JP6065868B2 - エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの排気ガス還流装置に関する。

エンジンの排気ガスを吸気系に還流する排気ガス還流装置において、ＥＧＲクーラを多気筒エンジンの吸気マニホールドに設けることは一般に知られている。例えば、特許文献１には、合成樹脂製吸気マニホールドの集合部にＥＧＲクーラを取り付け、このＥＧＲクーラにＥＧＲバルブを側方へ突出させた状態に取り付けることが記載されている。

特許３４３０８１５号公報

ＥＧＲクーラを吸気マニホールドに取り付ける場合、ＥＧＲクーラが小型軽量であれば、吸気マニホールド自体の強度が低くても、ＥＧＲクーラに対する支持剛性はそれほど問題にならない。しかし、ＥＧＲクーラが大型になると、強度が低い吸気マニホールドでは、ＥＧＲクーラに対する支持剛性の不足が懸念される。

そこで、本発明は、吸気マニホールドにＥＧＲクーラを取り付ける場合の上記支持剛性の問題を解決することを課題とする。

本発明は、上記課題の解決に、ＥＧＲクーラに排気ガスを導くＥＧＲパイプを利用した。

ここに提示するエンジンの排気ガス還流装置は、多気筒エンジンのシリンダヘッドに取り付けられた吸気マニホールドにＥＧＲクーラを介して排気ガスを還流するようにしたものである。上記ＥＧＲクーラは、上記吸気マニホールドの上部に取り付けられて上記エンジンの気筒列方向に延びており、このＥＧＲクーラの一端と上記シリンダヘッドが、該シリンダヘッド内のＥＧＲ通路から上記ＥＧＲクーラに排気ガスを導くＥＧＲパイプによって連結されている。そうして、上記ＥＧＲパイプの周りに冷媒を循環させる冷却ハウジングが上記ＥＧＲパイプと一体に設けられている。

このような排気ガス還流装置であれば、ＥＧＲクーラとシリンダヘッドを連結するＥＧＲパイプがＥＧＲクーラをシリンダヘッドに支持する役割を果たす。すなわち、ＥＧＲクーラに対する吸気マニホールド自体の支持剛性不足がＥＧＲパイプによって補われる。また、ＥＧＲパイプに一体に設けられた冷却ハウジングがＥＧＲパイプの支持剛性を高めるため、ＥＧＲクーラの支持強度の確保が容易になる。しかも、排気ガスがＥＧＲパイプを通過するときに冷却ハウジングを循環する冷媒によって冷却される。よって、排気ガスの冷却に関して、ＥＧＲクーラの負担が軽くなり、その分、ＥＧＲクーラの小型化ないし軽量化を図ることができ、ＥＧＲクーラの支持強度の確保に有利になる。

本発明の好ましい態様では、上記冷却ハウジングと上記ＥＧＲクーラが、上記冷却ハウジングの冷媒を上記ＥＧＲクーラに導く冷媒循環パイプによって連結されている。

この態様によれば、冷媒循環パイプを冷却ハウジングによるＥＧＲクーラの支持に利用することができ、ＥＧＲクーラの支持強度の確保がさらに容易になる。

本発明の好ましい態様では、上記吸気マニホールドは合成樹脂製であり、上記ＥＧＲクーラで冷却された排気ガスを上記吸気マニホールドの集合部に導くＥＧＲ通路が上記吸気マニホールドに一体に形成されている。

この態様は、吸気マニホールドが合成樹脂製であって、この吸気マニホールドのみではＥＧＲクーラに対する支持剛性の不足が問題になりやすいことを顕在化したものである。そうして、当該支持剛性の不足を上述のＥＧＲパイプ及び冷却ハウジングで補う一方で、吸気マニホールドが合成樹脂製であることを利用して、ＥＧＲクーラから吸気マニホールドの集合部に排気ガスを導くＥＧＲ通路を吸気マニホールドに一体に形成している。よって、当該ＥＧＲ通路の取り回しが容易になり、そして、吸気マニホールドの外部を通る独立した配管が不要になるため、エンジン全体のコンパクト化に有利になる。

本発明の好ましい態様では、上記多気筒エンジンがターボ過給機を備えたガソリンエンジンであり、該ターボ過給機のタービンよりも上流側から上記シリンダヘッド内のＥＧＲ通路に排気ガスが導入される。

ターボ過給機付きのガソリンエンジンでは排気ガスが高温になるが、タービン上流側からシリンダヘッド内のＥＧＲ通路に排気ガスが導入されるため、シリンダヘッド周りの部品に熱害が及ぶことを避ける上で有利になる。さらに、シリンダヘッド内のＥＧＲ通路からＥＧＲクーラに排気ガスを導くＥＧＲパイプに冷却ハウジングが一体に設けられているから、このＥＧＲパイプ周りの部品に熱害が及ぶことが避けられる。

本発明によれば、ＥＧＲクーラは吸気マニホールドの上部に取り付けられてエンジンの気筒列方向に延びており、このＥＧＲクーラの一端とシリンダヘッドがＥＧＲパイプによって連結され、このＥＧＲパイプに冷却ハウジングが一体に設けられているから、ＥＧＲクーラが冷却ハウジングで補強されたＥＧＲパイプによってシリンダヘッドに強固に支持される。しかも、排気ガスがＥＧＲパイプを通過するときに冷却されるから、ＥＧＲクーラの大型化を避ける上で有利になり、ＥＧＲクーラの支持強度の確保が容易になる。

エンジンの全体構造を示す斜視図。 ＥＧＲクーラの取付構造を示す平面図。 ＥＧＲクーラに対するＥＧＲバルブの取付構造を示す斜視図。 ターボ過給機からＥＧＲクーラに至るＥＧＲ経路を示す斜視図。 シリンダヘッドのＥＧＲ通路から吸気マニホールドの集合部に至るＥＧＲ経路を示す斜視図。 冷却ハウジングを備えたＥＧＲパイプによるＥＧＲクーラとシリンダヘッドの連結構造を示す斜視図。 冷却ハウジングを備えたＥＧＲパイプの正面図。 図７のＡ-Ａ線断面図。 冷却ハウジングを備えたＥＧＲパイプとＥＧＲクーラを結合状態で示す側面図。 同結合状態を示す正面図。 図１０のＢ−Ｂ線断面図。 吸気マニホールドのＥＧＲ通路を示す断面図。 別の実施形態のＥＧＲクーラ支持構造を示す斜視図。 同実施形態の冷却ハウジングを備えたＥＧＲパイプの斜視図。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１において、１は多気筒のガソリンエンジン、２は自動変速機である。エンジン１において、３はシリンダヘッド、４はシリンダヘッドカバー、５はシリンダヘッド３に取り付けられた合成樹脂製の吸気マニホールド、６はターボ過給機である。このエンジン１は、吸気マニホールド５にＥＧＲクーラ７を介して排気ガスを還流する排気ガス還流装置を備えている。

ＥＧＲクーラ７は、吸気マニホールド５の上部に取り付けられ、シリンダヘッドカバー４の側面に沿ってエンジン１の気筒列方向に延びている。ＥＧＲクーラ７の一端には、該ＥＧＲクーラ７に排気ガスを導く金属製の上流側ＥＧＲパイプ８が接続されている。ＥＧＲクーラ７の他端には、排気ガスの還流量を調節するＥＧＲバルブ９が取り付けられている。このＥＧＲバルブ９を通過した排気ガスを吸気マニホールド５に導く金属製の下流側ＥＧＲパイプ１１がＥＧＲクーラ７の他端側から延びている。

（ＥＧＲクーラの吸気マニホールドに対する取付構造）
図２に示すように、ＥＧＲクーラ７は、シリンダヘッドカバー４側に張り出した２箇所の取付部１２，１３と、その反対側に張り出した１箇所の取付部１４によって吸気マニホールド５にねじ止めされている。また、ＥＧＲクーラ７の他端側から延びる下流側ＥＧＲパイプ１１の下流端の接続フランジ１５が吸気マニホールド５にねじ止めされている。図３にも示すように、ＥＧＲバルブ９は、ＥＧＲクーラ７にフランジ１６，１７同士を結合することによって支持されており、吸気マニホールド５に対して直には支持されていない。

（エンジン排気系からＥＧＲクーラに至るＥＧＲ通路構造）
図４に示すように、ターボ過給機６は排気マニホールド１８に結合されている。排気ガスをターボ過給機６のタービン（図示省略）よりも上流側から取り出して吸気系に還流するために、ターボ過給機６のハウジング、排気マニホールド１８及びシリンダヘッド３の気筒列方向の端部に、一連のＥＧＲ通路が形成されている。図４において、２１はターボ過給機６のハウジングに形成されたＥＧＲ通路の通路壁、２２は排気マニホールド１８に形成されたＥＧＲ通路の通路壁、２３はシリンダヘッド３に形成されたＥＧＲ通路の通路壁である。シリンダヘッド３のＥＧＲ通路は、シリンダヘッド３の気筒列方向の端を気筒列方向と直交する方向に延びている。

図４及び図５に示すように、上流側ＥＧＲパイプ８は、シリンダヘッド３に形成されたＥＧＲ通路からＥＧＲクーラ７に排気ガスを導くべく、ＥＧＲクーラ７の一端とシリンダヘッド３のＥＧＲ通路下流端部とを連結している。以下、具体的に説明する。

図６に示すように、上流側ＥＧＲパイプ８には、該ＥＧＲパイプ８の周りに冷媒としてのエンジン冷却水（以下、単に「冷却水」という。）を循環させる冷却ハウジング２４が一体に設けられている。図７及び図８にも示すように、上流側ＥＧＲパイプ８は、その上端と下端にそれぞれＥＧＲクーラ７及びシリンダヘッド３に接合するためのフランジ２５，２６を有する。上流側ＥＧＲパイプ８の中間部にこのパイプ周りを半周以上覆う冷却ハウジング２４が設けられ、これにより、パイプ周りに冷却水ジャケット２７が形成されている。なお、図７において、符号３０は鋳造時のジャケット中子支持穴を塞ぐ栓である。

図９乃至図１１に示すように、ＥＧＲクーラ７の一端にフランジ２８が設けられており、上流側ＥＧＲパイプ８とＥＧＲクーラ７は、互いのフランジ２５，２８をボルトで結合することによって連結されている。図４に示すように、シリンダヘッド３のＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路壁２３）の端部にはフランジ２９が設けられており、上流側ＥＧＲパイプ８とシリンダヘッド３は、互いのフランジ２６，２９をボルトで結合することによって連結されている。

（冷媒通路構造）
上流側ＥＧＲパイプ８の冷却ハウジング２４には、自動変速機２のオイルを温めるＡＴＦウォーマ（図示省略）からパイプ（図示省略）で送られる冷却水が流入する。そのために、図６等に示すように、冷却ハウジング２４には冷却水が流入するパイプ接続管３１が設けられている。

冷却ハウジング２４に流入した冷却水は、さらにＥＧＲクーラ７を循環すべく、冷却ハウジング２４からＥＧＲクーラ７に冷媒として送られる。そのために、図５等に示すように、ＥＧＲクーラ７には冷却水が流入するパイプ接続管３２が設けられ、冷却ハウジング２４には冷却水が流出するパイプ接続管３３が設けられている。そして、図６に示すように、ＥＧＲクーラ７のパイプ接続管３２と冷却ハウジング２４のパイプ接続管３３が金属製の冷却水循環パイプ３４によって連結されている。冷却水循環パイプ３４はＥＧＲクーラ７の側面に接続されている。図５において、符号３５はＥＧＲクーラ７の冷却水流出側のパイプ接続管である。

（ＥＧＲクーラから吸気マニホールドに至るＥＧＲ通路構造）
先に説明したように、ＥＧＲバルブ９を通過した排気ガスが流入する下流側ＥＧＲパイプ１１は、ＥＧＲクーラ７の他端側から吸気マニホールド５に向かって延びている。

図５に示すように、吸気マニホールド５は、空気が流入する集合部（コレクタ部）４１と、この集合部４１から分岐してエンジン１の各気筒に空気を供給する複数の分岐部４２を備えている。

図１２に示すように、吸気マニホールド５は、内側マニホールド部材５ａと外側マニホールド部材５ｂを振動溶着によって接合して形成されている。外側マニホールド部材５ｂの内側には通路形成部材５ｃが接合されている。この外側マニホールド部材５ｂと通路形成部材５ｃによって、集合部４１の分岐部４２近傍側から空気流入口４３側に向かって延びるＥＧＲ通路４４が形成されている。そうして、吸気マニホールド５の分岐部４２近傍において下流側ＥＧＲパイプ１１がＥＧＲ通路４４に接続され、このＥＧＲ通路４４の下流端が集合部４１における空気流入口４３の近傍に開口している。

（還流排気ガスの流れ）
上述した排気ガス還流装置の構成により、エンジン１の燃焼室から出た排気ガスは、図４に矢符で示すように、ターボ過給機６のタービンよりも上流側からターボ過給機６のハウジング、排気マニホールド１８及びシリンダヘッド３に形成されたＥＧＲ通路を通って上流側ＥＧＲパイプ８に流入する。排気ガスはさらに上流側ＥＧＲパイプ８からＥＧＲクーラ７に流入する。そして、図５に矢符で示すように、排気ガスはＥＧＲクーラ７からＥＧＲバルブ９を通って下流側ＥＧＲパイプ１１に流入し、吸気マニホールド５に形成されたＥＧＲ通路４４を通って吸気マニホールド５の集合部４１に流入する。

排気ガスは、上流側ＥＧＲパイプ８を通過するときに冷却ハウジング２４に流入する冷却水によって冷却され、その後さらに、ＥＧＲクーラ７で冷却されることになる。

（実施形態の利点等）
まず、エンジンのコンパクト化ないしレイアウト性について説明する。上記実施形態では、ＥＧＲクーラ７が吸気マニホールド５の上部においてシリンダヘッドカバー４の側面に沿って気筒列方向に延び、ＥＧＲバルブ８がＥＧＲクーラ７の長手方向の端に結合されている。従って、ＥＧＲクーラ７やＥＧＲバルブ８がエンジン周りに突出した状態にならない。

ターボ過給機６側から上流側ＥＧＲパイプ８に至るＥＧＲ通路がシリンダヘッド３の気筒列方向の端部に形成され、さらに、下流側ＥＧＲパイプ１１から吸気マニホールド５の集合部４１に至るＥＧＲ通路４４が吸気マニホールド５に形成されているから、ＥＧＲのための配管がエンジン周りに広がらない。

よって、エンジン１の全体がコンパクトにまとまり、エンジン１を車両に搭載するときのレイアウトが容易になる。

次にＥＧＲクーラ７及びＥＧＲバルブ９の支持強度について説明する。ＥＧＲクーラ７にはＥＧＲバルブ９が連結されていて、このＥＧＲクーラとＥＧＲバルブ９が一つの重量物になっている。そのため、この両者に対する支持強度の確保が重要になる。

これに対して、上記実施形態では、ＥＧＲクーラ７の一端に上流側ＥＧＲパイプ８が連結され、ＥＧＲクーラ７が上流側ＥＧＲパイプ８を介してシリンダヘッド３に支持された構造が採用されている。従って、ＥＧＲクーラ７及びＥＧＲバルブ９に対する吸気マニホールド５の支持剛性が不足する場合でも、これが上流側ＥＧＲパイプ８による支持によって補われ、エンジン１に対するＥＧＲクーラ７等の支持が安定する（支持強度が高くなる。）。しかも、上流側ＥＧＲパイプ８が冷却ハウジング２４によって補強された構造になっているから、ＥＧＲクーラ７に対する支持強度の確保に有利である。

また、ＥＧＲクーラ７の側面と冷却ハウジング２４が冷却水循環パイプ３４によって連結されているから、つまり、冷却水循環パイプ３４がＥＧＲクーラ７を冷却ハウジング２４に対して側面から支持するから、ＥＧＲクーラ７に対する支持強度がさらに高くなる。

また、排気ガスは上流側ＥＧＲパイプ８を通過するときに冷却ハウジング２４を循環する冷却水によって冷却される。よって、ＥＧＲクーラ７の冷却負担が軽くなり、その分、ＥＧＲクーラ７の小型化ないし軽量化を図ることができ、ＥＧＲクーラ７の支持強度の確保に有利になる。

また、還流用の排気ガスがシリンダヘッド３内のＥＧＲ通路を通るため、シリンダヘッド３の周りの部品に熱害が及ぶことを避ける上で有利になる。上流側ＥＧＲパイプ８に冷却ハウジング２４が一体に設けられているから、上流側ＥＧＲパイプ８から周りの部品に熱害が及ぶことを避けることができる。例えば、図６に示すように、上流側ＥＧＲパイプ８の周りには、燃料供給管４５や動弁装置等のためのハーネスコネクタ４６が配設されるが、この燃料供給管４５やハーネスコネクタ４６等が冷却ハウジング２４によって熱害から保護されることになる。

（他の実施形態）
図１３及び図１４に要部を示す実施形態は、ＥＧＲクーラ７と冷却ハウジング２４を連結する冷却水（冷媒）循環パイプ３４の構造が先の実施形態と相違する。具体的に説明すると、本実施形態の冷却水循環パイプ３４は冷却ハウジング２４と一体に形成されている。上流側ＥＧＲパイプ８の上流端と冷却水循環パイプ３４の下流端に、ＥＧＲ側と冷却水側に共通のフランジ５１が設けられている。この共通フランジ５１が、ＥＧＲクーラ７の一端に一体に設けられたＥＧＲ側と冷却水側に共通のフランジ５２にねじで結合されている。

本実施形態によれば、一体型冷却水循環パイプ３４及び共通フランジ５１，５２によってＥＧＲクーラ７と上流側ＥＧＲパイプ８との一体性が強くなるため、ＥＧＲクーラ７のシリンダヘッド３に対する支持が強固になる。

（その他）
上記実施形態はターボ過給機付きガソリンエンジンの排気ガス還流装置であるが、本発明は、ターボ過給機が設けられていないガソリンエンジンや、ディーゼルエンジンにも適用することができる。

１ エンジン
３ シリンダヘッド
５ 吸気マニホールド
６ ターボ過給機
７ ＥＧＲクーラ
８ ＥＧＲパイプ
９ ＥＧＲバルブ
２３ シリンダヘッドのＥＧＲ通路壁
２４ 冷却ハウジング
３４ 冷却水（冷媒）循環パイプ
４１ 集合部
４４ 吸気マニホールドのＥＧＲ通路

Claims (4)

1. 多気筒エンジンのシリンダヘッドに取り付けられた吸気マニホールドにＥＧＲクーラを介して排気ガスを還流するようにしたエンジンの排気ガス還流装置において、
   上記ＥＧＲクーラは、上記吸気マニホールドの上部に取り付けられて上記エンジンの気筒列方向に延びており、
   上記ＥＧＲクーラの一端と上記シリンダヘッドが、該シリンダヘッド内のＥＧＲ通路から上記ＥＧＲクーラに排気ガスを導くＥＧＲパイプによって連結され、
   上記ＥＧＲパイプの周りに冷媒を循環させる冷却ハウジングが上記ＥＧＲパイプと一体に設けられていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
2. 請求項１において、
   上記冷却ハウジングと上記ＥＧＲクーラが、上記冷却ハウジングの冷媒を上記ＥＧＲクーラに導く冷媒循環パイプによって連結されていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   上記吸気マニホールドは合成樹脂製であり、上記ＥＧＲクーラで冷却された排気ガスを上記吸気マニホールドの集合部に導くＥＧＲ通路が上記吸気マニホールドに一体に形成されていることを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   上記多気筒エンジンは、ターボ過給機を備えたガソリンエンジンであり、該ターボ過給機のタービンよりも上流側から上記シリンダヘッド内のＥＧＲ通路に排気ガスが導入されることを特徴とするエンジンの排気ガス還流装置。