JP5800607B2 - EGR gas passage structure - Google Patents
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Description
本発明は、ＥＧＲガス通路の構造に関するものであり、特にシリンダヘッド内にＥＧＲガス通路を設けた場合の構造に関する。 The present invention relates to a structure of an EGR gas passage, and more particularly to a structure in the case where an EGR gas passage is provided in a cylinder head.
内燃機関で発生するＮＯXなどの排気ガスは、環境汚染を促進する物質として排出を低減するように努力されている。この効果的な方法の１つに、排気ガスの一部を吸気側に返すＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）がある。ＥＧＲの技術は以下の原理に基づくものである。まず、窒素は安定な元素であるが、超高温下では酸素と反応してＮＯXを生成する。 Exhaust gases, such as NO X generated in the internal combustion engine is an effort to reduce emissions as a substance that promotes environmental pollution. One effective method is EGR (Exhaust Gas Recirculation) that returns part of the exhaust gas to the intake side. EGR technology is based on the following principle. First, nitrogen is a stable element, but reacts with oxygen to generate NO x at an extremely high temperature.
つまり、燃焼室での燃焼が超高温になるためＮＯXが生成すると言える。そこで、すでに燃焼したガスの一部（以後「ＥＧＲガス」と呼ぶ。）を吸気に戻すことで、吸気中の酸素割合を減少させ、内燃機関中の燃焼温度を下げることで、ＮＯXの生成を抑制する。また、排気ガスを再循環させると熱効率が向上するので、燃費の向上が図れるという効果も得られる。 That is, it can be said that NO x is generated because combustion in the combustion chamber becomes extremely high temperature. Therefore, a part of the already burned gas (hereinafter referred to as “EGR gas”) is returned to the intake air, thereby reducing the oxygen ratio in the intake air and lowering the combustion temperature in the internal combustion engine, thereby generating NO x . Suppress. Moreover, since the heat efficiency is improved when the exhaust gas is recirculated, the effect of improving the fuel consumption can be obtained.
しかし、高温のＥＧＲガスをそのまま吸気に混ぜると、燃焼に必要な新気の割合が減少し、シリンダへの充填効率が減少する。そこで、ＥＧＲガスはエンジンのウォータージャケッド等の冷却箇所を利用して温度を下げることが行われていた。しかし、そこで新たな問題として、燃焼ガス中に水蒸気を含有させたまた、燃焼気体としてシリンダに送りこむと、燃焼不安定になるという課題が生じた。 However, if the high temperature EGR gas is mixed with the intake air as it is, the ratio of fresh air required for combustion decreases, and the charging efficiency into the cylinder decreases. Therefore, the temperature of the EGR gas has been lowered by using a cooling portion such as an engine water jacket. However, as a new problem, there has been a problem that combustion becomes unstable when water vapor is contained in the combustion gas or when it is sent to the cylinder as the combustion gas.
そこで、特許文献１では、ＥＧＲガスの冷却通路中に重力下方にくぼむ凹部を設ける発明の内容が開示されている。この凹部は冷却された凝縮水を一時的に溜めることができ、シリンダに水分が流入することを抑制することができる。 Therefore, Patent Document 1 discloses the contents of the invention in which a recess recessed under the gravity is provided in the cooling passage of the EGR gas. This recessed portion can temporarily store the cooled condensed water, and can suppress the inflow of moisture into the cylinder.
ＥＧＲガスの通路の冷却できる部分に凹部を設け、ＥＧＲガス中の水分を一時溜めておくことは水分をシリンダ内に入れないのに効果的である。しかし、この凹部はＥＧＲガス通路に略水平となる箇所があるのがよい。例えば、エンジンを直立に近い状態で設置する場合は、エキゾーストマニホールドからインテークマニホールドまでは、シリンダヘッドを挟んでほぼ同じ高さに形成されるので、水平に近いパスを確保することができる。したがって、特許文献１の技術を好適に利用することができる。 Providing a recess in the coolable portion of the EGR gas passage and temporarily storing the moisture in the EGR gas is effective for preventing moisture from entering the cylinder. However, it is preferable that this recess has a portion that is substantially horizontal to the EGR gas passage. For example, when the engine is installed in an almost upright state, the exhaust manifold to the intake manifold are formed at substantially the same height across the cylinder head, so that a path close to horizontal can be secured. Therefore, the technique of patent document 1 can be used suitably.
しかし、エンジンを寝かせた状態、つまりシリンダの中心軸が重力方向水平に近い状態でエンジンを設置する場合は、エキゾーストマニホールドからインテークマニホールドまで、水平に近いパスを確保することが難しい。 However, when the engine is installed in a state where the engine is laid down, that is, with the center axis of the cylinder being nearly horizontal in the direction of gravity, it is difficult to ensure a nearly horizontal path from the exhaust manifold to the intake manifold.
特に、シリンダヘッド内にＥＧＲガス通路を設ける場合は、シリンダヘッド内のウォータージャケットを利用することができるため、冷却という観点では効率的である。しかし、このタイプのエンジンを寝かせて設置する場合は、ＥＧＲガス通路に凹部を設けるのが
困難である。エキゾーストマニホールドとインテークマニホールドが、重力方向で上下の関係になるからである。
In particular, when an EGR gas passage is provided in the cylinder head, a water jacket in the cylinder head can be used, which is efficient in terms of cooling. However, when this type of engine is laid down, it is difficult to provide a recess in the EGR gas passage. This is because the exhaust manifold and the intake manifold are in a vertical relationship in the direction of gravity.
このようなタイプのエンジンの場合、エキゾーストマニホールドとインテークマニホールドまでの間のＥＧＲガス通路中の最も低い箇所に、ＥＧＲガス中の水分が凝縮して水滴となり貯留してしまうおそれがある。エンジンを直立にする場合との違いは、水分が溜まる凹部を水平に近いＥＧＲガス通路に設けた場合は、水分がＥＧＲガス通路を塞ぐことはないが、エンジンを寝かせた場合は、ＥＧＲガス通路が基本的に垂直方向であるので凝縮した水分がＥＧＲガス通路を塞いでしまう場合があることである。 In the case of this type of engine, there is a possibility that water in the EGR gas is condensed and stored as water droplets at the lowest point in the EGR gas passage between the exhaust manifold and the intake manifold. The difference from the case where the engine is made upright is that when the concave portion where water is accumulated is provided in the nearly horizontal EGR gas passage, the water does not block the EGR gas passage, but when the engine is laid down, the EGR gas passage Is basically in the vertical direction, the condensed water may block the EGR gas passage.
ＥＧＲガス中にあった水分が凝縮した水滴が貯留し、ＥＧＲガス通路を塞いでしまうと、ＥＧＲガスの勢いで、水が突発噴射され、インテークマニホールド内を水浸しにする、若しくはシリンダ内に水が入るといった課題が生じる。 If water droplets in which water contained in the EGR gas is condensed accumulate and block the EGR gas passage, water is ejected suddenly by the force of the EGR gas, so that the intake manifold is submerged or water enters the cylinder. The problem of entering.
また、特にシリンダヘッド内にＥＧＲガス通路を設けた場合は、そもそもシリンダヘッド内に水がたまる箇所を設けると、そこから腐食が発生するおそれもある。例えば、シリンダヘッドを軽量のアルミニウムで構成した場合、窒素酸化物を含むＥＧＲガスに曝される水分は強酸性液体になるので、シリンダヘッド自体が腐食されてしまう。 In particular, when an EGR gas passage is provided in the cylinder head, corrosion may occur from the location where water is accumulated in the cylinder head. For example, when the cylinder head is made of lightweight aluminum, the moisture exposed to the EGR gas containing nitrogen oxides becomes a strongly acidic liquid, so that the cylinder head itself is corroded.
本発明は、上記課題に鑑みて想到された発明であり、シリンダヘッド内にＥＧＲガス通路を設けた場合であっても、シリンダヘッド内にＥＧＲガス中の水分が凝縮した水が貯留しないＥＧＲガス通路構造を提供するものである。 The present invention has been conceived in view of the above problems, and even when an EGR gas passage is provided in the cylinder head, EGR gas in which water in which water in the EGR gas is condensed does not accumulate in the cylinder head A passage structure is provided.
より具体的に本発明のＥＧＲガス通路構造は、
重力下側にエキゾーストマニホールドが配置され、重力上側にインテークマニホールドが配置された傾斜配置されたエンジンのシリンダヘッド内に設けられたＥＧＲガス通路構造であって、
前記エキゾーストマニホールド側に設けられた第１の開口と、
前記インテークマニホールド側の前記シリンダヘッド外面に形成された載置水平面に設けられた第２の開口と、
前記第１の開口と前記第２の開口を連通する連通路を有し、
前記連通路は、全長に渡って、ＥＧＲガスが流れる方向に向かって上昇するように傾斜し、
前記傾斜角は少なくとも２段階あり、下流側ほど前記傾斜角が大きくなり、
前記第２の開口にＥＧＲバルブを連結させ、
前記ＥＧＲバルブは、バルブ体を軸線方向に動かすことで、還流するガス量を調整する構造を有し、前記バルブの軸線方向の延長線上には、前記第２の開口が開口していることを特徴とする。
More specifically, the EGR gas passage structure of the present invention is:
An EGR gas passage structure provided in a cylinder head of an inclined engine in which an exhaust manifold is arranged below gravity and an intake manifold is arranged above gravity ,
A first opening provided on the exhaust manifold side;
A second opening provided in a mounting horizontal surface formed on the outer surface of the cylinder head on the intake manifold side;
A communication path communicating the first opening and the second opening;
The communication path is inclined to rise in the direction in which the EGR gas flows over the entire length ,
The tilt angle has at least two stages, and the tilt angle increases toward the downstream side,
An EGR valve is connected to the second opening;
The EGR valve has a structure for adjusting the amount of gas to be recirculated by moving the valve body in the axial direction, and the second opening is opened on an extension line in the axial direction of the valve. Features.
さらに、上記のＥＧＲバルブを有するＥＧＲガス通路構造では、前記ＥＧＲバルブはエンジン停止中に閉じた状態であり、エンジンの始動前に少なくとも１度は開方向に作動することを特徴とする。 Furthermore, in the EGR gas passage structure having the EGR valve described above, the EGR valve is in a closed state while the engine is stopped, and operates in the opening direction at least once before the engine is started.
本発明のＥＧＲガス通路構造は、シリンダヘッド内に常に上り傾斜を有するように形成されるので、シリンダヘッド内に設けられたＥＧＲガス通路が上記のような構造を有することによって、エキゾーストマニホールド側を重力下側にしさえすれば、冷却され結露したＥＧＲガス中の水分は、すべてエキゾーストマニホールド側に落下するので、水が吸気側に噴射されるおそれがない。 Since the EGR gas passage structure of the present invention is formed so as to always have an upward inclination in the cylinder head, the EGR gas passage provided in the cylinder head has the above-described structure, so that the exhaust manifold side is disposed. As long as the gravity is set to the lower side, all the water in the cooled and condensed EGR gas falls to the exhaust manifold side, so there is no possibility that water is injected to the intake side.
また、高温のエキゾーストマニホールド側に落下することで、蒸発し排気ガスと一緒に排出されるので、シリンダヘッド内に残留せず、ＥＧＲガス通路を腐食するおそれがない。したがって、シリンダヘッド内ＥＧＲガス通路に腐食防止のコーティングが不要となり、コストの低減に寄与する。 Moreover, since it drops to the high temperature exhaust manifold side and evaporates and is discharged together with the exhaust gas, it does not remain in the cylinder head and there is no possibility of corroding the EGR gas passage. Therefore, a coating for preventing corrosion is not required in the EGR gas passage in the cylinder head, which contributes to cost reduction.
また、ＥＧＲガス通路は下流側（インテークマニホールド側）に行くほど温度が下がるので、下流側ほど通路内壁面に結露する。しかし、下流側の方が重力の働く方向で見たときの位置が高いため、結露した水滴は、ＥＧＲガス通路内を伝い落ち、通路内壁面に結露した水分を次々と吸収する。したがって、通路内の水はけが良くなる。 Further, since the temperature of the EGR gas passage decreases toward the downstream side (intake manifold side), condensation occurs on the inner wall surface of the passage toward the downstream side. However, since the downstream side has a higher position when viewed in the direction in which gravity acts, the condensed water droplets flow down in the EGR gas passage and absorb moisture condensing on the inner wall surface of the passage one after another. Therefore, drainage in the passage is improved.
また、上記に説明したように、ＥＧＲガス通路では、下流側ほど水滴が付き易いので、下流側の傾斜をより垂直に近くなるように構成することで、より水滴の落下を促すことができる。また、ＥＧＲガス通路の傾斜角が変わる点でＥＧＲガスの流れに乱れが生じるため、その乱れによって、通路内壁面の水滴がより落下しやすくなる。 Further, as described above, in the EGR gas passage, water drops are more likely to be attached to the downstream side, so that the drop of the water drops can be further urged by configuring the inclination on the downstream side to be closer to the vertical. In addition, since the EGR gas flow is disturbed at the point where the inclination angle of the EGR gas passage changes, the water droplets on the inner wall surface of the passage more easily fall due to the disturbance.
また、ＥＧＲガス通路の前記第２の開口にＥＧＲバルブを連結させ、バルブの軸線方向の延長線上には、ヘッド内ＥＧＲ通路の出口部が開口するように構成したので、バルブ体に付着した水滴は、ＥＧＲバルブが作動すると、その振動でシリンダヘッド内のＥＧＲガス通路に落下する。ＥＧＲバルブはヘッド内ＥＧＲ通路の最も下流でなおかつ重力方向で最も高い位置に配置されるので、落下した水滴は多くのＥＧＲ通路内の壁面に付着している水滴を取り込み、より水はけがよくなる。 In addition, since the EGR valve is connected to the second opening of the EGR gas passage, and the outlet portion of the EGR passage in the head opens on the extension line in the axial direction of the valve, the water droplets attached to the valve body When the EGR valve is actuated, it drops into the EGR gas passage in the cylinder head due to the vibration. Since the EGR valve is arranged at the most downstream position in the EGR passage in the head and at the highest position in the direction of gravity, the dropped water droplets take in water droplets adhering to the wall surfaces in many EGR passages, and the water drainage becomes better.
さらに、上記のＥＧＲバルブはエンジン停止中に閉じた状態であり、エンジンの始動前に少なくとも１度は開方向に作動することとしたので、エンジン停止中には、排気ガスが吸気系に流れない。また、エンジンが始動する前にＥＧＲバルブ体を作動させるので、この時、バルブ体に水分が付着していても、それはシリンダヘッド内のＥＧＲバルブ通路側に落下する。したがって、エンジン始動後にＥＧＲバルブを作動させても、ＥＧＲバルブ体に付着していた水分が吸気側に飛ばされるおそれがない。 Further, since the EGR valve is in a closed state when the engine is stopped and operates in the opening direction at least once before the engine is started, the exhaust gas does not flow to the intake system while the engine is stopped. . Further, since the EGR valve body is operated before the engine is started, even if moisture is attached to the valve body at this time, it falls to the EGR valve passage side in the cylinder head. Therefore, even if the EGR valve is operated after the engine is started, there is no possibility that the moisture adhering to the EGR valve body is blown to the intake side.
以下に図面を用いて本発明のＥＧＲガス通路構造について説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨から外れない範囲内で、下記の実施形態を変更しても、本発明の技術的範囲に含まれるのは言うまでもない。 The EGR gas passage structure of the present invention will be described below with reference to the drawings. The following description exemplifies an embodiment of the present invention, and changes within the scope of the present invention are included in the technical scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention. Needless to say.
図１に本発明のＥＧＲガス通路構造１を有するシリンダヘッド１０の側面図を示す。このエンジンは、シリンダの軸線３が重力方向４に対してα度だけ傾いたエンジンである。ヘッドカバー５とシリンダブロック６は２点鎖線で示した。また、インテークマニホールド（図示せず）は、シリンダヘッド１０の上方に配置され、エキゾーストマニホールド（図示せず）は下方に配置される。したがって、吸気は矢印１１方向からシリンダヘッド１０に供給され、矢印１２方向に排出される。 FIG. 1 shows a side view of a cylinder head 10 having an EGR gas passage structure 1 of the present invention. This engine is an engine in which the axis 3 of the cylinder is inclined by α degrees with respect to the gravity direction 4. The head cover 5 and the cylinder block 6 are indicated by a two-dot chain line. An intake manifold (not shown) is arranged above the cylinder head 10, and an exhaust manifold (not shown) is arranged below. Accordingly, the intake air is supplied to the cylinder head 10 from the direction of the arrow 11 and discharged in the direction of the arrow 12.
図２は、図１のＡ方向からシリンダヘッド１０を見た図である。シリンダヘッド１０からの排気口（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）が３つあることからわかるように、３気筒のエンジンを例示する。しかし、気筒数は例示であり、限定されるものではない。排気口１４に隣接してＥＧＲガス通路２０の開口２１が設けられている。 FIG. 2 is a view of the cylinder head 10 as viewed from the direction A in FIG. As can be seen from the three exhaust ports (14a, 14b, 14c) from the cylinder head 10, a three-cylinder engine is illustrated. However, the number of cylinders is an example and is not limited. An opening 21 of the EGR gas passage 20 is provided adjacent to the exhaust port 14.
この開口２１は、ＥＧＲガスが吸気側まで返される通路のスタート点であり、ＥＧＲガス通路２０の第１の開口２１と呼ぶ。排気口（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）とＥＧＲガス通路２０の開口２１は、共通の接続面２６上に形成されており、図示しないエキゾーストマニホールドは、３つの排気口（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）とＥＧＲガス通路２０の開口２１を共通に覆った上で、エキゾーストパイプに繋がる。エキゾーストパイプの方向は符号Ｅで示す。 The opening 21 is a starting point of a passage where the EGR gas is returned to the intake side, and is referred to as a first opening 21 of the EGR gas passage 20. The exhaust ports (14a, 14b, 14c) and the opening 21 of the EGR gas passage 20 are formed on a common connection surface 26, and the exhaust manifold (not shown) has three exhaust ports (14a, 14b, 14c) and EGR. After covering the opening 21 of the gas passage 20 in common, it connects with an exhaust pipe. The direction of the exhaust pipe is indicated by E.
第１の開口２１は、シリンダヘッド１０の排気口（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）からエキゾーストパイプに繋がる方向の下流側に配置されるのがよい。排気を取り込みやすいからである。また、ＥＧＲガス通路２０は、シリンダヘッド１０の隅に形成するのが容易である。シリンダヘッド１０の中央部分には、カムや開閉バルブが配置されるため、ＥＧＲガス通路２０を設けるスペースを確保するのが容易でないからである。 The first opening 21 is preferably arranged on the downstream side in the direction connecting the exhaust port (14a, 14b, 14c) of the cylinder head 10 to the exhaust pipe. It is because it is easy to take in exhaust. Further, the EGR gas passage 20 can be easily formed at the corner of the cylinder head 10. This is because it is not easy to secure a space for providing the EGR gas passage 20 because a cam and an opening / closing valve are arranged in the central portion of the cylinder head 10.
図３（ａ）は、図１のＢ方向から見たシリンダヘッド１０である。図３（ｂ）はその一部拡大図である。ヘッドカバーで覆われている部分は省略している。傾斜して載置されるシリンダヘッド１０の隅のうち、重力方向で位置が高い方の隅にＥＧＲバルブ３０を載置するための水平面が設けられる。これを載置水平面２５と呼ぶ。シリンダヘッド１０内に設けられたＥＧＲガス通路２０は、この載置水平面２５に開口２２を有する。この開口２２は第１の開口２１から見るとＥＧＲガス通路２０の下流にあたり、ＥＧＲガス通路２０の第２の開口２２と呼ぶ。 FIG. 3A shows the cylinder head 10 viewed from the direction B in FIG. FIG. 3B is a partially enlarged view thereof. The portion covered with the head cover is omitted. A horizontal surface for placing the EGR valve 30 is provided at a corner of the cylinder head 10 that is placed in an inclined manner and has a higher position in the direction of gravity. This is referred to as a mounting horizontal surface 25. The EGR gas passage 20 provided in the cylinder head 10 has an opening 22 in the mounting horizontal surface 25. The opening 22 is downstream of the EGR gas passage 20 when viewed from the first opening 21, and is referred to as a second opening 22 of the EGR gas passage 20.
ＥＧＲバルブ３０はこの載置水平面２５の第２の開口２２に吸入口（図示せず）を合わせて配設される。ＥＧＲバルブ３０のバルブ動作方向を重力方向にするためである。 The EGR valve 30 is disposed with a suction port (not shown) aligned with the second opening 22 of the mounting horizontal surface 25. This is to make the valve operation direction of the EGR valve 30 the gravity direction.
ＥＧＲバルブ３０の構成の詳細は図４を用いて後述するが、シリンダヘッド１０に設けられた載置水平面２５に配設されたＥＧＲバルブ３０は、ＥＧＲガス排出口３１を有する。このＥＧＲガス排出口３１は、吸気側（例えばインテークマニホールド）に連通される。ＥＧＲバルブ３０は、載置水平面２５上に設けられた第２の開口２２からＥＧＲガスを吸込み、このＥＧＲガス排出口３１から吸気側にＥＧＲガスを送る。 Details of the configuration of the EGR valve 30 will be described later with reference to FIG. 4, but the EGR valve 30 disposed on the mounting horizontal surface 25 provided in the cylinder head 10 has an EGR gas discharge port 31. The EGR gas discharge port 31 communicates with an intake side (for example, an intake manifold). The EGR valve 30 sucks EGR gas from the second opening 22 provided on the mounting horizontal surface 25 and sends the EGR gas from the EGR gas discharge port 31 to the intake side.
再び図１を参照して、図２のＥＧＲガス通路２０の第１の開口２１からは、シリンダヘッド１０中をＥＧＲガス通路２０が形成されている。ＥＧＲガス通路２０は、シリンダヘッド１０とシリンダブロック６の連結部分１０ａに沿って、所定の長さ分形成され、そこから方向を変える（２０ｃ）。そして、載置水平面２５の中央に、第２の開口２２が形成されるように形成する。つまり、ＥＧＲガス通路２０は、第１の開口２１と第２の開口２２の間に形成された連通路といえる。 Referring to FIG. 1 again, an EGR gas passage 20 is formed in the cylinder head 10 from the first opening 21 of the EGR gas passage 20 of FIG. The EGR gas passage 20 is formed by a predetermined length along the connecting portion 10a between the cylinder head 10 and the cylinder block 6, and the direction is changed therefrom (20c). And it forms so that the 2nd opening 22 may be formed in the center of the mounting horizontal surface 25. That is, the EGR gas passage 20 can be said to be a communication passage formed between the first opening 21 and the second opening 22.
この結果、ＥＧＲガス通路２０は、シリンダヘッド１０中で少なくとも１回方向が変更される。なお、第１の開口２１に近いＥＧＲガス通路２０を上流側ＥＧＲガス通路２０ａとよび、第２の開口に近いＥＧＲガス通路２０を下流側ＥＧＲガス通路２０ｂとよぶ。 As a result, the direction of the EGR gas passage 20 is changed at least once in the cylinder head 10. The EGR gas passage 20 close to the first opening 21 is called an upstream EGR gas passage 20a, and the EGR gas passage 20 close to the second opening is called a downstream EGR gas passage 20b.
上流側ＥＧＲガス通路２０ａと、下流側ＥＧＲガス通路２０ｂは、重力方向４に対して、異なる角度を有する。ここで、重力方向４に対する角度とは、ＥＧＲガス通路２０の中心線と重力方向４のなす角度を言う。 The upstream EGR gas passage 20 a and the downstream EGR gas passage 20 b have different angles with respect to the gravity direction 4. Here, the angle with respect to the gravity direction 4 refers to an angle formed by the center line of the EGR gas passage 20 and the gravity direction 4.
図３（ｂ）を参照して、上流側ＥＧＲガス通路２０ａと重力方向４のなす角度はβであ
り、下流側ＥＧＲガス通路２０ｂと重力方向４のなす角度はγである。ここで、本発明のＥＧＲガス通路構造１では、γ＜βの関係がある。すなわち、下流側ＥＧＲガス通路２０ｂの方が重力方向４に近い。言い換えるとＥＧＲガス通路２０の傾斜角が大きい。なお、ここで傾斜角とは、重力方向４となす角度を９０度から引いた角度である。
Referring to FIG. 3B, the angle formed between the upstream EGR gas passage 20a and the gravity direction 4 is β, and the angle formed between the downstream EGR gas passage 20b and the gravity direction 4 is γ. Here, in the EGR gas passage structure 1 of the present invention, there is a relationship of γ <β. That is, the downstream EGR gas passage 20 b is closer to the gravity direction 4. In other words, the inclination angle of the EGR gas passage 20 is large. Here, the inclination angle is an angle obtained by subtracting the angle formed with the gravity direction 4 from 90 degrees.
また、上記のように、下流側ＥＧＲガス通路２０ｂの重力方向４となす角度γは、ゼロでない場合もある。つまり、第２の開口２２の地点における下流側ＥＧＲガス通路２０ｂの重力方向４とのなす角度もゼロ（すなわち垂直）でない場合もある。 Further, as described above, the angle γ formed with the gravity direction 4 of the downstream EGR gas passage 20b may not be zero. That is, the angle formed by the gravity direction 4 of the downstream EGR gas passage 20b at the point of the second opening 22 may not be zero (that is, vertical).
次に、本発明のＥＧＲガス通路２０の作用について説明する。ＥＧＲガスは、図２で示したエキゾーストマニホールド内の第１の開口２１から、シリンダヘッド１０内に設けられたＥＧＲガス通路２０を昇る。シリンダヘッド１０中にはウォータージャケット（図示せず）が網の目のように形成されており、高い冷却能力を有している。つまり、ＥＧＲガスは重力方向４を上昇し、ＥＧＲガス通路２０の下流側に向かうほど温度が下がる。 Next, the operation of the EGR gas passage 20 of the present invention will be described. The EGR gas ascends in the EGR gas passage 20 provided in the cylinder head 10 from the first opening 21 in the exhaust manifold shown in FIG. A water jacket (not shown) is formed in the cylinder head 10 like a mesh and has a high cooling capacity. That is, the EGR gas rises in the direction of gravity 4, and the temperature decreases toward the downstream side of the EGR gas passage 20.
温度が下がると、ＥＧＲガス中に含まれていた水蒸気が結露して水滴となりＥＧＲガス通路２０の内壁面に付着する。付着する水滴は、上流側ＥＧＲガス通路２０ａから下流側ＥＧＲガス通路２０ｂに向うほど大きな水滴となる。ＥＧＲガスの温度が下がるからである。ここで、下流側ＥＧＲガス通路２０ｂの傾斜角は、大きく（垂直に近く）設定されているので、水滴は自重でＥＧＲガス通路２０の内壁面を伝いながら落下する。落下した水滴は、さらに内壁面に付着している水滴を吸収しながら落下する。そのためＥＧＲガス通路２０内は、水はけがよい。 When the temperature decreases, water vapor contained in the EGR gas is condensed to form water droplets and adheres to the inner wall surface of the EGR gas passage 20. The adhering water droplets become larger as they go from the upstream EGR gas passage 20a to the downstream EGR gas passage 20b. This is because the temperature of the EGR gas decreases. Here, since the inclination angle of the downstream EGR gas passage 20b is set to be large (nearly vertical), the water droplet falls while traveling along the inner wall surface of the EGR gas passage 20 by its own weight. The dropped water droplet further falls while absorbing the water droplet adhering to the inner wall surface. Therefore, drainage is good in the EGR gas passage 20.
また、上流側ＥＧＲガス通路２０ａと下流側ＥＧＲガス通路２０ｂの傾斜角は、異なるので、この屈曲点２０ｃでＥＧＲガスの流れが変化する。その際の風圧の変化によって、屈曲点２０ｃ付近の水滴は容易に落下するようになる。 Moreover, since the inclination angle of the upstream EGR gas passage 20a and the downstream EGR gas passage 20b is different, the flow of EGR gas changes at this bending point 20c. Due to the change in the wind pressure at that time, water droplets near the bending point 20c easily fall.
また、上流側ＥＧＲガス通路２０ａから下流側ガス通路２０ｂに向かって、常に傾斜角が設けられているため、ＥＧＲガス中の水分はどこにも貯留することがない。したがって、ＥＧＲガス通路２０が形成されたシリンダヘッド１０内で腐食が生じる事が無い。つまり、シリンダヘッド１０内のＥＧＲガス通路２０に腐食防止処理等を行う必要がなく、コスト低減に寄与する。 In addition, since an inclination angle is always provided from the upstream EGR gas passage 20a toward the downstream gas passage 20b, moisture in the EGR gas is not stored anywhere. Therefore, corrosion does not occur in the cylinder head 10 in which the EGR gas passage 20 is formed. That is, the EGR gas passage 20 in the cylinder head 10 does not need to be subjected to corrosion prevention processing or the like, which contributes to cost reduction.
なお、ＥＧＲガス通路２０内を落下した水滴はエキゾーストマニホールドに落ちる。エキゾーストマニホールドは、高温の排気ガスが通過する部分であるので、水滴は蒸発し、排気ガスと一緒に排出される。 The water droplets that have fallen in the EGR gas passage 20 fall into the exhaust manifold. Since the exhaust manifold is a portion through which high-temperature exhaust gas passes, the water droplets evaporate and are discharged together with the exhaust gas.
図４（ａ）には、シリンダヘッド１０、とその内部に設けられたＥＧＲガス通路２０、ＥＧＲバルブ３０、インテークマニホールド９１、エキゾーストマニホールド９０を模式的に描いた図を示す。図４（ｂ）はその一部拡大図である。インテークマニホールド９１には、スロットルボディ９２から新気がインテークマニホールド９１内に導入される。インテークマニホールド９１内には、ＥＧＲガス流入口３７がある。本発明のＥＧＲガス通路構造１は、ＥＧＲバルブを含んでいてもよい。 FIG. 4A schematically shows the cylinder head 10 and the EGR gas passage 20, the EGR valve 30, the intake manifold 91, and the exhaust manifold 90 provided therein. FIG. 4B is a partially enlarged view thereof. Fresh air is introduced into the intake manifold 91 from the throttle body 92 into the intake manifold 91. There is an EGR gas inlet 37 in the intake manifold 91. The EGR gas passage structure 1 of the present invention may include an EGR valve.
シリンダヘッド１０の吸気側にはインテークマニホールド９１が連結され、また排気側には、エキゾーストマニホールド９０が連結されている。エキゾーストマニホールド９０内には、シリンダヘッド１０内に設けられたＥＧＲガス通路２０の入り口である第１の開口２１が形成される。 An intake manifold 91 is connected to the intake side of the cylinder head 10, and an exhaust manifold 90 is connected to the exhaust side. In the exhaust manifold 90, a first opening 21 that is an inlet of an EGR gas passage 20 provided in the cylinder head 10 is formed.
シリンダヘッド１０の重力方向４で高い隅には載置水平面２５が形成され、ＥＧＲガス通路２０は、載置水平面２５に第２の開口２２を形成する。ＥＧＲガス通路２０は、第１の開口２１から第２の開口２２まで、シリンダヘッド１０内に形成された連通路である。 A mounting horizontal plane 25 is formed at a corner of the cylinder head 10 that is high in the gravity direction 4, and the EGR gas passage 20 forms a second opening 22 in the mounting horizontal plane 25. The EGR gas passage 20 is a communication passage formed in the cylinder head 10 from the first opening 21 to the second opening 22.
インテークマニホールド９１内で新気と混合されたＥＧＲガスは、燃料を混合された後、燃焼室１０ｅで燃焼され、シリンダヘッド１０の排気口１４ｃからエキゾーストマニホールド９０に排出される。そして、排気ガスの一部が、第１の開口２１からＥＧＲガス通路２０に入る。図４では、ＥＧＲガス通路２０は１つの傾斜だけで示したが、実際には２つの通路から形成され、それぞれ傾斜角が異なる。 The EGR gas mixed with fresh air in the intake manifold 91 is mixed with fuel, burned in the combustion chamber 10e, and discharged from the exhaust port 14c of the cylinder head 10 to the exhaust manifold 90. A part of the exhaust gas enters the EGR gas passage 20 from the first opening 21. In FIG. 4, the EGR gas passage 20 is shown with only one inclination, but in actuality, it is formed of two passages, each having a different inclination angle.
従って、ＥＧＲガス通路２０を昇るほどＥＧＲガスはＥＧＲガス通路２０の壁面に結露し水滴となり、落下し、エキゾーストマニホールド９０に落ちる。 Accordingly, as the EGR gas passage 20 rises, the EGR gas condenses on the wall surface of the EGR gas passage 20 to form water droplets, falls, and falls to the exhaust manifold 90.
シリンダヘッド１０の載置水平面２５に配設されたＥＧＲバルブ３０は、軸線方向に移動可能なバルブ軸３２と、バルブ軸３２に連結されたバルブ体３３と、バルブ体３３と密着当接し流路３５を塞ぐ弁座３４を有する。バルブ体３３で塞がれた流路の下流側には、ＥＧＲガス排出口３１が設けられている。ＥＧＲバルブ３０は載置水平面２５に形成されたＥＧＲガス通路２０の第２の開口２２に、流路３５が連通されている。したがって、バルブ軸３２の軸線方向には、ＥＧＲガス通路２０の第２の開口２２が存在する位置関係となる。 The EGR valve 30 disposed on the mounting surface 25 of the cylinder head 10 includes a valve shaft 32 movable in the axial direction, a valve body 33 connected to the valve shaft 32, and a valve body 33 in close contact with the valve body 33. A valve seat 34 that closes 35 is provided. An EGR gas discharge port 31 is provided on the downstream side of the flow path blocked by the valve body 33. In the EGR valve 30, a flow path 35 is communicated with the second opening 22 of the EGR gas passage 20 formed on the mounting horizontal surface 25. Therefore, in the axial direction of the valve shaft 32, the second opening 22 of the EGR gas passage 20 is present.
バルブ軸３２が軸線方向に移動すると、弁座３４と密着当接していたバルブ体３３が、流路３５方向に移動し、バルブ体３３と弁座３４の間に隙間ができ、ＥＧＲガスが流れる。つまり、バルブ体３３を軸線方向に動かすことで、還流するガス量を調整する構造を有している。 When the valve shaft 32 moves in the axial direction, the valve body 33 that has been in close contact with the valve seat 34 moves in the direction of the flow path 35, creating a gap between the valve body 33 and the valve seat 34, and EGR gas flows. . In other words, the valve body 33 is moved in the axial direction to adjust the amount of gas to be recirculated.
流れたＥＧＲガスは、弁座３４の下流に設けられたＥＧＲガス排出口３１からＥＧＲパイプ３６を通って、ＥＧＲガス流入口３７に流れる。なお、バルブ軸３２の移動動作は、図示しない制御装置によって、指示される。 The EGR gas that has flowed flows from the EGR gas discharge port 31 provided downstream of the valve seat 34 through the EGR pipe 36 to the EGR gas inlet 37. The movement operation of the valve shaft 32 is instructed by a control device (not shown).
このようなバルブをＥＧＲバルブ３０として用いると、バルブ体３３に結露した水滴がバルブ体３３の動きによってＥＧＲガス通路２０内に落下し、水滴のはけをよくする。したがって、ＥＧＲバルブ３０のバルブ体３３は、重力方向に沿って作動するのが好ましい。水滴を落下させやすいからである。 When such a valve is used as the EGR valve 30, water droplets condensed on the valve body 33 fall into the EGR gas passage 20 by the movement of the valve body 33, and the water droplets are improved. Therefore, it is preferable that the valve body 33 of the EGR valve 30 operates along the direction of gravity. This is because it is easy to drop water drops.
なお、バルブ体３３の直下には、流路３５を介して、載置水平面２５に設けられた第２の開口２２が位置しているので、バルブ体３３からの水滴の落下は、ＥＧＲガス通路２０内の水滴をエキゾーストマニホールド９０に排出するきっかけにもなる。 Since the second opening 22 provided on the mounting horizontal surface 25 is located directly below the valve body 33 via the flow path 35, the drop of water droplets from the valve body 33 is caused by the EGR gas passage. It also triggers the discharge of water droplets 20 into the exhaust manifold 90.
また、このようなバルブは、通常は常にバルブ体３３と弁座３４が密着当接しているので、エンジンが停止した後に、ＥＧＲガスが吸気側に進入することがない。 In such a valve, normally, the valve body 33 and the valve seat 34 are always in close contact with each other, so that EGR gas does not enter the intake side after the engine is stopped.
また、ＥＧＲバルブ３０の制御として、エンジン始動（初点火）前にバルブ体３３を少なくとも１度、作動させるのが望ましい。エンジンが点火されると、排気ガスが発生し、ＥＧＲガス通路２０内の圧力が上がる。また、エンジンを停止していたので、バルブ体３３に水滴が付着しているおそれがある。その場合、ＥＧＲガス通路２０内の圧力が上昇してからＥＧＲバルブ３０を開けると、バルブ体３３に付着していた水滴が吸気側に噴射されるおそれがあるからである。 Further, as a control of the EGR valve 30, it is desirable to operate the valve body 33 at least once before starting the engine (initial ignition). When the engine is ignited, exhaust gas is generated and the pressure in the EGR gas passage 20 increases. Further, since the engine is stopped, there is a possibility that water droplets are attached to the valve body 33. In this case, if the EGR valve 30 is opened after the pressure in the EGR gas passage 20 increases, water droplets attached to the valve body 33 may be ejected to the intake side.
以上のように本発明のＥＧＲガス通路構造１は、冷却されたＥＧＲガスから露結して生じる水滴がシリンダヘッド１０内に貯留しない構成であるため、腐食防止処理などを行わなくても、ＥＧＲガス通路内が腐食することがなく、また、貯留した水滴が吸気側に噴出
することもない。
As described above, the EGR gas passage structure 1 according to the present invention has a configuration in which water droplets generated by condensation from the cooled EGR gas are not stored in the cylinder head 10, so that EGR can be performed without performing corrosion prevention treatment or the like. The gas passage is not corroded, and the stored water droplets are not ejected to the intake side.
本発明は、内部にＥＧＲガス通路を形成したシリンダヘッドを有するエンジンに好適に用いることができる。 The present invention can be suitably used for an engine having a cylinder head in which an EGR gas passage is formed.
１ ＥＧＲガス通路構造
３ エンジンのシリンダ方向
４ 重力方向
５ ヘッドカバー
６ シリンダブロック
１０ シリンダヘッド
１１ 吸気の供給方向
１２ 排気の排出方向
１４ シリンダヘッドの排気口
２０ ＥＧＲガス通路
２１ 第１の開口
２２ 第２の開口
２５ 載置水平面
２６ 接続面
３０ ＥＧＲバルブ
３１ ＥＧＲガス排出口
３２ バルブ軸
３３ バルブ体
３４ 弁座
３５ 流路
３６ ＥＧＲパイプ
３７ ＥＧＲガス流入口
９０ エキゾーストマニホールド
９１ インテークマニホールド
９２ スロットルボディ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 EGR gas passage structure 3 Engine cylinder direction 4 Gravity direction 5 Head cover 6 Cylinder block 10 Cylinder head 11 Intake supply direction 12 Exhaust discharge direction 14 Cylinder head exhaust port 20 EGR gas passage 21 1st opening 22 2nd Opening 25 Mounting horizontal surface 26 Connection surface 30 EGR valve 31 EGR gas discharge port 32 Valve shaft 33 Valve body 34 Valve seat 35 Flow path 36 EGR pipe 37 EGR gas inlet port 90 Exhaust manifold 91 Intake manifold 92 Throttle body
Claims (2)
前記エキゾーストマニホールド側に設けられた第１の開口と、
前記インテークマニホールド側の前記シリンダヘッド外面に形成された載置水平面に設けられた第２の開口と、
前記第１の開口と前記第２の開口を連通する連通路を有し、
前記連通路は、全長に渡って、ＥＧＲガスが流れる方向に向かって上昇するように傾斜し、
前記傾斜角は少なくとも２段階あり、下流側ほど前記傾斜角が大きくなり、
前記第２の開口にＥＧＲバルブを連結させ、
前記ＥＧＲバルブは、バルブ体を軸線方向に動かすことで、還流するガス量を調整する構造を有し、前記バルブの軸線方向の延長線上には、前記第２の開口が開口していることを特徴とするＥＧＲガス通路構造。 An EGR gas passage structure provided in a cylinder head of an inclined engine in which an exhaust manifold is arranged below gravity and an intake manifold is arranged above gravity ,
A first opening provided on the exhaust manifold side;
A second opening provided in a mounting horizontal surface formed on the outer surface of the cylinder head on the intake manifold side;
A communication path communicating the first opening and the second opening;
The communication path is inclined to rise in the direction in which the EGR gas flows over the entire length ,
The tilt angle has at least two stages, and the tilt angle increases toward the downstream side,
An EGR valve is connected to the second opening;
The EGR valve has a structure for adjusting the amount of gas to be recirculated by moving the valve body in the axial direction, and the second opening is opened on an extension line in the axial direction of the valve. Characteristic EGR gas passage structure.
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