(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1では、シリンダヘッドの外側に配置されるようなパイプがないので、部品点数が減少し、またエンジン自体の嵩高さも解消される。しかし、シリンダヘッド内に形成されたEGRガス還流通路と排気ポートと連通するEGRガスの通り道は、シリンダヘッド側面に設けた溝を排気マニホールドの連結用フランジ板およびこれに一体の蓋板で覆うことで形成される。
【0007】
連結用フランジ板およびこれに一体の蓋板といった部材は、一定の面積を有する板状部材であり、排気ポートから排出される排気ガスが板状部材の法線方向から衝突することになる。すると、排気ガスという極めて高温高圧であってさらに脈動を有するガスが衝突することで板状部材が振動し、ノイズが発生するという課題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は上記の課題に鑑みて想到されたEGR装置であり、シリンダヘッド側面に形成した溝と、その溝の蓋となる排気マニホールドの連結用フランジおよびこれに一体の蓋体部の間にガスケットを複数枚挟持させ、ガスケットに切欠きを入れる事で、溝と蓋体部で形成されたEGRガスの通り道と排気ポートをシリンダヘッド側面側で連通させる。
【0009】
より具体的に本発明のEGR装置は、
排気ポートが開口する側面に、排気ポートと連通する貫通孔を有し、前記貫通孔からクランク軸方向に凹み溝が延設され、
前記凹み溝の端部には、前記側面からEGRバルブが配置された側面に向かって形成されたEGRガス還流通路の入り口が設けられたシリンダヘッドと、
前記凹み溝を覆う蓋部を有するガスケットと、
前記ガスケット上に配置され、排気管を固定し、前記凹み溝を覆う蓋体部が設けられた連結用フランジとを有するEGR装置であって、
前記排気ポートと前記貫通孔を前記側面側から連通する連通手段が設けられ
、
前記ガスケットは、前記側面側から重ねて配される第1および第2のガスケットを含む少なくとも2枚以上のガスケットであり、
前記連通手段は、前記排気ポートと前記貫通孔を、前記側面側から連通する前記第1のガスケットに設けられた切欠きであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明のEGR装置では、排気ポートから排出される排気ガスは、排気マニホールドの連結用フランジおよびこれに一体の蓋体部に直接衝突するのではなく、間に配置した2枚のガスケットに衝突する。そして、そのシリンダヘッド側に近いガスケットは、排気ポートの間に連通隙間が形成するように、切欠きが設けられている。したがって、高温高圧の排気ガスが衝突したときに、排気ポートに排気ガスが逃げることができる。
【0013】
また、大量の排気ガスが流れる排気ポートに対してEGRガスの通り道が連通隙間を有することになるので、ガスケットに衝突する排気ガスを排気ポート側が吸引するとも言える。そのため、本発明のような構成にすると、ノイズが発生しないという効果を得る事ができる。
【0014】
また、シリンダヘッドから遠い側のガスケット(第2のガスケット)がEGRガス連通路と連結用フランジの特に蓋体部を分離しているので、EGRガス連通路内に凝縮水が発生し、排気ガスによって強酸性の液体になっても、連結用フランジが腐食することはない。つまり、第2のガスケットにステンレスといった耐腐食性の強い材料を用いれば、連結用フランジは、耐腐食性の強い高価な材料を使用しなくてもよく、コストダウンに寄与するという効果を得ることができる。
【0015】
また、連通手段を、連結用フランジとシリンダヘッドの間に挟持した全てのガスケットに切欠きを入れることで形成した場合は、連通手段の断面積が広くなり、さらに排気ガスが排気ポート側に逃げやすくなる。これは結果としてノイズの発生をさらに低減させることができる。ただし、連通隙間において、連結用フランジの内面が排気ガス雰囲気に直接露出するため、露出面には防錆処理を施す事が必要となる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下に図面を参照しながら本発明のEGR装置について説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨から外れない範囲内で、下記の実施形態を変更しても、本発明の技術的範囲に含まれるのは言うまでもない。
【0018】
(実施の形態1)
図1には本発明のEGR装置10を搭載したエンジンのシリンダヘッド1をヘッドカバー側から見た平面図の一部を示す。
図2は
図1の一部拡大図である。符号2は気筒を表す。
図1では2つの気筒を示すが、気筒の数は、これに限定されるものではない。本実施の形態では少なくとも気筒数は3つあるものとして説明を行う。つまり、気筒2a、気筒2bはこの順に並んで配置されており、気筒2bの気筒2aと反対側には気筒2c(
図1には図示せず)が配置されている。符号3はクランク軸の配置方向と平行な線である。
【0019】
側面1aは排気ポート4a、4bが開口している側の側面である。この側面を「一方の側面」とも呼ぶ。側面1aの反対側の側面1bには吸気ポート5a、5bが開口している。側面1aおよび1bに直角な側面を側面1c、1dとする。なお側面1cは
図1で上側の側面を示す。また、側面1dはその反対側の側面であるが、図示されていない。また、シリンダヘッドの上側の面を1e、下側の面を1fとする。シリンダヘッドの上面1eは、ヘッドカバーが配置される側であり、シリンダヘッドの下面1fは、シリンダブロックが配置される側である(
図3参照)。
【0020】
本発明のEGR装置10は、シリンダヘッド1と、シリンダヘッド1に連結される排気マニホールド12を固定する連結用フランジ14と、排気マニホールド12および連結用フランジ14と、シリンダヘッド1の間に配置される少なくとも2枚のガスケット16、18からなる。
【0021】
シリンダヘッド1には、気筒2の燃焼室から延設される排気ポート4(4a、4b等)が形成されている。排気ポート4にはそれぞれ排気管6(6a、6b等)が連結されている。排気ポート4と排気管6は、各気筒2に対応する排気管6をまとめて連結した連結用フランジ14とシリンダヘッド1が複数の締結用ボルト15で連結されることによって連結される。連結用フランジ14と排気管6で排気マニホールド12が形成されている。なお、排気管6と連結用フランジ14は、接合点7(
図2参照)でロウ付け接合などで、連結されている。
【0022】
排気マニホールド12とシリンダヘッド1の一方の側面1aとの間にはガスケット16、18が挟持される。ガスケットに関しての詳細は後述する。
【0023】
シリンダヘッド1は、燃焼室および燃焼室に吸気を導く吸気ポート5(5a、5b等)と燃焼室から排気ガスを排出する通路となる排気ポート4、これらのポートへの開閉を司るバルブ機構(図示せず)を有するエンジンの構成部品の1つである。シリンダヘッド1は、ピストンが上下するシリンダが形成されたシリンダブロック(図示せず)に連結される。シリンダヘッド1には、上述したように一方の側面1aに排気ポート4が開口している。シリンダはクランク軸に沿って配置されるので、排気ポート4もシリンダヘッド1の一方の側面1aに、クランク軸に沿って並んで開口することとなる。
【0024】
本発明のEGR装置10では、このシリンダブロック1の一方の側面1aの端部に、EGRガス還流通路20の入口22が設けられる。EGRガス還流通路20は、EGRバルブ(図示せず)が配置された側面に向かって、シリンダヘッド1内に形成される。ここで、「EGRバルブが配置された側面」とは、シリンダヘッド1に設けられたEGRガス還流通路20の出口(図示せず)を有する側面を示し、シリンダヘッド1の4つの側面(1a乃至1d)だけでなく、シリンダヘッド1の上下の面(1e、1f)も含んでよい。EGRガス還流通路20は、一部がヘッドカバーや、シリンダブロックを通過する場合もあり、必ずしもシリンダヘッド1内だけで構成されない場合もあるからである。
【0025】
シリンダヘッド1の一方の側面1aにおいて、EGRガス還流通路20の入口22と、最も近接する排気ポート4aは複数の気筒2の端の排気ポート4である。排気マニホールド12は、エンジンの小型化および排気マニホールド12に連結する排気ガス用触媒(図示せず)の早期暖機のためにできるだけ隣接する排気管6同士を近接させるように形成する。
【0026】
従って、端の気筒2aの排気ポート4aは、燃焼室の出口から隣の気筒2bの排気ポート4bに接近するように曲形部4sを有して形成される。言い換えると、気筒2aの中心線2acと排気ポート6aの中心線6acは一致せず、ずれている。例えば、気筒2bの中心線2bcと排気ポート6bの中心線6bcは一致する。
【0027】
従って、燃焼室から出た排気ガスは、排気ポート4aに設けられた曲形部4sに沿って排気ポート4aの開口4ao(
図2参照)に向かう。
【0028】
本発明のEGR装置10では、端の気筒2aの排気ポート4aの曲形部4sに、一方の側面1aから貫通孔24を設ける。この貫通孔24は、鋳型で成形したシリンダヘッド1にドリルによる後加工でも形成することができる。もちろん、この貫通孔24はドリルではなく、他の方法で形成された貫通孔24であってもよい。貫通孔24はEGRガスを排気ポート4aから取り出すための孔である。そこで、貫通孔24の排気ポート4a側の開口は貫通孔24の入口24i(
図2参照)とよび、シリンダヘッド1の一方の側面1a側の開口を貫通孔24の出口24oと呼ぶ。
【0029】
シリンダヘッド1の一方の側面1aにおいて、EGRガス還流通路20の入口22から貫通孔24までには、凹み溝26が形成される。凹み溝26は、その一端にEGRガス還流通路20の入口22を含み、他端に貫通孔24の出口24oを含む。
【0030】
ここで、
図3を参照する。
図3はシリンダヘッド1を一方の側面1aから見た図である。排気ポート4の開口は3つ分(4ao、4bo、4co)を示している。並設された排気ポート4の端の排気ポート4aの側面1c側(これを排気ポート4aの「外側」と呼ぶ)には貫通孔24が設けられている。EGRガス還流通路20の入口22は、シリンダヘッド1の一方の側面1aの端部に形成される。ここで一方の側面1aの端部とは、貫通孔24の出口24oとシリンダヘッド1の他の側面1cの間を指す。
【0031】
凹み溝26は、貫通孔24の出口24oとEGRガス還流通路20の入口22を両端に含む領域として形成される。凹み溝26の幅26wは、貫通孔24の出口24oおよびEGRガス還流通路20の入口22の径を含めば、特に限定されるものではない。例えば、貫通孔24の出口24oからEGRガス還流通路20の入口22まで同一幅でなくてもよい。ただし、EGRガスの流れに対して抵抗となるような形状は好ましくない。例えば、途中で凹み溝26の幅26wが急に狭く形成される等である。
【0032】
なお、凹み溝26は、シリンダヘッド1の一方の側面1aに形成されるので、クランク軸方向に形成されると言える。この場合、クランク軸方向とは、一方の側面1a内に排気ポート4aの外側に向かって形成されていればよく、シリンダヘッドの上面1e若しくは下面1fに向かって傾斜していてもよい。
【0033】
再び
図1および
図2を参照し、凹み溝26の深さ26d(
図2参照)は、凹み溝26の断面積が、貫通孔24の断面積以上であるように設定されるのが望ましい。EGRガスの流れに対してできるだけ流れ抵抗を少なくするためである。なお、凹み溝26の深さ26dとは、シリンダヘッド1の一方の側面1aの表面から凹み溝26の底26bまでの距離をいう。
【0034】
シリンダヘッド1と排気マニホールド12との間には、ガスケット16、18が挟持される。ガスケット16、18はシリンダヘッド1と排気マニホールド12の間の気密を確保するための部材で、ステンレスで形成された厚さ0.5〜1mm程度のシート状の部材である。本発明のEGR装置10においては、ガスケットは2枚(16、18)用いられる。なお、本実施の形態では、ガスケットが2枚の場合について説明するが、ガスケットは少なくとも2枚あればよく、3枚以上であってもよい。
【0035】
2枚のガスケット(16、18)はシリンダヘッド1の一方の側面1aの表面に近い側から第1のガスケット16および第2のガスケット18と呼ぶ。第1及び第2のガスケット(16、18)は、排気ポート4の開口4oに対応する部分にほぼ開口4oと同径の孔(16b、18a、18b等)が設けられている。なお、後述するように第1のガスケット16は気筒2a側に切欠き16zが設けられているため、排気ポート4aの開口4aoとほぼ同径の孔はない。
【0036】
第2のガスケット18において、シリンダヘッド1の一方の側面1aに形成された凹み溝26に対応する部分には孔は形成されていない。第2のガスケット18で凹み溝26を覆う蓋をすることで、EGRガスの通り道を形成するためである。凹み溝26に対応するガスケットの部分を第2ガスケット蓋部18mとする。第1のガスケット16には、後述する切欠き16zが形成されているので、第1ガスケット蓋部はない。また、EGRガスの通り道を、EGRガス連通路30と呼ぶ。言い換えると、EGRガス連通路30は凹み溝26と第2のガスケット18の第2ガスケット蓋部18mによって、貫通孔24の出口24oとEGRガス還流通路20の入口22を連通するEGRガスの通り道である(
図2参照)。
【0037】
第1のガスケット16は、貫通孔24の出口24oから隣接する排気ポート4aの開口4aoに至る切欠き16zが設けられている。つまり、貫通孔24の出口24oと隣接する排気ポート4aの開口4aoは、もともとは排気ポート4a内で連通しているが、一方の側面1a側でも切欠き16zによって連通している。すなわち、第1のガスケット16の切欠き16zは、排気ポート4aの開口4aoと貫通孔24を前記一方の側面1a側から連通する連通隙間を形成する。この連通隙間は、連通手段である。
【0038】
図3を参照して、第1のガスケット16における切欠き16zの幅16zwは貫通孔24の出口24oから排気ポート4aの開口4aoに向けて同一幅であってもよいし、同一幅でなくてもよい。なお、第2のガスケット18には、このような切欠きは設けられていない。また、切欠き16zは、排気ポート4aの開口4aoと貫通孔24を連通する連通隙間を形成できるだけの長さがあればよい。しかし、
図3で示すように、EGRガス還流通路20の入口22を含む長さまで延長されていてもよい。
【0039】
再び
図1、
図2を参照して、排気マニホールド12は、ガスケット16、18を、シリンダヘッド1の一方の側面1aとの間で挟持するように締結される。排気マニホールド12は、上述したように連結用フランジ14と排気管6からなる。連結用フランジ14には、シリンダヘッド1の凹み溝26とガスケット蓋部を覆う蓋体部14mが形成されている。蓋体部14mは、凹み溝26を覆う広さを有するので、この部分で剛性が低下する。
【0040】
図3を参照して、連結用フランジ14の締結用ボルト15は、凹み溝26をとり囲むように配置される。
図3のA−A断面を
図4に示す。
図4では、シリンダヘッド1の一方の側面1aに形成した凹み溝26と、排気マニホールド12の連結用フランジ14と、それらの間に挟持された2枚のガスケット16、18の断面を示す。
【0041】
ガスケット(16、18)と連結用フランジ14は締結用ボルト15でシリンダヘッド1に締結される。連結用フランジ14の凹み溝26に対応する箇所である蓋体部14mは、断面山形のビードが形成される。このように凹み溝26が形成されている部分の連結用フランジ14(蓋体部14m)を断面山形に形成することで、剛性を向上させることができる。
【0042】
なお、
図3および
図4を同時に参照して、連結用フランジ14の周辺部はシリンダヘッド1の一方の側面1aの表面に対して垂直方向に折り曲げた折り返し部14gが設けられている。このようにすることで、連結用フランジ14自体の剛性をも向上させることができる。
【0043】
再び
図1、
図2を参照して、本発明のEGR装置10の動作について説明する。本発明のEGR装置10は、複数の気筒のうちの1つの気筒2の排気ポート4から排気ガスの一部をEGRガスとして取り出す。具体的には気筒2aの排気ポート4aの貫通孔24からEGRガスを採取する。気筒2aからの排気ガスは燃焼サイクル毎に排出されるため、脈動を有する。言い換えると、脈動を有する排気ガスが、貫通孔24からEGRガス連通路30(凹み溝26)に導入され、EGRガス連通路30に沿って流れ、EGRガス還流通路20の入口22からEGRガス還流通路20を流れる。
【0044】
ここで、凹み溝26を密閉空間とし、EGRガス連通路30としているのは、第2のガスケット(18)である。しかし、第2のガスケット18はシリンダヘッド1内に設けられた貫通孔24などのEGRガスが流れる部分よりははるかに剛性が低い。そのため、高温高圧のEGRガスがEGRガス連通路30に流入する毎に圧力変形を受ける。この圧力変形は周期的であるため、特定の周波数の異音として認識される。
【0045】
しかし、本発明のように、第1のガスケット16に凹み溝26と排気ポート4aの開口4aoの間を連通する切欠き16z(連通隙間:連通手段)が設けられていると、貫通孔24の出口24oからEGRガス連通路30(凹み溝26)に流入したEGRガスの一部が排気ポート4aの開口4ao側に逃げるため、第2のガスケット(18)は変形せず、特定周波数の異音も発生しない。
【0046】
また、第2のガスケット18がEGRガス連通路30と連結用フランジ14の特に蓋体部14mを分離しているので、EGRガス連通路30内に凝縮水が発生し、排気ガスによって強酸性の液体になっても、連結用フランジ14が腐食することはない。つまり、連結用フランジ14は、ステンレスのような耐腐食性の強い高価な材料を使用しなくてもよく、例えば鉄材といった安価な材料を使用することができ、コストダウンに寄与することとなる。
【0047】
以上のように、本発明のEGR装置10は、シリンダヘッド1内にEGRガス連通路30を設けているので、EGRガスの取り回しのための部材を省略することができ、組み立て工数を少なくすることが出来る。また、EGRガスを取り出すために排気ポート4に設けた貫通孔24と、シリンダヘッド1に設けたEGRガス還流通路20の入口22を連通させるEGRガス連通路30(凹み溝26)と排気ポート4aの開口4aoを、連通手段(連通隙間)で連通させる構造としたので、EGRガスが、凹み溝26の蓋である第2のガスケット蓋部18m等に衝突しまたは共鳴等によって発生する特定周波数の異音を解消することができる。
【0048】
なお、本発明は貫通孔24と排気ポート4をシリンダヘッド1の一方の側面1a側で連通させることで、脈動するEGRガスによって発生する「鳴り」を抑える点がポイントである。従って第1のガスケット16に切欠き16zを入れるかわりに、シリンダヘッド1の表面部を一部切削し、凹み溝26と排気ポート4aの開口4aoが連通するように連通隙間を構成してもよい。
【0049】
この場合、連通手段(連通隙間)は、切欠きのない第1のガスケット17と、シリンダヘッド1の一方の側面1a上に設けられた凹み溝26と排気ポート4aを繋ぐ連通溝28である(
図5参照)。また、シリンダヘッド1の一部を切削することで、連通溝28を形成するので、第1のガスケット17は切欠きを設ける必要はない。従って、第1のガスケット17には凹み溝26に対応する第1ガスケット蓋部17mが形成されていてもよい。さらに、この場合は、ガスケット自体1枚でもよく、第2のガスケット18は省略してもよい。
【0050】
(実施の形態2)
図6に本実施の形態に係るEGR装置を示す。
図2と同じ部分は同じ符号を使用する。本実施の形態では、連通手段は、すべてのガスケットに切欠きが施されることで形成される。
図6では、切欠きのある第1のガスケット16と、切欠き(19z)のある第2のガスケット19がガスケットとして用いられている状態を示す。
【0051】
第2のガスケット19に施される切欠き19zは、第1の切欠き16zと同形状であってよい。また、異なる形状であってもよい。ただし、凹み溝26と排気ポート4aの開口4aoを連通させる連通手段(連通隙間)の部分は、少なくとも両方のガスケットに切欠きが施されている。
【0052】
このように2枚のガスケットの両方に切欠きを入れることで、凹み溝26と排気ポート4を連通させる連通手段(ここでは切欠き16zと切欠き19zによって形成される連通隙間)の断面積が広くなる。すると、貫通孔24を抜けてきた排気ガスがより多く排気ポート4側に抜けることができる。そのため、排気ガスの圧力が高くても、異音の発生を抑制することができる。
【0053】
なお、このような構成にすると、連通隙間は、シリンダヘッド1の一方の側面1aと、連結用フランジ14の内面14iによって形成される。この連結用フランジ14の内面14iは、切欠き(16z、19z)に対向する面であり、排気ガスに直接曝される。そのため、このような構成にする場合は、排気ガスに曝される部分について、防錆処理を行う。防錆処理は、連結用フランジ14の内面14iに、メッキや塗布によって防錆層を形成することで実施する。また、防錆処理は、蓋体部14mの内面14miにまで及んでもよい。
【0054】
若しくは、連結用フランジ14を全部ステンレス材といった防錆性を有する材料を用いて形成してもよい。すなわち、ここで「防錆処理が施される」とは、防錆性の素材で連結フランジ14を形成することも含む。