JP6607130B2 - Exhaust gas recirculation structure of cylinder head - Google Patents
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Description
本発明は、シリンダヘッドの排気還流構造に関し、特に、シリンダヘッドに形成され、吸気部と排気部とを連通するEGR通路を備えたシリンダヘッドの排気還流構造に関する。 The present invention relates to an exhaust gas recirculation structure for a cylinder head, and more particularly to an exhaust gas recirculation structure for a cylinder head provided with an EGR passage formed in the cylinder head and communicating an intake portion and an exhaust portion.
一般に、自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、内燃機関から排出された排気ガスの一部を吸気側に還流し、NOx(窒素酸化物)やポンピングロスを低減させる排気還流構造が設けられている。 In general, an internal combustion engine mounted on a vehicle such as an automobile is provided with an exhaust gas recirculation structure that recirculates part of exhaust gas discharged from the internal combustion engine to the intake side to reduce NOx (nitrogen oxide) and pumping loss. It has been.
この排気還流構造にあっては、排気ガスを高温の状態のままで吸気側へ還流すると、吸入空気が膨張して充填効率が低下するため、シリンダヘッドのウォータジャケット内にEGR(Exhaust Gas Recirculation)通路を配置し、このEGR通路を流れる排気ガス(EGRガス)を冷却するものがある。 In this exhaust gas recirculation structure, if the exhaust gas is recirculated to the intake side while being in a high temperature state, the intake air expands and the filling efficiency is lowered. Therefore, EGR (Exhaust Gas Recirculation) is provided in the water jacket of the cylinder head. There is a type that arranges a passage and cools exhaust gas (EGR gas) flowing through the EGR passage.
従来のこの種の排気還流構造としては、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。
この排気還流構造は、シリンダヘッドのウォータジャケットの内部に設置される熱交換器用偏平伝熱管を有し、熱交換器用偏平伝熱管が、EGRパイプの他端に連通される排気ガス流入端部と、EGRバルブに連通される排気ガス流出端部とを備えている。
As this type of conventional exhaust gas recirculation structure, for example, the one described in
This exhaust gas recirculation structure has a flat heat transfer pipe for heat exchanger installed inside the water jacket of the cylinder head, and the flat heat transfer pipe for heat exchanger is connected to the other end of the EGR pipe, And an exhaust gas outflow end connected to the EGR valve.
排気ガス流入端部と排気ガス流出端部のそれぞれは、排気ガスの流れる方向に対して垂直な平面による断面において円形状に形成されており、排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とのそれぞれが、シリンダヘッドの排気側および吸気側に鋳込まれることにより、熱交換器用偏平伝熱管がシリンダヘッドのウォータジャケットの内部に配設される。 Each of the exhaust gas inflow end portion and the exhaust gas outflow end portion is formed in a circular shape in a cross section by a plane perpendicular to the flow direction of the exhaust gas, and the exhaust gas inflow end portion and the exhaust gas outflow end portion are Each is cast on the exhaust side and the intake side of the cylinder head, so that the heat exchanger flat heat transfer tube is disposed inside the water jacket of the cylinder head.
このような従来のシリンダヘッドの排気還流構造にあっては、熱交換器用偏平伝熱管の排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とのそれぞれが、シリンダヘッドの排気側および吸気側に鋳込まれることにより、熱交換器用偏平伝熱管がシリンダヘッドのウォータジャケットの内部に配設される。
これにより、熱交換器用偏平伝熱管をシリンダヘッドに鋳込む作業が必要となり、シリンダヘッドの製造作業が面倒になる上に、シリンダヘッドの製造コストが増大してしまう。
In such a conventional exhaust recirculation structure of a cylinder head, the exhaust gas inflow end portion and the exhaust gas outflow end portion of the flat heat transfer tube for heat exchanger are respectively casted on the exhaust side and the intake side of the cylinder head. As a result, the heat exchanger flat heat transfer tube is arranged inside the water jacket of the cylinder head.
This necessitates the work of casting the heat exchanger flat heat transfer tube into the cylinder head, which complicates the manufacturing work of the cylinder head and increases the manufacturing cost of the cylinder head.
さらに、熱交換器用偏平伝熱管が高温のEGRガスと低温の冷却水によって熱膨張と縮小を繰り返すため、熱交換器用偏平伝熱管の排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とをシリンダヘッドに安定して固定することが困難となり、EGRガスを安定して冷却することができない。 Furthermore, since the heat exchanger flat heat transfer tube repeats thermal expansion and contraction due to high temperature EGR gas and low temperature cooling water, the exhaust gas inflow end and exhaust gas outflow end of the heat exchanger flat heat transfer tube are connected to the cylinder head. It becomes difficult to fix stably, and EGR gas cannot be cooled stably.
また、熱交換器用偏平伝熱管の排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とが熱膨張と縮小を繰り返すことによる応力の変化により、排気還流構造の信頼性を確保するために熱交換器用偏平伝熱管の板厚を増大させる、熱交換器用偏平伝熱管として材料強度の大きな材料を選択する等の対応が必要になる。 In addition, the heat exchanger flatness is ensured in order to ensure the reliability of the exhaust gas recirculation structure due to the stress change caused by repeated expansion and contraction of the exhaust gas inflow end and exhaust gas outflow end of the heat exchanger flat heat transfer tube. It is necessary to take measures such as increasing the plate thickness of the heat transfer tube and selecting a material having a high material strength as the flat heat transfer tube for the heat exchanger.
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、シリンダヘッドに排気還流構造を設ける場合であっても、信頼性を確保しつつEGRガスの冷却性能を向上できるシリンダヘッドの排気還流構造を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and even when the cylinder head is provided with an exhaust gas recirculation structure, the cylinder head can improve the cooling performance of EGR gas while ensuring reliability. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas recirculation structure.
本発明は、冷却水が流れるウォータジャケット、排気ガスを排出する排気部および吸入空気が導入される吸気部を有するシリンダヘッドに設けられた排気還流構造であって、前記シリンダヘッドに形成され、前記排気部と前記吸気部とを連通するEGR通路と、前記EGR通路の内周部に外周部の少なくとも一部が接触するように前記EGR通路に挿入され、前記EGR通路の内周部との間で熱交換を行う内筒部材とを備え、前記EGR通路は、前記EGR通路の内周部と前記内筒部材の外周部との間に形成された外周側EGR通路と前記内筒部材の内部に形成された内周側EGR通路とを含んで構成され、前記ウォータジャケットが、前記EGR通路に隣接するように前記シリンダヘッドに形成され、前記排気部が前記シリンダヘッドの一側面側に形成されるとともに、前記吸気部が前記シリンダヘッドの他側面側に形成され、前記EGR通路は、前記シリンダヘッドの前記他側面に形成された開口端から前記排気部に向かって延びる第1のEGR通路と、前記第1のEGR通路の延びる方向の途中から分岐して前記吸気部に向かって延びる第2のEGR通路と、前記第1のEGR通路および第2のEGR通路の分岐部から前記開口端まで延びる分岐通路とを有し、前記分岐通路が閉止部材によって閉止されており、前記第1のEGR通路に前記内筒部材が挿入されているとともに、前記内筒部材が前記分岐通路まで延ばされており、前記ウォータジャケットは、前記分岐通路に隣接しているものから構成されている。
The present invention is an exhaust gas recirculation structure provided in a cylinder head having a water jacket through which cooling water flows, an exhaust part that exhausts exhaust gas, and an intake part into which intake air is introduced, and is formed in the cylinder head, An EGR passage communicating the exhaust portion and the intake portion is inserted between the EGR passage so that at least a part of the outer peripheral portion is in contact with the inner peripheral portion of the EGR passage, and between the EGR passage and the inner peripheral portion of the EGR passage. An inner cylinder member that exchanges heat with the EGR passage, and the EGR passage is formed between an inner periphery of the EGR passage and an outer periphery of the inner cylinder member, and an inner side of the inner cylinder member. configured within and a peripheral side EGR passage formed in the water jacket, wherein formed in the cylinder head adjacent to the EGR passage, one of the exhaust portion is the cylinder head The intake portion is formed on the other side surface of the cylinder head, and the EGR passage extends from an opening end formed on the other side surface of the cylinder head toward the exhaust portion. 1 EGR passage, a second EGR passage extending from the middle of the extending direction of the first EGR passage and extending toward the intake portion, and a branching portion of the first EGR passage and the second EGR passage A branch passage extending from the opening end to the opening end, the branch passage being closed by a closing member, the inner cylinder member being inserted into the first EGR passage, and the inner cylinder member being the branch The water jacket extends from the passageway and is adjacent to the branch passageway .
このように本発明によれば、シリンダヘッドに排気還流構造を設ける場合であっても、信頼性を確保しつつEGRガスの冷却性能を向上できる。 As described above, according to the present invention, even when the exhaust gas recirculation structure is provided in the cylinder head, the cooling performance of the EGR gas can be improved while ensuring the reliability.
以下、本発明に係るシリンダヘッドの排気還流構造の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図1〜図20は、本発明に係る一実施の形態のシリンダヘッドの排気還流構造を示す図である。なお、図1〜図20において、上下左右方向は、車両に搭乗する運転者から見た方向を示している。
Embodiments of an exhaust gas recirculation structure for a cylinder head according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 20 are views showing an exhaust gas recirculation structure of a cylinder head according to an embodiment of the present invention. 1 to 20, the up, down, left, and right directions indicate directions viewed from the driver on the vehicle.
まず、構成を説明する。
図1、図2において、車両には内燃機関としてのエンジン1が搭載されている。図1において、エンジン1は、シリンダブロック2と、シリンダブロック2の上部に設けられたシリンダヘッド3と、シリンダヘッド3の上部に設けられたシリンダヘッドカバー4とを備えている。
First, the configuration will be described.
1 and 2, an
シリンダブロック2には図示しないシリンダ内に上下動自在に収容された図示しないピストンと、ピストンの上下運動を回転運動に変換する図示しないクランク軸等が収容されている。 図3において、シリンダヘッド3の上面には、図示しない吸気カムシャフトと排気カムシャフトとを回転自在に支持するロアハウジング3Aが形成されている。
The
図2において、シリンダヘッド3の車両の前方に対向する一側面3aには複数の排気ポート3Bが形成されており、排気ポート3Bは、シリンダブロック2のシリンダに連通している。シリンダヘッド3の一側面3aには図示しない排気マニホールドが接続されており、排気マニホールドは、排気ポート3Bに連通している。
In FIG. 2, a plurality of
図3において、シリンダヘッド3の車両の後方に対向する他側面3bには吸気ポート3Cが形成されており、吸気ポート3Cは、図示しない燃焼室に連通している。なお、燃焼室は、シリンダの内壁、ピストンの頂面およびシリンダヘッド3の下面によって囲まれる空間である。
In FIG. 3, an
図2において、シリンダヘッド3の他側面3bには吸気マニホールド5が接続されている。吸気マニホールド5には図示しない吸気管が接続されており、吸気マニホールド5には吸気管を通して外気が導入され、吸気マニホールド5に導入された吸入空気は、吸気ポート3Cを通してシリンダに導入される。
In FIG. 2, an
ピストンの上昇に伴って、排気ガスがシリンダから排気ポート3Bを通して排気マニホールドに排出され、この排気ガスは、排気マニホールドの下流に設置された図示しない触媒コンバータで浄化された後、外部に排出される。
As the piston rises, the exhaust gas is discharged from the cylinder to the exhaust manifold through the
図3、図4において、シリンダヘッド3の左端部にはEGR通路6が形成されており、EGR通路6は、複数の排気ポート3Bのそれぞれに連通している。シリンダヘッド3にはEGR通路7が形成されており、EGR通路7は、シリンダヘッド3に対して車両の前後方向に直線状に延びている。EGR通路7は、上流端7aがEGR通路6に連通しており、EGR通路7には上流端7aを通して排気ガスの一部であるEGRガスが導入される。
3 and 4, an
EGR通路7の下流端7bは、シリンダヘッド3の他側面3bに開口しており、下流端7bは、プラグ8によって閉止されている。なお、上流、下流とは、EGRガスや排気ガスの流れに方向に対して上流、下流を表す。ここで、本実施の形態のEGR通路7の下流端7bは、本発明の開口端を構成し、プラグ8は、本発明の閉止部材を構成する。また、EGR通路6は、本発明の排気部を構成する。
A
EGR通路7は、シリンダヘッド3の他側面3bに形成された下流端7bからEGR通路6に向かって直線状に延びている。EGR通路7は、このように構成されることで、下流端7b側から図示しないドリル等の工具によってEGR通路6に連通する位置まで穴開け加工によって形成することができる。ここで、EGR通路7は、本発明の第1のEGR通路を構成する。
The
EGR通路7の延びる方向の途中からはEGR通路9が分岐しており、EGR通路9は、EGR通路7とEGR通路9の分岐部10からシリンダヘッド3の他側面3bに向かって上方に傾斜するように直線状に延び、下流端9aがシリンダヘッド3の他側面3bに開口している。
An
EGR通路7は、このように構成されることで下流端9a側からドリル等の工具によって分岐部10に連通する位置まで穴開け加工によって形成することができる。ここで、EGR通路9は、本発明の第2のEGR通路を構成する。
With such a configuration, the
EGR通路9の下流端9aは、吸気マニホールド5に連通しており、EGR通路7からEGR通路9に導入されるEGRガスは、吸気マニホールド5から吸気ポート3Cを通してシリンダに導入される。
The
このように不活性なガスを含むEGRを導入することにより、燃焼室内において、燃焼温度が上昇し難くなり、NOx(窒素酸化物)が低減する。また、酸素濃度が低くなることにより、吸入ガス量に比べてスロットルバルブを開き側にして出力調整でき、ポンピングロスを低減できる。ここで、吸気マニホールド5は、本発明の吸気部を構成しており、EGR通路7、9がEGR通路6と吸気マニホールド5とを連通する本発明のEGR通路を構成している。
By introducing EGR containing an inert gas in this way, the combustion temperature is unlikely to rise in the combustion chamber, and NOx (nitrogen oxide) is reduced. In addition, since the oxygen concentration is lowered, the output can be adjusted with the throttle valve opened as compared with the intake gas amount, and the pumping loss can be reduced. Here, the
図3、図4において、EGR通路7、9の分岐部10と下流端7bとの間のEGR通路7の部位は、分岐通路11を構成しており、分岐通路11は、本発明の分岐通路を構成している。 図1、図2において、シリンダヘッド3の左端部にはEGRバルブ16が設けられており、EGRバルブ16は、EGR通路6の流路面積を可変する図示しないバルブ部を有し、バルブ部の開度を調整することで、EGR通路6を流れるEGRガスの流量を調整する。
3 and 4, the portion of the
本実施の形態のシリンダヘッド3において、EGR通路7、9が穴開け加工された後に、分岐通路11がプラグ8によって閉止されることで、EGR通路7、9が密閉される。
このため、分岐通路11は、EGRガスが流れるEGR通路7、9から外れた位置に設置されることになる。
In the
For this reason, the
図3、図4において、シリンダヘッド3には冷却水が流れるウォータジャケット12が形成されており、ウォータジャケット12は、シリンダヘッド3の中でも高温となるシリンダ側(燃焼室側)の底部、EGR通路7、9の周囲および分岐通路11の周囲に連続して形成される。すなわち、本実施の形態のウォータジャケット12は、EGR通路7、9および分岐通路11に隣接するようにシリンダヘッド3に形成されている。
3 and 4, a
図4において、EGR通路7には内筒部材13が設置されており、内筒部材13は、EGR通路7の下流端7bから分岐通路11を通してEGR通路7に挿入される。
In FIG. 4, an
図5において、内筒部材13は、多葉形状に形成されている。具体的には、図6において、内筒部材13は、内筒部材13の延びる方向の中心軸Oに対して直交する方向の断面形状が、山部13Aと山部13Aの間に位置する谷部13Bとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成されている。
In FIG. 5, the
EGRでは、凝縮水による腐食が懸念されるため、内筒部材13は、ステンレス等の材料が使用される。内筒部材13のその他の材料としては、シリンダヘッド3の材質と熱伝導性が同一の材料あるいは、シリンダヘッド3の材質よりも熱伝導性が高い材料が使用される。例えば、シリンダヘッド3がアルミニウムやアルミニウム合金等からなる場合には、内筒部材13は、シリンダヘッド3の材料と同一の材料、あるいは銅等の材料により製造される。
In EGR, since corrosion due to condensed water is a concern, the
図6において、内筒部材13は、内筒部材13の一部を構成する山部13Aの頂点13aがEGR通路7の内周部7cに接触しており、内筒部材13は、ウォータジャケット12の冷却水に晒されるEGR通路7の内周部7cとの間で熱交換を行うことにより、EGRガスを冷却する。すなわち、本実施の形態の内筒部材13の外周部は、内筒部材13の円周方向においてEGR通路7の内周部7cに断続的に接触している。
In FIG. 6, the
図6において、EGR通路7は、内筒部材13の外周部とEGR通路7の内周部7cとの間に形成された外周側EGR通路14と、内筒部材13の内部に形成された内周側EGR通路15とを備えている。
In FIG. 6, the
図4において、内筒部材13の端部には山部13Aの頂点13aを結んだ外周円よりも径の小さい円状の筒部13Cが設けられており、筒部13Cは、分岐通路11まで延びている。
In FIG. 4, an end portion of the inner
すなわち、内筒部材13は、EGR通路7および分岐通路11に挿入されている。これにより、内筒部材13は、分岐通路11において外周側EGR通路14を挟んでEGR通路9と内周側EGR通路15とを連通している。なお、谷部13Bの外周を結んだ外周円は、円形となる。また、内筒部材13の外周部は、山部13Aの頂点13aと、頂点13aを除いた山部13Aの部位と、谷部13Bの外周部とから構成されるものであり、頂点13aが外周部の一部を構成している。
That is, the
次に、作用を説明する。
シリンダヘッド3に排気還流構造を形成するには、シリンダヘッド3の他側面3bにおいて、EGR通路7の下流端7b側からドリル等の工具によってEGR通路7に連通する位置まで穴開け加工を行うことで、EGR通路7を形成する。
Next, the operation will be described.
In order to form the exhaust gas recirculation structure in the
次いで、シリンダヘッド3の他側面3bにおいて、EGR通路9の下流端9a側からドリル等の工具によって分岐部10に連通する位置まで穴開け加工によってEGR通路9を形成する。
Next, on the
次いで、EGR通路7の下流端7bから分岐通路11を通してEGR通路7に内筒部材13を挿入した後、分岐通路11にプラグ8を嵌合して、分岐通路11を閉止する。ここで、図7に示すように、EGR通路7に挿入される前の初期状態の内筒部材13において、山部13Aの頂点13bの曲率は、EGR通路7の内周部7cの曲率よりも大きく形成されている。
Next, after inserting the
これにより、EGR通路7の下流端7bから分岐通路11を通してEGR通路7に内筒部材13を挿入する過程で、山部13Aの頂点13bがEGR通路7の内周部7cに沿って変形して曲率が小さくなる。このため、図8に示すように、山部13Aの頂点13aとEGR通路7の内周部7cとの接触面積が増大する。
Thus, in the process of inserting the
このように構成されたシリンダヘッド3において、図9に示すように、EGR通路6からEGR通路7に導入された排気ガスは、実線の矢印G1で示すように外周側EGR通路14に沿って流れるとともに、破線の矢印G2で示すように内周側EGR通路15に沿って流れる。
In the
外周側EGR通路14を流れるEGRガスG1は、外周側EGR通路14からEGR通路9にそのまま流れる。EGR通路9を流れるEGRガスG3は、吸気マニホールド5から吸気ポート3Cを通してシリンダに導入される。
The EGR gas G1 flowing through the outer peripheral
EGR通路7に隣接してウォータジャケット12が形成されており、内筒部材13の山部13Aの頂点13aがEGR通路7の内周部7cに接触している。これにより、内筒部材13は、ウォータジャケット12の冷却水に晒されるEGR通路7の内周部7cとの間で熱交換され、外周側EGR通路14および内周側EGR通路15を流れるEGRガスG1、G2が冷却される。また、EGR通路9に隣接してウォータジャケット12が形成されているため、EGR通路9を流れるEGRガスG3が冷却水によって冷却される。
A
これにより、EGRガスが膨張することを防止して、吸気マニホールド5を通して吸気ポート3Cに吸入される吸入空気が膨張することを防止でき、充填効率が低下することを防止できる。
Thus, the EGR gas can be prevented from expanding, the intake air taken into the
このように本実施の形態の排気還流構造によれば、EGR通路7の内周部7cに外周部の少なくとも一部が接触するようにEGR通路7に挿入され、EGR通路7との間で熱交換を行う内筒部材13を備えている。
また、内筒部材13が、EGR通路7の内周部7cと内筒部材13の外周部との間に外周側EGR通路14を形成するとともに、内筒部材13の内部に内周側EGR通路15を形成する。
Thus, according to the exhaust gas recirculation structure of the present embodiment, the
Further, the
これに加えて、ウォータジャケット12が、EGR通路7の内周部7cに接触する内筒部材13の外周部に隣接するように、シリンダヘッド3に形成される。
これにより、シリンダヘッド3に穴開け加工を施してEGR通路7、9を形成した後、EGR通路7に内筒部材13を挿入するだけの作業によってシリンダヘッド3に排気還流構造を形成できる。このため、シリンダヘッド3の外部にEGRクーラを追加する必要が無く、エンジン1の製造コストを低減できる。
In addition, the
As a result, the exhaust gas recirculation structure can be formed in the
特に、本実施の形態のシリンダヘッド3は、シリンダヘッド3の他側面3bに形成された開口端である下流端7bからEGR通路6に向かって延びるEGR通路7と、EGR通路7の延びる方向の途中から分岐して吸気マニホールド5に向かって延びるEGR通路9と、EGR通路7、9の分岐部10と下流端7bとの間に形成される分岐通路11とを含んで構成される。
これにより、穴開けによる簡単な作業でシリンダヘッド3に排気還流構造を形成でき、エンジン1の製造コストをより効果的に低減できる。
In particular, the
Thereby, the exhaust gas recirculation structure can be formed in the
また、本実施の形態の内筒部材13は、ステンレスで成形されているので、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて内筒部材13の板厚を薄くしても内筒部材13の剛性を確保することができ、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて内筒部材13の熱伝導性を高くできる。したがって、EGRガスの冷却性能をより効果的に向上できる。
Moreover, since the
これに加えて、アルミニウムやアルミニウム合金よりも剛性の大きいステンレス製の内筒部材13をプレス加工によって成形する場合に、内筒部材13の板厚をアルミニウムやアルミニウム合金の内筒部材13よりも薄くして成形できる。これにより、EGR通路7の内周部7cに対する接触面積の大きい多葉形状の内筒部材13を容易に成形できる。
In addition to this, when the
また、本実施の形態の排気還流構造によれば、EGR通路7に内筒部材13を挿入して
内筒部材13の山部13Aの頂点13aをEGR通路7の内周部7cに接触させている。
これにより、高温のEGRガスと低温の冷却水とによって内筒部材13が熱膨張と縮小を繰り返した場合であっても、従来の固定方法に比べて内筒部材13に大きな応力が加わることがなく、内筒部材13をシリンダヘッド3に安定して固定できる。このため、EGR通路7に排気還流構造を設けた場合であっても、排気還流構造の信頼性を確保しつつ、EGRガスの冷却を安定して行うことができる。
Further, according to the exhaust gas recirculation structure of the present embodiment, the
Thereby, even when the
ここで、シリンダヘッド3は、穴開け加工によってEGR通路7、9を形成し、EGR通路9を分岐部10から斜め上方に傾斜して形成している。これにより、EGRガスが流れる正規のEGR通路7、9に対してEGRガスの流れに関係のない分岐通路11が形成される。このため、分岐通路11にEGRガスが滞留すると、EGRガスの冷却性能が低下するおそれがある。
Here, the
このため、本実施の形態の排気還流構造では、内筒部材13の筒部13Cを分岐通路11まで延ばし、シリンダヘッド3に、分岐通路11に隣接するウォータジャケット12を形成した。
これにより、分岐通路11に滞留するEGRガスを冷却水によって冷却することができ、EGRガスの冷却性能を向上できる。
For this reason, in the exhaust gas recirculation structure of the present embodiment, the
Thereby, the EGR gas staying in the
特に、本実施の形態の排気還流構造によれば、内筒部材13が、内筒部材13の円周方向において断続的にEGR通路7の内周部7cに接触し、内筒部材13が、分岐通路11において外周側EGR通路14を挟んで内周側EGR通路15とEGR通路9とを連通している。
In particular, according to the exhaust gas recirculation structure of the present embodiment, the
これにより、内筒部材13の内周側EGR通路15を通して分岐通路11に流れるEGRガスG2を冷却水によって冷却した後に、分岐通路11から外周側EGR通路14を通してEGR通路9に流すことができる。
Thereby, after the EGR gas G2 flowing into the
このため、EGRガスをより効果的に冷却しつつ、分岐通路11から外周側EGR通路14を通してEGR通路9に流すことができ、EGRガスが分岐通路11に滞留し続けることを防止できる。
For this reason, it is possible to flow the EGR gas from the
また、本実施の形態の排気還流構造によれば、内筒部材13が、EGR通路7の内周部7cに接触する頂点13aを有する山部13Aと、山部13Aの間に位置する谷部13Bとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成される。
Further, according to the exhaust gas recirculation structure of the present embodiment, the
これにより、内筒部材13とEGR通路7の内周部7cとの接触面積を増大させることができ、内筒部材13と冷却水との熱交換の効率を向上できる。このため、内筒部材13の外周側EGR通路14および内周側EGR通路15を流れるEGRガスの冷却性能をより効果的に向上できる。
Thereby, the contact area of the
特に、本実施の形態の内筒部材13は、山部13Aの頂点13aをEGR通路7の内周部7cに沿って変形させて圧入し、頂点13aの曲率を小さくすることで、山部13Aの頂点13aとEGR通路7の内周部7cとの接触面積を増大させることができる。これにより、内筒部材13と冷却水との熱交換の効率をより効果的に向上できる。
In particular, the
これに加えて、山部13Aの頂点13aとEGR通路7の内周部7cとの接触面積を増大させることができるので、内筒部材13をEGR通路7に安定して固定でき、内筒部材13が熱膨張と縮小を繰り返した場合であっても、内筒部材13をEGR通路7により効果的に安定して固定できる。
In addition to this, since the contact area between the apex 13a of the
これに加えて、シリンダヘッド3と内筒部材13の材料が異なる場合に、内筒部材13とシリンダヘッド3との熱膨張率の差によって内筒部材13がEGR通路7に対して位置ずれすることを抑制できる。
In addition, when the materials of the
また、内周側EGR通路15を流れるEGRガスを、分岐通路11においてウォータジャケット12によって冷却することができるので、内周側EGR通路15を流れるEGRガスの冷却性能をより効果的に向上できる。
In addition, since the EGR gas flowing through the inner
なお、本実施の形態の内筒部材13は、分岐通路11側に山部13Aの頂点13aの外周を結んだ外周円よりも径の小さい円状の筒部13Cを有するが、これに限定される必要はない。例えば、図10に示すように、内筒部材13の延びる方向に亙って山部13Aを形成することで内筒部材13を同一径としてもよい。
The inner
このようにすれば、内筒部材13の内周側EGR通路15の開口面積を内筒部材13の延びる方向に向かって同一径で大きくできる。このため、内周側EGR通路15から分岐通路11に流れるEGRガスの背圧が大きくなることを防止できる。
In this way, the opening area of the inner
また、本実施の形態では、内筒部材13をEGR通路7と分岐通路11に亙って設けているが、これに限定されるものではない。
Moreover, in this Embodiment, although the
具体的には、図11に示すように、内筒部材13に加えて、EGR通路9に内筒部材20を設けてもよい。図12において、内筒部材20は、内筒部材20の延びる方向の中心軸(車両の前後方向に延びる中心軸)に対して直交する方向の断面形状が、山部20Aと山部20Aの間に位置する谷部20Bとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成されており、山部20Aの径は、内筒部材20の延びる方向に亙って同一径に形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 11, in addition to the
内筒部材20は、内筒部材20の円周方向において断続的にEGR通路9の内周部9cに接触しており、EGR通路9は、内筒部材20の外周部とEGR通路9の内周部9cとの間に形成された外周側EGR通路21と、内筒部材20の内部に形成された内周側EGR通路22とを備え、ウォータジャケット12に上下方向で挟まれるようにしてEGR通路9に挿入されている。
The inner
このようにすれば、EGR通路7および分岐通路11から外周側EGR通路21に導入されるEGRガスを、冷却水によって上下方向から冷却水で冷却できる。これにより、高温のEGRガスと低温の冷却水とによって内筒部材20が熱膨張と縮小を繰り返した場合であっても、従来のように内筒部材20を固定するものに比べて内筒部材13に大きな応力が加わることがなく、内筒部材20をシリンダヘッド3に安定して固定できる。
In this way, the EGR gas introduced from the
このため、EGR通路7およびEGR通路9に排気還流構造を設けた場合であっても、排気還流構造の信頼性を確保しつつ、EGRガスの冷却を安定して行うことができる。特に、本実施の形態の排気還流構造は、EGR通路7、9を流れるEGRガスを内筒部材13、20によって冷却できるので、熱交換面積を大きくすることができ、EGRガスをより効果的に冷却することができる。
Therefore, even when the exhaust gas recirculation structure is provided in the
また、内筒部材13を廃止して、図13に示すように、EGR通路9に図12に示す内筒部材20を設けて構成してもよい。このようにしても、内筒部材20の外周側EGR通路21を流れるEGRガスを上下方向から冷却できる。また、内筒部材13を廃止して内筒部材13よりも短い内筒部材20を設置することで、EGR通路7、9を流れるEGRガスが内筒部材20から受ける抵抗を少なくできる。このため、EGRガスの圧力損失を低減できる。
Further, the
さらに、図14に示すように、内筒部材25を分岐部10の手前、すなわち、分岐部10よりも上流側まで延ばしてもよい。図15において、内筒部材25
は、内筒部材25の延びる方向の中心軸(車両の前後方向に延びる中心軸)に対して直交する方向の断面形状が、山部25Aと山部25Aの間に位置する谷部25Bとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成されており、山部25Aの径は、内筒部材25の延びる方向に亙って同一径に形成されている。
Furthermore, as shown in FIG. 14, the
The cross-sectional shape in a direction orthogonal to the central axis in the direction in which the
内筒部材25は、内筒部材25の円周方向において断続的にEGR通路7の内周部7cに接触しており、EGR通路7は、内筒部材25の外周部とEGR通路7の内周部7cとの間に形成された外周側EGR通路26と、内筒部材25の内部に形成された内周側EGR通路27とを備えている。
The inner
このようにすれば、図4に示す内筒部材13に比べて内筒部材25の長さを短くできるので、EGR通路7を流れるEGRガスが内筒部材25から受ける抵抗を少なくでき、EGRガスの圧力損失を低減できる。
In this way, since the length of the
(他の実施の形態)
図16において、EGR通路7には内筒部材31が挿入されている。図17、図18において、内筒部材31は、内筒部材31の延びる方向の中心軸O(図17参照)に対して直交する方向の断面形状を、山部32Aと、隣り合う山部32Aの間に位置する谷部32Bと、が円周方向において交互に繰り返す複数のフィン部32を有する多葉形状に形成されている。
(Other embodiments)
In FIG. 16, an
図19において、EGR通路7の内周部7cとフィン部32の外周部との間に外周側EGR通路34が形成されており、フィン部32よりも内側には内周側EGR通路35が形成されている。
In FIG. 19, an outer
図16において、EGR通路7の内周部7bは、円周方向の一部がウォータジャケット12に隣接しており、内筒部材31は、山部32Aの一部である上側がウォータジャケット12に隣接するEGR通路7の内周部7cの上側部分に接触している。
In FIG. 16, the inner
図17、図18において、内筒部材31は、中実状の棒状部材33を備えている。棒状部材33は、谷部32Bの内周部32bに挿入自在に設けられており、谷部32Bの内周部32bに接触して内筒部材31の延びる方向に延びている。
17 and 18, the
図17において、棒状部材33は、内筒部材31に挿入される前の状態(初期状態)において、谷部32Bの内周部32bを結んだ円32Cの直径R1よりも大きい直径R2に形成されている。
In FIG. 17, the rod-shaped
これにより、谷部32Bの内周部32bに棒状部材33が挿入されると、谷部32Bが棒状部材33によって径方向外方に拡大し、フィン部32が径方向外方に拡大するように変形する。 棒状部材33の延びる方向の端部にはテーパ部33Aが形成されており、テーパ部33Aは、先細り形状に形成されている。
Thus, when the rod-shaped
次に、作用を説明する。
内筒部材31をシリンダヘッド3に取付けるには、EGR通路7の下流端7bから分岐通路11を通してEGR通路7に内筒部材31を挿入する。このとき、内筒部材31には棒状部材33が取付けられていないので、山部33AとEGR通路7の内周部7cとは微小な隙間を介して離隔するか、低い圧力で接触しながら、内筒部材31がEGR通路7に挿入される。
Next, the operation will be described.
In order to attach the
この後、谷部32Bの内周部32bに対してテーパ部33Aから棒状部材33を挿入する。これにより、谷部32Bが棒状部材33によって径方向外方に拡大し、フィン部32が径方向外方に拡大するように変形する。
Thereafter, the rod-shaped
このため、内筒部材31がEGR通路7に挿入された状態において、棒状部材33が谷部32Bの内周部32bに挿入される前に比べ、棒状部材33が谷部32Bの内周部32bに挿入された方が、EGR通路7に対する山部32Aの接触圧が高くなる。
For this reason, in the state in which the
本実施の形態の排気還流構造によれば、内筒部材31が、谷部32Bの内周部32bに挿入自在に設けられ、谷部32の内周部32bに接触するようにして内筒部材31の延びる方向に延びる棒状部材33を有する。
According to the exhaust gas recirculation structure of the present embodiment, the inner
棒状部材33は、谷部32Bの内周部32bに挿入される前の状態において、谷部32Bの内周部32bを結んだ円32Cの直径R1が棒状部材33の直径R2よりも小さく形成されている。
The rod-shaped
特に、内筒部材31がEGR通路7に挿入された状態において、棒状部材33が谷部32Bの内周部32bに挿入される前に比べ、棒状部材33が谷部32Bの内周部32bに挿入された方が、EGR通路7に対する山部32Aの接触圧が高くなる。
In particular, in a state where the inner
これにより、内筒部材31をEGR通路7に挿入する際に、山部32AをEGR通路7の内周部7cに沿って変形させて圧入する必要がなく、EGR通路7の内周部7cに圧入による痕跡が残ることを防止できる。
痕跡は、内筒部材31をEGR通路7に圧入する際に、内筒部材31によってEGR通路7の内周部7cに形成される凹状の引っ掻き傷であり、内筒部材31の圧入方向に沿って形成される可能性がある。
Thus, when the
The trace is a concave scratch formed in the inner
このため、EGRガスに含まれる未燃の燃料(煤、炭化水素等)が凹状の痕跡に付着して徐々に堆積してデポジットとなり、このデポジットによってEGRガスの圧力損失やシリンダヘッド3の腐食等が発生することを防止できる。
For this reason, unburned fuel (soot, hydrocarbons, etc.) contained in the EGR gas adheres to the concave traces and gradually accumulates to form deposits. This deposit causes pressure loss of the EGR gas, corrosion of the
また、本実施の形態のシリンダヘッド3によれば、EGR通路7の内周部7bは、円周方向の一部がウォータジャケット12に隣接しており、内筒部材31は、山部32Aの一部である上側がウォータジャケット12に隣接するEGR通路7の内周部7cの上側部分に接触している。
これにより、EGR通路7の周囲を取り囲むようにウォータジャケット12を形成する必要がないので、シリンダヘッド3の小型化を図ることができる。
Further, according to the
Thereby, since it is not necessary to form the
但し、この場合には、ウォータジャケット12側のEGR通路7の内周部7cに沿って流れるEGRガスの冷却を効果的に行うことができる反面、ウォータジャケット12と反対側のEGR通路7の内周部7cに沿って流れるEGRガスの冷却を効果的に行うことができないおそれがある。
However, in this case, the EGR gas flowing along the inner
これに対して、本実施の形態の棒状部材33は、谷部32Bの内周部32bに接触するようにして内筒部材31の延びる方向に延びている。これにより、図19の矢印Cで示すように、ウォータジャケット12側のEGR通路7の内周部7cに接触する山部32Aに伝達される低温の熱をフィン部32から谷部32Bを介して棒状部材33に伝達させることができる。
In contrast, the rod-shaped
そして、棒状部材33からウォータジャケット12と反対側(棒状部材33に対して下側)の谷部32Bに熱を伝達し、この熱をフィン部32から山部32Aを介してウォータジャケット12に隣接していないEGR通路7の内周部7cに伝達できる。
Then, heat is transmitted from the bar-shaped
これにより、温度の低いウォータジャケット12に隣接するEGR通路7の内周部7cと温度の高いEGR通路7の内周部7cとの温度差を小さくして、内筒部材31の外周側EGR34および内周側EGR通路35を流れるEGRガスの冷却性能をより効果的に向上できる。
Thus, the temperature difference between the inner
また、本実施の形態の内筒部材31は、棒状部材33の延びる方向の端部に先細り形状のテーパ部33Aが形成されている。これにより、棒状部材33をテーパ部33A側から谷部32Bの内周部32bに挿入することで、内筒部材33を谷部32Bの内周部32bに容易に挿入できる。
Further, in the
なお、棒状部材33は、中実形状ではなく、図20に示すように、筒状の棒状部材36としてもよい。このようにすれば、棒状部材36の内部を通してEGRガスを流すことができるので、EGR通路7を流れるEGRガスの圧力損失が発生することを抑制できる。
Note that the rod-shaped
本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。 While embodiments of the invention have been disclosed, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made without departing from the scope of the invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.
3...シリンダヘッド、3a...一側面、3b...他側面、5...吸気マニホールド(吸気部)、6...EGR通路(排気部)、7...EGR通路(第1のEGR通路、EGR通路)、7b...下流端(開口端)、7c...内周部、8...プラグ(閉止部材)、9...EGR通路(第2のEGR通路、EGR通路)、10...分岐部、11...分岐通路、12...ウォータジャケット、13,20,25,31...内筒部材、13A,20A,25A,32A...山部、13a...頂点(外周部の一部)、13B,20B,25B,32B...谷部、14,21,26,34...外周側EGR通路、15,22,27,35...内周側EGR通路、33...棒状部材 3 ... Cylinder head, 3a ... One side, 3b ... Other side, 5 ... Intake manifold (intake part), 6 ... EGR passage (exhaust part), 7 ... EGR passage ( 1st EGR passage, EGR passage), 7b ... downstream end (open end), 7c ... inner periphery, 8 ... plug (closing member), 9 ... EGR passage (second EGR passage) (Passage, EGR passage), 10 ... branching portion, 11 ... branching passage, 12 ... water jacket, 13, 20, 25, 31 ... inner cylinder member, 13A, 20A, 25A, 32A ... .Crest, 13a ... apex (part of outer periphery), 13B, 20B, 25B, 32B ... trough, 14, 21, 26, 34 ... outer periphery EGR passage, 15, 22, 27 35 ... Inner circumference EGR passage, 33 ... Rod-shaped member
Claims (8)
前記シリンダヘッドに形成され、前記排気部と前記吸気部とを連通するEGR通路と、
前記EGR通路の内周部に外周部の少なくとも一部が接触するように前記EGR通路に挿入され、前記EGR通路の内周部との間で熱交換を行う内筒部材とを備え、
前記EGR通路は、前記EGR通路の内周部と前記内筒部材の外周部との間に形成された外周側EGR通路と前記内筒部材の内部に形成された内周側EGR通路とを含んで構成され、
前記ウォータジャケットが、前記EGR通路に隣接するように前記シリンダヘッドに形成され、
前記排気部が前記シリンダヘッドの一側面側に形成されるとともに、前記吸気部が前記シリンダヘッドの他側面側に形成され、
前記EGR通路は、前記シリンダヘッドの前記他側面に形成された開口端から前記排気部に向かって延びる第1のEGR通路と、前記第1のEGR通路の延びる方向の途中から分岐して前記吸気部に向かって延びる第2のEGR通路と、前記第1のEGR通路および第2のEGR通路の分岐部から前記開口端まで延びる分岐通路とを有し、
前記分岐通路が閉止部材によって閉止されており、
前記第1のEGR通路に前記内筒部材が挿入されているとともに、前記内筒部材が前記分岐通路まで延ばされており、
前記ウォータジャケットは、前記分岐通路に隣接していることを特徴とするシリンダヘッドの排気還流構造。 An exhaust gas recirculation structure provided in a cylinder head having a water jacket through which cooling water flows, an exhaust unit for exhaust gas exhaust, and an intake unit into which intake air is introduced,
An EGR passage formed in the cylinder head and communicating the exhaust part and the intake part;
An inner cylinder member that is inserted into the EGR passage so that at least a part of the outer peripheral portion is in contact with the inner peripheral portion of the EGR passage, and performs heat exchange with the inner peripheral portion of the EGR passage;
The EGR passage includes an outer peripheral side EGR passage formed between an inner peripheral portion of the EGR passage and an outer peripheral portion of the inner cylindrical member, and an inner peripheral side EGR passage formed inside the inner cylindrical member. Consists of
The water jacket is formed on the cylinder head so as to be adjacent to the EGR passage ;
The exhaust part is formed on one side of the cylinder head, and the intake part is formed on the other side of the cylinder head.
The EGR passage branches from a first EGR passage extending from an open end formed on the other side surface of the cylinder head toward the exhaust portion, and from the middle of the extending direction of the first EGR passage, and the intake air A second EGR passage extending toward the portion, and a branch passage extending from the branch portion of the first EGR passage and the second EGR passage to the opening end,
The branch passage is closed by a closing member;
The inner cylinder member is inserted into the first EGR passage, and the inner cylinder member is extended to the branch passage,
The exhaust recirculation structure for a cylinder head, wherein the water jacket is adjacent to the branch passage .
前記内筒部材は、前記分岐通路において、前記外周側EGR通路を挟んで前記内周側EGR通路と前記第2のEGR通路とを連通することを特徴とする請求項1に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。 The outer peripheral part of the inner cylinder member intermittently contacts the inner peripheral part of the EGR passage in the circumferential direction of the inner cylinder member,
The inner cylinder member, in the branch passage, of the cylinder head according to claim 1, characterized by communicating the second EGR passage and the inner circumferential side EGR passage across the outer peripheral side EGR passage Exhaust gas recirculation structure.
前記棒状部材は、前記谷部の内周部に挿入される前の状態において、前記谷部の内周部を結んだ円の直径が前記棒状部材の直径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項3に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。 The inner cylinder member is provided so as to be freely inserted into the inner peripheral part of the valley part, and has a rod-like member extending in the extending direction of the inner cylinder member so as to be in contact with the inner peripheral part of the valley part,
In the state before the rod-shaped member is inserted into the inner peripheral portion of the valley, the diameter of the circle connecting the inner peripheral portions of the valley is smaller than the diameter of the rod-shaped member. The exhaust gas recirculation structure for a cylinder head according to claim 3 .
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