JP6211246B2 - EGR gas mixing device - Google Patents
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Description
本発明は、EGRガス混合装置に関するものである。 The present invention relates to an EGR gas mixing device.
従来より、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排気ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減するようにした、いわゆる排気ガス再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)が行われており、一般的に、この種の排気ガス再循環を行う場合には、排気マニホールドから排気管に至る排気通路の適宜位置と、吸気マニホールドの入口付近の吸気管との間をEGRパイプにより接続し、該EGRパイプを通して排気ガスを再循環するようにしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in an automobile engine or the like, a part of exhaust gas is extracted from the exhaust side and returned to the intake side, and combustion of fuel in the engine is suppressed by the exhaust gas returned to the intake side so that the combustion temperature is increased. So-called exhaust gas recirculation (EGR), which reduces the generation of NOx by lowering, is performed. Generally, when this type of exhaust gas recirculation is performed, an exhaust manifold is used. An appropriate position of the exhaust passage extending from the exhaust pipe to the exhaust pipe and an intake pipe near the inlet of the intake manifold are connected by an EGR pipe, and the exhaust gas is recirculated through the EGR pipe.
ただし、吸気管の側面に単純にEGRパイプを接続するだけでは、吸気管内を流れる吸気に対して排気ガスを均一に混合することが難しく、更には、吸気管に対するEGRパイプの接続部分における開口が狭いために吸気に対する排気ガスの混入割合を急激に高めることができないなどの不都合があった。 However, simply connecting the EGR pipe to the side surface of the intake pipe makes it difficult to uniformly mix the exhaust gas with the intake air flowing through the intake pipe. Furthermore, there is an opening at the connection portion of the EGR pipe to the intake pipe. Due to the narrowness, there is a disadvantage that the mixing ratio of the exhaust gas to the intake air cannot be increased rapidly.
このような不都合を改善するため、図4〜図7に示す如く、吸気管1の途中に吸気2の流れを絞り込むベンチュリ部3を形成して該ベンチュリ部3の外周に環状チャンバ4を設け、該環状チャンバ4に対し排気側から排気ガス5の一部を抜き出して導くEGRパイプ6を接続し、前記ベンチュリ部3のスロート部に環状チャンバ4と吸気管1内部とを連通する環状スリット7を形成して前記ベンチュリ部3を上流側の縮径部8と下流側の拡張部9とに分割したEGRガス混合装置が提案されている。
In order to improve such inconvenience, as shown in FIGS. 4 to 7, a
即ち、このようにすれば、EGRパイプ6により環状チャンバ4に導かれた排気ガス5が、ベンチュリ部3に形成した環状スリット7を通して全周から吸気管1内部に流入し、しかも、前記ベンチュリ部3の拡張部9側に生じる負圧部により環状チャンバ4内の排気ガス5が良好に吸引されることになるので、大量の排気ガス5を吸気管1内の吸気2に対し良好に混合せしめて混合ガス2’とすることができる。
That is, in this way, the
この際、ベンチュリ部3の縮径部8の終端に対し拡張部9の始端を半径方向外側にずらして段差を形成することが本発明と同じ出願人により既に提案されており(下記の特許文献1を参照)、このようにすれば、ベンチュリ部3の最小内径部位置(縮径部8の終端位置)よりも下流側(拡張部9側)に生じる負圧部が環状スリット7の内部に入り込み易くなり、縮径部8及び拡張部9の夫々の端面に傾斜面を後加工した場合と変わらない高い吸引作用が得られる。
At this time, it has already been proposed by the same applicant as the present invention to form a step by shifting the starting end of the
また、本発明と同じ出願人は、環状スリット7の最下レベルより低い環状チャンバ4の領域を前記環状スリット7の最下レベルまで底上げして形成することも提案しており(下記の特許文献2を参照)、このようにすれば、排気側から吸気側へ再循環される排気ガスが結露して凝縮水が生じても、その凝縮水が環状チャンバ4内に大量に溜まってしまう事態が起こらなくなる。
The same applicant as the present invention has also proposed that the region of the annular chamber 4 that is lower than the lowest level of the
しかしながら、図4〜図7に示す従来のEGRガス混合装置を以ってしても、エンジンにターボチャージャが搭載されている場合には、吸気側が過給されているために排気側との圧力差が少なくなってしまい、特に回転数の高い運転領域等で必要な量の排気ガス5を再循環させることが難しくなるため、ターボチャージャとして容量可変式のターボチャージャ(バリアブルジオメトリーターボチャージャ)を採用し、該ターボチャージャを制御することで排気圧力を強制的に高める措置を施し、これにより吸気側と排気側との圧力差を確保して必要な量の排気ガス5を再循環させるようにしているが、このようなターボチャージャによる排気圧力を上げる措置がポンピングロスを増加させて燃費の悪化を招いてしまっており、いかに少ない差圧で必要な排気ガスの再循環量を確保できるようにするかが未だに大きな課題として残っている。
However, even if the conventional EGR gas mixing device shown in FIGS. 4 to 7 is used, when the turbocharger is mounted on the engine, the pressure on the exhaust side is increased because the intake side is supercharged. Since the difference becomes smaller and it becomes difficult to recirculate the required amount of
本発明は、斯かる実情に鑑みて成したもので、従来よりも少ない差圧で必要な排気ガスの再循環量を確保し得るEGRガス混合装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide an EGR gas mixing device capable of ensuring a necessary amount of exhaust gas recirculation with a differential pressure less than that of the prior art.
本発明は、吸気管の途中にベンチュリ部を形成して該ベンチュリ部の外周に環状チャンバを設けると共に、該環状チャンバに対し排気側から排気ガスの一部を抜き出して導くEGRパイプを接続し、前記ベンチュリ部に環状チャンバ内部と吸気管内部とを連通する環状スリットを形成して前記ベンチュリ部を上流側の縮径部と下流側の拡張部とに分割したEGRガス混合装置であって、前記環状スリットが前記ベンチュリ部の軸心方向に間隔を空けて形成されていると共に、前記環状チャンバに前記EGRパイプを接続するにあたり、該EGRパイプの軸心が前記環状スリットの中間位置より縮径部側へオフセットされ且つ前記EGRパイプを延長した先が環状スリットに対し部分的に重複するように配置されており、しかも、ベンチュリ部の縮径部の終端に対し拡張部の始端を半径方向外側にずらして段差が形成されるようにしたことを特徴とするものである。 The present invention forms a venturi part in the middle of the intake pipe and provides an annular chamber on the outer periphery of the venturi part, and connects an EGR pipe for extracting and guiding a part of the exhaust gas from the exhaust side to the annular chamber, An EGR gas mixing device in which an annular slit that communicates the inside of the annular chamber and the inside of the intake pipe is formed in the venturi portion, and the venturi portion is divided into an upstream reduced diameter portion and a downstream extension portion, An annular slit is formed at an interval in the axial direction of the venturi portion, and when the EGR pipe is connected to the annular chamber, the EGR pipe has an axial center that is smaller in diameter than an intermediate position of the annular slit. destination of and extended the EGR pipe is offset to the side is arranged so as to partially overlap with respect to the annular slit, moreover, the venturi section To the end of the reduced diameter portion by shifting the starting end of the extension portion radially outward and is characterized in that it has such a step is formed.
而して、このようにすれば、EGRパイプを通して導かれた排気ガスが、ベンチュリ部の環状スリットに対し吸気の流れ方向の上流側から斜めに流入し、吸気の流れに沿うように円滑に吸気管内に流れ込むことになるため、EGRパイプの軸心を環状スリットの中間位置に合わせて配置していた時に生じていたような渦流が環状スリットへの流入時に形成されなくなり、EGRパイプからの排気ガスが吸気管に吸い込まれ易くなって高い吸引作用が得られ、同じ量の排気ガスを従来よりも少ない差圧で再循環させることが可能となる。 Thus, in this way, the exhaust gas guided through the EGR pipe flows obliquely from the upstream side in the flow direction of the intake air into the annular slit of the venturi portion, and smoothly takes in the intake air so as to follow the intake air flow. Since it flows into the pipe, the eddy current that was generated when the axis of the EGR pipe was arranged at the intermediate position of the annular slit is not formed when the EGR pipe flows into the annular slit, and the exhaust gas from the EGR pipe Becomes easy to be sucked into the intake pipe and a high suction action is obtained, and the same amount of exhaust gas can be recirculated with a lower differential pressure than in the prior art.
また、ベンチュリ部の縮径部の終端に対し拡張部の始端を半径方向外側にずらして段差が形成されるようにしているので、ベンチュリ部の最小内径部位置(縮径部の終端位置)よりも下流側(拡張部側)に生じる負圧部が環状スリットの内部に入り込み易くなって更に高い吸引作用が得られる。 Also, since the start of the extension to the end of the reduced diameter portion of the base Nchuri portion to the step is shifted radially outward are formed, the end position of the minimum inner diameter portion position (reduced diameter portion of the venturi section The negative pressure portion generated on the downstream side (expanded portion side) more easily enters the inside of the annular slit, and a higher suction action is obtained.
更に、本発明においては、環状スリットの最下レベルより低い環状チャンバの領域を前記環状スリットの最下レベルまで底上げして形成することが好ましく、このようにすれば、排気側から吸気側へ再循環される排気ガスが結露して凝縮水が生じても、その凝縮水が環状チャンバ内に大量に溜まってしまう事態が起こらなくなる。 Furthermore, in the present invention, it is preferable that the annular chamber region lower than the lowest level of the annular slit is formed so as to rise to the lowest level of the annular slit. Even if the circulated exhaust gas is condensed and condensed water is generated, a situation in which the condensed water is accumulated in a large amount in the annular chamber does not occur.
本発明のEGRガス混合装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。 According to the EGR gas mixing device of the present invention, the following various excellent effects can be obtained.
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、従来よりも少ない差圧で必要な排気ガスの再循環量を確保することができるので、エンジンの回転数が高い運転領域等でターボチャージャを制御して強制的に排気圧力を上げる措置の度合を従来よりも軽減することができ、これによりポンピングロスを減少させて燃費の向上を図ることができる。
(I) According to the invention described in
(II)本発明の請求項1に記載の発明によれば、ベンチュリ部の最小内径部位置(縮径部の終端位置)よりも下流側(拡張部側)に生じる負圧部を環状スリットの内部に入り込み易くして更に高い吸引作用を得ることができるので、エンジンの回転数が高い運転領域等でターボチャージャを制御して強制的に排気圧力を上げる措置の度合を更に軽減することができ、これによりポンピングロスを減少させてより一層の燃費の向上を図ることができる。
According to the invention described in
(III)本発明の請求項2に記載の発明によれば、排気側から吸気側へ再循環される排気ガスが結露して凝縮水が生じても、その凝縮水が環状チャンバ内に大量に溜まってしまう事態を未然に防止することができ、これによって、排気ガスの凝縮水が何らかの拍子で大量にエンジン側に導かれて該エンジンを損傷してしまったり、その溜まり部に凝縮水が濃縮されながら溜まり続けることで腐食が生じてしまったりする虞れを未然に防止することができる。
(III) According to the invention described in
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例を示すもので、先に説明した図4〜図7の従来例と同様に構成したEGRガス混合装置の場合と同様に、吸気管1の途中にベンチュリ部3が形成されており、該ベンチュリ部3の外周に環状チャンバ4が設けられていると共に、該環状チャンバ4に対し排気側から排気ガス5の一部を抜き出して導くEGRパイプ6が接続され、前記ベンチュリ部3に環状チャンバ4内部と吸気管1内部とを連通する環状スリット7が形成されて前記ベンチュリ部3が上流側の縮径部8と下流側の拡張部9とに分割されるようになっているが、本形態例においては、前記環状スリット7が前記ベンチュリ部3の軸心方向に間隔を空けて形成されていると共に、前記環状チャンバ4に前記EGRパイプ6を接続するにあたり、該EGRパイプ6の軸心6aが前記環状スリット7の中間位置Pより縮径部8側へオフセットされ且つ前記EGRパイプ6を延長した先が環状スリット7に対し部分的に重複するように配置したところを特徴としている。
1 and 2 show an example of an embodiment for carrying out the present invention. Similarly to the case of the EGR gas mixing apparatus configured in the same manner as the conventional example shown in FIGS. A
即ち、本発明者は、図4〜図7の従来例でEGRパイプ6の軸心6aが環状スリット7の中間位置Pに合わせて配置されていることに着目し、このような配置を採用した場合に、EGRパイプ6からの排気ガス5の流れが吸気管1内の吸気2の流れに対し直交する向きから流入し、ここで急激に曲げられて吸気2の流れに混合することで渦流(図6参照)が生じて円滑な流れ込みが阻害されているという事実を見いだし、排気ガス5の円滑な合流を図るために、EGRパイプ6の軸心6aを環状スリット7の中間位置Pより縮径部8側へオフセットして配置することを創案するに到った。
That is, the present inventor paid attention to the fact that the shaft center 6a of the
例えば、ここに図示している例では、環状スリット7の幅を約10mm程度に設定しているが、EGRパイプ6の軸心6aを前記環状スリット7の中間位置Pを基準として縮径部8側へ約5mm程度のずらし量でオフセットして配置することにより、後述する如き吸引作用の向上が図られることを確認している。
For example, in the example shown here, the width of the
また、特に本形態例においては、図4〜図7の従来例の場合と同様に、ベンチュリ部3の縮径部8の終端に対し拡張部9の始端を半径方向外側にずらして段差を形成するようしてあり、しかも、環状スリット7の最下レベルより低い環状チャンバ4の領域を前記環状スリット7の最下レベルまで底上げして形成するようにしてある。
Further, particularly in the present embodiment, as in the case of the conventional example of FIGS. 4 to 7, a step is formed by shifting the starting end of the expanded
而して、このようにEGRガス混合装置を構成すれば、EGRパイプ6を通して導かれた排気ガス5が、ベンチュリ部3の環状スリット7に対し吸気2の流れ方向の上流側から斜めに流入し、吸気2の流れに沿うように円滑に吸気管1内に流れ込むことになるため、EGRパイプ6の軸心6aを環状スリット7の中間位置Pに合わせて配置していた時に生じていたような渦流が環状スリット7への流入時に形成されなくなり、EGRパイプ6からの排気ガス5が吸気管1に吸い込まれ易くなって高い吸引作用が得られ、同じ量の排気ガス5を従来よりも少ない差圧で再循環させることが可能となる。
Thus, if the EGR gas mixing device is configured in this way, the
事実、図3に検証結果をグラフで示している通り、EGRパイプ6の軸心6aを環状スリット7の中間位置Pに合わせて配置した「オフセットなし」の例において、所定量の排気ガス5を再循環するのに必要であった圧力に対し、EGRパイプ6の軸心6aを環状スリット7の中間位置Pより縮径部8側へ5mmオフセットして配置した「5mmオフセット」の例では、同じ量の排気ガス5を再循環するのに必要な圧力が大幅に低減されることが本発明者により確かめられている。
In fact, as shown in the graph of the verification result in FIG. 3, in the example of “no offset” in which the axis 6 a of the
従って、上記形態例によれば、従来よりも少ない差圧で必要な排気ガス5の再循環量を確保することができるので、エンジンの回転数が高い運転領域等でターボチャージャを制御して強制的に排気圧力を上げる措置の度合を従来よりも軽減することができ、これによりポンピングロスを減少させて燃費の向上を図ることができる。
Therefore, according to the above embodiment, the necessary recirculation amount of the
また、本形態例においては、ベンチュリ部3の縮径部8の終端に対し拡張部9の始端を半径方向外側にずらして段差を形成したことにより、ベンチュリ部3の最小内径部位置(縮径部8の終端位置)よりも下流側(拡張部9側)に生じる負圧部を環状スリット7の内部に入り込み易くして更に高い吸引作用を得ることができるので、エンジンの回転数が高い運転領域等でターボチャージャを制御して強制的に排気圧力を上げる措置の度合を更に軽減することができ、これによりポンピングロスを減少させてより一層の燃費の向上を図ることができる。
Further, in the present embodiment, the minimum inner diameter portion position (reduced diameter) of the
更に、環状スリット7の最下レベルより低い環状チャンバ4の領域を前記環状スリット7の最下レベルまで底上げして形成したことにより、排気側から吸気2側へ再循環される排気ガス5が結露して凝縮水が生じても、その凝縮水が環状チャンバ4内に大量に溜まってしまう事態を未然に防止することができ、これによって、排気ガス5の凝縮水が何らかの拍子で大量にエンジン側に導かれて該エンジンを損傷してしまったり、その溜まり部に凝縮水が濃縮されながら溜まり続けることで腐食が生じてしまったりする虞れを未然に防止することができる。
Further, the region of the annular chamber 4 lower than the lowest level of the
尚、本発明のEGRガス混合装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the EGR gas mixing apparatus of this invention is not limited only to the above-mentioned example, Of course, various changes can be added within the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 吸気管
3 ベンチュリ部
4 環状チャンバ
5 排気ガス
6 EGRパイプ
6a EGRパイプの軸心
7 環状スリット
8 縮径部
9 拡張部
P 環状スリットの中間位置
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