JP4207732B2

JP4207732B2 - エンジンの排気還流装置

Info

Publication number: JP4207732B2
Application number: JP2003331065A
Authority: JP
Inventors: 良太郎西田; 房利田中; 栄之介末国; 山本　　和彦
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP2005098164A

Description

本発明は、エンジンの排気還流装置、より詳しくは、シリンダヘッドに設けられる排気還流装置の構造に関する技術分野に属する。

一般に、自動車用等のエンジンにおいて、排気ガスの一部を燃焼室へ還流することにより燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの発生量を減少させる排気還流装置が備えられることがある。このような装置を備えたエンジンの例として、特許文献１及び特許文献２に記載のものがある。

まず、特許文献１に記載の排気還流装置は、吸気ポートに連なる複数の分岐管を有する吸気マニホールドの通路に対して、これらの通路を跨ぐ方向に排気還流用の通路を内部に形成する部材が備えられている。

一方、特許文献２に記載の排気還流装置は、吸気マニホールドに接続されるシリンダヘッドのフランジ部にガスケット及びプレート部材を介在させ、このガスケットとプレート部材に排気還流用の通路が設けられている。そして、このプレート部材の外周面には放熱用のリブが設けられている。

特開２００３−７４４３０号公報特開２００２−３３９８０９号公報

ところで、特許文献１に記載の排気還流装置では、吸気マニホールドの外部に排気還流装置用のスペースが必要となり、エンジンの大型化を招くと共に、形状が複雑な専用の吸気マニホールドが必要となるので、生産コストが増大する。

一方、特許文献２に記載の排気還流装置では、スペーサの介在によりエンジンの大型化を招くと共に、リブを設けても冷却性が十分でなく、排気還流によるＮＯｘ低減効果が低減すると共に、吸気通路に導入したときにエアの密度が小さくなり、充填効率が低下する。

さらに、引用文献１及び引用文献２に記載の排気還流装置は、いずれも吸気マニホールドと接触しているので、還流排気ガスの高い温度の影響により、軽量な樹脂製の吸気マニホールドを採用することができないという問題がある。

そこで、本発明は、エンジンが大型化することなく、還流排気ガスの冷却性を確保すると共に、樹脂製の吸気マニホールドを採用することができるエンジンの排気還流装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。

まず、本願の請求項１に記載の発明は、各気筒の独立吸気通路に還流排気ガスを供給すべく、内部に排気系からの排気通路が接続される共通通路と該共通通路から供給された還流排気ガスを各気筒の吸気ポートに分配して導入する分配通路とを形成したガス供給部材を有するエンジンの排気還流装置であって、シリンダヘッドの吸気マニホールド接続用のフランジ部の下方には凹欠空間が形成され、該凹欠空間には複数の第１座面が突設されていると共に、各第１座面には各吸気ポートに連通する連通路がそれぞれ設けられ、上記ガス供給部材が各第１座面に締結具で締結された状態で、上記分配通路は連通路に連通しており、かつ、上記シリンダヘッドには、還流排気ガスをガス供給部材に供給するためのガス導入通路が形成され、該ガス導入通路が、上記連通路が設けられた第１座面と同じ向きに突設された第２座面に開口されていると共に、上記ガス供給部材には第２座面の開口に対応して共通通路に連通する導入口が形成されていることを特徴とする。

次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載のエンジンの排気還流装置において、ガス供給部材は、一対の偏平な薄板の対接構造とされ、該薄板の少なくとも一方には溝が設けられ、該溝により共通通路と分配通路とが形成されることを特徴とする。

次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気還流装置において、締結具及びガス供給部材は、シリンダヘッドとシリンダブロックとの合せ面を超えて突出していないことを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、まず、シリンダヘッドの吸気マニホールド接続用のフランジ部の下方に凹欠空間を形成し、この凹欠空間に突設された複数の第１座面にガス供給部材を締結具で締結することによって、ガス供給部材のシリンダヘッドへの取り付けと、ガス供給部材の分配通路とシリンダヘッド側の連通路との接続とを同時に行うことができる。そして、ガス供給部材は、シリンダヘッドに取り付けられた後は、座面との当接部以外は大気に面することになり、還流排気ガスの放熱性を向上することができる。その結果、排気還流ガスによるＮＯｘ排出の抑制効果が十分に得られることになると共に、吸気通路に導入したときにエアの密度が小さくなることによる充填効率の低下が抑制される。また、ガス供給部材の内部に排気系からの排気通路が接続される共通通路と該共通通路から供給された還流排気ガスを各気筒の吸気ポートに分配して導入する分配通路とを形成したことによって、各気筒に均等に還流排気ガスを分配することができる。さらに、各第１座面にそれぞれ吸気ポートに連通する連通路を形成したことによって、還流排気ガスが吸気マニホールドを通過することがなくなり、吸気マニホールドとガス供給部材とを独立して設けることができ、両者の接触を回避することができる。その結果、吸気マニホールドに特殊な加工を施す必要がなく、また、軽量な樹脂製の吸気マニホールドを採用することができる。また、シリンダヘッドへガス供給部材を締結することによって、ガス供給部材のシリンダヘッドへの取り付けと、ガス供給部材の分配通路とシリンダヘッド側の連通路との接続と、さらに、ガス供給部材の排気ガス導入口とシリンダヘッド側の排気ガス導入通路との接続とが同時に行われる。すなわち、ガス導入通路を含む還流排気ガスの出入り系を一挙に構築することができ、生産性を向上することができる。

次に、請求項２に記載の発明によれば、ガス供給部材を溝を設けた一対の薄板の対接構造とし、該溝により共通通路と分配通路とを形成することによって、キリ穴等によって通路を形成するものに比べて通路の加工が簡単になる。

そして、請求項３に記載の発明によれば、締結具及びガス供給部材がシリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面を超えて突出しない構造としたことによって、エンジンの組立て行程においてこのガス供給部材付きのシリンダヘッドのコンベア等による物流を円滑に行うことができ、生産性を低下させることがない。

以下、本発明に係る実施の形態について説明する。

まず、図１は、直列４気筒エンジン１に備えられたシリンダヘッド２の底面図であり、図２は、このシリンダヘッド２とシリンダブロック３の側面図である。これによると、シリンダヘッド２には、４つの気筒Ａ１〜Ａ４近傍で２本に分岐する吸気ポート１０及び排気ポート１１が燃焼室１２に対して設けられている。吸気ポート１０は吸気マニホールドの枝管１３、排気ポート１１は排気マニホールドの枝管１４にそれぞれ接続されている。また、各気筒Ａ１〜Ａ４頂上部には点火プラグ１５が備えられている。一方、シリンダヘッド２の第１気筒Ａ１に近い端面にはＥＧＲ弁１６が備えられている。

シリンダヘッド２は、各気筒Ａ１〜Ａ４周辺にシリンダブロック３との合せ面２０が偏平に形成されている。また、シリンダヘッド２には、該ヘッド２をシリンダブロック３に固定するためのヘッドボルト穴２１が複数設けられ、該ボルト穴２１…２１は、各気筒Ａ１〜Ａ４の燃焼室１２内の暴発力を均等に受け止めるようにバランス配置されている。なお、シリンダヘッド２内およびその合せ面２０にはウォータジャケットやその開口部があるが、図１では便宜上省略する。

一方、シリンダヘッド２の吸気ポート１０側の側面の下部には上記合せ面２０よりも上方に凹欠空間２２が形成されている。すなわち、この凹欠空間２２は、シリンダヘッド２の吸気マニホールド接続用のフランジ部２ａの下方に設けられていることになる。そして、この凹欠空間２２はシリンダヘッド２の長手方向に亘って設けられている。一方、この凹欠空間２２内において下方に向けて突出する複数の座面２３…２３がシリンダヘッド２に設けられている。座面２３…２３は、各吸気ポート１１…１１の直下部にそれぞれ設けられて下面が長円形状で偏平に形成されている４つの第１座面２３ａ…２３ａと、凹欠空間２２の第１気筒Ａ１側端部付近に偏平に形成されている第２座面２３ｂとで構成されている。

第１座面２３ａ…２３ａには、それぞれネジ穴３０（図２参照）と連通路３１が穿設されており、連通路３１は直上方に位置する吸気ポート１０にそれぞれ連通している。一方、第２座面２３ｂには、一対のネジ穴３２，３２（図２参照）とＥＧＲ出口通路（ガス導入通路）３３が穿設されている。

次に、座面２３…２３に取り付けられるＥＧＲプレート（ガス供給部材）４０について説明すると、図３に示すように、ＥＧＲプレート４０は、一対の偏平な薄板４１，４１の対接構造とされている。この薄板がボルト穴４２，４２を介してボルト４２ａ，４２ａ（図１参照）で一側部が締結・接合され、他側部はボルト穴４３…４３を介して上記ネジ穴３０，３２に締結するボルト４３ａ…４３ａによって締結・接合される。そして、薄板４１，４１にはそれぞれ溝４４，４４が設けられており、薄板４１，４１が接合されたときに内部にＥＧＲ通路４５を形成する。ＥＧＲ通路４５は、上記連通路３１…３１及び出口通路３３に端部が接続されている。なお、上記溝４４は、いずれか一方の薄板４１に配設してもよい。

ＥＧＲ通路４５は、共通通路４５ａ、第１分配通路４５ｂ、及び第２分配通路４５ｃによる所謂トーナメント方式で構成されている。すなわち、共通通路４５ａは、溝４４に設けられた開口４４ａを介して出口通路３３に一端が連通し、ＥＧＲプレート４０内部のシリンダヘッド２の長手方向中央部付近にまで延設されて、２本の第１分配通路４５ｂ，４５ｂに分岐する。そして、第１分配通路４５ｂ，４５ｂは、ＥＧＲプレート４０内部の気筒Ａ１，Ａ２間及び気筒Ａ３，Ａ４間にそれぞれ延設されて、第２分配通路４５ｃ，４５ｃにそれぞれ分岐する。第２分配通路は、溝４４に設けられた開口４４ｂ…４４ｂを介してそれぞれ上記第１座面２３ａ…２３ａに設けられた連通路３１…３１に接続される。なお、共通通路４５ａが最も通路断面が大きく設けられ、続いて第１分岐通路４５ｂ、第２分岐通路４５ｃの順に通路断面が小さく設けられている。

また、図４に示すように、ボルト４３ａ…４３ａ及びＥＧＲプレート４０は、下端部がシリンダヘッド２とシリンダブロック３との合せ面２０よりも下方に突出しないように設けられている。すなわち、ＥＧＲプレート４０とボルト４３ａ…４３ａはその下方の外寸がシリンダヘッド２の合せ面２０より高い位置ないしは同等の位置になるようサイズ、寸法を設定されている。さらに、ボルト４３ａ…４３ａの位置に対応して下側の薄板４１には凹陥部４６…４６が設けられているので、このボルト４３ａ…４３ａを羅合したとき、頭の一部が上記凹陥部４６…４６に嵌り込み、下方に突出する部分が小さくなる。

続いて、シリンダヘッド２に形成される通路について説明すると、図１に示すように、シリンダヘッド２の排気側側壁に図示しない排気通路からの排気導入通路５０が接続されている。そして、排気導入通路５０の接続箇所からシリンダヘッド２の幅方向に弁導入通路５１が穿設されている。そして、弁導入通路５１は、弁導入開口部５２を介してＥＧＲ弁１６に接続されている。

一方、吸気側側壁からも同様に幅方向に弁導出通路５３が穿設されている。このとき、図２に示すように、弁導出通路５３は、弁導入通路５１よりも上方に設けられている。そして、弁導出通路５３は、弁導出開口部５４を介してＥＧＲ弁１６に接続されている。一方、シリンダヘッド２の気筒Ａ１側の側壁から弁導出通路５３と直交するようにＥＧＲ中間通路５５が穿設されている。そして、ＥＧＲ中間通路５５は、上記ＥＧＲ出口通路３３に連通している（図５参照）。なお、弁導出通路５３とＥＧＲ中間通路５５には、開口部５３ａ，５５ａを封止する栓部材５６，５７が配備されている。

次に、本実施の形態に係る作用効果について説明する。

排気ポート１１…１１から排気通路に排出された排気ガスは、一部が排気導入通路５０を介してシリンダヘッド２内の弁導入通路５１に導入される。導入された排気ガスは、弁導入開口部５２を介してＥＧＲ弁１６に導入される。ここで、ＥＧＲ弁は、弁導出開口部５４に導入する排気ガスの流量を制御する。排気ガスは、弁導出開口部５４から弁導出通路５３に導入され、ＥＧＲ中間通路５５を介してＥＧＲ出口通路に導入される。そして、排気ガスは、ＥＧＲプレート４０に設けられた開口４４ａを介して、共通通路４５ａに導入される。共通通路４５ａに導入された排気ガスは、第１位分岐通路４５ｂ，４５ｂに分岐し、さらに、第１分岐通路４５ｂにおいても下流端で第２分岐通路４５ｃ，４５ｃにそれぞれ分岐する。そして、排気ガスは、開口４４ｂを介して連通路３１を通過し、吸気ポート１０に導入される。

このように、シリンダヘッド２の吸気マニホールド接続用のフランジ部２ａの下方に凹欠空間２２を形成し、この凹欠空間２２に突設された複数の座面２３…２３にＥＧＲプレート４０をボルト４３ａ…４３ａで締結することによって、ＥＧＲプレート４０のシリンダヘッド２への取り付けと、ＥＧＲプレート４０の第２分配通路４５ｃとシリンダヘッド２側の連通路３１との接続とを同時に行うことができる。そして、ＥＧＲプレート４０は、シリンダヘッド２に取り付けられた後は、座面２３…２３との当接部以外は大気に面することになり、排気ガスの放熱性を向上することができる。その結果、排気ガスによるＮＯｘ排出の抑制効果が十分に得られることになると共に、吸気通路に導入したときにエアの密度が小さくなることによる充填効率の低下が抑制される。また、ＥＧＲプレート４０の内部に排気系からのＥＧＲ出口通路３３が接続される共通通路４５ａと該共通通路４５ａから供給された排気ガスを各気筒Ａ１〜Ａ４の吸気ポート１０…１０に分配して導入する第１分配通路４５ｂ及び第２分配通路４５ｃとを形成したことによって、各気筒Ａ１〜Ａ４に均等に排気ガスを分配することができる。さらに、各座面２３…２３にそれぞれ吸気ポート１０…１０に連通する連通路３１…３１を形成したことによって、排気ガスが吸気マニホールドを通過することがなくなり、吸気マニホールドとＥＧＲプレート４０とを独立して設けることができ、両者の接触を回避することができる。その結果、吸気マニホールドに特殊な加工を施す必要がなく、また、軽量な樹脂製の吸気マニホールドを採用することができる。

また、ＥＧＲプレート４０を溝４４を設けた一対の薄板４１，４１の対接構造とし、溝４４により共通通路４５ａと第１及び第２分配通路４５ｂ，４５ｃとを形成することによって、キリ穴等によって通路を形成するものに比べて通路の加工が簡単になる。

そして、ボルト４３ａ…４３ａ及びＥＧＲプレート４０の下端部がシリンダヘッド２とシリンダブロック３との合せ面２０よりも突出しない構造としたことによって、エンジン１の組立て行程において、このＥＧＲプレート４０付きのシリンダヘッド２のコンベア等による物流を円滑に行うことができ、生産性を低下させることがない。

さらに、シリンダヘッド２へＥＧＲプレート４０を締結することによって、ＥＧＲプレート４０のシリンダヘッド２への取り付けと、ＥＧＲプレート４０の第２分配通路４５ｃとシリンダヘッド２側の連通路３１との接続と、さらに、ＥＧＲプレートの共通通路４５ａとシリンダヘッド２側のＥＧＲ出口通路３３との接続とが同時に行われる。すなわち、ＥＧＲ出口通路３３を含む排気ガスの出入り系を一挙に構築することができ、生産性を向上することができる。

本発明は、エンジンが大型化することなく、還流排気ガスの冷却性を確保すると共に、樹脂製の吸気マニホールドを採用することができるエンジンの排気還流装置を提供するもので、エンジンの排気還流装置、より詳しくは、シリンダヘッドに設けられる排気還流装置の構造に関する技術分野に広く好適である。

本発明の実施の形態に係るシリンダヘッドの底面図である。図１の矢印Ｚからの側面図である。ＥＧＲプレートの構造を示す説明図である。図１におけるＸ−Ｘ線による矢視断面図である。図１におけるＹ−Ｙ線による矢視断面図である。

符号の説明

１エンジン
２シリンダヘッド
２ａフランジ部
３シリンダブロック
１０吸気ポート
２０合せ面
２２凹欠空間
２３，２３ａ座面
２３ｂ第２座面
３１連通路
３３ＥＧＲ出口通路（ガス導入通路）
４０ガス供給部材（ＥＧＲプレート）
４１薄板
４３ａボルト（締結具）
４４溝
４４ａ開口（導入口）
４５ａ共通通路
４５ｂ，４５ｃ第１、第２分配通路（分配通路）
Ａ１〜Ａ４気筒

Claims

各気筒の独立吸気通路に還流排気ガスを供給すべく、内部に排気系からの排気通路が接続される共通通路と該共通通路から供給された還流排気ガスを各気筒の吸気ポートに分配して導入する分配通路とを形成したガス供給部材を有するエンジンの排気還流装置であって、シリンダヘッドの吸気マニホールド接続用のフランジ部の下方には凹欠空間が形成され、該凹欠空間には複数の第１座面が突設されていると共に、各第１座面には各吸気ポートに連通する連通路がそれぞれ設けられ、上記ガス供給部材が各第１座面に締結具で締結された状態で、上記分配通路は連通路に連通しており、かつ、上記シリンダヘッドには、還流排気ガスをガス供給部材に供給するためのガス導入通路が形成され、該ガス導入通路が、上記連通路が設けられた第１座面と同じ向きに突設された第２座面に開口されていると共に、上記ガス供給部材には第２座面の開口に対応して共通通路に連通する導入口が形成されていることを特徴とするエンジンの排気還流装置。
ガス供給部材は、一対の偏平な薄板の対接構造とされ、該薄板の少なくとも一方には溝が設けられ、該溝により共通通路と分配通路とが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気還流装置。
締結具及びガス供給部材は、シリンダヘッドとシリンダブロックとの合せ面を超えて突出していないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの排気還流装置。