(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機を備えたエンジンの排気通路と吸気通路との間を接続するＥＧＲ通路と、
該ＥＧＲ通路の途中に配設されたＥＧＲ弁と、
該過給機よりも下流の吸気通路に配設された空冷式のインタクーラとをそなえ、
該ＥＧＲ通路の吸気側接続部が該インタクーラの上流側ヘッダよりも下流のコア部に接続されて該インタクーラにＥＧＲクーラの機能が一体化されている
ことを特徴とする、ＥＧＲガス冷却構造。
【請求項２】
該インタクーラのうち、該ＥＧＲ通路が接続された部分のコア部が耐腐食性金属で形成されている
ことを特徴とする、請求項１記載のＥＧＲガス冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ装置に適用される、ＥＧＲガス冷却構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの排ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減すべく、エンジンの排ガスの一部をエンジンの運転状態に応じて吸気系に再循環させる排ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）が開発、実用化されている。
そして、このようなＥＧＲ装置では、エンジンの排気系（主に排気通路）から取り込んだ排ガス（ＥＧＲガス）を吸気に混入させることで、燃焼室内での燃焼を緩慢なものとして燃焼温度を下げ、ＮＯｘの生成が抑制される。
【０００３】
図５はＥＧＲ装置を備えたエンジン全体の模式的な構成図であって、吸気通路７と排気通路４との間には排ガスを吸気通路７に還流させるためのＥＧＲ通路８が設けられている。また、このＥＧＲ通路８上には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１０及びＥＧＲガスの還流量（還流割合）を制御するためのＥＧＲバルブ９が設けられている。そして、このＥＧＲクーラ１０でＥＧＲガスを冷却することによりＥＧＲガスの体積を減少させて還流量を増大させることができるとともに、新気の吸入量を増大させることによりＮＯｘ及びスモークの同時低減が図られる。
【０００４】
一方、近年ではディーゼルエンジンにおいてＥＧＲ装置と過給機（ターボチャージャ）５とを組み合わせて出力の増大と排ガスの清浄化が図られている。以下、ターボチャージャ５に着目して説明すると、排気通路４及び吸気通路７にはそれぞれタービン５ａ及びコンプレッサ５ｂが設けられており、また、吸気通路７上にはコンプレッサ５ｂで過給された新気（吸気）を冷却するインタクーラ６も設けられている。そして、排ガスのエネルギによりタービン５ａが回転駆動されると、これによりコンプレッサ５ｂが回転駆動されて新気（吸気）が加圧される。また、この加圧された新気はインタクーラ６で冷却されてエンジン１に供給される。
【０００５】
次に、ＥＧＲ通路８に設けられたＥＧＲクーラ１０の構成の一例について図６（ａ），（ｂ）を用いて説明すると、図６（ａ）に示すＥＧＲクーラ１０は、いわゆる多管式ＥＧＲクーラであって、ケーシング１０１内に多数の円筒状の管（パイプ）１０２が設けられて構成されている。また、ケーシング１０１の両端にはヘッダ１０５，１０６が設けられ、これらのヘッダ１０５，１０６にはＥＧＲガスの入口１０３と出口１０４とがそれぞれ形成されている。各ヘッダ１０５，１０６内には空間が形成され、上記パイプ１０２の両端部はこのヘッダ１０５，１０６内の空間に開口して接続されている。したがって、この入口１０３からＥＧＲガスを流入させると、このＥＧＲガスは各パイプ１０２内を通って出口１０４から排出される。
【０００６】
また、ケーシング１０１には、冷却水の供給口１０７及び排出口１０８とがそれぞれ形成され、図５に示す冷却水路１１がそれぞれ接続されている。そして、このような構成により、ケーシング１０１内にエンジン１の冷却水が循環して、図６（ｂ）に示すように、ＥＧＲガスがパイプ１０２内を通る際に、パイプ１０２の外にある冷却水にＥＧＲガスの熱が奪われてガス温度が低下し、熱交換が行なわれる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＥＧＲガスを冷却すると腐食性の液体（例えば硫酸）が発生する。このため、図６（ｃ）に示すように、ＥＧＲクーラ１０内のろう付け個所が腐食してクラック等が生じ、このようなクラックからエンジン１内に冷却水が浸入するおそれがあった。なお、エンジン１内に冷却水が浸入すると、ウォータハンマ現象が生じてエンジンが破損する可能性があるほか、冷却水が本来の冷却系統から流出することでエンジン１がオーバヒートする可能性がある。
【０００８】
また、従来のＥＧＲクーラでは、ＥＧＲガスを還流させない状態では、ＥＧＲクーラ内には流体の流れが一切なくなるので、ＥＧＲガスに含まれるすすがＥＧＲクーラ内に滞留してしまい、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下するという課題がある。
一方で、ＥＧＲガスを還流させる際に各気筒で還流量が不均一であると、スモーク発生量が増大するため、ＥＧＲガスと新気とをなるべく均一に混合して各気筒にバラツキなくＥＧＲガスを還流させたいという要望もある。このような要望に応えるには、吸気通路７のなるべく上流側でＥＧＲガスを還流させるのが好ましいが、インタクーラ６は通常アルミニウム製であるため、ＥＧＲガスをインタクーラ６よりも上流側で還流させると、上記の腐食性の液体によりインタクーラ６が損傷したりするおそれがある。
【０００９】
このため、従来はインタクーラの下流側でＥＧＲガスを還流させているが、この場合にはＥＧＲガスと新気との均一な混合が困難であり、各気筒でＥＧＲガスの還流量がばらつくおそれがあった。
なお、特開平１０−２２０３０５号公報にはインタクーラによりＥＧＲガスを冷却するようにした技術が開示されているが、この技術は、単にインタクーラの一部をＥＧＲクーラとして適用したに過ぎず、ＥＧＲガスを還流させない状態では、インタクーラのＥＧＲガス冷却部（公報の符号１１参照）に何らの流体も流れないため、やはりＥＧＲクーラ内にすすが滞留してしまい冷却効率が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、▲１▼ＥＧＲクーラの冷却水のエンジン内への浸入に起因するエンジン破損の防止，▲２▼すすの滞留によるＥＧＲガスの冷却効率の低下の抑制，▲３▼ＥＧＲガスと新気との均一な混合の３つの課題を同時に解決できるようにした、ＥＧＲガス冷却構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明のＥＧＲガス冷却構造では、過給機を備えたエンジンの排気通路と吸気通路との間を接続するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路の途中に配設されたＥＧＲ弁と、該過給機よりも下流の吸気通路に配設された空冷式のインタクーラとをそなえ、該ＥＧＲ通路の吸気側接続部が該インタクーラの上流側ヘッダよりも下流のコア部に接続されて該インタクーラにＥＧＲクーラの機能が一体化されていることを特徴としている。
【００１２】
このため、ＥＧＲガスは排気通路からＥＧＲ通路及びＥＧＲ弁を介してインタクーラのコア部に流入し、このコア部で冷却され吸気通路の還流される。つまりインタクーラがＥＧＲクーラの機能をも兼ねており、インタクーラによりＥＧＲガスが冷却される。したがって、従来のようなＥＧＲクーラが不要となる。また、冷却水を用いていないので、仮にコア部に亀裂等が生じてもこの亀裂からは空気しか流入しないのでエンジンの破損を防止できる。また、ＥＧＲガスを還流させないときは、ＥＧＲガスの代わりに新気が導入されて、ＥＧＲガスに含まれるすすが掃気される。さらに、ＥＧＲガスをインタークーラに還流させることでＥＧＲガスと新気の混合部からエンジンまで十分な距離を確保でき、ＥＧＲガスと新気とを均一に混合でき、気筒毎のＥＧＲ率のばらつきが抑制される。
【００１３】
また、請求項２記載の本発明のＥＧＲガス冷却構造では、該インタクーラのうち、該ＥＧＲ通路が接続された部分のコア部が耐腐食性金属で形成されていることを特徴としている。したがって、コア部の耐腐食性が確保され、信頼性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかるＥＧＲガス冷却構造について説明すると、図１はその要部構成を示す模式図、図２，図３はいずれもその作用を説明するための図、図４は本発明が適用されるエンジン全体の模式的な構成図である。
【００１５】
まず、図４を用いてエンジンの全体的な構成について説明すると、エンジン１の吸気通路７と排気通路４との間には排ガスを吸気通路７に還流させるためのＥＧＲ通路８が設けられており、また、このＥＧＲ通路８上には、ＥＧＲガスの還流量（還流割合）を制御するためのＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）９が設けられている。このＥＧＲバルブ９は、エンジン回転速度及びエンジン負荷等に基づくエンジン運転状態に応じて設定される制御信号に基づいて、その作動が制御されるようになっている。
【００１６】
また、エンジン１には吸気を過給する過給機（ターボチャージャ）５が設けられており、図示するように、排気通路４及び吸気通路７にはそれぞれタービン５ａ及びコンプレッサ５ｂが設けられている。また、吸気通路７上にはコンプレッサ５ｂで過給された新気（吸気）を冷却する空冷式のインタクーラ６が設けられている。
【００１７】
ここで、図１を用いて本願発明の一実施形態にかかるＥＧＲガス冷却構造の要部について説明すると、図示するように、上記ＥＧＲ通路８の下流端部（吸気側接続部）は、吸気通路７に設けられたインタクーラ６に部分的に接続されており、このインタクーラ６によりＥＧＲガスが冷却されるようになっている。
インタクーラ６は、図示するように上流側のヘッダ６２と下流側のヘッダ６３と、これらのヘッダ６２，６３との間を接続するコア部６１と備えて構成されており、コア部６１は通常のインタクーラ同様、断面が長円形状の多数のチューブにより構成されている。また、詳細は図示しないが、これらの各チューブ間には放熱用のフィンが取り付けられている。
【００１８】
また、図１に示すように、上記ＥＧＲ通路８は接続部６４を介してインタクーラ６のコア部６１に接続されている。ここで、接続部６４には、ヘッダ６２，６３と同様に内部に空間が形成され、この空間に上流側のチューブと下流側のチューブとがそれぞれ開口して接続されている。
また、コア部６１は、新気のみが流通する新気用コア部６１ａと、接続部６４よりも下流側であってＥＧＲ通路７からＥＧＲガスが導入されるＥＧＲ用コア部６１ｂとから構成されており、新気用コア部６１ａは従来のインタクーラと同様の素材（例えばアルミニウム）により形成されている。一方、ＥＧＲ用コア部６１ｂは、耐腐食性の金属（例えばＳＵＳ材やアルマイト処理を施したアルミニウム等）により形成されている。
【００１９】
したがって、ＥＧＲバルブ９が全閉であれば、新気用コア部６１ａ及びＥＧＲ用コア部６１ｂの両方に新気が導入され、ＥＧＲバルブ９が開くとその開度に応じてＥＧＲ用コア部６１ｂを流れるＥＧＲガスが増大するようになっている。
なお、インタクーラ６の新気用コア部６１ａは、ＥＧＲバルブ９が全開となってＥＧＲ用コア部６１ｂに新気が全く流れないような状態となっても、十分に過給された新気を冷却できる程度の容量に設定されている。
【００２０】
また、ＥＧＲ用コア部６１ｂの各チューブの両端は、本実施形態では、銅ろう又はより耐腐食性のあるニッケルろうによって、下流側ヘッダ６３及び接続部６４にそれぞれろう付けされている。
本発明の一実施形態にかかるＥＧＲガス冷却構造は、上述のように構成されているので、その作用を説明すると以下のようになる。
【００２１】
まず、エンジン１の運転状態に応じて図示しないコントロールユニット（ＥＣＵ）により目標ＥＧＲ還流量が設定され、この目標ＥＧＲ還流量となるように上記ＥＣＵからＥＧＲバルブ９に対して制御信号が設定される。
そして、ＥＧＲバルブ９がＥＣＵの制御信号に基づき作動すると、図２に示すように、このＥＧＲバルブ９の開度に応じた量のＥＧＲガスが接続部６４を介してインタクーラ６のＥＧＲ用コア部６１ｂに流入する。このＥＧＲガスは、接続部６４において上流側から流入する新気と混合されるとともに、ＥＧＲ用コア部６１ｂを流れる過程で冷却される。また、下流側ヘッダ６３においてＥＧＲガスは新気用コア部６１ａを通った新気と合流する。
【００２２】
そして、このようにＥＧＲガスをインタークーラ６に還流させることでＥＧＲガスと新気との混合部からエンジン１まで十分な距離を確保でき、吸気通路７を通る過程でＥＧＲガスと新気とを均一に混合することができる。したがって、エンジン１の各気筒に均一にＥＧＲガスが流入して、気筒間でのＥＧＲガスの還流量のばらつきが抑制される。
【００２３】
また、図３に示すように、ＥＧＲガスを還流させないとき、即ちＥＧＲバルブ９の開度が０（全閉）の時には、ＥＧＲ用コア部６１ｂには新気が流入して、ＥＧＲ用コア部６１ｂに残留した排ガスのすすが掃気される。したがって、ＥＧＲ用コア部６１ｂにすすが滞留することがなく、ＥＧＲ用コア部６１ｂのチューブへのすすの付着が抑制され、これによりＥＧＲガスの冷却効率の低下を防止できる。
【００２４】
また、従来のＥＧＲクーラを廃止してインタクーラ６と機能を兼用することによりエンジンルーム内のレイアウトが容易になるほか部品点数が低減されてコストを低減することができる。
さらに、ＥＧＲガス（排ガス）を冷却したときにＥＧＲガスから腐食性液体（又は腐食性ガス）が発生しても、ＥＧＲ用コア部６１ｂを耐腐食性金属で形成するとともに、ＥＧＲ用コア部６１ｂを構成するチューブの端部を銅ろう又はより耐腐食性のあるニッケルろうによりろう付けすることにより、十分な耐腐食性を得ることができエンジン全体の信頼性が向上するという利点がある。
【００２５】
また、仮にＥＧＲ用コア部６１ｂのチューブが腐食して穴があいたり、チューブのろう付け個所が腐食して亀裂が生じたとしても、空気によりＥＧＲガスを冷却しているので、吸気通路７には空気しか流入せず、従来のＥＧＲクーラのように冷却水がエンジン１に流入してエンジン１を破損させるようなおそれが全くない。
【００２６】
なお、本発明のＥＧＲガス冷却構造は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えばＥＧＲバルブや過給機の構造については特に限定されるものではなく、種々のタイプのＥＧＲバルブや過給機に適用することができる。また、インタクーラは走行風によって冷却してもよいし、ファンによる送風により冷却してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１にかかる本発明のＥＧＲガス冷却構造によれば、ＥＧＲクーラの冷却水のエンジン内への浸入に起因するエンジンの破損を防止できるとともに、ＥＧＲガスの冷却効率の低下の抑制でき、さらにはＥＧＲガスと新気とを均一に混合させることができるようになる。
【００２８】
すなわち、ＥＧＲガスの冷却時に腐食性液体が発生してインタクーラ内に亀裂が生じても吸気通路には空気が流入するので、従来のＥＧＲクーラのように冷却水がエンジンに流入してエンジンを破損させるようなおそれが全くないという利点がある。
また、ＥＧＲガスをインタークーラに還流させることでＥＧＲガスと新気との混合部からエンジンまで十分な距離を確保でき、吸気通路を通る過程でＥＧＲガスと新気とを均一に混合することができる。したがって、エンジンの各気筒に均一にＥＧＲガスが流入して、気筒間でのＥＧＲガスの還流量のばらつきを抑制できるという利点がある。
【００２９】
また、ＥＧＲガスを還流させないときには、ＥＧＲガスの代わりに新気が導入されるので、ＥＧＲガスに含まれるすすが掃気されてインタクーラ内でのすすの滞留が防止されるので、チューブにすすが付着することがなくなり、ＥＧＲガスの冷却効率の低下を防止できるという利点がある。
また、従来のＥＧＲクーラを廃止してインタクーラと機能を兼用することによりエンジンルーム内のレイアウトが容易になるほか部品点数が低減されてコストを低減することができるという利点がある。
【００３０】
請求項２にかかる本発明のＥＧＲガス冷却構造によれば、インタクーラのうち、ＥＧＲ通路が接続された部分のコア部を耐腐食性金属で形成することにより、エンジン全体の信頼性をさらに向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかるＥＧＲガス冷却構造の要部構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるＥＧＲガス冷却構造の作用を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるＥＧＲガス冷却構造の作用を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるＥＧＲガス冷却構造が適用されるエンジン全体のの模式的な構成図である。
【図５】従来のＥＧＲ装置を備えたエンジン全体の模式的な構成図である。
【図６】従来のＥＧＲクーラを示す模式的な構成図である。
【符号の説明】
１  エンジン
４  排気通路
５  ターボチャージャ（過給機）
６  インタクーラ
７  吸気通路
８  ＥＧＲ通路
９  ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）
【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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