JP2013177818A - Ｅｇｒ通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、小スペース化、コスト低減及び重量軽減を実現しつつ、脈動の影響を抑えて安定したＥＧＲ導入を行うことのできるＥＧＲ通路の構造を提供することを目的とする。
【解決手段】排気マニホールド２の排気管２ａと吸気マニホールド４の吸気管４ａとを繋ぐＥＧＲ通路６がシリンダヘッド１内に形成されている。このＥＧＲ通路６は、排気管２ａに連通する取込通路６ａと、この取込通路６ａよりも断面積が大きい通路拡大部６ｂと、通路拡大部６ｂよりも断面積が小さい排出通路６ｃとから構成されている。このうち通路拡大部６ｂは、シリンダヘッド１の内部に、ウォータージャケット８と壁９を隔てて形成されている。また、ウォータージャケット８に対して冷却水の流入及び流出を行うための流入管８ａ及び流出管８ｂが、通路拡大部６ｂの内部空間を横切るように配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等のエンジンから排出された排ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ装置のＥＧＲ通路の構造に関する。

ＥＧＲシステムを用いると、排気の一部を取り出し、吸気側へ還流させることにより排出ガスの窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の生成を抑え、また、燃費を向上させることができる。このＥＧＲは、触媒の排気上流側又は下流側と吸気マニホールド側の吸気管との間をＥＧＲパイプにより接続して構成される。

図５に、従来のＥＧＲ通路の概略を示す。図５を参照して、ＥＧＲ通路１０６が排気マニホールド１０２と吸気マニホールド１０４との間を連通させるように繋がれている。また、エンジンの負荷に対してＥＧＲ率を一定の状態に保つために、ＥＧＲ通路１０６の途中にＥＧＲバルブ１１０が設けられている。そして、吸入できる新気量の減少を抑え、十分な量のＥＧＲを導入するために、ＥＧＲ通路１０６には、ＥＧＲクーラー１１４が設けられている。

ところで、図５のような、断面積が一定のＥＧＲ通路１０６を備えたＥＧＲシステムでは吸気脈動と排気脈動との圧力差によりＥＧＲが導入できないタイミングが生じる。次に、この脈動について図６を用いて説明する。

図６は、吸気脈動１２２と排気脈動１２０との関係を示す。縦軸は圧力〔ｋＰａ〕を示し、横軸はクランク角度〔度〕である。ライン１２２は、吸気の場合のクランク角度と圧力の関係を示し、ライン１２０は、排気の場合のクランク角度と圧力の関係を示す。すなわち、ライン１２２は吸気脈動を表し、ライン１２０は排気脈動を表す。

ＥＧＲガスは、排気側が吸気側より高い圧力の時に排気側から吸気側に流れる。したがって、排気圧力が吸気圧力より低くなる符号１２４および符号１２６の領域では、ＥＧＲガスを吸気側に供給できない。この結果、ＥＧＲ量が不足し、燃費悪化の原因となる。

また、上記図５の構造では、排気圧と吸気圧の差が大きな脈動が起こると、高い圧力のＥＧＲガスが周期的に吸気マニホールドの内壁へ衝突することによって異音が発生する。

このため、従来から、排気脈動を吸収する構成が考えられている。このうち、特許文献１に記載の構成では、運転状態に応じて種々変化する排気脈動や吸気脈動の影響を低減するために、排気側から延びる還流通路と吸気側へ繋がる分岐吸気通路との間に拡張部としてサージタンクを設けている。これにより、還流排気ガスの排圧、排気脈動を吸収することができる。

また、特許文献２に記載の構成では、排気管と吸気管との間に共鳴管と共鳴容積を設け、これらの共鳴作用を利用して排気管内の排気の圧力変動を有効に変化させている。これにより、排気圧力が吸気圧力よりも低い場合においても、逆止弁の位置では吸気側へ流れる圧力が形成されて、排気が効率良く吸気管に導入される。

さらに、特許文献３では、ＥＧＲ弁を介して排気側と吸気側とのそれぞれに設けた容器によりレゾネータを構成し、吸排気慣性過給及び吸排気の騒音低減を図ることが記載されている。

実公昭６０−３４７６９号公報 特開平１−１７７４４６号公報 実開平６−２８２２８号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３の何れの構成においても、容積室、共鳴容積又はレゾネータの容器など、エンジン外に別途装置を備える必要があり、小スペース化には適さない上、コスト、重量共に増大してしまう。

そこで、上記課題を解決するために、本発明では、小スペース化、コスト低減及び重量軽減を実現しつつ、脈動の影響を抑えて安定したＥＧＲ導入を行うことのできるＥＧＲ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に、本発明のＥＧＲ通路構造は、
シリンダヘッド内に設けられたＥＧＲ通路構造であって、
排気側と連通する取込通路と、
前記シリンダヘッド内にウォータージャケットと壁を隔てて形成され、前記取込通路と連通し、前記取込通路より断面積が大きい通路拡大部と、
前記通路拡大部と吸気側とを連通させ、前記通路拡大部より断面積の小さい排出通路を有することを特徴とする。

本発明によれば、排気脈動により、排気側の圧力が吸気側の圧力よりも低下した場合のように、分岐管内の気流が排気側へ逆流するような状態であっても、通路拡大部の断面積が分岐管よりも大きく形成されているので、圧力変化は緩和され、吸気側に及ぼす影響は低減される。このように、排気脈動が低減されるので、ＥＧＲバルブ制御とＥＧＲガスの供給量がほぼ比例させることができ、正確なＥＧＲバルブ制御を行うことができる。結果、エンジンのどの回転角度においてもＥＧＲガス導入が可能となるので、燃費を向上させることができる。

また、通路拡大部は、ウォータージャケットと壁を隔てて形成されているので、通路拡大部に滞留したＥＧＲガスを冷却することができる。結果、ＥＧＲクーラーの搭載を省略することができ、構成装置が少なくなる分だけコストが抑えられ、また、軽量化により燃費の向上が図られる。

さらに、取込通路と通路拡大部との接続部において、取込通路から伝搬される音波が一部反射されて減衰するので、吸気管側の異音の発生を低減することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係るＥＧＲ通路を示した概略図である。 図１のＡ−Ａ線から見た断面図である。 本発明に係るＥＧＲ通路を利用した場合の吸排気圧とクランク角度の関係を示したグラフである。 本発明の第２の実施の形態に係るＥＧＲ通路の側方断面図である。 従来のＥＧＲ通路を示した概略図である。 吸気脈動と排気脈動との関係をクランク角度に対する圧力として示した図である。

以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。

（第１の実施の形態）
先ず、第１の実施の形態について説明する。図１は、シリンダヘッド１を上方から見たときのＥＧＲ通路の概略構造を示している。シリンダヘッド１を挟んで紙面上方側には吸気マニホールド４が配置され、紙面下方側には排気マニホールド２が配置されている。そして、本実施の形態では、触媒１２の上流側の排気管２ａから分岐管３が分岐している。

この分岐管３は、シリンダヘッド１側に延び、シリンダヘッド１の表面に設けられた取込通路６ａの開口（入口端６ａｉ）と連通する。取込通路６ａは、さらにシリンダヘッド１の内部に形成された通路拡大部６ｂへ繋がっている。取込通路６ａの出口端６ａｏは、通路拡大部６ｂの内部まで延設されている。

この通路拡大部６ｂの断面積は、取込通路６ａの断面積よりも大きくなるように形成されている。また、通路拡大部６ｂは、シリンダヘッド１の吸気側に設けられたＥＧＲバルブ１０と排出通路６ｃによって連通される。排出通路６ｃの入口端６ｃｉは、取込通路６ａの出口端６ａｏと同様に、通路拡大部６ｂの内部まで延設されている。また、排出通路６ｃの断面積は通路拡大部６ｂより小さい。

排出通路６ｃの出口端６ｃｏは、シリンダヘッド１の吸気側の表面に設けられた開口である。この開口（出口端６ｃｏ）は、ＥＧＲバルブ１０と連通されている。

ＥＧＲバルブ１０は、吸気側還流管５を介して吸気マニホールド４の吸気管４ａに繋がっている。このように、本実施の形態に係るＥＧＲ通路６は、シリンダヘッド１内に設けられた取込通路６ａ、通路拡大部６ｂ、排出通路６ｃから構成されている。

また、図１に示されたように、通路拡大部６ｂは、シリンダヘッド１の内部でウォータージャケット８と壁９を隔てて形成されている。そして、このウォータージャケット８に対して冷却水を循環させるための流入管８ａ及び流出管８ｂが通路拡大部６ｂの内部を横切るように貫通して配置されている。

次に、この通路拡大部６ｂと流入管８ａ、流出管８ｂとの関係について、図２を参照して説明する。図２は、図１のＡ−Ａ線から見た断面図である。図２を参照して、排気管２ａから分岐した分岐管３は、シリンダヘッド１内に設けられた取込通路６ａの入口端６ａｉに連通される。なお、取込通路６ａの出口端６ａｏは、通路拡大部６ｂの内部に向かって延びている。そして、この出口端６ａｏの下流側を横切るように冷却水の流出管８ｂが配置されている。

また、記述したように、エンジンの吸気側と連通する排出通路６ｃの入口端６ｃｉも通路拡大部６ｂ内まで延設されている。そして、排出通路６ｃの入口端６ｃｉの上流側を横切るように冷却水の流入管８ａが配置されている。

排気管２ａから取込通路６ａを通ってきたＥＧＲガスは、取込通路６ａより断面積の広い空間（通路拡大部６ｂ）に放出される。また、通路拡大部６ｂから吸気側への通路の入口である排出通路６ｃの入口端６ｃｉは、通路拡大部６ｂの端部内面６ｂｂより通路拡大部６ｂの内部に形成されている。また、出口端６ａｏと入口端６ｃｉの間には、流入管８ａおよび流出管８ｂが配置されている。

したがって、出口端６ａｏから通路拡大部６ｂ内に放出されたＥＧＲガスは、入口端６ｃｉに向かって層流を形成しにくい。つまり、通路拡大部６ｂはＥＧＲガスの流れの一時的な貯留機能を有している。そのため、通路拡大部６ｂに流入したＥＧＲガスの脈動はそのまま排出通路６ｃを通過するＥＧＲガスに伝わらない。

結果、排気脈動の影響がＥＧＲバルブ１０に伝わりにくい構成となっている。これは、ＥＧＲバルブ１０の点では、比較的安定したＥＧＲガスの供給を受けることができることを意味する。したがって、ＥＧＲバルブ１０での制御通りにＥＧＲガスを吸気側に還流させることができる。

図３には、図６で示したクランク角度における排気と吸気の圧力の関係を再掲し、本実施の形態のように通路拡大部６ｂを有する場合のＥＧＲバルブ１０の点から見た排気側の圧力をライン４０で示す。ＥＧＲバルブ１０から排気側を見ると、通路拡大部６ｂの貯留効果（コンデンサ）によって吸気側の圧力であるライン１２２より常に高い圧力を得ることができる。すなわち、吸気側に安定してＥＧＲガスを供給することができる。

また、流入管８ａ及び流出管８ｂにより通路拡大部６ｂの空間が分割され、導入されたＥＧＲガスの流れが乱されるので、脈動減衰効果をさらに高めることが可能である。

加えて、本実施の形態に係る通路拡大部６ｂは、ウォータージャケット８に対して壁９を隔てて形成されている上、内部空間を横切るように冷却水の運ばれる流入管８ａ及び流出管８ｂが配置されているので、ＥＧＲガスを効果的に冷却することができ、点火遅角を抑制することで燃費を向上させることが可能となる。

さらに上記構成では、別途、ＥＧＲクーラーを設ける必要がないことから、重量の軽減、小スペース化が図られ、コストの削減が可能となる。また、シリンダヘッド１の内部に通路を形成することで、従来よりもＥＧＲパイプの短縮化ができるので、この点についてもコストの削減が可能である。

また、上記の構成では脈動に起因する異音の抑制という効果も奏する。音波は断面積が急拡大または急縮小するようなインピーダンスが急変するところで反射が生じる。そのため、本実施の形態におけるＥＧＲ通路６の構造のように、取込通路６ａから通路拡大部６ｂへ繋がる位置と、通路拡大部６ｂから排出通路６ｃへ繋がる位置において音波の反射が生じる。

この反射により取込通路６ａ内や排出通路６ｃ内および通路拡大部６ｂ内で干渉が生じ、音のエネルギーが消費される。このため、脈動の改善により吸気マニホールド４の内壁へ衝突する音波が緩和される作用に加えて、さらに消音効果を得ることができるので、効果的に、吸気マニホールド４における異音の発生を低減することが可能となる。

（第２の実施の形態）
続いて、本発明の第２の実施の形態について説明する。図４は、図１のＡ−Ａ線に相当する位置で切断したＥＧＲ通路の、通路拡大部周辺を示した断面図である。ここでは、第１の実施の形態で説明した構成と同一部材については同一の符号を付して説明する。

図４を参照して、本実施の形態に係るＥＧＲ通路２６では、排気管２ａから分岐された分岐管３と分岐管３に連通された取込通路２６ａと、吸気管４ａに繋がる排出通路２６ｃとの、通路拡大部２６ｂ内に突き出した部分（取込通路２６ａの出口端２６ａｏと排出通路２６ｃの入口端２６ｃｉ）の高さが異なっている。本実施の形態では、取込通路２６ａの出口端２６ａｏの方が排出通路２６ｃの入口端２６ｃｉよりも低い位置に配置されている。

このように構成されていると、通路拡大部２６ｂ内に導入されたＥＧＲガスは、さらに排出通路２６ｃの入口端２６ｃｉに向けて層流を形成しにくくなり、吸気側へ送られるＥＧＲガスの還流の状態を良好に安定させることが可能である。

なお、上記各実施の形態では、通路拡大部６ｂの内部空間を流入管８ａと流出管８ｂとが貫通するように配置された構成を例として示した。しかし、流入管８ａ及び流出管８ｂは、通路拡大部６ｂを貫通するように配置されている必要はない。

少なくとも、通路拡大部６ｂがウォータージャケット８に対して壁９を隔てるように形成されていれば、通路拡大部６ｂの内部空間を流入管８ａ、流出管８ｂが貫通配置されていなくても、ＥＧＲガスの冷却効果を得ることは可能である。もちろん、流入管８ａ、流出管８ｂの少なくとも一方が、通路拡大部６ｂを貫通していれば、より効果的にＥＧＲガスを冷却できることは言うまでもない。

また、上記各実施の形態では、通路拡大部６ｂにおいて、排気側に流出管８ｂ、吸気側に流入管８ａが配置された構成を例として示したが、逆の配置であっても構わない。

また、流入管８ａ及び流出管８ｂは何れも円筒形状の管で形成されている構成を例として示したが、音波の反射を効果的に生じさせることができるように、平面を有する形状で形成されていても良い。

また、上記各実施の形態では、取込通路６ａ及び排出通路６ｃの何れもが、通路拡大部６ｂ内に先端を突出させるように配置された構成を例として示したが、先端を通路拡大部６ｂの壁面に一致させるように接続されていても一定の効果を得ることはできる。

また、上記第１の実施の形態では、通路拡大部６ｂは一部の側壁を隔ててウォータージャケット８と接している構成を例として示したが、ウォータージャケット８は通路拡大部６ｂを囲うように形成されていても構わない。

本発明は、エンジン外部に配置されるＥＧＲパイプやＥＧＲクーラーを省略することができるので、小型化されるエンジンに好適に利用することができる。

１、１０１ シリンダヘッド
２、１０２ 排気マニホールド
２ａ 排気管
３ 分岐管
４、１０４ 吸気マニホールド
４ａ （吸気マニホールドの）吸気管
５ 吸気側還流管
６、２６ ＥＧＲ通路
６ａ、２６ａ 取込通路
６ａｉ、２６ａｉ （取込通路の）入口端
６ａｏ、２６ａｏ （取込通路の）出口端
６ｂ、２６ｂ 通路拡大部
６ｃ、２６ｃ 排出通路
６ｃｉ、２６ｃｉ （排出通路の）入口端
６ｃｏ、２６ｃｏ （排出通路の）出口端
８ ウォータージャケット
８ａ 流入管
８ｂ 流出管
９ （通路拡大部とウォータージャケットを隔てる）壁
１０ ＥＧＲバルブ
１２ 触媒
４０ （本発明の構成を用いた場合のＥＧＲバルブから見た）排気圧
１２０ 排気脈動
１２２ 吸気脈動

Claims (1)

1. シリンダヘッド内に設けられたＥＧＲ通路構造であって、
   排気側と連通する取込通路と、
   前記シリンダヘッド内にウォータージャケットと壁を隔てて形成され、前記取込通路と連通し、前記取込通路より断面積が大きい通路拡大部と、
   前記通路拡大部と吸気側とを連通させ、前記通路拡大部より断面積の小さい排出通路を有することを特徴とするＥＧＲ通路構造。