JP6637807B2 - 排気ガス還流装置の連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、排気ガス還流装置の連結構造に関し、特に、ＥＧＲ通路を形成する配管を連結する連結部と、該連結部に配置されるガスケットとを有する排気ガス還流装置の連結構造に関する。

従来から、排気通路（エキゾーストマニホールド）と吸気通路（インテークマニホールド）とをＥＧＲ通路（ＥＧＲパイプ）によって連通させ、排ガスの一部を吸気通路に還流し、燃焼用空気（新気）に混合することによって、燃焼温度のコントロールやポンプ損失の低減を図り、内燃機関の熱効率を向上する排気ガス還流装置が広く実用化されている。

一般に、排気ガス還流装置において、排気通路とＥＧＲ通路の互いの配管同士を連結するにあたり、フランジ等の第１連結部及び第２連結部の間にガスケットを介在させ、ＥＧＲガスに対するシール性を維持し、ＥＧＲガスの漏洩を防止している（例えば、特許文献１）。

特開２００５−０８３３６６号公報

上述した連結構造を有する排気ガス還流装置では、冷間始動時は低温なる一方、エンジン駆動後、低回転低負荷から高回転高負荷への運転領域の変化に伴って高温のＥＧＲガスに晒されて高温になり、温度が頻繁に大きく変動する。このような温度変動が繰り返されることにより、ガスケットには所謂へたりが生じ、ガスケットの反発力が低下してしまう。ガスケットにへたりが生じた状態で、高温のＥＧＲガスがＥＧＲ通路を流通すると、所要のシール性が保てず、ＥＧＲガスが漏洩する懸念がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ＥＧＲ通路を形成する配管を連結する連結部を備えた排気ガス還流装置の連結構造において、連結部におけるシール性に優れた排気ガス還流装置の連結構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の排気ガス還流装置の連結構造は、内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路において、互いに対向して前記ＥＧＲ通路を形成する配管を連結する第１連結部及び第２連結部と、前記第１連結部及び前記第２連結部の間に配置された環状のガスケットとを含む排気ガス還流装置の連結構造において、前記第１連結部及び前記第２連結部のうち、少なくとも前記第１連結部は、環状の溝部と、該溝部に挿入されて該溝部の開口側へ熱膨張可能な熱膨張部材とを有し、前記ガスケットは、前記熱膨張部材と対向して前記第１連結部及び前記第２連結部の対向面に向かって凸状をなす第１シール部を有することを特徴とする。

この構成によれば、高温のＥＧＲガスがＥＧＲ通路を流通した際に、溝部に挿入された熱膨張部材が、溝部の開口側へ熱膨張してガスケットの第１シール部を押圧し、その結果、熱膨張部材と第１シール部との間のシール性が向上する。これにより、ガスケットの反発力が低下した場合であっても、連結部におけるシール性を良好に保つことができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気ガス還流装置の連結構造において、前記ガスケットは、前記第１シール部よりも径方向の内側又は外側に位置して前記第１連結部及び前記第２連結部の対向面に向かって凸状をなす環状の第２シール部を有し、前記第２シール部は、前記溝部の非配置領域に形成され、前記第１連結部及び前記第２連結部の対向面のそれぞれと接触することを特徴とする。

この構成によれば、第１シール部ととともに第２シール部によって、第１及び第２連結部の間をシールすることができ、シール性が向上する。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の排気ガス還流装置の連結構造において、前記熱膨張部材は、熱膨張によってシール部側へ凸となるバイメタルからなることを特徴とする。

この構成によれば、簡易な構成で熱膨張部材を所定の方向（すなわち、第１シール部と接触する方向である溝部の開口側）に向かって、熱膨張させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス還流装置の連結構造において、前記第１連結部は、内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、前記第２連結部は、ＥＧＲクーラの上流側に位置する配管に設けられることを特徴とする。
この構成によれば、高温に晒されるシリンダヘッドとの連結部において、優れたシール性を達成することができる。

本発明に係る排気ガス還流装置の連結構造によれば、ＥＧＲ通路を形成する配管を連結する連結部において、高温のＥＧＲガスが流通した際に、シール性を向上させることができ、シール性に優れている。

本発明の第１実施形態である排気ガス還流装置の連結構造の概要を説明する図であり、（ａ）はシリンダヘッドにＥＧＲクーラを取り付けた状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図となるｂ矢視図。 図１（ｂ）のＩＩで囲む部分であって、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。 図２のＩＶ部位の模式的拡大図であり、(ａ)は低温時の状態を示し、（ｂ）は高温時の状態を示す。 本発明の第２実施形態である排ガス還流装置の連結構造を示す図２と同様の図。 図５のＶＩ部位の模式的拡大図であり、(ａ)は低温時の状態を示し、（ｂ）は高温時の状態を示す。 本発明の第３実施形態である排ガス還流装置の連結構造を示す図２と同様の図。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態である排気ガス還流装置１の連結構造の概要を説明する図である。排気ガス還流装置１は、内燃機関（エンジン）におけるシリンダヘッド２に取付けられており、ＥＧＲ配管１０と、ＥＧＲクーラ２０と、ＥＧＲ弁２５とを備える。

シリンダヘッド２は、エンジン本体を構成しており、排気ガス還流装置１を取付けるための連結部となる取付ボス（第１連結部）３０を有する。取付ボス３０は、シリンダヘッド２の外周面に突設されており、内部に、シリンダヘッド２の排気ポートから分岐した排気ガス分岐通路３１を有する。

排気ガス分岐通路３１は、排気ポートから取付ボス３０の取付面（他方の連結部との対向面）３２となる平坦な頂面まで延在し、ＥＧＲ通路３の一部を構成している。取付ボス３０の取付面３２には、螺子穴が形成されている。

ＥＧＲ配管１０は、シリンダヘッド２とＥＧＲクーラ２０との間を連結して、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲ通路３を形成する。ＥＧＲ配管１０の上流側の端部には、シリンダヘッド２との連結部となるフランジ（第２連結部）４０が一体的に設けられている。フランジ４０にはボルト穴が形成されており、フランジ４０とシリンダヘッド２の取付ボス３０とは、間にガスケット５０を介在した状態で、締結ボルト１２の締結により連結される（図２参照）。

ＥＧＲクーラ２０は、冷却部２２と、冷却部２２の上流側に位置する入口側キャップ２３と、冷却部２２の下流側に位置する出口側キャップ２４とを有する。本実施形態において、入口側キャップ２３の上流端は、ＥＧＲ配管１０の下流端と溶接等により一体的に接続されており、これらの間の気密性が保持されている。

入口側キャップ２３は、冷却部２２に向かって断面積が大きくなるように、内径及び外径が、上流側から下流側に向かって拡径する筒状体である。出口側キャップ２４は、冷却部２２側から排出口側へ向かって断面積が小さくなるように、内径及び外径が、上流側から下流側に向かって縮径する筒状体である。出口側キャップ２４の下流端には、ＥＧＲ弁との連結部となるフランジ２１が設けられている。

冷却部２２は、内部に、冷却水路と複数のＥＧＲガス通路とを有する。ＥＧＲガス通路は、上流側から下流側へ延在しており、冷却水路は、ＥＧＲガス通路の周囲を囲んでいる。冷却水路は、エンジン冷却水循環経路から分岐したエンジン冷却水が流通する水路であり、エンジン冷却水をＥＧＲガス通路の外周に沿って流通させる。エンジン冷却水が冷却水路を通ることにより、ＥＧＲガス通路を流れるＥＧＲガスと、エンジン冷却水との間で熱交換が行われる。熱交換後のエンジン冷却水は、冷却部２２の冷却水出口（図示せず）からエンジン冷却水循環路に戻される。

ＥＧＲ弁２５は、弁本体２６と、フランジ２７と、取付ブラケット２８とを備える。弁本体２６は、内部にＥＧＲガスの流量等を制御する弁体を有し、弁本体２６の下流側には、流量等が制御されたＥＧＲガスを排出するための排出口２６ａが設けられる。弁本体２６の上方には弁体を駆動するモータ部２９が設置される。排出口２６ａは、図示しないＥＧＲパイプ等を介してエンジンの吸気系である吸気マニホールドに連結される。ＥＧＲ弁２５のフランジ２７と、ＥＧＲクーラ２０のフランジ２１とは、間にガスケット６０を介在した状態で、締結ボルトの締結により連結される。取付ブラケット２８は、弁本体２５をシリンダヘッド２に固定するための連結部材であり、締結ボルト６１を用いてシリンダヘッド２の取付ボス４に取付けられる。

次に、上述した排気ガス還流装置１において、ＥＧＲ通路３を構成する配管の連結構造を図２に基づいて説明する。図２は、図１（ｂ）のＩＩで囲む部分の模式的断面図であって、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図である。なお、図２において矢印は、ＥＧＲ通路３を流通するＥＧＲガスの流れ方向を示している。

既述のとおり、シリンダヘッド２には、排気ガス還流装置１のＥＧＲ配管１０との連結部となる取付ボス（第１連結部）３０が設けられる。また、ＥＧＲ配管１０には、取付ボス３０の取付面３２となる頂面と対向し、シリンダヘッド２との連結部となるフランジ（第２連結部）４０が設けられる。取付ボス３０とフランジ４０との間には、これらの間の気密性を保持するガスケット５０が配置される。

取付ボス３０は、フランジ４０との対向面に溝部３５を有する。図３に示すように、溝部３５は、ＥＧＲ通路３を囲む環状に形成され、本実施形態では、略四角形状の断面を有する環状に形成されている。この溝部３５の内部には、熱膨張部材３３が挿入される。

フランジ４０は、取付ボス３０との対向面に溝部４５を有する。溝部４５は、取付ボス３０との連結状態において取付ボス３０の溝部３５と対向する位置に形成される。溝部４５は、ＥＧＲ通路３を囲む環状に形成され、本実施形態では、取付ボス３０の溝部３５と同様に、略四角形状の断面を有する環状に形成されている。この溝部４５の内部には、熱膨張部材３３が挿入される。

熱膨張部材３３，４３のそれぞれは、図３に示すように、溝部３５，４５のそれぞれに挿入可能な環状に形成される。熱膨張部材３３，４３は、所定の温度以上に加熱されることによって体積膨張し、溝部３５，４５の開口側に配置されるガスケット５０を押圧するものである。このような熱膨張部材３３，４３としては、例えば、溝部３５，４５に挿入した状態において、所定の温度以上に加熱されることにより、ガスケット５０側に向かって凸となるように、一方向へ集中的に熱膨張するバイメタルを用いることができる。

熱膨張部材３３，４３は、所定の温度以上の加熱によって、溝部３５，４５の開口から突出するように設定されることが好ましい（図４（ｂ）参照）。本実施形態では、所定の温度未満となる低温時に、膨張部材３３，４３のそれぞれが、取付ボス３０の取付面３２及びフランジ４０の取付面４２のそれぞれと、ほぼ面一となるように設定されている。また、本実施形態において、取付ボス３０側の熱膨張部材３３と、フランジ４０側の熱膨張部材４３とは、それぞれ、同一の金属材料によって略同一形状に形成されており、熱膨張率が等しく設定されている。

ガスケット５０は、略板状であって、平面視において中央部にＥＧＲ通路３となる開口が形成された円環状であり、本実施形態では、ガスケット５０として金属材料によって形成されたメタルガスケットを用いている。ガスケット５０には、板状の両面から突出する、凸状かつ環状のシール部（第１シール部）５３が形成されている。このシール部５３は、取付ボス３０の溝部３５及びフランジ４０の溝部４５と対応する位置に形成される。ガスケット５０が装着された状態において、シール部５３は、それぞれの溝部３５，４５に挿入された熱膨張部材３３，４３と対向し、互いに接触している。

上述した排気ガス還流装置１では、エンジンの駆動時にシリンダヘッド２の排気ポートから高温のＥＧＲガスがＥＧＲ通路３内へ導入される。以下に、図４を用いて、高温のＥＧＲガスが流通する取付ボス３０とフランジ４０との間のシール構造について説明する。図４は、図２のＩＶ部位の模式的拡大図であり、(ａ)は低温時の状態を示し、（ｂ）は高温時の状態を示す。

エンジン始動直後等のエンジン低温時、すなわち、熱膨張部材３３，４３の温度が熱膨張する所定の温度未満の場合、ガスケット５０のシール部５３は、取付ボス３０の熱膨張部材３３と接触するとともに、フランジ４０の熱膨張部材４３と接触して反発力が生じる。これにより、ＥＧＲ通路３のシール性を確保することができる。

一方、エンジン駆動時等の高温時、すなわち、熱膨張部材３３，４３の温度が熱膨張する所定の温度以上となる場合、取付ボス３０及びフランジ４０において、溝部３５，４５に挿入された熱膨張部材３３，４３は、それぞれ、溝部３５，４５の開口側へ向かって凸となるように体積膨張する。これにより、熱膨張部材３３，４３は、ガスケット５０のシール部５３を低温時よりも押圧した状態となり、シール性が向上する。

上述したように、本実施形態の連結構造では、高温のＥＧＲガスによって、熱膨張部材３３，４３が熱膨張することにより、取付ボス３０とフランジ４０との間のシール性が向上する。これにより、温度変動が繰り返されることにより、ガスケット５０の反発力が低下した場合であっても、ＥＧＲガスの流通時に、シール性を確保してＥＧＲガスの漏洩を防止することができる。

なお、排気ガス還流装置１において、ＥＧＲクーラ２０の下流側では、高温のＥＧＲガスがエンジン冷却水と熱交換されて冷却される。そのため、ＥＧＲクーラ２０の下流側は、エンジン駆動時においても比較的低温に保たれ、温度変動によるガスケット２９のへたりが発生し難く、互いに連結されるフランジ２６，３１の間のシール性を維持することができる。

なお、本実施形態では、ＥＧＲクーラ２０の上流側にのみ、熱膨張部材３３，４３を用いた連結構造を用いているが、ＥＧＲクーラ２０の下流側に、同様の連結構造を用いてもよい。この場合、ＥＧＲクーラ２０の下流側では、熱膨張する所定の温度が上流側よりも低い温度である熱膨張部材を用いて、連結構造を構成することが好ましい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図５及び図６に基づいて説明する。図５は、本発明の第２実施形態である排ガス還流装置の連結構造を示す図２と同様の図であって、図６は、図５のＶＩ部位の模式的拡大図であり、(ａ)は低温時の状態を示し、（ｂ）は高温時の状態を示す。なお、図５及び図６において、第１実施形態と対応する部位には同一符号を付している。以下に説明する第２実施形態において、第１実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。

本実施形態において、ガスケット５０は、溝部３５，４５と対応する位置に設けられた第１シール部５３と、第１シール部５３の径方向外側に位置する第２シール部５４とを有する。第２シール部５４は、板状のガスケット５０の両面から突出する、凸状かつ環状に形成されており、ガスケット５０の装着状態において、溝部３５，４５の非配置領域に位置するように形成される。第２シール部５４は、低温時及び高温時において、取付ボス３０の取付面３２及びフランジ４０の取付面４２のそれぞれと接触しており、取付ボス３０とフランジ４０との間をシールしている。

第１シール部５３は、図６（ａ）に示すように、低温時には熱膨張部材３３，４３と非接触状態となる一方、図６（ｂ）に示すように、高温時には、熱膨張部材３３，４３が体積膨張することにより、熱膨張部材３３，４３と接触状態となる。このような、接触状態及び非接触状態の調整は、ガスケット５０の第１シール部５３の凸状の高さ寸法や、熱膨張部材３３，４３の体積膨張率等を適宜設定することにより行うことができる。

本実施形態の連結構造では、冷間時等の低温時、すなわち、熱膨張部材３３，４３の温度が熱膨張する所定の温度未満の場合に、ガスケット５０の第２シール部５４が、ＥＧＲ通路３を囲むように取付ボス３０及びフランジ４０と接触することで、シール性を確保することができる。このとき、第１シール部５３は、対向して配置された熱膨張部材３３，４３と非接触状態にあり、非シール状態となる。

一方、高温時には、熱膨張部材３３，４３が熱膨張し、第１シール部５３は、ＥＧＲ通路３を囲むように取付ボス３０及びフランジ４０の熱膨張部材３３，４３と接触し、シール状態となる。さらに、第１シール部５３の径方向外側に位置する第２シール部５４によって、取付ボス３０とフランジ４０との間をシールすることができる。

このように、高温時に、第１シール部５３と第２シール部５４とによる二重のシール構造とすることで、ＥＧＲガスの漏洩防止効果を高めることができる。また、高温時には、主に、第２シール部５４の径方向内側に位置する第１シール部５３によって、シールすることができるので、第２シール部５４が高温のＥＧＲガスに晒されることを抑制できる。これにより、温度変動の繰り返しによる第２シール部５４の反発力の低下を抑制し、第２シール部５４の耐久性を高めることができる。さらに、低温時には、第１シール部５３が熱膨張部材３３，４３と非接触状態となることで、第１シール部５３にかかる負荷を低減することができる。これにより、第１シール部５３の耐久性を向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、本発明の第２実施形態である排ガス還流装置の連結構造を示す図２と同様の図である。なお、図７において、第１実施形態と対応する部位には同一符号を付している。以下に説明する第３実施形態において、第１実施形態と同一の構成については詳細な説明を省略する。

本実施形態において、ガスケット５０は、溝部３５，４５と対応する位置に設けられた第１シール部５３と、第１シール部５３の径方向内側に位置する第２シール部５４とを有する。第２シール部５４は、板状のガスケット５０の両面から突出する、凸状かつ環状に形成されており、ガスケット５０の装着状態において、溝部３５，４５の非配置領域に位置するように形成される。第２シール部５４は、低温時及び高温時において、取付ボス３０の取付面３２及びフランジ４０の取付面４２のそれぞれと接触しており、取付ボス３０とフランジ４０との間をシールしている。

第１シール部５３は、低温時及び高温時において、熱膨張部材３３，４３と接触しており、高温時には、熱膨張部材３３，４３が体積膨張することにより、低温時よりも熱膨張部材３３，４３に押圧された状態となる。（図４（ａ）及び（ｂ）参照）。

本実施形態の連結構造では、冷間時等の低温時、すなわち、熱膨張部材３３，４３の温度が熱膨張する所定の温度未満の場合に、第１シール部５３が、ＥＧＲ通路３を囲むように、取付ボス３０及びフランジ４０の熱膨張部材３３，４３と接触することで、シール性を確保することができる。さらに、第１シール部５３の径方向内側において、第２シール部５４が、ＥＧＲ通路３を囲むように取付ボス３０及びフランジ４０と接触することで、二重のシール構造とすることができる。また、高温時には、二重のシール構造が維持されるとともに、熱膨張部材３３，４３が熱膨張することで、第１シール部５３のシール性を向上させることができる。

このように、低温時及び高温時に、第１シール部５３と第２シール部５４とによる二重のシール構造とすることで、ＥＧＲガスの漏洩防止効果を高めることができる。また、高温時には、主に、第１シール部５３の径方向内側に位置する第２シール部５４によって、シールすることができるので、第１シール部５３が高温のＥＧＲガスに晒されることを抑制できる。これにより、温度変動の繰り返しによる第１シール部５３の反発力の低下を抑制し、第１シール部５３の耐久性を高めることができる。さらに、低温時には、熱膨張部材３３，４３による押圧力が高温時よりも小さくなり、第１シール部５３にかかる負荷が低減されるので、第１シール部５３の耐久性を向上させることができる。

なお、本発明は上述した第１〜第３実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、上述した各実施形態では、取付ボス３０とフランジ４０との両方に、溝部３５，４５を形成し、熱膨張部材３３，４３を挿入しているが、取付ボス３０及びフランジ４０のうちのいずれか一方にのみ、溝部を形成し、熱膨張部材を挿入する構成としてもよい。

１ 排気ガス還流装置
２ シリンダヘッド
３ ＥＧＲ通路
１０ ＥＧＲ配管
３０ 取付ボス（第１連結部）
３３ 熱膨張部材
３５ 溝部
４０ フランジ（第２連結部）
４３ 熱膨張部材
４５ 溝部
５０ ガスケット
５３ シール部（第１シール部）
５４ 第２シール部

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路において、互いに対向して前記ＥＧＲ通路を形成する配管を連結する第１連結部及び第２連結部と、
   前記第１連結部及び前記第２連結部の間に配置された環状のガスケットと
   を含む排気ガス還流装置の連結構造において、
   前記第１連結部及び前記第２連結部のうち、少なくとも前記第１連結部は、環状の溝部と、該溝部に挿入されて該溝部の開口側へ熱膨張可能な熱膨張部材とを有し、
   前記ガスケットは、前記熱膨張部材と対向して前記第１連結部及び前記第２連結部の対向面に向かって凸状をなす第１シール部を有することを特徴とする排気ガス還流装置の連結構造。
2. 前記ガスケットは、前記第１シール部よりも径方向の内側又は外側に位置して前記第１連結部及び前記第２連結部の対向面に向かって凸状をなす環状の第２シール部を有し、
   前記第２シール部は、前記溝部の非配置領域に形成され、前記第１連結部及び前記第２連結部の対向面のそれぞれと接触することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス還流装置の連結構造。
3. 前記熱膨張部材は、熱膨張によってシール部側へ凸となるバイメタルからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス還流装置の連結構造。
4. 前記第１連結部は、内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、前記第２連結部は、ＥＧＲクーラの上流側に位置する配管に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス還流装置の連結構造。

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