JP6156986B2 - 車両用内燃機関 - Google Patents

Description

本願発明は、車両搭載用のＥＧＲ装置付き内燃機関に関するものである。

車両用内燃機関において、燃費向上等のために排気ガスを吸気系に還流させることは広く行われている。この場合、高温の排気ガスをダイレクトに還流させると、充填効率が低下する等の不具合があるため、排気ガスが還流するＥＧＲ通路に水冷式のＥＧＲクーラを設けて、機関の冷却水をＥＧＲクーラに通水していることも多い。

ＥＧＲ通路の配置やＥＧＲクーラの配置については様々な提案が成されており、その一例として特許文献１には、排気マニホールドの集合管に触媒ケース（触媒コンバータ）を前後長手の姿勢で取り付けた場合において、前後長手のＥＧＲガス管路を左右に並べて配置することが開示されており、他方、特許文献２には、触媒ケースを上下長手の姿勢に配置した場合において、上下長手のＥＧＲガス管路を左右に並べて配置することが開示されている。

特開２０１２−０３１７８３号公報 特開２００４−２７８３４２号公報

さて、両特許文献のうち特許文献２は、ＥＧＲガス管路に蛇腹状のコルゲート部を設けることで放熱性を高めているが、コルゲート部を設けた程度ではＥＧＲガスの効果的な冷却は期待し難いと云える。従って、ＥＧＲガスを的確に冷却するには、水冷式のＥＧＲクーラを設けるのが好ましい。

しかし、夏場での走行のように高温環境下での運転では冷却水も高温になるため、ＥＧＲガスの冷却性を更に向上できると有益である。本願発明はこのような現状を改善すべく成されたものであり、コストをかけることなく水冷式のＥＧＲクーラを走行風で効率的に冷却して、ＥＧＲガスの更なる冷却に貢献せんとするものである。

本願発明は、機関本体のうち排気マニホールドが固定された側が前を向くように車両に搭載される内燃機関に関し、この内燃機関は、
前記排気マニホールドには上下長手の排気通路上流部が接続されており、前記排気通路上流部の右又は左に、内部をＥＧＲガスが流れるＥＧＲガス管路を内蔵した上下長手のＥＧＲクーラが、当該ＥＧＲクーラと前記排気通路上流部との間にオリフィス状空間が形成されるように若干の間隔を空けて並べて配置されており、前記排気マニホールド及び排気通路上流部は手前からインシュレータで覆われている、という基本構成である。

そして、上記基本構成において、前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとは、前記車両の正面視において前記機関本体と重なった状態で左右に並んでおり、前記ＥＧＲクーラの下端は、ＥＧＲガスが横向きに流入して上向きに流出するＬ形パイプを介して前記排気通路上流部に接続されている一方、
前記インシュレータは、前記排気通路上流部を手前から囲うように曲がっており、一側縁を前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとの間に向かわせることにより、当該インシュレータに当たった走行風をＥＧＲクーラに向かわせる風向ガイド部が形成されており、
かつ、前記インシュレータにおける風向ガイド部の後端は、その全高の全体又は大部分が、前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとの間の最も間隔が狭い部位まで至っておらず、このため、前記インシュレータにおける風向ガイド部の後ろにおいて、前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとが、前記風向ガイド部の全高の全体又は大部分にわたって露出した状態で対向している。

本願発明では、車両の走行時に、ＥＧＲクーラには、その手前から吹いてきた走行風が当たることに加えて、インシュレータに当たった走行風が風向ガイド部にガイドされて横からも吹き当たるのであり、インシュレータでガイドされた走行風は、排気通路上流部とＥＧＲクーラとの間のオリフィス状空間から後ろに抜けていき、ＥＧＲクーラは強い冷却作用を受ける。

このように、本願発明では、ＥＧＲクーラにはその手前からの走行風が当たるだけでなく、インシュレータの風向ガイド部で集められた走行風が横からも大量に当たるため、走行風によるＥＧＲクーラの冷却性能を格段に向上させることができるのであり、これにより、ＥＧＲクーラの内部を通るＥＧＲガスの冷却性も向上でき、延いては、充填効率を高めて燃費を向上できると共に，排気ガスの成分悪化も防止できる。しかも、遮熱用のインシュレータを利用するものであるため、コストが嵩むこともない。

（Ａ）は実施形態の正面図、（Ｂ）はステーを表示した状態での（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。 側面図である。 平面図である。 （Ａ）は概略斜視図、（Ｂ）は図２の IVB-IVB視断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため上下・左右・前後の文言を使用するが、上下は鉛直線の方向を基準にしており、前後は車両の前進方向を基準にして、左右は車両の前進方向と対向した状態を基準にしている。念のため、図４（Ａ）に方向を明示している。図１〜３ではインシュレータは一点鎖線で外形を表示して、その範囲を一点鎖線の平行斜線で表示している。

(1).概要
本実施形態の内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有する機関本体を備えており、機関本体は、クランク軸（図示せず）を左右長手の姿勢にした横向きで車両に搭載されている。本実施形態の内燃機関は３気筒（多気筒）であり、シリンダヘッド２の前面２ａに、３つの排気ポート３が左右に並んで開口していると共に、排気ポート３に連通した排気マニホールド４が固定されている。敢えて述べる必要はないが、シリンダヘッド２の後面には、吸気ポートが開口していると共に吸気マニホールドが固定されている。

内燃機関は３気筒であるので、排気マニホールド４は３つの枝管５とこれらに連通した集合管６とを有している。集合管６は下向きに開口しており、これに触媒ケース７が溶接されている。また、排気マニホールド４は各枝管５の入口部に繋がったフランジ８を備えており、フランジ８がボルト（図示せず）でシリンダヘッド１に固定されている。図１に示す符号９は、ボルトが挿通される取り付け穴である。集合管６は図１において排気マニホールド４の左右中間位置から右側にずらして配置しているが、左側にずらしてもよいし、左右中間部に設けてもよい。

触媒ケース７は請求項に記載した排気通路上流部を構成するものであり、その内部には三元触媒が配置されている。また、触媒ケース７は、上端部を段付き状縮径部７ａと成して下端部を下窄まりの下テーパ部７ｂと成した円筒形態であり、下テーパ部７ｂに下向きの継手管１０を溶接し、継手管１０の上下中途部に金属板製の支持ブラケット１１を溶接で固定している。継手管１０には排気管１２が下方から接続されている。排気マニホールド４の集合管６には、センサ取り付け座１３を設けている。

支持ブラケット１１は継手管１０を横切る形態で水平に近い状態で広がっており、その一端（図１で左側の端）に、正面視では触媒ケース７と反対側に傾斜して側面視では後傾した立ち上がり部１１ａを曲げ形成している。立ち上がり部１１ａは、シリンダブロック１にボルトで固定されたステー１４に固定されている。従って、触媒ケース７は支持ブラケット１１及びステー１４を介してシリンダブロック１で支持されている。支持ブラケット１１の固定手段としては、ステー１４に前向き突設したスタッドボルト１５にナット１６をねじ込んでいる。

触媒ケース７における下テーパ部７ｂのうち支持ブラケット１１の立ち上がり部１１ａと反対側の外周面に、ＥＧＲガス管路１８を内蔵したＥＧＲクーラ１７が、Ｌ形パイプ１９及びボス体２０を介して接続されている。ＥＧＲガスは、Ｌ形パイプ１９には、横から流入し上方に流出する。図３及び図４（Ｂ）に明示するように、触媒ケース７とＥＧＲクーラ１４は、シリンダブロック１の手前に位置しており、従って、車両の正面視では、触媒ケース７及びＥＧＲクーラ１４はシリンダブロック１と重なっている。

ＥＧＲガス管路１８の上端には、シリンダヘッド２の方向に向いておおまかには前後方向に長いジョイント管２１が接続されており、ジョイント管２１は、フランジ板２２を介してシリンダヘッド２の前面２ａにボルト（図示せず）で固定されている。ジョイント管２１もＥＧＲ導入管路の一部であり、ジョイント管２１がＥＧＲ導入管路の下流部を構成している。

ジョイント管２１のうちフランジ板２２に固定された先端部は、フランジ板２２にロウ付けされた補強部材２３で上から押え保持されている。図示は省略するが、シリンダヘッド２の右端部にはジョイント管２１に連通したＥＧＲ通路が形成されており、ＥＧＲ通路に流入した排気ガスは、ＥＧＲバルブ（図示せず）を介して吸気系（例えばサージタンク）に還流する。

上記のとおり、ＥＧＲクーラ１７及びＥＧＲガス管路１８は、図１の状態で触媒ケース７の右に位置しており、正面視では触媒ケース７と略平行で側面視では少し後傾した姿勢になっている。また、触媒ケース７に対する取り付け位置は、図３に示すように、触媒ケース７の軸心を通ってシリンダヘッド２の前面２ａと平行な線Ｘよりも手前に位置している。すなわち、触媒ケース７の真横の部分よりも少し手前の位置に接合されている。

ＥＧＲガス管路１８はＥＧＲクーラ１７に内蔵されている。従って、形式的にはＥＧＲガス管路１８はＥＧＲクーラ１７の一部のような外観を呈している。図３（Ｃ）に示すように、ＥＧＲガス管路１８は、横断面花びら状のフィン管１８ａを鞘管１８ｂで覆った形態を成しており、鞘管１８ｂとＥＧＲクーラ１７との間の空間に冷却水が通る。

ＥＧＲクーラ１７は水冷方式であり、そこで、例えば図１のとおり、ＥＧＲクーラ１７には、冷却水導入管２６と冷却水排出管２７とが接続されている。本実施形態では、冷却水導入管２６はＥＧＲクーラ１７の下端部背面に接続して、冷却水排出管２７はＥＧＲクーラ１７の上端部前面に接続している。

冷却水導入管２６及び冷却水排出管２７の先端部には、軟質材製チューブ（図示せず）が外から嵌め込まれる。冷却水導入管２６はその長さが長いので、先端側の上向き傾斜部２６ａに固定片２８を溶接又はロウ付けで固定し、固定片２８を支持ブラケット１１の立ち上がり部１１ａにボルト２９で固定している。図２に示すように、冷却水導入管２６の付け根部は、ＥＧＲクーラ１７に溶接で固定した吊支ブラケット３０で下方から支持されている。

(2).インシュレータ
排気マニホールド４と触媒ケース７とは、その大部分が金属板製のインシュレータ３２で手前側から覆われている。インシュレータ３２は排気マニホールド４と触媒ケース７とを手前から後ろに包むように後ろ向きに開口した立体形状に曲げられており、ＥＧＲクーラ１７と反対側の部位の後端は、大部分がシリンダヘッド２及びシリンダブロック１に近接している。このため、排気マニホールド４及び触媒ケース７から放射される輻射熱は殆どがインシュレータ３２で遮られる。

図４（Ｂ）に明示するように、インシュレータ３２のうちＥＧＲクーラ１７の側に位置した一側縁３２ａは、触媒ケース７（排気通路上流部）とＥＧＲクーラ１７との間に向かっている。
そして、インシュレータ３２は、排気マニホールド４及び触媒ケース７並びにＥＧＲクーラ１７に設けた支持片３３にビスで固定されているが、図４（Ｂ）に示すように、インシュレータ３２の上部２カ所と下部の１カ所とには、排気マニホールド４及び触媒ケース７に固定するための受け座３４が形成されており、また、インシュレータ３２のうちＥＧＲクーラ１７の側の一側縁３２ａには、ＥＧＲクーラ１７に設けた支持片３３に固定するためのリップ部３５を形成している。
インシュレータ３２の一側縁３２ａとＥＧＲクーラ１７との間には、その全高の大部分にわたって空間が空いている。インシュレータ３２は、排気マニホールド４及び触媒ケース７のみに固定して、ＥＧＲクーラ１７には固定しない構造としてもよい。この場合は、インシュレータ３２とＥＧＲクーラ１７との間には、ＥＧＲクーラ１７の全高にわたって空間が空くことになる。

ＥＧＲクーラ１７の支持片３３は、広幅面を左右に向けて後ろ向きに突出しており、触媒ケース７の側に位置した面にナット３６（図３，図４（Ｂ）参照）を溶接している。従って、インシュレータ３２のリップ部３５は、支持片３３のうち触媒ケース７と反対側の外面に重なっていてビス３７で固定されている。インシュレータ３２の上部には、排気マニホールドの集合管６にセンサを取り付けるためのセンサ挿入用穴３８が空いている。

ＥＧＲクーラ１１と触媒ケース７との間には間隔が空いているが、その間隔は僅か（１０ｍｍ前後）である。一方、インシュレータ３２のうち触媒ケース７を囲う部分は、正面視で触媒ケース７の中心線を挟んだ右側が触媒ケース７の外形に倣うように湾曲しており、一側縁（右端）３２ａは、触媒ケース７とＥＧＲクーラ１７との間の最も狭い隙間近くまで延びている。

このように、インシュレータ３２のうち正面視で触媒ケース７の右半部を覆う部分は、ＥＧＲクーラ１７に近づくに従って後ろにずれるように湾曲しており、このため、インシュレータ３２のうち正面視で触媒ケース７の右半部を覆う部分が、請求項に記載した風向ガイド部３９（図４（Ｂ）参照）になっている。そして、インシュレータ３２の一側縁３２ａの後ろでは、触媒ケース７とＥＧＲクーラ１７とが対向している。
但し、リップ部３５は、触媒ケース７とＥＧＲクーラ１７との間の隙間を通って、ＥＧＲクーラ１７の後ろに回り込んでいるので、リップ部３５の箇所では、触媒ケース７とＥＧＲクーラ１７とが対向していないが、上記の通り、リップ部３５はなくてもよく、この場合は、風向ガイド部３９の全高にわたって、触媒ケース７とＥＧＲクーラ１７とが対向する。ＥＧＲクーラ１７とインシュレータ３２との間には間隔が空いているが、一側縁（右端）３２ａに近づくに従って、間隔が徐々に小さくなっている。

さて、ＥＧＲクーラ１７が触媒ケース７から大きく離れていると、車両の走行時に走行風がＥＧＲクーラ１７に当たりはするものの、手前から吹いてきた走行風が当たるだけである。

しかし、本実施形態では、インシュレータ３２のうち触媒ケース７の右半部を覆う部分（平面視で頂点より右側の部分）は平面視で湾曲した風向ガイド部になっているため、触媒ケース７の右半部に向けて吹いてきた走行風は、インシュレータ３２の風向ガイド部３９で集められてＥＧＲクーラ１７に斜め横から衝突し、それから、触媒ケース７とＥＧＲクーラ１７との間のオリフィス状隙間からシリンダブロック１に向けて吹き抜けていく。このため、ＥＧＲクーラ１７は走行風によって強い空冷作用を受けることになり、これにより、冷却及びＥＧＲガスの冷却性を向上でき、延いては、充填効率の向上に貢献できる。

本実施形態のように、インシュレータ３２に設けた上下のリップ部３５をＥＧＲクーラ１７に固定すると、リップ部３５はＥＧＲクーラ１７の後ろに回り込んでいるため、走行風をＥＧＲクーラ１７の裏面にも回り込ませて冷却作用を向上できる利点がある。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、インシュレータに横長のリブを多数形成して、表面積を大きくすることで放熱性を高めることが可能である。ＥＧＲクーラで冷却されたＥＧＲガスは、例えばシリンダブロックに設けたＥＧＲ通路を介して吸気系に還流させたることも可能である。勿論、パイプで吸気系に還流させてもよい。

本願発明は、内燃機関に実際に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダフベロック
２ シリンダヘッド
４ 排気マニホールド
６ 排気マニホールドの集合管
７ 触媒ケース
１７ ＥＧＲクーラ
１８ ＥＧＲガス管路
３２ インシュレータ
３２ａ インシュレータの右端
３９ インシュレータのうち風向ガイド部として機能するエリア

Claims (1)

1. 機関本体のうち排気マニホールドが固定された側が前を向くように車両に搭載される内燃機関であって、
   前記排気マニホールドには上下長手の排気通路上流部が接続されており、前記排気通路上流部の右又は左に、内部をＥＧＲガスが流れるＥＧＲガス管路を内蔵した上下長手のＥＧＲクーラが、当該ＥＧＲクーラと前記排気通路上流部との間にオリフィス状空間が形成されるように若干の間隔を空けて並べて配置されており、前記排気マニホールド及び排気通路上流部は手前からインシュレータで覆われている構成において、
   前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとは、前記車両の正面視において前記機関本体と重なった状態で左右に並んでおり、前記ＥＧＲクーラの下端は、ＥＧＲガスが横向きに流入して上向きに流出するＬ形パイプを介して前記排気通路上流部に接続されている一方、
   前記インシュレータは、前記排気通路上流部を手前から囲うように曲がっており、一側縁を前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとの間に向かわせることにより、当該インシュレータに当たった走行風をＥＧＲクーラに向かわせる風向ガイド部が形成されており、
   かつ、前記インシュレータにおける風向ガイド部の後端は、その全高の全体又は大部分が、前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとの間の最も間隔が狭い部位まで至っておらず、このため、前記インシュレータにおける風向ガイド部の後ろにおいて、前記排気通路上流部とＥＧＲクーラとが、前記風向ガイド部の全高の全体又は大部分にわたって露出した状態で対向している、
   車両用内燃機関。

Images