JP6211246B2

JP6211246B2 - Ｅｇｒガス混合装置

Info

Publication number: JP6211246B2
Application number: JP2012024658A
Authority: JP
Inventors: 永哉杉村
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2032-02-08
Also published as: JP2013160189A

Description

本発明は、ＥＧＲガス混合装置に関するものである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００７−９２５９２号公報特開２０１０−１０１１９１号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

本発明を実施する形態の一例を側方から見た断面図である。図１の構造を上方から見た平面図である。本形態例の効果について検証したグラフである。従来例を上方から見た断面図である。従来例を上方から見た平面図である。図５のＶＩ−ＶＩ矢視の断面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１吸気管
３ベンチュリ部
４環状チャンバ
５排気ガス
６ＥＧＲパイプ
６ａＥＧＲ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

Claims

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ＥＧＲガス混合装置。
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したことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガス混合装置。