JP2005106014A

JP2005106014A - エンジンのｅｇｒ構造

Info

Publication number: JP2005106014A
Application number: JP2003343440A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Nagasaka; 智義永坂
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-10-01
Filing date: 2003-10-01
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】排気系に対するＥＧＲパイプの接続部に集中的に作用する種々の応力を吸収緩和し、接続部に亀裂等が発生することを防止して耐久性および信頼性を向上させ、溶接することなしに排気系に対するＥＧＲパイプの接続部におけるガスシール性を確保し、排気系に対するＥＧＲパイプの接続作業を簡略化できるエンジンのＥＧＲ構造の提供。
【解決手段】互いに対面する接続パイプ部１２の先開き状の裁頭円錐状テーパ面１２ａとＥＧＲパイプ２の先細り状の裁頭円錐状テーパ面２ａ相互間に所定の弾性を有する裁頭円錐筒状のガスケット３を介装させてガスシールすることにより、ＥＧＲパイプ２が軸方向に熱膨張した際に両裁頭円錐状テーパ面１２ａ、２ａに対するガスケット３の密着性が高められてガスシール性が向上する方向へ作用するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンのＥＧＲ構造に関し、特に、エキゾーストマニホールドに対するＥＧＲパイプ接続構造の改良技術に関する。

従来、エキゾーストマニホールド（排気系）からＥＧＲパイプを介して排気ガスの一部を取り出し、ＥＧＲパイプの途中に介装されたＥＧＲバルブにより適当な温度・時期・流量等の制御をしてエンジン吸気系へ再循環させることにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減させるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）が広く実施されている。

ところで、前記ＮＯｘは、エンジンの燃焼室内での燃焼時に、高温下で空気中の窒素（Ｎ₂ ）と酸素（Ｏ₂ ）が反応することにより生成され、その生成量は酸素濃度・燃焼温度が高い程増大するものであるため、酸素濃度・燃焼温度を低減させて反応を抑制することがＮＯｘ低減の一つの有効な手段となる。

そこで、排気ガス、つまり燃焼ずみのガスはその大部分が不活性ガス（Ｈ₂ Ｏ、Ｎ₂ 、ＣＯ₂ 等）であるため、それを燃焼混合気中に入れると、吸入空気の酸素濃度が低減すると共に、不活性ガスの持つ熱容量により最高燃焼温度が低下するためにＮＯｘが低減される。

そして、従来のＥＧＲ装置は、一般に、エンジンの吸気系に接続されたＥＧＲパイプを、エキゾーストマニホールド本体部の側壁に形成された穴に対し溶接により接続固定するという接続構造となっている（例えば、特許文献１、２参照。）。

また、ＥＧＲパイプは、主に良好な流通、成形性を確保するために、ＥＧＲパイプが溶接固定されるエキゾーストマニホールド本体部とは異なる材質で製造されることが多い。例えば、ＥＧＲパイプはＳＵＳ３０４、エキゾーストマニホールドはＳＵＳ４２４やＳＵＳ４３０で製造される（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００３−２１４２６１号公報（明細書（３）頁、図１）特開２００１−７３７６０号公報（明細書（２）頁、図１）

しかしながら、従来のＥＧＲ装置は、上述のように、ＥＧＲパイプとエキゾーストマニホールド本体部とが異なる材質で製造され、また、エンジンの吸気系に接続されたＥＧＲパイプを、排気系であるエキゾーストマニホールド本体部の側壁に形成された穴に対し溶接により接続固定するという接続構造となっていたため、以下に述べるような問題点があった。

即ち、上述のように、ＥＧＲパイプと該ＥＧＲパイプが溶接固定されるエキゾーストマニホールド本体部の材質が異なることによる熱膨張の差および形状の相違等による剛性バランスの差により、表面温度が高い溶接固定部に熱応力が集中する。なお、ＥＧＲパイプとエキゾーストマニホールド本体部の材質が同じ場合であっても、排気ガス規制に対処する上でエキゾーストマニホールド本体部の表面温度はより高いものとなるため、溶接固定部に熱応力が集中することは避けられない。

また、前述のようにＥＧＲ装置を備えることによってＮＯｘの排出量を減らすことができるが、同時にＥＧＲガス量に相当する分だけ新気の供給量が減少するため、特に、高負荷域でのエンジン出力不足が懸念され、また燃焼が不安定となるため、運転性の悪化、ＨＣエミッションの悪化等の問題をもたらすことになる。そこで、そうした犠牲を極力少なくするために、ＥＧＲバルブにより運転状況に応じたＥＧＲ量および時期の制御を行うことが必要となる。一般的には冷寒時、アイドル時、高負荷時等にはＥＧＲバルブを閉じることにより、エンジン吸気系への還流排気ガスの流れを遮断させるようにしている。

このように、高温の還流排気ガスがＥＧＲパイプ内を流れたり止まったりすることで、ＥＧＲパイプの温度が頻繁に大きく変動し、これにより、膨張・収縮の繰り返しによる応力が溶接固定部（接続部）に集中する。

さらに、ＥＧＲパイプはエンジンの吸気系とエキゾーストマニホールドとの間を接続するパイプであるためその長さが長く、かつ排気系のパイプに比べて細いため、その剛性が低く、このため、エンジンや車体の振動が伝わることで揺れ動き易いのに対し、エキゾーストマニホールドは剛性が高いため、相対振動量に大きな差が生じ、従って、溶接固定部に曲げ応力が集中する。
従って、エキゾーストマニホールドの本体部に対するＥＧＲパイプの溶接固定部に複数種類の応力が集中することで、溶接固定部（接続部）に亀裂等を発生させる虞があるという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、排気系に対するＥＧＲパイプの接続部に集中的に作用する種々の応力を吸収緩和することにより、接続部に亀裂等が発生することを防止して耐久性および信頼性を向上させることができると共に、溶接することなしに排気系に対するＥＧＲパイプの接続部におけるガスシール性を確保することができ、これにより、排気系に対するＥＧＲパイプの接続作業を簡略化することができるようになるエンジンのＥＧＲ構造を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載のエンジンのＥＧＲ構造は、排気系からＥＧＲパイプを介して排気ガスの一部を取り出し、エンジンの吸気系に循環させるようにしたエンジンのＥＧＲ構造において、前記排気系側には該排気系の側壁に形成される排気ガス取出穴の開口縁部から外側に向けて起立する接続パイプ部が設けられ、基端側が前記吸気系に接続されたＥＧＲパイプの先端部と前記排気系に設けられた接続パイプ部の先端部のいずれか一方に先細り状の裁頭円錐状テーパ面が形成され、もう一方には前記先細り状の裁頭円錐状テーパ面の外面側において平行に対面する先開き状の裁頭円錐状テーパ面が形成され、対面する前記両裁頭円錐状テーパ面相互間に所定の弾性を有する裁頭円錐筒状のガスケットを介装させてガスシールすることにより、前記ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張した際に前記両裁頭円錐状テーパ面に対する前記ガスケットの密着性が高められてガスシール性が向上する方向へ作用するように構成されていることを特徴とする手段とした。

請求項２記載のエンジンのＥＧＲ構造は、請求項１記載のエンジンのＥＧＲ構造において、前記接続パイプ部の先端部が先細り状に形成され、前記ＥＧＲパイプの先端が先開き状に形成されていることを特徴とする手段とした。

請求項１記載のエンジンのＥＧＲ構造では、上述のように、基端側が吸気系に接続されたＥＧＲパイプの先端部と排気系に設けられた接続パイプ部の先端部のいずれか一方に先細り状の裁頭円錐状テーパ面が形成され、もう一方には先細り状の裁頭円錐状テーパ面の外面側において平行に対面する先開き状の裁頭円錐状テーパ面が形成され、対面する前記両裁頭円錐状テーパ面相互間に所定の弾性を有する裁頭円錐筒状のガスケットを介装させてガスシールすることにより、ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張した際に両裁頭円錐状テーパ面に対するガスケットの密着性が高められてガスシール性が向上する方向へ作用するように構成したことにより、溶接することなしに排気系に対するＥＧＲパイプの接続部におけるガスシール性を確保することができるようになる。
従って、排気系に対するＥＧＲパイプの接続作業を簡略化することができるようになるという効果が得られる。

また、両裁頭円錐状テーパ面相互間に介装されたガスケットが弾性変形することにより、ガスシール性を維持しつつ排気系に対するＥＧＲパイプの接続部に集中的に作用する種々の応力を吸収緩和することができるため、接続部に亀裂や破損が生じることを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるようになるという効果が得られる。

請求項２記載のエンジンのＥＧＲ構造では、上述のように、前記接続パイプ部の先端部が先細り状に形成され、前記ＥＧＲパイプの先端が先開き状に形成されることにより、排気系の接続パイプからＥＧＲパイプに排気ガスが流入する際の流通抵抗を少なくすることができるようになる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造は、請求項１に記載の発明に対応する。
まず、この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例１のエンジンのＥＧＲ構造における要部を示す断面図である。

この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造は、排気系を構成するエキゾーストマニホールド本体部１の側壁１１に形成される排気ガス取出穴１１ａの開口縁部から外側に向けて起立する接続パイプ部１２が一体に設けられ、該接続パイプ部１２の先端部には先開き状の裁頭円錐状テーパ面１２ａが形成されている。

一方、基端側が図示を省略した吸気系に接続されたＥＧＲパイプ２の先端部には、前記接続パイプ部１２における先開き状の裁頭円錐状テーパ面１２ａの内面側において平行に対面する先細り状の裁頭円錐状テーパ面２ａが形成されている。

そして、互いに対面する前記接続パイプ部１２における先開き状の裁頭円錐状テーパ面１２ａとＥＧＲパイプ２における先細り状の裁頭円錐状テーパ面２ａ相互間に所定の弾性を有する裁頭円錐筒状のガスケット３を介装させた状態で互いに軸方向に圧入装着させることにより、ガスケット３を介して両裁頭円錐状テーパ面１２ａ−２ａ相互間がガスシールされた状態で接続パイプ部１２とＥＧＲパイプ２の先端部とが接続されている。

なお、前記ＥＧＲパイプ２の途中には、ＥＧＲバルブ（図示せず）が介装されていて、運転状況に応じてＥＧＲ量および時期の制御を行うことにより、ＥＧＲ
による犠牲（運転性の悪化、ＨＣエミッションの悪化等）を抑制しつつ、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減させるようになっている。

次に、この実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造では、上述のように、互いに対面する接続パイプ部１２の先開き状の裁頭円錐状テーパ面１２ａとＥＧＲパイプ２の先細り状の裁頭円錐状テーパ面２ａ相互間に所定の弾性を有する裁頭円錐筒状のガスケット３を介装させてガスシールすることにより、ＥＧＲパイプ２が軸方向に熱膨張した際に両裁頭円錐状テーパ面１２ａ、２ａに対するガスケット３の密着性が高められてガスシール性が向上する方向へ作用するように構成したため、溶接することなしに排気系に対するＥＧＲパイプの接続部におけるガスシール性を確保することができるようになる。
従って、排気系に対するＥＧＲパイプの接続作業を簡略化することができるようになるという効果が得られる。

また、エキゾーストマニホールド本体部１と一体に形成された接続パイプ部１２とＥＧＲパイプ２との材質が異なることで、特に接続部における径方向の熱膨張率が相違するような場合でも、両裁頭円錐状テーパ面１２ａ、２ａ相互間に介装されたガスケット３が弾性変形することにより、ガスシール性を維持しつつ接続部に集中する応力を吸収緩和することができるようになる。

また、ＥＧＲパイプ２が振動することで、接続部に曲げ応力が集中するが、この場合もガスケット３が弾性変形することにより、ガスシール性を維持しつつ曲げ応力を吸収緩和することができるようになる。

以上のように、両裁頭円錐状テーパ面１２ａ、２ａ相互間に介装されたガスケット３が弾性変形することにより、ＥＧＲパイプ２の接続部に集中的に作用する種々の応力を吸収緩和することができるため、ガスシール性を維持しつつ接続部に亀裂や破損が生じることを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるようになるという効果が得られる。

次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分に同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この実施例２のエンジンのＥＧＲ構造は、図２（要部を示す断面図）に示すように、前記ＥＧＲパイプ２の先端が先開き状の裁頭円錐状テーパ面２ｂに形成され、前記接続パイプ部１２の先端部が先細り状の裁頭円錐状テーパ面１２ｂに形成されている点が、前記実施例１とは相違したものである。

従って、この実施例２では、前記実施例１と同様の効果が得られる他、ＥＧＲパイプ２の先端が先開き状の裁頭円錐状テーパ面２ｂに形成されることにより、接続パイプ部１２からＥＧＲパイプ２に排気ガスが流入する際の流通抵抗を少なくすることができるようになるという追加の効果が得られる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、エキゾーストマニホールド本体部１にＥＧＲパイプ２を接続させるようにしたが、エキゾーストマニホールド以外の排気系に接続させるようにしてもよい。

また、実施例では、接続パイプ部１２をエキゾーストマニホールド本体部１の側壁１１と一体に形成したが、別体に形成するようにしてもよい。

実施例１のエンジンのＥＧＲ構造における要部を示す断面図である。実施例２のエンジンのＥＧＲ構造における要部を示す断面図である。

符号の説明

１エキゾーストマニホールド（排気系）
１１側壁
１１ａ排気ガス取出穴
１２接続パイプ部
１２ａ先開き状の裁頭円錐状テーパ部
１２ｂ先細り状の裁頭円錐状テーパ部
２ＥＧＲパイプ
２ａ先細り状の裁頭円錐状テーパ部
２ｂ先開き状の裁頭円錐状テーパ部
３ガスケット

Claims

排気系からＥＧＲパイプを介して排気ガスの一部を取り出し、エンジンの吸気系に循環させるようにしたエンジンのＥＧＲ構造において、
前記排気系側には該排気系の側壁に形成される排気ガス取出穴の開口縁部から外側に向けて起立する接続パイプ部が設けられ、
基端側が前記吸気系に接続されたＥＧＲパイプの先端部と前記排気系に設けられた接続パイプ部の先端部のいずれか一方に先細り状の裁頭円錐状テーパ面が形成され、もう一方には前記先細り状の裁頭円錐状テーパ面の外面側において平行に対面する先開き状の裁頭円錐状テーパ面が形成され、
対面する前記両裁頭円錐状テーパ面相互間に所定の弾性を有する裁頭円錐筒状のガスケットを介装させてガスシールすることにより、前記ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張した際に前記両裁頭円錐状テーパ面に対する前記ガスケットの密着性が高められてガスシール性が向上する方向へ作用するように構成されていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ構造。
請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ構造において、前記接続パイプ部の先端部が先細り状に形成され、前記ＥＧＲパイプの先端が先開き状に形成されていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ構造。