JP2015010495A

JP2015010495A - 車両用エンジンの排気ガス還流装置

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Publication number: JP2015010495A
Application number: JP2013134822A
Authority: JP
Inventors: 広記阿部; Hiroki Abe
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-01-19
Anticipated expiration: 2033-06-27
Also published as: CN104251170A; DE102014211677A1; JP6065763B2; DE102014211677B4; CN104251170B

Abstract

【課題】寒冷時でも内部で凝縮水が凍結しにくい車両用エンジンの排気ガス還流装置を提供する。
【解決手段】排気マニホルド１６に水平部２７と鉛直部２８を形成し、排気ガス還流通路２４の途中に配置される排気ガスクーラ２９を、上部が水平部２７に、前部が鉛直部２８に覆われる状態で排気マニホルド１６とエンジン２とで囲まれた空間に配置する。排気管２２と排気ガスクーラ２９とは金属製上流側排気ガス還流管３３で連絡し、排気ガスクーラ２９とシリンダヘッド４とは金属製下流側排気ガス還流管３４で連絡する。排気ガスクーラ２９の排気ガス入口部３５及び排気ガス出口部３６を排気マニホルド１６の排気集合部２１と同じ高さとし、排気ガス入口部３５を排気分岐管１７の下側で且つ排気集合部２１の車両右方側の第１空間部３７に配置すると共に、排気ガス出口部３６を排気分岐管１７の下側で且つ排気集合部２１の車両左方側の第２空間部３８に配置する。
【選択図】図８

Description

本発明は、車両用エンジンの排気ガス還流装置に関し、特に排気ガス還流通路の途中に排気ガスクーラを配置した排気ガス還流装置に好適なものである。

車両用エンジンでは、例えばノッキングを防止したり、暖気を促進したりする目的で、排気管を流れる排気ガスの一部を吸気系に還流する排気ガス還流装置が用いられている。そのため、例えば排気管と吸気マニホルドとを排気ガス還流通路で連絡し、その排気ガス還流通路の途中に、当該排気ガス還流通路を流れる排気ガスを冷却するための排気ガスクーラを配置するものがある。このように排気ガス還流通路の途中に排気ガスクーラを配置する車両用エンジンの排気ガス還流装置としては、例えば下記特許文献１に記載されるものがある。この車両用エンジンの排気ガス還流装置では、アダプタを介してシリンダヘッドの側面に排気ガスクーラを直接的に取付けている。また、排気ガスクーラとその下流側パイプとの接続箇所はシリンダヘッドの車両幅方向端部に配置され、排気マニホルドから遠く離れている。

特開２００４−９２４４３号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載される車両用エンジンの排気ガス還流装置では、シリンダヘッドの側面に排気ガスクーラを直接的に取付けているだけであるため、寒冷地で車両が走行する際、低温の空気や空気に含まれる雪などが直接排気ガスクーラに接触し、排気ガスクーラを冷却し、内部で凝縮水を凍結させる虞がある。また、寒冷地で、エンジンを停止して放置すると、低温の空気が排気ガスクーラの周辺に入りやすくなると共に、排気マニホルドから十分な熱が排気ガスクーラに伝達されにくくなり、排気ガスクーラ及び排気ガスクーラの通路の内部で凝縮水が凍結する虞がある。更に、また、排気ガスクーラと下流側パイプの接続箇所はシリンダヘッドの車両幅方向端部に配置され、排気マニホルドから遠く離れている。そのため、下流側パイプと排気ガスクーラとの接続箇所に低温の空気や雪が直接接触して内部で凝縮水が凍結する虞があると共に、寒冷地でエンジンを停止した際にも外気温で凝縮水が凍結する虞がある。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、寒冷時でも内部で凝縮水が凍結しにくい車両用エンジンの排気ガス還流装置を提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様は、シリンダヘッドの車両前後方向後部に取付けられ、複数の吸気ポートの夫々に連結する吸気分岐管を複数有する吸気マニホルドと、前記シリンダヘッドの車両前後方向前部に取付けられ、複数の排気ポートの夫々に連結する排気分岐管を複数有する排気マニホルドと、触媒を有し、前記排気マニホルドに接続される排気管とを備えた車両用エンジンの排気ガス還流装置であって、前記排気マニホルドの一部として形成され、前記排気マニホルド全体が車両前方に向けて延びる水平部と、前記排気マニホルドの一部として形成され、前記水平部の車両前方端部から屈曲して前記排気マニホルド全体が車両下方向きに延びる鉛直部と、前記排気管と前記吸気マニホルドとの間に形成され、前記排気管を通過する排気ガスの一部が前記シリンダヘッドの内部を経由して前記吸気マニホルドに還流する排気ガス還流通路と、上部が前記水平部に覆われ且つ前部が前記鉛直部に覆われる状態で前記排気マニホルドとエンジン本体とで囲まれた空間内に配置され、前記排気ガス還流通路の途中に配置されて前記排気ガス還流通路の内部を流れる排気ガスを冷却する排気ガスクーラと、前記排気ガス還流通路の一部を構成し、前記排気管と前記排気ガスクーラとを連絡する金属製の上流側排気ガス還流管と、前記排気ガス還流通路の一部を構成し、前記排気ガスクーラと前記シリンダヘッドとを連絡する金属製の下流側排気ガス還流管とを備え、前記上流側排気ガス還流管と前記排気ガスクーラとが連結する排気ガス入口部及び前記排気ガスクーラと前記下流側排気ガス還流管とが連結する排気ガス出口部を前記複数の排気分岐管が集合する排気集合部と同じ高さ位置に配置し、前記排気ガス入口部を車両正面視で前記排気集合部の車両幅方向一方側に配置すると共に前記排気ガス出口部を車両正面視で前記排気集合部の車両幅方向他方側に配置し、前記排気ガス入口部を前記排気分岐管の下側で且つ前記排気集合部の車両幅方向一方側の第１空間部内に配置すると共に、前記排気ガス出口部を前記排気分岐管の下側で且つ前記排気集合部の車両幅方向他方側の第２空間部内に配置したことを特徴とする。

本発明の第２の態様は、前記触媒を前記排気集合部の直下に配置するのが好ましい。

本発明の第３の態様は、前記下流側排気ガス還流管と前記シリンダヘッドとが連結するシリンダヘッド側連結部を前記排気ガス出口部よりも車両上方で且つ前記排気マニホルドの前記車両幅方向他方側に配置し、前記下流側排気ガス還流管を前記排気ガス出口部から前記シリンダヘッド側連結部に向けて前記排気分岐管に沿って配置し、前記下流側排気ガス還流管のうち、前記下流側排気ガス還流管と前記排気分岐管とが最も近接する部分に蛇腹形状からなる下流側蛇腹部を形成するのが好ましい。

本発明の第４の態様は、前記排気管と前記上流側排気ガス還流管とが連結する排気管側連結部を前記排気管の前記触媒よりも排気下流側に配置し、前記上流側排気ガス還流管を前記排気管の前記車両幅方向一方側に沿うように配置し、前記上流側排気ガス還流管のうち、前記排気管側連結部よりも前記排気ガス入口部寄りの部分に蛇腹形状からなる上流側蛇腹部を形成するのが好ましい。

本発明の第５の態様は、前記第１空間部に隣接する前記排気分岐管及び前記排気集合部の少なくとも一方に車両正面視で前記排気分岐管の通路側に凹む凹部を形成し、前記凹部に前記排気ガス入口部を配置するのが好ましい。

本発明の第６の態様は、前記排気ガスクーラは前記排気分岐管の車両後方位置及び前記触媒の車両後方位置でシリンダブロックに取付けられるのが好ましい。

このように、前記の第１の態様によれば、排気マニホルド全体が車両前方に向けて延びる水平部を排気マニホルドの一部として形成し、この水平部の車両前方端部から屈曲して排気マニホルド全体が車両下方向きに延びる鉛直部を排気マニホルドの一部として形成する。また、排気管を通過する排気ガスの一部がシリンダヘッドの内部を経由して吸気マニホルドに還流する排気ガス還流通路を、排気管と吸気マニホルドとの間に形成する。この排気ガス還流通路の途中に配置されて排気ガス還流通路の内部を流れる排気ガスを冷却する排気ガスクーラを、上部が水平部に覆われ且つ前部が鉛直部に覆われる状態で排気マニホルドとエンジン本体とで囲まれた空間内に配置する。また、排気管と排気ガスクーラとを金属製の上流側排気ガス還流管で連絡し、排気ガスクーラとシリンダヘッドとを金属製の下流側排気ガス還流管で連絡する。そして、上流側排気ガス還流管と排気ガスクーラとが連結する排気ガス入口部及び排気ガスクーラと下流側排気ガス還流管とが連結する排気ガス出口部を複数の排気分岐管が集合する排気集合部と同じ高さ位置に配置する。また、排気ガス入口部を車両正面視で排気集合部の車両幅方向一方側に配置すると共に排気ガス出口部を車両正面視で排気集合部の車両幅方向他方側に配置する。更に、排気ガス入口部を排気分岐管の下側で且つ排気集合部の車両幅方向一方側の第１空間部内に配置すると共に、排気ガス出口部を排気分岐管の下側で且つ排気集合部の車両幅方向他方側の第２空間部内に配置する。

そのため、寒冷時にエンジンが一時的に停止した場合であっても、排気ガスクーラが配置される排気マニホルドとエンジン本体の間の空間内に排気マニホルド及びエンジン本体の熱を溜めることができる。これにより、エンジンが停止して時間が経過した後、エンジンを再始動するまでの時間の間、排気ガスクーラを排気マニホルドとエンジン本体との間に滞留する熱で加熱することができる。従って、上流側排気ガス還流管及び下流側排気ガス還流管が、熱伝導率の高い金属製であったとしても、寒冷時に、排気ガスクーラ又は上流側排気ガス還流管又は下流側排気ガス還流管の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。また、寒冷時に車両が走行した際に、車両前方から導入する低温な空気や雪などが直接排気ガスクーラに吹きかけるのを排気マニホルドによって防止することができる。これによっても、排気ガスクーラ又は上流側排気ガス還流管又は下流側排気ガス還流管の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。また、排気ガスクーラと上流側排気ガス還流管又は下流側排気ガス還流管との連結部において、上流側排気ガス還流管や下流側排気ガス還流管を水平に配置したり、各排気ガス還流管内の通路面積と排気ガスクーラ内の通路面積との間に大きな面積差が生じたりする。各排気ガス還流管が水平となる部分では凝縮水が溜まりやすいし、通路面積差が大きい部分では排気ガスの流れが淀み、凝縮水が発生しやすい。これらの点においても、排気ガスクーラ又は上流側排気ガス還流管又は下流側排気ガス還流管の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。また、排気集合部を挟んで、車両正面視で排気集合部の車両幅方向両側に排気ガス入口部及び排気ガス出口部を配置したため、排気マニホルド内で最も高温となる排気集合部から排気ガス入口部及び排気ガス出口部に熱が伝達されやすい。そのため、寒冷時の車両走行中に低温な空気や雪が過剰に排気ガス入口部及び排気ガス出口部に吹きかけられたとしても、排気集合部から伝達される熱によって、排気ガス入口部や排気ガス出口部の内部に凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。

また、前記の第２の態様によれば、触媒を排気集合部の直下に配置することにより、排気ガスクーラが触媒の車両後方に位置する。周知のように、触媒は予め設定された高温下で十分な排気ガス浄化機能を発揮するため、エンジン停止後の触媒は高温であり、その高温の触媒からの伝達熱により、寒冷時でも、排気ガスクーラ又は上流側排気ガス還流管又は下流側排気ガス還流管の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。

また、前記の第３の態様によれば、下流側排気ガス還流管とシリンダヘッドとが連結するシリンダヘッド側連結部を排気ガス出口部よりも車両上方で且つ排気マニホルドの車両幅方向他方側に配置する。また、下流側排気ガス還流管を排気ガス出口部からシリンダヘッド側連結部に向けて排気分岐管に沿って配置し、下流側排気ガス還流管のうち、下流側排気ガス還流管と排気分岐管とが最も近接する部分に下流側蛇腹部を形成する。そのため、下流側蛇腹部が排気分岐管から受ける熱量を大きくすることができ、その熱量によって下流側排気ガス還流管全体を加熱して、下流側排気ガス還流管のうち、排気ガス出口部付近で発生しやすい凝縮水や、その凍結を防止することができる。また、下流側蛇腹部を設けることによって下流側排気ガス還流管の熱伸縮が容易となり、その分だけ、下流側排気ガス還流管の受熱量を大きくすることができると共に、下流側排気ガス還流管の寿命を延長することが可能となる。

また、前記の第４の態様によれば、排気管と上流側排気ガス還流管とが連結する排気管側連結部を排気管の触媒よりも排気下流側に配置する。また、上流側排気ガス還流管を排気管の車両幅方向一方側に沿うように配置し、上流側排気ガス還流管のうち、排気管側連結部よりも排気ガス入口部寄りの部分に上流側蛇腹部を形成する。そのため、上流側蛇腹部が排気ガス入口部から受ける熱量及び上流側排気ガス還流管が排気管から受ける熱量を大きくすることができ、その熱量によって上流側排気ガス還流管全体を加熱して、上流側排気ガス還流管のうち、排気ガス入口部付近で発生しやすい凝縮水や、その凍結を防止することができる。また、上流側蛇腹部を設けることによって上流側排気ガス還流管の熱伸縮が容易となり、その分だけ、上流側排気ガス還流管の受熱量を大きくすることができると共に、上流側排気ガス還流管の寿命を延長することが可能となる。

また、前記の第５の態様によれば、第１空間部に隣接する排気分岐管及び排気集合部の少なくとも一方に車両正面視で排気分岐管の通路側に凹む凹部を形成し、その凹部に排気ガス入口部を配置する。例えば、前記の第４の態様によって、上流側排気ガス還流管の全長寸法が長くなりがちで、低温な空気や雪などが上流側排気ガス還流管に吹きかけられる虞がある。しかしながら、排気分岐管及び排気集合部の少なくとも一方に形成された凹部に排気ガス入口部を配置することで、排気ガス入口部を排気分岐管又は排気集合部に接近させることができ、そこから受ける熱によって排気ガス入口部付近で発生しやすい凝縮水や、その凍結を防止することができる。

また、前記の第６の態様によれば、排気分岐管の車両後方位置及び触媒の車両後方位置で排気ガスクーラをシリンダブロックに取付ける。これにより、排気ガスクーラが排気分岐管及び触媒から熱を受けやすく、その熱量によって排気ガスクーラ内で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。

図１は、本発明の排気ガス還流装置が適用された車両用エンジンの一実施形態を示す車両前部の側面図である。図２は、図１の車両前部の正面図である。図３は、図１の車両前部の平面図である。図４は、図２のエンジンの正面図である。図５は、図３のエンジンの平面図である。図６は、図４のＸ−Ｘ断面図である。図７は、排気ガスクーラ周辺を示す図４のＹ−Ｙ断面図である。図８は、排気ガスクーラ周辺の拡大正面図である。図９は、排気ガスクーラの取付状態を示す拡大正面図である。図１０は、本発明の変形例を示す排気ガス周辺の拡大正面図である。

次に、本発明の車両用エンジンの排気ガス還流装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の車両前部の側面図、図２は、図１の車両前部の正面図、図３は、図１の車両前部の平面図である。本実施形態では、車両の前部にエンジンルーム１が形成され、このエンジンルーム１内にエンジン２が搭載されている。このエンジン２は、シリンダブロック３の上端面にシリンダヘッド４が取付けられ、シリンダヘッド４の上端面にシリンダヘッドカバー５が取付けられる。シリンダブロック３の下部にはクランクケースが形成され、このクランクケース内にクランクシャフト６が回転自在に収納される。また、シリンダブロック３の下端面にはオイルパン７が取付けられる。そして、本実施形態では、エンジン２に対し、図２の図示右方、即ち車両左方側に変速機８が取付けられる。なお、シリンダヘッド４、シリンダブロック３、シリンダヘッドカバー５、オイルパン７などで構成される所謂エンジン主機の部分をエンジン本体ともいう。

シリンダブロック３の内部には、例えば図６に示すように、クランクシャフト６の軸線方向に複数、本実施形態では４つの気筒９が形成される。また、各気筒９のシリンダヘッド４側端部には、夫々、燃焼室１０が形成される。従って、クランクシャフト６の軸線は、燃焼室１０の配列方向、即ち気筒列と平行である。また、各気筒９内には図示しないピストンが配置され、コネクティングロッド（コンロッド）１１を介してクランクシャフト６のクランクピンに連結されている。クランクピンはクランクシャフト６の軸線に対して偏心しているので、ピストンが気筒９の内部を往復移動すると、それがクランクシャフト６の回転運動に変換され、変速機８に伝達される。また、各燃焼室１０には、当該燃焼室１０に混合気を吸気するための吸気ポート１２、及び当該燃焼室１０から排気ガスを排気するための排気ポート１３が接続される。本実施形態では、吸気ポート１２は燃焼室１０に対して車両後方向きに、排気ポート１３は燃焼室１０に対して車両前方向きに形成されている。

図４は、図２のエンジンの正面図、図５は、図３のエンジンの平面図、図６は、図４のＸ−Ｘ断面図である。本実施形態では、例えば図５に示すように、各燃焼室１０又は各気筒９毎に、吸気ポート１２及び排気ポート１３が夫々２本ずつ接続されており、シリンダヘッド４の気筒列方向と直交する方向の外壁部では、それらが各燃焼室１０又は各気筒９毎に集合されている。即ち、シリンダヘッド４の車両後方側端面では吸気ポート１２が４つ開口しており、シリンダヘッド４の車両前方側端面では排気ポート１３が４つ開口している。そして、これらの吸気ポート１２の開口部は吸気マニホルド１４の吸気分岐管１５に夫々接続され、排気ポート１３の開口部は排気マニホルド１６の排気分岐管１７に夫々接続される。従って、吸気マニホルド１４は吸気ポート１２の開口数分の吸気分岐管１５を複数、即ち４つ有し、排気マニホルド１６は排気ポート１３の開口数分の排気分岐管１７を複数、即ち４つ有する。吸気マニホルド１４の吸気分岐管１５は吸気集合部１８で集合され、吸気接続管１９を経てエアクリーナ２０に接続され、更に図示しない吸気ダクトに接続される。一方、排気マニホルド１６の排気分岐管１７は排気集合部２１で集合され、排気管２２に接続される。この排気管２２には、排気ガスを浄化する触媒２３が介装されている。本実施形態では、触媒２３は、排気集合部２１の直下に配置されている。なお、ここでいう直下は、すぐ下を意味する。また、排気マニホルド１６には、排気マニホルド１６全体がシリンダヘッド４の車両前方側端面から車両前方側に向けて延びる水平部２７、及びその水平部２７の車両前方端部から屈曲して排気マニホルド１６全体が車両下方向きに延びる鉛直部２８が、夫々、排気マニホルド１６の一部として形成されている。

本実施形態では、排気管２２を流れる排気ガスの一部を吸気マニホルド１４に還流するための排気ガス還流通路２４が排気管２２と吸気マニホルド１４の間に形成されている。本実施形態の排気ガス還流通路２４は、一部がシリンダヘッド４の内部に形成されており、このシリンダヘッド４の内部を経由して吸気マニホルド１４に還流される。このシリンダヘッド４内の排気ガス還流通路２４を通過した排気ガスは、シリンダヘッド４に取付けられた排気ガス還流バルブ（ＥＧＲバルブ）２５から排気ガス還流パイプ２６を経て吸気マニホルド１４に還流される。排気ガス還流バルブ（ＥＧＲバルブ）２５は、排気ガスを還流するかしないかを含めて、還流排気ガスの流量を調整するための流量調整弁である。

本実施形態では、排気ガス還流通路２４の途中に、排気ガス還流通路２４内を流れる排気ガスを冷却するための排気ガスクーラ（ＥＧＲクーラ）２９が配置されている。図７は、排気ガスクーラ２９の周辺を示す図４のＹ−Ｙ断面図、図８は、排気ガスクーラ２９の周辺の拡大正面図、図９は、排気ガスクーラ２９の取付状態を示す拡大正面図である。本実施形態の排気ガスクーラ２９は、車両正面視で、車両幅方向に長手な長方形であり、図８の図示右方端部には２本の冷却水配管３０が接続されている。この２本の冷却水配管３０のうち、一方は冷却水供給用、他方は冷却水排出用であり、排気ガスクーラ２９の内部の冷却水路に冷却水を供給して排気ガスを冷却する。

この排気ガスクーラ２９は、上部が排気マニホルド１６の水平部２７に覆われ且つ前部が排気マニホルド１６の鉛直部２８に覆われる状態で排気マニホルド１６とエンジン本体とで囲まれた空間内に配置されている。このとき、排気ガスクーラ２９は、図８に明示するように、図の左方端部、即ち車両右方端部が、車両正面視で、排気マニホルド１６の排気集合部２１の車両右方側、即ち車両幅方向一方側に配置され、排気ガスクーラ２９の図示右方端部、即ち車両左方端部は排気集合部の車両左方側、即ち車両幅方向他方側に配置されている。また、車両正面視で車両幅方向に長手な長方形の排気ガスクーラ２９は、図９に示すように、上辺部と下辺部がシリンダブロック３の車両前方側面に取付けられている。このうち、排気ガスクーラ２９の上辺部をシリンダブロック３に取付ける上辺側取付部３１は、排気マニホルド１６の排気分岐管１７の車両後方側でシリンダブロック３に取付けられている。また、排気ガスクーラ２９の下辺部をシリンダブロック３に取付ける下辺側取付部３２は、触媒２３の車両後方側でシリンダブロック３に取付られている。

本実施形態では、排気管２２のうち、触媒２３よりも排気下流側から排気ガスを還流すると共に、シリンダブロック３のうち、図４の図示右方端部、即ち車両の左方端部に排気ガスを還流する。そのため、図４に示すように、触媒２３よりも排気下流側の排気管２２と、排気ガスクーラ２９の図示左方端部、即ち車両右方端部とを金属製の上流側排気ガス還流管３３で連絡する。また、排気ガスクーラ２９の図示右方端部、即ち車両左方端部と、シリンダヘッド４の図示右方端部、即ち車両左方端部とを金属製の下流側排気ガス還流管３４で連絡する。従って、上流側排気ガス還流管３３及び下流側排気ガス還流管３４は排気ガス還流通路２４の一部を構成する。その結果、上流側排気ガス還流管３３が連結される排気ガスクーラ２９の図示左方端部、即ち車両右方端部は、排気ガスクーラ２９にとって、排気ガス入口部３５となり、下流側排気ガス還流管３４が連結される排気ガスクーラ２９の図示右方端部、即ち車両左方端部は排気ガス出口部３６となる。

従って、本実施形態では、排気ガス入口部３５は車両正面視で排気集合部２１の車両右方側、即ち車両幅方向一方側に配置されると共に、排気ガス出口部３６は車両正面視で排気集合部２１の車両左方側、即ち車両幅方向他方側に配置されている。そして、その結果、排気ガス入口部３５は排気分岐管１７の下側で且つ排気集合部２１の車両右方側、即ち車両幅方向一方側の第１空間部３７内に配置される。また、排気ガス出口部３６は排気分岐管１７の下側で且つ排気集合部２１の車両左方側、即ち車両幅方向他方側の第２空間部３８内に配置されている。また、本実施形態では、排気ガス入口部３５及び排気ガス出口部３６は排気集合部２１と同じ高さ位置に配置されている。

更に、本実施形態では、前述のように、排気管２２と上流側排気ガス還流管３３とが連結される排気管側連結部３９は排気管２２の触媒２３よりも排気下流側に配置されている。そして、上流側排気ガス還流管３３は排気管２２の車両右方側、即ち車両幅方向一方側に沿うように配置されている。また、上流側排気ガス還流管３３のうち、排気管側連結部３９よりも排気ガス入口部３５寄りの部分には蛇腹形状からなる上流側蛇腹部４０が形成されている。また、下流側排気ガス還流管３４とシリンダヘッド４とが連結されるシリンダヘッド側連結部４１は排気ガス出口部３６よりも車両上方で且つ排気マニホルド１６の車両左方側、即ち車両幅方向他方側に配置されている。また、下流側排気ガス還流管３４は排気ガス出口部３６からシリンダヘッド側連結部４１に向けて排気分岐管１７に沿って配置されている。更に、下流側排気ガス還流管３４のうち、下流側排気ガス還流管３４と排気分岐管１７とが最も近接する部分に蛇腹形状からなる下流側蛇腹部４２が形成されている。

周知のように、排気ガスには水蒸気が含まれている。寒冷時、例えばエンジン停止後に、排気ガスクーラ２９や上流側排気ガス還流管３３、下流側排気ガス還流管３４が急速に冷却されると、内部に凝縮水が発生する。この凝縮水が更に冷却されると凍結し、内部が目詰まりする虞がある。本実施形態のように上流側排気ガス還流管３３や下流側排気ガス還流管３４が金属製である場合、非金属製の排気ガス還流管に比べて熱伝導率が高いので、内部がより一層冷却されやすく、凝縮水が発生しやすい。また、排気ガス還流通路２４の内部通路において、通路面積が大きく変化する箇所、つまり通路面積差の大きい箇所では、排気ガスの流れが淀みやすく、淀み箇所では外部からの冷却の影響を大きく受けるため、凝縮水が発生しやすい。この他にも、排気ガス還流通路２４の内部通路に水平な箇所があると、その水平箇所には凝縮水が溜まりやすい。

これに対し、本実施形態の車両用エンジンの排気ガス還流装置では、排気マニホルド１６全体が車両前方に向けて延びる水平部２７を排気マニホルド１６の一部として形成し、この水平部２７の車両前方端部から屈曲して排気マニホルド１６全体が車両下方向きに延びる鉛直部２８を排気マニホルド１６の一部として形成する。また、排気管２２を通過する排気ガスの一部がシリンダヘッド４の内部を経由して吸気マニホルド１４に還流する排気ガス還流通路２４を、排気管２２と吸気マニホルド１４との間に形成する。この排気ガス還流通路２４の途中に配置されて排気ガス還流通路２４の内部を流れる排気ガスを冷却する排気ガスクーラ２９を、上部が水平部２７に覆われ且つ前部が鉛直部２８に覆われる状態で排気マニホルド１６とエンジン本体とで囲まれた空間内に配置する。また、排気管２２と排気ガスクーラ２９とを金属製の上流側排気ガス還流管３３で連絡し、排気ガスクーラ２９とシリンダヘッド４とを金属製の下流側排気ガス還流管３４で連絡する。そして、上流側排気ガス還流管３３と排気ガスクーラ２９とが連結する排気ガス入口部３５及び排気ガスクーラ２９と下流側排気ガス還流管３４とが連結する排気ガス出口部３６を複数の排気分岐管１７が集合する排気集合部２１と同じ高さ位置に配置する。また、排気ガス入口部３５を車両正面視で排気集合部２１の車両右方側、即ち車両幅方向一方側に配置すると共に排気ガス出口部３６を車両正面視で排気集合部２１の車両左方側、即ち車両幅方向他方側に配置する。更に、排気ガス入口部３５を排気分岐管１７の下側で且つ排気集合部２１の車両右方側、即ち車両幅方向一方側の第１空間部３７内に配置すると共に、排気ガス出口部３６を排気分岐管１７の下側で且つ排気集合部２１の車両左方側、即ち車両幅方向他方側の第２空間部３８内に配置する。

そのため、寒冷時にエンジン２が一時的に停止した場合であっても、排気ガスクーラ２９が配置される排気マニホルド１６とエンジン本体の間の空間内に排気マニホルド１６及びエンジン本体の熱を溜めることができる。これにより、エンジン２が停止して時間が経過した後、エンジン２を再始動するまでの時間の間、排気ガスクーラ２９を排気マニホルド１６とエンジン本体との間に滞留する熱で加熱することができる。従って、上流側排気ガス還流管３３及び下流側排気ガス還流管３４が、熱伝導率の高い金属製であったとしても、寒冷時に、排気ガスクーラ２９又は上流側排気ガス還流管３３又は下流側排気ガス還流管３４の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。また、寒冷時に車両が走行した際に、車両前方から導入する低温な空気や雪などが直接排気ガスクーラ２９に吹きかけるのを排気マニホルド１６によって防止することができる。これによっても、排気ガスクーラ２９又は上流側排気ガス還流管３３又は下流側排気ガス還流管３４の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。また、排気ガスクーラ２９と上流側排気ガス還流管３３又は下流側排気ガス還流管３４との連結部において、上流側排気ガス還流管３３や下流側排気ガス還流管３４を水平に配置したり、各排気ガス還流管３３、３４内の通路面積と排気ガスクーラ２９内の通路面積との間に大きな面積差が生じたりする。前述のように、各排気ガス還流管３３、３４が水平となる部分では凝縮水が溜まりやすいし、通路面積差が大きい部分では排気ガスの流れが淀み、凝縮水が発生しやすい。これらの点においても、排気ガスクーラ２９又は上流側排気ガス還流管３３又は下流側排気ガス還流管３４の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。また、排気集合部２１を挟んで、車両正面視で排気集合部２１の車両幅方向両側に排気ガス入口部３５及び排気ガス出口部３６を配置したため、排気マニホルド１６内で最も高温となる排気集合部２１から排気ガス入口部３５及び排気ガス出口部３６に熱が伝達されやすい。そのため、寒冷時の車両走行中に低温な空気や雪が過剰に排気ガス入口部３５及び排気ガス出口部３６に吹きかけられたとしても、排気集合部２１から伝達される熱によって、排気ガス入口部３５や排気ガス出口部３６の内部に凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。

また、触媒２３を排気集合部２１の直下に配置することにより、排気ガスクーラ２９が触媒２３の車両後方に位置する。つまり、排気ガスクーラ２９は、触媒２３の車両後方で、且つ、触媒２３の車両上方に位置する。周知のように、触媒２３は予め設定された高温下で十分な排気ガス浄化機能を発揮するため、エンジン停止後の触媒２３は高温であり、その高温の触媒２３から車両後方に流れ込む伝達熱や触媒２３から車両上方に流れ込む伝達熱により、寒冷時でも、排気ガスクーラ２９又は上流側排気ガス還流管３３又は下流側排気ガス還流管３４の内部で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。

また、下流側排気ガス還流管３４とシリンダヘッド４とが連結するシリンダヘッド側連結部４１を排気ガス出口部３６よりも車両上方で且つ排気マニホルド１６の車両右方側、即ち車両幅方向他方側に配置する。また、下流側排気ガス還流管３４を排気ガス出口部３６からシリンダヘッド側連結部４１に向けて排気分岐管１７に沿って配置し、下流側排気ガス還流管３４のうち、下流側排気ガス還流管３４と排気分岐管１７とが最も近接する部分に下流側蛇腹部４２を形成する。そのため、下流側蛇腹部４２が排気分岐管１７から受ける熱量を大きくすることができ、その熱量によって下流側排気ガス還流管３４全体を加熱して、下流側排気ガス還流管３４のうち、排気ガス出口部３６付近で発生しやすい凝縮水や、その凍結を防止することができる。また、下流側蛇腹部４２を設けることによって下流側排気ガス還流管３４の熱伸縮が容易となり、その分だけ、下流側排気ガス還流管３４の受熱量を大きくすることができると共に、下流側排気ガス還流管３４の寿命を延長することが可能となる。

また、排気管２２と上流側排気ガス還流管３３とが連結する排気管側連結部３９を排気管２２の触媒２３よりも排気下流側に配置する。また、上流側排気ガス還流管３３を排気管２２の車両左方側、即ち車両幅方向一方側に沿うように配置し、上流側排気ガス還流管３３のうち、排気管側連結部３９よりも排気ガス入口部３５寄りの部分に上流側蛇腹部４０を形成する。そのため、上流側蛇腹部４０が排気ガス入口部３５から受ける熱量及び上流側排気ガス還流管３３が排気管２２から受ける熱量を大きくすることができ、その熱量によって上流側排気ガス還流管３３全体を加熱して、上流側排気ガス還流管３３のうち、排気ガス入口部３５付近で発生しやすい凝縮水や、その凍結を防止することができる。また、上流側蛇腹部４０を設けることによって上流側排気ガス還流管３３の熱伸縮が容易となり、その分だけ、上流側排気ガス還流管３３の受熱量を大きくすることができると共に、上流側排気ガス還流管３３の寿命を延長することが可能となる。

また、排気分岐管１７の車両後方位置及び触媒２３の車両後方位置で排気ガスクーラ２９をシリンダブロック３に取付ける。これにより、排気ガスクーラ２９が排気分岐管１７及び触媒２３から熱を受けやすく、その熱量によって排気ガスクーラ２９内で凝縮水が発生したり、その凝縮水が凍結したりすることを防止することができる。

次に、本実施形態の車両用エンジンの排気ガス還流装置における変形例について、図１０を用いて説明する。この変形例は、前記図８に類似しており、同等の構成要件も多い。そこで、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。この変形例では、前述した第１空間部３７に隣接する排気マニホルド１６の排気分岐管１７及び排気集合部２１を車両正面視で排気分岐管１７の通路側に凹ませ、その部分に凹部４３を形成した。そして、この凹部４３に、上流側排気ガス還流管３３と排気ガスクーラ２９との連結部である排気ガス入口部３５を配置する。例えば、図４のように、上流側排気ガス還流管３３と排気管２２との連結部である排気管側連結部３９を触媒２３の排気下流側に配置すると、上流側排気ガス還流管３３の全長寸法が長くなりがちである。そのため、上流側排気ガス還流管３３に低温な空気や雪などが吹きかけられる虞がある。これに対し、この変形例では、排気分岐管１７及び排気集合部２１を車両正面視で排気分岐管１７の通路側に凹ませた凹部４３に排気ガス入口部３５を配置している。そのため、排気ガス入口部３５を排気分岐管１７及び排気集合部２１に接近させることができ、そこから受ける熱によって排気ガス入口部３５付近で発生しやすい凝縮水や、その凍結を防止することができる。なお、凹部４３は、第１空間部３７に隣接する排気分岐管１７及び排気集合部２１の少なくとも一方に形成すればよく、その場合には、排気ガス入口部３５は凹部４３が形成された排気分岐管１７又は排気集合部２１に接近させることができ、そこから受ける熱によって排気ガス入口部３５付近で発生しやすい凝縮水や、その凍結を防止することができる。

以上、本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられ得ることは明白である。全てのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１エンジンルーム
２エンジン
３シリンダブロック
４シリンダヘッド
５シリンダヘッドカバー
６クランクシャフト
７オイルパン
８変速機
９気筒
１０燃焼室
１１コネクティングロッド（コンロッド）
１２吸気ポート
１３排気ポート
１４吸気マニホルド
１５吸気分岐管
１６排気マニホルド
１７排気分岐管
１８吸気集合部
１９吸気接続管
２０エアクリーナ
２１排気集合部
２２排気管
２３触媒
２４排気ガス還流通路
２５排気ガス還流バルブ（ＥＧＲバルブ）
２６排気ガス還流パイプ
２７水平部
２８鉛直部
２９排気ガスクーラ（ＥＧＲクーラ）
３０冷却水配管
３１上辺側取付部
３２下辺側取付部
３３上流側排気ガス還流管
３４下流側排気ガス還流管
３５排気ガス入口部
３６排気ガス出口部
３７第１空間部
３８第２空間部
３９排気管側連結部
４０上流側蛇腹部
４１シリンダヘッド側連結部
４２下流側蛇腹部
４３凹部

Claims

シリンダヘッドの車両前後方向後部に取付けられ、複数の吸気ポートの夫々に連結する吸気分岐管を複数有する吸気マニホルドと、前記シリンダヘッドの車両前後方向前部に取付けられ、複数の排気ポートの夫々に連結する排気分岐管を複数有する排気マニホルドと、触媒を有し、前記排気マニホルドに接続される排気管とを備えた車両用エンジンの排気ガス還流装置であって、
前記排気マニホルドの一部として形成され、前記排気マニホルド全体が車両前方に向けて延びる水平部と、
前記排気マニホルドの一部として形成され、前記水平部の車両前方端部から屈曲して前記排気マニホルド全体が車両下方向きに延びる鉛直部と、
前記排気管と前記吸気マニホルドとの間に形成され、前記排気管を通過する排気ガスの一部が前記シリンダヘッドの内部を経由して前記吸気マニホルドに還流する排気ガス還流通路と、
上部が前記水平部に覆われ且つ前部が前記鉛直部に覆われる状態で前記排気マニホルドとエンジン本体とで囲まれた空間内に配置され、前記排気ガス還流通路の途中に配置されて前記排気ガス還流通路の内部を流れる排気ガスを冷却する排気ガスクーラと、
前記排気ガス還流通路の一部を構成し、前記排気管と前記排気ガスクーラとを連絡する金属製の上流側排気ガス還流管と、
前記排気ガス還流通路の一部を構成し、前記排気ガスクーラと前記シリンダヘッドとを連絡する金属製の下流側排気ガス還流管と
を備え、
前記上流側排気ガス還流管と前記排気ガスクーラとが連結する排気ガス入口部及び前記排気ガスクーラと前記下流側排気ガス還流管とが連結する排気ガス出口部を前記複数の排気分岐管が集合する排気集合部と同じ高さ位置に配置し、
前記排気ガス入口部を車両正面視で前記排気集合部の車両幅方向一方側に配置すると共に前記排気ガス出口部を車両正面視で前記排気集合部の車両幅方向他方側に配置し、
前記排気ガス入口部を前記排気分岐管の下側で且つ前記排気集合部の車両幅方向一方側の第１空間部内に配置すると共に、前記排気ガス出口部を前記排気分岐管の下側で且つ前記排気集合部の車両幅方向他方側の第２空間部内に配置した
ことを特徴とする車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記触媒を、前記排気集合部の直下に配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記下流側排気ガス還流管と前記シリンダヘッドとが連結するシリンダヘッド側連結部を前記排気ガス出口部よりも車両上方で且つ前記排気マニホルドの前記車両幅方向他方側に配置し、
前記下流側排気ガス還流管を前記排気ガス出口部から前記シリンダヘッド側連結部に向けて前記排気分岐管に沿って配置し、
前記下流側排気ガス還流管のうち、前記下流側排気ガス還流管と前記排気分岐管とが最も近接する部分に蛇腹形状からなる下流側蛇腹部を形成した
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記排気管と前記上流側排気ガス還流管とが連結する排気管側連結部を前記排気管の前記触媒よりも排気下流側に配置し、
前記上流側排気ガス還流管を前記排気管の前記車両幅方向一方側に沿うように配置し、
前記上流側排気ガス還流管のうち、前記排気管側連結部よりも前記排気ガス入口部寄りの部分に蛇腹形状からなる上流側蛇腹部を形成した
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記第１空間部に隣接する前記排気分岐管及び前記排気集合部の少なくとも一方に車両正面視で前記排気分岐管の通路側に凹む凹部を形成し、前記凹部に前記排気ガス入口部を配置した
ことを特徴とする請求項４に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。
前記排気ガスクーラは前記排気分岐管の車両後方位置及び前記触媒の車両後方位置でシリンダブロックに取付けられる
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の車両用エンジンの排気ガス還流装置。