JP2006336563A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気マニホールドに導入されるＥＧＲガス中に含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物による部材の腐食を防止することができる内燃機関を提供する。
【解決手段】 内燃機関１で燃焼した排気ガスの一部を排気通路から吸気通路６に戻して排気ガスを再循環させるＥＧＲガス通路１２，１３，１７，８を備えた内燃機関であって、ＥＧＲガス導入部１２，１３と吹出し部８の間に、ＥＧＲガスが冷えて生成される凝縮水を溜める水滴保持手段１６を設け、この水滴保持手段１６は耐腐食性のある材料で構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に戻して、排気ガスを再循環させるＥＧＲガス通路を備えた内燃機関に関するものである。

従来、特許文献１に開示されているように、この種の内燃機関では、吸気通路に設けた機械式過給機と、一端側が排気通路に接続され他端側が機械式過給機より上流の吸気通路に接続されたＥＧＲ通路とを備え、機械式過給機の駆動時に排気ガスをＥＧＲガス通路を介して吸気系に還流するものが提案されている。

この内燃機関では、ＥＧＲ通路接続部分から機械式過給機に亘る範囲の吸気通路を下流ほど低くなるように形成して、ＥＧＲガス中の水分が結露することによって生じた凝縮水を機械式過給機本体のケーシング内に導き、機械式過給機の駆動によって高温となった吸気により凝縮水を蒸発させて機械式過給機から排出するものとしている。
特開平８−１７７６４６号公報

しかしながら、こうした内燃機関では、機関運転中に発生する凝縮水を無くすることができるとしても、機関停止中にＥＧＲガス通路内で滞留したＥＧＲガス中の水分が結露することによって生じる凝縮水については何ら対策がされておらず、ＥＧＲガス通路やＥＧＲガス通路の構成部品の腐食を防止できない場合が生ずるという問題点があった。

本発明は上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、吸気マニホールドに導入されるＥＧＲガス中の水分に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や、硫黄酸化物（ＳＯｘ）によるＥＧＲガス通路やＥＧＲガス通路の構成部品の腐食を防止することを目的の１つとする。

また、ＥＧＲガスを内燃機関の各気筒へ均等に分配して、ＥＧＲガス率を高くし、燃費性能を向上させることを目的の１つとするものであり、その請求項１は、内燃機関で燃焼した排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に戻して排気ガスを再循環させるＥＧＲガス通路を備えた内燃機関であって、前記ＥＧＲガス通路中の前記ＥＧＲガスが冷えて生成される凝縮水を溜める耐腐食性の材料で構成された水滴保持手段を備えることである。

また請求項２は、前記水滴保持手段は、前記内燃機関が停止した時に前記ＥＧＲガスが滞留する滞留部に形成されてなることである。

また請求項３は、前記ＥＧＲガスを冷却するために前記ＥＧＲガス通路に形成された前記滞留部としての冷却室を有し、前記水滴保持手段は、前記冷却室の下部の少なくとも一部を形成するとともに前記凝縮水を溜めることが可能な形状に形成されてなることである。

また請求項４は、前記冷却室は、ヘッドカバーの内部に形成され、該ヘッドカバーは、前記ＥＧＲガスを前記冷却室に導入するための前記冷却室内に突出した導入部を備え、前記水滴保持手段は、前記導入部に前記凝縮水を接触させないための接触防止部が形成されてなることである。

また請求項５は、前記水滴保持手段は、バスタブ形状をしたバッフルプレートにより形成され、前記冷却室は、前記ヘッドカバー内の上面に該バッフルプレートを取り付けることにより形成されてなることである。

また請求項６は、前記ヘッドカバーの外周部には、冷却水が流れる冷却水通路が配置され、前記冷却室は、該冷却水通路を流れる前記冷却水によって前記ＥＧＲガスを冷却するものであることである。

また請求項７は、前記冷却室は、前記ＥＧＲガス通路をラビリンス状に形成してなることである。

また請求項８は、前記吸気通路を構成する吸気マニホールドのコレクタが前記ヘッドカバーの上面に取り付けられてなる請求項７に記載の排気ガスの循環装置であって、前記冷却水通路は、前記コレクタの前記ヘッドカバーの上面との合せ面および／または前記ヘッドカバーの上面の前記コレクタとの合せ面に形成された凹部からなることである。

また請求項９は、前記コレクタは、前記冷却室からの前記ＥＧＲガスが供給される吹出し部を有し、該吹出し部は、該コレクタ内を流れる吸気流れの上流側に形成されるとともに、該吸気流れの下流側に向かって開口形成されてなることである。

本発明の内燃機関は、ＥＧＲガス通路中のＥＧＲガスが冷えて生成される凝縮水を溜める耐腐食性の材料で構成された水滴保持手段を備えることにより、ＥＧＲガスが冷却されることにより発生する凝縮水を水滴保持手段に溜めることで、ＥＧＲガス通路内に凝縮水が溜まることを防ぎ、ＥＧＲガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を含んだ凝縮水によるＥＧＲガス通路やＥＧＲガス通路の構成部品の腐食を防止できるものとなる。

また、水滴保持手段は、内燃機関が停止した時にＥＧＲガスが滞留する滞留部に形成されてなることにより、内燃機関の停止で内燃機関が冷える際に凝縮水が発生するのはＥＧＲガスが滞留する滞留部であるため、そこに水滴保持手段を備えることで、内燃機関の腐食を良好に防止できるものとなる。

また、ＥＧＲガスを冷却するために、ＥＧＲガス通路に形成された滞留部としての冷却室を有し、水滴保持手段は、冷却室の下部の少なくとも一部を形成するとともに、凝縮水を溜めることが可能な形状に形成されてなることにより、ＥＧＲガスの滞留部としての冷却室の下部の少なくとも一部を、耐腐食性の材料で凝縮水を溜めることが可能な形状に形成するだけで良いため、簡易な構成で凝縮水を溜めることができるものとなる。

また、冷却室は、ヘッドカバーの内部に形成され、該ヘッドカバーは、ＥＧＲガスを冷却室に導入するための冷却室内に突出した導入部を備え、水滴保持手段は、導入部に凝縮水を接触させないための接触防止部が形成されてなることにより、導入部が冷却室内に突出形成されている場合であっても、導入部に凝縮水が接触しないので、ヘッドカバーの腐食を防止できるものとなる。

また、水滴保持手段は、バスタブ形状をしたバッフルプレートにより形成され、冷却室は、ヘッドカバー内の上面にバッフルプレートを取り付けることにより形成されてなることにより、簡易な構成で水滴防止手段と冷却室を形成できるものとなる。

また、ヘッドカバーの外周部には、冷却水が流れる冷却水通路が配置され、冷却室は、冷却水通路を流れる冷却水によってＥＧＲガスを冷却するものであるため、簡易な構成でＥＧＲガスを冷却できるものとなる。

また、冷却室は、ＥＧＲガス通路をラビリンス状に形成してなることにより、より効果的にＥＧＲガスを冷却できるものとなる。

また、吸気通路を構成する吸気マニホールドのコレクタがヘッドカバーの上面に取り付けられてなり、冷却水通路は、コレクタのヘッドカバーの上面との合せ面および／またはヘッドカバーの上面のコレクタとの合せ面に形成された凹部からなることにより、簡易な構成で冷却水通路を形成できるものとなる。

また、コレクタは、冷却室からのＥＧＲガスが供給される吹出し部を有し、吹出し部は、コレクタ内を流れる吸気流れの上流側に形成されるとともに、吸気流れの下流側に向かって開口形成されていることにより、吸気の上流位置から下流側に向かってＥＧＲガスが吹き出されるので、ＥＧＲガスを吸気と均一に混合できるものとなる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、エンジンを上方から見た平面構成図であり、また図２は、図１の正面構成図である。
エンジン１は、シリンダヘッド２の上面にヘッドカバー３が設けられており、このヘッドカバー３上には吸気マニホールド４が取り付けられている。
この吸気マニホールド４は、四気筒エンジンのそれぞれの気筒に連通された４本のブランチ管５，５，５，５と、このブランチ管５，５，５，５が集合するコレクタ６で構成されている。
コレクタ６には取付フランジ部７が一体形成されており、この取付フランジ部７側からコレクタ６内の吸気通路６ａ上流側内に開口して、α°傾斜したＥＧＲガス吹出し通路８が一体形成されている。
取付フランジ部７は、ボルト１０，１０，１０を用いてヘッドカバー３に固定されている。

また、コレクタ６のスロットルチャンバー取付フランジ６ｂ側の、シリンダヘッド２にはウォーターアウトレット１１が取り付けられており、このウォーターアウトレット１１は、エンジンのシリンダヘッド等を冷却した冷却水をヒーターやスロットルチャンバー等へ供給し、またラジエターへ冷却水を戻すために設けられたものであり、このウォーターアウトレット１１には、ＥＧＲバルブ１２が取り付けられている。
このＥＧＲバルブ１２は、排気通路からの排気ガスを吸気通路６ａへ戻すＥＧＲガス通路の一部を構成するものである。
このＥＧＲバルブ１２には、ＥＧＲチューブ１３が連通接続されており、ＥＧＲチューブ１３の上端はヘッドカバー３に接続されている。
また、ウォーターアウトレットから冷却水ホース１４ａがヘッドカバー３の上面側に接続されており、また、ヘッドカバー３の上面側から出口側の冷却水ホース１４ｂがウォーターアウトレット１１に接続されている。

なお、図３は、図１において吸気マニホールド４を取り外した状態のヘッドカバーの平面構成図である。
また、図４は、図２のＡ−Ａ線断面構成図であり、図５は、図２のＢ−Ｂ線断面構成図であり、図６は、図２のＣ−Ｃ線断面構成図である。
これらの断面図等で示すように、ヘッドカバー３の上面には、凹み状に凹部３ａ，３ａが仕切り壁３ｂで仕切られて迂回状の冷却水通路１５が形成されており、この凹部３ａ，３ａ上のコレクタ取付面３ｃ上に、ガスケットを介在させてコレクタ６の取付フランジ部７がボルト１０を締め付けて取り付けられるものである。
取付フランジ部７にも上方へ凹み状に凹部７ａ，７ａが形成されており、ヘッドカバー３に取付フランジ部７を整合状に取り付けた状態では、凹部３ａと凹部７ａが整合して、凹部３ａと凹部７ａで冷却水の通る迂回状の冷却水通路１５が形成されるものである。
なお、ヘッドカバー３に冷却水通路１５を形成することで、ボルト１０のＥＧＲガスからの熱影響を抑えることができるものとなる。

この冷却水通路１５の入口側には、ウォーターアウトレット１１からの冷却水ホース１４ａが連通接続されるものであり、また冷却水通路１５の出口側には、冷却水ホース１４ｂが連通接続されるものである。
また、ヘッドカバー３の内側上面には、固定ボルト１８，１８を介してバッフルプレート１６が取り付けられている。
このバッフルプレート１６は、例えば、ステンレス板をプレス成型したもので構成することもでき、また、鉄板をプレス成型して、その表面をアルマイト加工処理したもので構成される場合もある。

このバッフルプレート１６は図７の平面図で、また図８のバッフルプレートとヘッドカバーの要部分解斜視図で示すような構造となっており、仕切り壁１６ａを介して、内部にラビリンス状のＥＧＲガス通路（冷却室）１７が形成されており、入口の開口部１６ｂ側には、上方へ折り曲げて起立した盛上り部１６ｃが一体形成されている。なお、ＥＧＲガス通路（冷却室）１７は、冷却水通路１５を流れる冷却水によってＥＧＲガスを冷却することができるものである
ヘッドカバー３に形成されているボス部（導入部）Ｂを開口部１６ｂ内に固定ボルト１８を介して取り付けた図４の取付状態では、盛上り部１６ｃは、ヘッドカバー３のボス部（導入部）Ｂに形成されている連通孔３ｄの下面と、盛上り部１６ｃの上端が同一平面となるように構成されており、バッフルプレート１６内の底面に溜められるＥＧＲガスの凝縮水Ｗが、この盛上り部１６ｃにより遮断されて、凝縮水Ｗがヘッドカバー３に接触することがないように構成されている。

なお、図６に示すように、バッフルプレート１６内のＥＧＲガス通路（冷却室）１７からのＥＧＲガスの吹出し口Ｐが、ＥＧＲガス通路（冷却室）１７と連通状にヘッドカバー３に形成され、この吹出し口Ｐから、上方へ向かって傾斜してＥＧＲガス吹出し通路８がコレクタ６に形成され、ＥＧＲガス吹出し通路８の上端は、コレクタ６の吸気通路６ａ内を流れる吸気の流れ方向に下流側に向かって開口された吹出し開口部８ａとなっており、この吹出し開口部８ａから噴出されるＥＧＲガスは、吸気通路６ａを流れる吸気に渦流状に混合され、各ブランチ管５，５，５，５に均等に混合気が流れるように構成されている。

なお、本例では、ヘッドカバー３の凹部３ａやコレクタの取付フランジ部７の凹部７ａは、その製造時に金型により一体形成することができるため、製造が容易であり、またＥＧＲガス通路（冷却室）１７は、ヘッドカバー３の内側にバッフルプレート１６で形成されるものであるため、全体をコンパクトにすることができ、また、吸気マニホールドのコレクタの取付フランジ部７がヘッドカバー３に取り付けられるものであるため、吸気マニホールドを取り付けるためのブラケットを別途用意する必要がなく、部品点数を低減させてコンパクト化できるものである。

本例では、前記ＥＧＲバルブ１２とＥＧＲチューブ１３と、バッフルプレート１６内に形成されるＥＧＲガス通路（冷却室）１７と、ＥＧＲガス吹出し通路８内をＥＧＲガスが通り、コレクタ内の吸気通路６ａにＥＧＲガスが導入されるものであるが、ＥＧＲガスは５００℃程度の高温のガスであり、エンジン１の運転時には、通路内に凝縮水が発生することはないが、エンジンが停止された後、除々に温度が下がってくると、通路内に残された残留ガスが冷えて水滴（凝縮水）が付着することとなる。

なお、ＥＧＲチューブ１３内の残留ガスは量が少ないため、水滴（凝縮水）は殆ど発生しないが、吸気マニホールドのコレクタ６内では残留ガスの量が多いために、水滴が発生してしまう。
コレクタ６内で発生した水滴は、自重によりＥＧＲガス吹出し通路８を通って下方側へ流され、バッフルプレート１６で形成されるＥＧＲガス通路（冷却室）１７内で受け止められて、水滴（凝縮水）Ｗがバッフルプレート１６に溜められる。この場合、吹出し開口部８ａを吸気マニホールドのコレクタ６の底面近傍に形成するとともに、コレクタ６の底面を吹出し開口部８ａに向かって下傾するよう形成しておけば、水滴（凝縮水）Ｗをより良好にＥＧＲガス通路（冷却室）１７内に導くことができる。

バッフルプレート１６は、耐腐食性の素材で形成されているか、或いは耐腐食性処理がされているために、凝縮水Ｗにより腐食されることはない。従って、本例では、アルミニウム製のヘッドカバー等が腐食することが良好に防がれるものとなる。
その後、エンジンが始動されると、排気ガスがＥＧＲガス通路（冷却室）１７に導入されるが、排気ガスは高温のために、ＥＧＲガス通路（冷却室）１７に溜まった凝縮水Ｗは、高温のガスにより気化されて吸気側に導入されることとなり、ＥＧＲ通路（冷却室）１７内に溜められた凝縮水Ｗは蒸発して除去されることとなる。

なお、図９の変更例で示すように、ＥＧＲガス通路（冷却室）１７を形成するバッフルプレート１６は、アルミニウム鋳造により形成することもでき、前記盛上り部１６ｃは、上方へ突出させた突起状に鋳造で一体形成することができるものである。
なお、図９のようなアルミニウム鋳造品のバッフルプレート１６においては、表面をアルマイト処理して耐腐食性を付与させておけば、良好にＥＧＲガスの凝縮水Ｗを溜めることができ、盛上り部１６ｃで、凝縮水Ｗがヘッドカバー３に接触することを良好に防いで、ヘッドカバー３の腐食を防ぐことができるものとなる。

なお、上記実施例では、滞留部であるＥＧＲガス通路（冷却室）１７にバッフルプレート１６（水滴保持手段）を配置するものとしたが、必ずしも滞留部である必要はなく、例えばコレクタ６やウォーターアウトレット１１等、凝縮水が溜まる部位ならどこに配置するものとしても良い。
また、上記実施例では、冷却水通路１５をヘッドカバー３に形成するものとしたが、ＥＧＲガス通路（冷却室）１７を冷却できれば、例えばヘッドカバー３上に冷却水管を配置する等、如何なるものであっても構わない。
また、上記実施例では、冷却水通路１５をヘッドカバー３のコレクタ６との取付面と、コレクタ６のヘッドカバー３との取付面との両方に形成した凹部３ａ，７ａにより構成するものとしたが、何れか一方にのみ凹部を形成して構成するものであっても構わない。

エンジンの平面概略構成図である。 図１の正面構成図である。 図１における吸気マニホールドを取り外した状態のヘッドカバーの平面構成図である。 図２のＡ−Ａ線断面構成図である。 図２のＢ−Ｂ線断面構成図である。 図２のＣ−Ｃ線断面構成図である。 バッフルプレートの平面構成図である。 バッフルプレートとヘッドカバーの要部分解斜視図である。 バッフルプレートの変更例を示す取付状態の図４に対応させた要部断面構成図である。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ ヘッドカバー
３ａ 凹部
３ｂ 仕切り壁
３ｃ コレクタ取付面
３ｄ 連通孔
４ 吸気マニホールド
５ ブランチ管
６ コレクタ
６ａ 吸気通路
７ 取付フランジ部
７ａ 凹部
８ ＥＧＲガス吹出し通路
８ａ 吹出し開口部
１０ ボルト
１１ ウォーターアウトレット
１２ ＥＧＲバルブ
１３ ＥＧＲチューブ
１４ａ，１４ｂ 冷却水ホース
１５ 冷却水通路
１６ バッフルプレート
１６ａ 仕切り壁
１６ｂ 開口部
１６ｃ 盛上り部
１７ ＥＧＲガス通路（冷却室）
１８ 固定ボルト
Ｐ 吹出し口
Ｂ ボス部

Claims (9)

1. 内燃機関で燃焼した排気ガスの一部を排気通路から吸気通路に戻して排気ガスを再循環させるＥＧＲガス通路を備えた内燃機関であって、前記ＥＧＲガス通路中の前記ＥＧＲガスが冷えて生成される凝縮水を溜める耐腐食性の材料で構成された水滴保持手段を備える内燃機関。
2. 前記水滴保持手段は、前記内燃機関が停止した時に前記ＥＧＲガスが滞留する滞留部に形成されてなる請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ＥＧＲガスを冷却するために前記ＥＧＲガス通路に形成された前記滞留部としての冷却室を有し、
   前記水滴保持手段は、前記冷却室の下部の少なくとも一部を形成するとともに前記凝縮水を溜めることが可能な形状に形成されてなる請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記冷却室は、ヘッドカバーの内部に形成され、
   該ヘッドカバーは、前記ＥＧＲガスを前記冷却室に導入するための前記冷却室内に突出した導入部を備え、
   前記水滴保持手段は、前記導入部に前記凝縮水を接触させないための接触防止部が形成されてなる請求項３に記載の内燃機関。
5. 前記水滴保持手段は、バスタブ形状をしたバッフルプレートにより形成され、
   前記冷却室は、前記ヘッドカバー内の上面に該バッフルプレートを取り付けることにより形成されてなる請求項４に記載の内燃機関。
6. 前記ヘッドカバーの外周部には、冷却水が流れる冷却水通路が配置され、
   前記冷却室は、該冷却水通路を流れる前記冷却水によって前記ＥＧＲガスを冷却するものである請求項４または請求項５に記載の内燃機関。
7. 前記冷却室は、前記ＥＧＲガス通路をラビリンス状に形成してなる請求項６に記載の内燃機関。
8. 前記吸気通路を構成する吸気マニホールドのコレクタが前記ヘッドカバーの上面に取り付けられてなる請求項７に記載の排気ガスの循環装置であって、
   前記冷却水通路は、前記コレクタの前記ヘッドカバーの上面との合せ面および／または前記ヘッドカバーの上面の前記コレクタとの合せ面に形成された凹部からなる請求項６または請求項７に記載の内燃機関。
9. 前記コレクタは、前記冷却室からの前記ＥＧＲガスが供給される吹出し部を有し、
   該吹出し部は、該コレクタ内を流れる吸気流れの上流側に形成されるとともに該吸気流れの下流側に向かって開口形成されてなる請求項８に記載の内燃機関。

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