JP2018135852A

JP2018135852A - 排気再循環装置

Info

Publication number: JP2018135852A
Application number: JP2017032516A
Authority: JP
Inventors: 亜子伊藤; Ako Ito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-23
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2018-08-30

Abstract

【課題】気筒間における排気導入量の差を抑えることのできる排気再循環装置を提供する。【解決手段】排気再循環装置４０は、内燃機関の気筒配列方向に並ぶ吸気通路を有したインテークマニホールドに設けられる。排気再循環装置４０は、吸気通路の並び方向が長手方向となるように延びており端部に排気取り込み部４１を有する分配通路４２と、分配通路４２の長手方向に並んで配設される通路であって分配通路４２に連通しており吸気通路毎に排気を導入する複数の導入通路４５を有している。分配通路４２の内壁４２Ｎは、排気取り込み部４１から離れるほど分配通路４２の長手方向における流路断面積が段階的に小さくように階段状に形成されており、階段状に形成された内壁４２Ｎの１段毎に、導入通路４５の分配通路４２側の開口部４５Ａをそれぞれ設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、排気再循環装置に関する。

内燃機関には、気筒配列方向に並んでおり各気筒にそれぞれ接続される複数の吸気通路を備えるインテークマニホールドが設けられている。そして、こうしたインテークマニホールドには各吸気通路に排気を導入する排気再循環装置を設けることがある。

例えば、特許文献１に記載の排気再循環装置は、吸気通路の並び方向が長手方向となるように延びておりその端部には排気の取り込み部を有する筒状の分配通路を備えている。また、この分配通路には、当該分配通路の長手方向に並んで配設されており吸気通路毎に排気を導入する複数の導入通路が連通されている。こうした排気循環装置によれば、分配通路に供給された排気が導入通路を介して個別に各吸気通路に導入されることにより、各気筒には個別に排気が導入される。

国際公開第２０１６／０８４５７６号

ところで、分配通路の端部に設けられた排気の取り込み部から分配通路内に供給された排気は、分配通路の長手方向に向かって一方向に流れていき、排気の取り込み部から離れるにつれて流速が低下する。このようにして排気の流速が低下していくと、排気の動圧が静圧に変換されるため、分配通路内の静圧は排気の取り込み部から離れるほど、つまり排気下流側に向かうほど増大する。

ここで、分配通路内の静圧と吸気通路内の圧力との差圧が大きいほど導入通路に流れ込む排気の量は多くなるため、分配通路の長手方向に並んで配設されている導入通路では、分配通路において排気下流側に設けられた導入通路ほど、流入する排気の量は多くなる。従って、分配通路において排気上流側に連通する導入通路から排気が導入される気筒よりも、排気下流側に連通する導入通路から排気が導入される気筒の方が、導入される排気の量は多くなり、気筒間における排気導入量の差が大きくなってしまう。

本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、気筒間における排気導入量の差を抑えることのできる排気再循環装置を提供することにある。

上記課題を解決する排気再循環装置は、内燃機関の気筒配列方向に並んで配設されており前記内燃機関の各気筒にそれぞれ接続される複数の吸気通路を有するインテークマニホールドに設けられて、前記吸気通路毎に排気を導入する排気再循環装置であって、前記吸気通路の並び方向が長手方向となるように延びており、一方の端部に排気の取り込み部を有する分配通路と、前記分配通路の長手方向に並んで配設される通路であって前記分配通路に連通しており前記吸気通路毎に排気を導入する複数の導入通路と、を有している。そして、前記分配通路の内壁は、前記取り込み部から離れるほど同分配通路の長手方向における流路断面積が段階的に小さくように階段状に形成されており、階段状に形成された前記内壁の１段毎に、前記導入通路の前記分配通路側の開口部がそれぞれ設けられている。

同構成によれば、分配通路の内壁は、排気の取り込み部から離れるほど同分配通路の流路断面積が小さくように形成されている。このように排気の取り込み部から離れるほど、つまり分配通路において排気下流側に向かうほど、分配通路の流路断面積は小さくなっているため、排気の取り込み部から分配通路内に供給された排気の流速が分配通路において排気下流側に向かうほど低下することが抑制される。従って、分配通路内の静圧が排気の取り込み部から離れるほど、つまり分配通路において排気下流側に向かうほど増大することも抑えられるようになり、分配通路の長手方向における静圧の差が小さくなるため、気筒間における排気導入量の差を抑えることができるようになる。

また、上述したような排気の流速低下は、分配通路の内壁をテーパ状に形成することによっても抑えることが可能だが、同構成では、分配通路の内壁を階段状に形成することによって分配通路の流路断面積が段階的に小さくようにしており、そうした階段状に形成された内壁の１段毎に、導入通路の分配通路側の開口部をそれぞれ設けている。こうした構成を備える排気再循環装置では、分配通路の内壁をテーパ状に形成した場合と異なり、分配通路内を流れる排気の一部が階段状に形成された内壁の段差部に衝突するようになる。排気が段差部に衝突すると排気の動圧が静圧に変換されるため、階段状に形成された内壁の１段毎に静圧は急激に増大する。ここで、分配通路内を流れる排気の流速は排気の取り込み部に近いほど、つまり分配通路において排気上流側ほど速いため、分配通路内の排気の動圧は、分配通路において排気上流側ほど高い。従って、内壁の段差部に排気が衝突することによって排気の動圧が変換された静圧は、分配通路において排気上流側ほど高くなり、これにより分配通路において排気上流側に設けられた導入通路に流入する排気の量が増えるようになる。従って、上述したように従来の分配通路では、分配通路において排気下流側に設けられた導入通路ほど流入する排気の量が多くなるという傾向が見られるが、上記構成の分配通路では、そうした排気の量の不均等が改善されるため、これによっても気筒間における排気導入量の差を抑えることができるようになる。

一実施形態における排気再循環装置が設けられたインテークマニホールドの模式図。図１に示す２−２線に沿ったインテークマニホールドの断面図。図１に示す３−３線に沿った排気再循環装置の断面図。

以下、排気再循環装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、本実施形態の排気再循環装置は、直列４気筒の内燃機関に組み付けられる樹脂製のインテークマニホールド１０に一体形成されている。

図１に示すように、インテークマニホールド１０には、組み付け対象の内燃機関の気筒配列方向（各図に示す矢印Ｌ方向）に延びるサージタンク３０が設けられている。気筒配列方向に延びるサージタンク３０の長手方向（図１に示す矢印Ｌ方向と同一方向）における一方の端部にはスロットル用フランジ３２が設けられており、このスロットル用フランジ３２には、スロットルバルブを備えたスロットルボディが接続される。

図１及び図２に示すように、インテークマニホールド１０には、サージタンク３０から分岐した湾曲状の通路であって内燃機関の各気筒にそれぞれ接続される吸気通路２０が４つ設けられている。各吸気通路２０は気筒配列方向に並んで設けられており、各吸気通路２０の端部は、内燃機関のシリンダヘッドに接続される吸気ポート用フランジ２１に固定されている。

各吸気通路２０の湾曲部における上面には、吸気通路２０毎に排気を導入する排気再循環装置４０が一体形成されている。
先の図１に示すように、インテークマニホールド１０に形成された排気再循環装置４０は、吸気通路２０の並び方向が長手方向となるように延びる分配通路４２を備えており、分配通路４２の長手方向における一方の端部には、内燃機関の排気通路から分岐した排気還流配管９０が接続される排気取り込み部４１が設けられている。この排気取り込み部４１から分配通路４２内に排気が流入する。

先の図１及び図２に示すように、排気再循環装置４０は、分配通路４２と吸気通路２０とを連通させる導入通路４５を複数備えている。導入通路４５は吸気通路２０毎に設けられており、分配通路４２の長手方向に並んで配設されている。

図３に示すように、分配通路４２において長手方向に延びる内壁であって、導入通路４５の分配通路４２側の開口部４５Ａが形成されている内壁４２Ｎは、排気取り込み部４１から離れるほど分配通路４２の長手方向における流路断面積が段階的に小さくように階段状に形成されている。なお、以下では、排気取り込み部４１から分配通路４２内に供給された排気が同分配通路４２の長手方向に流れていく側を「排気下流側」といい、分配通路４２の長手方向において「排気下流側」の逆になる側を「排気上流側」という。

そして、階段状に形成された内壁４２Ｎの１段毎に、導入通路４５の分配通路４２側の開口部４５Ａはそれぞれ設けられている。より詳細には、１段分の内壁４２Ｎにおいて最も排気下流側の位置となる部位に開口部４５Ａは設けられている。

次に上記実施形態の作用を説明する。
先の図３に示すように、排気取り込み部４１から分配通路４２内に供給された排気Ｅは、分配通路４２の長手方向に向かって一方向に流れていき、各導入通路４５に流入する。導入通路４５に流入した排気Ｅは、吸気通路２０に導入された後、当該吸気通路２０が接続された気筒に導入される。

ここで、分配通路４２の内壁４２Ｎは、排気取り込み部４１から離れるほど分配通路４２の流路断面積が小さくように形成されている。このように排気取り込み部４１から離れるほど、つまり分配通路４２において排気下流側に向かうほど、分配通路４２の流路断面積は小さくなっているため、排気取り込み部４１から分配通路４２内に供給された排気Ｅの流速が分配通路４２において排気下流側に向かうほど低下することが抑制される。従って、分配通路４２内の静圧が、排気取り込み部４１から離れるほど、つまり分配通路４２において排気下流側に向かうほど増大することも抑えられるようになり、分配通路４２の長手方向における静圧の差が小さくなる。このようにして分配通路４２の長手方向における静圧の差が小さくなると、導入通路４５の開口部４５Ａ近傍の圧力と吸気通路２０内の圧力との差圧を差圧ΔＰとしたときに、導入通路４５毎における差圧ΔＰの差が小さくなる。従って、分配通路４２において排気上流側に連通する導入通路４５から排気Ｅが導入される気筒と、排気下流側に連通する導入通路４５から排気Ｅが導入される気筒とにおいて、それぞれ導入される排気の量の差は小さくなり、その結果、気筒間における排気導入量の差が抑えられる。

また、上述したような排気の流速低下は、分配通路４２の内壁をテーパ状に形成しても抑えることが可能である。しかし、本実施形態では、分配通路４２の内壁４２Ｎを階段状に形成することにより、分配通路４２の流路断面積が段階的に小さくようにしており、階段状に形成された内壁４２Ｎの１段毎に、導入通路４５の分配通路４２側の開口部４５Ａをそれぞれ設けている。

このように構成される排気再循環装置４０では、分配通路４２の内壁をテーパ状に形成した場合と異なり、分配通路４２内を流れる排気Ｅの一部は階段状に形成された内壁４２Ｎの段差部４４に衝突するようになる。排気Ｅが段差部４４に衝突すると排気Ｅの動圧が静圧に変換されるため、階段状に形成された内壁４２Ｎの１段毎に静圧は急激に増大する。ここで、分配通路４２内を流れる排気Ｅの流速は排気取り込み部４１に近いほど、つまり分配通路４２において排気上流側ほど速いため、分配通路４２内の排気Ｅの動圧は、分配通路４２において排気上流側ほど高い。従って、内壁４２Ｎの段差部４４に排気Ｅが衝突することによって同排気Ｅの動圧が変換された静圧も、分配通路４２において排気上流側ほど高くなり、分配通路４２において排気上流側に設けられた導入通路４５に流入する排気の量が増えるようになる。従って、上述したように従来の分配通路では、分配通路において排気下流側に設けられた導入通路ほど流入する排気の量が多くなるという傾向が見られるが、本実施形態の分配通路４２では、そうした各導入通路４５に流入する排気の量の不均等が改善されるため、これによっても気筒間における排気導入量の差が抑えられる。

また、１段分の内壁４２Ｎにおいて最も排気下流側の位置となる部位は、段差部４４への排気の衝突によって変換された静圧が最も高くなる部位であり、そうした部位に導入通路４５の上記開口部４５Ａが設けられている。そのため、内壁４２Ｎの他の部位に開口部４５Ａを設ける場合と比較して、分配通路４２において排気上流側に設けられた導入通路４５に流入する排気の量がさらに増えるようになり、各導入通路４５に流入する排気の量の不均等がさらに改善される。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）分配通路４２の内壁４２Ｎは、排気取り込み部４１から離れるほど分配通路４２の流路断面積が小さくように形成されている。そのため、分配通路４２内の静圧が排気取り込み部４１から離れるほど、つまり分配通路４２において排気下流側に向かうほど増大することが抑えられるようになり、その結果、気筒間における排気導入量の差を抑えることができるようになる。

（２）分配通路４２の流路断面積が段階的に小さくように分配通路４２の内壁４２Ｎは階段状に形成されており、階段状に形成された内壁４２Ｎの１段毎に、導入通路４５の分配通路４２側の開口部４５Ａがそれぞれ設けられている。そのため、分配通路４２において排気上流側の静圧が高くなり、分配通路４２において排気上流側に設けられた導入通路４５に流入する排気の量が増えるようになる。そのため、これによっても気筒間における排気導入量の差を抑えることができるようになる。

（３）１段分の内壁４２Ｎにおいて最も排気下流側の位置となる部位に導入通路４５の上記開口部４５Ａが設けられているため、内壁４２Ｎの他の部位に開口部４５Ａを設ける場合と比較して、各導入通路４５に流入する排気の量の不均等をさらに改善することができるようになる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・導入通路４５の上記開口部４５Ａを、１段分の内壁４２Ｎにおいて最も排気下流側の位置となる部位に設けたが、内壁４２Ｎの他の部位に開口部４５Ａを設けてもよい。この場合でも上記（３）以外の効果を得ることができる。

・排気再循環装置４０をインテークマニホールド１０に一体形成した。この他、上述した排気取り込み部４１を有する分配通路４２や導入通路４５を有する排気再循環装置をインテークマニホールド１０とは別体に形成する。そして、その別体で形成された排気再循環装置をインテークマニホールド１０に組み付けるようにしてもよい。

・上記排気再循環装置４０は、４気筒を有する内燃機関の排気再循環装置であった。しかし、内燃機関の気筒数に合わせて上記排気再循環装置４０を適宜変更することにより、２気筒以上の内燃機関の排気再循環装置にも、上記排気再循環装置に準じた装置を適用することができる。

１０…インテークマニホールド、２０…吸気通路、２１…吸気ポート用フランジ、３０…サージタンク、３２…スロットル用フランジ、４０…排気再循環装置、４１…排気取り込み部、４２…分配通路、４２Ｎ…内壁、４４…段差部、４５…導入通路、４５Ａ…開口部、９０…排気還流配管。

Claims

内燃機関の気筒配列方向に並んで配設されており前記内燃機関の各気筒にそれぞれ接続される複数の吸気通路を有するインテークマニホールドに設けられて、前記吸気通路毎に排気を導入する排気再循環装置であって、
前記吸気通路の並び方向が長手方向となるように延びており、一方の端部に排気の取り込み部を有する分配通路と、
前記分配通路の長手方向に並んで配設される通路であって前記分配通路に連通しており前記吸気通路毎に排気を導入する複数の導入通路と、を有しており、
前記分配通路の内壁は、前記取り込み部から離れるほど同分配通路の長手方向における流路断面積が段階的に小さくように階段状に形成されており、
階段状に形成された前記内壁の１段毎に、前記導入通路の前記分配通路側の開口部がそれぞれ設けられている
排気再循環装置。