JP5419202B2 - 内燃機関の排気ガス還流装置 - Google Patents

Description

本発明は，内燃機関において，その排気ガスのクリーン化等を目的として，前記排気ガスの一部を吸気系に還流させる装置に関するものである。

排気ガス還流装置を備えた最近の内燃機関においては，排気系から吸気系への排気ガス還流経路の一部を，シリンダヘッドの内部に形成することが行われている。

この場合，前記排気ガス還流経路中には，吸気系への排気ガスの還流を内燃機関における運転域等に応じて制御する還流制御弁が設けられている。

そこで，先行技術としての特許文献１及び２は，前記シリンダヘッドの内部に形成される排気ガス還流通路を，排気系からの上流側還流通路と吸気系側への下流側還流通路とに分断する構成にする一方，前記シリンダヘッドのうちクランク軸と直角で鉛直に延びる側面に，前記還流制御弁を，横向きのフランジ接合にて取付け，この還流制御弁に，前記上流側還流通路における出口端及び前記下流側還流通路における入口端を，前記フランジ接合部において連通させるという構成にすることを提案している。

特開平１０−１２２０６１号公報 特開２００２−１０６４２０号公報

前記先行技術において，前記還流制御弁における前記シリンダヘッドの側面に対する横向きのフランジ接合部には，ガスケット等のシール部材が設けられていることは勿論であるが，この横向きのフランジ接合部に使用したガスケット等のシール部材には，還流排気ガス中に含まれる水分が内燃機関の運転停止時において凝縮することで発生する凝縮水が常に触れているという状態になっている。

前記排気ガス中の水分の凝縮にて発生する凝縮水は，燃料中の硫黄が溶け込んでいることによりその酸性度が極めて高いことから，前記先行技術におけるガスケット等のシール部材としては，耐酸性の高い，従って，高価なものを使用しなければならず，製造コストのアップを招来するばかりか，前記還流制御弁におけるフランジ接合部が横向きであることにより，液漏れを生じ易くてシール性が低いという問題があった。

また，前記先行技術の構成では，内燃機関の運転を停止しているときに前記シリンダヘッドにおける排気ガス還流通路内で発生する酸性度の高い凝縮水の全てが，前記還流制御弁における弁体の部分に流れ込むことになるから，弁体の腐食が大きくて耐久性が低いという問題もあった。

本発明は，これらの問題を解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため請求項１は，排気系から吸気系への排気ガス還流通路の一部を，シリンダヘッドの内部に形成する一方，前記排気ガス還流通路の途中に還流制御弁を設けて成る内燃機関において，
「前記排気ガス還流通路のうち前記シリンダヘッド内の部分は，排気系に連通する入口端を有する上流側還流通路と，吸気系に向かう出口端を有する下流側還流通路とに分断されていて，前記上流側還流通路の全体が下流側還流通路の入口端よりも下に位置していると共に，前記上流側還流通路は前記シリンダヘッドの長手側面の側に位置して下流側還流通路はシリンダヘッドの短手側面の側に位置しており，前記上流側還流通路における出口端及び前記下流側還流通路における入口端は，前記バルブハウジング内に連通しており，
更に，前記バルブハウジング内には，前記還流制御弁が，当該還流制御弁と前記バルブハウジングとの間にシール部材を設けて装填されており，前記シール部材は，前記上流側還流通路における出口端及び前記下流側還流通路における入口端よりも高い部位に設けられており，前記上流側還流通路は，クランク軸の軸心及びシリンダボアの軸心と直交した方向から見て，その全体が出口端から入口端に向かって斜め下向きに傾斜している」
ことを特徴としている。

また，請求項２は，前記請求項１の記載において，「前記シリンダヘッドは上向きに開口したカム室を有しており，前記下流側還流通路は前記カム室の外側に配置されていて，その内側面が前記カム室の側面板で構成されている。」ことを特徴としている。

請求項１によると，バルブハウジングに対する還流制御弁のシール部材は，シリンダヘッドの内部に形成した排気ガス還流通路のうち上流側還流通路の出口端及び下流側還流通路の入口端よりも高い部位に位置していることにより，このシール部材に，前記上流側還流通路及び下流側還流通路内における凝縮水が接触するのを確実に少なくすることができるから，前記シール用ガスケットとして，耐酸性の低い，従って，安価なものを使用できるとともに，そのシール性及び耐久性を向上できる。
特に，前記制御弁におけるシール部材は，前記上流側還流通路における出口端及び前記下流側還流通路における入口端よりも高い部位に設けられることに加えて，前記上流側還流通路が，その出口端から入口端に向かって斜め下向きに傾斜していることにより，内燃機関の運転停止において前記上流側還流通路内及びバルブハウジング内での凝縮にて発生した凝縮水は，逐次，前記上流側還流通路を介して排気系に流出することになるから，前記還流制御弁における弁体の付近に溜まってこれを腐食することを確実に低減できる利点がある。

また，本願発明では，上流側還流通路の出口端が還流制御弁の弁体よりも下に位置するため，シリンダヘッドの内部に形成した排気ガス還流経路のうち上流側還流通路内において発生した凝縮水が，前記還流制御弁における弁体の部分に流れ込むのを確実に低減することができて，前記弁体の凝縮水による腐食を抑制できるから，前記還流制御弁の耐久性を向上できる利点がある。
請求項２の構成によると，下流側還流通路の周囲の一部がカム室における側面板にて形成されているから，下流側還流通路をカム室とは別個に形成する場合よりもシリンダヘッドの構造が簡単になり，且つ，軽量化できる。

内燃機関におけるシリンダヘッドの一部を示す平面図である。 図１のII−II視側面図である。 図１のIII −III 視断面図である。 図２のIV−IV視断面図である。 図１のＶ−Ｖ視断面図である。

以下，本発明の実施の形態を，図１〜図５の図面について説明する。

これらの図において，符号１は内燃機関を構成するシリンダブロックを，符号２は内燃機関を構成するシリンダヘッドを各々示す。

前記シリンダヘッド２は，前記シリンダブロック１の上面に，当該シリンダブロック１におけるシリンダ３の頂部を塞ぐように締結されており，その上面には，吸気弁及び排気弁に対する開閉作動用の動弁機構を収容するカム室４が形成され，このカム室４は，前記上面に対して着脱可能に接合されるヘッドカバー５（図５に二点鎖線で示す）にて密閉されている。

前記シリンダヘッド２の内部には，前記シリンダブロック１における冷却水ジャケット（図示せず）に連通する冷却水ジャケット６が形成されている。

また，前記シリンダヘッド２におけるクランク軸線７と直交した二つの短手側面のうち一つの側面８には，図５に示すように，前記冷却水ジャケット６からの冷却水アウトレット９が設けられているとともに，冷却水に対する水温センサ１０が取付けられている。

更にまた，前記シリンダヘッド２におけるクランク軸線７と平行な左右両長手側面１１，１２のうち一方の長手側面１１には，前記シリンダ３からの排気弁（図示せず）を備えた排気ポート１３が開口しているとともに，排気マニホールド１４が複数本のボルト１５による締結にて着脱可能に取付けられている。

前記左右両長手側面１１，１２のうち他方の長手側面１２には，前記シリンダ３への吸気弁（図示せず）を備えた吸気ポート１６が開口しているとともに，吸気マニホールド１７が着脱可能に取付けられている。

なお，前記シリンダブロック１及びシリンダヘッド２から成る内燃機関は，これを車両に搭載する場合には，前記クランク軸線７の方向から見て，図３に示すように，前記シリンダ３における軸線３ａが水平線１８に対して，前記吸気マニホールド１７が高い部位に位置し前記排気マニホールド１４が低い部位に位置するように，適宜角度θだけスラント（傾斜）させるという構成にしている。

前記シリンダヘッド２のうち前記一つの短手側面８に隣接する部分における内部には，排気ガス還流通路１９が，前記排気側の長手側面１１から吸気側の長手側面１２に向かって延びるように形成されている。

また，前記シリンダヘッド２のうち前記一つの短手側面８と前記排気側の長手側面１１とのコーナの部分には，軸線を鉛直とする円筒形にしたバルブハウジング２０が，前記シリンダヘッド２の上面に開口するように凹み形成されている。

前記シリンダヘッド２の内部における前記排気ガス還流通路１９は，例えば図１のとおり，前記バルブハウジング２０を挟んで前記排気側の長手側面１１の側に位置した上流側還流通路２１と，前記バルブハウジング２０を挟んで前記一つの短手側面８の側に位置した下流側還流通路２２とに分断されている。

一方，前記バルブハウジング２０内は，図３に示すように，アクチェータ２３ａと，このアクチェータ２３ａにて開閉作動される弁体２３ｂとを備えて成る還流制御弁２３が挿入されている。

この場合，前記還流制御弁２３に一体に設けたフランジ部２３ｃは，前記バルブハウジング２０における開口上面２０ａに密接した状態にボルト２４の締結にて着脱可能に取付けられる構成であり，その間には，Ｏリング又はガスケット等のシール部材２５が設けられている。

前記上流側還流通路２１の一端における入口端２１ａは，前記排気ポート１３内を流れる排気ガスの一部を当該上流側還流通路２１内に導入するように，前記排気ポート１３に連通するか，或いは，前記排気マニホールド１４に連通する構成であり，上流側還流通路２１の他端における出口端２１ｂは，前記バルブハウジング２０内に，その底部，つまり，前記還流制御弁２３における弁体２３ｂよりも下部の位置において連通している。

なお，図示の実施の形態において，前記上流側還流通路２１は，前記長手側面１１に溝型通路２１ｃを凹み形成し，この溝型通路２１ｃを前記長手側面１１に対してボルト１５
にて締結した蓋板２１ｄにて塞ぐことによって構成されており，前記蓋板２１ｄは，前記排気マニホールド１４と一体の構成であるが，排気マニホールド１４と別体の構成にしても良い。

そして，前記上流側還流通路２１は，図２に示すように，機関の側面視において，その出口端２１ｂから入口端２１ａに向かって適宜角度α（例えば，２〜５度程度）だけ斜め下向きに傾斜しており，これにより，前記バルブハウジング２０内及び前記上流側還流通路２１内で発生した凝縮水は，その全てが，前記上流側還流通路２１内をその入口端２１ａの方向に順次流れて，排気ポート１３又は排気マニホールド１４内に流れ込むことにより，前記バルブハウジング２０内及び前記上流側還流通路２１内に溜まることがないように構成している。

一方，前記下流側還流通路２２は，図５に示すように，その周囲の一部が前記シリンダヘッド２のカム室４における側面板４ａにて形成されるように，前記カム室４に沿って延びており，しかも，その他の周囲が前記冷却水ジャケット６にて囲われるという構成になっている。

これに加えて，図３に示すように，前記下流側還流通路２２の一端における入口端２２ａは，前記バルブハウジング２０内において，前記還流制御弁２３のうちその弁体２３ｂよりも下流側で，且つ，前記下流側還流通路２２の内底面よりも適宜寸法Ｈだけ高い部位に設けた出口ポート２３ｄに連通する構成である一方，その他端における出口端２２ｂは，これに前記吸気マニホールド１７内に突出するように取付けたノズル管２６を介して前記吸気マニホールド１７内に連通している。

この構成において，シリンダ３から排気ポート１３より排出される排気ガスの一部は，上流側還流通路２１の一端における入口端２１ａから入ってバルブハウジング２０に至り，ここで還流制御弁２３により内燃機関の運転域に応じて量が適宜制御されたのち，下流側還流通路２２を介して吸気マニホールド１７に還流する。

この場合，前記した構成によると，前記バルブハウジング２０における開口上面２０ａに対する前記還流制御弁２３のシール部材２５は，シリンダヘッド２の内部に形成した排気ガス還流経路１９のうち上流側還流通路２１及び下流側還流通路２２より高い部位に位置していることにより，内燃機関の運転停止時において前記上流側還流通路２１及び下流側還流通路２２内での凝縮にて発生した酸性度の高い凝縮水が，前記シール部材２５に接触することを確実に少なくできる。

また，前記上流側還流通路２１は，図２に示すように，その出口端２１ｂから入口端２１ａに向かって適宜角度α（例えば，２〜５度程度）だけ斜め下向きに傾斜していることにより，内燃機関の運転停止において前記上流側還流通路２１内及びバルブハウジング２０内での凝縮にて発生した凝縮水は，逐次，前記上流側還流通路２１を介して排気ポート１３又は排気マニホールド１４に流出することになるから，前記還流制御弁２３における弁体２３ｂの付近に溜まってこれを腐食することを確実に低減できる。

特に，前記還流制御弁２３のうち前記下流側還流通路２２における入口端２２ａに連通する出口ポート２３ｄは，前記還流制御弁２３のうちその弁体２３ｂよりも下流側で，且つ，前記下流側還流通路２２の内底面よりも適宜寸法Ｈだけ高い部位に設けた構成であることにより，前記下流側還流通路２２内に発生した凝縮水が前記弁体２３ｂの部分に到達することを確実に低減できる。

更にまた，前記下流側還流通路２２における周囲の一部は前記カム室４における側面板４ａにて形成されていて，シリンダヘッド２の内部に前記下流側還流通路２２を形成することにより，前記カム室４を形成する側面板４ａを利用するから，前記下流側還流通路２２を前記カム室４とは別個に形成する場合よりもシリンダヘッド２の構造が簡単になり，且つ，軽量化できる。

また，前記下流側還流通路２２は，前記した構成に加えて，その他の周囲が冷却水ジャケット６にて囲われていることにより，吸気系に還流する排気ガスの冷却を促進することができる。

ところで，前記の実施の形態においては，前記バルブハウジング２０に対する還流制御弁２３のシール部材２５を，前記バルブハウジング２０の開口上面に設けた場合であったが，本発明はこれに限らず，例えばＯリング等による前記シール部材２５を，前記バルブハウジング２０の開口上面に設けることに代えて，又は，これに加えて，前記バルブハウジング２０の内周面と前記還流制御弁２３の外周面との間に設けるという構成にすることができ，要するに，前記シール部材２５を，排気ガス還流通路のうち上流側還流通路の出口端及び下流側還流通路の入口端よりも高い部位に設けることにより，本発明の目的を達成できる。

１ シリンダブロック
２ シリンダヘッド
３ シリンダ
４ カム室
６ 冷却水ジャケット
７ クランク軸線
１１ 一方（排気側）の長手側面
１２ 他方（吸気側）の長手側面
１３ 排気ポート
１４ 排気マニホールド
１６ 吸気ポート
１７ 吸気マニホールド
１９ 排気ガス還流通路
２０ バルブハウジング
２０ａ バルブハウジングの開口上面
２１ 上流側還流通路
２１ｂ 上流側還流通路のバルブハウジングへの出口端
２２ 下流側還流通路 ２２ａ バルブハウジングから下流側還流通路への入口端
２３ 還流制御弁
２３ａ 還流制御弁のアクチェータ
２３ｂ 還流制御弁の弁体
２５ シール部材

Claims (2)

1. 排気系から吸気系への排気ガス還流通路の一部を，シリンダヘッドの内部に形成する一方，前記排気ガス還流通路の途中に還流制御弁を設けて成る内燃機関において，
   前記シリンダヘッドは，クランク軸と平行な２つの長手側面及びクランク軸と直交した２つの短手側面を有しており，前記シリンダヘッドの１つの長手側面と１つの短手側面とが交差した１つのコーナ部の箇所に，バルブハウジングが，前記シリンダヘッドの上面に開口すると共に前記排気ガス還流通路に連通するように凹み形成されている一方，
   前記排気ガス還流通路のうち前記シリンダヘッド内の部分は，排気系に連通する入口端を有する上流側還流通路と，吸気系に向かう出口端を有する下流側還流通路とに分断されていて，前記上流側還流通路の全体が下流側還流通路の入口端よりも下に位置していると共に，前記上流側還流通路は前記シリンダヘッドの長手側面の側に位置して下流側還流通路はシリンダヘッドの短手側面の側に位置しており，前記上流側還流通路における出口端及び前記下流側還流通路における入口端は，前記バルブハウジング内に連通しており，
   更に，前記バルブハウジング内には，前記還流制御弁が，当該還流制御弁と前記バルブハウジングとの間にシール部材を設けて装填されており，前記シール部材は，前記上流側還流通路における出口端及び前記下流側還流通路における入口端よりも高い部位に設けられており，前記上流側還流通路は，クランク軸の軸心及びシリンダボアの軸心と直交した方向から見て，その全体が出口端から入口端に向かって斜め下向きに傾斜していることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
2. 前記請求項１の記載において，前記シリンダヘッドは上向きに開口したカム室を有しており，前記下流側還流通路は前記カム室の外側に配置されていて，前記下流側還流通路の内側面が前記カム室の側面板で構成されていることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。

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