(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気を吸気側に環流するＥＧＲ通路と、その環流率を制御するＥＧＲバルブと、環流ガスを冷却するＥＧＲクーラと、を備えるＥＧＲ装置において、ＥＧＲクーラの出口部にその外周を跨ぐように形成される取付部と、取付部の両側に対応して排気マニホールド上に突設されるボス部と、を備えてなり、取付部の両側をそれぞれ対応するボス部に締め付けると共に、ＥＧＲクーラの入口部に一端が連結されるＥＧＲ通路の配管について、その他端を排気マニホールドに形成されるＥＧＲ通路との接合部に略水平な接合面を介して連結することにより、ＥＧＲクーラを排気マニホールド上でエンジンの前後方向へ沿う横置状態に組み付けたことを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
ＥＧＲクーラにＥＧＲバルブを一体的に組み付けたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンのＥＧＲ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのＮＯｘ対策として排気の一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置がよく知られている。このうち、還流ガス（ＥＧＲガス）の密度を高めるため、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備えるものがある（特開平９ー１３７７５４号公報，特開平９ー２８０１１８号公報）。
【０００３】
その一例を説明すると、エンジンの排気通路を吸気通路に連通するＥＧＲ通路が設けられ、その通路途中に排気還流率（ＥＧＲ率）を制御するＥＧＲバルブと、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラが介装される。
【０００４】
ＥＧＲクーラは、筒形の胴体とその内部を軸方向へ貫通する複数の冷却管とを備える熱交換器が使用され、各冷却管の回りに胴体で囲われる流路を経由してエンジンの冷却水が循環するように配管される。
【０００５】
ＥＧＲバルブが開くと、エンジンの排気の一部が還流され、ＥＧＲクーラが冷却水との間で熱交換を行うことにより、冷却管を通過するＥＧＲガスを冷却する。そのため、エンジンへの吸入空気量を確保しつつ、ＥＧＲ率を実質的に高めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来例において、ＥＧＲクーラは冷却水の重みも加わるため、その取付部材（ブラケットなど）に高い支持剛性が要求される。また、ブラケットなどの取付部材を含めると、ＥＧＲクーラの組み付けに大きなスペースが独占されてしまうという不具合もあった。なお、エンジンのシリンダブロックにＥＧＲクーラを一体的に取り付けたものが知られている（特開平７ー４２６２８号公報，特開平１０ー２２５６号公報など）。
【０００７】
この発明は、このような課題の有効な対策手段の提供を目的とする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
第１の発明では、エンジンの排気を吸気側に環流するＥＧＲ通路と、その環流率を制御するＥＧＲバルブと、環流ガスを冷却するＥＧＲクーラと、を備えるＥＧＲ装置において、ＥＧＲクーラの出口部にその外周を跨ぐように形成される取付部と、取付部の両側に対応して排気マニホールド上に突設されるボス部と、を備えてなり、取付部の両側をそれぞれ対応するボス部に締め付けると共に、ＥＧＲクーラの入口部に一端が連結されるＥＧＲ通路の配管について、その他端を排気マニホールドに形成されるＥＧＲ通路との接合部に略水平な接合面を介して連結することにより、ＥＧＲクーラを排気マニホールド上でエンジンの前後方向へ沿う横置状態に組み付けたことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明では、第１の発明において、ＥＧＲクーラにＥＧＲバルブを一体的に組み付けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の効果】
第１の発明では、エンジンに分岐管を介して結合される排気マニホールドをＥＧＲクーラの取付部材（ブラケットなど）として利用するので、ＥＧＲクーラの重量に耐える高い支持剛性が得られるほか、専用の取付部材（ブラケットなど）も不要のため、スペースやコストの面で有利となる。また、ＥＧＲクーラは、排気マニホールド上をエンジンの前後方向に沿ってコンパクトに組み付けられるため、エンジン周辺スペースを有効に活用できる。
【００１２】
また、ＥＧＲクーラは、排気マニホールド上の各ボス部およびＥＧＲ通路との接合部の３点でバランスよく支持される。
【００１３】
第３の発明では、ＥＧＲバルブもＥＧＲクーラを介して排気マニホールドに支持される。このため、ＥＧＲバルブを単独に支持する必要がなくなり、組付性も向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１において、１０はエンジンの排気マニホールドであり、各シリンダに対応する分岐管１１とこれらの集合部１２とから形成される。各分岐管１１にシリンダヘッドとの取付部１１ａが形成され、集合部１２に排気管（図示せず）との接合部１２ａが形成される。１３はエンジンの排気を吸気側に還流するＥＧＲ通路であり、排気マニホールド１０の一端部にＥＧＲ通路１３との接合部１３ａが形成される。ＥＧＲ通路１３の途中には、ＥＧＲガス（還流ガス）を冷却するＥＧＲクーラ１４と、ＥＧＲ率（還流率）を制御するＥＧＲバルブ１９が介装される。
【００１５】
ＥＧＲクーラ１４は図２〜図４のように筒形の胴体１５とその内部を軸方向へ貫通する複数の冷却管１６とからなり、その回りに胴体１５で囲われる流路１７が形成され、冷却管１６を通過するＥＧＲガスとその回りの流路１７を通過する冷却水との間で熱交換を行うようになっている。１８ａ，１８ｂは冷却配管用の接続部であり、ＥＧＲガスの入口側と出口側に配置される。各接続部１８ａ，１８ｂに図示しないが、アイコネクタがアイボルトで締め付けられ、これらアイコネクタにエンジンの冷却水が胴体１５で囲われる流路１７を経由して循環するように配管される。
【００１６】
ＥＧＲクーラ１４の外周にこれを直交方向へ跨がる台座形の取付部２０が形成され、その両側に締付ボルト用の貫通穴２０ａが設けられる。排気マニホールド上１０には、取付部２０の貫通穴２０ａに対応するボス部２１が突設され、これらボス部２１に締付ボルト用のネジ穴（図示せず）が形成される。そして、ボス部２１に取付部２０を重ね、貫通穴２０ａを通して締付ボルト（図示せず）をネジ穴に螺合することにより、ＥＧＲクーラ１４は排気マニホールド１０上でエンジンの前後方向へ沿う横置きに取り付けられる。
【００１７】
図１において、２２はＥＧＲ通路１３の配管であり、その一端は排気マニホールド１０の接合部１３ａに連結される。ＥＧＲクーラ１４は前後にコネクタ２３，２４を備える。前側のコネクタ２３は、胴体１５の外周に大径開口部２２ａを介して嵌合され、反対側へ円筒形を絞ることにより、配管２２の径寸法に対応する小径開口部２２ｂが形成される。配管２２の他端に小径開口部２２ｂが連結され、コネクタ２２はその内側に配管２２からのＥＧＲガスを各分岐管１６へ拡散させる入口部２５を形成する。配管２２との接合部１３ａは、ボス部２１と共にＥＧＲクーラ１４の支持部を構成するよう、配管２２を介してＥＧＲクーラ１４の前部を支持する上向きの略水平な接合面に形成される。
【００１８】
後側のコネクタ２４は、両端が略同径に開口するストレートな円筒形に形成され、胴体１５の外周に一方の開口部２４ａを介して嵌合される。もう一方の開口部２４ｂにＥＧＲバルブ１９が一体的に組み付けられ、コネクタ２４はその内側に各分岐管からＥＧＲバルブ１９へＥＧＲガスをストレートに案内する出口部２６を形成する。なお、ＥＧＲクーラ１４の取付部２０は、コネクタ２４の外周に一体形成される。２７はエンジンの吸気通路（図示せず）に一端が接続するＥＧＲ通路１３の配管であり、その他端はＥＧＲバルブ１９の通路出口３２に接続される。
【００１９】
ＥＧＲバルブ１９は図５のようにハウジング３０の一側面に通路入口３１が、これと直交する側面に通路出口３２がそれぞれ開口され、これらを結ぶ湾曲通路３３が形成される。通路入口３１の接合面にＥＧＲクーラ１９の出口部２６が、同じく通路出口３２の接合面にＥＧＲ通路１３の配管２７がそれぞれ連結される。湾曲通路３０への直前（通路出口側）にバルブシート３４が形成され、そのシート面に対応するバルブヘッド３５ａを備えるポペット弁３５が設けられる。ポペット弁３５はハウジング３０にバルブステム３５ｂを介してバルブシート３４の開閉方向へ摺動自由に支持される。
【００２０】
３６はポペット弁３５を開閉するアクチュエータであり、エアシリンダ構造のものが採用される。シリンダに２つのエア配管用の接続部３６ａ，３６ｂが開口され、これらのそれぞれをエア圧発生源と継ぐ配管（図示せず）にポペット弁３５のストローク（開閉）を制御するバルブが設けられる。ＥＧＲバルブ１９において、ＥＧＲクーラ１４側の通路入口３１は、配管２７側の通路出口３２に較べて内径が大きくなり、通路途中に段差部３７を生じるが、バルブシート３４はこれを係止面に利用して組み付けられる。
【００２１】
ＥＧＲバルブ１９の熱負荷を低減するため、ハウジング３０の内部に湾曲通路３３およびポペット弁３５のバルブステム３５ｂを包むようにジャケット（図示せず）が形成される。４０ａ，４０ｂは配管用の接続部であり、ハウジング３０の側面に２つ配置される。各接続部４０ａ，４０ｂに図示しないが、アイコネクタがアイボルトで締め付けられ、これらアイコネクタにエンジンの冷却水がこのジャケットを経由して循環するように配管される。
【００２２】
このような構成により、ＥＧＲが行われると、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ１４およびＥＧＲバルブ１９を経由して吸気側へ供給される。ＥＧＲクーラ１４において、各冷却管１６の内部を通過するＥＧＲガスは、胴体１５の内部を流れる冷却水との熱交換により冷却され、ＥＧＲバルブ１９へ送り出される。この場合、ＥＧＲクーラ１４で冷却後のＥＧＲガスがＥＧＲバルブ１９を通過するため、ＥＧＲバルブの熱負荷を低減できる。また、ＥＧＲバルブは冷却後のＥＧＲガスが制御対象のため、エンジンの排気温度に大きく影響されることなく、ＥＧＲ率を安定的に精度よく制御できる。
【００２３】
ＥＧＲバルブ１９もハウジング３０のジャケットを通過する冷却水で熱負荷が低減されるため、高い信頼性と耐久性が得られる。この場合、ＥＧＲクーラ１４にＥＧＲバルブ１９を一体的に組み付けることにより、ＥＧＲクーラ１４とＥＧＲバルブ１９の間を配管で接続しなくて済むため、ＥＧＲ通路１３の配管作業は簡略化される。また、これらの支持手段（取付部２０とボス部２１など）も共用可能なため、組付性の向上が得られる。
【００２４】
ＥＧＲクーラ１４は胴体１５の内部に冷却水の流路１７も備えるので、ＥＧＲ通路１３の配管２２，２７に較べると、径寸法が大きくなるため、従来の場合は胴体１５の両端に絞り付きのコネクタが取り付けられる。この実施形態では、ＥＧＲクーラ１４の出口部２６とＥＧＲバルブ１９の通路入口３１が同径（図５のｄ寸法）になり、後側のコネクタ２４は絞りを持たないため、圧力損失の低下も得られる。
【００２５】
ＥＧＲバルブ１９の内部通路３３において、ＥＧＲクーラ１９側と配管２７側との径寸法の調整は、段差部３７で簡単に行える。段差部３７はバルブシート３４の係止面に利用されるため、その加工も無駄がなく、絞り付きのコネクタに較べると、コスト的にも有利となる。
【００２６】
ＥＧＲクーラ１４およびＥＧＲバルブ１９はブラケットなどに拠らず、排気マニホールド１０上に取り付け、その強度などを利用することにより、これら重量（冷却水の重みも加わる）に耐える高い支持剛性が得られる。また、２つのボス部２１および配管２２との接合部の３点でバランスよく支持される。ＥＧＲクーラ１４およびＥＧＲバルブ１９は、排気マニホールド１０上でこれに添うよう、コンパクトに組み付けられるため、エンジンの周辺スペースを有効に活用できる。
【００２７】
冷却水の配管について、エンジンの冷却水路（図示せず）に対し、ＥＧＲクーラ１４とＥＧＲバルブ１９は直列に介装される。ＥＧＲクーラ１４の入口側の接続部１８ａにエンジンの冷却水路の高圧側が、ＥＧＲクーラ１４の出口側の接続部１８ｂにＥＧＲバルブ１９の一方の接続部４０ａが、ＥＧＲバルブ１９のもう一方の接続部４０ｂにエンジンの冷却水の低圧側がそれぞれ配管される（図１参照）。
【００２８】
エンジンの冷却水はＥＧＲクーラ１４を通過し、その後にＥＧＲバルブ１９を通過する。ＥＧＲクーラにおいて、ＥＧＲガスの入口側の接続部１８ａから冷却水はその出口側の接続部１８ｂへとＥＧＲガスの流れに沿うように流れる。つまり、ＥＧＲクーラ１４の高温側から低温側（比較的という意味）へと冷却水は流れる。仮にその流れ方向が逆の場合、低温側から入って高温側へ流れる間に加熱され、その冷却水が高温部で沸騰するようなことが考えられる。この場合、高温側から低温側へと流れる冷却水は、高温部で急激に温度上昇するが、低温側へ向かうにしたがって温度上昇が緩やかになるため、冷却水が沸騰するのを抑える効果が得られる。
【００２９】
ＥＧＲクーラ１４およびＥＧＲバルブ１９において、これらの冷却水の流れを制御するため、配管４５に開閉バルブ４６が介装される。図示しないが、エンジンの冷却水温を検出する手段と、この検出信号に基づいて開閉バルブを制御するコントローラが設けられる。これにより、暖機運転時など冷却水温が低いときに開閉バルブ４６が閉じると、ＥＧＲクーラ１４およびＥＧＲバルブ１９への冷却水が遮断され、これらを冷却水が循環しないため、ＥＧＲガスの過度な温度低下（エンジンの燃焼状態の悪化をもたらす）を回避できる。開閉バルブ４６はいずれか１つでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態を表すシステムの構成図である。
【図２】同じくＥＧＲクーラの側面を表す一部切除の正面図である。
【図３】同じくＥＧＲクーラの前面（入口側）を表す右側面図である。
【図４】同じくＥＧＲクーラの後面（出口側）を表す左側面図である。
【図５】同じくＥＧＲバルブの側面を表す一部切除の正面図である。
【符号の説明】
１０  排気マニホールド
１３  ＥＧＲ通路
１４  ＥＧＲクーラ
１９  ＥＧＲバルブ
２０  取付部
２１  ボス部
２２，２７  ＥＧＲ通路の配管
２３，２４  コネクタ
２５  ＥＧＲクーラの入口部
２６  ＥＧＲクーラの出口部
３０  ＥＧＲバルブのハウジング
３１  ＥＧＲバルブの通路入口
３２  ＥＧＲバルブの通路出口
３３  ＥＧＲバルブの湾曲通路
３４  バルブシート
３５  ポペット弁
３６  ＥＧＲバルブのアクチュエータ
【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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