JP3904554B2 - 多気筒エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンにおけるＥＧＲガスを吸気管に戻す経路にＥＧＲガスチャンバーを設けた多気筒エンジンの排気ガス還流装置に関するものである。

従来、排気ガス還流のためのＥＧＲガスを吸気管に戻す場合に、多気筒エンジンにあってはＥＧＲチャンバー（１本の還流排気ガス分配通路）に各吸気管へ連通する孔を配設しているものがある。

上記したような排気ガス還流装置にあっては、排気ガスを排気管からシリンダヘッドを挟んで反対側の吸気管へ戻すため、その流れの間に排気ガスがある程度冷却される。例えば寒冷地での使用にあっては、エンジン停止後にＥＧＲチャンバーが低温になると、ＥＧＲガス中に含まれている水分が凝縮水となって発生し、零下になると凝縮水が凍結するため、その凍結によりＥＧＲ通路が閉塞される虞がある。あるいは、ＥＧＲガス内に含まれるカーボンと凝縮水との融合によりタールが発生すると、凝縮水が多い場合にはタール発生量が増大するため、そのタールによるＥＧＲ通路内の凍結閉塞が生じる虞がある。

また、高温のＥＧＲガスが冷却されないでＥＧＲチャンバーで分配されて吸気管に入ると、吸気温度の高温下により吸気充填効率が低下するという問題がある。

上記凍結閉塞問題や充填効率低下問題を解決するためには、ＥＧＲチャンバーの外側に温水（エンジン冷却水）を流して、ＥＧＲチャンバー内のＥＧＲガスを保温（冷却）すると良い。その場合に、エンジン冷却水通路の途中から分岐した冷却水通路を例えばＥＧＲチャンバーの外面に沿って配設することが考えられる。その一例として、吸気マニホールドの曲成部の内側にて接続フランジを利用して還流排気ガス通路と冷却水通路とを隣接させて設けたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

実公平４−３７２５５号公報（第２−３頁、第１−２図）

しかしながら、上記構造では還流排気ガス通路（ＥＧＲチャンバー）に対してその１側面を介して熱交換するため、熱交換量を上げるために熱交換用側面の面積を広げると通路を形成する配管が大径化するなどの問題がある。熱交換率を高めるためには、冷却水配管をＥＧＲチャンバー内に通すことが考えられるが、その場合には形状が複雑化してしまい、製造コストが高騰化するという問題がある。

このような課題を解決して、簡単な構造で熱交換率を向上し得る多気筒エンジンの排気ガス還流装置を実現するために本発明に於いては、多気筒エンジンにおいて互いに略並列に配設された各吸気管（３ａ）を横切る向きに延在しかつ跨ぐように設けられたＥＧＲガスチャンバー（５）を有し、前記ＥＧＲガスチャンバー（５）が、前記ＥＧＲガスチャンバー（５）内にＥＧＲガスを流入させるＥＧＲガス流入口（７）と、前記各吸気管（３ａ）と連通する各吸気管連通孔（１０ａ〜１０ｄ）と、前記ＥＧＲガスチャンバー（５）の外面に設けられかつ気筒列方向に延在する突条部（１２）と、前記ＥＧＲガスチャンバー（５）の内面の前記突条部（１２）に対応する部分であってかつ前記ＥＧＲガス流入口（７）と対峙する面に形成された凹設部（１５）と、エンジン冷却水を通すべく前記突条部（１２）にて前記凹設部（１５）に隣設して形成された温水通路（１２ａ）とを有するものとした。

特に、前記ＥＧＲガスチャンバー（５）が、前記吸気管（３ａ）と一体に形成されたチャンバー本体（５ａ）と、前記チャンバー本体（５ａ）の開口を覆う蓋体（６）とにより形成され、前記蓋体（６）に前記凹設部（１５）と前記温水通路（１２ａ）とが一体に形成され、前記ＥＧＲガス流入口（７）は前記チャンバー本体（５ａ）の前記気筒列方向における中央部分に開口していると良い。

このように本発明によれば、ＥＧＲガスチャンバー内に流入したＥＧＲガスの一部が凹設部内に滞留し得るため、その滞留ガスと温水通路を通る冷却水との熱交換作用が大となり、ＥＧＲチャンバー全体のＥＧＲガスを効率良く保温することができる。そのため、ＥＧＲガスチャンバー内の凝縮水の発生を減少でき、ＥＧＲガス通路内の凍結閉塞を防止することができる。また、カーボンとの融合によるタール発生量をも減少することができ、タールによる凍結閉塞も防止することができる。さらに、排気ガスが高温の場合にはその高温の排気ガスを冷却することになり、吸気充填効率を向上することもできる。

特に、ＥＧＲガスチャンバーの蓋体に凹設部及び温水通路を設けることにより、蓋体の成型でそれらを形成することができるため、複雑な構造となることなく上記効果を達成でき、装置を低廉化し得る。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明が適用された水冷４気筒エンジンの概略を示す要部破断上面図である。ヘッドカバー１により上面を覆われているシリンダヘッド２の一方の側面には吸気マニホールド３が固着されており、他方の側面には排気マニホールド（図示せず）が固着されている。

本図示例における吸気マニホールド３は、エンジンの側方にて下方から立ち上げられ、シリンダヘッド２の側方近傍にてシリンダヘッド２側に曲げられて、シリンダヘッド２に設けられた各吸気ポート４に接続されている。吸気マニホールド３の曲成部から吸気ポート４に延びる緩傾斜部分の上面には、本発明に基づくＥＧＲチャンバー５が、吸気マニホールド３の各吸気管３ａを気筒列方向に跨ぐように設けられている。

ＥＧＲチャンバー５は、吸気マニホールド３の互いに並列に延在する各吸気通路に略直交する向きを長手方向とする台形状の箱形をなす本体５ａと、本体５ａの上面となる開口を覆う蓋体６とにより形成されている。図３に併せて示されるように、吸気マニホールド３の上壁と一体に形成された本体５ａの底壁には、各吸気通路４における２番及び３番気筒用の間に開口するＥＧＲガス流入口７が設けられている。

ＥＧＲガスは、例えばシリンダヘッド２内にて４番気筒ＣＬ４の排気ポート８から分岐するように設けられた分岐路９を介して取り出されるようになっている。分岐路９は、シリンダヘッド２内を吸気ポート４側に至り、シリンダヘッド２の吸気マニホールド３側の側面に開口している。吸気マニホールド３には、分岐路９の吸気側開口と上記したＥＧＲガス流入口７とを連通するＥＧＲガス通路１１が形成されている。ＥＧＲガスチャンバー５の本体５ａには、図２に示されるように、吸気マニホールド３の各吸気管３ａと連通する各吸気管連通孔１０ａ〜１０ｄが設けられている。

このようにして、４番気筒ＣＬ４の排気ガスの一部が、その排気ポート８から図の一部破線で示した矢印に示されるように分岐路９に入ってＥＧＲガス通路１１を介してＥＧＲガス流入口７からＥＧＲガスチャンバー５内に流入し、ＥＧＲガスチャンバー５の各吸気管連通孔１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄを介して各気筒に分配される。

ＥＧＲガスチャンバー５の蓋体６の上面には各吸気管３ａを横切る方向（気筒列方向）に延在する壁状の突条部１２が一体に形成されている。図３及び図４に示されているように、突条部１２の突出端部にはその長手方向両端に開口する温水通路１２ａが形成されており、突条部１２における温水通路１２ａの両開口端部にはそれぞれホースプラグ１２ｂ・１２ｃが取り付けられている。一方のホースプラグ１２ｂはシリンダヘッド内のウォータジャケット（図示せず）に直に接続され、他方のホースプラグ１２ｃはヒータからの冷却水戻り配管（図示せず）に接続されている。

そして図４に示されるように、蓋体６の裏面における上記突条部１２に対応する部分には温水通路１２ａに向けて掘り込んだ形状の凹設部１５が設けられている。したがって、凹設部１５と温水通路１２ａとが薄い壁を挟んで隣接することになる。また、この凹設部１５は、図３に併せて示されるように突条部１２すなわち温水通路１２ａの全長に渡って延在している。

また、蓋体６の裏面には、図５に示されるように、各吸気管連通孔１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄに対応する部分にＣ字形状の各導入壁１６が一体に形成されている。なお、導入壁１６の突出端面（図における）は、蓋体６を本体５ａに組み付けた状態で本体５ａにおける吸気管連通孔１０ａ〜１０ｄの周壁と当接するようにされている。これにより、Ｃ字状導入壁１６の開口がＥＧＲガスの流入口となる。

なお、１番〜３番気筒ＣＬ１〜ＣＬ３に対応する各導入壁１６は、図５に示されるようにＥＧＲガスチャンバー５の中央部分（ＥＧＲガス流入口７）に開口するように形成されている。それに対して、ＥＧＲガスを取り出す４番気筒ＣＬ４に対応する導入壁１６にあっては、そのＥＧＲガスチャンバー５の中央部分に対向する部分が、その中央部分側からのＥＧＲガスの流れを邪魔するように延在する障壁部１６ａとして形成されている。

また、ＥＧＲガス流入口７と蓋体６の裏面とが互いに対峙して配設されていることから、ＥＧＲガス流入口７からＥＧＲガスチャンバー５内に流入してきたＥＧＲガスが、蓋体６の裏面に向けて流れ、その一部が凹設部１５内に流入すると共に各吸気管連通孔１０ａ〜１０ｄを介して各気筒に流れていく。蓋体６の裏面に凹設部１５が設けられていることにより、蓋体６の裏面の実質的な表面積が増大することになるため、温水通路１２ａに流れる冷却水により蓋体６全体が加熱される場合の熱交換量が凹設部１５を設けないものよりも増大し得る。

また、凹設部１５内に流入したＥＧＲガスが凹設部１５内に淀みとなって滞留し得るため、その滞留ＥＧＲガスに対する熱交換率が高くなり、かつその滞留ＥＧＲガスを介してＥＧＲガスチャンバー５内のＥＧＲガスとの間の熱交換も行われるため、全体として熱交換率が向上する。

図６に、本発明に基づく凹設部１５を設けた場合（実線）と、図４の想像線に示されるように凹設部１５を設けない場合（破線）との温水通路１２ａの出口側の水温変化を示す。なお、図では始動時からの水温上昇具合を示しており、図に示されるように、凹設部１５を設けた方が水温上昇が早くかつ高温になることが分かる。この上昇分は、凹設部１５内に滞留するＥＧＲガスとの熱交換によるものであり、熱交換率の向上に寄与する。

このように凹設部１５を設けるのみの簡単な構造で、ＥＧＲガスチャンバー５内における温水通路１２ａと隣接する部分の表面積を拡大することができるため、簡単な構造で熱交換率を向上し得る。したがって、排気ガス還流装置の大型化を防止しかつ高い熱交換率を実現し得る。

これにより、高温のＥＧＲガスの熱が冷却水に奪われて、ＥＧＲガスチャンバー５内のＥＧＲガスが冷却されるため、そのＥＧＲガスが還流される吸気の充填効率が凹設部１５を設けないものに比べて向上される。また、エンジン停止後も温水通路１２ａ内の温水により凹設部１５内に滞留するＥＧＲガスが暖められているため、ＥＧＲガスチャンバー５内のＥＧＲガスの保温性が良くなって、早い冷却による凝縮水の発生が抑制される。したがって、凝縮水による凍結閉塞（吸気管連通孔１０ａ〜１０ｄの閉塞など）や、ＥＧＲガス内に含まれるカーボンと凝縮水との融合によるタール発生により生じる凍結閉塞を防止することができる。

なお、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用が可能である。

本発明にかかる多気筒エンジンの排気ガス還流装置は、吸気充填効率の向上や保温性（凍結閉塞防止）を有し、水冷エンジンにおける排気ガス還流装置等として有用である。

本発明が適用されたエンジンの概略を示す要部破断上面図である。 ＥＧＲガスチャンバーの本体を示す上面図である。 図１の矢印III−III線に沿って見た要部拡大断面図である。 図３の矢印IV−IV線に沿って見た断面図である。 ＥＧＲガスチャンバーの蓋体の裏面図である。 蓋体の凹設部の有無の違いによる水温を示す図である。

符号の説明

３ａ 吸気管
５ ＥＧＲガスチャンバー、５ａ チャンバー本体
６ 蓋体
１２ａ 温水通路
１５ 凹設部

Claims (2)

1. 多気筒エンジンにおいて互いに略並列に配設された各吸気管を横切る向きに延在しかつ跨ぐように設けられたＥＧＲガスチャンバーを有し、
   前記ＥＧＲガスチャンバーが、前記ＥＧＲガスチャンバー内にＥＧＲガスを流入させるＥＧＲガス流入口と、前記各吸気管と連通する各吸気管連通孔と、前記ＥＧＲガスチャンバーの外面に設けられかつ気筒列方向に延在する突条部と、前記ＥＧＲガスチャンバーの内面の前記突条部に対応する部分であってかつ前記ＥＧＲガス流入口と対峙する面に形成された凹設部と、エンジン冷却水を通すべく前記突条部にて前記凹設部に隣設して形成された温水通路とを有することを特徴とする多気筒エンジンの排気ガス還流装置。
2. 前記ＥＧＲガスチャンバーが、前記吸気管と一体に形成されたチャンバー本体と、前記チャンバー本体の開口を覆う蓋体とにより形成され、
   前記蓋体に前記凹設部と前記温水通路とが一体に形成され、
   前記ＥＧＲガス流入口は前記チャンバー本体の前記気筒列方向における中央部分に開口していることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの排気ガス還流装置。

Images