JP2011106361A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの合流排気管およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備える内燃機関において、排気冷却器前に触媒ユニットを容易に搭載でき、かつ、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる内燃機関の排気還流装置を提供する。
【解決手段】合流排気管３１ａに接続される第１通路部５１ａ、合流排気管３１ｂに接続される第２通路部５１ｂおよびサージタンク２７の内部空間に接続される第３通路部５１ｃを有し、排気ガスの一部を通路部５１ａ〜５１ｃを通して吸気側に還流させるＥＧＲ通路５１と、第１、第２通路部５１ａ、５１ｂと第３通路部５１ｃとの間に介在する三方弁構成のＥＧＲバルブ５２と、を備え、第１、第２通路部５１ａ、５１ｂが、それぞれの通路断面積を最大断面積と最小断面積の間で複数回変化させるよう、最小断面積側に位置する環状凹部および最大断面積側に位置する環状凸部を蛇腹状に複数段有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気還流装置、特に排気干渉を回避するよう複数の気筒からの排気を２系統に分けてツインエントリー型の排気ターボ過給機に導入するようにした内燃機関に好適な内燃機関の排気還流装置に関する。

４サイクルの多気筒内燃機関では、全気筒の排気管（排気通路）をそれらの排気ポート近くで集合させると排気干渉が生じるため、排気期間がつながる気筒同士の排気を分けたまま、排気期間が相互に離れる気筒同士からの排気ガスを合流させるように、２系統の合流排気管に排気させるものがある。また、このようなエンジンで過給を行う場合、両合流排気管の排気を排気干渉させることなく取り込むことのできるツインエントリー型の排気ターボ過給機が有効である。そこで、２つの合流排気管およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を用いる内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流装置が排気エミッションの低減や燃費向上に有効であることが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−３３０８３６号公報 特開２００６−２１４２７５号公報

しかしながら、上述のような２つの合流排気管およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備えたエンジンに排気還流装置を装備する場合に、次のような問題があった。

例えば、排気還流装置を装備するエンジンでその排気冷却器の上流側に排気浄化用の触媒ユニットを配置したいとき、排気干渉を抑える必要から２つの合流排気管にある程度の管路長が要求されるため、その触媒ユニットの搭載が容易でない。

一方、２つの合流排気管の長さを短くすると、排気干渉により排気ガスの脈動成分が消えてターボのタービン翼に到達せず、タービン作動効率が低下することにより、エンジントルクが低下してしまうことが懸念される。

そこで、本発明は、２つの合流排気管およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備える内燃機関において、排気冷却器前触媒等の搭載上の制約をなくすとともに、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる内燃機関の排気還流装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、上記目的達成のため、（１）排気行程順が隣り合う複数の気筒からの排気ガスを分けて排気させるとともに前記排気行程順が相互に離れた複数の気筒からの排気ガスを合流させる第１合流排気管および第２合流排気管と、前記第１合流排気管および第２合流排気管に接続されるツインエントリー型の排気ターボ過給機と、を備えた内燃機関に装備される排気還流装置であって、前記第１合流排気管に接続される第１通路部、前記第２合流排気管に接続される第２通路部および前記内燃機関の吸気管に接続される第３通路部を有し、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記第１通路部および前記第２通路部と前記第３通路部とを通して前記吸気管に還流させることができる排気還流通路と、前記排気還流通路の前記第１通路部および前記第２通路部と前記第３通路部との間に介在する三方排気還流弁と、を備え、前記排気還流通路の前記第１通路部および前記第２通路部が、それぞれの通路断面積を最大断面積と最小断面積の間で複数回変化させるよう、前記最小断面積側に位置する環状凹部および前記最大断面積側に位置する環状凸部を蛇腹状に複数段有することを特徴とする。

この構成により、第１合流排気管および第２合流排気管から排気還流弁までの排気還流通路の第１通路部および第２通路部内において、それぞれ排気ガスが通路断面積の複数回の変化に応じて膨張および収縮を繰り返すことになる。したがって、両通路部内で流速の大きい脈動成分が有効に減衰することにより、両通路部の合流部分では排気干渉が有効に抑制される。また、複数段の蛇腹部を用いるので、通路断面積の最大断面積を過度に大きく設定したり最小断面積を過度に小さく設定したりする必要がなく、排気冷却器前に触媒ユニットを容易に搭載することができるし、過度の圧損が生じることもない。さらに、蛇腹部での表面積の増加により排気を冷却する機能も生じ、排気冷却器の負荷を軽減できるとともに、排気系部品の熱による膨張や収縮を蛇腹部で吸収することもできる。なお、前記三方排気還流弁は、前記第１通路部および前記第２通路部と前記第３通路部とを連通させる開弁状態と、前記第１通路部、前記第２通路部および前記第３通路部のうちいずれの間の連通も遮断する閉弁状態とに切り換えられるのが望ましい。

本発明の内燃機関の排気還流装置においては、（２）前記複数段の段数をγとし、各段における前記排気ガスのエネルギの減衰割合をβとするとき、次式（１−β）^γ＜０．１を満足するよう、前記段数γと、前記最大断面積および前記最小断面積とがそれぞれ設定されていることが好ましい。

この構成により、搭載上の制約を受け難い蛇腹の段数や径寸法等を選択しつつ、排気圧脈動の減衰による排気干渉を確実に抑制することができる。

本発明によれば、２つの合流排気管およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備える内燃機関において、排気冷却器前触媒等の搭載上の制約をなくすとともに、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる内燃機関の排気還流装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気還流装置の概略ブロック構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の排気還流装置の要部構成図である。 一実施形態に係る内燃機関の排気還流装置における排気還流通路の第１、第２通路部の管路形状の模式断面図である。 一実施形態に係る内燃機関の排気還流装置における排気還流通路の第１、第２通路部の拡張部分のエネルギ損失特性を示す図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１〜図３に、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気還流装置を示している。

図１に示すエンジン１０は、車両用の多気筒内燃機関、例えば４気筒ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）で、複数の気筒１１を有している。

このエンジン１０には、各気筒１１内の燃焼室（詳細を図示していない）に燃料を噴射する図示しない公知の燃料噴射装置と、燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１２と、燃焼室からの排気ガスを排気させる排気装置１３と、排気装置１３内の排気エネルギにより回転する排気タービン１４Ｔおよびこれと一体回転する吸入空気コンプレッサ１４Ｃを有するツインエントリー型の排気ターボ過給機１４と、排気ガスの一部を吸気側に還流させ再循環させる排気還流装置１５とが装備されている。なお、燃料噴射装置は、図外の燃料タンクから燃料を汲み上げる燃料ポンプと、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）３０からの噴射指令信号に対応するタイミングおよびデューティ比で燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁とを含んで構成されている。

吸気装置１２には、吸気マニホルド２１と、それより上流側の吸気通路を形成する吸気管２２と、吸気管２２の上流側でフィルタにより吸入空気を清浄化するエアクリーナ２３と、排気ターボ過給機１４の吸入空気コンプレッサ１４Ｃより下流側で過給により昇温した吸入空気を冷却するインタークーラ２４と、吸入空気流量（新気の吸気量）を検出するエアフローメータ２５と、エンジン１０内への吸気量を調整するスロットルバルブ２６と、吸気マニホルド２１の上流側で吸気の脈動等を抑えるサージタンク２７とが、それぞれ設けられている。

排気装置１３は、排気マニホルド３１と、それより下流側の排気通路を形成する排気管３２と、排気ターボ過給機１４の排気タービン１４Ｔより下流側の排気管３２に装着された空燃比センサ３３と、排気浄化触媒を内蔵する排気後処理装置３４と、を含んで構成されている。

ここで、排気マニホルド３１には、エンジン１０の複数の気筒のうち排気期間（排気行程順）が相互に離れる一組の気筒の排気ポート、例えば第１気筒および第４気筒（図１中の＃１、＃４）の排気ポート（図示せず）に接続する第１合流排気管３１ａと、エンジン１０の複数の気筒のうち排気期間が相互に離れる残りの気筒の排気ポート、例えば第２気筒および第３気筒（図１中の＃２、＃３）の排気ポート（図示せず）に接続する第２合流排気管３１ｂとが形成されており、これら第１、第２合流排気管３１ａ、３１ｂは、それぞれ独立してツインエントリー型の排気ターボ過給機１４の後述する２つのノズル通路部に接続されている。すなわち、排気行程順が隣り合い排気弁の開弁期間が部分的に重なる気筒同士（例えば、第１気筒と第３気筒）の間では排気干渉が生じるので排気通路を２系統に分けて排気させ、排気弁の開弁期間が重ならず離れている気筒同士（例えば、第１気筒と第４気筒）の間では排気ガスを同一系統で合流させるように、２系統の合流排気管３１ａ、３１ｂを設けている。

空燃比センサ３３は、例えば下流側の排気管３２を通る排気ガス中の酸素濃度が理論空燃比（ガソリンと空気が完全に燃焼し余剰の酸素が残らない空燃比）に対応する値であるか否かによって出力が変化する排気酸素濃度センサで構成されている。

排気後処理装置３４は、例えば三元触媒で構成され、排気ガス中のＮＯｘをＮＯ_２やＮＯに還元し排気ガス中のＨＣやＣＯと反応させてＮ_２としたり、ＨＣやＣＯを酸化させてＨ_２ＯやＣＯ_２としたりすることができるようになっている。なお、エンジン１０は、空燃比センサ３３の検出情報を基にＥＣＵ３０によりフィードバック制御され、排気後処理装置３４の良好な排気浄化特性が得られる理論空燃比で運転されるようになっている。

排気ターボ過給機１４の吸入空気コンプレッサ１４Ｃおよび排気タービン１４Ｔは、互いに回転方向一体に連結されており、排気装置１３内で排気タービン１４Ｔを排気エネルギにより回転させるとともに吸気装置１２内で吸入空気コンプレッサ１４Ｃを回転させ、エンジン１０内に自然吸気より多くの空気を吸入させる過給を行うことができる。

また、排気ターボ過給機１４は、排気タービン１４Ｔ内にエンジン１０の第１気筒および第４気筒からの排気を導入するとともにその流路を絞って加速する第１ノズル通路部１４ａと、排気タービン１４Ｔ内にエンジン１０の第２気筒および第３気筒からの排気を導入するとともにその流路を絞って加速する第２ノズル通路部１４ｂとを有している。そして、これら第１ノズル通路部１４ａおよび第２ノズル通路部１４ｂから、排気タービン１４Ｔのタービンロータ１４ｃに排気干渉による圧力低下なく排気ガスを供給することで、排気ターボ過給機１４は、高いタービン作動効率にて作動することができる。

排気還流装置１５には、エンジン１０内の燃焼室をバイパスして排気マニホルド３１内の排気通路と吸気マニホルド２１内の吸気通路とを連通させる排気還流用のＥＧＲ通路５１（排気還流通路）と、このＥＧＲ通路５１による排気還流量を調整するＥＧＲバルブ５２（三方排気還流弁）と、ＥＧＲ通路５１を通って還流する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５３（排気冷却器）と、ＥＧＲクーラ５３に入る排気ガスを浄化するＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４とが、それぞれ設けられている。

ここで、ＥＧＲ通路５１は、エンジン１０の排気通路側から吸気通路側に排気の一部を還流させる排気還流通路であり、ＥＧＲクーラ５３はこのＥＧＲ通路５１の一部を冷却通路としている。

また、ＥＧＲバルブ５２は、例えば排気ガスを吸気通路側に還流させる開弁状態と、その接続を遮断する閉弁状態とに切り換え可能で、ＥＣＵ３０からの所定時間当りの開弁指示信号の長さの比率（デューティ比）によりその開度を制御できるものである。勿論、ＥＧＲバルブ５２は、回動式の弁体の回動角度を全開位置から全閉位置までの間で変化させるようなタイプのものでもよい。

ＥＧＲクーラ５３は、ＥＧＲ通路５１を通って還流する排気ガスを、エンジン１０の冷却システムを通る冷却水との熱交換により冷却するものである。

ＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４は、例えば酸化触媒または同様な三元触媒で構成されている。

一方、ＥＧＲ通路５１は、排気マニホルド３１の第１合流排気管３１ａおよび第２合流排気管３１ｂから三方弁であるＥＧＲバルブ５２まで延在する第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂと、ＥＧＲバルブ５２からサージタンク２７まで延在する第３通路部５１ｃとによって構成されており、エンジン１０の排気ガスの一部を第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂと第３通路部５１ｃとを通して吸気通路側に還流させることができるようになっている。ここで、第１通路部５１ａは排気マニホルド３１の第１合流排気管３１ａに接続され、第２通路部５１ｂは排気マニホルド３１の第２合流排気管３１ｂに接続されており、第３通路部５１ｃはエンジン１０の吸気通路の一部であるサージタンク２７の内部空間に接続されている。

また、図２および図３に示すように、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂは、それぞれ略同一長さの同様な管路を形成しており、それぞれ通路断面積を最大断面積Ａ２と最小断面積Ａ１の間で複数回変化させるよう、最小断面積Ａ１側に位置する小径部５１ｖおよび最大断面積Ａ２側に位置する大径部５１ｐを蛇腹状に複数段有している。すなわち、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂは、ＥＧＲ通路５１の上流側部分を形成する２本の排気還流管５５、５６の蛇腹部５５ｂｗ、５６ｂｗによってそれらの内部に形成されている。

より具体的には、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂの小径部５１ｖにおける通路断面積は、小径部５１ｖの形成区間ｐ１のほぼ全域において最小断面積Ａ１かそれに近い値となっており、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂの大径部５１ｐにおける通路断面積は、大径部５１ｐの形成区間ｐ２のほぼ全域において最大断面積Ａ２かそれに近い値となっている。なお、ＥＧＲ通路５１の第３通路部５１ｃの断面積は、最小断面積Ａ１の２倍以上に設定される。

図３においては、蛇腹部５５ｂｗ、５６ｂｗの断面をコーナーＲを有する略矩形波状に図示したが、コーナーＲが無くてもよいし、逆にトロコイド曲線状の波形の断面でもよい。また、小径部５１ｖおよび大径部５１ｐがそれぞれ略Ｖ字形となってもよい。

ただし、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂにおいては、隣り合う小径部５１ｖおよび大径部５１ｐを１段の蛇腹形状としてその設置段数をγとし、その各段の小径部５１ｖおよび大径部５１ｐを通過する際における排気ガスのエネルギの減衰割合をβとするとき、次式（１）を満足するように、その段数γと、最大断面積Ａ２に対する最小断面積Ａ１の比とが、それぞれ設定されている。この式は、複数段の蛇腹状の小径部５１ｖおよび大径部５１ｐによるトータルの比エネルギ損失をサージタンクのそれに近い程度（１−（１−β）^γ＞０．９）にするための設定条件を示すものである。

（１−β）^γ＜０．１ ・・・（１）
ただし、減衰割合βは、小径部５１ｖから大径部５１ｐへの各拡大管部分におけるエネルギ損失割合とその大径部５１ｐから次段の小径部５１ｖへの各縮小管部分におけるエネルギ損失割合とを合せたものである。

ここで、ＥＧＲ通路５１における排気ガスの流れはそれほど急ではないことから、非圧縮性流体についての拡大管や縮小管におけるエネルギ損失と同様に考え、概略の比エネルギ損失を見積もることができる。

すなわち、ここでの拡大管部分におけるエネルギ損失については、最小断面積Ａ１の小径部５１ｖ内を速度ｖａで進む排気ガスが小径部５１ｖから直後の最大断面積Ａ２の大径部５１ｐに入って拡張され、速度ｖａ´になるとすると、その拡張の際の比エネルギ損失ΔＥ１およびそれを決める損失係数β１は、それぞれ次式（２）、（３）で表すことができる。この場合、速度ｖａの大きい脈動成分に対してエネルギ損失が大きいということができる。

ΔＥ１＝β１・（ｖa^２／２）・・・（２）
β１＝ξ・（１−（Ａ１／Ａ２））^２・・・（３）
ただし、（３）式中の係数ξは１に近い値であるので、以下、ξ＝１として考える。

また、ここでの縮小管部分によるエネルギ損失については、最大断面積Ａ２の大径部５１ｐ内を速度ｖｂ´で進む排気ガスがその直後の最小断面積Ａ１の小径部５１ｖに入って縮小され、速度ｖｂになるとすると、その際の比エネルギ損失ΔＥ２および損失係数β２は、それぞれ次式（４）、（５）で表すことができる。

ΔＥ２＝β２・（ｖｂ^２／２）・・・（４）
β２＝（１／ｃ−１）^２・・・（５）
なお、ここで、ｃは、縮流係数であり、直後の小径部５１ｖに入る際の縮流の最小断面積をＡ３とするとき、Ａ３／Ａ１に相当する値である。

これら損失係数β１、β２は、管路形状によって大きく異なり、例えば縮小管部分に緩やかな傾斜やコーナーＲがある場合、その縮小管によるエネルギ損失は小さくなる。
したがって、例えば熱歪みの影響等を抑えやすいように蛇腹部に緩やかな傾斜やコーナーＲを付ける場合、縮小管部分における損失係数β２は十分小さいと考えて、拡大管部分における損失係数β１を各段の損失割合βと考えることができる。
より具体的には、例えば拡大管部分の小径部５１ｖおよび大径部５１ｐの断面積比Ａ１／Ａ２を０．５（小径部５１ｖの直径（通路内径）ｄ１と大径部５１ｐの直径ｄ２の比ｄ１／ｄ２を約０．７）とし、蛇腹の段数γを９段とした場合、同断面積比Ａ１／Ａ２を０．４（ｄ１／ｄ２を約０．６３）とし、蛇腹の段数γを６段とした場合、あるいは、同断面積比Ａ１／Ａ２を０．３（ｄ１／ｄ２を約０．５５）とし、蛇腹の段数γを４段とした場合のいずれにおいても、図４に示す損失割合β１のデータを基に（１−β１）^γを求めると、０．１より十分に小さくなり、サージタンクに近い脈動減衰効果が期待できる。

このように複数段の拡大管部分による脈動の減衰を考えた場合、最小断面積Ａ１と最大断面積Ａ２の比である断面積比Ａ１／Ａ２は、Ａ１／Ａ２＜０．４（ｄ１／ｄ２＜０．６３）となるように設定することで、排気還流装置１５の搭載上の制約を十分に抑えることができる。
また、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂのそれぞれの小径部５１ｖの形成区間ｐ１は、特に限定されないが、小径部５１ｖの直径（通路内径）ｄ１に近い長さであり、一方、大径部５１ｐの形成区間ｐ２は、大径部５１ｐの直径（通路内径）ｄ２に近い長さである。

図２に示すように、ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５１の第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂが接続される２つの入口ポート５２ａ、５２ｂと、ＥＧＲ通路５１の第３通路部５１ｃが接続される１つの出口ポート５２ｃとを有しており、ＥＧＲ通路５１の第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂと第３通路部５１ｃとの間に介在する三方電磁弁として構成されている。また、ＥＧＲバルブ５２は、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂと第３通路部５１ｃとを連通させる開弁状態と、第１通路部５１ａ、第２通路部５１ｂおよび第３通路部５１ｃのうちいずれの間の連通も遮断する閉弁状態とに切り換えられるようになっている。

具体的には、ＥＧＲバルブ５２は、入口ポート５２ａ、５２ｂを出口ポート５２ｃに連通させる開弁位置［Ｉ］と入口ポート５２ａ、５２ｂおよび出口ポート５２ｃを個別にブロックする閉弁位置［II］とに切り換えることができる弁体５２ｖと、この弁体５２ｖを常時閉弁方向に付勢するスプリング５２ｐと、弁体５２ｖを開弁方向に駆動することができる電磁操作部５２ｓとを有している。なお、このような三方弁の構成自体は公知のものと同様であるが、電磁操作部５２ｓはＥＣＵ３０からの所定時間当りの開弁指示信号により励磁駆動され、ＥＧＲバルブ５２を開弁指示信号のデューティ比に応じた開度にすることができる。

ＥＧＲクーラ５３は、例えば特開２００６−３４８８７３号公報に記載されるＥＧＲクーラと同様な冷却通路構造をなし、ＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４は、例えば特開２００５−２４０６４１号公報に記載される浄化用触媒と同様な通路構造をなすように構成されている。

次に、作用について説明する。

上述のように構成された本実施形態の内燃機関の排気還流装置では、エンジン１０の運転時に、排気マニホルド３１の第１合流排気管３１ａおよび第２合流排気管３１ｂからＥＧＲ通路５１の第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂに排気脈動を伴う排気ガスが流入する。

このとき、ＥＧＲ通路５１の第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂの内部を通る排気ガスは、小径部５１ｖから大径部５１ｐへの各拡大管部分と、その大径部５１ｐから次段の小径部５１ｖへの各縮小管部分とを通過し、それぞれの通路断面積の変化に応じて膨張および収縮を複数回繰り返すことになり、両通路部５１ａ、５１ｂの内部で流速の大きい脈動成分がサージタンクに流入する程度にまで有効に減衰されることになる。したがって、ＥＧＲバルブ５２の開弁時に、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂを通る２系統の合流排気ガスがＥＧＲバルブ５２の内部でさらに合流されて全気筒分集合するとき、両通路部５１ａ、５１ｂからの排気ガスはすでに脈動成分が十分に減衰しており、排気干渉が有効に抑制されることになる。

本実施形態では、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂのそれぞれが、隣り合う小径部５１ｖおよび大径部５１ｐを１段とする複数段の蛇腹状部分を有する構成となっているので、通路断面積の最大断面積Ａ２を過度に大きく設定したり最小断面積Ａ１を過度に小さく設定したりする必要がなく、ＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４までの通路長さが短くできる。したがって、ＥＧＲクーラ５３の前にＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４を容易に搭載することができる。

また、２本の排気還流管５５、５６の蛇腹部５５ｂｗ、５６ｂｗでそれぞれ放熱面となる表面積が増加することによって、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂを通る排気温度が高い排気ガスを冷却する機能も生じることになり、ＥＧＲクーラ５３の冷却負荷をも軽減できる。加えて、排気系部品の熱による膨張や収縮（歪）を２本の排気還流管５５、５６の蛇腹部５５ｂｗ、５６ｂｗで有効に吸収することができ、周辺部品の亀裂等を防止することができる。

さらに、本実施形態では、隣り合う小径部５１ｖおよび大径部５１ｐを１段とする複数段の蛇腹状部分の段数をγとし、その各段における排気ガスのエネルギの減衰割合をβとするとき、（１−β）^γ＜０．１を満足するように、段数γと、最大断面積Ａ２および最小断面積Ａ１がそれぞれ設定されているので、搭載上の制約を受け難い蛇腹の段数γや通路内径寸法ｄ１、ｄ２等を選択しつつ、排気圧脈動の減衰による排気干渉を確実に抑制することができる。

このように、本実施形態においては、２つの合流排気管３１ａ、３１ｂおよびツインエントリー型の排気ターボ過給機１４を備えるエンジン１０において、ＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４等の搭載上の制約をなくすとともに、排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる排気還流装置１５を提供することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲバルブ５２の閉弁時には、第１通路部５１ａと第２通路部５１ｂの間が遮断されることで、排気干渉が確実に防止され、エンジントルクの低下が防止される。

なお、本実施形態においては、ＥＧＲバルブ５２がＥＧＲクーラ５３より上流側（第１および第２合流排気管側）に配置されていたが、ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４より下流側（第１および第２合流排気管から離れる側）あるいはさらにＥＧＲクーラ５３より下流側に配置されてもよい。この場合、ＥＧＲバルブ５２より上流側に２つの合流排気管３１ａ、３１ｂに対応する第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂが長く形成されることになる。したがって、例えばＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４とＥＧＲクーラ５３の間に２本の排気還流管５５、５６と類似の排気還流管を併設し、第１通路部５１ａおよび第２通路部５１ｂが、ＥＧＲクーラ前触媒ユニット５４とＥＧＲクーラ５３の間でも、それぞれの通路断面積を最大断面積Ａ２と最小断面積Ａ１の間で複数回変化させるようにすることができる。その場合、断面積比Ａ１／Ａ２を比較的大きく設定することができる。

上述の実施形態では、エンジン１０をガソリンエンジンとしたが、ディーゼルエンジンであってもよいし、これとは異なる燃料を用いる任意の４サイクルエンジンであってもよい。また、排気冷却気前の触媒ユニットは、酸化触媒または三元触媒に限らず、ＮＯｘ吸蔵触媒やディーゼルパティキュレートフィルタであってもよい。

以上のように、本実施形態に係る内燃機関の排気還流装置は、２つの合流排気管およびツインエントリー型の排気ターボ過給機を備える内燃機関において、排気冷却器前触媒等の搭載上の制約をなくすとともに排気脈動を有効に低減させ排気干渉を抑えることのできる内燃機関の排気還流装置を提供することができるという効果を奏するものであり、排気干渉を回避するよう複数の気筒からの排気を２系統に分けてツインエントリー型の排気ターボ過給機に導入するようにした内燃機関に装備される排気還流装置全般に有用である。

１０ エンジン（内燃機関）
１１ 気筒
１２ 吸気装置
１３ 排気装置
１４ 排気ターボ過給機
１４Ｃ 吸入空気コンプレッサ
１４Ｔ 排気タービン
１５ 排気還流装置
２１ 吸気マニホルド
２２ 吸気管（吸気通路）
２７ サージタンク（吸気通路）
３０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３１ 排気マニホルド
３１ａ 第１合流排気管
３１ｂ 第２合流排気管
３２ 排気管（排気通路）
５１ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
５１ａ 第１通路部
５１ｂ 第２通路部
５１ｃ 第３通路部
５１ｐ 大径部（環状凸部）
５１ｖ 小径部（環状凹部部）
５２ ＥＧＲバルブ（三方排気還流弁）
５２ａ、５２ｂ 入口ポート
５２ｃ 出口ポート
５３ ＥＧＲクーラ（排気冷却器）
５４ ＥＧＲクーラ前触媒ユニット（触媒）
５５、５６ 排気還流管
５５ｂｗ、５６ｂｗ 蛇腹部
Ａ１ 最小断面積
Ａ２ 最大断面積
ｐ１、ｐ２ 形成区間

Claims (2)

1. 排気行程順が隣り合う複数の気筒からの排気ガスを分けて排気させるとともに前記排気行程順が相互に離れた複数の気筒からの排気ガスを合流させる第１合流排気管および第２合流排気管と、前記第１合流排気管および第２合流排気管に接続されるツインエントリー型の排気ターボ過給機と、を備えた内燃機関に装備される排気還流装置であって、
   前記第１合流排気管に接続される第１通路部、前記第２合流排気管に接続される第２通路部および前記内燃機関の吸気管に接続される第３通路部を有し、前記内燃機関の排気ガスの一部を前記第１通路部および前記第２通路部と前記第３通路部とを通して前記吸気管に還流させることができる排気還流通路と、
   前記排気還流通路の前記第１通路部および前記第２通路部と前記第３通路部との間に介在する三方排気還流弁と、を備え、
   前記排気還流通路の前記第１通路部および前記第２通路部が、それぞれの通路断面積を最大断面積と最小断面積の間で複数回変化させるよう、前記最小断面積側に位置する環状凹部および前記最大断面積側に位置する環状凸部を蛇腹状に複数段有することを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
2. 前記複数段の段数をγとし、各段における前記排気ガスのエネルギの減衰割合をβとするとき、次式
   （１−β）^γ＜０．１
   を満足するよう、前記段数γと、前記最大断面積および前記最小断面積とがそれぞれ設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。

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