JP2019060278A

JP2019060278A - 内燃機関

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Publication number: JP2019060278A
Application number: JP2017185169A
Authority: JP
Inventors: 浩平枠谷; Kohei Wakutani; 章樹櫻木; Akishige Sakuragi
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: JP6954794B2

Abstract

【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
７ＥＧＲ通路
８ＥＧＲ穴
１５ＥＧＲ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

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。
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。
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。
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。