JP2007315345A - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスと新気との混合を促進することのできる内燃機関の吸気構造を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ合流管３３ｃは、上水平管１８ａ及び下水平管１８ｂに挟まれるように配置されると共に湾曲管１８ｃに接続されている。ここで、湾曲部１８の湾曲形状の向きが変わる位置を変曲点Ｓと定義し、ＥＧＲ合流管３３ｃの軸方向の中心線を中心軸線Ｌと定義すると、中心軸線Ｌが変曲点Ｓよりも下流側に位置するように、ＥＧＲ合流管３３ｃが湾曲管１８ｃに接続されている。
【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関の吸気構造に係り、特に、Ｖ型エンジンのように２つのバンクを有すると共に２つのバンク間で不等間隔に爆発が生じる内燃機関の吸気構造に関する。

ＥＧＲガスと新気との混合を促進するための従来の内燃機関の吸気構造が、例えば、特許文献１〜３に記載されている。特許文献１に記載されるＶ型ディーゼルエンジンは、各バンクへ供給される新気が流通する通路をＹ字状に合流させると共にその合流部分にＥＧＲガスを戻すことにより、新気とＥＧＲガスとが効率よく混合されるようにして、気筒間におけるＥＧＲ率（新気とＥＧＲガスとの混合気中におけるＥＧＲガスの割合）のばらつきを低減させている。特許文献２及び３のエンジンは、インテークマニホールドに湾曲部を設けると共にその湾曲部にＥＧＲガスを戻すことにより、新気とＥＧＲガスとを混合しやすくさせている。

特開２００５−１３３６４４号公報 実開昭６３−２００６５５号公報 実開平１−１３００５７号公報

しかしながら、特許文献１のＶ型ディーゼルエンジンにおいて、２つの新気の合流部は淀み領域になるため、ＥＧＲガスがこの合流部に入りにくくなり、ＥＧＲガスの還流量が減少してしまうといった問題点があった。また、Ｖ型ディーゼルエンジンにおいて、特許文献２及び３のようにインテークマニホールドへＥＧＲガスを戻す構成にすると、各バンク間で不等間隔に爆発が生じる場合には各ポートで吸気及び排気の圧力脈動が一定にならないため、たとえ新気とＥＧＲガスとの混合が向上したとしても、各気筒でのＥＧＲ率が同じにならないといった問題点があった。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ＥＧＲガスと新気との混合を促進することのできる内燃機関の吸気構造を提供することを目的とする。

２つのバンクを有し各バンク間で不等間隔に爆発が生じる内燃機関の吸気構造において、各バンクに連通し、新気が流通する２つの新気通路と、一端が各バンクに連通し、内燃機関の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして流通する２つのＥＧＲ管と、２つのＥＧＲ管に連通する１つのＥＧＲ合流管とを備え、２つの新気通路は、それらの一部分が互いに合流すると共にＵ字状に湾曲して形成された湾曲部を有し、ＥＧＲ合流管の中心軸線が湾曲部の変曲点よりも下流側に位置するように、ＥＧＲ合流管が湾曲部に接続されていることを特徴とする。湾曲部の変曲点の下流側には、新気の流れの乱れが強く圧力の低い剥離領域が形成されるので、ＥＧＲ合流管を流通するＥＧＲガスは剥離領域に流入しやすくなる。

この発明によれば、２つのバンクに連通し、新気が流通する２つの新気通路と、一端が各バンクに連通し、ＥＧＲガスが流通する２つのＥＧＲ管と、２つのＥＧＲ管に連通する１つのＥＧＲ合流管とを備え、２つの新気通路は、それらの一部分が互いに合流すると共にＵ字状に湾曲して形成された湾曲部を有し、ＥＧＲ合流管の中心軸線が湾曲部の変曲点よりも下流側に位置するように、ＥＧＲ合流管が湾曲部に接続されている。湾曲部の変曲点の下流側には、新気の流れの乱れが強く圧力の低い剥離領域が形成されることにより、ＥＧＲ合流管を流通するＥＧＲガスは剥離領域に流入しやすくなるので、ＥＧＲガスと新気との混合を促進することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この実施の形態に係る吸気構造を備えた内燃機関の模式図を示す。内燃機関であるディーゼルエンジン１は、２つのバンク３ａ，３ｂを有するＶ型８気筒ディーゼルエンジンである。各バンク３ａ，３ｂはそれぞれ４つの気筒６を有している。各バンク３ａ，３ｂにはそれぞれ、各気筒６に２つの吸気ポート７を介して連通するインテークマニホールド１４が接続され、各気筒６に２つの排気ポート５を介して連通するエキゾーストマニホールド１５が接続されている。各インテークマニホールド１４にはそれぞれ、新気通路１７ａ，１７ｂが接続されている。すなわち、新気通路１７ａ，１７ｂは、各インテークマニホールド１４を介して、各バンク３ａ，３ｂに連通している。インテークマニホールド１４の近傍で、新気通路１７ａ，１７ｂは、それらの一部分が合流すると共にＵ字状に湾曲することにより、湾曲部１８を形成している。

図２に示されるように、湾曲部１８は、新気通路１７ａ，１７ｂの合流部分１７ｄに形成された開口１７ｃから鉛直下方に向かって延びた後、水平方向に向きを変えて、新気通路１７ａ，１７ｂの上流方向に向かって延びる上水平管１８ａを有している。上水平管１８ａの端部には、Ｕ字状に１８０°湾曲した湾曲管１８ｃの一端が接続されている。湾曲管１８ｃの他端には、新気通路１７ａ，１７ｂの下流方向に向かって延びる下水平管１８ｂの一端が接続されている。下水平管１８ｂの他端は、鉛直下方に向きを変えて延びた後、新気通路１７ａ，１７ｂの分岐部分１７ｅに形成された開口１７ｆに接続されている。

図１に示されるように、湾曲部１８よりも上流側において、新気通路１７ａ，１７ｂにはそれぞれ、過給機１１のコンプレッサー２３と、新気の流量を調整するディーゼルスロットルバルブ２７とが設けられている。コンプレッサー２３とディーゼルスロットルバルブ２７との間には、インタークーラー２５が設けられている。インタークーラー２５は内部で冷却室２５ａ，２５ｂの２つに仕切られており、冷却室２５ａは新気通路１７ａ上に配置されると共に冷却室２５ｂは新気通路１７ｂに配置されている。冷却室２５ａ，２５ｂの出口２５ａ１，２５ｂ１は、連通管１９によって連通されている。

各エキゾーストマニホールド１５にはそれぞれ排気管９が接続され、各排気管９には、過給機１１のタービン１３が設けられている。また、各エキゾーストマニホールド１５にはそれぞれ、ＥＧＲ管３３ａ，３３ｂの一端が接続されている。すなわち、ＥＧＲ管３３ａ，３３ｂの一端はそれぞれ、各バンク３ａ，３ｂに連通している。ＥＧＲ管３３ａ，３３ｂにはそれぞれ、ＥＧＲクーラー３５とＥＧＲバルブ３７が設けられている。ＥＧＲ管３３ａ，３３ｂの他端はそれぞれ、ミキサ２９に接続されている。ミキサ２９にはＥＧＲ合流管３３ｃの一端が接続され、ＥＧＲ合流管３３ｃの他端は、湾曲部１８の湾曲管１８ｃに接続されている。したがって、ＥＧＲ合流管３３ｃは、ミキサ２９を介して、２つのＥＧＲ管３３ａ，３３ｂに連通している。

図３に示されるように、ＥＧＲ合流管３３ｃは、上水平管１８ａ及び下水平管１８ｂに挟まれるように配置されると共に湾曲管１８ｃに接続されている。すなわち、ＥＧＲ合流管３３ｃは、湾曲管１８ｃの湾曲の内側に接続されている。ここで、湾曲部１８の湾曲形状の向きが変わる位置を変曲点Ｓと定義し、ＥＧＲ合流管３３ｃの軸方向の中心線を中心軸線Ｌと定義すると、中心軸線Ｌが変曲点Ｓよりも下流側に位置するように、ＥＧＲ合流管３３ｃが湾曲管１８ｃに接続されている。

次に、この実施の形態に係る吸気構造を備えた内燃機関の動作を説明する。
図１に示されるように、ディーゼルエンジン１が始動すると、ディーゼルエンジン１の外部から新気が取り入れられて、新気通路１７ａ，１７ｂのそれぞれを新気が流通する。新気通路１７ａ，１７ｂのそれぞれを流通する新気は、過給機１１のコンプレッサー２３によって圧縮された後、インタークーラー２５の冷却室２５ａ，２５ｂにそれぞれ流入して冷却される。冷却室２５ａ，２５ｂにおいて冷却された新気はそれぞれ、出口２５ａ１，２５ｂ１から流出すると、連通管１９を介して混合される。これにより、インタークーラー２５より下流の新気通路１７ａ，１７ｂにはそれぞれ均等に新気が分配されるようになり、新気の圧力脈動が低減される。

その後、新気通路１７ａ，１７ｂを流通する新気はそれぞれ、ディーゼルスロットルバルブ２７によって流量が制御されて、合流部分１７ｄにおいて合流する。合流した新気は、開口１７ｃから湾曲部１８に流入する。湾曲部１８を流通した新気は、分岐部分１７ｅにおいて、開口１７ｆを介して、再び新気通路１７ａ，１７ｂのそれぞれに分配され、各インテークマニホールド１４に流入する。各インテークマニホールド１４において、新気は各吸気ポート７を介して各気筒６内に吸入される。

各気筒６内の新気は、図示しないピストンによって圧縮されて、燃料が添加されることにより燃焼する。各気筒６内で順次に燃焼が起こることにより、バンク３ａ，３ｂ間で不等間隔に爆発が生じる。燃焼後、各気筒６内に排気ガスが生成され、排気ポート５を介してエキゾーストマニホールド１５に排出される。各エキゾーストマニホールド１５内の排気ガスは、その一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ管３３ａ，３３ｂのそれぞれに流入し、残りが各排気管９に流入する。各排気管９を流通する排気ガスが過給機１１のタービン１３を駆動することにより、前述したコンプレッサー２３が駆動される。一方、ＥＧＲ管３３ａ，３３ｂのそれぞれを流通するＥＧＲガスは、各ＥＧＲクーラー３５によって冷却された後、各ＥＧＲバルブ３７によって流量が制御され、ミキサ２９に流入して混合される。これにより、ＥＧＲガスの圧力脈動が低減される。ミキサ２９において混合されたＥＧＲガスは、ＥＧＲ合流管３３ｃを流通して湾曲部１８内に流入し、湾曲部１８を流通する新気と混合される。

次に、湾曲部１８における新気とＥＧＲガスとの混合について、図３に基づいてさらに詳細に説明する。
湾曲部１８に流入した新気は、上水平管１８ａを流通した後、湾曲管１８ｃに流入し、湾曲管１８ｃの湾曲形状に沿って流通する。この際、湾曲管１８ｃの湾曲の内側であって変曲点Ｓよりもやや下流、すなわち、湾曲管１８ｃとＥＧＲ合流管３３ｃとの接続部分付近に、新気の流れの乱れが強く圧力の低い剥離領域（斜線部分）が形成される。このため、ＥＧＲ合流管３３ｃを流通するＥＧＲガスが湾曲管１８ｃに流入する際、圧力の低い剥離領域に流入しやすくなる。また、剥離領域は新気の流れの乱れが強いために、剥離領域に流入されたＥＧＲガスは新気と良好に混合される。さらに、剥離領域は、湾曲管１８ｃにおいて変曲点Ｓよりもやや下流に形成されることにより、剥離領域内の新気及びＥＧＲガスの混合ガスが周囲の新気の流れに押されて下流に流れやすくなるので、ＥＧＲガスが湾曲部１８を逆流して、上流に配置されるディーゼルスロットルバルブ２７（図１参照）に吹き返すことがなくなる。この結果、湾曲部１８において、湾曲部１８を流通する新気とＥＧＲ合流管３３ｃを流通したＥＧＲガスとの混合が促進される。

このように、ディーゼルエンジン１において、２つの新気通路１７ａ，１７ｂはそれらの一部分が互いに合流すると共にＵ字状に湾曲して形成された湾曲部１８を有し、ＥＧＲ合流管３３ｃの中心軸線Ｌが湾曲部１８の変曲点Ｓよりも下流側に位置するように、ＥＧＲ合流管３３ｃが湾曲部１８に接続されている。湾曲部１８の変曲点Ｓの下流側には、新気の流れの乱れが強く圧力の低い剥離領域が形成されることにより、ＥＧＲ合流管３３ｃを流通するＥＧＲガスは剥離領域に流入しやすくなるので、ＥＧＲガスと新気との混合を促進することができる。

この実施の形態では、管状のＥＧＲ合流管３３ｃが湾曲管１８ｃに接続されているが、これに限定するものではない。ＥＧＲ合流管３３ｃの端部が二又に分岐して湾曲管１８ｃに接続されてもいいし、端部がラッパ状（末広がり状）の形状を有して湾曲管１８ｃに接続されてもよい。
また、この実施の形態では、湾曲部１８は変曲点Ｓに対して対称なＵ字状であったが、この形状に限定するものではない。湾曲部１８におけるＵ字状の形状とは、変曲点Ｓに対して完全には対称となっていない略Ｕ字形状のものも含む。

この発明の実施の形態に係る吸気構造を備えた内燃機関の模式図である。 この実施の形態に係る吸気構造の湾曲部周辺の斜視図である。 この実施の形態に係る吸気構造において、湾曲部とＥＧＲ合流管との接続部分の構造を示す詳細図である。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン（内燃機関）、３ａ，３ｂ バンク、１７ａ，１７ｂ 新気通路、１８ 湾曲部、３３ａ，３３ｂ ＥＧＲ管、３３ｃ ＥＧＲ合流管、Ｌ （ＥＧＲ合流管３３ｃの）中心軸線、Ｓ （湾曲部１８の）変曲点。

Claims (1)

1. ２つのバンクを有し各バンク間で不等間隔に爆発が生じる内燃機関の吸気構造において、
   各バンクに連通し、新気が流通する２つの新気通路と、
   一端が各バンクに連通し、前記内燃機関の排気ガスの一部がＥＧＲガスとして流通する２つのＥＧＲ管と、
   前記２つのＥＧＲ管に連通する１つのＥＧＲ合流管と
   を備え、
   前記２つの新気通路は、それらの一部分が互いに合流すると共にＵ字状に湾曲して形成された湾曲部を有し、
   前記ＥＧＲ合流管の中心軸線が前記湾曲部の変曲点よりも下流側に位置するように、前記ＥＧＲ合流管が前記湾曲部に接続されていることを特徴とする内燃機関の吸気構造。

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