JP5671250B2 - 排気ガス再循環装置が組み込まれた吸気モジュール、および吸気モジュールを組み立てる方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関、好ましくは自動車の内燃機関における排気ガス再循環装置が組み込まれた吸気モジュールに関するものである。さらに、本発明は、そのような吸気モジュールの製造、組み立て方法に関する。

排気ガスの再循環は、内燃機関における燃料の燃焼中に発生する酸化窒素を低減するために知られている原理である。上記低減は、特定の排出規制値を満足できるようにすることが必要とされる。内燃機関のフレッシュエア流路、すなわち吸気通路に排気ガスが再循環される際には、しばしば高い温度が発生する。そこで、これまでは、排気ガス再循環流路とフレッシュエア流路との接続部は、金属ハウジング、特にアルミニウムから形成されたハウジングを用いて実現されることが特に必要とされていた。これは、一方で構造が複雑になり、他方で製造コストが高くなる。しかも、そのようなアルミニウムハウジングは、組み立てまたは分解が複雑であるという欠点を有するうえ、プラスチックのエアダクトに組み込まれるＥＧＲシステムに比べてかなり重くなる。

本発明は、上記の問題点に鑑み、吸気モジュールについて、特に、組み立てまたは分解が簡単で、重量が軽減されるという特徴を有する、改良された、または少なくとも異なる実施例を提供するものである。

上記の課題は、本発明に従って、独立請求項の主題により解決される。有利な実施例は、従属請求項の主題である。

本発明は、内燃機関において、プラスチックから成り、排気ガス再循環装置が組み込まれた吸気システムをデザインし、組み込まれた排気ガス流路を、吸気システムにおける結合装置を介して吸気システムのフレッシュエア流路に連通するように接続し、同時に、結合装置は排気ガス再循環バルブを受けるように形成され、吸気モジュールの排気ガス流路は、排気ガス流路とプラスチックから成る吸気システムとの間の特に有害な熱の移動が防止され、または少なくともより困難にされ得るような形で、熱が遮断されるように、フレッシュエア流路に接続され、または接続可能であるようにするというアイデアに基づく。

吸気システムは、フレッシュエア流路（エアダクト／チャージエアダクト）と結合装置とを含み、例えば、互いに溶接された２以上のプラスチックシェルから成り、または、単一部材、例えば中子を用いて（lost core method）形成された部材として作製されることも可能である。

これらの部材はプラスチックから形成される一方、やはり吸気モジュールに含まれる排気ガス流路は、典型的には金属から成る。

このようにして作製される吸気モジュールは、吸気システムにおけるプラスチックから成る結合装置によって互いに連通するように接続されたフレッシュエア流路と排気ガス流路とを有する。本発明の結合装置は、上記２つの流路を接続するのに加えて、再循環される排気ガスの注入がなされる排気ガス再循環バルブを組み込む機能を果たす。

排気ガス流路の内部の高温によって引き起こされる、プラスチックから形成された吸気システムの損傷を確実に回避するために、排気ガス流路は、少なくとも、吸気システムに損傷を与える、排気ガス流路から結合装置への熱の移動が確実に防止できて、熱が遮断されるように、吸気システムの結合装置に接続される。

概して、本発明の吸気モジュールでは、従来この部分に用いられていた、高価なアルミニウムによって作製された結合装置を省くことができ、併せて、組み立てが大幅に簡単になるという優れた利点を有している。本発明の吸気モジュールの組み立てには、単に、結合装置に、一方側から排気ガス流路が挿入され、他方側から排気ガス再循環バルブが、挿入されて、上記結合装置に接続されることだけが必要とされる。

同時に、本発明の吸気モジュールによって従来の、燃費に、したがって有害物質の排出に影響を与える金属的な解決（典型的に中間フランジとして設計される）に比べて、大幅な重量軽減が達成され得る。

特に、吸気システム、排気ガス流路、および排気ガス再循環バルブから構成される吸気モジュールが、あらかじめ完全に組み立てられて供給され得ることが考えられる。

本発明による解決の有利な拡張は、排気ガス流路は、吸気システムの結合装置に環状隙間を形成するように挿入され、カラーを用いて固定される。排気ガス流路から張り出すカラーは、排気ガスを流通させる排気ガス流路の一部が、吸気システムのプラスチックから成る結合装置といかなる部分でも直接接触しないようにして、排気ガス流路と結合装置との間のさらなる熱遮断をもたらす。さらに、結合装置と排気ガス流路のカラーとの間に、シーリング／スペーサエレメントが設けられ、これを用いることによって、排気ガス流路のカラーと結合装置とが、互いに直接接触することなく結合され、これによって、熱の移動がより困難にされる。結合装置と排気ガス流路のカラーとの間には、このように常に少なくとも小さな隙間が存在し、そこに存在する空気が断熱材として作用する。結合装置と、これに挿入される排気ガス流路の部分との間における環状隙間の形成によって、そこに介在する空気の層による、さらなる断熱が達成され、やはり、排気ガスパイプから結合装置への有害な熱の移動の虞れはない。

本発明による解決の有利な拡張は、上記環状隙間がフレッシュエア流路に向けて開口するように形成され、これによって通気される。静的な空気の層であっても高い断熱効果をもたらすが、通気される本発明の環状隙間、すなわち流れが通過する隙間によって、排気ガス流路と結合装置との間の熱の移動はさらに低減されることになり、これにより、プラスチックから形成される結合装置は、この部分に、なんら問題を生じることなく、すなわち特に長期間（long-term basis）用いることができる。

本発明による解決の有利な拡張は、排気ガス流路が、結合装置に挿入された部分に壁の開口を有し、この開口は、オプションとして外方に向けて反った、フレッシュエア流路に、少なくとも部分的に非接触に突き出したカラーを有している。カラーは、流れ案内部材として形成され、フレッシュエア流路に流れるフレッシュエアを部分的に結合装置と排気ガス流路との間の環状隙間に向ける。そのようにフレッシュガスの流れを向けることは、環状隙間の制御された通気、したがって、その強制冷却を引き起こし、これによって、やはり、排気ガス流路における結合装置と結合される部分と、結合装置との間の有害な熱の移動が確実に防止される。同時に、隙間内には、可能であればフレッシュガスだけが循環するので、カラーは、高温の排気ガスを環状隙間から除去し続けるように作用し、冷却効果がもたらされる。

さらに重要な本発明の特徴および利点は、従属項から、図面から、および図面に基づいた図説の関連する記載によってもたらされる。

上記および以下に説明される特徴は、それぞれについて述べられた組み合わせに限らず、本発明の枠組みの範囲内で、他の組み合わせや単独でも用いられることは自明である。

本発明の望ましい実施例は、図面に示され、また、以下に詳細に説明され、同一、または類似、または同等の機能を有する構成要素には、同一の符号が付される。

吸気モジュールを図式的に示す断面図である。 吸気システムの結合装置への排気ガス流路の取付けを図式的に示す詳細図である。 フレッシュエア流路と排気ガス流路との接続部を図式的に示す断面図である。

図示しない内燃機関、好ましくは車両の内燃機関における本発明の吸気モジュール１は、図１および図３に示すように、フレッシュエア流路２、および結合装置３から構成される吸気システムを有している。吸気システムの上には排気ガス流路４が取り付けられている。プラスチック、特にポリアミド（ＰＡ）またはポリプロピレン（ＰＰ）から形成される、本発明の結合装置３の部分では、排気ガス流路４とフレッシュエア流路２とが連通するように接続されている。加えて、本発明においては、結合装置３は、排気ガス再循環バルブ５を受けるように形成され、これによって、フレッシュエア流中への再循環排気ガスの注入がなされるようになっている。さらに、本発明では、排気ガス流路４は、吸気システムの結合装置３に、熱の移動が困難なように、好ましくは、ほとんど完全に阻止されるように接続されている。そのような熱の遮断が必要なのは、高い排気ガスの温度によって、排気ガス流路４が比較的熱くなり、これが、少なくとも長期間の暴露によって、吸気システムのブラスチック製の結合装置３を損傷させ得るからである。

本発明の吸気モジュール１の組み立てを簡単にするために、結合装置３は、円筒状容器６を有し、その一方側には、排気ガス流路４、他方側には、排気ガス再循環バルブ５が挿入されている。図１および図３から明らかなように、結合装置３の円筒状容器６に張り出す領域を有する排気ガス流路４は、吸気システムのプラスチック製の結合装置３のどこにも直接接続されるのではなく、結合装置３の円筒状容器６の内部に挿入されて環状隙間７が形成され、カラー８によって結合装置３に固定、好ましくはねじ止めされる。環状隙間７は、排気ガス流路４における吸気システムの結合装置３に取り付けられる部分を完全に取り囲み、少なくとも１箇所でフレッシュエア流路２に向けて開口するように形成され、フレッシュエア流路２を通して流れるフレッシュエアによる環状隙間７の換気が可能になっている。

特に図１から明らかなように、フレッシュエア流路２と排気ガス流路４とは、結合装置３の部分における異なるレベルで交差、特に直交（ねじれの位置）している。排気ガス再循環バルブ５は、少なくとも、そのバルブシート９が、排気ガス流路４における結合装置３内に張り出している部分に挿入され、排気ガス流路４が、この挿入されている部分によって、特に相対的に移動可能なバルブシート９とバルブプレート１０とによって閉塞され得るようになっている。排気ガス再循環バルブ５は、バルブシート９、および／または軸直角方向に（axially）間隔を空けた外郭１１によって、排気ガス流路４の中心に（centered）またはこれと一直線に（aligned）に配置されている。カラー８の、そして排気ガス流路４の結合装置３との接続は、ねじ締結で行われ、同様の締結は反対側、すなわち排気ガス再循環バルブ５の結合装置３への締結にも想定できる。もちろん、排気ガス流路４または排気ガス再循環バルブ５の結合装置３への締結のためには、別個のねじ１２に代えて通しボルトまたはねじが切られたロッドを用いることもできる。

さらに図１から明らかなように、排気ガス流路４には、結合装置３に挿入されている部分に、壁の開口部１３を有している。この開口部１３には、外方に向けて反ったカラー８’が形成され、このカラー８’は、フレッシュエア流路２における対応する開口部１４に、少なくとも部分的に非接触に突き出している。カラー８’は、好ましくは流れ案内部材として形成され、少なくともフレッシュエア流路２に流れるフレッシュエアを部分的に結合装置３と排気ガス流路４との間の環状隙間７に向ける。そこで、環状隙間７は強制的に換気され、特に強制的に冷却される。同時に、このカラー８’は高温の排気ガスが環状隙間７への望ましくない進入を防止する。

さらに、フレッシュエア流路２における開口部１４の反対側には、バッフルエレメント１５を設けることができ、これによって、高温になり得る排気ガスが流れ込むのに対してフレッシュエア流路２の壁面が直接衝撃を受けることから保護するようになっている。もちろん、例えば少なくとも最小限にフレッシュエア流路２に挿入される噴気孔など、他の対処も考えることができる。

本発明の吸気モジュール１は、排気ガス流路４が、単に結合装置３の対向する側方から挿入され、続いて、排気ガス再循環バルブ５が反対側から結合装置３に、特に排気ガス流路４に挿入されることによって、組み立てが大幅に簡単になる。これによって、排気ガス再循環バルブ５は、少なくとも部分的に４に突き通される。このことは、本発明の吸気モジュール１が、事前に組み立てられ、すなわち、完全に組み立てられて漏洩テストされたコンポーネントとして、組み立てラインに供給され、これによって続く組み立てが大幅に簡単になる点で、特に有利である。

環状隙間７の他に、特に図１および図２に明らかに示されるように、吸入システムの結合装置３への排気ガス流路４の特別な接続も、これらの構成要素間の熱遮断をもたらす。排気ガス流路４のカラー８と結合装置３とのねじ締結部分には、シーリング／スペーサエレメント１６が設けられ、これは、好ましくは、カラー８と結合装置３とが直接接触しない寸法に設定されている。これによって、空気の間隙が自動的に形成され、わずかなものであっても、良好に熱が遮断される。さらに、また、ねじ１２と吸入システムの結合装置３との間での熱の移動を低減する特別な熱遮断挿入部材１７（図２参照）を使用することも考えられる。

さらに、本発明の吸気モジュール１の組み立てを簡単にする特別な利点は、排気ガス再循環バルブ５が、排気ガス流路４に気密に挿入される必要がない点である。なぜならば、環状隙間７は、装置の外部（environment）に対してシーリング／スペーサエレメント１６によりシールされ、環状隙間７に浸入した望ましくない排気ガスであっても、そこから、環状隙間７に生じる流れを介してフレッシュエア流路２に運ばれ、さらに内燃機関の燃焼のために運ばれるので、排気ガス流路４を取り巻く環状隙間７への排気ガスの多少の漏れがあっても、装置の外部に排出されることにはならないからである。一般に、排気ガス再循環バルブ５は、排気ガス流路４内に気密に設けられる必要がある。内部の漏れは、円筒状容器６内に張り出す排気ガス流路４の部分をカラー８または挿入されたシールに半田付けすることによって低減することができる。排気ガス再循環バルブ５（バルブシート９の部分の前）と、排気ガス流路４における円筒状容器６内に張り出す部分との間には、フィットが設けられるか、またはシールエレメントが挿入される（例えばブッシュまたはＯリング）。

環状隙間７の特別な冷却によって、特に、従来この部分に用いられていた構造が複雑で高価な水冷が不要になる。この部分のギャップ幅は、少なくとも１ｍｍであることが好ましい。一般に、特にカラー８の部分、または結合装置３に張り出す部分において、排気ガス流路４は、単一の部材として形成されてもよいし、２つの部材として形成されてもよい。一般に、本発明の吸気モジュール１では、従来この部分に用いられていた高価な鋳造アルミニウムのハウジングを省くことができる。これによって、本発明の吸気モジュール１の組み立てまたは分解がかなり簡単なので、製造コストだけでなく、メインテナンスコストも低減される。しかし、重要な利点は、ここで紹介された本発明の吸気モジュール１は、事前に組み立てることができ、特に続く製造ラインでの組み立てが、簡単に行え、または能率化され得る（streamlined）ことである。

１ 吸気モジュール
２ フレッシュエア流路
３ 結合装置
４ 排気ガス流路
５ 排気ガス再循環バルブ
６ 円筒状容器
７ 環状隙間
８ カラー
８’ カラー
９ バルブシート
１０ バルブプレート
１１ 外郭
１２ ねじ（締結部材）
１３ 開口部
１４ 開口部
１５ バッフルエレメント
１６ シーリング／スペーサエレメント
１７ 熱遮断挿入部材

Claims (13)

1. 内燃機関、好ましくは自動車の内燃機関における排気ガス再循環装置が組み込まれた吸気モジュール（１）であって、
   それぞれプラスチックから成るフレッシュエア流路（２）、および結合装置（３）を含む吸気システムを有し、
   上記結合装置（３）は、排気ガス再循環バルブ（５）を受けるように形成され、
   上記結合装置（３）によって、排気ガス流路（４）がフレッシュエア流路（２）に連通するように接続され、
   上記排気ガス流路（４）は、カラー（８）、およびシーリング／スペーサエレメント（１６）を介して、上記排気ガス流路（４）が、結合装置（３）に直接接続されることなく、かつ、カラー（８）と結合装置（３）とが直接接触しないように、結合装置（３）に取り付けられることにより、上記結合装置（３）に、熱の移動が少なくとも困難にされるように結合され、
   吸気システムの結合装置（３）は、一方側から排気ガス流路（４）が挿入され、他方側から排気ガス再循環バルブ（５）が挿入され得る円筒状容器（６）を有し、
   フレッシュエア流路（２）と、排気ガス流路（４）とが、結合装置（３）における異なるレベルで交差していることを特徴とする吸気モジュール。
2. 請求項１の吸気モジュール（１）であって、
   吸気システムは、単一部材または複数の部品の組み合わせとしてのプラスチック射出成型部品であることを特徴とする吸気モジュール。
3. 請求項１および請求項２のうち何れか１項の吸気モジュール（１）であって、
   排気ガス流路（４）は、環状隙間（７）が形成されるように結合装置（３）に挿入され、カラー（８）によって結合装置（３）に取り付けられていることを特徴とする吸気モジュール。
4. 請求項３の吸気モジュール（１）であって、
   上記環状隙間（７）は、フレッシュエア流路（２）に向けて開口するように形成され、通気されることを特徴とする吸気モジュール。
5. 請求項１から請求項４のうち何れか１項の吸気モジュール（１）であって、
   排気ガス再循環バルブ（５）は、バルブシート（９）が排気ガス流路（４）に挿入されていることを特徴とする吸気モジュール。
6. 請求項５の吸気モジュール（１）であって、
   排気ガス再循環バルブ（５）は、バルブシート（９）、および／または軸直角方向に間隔を空けた外郭（１１）によって、排気ガス流路（４）の中心に配置されていることを特徴とする吸気モジュール。
7. 請求項１から請求項６のうち何れか１項の吸気モジュール（１）であって、
   排気ガス再循環バルブ（５）と、排気ガス流路（４）とは、それぞれ別個に、または共通の締結部材（１２）によって、結合装置（３）にねじ締結されていることを特徴とする吸気モジュール。
8. 請求項５から請求項７のうち何れか１項の吸気モジュール（１）であって、
   排気ガス流路（４）は、結合装置（３）に挿入される部分に、壁の開口部（１３）を有し、上記開口部（１３）は、外方に向けて反ったカラー（８’）を有し、上記カラー（８’）は、フレッシュエア流路（２）における対応する開口部（１４）に、少なくとも部分的に非接触に突き出していることを特徴とする吸気モジュール。
9. 請求項８の吸気モジュール（１）であって、
   カラー（８’）は、流れ案内部材として形成され、フレッシュエア流路（２）に流れるフレッシュエアの流れを部分的に結合装置（３）と排気ガス流路（４）との間の環状隙間（７）に向けることを特徴とする吸気モジュール。
10. 請求項８および請求項９のうち何れか１項の吸気モジュール（１）であって、
    フレッシュエア流路（２）における開口部（１４）の部分にバッフルエレメント（１５）が設けられていることを特徴とする吸気モジュール。
11. 請求項１から請求項１０のうち何れか１項の吸気モジュール（１）であって、
    吸気システムは、ポリアミド（ＰＡ）またはポリプロピレン（ＰＰ）から形成されていることを特徴とする吸気モジュール。
12. あらかじめ組み立てられた吸気モジュール（１）であって、
    フレッシュエア流路（２）および結合装置（３）を含む吸気システムと、
    排気ガス流路（４）と、
    結合装置（３）に取り付けられた排気ガス再循環バルブ（５）と、
    を備え、
    上記排気ガス流路（４）は、カラー（８）、およびシーリング／スペーサエレメント（１６）を介して、上記排気ガス流路（４）が、結合装置（３）に直接接続されることなく、かつ、カラー（８）と結合装置（３）とが直接接触しないように、結合装置（３）に取り付けられることにより、上記結合装置（３）に、熱の移動が少なくとも困難にされるように結合され、
    排気ガス流路（４）と排気ガス再循環バルブ（５）とが結合装置（３）における円筒状容器（６）の両側から挿入されて固定され、
    排気ガス再循環バルブ（５）は、排気ガス流路（４）に同軸状に挿入され、
    フレッシュエア流路（２）と、排気ガス流路（４）とが、結合装置（３）における異なるレベルで交差していることを特徴とする吸気モジュール。
13. 請求項１２の吸気モジュール（１）を組み立てる方法であって、
    排気ガス流路（４）と排気ガス再循環バルブ（５）とが結合装置（３）における円筒状容器（６）の両側から挿入されて固定され、
    排気ガス再循環バルブ（５）は、排気ガス流路（４）に同軸状に挿入されることを特徴とする吸気モジュールを組み立てる方法。

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