(57)【要約】【課題】  排気系に対するＥＧＲパイプの接続部におけるガスシール性を確保しつつ、排気系に対するＥＧＲパイプの接続部に集中的に作用する種々の応力を吸収緩和し、接続部に亀裂等が発生することを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるエンジンのＥＧＲ構造の提供。【解決手段】  エキゾーストマニホールド本体部４の側壁４１外面に密着固定される外側接続パイプ２と排気ガス取出穴４１の開口縁部から外側に向けて起立する内側接続パイプ４２との間に形成された環状隙間２２内にはＥＧＲパイプ１の先端開口縁部に形成された外向き係止フランジ部１１および環状ガスケット３を外側接続パイプ２の装着側開口縁部に形成された内向き係止フランジ部２１方向に押圧することによりＥＧＲパイプ１と外側接続パイプ２との間のガスシール性を維持させる方向に付勢するコイルスプリング５が収容された構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系からＥＧＲパイプを介して排気ガスの一部を取り出し、エンジンの吸気系に循環させるようにしたエンジンのＥＧＲ構造において、
基端側が前記吸気系に接続されたＥＧＲパイプの先端開口縁部に外向きに屈曲する外向き係止フランジ部が形成され、
該外向き係止フランジ部の外周に装着可能な外側接続パイプにおける装着側開口縁部に前記外向き係止フランジ部と軸方向に対面する内向き係止フランジ部が形成され、
該内向き係止フランジ部と外向き係止フランジ部との間にＥＧＲパイプと外側接続パイプとの間をガスシールする環状ガスケットが介装され、
前記排気系側には該排気系の側壁に形成される排気ガス取出穴の開口縁部から外側に向けて起立する内側接続パイプが設けられ、
該内側接続パイプの先端部が前記ＥＧＲパイプの先端開口部内に挿入されることにより該ＥＧＲパイプと内側接続パイプとの間のガスシール行われるように該内側接続パイプの外径が設定され、
前記内側接続パイプの外周を囲繞する状態で前記外側接続パイプの非装着側開口縁部が前記排気系の側壁外面に密着固定されることにより該外側接続パイプと内側接続パイプとの間に環状隙間が形成され、
該環状隙間内には前記外向き係止フランジ部および環状ガスケットを内向き係止フランジ部方向に押圧することにより前記ＥＧＲパイプと外側接続パイプとの間のガスシール性を維持させる方向に付勢するコイルスプリングが収容されていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ構造。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ構造において、通常時は前記内側接続パイプの先端開口縁部とＥＧＲパイプの先端開口縁部との間に軸方向隙間が形成され、ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張することで環状ガスケットによるガスシール性が低下する時点で前記軸方向隙間がなくなるように該軸方向隙間の寸法が設定されていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ構造。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ構造において、前記ＥＧＲパイプの先端開口縁部には前記内側接続パイプにおける先端部の挿入を案内する環状テーパ面が形成されていることを特徴とするエンジンのＥＧＲ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのＥＧＲ構造に関し、特に、エキゾーストマニホールドに対するＥＧＲパイプ接続構造の改良技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エキゾーストマニホールド（排気系）からＥＧＲパイプを介して排気ガスの一部を取り出し、ＥＧＲパイプの途中に介装されたＥＧＲバルブにより適当な温度・時期・流量等の制御をしてエンジン吸気系へ再循環させることにより、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減させるＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）が広く実施されている。
【０００３】
ところで、前記ＮＯｘは、エンジンの燃焼室内での燃焼時に、高温下で空気中の窒素（Ｎ2 ）と酸素（Ｏ2 ）が反応することにより生成され、その生成量は酸素濃度・燃焼温度が高い程増大するものであるため、酸素濃度・燃焼温度を低減させて反応を抑制することがＮＯｘ低減の一つの有効な手段となる。
【０００４】
そこで、排気ガス、つまり燃焼ずみのガスはその大部分が不活性ガス（Ｈ2 Ｏ、Ｎ2 、ＣＯ2 等）であるため、それを燃焼混合気中に入れると、吸入空気の酸素濃度が低減すると共に、不活性ガスの持つ熱容量により最高燃焼温度が低下するためにＮＯｘが低減される。
【０００５】
そして、従来のＥＧＲ装置は、一般に、エンジンの吸気系に接続されたＥＧＲパイプを、エキゾーストマニホールド本体部の側壁に形成された穴に対し溶接により接続固定するという接続構造となっている（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００６】
また、ＥＧＲパイプは、主に良好な流通、成形性を確保するために、ＥＧＲパイプが溶接固定されるエキゾーストマニホールド本体部とは異なる材質で製造されることが多い。例えば、ＥＧＲパイプはＳＵＳ３０４、エキゾーストマニホールドはＳＵＳ４２４やＳＵＳ４３０で製造される（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２１４２６１号公報  （明細書（３）頁、図１）
【特許文献２】特開２００１−７３７６０号公報  （明細書（２）頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＥＧＲ装置は、上述のように、ＥＧＲパイプとエキゾーストマニホールド本体部とが異なる材質で製造され、また、エンジンの吸気系に接続されたＥＧＲパイプを、排気系であるエキゾーストマニホールド本体部の側壁に形成された穴に対し溶接により接続固定するという接続構造となっていたため、以下に述べるような問題点があった。
【０００９】
即ち、上述のように、ＥＧＲパイプと該ＥＧＲパイプが溶接固定されるエキゾーストマニホールド本体部の材質が異なることによる熱膨張の差および形状の相違等による剛性バランスの差により、表面温度が高い溶接固定部に熱応力が集中する。なお、ＥＧＲパイプとエキゾーストマニホールド本体部の材質が同じ場合であっても、排気ガス規制に対処する上でエキゾーストマニホールド本体部の表面温度はより高いものとなるため、溶接固定部に熱応力が集中することは避けられない。
【００１０】
また、前述のようにＥＧＲ装置を備えることによってＮＯｘの排出量を減らすことができるが、同時にＥＧＲガス量に相当する分だけ新気の供給量が減少するため、特に、高負荷域でのエンジン出力不足が懸念され、また燃焼が不安定となるため、運転性の悪化、ＨＣエミッションの悪化等の問題をもたらすことになる。そこで、そうした犠牲を極力少なくするために、ＥＧＲバルブにより運転状況に応じたＥＧＲ量および時期の制御を行うことが必要となる。一般的には冷寒時、アイドル時、高負荷時等にはＥＧＲバルブを閉じることにより、エンジン吸気系への還流排気ガスの流れを遮断させるようにしている。
【００１１】
このように、高温の還流排気ガスがＥＧＲパイプ内を流れたり止まったりすることで、ＥＧＲパイプの温度が頻繁に大きく変動し、これにより、膨張・収縮の繰り返しによる応力が溶接固定部（接続部）に集中する。
【００１２】
さらに、ＥＧＲパイプはエンジンの吸気系とエキゾーストマニホールドとの間を接続するパイプであるためその長さが長く、かつ排気系のパイプに比べて細いため、その剛性が低く、このため、エンジンや車体の振動が伝わることで揺れ動き易いのに対し、エキゾーストマニホールドは剛性が高いため、相対振動量に大きな差が生じ、従って、溶接固定部に曲げ応力が集中する。
従って、エキゾーストマニホールドの本体部に対するＥＧＲパイプの溶接固定部に複数種類の応力が集中することで、溶接固定部（接続部）に亀裂等を発生させる虞があるという問題がある。
【００１３】
本発明の解決しようとする課題は、排気系に対するＥＧＲパイプの接続部におけるガスシール性を確保しつつ、排気系に対するＥＧＲパイプの接続部に集中的に作用する応力を吸収緩和することにより、接続部に亀裂等が発生することを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるエンジンのＥＧＲ構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため請求項１記載のエンジンのＥＧＲ構造は、排気系からＥＧＲパイプを介して排気ガスの一部を取り出し、エンジンの吸気系に循環させるようにしたエンジンのＥＧＲ構造において、基端側が前記吸気系に接続されたＥＧＲパイプの先端開口縁部に外向きに屈曲する外向き係止フランジ部が形成され、該外向き係止フランジ部の外周に装着可能な外側接続パイプにおける装着側開口縁部に前記外向き係止フランジ部と軸方向に対面する内向き係止フランジ部が形成され、該内向き係止フランジ部と外向き係止フランジ部との間にＥＧＲパイプと外側接続パイプとの間をガスシールする環状ガスケットが介装され、前記排気系側には該排気系の側壁に形成される排気ガス取出穴の開口縁部から外側に向けて起立する内側接続パイプが設けられ、該内側接続パイプの先端部が前記ＥＧＲパイプの先端開口部内に挿入されることにより該ＥＧＲパイプと内側接続パイプとの間のガスシール行われるように該内側接続パイプの外径が設定され、前記内側接続パイプの外周を囲繞する状態で前記外側接続パイプの非装着側開口縁部が前記排気系の側壁外面に密着固定されることにより該外側接続パイプと内側接続パイプとの間に環状隙間が形成され、該環状隙間内には前記外向き係止フランジ部および環状ガスケットを内向き係止フランジ部方向に押圧することにより前記ＥＧＲパイプと外側接続パイプとの間のガスシール性を維持させる方向に付勢するコイルスプリングが収容されていることを特徴とする手段とした。
【００１５】
請求項２記載のエンジンのＥＧＲ構造は、請求項１に記載のエンジンのＥＧＲ構造において、通常時は前記内側接続パイプの先端開口縁部とＥＧＲパイプの先端開口縁部との間に軸方向隙間が形成され、ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張することで環状ガスケットによるガスシール性が低下する時点で前記軸方向隙間がなくなるように該軸方向隙間の寸法が設定されていることを特徴とする手段とした。
【００１６】
請求項３記載のエンジンのＥＧＲ構造は、請求項２に記載のエンジンのＥＧＲ構造において、前記ＥＧＲパイプの先端開口縁部には前記内側接続パイプにおける先端部の挿入を案内する環状テーパ面が形成されていることを特徴とする手段とした。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１記載のエンジンのＥＧＲ構造では、上述のように、排気系の側壁外面に密着固定される外側接続パイプと排気ガス取出穴の開口縁部から外側に向けて起立する内側接続パイプとの間に形成された環状隙間内にはＥＧＲパイプの先端開口縁部に形成された外向き係止フランジ部および環状ガスケットを外側接続パイプの装着側開口縁部に形成された内向き係止フランジ部方向に押圧することによりＥＧＲパイプと外側接続パイプとの間のガスシール性を維持させる方向に付勢するコイルスプリングが収容された構成としたことにより、排気系に対するＥＧＲパイプの接続部におけるガスシール性を確保することができる。
【００１８】
また、ＥＧＲパイプが加熱されて軸方向に熱膨張すると、ＥＧＲパイプの先端部の外向き係止フランジ部がコイルスプリングの付勢力に抗して内側接続パイプと外側接続パイプとの間に形成された環状隙間内にもぐり込むことで、排気系に対するＥＧＲパイプの接続部に集中的に作用する応力が吸収緩和されるもので、これにより、接続部に亀裂等が発生することを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるようになるという効果が得られる。
【００１９】
なお、以上のように、外向き係止フランジ部が内側接続パイプと外側接続パイプとの間に形成された環状隙間内にもぐり込むことで、環状ガスケットによる外側接続パイプとＥＧＲパイプとの間のガスシール性が低下するが、上述のように、内側接続パイプの先端部がＥＧＲパイプの先端開口部内に挿入されることによりＥＧＲパイプと内側接続パイプとの間のガスシール行われるように内側接続パイプの外径が設定されているため、ＥＧＲパイプと内側接続パイプとの間のガスシール性を維持させることができる。
【００２０】
また、ＥＧＲパイプが振動することで、接続部に曲げ応力が集中するが、この場合も、ＥＧＲパイプと内側接続パイプとがその重なり部を中心とし屈曲可能であるため、ガスシール性を維持しつつ曲げ応力を吸収緩和することができるようになり、これにより、曲げ応力に対しても接続部に亀裂等が発生することを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるようになるという効果が得られる。
【００２１】
また、請求項２記載のエンジンのＥＧＲ構造では、上述のように、通常時は前記内側接続パイプの先端開口縁部とＥＧＲパイプの先端開口縁部との間に軸方向隙間が形成され、ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張することで環状ガスケットによるガスシール性が低下する時点で前記軸方向隙間がなくなるように該軸方向隙間の寸法が設定されることにより、ＥＧＲパイプと内側接続パイプとの間のガスシールが行われるため、排気系に対するＥＧＲパイプ接続部のガスシール性を維持させることができる。
【００２２】
また、ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張した状態におけるＥＧＲパイプと内側接続パイプとの重なり部の軸方向長さを極力短くすることができるため、重なり部の径方向隙間を極力小さく設定してガスシール性を高めても、重なり部におけるＥＧＲパイプと内側接続パイプとの間の屈曲自由度が大きくなり、これにより、ＥＧＲパイプの振動に基づいて接続部に発生する曲げ応力の吸収能力を拡大させることができるようになる。
【００２３】
また、請求項３記載のエンジンのＥＧＲ構造では、上述のように、前記ＥＧＲパイプの先端開口縁部には前記内側接続パイプにおける先端部の挿入を案内する環状テーパ面が形成されることにより、内側接続パイプの先端開口縁部とＥＧＲパイプと間に軸方向隙間が形成された通常状態から、ＥＧＲパイプが軸方向に熱膨張する際に、ＥＧＲパイプの先端開口部内に内側接続パイプの先端部をスムーズに挿入させることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２５】
この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造は、請求項１、３に記載の発明に対応する。
まず、この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例１のエンジンのＥＧＲ構造における要部を示す断面図である。
【００２６】
この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造は、排気系からＥＧＲパイプを介して排気ガスの一部を取り出し、エンジンの吸気系に循環させるようにしたものであり、基端側が図示を省略した吸気系に接続されたＥＧＲパイプ１の先端開口縁部には外向きに屈曲する外向き係止フランジ部１１が形成され、該ＥＧＲパイプ１の先端開口縁部には、外向き係止フランジ部１１の基部との間を円弧で滑らかに接続する湾曲部（環状テーパ面）１２が形成されている。
【００２７】
また、前記ＥＧＲパイプ１の先端部外周には、外側接続パイプ２が装着されている。即ち、この外側接続パイプ２は、前記外向き係止フランジ部１１の外周に装着可能な内径を有していて、この外側接続パイプ２における装着側開口縁部にはＥＧＲパイプ１の外向き係止フランジ部１１と軸方向に対面する内向き係止フランジ部２１が形成され、この内向き係止フランジ部２１と外向き係止フランジ部１１との間にＥＧＲパイプ１と外側接続パイプ２との間をガスシールする環状ガスケット３が介装されている。
【００２８】
一方、排気系を構成するエキゾーストマニホールド本体部４の側壁４１に形成される排気ガス取出穴４１ａの開口縁部から外側に向けて起立する内側接続パイプ部４２が一体に設けられている。この内側接続パイプ４２は、その先端部がＥＧＲパイプ１の先端開口部内に挿入されることにより該ＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２との間のガスシール行われるように該内側接続パイプ４２の外径が設定されている。
【００２９】
そして、この内側接続パイプ４２の外周を囲繞する状態で前記外側接続パイプ２の非装着側開口縁部をエキゾーストマニホールド本体部４における側壁４１の外面に密着させた状態で溶接固定することにより該外側接続パイプ２と内側接続パイプ４２との間に環状隙間２２が形成され、この環状隙間２２内には外向き係止フランジ部１１および環状ガスケット３を内向き係止フランジ部２１方向に押圧することによりＥＧＲパイプ１と外側接続パイプ２との間のガスシール性を維持させる方向に付勢するコイルスプリング５が収容されている。
【００３０】
なお、前記ＥＧＲパイプ１の途中には、ＥＧＲバルブ（図示せず）が介装されていて、運転状況に応じてＥＧＲ量および時期の制御を行うことにより、ＥＧＲ
による犠牲（運転性の悪化、ＨＣエミッションの悪化等）を抑制しつつ、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を低減させるようになっている。
【００３１】
次に、この実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１のエンジンのＥＧＲ構造では、上述のように、エキゾーストマニホールド本体部４における側壁４１の外面に密着固定される外側接続パイプ２と排気ガス取出穴４１ａの開口縁部から外側に向けて起立する内側接続パイプ４２との間に形成された環状隙間２２内にはＥＧＲパイプ１の先端開口縁部に形成された外向き係止フランジ部１１および環状ガスケット３を外側接続パイプ２の装着側開口縁部に形成された内向き係止フランジ部２１方向に押圧することによりＥＧＲパイプ１と外側接続パイプ２との間のガスシール性を維持させる方向に付勢するコイルスプリング５が収容された構成とし、さらに、図１（イ）に示すように、内側接続パイプ４２の先端部をＥＧＲパイプ１の先端開口部内に挿入することによりＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２との間のガスシール行われるように該内側接続パイプ４２の外径が設定されることにより、エキゾーストマニホールド本体部４に対するＥＧＲパイプ１の接続部におけるガスシール性を確保することができる。
【００３２】
また、ＥＧＲパイプ１の先端開口縁部に外向き係止フランジ部１１の基部との間を円弧で滑らかに接続する湾曲部（環状テーパ面）１２が形成されている構成とすることにより、ＥＧＲパイプ１の先端開口部内に挿入した状態で組み付けられる内側接続パイプ４２の組み付け作業性を高めることができるようになる。
【００３３】
また、ＥＧＲパイプ１が加熱されて軸方向に熱膨張すると、図１（ロ）に示すように、ＥＧＲパイプ１の先端部の外向き係止フランジ部１１がコイルスプリング５の付勢力に抗して内側接続パイプ４２と外側接続パイプ２との間に形成された環状隙間２２内にもぐり込むことで、エキゾーストマニホールド本体部４に対するＥＧＲパイプ１の接続部に集中的に作用する応力が吸収緩和されるもので、これにより、接続部に亀裂等が発生することを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるようになるという効果が得られる。
【００３４】
なお、以上のように、外向き係止フランジ部１１が内側接続パイプ４２と外側接続パイプ２との間に形成された環状隙間２２内にもぐり込むことで、環状ガスケット３による外側接続パイプ２とＥＧＲパイプ１との間のガスシール性が低下するが、上述のように、内側接続パイプ４２の先端部がＥＧＲパイプ１の先端開口部内に深く挿入されることにより、ＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２との間のガスシール行われるように内側接続パイプ４２の外径が設定されているため、ＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２との間のガスシール性は維持された状態となる。
【００３５】
また、ＥＧＲパイプ１が振動することで、接続部に曲げ応力が集中するが、この場合も、ＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２とがその重なり部を中心とし屈曲可能であるため、ガスシール性を維持しつつ曲げ応力を吸収緩和することができるようになる。
【００３６】
以上のように、ＥＧＲパイプ１の接続部に集中的に作用する種々の応力を吸収緩和することができるため、ガスシール性を維持しつつ接続部に亀裂や破損が生じることを防止して耐久性および信頼性を向上させることができるようになるという効果が得られる。
【００３７】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分に同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００３８】
この実施例２のエンジンのＥＧＲ構造は、図２（イ）（要部を示す断面図）に示すように、通常時は内側接続パイプ４２の先端開口縁部とＥＧＲパイプ１の先端開口縁部との間に軸方向隙間ｈが形成され、ＥＧＲパイプ１が軸方向に熱膨張することで環状ガスケット３によるガスシール性が低下する時点で前記軸方向隙間ｈがなくなるように該軸方向隙間ｈの寸法が設定されている点が、前記実施例１とは相違したものである。
【００３９】
従って、この実施例２では、ＥＧＲパイプ１が軸方向に熱膨張することで環状ガスケット３によるガスシール性が低下しても、内側接続パイプ４２の先端開口縁部とＥＧＲパイプ１の先端開口縁部との間の軸方向隙間ｈがなくなるため、ＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２との間がガスシールされた状態となり、これにより、エキゾーストマニホールド本体部４に対するＥＧＲパイプ１の接続部におけるガスシール性を確保することができる。
【００４０】
また、ＥＧＲパイプ１が軸方向に熱膨張した状態におけるＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２との重なり部の軸方向長さを極力短くすることができるため、重なり部の径方向隙間を極力小さく設定してガスシール性を高めても、重なり部におけるＥＧＲパイプ１と内側接続パイプ４２との間の屈曲自由度が大きくなり、これにより、ＥＧＲパイプ１の振動に基づいて接続部に発生する曲げ応力の吸収能力を拡大させることができるようになる。
【００４１】
また、ＥＧＲパイプ１の先端開口縁部には内側接続パイプ４２における先端部の挿入を案内する湾曲部（環状テーパ面）１２が形成されることにより、内側接続パイプ４２の先端開口縁部とＥＧＲパイプ１と間に軸方向隙間ｈが形成された通常状態から、ＥＧＲパイプ１が軸方向に熱膨張する際に、ＥＧＲパイプ１の先端開口部内に内側接続パイプ４２の先端部をスムーズに挿入させることができるようになる。
【００４２】
以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、エキゾーストマニホールド本体部４にＥＧＲパイプ１を接続させるようにしたが、エキゾーストマニホールド以外の排気系に接続させるようにしてもよい。
【００４３】
また、実施例では、内側接続パイプ部４２をエキゾーストマニホールド本体部４の側壁４１と一体に形成したが、別体に形成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施例１のエンジンのＥＧＲ構造における要部を示す断面図である。
【図２】実施例２のエンジンのＥＧＲ構造における要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  ＥＧＲパイプ
１１  外向き係止フランジ部
１２  湾曲部（環状テーパ面）
２  外側接続パイプ
２１  内向き係止フランジ部
２２  環状隙間
３  環状ガスケット
４  エキゾーストマニホールド本体部（排気系）
４１  側壁
４１ａ  排気ガス取出穴
４２  内側接続パイプ
５  コイルスプリング
ｈ  軸方向隙間
【図１】
2005083366.tif 000003
【図２】
2005083366.tif 000004