JP3917969B2 - 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、多気筒エンジンの排気ガス還流装置において、排気ポートから排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を取り出し、それをＥＧＲチャンバーを介して各吸気管に分配して排気ガスを還流するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平５−３１２１１２号公報（第３頁、図２）

多気筒エンジンの排気ガス還流装置にあっては、ＥＧＲガスを各気筒にできるだけ均等に分配することが望まれる。上記特許文献のものにあっては、各吸気管に通じる開口にそれぞれリード弁を設け、吸気管内圧力がＥＧＲガス圧よりも高くなった場合に閉弁するようにして、吸気行程にあるもののみを開弁させるようにしている。しかしながら、リード弁を設けることにより構造が複雑化し、装置が高騰化するという問題がある。

また、排気ガス還流にあっては、全排気ポートから排気ガスを取り出す必要もなく、例えば気筒列方向一端の排気ポートからＥＧＲガスを取り出し、それをＥＧＲガスチャンバーで各吸気管に分配するようにしても良い。この場合には、ＥＧＲガスの流れには本来指向性はないものの、ＥＧＲガスを取り出す気筒の排気行程と吸気行程とが重複し得るため、ＥＧＲガスを取り出す気筒へのＥＧＲガス流量が増加する傾向にある。この構造の排気ガス還流装置に上記特許文献のものを当てはめた場合には、ＥＧＲガスを取り出す気筒に対する吸気管内圧力とＥＧＲガス圧との関係が他の気筒と同様にならず、ＥＧＲガス分配率が悪化するという問題がある。

このような課題を解決して、気筒列方向一端の排気ポートからＥＧＲガスを取り出して還流するようにした多気筒エンジンの排気ガス還流装置において簡単な構造でＥＧＲガスの均等配分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、気筒列方向一端の排気ポート（８）からＥＧＲガスが流入するようにされたＥＧＲガス流入口（７）と、前記ＥＧＲガスを前記各吸気管（３ａ）に分配するべく前記各吸気管（３ａ）にそれぞれ連通する各吸気管連通孔（１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ）とを有し、前記各吸気管連通孔（１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ）のうちの前記気筒列方向一端の吸気管に対応するもの（１０ｄ）を外囲しかつ前記ＥＧＲガス流入口（７）を避ける方向に向けた開口（１６ｂ）を形成するＥＧＲガス流入障壁手段（１６ａ）が設けられているものとした。

特に、前記ＥＧＲガス流入障壁手段が、Ｃ字状の壁であると良い。また、前記ＥＧＲガス流入口（７）が前記各吸気管連通孔（１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ）の並びに対して略中央部に配設されていると共に、前記各吸気管連通孔（１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ）において気筒列方向他端の吸気管に対応するもの（１０ａ）が他の吸気管連通孔（１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ）よりも大径に形成されていると良い。

このように本発明によれば、気筒列方向一端の排気ポートからＥＧＲガスを取り出してＥＧＲガスチャンバーに流入するようにした排気ガス還流装置において、ＥＧＲガスチャンバーに設けた吸気連通孔における気筒列方向一端の気筒の吸気管に連通するもののみに対して、ＥＧＲガスの流入量を他の吸気管連通孔のものよりも少なくするＥＧＲガス流入障壁手段を設けたことから、ＥＧＲガスを取り出す気筒の排気行程と吸気行程とが重複してもその気筒に対するＥＧＲガス流入量が抑制されるため、その結果ＥＧＲガスの各気筒に対する均等配分が可能となる。これを、全ての吸気管連通孔に対して何らかの流入制御手段を設けることによる構造の複雑化が生じることなく、簡単な構造で実現できる。

特に、気筒列方向一端の吸気管に対応する吸気管連通孔を外囲するようにＣ字状の壁を形成し、その開口をＥＧＲガス流入口に対して避ける方向に向けることにより、簡単な構造でＥＧＲガスを取り出す気筒に対するＥＧＲガス流入量を抑制し得るため、装置を低廉化し得る。

また、ＥＧＲガス流入口がＥＧＲガスチャンバーの略中央部に配設されている場合には、遠い吸気管連通孔に対するＥＧＲガス流入量が減少する傾向にあるため、ＥＧＲガスを取り出す気筒とは相反する側の気筒列方向他端の気筒に対応する吸気管連通孔を他のものよりも大径にすると良く、それによりＥＧＲガスの均等配分（供給）をより一層好適なものとすることができる。

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・１０ｂ・１０ｃ・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から図の矢印Ａ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〜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、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〜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に対応する吸気管連通孔１０ｄの導入壁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。したがって、その吸気管連通孔１０ｄにおける開口（導入壁１６における障壁部１６ａの延在方向端部とそれに対向する端部との間）１６ｂは、ＥＧＲガス流入口７を避ける方向に向けられている。

これにより、ＥＧＲガスチャンバー５内に流入したＥＧＲガスの各吸気連通孔１０ａ〜１０ｄに対する流れは図５の各矢印Ｂに示されるようになる。図に示されるように、４番気筒ＣＬ４に対応する障壁１６（図の右端）の開口１６ｂがＥＧＲガス流入口７に対して概ね反対側に向けられており、その開口１６ｂに入るＥＧＲガスの流れは図の矢印に示されるように障壁部１６ａにより迂回させられるようなる。したがって、排気ガスの一部を取り出す４番気筒ＣＬ４に戻されるＥＧＲガスの量が他の気筒に対するものよりも少なくなるため、４番気筒ＣＬ４の排気行程と吸気行程とが重複して４番気筒ＣＬ４に対するＥＧＲガスの流入量が増大し得るようになっても、４番気筒ＣＬ４に対応する吸気管連通孔１０ｄへのＥＧＲガスの流れが制限される。これにより、各気筒に均等に戻す場合に対してＥＧＲ分配率を平均化することができる。

さらに、各吸気連通孔１０ａ〜１０ｄにあっては、ＥＧＲガス流入口７から最も遠いものは両端の吸気連通孔１０ａ・１０ｄになる。その内の４番気筒に対応するもの１０ｄについては上記したように流量を制限するようにしているが、１番気筒に対応するもの１０ａについては、ＥＧＲガス流入口７から遠いことによる流入量低下を補うことが好ましい。そのため、１番気筒に対応する吸気連通孔１０ａを他の吸気連通孔１０ｂ〜１０ｄのものよりも大径にしている。

このようにして構成されたＥＧＲガスチャンバー５を用いた結果を、気筒別のＥＧＲ分配率を示す図６に示す。本図示例では、ＥＧＲ分配率が最も低い１番気筒と最も高い４番気筒との両者の差（ＥＧＲ分配率ばらつきΔＥＧＲ）を均一化できた。このように、気筒別のＥＧＲ分配率ばらつきを抑えることができた。

なお、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。

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、ＥＧＲガスの各気筒に対して均等配分することができ、気筒列方向一端の排気ポートから排気ガスの一部を取り出して還流す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。 気筒別のＥＧＲ分配率を示す図である。

符号の説明

３ａ 吸気管
５ ガスチャンバー
７ ＥＧＲガス流入口
８ 排気ポート
１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ 吸気管連通孔
１６ 導入壁、１６ａ 障壁（ＥＧＲガス流入障壁手段）
１６ｂ 開口

Claims (3)

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、気筒列方向一端の排気ポートからＥＧＲガスが流入するようにされたＥＧＲガス流入口と、前記ＥＧＲガスを前記各吸気管に分配するべく前記各吸気管にそれぞれ連通する各吸気管連通孔とを有し、
   前記各吸気管連通孔のうちの前記気筒列方向一端の吸気管に対応するものを外囲しかつ前記ＥＧＲガス流入口を避ける方向に向けた開口を形成するＥＧＲガス流入障壁手段が設けられてい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ガス流入障壁手段が、Ｃ字状の壁であ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。
3. 前記ＥＧＲガス流入口が前記各吸気管連通孔の並びに対して略中央部に配設されていると共に、
   前記各吸気管連通孔において気筒列方向他端の吸気管に対応するものが他の吸気管連通孔よりも大径に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多気筒エンジンの排気ガス還流装置。

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