JP2009162197A - 多気筒内燃機関における排気ガス還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッド５の吸気側長手側面５ａに，排気ガス室１２を凹み形成し，この排気ガス室内に導入した排気ガスを，排気通路を介して前記各気筒の吸気ポート７に導く構成にした排気ガス還流装置において，その排気ガス還流の確実性を向上する。
【解決手段】前記排気通路を，前記各吸気ポートごとに独立した個別排気通路３１の構成にして，この各個別排気通路を，前記排気ガス室から各気筒における燃焼室の方向に延びて前記吸気ポート内に開口するように，前記シリンダヘッドに設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は，複数の気筒を備えた内燃機関において，その排気ガスの一部を，前記各気筒に還流するための装置に関するものである。

最近の内燃機関においては，排気ガスのクリーン化等を図る目的で，排気ガスの一部を吸気系に還流することが行われており，この排気ガスの還流による効果をより確実に達成するためには，吸気系に還流する排気ガス量を出来るだけ多くすることが必要である。

そこで，先行技術としての特許文献１は，
「シリンダヘッドにおける気筒列方向に沿った左右の両長手側面のうち各気筒への吸気ポートが開口する吸気側長手側面に，気筒列の方向に延びる構成にした排気ガス室を凹み形成し，この排気ガス室を，前記吸気側長手側面とこれに接合される吸気マニホールドとの間に介挿したスペーサ板にて密閉して，この排気ガス室内に，前記各気筒から排出される排気ガスの一部を導入し，この排気ガスを，前記スペーサ板の内部に各気筒の吸気ポートごとに分岐するように形成した排気通路を介して前記各気筒における吸気ポートに導くように構成して成る排気ガス還流装置。」
を提案している。
特開２００７−３０３４３６号公報

前記先行技術の構成によると，排気ガス室によって排気ガスの各気筒への均等な分配を実現できるとともに，前記排気ガス室をシリンダヘッドにおける吸気側長手側面に凹み形成したことで大型化を回避できる利点がある。

ところで，前記各気筒への吸気ポート内における吸気脈動は，当該吸気ポート内のうち燃焼室に開口する部分において最も強く，この部分から吸気ポートの出口に遠ざかるにつれて減衰して弱くなる傾向を呈する。

これに対し，前記先行技術においては，各吸気ポートにおける排気ガス室と，前記各気筒における吸気ポートとの相互間を，前記各吸気ポートのうちその出口に位置する前記スペーサ板の箇所において，このスペーサ板の内部に各吸気ポートごとに分岐するように設けた排気通路を介して連通するという構成であることにより，前記吸気ポートの出口に位置する前記スペーサ板の部分では，吸気脈動が相当に弱くなっており，この弱くなった吸気脈動が，前記スペーサ板の内部において各吸気ポートごとに分岐する排気通路を通るときにおいて更に減衰されることになる。

つまり，前記排気ガス室に実際に伝達する吸気脈動は可成り弱められた状態になるから，前記排気ガス室における吸気脈動の共鳴作用を十分に発揮することができないという問題があった。

しかも，前記先行技術においては，シリンダヘッドにおける吸気側長手側面とこれに接合される吸気マニホールドとの間に介挿したスペーサ板に，各吸気ポートへの排気通路を形成する構成であることにより，前記スペーサ板における厚さが，その内部に排気通路を設ける分だけ厚くなるから，それだけ大型化及び重量のアップを招来するのであり，更に，前記スペーサ板の全体の温度が，排気ガスが当該スペーサ板に設けた排気通路を流れることで，可成り高くなるから，前記吸気マニホールド及びその接合面におけるシール用ガスケットに対する熱負荷が大きいという問題もあった。

本発明は，これらの問題を解消した排気ガス還流装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の排気ガス還流装置は，請求項１に記載したように，
「シリンダヘッドにおける気筒列方向の左右両長手側面のうち各気筒への吸気ポートが開口する吸気側長手側面に，気筒列の方向に延びる構成にした排気ガス室を凹み形成し，この排気ガス室を，前記吸気側長手側面とこれに接合される吸気マニホールドとの間に介挿したスペーサ板にて密閉するか，或いは，前記吸気側長手側面に接合される吸気マニホールドにて密閉し，この排気ガス室内に導入した排気ガスを排気通路を介して前記各吸気ポートに導くように構成して成る排気ガス還流装置において，
前記排気通路は，前記各吸気ポートごとに独立した個別排気通路の構成であり，この各個別排気通路は，前記排気ガス室から各気筒における燃焼室の方向に延びて前記吸気ポート内に開口するように，前記シリンダヘッドに設けて成る構成である。」
ことを特徴としている。

また，本発明の排気ガス還流装置は，請求項２に記載したように，
「前記請求項１の記載において，前記各個別排気通路は，前記排気ガス室から燃焼室の方向に直線的に延びる構成である。」
ことを特徴としている。

更にまた，本発明の排気ガス還流装置は，請求項３に記載したように，
「前記請求項１又は２の記載において，前記各個別排気通路のうち少なくともその一部又は全部は，前記シリンダヘッドの内部に形成されている冷却水ジャケットに隣接する構成である。」
ことを特徴としている。

これに加えて，本発明の排気ガス還流装置は，請求項４に記載したように，
「前記請求項１〜３のいずれかの記載において，前記各個別排気通路のうち前記排気ガス室内への開口部は，前記排気ガス室内のうち最も低い部位に位置している。」
ことを特徴としている。

各吸気ポート内における吸気脈動は，当該吸気ポートのうち燃焼室に対する開口部の部分が最も強く，この開口部の部分から吸気ポートの出口に遠ざかるにつれて減衰する。

そこで，前記請求項１に記載したように，排気ガス室内に導入した排気ガスを各吸気ポートに導くための排気通路を，各吸気ポートごとに独立した個別排気通路に構成して，この各個別排気通路をシリンダヘッドに，前記排気ガス室から各気筒における燃焼室の方向に延びて前記吸気ポート内に開口するように設けることにより，前記吸気ポート内のうち燃焼室に近い部分における強い吸気脈動を，各吸気ポートごとの個別排気通路を介して低い減衰率の状態のもとで排気ガス室に導くことができ，換言すると，前記排気ガス室に伝達される吸気脈動を，前記先行技術の場合よりも遥かに強くできるから，前記排気ガス室が持つ空間の共鳴作用によって内燃機関の出力特性を滑らかにすることが一層効果的に達成できる。

更に，強い吸気脈動が排気ガス室を通じて気筒間を往来するため，還流制御弁（ＥＧＲバルブ）を閉じているときにおいて，前記排気ガス室に残留している排気ガスと新規吸気との入れ替えが短時間で確実にできるから，排気ガス還流再開時や減速における燃料カット運転からの復帰時等のように燃焼状態が安定しないときに，前記排気ガス室における残留排気ガスが吸気ポートに一度に流れ込んで失火（燃焼不安定）が発生することを確実に低減できる。

しかも，前記各吸気ポートごとの個別排気通路は，シリンダヘッド側に設けられていることにより，前記シリンダヘッドにおける一方の長手側面と吸気マニホールドとの間にスペーサ板を介挿した場合，このスペーサ板の厚さを前記先行技術の場合よりも大幅に薄くできて，小型軽量化を図ることができるとともに，前記スペーサ板の温度を，前記先行技術の場合よりも低くできるから，前記吸気マニホールド及びその接合面におけるシール用ガスケットに対する熱負荷を低減できる。

この場合，前記各個別排気通路を，請求項２に記載したように，直線的に延びる構成にすることにより，当該個別排気通路における吸気脈動の減衰率が低いから，前記排気ガス室における吸気脈動の共鳴作用を助長できる。しかも，前記直線状の個別排気通路は，シリンダヘッドの鋳造又はダイキャスト後におけるドリル等の穿設加工工具による機械加工によって形成できるから，前記各個別排気通路の形成が至極簡単で，これに要するコストを大幅に低減できることに加えて，その内面を平滑にできて，吸気脈動の減衰率をより低くできる。

また，前記各個別排気通路を，請求項３に記載したように，少なくともその一部又は全部がシリンダヘッドにおける冷却水ジャケットに隣接する構成にすることにより，吸気ポートに還流する排気ガスをより低い温度に冷却できるから，排気ガス還流による効果を促進できる。

更にまた，前記各個別排気通路のうち前記排気ガス室内への開口部を，請求項４に記載したように，前記排気ガス室内のうち最も低い部位に位置したことにより，内燃機関の運転を停止したとき等において前記排気ガス室内に溜まる凝縮水を，次の内燃機関の運転を再開したとき，前記各個別排気通路を介して排出できるから，前記排気ガス室の内面に凝縮水による腐食が発生することを確実に回避できる。

以下，本発明の実施の形態を，図１〜図４の図面について説明する。

これらの図において，符号１は，複数個の気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３をクランク軸線２の方向に並べて成る多気筒内燃機関を示す。

この多気筒内燃機関１は，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３におけるシリンダボア３を備えたシリンダブロック４と，このシリンダブロック４の上面にその各シリンダボア３の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッド５とから構成されている。

前記シリンダヘッド５には，その下面に各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３における燃焼室６が凹み形成されているとともに，各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の燃焼室６への吸気ポート７と，各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の燃焼室６からの排気ポート８とが形成されており，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の吸気ポート７は，前記シリンダヘッド５における気筒列方向の左右両長手側面５ａ，５ｂのうち一方の吸気側長手側面５ａに開口し，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の排気ポート８は，前記左右両長手側面５ａ，５ｂのうち他方の排気側長手側面５ｂに開口している。

更に，前記シリンダヘッド５には，前記各吸気ポート７に対する吸気弁９と，前記各排気ポート８に対する排気弁１０が設けられているほか，その上面側には，前記各吸気弁９及び各排気弁１０を開閉作動するための動弁機構（図示せず）が設けられ，その内部には，冷却水ジャケット１１が形成されている。

なお，前記多気筒内燃機関１は，走行車体等に対して，前記クランク軸線２の方向から見て，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３のシリンダボア３における軸線３ａを鉛直にして搭載するか，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３のシリンダボア３における軸線３ａを，前記シリンダヘッド５における吸気側長手側面５ａが上向きで排気側長手側面５ｂが下向きになるように傾斜して搭載される。

そして，前記シリンダヘッド５における吸気側長手側面５ａには，排気ガス室１２が凹み形成されており，この排気ガス室１２は，前記吸気側長手側面５ａと直角方向から見て，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３における吸気ポート７の下側の部分を気筒列の方向に延びる溝型にて構成されているとともに，前記シリンダヘッド５における冷却水ジャケット１１に一枚の隔壁１３を挟んで隣接する構成である。

前記排気ガス室１２は，前記吸気側長手側面５ａに密接する金属製のスペーサ板１４にて密閉されており，このスペーサ板１４の外側面には，図示しないエアクリーナからの吸気を前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３に分配するための耐熱合成樹脂製の吸気マニホールド１５が着脱可能に接合されている。

すなわち，前記吸気マニホールド１５は，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の吸気ポート７ごとへの吸気管路１６を備えて，この各吸気管路１６に一体に設けた接合用フランジ部１７を，前記スペーサ板１４を貫通して前記シリンダヘッド５側に螺合する複数本のボルト１８にて締結することにより，前記シリンダヘッド５に対して接合されており，この各ボルト１８の締結による接合と同時に，その間における前記スペーサ板１４を締め付けるように構成している。

この場合，前記吸気側長手側面５ａと前記スペーサ板１４との間，及び前記スペーサ板１４と吸気マニホールド１５の接合用フランジ部１７との間の各々には，シール用ガスケット１９，２０が介挿されていることは勿論である。

前記シリンダヘッド５には，気筒列方向の一端の部分に排気ガス還流通路２１の一部を構成する取り出しポート２２が，気筒列方向の他端の部分に同じく排気ガス還流通路２１の一部を構成する連通ポート２３が各々形成されている。

前記取り出しポート２２は，その一端が前記一端部分に位置する一つの気筒Ａ１における排気ポート８に連通し，他端が前記シリンダヘッド５のうち前記排気側長手側面５ｂに開口する構成である。

一方，前記連通ポート２３は，その一端が前記排気ガス室１２に連通し，他端が前記シリンダヘッド５のうち前記排気側長手側面５ｂに開口する構成であり，この連通ポート２３の途中部分には，吸気系に還流する排気ガスを制御するための還流制御弁（ＥＧＲバルブ）２４が設けられている。

前記シリンダヘッド５における排気側長手側面５ｂには，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３から排気ガスを合流するための排気マニホールド２５が，その接合用フランジ部２６をシリンダヘッド５側に螺合する複数本のボルト２７にて締結することで着脱可能に接合されており，この排気マニホールド２５の下側の部分には，排気ガス還流通路２１の一部を構成する還流パイプ２８が，前記排気マニホールド２５に沿って気筒列の方向に延びるように配設されている。

この還流パイプ２８の一端は，前記シリンダヘッド５に，前記取り出しポート２２に連通するようにフランジ部２９にて着脱可能に接合され，また，他端は，前記シリンダヘッド５に，前記連通ポート２３に連通するようにフランジ部３０にて着脱可能に接合されている。

前記還流パイプ２８は，その全体が金属製であり，そのうち少なくとも前記排気マニホールド２５の下側を当該排気マニホールド２５に沿って延びる部分２８ａは，当該還流パイプ２８，前記取り出し通路２２及び連通ポート２３によって構成される排気ガス還流通路２１のうち最も低い部分に位置している。

なお，前記還流パイプ２８における一端のフランジ部２９は，前記排気マニホールド２５を接合するためのボルト２７の一部により，排気マニホールド２５における接合用フランジ部２６と同時に締結するように構成されている。

そして，前記シリンダヘッド５における各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の部分の各々には，各気筒ごとに独立する構成にした個別排気通路３１が，前記排気ガス室１２から各気筒における燃焼室６の方向に延びてその吸気ポート７内に開口するように設けられている。

前記各個別排気通路３１は，一直線状に延びる構成であることに加えて，前記シリンダボア３における軸線３ａの方向から見た平面視において，前記シリンダボア３に対して接線状であり，前記シリンダヘッド５を鋳造又はダイキャストした後において，前記排気ガス室１２内から挿入したドリル等の穿設加工工具による機械加工にて形成される。

また，前記各個別排気通路３１における前記排気ガス室１２内への開口部３１ａは，前記排気ガス室１２内のうち最も低い部位に位置しており，前記排気ガス室１２の内底面１２ａは，図３に示すように，前記各個別排気通路３１における前記排気ガス室１２内への開口部３１ａに向かって船底型に傾斜する構成になっている。

また，別の実施の形態においては，前記各個別排気通路を，図２に二点鎖線で示す個別排気通路３１′のように，前記吸気ポート７に沿わせた構成にして，その前記排気ガス室１２内への開口部３１ａ′を，図３に示すように，前記吸気ポート７の開口部に連接した部位に位置することができる。

この構成において，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち一つの気筒Ａ１が排気行程のとき，この一つの気筒Ａ１よりその排気ポート８を通って排気マニホールド２４に排出される排気ガスの一部は，取り出しポート２２，還流パイプ２８及び連通ポート２３とで構成される排気ガス還流通路２１を介して，前記排気ガス室１２内に入る。

この排気ガス室１２内には，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３のうち吸気行程中の気筒における吸気脈動が個別排気通路３１を介して伝播して共鳴していることにより，この排気ガス室１２内に入った排気ガスは，吸気行程中の気筒に個別排気通路３１を介して導入（還流）される。

このとき，前記各個別排気通路３１を，シリンダヘッド５に設けて，前記排気ガス室１２から各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３における燃焼室６の方向に延びてその吸気ポート７内に開口する構成にしたことにより，前記吸気ポート７内のうち燃焼室６に近い部分における強い吸気脈動を，各吸気ポート７ごとの個別排気通路３１を介して低い減衰率の状態のもとで排気ガス室１２に導くことができる。

また，前記各個別排気通路３１における前記吸気ポート７内への開口部を，前記吸気ホート７対する吸気弁９の近傍に位置することにより，前記個別排気通路３１からの還流排気ガスを，新規吸気に混合しないまま燃焼室６及びシリンダボア３内に導くことができるから，前記燃焼室６及びシリンダボア３内に排気ガスの層を形成でき，所謂，層状のＥＧＲ燃焼が可能になる。

更に，前記各個別排気通路３１は，平面視において，シリンダボア３に対して接線状であることにより，この個別排気通路３１より導入される排気ガスにて，前記シリンダボア３の吸気にスワール流を付与できる。

これに加えて，前記各個別排気通路３１は，一直線状であることにより，当該各個別排気通路３１における吸気脈動の減衰率を一層低くできるとともに，前記スワール流を強化できる。

また，前記排気ガス室１２は，前記シリンダヘッド５における冷却水ジャケット１１に一枚の隔壁１３を挟んで隣接する構成であることにより，この排気ガス室１２において排気ガスの冷却を促進できる。

更にまた，前記排気ガス室１２内には，内燃機関１の運転を停止したときにおいて，排気ガス中の水分の凝縮水が溜まることになるが，この排気ガス室１２内への前記各個別排気通路３１の開口部３１ａを，当該排気ガス室１２内のうち最も低い部位に位置したことにより，前記排気ガス室１２内に溜まった凝縮水を，内燃機関１の運転を再開したときにおいて，前記各各個別排気通路３１を介して排出することができる。

なお，前記実施の形態においては，前記排気ガス室１２を，金属製のスペーサ板１４にて密閉し，このスペーサ板１４の外側面に，耐熱合成樹脂製の吸気マニホールド１５を接合する場合であったが，本発明は，これに限らず，前記吸気マニホールドが，アルミ合金等の金属製である場合には，この接合用フランジ部にて，前記排気ガス室１２を直接に密閉することにより，前記スペーサ板１４を省略するという構成にできる。

本発明の実施の形態を示す一部切欠平面図である。 図１のII−II視拡大断面図である。 図１のIII −III 視断面図である。 図１のIV−IV視側面図である。

符号の説明

１ 多気筒内燃機関
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 気筒
２ クランク軸線
３ シリンダボア
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
５ａ 吸気側長手側面
５ｂ 排気側長手側面
６ 燃焼室
７ 吸気ポート
８ 排気ポート
１１ 冷却水ジャケット
１２ 排気ガス室
１４ スペーサ板
１５ 吸気マニホールド
２１ 排気ガス還流通路
２２ 取り出しポート
２３ 連通ポート
２４ 還流制御弁
２８ 還流パイプ
３１ 個別排気通路

Claims (4)

1. シリンダヘッドにおける気筒列方向の左右両長手側面のうち各気筒への吸気ポートが開口する吸気側長手側面に，気筒列の方向に延びる構成にした排気ガス室を凹み形成し，この排気ガス室を，前記吸気側長手側面とこれに接合される吸気マニホールドとの間に介挿したスペーサ板にて密閉するか，或いは，前記吸気側長手側面に接合される吸気マニホールドにて密閉し，この排気ガス室内に導入した排気ガスを排気通路を介して前記各吸気ポートに導くように構成して成る排気ガス還流装置において，
   前記排気通路は，前記各吸気ポートごとに独立した個別排気通路の構成であり，この各個別排気通路は，前記排気ガス室から各気筒における燃焼室の方向に延びて前記吸気ポート内に開口するように，前記シリンダヘッドに設けて成る構成であることを特徴とする多気筒内燃機関における排気ガス還流装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記各個別排気通路は，前記排気ガス室から燃焼室の方向に直線的に延びる構成であることを特徴とする多気筒内燃機関における排気ガス還流装置。
3. 前記請求項１又は２の記載において，前記各個別排気通路のうち少なくともその一部又は全部は，前記シリンダヘッドの内部に形成されている冷却水ジャケットに隣接する構成であることを特徴とする多気筒内燃機関における排気ガス還流装置。
4. 前記請求項１〜３のいずれかの記載において，前記各個別排気通路のうち前記排気ガス室内への開口部は，前記排気ガス室内のうち最も低い部位に位置していることを特徴とする多気筒内燃機関における排気ガス還流装置。

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