JP6015378B2 - エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして再び気筒に戻すことが可能なエンジンの排気還流装置に関する。

エンジンの排気還流装置として、例えば下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１に開示された排気還流装置は、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲ通路の途中部に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラとして、メインガスクーラおよびサブガスクーラからなる２つのＥＧＲクーラが設けられている。メインガスクーラおよびサブガスクーラには、２系統の冷却水通路を通じてそれぞれ個別に冷却水が供給されるようになっている。また、メインガスクーラおよびサブガスクーラの双方よりも下流側に位置するＥＧＲ通路上には、ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲバルブが設けられている。

このような特許文献１の排気還流装置によれば、高負荷運転時のように排気ガスがかなり高温になる条件でも、メインガスクーラおよびサブガスクーラを用いてＥＧＲガスを確実に冷却できるという利点がある。

特開２０１１−１９０７４２号公報

ところで、ＥＧＲガスは、エンジンから排出される排気ガスであるので、水分と煤とを含んでいる。このＥＧＲガス中の水分は、ＥＧＲガスがある程度低い温度まで低下したときに凝縮して、液体の水（凝縮水）へと変化する。この凝縮水が煤と混じり合うと、グリース状の炭素物質が形成されて排気還流装置の各部に付着することがある。特に、ＥＧＲバルブの可動部にこのようなグリース状の炭素物質が付着すると、それがエンジンの冷間時に固まってＥＧＲバルブの動作不良等を引き起こすおそれがある。

上記特許文献１の排気還流装置は、メインガスクーラおよびサブガスクーラという２つのＥＧＲクーラと、両ＥＧＲクーラの下流側に設けられたＥＧＲバルブとを備えているので、凝縮水が発生する温度以下に冷却されたＥＧＲガスがＥＧＲバルブに流入する可能性が高く、上記のような事態が発生し易いという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲガスを充分に冷却する能力を確保しつつＥＧＲバルブの動作不良の発生を確実に防止することが可能なエンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして再び気筒に戻すことが可能なエンジンの排気還流装置であって、エンジンの排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の途中部に設けられ、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却する第１冷却部と、第１冷却部よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側に設けられた第２冷却部と、第１冷却部と第２冷却部との間に設けられ、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブと、第１冷却部および第２冷却部の冷却能力を調整可能な制御手段とを備え、ＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮する温度を特定温度としたとき、上記制御手段は、上記第１冷却部を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも高くなり、かつ上記第２冷却部を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも低くなるように、上記第１冷却部および第２冷却部の冷却能力を調整し、上記第１冷却部には、ＥＧＲガスが流通可能な複数のチューブが内蔵されており、上記第２冷却部内を流通するＥＧＲガスの流通面積は、上記チューブ内の流通面積よりも大きく設定されている、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却する手段として、第１冷却部と第２冷却部という２つの冷却手段を設けたので、ＥＧＲガスを充分に冷却した後で気筒に導入することができる。このため、例えばエンジンの高負荷域でＥＧＲを実行したとしても、気筒内の温度上昇を効果的に抑制することができ、異常燃焼を伴わない適正な燃焼を実現することができる。

しかも、ＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブが第１冷却部と第２冷却部との間に設けられるとともに、第１冷却部を通過した後のＥＧＲガスの温度が凝縮水の発生温度である特定温度よりも高く設定されるので、凝縮水を随伴したＥＧＲガスがＥＧＲバルブに流入することがなく、凝縮水と煤とが混合した炭素物質がＥＧＲバブルの可動部等に付着することに起因したＥＧＲバルブの動作不良を確実に防止することができる。一方、ＥＧＲバルブを通過した後のＥＧＲガスは、さらに第２冷却部を通過することで上記特定温度より低い温度まで冷却されるので、充分に温度の低いＥＧＲガスが気筒に導入されることになり、上述した異常燃焼の発生を確実に回避することができる。
また、第１冷却部に内蔵された複数のチューブをＥＧＲガスが通過している時点では、ＥＧＲガスの温度が上記特定温度（凝縮水の発生温度）よりも高く、凝縮水は発生していないので、チューブの内面に凝縮水と煤とが混合した炭素物質が付着してチューブが目詰まりを起こすような事態を確実に防止することができる。

本発明において、好ましくは、排気還流装置は、上記第１冷却部および第２冷却部に冷却水を供給する冷却回路をさらに備え、上記冷却回路は、冷却水が循環する循環水路と、循環水路を通じて上記第１冷却部および第２冷却部に冷却水を送り出す電気式のウォーターポンプとを有し、上記制御手段は、上記ウォーターポンプを制御して冷却水の流量を調整することにより、上記第１冷却部および第２冷却部の冷却能力を調整する（請求項２）。

この構成によれば、第１、第２冷却部に冷却水を送り出すウォーターポンプを制御するだけの簡単かつ確実な方法で、各冷却部の冷却能力を調整することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記エンジンは、複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、上記吸気通路は、共通吸気管と、共通吸気管の下流端部から各気筒に向けて分岐しつつ延びる複数の独立吸気管とを有し、上記ＥＧＲ通路は、エンジンの排気通路から延びる共通ＥＧＲ管と、共通ＥＧＲ管の下流端部から分岐して上記各独立吸気管に接続される複数の独立ＥＧＲ管とを有し、上記ＥＧＲバルブは、上記共通ＥＧＲ管の下流端部に設けられている（請求項３）。

この構成によれば、ＥＧＲ通路における充分に下流側に位置する部位（エンジンの各気筒に近い位置）にＥＧＲバルブが設けられるので、各気筒に導入されるＥＧＲガスの量を、ＥＧＲバルブの開度制御に伴い優れた応答性で調整することができる。

上記構成において、より好ましくは、上記第１冷却部は、上記複数のチューブ内を流通するＥＧＲガスを冷却水との熱交換により冷却する熱交換器であり、上記第２冷却部は、上記各独立ＥＧＲ管の外周面に冷却水が流通するジャケット部を備えた水ジャケット式のものである（請求項４）。

この構成によれば、共通ＥＧＲ管を流通するＥＧＲガスを熱交換器からなる第１冷却部によって効率よく冷却できるとともに、各気筒に対応して分岐した複数の独立ＥＧＲ管を流通するＥＧＲガスを水ジャケット式の第２冷却部によってそれぞれ適正に冷却することができる。

本発明において、好ましくは、上記循環水路のうち、上記第１冷却部に向かう流路と上記第２冷却部に向かう流路とに分岐する部分に、分配調整弁が設けられ、上記制御手段は、必要に応じて上記分配調整弁を駆動することにより、上記第１冷却部および第２冷却部に流入する冷却水の割合を変更する（請求項５）。

このように、第１冷却部および第２冷却部への冷却水の分配割合を分配調整弁によって変更可能に構成した場合には、第１冷却部および第２冷却部それぞれの冷却能力を個別に調整できるので、ＥＧＲガスの温度をより精緻にコントロールすることが可能になる。

以上説明したように、本発明のエンジンの排気還流装置によれば、ＥＧＲガスを充分に冷却する能力を確保しつつ、ＥＧＲバルブの動作不良の発生を確実に防止することができる。

本発明の一実施形態にかかる排気還流装置付きエンジンの全体構成を示す図である ＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とがエンジンの運転領域に応じて使い分けられることを説明するための図である。 エンジンの制御系を示すブロック図である。 ＥＧＲガスを冷却する冷却水の流量がＳＩ燃焼の実行領域においてどのように制御されるのかを説明するための図である。 本発明の変形例を説明するための図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる排気還流装置付きエンジンの全体構成を示す図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルの火花点火式ガソリンエンジンである。具体的に、当実施形態のエンジンは、列状に並ぶ４つの気筒２を有する直列４気筒型のエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路１０と、エンジン本体１で生成された排気ガスを排出するための排気通路２０と、エンジン本体１を冷却するための冷却水を供給するエンジン用冷却回路２５と、エンジン本体１から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして再びエンジン本体１に戻す操作であるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行うための排気還流装置３０とを備えている。

詳しい図示を省略するが、エンジン本体１の各気筒２には、それぞれピストンが往復摺動可能に挿入されており、各ピストンはコネクティングロッド等を介して出力軸であるクランク軸と連結されている。

エンジン本体１には、各気筒２の燃焼室（ピストンの上方に形成された燃焼用の空間）に向けて燃料を噴射するインジェクタ５と、インジェクタ５から噴射された燃料と空気との混合気に火花放電による着火エネルギーを供給する点火プラグ６とが、各気筒２につき１組ずつ設けられている。なお、当実施形態のエンジンはガソリンエンジンであるから、インジェクタ５から噴射される燃料としては、ガソリンを主成分とする燃料が用いられる。

また、エンジン本体１には、そのクランク軸（出力軸）の回転速度をエンジン回転速度として検出するエンジン速度センサＳＮ１が設けられている。

ここで、当実施形態のエンジンは、ＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼という２種類の燃焼形式を運転状態に応じて切換え可能である。具体的には、図２に示すように、部分負荷域に設定された第１領域Ｒ１において、圧縮上死点よりも前に予め噴射された燃料と空気との混合気をピストンの圧縮作用により高温・高圧化させて自着火させる燃焼、つまりＨＣＣＩ燃焼（Homogeneous-Charge Compression Ignition Combustion）が実行される。一方、第１領域Ｒ１よりも高負荷側の第２領域Ｒ２では、点火プラグ６の火花放電による強制着火をきっかけに混合気を火炎伝播により燃焼させる燃焼、つまりＳＩ燃焼（Spark Ignition Combustion）が実行される。

なお、第１領域Ｒ１でのＨＣＣＩ燃焼を可能にするため、エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまりピストンが上死点にあるときの燃焼室容積とピストンが下死点にあるときの燃焼室容積との比は、ガソリンエンジンとしてはかなり高めの値である１５以上に設定されている。

吸気通路１０は、１本の共通吸気管１１と、共通吸気管１１の下流端部（吸入空気の流れ方向下流側の端部）に設けられた比較的大容積のサージタンク１２と、サージタンク１２からエンジン本体１の各気筒２に向けて分岐しつつ延びる４本の独立吸気管１３とを有している。共通吸気管１１には、その内部を流通する吸入空気の流量を調整するための開閉可能なスロットル弁１５と、吸入空気の流量を検出するためのエアフローセンサＳＮ２とが設けられている。

排気通路２０は、エンジン本体１の各気筒２から排出される排気ガスが個別に流通する４本の独立排気管２１と、各独立排気管２１が下流側（排気ガスの流れ方向下流側）で集合した部分から延びる１本の共通排気管２２とを有している。なお、図示を省略するが、共通排気管２２には、排気ガスに含まれる有害成分を浄化するための三元触媒等の触媒が設けられている。

エンジン用冷却回路２５は、冷却水の熱を外気に放出させるためのメインラジエータ２６と、エンジン本体１とメインラジエータ２６との間で冷却水が循環する循環水路２７とを有している。循環水路２７を通じて供給される冷却水は、エンジン本体１の内部に形成されたウォータージャケット等を流通した後、循環水路２７を通じてメインラジエータ２６に流入して冷却され、再びエンジン本体１へと戻される。このような冷却水の循環を行わせるため、エンジン本体１には、機械式または電気式のウォーターポンプ（図示省略）が設けられている。

排気還流装置３０は、排気通路２０と吸気通路１０とを連結するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガスの流量を調整するための開閉可能なＥＧＲバルブ３５と、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガスを冷却する第１冷却部３７および第２冷却部３８と、第１、第２冷却部３７，３８に冷却水を供給するＥＧＲ用冷却回路４０（本発明にかかる冷却回路に相当）とを有している。

ＥＧＲ通路３１は、排気通路２０の共通排気管２２から延びる１本の共通ＥＧＲ管３２と、共通ＥＧＲ管３２の下流端部（ＥＧＲガスの流れ方向下流側の端部）から分岐して各独立吸気管１３に接続される４本の独立ＥＧＲ管３３とを有している。なお、当実施形態では、共通ＥＧＲ管３２が、その途中でエンジン本体１の内部を通過するようにレイアウトされている。すなわち、共通ＥＧＲ管３２は、共通排気管２２からエンジン本体１側に延びる排気側部分３２ａと、エンジン本体１から吸気側へと延びる吸気側部分３２ｃと、エンジン本体１の内部において排気側部分３２ａと吸気側部分３２ｃとをつなぐ中間部３２ｂとを有している。

第１冷却部３７は、共通ＥＧＲ管３２の吸気側部分３２ｃに設けられている。この第１冷却部３７は、ＥＧＲ用冷却回路４０から供給される冷却水との間で熱交換を行う熱交換器から構成されている。すなわち、第１冷却部３７は、ＥＧＲガスが流通可能な多数のチューブ３７ａと、この多数のチューブ３７ａを収容するハウジング３７ｂとを有している。そして、ＥＧＲ用冷却回路４０から供給される冷却水がハウジング３７ｂ内に供給されることで、その内部に収容された多数のチューブ３７ａと冷却水との間で熱交換が行われ、その熱交換によって上記チューブ３７ａ内のＥＧＲガスが冷却されるようになっている。

第２冷却部３８は、各気筒２に対応して設けられた４本の独立ＥＧＲ管３３を水冷により冷却する水ジャケット式のものである。すなわち、第２冷却部３８は、各独立ＥＧＲ管３３の外周面に冷却水が流通するジャケット部３８ａ（例えば二重管などの隙間構造）を有している。そして、ＥＧＲ用冷却回路４０から供給される冷却水がこのジャケット部３８ａに供給されることで、各独立ＥＧＲ管３３の外周面が冷却されて、その内部を流通するＥＧＲガスが冷却されるようになっている。

ＥＧＲバルブ３５は、第１冷却部３７と第２冷却部３８との間、より具体的には、共通ＥＧＲ管３２の吸気側部分３２ｃの下流端部（４本の独立ＥＧＲ管３３へと分岐する部分より僅かに手前の部分）に設けられている。

ＥＧＲ用冷却回路４０は、冷却水が循環する循環水路４１と、循環水路４１内で冷却水を循環させるために冷却水を加圧する電気式のウォーターポンプ４２と、冷却水の熱を外気に放出させるためのサブラジエータ４３とを有しており、上述したエンジン用冷却回路２５とは独立した冷却水の閉回路を構成している。

循環水路４１は、サブラジエータ４３から延びる第１水路４１ａと、第１水路４１ａから分岐して第１冷却部３７に接続される第２水路４１ｂと、第１水路４１ａから分岐して第２冷却部３８に接続される第３水路４１ｃと、第１冷却部３７から延びる第４水路４１ｄと、第２冷却部３８から延びて第４水路４１ｄと合流する第５水路４１ｅと、第４、第５水路４１ｄ，４１ｅの合流部から延びてサブラジエータ４３に接続される第６水路４１ｆと、第６水路４１ｆと第１水路４１ａとを連結してサブラジエータ４３をバイパスする第７水路４１ｇとを有している。

第１水路４１ａと第７水路４１ｇ（バイパス水路）との合流部には、サーモスタットからなる温調弁４５が設けられており、この温調弁４５は、例えばエンジンの冷間始動時のように冷却水の温度が所定温度よりも低いときに、第７水路４１ｇと第１水路４１ａとを連通させるように動作する。これにより、冷却水がサブラジエータ４３をバイパスしつつ循環水路４１内を循環するので、サブラジエータ４３での冷却水の冷却が停止され、冷却水の温度は徐々に上昇する。一方、冷却水の温度が所定温度以上になった場合には、第７水路４１ｇと第１水路４１ａとの連通が遮断され、冷却水がサブラジエータ４３を通過するようになる。これにより、サブラジエータ４３で冷却水が冷却されるので、冷却水の温度上昇が抑制される。このように、温調弁４５は、低温時には冷却水の温度を上昇させ、高温時には冷却水の昇温を抑制する機能を有している。

第１水路４１ａにおける温調弁４５よりも下流側には、冷却水の温度を検出するための水温センサＳＮ３が設けられている。

ウォーターポンプ４２は、第１水路４１ａの途中部（当実施形態では温調弁４５と水温センサＳＮ３との間）に設けられている。このウォーターポンプ４２は、インペラの回転数を可変的に設定可能であり、その回転数の変化に応じて、循環水路４１を循環する冷却水の流量を調整する機能を果たす。

（２）制御系
次に、図３を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部がＥＣＵ（エンジン制御ユニット）５０によって統括的に制御される。ＥＣＵ５０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。

ＥＣＵ５０には、各種センサからの情報が入力される。すなわち、ＥＣＵ５０は、上述したエンジン速度センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、および水温センサＳＮ３と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号に基づいて、エンジンの回転速度、吸入空気量、ＥＧＲ用冷却回路４０内の冷却水の温度といった種々の情報を取得する。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ４が設けられており、このアクセル開度センサＳＮ４による検出信号（アクセル開度の情報）も上記ＥＣＵ５０に入力される。

ＥＣＵ５０は、上記各センサ（ＳＮ１〜ＳＮ４）からの入力信号に基づいて種々の演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ５０は、インジェクタ５、点火プラグ６、スロットル弁１５、ＥＧＲバルブ３５、ウォーターポンプ４２と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

（３）排気還流装置の具体的制御
次に、排気還流装置３０の動作に関してＥＣＵ５０がエンジンの運転中に行う制御について具体的に説明する。

ＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態に応じて適切な量のＥＧＲガスがエンジン本体１の各気筒２に導入されるようにＥＧＲバルブ３５を制御するとともに、ＥＧＲガスが適切な温度まで冷却されるようにＥＧＲ用冷却回路４０のウォーターポンプ４２を制御する。

ここで、既に説明したように、当実施形態のエンジンでは、部分負荷の領域である図２の第１領域Ｒ１でＨＣＣＩ燃焼（混合気の自着火による燃焼）が実行されるので、これを可能にするべく幾何学的圧縮比が１５以上という高い値に設定されている。一方で、第１領域Ｒ１よりも負荷の高い第２領域Ｒ２では、ＳＩ燃焼（火花点火をきっかけにした火炎伝播燃焼）を実行する必要があるが、当実施形態のような圧縮比１５以上の高圧縮比エンジンでは、気筒２内が高温になり易く、ノッキング等の異常燃焼が懸念される。このような異常燃焼を回避するため、第２領域Ｒ２においてＥＧＲガスを気筒２内に導入する場合には、できるだけ低い温度のＥＧＲガスを導入して、気筒２内の温度の過上昇を抑制する必要がある。

これに対し、当実施形態の排気還流装置３０は、ＥＧＲガスを冷却する手段として、第１冷却部３７および第２冷却部３８という２つの冷却手段を備えているので、ＥＧＲガスを充分に冷却することが可能である。このため、異常燃焼の発生し易い第２領域Ｒ２においても、気筒２内の温度の過上昇を抑制して異常燃焼を回避することができる。

しかしながら、むやみにＥＧＲガスを冷却してしまうと、ＥＧＲバルブ３５よりも上流側のＥＧＲ通路３１通路でＥＧＲガス中の水分が凝縮して凝縮水が発生してしまうおそれがある。このような場所で凝縮水が発生すると、この凝縮水と煤とが混じったグリース状の炭素物質がＥＧＲバルブ３５の可動部に付着して冷間時に固化し、ＥＧＲバルブ３５の動作不良を引き起こすおそれがある。

そこで、当実施形態では、第２領域Ｒ２でＳＩ燃焼による運転を行うときには、ＥＧＲガス中の水分がＥＧＲバルブ３５よりも下流側で凝縮するように、第１、第２冷却部３７，３８の冷却能力が調整される。すなわち、ＥＧＲガス中の水分が凝縮する温度（約６０℃）を特定温度とすると、ＥＣＵ５０は、第１冷却部３７を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも高くなり、かつ第２冷却部３８を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも低くなるように、各冷却部３７，３８に導入される冷却水の流量（以下、単に冷却水量ともいう）を制御する。なお、冷却水の流量は、電気式のウォーターポンプ４２の回転数を増減させることによって制御される。

図４は、ＥＧＲガスを冷却するための冷却水の流量（第１、第２冷却部３７，３８に導入されるトータルの冷却水量）が第２領域Ｒ２でどのように設定されるのかを示した図である。本図に示すように、冷却水量は、第２領域Ｒ２内における低速かつ高負荷域において最も少なく設定され、第２領域内における高速かつ低負荷域で最も多く設定される。なお、図４中の曲線群は、冷却水量の等量線であり、左上側の曲線ほど流量が少なく、右下側の曲線ほど流量が多いことを示している。

上記のような冷却水量の制御は、エンジン本体１の各気筒２に導入されるＥＧＲガスの量（以下、単にＥＧＲ量ともいう）の多少に連動している。すなわち、第２領域Ｒ２では、低速かつ高負荷側ほどＥＧＲ量が少なく、高速かつ低負荷側ほどＥＧＲ量が多くなるようにＥＧＲバルブ３５が制御されるようになっており、これに連動して、図４に示したような冷却水量の制御が実行される。これは、ＥＧＲ量が多いほど、ＥＧＲガスを目標の温度まで低下させるために必要な熱交換量も多くなり、これに応じて冷却水量を増やす必要があるためである。

ＥＣＵ５０は、第２領域Ｒ２での運転中、エンジン速度センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、アクセル開度センサＳＮ４等から取得した情報に基づいて、図４中のどのポイントでエンジンが運転されているのか逐次特定するとともに、その運転ポイントに応じた適切なＥＧＲ量および冷却水量の目標値を、予め設定された演算式により算出するかまたはマップから読み出すなどして設定する。そして、目標どおりのＥＧＲ量および冷却水量が得られるように、ＥＧＲバルブ３５の開度を制御するとともに、ＥＧＲ用冷却回路４０のウォーターポンプ４２の回転数を制御する。

そして、上記のような制御の結果、第１冷却部３７を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも高くなり、かつ第２冷却部３８を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも低くなるように、第１冷却部３７および第２冷却部３８の冷却能力が調整される。

なお、第２領域Ｒ２よりも負荷の低い第１領域Ｒ１（ＨＣＣＩ燃焼の実行領域）においても、ＥＧＲガスの気筒２への導入は必要に応じて行われる。しかしながら、第１領域Ｒ１では、比較的高温のＥＧＲガスを気筒２に導入しても異常燃焼が起きないので、第２領域Ｒ２のときほど充分にはＥＧＲガスを冷却する必要がない。このように、第１領域Ｒ１では、ＥＧＲガス中の水分が凝縮するような事態を考慮しなくてよく、第２領域Ｒ２とは冷却水量の制御の内容が異なるので、ここでは第１領域Ｒ１での具体的制御についてはその説明を省略する。

（４）作用等
以上説明したように、当実施形態のエンジンの排気還流装置３０は、エンジンの排気通路２０と吸気通路１０とを連結するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１の途中部に設けられ、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガスを冷却する第１冷却部３７と、第１冷却部３７よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側に設けられた第２冷却部３８と、第１冷却部３７と第２冷却部３８との間に設けられ、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブ３５と、第１冷却部３７を通過した後のＥＧＲガスの温度が特定温度（ＥＧＲガス中の水分が凝縮する温度）よりも高くなり、かつ第２冷却部３８を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも低くなるように、第１冷却部３７および第２冷却部３８の冷却能力を調整するＥＣＵ５０（制御手段）とを備える。このような構成によれば、ＥＧＲガスを充分に冷却する能力を確保しつつ、ＥＧＲバルブ３５の動作不良の発生を確実に防止できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、ＥＧＲ通路３１を流通するＥＧＲガスを冷却する手段として、第１冷却部３７と第２冷却部３８という２つの冷却手段を設けたので、ＥＧＲガスを充分に冷却した後で気筒２に導入することができる。このため、例えば図４の第２領域Ｒ２のようなエンジンの高負荷域でＥＧＲを実行したとしても、気筒２内の温度上昇を効果的に抑制することができ、異常燃焼を伴わない適正な燃焼を実現することができる。また、異常燃焼を回避するために点火タイミングを極端に遅くするなどの措置をとる必要がなくなるので、燃費を良好に維持することができる。

しかも、ＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲバルブ３５が第１冷却部３７と第２冷却部３８との間に設けられるとともに、第１冷却部３７を通過した後のＥＧＲガスの温度が凝縮水の発生温度である特定温度よりも高く設定されるので、凝縮水を随伴したＥＧＲガスがＥＧＲバルブ３５に流入することがなく、凝縮水と煤とが混合した炭素物質がＥＧＲバルブ３５の可動部等に付着することに起因したＥＧＲバルブ３５の動作不良を確実に防止することができる。一方、ＥＧＲバルブ３５を通過した後のＥＧＲガスは、さらに第２冷却部３８を通過することで上記特定温度より低い温度まで冷却されるので、充分に温度の低いＥＧＲガスが気筒２に導入されることになり、上述した異常燃焼の発生を確実に回避することができる。なお、第２冷却部３８では上記特定温度より低い温度までＥＧＲガスが冷却されるので、第２冷却部３８の下流側では凝縮水が発生することになるが、ここで発生した凝縮水は、吸気通路１０を通じてエンジン本体１の各気筒２に導入され、再び加熱されて蒸発した後に排出されるので、特に問題はない。

また、上記実施形態において、排気還流装置３０は、冷却水が循環する循環水路４１と、循環水路４１を通じて第１冷却部３７および第２冷却部３８に冷却水を送り出す電気式のウォーターポンプ４２とを含むＥＧＲ用冷却回路４０を備えており、ＥＣＵ５０は、このＥＧＲ用冷却回路４０のウォーターポンプ４２を制御して冷却水の流量を調整することにより、第１冷却部３７および第２冷却部３８の冷却能力を調整する。このような構成によれば、第１、第２冷却部３７，３８に冷却水を送り出すウォーターポンプ４２を制御するだけの簡単かつ確実な方法で、各冷却部３７，３８の冷却能力を調整することができる。

また、上記実施形態において、ＥＧＲ通路３１は、エンジンの排気通路２０から延びる共通ＥＧＲ管３２と、共通ＥＧＲ管３２の下流端部から分岐して吸気通路１０の独立吸気管１３に接続される複数の独立ＥＧＲ管３３とを有しており、このうちの共通ＥＧＲ管３２の下流端部にＥＧＲバルブ３５が設けられている。このような構成によれば、ＥＧＲ通路３１における充分に下流側に位置する部位（エンジンの各気筒２に近い位置）にＥＧＲバルブ３５が設けられるので、各気筒２に導入されるＥＧＲガスの量を、ＥＧＲバルブ３５の開度制御に伴い優れた応答性で調整することができる。

また、上記実施形態では、第１冷却部３７として、冷却水との間で熱交換を行うための多数のチューブ３７ａにＥＧＲガスを通過させるタイプの熱交換器が用いられ、第２冷却部３８として、各独立ＥＧＲ管３３の外周面に冷却水が流通するジャケット部３８ａを備えた水ジャケット式のものが用いられている。このような構成によれば、共通ＥＧＲ管３２を流通するＥＧＲガスを熱交換器からなる第１冷却部３７によって効率よく冷却できるとともに、各気筒２に対応して分岐した複数の独立ＥＧＲ管３３を流通するＥＧＲガスを水ジャケット式の第２冷却部３８によってそれぞれ適正に冷却することができる。

しかも、第１冷却部３７に内蔵された多数のチューブ３７ａをＥＧＲガスが通過している時点では、ＥＧＲガスの温度が上記特定温度（凝縮水の発生温度）よりも高く、凝縮水は発生していないので、チューブ３７ａの内面に凝縮水と煤とが混合した炭素物質が付着してチューブ３７ａが目詰まりを起こすような事態を確実に防止することができる。

一方、第２冷却部３８では、ＥＧＲガスが上記特定温度よりも低い温度まで冷却されて凝縮水が発生するが、その凝縮水は、熱交換用のチューブ３７ａに比べて充分に径が大きい独立ＥＧＲ管３３に付着するだけなので、そもそも上記のような目詰まりが起きる心配はない。むしろ、独立ＥＧＲ管３３まで到達した時点で初めて水分の凝縮が起きる（それによってまとまった量の凝縮水が発生する）ことにより、独立ＥＧＲ管３３の内面に付着した煤が凝縮水によって下流側に洗い流されことがあり、第２冷却部３８による冷却能力が煤の堆積によって悪化するのを効果的に防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、上記の実施形態は例示に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、図５に示すように、ＥＧＲ用冷却回路４０の循環水路４１のうち、第１水路４１ａから第２水路４１ｂおよび第３水路４１ｃへと分岐する分岐部に、分配調整弁６０を設けてもよい。この分配調整弁６０は、第１水路４１ａからの冷却水が第２水路４１ｂを通じて第１冷却部３７に流入する流量と、第１水路４１ａからの冷却水が第３水路４１ｃを通じて第２冷却部３８に流入する流量との割合を変更することが可能である。エンジンの運転中、ＥＣＵ５０は、必要に応じて分配調整弁６０を駆動し、第１冷却部３７および第２冷却部３８への冷却水の分配割合を変更する。このような構成によれば、第１冷却部３７および第２冷却部３８それぞれの冷却能力を個別に調整できるので、ＥＧＲガスの温度をより精緻にコントロールすることが可能になる。

また、上記実施形態では、ガソリンを燃料として用いるガソリンエンジンに本発明の排気還流装置を適用した場合について説明したが、本発明の排気還流装置は、ガソリンエンジンだけでなく、軽油を燃料として用いるディーゼルエンジンにも適用可能である。

２ 気筒
１０ 吸気通路
１１ 共通吸気管
１２ 独立吸気管
２０ 排気通路
３０ 排気還流装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ 共通ＥＧＲ管
３３ 独立ＥＧＲ管
３５ ＥＧＲバルブ
３７ 第１冷却部
３７ａ チューブ
３８ 第２冷却部
３８ａ ジャケット部
４０ ＥＧＲ用冷却回路（冷却回路）
４１ 循環水路
４２ ウォーターポンプ
５０ ＥＣＵ（制御手段）
６０ 分配調整弁

Claims (5)

1. 気筒から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして再び気筒に戻すことが可能なエンジンの排気還流装置であって、
   エンジンの排気通路と吸気通路とを連結するＥＧＲ通路と、
   ＥＧＲ通路の途中部に設けられ、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却する第１冷却部と、
   第１冷却部よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側に設けられた第２冷却部と、
   第１冷却部と第２冷却部との間に設けられ、ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの流量を調整可能なＥＧＲバルブと、
   第１冷却部および第２冷却部の冷却能力を調整可能な制御手段とを備え、
   ＥＧＲガスに含まれる水分が凝縮する温度を特定温度としたとき、上記制御手段は、上記第１冷却部を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも高くなり、かつ上記第２冷却部を通過した後のＥＧＲガスの温度が上記特定温度よりも低くなるように、上記第１冷却部および第２冷却部の冷却能力を調整し、
   上記第１冷却部には、ＥＧＲガスが流通可能な複数のチューブが内蔵されており、
   上記第２冷却部内を流通するＥＧＲガスの流通面積は、上記チューブ内の流通面積よりも大きく設定されている、ことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
2. 請求項１記載のエンジンの排気還流装置において、
   上記第１冷却部および第２冷却部に冷却水を供給する冷却回路をさらに備え、
   上記冷却回路は、冷却水が循環する循環水路と、循環水路を通じて上記第１冷却部および第２冷却部に冷却水を送り出す電気式のウォーターポンプとを有し、
   上記制御手段は、上記ウォーターポンプを制御して冷却水の流量を調整することにより、上記第１冷却部および第２冷却部の冷却能力を調整する、ことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
3. 請求項２記載のエンジンの排気還流装置において、
   上記エンジンは、複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、
   上記吸気通路は、共通吸気管と、共通吸気管の下流端部から各気筒に向けて分岐しつつ延びる複数の独立吸気管とを有し、
   上記ＥＧＲ通路は、エンジンの排気通路から延びる共通ＥＧＲ管と、共通ＥＧＲ管の下流端部から分岐して上記各独立吸気管に接続される複数の独立ＥＧＲ管とを有し、
   上記ＥＧＲバルブは、上記共通ＥＧＲ管の下流端部に設けられている、ことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
4. 請求項３記載のエンジンの排気還流装置において、
   上記第１冷却部は、上記複数のチューブ内を流通するＥＧＲガスを冷却水との熱交換により冷却する熱交換器であり、
   上記第２冷却部は、上記各独立ＥＧＲ管の外周面に冷却水が流通するジャケット部を備えた水ジャケット式のものである、ことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排気還流装置において、
   上記循環水路のうち、上記第１冷却部に向かう流路と上記第２冷却部に向かう流路とに分岐する部分に、分配調整弁が設けられ、
   上記制御手段は、必要に応じて上記分配調整弁を駆動することにより、上記第１冷却部および第２冷却部に流入する冷却水の割合を変更する、ことを特徴とするエンジンの排気還流装置。
   

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