JP7000969B2

JP7000969B2 - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP7000969B2
Application number: JP2018074490A
Authority: JP
Inventors: 和昭山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: JP2019183726A

Description

本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recuirculation）装置に関する。

エンジンから排出されたＥＧＲガスをＥＧＲクーラーにより冷却しＥＧＲバルブを通して再循環させる構成が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１８－１７２１０号公報

ＥＧＲクーラー及びＥＧＲバルブは、ＥＧＲガスが流れる配管を介して連結され、エンジンにそれぞれ組付けられる。このため、配管の剛性が高くなるようにその板厚や素材などを設計すると、ＥＧＲクーラー及びＥＧＲバルブの各取り付け位置の誤差により配管に加わる応力を緩和することが難しい。

これに対し、配管の剛性が低くなるように板厚や素材などを設計すると、ＥＧＲクーラー及びＥＧＲバルブの各取り付け位置の誤差による応力は低減されるが、エンジンの振動によってＥＧＲクーラー及びＥＧＲバルブから生ずる相対的な振動により配管に加わる応力が増加する。このような応力が加わると、配管に亀裂や歪みなどが生ずるおそれがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、エンジンに対する取り付け位置の誤差及びエンジンの振動により配管に加わる応力を低減することができるＥＧＲ装置を提供することを目的とする。

本発明のＥＧＲ装置は、エンジンに組付けられ、前記エンジンから排出されたＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラーから、前記エンジンに組付けられたＥＧＲバルブに導く矩形状の配管とを有し、前記配管は、第１板部材及び第２板部材を有し、前記第１板部材及び前記第２板部材は、それぞれ、幅が長辺方向に広がるベース板と、幅が短辺方向に広がり前記ベース板の両端に設けられた一対の側板とを含み、前記第１板部材及び前記第２板部材は、互いの前記一対の側板が重なり合うように接合され、前記第１板部材及び前記第２板部材の前記ベース板同士は、前記ＥＧＲクーラーが前記エンジンに組付けられる方向において対向し、前記第１板部材及び前記第２板部材の前記一対の側板は、前記エンジンが振動する方向において対向する。

本発明によれば、エンジンに対する取り付け位置の誤差及びエンジンの振動により配管に加わる応力を低減することができる。

ＥＧＲ装置の一例を示す側面図である。ＥＧＲ装置の一例を示す上面図である。Ａ－Ａ線に沿った主管路部の断面図である。Ｂ－Ｂ線またはＣ－Ｃ線に沿った主管路部の断面図である。比較例の配管の一例を示す断面図である。Ａ－Ａ線に沿った他の例の主管路部の断面図である。Ａ－Ａ線に沿った他の例の主管路部の断面図である。

図１はＥＧＲ装置の一例を示す側面図であり、図２はＥＧＲ装置の一例を示す上面図である。より具体的には、図１には、後方からエンジン１を見たときのＥＧＲ装置が示され、図２には、上方からエンジン１を見たときのＥＧＲ装置が示されている。図２の紙面において、上方はエンジン１の前方側であり、下方はエンジン１の後方側である。また、図１及び図２において、Ｘ軸方向はエンジン１の幅方向を指し、Ｙ軸方向はエンジン１の前後方向を指し、Ｚ軸方向はエンジン１の上下方向を指す。なお、本例のエンジン１は、例えば、ＦＦ（Front-engine Front-drive）及びＦＲ（Front-engine Rear-drive）の何れかの駆動方式に対応する。

ＥＧＲ装置は、ＥＧＲクーラー２と、ＥＧＲバルブ３と、配管４とを有する。ＥＧＲ装置は、エンジン１のシリンダヘッドの近傍に組付けられる。ＥＧＲクーラー２及び配管４は、後方からエンジン１の背面に組付けられている（「組付け方向」参照）。また、ＥＧＲバルブ３は、エンジン１の側面に組付けられている。

エンジン１は、ガソリンを燃焼させることにより車両を駆動し、燃焼により生じた排気ガスをＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラー２に排出する。ＥＧＲガスは、符号Ｆで示される経路に従ってＥＧＲクーラー２、配管４、及びＥＧＲバルブ３をこの順に流れてエンジン１に再循環される。

ＥＧＲクーラー２は、エンジン１から排出されたＥＧＲガスを、例えば冷却水により冷却する。ＥＧＲクーラー２は、略直方体形状を有し、エンジン１の背面に沿って斜め上方に傾いた状態でエンジン１に組み付けられている。

ＥＧＲクーラー２の両端には接続管部２１，２２がそれぞれ設けられている。接続管部２１は、ＥＧＲクーラー２の上流側の一端からエンジン１の背面に向けて曲がった経路を有し、フランジ２０を介してエンジン１の背面に組付けられている。フランジ２０は、複数のボルト８０によりエンジン１に固定されている。

また、接続管部２２は、ＥＧＲクーラー２の下流側の一端において配管４と接続され、冷却されたＥＧＲガスをＥＧＲクーラー２から配管４内に導入する。

配管４は、矩形状の外周を有し、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラー２からＥＧＲバルブ３に導く。配管４は、互いに連通する主管路部４１及び副管路部４２を有する。主管路部４１は、ＥＧＲクーラー２から、エンジン１の背面に沿って斜め上方に延びている。このため、主管路部４１の下流側端部は、エンジン１の後方の左側に位置する。主管路部４１はＥＧＲガスの下流側において副管路部４２に接続されている。

副管路部４２は、主管路部４１の下流側端部からＥＧＲバルブ３に向かって略Ｌ字状に曲がった経路を有する。副管路部４２は、エンジン１の背面に沿ってＥＧＲバルブ３と同じ高さ位置まで上方に延び、ＥＧＲバルブ３に向かって略直角に曲がっている。なお、副管路部４２の長さは、主管路部４１と比較すると十分に短い。

副管路部４２は、下流側においてフランジ４４を介してＥＧＲバルブ３の一端に接続されている。フランジ４４は、例えばボルト８１によりＥＧＲバルブ３に固定されている。

ＥＧＲバルブ３は、固定金具３０によりエンジン１後部の側方に組み付けられている。固定金具３０は、ボルト８２によりエンジン１の上面に固定されている。ＥＧＲバルブ３は、例えばＥＧＲガスの流量を制御する。ＥＧＲガスはＥＧＲバルブ３から再循環用配管５を流れてエンジン１に再循環される。再循環用配管５は、フランジ５０を介してＥＧＲバルブ３に組み付けられている。フランジ５０は、ボルト８３によりＥＧＲバルブ３に固定されている。

このように、ＥＧＲクーラー２及びＥＧＲバルブ３は、ＥＧＲガスが流れる配管４を介して連結され、エンジン１にそれぞれ組付けられる。このため、配管４の剛性が高くなるようにその板厚や素材などを設計すると、ＥＧＲクーラー２及びＥＧＲバルブ３の各取り付け位置の誤差により配管に加わる応力を緩和することが難しい。

例えば図２に示されるように、Ｙ軸方向において、ＥＧＲクーラー２のフランジ２０とＥＧＲバルブ３の組み付け位置に誤差ΔＰが生じると、ＥＧＲクーラー２とＥＧＲバルブ３を連結する主管路部４１に応力が加わるおそれがある。

これに対し、配管４の剛性が低くなるように板厚や素材などを設計すると、ＥＧＲクーラー２及びＥＧＲバルブ３の各取り付け位置の誤差による応力は低減されるが、エンジン１の振動によってＥＧＲクーラー２及びＥＧＲバルブ３から生ずる相対的な振動により配管４に加わる応力が増加する。このような応力が加わると、配管４に亀裂や歪みなどが生ずるおそれがある。

例えば図１に示されるように、エンジン１が上下方向（「エンジンの上下方向」参照）及びローリング方向（「エンジンのローリング方向」参照）に振動すると、主管路部４１に応力が生ずるおそれがある。エンジン１の上下方向及びローリング方向は、エンジン１が振動する方向の一例である。ここで、エンジン１の上下方向は、シリンダヘッド内でピストンが動作する方向であり、Ｚ軸方向に該当する。また、エンジン１のローリング方向は、クランクシャフトの動作によりエンジン１がローリングする方向であり、Ｘ軸方向に該当する。

そこで、主管路部４１は、以下に述べるように、エンジン１の上下方向及びローリング方向において剛性が高くなり、エンジン１の組み付け方向において剛性が低くなるような構造を備える。

図３は、Ａ－Ａ線（図１参照）に沿った主管路部４１の断面図である。主管路部４１は、コ字形状の一対の板部材４１ａ，４１ｂを含む。板部材４１ａ，４１ｂは、例えば鉄などの金属板をプレス成型することにより得られる。板部材４１ａ，４１ｂの一方は第１板部材の一例であり、板部材４１ａ，４１ｂの他方は第２板部材の一例である。主管路部４１は、板部材４１ａ，４１ｂ同士を組み合わせて、溶接などの接合手段により接合することにより構成されている。

板部材４１ａは、ベース板６０と、その両端に設けられた一対の側板６１，６２とを有する。ベース板６０は、主管路部４１の外周の長辺方向に幅ｈが広がっており、一対の側板６１，６２は、主管路部４１の外周の短辺方向に幅ｂ（＜ｈ）が広がっている。

板部材４１ｂは、ベース板７０と、その両端に設けられた一対の側板７１，７２とを有する。ベース板７０は、主管路部４１の外周の長辺方向に幅が広がっており、一対の側板７１，７２は、主管路部４１の外周の短辺方向に幅が広がっている。ベース板７０の幅は、他方の板部材４１ａの各側板６１，６２の厚み分だけベース板６０の幅ｈより短い。側板７１，７２の幅は、他方の板部材４１ａのベース板６０の厚み分だけ側板６１，６２の幅ｂより短い。

このように、一方の板部材４１ｂは、他方の板部材４１ａよりサイズが小さく、その板部材４１ａのベース板６０及び側板６１，６２に囲まれた領域に収容されて接続される。一方の板部材４１ａと他方の板部材４１ｂは、側板６１及び側板７１が重なり合い、側板６２及び側板７２が重なり合うように接合される。

これにより、板部材４１ａ，４１ｂは、ＥＧＲガスが流れる流路Ｓを形成する。主管路部４１の外周のサイズ（長辺×短辺）はｈ×ｂである。

また、主管路部４１は、ＥＧＲクーラー２がエンジン１に組付けられる方向において、各ベース板６０，７０同士が対向するように構成されている。このため、主管路部４１は、側板６１，６２，７１，７２同士が重なり合った短辺方向がＥＧＲクーラー２の組付け方向に一致するので、その組付け方向において剛性が低くなる。したがって、主管路部４１は、ＥＧＲクーラー２の組付けの誤差ΔＰに応じて柔軟に変形することにより、誤差ΔＰによって生ずる応力を緩和することができる。

主管路部４１は、さらにエンジン１の振動方向に沿った断面の断面係数が高くなるため、エンジン１の振動により生ずる応力を抑制することができる。

図４は、Ｂ－Ｂ線またはＣ－Ｃ線（図１参照）に沿った主管路部４１の断面図である。Ｂ－Ｂ線はエンジン１の上下方向に一致し、Ｃ－Ｃ線はエンジン１のローリング方向に一致する。なお、図４において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

主管路部４１の断面において、短辺方向の長さはｂとなり、長辺方向の長さはｈ’（＞ｈ）となる。このため、長辺方向の断面係数はｂ×ｈ’^３から算出されるので、長辺方向に加わる応力は長さｈ’の影響が支配的となる。これに対し、短辺方向の断面係数はｈ’×ｂ^３から算出されるので、短辺方向に加わる応力は長さｂの影響が支配的となる。

ここで、長辺方向はエンジン１の振動方向に一致し、短辺方向はＥＧＲクーラー２の組付け方向に一致する。したがって、主管路部４１の剛性は、エンジン１の振動方向において高くなり、ＥＧＲクーラー２の組付け方向において低くなる。よって、主管路部４１は、エンジン１の振動により生ずる応力が低減されて、その応力による変形が抑制される。

このように、各板部材４１ａ，４１ｂの一対の側板６１，６２，７１，７２は、エンジン１の振動方向において対向するため、その方向における断面係数が低減され、エンジン１の振動による応力が低減される。よって、本実施例のＥＧＲ装置は、エンジン１に対する取り付け位置の誤差及びエンジン１の振動により配管４に加わる応力を低減することができる。

また、上述したように、板部材４１ａ，４１ｂを組み合わせることにより配管４を構成する場合、側板６１，６２，７１，７２同士の重なり合う領域の長さを調整することにより、配管４の引き回しによらずに、ＥＧＲガスの流路の断面形状を、例えば流量に応じて自由に形成することが可能となる。これに対し、例えば、外周が円形状の一体成型の配管を用いた場合、配管の引き回しに応じて配管の流路の断面形状が変形する。

図５は、比較例の配管の一例を示す断面図である。符号９０は、比較例の配管の通常の断面を示し、符号９１は、配管の引き回しにおける曲げ部の断面を示す。配管の曲げ部では配管の流路の断面が扁平に変形するため、ＥＧＲガスの圧損が増加する。

これに対し、実施例のように、板部材４１ａ，４１ｂを組み合わせることにより配管４を構成すれば、配管の引き回しに応じて配管の流路の断面形状を設計することができるため、設計の自由度が高まる。

次に、主管路部４１の他の例について述べる。

図６は、Ａ－Ａ線に沿った他の例の主管路部４１の断面図である。図６において、図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。一対の板部材４１ａ，４１ｂは、図３の例とは異なり、一対の側板７１，７２がベース板６０から一定の距離Δｂだけ離れている。このため、主管路部４１の幅は、図３の例よりΔｂだけ大きくなる（ｂ’＝ｂ＋Δｂ）。

本例においても、主管路部４１は、長辺方向において断面係数が高く剛性が高くなるため、エンジン１の振動により生ずる応力を抑制することができる。

さらに、図７は、Ａ－Ａ線に沿った他の例の主管路部４１の断面図である。図７において、図６と共通する構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。本例では、一方の板部材４１ｂの側板７１，７２及びベース板７０のサイズが、他方の板部材４１ａの側板６１，６２からはみ出さないように調整されている。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１エンジン
２ＥＧＲクーラー
３ＥＧＲバルブ
４配管
４１主管路部
４２副管路部
４１ａ，４１ｂ板部材
６０，７０ベース板
６１，６２，７１，７２側板

Claims

エンジンに組付けられ、前記エンジンから排出されたＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラーと、
前記ＥＧＲガスを前記ＥＧＲクーラーから、前記エンジンに組付けられたＥＧＲバルブに導く矩形状の配管とを有し、
前記配管は、第１板部材及び第２板部材を有し、
前記第１板部材及び前記第２板部材は、それぞれ、幅が長辺方向に広がるベース板と、幅が短辺方向に広がり前記ベース板の両端に設けられた一対の側板とを含み、
前記第１板部材及び前記第２板部材は、互いの前記一対の側板が重なり合うように接合され、
前記第１板部材及び前記第２板部材の前記ベース板同士は、前記ＥＧＲクーラーが前記エンジンに組付けられる方向において対向し、
前記第１板部材及び前記第２板部材の前記一対の側板は、前記エンジンが振動する方向において対向することを特徴とするＥＧＲ装置。