JP2008286130A - Ｅｇｒシステムの吸気系構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスの導入部から吸気マニホールドまでの距離が限られた条件の下で、ＥＧＲガスと吸気との混合性を向上させることができる。
【解決手段】排気系から排ガス９の一部を吸気マニホールド１２に連通する吸気通路へ戻すＥＧＲガス通路３０を備え、ＥＧＲガス通路３０の吸気通路２０へのガス導入部３０Ａは、吸気通路２０の中心軸線Ｊ１に対して偏倚しており、吸気通路２０を画定する湾曲する壁面のうちガス導入部３０Ａに対向する領域が部分的に平坦化されることにより角部ＥＧをもつように構成された、ＥＧＲガス９の澱みが形成されやすくする澱み形成部２１を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等のエンジンにおけるＥＧＲシステムの吸気系構造に関する。

一般的に、ＥＧＲシステムは、エンジンから排出される排ガスの一部を排気パイプ側からＥＧＲパイプを介して吸気パイプ側へ再循環させ、吸気マニホールドからエンジンの各気筒へ送り込むことにより、排ガスの大部分を構成する不活性ガスのもつ熱容量により燃焼温度を低下させ、排ガス中におけるＮＯｘを低減するようにしたものである。
上記のようなＥＧＲシステムでは、ＥＧＲガスを各気筒に均等に分配することが重要である。このため、各気筒に対してＥＧＲガスを混合して均等に供給する技術が種々提案されている（特許文献１〜特許文献６等参照）。

特開２００３−２６２１６４号公報 特開平１１−３２４８２０号公報 特開２００６−１７００２号公報 特開平１０−１３１８１２号公報 特開２００４−２２５６７０号公報 特開平１１−３５１０７１号公報

ところで、吸気マニホールドに接続された吸気管の上流部にＥＧＲガスを導入し、このＥＧＲガスの導入部から吸気マニホールドまでの距離を十分長くとることが、ＥＧＲガスと吸気との混合性を向上させる最も効果的な方法の一つである。
しかしながら、実際のエンジン設計においては、スペース上の制約から、ＥＧＲガスの導入部から吸気マニホールドまでの距離を十分長くとることには限界があり、限られた距離の中でＥＧＲガスと吸気との混合性を向上させる必要があった。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ＥＧＲガスの導入部から吸気マニホールドまでの距離が限られた条件の下で、ＥＧＲガスと吸気との混合性を向上させることができるＥＧＲシステムの吸気系構造を提供することにある。

本発明の第１の観点に係るＥＧＲシステムの吸気系構造は、排気系から排ガスの一部を吸気マニホールドに連通する吸気通路へ戻すＥＧＲガス通路を備え、前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、前記吸気通路の中心軸線に対して偏倚しており、前記吸気通路を画定する湾曲する壁面のうち前記ガス導入部に対向する領域が部分的に平坦化されることにより角部をもつように構成された、ＥＧＲガスの澱みが形成されやすくする澱み形成部を備えている、ことを特徴としている。
この構成によれば、澱み形成部により吸気通路内でＥＧＲガスの澱みが形成されやすくなると、ＥＧＲガスと吸気との混合が促進される。また、ＥＧＲガス通路の吸気通路へのガス導入部を吸気通路の中心軸線に対して偏倚させることにより、ＥＧＲガスの澱みが吸気通路内に形成されやすくなる。

上記構成において、前記澱み形成部を画定するための隔壁が前記吸気通路を画定する壁面に突出して形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、ＥＧＲガスの澱みが吸気通路内に形成されやすくなる。

本発明の第２の観点に係るＥＧＲシステムの吸気系構造は、排気系から排ガスの一部を吸気マニホールドに連通する吸気通路へ戻すＥＧＲガス通路を備え、前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、前記吸気通路に向かって末広がり状に形成されている、ことを特徴としている。
この構成によれば、吸気通路へのガス導入部が末広り状に形成されているため、ＥＧＲガスが吸気に拡散しやすく、ＥＧＲガスと吸気との混合が促進される。

上記構成において、前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、その断面形状が、前記吸気通路の吸気の流れを横断する方向に長い縦長形状に形成されている、構成を採用できる。
この構成によれば、吸気通路の吸気の流れを横断する方向に長い縦長形状に形成することにより、ＥＧＲガスが吸気に一層拡散しやすくなる。

上記構成において、前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、前記吸気通路へ導入されるＥＧＲガスが前記吸気通路の下流へ向かう方向に傾斜している、構成を採用できる。
この構成によれば、吸気の流れにＥＧＲガスを乗せやすくなり、ＥＧＲガスの流れに偏りが発生しにくくなり、ＥＧＲガスが吸気に一層拡散しやすくなる。

上記構成において、前記吸気通路の吸気マニホールドへの導入部は湾曲しており、前記吸気通路は、前記吸気マニホールドへの導入部の湾曲による前記ＥＧＲガスの流れの偏りを抑制するための吸気の流れを生じさせるためのバイパス通路を有する、構成を採用できる。
この構成によれば、導入部の湾曲によるＥＧＲガスの流れの偏りが抑制されるため、特定の気筒へＥＧＲガスが偏るのを抑制できる。

上記構成において、前記吸気通路の吸気マニホールドへの導入部は湾曲しており、前記吸気マニホールドは、その入口部に、前記吸気マニホールドへの導入部の湾曲による前記ＥＧＲガスの流れの偏りを抑制するために突出して形成されたガイド壁を有する、構成を採用できる。
この構成によれば、導入部の湾曲によるＥＧＲガスの流れの偏りが抑制されるため、特定の気筒へＥＧＲガスが偏るのを抑制できる。

本発明によれば、ＥＧＲガスの導入部から吸気マニホールドまでの距離が限られた条件の下で、ＥＧＲガスと吸気との混合性を向上させることができる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図４は本発明の一実施形態を示す図であって、図１は本発明が適用されるディーゼルエンジンの概略構成図、図２は本実施形態に係る吸気系構造を示す図、図３は図２のＡ−Ａ線方向の断面図、及び図４は図２のＢ−Ｂ線方向の断面図である。

図１において、ディーゼル機関であるエンジン１は、コンプレッサ２Ａ及びタービン２Ｂを含む過給機２が接続されており、エアクリーナ３から導かれた吸気４がコンプレッサ２Ａの上流側の吸気管５を通じてコンプレッサ２Ａへと送られる。コンプレッサ２Ａで加圧された吸気４は、コンプレッサ２Ａの下流側の吸気管７を通じてインタークーラ６へ送られて冷却され、スロットルバルブ８を通じて吸気マニホールド１２に送られ、エンジン１の各気筒１０（図１では直列４気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。

エンジン１の各気筒１０から排出された排ガス９は、排気マニホールド１１を通じて過給機２のタービン２Ｂに送られ、タービン２Ｂを駆動した排ガス９が排気管１３を通じてタービン２Ｂより下流のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１４で排ガス９に含まれるパティキュレートが捕集されたのち、マフラ１５を通じて車外へ排出される。

排気マニホールド１１とスロットルバルブ８より下流の吸気管７との間は、ＥＧＲ管１６により接続されており、ＥＧＲ管１６には、排ガス９の再循環を適宜に停止し得るよう開閉自在なＥＧＲバルブ１７が設けられている。

インタークーラ６の下流にある吸気管７は、エンジン１の前端側Ｆｒから後端側Ｒｒに向けて気筒１０の配列方向に沿って延在しており、吸気マニホールド１２の後端部に接続されている。尚、吸気管７の吸気マニホールド１２への導入部７Ｂは湾曲している。

吸気管７は、図２ないし図４に示すように、吸気４を吸気マニホールド１２へ導く吸気通路２０を画定していると共に、ＥＧＲ管１６と接続される接続部７Ａは、排気マニホールド１１（排気系）から排ガス９の一部を吸気通路２０へ戻すＥＧＲガス通路３０のガス導入部３０Ａを構成している。尚、ＥＧＲ管１６はＥＧＲガス通路３０の他の部分を構成している。

ＥＧＲガス通路３０の吸気通路２０へのガス導入部３０Ａの中心軸線Ｊ２は、図３に示すように、吸気通路２０の中心軸線Ｊ１と交差すると共に一方に対して偏倚している。偏倚の方向は、吸気管７の吸気マニホールド１２への導入部７Ｂにおいて、ＥＧＲガス９が後端側Ｒｒへ偏りにくい方向である。すなわち、導入部７Ｂの内側寄りに偏倚している。
また、吸気通路２０を画定する吸気管７の湾曲する壁面のうち、ガス導入部３０Ａに対向する領域は、角部ＥＧをもつように部分的に平坦化された略直交する平坦面２１及び平坦面２２が形成され、これら平坦面２１，２２は、ＥＧＲガス（排ガス）９の澱みが形成されやすくする澱み形成部２１を構成している。
さらに、澱み形成部２１の近傍の吸気通路２０を画定する壁面には、澱み形成部２１を画定するための隔壁２４が突出して形成されている。

吸気マニホールド１２は、図２及び図４に示すように、吸気管７の吸気マニホールド１２への導入部７Ｂが接続された入口部に、導入部７Ｂの湾曲によるＥＧＲガス９の流れの偏りを抑制するために突出して形成されたガイド壁４０を有する。このガイド壁４０は、吸気マニホールド１２の入口部の後端側Ｒｒの内壁に形成されている。

次に、上記構成の吸気系構造の作用について図５及び図６を参照して説明する。尚、図５は本発明の一実施形態に係る吸気系構造による吸気とＥＧＲガスの流れの一例を示す模式図であり、図６は比較例に係る吸気系構造による吸気とＥＧＲガスの流れの一例を示す模式図である。
図６に示すように、吸気通路２０に澱み形成部２１が存在しない場合には、ＥＧＲガス通路３０のガス導入部３０Ａから導入されたＥＧＲガス９は、図６（Ａ）に示すように、ガス導入部３０Ａに対向する吸気管７の内壁面に衝突したのち、上流からの吸気４により下流に運ばれる。このとき、ＥＧＲガス９は、吸気４と混合しにくく、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、吸気管７の内壁面に貼りついいた状態で吸気マニホールド１２に導入され、ＥＧＲガス９が特定の気筒１０に集中しやすくなる。

一方、本実施形態に係る吸気系構造では、図５に示すように、澱み形成部２１にＥＲＧガス９の澱みが形成され、上流からの吸気４は、隔壁２４の上側を流れ、澱んだＥＲＧガス９を巻き込みながら下流に流れる。このため、ＥＲＧガス９は、吸気管７の内壁面に偏りにくくなると共に、吸気４と混合されやすくなる。
さらに、吸気マニホールド１２の入口部では、ガイド壁４０の存在により、ＥＲＧガス９の流れが後端側Ｒｒの内壁面に偏ることが抑制される。
この結果、ＥＧＲガス９と吸気４との混合性が向上し、各気筒１０に分配されるＥＧＲガス９が均等化される。

図７は、ＥＧＲガス導入部付近の吸気系の他の構造例を示す断面図である。
この吸気系構造では、上記した隔壁２４が存在しないが、澱み形成部２１により、ＥＲＧガス９の澱みを形成することが可能である。

図８ないし図１０は本発明のさらに他の実施形態を示す図であって、図８は本実施形態に係る吸気系構造を示す図、図９は図８のＣ−Ｃ線方向の断面図、及び図１０は図８のＤ−Ｄ線方向の断面図である。尚、図８ないし図１０において、上記実施形態と同一構成部分については同一の符号を使用している。

吸気管７は、図８ないし図１０に示すように、吸気４を吸気マニホールド１２へ導く吸気通路２０を画定していると共に、ＥＧＲ管１６と接続される接続部７Ｃは、排気マニホールド１１（排気系）から排ガス９の一部を吸気通路２０へ戻すＥＧＲガス通路３０のガス導入部３０Ｃを構成している。
本実施形態では、図９に示すように、ガス導入部３０Ｃは、吸気通路２０に向かって末広がり状に形成されている。
また、ガス導入部３０Ｃは、図８に示すように、その断面形状が、吸気通路２０の吸気４の流れを横断する方向に長い縦長形状（楕円形状）に形成されている。
さらに、ガス導入部３０Ｃは、図１０に示すように、吸気通路２０へ導入されるＥＧＲガス９が吸気通路２０の下流へ向かう方向に傾斜している。

吸気通路２０は、図８及び図９に示すように、その内壁に、ガス導入部３０Ｃの近傍から下流にかけて仕切り壁５０が形成されており、この仕切り壁５０によりバイパス通路５１が画定されている。
バイパス通路５１は、吸気マニホールド１２への導入部７Ｂの湾曲により後端側Ｒｒの内壁面にＥＧＲガス９の流れが偏るのを抑制するために、後端側Ｒｒの内壁面付近において吸気４の流れを生じさせるために設けられている。

次に、上記構成の吸気系構造の作用について図１１ないし図１３を参照して説明する。
本実施形態に係る吸気系構造では、図１１に示すように、導入部３０Ｃから吸気通路２０へ導入されるＥＧＲガス９は、導入部３０Ｃが末広がり状に形成されているため、吸気通路２０と導入部３０Ｃとの合流領域で、吸気４と混合しやすくなる。

また、図１２に示すように、導入部３０Ｃは、吸気通路２０へ導入されるＥＧＲガス９が吸気通路２０の下流へ向かう方向に傾斜しているため、ＥＧＲガス９は吸気管７の壁面に衝突しにくくなり、吸気管７の壁面に貼りつきにくくなり、吸気４との混合性がさらに増す。

上記の作用に加えて、図１３に示すように、吸気４のうち、バイパス通路５１を通過した一部の吸気４は、後端側Ｒｒの壁面に回り込み、ＥＧＲガス９が後端側Ｒｒの壁面に貼りつくのを抑制する。これにより、後端側Ｒｒの内壁面にＥＧＲガス９の流れが偏るのを抑制することができる。
この結果、ＥＧＲガス９と吸気４との混合性が向上し、各気筒１０に分配されるＥＧＲガス９が均等化される。

上記実施形態では、本発明を過給機を備えたディーゼルエンジンに適用した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、他の型式の内燃機関にも適用可能である。

本発明が適用されるディーゼルエンジンの概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る吸気系構造を示す図である。 図２のＡ−Ａ線方向の断面図である。 図２のＢ−Ｂ線方向の断面図である。 本発明の一実施形態に係る吸気系構造による吸気とＥＧＲガスの流れの一例を示す模式図である。 比較例に係る吸気系構造による吸気とＥＧＲガスの流れの一例を示す模式図である。 本発明の他の実施形態に係る吸気系構造を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係るＥＧＲガス導入部付近の吸気系構造を示す図である。 図８のＣ−Ｃ線方向の断面図である。 図８のＤ−Ｄ線方向の断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る吸気系構造による吸気とＥＧＲガスの流れの一例を示す模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る吸気系構造による吸気とＥＧＲガスの流れの一例を示す模式図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る吸気系構造による吸気とＥＧＲガスの流れの一例を示す模式図である。

符号の説明

１…エンジン
２…過給機
２Ａ…コンプレッサ
２Ｂ…タービン
３…エアクリーナ
４…吸気
５…吸気管
６…インタークーラ
７…吸気管
８…スロットルバルブ
９…排気
１０…気筒
１１…排気マニホールド
１２…吸気マニホールド
１３…排気管
１４…ＤＰＦ
１５…マフラ
１６…ＥＧＲ管
１７…ＥＧＲバルブ
２０…吸気通路
３０…ＥＧＲガス通路
３０Ａ，３０Ｃ…ガス導入部
４０…ガイド壁
５０…仕切り壁
５１…バイパス通路

Claims (7)

1. 排気系から排ガスの一部を吸気マニホールドに連通する吸気通路へ戻すＥＧＲガス通路を備え、
   前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、前記吸気通路の中心軸線に対して偏倚しており、
   前記吸気通路を画定する湾曲する壁面のうち前記ガス導入部に対向する領域が部分的に平坦化されることにより角部をもつように構成された、ＥＧＲガスの澱みが形成されやすくする澱み形成部を備えている、ことを特徴とするＥＧＲシステムの吸気系構造。
2. 前記澱み形成部を画定するための隔壁が前記吸気通路を画定する壁面に突出して形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲシステムの吸気系構造。
3. 排気系から排ガスの一部を吸気マニホールドに連通する吸気通路へ戻すＥＧＲガス通路を備え、
   前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、前記吸気通路に向かって末広がり状に形成されている、ことを特徴とするＥＧＲシステムの吸気系構造。
4. 前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、その断面形状が、前記吸気通路の吸気の流れを横断する方向に長い縦長形状に形成されている、ことを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲシステムの吸気系構造。
5. 前記ＥＧＲガス通路の前記吸気通路へのガス導入部は、前記吸気通路へ導入されるＥＧＲガスが前記吸気通路の下流へ向かう方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項３又は４に記載のＥＧＲシステムの吸気系構造。
6. 前記吸気通路の吸気マニホールドへの導入部は湾曲しており、
   前記吸気通路は、前記吸気マニホールドへの導入部の湾曲による前記ＥＧＲガスの流れの偏りを抑制するための吸気の流れを生じさせるためのバイパス通路を有する、ことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載のＥＧＲシステムの吸気系構造。
7. 前記吸気通路の吸気マニホールドへの導入部は湾曲しており、
   前記吸気マニホールドは、その入口部に、前記吸気マニホールドへの導入部の湾曲による前記ＥＧＲガスの流れの偏りを抑制するために突出して形成されたガイド壁を有する、ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＥＧＲシステムの吸気系構造。

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