JP2010084581A - Structure for cooling egr gas - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、EGRガスの冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for EGR gas.
排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気ガス再循環(EGR)が知られている。このEGRは、燃焼温度の抑制化を図り、例えば、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)の低減効果がある。ここで、吸気充填効率の低下等を防止するため、EGRガスを冷却することが望ましい。EGRガスの冷却にあたっては、例えば、エンジンの冷却水を用いた別途の熱交換器を増設することが知られている。しかし、熱交換器を増設すると部品点数の増加や、エンジンの組立作業性を低下させるという問題がある。 Exhaust gas recirculation (EGR) is known in which a part of the exhaust gas is recirculated to the intake passage. The EGR suppresses the combustion temperature and has an effect of reducing nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas, for example. Here, it is desirable to cool the EGR gas in order to prevent a reduction in intake charge efficiency. In cooling EGR gas, for example, it is known to add a separate heat exchanger using engine cooling water. However, when heat exchangers are added, there are problems that the number of parts increases and engine assembly workability decreases.
そこで、エンジンの冷却系の一部の構成に、EGRガスの冷却機能を付加したものが提案されている。例えば、特許文献1には、シリンダヘッドと冷却水用の配管とを接続する部品をケース状に形成したガスクーラハウジングを備えたものが開示されている。このガスクーラハウジングはEGRガスの通路を有し、エンジンの冷却水によりEGRガスを冷却するものである。
Therefore, a configuration in which an EGR gas cooling function is added to a part of the configuration of the engine cooling system has been proposed. For example,
しかし、特許文献1のガスクーラハウジングは、EGRガスの通路を形成する、ガスクーラハウジングを貫通した管状の部分を一体に有すると共に、管状の部分の周囲に冷却水を導入するチャンバを形成したものであり、ガスクーラハウジングが大型化する。これはエンジンの大型化を招くことになる。
However, the gas cooler housing of
本発明の目的は、EGRガス冷却用の熱交換器の増設を必要とせず、よりコンパクトな構成でEGRガスを冷却し得るEGRガスの冷却構造を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an EGR gas cooling structure capable of cooling the EGR gas with a more compact configuration without requiring an additional heat exchanger for cooling the EGR gas.
本発明によれば、エンジンのシリンダヘッドに取り付けられると共に冷却水用の配管が接続されて前記シリンダヘッドと前記配管との間に渡る冷却水流通通路を形成する配管接続部材に、EGRガスを通過させてEGRガスを冷却するEGRガスの冷却構造において、前記シリンダヘッドと前記配管接続部材との各合わせ面のうちの少なくともいずれか一方に、EGRガスが通過する通路を形成する溝を、前記冷却水流通通路を囲むように形成したことを特徴とするEGRガスの冷却構造が提供される。 According to the present invention, the EGR gas is passed through the pipe connecting member that is attached to the cylinder head of the engine and is connected to a pipe for cooling water to form a cooling water flow passage extending between the cylinder head and the pipe. In the EGR gas cooling structure that cools the EGR gas, a groove that forms a passage through which the EGR gas passes is formed in at least one of the mating surfaces of the cylinder head and the pipe connection member. An EGR gas cooling structure characterized by being formed so as to surround a water circulation passage is provided.
この冷却構造では、前記溝により、前記冷却水流通通路回りにEGRガスが通過する空間が形成され、冷却水との熱交換でEGRガスが冷却される。したがって、EGRガス冷却用の熱交換器の増設を必要とせずにEGRガスを冷却できる。また、前記シリンダヘッドと前記配管接続部材との合わせ面において、前記冷却水流通通路回りの前記空間を形成したことで、前記配管接続部材内部のEGRガスの通路を短くすることができ、また、前記配管接続部材内に冷却水のチャンバを設ける必要がなく、前記配管接続部材を、よりコンパクト化できる。 In this cooling structure, the groove forms a space through which the EGR gas passes around the cooling water circulation passage, and the EGR gas is cooled by heat exchange with the cooling water. Therefore, the EGR gas can be cooled without requiring an additional heat exchanger for cooling the EGR gas. Further, by forming the space around the cooling water circulation passage in the mating surface between the cylinder head and the pipe connection member, the EGR gas passage inside the pipe connection member can be shortened, There is no need to provide a cooling water chamber in the pipe connecting member, and the pipe connecting member can be made more compact.
本発明においては、前記シリンダヘッドの前記合わせ面と、前記配管接続部材の前記合わせ面との双方に前記溝を形成し、前記シリンダヘッド及び前記配管接続部材の各々の前記溝に、前記溝の底部から突起した複数の壁部を設け、前記シリンダヘッド側の前記壁部と、前記配管接続部材側の前記壁部とを、EGRガスの流れ方向に離間して交互に設けてもよい。この構成によれば、EGRガスが蛇行状に流れるので、前記溝により形成されるEGRガスが通過する空間の有効長を長くでき、冷却性能を向上しながらコンパクト化を図れる。 In the present invention, the groove is formed in both the mating surface of the cylinder head and the mating surface of the pipe connecting member, and the groove of each of the cylinder head and the pipe connecting member is formed in the groove. A plurality of wall portions protruding from the bottom portion may be provided, and the wall portion on the cylinder head side and the wall portion on the pipe connection member side may be alternately provided in a manner spaced apart in the EGR gas flow direction. According to this configuration, since the EGR gas flows in a meandering manner, the effective length of the space through which the EGR gas formed by the groove passes can be increased, and the compactness can be achieved while improving the cooling performance.
また、本発明においては、前記配管接続部材には、EGRバルブが取り付けられ、前記配管接続部材は、前記冷却水流通通路から分岐して前記EGRバルブへ冷却水を導くサブ流通通路を有していてもよい。この構成によれば、EGRバルブの冷却も、よりコンパクトに行える。 In the present invention, an EGR valve is attached to the pipe connecting member, and the pipe connecting member has a sub-circulation passage that branches from the cooling water circulation passage and guides the cooling water to the EGR valve. May be. According to this configuration, the EGR valve can be cooled more compactly.
また、本発明においては、前記シリンダヘッドの前記合わせ面には、前記シリンダヘッド内で排気ポートと連通したEGRガス排気口が形成され、前記溝が前記EGRガス排気口と連通していてもよい。この構成によれば、別途の配管を必要とせずに前記溝へEGRガスを導入できる。 In the present invention, an EGR gas exhaust port communicating with the exhaust port in the cylinder head may be formed on the mating surface of the cylinder head, and the groove may communicate with the EGR gas exhaust port. . According to this configuration, the EGR gas can be introduced into the groove without requiring a separate pipe.
以上述べた通り、本発明によれば、EGRガス冷却用の熱交換器の増設を必要とせず、よりコンパクトな構成でEGRガスを冷却し得るEGRガスの冷却構造を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an EGR gas cooling structure that can cool the EGR gas with a more compact configuration without requiring an additional heat exchanger for cooling the EGR gas.
図1は本発明の一実施形態に係るEGRガスの冷却構造Aを適用したエンジン100のブロック図である。エンジン100はシリンダブロック110と、シリンダヘッド120とを備える。図1において、実線矢印は冷却水の流れ方向を示し、破線矢印はEGRガスの流れ方向を示す。
FIG. 1 is a block diagram of an
エンジン100は4つの気筒#1乃至#4が列状に配置された直列4気筒ガソリンエンジンである。本実施形態では直列4気筒ガソリンエンジンを例に挙げるが、気筒数、気筒配置が異なる他の種類のガソリンエンジン或いは、ディーゼルエンジン等の他の種類のエンジンにも本発明は適用可能である。また、エンジン100は、1気筒あたり吸気バルブ、排気バルブをそれぞれ2つ設けたバルブ機構を設けたエンジンである。
The
シリンダブロック110の気筒列方向前部には、ウォータポンプ112が設けられている。ウォータポンプ112はエンジン100のクランク軸(不図示)から動力伝達機構を介して動力を伝達されて駆動され、冷却水をシリンダブロック110内のウォータジャケット111及びシリンダヘッド120内のウォータジャケット121へ圧送する。なお、ウォータポンプ112は電動式のものでもよい。
A
シリンダヘッド120の気筒列方向後部には、配管接続部材10が取り付けられている。配管接続部材10は、シリンダヘッド120と冷却水用の配管115とを接続し、シリンダヘッド120から配管115へ渡る冷却水流通通路を形成する部材である。シリンダヘッド120内のウォータジャケット121を流通した冷却水は、配管接続部材10に排出され、配管115へ流れ出る。配管115は途中で分岐し、一方はサーモスタット113へ、他方はラジエータ114を介してサーモスタット113へ接続される。サーモスタット113は、エンジン100の冷間時にはラジエータ114を介さずに冷却水をウォータポンプ112へ流し、エンジン100の温間時にはラジエータ114を介して冷却水をウォータポンプ112へ流す。なお、サーモスタット113を配管接続部材10に取り付ける構成も採用可能である。
A
こうして本実施形態の場合、冷却水は、ウォータポンプ112→ウォータジャケット111、121→配管接続部材10→(ラジエータ114)→サーモスタット113→ウォータポンプ112と流れてエンジン100内を循環し、エンジン100を冷却する。
Thus, in the case of the present embodiment, the cooling water flows through the
次に、シリンダヘッド120内の排気ポート123のうち、気筒#4の排気ポート123には、EGRガス通路124が連通している。EGRガス通路124には気筒#4の排気ポート123を流れる排気ガスの一部が導入される。本実施形態では、気筒#4の排気ガスの一部をEGRガスとして利用するが、他の気筒又は前記気筒の排気ガスの一部をEGRガスとして利用してもよい。
Next, among the
EGRガス通路124を流れるEGRガスは、シリンダヘッド120から配管接続部材10へ流れ、その際、後述する冷却構造Aにより冷却される。配管接続部材10を通過したEGRガスはEGRバルブ30及び配管126を介して吸気系に還流される。本実施形態の場合、EGRバルブ30は配管接続部材10に取り付けられている。また、本実施形態の場合、配管126は吸気マニホールド125に接続されており、EGRガスは吸気マニホールド125から各吸気ポート122へ導入されることになる。
The EGR gas flowing through the
次に、EGRガスの冷却構造Aについて図2乃至図5を参照して説明する。図2(a)はエンジン100の気筒列方向後部の配管接続部材10近傍の平面図、図2(b)はエンジン100の気筒列方向後部の配管接続部材10近傍の正面図である。図3(a)はシリンダヘッド120の気筒列方向後部の正面図、図3(b)は配管接続部材10を、合わせ面14側から見た図である。図4(a)は図2(b)の線X−Xに沿う断面図、図4(b)は図2(b)の線Y−Yに沿う断面図である。
Next, the EGR gas cooling structure A will be described with reference to FIGS. 2A is a plan view of the vicinity of the
シリンダヘッド120の後部には、配管接続部材10が取り付けられる合わせ面20が形成されている。本実施形態ではシリンダヘッド120の合わせ面20と配管接続部材10の合わせ面14とは互いに平坦であるが、両者の形状が互いに合致しておれば、起伏があってもよい。
A
合わせ面20には、ウォータジャケット121と連通した冷却水の排水口21と、EGRガス通路124と連通したEGRガスの排気口22と、有底の溝23と、複数のネジ孔25と、が形成されている。溝23は、その底部から突起した複数の壁部24(ここでは2つ)を有し、3つの溝23a乃至23cに区画されている。
The
配管接続部材10は、配管115(図1)が接続される筒状の接続部11と、EGRガスをEGRバルブ30へ排出するための筒状の排気部12と、EGRバルブ30へ冷却水の一部を供給するサブ排水部13と、シリンダヘッド120の合わせ面20との合わせ面となる合わせ面14と、を備える。
The
合わせ面14には、複数のボルト41(図2(a)及び(b))が挿通する複数の孔18が形成されており、孔18にボルト41を挿通して合わせ面20のネジ孔25に螺着することで、配管接続部材10をシリンダヘッド120に取付けることができる。
A plurality of
合わせ面14には、また、取付け時に排水口21と連通する、冷却水の入口15が形成されている。この入口15と接続部11の内部空間とは互いに連通してシリンダヘッド120から配管115(図1)へ渡る冷却水流通通路を形成する。
The
サブ排水部13は、この冷却水流通通路から分岐して、図4(a)に示すようにEGRバルブ30へ冷却水を導くサブ流通通路を形成する。EGRバルブ30には戻り配管40が接続されており、EGRバルブ30へ供給された冷却水は戻り配管40を介して配管115(図1)へ導かれることになる。EGRバルブ30は、不図示のECUからの指令により、開閉する電磁制御バルブである。EGRバルブ30へ冷却水を供給することで、そのアクチュエータを冷却して安定した動作を得ることができる。本実施形態では、このように、EGRバルブ30を配管接続部材10に取り付け、冷却水を供給するようにしたことで、EGRバルブ30の冷却を、よりコンパクトな構成で行うことができる。
The
次に、合わせ面14には、また、有底の溝16が形成されている。溝16は、その底部から突起した複数の壁部17(ここでは3つ)を有し、4つの溝16a乃至16dに区画されている。溝16aは、その端部に、取付時に排気口22と対峙するEGRガスの導入部16a'を有する。溝16dは、その端部に、排気部12に内部空間と連通する連通孔16d'が形成されている。
Next, a bottomed
後述するように、溝16と溝23とは、EGRガスが通過する空間を形成し、排気口22から排気されたEGRガスは、排気部12内を通って図4(b)に示すようにEGRバルブ30へ導かれる。EGRバルブ30は、不図示のECUからの指令により、開閉する電磁制御バルブである。EGRバルブ30の開弁時、排気部12から供給されたEGRガスは、配管126を介して吸気系に戻されることになる。
As will be described later, the
次に、溝16と溝23とにより形成される、EGRガスが通過する空間(以下、EGRガス冷却用通路ともいう。)について説明する。図5は、シリンダブロック120に配管接続部材10を取り付けた状態での図3(a)の線Z−Zに沿う断面図であり、EGRガス冷却用通路の平面展開図である。図5において、矢印はEGRガスの流れ方向を示す。
Next, a space (hereinafter also referred to as an EGR gas cooling passage) formed by the
溝16aは、排気口22と連通しており、排気口22から排出されるEGRガスは、まず、溝16aに導入される。溝16aは溝23aに、溝16bは溝23aと溝23bとに、溝16cは溝23bと溝23cとに、溝16dは溝23cに、それぞれ連通している。このため、排気口22から排出されるEGRガスは、これらの溝により形成されるEGRガス冷却用通路を通って、排気部12からEGRバルブ30へ流れ出ることになる。
The
ここで、溝16及び溝23は、図3(a)及び(b)に示すように、排水口21や入口15により形成される冷却水流通通路を囲むように形成されているため、EGRガスは冷却水回りを回って流れる。このため、シリンダヘッド120及び配管接続部材10の壁を介して冷却水と熱交換がなされて冷却される。
Here, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
このように本実施形態では、溝16、23により、冷却水流通通路回りにEGRガス冷却用通路が形成され、冷却水との熱交換でEGRガスが冷却される。したがって、EGRガス冷却用の熱交換器の増設を必要とせずにEGRガスを冷却できる。また、シリンダヘッド120と配管接続部材10との合わせ面20、14において、冷却水流通通路回りのEGRガス冷却用通路を形成したことで、配管接続部材10内部のEGRガスの通路(例えば、連通孔16d'から排気部12内部の通路)を短くすることができ、また、配管接続部材10内に冷却水のチャンバを設ける必要がなく、配管接続部材10を、よりコンパクト化できる。
As described above, in the present embodiment, the
加えて、溝16及び23に、それぞれ、複数の壁部17、24を、図5に示すように、EGRガスの流れ方向に離間して交互に設けたので、同図矢印で示すようにEGRガスが蛇行状に流れることになる。これにより、EGRガス冷却用通路の有効長を長くでき、冷却性能を向上しながらコンパクト化を図れる。
In addition, a plurality of
なお、溝16及び溝23により形成されるEGRガス冷却用通路は、本実施形態のように冷却水流通通路回りの略全周を囲むようにすることで、EGRガスの冷却性能を最も高めることができるが、必ずしも略全周を囲む必要はなく、必要な冷却性能が得られる範囲で囲むようにすればよい。また、シリンダヘッド120及び配管接続部材10は例えばアルミ合金で形成されるが、熱交換効率の点で、熱伝導性のよい材料が好ましい。
The EGR gas cooling passage formed by the
本実施形態では、シリンダヘッド120と配管接続部材10との双方にそれぞれ溝16、23を形成したが、いずれか一方に溝を形成し、他方は溝を閉鎖する面状に形成すれば、EGRガス冷却用通路を形成できる。尤も、双方に溝を形成した方が、EGRガス冷却用通路の容積をより大きくすることができ、より多くのEGRガスを冷却できる。
In this embodiment, the
また、本実施形態では、シリンダヘッド120の合わせ面20に、排気口22を形成し、シリンダヘッド120内のEGRガス通路124を介して、排気ポート123と連通した構成としたが、少なくとも一部に外部配管を用いた構成により、排気ポート123や不図示の排気マニホールドからEGRガスをEGRガス冷却用通路に導く構成としてもよい。尤も、本実施形態の構成であれば、別途の外部配管を必要とせずにEGRガス冷却用通路にEGRガスを導くことができ、部品点数の削減や組立作業性の向上を図れる。
In the present embodiment, the
A 冷却構造
10 配管接続部材
14、20 合わせ面
16、23 溝
100 エンジン
115 配管
120 シリンダヘッド
A Cooling
Claims (4)
前記シリンダヘッドと前記配管接続部材との各合わせ面のうちの少なくともいずれか一方に、EGRガスが通過する通路を形成する溝を、前記冷却水流通通路を囲むように形成したことを特徴とするEGRガスの冷却構造。 Cooling the EGR gas by passing the EGR gas through a pipe connecting member that is attached to the cylinder head of the engine and is connected to a pipe for cooling water to form a cooling water circulation passage between the cylinder head and the pipe. In the EGR gas cooling structure
A groove forming a passage through which EGR gas passes is formed on at least one of the mating surfaces of the cylinder head and the pipe connecting member so as to surround the cooling water circulation passage. EGR gas cooling structure.
前記シリンダヘッド及び前記配管接続部材の各々の前記溝に、前記溝の底部から突起した複数の壁部を設け、
前記シリンダヘッド側の前記壁部と、前記配管接続部材側の前記壁部とを、EGRガスの流れ方向に離間して交互に設けたことを特徴とする請求項1に記載のEGRガスの冷却構造。 Forming the groove on both the mating surface of the cylinder head and the mating surface of the pipe connecting member;
A plurality of wall portions protruding from the bottom of the groove are provided in the groove of each of the cylinder head and the pipe connecting member,
2. The cooling of EGR gas according to claim 1, wherein the wall portion on the cylinder head side and the wall portion on the pipe connection member side are alternately provided separated in the EGR gas flow direction. Construction.
前記配管接続部材は、前記冷却水流通通路から分岐して前記EGRバルブへ冷却水を導くサブ流通通路を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のEGRガスの冷却構造。 An EGR valve is attached to the pipe connection member,
3. The EGR gas cooling structure according to claim 1, wherein the pipe connecting member has a sub-circulation passage that branches from the cooling water circulation passage and guides the cooling water to the EGR valve. 4.
前記溝が前記EGRガス排気口と連通していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のEGRガスの冷却構造。 An EGR gas exhaust port communicating with an exhaust port in the cylinder head is formed on the mating surface of the cylinder head.
4. The EGR gas cooling structure according to claim 1, wherein the groove communicates with the EGR gas exhaust port. 5.
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