(57)【要約】【課題】車両用エンジンの排気ガス還流装置おいて、排気管の劣化を抑制するとともに、排気ガスセンサを保護することにある。【解決手段】排気管側連結部（２４）には、排気管（１４）の外周面から内部空間（２６）が径方向外側に膨出してＥＧＲクーラ（２０）で発生した凝縮水を一時的に溜める膨出部（２７）を設ける。排気管（１４）の外周面には、排気ガスの一部を膨出部（２７）の内部空間（２６）へ導入する導入孔（２９）を形成する。膨出部（２７）には、内部空間（２６）の排気ガスを排気ガス還流通路（１８）へ排出する吐出孔（３０）を形成する。吐出孔（３０）を軸心方向から視た場合に、導入孔（２９）と吐出孔（３０）とが重ならないように、導入孔（２９）を吐出孔（３０）の径方向へオフセットさせて配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッドの一側部にこのシリンダヘッドに形成された吸気ポートに連結する吸気マニホルドを取り付け、前記シリンダヘッドの他側部に前記シリンダヘッドに形成された排気ポートに連結する排気マニホルドを取り付け、前記排気マニホルドの下流端には触媒が備えられた排気管を取り付け、前記排気管と前記吸気マニホルドとの間に前記排気ポートから前記排気管へと排出された排気ガスの一部を導入する排気ガス還流通路を設け、前記排気ガス還流通路に導入した排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを前記排気ガス還流通路の途中に配置し、前記排気管には前記排気ポートから前記排気管へと排出された排気ガスを検出する排気ガスセンサを取り付けるとともにこの排気ガスセンサの近傍で前記排気ガス還流通路の上流側が連結する排気管側連結部を設けた車両用エンジンの排気ガス還流装置おいて、前記排気管側連結部に前記排気管の外周面から内部空間が径方向外側に膨出して前記ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を一時的に溜める膨出部を設け、前記排気管の外周面に排気ガスの一部を前記膨出部の内部空間へ導入する導入孔を形成し、前記膨出部に前記内部空間の排気ガスを前記排気ガス還流通路へ排出する吐出孔を形成し、前記吐出孔を軸心方向から視た場合に前記導入孔と前記吐出孔とが重ならないように前記導入孔を前記吐出孔の径方向へオフセットさせて配置したことを特徴とする車両用エンジンの排気ガス還流装置。
【請求項２】
前記排気管の前記触媒よりも上流側に前記排気管側連結部を設け、前記排気管側連結部に前記膨出部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
【請求項３】
車両上下方向で前記導入孔の下端部が前記吐出孔の下端部よりも車両上方に位置するように、前記導入孔を前記膨出部内の上部側で開口させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用エンジンの排気ガス還流装置に係り、特に排気管に排気ガスセンサを取り付けるとともに排気ガス還流通路の上流側を連結する排気管側連結部を設けた車両用エンジンの排気ガス還流装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたエンジンの排気ガス還流装置においては、エンジンのシリンダヘッドの一側部にこのシリンダヘッドに形成した吸気ポートに連結する吸気マニホルドを取り付けるとともに、シリンダヘッドの他側部にシリンダヘッドに形成した排気ポートに連結する排気マニホルドを取り付け、さらに、排気マニホルドの下流端に触媒が備えられた排気管を取り付けている。また、排気管と吸気マニホルドとの間には、排気ポートから排気管へと排出された排気ガスの一部を導入する排気ガス還流通路を設ける。この排気ガス還流通路は、排気ガス還流管により形成されている。
排気ガス還流通路の途中には、該排気ガス還流通路に導入した排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを配置している。排気管には、排気ポートから排気管へと排出された排気ガスを検出する排気ガスセンサを取り付けるとともに、この排気ガスセンサの近傍で排気ガス還流通路の上流側が連結する排気管側連結部を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３１６５３９号公報
【０００４】
特許文献１に係る内燃機関の排気装置は、触媒の上流側に形成される外管に排気ガスセンサを取り付け、また、この排気ガスセンサと同じ高さ位置に、排気ガス還流通路を形成する排気ガス還流管を取り付けた構造であって、さらに、外管の内側に内管を設け、排気ガスの一部を、外管と内管との間の隙間を通して、排気ガス還流通路へと流す構造である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、エンジンの排気ガス還流装置においては、排気ガス還流通路の上流側を排気ガスセンサの近傍の排気管に連結している。即ち、排気ガス還流通路の上流側を、車両上下方向で排気ガスセンサと同じ高さ、あるいは排気ガスセンサよりも少し上方側に配置している。
排気ガスの一部（以下「ＥＧＲガス」という）は、排気ガス還流通路を通過してＥＧＲクーラで冷却される。そして、ＥＧＲクーラによってＥＧＲガス中に含まれる水蒸気が凝縮されて液体となり、９０℃程度の凝縮水が発生する。排気管の内部（又は内周面）は、高温の排気ガスが流れるため、排気管の外部（又は外周面）に比べて高温となる。また、排気管の内部（又は触媒）の温度は、４００〜９００℃となる。
そこで、ＥＧＲクーラで冷却されて凝縮した凝縮水が、排気ガス還流通路を介して排気管内にそのまま流れ落ちた場合に、排気管内は、凝縮水によって局所的に急激に冷却される。
その際、排気管内の温度と凝縮水の温度の差異によって、排気管内（例えば、排気管の内周面や触媒等）は、急激な温度変化が発生して、排気管に熱応力（熱歪み）が集中的に生じたり、膨張と伸縮を頻繁に繰り返したりする。
この排気管の熱応力（熱歪み）や膨張・伸縮によって、排気管の内周面に錆や亀裂が生じたり、または、触媒に亀裂が生じたりして、排気管が劣化してしまう。そして、排気管や触媒が劣化することで、排気管の寿命が短縮したり、触媒の破片がマフラ等に入り込んで異音を発生したり、又は、触媒の劣化により排気ガス浄化機能が低下したりするおそれがある。特に、触媒（温度：４００〜９００℃）に凝縮水（温度：９０℃程度）が流れることで、触媒と凝縮水との温度差によって触媒に亀裂が生じ易くなり、触媒性能が低下する問題があった。
また、車両が旋回した際に、車両に遠心力等が加わって排気ガス還流通路で発生した凝縮水が排気管内に飛び出て、排気ガスセンサに降りかかった場合、高温になった排気ガスセンサの検出部（センサ素子材のセラミック）と凝縮水との温度差によって、検出部に被水割れが生じるおそれがあった。
【０００６】
また、上記の特許文献１の構造では、排気ガス還流通路で凝縮水が発生した場合、凝縮水は、排気ガス還流通路から内管に吹きかけられて、この内管に沿って下流側の触媒コンバータへと流れ落ちる。
しかし、この場合、凝縮水が直接内管に接触するため、内管に熱応力（又は、熱歪み）や膨張・伸縮が頻繁に発生して、内管に疲労応力（疲労歪み）が蓄積される。また、凝縮水が内管だけでなく、外管の内周面に接触したとしても、外管の内周面に疲労応力（疲労歪み）が蓄積される。更に、凝縮水が触媒ヘ流れ落ちた場合、触媒と凝縮水との温度差によって、触媒に亀裂が生じるおそれがある。このため、排気管（内管、外管、触媒）の耐久性が低下するとともに、排気管の機能が低下するおそれがあった。
さらに、最も凝縮水と接触し易く、また、これによって劣化し易い内管を取り除くと、車両の運転状況によって排気ガス還流通路で発生した凝縮水が排気ガスセンサに接触し易くなり、排気ガスセンサが、劣化したり、あるいは、耐久性の低下が生じたりするのを招くおそれがあった。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、排気管の劣化を抑制するとともに、排気ガスセンサを保護する車両用エンジンの排気ガス還流装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、エンジンのシリンダヘッドの一側部にこのシリンダヘッドに形成された吸気ポートに連結する吸気マニホルドを取り付け、前記シリンダヘッドの他側部に前記シリンダヘッドに形成された排気ポートに連結する排気マニホルドを取り付け、前記排気マニホルドの下流端には触媒が備えられた排気管を取り付け、前記排気管と前記吸気マニホルドとの間に前記排気ポートから前記排気管へと排出された排気ガスの一部を導入する排気ガス還流通路を設け、前記排気ガス還流通路に導入した排気ガスを冷却するＥＧＲクーラを前記排気ガス還流通路の途中に配置し、前記排気管には前記排気ポートから前記排気管へと排出された排気ガスを検出する排気ガスセンサを取り付けるとともにこの排気ガスセンサの近傍で前記排気ガス還流通路の上流側が連結する排気管側連結部を設けた車両用エンジンの排気ガス還流装置おいて、前記排気管側連結部に前記排気管の外周面から内部空間が径方向外側に膨出して前記ＥＧＲクーラで発生した凝縮水を一時的に溜める膨出部を設け、前記排気管の外周面に排気ガスの一部を前記膨出部の内部空間へ導入する導入孔を形成し、前記膨出部に前記内部空間の排気ガスを前記排気ガス還流通路へ排出する吐出孔を形成し、前記吐出孔を軸心方向から視た場合に前記導入孔と前記吐出孔とが重ならないように前記導入孔を前記吐出孔の径方向へオフセットさせて配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、排気管の劣化を抑制するとともに、排気ガスセンサを保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１はエンジンの平面図である。（実施例）
【図２】図２はエンジンの正面図である。（実施例）
【図３】図３はエンジンの側面図である。（実施例）
【図４】図４は排気ガス還流装置の正面図である。（実施例）
【図５】図５は排気ガス還流装置の平面図である。（実施例）
【図６】図６は膨張部の側面図である。（実施例）
【図７】図７は図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線による膨張部の断面図である。（実施例）
【図８】図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による膨張部の断面図である。（実施例）
【図９】図９は膨張部の断面図である。（変形例）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
この発明は、排気管の劣化を抑制するとともに、排気ガスセンサを保護する目的を、排気ガス還流通路で排気ガスの上流側へと流れ落ちる凝縮水を膨出部内で一時的に溜めて、この凝縮水を気化させた後に排気管へと排出させて実現するものである。
【実施例】
【００１２】
図１〜図８は、この発明の実施例を示すものである。
図１〜図３において、１は車両に搭載されるエンジン、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッドカバー、５はオイルパンである。
エンジン１は、多気筒用エンジンであって、例えば、４気筒として、第１〜第４気筒６Ａ〜６Ｄを備える。
シリンダヘッド３には、第１〜第４気筒６Ａ〜６Ｄに対応して、第１〜第４吸気ポート７Ａ〜７Ｄが車両後方に延びて形成されるとともに、第１〜第４排気ポート８Ａ〜８Ｄが車両前方に延びて形成されている。
シリンダヘッド３の一側部としての後側部には、第１〜第４吸気ポート７Ａ〜７Ｄに連結するように、第１〜第４吸気分岐管９Ａ〜９Ｄを備えた吸気マニホルド１０が取り付けられる。また、シリンダヘッド３の他側部としての前側部には、第１〜第４排気ポート８Ａ〜８Ｄに連結するように、第１〜第４排気分岐管１１Ａ〜１１Ｄを備えた排気マニホルド１２が取り付けられる。
この排気マニホルド１２の下流端には、触媒１３を備えた排気管１４が取り付けられる。触媒１３は、排気マニホルド１２から下方に向かって延設している。排気管１４には、触媒１３の上流側で排気ガスを検出する上流側排気ガスセンサ１５が取り付けられ、また、触媒１３の下流側で排気ガスを検出する下流側排気ガスセンサ１６が取り付けられる。
【００１３】
エンジン１には、排気ガス還流装置１７が設置される。
この排気ガス還流装置１７において、排気管１４と吸気マニホルド１２との間には、排気ガス還流通路１８を形成する排気ガス還流管１９が設けられる。
排気ガス還流通路１８は、第１〜第４排気ポート８Ａ〜８Ｄから排気管１４へと排出された排気ガスの一部（以下「ＥＧＲガス」という）を導入して吸気マニホルド１０へ還流させるものである。
排気ガス還流通路１８の途中には、ＥＧＲクーラ２０が配置されている。このＥＧＲクーラ２０は、排気ガス還流通路１８に導入したＥＧＲガスを冷却するものであって、排気ガス還流通路１８に連通するＥＧＲガスの排ガス流通路を備える。また、ＥＧＲクーラ２０には、エンジン１からの冷却用の冷却水を導入するＥＧＲクーラ用インレットパイプ２１と、ＥＧＲガスの冷却後の冷却水をエンジン１に戻すＥＧＲクーラ用アウトレットパイプ２２とが接続している。つまり、ＥＧＲクーラ２０では、内部の排ガス流通路を通過するＥＧＲガスを、この排ガス流通路の周辺で流れる冷却水によって冷却する。
【００１４】
排気ガス還流管１９で形成された排気ガス還流通路１８の上流側は、排気ガスセンサとして、例えば、図３、図４に示すように、上流側排気ガスセンサ１５のセンサ取付部２３の近傍で、排気管１４の排気管側連結部２４に連結している。この場合、排気ガス還流管１９の上流端は、排気管側連結部２４に取り付けた取付フランジ２４Ａ及びこの取付フランジ２４Ａに取り付けられた接続部材２４Ｂを介して排気管側連結部２４に連結される。
排気管側連結部２４は、排気管１４の上流側傾斜面部２５の一部で且つ前方に突出して設置され、また、ＥＧＲクーラ２０よりも低位置に配置されている。なお、排気管側連結部２４を、触媒１３の下流側の下流側排気ガスセンサ１６の近傍に配置することも可能である。
そして、排気ガス還流通路１８を形成する排気ガス還流管１９は、エンジン１の正面視で、排気管側連結部２４から車両右方へ水平に延びるとともに途中がシリンダブロック２側へ曲げられ且つ斜め上方に延びてＥＧＲクーラ２０に接続する第１排気ガス還流管１９Ａと、ＥＧＲクーラ２０からエンジン１の右側部位を上方に延びて後側部に配置された吸気マニホルド１０に接続する第２排気ガス還流管１９Ｂとから構成される。
図３、図４、図８に示すように、排気管側連結部２４には、排気管１４の上流側傾斜面部２５の外周面から内部空間２６が径方向外側に膨出してＥＧＲクーラ２０で発生した凝縮水を一時的に溜める膨出部２７が設けられる。この膨出部２７は、図６、図７に示すように、内部空間２６を形成する空間形成壁２８を備える。
そして、膨出部２７が存在する排気管１４の上流側傾斜面部２５には、排気管１４内の排気ガスの一部を内部空間２６へ導入する導入孔２９が形成される。また、膨出部２７の空間形成壁２８には、内部空間２６の排気ガスを排気ガス還流通路１８へ排出する吐出孔３０が形成される。
導入孔２９と吐出孔３０とにあっては、図８に示すように、吐出孔３０を軸心方向から視た場合に、つまり、吐出孔３０の中心Ｐ２方向（排気ガス還流通路１８の入口部位の軸心方向）から視た場合に、導入孔２９と吐出孔３０とが重ならないように、導入孔２９の中心Ｐ１を、吐出孔３０の中心Ｐ２に対して径方向へ距離Ｌだけオフセットさせて配置する。
つまり、図８に示すように、膨出部２７の内部空間２６においては、導入孔２９と吐出孔３０とが重ならないように、排気管１４の径方向に並んで同方向へ指向し且つ同一高さ位置であって、そして、導入孔２９の中心Ｐ１と吐出孔３０の中心Ｐ２とが所定の距離Ｌで離れて配置されている。
導入孔２９の下端部２９Ｂは、車両上下方向において、導入孔側内壁面３１の底面部よりも高さＨだけ上方に離れて配置されている。これにより、膨出部２７の内部空間２６においては、導入孔２９の下方で排気管１４の上流側傾斜面部２５と空間形成壁２８との間に凝縮水溜め部３２が形成される。一方、吐出孔３０下端部３０Ｂは、車両上下方向において、導入孔側内壁面３１よりも高い位置に存在する吐出孔側内壁面３３に接して配置されている。導入孔側内壁面３１と吐出孔側内壁面３３との間には、段差部３４が形成されている。
【００１５】
即ち、通常、排気ガス還流通路１８内を流れるＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２０によって冷却される。そして、ＥＧＲガス中の水蒸気は、ＥＧＲクーラ２０で凝縮される。その後、排気ガス還流通路１８には、凝縮水が発生する。そして、この凝縮水は、排気ガス還流通路１８を排気ガスの下流側から上流側へと流れ落ちる。
そこで、この実施例において、排気管側連結部２４には、排気管１４の外周面から内部空間２６が径方向外側に膨出してＥＧＲクーラ２０で発生した凝縮水を一時的に溜める膨出部２７を設ける。排気管１４の外周面には、排気ガスの一部を膨出部２７の内部空間２６へ導入する導入孔２９を形成する。膨出部２７には、内部空間２６の排気ガスを排気ガス還流通路１８へ排出する吐出孔３０を形成する。さらに、吐出孔３０を軸心方向から視た場合に、導入孔２９と吐出孔３０とが重ならないように、導入孔２９を吐出孔３０の径方向へ距離Ｌだけオフセットさせて配置した。つまり、導入孔２９と吐出孔３０とは、導入孔２９から吐出孔３０が見通すことができないように配置されている。
このような構造により、排気ガス還流通路１８を排気ガスの上流側へと流れ落ちる凝縮水を膨出部２７内で一時的に溜めて、凝縮水を気化させた後に、排気管１４へと排出することができる。
そして、排気ガス還流通路１８で発生した凝縮水が直接に排気管１４内へと流れ出るのを防止することができ、排気管１４内の急激な温度変化によって熱応力（熱ひずみ）が集中的に生じたり、排気管１４や触媒１３が膨張と伸縮とを頻繁に繰り返したりするのを防ぐことができる。これにより、排気管１４内に錆が発生したり又は触媒１３に亀裂が発生したりするのを防いで排気管１４の劣化を抑制して、排気管１４の性能を維持することができる。
また、上記のように、導入孔２９が吐出孔３０と重ならないように、導入孔２９を吐出孔３０に対して径方向外側に距離Ｌだけオフセットさせて配置した構造により、導入孔２９と吐出孔３０との間を迷路状とすることができるため、万一、排気ガス還流通路１８で発生した凝縮水が吐出孔２９から内部空間２６内へと勢い良く流れ出たとしても、吐出孔２９から内部空間２６に流れ出た凝縮水を排気管１８の外周面でせき止めることができる。
この結果、膨出部２７の内部空間２６に流れ出した凝縮水が直接に導入孔２９から跳び出ることを防いで、凝縮水が導入孔２９の近傍に配置される上流側排気ガスセンサ１５に降りかかるのを防止でき、上流側排気ガスセンサ１５の被水割れを防止して、上流側排気ガスセンサ１５を保護することができる。
【００１６】
また、図２、図４に示すように、排気管１４の触媒１３よりも上流側に排気管側連結部２４を設け、この排気管側連結部２４には膨出部２７を形成した。
このような構造により、排気ガス還流通路１８で発生した凝縮水を膨出部２７で一時的に溜めることができる。これにより、凝縮水が排気管１４に流れて直接に触媒１３へと流れるのを防止でき、急激な温度変化や熱応力（歪み）によって触媒１３に亀裂が発生するのを防止して、触媒１３の粉末や破片の発生を防止することができる。
この結果、触媒１３の粉末や破片が排気管１４やマフラ等に入り込んで異音が発生するのを防止できるとともに、排気ガス浄化性能が低下するのを防止できる。
【００１７】
なお、この発明の変形例としては、図９に示すように、車両上下方向において、導入孔２９の下端部２９Ｂが吐出孔３０の下端部３０Ｂよりも所定の高さＳだけ車両上方に位置するように、導入孔２９を膨出部２７内の上部側で開口させた。
これは、もし、導入孔２９を吐出孔３０よりも下側に配置した場合に、凝縮水は、吐出孔３０から落下して、そのまま導入孔２９を介して排気管１４内へと漏れ出るおそれがある。
そこで、この変形例の構造では、凝縮水が吐出孔３０から自由落下したとしても、この凝縮水がそのまま導入孔２９へと流れるのを防止できる。さらに、導入孔２９を膨出部２７の内部空間２６内の上部側で開口しているため、導入孔２９の下側に凝縮水を一時的に溜めるスペースを設けることができ、凝縮水の量がある程度増加したとしても、凝縮水が気化するまで膨出部２７内で凝縮水を一時的に維持できる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
この発明に係る排気ガス還流装置を、各種エンジンに適用可能である。
【符号の説明】
【００１９】
１  エンジン
６Ａ〜６Ｄ  第１〜第４気筒
７Ａ〜７Ｄ  第１〜第４吸気ポート
８Ａ〜８Ｄ  第１〜第４排気ポート
１０  吸気マニホルド
１２  排気マニホルド
１３  触媒
１４  排気管
１５  上流側排気ガスセンサ
１７  排気ガス還流装置
１８  排気ガス還流通路
１９  排気ガス還流管
２０  ＥＧＲクーラ
２３  上流側排気ガスセンサの取付部
２４  排気ガス還流通路の上流側の排気管側連結部
２６  膨出部の内部空間
２７  膨出部
２９  導入孔
３０  吐出孔
３２  凝縮水溜め部
【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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【図８】
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【図９】
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