JP4629264B2 - 排気ガス再循環システムを備える、特に自動車用内燃機関 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、排気ガスの再循環システムを備える内燃機関、特に、自動車のジーゼル型の内燃機関にに関し、これ以後の説明は何らの限定も伴うことなくこれについて言及する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関が、複数のシリンダーと、各シリンダーのために、少なくとも１つの外気用吸気ダクトと、前記複数のシリンダーと関連するすべての排気ダクトから排気ガスを移送するのに適した排気マニフォールドと連通する少なくとも１つの排気ダクトを有する１つのシリンダーヘッドを備えることが知られる。
【０００３】
内燃機関は、窒素オキサイドに基づく汚染放出物を、特に現行の制限の範囲内で含有させることを目的として、排気ガスの一部を排気マニフォールドから吸気ダクトに再循環させるために、排気ガスを再循環させるシステムを備える内燃機関が知られている。略称EGR("exhaust gas recirculation")によって共通に指示される再循環システムは、排気マニフォールドから流出する排気ガスの流速を変更する適当な手段によって作動される制御弁と、排気マニフォールドと前記排気ガスを吸気ダクトに分配するのに適した別のマニフォールドの間に介装された再循環パイプとを有する。
【０００４】
一般に、このEGRシステムは、通常は更に、プレート型の熱交換器を備えており、この熱交換器は、再循環パイプと直列をなして配置され、システムの効率と内燃機関の効率を改善するために再循環ガスの温度を低下させるのに適している。
【０００５】
今説明したタイプの知られたEGRシステムは、排気ガスと両立できる特性を備える熱交換器を使用する結果として高価であり、これらのEGRシステムは、熱交換器や様々な長さのパイプのような、取付けられ、互いに接続される比較的多数の組立て部品を必要とし、比較的長い組立て年月を有する。それにもかかわらず、部品自体の間の様々なカップリング内における満足すべき気密性を保証することが必要である。
【０００６】
更に、前記部品の設計を行うことは、部品毎に異なる熱歪みを考慮に入れなければならず、高価で微妙な熱補償部品、例えば、ベローズ型パイプを備えなければならない。
【０００７】
更には、熱交換器によって占められるスペース量が、エンジンルーム内に収容しようとする様々なユニットのレイアウトの設計を、ユニット自体をエンジンルームに取付け／取り外す作業、定期的な検査およびメインテナンスと同様に、難しくする原因となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、上記の問題点を単純で経済的な態様で解決することを可能にする、特に自動車用の内燃機関を工夫することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明によって、再循環ダクトの少なくとも一部がシリンダーヘッドに直接設けられ、前記シリンダーヘッドが、再循環された排気ガスを冷却するための熱交換手段を備える点に特徴を有し、複数のシリンダーと、前記各シリンダー用に、排気ガス用の少なくとも１つの排気ガスダクトと少なくとも１つの吸気ダクトを規定するシリンダーヘッドと、前記排気ダクトと連通する排気マニフォールドと、再循環排気ガスを前記排気マニフォールドから前記吸気ダクトに再循環させるシステムとを備え、また、再循環された排ガスを前記吸気ダクトに分配するための分配マニフォールドと、前記の排気および分配マニフォールドの間に延出する再循環ダクトを備える内燃機関、特に自動車用の内燃機関が工夫される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明を、この発明の具体例の非限定的な例示を説明する添付図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１において、参照番号１は内燃機関、特に、(図示しない)商用自動車用のジーゼル型の内燃機関を示す。(略図で示す)この機関は、(その輪郭が図１において実線で示される)複数のシリンダー２と、軽合金製で、各シリンダーのために、(それらの輪郭がやはり図１において実線で示される)１組の吸気弁４と１組の排気弁５を有する１つのシリンダーヘッド３とを備える。弁４と５は、前記シリンダーヘッド３内に設けられ、それぞれが参照番号９、１０で示される関連ポートの開閉を制御するための、公知であり図示しない噴射時期調整アセンブリーによって制御される。
【００１２】
ポート９は、外気を吸気ダクト１２に移送するための吸気側１４を規定するシリンダーヘッド３の表面に、(図示しない)知られた態様でしっかりと気密に接続された(略図で示す)吸気マニフォールド１３と、関連する吸気ダクト１２を介して、連通する。
【００１３】
他方において、ポート１０は、排気ガスを、自動車の(図示しない)排気システムに移送するための排気側１８を規定するシリンダーヘッド３の表面に(図示しない)知られた態様でしっかりと気密に接続された(図１に略図で示す)排気マニフォールド１７と、関連する排気ダクト１６を介して、連通する。
【００１４】
図２を参照すれば、シリンダーヘッド３は、内燃機関の冷却回路の一部を形成する複数の室を有し、この室を介してクーラントが通過する。特に、参照番号２１で示されるこれらの室のうちの１つは、吸気側１４、排気側１８および外側横方向面２４とによって画定されたシリンダーヘッド３の横方向部分２２に設けられ、この室２１から、並んで配列され、図２の平面に対して直角をなす複数の熱交換フィン２５が延出する。
【００１５】
図２を更に参照すれば、内燃機関１は、略称ＥＧＲ （”exhaust gas recirculation”)によって共通に指示される排気ガス再循環システム２７を備えており、このシステムは、排気ガスの一部をマニフォールド１７からダクト１２へ再循環させるように設計される。このシステム２７は、(図１に略図で示され、ずには一部が示される)弁２８を備える。この弁２８はマニフォールド１７の端部２９に一体化され、端部２９に設けられた通路３０の開閉を制御し、そして、前記通路３０を通過する排気ガスの流速を変化させるための(図示しない)公知のタイプの電子光学的プロセッサーによって制御される。
【００１６】
端部２９は、通路３０の出口３２をダクト３７の入り口３５と連通させるために、シリンダーヘッド３の横方向面２２と気密状態に連結される。
【００１７】
図２、図３に示すように、ダクト３７は、横方向部分２２内において、表面２４に平行な方向Ａに排気側１８から吸気側１４へと直接形成され、その位置は、室２１に隣接し、表面２４と前記室２１の中間である。
【００１８】
ダクト３７は、弁２８から流れ出た排気ガスを移送し、複数の中間バッフル４３によって互いに複数のチャンネル４０に分岐する中間部分３９を備える。前記バッフルは、横方向部分２２と一体に形成され、室２１と方向Ａに平行な表面２４の間に延出し、前記延出方向は、特に、表面２４とフィン２５に対して直角をなす。
【００１９】
各チャンネル４０は、長方形の断面を備え(図３参照)、前記複数のバッフル４３と互いに向き合う２つの横方向の面４１とによって画定される。前記横方向面４１の一方は表面２４の側に、他方は室２１の側に配置される。
【００２０】
ダクト３７は、吸気側１４に設けられた出口４４を有し、吸気マニフォールド１３の部分４６に設けられた通路４５と連通する。この部分４６は、横方向部分２２と気密に結合されており、再循環された排気ガスが、内燃機関１に流入する外気の流れに加わることを許容する。特に、内部において、再循環ガスと外気との混合が発生するマニフォールド１３は、前記排気ガスを様々な吸気ダクト内に一様に分配するために不可欠である(図１、図２には示さない)知られたタイプの手段と配管を備える。
【００２１】
図４に示す変形は、(一部が示される)弁２８が、ダクト３７の下流の通路４５の開閉を制御するために、マニフォールド１７の部分２９よりはむしろマニフォールド１３の部分４６内で結合している点で図１〜図３に示す解決案とは異なる。
【００２２】
図示されない具体例の変形によれば、ダクト３７の出口４４は、マニフォールド１３とは異なる１つのマニフォールドと連通し、排気ガスを様々な吸気ダクト１２に分配するのに好都合である。
【００２３】
図５に示す変形においては、ダクト３７は下流においてシリンダーヘッド３内に直接設けられ、排気ガスをダクト１２内に分配するのに適したマニフォールド４８と連通する。このマニフォールド４８は、ダクト３７と連通し、すべてのダクト１２と隣り合う位置において吸気側１４に沿って延出するブラインドチャンネル４９と、それぞれがチャンネル４９と関連する吸気ダクト１２の間に延出する複数個の孔５０とを有する。
【００２４】
内燃機関１の製造工程において、ダクト３７は、シリンダーヘッド３の軽合金の鋳造体の製造時に直接取得することが可能である。内燃機関１とシステム２７の組み立て段階において、マニフォールド１３と１７を前記シリンダーヘッド３に結合することが必要なだけであり、気密シールは、入り口３５と出口４４の部位において公知のガスケットによって保証される。
【００２５】
作動において、シリンダーヘッド３を通過するダクト３７は、マニフォールド１７をマニフォールド１３または４８と直接連通させ、同時に、横方向部分２２が、一方において横方向面４１とバッフル４３を規定し、他方において室２１と再循環された排気がすを冷却するためのフィン２５を規定する。
【００２６】
実際、ダクト３７内に移送された排気ガスの熱の一部は、バッフル４３と表面４１を通過して横方向部分２２に移送され、そして、伝達によって横方向部分２２を通過する。一方において、室２１内を循環する冷却液が、他方において、フィン２５に作用する外気が、横方向部分２２から熱を連続して奪い、それによってマニフォールド１３、４８に再循環された排気ガスの温度を低下させる。
【００２７】
以上の説明から、シリンダーヘッド３が排気ガスを排気側１８から吸気側１４に再循環する機能と、再循環ガスの熱交換を行う機能の両方と一体であることが明らかである。したがって、システム２７は、一方において、横方向部分２２によって規定される熱交換器がシリンダーヘッド３の鋳造中に形成される点において、製造コストを減少し、他方においては、組み立て時間が極端に短い。実際、マニフォールド１３と１７をシリンダーヘッド３に結合することが必要なだけであって、公知の解決策のような外側の熱交換器、或いは、マニフォールド１３、１７を接続する長いパイプを取り付けることは必要ではない。
【００２８】
同じ理由で、システム２７は、殆どスペースを占めることなく、それによって、公知の解決策に関連において、内燃機関のコンパートメント内に色々なユニットの配置を計画することと、これらの取り付けおよび／または取り外し、そしてこれらのユニット自体の定期的検査とメインテナンスを好都合に行うことができる。
【００２９】
更に、以上の説明から、シリンダーヘッドや排気マニフォールドのようなEGRシステムを備えない内燃機関には存在しない特異な熱膨張にさらされる接続コンポネントが存在しないこと、したがって、高価で繊細な熱補償部品を配置する必要がないことが明らかである。
【００３０】
最後に、以上の説明から、説明した内燃機関１が、この発明の保護範囲から逸脱しない変形と改変を受けることが明らかである。
【００３１】
特に、ダクト３７はシリンダーヘッド３の一部にだけ設けられること、および／または、排気ガスの冷却が示された構造体とは異なる構造体を介して、例えば、室２１内にフィンを設けること、および／または、ダクト３７を二つの冷却室の中間位置設けることによって実行することが可能である。
【００３２】
更には、バッフル４３が、チャンネル４０を通過する排気ガスに作用する面を増大するために方向Ａにおいて波状に形成すること、および／または、弁２８がシリンダーヘッド３に部分的に一体構造とすることが可能である。
【００３３】
最後に、内燃機関１は、ジーゼルサイクル以外にオットーサイクルで作動すること、および／または、自動車以外の用途に採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にしたがって設計された排気ガス再循環システムを備えた内燃機関の好ましい具体例を示す概略的平面図。
【図２】図１の細部を拡大して示す断面図。
【図３】図２のIII‐III線に沿って、明確を期するために細部を省略した断面図。
【図４】細部を省略し、僅かに縮小を施した図２と類似した図であって、排気ガス再循環システムの制御弁が図２とは異なる場所に配置された１変形例。
【図５】図１と類似した図１の内燃機関のもう１つの変形例。
【符号の説明】
１…内燃機関，２…シリンダー，３…シリンダーヘッド，１２…吸気ダクト，１３，４８…分配マニフォールド，１６…排ガスダクト，１７…排ガスマニフォールド，２１…冷却室，２２…熱交換手段，２５…熱交換フィン，２７…システム，３５…入り口，３７…再循環ダクト，３９…部分，４０…チャンネル，４３…バッフル，４４…出口。

Claims (6)

  1. 少なくとも再循環ダクト(３７)の一部分は、シリンダーヘッド(３)内に直接備えられ、前記シリンダーヘッド(３)は、再循環排気ガスを冷却するための熱交換手段(２２)を備える点に特徴を有する、複数のシリンダー(２)と、前記各シリンダー用に、排気ガス用の少なくとも１つの排気ガスダクト(１６)と少なくとも１つの吸気ダクト(１２)を規定するシリンダーヘッド(３)と、前記排気ダクト(１６)と連通する排気マニフォールド(１７)と、再循環排気ガスを前記排気マニフォールドから前記吸気ダクト(１２)に再循環させるシステム(２７)と、を備え、また、再循環された排気ガスを前記吸気ダクト(１２)に分配するための分配マニフォールド(１３，４８)と、前記の排気マニフォールド(１７)および分配マニフォールド(１３，４８)の間に延出する再循環ダクト(３７)を備える内燃機関、特に自動車用の内燃機関(１)であって、
    前記熱交換手段(２２)は、前記再循環ダクト(３７)の一部分(３９)を複数のチャンネル(４０)に分割するために、前記再循環ダクト(３７)内に配置された複数の熱交換バッフル(４３)を備える点に特徴を有する内燃機関(１)。
  2. 前記熱交換手段(２２)は、前記シリンダーヘッド(３)内に設けられ、前記内燃機関(１)の冷却回路の一部を形成する、少なくとも１つの冷却室(２１)を備える点に特徴を有する請求項１記載の内燃機関。
  3. 前記熱交換手段(２２)は、複数の熱交換フィン(２５)を備える点に特徴を有する請求項１または２記載の内燃機関。
  4. 前記熱交換フィン(２５)は、前記冷却室(２１)に関し、前記再循環ダクト(３７)とは反対側において、前記シリンダーヘッド(３)の外側に延出する点に特徴を有する請求項２または３記載の内燃機関。
  5. 前記再循環ダクト（３７）は、完全に前記シリンダーヘッド（３）内に設けられ、入り口（３５）と出口（４４）を有し、別々に、前記入り口（３５）は前記排気マニフォールド（１７）に気密な態様で直接連結され、前記出口（４４）は前記分配マニフォールド（１３）に気密な態様で直接連結される点に特徴を有する請求項１〜４のいずれか１記載の内燃機関。
  6. 前記再循環ダクト(３７)は、前記シリンダーヘッド(３)内に直接設けられた前記分配マニフォールド(４８)と連通する点に特徴を有する請求項１〜５のいずれか１記載の内燃機関。
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