JP2006348793A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の排気還流装置において、内燃機関の排気をより好適に吸気系に導入する。
【解決手段】 途中にラジエータが設けられており且つサーモスタットによって開通または遮断されるラジエータ側熱媒体通路を有する内燃機関の排気還流装置において、ラジエータ側熱媒体通路におけるラジエータより下流側に、吸気系に導入される排気と熱媒体との間で熱交換が行われることで排気が冷却されるＥＧＲクーラを設置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気の一部を該内燃機関の吸気系に導入する内燃機関の排気還流装置に関する。

従来、内燃機関の排気中におけるＮＯｘの量を低減させるべく排気の一部を内燃機関の吸気系に導入する排気還流装置が知られている。

このような排気還流装置として、特許文献１には、排気系と吸気系とを連通するＥＧＲ通路、および、該ＥＧＲ通路を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ、該ＥＧＲクーラをバイパスするバイパス通路を備えたものが開示されている。この排気還流装置では、通常時にはＥＧＲクーラを経由して排気が吸気系に導入され、寒冷時にはバイパス通路を経由して排気が吸気系に導入される。

また、特許文献２には、冷却水回路におけるＥＧＲクーラの設置位置が開示されている。ここで開示されている冷却水回路は、内燃機関とラジエータの入口とを接続する第一水路と、ラジエータの出口とサーモスタットとを接続する第二水路と、内燃機関に向けて冷却水を圧送するポンプとサーモスタットを接続する第三水路と、第一水路とサーモスタットとを接続するバイパス水路とを備えている。そして、第二および第三水路と並列に配置されラジエータの出口とポンプとを接続する水路がさらに設けられており、この水路の途中にＥＧＲクーラが設置されている。
特開２００２−１８０９１４号公報 特開２００４−１３２１８０号公報 特許第３３６８５２９号公報 特開２００３−２７８６０８号公報 特開平１１−１１７８１５号公報

内燃機関において、排気還流装置によって排気を吸気系に導入する場合、高負荷運転時のように排気の温度が比較的高いときは、燃焼室における混合気の温度が過剰に高くなるのを抑制するために排気を冷却してから吸気系に導入する必要がある。一方、低負荷運転時のように排気の温度が比較的低いときは、燃焼室における混合気の温度が過剰に低くなるのを抑制するために排気を冷却せずに吸気系に導入する必要がある。

本発明は、内燃機関の排気還流装置において、内燃機関の排気をより好適に吸気系に導入することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明は、途中にラジエータが設けられており且つサーモスタットによって開通または遮断されるラジエータ側熱媒体通路を有する内燃機関の排気還流装置において、ラジエータ側熱媒体通路におけるラジエータより下流側にＥＧＲクーラを設置したものである。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、
内燃機関を通って熱媒体が循環する熱媒体循環通路と、
該熱媒体循環通路に両端が接続されており、前記内燃機関の熱媒体出口に近い方の端部から熱媒体が流入し前記内燃機関の熱媒体入口に近いほうの端部から熱媒体が流出すると
共に途中にラジエータが設置されているラジエータ側熱媒体通路と、
前記熱媒体循環通路における前記ラジエータ側熱媒体通路との接続部である通路接続部に設けられており、該通路接続部を通る熱媒体の温度が規定温度より低いときは前記ラジエータ側熱媒体通路を遮断し、該通路接続部を通る熱媒体の温度が前記規定温度以上のときは前記ラジエータ側熱媒体通路を開通させるサーモスタットと、を有する内燃機関の排気還流装置であって、
前記内燃機関の排気系に一端が接続されており該内燃機関の吸気系に他端が接続されたＥＧＲ通路と、
該ＥＧＲ通路を流れる排気と熱媒体との間で熱交換が行われることで前記ＥＧＲ通路を流れる排気が冷却されるＥＧＲクーラと、を備え、
前記ＥＧＲクーラが、前記ラジエータ側熱媒体通路において熱媒体の流れに沿って前記ラジエータより下流側に設置されていることを特徴とする。

本発明では、熱媒体循環通路におけるラジエータ側熱媒体通路との接続部である通路接続部にサーモスタットが設けられている。そして、通路接続部を流れる熱媒体の温度が規定温度以上となるとサーモスタットによってラジエータ側熱媒体通路が開通される。これにより、内燃機関とラジエータとを通って熱媒体が循環する通路が形成され、ラジエータによって熱媒体が冷却される。

ここで、規定温度とは、内燃機関が過昇温する虞があると判断出来る熱媒体の温度の下限値よりも低い温度であって、予め定められた値である。

ラジエータ側熱媒体通路が開通されるような場合、内燃機関から排出される排気の温度も比較的高くなっている。そのため、ＥＧＲ通路を介して吸気系に導入される排気を冷却する必要がある。

ここで、本発明では、ＥＧＲ通路を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラが、ラジエータ側熱媒体通路における熱媒体の流れに沿ってラジエータより下流側に設置されている。そのため、ラジエータ側熱媒体通路が開通されると、ラジエータによって冷却された熱媒体がＥＧＲクーラに流入する。その結果、ＥＧＲクーラにおいて排気が冷却される。

また、本発明では、内燃機関およびサーモスタット、ラジエータ、ＥＧＲクーラが直列に配置されている。この場合、ラジエータやサーモスタットとＥＧＲクーラとが並列に配置されるような構成となっている場合に比べて、より多くの熱媒体をＥＧＲクーラに供給することが出来る。

つまり、ラジエータ側熱媒体通路におけるラジエータより下流側にＥＧＲクーラを設置することで、ラジエータによって冷却された熱媒体をＥＧＲクーラに直接供給することが出来ると共に、ＥＧＲクーラにより多くの熱媒体を供給することが出来る。そのため、ＥＧＲ通路を流れる排気をより効率的に冷却することが可能となる。

また、通路接続部を通る熱媒体の温度が規定温度より低い場合は、内燃機関から排出される排気の温度も比較的低くなっている。本発明では、このような場合、ラジエータ側熱媒体通路が遮断されているため、ＥＧＲクーラに熱媒体が供給されない。そのため、ＥＧＲ通路を流れる排気の冷却が抑制される。

つまり、本発明によれば、吸気系に導入される排気を冷却する必要があるときは該排気をＥＧＲクーラによってより効率的に冷却することが出来る。また、吸気系に導入する排気を冷却する必要がないときはその冷却を抑制することが出来る。

また、従来のように、ラジエータとＥＧＲクーラとが並列に配置されるように熱媒体通路が構成されている場合においては、排気がＥＧＲクーラをバイパスするように流れるバイパス通路をＥＧＲ通路に設けると共に、該ＥＧＲ通路における排気の流路を切り換える流路切り換え弁を設ける場合があった。この場合、吸気系に導入する排気を冷却する必要があるときは排気がＥＧＲクーラを通り、吸気系に導入する排気を冷却する必要がないときは排気がバイパス通路を通るように、流路切り換え弁によって排気の流路を切り換える。しかしながら、本発明によれば、このようなバイパス通路や流路切り換え弁を設けることなく、吸気系に導入する排気を冷却する必要があるときはそれを冷却することが出来、且つ、該排気の不要な冷却を抑制することも出来る。

以上のように、本発明によれば、内燃機関の排気還流装置において、内燃機関の排気をより好適に吸気系に導入することが出来る。

上記のように、本発明では、ラジエータ側熱媒体通路の両端部が熱媒体循環通路に接続されている。つまり、通路接続部は二箇所ある。本発明においては、内燃機関の熱媒体出口に近い方の通路接続部（以下、出口側接続部と称する）にサーモスタットを設けても良い。

この場合、熱媒体循環通路から出口側接続部を通ってラジエータ側熱媒体通路に流入する熱媒体の温度、即ち、ラジエータに流入する熱媒体の温度が規定温度近傍に保たれる。また、内燃機関の負荷が高くなることで該内燃機関を搭載した車両の速度が上昇する場合、内燃機関の負荷が高くなるほどラジエータにおいて熱媒体がより冷却されることになる。従って、サーモスタットが出口側接続部に設けられている場合、内燃機関の負荷が高くなるほど、ラジエータから流出する熱媒体の温度、即ち、ＥＧＲクーラに流入する熱媒体の温度は低下する。

内燃機関の負荷が高くなるほど排気の温度は高くなる。しかしながら、上記構成によれば、内燃機関の負荷が高くなるほど、ＥＧＲ通路を流れる排気をより冷却することが可能となる。これにより、内燃機関の燃焼室の過剰な温度上昇をより好適に抑制することが出来る。

また、本発明において、内燃機関の熱媒体入口に近い方の通路接続部（以下、入口側接続部と称する）にサーモスタットを設けても良い。

この場合、内燃機関に流入する熱媒体の温度が規定温度近傍に保たれる。そして、内燃機関から流出する熱媒体の温度、即ち、熱媒体循環通路から出口側接続部を通ってラジエータ側熱媒体通路に流入する熱媒体の温度は、内燃機関の負荷が高くなるほど上昇する。つまり、内燃機関の負荷が高いほどラジエータに流入する熱媒体の温度が高くなる。一方、上述したように、内燃機関の負荷が高くなるほどラジエータにおいて熱媒体がより冷却される。そのため、サーモスタットが出口側接続部に設けられている場合、ラジエータから排出される熱媒体、即ち、ＥＧＲクーラに流入する熱媒体の温度がほぼ一定の温度となる。

このような場合、ＥＧＲ通路を流れる排気がＥＧＲクーラによってどの程度冷却されるのかを予測し易くなる。従って、上記構成によれば、内燃機関における燃料噴射量等の制御をより容易に行うことが可能となる。

本発明においては、規定ＥＧＲ条件が成立したときにＥＧＲ通路を開通させ該規定ＥＧＲ条件が成立していない場合はＥＧＲ通路を遮断するＥＧＲ弁を該ＥＧＲ通路に設けても良い。

ここで、規定ＥＧＲ条件とは、排気の一部を吸気系に導入ことによってＮＯｘの生成量を低減させることが可能であって、且つ、排気の一部を吸気系に導入した場合であっても燃焼室での酸素量が不足したり燃焼室内の温度が過剰に高くなったりする可能性が低いと考えられる条件である。該規定ＥＧＲ条件は実験等によって予め定められている。また、該規定ＥＧＲ条件が成立したか否かを内燃機関の運転状態に基づいて判断しても良い。

そして、上記のようなＥＧＲ弁が設けられた場合、熱媒体の流れに沿ってラジエータより下流側のラジエータ側熱媒体通路にＥＧＲクーラをバイパスするように設けられたクーラバイパス水路と、該クーラバイパス水路に設けられたバイパス制御弁と、をさらに備えても良い。ここでのバイパス制御弁は、ＥＧＲ条件が成立しているときはクーラバイパス水路を遮断し、ＥＧＲ条件が成立していないときはクーラバイパス水路を開通させる。

上記構成では、規定ＥＧＲ条件が成立していないときはＥＧＲ通路が遮断される。そのため、ＥＧＲクーラに冷却水を供給する必要がない。そこで、このような場合は、バイパス制御弁によってクーラバイパス水路を開通させることで、熱媒体がＥＧＲクーラをバイパスして流れるようにする。

熱媒体がＥＧＲクーラをバイパスして循環する場合、熱媒体がＥＧＲクーラを通って循環する場合に比べてその流動抵抗が小さくなる。従って、上記構成によれば、熱媒体の流通における不要な流動抵抗の増加を抑制することが出来る。

本発明においては、内燃機関におけるクランクシャフトの回転を駆動力として熱媒体を圧送するポンプを熱媒体循環通路に設け、且つ、内燃機関の運転状態が規定運転状態のときはＥＧＲ通路を開通させ該規定運転状態でないときはＥＧＲ通路を遮断するＥＧＲ弁を該ＥＧＲ通路に設けても良い。

ここで、規定運転状態とは、排気の一部を吸気系に導入することによってＮＯｘの生成量を低減させることが可能であって、且つ、排気の一部を吸気系に導入した場合であっても、燃焼室での酸素量が不足したり燃焼室内の温度が過剰に高くなったりする可能性が低いと考えられる運転状態である。該規定運転状態は実験等によって予め定められている。

そして、上記のようなポンプおよびＥＧＲ弁が設けられている場合、熱媒体の流れに沿ってラジエータより下流側のラジエータ側熱媒体通路にＥＧＲクーラをバイパスするように設けられたクーラバイパス水路と、該クーラバイパス水路に設けられたバイパス制御弁と、をさらに備えても良い。ここでのバイパス制御弁は、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力より低いときはクーラバイパス水路を遮断し、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上のときはクーラバイパス水路を開通させる。

このような構成の場合、ポンプによって圧送されることで熱媒体が熱媒体循環通路を循環するため、内燃機関の回転数が高くなるほど熱媒体の流速が上昇する。また、ラジエータ側熱媒体通路が開通されている場合は、該ラジエータ側熱媒体通路を流れる熱媒体の流速も内燃機関の回転数が高くなるほど上昇する。そのため、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が上昇することになる。

そして、上記構成における規定バイパス圧力とは、内燃機関の運転状態が規定運転状態であるときの回転数の上限値よりも該内燃機関の回転数が高くなっていると判断出来る圧力の下限値以上の値である。

上記構成によれば、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上のときは熱媒体がバイパス通路を通って循環することになる。つまり、ＥＧＲ弁によってＥＧＲ通路が遮断されているときにおけるＥＧＲクーラへの流入を抑制することが出来る。従って、熱媒体の流通における不要な流動抵抗の増加を抑制することが出来る。

本発明においては、前記と同様のＥＧＲ弁をＥＧＲ通路に設け、且つ、前記と同様のクーラバイパス水路をラジエータ側熱媒体通路に備えた場合、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度より低いときは該クーラバイパス水路を遮断し、該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度以上のときは該クーラバイパス水路を開通させるバイパス制御弁をクーラバイパス水路に設けても良い。

内燃機関の負荷が増加しても該内燃機関を搭載した車両の速度が上昇しない場合、ラジエータにおいて熱媒体が冷却され難いため、内燃機関の負荷が高くなるほど熱媒体循環通路及びラジエータ側熱媒体通路を流れる熱媒体の温度は上昇する。そのため、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度も上昇することになる。

ここで、上記構成における規定バイパス温度とは、内燃機関の運転状態が規定運転状態であるときの負荷の上限値よりも該内燃機関の負荷が高くなっていると判断出来る温度の下限値以上の値である。

上記構成によれば、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度以上のときは熱媒体がクーラバイパス水路を通って循環することになる。つまり、ＥＧＲ弁によってＥＧＲ通路が遮断されているときにおける熱媒体のＥＧＲクーラへの流入を抑制することが出来る。従って、熱媒体の流通における不要な流動抵抗の増加を抑制することが出来る。

本発明においては、前記と同様のポンプが熱媒体循環通路に設け、且つ、前記と同様のＥＧＲ弁をＥＧＲ通路に設け、さらに、前記と同様のクーラバイパス水路を備えた場合、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力より低く且つクーラバイパス水路に流入する熱媒体熱媒体の温度が規定バイパス温度より低いときはクーラバイパス水路を遮断し、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上となったとき又はクーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度以上となったときはクーラバイパス水路を開通させるバイパス制御弁をクーラバイパス水路に設けても良い。

ここで、規定バイパス圧力とは、前記と同様、内燃機関の運転状態が規定運転状態であるときの回転数の上限値よりも該内燃機関の回転数が高くなっていると判断出来る圧力の下限値以上の値である。また、規定バイパス温度とは、前記と同様、内燃機関の運転状態が規定運転状態であるときの負荷の上限値よりも該内燃機関の負荷が高くなっていると判断出来る温度の下限値以上の値である。

上記構成によれば、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上のとき、および、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度以上のときは熱媒体がクーラバイパス水路を通って循環することになる。従って、熱媒体の流通における不要な流動抵抗の増加をより抑制することが出来る。

また、上記構成においては、バイパス制御弁が、クーラバイパス水路の内壁に固定された固定部材と、クーラバイパス水路における熱媒体の流れに沿って固定部材より下流側に配置された弁体部材と、一端が固定部材に接続されており他端が弁体部材に接続されている伸縮部材とを備えていても良い。

この場合、弁体部材が固定部材と接しているときはクーラバイパス水路が遮断された状態となり、弁体部材が固定部材と離れているときはクーラバイパス水路が開通した状態となる。

また、伸縮部材は、クーラバイパス水路における熱媒体の流通方向とは反対の方向に弁体部材を付勢するばね部と、該ばね部より熱膨張係数の大きい物質を含んで形成されており、温度が上昇すると該物質が膨張することでクーラバイパス水路における熱媒体の流通方向に弁体部材を押圧する熱伸縮部と、を有している。

そして、伸縮部材におけるばね部のばね係数が、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上となると該熱媒体の圧力によって弁体部材が固定部材から離れるような値となっている。また、伸縮部材における熱伸縮部を形成する物質の熱膨張係数が、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度以上となると該熱伸縮部の圧力によって弁体部材が固定部材から離れるような値となっている。

このような構成では、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力より低く、且つ、該熱媒体の温度が規定バイパス温度より低いときは、ばね部の付勢力によって弁体部材が固定部材に接した状態となる。一方、該熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上のとき、または、該熱媒体の温度が規定バイパス温度以上のときは、熱媒体による圧力または熱伸縮部による圧力によって弁体部材が固定部材から離れた状態となる。

つまり、上記のような構成によれば、クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上であるとき又は該熱媒体の温度が規定バイパス温度以上であるときは、バイパス制御弁によってクーラバイパス水路が開通されることになる。

尚、本発明においては、前記バイパス制御弁によって前記クーラバイパス水路が開通されたときに前記ＥＧＲクーラへの熱媒体の流入を遮断するクーラ流入制御弁をさらに備えても良い。

これによれば、クーラバイパス水路を開通させた場合におけるＥＧＲクーラへの熱媒体の流入を抑制することが出来る。

本発明によれば、内燃機関の排気還流装置において、内燃機関の排気をより好適に吸気系に導入することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の排気還流装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。

図1は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系および冷却水系の概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には吸気通路２および排気通路３が接続されている。

また、内燃機関１には、冷却水が流れるウォータージャケット４が形成されている。このウォータージャケット４の冷却水出口には冷却水通路５の一端が接続されている。一方、ウォータージャケット４の冷却水入口には冷却水通路５の他端が接続されている。ウォータージャケット４の冷却水入口と冷却水通路５との接続部近傍には、冷却水通路５側か
らウォータージャケット４側に冷却水を圧送するポンプ６が設けられている。このポンプ６は、内燃機関１のクランクシャフトの回転を駆動力とするポンプである。以下、ウォータージャケット４と冷却水通路５とを通って冷却水が循環する通路を第一冷却水循環通路１４と称する。

冷却水通路５には、途中にラジエータ７が設置されているラジエータ側冷却水通路８の両端が接続されている。以下、冷却水通路５でのラジエータ側冷却水通路８の接続部において、ウォータージャケット４の冷却水出口に近いほうを出口側接続部５ａと称し、ウォータージャケット４の冷却水入口に近いほうを入口側接続部５ｂと称する。

また、ラジエータ側冷却水通路８において冷却水の流れに沿ってラジエータ７より下流側には、後述するＥＧＲ通路１１を流れる排気と冷却水との間で熱交換が行われるＥＧＲクーラ１３が設けられている。

出口側接続部５ａにはサーモスタット９が設けられている。このサーモスタット９は、出口側接続部５ａを流れる冷却水の温度が規定温度より低いときはラジエータ側冷却水通路８を遮断し、該冷却水の温度が規定温度以上であるときはラジエータ側冷却水通路８を開通させる。ここで、規定温度とは、内燃機関１が過昇温する虞があると判断出来る熱媒体の温度の下限値よりも低い温度であって、予め定められた値である。

サーモスタット９によってラジエータ側冷却水通路８が開通されると、内燃機関１およびラジエータ側冷却水通路８、ラジエータ７、ＥＧＲクーラ１３を通って冷却水が循環する通路が形成される。以下、この通路を第二冷却水循環通路１５と称する。

内燃機関１には、排気通路３を流れる排気の一部を吸気通路２に導入する排気還流装置１０（以下、ＥＧＲ装置１０と称する）が設けられている。このＥＧＲ装置１０は、一端が排気通路３に接続され他端が吸気通路２に接続されているＥＧＲ通路１１と、該ＥＧＲ通路１１の途中に設けられたＥＧＲ弁１２およびＥＧＲクーラ１３とを備えている。

ＥＧＲ弁１２が開弁することによってＥＧＲ通路１１が開通されると、排気の一部が該ＥＧＲ通路１１を通って吸気通路２に流入する。また、ＥＧＲ弁１２が閉弁することによってＥＧＲ通路１１が遮断される。また、ＥＧＲクーラ１３では、上述したように、ラジエータ側冷却水通路８を流れる冷却水とＥＧＲ通路１１を流れる排気との間で熱交換が行われ、それによって吸気通路２に導入される排気が冷却される。

また、内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、内燃機関１のクランクシャフトの回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２１、および、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。そして、これらのセンサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。そして、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ２１の出力値に基づいて内燃機関１の回転数を導出し、アクセル開度センサ２２の出力値に基づいて内燃機関１の負荷を導出する。

また、ＥＣＵ２０にはＥＧＲ弁１２が電気的に接続されており、該ＥＧＲ弁１２がＥＣＵ２０によって制御される。本実施例では、内燃機関１の運転状態が規定運転状態のときはＥＣＵ２０によってＥＧＲ弁１２が開弁され、内燃機関１の運転状態が規定運転状態でないときはＥＣＵ２０によってＥＧＲ弁１２が閉弁される。

ここで、規定運転状態とは、排気の一部を吸気通路２に導入することによってＮＯｘの生成量を低減させることが可能であって、且つ、排気の一部を吸気通路２に導入した場合であっても、燃焼室での酸素量が不足したり燃焼室内の温度が過剰に高くなったりする可能性が低いと考えられる運転状態である。該規定運転状態は実験等によって予め定められている。

本実施例では、冷却水通路５における出口側接続部５ａを流れる冷却水の温度が規定温度にまで達した場合、サーモスタット９によってラジエータ側冷却水通路８が開通される。これにより、第二冷却水循環通路１５が形成され、ラジエータ７によって冷却水が冷却される。

ラジエータ側冷却水通路８が開通されるような場合、内燃機関１から排出される排気の温度も比較的高くなっている。そのため、ＥＧＲ通路１１を介して吸気通路２に導入される排気を冷却する必要がある。

ここで、本実施例では、ＥＧＲ通路１１を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ１３が、ラジエータ側冷却水通路８における冷却水の流れに沿ってラジエータ７より下流側に設置されている。そのため、ラジエータ側冷却水通路８が開通されると、ラジエータ７によって冷却された冷却水がＥＧＲクーラ１３に流入する。その結果、ＥＧＲクーラ１３において排気が冷却されることになる。

また、本実施例では、内燃機関１およびサーモスタット９、ラジエータ７、ＥＧＲクーラ１３が直列に配置されている。この場合、ラジエータ７もしくはサーモスタット９とＥＧＲクーラ１３とが並列に配置されるような構成となっている場合に比べて、より多くの冷却水をＥＧＲクーラ１３に供給することが出来る。

つまり、ラジエータ７より下流側のラジエータ側冷却水通路８にＥＧＲクーラ１３を設置することで、ラジエータ７によって冷却された冷却水をＥＧＲクーラに直接供給することが出来ると共に、ＥＧＲクーラ１３により多くの冷却水を供給することが出来る。そのため、ＥＧＲ通路１１を流れる排気をより効率的に冷却することが可能となる。

また、出口側接続部５ａを通る冷却水の温度が規定温度より低い場合は、内燃機関１から排出される排気の温度も比較的低くなっている。本実施例では、このような場合、ラジエータ側冷却水通路８が遮断されているため、ＥＧＲクーラ１３に冷却水が供給されない。そのため、ＥＧＲ通路１１を流れる排気の冷却が抑制される。

つまり、本実施例によれば、吸気通路２に導入される排気を冷却する必要があるときは該排気をＥＧＲクーラ１３によってより効率的に冷却することが出来る。また、吸気通路２に導入される排気を冷却する必要がないときはその冷却を抑制することが出来る。

また、本実施例によれば、ＥＧＲクーラ１３をバイパスして排気が流れるバイパス通路や、ＥＧＲ通路１１を流れる排気を該バイパス通路に通すかもしくはＥＧＲクーラ１３に通すのかを切り換える流路切り換え弁を設ける必要がない。

以上のように、本実施例によれば、内燃機関１の排気をより好適に吸気通路に導入することが出来る。

また、本実施例では、サーモスタット９が出口側接続部５ａに設けられている。このような場合における第二冷却水循環通路１５を流れる冷却水の温度変化について図２に基づいて説明する。図２の縦軸は冷却水の温度を表している。また、図２の横軸における（１
）〜（５）はそれぞれ第二冷却水循環通路での位置を表しており、（１）はウォータージャケット４の冷却水入口、（２）はウォータージャケット４の冷却水出口、（３）はラジエータ７の冷却水入口、（４）はラジエータ７の冷却水出口（ＥＧＲクーラ１３の冷却水入口）、（５）はＥＧＲクーラ１３の冷却水出口である。また、図２おいて、実線は内燃機関の運転状態が低負荷のときの冷却水の温度変化を表しており、破線は、内燃機関の運転状態が高負荷のときの冷却水の温度変化を表している。また、図２において、Ｔ１は、サーモスタット９が出口側接続部５ａに設けられている場合の規定温度を表している。

サーモスタット９が出口側接続部５ａに設けられている場合、図２の（２）に示すように、ウォータージャケット４から排出される冷却水の温度が、内燃機関１の負荷に関わらず規定温度Ｔ１近傍に保たれる。そのため、図２の（３）に示すように、出口側接続部５ａを通ってラジエータ側冷却水通路８に流入する冷却水の温度、即ち、ラジエータ７に流入する冷却水の温度も規定温度Ｔ１近傍に保たれる。

そして、ラジエータ７においては、内燃機関１の負荷が高くなり内燃機関１を搭載した車両の速度が上昇するほど冷却水がより冷却されることになる。そのため、図２の（４）に示すように、内燃機関１の負荷が高くなるほど、ラジエータ７から流出する冷却水の温度、即ち、ＥＧＲクーラ１３に流入する冷却水の温度は低下する。

内燃機関１の負荷が高くなるほど排気の温度は高くなる。しかしながら、本実施例によれば、内燃機関１の負荷が高くなるほど、ＥＧＲ通路１１を流れる排気をより冷却することが可能となる。これにより、内燃機関１の燃焼室の過剰な温度上昇をより好適に抑制することが出来る。

＜変形例＞
尚、本実施例においては、サーモスタット９を入口側接続部５ｂに設けても良い。このような場合における第二冷却水循環通路１５を流れる冷却水の温度変化について図３に基づいて説明する。図２と同様、図３の縦軸は冷却水の温度を表している。また、図３の横軸における（１）〜（５）は第二冷却水循環通路での位置を表しており、（１）はウォータージャケット４の冷却水入口、（２）はウォータージャケット４の冷却水出口、（３）はラジエータ７の冷却水入口、（４）はラジエータ７の冷却水出口（ＥＧＲクーラ１３の冷却水入口）、（５）はＥＧＲクーラ１３の冷却水出口である。また、図３おいても、図２と同様、実線は内燃機関の運転状態が低負荷のときの冷却水の温度変化を表しており、破線は、内燃機関の運転状態が高負荷のときの冷却水の温度変化を表している。また、図３において、Ｔ２は、サーモスタット９が入口側接続部５ｂに設けられている場合の規定温度を表している。

サーモスタット９が入口側接続部５ｂに設けられている場合、図３の（１）に示すように、ウォータージャケット４に流入する冷却水の温度が、内燃機関１の負荷に関わらず規定温度Ｔ２近傍に保たれる。そのため、図３の（２）に示すように、内燃機関１の負荷が高くなるほどウォータージャケット４から流出する冷却水の温度が高くなる。従って、出口側接続部５ａを通ってラジエータ側冷却水通路８に流入する冷却水の温度も内燃機関１の負荷が高くなるほど高くなるため、図３の（３）に示すように、内燃機関１の負荷が高いほどラジエータ７に流入する冷却水の温度が高くなる。一方、上述したように、内燃機関１の負荷が高くなるほどラジエータ７において冷却水がより冷却される。そのため、図３の（４）に示すように、ラジエータ７から排出される冷却水の温度、即ち、ＥＧＲクーラ１３に流入する冷却水の温度は内燃機関１の負荷に関わらずほぼ一定の温度となる。

このような場合、ＥＧＲ通路１１を流れる排気がＥＧＲクーラ１３によってどの程度冷却されるのかを予測し易くなる。従って、内燃機関１における燃料噴射量等の制御をより
容易に行うことが可能となる。

図４は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系および冷却水系の概略構成を示す図である。本実施例では、ラジエータ側冷却水通路８におけるラジエータ７よりも下流側に、ＥＧＲクーラ１３をバイパスするようにクーラバイパス水路１６が設けられている。さらに、クーラバイパス水路１６とラジエータ側冷却水通路８との上流側の接続部にバイパス制御弁１７が設けられている。このバイパス制御弁１７はクーラバイパス水路１６を遮断または開通させる弁である。これら以外の構成は、上述した実施例１と同様であるため、同様の構成には同様の参照番号を付しその説明を省略する。

次に、本実施例に係るバイパス制御弁１７の概略構成について図５に基づいて説明する。図５は、バイパス制御弁１７の概略構成を示す断面図である。この図５において、矢印は冷却水の流通方向を表している。

バイパス制御弁１７は、クーラバイパス水路１６の内壁に固定された固定部材２４、及び、クーラバイパス水路１６における冷却水の流れに沿って固定部材２４より下流側に配置された弁体部材２５を有している。弁体部材２５が固定部材２４と接しているときはクーラバイパス水路１６が遮断された状態となる。一方、弁体部材２５が固定部材２４と離れているときはクーラバイパス水路１６が開通した状態となる。

そして、バイパス制御弁１７は、ばね２６及びワックス収容部２７、ニードル２８を有している。ばね２６は一端が固定部材２４に接続されており他端が弁体部材２５に接続されている。このばね２６は、クーラバイパス水路１６における冷却水の流通方向とは反対の方向に弁体部材２５を付勢する。つまり、ばね２６による付勢力によって弁体部材２５が固定部材２４に接するようになっている。

一方、ワックス収容部２７は弁体部材２５に接続されており、内部にワックスが収容されている。該ワックスはばね２６よりも熱膨張係数の大きい物質である。また、ワックス収容部２７にはニードル２８の他端が挿入されている。このニードル２８の一端は固定部材２４に接続されている。このような構成によれば、温度が上昇することでワックス収容部２７内のワックスが膨張すると、クーラバイパス水路１６における冷却水の流通方向に弁体部材２５が押圧される。つまり、該ワックスの膨張による圧力がある程度以上となると、弁体部材２５が固定部材２４から離れた状態となる。

そして、ばね２６のばね係数が、バイパス制御弁１７を通る冷却水の圧力が規定バイパス圧力以上となると該冷却水の圧力によって弁体部材２５が固定部材２４から離れるような値となっている。また、ワックス収容部２７内のワックスの熱膨張係数が、バイパス制御弁１７を通る冷却水の温度が規定バイパス温度以上となるとワックスの膨張による圧力によって弁体部材２５が固定部材２４から離れるような値とする。

以下、規定バイパス圧力および規定バイパス温度について説明する。本実施例においては、内燃機関１のクランクシャフトの回転によって駆動するポンプ６によって圧送されることで冷却水が第一および第二冷却水循環通路１４、１５を循環する。そのため、内燃機関１の回転数が高くなるほど冷却水の流速が上昇する。従って、クーラバイパス水路１６に流入する冷却水、即ち、バイパス制御弁１７を通る冷却水の圧力は、内燃機関１の回転数が高くなるほど上昇する。

また、内燃機関１の負荷が増加しても該内燃機関１を搭載した車両の速度が上昇しない場合、ラジエータ７において熱媒体が冷却され難い。そのため、このような場合、内燃機
関１の負荷が高くなるほど、第一および第二冷却水循環通路１４、１５を循環する冷却水の温度は上昇する。これに伴い、クーラバイパス水路１６に流入する冷却水、即ち、バイパス制御弁１７を通る冷却水の温度も上昇する。

上述したように、内燃機関１の運転状態が規定運転状態のときにＥＧＲ通路１１が開通される。換言すれば、内燃機関１の運転状態が規定運転状態にないときはＥＧＲ通路１１が遮断される。この場合、ＥＧＲクーラに冷却水を供給する必要がない。

そこで、本実施例では、規定バイパス圧力を、内燃機関１の運転状態が規定運転状態であるときの回転数よりも該内燃機関１の回転数が高くなっていると判断出来る圧力の下限値以上の値とする。また、規定バイパス温度を、内燃機関１の運転状態が規定運転状態であるときの負荷よりも該内燃機関１の負荷が高くなっていると判断出来る温度の下限値以上の値とする。

このような構成によれば、バイパス制御弁１７を通る冷却水の圧力が規定バイパス圧力以上のとき、および、バイパス制御弁１７を通る冷却水の温度が規定バイパス温度以上のときは冷却水がクーラバイパス水路１６を通って循環することになる。つまり、ＥＧＲ弁１２によってＥＧＲ通路１１が遮断されているときにおける冷却水のＥＧＲクーラへの流入を抑制することが出来る。

冷却水がＥＧＲクーラ１３をバイパスして循環する場合、冷却水がＥＧＲクーラ１３を通って循環する場合に比べてその流動抵抗が小さくなる。従って、本実施例によれば、冷却水の流通における不要な流動抵抗の増加を抑制することが出来る。

＜変形例１＞
尚、本実施例においては、バイパス制御弁１７を、該バイパス制御弁１７を通る冷却水の圧力が規定バイパス圧力以上のときはクーラバイパス水路１６を開通させるリリーフバルブとしても良い。

このような場合であっても、バイパス制御弁１７を通る冷却水の圧力が規定バイパス圧力以上のときは冷却水がクーラバイパス水路１６を通って循環することになる。そのため、ＥＧＲ弁１２によってＥＧＲ通路１１が遮断されているときにおける冷却水のＥＧＲクーラへの流入を抑制することが出来る。従って、冷却水の流通における不要な流動抵抗の増加を抑制することが出来る。

＜変形例２＞
また、本実施例においては、バイパス制御弁１７を、該バイパス制御弁１７を通る冷却水の温度が規定バイパス温度以上のときはクーラバイパス水路１６を開通させるサーモスタットとしても良い。

このような場合であっても、バイパス制御弁１７を通る冷却水の温度が規定バイパス温度以上のときは冷却水がクーラバイパス水路１６を通って循環することになる。そのため、ＥＧＲ弁１２によってＥＧＲ通路１１が遮断されているときにおける冷却水のＥＧＲクーラへの流入を抑制することが出来る。従って、冷却水の流通における不要な流動抵抗の増加を抑制することが出来る。

＜変形例３＞
また、本実施例においては、バイパス制御弁１７を、ＥＣＵ２０によって制御される電磁弁としても良い。この場合、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態が規定運転状態にないときは、バイパス制御弁１７を開弁してクーラバイパス水路１６を開通させる。

このような構成によっても、ＥＧＲ弁１２によってＥＧＲ通路１１が遮断されているときにおける冷却水のＥＧＲクーラへの流入を抑制することが出来る。従って、冷却水の流通における不要な流動抵抗の増加を抑制することが出来る。

尚、本実施例においては、ラジエータ側冷却水通路８における、クーラバイパス水路１６との接続部より下流側且つＥＧＲクーラ１３よりも上流側に、ＥＧＲクーラ１３への冷却水の流入を制御するクーラ流入制御弁を設けても良い。

この場合、バイパス制御弁１７が開弁することによってクーラバイパス水路１６が開通した場合、クーラ流入制御弁を閉弁してＥＧＲクーラ１３への冷却水の流入を遮断する。これにより、クーラバイパス水路１６を開通させた場合におけるＥＧＲクーラ１３への冷却水の流入を抑制することが出来る。

本発明の実施例１に係る内燃機関とその吸排気系および冷却水系の概略構成を示す図。 第二冷却水循環通路を流れる冷却水の温度変化を示す第一の図。 第二冷却水循環通路を流れる冷却水の温度変化を示す第二の図。 本発明の実施例２に係る内燃機関とその吸排気系および冷却水系の概略構成を示す図。 バイパス制御弁の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・ウォータージャケット
５・・・冷却水通路
５ａ・・出口側接続部
５ｂ・・入口側接続部
６・・・ポンプ
７・・・ラジエータ
８・・・ラジエータ側冷却水通路
９・・・サーモスタット
１０・・排気還流装置（ＥＧＲ装置）
１１・・ＥＧＲ通路
１２・・ＥＧＲ弁
１３・・ＥＧＲクーラ
１４・・第一冷却水循環通路
１５・・第二冷却水循環通路
１６・・クーラバイパス水路
１７・・バイパス制御弁
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセル開度センサ
２４・・固定部材
２５・・弁体部材
２６・・ばね
２７・・ワックス収容部
２８・・ニードル

Claims (9)

1. 内燃機関を通って熱媒体が循環する熱媒体循環通路と、
   該熱媒体循環通路に両端が接続されており、前記内燃機関の熱媒体出口に近い方の端部から熱媒体が流入し前記内燃機関の熱媒体入口に近いほうの端部から熱媒体が流出すると共に途中にラジエータが設置されているラジエータ側熱媒体通路と、
   前記熱媒体循環通路における前記ラジエータ側熱媒体通路との接続部である通路接続部に設けられており、該通路接続部を通る熱媒体の温度が規定温度より低いときは前記ラジエータ側熱媒体通路を遮断し、該通路接続部を通る熱媒体の温度が前記規定温度以上のときは前記ラジエータ側熱媒体通路を開通させるサーモスタットと、を有する内燃機関の排気還流装置であって、
   前記内燃機関の排気系に一端が接続されており該内燃機関の吸気系に他端が接続されたＥＧＲ通路と、
   該ＥＧＲ通路を流れる排気と熱媒体との間で熱交換が行われることで前記ＥＧＲ通路を流れる排気が冷却されるＥＧＲクーラと、を備え、
   前記ＥＧＲクーラが、前記ラジエータ側熱媒体通路において熱媒体の流れに沿って前記ラジエータより下流側に設置されていることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記内燃機関の熱媒体出口に近い方の前記通路接続部に前記サーモスタットが設けられていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気還流装置。
3. 前記内燃機関の熱媒体入口に近い方の前記通路接続部に前記サーモスタットが設けられていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気還流装置。
4. 規定ＥＧＲ条件が成立したときに前記ＥＧＲ通路を開通させ該規定ＥＧＲ条件が成立していない場合は前記ＥＧＲ通路を遮断するＥＧＲ弁が該ＥＧＲ通路に設けられており、
   熱媒体の流れに沿って前記ラジエータより下流側の前記ラジエータ側熱媒体通路に前記ＥＧＲクーラをバイパスするように設けられたクーラバイパス水路と、
   該クーラバイパス水路に設けられており、前記ＥＧＲ条件が成立しているときは該クーラバイパス水路を遮断し、前記ＥＧＲ条件が成立していないときは該クーラバイパス水路を開通させるバイパス制御弁と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
5. 前記内燃機関におけるクランクシャフトの回転を駆動力として熱媒体を圧送するポンプが前記熱媒体循環通路に設けられており、且つ、前記内燃機関の運転状態が規定運転状態のときは前記ＥＧＲ通路を開通させ前記内燃機関の運転状態が該規定運転状態でないときは前記ＥＧＲ通路を遮断するＥＧＲ弁が該ＥＧＲ通路に設けられており、
   前記ラジエータ側熱媒体通路における熱媒体の流れに沿って前記ラジエータより下流側に前記ＥＧＲクーラをバイパスするように設けられたクーラバイパス水路と、
   該クーラバイパス水路に設けられており、該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力より低いときは該クーラバイパス水路を遮断し、該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上のときは該クーラバイパス水路を開通させるバイパス制御弁と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
6. 前記内燃機関の運転状態が規定運転状態のときは前記ＥＧＲ通路を開通させ前記内燃機関の運転状態が該規定運転状態でないときは前記ＥＧＲ通路を遮断するＥＧＲ弁が該ＥＧＲ通路に設けられており、
   前記ラジエータ側熱媒体通路における熱媒体の流れに沿って前記ラジエータより下流側に前記ＥＧＲクーラをバイパスするように設けられたクーラバイパス水路と、
   該クーラバイパス水路に設けられており、該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度より低いときは該クーラバイパス水路を遮断し、該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度以上のときは該クーラバイパス水路を開通させるバイパス制御弁と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
7. 前記内燃機関におけるクランクシャフトの回転を駆動力として熱媒体を圧送するポンプが前記熱媒体循環通路に設けられており、且つ、前記内燃機関の運転状態が規定運転状態のときは前記ＥＧＲ通路を開通させ前記内燃機関の運転状態が該規定運転状態でないときは前記ＥＧＲ通路を遮断するＥＧＲ弁が該ＥＧＲ通路に設けられており、
   前記ラジエータ側熱媒体通路における熱媒体の流れに沿って前記ラジエータより下流側に前記ＥＧＲクーラをバイパスするように設けられたクーラバイパス水路と、
   該クーラバイパス水路に設けられており、該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力より低く且つ該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度より低いときは該クーラバイパス水路を遮断し、該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が規定バイパス圧力以上のとき又は該クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が規定バイパス温度以上のときは該クーラバイパス水路を開通させるバイパス制御弁と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。
8. 前記バイパス制御弁が、
   前記クーラバイパス水路の内壁に固定された固定部材と、
   前記クーラバイパス水路における熱媒体の流れに沿って前記固定部材より下流側に配置されており、該固定部材と接しているときは前記クーラバイパス水路が遮断された状態となり、前記固定部材と離れているときは前記クーラバイパス水路が開通した状態となる弁体部材と、
   一端が前記固定部材に接続されており他端が前記弁体部材に接続されている伸縮部材と、を備え、
   前記伸縮部材が、前記クーラバイパス水路における熱媒体の流通方向とは反対の方向に前記弁体部材を付勢するばね部と、該ばね部より熱膨張係数の大きい物質を含んで形成されており、温度が上昇すると該物質が膨張することで前記クーラバイパス水路における熱媒体の流通方向に前記弁体部材を押圧する熱伸縮部と、を有し、
   前記伸縮部材における前記ばね部のばね係数が、前記クーラバイパス水路に流入する熱媒体の圧力が前記規定バイパス圧力以上であるときは該熱媒体の圧力によって前記弁体部材が前記固定部材から離れるような値であり、且つ、前記伸縮部材における前記熱伸縮部を形成する前記物質の熱膨張係数が、前記クーラバイパス水路に流入する熱媒体の温度が前記規定バイパス温度以上であるときは該熱伸縮部の圧力によって前記弁体部材が前記固定部材から離れるような値であることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気還流装置。
9. 前記バイパス制御弁によって前記クーラバイパス水路が開通されたときに前記ＥＧＲクーラへの熱媒体の流入を遮断するクーラ流入制御弁をさらに備えたことを特徴とする請求項４から８のいずれかに記載の内燃機関の排気還流装置。

Images