JP6230098B2 - EGR introduction pipeline - Google Patents
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Description
本願発明は、内燃機関のEGR導入管路に関するものである。 The present invention relates to an EGR introduction conduit for an internal combustion engine.
車両用内燃機関において、燃費向上等のために排気ガスを吸気系に還流させることは広く行われている。この場合、高温の排気ガスをダイレクトに還流させると、充填効率が低下する等の不具合があるため、EGRガスをEGRクーラで冷却することも広く行われている。 In an internal combustion engine for a vehicle, exhaust gas is recirculated to an intake system in order to improve fuel efficiency. In this case, if the high-temperature exhaust gas is directly recirculated, there is a problem such as a decrease in filling efficiency. Therefore, cooling the EGR gas with an EGR cooler is also widely performed.
EGR装置のEGRガスは、EGR導入管路(或いはEGRガス導入管路)を介して排気系から取り込まれていることが多く、その配管構造として特許文献1では、EGR導入管路の一端を排気マニホールドの集合部に接続して他端をシリンダヘッドに接続することが記載されており、特許文献2には、EGR導入管路の一端を触媒ケースの先窄まり状終端部に接続し、他端を排気マニホールドのフランジに固定することが開示されている。いずれにしても、EGR導入管路は1本のパイプで構成されており、排気系には溶接されている。
The EGR gas of the EGR device is often taken from the exhaust system via the EGR introduction pipe (or EGR gas introduction pipe), and in
さて、EGR導入管路は排気ガスに晒されて高温になるが、温度上昇の程度は排気系に近いほど高くなる。このため、EGR管路に生じる熱応力も不均一になりやすい。特に、EGR導入管路にEGRクーラを設けると、EGRクーラの始端の箇所と終端の箇所とでは温度差が一層大きくなって、EGR導入管路の温度差も大きくなるため、熱負荷がEGR導入管路のうち始端寄りの部分に集中すると云える。 Now, the EGR introduction pipe line is exposed to the exhaust gas and becomes high temperature, but the degree of the temperature rise becomes higher as it is closer to the exhaust system. For this reason, the thermal stress generated in the EGR pipe is also likely to be non-uniform. In particular, if an EGR cooler is provided in the EGR introduction pipe, the temperature difference between the start end and the end of the EGR cooler becomes larger, and the temperature difference in the EGR introduction pipe also increases. It can be said that it concentrates on the part near the beginning of the pipeline.
このため、両特許文献のようにEGR導入管路を単にパイプで構成したに過ぎない構成では、肉厚が一定であって熱負荷が特定部分に集中して対策を採ることができないため、特に始端側の部分が損傷しやすくなる問題がある。また、排気系のうちEGR導入管路が接続される部分は曲面になっているため、EGR導入管路の始端を排気系にぴったり重なるように加工するのが厄介であるという問題もある。 For this reason, in the configuration in which the EGR introduction pipe line is simply constituted by pipes as in both patent documents, since the thickness is constant and the heat load cannot be concentrated on a specific portion, measures can be taken. There is a problem that the start side portion is easily damaged. Further, since the portion of the exhaust system to which the EGR introduction pipe is connected is a curved surface, there is also a problem that it is troublesome to process the start end of the EGR introduction pipe so as to exactly overlap the exhaust system.
EGR導入管路にEGRクーラを設ける場合は、EGR導入管路の一部はEGR導入管路に内蔵された状態になっているのが普通であるため、排気系とEGRクーラとの間には継手パイプを介在させなければならないが、この場合も、熱負荷に対する有効な対策を採れない問題や加工が面倒である問題は残っており、しかも、EGRクーラが荷重として作用するため負担は一層大きくなる。 When providing an EGR cooler in the EGR introduction pipe, it is normal that a part of the EGR introduction pipe is built in the EGR introduction pipe, so that there is a gap between the exhaust system and the EGR cooler. The joint pipe must be interposed, but in this case as well, there are still problems that cannot take effective measures against heat load and troublesome processing, and the burden is further increased because the EGR cooler acts as a load. Become.
また、特許文献2のように触媒ケースとEGR導入管路とを上下長手の姿勢に並べて配置すると、EGR導入管路は触媒ケースの熱膨張によって下向きに引っ張られ、機関の停止によって元の状態に戻るという繰り返しの荷重がすることになり、このため、EGR導入管路に作用する負荷は一層大きくなる。
Further, when the catalyst case and the EGR introduction pipe are arranged side by side in a vertically long posture as in
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、熱に対して優れた特性を持つEGR導入管路を、コストアップを招来することなく提供せんとするものである。 The present invention has been made in view of such a current situation, and intends to provide an EGR introduction pipe having excellent heat resistance without incurring an increase in cost.
本願発明のEGR導入管路は、
「EGRガスが流入する始端は排気系部材に固定され、EGRガスが排出される終端はシリンダヘッド又は他の吸気側部材に固定されるようになっており、始端と終端との間にEGRクーラを設けている構成であって、
前記排気系部材に固定される始端部を鋳造品で構成して、前記鋳造品に、前記EGRクーラで覆われたステンレスパイプ製のメインパイプを接続しており、前記メインパイプの終端には、同じくステンレスパイプ製のジョイント管が接続されていて、前記ジョイント管の終端が前記シリンダヘッド又は他の吸気側部材に固定されており、
かつ、前記メインパイプとジョイント管とを交差した姿勢にすることにより、メインパイプが自身の熱変形又は前記排気系部材の熱変形によってその軸線方向に移動することが前記ジョイント管の曲がり変形によって許容されており、
更に、前記メインパイプ及びジョイント管は、加熱の繰り返しで経時的に延性が高くなるステンレスパイプで構成されている」
ものである。
The EGR introduction pipeline of the present invention is
“The start end where EGR gas flows is fixed to the exhaust system member, and the end point where the EGR gas is discharged is fixed to the cylinder head or other intake side member, and the EGR cooler is between the start end and the end point. It is the structure which has provided,
A starting end portion fixed to the exhaust system member is formed of a cast product , and a stainless steel main pipe covered with the EGR cooler is connected to the cast product, and at the end of the main pipe, Similarly, a joint pipe made of stainless steel pipe is connected, and the end of the joint pipe is fixed to the cylinder head or other intake side member,
In addition, by making the main pipe and the joint pipe intersect, the main pipe is allowed to move in the axial direction due to its own thermal deformation or thermal deformation of the exhaust system member due to the bending deformation of the joint pipe. Has been
Furthermore, the main pipe and the joint pipe are made of stainless steel pipes that become ductile over time by repeated heating. ''
Is.
鋳造品の材料は、防錆性能や強度、ステンレスパイプの部分との接合の容易性等の点から、ステンレス鋳物を使用するのが好ましい。鋳造品より成る始端部は単一の構造でもよいし、複数の部材で構成されていてもよい。また、鋳造品より下流側の部分は1本のみで構成されていてもよいし、複数本を接続した構造であってもよい。ステンレスパイプより成るEGR導入管路のうち、EGRクーラよりも下流側に流量制御弁(EGRバルブ)を設けることも可能である。 As the material of the cast product, it is preferable to use a stainless steel casting in view of rust prevention performance and strength, ease of joining with a stainless steel pipe portion, and the like. The starting end portion made of a cast product may have a single structure or may be composed of a plurality of members. Further, the downstream portion of the cast product may be composed of only one piece, or may have a structure in which a plurality of pieces are connected. It is also possible to provide a flow control valve (EGR valve) on the downstream side of the EGR cooler in the EGR introduction pipe line made of stainless steel pipe .
本願発明では、EGR管路のうち鋳造品の始端部が排気系部材に対する継手として機能しているが、鋳造品は複雑な形状に簡単に対応できるため、排気系部材の曲面にぴったり重なるように製造できると共に、応力の度合いに応じて肉厚を変えるなどの対応も簡単である。従って、高いシール性と強度を確保できるのであり、EGRクーラの支持機能にも優れている。また、振動にも強い。 In the present invention, the start end portion of the cast product of the EGR pipe line functions as a joint to the exhaust system member . However, since the cast product can easily correspond to a complicated shape, it is exactly overlapped with the curved surface of the exhaust system member. In addition to being able to manufacture, it is easy to change the wall thickness according to the degree of stress. Therefore, high sealing performance and strength can be ensured, and the support function of the EGR cooler is excellent. It is also resistant to vibration.
排気系部材とEGRクーラとが並列状に並んでいると、機関の運転・停止に伴う排気系部材の熱膨張・熱収縮がEGR導入管路に外力として繰り返し作用するが、本願発明では、EGR導入管路の始端部は鋳造品であって殆ど変形しないため、排気系部材の熱膨張に伴う外力は、専らステンレスパイプの部分を変形させるように作用する。従って、最も高温になる始端部に熱膨張・熱収縮が繰り返し発生して亀裂が発生しやすくなるといったことを防止できる。その結果、劣化を抑制して高い信頼性を維持できる。 When the exhaust system member and the EGR cooler are arranged in parallel, the thermal expansion / contraction of the exhaust system member accompanying the operation / stop of the engine repeatedly acts as an external force on the EGR introduction pipe line. Since the starting end of the introduction pipe is a cast product and hardly deforms, the external force accompanying the thermal expansion of the exhaust system member acts exclusively to deform the stainless pipe part. Therefore, it is possible to prevent cracks from being easily generated due to repeated thermal expansion and contraction at the start end portion where the temperature is highest. As a result, deterioration can be suppressed and high reliability can be maintained.
しかも、ステンレスパイプとして、加熱の繰り返しで経時的に延性が高くなる材料を使用しているため、排気系部材の熱膨張・収縮に対するステンレスパイプの変形追従性を向上させて応力自体を抑制できるため、排気系部材やメインパイプ自身、EGRクーラの熱膨張による影響を抑制して信頼性を高めることを、コストをかけずに実現できる。 Moreover, as the scan Ten-less pipes, with repeated heating due to the use over time ductility increases material can suppress an improved allowed by the stress itself deformation followability of stainless steel pipes to thermal expansion and contraction of the exhaust system member Therefore, it is possible to increase the reliability by suppressing the influence of the thermal expansion of the exhaust system member , the main pipe itself, and the EGR cooler without cost.
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は車両用内燃機関に適用している。以下の説明では方向を特定するため上下・左右・前後の文言を使用するが、上下は鉛直線の方向であり、前後はクランク軸及びシリンダボアに対して直交した方向であり、左右はクランク軸の長手方向である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment is applied to a vehicle internal combustion engine. In the following description, the terms “up”, “left”, “right”, “front” and “front” are used to specify the direction, but “up” and “down” are directions of a vertical line, “front” and “down” are directions perpendicular to the crankshaft and It is the longitudinal direction.
(1).概要
本実施形態の内燃機関は、シリンダブロック1とその上面に固定されたシリンダヘッド2とを有する機関本体を備えており、機関本体は、クランク軸(図示せず)を左右長手の姿勢にした横向きで車両に搭載されている。本実施形態の内燃機関は3気筒であり、シリンダヘッド2の前面2aに、3つの排気ポート3が左右に並んで開口していると共に、排気ポート3に連通した排気マニホールド4が固定されている。敢えて述べる必要はないが、シリンダヘッド2の後面には、吸気ポートが開口していると共に吸気マニホールドが固定されている。
(1). Overview The internal combustion engine of the present embodiment includes an engine body having a
内燃機関は3気筒であるので、排気マニホールド4は3つの枝管5とこれらに連通した集合管6とを有している。集合管6は下向きに開口しており、これに断面円形の触媒ケース7が溶接されている。また、排気マニホールド4は各枝管5の入口部に繋がったフランジ8を備えており、フランジ8がボルト(図示せず)でシリンダヘッド2に固定されている。図1に示す符号9は、ボルトが挿通される取り付け穴である。集合管6は図1において排気マニホールド4の左右中間位置から右側にずらして配置しているが、左側にずらしてもよいし、左右中間部に設けてもよい。
Since the internal combustion engine has three cylinders, the
触媒ケース7は排気系の一部を構成するものであり、その内部には三元触媒が配置されている。また、触媒ケース7は、上端部を段付き状縮径部7aと成して下端部を下窄まりの下テーパ部7bと成した円筒形態であり、下テーパ部7bに下向きの継手管10を溶接し、継手管10の上下中途部に金属板製の支持ブラケット11を溶接で固定している。継手管10には排気管12が下方から接続されている。排気管12も排気系を構成している。排気マニホールド4の集合管6には、センサ取り付け座13を設けている。
The
支持ブラケット11は継手管10を横切る形態で水平に近い状態で広がっており、その一端(図1で左側の端)に、正面視では触媒ケース7と反対側に傾斜して側面視では後傾した立ち上がり部11aを曲げ形成している。立ち上がり部11aは、シリンダブロック1にボルトで固定されたステー14に固定されている。
The
従って、触媒ケース7は支持ブラケット11及びステー14を介してシリンダブロック1で支持されている。支持ブラケット11の固定手段としては、ステー14に前向き突設したスタッドボルト15にナット16をねじ込んでいるが、頭付きボルトとナットとを使用したり、ボルトをステー14にねじ込むなどしてもよい。
Therefore, the
触媒ケース7は請求項に記載した排気系部材の一例であり、この触媒ケース7における下テーパ部7bのうち支持ブラケット11の立ち上がり部11aと反対側の外周面に、EGRメインパイプ18を内蔵したEGRクーラ17が、L形パイプ19及びボス体20を介して接続されている。ボス体20とL形パイプ19とEGRメインパイプ18とは断面円形でEGR導入管路を構成しており、ボス体20とL形パイプ19とはEGR導入管路の始端部になっている。ボス体20は、EGR導入管路の始端の接合部を構成している。
The
EGRメインパイプ18の上端には、シリンダヘッド2の方向に向いておおまかには前後方向に長い断面円形のジョイント管21が接続されており、ジョイント管21は、フランジ板22を介してシリンダヘッド2の前面2aにボルト(図示せず)で固定されている。ジョイント管21もEGR導入管路の一部であり、ジョイント管21の終端がEGR導入管路の終端であり、フランジ板22は、EGR導入管路の終端の接合部を構成している。フランジ板22は上下方向に長い形態であり、上端部と下端部とがボルト(図示せず)でシリンダヘッド2に固定されている。
A
ジョイント管21のうちフランジ板22に固定された先端部は、フランジ板22にロウ付けで固定された押え部材23で上から押え保持されている。図示は省略するが、シリンダヘッド2の右端部にはジョイント管21に連通したEGR通路が形成されており、EGR通路に流入した排気ガスは、EGRバルブ(図示せず)を介して吸気系に還流する。
A tip portion of the
(2).EGR装置関連要素の全体構成
上記のとおり、EGRクーラ17及びEGRメインパイプ18は、図1の状態で触媒ケース7の右に位置しており、正面視では触媒ケース7と略平行で側面視では少し後傾した姿勢になっている。また、触媒ケース7に対する取り付け位置は、図3に示すように、触媒ケース7の軸心を通ってシリンダヘッド2の前面2aと平行な線Xよりも手前に位置している。すなわち、触媒ケース7の真横の部分よりも少し手前の位置に接合されている。
(2). Overall configuration of EGR device related elements As described above, the
排気マニホールド4と触媒ケース7とは、インシュレータ(図示せず)で手前側から覆われるようになっている。そこで、排気マニホールド4の上端の2カ所と触媒ケース7の1カ所とEGRクーラ17の後面の2カ所とに、インシュレータを固定するための取り付け片25を溶接で固定している。インシュレータの右端は、触媒ケース7とEGRクーラ17との間の空間に向けて延びている。
The
EGRメインパイプ18はEGRクーラ17に内蔵されている。従って、形式的にはEGRメインパイプ18はEGRクーラ17の一部のような外観を呈している。図3(C)に示すように、EGRメインパイプ18は、横断面花びら状のフィン管18aを鞘管18bで覆った形態を成しており、鞘管18bとEGRクーラ17との間の空間に冷却水が通る。
The EGR
EGRクーラ17は水冷方式であり、そこで、例えば図1のとおり、EGRクーラ17には、冷却水導入管26と冷却水排出管27とが接続されている。本実施形態では、冷却水導入管26はEGRクーラ17の下端部背面に接続して、冷却水排出管27はEGRクーラ17の上端部前面に接続している。冷却水の流入・流出を逆の関係にしてもよいし、両管26,27との高さは変えることなく、EGRクーラ17に対する両管26,17の周方向の取り付け位置を変えることも可能である(例えば両者を横向きにする。)。
The
冷却水導入管26及び冷却水排出管27の先端部には、軟質材製チューブ(ホース)28が外から嵌め込まれる。冷却水導入管26はその長さが長いので、先端側の上向き傾斜部26aに固定片29を溶接又はロウ付けで固定し、固定片29を支持ブラケット11の立ち上がり部11aにボルト30で固定している。図2に示すように、冷却水導入管26の付け根部は、EGRクーラ17に溶接で固定した吊支ブラケット31で下方から支持されている。
A soft material tube (hose) 28 is fitted from the outside to the distal ends of the cooling
(3).L形パイプとボス体
図4に明示するように、L形パイプ19は、ボス体20に溶接で接続される水平部19aとEGRメインパイプ18に接続される起立部(鉛直部)19bとを有している。水平部19bはストレート状であり、その端部はボス体20の内部に入り込んでいる。
(3). L-shaped pipe and boss body As clearly shown in FIG. 4, the L-shaped
ボス体20は触媒ケース7の下テーパ部7bに重なっているので、その先端は正面視で斜めにカットされた傾斜面になっている。従って、フランジ部20aは横から見ると真円でなく楕円形になっている。また、フランジ20aの端面は、触媒ケース7におけるテーパ部7bの外周の曲面にぴったり重なるように、緩く湾曲している。
Since the
L形パイプ19の起立部19bには、EGRメインパイプ18に接続される小径の嵌入部19cを設けているが、既述のとおり、EGRメインパイプ18は鞘管18bでフィン管18aを囲った構造になっていて、EGRメインパイプ18の鞘管18bはL形パイプ19の嵌入部19cよりも大径になっている。
The standing
そこで、EGRメインパイプ18における鞘管18bの上下両端に細く絞り加工された接続端部18b′を形成し、L形パイプ19の嵌入部19cを下接続端部18b′に挿入してロウ付けで固定している。ロウ付けは全周にわたって途切れなく行われている。鞘管18bの上端の上接続端部18b′もジョイント管21にロウ付けされている。
Therefore,
EGRクーラ17やEGRメインパイプ18(18a,18b)、ジョイント管21は、例えばJISにおけるSUS304製のパイプのようなステンレスパイプが使用されている。他方、EGR導入管路の上流部を構成するボス体20及びL形パイプ19は、JISにおけるSUS430のようなステンレスを材料にした鋳造品(ステンレス鋳物)である。
For the
図示は省略するが、L形パイプ19及びボス体20は、重ね合わせた外型とその間に挟み保持した中子型とを有する砂型を使用して製造されるが、鋳造の定法として、湯道の終端は大きな容積の湯口になっている。そして、湯口の跡は一般に切除されているが、本実施形態では、湯口跡41はそのまま残している。ボス体20の湯口41は下面に位置し、L形パイプ19の湯口41は起立部19bのうち触媒ケース7と反対側の外面に配置している。
Although not shown, L-shaped
ボス体20はその全周が触媒ケース7に溶接されており、L形パイプ19の水平部19aもその全周がボス体20に溶接されている。L形パイプ19の起立部19bとEGRメインパイプ18の下接続端部18b′とはロウ付けで接合されている。勿論、溶接してもよい。加工手順としては、L形パイプ19を先にEGRメインパイプ18の下接続端部18b′にロウ付けしている一方、ボス体20は先に触媒ケース7に溶接しており、L形パイプ19をボス体20に溶接することで、触媒ケース7のEGRクーラ17の取り付けが行われる。
The entire circumference of the
(4).実施形態の利点・その他
さて、触媒ケース7及びEGRクーラ17並びにEGRメインパイプ18は上下方向に長い姿勢になっているので、上下方向に熱膨張する。この場合、三者が同じ程度の率で熱膨張すると、熱膨張に伴う歪みを抑制できるが、触媒ケース7が最も高温になるため、触媒ケース7の熱膨張量が最も大きくて、触媒ケース7の熱膨張によってEGRメインパイプ18及びEGRクーラ17が下方に引っ張られる傾向を呈する。
(4) Advantages / Others of Embodiment Now, the
他方、EGRクーラ17(EGRメインパイプ18)とシリンダヘッド2とを繋ぐジョイント管21は水平姿勢に延びると共に平面視では屈曲した形態になっており、上下に方向には大きく曲がる構造になっている。このため、EGRクーラ17及びEGRメインパイプ18の下向きの動きは、ジョイント管21の曲がり変形によって許容されている。
On the other hand, the
熱膨張率は個々の材料によって固有の値があるが、熱膨張による変形のし易さは材料が持つ延性に依存している。この点、EGRメインパイプ18やEGRクーラ17、ジョイント管21を構成するSUS304は、加熱・自然冷却の繰り返しによる熱膨張・熱収縮が繰り返されると組織が緻密化して延性が高まる性質があるため、内燃機関を使用しているうちに、触媒ケース7の熱膨張に伴うEGRクーラ18の引っ張りに対するジョイント管21の変形追従性が向上していき、応力自体を経時的に低減できる。これにより、歪み(応力)が特定部位に集中して破断するような不具合を防止できる。
The coefficient of thermal expansion has a specific value depending on the individual material, but the ease of deformation due to thermal expansion depends on the ductility of the material. In this regard, SUS304 constituting the EGR
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、本願発明のEGR導入管路の接合対象は触媒ケースである必然性はなく、単なる排気管や排気マニホールドに接続することも可能である。排気ターボ過給機に接続することも可能である。 The present invention can be embodied in various ways other than the above-described embodiment. For example, the joining target of the EGR introduction pipe line of the present invention is not necessarily a catalyst case, and can be connected to a simple exhaust pipe or an exhaust manifold. It is also possible to connect to an exhaust turbocharger.
本願発明は、内燃機関に実際に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be actually embodied in an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.
2 シリンダヘッド
4 排気マニホールド
7 排気系部材の一例としての触媒ケース
7a 触媒ケースの下テーパ部
17 EGRクーラ
18 EGR導入管路を構成するEGRメインパイプ
19 EGR導入管路の始端部を構成する鋳造品としてのL形パイプ
20 EGR導入管路の始端部を構成する鋳造品としてのボス部
21 EGR導入管路を構成するジョイント管
2
Claims (1)
前記排気系部材に固定される始端部を鋳造品で構成して、前記鋳造品に、前記EGRクーラで覆われたステンレスパイプ製のメインパイプを接続しており、前記メインパイプの終端には、同じくステンレスパイプ製のジョイント管が接続されていて、前記ジョイント管の終端が前記シリンダヘッド又は他の吸気側部材に固定されており、
かつ、前記メインパイプとジョイント管とを交差した姿勢にすることにより、メインパイプが自身の熱変形又は前記排気系部材の熱変形によってその軸線方向に移動することが前記ジョイント管の曲がり変形によって許容されており、
更に、前記メインパイプ及びジョイント管は、加熱の繰り返しで経時的に延性が高くなるステンレスパイプで構成されている、
EGR導入管路。 The starting end where the EGR gas flows is fixed to the exhaust system member, and the end where the EGR gas is discharged is fixed to the cylinder head or other intake side member. An EGR cooler is installed between the starting end and the end. It is the composition which is provided,
A starting end portion fixed to the exhaust system member is formed of a cast product , and a stainless steel main pipe covered with the EGR cooler is connected to the cast product, and at the end of the main pipe, Similarly, a joint pipe made of stainless steel pipe is connected, and the end of the joint pipe is fixed to the cylinder head or other intake side member,
In addition, by making the main pipe and the joint pipe intersect, the main pipe is allowed to move in the axial direction due to its own thermal deformation or thermal deformation of the exhaust system member due to the bending deformation of the joint pipe. Has been
Furthermore, the main pipe and the joint pipe are composed of stainless steel pipes that become ductile over time by repeated heating.
EGR introduction pipeline.
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