JP2008014256A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents
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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
【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)。
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。
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。
「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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006187350A JP2008014256A (ja) | 2006-07-07 | 2006-07-07 | 内燃機関の吸気装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016070187A (ja) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 株式会社クボタ | 多気筒エンジンの吸気マニホルド |
JP2019085919A (ja) * | 2017-11-07 | 2019-06-06 | マツダ株式会社 | エンジンの吸気装置 |
-
2006
- 2006-07-07 JP JP2006187350A patent/JP2008014256A/ja active Pending
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