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JP2002004955A - 排気ガス再循環システムを備える、特に自動車用内燃機関 - Google Patents

排気ガス再循環システムを備える、特に自動車用内燃機関

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JP2002004955A
JP2002004955A JP2001143578A JP2001143578A JP2002004955A JP 2002004955 A JP2002004955 A JP 2002004955A JP 2001143578 A JP2001143578 A JP 2001143578A JP 2001143578 A JP2001143578 A JP 2001143578A JP 2002004955 A JP2002004955 A JP 2002004955A
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internal combustion
combustion engine
duct
exhaust gas
cylinder head
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JP2001143578A
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Pietro Bianchi
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Iveco Fiat SpA
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Abstract

(57)【要約】 【課題】排気ガス再循環システムを備える自動車用内燃
機関 【解決手段】複数のシリンダーと、各シリンダー用に、
排気ガス用の少なくとも１つの排気ガスダクトと少なく
とも１つの吸気ダクトを規定するシリンダーヘッドと、
排気ダクトと連通する排気マニフォールドとを備える自
動車用内燃機関。内燃機関はさらに、再循環排気ガスを
排気マニフォールドから吸気ダクトに再循環させるシス
テムとを備え、再循環された排気ガスを吸気ダクトに分
配するための分配マニフォールドと、排気マニフォール
ドおよび分配マニフォールドの間に延出する再循環ダク
トを備え、少なくとも再循環ダクトの一部分は、シリン
ダーヘッド内に直接備えられ、シリンダーヘッドは、再
循環排気ガスを冷却する熱交換手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、排気ガスの再循
環システムを備える内燃機関、特に、自動車のジーゼル
型の内燃機関にに関し、これ以後の説明は何らの限定も
伴うことなくこれについて言及する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関が、複数のシリンダーと、各シ
リンダーのために、少なくとも１つの外気用吸気ダクト
と、前記複数のシリンダーと関連するすべての排気ダク
トから排気ガスを移送するのに適した排気マニフォール
ドと連通する少なくとも１つの排気ダクトを有する１つ
のシリンダーヘッドを備えることが知られる。
【０００３】内燃機関は、窒素オキサイドに基づく汚染
放出物を、特に現行の制限の範囲内で含有させることを
目的として、排気ガスの一部を排気マニフォールドから
吸気ダクトに再循環させるために、排気ガスを再循環さ
せるシステムを備える内燃機関が知られている。略称EG
R("exhaust gas recirculation")によって共通に指示さ
れる再循環システムは、排気マニフォールドから流出す
る排気ガスの流速を変更する適当な手段によって作動さ
れる制御弁と、排気マニフォールドと前記排気ガスを吸
気ダクトに分配するのに適した別のマニフォールドの間
に介装された再循環パイプとを有する。
【０００４】一般に、このEGRシステムは、通常は更
に、プレート型の熱交換器を備えており、この熱交換器
は、再循環パイプと直列をなして配置され、システムの
効率と内燃機関の効率を改善するために再循環ガスの温
度を低下させるのに適している。
【０００５】今説明したタイプの知られたEGRシステム
は、排気ガスと両立できる特性を備える熱交換器を使用
する結果として高価であり、これらのEGRシステムは、
熱交換器や様々な長さのパイプのような、取付けられ、
互いに接続される比較的多数の組立て部品を必要とし、
比較的長い組立て年月を有する。それにもかかわらず、
部品自体の間の様々なカップリング内における満足すべ
き気密性を保証することが必要である。
【０００６】更に、前記部品の設計を行うことは、部品
毎に異なる熱歪みを考慮に入れなければならず、高価で
微妙な熱補償部品、例えば、ベローズ型パイプを備えな
ければならない。
【０００７】更には、熱交換器によって占められるスペ
ース量が、エンジンルーム内に収容しようとする様々な
ユニットのレイアウトの設計を、ユニット自体をエンジ
ンルームに取付け／取り外す作業、定期的な検査および
メインテナンスと同様に、難しくする原因となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、上
記の問題点を単純で経済的な態様で解決することを可能
にする、特に自動車用の内燃機関を工夫することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明によって、再循
環ダクトの少なくとも一部がシリンダーヘッドに直接設
けられ、前記シリンダーヘッドが、再循環された排気ガ
スを冷却するための熱交換手段を備える点に特徴を有
し、複数のシリンダーと、前記各シリンダー用に、排気
ガス用の少なくとも１つの排気ガスダクトと少なくとも
１つの吸気ダクトを規定するシリンダーヘッドと、前記
排気ダクトと連通する排気マニフォールドと、再循環排
気ガスを前記排気マニフォールドから前記吸気ダクトに
再循環させるシステムとを備え、また、再循環された排
ガスを前記吸気ダクトに分配するための分配マニフォー
ルドと、前記の排気および分配マニフォールドの間に延
出する再循環ダクトを備える内燃機関、特に自動車用の
内燃機関が工夫される。
【００１０】
【発明の実施の形態】この発明を、この発明の具体例の
非限定的な例示を説明する添付図面を参照しつつ説明す
る。
【００１１】図１において、参照番号１は内燃機関、特
に、(図示しない)商用自動車用のジーゼル型の内燃機関
を示す。(略図で示す)この機関は、(その輪郭が図１に
おいて実線で示される)複数のシリンダー２と、軽合金
製で、各シリンダーのために、(それらの輪郭がやはり
図１において実線で示される)１組の吸気弁４と１組の
排気弁５を有する１つのシリンダーヘッド３とを備え
る。弁４と５は、前記シリンダーヘッド３内に設けら
れ、それぞれが参照番号９、１０で示される関連ポート
の開閉を制御するための、公知であり図示しない噴射時
期調整アセンブリーによって制御される。
【００１２】ポート９は、外気を吸気ダクト１２に移送
するための吸気側１４を規定するシリンダーヘッド３の
表面に、(図示しない)知られた態様でしっかりと気密に
接続された(略図で示す)吸気マニフォールド１３と、関
連する吸気ダクト１２を介して、連通する。
【００１３】他方において、ポート１０は、排気ガス
を、自動車の(図示しない)排気システムに移送するため
の排気側１８を規定するシリンダーヘッド３の表面に
(図示しない)知られた態様でしっかりと気密に接続され
た(図１に略図で示す)排気マニフォールド１７と、関連
する排気ダクト１６を介して、連通する。
【００１４】図２を参照すれば、シリンダーヘッド３
は、内燃機関の冷却回路の一部を形成する複数の室を有
し、この室を介してクーラントが通過する。特に、参照
番号２１で示されるこれらの室のうちの１つは、吸気側
１４、排気側１８および外側横方向面２４とによって画
定されたシリンダーヘッド３の横方向部分２２に設けら
れ、この室２１から、並んで配列され、図２の平面に対
して直角をなす複数の熱交換フィン２５が延出する。
【００１５】図２を更に参照すれば、内燃機関１は、略
称ＥＧＲ （”exhaust gas recirculation”)によっ
て共通に指示される排気ガス再循環システム２７を備え
ており、このシステムは、排気ガスの一部をマニフォー
ルド１７からダクト１２へ再循環させるように設計され
る。このシステム２７は、(図１に略図で示され、ずに
は一部が示される)弁２８を備える。この弁２８はマニ
フォールド１７の端部２９に一体化され、端部２９に設
けられた通路３０の開閉を制御し、そして、前記通路３
０を通過する排気ガスの流速を変化させるための(図示
しない)公知のタイプの電子光学的プロセッサーによっ
て制御される。
【００１６】端部２９は、通路３０の出口３２をダクト
３７の入り口３５と連通させるために、シリンダーヘッ
ド３の横方向面２２と気密状態に連結される。
【００１７】図２、図３に示すように、ダクト３７は、
横方向部分２２内において、表面２４に平行な方向Ａに
排気側１８から吸気側１４へと直接形成され、その位置
は、室２１に隣接し、表面２４と前記室２１の中間であ
る。
【００１８】ダクト３７は、弁２８から流れ出た排気ガ
スを移送し、複数の中間バッフル４３によって互いに複
数のチャンネル４０に分岐する中間部分３９を備える。
前記バッフルは、横方向部分２２と一体に形成され、室
２１と方向Ａに平行な表面２４の間に延出し、前記延出
方向は、特に、表面２４とフィン２５に対して直角をな
す。
【００１９】各チャンネル４０は、長方形の断面を備え
(図３参照)、前記複数のバッフル４３と互いに向き合う
２つの横方向の面４１とによって画定される。前記横方
向面４１の一方は表面２４の側に、他方は室２１の側に
配置される。
【００２０】ダクト３７は、吸気側１４に設けられた出
口４４を有し、吸気マニフォールド１３の部分４６に設
けられた通路４５と連通する。この部分４６は、横方向
部分２２と気密に結合されており、再循環された排気ガ
スが、内燃機関１に流入する外気の流れに加わることを
許容する。特に、内部において、再循環ガスと外気との
混合が発生するマニフォールド１３は、前記排気ガスを
様々な吸気ダクト内に一様に分配するために不可欠であ
る(図１、図２には示さない)知られたタイプの手段と配
管を備える。
【００２１】図４に示す変形は、(一部が示される)弁２
８が、ダクト３７の下流の通路４５の開閉を制御するた
めに、マニフォールド１７の部分２９よりはむしろマニ
フォールド１３の部分４６内で結合している点で図１〜
図３に示す解決案とは異なる。
【００２２】図示されない具体例の変形によれば、ダク
ト３７の出口４４は、マニフォールド１３とは異なる１
つのマニフォールドと連通し、排気ガスを様々な吸気ダ
クト１２に分配するのに好都合である。
【００２３】図５に示す変形においては、ダクト３７は
下流においてシリンダーヘッド３内に直接設けられ、排
気ガスをダクト１２内に分配するのに適したマニフォー
ルド４８と連通する。このマニフォールド４８は、ダク
ト３７と連通し、すべてのダクト１２と隣り合う位置に
おいて吸気側１４に沿って延出するブラインドチャンネ
ル４９と、それぞれがチャンネル４９と関連する吸気ダ
クト１２の間に延出する複数個の孔５０とを有する。
【００２４】内燃機関１の製造工程において、ダクト３
７は、シリンダーヘッド３の軽合金の鋳造体の製造時に
直接取得することが可能である。内燃機関１とシステム
２７の組み立て段階において、マニフォールド１３と１
７を前記シリンダーヘッド３に結合することが必要なだ
けであり、気密シールは、入り口３５と出口４４の部位
において公知のガスケットによって保証される。
【００２５】作動において、シリンダーヘッド３を通過
するダクト３７は、マニフォールド１７をマニフォール
ド１３または４８と直接連通させ、同時に、横方向部分
２２が、一方において横方向面４１とバッフル４３を規
定し、他方において室２１と再循環された排気がすを冷
却するためのフィン２５を規定する。
【００２６】実際、ダクト３７内に移送された排気ガス
の熱の一部は、バッフル４３と表面４１を通過して横方
向部分２２に移送され、そして、伝達によって横方向部
分２２を通過する。一方において、室２１内を循環する
冷却液が、他方において、フィン２５に作用する外気
が、横方向部分２２から熱を連続して奪い、それによっ
てマニフォールド１３、４８に再循環された排気ガスの
温度を低下させる。
【００２７】以上の説明から、シリンダーヘッド３が排
気ガスを排気側１８から吸気側１４に再循環する機能
と、再循環ガスの熱交換を行う機能の両方と一体である
ことが明らかである。したがって、システム２７は、一
方において、横方向部分２２によって規定される熱交換
器がシリンダーヘッド３の鋳造中に形成される点におい
て、製造コストを減少し、他方においては、組み立て時
間が極端に短い。実際、マニフォールド１３と１７をシ
リンダーヘッド３に結合することが必要なだけであっ
て、公知の解決策のような外側の熱交換器、或いは、マ
ニフォールド１３、１７を接続する長いパイプを取り付
けることは必要ではない。
【００２８】同じ理由で、システム２７は、殆どスペー
スを占めることなく、それによって、公知の解決策に関
連において、内燃機関のコンパートメント内に色々なユ
ニットの配置を計画することと、これらの取り付けおよ
び／または取り外し、そしてこれらのユニット自体の定
期的検査とメインテナンスを好都合に行うことができ
る。
【００２９】更に、以上の説明から、シリンダーヘッド
や排気マニフォールドのようなEGRシステムを備えない
内燃機関には存在しない特異な熱膨張にさらされる接続
コンポネントが存在しないこと、したがって、高価で繊
細な熱補償部品を配置する必要がないことが明らかであ
る。
【００３０】最後に、以上の説明から、説明した内燃機
関１が、この発明の保護範囲から逸脱しない変形と改変
を受けることが明らかである。
【００３１】特に、ダクト３７はシリンダーヘッド３の
一部にだけ設けられること、および／または、排気ガス
の冷却が示された構造体とは異なる構造体を介して、例
えば、室２１内にフィンを設けること、および／また
は、ダクト３７を二つの冷却室の中間位置設けることに
よって実行することが可能である。
【００３２】更には、バッフル４３が、チャンネル４０
を通過する排気ガスに作用する面を増大するために方向
Ａにおいて波状に形成すること、および／または、弁２
８がシリンダーヘッド３に部分的に一体構造とすること
が可能である。
【００３３】最後に、内燃機関１は、ジーゼルサイクル
以外にオットーサイクルで作動すること、および／また
は、自動車以外の用途に採用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にしたがって設計された排気ガス再循
環システムを備えた内燃機関の好ましい具体例を示す概
略的平面図。
【図２】図１の細部を拡大して示す断面図。
【図３】図２のIII‐III線に沿って、明確を期するため
に細部を省略した断面図。
【図４】細部を省略し、僅かに縮小を施した図２と類似
した図であって、排気ガス再循環システムの制御弁が図
２とは異なる場所に配置された１変形例。
【図５】図１と類似した図１の内燃機関のもう１つの変
形例。
【符号の説明】
１…内燃機関，２…シリンダー，３…シリンダーヘッ
ド，１２…吸気ダクト，１３，４８…分配マニフォール
ド，１６…排ガスダクト，１７…排ガスマニフォール
ド，２１…冷却室，２２…熱交換手段，２５…熱交換フ
ィン，２７…システム，３５…入り口，３７…再循環ダ
クト，３９…部分，４０…チャンネル，４３…バッフ
ル，４４…出口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｆ 1/32 Ｆ０２Ｆ 1/32 1/36 1/36 Ａ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも再循環ダクト(３７)の一部分
    は、シリンダーヘッド(３)内に直接備えられ、 前記シリンダーヘッド(３)は、再循環排気ガスを冷却す
    るための熱交換手段(２２)を備える点に特徴を有する、 複数のシリンダー(２)と、 前記各シリンダー用に、排気ガス用の少なくとも１つの
    排気ガスダクト(１６)と少なくとも１つの吸気ダクト
    (１２)を規定するシリンダーヘッド(３)と、 前記排気ダクト(１６)と連通する排気マニフォールド
    (１７)と、 再循環排気ガスを前記排気マニフォールドから前記吸気
    ダクト(１２)に再循環させるシステム(２７)とを備え、
    また、 再循環された排気ガスを前記吸気ダクト(１２)に分配す
    るための分配マニフォールド(１３，４８)と、 前記の排気マニフォールド(１７)および分配マニフォー
    ルド(１３，４８)の間に延出する再循環ダクト(３７)を
    備える内燃機関、特に自動車用の内燃機関(１)。
  2. 【請求項２】 前記熱交換手段(２２)は、前記シリンダ
    ーヘッド(３)内に設けられ、前記内燃機関(１)の冷却回
    路の一部を形成する、少なくとも１つの冷却室(２１)を
    備える点に特徴を有する請求項１記載の内燃機関。
  3. 【請求項３】 前記熱交換手段(２２)は、複数の熱交換
    フィン(２５)を備える点に特徴を有する請求項１または
    ２記載の内燃機関。
  4. 【請求項４】 前記熱交換フィン(２５)は、前記冷却室
    (２１)に関し、前記再循環ダクト(３７)とは反対側にお
    いて、前記シリンダーヘッド(３)の外側に延出する点に
    特徴を有する請求項２または３記載の内燃機関。
  5. 【請求項５】 前記熱交換手段(２２)は、前記再循環ダ
    クト(３７)の一部分(３９)を複数のチャンネル(４０)に
    分割するために、前記再循環ダクト(３７)内に配置され
    た複数の熱交換バッフル(４３)を備える点に特徴を有す
    る請求項１〜４のいずれか１記載の内燃機関。
  6. 【請求項６】 前記再循環ダクト(３７)は、完全に前記
    シリンダーヘッド(３)内に設けられ、前記排気マニフォ
    ールド(１７)に気密な態様で直接連結された入り口(３
    ５)と出口(４４)を備え、前記入り口と出口は、それぞ
    れ、前記分配マニフォールド(１３)に連結される点に特
    徴を有する請求項１〜５のいずれか１記載の内燃機関。
  7. 【請求項７】 前記再循環ダクト(３７)は、前記シリン
    ダーヘッド(３)内に直接設けられた前記分配マニフォー
    ルド(４８)と連通する点に特徴を有する請求項〜５のい
    ずれか１記載の内燃機関。
JP2001143578A 2000-05-12 2001-05-14 排気ガス再循環システムを備える、特に自動車用内燃機関 Expired - Lifetime JP4629264B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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