(57)【要約】【課題】  ターボ過給機付きＶ型エンジンＥにおける吸入空気の充填効率の向上および一対の第１、第２ターボ過給機１、２の過給効率の向上を図ることを課題とする。【解決手段】  排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２の下流側端部とＥＧＲガスクーラ６の入口部との間に設けられる合流管４３のバルブ室の内部に三方切替弁７を設置しているので、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に発生した排気脈動圧が、仮に逆位相であっても干渉することはなく、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に発生した排気脈動圧が互いに影響を受けなくなる。これによって、一対の第１、第２ターボ過給機１、２の各第１、第２タービン３５、３６に作用する排気圧力が高くなり、過給効率の高い運転状態を維持できる。そして、一対の第１、第２ターボ過給機１、２の過給効率に応じて吸入空気の充填効率も高くなる。【選択図】  図１
2007040136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）少なくとも１以上の気筒がそれぞれ配置された複数のバンク、およびこれらのバンク毎に独立して接続される複数の排気通路を有する内燃機関と、
（ｂ）前記複数の排気通路毎に対応して接続される複数のタービンを有し、
前記複数のバンクの気筒より流出した排気ガスの排気エネルギーを利用して、前記内燃機関の気筒内に吸入される吸入空気を過給する複数のターボ過給機と、
（ｃ）前記複数の排気通路毎に独立して接続される複数の排気ガス還流路を有し、
前記内燃機関の複数のバンク毎より流出した排気ガスの一部を、前記複数の排気通路から前記内燃機関の吸気側に還流させる排気ガス還流管と、
（ｄ）この排気ガス還流管に開閉自在に設置されて、前記内燃機関の吸気側に還流する排気ガス還流量を調整する排気ガス還流量制御弁と
を備えた過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置において、
前記排気ガス還流管は、
前記排気ガス還流量制御弁よりも排気ガスの流れ方向の上流側に設置されて、前記複数のバンクの気筒から流入した排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置と、
この排気ガス冷却装置よりも排気ガスの流れ方向の上流側に設置されて、前記排気ガス還流量制御弁が全閉状態の時に前記複数の排気ガス還流路の連通状態を遮断する還流路遮断弁と
を備えたことを特徴とする過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置において、
前記複数のバンクは、前記気筒が群配置された一対の第１、第２バンクを有し、
前記複数の排気通路は、前記一対の第１、第２バンクの各気筒毎に対応して接続される一対の第１、第２排気通路を有し、
前記複数の排気ガス還流路は、前記一対の第１、第２排気通路毎に対応して接続される一対の第１、第２排気ガス還流路を有していることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項３】
請求項２に記載の過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置において、
前記排気ガス還流管は、前記第１排気ガス還流路から前記排気ガス冷却装置側に向かう排気ガスと、前記第２排気ガス還流路から前記排気ガス冷却装置側に向かう排気ガスとを合流させる合流部を有していることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項４】
請求項３に記載の過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置において、
前記還流路遮断弁は、前記一対の第１、第２排気ガス還流路を連通させる連通状態と前記一対の第１、第２排気ガス還流路を遮断する遮断状態とを選択的に切り替える切替弁であることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項５】
請求項３に記載の過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置において、
前記還流路遮断弁は、前記一対の第１、第２排気ガス還流路のうちの少なくとも一方の排気ガス還流路を開閉する開閉弁であることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置において、
前記排気ガス還流量制御弁は、前記排気ガス還流管の一部を成すハウジングと、このハウジングの内部に開閉自在に収容されたバルブと、このバルブと一体的に動作するバルブ軸とを備え、
前記ハウジングは、前記バルブ軸を摺動自在または回転自在に軸支するバルブ軸受部を有していることを特徴とする過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置に関するもので、特に複数のバンク毎に独立して設けられた複数の排気ガス還流量制御弁の耐熱性能の向上と、複数のバンク毎に独立して設けられた複数のターボ過給機の過給効率の向上とを図ることが可能な過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来より、例えば気筒が群配置された複数のバンクを有するＶ型エンジン搭載車において、１組のターボチャージャーと、複数のバンク毎に独立して設けられた複数の排気ガス還流管（所謂ＥＧＲパイプ）と、これらのＥＧＲパイプ内に形成される各排気ガス還流路をそれぞれ開閉する複数の排気ガス還流量制御弁（所謂ＥＧＲ制御バルブ）とを備えた過給機付きＶ型エンジンの排気ガス再循環装置が公知である（例えば、特許文献１及び２参照）。一方、複数のバンク毎に独立して設けられた複数のターボチャージャーと、複数のバンク毎に独立して設けられた排気通路から共通の吸気通路に排気ガスの一部を還流させるＥＧＲパイプと、このＥＧＲパイプ内に形成される排気ガス還流路を開閉する１つのＥＧＲ制御バルブとを備えた過給機付きＶ型エンジンの排気ガス再循環装置が公知である（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
ここで、複数のバンク毎に独立して設けられた複数のターボチャージャーと、複数のバンク毎に独立して設けられた複数のＥＧＲパイプと、これらの各ＥＧＲパイプ内に形成される排気ガス還流路を開閉する複数のＥＧＲ制御バルブとを備えた過給機付き多気筒Ｖ型エンジンの排気ガス再循環装置が考えられる。この種の排気ガス再循環装置を図３に示す。ここで、図３中の１０１、１０２は複数のバンク１０３、１０４毎に独立して設けられた複数のターボチャージャーで、１０５、１０６は複数のバンク１０３、１０４毎に独立して設けられた複数のＥＧＲパイプで、１１１、１１２は各排気ガス還流路を開閉する複数のＥＧＲ制御バルブである。
【０００４】
［従来の技術の不具合］
ところが、過給機付きＶ型エンジンの排気ガス再循環装置においては、高温の排気ガスをそのまま多気筒エンジンの吸気側に再循環させると、吸入空気の充填効率が低下するために、混合気の燃焼が悪化してエンジン出力が低下するという可能性がある。また、複数のＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２の弁体として、ポペットバルブやバタフライバルブを採用した場合には、ＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２と一体的に動作するバルブ軸をバルブハウジングのバルブ軸受部にて軸支する必要がある。
【０００５】
この場合、バルブ軸受部を循環する潤滑油がバルブ側に流出するのを防止するシールゴム等のオイルシール、あるいは排気ガス流路からバルブ軸受部を介してバルブハウジングの外部に排気ガスが漏洩するのを防止するシールゴム等のパッキンがバルブ軸受部とバルブ軸との間に装着されていると、複数のＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２の内部に流入する高温の排気ガスの熱によりオイルシールまたはパッキンが劣化する可能性がある。したがって、ＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２の内蔵部品の耐熱性を考慮する必要がある。
【０００６】
そこで、図３の排気ガス再循環装置においては、複数のＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２よりも排気ガスの流れ方向の上流側に、複数のＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２に向かう排気ガスをエンジン冷却水を利用して冷却する排気ガス冷却装置（所謂ＥＧＲガスクーラ）１０７を搭載する必要がある。これにより、吸入空気の充填効率を向上でき、且つ複数のＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２の内蔵部品（オイルシールまたはパッキン等）の耐熱性を向上できる。
【０００７】
しかるに、過給機付きＶ型エンジンの排気ガス再循環装置にＥＧＲガスクーラ１０７を搭載し、更に複数のＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２よりも排気ガスの流れ方向の上流側にＥＧＲガスクーラ１０７を搭載した場合、ＥＧＲガスクーラ１０７の内部への排気ガスの取り込みを各バンク１０３、１０４毎に独立して設けられた複数のエキゾーストマニホールド１１３、１１４に接続する複数のＥＧＲパイプ１０５、１０６内に形成される各排気ガス還流路を介して行うことになる。この場合には、複数のＥＧＲ制御バルブ１１１、１１２が全閉状態であっても、過給機付きＶ型エンジンの高負荷運転領域の際に、各排気ガス還流路がＥＧＲガスクーラ１０７よりも上流側の合流部１１５で連通してしまう。
【０００８】
このように合流部１１５で連通することで、各バンク１０３、１０４毎に発生した排気脈動圧が干渉し合い排気エネルギー、特に排気圧力が減少する。ここで、複数のターボチャージャー１０１、１０２は、エンジンの排気エネルギーを利用してタービンを回し、このタービンに同軸的に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機であるため、複数のターボチャージャー１０１、１０２の各タービンに作用する排気圧力が減少すると、複数のターボチャージャー１０１、１０２の各タービンによる排気エネルギーの回収効率が低くなり、複数のターボチャージャー１０１、１０２の過給効率が低下するという問題が生じてしまう。
【特許文献１】特開平９−１３７７５４号公報（第１−６頁、図１−図５）
【特許文献２】特開平１０−６１５０３号公報（第１−６頁、図１−図５）
【特許文献３】特開２００３−１２０３５４号公報（第１−１３頁、図１−図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、吸入空気の充填効率の向上および複数のターボ過給機の過給効率の向上を図ることのできる過給機付き内燃機関の排気ガス再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、排気ガス還流量制御弁よりも排気ガスの流れ方向の上流側に、複数のバンク毎に独立して接続される複数の排気通路から複数の排気ガス還流路内に流入した排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置を設置しているので、排気ガス還流管に設置された排気ガス還流量制御弁を開弁すると、排気ガス冷却装置を通過する際に冷却された低温の排気ガスが内燃機関の吸気側に再循環される。これにより、吸入空気の充填効率が向上するので、内燃機関の各バンク毎の気筒内における混合気の燃焼が改善されて内燃機関の出力が向上する。
【００１１】
また、排気ガス冷却装置よりも排気ガスの流れ方向の上流側に、排気ガス還流量制御弁が全閉状態の時に複数の排気ガス還流路の連通状態を遮断する還流路遮断弁を設置しているので、内燃機関の各バンク毎に発生した排気脈動圧が干渉することはなく、複数のターボ過給機の各タービンに作用する排気圧力が高くなり、過給効率の高い運転状態を維持できる。そして、複数のターボ過給機の過給効率に応じて吸入空気の充填効率も高くなり、それに伴い排気ガス量が増加して排気圧力が更に高くなるので、複数のターボ過給機の過給効率が更に向上する。したがって、吸入空気の充填効率の向上および複数のターボ過給機の過給効率の向上を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、複数のターボ過給機を備えた内燃機関を、気筒が群配置された一対の第１、第２バンク、およびこれらの第１、第２バンクの各気筒毎に対応して接続される一対の第１、第２排気通路を有する過給機付き内燃機関（過給エンジン）としても良い。また、排気ガス還流管に、過給機付き内燃機関の一対の第１、第２排気通路毎に対応して接続される一対の第１、第２排気ガス還流路を設けても良い。なお、内部に第１排気ガス還流路を形成する第１排気ガス還流管と、内部に第２排気ガス還流路を形成する第２排気ガス還流管とを別体で製造した後に、第１排気ガス還流管と第２排気ガス還流管とを接続しても良い。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、排気ガス還流管に、第１排気ガス還流路から排気ガス冷却装置側に向かう排気ガスと、第２排気ガス還流路から排気ガス冷却装置側に向かう排気ガスとを合流させる合流部を設けても良い。また、請求項４に記載の発明によれば、還流路遮断弁として、一対の第１、第２排気ガス還流路を連通させる連通状態と一対の第１、第２排気ガス還流路を遮断する遮断状態とを選択的に切り替える切替弁を用いても良い。なお、切替弁は、合流部に設置することが望ましい。また、請求項５に記載の発明によれば、還流路遮断弁として、一対の第１、第２排気ガス還流路のうちの少なくとも一方の排気ガス還流路を開閉する開閉弁を用いても良い。
【００１４】
請求項６に記載の発明によれば、排気ガス還流量制御弁を、排気ガス還流管の一部を成すハウジングと、このハウジングの内部に開閉自在に収容されたバルブと、このバルブと一体的に動作するバルブ軸とによって構成しても良い。そして、ハウジングに、バルブ軸を摺動自在または回転自在に軸支するバルブ軸受部を設けても良い。この場合には、排気ガス還流量制御弁よりも排気ガスの流れ方向の上流側に、複数のバンクの気筒から流入した排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置を設置することで、高温の排気ガスの熱が、ハウジングのバルブ軸受部側に伝わり難くなり、ハウジングのバルブ軸受部の熱影響を減らすことが可能となる。特に、ハウジングのバルブ軸受部を潤滑する潤滑油が排気ガス還流量制御弁の弁体側に流出するのを防止するシールゴム等のオイルシール、あるいはバルブ軸受部からハウジングの外部に排気ガスが漏洩するのを防止するシールゴム等のパッキンを設けた場合には、オイルシールまたはパッキンが高温の排気ガスの熱により劣化するのを抑えることができる。したがって、排気ガス還流量制御弁の内蔵部品の耐熱性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態は、吸入空気の充填効率の向上および複数のターボ過給機の過給効率の向上を図るという目的を、複数のバンクの気筒から流入した排気ガスを冷却する排気ガス冷却装置を、排気ガス還流量制御弁よりも排気ガスの流れ方向の上流側に設置し、更に、排気ガス還流量制御弁が全閉状態の時に複数の排気ガス還流路の連通状態を遮断する還流路遮断弁を、排気ガス冷却装置よりも排気ガスの流れ方向の上流側に設置することで実現した。
【実施例１】
【００１６】
［実施例１の構成］
図１および図２は本発明の実施例１を示したもので、図１はターボ過給機付き多気筒内燃機関の排気ガス再循環装置の全体構成を示した図である。
【００１７】
本実施例のターボ過給機付き多気筒内燃機関の排気ガス再循環装置（以下排気ガス再循環装置と略す）は、複数のターボチャージャー（以下一対の第１、第２ターボ過給機と呼ぶ）１、２を備えたＶ型多気筒エンジン（ターボ過給機付き多気筒内燃機関：以下Ｖ型エンジンと呼ぶ）Ｅに使用されるもので、Ｖ型エンジンＥの各気筒より排出される排気ガスの一部（排気再循環ガス：以下ＥＧＲガスと呼ぶ）を、Ｖ型エンジンＥの複数の排気通路から複数の吸気通路に再循環（還流）させるための排気ガス還流管（ＥＧＲパイプ）３と、この排気ガス還流管３内を流れるＥＧＲガスの還流量（排気ガス還流量、ＥＧＲ量）を連続的または段階的に調整する複数の排気ガス還流量制御弁（以下一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁と呼ぶ）４、５とを備えている。そして、排気ガス還流管３には、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５よりもＥＧＲガスの流れ方向の上流側に接続された排気ガス冷却装置（以下ＥＧＲガスクーラと呼ぶ）６、およびこのＥＧＲガスクーラ６よりもＥＧＲガスの流れ方向の上流側に接続された三方切替弁７とが設置されている。
【００１８】
ここで、Ｖ型エンジンＥは、例えば自動車等の車両のエンジンルームに搭載されて、燃料が直接燃焼室内に噴射供給される直接噴射式ディーゼルエンジンである。そして、Ｖ型エンジンＥは、気筒が群配置された複数のバンク（以下一対の第１、第２バンクと呼ぶ）１１、１２を有し、これらの第１、第２バンク１１、１２の各気筒がクランクシャフトを中心にしてＶ字型に配置されている。なお、気筒が群配置された複数のバンクを有する内燃機関としては、Ｖ型エンジンに限定されず、水平型エンジン、水平対向型エンジン等の多気筒エンジンを用いても良い。
【００１９】
このＶ型エンジンＥの第１バンク１１の各気筒（シリンダ）には、各吸気ポートを開閉する吸気バルブ（図示せず）、および各排気ポートを開閉する排気バルブ（図示せず）が取り付けられている。また、第２バンク１２の各気筒（シリンダ）には、第１バンク１１と同様に、各吸気ポートを開閉する吸気バルブ（図示せず）、および各排気ポートを開閉する排気バルブ（図示せず）が取り付けられている。また、Ｖ型エンジンＥは、一対の第１、第２バンク１１、１２毎に対応して接続される複数の吸気通路（以下一対の第１、第２吸気通路と呼ぶ）１３、１４、および一対の第１、第２バンク１１、１２毎に独立して接続される複数の排気通路（以下一対の第１、第２排気通路と呼ぶ）１５、１６を備えている。
【００２０】
一対の第１、第２吸気通路１３、１４は、共通部１９から吸い込んだ吸入空気を濾過するエアクリーナ２０と、このエアクリーナ２０で分岐されて、一対の第１、第２バンク１１、１２毎に独立して設けられる一対の第１、第２エンジン吸気管２１、２２と、これらの第１、第２エンジン吸気管２１、２２より流入する吸入空気が合流するサージタンク２３と、このサージタンク２３で分岐されて、一対の第１、第２バンク１１、１２毎に独立して設けられる一対の第１、第２インテークマニホールド（吸気多岐管）２４、２５とによって形成されている。また、一対の第１、第２排気通路１５、１６は、一対の第１、第２バンク１１、１２毎に独立して設けられる一対の第１、第２エキゾーストマニホールド（排気多岐管）２９、３０と、これらの第１、第２エキゾーストマニホールド２９、３０よりも下流側に接続される一対の第１、第２エンジン排気管３１、３２とによって形成されている。
【００２１】
また、本実施例のＶ型エンジンＥは、一対の第１、第２バンク１１、１２の各気筒より流出した排気ガスの排気エネルギーを利用して、Ｖ型エンジンＥの全気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気を過給する一対のターボ過給機１、２と、一対の第１、第２バンク１１、１２の各気筒より排出された排気ガスの一部をＶ型エンジンＥの吸気側（本例ではサージタンク２３）に再循環させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）とを備えている。
【００２２】
一対の第１、第２ターボ過給機１、２は、一対の第１、第２エンジン吸気管２１、２２の途中に設けられた第１、第２コンプレッサ３３、３４と、一対の第１、第２エンジン排気管３１、３２の途中に設けられた第１、第２タービン３５、３６とを備えている。そして、第１、第２コンプレッサ３３、３４および第１、第２タービン３５、３６には、それぞれ第１、第２タービン軸（ロータシャフト）３７、３８が組み付けられている。ここで、一対の第１、第２エンジン吸気管２１、２２の途中に、一対の第１、第２ターボ過給機１、２の第１、第２コンプレッサ３３、３４によって圧縮（過給）されて昇温した新規吸入空気を冷却するための空冷式または水冷式のインタークーラを設置しても良い。
【００２３】
第１、第２コンプレッサ３３、３４は、第１、第２タービン軸３７、３８の中心軸線方向（軸方向）の一端部に取り付けられて、一対の第１、第２吸気通路１３、１４毎に対応して接続される複数のコンプレッサを構成している。これらの各第１、第２コンプレッサ３３、３４には、複数のコンプレッサブレードを有するコンプレッサホイールがそれぞれ設けられている。これらの各コンプレッサホイールは、一対の第１、第２エンジン吸気管２１、２２内を流れる吸入空気を過給するように、各コンプレッサハウジング内に回転自在に収容されている。なお、各コンプレッサハウジング内に形成される吸入空気供給経路は、各コンプレッサホイールの外周を囲むように、各コンプレッサホイールの回転方向に沿って渦巻き状に形成されている。
【００２４】
第１、第２タービン３５、３６は、第１、第２タービン軸３７、３８の軸方向の他端部に取り付けられて、一対の第１、第２排気通路１５、１６毎に対応して接続される複数のタービンを構成している。これらの各第１、第２タービン３５、３６には、複数のタービンブレードを有するタービンホイールがそれぞれ設けられている。これらの各タービンホイールは、一対の第１、第２エンジン排気管３１、３２内を流れる排気ガスによって回転するように、各タービンハウジング内に回転自在に収容されている。なお、各タービンハウジング内に形成される排気ガス排出経路は、各タービンホイールの外周を囲むように、各タービンホイールの回転方向に沿って渦巻き状に形成されている。
【００２５】
本実施例の排気ガス還流管３は、一対の第１、第２エキゾーストマニホールド２９、３０よりそれぞれ分岐する複数の排気ガス還流管（以下一対の第１、第２排気ガス還流管と呼ぶ）４１、４２、これらの第１、第２排気ガス還流管４１、４２の下流側端部が接続する合流管（合流部）４３、およびこの合流管４３より再度分岐する複数の排気ガス還流管（以下一対の第１、第２排気ガス還流管と呼ぶ）４４、４５を有し、ＥＧＲガスの流れ方向の下流端部が一対の第１、第２バンク共通のサージタンク２３に接続している。一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２の内部には、一対の第１、第２排気通路１５、１６毎に独立して接続される複数の排気ガス還流路（以下一対の第１、第２排気ガス還流路と呼ぶ）５１、５２が形成されている。
【００２６】
合流管４３は、三方管であって、内部に三方切替弁７を回転自在に収容するバルブ室を有している。また、合流管４３には、第１排気ガス還流路５１からバルブ室内にＥＧＲガスを導入するための第１入口側ポート（第１排気導入孔）、第２排気ガス還流路５２からバルブ室内にＥＧＲガスを導入するための第２入口側ポート（第２排気導入孔）、およびバルブ室からＥＧＲガスクーラ側にＥＧＲガスを流出させるための出口側ポート（排気出口孔）が形成されている。
【００２７】
一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５の内部には、一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２毎に独立して接続される複数の排気ガス還流路（以下一対の第１、第２排気ガス還流路と呼ぶ）５４、５５が形成されている。また、一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５の下流側端部は、一対の第１、第２排気ガス還流路５４、５５からＥＧＲガスを合流させた後にサージタンク２３に流入させる集合流路（出口側流路）５６とを備えている。なお、排気ガス還流管３の各第１、第２排気ガス還流管４４、４５の下流端部をサージタンク２３（または第１、第２インテークマニホールド２４、２５）に直接接続しても良い。
【００２８】
一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５は、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５の一部を成すハウジングと、このハウジングの内部に開閉自在に収容されたバルブ（ポペットバルブまたはバタフライバルブ：第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５の弁体）と、このバルブと一体的に直線運動または回転運動を行うバルブ軸（バルブシャフト）と、バルブを閉弁方向または開弁方向に付勢するスプリング等のバルブ付勢手段とをそれぞれ備えている。なお、各バルブを開弁駆動または閉弁駆動する複数のバルブ駆動装置は、電力によって運転される電動モータと、この電動モータの回転運動をバルブ軸に伝達するための動力伝達機構（例えば歯車減速機構）とを備えた電動式アクチュエータによって構成されている。ここで、複数のバルブ駆動装置、特に各電動モータは、エンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと呼ぶ）によって通電制御されるように構成されている。
【００２９】
また、ハウジングの内部には、一対の第１、第２排気ガス還流路５４、５５がそれぞれ形成されており、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５の各バルブは、それぞれに対応する第１、第２排気ガス還流路５４、５５の開口面積を変更することが可能なようにハウジングの内部に配設されている。また、ハウジングの内部には、各バルブ軸をブッシングやボールベアリング（軸受部品）、オイルシールを介して、摺動自在または回転自在に軸支するバルブ軸受部が一体的に形成されている。なお、オイルシールは、ハウジングのバルブ軸受部を潤滑する潤滑油が第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５のバルブ側に流出するのを防止するシールゴム等である。また、ハウジングのバルブ軸受部を介して、ハウジングの内部（第１、第２連通路）からハウジングの外部に排気ガスが漏洩するのを防止するシールゴム等のパッキンを設置しても良い。なお、内部に第１、第２排気ガス還流路５４、５５を形成するハウジングを１個のハウジングによって構成しても構わないし、内部に各第１、第２排気ガス還流路５４、５５を形成するハウジングを複数個のハウジングによって構成しても構わない。
【００３０】
ＥＧＲガスクーラ６は、一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５よりもＥＧＲガスの流れ方向の上流側（合流管側）設置されて、入口側タンク部が合流管４３の出口側ポートに直接接続している。そして、ＥＧＲガスクーラ６は、合流管４３のバルブ室を介して、各第１、第２排気ガス還流路５１、５２から導入される高温のＥＧＲガスと低温のエンジン冷却水とを熱交換させることで、ＥＧＲガスを所望の排気温度以下に冷却する水冷式の排気熱交換器である。
【００３１】
このＥＧＲガスクーラ６は、排気ガス還流管３の途中、すなわち、合流管４３の出口側ポートと一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５の上流側端部との間に直列的に直接結合されるケーシング（図示せず）を有している。このケーシングの上流端部には、仕切り板により複数（本例では２つ）の入口側タンク室に区画された入口側タンク部が設けられ、また、ケーシングの下流端部には、仕切り板により複数（本例では２つ）の出口側タンク室に区画された出口側タンク部が設けられている。そして、入口側タンク部と出口側タンク部との間には、複数の排気チューブ（図示せず）が接続され、これらの排気チューブは、ケーシングの内部に収容されている。また、ケーシングの内部には、複数の排気チューブの周囲にエンジン冷却水が循環する冷却水流路（図示せず）が形成されている。
【００３２】
複数の排気チューブは、２本以上の第１排気チューブ群と、これらの第１排気チューブ群に並列して配置される２本以上の第２排気チューブ群とによって構成されている。そして、第１排気チューブ群を構成する各排気チューブの内部には、複数の入口側タンク室のうちの一方の入口側タンク室を介して、合流管４３の出口側ポートから流入する高温のＥＧＲガスを、冷却水流路内を流れるエンジン冷却水と熱交換させて冷却する第１排気ガス冷却流路６１が形成されている。この第１排気ガス冷却流路６１の下流端部は、複数の出口側タンク室のうちの一方の出口側タンク室を介して、第１排気ガス還流路５４に連通している。
【００３３】
また、第２排気チューブ群を構成する各排気チューブの内部には、複数の入口側タンク室のうちの他方の入口側タンク室を介して、合流管４３の出口側ポートから流入する高温のＥＧＲガスを、冷却水流路内を流れるエンジン冷却水と熱交換させて冷却する第２排気ガス冷却流路６２が形成されている。この第２排気ガス冷却流路６２の下流端部は、複数の出口側タンク室のうちの他方の出口側タンク室を介して、第２排気ガス還流路５５に連通している。ここで、複数の入口側タンク室、第１、第２排気ガス冷却流路６１、６２、複数の出口側タンク室は、一対の第１、第２排気ガス還流路５４、５５毎に対応して接続する複数の排気ガス冷却流路を構成する。
【００３４】
なお、複数の排気チューブの内部には、ＥＧＲガスとの伝熱面積を増加してＥＧＲガスとエンジン冷却水との熱交換効率を向上させるための矩形波状のインナーフィン（図示せず）が配設されている。また、ケーシング、複数の排気チューブおよびインナーフィンは、硫化物、硝酸、硫酸、アンモニウムイオン、酢酸等を含む４００〜５００℃以上の高温ＥＧＲガスおよびその凝縮水に排気ガス冷却流路側が晒されるので、耐熱性および耐腐食性に優れた金属材料（例えばステンレス鋼）を一体ろう付け接合することによって製造され、ＥＧＲガスクーラ６が一体化されている。
【００３５】
ここで、本実施例のＶ型エンジンＥには、ＥＧＲガスクーラ６にエンジン冷却水を循環供給するためのエンジン冷却水回路（冷却水循環路）が設けられている。このエンジン冷却水回路は、Ｖ型エンジンＥのウォータジャケット（図示せず）からＥＧＲガスクーラ６の冷却水入口部へエンジン冷却水を循環供給するための冷却水配管（図示せず）と、ＥＧＲガスクーラ６の冷却水出口部からラジエータ（図示せず）を経てＶ型エンジンＥのウォータジャケットにエンジン冷却水を循環供給する（戻す）ための冷却水配管（図示せず）と、エンジン冷却水回路中にエンジン冷却水の循環流を発生させるウォータポンプ（図示せず）とを備えている。なお、本実施例では、ラジエータでエンジン冷却水と室外空気（外気）とを熱交換させることで、所定の温度範囲（例えば７５〜８０℃）のエンジン冷却水をＶ型エンジンＥのウォータジャケットに戻すように構成されている。
【００３６】
また、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２の下流側端部とＥＧＲガスクーラ６の入口部（複数の入口側タンク部）との間に設けられる合流管４３のバルブ室の内部には、三方切替弁７が回転自在に収容されている。この三方切替弁７は、排気ガス還流管３の一部を成すハウジングと、このハウジングの内部（合流管４３のバルブ室）に回転自在に収容されたロータリー型のバルブ（三方切替弁７の弁体）と、このバルブと一体的に回転運動を行うバルブ軸（バルブシャフト）とを備えている。なお、バルブを回転駆動するバルブ駆動装置は、電力によって運転される電動モータ、およびこの電動モータの回転運動をバルブ軸に伝達するための動力伝達機構（例えば歯車減速機構）等によって構成されている。ここで、バルブ駆動装置、特に電動モータは、ＥＣＵによって通電制御されるように構成されている。
【００３７】
ここで、三方切替弁７の構成要素の１つであるハウジングは、ＥＧＲガスクーラ６の入口部よりも排気ガスの流れ方向の上流側に設置されている。また、三方切替弁７の構成要素の１つであるバルブは、ハウジングの内部（バルブ室）を３つの空間に仕切るＹ字型の回転弁が用いられている。また、三方切替弁７は、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が共に非作動時、つまり一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が共に全閉状態の時に、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２内に形成される各第１、第２排気ガス還流路５１、５２の下流側端部同士の連通状態を遮断する還流路遮断弁を構成している。
【００３８】
そして、三方切替弁７は、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が共に非作動時、つまり一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が共に全閉状態の時に、一対の第１、第２排気ガス還流路５１、５２の下流側端部同士の連通状態を遮断する遮断状態（第１切替モード：図１参照）と、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が共に作動時、つまり一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が共に半開弁状態および全開状態の時に、一対の第１、第２排気ガス還流路５１、５２の下流側端部とＥＧＲガスクーラ６の入口部（複数の入口側タンク部）とを連通する連通状態（第２切替モード：図２参照）とを切り替える。
【００３９】
ここで、ＥＣＵには、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。また、ＥＣＵは、図示しないイグニッションスイッチをオン（ＩＧ・ＯＮ）すると、メモリ内に格納された制御プログラムに基づいて、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５の弁開度および三方切替弁７の制御位置を電子制御するように構成されている。なお、ＥＣＵは、イグニッションスイッチがオフ（ＩＧ・ＯＦＦ）されると、メモリ内に格納された制御プログラムに基づく上記の制御が強制的に終了されるように構成されている。そして、各種センサからのセンサ信号は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵに内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。そして、マイクロコンピュータには、ＥＧＲ量センサ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、エアフロメータおよび冷却水温度センサ等が接続されている。
【００４０】
［実施例１の作用］
次に、本実施例の排気ガス再循環装置の作用を図１および図２に基づいて簡単に説明する。
【００４１】
Ｖ型エンジンＥが始動することにより、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２の各気筒の吸気ポートが開かれると、エアクリーナ２０で濾過された吸入空気が一対の第１、第２吸気通路１３、１４に分配して流れ、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２の各気筒内に吸入される。そして、Ｖ型エンジンＥでは、燃料が燃える温度よりも高い温度になるまで空気を圧縮し、そこに燃料を噴霧して燃焼が成される。そして、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２の各気筒内で燃えた燃焼ガスは、各排気ポートから排出され、一対の第１、第２排気通路１５、１６を経て排出される。
【００４２】
このとき、一対の第１、第２ターボ過給機１、２は、一対の第１、第２エンジン排気管３１、３２内に形成される各第１、第２排気通路１５、１６を流れる排気ガスの排気エネルギーを利用して各第１、第２タービン３５、３６が回転駆動される。そして、各第１、第２タービン３５、３６に各第１、第２タービン軸３７、３８を介して連結された各第１、第２コンプレッサ３３、３４が回転駆動される。これにより、第１、第２吸気通路１３、１４を通過する吸入空気が過給されて、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２の各気筒内に吸入される。
【００４３】
このとき、ＥＣＵは、エンジン回転速度およびエンジン負荷（例えばアクセル開度）に応じて、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５の弁開度および三方切替弁７の制御位置を制御する。ここで、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５は、高負荷領域では全閉状態とされ、また、低負荷領域および中負荷領域では全開状態または半開弁状態とされる。そして、三方切替弁７は、高負荷領域では一対の第１、第２排気ガス還流路５１、５２の下流側端部同士の連通状態を遮断する遮断状態（第１切替モード：図１参照）とされ、また、低負荷領域および中負荷領域では一対の第１、第２排気ガス還流路５１、５２の下流側端部とＥＧＲガスクーラ６の入口部（複数の入口側タンク部）とを連通する連通状態（第２切替モード：図２参照）とされる。
【００４４】
したがって、低負荷領域および中負荷領域では、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が全開状態または半開弁状態とされ、三方切替弁７が第２切替モードに切り替えられるので、図２に示したように、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に独立して接続された第１、第２エキゾーストマニホールド２９、３０内に形成される各第１、第２排気通路１５、１６から排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２内に形成される各第１、第２排気ガス還流路５１、５２、合流管４３のバルブ室を通ってＥＧＲガスクーラ６の内部にＥＧＲガスが流入する。
【００４５】
そして、ＥＧＲガスクーラ６の内部に流入したＥＧＲガスは、各第１、第２排気ガス冷却流路６１、６２を通過する際に、冷却水流路内を循環するエンジン冷却水によって十分に冷却された後に、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５内に形成される各第１、第２排気ガス還流路５４、５５を通って第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５の内部に流入する。そして、第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５から流出したＥＧＲガスは、一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５内に形成される各第１、第２排気ガス還流路５４、５５、集合流路（出口側流路）５６を通って、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク共通のサージタンク２３に流れ込む。これによって、温度が低く、体積の小さい低温のＥＧＲガスが吸入空気と混入し、更に第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５の弁開度を調整することで所望のＥＧＲ率を確保できるので、Ｖ型エンジンＥの出力を低下させることなく、燃焼温度を低下して効果的にＮＯｘの発生を低減させることができる。
【００４６】
また、高負荷領域では、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５が全閉状態とされ、三方切替弁７が第１切替モードに切り替えられるので、図１に示したように、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５内に形成される各第１、第２排気ガス還流路５１、５２の下流側端部同士が気密的に遮断される。これにより、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に独立して接続された第１、第２エキゾーストマニホールド２９、３０内に形成される各第１、第２排気通路１５、１６で発生する排気脈動圧が互いに影響を受けなくなる。
【００４７】
［実施例１の効果］
本実施例の排気ガス再循環装置においては、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２の下流側端部とＥＧＲガスクーラ６の入口部との間に設けられる合流管４３のバルブ室の内部に三方切替弁７を設置しているので、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に発生した排気脈動圧が、図１に示したように仮に逆位相であっても干渉することはなく、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に発生した排気脈動圧が互いに影響を受けなくなる。これによって、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に独立して接続される一対のターボ過給機１、２の各第１、第２タービン３５、３６が排気脈動圧の影響を受けない配管レイアウトとなるので、一対の第１、第２ターボ過給機１、２の各第１、第２タービン３５、３６に作用する排気圧力が高くなり、過給効率の高い運転状態を維持できる。そして、一対の第１、第２ターボ過給機１、２の過給効率に応じて吸入空気の充填効率も高くなり、それに伴い排気ガス量が増加して排気圧力が更に高くなるので、一対の第１、第２ターボ過給機１、２の過給効率が更に向上する。したがって、吸入空気の充填効率の向上および一対の第１、第２ターボ過給機１、２の過給効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５よりもＥＧＲガスの流れ方向の上流側に、Ｖ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２毎に独立して接続された一対の第１、第２排気通路１５、１６から排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２内に形成される各第１、第２排気ガス還流路５１、５２、合流管４３のバルブ室を経由して流入したＥＧＲガスをエンジン冷却水を利用して冷却するＥＧＲガスクーラ６を設置している。これによって、低負荷領域および中負荷領域の時に、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５を全開状態または半開弁状態とし、また、三方切替弁７を第２切替モードに切り替えることにより、ＥＧＲガスクーラ６の各第１、第２排気ガス冷却流路６１、６２を通過する際に、冷却水流路内を循環するエンジン冷却水によって十分に冷却された低温のＥＧＲガスがＶ型エンジンＥの第１、第２バンク１１、１２の吸気側（サージタンク２３）に再循環（還流）される。これにより、吸入空気の充填効率が向上するので、Ｖ型エンジンＥの各第１、第２バンク１１、１２毎の気筒内における混合気の燃焼が改善されてＶ型エンジンＥの出力が向上する。
【００４９】
また、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５よりもＥＧＲガスの流れ方向の上流側に、各第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５に向かうＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガスクーラ６を設置している。これによって、高温のＥＧＲガスの熱が、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５のハウジングのバルブ軸受部側に伝わり難くなり、ハウジングのバルブ軸受部の熱影響を減らすことが可能となる。特に、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５のハウジングのバルブ軸受部とバルブ軸との間にシールゴム等のオイルシールまたはシールゴム等のパッキンを設けた場合には、オイルシールまたはパッキンが高温のＥＧＲガスの熱により劣化するのを抑えることができる。したがって、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５の内蔵部品（オイルシールまたはパッキン等のゴム製品）の耐熱性の向上を図ることができる。
【００５０】
［変形例］
本実施例では、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５のバルブを開弁駆動または閉弁駆動するバルブ駆動装置を、電動モータと動力伝達機構（例えば歯車減速機構等）とを備えた電動式アクチュエータによって構成したが、一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５のバルブを開弁駆動（または閉弁駆動）するバルブ駆動装置を、電磁式または電動式負圧制御弁を備えた負圧作動式アクチュエータや、電磁式流量制御弁等の電磁式アクチュエータによって構成しても良い。また、三方切替弁７のバルブ駆動装置を、電磁式または電動式負圧制御弁を備えた負圧作動式アクチュエータや、電磁式流路切替弁等の電磁式アクチュエータによって構成しても良い。
【００５１】
本実施例では、ＥＧＲガスクーラ６のみによって排気ガス冷却装置を構成しているが、ＥＧＲガスクーラ６と、このＥＧＲガスクーラ６内に形成される排気ガス冷却流路を迂回するバイパス流路を有するバイパス配管とによって排気ガス冷却装置を構成しても良い。また、本実施例では、還流路遮断弁として、排気ガス還流管３の合流管４３のバルブ室内に回転自在に収容された三方切替弁７を用いたが、還流路遮断弁として、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４１、４２内に形成される各第１、第２排気ガス還流路５１、５２のうちの少なくとも一方の排気ガス還流路を開閉する開閉弁を用いても良い。この場合には、開閉弁の駆動装置を、電動式アクチュエータ、負圧作動式アクチュエータ、電磁式アクチュエータによって構成しても良い。
【００５２】
本実施例では、排気ガス還流量制御弁を、複数の排気ガス還流量制御弁（一対の第１、第２ＥＧＲ制御弁４、５）によって構成しているが、排気ガス還流量制御弁を、１個の排気ガス還流量制御弁（ＥＧＲ制御弁）によって構成しても良く、また、３個以上の排気ガス還流量制御弁（ＥＧＲ制御弁）によって構成しても良い。また、排気ガス還流管３の一対の第１、第２排気ガス還流管４４、４５を１本または３本以上の排気ガス還流管によって構成しても良い。さらに、本実施例では、排気ガス冷却装置を、一対の排気ガス冷却流路６１、６２を有するＥＧＲガスクーラ６によって構成しているが、排気ガス冷却装置を、合流部より排気ガスの全量が導入される複数の排気ガス冷却流路を有するＥＧＲガスクーラによって構成しても良い。また、ＥＧＲガスクーラを２分割以上のセパレートタイプとしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ターボ過給機付き多気筒内燃機関の排気ガス再循環装置の全体構成を示した概略図である（実施例１）。
【図２】ターボ過給機付き多気筒内燃機関の排気ガス再循環装置の全体構成を示した概略図である（実施例１）。
【図３】ターボ過給機付き多気筒内燃機関の排気ガス再循環装置の全体構成を示した概略図である（先行の技術）。
【符号の説明】
【００５４】
Ｅ  Ｖ型エンジン（内燃機関）
１  第１ターボ過給機
２  第２ターボ過給機
３  排気ガス還流管
４  第１ＥＧＲ制御弁（排気ガス還流量制御弁）
５  第２ＥＧＲ制御弁（排気ガス還流量制御弁）
６  ＥＧＲガスクーラ（排気ガス冷却装置）
７  三方切替弁（還流路遮断弁）
１１  第１バンク
１２  第２バンク
１３  第１吸気通路
１４  第２吸気通路
１５  第１排気通路
１６  第２排気通路
３３  第１ターボ過給機の第１コンプレッサ
３４  第２ターボ過給機の第２コンプレッサ
３５  第１ターボ過給機の第１タービン
３６  第２ターボ過給機の第２タービン
４１  第１排気ガス還流管
４２  第２排気ガス還流管
４３  合流管（合流部）
４４  第１排気ガス還流管
４５  第２排気ガス還流管
５１  第１排気ガス還流路
５２  第２排気ガス還流路
５４  第１排気ガス還流路
５５  第２排気ガス還流路
６１  ＥＧＲガスクーラの第１排気ガス冷却流路
６２  ＥＧＲガスクーラの第２排気ガス冷却流路
【図１】
2007040136.tif 000003
【図２】
2007040136.tif 000004
【図３】
2007040136.tif 000005