JP5273015B2 - 排気還流装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲガスを吸気系に導入する排気還流装置の技術に関する。

従来、エンジンの低負荷域での燃費の改善やＮＯｘの低減のために、排出ガスの一部を吸気系へ戻す排気還流装置が提案されている。排気還流装置は、排出ガスを吸気系へ導く循環通路を備えている。循環通路は、吸気系において新気が流動する吸気通路に連結されている。

吸気通路と循環通路との連結部では、新気とＥＧＲガスとが混合される。そして、当該連結部より下流では、新気とＥＧＲガスとの混合気が流動する。吸気通路と循環通路との連結構造について、具体的に説明すると、吸気通路を構成する吸気管と、循環通路を構成する循環通路管とが互いに連結される。循環通路管は、吸気管に側方から突き当たるように連結されており、それゆえ、循環通路から供給されるＥＧＲガスは、吸気管において、一方の側部から供給されることになる。

この結果、連結部の直後の下流域では、吸気通路内にＥＧＲガスが広がりにくくなる。吸気通路内にＥＧＲガスが広がりにくくなることによって、吸気通路内では新気とＥＧＲガスとが分離した状態となっており、それゆえ、連結部の直ぐ下流においては、吸気通路内を流動するガス（新気とＥＧＲガスとの混合気）の流速分布が、同一流路断面内で均一とならない。

例えば、吸気通路と循環通路との連結部がターボチャージャのコンプレッサの直ぐ上流に配置される構造であると、上記のように連結部の直ぐ下流において流速分布が流路断面内で均一でない場合は、コンプレッサに作用する圧力（新気とＥＧＲガスとの混合気が当たることによる圧力）が部位によって異なることになる。

この結果、コンプレッサに対して、当該コンプレッサの回転軸を横切る方向の力が作用するので、コンプレッサと当該コンプレッサを収容するハウジングとの接触がおこるとともに当該接触に起因する磨耗、回転軸と軸受け間の磨耗が発生し、コンプレッサが破損することが考えられる。

このため、循環通路と吸気通路との連結部の直ぐ下流においても、ＥＧＲガスが拡散して流路断面内の流速分布が均一となるように、新気が流動する吸気通路の周囲に、当該吸気通路を囲むように環状路を形成し、環状路を通して吸気通路に周方向からＥＧＲガスを導入する技術が提案されている。

この種の技術では、吸気通路と環状路との間に孔が形成されており、当該孔を通して吸気通路と環状路とが連通する。環状路は、還流通路が連結されており、ＥＧＲガスが導かれる。環状路に導かれたＥＧＲガスは、孔を通して吸気通路内に周方向から導入される（例えば、特許文献１参照。）。

また、吸気通路の外側に吸気通路の周方向に沿うＥＧＲガスが流動する流路を形成するとともに、当該流路を流動した後のＥＧＲガスを、吸気通路に対して当該吸気通路の接線方向に沿って導入する技術が提案されている。ＥＧＲガスが流動する流路と吸気通路との間には、連通孔が形成されており、この連通孔を通しても、ＥＧＲガスが吸気通路内に導入される（例えば、特許文献２参照。）。

実開平３−１１４５６４号公報 特開２０００−１６１１４７号公報

しかしながら、特許文献１，２のように、吸気通路の外側に吸気通路の周方向に沿うＥＧＲガスが流動する流路を形成し、当該流路と吸気通路との間に形成される一定径の孔を通してＥＧＲガスを吸気通路に導入する構造であると、ＥＧＲガス流量が少ない場合、孔の場所により各孔から吸気通路に導入されるＥＧＲガス量が不均一となり、新気とＥＧＲガスが均一に混ざり合いにくくなることが考えられる。また、ＥＧＲガス流量が多い場合、ＥＧＲガスの流れが阻害されるため、ＥＧＲガスの吸入抵抗が増大する。この結果、吸気通路内へＥＧＲガスが導入されにくくなることが考えられる。

本発明は、吸気通路内に排出ガスを効率よく導入しつつ、吸気通路と循環通路との連結部の直ぐ下流においても吸気通路の流路断面内での流速分布が不均一になることを抑制できる排気還流装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１に記載の発明の排気環流装置は、吸気が流動する吸気通路と、前記吸気通路の周方向に沿って延びて環状に形成され、内側に前記吸気通路を囲む底壁部と上流側側壁部と下流側側壁部とを有する環状流路と、前記吸気通路と前記環状流路との間に形成され、前記吸気通路と前記環状流路とを連通する流入口と、前記環状流路に連通し、前記周方向のうち一方向に流れるように排出ガスを該環状流路内に導く排出ガス導入流路とを備える。前記流入口は、前記下流側側壁部の内壁面と前記吸気通路の内壁面とによって規定される角度を一定に保つとともに、前記底壁部の内壁面に対する前記上流側側壁部の内壁面の傾斜を変化させることにより、前記排出ガス導入流路から前記環状流路に流入する前記排出ガスの流れに対し前記一方向に沿って上流から下流に進むにつれて開口面積を大きくした。

本願の請求項２に記載の発明の排気還流装置では、請求項１に記載の排気還流装置において、前記流入口の前記吸気通路の上流側開口縁部を形成する前記環状流路の内壁面と前記吸気通路の内壁面とがなす角度より、前記流入口の前記吸気通路の下流側開口縁部を形成する前記環状流路の内壁面と前記吸気通路の内壁面とがなす角度を大きくした。

本願の請求項３に記載の発明の排気還流装置では、請求項１または２に記載の排気還流装置において、前記流入口の前記吸気通路の上流側開口縁部側に前記吸気通路の流路断面積を小さくする絞り部が形成された。

本願の請求項４に記載の発明の排気還流装置は、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の排気還流装置において、前記環状流路において前記一方向を横切る流路断面が、前記一方向に沿って下流に進むにつれて小さくなる。

本願の請求項５に記載の発明の排気還流装置は、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の排気還流装置において、前記環状流路の前記一方向を横切る流路断面において、前記流入口と該流入口に対向する底縁とを結ぶ長さが、前記一方向に沿って下流に進むにつれて短くなる。
本願の請求項６に記載の発明の排気環流装置は、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の排気環流装置において、前記周方向のうち前記排出ガスが流れる一方向が前記吸気通路中に設けられたコンプレッサの回転方向と同じ方向である。

本願発明によれば、吸気通路内に排出ガスを効率よく導入しつつ、吸気通路の周方向から均一に排出ガスが導入されて吸気通路と循環通路との連結部の直ぐ下流においても、流路断面内の流速分布が不均一になることが抑制される。

本発明の第１の実施形態に係る排出ガス還流装置を備えるエンジンシステムを示す概略図。 図１に示された連結部、および、吸気系において連結部の近傍の部位を、一部切り欠いて示す斜視図。 図２中に示されるＦ３−Ｆ３線に沿って示される連結部、および、吸気系において連結部の近傍の部位の断面図。 図３のように断面された連結部、および、吸気系において連結部の近傍の部位を一部切り欠いて示す斜視図。 図３中に示されるＦ５−Ｆ５線に沿って示される連結部の断面図。 図１に示される環状流路内に規定される流路を、周方向を横切る方向に断面した場合の流路断面を示す概略図。 図１に示される吸気通路においてスロットルバルブの近傍を側方から見た状態を一部切り欠いて示す側面図。 本発明の第２の実施形態に係る排出ガス還流装置を備えるエンジンシステムにおいて、連結部と、連結部の近傍とを、主流路の軸心線と第１の位置とを通るように断面した状態を斜めに見る断面図。 図８に示される環状流路内に規定される流路を、周方向を横切る方向に断面した場合の流路断面を示す概略図。

本発明の第１の実施形態に係る排出ガス還流装置を、図１〜７を用いて説明する。本実施形態の排出ガス還流装置は、一例としてディーゼルエンジン１１を備えるエンジンシステム１０に用いられる。エンジンシステム１０は、例えば図示しない自動車に搭載される。

図１は、エンジンシステム１０を示す概略図である。図１に示すように、エンジンシステム１０は、レシプロ式のディーゼルエンジン１１と、ディーゼルエンジン１１に吸気を導く吸気系２０と、ディーゼルエンジン１１から排出される排出ガスを自動車の外部に導く排気系３０と、ターボチャージャ７０とを備えている。

ディーゼルエンジン１１は、本実施形態では、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３となどから構成されており、気筒１４内に吸気を導く吸気通路（吸気系２０の一部）や、気筒１４から排出される排出ガスを外部に導く排気通路（排気系３０の一部）は除いた部分である。

吸気系２０は、エアクリーナ２１と、インタクーラ２２と、スロットルバルブ２４と、これらエアクリーナ２１、インタクーラ２２、気筒１４間を接続するとともに気筒１４に吸気を導く吸気通路２３となどを備えている。エアクリーナ２１は、吸気通路２３の上流に配置されており、吸気通路２３に連通している。エアクリーナ２１を通過した空気（新気）が吸気通路２３内に導かれ、ディーゼルエンジン１１に導かれる。インタクーラ２２は、吸気通路２３中においてエアクリーナ２１の下流に配置されている。

ターボチャージャ７０のコンプレッサ７１（図３に示す）は、吸気通路２３中において、エアクリーナ２１とインタクーラ２２との間に設けられている。スロットルバルブ２４は、吸気通路２３中においてエアクリーナ２１とコンプレッサ７１との間に設けられている。吸気通路２３は、例えば管部材２５で形成されている。

排気系３０は、排気通路３１と、触媒３２と、フィルタ３３と、高圧ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置４０と、低圧ＥＧＲ装置５０となどを備えている。排気通路３１は、ディーゼルエンジン１１の各気筒１４に連通しており、各気筒１４から排出される排出ガスＧを外部に導く。ターボチャージャ７０のタービン７２は、排気通路３１中に設けられている。

触媒３２と、フィルタ３３とは、排気通路３１中に設けられるとともに、タービン７２の下流に配置されている。触媒３２は、例えば酸化触媒であって、排出ガスＧ中のＨＣ，ＣＯを酸化する。フィルタ３３は、触媒３２の下流に配置されている。フィルタ３３は、排出ガスＧ中のパティキュレータマターを捕集する。

排気通路３１は、例えば管部材３４で形成されている。管部材３４は、タービン７２、触媒３２、フィルタ３３など排気系３０が備える各装置を連結し、排出ガスＧを外部へ導く。

高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ用循環通路４１と、高圧ＥＧＲ用触媒４２と、高圧ＥＧＲ用バルブ４３とを備えている。高圧ＥＧＲ用循環通路４１は、排気通路３１においてタービン７２の上流の位置と、吸気通路２３においてインタクーラ２２の下流の位置とを連結し、連通している。

高圧ＥＧＲ用触媒４２は、高圧ＥＧＲ用循環通路４１中に設けられている。高圧ＥＧＲ用触媒４２は、高圧ＥＧＲ用循環通路４１に流入した排出ガスＧ中のデポジットを捕集する。

高圧ＥＧＲ用バルブ４３は、高圧ＥＧＲ用循環通路４１と吸気通路２３との連結部に設けられており、高圧ＥＧＲ用循環通路４１と吸気通路２３とを連通する高圧ＥＧＲ用導入口４４を開閉可能に閉塞する。高圧ＥＧＲ用バルブ４３は、例えば図示しない制御部によって制御されており、要求されるＥＧＲガスの量に応じて開閉および開き度が調整される。

低圧ＥＧＲ装置５０は、本願の排出ガス還流装置の一例である。低圧ＥＧＲ装置５０は、低圧ＥＧＲ用循環通路５１と、ＥＧＲクーラ５２、低圧ＥＧＲ用バルブ３００とを備えている。低圧ＥＧＲ用循環通路５１は、排気通路３１においてフィルタ３３の下流の位置と、吸気通路２３においてスロットルバルブ２４とコンプレッサ７１との間の位置とに連結されており、排気通路３１と吸気通路２３とを連通している。

ＥＧＲクーラ５２は、低圧ＥＧＲ用循環通路５１内に設けられている。低圧ＥＧＲ用バルブ３００は、低圧ＥＧＲ用循環通路５１においてＥＧＲクーラ５２の下流に配置されており、低圧ＥＧＲ用循環通路５１（本実施形態では、後述される排出ガス導入流路８０）を開閉する。低圧ＥＧＲ用バルブ３００が開くと、低圧ＥＧＲ用循環通路５１が開き、それゆえ、排出ガスＧが吸気通路２３に導かれる。低圧ＥＧＲ用バルブ３００が閉じると、低圧ＥＧＲ用循環通路５１が閉じ、それゆえ、排気ガスＧが吸気通路２３に導かれない。

低圧ＥＧＲ用循環通路５１は、吸気通路２３に連結される連結部６０と、排気通路３１に連結されて排出ガスＧを連結部６０へ導く排出ガス導入流路８０とを備えている。

図１中２点鎖線で囲まれる範囲Ｆ１は、連結部６０、および、吸気系２０において連結部６０の近傍の部位を示している。図２は、連結部６０、および、吸気系２０において連結部６０の近傍の部位を、一部切り書いて示す斜視図である。

図１，２に示すように、連結部６０は、吸気通路２３においてスロットルバルブ２４とコンプレッサ７１との間に連結されている。図３は、図２中に示されるＦ３−Ｆ３線に沿って示される連結部６０、および、吸気系２０において連結部６０の近傍の部位の断面図である。図４は、図３のように断面された連結部６０、および、吸気系２０において連結部６０の近傍の部位を示す斜視図である。図５は、図３中に示されるＦ５−Ｆ５線に沿って示される連結部６０の断面図である。

図２〜４に示されるように、連結部６０は、吸気通路２３を周方向の内側に囲んでいる。連結部６０は、吸気通路２３の一部である主流路６１と、主流路６１の周囲に形成されて主流路６１に連通する環状流路６２とを備えている。

図５に示されるように、環状流路６２は、主流路６１を内側に囲むように、主流路６１の周方向に沿って形成されている。環状流路６２は、主流路６１の周方向Ａに沿って環状に形成されている。周方向は、図中矢印で示されている。

主流路６１と環状流路６２との間には、流入口６３が形成されている。主流路６１と環状流路６２とは、流入口６３を通して連通している。流入口６３は、主流路６１の周方向Ａに沿って環状に形成されている。つまり、流入口６３は、主流路６１の周方向全域に形成されている。このため、主流路６１と環状流路６２とは、主流路６１の周方向Ａに環状に、環状流路６２に連通しており、主流路６１と環状流路６２とは、主流路６１の周方向全域で互いに連通している。

環状流路６２について、具体的に説明する。図３に示すように、環状流路６２は、外周壁部６４の内面によって規定されている。外周壁部６４は、流入口６３に対向する底壁部６５と、主流路６１の上流側に対向する上流側側壁部６６と、主流路６１の下流側に対向する下流側側壁部６７とを有している。底壁部６５は、主流路６１を内側に囲むように、主流路６１の周方向Ａにそってなだらかな環状に形成されている。

上流側側壁部６６は、底壁部６５の上流側縁に連結されており、一体である。また、上流側側壁部６６は、吸気通路２３において主流路６１より上流に位置して主流路６１に連通する第１の連通口２６の縁２６ａに連結されている。また、縁２６ａより直ぐ上流の吸気通路２３は、吸気通路２３の断面中心に向けて流路断面積が小さくなるように絞り部１１０を形成して、縁２６ａに連結されている。下流側側壁部６７は、底壁部６５の下流側縁に連結されている。また、下流側側壁部６７は、吸気通路２３において主流路６１より下流に位置して主流路６１に連通する第２の連通口２７の縁２７ａに連結されている。

流入口６３は、上記のように、環状流路６２を規定する外周壁部６４のうち上・下側側壁部と吸気通路との連結部によって規定されている。

排出ガス導入流路８０は、環状流路６２内の周方向Ａのうち一方向Ａ１に排出ガスＧの流れが生じるように、環状流路６２に連結されている。一方向Ａ１は、コンプレッサ７１の回転方向と同じ方向である。図５は、環状流路６２を、主流路６１の軸心線６１ａを垂直に横切るように断面した状態が示されている。図５に示されるように、排出ガス導入流路８０は、底壁部６５の内面によって規定される環状流路６２の外周縁６２ａの接線方向に沿って、環状流路６２に連結されている。排出ガス導入流路８０は、当該排出ガス導入流路８０から環状流路６２内に流入した際の排出ガスＧの流れる方向Ｂに主流路６１と重ならない位置に、連結されている。

なお、図中、排出ガス導入流路８０から環状流路６２内に流入した際の排出ガスＧの流れる方向Ｂを矢印で示している。また、図中、方向Ｂに沿って見た場合に主流路６１と重なる範囲を一対の２点鎖線１０１，１０２で囲われる範囲１０３で示し、重ならない範囲を、符号１００，１０４で示している。範囲１００は、図中２点鎖線１０１より右側の範囲である。範囲１０４は、図中２点鎖線１０２より左側の範囲である。このように、排出ガスＧは、範囲１００内に連結されている。

排出ガス導入流路８０が上記のように環状流路６２に連結されていることによって、排出ガス導入流路８０から環状流路６２内に導入された排出ガスＧは、図中矢印で示されるように、周方向Ａのうちの一方向Ａ１にそって流れる。

なお、上記された排出ガス導入流路８０の連結構造は、一例である。排出ガス導入流路８０と環状流路６２との連結構造が上記と異なってもよい。要するに、排出ガス導入流路８０は、当該排出ガス導入流路８０から環状流路６２内へ導入された排出ガスが、環状流路６２内の周方向Ａのうち一方向Ａ１に沿って流れればよい。

つぎに、流入口６３の幅ｗ１について説明する。なお、ここで言う幅ｗ１は、図３に示されるように、主流路６１の軸心線６１ａに沿う流入口６３の開口の長さを示している。幅ｗ１は、本発明で言う開口幅である。本実施形態では、吸気通路２３の軸心線２３ａと主流路６１の軸心線６１ａとは重なっており、それゆえ、同一である。

まず、図５に示すように、流入口６３に、第１の位置Ｐ１と、第２の位置Ｐ２とを設定する。なお、図５中には、流入口６３を規定する縁２７ａが図示している。第１の位置Ｐ１は、流入口６３において、排出ガス導入流路８０が環状流路６２に連結される連結部２００に対向する位置に設定される。図５中では、第１の位置Ｐ１は、流入口６３において軸心線６１ａが延びる方向にそって縁２７ａと重なる位置に設定される。このため、図中では、第１の位置Ｐ１は、縁２７ａ上に示されている。

第２の位置Ｐ２は、流入口６３において、第１の位置Ｐ１から一方向Ａ１（排出ガスＧの流れる方向）に沿って下流側のいずれかの位置に設定される。本実施形態では、第２の位置Ｐ２は、一例として、第１の位置Ｐ１から軸心線６１ａのまわりに２７０度下流に進んだ位置である。言い換えると、図５において第１の位置Ｐ１と主流路６１の軸心線６１ａとを結ぶ第１の仮想線ｖ１と、第２の位置Ｐ２と軸心線６１ａとを結ぶ第２の仮想線ｖ２とがなす角度が、９０度となる。図５中では、第２の位置Ｐ２は、流入口６３において軸心線６１ａが延びる方向にそって縁２７ａと重なる位置に設定される。このため、図中では、第２の位置Ｐ２は、縁２７ａ上に示されている。

図６は、環状流路６２内に規定される流路を、周方向Ａを横切る方向に断面した場合の流路断面を概略的に示すとともに、当該流路断面の流入口６３の幅ｗ１と、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２とを示している。ここで言う底壁部６５の内面６５ａの幅とは、内面６５ａにおいて主流路６１の軸心線６１ａにそう長さである。また、内面６５ａは、本発明で言う底縁の一例である。

なお、図６では、第１の位置Ｐ１と主流路６１の軸心線６１ａとを通る第１，２の流路断面ｓ１，ｓ２と、第２の位置Ｐ２と主流路６１の軸心線６１ａとを通る第３，４の流路断面ｓ３，ｓ４とを一例として示している。図６中に示される環状流路６２は、第１〜４の流路断面ｓ１〜ｓ４の環状流路６２中の位置を示すために示されたものであって、図に示される環状流路６２に対する第１〜４の流路断面ｓ１〜ｓ４の大きさは、厳密なものではない。

図６に示されるように、流入口６３の幅ｗ１は、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２に向かって（一方向Ａにそって）連続的に長くなっている（増加している）。言い換えると、流入口６３は、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２に向かって連続的に広くなっている。また、流入口６３は、一方向Ａ１に沿って第２の位置Ｐ２から第１の位置Ｐ１の範囲で狭まる。言い換えると、流入口６３の幅ｗ１は、一方向Ａ１に沿って第２の位置Ｐ２から第１の位置Ｐ１の範囲で、短くなる。

底壁部６５の幅ｗ２は、変化しない。言い換えると、底壁部６５の幅ｗ２は、周方向に一定である。

環状流路６２の流路断面（流路断面の面積）は、第１の流路断面ｓ１から第４の流路断面ｓ４まで、下流に進むにつれて連続的に小さくなるように設定されている。各流路断面において流入口６３と底壁部６５とを結ぶ長さを幅ｗ３とすると、幅ｗ３は、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２まで、一方向Ａ１に沿って進むにつれて連続的に短くなる。幅ｗ３は、本発明でいう、流入口と該流入口に対向する底縁とを結ぶ長さである。

図６中の範囲Ｆ６内には、第１〜４の流路断面ｓ１〜ｓ４の各々の、流入口６３の幅ｗ１と、底壁部６５の幅ｗ２と、流入口６３と底壁部６５との間の幅ｗ３と、面積とを概略的に示す概略図が示されている。

範囲Ｆ６について具体的に説明する。本実施形態では、図に示すように、流入口６３の幅ｗ１（流入口６３の開口の長さ）は、底壁部６５の幅ｗ２（側壁部６５の内面の長さ）を基準に、幅ｗ２に対する相対値が示されている。本実施形態では、底壁部６５の幅ｗ２は、主流路６１の周方向に一定値である。底壁部６５の幅ｗ２を基準値１とする。

第１の位置Ｐ１での第１の流路断面ｓ１では、流入口６３の幅ｗ１は、０．４となる。第３の流路断面ｓ３では、流入口６３の幅ｗ２は、０．６となる。第２の流路断面ｓ２では、流入口６３の幅ｗ１は、０．８でとなる。第２の位置Ｐ２での第４の流路断面ｓ４では、流入口６３の幅ｗ１は、１となる。

流入口６３と底壁部６５との間の幅ｗ３は、底壁部６５の幅ｗ２に対する相対値では表現されておらず、第１の位置Ｐ１の第１の流路断面ｓ１での幅ｗ３を基準値１とし、当該第１の位置Ｐ１での幅ｗ３に対する各位置での幅ｗ３の相対値が示されている。

第１の位置Ｐ１での第１の流路断面ｓ１では、幅ｗ３は、１となる。第３の流路断面ｓ３では、幅ｗ３は、０．７となる。第２の流路断面ｓ２では、幅ｗ３は、０．６となる。第２の位置Ｐ２での第４の流路断面ｓ４では、幅ｗ３は、０．５となる。

このため、各流路断面の相対値は、第１の位置Ｐ１での第１の流路断面ｓ１の面積は０．７となる。第３の流路断面ｓ３の面積は、０．５６となる。第２の流路断面ｓ２の面積は、０．５４となる。第２の位置Ｐ２での第４の流路断面ｓ４の面積は、０．５となる。

つぎに、環状流路６２について説明する。環状流路６２は、底壁部６５と上流側側壁部６６と下流側側壁部６７との各々の内面６５ａ，６６ａ，６７ａによって規定されている。

図３に示すように、下流側側壁部６７の内面６７ａは、平面状である。下流側側壁部６７の内面６７ａと、吸気通路２３を規定する管部材２５の内面２５ａとによって規定される角度αは、主流路６１の周方向全周にわたって９０度である。下流側側壁部６７の内面６７ａは、本発明で言う下流側縁の一例である。下流側側壁部６７の内面６７ａと吸気通路２３を構成する管部材２５の内面２５ａとの連結部９０は、内面６７ａから内面２５ａにわたってなだらかに形成されている。角度αは、本発明で言う、流入口の吸気通路の下流側開口縁部を形成する環状流路の内壁面と吸気通路の内壁面とがなす角度である。

また、上流側側壁部６６の内面６６ａは、平面状である。上流側側壁部６６の内面６６ａと、吸気通路２３を規定する管部材２５の内面２５ａとによって規定される角度θは、主流路６１の周方向Ａ全周にわたって角度αよりも小さく、本実施形態では角度αが９０度であるので、角度θは、鋭角である。角度θは、吸気通路２３の内面２５ａと上流側側壁部６６の内面６６ａとが互いに接続する部分である縁２６ａにおける内面２５ａ，６６ａによって規定される角度である。角度θは、本発明で言う、流入口の吸気通路の上流側開口縁部を形成する環状流路の内壁面と吸気通路の内壁面とがなす角度である。

上流側側壁部６６の内面６６ａは、本発明で言う上流側縁の一例である。上流側側壁部６６の内面６６ａと吸気通路２３を構成する管部材２５の内面２５ａとの連結部は、内面２５ａから内面６６ａにわたってなだらかに形成されている。

底壁部６５の内面６５ａは、図３に示すように、周方向Ａを横切る断面でみると、直線状である。底壁部６５の内面６５ａと下流側側壁部６７の内面６７ａとがなす角度βは、主流路６１の周方向全周にわたって９０度である。内面６５ａと内面６７ａとの連結部９１は、内面６５ａから内面６７ａにわたってなだらかに形成されている。

上流側側壁部６６の内面６６ａは、周方向Ａを横切る方向に環状流路６２を断面して見た場合は、直線状である。上流側側壁部６６の内面６６ａは、底壁部６５の内面６５ａに対して傾斜しており、内面６５ａと内面６６ａとによって規定される角度γは、鋭角（０＜γ＜９０度）となる。内面６６ａは、本発明で言う上流側縁の一例である。内面６５ａと内面６６ａとは、なだらかに連続している。

上記したように、流入口６３の幅ｗ１は、一方向Ａ１に沿って第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２まで、連続的に大きくなる。具体的には、底壁部６５の内面６５ａに対する上流側側壁部６６の内面６６ａの傾斜（角度γ）が変化することによって、流入口６３の幅ｗ１が変化する。上流側側壁部６６の内面６６ａと吸気通路２３の内面２５ａとの連結部９２は、内面６６ａから内面２５ａにわたってなだらかに形成されている。

このとき、底壁部６５の内面６５ａと下流側側壁部６７の内面６７ａとは、変化しない。すなわち、内面６５ａと内面６７ａとによって規定される角度αは、９０度が保たれる。

つぎに、吸気通路２３において主流路６１より上流の位置の構造について説明する。吸気通路２３において主流路６１より直ぐ上流の位置は、絞り部１１０となっている。絞り部１１０は、当該絞り部１１０より上流の部位に対して流路断面が小さくなるように絞られている。本実施形態では、絞り部１１０は、スロットルバルブ２４の下流に位置している。

つぎに、低圧ＥＧＲ装置５０の動作を説明する。ディーゼルエンジン１１の運転状態に応じて低圧ＥＧＲ装置５０を用いて排出ガスＧを供給する状態になると低圧ＥＧＲ用バルブ３００が開く。低圧ＥＧＲガスが供給されるべき状態になると、つまり、低圧ＥＧＲ用バルブ３００が開くと、排気通路３１から排出ガス導入流路８０に排出ガスＧの一部が流入する。図５に示されるように、排出ガス導入流路８０に流入した排出ガスＧは、排出ガス導入流路８０から環状流路６２内に流入する。

環状流路６２内に流入した排出ガスＧは、一方向Ａ１に沿って第１の位置Ｐ１から下流側に向かって流れる。この際、図中に示されるように、排出ガスＧの一部は、流入口６３から主流路６１内流入する。

環状流路６２内での排出ガスＧの流れの勢いは、排出ガス導入流路８０と環状流路６２との連結部２００で最も強く、一方向Ａ１に沿って下流に流れるにつれて小さくなる。このため、流入口６３において第１の位置Ｐ１の近傍では、排出ガスＧの流れの勢いが強くなる。これに対し、下流に位置する第２の位置Ｐ２の近傍での排出ガスＧの流れの勢いは、小さくなっている。

流入口６３の幅ｗ１は、排出ガスＧの流れの勢いが小さくなるに応じて大きくなり、流入口６３の各部位から主流路６１に流入する排出ガスＧの量が均一になるように設定されている。

言い換えると、流入口６３において排出ガス導入流路８０と環状流路６２との連結部２００に対向する第１の位置Ｐ１では、排出ガスＧの流れの勢いが強いので、流入口６３の幅ｗ１が小さくなっている。このため、第１の位置Ｐ１から主流路６１の流入する排出ガスＧの量が制限される。また、流入口６３の第２の位置Ｐ２では、排出ガスＧの流れの勢いが小さくなっているので、流入口６３の幅ｗ１が大きくなっている。このため、下流の第２の位置Ｐ２であっても、主流路６１に流入する排出ガスＧの量を確保することができる。この結果、流入口６３の各部位において主流路６１に流入する排出ガスＧの量が、均一になる。また、環状流路６２の流路断面（流路断面の面積）は、第１の流路断面ｓ１から第４の流路断面ｓ４まで、下流に進むにつれて連続的に小さくなるように設定されているため、環状流路６２内の排出ガスＧは、下流に進むにつれて主流路へ向けて押し出されるようになる。更に、流入口６３と底壁部６５とを結ぶ長さを幅ｗ３が、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２まで、一方向Ａ１に沿って進むにつれて連続的に短くなっているため、環状流路６２内の排出ガスＧは、下流に進むにつれて主流路へ向けて案内される形となる。このことによって、環状流路６２の下流側においても排出ガスＧが主流路６１内に流入しやすくなり、流入口６３の各部位において主流路６１に流入する排出ガスＧの量が、均一になる。

主流路６１内では、エアクリーナ２１を通過して流れてきた新気Ｎと排出ガスＧとが均一に混ざる。このため、吸気通路２３において主流路６１よりも下流域では、主流路６１の直下であっても、吸気通路２３の軸心線２３ａを垂直に横切る流路断面内の新気Ｎと排出ガスＧとの混合気Ｍの流速分布は、略均一になる。

吸気通路２３内において主流路６１の直ぐ下流の部位での流速分布が略均一になることによって、コンプレッサ７１に加わる圧力も各部位において均一になる。

図７は、吸気通路２３においてスロットルバルブ２４の近傍を側方から見た状態を示す側面図である。図中、吸気通路２３を構成する管部材２５は、スロットルバルブ２４の近傍が切り欠かれている。

図７に示されるように、吸気通路２３内では、スロットルバルブ２４の周辺では新気Ｎの流れが滞る死水領域１２０が形成される傾向にある。図中１点鎖線で示される範囲が死水領域１２０である。しかしながら、絞り部１１０があることによって、絞り部１１０では，吸気流路２３の軸心に向かう流速ベクトルが発生するので，死水領域１２０は、上流側に移動する。この結果、死水領域１２０は、主流路６１より上流側に収まる。言い換えると、絞り部１１０は、死水領域１２０が主流路６１および主流路６１よりも下流に形成されないように考慮されて形成されている。また、絞り部１１０があることによって、吸気通路２３から主流路６１へ流入する新気Ｎが主流路６１の軸心方向へ案内され、環状流路６２内へ流入することを抑制できる。

また、環状流路６２の下流側側壁部６７の内面６７ａと吸気通路２３を規定する内面２５ａとの連結部９０がなだらかに形成される（いわゆる、Ｒ面取りされる）、また上流側側壁部６６の内面６６ａと吸気通路２３を規定する内面２５ａとがなす、内面６６ａと内面２５ａとの連結部における角度θよりも大きくされることによって、排出ガスＧが環状流路６２から主流路６１内に流入する際に、排出ガスＧが内面２５ａから剥離することが抑制される。排出ガスＧが内面２５ａから剥離することによって、内面２５ａ近傍での排出ガスＧの流速が小さくなる。つまり、排出ガスＧが内面２５ａから剥離することが抑制されることによって、吸気通路２３において主流路６１よりも下流での混合気Ｍの流速分布が均一になる。

このように、本実施形態では、流入口６３の幅ｗ１が一方向Ａ１に沿って下流側に進むにつれて大きくなることによって、流入口６３から主流路６１内に流入する排出ガスＧの量が、流入口６３の各部位において均一になる。このため、吸気通路２３において主流路６１よりも下流側での混合気Ｍの流速分布が均一になる。

この結果、本実施形態のように、主流路６１の直ぐ下流にコンプレッサ７１が配置される構造であっても、混合気Ｍの流速分布が不均一になることに起因する、コンプレッサ７１と当該コンプレッサ７１を収容するハウジング７１ａとの接触、コンプレッサ７１の回転軸７３と当該回転軸７３を支持する軸受け７４との間で生じる磨耗などの不具合の発生が防止される。

また、流入口６３が周方向Ａに沿って連続して開口する環状に形成されることによって、排出ガスＧが吸気通路２３内に流入する際の抵抗を小さく抑えることができるので、排出ガスＧが吸気通路２３に効率よく導入される。

また、流入口６３の幅ｗ１の変化は、底壁部６５の内面６５ａに対する上流側側壁部６６の内面６６ａの傾斜の変化によって調整される。このことによって、下流側側壁部６７の内面６７ａと吸気通路２３を規定する管部材２５の内面２５ａとによって規定される角度αを９０度に一定に保つことができる。

下流側側壁部６７の内面６７ａと管部材２５の内面２５ａとによって規定される角度αが小さくなるほど、排出ガスＧが内面２５ａから剥離しやすくなる。

なお、本実施形態では、内面６７ａと内面２５ａとによって規定される角度αは、９０度であるが、これに限定されない。内面６７ａと内面２５ａとがなす角度αは、９０度以上１８０度未満のいずれかの値に固定されることによって、内面６７ａから内面２５ａにわたってなだらかにつながるようになるので、排出ガスＧが内面２５ａから剥離することが抑制される。

図３中の範囲Ｆ３内には、内面６７ａと内面２５ａとによって規定される角度αの他の例（９０度以外）として、１２０度である状態と１５０である状態とが示されている。これらの場合であっても内面６７ａと内面６５ａとの連結部９０は、なだらかに形成されている。これらの場合であっても、本実施形態と同様の作用と効果とが得られる。

つぎに、本発明の第２の実施形態に係る排出ガス還流装置を、図８，９を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同様の機能を有する構成は、第１の実施形態と同様の符号を付して説明を省略する。本実施形態では、底壁部６５の内面６５ａ幅ｗ２が、第１の実施形態と異なる。他の構造は、第１の実施形態と同様であってよい。上記異なる構造を説明する。

図８は、連結部６０と、連結部６０の近傍とを、主流路６１の軸心線６１ａと第１の位置Ｐ１とを通るように断面した状態を斜めに見る断面図である。図９は、環状流路６２の第１〜４の流路断面ｓ１〜ｓ４を概略的に示す概略図である。

図８，９に示されるように、本実施形態では、第１の実施形態で説明された、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２にわたって、流入口６３の幅ｗ１が変化することと、環状流路６２の一方向Ａ１を横切る流路断面の面積が下流に進むにつれて小さくなることに加えて、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２も変化する。具体的には、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２は、一方向Ａ１にそって下流に進むにつれて、連続的に短くなる。

図９中に示される範囲Ｆ９内には、第１〜４の流路断面ｓ１〜ｓ４の各々の、流入口６３の幅ｗ１、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２、流入口６３と内面６５ａと間の幅ｗ３と、面積が示されている。

図９中のＦ９に示されるように、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２と、流入口６３の幅ｗ１とは、第１の位置Ｐ１を通る第１の断面ｓ１での内面６５ａの幅ｗ２を基準長さ１として、当該基準長さ１に対する相対値が表されている。Ｆ９内に示すように、第１の位置Ｐ１での第１の流路断面ｓ１では、底壁部６５の内面６５ａの幅は、１であり、流入口６３の幅ｗ１は、０．４である。第３の流路断面ｓ３では、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２は、０．８であり、流入口６３の幅ｗ１は、０．６である。第２の流路断面ｓ２では、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２は、０．６であり、流入口６３の幅ｗ１は、０．８である。第２の位置Ｐ２での第４の流路断面ｓ４では、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２は、０．４であり、流入口６３の幅ｗ１は、１である。

Ｆ９内では、流入口６３と底壁部６５の内面６５ａとの間の幅ｗ３は、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２に対する相対値としては表されておらず、第１の位置Ｐ１の第１の流路断面ｓ１での流入口６３と底壁部６５の内面６５ａとの間の幅ｗ３を基準長さ１として、当該基準長さ１に対する各流路断面での幅ｗ３の相対値が示されている。Ｆ９に示されるように、第１の位置Ｐ１での第１の流路断面ｓ１では、幅ｗ３は、１である。第３の流路断面ｓ３では、幅ｗ３は、０．７である。第２の流路断面ｓ２では、幅ｗ３は、０．６である。第２の位置Ｐ２での第４の流路断面ｓ４では、幅ｗ３は、０．５である。

Ｆ９内では、流路断面ｓ１〜ｓ４の面積の互いの相対値が示されている。第１の位置Ｐ１での第１の流路断面の面積は、０．７となる。第３の流路断面ｓ３の面積は、０．４９となる。第２の流路断面ｓ２の面積は、０．４２となる。第２の位置Ｐ２での第４の流路断面ｓ４の面積は、０．３５となる。

つぎに、底壁部６５の内面６５ａ幅ｗ２が短くなることについて、具体的に説明する。図８に示されるように、本実施形態においても、下流側側壁部６７の内面６７ａと吸気通路２３を規定する管部材２５の内面２５ａとによって規定される角度αは、９０度である。また、底壁部６５の内面６５ａと下流側側壁部６７の内面６７ａとによって規定される角度βも９０度である。このため、底壁部６５は、上流側側壁部６６側の端部６５ｂが下流側に短くなる。

本実施形態では、底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２が、一方向Ａ１に沿って連続的に小さくなることによって、第１の実施形態の効果に加えて、環状流路６２の下流側においても主流路６１内に排出ガスＧが流入しやすくなる。この点について具体的に説明する。

排出ガスＧは、排出ガス導入流路８０から環状流路６２内に流入すると、その一部が流れの勢いによって底壁部６５の内面６５ａに沿って流れる。このため、底壁部６５に沿って下流に向かって流れる排出ガスＧは、主流路６１内に流入しにくくなる傾向にある。

しかしながら、環状流路６２が下流に向かうにつれて底壁部６５の内面６５ａの幅ｗ２が小さくなることによって、底壁部６５に沿って流れていた排出ガスＧは、内側（流入口６３側）に向かって押し出される。このことによって、環状流路６２の下流側においても排出ガスＧが主流路６１内に流入しやすくなる。幅ｗ１，ｗ２の相対関係は、流入口６３の各部位から流入する排出ガスＧの量が均一になるように設定されている。

また、底壁部６５の幅ｗ２が小さくなる際に、下流側側壁部６７の内面６７ａと吸気通路２３を規定する管部材２５の内面２５ａとによって規定される角度αは、一定に保たれる。本実施形態では、一例として、第１の実施形態と同様に９０度であるが、９０度以上であって１８０度未満のいずれかの角度であればよい。このため、排出ガスＧが管部材２５の内面２５ａから剥離することが抑制される。

また、内面２５ａ，６６ａによって規定される角度θが第１の実施形態と同様に、角度αよりも小さくなるように設定されている。排出ガスＧが環状流路６２から主流路６１内に流入する際に、排出ガスＧが内面２５ａから剥離することが抑制される。排出ガスＧが内面２５ａから剥離することによって、内面２５ａ近傍での排出ガスＧの流速が小さくなる。つまり、排出ガスＧが内面２５ａから剥離することが抑制されることによって、吸気通路２３において主流路６１よりも下流での混合気Ｍの流速分布が均一になる。

なお、第１，２の実施形態では、本発明の排気還流装置は、一例として低圧ＥＧＲガス装置５０に用いられた。しかしながら、本発明の排気還流装置は、低圧ＥＧＲガス装置５０のみに限定されるものではない。

また、第１，２の実施形態では、流入口６３を周方向Ａに連続して開口する１つの長孔として説明したが、流入口６３は複数存在してもよく、この場合、第１の位置Ｐ１側の流入口の孔の径を小さくし、第２の位置Ｐ２側に進むにつれ、流入口の孔の径を大きくするか、流入口の孔の径を等しくし、第１の位置Ｐ１側の流入口の数を少なく、第２の位置Ｐ２側に進むにつれ、流入口の数を多くしてもよい。

この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
吸気が流動する吸気通路と、
前記吸気通路の周方向に沿って延びて環状に形成され、内側に前記吸気通路を囲む環状流路と、
前記吸気通路と前記環状流路との間に形成され、前記吸気通路と前記環状流路とを連通する流入口と、
前記環状流路に連通し、前記周方向のうち一方向に流れるように前記排出ガスを該環状流路内に導く排出ガス導入路と
を具備し、
前記流入口は、前記排出ガス導入流路から前記環状流路に流入する排気ガスの流れに対し前記一方向に沿って上流から下流に進むにつれて開口面積を大きくした
ことを特徴とする排気還流装置。
［２］
前記流入口は、前記吸気通路と前記環状流路との間において前記周方向に延びて環状に形成された環状開口である
ことを特徴とする［１］に記載の排気還流装置。
［３］
前記流入口は、その開口幅が前記一方向に沿って上流から下流に進むにつれて連続的に大きくなる
ことを特徴とする［２］に記載の排気還流装置。
［４］
前記流入口の前記吸気通路の上流側開口縁部を形成する前記環状流路の内壁面と前記吸気通路の内壁面とがなす角度より、前記流入口の前記吸気通路の下流側開口縁部を形成する前記環状流路の内壁面と前記吸気通路の内壁面とがなす角度を大きくした
ことを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１に記載の排気還流装置。
［５］
前記流入口の前記吸気通路の上流側開口縁部側に前記吸気通路の流路断面積を小さくする絞り部が形成された
ことを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１に記載の排気還流装置。
［６］
前記環状流路において前記一方向を横切る流路断面が、前記一方向に沿って下流に進むにつれて小さくなる
ことを特徴とする［１］〜［５］のうちのいずれか１に記載の排気還流装置。
［７］
前記環状流路の前記一方向を横切る流路断面において、前記流入口と該流入口に対向する底縁とを結ぶ長さが、前記一方向に沿って下流に進むにつれて短くなる
ことを特徴とする［１］〜［６］のうちのいずれか１に記載の排気還流装置。

２３…吸気通路、５０…低圧ＥＧＲ装置（排気循環装置）、６１…主流路、６２…環状流路、６３…流入口、６５ａ…内面（底縁）、６６ａ…内面（上流側縁）、６７ａ…内面（下流側縁）、８０…排出ガス導入流路、１１０…絞り部、２００…連稀部、Ｐ１…第１の位置、Ｐ２…第２の位置、ｗ１…幅（開口幅）、ｗ３…幅（流入口と底縁とを結ぶ長さ）、θ…角度、α…角度。

Claims (6)

1. 吸気が流動する吸気通路と、
   前記吸気通路の周方向に沿って延びて環状に形成され、内側に前記吸気通路を囲む底壁部と上流側側壁部と下流側側壁部とを有する環状流路と、
   前記吸気通路と前記環状流路との間に形成され、前記吸気通路と前記環状流路とを連通する流入口と、
   前記環状流路に連通し、前記周方向のうち一方向に流れるように排出ガスを該環状流路内に導く排出ガス導入流路と
   を具備し、
   前記流入口は、前記下流側側壁部の内壁面と前記吸気通路の内壁面とによって規定される角度を一定に保つとともに、前記底壁部の内壁面に対する前記上流側側壁部の内壁面の傾斜を変化させることにより、前記排出ガス導入流路から前記環状流路に流入する前記排出ガスの流れに対し前記一方向に沿って上流から下流に進むにつれて開口面積を大きくした
   ことを特徴とする排気還流装置。
2. 前記流入口の前記吸気通路の上流側開口縁部を形成する前記環状流路の内壁面と前記吸気通路の内壁面とがなす角度より、前記流入口の前記吸気通路の下流側開口縁部を形成する前記環状流路の内壁面と前記吸気通路の内壁面とがなす角度を大きくした
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気還流装置。
3. 前記流入口の前記吸気通路の上流側開口縁部側に前記吸気通路の流路断面積を小さくする絞り部が形成された
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気還流装置。
4. 前記環状流路において前記一方向を横切る流路断面が、前記一方向に沿って下流に進むにつれて小さくなる
   ことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の排気還流装置。
5. 前記環状流路の前記一方向を横切る流路断面において、前記流入口と該流入口に対向する底縁とを結ぶ長さが、前記一方向に沿って下流に進むにつれて短くなる
   ことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の排気還流装置。
6. 前記周方向のうち前記排出ガスが流れる一方向が前記吸気通路中に設けられたコンプレッサの回転方向と同じ方向である
   ことを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の排気還流装置。

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