JP2008014256A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術のように吸気管壁面に突起物を設けてＥＧＲガスと新気との混合を促進すると、吸気通路の断面積が減少し、圧力損失が大きくなるという問題がある。またＥＧＲガスと空気が混合するための助走区間を設ける必要があり、装置の大型化，過渡応答性能の悪化の懸念がある。
【解決手段】上記課題を解決するため、本発明は吸気配管とコレクタとの接続部近傍であって、ガス流路の断面積がより大きく広がる方向に排気還流通路の出口開口部を設ける。より具体的には、内燃機関の排気ガスの一部を排気還流通路を介して吸気通路に導入する内燃機関の吸気装置において、前記吸気通路に接続された前記排気還流通路の開口部をシリンダの配列方向に沿って対向する位置に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気再循環ガスを吸気側に還流する内燃機関の、吸気装置に関する。

従来、内燃機関の吸気管内へ排気再循環ガス（ＥＧＲガス）を導入する排気還流装置として、排気管と吸気管を連結するＥＧＲ配管と、ＥＧＲ配管に設けたＥＧＲバルブ，吸気管に設けたスロットルバルブによって構成されるものがある。当該装置では、ＥＧＲバルブが開弁すると排気管より排出ガスの一部がＥＧＲ配管を通って吸気管内へ流入する。吸気管内に入った排気ガスは吸入空気と共に、内燃機関内へ導かれる（特開平８−８６５３号公報）。

内燃機関は一般的にはシリンダが複数ある、いわゆる多気筒内燃機関の構成となるが、各気筒に導入されるＥＧＲガスの量にばらつきがあると、各気筒の燃焼時間にばらつきが生じ、振動や騒音が大きくなるという問題がある。

そこで、ＥＧＲガスの気筒分配を均一化する技術として、吸気管の壁面に突起物を設けることで、吸気管内のガス流れを偏向させ、吸入空気とＥＧＲガスの混合気を作り、気筒に配分することが知られている（特開２０００−７３８７７号公報）。

特開平８−８６５３号公報 特開２０００−７３８７７号公報

各気筒に分配されるＥＧＲガスの量を均等にするためには、ＥＧＲガスと外部から取り入れた新気とが十分に混合した後に各気筒に入るように構成する必要がある。

しかしながら、上記の従来技術のように吸気管壁面に突起物を設けてＥＧＲガスと新気との混合を促進すると、吸気通路の断面積が減少し、圧力損失（すなわち内燃機関の吸気抵抗）が大きくなるという問題がある。

またＥＧＲガスと空気が混合するための助走区間を設ける必要があり、装置の大型化，過渡応答性能の悪化の懸念がある。

本発明の目的はＥＧＲガスの気筒分配をより均一に近づけることができる内燃機関の吸気装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は吸気配管とコレクタとの接続部近傍であって、ガス流路の断面積がより大きく広がる方向に排気還流通路の出口開口部を設ける。

より具体的には、内燃機関の排気ガスの一部を排気還流通路を介して吸気通路に導入する内燃機関の吸気装置において、前記吸気通路に接続された前記排気還流通路の開口部をシリンダの配列方向に沿って対向する位置に設ける。

圧力損失の増大を抑制しながら、各気筒に配分されるＥＧＲガスの量がより均一なものとすることができる。またコレクタ内で新気とＥＧＲガスとが混合されるので、助走区間が不要若しくは縮小することが可能となり、装置の小型化が図られる。

以下、図面を用いて本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は本発明を適用した内燃機関の燃焼室及び吸気系配管，排気系配管の構成を示している。図１においてシリンダブロック１は４つのシリンダ８１，８２，８３，８４を備えている。内燃機関外部から取り入れられた空気はエアクリーナを通った後、吸気配管４を通って内燃機関に供給される。吸入する空気の量はスロットルバルブ５の開度によって調整される。ここで吸気配管４はコレクタ３の長手方向のほぼ中央につながり、コレクタ３から４つの吸気ポート２によって各シリンダ８１乃至８４につながっている。従って吸気配管４から内燃機関に供給される空気はコレクタ３でシリンダ８１乃至８４に分配される。

ＥＧＲ配管７は入り口部が排気管９に開口し、出口部が吸気配管４に開口している。
ＥＧＲ配管により吸気側に還流されたＥＧＲガスは、外部から取り入れられた空気と混合され、コレクタ３を通ってシリンダ８１乃至８４に分配される。ＥＧＲガスの流量はEGRバルブ６の開度によって調整される。

ＥＧＲ配管７と吸気配管４の合流部分の拡大斜視図を図２に示す。図２では説明の便宜上、ＥＧＲ配管７の手前側の壁面を透視して描いてある。後述の図１１，図１２においても同様である。また図１のＡ−Ａ断面における断面図を図３に示す。吸気配管４とＥＧＲ配管７はＡ−Ａ断面においては二重管構造になっており、ＥＧＲ配管７の内側に吸気配管４が同心で配置される。なお、ＥＧＲ配管７と吸気配管４の位置関係は必ずしも同心でなくてもよいが、同心とすることで、後述する剥離渦を用いたＥＧＲガスと新気との混合が良好に行われる。図１及び図２に示すように、ＥＧＲ配管７は終端７ａが閉じられた構成となっており、吸気配管４の外壁に設けられた開口部（ＥＧＲガス導入口）１０により吸気配管４と接続される。本実施例では吸気配管４には２箇所のＥＧＲガス導入口１０が設けられている。このＥＧＲガス導入口１０は、４つのシリンダの配列方向に沿って対向する位置に設けられている。このように配列することで、吸気配管４内部のシリンダ８１乃至８４の配列方向におけるＥＧＲガス濃度を、吸気配管４の両側の壁面付近ほど高く、中央付近に近づくほど低い分布とすることができる。これにより各気筒に分配されるＥＧＲガスの量をより均等に近づけることができる。なお、ＥＧＲガスの分配がより均等になる仕組みの詳細については後述する。

ＥＧＲガス導入口１０からコレクタ３の入り口部までの距離は吸気配管４の直径の５倍以下が望ましい。即ち、配管内の乱流による混合距離（助走区間）は通常、管径の５倍以上であるため、ＥＧＲ導入口とコレクタ入り口の距離をこの混合距離より短くすることが望ましい。

図１における内燃機関動作時のガスの流れを図４を用いて説明する。

ＥＧＲガスをシリンダ内に導入する場合には、ＥＧＲバルブ６が開くことで、排気管９内のＥＧＲガス１９がＥＧＲ配管７内を通って、ＥＧＲガス導入口１０より吸気配管４内へ導入される。吸気配管４内の新気とＥＧＲガスはコレクタ３に入り、コレクタ内で混合して均一化した混合気が吸気ポート２内を通って、各内燃機関シリンダ８１乃至８４に分配される。

図５はコレクタ内のガス流動を模式的に示している。

ＥＧＲガス導入部が、吸気配管４のシリンダの配列方向に沿って対向する位置に２箇所設けられているため、コレクタ入り口部のＥＧＲガス流量分布は、吸気配管の中心で低く、吸気配管のシリンダ配列方向（コレクタ幅方向）の壁面近傍が高い分布となる。

吸気配管４からコレクタ３に入ったガスは、コレクタ内で急激に流路断面積が広がるため、シリンダ配列方向（コレクタ幅方向）の角部で剥離渦５１乃至５４が生じる。この剥離渦５１乃至５４によって、吸気配管４の壁近傍にあった多くのＥＧＲガスがコレクタ内で新気と混合し、均一な混合気が形成される。これによって、各シリンダにより均等に
ＥＧＲガスが分配される。なお、図５に示すようにコレクタ３のシリンダ配列方向の中心付近に吸気配管４を取り付けると、両側の剥離渦５１，５２を有効に利用してＥＧＲガスと新気との混合を図ることができるので好適である。ただし、剥離渦を利用した混合をするのに十分な空間と距離が吸気配管４からシリンダ８１乃至８４までの間に確保される形状であれば、吸気配管４とコレクタ３との接続位置が中心付近でなくてもよい。

このように、コレクタ内の剥離渦によって混合が成され易い、吸気配管のシリンダ配列方向壁面に多くのＥＧＲガスを配置することで、コレクタ内での新気とＥＧＲガスの混合を促進し、ＥＧＲガスの気筒分配をより均一にすることができる。なお、本発明はコレクタ内の剥離渦を用いてＥＧＲガスと新気との混合を促進するものであるから、ＥＧＲガス導入口の位置は吸気配管４とコレクタ３との接続部近傍であって、流路の断面積がより大きく広がる方向であればよい。上記の実施例のように気筒配置が直列の内燃機関では、吸気配管４とコレクタ３との接続部近傍において流路の断面積がシリンダ８１乃至８４の配置方向に広がるので、上述のようにシリンダの配置方向にＥＧＲガス導入口を設けている。

このようにコレクタ３の入り口部におけるシリンダ配列方向の壁面近傍でのＥＧＲガス流量が他の部分に比べて増えるため、コレクタ内のシリンダ配列方向に生成される剥離渦を用いてＥＧＲガスと新気を効率的に混合できる。これによってＥＧＲガスの気筒分配がより均一なものとなる。

また、新気とＥＧＲガスを混合するための部材が不要であるため、圧力損失の増大を実質的に無くすことができる。さらにはコレクタ内で混合促進するため、助走区間が不要若しくは簡略化可能であり装置の小型化，過渡応答性能の改善が図られる。

図６に本発明の第二の実施例を示す。図７は本実施例のＥＧＲ導入部近傍の斜視図、図８は図６のＡ−Ａ断面図である。図７では説明の便宜上、吸気配管４の手前側の壁面を透視して描いている。吸気配管４の内側にはＥＧＲ配管７が配置され、ＥＧＲ配管７のシリンダ配列方向に一対のＥＧＲガス導入口１０が設けられている。図６及び図７に示すようにＥＧＲ配管７は終端が閉じられた構成となっており、ＥＧＲ配管７の外壁に設けられたＥＧＲガス導入口１０により吸気配管４と接続される。

第一の実施例では吸気配管４を外側、ＥＧＲ配管７を内側としたが、本実施例では逆に吸気配管を内側、ＥＧＲ配管を外側とする。本実施例においても吸気配管４とコレクタ３との接続部近傍における流路断面積の変化によって生じる剥離渦を利用して、ＥＧＲガスと新気との混合を促進する原理は第一の実施例と同様である。

ただし、本実施例では、ＥＧＲガスは吸気配管４の中心から外側に向かって導入されるため、より多くのＥＧＲガスを吸気配管４のシリンダ配列方向の壁面近傍に集めることができる。すなわちこれによって多くのＥＧＲガスがコレクタ内の剥離渦によって混合されるため、ＥＧＲガスの均一化効果を高めることが可能である。

前記第一の実施例及び第二の実施例においては、ＥＧＲガス導入口を吸気配管のシリンダ配列方向に２つ設けた例を示したが、ＥＧＲガス導入口の数及び形状は内燃機関の運転上必要とされるＥＧＲガスの量に応じて変更することができる。すなわち、本発明においては、図９に示すように、「ＥＧＲ導入口のシリンダ配列方向の投影断面積の総和」＞
「シリンダ軸方向の投影断面積の総和」なる関係があれば、ＥＧＲ導入口が２つ以上あってもよい。この関係はＥＧＲ配管７と吸気配管４のいずれを内側にする構成でも同様である。すなわち、第一及び第二の実施例に示すＥＧＲガス導入口１０（主開口部）に加えて、ＥＧＲガス導入口１０ｂ（補助開口部）を追加することでＥＧＲガスの量を増やすことができる。そして、排気還流通路出口開口部のシリンダ配列方向の投影面積の総和を、排気還流通路出口開口部のシリンダ軸方向の投影面積の総和よりも大きくすることで、前述のような剥離渦を利用したＥＧＲガスと新気との混合促進を図ることができる。以下、具体的な実施例を示す。

図１０，図１１に本発明によるＥＧＲ導入部の他の実施例について断面図と斜視図を示す。本実施例では、ＥＧＲ配管のシリンダ配列方向に一対のＥＧＲガス導入口１０ａと、シリンダの配列方向に直角なシリンダ軸方向に一対のＥＧＲガス導入口１０ｂが設けられている。そしてＥＧＲガス導入口１０ａの開口断面積はＥＧＲガス導入口１０ｂの開口断面積よりも大きくなっている。これによって、ＥＧＲ配管内のＥＧＲガスはシリンダ配列方向により多く導入され、コレクタ内の剥離渦による混合促進が図られる。

また、図１２に示すように、ＥＧＲ配管のシリンダ配列方向に設けたＥＧＲ導入口の数を、それと垂直方向に設けたＥＧＲ導入口の数より多くしても、同様の効果が得られる。

本発明の一実施例による内燃機関の構成図。 本発明の一実施例による内燃機関のＥＧＲ導入部の斜視図。 本発明の一実施例による内燃機関の吸気配管の縦断面図。 本発明の一実施例による内燃機関におけるガスの流れを示す模式図。 本発明の一実施例による内燃機関におけるガスの流れを示す模式図。 本発明の一実施例による内燃機関の構成図。 本発明の一実施例による内燃機関のＥＧＲ導入部の斜視図。 本発明の一実施例による内燃機関の吸気配管の縦断面図。 本発明の一実施例による内燃機関のＥＧＲ導入部の断面積比較グラフ。 本発明の一実施例による内燃機関の吸気配管の縦断面図。 本発明の一実施例による内燃機関のＥＧＲ導入部の斜視図。 本発明の一実施例による内燃機関のＥＧＲ導入部の斜視図。

符号の説明

１…シリンダブロック、２…吸気ポート、３…コレクタ、４…吸気配管、５…スロットルバルブ、６…ＥＧＲバルブ、７…ＥＧＲ配管、９…排気管、１０，１０ａ，１０ｂ…開口部（ＥＧＲガス導入口）、１８…新気の流れ、１９…ＥＧＲガス、２１…新気・ＥＧＲガス混合気、８１，８２，８３，８４…シリンダ。

Claims (6)

1. 内燃機関の排気ガスの一部を排気還流通路を介して吸気通路に導入する内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気通路に接続された前記排気還流通路の開口部が，シリンダの配列方向に沿って対向する位置に設けられていることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 内燃機関に空気を供給する吸気通路と、
   前記内燃機関の排気ガスの一部を吸気側に循環する排気還流通路とを備え、
   前記排気還流通路は、その終端が閉じられ、前記吸気通路の内側に挿入されており、
   前記排気還流通路は、前記吸気通路の内部であって内燃機関のシリンダ配列方向に沿って対向する位置に、前記排気ガスを前記吸気通路に供給する開口部を備える内燃機関の吸気装置。
3. 内燃機関に空気を供給する吸気通路と、
   前記内燃機関の排気ガスの一部を吸気側に循環する排気還流通路とを備え、
   前記吸気通路は前記排気還流通路を貫通しており、
   前記排気還流通路の内部であって内燃機関のシリンダ配列方向に沿って対向する位置に前記排気ガスを前記吸気通路に供給する開口部を備える内燃機関の吸気装置。
4. 前記開口部は、シリンダ配列方向に設けられた主開口部と、シリンダの配列方向に直角なシリンダ軸方向に設けられた補助開口部とを有し、
   前記主開口部のシリンダ配列方向の投影面積の総和が、前記補助開口部のシリンダ軸方向の投影面積の総和よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
   前記開口部は前記吸気通路又は前記排気還流通路の外壁に設けられた複数の穴であることを特徴とする内燃機関の吸気装置。
6. 直列に配置された複数のシリンダと、
   前記複数のシリンダに空気を供給するコレクタと、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置とを備え、
   前記吸気通路が、前記コレクタの前記シリンダ配置方向における中心近傍に取り付けられることを特徴とする内燃機関。
   
   

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