(57)【要約】【課題】ＥＧＲ配管を、触媒コンバータの熱膨張に追従して容易に曲がり変形すると共にコンパクトに配置可能とする。【解決手段】ＥＧＲ配管２８は、触媒コンバータ１９の直下部の継手筒２０に接続された第１部分２８ａを有している。第１部分２８ａは、シリンダブロック１に向けて延びる後ろ向き部２８ａ′とこれに繋がって左右方向に延びる左右横向き部２８ａ′とで平面視略Ｌ形の形態を成している。触媒コンバータ１９が熱膨張してＥＧＲ配管２８の始端か下向きに引っ張られると、後ろ向き部２８ａ′のねじり変形と左右横向き部２８ａ′の曲がりとにより、触媒コンバータ１９の熱膨張を容易に吸収できる。ＥＧＲ配管２８はシリンダブロック１の側に寄っているため、機関全体としてコンパクト化できる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路にＥＧＲ配管の始端を接続して、前記ＥＧＲ配管の終端は始端よりも高い位置で機関本体に接続している構成であって、
前記ＥＧＲ配管は、前記排気通路から機関本体の側に後ろ向きに引き出されてから横向きに延び、それから上向きに延びる姿勢になっている、
内燃機関のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関のＥＧＲ装置（排気ガス還流装置）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両用内燃機関では、排気ガスの浄化促進や燃費向上等のために、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備えていることが多い。ＥＧＲガスの取り出し手段として、排気通路からＥＧＲ配管を分岐させることが広く行われており、その例として特許文献１には、ＥＧＲ配管を排気通路のうち触媒コンバータの直下部に固着して、ＥＧＲ配管を上向きに立ち上げてその上端に略水平姿勢のフランジを設けており、フランジを使用してＥＧＲクーラに接続することが記載されている。
【０００３】
また、特許文献１では、ＥＧＲ配管に蛇腹部を設けることで、触媒コンバータの熱膨張による上下方向の伸びを吸収することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３１７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、触媒コンバータの熱膨張によるＥＧＲ配管の伸びを許容するため、ＥＧＲ配管に蛇腹部を設けているが、蛇腹部を加工するのは手間がかかるためコストが嵩むおそれがある。また、排気ガスの熱が蛇腹部に籠もることで、蛇腹部が損傷しやすくなるという問題もある。
【０００６】
更に、特許文献１では、ＥＧＲ配管は触媒コンバータの直下部の横から上向きに立ち上げているが、ＥＧＲ配管が他の部材の配置の邪魔になるおそれもある。
【０００７】
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】
【０００８】
本願発明のＥＧＲ装置は、排気通路にＥＧＲ配管の始端を接続して、前記ＥＧＲ配管の終端は始端よりも高い位置で機関本体に接続している構成において、  前記ＥＧＲ配管は、前記排気通路から機関本体の側に後ろ向きに引き出されてから横向きに延び、それから上向きに延びる姿勢になっている。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明では、ＥＧＲ配管は排気通路から後ろ向きに延びる部分と横向きに延びる部分を有するため、排気通路がその長手方向に熱膨張することでＥＧＲ配管の始端が下向きに移動しても、ＥＧＲ配管のうち後ろ向きに延びる部分のねじりと横向きに延びる部分の曲がりとにより、ＥＧＲ配管が全体として下向きに容易に伸びることが許容される。
【００１０】
このため、蛇腹部の加工のような手間を掛けることなく排気通路の熱膨張による変形を吸収して、コストダウンが可能になる。また、ＥＧＲ配管は横向きに未微手から上向きに姿勢を変えるため、横向きに延びた部分の終端よりも上の部分に大きな曲がり部を設けることも容易であり、この曲がり部の変形によっても、ＥＧＲ配管全体として上下方向の伸びを容易に吸収可能になる。
【００１１】
更に、ＥＧＲ配管は機関本体（例えばシリンダブロック）の側に寄るため、機関全体としてコンパクト化できるのみならず、ＥＧＲ配管が他の部材の配置の邪魔になることも防止又は抑制して、部材のレイアウトの自由性にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】内燃機関の全体的な側面図である。
【図２】図１のII-II 視正面図である。
【図３】図１のIII-III 視断面図である。
【図４】図２の IV-IV視図である。
【図５】（Ａ）は図１の VA-VA視断面図、（Ｂ）は図１の VB-VB視断面図である。
【図６】（Ａ）は図２のVIA-VIA 視断面図、（Ｂ）は図２のVIB-VIB 視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明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であり、前後方向はクランク軸及びシリンダボアに対して直交した方向であり、左右方向はクランク軸の長手方向である。
【００１４】
(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３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（図１では、クランク軸３は一点鎖線で模式的に表示している。）。シリンダヘッド２の上面にはシリンダヘッドカバー４が固定されており、シリンダブロック１の下面にはオイルパン５を固定している。
【００１５】
シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の左右端面（短手側面）のうち一方の端面１ａ，２ａには１枚のチェーンケース６が固定されており、チェーンケース６とシリンダブロック１及びシリンダヘッド１との間に形成された空間に、タイミングチェーン（図示せず）等のカム軸駆動機構を配置している。
【００１６】
クランク軸３の一端部はチェーンケース６の外側に突出しており、図２のとおり、突出端部に補機駆動プーリ７を固定し、補機駆動プーリ７に巻き掛けた補機駆動ベルト８により、オルタネータ９とウォータポンプ１０とエアコン用コンプレッサ１１とを駆動している。オルタネータ９とウォータポンプ１０とエアコン用コンプレッサ１１とは、機関本体のうち手前側に寄っている。このため、ウォータポンプ１０のプーリ１２には補機駆動ベルト８が背面掛けされている。図２に示す符号１３は、テンションプーリである。
【００１７】
ウォータポンプ１０は、チェーンケース６の一部であるハウジング部１４と、ハウンジング１０に対してプーリ１２の側から固定されたポンプカバー１５と、ハウンジング１０に対してプーリ１２と反対側から固定されたインレットカバー１６とを主要要素としており、内蔵した羽根が回転することで、内部に設けた吐出口から冷却水がシリンダブロック１に設けたメインギャラリーに圧送される。
【００１８】
ウォータポンプ１０のインレットカバー１６は、クランク軸３と平行な流入口１６ａを備えており、流入口１６ａはチェーンケース６と反対側に突出している。なお、シリンダブロック１のうち、チェーンケース６と反対側の他端面１ｂには変速機１７を固定している。
【００１９】
図１に示すように、シリンダヘッド２における前面２ｃの左右略中間部には、排気継手１８が固定されており、排気継手１８に、排気通路の一部を構成する触媒コンバータ１９が一体に設けられている。本実施形態では、各気筒ごとに設けた排気ポートを集合させる集合通路（排気マニホールド部）はシリンダヘッド２の内部に設けており、シリンダヘッド２の外面には１つの排気口が空いているだけである。
【００２０】
触媒コンバータ１９の上部と下部にはテーパ部を設けており、下テーパ部の下端に継手管２０を接続し、継手管２０に排気管２１が接続されている。また、継手管２０にはフランジ板２２が固定されている。フランジ板２２はブラケット（図示ぜす）を介してシリンダブロック１に固定されている。
【００２１】
図１に示すとおり、触媒コンバータ１９は、クランク軸３及びシリンダボアと直交した方向から見ると、下に行くに従ってチェーンケース６から遠ざかるように鉛直線に対して傾斜し、図２に示すように、クランク軸３の軸心方向から見ると、下に行くに従ってシリンダブロック１から離れるように直線に対して傾斜している。なお、触媒コンバータ１９は、薄板製のインシュレータ（図示せず）で手前から覆われている（半周程度を覆っている。）。
【００２２】
(2).冷却水配管・ＥＧＲ装置
シリンダヘッド２のうちチェーンケース６と反対側に位置した他方の端面２ｂには、冷却水の流れを制御するサーモ弁ユニット２５を設けている。図示は省略するが、サーモ弁ユニット２５の箇所からラジェータやヒータ等に配管されている。
【００２３】
シリンダヘッド２の前面２ｃのうちサーモ弁ユニット２５に近い端部に冷却水出口２６が開口しており、冷却水出口２６とウォータポンプ１０の流入口１６ａとが戻り管２７で接続されている。他方、触媒コンバータ１９の継手管２０には、排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ配管２８が接続されており、ＥＧＲ配管２８の終端は、シリンダヘッド２の前面のうち冷却水出口２６の直下にフランジ板２９を介して接続されている。シリンダヘッド２には、ＥＧＲ配管２８に連通したＥＧＲ内部通路が空いており、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ内部通路からＥＧＲバルブを経由して吸気系に送られる。
【００２４】
ＥＧＲ配管２８の中途部にはＥＧＲクーラ３０が介挿されており、ＥＧＲクーラ３０は戻り管２７にも介挿されている。従って、戻り管２７は、ＥＧＲクーラ３０よりも上流側に位置した流入管２７ａと、ＥＧＲクーラ３０よりも下流側に位置した出口管２７ｂとに分離されている。
【００２５】
他方、ＥＧＲ配管２８もＥＧＲクーラ３０で分断されているが、ＥＧＲクーラ３０よりも上流側の部分は、触媒コンバータ１９の継手管２０に固定された第１部分２８ａと、ＥＧＲクーラ３０に固定された第２部分２８ｂとに分離していて、両者は、その端部に固定された第１及び第２のフランジ３１，３２をボルト３３で締結することで接続されている。第１部分２８ａは、第２部分２８ｂよりも少し大径になっている。
【００２６】
ＥＧＲ配管２８のうち、ＥＧＲクーラ３０よりも下流側の部分は１本の第３部分２８ｃから成っており、その終端に既述のフランジ板２９が固定されていて、フランジ板２９がボルト３４（簡略表示している）でシリンダヘッド２に固定されている。
【００２７】
戻り管２７における流入管２７ａの始端にもフランジ板３５が固定されていて、フランジ板３５がボルト３６でシリンダヘッド２に固定されている。図３及び図４に示すように、シリンダヘッド２のうち戻り管２７及びＥＧＲ配管２８を固定している部分は、排気継手１８を固定している部分よりも後ろ側に段落ちしている。
【００２８】
ＥＧＲクーラ３０は、上下面と前後面及び左右面を有していて略角形に近い形態であり、図１のとおり、触媒コンバータ１９とウォータポンプ１０との間に配置されているが、ウォータポンプ１０よりも触媒コンバータ１９に近づくように配置されている。また、  図５に明示するように、ＥＧＲクーラ３０は触媒コンバータ１９よりもシリンダブロック１の側に寄せて配置されている。また、ＥＧＲクーラ３０は、平面視で、ウォータポンプ１０から遠ざかるほどシリンダブロック１に近づく姿勢で配置している。
【００２９】
ＥＧＲクーラ３０の内部には、偏平チューブ状のガス通路（フィン）３７ａの多数枚からなる熱交換部３７が配置されており、隣り合ったガス通路３７ａの間を冷却水が通ることでＥＧＲガスが冷却される。この場合、流入管２７ａと出口管２７ｂとを手前側に寄せてＥＧＲクーラ３０に接続し（すなわち、入口３０ａと出口３０ｂとを手前に寄せて）、かつ、熱交換部３７は後ろ側に寄せている。このため、熱交換部３７の手前には逃がし通路３８が空いている。また、熱交換部３７の左右両側にも逃がし通路３８が空いている。出口管２７ｂは流入管２７ａよりも少し下に配置している。
【００３０】
図５（Ａ）に示すように、戻り管２７のうち出口管２７ｂは、ウォータポンプ１０の流入口１６ａに内側から差し込んだだけの接続構造になっている。従って、ＥＧＲクーラ３０はウォータポンプ１０の軸心上に配置されている。
【００３１】
この場合、流入口１６ａの開口縁に内向きの環状突起３９を設ける一方、出口管２７ｂには、環状突起３９に嵌合する外向きの環状溝４０を形成しており、出口管２７ｂは流入口１６ａに圧入によって嵌め込まれている。環状突起３９と環状溝４０とが嵌まり合っているため、出口管２７ｂが流入口１６ａに対して多少は傾くことが許容されており、かつ、多少傾いてもシール性は確保されている。
【００３２】
戻り管２７を構成する流入管２７ａは触媒コンバータ１９の後ろに配置されているが、図１の側面視では略く字状に屈曲し、図３の正面視では略Ｚ字状に屈曲し、図５の平面視でも屈曲している。流入管２７ａはこのように三次元方向に曲がっているため、上下方向等に容易に曲がり変形できる。
【００３３】
ＥＧＲ配管２８を構成する第３部分２８ｃも、図１の側面視ではクランク状に曲がって、図３の正面視では略Ｚ字状に曲がって、図５の平面視ではく字状に曲がっている。従って、第３部分２８ａも上下方向に伸縮するように簡単に曲がり変形する。
【００３４】
図６（Ａ）のとおり、ＥＧＲ配管２８の第１部分２８ａの始端は、触媒コンバータ１９の継手管２０の後面（シリンダブロック１に向いた面）に溶接で固定されており、シリンダブロック１に向けていったん後ろ向きに延びてから、シリンダブロック１の前面に沿って横向きに延びるように姿勢を変えている。従って、第１部分２８ａは、後ろ向き部２８ａ′と左右横長部２８ａ″とを有していて平面視略Ｌ形の形態を成している。
【００３５】
図６（Ｂ）のとおり、第１部分２８ａのうち左右横長部２８ａ″の部分は、上流側が低くなるように水平に対して僅かに傾斜している。後ろ向き部２８ａ′も手前に行くに従って低くなるように傾斜している。従って、第１部分２８ａは、全体として、触媒コンバータ１９の継手管２０に向けて低くなるように傾斜している。
【００３６】
ＥＧＲ配管２８のうち第２部分２８ｂは、図１の側面視で略Ｌ形に曲がっており、ＥＧＲクーラ３０に対しては溶接（又はろう付け）で固定されている。そして、第１部分２８ａの終端に溶接で固定した第１フランジ３１と、第２部分２８ｂの始端に溶接で固定した第２フランジ３２とをボルト３３で締結しているが、第１フランジ３１を第２フランジ３２よりも厚くして、第１フランジ３１に雌ねじを形成している。図３，４のとおり、ボルト３３は第１部分２８ａを挟んだ上下に位置している。このため、レンチ（図示せず）によるボルト３３の回転操作を簡単に行える。
【００３７】
また、図６（Ｃ）に明示するように、第１フランジ３１の終端部の内周面を削り取ることにより、第１フランジ３１と第２フランジ３２とで環状溝４１を形成している。従って、機関の運転停止後にＥＧＲクーラ３０の内面に凝縮水が発生しても、その凝縮水Ｗを環状溝４１に溜めることができる。フランジ３１，３２は、ステンレス板のような防錆性の高いものが好ましい。
【００３８】
(3).まとめ
さて、内燃機関を始動すると、触媒コンバータ１９は、排気ガスの熱を受けてその長手方向である上下方向に伸長するように熱膨張する。このため、継手管２０は下向き動し、これに伴って、ＥＧＲクーラ３０は下向きにＥＧＲ配管２８は全体として下向きに引っ張られる。
【００３９】
そして、図５（Ａ）を参照して説明したように、戻り管２７の出口管２７ｂはウォータポンプ１０の流入口１６ａに対してシール性を保持した状態で傾き得ると共に、戻り管２７の流入管２７ａは上下方向に容易に弾性変形し、かつ、ＥＧＲ配管２８の第３部分２８ｃも上下方向に容易に変形するため、ＥＧＲクーラ３０は触媒コンバータ１９の熱膨張に追従して容易に下降動する。このため、触媒コンバータ１９の熱膨張によって各配管に熱歪みが溜まるようなことはなくて、配管部分の耐久性を向上できる。
【００４０】
また、ＥＧＲクーラ３０が戻り管２７に規制されていて殆ど下向き動しない状態であっても、第１部分２８ａの後ろ向き部２８ａ′は容易にねじれ変形すると共に、第１部分２８ａの左右横長部２８ａ″は容易に曲がり変形するため、これら第１部分２８ａの変形により、触媒コンバータ１９の熱膨張を簡単に吸収できる。
【００４１】
また、第２部分２８ｂは第１部分２８ａより小径で剛性が低いため、触媒コンバータ１９の熱膨張によって第２部分２８ｂの容易に曲がり変形する。このため、触媒コンバータ１９の下降動によって、例えば第１部分２８ａと触媒コンバータ１９との接合部に応力が集中するようなことはない。結局、第１部分２８ａと第２部分２８ｂとが全体的に容易に曲がるため、触媒コンバータ１９の熱膨張を簡単に吸収できるのである。
【００４２】
図３から理解できるように、第１部分２８ａの後ろ向き部２８′は継手管１０（排気通路）に向けて下向きに僅かに傾斜している一方、継手管１０は下に行くに従ってシリンダブロック１に近づくように僅かに傾斜しており、このため、正面視方向から見て、後ろ向き部２８′と継手管１０とは直交している。また、図６（Ａ）のとおり、後ろ向き部２８ａ′は、当該後ろ向き部２８ａ′の接続部の箇所での継手管１０の接線と直交している。
【００４３】
そして、一方のパイプに穴を空けて他のパイプを溶接又はろう付けする場合、両者の軸心が直交してなかったり、一方のパイプが他方のパイプの接線に対して直交してなかったりすると、一方のパイプにドリル加工にて穴空けするに際してドリルが滑って加工が面倒であるのみならず、他方のパイプの先端を複雑に削り加工せねばならないため、加工が厄介で接合精度も低下するおそれがある。また、一方のパイプが熱膨張すると、接合部に複雑な応力が生じて特定部位に応力が集中するおそれもある。
【００４４】
これに対して本実施形態では、第１部分２８ａの後ろ向き部２８ａ′は継手管１０に対して直交していると共に、継手管１０の軸線方向から見ても当該継手管１０の接線に対して直交しているため、継手管１０への穴空け加工（ドリル加工）が容易であるのみならず、後ろ向き部２８ａ′の端面は継手管１０の曲率に合わせて対称に切削したら足りるため、後ろ向き部２８ａ′の切削加工も容易かつ高精度で行える。
【００４５】
しかも、触媒コンバータ１９の熱膨張による応力は後ろ向き部２８ａ′と継手管１０と接合部に略均等に生じるため、接合部のうちの特定箇所に応力が集中するようなことはなくて、高い接合強度を確保できる。従って、凝縮水の排出を確実化しつつ、部材の加工の容易性と接合強度の向上とに貢献できるのであり、この点、本実施形態の利点の１つである。
【００４６】
さて、金属は温度が高くなると強度が低下するため、高温になる部分ほど断面積を大きくしたり耐熱性の高い素材を使用したりする必要がある。しかるに、本実施形態では、第２部分２８ｂ（及び第３部分２８ｃ）は触媒コンバータ１９から遠いと共にＥＧＲクーラ３０に近いことから第１部分２８ａよりも温度が低いため、第１部分２８ａと同じ素材でかつ第１部分２８ａより小径であっても、必要な強度を確保することができる。従って、第２部分２８ｂ（及び第３部分２８ｃ）を小径とすることで、必要な強度を確保しつつコストを抑制できると共に、触媒コンバータ１９の熱膨張吸収にも貢献できる。
【００４７】
本願発明では、第１部分２８ａが平面視Ｌ形であることや、第２部分２８ａ及び第３部分２８ｃが小径であることで触媒コンバータ１９の熱膨張を吸収できる弱い部分が形成されており、これによって第１部分２８ａの付け根部（始端部）等に応力が集中することを緩和しているが、応力集中を抑制する弱い部分を設ける手段としては、他にも、例えば変形し易い素材を使用したり、肉厚を薄くしたり、オーバル管を使用して力が短手方向に掛かるように配置するなど、他の手段を採用してもよい（複数の手段を併用してもい。）。
【００４８】
本実施形態は、戻り管２７の始端は、ＥＧＲクーラ３０を挟んでウォータポンプ１０と反対側でかつＥＧＲクーラ３０よも上の位置においてシリンダヘッド２に固定されており、ＥＧＲ配管２８の始端は、ＥＧＲクーラ３０よりも下方の部位でかつウォータポンプ１０と反対側において触媒コンバータ１９の継手管２０に固定されている。このため、戻り管２７の始端と、戻り管２７の終端と、ＥＧＲ配管２８の始端とが三角形の頂点を成すように配置されており、ＥＧＲクーラ３０は三角形の内側に配置されている。このため、ＥＧＲクーラ３０は専用のブラケットを要することなく安定的に支持されている。従って、コスト抑制・軽量化に貢献できる。
【００４９】
また、既述のように、触媒コンバータ１９は下に行くほどシリンダブロック１から遠ざかるように傾斜しているが、かかる姿勢とすることにより、ＥＧＲクーラ３０をできるだけ大型化して触媒コンバータ１９とシリンダブロック１との間に配置できる。その結果、ＥＧＲガスの冷却性向上と冷却水の流れ抵抗抑制とに貢献できると共に、ＥＧＲクーラ３０で触媒コンバータ１９の熱害を阻止する機能を向上できる。
【００５０】
本実施形態では、ＥＧＲ配管２８の第３部分２８ｃは戻り管２７における流入管２７ａの後ろを通ってシリンダヘッド２に向かっている。すなわち、第３部分２８ｃと触媒コンバータ１９との間に戻り管２７の流入管２７ａが介在している。このため、ＥＧＲクーラ３０で冷却されたＥＧＲガスが触媒コンバータ１９で加熱されることを抑制できる。これによっても、充填効率を向上させて燃費向上に貢献できる。
【００５１】
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、ＥＧＲ配管にＥＧＲクーラを設けずに、１本のＥＧＲ配管が排気通路とシリンダヘッドとに接続されている構成であってもよい。ＥＧＲ配管の始端の接続部は必ずしも触媒コンバータの直下部である必要はなく、排気管に接続するなどしてもよい。ＥＧＲ配管は、排気通路から後ろ向きに延びてからいったん上向きに延び、それから横方向に延びるクランク形状であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本願発明は、内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  シリンダブロック
２  シリンダヘッド
１０  ウォータポンプ
１９  触媒コンバータ（触媒ケース）
２０  継手管
２７  冷却水の戻り管
２８  ＥＧＲ配管
２８ａ  第１部分
２８ａ′  第１部分の後ろ向き部
２８ａ″  第１部分の左右横長部
２８ｂ  ＥＧＲ配管の第２部分
２８ｃ  ＥＧＲ配管の第３部分
３０  ＥＧＲクーラ
３１，３２  フランジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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