JP2009091925A - エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、排気還流路の一部をシリンダヘッド内に形成するものにおいて、排気還流ガスの冷却性をより高めることができるエンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。
【解決手段】ＥＧＲバルブ６を介在させた排気還流路の上流側が、排気系に連通するＥＧＲパイプ４により形成されて、排気マニホールド３のシリンダヘッド１１側のフランジ部３ｂに接続される一方、上記排気還流路の中流側が、シリンダヘッド１１の、内部通路部１１ｂ及びフランジ部３ｂとの合わせ面の溝部１１ａにより形成されており、上記排気還流路の下流側にはＥＧＲバルブ６を設け、上記排気還流路の上流側におけるＥＧＲパイプ４の端部が、フランジ部３ｂを超えてシリンダヘッド１１の内部に突出し、該突出部に対応する排気還流路の中流側の溝部１１ａが、上記突出部の周囲に流路空間を存して窪み部１１ｅを有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、液冷式のエンジン本体に取付けられた排気系から、排気制御弁を介在させた排気還流路により排気の一部を吸気系に還流させるエンジンの排気還流装置に関する。

主としてエンジンの燃焼室内の燃焼温度を低減することにより排気中のＮＯｘ含有量の低減を図る排気還流装置（ＥＧＲ装置ともいう）が広く知られている。この排気還流装置は、一般に、排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路を設け、排気通路を通る排気の一部を上記ＥＧＲ通路を介して吸気通路から燃焼室に還流するものである。

また、このような排気還流装置では、近年、排気の一部が還流されるにあたり、高温の還流排気ガス（ＥＧＲガス）が吸気マニホールドに対して熱的影響を及ぼしたり、燃焼室の温度が上昇したりすることを抑制するために、専用のＥＧＲクーラーを設けてＥＧＲガスの温度を下げることが行われている。

また、ＥＧＲガスの温度を下げるための構成として、ＥＧＲクーラーを設ける代わりに、エンジンのシリンダヘッドの端部側内にＥＧＲ通路を形成し、ＥＧＲガスがこのＥＧＲ通路を通過する際に冷却がなされるようにしたものも提案されている（特許文献１参照）。

即ち、下記特許文献１に開示された従来構造では、シリンダヘッド内を流通する冷却液の作用を利用して、ＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスを冷却している。

特開平１１−２１０５７６号公報

このように、上記特許文献１に開示された従来構造は、ＥＧＲクーラーといった特別な冷却手段を設けることなくＥＧＲガスを冷却できるという利点を有している。しかしながら、その反面、近年では、ＥＧＲガスの冷却性をより向上させることが強く求められている。

この発明は、排気還流路の一部をシリンダヘッド内に形成するものにおいて、排気還流ガスの冷却性をより高めることができるエンジンの排気還流装置を提供することを目的とする。

この発明のエンジンの排気還流装置は、液冷式のエンジン本体に取付けられた排気系から、排気制御弁を介在させた排気還流路により排気の一部を吸気系に還流させるエンジンの排気還流装置であって、上記排気還流路の上流側が、上記排気系に連通する管部材により形成されて、排気マニホールドのシリンダヘッド側のフランジ部に接続される一方、上記排気還流路の中流側が、シリンダヘッドの、内部通路部及び上記フランジ部との合わせ面の溝部により形成されており、上記排気還流路の下流側には上記排気制御弁を設け、上記排気還流路の上流側における上記管部材の端部が、上記フランジ部を超えてシリンダヘッドの内部に突出し、該突出部に対応する排気還流路の中流側の上記溝部が、上記突出部の周囲に流路空間を存して窪みを有するものである。

この構成によれば、排気還流路の一部をシリンダヘッド内において有効に長く形成できるため、還流排気ガスが排気還流路内を通過する時間を長く確保することができ、これによって冷却液による還流排気ガス冷却性を高めることができる。

この発明の一実施態様においては、上記排気還流路の中流側が、上記シリンダヘッドの端部気筒側に設けられるとともに、上記排気制御弁がエンジン本体の端面部に設けられ、上記排気還流路の下流側の少なくとも一部が、上記シリンダヘッドの内部通路部を含むものである。

この構成によれば、シリンダヘッドの端部気筒側のスペースを利用して、中流側のみならず下流側においても還流排気ガスの冷却が可能になるため、還流排気ガスの冷却性をより一層向上させることができる。

この発明の一実施態様においては、上記管部材の上流側の端部が、上記シリンダヘッドの内部に突出するように上記フランジ部に接続されるとともに、上記シリンダヘッドには、上記フランジ部との合わせ面に、特定気筒の排気ポートに連通する第２溝部を設け、該第２溝部には、上記管部材の突出部の周囲に流路空間を存して窪みを有するものである。

この構成によれば、管部材の下流側端部のみならず、上流側端部においても窪みを形成することで、排気還流路をさらに長く確保することができるため、還流排気ガスの冷却性をさらに向上させることができる。

この発明の一実施態様においては、上記排気還流路の中流側の溝部が、上記シリンダヘッドの一方の端部気筒側に設けられるとともに、上記第２溝部が、上記シリンダヘッドの他方の端部気筒側に設けられ、上記管部材の両端が各溝部に突出して上記排気マニホールドのフランジ部に接続されているものである。

この構成によれば、シリンダブロック内のスペースのさらなる有効利用を図りつつ、還流排気ガスの冷却性向上を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、上記シリンダヘッドに、冷却液を流通させるウォータジャケットが形成されており、上記管部材の端部は、上記シリンダヘッド内部において、上記窪みと上記ウォータジャケットとを区画する上記シリンダブロックの壁面と対向するように開口しているものである。

この構成によれば、管部材から窪みに流れ込む還流排気ガスの殆どを、ウォータジャケットの冷却液によって最も表面温度が低下した上記壁面に衝突させることができるため、還流排気ガスの冷却性をさらに向上させることができる。

この発明によれば、シリンダヘッド内における排気還流路を有効に長く形成できるため、冷却液による還流排気ガスの冷却性を高めることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の実施形態に係る排気還流装置を搭載したエンジン構造を示す平面図であり、図２は、ＥＧＲ通路が形成されたシリンダヘッドの部位を拡大して示す水平断面図である。図１に示すエンジン本体１は、液冷式の４気筒エンジンとされており、このエンジン本体１には、吸気系を構成する吸気マニホールド２により不図示の吸気通路の下流端が連結されるとともに、排気系を構成する排気マニホールド３により不図示の排気通路の上流端が連結されている。

そして、吸気マニホールド２及び排気マニホールド３には、エンジンの４つの気筒１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄに個別に連通される４つの分岐通路２ａ、２ａ、…、３ａ、３ａ、…が形成され、分岐通路２ａ、２ａ、…の上流側部分、３ａ、３ａ、…の下流側部分が集合されて、それぞれ上記吸気通路、排気通路に連通している。

また、エンジン本体１を構成するシリンダヘッド１１には、各気筒１ａ〜１ｄに対応してそれぞれ吸気ポート１２ａ〜１２ｄ、排気ポート１３ａ〜１３ｄが備えられ、それぞれが吸気マニホールド２の分岐通路２ａ、２ａ、…、排気マニホールド３の分岐通路３ａ、３ａ、…に接続されている。

また、図示は省略するが、シリンダヘッド１１には、吸気ポート１２ａ〜１２ｄ、排気ポート１３ａ〜１３ｄに対応して、閉じることにより燃焼室を画成する開閉弁を設けている。

そして、吸気ポート１２ａ〜１２ｄでは、上記開閉弁を開くことにより吸気マニドホールド２を介して上記吸気通路から燃焼室に吸気が導入され、排気ポート１３ａ〜１３ｄでは、上記開閉弁を開くことにより排気マニホールド３を介して燃焼室から排気ガスが排出される。

ところで、排気マニホールド３には、シリンダブロック１１と接合される際の合わせ面としてフランジ部３ｂ（図２参照）が形成されており、このフランジ部３ｂには、排気マニホールド３の下流端側に連通するＥＧＲパイプ４が連結されている。そして、このＥＧＲパイプ４は、その一端が、図２に示すようにフランジ部３ｂを超えてシリンダヘッド１１内に形成されたＥＧＲ通路５内に突出している。

ＥＧＲ通路５は、シリンダヘッド１１のフランジ部３ｂとの合わせ面に形成された溝部１１ａと、該溝部１１ａに連続する内部通路部１１ｂとにより形成されており、ＥＧＲ通路５の下流側は、エンジン本体１の端面部に配設されたＥＧＲバルブ６に接続されている。

また、このＥＧＲバルブ６は、シリンダヘッド１１内の内部通路部１１ｃにより形成されたＥＧＲ通路７に接続されており、この２つのＥＧＲ通路５、７により、ＥＧＲパイプ４がＥＧＲバルブ６を介して吸気マニホールド２に接続されている。

そして、本実施形態では、上述したＥＧＲパイプ４、ＥＧＲ通路５、７により上流部、中流部、下流部を構成する排気還流路が形成されており、その下流側に上述したＥＧＲバルブ６が介在するような構造となっている。

このため、上記排気通路を通る排気の一部を、ＥＧＲガスとしてＥＧＲパイプ４に流通させることができ、このＥＧＲパイプ４を流通してきたＥＧＲガスをＥＧＲ通路５、７、及び吸気マニホールド２を介して、エンジン本体１の燃焼室（不図示）に還流させることができるようになっている。なお、ＥＧＲバルブ６は、排気還流路を流通するＥＧＲガスの流量を、不図示のコントロールユニットの電子制御等によって調整するものである。

ところで、シリンダヘッド１１の燃焼室を形成する部位の周囲には、図２に示すようなウォータジャケット１１ｄが形成されており、このウォータジャケット１１ｄが、上記部位を冷却するための冷却液（例えば冷却水）を流通させる冷却液通路を構成している。

このため、ＥＧＲパイプ４を経由したＥＧＲガスは、図２中太破線で示す矢印Ａのように、ＥＧＲ通路５を通過する際、ウォータジャケット１１ｄの冷却液の作用によって冷却されることになる。

そして、本実施形態では、ＥＧＲパイプ４の突出部に対応する溝部１１ａが、上記突出部の周囲においてウォータジャケット１１ｄ側に奥まった流路空間を存して窪み部１１ｅを有している。

これにより、ＥＧＲガスがＥＧＲパイプ４からＥＧＲ通路５内に流れ込む時、ＥＧＲガスが、図示のように窪み部１１ｅの周壁に沿って周回するような挙動をとる。つまり、窪み部１１ｅにより、排気還流路の一部をシリンダヘッド１１内において有効に長く形成でき、これによってＥＧＲガスが排気還流路内を通過する時間を長く確保し、ＥＧＲクーラー等の特別な冷却手段を用いなくても、ウォータジャケット１１ｄの冷却液のみによる冷却性を高めることができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲ通路５がシリンダヘッド１１の端部気筒１ａ側に形成されて排気還流路の中流部を構成するとともに、ＥＧＲバルブ６がエンジン本体１の端面部に配設され、排気還流路の下流側の一部がシリンダヘッド１１内のＥＧＲ通路７を含むように構成されている。このため、シリンダヘッド１１の端部気筒１ａ側のスペースを利用して、ＥＧＲ通路５のみならず、下流側のＥＧＲ通路７においてもＥＧＲガスの冷却が可能になり、ＥＧＲガスの冷却性をより一層向上させることができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲパイプ４が、窪み部１１ｅにおいて、窪み部１１ｅとウォータジャケット１１ｄとを区画するシリンダブロック１１の壁面と対向するように開口している。このため、ＥＧＲパイプ４から窪み部１１ｅに流れ込むＥＧＲガスの殆どを、ウォータジャケット１１ｄの冷却液によって最も表面温度が低下した上記壁面に衝突させることができ、ＥＧＲガスの冷却性をさらに向上させることができる。

ところで、図１、図２に示す実施形態では、ＥＧＲパイプ４の下流側端部に対応する部位に窪み部１１ｅを形成し、これによって排気還流路の長さを確保するような構成としたが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。

図３は、本発明の他の実施形態に係る排気還流装置を搭載したエンジン構造を示す平面図であり、図４は、シリンダヘッド及びＥＧＲパイプの水平断面図である。なお、図３、図４に示す本実施形態において、図１、図２を参照して説明した最初の実施形態と同様の構成要素については、同一符号を付してその詳しい説明を省略する。

図３、図４に示す実施形態では、ＥＧＲパイプ４０の下流側端部が、上述した実施形態のＥＧＲパイプ４と同様、シリンダヘッド１１の内部に突出するようにしてフランジ部３ｂに接続されるとともに、ＥＧＲパイプ４０の上流側端部においても、これがシリンダヘッド１１の内部に突出するようにしてフランジ部３ｂに接続されている。

そして、シリンダブロック１１では、フランジ部３ｂとの合わせ面において、特定気筒（ここでは端部気筒１ｄ）の排気ポート１３ｄに連通する第２溝部１１ｆが形成され、ＥＧＲ通路８が形成されている。

さらに、ＥＧＲパイプ４０の突出部に対応する第２溝部１１ｆは、上記突出部の周囲においてウォータジャケット１１ｄ側に奥まった流路空間を存して窪み部１１ｇを有している。

このような構成により、本実施形態では、特定の排気ポート１３ｄから排出されたガスの一部が、図４中太破線で示す矢印Ｂのように、窪み部１１ｇの周壁に沿って周回するような挙動をとりながらＥＧＲパイプ４０に流れ込み、その後、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路５、７を経由して吸気マニホールド２に還流する。

このように、本実施形態では、ＥＧＲパイプ４０の下流側端部のみならず、ＥＧＲパイプ４０の上流側端部においても窪み部１１ｇを形成することで、排気還流路をさらに長く確保することができるため、ＥＧＲガスの冷却性をさらに向上させることができる。

また、シリンダヘッド１１においては、吸気ポート１２ａ〜１２ｄ及び排気ポート１３ａ〜１３ｄの間のスペースが極めて狭いものとなっているために、溝部１１ａを一方の端部気筒１ａ側に形成しつつ、第２溝部１１ｆを他方の端部気筒１ｄ側に形成している。

そして、ＥＧＲパイプ４０は、その両端が溝部１１ａ、第２溝部１１ｆに突出して、いずれもフランジ部３ｂに接続されている。このため、各ポート間に比べて大きく確保されたスペースのさらなる有効利用を図りつつ、ＥＧＲガスの冷却性向上を図ることができる。

ところで、図１、図２に示す最初の実施形態、及び図３、図４に示す他の実施形態のいずれにおいても、排気還流路の下流側が、シリンダブロック１１内部の内部通路部１１ｃにより形成されているが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ＥＧＲバルブ６と吸気マニホールド２との間に第２のＥＧＲパイプを設けて、シリンダブロック１１の外部でこれらを連結するようにしてもよい。

また、上述した各実施形態では、エンジン本体１を直列４気筒としているが、直列６気筒等であってもよい。また、直列気筒に限らずＶ型気筒であってもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の排気制御弁は、ＥＧＲバルブ６に対応し、
以下同様に、
管部材は、ＥＧＲパイプ４、４０に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

この発明の実施形態に係る排気還流装置を搭載したエンジン構造を示す平面図。 ＥＧＲ通路が形成されたシリンダヘッドの部位を拡大して示す水平断面図。 この発明の他の実施形態に係る排気還流装置を搭載したエンジン構造を示す平面図。 シリンダヘッド及びＥＧＲパイプの水平断面図。

符号の説明

１…エンジン本体
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ…気筒
３…排気マニホールド
３ｂ…フランジ部
４、４０…ＥＧＲパイプ
６…ＥＧＲバルブ
１１…シリンダヘッド
１１ａ…溝部
１１ｂ、１１ｃ…内部通路部
１１ｄ…ウォータジャケット
１１ｅ、１１ｇ…窪み部
１１ｆ…第２溝部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…排気ポート

Claims (5)

1. 液冷式のエンジン本体に取付けられた排気系から、排気制御弁を介在させた排気還流路により排気の一部を吸気系に還流させるエンジンの排気還流装置であって、
   上記排気還流路の上流側が、上記排気系に連通する管部材により形成されて、排気マニホールドのシリンダヘッド側のフランジ部に接続される一方、
   上記排気還流路の中流側が、シリンダヘッドの、内部通路部及び上記フランジ部との合わせ面の溝部により形成されており、
   上記排気還流路の下流側には上記排気制御弁を設け、
   上記排気還流路の上流側における上記管部材の端部が、上記フランジ部を超えてシリンダヘッドの内部に突出し、
   該突出部に対応する排気還流路の中流側の上記溝部が、上記突出部の周囲に流路空間を存して窪みを有する
   エンジンの排気還流装置。
2. 上記排気還流路の中流側が、上記シリンダヘッドの端部気筒側に設けられるとともに、
   上記排気制御弁がエンジン本体の端面部に設けられ、
   上記排気還流路の下流側の少なくとも一部が、上記シリンダヘッドの内部通路部を含む
   請求項１記載のエンジンの排気還流装置。
3. 上記管部材の上流側の端部が、上記シリンダヘッドの内部に突出するように上記フランジ部に接続されるとともに、
   上記シリンダヘッドには、上記フランジ部との合わせ面に、特定気筒の排気ポートに連通する第２溝部を設け、
   該第２溝部には、上記管部材の突出部の周囲に流路空間を存して窪みを有する
   請求項１または２記載のエンジンの排気還流装置。
4. 上記排気還流路の中流側の溝部が、上記シリンダヘッドの一方の端部気筒側に設けられるとともに、
   上記第２溝部が、上記シリンダヘッドの他方の端部気筒側に設けられ、
   上記管部材の両端が各溝部に突出して上記排気マニホールドのフランジ部に接続されている
   請求項３記載のエンジンの排気還流装置。
5. 上記シリンダヘッドには、冷却液を流通させるウォータジャケットが形成されており、
   上記管部材の端部は、上記シリンダヘッド内部において、上記窪みと上記ウォータジャケットとを区画する上記シリンダブロックの壁面と対向するように開口している
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンジンの排気還流装置。

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