JP4496632B2 - エンジンの排気ガス還流通路構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気系から吸気系へ排気ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路の構造に関し、特にその排気ガス還流通路をシリンダヘッド内に形成したものに係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの排気系から排気ガスの一部を吸気系に還流させることにより、燃焼に伴う窒素酸化物の生成を抑制するとともに、熱効率や機械効率を高めて、燃費の改善を図るという技術（Exhaust Gas Recirculation：以下、単にＥＧＲともいう）が知られている。そして、排気ガスを還流させるための通路は、通常、排気マニホルドの集合部とサージタンク上流の吸気管とを連通する金属製配管により構成される。
【０００３】
ところで、近年、自動車用エンジンとしては、吸気系と排気系とが左右両側に分かれたクロスフロータイプのものが主流になり、前記のように排気マニホルドの集合部から吸気管まで配管を設けるようにした場合、この配管がかなり長くなってしまい、エンジンの振動や排気マニホルドの熱変形等により疲労して、該配管及び排気マニホルドの接合部等にクラックを生じるという問題があった。
【０００４】
そこで、例えば特開平１０−１２２０６１号公報に開示されるものでは、エンジンのシリンダヘッドの内部に還流排気ガスを流通させるための通路を形成するとともに、この通路の上流端をシリンダヘッドの排気側側壁部に開口させ、この開口部と排気マニホルドの集合部との間を該排気マニホルドに設けた通路（排ガス導入管）により連通するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来例のものでは、排気ガスを還流させるための通路をシリンダヘッド内に形成していても、この通路の上流端まで排気ガスを導くための排ガス導入管は、各シリンダ毎の分岐管とは別に、排気マニホルドの集合部と取付フランジ部との間に架け渡すように設けられいるので、この排気導入管に関しては、依然としてクラックの問題が解消されていない。
【０００６】
これに対し、前記排ガス導入管をいずれか一つの分岐管と一体的に設けるようにすることも考えられるが、このようにした場合、吸気系に還流させる排気ガスの冷却性が損なわれることは避けられない。
【０００７】
特に、近年では、エンジンの燃焼状態を調節するために、アクチュエータにより制御される弁を用いて、排気ガスの還流量をエンジンの運転状態に応じてきめ細かく制御することが提案されており、このようにした場合、排気ガスの温度状態が高いと、前記制御弁の耐久性にも問題が生じる。
【０００８】
また、エンジンの燃焼状態は、還流する排気ガスの量だけでなく、その温度状態によっても多大な影響を受けるものなので、エンジンの制御性という観点からは、還流させる排気ガスの温度状態はできるだけ安定していることが好ましい。
【０００９】
本発明は、斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの吸気系に排気ガスを還流させる通路の構造に工夫を凝らし、この通路を流通する排気ガスの放熱性を十分にかつ安定的に確保して、エンジンの良好な燃焼状態を維持しながら、排気ガス還流通路を構成する部品や制御弁の信頼性を高めることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、エンジンのシリンダヘッドにはウォータジャケットが形成されていて、その熱的安定性が高いことに着目し、排気ガス還流通路の上流端に排気ポートからの排気ガスの一部を導入する導入経路を、該シリンダヘッドの排気側側壁部に形成した。
【００１１】
具体的に、請求項１の発明では、エンジンの排気系から吸気系へ排気ガスの一部を還流させるための排気ガス還流通路を、ウォータジャケットを有するシリンダヘッドの内部に設けた排気ガス還流通路構造を前提とする。そして、排気ポートの下流端が開口する前記シリンダヘッドの排気側側壁部に、前記排気ガス還流通路の上流端を隣接する排気ポートの下流端開口部に連通させるように、凹部を形成するとともに、該凹部を覆うように蓋部材を配設し、これらの凹部及び蓋部材により囲まれた容積室により、前記排気ポートからの排気の一部を前記排気ガス還流通路へ導くための導入空間部を構成し、この導入空間部として、排気ガスの流通断面積が排気ガス還流通路の上流端よりも広い大容量部と、該大容量部から前記排気ガス還流通路の上流端に向かって、排気ガスの流通断面積が徐々に減少する容量漸減部とを設けるものとする。
【００１２】
前記の構成により、エンジンのシリンダヘッドの排気側側壁部において排気ガス還流通路の上流端に隣接する排気ポートから排出された排気ガスの一部は、該排気側側壁部に形成された凹部とこれを覆う蓋部材とにより囲まれた容積室、即ち導入空間部を通って、排気ガス還流通路に導かれるようになる。
【００１３】
ここで、前記導入空間部を構成する容積室が主にシリンダヘッド内に形成されていて、このシリンダヘッドの温度状態が比較的低くかつ安定していることから、前記導入空間部を流通する排気ガスの放熱性が適切なものとなり、還流排気ガスの温度状態は十分に低くかつ安定したものになる。このことで、エンジンの良好な燃焼状態を維持しながら、排気ガス還流通路を構成する部品等の信頼性を高めることができる。
【００１４】
詳しくは、排気ポートから還流される排気ガスは、導入空間部の大容量部においてウォータジャケットとの間で十分な熱交換を行い、その後、容量漸減部において徐々に絞られつつ、排気ガス還流通路の上流端に至る。すなわち、前記大容量部において還流排気ガスの放熱性を高めながら、容量漸減部においては還流排気ガスを壁面から剥離させることなくスムーズに流速を高めて、排気ガスの放熱性を向上しながら、良好な流通性を確保できる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の発明におけるシリンダヘッドの排気側側壁部には、排気マニホルドの取付フランジが接合される接合面が形成され、この接合面に対して前記取付フランジが複数の締結部材により締結固定されているものとする。このものにおいて、凹部を、前記接合面に開口するように形成し、蓋部材を、前記排気マニホルドの取付フランジに一体的に設けるとともに、前記締結部材のうちの１つを含む３つの締結部材により、前記接合面に対して略三角形状をなす３箇所において締結固定する。そして、前記凹部の開口端縁部を、前記蓋部材の各締結位置を結んだ略三角形状に沿うような形状とする。
【００１６】
この構成では、蓋部材が排気マニホルドの取付フランジに一体的に設けられているので、その排気マニホルドをシリンダヘッドに取り付けることで、該シリンダヘッドの凹部との間に容積室を容易に形成することができる。また、前記蓋部材を三角形の頂点をなす３箇所においてシリンダヘッドの排気側側壁部に締結固定するとともに、前記凹部の開口端縁部を、前記３箇所の締結位置を結んだ三角形状に沿うような形状とすることで、該凹部と蓋部材との間のシール性を確実なものとすることができる。
【００１７】
請求項３の発明では、凹部を、シリンダヘッドの排気側側壁部と一体に鋳造により形成した鋳造形成部と、この鋳造形成部を排気ガス還流通路の上流端と排気ポートの下流端開口部とにそれぞれ連通するように切削加工により形成した切削形成部とからなるものとする。
【００１８】
このことで、凹部の中心となる部分をシリンダヘッドの鋳造時に一体に形成することで、コストの低減が図られるとともに、該鋳造形成部分の周辺を切削加工により形成することにより、凹部全体としてはその形状や寸法を型抜きの制限なしに決定することができ、これにより、排気ガス導入空間部の形状や寸法の最適化と製造コストの低減とを両立できる。
【００１９】
請求項４の発明では、シリンダヘッドに、排気ガス還流通路における排気の流通量を調節する排気還流制御弁と、該排気還流制御弁の周囲にシリンダヘッドのウォータジャケットから冷却水を導く冷却水通路とを設けた。
【００２０】
このことで、シリンダヘッドに配設した排気還流制御弁により、排気ガス還流通路を流通する排気ガスの還流量を調節することができる。また、その排気還流制御弁の周囲に冷却水通路により冷却水が導かれることで、高温の排気ガスによる排気還流制御弁の過熱を防止して、信頼性のさらなる向上が図られる。
【００２１】
請求項５の発明では、エンジンを、少なくとも２つのシリンダを有するものとし、排気ガス還流通路は、前記シリンダの並ぶ方向についてのシリンダヘッドの両端部のうち、該シリンダヘッドの排気側側壁部においてその端縁部と該端縁部に最も近い排気ポート開口部との間隔が相対的に大きい方の端部に設けるものとする。
【００２２】
このことで、排気ガスを排気ポートから排気ガス還流通路に導く導入空間部の容積を相対的に大きくすることが可能になり、これにより、該導入空間部における排気ガスの放熱を促進して、請求項１の発明の作用効果をさらに高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
（エンジン全体構成）
図２及び図３は、本発明の実施形態に係るエンジン１の外観を示し、このエンジン１は、４つのシリンダ（気筒）がクランク軸２の延びる方向に直線的に並ぶように設けられた直列４気筒ガソリンエンジンである。このエンジン１は、アルミ合金製のシリンダブロック３の上部に、同じくアルミ合金製のシリンダヘッド４が組み付けられて、エンジン本体が構成されており、該シリンダヘッド４の上面にシリンダヘッドカバー５が組み付けられる一方、シリンダブロック３の下面にはオイルパン６が組み付けられている。また、このエンジン１は、前記４つのシリンダの並ぶシリンダ列方向が図示しない車両の幅方向に概略一致するよう、該車両のエンジンルームに横置きに搭載されるものであり、前記図２における左側が車両の右側に、また図の右側が車両の左側にそれぞれ対応し、図３においては左側が車両の前側に、また右側が車両の後側にそれぞれ対応している。
【００２４】
尚、この明細書では、前記シリンダブロック３及びシリンダヘッド４の長手方向、即ちクランク軸２の延びる方向をエンジン前後方向とし、該クランク軸２の出力端側（図２の右側、図３の紙面手前側）をエンジン１の後側と呼ぶ一方、その反対側（図２の左側、図３の紙面奥側）をエンジン１の前側と呼ぶ。また、図３に示すようにエンジン１の後側から前側を見て、右側をエンジン１の右側と呼び、その反対側をエンジン１の左側と呼ぶものとする。
【００２５】
前記エンジン１の本体左側面、即ち図２に示すように車両前方から見たときに正面に見える側には、各シリンダ内の燃焼室に空気を供給するための吸気マニホルド７が配設されている。また、このエンジン左側面におけるエンジン前側の部位には、図２にのみ示すが、それぞれＶベルト８により駆動されるパワステポンプ９、ウォータポンプ１０、空調装置用コンプレッサ１１等の補機類が配置され、一方、エンジン後側の部位にはスタータモータ１２やオイルフィルタ１３が配置されている。
【００２６】
尚、図２に示す符号１５は、図示しないサーモスタットを収容するサーモスタットハウジングであり、このサーモスタットハウジング１５の蓋部に一体的に設けられた冷却水導入管１６には、図示しないウォータホースが接続されて、車両のラジエータから供給される冷却水をシリンダブロック３内に導入するようになっている。また、符号１７は、シリンダヘッド４の後端部に設けられた冷却水導出部である。この冷却水導出部１７の導出管１７ａには、図示しないウォータホースが接続されていて、シリンダヘッド４のウォータジャケットから排出される冷却水を前記ラジエータに戻すようになっている。さらに、符号１８は、オイルパン６内に貯留されているエンジンオイルの量を点検するためのレベルゲージである。
【００２７】
前記吸気マニホルド７は、軽量化や吸気温度低減のために、例えばポリアミド樹脂を主材料として射出成形により形成した複数の部材を互いに溶着して、一体としたものである。詳しくは、この吸気マニホルド７は、大きく湾曲する４本の分岐管２０，２０，…を有し、これらの分岐管２０，２０，…の各下流端部に亘るように設けられた取付フランジ部（図示せず）がシリンダヘッド４の吸気側側壁部４ａ（図４参照）に取り付けられる一方、該４本の分岐管２０，２０，…の各上流端部はサージタンク２１に集合し、そこからエンジン後側の斜め上方に向かって、共通吸気管２２が直線的に延びている。
【００２８】
また、前記共通吸気管２２の上流端部には、図外のエアフィルタを介して吸入される空気（吸気）の流通量を調整するためのスロットル弁２３が配設されているとともに、該スロットル弁２３の弁体２３ａをバイパスする吸気のバイパス流通量を調節するために、電磁弁からなるアイドルスピードコントロール弁２４（以下、ＩＳＣ弁という）が配設されている。また、この共通吸気管２２には、ＩＳＣ弁２４の取付けられている部位の裏側でシリンダヘッド４の吸気側側壁部４ａに支持される支持部２５（図７参照）が設けられており、これにより、前記スロットル弁２３やＩＳＣ弁２４等が確実に支持されるようになっている。
【００２９】
さらに、前記吸気マニホルド７の分岐管２０，２０，…の上方に近接して、図３にのみ示すが、各分岐管２０に略直交するようエンジン前後方向に延びるフューエルディスパイプ２６が配設されている。このフューエルディスパイプ２６のエンジン後側の端部には、図示しないが、燃料供給ホースが接続されていて、この燃料供給ホースにより燃料ポンプから送られてくる高圧の燃料がフューエルディスパイプ２６を介して、各シリンダ毎のインジェクタに分配供給されるようになっている。また、このフューエルディスパイプ２６内の燃料の圧力状態を検出するための燃圧センサ２７と、設定圧以上となった高圧の燃料を逃がして、燃料タンクに戻すためのリリーフ弁２８とが配設されている。
【００３０】
一方、エンジン１の本体右側には、図１にのみ示すが、各シリンダ内の燃焼室から既燃ガスを排出させるように、排気マニホルド３０が取付けられる。この排気マニホルド３０は、互いに長さの等しいステンレス製の薄肉丸パイプをそれぞれ曲げ加工してなる４つの分岐管３１，３１，…と、プレス加工により形成され、前記各分岐管３１の排気上流側の端部がそれぞれ溶接された取付フランジ部３２と、前記分岐管３１，３１，…の排気下流側の端部が軸線方向を揃えて束ねられた状態で溶接された集合管３３とからなる。
【００３１】
また、シリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂには、図５にも示すように、エンジン１の前後方向に長い台状部が形成され、この台状部の端面に、前記排気マニホルド３０の取付フランジ部３２と接合される接合面３４が形成されている。この接合面３４には、エンジン前後方向に直線的に並ぶように、各シリンダと個別に連通する４つの排気ポート３５，３５，…の下流端がそれぞれ開口している。これらの４つの開口部のうち、エンジン後端部に最も近い第４シリンダの排気ポート３５の開口部に隣接して、該開口部に連通しかつ接合面３４に開口する異形の凹部３６が形成されている。
【００３２】
さらに、詳しくは後述するが、シリンダヘッド４の後端部には、前記第４シリンダの排気ポート３５から排出される排気の一部を吸気マニホルド７に還流させるように、排気ガス還流通路３７（以下、ＥＧＲ通路という）が形成されている。このＥＧＲ通路３７の上流端は、前記接合面３４におけるエンジン後側の端部付近に開口しており、この開口端も前記凹部３６と連通している。言い換えると、前記凹部３６は、シリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂにおける接合面３４に開口し、かつ前記ＥＧＲ通路３７の開口端を隣接する排気ポート３５の下流端開口部に連通させるように、形成されている。
【００３３】
そして、前記排気マニホルド３０の取付フランジ部３２がガスケット３８を介してシリンダヘッド４の前記接合面３４に重ね合わされた状態で、この取付フランジ部３２がスタッドボルト（締結部材）３９，３９，…により、シリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂに対して締結固定されるようになっている。ここで、前記取付フランジ部３２のエンジン後側の端部には、第４シリンダの排気ポート３５の開口部に対応する位置よりもエンジン後側まで延びるように、延出部３２ａ（蓋部材）が設けられていて、この延出部３２ａが、前記凹部３６とＥＧＲ通路３７の開口端とを覆うことで、該凹部３６及び延出部３２ａにより、前記第４シリンダの排気ポート３５の開口部とＥＧＲ通路３７の上流端とを連通する容積室４０（ＥＧＲ導入空間部）が構成される。
【００３４】
このように、排気マニホルド３０の取付フランジ部３２に延出部３２ａが一体形成されていることから、排気マニホルド３０をシリンダヘッド４に取り付けるだけで、該延出部３２ａとシリンダヘッド４側の凹部３６との間にＥＧＲ導入空間部４０を容易に形成することができる。
【００３５】
一方、前記排気マニホルド３０の集合管３５の下端部には、図示しないが、鉄製パイプ部材からなる排気管の上流端部が接続され、この排気管の下流端部が車両のフロア下まで延びていて、そこに排気浄化用触媒が接続されるようになっている。
【００３６】
前記シリンダヘッド４ののエンジン後側の端壁部４ｃには、前記ＥＧＲ通路３７を通って吸気マニホルド７に還流される排気ガスの流通量を調節するための排気還流制御弁４１（以下、ＥＧＲ弁という）が配設されている。このＥＧＲ弁４１は、図示しないステッピングモータにより弁体が作動されて、排気ガスの流通量を調節するものであり、上述の如く、シリンダヘッド４の後端壁部４ｃに設けられた冷却水導出部１７に隣接し、かつこの冷却水導出部１７の導出管１７ａに取り付けられるウォータホースに取り囲まれるように配置されている。また、前記冷却水導出部１７の上方に近接するように、各シリンダ毎の点火プラグ４２，４２，…に高圧電流を供給する点火コイルユニット４３が配置されている。このようにＥＧＲ弁４１や点火コイルユニット４３が冷却水導出部１７に近接配置されていることで、該ＥＧＲ弁４１や点火コイルユニット４３の過熱を抑制することができる。
【００３７】
尚、前記図３における符号４４は、エンジン１の動弁系における吸気側カム軸の回転位置を検出するためのカム角センサであり、また、符号４５は、クランク軸２の出力端部に締結固定されるとともに、図外のオートマチックトランスミッションのトルクコンバータに締結固定されて、エンジン１の出力を該オートマチックトランスミッションに伝達するドライブプレートである。
【００３８】
（排気ガス還流通路の構造）
本発明の特徴は、主に、前記ＥＧＲ通路３７とこのＥＧＲ通路３７に対して排気ガスを導くようにシリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂに設けたＥＧＲ導入空間部４０との構造にある。以下、図４〜８に基づいて、まずシリンダヘッド４の概略構成から説明する。
【００３９】
尚、図４は、動弁系、インジェクタ、補機類等を全て取り除いた状態で、エンジン左側から見たシリンダヘッド４の吸気側側壁部４ａを示し、一方、図５は、エンジン右側から見たシリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂを示す。また、図６は、シリンダ軸心に沿って見たときの前記図４ないし図５のVI-VI線における断面を示す。さらに、図７は、エンジン後側から見たときのシリンダヘッド４の後端壁部４ｃ等を示し、図８は、そのシリンダヘッド後端壁部４ｃへのＥＧＲ弁４１の取付け構造を示すものである。
【００４０】
図４に示すように、シリンダヘッド４の吸気側側壁部４ａには、上述した排気側側壁部４ｂと同様にエンジン前後方向に長い台状部が形成され、この台状部の端面に、吸気マニホルド７の取付フランジ部（図示せず）と接合される接合面４８が形成されている。この接合面４８には、エンジン１の各シリンダに個別に連通される吸気ポート４９，４９，…の上流端がエンジン前後方向に直線的に並ぶように開口しており、また、前記台状部の上面には、該各吸気ポート４９，４９，…にそれぞれ対応するようにインジェクタを収容する収容孔５０、５０，…が設けられている。
【００４１】
また、前記吸気側側壁部４ａにおけるエンジン後端側には、前記接合面４８と同一面上に位置するように略円形の加工面５１が形成されていて、この加工面５１の略中央部に、ＥＧＲ通路３７の下流端が開口している。すなわち、詳しくは後述するが、この加工面５１には、図７に示すように吸気マニホルド７の共通吸気管２２に設けられた支持部２５の端面が接合され、該支持部２５内に形成された空洞部５２により、前記ＥＧＲ通路３７の下流端開口部が吸気マニホルド７の共通吸気管２２内に連通するようになっている。
【００４２】
さらに、図示しないが、前記吸気マニホルド７の取付フランジ部は、該吸気マニホルド７の分岐管２０，２０，…の各下流端部から前記支持部２５の端部にまで亘るように一体形成されており、この取付フランジ部が前記シリンダヘッド４の吸気側側壁部４ａにおける接合面４８から加工面５１に亘るように重ね合わされた状態で、図示しない締結ボルトがボルト孔５３，５３，…に螺合締結されるようになっている。
【００４３】
前記したように、エンジン１の吸気ポート４９，４９，…の上流端はシリンダヘッド４の吸気側に開口しており、この各吸気ポート４９は、図６に示すように、エンジン１の内方に向かって、各シリンダの天井部まで延びるように設けられるとともに、途中で２つに分岐して、下流端がそれぞれ各シリンダ毎の天井部において燃焼室に向かって開口している。そして、吸気マニホルド７の各分岐管２０から前記各吸気ポート４９に流入した空気は、該各吸気ポート４９内にインジェクタにより噴射供給された燃料と混合されて、この混合気が各シリンダ毎の燃焼室に吸入される。
【００４４】
一方、前記各シリンダ毎の燃焼室の天井部には、前記各吸気ポート４９の２つの下流端開口部と隣り合うように、排気ポート３５の上流端が２つに分岐して独立に開口している。この各排気ポート３５は、同図に示すように途中で合流し、その下流端部が上述の如くシリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂにおける接合面３４に開口している。そして、前記各シリンダ内燃焼室から各排気ポート３５により排出される排気ガスは、排気マニホルド３０の分岐管３１，３１，…と集合管３３とを経て、図示しない排気管及び排気浄化用触媒に至り、この触媒により浄化された後に、大気中に排出される。
【００４５】
前記図６に示すように、シリンダヘッド４の内部には、エンジン前後方向に亘って前記吸気及び排気ポート４９，３５の間を縫うように、ウォータジャケットｗが形成されている。詳しくは、ウォータジャケットｗは、シリンダヘッド４の内部において吸気側及び排気側に分割されて、それぞれ、エンジン前後方向の両端部間に亘るように形成されるとともに、その前後両端部において互いに連通されている。また、該ウォータジャケットｗは、吸気側においては主に各吸気ポート４９の周壁部よりも燃焼室に近い側を通るように形成され、排気側においては各排気ポート３５の周壁部よりも燃焼室に近い側と遠い側との両方を通るように形成されている。
【００４６】
さらに、前記ウォータジャケットｗは、シリンダヘッド４のロアデッキに形成された複数の水孔５５，５５，…を通じて、シリンダブロック３のウォータジャケットに連通されている。そして、シリンダブロック３のエンジン左側面に配設されたウォータポンプ１０により送り出される冷却水がシリンダブロック３のウォータジャケットを流通するとともに、前記水孔５５，５５，…を通じてシリンダヘッド４のウォータジャケットｗ内に流入し、このウォータジャケットｗ内においてエンジン前端部から後端部に向かって流れて、シリンダヘッド４の後端壁部４ｃに設けられた冷却水出口５６から排出される。
【００４７】
尚、前記図６において、符号５７，５７，…は、エンジン１の各シリンダ毎の吸気及び排気ポート４９，３５開口部に囲まれて、燃焼室の天井部に開口するように設けられたプラグホールである。また、符号５８，５８，…は、シリンダヘッド４からオイルパン６までオイルを流通させるオイル落とし穴であり、この各オイル落とし穴５８は、クランクケースからのブローバイガスの通路としての機能も有する。さらに、符号５９，５９，…は、シリンダヘッド４をシリンダブロック３に対して締結するヘッドボルト（図示せず）の挿通されるヘッドボルト孔である。
【００４８】
次に、ＥＧＲ通路３７の構造について、詳細に説明する。
【００４９】
まず、前記図４〜７に示すように、ＥＧＲ通路３７は、エンジン１のシリンダヘッド４の後端部に設けられているが、このシリンダヘッド４の場合、排気側側壁部４ｂにおいてその後端縁部とそこから最も近い第４シリンダの排気ポート３５開口部との間隔は、該排気側側壁部４ｂの前端縁部とそこから最も近い第１シリンダの排気ポート３５開口部との間隔よりも長くなっている。言い換えると、ＥＧＲ通路３７は、シリンダヘッド４におけるシリンダ列方向両端部のうち、該シリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂにおいてその端縁部と該端縁部に最も近い排気ポート３５開口部との間隔が相対的に大きい方の端部に設けられている。
【００５０】
また、前記ＥＧＲ通路３７は、前記第４排気ポート３５から排出される排気ガスの一部をシリンダヘッド４の排気側からＥＧＲ弁４１の設けられた部位にまで還流させる上流側の通路６０と、該ＥＧＲ弁４１からシリンダヘッド４の吸気側まで排気ガスを還流させる下流側の通路６１とからなる。すなわち、上述の如く、ＥＧＲ通路３７の上流端、即ち前記上流側通路６０の上流端はシリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂにおける接合面３４に開口していて、該上流側通路６０は、その開口位置からシリンダヘッド４の吸気側に向かってドリル等により穿孔されて、ＥＧＲ弁４１の配設位置の付近まで延びている。
【００５１】
また、同様に、前記下流側通路６１は、シリンダヘッド４の吸気側側壁部４ａにおける加工面５１の略中央部から排気側に向かってドリル等により穿孔され、ＥＧＲ弁４１の配設位置の付近まで延びている。
【００５２】
さらに、図７に示すように、前記シリンダヘッド４の後端壁部４ｃには、前記ＥＧＲ弁３７の上流側及び下流側通路６０，６１に個別に連通するように、第１及び第２連通孔部６２，６３が設けられている。詳しくは、図８にも示すように、シリンダヘッド４の後端壁部４ｃには、ＥＧＲ弁４１を取付けるための台座部６４が形成されていて、前記第１及び第２連通孔部６２，６３は、該台座部６４上においてシリンダ軸心の延びる方向（図の上下方向）に並ぶように開口する一方、エンジン前後方向に互いに平行に延びて、それぞれ、前記上流側及び下流側通路６０，６１に連通している。尚、この台座部６４や孔部６２，６３は、いずれもシリンダヘッド４の後端壁部４ｃの鋳造時に一体形成されたものである。
【００５３】
そして、前記台座部６４に対して、ＥＧＲ弁４１の取付フランジ部４１ａがガスケット６５を介して重ね合わされた状態で、ボルト６６，６６がボルト孔６７，６７にそれぞれ螺合締結されることにより、ＥＧＲ弁４１がシリンダヘッド４の後端壁部４ｃに取付けられ、かつ前記上流側通路６０及び下流側通路６１に接続される。これにより、該上流側通路６０から下流側通路６１に流通する排気ガスの流量がＥＧＲ弁４１により調節されるようになる。
【００５４】
また、前記台座部６４には、シリンダヘッド４のウォータジャケットｗから冷却水を取り出して、ＥＧＲ弁４１のケーシングに導入する冷却水通路６８が開口している。この冷却水通路６８は、図７及び図９に示すように、シリンダヘッド４の後端壁部４ｃをエンジン前後方向に貫通していて、その一端がウォータジャケットｗのエンジン後端部に臨むように開口する一方、該冷却水通路６８の他端部は台座部６４上に開口している。
【００５５】
一方、ＥＧＲ弁４１のケーシングには、前記冷却水通路６８により導かれる冷却水を受け入れる導入パイプ部４１ｂが設けられており、この導入パイプ部４１ｂ内の通路の上流端がＥＧＲ弁４１のフランジ部４１ａにおいて前記冷却水通路６８の下流端開口に連通している。また、この導入パイプ部４１ｂはＥＧＲ弁４１の周囲を略半周するように設けられていて、その下流端部は、図示しない冷却水ホースに接続されるようになっている。
【００５６】
このように、シリンダヘッド４のウォータジャケットｗから冷却水通路６８により、冷却水がＥＧＲ弁４１の周囲を流れるように導かれることによって、ＥＧＲ弁４１の温度上昇が抑制されて、ボルト６６，６６の緩みの発生が防止され、また、ＥＧＲ弁４１の特にステッピングモータ等の過熱が防止されて、信頼性のさらなる向上が図られる。
【００５７】
尚、図７及び図８に示すすように、シリンダへッド４の後端壁部４ｃには、冷却水導出部１７の取り付けられる台座部６９がＥＧＲ弁４１の台座部６４に隣接するように設けられ、この台座部６９上に冷却水出口５６が開口している。
【００５８】
続いて、シリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂにおいてＥＧＲ通路３７の上流端開口に排気ポート３５からの排気ガスの一部を導くＥＧＲ導入空間部４０の構造について、説明する。
【００５９】
上述したように、前記シリンダブロック４の排気側側壁部４ｂにおける接合面３４には、エンジン１の第１〜第４シリンダにそれぞれ個別に連通する４つの排気ポート３５，３５，…の各下流端開口部が並んで形成されるとともに、前記第４シリンダの排気ポート３５の下流端開口部とＥＧＲ通路３７の上流端開口部とを連通する凹部３６が形成され、この凹部３６が排気マニホルド３０の取付フランジ部３２における延出部３２ａにより覆われることで、ＥＧＲ導入空間部４０が構成されるようになっている。
【００６０】
詳しくは、前記凹部３６の略中央部は、シリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂと一体に鋳造により形成された鋳造形成部３６ａであり、この鋳造形成部３６ａのエンジン前側及び後側には、それぞれ排気ポート３５の下流端開口部とＥＧＲ通路３７の上流端とに連通するように、円形断面の第１及び第２切削形成部３６ｂ，３６ｃが連設されている。すなわち、前記凹部３６は、その中央部分をシリンダヘッド４の鋳造時に金型により一体形成しておいて、この部分の両側をエンドミル等により切削加工してなるものである。
【００６１】
このように、凹部３６の中央部分をシリンダヘッド４の鋳造時に一体に形成することで、コストの低減が図られるとともに、その鋳造による形成部分の周辺を切削加工により形成することで、凹部３６全体としては、その形状や寸法を型抜きの制限なしに決定することができ、よって、ＥＧＲ導入空間部４０の形状や寸法を最適化することが可能になる。
【００６２】
また、前記凹部３６の鋳造形成部３６ａは、相対的に排気ポート３５に近いエンジン前側の部分において残りの部分よりも容量が大きくなるように、開口幅や深さが相対的に大きく形成されており、一方、前記残りの部分、即ち相対的にＥＧＲ通路３７に近いエンジン後側の部分では、鋳造形成部３６ａの深さや開口幅がエンジン後側ほど小さくなるような形状とされている。すなわち、ＥＧＲ導入空間部４０において、前記鋳造形成部３６ａのエンジン前側の半分に相当する部分が、ＥＧＲ通路３７に比べて排気ガスの流通断面積の広い大容量部となり、また、該鋳造形成部３６ａのエンジン後側の半分が、前記大容量部からＥＧＲ通路３７の上流端に向かって、排気ガスの流通断面積が徐々に減少する容量漸減部となる。
【００６３】
斯かる構成により、エンジン１の第４シリンダの排気ポート３５から還流される排気ガスは、ＥＧＲ導入空間部４０の前記大容量部においてシリンダヘッド４のウォータジャケットｗとの間で十分な熱交換を行い、その後、前記容量漸減部において徐々に絞られて流速を高めながら、スムーズにＥＧＲ通路３７に流入するようになる。つまり、ＥＧＲ導入空間部４０における排気ガスの放熱性を十分に高めながら、良好な流通性を確保することができる。
【００６４】
さらに、前記１及び図５に示すように、シリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂの接合面３４には、排気マニホルド３０の取付フランジ部３２を取り付けるための７つのスタッドボルト３９，３９，…が配設されているが、このスタッドボルト３９，３９，…のうち、エンジン前端側の１番目のものから順番に５番目のものまでは、それぞれ、排気ポート３５，３５，…の各開口部を挟むように千鳥状に配置されている。
【００６５】
また、前記５番目のスタッドボルト３９と残りの２本のスタッドボルト３９，３９とは、エンジン１を本体左側から見たときに、概略直角三角形の頂点に位置することになるように配置されていて、これら３本のスタッドボルト３９，３９，３９により、排気マニホルド３０の取付フランジ部３２における延出部３２ａが締結固定されるようになっている。そして、それら３本のスタッドボルト３９，３９，３９に囲まれるように、シリンダヘッド４の接合面３４に凹部３６が開口しており、この凹部３６の開口端縁部が、前記３本のスタッドボルト３９，３９，３９の位置を結んだ三角形状に沿うような形状とされている。このことで、該凹部３６の周縁におけるシール性が確実なものとなる。
【００６６】
最後に、前記ＥＧＲ通路３７の下流端、即ち下流側通路６１の下流端において、該ＥＧＲ通路３７により還流される排気ガスが吸気マニホルド７の共通吸気管２２内に向かって導出される部分の構造について、説明する。
【００６７】
図７に示すように、吸気マニホルド７の共通吸気管２２をシリンダヘッド４に対して支持する支持部２５の内部には、ＥＧＲ通路３７の下流端開口部よりも大径の空洞部５２が形成され、この空洞部５２は、前記ＥＧＲ通路３７の開口部全体を取り囲んでいる。一方、前記ＥＧＲ通路３７の開口部には、シリンダヘッド４の加工面５１に対して略直交するように耐熱性パイプ部材７０が取り付けられ、この耐熱性パイプ部材７０と空間部５２の内壁との間には、所定量の間隔が空けられている。
【００６８】
このような構成により、前記ＥＧＲ通路３７から空洞部５２に導かれる高温の還流排気ガスは、耐熱性パイプ部材７０の内部を流通する間に冷却されて、温度状態が低下した後に共通吸気管２２内に放出されるようになる。また、該パイプ部材７０と空間部５２の内壁との間には所定量の間隙があり、熱が直接に伝わることはない。従って、吸気マニホルド７が樹脂製であっても、この吸気マニホルド７に対する高温の還流排気ガスからの熱的影響を十分に低くすることができ、吸気マニホルド７の信頼性向上が図られる。
【００６９】
したがって、この実施形態に係るエンジンの排気ガス還流通路構造によれば、エンジン１のシリンダヘッド４において、第４シリンダの排気ポート３５から排出される排気ガスの一部をＥＧＲ通路３７に導くためのＥＧＲ導入空間部４０を、主にシリンダヘッド４の排気側側壁部４ｂ内に形成することで、このシリンダヘッド４の温度状態が比較的低くかつ安定していることから、該ＥＧＲ導入空間部４０を流通する排気ガスの温度状態を十分に低くかつ安定したものとすることができこれにより、エンジン１の良好な燃焼状態を維持しながら、ＥＧＲ弁４１等の構成部品の信頼性を高めることができる。
【００７０】
特に、この実施形態では、前記ＥＧＲ導入空間部４０に、排気ガスの流通断面積の相対的に大きい大容量部と、この大容量部からＥＧＲ通路３７の上流端に向かって排気ガスを徐々に絞る容量漸減部とが設けられているので、このＥＧＲ導入空間部４０を流通する排気ガスは前記大容量部において十分に冷却され、その後、容量漸減部において徐々に流速を高めながら、スムーズにＥＧＲ通路３７に導かれることになる。つまり、ＥＧＲ導入空間部４０における排気ガスの放熱性をさらに高めながら、良好な流通性を確保することができる。
【００７１】
また、この実施形態では、ＥＧＲ通路３７を、シリンダヘッド４の前後両端部のうち、排気側側壁部４ｂにおいて排気ポート３５開口部との間隔が相対的に大きい方の後端部に設けているので、ＥＧＲ通路３７をシリンダヘッド４のエンジン前端部に設ける場合に比べて、ＥＧＲ導入空間部４０の容積を相対的に大きくすることができ、このことによって、該ＥＧＲ導入空間部４０における排気ガスの放熱をさらに促進することができる。
【００７２】
加えて、この実施形態では、本発明に斯かる排気ガス還流通路構造を、車両のエンジンルームに横置き搭載されるエンジン１に適用しており、このエンジン１は吸気系を車両前側に、また排気系を車両後側に向けるように搭載されている。このように排気系をエンジン本体の車両後側に位置づけたときには、一般的に、走行風による排気系の冷却効果が低くなるので、その分、排気マニホルドの温度状態が高くなりやすい。言い換えると、本願発明のような排気ガス還流通路構造を適用して、還流排気ガスの温度状態を低下させることができるという効果は、この実施形態のようなエンジン１の搭載状態において、特に有効なものとなる。
【００７３】
但し、本願発明は、エンジン１を、排気系が車両前側に位置するように搭載する場合について適用することができ、或いは、エンジンを、クランク軸が車両前後方向に延びるように縦置きに搭載する場合についても適用可能である。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明におけるエンジンの排気ガス還流通路構造によると、エンジンのシリンダヘッド内に排気ガス還流通路を設ける場合に、該シリンダヘッドの熱的安定性が比較的高いことに着目して、該排気ガス還流通路の上流端に連通する導入空間部を、シリンダヘッドの排気側側壁部に形成した凹部とこの凹部を覆う蓋部材とにより構成した。こうすることで、該導入空間部を流通する排気ガスの温度状態を十分に低くかつ安定したものとして、エンジンの良好な燃焼状態を維持しながら、排気ガス還流通路を構成する部品等の信頼性を高めることができる。
【００７５】
また、排気ガスの導入空間部に大容量部と容量漸減部とを設けているので、排気ガスの放熱性を十分に高めながら、スムーズに流速を高めて、良好な流通性を確保することができる。
【００７６】
請求項２の発明によると、凹部と協動して排気ガスの導入空間部を構成する蓋部材を、排気マニホルドの取付フランジに一体的に設けることで、その導入空間部を容易に形成することができる。また、前記蓋部材の締結位置と凹部の開口端縁部の形状とを適切に設定することで、該凹部と蓋部材との間のシール性を最小限の締結部材により確保できる。
【００７７】
請求項３の発明によると、排気ガスの導入空間部を構成する凹部の中心となる部分を、シリンダヘッドの鋳造時に一体形成するとともに、この鋳造形成部分の周辺を切削加工により形成することで、排気ガス導入空間部の形状や寸法の最適化と製造コストの低減とを両立できる。
【００７８】
請求項４の発明によると、シリンダヘッドに配設した排気還流制御弁により、排気ガス還流通路を流通する排気ガスの還流量を調節することができるとともに、この排気還流制御弁の周囲に冷却水を導いて、信頼性をさらに高めることができる。
【００７９】
請求項５の発明によると、排気ガス還流通路を、シリンダヘッドのシリンダ列方向両端部のうち、該シリンダヘッドの排気側側壁部においてその端縁部と該端縁部に最も近い排気ポート開口部との間隔が相対的に大きい方の端部に設けることで、排気ガスの導入空間部の容積を相対的に大きくすることができ、よって、請求項１の発明の効果をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係るエンジンの排気ガス還流通路構造の特徴部分の構成を示す斜視図である。
【図２】 エンジンの外観を示す左側面図である。
【図３】 エンジンの外観を示す左側後方からの斜視図である。
【図４】 シリンダヘッド単体の吸気側側面図である。
【図５】 シリンダヘッド単体の排気側側面図である。
【図６】 シリンダヘッド単体の内部構造を示す、図４及び図５のVI-VI線における断面図である。
【図７】 シリンダヘッドのエンジン後側端面図である。
【図８】 シリンダヘッドへＥＧＲ弁を取付る構造を示す斜視図である。
【図９】 ＥＧＲ弁への冷却水通路の構成を示す、図７のIX-IX線における断面図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
４ｂ 排気側側壁部
７ 吸気マニホルド
３０ 排気マニホルド
３２ 取付フランジ部
３２ａ 延出部（蓋部材）
３４ 排気側の接合面
３５ 排気ポート
３６ 凹部
３６ａ 鋳造形成部
３６ｂ、３６ｃ 切削形成部
３７ ＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）
３９ スタッドボルト（締結部材）
４０ ＥＧＲ導入空間部（容積室）
４１ ＥＧＲ弁（排気還流制御弁）
３８ 冷却水通路
ｗ ウォータジャケット

Claims (5)

1. エンジンの排気系から吸気系へ排気ガスの一部を還流させるための排気ガス還流通路を、ウォータジャケットを有するシリンダヘッドの内部に設けた排気ガス還流通路構造において、
   排気ポートの下流端が開口する前記シリンダヘッドの排気側側壁部には、前記排気ガス還流通路の上流端を隣接する排気ポートの下流端開口部に連通させるように凹部が形成されるとともに、
   前記凹部を覆うように蓋部材が配設され、
   前記凹部及び蓋部材により囲まれた容積室により、前記排気ポートからの排気の一部を前記排気ガス還流通路へ導くための導入空間部が構成されていて、
   該導入空間部には、
   排気ガスの流通断面積が前記排気ガス還流通路の上流端よりも広い大容量部と、
   前記大容量部から前記排気ガス還流通路の上流端に向かって、排気ガスの流通断面積が徐々に減少する容量漸減部とが設けられていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流通路構造。
2. 請求項１において、
   シリンダヘッドの排気側側壁部には、排気マニホルドの取付フランジが接合される接合面が形成され、この接合面に対して前記取付フランジが複数の締結部材により締結固定されており、
   凹部は、前記接合面に開口するように形成され、
   蓋部材は、前記排気マニホルドの取付フランジに一体的に設けられるとともに、前記締結部材のうちの１つを含む３つの締結部材により、前記接合面に対して略三角形状をなす３箇所において締結固定され、
   前記凹部の開口端縁部は、前記蓋部材の各締結位置を結んだ略三角形状に沿うような形状とされていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流通路構造。
3. 請求項１において、
   凹部は、
   シリンダヘッドの排気側側壁部と一体に鋳造により形成された鋳造形成部と、
   前記鋳造形成部を排気ガス還流通路の上流端と排気ポートの下流端開口部とにそれぞれ連通するように切削加工により形成された切削形成部とからなることを特徴とするエンジンの排気ガス還流通路構造。
4. 請求項１において、
   シリンダヘッドには、
   排気ガス還流通路における排気の流通量を調節する排気還流制御弁と、
   前記排気還流制御弁の周囲にシリンダヘッドのウォータジャケットから冷却水を導く冷却水通路とが設けられていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流通路構造。
5. 請求項１において、
   エンジンは、少なくとも２つのシリンダを有するものであり、
   排気ガス還流通路は、前記シリンダの並ぶ方向についてのシリンダヘッドの両端部のうち、該シリンダヘッドの排気側側壁部においてその端縁部と該端縁部に最も近い排気ポート開口部との間隔が相対的に大きい方の端部に設けられていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流通路構造。

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