JP2016003592A - Ｅｇｒ装置付き内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】低負荷領域でも排気ガスをしっかりと吸気系に戻して、ＥＧＲ装置を広い領域で機能させる。
【解決手段】シリンダヘッド２の内部には各排気ポート６の集合部７が形成されており、シリンダヘッド２の一側面２ａには、集合部７に連通した排気出口８が開口している。排気出口８にはＬ型の排気系継手部材９が接続されており、排気系継手部材９に接続したとの入口を排気出口８と対向させている。排気ガスは直進性を持ってＥＧＲガス取り出し管１５に流入するため、排気ガスの圧力が低くても、排気ガスを吸気系に還流させることができる。
【選択図】図３

Description

本願発明は、ＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）を備えた内燃機関に関し、特に、車両用内燃機関を好適な対象にしている。

内燃機関において、排気ガスの処理性向上や燃費向上等のために排気ガスを吸気系に還流させることは広く行われている。排気ガスの取り出し位置は様々であり、例えば特許文献１には、ＥＧＲ取り出し管（ＥＧＲパイプ）を排気マニホールドの上面に接続することが記載されている。

特開平８−２１８９５０号公報

さて、車両用内燃機関の場合、ＥＧＲ装置の機能をより強く発揮させるには、低負荷領域においても排気ガスを吸気系に還流させることが好ましい。しかし、低負荷領域では排気ガスの圧力が低いため、排気ガスを吸気系に十分に還流させることができておらず、このため、排気ガスの浄化や燃費向上といったＥＧＲ装置の利点を十分に享受できていなかった。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、低負荷域においてもできるだけ多くの排気ガスを吸気系に還流させることを目的とするものである。

前記目的を達成すべく、本願発明者は、各請求項の発明を創作した。このうち請求項１の発明は、シリンダヘッドの外周面のうちクランク軸線と略平行な一側面に、当該一側面と略直交した方向に向けて排気ガスが噴出する排気出口を開口させている構成の内燃機関において、
前記排気出口から排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させるためのＥＧＲ取り出し管を、前記排気出口から噴出した排気ガスが直進性を持って流入するように前記排気出口に向いた方向に開口するように設けている。

請求項２の発明は、請求項１において、前記シリンダヘッドの内部に、複数の気筒の排気ガスを集める排気集合部が形成されており、前記前記排気集合部に排気出口が位置している一方、
前記シリンダヘッドの一側面には、排気ガスの全量が流入する排気系継手部材を固定しており、前記継手部材に、前記排気出口から噴出した排気ガスをシリンダヘッドの一側面に沿った方向に方向変換させるメイン流路が形成されており、前記メイン流路から前記ＥＧＲ取り出し管を分岐させている。

請求項３の発明は請求項２を具体化したもので、この発明は、上面に前記シリンダヘッドが固定されているシリンダブロックの一側面に、前記排気系継手部材を支持するブラケットを設けている。

さて、特許文献１を初めとした従来のＥＧＲ装置では、排気ガスの取り出しは排気ガスの圧力を利用して行っており、ＥＧＲ取り出し管は、排気マニホールド等の排気通路から横向きに分岐させていた。換言すると、ＥＧＲ取り出し管の入口は、排気通路に対して、排気ガスの流れ方向と交叉する方向に向けて開口していた。

従って、排気ガスは圧力によってＥＧＲ取り出し管に流入するが、排気ガスは排気通路を流れているため、排気圧が低いと、排気ガスがＥＧＲ取り出し管の入口を素通りしてしまう現象が発生して、排気ガスの取り込みが不完全になり、その結果、吸気系への排気ガスの還流が不十分になるのであった。

これに対して本願発明では、シリンダヘッドの排気出口から噴出した排気ガスは、直進性を持ってＥＧＲ取り出し管に流入するため、排気ガスをＥＧＲ取り出し管に的確に取り込むことができると共に、ＥＧＲ取り出し管には排気ガスの動圧も作用するため、排気ガスを吸気系に向けて押し込む効果も発揮しており、その結果、低負荷領域で排気ガスの圧力が低い状態であっても、できるだけ多くの排気ガスを吸気系に還流させることができる。これにより、排気ガスの浄化性能のアップや燃費の改善に貢献できる。しかも、フアンのような圧送手段は不要であるため、構造は簡単であってコストアップを抑制できる利点もある。

排気ガスは直進性を持っているので、排気出口から噴出した排気ガスが当たる部分が最も高温になる。特に、多気筒内燃機関において排気ポートをシリンダヘッドの内部で集合させていると、排気ガスも１つの排気出口から排出されるため、排気出口の外側に位置した部分は非常な高温にある。このため、シリンダヘッドがシリンダブロックよりも大きく熱膨張して、シリンダブロックの上面とシリンダヘッドの下面との間に滑りが発生しやすくなり、熱膨張・熱収縮に起因してシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に滑りが発生すると、オイルがシリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面から外側に押し出される現象が生じやすい。

この点について、請求項２の構成を採用すると、排気系継手部材は最も高温の排気ガスに晒されるため最も高温になるが、排気系継手部材はシリンダヘッドとは別部材であるため、排気系継手部材が熱膨張しても、当該排気系継手部材とシリンダヘッドとの間に滑りが生じるだけで、シリンダヘッドの熱膨張は抑制される。従って、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に滑りが生じることを抑制できる。

また、請求項３の構成を採用すると、ブラケットを介して排気系継手部材のからシリンダヘッドに伝熱されることで、排気系継手部材の熱負荷を低減できる。また、シリンダブロックに伝熱することにより、シリンダヘッドとシリンダブロックとの温度差を小さくできるため、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間の滑りを一層抑制して、オイル漏れのような弊害の抑制にも貢献できる。

第１実施形態に係る内燃機関の概略平面図である。 第１実施形態の要部平断面図である。 図２のIII-III 視断面図である。 第２実施形態の縦断正面図である。

(1).第１実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。内燃機関の基本構成は従来と同様であり、主要要素して、シリンダブロック１（図３参照）とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを備えている。シリンダヘッド２の上面には、シリンダヘッドカバー３が固定されている。

本願発明の内燃機関は、３つのシリンダボア４がクランク軸線５の方向に並んだ３気筒であり、図２のとおり、シリンダヘッド２には、１つのシリンダボア４に対して２つの排気ポート６が形成されている。各排気ポート６は、平面視で中央部のシリンダボア４の横に位置した排気集合部７に集まっており、排気集合部７は、シリンダヘッド２の外周のうち、クランク軸線５と平行な一側面２ａに開口している。

すなわち、本実施形態では、各排気ポート６はシリンダヘッド２の内部において１つに集合しており、シリンダヘッド２の一側面に、排気集合部７と連通した１つの排気出口８が開口している。シリンダヘッド２の一側面２ａには、排気出口８に連通した排気系継手部材９がボルト及びナット１０で固定されている（ボルトのみで固定してもよい。）。なお、排気系継手部材９とシリンダヘッド２との間にはガスケットを介在させているが、図では省略している。

排気系継手部材９は排気通路（排気系）の一部を構成しており、図３のとおり、排気系継手部材９は下向きに曲がった略Ｌ形の形態を成しており、その下端に、シリンダボア４と略平行な姿勢の触媒ケース（触媒コンバータ）１０が一体に接続されている。図示は省略しているが、触媒ケース１１の下端には排気管が接続されている。

本実施形態の排気系継手部材９は金属パイプで構成されており、このため、内部空間であるメイン流路１２は排気系継手部材９と相似形になっている。シリンダボア４から排出された排気ガスは、排気出口８からシリンダヘッド２の一側面２ａと直交した方向に噴出し、次いで、メイン流路１２によって流れ方向を下向きに変えてから、触媒ケース１１に排出される。

シリンダヘッド２の外周面のうちクランク軸線５と平行な他側面２ｂには、吸気マニホールド１３が固定されており、吸気マニホールド１３の集合部にはサージタンク１４を接続している。更に、サージタンク１４には、スロットルバトル１５が接続されている。

そして、排気系継手部材９のうち外側のカーブした部位に、排気出口８と対向するように開口したＥＧＲ取り出し管１５を接続している。ＥＧＲ取り出し管１５の始端部１５ａは、シリンダヘッド２の一側面２ａと直交した方向に延びており、かつ、排気出口８とおおよそ同心になっている。また、ＥＧＲ取り出し管１５の始端部１５ａは、他の部位に対してテーパ状に拡径されている。

ＥＧＲ取り出し管１５は、平面視でＵターンするように曲がっている。他方、シリンダヘッド２のうち気筒列の外側に位置した部位には、シリンダヘッド２の一側面２ａと他側面２ｂとに開口したＥＧＲ連通路１６が形成されており、ＥＧＲ取り出し管１５の終端部１５ｂはＥＧＲ中間通路１６の入口に接続されている。ＥＧＲ中間通路１６には、排気ガスの還流量を制御するＥＧＲバルブ１７が装着されている。

ＥＧＲ連通路１６の出口とサージタンク１４とは、ＥＧＲガス戻し管１８で接続されている。従って、本実施形態では、ＥＧＲ取り出し管１５とＥＧＲ中間通路１６とＥＧＲガス戻し管１８とでＥＧＲ通路が構成されている。ＥＧＲ通路の全体を１本のパイプで構成することも可能である。

(2).第１実施形態のまとめ
さて、シリンダヘッド２から排出される排気ガスは、シリンダヘッド２の一側面２ａと略直交した方向に向かうように直進性を持って排気出口８から噴出する。このため、図２及び図３に矢印で示すように、排気出口８から噴出した排気ガスはＥＧＲ取り出し管１５に向けて直進し、排気ガスでＥＧＲ取り出し管１５にダイレクトに流入する。つまり、排気ガスは、運動エネルギーを持った状態でＥＧＲ取り出し管１５に流入する。

しかも、排気出口８から排出された排気ガスはその全量が直進性を持っているため、メイン流路１１の内部で、ＥＧＲ取り出し管１５に流入する排気ガスが他の排気ガスで押し込まれるような状態になっており、これによって、ＥＧＲ取り出し管１５への排気ガスの流入が促進される。従って、低負荷領域で排気ガスの圧力が低い状態であっても、ＥＧＲガスを吸気系にしっかりと還流させることができるのであり、その結果、排気ガスの浄化性能アップや燃費低減等の効果を得ることができる。

そして、排気系継手部材９は、最も高温の排気ガスに晒されるため排気系のうちで最も高温になるが、排気系継手部材９はシリンダヘッド２とは別体であるため、排気系継手部材９をシリンダヘッド２に一体化した場合に比べて、シリンダヘッド２の熱膨張（特にクランク軸線５の方向の熱膨張）が抑制される。更に、排気系継手部材９が熱膨張・熱収縮しても、シリンダヘッド２との間に滑りが生じることで膨張と収縮とは吸収され、排気系継手部材９の熱膨張・熱収縮がシリンダヘッド２に及ぶことはない。このため、シリンダヘッド２がシリンダブロック１よりも高温になることに起因してシリンダヘッド２とシリンダブロック１との間に滑りが生じることを、大きく抑制できる。

実施形態のようにＥＧＲ取り出し管１５の始端部１５ａを拡径すると、排気ガスの押し込み効果が顕著に表れるため、より好ましい。ＥＧＲ取り出し管１５への排気ガスの流入する促進させるためのガイド手段としては、ＥＧＲ取り出し管１５の始端部１４ａを拡径することに代えて（又はこれに加えて）、図３に一点鎖線で示すように、ガイド突起１９を設けてもよい。

(3).他の実施形態・その他
図４に示す実施形態では、排気系継手部材９は出口を上向きに開口した姿勢で配置している。そして、排気系継手部材９の下面に平坦な受け座９ａを一体に設け、受け座９ａとシリンダブロック１の一側面１ａとを金属製ブラケット２０で固定している。

この実施形態では、排気系継手部材９からシリンダブロック１に伝熱されることで、排気系継手部材９の昇温が抑制される利点や、シリンダブロック１が昇温してシリンダブロック１とシリンダヘッド２との温度差を縮めることができるため、熱膨張・熱収縮の違いに起因してシリンダヘッド２とシリンダブロック１との間に生じる滑りをより一層低減できる利点がある。

敢えて述べるまでもないが、ブラケット２０で支持する構造は、第１実施形態のように排気系継手部材９を下向きに開口させたタイプにも適用できる。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、排気系継手部材９は、その出口をクランク軸線と略平行と横向きに開口させることも可能である。また、本願発明は、シリンダヘッドに各シリンダボアに対応した排気出口を開口させて、排気マニホールドで排気ガスを集合させているタイプにも適用できる。この場合は、排気系継手部材は排気マニホールドの集合部に接続してもよいし、排気マニホールドを構成する各枝管のうち１つ又は複数に接続してもよい。更に、排気系にターボ過給機を介在させることも可能である。

本願発明は、車両用等の内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
２ａ シリンダヘッドの一側面
４ シリンダボア
５ クランク軸線
６ 排気ポート
７ 集合部
８ 排気出口
９ 排気系継手部材
１２ メイン流路
１５ ＥＧＲ取り出し管
１６ ＥＧＲ中間通路
１７ ＥＧＲ戻し管

Claims (3)

1. シリンダヘッドの外周面のうちクランク軸線と略平行な一側面に、当該一側面と略直交した方向に向けて排気ガスが噴出する排気出口を開口させている構成であって、
   前記排気出口から排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させるためのＥＧＲ取り出し管を、前記排気出口から噴出した排気ガスが直進性を持って流入するように前記排気出口に向いた方向に開口するように設けている、
   ＥＧＲ装置付き内燃機関。
2. 前記シリンダヘッドの内部に、複数の気筒の排気ガスを集める排気集合部が形成されており、前記前記排気集合部に排気出口が位置している一方、
   前記シリンダヘッドの一側面には、排気ガスの全量が流入する排気系継手部材を固定しており、前記継手部材に、前記排気出口から噴出した排気ガスをシリンダヘッドの一側面に沿った方向に方向変換させるメイン流路が形成されており、前記メイン流路から前記ＥＧＲ取り出し管を分岐させている、
   請求項１に記載したＥＧＲ装置付き内燃機関。
3. 上面に前記シリンダヘッドが固定されているシリンダブロックの一側面に、前記排気系継手部材を支持するブラケットを設けている、
   請求項２に記載したＥＧＲ装置付き内燃機関。

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