JP7487528B2 - エンジンのｅｇｒシステム - Google Patents

Description

開示する技術は、エンジンのＥＧＲシステムに関する。

車両等を駆動するエンジンにおいて、排気ガスの一部（ＥＧＲガスともいう）を吸気に戻す技術、いわゆるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）が知られている。ＥＧＲを行うＥＧＲシステムの多くには、通常、高温のＥＧＲガスを冷却するために、ＥＧＲクーラが設置されている。

開示する技術に関し、ＥＧＲガスが流れる通路のうち、ＥＧＲクーラよりも上流側の部分の一部（ＥＧＲ内部通路３７）を、シリンダヘッドの内部に設けたエンジンがある（特許文献１）。そのエンジンでは、ＥＧＲ内部通路３７におけるＥＧＲクーラ側の部分を、ＥＧＲクーラ側から下り傾斜させている。それにより、ＥＧＲクーラで発生する凝縮水が、ＥＧＲ内部通路３７に溜まらないようにしている。

特開２０１９－１５７８００号公報

ＥＧＲシステムの作動条件によっては、ＥＧＲクーラの性能に対して、ＥＧＲガスの熱量が過剰になる場合があり得る。ＥＧＲガスの熱量が過剰になると、ＥＧＲクーラの耐久性が低下する。

開示する技術の主たる目的は、ＥＧＲクーラに流入するＥＧＲガスの粗熱を効果的に除去することにより、ＥＧＲクーラの耐久性に優れた、エンジンのＥＧＲシステムを提供することにある。

開示する技術は、エンジンのＥＧＲシステムに関する。前記エンジンのＥＧＲシステムは、燃焼が行われる燃焼室、および、冷却水が流れる水冷通路を構成するシリンダヘッドを上部に備えたエンジン本体と、前記シリンダヘッドに接続されていて前記燃焼室に吸気を導入するための吸気通路と、前記シリンダヘッドに接続されていて前記燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、前記排気通路と前記吸気通路とを接続し、排気ガスをＥＧＲガスとして前記排気通路から前記吸気通路に環流させるＥＧＲ通路と、を備える。

前記ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラよりも上流側の前記ＥＧＲ通路を構成し、前記シリンダヘッドの内部を通過する通路を含むＥＧＲ内部通路と、を備える。前記ＥＧＲ内部通路は、前記ＥＧＲクーラのガス流入口から離れる方向に、前記ＥＧＲ内部通路の上流側部分を曲げる第１曲げ部と、前記第１曲げ部よりも下流側に位置して、前記ガス流入口に近づく方向に前記ＥＧＲ内部通路を曲げる第２曲げ部と、前記第１曲げ部および前記第２曲げ部の間でこれらを連結している中間部とを含む、曲管部を有している。そして、前記曲管部の周囲に前記水冷通路が配置されている。

このエンジンのＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラよりも上流側の部分に、シリンダヘッドの内部を通過する通路を含むＥＧＲ内部通路が備えられている。ＥＧＲ内部通路は、エンジンの周囲に配索される配管などの通路ではなく、エンジンを構成している部材の内部を通過する通路である。ＥＧＲ内部通路は、シリンダヘッドの内部のみを通過してもよいし、更にその他の部材の内部を通過してもよい。

シリンダヘッドの内部には、燃焼室を冷却するために、冷却水が流れる水冷通路が形成されている。この水冷通路を流れる冷却水を利用して、ＥＧＲ内部通路を流れるＥＧＲガスが効率よく冷却できるように工夫されている。

すなわち、ＥＧＲ内部通路は、その上流側から順に、第１曲げ部、中間部、および第２曲げ部からなる曲管部を有している。第１曲げ部は、ＥＧＲクーラのガス流入口から離れる方向にＥＧＲ内部通路の上流側部分を曲げている。第２曲げ部は、ガス流入口に近づく方向にＥＧＲ内部通路を曲げている。

そうすることにより、ＥＧＲ内部通路をガス流入口に円滑に接続でき、ＥＧＲガスの流れを円滑にできる。そして、ＥＧＲ内部通路を長くでき、ＥＧＲガスを冷却する部位を十分に確保できる。更には、第１曲げ部および第２曲げ部を大きく曲げることができる。

ＥＧＲ内部通路に、このように大きく曲がる曲管部を形成すると、その各屈曲部位において、ＥＧＲ内部通路を流れるＥＧＲガスは、その壁面に衝突する。曲管部でＥＧＲガスの流れが滞る。その結果、曲管部でのＥＧＲガスの放熱性が向上する。

そして、その曲管部の周囲には、水冷通路が配置されている。従って、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換が促進される。すなわち、曲管部と水冷通路との組み合わせにより、ＥＧＲガスを効果的に冷却できる。その結果、ＥＧＲクーラに流入するＥＧＲガスの粗熱を効果的に除去できるようになるので、ＥＧＲクーラの耐久性が向上する。

前記エンジンのＥＧＲシステムはまた、前記ＥＧＲクーラが、前記ＥＧＲ内部通路よりも上方に位置していて、前記ＥＧＲ内部通路における前記第２曲げ部よりも下流側部分が、前記ガス流入口に向かって上方に延びている、としてもよい。

そうすれば、ＥＧＲ内部通路の下流側部分は、ガス流入口に向かって延びているので、ＥＧＲ内部通路をガス流入口に円滑に接続でき、ＥＧＲガスの流れを円滑にできる。また、ＥＧＲ内部通路の下流側部分は、上方に向かって延びているので、ＥＧＲ内部通路で凝縮水が発生しても、ＥＧＲ内部通路よりも下流側に凝縮水が流れ込むことはない。従って、ＥＧＲクーラに悪影響が及ばない。

前記エンジンのＥＧＲシステムはまた、前記ＥＧＲ内部通路における前記第１曲げ部よりも上流側部分の少なくとも一部が、前記水冷通路を横切るように配置されている、としてもよい。

そうすれば、水冷通路を横切っているＥＧＲ内部通路の上流側部分では、その管壁を介して水冷通路を流れる冷却水に接した状態になる。従って、ＥＧＲ内部通路を流れるＥＧＲガスは、その部分を通過する時に、冷却水に効率よく吸熱されるので、ＥＧＲガスを効果的に冷却できる。

前記エンジンのＥＧＲシステムはまた、前記シリンダヘッドの端面に取り付けられるとともに、冷却水を複数の送水配管に分配するウォーターアウトレットを更に備え、前記ウォーターアウトレットは、前記水冷通路を構成するとともに前記送水配管の各々に連通する複数の出口通路を内部に有し、前記第２曲げ部を含む前記曲管部の下流側部分が、前記ウォーターアウトレットの内部に位置していて、その一部が、前記複数の出口通路の中で流路断面が最大の第１出口通路の内部に張り出している、としてもよい。

そうした場合、ウォーターアウトレットにより、ＥＧＲ内部通路を、シリンダヘッドの内部だけでなく、ウォーターアウトレットの内部まで延長できる。効果的に冷却できる範囲が拡大し、よりいっそうＥＧＲガスを冷却できる。

そして、そのウォーターアウトレットの内部には、冷却水が流れる複数の出口通路（水冷通路）が形成されていて、曲管部の下流側部分が、ウォーターアウトレットの内部に位置している。従って、出口通路を流れる冷却水との熱交換により、曲管部の下流側部分を流れるＥＧＲガスを冷却できる。

しかも、曲管部の下流側部分の一部が、流路断面が最大の第１出口通路の内部に張り出している。流路断面が最大の第１出口通路を流れる冷却水の流量は、最大である。熱交換効率が最も高い冷却水との間で熱交換が行われるので、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換が促進され、更にいっそうＥＧＲガスを冷却できる。

前記エンジンのＥＧＲシステムはまた、前記曲管部の下流側部分における前記第１出口通路の内部に張り出していない部分が、前記第１出口通路とは別の第２出口通路に接している、としてもよい。

曲管部の下流側部分のうち、第１出口通路の内部に張り出している部分は、冷却性能に優れる。一方、第１出口通路の内部に張り出していない部分は、第１出口通路から離れているので、第１出口通路との関係では冷却性能に劣る。それに対し、このエンジンのＥＧＲシステムでは、その部分を、別の第２出口通路に接するようにしたので、第１出口通路の内部に張り出していない部分でも、第２出口通路を流れる冷却水との熱交換により、ＥＧＲガスを冷却できる。従って、更にいっそうＥＧＲガスの冷却性能が向上する。

前記エンジンのＥＧＲシステムはまた、全開負荷を含む高負荷領域で前記エンジンが運転する場合に、理論空燃比を目標値とした燃焼が前記燃焼室で行われる、としてもよい。

通常、このような高負荷領域においてエンジンが運転する場合、燃焼温度が高まって異常燃焼が発生する。そのため、燃料量を増加して、その気化潜熱で混合気を冷却することで異常燃焼を抑制している。この方法は、燃料量が増加するので、燃費が悪化する。

それに対し、理論空燃比で燃焼すれば、燃費は向上するが、気化潜熱が活用できないので、異常燃焼は抑制できない。ＥＧＲガスの環流量を増加すれば、吸気の酸素濃度の低下により、異常燃焼を抑制できる。しかし、理論空燃比で燃焼した場合、排気ガスの温度は高くなる。

従って、高負荷領域でエンジンが運転する場合に、ＥＧＲガスの環流量を増加して異常燃焼を抑制しながら、理論空燃比で燃焼すると、従来よりも、高温かつ多量のＥＧＲガスが環流される。ＥＧＲクーラの性能に対して、ＥＧＲガスの熱量が過剰になるので、ＥＧＲクーラの耐久性が低下する。

それに対し、このエンジンのＥＧＲシステムでは、上述したように、ＥＧＲクーラに流入するＥＧＲガスの粗熱を効果的に除去できる。従って、高温かつ多量のＥＧＲガスを環流しても、ＥＧＲクーラの性能に対して、ＥＧＲガスの熱量が過剰になるのを抑制できる。すなわち、このエンジンのＥＧＲシステムによれば、燃費を向上できる。

開示するエンジンのＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲクーラに流入する前に、ＥＧＲガスの粗熱を効果的に除去することができるので、ＥＧＲクーラの耐久性が向上する。

エンジンの主な機器の構成を例示する図である。 エンジンの具体的な全体構造を示す概略斜視図である。 エンジンの上部を、前方から見た概略図である。 エンジンの上部を、左側から見た概略図である。 エンジンの上部を、斜め上方から見た概略斜視図である。 エンジンの要部を拡大して示す概略斜視図である。 エンジンに付設されている水冷システムの回路図である。 シリンダヘッドの第１の端面を示す概略図である。 図６において矢印線Ｙ１－Ｙ１で示す部位での概略断面図である。 ＥＧＲ内部通路および水冷通路の中子形状の概略斜視図である。

以下、開示する技術を説明する。ただし、以下の説明は、例示である。本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。

図１は、エンジンと一体的に構成されているＥＧＲシステム（以下、これらを総称して、単に「エンジン１」ともいう）の主な機器の構成を例示する図である。図２は、エンジン１の具体的な全体構造を示す概略斜視図である。図３は、エンジン１の上部を、前方から見た概略図である。図４は、エンジン１の上部を、シリンダヘッド１１の第１の端面１１ｃの側から見た概略図である。図５は、エンジン１の上部を、斜め上方から見た概略斜視図である。図６は、エンジン１の要部を拡大して示す概略斜視図である。

各図に示す矢印は、説明で用いる「前後」、「左右」、および、「上下」の方向を示している。また、説明で用いる「上流」および「下流」は、対象とする流体が流れる方向を基準とする。便宜上、各図において、エンジンの一部の図示は省略している。

エンジン１は、四輪の自動車に搭載されている。具体的には、自動車のエンジンルームに収容されている。図３、図４に示すように、エンジン１の上方は、ボンネット２で覆われている。ドライバーの操作に従って、エンジン１が運転することで自動車は走行する。エンジン１は、後述する燃焼室１２で、ガソリンを含む混合気を燃焼する。エンジン１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を繰り返す４ストロークエンジンである。

エンジン１には、これら燃焼サイクルに伴って、各燃焼室１２へ吸気を送り込む吸気通路２０と、燃焼室１２から排気ガスを排出する排気通路３０とが備えられている。更に、このエンジン１には、上述したＥＧＲシステムも備えられている。すなわち、エンジン１は、排気通路３０に排出された排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気通路２０に環流させるＥＧＲを行う。

このエンジン１では、ＥＧＲガスの環流量を従来よりも増加して、異常燃焼を抑制する。それにより、エンジン１が高負荷領域で運転する場合においても、理論空燃比を目標値とした燃焼が行えるように構成されている。

通常、エンジン１が、高トルクの出力が要求される高負荷領域において運転する場合、燃焼温度が高まって異常燃焼が発生する。そのため、エンジン１が高負荷領域で運転する場合、燃料量に対する空気量の割合（いわゆるＡ／Ｆ、空燃比）を小さくするリッチ化制御が行われる。それによって増加する燃料の気化潜熱を利用して混合気を冷却し、異常燃焼を抑制する。しかし、リッチ化制御では、燃料量が増加するので、燃費が悪化する。

一方、燃料および酸素が過不足なく燃焼する、理論空燃比で燃焼すれば、燃費は向上する。しかし、理論空燃比による燃焼では、気化潜熱が活用できないので、異常燃焼を抑制できない。それに対し、ＥＧＲガスの環流量を増加させると、吸気の酸素濃度が低下する。それにより、自着火時期が遅れて、異常燃焼を抑制できる。

このエンジン１は、高負荷領域で運転する時に、理論空燃比を目標値とした燃焼を行う。そして、ＥＧＲガスの環流量を増加し、それによって異常燃焼を抑制する。ここでいう高負荷領域は、例えば、全開負荷を含む所定負荷以上の領域である。高負荷領域は、例えば、エンジン１の運転領域を負荷方向に２等分した場合での、高負荷側の領域である。エンジン１の運転領域を負荷方向に三等分した場合での、最も高負荷側の領域であってもよい。

理論空燃比で燃焼した場合、排気ガスの温度は高くなる。従って、このエンジン１が高負荷領域で運転する場合には、従来よりも、高温かつ多量のＥＧＲガスが環流される。それに対し、このエンジン１、詳細にはそのＥＧＲシステムでは、それに伴って発生する問題を解消できるように工夫されている（詳細は後述）。

＜エンジン本体１０＞
図２に示すように、エンジン１は、シリンダブロック１０ａ、シリンダヘッド１１などで構成されたエンジン本体１０を備える。シリンダヘッド１１は、シリンダブロック１０ａの上に取り付けられている。シリンダヘッド１１は、エンジン本体１０の上部を構成し、シリンダブロック１０ａは、エンジン本体１０の下部を構成している。エンジン本体１０には、複数の燃焼室１２が設けられている。図１に示すように、例示のエンジン１は、４つの燃焼室１２を有する、いわゆる４気筒エンジンである。

４つの燃焼室１２は、図示しないクランクシャフトが延びる方向（出力軸方向）に一列に配置されている。エンジン本体１０は、出力軸方向に長い形状を有している。エンジン本体１０は、その出力軸方向が車幅方向（左右方向）と略一致するように、エンジンルームに横置きされている。

従って、図１に示すように、シリンダヘッド１１を基準とした場合には、シリンダヘッド１１の相対的に長い一対の側面は、前後に面している（前側面１１ａおよび後側面１１ｂ）。４つの燃焼室１２は、シリンダヘッド１１の左右の端面（第１の端面１１ｃおよび第２の端面１１ｄ）の間に一列並べて配置されている。なお、シリンダヘッド１１のドットで示す部分は、付設部材を取り付ける接合面を示している。

図示しないが、シリンダブロック１０ａには、４つの気筒が形成されている。各気筒の中には、往復動するピストンが設置されている。各気筒の下面は、ピストンによって塞がれている。各気筒の上面は、シリンダヘッド１１によって塞がれている。シリンダブロック１０ａ、ピストン、およびシリンダヘッド１１によって区画されることで、エンジン本体１０の内部に各燃焼室１２が構成されている。

エンジン１の運転時には、エンジン本体１０は高温になる。そのエンジン本体１０を冷却するために、冷却水で冷却する水冷システムがエンジン１に付設されている（詳細は後述）。なお、エンジン１には、各燃焼室１２に燃料を供給する燃焼供給システム、混合気を点火する点火プラグ、動弁機構なども付設されているが、便宜上、これらの図示および説明は省略する。

＜吸気通路２０＞
シリンダヘッド１１の前側面１１ａには、燃焼室１２の各々に連通する２つの吸気ポート１３が形成されている。各吸気ポート１３は、開閉制御される吸気弁を介して、各燃焼室１２と連通している。このエンジン１では、シリンダヘッド１１の前側面１１ａに、各吸気ポート１３の入口が開口している（合計８個）。そして、シリンダヘッド１１の前側面１１ａには、これら吸気ポート１３と連通するように、吸気通路２０が接続されている。

図１に示すように、吸気通路２０には、スロットル弁２１、サージタンク２２、吸気マニホールド２３などが備えられている。スロットル弁２１は、吸気通路２０に取り込む空気（新気）の量を調整する。スロットル弁２１は、図３、４に示すように、エンジン本体１０の上部における前側かつ左側に配置されている。

サージタンク２２は、大容量の容器であり、スロットル弁２１の下流側に配置されている。図３、図４に示すように、サージタンク２２は、吸気マニホールド２３と一体に構成されている。サージタンク２２は、エンジン本体１０の前側に近接して配置されている。吸気マニホールド２３は、サージタンク２２に連通する４つの流路を有し、これら流路で各燃焼室１２に吸気を分配する。

具体的には、吸気マニホールド２３は、４つの吸気枝配管２３ａと、連結ブラケット２３ｂとを有している。吸気枝配管２３ａの各々は、サージタンク２２の前面の下端部から上方に向かって、湾曲かつ枝分かれしながら延びている。そうして、吸気枝配管２３ａの各々は、サージタンク２２の前面を横切った後、シリンダヘッド１１の前側面１１ａに向かって延びている。

図２に示すように、連結ブラケット２３ｂは、各吸気枝配管２３ａが連なる横長なブラケットである。連結ブラケット２３ｂは、シリンダヘッド１１に沿って横方向に延びるように、シリンダヘッド１１の前側面１１ａに取り付けられている。図１に示すように、連結ブラケット２３ｂの内部には、各吸気ポート１３の入口と各吸気枝配管２３ａとを連通させる複数の分岐通路２４ａ，２４ｂが形成されている。

図１に示すように、各吸気枝配管２３ａの下流側の端部は、その内部で２つの通路に分岐している。そして、これら通路の各々が、連結ブラケット２３ｂの内部に形成されている一対の分岐流路（第１分岐通路２４ａおよび第２分岐通路２４ｂ）に接続されている。

各第１分岐通路２４ａには、スワールコントロール弁２５が設置されている。スワールコントロール弁２５は、第１分岐通路２４ａの流路の開度を調整する。これらスワールコントロール弁２５は、エンジン本体１０に付設された１つの駆動モータ２６により、一括して駆動される。スワールコントロール弁２５の開閉により、燃焼室１２で発生するスワール流の強度が変化する。

なお、このエンジン１では過給は行わない。エンジン１は、大気圧で吸気する。このエンジン１は、いわゆる自然吸気エンジンである。

＜排気通路３０＞
図１に示すように、シリンダヘッド１１の後側面１１ｂには、燃焼室１２の各々に連通する２つの排気ポート１４が形成されている。各排気ポート１４は、開閉制御される排気弁を介して、各燃焼室１２と連通している。このエンジン１では、シリンダヘッド１１の後側面１１ｂに、各排気ポート１４が合流した出口が開口している（合計４個）。そして、そのシリンダヘッド１１の後側面１１ｂに、これら排気ポート１４と連通するように、排気通路３０が接続されている。

排気通路３０には、排気マニホールド３１、排気浄化装置３２などが備えられている。図２、図５に示すように、排気マニホールド３１は、複数の配管からなる配管群３１ａと、接続ブラケット３１ｂとを有している。配管群３１ａは、枝分かれして、各排気ポート１４に連通する４つの流路を構成している。接続ブラケット３１ｂは、横長な板状のブラケットからなる。

配管群３１ａの上流側の端部は接続ブラケット３１ｂに取り付けられている。その接続ブラケット３１ｂが、配管群３１ａを構成している各配管と各排気ポート１４とが連通するように、シリンダヘッド１１の後側面１１ｂに取り付けられている。配管群３１ａの下流側の端部は、１つの流路に合流している（合流部３１ｃ）。排気マニホールド３１は、その合流部３１ｃを介して、排気浄化装置３２のガス導入部３２ａに接続されている。

図２、図４に示すように、排気浄化装置３２は、カプセル形状のケースを有している。排気浄化装置３２は、エンジン本体１０の後側に近接して配置されている。そのケース内には、三元触媒とフィルタとが収容されている。排気浄化装置３２のガス導出部３２ｂには、後方に延びるフレキシブル配管３３が接続されている、このフレキシブル配管３３を介して、図示しない排気配管がエンジンルームの外に延びている。

＜ＥＧＲ通路４０＞
図１に示すように、ＥＧＲ通路４０は、排気通路３０と吸気通路２０との間に接続されている。ＥＧＲガスは、このＥＧＲ通路４０を矢印で示す方向に流れる。具体的には、ＥＧＲ通路４０の上流側の端部は、排気通路３０における排気浄化装置３２よりも下流側部分に接続されている。ＥＧＲ通路４０の下流側の端部は、吸気通路２０におけるスロットル弁２１とサージタンク２２との間の部分に接続されている。

ＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲクーラ４１、ＥＧＲバルブ４２などが備えられている。ＥＧＲクーラ４１は、その一方の端部にガス流入口４１ａを有し、その他方の端部にガス流出口４１ｂを有している。ＥＧＲクーラ４１は、ガス流入口４１ａから流入してガス流出口４１ｂから流出する間に、ＥＧＲガス（排気ガスの一部）を冷却する。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＧＲ通路４０を流れるＥＧＲガスの流量を調整する。ＥＧＲバルブ４２は、ＥＧＲクーラ４１よりも下流側に配置されている。ＥＧＲ通路４０、ＥＧＲクーラ４１、およびＥＧＲバルブ４２は、「ＥＧＲシステム」を構成している。

図２、図３、図５に示すように、ＥＧＲクーラ４１およびＥＧＲバルブ４２は、互いに隣接した状態で、吸気マニホールド２３の上方に配置されている。図１に示すように、ＥＧＲ通路４０は、ＥＧＲ導入配管４３、ＥＧＲ内部通路４４、中継配管４５などで構成されている。

ＥＧＲ導入配管４３は、ＥＧＲ通路４０の上流側部分を構成する配管である。図２に示すように、ＥＧＲ導入配管４３の上流側の端部は、排気浄化装置３２のガス導出部３２ｂに接続されている。図２、図５に示すように、ＥＧＲ導入配管４３の下流側の端部は、接続ブラケット３１ｂの端部に取り付けられている。ＥＧＲ導入配管４３は、接続ブラケット３１ｂを介して、シリンダヘッド１１の後側面１１ｂに取り付けられている。ＥＧＲ導入配管４３は、上流側から下流側に向かって上方に延びている。

ＥＧＲ内部通路４４は、シリンダヘッド１１に形成された管状の通路である。ＥＧＲ内部通路４４は、シリンダヘッド１１の内部を通過する。ＥＧＲ導入配管４３は、ＥＧＲ内部通路４４に連通している。

シリンダヘッド１１の内部には、図１に示すように、冷却水が流れる通路（水冷通路５０）が形成されている。ＥＧＲ内部通路４４は、この水冷通路５０を流れる冷却水との熱交換により、その内部を流れるＥＧＲガスの粗熱を除去するように構成されている。そして、このエンジン１では、ＥＧＲシステムの形状および配置を工夫することにより、ＥＧＲクーラ４１への流入前に、ＥＧＲガスを効果的に冷却できるようになっている（ＥＧＲ内部通路４４については別途後述）。

中継配管４５は、図５、図６に示すように、ＥＧＲクーラ４１のガス流入口４１ａに接続される配管である。中継配管４５は、シリンダヘッド１１の第１の端面１１ｃの側に向かって延びている。シリンダヘッド１１の第１の端面１１ｃには、後述するウォーターアウトレット５２が取り付けられている。中継配管４５の上流側の端部は、ウォーターアウトレット５２に接続されている。それにより、中継配管４５とＥＧＲ内部通路４４とが連通している。

＜水冷システム＞
図７に、このエンジン１に付設されている水冷システムの回路図を例示する。冷却システムは、ウォーターポンプ５１、ウォーターアウトレット５２、ラジエータ５３、複数の水冷通路５０などで構成されている。冷却システムは、冷却水との熱交換により、エンジン本体１０、空調用のヒータコア３、ＥＧＲクーラ４１、およびＡＴＦクーラ４（トランスミッションに用いるオイルを冷却するクーラ）を冷却する。

ラジエータ５３は、エンジンルームの中のフロントグリルの近くに設置されている。ラジエータ５３は、走行風との熱交換により、冷却水を冷却する。ウォーターポンプ５１は、シリンダブロック１０ａの側面に設置されている。ウォーターポンプ５１は、エンジン本体１０の運転に同期して作動する。ウォーターポンプ５１は、複数の水冷通路５０を通じて、冷却水を循環させる。

水冷通路５０は、エンジン本体１０の内部を通過して冷却水が循環するメイン水冷通路（第１水冷通路５０１）と、第１水冷通路５０１から分岐して、ＡＴＦクーラ４、ＥＧＲクーラ４１、およびヒータコア３を冷却水が循環するサブ水冷通路（第２～４水冷通路５０２～５０４）とを有している。冷却水の流量は、各サブ水冷通路よりもメイン水冷通路の方が圧倒的に多い。

第１水冷通路５０１は、ウォーターポンプ５１で吐出される冷却水を、シリンダブロック１０ａ、シリンダヘッド１１の順に流れてウォーターポンプ５１に戻す内回り経路と、シリンダブロック１０ａ、シリンダヘッド１１、ラジエータ５３の順に流れてウォーターポンプ５１に戻す外回り経路とで構成されている。内回り経路および外回り経路の切り換えは、ウォーターアウトレット５２が行う。

ウォーターアウトレット５２は、金属の鋳物からなり、シリンダヘッド１１に取り付けられている。具体的には、図８に示すように、シリンダヘッド１１の第１の端面１１ｃに、シリンダヘッド１１の内部の水冷通路５０の出口が開口している。詳細には、第１水冷通路５０１の出口を構成する第１出口１５ａと、第２水冷通路５０２の出口を構成する第２出口１５ｂとが開口している。ウォーターアウトレット５２は、その第１の端面１１ｃに取り付けられている。

ウォーターアウトレット５２には、サーモスタット５４（図６には二点鎖線で示す）が取り付けられている。このサーモスタット５４が、第１水冷通路５０１の内回り経路と外回り経路とを切り換える。

第１水冷通路５０１において、ウォーターポンプ５１に冷却水を戻す通路（メイン返水通路５０１ａ）は、図５に示すように、ウォーターアウトレット５２の後側の端部に接続されている。第１水冷通路５０１において、ラジエータ５３に冷却水を送る通路（メイン送水通路５０１ｂ）は、ウォーターアウトレット５２の前側の側部（図６に示す第１出水口５２ａ）に接続されている。

ウォーターアウトレット５２はまた、第１水冷通路５０１を流れる冷却水の一部を、複数の水冷通路に分配する。具体的には、ウォーターアウトレット５２には、上述した各サブ水冷通路（第２～４水冷通路５０２～５０４）が接続されている。ＥＧＲクーラ４１に冷却水を循環させる第３水冷通路５０３は、図６に示すように、第１出水口５２ａから分岐した第３出水口５２ｃに接続されている。また、ＡＴＦクーラ４に冷却水を循環させる第４水冷通路５０４は、第１出水口５２ａから分岐した第４出水口５２ｄに接続されている。

ヒータコア３に冷却水を循環させる第２水冷通路５０２は、ウォーターアウトレット５２の前側の端部に設けられている第２出水口５２ｂに接続されている。ウォーターアウトレット５２は、第１水冷通路５０１で冷却水を循環しながら、その一部を、これら第２～４水冷通路５０２～５０４の各々に分配して送り出す。

図７に示すように、第２～４水冷通路５０２～５０４の各々の下流側の端部は、第１水冷通路５０１の下流側部分に接続されている。それにより、第２～４水冷通路５０２～５０４の各々を流れた冷却水は、第１水冷通路５０１の下流側部分に戻される。

＜ＥＧＲ内部通路４４＞
上述したように、このエンジン１では、高負荷領域で運転する時に、理論空燃比を目標値とした燃焼を行う。そして、ＥＧＲガスの環流量を増加することによって、異常燃焼を抑制する。そのため、ＥＧＲ通路４０には、従来よりも、高温かつ多量のＥＧＲガスが流れる。

その結果、ＥＧＲクーラ４１の冷却性能を超える熱量がＥＧＲクーラ４１に加わって、ＥＧＲクーラ４１の耐久性が低下するおそれがある。それに対し、このエンジン１では、ＥＧＲ内部通路４４の形状および配置を工夫することにより、ＥＧＲクーラ４１に流入するＥＧＲガスを効果的に冷却し、その粗熱が除去できるようになっている。

図９に、図６において矢印線Ｙ１－Ｙ１で示す部位での概略断面図を示す。図１０に、ＥＧＲ内部通路４４および水冷通路５０の中子形状（各通路それ自体の形状）の概略斜視図を示す。図１０では、冷却水が流れる水冷通路５０にドットを付けている。ＥＧＲ内部通路４４は、シリンダヘッド１１の内部だけでなく、ウォーターアウトレット５２の内部にも設けられている。

図１、図５、図８に示すように、ＥＧＲ内部通路４４の上流側の端部は、シリンダヘッド１１の後側面１１ｂの左側（第１の端面１１ｃの近傍）に開口している。ＥＧＲ内部通路４４の上流側の端部は、ＥＧＲ導入配管４３と接続されている。ＥＧＲ内部通路４４の上流側部分は、シリンダヘッド１１の内部を、第１の端面１１ｃに沿った状態で、前側面１１ａに向かって延びている。ＥＧＲ内部通路４４の上流側部分は、略水平である。

そして、図８、図１０に示すように、ＥＧＲ内部通路４４の上流側部分の一部は、水冷通路５０の中を横切るように配置されている（図１に示す第１の冷却部位ＣＰ１）。

詳細には、第１の冷却部位ＣＰ１は、冷却水の流量が最大かつ流路断面が最大である第１水冷通路５０１の第１出口１５ａの縁に沿って延びている。第１の冷却部位ＣＰ１では、ＥＧＲ内部通路４４を流れるＥＧＲガスは、厚みの小さい管壁を介して、間接的に、第１水冷通路５０１を流れる冷却水に接した状態となっている。従って、効率的に熱交換でき、ＥＧＲガスを効果的に冷却できる。

更に、ＥＧＲ内部通路４４における第１の冷却部位ＣＰ１に連なる下流側の部位には、折れ曲がった形状の曲管部７０が設けられている。曲管部７０は、第１曲げ部７１、第２曲げ部７２、および中間部７３を含む。第２曲げ部７２は、第１曲げ部７１よりも下流側に位置している。中間部７３は、第１曲げ部７１および第２曲げ部７２の間で、これらを連結している。

第１曲げ部７１は、シリンダヘッド１１の中に配置されている。第１曲げ部７１は、図５、図１０に示すように、ＥＧＲ内部通路４４を、略直交する方向に曲げている。具体的には、第１曲げ部７１の下流側に連なる中間部７３は、第１の端面１１ｃに向かって延びている。

中間部７３は、図５、図９、図１０に示すように、シリンダヘッド１１とウォーターアウトレット５２の双方にわたって配置されている。シリンダヘッド１１の内部に位置する中間部７３は、図８に示すガス出口４６を介して、ウォーターアウトレット５２の内部に位置する中間部７３と連結されている。

第２曲げ部７２は、ウォーターアウトレット５２の内部に配置されている。第２曲げ部７２は、ＥＧＲ内部通路４４を、略直交する方向に曲げている。具体的には、第２曲げ部７２の下流側に連なるＥＧＲ内部通路４４の下流側部分（下流側ＥＧＲ内部通路７４）は、図５、図１０に示すように、僅かに前方に傾斜した状態で、上方に向かって延びている。下流側ＥＧＲ内部通路７４は、中継配管４５に連通している。

上述したように、ＥＧＲクーラ４１は、吸気マニホールド２３の上方に配置されている。そのため、ＥＧＲクーラ４１は、ＥＧＲ内部通路４４よりも上方に位置している。それにより、下流側ＥＧＲ内部通路７４は、第２曲げ部７２により、ガス流入口４１ａに近づく方向、つまり前方かつ上方に曲げられている。対して、ＥＧＲ内部通路４４の上流側部分は、第１曲げ部７１により、ガス流入口４１ａから離れる方向、つまり後方に曲げられている。

下流側ＥＧＲ内部通路７４は、ガス流入口４１ａに近づく方向に曲げられているので、ＥＧＲ内部通路４４をガス流入口４１ａに円滑に接続でき、ＥＧＲガスの流れを円滑にできる。しかも、下流側ＥＧＲ内部通路７４は、上方に向かって延びているので、ＥＧＲ内部通路４４で凝縮水が発生しても、ＥＧＲ内部通路４４よりも下流側に凝縮水が流れ込むことはない。従って、ＥＧＲクーラの耐久性が向上する。

そして、ＥＧＲ内部通路４４の下流側部分と上流側部分とで、互いに逆方向に延びているので、ＥＧＲクーラ４１の上流側に位置するＥＧＲ内部通路４４を長くでき、第１の冷却部位ＣＰ１を十分に確保できる。更に、第１曲げ部７１および第２曲げ部７２を大きく曲げることができるので、ＥＧＲクーラ４１への流入前に、ＥＧＲガスを効果的に冷却することが可能になる。

すなわち、図９、図１０に示すように、曲管部７０の周囲には、水冷通路５０が配置されていて、曲管部７０を流れるＥＧＲガスから粗熱を効率よく除去できる。

図８に示すように、シリンダヘッド１１の第１の端面１１ｃには、矩形に大きく開口する第１出口１５ａと、ガス出口４６の周囲に沿って弧状に延びる第２出口１５ｂとが形成されている。図８、図９、図１０に示すように、水冷通路５０（第１水冷通路５０１）は、第１の端面１１ｃの近傍で、第１出口１５ａに向かう主流通路６１と第２出口１５ｂに向かう傍流通路６２とに分岐している。主流通路６１は、第１水冷通路５０１を構成し、傍流通路６２は、第２水冷通路５０２を構成する。

傍流通路６２は、第２出口１５ｂと同じ流路断面を有する弧状の流路である。傍流通路６２は、小径の通水孔を介して主流通路６１に連通している。傍流通路６２の中間部分は、ウォーターアウトレット５２によって塞がれる。第２出口１５ｂは、第１出口１５ａに比べて、流路断面が圧倒的に小さい。

ウォーターアウトレット５２の内部にも、水冷通路５０が構成されている。具体的には、ウォーターアウトレット５２の内部に、第１水冷通路５０１を構成する第１出口通路６３と、第２水冷通路５０２を構成する第２出口通路６４とが形成されている。第１出口通路６３は、最大の流路断面を有し、第１出口１５ａを介して、主流通路６１に接続されている。また、第１出口通路６３は、第２出口１５ｂの一方の端部を介して、傍流通路６２とも接続されている。

第２出口通路６４は、細長い通路である。第２出口通路６４は、第２出口１５ｂの他方の端部を介して、傍流通路６２と接続されている。第２出口通路６４は、第１出口通路６３に比べて、流路断面は圧倒的に小さい。

図９に示すように、第１出口通路６３は、第１出口１５ａから僅かに傾斜して左前方に延びている。第１出口通路６３は、第１出水口５２ａに連通している。第２出口通路６４は、左方に延びている。第２出口通路６４は、第２出水口５２ｂに連通している。

図８、図９、図１０に示すように、第１曲げ部７１および中間部７３の周囲は、傍流通路６２および主流通路６１に囲まれている。それにより、第１曲げ部７１および中間部７３は、管壁を介して傍流通路６２および主流通路６１に接している。

そして、第２曲げ部７２は、第１出口通路６３の内部に張り出している。詳細には、図９に複数の矢印ＷＦで示すように、冷却水は、第１出口通路６３の内部を、その流路の形状に沿って流れる。第２曲げ部７２の屈曲部位は、その冷却水の流れの中心の近傍に位置するように配置されている。

また、第２曲げ部７２および中間部７３のうち、第１出口通路６３の内部に張り出していない部分の周囲は、図８、図９、図１０に示すように、第２出口通路６４によって囲まれている。それにより、第２曲げ部７２および中間部７３のうち、第１出口通路６３の内部に張り出していない部分は、管壁を介して第２出口通路６４に接している。

ＥＧＲ内部通路４４に、このような曲管部７０を形成することにより、第１曲げ部７１および第２曲げ部７２の各屈曲部位において、ＥＧＲ内部通路４４を流れるＥＧＲガスは、その壁面に衝突する。曲管部７０でＥＧＲガスの流れが滞る。その結果、曲管部７０でのＥＧＲガスの放熱性が向上する。そして、その曲管部７０の周囲には、水冷通路５０が配置されている。従って、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換が促進される。すなわち、曲管部７０と水冷通路５０との組み合わせにより、ＥＧＲガスを効果的に冷却できる（図１に示す第２の冷却部位ＣＰ２）。

曲管部７０は、シリンダヘッド１１だけでなく、ウォーターアウトレット５２にも配置されている。それにより、効果的に冷却できる範囲が拡大し、よりいっそうＥＧＲガスを冷却できる。

特に、第２曲げ部７２の屈曲部位は、冷却水の流量が最大である第１出口通路６３の内部に張り出している。それにより、熱交換効率が最も高い状態で、冷却水が、第２曲げ部７２の屈曲部位に接する。従って、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換が促進され、更にいっそうＥＧＲガスを冷却できる。

しかも、第２曲げ部７２および中間部７３のうち、第１出口通路６３の内部に張り出していない部分も、管壁を介して第２出口通路６４に接している。第２曲げ部７２および中間部７３のほとんどの部分で、第１出口通路６３または第２出口通路６４を流れる冷却水との熱交換により、ＥＧＲガスを冷却できる。従って、更にいっそうＥＧＲガスの冷却性能が向上する。

このように、このエンジン１では、ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４１よりも上流側の部位に、冷却水との熱交換により、効果的にＥＧＲガスを冷却できる構造および配置のＥＧＲ内部通路４４が設けられている。従って、ＥＧＲガスの粗熱を効果的に除去できる。ＥＧＲクーラ４１の耐久性が向上する。

それにより、従来よりも、高温かつ多量のＥＧＲガスを環流することが可能になる。その結果、高負荷領域で運転する時に、理論空燃比を目標値とした燃焼を行っても、ＥＧＲガスの環流量を増加して異常燃焼を抑制できる。従って、このエンジン１は、燃費を向上できる。

なお、開示する技術にかかるエンジンのＥＧＲシステムは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、実施形態では、ガソリンエンジンを例示したが、ディーゼルエンジンにも適用できる。また、自然吸気のエンジンを例示したが、過給可能な過給機付きエンジンにも適用できる。

１ エンジン
１０ エンジン本体
１０ａ シリンダブロック
１１ シリンダヘッド
１１ａ 前側面
１１ｂ 後側面
１１ｃ 第１の端面
１１ｄ 第２の端面
１２ 燃焼室
２０ 吸気通路
２１ スロットル弁
２２ サージタンク
２３ 吸気マニホールド
３０ 排気通路
３１ 排気マニホールド
３２ 排気浄化装置
４０ ＥＧＲ通路
４１ ＥＧＲクーラ
４２ ＥＧＲバルブ
４３ ＥＧＲ導入配管
４４ ＥＧＲ内部通路
４５ 中継配管
５０ 水冷通路
５１ ウォーターポンプ
５２ ウォーターアウトレット
５３ ラジエータ
６３ 第１出口通路
６４ 第２出口通路
７０ 曲管部
７１ 第１曲げ部
７２ 第２曲げ部
７３ 中間部

Claims (5)

1. エンジンのＥＧＲシステムであって、
   燃焼が行われる燃焼室、および、冷却水が流れる水冷通路を構成するシリンダヘッドを上部に備えたエンジン本体と、
   前記シリンダヘッドに接続されていて前記燃焼室に吸気を導入するための吸気通路と、
   前記シリンダヘッドに接続されていて前記燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、
   前記排気通路と前記吸気通路とを接続し、排気ガスをＥＧＲガスとして前記排気通路から前記吸気通路に環流させるＥＧＲ通路と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ通路は、
   ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラよりも上流側の前記ＥＧＲ通路を構成し、前記シリンダヘッドの内部を通過する通路を含むＥＧＲ内部通路と、
   を備え、
   前記ＥＧＲ内部通路は、
   前記ＥＧＲクーラのガス流入口から離れる方向に、前記ＥＧＲ内部通路の上流側部分を曲げる第１曲げ部と、
   前記第１曲げ部よりも下流側に位置して、前記ガス流入口に近づく方向に前記ＥＧＲ内部通路を曲げる第２曲げ部と、
   前記第１曲げ部および前記第２曲げ部の間でこれらを連結している中間部と、
   を含む、曲管部を有し、
   前記曲管部の周囲に前記水冷通路が配置され、
   前記シリンダヘッドの端面に取り付けられるとともに、冷却水を複数の送水配管に分配するウォーターアウトレットを更に備え、
   前記ウォーターアウトレットは、前記水冷通路を構成するとともに前記送水配管の各々に連通する複数の出口通路を内部に有し、
   前記第２曲げ部を含む前記曲管部の下流側部分が、前記ウォーターアウトレットの内部に位置していて、その一部が、前記複数の出口通路の中で流路断面が最大の第１出口通路の内部に張り出している、エンジンのＥＧＲシステム。
2. 請求項１に記載のエンジンのＥＧＲシステムにおいて、
   前記ＥＧＲクーラが、前記ＥＧＲ内部通路よりも上方に位置していて、前記ＥＧＲ内部通路における前記第２曲げ部よりも下流側部分が、前記ガス流入口に向かって上方に延びている、エンジンのＥＧＲシステム。
3. 請求項１または２に記載のエンジンのＥＧＲシステムにおいて、
   前記ＥＧＲ内部通路における前記第１曲げ部よりも上流側部分の少なくとも一部が、前記水冷通路を横切るように配置されている、エンジンのＥＧＲシステム。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンのＥＧＲシステムにおいて、
   前記曲管部の下流側部分における前記第１出口通路の内部に張り出していない部分が、前記第１出口通路とは別の第２出口通路に接している、エンジンのＥＧＲシステム。
5. 請求項１～４のいずれか１つに記載のエンジンのＥＧＲシステムにおいて、
   全開負荷を含む高負荷領域で前記エンジンが運転する場合に、理論空燃比を目標値とした燃焼が前記燃焼室で行われる、エンジンのＥＧＲシステム。

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