JP2017096246A - 排気マニホールド及びｅｇｒクーラー一体型シリンダーヘッド - Google Patents

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Abstract

【課題】排気マニホールドの収容空間をエンジンルーム内に確保し、レイアウトを簡素化し、排気マニホールドとエンジンとをコンパクトに配置すると共に、コストを節減することができる排気マニホールドの取り付け方を提供する。【解決手段】複数の排気ポートが結合される結合部及び複数の結合部が結合されて延長される延長部からなる排気マニホールドと、前記排気マニホールドに隣接して設けられるウォータージャケットと、前記ウォータージャケットに連通し、前記排気マニホールドの延長部を外側から包む形状に設けられるＥＧＲクーラーと、を含み、排気マニホールド、ＥＧＲクーラー一体型のシリンダーヘッドを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドに係り、より詳しくは、車両のエンジンにおいて、エンジンのシリンダーヘッドに排気マニホールドとＥＧＲクーラーとを挿入して一体型に形成した、排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドに関する。
通常、排気マニホールドは、シリンダーヘッドとは別体の部品として取り付けられる。
排気マニホールドは、エンジン全体の性能及び耐久性に大きな影響を与えるだけでなく、車両全体に熱害を及ぼすおそれがあるため、排気マニホールドの取り付け方は、車両全体のパッケージにおける重要な課題になっている。
また、排気マニホールドは、それ自体を収容することが可能な空間をエンジンルーム内に確保しなければならないうえ、周辺部品に熱害を及ぼさないように周辺部品との間に十分な間隔を必要とする。
更に、排気マニホールドの後方に装着される触媒が速やかに活性化できるよう、排気マニホールドは、触媒がエンジンに十分近くに配置するように考慮されなければならない。従って、排気マニホールドとエンジンをコンパクトに配置する必要がある。
つまり、排気マニホールドを別個の構造物としてヘッドに取り付ける場合、別途の排気マニホールドの装着空間を設けなければならないうえ、熱害防止用熱遮断手段を一緒に取り付けなければならないので、触媒との距離を近くするためには限られた空間内に排気マニホールドを装着しなければならないという問題を生じる。
このような限られた空間内に排気マニホールドを配置するためには、排気マニホールドの形状を急激に屈曲させるしかない。しかし、このように排気マニホールドの形状を急激に屈曲させると、性能、触媒との距離、熱的耐久性などがある程度低下することを甘受するしかなく、更にこのように排気マニホールドの形状に急激な曲率の変化を与えた場合は、熱疲労により応力が集中する部位に亀裂が発生することがあるという問題があった。
前述の背景技術として説明された事項は、本発明の背景に対する理解増進のためのものに過ぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者に公知の従来の技術に該当することを認めるものと受け入れられてはならない。
韓国特許公開第２０１０−００６０６４６号公開
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンのシリンダーヘッドに排気マニホールド及びＥＧＲクーラーを挿入して一体に構成し、レイアウトを簡素化し、コストを節減することができる、排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドを提供することにある。
上記の目的を達成するための、本発明に係る排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドは、複数の排気ポートが結合される結合部及び複数の結合部が結合されて延長される延長部からなる排気マニホールドと、前記排気マニホールドに隣接して設けられるウォータージャケットと、前記ウォータージャケットに連通し、前記排気マニホールドの延長部を外側から包む形状に設けられるＥＧＲクーラーと、を含む。
前記排気マニホールドが複数個が設けられ、複数の排気ポートは、所定の間隔で一直線上に位置するように配置されることができる。
前記ウォータージャケットは、前記排気ポートの上下側にそれぞれ位置できる。
前記ＥＧＲクーラーは、下方が開放された逆「Ｕ」字状であってもよい。
前記複数の排気マニホールドの延長部は、上下に配置され、前記ＥＧＲクーラーは、前記延長部の外側を包むように形成されることにより、前記シリンダーヘッドに一体に形成でされることを特徴とする。
前記ＥＧＲクーラーの外側には、前記ＥＧＲクーラーが装着されるハウジングを設けることができる。
上述したような構造を持つ排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドによれば、シリンダーヘッドに排気マニホールドとＥＧＲクーラーとを挿入して一体に形成することにより、ＥＧＲクーラーの冷却フィンをステンレス（ＳＵＳ）の外部にろう付け溶接し、ＥＧＲクーラーのハウジングをシリンダーヘッドと同じ素材を用いてせいぞうすることができるので、相対的にコストが高かった従来とは異なり、レイアウトの簡素化及びコストの節減を図ることができるという利点がある。
また、シリンダーヘッドの排気マニホールド装着面と、ＥＧＲクーラーの連結部位と、にシリンダーヘッドと同じ素材を用い、パイプを取り除くか或いは全体的なパイプの長さを短縮することにより組立工数が減少し、コスト節減が可能である。
車両の駆動の際のエンジンの冷間始動初期に、ＥＧＲバルブ作動時の冷却水がＥＧＲガスを冷却するので、冷却水の温度が上昇して相対的に排気ガスの温度損失量が小さくなり、触媒前段に流入する排気ガスの温度が相対的に高くなるため、触媒活性化温度を相対的に高めることができるという効果がある。
また、冷間始動初期にシリンダーヘッドにおけるＥＧＲクーラーとして作動する部分にソレノイドバルブを設置し、冷間始動初期にはソレノイドバルブを閉鎖して冷却水が流れないように制御して冷却水の循環による排気ガスの温度損失を最小化することにより、触媒前段に流入する排気ガスの温度の低減を最小化し、触媒活性化温度の上昇時間を短縮して排気ガス組成を改善することができる。あるいは、ソレノイドバルブの代わりに統合流量可変制御バルブを用いて、冷間始動初期には冷却水が流れないように制御することもできる。
また、ＥＧＲ通路のパイプを取り除くか、或いは従来に比べてパイプの長さを短くし連結通路の長さを短縮することによって、差圧を最小化することができるため、低速／低負荷領域までＥＧＲ適用が可能になり、ＥＧＲの吸入効率を高めてエンジンの効率を増大させ、燃費を向上させるという利点がある。
本発明の一実施例に係る排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドを示す図である。 図１の排気マニホールドとＥＧＲクーラーを詳細に示す図である。 ＥＧＲガスと冷却水の流れを示す簡略図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例に係る排気マニホールド、及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドについて考察する。
図１は、本発明の一実施例に係る排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドを示す図であり、図２は、図１の排気マニホールド１００とＥＧＲクーラー７００を詳細に示す図であり、図３は、ＥＧＲガスと冷却水の流れを示す簡略図である。
本明細書では、直列４気筒エンジンのシリンダーヘッドを例として図示及び説明するが、異なる形式のエンジンにも支障なく適用可能である。また、排気マニホールドがシリンダーヘッドに一体に挿入される構成は、公知の内容なので、本明細書では、詳細な説明を省略し、本発明に該当するシリンダーヘッドにＥＧＲクーラーが一体に結合され挿入される構成を詳細に説明する。
本発明の、好適な一実施例に係る排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドは、複数の排気ポート１１０が結合される結合部１３０と、複数の結合部１３０が結合されて延長される延長部１５０と、からなる排気マニホールド１００と、
排気マニホールド１００に隣接して設けられるウォータージャケット３００と、
ウォータージャケット３００に連通し、排気マニホールド１００の延長部１５０を外側から包む形状に設けられるＥＧＲクーラー７００と、
を含む。
１つのシリンダーに２つの排気ポート１１０が設けられる。本実施形態は、エンジンが４気筒なので、８個の排気ポート１１０が設けられる。前記排気ポート１１０は、各シリンダーそれぞれに２つずつが対をなして一つに結合される結合部１３０を形成する。結合部１３０は、２つが集まって一つの延長部１５０を形成する。
特に、図２に示すように、前記排気マニホールド１００は、２番、３番シリンダーの排気ポート１１０が集まって一つの排気マニホールド１００を形成し、１番、４番シリンダーの排気ポート１１０が集まって他の一つの排気マニホールド１００を形成することが好ましい。また、前述した排気マニホールド１００は、前記排気ポート１１０が所定の間隔で一直線上に位置するように配置される。また、２番、３番シリンダーの排気マニホールド１００の延長部１５０と、１番、４番シリンダーの排気マニホールド１００の延長部１５０はと、上下に配置されることが設計や製作、空間活用などにおいて有利である。
前記排気マニホールド１００は、エンジンの燃焼室で燃焼した高温の排気ガスが通過するため、冷却が必要なので、排気マニホールド１００に隣接した部分には、ウォータージャケット３００が設けられる。前記ウォータージャケット３００は、前記排気マニホールド１００と同様に前記シリンダーヘッド１０００に挿入されるが、冷却速度を上げるために、前記排気ポート１１０の上下それぞれの側に位置して、前記排気マニホールド１００を冷却することが好ましい。
通常、前記排気マニホールド１００の延長部１５０は、車両の前方側に突出する形状を持つ。よって、前記ウォータージャケット３００に連通し、下方が開放された逆「Ｕ」字状の前記ＥＧＲクーラー７００が、前記延長部１５０の外側を包む形状に設けられることにより、前記シリンダーヘッド１０００に、前記ＥＧＲクーラー７００を一体に形成することができる。
すなわち、従来、２番、３番シリンダーの排気マニホールド１００と、１番、４番シリンダーの排気マニホールド１００と、の間に介在していたウォータージャケットを取り除き、下側のウォータージャケット３００の容量及び面積を増大させることにより、冷却効果を維持しながら、前記ＥＧＲクーラー７００を前記シリンダーヘッド１０００に挿入することができる。
より詳しくは、シリンダーヘッド１０００におけるマニホールド１００の延長部１５０の外側にハウジング９００を設け、前記ハウジング９００にＥＧＲクーラー７００を挿入することにより、シリンダーヘッド１０００にＥＧＲクーラー７００を一体的に形成することができる。
また、前記ハウジング９００には、前記ＥＧＲクーラー７００に対してＥＧＲガスを流入及び排出するためのＥＧＲガス入口７１０、及びＥＧＲガス出口７３０を形成しなければならないが、前記ハウジング９００に、前記ＥＧＲガス入口７１０及び出口７３０が形成されたカバーを、別個に形成して結合することができる。従って、図３に示すように、前記ウォータージャケット３００の冷却水入口３１０から流入した冷却水が、前記ＥＧＲクーラー７００を経て、昇温されて前記冷却水出口３３０から排出される。
前記ＥＧＲガスの通路は、前記シリンダーヘッド１０００の素材を用いるか、或いは連結部位を簡単にパイプ（図示せず）として形成して連結可能である。素材から加工された部位は、シールキャップ（図示せず）などを適用して冷却水のリークを改善することができる。
従って、前述したような排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッドは、ＥＧＲクーラー７００の冷却フィンをステンレス（ＳＵＳ）の外部にろう付け溶接して固定するので、ＥＧＲクーラー７００のハウジング９００を、シリンダーヘッド１０００と同じ素材を用いることができ、相対的にコストが高い方であった従来とは異なり、レイアウトの簡単化及びコスト節減を図ることができるという利点がある。
また、シリンダーヘッド１０００の排気マニホールド１００の装着面と、ＥＧＲクーラー７００の連結部位と、にシリンダーヘッド１０００の素材を用いて、パイプを取り除くか或いは全体的なパイプの長さを短縮することにより、組立工数が減少するため、コスト節減が可能である。
車両の始動時のエンジンの冷間始動初期に、ＥＧＲバルブ（図示せず）の作動時し、冷却水がＥＧＲガスを冷却させながら冷却水の温度が上昇するので、相対的に排気ガスの温度損失量が小さくなり、触媒前段に流入する排気ガスの温度が相対的に高くなるため、触媒活性化温度を相対的に高めることができるという効果がある。
また、冷間始動初期に、シリンダーヘッドにおいて、ＥＧＲクーラーとして作動する部分にソレノイドバルブ（図示せず）を設置し、冷間始動初期にはソレノイドバルブを閉鎖して冷却水が流れないように制御して、冷却水の循環による排気ガスの温度損失を最小化することにより、触媒前段に流入する排気ガスの温度低下を最小化し、触媒活性化温度の上昇時間を短縮して排気ガス組成を改善することができる。あるいは、ソレノイドバルブの代わりに統合流量可変制御バルブ（図示せず）を用いて、冷間始動初期には冷却水が流れないように制御することもできる。
また、ＥＧＲ通路のパイプを取り除くか或いは従来に比べてパイプの長さを短くして連結通路の長さを短縮することによって、差圧を最小化することができるため、低速／低負荷領域までＥＧＲ適用が可能なので、吸入効率を高めてエンジンの効率を増大させ、燃費を向上させることができるという利点がある。
本発明は、特定の実施例について図示及び説明したが、以下の特許請求の範囲によって提供される本発明の技術的思想を外れない限度内において、本発明が様々な改良及び変化を加え得るのは当業界における通常の知識を有する者に自明であろう。
１００ 排気マニホールド
１１０ 排気ポート
１３０ 結合部
１５０ 延長部
３００ ウォータージャケット
７００ ＥＧＲクーラー
９００ ハウジング

Claims (6)

  1. 複数の排気ポートが結合される結合部と、複数の結合部が結合されて延長される延長部と、からなる排気マニホールドと、
    前記排気マニホールドに隣接して設けられるウォータージャケットと、
    前記ウォータージャケットに連通し、前記排気マニホールドの延長部を外側から包む形状に設けられるＥＧＲクーラーと、
    を含むことを特徴とする排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッド。
  2. 前記排気マニホールドが複数個設けられ、前記複数の排気ポートは、所定の間隔で一直線上に位置するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッド。
  3. 前記ウォータージャケットは、前記排気ポートの上下側にそれぞれ位置することを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッド。
  4. 前記ＥＧＲクーラーは、下方が開放された逆「Ｕ」字状であることを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッド。
  5. 前記複数の排気マニホールドの延長部は、上下に配置され、前記ＥＧＲクーラーは、前記延長部の外側を包むように形成されることにより、シリンダーヘッドに一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッド。
  6. 前記ＥＧＲクーラーの外側には、前記ＥＧＲクーラーが装着されるハウジングが設けられることを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド及びＥＧＲクーラー一体型シリンダーヘッド。
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