JP2005180309A - Intake device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の吸気装置の構造に関し、特に排気ガス再循環装置(EGR装置)を備える内燃機関の吸気装置に関する。 The present invention relates to a structure of an intake device for an internal combustion engine, and more particularly to an intake device for an internal combustion engine including an exhaust gas recirculation device (EGR device).
内燃機関において、NOxの発生量抑制や燃費向上のために、排気ガスを吸気管に再循環させるEGR装置を設けて燃焼室内の燃焼温度を低下させる方法が知られている。 In an internal combustion engine, a method is known in which an EGR device that recirculates exhaust gas to an intake pipe is provided to reduce the combustion temperature in the combustion chamber in order to suppress the amount of NOx generated and improve fuel efficiency.
EGR装置による上記効果を高めるためには、排気循環ガス(EGRガス)を各気筒に均等に分配することが望ましく、例えば、特許文献1のようにEGRガス用の配管を分岐させて吸気マニホールドの各ブランチ部に接続し、気筒毎にEGRガスを噴射する方法が知られている。
しかしながら、EGRガス用の配管を吸気マニホールドの各ブランチ部に接続すると、EGRガス用配管によって各ブランチ部は連通してしまう。また、EGRガスの供給・停止を制御するEGRバルブは、通常、EGRガス用配管が分岐する部分より上流に1つ設ける。 However, if the EGR gas pipes are connected to the branch portions of the intake manifold, the EGR gas pipes communicate with each other. In addition, one EGR valve that controls supply / stop of EGR gas is usually provided upstream of the portion where the EGR gas pipe branches.
したがって、各ブランチ部の体積はEGRバルブより下流のEGRガス用配管の分だけ増大することになる。 Therefore, the volume of each branch portion increases by the amount of the EGR gas pipe downstream from the EGR valve.
これにより、例えば全開性能時にEGRガスの噴射を停止しても、体積増加に伴って吸気行程における吸入負圧が上昇しにくくなるので、吸気の慣性を利用して多くの空気を燃焼室内に充填する、いわゆる慣性過給の効果が小さくなり、出力が低下してしまうという問題があった。 As a result, for example, even if EGR gas injection is stopped during full-open performance, the intake negative pressure in the intake stroke is unlikely to increase as the volume increases, so a large amount of air is filled into the combustion chamber using the inertia of the intake air. There is a problem that the effect of so-called inertia supercharging is reduced and the output is reduced.
そこで、本発明ではEGRガス噴射によってNOx排出量の低減や燃費の向上を図りつつ、全開性能時には高出力を得ることを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to obtain a high output during the fully open performance while reducing the NOx emission amount and improving the fuel consumption by EGR gas injection.
本発明の内燃機関の吸気装置は、隔壁によって上下に仕切られた吸気通路と、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通し、前記吸気通路の前記隔壁よりも上流側に開口部を有するEGR配管と、前記隔壁の上流側端部付近に設けられ、全開性能時には前記EGR配管の開口部を塞ぐ開閉弁と、を備える。 An intake system for an internal combustion engine according to the present invention includes an EGR pipe having an intake passage partitioned vertically by a partition, an exhaust passage and an intake passage of the engine, and an opening upstream of the partition of the intake passage. And an opening / closing valve provided near the upstream end of the partition wall and closing the opening of the EGR pipe when fully opened.
本発明によれば、エンジンの全開性能時にはEGR配管の開口部を開閉弁によって塞ぐことによって、吸気マニホールドの各ブランチ部がEGR配管によって互いに連通することを防止するので、慣性過給効果が低下することを防止できる。つまり、全開性能時以外のときにはEGRガスを噴射してNOx排出量の低減や燃費の向上を図りつつ、全開性能時には慣性過給効果を利用して高出力を得ることが可能となる。 According to the present invention, when the engine is fully opened, the opening portion of the EGR pipe is closed by the on-off valve, so that the branch portions of the intake manifold are prevented from communicating with each other by the EGR pipe, so that the inertia supercharging effect is reduced. Can be prevented. That is, it is possible to obtain a high output by using the inertia supercharging effect at the time of the full opening performance while injecting EGR gas at times other than the time of the full opening performance to reduce the NOx emission amount and improve the fuel consumption.
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1(a)(b)は本実施形態の吸気装置の断面図であり、図1(a)は加速時等の中・高負荷運転時(以下、全開性能時という)、図1(b)は一定速度での走行や低速走行等のような低負荷運転時(以下、パーシャル時という)の状態を表している。 1 (a) and 1 (b) are cross-sectional views of the intake device of the present embodiment, and FIG. 1 (a) is a medium / high load operation during acceleration (hereinafter referred to as fully open performance), FIG. ) Represents a state during low-load operation (hereinafter referred to as partial operation) such as traveling at a constant speed or low-speed traveling.
図2は図1(a)(b)を上面から見た図を表している。なお、図2は多気筒エンジンの一例として4気筒エンジンを示している。 FIG. 2 shows a top view of FIGS. FIG. 2 shows a four-cylinder engine as an example of a multi-cylinder engine.
1は図示しない吸気口から吸入した空気を一時的に溜めておくコレクタータンク、2はコレクタータンク1と各気筒の吸気ポート5とを連通するブランチ部、3はブランチ部2の空気の流れを制御するタンブルコントロールバルブ(以下、TCVという)、4はブランチ部2の下流方向に向けてEGRガスを噴射するEGR噴孔である。図2に示すように、すべてのEGR噴孔4はEGR配管11と連通している。EGR配管11は図示しない排気管を流れる排気ガスの一部を、エンジン内に供給するための配管であり、途中にはEGR配管11を連通、遮断するEGRバルブ10が介装されている。
1 is a collector tank that temporarily stores air drawn from an intake port (not shown), 2 is a branch part that connects the collector tank 1 and the
ブランチ部2の内部には、TCV3より下流に軸心に沿って延びる仕切り板7(7a)が設けられ、上側通路8と下側通路9とに分割されている。また、吸気ポート5も同様の仕切り板7(7b)が設けられて上下に分割されている。なお、吸気ポート5の仕切り板7(7a)は、ブランチ部2の仕切り板7(7b)を、ブランチ部2の吸気ポート5との接続面から突出させ、ブランチ部2を吸気ポート5に接続した状態で吸気ポート5内部に挿入されて吸気ポート5内部を上下に分割するようにしてもよい。
A partition plate 7 (7a) extending along the axial center is provided downstream of the
TCV3はいわゆるロータリー式のバルブであり、略円形の断面をもち、ブランチ部2の並び方向と略平行かつ断面の中心を通る軸を中心に回転する。TCV3の回転は図示しないコントロールユニットにより、車両の運転状態に応じて制御される。
The
TCV3の内面には、ブランチ部2の有効断面とほぼ同じ断面をもつ流路(ポート)3cが設けられ、その両側には、TCV3の内部方向に突出する小突起部3aと大突起部3bとが設けられる。前記の両突起部3a、3bは、全開性能時には小突起部3aはEGR噴孔4を塞ぎ、大突起部3bはブランチ部2の底部付近に位置して下側通路9が開くような位置であり、かつ、パーシャル時には小突起部3aはEGR噴孔4が開口するような位置となり、大突起部3bは下側通路9を塞ぐような位置に設けられる。
On the inner surface of the
小突起部3aの形状について図3を参照して説明する。図3は全開性能時のEGR噴孔4付近の拡大図である。
The shape of the
小突起部3aは全開性能時にEGR噴孔4を完全に閉じることができればよいが、吸気抵抗を抑制するために、外周面が円弧形状であることが望ましい。なお、本実施形態では、図3に示したように、吸気流れ方向(図3中の矢印A)の下流側の突出量を大きくし、かつブランチ部2の上端を結ぶ仮想線C付近まで小突起部3aの先端が張り出すようにする。これにより、小突起部3aの下流側端部で剥離した吸気流れがそのまま上側通路8に流れ込むようになり、吸気抵抗をより低減することができる。
The
次に大突起部3bの形状について図4を参照して説明する。図4はパーシャル時の仕切り板7付近の拡大図である。
Next, the shape of the
図4に示すように、大突起部3bはR形状となっており、パーシャル時に大突起部3bの下流側端部が仕切り板7の上流側端部と略当接して下側通路9を閉じた場合に、下流側端部は接線Sが仕切り板7と略一致するような形状となっている。これにより、パーシャル時には当接部分が滑らかな円弧形状となるので、ブランチ部2の下側から大突起部3bに沿って上側通路8にむけて上昇する空気が当接部で剥離することがなく、吸気効率の低下を防止することができる。
As shown in FIG. 4, the
また、全開性能時には図1(a)に示すように大突起部3bはブランチ部2の底面付近に位置し、ブランチ部2の内側に張り出すことになるので、下流側端部以外の部分は、上記の接線Sと仕切り板7とが略一致するという条件を満たしたうえで、ブランチ部2底面付近を流れる空気の大突起部3bでの剥離ができるだけ小さくなるような円弧形状とする。
Further, as shown in FIG. 1 (a), when the fully opened performance is reached, the
上記のような構成の本実施形態の吸気装置は、全開性能時には小突起部3aがEGR噴孔4を塞ぎ、かつ、大突起部3bがブランチ部2の底部付近にあってブランチ部2の流路断面積が最大となるようにTCV3の回転角度が制御される。これにより、空気は上側通路8および下側通路9から燃焼室へ供給されることになる。
In the intake device of the present embodiment configured as described above, the
また、パーシャル時には、EGR噴孔4が開口し、大突起部3bが下側通路9を塞ぐようにTCV3の回転角度が制御される。これにより、すべての空気は上側通路8を通り、吸気バルブ6が開いたときに吸気ポート5断面の上半分から燃焼室内へ供給されることになり、燃焼室内でタンブル流を形成することになる。タンブル流を形成することにより、少ない燃料噴射量であっても確実に燃焼させることが可能となるので、例えばリーン成層燃焼を行い燃費の向上を図ることができる。
Further, at the time of partial, the rotation angle of the
本実施形態の効果について従来の構成と比較して説明する。従来の構成の一例を図5(a)(b)に示す。 The effect of this embodiment will be described in comparison with a conventional configuration. An example of a conventional configuration is shown in FIGS.
図5(a)は図1(a)と同様に全開性能時のTCV3周辺の状態を表しており、図5(b)は同様に図1(b)のパーシャル時の状態である。なお、上側から見た場合は図2と同様であり、各EGR噴孔4はEGR配管11によって連通している。
FIG. 5A shows the state around the
図5においては、TCV3はいわゆるフラップ式のバルブである。このため、全開性能時にバルブが吸気の流路内に障害物として残ってしまい、空気がバルブに衝突することにより圧力損失が大きくなる。また、バルブの下流では流れの剥離が発生し、実流路面積が低下していた。 In FIG. 5, TCV3 is a so-called flap type valve. For this reason, the valve remains as an obstacle in the intake air flow path at the fully open performance, and the pressure loss increases due to the air colliding with the valve. Further, flow separation occurred downstream of the valve, and the actual flow path area was reduced.
また、図5ではEGR噴孔4は空気の流れの上流側を向いて開口している。この理由は、以下のとおりである。EGR噴孔4の開口部に開閉手段を設けずに、EGR配管11の途中に介装したEGRバルブ10のみでEGRガスの噴射量を制御しており、また、各EGR噴孔4は連通している。したがって、EGRガスの噴射を停止するためにEGRバルブ10を閉じると、EGRガスの供給は停止するものの、EGRバルブ10からEGR噴孔4までの空間はブランチ部2と連通したまま、つまり、各部ランチ部2が互いに連通した状態となる。
Further, in FIG. 5, the
これにより、各気筒の吸気行程において順次ピストンの下降により負圧が発生しても、各ブランチ部2が連通して実質的な体積が増加しているので、ブランチ部2の負圧は発達しにくく、十分な量の空気を吸込むことができない。そこで、各ブランチ部2が開口したまま、かつ各部ランチ部2が互いに連通していることの負圧発達への影響を小さくするために、EGR噴孔4を空気の流れの上流側に向け、かつ開口面積を小さくしている。このため、大量のEGRガス量を噴射することや、パーシャル時から全開性能時までの広い運転領域でEGRガスを噴射することが困難であった。
As a result, even if negative pressure is generated due to the descending of the piston sequentially in the intake stroke of each cylinder, the negative pressure in the
しかし、本位実施形態では、前述したように全開性能時には小突起部3aでEGR噴孔4を閉じ、各ブランチ部2が連通することがないので、EGR噴孔4を空気の流れの下流側に向けて開口させることができ、また、開口面積を大きくしてパーシャル時に大量のEGRガスを噴射することが可能となる。
However, in the present embodiment, as described above, the
また、TVC3はロータリーバルブ式であり、パーシャル時に下側通路9を塞ぐ大突起部3bは全開性能時にはブランチ部2の底面付近に移動し、かつ流れの剥離が発生しないように円弧形状となっているので、全開性能時の圧力損失の増大や、実流路面積の低下を抑制することができる。
Further, the
以上により本実施形態では、円弧形状の小突起部3aおよび大突起部3bを設けたロータリー式のTCV3の回転角度を、全開性能時には小突起部3aがEGR噴孔4を塞ぎ、かつ大突起部3bはブランチ部2の流路断面積が最大となるように、また、パーシャル時には小突起部3aはEGR噴孔4を開き、かつ大突起部3bはブランチ部2内に設けた仕切り板7によって分割された下側通路9を塞ぐように制御される。また、EGR噴孔4を空気の流れの下流方向に向けて、かつ大面積で開口させることができる。
As described above, in the present embodiment, the rotation angle of the
これにより、全開性能時にはブランチ部2の負圧が十分に発達し、かつ吸気抵抗が少ないので、内燃機関の燃焼室内への流入空気量が多くなり出力の向上を図ることができ、パーシャル時には大量のEGRガスを噴射することができるので、NOx排出量の低減や燃費の向上を図ることができる。
As a result, the negative pressure of the
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea described in the claims.
本発明は、内燃機関の吸気装置に適用可能である。 The present invention is applicable to an intake device for an internal combustion engine.
1 コレクタータンク
2 ブランチ部
3 タンブルコントロールバルブ(TCV)
4 EGR噴孔
5 吸気ポート
7 仕切り板
8 上側通路
9 下側通路
1
4
Claims (6)
エンジンの排気通路と連通し、前記隔壁よりも上流側のブランチ部に設けた開口部から前記通路内に向けてEGRガスを噴射するEGR配管と、
前記隔壁の上流側端部付近に設けられ、エンジンの全開性能時には前記EGR配管の開口部を塞ぐ開閉弁と、を備えることを特徴とする内燃機関の吸気装置。 Inside, a branch part having a passage partitioned vertically by a partition,
An EGR pipe that communicates with an exhaust passage of the engine and injects EGR gas into the passage from an opening provided in a branch portion on the upstream side of the partition;
An intake device for an internal combustion engine, comprising: an on-off valve provided near an upstream end portion of the partition wall and closing an opening of the EGR pipe when the engine is fully opened.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003422388A JP2005180309A (en) | 2003-12-19 | 2003-12-19 | Intake device for internal combustion engine |
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-
2003
- 2003-12-19 JP JP2003422388A patent/JP2005180309A/en active Pending
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