JP2006200475A

JP2006200475A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP2006200475A
Application number: JP2005014524A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Toyama; 博章外山; Kenji Fujita; 賢二藤田; Masaaki Miyata; 昌明宮田
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2005-01-21
Filing date: 2005-01-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-21
Also published as: JP4552663B2

Abstract

【課題】狭いスペースでもＥＧＲガス等の混合用ガスの吸入空気配管内への吹き返しを防止することができるエンジンの吸気装置を提供することを課題とする。
【解決手段】吸入空気配管３の排出口７から吸入空気が吸入室１へ排出されると共に、ＥＧＲ配管２の排出口６からＥＧＲガスが吸入室１へ排出され、ＥＧＲガスは拡散用壁面１０に衝突して拡散される。拡散されたＥＧＲガスは、捕捉空間９に一時的に捕捉され、吹き返し防止用フィン８により遮断されて吸入空気配管３内への吹き返しが防止されると共に、吸入空気に均一に混合されて一対の連通孔１２からサージタンク４内へ流入する。
【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンの吸気装置に係り、特にエンジンから排出された排気をＥＧＲ（イグゾースト・ガス・リサイキュレーション）配管によりＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させると共に再循環されたＥＧＲガスを吸入空気配管により吸入される吸入空気に混合して各気筒へ供給する吸気装置に関する。

自動車等のエンジンでは、ＮＯｘ排出量の低減を図るために、例えば特許文献１に開示されている吸気装置のように、ディーゼルエンジンから排出された排気をＥＧＲガスとしてＥＧＲ配管により吸気系へ再循環させると共に、この再循環されたＥＧＲガスを吸入空気配管により導入される吸入空気と混合して各気筒へ供給している。

実開平５−６１４４５号公報

しかしながら、上述のような吸気装置では、ＥＧＲ配管を介して再循環されたＥＧＲガスが吸入空気配管内に吹き返すことがあり、その場合、ＥＧＲガス中に含まれるカーボン等が吸入空気量を調節するためのディーゼルスロットルバルブに付着して動作不良等の不具合を生じるおそれがあった。
ここで、スロットルバルブとＥＧＲ配管の排出口とを互いに離間させて配置すれば、ＥＧＲガスの吹き返しによるスロットルバルブへのカーボン等の付着を防止することができるが、最近のエンジンには排ガス対策等のために種々のデバイスが取り付けられており、また衝突安全性等の観点からエンジンスペースが限られているため、スロットルバルブとＥＧＲ配管の排出口との距離を大きくとることが困難である。
また、排ガス対策により高ＥＧＲ率となる運転モードにおいては、スロットルバルブが全閉付近まで絞られ、その結果負圧が発生してＥＧＲガスがスロットルバルブへと吹き返しやすくなる。
この発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、狭いスペースでもＥＧＲガス等の混合用ガスの吸入空気配管内への吹き返しを防止することができるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

この発明に係るエンジンの吸気装置は、スロットルバルブを介して吸入空気配管により吸入される吸入空気に混合用ガス配管により導入される混合用ガスを混合して各気筒へ供給するエンジンの吸気装置において、吸入空気が流れている空間内で且つ混合用ガス配管の排出口に対向するように配置されると共にこの排出口から排出される混合用ガスを衝突させて拡散させるための拡散用壁面と、吸入空気配管の排出口に設けられると共に拡散用壁面により拡散された混合用ガスが吸入空気配管内に吹き返すことを防止するための吹き返し防止手段とを備えるものである。
混合用ガス配管の排出口から排出された混合用ガスは、拡散用壁面に衝突して拡散され、吹き返し防止手段により遮断されて吸入空気配管内への吹き返しが防止されると共に吸入空気に混合されて各気筒へ供給される。

混合用ガス配管からの混合用ガスの排出方向に対して拡散用壁面を垂直に配置することが好ましい。
また、混合用ガス配管の排出口を囲むようにその外周部に吸入空気配管の排出口を形成することができる。このような構成では、吹き返し防止手段の外周部に拡散用壁面により拡散された混合用ガスを一時的に捕捉するための捕捉空間が形成されていることが好ましい。なお、吹き返し防止手段としては、吸入空気配管の排出口の周縁からその下流側へ突出形成されたフィンを用いることができる。さらに、このフィンは、排出口における混合用ガス配管の中心軸に対して平行に延びるように形成することができる。

混合用ガスと吸入空気との混合を均一化するための混合均一化手段を備えることが好ましい。
また、混合用ガスとして、エンジンから排出された排気を吸気系に再循環させたＥＧＲガスを用いることができる。

この発明によれば、狭いスペースでもＥＧＲガス等の混合用ガスの吸入空気配管内への吹き返しを防止することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この発明の実施の形態１に係るエンジンの吸気装置を示す。この吸気装置は、２つのバンク（気筒列）を有するＶ型のディーゼルエンジンに適用されており、図示しない各気筒の燃焼室から排出された排気をＥＧＲ（イグゾースト・ガス・リサイキュレーション）ガスとして吸気系へ再循環させると共に吸入空気（新気）と混合し、この混合気を各気筒の燃焼室へ供給するものである。この吸気装置は、吸入空気とＥＧＲガスとが導入される吸入室１を有しており、吸入室１には、図示しない各気筒の燃焼室から排出された排気の一部をＥＧＲガスとしてこの吸入室１に導くためのＥＧＲ配管２が接続されている。また、吸入室１には、吸入空気を吸入室１に導くための２本の吸入空気配管３が接続されている。さらに、吸入室１にサージタンク４が連結されており、サージタンク４はその側壁に接続されたインテークマニホルド５を介して各バンクの図示しない複数の気筒の燃焼室に接続されている。

ここで、図１のＡ−Ａ線に沿った横断面を図２に、Ｂ−Ｂ線に沿った縦断面を図３にそれぞれ示す。これら図２及び３に示されるように、ＥＧＲ配管２の排出口６と２本の吸入空気配管３に共通の排出口７とがそれぞれ吸入室１に対して開口しており、吸入空気配管３の排出口７は、ＥＧＲ配管２の排出口６を囲むように環状に形成されている。また、吸入空気配管３の排出口７には、その周縁全体に吹き返し防止用フィン８が形成されている。吹き返し防止用フィン８は、排出口７の周縁からその下流側に向かって、すなわち吸入室１の内部に向かって突出すると共に、排出口６付近におけるＥＧＲ配管２の中心軸に対して平行に円筒状に延びており、吸入室１内の吹き返し防止用フィン８の外周部には捕捉空間９が形成されている。さらに、吸入室１の底部には、ＥＧＲ配管２の排出口６に対向するように平坦な拡散用壁面１０が配置されており、この拡散用壁面１０は排出口６からのＥＧＲガスの排出方向に対して垂直に配置されている。

なお、ＥＧＲ配管２内には吸気室１へ導入するＥＧＲガス量を調節するための図示しないＥＧＲバルブが配置されると共に、各吸入空気配管３内には吸入室１へ導入する吸入空気量を調節するためのディーゼルスロットルバルブ１１が配置されている。また、図２に示されるように、吸入室１の底部には、吸入室１とサージタンク４とを互いに連通する一対の連通孔１２が形成されている。

次に、この発明の実施の形態１に係るエンジンの吸気装置の作用を説明する。図２及び３に一点鎖線矢印で示されるように、各吸入空気配管３においてディーゼルスロットルバルブ１２を介して吸入された吸入空気がその排出口７から吸入室１へ排出される。それと同時に、図２及び３に実線矢印で示されるように、ＥＧＲ配管２において図示しないＥＧＲバルブを介して導入されたＥＧＲガスが排出口６から吸入室１へ排出され、この排出されたＥＧＲガスは、拡散用壁面１０に衝突して拡散用壁面１０に垂直な方向に拡散される。

ここで、吸入空気配管３の排出口７の周縁全体に吹き返し防止用フィン８が形成されると共にこのフィン８の外周部に捕捉空間９が設けられているため、拡散用壁面１０により拡散されたＥＧＲガスは、捕捉空間９に一時的に捕捉され、吹き返し防止用フィン８により遮断されて吸入空気配管３内への吹き返しが防止されると共に、吸入空気に均一に混合されて一対の連通孔１２からサージタンク４内へ流入する。したがって、吸入空気配管３内に負圧が発生しても、吸入空気配管３内へのＥＧＲガスの吹き返しを防止することができる。また、ＥＧＲガスが捕捉空間９に一時的に捕捉されることにより、ＥＧＲガス中に含まれるカーボン等が捕捉空間９に堆積され、これによりサージタンク４に流入する混合気中のカーボン量を低減することができる。

以上のことから、ＥＧＲガス中に含まれるカーボン等が各吸入空気配管３内のディーゼルスロットルバルブ１１や圧力センサ等の機器に付着して動作不良等の不具合を生じることが防止される。
なお、サージタンク４内へ流入したＥＧＲガスと吸入空気の混合気は、インテークマニホルド５を介して図示しない各気筒の燃焼室へ供給される。

また、上述のように吹き返し防止用フィン８によりＥＧＲガスの吸入空気配管３内への流入が抑制されるため、狭いスペースに起因してディーゼルスロットルバルブ１１とＥＧＲ配管２の排出口６との距離を大きくとることが困難な場合でも、ＥＧＲガスの吸入空気配管３内への吹き返しを防止することができる。
また、吹き返し防止用フィン８は、排出口６におけるＥＧＲ配管２の中心軸に平行であるため、製造が容易である。

また、拡散用壁面１０によりＥＧＲガスの拡散が促進されるため、吸入空気にＥＧＲガスが均一に混合されると共にサージタンク４内に一対の連通孔１２から均等に混合気が排出され、これにより気筒間での吸入空気とＥＧＲガスとの混合割合のばらつきを低減することができる。なお、拡散用壁面１０はＥＧＲ配管２からのＥＧＲガスの排出方向に対して垂直に配置されているため、ＥＧＲガスを均一に拡散させることができる。

実施の形態２．
図４を参照して、この発明の実施の形態２に係るエンジンの吸気装置を説明する。この実施の形態２の吸気装置は、図１に示した実施の形態１の吸気装置において、平坦な拡散用壁面１０の代わりに、ＥＧＲ配管２の排出口６に向かって山形に屈曲した拡散用壁面２１を備えたものである。
拡散用壁面２１がＥＧＲ配管２の排出口６に向かって山形に屈曲しているため、この拡散用壁面２１にＥＧＲガスが衝突して拡散される際のまき上がりが抑制され、これによりＥＧＲガスの拡散効果を有しながらも吸入空気配管３へのＥＧＲガスの吹き返し防止効果をさらに向上させることができる。

実施の形態３．
図５を参照して、この発明の実施の形態３に係るエンジンの吸気装置を説明する。この実施の形態３の吸気装置は、図１に示した実施の形態１の吸気装置において、円筒状の吹き返し防止用フィン８の代わりに、吸入空気配管３の排出口７の周縁からその下流側に向かうほど次第に縮径されるように傾斜した吹き返し防止用フィン３１を備えたものである。
このような構成にすることにより、拡散用壁面１０で拡散されたＥＧＲガスの吸入空気配管３内への吹き返しがさらに防止される。
なお、このような傾斜した吹き返し防止用フィン３１を、実施の形態２の装置に適用することもできる。

また、吹き返し防止用フィンを突出形成せずに、図６に示されるように、吸入空気配管３の排出口７の周縁に沿って段差部３２を形成しても、拡散用壁面１０で拡散されたＥＧＲガスの吸入空気配管３内への吹き返しを防止することが可能である。

実施の形態４．
図７を参照して、この発明の実施の形態４に係るエンジンの吸気装置を説明する。吸入空気配管３内におけるディーゼルスロットルバルブ１１の設置軸の傾きやＥＧＲ配管２及び吸入空気配管３の取り回しの状況などにより、吸入室１に排出されたＥＧＲガスと吸入空気の分布に偏りが生じてこれらＥＧＲガスと吸入空気との混合が不均一になることがある。例えば、図７において、吸入空気が図面の右方向へ偏って流れてくる場合には、ＥＧＲガスと吸入空気との混合が不均一になるおそれがある。この場合、ＥＧＲ配管２の排出口６の吸入空気が偏って流れる側、すなわち排出口６の右側部分に混合均一化手段として切り欠き４１を形成することができる。
このような構成とすることにより、ＥＧＲガスと吸入空気の分布が均一になってこれらＥＧＲガスと吸入空気との混合を均一化することができ、これにより気筒間での吸入空気とＥＧＲガスとの混合割合のばらつきをさらに低減することができる。

なお、上述のように排出口６に切り欠き４１を設ける代わりに、混合均一化手段として、吸入空気配管３の排出口７に対して吸入空気が偏って流れる方にＥＧＲ配管２の排出口６の位置を近づけるように偏らせて配置したり、ＥＧＲ配管２内に整流装置を設けることにより、ＥＧＲガスと吸入空気の分布を均一にすることもできる。
また、このような混合均一化手段を、実施の形態２あるいは３の装置に適用することもできる。

実施の形態５．
図８を参照して、この発明の実施の形態５に係るエンジンの吸気装置を説明する。吸入空気配管５１の排出口５２とＥＧＲ配管５３の排出口５４とが吸入室５５を介して互いに垂直に結合された構造を有する吸入装置の場合には、吸入空気配管５１の排出口５２の周縁に、その下流側に向かうほど次第に縮径するように形成された吹き返し防止用フィン５６を設けることができる。また、この場合、ＥＧＲ配管５３の排出口５４に対向する吸入室５５の内壁面５７をＥＧＲガスの拡散用壁面として機能させることができる。

ＥＧＲ配管５３の排出口５４から排出されたＥＧＲガスは、吸入室５５の内壁面５７に衝突して拡散され、吹き返し防止用フィン５６により遮断されて吸入空気配管５１内へのＥＧＲガスの吹き返しが防止されると共に、ディーゼルスロットルバルブ５８を介して吸入空気配管５１の排出口５２から排出される吸入空気と混合され、混合気が図示しないサージタンクへ流入する。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、ＥＧＲ配管５３の排出口５４に対向する吸入室５５の内壁面５７を、上述の実施の形態２における拡散用壁面２１のように山形に屈曲させれば、この内壁面５７で拡散されるＥＧＲガスのまき上がりが抑制され、これによりＥＧＲガスの拡散効果を有しながらも吸入空気配管３へのＥＧＲガスの吹き返し防止効果をさらに向上させることができる。

なお、この発明の吸気装置は、２つのバンクを有するＶ型のエンジンだけでなく、その他各種のエンジンに適用される。また、ディーゼルエンジンではなく、ガソリンエンジンにも適用することができる。
また、吸入空気にＥＧＲガスを混合して用いるエンジンに限定されず、混合用ガスとしてブローバイガスやパージガスを吸入空気と混合して用いるエンジンにも適用される。

この発明の実施の形態１に係るエンジンの吸気装置を示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線に沿って切断した実施の形態１における吸入室近傍の構造を示す横断面図である。図１のＢ−Ｂ線に沿って切断した実施の形態１における吸入室近傍の構造を示す縦断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する実施の形態２における吸入室近傍の構造を示す横断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する実施の形態３における吸入室近傍の構造を示す横断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面に相当する実施の形態３の変形例における吸入室近傍の構造を示す横断面図である。図１のＢ−Ｂ線に沿う断面に相当する実施の形態４における吸入室近傍の構造を示す縦断面図である。実施の形態５における吸入室近傍の構造を示す横断面図である。

符号の説明

１，５５吸入室、２，５３ＥＧＲ配管、３，５１吸入空気配管、４サージタンク、５インテークマニホルド、６，７，５２，５４排出口、８，３１，５６吹き返し防止用フィン、９捕捉空間、１０，２１，５７拡散用壁面、１１，５８ディーゼルスロットルバルブ、１２連通孔、３２段差部、４１切り欠き。

Claims

スロットルバルブを介して吸入空気配管により吸入される吸入空気に混合用ガス配管により導入される混合用ガスを混合して各気筒へ供給するエンジンの吸気装置において、
吸入空気が流れている空間内で且つ混合用ガス配管の排出口に対向するように配置されると共にこの排出口から排出される混合用ガスを衝突させて拡散させるための拡散用壁面と、
吸入空気配管の排出口に設けられると共に前記拡散用壁面により拡散された混合用ガスが吸入空気配管内に吹き返すことを防止するための吹き返し防止手段と
を備えることを特徴とするエンジンの吸気装置。
前記拡散用壁面は、混合用ガス配管からの混合用ガスの排出方向に対して垂直に配置される請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
混合用ガス配管の排出口を囲むようにその外周部に吸入空気配管の排出口が形成されている請求項１または２に記載のエンジンの吸気装置。
前記吹き返し防止手段は、吸入空気配管の排出口の周縁に形成されている請求項３に記載のエンジンの吸気装置。
前記吹き返し防止手段は、吸入空気配管の排出口の周縁からその下流側へ突出形成されたフィンからなる請求項４に記載のエンジンの吸気装置。
前記フィンは、排出口における混合用ガス配管の中心軸に対して平行に延びている請求項５に記載のエンジンの吸気装置
前記吹き返し防止手段の外周部に、前記拡散用壁面により拡散された混合用ガスを一時的に捕捉するための捕捉空間が形成されている請求項１〜６のいずれか一項に記載のエンジンの吸気装置。
混合用ガスと吸入空気との混合を均一化するための混合均一化手段をさらに備える請求項１〜７のいずれか一項に記載のエンジンの吸気装置。
混合用ガスは、エンジンから排出された排気を吸気系に再循環させたＥＧＲガスである請求項１〜８のいずれか一項に記載のエンジンの吸気装置。