる。外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂのそれぞれは二重構造部１６の中心線方向に開口している。外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂのそれぞれは切替手段としての開閉装置２０にて開閉される。開閉装置２０は外気導入口１９ａを開閉する上流側開閉部２１と、外気排出口１９ｂを開閉する下流側開閉部２２とを備える。上流側開閉部２１は本発明に係る導入口開閉部材に、下流側開閉部２２は本発明に係る排出口開閉部材にそれぞれ相当する。なお、上流側開閉部２１と下流側開閉部２２とは互いに同一構造であるので、以下、上流側開閉部２１のみを説明し、下流側開閉部２２の説明を省略する。
【００１８】
図２は図１のII−II線に沿った拡大断面図である。上流側開閉部２１は外気導入口１９ａの周方向に並ぶ８つの弁体２３を備えている。弁体２３は設定温度で変形するバイメタル材で構成されており、その一端は外管１７に固定された固定端に、反対側の他端は自由端になっている。図３は図２のIII−III線に沿った断面図である。各弁体２３は設定温度未満の場合、実線で示すように外気導入口１９ａを閉じる。その一方、各弁体２３は設定温度以上の場合は図３の破線で示すように変形して外気導入口１９ａを開く。下流側開閉部２２も同様に、設定温度未満の場合に外気排出口１９ｂを閉じる一方で、設定温度以上の場合は外気排出口１９ｂを開く。
【００１９】
各開閉部２１、２２の設定温度は、排気通路５から取り出される排気の排気温度に対応して設定されている。つまり設定温度は排気温度が所定温度未満の場合に外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ａが閉じられ、かつ排気温度が所定温度以上の場合に外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂが開かれるように設定されている。これにより、排気温度が所定温度未満の場合には外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂのそれぞれが開閉装置２０にて閉じられることにより中間室１９が密閉されて、中間室１９内に外気が停留するガス停留状態となる。一方、排気温度が所定温度以上の場合には外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂのそれぞれが開閉装置２０にて開かれることにより中間室１９が開放されて、外気が中間室１９を通過するガス通過状態となる。このように開閉装置２０が排気温度に応じて動作するため、排気還流装置１０は排気温度に応じて中間室１９内に存在する外気の流れの状態をガス通過状態とガス停留状態との間で切り替えることができる。
【００２０】
図３に示すように、内管１７の外周面には放熱部材としての多数のフィン２５が設けられている。各フィン２５は中間室１９内に突出しており、所定間隔で並べられている。これにより、中間室１９内を通過する外気との接触面積が増大して冷却効果が向上する。
【００２１】
この形態によれば、排気温度が所定温度未満の場合には、中間室１９内に外気が停留し、その外気が断熱層として機能するため凝縮水の生成が抑制される。また、排気温度が所定温度以上の場合は、中間室１９内を外気が通過するため、ＥＧＲガスが二重構造部１６を通過する際に冷却される。また、二重構造部１６が取出位置１２ａと冷却装置１４との間に設けられているので、排気温度が所定温度以上の場合に二重構造部１６にてＥＧＲガスが冷却されてから冷却装置１４に導入される。このため、冷却装置１４の接続部における温度差を効果的に緩和でき、その接続部における熱損傷の発生を防止できる。
【００２２】
この形態では、開閉装置２０はバイメタル材で構成された弁体２３の温度に応じた変形を利用して外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂのそれぞれを開閉しているが、弁体２３の代りに外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂのそれぞれを開閉できる不図示の弁体を設け、その弁体を排気温度に応じて動作する不図示のアクチュエータにて駆動して、外気導入口１９ａ及び外気排出口１９ｂのそれぞれを開閉させてもよい。この場合は、弁体及びアクチュエータの組み合わせが本発明の切替手段に相当する。
【００２３】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図４及び図５を参照して説明する。図４は第２の形態に係る排気還流装置を適用した内燃機関の排気系の一部を拡大して示している。図４の内燃機関の主要構成は図１の内燃機関１と同一である。内燃機関１と同一構成には図４に同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図４に示すように、第２の形態に係る排気還流装置３０は、排気通路５から排気をＥＧＲガスとして取り出す排気還流通路３１を備えている。排気還流通路３１は排気の取出位置３１ａから冷却装置１４との接続位置３１ｂまでの間に配置された二重構造部３２を備えている。二重構造部３２は内管３３とその外側に配置された外管３４とを組み合わせて構成される。内管３３の外周面と外管３４の内周面との間には中間室３５が形成される。中間室３５の長手方向の両端は塞がれている。詳しくは後述するが、中間室３５には所定のガスとしての排気が供給される。
【００２５】
図５は図４のV−V線に沿った断面を示している。図５にも示すように、中間室３５は中心線に沿って延びる区画壁３６にて二つの室３７、３８に区分されている。図４に示すように、取出位置３１ａに近い側には、内管３３と室３７とを連通する排気導入口３５ａが設けられている。排気導入口３５ａは切替手段としての開閉装置３９にて開閉される。排気導入口３５ａの下流側には、内管３３と室３８とを連通する排気戻し口３５ｂが設けられている。区画壁３６の下流側の一端３６ａは接続位置３１ｂの近くに位置しており、その一端３６ａにおいて二つの室３７、３８は連通する。
【００２６】
開閉装置３９は、排気導入口３５ａを塞ぐことができる大きさを持ち、かつ設定温度で変形するバイメタル材で構成された弁体４０を備えており、その弁体４０は設定温度未満の場合は図４の実線で示すように排気導入口３５ａを閉じる。その一方、弁体４０は設定温度以上の場合は図４の破線で示すように変形して排気導入口３５ａを開く。弁体４０の設定温度は、排気通路５から取り出される排気の排気温度に対応して設定されている。つまり設定温度は排気温度が所定温度未満の場合に排気導入口３５ａが閉じられ、かつ排気温度が所定温度以上の場合に排気導入口３５ａが開かれるように設定されている。弁体４０は本発明に係る導入口開閉部材に相当する。
【００２７】
排気導入口３５ａの下流側でかつ排気戻し口３５ｂの上流側の内管３３には、内管３３を開閉する遮断機構としての弁装置４１が設けられる。弁装置４１は弁体４２とその弁体４２を駆動する駆動部４３とを備えており、その駆動部４３は図４に示した開通位置と、その開通位置から弁体４２が略９０度回転して内管３３を閉鎖する閉鎖位置との間で弁体４２を駆動する。駆動部４３の動作は内燃機関の運転状態を適正に制御するコンピュータであるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４５にて制御される。ＥＣＵ４５は、排気通路５に設けられた排気温センサ４６の出力信号に基づいて、排気通路５から取り出される排気の排気温度を取得し、その排気温度が所定温度未満の場合は弁体４２が開通位置に、所定温度以上の場合は弁体４２が遮断位置にそれぞれ保持されるように駆動部４３を操作する。
【００２８】
以上の構成により、排気温度が所定温度未満の場合は、排気導入口３５ａが開閉装置３９にて閉じられ、かつ内管３３が弁装置４１にて開通されるので、排気通路５から取り出された排気は図４の実線の矢印で示すように二重構造部３２の内管３３を通過して冷却装置１４に導かれる。この場合は、排気導入口３５ａが閉じられているので、中間室３５内に排気が停留するガス停留状態となる。
【００２９】
一方、排気温度が所定温度以上の場合は、排気導入口３５ａが開閉装置３９にて開かれ、かつ内管３３が弁装置４１にて閉鎖される。そのため、排気通路５から取り出されて内管３３に導かれた排気は中間室３５を経由してから内管３３に戻される。即ち、図４の破線の矢印で示すように、排気は排気導入口３５ａから中間室３５の室３７に導かれて接続位置３１ｂの近くで折り返されて室３８に導かれ、その後排気戻し口３５ｂを介して内管３３に戻される。つまり、排気温度が所定温度以上の場合は、排気が中間室３５を通過するガス通過状態となる。このように開閉装置３９が排気温度に応じて動作するため、排気還流装置３０は排気温度に応じて中間室３５内に存在する排気の流れの状態をガス通過状態とガス停留状態との間で切り替えることができる。
【００３０】
第２の形態によれば、排気温度が所定温度未満の場合には、中間室３５内に排気が停留し、その排気が断熱層として機能するため凝縮水の生成が抑制される。また、排気温度が所定温度以上の場合は、中間室３５内を排気が通過することにより外気との間で熱交換が行われて冷却される。また、第１の形態と同様に、二重構造部３２が取出位置３１ａと冷却装置１４との間に設けられているので、排気温度が所定温度以上の場合に二重構造部３２にてＥＧＲガスが冷却されてから冷却装置１４に導入される。このため、冷却装置１４の接続部における温度差を効果的に緩和でき、その接続部における熱損傷の発生を防止できる。
【００３１】
この形態では、開閉装置３９はバイメタル材で構成された弁体４０の温度に応じた変形を利用して排気導入口３５ａを開閉しているが、弁体４０の代りに排気導入口３５ａを開閉できる不図示の弁体を設け、その弁体を排気温度に応じて動作する不図示のアクチュエータにて駆動して、排気導入口３５ａを開閉させてもよい。この場合は、弁体及びアクチュエータの組み合わせが本発明の切替手段に相当する。
【００３２】
また、第２の形態では、排気温度が所定温度以上の場合に弁装置４１にて内管３３を閉鎖することにより、二重構造部３２を流れるＥＧＲガスの全部が中間室３５を経由するが、弁装置４１を省略して実施することもできる。この場合は、排気導入口３５ａが開かれた際に内管３３が閉鎖されないが、二重構造部３２を流れるＥＧＲガスの一部が排気導入口３５ａから中間室３５に導かれて内管３３に戻るため、ある程度の冷却効果を得ることができる。
【００３３】
弁装置４１は内管３３を開通する開通位置と内管３３を閉鎖する閉鎖位置との間で切り替えているが、開通位置と閉鎖位置との間の任意の位置に弁体４２を保持してもよい。この場合は、中間室３５を経由する排気の流量を調整することができるので、排気通路５から取り出した排気の温度を詳細に制御することが可能となる。
【００３４】
また、第２の形態においては、第１の形態と同様に内管３３の外周面に中間室３５内に突出する放熱部材としてのフィンを設けることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一形態に係る排気還流装置を適用した内燃機関の要部を示した図。
【図２】図１のII−II線に沿った拡大断面図。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図。
【図４】第２の形態に係る排気還流装置を適用した内燃機関の排気系の一部を拡大して示した図。
【図５】図４のV−V線に沿った断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１  内燃機関
３  吸気通路
５  排気通路
１０  排気還流装置
１２  排気還流通路
１４  冷却装置
１６  二重構造部
１７  内管
１８  外管
１９  中間室
１９ａ  外気導入口
１９ｂ  外気排出口
２０  開閉装置（切替手段）
２１  上流側開閉部（導入口開閉部材）
２２  下流側開閉部（排出口開閉部材）
２５  フィン（放熱部材）
３０  排気還流装置
３１  排気還流通路
３２  二重構造部
３３  内管
３４  外管
３５  中間室
３５ａ  排気導入口
３５ｂ  排気戻し口
３９  開閉装置（切替手段）
４０  弁体（導入口開閉部材）
４１  弁装置（遮断機構）
【図１】
2008255853.tif 000003
【図２】
2008255853.tif 000004
【図３】
2008255853.tif 000005
【図４】
2008255853.tif 000006
【図５】
2008255853.tif 000007