JP4394991B2 - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ装置に関するものである。

自動車用エンジン等の内燃機関においては、特許文献１に示されるように、燃焼温度を低下させてＮＯx 発生量を低減すべく排気の一部を吸気系に流すＥＧＲ装置を設けたものが実用化されている。こうしたＥＧＲ装置の具体的な構成を図１１及び図１２に示す。なお、図１１は内燃機関のシリンダヘッド周りを側方から見た略図であり、図１２は、同シリンダヘッド周りを上方から見た略図である。

これらの図に示される内燃機関においては、吸気系を構成するインテークマニホールド５１から空気が吸入されるとともに、燃料燃焼後の排気が排気系を構成するエキゾーストマニホールド５２を介して排出される。

ＥＧＲ装置は、エキゾーストマニホールド５２を通過する排気をＥＧＲガスとして吸気系に流すＥＧＲ通路５３と、このＥＧＲ通路５３を通じて吸気系に流すＥＧＲガスの量を調節するバルブユニット５６とを備えている。ＥＧＲ通路５３は、内燃機関のシリンダヘッド５４、及び同シリンダヘッド５４とインテークマニホールド５１との間に挟まれた分配プレート５５等に形成されている。この分配プレート５５は、ＥＧＲガスを内燃機関の各気筒に分配するためのものである。また、バルブユニット５６は、シリンダヘッド５４のＥＧＲ通路５３ａからのＥＧＲガスの流入を受け入れるとともに同ガスを分配プレート５５のＥＧＲ通路５３ｂに流すガス通路５７と、同ガス通路５７を流れるＥＧＲガスの流量を調節すべく開度調整されるＥＧＲバルブ（図示略）とを備えている。そして、このＥＧＲバルブの開度調整を通じて、ガス通路５７から分配プレート５５のＥＧＲ通路５３ｂに流されるＥＧＲガスの量、即ち各気筒に流されるＥＧＲガスの量が調節される。
特開平２００２−３３９８０９公報

ところで、特許文献１においては、バルブユニット５６を図１１に示されるように分配プレート５５のインテークマニホールド５１側の側面に取り付け、シリンダヘッド５４のＥＧＲ通路５３ａを分配プレート５５に形成された接続通路５８を介してバルブユニット５６のガス通路５７に接続するようにしている。なお、バルブユニット５６を分配プレート５５に取り付けるのは、ＥＧＲ通路５３において可能な限り吸気系に近いところでＥＧＲガスの流量調節を行い、吸気系へのＥＧＲガスの流入量の調節を応答性よく行うためである。

しかし、上記のようにバルブユニット５６を分配プレート５５に取り付けると、同ユニット５６がシリンダヘッド５４の左右寸（インテークマニホールド５１側の端からエキゾーストマニホールド５２側の端までの間の部分）に対し、インテークマニホールド５１側にはみ出した状態になる。このため、内燃機関全体としての体格が大きくなることは避けられず、同機関を自動車等に搭載する際の自由度が低くなることにも繋がる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、バルブユニットがシリンダヘッドの寸法からはみ出して搭載された状態になり、内燃機関の体格が大きくなるのを回避することのできる内燃機関のＥＧＲ装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関のシリンダヘッド、及び同シリンダヘッドとインテークマニホールドとの間に挟まれた分配プレートに同機関の排気を吸気系に流すＥＧＲ通路を形成し、前記シリンダヘッドのＥＧＲ通路から排気を受け入れるとともに同排気を前記分配プレートのＥＧＲ通路に流すガス通路及び当該ガス通路を流れる排気の量を調節するＥＧＲバルブが設けられたバルブユニットを備える内燃機関のＥＧＲ装置において、前記シリンダヘッドの前記分配プレートと対向する部分に凹所を設け、その凹所と前記分配プレートとが互いに対向する面にそれぞれ前記バルブユニットを挟むことの可能な間隔をおいて固定面を形成し、それら固定面間に前記バルブユニットを配設して前記両固定面に対し固定して、前記シリンダヘッドの左右寸内に前記バルブユニットを収めた。

上記構成によれば、シリンダヘッドの凹所と前記分配プレートとの間にバルブユニットが収められて固定面に固定される。このため、バルブユニットはシリンダヘッドの左右寸（インテークマニホールド側の端からエキゾーストマニホールド側の端までの間の部分）内に収まった状態で取り付けられることになり、その寸法からはみ出してバルブユニットが搭載されることに伴い内燃機関全体の体格が大きくなるのを回避することができる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記分配プレートは、内燃機関の各気筒の配列方向に沿って長く形成され、前記シリンダヘッドと前記インテークマニホールドとの間に挟まれる挟持部と、その挟持部よりも長手方向端部側に位置して前記固定面が形成されるユニット取付部と、それら挟持部とユニット取付部との間に位置して前記挟持部よりも撓みやすい可撓部とを備えることを要旨とした。

シリンダヘッド（凹所）及び分配プレートの両固定面間の距離は、シリンダヘッドや分配プレートの寸法誤差によって微妙に変わってくる。また、バルブユニットにおける上記両固定面間に挟まれる部分の幅も、同バルブユニットの寸法誤差によって微妙に変わってくる。そして、バルブユニットの両固定面に挟まれる部分の幅がそれら両固定面間の距離よりも短くなると、バルブユニットの取り付けに伴い分配プレートのユニット取付部がシリンダヘッド側に引き寄せられる。また、バルブユニットの両固定面に挟まれる部分の幅がそれら両固定面間の距離よりも長くなると、バルブユニットの取り付けに伴い分配プレートのユニット取付部がシリンダヘッドから離れる方向に押される。このようにユニット取付部にシリンダヘッド側への力、またはシリンダヘッドから離れる方向への力が作用するとき、仮にその力によって分配プレートの挟持部が撓んだとすると、挟持部とシリンダヘッドとの間、もしくは挟持部とインテークマニホールドとの間からガスが漏れるおそれがある。しかし、上記構成によれば、ユニット取付部に上述したような力が作用したときには、ユニット取付部と挟持部との間に位置する可撓部が撓み、これにより挟持部が撓むことなくバルブユニットの両固定面に挟まれる部分の幅とそれら両固定面間の距離との違いが吸収される。このため、挟持部の撓みに伴いガス漏れが生じるのを抑制することができる。

請求項３記載の発明では、請求項２記載の発明において、前記可撓部は、前記ユニット取付部の固定面を前記シリンダヘッドの固定面に対し接近・離間させる方向についての撓みが前記挟持部よりも生じやすくされていることを要旨とした。

バルブユニットの両固定面に挟まれる部分の幅とそれら両固定面間の距離との違いに伴いバルブユニットの取り付け時に分配プレートのユニット取付部に作用する力は、前記ユニット取付部の固定面を前記シリンダヘッド（凹所）の固定面に対し接近・離間させる方向に働くことになる。上記構成によれば、その方向についての撓みが挟持部よりも可撓部で生じやすくなるため、上記力が作用したときに確実に可撓部を上記の方向に撓ませ、挟持部が撓むのを抑制することができるようになる。

以下、本発明を自動車用のエンジンのＥＧＲ装置に具体化した一実施形態を図１〜図８に従って説明する。
図１は本実施形態のＥＧＲ装置が適用されるエンジンのシリンダヘッド周りを側方から見た略図であり、図２は同シリンダヘッド周りを上方から見た略図である。このエンジンにおいては、吸気系を構成するインテークマニホールド１、及び、排気系を構成するエキゾーストマニホールド２がシリンダヘッド３に取り付けられている。また、エンジンのＥＧＲ装置は、エキゾーストマニホールド２を通過する排気をＥＧＲガスとして吸気系に流すＥＧＲ通路４と、このＥＧＲ通路４を通じて吸気系に流すＥＧＲガスの量を調節するバルブユニット５とを備えている。

ＥＧＲ通路４は、シリンダヘッド３、及び、シリンダヘッド３とインテークマニホールド１のフランジ１ａとの間に挟まれた分配プレート６等に形成されている。この分配プレート６は、ＥＧＲガスをエンジンの各気筒に分配するためのものであって、エンジンの気筒配列方向（図２の上下方向）に沿って長く形成されるとともに、複数のボルト７でフランジ１ａ（インテークマニホールド１）と共にシリンダヘッド３に取り付けられている。なお、それらボルト７はフランジ１ａ及び分配プレート６を貫通するとともにシリンダヘッド３にねじ込まれている。そして、各ボルト７を締め付けることによって、分配プレート６はシリンダヘッド３とフランジ１ａに挟まれた状態で同シリンダヘッド３に固定されている。

バルブユニット５は、シリンダヘッド３のＥＧＲ通路４ａからＥＧＲガスの流入を受け入れるとともに、同ガスを分配プレート６のＥＧＲ通路４ｂに流すガス通路８と、同ガス通路８を流れるＥＧＲガスの流量を調節すべく開度調整されるＥＧＲバルブ９とを備えている。そして、このＥＧＲバルブ９の開度調整を通じて、ガス通路８から分配プレート６のＥＧＲ通路４ｂに流されるＥＧＲガスの量、即ち各気筒に流されるＥＧＲガスの量が調節される。

次に、バルブユニット５の取付構造について説明する。
シリンダヘッド３における分配プレート６の長手方向の一端部と対向する部分には、当該一端部から離れる方向（図中左方向）にへこむ凹所１２が設けられている。そして、この凹所１２と分配プレート６の一端部との互いに対向する面にはそれぞれ、バルブユニット５を挟むことの可能な間隔をおいて固定面１０，１１が形成されている。これら固定面１０，１１のうち、凹所１２側の固定面１０にはシリンダヘッド３のＥＧＲ通路４ａが開口しており、上記一端部側の固定面１１には分配プレート６側のＥＧＲ通路４ｂが開口している。

そして、バルブユニット５は、それら固定面１０，１１間に収められて複数のボルト１３（図２には二つのみ図示）により当該固定面１０，１１に固定される。即ち、それらボルト１３は分配プレート６（一端部）及びバルブユニット５を貫通するとともにシリンダヘッド３（凹所１２の固定面１０）にねじ込まれている。そして、各ボルト１３を締め付けることによって、バルブユニット５がシリンダヘッド３と分配プレート６とに挟まれた状態で両固定面１０，１１に固定されている。なお、バルブユニット５の取り付け状態にあっては、シリンダヘッド３のＥＧＲ通路４ａ、及び分配プレート６のＥＧＲ通路４ｂがバルブユニット５のガス通路８に接続される。

このようにバルブユニット５を取り付けることで、シリンダヘッド３の左右寸（インテークマニホールド１側の端からエキゾーストマニホールド２側の端までの間の部分）内にバルブユニット５が収められるようになる。従って、その寸法からバルブユニット５がはみ出してエンジンに搭載されることに伴いエンジンの体格が大きくなり、同エンジンを自動車に搭載する際の自由度が低くなるのを回避することができる。

次に、分配プレート６の具体的な構造について図３を参照して説明する。
図３は、分配プレート６の側面図である。分配プレート６は、以下に詳述する挟持部６ａ、ユニット取付部６ｂ、及び可撓部６ｃといった各部を備えて構成されている。

［挟持部６ａ］
挟持部６ａは、シリンダヘッド３とインテークマニホールド１のフランジ１ａとの間に挟まれた状態で、ボルト７によりシリンダヘッド３に固定されるものである。この挟持部６ａには、ボルト７が貫通する複数の貫通孔１４、エンジンの各気筒に吸入される空気を通過させるための複数の空気孔１５、及びＥＧＲ通路４ｂが形成されている。このＥＧＲ通路４ｂは各空気孔１５に連通しており、ＥＧＲ通路４ｂから空気孔１５へのＥＧＲガスの供給を通じて、各気筒にＥＧＲガスが流されるようになる。

［ユニット取付部６ｂ］
ユニット取付部６ｂは、分配プレート６の長手方向一端部であって挟持部６ａよりも長手方向の端に位置し、バルブユニット５を固定するための上記固定面１１が形成されるものである。また、このユニット取付部６ｂには、ボルト１３が貫通する複数の貫通孔１６、及び、ＥＧＲ通路４ｂとその開口部１７とが形成されている。なお、ＥＧＲ通路４ｂの開口部１７は、バルブユニット５の取り付け時に同ユニット５のガス通路８とシリンダヘッド３側のＥＧＲ通路４ａとを接続するためのものである。

［可撓部６ｃ］
可撓部６ｃは、挟持部６ａとユニット取付部６ｂとの間に位置して同挟持部６ａよりも撓みやすくされたものである。この可撓部６ｃは、ＥＧＲ通路４ｂを通過させることができ且つ強度を確保するための必要最小限の肉厚を有する円筒状に形成され、これにより挟持部６ａに比べて細径化された形状となっている。こうした形状に可撓部６ｃを形成することで、同可撓部６ｃは挟持部６ａよりも撓みやすくされている。

ここで、分配プレート６に可撓部６ｃを設けたことによる効果について、同可撓部６ｃを設けない場合との比較のもとに説明する。
図４に示されるように、バルブユニット５は、シリンダヘッド３の固定面１０と分配プレート６の固定面１１との間に収められることになるが、それら固定面１０，１１間の距離Ｘやバルブユニット５の両固定面１０，１１で挟まれる部分の幅Ｗは寸法誤差によって変化する。即ち、上記距離Ｘはシリンダヘッド３（凹所１２）及び分配プレート６（ユニット取付部６ｂ）の寸法誤差によって微妙に変わってくるものであり、上記幅Ｗはバルブユニット５の寸法誤差によって微妙に変わってくるものである。

そして、寸法誤差により幅Ｗが距離Ｘよりも短くなると、バルブユニット５を取り付けるためのボルト１３の締め付けに伴い、ユニット取付部６ｂがシリンダヘッド３側に引き寄せられる。逆に、幅Ｗが距離Ｘよりも長くなると、バルブユニット５を取り付けるための両固定面１０，１１間への同ユニット５の収容に伴い、ユニット取付部６ｂがシリンダヘッド３から離れる方向に押される。このようにユニット取付部６ｂにシリンダヘッド３側への力（以下、力Ｆ１という）、またはシリンダヘッド３から離れる方向への力（以下、力Ｆ２という）が作用するとき、分配プレート６に可撓部６ｃが設けられていないと、挟持部６ａが撓んでガス漏れが生じるおそれがある。

図５は、可撓部６ｃが設けられていない場合、幅Ｗが距離Ｘよりも短い状態でのバルブユニット５の取り付けに起因してユニット取付部６ｂにシリンダヘッド３側への力Ｆ１が作用したとき、分配プレート６がどのように撓むかを示したものである。なお、その力Ｆ１は、ユニット取付部６ｂの固定面１１をシリンダヘッド３の固定面１０に対し接近させる方向に働くことになる。この場合、上記力Ｆ１がユニット取付部６ｂに作用することによる撓みが二点鎖線で示されるように挟持部６ａに及び、その挟持部６ａの撓みに起因して同挟持部６ａとシリンダヘッド３との間、もしくは同挟持部６ａとインテークマニホールド１のフランジ１ａとの間から、ガスが漏れるおそれがある。

これに対し、分配プレート６に可撓部６ｃを設けた場合には、上記力Ｆ１がユニット取付部６ｂに作用したとき、ユニット取付部６ｂと挟持部６ａとの間に位置する可撓部６ｃが図６に二点鎖線で示されるように撓みむようになる。これは、可撓部６ｃが挟持部６ａよりも細径化された形状であり、上記力Ｆ１が作用する方向について挟持部６ａよりも撓みやすくされているためである。このように可撓部６ｃが撓むことにより、挟持部６ａを撓ませることなく幅Ｗと距離Ｘとの違いを吸収することができる。従って、挟持部６ａの撓みに伴いガス漏れが生じるのを抑制することができるようになる。

図７は、可撓部６ｃが設けられていない場合、幅Ｗが距離Ｘよりも長い状態でのバルブユニット５の取り付けに起因してユニット取付部６ｂにシリンダヘッド３から離れる方向への力Ｆ２が作用したとき、分配プレート６がどのように撓むかを示したものである。なお、その力Ｆ２は、ユニット取付部６ｂの固定面１１をシリンダヘッド３の固定面１０に対し離間させる方向に働くことになる。この場合、上記力Ｆ２がユニット取付部６ｂに作用することによる撓みが二点鎖線で示されるように挟持部６ａに及び、その挟持部６ａの撓みに起因して同挟持部６ａとシリンダヘッド３との間、もしくは同挟持部６ａとインテークマニホールド１のフランジ１ａとの間から、ガスが漏れるおそれがある。

しかし、この場合も分配プレート６に可撓部６ｃを設けることで、上記力Ｆ２がユニット取付部６ｂに作用したとき、可撓部６ｃが上記と同様の理由により図８に二点鎖線で示されるように撓むようになるため、挟持部６ａを撓ませることなく幅Ｗと距離Ｘとの違いを吸収することができる。従って、挟持部６ａの撓みに伴いガス漏れが生じるのを抑制することができるようになる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）シリンダヘッド３の左右寸からバルブユニット５がはみ出してエンジンに搭載されることに伴いエンジンの体格が大きくなり、同エンジンを自動車に搭載する際の自由度が低くなるのを回避することができる。

（２）上記力Ｆ１，Ｆ２が作用したとき、分配プレート６の可撓部６ｃを撓ませて挟持部６ａが撓まないようにすることができるため、その挟持部６ａの撓みに伴い挟持部６ａとシリンダヘッド３との間や挟持部６ａとフランジ１ａとの間からガスが漏れるのを抑制することができる。

（３）可撓部６ｃは、挟持部６ａに比べて細径化された形状であって、上記力Ｆ１，Ｆ２が作用する方向、即ちユニット取付部６ｂの固定面１１をシリンダヘッド３の固定面１０に対し接近・離間させる方向に撓みやすくされている。このため、上記Ｆ１，Ｆ２が作用したとき、確実に可撓部６ｃを上記の方向に撓ませ、挟持部６ａが撓むのを抑制することができる。

（４）分配プレート６に従来のような接続通路５８（図１１、図１２参照）を設ける必要がなくなる。このため、接続通路５８の両端のシール性を確保する必要もなくなり、その分だけコスト低減を図ることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・可撓部６ｃを挟持部６ａよりも撓みやすい他の形状に変更してもよい。この場合、可撓部６ｃを少なくとも上記力Ｆ１，Ｆ２の作用する方向について挟持部６ａよりも撓みやすい形状とする。こうした形状の例を図９及び図１０に示す。なお、図９は分配プレート６の側面図であり、図１０は図９の分配プレート６を矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図である。これらの図に示される例では、上記力Ｆ１，Ｆ２の作用する方向（図１０の上下方向）に可撓部６ｃを撓みやすくすべく、可撓部６ｃの上記方向についての幅が挟持部６ａよりも小となるよう当該可撓部６ｃが形成されている。

・シリンダヘッド３及びバルブユニット５をその寸法について高い精度で形成するなど、両固定面１０，１１間の距離Ｘとバルブユニット５の幅Ｗとの違いを上述したガス漏れを生じさせない程度に抑えることができる場合には、必ずしも分配プレート６に可撓部６ｃを設ける必要はない。

本実施形態のＥＧＲ装置が適用されるエンジンのシリンダヘッド周りを側方から見た略図。 同シリンダヘッド周りを上方から見た略図。 ＥＧＲ装置における分配プレートの詳細構造を示す側面図。 ＥＧＲ装置におけるバルブユニットの取付状態を示す略図。 分配プレートに可撓部を設けていない場合のバルブユニット取り付けに伴う分配プレートの撓みを示す略図。 分配プレートに可撓部を設けた場合のバルブユニット取り付けに伴う分配プレートの撓みを示す略図。 分配プレートに可撓部を設けていない場合のバルブユニット取り付けに伴う分配プレートの撓みを示す略図。 分配プレートに可撓部を設けた場合のバルブユニット取り付けに伴う分配プレートの撓みを示す略図。 可撓部の他の例を示す分配プレートの側面図。 図９の分配プレートを矢印Ａ−Ａ方向から見た断面図。 従来のバルブユニットの取付構造を採用したエンジンのシリンダヘッド周りを側方から見た略図。 同シリンダヘッド周りを上方から見た略図。

符号の説明

１…インテークマニホールド、１ａ…フランジ、２…エキゾーストマニホールド、３…シリンダヘッド、４（４ａ，４ｂ）…ＥＧＲ通路、５…バルブユニット、６…分配プレート、６ａ…挟持部、６ｂ…ユニット取付部、６ｃ…可撓部、７…ボルト、８…ガス通路、９…ＥＧＲバルブ、１０，１１…固定面、１２…凹所、１３…ボルト、１４…貫通孔、１５…空気孔、１６…貫通孔、１７…開口部。

Claims (3)

1. 内燃機関のシリンダヘッド、及び同シリンダヘッドとインテークマニホールドとの間に挟まれた分配プレートに同機関の排気を吸気系に流すＥＧＲ通路を形成し、前記シリンダヘッドのＥＧＲ通路から排気を受け入れるとともに同排気を前記分配プレートのＥＧＲ通路に流すガス通路及び当該ガス通路を流れる排気の量を調節するＥＧＲバルブが設けられたバルブユニットを備える内燃機関のＥＧＲ装置において、
   前記シリンダヘッドの前記分配プレートと対向する部分に凹所を設け、その凹所と前記分配プレートとが互いに対向する面にそれぞれ前記バルブユニットを挟むことの可能な間隔をおいて固定面を形成し、それら固定面間に前記バルブユニットを配設して前記両固定面に対し固定して、前記シリンダヘッドの左右寸内に前記バルブユニットを収めたことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ装置。
2. 前記分配プレートは、内燃機関の各気筒の配列方向に沿って長く形成され、前記シリンダヘッドと前記インテークマニホールドとの間に挟まれる挟持部と、その挟持部よりも長手方向端部側に位置して前記固定面が形成されるユニット取付部と、それら挟持部とユニット取付部との間に位置して前記挟持部よりも撓みやすい可撓部とを備える請求項１記載の内燃機関のＥＧＲ装置。
3. 前記可撓部は、前記ユニット取付部の固定面を前記シリンダヘッドの固定面に対し接近・離間させる方向についての撓みが前記挟持部よりも生じやすくされている請求項２記載の内燃機関のＥＧＲ装置。

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