JP5724428B2 - 排気循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気循環装置に関するものであり、内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気ガスを循環させる排気循環装置に関する。

従来、内燃機関の燃料消費率の低減を図るとともに、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図る装置として、排気循環装置（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この排気循環装置は、内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気ガスを循環させるＥＧＲパイプと、ＥＧＲパイプ内を流通する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲパイプ内の排気ガスの流通を停止する停止状態と、停止状態を解除する解除状態とを切り替えるＥＧＲバルブと、ＥＧＲバルブを制御する制御装置とを備えている。

この排気循環装置においては、内燃機関の運転状態おけるアクセル開度信号および回転数信号に基づいて制御装置がＥＧＲバルブのアクチュエータに開度指令信号を出しＥＧＲバルブの開度を調整することにより、ＥＧＲパイプ内の排気ガスの流量を調整している。そして調整された排気ガスが、排気通路から吸気通路へ流入すると、気筒内の燃焼温度が低下し、排気ガス中に発生する窒素酸化物が低減されることになる。
また、吸入空気内に排気ガスが流入することにより、ポンピングロスの低減や耐ノック性の向上により、燃料消費率を低減するようにしている。このようにして、この排気循環装置においては、いわゆる低燃費化および低エミッション化を図るようにしている。

また、この排気循環装置においては、アクセル開度信号および回転数信号などの前提条件に基づいてＥＧＲバルブの開度を調整し、ＥＧＲガスを所定量だけ流した際のＥＧＲクーラの出口側ＥＧＲガス温度を検出している。そして、検出された出口側ＥＧＲガス温度と閾値温度とを比較している。この比較により、出口側ＥＧＲガス温度が閾値温度を超えるとともに、超えている状態が判定基準時間以上であると判定したときに、ＥＧＲクーラに効率低下や異常があると判断している。このようにして、ＥＧＲクーラの適正な稼働を確保し、低燃費化および低エミッション化を促進するようにしている。

特開２０１０−１３８７８８号公報

しかしながら、上述した従来の排気循環装置は、低燃費化および低エミッション化が図られるものの、内燃機関の運転状態が、冷間始動時などの内燃機関が低温状態にあるときは、次のような問題が発生する。

すなわち、内燃機関がこのような運転状態にあると、内燃機関の各部が適度な温度に早期に達するよう、いわゆる暖機運転が行われ、水温が所定の温度を超えるまではＥＧＲバルブが全閉状態にされる。
ＥＧＲバルブが全閉状態になっても、排気ガスの圧力脈動によりＥＧＲパイプ内に高温の排気ガスが流入してしまう。ＥＧＲパイプ内に流入した高温の排気ガスは、ＥＧＲパイプ内で冷却され、その温度を下げられるので、ＥＧＲパイプ内で凝縮される。すなわち、排気ガスが、ＥＧＲパイプ内で冷却されると、その排気ガス中の水蒸気は、温度と圧力によって決まる水蒸気の最大量である飽和水蒸気量を超えてしまい凝縮水となってしまう。

従来の排気循環装置においては、このような凝縮水の発生について考慮されていないので、このようにして発生した凝縮水は、ＥＧＲパイプ、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブ内に侵入し、これらの構成要素を腐食させてしまう可能性があるという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、排気ガスを循環させる循環パイプ内の圧力脈動を低減することにより、循環パイプや排気ガスのクーラなどの構成要素内の凝縮水の発生量を低減することができる排気循環装置を提供することを課題とする。

本発明に係る排気循環装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関から排気される排気ガスを前記内燃機関に循環させる排気循環装置において、前記排気ガスを流通させる排気通路と前記内燃機関内に吸入空気を流通させる吸気通路とを接続し前記排気ガスを前記吸気通路内に循環させる循環通路と、前記循環通路内を循環する前記排気ガスを冷却するクーラと、前記クーラより吸気通路側の前記循環通路に設けられ、前記循環を停止する停止状態と前記停止状態を解除する解除状態とを切り替えるバルブと、前記クーラと前記排気通路との間の前記循環通路に設けられ、前記循環通路内の前記排気ガスの圧力脈動を低減する圧力脈動低減部材と、を備え、前記圧力脈動低減部材は、径方向に貫通する貫通孔を有する内側ケースと、前記内側ケースを周方向に取り囲んでラビリンス通路を画成する外側ケースとを含むラビリンスであり、前記内側ケースは、上流側端部が前記循環通路の前記排気通路側に連通して下流側端部に閉塞端を有し、前記外側ケースは、上流側端部に閉塞端を有して下流側端部が前記循環通路の前記クーラ側に連通するよう構成されていることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る排気循環装置は、排気ガスを循環させる循環通路内の圧力脈動が低減され、循環通路やクーラなどの構成要素内の凝縮水の発生量が低減される。したがって、従来の排気循環装置において、生じていた凝縮水による循環パイプやクーラなどの構成要素が腐蝕してしまうという問題が解消される。

循環通路の入口部分に圧力脈動低減部材が設けられているので、この圧力脈動低減部材により上流側の循環通路内で生じている排気ガスの圧力脈動の伝達が低減される。
この圧力脈動低減部材より下流側で圧力脈動が低減されると、循環通路内に流入する排気ガスの質量流量が低減され、凝縮水の発生が抑制される。

特に、内燃機関が暖機運転中の低温状態にあるときは、バルブが閉じていても排気ガスの圧力脈動により循環通路内に排気ガスが流入し易くなっているので、凝縮水が多量に発生し前述の腐蝕の問題が起き易い。しかしながら、本発明に係る排気循環装置においては、圧力脈動低減部材により凝縮水の発生が抑制されるので、腐蝕の問題が解消される。

この圧力脈動低減部材は、極めて簡素化された構造となっており、この構造により圧力脈動が低減されるので、圧力脈動低減部材を何らかの方法で制御する必要がなく、制御装置が不要となる。したがって、加工コストや組立コストなどの製造コストが低減される。

この構成により、本発明に係る排気循環装置は、圧力脈動低減部材がラビリンス構造によって構成されていると、循環通路内で圧力脈動を生じている排気ガスは、ラビリンス構造の比較的細い整流通路内に流入することにより流通が比較的に均一化され、その急激な圧力の変化が緩和されることになる。そして、流通が均一化された後に、ラビリンス構造より下流側の循環通路内で排気ガスが合流することになる。このような圧力変化の緩和により、循環通路内で圧力脈動を起こしていた排気ガスは、その圧力脈動の伝達が抑制され、圧力脈動が低減された状態で下流側の循環通路内に流入することになる。すなわち、ラビリンス構造より下流側では、脈動による排気ガスの質量流量（Ｋｇ／ｓ）が低下し、下流側の循環通路やクーラ内へ流入する排気ガスの量が低減され、凝縮水の発生が抑制されることになる。

上記（１）に記載の排気循環装置において、（２）前記圧力脈動低減部材が、前記排気ガスを流通させる流通通路を有し、前記流通通路の断面積が前記循環通路の断面積と略等しく形成されていることを特徴とする。

この構成により、本発明に係る排気循環装置においては、流通通路の断面積が循環通路の断面積と略等しく形成されているので、整流通路により排気ガスの流通に損失を抑制することができ、内燃機関の負担の増大を抑えることができる。

本発明によれば、排気ガスを循環させる循環パイプ内の圧力脈動を低減することにより、循環パイプや排気ガスのクーラなどの構成要素内の凝縮水の発生量を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジンを示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る排気循環装置の整流器の断面図である。 図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジンの概略構成図および排気循環装置の整流器の断面図であり、排気ガスの流通状態を示す。 従来の排気循環装置のクーラ入口部における排気ガスの脈動状態を時間と圧力との関係で示すグラフである。 従来の排気循環装置のクーラ入口部における排気ガスの脈動状態を時間と質量流量との関係で示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る排気循環装置および従来の排気循環装置の各クーラ入口部における排気ガスの脈動状態をエンジン回転数と圧力振幅との関係で示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るエンジンを示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係る排気循環装置のラビリンスの断面図である。 図９のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジンの概略構成図であり、排気ガスの流通状態を示す。 本発明の第２実施形態に係る排気循環装置のラビリンスの断面図であり、（ａ）および（ｂ）ラビリンス内の排気ガスの流通状態を示す。 本発明の第１実施形態に係る排気循環装置の他の異なる構造を有する整流器の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る排気循環装置の他の異なる構造を有する整流器の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る排気循環装置の他の異なる構造を有する整流器の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る排気循環装置の他の異なる構造を有するラビリンスの断面図である。

以下、本発明の第１実施形態および第２実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、第１実施形態および第２実施形態は、本発明に係る排気循環装置を内燃機関としてのエンジン１０およびエンジン１１０でそれぞれ実施するための形態であり、以下、順に説明する。

（第１実施形態）
まず、構成について説明する。

図１に示すように、エンジン１０は、エンジン本体１１と、吸気装置１２と、排気装置１３と、排気循環装置１４と、排気浄化装置１５と、冷却装置１６と、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１７とを含んで構成されている。

エンジン本体１１は、直列４気筒のガソリンエンジンなどの公知のエンジンで構成されており、シリンダヘッド２１と、図示しないシリンダブロック、ピストン、クランクシャフト、カムシャフトなどの構成要素とを含んで構成されている。なお、エンジン本体１１は、エンジンに制限はなく、直列４気筒のガソリンエンジン以外のエンジンであってもよい。例えば、多気筒のディーゼルエンジンであってもよい。

シリンダヘッド２１には、燃焼室♯１、♯２、♯３，♯４が設けられており、各燃焼室内に露出する点火プラグｐ１、ｐ２、ｐ３，ｐ４が設けられている。このエンジン本体１１においては、各燃焼室で吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程が順に行われ、吸気装置１２から吸入された混合気が各燃焼室で燃焼し、各燃焼室から排気装置１３に排気ガスが排気されるようになっている。このエンジン本体１１は、ピストンの往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換されるいわゆる４ストロークエンジンで構成されている。

吸気装置１２は、吸気パイプ３１と、本発明の吸気パイプの一部を構成するインテークマニホールド３２と、スロットルバルブ３３と、図示しないエアクリーナとを含んで構成されている。
吸気パイプ３１は、吸気通路３１ａを有しており、エアクリーナで浄化された吸気をインテークマニホールド３２内に流通させるようになっている。

インテークマニホールド３２は、吸気パイプ３１と連結された吸気枝管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを有しており、吸気枝管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄは、吸気通路３１ａと連通する吸気通路３２ｅをそれぞれ有している。吸気通路３１ａ内を流通する吸気は、各吸気枝管の吸気通路３２ｅからシリンダブロック内の各吸気ポートを経由して燃焼室♯１、♯２、♯３，♯４の各内部に流入するようになっている。

スロットルバルブ３３は、吸気パイプ３１に設けられており、例えば、電子制御装置１７に制御されるモータで駆動する１弁式電子制御スロットルボデーなどの弁体を備えたバルブにより構成されている。このスロットルバルブ３３の弁体の開度が制御され、吸気通路３１ａ内を流通する吸気の流量が調整されるようになっている。

排気装置１３は、本発明の排気パイプの一部を構成するエキゾーストマニホールド４１と、排気パイプ４２とを含んで構成されている。エキゾーストマニホールド４１は、シリンダブロック内の各排気ポートと連通する排気通路４１ｅが形成された排気枝管４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄを有している。燃焼室♯１、♯２、♯３，♯４からそれぞれ排気された排気ガスは、各排気ポートを通って排気通路４１ｅに流入するようになっている。
排気パイプ４２は、排気通路４２ａを有しており、排気枝管４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの排気通路４１ｅから排気ガスが排気通路４２ａ内に流入するようになっている。

排気循環装置１４は、循環パイプ５１と、クーラ５２と、バルブ５３と、圧力脈動低減部材としての整流器５４とを含んで構成されている。
循環パイプ５１は、排気パイプ４２と整流器５４とを連結する上流側循環パイプ５１ａと、整流器５４とクーラ５２とを連結する中間循環パイプ５１ｂと、バルブ５３とインテークマニホールド３２とを連結する下流側循環パイプ５１ｃを有している。
上流側循環パイプ５１ａ、中間循環パイプ５１ｂおよび下流側循環パイプ５１ｃはそれぞれ循環通路５１ｅを有しており、排気パイプ４２の排気通路４２ａから流入する排気ガスを吸気パイプ３１の吸気通路３１ａ内に流入させるようになっている。
したがって、循環パイプ５１は、排気パイプ４２と本発明の吸気パイプとしてのインテークマニホールド３２とを接続している。そして、循環通路５１ｅはクーラ５２およびバルブ５３の内部にもその一部が形成されており、排気通路４２ａと吸気通路３２ｅとを連通している。この循環パイプ５１は、単一のパイプで形成された単一構造であってもよく、複数のパイプで形成された連結構造であってもよい。

クーラ５２は、ケース部６１と、排気ガス流通部６２と、排気ガス冷却部６３とを含んで構成されている。
ケース部６１は、本体６１ａと、フランジ６１ｂ、６１ｃと、冷却水インレット６１ｄと、冷却水アウトレット６１ｅとを有している。
本体６１ａには、排気ガス流通部６２および排気ガス冷却部６３が収容されている。
フランジ６１ｂは、中間循環パイプ５１ｂに連結され、フランジ６１ｃは、バルブ５３
に連結されている。なお、クーラ部６１とバルブ５３とは、別の中間パイプを介して連結されていてもよい。

排気ガス流通部６２は、中間循環パイプ５１ｂの循環通路５１ｅから流入する排気ガスを流通させる複数の流通パイプ６２ａを有している。この流通パイプ６２ａを囲んで設けられている排気ガス冷却部６３内を流通する冷却水と排気ガスとの間の熱交換により排気ガスが冷却されるようになっている。冷却された排気ガスはバルブ５３内に流入するようになっている。この流通パイプ６２ａは、その内部に排気ガスを流通させる循環通路５１ｅの一部を画成している。
排気ガス冷却部６３には、冷却水インレット６１ｄから流入する冷却水が流通するようになっており、排気ガスを冷却した冷却水は、冷却水アウトレット６１ｅから流出するようになっている。

バルブ５３は、本体７１と、リニアソレノイド７２と、弁体７３とを含んで構成されている。このバルブ５３は、循環パイプ５１の循環通路５１ｅ内の排気ガスの循環を停止する停止状態とこの停止状態を解除する解除状態とを切り替えるようになっている。
本体７１は、バルブシート７１ａと、フランジ７１ｂと、排気ガスを流通させる排気通路７１ｃとを有している。バルブシート７１ａは、排気通路７１ｃの上流側に形成されており、弁体７３が着座するよう円錐台形状に形成されている。この排気通路７１ｃは、排気ガスを循環させる本発明の循環通路の一部を構成している。
フランジ７１ｂは、本体７１の上流側に設けられており、フランジ６１ｃと連結するようになっている。

リニアソレノイド７２は、通電されて電磁力を発生する図示しないコイルを有しており、付勢力を有して設けられた図示しないスプリングとコイルの電磁力との協働により本体７１がその軸方向に往復運動するようになっている。
弁体７３は、バルブシート７１ａに着座する傘７２ａと、一端がこの傘７２ａと一体的に形成され、他端がリニアソレノイド７２に挿通された状態で配設されたシャフト７２ｂとを有している。

図２、図３に示すように、整流器５４は、ケース部８１と、格子部８２と、ケース部８１および格子部８２により画成された整流通路８３とを含むいわゆる整流構造で構成されている。

ケース部８１は、所定の肉厚を有する円筒で形成されており、一端で上流側循環パイプ５１ａに溶接などの接合手段で接合され、他端で中間循環パイプ５１ｂに溶接などの接合手段で接合されている。ケース部８１の内部には、格子部８２が収容されている。

格子部８２は、縦壁８２ａと、この縦壁８２ａに直交する横壁８２ｂとを有しており、この縦壁８２ａおよび横壁８２ｂとにより、断面が方形の複数の整流通路８３が画成されている。また、縦壁８２ａおよび横壁８２ｂとケース部８１の内壁８１ａとにより複数の整流通路８３が画成されている。

この整流通路８３は、上流側循環パイプ５１ａおよび中間循環パイプ５１ｂの循環通路５１ｅと連通しており、上流側循環パイプ５１ａの循環通路５１ｅから流入する排気ガスを整流して中間循環パイプ５１ｂの循環通路５１ｅに流出させるようになっている。
上流側循環パイプ５１ａの循環通路５１ｅの断面積をＳ_１とし、各整流通路８３の断面積を合計した整流通路８３の総断面積をＳ_２とすると、Ｓ_１＝Ｓ_２、になるよう各通路が形成されており、整流通路８３により排気ガスの流通に損失が生じないようになっている。

したがって、この整流器５４によりエンジン本体１１に背圧による影響が起きないよう配慮されている。
排気ガスは、この整流通路８３により整流され、上流側循環パイプ５１ａの循環通路５１ｅ内で生ずる圧力脈動が低減されるようになっている。

なお、この整流器５４のケース部８１を接合手段以外の異なる構造で上流側循環パイプ５１ａおよび中間循環パイプ５１ｂに設けるようにしてもよい。例えば、ケース部８１の両端部にフランジを設けるとともに、上流側循環パイプ５１ａおよび中間循環パイプ５１ｂに、このフランジに対向するフランジをそれぞれ設け、ボルトなどの締結手段により、ケース部８１を上流側循環パイプ５１ａおよび中間循環パイプ５１ｂに設けるようにしてもよい。また、ケース部８１の両端部と上流側循環パイプ５１ａおよび中間循環パイプ５１ｂをそれぞれオーバーラップさせて、バンドなどの固定手段によりケース部８１を上流側循環パイプ５１ａおよび中間循環パイプ５１ｂに設けるようにしてもよい。

排気浄化装置１５は、図１に示すように、ケース部８５と、触媒コンバータ部８６とを含む公知のもので構成されている。ケース部８５は、触媒コンバータ部８６を収容する本体８５ａと、フランジ８５ｂ、８５ｃとを有している。本体８５ａには触媒コンバータ部８６が収容されており、上流側の排気パイプ４２から流入する排気ガスは触媒コンバータ部８６を通って下流側の排気パイプ４２に流出するようになっている。
なお、循環パイプ５１は、排気浄化装置１５の上流側の排気パイプ４２ないし下流側の排気パイプ４２のいずれに連結されていても構わない。

フランジ８５ｂは、上流側に位置する排気パイプ４２と連結され、フランジ８５ｃは、下流側に位置する排気パイプ４２と連結されている。
触媒コンバータ部８６は、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を削減する触媒物質を有している。この触媒物質は、例えば、白金やロジウムなどの化学反応を促進させる物質からなる。

冷却装置１６は、本体９１と、インレット９２と、アウトレット９３とを含んで構成されており、例えば、エンジン本体１１を冷却するラジエータなどの公知の熱交換器からなる。なお、この熱交換器は、エンジン本体１１を経由せず、クーラ５２のみを冷却するものであってもよい。

この冷却装置１６においては、アウトレット９３から排出される冷却水は、エンジン本体１１のウォータジャケットを経由して、冷却水インレット６１ｄからクーラ５２に流入するようになっている。クーラ５２内で熱交換され冷却水アウトレット６１ｅから流出された冷却水は、インレット９２から本体９１に流入し本体８１内で熱交換された後、アウトレット９３から排出され、このルートを循環するようになっている。

電子制御装置１７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、処理プログラムなどを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、電気的に書換え可能なＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、Ａ／Ｄ変換器やバッファなどを含む入力インターフェース回路、バルブ５３やスロットルバルブ３３を開閉制御する駆動回路などを含む出力インターフェース回路クランクとを含んで構成されている。

また、電子制御装置１７は、直接質量流量（Ｋｇ／ｓ）を計測することにより吸入空気量を計測するエアフロメータ１７ａやエンジン本体１１のエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を検出するクランクポジションセンサなどのセンサ類を有している。

次に、本発明の第１実施形態に係るエンジン１０の動作について簡単に説明する。

図４の矢印で示すように、エンジン１０が始動されると、エアクリーナを経由して浄化された吸気は、吸気通路３１ａを通るとともに、噴射される燃料と混合されて混合気となり、吸気通路３２ｅから、燃焼室＃１、＃２、＃３、＃４に、その吸気行程に応じてそれぞれ流入する。

燃焼室＃１、＃２、＃３、＃４のそれぞれの排気行程で排気された排気ガスは、排気通路４１ｅ、４２ａを通って、排気浄化装置１５に流入する。排気浄化装置１５の触媒コンバータ部８６で浄化された排気ガスは、図示しないマフラで消音された後に大気に放出される。

エンジン１０が始動された直後は、エンジン本体１１が低温状態となっており、エンジン本体１１を速やかに昇温させて早期に効率的にエンジンを稼働させるいわゆる暖機運転が行われる。この暖機運転中においては、冷却水の温度が所定の温度を超えるまで、排気循環装置１４のバルブ５３は閉塞状態になり、排気ガスは吸気通路３２ｅに流入することが停止されている。
この場合、バルブ５３は閉塞状態になっているので、排気ガスは、一見、排気循環装置１４の循環パイプ５１内には、流入しないようにも思われる。しかしながら、従来の排気循環装置の場合、以下のように排気ガスは循環パイプ内に流入してしまう。この点、後述するように、第１実施形態の排気循環装置１４には、整流器５４が設けられているので、従来の排気循環装置の循環パイプ内で生じていた、比較的高い排気ガスの圧力脈動は、この整流器５４により、上流側循環パイプ５１ａ内で低減されることになる。その結果、循環パイプ内に流入する排気ガスの質量流量が低減されることになる。

すなわち、エンジン本体の各燃焼室から排気され、排気通路を流通する排気ガスの圧力は変化している。この排気ガスの圧力は、エンジンによってもその値が異なるが、例えば、図５に示すように、従来の排気循環装置の場合、圧力脈動低減部材を備えていないので、従来の循環パイプ内では、比較的に高い−１０ｋＰａないし３５ｋＰａの範囲で圧力脈動を起こしている。

この圧力脈動により、従来の排気循環装置の場合、バルブは閉塞状態であっても、排気通路を流通する排気ガスの一部が高まった圧力により、循環パイプ内に流入し、図６に示すように、クーラの入口部分で０．０３Ｋｇ／ｓないし０．０４Ｋｇ／ｓ程度の質量流量の排気ガスの流通が生じ、クーラ内を流通してバルブまで到達することになってしまっていた。
このように、従来の排気循環装置の場合、エンジン本体が低温状態のとき、高温の排気ガスが循環パイプ内やクーラ内に流入すると、循環パイプ内でその温度を下げられ循環パイプ内やクーラ内で凝縮される。

すなわち、循環パイプ内の排気ガス中の水蒸気は、温度（℃）と圧力（ｋＰａ）によって決まる水蒸気の最大量である飽和水蒸気量を超えて凝縮水となる。
この凝縮水中には、排気ガス由来の窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）のような腐食性を有する物質が含まれており、この物質により循環パイプやクーラが腐食されてしまうおそれがある。したがって、従来の排気循環装置の場合、このような凝縮水の発生を抑制することが必要となる。

第１実施形態の排気循環装置１４には、整流器５４が設けられているので、前述した従来の排気循環装置の循環パイプ内で生じていた、比較的高い排気ガスの圧力脈動が、この整流器５４により、上流側循環パイプ５１ａ内で低減されることになる。
圧力脈動が低減されると、循環パイプ５１内に流入する排気ガスの質量流量が低減され、凝縮水の発生が抑制される。

具体的には、上流側循環パイプ５１ａ内で圧力脈動を生じている排気ガスは、整流器５４の比較的細い複数の整流通路８３内に分流することにより流通が比較的に均一化され、その急激な圧力の変化が緩和されることになる。そして、流通が均一化された後に、中間循環パイプ５１ｂ内で排気ガスが合流することになる。このような圧力変化の緩和により、上流側循環パイプ５１ａ内で圧力脈動を起こしていた排気ガスは、その圧力脈動の伝達が抑制され、圧力脈動が低減された状態で中間循環パイプ５１ｂ内に流入することになる。すなわち、整流器５４より下流側では、排気ガスの質量流量（Ｋｇ／ｓ）が低下し、中間循環パイプ５１ｂやクーラ５２内へ流入する排気ガスの量が低減され、凝縮水の発生が抑制されることになる。

エンジン１０の暖機運転が終了し、効率的な運転状態になると電子制御装置１７の指令によりバルブ５３が開状態となり、排気通路４２ａ内の一部の排気ガスが、循環パイプ５１内に流入し、クーラ５２内を流通し熱交換によりその温度が低下しバルブ５３を通って吸気通路３２ｅ内に流入する。このクーラ５２は、エンジン１０の暖機運転が終了すると、冷却装置１６のラジエータを経由して適温となった冷却水が冷却水インレット６１ｄから流入し冷却水アウトレット６１ｅから流出し、内部で熱交換が行われ、排気ガスが冷却される。

このエンジン１０においては、混合気内に排気ガスが流入することにより、ポンピングロスの低減および耐ノック性の向上により、燃料消費率が低減されるとともに、排気ガスの混合気内への流入により燃焼温度が低下し窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が抑制され低エミッション化が図られる。

バルブ５３が開状態となっているときは、エンジン１０は適温となり、排気ガスが循環パイプ５１内に流入しても、凝縮水の発生は著しく減少するとともに、循環パイプ５１内やクーラ５２内を流通しているので、凝縮水によって循環パイプ５１内やクーラ５２内が腐蝕することが解消される。

第１実施形態に係る排気循環装置１４は、上記のように構成されているので、以下の効果が得られる。

すなわち、第１実施形態に係る排気循環装置１４は、エンジン本体１１の排気ガスを流通させる排気パイプ４２の排気通路４２ａとエンジン本体１１内に吸入空気を流通させる吸気パイプとしてのインテークマニホールド３２の吸気通路３２ｅとを接続し排気ガスをインテークマニホールド３２内に循環させる循環通路５１ｅを形成する循環パイプ５１を備えている。排気循環装置１４は、さらに、循環通路５１ｅ内を循環する排気ガスを冷却するクーラ５２と、クーラ５２と下流側循環パイプ５１ｃとの間に設けられ、循環を停止する停止状態と停止状態を解除する解除状態とを切り替えるバルブ５３を備えており、上流側循環パイプ５１ａに、排気ガスの圧力脈動を低減するよう設けられた整流器５４を有する構成となっている。

その結果、第１実施形態に係る排気循環装置１４は、排気ガスを循環させる循環通路５１ｅ内の圧力脈動が低減され、循環通路５１ｅやクーラ５２などの構成要素内の凝縮水の発生量が低減されるという効果が得られる。したがって、従来の排気循環装置において、生じていた凝縮水による循環パイプやクーラなどの構成要素が腐蝕してしまうという問題が、第１実施形態に係る排気循環装置１４において解消されるという効果が得られる。

第１実施形態の排気循環装置１４においては、循環通路５１ｅの入口部分に整流器５４が設けられているので、この整流器５４により上流側循環パイプ５１ａの循環通路５１ｅ内で生じている排気ガスの圧力脈動の伝達が低減されるという効果が得られる。

図７に示すように、従来の排気循環装置においては、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が２０００ｒｐｍないし３６００ｒｐｍの比較的低回転で、クーラの入口部分の排気ガスの圧力振幅（ｋＰａ）が、１４ｋＰａないし２２ｋＰａの比較的高い圧力で大きな幅を有していた。しかしながら、第１実施形態の排気循環装置１４においては、同様の圧力振幅が、１０ｋＰａないし１３ｋＰａの比較的低い圧力で小さな幅になっており、圧力脈動が低減されていることが確認された。入口部分の排気ガスの圧力振幅は、その入口部分に設けた圧力センサにより検出することができ、エンジン回転数Ｎｅはクランクポジションセンサで検出することができる。

整流器５４より下流側で圧力脈動が低減されると、循環パイプ５１の循環通路５１ｅ内に流入する排気ガスの質量流量が低減され、凝縮水の発生が抑制されるという効果が得られる。
この凝縮水は、クーラの入口部分に設けたガラス窓を通して循環パイプ５１の循環通路５１ｅ内に生じている凝縮水の発生状況を目視で確認することができ、第１実施形態の排気循環装置１４においては、従来の排気循環装置と比較して凝縮水が少なくなっていることが確認された。

特に、エンジン１０が暖機運転中の低温状態にあるときは、バルブ５３が閉じていても排気ガスの圧力脈動により循環パイプ５１の循環通路５１ｅ内に排気ガスが流入し易くなっているので、凝縮水が多量に発生し前述の腐蝕の問題が起き易い。しかしながら、第１実施形態の排気循環装置１４においては、整流器５４により凝縮水の発生が抑制されるので、腐蝕の問題が解消されるという効果が得られる。

また、上流側循環パイプ５１ａの循環通路５１ｅの断面積をＳ_１と、各整流通路８３の断面積を合計した整流通路８３の総断面積Ｓ_２が、Ｓ_１＝Ｓ_２、になるよう各通路が形成されているので、整流通路８３により排気ガスの流通に損失が増大しにくいという効果が得られる。

この整流器５４は、ケース部８１と格子部８２とにより構成されており、極めて簡素化された構造となっている。また、この構造により圧力脈動が低減されるので、整流器５４を何らかの方法で制御する必要がなく、制御装置が不要となるという効果が得られる。
その結果、加工コストや組立コストなどの製造コストが低減されるという効果が得られる。

（第２実施形態）
なお、第２実施形態に係る排気循環装置１１４においては、第１実施形態に係る排気循環装置１４に形成された整流器５４が異なっているが、他の構成要素は第１実施形態に係る排気循環装置１４と同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１に示した第１実施形態に係る排気循環装置１４と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
図８に示すように、エンジン１１０は、エンジン本体１１と、吸気装置１２と、排気装置１３と、排気循環装置１１４と、排気浄化装置１５と、冷却装置１６と、電子制御装置１７とを含んで構成されている。

排気循環装置１１４は、循環パイプ１５１と、クーラ５２と、バルブ５３と、圧力脈動低減部材としてのラビリンス１５４とを含んで構成されている。
循環パイプ１５１は、第１実施形態と同様に、排気パイプ４２とラビリンス１５４とを連結する上流側循環パイプ１５１ａと、ラビリンス１５４とクーラ５２とを連結する中間循環パイプ１５１ｂと、バルブ５３と吸気パイプ３１とを連結する下流側循環パイプ１５１ｃを有している。

上流側循環パイプ１５１ａ、中間循環パイプ１５１ｂおよび下流側循環パイプ１５１ｃはそれぞれ循環通路１５１ｅを有しており、排気パイプ４２の排気通路４２ａから流入する排気ガスを吸気パイプ３１の吸気通路３１ａ内に流入させるようになっている。

図９、図１０に示すように、ラビリンス１５４は、内側ケース部１８１と、外側ケース部１８２および内側ケース部１８１と外側ケース部１８２とにより画成されたラビリンス通路１８３とを含むいわゆるラビリンス構造で構成されている。
内側ケース部１８１は、所定の肉厚を有する円筒形状で、上流側循環パイプ１５１ａの下流端部分に上流側循環パイプ１５１ａと一体的に形成されている。

この内側ケース部１８１は、下流に閉止端１８１ａを有しており、これにより上流側循環パイプ１５１ａの循環通路１５１ｅが閉塞されている。
また、内側ケース部１８１は、その径方向の周囲を貫通する１２個の貫通孔で形成されたラビリンス通路１８３を構成するラビリンス通路１８１ｂを有している。

外側ケース部１８２は、所定の肉厚を有し内側ケース部１８１よりも大きい径を有する円筒形状で、中間循環パイプ１５１ｂの上流端部分に中間循環パイプ１５１ｂと一体的に形成されている。この外側ケース部１８２は、上流に閉止端１８２ａを有しており、これにより中間循環パイプ１５１ｂの循環通路１５１ｅが上流側で閉塞されている。
この外側ケース部１８２の内壁と内側ケース部１８１の外壁との間の環状の隙間によりラビリンス通路１８３を構成するラビリンス通路１８２ｂが画成されている。

このラビリンス通路１８１ｂおよびラビリンス通路１８２ｂで構成されるラビリンス通路１８３により、上流側循環パイプ１５１ａから中間循環パイプ１５１ｂへの排気ガスの流通が抑制されるようになっている。

上流側循環パイプ１５１ａの循環通路１５１ｅの断面積をＳ_３とし、内側ケース部１８１の１２個の貫通孔で形成されたラビリンス通路１８１ｂの総断面積をＳ_４とし、環状の隙間からなるラビリンス通路１８２ｂの断面積をＳ_５とすると、Ｓ_３＝Ｓ_４＝Ｓ_５、になるよう各通路が形成されており、ラビリンス通路１８１ｂおよびラビリンス通路１８２ｂにより排気ガスの流通に損失が生じないようになっている。

したがって、このラビリンス１５４によりエンジン本体１１に背圧による影響が起きないよう配慮されている。
排気ガスは、このラビリンス１５４により整流され、上流側循環パイプ１５１ａの循環通路１５１ｅ内で生ずる圧力脈動が低減されるようになっている。

次に、本発明の第２実施形態に係るエンジン１１０の動作について簡単に説明する。

図１１の矢印で示すように、エンジン１１０が始動されると、第１実施形態と同様に、エアクリーナを経由して浄化された吸気は、吸気通路３１ａを通るとともに、噴射される燃料と混合されて混合気となり、吸気通路３２ｅから、燃焼室＃１、＃２、＃３、＃４に、その吸気行程に応じてそれぞれ流入する。

第１実施形態と同様に、燃焼室＃１、＃２、＃３、＃４のそれぞれの排気行程で排気された排気ガスは、排気通路４１ｅ、４２ａを通って、排気浄化装置１５に流入する。排気浄化装置１５の触媒コンバータ部８６で浄化された排気ガスは、図示しないマフラで消音された後に大気に放出される。

エンジン１１０が始動された直後は、第１実施形態と同様に、エンジン本体１１の暖機運転が行われ、排気循環装置１１４のバルブ５３は閉塞状態になり、排気ガスは吸気通路３２ｅに流入することが停止されている。しかしながら、第１実施形態と同様に、排気ガスの圧力脈動により、排気通路４２ａを流通する排気ガスの一部が、循環パイプ１５１内に流入してしまう。排気ガスから凝縮水が発生する。

この第２実施形態の排気循環装置１１４には、ラビリンス１５４が設けられているので、図１２（ａ）、（ｂ）の矢印で示すように、排気ガスはラビリンス通路１８１ｂおよびラビリンス通路１８２ｂで構成されるラビリンス通路１８３を通って流通する。このラビリンス１５４のラビリンス通路１８３を流通することにより、上流側循環パイプ１５１ａの循環通路１５１ｅ内で生ずる排気ガスの圧力脈動が低減される。
圧力脈動が低減されると、第１実施形態と同様に、循環パイプ１５１内に流入する排気ガスの質量流量が低減され、凝縮水の発生が抑制される。

エンジン１１０の暖機運転が終了し、効率的な運転状態になると電子制御装置１７の指令によりバルブ５３が開状態となり、排気通路４２ａ内の一部の排気ガスが、循環パイプ１５１内に流入し、クーラ５２内を流通し熱交換によりその温度が低下しバルブ５３を通って吸気通路３２ｅ内に流入する。このクーラ５２は、エンジン１１０の暖機運転が終了すると、冷却装置１６のラジエータを経由して適温となった冷却水が冷却水インレット６１ｄから流入し冷却水アウトレット６１ｅから流出し、内部で熱交換が行われ、排気ガスが冷却される。

このエンジン１１０においては、第１実施形態と同様に、混合気内に排気ガスが流入することにより、ポンピングロスの低減および耐ノック性の向上により、燃料消費率が低減されるとともに、排気ガスの混合気内への流入により燃焼温度が低下し窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生が抑制され低エミッション化が図られる。

バルブ５３が開状態となっているときは、エンジン１１０は適温となり、排気ガスが循環パイプ１５１内に流入しても、凝縮水の発生は著しく減少するとともに、循環パイプ１５１内やクーラ５２内を流通しているので、凝縮水によって循環パイプ１５１内やクーラ５２内が腐蝕することが解消される。

第２実施形態に係る排気循環装置１１４は、上記のように構成されているので、以下の効果が得られる。

すなわち、第２実施形態に係る排気循環装置１１４は、エンジン本体１１の排気ガスを流通させる排気パイプ４２の排気通路４２ａとエンジン本体１１内に吸入空気を流通させる吸気パイプとしてのインテークマニホールド３２の吸気通路３２ｅとを接続し排気ガスをインテークマニホールド３２内に循環させる循環通路１５１ｅを形成する循環パイプ１５１を備えている。排気循環装置１１４は、さらに、循環通路１５１ｅ内を循環する排気ガスを冷却するクーラ５２と、クーラ５２と下流側循環パイプ１５１ｃとの間に設けられ、バルブ５３を備えており、上流側循環パイプ１５１ａに、循環パイプ１５１内の排気ガスの圧力脈動を低減するよう設けられたラビリンス１５４を有する構成となっている。

その結果、第２実施形態に係る排気循環装置１１４は、排気ガスを循環させる循環通路１５１ｅ内の圧力脈動が低減され、循環パイプ１５１やクーラ５２などの構成要素内の凝縮水の発生量が低減されるという効果が得られる。したがって、従来の排気循環装置において、生じていた凝縮水による循環パイプやクーラなどの構成要素が腐蝕してしまうという問題が、第２実施形態に係る排気循環装置１１４においても解消されるという効果が得られる。

第２実施形態の排気循環装置１１４においては、循環パイプ１５１の入口部分にラビリンス１５４が設けられているので、第１実施形態と同様に、このラビリンス１５４により上流側循環パイプ１５１ａ内で生じている排気ガスの圧力脈動の伝達が低減されるという効果が得られる。

ラビリンス１５４より下流側で圧力脈動が低減されると、循環パイプ１５１内に流入する排気ガスの質量流量が低減され、凝縮水の発生が抑制されるという効果が得られる。
この凝縮水は、第１実施形態と同様に、クーラの入口部分に設けたガラス窓を通して循環パイプ１５１内に生じている凝縮水の発生状況を目視で確認することができ、第１実施形態の排気循環装置１１４においても、従来の排気循環装置と比較して凝縮水が少なくなっていることが確認された。

特に、エンジン１１０が暖機運転中の低温状態にあるときは、バルブ５３が閉じていても排気ガスの圧力脈動により循環パイプ１５１内に排気ガスが流入し易くなっているので、凝縮水が多量に発生し前述の腐蝕の問題が起き易い。しかしながら、第２実施形態の排気循環装置１４においても、ラビリンス１５４により凝縮水の発生が抑制されるので、腐蝕の問題が解消されるという効果が得られる。

このラビリンス１５４は、内側ケース部１８１と外側ケース部１８２とにより構成されており、極めて簡素化された構造となっている。また、この構造により圧力脈動が低減されるので、ラビリンス１５４を何らかの方法で制御する必要がなく、制御装置が不要となるという効果が得られる。
その結果、加工コストや組立コストなどの製造コストが低減されるという効果が得られる。

第１実施形態では、圧力脈動低減部材として整流器５４で実施し、第２実施形態では、圧力脈動低減部材としてラビリンス１５４で実施した場合について説明した。
しかしながら、本発明の圧力脈動低減部材は、整流器５４およびラビリンス１５４以外の他の構造で構成するようにしてもよい。

例えば、循環パイプの排気パイプとクーラとの間に、循環パイプ内を流通する排気ガスの循環通路の断面積を部分的に小さく形成した、いわゆる絞り構造で構成するようにしてもよい。この場合においても第１実施形態および第２実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、簡単な構造で、循環パイプ内の排気ガスの圧力脈動が低減され、循環パイプやクーラなどの構成要素内の凝縮水の発生量が低減されるという効果が得られる。したがって、従来の排気循環装置において、生じていた凝縮水による循環パイプやクーラなどの構成要素が腐蝕してしまうという問題が解消されるという効果が得られる。

第１実施形態では、圧力脈動低減部材として断面が方形の整流通路８３を有する整流器５４で実施した場合について説明した。
しかしながら、本発明の圧力脈動低減部材は、整流器５４以外の他の整流構造で構成するようにしてもよい。

例えば、図１３に示すように、整流器５４と同様の構造で、断面が六角形の整流通路８３Ａを有する整流器５４Ａで構成するようにしてもよい。
また、図１４に示すように、整流器５４と同様の構造で、断面が波形の板を丸めて形成される整流通路８３Ｂを有する整流器５４Ｂで構成するようにしてもよい。
また、図１５に示すように、整流器５４と同様の構造で、断面が三角形の整流通路８３Ｃを有する整流器５４Ｃで構成するようにしてもよい。
これらの整流器５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃにおいても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、第２実施形態では、圧力脈動低減部材として、内側ケース部１８１が、１２個の貫通孔で形成されたラビリンス通路１８３を有するラビリンス１５４で実施した場合について説明した。
しかしながら、本発明の圧力脈動低減部材は、ラビリンス１５４以外の他のラビリンス構造で構成するようにしてもよい。
例えば、図１６に示すように、ラビリンス１５４と同様の構造で、６４個の貫通孔で形成されたラビリンス通路１８３Ａを有するラビリンス１５４Ａで構成するようにしてもよい。

以上のように、本発明に係る排気循環装置は、排気ガスを循環させる循環パイプ内の圧力脈動を低減することにより、循環パイプや排気ガスのクーラなどの構成要素内の凝縮水の発生量を低減することができるという効果を奏するものであり、排気循環装置に有用である。

１０、１１０ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体（内燃機関）
１２ 吸気装置
１３ 排気装置
１４、１１４ 排気循環装置
１５ 排気浄化装置
１６ 冷却装置
１７ 電子制御装置（ＥＣＵ）
３１ 吸気パイプ
３１ａ、３２ｅ 吸気通路
３２ インテークマニホールド（吸気パイプ）
４１ エキゾーストマニホールド
４１ｅ、４２ａ 排気通路
４２ 排気パイプ
５１、１５１ 循環パイプ
５１ａ、１５１ａ 上流側循環パイプ（循環パイプ）
５１ｂ、１５１ｂ 中間循環パイプ（循環パイプ）
５１ｃ、１５１ｃ 下流側循環パイプ（循環パイプ）
５１ｅ、１５１ｅ 循環通路
５２ クーラ
５３ バルブ
５４、５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ 整流器（圧力脈動低減部材、整流構造）
８３ 整流通路（流通通路）
１５４、１５４Ａ ラビリンス（圧力脈動低減部材、ラビリンス構造）
１８１ｂ、１８２ｂ、１８３ ラビリンス通路（流通通路）
Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５ 断面積

Claims (2)

1. 内燃機関から排気される排気ガスを前記内燃機関に循環させる排気循環装置において、
   前記排気ガスを流通させる排気通路と前記内燃機関内に吸入空気を流通させる吸気通路とを接続し前記排気ガスを前記吸気通路内に循環させる循環通路と、
   前記循環通路内を循環する前記排気ガスを冷却するクーラと、
   前記クーラより吸気通路側の前記循環通路に設けられ、前記循環を停止する停止状態と前記停止状態を解除する解除状態とを切り替えるバルブと、
   前記クーラと前記排気通路との間の前記循環通路に設けられ、前記循環通路内の前記排気ガスの圧力脈動を低減する圧力脈動低減部材と、を備え、
   前記圧力脈動低減部材は、径方向に貫通する貫通孔を有する内側ケースと、前記内側ケースを周方向に取り囲んでラビリンス通路を画成する外側ケースとを含むラビリンスであり、
   前記内側ケースは、上流側端部が前記循環通路の前記排気通路側に連通して下流側端部に閉塞端を有し、前記外側ケースは、上流側端部に閉塞端を有して下流側端部が前記循環通路の前記クーラ側に連通するよう構成されていることを特徴とする排気循環装置。
2. 前記循環通路の断面積と、前記貫通孔の総断面積と、前記ラビリンス通路の断面積とが略等しく形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気循環装置。

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