JP2001099013A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

内燃機関の排気還流装置

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JP2001099013A
JP2001099013A JP27807799A JP27807799A JP2001099013A JP 2001099013 A JP2001099013 A JP 2001099013A JP 27807799 A JP27807799 A JP 27807799A JP 27807799 A JP27807799 A JP 27807799A JP 2001099013 A JP2001099013 A JP 2001099013A
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intake air
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intake manifold
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Shigemi Kobayashi
茂己 小林
Nobuhiro Kobayashi
信裕 小林
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UD Trucks Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気マニホールドに導入される吸気を利用し
て吸気とEGRガスとの混合を促進し、排気性状を向上
する。 【解決手段】 EGRガスの導入口12aが開設された
吸気マニホールド12に、吸気の主流A(流速の最も速
い部分)とEGRガスの流出方向Bとが吸気マニホール
ド12内壁近傍で交差するように、吸気マニホールド1
2に対して斜めにエアダクト14を接続する。このよう
にすれば、流速の最も速い吸気の主流Aによって、吸気
とEGRガスとの混合が促進され、各気筒に導入される
EGRガス量が均一化し、燃焼温度の低下に伴ってNO
x排出量が気筒間によらず平均的に低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気還
流装置に関し、特に、排気性状を向上する技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から、内燃機関の排気の一部を吸気
系に戻し、これを一種の不活性気体として燃焼温度を下
げることで、窒素酸化物(NOx)の低減を図る排気還
流(以下「EGR」という)装置が広く採用されてい
る。
【0003】EGR装置を直列6気筒の内燃機関に適用
した一例を説明すると、図7に示すように、EGRガス
を導入する導入口1aが開設された吸気マニホールド1
には、吸気が略一直線に導入されるように、エアダクト
2が接続される。EGRガスの導入口1aには、機関運
転状態に応じてEGR量を制御するEGRバルブ3が取
り付けられ、ここに、図示しない排気系から取り出され
たEGRガスがEGRパイプ4を介して導入される。そ
して、吸気マニホールド1内で吸気とEGRガスとが混
合し、各気筒(#1〜#6)に導入される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、車両に搭載
される内燃機関においては、車載レイアウトとの関係に
より吸気マニホールドの全長をコンパクトに設計するこ
とが常であるため、吸気とEGRガスとの混合に必要な
混合距離を取りにくいという問題点があった。
【0005】吸気とEGRガスとの混合を促進すること
を目的として、例えば、特開平10−252577号公
報に開示されるように、吸気マニホールドの入口部に部
分的なオリフィスを設ける技術もあるが、吸気系にオリ
フィスを設けることは、吸気抵抗の増大を招き好ましく
ない。また、特開平10−252576号公報に開示さ
れるように、EGRガスの導入口を各気筒へ流入される
吸気の流線上に開口し、各気筒へEGRガスを流入し易
くした技術も提案されているが、図7に示すEGR装置
には適用できない。
【0006】また、現実的な3次元的流れをもつダクト
内部の流れを考慮すると、EGRガスの導入口と吸気の
流線との間には、その距離間隔に応じて混合促進の度合
に差が生じる。実際のダクト内の流れが径方向に速度分
布をもつことから、この関係は明らかである。特開平1
0−252576号公報に開示される技術では、ダクト
内流れの3次元的構造は考慮されていない。
【0007】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、吸気マニホールドに導入される吸気を利用し
て吸気とEGRガスとの混合を促進し、排気性状を気筒
の別なく平均的に向上した内燃機関のEGR装置を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このため、請求項1記載
の発明は、内燃機関の排気還流装置において、吸気導入
通路を介して吸気マニホールドに導入される吸気の主流
が、該吸気マニホールドに導入される排気還流ガスの流
出方向とその導入口近傍で交差するようにする交差手段
を設けたことを特徴とする。
【0009】ここで、「吸気の主流」とは、吸気導入通
路を介して吸気マニホールドに導入される吸気流におい
て、その流速が最も速い部分をいう。かかる構成によれ
ば、吸気の主流と排気還流ガスの流出方向とが吸気マニ
ホールドの排気還流ガス導入口近傍で交差するので、吸
気マニホールドに導入された排気還流ガスと吸気とが導
入口近傍でぶつかり、流速が最も速い吸気の主流によっ
て、吸気と排気還流ガスとの混合が促進される。そし
て、吸気と排気還流ガスとの混合気が均一化され、各気
筒に導入される排気還流ガスのバラツキが低減する。こ
のため、各気筒に導入されるEGRガス量が均一化し、
NOx排出量が気筒間によらず平均的に低減する。
【0010】請求項2記載の発明は、前記交差手段は、
前記吸気の主流と排気還流ガスの流出方向とが、前記吸
気マニホールド内壁近傍で斜めに相対して交差するよう
に、該吸気マニホールドに対して斜めに吸気導入通路を
接続した構成であることを特徴とする。
【0011】かかる構成によれば、吸気の主流と排気還
流ガスの流出方向とが吸気マニホールド内壁近傍で斜め
に相対して交差するように、吸気マニホールドに対して
吸気導入通路が接続されているため、吸気の主流と排気
還流ガスの流出方向とが導入口近傍で斜めに相対して交
差するようになる。従って、吸気と排気還流ガスとの混
合がより促進される。この場合、吸気導入通路の接続構
造を小変更するだけで、既存の内燃機関に対して本発明
の適用が可能となる。
【0012】請求項3記載の発明は、前記交差手段は、
前記吸気の主流が排気還流ガスの導入口に近づくよう
に、前記吸気導入通路の横断面を偏平形状とした構成で
あることを特徴とする。
【0013】かかる構成によれば、吸気の主流が排気還
流ガスの導入口に近づくように、吸気導入通路の横断面
が偏平形状に形成されているため、吸気の主流と排気還
流ガスの流出方向とが導入口近傍で交差するようにな
る。この場合、吸気導入通路の形状変更、及び、吸気マ
ニホールドにおける吸気導入通路の接続部を変更するだ
けで、既存の内燃機関に対して本発明の適用が可能とな
る。
【0014】請求項4記載の発明は、前記交差手段は、
前記排気還流ガスを吸気の主流近傍まで導くように、前
記吸気マニホールド内に突出する突出通路とした構成で
あることを特徴とする。
【0015】かかる構成によれば、排気還流ガスを吸気
の主流近傍まで導くように、吸気マニホールド内に突出
する突出通路が設けられているため、吸気の主流と排気
還流ガスの流出方向とが導入口近傍で交差するようにな
る。この場合、吸気マニホールドに対して突出通路を追
加するだけの小変更のみで、既存の内燃機関に対して本
発明の適用が可能となる。
【0016】請求項5記載の発明は、前記突出通路は、
前記吸気マニホールドに導入される吸気に対して抵抗が
小となるように、その横断面が偏平形状に形成された構
成であることを特徴とする。
【0017】かかる構成によれば、突出通路の横断面が
偏平形状に形成されているため、吸気の流れが乱れにく
くなり、スワールの気筒間バラツキへの影響を最小限に
抑えることができる。
【0018】請求項6記載の発明は、前記突出通路は、
前記排気還流ガスを吸気の主流に対向するように、その
導入方向を偏向する偏向板が設けられた構成であること
を特徴とする。
【0019】かかる構成によれば、突出通路には、排気
還流ガスを吸気の主流に対向するように、その導入方向
を偏向する偏向板が設けられているため、吸気と排気還
流ガスとが対向した状態でぶつかることとなり、両者の
混合がより促進される。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図1は、本発明に係る内燃機関のE
GR装置を、直列6気筒の内燃機関に適用した全体構成
を示す。
【0021】内燃機関10の吸気ポートに接続された吸
気マニホールド12には、図示しないエアクリーナから
吸入された吸気が、吸気導入通路としてのエアダクト1
4を介して導入される。また、吸気マニホールド12の
吸気入口部近傍には、機関運転状態に応じてEGR量を
制御するEGRバルブ16が取り付けられる。EGRバ
ルブ16には、図示しない排気系から取り出されたEG
Rガスが、EGRパイプ18を介して導入される。な
お、図中の符号20は、吸気マニホールド12に導入さ
れる吸気温度を昇温させる寒冷地始動用ヒータである。
【0022】図2は、吸気マニホールド12に導入され
る吸気を利用して吸気とEGRガスとの混合を促進す
る、本発明に係るEGR装置の第1実施形態を示す。エ
アダクト14は、図示するように、吸気の主流AとEG
Rガスの流出方向Bとが、吸気マニホールド12内壁近
傍で斜めに相対して交差するように、吸気マニホールド
12に対して斜めに接続されている。換言すると、エア
ダクト14を流通して吸気マニホールド12に導入され
た吸気の主流Aが、EGRバルブ16の吐出口16a
(即ち、EGRガスの導入口12a)近傍に斜めに相対
してぶつかるようにエアダクト14が接続されている。
【0023】ここで、「吸気の主流」とは、図中のC部
に示すような、エアダクト14を流通する吸気の速度分
布において流速が最も速い部分をいう。次に、かかる構
成からなるEGR装置の作用について説明する。
【0024】機関運転状態としての機関負荷及び機関回
転速度等に基づいて、例えば、マップが参照され、機関
運転状態に応じたEGR量が求められる。そして、EG
R量が0でないとき、即ち、機関運転状態がEGR領域
にあるときには、EGR量に応じてEGRバルブ16が
開弁され、排気系から取り出されたEGRガスがEGR
バルブ16の吐出口16aから吸気マニホールド12内
に導入される。このとき、吸気の主流AがEGRガスの
導入口12a近傍に斜めに相対してぶつかるように、吸
気マニホールド12に対してエアダクト14が接続され
ているため、吸気とEGRガスとが吸気マニホールド1
2内壁近傍で斜めに相対してぶつかり、流速が最も速い
吸気の主流AにのってEGRガスが混合し、吸気とEG
Rガスとの混合が促進される。
【0025】従って、吸気とEGRガスとの混合気が均
一化され、各気筒に導入されるEGRガスのバラツキが
なくなる。このため、各気筒に導入されるEGRガス量
が均一化され、燃焼温度の低下に伴ってNOx排出量が
気筒間によらず平均的に低減することで、排気性状を向
上することができる。
【0026】図3は、EGRガス量の気筒間バラツキを
見るために、吸気に比べ温度の高いEGRガスの分配を
吸気ポート部のガス温度で測定したものである。本実施
形態によるEGRガス量の平均化効果は、図3に示すよ
うに、吸気マニホールド12入口部近傍に位置する#2
気筒において著しく現われ、この図からも明らかなよう
に、各気筒に導入される吸気温度が均一化される。ここ
において、EGRガスの導入口12aを、吸気マニホー
ルド12の吸気入口部近傍に開設すると、EGRガスの
混合距離を大きく取り易く、もってEGRガスの混合が
良好となる。
【0027】なお、本実施形態は、現状の内燃機関に対
してエアダクト14の形状を変更するだけで、排気性状
を向上できるものであるから、きわめて実用性の高いも
のである。
【0028】図4は、本発明に係るEGR装置の第2実
施形態を示す。本実施形態におけるエアダクト14は、
図4(B)に示すように、吸気の主流AがEGRガスの
導入口12aに近づくように形成し、その横断面を所定
流量を確保するため楕円形状に形成したものである。な
お、エアダクト14の横断面形状は楕円形状に限らず、
角が丸まった長方形形状等であってもよい。
【0029】このようにすれば、先の第1実施形態と同
様に、吸気の主流Aによって、吸気とEGRガスとの混
合が促進され、吸気とEGRガスとの混合気が均一化さ
れる。このため、各気筒に導入されるEGRガスのバラ
ツキがなくなり、各気筒に導入されるEGRガス量が均
一化され、燃焼温度の低下に伴ってNOx排出量が気筒
間によらず平均的に低減することで、排気性状を向上す
ることができる。
【0030】図5は、本発明に係るEGR装置の第3実
施形態を示す。本実施形態では、EGRガスを吸気の主
流A近傍まで導くように、吸気マニホールド12内に突
出する突出通路22が設けられる。突出通路22は、図
示するように、吸気マニホールド12と一体的に形成さ
れ、吸気に対して抵抗が小となるように、その横断面が
偏平形状に形成される(図5(B)参照)。なお、突出
通路22は、吸気マニホールド12と別体構造とし、例
えば、吸気マニホールド12のEGRガスの導入口12
aに圧入する構造であってもよい。
【0031】このようにすれば、吸気マニホールド12
内に突出する突出通路22によって、EGRガスが吸気
の主流A近傍まで導かれる。そして、先の実施形態と同
様に、吸気の主流Aによって、吸気とEGRガスとの混
合が促進される。また、突出通路22の横断面が偏平形
状に形成されているため、吸気の流れを乱し難く、スワ
ールの気筒間バラツキへの影響を最小限に抑える効果が
ある。ここで、他の作用・効果に関しては、先の実施形
態と同様であるのでその説明を参照されたい。
【0032】図6は、本発明に係るEGR装置の第4実
施形態を示す。本実施形態では、EGRガスを吸気の主
流A近傍まで導くように、吸気マニホールド12内に突
出する突出通路24が設けられる。そして、突出通路2
4には、EGRガスを吸気の主流Aに対向するように、
その導入方向を偏向する偏向板24aが設けられる。
【0033】このようにすれば、吸気マニホールド12
内に突出する突出通路24によって、EGRガスが吸気
の主流A近傍まで導かれると共に、EGRガスが偏向板
24aによって吸気の主流Aに対向するように偏向され
る。そして、先の実施形態と同様に、吸気の主流Aによ
って、吸気とEGRガスとの混合が促進される。ここ
で、他の作用・効果に関しては、先の実施形態と同様で
あるのでその説明を参照されたい。
【0034】なお、以上説明した各実施形態は、吸気マ
ニホールド12に直接EGRバルブ16が取り付けられ
るものを前提としたが、EGRパイプ18の中間にEG
Rバルブ16を介装する構成であっても、本発明を適用
することが可能である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1記載の発
明によれば、流速が最も速い吸気の主流によって、吸気
と排気還流ガスとの混合が促進され、各気筒に導入され
るEGRガス量が均一化する。そして、燃焼温度の低下
に伴って気筒間によらず平均的にNOx排出量が低減
し、排気性状を向上することができる。
【0036】請求項2記載の発明によれば、吸気の主流
と排気還流ガスとが吸気マニホールド内壁近傍で斜めに
相対して交差するようになるので、吸気と排気還流ガス
との混合をより促進することができる。また、かかる効
果は、吸気導入通路の接続構造を小変更するだけでよ
く、コスト上昇及び重量増加を来すことを防止すること
ができる。
【0037】請求項3記載の発明によれば、吸気導入通
路の形状変更、及び、吸気マニホールドにおける吸気導
入通路の接続部を変更するだけでよく、コスト上昇及び
重量増加を極力抑制することができる。
【0038】請求項4記載の発明によれば、吸気マニホ
ールドに対して突出通路を追加するだけの小変更のみで
よく、コスト上昇及び重量増加を極力抑制することがで
きる。
【0039】請求項5記載の発明によれば、吸気の流れ
が乱れにくくなり、スワールの気筒間のバラツキへの影
響を最小限に抑えることができる。請求項6記載の発明
によれば、偏向板により排気還流ガスの導入方向が吸気
の主流に対向するように偏向されるので、吸気と排気還
流ガスとが対向した状態でぶつかることとなり、両者の
混合をより促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るEGR装置を適用した内燃機関
の全体構成図
【図2】 EGR装置の第1実施形態を示す要部拡大図
【図3】 同上による効果を示す吸気ポート別温度の特
性図
【図4】 EGR装置の第2実施形態を示し、(A)は
要部拡大図、(B)は(A)中のX−X断面図
【図5】 EGR装置の第3実施形態を示し、(A)は
要部拡大図、(B)は(A)中のY−Y断面図
【図6】 EGR装置の第4実施形態を示し、(A)は
要部拡大図、(B)は(A)中のZ矢視図
【図7】 従来技術におけるEGR装置の構成図
【符号の説明】 10 内燃機関 12 吸気マニホールド 12a EGRガスの導入口 14 エアダクト 22 突出通路 24 突出通路 24a 偏向板 A 吸気の主流 B EGRガスの流出方向

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸気導入通路を介して吸気マニホールドに
    導入される吸気の主流が、該吸気マニホールドに導入さ
    れる排気還流ガスの流出方向とその導入口近傍で交差す
    るようにする交差手段を設けたことを特徴とする内燃機
    関の排気還流装置。
  2. 【請求項2】前記交差手段は、前記吸気の主流と排気還
    流ガスの流出方向とが、前記吸気マニホールド内壁近傍
    で斜めに相対して交差するように、該吸気マニホールド
    に対して斜めに吸気導入通路を接続した構成である請求
    項1記載の内燃機関の排気還流装置。
  3. 【請求項3】前記交差手段は、前記吸気の主流が排気還
    流ガスの導入口に近づくように、前記吸気導入通路の横
    断面を偏平形状とした構成である請求項1記載の内燃機
    関の排気還流装置。
  4. 【請求項4】前記交差手段は、前記排気還流ガスを吸気
    の主流近傍まで導くように、前記吸気マニホールド内に
    突出する突出通路とした構成である請求項1記載の内燃
    機関の排気還流装置。
  5. 【請求項5】前記突出通路は、前記吸気マニホールドに
    導入される吸気に対して抵抗が小となるように、その横
    断面が偏平形状に形成された構成である請求項4記載の
    内燃機関の排気還流装置。
  6. 【請求項6】前記突出通路は、前記排気還流ガスを吸気
    の主流に対向するように、その導入方向を偏向する偏向
    板が設けられた構成である請求項4記載の内燃機関の排
    気還流装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009517581A (ja) * 2005-11-29 2009-04-30 ボルボ ラストバグナー アーベー ターボチャージ付き内部燃焼エンジンのための排気ガス再循環混合装置
JP2014055540A (ja) * 2012-09-12 2014-03-27 Mitsubishi Automob Eng Co Ltd 排気還流装置
JP2016128660A (ja) * 2015-01-09 2016-07-14 富士重工業株式会社 ガス還流装置
JP2018003655A (ja) * 2016-06-29 2018-01-11 ダイハツ工業株式会社 多気筒内燃機関用の吸気マニホールド
JP2020029822A (ja) * 2018-08-23 2020-02-27 本田技研工業株式会社 圧縮機ユニット

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