JP2016098745A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】慣性過給効果が低下するのを抑制して内燃機関でのトルクが低下するのを抑制しつつ、各々の吸気管に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制することが可能な内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】この内燃機関の吸気装置１００では、サージタンク１０からエンジン１１０の燃焼室Ｒまでの吸気ポートＰの長さ（全長Ｌｐ）は、慣性過給効果を発揮することが可能な長さを有しており、４つのＥＧＲガス分配管３４のＥＧＲガス導入口２３は、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの容積Ｖｅがエンジン１１０の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管３４から吸気管２１に導入されるＥＧＲガスの容積Ｖｉ以上になる位置で、かつ、吸気ポートＰの流通方向の中心Ｏよりもサージタンク１０側（上流側）の位置に設けられている。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来の内燃機関の吸気装置において、ＥＧＲガスをサージタンクに導入するとともに、吸気の脈動や共鳴を利用して燃焼室内に多くの吸気を吸入する慣性過給効果を利用する構成が知られている。ここで、慣性過給効果を発揮させるために、内燃機関の吸気装置では、サージタンクから内燃機関の燃焼室までの吸気ポートの長さをある程度確保する必要がある。このため、ＥＧＲガスをサージタンクに導入する場合には、ＥＧＲガスをサージタンクに導入してから実際にＥＧＲガスが内燃機関の燃焼室に入るまでに時間がかかる。したがって、ＥＧＲガスのサージタンクへの導入タイミングと実際のＥＧＲガスの燃焼室への導入タイミングとの間の時間的なずれが大きくなり、この結果、ＥＧＲガスの過渡応答性が低下するという不都合があった。

そこで、従来、複数の気筒を有する内燃機関の各々に接続される複数の吸気管にガスを分配して、各々の吸気ポートにガスを導入する内燃機関の吸気装置が提案されている（たとえば、特許文献１および２参照）。

上記特許文献１には、集合管（サージタンク）と、集合管から４つに分岐する分岐管（吸気管）と、各々の分岐管に接続され、ＰＣＶガスを分配するためのガス通路とを備える吸気マニホールドが開示されている。この上記特許文献１の吸気マニホールドでは、ガス通路は、エンジン近傍において各々の分岐管に接続されており、その結果、ＰＣＶガスは、エンジン近傍に設けられたＰＣＶガス導入口から分岐管に導入されるように構成されている。

また、上記特許文献２には、コレクタ（サージタンク）およびシリンダヘッドに各々接続され、４つに分岐するブランチ通路（吸気管）を備える吸気マニホールドが開示されている。この上記特許文献２の吸気マニホールドでは、ブランチ通路とコレクタとの接続部分に設けられたコレクタ側フランジ部を備えており、コレクタ側フランジ部には、ＰＣＶガスが供給される分配通路と、分配通路から各々のブランチ通路にＰＣＶガスを導入するための分岐通路とが設けられている。つまり、ＰＣＶガスは、コレクタ近傍に設けられたＰＣＶガス導入口からブランチ通路に導入されるように構成されている。

上記した特許文献１および２に記載のＰＣＶガス導入口の構成をＥＧＲガス導入口の構成に適用することも可能である。

特開２００６−２４１９９２号公報 特開２００３−２３９８１６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された吸気マニホールドの構成を適用してＥＧＲガス導入口をエンジン近傍に設けた場合には、ＥＧＲガスの過渡応答性は改善するものの、エンジン近傍の吸気に働く負圧が大きい領域において、他の分岐管とガス通路を介して連通するため、所定の分岐管の吸気と他の分岐管から侵入する吸気との干渉の度合いが大きくなるという不都合がある。このため、吸気の流れが大きく乱されることに起因して慣性過給効果が低下して、エンジンの燃焼室内に取り込まれる空気の量が減少してしまい、その結果、エンジンでのトルクが低下するという問題点がある。

また、上記特許文献２に記載された吸気マニホールドの構成を適用してＥＧＲガス導入口をコレクタ近傍に設けた場合には、所定のブランチ通路の吸気と他のブランチ通路から侵入する吸気との干渉の度合いは小さいものの、ＥＧＲガスがコレクタに逆流することに起因して、コレクタを介して別のブランチ通路にガスが流出してしまうという不都合がある。このため、各々のブランチ通路に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、慣性過給効果が低下するのを抑制して内燃機関でのトルクが低下するのを抑制しつつ、各々の吸気管に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制することが可能な内燃機関の吸気装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における内燃機関の吸気装置は、複数の気筒を有する内燃機関の気筒にそれぞれ接続される複数の吸気管と、複数の吸気管の上流に配置されるサージタンクとを含む吸気装置本体と、複数の吸気管にそれぞれＥＧＲガスを分配するＥＧＲガス導入口を有する複数のＥＧＲガス分配管を含むＥＧＲガス分配通路と、を備える。この内燃機関の吸気装置では、サージタンクから内燃機関の燃焼室までの吸気ポートの長さは、慣性過給効果を発揮することが可能な長さを有しており、複数のＥＧＲガス分配管のＥＧＲガス導入口は、サージタンクからＥＧＲガス導入口までの吸気ポートの容積が内燃機関の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管から吸気管に導入されるＥＧＲガスの容積以上になる位置で、かつ、吸気ポートの流通方向の中心よりもサージタンク側の位置に設けられている。

この発明の一の局面による内燃機関の吸気装置では、内燃機関の吸入行程終了後に吸気管内に流入したＥＧＲガスがサージタンク側に逆流したとしても、ＥＧＲガスがサージタンク内に流入する前に、内燃機関の次のサイクルの吸入行程において吸気ポート内のＥＧＲガスが内燃機関の燃焼室に吸入されるので、ＥＧＲガスがサージタンク内に流入するのを抑制することができる。これにより、吸気ポートに分配されたＥＧＲガスが、サージタンクを介して他の吸気ポートに流入するのを抑制することができるので、各々の吸気管に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制することができる。さらに、ＥＧＲガスをサージタンクに導入しないので、ＥＧＲガスの過渡応答性が低下するのも抑制することができる。また、複数のＥＧＲガス分配管のＥＧＲガス導入口を、吸気ポートの流通方向の中心よりもサージタンク側の位置に設けることによって、吸気ポートの流通方向の中心よりも内燃機関側に設ける場合と比べて、ＥＧＲガス導入口を内燃機関から十分に離間した位置に設けることができるので、所定の吸気ポートと他の吸気ポートから侵入する吸気との干渉の度合いを小さくすることができる。これにより、吸気の流れが乱されて慣性過給効果が低下するのを抑制することができるので、内燃機関の燃焼室内に取り込まれる空気の量が減少するのを抑制することができる。したがって、内燃機関でのトルクが低下するのを抑制することができる。

上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、複数のＥＧＲガス分配管のＥＧＲガス導入口は、下記式（１）によって規定される位置で、かつ、吸気ポートの中心よりもサージタンク側の位置に設けられている。
（数１）
Ｌｅ＝Ｖｓ×Ｒｅ×Ｃ／Ｓｅ・・・（１）
上記式（１）において、Ｌｅは、サージタンクからＥＧＲガス導入口までの吸気ポートの長さであり、Ｖｓは、１気筒当たりの行程容積（＝１気筒当たりの排気量）であり、Ｒｅは、内燃機関の燃焼室に吸入される気体中に含まれるＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率（１００％を１とする）であり、Ｃは１以上の係数であり、Ｓｅは、サージタンクからＥＧＲガス導入口までの吸気ポートの断面積である。

このように構成すれば、式（１）により規定される位置にＥＧＲガス導入口を設けることによって、ＥＧＲガスがサージタンク内に流入するのを抑制することができるので、各々の吸気管に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制することができる。

この場合、好ましくは、複数のＥＧＲガス分配管のＥＧＲガス導入口は、係数Ｃが１．１以上１．５以下である場合に式（１）によって規定される位置に設けられている。

このように構成すれば、ＥＧＲガス導入口を係数Ｃが１．１以上である場合に式（１）によって規定される位置に設けることによって、ＥＧＲガスがサージタンク内に流入するのを確実に抑制することができる。また、ＥＧＲガス導入口を係数Ｃが１．５以下である場合に式（１）によって規定される位置に設けることによって、ＥＧＲガス導入口の位置を吸気ポートの流通方向の中心よりもサージタンク側に確実に設けることができるので、ＥＧＲガス導入口を内燃機関から十分に離間した位置に確実に設けることができる。

上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、ＥＧＲガス分配管を含むＥＧＲガス分配通路は、下流に向かって水平または下り勾配で形成されており、ＥＧＲガス導入口は、ＥＧＲガス分配管の最下部に位置する。

このように構成すれば、ＥＧＲガスに含まれる水分が低温環境下で凝縮されることによって発生した凝縮水が、ＥＧＲガス分配通路内に滞留するのを抑制することができる。これにより、急激な内燃機関の高回転などに起因して、ＥＧＲガス分配通路に滞留した多くの凝縮水が吸気管を介して一度に燃焼室内に吸い込まれてしまうのを抑制することができる。

上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、ＥＧＲガス分配通路は、吸気装置本体と一体的に設けられている。

このように構成すれば、吸気装置本体とＥＧＲガス分配通路との間で壁を共有することができるので、吸気装置をより軽量かつ小型な形状とすることができる。

なお、本出願では、上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、以下のような構成も考えられる。

（付記項）
すなわち、上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、サージタンクから内燃機関の燃焼室までの吸気ポートの長さは、下記の式（２）によって規定される長さＬ以上であることによって、慣性過給効果を発揮することが可能な長さを有している。
（数２）

上記式（２）において、ａは、音速（ｍ／ｓ）であり、θは、内燃機関のインテークバルブの作用角（度）であり、Ｎは、内燃機関の最大トルク点における内燃機関の回転数（ｒｐｍ）であり、Ｓｐは、吸気ポートの断面積（ｍ²）であり、Ｖは、１気筒当たりの内燃機関の燃焼室の容積（ｍ³）である。

本発明の一実施形態による吸気装置がエンジンに取り付けられた状態を示した断面図である。 本発明の一実施形態による吸気装置を示した正面図である。 本発明の一実施形態による吸気装置を示した側面図である。 本発明の一実施形態によるエンジンのサイクルを説明するための模式図である。 本発明の一実施形態による吸入行程における吸気装置の状態を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による吸入行程以外の行程における吸気装置の状態を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態による吸気装置における、サージタンクからＥＧＲガス導入口までの吸気ポートの長さに対するＥＧＲ率の気筒間ばらつきを示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による直列４気筒のエンジン１１０（内燃機関の一例）の吸気装置１００の構成について説明する。なお、以下では、直列４気筒のエンジン１１０を基準とした場合にＸ軸に沿って各気筒が配置されており、水平面内でＸ軸に直交する方向をＹ軸方向とし、Ｚ軸方向を上下方向として説明を行う。

本発明の一実施形態による吸気装置１００は、図１に示すように、直列４気筒のエンジン１１０に搭載されている。なお、エンジン１１０の４つの気筒は、図１の紙面奥側（Ｘ１側）から手前側（Ｘ２側）に向かってＸ方向（図２参照）に並んで配置されている。また、吸気装置１００は、吸気装置本体１と、吸気装置本体１に取り付けられるＥＧＲガス分配部３０とから構成されている。

また、吸気装置本体１は、サージタンク１０と、サージタンク１０の下流に配置される吸気管部２０とから構成されている。また、吸気装置本体１では、吸気路としてのエアクリーナ（図示せず）およびスロットルバルブ（図示せず）を介して吸気がサージタンク１０に流入される。

サージタンク１０および吸気管部２０は共に樹脂（ポリアミド樹脂）製である。吸気装置本体１およびＥＧＲガス分配部３０は、各々が樹脂製の第１ピース１ａと第２ピース１ｂと第３ピース１ｃと第４ピース１ｄとを振動溶着により接合することにより一体化されている。ここで、第１ピース１ａは、サージタンク１０の約半分を構成するとともに、第２ピース１ｂは、サージタンク１０の残り約半分とサージタンク１０に繋がる吸気管部２０の約半分とを構成している。さらに、第３ピース１ｃは、吸気管部２０の約半分とＥＧＲガス分配部３０の約半分とを構成している。また、第４ピース１ｄは、ＥＧＲガス分配部３０の約半分を構成している。したがって、ＥＧＲガス分配部３０は、吸気装置本体１のＹ１側で吸気装置本体１と一体的に設けられており、この結果、吸気装置本体１とＥＧＲガス分配部３０との間で壁１ｅが共有されている。

吸気管部２０は、サージタンク１０に蓄えられた吸気をエンジン１１０の４つの各気筒に分配する役割を有する。なお、吸気管部２０における矢印Ｚ２方向側がサージタンク１０に接続される吸気の上流側であり、矢印Ｚ１方向側がエンジン１１０（シリンダヘッド１１１）に接続される吸気の下流側である。

また、図２に示すように、サージタンク１０は、エンジン１１０（図１参照）の気筒列（Ｘ方向）に沿って延びるように形成されている。また、吸気管部２０は、４つの吸気管２１（吸気管２１ａ〜２１ｄ）を有しており、Ｘ１側から順に、吸気管２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄが並ぶように設けられている。すなわち、吸気管２１ａ〜２１ｄは、エンジン１１０の気筒列に沿って配置されており、それぞれ、対応する気筒に接続されている。

また、図２および図３に示すように、各々の吸気管２１の一方端（Ｚ２側）が、サージタンク１０の側部１０ａに接続されている。つまり、吸気管２１の上流側に、サージタンク１０が配置されている。また、各々の吸気管２１の他方端（Ｚ１側）は、共通のフランジ部２２を介してシリンダヘッド１１１にそれぞれ接続されている。また、フランジ部２２は、図３に示すように、第２ピース１ｂに一体的に形成されている。なお、図２では、吸気装置本体１に対して紙面奥側（Ｙ２側、図１参照）に位置するエンジン１１０の図示を便宜的に省略し、図３では、吸気装置本体１に対してＹ２側に位置するエンジン１１０の図示を便宜的に省略している。

エンジン１１０は、図１に示すように、シリンダヘッド１１１と、シリンダブロック１１２と、クランクケース１１３とを含んでいる。シリンダブロック１１２の内部には、４つの各気筒にそれぞれ対応する４つのシリンダ部１１２ａが設けられている。このシリンダ部１１２ａは、上下方向（Ｚ方向）に延びるように形成されている。また、４つのシリンダ部１１２ａには、４つの各気筒にそれぞれ対応するピストン１１４が上死点から下死点までＺ方向に摺動可能なように配置されている。

クランクケース１１３の内部には、気筒列（Ｘ方向）に沿って延びるクランクシャフト１１５が配置されている。そして、４つの各気筒にそれぞれ対応するピストン１１４は、コンロッド１１６を介して伝達されたクランクシャフト１１５からの駆動力によって、シリンダ部１１２ａをＺ方向に摺動するように構成されている。

また、エンジン１１０の内部には、シリンダヘッド１１１、シリンダ部１１２ａおよびピストン１１４により、４つの各気筒にそれぞれ対応する燃焼室Ｒが形成されている。ここで、燃焼室Ｒの容積Ｖは、ピストン１１４の下死点の位置における、シリンダヘッド１１１、シリンダ部１１２ａおよびピストン１１４によって形成される空間の容積であり、一般的に、ピストン１１４の下死点から上死点までの行程Ｋにおける容積（行程容積Ｖｓ）の約１．１倍である。なお、行程容積Ｖｓは、１気筒当たりの排気量に相当し、シリンダ部１１２ａの断面積Ｓｓと行程Ｋとから、Ｖｓ＝Ｓｓ×Ｋとして算出される。

また、シリンダヘッド１１１には、４つの各気筒にそれぞれ対応する４つの吸気通路１１７（吸気通路１１７ａ〜１１７ｄ）と、４つの排気通路１１８とが設けられている。吸気通路１１７は、燃焼室Ｒと吸気管２１とを連通させる機能を有している。また、吸気管２１と吸気通路１１７とにより、各気筒の吸気ポートＰが構成されている。つまり、吸気管２１ａ〜２１ｄと吸気通路１１７ａ〜１１７ｄとにより、各気筒の吸気ポートＰａ〜Ｐｄがそれぞれ構成されている。なお、吸気ポートＰとは、サージタンク１０と吸気管２１との接続部から吸気通路１１７と燃焼室Ｒとの接続部までの領域を意味している。ここで、４つの吸気ポートＰａ〜Ｐｄは略同じ形状を有しており、その結果、略同じ全長Ｌｐ（図５および図６参照）を有している。また、排気通路１１８は、燃焼室Ｒと排気ガス管１３０とを連通させる機能を有している。

また、シリンダヘッド１１１には、４つの各気筒にそれぞれ対応する４つのインテークバルブ１１９と、４つのエキゾーストバルブ１２０とが設けられている。インテークバルブ１１９は、吸気通路１１７と燃焼室Ｒとの接続部を開閉する機能を有している。エキゾーストバルブ１２０は、排気通路１１８と燃焼室Ｒとの接続部を開閉する機能を有している。また、インテークバルブ１１９およびエキゾーストバルブ１２０の上側には、それぞれ、気筒列（Ｘ方向）に沿って延びるカムシャフト１２１および１２２が配置されている。そして、カムシャフト１２１および１２２の回転により、それぞれ、インテークバルブ１１９およびエキゾーストバルブ１２０が移動することによって、各々の接続部が開閉されるように構成されている。また、シリンダヘッド１１１には、燃焼室Ｒ内の混合気（吸気とＥＧＲガスとの混合気）を燃焼させるためのスパークプラグ１２３が取り付けられている。

また、エンジン１１０は、燃焼室Ｒから排出された排気ガスの一部であるＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）ガスが、吸気装置本体１およびＥＧＲガス分配部３０を介して再循環されるように構成されている。具体的には、排気ガス管１３０の途中には、ＥＧＲガス管１４０の一方端が接続されている。また、ＥＧＲガス管１４０の他方端は、吸気装置本体１のＥＧＲガス分配部３０に接続されている。これにより、ＥＧＲガスは、排気ガス管１３０から、ＥＧＲガス管１４０、ＥＧＲガス分配部３０、４つの吸気装置本体１および吸気通路１１７（４つの吸気ポートＰ）を介して、４つの燃焼室Ｒにそれぞれ再度供給されるように構成されている。

また、ＥＧＲガス管１４０の途中には、ＥＧＲガスの再循環量を制御するＥＧＲバルブ１５０が設けられている。

また、ＥＧＲガスには、水分（水蒸気）が含まれている。ここで、排気ガスから分離されたＥＧＲガスは、通常、約１００℃前後まで冷却された後、吸気装置本体１に導入される。なお、外気温が低い寒冷地の場合には、さらにＥＧＲガスが冷却されることによって、ＥＧＲガス分配部３０内に凝縮水が発生する場合がある。

また、図１および図２に示すように、ＥＧＲガス分配部３０は、エンジン１１０に再循環されるＥＧＲガスを各気筒に対応した吸気管２１（吸気ポートＰ）に分配する役割を有している。この際、ＥＧＲガスは、気筒間にトルクや馬力のばらつきが生じるのを抑制するために、４つの吸気ポートＰ（吸気ポートＰａ〜Ｐｄ）に略均等に分配されるように構成されている。

また、ＥＧＲガス分配部３０は、図２に示すように、ＥＧＲガス管１４０の他方端が接続されるフランジ部３１と、ＥＧＲガスが流通するＥＧＲガス分配通路３２とを含んでいる。ＥＧＲガス分配通路３２は、フランジ部３１に接続される１本の主管３３と、主管３３から下方（Ｚ２側）に延びる４本のＥＧＲガス分配管３４（ＥＧＲガス分配管３４ａ〜３４ｄ）とから構成されている。ＥＧＲガス分配管３４ａ〜３４ｄは、Ｘ１側から順にＸ方向に並ぶように配置されている。これらのＥＧＲガス分配管３４ａ〜３４ｄは、それぞれ、Ｘ方向に並ぶように配置された吸気管２１ａ〜２１ｄに接続されており、その結果、対応する吸気管２１ａ〜２１ｄ（吸気ポートＰａ〜Ｐｄ）にＥＧＲガスを分配することが可能に構成されている。なお、ＥＧＲガス分配管３４ａ〜３４ｄは、それぞれ、吸気管２１ａ〜２１ｄに設けられたＥＧＲガス導入口２３（ＥＧＲガス導入口２３ａ〜２３ｄ）において吸気管２１ａ〜２１ｄに接続されている。

ここで、所定の吸気ポートＰは、ＥＧＲガス導入口２３およびＥＧＲガス分配通路３２を介して他の吸気ポートＰと連通する。

また、主管３３は、水平方向（Ｘ方向）に延びるように形成されている。また、４つのＥＧＲガス分配管３４は、図１および図３に示すように、上流側（主管３３側）で下方に延びるとともに、下流側（吸気管２１側）で水平方向（Ｙ２方向）に延びるように形成されている。この結果、ＥＧＲガス分配通路３２は、下流（吸気管２１側）に向かって水平または下り勾配で形成されているとともに、４つのＥＧＲガス導入口２３は、各々のＥＧＲガス分配管３４の最下部に位置している。また、４つのＥＧＲガス導入口２３ａ〜２３ｄは、略同じ形状を有している。

ここで、本実施形態では、図１に示すように、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、吸気管２１のうち、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの容積Ｖｅ（図５の細斜線部分）が、エンジン１１０の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管３４から吸気管２１に導入されるＥＧＲガスの容積Ｖｉ以上になる位置Ｐｅに設けられている。

なお、エンジン１１０の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管３４から吸気管２１に導入されるＥＧＲガスの容積Ｖｉは、１サイクルにおいて燃焼室Ｒ内に吸入される混合気の容積（いわゆる行程容積Ｖｓ）と、その混合気中に含まれるＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率Ｒｅ）とから、容積Ｖｉ＝Ｖｓ×Ｒｅとして算出することが可能である。

ここで、エンジン１１０の１サイクルとは、図４に示すように、エンジン１１０の燃焼室Ｒ内に混合気が導入される吸入行程と、燃焼室Ｒ内の混合気が圧縮される圧縮行程と、点火された混合気が燃焼して燃焼ガスが膨張する膨張行程と、エンジン１１０の燃焼室Ｒから燃焼ガスが排気ガスとして排出される排気行程との４つの行程から構成されている。なお、吸入行程および膨張行程において、ピストン１１４が下死点まで下降し、圧縮行程および排気行程において、ピストン１１４が上死点まで上昇するように構成されている。この際、吸入行程（図５参照）においてのみ、インテークバルブ１１９が開かれ、排気行程においてのみ、エキゾーストバルブ１２０が開かれる。

ここで、吸入行程以外の３つの行程（圧縮行程、膨張行程および排気行程）では、図６に示すように、ＥＧＲガス（混合気）が燃焼室Ｒに吸入されないため、ＥＧＲガスが、ＥＧＲガス導入口２３を介して吸気管２１内に流入し続ける。その際、ＥＧＲガスは、ＥＧＲガス導入口２３よりも下流側（エンジン１１０側）と、上流側（サージタンク１０側）との双方に、吸気管２１内の空気と混ざり合いながら拡散して広がる。

ここで、本実施形態のように、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの容積Ｖｅを、エンジン１１０の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管３４から吸気管２１に導入されるＥＧＲガスの容積Ｖｉ以上にすることによって、吸入行程後の３つの行程の間（ＥＧＲガスが吸入されない間）においてＥＧＲガスがサージタンク１０に到達する前に、図５に示す次のサイクルの吸入行程において、ＥＧＲガスを含む混合気が下流側に吸入されるので、サージタンク１０に逆流したＥＧＲガスがサージタンク１０を介して他の吸気管２１に流入するのが抑制される。

また、本実施形態では、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、吸気管２１のうち、下記式（１）によって規定される位置Ｐｅに設けられている。
（数３）
Ｌｅ＝Ｖｓ×Ｒｅ×Ｃ／Ｓｅ・・・（１）
上記式（１）において、Ｌｅは、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さ（ｍ）であり、Ｖｓは、１気筒当たりの行程容積（＝１気筒当たりの排気量）（ｍ³）であり、Ｒｅは、エンジン１１０の燃焼室Ｒに吸入される混合気中に含まれるＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率（１００％を１とする）であり、Ｃは１以上の係数であり、Ｓｅは、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの平均の断面積（ｍ²）である。なお、ＥＧＲ率は、一般的に約１０％以上約３０％以下の範囲内になる。また、平均の断面積Ｓｅは、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの平均の直径をＤｅとした場合に、Ｓｅ＝π×（Ｄｅ／２）²により算出される。

ここで、吸気ポートＰの長さ（Ｌｅおよび後述するＬｐ）とは、吸気ポートＰの断面方向の略中央を通り、流通方向に沿って延びる直線Ａ（図５および図６の二重鎖線の太線）上での長さを意味している。また、ＥＧＲガス導入口２３の位置Ｐｅは、直線Ａ上のサージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さＬｅにより規定される位置において、流通方向と直交する方向に延びる直線と、吸気管２１（吸気ポートＰ）の側面とが交わる位置になる。

また、係数Ｃは、吸気ポートＰに導入されてから、吸気ポートＰ内のサージタンク１０側から供給される吸気と混ざり合うことによるＥＧＲガスの拡散度合いと、ＥＧＲガス導入口２３から下流側（エンジン１１０側）に拡散するＥＧＲガスの量とを考慮して求められる。

ここで、式（１）において係数Ｃが１の場合は、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの容積Ｖｅが、エンジン１１０の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管３４から吸気管２１に導入されるＥＧＲガスの容積Ｖｉと等しくなる位置Ｐｅに、ＥＧＲガス導入口２３が設けられている場合に対応する。つまり、係数Ｃが１の場合に式（１）により規定される位置Ｐｅよりも下流側（エンジン１１０側）にＥＧＲガス導入口２３が設けられていれば、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの容積Ｖｅが、エンジン１１０の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管３４から吸気管２１に導入されるＥＧＲガスの容積Ｖｉ以上になる位置ＰｅにＥＧＲガス導入口２３が設けられていることになる。

さらに、本実施形態では、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、図５および６に示すように、吸気管２１のうち、吸気ポートＰの流通方向の中心Ｏよりも上流側（サージタンク１０側）の位置Ｐｅに設けられている。つまり、ＥＧＲガス導入口２３は、エンジン１１０から十分に離間した位置に設けられている。また、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、吸気管２１の流通方向の中心Ｏｉよりも上流側の位置Ｐｅに設けられているのが好ましい。これにより、より確実に、ＥＧＲガス導入口２３を、エンジン１１０から十分に離間した位置に設けることが可能である。なお、吸気管２１の流通方向の中心Ｏｉとは、吸気ポートＰのうち、エンジン１１０の吸気通路１１７を除く部分における、流通方向の中心を意味する。

ここで、エンジン近傍にＥＧＲガス導入口を設けた場合には、吸気に働く負圧が大きい領域において他の吸気ポートとＥＧＲガス分配部を介して連通してしまうため、所定の吸気ポートの吸気と他の吸気ポートから侵入する吸気との干渉の度合いが大きくなってしまう。この結果、吸気の流れが大きく乱されることに起因して慣性過給効果が低下してしまう。一方で、本実施形態のように、ＥＧＲガス導入口２３をエンジン１１０から十分に離間した位置に設けることによって、吸気に働く負圧が小さい領域において他の吸気ポートＰとＥＧＲガス分配部３０を介して連通したとしても、所定の吸気ポートＰの吸気と他の吸気ポートＰから侵入する吸気との干渉の度合いが大きくなるのが抑制される。これにより、吸気の流れが乱されるのが抑制される。なお、所定の吸気ポートＰの吸気と他の吸気ポートＰから侵入する吸気との干渉の度合いは、ＥＧＲガス導入口２３がエンジン１１０から離間するに従い、略線形（１次関数的）に小さくなる。

また、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、係数Ｃが１以上２以下の場合に、上記式（１）によって規定される位置Ｐｅに設けられているのが好ましい。なお、一般的なエンジン１１０では、係数Ｃが２である場合に上記式（１）によって規定される位置Ｐｅは、吸気ポートＰの流通方向の中心Ｏよりもサージタンク１０側（上流側）の位置になる。

また、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、係数Ｃが１．１以上１．５以下の場合に、上記式（１）によって規定される位置Ｐｅに設けられているのがより好ましく、係数Ｃが１．２以上１．４以下の場合に、上記式（１）によって規定される位置Ｐｅに設けられているのがさらに好ましい。

また、図２に示すように、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、共に、吸気管２１のうち、流通方向において、略同じ位置（サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さＬｅが略同じ位置）に設けられている。これにより、慣性過給効果を略同じ大きさにすることができるので、エンジン１１０における各々の気筒での制御が複雑になるのを抑制することが可能である。

また、本実施形態では、吸気ポートＰの全長Ｌｐは、慣性過給効果を発揮することが可能な長さを有している。ここで、慣性過給効果を発揮することが可能な長さとは、少なくともエンジン１１０の最大トルク点において、慣性過給効果を発揮することが可能な長さを有していることを意味する。ここで、エンジン１１０の吸気通路１１７ではなく、吸気管２１の流通方向の長さを調整することによって、容易に、吸気ポートＰの全長Ｌｐを調整することが可能である。

具体的には、吸気ポートＰの全長Ｌｐは、下記の式（２）によって規定される長さＬ以上になるように形成されている。
（数４）

上記式（２）において、ａは、音速（ｍ／ｓ）であり、θは、エンジン１１０のインテークバルブ１１９の作用角（度（ｄｅｇ））であり、Ｎは、エンジン１１０の最大トルク点におけるエンジン１１０の回転数（ｒｐｍ）であり、Ｓｐは、吸気ポートＰ全体の平均の断面積（ｍ²）であり、Ｖは、１気筒当たりのエンジン１１０の燃焼室Ｒの容積（ｍ³）（＝行程容積Ｖｓの約１．１倍）である。なお、インテークバルブ１１９の作用角とは、インテークバルブ１１９が開状態の期間におけるクランクシャフト１１５の回転角度である。また、エンジン１１０の最大トルク点とは、エンジン１１０において最も大きなトルクが発生する点である。

次に、本実施形態の一例として、直列４気筒のエンジン１１０が、２リットルの排気量を有している場合を想定して、ＥＧＲガス導入口２３の位置Ｐｅを求める。

まず、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さＬｅ（ｍ）を求める。ここで、直列４気筒のエンジン１１０が２リットルの排気量を有していることにより、１気筒当たりの行程容積Ｖｓは、Ｖｓ＝（２／４）×１０^-3＝０．５×１０^-3ｍ³になる。また、ＥＧＲ率Ｒｅを一般的なエンジンにおける値である２５％（Ｒｅ＝０．２５）であるとする。また、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの平均の直径Ｄｅを、０．０４５ｍであるとする。この結果、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの平均の断面積Ｓｅ（ｍ²）は、Ｓｅ＝π×（０．０４５／２）²＝１．５９×１０^-3ｍ²となる。

これにより、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さＬｅ（ｍ）は、上記式（１）から、Ｌｅ＝０．５×１０^-3×０．２５×Ｃ／１．５９×１０^-3＝０．０７８６×Ｃ（ｍ）と算出される。

次に、吸気ポートＰの全長Ｌｐ（ｍ）を求める。ここで、直列４気筒のエンジン１１０が２リットルの排気量を有していることにより、１気筒当たりのエンジン１１０の燃焼室Ｒの容積Ｖ（ｍ³）は、Ｖｓ＝０．５×１０^-3×１．１＝０．５５×１０^-3ｍ³になる。また、音速ａを、吸気温度が５０℃である場合の音速である３６１ｍ／ｓであるとする。また、エンジン１１０のインテークバルブ１１９の作用角θを、一般的な作用角である２１５度（ｄｅｇ）であるとする。また、エンジン１１０の最大トルク点におけるエンジン１１０の回転数Ｎを、一般的な５０００ｒｐｍであるとする。また、吸気ポートＰ全体の直径Ｄｅを、一般的な吸気ポートＰの全体の平均直径である０．０４２ｍであるとする。その結果、吸気ポートＰ全体の平均の断面積Ｓｐ（ｍ²）は、Ｓｅ＝π×（０．０４２／２）²＝１．３８×１０^-3ｍ²となる。

この場合、吸気ポートＰの全長Ｌｐ（ｍ）は、上記式（２）から、Ｌｐ＝（３６１×２１５／（１２π×５０００））²×（１．３８×１０^-3／０．５５×１０^-3）＝０．４３ｍと算出される。

これらの結果、上記一例の場合には、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さＬｅが０．０７８６ｍ（式（１）においてＣ＝１）以上０．２１５ｍ（＝Ｌｐ／２＝０．４３／２（ｍ））以下の位置Ｐｅに設けられる。

また、上記一例の場合、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、長さＬｅが０．０７８６ｍ（式（１）においてＣ＝１）以上０．１５７ｍ（式（１）においてＣ＝２）以下の位置Ｐｅに設けられているのが好ましい。また、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、長さＬｅが０．０８６５ｍ（式（１）においてＣ＝１．１）以上０．１１８ｍ（式（１）においてＣ＝１．５）以下の位置Ｐｅに設けられているのがより好ましく、長さＬｅが０．０９４３ｍ（式（１）においてＣ＝１．２）以上０．１１０ｍ（式（１）においてＣ＝１．４）以下の位置Ｐｅに設けられているのがさらに好ましい。

また、上記一例の場合で、かつ、エンジン１１０内の吸気通路１１７の長さを一般的な吸気通路１１７の長さである０．１３ｍであるとした場合に、吸気管２１の長さは０．３０（＝０．４３−０．１３）になる。この結果、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々は、長さＬｅが０．０７８６ｍ（式（１）においてＣ＝１）以上０．１５０ｍ（＝０．３０／２）以下の位置Ｐｅに設けられるのが好ましい。

ここで、上記一例の４気筒のエンジン１１０の場合において、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さＬｅに対する、ＥＧＲ率Ｒｅの気筒間のばらつきを、シミュレーションにより求めた。なお、ＥＧＲ率Ｒｅの気筒間のばらつきは、所定の長さＬｅにおいて、ＥＧＲ率Ｒｅが最も大きくなった気筒のＥＧＲ率Ｒｅから、ＥＧＲ率Ｒｅが最も小さくなった気筒のＥＧＲ率Ｒｅを減算することによって算出した。その結果を、図７に示す。

図７から、長さＬｅが１００ｍｍよりも小さい領域では、長さＬｅを小さくするに従い、ＥＧＲ率Ｒｅの気筒間のばらつきは大きくなった。一方、長さＬｅが１００ｍｍよりも大きい領域では、長さＬｅを大きくしたとしても、ＥＧＲ率Ｒｅの気筒間のばらつきはあまり変化しなかった。これにより、長さＬｅが１００ｍｍ以上であれば、ＥＧＲガスがサージタンク１０を介して他の吸気ポートＰに流入するのを抑制することができ、その結果、ＥＧＲ率Ｒｅの気筒間のばらつきを小さくすることができることが確認された。

ここで、上記したように、所定の吸気ポートＰの吸気と他の吸気ポートＰから侵入する吸気との干渉の度合いは、ＥＧＲガス導入口２３がエンジン１１０から離間するに従い、略線形（１次関数的）に小さくなる。この結果を踏まえると、長さＬｅが１００ｍｍである場合が、ＥＧＲ率Ｒｅの気筒間のばらつきを小さくでき、かつ、干渉の度合いも小さくできるので、慣性過給効果が低下するのを抑制してエンジン１１０でのトルクが低下するのを抑制しつつ、各々の吸気管２１（吸気ポートＰ）に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制するのに最適であることが確認された。

なお、長さＬｅが１００ｍｍの場合は、式（１）の係数Ｃは、略１．３であった。このことから、式（１）の係数Ｃは、略１．３周辺の１以上２以下であるのが好ましいことも確認することができた。ここで、上記一例のエンジン１１０以外の他のエンジン１１０においても、式（１）の係数Ｃの１以上２以下の範囲にすれば、慣性過給効果が低下するのを抑制してエンジン１１０でのトルクが低下するのを抑制しつつ、各々の吸気管２１（吸気ポートＰ）に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制することができると考えられる。

本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々を、サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの容積Ｖｅが、エンジン１１０の１サイクルの間にＥＧＲガス分配管３４から吸気管２１に導入されるＥＧＲガスの容積Ｖｉ以上になる位置Ｐｅに設ける。これにより、エンジン１１０の吸入行程終了後に吸気管２１内に流入したＥＧＲガスがサージタンク１０側（上流側）に逆流したとしても、ＥＧＲガスがサージタンク１０内に流入する前に、エンジン１１０の次のサイクルの吸入行程において吸気ポートＰ内のＥＧＲガスがエンジン１１０の燃焼室Ｒに吸入されるので、ＥＧＲガスがサージタンク１０内に流入するのを抑制することができる。これにより、吸気ポートＰに分配されたＥＧＲガスが、サージタンク１０を介して他の吸気ポートＰに流入するのを抑制することができるので、各々の吸気管２１に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制することができる。さらに、ＥＧＲガスをサージタンク１０に導入しないので、ＥＧＲガスの過渡応答性が低下するのも抑制することができる。

また、本実施形態では、複数のＥＧＲガス分配管３４のＥＧＲガス導入口２３を、吸気ポートＰの流通方向の中心Ｏよりもサージタンク１０側（上流側）の位置に設けることによって、吸気ポートＰの流通方向の中心よりもエンジン１１０側（下流側）に設ける場合と比べて、ＥＧＲガス導入口２３をエンジン１１０から十分に離間した位置に設けることができるので、所定の吸気ポートＰの吸気と他の吸気ポートＰから侵入する吸気との干渉の度合いを小さくすることができる。これにより、吸気の流れが乱されて慣性過給効果が低下するのを抑制することができるので、エンジン１１０の燃焼室Ｒ内に取り込まれる空気の量が減少するのを抑制することができる。したがって、エンジン１１０でのトルクが低下するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記式（１）により規定される位置にＥＧＲガス導入口２３を設けることによって、ＥＧＲガスがサージタンク１０内に流入するのを抑制することができるので、各々の吸気管２１に分配されるＥＧＲガスの量にばらつきが生じるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲガス導入口２３を係数Ｃが１．１以上である場合に式（１）によって規定される位置に設けることによって、ＥＧＲガスがサージタンク１０内に流入するのを確実に抑制することができる。また、ＥＧＲガス導入口２３を係数Ｃが１．５以下である場合に式（１）によって規定される位置に設けることによって、ＥＧＲガス導入口２３の位置を、吸気ポートＰの流通方向の中心Ｏよりもサージタンク１０側（上流側）に確実に設けることができるので、ＥＧＲガス導入口２３をエンジン１１０から十分に離間した位置に確実に設けることができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲガス分配通路３２を下流（吸気管２１側）に向かって水平または下り勾配で形成するとともに、４つのＥＧＲガス導入口２３を各々のＥＧＲガス分配管３４の最下部に設ける。これにより、ＥＧＲガスに含まれる水分が低温環境下で凝縮されることによって発生した凝縮水が、ＥＧＲガス分配通路３２内に滞留するのを抑制することができる。これにより、急激なエンジン１１０の高回転などに起因して、ＥＧＲガス分配通路３２に滞留した多くの凝縮水が吸気管２１を介して一度に燃焼室Ｒ内に吸い込まれてしまうのを抑制することができる。

また、本実施形態では、ＥＧＲガス分配通路３２を吸気装置本体１と一体的に設けることによって、吸気装置本体１とＥＧＲガス分配通路３２との壁を共有することができるので、吸気装置１００をより軽量かつ小型な形状とすることができる。

また、本実施形態では、サージタンク１０からエンジン１１０の燃焼室Ｒまでの吸気ポートＰの全長Ｌｐを、上記の式（２）によって規定される長さＬ以上にすることによって、吸気ポートＰを、少なくともエンジン１１０の最大トルク点において慣性過給効果を発揮することが可能な長さを有するように形成することができる。

なお、今回開示された実施形態および実施例（一例）は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例（一例）の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明の吸気装置１００を、自動車用の直列４気筒のエンジン１１０に搭載した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の吸気装置を４気筒以外の複数気筒のエンジンに搭載してもよい。

また、上記実施形態では、４つのＥＧＲガス導入口２３の各々を、共に、吸気管２１のうち、流通方向において、略同じ位置（サージタンク１０からＥＧＲガス導入口２３までの吸気ポートＰの長さＬｅが略同じ位置）に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、４つのＥＧＲガス導入口の各々を、吸気管のうち、流通方向の異なる位置に設けてもよい。この際、４つのＥＧＲガス導入口の各々を、サージタンクからＥＧＲガス導入口までの吸気ポートの容積がエンジンの１サイクルの間にＥＧＲガス分配管から吸気管に導入されるＥＧＲガスの容積以上になる位置で、かつ、吸気ポートの流通方向の中心よりもサージタンク側の位置に設ける必要がある。

また、上記実施形態では、主管３３を水平方向に延びるように形成し、ＥＧＲガス分配管３４を、上流側で下方に延びるとともに下流側で水平方向（Ｙ２方向）に延びるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、主管やＥＧＲガス分配管を下り勾配に傾斜するように形成してもよい。

また、上記実施形態では、ＥＧＲガス分配部３０を吸気装置本体１と一体的に設けた例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＥＧＲガス分配部を吸気装置本体とは別に設けてもよい。これにより、ＥＧＲガス分配部のみを取り換えることが可能である。

また、上記実施形態では、本発明の吸気装置１００を、自動車用の直列４気筒のエンジン１１０に適用した例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の吸気装置１０を自動車用のエンジン１１０以外の内燃機関（たとえば、ガソリン機関以外のガス機関（ディーゼルエンジンおよびガスエンジンなどの内燃機関））などの内燃機関の吸気装置に適用してもよい。また、ガソリン機関であるか否かに関係なく、直列４気筒のエンジン１１０以外のＶ型多気筒エンジンや水平対向型エンジンなどの内燃機関の吸気装置に本発明を適用してもよい。

１ 吸気装置本体
１０ サージタンク
２１ 吸気管
２３ ＥＧＲガス導入口
３２ ＥＧＲガス分配通路
３４ ＥＧＲガス分配管
１００ 吸気装置
１１０ エンジン（内燃機関）
１１９ インテークバルブ
Ｐ 吸気ポート
Ｒ 燃焼室

Claims (5)

1. 複数の気筒を有する内燃機関の前記気筒にそれぞれ接続される複数の吸気管と、前記複数の吸気管の上流に配置されるサージタンクとを含む吸気装置本体と、
   前記複数の吸気管にそれぞれＥＧＲガスを分配するＥＧＲガス導入口を有する複数のＥＧＲガス分配管を含むＥＧＲガス分配通路と、を備え、
   前記サージタンクから前記内燃機関の燃焼室までの吸気ポートの長さは、慣性過給効果を発揮することが可能な長さを有しており、
   前記複数のＥＧＲガス分配管の前記ＥＧＲガス導入口は、前記サージタンクから前記ＥＧＲガス導入口までの前記吸気ポートの容積が前記内燃機関の１サイクルの間に前記ＥＧＲガス分配管から前記吸気管に導入されるＥＧＲガスの容積以上になる位置で、かつ、前記吸気ポートの流通方向の中心よりも前記サージタンク側の位置に設けられている、内燃機関の吸気装置。
2. 前記複数のＥＧＲガス分配管の前記ＥＧＲガス導入口は、下記式（１）によって規定される位置で、かつ、前記吸気ポートの中心よりも前記サージタンク側の位置に設けられている、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
   （数１）
   Ｌｅ＝Ｖｓ×Ｒｅ×Ｃ／Ｓｅ・・・（１）
   上記式（１）において、Ｌｅは、前記サージタンクから前記ＥＧＲガス導入口までの前記吸気ポートの長さ（ｍ）であり、Ｖｓは、１気筒当たりの行程容積（＝１気筒当たりの排気量）（ｍ³）であり、Ｒｅは、前記内燃機関の燃焼室に吸入される気体中に含まれるＥＧＲガスの割合としてのＥＧＲ率（１００％を１とする）であり、Ｃは１以上の係数であり、Ｓｅは、前記サージタンクから前記ＥＧＲガス導入口までの前記吸気ポートの断面積（ｍ²）である。
3. 前記複数のＥＧＲガス分配管の前記ＥＧＲガス導入口は、前記係数Ｃが１．１以上１．５以下である場合に前記式（１）によって規定される位置に設けられている、請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記ＥＧＲガス分配管を含む前記ＥＧＲガス分配通路は、下流に向かって水平または下り勾配で形成されており、
   前記ＥＧＲガス導入口は、前記ＥＧＲガス分配管の最下部に位置する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記ＥＧＲガス分配通路は、前記吸気装置本体と一体的に設けられている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。

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