JP2011038467A

JP2011038467A - エンジンの排気ガス還流装置

Info

Publication number: JP2011038467A
Application number: JP2009186216A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sugiyama; 大祐杉山
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2009-08-11
Filing date: 2009-08-11
Publication date: 2011-02-24

Abstract

【課題】エンジンの排気ガス還流装置において、蛇腹部が備えられた金属製の排気ガス還流管に蛇腹部より還流排気の上流側に曲管部を設けて、排気ガス還流管の耐久性を向上することにある。
【解決手段】蛇腹部（３１）が備えられた金属製の排気ガス還流管（３２）は、排気ガス取出口（２３）より水平方向でエンジン（１）から一旦離れる方向へ延びた後に湾曲してエンジン（１）側へ戻り、次いで鉛直方向上方へ延びる曲管部（３３）を、蛇腹部（３１）の上流側に備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの排気ガス還流装置に係り、特に蛇腹部が備えられる排気ガス還流管を設けたエンジンの排気ガス還流装置に関する。

近年、車両用のエンジンにおいては、燃費向上案として、多量のＥＧＲガス（還流排気）を触媒コンバータの下流側から吸気系に導入している。ＥＧＲガスは、排気マニホルドと吸気マニホルドとの間を連絡する排気ガス還流通路によって吸気通路に導入される。この際、シリンダヘッドの気筒列方向側部に排気ガス還流通路の一部を備えたハウジングを取り付け、排気マニホルドの下流部とハウジングとを排気ガス還流管で連結したものがある。
一般に、排気マニホルドは熱伸縮が大きいので、排気マニホルドと比べて管径の細く変形し易い排気ガス還流管は、排気マニホルドの熱伸縮に追従できる材質・構造として、耐久性を確保する必要がある。
このため、排気ガス還流管としては、高温強度に優れた材質を使用したり、あるいは、２個以上の蛇腹部が備えられたものを使用して耐久性を向上させている。

特開２００５−９８１７１号公報特開２００２−１３４４２号公報特許文献１に係るエンジンの排気還流装置は、水冷還流排気クーラを排気マニホルド側に取り付け、排気ガス還流管のフレキシブルチューブ（蛇腹部）を水冷還流排気クーラの下流側に配設したものである。特許文献２に係るエンジンの排気ガス再循環装置は、分割した排気ガス還流管の間に、ダイナミックダンパのばね材として機能する中空状弾性部材（蛇腹部）を連結したものである。

ところが、エンジンの排気ガス還流装置においては、排気ガス還流管として、高温強度に優れた材質のものを使用したり、あるいは、複数の蛇腹部を備えたものを使用した場合に、コスト高になるという不都合があった。
また、上記の特許文献１では、触媒コンバータの下流側からのＥＧＲガスの導入に対する耐久性の確保について、エンジンからの冷却水を用いて排気ガス還流管を冷却するものであるが、冷却用部品を追加する必要があり、構造が複雑になるという不都合があった。
更に、上記の特許文献２では、冷却用部品を追加することなく、中空状弾性部材（蛇腹部）を用いて排気ガス還流管の耐久性を向上させ、また、中空状弾性部材の長さや蛇腹の数を変更することで固有振動数を調整して振動による破損を防止しているが、熱伸縮に対する耐久性については対処することが困難であった。

そこで、この発明の目的は、蛇腹部が備えられる金属製の排気ガス還流管の耐久性を向上するエンジンの排気ガス還流装置を提供することにある。

この発明は、エンジンをクランク軸方向から見た場合、シリンダヘッドの排気ポート口に接続される排気管を水平方向へ延ばした後に鉛直方向下側へ湾曲させ、前記排気管が鉛直方向下側へ延びる部分に筒状の触媒コンバータを配置し、この触媒コンバータの下流側の前記排気管には吸気系へ還流する排気ガスを取り出す排気ガス取出口を設け、前記シリンダヘッドの排気ポート口と略同一方向に向かって開口する排気ガス導入口を備えたハウジングを前記シリンダヘッドの気筒列方向側部に配置し、前記排気ガス取出口と前記排気ガス導入口とを蛇腹部が備えられる金属製の排気ガス還流管によって連絡したエンジンの排気ガス還流装置において、前記排気ガス還流管は、前記排気ガス取出口より水平方向で前記エンジンから一旦離れる方向へ延びた後に湾曲して前記エンジン側へ戻り、次いで鉛直方向上方へ延びる曲管部を、前記蛇腹部の上流側に備えていることを特徴とする。

この発明のエンジンの排気ガス還流装置は、排気ガス還流管に曲管部を設けることにより、蛇腹部が備えられる金属製の排気ガス還流管の耐久性を向上できる。

図１は排気ガス還流管及び排気管が備えられたエンジンの左側面図である。（実施例）図２（Ａ）はクランプが除かれた排気ガス還流管の側面図である。図２（Ｂ）はクランプを含んだ排気ガス還流管の斜視図である。（実施例）図３は図５における排気ガス還流管を接続するエルボ型フランジの構成図である。（実施例）図４はエンジンの正面図である。（実施例）図５はエンジンの左側面図である。（実施例）

この発明は、蛇腹部が備えられる金属製の排気ガス還流管の耐久性を向上する目的を、排気ガス還流管に曲管部を設けて実現する。
以下、図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。

図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。
図４、図５において、１は車両に横置きで搭載されるエンジン、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はオイルパン、５はシリンダヘッドカバーである。
エンジン１は、シリンダブロック２の下部にクランク軸６を備えるとともに、吸気装置７と排気装置８との間を連絡する排気ガス還流装置９とを備えている。
シリンダヘッド３には、図１に示すように、後部に吸気ポート１０が形成されているとともに、前部に排気ポート１１が形成されている。
また、図１、図５に示すように、シリンダヘッド３には、吸気ポート口１２に吸気装置７の吸気マニホルド１３が吸気側取付フランジ１４によって接続されるとともに、排気ポート口１５に排気側取付フランジ１６によって排気装置８の排気管（排気マニホルド）１７が接続されている。この排気管１７は、排気ガス通路１７Ａを形成するものであり、図４に示すように、中間部位が固定用スティフナ１８によってシリンダブロック２の前部に固定されている。

図５に示すように、排気装置８において、シリンダヘッド３の排気ポート口１５に接続される排気管１７は、エンジン１をクランク軸方向から見た場合、水平方向へ延ばした後に鉛直方向下側へ湾曲される。
排気管１７には、鉛直方向下側へ延びる部分に、筒状の触媒コンバータ１９を配置している。この触媒コンバータ１９は、担体２０に断熱機能を有するサポータ（触媒マット）２１を巻き付け、このサポータ２１を触媒ケース２２で覆って構成されている。

排気ガス還流装置９において、図１、図３に示すように、触媒コンバータ１９の下流側の排気管１７には、吸気系へ還流する排気ガスを取り出すための排気ガス取出口２３を設けている。
また、図１に示すように、シリンダヘッド３の気筒列方向の左側部には、排気ポート口１５と略同一方向に向かって開口する排気ガス導入口２４を備えたハウジング２５が配置されている。さらに、図５に示すように、シリンダヘッド３の気筒列方向の左側部には、ハウジング２５近傍で、車両前方に延びる冷却水出口ホース２６と、車両後方に延びる第１ヒータホース２７及び第２ヒータホース２８とが接続している。
ハウジング２５には、排気ガス導入口２４と吸気ポート１０とを連通するガス流通路２９が形成されているとともに、このガス流通路２９を開閉して吸気ポート１０側へのＥＧＲガス（還流排気）の流通量を調整するＥＧＲ弁３０が取り付けられている。
排気ガス取出口２３と排気ガス導入口２４とは、蛇腹部３１が備えられる金属製の排気ガス還流管３２によって連絡している。
また、この排気ガス還流管３２は、図１に示すように、排気ガス取出口２３より水平方向でエンジン１から一旦離れる方向へ延びた後に湾曲してエンジン１側へ戻り、次いで鉛直方向上方へ延びる曲管部３３を蛇腹部３１の上流側（排気ガスが流れてくる排気ガス取出口２３側）に備えている。

具体的に説明すると、図１に示すように、曲管部３３は、上流部３３ａと下流部３３ｂとに分割されている。図３に示すように、触媒コンバータ１９の下流側の排気管１７の排気ガス取出口２３には、曲管部３３の上流部３３ａを構成するガス取出ポート部３４がエンジン１から離れる方向で且つ水平方向に向かって突設している。このガス取出ポート部３４には、曲管部３３の下流部３３ｂを接続するポート側接合部３５を備えている。このポート側接合部３５には、排気ガス通路１７Ａを直交する方向に屈曲させるエルボ型フランジ３６が上流側取付ボルト３８・３８で連結される。
このエルボ型フランジ３６は、ポート側接合部３５に接合される上流側接合部３７と、この上流側接合部３７の背面側から鉛直方向上方へ延びる筒状の嵌合用端部３９とを備えている。この嵌合用端部３９には、曲管部３３の下流部３３ｂを構成する上流側端部４０が上方に向かって嵌合している。
この曲管部３３の下流部３３ｂは、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、上流側端部４０に連設して触媒コンバータ１９の下部と略同一の高さ位置でエンジン１側に曲がった上流側第１曲げ部４１と、この上流側第１曲げ部４１に連設してエンジン１のクランク軸６と略同一の高さ位置でエンジン１側に水平に延びる上流側中間直線部４２と、この上流側中間直線部４２に連設し且つ上方に配置される蛇腹部３１に向かって湾曲する上流側第２曲げ部４３とからなる。

一方、排気ガス還流管３２の蛇腹部３１よりも上部位においては、図１、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、蛇腹部３１に連設して鉛直方向上方に延びる鉛直方向直線部４４と、この鉛直方向直線部４４に連設して車両左方に向いた下流側第１曲げ部４５と、この下流側第１曲げ部４５に連設して車両左斜め上方に延びる下流側中間直線部４６と、この下流側中間直線部４６に連設してハウジング２５側に向かう下流側第２曲げ部４７と、この下流側第２曲げ部４７に連設してハウジング２５の排気ガス導入口２４に接続される下流側端部４８とが設けられる。この下流側端部４８は、下流側接合部４９がハウジング２５のハウジング側接合部５０に下流側取付ボルト５１・５１によって連結されることにより、ハウジング２５の排気ガス導入口２４に接続される。
鉛直方向直線部４４は、図２（Ｂ）、図４、図５に示すように、シリンダブロック２の変速機取付用フランジ５２よりも排気管１７側で且つシリンダブロック２の外壁面と排気管１７間の隙間に配置され、また、クランプボルト５３で取り付けられるクランプ５４によってシリンダブロック２の前部に固定される。
また、図４に示すように、クランプ５４の上方でシリンダブロック２には、ブロックヒータ５５が取り付けられている。

このように構成された排気ガス還流管３２においては、図１に示すように、上流側中間直線部４２の軸線Ａと鉛直方向直線部４４の軸線Ｂとは直交するように配設され、また、上流側端部４０の軸線Ｃは下流側中間直線部４２の軸線Ａに対して直交し且つ鉛直方向直線部４４の軸線Ｂと平行に配置される。

このように、曲管部３３により排気ガス還流管３２には、排気管１７と略同寸法で水平方向に延びる部分（軸線Ａ部）及び鉛直方向に延びる部分（軸線Ｂ部及び軸線Ｃ部）を形成でき、このため、排気ガス還流管３２の熱伸縮量を排気管１７の熱伸縮量に合わせて排気ガス還流管３２の熱歪を低減できる。
また、蛇腹部３１の上流側の車両鉛直方向で低い位置に曲管部３３を設けたため、図１に示すように、曲管部３３を走行風で冷却し、蛇腹部３１に流入する排気ガスの温度を低下させることができる。
更にまた、蛇腹部３１に発生する熱歪を減少させ、排気ガス還流装置９の耐久性を向上させることができる。

即ち、排気管１７は、図１に示すように、二方向（Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚ）に熱伸縮する。この熱伸縮は、排気ガス還流管３２の耐久性に大きく影響を及ぼすものである。
この排気ガス還流管３２ヘの熱伸縮の影響を軽減させるために、この実施例においては、以下のような構造とした。
排気管１７のＹ−Ｙ方向への熱伸縮を吸収するために、排気ガス還流管３２の上流側中間直線部４２をＹ−Ｙ方向に延びるようにレイアウトする。
そして、下側中間直線部４２を軸線Ａの方向に熱伸縮させることで、蛇腹部３１に作用する剪断力を低減させる。
また、排気ガス還流管３２には、排気管１７のＺ−Ｚ方向への熱伸縮を吸収するために、Ｚ−Ｚ方向に蛇腹部３１と鉛直方向直線部４４とを直列に配置し、この鉛直方向直線部４４の熱伸縮により相対的に蛇腹部３１の熱伸縮量を低減させる。
更に、蛇腹部３１に対する排気管１７の輻射熱を考慮し、触媒ケース２２に内蔵されるサポータ２１の外周部に蛇腹部３１を設けた。これにより、触媒ケース２２内のサポータ２１は、断熱効果があるため、蛇腹部３１ヘの熱影響を軽減できる。
また、図３に示すように、上流側端部４０と上流側接合部３７との接合部位にかかる力を軽減するため、エルボ型フランジ３６を使用した。つまり、フランジに形成した貫通孔に配管を挿入固定した通常のフランジでは、排気管１７の軸方向（Ｚ−Ｚ）の熱伸縮によってフランジと上流側端部４０との接合部位の一部に力が集中し、破損に至る場合がある。一方、エルボ型フランジ３６を使用する場合には、エルボ型フランジ３６と上流側端部４０との接合部全体で力を受けることができる。

また、図１に示すように、曲管部３３は、触媒コンバータ１９に内蔵されるサポータ２１より鉛直方向で下側に配置されている。蛇腹部３１は、サポータ２１の外周部に配置されている。
これにより、蛇腹部３１を触媒コンバータ１９に内蔵されるサポータ２１によって断熱される箇所に配置したため、蛇腹部３１が触媒コンバータ１９から受ける輻射熱を低減し、金属製の蛇腹部３１の温度を低下させて耐久性を向上できる。

なお、この実施例において、排気ガス還流管３２のレイアイトでは、排気ガス還流管３２をサポータ２１近傍に設定して熱影響を低減したが、ラジエータファンと重なる位置に排気ガス還流管３２を配置することでも、同様の効果が得られる。

この発明の排気ガス還流装置を、各種エンジンに適用可能である。

１エンジン
３シリンダヘッド
９排気ガス還流装置
１０吸気ポート
１１排気ポート
１７排気管
１９触媒コンバータ
２１サポータ
２３排気ガス取出口
２４排気ガス導入口
２５ハウジング
２９ガス流通路
３０ＥＧＲ弁
３１蛇腹部
３２排気ガス還流管
３３曲管部
３６エルボ型フランジ
４１排気ガス還流管の上流側端部
４２排気ガス還流管の曲管部における上流側中間直線部
４４排気ガス還流管の鉛直方向直線部
Ａ上流側中間直線部の軸線
Ｂ鉛直方向直線部の軸線
Ｃ上流側端部の軸線

Claims

エンジンをクランク軸方向から見た場合、シリンダヘッドの排気ポート口に接続される排気管を水平方向へ延ばした後に鉛直方向下側へ湾曲させ、前記排気管が鉛直方向下側へ延びる部分に筒状の触媒コンバータを配置し、この触媒コンバータの下流側の前記排気管には吸気系へ還流する排気ガスを取り出す排気ガス取出口を設け、前記シリンダヘッドの排気ポート口と略同一方向に向かって開口する排気ガス導入口を備えたハウジングを前記シリンダヘッドの気筒列方向側部に配置し、前記排気ガス取出口と前記排気ガス導入口とを蛇腹部が備えられる金属製の排気ガス還流管によって連絡したエンジンの排気ガス還流装置において、前記排気ガス還流管は、前記排気ガス取出口より水平方向で前記エンジンから一旦離れる方向へ延びた後に湾曲して前記エンジン側へ戻り、次いで鉛直方向上方へ延びる曲管部を、前記蛇腹部の上流側に備えていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
前記曲管部を前記触媒コンバータに内蔵されるサポータより鉛直方向で下側に配置し、前記蛇腹部を前記サポータの外周部に配置したことを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。