JP2011052562A - 排気還流通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気還流通路構造に関し、簡便に排気還流通路を形成するとともに、排気還流量のバラツキを低減することができるようにする。
【解決手段】吸気通路１１ｃと排気通路２１とがウォータジャケット４０を介して隣接して形成されたエンジンのシリンダヘッド１において、ウォータジャケット４０に、吸気通路１１ｃの外壁と排気通路２１の外壁とを連絡するボス部３１を形成し、このボス部３１に吸気通路１１ｃと排気通路２１とを連通する排気還流通路３０を穿設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気２弁及び排気２弁の４弁多気筒エンジンに用いて好適な排気還流通路構造に関するものである。

従来より、車両のエンジンに排気還流装置（Exhaust Gas Recirculation、略してＥＧＲ装置ともいう）を設けることが一般的に行なわれている。
かかるＥＧＲ装置では、排気通路と吸気通路とを接続する排気還流通路を設け、この排気還流通路を介して排ガスの一部を吸気側に戻すことにより、燃焼温度を下げてＮＯ_Ｘの低減や燃費の向上を図るようにしている。

しかし、このような排気還流通路を設けるべく排気通路と吸気通路との間に別途ＥＧＲ配管を介装すると、エンジンまわりにＥＧＲ配管が露出し構造が複雑になり、またＥＧＲ配管の接続のためのシールも考慮しなくてはならない。
この点、例えば特許文献１には、シリンダヘッドにおいて、排気ポートと吸気ポートとに隣接するように排気還流通路を鋳込んで形成する技術が開示されており、この場合、構造が簡素で加工工程も少なくて済む。

特開平７−２４７９１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような排気還流通路は、排気ポートの下流と吸気ポートの上流とを連通するものであるので全長が長く、また、その一部をシリンダヘッドに鋳込んで形成する際には中子を利用する必要がある。したがって、製造コストが高くなり、また、鋳造では通路面積の精度もあまり良くなく、その結果、排気還流量のバラツキが大きくなり排ガス性能の悪化を招くという課題がある。

本発明はこのような課題に鑑みて案出されたもので、簡便に排気還流通路を形成することができ、また、排気還流量のバラツキも低減することができるようにした、排気還流通路構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の排気還流通路構造は、吸気通路と排気通路とがウォータジャケットを介して隣接して形成されたエンジンのシリンダヘッドにおいて、前記ウォータジャケットに、前記吸気通路の外壁と前記排気通路の外壁とを連絡するボス部を形成し、前記ボス部に前記吸気通路と前記排気通路とを連通する排気還流通路を穿設したことを特徴としている。

また、請求項２記載の本発明の排気還流通路構造は、請求項１記載の排気還流通路構造において、前記エンジンは複数の気筒を有し、前記シリンダヘッドには、前記気筒毎に、前記吸気通路としての吸気ポートと、前記排気通路としての排気ポートと、前記各吸気ポートをその上流で連通する連通吸気通路とが備えられ、前記ボス部及び前記排気還流通路が、前記気筒毎に前記連通吸気通路と前記排気ポートとを連絡するようにそれぞれ設けられていることを特徴としている。

また、請求項３記載の本発明の排気還流通路構造は、請求項２記載の排気還流通路構造において、前記エンジンは、前記気筒毎に吸気２弁及び排気２弁の動弁機構を有し、前記吸気２弁及び前記排気２弁がそれぞれ気筒配列方向に直交する方向に並んでいることを特徴としている。

請求項１記載の本発明の排気還流通路構造によれば、ボス部に排気還流通路を穿設すれば良いので、簡便に排気還流通路を形成することができる。そして、特別な中子が不要であって製造コストを抑制することができる。また、形成方法が鋳造ではなく穿設であるので、通路面積の精度が高く、排気還流量のバラツキを低減して排ガス性能を向上させることができる。また、ＥＧＲの効果が常時あるので、燃料噴射量を多少なりとも抑えて燃費を向上させることができる。

請求項２記載の本発明の排気還流通路構造によれば、何れかの気筒の排気ポートへ排ガスが排出されると、その気筒の排気還流通路を通じて排ガスが連通吸気通路に還流し、直後に吸気行程となる気筒の吸気ポートから気筒内に吸入され、複数気筒で効率良く排気還流を行なうことができる。
請求項３記載の本発明の排気還流通路構造によれば、吸気２弁及び排気２弁で且つこれらの弁が気筒配列方向に直交する方向に並んでいる場合、吸気ポート及び排気ポートが互いに近くなるので、ボス部を加工しやすく、排気還流通路も短くて済むという利点がある。そして、通路が短いことで、製造コストをより抑制することができるとともに、通路面積の精度を容易に高めることができる。

本発明の一実施形態に係る排気還流通路構造を示す模式的な平面図である。 本発明の一実施形態に係る排気還流通路構造を示す模式図であって、図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明の一実施形態に係る排気還流通路構造を備えたエンジンのＥＧＲ装置の好ましい例を示す模式的な概略図である。

以下、図面により本発明の排気還流通路構造の実施の形態について説明する。
＜構成＞
本実施形態の排気還流通路構造は、吸気２弁及び排気２弁の４弁多気筒エンジンに対して設けられるものであり、当該エンジンは、シリンダブロックと図１に示すようなシリンダヘッド１とを備えている。

シリンダブロックには、複数（例えば４つ）の気筒３が直列に形成されている。シリンダヘッド１には、気筒３毎に、２つの吸気開口１０ａ，１０ｂ及び２つの排気開口２０ａ，２０ｂが燃焼室に臨む位置に形成されている。２つの吸気開口１０ａ，１０ｂは気筒配列方向に直交する方向に並んで形成され、同様に、２つの排気開口２０ａ，２０ｂも気筒配列方向に直交する方向に並んで形成されている。気筒配列方向の一側（図１中の下側）は吸気側となり、他側（図１中の上側）は排気側となっている。

各吸気開口１０ａ，１０ｂは吸気バルブ（図示略）によって開閉され、各排気開口２０ａ，２０ｂは排気バルブ（図示略）によって開閉される。図１では、シリンダヘッド１の気筒配列方向の一方の端部側において最も端部寄りに位置する気筒３と、この気筒３に隣接する気筒３との２つの気筒に対応する構成を示しているが、図示しない残りの構成も図示した構成と同様である。また、図１では、ウォータジャケット４０の一部を示している。

シリンダヘッド１にはまた、吸気側側部１ａから各吸気開口１０ａ，１０ｂに向かって延設された吸気ポート１１と、排気側側部１ｂから各排気開口２０ａ，２０ｂに向かって延設された排気ポート２１とが、気筒３毎に形成されている。
吸気ポート１１は、吸気側の吸気開口１０ａに連通する第１の分岐吸気ポート１１ａと、排気側の吸気開口１０ｂに連通する第２の分岐吸気ポート１１ｂとを有している。これら分岐吸気ポート１１ａ，１１ｂは、上流側で１つにまとまって吸気ポート基部（連通吸気通路）１１ｃに連通している。吸気ポート基部１１ｃは全気筒３で連通している。換言すれば、１つの吸気ポート基部１１ｃから各気筒３の各吸気開口１０ａ，１０ｂへ向かって、各吸気ポート１１が２つの分岐吸気ポート１１ａ，１１ｂに分岐している。

なお、吸気側の吸気開口１０ａに連通する第１の分岐吸気ポート１１ａはショートポートであり、排気側の吸気開口１０ｂに連通する第２の分岐吸気ポート１１ｂはロングポートとなっている。
排気ポート２１は、吸気ポート１１とは異なり、分岐していない。つまり、排気ポート２１は、排気側側部１ｂから排気側の排気開口２０ｂを経由して吸気側の排気開口２０ａに至るようになっている。

そして、シリンダヘッド１には、吸気ポート基部１１ｃと排気ポート２１とを連通する排気還流通路３０が形成されている。この排気還流通路３０は、吸気ポート基部１１ｃから吸気側の排気開口２０ａの中心軸線Ｏに向かって直線状に延びている。また、排気還流通路３０は、図１及び図２に示すように、ボス部（余肉部）３１の中心にシンプルに穴を穿設することで形成されている。

排気還流通路３０が形成されている位置は、通常であればウォータジャケット４０として冷却水が流通する空間が形成されている場所である。本構造では、冷却水の流通する空間に、吸気ポート基部１１ｃの外壁と排気ポート２１の外壁とを連絡するボス部３１を新たに設け、シリンダヘッド１鋳造時にボス部３１も一体に鋳造し、このボス部３１の中心に直線状に穴加工することで排気還流通路３０を形成している。ボス部３１は、シリンダヘッド１鋳造時にポート１１，２１等を形成するための他の壁部（肉部ともいう）と一体に鋳造することで加工は容易になるが、従来のように上記の場所をウォータジャケット４０とするようにシリンダヘッド１を鋳型で鋳造した後に、上記の場所に円筒状の部材を溶接して設けても良い。

＜作用・効果＞
本発明の一実施形態に係る排気還流通路構造は上述のように構成されているので、以下のような作用および効果を奏する。
吸気ポート基部１１ｃと排気ポート２１とを連通する排気還流通路３０が形成されているので、排ガスが吸気側へ常時還流し、このＥＧＲ効果によって燃料噴射量を抑えて燃費を向上させることができる。

また、ボス部３１の中心に穴を穿設することで排気還流通路３０が形成されているので、特別な中子を必要とせずに簡便に通路を形成することができて製造コストを抑えることができるとともに、通路面積の精度を高くすることができて排気還流量のバラツキを低減することができ、その結果、排ガス性能を向上させることができる。
また、排気還流通路３０は吸気側の排気開口２０ａの中心軸線Ｏから吸気ポート基部１１ｃへと直線状に延びているので、排気流れが良いという利点がある。また、吸気ポート基部１１ｃへと排ガスが還流するので、各分岐吸気ポート１１ａ，１１ｂを通って各吸気開口１０ａ，１０ｂへと好適に排ガスが分配されるという利点がある。また、吸気ポート基部１１ｃは全気筒３で連通しているので、何れかの気筒３の排気ポート２１へ排ガスが排出されると、その気筒３の排気還流通路３０を通じて排ガスが吸気ポート基部１１ｃに還流し、直後に吸気行程となる気筒３の吸気ポート１１から気筒３内に吸入され、複数気筒３で効率良く排気還流を行なうことができるという利点がある。

また、排気還流通路３０は吸気ポート基部１１ｃとその吸気ポート基部１１ｃに近接した排気ポート２１の部分とを接続することになるので、通路が短く、製造コストをより抑制することができるとともに、通路面積の精度を容易に高めることができるという利点がある。
なお、本発明が適用されるエンジンは、図３に示すように、ＥＧＲ装置として、排気還流通路３０に加えてＥＧＲ通路５０を備えていることが好ましい。ＥＧＲ通路５０は周知のＥＧＲ通路に相当するものであって、吸気ポート基部１１ｃよりも上流側の吸気通路５１と排気ポート２１よりも下流側の排気通路５２とを接続している。そして、その通路途中にＥＧＲバルブ５３が設けられて、吸気側に戻る排ガスの量（ＥＧＲ量）を調整可能になっている。このようなＥＧＲ装置によれば、ＮＯ_Ｘの低減と燃費の向上とを図ることができ、特に排気還流通路３０によって、より広範囲な運転状態で燃費を向上させることができる。
［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記実施形態では、排気還流通路３０は、気筒３毎に吸気２弁及び排気２弁の動弁機構を有する４弁多気筒エンジンのシリンダヘッド１に設けられているが、他のエンジンのシリンダヘッドに設けられていても良い。つまり、吸気通路と排気通路とがウォータジャケットを介して隣接して形成されたエンジンのシリンダヘッドにおいて、前記ウォータジャケットに、吸気通路の外壁と排気通路の外壁とを連絡するボス部を形成し、そのボス部に吸気通路と排気通路とを連通する排気還流通路を穿設していれば良い。

そして、より好ましくは、エンジンは複数の気筒を有するものであり、そのシリンダヘッドには、気筒毎に、吸気通路としての吸気ポートと、排気通路としての排気ポートと、各吸気ポートをその上流で連通する連通吸気通路とが備えられ、ボス部及び排気還流通路が、気筒毎に、連通吸気通路と排気ポートとを連絡するようにそれぞれ設けられていれば良い。

１ シリンダヘッド
１ａ 吸気側側部（気筒配列方向の一側の側部）
１ｂ 排気側側部（気筒配列方向の他側の側部）
３ 気筒
１０ａ，１０ｂ 吸気開口
１１ 吸気ポート（吸気通路）
１１ａ 吸気側の分岐吸気ポート
１１ｂ 排気側の分岐吸気ポート
１１ｃ 吸気ポート基部（連通吸気通路）
２０ａ，２０ｂ 排気開口
２１ 排気ポート（排気通路）
３０ 排気還流通路
３１ ボス部（余肉部）
４０ ウォータジャケット
５０ ＥＧＲ通路
５１ 吸気ポート基部の上流の吸気通路
５２ 排気ポートの下流の排気通路
５３ ＥＧＲバルブ
Ｏ 吸気側の排気開口の中心軸線

Claims (3)

1. 吸気通路と排気通路とがウォータジャケットを介して隣接して形成されたエンジンのシリンダヘッドにおいて、前記ウォータジャケットに、前記吸気通路の外壁と前記排気通路の外壁とを連絡するボス部を形成し、前記ボス部に前記吸気通路と前記排気通路とを連通する排気還流通路を穿設した
   ことを特徴とする、排気還流通路構造。
2. 前記エンジンは複数の気筒を有し、前記シリンダヘッドには、前記気筒毎に、前記吸気通路としての吸気ポートと、前記排気通路としての排気ポートと、前記各吸気ポートをその上流で連通する連通吸気通路とが備えられ、
   前記ボス部及び前記排気還流通路が、前記気筒毎に前記連通吸気通路と前記排気ポートとを連絡するようにそれぞれ設けられている
   ことを特徴とする、請求項１記載の排気還流通路構造。
3. 前記エンジンは、前記気筒毎に吸気２弁及び排気２弁の動弁機構を有し、前記吸気２弁及び前記排気２弁がそれぞれ気筒配列方向に直交する方向に並んでいる
   ことを特徴とする、請求項２記載の排気還流通路構造。

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