JP4124059B2

JP4124059B2 - エンジンの排気ガス還流装置

Info

Publication number: JP4124059B2
Application number: JP2003297393A
Authority: JP
Inventors: 栄之介末国; 房利田中; 良太郎西田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: JP2005069059A

Description

本発明はエンジンの排気ガス還流装置に関し、特に、直列多気筒エンジンの吸気ポート近傍に還流排気ガスを供給するエンジンの排気ガス還流装置に関する。

自動車用等の直列多気筒エンジンの排気ガス還流装置において、シリンダヘッドから樹脂製吸気マニホールドの共通通路部にＥＧＲガスを導入するものは従来から知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、それとは別に、排気ガスを各気筒に均等に還流させるため、エンジンの排気通路から取り出した排気ガスを、分岐した排気ガス還流通路を介して各吸気ポートの近傍に供給するよう構成された排気ガス還流装置（例えば、「ポートＥＧＲ」と呼ばれている。）がある。そして、このポートＥＧＲに関する技術として、シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マニホールドとの間に、ＥＧＲ（排気ガス還流）用のプレート部材を介在させ、このプレート部材と吸気ポートフランジ部とで、複数気筒の吸気ポートに対し、共通通路部、上流分岐通路部および下流分岐通路部からなるトーナメント様式の排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）を形成し、また、そのプレート部材の周囲に、冷却用のリブを設けたものが従来から知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−２１０５７６号公報特開２００２−３３９８０９号公報

ところで、直列多気筒エンジンにおいて、ポートＥＧＲのために、シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マニホールドとの間に、内部にトーナメント様式の排気ガス還流通路を有するＥＧＲ用のプレート部材を配置する場合、吸気マニホールドが樹脂製であると、その耐熱温度は例えば１２０℃程度であるのに対し、シリンダヘッド側からプレート部材側に入る排気ガスの温度は例えば１５０℃で、プレート部材が高温となり、プレート部材と接する樹脂製の吸気マニホールドへの熱影響が大きくて、信頼性に問題が生ずる。

そのため、直列多気筒エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と吸気マニホールドとの間に、各気筒の吸気ポート近傍に排気ガスを供給するよう排気ガス還流通路を形成したプレート部材を配置するエンジンの排気ガス還流装置において、プレート部材から吸気マニホールドへの熱伝達を抑え、吸気マニホールドへの熱影響を低減することが課題である。

本発明は、直列多気筒エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と樹脂製の吸気マホールドとの間に、各気筒の吸気ポートに対応する吸気開口部を有するとともに内部に排気ガス導入部と該排気ガス導入部に連通する共通通路部と該共通通路部から分岐して各気筒の吸気通路に向け排気ガスを分配する分岐通路部とを有する排気ガス還流通路を有するプレート部材を介在させてなるエンジンの排気ガス還流装置であって、プレート部材の、排気ガス導入部もしくは少なくとも共通通路部の一部分が形成された所定部位と、吸気マニホールドのフランジ部の、プレート部材の所定部位に対面した配置となる所定部位との間に、それら両部位間の熱伝達を遮断する断熱凹部を形成したエンジンの排気ガス還流装置を提供するものである。

この排気ガス還流装置は、プレート部材の、特に高温となる排気ガス導入部や共通通路部が形成された部位と、吸気マニホールドのフランジ部の対面する部位との間に形成された断熱凹部で、それら両部位間の熱伝達を遮断することができ、その結果、プレート部材から吸気マニホールドへの熱伝達を抑え、樹脂製の吸気マニホールドへの熱影響を低減することができる。

断熱凹部は、吸気マニホールドのフランジ部の所定部位を周辺部位に対し段下げすることにより形成したものであってよい。その場合、断熱凹部は、吸気マニホールドの樹脂射出成形時に同時に形成することができ、コストを低減できる。

また、このようにシリンダヘッドと吸気マホールドとの間にプレート部材を挟むについては、シール性を高めるために、吸気マニホールドのフランジ部に、該吸気マニホールドの各分岐通路開口部およびそれら分岐通路開口部に対応する吸気開口部を囲む配置で、プレート部材に圧接するシールリングを装着するのがよい。そして、その場合、プレート部材には、排気ガス導入部もしくは少なくとも共通通路部の一部分と、それらに近接する吸気開口部との間に、該プレート部材を厚み方向に貫通する断熱開口を形成するのがよい。そうすることで、プレート部材の高温部分をシーリングから遮断し、熱伝達を低減して、シールリングの耐久性を高く維持するようにできる。

そして、プレート部材の排気ガス導入部に連通し排気ガスを供給する排気ガス供給部は、シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部に開口するよう、シリンダヘッド内に形成するのがよい。そうすることで、プレート部材内部の排気ガス還流通路を介して排気ガス還流を行うための排気ガス供給系を簡便に構成できる。

そして、プレート部材は、厚み方向に重なり合う２枚の分割プレート体からなり、各分割プレート体の接合面に形成された溝により排気ガス還流通路が構成されるものとするのがよい。こうすることで、プレート部材内の排気ガス還流通路を簡便に製作でき、通路設計の自由度も大きくなる。

本発明のエンジンの排気ガス還流装置は、このように、断熱凹部によってプレート部材の高温部分からの吸気マニホールドへの熱伝達を遮断して、樹脂製の吸気マニホールドへの熱影響を低減することができ、その断熱凹部は、吸気マニホールドの樹脂射出成形時に同時に形成してコスト低減を図るようにでき、また、断熱開口によってシールリングへの熱伝達を遮断して、シールリングの耐久性を高く維持するようにでき、プレート部材の排気ガス導入部に連通する排気ガス供給部をシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部に開口させることにより、排気ガス供給系を簡便に構成できる。そして、プレート部材を、厚み方向に重なり合う２枚の分割プレート体で構成し、各分割プレート体の接合面に形成された溝により排気ガス還流通路を構成することにより、プレート部材内の排気ガス還流通路の製作を簡便なものとし、通路設計の自由度を大きくすることができる。

以下、図１〜１２を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１はエンジン上部の正面図、図２はエンジン上部のシリンダヘッド側から見た吸気マニホールドおよびＥＧＲプレート部材の組み付け図、図３はＥＧＲプレート部材の正面図、図４は図３のＥＧＲプレート部材を正面斜め右上方から見た斜視図、図５は図３のＥＧＲプレート部材を構成するＥＧＲプレートインナの正面図、図６は図３のＥＧＲプレート部材を構成するＥＧＲプレートアウタの正面図、図７は図３のＥＧＲプレート部材のプレート間のガスケットの正面図、図８はＥＧＲプレート部材とシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部との間のガスケットの正面図、図９は図３のＥ−Ｅ断面図、図１０は図３のＦ矢視図、図１１は図１のＡ−Ａ断面図である。

この実施の形態に係るエンジンは、自動車のエンジンルームに横置きで搭載されるクロスフロー式直列４気筒エンジンで、図１に示すように、シリンダヘッド１の正面に各気筒の吸気ポート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが開口する吸気ポートフランジ部３を有し、この吸気ポートフランジ部３に吸気マニホールド４が連結される。シリンダヘッド１はアルミ製で、吸気マニホールド４は樹脂製である。

吸気マニホールド４は、そのフランジ部５に、図２に示すようにＥＧＲプレート部材６が重ねられ、このＥＧＲプレート部材６を挟んでシリンダヘッド１の吸気ポートフランジ部３にボルト締結される。

ＥＧＲプレート部材６は、図３および図４に示すように、ＥＧＲプレートインナ７およびＥＧＲプレートアウタ８の２枚のアルミ製分割プレート体を、金属ガスケット９を挟んで厚み方向に重ね合わせ、ネジ１０（プレート締結ネジ）で一体に締結固定したもので、正面視にて略矩形で、高さ方向の幅が、左から右へ向かうにしたがって下側へ３段階で広がっている。ＥＧＲプレートインナ７はシリンダヘッド１側に配置され、ＥＧＲプレートアウタ８は吸気マニホールド４側に配置される。

ＥＧＲプレート部材６には、シリンダヘッド１の吸気ポートフランジ部３に開口する各吸気ポート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対応した吸気開口部１１と、一体締結のためのプレート締結ネジ孔１２と、吸気マニホールド４と共締めでシリンダヘッド１にボルト締結するためのインマニ締結ボルト挿通孔１３が設けられ、また、正面視右端の吸気開口部１１の右側および下側に、該ＥＧＲプレート部材６を厚み方向に貫通する断熱開口１４，１５がそれぞれ設けられている。この内、右側の断熱開口１４は、ＥＧＲプレート部材６の右端下部を囲む断面略三角形の貫通穴であり、下側の断熱開口１５は、右端の吸気開口部１１を、高さ方向の幅が最大となった部分の下方延設部から隔てるよう略水平に延びるスリット状の貫通穴である。

そして、ＥＧＲプレート部材６の内部には、図２に示すように、排気ガス導入部２１と、該排気ガス導入部２１に連通する共通通路部２２と、該共通通路部２２から左右に別れて延びる一対の上流分岐通路部２３，２４と、各上流分岐通路２３，２４の先端からそれぞれ左右に別れて延びる各一対の下流分岐通路２５，２６および２７，２８とからなり、４気筒の各吸気ポート２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの近傍に排気ガスを分配する所謂トーナメント様式の排気ガス還流通路が設けられている。

排気ガス導入部２１は、シリンダヘッド１の吸気ポートフランジ部３に設けられたＥＧＲ（排気ガス還流）用の排気ガス供給部２０（図1参照）に連通し、ＥＧＲガス（還流排気ガス）をＥＧＲプレート部材６内部に導入するためのもので、図２に示すようにシリンダヘッド１側から見て左端下部（正面視にて右端下部）に位置する。そして、図２に示すように、排気ガス導入部２１から、ＥＧＲプレート部材６の下方延設部の下縁に沿って、内側二つの吸気開口部１１間の略中央下方まで共通通路部２２が延び、その内側二つの吸気開口部１１間の略中央下方で共通通路部２２から上方左右に分岐して、一対の上流分岐通路部２３，２４が左右の各外側および内側の二つの吸気開口部１１間の略中央まで延び、それら左右の各外側および内側の二つの吸気開口部１１間の略中央で各上流分岐通路２３，２４の先端から下流分岐通路２５，２６および２７，２８が左右に別れて直線状に各吸気開口部１１まで延びている。

図５および図６に示すように、ＥＧＲプレートインナ７およびＥＧＲプレートアウタ８には、相互の接合面に、上記排気ガス導入部２１と共通通路部２２と上流分岐通路部２３，２４と下流分岐通路２５，２６および２７，２８をそれぞれ略半割にした形状の溝２９，３０が形成されている。ＥＧＲプレートインナ７とＥＧＲプレートアウタ８とが重ね合わされたとき、これらの溝２９，３０が合わさって、排気ガス導入部２１と共通通路部２２と上流分岐通路部２３，２４と下流分岐通路２５，２６および２７，２８からなる排気ガス還流通路を構成する。

また、ＥＧＲプレートインナ７には、溝２９の、排気ガス導入部２１を構成する拡大部分の中央に、シリンダヘッド１側の上記排気ガス供給部２０に連通する開口３１が設けられている。そして、ＥＧＲプレートインナ７およびＥＧＲプレートアウタ８には、シリンダヘッド１側の排気ガス供給部２０から開口３１を経て導入された排気ガスが共通通路部２２へ流れる際の抵抗となるよう、ＥＧＲプレートインナ７とＥＧＲプレートアウタ８とを重ね合わせたときに重なり合って上記開口３１の周辺一側を塞ぐ障壁となるバッフル突起３２，３３が設けられている。シリンダヘッド１の排気ガス供給部２０から供給される排気ガスは、ＥＧＲプレート部材６の開口部３１から偏平状に断面空間を急拡大した排気ガス導入部２１に入ることによる急膨張と、バッフル突起３２，３３による圧力損失で放熱し、その分、温度が下がる。

ＥＧＲプレートインナ７およびＥＧＲプレートアウタ８には、図５および図６に示すように、吸気開口部１１を構成する開口３４，３５、プレート締結ネジ孔１２を構成する穴３６，３７、インマニ締結ボルト挿通孔１３を構成する穴３８，３９、断熱開口１４，１５を構成する開口４０，４１および４２，４３が形成されている。

ＥＧＲプレートインナ７とＥＧＲプレートアウタ８との間に配置される金属ガスケット９は、図７に示すとおりで、吸気開口部１１を構成する開口３４，３５と、排気ガス導入部２１、共通通路部２２、上流分岐通路部２３，２４および下流分岐通路２５，２６および２７，２８を構成する上記溝２９，３０とを取り囲む形で開口９Ａが形成され、この開口９Ａの内縁沿いにシール用のビード４４が形成されている。

ＥＧＲプレート部材６は、シリンダヘッド１の吸気ポートフランジ部３と、吸気マニホールド４との間に配置され、吸気マニホールド４のフランジ部５との間に、図２に示すように、各吸気開口部１１を囲む配置でゴム製のシールリング４５（Ｏリング）を挟み、シリンダヘッド１の吸気ポートフランジ部３との間には、図８に示す金属ガスケット４６を挟んで、吸気マニホールド４と共締めでシリンダヘッド１にボルト締結される。シリンダヘッド１側の金属ガスケット４６には、図８に示すように、各吸気開口部１１の周りと排気ガス導入部２１の周りを取り囲む開口４６Ａ，４６Ｂが形成され、これら開口４６Ａ，４６Ｂの内縁沿いにシール用のビード４７が形成されている。

シールリング４５は、吸気マニホールド４のフランジ部５に、吸気マニホールド４の各分岐通路開口部１６およびそれら分岐通路開口部１６に対応するＥＧＲプレート部材６の吸気開口部１１を囲む配置で、ＥＧＲプレート部材６に圧接される。

ＥＧＲプレート部材６内部の排気ガス還流通路は、下流分岐通路２５，２６，２７，２８の先端が各吸気開口部１１に開口し、その先端開口部分には、図２に示すように、絞り５０が設けられている。また、各下流分岐通路２５，２６，２７，２８の先端開口部分は、絞り５０の下流側が、図２に示すように、また、図９および図１０に拡大して示すように、テーパ状に広がるよう形成されている。

ＥＧＲプレート部材６内部の排気ガス還流通路を経て各気筒に分配される排気ガスは、下流分岐通路２５，２６，２７，２８先端の上記絞り５０によってバラツキが調整される。そして、絞り５０の後がテーパ状に広がることにより、抵抗の少ないスムーズな流れが得られ、また、オイルミストやカーボンの堆積が防止される。

吸気マニホールド４は、図２および図１１に示すように、ＥＧＲプレート部材６を挟み、カラー５１を介してボルト締結される。そして、吸気マニホールド４は、ＥＧＲプレート部材６の排気ガス導入部２１とその近傍の共通通路部２２の一部分が形成された部位に対面する部位に位置する剛性リブ５２が、周辺部位に対し段下げされ、それにより、ＥＧＲプレート部材６の上記部位（所定部位）と、吸気マニホールド４のフランジ部５の上記部位（所定部位）との間に、それら両部位間の熱伝達を遮断する断熱凹部５３を形成されている。この断熱凹部５３により、ＥＧＲプレート部材６の特に高温となる部分から吸気マニホールド４への熱伝達が抑えられ、樹脂製の吸気マニホールド６への熱影響が低減される。断熱凹部５３は、吸気マニホールド４の樹脂射出成形時に同時に形成することができる。

また、この実施の形態のＥＧＲプレート部材６は、上記断熱開口１４および１５が形成されていることにより、ＥＧＲプレート部材６の高温部分が、吸気マニホールド４のフランジ部５との間の各吸気開口部１１を囲むシールリング４５から遮断されて、熱伝達が抑えられ、そのため、シールリング４５の耐久性の悪化を防止することができる。

以上は実施の形態の一例である。本発明はこれに限定されるものではなく、他に様々に態様を変えて実施することができる。

実施の形態に係るエンジン上部の正面図である。実施の形態に係るエンジン上部のシリンダヘッド側から見た吸気マニホールドおよびＥＧＲプレート部材の組み付け図である。実施の形態に係るＥＧＲプレート部材の正面図である。図３のＥＧＲプレート部材を正面斜め右上方から見た斜視図である。図３のＥＧＲプレート部材を構成するＥＧＲプレートインナの正面図である。図３のＥＧＲプレート部材を構成するＥＧＲプレートアウタの正面図である。図３のＥＧＲプレート部材のプレート間のガスケットの正面図である。実施の形態に係るＥＧＲプレート部材とシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部との間のガスケットの正面図である。図３のＥ−Ｅ断面図である。図３のＦ矢視図である。図１のＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１シリンダヘッド
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ吸気ポート
３吸気ポートフランジ部
４吸気マニホールド
６ＥＧＲプレート部材
７ＥＧＲプレートインナ
８ＥＧＲプレートアウタ
９金属ガスケット
１１吸気開口部
１６分岐通路開口部
２０排気ガス供給部
２１排気ガス導入部
２２共通通路部
２３，２４上流分岐通路部
２５，２６，２７，２８下流分岐通路
４５シールリング
４６金属ガスケット
５０絞り
５１カラー
５２剛性リブ
５３断熱凹部

Claims

直列多気筒エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と樹脂製の吸気マホールドとの間に、各気筒の吸気ポートに対応する吸気開口部を有するとともに内部に排気ガス導入部と該排気ガス導入部に連通する共通通路部と該共通通路部から分岐して各気筒の吸気通路に向け排気ガスを分配する分岐通路部とを有する排気ガス還流通路を有するプレート部材を介在させてなるエンジンの排気ガス還流装置であって、
前記プレート部材の、前記排気ガス導入部もしくは少なくとも前記共通通路部の一部分が形成された所定部位と、前記吸気マニホールドのフランジ部の、前記プレート部材の所定部位に対面した配置となる所定部位との間に、それら両部位間の熱伝達を遮断する断熱凹部が形成され、
前記吸気マニホールドのフランジ部には、該吸気マニホールドの各分岐通路開口部およびそれら分岐通路開口部に対応する前記プレート部材の吸気開口部を囲む配置で、前記プレート部材に圧接するシールリングが装着され、
前記プレート部材には、前記排気ガス導入部もしくは少なくとも前記共通通路部の一部分と、それらに近接する前記吸気開口部との間に、該プレート部材を厚み方向に貫通する断熱開口が形成されたことを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
前記断熱凹部が、前記吸気マニホールドのフランジ部の前記所定部位の段下げにより形成されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気ガス還流装置。
前記プレート部材の排気ガス導入部に連通し排気ガスを供給する排気ガス供給部が、前記シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部に開口するようシリンダヘッド内に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの排気ガス還流装置。
前記プレート部材は、厚み方向に重なり合う２枚の分割プレート体からなり、各分割プレート体の接合面に形成された溝により前記排気ガス還流通路が構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気ガス還流装置。
直列多気筒エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートフランジ部と樹脂製の吸気マホールドとの間に、各気筒の吸気ポートに対応する吸気開口部を有するとともに内部に排気ガス導入部と該排気ガス導入部に連通する共通通路部と該共通通路部から分岐して各気筒の吸気通路に向け排気ガスを分配する分岐通路部とを有する排気ガス還流通路を有するプレート部材を介在させてなるエンジンの排気ガス還流装置であって、
前記吸気マニホールドのフランジ部には、該吸気マニホールドの各分岐通路開口部およびそれら分岐通路開口部に対応する前記プレート部材の吸気開口部を囲む配置で、前記プレート部材に圧接するシールリングが装着され、
前記プレート部材には、前記排気ガス導入部もしくは少なくとも前記共通通路部の一部分と、それらに近接する前記吸気開口部との間に、該プレート部材を厚み方向に貫通する断熱開口が形成されたことを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
前記プレート部材の排気ガス導入部に連通し排気ガスを供給する排気ガス供給部が、前記シリンダヘッドの吸気ポートフランジ部に開口するようシリンダヘッド内に形成されていることを特徴とする請求項５記載のエンジンの排気ガス還流装置。
前記プレート部材は、厚み方向に重なり合う２枚の分割プレート体からなり、各分割プレート体の接合面に形成された溝により前記排気ガス還流通路が構成されていることを特徴とする請求項５または６記載のエンジンの排気ガス還流装置。