(57)【要約】【課題】ＥＧＲ装置を、コンパクト化や凝縮水防止性能等に優れた形態で提供する。【解決手段】ＥＧＲ分配通路２３が、ヘッドカバー１５の壁部２２に形成されている。ＥＧＲガスは、ヘッドカバー１５のＥＧＲ分配通路２３とシリンダヘッド１の出口通路２７ａを介して吸気ポート１２に供給される。ＥＧＲ分配通路２３はヘッドカバー１５の肉厚部位に内蔵されるため、ＥＧＲ装置をコンパクトできる。ＥＧＲ分配通路２３では、ＥＧＲガスは上から下に流れるため、凝縮水が途中に溜まることもない。ＥＧＲガスは吸気ポート１２に供給されるため、吸気通路の汚れやデポジットの発生を防止又は大幅に抑制できる。【選択図】図２
2020051361.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドとその上面に固定されたヘッドカバーとを備えており、
前記シリンダヘッドに、当該シリンダヘッドに形成された各吸気ポートに連通した複数のＥＧＲ出口通路が上面に開口するように形成されている一方、
前記ヘッドカバーには、１つの導入口から取り込まれたＥＧＲガスを前記各ＥＧＲ出口通路に分配するＥＧＲ分配通路が形成されている、
内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ分配通路は、複数の分岐部を有してトーナメント状に形成されている、
請求項１に記載した内燃機関のＥＧＲ装置。
【請求項３】
前記ヘッドカバーに、下端を前記導入口と成した導入通路が下向きに開口するように形成されており、前記シリンダヘッドには、前記導入口に連通したヘッド内ＥＧＲ通路が形成されている、
請求項１又は２に記載した内燃機関のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用等の内燃機関において、燃費の向上や排気ガス浄化性向上等のために、排気ガスの一部であるＥＧＲガスを吸気系に還流させることは広く行われており、ＥＧＲガスはＥＧＲ通路を通って、最終的に、各気筒に対応した吸気ポートを流れて燃焼室に入っていく。従って、ＥＧＲ通路には、ＥＧＲガスを各吸気ポートに分配するＥＧＲ分配通路が必要である。そして、このＥＧＲ分配通路は、例えば特許文献１に開示されているように、吸気マニホールドに形成していることが多いと云える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−７１５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
吸気マニホールドは各気筒に対応した枝管を有しているので、ＥＧＲ分配通路を吸気マニホールドに形成することに合理性はあるが、幾つかの問題が考えられる。例えば、吸気マニホールドは複雑な形状をしているため、これにＥＧＲ分配通路を形成するのは、設計が面倒であることが多いと云える。
【０００５】
また、吸気弁は一般に１つの気筒に一対ずつ配置されており、従って、吸気ポートは、入口は１つで途中で２つの枝ポートに分かれていたり、１つの気筒に対応して独立した２つの枝ポートが形成されたりしているが、吸気マニホールドにＥＧＲ分配通路を形成すると、一対の枝ポートにＥＧＲガスを個別に供給することができないため、ＥＧＲガスの分散が悪くなる場合も有り得ると懸念される。
【０００６】
また、ＥＧＲガスには微量ながらカーボンなどの固形成分も含まれているので、汚れ防止やデポジット防止のためには、できるだけ気筒に近い部分で吸気に混入させるのが好ましいが、ＥＧＲ分配通路を吸気マニホールドに形成すると、ＥＧＲガスが流れる距離を短くできないため、吸気マニホールドや吸気ポートの内面に固形成分が付着しやすくなることが懸念される。
【０００７】
また、ＥＧＲ通路に関する問題として、運転停止後等に凝縮水が溜まって腐食の原因になることがあるが、ＥＧＲ分配通路を吸気マニホールドに形成すると、ＥＧＲ分配通路に凹凸ができるなどして、凝縮水が溜まりやすくなることも懸念される。
【０００８】
また、近年の吸気マニホールドは合成樹脂製が殆どであるが、合成樹脂は１５０℃程度しか耐熱性がないため、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラによって冷却せねばならず、高温のＥＧＲガスには対応できないという問題もある。
【０００９】
更に、ＥＧＲ分配通路２３は、吸気マニホールドの本体部に蓋部材を溶着することによって形成しているが、蓋部材が外側に露出するため、組み立て時等に他の部材が当たるおそれもあり、強度面での不安もあった。
【００１０】
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る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願発明は様々な構成を含んでおり、その典型を各請求項で特定している。このうち請求項１の発明は、
「シリンダヘッドとその上面に固定されたヘッドカバーとを備えており、
前記シリンダヘッドに、当該シリンダヘッドに形成された各吸気ポートに連通した複数のＥＧＲ出口通路が上面に開口するように形成されている一方、
前記ヘッドカバーには、１つの導入口から取り込まれたＥＧＲガスを前記各ＥＧＲ出口通路に分配するＥＧＲ分配通路が形成されている」
という構成になっている。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１において、
「前記ＥＧＲ分配通路は、複数の分岐部を有してトーナメント状に形成されている」
という構成になっている。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、
「前記ヘッドカバーに、下端を前記導入口と成した導入通路が下向きに開口するように形成されており、前記シリンダヘッドには、前記導入口に連通したヘッド内ＥＧＲ通路が形成されている」
という構成になっている。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明では、シリンダヘッドにＥＧＲ分配通路を形成しているが、ヘッドカバーは吸気マニホールドに比べて単純な形状であるため、例えばヘッドカバーの周壁を利用してＥＧＲ分配通路を形成できる。従って、構造は簡単であり、設計の手間も軽減できる。
【００１５】
また、吸気ポートに連通した出口通路はシリンダヘッドに形成されているため、出口通路、１つの気筒に対応した一対の枝ポートに対応して２本形成することも容易に実現できる。従って、ＥＧＲガスの分散性を高めることが可能になる。また、吸気ポートが途中で分岐している場合は、出口通路が吸気ポートのうち分岐する前の部分に連通するように、各気筒に対応して１本ずつ形成することも可能である。従って、設計の融通性にも優れている。
【００１６】
また、出口通路がシリンダヘッドに形成されていることから、ＥＧＲガスは、吸気ポートの入口と出口との間の中途部に供給されるため、ＥＧＲガスが流れる距離は、ＥＧＲ分配通路を吸気マニホールドに形成する場合に比べて短くなる。従って、吸気通路の汚れやデポジットの発生なども、防止又は著しく抑制できる。
【００１７】
更に、ＥＧＲ分配通路はシリンダヘッドの上に位置しており、ＥＧＲガスは上から下に向けて流れるため、凝縮水が溜まる部位を完全に無くして、凝縮水による悪影響を無くすことも容易である。
【００１８】
更に、アルミ製のヘッドカバーも多く見られるが、アルミ製の（金属製）のヘッドカバーに適用すると、高温のＥＧＲガスにも対応できるため、ＥＧＲクーラを不要することが可能になる。従って、適用できるヘッドカバーのバリエーションを広げることができる。また、ＥＧＲ分配通路はヘッドカバーの肉厚部に内蔵されるため、内燃機関の組み立て時等において物がヘッドカバーに当たってもＥＧＲ分配通路が損傷することはなくて、強度面でも有利である。
【００１９】
ＥＧＲ分配通路は様々な形態を採用できるが、請求項２のようなトーナメント形状を採用すると、各吸気ポートへの分配を均等化できる利点がある。請求項２とは異なって、１本のメイン通路から各吸気ポート１２に向かう枝通路をダイレクトに分岐させることも可能であり、この場合は、ＥＧＲ分配通路の曲がりを低減してＥＧＲガスの流れをスムース化できる利点がある。
【００２０】
ＥＧＲガスを排気系からヘッドカバーの導入口に取り込む方法としては、シリンダヘッド及びヘッドカバーの外側に配置されたＥＧＲパイプを使用することも可能であるが、請求項３のように、シリンダヘッドに形成したヘッド内ＥＧＲ通路とを利用すると、ＥＧＲ通路の全体又は大部分を外部に露出しない状態に形成できるため、内燃機関のコンパクト化を一層促進できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態に係るシリンダヘッドの平面図である。
【図２】シリンダヘッドの側面図である。
【図３】シリンダヘッドの背面図である。
【図４】図２の IV-IV視断面図である。
【図５】（Ａ）は図２の VA-VA視断面図、（Ｂ）は第２実施形態の側面図、（Ｃ）は第３実施形態の側面図である。
【図６】第４実施形態の縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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前後や左右の文言を使用するが、この方向は、内燃機関について一般的に使用されている用法に倣って、クランク軸線方向を前後方向、クランク軸線及び気筒軸線と直交した方向を左右方向としている。
【００２３】
更に、前後方向については、タイミングチェーンが配置される側を前、ミッションが配置される側を後ろとしており、後ろから見た方向は背面視方向であり、左右方向は側面視方向である。念のため、図１に方向を明示している。
【００２４】
(1).第１実施形態
本実施形態の内燃機関は３気筒であり、このため、図１に示すように、シリンダヘッド１には、３つの点火プラグ挿入穴２が長手中心線に沿って並んでいる。シリンダヘッド１は公知の形態であり、上向きに開口している。このため、シリンダヘッド１は、前壁３と後ろ壁４と吸気側壁５と排気側壁６とからなる周壁を備えている。
【００２５】
図１において符号７で示すのは軸受け部、符号８で示すのは吸気弁挿入穴、符号９で示すのは排気弁挿入穴である。なお、図３には、冷却水をラジェータに送る送りポート１０と、冷却水がラジェータから戻る戻りポート１１とが表示されている。
【００２６】
図２に示すように、シリンダヘッド１の吸気側面１ａには、各気筒に対応して３つの吸気ポート１２が開口している。吸気ポート１２は、１つの集合部１２ａが外向きに開口しており、中途部において２つの枝ポート１２ｂに分岐している。このため、２つの枝ポート１２ｂを隔てる隔壁１３が現れている。
【００２７】
図２〜３のとおり、シリンダヘッド１の上面には合成樹脂製のヘッドカバー１５が重ね配置されている。ヘッドカバー１５は、その周壁に外向き突設した上ボス部１６がボルト１７によってシリンダヘッド１に固定されている。上ボス部１６は、シリンダヘッド１における吸気側壁５と排気側壁６の箇所では軸受け部７の外側に位置している。このため、シリンダヘッド１にも、軸受け部７の箇所において外向きに突出した下ボス部１８が形成されている。
【００２８】
ヘッドカバー１５は、下向きに開口したトレー状の形態を成している。従って、シリンダヘッド１と同様に周壁を有している。そして、図３に示すように、ヘッドカバー１５の後ろ壁１９のうち吸気側に寄った部位にＥＧＲバルブ２０を装着して、その入口にＥＧＲパイプ２１の終端を接続している。ＥＧＲパイプ２１の始端は排気系に接続されている一方、ＥＧＲバルブ２０の出口は、ヘッドカバー１５の後ろ壁１９と吸気側壁２２とに形成されたＥＧＲ分配通路２３に接続されている。
【００２９】
ＥＧＲ分配通路２３は、水平状に長いメイン通路２４と、メイン通路２４の終端の下向き部２４ａから前後に分岐した前後２本の第１枝通路２５と、第１枝通路２５の先端き下向き部２５ａから前後に分岐して一連に延びる１本の第２枝通路２６とを有しており、第２枝通路２６に、各吸気ポート１２に対応した３本の下向き部２６ａが形成されており、各下向き部２６ａはシリンダヘッド１における吸気側壁５の上面に開口している。したがって、ＥＧＲ分配通路２３は、複数の分岐部を有するトーナメント状に形成されている。
【００３０】
更に、本実施形態では、図１及び図４に示すように、シリンダヘッド１における吸気側壁５の上面に、第２枝通路２６における下向き部の下端と連通しつつ前後方向に分岐した３本の第３枝通路２７を形成し、第３枝通路２７の前後両端に、上下長手の出口通路２７ａの上端を連通させている。各出口通路２７ａの下端は、吸気ポート１２における枝ポート１２ｂの前後外端部に連通している。出口通路２７ａを枝ポート１２ｂの前後外端部に連通させているのは、燃料噴射用インジェクタとの干渉を回避するためである。
【００３１】
本実施形態では、ＥＧＲ分配通路２３を構成するメイン通路２４は、ヘッドカバー１５の後ろ壁１９と吸気側壁２２とに形成されており、第１及び第２の枝通路２５，２６はヘッドカバー１５の吸気側壁２２に形成されているが、ＥＧＲ分配通路２３の全体を吸気側壁２２のみに形成することも可能である。
【００３２】
また、本実施形態では、第３枝通路２７をシリンダヘッド１に形成したが、第３枝通路２７は、ヘッドカバー１５の吸気側壁２２に形成してもよい。また、第３枝通路２７の水平部は、ヘッドカバー１５における吸気側壁２２の下面に形成したり、ヘッドカバー１５とシリンダヘッド１との合わせ面の両方に形成したりしてもよい。
【００３３】
ヘッドカバー１５にＥＧＲ分配通路２３を形成する具体的な方法としては、図２，図４，図５ａに示すように、ＥＧＲ分配通路２３が形成されているエリアの内面に凹所２８を形成して、凹所２８に裏板２９を振動溶着等によって固定しつつ、裏板２９に、ＥＧＲ分配通路２３を構成する溝を予め形成している。すなわち、溝がヘッドカバー１５の本体で塞がれることにより、ＥＧＲ分配通路２３が形成されている。
【００３４】
ＥＧＲ分配通路２３はヘッドカバー１５の後ろ壁１９にも広がっているので、裏板２９は平面視で略Ｌ形になっている。ＥＧＲ分配通路２３を構成する溝は凹所２８にも形成可能であるが、型抜きの容易性の点からは、裏板２９のみに形成するのが好ましいと云える。メイン通路２４の始端２４ｂは請求項に記載した導入口であり、これがＥＧＲバルブ２０の出口に連通している。従って、メイン通路２４の始端２４ｂは、後ろ向きに開口している。
【００３５】
(2).まとめ
以上の説明から理解できるように、ＥＧＲガスは、ヘッドカバー１５に形成したＥＧＲ分配通路２３を介して各吸気ポート１２の枝ポート１２ｂに噴出する。従って、片方の枝ポート１２ｂにＥＧＲガスが多く流れるといった偏りを無くして、ＥＧＲガスの分配性を向上できる。また、ＥＧＲガスが吸気通路に触れる長さを従来よりも短くして、デポジットの発生を防止又は大幅に抑制できる利点もある。
【００３６】
また、ＥＧＲ分配通路２３にシリンダヘッド１の上に位置しているため、ＥＧＲ分配通路２３の途中に凝縮水が溜まるような部位は存在しない。このため、凝縮水による悪影響も防止できる。なお、ＥＧＲ分配通路２３のうち水平方向に長い部分を、上流から下流に向けて低くなるように傾斜させると、凝縮水の排除をより確実に行える。
【００３７】
図４に一点鎖線で示すように、枝ポート１２ｂを区分する隔壁１３が出口通路２７ａよりも奥に位置している場合は、出口通路２７ａを各吸気ポート１２の前後中間部に配置したらよい。この場合は、出口通路２７ａは各気筒に対応して１本ずつになるので、第３枝通路２７は不要になる。
【００３８】
実施形態のように、ＥＧＲバルブ２０をヘッドカバー１５に取り付けると、ＥＧＲ装置の大部分をヘッドカバー１５にユニット化できるため、内燃機関の組み立て性を向上できる。
【００３９】
ヘッドカバー１５は、アルミ製の鋳造品又はダイキャスト品を採用することも可能である。この場合は、耐熱性に優れるため、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラを通すことなく取り込むことができる。すなわち、ＥＧＲガスは、アルミ製のヘッドカバー１５及びシリンダヘッド１を通って吸気ポート１２に向かうため、高温のＥＧＲガスについても対応できる。
【００４０】
なお、図４には、シリンダブロック３０、カム軸３１、吸気弁３２、吸気弁用ばね３３か表示されている。
【００４１】
(3).他の実施形態
次に、図５（Ｂ）以下に示す他の実施形態を説明する。図５（Ｂ）に示す第２実施形態では、ＥＧＲ分配通路２３は、１本のメイン通路２４からシリンダヘッド１に向けて枝通路３４を分岐させた形態に形成している。ＥＧＲ分配通路２３は、ヘッドカバー１５の吸気側壁２２のみに形成している。
【００４２】
また、この実施形態では、シリンダヘッド１の後部に、排気側面に開口した左右長手の第１ヘッド内ＥＧＲ通路３６と、第１ヘッド内ＥＧＲ通路３６の終端から上向きに立ち上がった第２ヘッド内ＥＧＲ通路３７とを形成している一方、ヘッドカバー１５の吸気側壁２２に、第２ヘッド内ＥＧＲ通路３７と連通した上下長手の導入通路３８を形成している。従って、導入通路３８の下端が導入口になっている。導入通路３８とメイン通路２４とは、ＥＧＲバルブ２０を介して連通している。ＥＧＲバルブ２０は、その軸線を上下長手の姿勢にして配置されており、ヘッドカバー１５の上方に部分的に露出している。
【００４３】
この実施形態では、ＥＧＲ分配通路２３はシンプルな形態になるため、メイン通路２４や各枝通路３４、導入通路３８はドリル加工によって形成できる。従って、コスト面で有利であると云える。メイン通路２４を形成するためのドリル穴の開口部は、プラグ３５で塞いだらよい。
【００４４】
この実施形態では、シリンダヘッド１にもＥＧＲ通路３６，３７が形成されているため、ＥＧＲ装置を更にコンパクト化できる利点がある。なお、第１実施形態でも触れたが、一点鎖線で示すように、メイン通路２４を傾斜させると、凝縮水の溜まりを確実に防止できる。
【００４５】
図５（Ｃ）に示す第３実施形態は第２実施形態の変形例であり、この実施形態では、メイン通路２４の終端に、容積が大きい分岐用バッファ部２４ｃを形成して、分岐用バッファ部２４ｃから、各吸気ポート１２に向けて枝通路３４を分岐させている。この実施形態では、構造をシンプル化しつつ、ＥＧＲガスの均等な分配性能を向上できる。
【００４６】
第１実施形態では、ＥＧＲ分配通路２３を形成するための裏板２９をヘッドカバー１５の本体部に固定したが、図６に示す第４実施形態では、ヘッドカバー１５の外周面のうち上ボス部１６よりも高い部位に凹所３９を形成して、この凹所３９に表板４０を振動溶着等によって固定し、凹所３９と表板４０との合わせ面にＥＧＲ分配通路２３を形成している。ＥＧＲ分配通路２３を吸気側壁２２のみに形成すると、構造は更にシンプルになる。
【００４７】
図６の実施形態では、メイン通路２４から枝通路３４が武器した状態を表示しているが、枝通路３４のうち表板４０よりも下方の部位は、ドリルによる切削可加工で形成することも可能であるし、スライドピンを使用した成型によって形成することも可能である。
【００４８】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は、他にも様々に具体化できる。例えば、ヘッドカバー１５は鋳造品を採用することも可能であり、この場合は、ＥＧＲ分配通路を鋳込みで形成することが可能である。また、ＥＧＲ分配通路２３の全部又は一部をヘッドカバーの上面部に形成することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本願発明は、内燃機関のＥＧＲ装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１  シリンダヘッド
５  シリンダヘッドの吸気側壁
１５  ヘッドカバー
１９  ヘッドカバーの後ろ壁
２２  ヘッドカバーの吸気側壁
２３  ＥＧＲ分配通路
２４  メイン通路
２５  第１枝通路
２６  第２枝通路
２７  第３枝通路
２７ａ  ＥＧＲ出口通路
３６，３７  ヘッド内ＥＧＲ通路
３８  導入通路
【図１】
2020051361.tif 000003
【図２】
2020051361.tif 000004
【図３】
2020051361.tif 000005
【図４】
2020051361.tif 000006
【図５】
2020051361.tif 000007
【図６】
2020051361.tif 000008