特許 6342158 内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6342158

(24)【登録日】2018年5月25日

(45)【発行日】2018年6月13日

(54)【発明の名称】内燃機関

(51)【国際特許分類】

   F02M 26/32 20160101AFI20180604BHJP

【ＦＩ】

   F02M26/32

【請求項の数】1

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-269586(P2013-269586)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-124694(P2015-124694A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年12月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099966

【弁理士】

【氏名又は名称】西 博幸

(74)【代理人】

【識別番号】100134751

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆一

(72)【発明者】

【氏名】吉田 和久

(72)【発明者】

【氏名】北岡 良一

(72)【発明者】

【氏名】森 伸介

【審査官】 北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１１２３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０３６０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５５２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０４６８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２４８０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｍ ２６／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＥＧＲ配管中に水冷式のＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置と、ウォータポンプによって冷却水が循環する冷却装置とを備えており、前記ＥＧＲクーラの内部には、冷却水に接触する熱交換部を配置している構成であって、
前記熱交換部を、前記ＥＧＲクーラにおける冷却水入口の軸心を挟んで一方の側にずらすことにより、前記ＥＧＲクーラのうち冷却水入口の軸心を挟んで他方の側に、冷却水が前記熱交換部を通過せずに冷却水出口に流れる逃がし通路が形成されている、
内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願発明は、冷却装置とＥＧＲ装置とを備えた内燃機関に関するものである。

【背景技術】

【0002】

車両用内燃機関は一般に水冷式になっており、冷却水はウォータポンプによって循環している。他方、近年の車両用内燃機関では、排気ガスの浄化促進や燃費向上等のために排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えていることが多く、このＥＧＲ装置は、ＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラを設けていることが多い。

【0003】

ＥＧＲクーラの内部には、ＥＧＲガスが通る偏平チューブ状や細管状等のガス通路（エレメント）からなる熱交換部を配置しており、冷却水が隣り合ったガス通路の間の隙間を通ることで、ＥＧＲガスの熱が冷却水に吸熱される。この場合、ＥＧＲクーラは専用のバイパス通路の中途部に設けており、冷却水が熱交換部をまんべんなく通るように設計されているのが普通である（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−４５８８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

さて、既述のとおりＥＧＲクーラは専用のバイパス通路に設けているのが普通であるが、ＥＧＲクーラの冷却と他の機器・装置類の冷却とを共通の配管で行いたい場合や、ＥＧＲクーラを冷却水通路のメイン管路に配置したい場合があり得る。この場合、特許文献１のように冷却水が熱交換部にまんべんなく通る構造では、流れ抵抗が著しく増大してしまい、使用に堪えなくなる可能性が高い。

【0006】

本願発明は、かかる現状を改善すべく成されたものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本願発明の内燃機関は、
ＥＧＲ配管中に水冷式のＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ装置と、ウォータポンプによって冷却水が循環する冷却装置とを備えており、前記ＥＧＲクーラの内部には、冷却水に接触する熱交換部を配置している構成において、
前記熱交換部を、前記ＥＧＲクーラにおける冷却水入口の軸心を挟んで一方の側にずらすことにより、前記ＥＧＲクーラのうち冷却水入口の軸心を挟んで他方の側に、冷却水が前記熱交換部を通過せずに冷却水出口に流れる逃がし通路が形成されている点を特徴にしている。

【発明の効果】

【0008】

本願発明では、ＥＧＲクーラに流入した冷却水の一部が熱交換部を通って熱交換の仕事をして、他の残りは熱交換部を通過せずに入口から出口にスムースに流れるため、ＥＧＲクーラの内部を通過する冷却水の流れ抵抗を著しく抑制できる。従って、ＥＧＲクーラに、熱交換の仕事に必要な水量以上の量の冷却水を、流れ抵抗の増大を生じさせることなく流すことができる。

【0009】

その結果、１本の配管でＥＧＲクーラの冷却と他の冷却部の冷却を行ったり、冷却水の全量が通るメイン管路にＥＧＲクーラを配置したりすることが可能になって、内燃機関のコンパクト化やコストダウンに貢献できる。また、ＥＧＲクーラの専用のバイパス通路を無くして圧損を低減することで、ウォータポンプの負担を軽減して燃費の向上につなげることも可能になる。更に、ＥＧＲクーラには従来以上の冷却水を流すことができるため、ＥＧＲクーラの冷却性能も向上できる。

【0010】

また、熱交換部をＥＧＲクーラの内部の一方の側に偏らせて設けることで逃がし通路を形成しているため、熱交換部は既存のものをそのまま使用できる。従って、コスト面で有利である。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】内燃機関の全体的な側面図である。

【図2】図１のII-II 視正面図である。

【図3】図１のIII-III 視断面図である。

【図4】図１の IV-IV視図である。

【図5】（Ａ）は図１の VA-VA視断面図、（Ｂ）は図１の VB-VB視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では方向を特定するため上下・左右・前後の文言を使用するが、上下は鉛直線の方向であり、前後方向はクランク軸及びシリンダボアに対して直交した方向であり、左右方向はクランク軸の長手方向である。

【0013】

(1).概要
本実施形態の内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有する機関本体を備えており、機関本体は、クランク軸３を左右長手の姿勢にした横向きで車両に搭載されている（図１では、クランク軸３は一点鎖線で模式的に表示している。）。シリンダヘッド２の上面にはシリンダヘッドカバー４が固定されており、シリンダブロック１の下面にはオイルパン５を固定している。

【0014】

シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の左右端面（短手側面）のうち一方の端面１ａ，２ａには１枚のチェーンケース６が固定されており、チェーンケース６とシリンダブロック１及びシリンダヘッド１との間に形成された空間に、タイミングチェーン（図示せず）等のカム軸駆動機構を配置している。

【0015】

クランク軸３の一端部はチェーンケース６の外側に突出しており、図２のとおり、突出端部に補機駆動プーリ７を固定し、補機駆動プーリ７に巻き掛けた補機駆動ベルト８により、オルタネータ９とウォータポンプ１０とエアコン用コンプレッサ１１とを駆動している。オルタネータ９とウォータポンプ１０とエアコン用コンプレッサ１１とは、機関本体のうち手前側に寄っている。このため、ウォータポンプ１０のプーリ１２には補機駆動ベルト８が背面掛けされている。図２に示す符号１３は、テンションプーリである。

【0016】

ウォータポンプ１０は、チェーンケース６の一部であるハウジング部１４と、ハウンジング１０に対してプーリ１２の側から固定されたポンプカバー１５と、ハウンジング１０に対してプーリ１２と反対側から固定されたインレットカバー１６とを主要要素としており、内蔵した羽根が回転することで、内部に設けた吐出口から冷却水がシリンダブロック１に設けたメインギャラリーに圧送される。

【0017】

ウォータポンプ１０のインレットカバー１６は、クランク軸３と平行な流入口１６ａを備えており、流入口１６ａはチェーンケース６と反対側に突出している。なお、インレットカバー１６を設けずに、流入口１６ａをハウジング部１４に一体に設けてもよい。シリンダブロック１のうち、チェーンケース６と反対側の他端面１ｂには変速機１７を固定している。

【0018】

図１に示すように、シリンダヘッド２における前面２ｃの左右略中間部には、排気継手１８が固定されており、排気継手１８に触媒コンバータ１９を一体に設けている。本実施形態では、各気筒ごとに設けた排気ポートを集合させる集合通路（排気マニホールド部）はシリンダヘッド２の内部に設けており、シリンダヘッド２の外面には１つの排気口が空いているだけである。

【0019】

触媒コンバータ１９の上部と下部にはテーパ部を設けており、下テーパ部の下端に継手管２０を接続し、継手管２０に排気管２１が接続されている。また、継手管２０にはフランジ板２２が固定されている。フランジ板２２はブラケット（図示ぜす）を介してシリンダブロック１に固定されている。

【0020】

図１に示すとおり、触媒コンバータ１９は、クランク軸３及びシリンダボアと直交した方向から見ると、下に行くに従ってチェーンケース６から遠ざかるように鉛直線に対して傾斜し、図２に示すように、クランク軸３の軸心方向から見ると、下に行くに従ってシリンダブロック１から離れるように鉛直線に対して傾斜している。なお、触媒コンバータ１９は、薄板製のインシュレータ（図示せず）で手前から覆われている（半周程度を覆っている。）。

【0021】

(2).冷却水配管・ＥＧＲ装置
シリンダヘッド２のうちチェーンケース６と反対側に位置した他方の端面２ｂには、冷却水の流れを制御するサーモ弁ユニット２５を設けている。図示は省略するが、サーモ弁ユニット２５の箇所からラジェータやヒータ等に配管されている。

【0022】

シリンダヘッド２の前面２ｃのうちサーモ弁ユニット２５に近い端部に冷却水出口２６が開口しており、冷却水出口２６とウォータポンプ１０の流入口１６ａとが、触媒コンバータ１９の後ろを通る戻り管２７で接続されている。

【0023】

他方、触媒コンバータ１９の継手管２０には、排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ配管２８が接続されており、ＥＧＲ配管２８の終端は、シリンダヘッド２の前面のうち冷却水出口２６の直下にフランジ板２９を介して接続されている。シリンダヘッド２には、ＥＧＲ配管２８に連通したＥＧＲ内部通路が空いており、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ内部通路からＥＧＲバルブを経由して吸気系に送られる。

【0024】

ＥＧＲ配管２８の中途部にはＥＧＲクーラ３０が介挿されており、ＥＧＲクーラ３０は冷却水の戻り管２７にも介挿されている。従って、冷却水の戻り管２７は、ＥＧＲクーラ３０よりも上流側に位置した流入管２７ａと、ＥＧＲクーラ３０よりも下流側に位置した出口管２７ｂとに分離されている。

【0025】

ＥＧＲ配管２８もＥＧＲクーラ３０で分断されているが、ＥＧＲクーラ３０よりも上流側の部分は、触媒コンバータ１９の継手管２０に固定された第１部分２８ａと、ＥＧＲクーラ３０に固定された第２部分２８ｂとに分離していて、両者は、その端部に固定された第１及び第２のフランジ３１，３２をボルト３３で締結することで接続されている。第１部分２８ａは第２部分２８ｂよりも少し大径になっている。

【0026】

ＥＧＲ配管２８のうち、ＥＧＲクーラ３０よりも下流側の部分は１本の第３部分２８ｃから成っており、その終端に既述のフランジ板２９が固定されていて、フランジ板２９がボルト３４（簡略表示している）でシリンダヘッド２に固定されている。ＥＧＲ配管２８の第２部分２８ｂはＥＧＲクーラ３０の下面に接続されており、第３部分２８ｃはＥＧＲクーラ３０の上面に接続されている。従って、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ３０を下から上に向かって流れる。第３部分２８ｃは戻り管２７の後ろを通っている。

【0027】

冷却水の戻り管２７における流入管２７ａの始端にもフランジ板３５が固定されていて、フランジ板３５がボルト３６でシリンダヘッド２に固定されている。図３及び図４に示すように、シリンダヘッド２のうち戻り管２７及びＥＧＲ配管２８を固定している部分は、排気継手１８を固定している部分よりも後ろ側に段落ちしている（正確に述べると、戻り管２７及びＥＧＲ配管２８を固定している部分がシリンダヘッド２の基準前面であり、基準前面に蓋板を固定することで排気集合通路を構成し、蓋板の前面に排気継手１８を固定している。）。

【0028】

ＥＧＲクーラ３０は、上下面と前後面及び左右面を有していて略角形に近い形態であり、図１のとおり、触媒コンバータ１９とウォータポンプ１０との間に配置されている。従って、戻り管２７を構成する流入管２７ａは、ＥＧＲクーラ３０のうち触媒コンバータ１９の側に位置した側面に接続されて、出口管２７ｂは、ＥＧＲクーラ３０のうちウォータポンプ１０に向いた面に接続されている。この場合、流入管２７ａの接続部（冷却水入口）よりも出口管２７ｂの接続部（冷却水出口）が低くなるように配置している。従って、冷却水は、ＥＧＲクーラ３０の内部を横向きに流れつつ、上から下に向けても流れる。

【0029】

また、ＥＧＲクーラ３０は、触媒コンバータ１９に寄せて配置されている。また、図５に明示するように、ＥＧＲクーラ３０は、触媒コンバータ１９よりもシリンダブロック１の側に寄せて配置されている。更に、ＥＧＲクーラ３０は、平面視で、ウォータポンプ１０から遠ざかるほどシリンダブロック１に近づく傾斜姿勢で配置している。

【0030】

図５に示すように、ＥＧＲクーラ３０の内部には、偏平チューブ状のガス通路（フィン、エレメント）３７ａの多数枚からなる熱交換部３７が配置されており、隣り合ったガス通路３７ａの隙間を冷却水が通ることでＥＧＲガスが冷却される。
この場合、流入管２７ａと出口管２７ｂとを手前側に寄せてＥＧＲクーラ３０に接続し、かつ、熱交換部３７は後ろ側（シリンダブロック１の側）に寄せている。換言すると、熱交換部３７が、冷却水入口３０ａの軸心を挟んで一方の側（後ろ側）にずらして配置されている。
このため、熱交換部３７の手前側（冷却水入口３０ａの軸心を挟んで他方の側（熱交換部３７と反対の側）には、冷却水が熱交換部３７を通ることなく冷却水入口３０ａから冷却水出口３０ｂに流れる逃がし通路３８が空いている。また、熱交換部３７の左右両側にも逃がし通路３８が空いている。熱交換部３７の左右両側の逃がし通路３８は、冷却水を熱交換部３７の全体に流すためのバッファ空間として機能している。

【0031】

更に、熱交換部３７の全体を、ＥＧＲクーラ３０の冷却水入口３０ａから冷却水出口３０ｂに向かう流路から後ろにずらすのではなくて、熱交換部３７のうち手前側の一部が、ＥＧＲクーラ３０の冷却水入口３０ａから冷却水出口３０ｂに向かう流路からはみ出ている。従って、熱交換部３７の手前側の一部（略半分程度）は、冷却水入口３０ａから冷却水出口３０ｂに向かう水流に晒されることになる。

【0032】

従って、流入管２７ａからＥＧＲクーラ３０の内部に流入した冷却水のうち、熱交換部３８を通過してＥＧＲガスの冷却の働きをするものは一部であり、ＥＧＲガスの冷却機能を全く又は殆ど発揮することなく通過するだけの冷却水も相当割合にのぼっている。隣り合ったガス通路３７ａの間の隙間は、冷却水の流れ方向と同方向に長く延びている（冷却水入口３０ａの側と冷却水出口３０ｂの側とに開口している。）。

【0033】

図５（Ａ）に示すように、戻り管２７のうち出口管２７ｂは、ウォータポンプ１０の流入口１６ａに内側から差し込んだだけの接続構造になっている。従って、ＥＧＲクーラ３０はウォータポンプ１０の軸心上に配置されている。

【0034】

この場合、流入口１６ａの開口縁に内向きの環状突起３９を設ける一方、出口管２７ｂには、環状突起３９に嵌合する外向きの環状溝４０を形成しており、出口管２７ｂは流入口１６ａに圧入によって嵌め込まれている。環状突起３９と環状溝４０とが嵌まり合っているため、出口管２７ｂが流入口１６ａに対して多少は傾くことが許容されており、かつ、多少傾いてもシール性は確保されている。

【0035】

(3).まとめ
以上の構成において、ＥＧＲクーラ３０は戻り管２７の中途部に介挿しているため、わざわざバイパス通路を設ける必要はない。このため、コストを抑制できると共に、スペースの制約から開放されて、部材の配置の自由性を向上できる。触媒コンバータ１９（或いは他の補機）との間の部分は配置すべきものがないデッドスペースになっていることが多いが、本実施形態では、ＥＧＲクーラ３０は上記のデッドスペースに配置されているため、内燃機関をコンパクト化できる。

【0036】

ＥＧＲガスの冷却に必要な冷熱はさほど多くないため、戻り管２７を流れる冷却水の全量を熱交換部３７に通す必要はない。従って、実施形態のようにＥＧＲクーラ３０の内部に逃がし通路３８を設けることで、流れ抵抗が増えることを防止できて好適である。この場合、実施形態のように逃がし通路３８を手前側に設けると、触媒コンバータ１９の熱（輻射熱）が逃がし通路３８の水で吸熱されるため、遮熱性に優れている。

【0037】

実施形態のように、戻り管２７のうちの流入管２７ａを触媒コンバータ１９の後ろに配置すると、触媒コンバータ１９の熱が流入管２７ａによっても吸収されるため、シリンダブロック１の冷却性を高めて燃費の向上に貢献できる。

【0038】

また、ＥＧＲクーラ３０では、冷却水はウォータポンプ１０と反対側から流入してウォータポンプ１０の側に流出するため、冷却水はＥＧＲクーラ３０をスムースに通過する。このため、冷却水は抵抗がない状態でウォータポンプ１０に向けて流れると共に、戻り管２７が長くなることはないため、重量の増大も生じない。この場合、流入管２７ａの終端が出口管２７ｂの始端よりも高くなるように設定しているため、冷却水は触媒コンバータ１９の内部で上から下にも流れている。このため、熱交換部３７の冷却性が高い。

【0039】

実施形態では、ＥＧＲクーラ３０の内部で、ＥＧＲガスは上向きに流れて冷却水は下向きに流れるため、温度が低下したＥＧＲガスを温度が低い冷却水で冷却して、ＥＧＲガスの温度低下を促進できる。このため、ＥＧＲガスの冷却性能に優れている。従って、充填効率の向上を通じて燃費の向上に貢献できる。

【0040】

また、実施形態では、ＥＧＲクーラ３０の内部で、ＥＧＲガスは下から上に流れている一方、冷却水はおおよそ横向きに流れており、このため、ＥＧＲガスの流れ方向と冷却水の流れ方向とがクロスしているが、熱交換部３７を挟んで冷却水入口３０ａの側と冷却水出口３０ｂの側とにも逃がし通路３８を設けているため、冷却水は熱交換部３７をその上下全長にわたってまんべんなく通過する。このため、熱交換部３７の全体に冷却水をまんべんなく接触させて高い冷却効率を確保できる。その結果、燃費向上に貢献できる。

【0041】

さて、ウォータポンプ１０の回転数は機関回転数に比例して高くなる。従って、ＥＧＲクーラ３０を流れる冷却水の流速は、機関回転数が高くなるほど速くなる。そして、本実施形態のように、熱交換部３７の一部をＥＧＲクーラ３０の冷却水入口３０ａから冷却水出口３０ｂに向かう流路に露出させて、熱交換部３７の一部を水流に晒す構成にすると、機関が高速回転して冷却水の流速が速くなると、熱交換部３７に対する抵抗が高くなることで、逃がし通路３８を高速で流れる冷却水の量（割合）が増える。

【0042】

つまり、機関の回転数が高くなるほど逃がし通路３８を抵抗なく流れる冷却水の量が増えるのであり、これにより、各冷却部の冷却に必要な水量を確保しつつ、圧損を抑制して燃費の向上に貢献できるのである。

【0043】

また、本実施形態では、逃がし通路３８が触媒コンバータ１９の側に位置しているため、熱交換部３７が触媒コンバータ１９の熱を受けることはない。このため、ＥＧＲガスの冷却性能を向上させて、燃費の向上に貢献できる。

【0044】

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。いずれにしても、冷却水入口から冷却水出口に向けて流れる水流の一部が熱交換部に当たるように配置する。また、少なくとも入口側の箇所に、冷却水を熱交換部全体に流すためのバッファ空間を設けるのが好ましい。

【0045】

例えばＥＧＲクーラは、他の冷却部が接続された配管の中途部に設けることも可能である（すなわち、ＥＧＲクーラと他の冷却部とを直列に接続してもよい。）。熱交換部の偏より（ずらし）の態様や程度は、必要に応じて任意に設定できる。ＥＧＲガスの流れ方向と冷却水の流れ方向とを略同じに設定することも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本願発明は、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

【符号の説明】

【0047】

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
１０ ウォータポンプ
１９ 触媒コンバータ（触媒ケース）
２５ サーモ弁ユニット
２７ 冷却水の戻り管
２７ａ 流入管
２７ｂ 出口管
２８ ＥＧＲ配管
２８ａ 第１部分
２８ｂ 第２部分
２８ｃ 第３部分
３０ ＥＧＲクーラ
３０ａ 冷却水入口
３０ｂ 冷却水出口
３７ａ ガス通路（エレメント）
３７ 熱交換部
３８ 逃がし通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】