JP2019060278A - 内燃機関 - Google Patents

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【課題】シリンダヘッドに設けたEGR通路からEGR拡散パイプを介してEGRガスがサージタンクに流入する構成の内燃機関において、組み立て作業性の手間の軽減や、EGR拡散パイプの設計の自由性向上などを図る。【解決手段】EGR拡散パイプ15は、本体フランジ5に形成したEGR穴8からサージタンク2の内部に入り込んでおり、EGR拡散パイプ15の基端に形成したパイプフランジ16が、本体フランジ5に形成した環状凹所17に溶着されている。EGR拡散パイプ15と吸気マニホールド3とがユニット化されているため、内燃機関の組み付けの手間を軽減できる。また、EGR拡散パイプ15は、EGR通路7に制約を受けないため、設計の自由性も高い。【選択図】図3

Description

本願発明は、EGR装置を備えた内燃機関に関するものである。
ガソリン機関のような内燃機関において、排気ガスの浄化や燃費向上等のために、排気ガスの一部(すなわちEGRガス)を吸気系に還流させることが広く行われている。EGRガスの還流手段として様々な構造があるが、特許文献1には、シリンダヘッドの吸気側面にEGR通路を開口させて、このEGR通路から、EGR拡散パイプを介して吸気マニホールドのサージタンクに還流させることが開示されている。
すなわち、特許文献1では、EGR拡散パイプの基端部をシリンダヘッドのEGR通路に差し込んで、EGR拡散パイプに設けたブラケットをビスでシリンダヘッドに固定しており、吸気マニホールドをシリンダヘッドに固定すると、EGR拡散パイプがサージタンクの内部に入り込むように設定している。
特開2011−111981号公報
特許文献1は、EGR通路をシリンダヘッドに形成したことによって構造が簡単になり、また、EGRガスはEGR拡散パイプによってサージタンクの所望の部位から噴出させることができるため、EGRガスと吸気との混合性を高めて各気筒での均一な燃焼に貢献できる利点がある。
しかし、EGR拡散パイプは、一々シリンダヘッドにビス止めしなければならないため、組み付けに手間が掛かるという問題があった。また、EGR拡散パイプの基端部がEGR通路に入り込んでいるため、EGR拡散パイプの肉厚分だけEGR通路の流路面積が縮小することになり、このため、EGRガスの流れ抵抗が大きくなるという問題もある。
本願発明は、このような現状を改善することを課題とするものである。
本願発明は、吸気側面にEGR通路を開口させたシリンダヘッドと、前記EGR通路の出口を覆った状態で前記シリンダヘッドの吸気側面に固定された吸気マニホールドとを備えており、前記吸気マニホールドには前記EGR通路に連通した空洞部が形成されていて、前記EGR通路から噴出したEGRガスが前記空洞部から各枝管に還流する、という基本構成である。
そして、請求項1の発明では、上記基本構成において、前記吸気マニホールドの空洞部は、前記シリンダヘッドに重なると共に前記EGR通路と連通したEGR穴が空いている本体フランジを有しており、前記本体フランジに、前記空洞部に入り込んだEGR拡散パイプが取付けられている。
本願発明は様々な構成を含んでおり、展開例を請求項2以下で特定している。このうち請求項2の発明では、前記EGR拡散パイプのうち前記シリンダヘッドの側に位置した基端には、パイプフランジが外向きに広がるように形成されている一方、前記本体フランジには、前記パイプフランジが入り込む段落ち状の環状凹所を形成している。
請求項2の具体例として、請求項3では、前記パイプフランジのうち前記シリンダヘッドと対向した外面に、前記環状凹所を囲うようにガスケットが配置されている。
請求項4の発明は、請求項1〜3のうちのいずれかにおいて、前記EGR拡散パイプのうち少なくとも前記本体フランジの側に位置した基端寄り部位は、先端に向けて高さが高くなる傾斜部になっており、前記傾斜部の基端部に、下方に開口した水抜き穴を設けている。
本願発明では、EGR拡散パイプは吸気マニホールドに取付けられているため、EGR拡散パイプをシリンダヘッドに取り付ける作業は不要であり、このため、内燃機関の組み立ての手間を軽減することができる。また、本体フランジはEGR穴を除いた部分を全体的にシリンダヘッドに重ねることができるため、シリンダヘッドとの密着性を高めてシール性の向上にも貢献できる。
更に、EGR拡散パイプはEGR通路に入り込む部分が不要になるため、それだけ軽量化して燃費の向上に貢献できるし、EGR拡散パイプの内径をEGR通路の内径と同径にすることにより、EGRガスの流れ抵抗の増大も防止できる。
また、EGR拡散パイプは吸気マニホールドに取り付いているため、EGR拡散パイプをEGR通路より大径に形成することや曲がった形状に形成することなども容易であり、従って、EGR拡散パイプについて設計の自由性を向上できる。
更に、ビス止めの場合は、振動によってビスが緩むことが有り得るが、本願発明では、EGR拡散パイプは、振動溶着や接着などで本体フランジに固定したり、本体フランジでシリンダヘッドに押さえ保持したりすることが可能であり、振動による緩みを生じない固定手段を採用できる。従って、信頼性にも優れている。
請求項2の構成を採用すると、EGR拡散パイプはパイプフランジの存在によって高い安定性を保持することができる。また、パイプフランジは環状凹所に入り込んでいるため、本体フランジをシリンダヘッドに密着(或いはガスケットを介して密接)させることができて、シール性を損なうこともない。
請求項3の構成を採用すると、ガスケットによって高いシール性を確保できるが、ガスケットは環状凹所を囲っているため、凝縮水が環状凹所に流れてきても、凝縮水がガスケットに触れることはない。このため、凝縮水に含まれている成分によってガスケットの劣化が進むようなことはなくて、高いシール性を長期に亙って維持できる。
請求項4の構成を採用すると、EGR拡散パイプの内部に凝縮水が発生しても、凝縮水は水抜き穴から本体フランジの内面を伝って流れ落ちるため、凝縮水が吸気の流れに乗ってミスト化し、空洞部内で舞い動くようなことはない。従って、空洞部に設けたセンサ(例えば圧力センサ)に水滴が触れて故障や検出性能低下を引き起こすといったことを防止できる。
第1実施形態の一部破断平面図である。 図1のII-II 視側断面図である。 (A)は図1の要部拡大図、(B)は図2の要部拡大図である。 (A)は第2実施形態を示す側断面図、(B)は第3実施形態を示す平断面図である。 (A)は第4実施形態を示す側断面部、(B)は第5実施形態を示す側断面部である。
(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1〜3の第1実施形態を説明する。図1は、内燃機関の大まかな部分平面図であり、シリンダヘッド1における吸気側面1aに、サージタンク2を一体に設けた吸気マニホールド3が固定されている。吸気マニホールド3は樹脂製品であり、複数の部材を振動溶着によって接合して中空構造に構成されている(接合面は一部省略している。)。本実施形態では、サージタンク2が請求項に記載した空洞部に相当する。
本実施形態の内燃機関は3気筒であり、そこで、吸気マニホールド3のサージタンク2には、3本の枝管4が一体に繋がっている。各枝管4は大きく曲がってから各先端は1つ(或いは複数の)本体フランジ5に繋がっており、本体フランジ5がシリンダヘッド1の吸気側面1aに、図示しない複数本ボルトで固定されている。
本体フランジ5はサージタンク2の箇所まで延びており、従って、サージタンク2は本体フランジ5によっても形成されている。図2のとおり、サージタンク2の上面には吸気取り入り口6を設けており、この吸気取り入り口6には図示しないスロットルバルブが固定される。
シリンダヘッド1には、吸気側面1aと排気側面1bとに開口したEGR通路7が形成されており、吸気側面1aの箇所では、EGR通路7は、吸気マニホールド3のサージタンク2に向けて開口している。そこで、吸気マニホールド3の本体フランジ5には、EGR通路7及びサージタンク2に連通したEGR穴8が空いている。
なお、シリンダヘッド1のうち、リア端面1cの近傍部には、EGR通路7の構成要素として、シリンダヘッド1の排気側面1bに開口した第1部分10と、第1部分10と連通する状態でリア端面1cに開口したバルブ取り付け穴11と、吸気側面1aに向けて開口した第2部分12とが形成されている。第1部分10とバルブ取り付け穴11とは同じ高さであり、第2部分12は、第1部分10及びバルブ取り付け穴11よりも下方に位置しており、バルブ取り付け穴11と第2部分12とが、上下長手の連通穴13で連通している。シリンダヘッド1のリア端面1cに、バルブ取り付け穴11に入り込む制御部を有するEGRバルブ14が取付けられている。
(2).EGR拡散パイプ
吸気マニホールド3の本体フランジ5には、EGR通路7に連通したEGR拡散パイプ(エンドパイプ)15が取付けられている。EGR拡散パイプ15は合成樹脂製であり、本体フランジ5のEGR穴8に外側から挿通されていて、基端にはパイプフランジ16が一体に形成されている。本体フランジ5の外面には、パイプフランジ16が嵌まり込む環状凹所17が形成されており、パイプフランジ16は、振動溶着によって環状凹所17に接合されている。
図2及び図3(A)のとおり、EGR通路7は略水平姿勢である一方、シリンダヘッド1の吸気側面1aは、上に行くに従って排気側面1bに近く付くように傾斜している。そして、図2のとおり、サージタンク2は、吸気側面1aの垂線方向に突出した形態になっている。
一方、EGR拡散パイプ15は、基本的には、吸気側面1aの垂線方向に向かって延びている。従って、EGR拡散パイプ15は、先端に向けた高くなるように傾斜しているが、基端寄りのある程度の範囲は、傾斜角度が大きくなっている。従って、EGR拡散パイプ15は、側面視ではく字形に曲がっている。もとより、EGR拡散パイプ15は真っ直ぐな形状でもよいし、また、水平状の姿勢であってもよい。
図3(B)のとおり、EGR拡散パイプ15の基端部には、下向きに開口した水抜き穴18が形成されている。水抜き穴18は本体フランジ5に近接している。従って、EGR拡散パイプ15の内部に発生した凝縮水19は、本体フランジ5の内面に伝い落ちていく。
吸気マニホールド3における本体フランジ5の外面には、環状凹所17を囲う環状溝20が形成されており、この環状溝20に、圧縮変形可能なガスケット21が嵌め込まれている。本体フランジ5は、ガスケット21を圧縮させた状態で、シリンダヘッド1の吸気側面1aに密着させている。但し、本体フランジ5と吸気側面1aとの間に僅かの隙間が空くこともあり得る。
以上の構成において、EGR拡散パイプ15は溶着によって本体フランジ5に接合(固定)されているため、EGR拡散パイプ15をシリンダヘッド1に固定する作業は不要であり、それだけ内燃機関の組み立ての手間を軽減することができる。また、振動による緩みの問題も生じない。また、EGR拡散パイプ15は合成樹脂製であるため、凝縮水19によって腐食することもない。
本実施形態のようにEGR拡散パイプ15をく字形に形成すると、EGR拡散パイプ15をできるだけ高い位置に配置して、EGRガスと吸気との混合性を高めることができる。なお、本実施形態のようにEGR拡散パイプ15を屈曲させると、EGR拡散パイプ15の姿勢に方向性が出るが、EGR拡散パイプ15の姿勢を正確に設定する方法としては、パイプフランジ16と環状凹所17とを楕円のような非円形に形成するなどの姿勢合わせ手段を採用したらよい。
(3).他の実施形態
次に、図4,5に示す他の実施形態を説明する。図4(A)に示す第2実施形態では、EGR拡散パイプ15を真っ直ぐな形状に形成している。この形態では、EGR拡散パイプ15の方向性が無くなるため、取付けの手間を軽減できる。
図4(B)に示す第3実施形態では、環状凹所17をパイプフランジ16の外側に広がる状態に形成して、環状凹所17にガスケット21を嵌め込んでいる。この場合、環状凹所17の底面に、ガスケット21が嵌まる浅い環状溝20を形成して、ガスケット21のずれを防止している。
図5(A)に示す第4実施形態では、EGR拡散パイプ15にはパイプフランジ16は形成しておらず、代わりに、基端部を裾広がりのテーパ部15aに形成して、本体フランジ5に設けたテーパ筒22に外側から嵌め込んでいる。EGR拡散パイプ15には、テーパ筒22の先端に係合する突起23を形成しており、強制嵌合により、突起23をテーパ筒22に係合させている。突起23は、環状に形成してもよいし、周方向に飛び飛びで形成してもよい。また、突起23は設けなくてもよい。
図5(B)に示す第5は第4実施形態の変形例であり、EGR拡散パイプ15の基端部にストレート状の拡径部15bを形成して、これを、本体フランジ5に形成したストレート筒24に嵌め込んでいる。拡径部15bはストレート筒24に強制嵌合してもよいし、接着剤にて接着してもよい。或いは、ガタのない状態に密嵌して、ストレート筒24で保持しただけであってもよい。
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、吸気マニホールドやEGR拡散パイプは金属製であってもよい。また、上記の実施形態ではEGR拡散パイプをサージタンクに配置したが、サージタンクに連通した補助的な空洞部を設けて、この空洞部にEGR拡散パイプを臨ませることも可能である。
本願発明は、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
1 シリンダヘッド
1a 吸気側面
2 空洞部の一例としてのサージタンク
3 吸気マニホールド
4 吸気マニホールドの枝管
5 吸気マニホールドの本体フランジ
7 EGR通路
8 EGR穴
15 EGR拡散パイプ
16 パイプフランジ
17 環状凹所
18 水抜き穴
19 凝縮水
21 ガスケット

Claims (4)

  1. 吸気側面にEGR通路を開口させたシリンダヘッドと、前記EGR通路の出口を覆った状態で前記シリンダヘッドの吸気側面に固定された吸気マニホールドとを備えており、
    前記吸気マニホールドには前記EGR通路に連通した空洞部が形成されていて、前記EGR通路から噴出したEGRガスが前記空洞部から各枝管に還流する構成であって、
    前記吸気マニホールドの空洞部は、前記シリンダヘッドに重なると共に前記EGR通路と連通したEGR穴が空いている本体フランジを有しており、前記本体フランジに、前記空洞部に入り込んだEGR拡散パイプが取付けられている、
    内燃機関。
  2. 前記EGR拡散パイプのうち前記シリンダヘッドの側に位置した基端には、パイプフランジが外向きに広がるように形成されている一方、前記本体フランジには、前記パイプフランジが入り込む段落ち状の環状凹所を形成している、
    請求項1に記載した内燃機関。
  3. 前記パイプフランジのうち前記シリンダヘッドと対向した外面に、前記環状凹所を囲うようにガスケットが配置されている、
    請求項2に記載した内燃機関。
  4. 前記EGR拡散パイプのうち少なくとも前記本体フランジの側に位置した基端寄り部位は、先端に向けて高さが高くなる傾斜部になっており、前記傾斜部の基端部に、下方に開口した水抜き穴を設けている、
    請求項1〜3のうちのいずれかに記載した内燃機関。
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