JP6797128B2 - 排気ガス捕集器を取り付けるためのデバイス - Google Patents

Description

本発明は、自動車の熱エンジンからの排気ガスを捕集するシステムに関する。

本発明は、より詳細には、シリンダヘッドの壁に排気捕集器を取り付けるためのシステムに関する。

本発明は、自動車の熱エンジンに関する。

自動車の熱エンジンは、ガスの循環方向において上流にあるシリンダ内での空気と燃料との混合物の燃焼に起因する排気ガスを回収するために、前記エンジンのシリンダヘッドに接続されている捕集器を含む。この捕集器は、一般に、前記シリンダヘッドの壁に、フランジおよびボルトにより非常に堅固に取り付けられている。しかし、シリンダヘッドおよび捕集器の様々な構成要素は様々な加熱に晒されるため、温度の大きな差異が生じる。その結果として、この堅固な取付けによる歪みのため、かつ結果として生じる膨張力のため、互いに接触している様々な構成要素間に封止の問題が生じる。

さらに、エンジンルームの容積がますます制限されており、結果的に捕集器のシリンダヘッドへの取付けの形態が益々複雑になっており、これにより前記取付けの封止の信頼性が損なわれる可能性がある。さらに、エンジンの重量が益々軽くなり、前記エンジンのシリンダヘッドが、アルミニウムなどの軽量素材で作製されているのに対して、捕集器は、一般に、鋼鉄または鋳鉄で作製されている。接触しているこれら２つの材料の熱特性は非常に大きな膨張差を引き起し、これに関して、シリンダヘッドおよび捕集器により形成されているシステムは、亀裂および封止の消失のリスクを回避するために、大きな膨張差を補償しなければならない。

シリンダヘッドと捕集器との間のある程度の膨張差を可能にする、熱エンジンのシリンダヘッドに排気捕集器を取り付けるための手段が知られている。捕集器は下部接続フランジおよび上部接続フランジにより拡張されている。前記下部フランジと前記上部フランジとは反対側に配設されており、下部接続フランジはシリンダヘッドにある細長い溝穴部内に受容されているのに対して、上部フランジは、前記シリンダヘッドに取り付けられているバーにより、シリンダヘッドに当接して保持されている。

したがって、米国特許第５９１８９１２号公報は、熱エンジンのシリンダヘッドの壁に排気ガス捕集器を取り付けるための手段を開示している。シリンダヘッドの前記壁は接続面を含み、捕集器は１つの接続先端に上部フランジと下部フランジとを含む。前記下部フランジは接続面においてしっかりと保持されおり、上部フランジは、締付けストリップにより、前記シリンダヘッドの壁に当接して保持されている。

シリンダヘッドと捕集器とのこのような関連性は、具体的にはアルミニウムで作製されているシリンダヘッドと鋼鉄または鋳鉄で作製されている捕集器とでは、２つの材料間の熱膨張の非常に大きな差異が原因で、高温で問題を引き起こす可能性がある。遊びが生じる場合には、捕集器とシリンダヘッドとの間の封止はもはや保証されない。さらに、シリンダヘッドの接続面はさらなる機械加工を必要とし、これは、さらなる製造段階およびさらなるコストにつながる。

仏国特許出願公開第２８９７１０１（Ａ１）号公報は、熱エンジンのシリンダヘッドの壁に排気ガス捕集器を取り付けるためのシステムを開示している。シリンダヘッドへの接続のための一方の端部における捕集器は、斜めの接続面を含む取付け要素を含む。この取付けシステムは、斜めの接続面上に載っておりかつシリンダヘッドの壁に取り付けられている２つのバーから成る。

１つの欠点は、シリンダヘッドと捕集器との膨張差が上部バーの持上げを引き起し、続いてシステムの封止の不具合を引き起こすことである。

別の欠点は、上部バーが、捕集器とシリンダヘッドとの間の膨張差に随伴するいかなる変形区域も有さないバーであることである。

米国特許出願公開第２００５／０２６８６０２（Ａ１）号公報は、エンジンのシリンダヘッドに排気ガス捕集器を取り付けるためのデバイスを開示しており、前記捕集器は、シリンダヘッドに固定されている下部フランジと、反対側に置かれておりかつシリンダヘッドと取付けバーとの間にしっかりと保持されている上部フランジとを含み、上部フランジまたは取付けバーは弾性部を含む。

１つの欠点は、取付けバーと上部フランジとの間の遊びの存在であり、これにより封止の不具合を引き起こす可能性がある。

別の欠点は、弾性部が捕集器とシリンダヘッドとの間の分離を可能にすることであり、前記分離は封止の不具合を引き起こす可能性がある。

本発明の目標はこれらの問題に対処することであり、本発明の目的の１つは、エンジンのシリンダヘッドの壁に排気ガス捕集器を取り付けるためのデバイスである。

本発明は、より詳細には、熱エンジンのシリンダヘッドの壁に排気ガス捕集器を取り付けるためのデバイスであって、前記捕集器は、シリンダヘッドに固定されている下部ストリップと、反対側の上部ストリップとを含む端部フランジにより拡張されている、デバイスであって、
該デバイスは、シリンダヘッドに取付けるための第１のプレートと、上部ストリップと相補的な形状を有し、変形可能部を含む、上部ストリップを圧迫する第２のプレートとを含む取付けバーを含むことを特徴とする、デバイスに関する。

有利な方法では、取付けバーは、捕集器の上部ストリップを圧迫する第２のプレートを含み、前記第２のプレートは、上部フランジがシリンダヘッドの壁に常に押し付けられた状態に保たれることを確実にするために、上部フランジと相補的な形状を有する。また、第２のプレートは、捕集器とシリンダヘッドの壁との間の膨張差を吸収する変形可能部を含む。

本発明の他の特徴によれば、
− 下部ストリップは取付け手段の軸を取り囲んでいる。
有利な方法では、捕集器の下部ストリップは取付け手段の軸を取り囲んでおり、これにより、シリンダヘッドの壁に取り付けられる捕集器の設置が容易になる。
− バーの第１のプレートは、第２のプレッシャプレートと、シリンダヘッドの壁とは反対側を向いた９０°より大きい角度を成す。
有利な方法では、第１の取付けプレートは、第２のプレッシャプレートに対して実質的に直角であり、これにより、捕集器を取り付けるためのデバイスの全体的な寸法の縮小が可能になる。さらに、前記デバイスは、任意の空間要求に適合するために折り曲げ（ｆｏｌｄ）を含むシリンダヘッドの壁に捕集器を取り付けるために有利に配設されていてもよい。
− 取付けバーは、第１の取付けプレートと第２のプレッシャプレートとの間の接続の補強材を含む。
有利な方法では、取付けバーは、第１の取付けプレートと第２のプレッシャプレートとの間の接続の少なくとも１つの補強材を含み、前記少なくとも１つの補強材は、上部フランジをシリンダヘッドの壁に押し付けられた状態に保つために、バーの２つのプレート間で角度が維持されることを可能にする。
− バーの取付けプレートとプレッシャプレートとは、同じプレートを折り曲げることにより得られる。
有利な方法では、バーの第１の取付けプレートと第２のプレッシャプレートとは、プレス加工することまたは折り曲げることにより、同じプレートから得られ、これにより、より簡単な製造が可能になる。
− 上部フランジの圧力面は面取りの外形を呈している。
有利な方法では、捕集器の上部フランジの圧力面は、前記表面を圧迫する上部フランジに対して相補的な形状を有する第２のプレッシャプレートのお蔭で、シリンダヘッドの壁に対するより効果的な保持を可能にするために、面取りの外形を含む。

本発明の他の特徴および利点が、非制限的例として与えられておりかつ添付図面に示されている、本発明の特定の実施形態の以下の説明を熟読することにより、明らかになるであろう。

シリンダヘッドに捕集器を取り付けるためのデバイスの概略図である。 取付けバーの概略図である。 シリンダヘッドの壁に対して直角の、図１の平面ＡＡにおける取付けデバイスの長手方向部分の図である。

以下の説明では、同一参照番号は、同一の構成要素または同様の機能を有する構成要素を指定する。

図１に示されている通り、排気捕集器１１は、エンジンのシリンダ内での燃焼により生成される排気ガスを捕集するために、熱エンジン（図示せず）のシリンダヘッド１４の壁１２に取り付けられる。前記排気ガスは、次いで、例えばターボチャージャ１３のタービンの方へ方向付けられる。

捕集器は、シリンダヘッド１４の壁の、垂直平面に対して実質的に傾斜した表面に取り付けられる。図１および図３によれば、シリンダヘッドの壁は、傾斜壁１７により拡張されている実質的に垂直な壁１６を呈し、傾斜壁１７に捕集器１１が支えられて、取り付けられている。したがって、傾斜壁１７は、シリンダヘッドの垂直壁１６に対して、１３５°程度の折り曲げ角１７’を形成している。図３に示されている通り、前記傾斜壁１７は排気口１８を含み、これを介して、ガス用の排気管１９が排出する。

捕集器１１は、ターボチャージャのタービンに向かってガスを搬送する供給管２１の端部に取り付けられている端部フランジ２０を含む。前記端部フランジは、前記供給管２１に接続されておりかつシリンダヘッド１４の排気口１８に実質的に対向している入口２２を含む。したがって、排気ガスは、最適な方法で、シリンダヘッドからターボチャージャ１３へ方向付けられる。

端部フランジ２０は、上部ストリップ２３と、取付け手段２５の軸を取り囲んでいる下部ストリップ２４とを含む。前記取付け手段２５は、シリンダヘッド１４の傾斜壁１７内に埋め込まれているねじであってもよい。下部ストリップ２４は、前記取付け手段２５の軸を取り囲んでいる開口部または前記軸を取り囲んでいる２つの歯を含んでいてもよい。下部ストリップ２４は実質的に面取りの外形を含んでいてもよく、面取りにより、エンジンの材料の質量、すなわち重量を低減することができる。

上部ストリップ２３は、略台形の横断面を呈しかつシリンダヘッド１４の傾斜壁１７と接触している下面２６と、対向する上面２７と、前記上部ストリップ２３の周囲上の斜めの圧力側面２８とを含むプレートを含む。したがって、前記圧力側面２８は、入口オリフィス２２に接続されている内面から、折り曲げ角１７’と実質的に相補的な角度傾斜（ａｎｇｌｅｄ ｓｌｏｐｅ）に従って周囲に向かって先細になる面取りの外形を呈している。捕集器がシリンダヘッドの傾斜壁１７に取り付けられた場合、前記圧力面は、シリンダヘッド１４の垂直壁１６に対して実質的に直角である。前記圧力面２８は、ガス供給管の直径より大きい幅および奥行きを有する略矩形の接触面２９を含む。

本発明によるデバイスは、図２に示されている取付けバー３０を含む。前記取付けバー３０は、取付けプレート３１とプレッシャプレート３２とを含む。

取付けプレート３１は、このように、実質的に一列に並んでおりかつシリンダヘッド１４の垂直壁１６内に埋め込まれている取付けねじ３４により通過される取付け穴部３３を含む。

プレッシャプレート３２は、上部ストリップ２３の圧力面２８の接触面２９と実質的に相補的な圧力面３５を含む。ある好適な方法では、前記プレッシャプレートは、ガス供給管の直径より実質的に大きい幅と接触面の奥行きより大きい奥行きとを含む。前記圧力面３５は上部ストリップ２３の接触面２９と接触している。したがって、プレッシャプレートは、取付けプレートと共に、９０°より大きいかまたはこれに等しい広がり角３６を形成する。プレッシャプレートは変形可能な弾性部３７を含む。プレッシャプレート３２の前記変形可能部は上部ストリップの接触面２９を覆う。

ある好適な方法では、プレッシャプレートと取付けプレートとは、プレス加工することまたは折り曲げることにより、同じプレートから得られ、前記プレートは、例えばＨＥ６５０Ｄ高強度鋼で作製される。プレッシャプレートの厚さは、前記プレートに対して直角の軸に沿った弾性変形を可能にするために、４ｍｍ程度である。

取付けバー３０は、冷却された時に広がり角３６をこれの初期値に維持するために、取付けプレートとプレッシャプレートとの間に配設されている少なくとも１つの補強材３８を含む。ある好適な方法では、少なくとも１つの補強材は、プレッシャプレートの変形の可能性を低減させないために、プレッシャプレートの減少部を覆って延在している。図２によれば、少なくとも１つの補強材３８は、プレッシャプレートの奥行きの４分の１を実質的に覆って延在しているボスまたは畝部を含む。

非常な高温でのガスの通過は、捕集器１１の供給管２１および端部フランジ２０の非常に大きな加熱を引き起こす。したがって、熱は、ガスの流動の軸Ｘに関して実質的に径方向に伝播される。端部フランジ２０は、次いで、実質的に径方向の温度勾配で変形することができる。上部ストリップ２３は、次いで、径方向に延在することができ、前記膨張により生成される力は、次いで、斜めの圧力面２８により、大部分伝達される。上部ストリップ２３は、次いで、プレッシャプレート３２を実質的に押すことができ、このプレッシャプレートは弾性的に屈曲してかつガス用の供給管に関して実質的に径方向に変形する。広がり角は一定のままであり、端部フランジをシリンダヘッドの傾斜壁に押し付けられた状態に保つ。フランジ２０の膨張は、次いで、プレッシャプレート３２の弾性変形により吸収される。

エンジンが停止された場合、冷却されると、プレッシャプレートはこれの元の形状に戻り、端部フランジをシリンダヘッドの壁に押し付けられた状態に保つために、上部ストリップの圧力面に押し付けられたままである。

捕集器を取り付けるためのデバイス１０により、目的は達成される。低温または高温の場合、排気ガスの通過中、取付けデバイスは、封止の不具合を回避するために、排気捕集器をシリンダヘッドの壁に押し付けられた状態に保つ。前記取付けデバイス１０は、捕集器の端部フランジの横方向膨張の影響を吸収することができる取付けバーを含む。当然、本発明は、例として前段で記載されているこの実現の実施形態のみに限定されず、それどころか、これらの全変形形態を包含する。したがって具体的には、シリンダヘッドの壁は単に平坦であってもよく、排気口の高さでいかなる撓みも呈さない可能性がある。次に、広がり角は９０°より大きく、１３５°に近い可能性がある。

Claims (7)

1. 熱エンジンのシリンダヘッド（１４）の壁に排気ガスの捕集器（１１）を取り付けるためのデバイス（１０）であって、
   シリンダヘッド（１４）の壁は、実質的に垂直な壁（１６）を有し、垂直な壁（１６）の拡張部をなす傾斜壁（１７）に捕集器（１１）が支えられて、取り付けられていて、前記シリンダヘッドに固定されている下部ストリップ（２４）と、接触面（２９）が有る反対側の上部ストリップ（２３）とを含む端部フランジ（２０）により前記捕集器は拡張され、
   デバイス（１０）は、
   前記シリンダヘッドに取付けられる取付けプレート（３１）と、前記上部ストリップを圧迫するためのプレッシャプレート（３２）とを有する取付けバー（３０）を備え、
   前記取付けプレート（３１）は前記シリンダヘッド（１４）の垂直な壁（１６）に取り付けられ、
   前記プレッシャプレート（３２）は、前記上部ストリップの接触面（２９）と相補的な形状であって、変形可能な弾性部を有し、
   前記下部ストリップ（２４）は、前記シリンダヘッド（１４）の傾斜壁（１７）に埋め込まれた取付けねじ（２５）の軸を取り囲んでいる、デバイス（１０）。
2. 前記下部ストリップ（２４）は、面取りの外形をなしている、請求項１に記載の取付け用デバイス。
3. 前記取付けバー（３０）において、前記取付けプレート（３１）と前記プレッシャプレート（３２）との間のなす角度が９０度より大きい、請求項１または２に記載の取付け用デバイス。
4. 前記取付けバー（３０）において、前記取付けプレート（３１）と前記プレッシャプレート（３２）との間のなす角度が実質的に直角である、請求項１または２に記載の取付け用デバイス。
5. 前記取付けバーは、前記取付けプレート（３１）と前記プレッシャプレート（３２）との間の接続の少なくとも１つの補強材（３８）を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の取付け用デバイス。
6. 前記取付けバーの前記取付けプレート（３１）と前記プレッシャプレート（３２）とは、同じプレートをプレス加工することにより得られる、請求項１から５のいずれか一項に記載の取付け用デバイス。
7. 前記端部フランジ（２０）の前記上部ストリップ（２３）は、外周に向かって先細になる面取りの外形を呈している、請求項１から６のいずれか一項に記載の取付け用デバイス。
   

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