JP5413651B2 - 排気還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などの内燃機関において、排気ガスを燃焼室に還流する排気還流装置に関する。

自動車などの内燃機関において、ブローバイガスや排気ガスを燃焼室に還流する技術が特許文献１〜３に記載してある。

特許文献１には、クランクケース内のブローバイガスを各気筒の燃焼室へ環流させて燃焼させるブローバイガス還元（ＰＣＶ）装置が記載してある。
当該装置では、シリンダヘッドの壁部に溝部を形成し、シリンダヘッドと吸気マニホルドとの間に挟設されるガスケットに設けた孔を経て、溝部を流通したブローバイガスが吸気マニホルドの吸気通路に導入される。

特許文献２には、内燃機関の排気還流装置が記載してある。当該排気還流装置では、還流されるＥＧＲガス（還流排気ガス）は、例えばシリンダヘッドの排気ポートから取り出されてＥＧＲ弁を通過し、吸気ポートに吐出される構造となっている。当該排気還流装置では、排気ガスの一部を燃焼室へ還流することにより燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの発生量を減少させることができる。
特許文献２の排気還流装置では、樹脂製の吸気マニホルドが、金属製スペーサと金属製ガスケットとを介してシリンダヘッドに接続してある。当該シリンダヘッドには、ＥＧＲガスが通過する溝部として、ＥＧＲガス吸入通路とＥＧＲガス吐出通路とが形成される。
ガスケットには、ＥＧＲガス共通連通口とＥＧＲガス分岐連通口とが形成してある。また、金属製スペーサには、ガスケットとの接合面に、ＥＧＲガス共通連通口とＥＧＲガス分岐連通口とに連通するＥＧＲガス分岐通路が形成してある。
排気ポートから吸入されたＥＧＲガスは、ＥＧＲガス吸入通路、ＥＧＲガス共通連通口、ＥＧＲガス分岐通路およびＥＧＲガス分岐連通口を経て、ＥＧＲガス吐出通路を流通して吸入ポートに吐出されるように構成してある。

特許文献３には、排気系からの排気通路が接続される共通通路と、当該共通通路から供給されたＥＧＲガスを各気筒の吸気ポートに分配する分配通路とを形成したガス供給部材（ＥＧＲプレート）をシリンダヘッドに備えたエンジンの排気還流装置が記載してある。
シリンダヘッドには吸気ポートに連通する連通路が設けられ、当該ＥＧＲプレートの分配通路が当該連通路に連通することで、ＥＧＲガスが吸入ポートに吐出される。

特開２００５−１５５４５４号公報 特開２０００−８９６８号公報 特開２００５−９８１６４号公報

特許文献１のＰＣＶ装置では、シリンダヘッドの壁部に溝部を形成してブローバイガスの通路としていた。しかし、シリンダヘッドの側にガス通路である溝部を形成する構成では、シリンダヘッドの形状が複雑となり、製造コストが嵩む。

特許文献２の装置では、吸気マニホルドおよびシリンダヘッドとの間にガス通路を形成した金属製スペーサを配設していた。これは、通常、ＥＧＲガスは高温となり、樹脂製の吸気マニホルドが高温のＥＧＲガスに接触すると、当該吸気マニホルドは劣化することから、ＥＧＲガスからの熱害が吸気マニホルドに及ばないようにするためである。また、特許文献３の装置では、シリンダヘッドの側にガス通路を形成したＥＧＲプレートを配設していた。金属製スペーサおよびＥＧＲプレートは、通常、耐熱性に優れた金属製で形成するが、このような構成ではコストが嵩むうえ、当該金属製スペーサおよびＥＧＲプレートの分だけ過大にスペースを要するものとなっていた。

ところで樹脂製の吸気マニホルドは、樹脂どうしの摩擦によって接合境界面で発生する摩擦熱によって当該樹脂どうしを溶融させて溶着する手法（バイブレーション溶着）を取り入れることによって形成される。仮に当該吸気マニホルドを耐熱樹脂で形成しようとする場合、耐熱樹脂は摩擦によって溶融し難いため樹脂どうしを溶着させることは困難となる。さらに、耐熱樹脂は高価である。よって、吸気マニホルドの全体を耐熱樹脂で形成することは現実的ではない。

従って、本発明の目的は、簡便な構成で製造コストを抑制できる内燃機関の排気還流装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の排気還流装置の第一特徴構成は、シリンダヘッドの外部に取り付ける樹脂製の吸気マニホルドに対し、前記吸気マニホルドのうち、前記シリンダヘッドの壁部に対向させる取付面に設けた溝状の空間を備え、
前記溝状の空間が、前記シリンダヘッドの壁部の側に開口すると共に、前記シリンダヘッドの壁部に密着するよう前記吸気マニホルドに埋設した半割管を有し、
前記半割管は、当該吸気マニホルドより耐熱性を有する材料で形成され、前記シリンダヘッドの排気ポートと吸入ポートとを接続して当該排気ポートからの排気ガスを前記吸入ポートに流入させる還流排気ガス通路とする点にある。

従来、高温となる還流排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）が流通する還流排気ガス通路は、吸気マニホルドへの熱害を防止するため、シリンダヘッドと吸気マニホルドとの間に設ける別部材であるスペーサに形成するか、シリンダヘッドの側に設ける等して、吸気マニホルドの側には形成しなかった。しかし、本発明では、還流排気ガス通路を吸気マニホルドの側に形成する。このようにシリンダヘッドと吸気マニホルドとの間にスペーサを設けないため、シリンダヘッドと吸気マニホルドとの間に設けるガスケットを簡略化することができ、その分、排気還流装置を省スペース化および簡略化することができる。このようにスペーサを設けない構成であると、吸気マニホルドをシリンダヘッドに直接接続させることができるため、シリンダヘッドに対して吸気マニホルドを組み付ける作業が容易となる。

仮にシリンダヘッドの側に還流排気ガス通路を配設する場合には、シリンダヘッドに還流排気ガス通路を取り付けるための加工が必要となる。金属製のシリンダヘッドにこのような加工を施すには、シリンダヘッドを鋳造する鋳型が複雑化するが、当該鋳型の形状が複雑化すればコストが嵩むため好ましくない。しかし、本発明では、還流排気ガス通路を、シリンダヘッドより加工の容易な樹脂製の吸気マニホルドの側に配設するため、排気還流装置の製造が容易となる。しかも、シリンダヘッドに還流排気ガス通路を取り付ける加工をしないため、シリンダヘッドの形状を簡略化できる。
さらに、本発明では、吸気マニホルドを耐熱樹脂で形成せずに、還流排気ガス通路の構成部材のみを耐熱材料で構成するため、高価な耐熱材料を使用する部材を必要最低限に抑えることができ、コストを抑制することができる。

また、本構成によれば、吸気マニホルドの取付面を凹設した態様の溝部、および、シリンダヘッドの壁部で囲まれた溝状の空間にＥＧＲガスを流通させることができる。よって、シリンダヘッドと吸気マニホルドとを接合させるだけＥＧＲガスを流通させる空間を容易に確保することができる。

また、本構成によれば、溝状の空間は、吸気マニホルドとは別異に製造した半割管を吸気マニホルドに嵌め込むだけで形成される。そのため、還流排気ガス通路の形状、例えば流路径や断面形状などの設計の自由度が増す。そのため、還流排気ガス通路の成形が容易となる。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の特徴構成は、前記吸気マニホルドと前記半割管の外周面との間に空気層を設けた点にある。

本構成によれば、高温のＥＧＲガスが還流排気ガス通路を流通したときに、半割管から吸気マニホルドの側に伝わる熱を当該空気層によって遮断し易くなる。そのため、ＥＧＲガスが吸気マニホルドに及ぼす熱害を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の特徴構成は、前記半割管に、前記シリンダヘッドの吸入ポートと前記吸気マニホルドとの接続部分をシールする耐熱樹脂製のガスケット部材を連設した点にある。

シリンダヘッドおよび吸気マニホルドの接続部分でＥＧＲガスが漏洩するのを防止するためには、何れかのガスケットが必要であるが、本構成であれば、吸気マニホルドに半割管をセットする際にガスケット部材も同時に組み込むことができる。よって、組み込み時の部品点数が少なくなり、吸気マニホルドの取り付け工数を削減することができる。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の特徴構成は、前記還流排気ガス通路は、前記吸気マニホルドのうち前記シリンダヘッドに接続するフランジ部に形成した点にある。

本構成によれば、当該フランジ部の幅を利用して還流排気ガス通路を配設することができるため、排気還流装置の省スペース化を図ることができる。

本発明の内燃機関の排気還流装置を示す概略図である。 還流排気ガス通路および吸気マニホルドのフランジ部の断面概略図である。 図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線の断面図である。 還流排気ガス通路の断面概略図である。 吸気マニホルドのフランジ部に設けた還流排気ガス通路の分解斜視図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明の排気還流装置は、自動車などの内燃機関において、排気ガスを燃焼室に還流する装置である。図１〜５に示すように、本実施形態では、排気還流装置Ｘが設置される内燃機関Ｙとして、直列３気筒の内燃機関の例を示すが、勿論、内燃機関の構成はこれに限られるものではない。

排気還流装置Ｘは、シリンダヘッド２の外部に取り付ける樹脂製の吸気マニホルド１に対し、当該吸気マニホルド１より耐熱性を有する材料で形成され、シリンダヘッド２の排気ポート４と吸入ポート５とを接続して当該排気ポート４からの排気ガスを吸入ポート５に流入させる還流排気ガス通路６を設けてある。

シリンダヘッド２には、燃焼室からの排気ガスを排気する排気ポート４、および、吸入ポート５が形成されている。吸気マニホルド１は３本の吸気通路１ａ、１ｂ、１ｃを有する。吸気マニホルド１の端部に設けたフランジ部１ｄは、シリンダヘッド２の接続面２ａに締結接続される。シリンダヘッド２は、アルミニウム等の金属材料で形成してある。吸気マニホルド１は、例えばＰＡ６などのポリアミド樹脂で形成する。通常、吸気マニホルド１を樹脂で成形する場合はバイブレーション溶着の手法により製造する。耐熱樹脂は高価であり、バイブレーション溶着の手法が採用できないため、吸気マニホルド１を形成する材料としては適切ではない。

還流排気ガス（ＥＧＲガス）は、１５０℃程度の高温となるため、還流排気ガス通路６は、吸気マニホルド１より耐熱性を有する材料で形成する。還流排気ガス通路６を複数の部材で形成する場合は、これら部材のすべてを耐熱材料で構成する。耐熱材料は、例えば、アルミニウムなどの金属材料、ＰＰＳ，ＰＥＥＫなどの耐熱樹脂が例示されるが、これに限られるものではない。

図１に示すように、ＥＧＲガスは、シリンダヘッド２の排気ポート４から取り出されてＥＧＲガス吸入通路７の上流通路７ａを通過してＥＧＲ弁３に流入する。ＥＧＲ弁３は、前記接続面２ａに取り付けられ、ＥＧＲガス吸入通路７を流れるＥＧＲガス量を機関運転状態に応じて制御する。ＥＧＲ弁３を流下したＥＧＲガスは、ＥＧＲガス吸入通路７の下流通路７ｂを経て還流排気ガス通路６に流入する。本実施形態の還流排気ガス通路６は、３つの分岐通路６ａ〜６ｃを備えており、それぞれが吸入ポート５ａ〜５ｃに接続している。これにより、分岐通路６ａ〜６ｃから流出したＥＧＲガスは、それぞれ吸入ポート５ａ〜５ｃに吐出される。

本発明では、還流排気ガス通路６は吸気マニホルド１の側に形成する。このようにシリンダヘッド２と吸気マニホルド１との間にスペーサを設けないため、スペーサと共にスペーサの両面に取り付けていたガスケットのうち少なくとも一枚を省くことができ、その分、排気還流装置Ｘを省スペース化および簡略化することができる。このように当該スペーサを設けない構成であると、吸気マニホルド１をシリンダヘッド２に直接接続させることができるため、シリンダヘッド２に対して吸気マニホルド１を組み付ける作業が容易となる。

また、本発明では、還流排気ガス通路６を、シリンダヘッド２より加工の容易な樹脂製の吸気マニホルド１の側に配設するため、シリンダヘッド２に還流排気ガス通路６を取り付ける加工をしないことから、シリンダヘッド２の形状を簡略化できる。
さらに、本発明では、吸気マニホルド１を耐熱樹脂で形成せずに、還流排気ガス通路６の構成部材のみを耐熱材料で構成するため、コストを抑制することができる。

本実施形態では、吸気マニホルド１のうち、シリンダヘッド２の壁部２ｂに対向させる取付面１Ａに設けた溝状の空間Ｓを、還流排気ガス通路６としてある（図２〜５）。

これにより、吸気マニホルド１の取付面１Ａを凹設した態様の溝部１Ｂ、および、シリンダヘッド２の壁部２ｂで囲まれた溝状の空間ＳにＥＧＲガスを流通させることができる。本構成であれば、シリンダヘッド２と吸気マニホルド１とを接合させるだけＥＧＲガスを流通させる空間を容易に確保することができる。

溝状の空間Ｓは、例えば吸気マニホルド１の溝部１Ｂのみで形成してもよい。その場合には、吸気マニホルド１に対して溝部１Ｂの表面を別の耐熱樹脂で二色成形したり、金属層をモールド成形して耐熱性を有する還流排気ガス通路６を吸気マニホルド１に一体成形する。また、これとは異なり、吸気マニホルド１に対して別体の耐熱部材を設けて還流排気ガス通路６を形成してもよい。本実施形態では、溝状の空間Ｓを、シリンダヘッド２の壁部２ｂの側に開口すると共に、シリンダヘッド２の壁部２ｂに密着するよう吸気マニホルド１に埋設した半割管１０によって形成した例を示す。
当該半割管１０は、管の断面の一部が欠けて開口した樋状の部材である。本実施形態では、半割管１０は、その端部がシリンダヘッド２の壁部２ｂに接触した状態で吸気マニホルド１の溝部１Ｂに嵌め込んである。半割管１０は、還流排気ガス通路６の構成部材となるため、耐熱材料で構成する。尚、還流排気ガス通路６の他の構成部材はシリンダヘッド２であるが、これも耐熱性を有する金属材料で構成される。
本構成では、溝状の空間Ｓは、吸気マニホルド１とは別異に製造した半割管１０を溝部１Ｂに単に嵌め込むだけで形成される。そのため、還流排気ガス通路６の形状、例えば、流路径や断面形状などの設計の自由度が増す。そのため、還流排気ガス通路６の成形が容易となる。

上述の説明では、別部材である半割管１０を溝部１Ｂに嵌め込んだ態様を示したが、半割管１０は、二色成形などにより吸気マニホルド１と一体成形してもよい。

吸気マニホルド１と半割管１０の外周面との間には、空気層Ｋが設けてある（図３，４）。本構成であれば、高温のＥＧＲガスが還流排気ガス通路６を流通したときに、半割管１０から吸気マニホルド１の側に伝わる熱を当該空気層Ｋによって遮断し易くなる。そのため、ＥＧＲガスが吸気マニホルド１に及ぼす熱害を抑制することができる。

半割管１０には、耐熱樹脂製のガスケット部材２０が連設してある。本実施形態のガスケット部材２０は、溝状の空間Ｓとシリンダヘッド２の接続部分をシールする第一ガスケット部材２０ａ、および、シリンダヘッド２の吸入ポート５と吸気マニホルド１との接続部分をシールする第二ガスケット部材２０ａを備える。
半割管１０とガスケット部材２０とは一体形成してもよいが、本実施形態では、別体で形成した両者を組み付けている（図５）。両者を一体形成してあれば、吸気マニホルドの取り付け工数を削減することができる。

半割管１０の端部１０ａはフランジ状に形成してあり、当該端部１０ａがガスケット部材２０に嵌入することで両者は接続している。吸気マニホルド１とシリンダヘッド２とでガスケット部材２０を挟持することにより、気密性が向上する。

当該ガスケット部材２０は、ＥＧＲガスの漏洩を防止するシール材として機能するため、第一ガスケット部材２０ａでは、溝状の空間Ｓを流通するＥＧＲガスが漏洩するのを防止することができ、第二ガスケット部材２０ｂでは、シリンダヘッド２および吸気マニホルド１の接続部分でＥＧＲガスが漏洩するのを防止することができる。よって、本構成では、漏洩した高温のＥＧＲガスが吸気マニホルド１に熱害を及ぼすのを確実に防止できる。

還流排気ガス通路６は、吸気マニホルド１のうちシリンダヘッド２に接続するフランジ部１ｄに形成してある。これにより、当該フランジ部１ｄの幅を利用して還流排気ガス通

路６を配設することができるため、排気還流装置Ｘの省スペース化を図ることができる。

〔別実施の形態〕
上述した実施形態では、還流排気ガス通路６は、溝部１Ｂおよびシリンダヘッド２の壁部２ｂで囲まれた通路とした。しかし、このような態様に限らず、溝部１Ｂをシリンダヘッド２の壁部２ｂに対向させないように還流排気ガス通路６を構成してもよい。
例えば、吸気マニホルド１のフランジ部１ｄにトンネル状の管部を形成して還流排気ガス通路６としてもよい。また、還流排気ガス通路６を３本の吸気通路１ａ、１ｂ、１ｃに隣接するように配設する。この場合、例えば、管状の還流排気ガス通路６を吸気通路１ａ、１ｂ、１ｃに取り付ける。本構成であれば、吸気マニホルド１の取付面１Ａを凹設する溝部１Ｂを加工する必要がない。

本発明は、自動車などの内燃機関において、排気ガスを燃焼室に還流する排気還流装置に利用できる。

Ｘ 排気還流装置
Ｋ 空気層
Ｓ 溝状の空間
１ 吸気マニホルド
１Ａ 取付面
２ シリンダヘッド
２ｂ 壁部
３ フランジ部
４ 排気ポート
５ 吸入ポート
６ 還流排気ガス通路
１０ 半割管
２０ ガスケット部材

Claims (4)

1. シリンダヘッドの外部に取り付ける樹脂製の吸気マニホルドに対し、前記吸気マニホルドのうち、前記シリンダヘッドの壁部に対向させる取付面に設けた溝状の空間を備え、
   前記溝状の空間が、前記シリンダヘッドの壁部の側に開口すると共に、前記シリンダヘッドの壁部に密着するよう前記吸気マニホルドに埋設した半割管を有し、
   前記半割管は、当該吸気マニホルドより耐熱性を有する材料で形成され、前記シリンダヘッドの排気ポートと吸入ポートとを接続して当該排気ポートからの排気ガスを前記吸入ポートに流入させる還流排気ガス通路とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記吸気マニホルドと前記半割管の外周面との間に空気層を設けた請求項１に記載の排気還流装置。
3. 前記半割管に、前記シリンダヘッドの吸入ポートと前記吸気マニホルドとの接続部分をシールする耐熱樹脂製のガスケット部材を連設してある請求項１又は２に記載の排気還流装置。
4. 前記還流排気ガス通路は、前記吸気マニホルドのうち前記シリンダヘッドに接続するフランジ部に形成してある請求項１〜３の何れか一項に記載の排気還流装置。

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