JP4228209B2 - Ｅｇｒクーラ - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲシステムにおけるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラに関する。

エンジンにおいて、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させる排気循環システム、すなわちＥＧＲシステムが知られている。このＥＧＲシステムを用いると、燃焼温度の低下によるＮＯｘ排出量の低減効果に加えて吸気の際のポンピングロスを低減させることができ、燃費を向上させることも可能である。
しかし、ＥＧＲガスは温度が高く、このＥＧＲガスを吸気系に還流させると、吸気の温度が上昇して吸気密度が低くなり、充填効率が低下するという問題がある。また、吸気温度の上昇によりノッキングを起こしやすくなるため、点火時期を遅らせる等の措置を行った場合には、燃費向上効果が低減するという問題もある。

そこで、ＥＧＲガスを吸気系に導入する前に冷却する技術が種々開発されている。例えば、ＥＧＲ通路に別体のＥＧＲクーラを装着し、ＥＧＲガスを冷却する技術がある。また、ＥＧＲガスを吸気管に導入する接続導管の一部分に冷却水の通路を介在させる構造とし、ＥＧＲガスを冷却してから吸気管に導入する技術がある（特許文献１参照）。これにより、ＥＧＲシステムの燃費向上効果の低減が抑えられる。
特表２００１−５１６８４１号公報

しかしながら、別体のＥＧＲクーラを装着する場合には、エンジンの省スペース化を図れず、余計なコストがかかってしまうという問題がある。
また、上記特許文献１に開示された技術では、冷却が行われるのはＥＧＲガスが通る接続導管の一部分だけなので、ＥＧＲガスの冷却時間が短く、冷却性能に劣るという問題がある。さらに、特許文献１では、接続導管などを設けなくてはならず、構造が複雑になってしまうという欠点もある。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、余計なコストをかけることなく、簡単な構造でありながら、ＥＧＲガス導入による吸気の温度上昇を抑え、燃費向上効果を十分に発揮可能なＥＧＲクーラを提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１のＥＧＲクーラでは、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラにおいて、エンジンのシリンダヘッドと吸気マニホールドとの間にプレート状のスペーサ部材を介在させ、該スペーサ部材に、気筒列方向に一端側から他端側に延びる冷却水通路と、該冷却水通路の周辺に沿うように、気筒列方向の一端側から他端側に向けて延び、該他端側で折り返して該冷却水通路に沿い前記一端に向けて延びており、ＥＧＲガスを吸気系に還流させるＥＧＲガス通路と、を形成したことを特徴としている。

したがって、ＥＧＲガスは、スペーサ部材内の他端側で折り返して、冷却水通路の周縁に沿って流れ、冷却水により十分に冷却されて吸気系に還流する。
また、請求項２のＥＧＲクーラでは、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラにおいて、エンジンのシリンダヘッドと吸気マニホールドとの間に介在され、前記シリンダヘッドの複数の吸気ポートと前記吸気マニホールドの前記複数の吸気ポートに対応する複数の通路とを各々連通する複数の貫通孔を有したプレート状のスペーサ部材を備え、該スペーサ部材に、前記複数の貫通孔よりもエンジンのシリンダブロック側にて気筒列方向に一端側から他端側に延びる冷却水通路と、該冷却水通路の周縁に沿うように、冷却水通路のシリンダブロック側にて気筒列方向の一端側から他端側に向けて延び、該他端側で折り返して、前記複数の貫通孔と前記冷却水通路との間を一端側に向けて延びており、ＥＧＲガスを吸気系に還流させるＥＧＲガス通路と、を形成したことを特徴としている。

したがって、スペーサ部材には貫通孔、冷却水通路及びＥＧＲガス通路が上下方向に略一列に形成され、吸気流方向におけるスペーサ部材の厚さを薄くしつつ、ＥＧＲガスは、スペーサ部材内でスペーサ部材の他端側で折り返して該冷却水通路に沿って流れ、冷却水により十分に冷却されて吸気系に還流する。

上記手段を用いる本発明の請求項１のＥＧＲクーラによれば、プレート状のスペーサ部材という加工しやすくコンパクトな部材を用いて低コスト化、省スペース化も図りつつ、冷却水によるＥＧＲガスの冷却時間を十分に長くでき、ＥＧＲガスの冷却を効果的に行うことができる。これにより、ＥＧＲガス導入による吸気の温度上昇を抑え、燃費向上効果を十分に発揮することができる。

請求項２のＥＧＲクーラによれば、特に吸気流方向の省スペース化を図りつつ冷却水によるＥＧＲガス冷却時間を十分に長くできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係るＥＧＲクーラを備えたエンジン１の全体斜視図が示されており、以下同図に基づき説明する。
同図に示すように、エンジン１は、例えば４サイクル直列４気筒エンジンであって、シリンダブロック２にシリンダヘッド４が載置され、さらにシリンダヘッド４にロッカカバー６が載置されて構成されている。

シリンダヘッド４の一側面には各気筒の燃焼室に連通する吸気ポートが開口する表面平面状の吸気口部２０が形成されており、この吸気口部２０にはスペーサ部材を構成する吸気口カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０を介して吸気マニホールド８が接続されている。なお、同図に示すように、吸気口カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０は各々プレート状に形成され且つ吸気口部２０と同じ外形形状を成している。

ここで、図２を参照すると、本発明に係るＥＧＲクーラの分解斜視図が示されており、以下同図に基づき、吸気口部２０、吸気口カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０の各構造及び接続関係について説明する。
同図に示すように、吸気口部２０には、シリンダヘッド４におけるエンジン１の高さ方向中央よりやや上方部に位置し且つエンジン１の気筒列方向に一列に並ぶようにして、４つの吸気ポート２２Ａ〜２２Ｄが各気筒に対応して形成されている。

そして、吸気口部２０の外周部には、吸気口カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０、吸気マニホールド８を図示しないボルトでシリンダヘッド４に締結するためのボルト孔２４Ａ〜２４Ｉが形成されている。詳しくは、ボルト孔２４Ａ〜２４Ｅは吸気口部２０から吸気マニホールド８まで、ボルト孔２４Ｆ〜ボルト孔２４Ｉは吸気口部２０からスペーサ５０までを取り付けるためのものである。

また、同図に示すように、吸気口部２０の一端側にはエンジン１の排気系からのＥＧＲガスをスペーサ５０側に導くＥＧＲガス導入孔２８が形成されている。
吸気口カバー３０には、吸気口部２０の吸気ポート２２Ａ〜２２Ｄに対応するようにして貫通孔３２Ａ〜３２Ｄが形成されている。また、吸気口部２０のボルト孔２４Ａ〜２４Ｉに対応するようにして貫通孔３４Ａ〜３４Ｉが形成されている。さらに、吸気口部２０のＥＧＲガス導入孔２８に対応するようにして貫通孔３８が形成されている。

ガスケット４０についても、吸気口カバー３０と同様に、吸気口部２０の吸気ポート２２Ａ〜２２Ｄに対応するようにして貫通孔４２Ａ〜４２Ｄが、ボルト部２４Ａ〜２４Ｉに対応するようにして貫通孔４４Ａ〜４４Ｉがそれぞれ形成されている。
また、ガスケット４０には、エンジン１の高さ方向中央よりやや下方に位置し且つエンジン１の気筒列方向に延びるようにして、貫通孔４６が形成されている。この貫通孔４６は、例えば両端が上向き三角形に膨らんだ形状をしており、後述するスペーサ５０の冷却水溝５６の周縁形状に対応している。さらに、吸気口カバー３０の貫通孔３８に対応するようにして貫通孔４８が形成されている。

スペーサ５０は例えば熱伝導性の高いアルミ部材からなり、当該スペーサ５０についても、吸気口カバー３０、ガスケット４０と同様に、吸気口部２０の吸気ポート２２Ａ〜２２Ｄに対応するようにして貫通孔５２Ａ〜５２Ｄが、ボルト孔２４Ａ〜２４Ｉに対応するようにして貫通孔５４Ａ〜５４Ｉがそれぞれ形成されている。
ここで、図３を参照すると、図２に示したスペーサ５０の背面、即ちスペーサ５０のシリンダヘッド４側の面構造が示されており、以下スペーサ５０の詳細について説明する。

同図に示すように、スペーサ５０には、エンジン１の高さ方向中央よりやや下方に位置し且つエンジン１の気筒列方向にスペーサ５０の一端から他端に向けて延びるようにして、冷却水溝５６が形成されている。この冷却水溝５６は、上述したように、例えば両端が上向き三角形に膨らんだ周縁形状をしている。
そして、スペーサ５０の一端に冷却水導入管７１が、他端に排水管７２が設けられており、冷却水溝５６の一端には冷却水導入管７１内部と連通する冷却水導入孔５９が形成され、他端には排水管７２内部と連通する排水孔５７が形成されている。

また、スペーサ５０には、冷却水溝５６の周縁に沿い当該冷却水溝５６を取り巻くようにしてＥＧＲガス溝５８が形成されている。詳しくは、ＥＧＲガス溝５８は、ガスケット４０の貫通孔４８に対応した部分を始点として、冷却水溝５６の下側の周縁に沿ってスペーサ５０の一端から他端に向けて延びた後、該他端で折り返し、冷却水溝５６の上側の周縁に沿って上記一端に向けて戻るように形成されている。

一方、ＥＧＲガス溝５８のうち、冷却水溝５６の上側の周縁に沿う部分には、各貫通孔５２Ａ〜５２Ｄと連通するようにしてそれぞれＥＧＲガス導入溝６０Ａ〜６０Ｄが形成されている。
これより、図４を参照すると、図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図、即ちシリンダヘッド４の吸気口部２０に、吸気口カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０を介して吸気マニホールド８がボルトで接続された状態のエンジン１の断面図が示されているが、同図に示すように、スペーサ５０の冷却水溝５６とガスケット４０の貫通孔４６とが吸気口カバー３０によって塞がれることで冷却水通路９０が形成され、ＥＧＲガス溝５８がガスケット４０によって塞がれることでＥＧＲガス通路１００が形成されている。

即ち、冷却水通路９０の周縁に沿い当該冷却水通路９０を取り巻くようにしてＥＧＲガス通路１００が形成されている。
また、吸気口部２０の吸気ポート２２Ａ〜２２Ｄ、吸気口カバー３０の貫通孔３２Ａ〜３２Ｄ、ガスケット４０の貫通孔４２Ａ〜４２Ｄ及びスペーサ５０の貫通孔５２Ａ〜５２Ｄから各気筒の吸気通路が形成されている。つまり、当該エンジン１では、各吸気ポート２２Ａ〜２２Ｄに、それぞれピストン８１の上面とシリンダブロック２のシリンダ壁８２とシリンダヘッド４の下面とから形成される燃焼室８３と吸気ポートとの連通と遮断とを行う吸気バルブ８４が設けられ、各気筒の排気ポート８５Ａ〜８５Ｄに、それぞれ燃焼室８３と排気ポートとの連通と遮断を行う排気バルブ８６が設けられているが、ピストン８１や吸気バルブ８４、排気バルブ８６の作動に応じ、吸気マニホールド８から吸気ポート２２Ａ〜２２Ｄ、貫通孔３２Ａ〜３２Ｄ、貫通孔４２Ａ〜４２Ｄ及び貫通孔５２Ａ〜５２Ｄを介して燃焼室８３への吸気が行われる。

再び図１、図２を参照すると、シリンダヘッド４の一端にはＥＧＲガスの流量調節を行うＥＧＲバルブ７０が設けられており、当該ＥＧＲバルブ７０の一方のポートは図示しないもののシリンダヘッド４の内部を経由して排気通路（例えば、排気ポート８５Ａ〜８５Ｄ）に連通しており、他方のポートは上記ＥＧＲガス導入孔２８、貫通孔３８，４８を介してＥＧＲガス通路１００に連通している。

また、上記スペーサ５０に設けられた冷却水導入管７１はシリンダブロック２内の図示しない冷却水通路と連通するように接続されており、排水管７２は図示しないウォーターポンプに接続されている。
即ち、これら吸気口部２０、吸気口カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０、ＥＧＲバルブ７０、冷却水導入管７１、排水管７２により本発明のＥＧＲクーラが構成されている。

以下、このように構成された、本発明に係るＥＧＲクーラの作用について図２〜図４を参照しながら説明する。
冷却水は、図示しないものの、エンジン１内を回流した後、冷却水導入管７１を通り冷却水導入孔５９から冷却水通路９０に導入される。そして、このように導入された冷却水は、冷却水通路９０を通って排水孔５７から排水管７２へと流れ、最終的にウォーターポンプに返戻される。

一方、ＥＧＲバルブ７０が開弁されると、ＥＧＲガスは、排気通路からＥＧＲバルブ７０を通ってＥＧＲガス導入孔２８より貫通孔３８，４８を介してＥＧＲガス通路１００に導入される。そして、このように導入されたＥＧＲガスは、冷却水通路９０の周縁に沿ってＥＧＲガス通路１００を流れ、ＥＧＲガス導入溝６０Ａ〜６０Ｄから各気筒の吸気通路に振り分けられて吸気系に還流される。

この際、ＥＧＲガス通路１００は、冷却水通路９０の周縁に沿い当該冷却水通路９０を取り巻くように形成されているため、ＥＧＲガス通路１００を流れるＥＧＲガスと冷却水通路９０を流れる冷却水との熱交換時間、即ちＥＧＲガスの冷却時間が十分に得られることになり、ＥＧＲガスが十分に冷却される。
また、ここでは、ＥＧＲクーラを加工が困難なシリンダヘッド４内に設けず、シリンダヘッド４とは別体にして加工しやすい吸気カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０を用いて構成するようにしているため、余計な加工コストをかけずに低コスト化が図られており、さらに、ＥＧＲクーラは吸気マニホールド８とシリンダブロック４の間に構成されているので、省スペース化も図られている。

したがって、本発明に係るＥＧＲクーラを用いることで、低コスト化、省スペース化を図りながら、ＥＧＲガスの冷却を効率よく効果的に行うことができ、ＥＧＲガス導入による吸気の温度上昇を抑え、燃費向上効果を十分に発揮することができる。
つまり、図５を参照すると、ＥＧＲガス流量とＥＧＲガスの温度降下効率｛（ＥＧＲ入口温度−ＥＧＲ出口温度）／（ＥＧＲ入口温度−冷却水の温度）を百分率で表したもの｝との関係が、本発明のＥＧＲクーラを用いた場合（□印）と上記従来の別体のＥＧＲクーラを用いた場合（△印）とで実験結果に基づき比較して示されており、同図によれば、温度降下率が１００％に近いほど温度降下効率が良く、ＥＧＲガスの冷却効率の良いＥＧＲクーラが実現されているといえるが、このように、本発明のＥＧＲクーラを用いることで、従来の別体のＥＧＲクーラを用いた場合よりも温度降下率を高くできる。即ち、ＥＧＲクーラを上記の如く構成することにより、ＥＧＲガスを効率良く効果的に冷却でき、性能の良いＥＧＲクーラを実現可能となる。なお、上記温度降下効率の計算式中、具体的には、ＥＧＲ導入孔２８がＥＧＲ入口に、ＥＧＲガス導入溝６０Ａ〜６０ＤがＥＧＲ出口に対応している。

以上で本発明に係るＥＧＲクーラの実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、冷却水溝５６に対応した貫通孔４６をガスケット４０に形成し、冷却水溝５６と貫通孔４６とから冷却水通路９０を構成するようにしたが、貫通孔４６をガスケット４０に形成せず、冷却水溝５６のみで冷却水通路を形成してもよい。

また、上記実施形態では、吸気口カバー３０、ガスケット４０、スペーサ５０とを組み合わせてスペーサ部材を構成し、これにより冷却水通路９０とＥＧＲガス通路１００とを形成するようにしたが、スペーサ部材を例えばアルミ部材のみで一体に構成し、当該スペーサ部材内に冷却水通路９０とＥＧＲガス通路１００とを形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、冷却水溝５６を例えば両端が上向き三角形に膨らんだ形状としたが、これに限られるものではない。

また、上記実施形態では、ＥＧＲガス溝５８を冷却水溝５６の下側に形成しているが、冷却水溝５６の横側に形成してもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１として４サイクル直列４気筒エンジンを採用したが、エンジン１は如何なる形式のものであってもよい。

本発明に係るＥＧＲクーラを備えたエンジンの全体斜視図である。 本発明に係るＥＧＲクーラの分解斜視図である。 スペーサのシリンダヘッド側の面構造を示す斜視図である。 図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明のＥＧＲクーラと従来の別体のＥＧＲクーラとの性能比較グラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
２０ 吸気口部
２２Ａ〜２２Ｄ 吸気ポート
２８ ＥＧＲガス導入孔
３０ 吸気口カバー
４０ ガスケット
４６ 貫通孔
５０ スペーサ
５６ 冷却水溝
５７ 排水孔
５８ ＥＧＲガス溝
５９ 冷却水導入孔
６０Ａ〜６０Ｄ ＥＧＲガス導入溝
７０ ＥＧＲバルブ
７１ 冷却水導入管
７２ 排水管
９０ 冷却水通路
１００ ＥＧＲガス通路

Claims (2)

1. ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラにおいて、
   エンジンのシリンダヘッドと吸気マニホールドとの間にプレート状のスペーサ部材を介在させ、
   該スペーサ部材に、気筒列方向に一端側から他端側に延びる冷却水通路と、該冷却水通路の周辺に沿うように、気筒列方向の一端側から他端側に向けて延び、該他端側で折り返して該冷却水通路に沿い前記一端に向けて延びており、ＥＧＲガスを吸気系に還流させるＥＧＲガス通路と、を形成したことを特徴とするＥＧＲクーラ。
2. ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラにおいて、
   エンジンのシリンダヘッドと吸気マニホールドとの間に介在され、前記シリンダヘッドの複数の吸気ポートと前記吸気マニホールドの前記複数の吸気ポートに対応する複数の通路とを各々連通する複数の貫通孔を有したプレート状のスペーサ部材を備え、
   該スペーサ部材に、前記複数の貫通孔よりもエンジンのシリンダブロック側にて気筒列方向に一端側から他端側に延びる冷却水通路と、該冷却水通路の周縁に沿うように、冷却水通路のシリンダブロック側にて気筒列方向の一端側から他端側に向けて延び、該他端側で折り返して、前記複数の貫通孔と前記冷却水通路との間を一端側に向けて延びており、ＥＧＲガスを吸気系に還流させるＥＧＲガス通路と、を形成したことを特徴とするＥＧＲクーラ。

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