JP5387612B2

JP5387612B2 - エンジンの排気還流装置

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Publication number: JP5387612B2
Application number: JP2011094205A
Authority: JP
Inventors: 裕司小島; 知宏砂田; 大二郎石本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: CN102297046B; DE102011103626A1; US9010304B2; DE102011103626B4; US20110315129A1; JP2012026434A; CN102297046A

Description

この発明は、前後方向に配列された複数気筒を列状に有するエンジン本体のシリンダヘッドに形成された排気通路から、エンジン本体の吸気系に、排気の一部を還流させるエンジンの排気還流装置に関する。

従来より、ＮＯｘを低減すべく排気の一部を吸気系に還流してＥＧＲガスにより燃焼ガスの温度を下げることが行われている。

このように排気の一部すなわちＥＧＲガスを吸気系に還流させるためのエンジンの排気還流装置としては、一般的に、シリンダヘッドの外側において当該シリンダヘッドに連結された排気マニホルドから、シリンダヘッドの外側に設けられたＥＧＲ通路を通じて、排気の一部を吸気系に還流するものが知られている。

また、特許文献１に開示されるように、シリンダヘッド内部にＥＧＲガスを還流させるためのＥＧＲ通路が形成されており、このＥＧＲ通路を通じてＥＧＲガスを吸気系に還流させる装置の開発も行われている。このような装置では、装置全体をコンパクトにすることができる。

特開２００２−２８５９１５号公報

上記特許文献１に開示された装置では、高温のＥＧＲガスがそのまま吸気系に還流する。そのため、この装置では、エンジン始動時やエンジン低温時等のように燃焼が不安定な運転条件において、吸気温度を上昇させて燃焼を安定化させることができる。しかしながら、その他の運転条件では、吸気温度が過上昇する結果、気筒内への新気の流入量が低下するという問題が生じる。この問題に対して、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラを設けるとともに、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラをバイパス可能なバイパス管路を設けて、運転条件に応じて、ＥＧＲガスを、ＥＧＲクーラを通過させて冷却する場合と、ＥＧＲクーラをバイパスさせて高温に維持する場合とに切り替えることが考えられる。しかしながら、この場合には、ＥＧＲクーラおよびバイパス管路の追加に伴って装置が大型化するという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲクーラおよびバイパス管路を設けつつ装置の大型化を抑制することのできるエンジンの排気還流装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は、前後方向に配列された複数気筒を有するエンジン本体から排出された排気の一部をエンジン本体の吸気系に還流させるエンジンの排気還流装置であって、上記シリンダヘッド内に形成された排気通路と、上記シリンダヘッド内に形成されて、上記排気通路からシリンダヘッドの後方に延びるとともに、当該排気通路と連通する連通路と、上記排気通路から上記吸気系に還流する排気の少なくとも一部を冷却可能なＥＧＲクーラと、上記ＥＧＲクーラをバイパスさせて上記排気通路から吸気系に排気を還流させるバイパス通路とを備え、上記連通路は、シリンダヘッドの内部で２つの分岐路に分岐しており、当該２つの分岐路は、それぞれシリンダヘッドの後端面に開口しており、これら分岐路の開口部の一方は上記ＥＧＲクーラに連結され、他方は上記バイパス管路に連結されていることを特徴とするエンジンの排気還流装置を提供する（請求項１）。

本発明では、シリンダヘッドの内部に排気通路から２つに分岐する分岐路が形成されて、シリンダヘッドの後端面にこれら分岐路が開口する開口部が設けられており、シリンダヘッドにＥＧＲクーラとバイパス管路とが直接取り付けられている。そのため、ＥＧＲクーラとバイパス管路とに排気通路から排気を導入するための各管を、シリンダヘッドの外部に設けて、シリンダヘッドの外部においてこれら各管にＥＧＲクーラおよびバイパス管路をそれぞれ取り付ける場合に比べて、装置を小型化することができる。また、ＥＧＲクーラとバイパス管路の取り付けを容易にすることができる。

本発明において、上記ＥＧＲクーラに連結される上記分岐路の開口部は、上記バイパス管路に連結される上記分岐路の開口部に比べてエンジン本体の吸気系からより離間した位置に形成されているのが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、ＥＧＲクーラが連結される開口部から吸気系までの距離を長くして、これら間に配置されるＥＧＲクーラの容積を大きく確保することができる。このことは、ＥＧＲクーラの熱交換容量を確保してＥＧＲガスをより確実に冷却する。また、バイパス管路が連結される開口部から吸気系までの距離を短くして、バイパス管路と吸気系との距離を短くすることができる。このことは、バイパス管路を通過するＥＧＲガスが吸気系に到達するまでの放熱量を小さく抑えて、より確実に高温のＥＧＲガスを吸気系に還流させる。

また、本発明において、上記ＥＧＲクーラは、エンジン本体の幅方向に沿って、当該ＥＧＲクーラに連結される上記分岐路の開口部近傍からエンジン本体の幅方向一方側に配置された上記吸気系に向かって延びているのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、ＥＧＲクーラの熱交換容量を確保しつつ、ＥＧＲクーラのシリンダヘッドの後方への突出量を小さく抑えてＥＧＲクーラをコンパクトに配置することができる。

上記構成において、上記２つの分岐路の開口部は、互いにその上下位置が異なっており、上記ＥＧＲクーラおよび上記バイパス管路は、上記各開口部から、互いに上下方向に離間した位置で平行に延びているのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、各開口部からＥＧＲクーラおよびバイパス管路をエンジン本体の幅方向に沿って配置することで、ＥＧＲクーラとバイパス管路とを上下に並列させることができ、ＥＧＲクーラに加えてバイパス管路のシリンダヘッドの後方への突出量を小さく抑えることができる。

また、本発明において、上記ＥＧＲクーラは、上記エンジン本体の幅方向に延びるＥＧＲクーラ本体と、当該ＥＧＲクーラ本体の長手方向一端に設けられてこのＥＧＲクーラ本体の内側に排気を導入する排気導入部と、当該ＥＧＲクーラ本体の長手方向他端に設けられてこのＥＧＲクーラ本体内の排気を上記吸気系に導出する排気導出部とを有し、上記排気導入部が上記開口部に連結されているのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、ＥＧＲクーラの熱交換容積を大きく確保しつつ、ＥＧＲクーラの排気導出部と吸気系との距離を短くして、ＥＧＲクーラと吸気系との間の配管を短くすることができる。このことは、装置を小型化および簡素化させる。

また、本発明において、上記エンジン本体に連結された吸気マニホルドに形成されたＥＧＲガス通路構造部を備え、上記ＥＧＲクーラおよびバイパス管路は、上記ＥＧＲガス通路構造部に支持されているのが好ましい（請求項６）。

この構成によれば、装置の支持剛性を確保しつつ支持構造を簡素化することができる。

以上のように、本発明によれば、装置を大型化することなくＥＧＲクーラおよびバイパス管路を設けることができる。

シリンダヘッドの平面図吸気ポート、排気ポートおよびＥＧＲ用の２つの開口部の構成を示す平面図シリンダヘッドの背面図ＥＧＲクーラの平面図ＥＧＲクーラをエンジン後方から見た状態で示す正面図吸気マニホルドの平面図吸気マニホルドの正面図図７のＡ−Ａ線矢視断面図エンジンの排気還流装置を示す斜視図エンジンの排気還流装置を示す平面図エンジンの排気還流装置を示す背面図図９の吸気側の構成を示す側面図図９の排気側の構成を示す側面図排気還流装置の要部を示す部分平面図

本発明のエンジンの排気還流装置の実施形態について、以下図面を参照して説明する。このエンジンの排気還流装置は、エンジン本体１０に取り付けられる。

図１１等に示すように、エンジン本体１０は、シリンダヘッド１１と、シリンダヘッド１１に固定されたシリンダブロック４６と、シリンダヘッド１１のうちシリンダブロック４６と反対側の部分に取りつけられる図示しないシリンダヘッドカバーとを有する。以下、シリンダヘッド１１とシリンダブロック４６との並び方向を上下方向といい、シリンダヘッド１１側を上側、シリンダブロック４６側を下側という。

本発明に係るエンジンの排気還流装置は、エンジン本体１０から排出された排気の一部すなわちＥＧＲガスを、エンジン本体１０の吸気マニホルド（吸気系）３１（図１０参照）に還流させる。

エンジンの排気還流装置は、図１０に示すように、ＥＧＲガスを冷却可能なＥＧＲクーラ２３を有するとともに、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ２３をバイパスして吸気系に還流可能なバイパス管路４８を有する。上記ＥＧＲクーラ２３は、水冷式であり、その内部に導入された冷却水により、その内部に導入されたＥＧＲガスを冷却する。

図１は、シリンダヘッドに形成された吸気ポートおよび排気ポートの構成を示す平面図である。図２は、吸気ポート、排気ポートを示す平面図である。なお、図中、矢印Ｆはエンジン前方を示し、矢印Ｒはエンジン後方を示す。

本実施形態に係るエンジン本体１０は、直列４気筒ディーゼルエンジンである。すなわち、エンジン本体１０には、図２に破線で示すように、前後方向に、第１気筒♯１、第２気筒♯２、第３気筒♯３、第４気筒♯４が形成されている。

本実施形態に係るエンジン本体１０は、吸気２弁、排気２弁タイプのエンジンである。すなわち、図２に示すように、エンジン本体１０のシリンダヘッド１１には、各気筒と連通する吸気バルブ孔１２，１２と、１気筒当り２つの排気バルブ孔１３，１３とが、１気筒当り２つずつ形成されている。

各吸気バルブ孔１２は、それぞれ独立した吸気ポート１４と連通している。各気筒に形成された２つの排気バルブ孔１３，１３は、平面視Ｙ字状の共通の排気ポート１５と連通している。

図１、図２に示すように、シリンダヘッド１１のうち第３気筒♯３と第４気筒♯４との間の部分に対向する部分には、排気集合部１６が形成されている。この排気側集合部１６は、各Ｙ字状の排気ポート１５と連通している。なお、この排気集合部１６の下流側にはシリンダヘッド１１外において排気管が接続される。

上記各排気ポート１５と、排気集合部１６とは、排気通路を構成する。この排気通路は、シリンダヘッド１１の幅方向（前後方向および上下方向と直交する方向）の一方側に形成されている。

上記吸気ポート１４は吸気マニホルド３１に接続されており、この吸気マニホルド３１は、シリンダヘッド１１の幅方向の他方側に配置されている。以下、シリンダヘッド１１の幅方向において、排気通路が形成された側を排気側といい、反対側を吸気側という。

シリンダヘッド１１には、最後端に位置する第４気筒♯４の排気ポート１５から分岐する連通路１７が形成されている。この連通路１７は、排気ポート１５から後方に延びた後、シリンダヘッド１１の内部で、２つの分岐路に分岐する。２つの分岐路は、分岐点からさらに後方に延びて、シリンダヘッド１１の後端面に開口する。すなわち、シリンダヘッド１１の後端面には、これら分岐路がそれぞれ開口する開口部１８，１９が形成されている。これら開口部１８，１９は、エンジン幅方向に互いに離間している。本実施形態では、一方の開口部１８は、シリンダヘッド１１の後端面の幅方向中央よりも排気側に形成されている。他方の開口部１９は、シリンダヘッド１１の後端面の幅方向中央よりも吸気側に形成されている。

上記２つの分岐路は、各開口部１８，１９に向かってそれぞれ延びている。すなわち、一方の分岐路１７ａは、分岐点からエンジン後方に延びており、他方の分岐路１７ｂは、分岐点から吸気側に延びた後エンジン後方に延びている。

２つの開口部１８，１９のうち、より排気側に位置する開口部（ＥＧＲクーラ用開口部）１８は、連通路１７および一方の分岐路１７ａを介して、排気通路から上記ＥＧＲクーラ２３に、排気の一部を導く。他方の開口部（バイパス用開口部）１９は、連通路１７および他方の分岐路１７ｂを介して、排気通路から上記バイパス管路４８に、排気の一部を導く。このように、各気筒から排出された排気の一部からなるＥＧＲガスは、連通路１７および各分岐路１７ａ、１７ｂを通って、各開口部１８、１９からＥＧＲクーラ２３あるいはバイパス管路４８に流入する。

図３は、シリンダヘッド１１の背面図である。この図３に示すように、ＥＧＲクーラ用開口部１８とバイパス用開口部１９は、エンジン幅方向に互いに離間するとともに、上下方向に異なる位置にある。具体的には、吸気側に位置するバイパス用開口部１９の方が、排気側に位置するＥＧＲクーラ用開口部１８よりも高い位置にある。各開口部１８，１９の口縁には、フランジ１８ａ，１９ａが一体形成されている。

シリンダヘッド１１の後端面のうちＥＧＲクーラ用開口部１８よりも排気側の部分には、中継水路２０（図１４参照）の一端が開口している。中継水路２０の内部には、エンジン冷却水が流通している。この開口部は、ＥＧＲクーラ２３に連結されており、この開口部を介して中継水路２０内の冷却水がＥＧＲクーラ２３に導入される。

なお、シリンダヘッド１１の後端面には、燃料ポンプ（図示せず）を取付けるための取付け座２１、および、バキュームポンプ（図示せず）を取付けるための取付け座２２も設けられている。また、図１に示すように、シリンダヘッド１１の内部には、冷却水が流れるウオータジャケット６５が形成されている。

次に、図４、図５を参照して、ＥＧＲクーラ２３の構成を説明する。

図４は、ＥＧＲクーラ２３がシリンダヘッド１１に取り付けられた状態におけるＥＧＲクーラ２３の平面図である。図５は、上記取り付け状態において、ＥＧＲクーラ２３をエンジン後方から見た正面図である。

図４および図５に示すように、ＥＧＲクーラ２３は、クーラ本体２４と、ＥＧＲガス導入管（排気導入部）２５と、ＥＧＲガス導出管（排気導出部）２６と、冷却水導入管２９と、冷却水導出管３０とを有する。

クーラ本体２４は、その内側において、ＥＧＲガスと冷却水とを熱交換させてＥＧＲガスを冷却する。このクーラ本体２４は、特定方向に延びる略直方体を有し、その長手方向一方端からＥＧＲガスが導入されて、他方端から冷却後のＥＧＲガスが導出されるタイプのものである。後述するように、ＥＧＲクーラ２３は、クーラ本体２４の長手方向がシリンダヘッド１１の幅方向に延びる姿勢でシリンダヘッド１１の後方に配置されている。

ＥＧＲガス導入管２５は、クーラ本体２４の長手方向一端すなわちクーラ本体２４の上流端にロー付け等により一体に連設されている。このＥＧＲガス導入管２５は、後述するように、ＥＧＲクーラ用開口部１８を介して上記分岐路１７ａおよび連通路１７と連通して、上記クーラ本体２４にＥＧＲガスを導入する。このＥＧＲガス導入管２５は、平面視で略Ｌ字状を有する。

ＥＧＲガス導出管２６は、クーラ本体２４の長手方向他端すなわちクーラ本体２４の下流端にロー付け等により一体に連設されており、クーラ本体２４を通過したＥＧＲガスをクーラ本体２４外に導出する。このＥＧＲガス導出管２６は、平面視で略Ｌ字状を有する。

ＥＧＲガス導入管２５およびＥＧＲガス導出管２６のフロント側には、それぞれフランジ２７，２８がこれら管２５，２６と一体に形成されている。上記ＥＧＲガス導入管２５に形成されたフランジ２７には、その表裏を貫通する孔部２７ａが形成されている。

上記冷却水導入管２９は、上記孔部２７ａとクーラ本体２４の上流部とを接続している。上記孔部２７ａは、後述するように、中継水路２０と連通しており、上記冷却水導入管２９は、この孔部２７ａを介して、中継水路２０からクーラ本体２４に冷却水を導入する。

上記冷却水導出管３０は、クーラ本体２４の下流部上側から下流側に延びており、クーラ本体２４を通過した冷却水をクーラ本体２４外に導出する。この冷却水導出管３０は、図５に示すように、正面視で門形状を有する。

クーラ本体２４には、ブラケット５９が連結されている。このブラケット５９は、クーラ本体２４と、後述するバイパス用ＥＧＲバルブＶ２とを連結する。ブラケット５９は、上下および前後方向に延びてエンジン幅方向に互いに対向する側片５９ａ，５９ｂと、これら側片５９ａ，５９ｂを連結する後片５９ｃと、各片５９ａ，５９ｂ，５９ｃの下部に一体に折り曲げ形成されたＥＧＲクーラ支持片５９ｄ，５９ｅ，５９ｆとを一体に備えている。ブラケット５９は、各ＥＧＲクーラ支持片５９ｄ，５９ｅ，５９ｆがクーラ本体２４の上部に固定されることで、クーラ本体２４に連結されている。

図６、図７、図８を参照して吸気マニホルド３１の構成について説明する。図６は、吸気マニホルド３１がシリンダヘッド１１に取り付けられた状態において吸気マニホルド３１を示す平面図である。図７は、上記状態において、吸気マニホルド３１を示す正面図である。図８は、図７のＡ−Ａ線矢視断面図である。

図７に示すように、吸気マニホルド３１は、正面視で略Ｔ字状である。吸気マニホルド３１は、上流側から順に、吸気マニホルド上流部３２と、吸気マニホルド集合部３３と、分岐部３４とを有する。これら吸気マニホルド上流部３２と、吸気マニホルド集合部３３と、分岐部３４の内側には、吸気が通過する吸気通路が形成されている。

分岐部３４の内側に形成された吸気通路は、上記吸気ポート１４と連通しており、分岐部３４の内側には、１気筒に対して２つの吸気通路が形成されている。これら分岐部３４内は、上流部３２から流入した吸気を、集合部３３を介して各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に等分配する。詳細には、吸気マニホルド３１のシリンダヘッド１１側には、フランジ３５が一体形成されている。このフランジ３５には、分岐部３４内に形成された複数の吸気通路の各下流端３４ａが開口している。吸気マニホルド３１がシリンダヘッド１１に取付けられた状態において、これら各下流端３４ａは吸気ポート１４とそれぞれ独立的に連通する。

図６、図７に示すように、吸気マニホルド３１の後端部には、分岐部３４の後側部分と一体に形成されたフランジ３６が設けられている。

上記フランジ３６と上記上流部３２のシリンダヘッド１１側の部分との間には、ＥＧＲガス連通構造部３７が設けられている。ＥＧＲガス通路構造部３７は、フランジ３６から前方かつ下方に延びている。上記フランジ３６とＥＧＲガス通路構造部３７と吸気マニホルド３１とは、一体鋳造されており、高い剛性を有する。ＥＧＲガス通路構造部３７の内部には、フランジ３６から上流部３２に向かって延びて、後述する管部材４１を介して上流部３２内の吸気通路と連通するＥＧＲガス通路３８が形成されている。

後述するように、ＥＧＲガス通路構造部３７は、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２を介してバイパス管路４８に接続されており、ＥＧＲガス通路３８ひいては吸気通路に、は連通路１７からバイパス管路４８に流入したＥＧＲガスが流入する。

ＥＧＲガス通路構造部３７のフランジ３６側の部分には、シリンダヘッド１１から離間する方向に突出するフランジ４０が、一体に形成されている。このフランジ４０の内側には、上記ＥＧＲガス通路３８と直交してこのＥＧＲガス通路３８と連通する内部通路３９が形成されている。

後述するように、このフランジ４０は、ＥＧＲバルブＶ１および接続管路５１を介してＥＧＲクーラ２３のＥＧＲガス導出管２６に接続されている。そのため、上記内部通路３９には、連通路１７から排出されてＥＧＲクーラ２３を通過したＥＧＲガスが流入する。このＥＧＲガスは、内部通路３９を通って上記ＥＧＲガス通路３８ひいては吸気通路に流入する。

ＥＧＲガス連通構造部３７と一体に形成された各フランジ３６，４０は、互いに９０度の開角を有する。

図８に示すように、上流部３２には、そのシリンダヘッド１１側の端部（図８の右側部分）からシリンダヘッド１１から離間する方向すなわち上流部３２の内部に向かって延びる管部材４１が設けられている。この管部材４１の基部は、上記ＥＧＲガス通路３８と連通している。管部材４１の先端側には、上記ＥＧＲガス通路３８から流入したＥＧＲガスを上流部３２に導出する開口部４２が形成されている。この開口部４２は、上流部３２のうちシリンダヘッド１１から離間する方向（図８の左側、以下、外側という場合がある）に位置しており、上流部３２の可及的外側にＥＧＲガスを排出する。

ここで、上流部３２の内周面のうち外側の外側湾曲面３２ｂは、シリンダヘッド１１に近い側（図８の右側、以下、内側という場合がある）内側湾曲面３２ａよりも曲率半径が大きい。そのため、上記開口部４２により上流部３２の外側に導出されたＥＧＲガスは、図８に仮想線で示すように、外側湾曲面３２ｂに沿って、大きい旋回流を形成しつつ下流側に移動する。これにより、ＥＧＲガスは、各気筒♯１，♯２，♯３，♯４に対して、均一に分配される。管部材４１の基端部は、プラグ４３で閉止されている。

なお、図１０、図１２に示すように、吸気マニホルド３１の上流側にはスロットルボディ６６が配置されている。本実施形態では、管部材４１の開口部４２は、このスロットルボディ６６よりも下流側に設けられており、ＥＧＲガスは、吸気マニホルド３１のうちスロットルボディ６６よりも下流側の部分に導入される。また、図６、図７に示すように、吸気マニホルドには冷却水口４４および冷却水口４４に連通接続された冷却水出口管４５が設けられている。

次に、図９〜図１４を参照して、上記シリンダヘッド１１、ＥＧＲクーラ２３、吸気マニホルド３０の組み付け構造、すなわち、エンジンの排気還流装置の全体構成について説明する。

図９は、排気還流装置を示す斜視図である。図１０は、排気還流装置の平面図である。図１１は、排気還流装置の背面図である。図１２は、吸気側から見た排気還流装置を示す側面図である。図１３は、排気側から見た排気還流装置の側面図である。図１４は、排気還流装置の部分平面図である。

まず、エンジンの排気循環装置においてＥＧＲガスが流通する部分について説明する。

シリンダヘッド１１の後端面には、ＥＧＲクーラ２３の一端が連結されている。具体的には、ＥＧＲクーラ２３の上流端に設けられたＥＧＲガス導入管２５と、シリンダヘッド１１の後端面に形成されたＥＧＲクーラ用開口部１８とが、フランジ１８ａ，２７を介して連結されている。この連結により、ＥＧＲガス導入管２５には、ＥＧＲクーラ用開口部１８を介して上記分岐路１７ａひいては連通路１７内の排気が導入される。

ＥＧＲクーラ２３は、図１１、図１４に示すように、シリンダヘッド１１の後方において、上記ＥＧＲクーラ用開口部１８からエンジン幅方向に延びる姿勢で配置されている。この配置により、ＥＧＲクーラ２３のシリンダヘッド１１から後方への突出量は、小さく抑えられている。また、前述のように、ＥＧＲクーラ用開口部１８は、シリンダヘッド１１の後端面の排気側部分に設けられている。そのため、ＥＧＲクーラ２３のシリンダヘッド１１から吸気側部分への突出量も小さく抑えられている。すなわち、本実施形態に係るエンジンの排気還流装置では、ＥＧＲクーラ２３のシリンダヘッド１１からの突出量が小さく抑えられつつ、ＥＧＲクーラの上下流方向の長さが十分に確保されている。そして、この長さが確保されることに伴いＥＧＲクーラ２３の熱交換容量が確保されている。

ＥＧＲクーラ２３の他端に設けられたＥＧＲガス導出管２６には、接続管路５１が接続されている。ＥＧＲクーラ２３から排出された冷却後のＥＧＲガスは、ＥＧＲガス導出管２６を介して接続管路５１に流入する。具体的には、図１２に示すように、接続管路５１の一端に形成されたフランジ５２とＥＧＲガス導出管２６に形成されたフランジ２８とが互いに締結されており、これらフランジ５２，２８を介して、接続管路５１の一端とＥＧＲガス導出管２６とが連結されている。

上記接続管路５１の中間部分に、伸縮、変形容易な蛇腹部５４（図１２参照）が設けられている。この蛇腹部５４は、組み付け誤差を吸収して、ＥＧＲクーラ２３の組付け性を向上する。一方、このように蛇腹部５４が存在するので、車両走行時にＥＧＲクーラ２３が振動するおそれがある。そのため、本実施形態では、ＥＧＲクーラ２３のクーラ本体２４を後述するバイパス用ＥＧＲバルブＶ２にブラケット５９を介して連結している。この連結は、ＥＧＲクーラ２３の振動を防止するとともに、ＥＧＲクーラ２３の支持剛性を高めている。

図１０に示すように、接続管路５１の他端には、吸気マニホルド３１のＥＧＲバルブＶ１が連結されている。具体的には、接続管路５１の他端に形成されたフランジ５３に、ＥＧＲバルブＶ１の一端が直接固定されている。

図１０、図１２に示すように、ＥＧＲバルブＶ１の他端は、吸気マニホルド３１の上記ＥＧＲガス連通路構造部３７に連結されている。具体的には、ＥＧＲバルブＶ１の他端は、このＥＧＲガス連通路構造部３７に設けられたフランジ４０に直接、取り付けられている。

このように、連通路１７内の排気の一部は、ＥＧＲクーラ２３を通過して冷却された後、接続管路５１およびＥＧＲバルブＶ１を通って、フランジ４０の内部通路３９に流入し、その後、ＥＧＲガス連通路構造部３７内のＥＧＲガス通路３８および管部材４１を通って、吸気マニホルド３１の上流部３２の吸気通路に還流する。

そして、ＥＧＲバルブＶ１は、接続管路５１とＥＧＲガス連通路構造部３７との間に介在して、上記冷却後のＥＧＲガスがＥＧＲガス連通路構造部３７のＥＧＲガス通路３８、ひいては、吸気マニホルド３１の吸気通路に還流する量を制御する。

シリンダヘッド１１の後端面には、バイパス管路４８の一端が連結されている。具体的には、バイパス管路４８の一端と、シリンダヘッド１１の後端面に形成されたバイパス用開口部１９とが、フランジ４７，１９を介して、連結されている。この連結により、バイパス管路４８には、バイパス用開口部１９を介して上記分岐路１７ｂひいては連通路１７内の排気が導入される。

図１１に示すように、バイパス管路４８は、シリンダヘッド１１の後方、かつ、ＥＧＲクーラ２３の上方において、上記バイパス用開口部１９からエンジン幅方向に延びる姿勢で配置されており、バイパス管路４８とＥＧＲクーラ２３とは、略平行に延びている。前述のように、バイパス用開口部１９は、ＥＧＲクーラ用開口部１８よりも上方に位置している。そのため、バイパス管路４８は、複雑な経路をとることなく、ＥＧＲクーラ２３の上方に配置される。このように、ＥＧＲクーラ２３とバイパス管路４８とが上下方向に並んで配置されていることで、これらＥＧＲクーラ２３とバイパス管路４８全体の後方への突出量は小さく抑えられ、ＥＧＲクーラ２３とバイパス管路４８とはコンパクトに配置されている。

バイパス管路４８の管路中間には、伸縮、変形容易な蛇腹部４９が設けられている。この蛇腹部４９は、バイパス管路４８の製作誤作を吸収して、バイパス管路４８の組付け性を高める。

図１０、図１１に示すように、バイパス管路４８の他端には、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２が接続されている。具体的には、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２は、９０度の開角を有する２つのフランジ５７，５８を備えた弁部５５と、アクチュエータ部５６とを有する。そして、このバイパス用ＥＧＲバルブＶ２の上流側のフランジ５７と、バイパス管路４８の他端に設けられたフランジ５０とが締結されており、これらフランジ５７，５８を介して、バイパス管路４８の他端にバイパス用ＥＧＲバルブＶ２が接続されている。

上記バイパス用ＥＧＲバルブＶ２は、上記吸気マニホルド３１のＥＧＲガス通路構造部３７とも接続されている。具体的には、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２の下流側のフランジ５８と、ＥＧＲガス通路構造部３７の上流側に形成されたフランジ３６とが固定されており、これらフランジ５８，３８を介して、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２がＥＧＲガス通路構造部３７に接続されている。

このように、連通路１７内の排気の一部は、ＥＧＲクーラ２３を通過することなく、バイパス用開口部１９、バイパス管路４８、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２、ＥＧＲガス通路３８を通過して、高温のままＥＧＲガス通路構造部３７内のＥＧＲガス通路３８ひいては吸気マニホルド３１の吸気通路に還流する。そして、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２は、バイパス管路４８とＥＧＲガス連通路構造部３７との間に介在して、この冷却されていない高温のＥＧＲガスが、ＥＧＲガス連通路構造部３７内に形成されたＥＧＲガス通路３８内、ひいては、吸気通路内に還流する量を制御する。

ここで、バイパス用開口部１９シリンダヘッド１１の後端面の吸気側部分に設けられており、バイパス用開口部１９から吸気マニホルド３１までの距離は短く設定されている。そのため、バイパス用開口部１９から吸気マニホルド３１までの間にＥＧＲガスの温度が低下するのは抑制され、吸気通路に還流するＥＧＲガスの温度は高く維持される。

以上のように、ＥＧＲクーラ２３、接続管路５１、ＥＧＲバルブＶ１、バイパス管路４８、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２のうち、シリンダヘッド１１に固定されるＥＧＲクーラ２３およびバイパス管路４８の一端以外の部分は、ブラケット等の支持部材によりエンジン本体１０に支持されることなく、吸気マニホルド３１に剛的に取り付けられている。

次に、エンジンの排気循環装置において冷却水が通過する部分について説明する。図９〜図１４では、冷却水の流れ方向を実線で示している。

図１３、図１４に示すように、シリンダブロック４６の排気側部分の側面に沿って上流水路６０が沿設されている。この上流水路６０には、シリンダブロック４６内を流れる冷却水が導入される。シリンダヘッド１１の後部の内側には、平面視Ｌ字状の中継水路２０が形成されている。中継水路２０の一端は、シリンダヘッド１１の排気側側面に開口しており、他端は、シリンダヘッド１１の後端面に開口している。上流水路６０は、フランジ６１を介して、中継水路２０の一端の開口部に連通しており、上流水路６０内の冷却水は中継水路２０に流入する。中継水路２０の他端は、前述のように、シリンダヘッド１１の後端面に開口している。このシリンダヘッド１１の後端面に形成された中継水路２０の開口は、上記ＥＧＲガス導入管２５に形成されたフランジ２７の孔部２７ａを介して、上記冷却水導入管２９と連通しており、中継水路２０内の冷却水は、冷却水導入管２９ひいてはクーラ本体２４内に導入される。

このように、本実施形態では、シリンダヘッド１１内に冷却水が通過する中継水路２０が設けられており、過給機などの排気系装置を迂回して配管が行われる場合に比べて、配管が簡素化されている。ているとともに、配管の支持剛性が高められている。

なお、図１３に示すように、シリンダヘッド１１の排気側の側面には排気過給機やＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）などの排気浄化装置を取付ける取付け座６２が形成されており、この取付け座６２には図示しない過給機が取付けられるので、上記上流水管６０はこの取付け座６２の下方に配設されている。

図１１に示すように、ＥＧＲクーラ２３において高温のＥＧＲガスと熱交換した後の冷却水は、ＥＧＲクーラ２３の冷却水導出管３０からホース６３を介してウオータポンプ側へ戻る。

なお、図９〜図１３に示すように、シリンダヘッド１１には、シリンダヘッド１１から冷却水を取出すための冷却水配管６４が設けられている。

以上のように構成されたエンジンの排気還流装置では、エンジン本体１０が高温の際には、ＥＧＲバルブＶ１が開放されて、連通路１７内の排気の一部が、ＥＧＲクーラ用開口部１８を介してＥＧＲクーラ２３に流入して冷却される。

冷却されたＥＧＲガスは、接続管路５１、ＥＧＲガス通路構造部３７のＥＧＲガス通路３８等を通過して、上記管部材４１の開口部４２から吸気マニホルド３１の上流部３２に流出する。このとき、ＥＧＲガスは、大きな旋回流を形成して吸気と共に、上記分岐部３４内に形成された吸気通路の各下流端３４ａから各気筒♯１，♯２，♯３，♯４の吸気ポート１４…（図１、図２参照）に略均等に還流する。このようにして、エンジン本体１０が高温の際には、低温化されたＥＧＲガスが新気と混合して吸気温度が高温となるのが回避され、吸気量が確保される。

一方、エンジン始動時等のエンジン低温時には、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２が開放されて、連通路１７内の排気の一部が、バイパス用開口部１９を介して、バイパス管路４８に流入する。

バイパス管路４８に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２３を通過することなく高温のままバイパス用ＥＧＲバルブＶ２およびＥＧＲガス通路構造部３７のＥＧＲガス通路３８等を通過して、上記管部材４１の開口部４２から吸気マニホルド３１の上流部３２に流出する。このとき、エンジン高温時の場合と同様に、ＥＧＲガスは、大きな旋回流を形成して吸気と共に、上記分岐部３４内に形成された吸気通路の各下流端３４ａからシリンダヘッド１１の各気筒♯１，♯２，♯３，♯４の吸気ポート１４…（図１、図２参照）に略均等に還流する。このようにして、エンジン低温時には、高温のＥＧＲガスが新気と混合して吸気温度が上昇して、燃料の気化、霧化が促進され、これにより、燃焼が安定化される。

以上のように、本実施形態に係るエンジンの排気還流装置では、シリンダヘッド１１の内部に、排気通路（排気ポート１５）から分岐した連通路１７および分岐路１７ａ，１９ａが形成されて、シリンダヘッド１１の後端面に形成された各分岐路１７ａ，１９ａの開口部１８，１９にそれぞれ個別にＥＧＲクーラ２３とバイパス管路４８とが接続されている。そのため、排気通路とこれらＥＧＲクーラ２３とバイパス管路４８とをそれぞれ接続するための配管がシリンダヘッド１１の外側に設けられる場合に比べて、装置全体を小型化することができる。

また、このエンジンの排気還流装置では、各開口部１８，１９のうちＥＧＲクーラ２３に接続されるＥＧＲクーラ用開口部１８が、バイパス管路４８に接続されるバイパス用開口部１９よりも吸気マニホルド３１から離間している。そのため、ＥＧＲクーラ開口部１８から吸気マニホルド３１までの距離、ひいては、これらの間に配置されるＥＧＲクーラの容積を大きく確保することができる。このことは、装置全体を小型化しつつＥＧＲクーラの熱交換量すなわちＥＧＲガスの冷却量を確保する。また、バイパス用開口部１９から吸気マニホルド３１までの距離、ひいては、これらの間に配置されるバイパス管路４８の容積が短くされるため、バイパス管路４８においてＥＧＲガスの放熱量を小さく抑えることができる。このことは、装置全体を小型化しつつバイパス管路４８を通過したＥＧＲガスをより高温に維持する。

さらに、このエンジンの排気還流装置では、ＥＧＲクーラ２３が、シリンダヘッド１１の後方にこのシリンダヘッド１１の後端面に沿って延びており、ＥＧＲクーラ２３の後方への突出量が小さく抑えられている。

特に、ＥＧＲクーラ２３は、エンジン本体１０の幅方向に延びている。そのため、ＥＧＲクーラ２３をエンジン本体１０の上側部分にコンパクトに配置することができる。ここで、このようにＥＧＲクーラ２３を幅方向に延びるように配置した場合には、ＥＧＲクーラ２３のこの幅方向の距離を確保するのが困難になるが、前述のように、ＥＧＲクーラ用開口部１８がシリンダヘッド１１の後端面のうち排気側部分に設けられているので、この距離ひいてはＥＧＲクーラ２３の熱交換容量を確保することができる。

また、上記ＥＧＲクーラ２３のクーラ本体２４が、その長手方向一端に設けられたＥＧＲガス導入管２５からＥＧＲガスが導入されて、他方端のＥＧＲガス導出管２６から冷却後のＥＧＲガスが導出されるタイプのものである。そのため、ＥＧＲクーラ２３が幅方向に延びていることで、ＥＧＲガス導出管２６と吸気マニホルド３１との距離が短くなる。このことは、これらの間の配管構造を簡素化する。

また、上記バイパス管路４８がＥＧＲクーラ２３の上方に、ＥＧＲクーラ２３と平行に配置されている。そのため、バイパス管路４８とＥＧＲクーラ２３とをコンパクトに配置することができる。特に、ＥＧＲクーラ開口部１８がバイパス用開口部１９よりも上方に設けられている。そのため、配管が複雑になることなく、ＥＧＲクーラ２３とバイパス管路４８とは平行に配置される。

また、吸気マニホルド３１にＥＧＲガス連通路構造部３７が一体に形成されており、ＥＧＲクーラ２３およびバイパス管路４８のうちシリンダヘッド１１に固定された側と反対側の端部は、上記接続管路５１、ＥＧＲバルブＶ１、バイパス用ＥＧＲバルブＶ２を介して、このＥＧＲガス連通路構造部３７に連結されている。すなわち、ＥＧＲクーラ２３およびバイパス管路４８の他端は、ブラケット等の支持部材によりエンジン本体１０に支持されることなく、吸気マニホルド３１に剛的に取り付けられている。そのため、ＥＧＲクーラ２３およびバイパス管路４８の支持剛性が高く維持されつつこれらの支持構造が簡素化されている。

ここで、本発明は、上述の実施形態のみに限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、エンジンの排気還流装置は直列４気筒エンジンに適用されたが、その他の直列多気筒エンジンの排気還流装置に適用されてもよい。

また、上記バイパス管路４８は、ＥＧＲクーラ２３の下方に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、ＥＧＲクーラ２３は、特定方向に延びて、その長手方向一端からＥＧＲガスが導入されて他端からＥＧＲガスが導出されるタイプであったが、ＥＧＲクーラ２３は、このタイプに限らない。例えば、長手方向一端に、ＥＧＲガスが導入される部分とＥＧＲガスが導出される部分が設けられるタイプのものであってもよい。

また、ＥＧＲクーラ２３のシリンダヘッド１１に接続される端部と反対側の端部を、ブラケット等を介してエンジン本体１０に支持してもよい。

１０エンジン本体
１１シリンダヘッド
１５排気ポート（排気通路）
１７連通路
１８ＥＧＲクーラ用開口部（開口部）
１９バイパス用開口部（開口部）
２３ＥＧＲクーラ
２４クーラ本体
２５排気導入部
３１吸気マニホルド
３７ＥＧＲガス通路構造部
４８バイパス管路
♯１〜♯４気筒

Claims

前後方向に配列された複数気筒を有するエンジン本体から排出された排気の一部をエンジン本体の吸気系に還流させるエンジンの排気還流装置であって、
上記シリンダヘッド内に形成された排気通路と、
上記シリンダヘッド内に形成されて、上記排気通路からシリンダヘッドの後方に延びるとともに、当該排気通路と連通する連通路と、
上記排気通路から上記吸気系に還流する排気の少なくとも一部を冷却可能なＥＧＲクーラと、
上記ＥＧＲクーラをバイパスさせて上記排気通路から吸気系に排気を還流させるバイパス通路とを備え、
上記連通路は、シリンダヘッドの内部で２つの分岐路に分岐しており、
当該２つの分岐路は、それぞれシリンダヘッドの後端面に開口しており、
これら分岐路の開口部の一方は上記ＥＧＲクーラに連結され、他方は上記バイパス管路に連結されていることを特徴とするエンジンの排気還流装置。
請求項１に記載のエンジンの排気還流装置において、
上記ＥＧＲクーラに連結される上記分岐路の開口部は、上記バイパス管路に連結される上記分岐路の開口部に比べてエンジン本体の吸気系からより離間した位置に形成されていることを特徴とするエンジンの排気還流装置。
請求項１または２に記載のエンジンの排気還流装置において、
上記ＥＧＲクーラは、エンジン本体の幅方向に沿って、当該ＥＧＲクーラに連結される上記分岐路の開口部近傍からエンジン本体の幅方向一方側に配置された上記吸気系に向かって延びていることを特徴とするエンジンの排気還流装置。
請求項３に記載のエンジンの排気還流装置において、
上記２つの分岐路の開口部は、互いにその上下位置が異なっており、
上記ＥＧＲクーラおよび上記バイパス管路は、上記各開口部から、互いに上下方向に離間した位置で平行に延びていることを特徴とするエンジンの排気還流装置。
請求項３または４に記載のエンジンの排気還流装置において、
上記ＥＧＲクーラは、上記エンジン本体の幅方向に延びるＥＧＲクーラ本体と、当該ＥＧＲクーラ本体の長手方向一端に設けられてこのＥＧＲクーラ本体の内側に排気を導入する排気導入部と、当該ＥＧＲクーラ本体の長手方向他端に設けられてこのＥＧＲクーラ本体内の排気を上記吸気系に導出する排気導出部とを有し、上記排気導入部が上記開口部に連結されていることを特徴とするエンジンの排気還流装置。
請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの排気還流装置において、
上記エンジン本体に連結された吸気マニホルドに形成されたＥＧＲガス通路構造部を備え、
上記ＥＧＲクーラおよびバイパス管路は、上記ＥＧＲガス通路構造部に支持されていることを特徴とするエンジンの排気還流装置。